JP4858461B2 - Method for forming tungsten silicide film and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体デバイスの製造において、多結晶(Poly)シリコンもしくは単結晶シリコンの上にタングステンシリサイド(WSiX)を形成する形成方法、及びこれを適用した半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a formation method for forming tungsten silicide (WSi X ) on polycrystalline silicon or single crystal silicon in manufacturing a semiconductor device, and a manufacturing method of a semiconductor device to which this is applied.
シリコンウェーハ上の多結晶シリコン(Poly Si。以下、適宜、Poly Si又はポリシリコンと記す)や単結晶シリコン(Si)の上にタングステンシリサイド(WSiX) を成膜(堆積)する構造が半導体デバイスに適用されるようになっている。タングステンシリサイド(WSiX)は低い電気抵抗が実現できる可能性を持つ一方で、成膜プロセスがポリシリコン(Poly Si)もしくはSiの表面・界面の影響を大きく受けるため、膜剥がれ等のプロセス不良が起きやすく、特性の優れた膜を安定して堆積することが困難で、量産適用の上で問題となっていた。なお、本明細書では、シリコンウェーハという用語で、多結晶シリコン及び単結晶シリコンを含めて表現する。 A semiconductor device has a structure in which tungsten silicide (WSi X ) is formed (deposited) on polycrystalline silicon (Poly Si; hereinafter referred to as “Poly Si” or “polysilicon” as appropriate) or single crystal silicon (Si) on a silicon wafer. To be applied. Tungsten silicide (WSi X ) has the potential to achieve low electrical resistance, but the film deposition process is greatly affected by the surface and interface of polysilicon (Poly Si) or Si. It is difficult to stably deposit a film having excellent characteristics that is likely to occur, which has been a problem in mass production applications. Note that in this specification, the term “silicon wafer” is used to include polycrystalline silicon and single crystal silicon.
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、性能の優れたタングステンシリサイド膜を安定して得ることを目的としたものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to stably obtain a tungsten silicide film having excellent performance.
本発明に係るタングステンシリサイド膜の形成方法は、不活性ガス雰囲気中にシリコンウェーハを配置し昇温する昇温工程と、
ジクロロシラン(DCS)を導入して上記シリコンウェーハの表面反応を起こす第1のDCS処理工程と、
ジクロロシランに加えて六ふっ化タングステンを導入して上記シリコンウェーハの表面にタングステンシリサイドを堆積させる第1の堆積工程と、
六ふっ化タングステンを止めてジクロロシランを導入する第2のDCS処理工程と、
ジクロロシランに加えて六ふっ化タングステンを導入してタングステンシリサイドの堆積を行う第2の堆積工程と、
六ふっ化タングステンを止めてジクロロシランを導入する第3のDCS処理工程と、
ジクロロシランを止めて不活性ガスを導入する処理工程とを順次実施し、
上記第1の堆積工程から上記第3のDCS処理工程に至るまでジクロロシランを導入し続け、上記第1の堆積工程と上記第2の堆積工程でのジクロロシラン及び六ふっ化タングステンの導入量が異なり、
上記第1のDCS処理工程に先立って、上記シリコンウェーハの表面をジクロロシランが分解し易い表面状態に加工する表面処理工程を実施し、
上記表面処理工程が、上記シリコンウェーハの表面を希弗酸水溶液(DHF)で処理する工程と、上記シリコンウェーハの表面にF成分を残して乾燥させる工程とを含むことを特徴とする。
A tungsten silicide film forming method according to the present invention includes a temperature raising step of placing a silicon wafer in an inert gas atmosphere and raising the temperature,
A first DCS treatment step in which dichlorosilane (DCS) is introduced to cause a surface reaction of the silicon wafer;
A first deposition step of introducing tungsten hexafluoride in addition to dichlorosilane to deposit tungsten silicide on the surface of the silicon wafer;
A second DCS treatment step that stops tungsten hexafluoride and introduces dichlorosilane;
A second deposition step for depositing tungsten silicide by introducing tungsten hexafluoride in addition to dichlorosilane;
A third DCS treatment step to stop tungsten hexafluoride and introduce dichlorosilane;
The treatment step of stopping the dichlorosilane and introducing the inert gas is carried out sequentially,
Introducing dichlorosilane from the first deposition step to the third DCS treatment step, the introduction amounts of dichlorosilane and tungsten hexafluoride in the first deposition step and the second deposition step are as follows. different Ri,
Prior to the first DCS treatment step, a surface treatment step of processing the surface of the silicon wafer into a surface state in which dichlorosilane is easily decomposed is performed.
The surface treatment step includes a step of treating the surface of the silicon wafer with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution (DHF), and a step of drying while leaving an F component on the surface of the silicon wafer.
本発明に係るタングステンシリサイド膜の形成方法は、不活性ガス雰囲気中にシリコンウェーハを配置し昇温する昇温工程と、
ジクロロシラン(DCS)を導入して上記シリコンウェーハの表面反応を起こす第1のDCS処理工程と、
ジクロロシランに加えて六ふっ化タングステンを導入して上記シリコンウェーハの表面にタングステンシリサイドを堆積させる第1の堆積工程と、
六ふっ化タングステンを止めてジクロロシランを導入する第2のDCS処理工程と、
ジクロロシランに加えて六ふっ化タングステンを導入してタングステンシリサイドの堆積を行う第2の堆積工程とを順次実施し、
上記第1の堆積工程から上記第2の堆積工程に至るまでジクロロシランを導入し続け、上記第1の堆積工程と上記第2の堆積工程でのジクロロシラン及び六ふっ化タングステンの導入量が異なり、
上記第1のDCS処理工程に先立って、上記シリコンウェーハの表面をジクロロシランが分解し易い表面状態に加工する表面処理工程を実施し、
上記表面処理工程が、上記シリコンウェーハの表面を希弗酸水溶液(DHF)で処理する工程と、上記シリコンウェーハの表面にF成分を残して乾燥させる工程とを含むことを特徴とする。
A tungsten silicide film forming method according to the present invention includes a temperature raising step of placing a silicon wafer in an inert gas atmosphere and raising the temperature,
A first DCS treatment step in which dichlorosilane (DCS) is introduced to cause a surface reaction of the silicon wafer;
A first deposition step of introducing tungsten hexafluoride in addition to dichlorosilane to deposit tungsten silicide on the surface of the silicon wafer;
A second DCS treatment step that stops tungsten hexafluoride and introduces dichlorosilane;
Sequentially performing a second deposition step of depositing tungsten silicide by introducing tungsten hexafluoride in addition to dichlorosilane,
Introducing dichlorosilane from the first deposition step to the second deposition step, the introduction amounts of dichlorosilane and tungsten hexafluoride in the first deposition step and the second deposition step are different. ,
Prior to the first DCS treatment step, a surface treatment step of processing the surface of the silicon wafer into a surface state in which dichlorosilane is easily decomposed is performed.
The surface treatment step includes a step of treating the surface of the silicon wafer with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution (DHF), and a step of drying while leaving an F component on the surface of the silicon wafer.
本発明によれば、発明によれば、タングステンシリサイド膜の成膜の安定性を向上させることができる。
また、シリコンウェーハに対して密着性のすぐれたタングステンシリサイド膜を形成することができる。
また、シリコンウェーハの全面に対して均一なタングステンシリサイド膜を形成できる。
さらに、膜剥がれが生じないタングステンシリサイド膜を得ることができる。
According to the present invention, according to the present invention, the stability of the tungsten silicide film can be improved.
In addition, a tungsten silicide film having excellent adhesion to the silicon wafer can be formed.
In addition, a uniform tungsten silicide film can be formed on the entire surface of the silicon wafer.
Furthermore, it is possible to obtain a tungsten silicide film in which film peeling does not occur.
