[go: up one dir, main page]

RU2375785C1 - Способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии - Google Patents

Способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии Download PDF

Info

Publication number
RU2375785C1
RU2375785C1 RU2008128338/28A RU2008128338A RU2375785C1 RU 2375785 C1 RU2375785 C1 RU 2375785C1 RU 2008128338/28 A RU2008128338/28 A RU 2008128338/28A RU 2008128338 A RU2008128338 A RU 2008128338A RU 2375785 C1 RU2375785 C1 RU 2375785C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tungsten
silicon
film
making
metal structure
Prior art date
Application number
RU2008128338/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Светлана Всеволодовна Плющева (RU)
Светлана Всеволодовна Плющева
Сергей Юрьевич Шаповал (RU)
Сергей Юрьевич Шаповал
Геннадий Михайлович Михайлов (RU)
Геннадий Михайлович Михайлов
Александра Викторовна Андреева (RU)
Александра Викторовна Андреева
Original Assignee
Учреждение Российской Академии наук Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской Академии наук Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов filed Critical Учреждение Российской Академии наук Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов
Priority to RU2008128338/28A priority Critical patent/RU2375785C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2375785C1 publication Critical patent/RU2375785C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к полупроводниковой микро- и наноэлектронике и может быть использовано в производстве интегральных схем, при формировании электродов в транзисторах и обкладок конденсаторов, при формировании контактов и проводящих областей на поверхности кремния, в качестве проводящих, термостабильных и барьерных слоев в системах металлизации. Сущность изобретения: способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии включает создание на подложке из кремния нанометрового подслоя адгезионного промотера и последующее нанесение тонкой пленки вольфрама методом газофазного химического осаждения по реакции восстановления гексафторида вольфрама водородом при пониженном давлении. В качестве адгезионного промотера используют силицид вольфрама W5Si3. Изобретение позволяет улучшить качество получаемой металлической структуры вольфрама на кремнии с одновременным упрощением технологического процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к полупроводниковой микро- и наноэлектронике и может быть использовано в производстве интегральных схем (ИС): при формировании электродов в транзисторах и обкладок конденсаторов, при формировании контактов и проводящих областей на поверхности кремния, в качестве проводящих, термостабильных и барьерных слоев в системах металлизации. Газофазное химическое осаждение (CVD) вольфрама - основной процесс многоуровневой межконтактной металлизации вследствие хорошей конформности покрытий.
Известен способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии, включающий нанесение тонкой пленки вольфрама на кремний CVD-методом по реакции восстановления гексафторида вольфрама водородом в реакторе пониженного давления с активацией водорода [Маликов И.В., Плющева С.В., Шаповал С.Ю. «Газофазное осаждение тонких пленок вольфрама с применением ВЧ-активации», Высокочистые вещества, 1991, №4, с.177-182].
Однако при всех положительных свойствах вольфрамовой металлизации (вольфрам не подвержен электромиграции, устойчив к термическим воздействиям, отличается высокой термостабильностью, низкой активностью окисления, хорошей проводимостью и др.) пленки вольфрама имеют низкую структурную целостность и часто отслаиваются из-за плохой адгезии вольфрама к кремнию, что затрудняет их практическое использование в технологии ИС.
Известен способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии, принятый за прототип [Handbook of semiconductor manufacturing technology/ ed. Y.Nishi, R.Doering, Marcell Dekker Inc., N.Y., USA, 2000, p.342-345]. Способ включает нанесение тонкой пленки вольфрама методом газофазного химического осаждения по реакции восстановления гексафторида вольфрама водородом в реакторе пониженного давления с активацией водорода на подложку из кремния, покрытую нанометровым подслоем адгезионного промотера. В качестве промотера использовали нитрид титана толщиной 30-50 нм для улучшения адгезии пленки вольфрама к кремнию. Нанесение пленки нитрида титана (TiN) - самостоятельный процесс, который входит как дополнительная стадия в общую технологическую схему и требует дорогостоящего оборудования. Для получения пленок TiN применяют процессы реактивного магнетронного распыления либо с коллимацией, либо с ионизацией распыленных частиц.
