[发明专利]在半导体衬底上化学汽相淀积钨的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在半导体衬底上化学汽相淀积钨(W)层的方法。

背景技术

在半导体衬底，如其上已形成集成电路结构部分诸如一个或多个晶体管的氧化硅晶片，上化学汽相淀积钨是许多半导体制造工艺的一个完整部分。

在该衬底上通常已形成绝缘层(多数为氧化硅层)，且对该绝缘层预先构图以提供位于集成电路结构之下的开孔和通路。

化学汽相淀积的钨被用作填充接触孔或通路孔的导电材料。用钨层覆盖整个衬底表面，然后蚀刻和抛光，留下孔。

由于不能用化学汽相淀积在氧化硅层上直接淀积钨层，淀积一与绝缘层和钨都有良好结合的中间层，如在钛上淀积氮化钛(TiN)层。

通常通过在两步骤工艺中还原六氟化钨(WF₆)来淀积钨。这些步骤的压力设定值和所用的还原剂不同，第一步主要用硅烷(SiH₄)，然后只用氢(H₂)。膜的最大部分用H₂还原来淀积。

美国加州圣克拉拉(santa clara)的Applied Materials公司的专利US-U-5,028,565公开了这样的方法，其中在压力保持在2.67～101.32kPa(约20～760乇)的真空室中，在加热到约350℃到525℃的晶片上淀积钨。采用WF₆气体和不活泼载气如氩、氮和氢的组合。WF₆的流量为每分钟约20～200cm³(以下简写成“sccm”)。不活泼载气Ar的流量为约100～5000sccm，氮的流量为约10～300sccm，氢的流量为约300～3000sccm。

已经发现混合气体中的N₂增加淀积层的反射率，有利于后续构图步骤中的光刻，降低表面粗糙度。

但是，US-U-5,028,565还披露，尤其当中间层是氮化钛时，先形成形核层是非常重要的，此时WF₆的流量为约5～50sccm，硅烷(SiH₄)的流量为约5～50sccm，Ar的流量为约500～3000sccm，N₂的流量约为20～300sccm。

已经发现若没有形核层，钨层的厚度和电阻不均匀。

文献一致认为如果没有这两步，就不可能获得具有良好质量，尤其是良好的阶梯覆盖比、良好的层均匀性和低的通路电阻的钨膜。阶梯覆盖比(step coverage)是指在沟道或接触孔的一半深度处侧壁上的钨膜厚度和钨膜名义厚度或上面的层厚度的比值。

例如，EUI SONG KIM等在他们的发表在《材料科学与工程》，B17(1993)，第137-142页的文章“W在TiN衬底上的化学汽相淀积”中提到，由于不容易在TiN上用H₂还原WF₆以使W成核，现在都是首先用SiH₄还原开始W的形核，然后用H₂还原使W膜长到想要的厚度。

Carol M.McConica等在他们的发表于1988年6月13-14日的V-Mic大会论文集第268～276页，“Session VII：VSSIMultilevel Interconnection Dielectric Systems”中的文章“Stepcoverage prediction during blanket LPCVD tungsten depositionfrom hydrogen，silane and tungsten hexafluoride”中也提到，与只用H₂还原相比，用SiH₄或SiH₄和H₂的混合物还原有许多优点，生长速度对温度的依赖性小，膜厚更均匀，生长速度更快，但是与氢还原相比，SiH₄的主要缺点是阶梯覆盖比受限制。