JP2773674B2 - 半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法

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JP2773674B2 JP7075120A JP7512095A JP2773674B2 JP 2773674 B2 JP2773674 B2 JP 2773674B2 JP 7075120 A JP7075120 A JP 7075120A JP 7512095 A JP7512095 A JP 7512095A JP 2773674 B2 JP2773674 B2 JP 2773674B2
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    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/32051Deposition of metallic or metal-silicide layers

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造装置及
び半導体装置の製造方法に関し、特に半導体基板上への
タングステン膜の形成装置及び形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコン基板に形成された微細な
コンタクトホールや配線間を接続するビアホールなどの
接続孔の埋め込み技術として、ステップカバレージ(段
差被覆性)が良くかつ低抵抗のタングステン膜が得られ
る化学気相成長(CVD)法が用いられている。このタ
ングステン膜は基板の全面に形成される為、下地絶縁膜
との密着性の問題からタングステン膜と下地絶縁膜との
間に窒化チタン(TiN),チタンタングステン(Ti
W)等の密着層を形成しなければならない。このTiN
やTiW等の成膜は通常スパッタ法によって行われてい
るため、ステップカバレージが悪く、ウェハー側面や裏
面にはTiNやTiW等の密着層はほとんど成膜されな
い。
【0003】一方、タングステン膜はCVD法により成
膜するためステップカバレージはTiNやTiW等より
良く、ウェハー側壁や裏面のTiN等の密着層のない部
分にタングステン膜が形成される。タングステン膜は絶
縁膜との密着性は悪く、またウェハー裏面等のシリコン
が露出している部分でも密着性が悪いので、TiN等の
密着層のない部分にタングステン膜が形成されると、タ
ングステン膜の剥離によるパーティクルが発生して、半
導体装置の歩留りが悪くなる問題がある。
【0004】そこで、選択性金属CVD装置において、
タングステン膜が成長するのを防止したい部分を絶縁物
質からなる基板被覆手段でおおい、タングステン膜が形
成されるのを防ぐこと(第1の従来例)が、特開平1−
222052号公報に提案されている。以下図3を参照
して、この半導体製造装置について説明する。図3に選
択性金属CVD装置の断面図を示す。基板被覆手段20
は、反応室10A内に置かれたシリコン基板1の側面及
び裏面をおおい込んでいる。この時、基板被覆手段20
は、金属膜の堆積を避けるため、絶縁物質によって構成
されている。尚図3において12Aはシャワーヘッドで
ある。
【0005】また、シリコン基板の表面の周辺部,側面
部及び裏面部の絶縁性膜を除去し、密着層で絶縁性膜の
残部をおおい、そしてタングステンをCVD法で形成す
る方法(第2の従来例)が特開平4−171719号公
報に提案されている。以下図4を参照してこの方法につ
いて説明する。
【0006】まず、図4(a)に示すように、シリコン
基板1の全面にシリコン酸化膜2Aを形成する。次に図
4(b)に示すように、リソグラフィ技術及びエッチン
グ技術を用いてシリコン基板1の表面の周辺部,側面部
及び裏面部のシリコン酸化膜2Aを除去する。次でシリ
コン酸化膜2Aの残部上のみをおおうように窒化チタン
からなる密着層3Aをスパッタ法により形成する。次に
図4(c)に示すように、CVD法でタングステン膜5
Aを主にこの密着層3A上に形成する。
【0007】また、図5に示すようなCVD装置でウェ
ハーの側壁や裏面にタングステン膜が成膜されない方法
(第3の従来例)も提案されている。すなわち、反応室
10内に設けられたサセプター11上にシリコン基板1
を保持し、350〜500℃に加熱する。次にサセプタ
ー11の上方に設置したシャワーヘッド12から原料ガ
スを流し、シリコン基板1の表面にタングステン膜を形
成する。この時、シリコン基板1の側面や裏面にタング
ステン膜が成膜するのを防ぐため、不活性ガスとして例
えばArを、Ar導入口17から流量計15A,バルブ
14B及びサセプター11内に設けられた導入孔より不
活性ガス噴出口13に供給する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したこの従来の半
導体装置の製造装置及び製造方法では、以下の問題があ
る。
【0009】まず、特開平1−222052号公報に記
載されている第1の従来例では、選択性金属CVD法を
用いる技術であり、この方法を基板の全面に金属膜を形
成するブランケットCVD法に応用した場合は、絶縁物
質からなる基板被覆手段にも、密着性の悪いタングステ
ン膜が成膜され、成膜前後のウェハーの出し入れに伴っ