Однако качество получаемых структур не всегда отвечает требованиям современной техники. Формирование подслоя TiN связано с использованием дополнительных реагентов, что нежелательно в технологии ИС, так как любой реагент - потенциальный источник загрязнений и непредсказуемый источник помех. Помимо TiN, на стадии зародышеобразования дополнительно вводят силан (SiH4), что еще более усложняет технологический процесс.
Представленное изобретение решает задачу улучшения качества получаемой металлической структуры вольфрама на кремнии с одновременным упрощением технологического процесса.
Технический эффект при этом заключается в получении целостностных и стабильных гетероструктур благодаря формированию нанометрового подслоя силицида вольфрама (W5Si3) высокой плотности. Кроме того, происходит упрощение технологического процесса за счет совмещения в одном процессе стадий получения подслоя промотера и пленки вольфрама.
Поставленная задача достигается способом изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии, включающим создание нанометрового подслоя адгезионного промотера с последующим нанесением тонкой пленки вольфрама методом газофазного химического осаждения по реакции восстановления гексафторида вольфрама водородом на подложку из кремния при пониженном давлении. Новизна способа заключается в том, что в качестве адгезионного промотера используют силицид вольфрама W5Si3.
Силицид W5Si3 имеет структурное соответствие как к вольфраму, так и к кремнию, отличается высоким совершенством границы раздела пленка-подложка, что делает его хорошим адгезионным промотером вольфрама к кремнию. Кроме того, плотная структура силицида W5Si3 препятствует образованию других силицидов с более высоким содержанием кремния и более низкой проводимостью.
Подслой силицида вольфрама W5Si3 может быть получен любыми способами.
Наиболее технологично создание подслоя силицида вольфрама проводить обработкой кремниевой подложки перед нанесением пленки вольфрама парами гексафторида вольфрама в том же реакторе при температуре 100-200°С в течение 10-20 минут. В этих условиях образуется тонкий поверхностный слой активного кремния и благоприятное соотношение вольфрама к кремнию приводит к формированию стабильной плотной силицидной пленки постоянного состава W5Si3, которая является диффузионным барьером, как для гексафторида вольфрама, так и для кремния, что и приводит к прекращению реакции силицирования. В результате создается самоограниченный слой силицида W5Si3 толщиной ~20 нм с высокой проводимостью, который обеспечивает хорошую адгезию вольфрама.
Оптимальный вариант CVD-процесса - газофазное осаждение вольфрама по реакции восстановления гексафторида вольфрама водородом с использованием ВЧ-активированного водорода при температурах от 200°С и более.
Использование ВЧ-активированного водорода в процессе газофазного химического осаждения позволяет снижать температуру процесса до комнатной. Снижение температуры важное условие при формировании контактов к полупроводниковым слоям, особенно при переходе на наноуровни. Однако при таких условиях качественные пленки могут быть получены только при температурах более 200°С.
По предложенной технологии получены тонкие пленки вольфрама толщиной порядка 100 нм и удельным сопротивлением 8×10-6 Ом×см, близким к сопротивлению объемного металла.
На чертеже представлен общий вид установки для изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии.
Установка состоит из следующих основных частей: кварцевый реактор 1, печь сопротивления 2 с контролируемым нагревом и точным поддержанием температуры с помощью ВРТ, кремниевые пластины 3, система вакуумирования 4, включающая азотные ловушки, форвакуумный насос и насос типа "Ruts" с приборами контроля вакуума «ВТ-2А» и «ВДГ-1», источник гексафторида вольфрама 5 с вентилем точной регулировки и датчиком давления, система подачи и очистки водорода 6 с установкой «Палладий 0,5» для очистки водорода за счет фильтрации через палладиевые фильтры, индуктор ВЧ-генератора 7 с частотой 13,56 МГц и мощностью до 500 Вт для возбуждения плазмы, датчик давления 8 для контроля давления парогазовой смеси в реакторе, система загрузки 9.
В качестве источника вольфрама использовали чистый гексафторид вольфрама, соответствующий ТУ 6-02-18-137-87.
В качестве подложек использовали пластины высокоомного кремния с ориентацией <100>.
Предварительно подложку из кремния обрабатывали парами гексафторида вольфрама в течение 10-20 минут при температуре 100-200°С.
