JPH04142064A - Liquid-phase metal cvd method - Google Patents
Liquid-phase metal cvd methodInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野ｊ
本発明は、液体メタルＣＶＤ法に関し、更に詳しくは高
アスペクト比の段差埋込みに適する液相メタルＣＶＤ法
に係わる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a liquid metal CVD method, and more particularly to a liquid phase metal CVD method suitable for filling a step with a high aspect ratio.
［発明の概要コ
本発明は、ウェハ上に薄膜を形成する液相ＣＶＤ法にお
いて、
ウェハ表面で金属を含むソースガスを凝縮させて液体ソ
ースとする工程と、エネルギーを照射してウェハ表面の
液体ソースから前記金属を単離させて該ウェハ表面に該
金属のみを残留させる工程を備えたことにより、
高アスペクト比のコンタクトホールの埋込み性を良好と
したものである。[Summary of the Invention] The present invention is a liquid-phase CVD method for forming a thin film on a wafer. By including the step of isolating the metal from the source and leaving only the metal on the wafer surface, the embedding properties of contact holes with high aspect ratios are improved.
口従来の技術］
超ＬＳＩの集積度が増すに従い、コンタクトホールの小
径化、高アスペクト比化が進んでいる。[Background Art] As the degree of integration of VLSIs increases, contact holes are becoming smaller in diameter and have a higher aspect ratio.
従来より、コンタクトホールに金属配線を埋め込む方法
としては、第４図に示すようなアルミニウム配線をスパ
ッタ法にて作成することが主に行なわれている。この方
法は、例えば不純物拡散領域ｌａが形成されたシリコン
基板ｌ上の層間絶縁膜２にコンタクトホール２ａを開口
した後、スパッタ法によりアルミニウム配線３を被着さ
せている。Conventionally, as a method of embedding metal wiring in contact holes, the main method used is to create aluminum wiring by sputtering as shown in FIG. In this method, for example, after a contact hole 2a is opened in an interlayer insulating film 2 on a silicon substrate l on which an impurity diffusion region la is formed, an aluminum wiring 3 is deposited by sputtering.
しかし、この方法においては、同図に示すように、段差
被覆性が悪く、ボイド４が生じることはよく知られてい
るところであり、コンタクトホールのアスペクト比が１
０以上となるとこの方法は配線の信頼性上用いることが
できない。このた約、近年は、タングステンの気相成長
（ＣＶＤ Ｗ）が注目されてきている。気相成長法を
用いたコンタクト配線の形成方法としては、主にブラン
ケット成長法と選択成長法とがある。However, in this method, as shown in the figure, it is well known that the step coverage is poor and voids 4 are generated, and the aspect ratio of the contact hole is 1.
If it is 0 or more, this method cannot be used due to the reliability of the wiring. To address this issue, tungsten vapor phase growth (CVD W) has been attracting attention in recent years. Methods for forming contact wiring using vapor phase growth mainly include blanket growth and selective growth.
ブランケット成長法は、第５図に示すように、先ず、層
間絶縁膜２上及びコンタクトホール２ａ内面に、例えば
ＣＶＤ法により形成したタングステンシリサイド（ＷＳ
ｉｙ）、又はスパッタ法により形成した窒化チタン（Ｔ
ｉＮ）やチタンタングステン（ＴｉＷ）などの薄膜から
なる密着層５を被着させた後、タングステン配線６をブ
ランケット成長させる方法である。In the blanket growth method, as shown in FIG.
iy), or titanium nitride (T
This is a method in which a tungsten wiring 6 is grown in a blanket manner after an adhesion layer 5 made of a thin film such as iN or titanium tungsten (TiW) is deposited.
なお、この方法においては、タングステンの剥がれを防
止するため、上記密着層が必要である。Note that in this method, the above-mentioned adhesion layer is required in order to prevent tungsten from peeling off.
一方、タングステンの選択成長法は、第６図Ａに示すよ
うに、コンタクトホール２ａ内にタングステンプラグ８
を選択成長させる方法である。On the other hand, in the selective growth method of tungsten, as shown in FIG. 6A, a tungsten plug 8 is formed in the contact hole 2a.
This is the method you choose to grow.
また、従来の液相ＣＶＤ法としては、［応用物理第５７
巻第１２号（１９８８）＝の第１９２９頁及び第１９３
０頁に記載されているように、絶縁膜の形成方法か知ら
れている。In addition, as a conventional liquid phase CVD method, [Applied Physics No. 57]
Volume No. 12 (1988) = pages 1929 and 193
As described on page 0, a method for forming an insulating film is known.
