JP2001185500A - Ｃｖｄチャンバを現場でエッチングして清浄化するための装置及び方法 - Google Patents

Ｃｖｄチャンバを現場でエッチングして清浄化するための装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＶＤチャンバの清浄化を好適に行うことの
できる装置及び方法を提供すること。 【解決手段】 冷壁形処理装置内のＣＶＤチャンバを現
場でエッチングして前記チャンバを清浄化する装置であ
って、前記冷壁形処理装置内の前記チャンバの壁の温度
を所望の温度範囲内に調整する、閉ループ温度制御装置
と、フッ素ベースのエッチングガスを前記チャンバ内へ
供給するガスラインと、前記エッチングガスを用いた前
記チャンバの現場でのエッチングが前記所望の温度範囲
内で行われるように動作する前記温度制御装置のコント
ローラとを有することを特徴とする装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコンを用いた集積
回路に関し、特に耐火金属を用いて、シリコンに対する
電気的接触を達成するための改良された方法及び装置な
どに関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロエレクトロニクスの分野に於て
は、シリコンに対する電気的接続を達成する際に、アル
ミニウムなどからなる金属皮膜と、シリコンの部分との
間を、アルミニウムとシリコンとが直接接触することな
く導電性のインターフェースを介して接続したい場合が
しばしばあるが、アルミニウムをシリコン上に直接被着
した場合には種々の問題が発生し得る。
【０００３】アルミニウムをシリコン上に直接被着した
場合に生じる重要な問題の１つとしては、アルミニウム
がＰ型ドーパントとして機能し、アルミニウム原子がシ
リコン領域内に拡散すると、シリコン領域がＰ型不純物
によりドープされるという問題がある。これは、アルミ
ニウムがＮ型のシリコン領域に接触し、Ｐ型のアルミニ
ウム原子がシリコン領域内に拡散した場合には好ましく
ない整流能力を有する接触が引起されるために重要な問
題となる。
【０００４】もう１つの問題としては、アルミニウムが
薄いシリコン領域を貫通するような突起（スパイク）を
発生し易く、アルミニウムがシリコン領域の下側の層や
隣接するシリコン領域と接触してしまうことがある。
【０００５】更に、もう１つの問題としてはシャドウ効
果がある。即ち、酸化膜がシリコン領域を露出させるよ
うにエッチングされ、酸化物の表面と露出シリコン領域
の間に比較的に大きな段差が存在することから、露出し
たシリコン領域の表面と酸化膜の壁面上にアルミニムが
不均一に被着されるという問題が発生する。そのため
に、露出シリコン面或いは酸化膜壁面に対するアルミニ
ウムの被着が不十分となるため、本来導通するべきとこ
ろが、非導通となってしまう虞れが生じる。
【０００６】集積回路が小型化するのに伴い、上記した
問題が益々深刻となる。しかも、反応温度が高まるに伴
い、アルミニウム原子のシリコン内の拡散が促進されこ
とから、高い反応温度が用いられる場合にも上記した問
題が益々深刻となる。更に、長期間の間に、アルミニウ
ム原子がシリコン内に更に拡散し、潜在的な欠陥の原因
となったり、コンタクト領域の信頼性を低下させるとい
う問題が発生する。従来からアルミニウムとシリコンと
の直接的な接触により引起される上記したような問題を
解消するための種々の提案がなされてきた。
【０００７】その１つに、アルミニウムをシリコンによ
り飽和させ（通常アルミニウムに対するシリコンの量を
０．２〜１重量％とすることにより）アルミニウム原子
の拡散を抑制するものがある。この方法の欠点は温度の
上昇に伴いアルミニウムの飽和レベルが高まり、従って
飽和したアルミニウムが冷却すると、アルミニウム膜の
直下のシリコンの基層表面上にシリコンの析出物が発生
し、好ましくないＰ型エピタキシャル膜が形成される点
にある。また、この方法を用いた場合でもシャドウ効果
が依然として問題となる。
【０００８】アルミニウムとシリコンとの間の直接的接
触に起因する問題を回避するため更に別の従来技術に基
づく方法としては、シリコン表面にアルミニウム金属皮
膜を被着する前に、シリコン上の１つまたは複数の境界
膜を形成するものがある。この種の方法が米国特許第
３，７７７，３６４号明細書に記載されており、それ以