Осаждения вольфрама проводили при пониженном давлении, варьируя температуру от 200 до 500°С в зависимости от типа CVD-процесса. В обычном режиме CVD-процесс протекает при температурах выше 350°С. Для снижения температуры осаждения пленок вольфрама использовали активацию водорода, что позволяет получать качественные пленки при температурах более 200°С.
Более высокие температуры процесса нежелательны в технологии формирования интегральных схем, так как приводят к дополнительным плохо контролируемым источникам структурных нарушений
Измерение толщины пленок проводили на профилометре Talystep. Электросопротивление пленок измеряли четырехзондовым контактным методом.
Изучение химических взаимодействий поверхностных слоев подложки кремния с пленкой вольфрама проводили методом тонкопленочной рентгеновской дифрактометрии.
Состояние поверхности образца контролировали с помощью атомно-силовой микроскопии (атомно-силовой микроскоп АСМ Р-04).
К тому же визуально контролировали наличие видимых дефектов и нарушение целостности покрытия.
Приведенные примеры подтверждают, но не ограничивают предлагаемое изобретение.
Пример 1.
Получение тонких пленок вольфрама восстановлением его гексафторида водородом проводили в установке, представленной на чертеже.
В кварцевый реактор (1) помещали пьедестал с кремниевыми пластинами (3) площадью 1.5×1.5 см2. Максимальное количество одновременно обрабатываемых кремниевых пластин 10 штук. С помощью системы вакуумирования (4) доводили давление до 0.13 Па. Открывали вентиль подачи WF6 (5) и создавали давление в реакторе 10 Па. Перед проведением CVD-процесса до начала осаждения вольфрамовой пленки кремниевую подложку обрабатывали парами гексафторида вольфрама, подаваемого из системы (5) в течение 15 минут при температуре 200°С, поддерживаемой высокоточным регулятором температуры (2). При этом образуется активный слой кремния. Что и приводит к образованию силицида вольфрама W5Si3 высокой плотности (14.523 г/см3). Этот силицид является барьером для дальнейшего проникновения гексафторида вольфрама, и реакция силицирования прекращается и образуется самоограниченный подслой силицида W5Si3 толщиной ~20 нм.
Далее проводили газофазное осаждение пленки вольфрама. В реактор (1) из системы (6) подавали водород, который проходил очистку через палладиевые фильтры. Общее давление в реакторе доводили до 53.2 Па. Температура проведения процесса составила 400°С. Длительность процесса осаждения определялась требуемой толщиной наращиваемой пленки вольфрама.
Удельное сопротивление полученных пленок вольфрама толщиной 150 нм более приближалось к сопротивлению объемного металла и составляло 8×10-6 Ом·см.
Визуальный контроль с помощью микроскопа показал отсутствие нарушения целостности покрытия и видимых дефектов.
Атомно-микроскопические измерения показали равномерность покрытия по всей поверхности подложки. Пленка сплошная, а средняя шероховатость при толщине пленки 100 нм была на уровне 8-12 нм.
Пример 2. То же, что в примере 1, только газофазное осаждение вольфрама по реакции восстановления гексафторида вольфрама водородом проводили с использованием ВЧ-активированного водорода. При этом температура газофазного осаждения вольфрама составляла 100°С.
Полученные пленки вольфрама при той же толщине покрытия (150 нм)имели более высокое удельное сопротивление 62×10-6 Ом·см, что делает их непригодными для решения поставленной задачи.
Пример 3. То же, что в примере 2, только газофазное осаждение вольфрама по реакции восстановления гексафторида вольфрама водородом с использованием ВЧ-активированного водорода проводили при температуре 200°С.
Удельное сопротивление полученных пленок вольфрама толщиной 150 нм приближалось к сопротивлению объемного металла и снизилось до величины 11×10-6 Ом·см.
Визуальный контроль с помощью микроскопа показал отсутствие нарушения целостности покрытия и видимых дефектов.
Атомно-микроскопические измерения показали равномерность покрытия по всей поверхности подложки, средняя шероховатость при толщине пленки 150 нм была на уровне 8-12 нм.
Таким образом, использование ВЧ-активированного водорода позволило снизить температуру CVD-процесса на 200°С.
Как следует из сказанного выше, предлагаемое изобретение позволяет создавать нанометровый подслой адгезионного промотера силицида вольфрама состава W5Si3 высокой плотности 14.523 г/см3, в то время как плотность адгезионного промотера в прототипе TiN 5.44 г/см3. Что, в свою очередь, позволяет получать тонкопленочную стабильную металлическую структуру вольфрама на кремнии с высокой проводимостью, хорошей адгезией и структурной целостностью, хорошей отражательной способностью и термостабильностью. Удельное сопротивление полученных тонких пленок вольфрама приблизилось к сопротивлению объемного металла (5,5×10-6 Ом·см) и составляло 8×10-6 Ом·см.