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、図中、同一の符号は、同一又は相当の工程を示す。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
この実施の形態1は、タングステンシリサイド(WSiX)膜をポリシリコン(Poly Si)もしくはSi単結晶上に堆積するプロセスにおいて、ガスの種類及び流量を規定するものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding steps.
FIG. 1 is a process flow diagram for explaining a method of forming a tungsten silicide film according to
In the first embodiment, in the process of depositing a tungsten silicide (WSi X ) film on polysilicon (Poly Si) or Si single crystal, the kind and flow rate of gas are defined.
図1を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。
先ず、Siウェーハを処理チャンバ内に導入する(図示せず)。133Pa(1Torr)より低い圧力下のAr雰囲気中で、550℃以上に保持する(図1の工程1、昇温工程)。
次に、199.5±66.5Pa(1.5±0.5Torr)の圧力になるようジクロロシラン(DCS:dichlorosilane:SiH2Cl2)(以下、適宜、DCSと記す)を導入し、Siウェーハ表面の調製を行う(図1の工程2。第1のDCS処理工程、以下適宜、DCS処理1と記す)。このプロセスは、処理チャンバの容積にも依るが、本実施の形態では、300sccm以上の流量を確保した。なお、この昇温とDCS処理1とによりシリコンウェーハの表面の還元作用がある。
With reference to FIG. 1, a process for forming a tungsten silicide film will be described.
First, a Si wafer is introduced into a processing chamber (not shown). The temperature is maintained at 550 ° C. or higher in an Ar atmosphere under a pressure lower than 133 Pa (1 Torr) (
Next, dichlorosilane (DCS: dichlorosilane: SiH 2 Cl 2 ) (hereinafter referred to as DCS as appropriate) is introduced so that the pressure becomes 199.5 ± 66.5 Pa (1.5 ± 0.5 Torr), and the Si wafer surface is prepared. (
この後、このDCSの流量を確保しながら圧力を変えずにWF6(六ふっ化タングステン)をDCSの流量の300分の1以下程度混合する(図1の工程3。第1の堆積工程、以下適宜、DCS/WF6導入・堆積1と記す)。
引き続いて、DCSの流量を約1/3の100sccm程度に減じ同時にWF6の混合を中止する。この時、圧力を1torr以下に減じる(図1の工程4。第2のDCS処理工程、以下適宜、DCS処理2と記す)。この後のプロセスステップは、この低い圧力を保持したまま行なう。
Thereafter, WF 6 (tungsten hexafluoride) is mixed to about 1/300 or less of the flow rate of DCS without changing the pressure while securing the flow rate of DCS (
Subsequently, the flow rate of DCS is reduced to about 1/3 of about 100 sccm, and WF 6 mixing is stopped at the same time. At this time, the pressure is reduced to 1 torr or less (
この2回目のDCSのみを導入する工程の直後に、DCSの導入を保ったまま、再びWF6の導入を開始する。2回目のWF6導入は、1度目の導入の3倍以上の流量を確保するのが望ましい(図1の工程5。第2の堆積工程、以下適宜、DCS/WF6導入・堆積2と記す)。この工程で、実質的にタングステンシリサイド(WSiX)を化学的に堆積することができる(CVD: Chemical Vapor Deposition)。
Immediately after the second DCS introduction step, the introduction of WF 6 is started again while maintaining the introduction of DCS. Second WF 6 introduction, it is desirable to ensure a more than three times the flow rate of the first time of introduction (in FIG. 1
この実質的な堆積工程に引き続き、WF6の混合を中止し、DCSの流量を2.5倍に増加させながら、堆積後の表面の処理を行う(図1の工程6。第3のDCS処理工程、以下適宜、DCS処理3と記す)。
最後にDCSの導入も停止し、Arの導入のみでパージを行なう(図1の工程7)。
Subsequent to this substantial deposition step, the mixing of the WF 6 is stopped, and the post-deposition surface treatment is performed while increasing the DCS flow rate by a factor of 2.5 (
Finally, the introduction of DCS is also stopped, and the purge is performed only by introducing Ar (
図2は、この実施の形態によるタングステンシリサイド膜の形成方法を実際に適用したデバイスの構造を示す図である。図2を参照して説明する。
Siウェーハ21上にポリシリコン(Poly Si)22を形成し、この上にDCS処理1による簡単な表面処理を行った。本処理により極微量のSiが分子レベルで界面に残るがこれは図2に示せるほどの厚みを持つものではない。次にDCS/WF6導入・堆積工程1を行い、タングステンシリサイド(WSiX)23を100Å形成した。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of a device to which the tungsten silicide film forming method according to this embodiment is actually applied. This will be described with reference to FIG.
Polysilicon (Poly Si) 22 was formed on the
更に、この後DCS処理2を行い、引き続いてDCS/WF6導入・堆積2を行い、前者と異なる組成のタングステンシリサイド(WSiX)24を600Å形成した。この後DCS処理3を行った後、パージした。このような構造とすることで、安定な特性を得たが、最も良い特性を得たのは、成膜完了後の構造が下部からポリシリコン(Poly Si)/WSi2.4/WSi2.5の順となっているときであった。
Further, after this,
以上のように、この実施の形態では、シリコンウェーハとの界面に高タングステン成分層を堆積し、この高タングステン成分層の上に低タングステン成分層を堆積して、タングステンシリサイド膜を形成する。
また、タングステンシリサイド膜のタングステン原子とシリコン原子との比が、高タングステン層では2.4以下、低タングステン層では2.5以上となるように形成するのがよい。また、高タングステン層では2.2以上となるように形成するのがよい。
なお、これから後に説明する各実施の形態によっても、図2に示す構造と同様のタングステンシリサイド膜が得られるが、膜の構造については、これで代表させる。
As described above, in this embodiment, a high tungsten component layer is deposited on the interface with the silicon wafer, and a low tungsten component layer is deposited on the high tungsten component layer to form a tungsten silicide film.
Further, the tungsten silicide film is preferably formed so that the ratio of tungsten atoms to silicon atoms is 2.4 or less in the high tungsten layer and 2.5 or more in the low tungsten layer. Further, it is preferable that the high tungsten layer is formed to be 2.2 or more.
It should be noted that a tungsten silicide film similar to the structure shown in FIG. 2 can also be obtained by the embodiments described later, but the film structure is represented here.
この実施の形態の膜形成プロセスの特徴をいくつか挙げると、次のとおりである。
まず、DCS処理1と、DCS/WF6導入・堆積1とは、昇温工程、DCS処理2及びDCS/WF6導入・堆積2における雰囲気圧力の1.5〜3.0倍の雰囲気圧力で実施する。
また、DCS/WF6導入・堆積1におけるWF6とDCSの混合比を1:300〜1:500の範囲とし、DCS/WF6導入・堆積2におけるWF6とDCSの混合比を1:30〜1:50の範囲とする。
また、DCS処理2とDCS/WF6導入・堆積2におけるDCSの導入量を実質的に等しくする。
また、DCS/WF6導入・堆積1とDCS/WF6導入・堆積2とにおけるDCSの流量比を1:1〜5:1の範囲とする。また、さらに好ましくは、3:1〜5:1の範囲とする。
なお、本願において、いちいちことわらないが、液体の混合比は重量比、気体の混合比は流量比または容積比であらわす。
Some characteristics of the film formation process of this embodiment are as follows.
First,
Further, the mixing ratio of WF 6 and DCS in DCS / WF 6 introduction /
Also, the DCS introduction amount in the
Further, the flow rate ratio of DCS in DCS / WF 6 introduction /
In the present application, the liquid mixing ratio is represented by weight ratio, and the gas mixing ratio is represented by flow rate ratio or volume ratio, although not specifically mentioned.