外にも多数の米国特許明細書がこのような技術に関連し
ている。このような従来技術に基づく方法によれば、タ
ングステン、モリブデン、パラジウム、白金或いはタン
タルなどの耐火金属が、露出したシリコンまたは多結晶
シリコン上に被着され、かつ反応を起すことにより、シ
リサイド膜を形成する。被着された耐火金属のうちで、
シリコンと反応していない上面は除去される。それに引
続いてアルミニウム金属皮膜が被着される。このように
してアルミニウムとシリコンとの間に形成されたシリサ
イド膜は、アルミニウム原子に対するバリアとして機能
し、アルミニウムがシリコンに向けて拡散するのを防止
し、アルミニウムとシリコンとの間に低い抵抗を伴う接
触を実現する。更に、このような過程により、アルミニ
ウム金属皮膜を被着する際に、段差を、例えば１，２０
０オングストローム程度減少させることができる。
【０００９】上記したようなシリサイド膜を形成する方
法の問題は、例えばタングステンシリサイドを化学蒸着
（ＣＶＤ）により、６フッ化タングステンＷＦ6を反応
ガスとして用いて、タングステンシリサイドをアルミニ
ウムとシリコンとの間に形成した場合に、ＣＶＤプロセ
スに於て必要とされる高温により、高温のＣＶＤチャン
バ壁面がＷＦ6ガスと反応することにある。そのため
に、ウェハの表面に対するタングステンの蒸着速度が低
下する。
【００１０】タングステンをウェハの表面にスパッタリ
ングすることにより、チャンバの高温の壁面がフッ化金
属ガスと反応するという問題を回避することができる
が、耐火金属皮膜をスパッタリングにより形成すること
は、次のような限界を有している。 （１）このような皮膜は高い応力状態にある場合が多
く、従ってクラックを生じ易い。 （２）このような皮膜は段差を覆う能力が低いことを特
徴としている。 （３）このような皮膜は、形成するために高いコストを
必要とする。 （４）与えられた時間内に処理できるウェハの数が比較
的小さい。 （５）スパッタリング用の装置は、装置コスト及び稼動
コストが比較的高い。
【００１１】かくして、高温壁面を伴うＣＶＤプロセス
により耐火金属をシリコンに被着させる方法は、被着速
度が低く、しかも段差を覆う能力が低い点に限界を有し
ている。
【００１２】米国特許第４，７９４，０１９号明細書に
は、高温の壁面を伴うＣＶＤチャンバを用いたタングス
テン蒸着方法が開示されており、タングステンの被着速
度が時間と共に減少し、約３，０００オングストローム
の厚さに於て２５オングストローム／分の定常速度に達
することが記載されている（コラム３、第３１〜３３
行）。
【００１３】この米国特許によれば、シリコンウェハ上
にタングステンを被着するために３００°Ｃ程度の温度
を用いるＣＶＤプロセスが開示されている。タングステ
ンは、この程度の温度に於て、シリコンと共に良好に核
生成を行うが、二酸化シリコンとは良好に核生成を行わ
ず、従ってこの方法は、シリコン上にはタングステンを
被着するが、二酸化シリコン上にはタングステンを被着
しないような選択的な被着方法として用いられる。
【００１４】しかしながら、この方法によれば、約３，
０００オングストロームを越える厚さに耐火金属を被着
するためには、比較的多大な時間及びコストを必要とす
る。
【００１５】チャンバの高温の壁面がフッ化金属ガスと
反応することによる被着速度が低下という問題を解決す
るための１つの方法は、石英ハロゲンランプその他の放
射源を用いてウェハに対して直接的な放射を行い、ウェ
ハを局部的に加熱することがある。しかしながらこのウ
ェハを加熱する方法によれば、Ｎ型及びＰ型シリコン領
域に対して放射を行った場合に、これら２つの領域の放
射率が異なることから、Ｎ型及びＰ型シリコン領域に対
する耐火金属の被着速度に差が生じる。このような不均
一な被着結果が得られる場合には、Ｎ型及びＰ型シリコ
ン領域の両者に対して良好な電気的接触を達成しようと
すると、金属インターコネクト膜（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎ
ｅｃｔ）を効率的に被着することが困難となる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、集積回路の製造に
関する技術分野に於いて、耐火金属をアルミニウムとシ
リコンとの間のバリア膜を比較的に高い速度をもって被
着することができ、シリコン表面の段差を減少させるこ