Claims (3)

1. Способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии, включающий создание нанометрового подслоя адгезионного промотера с последующим нанесением тонкой пленки вольфрама методом газофазного химического осаждения по реакции восстановления гексафторида вольфрама водородом на подложку из кремния при пониженном давлении, отличающийся тем, что в качестве адгезионного промотера используют силицид вольфрама W5Si3.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для создания подслоя силицида вольфрама перед нанесением пленки вольфрама кремниевую подложку обрабатывают парами гексафторида вольфрама в том же реакторе при температуре 100-200°С в течение 10-20 мин.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газофазное химическое осаждение проводят с активацией водорода при температуре более 200°С.
RU2008128338/28A 2008-07-14 2008-07-14 Способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии RU2375785C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008128338/28A RU2375785C1 (ru) 2008-07-14 2008-07-14 Способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008128338/28A RU2375785C1 (ru) 2008-07-14 2008-07-14 Способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2375785C1 true RU2375785C1 (ru) 2009-12-10

Family

ID=41489749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008128338/28A RU2375785C1 (ru) 2008-07-14 2008-07-14 Способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2375785C1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2610055C1 (ru) * 2015-11-30 2017-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Чеченский государственный университет (ФГБОУ ВО Чеченский государственный университет) Способ изготовления полупроводникового прибора
RU2629190C2 (ru) * 2015-09-07 2017-08-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Электрохимический способ получения порошка силицида вольфрама
RU2672675C2 (ru) * 2013-10-16 2018-11-19 Сучжоу Ханс Энерджи Сторидж Текнолоджи Ко., Лтд. Материал на вольфрамовой основе, супераккумулятор и суперконденсатор
RU2757177C1 (ru) * 2021-02-15 2021-10-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чеченский государственный университет" Способ изготовления силицидных контактов из вольфрама
RU2767482C1 (ru) * 2021-06-17 2022-03-17 Общество с ограниченной ответственностью "Пилингтон Гласс" Способ изготовления химически и термически стабильной металлической поглощающей структуры вольфрама на силикатной подложке