て、この密着性の悪いタングステン膜が基板被覆手段か
らはがれパーティクルが発生する。又、選択成長でタン
グステン膜を成膜できれば、絶縁物質からなる基板被覆
手段上にはタングステン膜は成膜されないが、選択成長
のタングステンCVD法は、選択性の再現性等で量産的
に問題がある。
【0010】また、特開平4−171719号公報に記
載されている第2の従来例では、シリコン基板1の表面
の周辺部,側面部及び裏面部のシリコン酸化膜を除去し
て、そしてCVD法でタングステン膜を形成している。
しかし、シリコン基板上に直接タングステン膜を成膜す
ると、WF6 とSiが反応してシリコンのフッ化物を形
成し、膜のはがれが発生しやすくなり、パーティクルが
発生するという問題点がある。
【0011】また、図5に示す様なCVD装置を用いる
第3の従来例では、シリコン基板の側壁部や裏面部にタ
ングステン膜が形成されないようにするためには、基板
の裏面側から流す不活性ガスのガス流量を多くする必要
がある。この為、シリコン基板表面の周辺部付近の膜厚
が薄くなり、膜厚の面内均一性が悪くなるという問題点
がある。
【0012】本発明の目的は、シリコン基板の側面に流
す不活性ガスの量を多くすることなく、はがれやすいタ
ングステン膜の形成を抑制することのできる半導体装置
の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することに
ある。
【0013】
【課題を解決するための手段】第1の発明の半導体装置
の製造装置は、反応室内に設けられ半導体ウェハーを保
持するサセプターと、このサセプターに対向して設けら
れ原料ガスを噴出し化学気相成長により前記ウェハー上
に所望の膜を形成する為のシャワーヘッドと、前記ウェ
ハーの端部の近傍に設けられ前記ウェハーの側面に不活
性ガスを供給し前記原料ガスが前記ウェハーの側面及び
裏面に回り込むのを防ぐ為の不活性ガス噴出口とを有す
る半導体装置の製造装置において、前記不活性ガスに酸
化性ガスを添加する為の手段を設けたことを特徴とする
ものである。
【0014】第2の発明の半導体装置の製造方法は、シ
リコン基板表面に酸化膜を介して密着層を形成したの
ち、化学気相成長法によりこの密着層上に金属膜を形成
する半導体装置の製造方法において、前記密着層を形成
したのち酸化性ガスを用いて前記シリコン基板の側面お
よび裏面にシリコン酸化膜を形成し、次で同一装置内に
おいて前記シリコン基板の側面に不活性ガスを供給しな
がら前記金属膜を形成することを特徴とするものであ
る。
【0015】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の第1の実施例のCVD装置
の断面図である。
【0016】図1を参照するとCVD装置は、反応室1
0内に設けられウェハー1Aを保持するサセプター11
と、このサセプター11に対向して設けられ原料ガス導
入口16より導入された原料ガスを噴出するシャワーヘ
ッド12と、ウェハー1Aの端部の近傍のサセプター1
1に設けられウェハー1Aの側面に不活性ガス及び酸化
性ガスを供給する不活性ガス噴出口13と、この噴出口
に不活性ガスとしてのAr及び酸化性ガスとしてのO2
をそれぞれ供給するAr導入口17及びO2 導入口18
と未反応の原料ガス通を排気する排気口19とから主に
構成されている。尚図1において14A〜14Cはバル
ブ、15A,15Bは流量計である。
【0017】このように構成されたCVD装置によれ
ば、ウェハー1Aの側面に酸化性ガスを供給できる為、
ウェハーの側面及び裏面に酸化膜を形成することができ
る。以下酸化膜の形成方法を含むタングステン膜の形成
方法について図2を用いて説明する。図2(a)〜
(c)は本発明の第2の実施例の半導体装置の製造方法
を説明する為の半導体チップの断面図である。
【0018】まず、図2(a)に示す様に、シリコン基
板1上にシリコン酸化膜2を形成後、通常のリソグラフ
ィ技術及びドライエッチング技術を用いて所望のコンタ
クトホール(図示せず)を形成する。そして、密着層3
として例えばチタン膜と窒化チタン膜を形成する。次に
図2(b)に示す様に、図1に示したCVD装置を用
い、シリコン基板1の側面部及び裏面部のシリコンが露
出している部分のみを酸化して厚さ数nm〜数十nmの
シリコン酸化膜4を形成する。次に図2(c)に示す様
に、タングステン膜5をCVD法で形成する。
【0019】次にシリコン酸化膜4及びタングステン膜
5の形成方法について更に詳しく説明する。まず、図1
に示したCVD装置のサセプター11上にウェハー1A
を保持し、350〜500℃に加熱する。次に不活性ガ
ス噴出口13から酸化性ガスあるいは酸化性ガスと不活
性ガスの混合ガスを流しウェハーの側面部及び裏面部の
シリコンが露出している部分を酸化させ、薄いシリコン
酸化膜4を形成する。この時、酸化性のガスとしては、
例えば、酸素,酸素を含む不活性ガス,酸素を含む窒
素,オゾン,オゾンを含む不活性ガス,N2 Oガス,N
2 Oを含む不活性ガス等がある。なお、この時、密着層
3の表面の酸化は防止する必要があるのでシャワーヘッ
ド12よりアルゴン等の不活性ガスを流す必要がある。
【0020】シリコン酸化膜4を形成した後は不活性ガ
ス噴出口13からはArのみを流す。次でウェハー1A
の上方に設置したシャワーヘッド12よりWF6 を10