以上説明したこの実施の形態によれば、タングステンシリサイド膜の成膜の安定性を向上させることができる。また、シリコンウェーハに対して密着性のすぐれたタングステンシリサイド膜を形成することができる。また、シリコンウェーハの全面に対して均一なタングステンシリサイド膜を形成できる。さらに、膜剥がれが生じないタングステンシリサイド膜を得ることができる。 According to this embodiment described above, the stability of the formation of the tungsten silicide film can be improved. In addition, a tungsten silicide film having excellent adhesion to the silicon wafer can be formed. In addition, a uniform tungsten silicide film can be formed on the entire surface of the silicon wafer. Furthermore, it is possible to obtain a tungsten silicide film in which film peeling does not occur.
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
本実施の形態はタングステンシリサイド(WSiX)膜をポリシリコン(Poly Si)上に形成する際に、予めポリシリコン(Poly Si)表面をDCSが分解しやすいように調整しておくプロセスに関するものである。
FIG. 3 is a process flow diagram for illustrating a method of forming a tungsten silicide film according to the second embodiment of the present invention.
The present embodiment relates to a process for adjusting the surface of polysilicon (Poly Si) in advance so that DCS is easily decomposed when a tungsten silicide (WSi X ) film is formed on polysilicon (Poly Si). is there.
図3を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。
先ず、ウェーハ上にポリシリコン(Poly Si)の形成を行う(図示せず)。
そのウェーハを300rpmで回転させながら、上部より0.05%の希弗酸(DHF:dilute Hydrofloride。以下、適宜、DHFと記す)を滴下する(図3の工程31)。実験によれば、ポリシリコン(Poly Si)表面とDHFの実質的な接触時間が30秒に到達した時点で充分にポリシリコン(Poly Si)上の自然酸化膜が除去されていることが、接触角により判断された。
With reference to FIG. 3, the formation process of the tungsten silicide film will be described.
First, polysilicon (Poly Si) is formed on a wafer (not shown).
While rotating the wafer at 300 rpm, 0.05% dilute hydrofluoric acid (DHF: dilute hydrofloride; hereinafter referred to as DHF as appropriate) is dropped from above (
従来は、このDHFによる自然酸化膜除去の後、通常、水洗を行いHFをポリシリコン(Poly Si)上より取り除いた後、更に充分な水洗を追加もしくは継続し、表面上に存在するSiと結合したF成分をも置換して取り除くことが行われる。
しかし、本実施の形態では、水洗時間を短縮し、意図的にF成分を表面に残しておく(図3の工程32)。具体的には、従来、水洗時間は通常300秒で行っていたが、本実施の形態では例えば15秒とする。
この短縮水洗の後、回転数を3000rpmに高め、振り切り乾燥を行なう(図3の工程33)。
実験によれば、この後の、別の評価で、表面の17%程度のSiの手がFで終端されていることが判った。
Conventionally, after removing the natural oxide film by DHF, it is usually washed with water, and after removing HF from the polysilicon (Poly Si), additional or continued washing with water is sufficient to bond with Si existing on the surface. Substituting and removing the F component.
However, in this embodiment, the washing time is shortened and the F component is intentionally left on the surface (step 32 in FIG. 3). Specifically, conventionally, the washing time is usually 300 seconds, but in this embodiment, for example, it is 15 seconds.
After this shortened water washing, the rotational speed is increased to 3000 rpm and shake-off drying is performed (step 33 in FIG. 3).
According to experiments, in another evaluation after this, it was found that about 17% of Si hands on the surface were terminated with F.
この表面を保持したまま、不活性ガス中にウェーハをロードし、昇温の後DCSを導入し、DCS処理1を行う。この時、ウェーハ表面にはFが残っていたので、安定してDCSは最表面で分解し極微量のSi系のサイトが残り、その直上に形成するタングステンシリサイド(WSiX)はポリシリコン(Poly Si)との密着性が向上した。また、この後、実施の形態1に示したプロセスステップを繰り返したが、成膜の再現性も良かった。
With this surface held, a wafer is loaded into an inert gas, DCS is introduced after heating, and
図4は、この実施の形態の変形例によるプロセスフローを示す図である。この変形例では、DHFによる自然酸化膜除去(図4の工程41)の後、更に処理を加速した例として、水洗を行わず(図4の工程42)、DHFを回転しながら振り切って乾燥してしまう(図4の工程43)。この方法でも、水洗を短縮した場合と同様に望ましい結果が得られた。
本実施の形態におけるDHF処理は枚葉式に限定するものではない。
FIG. 4 is a diagram showing a process flow according to a modification of this embodiment. In this modified example, after removing the natural oxide film by DHF (step 41 in FIG. 4), the process is further accelerated. In this modification, water washing is not performed (step 42 in FIG. 4), and the DHF is spun off and dried. (Step 43 in FIG. 4). In this method, the desired result was obtained as in the case where the washing with water was shortened.
The DHF treatment in the present embodiment is not limited to the single wafer type.
以上のように、この実施の形態では、DCS処理1に先立って、シリコンウェーハの表面をDCSが分解し易い表面状態に加工するための表面処理工程を実施する。また、その表面状態が、FによるSiのターミネイトであるようにする。これにより、成膜工程が安定し、密着性にすぐれたタングステンシリサイド膜を形成できる。
As described above, in this embodiment, prior to the
実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3により、タングステンシリサイド膜の形成をするための半導体ウェーハ処理装置の概要を示す断面図、図6は、この実施の形態3によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
本実施の形態は、タングステンシリサイド(WSiX)膜をポリシリコン(Poly Si)上に形成する際に、予めポリシリコン(Poly Si)表面をDCSが分解しやすいように調整しておく装置及びプロセスに関するものである。
FIG. 5 is a sectional view showing an outline of a semiconductor wafer processing apparatus for forming a tungsten silicide film according to the third embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a method for forming a tungsten silicide film according to the third embodiment. It is a process flow figure for explaining.
In this embodiment, when a tungsten silicide (WSi X ) film is formed on polysilicon (Poly Si), an apparatus and process for adjusting the polysilicon (Poly Si) surface in advance so that DCS is easily decomposed It is about.
図5及び図6を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。
先ず、ウェーハ51上にポリシリコン(Poly Si)の形成を行う。そのウェーハ51を処理チャンバ52に導入する(図6の工程61)。チャンバ52は、実際は2つの部分からなり、例えばそれぞれ上部チャンバ53(第1のチャンバ)、下部チャンバ54(第2のチャンバ)とよぶ。上部チャンバ53と下部チャンバ54は可動ウォール55(隔壁手段)で仕切られている。
With reference to FIGS. 5 and 6, the process of forming the tungsten silicide film will be described.
First, polysilicon (Poly Si) is formed on the
そのウェーハ51をローダ56からチャンバ52に導入し、下部チャンバ54に導き(図6の工程62)、可動ウォール55で密封する。下部チャンバ54にはウェーハ51を固定した後回転するウェーハ固定台57(支持手段)が存在し、ウェーハ51はウェーハ固定台57に保持される(図6の工程63)。
The
下部チャンバ54内には同時に薬液吐出管58(薬液導入手段)が設置されており、薬液吐出管58の吐出口59がウェーハ51の直上になるように移動する。ウェーハ固定台57が回転を開始し、回転数が300rpm一定となったところで、上部より0.05%のDHF(dilute Hydrofloride:希弗酸)が滴下される(図6の工程64)。なお、図示しないが、導入する薬液又は処理ガスの種類・導入時間などを制御する制御手段が備えられている。
In the
この回転数は、ウェーハ上の親水面と疎水面の割合や、段差を含む平坦性、ウェーハ径によって決定されるもので、本実施の形態で適用したデバイスの場合は、薬液の回り込みやエッチングの均一性の観点から回転数300rpmが適当であった。 This rotational speed is determined by the ratio between the hydrophilic surface and the hydrophobic surface on the wafer, the flatness including the step, and the wafer diameter. In the case of the device applied in the present embodiment, the wraparound of the chemical solution and the etching A rotation speed of 300 rpm was appropriate from the viewpoint of uniformity.
