DE3709066A1 - Verfahren zum erzeugen eines duennen metallfilms durch chemisches aufdampfen - Google Patents
Verfahren zum erzeugen eines duennen metallfilms durch chemisches aufdampfenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines
(einer) hochschmelzenden Metallfilms oder -schicht hoher
Güte auf einer Substratoberfläche nach dem chemischen
Aufdampf- bzw. CVD-Verfahren.
In neuerer Zeit sind dünne, hochschmelzende Metallfilme
als feines metallisches Verdrahtungsmaterial für Schalt
kreise hoher Integrationsdichte eingeführt worden. Die
Gruppe der hochschmelzenden Metalle umfaßt Ti, W, Mo
und Ta. Obgleich sich die folgende Beschreibung beispiel
haft auf Wolfram bezieht, ist die Erfindung gleichermaßen
auf andere hochschmelzende Metalle anwendbar.
Für die Erzeugung eines dünnen W-Films wird ein Gaspha
senaufwachsen nach dem CVD-Verfahren angewandt, wobei
z. B. WF6 und H2 als gasförmige Ausgangsmaterialien ein
gesetzt werden. Die Gasphasenreaktion bei dieser Technik
läuft nach folgendem Schema ab:
WF6 + 3 H2 → W + 6 HF
Es ist darauf hinzuweisen, daß bei dieser Gasphasenre
aktion der W-Film kaum auf einem (einer) Isolierfilm oder
-schicht, z. B. einer SiO2-Schicht, zum Aufwachsen ge
bracht werden kann, weil offensichtlich die Isolier
schicht keine geeignete katalytische Fläche zur Förderung
der Gasphasenreaktion bietet, und zwar im Gegensatz zu
einer eine katalytische Fläche darstellenden Metall- oder
Halbleiter(ober)fläche. Hieraus folgt, daß es möglich
ist, einen dünnen W-Film selektiv nur auf vorbestimmten
Bereichen einer Substratoberfläche zu erzeugen; dies er
möglicht die Ausbildung eines feinen W-Verdrahtungsmu
sters ohne die Notwendigkeit für einen Muster- oder Bild
erzeugungsschritt. Diese spezielle Technik ist als selek
tives CVD-Verfahren bekannt.
Die Erzeugung eines dünnen W-Films nach dem genannten
CVD-Verfahren ist jedoch mit einem ernstlichen Problem
verbunden. Insbesondere ist dabei die Selektivität der
W-Filmerzeugung nicht vollkommen. Wenn nämlich das Gas
phasenaufwachsen über eine lange Zeit hinweg bei einer
Reaktionstemperatur (oder Substrattemperatur) von mehr
als 400°C durchgeführt wird, wird W in geringem Maße
auch auf der Isolierschicht selbst abgelagert. Insbeson
dere dann, wenn die Isolierschicht aus z. B. SiO2 be
steht, reagiert vermutlich in der unter Hochtemperatur
bedingungen stattfindenden Gasphasenreaktion erzeugtes
HF mit dem SiO2 unter Bildung von SiF, auf dem sich W
leicht niederschlagen kann, wodurch die Selektivität der
W-Filmerzeugung beeinträchtigt wird. Die genannte Reak
tion läuft wie folgt ab:
SiO2 + 4 HF → SiF4 + 2 H20
SiO2 + 4 HF → SiF4 + 2 H20
Wenn dagegen eine Verdrahtungsschicht aus einem dünnen
W-Film auf einem Halbleitersubstrat nach z. B. dem selekti
ven CVD-Verfahren erzeugt wird, ist die Behandlungszeit
für die einzelnen Plättchen kurz. Die Beeinträchtigung
der Selektivität bei den einzelnen Plättchen ist daher
vergleichsweise gering, weil jedes Plättchen jeweils durch
ein neues Plättchen ersetzt wird.
