(57)【要約】【課題】  Ｗ薄膜の成膜時にチャンバ内に残留するＨＦにより、バリア膜及びその下に形成されている下地にダメージが入ってしまう場合があった。【解決手段】  本発明は、半導体基板をチャンバに搬送する前に、チャンバ内にＳｉＨ４を導入し、チャンバ内に残留するＨＦを除去することで、ＨＦによるバリア層および下地のダメージを回避するものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された絶縁膜と、少なくとも該絶縁膜を貫通するコンタクトホールとを有する半導体装置の該コンタクトホールを、原料ガスとして、ＷＦ６ガスとＨ２ガスとをチャンバに導入し、前記半導体基板上にタングステン膜を形成すること埋め込む半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板を前記チャンバに導入する前にＳｉＨ４ガスを前記チャンバに導入し、前記チャンバ内のＨＦをパージするＨＦバージ工程と、
その後、前記チャンバに不活性ガスを導入し、
その後、前記チャンバ内に半導体基板を導入する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。
【請求項２】
前記ＨＦパージ工程のＳｉＨ４ガスの分圧が、０．１ｔｏｒｒ〜３ｔｏｒｒであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ＨＦパージ工程のＳｉＨ４ガスのキャリアガスが、不活性ガスおよび／または水素ガスであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ＨＦパージ工程の前記チャンバの温度が、３００〜５００℃である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のメタル配線材料として、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）及び銅（Ｃｕ）等の金属材料が主に使われている。これらの金属は、スパッタ法等の物理的な成膜方法で形成されていたが、近年の配線の微細化およびそれに伴う配線間を接続するコンタクトホールの微細化とアスペクト比の増大により、ＣＶＤ（化学気相成長）法により成膜されるようになってきた。
【０００３】
そのなかでタングステンは、配線に用いる薄膜の形成やコンタクトホールを埋め込んでプラグを形成する際に良く用いられている。
【０００４】
特開２００２−２６６０７３号公報には、タングステン薄膜を形成する際に、処理室内のフッ酸濃度の違いにより、連続して成膜を行なった際に、基板により成膜されたタングステン膜の比抵抗が変化することを防止する目的で、処理容器内にＨＦを含むガスまたは反応によりＨＦガスを生成する物質を導入して、処理容器内を、ＨＦを含むガスでパージした後に、処理容器内に被処理基板を配置し、その後、処理容器内にＳｉ含有ガスを供給して処理基板に前処理を施した後に処理容器内に成膜ガスを供給して成膜処理を行ことが開示されている。
【０００５】
タングステンで凹部を埋め込む場合、埋め込み性を改善するために、シランよりも還元性の弱い水素ガスを用いる場合、下地のシリコン面との密着性を改善するために、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜あるいは両者の積層膜が下地膜となるバリア膜として形成されている。還元性の弱い水素ガスを用いる場合、ＷＦ６が完全に反応していないために、未反応のＷＦ６ガスにより下地のＴｉ膜、ＴｉＮ膜あるいは両者の積層膜がアタックされてバリア層とフッ素とが反応して体積的に膨張し、上方へ突状に突き出たボルケーノが発生したり、埋め込み穴にボイドが発生したりする場合がある。
【０００６】
これらの不具合を改善するために、最初に水素に変えてシランを僅かな厚さだけタングステン膜の核付け層を形成後にシランに変えて水を供給する。あるいは、シランのみを単独で供給し、例えば、シランの中間体（ＳｉＨｘ：ｘ＜４）をウェハ表面に吸着させ、これを基点として上記の核付け層を形成することが行なわれている。しかしながら、バリア層のカバレッジを良くするためにＴｉの有機化合物を原料ガスに用いることが多く、Ｔｉの有機化合物中に含まれる炭素成分がバリア層に含まれることとなり、この炭素成分が原因となり核付け層自体のカバレッジが悪化する場合があった。これを改善するために、特開２００２−１９３２３３号公報には、初期タングステン膜を、還元性ガスの供給とタングステンガスの供給の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きすることを交互に繰り返すことが開示されている。
【０００７】
一方、特開平８−２３６４６４号公報には、ＳｉＨ４とＷＦ６からなる原料ガスを用いてタングステン珪素（ＷＳｉｘ）の薄膜のシート抵抗が、徐々に減少することを目的として、タングステンの薄膜を形成後、ＳｉＨ４をチャチャンバ流すことによって残留ガスをパージすることが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２６６０７３号公報
【特許文献２】特開２００２−１９３２３３号公報