テ発明か解決しようとする課題：
しかしなから、タングステンのブランケット成長法及び
選択成長法にあっては、以下に述へる問題点を有してい
る。Problems to be Solved by the Invention: However, the blanket growth method and selective growth method of tungsten have the following problems.
即ち、タングステンのブランケット成長法によって、コ
ンタクトホール（又はピアホール）を埋め込む場合、コ
ンタクトホールのアスペクト比か約１．５以上となると
、第５図に示すように、アルミニウム配線のときと同様
にボイド７が生し、配線の信頼性を低下させる問題か生
ずる。That is, when a contact hole (or a peer hole) is filled by the tungsten blanket growth method, if the aspect ratio of the contact hole is approximately 1.5 or more, as shown in FIG. This causes a problem of lowering the reliability of the wiring.
また、タングステンの選択成長法においては、選択成長
するタングステンが比較的大きな粒径（約数１０００人
）を有しているため、タングステンプラグ８の表面は、
第６図Ａに示したように、凹凸となる。さらに、タング
ステンによるコンタクトホールの埋め込み量（タングス
テンプラグの高さ）は、第７図に示すように、他のコン
タクトホール２ｂの深さとの兼ね合いから、コンタクト
ホール２ａの深さの数１０％程度以下でとどめることか
あるため、この場合、第６図Ｂに示すように、コンタク
トホール２ａ上部にテーパ部２Ａを形成し、次に、第６
図Ｃに示すような配線層９を形成する工程か必要となり
、工程が煩雑となる。また、上記タングステンプラグ８
表面は、凹凸か多くモフオロジーが悪いため、この上層
に配線層９が形成された場合、配線の信頼性を確保し得
ないという問題があった。In addition, in the selective tungsten growth method, since the selectively grown tungsten has a relatively large grain size (about several thousand grains), the surface of the tungsten plug 8 is
As shown in FIG. 6A, the surface becomes uneven. Furthermore, as shown in FIG. 7, the amount of filling of the contact hole with tungsten (the height of the tungsten plug) is approximately several tens of percent or less of the depth of the contact hole 2a, in consideration of the depth of the other contact hole 2b. In this case, as shown in FIG. 6B, a taper portion 2A is formed above the contact hole 2a, and then a sixth
A step of forming the wiring layer 9 as shown in FIG. C is required, which makes the process complicated. In addition, the above tungsten plug 8
Since the surface has many irregularities and poor morphology, there was a problem in that when the wiring layer 9 was formed on this upper layer, the reliability of the wiring could not be ensured.
本発明は、このような従来の問題点に着目して創案され
たものであって、高アスペクト比を有する配線用接続孔
を、ボイドの発生がなく、且つ表面モフォロノーの良好
な金属層で埋め込むことを可能にする液相メタルＣＶＤ
法を得んとするものである。The present invention was devised by focusing on such conventional problems, and it is an object of the present invention to fill a wiring connection hole having a high aspect ratio with a metal layer that does not generate voids and has a good surface morphology. Liquid-phase metal CVD enables
The goal is to obtain the law.
「課題を解決するための手段］
そこで、本発明は、ウェハ表面で金属を含むソースガス
を凝縮させて液体ソースとする工程と、エネルギーを照
射してウェハ表面の液体ソースから萌記金属を単離させ
て該ウェハ表面に該金属のみを残留させる工程を備えた
ことを、その解決方法としている。"Means for Solving the Problems" Therefore, the present invention includes a process of condensing a source gas containing metal on the wafer surface to form a liquid source, and a process of irradiating energy to simply remove metal from the liquid source on the wafer surface. The solution is to include a step of separating the wafer so that only the metal remains on the wafer surface.
「作用］
ウェハ表面で金属ソースガスを凝縮液化させて液体ソー
スとするため、例えばコンタクトホールなとの段差を有
する部分では、底などの低いところに液体ソースがたま
り、次工程のエネルギー照射により、上記液体ソースが
例えば還元されることにより、金属が単離する。そして
、これらの工程を繰り返すことにより、例えばコンタク
トホールの底部より金属で埋ってゆくため、ボイドの発
生は無く、確実な埋め込みが可能となる。このため、高
アスペクト比の配線用接続孔の埋め込みを可能にし、配
線の信頼性を高めることが可能になる。"Operation" Since the metal source gas is condensed and liquefied on the wafer surface to form a liquid source, for example, in areas with steps such as contact holes, the liquid source accumulates at low places such as the bottom, and the energy irradiation in the next process The liquid source is reduced, for example, and the metal is isolated.Then, by repeating these steps, the bottom of the contact hole is filled with metal, for example, so no voids are generated and the filling is ensured. Therefore, it becomes possible to embed a contact hole for wiring with a high aspect ratio, and it becomes possible to improve the reliability of the wiring.