CVD-Geräte (d. h. Geräte zur Durchführung des CVD-Ver
fahrens) werden über einen langen Zeitraum hinweg laufend
benutzt. Bei z. B. einem CVD-Gerät des Diffusionsofen
typs setzen sich daher die Ablagerung von W an der Innen
wand eines Reaktionsrohrs aus Quarz (SiO2) über einen
längeren Zeitraum hinweg fort. Wenn nämlich das CVD-Ver
fahren über einen langen Zeitraum hinweg durchgeführt
wird, schlagen sich feine W-Teilchen hauptsächlich an
der Innenwand(fläche) des Reaktionsrohrs nieder. Diese
abgelagerten feinen W-Teilchen bilden dabei die oben ge
nannte katalytische Fläche für das W-Aufwachsen, die an
schließend eine schnelle Ablagerung von W zur Folge hat.
Die Aufwachsmenge oder -geschwindigkeit des W-Films auf
der Halbleiteroberfläche verringert sich schnell propor
tional zur W-Ablagerungsmenge an der Innenwand des Re
aktionsrohrs. Hieraus folgt, daß es unmöglich ist, einen
W-Film unter Hochtemperaturbedingungen schnell zu erzeu
gen. Zudem kann auch die Dicke des W-Films nicht kontrol
liert werden. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich
daraus, daß die an der Innenwand des Reaktionsrohrs ab
gelagerten W-Teilchen nur schwach an dieser Wandfläche
haften, so daß sie bestrebt sind, sich während des Dampf
phasenaufwachsvorgangs von dieser Wandfläche zu lösen,
um dann auf das Substrat herabzufallen. Als Ergebnis
treten teilchenförmige Fehler auf bzw. in dem auf dem
Substrat gezüchteten Film auf. Diese Fehler oder Defekte
stellen offensichtlich ein ernsthaftes Problem dar, das
gelöst werden muß, um ein feines Schaltungsmuster in ei
nem Schaltkreis hoher Integrationsdichte herstellen zu
können.
Die geschilderen Schwierigkeiten ergeben sich nicht nur
beim Diffusionstyp-CVD-Gerät, sondern auch bei einem als
Kaltwandtyp bezeichneten CVD-Gerät aus rostfreiem Stahl,
bei dem sich W-Teilchen auf der Oberfläche des rostfreien
Stahls selbst niederschlagen könnten. Beim Kaltwandtyp
CVD-Gerät wird daher die Wand des Reaktionsraums gekühlt,
um die Ablagerung von W an dieser Wand zu verhindern.
Eine Trageeinrichtung, auf der ein Substrat montiert ist,
ist jedoch mit einem Heizelement zum Erwärmen des Sub
strats auf eine Temperatur, bei der die Dampfphasenauf
wachsreaktion stattfinden kann, versehen; infolgedessen
schlagen sich W-Teilchen auf der Oberfläche der Trage
einrichtung nieder. Bei einem anderen Kaltwand-CVD-Gerät
wird das auf der Trageeinrichtung montierte Substrat
durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlung durch ein Fenster
im Reaktinsraum hindurch erwärmt. Dabei werden teilwei
se auch die Trageeinrichtung und die Innenwand des Re
aktionsraums mit Infrarotstrahlung bestrahlt und dabei
erwärmt, so daß sich W auf ihnen niederschlägt. Aus vor
stehenden Ausführungen ergibt sich, daß die CVD-Geräten
des Diffusionsofentyps eigenen Schwierigkeiten, wie deut
liche Herabsetzung der W-Film-Aufwachsgeschwindigkeit,
auch beim Kaltwand-CVD-Gerät gegeben sind.
Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung eines dün
nen, hochschmelzenden Metallfilms, z. B. eines W-Films,
auf einer Substratoberfläche nach dem CVD-Verfahren und
bezweckt die Schaffung eines Verfahrens zur wirksamen
bzw. wirtschaftlichen Erzeugung eines solchen Films ei
ner hohen Güte, wobei bei diesem Verfahren die Ablagerung
des hochschmelzenden Metalls an der Innenwand(fläche)
des Reaktionsraums auch dann vermieden werden soll, wenn
der Aufdampfvorgang über einen langen Zeitraum hinweg
wiederholt durchgeführt wird.
Dies wird bei einem Verfahren zum Erzeugen eines dünnen,
hochschmelzenden Metallfilms auf einer Oberfläche eines
in einem CVD-Reaktionsrohr befindlichen Substrats durch
chemisches Aufdampfen (CVD) erfindungsgemäß dadurch er
reicht, daß die Innenwand des CVD-Reaktionsrohrs und die
Oberfläche mindestens eines Teils der darin angeordneten
Einbauteile während der Aufdampfbehandlung mit einem Me
tallnitridfilm bedeckt oder überzogen sind bzw. werden.