ウェーハ51のポリシリコン(Poly Si)表面とDHFの実質的な接触時間が30秒に到達した時点で充分にポリシリコン(Poly Si)上の自然酸化膜が除去されるので、薬液吐出管58からの薬液の吐出を停止し、ウェーハ固定台57の回転数を3000rpmに高め、振り切り乾燥を行う。
Since the natural oxide film on the polysilicon (Poly Si) is sufficiently removed when the substantial contact time between the polysilicon (Poly Si) surface of the
この表面を保持したまま、可動ウォール55を開け、ウェーハ51を上部チャンバ53にロードする。可動ウォール55を閉じ、速やかにArを導入する。
この後、実施の形態1に示すプロセスを行う。
なお、図5に示した処理装置は、他の実施の形態においても用いることができるものであり、以後に適宜、図5を参照する。
With this surface held, the
Thereafter, the process shown in the first embodiment is performed.
Note that the processing apparatus shown in FIG. 5 can be used in other embodiments, and FIG. 5 will be referred to as appropriate thereafter.
実施の形態4.
図7は、この発明の実施の形態4によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
本実施の形態はタングステンシリサイド(WSiX)膜をポリシリコン(Poly Si)上に形成する際に、予めポリシリコン(Poly Si)表面をDCSが分解しやすいようにAHF(Anhydrous Hydro Floride)で調整しておくプロセスに関するものである。
FIG. 7 is a process flow diagram for illustrating a method of forming a tungsten silicide film according to the fourth embodiment of the present invention.
In this embodiment, when a tungsten silicide (WSi X ) film is formed on polysilicon (Poly Si), the surface of the polysilicon (Poly Si) is adjusted in advance by AHF (Anhydrous Hydro Floride) so that DCS is easily decomposed. It is about the process to keep.
図7を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。処理装置については、図5を参照する。
先ず、ウェーハ51上にポリシリコン(Poly Si)の形成を行う(図示せず)。そのウェーハ51を処理チャンバ52に導入する(図7の工程71)。
With reference to FIG. 7, the process of forming the tungsten silicide film will be described. Refer to FIG. 5 for the processing apparatus.
First, polysilicon (Poly Si) is formed on the wafer 51 (not shown). The
そのウェーハ51をローダ56からチャンバ52に導入し、密封する。
チャンバ内で、AHFガスにより、ウェーハ51のポリシリコン(Poly Si)表面に存在する自然酸化膜を十分に除去する(図7の工程72)。自然酸化膜が十分に除去された時点で、この表面を保持したまま、実施の形態1に示すプロセスを行う。
The
In the chamber, the natural oxide film existing on the polysilicon (Poly Si) surface of the
実験によれば、このAHFガス処理直後のウェーハの表面は、20%以上がFに依り終端されていることが判った。この効果は、実施の形態2に示す場合よりも終端率が高いため、より高い効果が得られるものと推論される。実際に成膜を行った結果、密着性に関する信頼性は、意図通り高いものであった。 According to experiments, it was found that 20% or more of the wafer surface immediately after the AHF gas treatment was terminated by F. Since this effect has a higher termination rate than that shown in the second embodiment, it is inferred that a higher effect can be obtained. As a result of the actual film formation, the reliability related to adhesion was high as intended.
なお、以上ではAHFガスを用いる場合について説明したが、処理ガスとしては、さらに、次に説明するHFガスのほかに、NF3ガス又はClF3ガスを用いることができる。 Incidentally, description has been given of the case using the AHF gas in the above, as the process gas, further, then in addition to the HF gas to be described, can be used NF 3 gas or ClF 3 gas.
実施の形態5.
図8は、この発明の実施の形態5によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
実施の形態4において、非常に高い密着安定性が得られたが、AHFを用いた場合、酸化膜のエッチングが始まるまでの遅延時間が発生することがあった。これは、AHFがSiO2をエッチングするときの反応(a)が、
H2O
4HF+2SiO2 ⇒ SiF4+2H2O・・・・・・・・(a)
であり、開始剤としてH2Oを要することによる。
FIG. 8 is a process flow diagram for illustrating a method of forming a tungsten silicide film according to the fifth embodiment of the present invention.
In the fourth embodiment, very high adhesion stability was obtained, but when AHF was used, a delay time until the etching of the oxide film started sometimes occurred. This is because the reaction (a) when AHF etches SiO 2 is
H 2 O
4HF + 2SiO 2 ⇒ SiF 4 + 2H 2 O ... (a)
And because it requires H 2 O as an initiator.
この実施の形態5は、この遅延時間の問題を解決し、更に良いプロセスを得るために、改善したものである。
図8を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。
先ず、ウェーハを適宜昇温する(図8の工程81)。次に、AHFをIPA中に通気し、ウェーハ表面に到着するまでに、予め電離させる(図8の工程82)。この電離されたHFガスを導入することによってこの遅延時間を実質的になくし、より均一な自然酸化膜除去性を得ることができる。
これに続いて、実施の形態1の方法を適用し、ウェーハ全面に均一なタングステンシリサイド(WSiX)を成膜することができた。
The fifth embodiment is improved in order to solve this delay time problem and obtain a better process.
With reference to FIG. 8, the process of forming the tungsten silicide film will be described.
First, the temperature of the wafer is appropriately raised (step 81 in FIG. 8). Next, AHF is vented into the IPA and ionized in advance before reaching the wafer surface (step 82 in FIG. 8). By introducing the ionized HF gas, the delay time can be substantially eliminated, and a more uniform natural oxide film removability can be obtained.
Subsequently, the method of the first embodiment was applied, and a uniform tungsten silicide (WSi X ) film could be formed on the entire wafer surface.
実施の形態6.
図9は、この発明の実施の形態6によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
実施の形態4及び実施の形態5によれば、現在のデバイス製造に対し充分安定したプロセスを提供することが可能となったが、この実施の形態6は、さらに今後の製品である現在の開発中の製品に対して、マージンのあるプロセスを提供しようとするものである。
FIG. 9 is a process flow diagram for illustrating a method of forming a tungsten silicide film according to the sixth embodiment of the present invention.
According to the fourth embodiment and the fifth embodiment, it is possible to provide a sufficiently stable process for the current device manufacturing. However, the sixth embodiment is a current product that is a future product. It is intended to provide a marginal process for the products inside.
図9を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。
一般に、化学反応は温度に対して指数関数的に反応速度は向上する。本実施の形態では、ウェーハ51をチャンバ52にロードし、密封した後、成膜プロセスを開始するが、この時に例えば120℃に昇温しておく(図9の工程91)。この昇温下でHFガスを通じ、表面の自然酸化膜除去を行うと同時に、表面のボンドをFで終端させる(図9の工程92)。
With reference to FIG. 9, the formation process of the tungsten silicide film will be described.
In general, the reaction rate of a chemical reaction increases exponentially with temperature. In the present embodiment, after the
これに続いて実施の形態1で説明した成膜プロセスを行う。これによって、より密着性の高いタングステンシリサイド(WSiX)膜の形成をより短い処理時間で実現することができる。
なお、上記の例では、昇温下でHFガスを通じているが、これは減圧下及び/又は昇温下でHFガスを通じるようにしてもよい。
Subsequently, the film forming process described in the first embodiment is performed. This makes it possible to form a tungsten silicide (WSi X ) film with higher adhesion in a shorter processing time.
In the above example, the HF gas is passed at an elevated temperature, but this may be conducted at a reduced pressure and / or at an elevated temperature.
実施の形態7.
図10は、この発明の実施の形態7によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
一般的に半導体製造プロセスは、半導体中の金属などの不純物の拡散や応力発生を避けるため、出来るだけ低温で行うことが好ましいとされている。上記の実施の形態は、自然酸化膜除去処理を出来るだけ低温で行うことを意図したものであった。
しかし、場合によっては、850℃を越えない程度の熱処理は、それほど深刻な悪影響を与えないとされている。
この実施の形態は、昇温下で自然酸化膜除去を行ない、均質な清浄表面を得るものである。
FIG. 10 is a process flow diagram for illustrating a method of forming a tungsten silicide film according to the seventh embodiment of the present invention.