とができ、しかも露出したＮ及びＰ型シリコン領域の両
者上に耐火金属を均一に被着し得るような方法を提供す
ることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロエレ
クトロニクス回路を製造する際に用いられれるシリコン
の表面に耐火金属を被着する技術に関する。
【００１８】上記したような種々の問題を回避するため
に、好ましくは、低い壁面温度を可能にする、放射によ
り加熱される化学蒸着（ＣＶＤ）システムが、耐火金属
を被着するために用いられ、各ウェハが例えば広帯域光
源により加熱される。従って、シリコン基層とアルミニ
ウム皮膜との間にバリア膜（ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｙｅ
ｒ）を形成するためにウェハに対して行われる被着過程
が、高温のガス（ＷＦ 6）と高温の壁面との間の反応に
より制限されることがない。
【００１９】或る好適実施例に於ては、Ｎ型及びＰ型シ
リコン領域が放射を受けた時に、異なる放射率を呈する
ことに起因する、Ｎ型及びＰ型シリコン領域に於ける被
着速度の差異を解消するために、Ｎ型及びＰ型領域が約
１００°Ｃの温度に達する前に、Ｎ型及びＰ型シリコン
領域に対して光学的に不透明な耐火金属の膜（少なくも
１００〜５００オングストローム）を先ず被着する。１
００°Ｃを越えるとＮ型及びＰ型領域の放射率が大きく
異なることから、この不透明膜を１００°Ｃ以下の温度
に於て形成するのが好ましい。不透明耐火金属膜が形成
されると、高いプロセス温度に於ても、Ｎ型及びＰ型領
域の放射率が耐火金属の放射率により与えられ、従って
Ｎ型及びＰ型シリコン領域の両者に対して概ね等しい被
着速度をもって耐火金属を被着することができる。
【００２０】好適実施例によれば、更に、２００〜３０
０°Ｃ程度の高い蒸着温度に於て、耐火金属ガス（ＷＦ
6）を還元するためＣＶＤチャンバ内に導入されるＳｉ
Ｈ4などの還元性ガスの量を時間と共に増大させ、被着
された耐火金属の厚さが増大し、発熱性の還元反応によ
り接触領域の温度が上昇するのに伴ない、耐火金属の被
着速度を増大させるように、ＣＶＤチャンバ内に於て利
用可能な還元性ガスの量を増大させる。
【００２１】本発明の好適実施例に於て、シリサイドバ
リア膜を形成するために用いられるプロセスは、（１）
接触されるべきシリコン領域からなる有機性或いは金属
性の汚染物を除去するようにシリコンウェハの露出表面
を清浄化する過程と、（２）接触されるべきシリコン領
域から酸化物を除去するためにウェハの表面を清浄化す
る過程と、（３）耐火金属が迅速かつ予測される要領を
もって核生成を行うように、シリコンの結晶格子構造の
欠陥を除去する過程と、（４）プロセスガスの高い純度
を維持しその流量を正確に制御するために種々のガスラ
イン及びプロセスチャンバをパージする過程をと、
（５）２０〜３０°Ｃ程度の概ね室温下に於て、シリコ
ンの表面を耐火金属ガスにより飽和させ、その後に被着
される耐火金属のための触媒として機能させ、シリコン
の表面とその上に形成されるべきバリア膜との間に強力
な接着力を形成するために、シリコンの表面に予備的な
耐火金属皮膜を形成する過程と、（６）シリコン領域の
温度が約１００°Ｃに到達する前に、プロセスガスをＣ
ＶＤチャンバ内に導入しつつ、露出したシリコン領域上
に耐火金属からなる、少なくとも１００〜５００オング
ストロームの厚さを有する光学的に不透明な膜を、十分
に低い速度をもって形成するべく、ウェハの温度を徐々
に上昇させる過程と、（７）発熱還元反応が、被着され
た耐火金属膜の温度を上昇させるに伴い、耐火金属の被
着速度を増大させるべく、還元性ガスの供給速度を徐々
に増大させつつ比較的一定の被着温度下にてウェハを加
熱する過程と、（８）ウェハを約６５０°Ｃ以上の温度
をもって焼戻し、耐火金属とシリコンの表面との間の境
界をシリサイド化し、被着された耐火金属内のシリコン
の原子を反応させることにより、接触抵抗率を低下させ
るようにシリサイドを形成させる過程と、（９）ウェハ
をＣＶＤチャンバから取出す前にウェハを冷却する過程
とを有する。
【００２２】上記した本発明の好適実施例に於ては、過
程（７）に於てＳｉＨ4などシリコン系の還元性ガス
が、ＷＦ6などの耐火金属系ガスを還元するために用い
られ、耐火金属と共に、シリコン原子も被着される。従