Die erwähnten Einbauteile oder auch Anschlußteile
(fittings) umfassen z. B. eine Tragstange, Leitplatten
und ein Quarz-Schiffchen für die Verwendung in einem
Diffusionsofen-CVD-Gerät sowie eine Trageeinrichtung für
die Verwendung in einem Kaltwand-CVD-Gerät.
Erfindungsgemäß wird ein Metallnitridfilm auf z. B. der
Innenwand(fläche) des Reaktionsrohrs des CVD-Geräts durch
Einführung eines N-haltigen Gases, z. B. gasförmigen
Ammoniaks, in den Reaktionsraum erzeugt. Dabei wird das
Reaktionsrohr erwärmt, um auf dem gewünschten Teil der
Metalloberfläche eine Nitridbildung zu ermöglichen. Wahl
weise kann ein Metallnitridfilm auf der gewünschten Ober
fläche durch chemisches Aufdampfen mittels eines metall
haltigen Gases und eines N-haltigen Gases abgelagert wer
den. In diesem Fall sollte das im Ausgangsmaterialgas
enthaltende Metall zweckmäßig einen hohen Schmelzpunkt
besitzen und (auch) für die Erzeugung eines dünnen Films
auf dem Substrat benutzt werden.
Der resultierende Metallnitridfilm liegt in Form einer
Zwischengitterlegierung vor, in welcher Stickstoffatome
in das Metallkristallgitter eingelagert sind. Das stöchio
metrische Molverhältnis zwischen den das Metallnitrid
bildenden Metall- und Stickstoffatomen ist daher unbe
stimmt. Im Fall von z. B. Wolframnitrid enthalten die
Verbindungen W2N, WN usw., die kollektiv mit der Formel
WN X bezeichnet sind. In der folgenden Beschreibung wird
auf W2N als typisches Wolframnitrid Bezug genommen, doch
bezieht sie sich auch auf Wolframnitride anderer chemi
scher Formeln. Wie erwähnt, liegt das Nitrid aus einem
den dünnen Film bildenden hochschmelzenden Metall in Form
einer Zwischengitterlegierung vor. Folglich ist ein dün
ner Film aus einer beliebigen Nitridart elektrisch leit
fähig.
Erfindungsgemäß wird im voraus auf der Innenfläche z.
B. eines Quarz-Reaktionsrohrs ein Metallnitridfilm er
zeugt. Dies hat zur Folge, daß an der Innenwand des Re
aktionsrohrs abgelagerte Teilchen einen hochschmelzenden
Metalls mit dem dünnen Metallnitridfilm überzogen werden.
Erfindungsgemäß durchgeführte Versuche haben belegt, daß
es für W-Teilchen schwierig ist, sich bei der selektiven
Erzeugung eines W-Films auf einem Substrat nach dem CVD-
Verfahren unter Verwendung eines Gasgemisches aus WF6
und H2 sowohl auf einem Metallnitridfilm als auch auf
einem SiO2-Film niederzuschlagen. Auf diese Weise wird
erfindungsgemäß eine unerwünschte Ablagerung eines neuen
Metallfilms an der Innenwand des Reaktionsrohrs usw. un
terdrückt, so daß sich ein Verbrauch des gasförmigen Aus
gangsmaterials an der Innenwand der Reaktionsröhre ver
hindern läßt. Gleichzeitig kann auch eine Korrosion der
Innenwand durch das gasförmige Reaktionsprodukt verhin
dert werden. Folglich ermöglicht das erfindungsgemäße
Verfahren die schnelle und genaue Erzeugung eines ge
wünschten hochschmelzenden Metallfilms auf einem Sub
strat auch unter Hochtemperaturbedingungen. Es ist fer
ner zu beachten, daß die sich z. B. an der Innenwand des
Reaktionsrohrs ablagernden Metallteilchen durch den Me
tallnitridfilm bedeckt sind oder werden, so daß weiteres
Wachstum verhindert wird. Gleichzeitig wird auch ein
Herabfallen des Metallfilms von der Innenwand des Re
