JPH05308058A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH05308058A
JPH05308058A JP5992492A JP5992492A JPH05308058A JP H05308058 A JPH05308058 A JP H05308058A JP 5992492 A JP5992492 A JP 5992492A JP 5992492 A JP5992492 A JP 5992492A JP H05308058 A JPH05308058 A JP H05308058A
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JP
Japan
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tungsten
tungsten film
fluoride
semiconductor device
reducing
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JP5992492A
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English (en)
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Kaoru Saigo
薫 西郷
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、弗化タングステンを還元剤により還
元してタングステン膜を形成する半導体装置の製造方法
に関し、CVD法によって半導体基板状に形成されるタ
ングステン膜のストレスを低減し、タングステン膜の下
地層の剥離を防止し得る半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。 【構成】弗化タングステンを還元する還元剤の還元能に
対し過剰の弗化タングステンが供給された状態で、タン
グステン膜が形成される部分に弗化タングステンの不完
全還元物質層を形成し、この不完全還元物質層上にタン
グステン膜を形成するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、弗化タングステンを還
元剤により還元してタングステン膜を形成する半導体装
置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板の表面上にタングステン膜を
形成する手段として、弗化タングステンWF6 を材料ガ
スとして用いて、Siあるいは他の金属が露出している
部分にのみ選択的にタングステン膜を形成する選択CV
D法が知られている。そして、従来は、タングステン膜
の形成当初に下地との密着性を確保するため、次の反応
式(1) 2WF6 +3Si→2W+3SiF4 ……(1) に示すような酸化還元反応(Si還元)等によりSiあ
るいは他の金属が露出している部分にのみタングステン
を堆積させた後、さらに次の反応式(2) 4WF6 +3SiH4 →4W+3SiF4 +12HF ……(2) に示すようなシラン還元で良質のタングステン膜を形成
していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の選択CVD法は、不純物がドープされていない
多結晶シリコン上にタングステン膜を形成する場合には
問題なかったが、As等の不純物がドープされた多結晶
シリコン層上にタングステン膜を形成した場合、最終的
に出来上がる半導体装置の信頼性が低下する問題が生じ
た。
【0004】この原因を調べてみると、図3に示すよう
に、As等の不純物がドープされた多結晶シリコン層1
上にタングステン膜2を形成した場合、多結晶シリコン
層1がその下の酸化膜3との界面から剥離し、反り返り
が生じていることが判明した。このため、タングステン
膜形成以後の工程においてアライメント不良等が生じ易
くなり、最終的に出来上がる半導体装置の信頼性が低下
したと考えられる。
【0005】この多結晶シリコン層の剥離および反り返
りは、As等の不純物がドープされた多結晶シリコン上
に形成されるタングステン膜に生じるストレス(残留応
力)が、ノンドープの多結晶シリコン上に形成されるタ
ングステン膜の場合に比べ高くなっていることが原因と
考えられる。また、高速化が求められているVLSI等
の半導体装置のコンタクト材料としてタングステンを用
いる場合においては、このようなタングステン膜のスト
レスおよび多結晶シリコン層の剥離は、コンタクト抵抗
の低抵抗化に反し好ましくない。
【0006】本発明の目的は、CVD法によって半導体
基板上に形成されるタングステン膜のストレスを低減
し、タングステン膜の下地層となる多結晶シリコン層等
の剥離を防止し得る半導体装置の製造方法を提供するこ
とである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による半導体装置の製造方法においては、弗
化タングステンを還元する還元剤の還元能に対し過剰の
弗化タングステンが供給された状態で、タングステン膜
が形成される部分に弗化タングステンの不完全還元物質
層を形成し、この不完全還元物質層上にタングステン膜
を形成することとしている。
【0008】ここで、弗化タングステンの不完全還元物