［実施例］
以下、本発明に係る液相メタルＣＶＤ法の詳細を図面に
示す実施例に基づいて説明する。[Example] Hereinafter, details of the liquid phase metal CVD method according to the present invention will be explained based on an example shown in the drawings.
先ず、本実施例においては、第２図に示すような液相Ｃ
ＶＤ装置を用いて金属層の形成を行なう。First, in this example, a liquid phase C as shown in FIG.
A metal layer is formed using a VD device.
この液相ＣＶＤ装置の構成は、同図に示すように、チャ
ンバ２０底部に、ウェハ２１が載置される試料台２２が
配設されると共に、この試料台２２の上方には、試料台
２２上のウェハ２１と対向するソースガス供給ヘッド２
３が配設されている。As shown in the figure, the structure of this liquid phase CVD apparatus includes a sample stage 22 on which a wafer 21 is placed at the bottom of a chamber 20, and a sample stage 22 above this sample stage 22. Source gas supply head 2 facing the upper wafer 21
3 are arranged.
上記試料台２２には、冷媒導入管２４より冷媒が供され
、この冷媒を試料台２２内を通って冷媒排出管２５に導
く冷却系２６が内蔵されており、試料台２２上に載置さ
れるウェハ２１の冷却に供されるようになっている。The sample stand 22 is provided with a refrigerant from a refrigerant inlet pipe 24, and has a built-in cooling system 26 that guides this refrigerant through the inside of the sample stand 22 to a refrigerant discharge pipe 25. It is used for cooling the wafer 21.
また、上記ソースガス供給ヘッド２３は、チャンバ２０
外に配置されたソースガス供給源２７にソースガス導入
管２８を介して接続され、当該ソースガス供給ヘッド２
３下面に開設された多数のノズル（図示省略する）より
下方に向けてソースガスとしての六フッ化タングステン
（ＷＦ、）を吐出するようになっている。Further, the source gas supply head 23 is connected to the chamber 20.
The source gas supply head 2 is connected to a source gas supply source 27 disposed outside via a source gas introduction pipe 28.
Tungsten hexafluoride (WF) as a source gas is discharged downward from a large number of nozzles (not shown) provided on the lower surface of 3.
さらに、チャンバ２０の一側部には、プラズマ導入管２
９が接続されている。このプラズマ導入管２９には、水
素ガス（Ｈ２）が供給管３０を介して供給される共に、
石英板３１を介して接続されたマイクロ波導波管３２に
よるマイクロ波放電により、水素ガスがプラズマ化され
て水素プラズマが生成される。Further, on one side of the chamber 20, a plasma introduction tube 2 is provided.
9 is connected. Hydrogen gas (H2) is supplied to this plasma introduction tube 29 via a supply tube 30, and
Hydrogen gas is turned into plasma by microwave discharge by a microwave waveguide 32 connected via a quartz plate 31, and hydrogen plasma is generated.
本実施例は、先ず、斯る構成の液相ＣＶＤ装置の試料台
２２上にウェハ２１を載置して行なう。This example is carried out by first placing the wafer 21 on the sample stage 22 of the liquid phase CVD apparatus having such a configuration.
以下、上記ウェハ２１として、シリコン基板上に層間絶
縁膜等の形成を行なった試料を用いて本実施例の工程を
順を追って説明する。Hereinafter, the steps of this embodiment will be explained step by step using, as the wafer 21, a sample in which an interlayer insulating film and the like are formed on a silicon substrate.
先ず、第１図Ａに示すように、不純物拡散領域１０ａが
形成されているシリコン基板ｌＯに堆積されているＳ
ｉ Ｏｔでなる層間絶縁膜１１にコンタクトホールｌｌ
ａを開口して不純物拡散領域ｌＯａを露出させた後、ソ
ースガス供給ヘッド２３からＷ Ｆ ｓガスをチャンバ
２０内に導入し、試料表面で凝縮、液化させて液体ＷＰ
、膜１２にする。First, as shown in FIG. 1A, S is deposited on the silicon substrate lO on which the impurity diffusion region 10a is formed
A contact hole ll is formed in the interlayer insulating film 11 made of iOt.