aktionsrohrs verhindert, wodurch die Erzeugung eines dün
nen Films hoher Güte und ohne teilchenförmige Fehler oder
Defekte ermöglicht wird.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei
gt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines chemischen
Aufdampf- oder CVD-Geräts zur Durchführung ei
nes Verfahrens gemäß der Erfindung,
Fig. 2A und 2B schematische Darstellungen zur Verdeut
lichung eines Verfahrens gemäß einer Ausfüh
rungsform der Erfindung für die Erzeugung ei
nes dünnen Films,
Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen der erfindungs
gemäß erzielten Wirkungen im Vergleich zum
Stand der Technik und
Fig. 5A bis 5C und 6A bis 6C Schnittansicht zur bei
spielhaften Erläuterung der Anwendung des tech
nischen Grundgedankens gemäß der Erfindung
auf ein selektives CVD-Verfahren.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ein in Fig. 1 dargestelltes Diffusionsofen-CVD-Ge
rät eingesetzt, das gemäß Fig. 1 ein Quarz-Reaktionsrohr
1, ein außerhalb des letzteren angeordnetes Heizelement
2 zum Beheizen der Reaktionszone im Inneren des Rohrs
1, eine Vakuumpumpe 8 sowie mit dem Reaktionsrohr 1 ver
bundene Gaszufuhr-Systeme 3-6 umfaßt. Die Gaszufuhr
von den Systemen 3-6 zum Reaktionsrohr 1 wird mit Hil
fe von Ventilen 11-14 geregelt. Gemäß Fig. 1 sind
mehrere Substrate 9, auf denen dünne Filme erzeugt wer
den sollen, auf einem im Reaktionsrohr 1 befindli
chen Quarz-Schiffchen 10 gehaltert. Weiterhin sind in
dem Reaktionsrohr 1 eine nicht dargestellte Quarztrage
einrichtung zum Einführen und Herausführen des Schiff
chens 10 in das bzw. aus dem Reaktionsrohr 1, eine nicht
dargestellte Quarz-Leitplatte zur Egalisierung der Tem
peraturverteilung usw. eingebaut.
Nach dem CVD-Verfahren wird mittels des Geräts nach
Fig. 1 auf die in den folgenden Beispielen beschriebene Weise
ein dünner Wolframfilm erzeugt.
Nach dem Reinigen des Quarz-Reaktionsrohrs 1 wird das
Quarz-Schiffchen 10, auf dem mehrere Substrate 9 gehal
tert sind, in die Reaktionszone des Reaktinsrohrs 1 ein
gebracht (vgl. Fig. 1). Die Reaktionszone wird sodann
auf 350-600°C erwärmt und anschließend mittels der
Vakuumpumpe 8 evakuiert. Wenn der Druck in der Reaktions
zone auf 13,33-133,322 Pa (0,1-1,0 Torr) reduziert
worden ist, werden von den Gaszufuhr-Systemen 3 bzw. 4
her gasförmiges WF 6 und gasförmigs H2 eingeleitet. Un
ter diesen Bedingungen wird gemäß Fig. 2A ein W-Film 21
einer Dicke von z. B. 0,1-1,0 µm durch Aufwachsen aus
der Gasphase auf jedem Substrat 9 erzeugt. Dabei lagern
sich W-Teilchen auch, wenn auch in einem sehr geringen
Maße, an der Innenwand(fläche) des Reaktionsrohrs 1, am
Schiffchen 10, an der Quarz-Tragstange, der Wärme-Leit
platte usw. unter Ausbildung eines W-Films 15 an ihnen
ab.
Nach Erzeugung des W-Films 15 wird durch Schließen der
Ventile 11 und 12 die Gaszufuhr von den Gaszufuhr-Systemen
3 und 4 her beendet. Wenn sich die in dem Reaktionsrohr
1 herrschende Temperatur verringert hat, wird vom Gas
zufuhr-System 5 her gasförmiges Ar in das Reaktionsrohr
1 eingeleitet. Sodann wird das Schiffchen 10, nach dem
Abnehmen der Substrate 9 von ihm, gemäß Fig. 2B wieder
in das Reaktionsrohr 1 eingebracht, wonach die Reaktions
zone evakuiert und erneut auf 350-1000°C erwärmt wird.