In general, the semiconductor manufacturing process is preferably performed at a temperature as low as possible in order to avoid diffusion of impurities such as metals in the semiconductor and generation of stress. The above embodiment is intended to perform the natural oxide film removal process at the lowest possible temperature.
However, in some cases, heat treatment that does not exceed 850 ° C. is said to have no serious adverse effects.
In this embodiment, the natural oxide film is removed at an elevated temperature to obtain a uniform clean surface.
図10を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。
本実施の形態では、ウェーハ51をチャンバ52にロードし、密封した後、成膜プロセスを開始するが、この時に先ずウェーハ51を、例えば830℃に昇温する(図10の工程101)。この昇温下でH2ガスを通じ、1分程度処理を行う(図10の工程102)。これにより、表面の自然酸化膜除去を行うと同時に、表面のボンドをHで終端する。次に、そのまま続いて実施の形態1で説明した成膜プロセスを行う。これによって、より密着性の高いタングステンシリサイド(WSiX)膜の形成をより短い処理時間で実現するものである。
なお、上記の例では、昇温下でHFガスを通じているが、これは減圧下及び/又は830℃昇温下でHFガスを通じるようにしてもよい。
With reference to FIG. 10, the formation process of the tungsten silicide film will be described.
In this embodiment, after the
In the above example, the HF gas is passed at an elevated temperature, but this may be conducted at a reduced pressure and / or at an increased temperature of 830 ° C.
本実施の形態は、水素を高温で扱うため、安全面での注意が必要であるが、表面を完全に水素で終端してしまうため、均質な清浄表面が得られ、タングステンシリサイド(WSiX)のSi表面への初期の堆積がムラなく行えるという効果が得られる。 Since this embodiment handles hydrogen at a high temperature, care must be taken in terms of safety.However, since the surface is completely terminated with hydrogen, a homogeneous clean surface can be obtained, and tungsten silicide (WSi X ) The effect is that the initial deposition on the Si surface can be performed uniformly.
なお、以上の説明では、830℃に昇温してH2ガス処理を行っているが、これは300℃以上850℃以下の範囲で処理すれば効果がある。
また、この実施の形態では、H2ガス処理に続いて、DCS処理1を行う例を示しているが、DCS処理1を省略してDCS/WF6導入・堆積1へと続けてもよい。
In the above description, the H2 gas treatment is performed by raising the temperature to 830 ° C., but this is effective if the treatment is performed in the range of 300 ° C. to 850 ° C.
In this embodiment, the
実施の形態8.
図11は、この発明の実施の形態8によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
本実施の形態はタングステンシリサイド(WSiX)膜をポリシリコン(Poly Si)上に形成する際に、予めポリシリコン(Poly Si)表面を意図的に化学酸化膜で均一に覆っておくプロセスに関するものである。
Embodiment 8 FIG.
FIG. 11 is a process flow diagram for illustrating a method of forming a tungsten silicide film according to the eighth embodiment of the present invention.
The present embodiment relates to a process of intentionally uniformly covering a polysilicon (Poly Si) surface with a chemical oxide film in advance when a tungsten silicide (WSi X ) film is formed on polysilicon (Poly Si). It is.
従来のタングステンシリサイド(WSiX)成膜の問題点は、WF6等を導入しタングステンシリサイド(WSiX)の堆積を開始した際に、一旦RCA洗浄などのウエット洗浄を行った後に成長する自然酸化膜が、面内に均一に成長しないことにあった。このため、Si表面にタングステンシリサイド(WSiX)が堆積を始めるところとなかなか堆積を始めないところが同一表面に存在したため、均一に膜が堆積せず、膜剥がれ等の原因となっていた。
この実施の形態は、これを防止し、膜が均一に堆積するようにしたものである。
The problem with conventional tungsten silicide (WSi X ) film formation is that when WF 6 or the like is introduced and deposition of tungsten silicide (WSi X ) is started, it grows after wet cleaning such as RCA cleaning once. The film was not uniformly grown in the plane. For this reason, tungsten silicide (WSi X ) started to deposit on the Si surface and there was a place where deposition did not start on the same surface, so that the film was not uniformly deposited, causing film peeling and the like.
In this embodiment, this is prevented and the film is deposited uniformly.
図11を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。処理装置については、図5を参照する。
本実施の形態では、ポリシリコン(Poly Si)の形成を行ったウェーハ51に、H2O2を30%含み同時に0.005%のHFを含む薬液を塗布する(図11の工程111)。これにより、ウェーハ表面の自然酸化膜除去を行い、更に強制的に化学酸化膜の形成を行い、表面に数原子層の化学酸化膜を均一に形成する。
With reference to FIG. 11, the process of forming the tungsten silicide film will be described. Refer to FIG. 5 for the processing apparatus.
In the present embodiment, a chemical solution containing 30% H 2 O 2 and simultaneously containing 0.005% HF is applied to the
具体的にプロセスを説明すると、ポリシリコン(Poly Si)を形成したウェーハ51をローダ56からチャンバ52に導入し、密封する。可動ウォール55を開け、ウェーハ51を下部チャンバ54に導き、ウェーハ固定台57に保持し可動ウォール55を封じる。
A specific process will be described. A
ウェーハ51を回転させながら、H2O2を30%含み同時に0.005%のHFを含む薬液を薬液吐出管58から塗布し、実質的に、望ましくは3分接触させ、全面に均一な化学酸化膜を形成させる。
次に、ウェーハ固定台57の回転数を3000rpmにあげ、振り切り乾燥を行う。
次に、可動ウォール55を開け、ウェーハ51を上部チャンバ53に挿入し、可動ウォール55にて密閉する。その後は実施の形態1で説明したプロセスにより成膜を行う。
While rotating the
Next, the number of rotations of the wafer fixing table 57 is increased to 3000 rpm, and swing-off drying is performed.
Next, the
本実施の形態で、タングステンシリサイド(WSiX)の堆積は初期の段階から良好に行われたが、発明者らは、これは本実施の形態の濃度条件ではウェーハ面が全体に一様な性質となったことと、その化学酸化膜に徴量のF成分が残留しており、表面への最初のDCSによるSiのサイト形成が促進されたためと考えている。 In this embodiment, tungsten silicide (WSi X ) was deposited well from the initial stage, but the inventors have found that the wafer surface is uniformly uniform under the concentration conditions of this embodiment. This is thought to be due to the fact that a trace amount of F component remains in the chemical oxide film, which promotes the formation of Si sites on the surface by the first DCS.
また、従来は、前処理の後、気中その他から極微量の有機物が表面に吸着し、ポリシリコン(Poly Si)とタングステンシリサイド(WSiX)の界面に存在することとなるため、膜剥がれや成膜不良が生じていたが、本実施の形態の薬液処理により、同時にこの問題も解決されるため、より成膜安定性が向上したものと考えている。
なお、実験例からすると、DCS/WF6導入・堆積2に先立って、シリコンウェーハの最表面を実質的に一分子層以上1.8nm以下のSiO2で覆うようにするとよい。
Conventionally, after pretreatment, trace amounts of organic substances are adsorbed on the surface from the air and others, and are present at the interface between polysilicon (Poly Si) and tungsten silicide (WSi X ). Although the film formation failure occurred, it is considered that the film formation stability is further improved because the chemical treatment of the present embodiment simultaneously solves this problem.