【特許文献３】特開平８−２３６４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、タングステンのＣＶＤ成長法は、タングステンの原料としてタングステンのハロゲン化ガス（ＷＦ６）を用い、還元ガスにＨ２及びＳｉＨ４ガスを用いることが多い。特に、凹部をタングステンで埋め込む場合は、還元ガスに水素が用いられ、式1に示されるように、タングステンの成長時に反応生成ガスであるＨＦガスが大量に生成される。
【０００９】
ＷＦ６＋３Ｈ２→Ｗ＋６ＨＦ・・・（１）
凹部は、図１に示されるように、シリコンからなる半導体基板１上に形成された層間絶縁膜２に設けられたコンタクトホール内に、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜あるいはＴｉ膜とＴｉＮ膜の積層膜からなる、バリア膜３が形成され、バリア膜３に接してＷ膜を埋め込み、層間絶縁膜２上の余分なバリア膜３とＷ膜とを例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ）法を用いて除去することでＷプラグが形成される。コンタクトホールの底面には、図１ではシリコン層が露出するようになっているが、金属配線層あるいはシリサイド層が露出していている場合もあることはいうまでもない。
【００１０】
層間絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜あるいはＳｉＯＣのような低比誘電率膜であってもなんら問題ないことは言うまでもない。
【００１１】
Ｗ膜４は、式１に示されるように、ハロゲン化ガス（ＷＦ６）と水素（Ｈ２）を利用するため処理室内は常に反応生成ガスＨＦが存在している。
【００１２】
生成されたＨＦは処理室内に残留している。ＨＦガスはＷを成膜する直前までＷのバリア膜３及びその下に形成されているシリコン層、金属層あるいはシリサイド層をアタックしダメージが入ってしまう場合があった。
【００１３】
バリア膜および／あるいはシリコン層、金属層あるいはシリサイド層にダメージが入ると、シリコン層の場合は、リークの原因となり、金属膜の場合は抵抗が高くなる場合があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、半導体基板上に形成された絶縁膜と、少なくとも該絶縁膜を貫通するコンタクトホールとを有する半導体装置の該コンタクトホールを、原料ガスとして、ＷＦ６ガスとＨ２ガスとをチャンバに導入し、半導体基板上にタングステン膜を形成すること埋め込む半導体装置の製造方法であって、
半導体基板をチャンバに導入する前にＳｉＨ４ガスをチャンバに導入し、チャンバ内のＨＦをパージするＨＦバージ工程と、
その後、チャンバに不活性ガスを導入し、
その後、チャンバ内に半導体基板を導入する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である。
【００１５】
ＨＦパージ工程のＳｉＨ４ガスの分圧が、０．１ｔｏｒｒ〜３ｔｏｒｒであることが好ましく、また、ＨＦパージ工程のＳｉＨ４ガスのキャリアガスが、不活性ガスおよび／または水素ガスであることが好ましい。
【００１６】
更に、ＨＦパージ工程のチャンバの温度が、３００〜５００℃であることがこがこのましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、タングステン膜が形成後ＳｉＨ４をチャンバに導入し、チャンバ内のＨＦを除去せずに、タングステン薄膜が形成された半導体基板をチャンバから搬出後、半導体基板をチャンバに導入する前に、チャンバ内のＨＦを除去できるので、するために、バリア膜および／あるいはシリコン層、金属層あるいはシリサイド層にダメージが入ることがあるので、リークあるいは抵抗が高くなることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、層間絶縁膜に形成した層間絶縁膜を貫通するコンタクトホール内にＷをＣＶＤ法を用いて埋め込む際、コンタクトホールが形成された半導体基板をＣＶＤ装置のチャンバに搬送する前に、チャンバ内にＳｉＨ４を導入し、チャンバ内に残留するＨＦを式２の反応により除去する。
【００１９】
ＳｉＨ４＋４ＨＦ→ＳｉＦ４＋４Ｈ２・・・・（２）
その後、反応により生成した、ＳｉＦ４、４Ｈ２を、不活性ガスを導入しながら真空に吸引することで除去する。
【００２０】
その後、コンタクトホールが形成された半導体基板をチャンバに導入し、ＷＦ６およびＨ２ガスをチャンバに供給し、タングステン膜を形成し、コンタクトホール内にタングステンを埋め込むものである。
【００２１】
タングステン膜の成膜は、水素およびキャリガスとなるアルゴンガスおよびＷＦ６ガスを導入する。タングステン薄膜を形成するよりも少量の流量でＷＦ６をチャンバに導入し、半導体基板上に核を形成し、その後、ＷＦ６ガスの流量を増加し半導体基板表面にタングステン薄膜を形成する。
【００２２】
タングステン薄膜の形成条件等は、従来技術等に詳細に記載されている。
【００２３】
本発明では、チャンバにＳｉＨ４ガスを導入し、チャンバ内のＨＦを除去することが重要であり、チャンバ内のＨＦをＳｉＨ４ガスと反応させることでＳｉＦ４としてチャンバ外に排出する。
【００２４】