Unter diesen Bedingungen wird z. B. 30 min lang gasför
miges Ammoniak (NH3) vom Gaszufuhr-System 6 her in das
Reaktionsrohr 1 eingeleitet. Hierdurch werden die an
der Innenwand des Reaktionsrohrs 1, der Oberfläche des
Schiffchens 10 usw. abgelagerten feinen W-Teilchen zu
Schichten aus Wolframnitrid (W2N) nitridiert.
Wenn sodann wieder W-Filme auf anderen Substraten erzeugt
werden sollen, brauchen das Reaktionsrohr 1 und das
Schiffchen 10 nicht im voraus gewaschen bzw. gereinigt
zu werden. Vielmehr genügt es, das dies andere (neuen)
Substrate tragende nitridierte Schiffchen 10 in die Re
aktionsröhre 1 einzubringen und anschließend den W-Film
erzeugungsvorgang und den Nitridiervorgang, wie oben be
schrieben, durchzuführen.
Im obigen Beispiel 1 wird ein Wolframnitridfilm 22 durch
Nitridierbehandlung unter Verwendung von gasförmigem
Ammoniak erzeugt. Wahlweise kann jedoch, wie nachstehend
beschrieben, ein Wolframnitridfilm unmittelbar nach dem
CVD-Verfahren erzeugt werden.
Insbesondere wird dabei auf die in Beispiel 1 beschrie
bene Weise ein W-Film 21 auf dem Substrat 9 erzeugt. Im
vorliegenden Beispiel wird jedoch nach der Erzeugung des
W-Films 21 gasförmiges WF6 zusammen mit dem gasförmigen
Ammoniak in das Reaktionsrohr eingeleitet, um die ge
wünschte CVD-Reaktion für die Ablagerung von W2N statt
finden zu lassen. Dabei entsteht ein W2N-Film 22 auf den
Oberflächen der Innenwand des Reaktionsrohrs 1 und des
Schiffchens 10. Wie im Fall von Beispiel 1 ist dabei der
W-Film 21 mit dem W 2-Film 22 überzogen.
Für die Erzeugung von weiteren W-Filmen auf anderen Sub
straten brauchen, wie im Fall von Beispiel 1, das Re
aktionsrohr 1 und das Schiffchen 10 nicht vorher gewaschen
zu werden. Vielmehr genügt es, das die erwähnten anderen
Substrate tragende nitridierte Schiffchen 10 in das Re
aktionsrohr 10 einzubringen und die beschriebenen W-Film
erzeugungs- und Nitridiervorgänge durchzuführen.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, nach der Erzeugung
des W-Films 21 einen W2N-Film 22 auszubilden, ohne daß
die Substrate 9 aus dem Reaktionsrohr 1 entfernt zu wer
den brauchen. In diesem Fall wird auf dieselbe Weise
wie in Beispiel 1 zunächst der W-Film 21 auf dem Substrat
9 erzeugt. Anschließend wird gemäß Beispiel 1 oder 2 fort
laufend der W2N-Film 22 erzeugt, während sich die Sub
strate 9 noch in dem Reaktionsrohr 1 befinden. Nach die
sem Beispiel ist es mithin möglich, ein Schichtgebilde
aus dem W-Film 21 und dem W2N-Film 22 auf dem (jedem)
Substrat 9 zu erzeugen.
Wie sich aus obigen Beispielen 1 bis 3 ergibt, wird nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Wolframnitridfilm
auf der Innenfläche des Reaktionsrohrs 1 usw. erzeugt;
auf diese Weise wird es möglich, in wiederholten Filmer
zeugungsvorgängen jeweils eine hohe Ablagerungsgeschwin
digkeit für den W-Film auf den Substraten 9 aufrechtzu
erhalten. Beim bisherigen Verfahren verringert sich da
gegen die Ablagerungsgeschwindigkeit des W-Films auf dem
(jedem) Substrat mit steigender Zahl der Filmerzeugungs
vorgänge (oder im Zeitverlauf) deutlich.