From the experimental example, prior to DCS / WF 6 introduction /
この実施の形態における薬液は、以上の例では、H2O2とHFの混合液を用いたが、この代わりに10ppmのオゾンを含むHF濃度0.005%の薬液を用いても、同じ効果が得られた。 In the above example, the chemical solution in this embodiment is a mixed solution of H 2 O 2 and HF. However, the same effect can be obtained by using a chemical solution having an HF concentration of 0.005% containing 10 ppm of ozone instead. It was.
実施の形態9.
図12は、この発明の実施の形態9によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
本実施の形態は、タングステンシリサイド(WSiX)膜をポリシリコン(Poly Si)上に形成する際に、予めポリシリコン(Poly Si)表面に均一な化学酸化膜を形成してからそれを除去することにより、表面に露出するポリシリコン(Poly Si)を数原子層エッチした非常に清浄で均一なものとするプロセスに関するものである。
Embodiment 9 FIG.
FIG. 12 is a process flow diagram for illustrating a method of forming a tungsten silicide film according to the ninth embodiment of the present invention.
In this embodiment, when a tungsten silicide (WSi X ) film is formed on polysilicon (Poly Si), a uniform chemical oxide film is previously formed on the polysilicon (Poly Si) surface and then removed. In particular, the present invention relates to a process in which polysilicon (Poly Si) exposed on the surface is etched by several atomic layers to be very clean and uniform.
従来のタングステンシリサイド(WSiX)成膜の問題点は、実施の形態8で記載したのと同様に、WF6等を導入しタングステンシリサイド(WSiX)の堆積を開始した際に、一旦RCA洗浄などのウエット洗浄を行った後に成長する自然酸化膜が、面内に均一に成長しないことにあった。このため、Si表面にタングステンシリサイド(WSiX)が堆積を始めるところとなかなか堆積を始めないところが同一表面に存在したため、均一に膜が堆積せず、膜剥がれ等の原因となっていた。
この実施の形態は、これを防止し、膜が均一に堆積するようにしたものである。
The problem with the conventional tungsten silicide (WSi X ) film formation is that, as described in the eighth embodiment, when WF 6 or the like is introduced and deposition of tungsten silicide (WSi X ) is started, RCA cleaning is performed once. The natural oxide film that grows after wet cleaning such as the above does not grow uniformly in the plane. For this reason, tungsten silicide (WSi X ) started to deposit on the Si surface and there was a place where deposition did not start on the same surface, so that the film was not uniformly deposited, causing film peeling and the like.
In this embodiment, this is prevented and the film is deposited uniformly.
図12を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。処理装置については、図5を参照する。
本実施の形態では、ポリシリコン(Poly Si)の形成を行ったウェーハ51に、H2O2を3%含み同時に0.1%のHFを含む薬液を塗布する(図12の工程121)。これにより、ウェーハ表面に強制的に化学酸化膜の形成を行い、表面に数原子層の化学酸化膜を均一に形成しながら、よりエッチング速度の速いエッチャントを同時に存在させることでそれを除去し、最終的には、表面にFの残るポリシリコン(Poly Si)を露出させる。
With reference to FIG. 12, the process of forming the tungsten silicide film will be described. Refer to FIG. 5 for the processing apparatus.
In the present embodiment, a chemical solution containing 3% H 2 O 2 and simultaneously containing 0.1% HF is applied to the
具体的にプロセスについて説明すると、ポリシリコン(Poly Si)を形成したウェーハ51をローダ56からチャンバ52に導入し、密封する。可動ウォール55を開け、ウェーハ51を下部チャンバ54に導き、ウェーハ固定台57に保持し可動ウォール55を封じる。
Specifically, the process will be described. A
ウェーハ51を回転させながら、H2O2を3%含み同時に0.1%のHFを含む薬液を薬液吐出管58から塗布し、望ましくは実質的に3分接触させ、全面に均一な化学酸化膜を形成させる。
While rotating the
次に、ウェーハ固定台57の回転数を3000rpmにあげ、振り切り乾燥を行う。
次に、可動ウォール55を開け、ウェーハ51を上部チャンバ53に挿入し、可動ウォール55にて密閉する。その後は実施の形態1で説明したプロセスにより成膜を行う。
Next, the number of rotations of the wafer fixing table 57 is increased to 3000 rpm, and swing-off drying is performed.
Next, the
本実施の形態で、タングステンシリサイド(WSiX)の堆積は初期の段階から良好に行われたが、発明者らは、これは本実施の形態の濃度条件ではウェーハ面が全体に一様な性質となったことと、その表面に実施の形態8よりも多くの徴量F成分が残留しており、表面への最初のDCSによるSiのサイト形成が促進されたためと考えている。 In this embodiment, tungsten silicide (WSi X ) was deposited well from the initial stage, but the inventors have found that the wafer surface is uniformly uniform under the concentration conditions of this embodiment. This is considered to be due to the fact that a larger amount of the collected F component than that of the eighth embodiment remains on the surface, and the formation of Si sites by the first DCS on the surface was promoted.
また、従来は、前処理の後、気中その他から極微量の有機物が表面に吸着し、ポリシリコン(Poly Si)とタングステンシリサイド(WSiX)の界面に存在することとなるため、膜剥がれや成膜不良が生じていたが、本実施の形態の薬液処理により、同時にこの問題も解決されたため、より成膜安定性が向上したものと考えている。
本実施の形態の薬液は、以上のような3%のH2O2の代わりに、1ppmのオゾンを含む薬液を適用しても同等の効果が得られた。
また、過酸化水素水とオゾンとを溶解させた液に少量のHFを含ませた薬液によっても処理できる。
Conventionally, after pretreatment, trace amounts of organic substances are adsorbed on the surface from the air and others, and are present at the interface between polysilicon (Poly Si) and tungsten silicide (WSi X ). Although the film formation failure occurred, this problem was solved at the same time by the chemical treatment of the present embodiment, and it is considered that the film formation stability was further improved.
The chemical solution of the present embodiment was able to obtain the same effect even when a chemical solution containing 1 ppm of ozone was applied instead of 3% of H 2 O 2 as described above.
It can also be treated with a chemical solution in which a small amount of HF is contained in a solution in which hydrogen peroxide solution and ozone are dissolved.
実施の形態10.
図13は、この発明の実施の形態10によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
本実施の形態はタングステンシリサイド(WSiX)膜をポリシリコン(Poly Si)上に形成する際に、予めポリシリコン(Poly Si)表面に均一な化学酸化膜を形成してからそれを除去することにより、表面に露出するポリシリコン(Poly Si)を数原子層エッチした非常に清浄で均一なものとするプロセスに関するものである。
Embodiment 10 FIG.
FIG. 13 is a process flow diagram for illustrating a method of forming a tungsten silicide film according to the tenth embodiment of the present invention.
In this embodiment, when a tungsten silicide (WSi X ) film is formed on polysilicon (Poly Si), a uniform chemical oxide film is previously formed on the polysilicon (Poly Si) surface and then removed. Thus, the present invention relates to a process for making polysilicon exposed on the surface (Poly Si) to be very clean and uniform by etching several atomic layers.
従来のタングステンシリサイド(WSiX)成膜の問題点は、実施の形態8,9で記載したのと同様に、WF6等を導入しタングステンシリサイド(WSiX)の堆積を開始した際に、一旦RCA洗浄などのウエット洗浄を行った後に成長する自然酸化膜が、面内に均一に成長しないことにあった。このため、Si表面にタングステンシリサイド(WSiX)が堆積を始めるところとなかなか堆積を始めないところが同一表面に存在したため、均一に膜が堆積せず、膜剥がれ等の原因となっていた。
この実施の形態は、これを防止し、膜が均一に堆積するようにしたものである。
The problem with the conventional tungsten silicide (WSi X ) film formation is that once WF 6 or the like is introduced and deposition of tungsten silicide (WSi X ) is started, as described in the eighth and ninth embodiments. The natural oxide film that grows after wet cleaning such as RCA cleaning does not grow uniformly in the surface. For this reason, tungsten silicide (WSi X ) started to deposit on the Si surface and there was a place where deposition did not start on the same surface, so that the film was not uniformly deposited, causing film peeling and the like.