って耐火金属及びシリコンが過程（８）に於て焼戻され
る際に、シリコンの基層が殆ど消費されない。
【００２３】本発明の或る好適実施例に於ては、上記し
た高い蒸着速度及びＮ型及びＰ型シリコン領域に於ける
被着速度の差異を解消するという特徴に加えて、ＣＶＤ
チャンバ内に導入されるプロセスガスを拡散するための
新規な拡散手段、チャンバ内の不純物の滞留時間を減少
させるように高いコンダクタンスを有するガスライン及
び改善されたガス分配濾過システムを用いるという特徴
を備えている。
【００２４】本発明に基づく方法の或る実施例は、耐火
金属の被着過程を何回か行った後に、ＣＶＤチャンバか
らＮＦ3を除去する過程に際して、ＣＶＤチャンバとを
約６５°Ｃ以上の温度に加熱し、副産物がＣＶＤの壁面
に凝縮しないようにするＣＶＤチャンバの清浄化過程を
含む。
【００２５】上記した被着過程の或る変形例によれば、
本発明に基づく方法が、耐火金属をブランケット蒸着し
たり、２つの導電膜間のビア膜として用いられる耐火金
属皮膜を被着するために用いられる。又、本発明に基づ
くビア膜を形成するための装置は、ウェハをスパッタエ
ッチングを行うステーションからＣＶＤチャンバに向け
て低い圧力状態のまま搬送することができる。
【００２６】
【実施例】Ａ．選択的な被着プロセス 上記したような効果を実現する同時に、金属皮膜とシリ
コンとの間に改善された電気的接触を達成するため露出
シリコン表面上に耐火金属を選択的に被着するために次
のような方法が用いられる。
【００２７】先ず、よく知られた従来の技術に基づく方
法により、シリコンウェハ上に、アルミニウムインター
コネクト膜により電気的に接続されるべき種々の領域を
シリコン基層上に形成する。更に、ウェハの表面の二酸
化シリコンその他の絶縁性の膜が形成され、公知の方法
を用いて、シリコン基層の選択的に露出された領域をエ
ッチングし、金属皮膜により電気的に接触されるべき露
出領域をシリコンの基層上に形成する。露出したシリコ
ン領域を形成するための例が、米国特許第４，５４６，
３７０号明細書に記載されている。
【００２８】Ａ（１）．露出シリコン面からの汚染物の
除去 露出シリコン領域上にバリア膜を選択的に形成する本発
明の好適実施例に於ける第１のステップに於ては、露出
した基層表面から有機性及び金属性の汚染物を除去する
ために、ウェハを１２０°Ｃの過酸化硫酸浴内に約５分
間浸漬する。このステップとして、汚染物を除去するた
めの他の良く知られた方法を用いることができる。しか
しながら、露出基層表面上の汚染物の量が無視し得るも
のである場合にはこのステップを省略することもでき
る。
【００２９】Ａ（２）．露出シリコン面からの酸化物の
除去 第２のステップに於ては、ウェハを、例えば、５部のフ
ッ化アンモニウムと、１部のフッ化水素酸と、８部の水
とからなる緩衝酸化エッチング剤内に室温化に於て約６
秒間保持する。このステップにより、露出基層表面から
その酸化物或いは外部からの酸化物が除去される。しか
しながら、露出面状に酸化物が十分存在していない場合
には、このステップを省略することもできる。このステ
ップを実施するために、その他の良く知られた手法を用
いることもできる。この酸化物除去を行うステップによ
り、パターン化された酸化物の表面の一部も除去される
が、このようなパターン化された酸化物の厚さが比較的
大きいことから、それらの厚さが減少する度合は無視し
得る程度である。
【００３０】Ａ（３）．結晶構造の損傷の除去 第３のステップに於て、イオン注入或いはエッチング過
程により引起された露出シリコン面に対する損傷が、従
来から知られている３フッ化窒素ＮＦ3シリコンエッチ
ング剤或いはその他の公知の手法を用いて除去される、
このＮＦ3エッチング剤を用いて行われるプロセスによ
れば、シリコンの結晶構造に対する損傷が発生した部分
のシリコンの表面層が実際に除去される。シリコンの結
晶構造の損傷を除去するのは、耐火金属がシリコンの表
面と共に、良好な核生成を行いしかもそれを予測し得る
要領をもって行い得るようにするためである。このステ
ップも、シリコンの結晶格子構造に対する損傷が無視し
得るような場合には、省略することができる。
【００３１】シリコンの結晶格子構造の損傷を除去する
ためにシリコンをエッチングする代わりに、シリコン原
子を再配列させるように急速焼戻しを行い、結晶格子構
造を修復させることもできる、この焼戻し過程は、修復
されるべき損傷のタイプ及び量に応じて約６００〜８５