Fig. 3 veranschaulicht diesbezüglich die zeitabhängige
Änderung der W-Ablagerungsgeschwindigkeit bei 600°C nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren. Zum Vergleich veranschau
licht Fig. 3 auch bisherige Verfahren ("Stand der Tech
nik"), bei denen die W-Ablagerung ohne den Nitridier
schritt durchgeführt wird. Wie aus Fig. 3 hervorgeht,
nimmt die Ablagerungsgeschwindigkeit im Fall der bishe
rigen Verfahren nach mehr als 4 W-Film-Ablagerungsvor
gängen (von jeweils 1 h) auch dann schnell ab, wenn die
Umsetzung bei 350°C durchgeführt wird. Dabei nimmt die
Ablagerungsgeschwindigkeit ersichtlicherweise ab etwa
dem fünften Ablagerungsvorgang bis auf etwa die Hälfte
der anfänglichen Größe ab. Wenn beim bisherigen Verfah
ren die Reaktionstemperatur auf 600°C eingestellt wird,
kann die anfängliche Ablagerungsgeschwindigkeit nur 2
h lang aufrechterhalten werden, während sie nach etwa
2,5 h auf Null abfällt, so daß die Filmerzeugung unmög
lich wird. Erfindungsgemäß kann dagegen der Anfangsgröße
auch nach dem 20. Ablagerungs- bzw. Aufdampfvorgang auf
eine Größe innerhalb von 5% unterdrückt werden.
Fig. 4 veranschaulicht die Änderung der mittleren Abla
gerungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Reaktions
temperatur für sowohl das erfindungsgemäße Verfahren als
auch das bisherige Verfahren ("Stand der Technik"). Er
sichtlicherweise fällt beim bisherigen Verfahren die Ab
lagerungsgeschwindigkeit bei Überschreiten einer Reaktions
temperatur von 400°C (stark) ab. Es wird angenommen,
daß dabei die folgende Reaktion
SiO2 + 4 HF → SiF4 + 2 H2O
stattfindet, welche die Ablagerung oder den Niederschlag
von W an der Innenwand des Quarz-Reaktionsrohrs begün
stigt und damit zur erwähnten verringerten Ablagerungs
geschwindigkeit führt.
Erfindungsgemäß erhöht sich dagegen die mittlere Ablage
rungsgeschwindigkeit auch bei Erhöhung der Reaktionstempe
atur auf 700°C im wesentlichen gleichmäßig, weil der
Aufdampfvorgang stattfindet, während die Innenwand des
Reaktionsrohrs mit einer W 2N-Schicht überzogen ist.
Das Verfahren gemäß den vorstehend beschriebenen Beispie
len ermöglicht ferner die Erzielung eines W-Films hoher
Güte mit einer niedrigen Dichte an teilchenförmigen Feh
lern oder Defekten, weil die an der Innenwand des Re
aktionsrohrs abgelagerten W-Teilchen an einem Herabfal
len gehindert sind. Wenn beispielsweise der Aufdampfvor
gang bei einer Reaktionstemperatur von 350° für 10 h (pro
Vorgang 1 h) wiederholt durchgeführt wird, zeigt sich
beim bisherigen Verfahren eine Dichte der teilchenför
migen Fehler von 50 Fehler/cm2, beim erfindungsgemäßen
Verfahren dagegen nur eine solche von 10 Fehler/cm2.
Darüber hinaus nimmt beim bisherigen Verfahren diese Feh
lerdichte mit der Zahl der Aufdampfvorgänge zu. Beim er
findungsgemäßen Verfahren wurde dagegen auch nach dem
20. Aufdampfvorgang eine Fehlerdichte von nur etwa 12
Fehler/cm2 festgestellt.
Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen die Anwendung des er
findungsgemäßen Verfahrens auf das für die Herstellung
eines Halbleiterbauelements eingesetzte selektive CVD-
Verfahren. In diesen Fällen kann die Stufenbedeckung der
Verdrahtungsschicht durch Ausbildung des W-Films im Kon
taktloch vor der Erzeugung der Verdrahtungssicht selbst
verbessert werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der technische
Grundgedanke der Erfindung auf eine Mehrlagenverdrahtung
angewandt. Gemäß Fig. 5A wird auf eine auf einem Silizium-
Substrat 50 ausgebildete erste Polysilizium-Verdrahtungs
schicht 51 mit einem SiO2-Film 53 überzogen, worauf der
SiO2-Film 53 unter Ausbildung eines Kontaktlochs 52 se
lektiv entfernt wird. Auf dieses Gebilde wird nach dem
selektiven CVD-Verfahren ein W-Film aufgedampft, so daß
gemäß Fig. 5B ein W-Film 52 im Kontaktloch entsteht. Es
ist zu beachten, daß das Kontaktloch 52 auf diese Weise
mit dem W-Film ausgefüllt ist, so daß die Stufenbedeckung
(step coverage) einer zweiten, darauf ausgebildeten Ver
drahtungsschicht verbessert werden kann.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 wird ein Kontaktloch
62 durch reaktives Ionenätzen (RIE) o. dgl. in einem ein
Silizium-Substrat 60 bedeckenden SiO2-Film 61 ausgebil
det (vgl. Fig. 6A). Anschließend wird dieses Kontaktloch
62 nach dem selektiven CVD-Verfahren mit einem W-Film
63 ausgefüllt (vgl. Fig. 6B).
Die Maßnahmen nach Beispiel 3 gewährleisten hervorragen
de Ergebnisse bei Anwendung im Rahmen der Verfahren nach
Fig. 5 und 6. Insbesondere werden dabei die Oberflächen
von die Kontaktlöcher ausfüllenden W-Filmen 54 und 63
mit W2N-Filmen 55 bzw. 64 bedeckt. Das Vorhandensein die
ser W2-Filme ist dann von besonderer Bedeutung, wenn
für die Ausbildung z. B. der zweiten Verdrahtungsschicht
Polysilizium verwendet wird. Wenn ein solcher W2N-Film
nicht ausgebildet wird, diffundiert Si aus der zweiten
Verdrahtungsschicht in die W-Filme 54 und 63 unter Bil
dung von Wolframsilicid, wodurch der Schichtwiderstand
der Filme eine etwa zehnfache Vergrößerung erfährt. Au
ßerdem hat die Umwandlung in Wolframsilicid eine Volumen
verkleinerung von etwa 30% zur Folge, was zu einer Riß
bildung führt. Erfindungsgemäß dienen dagegen die die
W-Filme 54 und 63 bedeckenden W2N-Filme 55 bzw. 64 zur
Verhinderung einer Si-Diffusion. Beim erfindungsgemäßen
Verfahren werden mithin die oben genannten Schwierigkei
ten vermieden. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß W2N
elektrisch leitfähig ist; diesbezüglich ergibt sich so
mit kein Problem im Hinblick auf die elektrische Leit
fähigkeit, wenn der W2N-Film auf dem Gebilde belassen
wird.
Zudem besitzt ein W2N-Film eine hohe Oxidationsbeständig
keit. Wenn mithin eine Oxidationsbehandlung angewandt
werden muß, z. B. beim selektiven CVD-Verfahren, wobei
die W-Filmoberfläche nach außen hin freiliegt, schützt
der W2N-Film den darunter liegenden Film.
In den oben beschriebenen Beispielen wird jedesmal ein
W2N-Film erzeugt, wenn ein W-Film auf dem Substrat aus
gebildet worden ist. Die Erfindungsaufgabe kann gleicher
maßen gelöst werden, indem ein W2-Film nach zweimaliger
oder häufigerer fortlaufender Durchführung des Vorgangs
zur Erzeugung eines W-Films erzeugt wird. In den obigen
Beispielen wird ferner der anfängliche Vorgang zur Er
zeugung eines W-Films durchgeführt, ohne im voraus einen
W2N-Film auszubilden. Es ist jedoch offensichtlich auch
möglich, einen W2N-Film vor dem anfänglichen Vorgang zum
Erzeugen eines W-Films auf dem Substrat auszubilden. Wei
terhin ist auch der Werkstoff des Reaktionsrohrs, des
Schiffchens usw. nicht auf Quarz beschränkt, vielmehr
kann für das Reaktionsrohr auch ein Metall eines hohen
Schmelzpunkts, wie W, verwendet werden. In diesem Fall
wird ein W2N-Film mittels Nitridierbehandlung oder nach
dem CVD-Verfahren noch vor dem anfänglichen Vorgang zum
Erzeugen eines W-Films auf dem Substrat erzeugt. Dasselbe
gilt auch für ein Kaltwand-CVD-Gerät.