In this embodiment, this is prevented and the film is deposited uniformly.
図13を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。処理装置については、図5を参照する。
本実施の形態では、ポリシリコン(Poly Si)の形成を行ったウェーハ51に、H2O2のみを30%含む薬液を塗布する(図13の工程131)。これにより、ウェーハ表面に強制的に化学酸化膜の形成を行い、表面に数原子層の化学酸化膜を均一に形成させる。
With reference to FIG. 13, the formation process of the tungsten silicide film will be described. Refer to FIG. 5 for the processing apparatus.
In this embodiment, a chemical solution containing only 30% of H 2 O 2 is applied to the
具体的にプロセスについて説明すると、ポリシリコン(Poly Si)を形成したウェーハ51をローダ56からチャンバ52に導入し、密封する。可動ウォール55を開け、ウェーハ51を下部チャンバ54に導き、ウェーハ固定台57に保持し可動ウォール55を封じる。
Specifically, the process will be described. A
ウェーハ51を回転させながら、H2O2を30%含む薬液を薬液吐出管58から塗布し、実質的に3分接触させ、全面に均一な化学酸化膜を形成させる。
次に、ウェーハ固定台57の回転数を3000rpmにあげ、振り切り乾燥を行う。
次に、可動ウォール55を開け、ウェーハ51を上部チャンバ53に挿入し、可動ウォール55にて密閉する。その後は実施の形態1に示す成膜プロセスを行う。
While rotating the
Next, the number of rotations of the wafer fixing table 57 is increased to 3000 rpm, and swing-off drying is performed.
Next, the
本実施の形態で、タングステンシリサイド(WSiX)の堆積は初期の段階から良好に行われたが、発明者らは、これは本実施の形態の濃度条件ではウェーハ面が全体に一様な性質となったことによると考えている。
また、従来は、前処理の後、気中その他から極微量の有機物が表面に吸着し、ポリシリコン(Poly Si)とタングステンシリサイド(WSiX)の界面に存在することとなるため、膜剥がれや成膜不良が生じていたが、本願発明者は、本実施の形態の薬液処理により、この問題も解決されたため、より成膜安定性が向上したものと考えている。
In this embodiment, tungsten silicide (WSi X ) was deposited well from the initial stage, but the inventors have found that the wafer surface is uniformly uniform under the concentration conditions of this embodiment. I think that it was because it became.
Conventionally, after pretreatment, trace amounts of organic substances are adsorbed on the surface from the air and others, and are present at the interface between polysilicon (Poly Si) and tungsten silicide (WSi X ). Although the film formation failure occurred, the inventor of the present application considers that this problem is also solved by the chemical treatment of the present embodiment, and thus the film formation stability is further improved.
本実施の形態の薬液として、30%のH2O2の代わりに、10ppmのオゾンを含む薬液を適用しても同等の効果が得られた。
また、過酸化水素水とオゾンとを溶解させた処理液で処理することもできる。
Even when a chemical solution containing 10 ppm of ozone instead of 30% H 2 O 2 was applied as the chemical solution of the present embodiment, the same effect was obtained.
Moreover, it can also process with the process liquid which dissolved hydrogen peroxide water and ozone.
実施の形態11.
図14は、この発明の実施の形態11によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
実施の形態8〜10では、より高い成膜安定性が得られ、手法としては優れている。しかしながら、半導体製造工場の装置設置場所によっては充分な湿式洗浄に対するファシリティや環境が準備されていないところがある。
本実施の形態は、上記実施の形態8〜10で実現したプロセスをドライプロセスで実現するものである。
Embodiment 11 FIG.
FIG. 14 is a process flow diagram for illustrating a method of forming a tungsten silicide film according to the eleventh embodiment of the present invention.
In Embodiments 8 to 10, higher film formation stability can be obtained and the method is excellent. However, there are places where facilities and environments for sufficient wet cleaning are not prepared depending on the equipment installation location of the semiconductor manufacturing factory.
In the present embodiment, the process realized in the eighth to tenth embodiments is realized by a dry process.
図14を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。
ポリシリコン(Poly Si)を形成したウェーハ51をローダ56からチャンバ52に導入し、密封する。一旦不活性ガスに密閉雰囲気を置換した後、450℃以下、例えば400℃に昇温する(図14の工程141)。次に、HFガスとオゾンガスの混合ガスを導入する(図14の工程142)。この時の昇温は高いほど反応が速く時間が短縮される傾向にあったが、高すぎると反応が急激に進み表面粗度が高くなるため、好ましくない。その後は、実施の形態1に示す、DCS導入とそれに続く成膜プロセスを行う。
本実施の形態で、タングステンシリサイド(WSiX)の堆積は初期の段階から良好に行われ、成膜安定性が向上した。
With reference to FIG. 14, the process of forming the tungsten silicide film will be described.
A
In the present embodiment, tungsten silicide (WSi X ) was deposited well from the initial stage, and the film formation stability was improved.
本実施の形態によれば、ドライプロセスにより、動力や環境に係わる多額の追加コストを抑えながら、従来より安定したタングステンシリサイド(WSiX)の成膜を行うことができる。また、チャンバ間の移動が省けるので、全プロセス時間が短縮され、スループットが向上し生産性が改善される効果も得られる。
なお、以上では、オゾンガスとHFガスとの混合ガスを使う場合について説明したが、これは酸素ガスとHFガスとの混合ガス、あるいはH2O蒸気とHFガスとの混合ガスを用いることもできる。また、オゾンガス、酸素ガスあるいはH2O蒸気に、HFガスを0.001〜0.5%含ませるようにするとよい。
According to the present embodiment, it is possible to deposit tungsten silicide (WSi X ) that is more stable than conventional ones while suppressing a large additional cost related to power and environment by a dry process. Further, since the movement between the chambers can be omitted, the total process time can be shortened, the throughput can be improved, and the productivity can be improved.
In the above, the description has been given of the case using the mixed gas of ozone and HF gas, which can also be a mixed gas of a mixed gas or H 2 O vapor and HF gas, the oxygen gas and HF gas . Further, 0.001 to 0.5% of HF gas may be contained in ozone gas, oxygen gas or H 2 O vapor.
実施の形態12.
図15は、この発明の実施の形態12によるタングステンシリサイド膜の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
実施の形態11ではオゾンガスとHFガスを混合することによる酸化とエッチングの平衡反応により表面のクリーニングとFの終端を実現するものであったが、ポリシリコン(Poly Si)にPが含まれる場合など、エッチングが促進され増加する表面粗度のため、逆に密着性が劣る現象が認められた。
この実施の形態は、このような場合に、実施の形態8〜10で実現したプロセスをドライプロセスで実現するとともに、成膜安定性が向上したプロセスを提供しようとするものである。
Embodiment 12 FIG.
FIG. 15 is a process flow diagram for illustrating a method of forming a tungsten silicide film according to the twelfth embodiment of the present invention.
In the eleventh embodiment, the cleaning of the surface and the termination of F are realized by an equilibrium reaction between oxidation and etching by mixing ozone gas and HF gas. However, when polysilicon is contained in polysilicon (Poly Si), etc. On the other hand, due to the increased surface roughness due to accelerated etching, a phenomenon of poor adhesion was observed.
In this case, this embodiment is intended to provide a process in which the process realized in the eighth to tenth embodiments is realized by a dry process and the film formation stability is improved.
図15を参照して、タングステンシリサイド膜の形成プロセスについて説明する。
ポリシリコン(Poly Si)を形成したウェーハ51をローダ56からチャンバ52に導入し、密封する。一旦不活性ガスに密閉雰囲気を置換した後、450℃以下、例えば450℃に昇温する(図15の工程151)。次に、HFガスを供給せずにオゾンガスのみを導入する(図15の工程152)。その後は、実施の形態1に示す、DCS導入とそれに続く成膜プロセスを行う。
With reference to FIG. 15, the process of forming the tungsten silicide film will be described.