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1823712A1 (ru) * 1991-06-22 1996-04-27 Научно-производственное объединение "Интеграл" Парогазовая смесь для осаждения вольфрама на кремний
US5997950A (en) * 1992-12-22 1999-12-07 Applied Materials, Inc. Substrate having uniform tungsten silicide film and method of manufacture
WO2007004443A1 (ja) * 2005-07-01 2007-01-11 Tokyo Electron Limited タングステン膜形成方法,成膜装置,記憶媒体及び半導体装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1823712A1 (ru) * 1991-06-22 1996-04-27 Научно-производственное объединение "Интеграл" Парогазовая смесь для осаждения вольфрама на кремний
US5997950A (en) * 1992-12-22 1999-12-07 Applied Materials, Inc. Substrate having uniform tungsten silicide film and method of manufacture
WO2007004443A1 (ja) * 2005-07-01 2007-01-11 Tokyo Electron Limited タングステン膜形成方法,成膜装置,記憶媒体及び半導体装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Handbook of semiconductor manufacturing technology. Y.Nishi, R.Doering, Marcell Dekker Inc., N.Y., USA, 2000, p.342-345. Маликов И.В. и др. Газофазное осаждение тонких пленок вольфрама с применением ВЧ-активации», Высокочистые вещества, 1991, №4, с.177-182. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2672675C2 (ru) * 2013-10-16 2018-11-19 Сучжоу Ханс Энерджи Сторидж Текнолоджи Ко., Лтд. Материал на вольфрамовой основе, супераккумулятор и суперконденсатор
RU2629190C2 (ru) * 2015-09-07 2017-08-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Электрохимический способ получения порошка силицида вольфрама
RU2610055C1 (ru) * 2015-11-30 2017-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Чеченский государственный университет (ФГБОУ ВО Чеченский государственный университет) Способ изготовления полупроводникового прибора
RU2757177C1 (ru) * 2021-02-15 2021-10-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чеченский государственный университет" Способ изготовления силицидных контактов из вольфрама
RU2767482C1 (ru) * 2021-06-17 2022-03-17 Общество с ограниченной ответственностью "Пилингтон Гласс" Способ изготовления химически и термически стабильной металлической поглощающей структуры вольфрама на силикатной подложке

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR0174543B1 (ko) 반도체 웨이퍼 상에 텅스텐 층을 증착시키는 방법
US7074719B2 (en) ALD deposition of ruthenium
Kim The application of atomic layer deposition for metallization of 65 nm and beyond
US5780360A (en) Purge in silicide deposition processes dichlorosilane
Ha et al. Influence of oxidant source on the property of atomic layer deposited Al2O3 on hydrogen-terminated Si substrate
KR20010078215A (ko) Cvd법에 의해 형성된 티타늄 나이트라이드 막의플라즈마 처리
RU2375785C1 (ru) Способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии
US5672385A (en) Titanium nitride film-MOCVD method incorporating use of tetrakisdialkylaminotitanium as a source gas
CN104955978A (zh) 用于在基材上制备单一介电层和/或阻挡层或多层的方法以及用于实施所述方法的装置
Kim et al. Comparison study for TiN films deposited from different method: chemical vapor deposition and atomic layer deposition
Yang et al. Low-resistivity α-phase tungsten films grown by hot-wire assisted atomic layer deposition in high-aspect-ratio structures
US20050250341A1 (en) Method for manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus
KR0179797B1 (ko) 바이어스 전압이 인가된 Cu 박막 형성방법
JPH06283453A (ja) 半導体装置製造方法
Chang et al. Nitridation of fine grain chemical vapor deposited tungsten film as diffusion barrier for aluminum metallization
TW202321508A (zh) 沉積氮化硼膜之循環沉積方法以及包含氮化硼膜的結構
KR100200911B1 (ko) 초고밀도 집적회로를 위한 도전층 및 구조를 만드는 방법 및 그 방법을 실행하기 위한 장치
Sari et al. Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition of Ruthenium Thin Films Using Isopropylmethylbenzene-Cyclohexadiene-Ruthenium and NH3 Plasma
Majumder et al. Thermal stability of Ti/Mo and Ti/MoN nanostructures for barrier applications in Cuinterconnects
Shi et al. Plasma enhanced atomic layer deposited platinum thin film on Si substrate with TMA pretreatment
Liu et al. Effects of amino-terminated self-assembled monolayers on nucleation and growth of chemical vapor-deposited copper films
CN120457240A (zh) 含SiC膜及其制造方法
JP3194256B2 (ja) 膜成長方法と膜成長装置
WO1999053114A1 (en) Continuous process for sputtering tantalum nitride films
JP4640281B2 (ja) バリヤメタル層及びその形成方法