Claims (16)
1. Verfahren zum Erzeugen eines dünnen, hochschmelzenden
Metallfilms auf einer Oberfläche eines in einem CVD-
Reaktionsrohr befindlichen Substrats durch chemisches
Aufdampfen (CVD), dadurch gekennzeichnet, daß die In
nenwand des CVD-Reaktionsrohrs und die Oberfläche min
destens eines Teils der darin angeordneten Einbautei
le während der Aufdampfbehandlung mit einem Metall
nitridfilm bedeckt oder überzogen sind bzw. werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein N-haltiges Gas in das CVD-Reaktionsrohr ein
geleitet und letzteres sodann vor der Erzeugung des
hochschmelzenden Metallfilms erwärmt wird, um die
Oberflächen des Metalls an der Innenwand des CVD-Re
aktionsrohrs und mindestens eines Teils der darin an
geordneten Einbauteile zu nitridieren und damit einen
Metalnitridfilm zu erzeugen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß während der vorhergehenden Erzeugung eines dünnen,
hochschmelzenden Metallfilms an der Innenwand des Re
aktionsrohrs und an mindestens einem Teil der darin
angeordneten Einbauteile abgelagerte hochschmelzende
Metallteilchen im Verlaufe der Erzeugung des dünnen
Films nitridiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als N-haltiges Gas gasförmiges Ammoniak verwendet
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zumindest Sticksoffatome enthaltendes Gas
sowie ein anderes, metallhaltiges Gas vor der Erzeu
gung des hochschmelzenden Metallfilms in der CVD-Re
aktionsrohr für die Durchführung der Aufdampfbehand
lung eingeleitet werden, um Metallnitrid an der Innen
wand des CVD-Reaktionsrohrs und an mindestens einem
Teil der darin angeordneten Einbauteile abzulagern.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die während der vorhergehenden Erzeugung eines dün
nen, hochschmelzenden Metallfilms an der Innenwand
des CVD-Reaktionsrohrs und an mindestens einem Teil
der darin angeordneten Einbauteile abgelagerten hoch
schmelzenden Metallteilchen vor der Erzeugung des dün
nen Films mit dem Metallnitridfilm bedeckt oder über
zogen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich
net, daß als N-haltiges Gas gasförmiges Ammoniak ver
wendet wird und das andere Gas ein Metallfluorid ent
hält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Metallnitridfilm fortlaufend
auf der Innenwand des CVD-Reaktionsrohrs und auf min
destens einem Teil der darin angeordneten Einbauteile
erzeugt wird, während das Substrat, auf dem im vor
hergehenden Dünnfilm-Erzeugungsschritt ein hochschmel
zender Metallfilm abgelagert worden ist, im CVD-
Reaktionsrohr verbleibt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Metallnitridfilm auf der In
nenwand des CVD-Reaktionsrohrs und auf mindestens ei
nem Teil der darin angeordneten Einbauteile nach dem
Herausnehmen des Substrats, auf dem im vorhergehenden
Dünnfilm-Erzeugungsschritt ein hochschmelzender Metall
film abgelagert worden ist, aus dem CVD-Reaktionsrohr
erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der hochschmelzende Metallfilm
aus einem Wolframfilm oder einem Molybdänfilm besteht.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Metallnitridfilm ein Film aus
einem Nitrid eines hochschmelzenden Metalls ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das CVD-Reaktionsrohr aus einem
Diffusionsofen(typ)-CVD-Reaktionsrohr besteht.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Reaktionsrohr aus Quarz gefertigt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die in dem Reaktionsrohr angeordneten Einbautei
le ein Quarz-Schiffchen zur Halterung des Substrats,
eine Trageeinrichtung für das Schiffchen und eine
Wärme-Leitplatte umfassen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das CVD-Reaktionsrohr aus einem
Kaltwand(typ)-CVD-Reaktionsrohr besteht.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß das Substrat elektrisch leitfähig
ist und ein auf ihm ausgebildetes Isoliermuster auf
weist und der hochschmelzende Metallfilm selektiv auf
der nicht mit dem Isolier- oder Isolatormuster bedeck
ten leitfähigen Fläche des Substrats abgelagert wird.
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D2 | Grant after examination | ||
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