０°Ｃの温度に於て１０〜６０秒間行うのが好ましい。
図１は、この第１〜３のステップの後のウェハを示して
いる。シリコンウェハ１は、露出したＮ型領域２とＰ型
領域３とを有し、更に、パターン化された酸化膜４を有
している。次にウェハ１が、図８に示された、米国特許
第４，７９６，５６２号明細書に記載されているような
ＣＶＤチャンバ内に置かれる。図８に示されたＣＶＤチ
ャンバの詳細については後記する。
【００３２】Ａ（４）．高純度を得るためのガスライン
のパージ 第４のステイップに於ては、ガスの純度及び安定性を確
保するために、ウェハ１を受容するＣＶＤチャンバ内に
ガスを導入する前に、バイパスラインから排出真空ライ
ンに向けてプロセスガスを少なくとも７秒間パージす
る。最高度のガスの純度を確保するために、第４のステ
ップは、各蒸着過程が終了する度ごとに実施される。し
かしながら、ガスの純度のレベルが許容範囲内であって
所望の精度を有する流速が確保できる場合には、このス
テップを省略することもできる。
【００３３】図６は、本実施例に於けるＣＶＤシステム
に用いられるガスの供給フィルタ及び純粋化ネットワー
ク５を示すダイヤグラム図である。本実施例に於て少な
くとも９９．９９９％の高い純度を有するＳｉＨ4、
Ｈ2、Ａｒ及びＷＦ6などからなるプロセスガスが、図示
されたネットワーク５の入力ポート６、７、８及び９に
供給される。ＣＶＤチャンバエッチングガスＳＦ6及び
ＮＦ3は、それぞれ入力ポート１０、１１に供給され
る。高い純度を維持するために全てのガスラインは電解
研磨されたステンレス鋼からなるものとする。
【００３４】先ず、ウェハロットの処理期間の間の、蒸
着システムがこれから４時間以上の時間に亘って使用さ
れないスタンドバイモードに於ては、プロセスガスバル
ブ１２〜１５、２２、２４、２６、２７、４０、４１、
４７及び４８は、全て閉じられ、プロセスガスライン２
５、３０、４６及び５１が遮断される。エッチングガス
バルブ１６、１７、３４、３８並びにＮ2バルブ３２
は、パージされる必要がないことから、これらも閉じら
れる。窒素バックフィル（ｂａｃｋｆｉｌｌ）バルブ５
５、５６も閉じられるが、これは、バックフィルは有毒
或いは発火性ガスを希釈するために用いられもので、保
守点検時に診断的な目的のためにのみ用いられものであ
るからである。他の全てのバルブは、ライン内に汚染物
が侵入するのを防止するようにプロセスガスラインをＮ
2により加圧するために開かれる。特に、バルブ１８〜
２１及び２３は、Ｎ2がＳｉＨ4ガスライン２５を加圧し
得るように開かれる。バルブ２８及び２９は、Ｎ2によ
りＨ2ガスライン３０を加圧するために開かれる。
【００３５】バルブ３１及び４２〜４５は、Ｎ2により
Ａｒガスライン４６を加圧するために開かれる。バルブ
４５及び５０は、Ｎ2によりＷＦ6ガスライン５１を加圧
するために開かれる。
【００３６】ガスライン５２、５３及び５４は、ＣＶＤ
チャンバに至るガスラインに接続されており、上記した
ようなバルブを閉じることにより、ネットワーク５から
遮断される。
【００３７】真空ライン５７及び５８に接続された真空
システムは、このスタンドバイモード中に、約１リット
ル／分の割合で種々のガスラインからＮ2を吸いこむ。
種々のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）７６、７７、
８０及び８１は、日本のＳＴＥＣコーポレイションから
市販されているＳＴＥＣモデル３４００ＳＬ−ＳＰ−Ｕ
ＣベイカブルＭＦＣ（商品名）等のバイパスタイプのも
のからなる。破線内に示されたバルブは、モノブロック
形式のものであって、例えば日本のモトヤマコーポレイ
ションから市販されているモトヤマモデルＭＶＩＬＭ０
０ＢＢ（商品名）などからなる。
【００３８】ウェハがＣＶＤチャンバ内に置かれた後に
ＳｉＨ4ガスライン２５及びＨ2ガスライン３０をパージ
する第４のステップを実施するために、バルブ１９、２
０及び２８が、ガスライン２５及び３０へのＮ2の供給
を遮断するために閉じられる。次に、バルブ１２、１
３、２２及び２６が開かれ、ＳｉＨ4及びＨ2ガスが、ラ
イン２５及び３０及び真空ライン５７を介して流れるこ
とができるようになる。ＳｉＨ4及びＨ2の流量は、真空
ライン５７に接続された図示されないポンプにより得ら
れる圧力及びＭＦＣ７６及び７７の開度により決定され