質層の形成は、タングステン膜の形成の際に供給される
弗化タングステンの供給量を多くするか、不完全還元物
質層の形成時の温度をタングステン膜の形成時における
温度よりも低い温度にすることにより行なわれる。な
お、不完全還元物質層の形成時に供給される弗化タング
ステンの供給量を多くすると共に、不完全還元物質形成
時の温度を低下させてもよい。
【0009】
【作用】本発明によれば、タングステン膜が形成される
部分に弗化タングステンの不完全還元物質層が形成さ
れ、これにより、その上に形成されるタングステン膜の
ストレスが和らげられる。
【0010】
【実施例】本発明の一実施例による半導体装置の製造方
法について図1及び図2を参照しつつ説明する。図1は
本発明による半導体装置の製造方法を適用して半導体基
板上にタングステン膜を形成する場合の工程を示したダ
イアグラムである。図1(a)はタングステン膜形成の
際に供給される弗化タングステンの量よりもその供給量
を一時的に多くすることにより、弗化タングステンの不
完全還元物質層を半導体基板上に形成した後、タングス
テン膜を形成する場合のダイアグラムを示し、図1
(b)は不完全還元物質層の形成時の温度をタングステ
ン膜の形成時における温度よりも一時的に低い温度とす
ることにより、弗化タングステンの不完全還元物質層を
半導体基板上に形成した後、タングステン膜を形成する
場合のダイアグラムを示している。図2は本発明を適用
してタングステン膜が形成された半導体基板表面付近の
断面図である。
【0011】まず、図1(a)を参照しつつ本発明の一
実施例について説明する。本発明はCVD装置を用いて
実施される。CVD装置の反応炉内にタングステン膜を
形成すべき半導体基板を収納し、反応炉内の温度を29
0〜330℃に保つ。そして、キャリアガスH2 (70
sccm)を反応炉内に流通させつつ、図1(a)に示
すように、弗化タングステンWF6 を18sccmで2
秒間反応炉内に供給する。半導体基板表面のタングステ
ン膜が形成される部分には予めAs等の不純物がドープ
された多結晶シリコン層が形成されており、この多結晶
シリコン層のSiが弗化タングステンWF6 の還元剤と
して作用し、弗化タングステンWF6 は多結晶シリコン
層の表面で還元される。しかし、このときの弗化タング
ステンWF6 の供給量は還元剤として作用するSiの還
元能を超えて過剰に供給されているため、弗化タングス
テンWF6 の還元は不完全なものとなり、弗化タングス
テンWF6 の不完全還元物質(WF5 、WF4 等)が多
結晶シリコン層の表面にのみ選択的に堆積し、不完全還
元物質層が形成される。このときの反応式を示すと次の
ようになる。
【0012】WF6 +Si → WFX +SiF4 そして、この2秒間の弗化タングステンWF6 の過剰供
給の後、弗化タングステンWF6 の供給量を3.2sc
cmまで減らし、Siの還元能に適合した範囲の供給量
として8秒間の弗化タングステンWF6 供給を行なう。
こうして、不完全還元物質層の上にSi還元によるタン
グステン膜を選択的に形成する。この後、シランSiH
4 を弗化タングステンWF6 の還元剤として2sccm
で90秒間、弗化タングステンWF6 (3.2scc
m)とともに供給し、シラン還元により良質のタングス
テン膜を堆積させ、約150nmの膜厚のタングステン
膜を形成した。
【0013】このようにして形成されたタングステン膜
を有する半導体基板表面の断面を示したのが図2であ
る。この図からも明らかなように、As等の不純物がド
ープされた多結晶シリコン層1上にタングステン膜2を
形成した場合であっても、多結晶シリコン層1はその下
の酸化膜3と密着しており、従来の問題点であった多結
晶シリコン層1の剥離、反り返りを防止することができ
た。これは、不完全還元物質層を形成したことにより、
その後その上に形成されるタングステン膜のストレスが
緩和されたためと考えられる。なお、不完全還元物質層
は、その後のタングステン膜形成の工程中にほとんどが
還元され、その痕跡をとどめていない。
【0014】また、コンタクト部材としてタングステン
膜を用いた場合には、タングステン膜2のストレスや多
結晶シリコン層1の剥離が防止できたことにより、比抵
抗やコンタクト抵抗を従来に比べ10%程度下げること
ができた。次に、図1(b)を参照しつつ本発明の他の
実施例について説明する。図1(a)に示す実施例にお
いては、多結晶シリコン層上に弗化タングステンWF6
の不完全還元物質層を形成する場合に、弗化タングステ
ンWF6 の供給量を多くし反応炉内にWF6 を過剰供給
したのに対し、図1(b)に示す実施例では、反応炉内
の温度を下げることにより、還元剤として作用する多結
晶シリコン層の還元能を低下させ、弗化タングステンW
6 の不完全還元物質層を形成することとしている。
【0015】すなわち、本実施例では、まず、タングス
テン膜を形成すべき半導体基板を収納した反応炉内の温
度を240〜270℃とし、この状態でキャリアガスH
2 (70sccm)を反応炉内に流通させつつ、弗化タ
ングステンWF6 を3.2sccmで10〜60秒間反
応炉内に供給する。このWF6 の供給量は反応炉内の温
度を290〜330℃としたときに、Si還元によりタ
ングステン膜を形成する場合の供給量であり、反応炉内
の温度をこれよりも低くしているため、その分、還元剤
として作用する多結晶シリコン層Siの還元能は低下し
ている。