図３は、四重極質量分析装置で測定したチャンバ内のＨＦ濃度である。
【００２５】
図３に示されるように、ＳｉＨ４をチャンバに導入（１）するとチャンバ内のＨＦ濃度が下がる。チャンバ内にＳｉＨ４を導入し、チャンバ内のＨＦ濃度が下がった状態で、ＳｉＨ４の導入を停止し（２）、不活性ガスをチャンバに導入し、ＳｉＨ４とフッ酸との反応により生成したＳｉＦ４およびＨ２をチャンバから排出する。その後、半導体基板をチャンバに導入し（３）原料ガスとなるＷＦ６ガスおよびＨ２をチャンバに導入する。原料ガスとなるＷＦ６ガスおよびＨ２は、チャンバ内で反応し、半導体基板上にタングステン薄膜を形成し、半導体基板に形成されたコンタクトホールをタングステンにより埋め込む（４〜５）。
【００２６】
原料ガスとなるＷＦ６ガスおよびＨ２がチャンバに導入されると式１の反応でＨＦが形成され、ＨＦ濃度が増加し、核を形成し、その後タングステンの膜が形成される。所望の膜厚のタングステンの膜が形成後原料ガスの供給を停止し（５）、不活性ガスを導入するとチャンバ内のＨＦ濃度が減少する。その後、半導体基板（ウェハと称する場合もある）をチャンバから搬出する（6）。タングステン膜の成膜中に生成したＨＦは、一部チャンバ内に吸着されるためにチャンバ内にＨＦが残留する。
【００２７】
本発明では、このチャンバ内に残留するＨＦを、次の半導体基板をチャンバに導入する前に、ＳｉＨ４ガスをチャンバ内に導入し、ＨＦと反応させることで除去することを特徴とするものである。半導体基板をチャンバ内に搬入する前にチャンバ内のＨＦを除去するので、タングステン膜を成膜する前に、チャンバ内に残留するＨＦにより下地あるいはバリア膜がＨＦによりダメージを受けることがない。
【００２８】
また、タングステン膜を成膜後、ＳｉＨ４ガスをチャンバに導入する場合、チャンバ内にＷＦ６が含有されているとタングステン表面タングステンシリサイドが形成され、チャンバ内にＷＦ６が残っていない場合であっても、ポリシリコンが形成される場合がある。
【００２９】
開孔を埋め込むタングステンの成長の場合、タングステン薄膜の表面にタングステンシリサイド、あるいは、ポリシリコンが形成されていると、その後の、表面に形成された不要なタングステン膜を、ＣＭＰ法を用いて除去する場合、タングステンシリサイド、あるいは、ポリシリコンはタングステン膜に比べ研磨速度が遅く、特に、タングステンシリサイドの場合、研磨速度が極端に遅くなる等の不具合が発生することもない。
【００３０】
ＨＦパージ後は、チャンバ内に、アルゴンガスあるいは窒素ガスのような不活性ガスをチャンバ内に導入し、その後、基板をチャンバに導入すればよい。
【００３１】
タングステン薄膜の成膜は、前述の従来技術等に示されている方法で形成できることは言うまでもない。
【実施例】
【００３２】
チャンバ内のＨＦのパージは、チャンバ温度、チャンバ内に導入するＳｉＨ４濃度、流量等を最適化することが、ＨＦを短時間で確実にパージするために重要である。
【００３３】
チャンバ温度を、３００〜５００℃が好ましく、４００〜５００℃がより好ましい。チャンバ温度が３００℃以上であれば、ＨＦがＳｉＨ４と十分な速度で反応し、５００℃以下であれば、ＳｉＨ４の分解によりはチャンバにシリコンの粉末が付着し、その後のタングステン膜の成長時に基板にシリコンの粉末が堆積することがない。
【００３４】
また、ＳｉＨ４分圧は、０．１ｔｏｒｒ〜３ｔｏｒｒの範囲が好ましく、０．５〜２Ｔｏｏｒがより好ましい。ＳｉＨ４分圧が０．１ｔｏｒｒ以上であれば、ＨＦがＳｉＨ４と十分な速度で反応し、３ｔｏｒｒ以下であれば、過剰なＳｉＨ４によりチャンバにシリコンの粉末が付着し、その後のタングステン膜の成長時に基板にシリコンの粉末が堆積することがない。
【００３５】
パージ時のＳｉＨ４の流量は、１００ｓｃｃｍから３００ｓｃｃｍの範囲であることが好ましい。この条件でＨＦパージを行えば、パージの時間が、３〜２０秒程度で完了するので、タングステン薄膜の成長のサイクル時間が長くなり、タングステン成長の工程が長くなることがない。
【００３６】
ＨＦパージの際のキャリアガスは、アルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガス（Ａｒ，Ｎ２）および／またはＨ２ガスを用いることが好ましい。アルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガス（Ａｒ，Ｎ２）および／またはＨ２ガスであれば、ＨＦとＳｉＨ４との反応に影響を及ぼすことがない。
【００３７】
ＨＦパージ終了後に、チャンバ内に不活性ガスを導入し、その後、半導体基板がチャンバ内に導入される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の半導体装置の模式的断面図。
【図２】本発明の、製造方法を示す図。
【図３】チャンバ内のＨＦ濃度を、四重極質量分析装置で測定したフッ素濃度の変化を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１  半導体基板
２  層間絶縁膜
３  バリア膜
４  Ｗ膜
【図１】
2006278920.tif 000003
【図２】
2006278920.tif 000004
【図３】
2006278920.tif 000005