る。好ましくは、パージステップに於ける全てのガスの
流量を、耐火金属被着過程に際して用いられる流量に等
しくし、ガスライン５２に向けてガスを導入する時にプ
ロセスガスのサージが発生しないようにする。
【００３９】Ａｒガスライン４６及びＷＦ6ガスライン
５１をパージするために、バルブ４２、４４及び４９
が、ガスライン４６及び５１へのＮ2の供給を遮断する
ために閉じられる。
【００４０】次に、バルブ１４、１５、４０及び４７が
開かれ、Ａｒ及びＷＦ6ガスが、ライン４６及び５１及
び真空ライン５８を流れることができるようなる。Ａｒ
及びＷＦ6の流量は、真空ライン５８に接続された図示
されないポンプにより得られる圧力及びＭＦＣ８０及び
８１の開度に応じて決定され、耐火金属被着過程に際し
て用いられる流量に等しくされる。
【００４１】このガスラインのパージ過程は、高い純度
及び流量の安定性を確保するために少なくとも７秒間実
施される。
【００４２】次に、プロセスガスは、真空ライン５７及
び５８とプロセスガスライン２５、３０、４６及び５１
との間、若しくはＣＶＤガスライン５２及び５４と上記
プロセスガスラインとの間に接続されたバルブ２３、２
４、２７、２９、４１、４３、４８及び５０を制御する
ことより、ガスライン５２及び５４を介してＣＶＤプロ
セスチャンバに導入されるべく制御される。入力ポート
６から導入されるＳｉＨ4還元ガス、入力ポート７から
導入されるＨ2ガス及び入力ポート８から導入されるＡ
ｒガスは、有機金属化合物を含むナノケム（Ｎａｎｏｃ
ｈｅｍ：商標名）フィルタ６０、６１及び６２によりそ
れぞれ瀘過され、更に、従来形式の多孔質のガスフィル
タ７０、７１及び７２によりそれぞれ瀘過される。ナノ
ケムフィルタは、カリフォルニア州サンノゼに所在する
Ｓｅｍｉ−Ｇａｓ、Ｉｎｃ．により製造されている。Ａ
ｒガスは、更に、ゲッタ材料Ｚｒ−Ｖ−Ｆｅを含むモデ
ルＳｔ７０７Ｓａｅｓ−Ｐｕｒｉｆｉｅｒ（商標名）フ
ィルタ７３により瀘過される。エッチングガスＳＦ6及
びＮＦ3は、それぞれ従来形式の多孔質のフィルタ７４
及び７５により瀘過される。ライン２５、３０、３５、
３９、４６及び５１に於けるガスの流れは、マスフロー
コントローラ（ＭＦＧ）７６〜８１により制御され、か
つ計測される。
【００４３】図示されない露点センサが真空ライン５７
及び５８及びＮ2ライン８４及び８５に設けられ、これ
らのライン内のＨ2Ｏ蒸気の量が所定のレベル以下であ
るか否かを判定する。ガス供給及び瀘過用ネットワーク
５は、ＣＶＤシステムの一部として用いられる前に約１
２５°Ｃの温度をもって約３７時間ベークされガスライ
ン中の水蒸気が除去される。図６に示されるように、ネ
ットワーク５のケース内にはこの目的で抵抗性加熱要素
８７が設けられている。図７に示されるように、ネット
ワーク４を含む部材８８は、アルミニウム基層８９上に
装着され、抵抗性加熱要素８７は、基層を加熱し、部材
８８をベークするために、基層８９の他方の側に装着さ
れている。ガスライン内の不純物を検出するために残留
ガスアナライザが用いられた。
【００４４】１つのウェハから次のウェハへと交換する
間の短期間のスタンドバイモードに於ては、プロセスガ
スライン２５、３０、４６及び５１内の全てのガスを真
空ライン５７及び５８を介して吸い出し、熱的なサイフ
ォン現象や腐蝕が起きないようにしている。これは、バ
ルブ２２、２４、２６、２７、４０、４１、４７及び４
８を閉じバルブ２３、２９、４３及び５０を開き、ガス
ライン２５、３０、４６及び５１を真空ライン５７及び
５８に接続することにより達成される。
【００４５】以下に詳しく説明するような機能を果すた
めに、ＳｉＨ4、Ｈ2、Ａｒ、ＷＦ6などのガスに代え
て、他の公知のプロセスガスを用いることができる。
【００４６】Ａ（５）．耐火金属系のガスによる露出シ
リコン面の飽和 第５のステップに於ては、図２に示されるように耐火金
属系ガスがウェハ１を受容するＣＶＤプロセスチャンバ
内に導入され、還元性ガスがチャンバ内に注入される前
に、例えば３０°Ｃ以下の室温に於て、露出シリコン領
域２及び３を飽和する好適実施例に於ては、シリコン基
層表面を飽和させるためにＷＦ6が用いられた。しかし
ながら、シリコンにより還元され耐火金属膜として被着
されるものであれば、任意の公知耐火金属系ガスを用い
ることができる。この飽和ステップに於て、ＷＦ6は、
露出シリコンにより還元され、露出シリコン領域２及び