After opening a to expose the impurity diffusion region lOa, W F s gas is introduced into the chamber 20 from the source gas supply head 23 and condensed and liquefied on the sample surface to form liquid WP.
, film 12.
なお、このとき試料は、上記試料台２２に内蔵された冷
却系２６により零点以下に冷却するように設定し、チャ
ンバ２０内の圧力は数１０Ｔｏ ｒ ｒに設定した。At this time, the sample was set to be cooled to below zero point by the cooling system 26 built into the sample stage 22, and the pressure inside the chamber 20 was set to several tens of Torr.
液体ＷＦ、膜１２は、液体であるため、第１図Ａに示す
ように、コンタクトホールｌｌａの底部にたまると共に
、コンタクトホールｌｌａの内壁面及び層間絶縁膜１１
表面上に薄く被着する。Since the liquid WF and the film 12 are liquids, as shown in FIG.
A thin layer is deposited on the surface.
次に、ソースガス供給ヘッド２３からのＷＦ。Next, WF from the source gas supply head 23.
ガスの供給を停止させ、プラズマ導入管２９より水素プ
ラズマをチャンバ２０に導入し試料に照射する。これに
より、液体ＷＦ８は、還元されてタングステンを単離さ
せるため、液体ＷＦ、膜１２は、第１図Ｂに示すように
、タングステン膜１３になる。The gas supply is stopped, and hydrogen plasma is introduced into the chamber 20 through the plasma introduction tube 29 and irradiated onto the sample. As a result, the liquid WF8 is reduced and tungsten is isolated, so that the liquid WF and the film 12 become a tungsten film 13 as shown in FIG. 1B.
なお、このときの還元反応は、ＷＦ、＋Ｈ，プラズマ→
Ｗ＋ＨＦ↑の反応式で表わされる。In addition, the reduction reaction at this time is WF, +H, plasma →
It is expressed by the reaction formula: W+HF↑.
そして、タングステン膜１３が形成される際に生成され
たフッ化水素（）（Ｆ）その他のガスは、第２図に示す
排気管３３より排出される。Hydrogen fluoride (F) and other gases generated when the tungsten film 13 is formed are exhausted from an exhaust pipe 33 shown in FIG.
このようにして、−層目のタングステン膜１３が形成さ
れた後は、第１図Ｃに示すように、再度同じ操作を行な
い液体ＷＦ、膜１２を被着させた後、水素プラズマの照
射を行なってタングステン膜１３を形成する。斯る操作
を繰り返すことにより、第１図りに示すように、コンタ
クトホールｌｌａをタングステンで埋め込むことができ
る。After the −th layer tungsten film 13 is formed in this way, as shown in FIG. Then, a tungsten film 13 is formed. By repeating this operation, the contact hole lla can be filled with tungsten, as shown in the first diagram.
本実施例においては、液体ＷＦ、がコンタクトホール底
部から堆積するため、ボイドの発生のない信頼性の高い
埋込み配線が形成できる。In this embodiment, since the liquid WF is deposited from the bottom of the contact hole, a highly reliable buried wiring without generation of voids can be formed.
以上、実施例について説明したが、本発明は、これに限
られるものではなく、構成の要旨に付随した各種の変更
が可能である。Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited thereto, and various changes can be made in accordance with the gist of the configuration.
例えば、上記実施例においては、液体ＷＦ、を還元させ
るため、水素プラズマを用いたが、シラン（ＳｉＨ４）
、ジシラン（ＳｉＨ＠）などのプラズマを用いてもよい
。For example, in the above example, hydrogen plasma was used to reduce liquid WF, but silane (SiH4)
, disilane (SiH@) or the like may be used.
また、上記実施例においては、タングステン膜をコンタ
クトホール底部に直接形成したが、例えば、第３図Ａに
示すように、コンタクトホールＩｌａ内面及び層間絶縁
膜１１上に、窒化チタン（ＴｉＮ）膜１４を形成し、こ
れをエッチバックしてコンタクトホールｌｌａ底部に窒
化チタン膜１４を残し、これをバリヤメタル層とした後
、上記実施例の操作を行なってもよい。Further, in the above embodiment, the tungsten film was formed directly on the bottom of the contact hole, but for example, as shown in FIG. After forming and etching back the titanium nitride film 14 to leave the titanium nitride film 14 at the bottom of the contact hole lla and using this as a barrier metal layer, the operations of the above embodiment may be performed.