A
以上のように、この実施の形態では、HFガスを供給せずにオゾンガスによる有機物の除去と極薄酸化膜の形成のみを、実施の形態1に示すDCS導入に先立って行う。これによりポリシリコン(Poly Si)にPが含まれる場合などにも、密着性が得られることが認められた。
As described above, in this embodiment, only the removal of organic substances by ozone gas and the formation of an ultrathin oxide film are performed prior to the introduction of DCS shown in
本実施の形態の導入ガスをオゾンから酸素に変えることによっても近い効果が得られた。効果はオゾンの方が高かったが、酸素は半導体ラインでは容易に得ることが出来るので、汎用性の意味からは酸素で行うことも生産に大きく寄与すると考えられる。
更に、水蒸気の導入を試み、微妙な流量制御が必要であったものの、類似の効果が得られたので、オゾンの代わりに水蒸気であっても良い。
A similar effect was also obtained by changing the introduced gas of the present embodiment from ozone to oxygen. Although the effect was higher with ozone, oxygen can be easily obtained in the semiconductor line, so from the viewpoint of versatility, it is considered that the use of oxygen greatly contributes to production.
Furthermore, although introduction of water vapor was attempted and subtle flow rate control was required, a similar effect was obtained, so water vapor may be used instead of ozone.
実施の形態13.
以上各実施の形態で説明したタングステンシリサイド膜の形成方法は、各種の半導体装置の製造工程において、活用できる。
半導体装置の例えばメモリ装置において、ゲート電極、ビット線、ワード線などの配線の形成のために、低抵抗導電膜として有効に用いることができる。
この発明は、上記に説明したいずれかのタングステンシリサイド膜の形成を、半導体装置の製造工程に含むものである。また、この発明は、上記に説明したいずれかの形成方法により形成したタングステンシリサイド膜を半導体装置の中に含むものである。
Embodiment 13 FIG.
The method for forming a tungsten silicide film described in the above embodiments can be used in various semiconductor device manufacturing processes.
In a semiconductor device such as a memory device, it can be effectively used as a low-resistance conductive film for forming wiring such as a gate electrode, a bit line, and a word line.
The present invention includes the formation of any of the tungsten silicide films described above in the manufacturing process of the semiconductor device. The present invention also includes a tungsten silicide film formed by any one of the forming methods described above in a semiconductor device.
51 ウェーハ、 52 チヤンバ、 53 上部チャンバ(第1のチャンバ)、 54 下部チャンバ(第2のチャンバ)、 55 可動ウォール(隔壁手段)、 56 ローダ、 57 ウェーハ固定台(支持手段)、 58 薬液吐出管(薬液導入手段)、 59 吐出口。 51 Wafer, 52 Chamber, 53 Upper chamber (first chamber), 54 Lower chamber (second chamber), 55 Movable wall (partition wall means), 56 Loader, 57 Wafer fixing base (support means), 58 Chemical solution discharge pipe (Chemical solution introduction means) 59 Discharge port.
Claims (6)
ジクロロシラン(DCS)を導入して上記シリコンウェーハの表面反応を起こす第1のDCS処理工程と、
ジクロロシランに加えて六ふっ化タングステンを導入して上記シリコンウェーハの表面にタングステンシリサイドを堆積させる第1の堆積工程と、
六ふっ化タングステンを止めてジクロロシランを導入する第2のDCS処理工程と、
ジクロロシランに加えて六ふっ化タングステンを導入してタングステンシリサイドの堆積を行う第2の堆積工程と、
六ふっ化タングステンを止めてジクロロシランを導入する第3のDCS処理工程と、
ジクロロシランを止めて不活性ガスを導入する処理工程とを順次実施し、
上記第1の堆積工程から上記第3のDCS処理工程に至るまでジクロロシランを導入し続け、上記第1の堆積工程と上記第2の堆積工程でのジクロロシラン及び六ふっ化タングステンの導入量が異なり、
上記第1のDCS処理工程に先立って、上記シリコンウェーハの表面をジクロロシランが分解し易い表面状態に加工する表面処理工程を実施し、
上記表面処理工程が、上記シリコンウェーハの表面を希弗酸水溶液(DHF)で処理する工程と、上記シリコンウェーハの表面にF成分を残して乾燥させる工程とを含むことを特徴とするタングステンシリサイド膜の形成方法。 A temperature raising step of placing and heating the silicon wafer in an inert gas atmosphere;
A first DCS treatment step in which dichlorosilane (DCS) is introduced to cause a surface reaction of the silicon wafer;
A first deposition step of introducing tungsten hexafluoride in addition to dichlorosilane to deposit tungsten silicide on the surface of the silicon wafer;
A second DCS treatment step that stops tungsten hexafluoride and introduces dichlorosilane;
A second deposition step for depositing tungsten silicide by introducing tungsten hexafluoride in addition to dichlorosilane;
A third DCS treatment step to stop tungsten hexafluoride and introduce dichlorosilane;
The treatment step of stopping the dichlorosilane and introducing the inert gas is carried out sequentially,
Introducing dichlorosilane from the first deposition step to the third DCS treatment step, the introduction amounts of dichlorosilane and tungsten hexafluoride in the first deposition step and the second deposition step are as follows. different Ri,
Prior to the first DCS treatment step, a surface treatment step of processing the surface of the silicon wafer into a surface state in which dichlorosilane is easily decomposed is performed.
The tungsten silicide film characterized in that the surface treatment step includes a step of treating the surface of the silicon wafer with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution (DHF) and a step of drying leaving an F component on the surface of the silicon wafer. Forming method.
ジクロロシラン(DCS)を導入して上記シリコンウェーハの表面反応を起こす第1のDCS処理工程と、 A first DCS treatment step in which dichlorosilane (DCS) is introduced to cause a surface reaction of the silicon wafer;
ジクロロシランに加えて六ふっ化タングステンを導入して上記シリコンウェーハの表面にタングステンシリサイドを堆積させる第1の堆積工程と、 A first deposition step of introducing tungsten hexafluoride in addition to dichlorosilane to deposit tungsten silicide on the surface of the silicon wafer;
六ふっ化タングステンを止めてジクロロシランを導入する第2のDCS処理工程と、 A second DCS treatment step that stops tungsten hexafluoride and introduces dichlorosilane;
ジクロロシランに加えて六ふっ化タングステンを導入してタングステンシリサイドの堆積を行う第2の堆積工程とを順次実施し、 Sequentially performing a second deposition step of depositing tungsten silicide by introducing tungsten hexafluoride in addition to dichlorosilane,
上記第1の堆積工程から上記第2の堆積工程に至るまでジクロロシランを導入し続け、上記第1の堆積工程と上記第2の堆積工程でのジクロロシラン及び六ふっ化タングステンの導入量が異なり、 Introducing dichlorosilane from the first deposition step to the second deposition step, the introduction amounts of dichlorosilane and tungsten hexafluoride in the first deposition step and the second deposition step are different. ,
上記第1のDCS処理工程に先立って、上記シリコンウェーハの表面をジクロロシランが分解し易い表面状態に加工する表面処理工程を実施し、 Prior to the first DCS treatment step, a surface treatment step of processing the surface of the silicon wafer into a surface state in which dichlorosilane is easily decomposed is performed.
上記表面処理工程が、上記シリコンウェーハの表面を希弗酸水溶液(DHF)で処理する工程と、上記シリコンウェーハの表面にF成分を残して乾燥させる工程とを含むことを特徴とするタングステンシリサイド膜の形成方法。 The tungsten silicide film characterized in that the surface treatment step includes a step of treating the surface of the silicon wafer with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution (DHF) and a step of drying leaving an F component on the surface of the silicon wafer. Forming method.
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