【0016】したがって、弗化タングステンWF6 はS
iの還元能を超えて過剰に供給されていることになり、
弗化タングステンWF6 の不完全還元物質(WF5 、W
4等)が多結晶シリコン層の表面にのみ選択的に堆積
し、不完全還元物質層が形成されるのである。そして、
この不完全還元物質層の形成後、反応炉内の温度を29
0〜330℃に上げ、10秒間弗化タングステンWF6
(3.2sccm)を供給した後、シランSiH4 を弗
化タングステンWF6 の還元剤として2sccmで90
秒間、弗化タングステンWF6 (3.2sccm)とと
もに供給し、シラン還元により良質のタングステン膜を
堆積させ、約150nmの膜厚のタングステン膜を形成
した。
【0017】このようにして形成されたタングステン膜
の性質は、図1(a)の工程によって形成されたものと
ほぼ同様であり、As等の不純物がドープされた多結晶
シリコン層1上にタングステン膜2を形成した場合であ
っても、多結晶シリコン層1はその下の酸化膜3と密着
しており、従来の問題点であった多結晶シリコン層1の
剥離、反り返りを防止することができ(図2参照)、コ
ンタクト部材としてタングステン膜を用いた場合には、
比抵抗やコンタクト抵抗を従来に比べ10%程度下げる
ことができた。なお、不完全還元物質層は、その後のタ
ングステン膜形成の工程中にほとんどが還元され、その
痕跡をとどめていない点も既述の実施例の場合と同様で
ある。
【0018】なお、上述の実施例では、本発明をいわゆ
る選択CVD法に適用した場合の実施例について説明し
たが、本発明はいわゆるブランケットCVD法に適用す
ることも可能である。この場合には、半導体基板の下処
理として、基板表面に密着層としてTiN層あるいはT
iW層を予め形成しておくことが必要となる。また、弗
化タングステンWF6 の不完全還元物質層を形成する場
合の還元剤がSiからTiに変わるので、WF6 の供給
量を還元剤Tiの還元能に応じて変えればよい。
【0019】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、半導体基
板上に形成されるタングステン膜のストレスを緩和する
ことができ、これにより、タングステン膜の下地層とな
る多結晶シリコン層等の剥離、反り返りを防止すること
ができる。また、本発明により形成されるタングステン
膜をコンタクト部材として用いた場合には、タングステ
ン膜のストレスや多結晶シリコン層の剥離が防止され、
比抵抗やコンタクト抵抗を従来に比べ10%程度下げる
ことができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体装置の製造方法を示すダイ
アグラムである。
【図2】本発明の製造方法により形成されたタングステ
ン膜の断面図である。
【図3】従来の製造方法により形成されたタングステン
膜の断面図である。
【符号の説明】
1…多結晶シリコン層 2…タングステン膜 3…酸化膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弗化タングステンを還元剤により還元し
    てタングステン膜を形成する半導体装置の製造方法にお
    いて、 弗化タングステンを還元する還元剤の還元能に対し過剰
    の弗化タングステンが供給された状態で、タングステン
    膜が形成される部分に弗化タングステンの不完全還元物
    質層を形成する第1の工程と、 還元剤の還元能に適合した弗化タングステンが供給され
    た状態で、前記不完全還元物質層上にタングステン膜を
    形成する第2の工程とを有することを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第1の工程は、弗化タングステンの供給量を多くす
    ることにより、還元剤の還元能に対し過剰の弗化タング
    ステンが供給された状態にすることを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第1の工程は、還元反応時の温度を前記第2の工程
    の温度よりも低い温度にすることにより、還元剤の還元
    能に対し過剰の弗化タングステンが供給された状態にす
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP5992492A 1992-03-17 1992-03-17 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH05308058A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020189373A1 (ja) * 2019-03-20 2020-09-24 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020189373A1 (ja) * 2019-03-20 2020-09-24 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JPWO2020189373A1 (ja) * 2019-03-20 2021-12-02 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム

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