さらに、上記実施例は、ＷＦ、ガスを、金属を含むソー
スガスとして用いたが、ソースガスはこれに限られず、
また、金属もタングステンに限定されるものではない。Further, in the above embodiment, WF and gas were used as the source gas containing metal, but the source gas is not limited to this.
Furthermore, the metal is not limited to tungsten.
また、ソースガスは無機系。Also, the source gas is inorganic.
有機系のどちらも適用可能であり、これらのソースガス
の凝縮・液化物より金属を単離させる手段も、プラズマ
照射に限られるものではなく、他の化学的、物理的なエ
ネルギー照射に依ってもよい。Both organic systems are applicable, and methods for isolating metals from condensed and liquefied source gases are not limited to plasma irradiation, but also include other chemical and physical energy irradiation methods. Good too.
［発明の効果］
以上の説明より明らかなように、本発明に係る液相メタ
ルＣＶＤ法によれば、配線用接続孔内に金属配線をボイ
ドが発生することなく形成することができるため、配線
の信頼性を高める効果がある。[Effects of the Invention] As is clear from the above explanation, according to the liquid phase metal CVD method according to the present invention, metal wiring can be formed in the wiring connection hole without generating voids, so that the wiring This has the effect of increasing the reliability of
また、ウェハ上でソースガスが液体ソースとなるため、
小径なコンタクトホールや高アスペクト比を有するコン
タクトホールの埋込みを確実なものとする効果がある。Also, since the source gas becomes a liquid source on the wafer,
This has the effect of ensuring that small-diameter contact holes and contact holes with a high aspect ratio can be filled reliably.
第１図Ａ〜第１図りは本発明に係る液相メタルＣＶＤ法
の実施例を示す断面図、第２図は実施例に用いた液相Ｃ
ＶＤ装置の説明図、第３図Ａ及び第３図Ｂはバリヤメタ
ルの形成工程を示す断面図、第４図はアルミニウムを用
いた従来例の断面図、第５図はブランケットタングステ
ンを用いた従来例の断面図、第６図Ａ〜第６図Ｃは選択
タングステンを用いた従来例の断面図、第７図は深さの
異なるコンタクトホール内に選択成長タングステンプラ
グを形成した従来例の断面図である。
１２・・・液体Ｗ Ｆ ｅ、１３・・・タングステン膜
。
第１
図Ａ
突列１列０１才！と斤、月妨面胃ヨ
第１図Ｂ
失方１！１タ１１０ニオ１Σ力＼す断面図尖）色１タリ
０ニオ！と斤、Ｂｒｒ面Ｃ〕第１図Ｄ
バリヤメタルの形底工Ｈの断面胆
第３図Ｂ1A to 1D are cross-sectional views showing an example of the liquid phase metal CVD method according to the present invention, and FIG. 2 is a liquid phase C used in the example.
An explanatory diagram of the VD device, FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing the barrier metal forming process, FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional example using aluminum, and FIG. 5 is a conventional example using blanket tungsten. 6A to 6C are cross-sectional views of a conventional example using selective tungsten, and FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional example in which selectively grown tungsten plugs are formed in contact holes of different depths. be. 12...Liquid W Fe, 13...Tungsten film. Figure 1 A: 1st row, 01 years old! And the moon, the stomach side of the moon Figure 1 B Loss 1! Brr surface C] Figure 1 D Cross-section of barrier metal shaped bottom H Figure 3 B
Claims (1)
液体ソースとする工程と、エネルギーを照射してウェハ
表面の液体ソースから前記金属を単離させて該ウェハ表
面に該金属のみを残留させる工程を備えたことを特徴と
する液相メタルＣＶＤ法。(1) A process of condensing a source gas containing metal on the wafer surface to form a liquid source, and irradiating energy to isolate the metal from the liquid source on the wafer surface, leaving only the metal on the wafer surface. A liquid phase metal CVD method characterized by comprising a process.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26451790A JPH04142064A (en) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | Liquid-phase metal cvd method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26451790A JPH04142064A (en) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | Liquid-phase metal cvd method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04142064A true JPH04142064A (en) | 1992-05-15 |
Family
ID=17404350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26451790A Pending JPH04142064A (en) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | Liquid-phase metal cvd method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04142064A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006060235A (en) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Samsung Electronics Co Ltd | Method of forming via structure and method of fabricating phase change memory element merged of such via structures |
-
1990
- 1990-10-02 JP JP26451790A patent/JPH04142064A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006060235A (en) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Samsung Electronics Co Ltd | Method of forming via structure and method of fabricating phase change memory element merged of such via structures |
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