３上に数層のタングステン単原子膜９２を形成する。Ｗ
Ｆ6は、次の反応により露出シリコンにより還元され
る。
【００４７】 ２ＷＦ6＋３Ｓｉ→２Ｗ＋３ＳｉＦ4 （式１）
【００４８】式１から理解されるように、ＷＦ6のフッ
ソ原子は、揮発性の反応生成物（ＳｉＦ4）として除去
され、タングステンが、シリコンの表面に被着される。
室温下に於て、Ｓｉ表面とＷＦ6との反応が、露出シリ
コンの全面を耐火金属膜により覆うのに十分ではない場
合がある。しかしながら、このタングステン基層は、露
出シリコンと強固に接着し、従って、その後に形成され
るバリア膜とシリコン基層との間の接着力を増大させる
ことができる。この基層は、更に、タングステンを更に
被着し、概ねＳｉＯ2絶縁膜４以外のシリコンの表面に
のみ耐火金属を選択的に被着させるための触媒としても
機能する、ＳｉＯ2は、室温下に於てＷＦ6をそれ程還元
することができないことから、タングステン膜は、Ｓｉ
Ｏ2膜４上にはほとんど形成されない。
【００４９】本実施例に於て、第５ステップは、ＣＶＤ
チャンバ内に導入されるＨ2、Ａｒ及びＷＦ6の流れを制
御するために図６に示されたプロセスガスバルブ４１及
び４８を制御することにより実施される。表１は、耐火
金属膜を選択的に被着するために、本実施例に於て用い
られる種々のステップのためのプロセスパラメータを示
す。第５ステップは、表１に於けるパラメータ設定状態
Ａに対応する。
【００５０】
【表１】
【００５１】表１から理解されるように、このステップ
は、約７秒間、４．０ｓｃｃｍ（標準状態に於ける１分
当りの立方センチメートルにより表される流量）及び８
０ｍｔｏｒｒのＣＶＤチャンバ圧力下に於て実施され
る。ＣＶＤチャンバ内に於て適正な流速及び圧力を保持
するために、バルブ２７を開くことにより、Ｈ2をチャ
ンバ内に向けて１５０ｓｃｃｍの流量をもって注入す
る。Ｈ2は、このような低温に於ては還元性ガスとして
機能せず、従って不活性ガスとして機能する。また、バ
ルブ４１を開くことにより少量のＡｒガスも５ｓｃｃｍ
の流量をもってチャンバ内に吸入される。Ａｒガスは、
ガスライン５４に於けるＷＦ6の流れを促進するための
キャリアガスとして用いられる。
【００５２】図８は、本実施例に於て用いられた改造さ
れたＶａｒｉａｎモデル５１０１ＣＶＤシステム（商品
名）のチャンバ部分を示す断面図である。Ｖａｒｉａｎ
モデル５０１０ＣＶＤシステムについては、米国特許第
４，７９６，５６２号明細書を参照されたい。
【００５３】図８に於て、ウェハ１は、ウェハクランプ
アセンブリ１００により、石英チャック１０２に固定さ
れており、その前面が反応チャンバ１０４に対向してい
る。ＷＦ6などの耐火金属系ガスは、外側ガス注入リン
グ１０８を介してチャンバ１０４内に注入され、リング
１０８は、その壁体の一部をなす拡散手段を介してガス
を流出させることができる。本実施例に於ては、新規な
拡散手段が用いられており、その詳しい内容については
図２３及び図２４について後に詳しく説明する。ガス
は、図６に示されたガスライン５４に接続された図示さ
れない入口ポートを介してリング１０８に向けて導入さ
れる。
【００５４】図６に示されるように、Ａｒガスもガスラ
イン５４を介して流れる。不活性ガス注入リング１１０
は、リング１０８と同様のものからなり、図６に示され
たガスライン５２に接続され、ＳｉＨ4などの還元性ガ
ス及びＨ2をチャンバ１０４内に注入する。ガスデフレ
クタ１０５は、ガスが反応チャンバ１０４内に導入され
る前に、ガス混合チャンバ１０６に向けて注入されるガ
スを混合する働きをする。
【００５５】図３に示されたＣＶＤチャンバの他の特徴
については特定のプロセスステップに関連し説明する。
また、図８に示されたＣＶＤチャンバの詳しい内容につ
いては、米国特許第４，７９６，５６２号明細書を参照
されたい。表１に於けるパラメータ設定状態Ａに対応す
る本実施例に於て、裏側チャンバ１１４が、図示されな
い入力ポートから、裏側チャンバ１１４に向けてＡｒガ
スが注入されることにより、０．５ｔｏｒｒの圧力を有
するようにされている。図示されない圧力トランスジュ
ーサが、裏側チャンバ１１４内に設けられ、裏側チャン
バ１１４の圧力を計測する。反応チャンバ１０４内のプ
ロセスガスが裏側チャンバ１１４内に侵入し、シリコン
ウェハ１の裏面と共に核生成を行わない限り、裏側チャ
ンバの比較的高い圧力の正確な値は問題とならない。し