〜100sccm,H2 を100〜2000sccmを
混合してウェハー1A表面に供給して、タングステン膜
5を形成する。この時、ウェハー1Aの側面部及び裏面
部はシリコン酸化膜4でおおわれているために、シャワ
ーヘッド7より入ってくる原料ガスの1部がウェハー1
0の側面部及び裏面部に回り込んでも、タングステン膜
の形成は起こらず、膜のはがれによるパーティクルの発
生は起きない。また、この場合は不活性ガス噴出口13
から流すガスはAr等の不活性ガスや水素ガスとしてい
るが、原料ガスが完全にウェハー側面部及び裏面部に回
り込まないようにする必要はないので、タングステン膜
の膜厚均一性を悪化させない程度のガス流量、例えば5
00〜2000sccm程度で良い。そのため、ウェハ
ー裏面からの不活性ガスや水素ガスによる原料ガスの流
れに対する影響は小さくなり原料ガスがウェハー表面の
周辺部まで到達し、ウェハーの中央部と周辺部との膜厚
差は小さくなる。
【0021】なお、原料ガスがウェハー側面部及び裏面
部に回り込んでもタングステン膜が成膜しない理由は、
回り込んでくる原料ガスの量が少なくかつウェハー側面
部及び裏面部の表面がシリコン酸化膜になっているの
で、原料ガス中のWF6 とシリコンとの反応が起きない
ためである。また、密着層3の表面に比較して、シリコ
ン酸化膜4の表面に原料ガスが吸着しにくい点もある。
【0022】このように第2の実施例によれば、ウェハ
ーの側面部及び裏面部の露出しているシリコンを酸化し
てシリコン酸化膜を形成し、その後、タングステン膜を
CVD法で形成することにより、パーティクルが少な
く、しかも膜厚の面内均一性のよいタングステン膜が形
成できる。
【0023】本第2の実施例では、同一装置で酸化膜4
とタングステン膜5の成膜を行ったが、これらの膜を別
々の装置で行なっても良く、重要な点はタングステン膜
の形成前に原料ガスにさらされる可能性のあるシリコン
表面を酸化するということである。
【0024】更に本実施例で金属膜としてタングステン
膜を形成する場合について説明したが、チタン,銅等の
他の金属膜をCVD法で形成する場合にも適用できる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ウェハー
の側面に流す不活性ガスに酸化性ガスを流す手段を設け
ることにより、ウェハーの表面に金属膜を形成する前に
原料ガスにさらされる可能性のあるウェハー側面部及び
裏面部のシリコンを酸化して、シリコン酸化膜を形成で
きる為、ウェハー表面に密着層を介して金属膜を形成し
てもウェハーの側面や裏面に金属膜が形成されることが
ほとんどなくなりパーティクルの発生も少なくなるとい
う効果がある。また、ウェハー側面及び裏面に金属膜が
成膜しにくいので、気相成長中にウェハー裏面から流す
不活性ガスの流量を抑制できるので、ウェハー面内の膜
厚均一性を向上させることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のCVD装置の断面図。
【図2】本発明の第2の実施例の製造方法を説明する為
の半導体チップの断面図。
【図3】従来のCVD装置の一例の断面図。
【図4】従来の半導体装置の製造方法を説明する為の半
導体チップの断面図。
【図5】従来の他のCVD装置の断面図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 1A ウェハー 2,2A シリコン酸化膜 3,3A 密着層 4 シリコン酸化膜 5,5A タングステン膜 10,10A 反応室 11 サセプター 12,12A シャワーヘッド 13 不活性ガス噴出口 14A〜14C バルブ 15A,15B 流量計 16 原料ガス導入口 17 Ar導入口 18 O2 導入口 19 排気口 20 基板被覆手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/285 H01L 21/31

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応室内に設けられ半導体ウェハーを保
    持するサセプターと、このサセプターに対向して設けら
    れ原料ガスを噴出し化学気相成長により前記ウェハー上
    に所望の膜を形成する為のシャワーヘッドと、前記ウェ
    ハーの端部の近傍に設けられ前記ウェハーの側面に不活
    性ガスを供給し前記原料ガスが前記ウェハーの側面及び
    裏面に回り込むのを防ぐ為の不活性ガス噴出口とを有す
    る半導体装置の製造装置において、前記不活性ガスに酸
    化性ガスを添加する為の手段を設けたことを特徴とする
    半導体装置の製造装置。
  2. 【請求項2】 シリコン基板表面に酸化膜を介して密着
    層を形成したのち、化学気相成長法によりこの密着層上
    に金属膜を形成する半導体装置の製造方法において、前
    記密着層を形成したのち酸化性ガスを用いて前記シリコ
    ン基板の側面及び裏面にシリコン酸化膜を形成し、次で
    同一装置内において前記シリコン基板の側面に不活性ガ
    スを供給しながら前記金属膜を形成することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
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