かしながら、ウェハの周縁部に沿って所望の選択性が失
われることを回避するために、裏側チャンバの圧力は、
約１．０ｔｏｒｒを越えてはならない。表１に於けるパ
ラメータ設定状態Ａによれば、反応チャンバの圧力が８
０ｍｔｏｒｒに保持される。
【００５６】反応チャンバ１０４内のガスは、ウェハク
ランプアセンブリ１００に設けられた開口を介して、大
きな流量を取り扱い得る真空ポート１１６から吸い出さ
れ、チャンバ１０４内の副産物の滞留時間が１０ミリ秒
以下となるようにしており、チャンバ１０４内のガスを
吸い出す速度は、プロセスガスが所望の流量をもって流
れ、所望の反応チャンバ圧力を維持するように定められ
る。
【００５７】Ａ（６）．低温下に於ける光学的に不透明
な耐火金属膜のＮ及びＰ型領域上への形成 第６ステップに於ては、シリコン上への耐火金属の被着
速度が、極めて低いレベルに保持されるように、ＷＦ6
などの耐火金属系ガスを反応チャンバ内に導入しつつ、
ウェハの温度を、直接的な放射源により室温以上の温度
に徐々に加熱する。
【００５８】ウェハの温度は、徐々に上昇するが、その
温度が約１００°Ｃ以下である時には、耐火金属系ガス
が、図３に於けるＮ型領域及びＰ型領域３の表面の露出
シリコンにより還元され、また第５ステップにより被着
された耐火金属の基層を介して拡散したシリコンにより
還元される。耐火金属膜１２０の表面に概ね一定の割合
で被着されるが、これはＮ型及びＰ型シリコンが１００
°Ｃ以下である場合には、概ね等しい放射率を有するこ
とによるものである。
【００５９】図９に示されるように、Ｎ型及びＰ型シリ
コンの放射率が約１００°Ｃを境にして異なる値を取る
ようになることから、温度上昇は、基層温度が約１００
°Ｃに到達する前に、少なくとも光学的に透明な耐火金
属膜１２０、９０（１００〜５００オングストローム）
を、Ｎ型及びＰ型シリコン領域２及び３の両者に被着し
ておくのに十分であるようなゆっくりした速度をもって
行われなければならない。この膜は、ＣＶＤチャンバに
於て用いられる放射加熱源により出力される周波数に対
して不透明であれば良い。不透明な耐火金属膜が形成さ
れると、Ｎ型及びＰ型シリコン領域２及び３の放射率が
概ね被着された耐火金属の放射率に等しくなり、より高
い温度に於てもＮ型及びＰ型領域に於ても概ね等しい被
着速度をもって耐火金属膜の形成が可能となる。図３
は、不透明な耐火金属膜１２０がＮ型領域及びＰ型領域
３に対して形成されると同時に、放射１２２がウェハ１
の基層の裏面１２４に対して与えられている状態を示し
ている。ＷＦ6を耐火金属系のガスとして用いることに
より、タングステンからなる不透明な膜が式１に示され
た発熱還元反応に従って、このステップに於て生成され
る。
【００６０】チャンバ内に還元性ガスが導入されない場
合には、露出シリコン領域上の不透明なタングステン膜
を被着する際に、シリコン基層の数原子分の厚さの膜が
還元反応により消費される。また、このような低い温度
に於ては、二酸化シリコン絶縁膜４により耐火金属系ガ
スが殆ど還元されないことから、二酸化シリコン膜４の
上には、耐火金属が殆ど被着されない。
【００６１】本実施例に於ては、表１に於てパラメータ
設定状態Ｂ及びＣとして示される第６ステップが、ＷＦ
6が４ｓｃｃｍの流量をもってチャンバ１０４内に吸入
されると同時に、図８に示されるように、徐々に増大す
る電力を石英ハロゲンランブ１２６に供給することによ
り実行される。表１に於けるパラメータ設定状態Ｂ及び
Ｃとして示されるように、ランプ１２５は、５秒間消灯
され、それに引続く４５秒間に亘って２６５°Ｃに達す
るまで、増大する電力の供給を受ける。チャンバ圧力及
び裏側チャンバ圧力と同様に、Ｈ2及びＡｒの流量は第
５ステップと同様である。
【００６２】図８に示されたパイロメータ即ち高温計
が、ウェハの平均温度を計るために用いられ、温度制御
のためのフィードバック信号を供給する。
【００６３】表１に示された好適実施例に於ては、反応
チャンバ１０４内に還元性ガスを導入しなくても、不透
明な膜１２０、９０を形成し得るにも拘らず、シランと
も呼ばれる４水素化シリコン（ＳｉＨ4）還元性ガス
が、耐火金属の被着速度を増大させ、還元反応により消
費されるシリコンの表面がごく僅かであるようにするた
めに、ＷＦ6を還元するべく、２．６ｓｃｃｍの流量を
もって、チャンバ１０４内に導入される。
【００６４】Ａ（７）．被着温度に於ける還元性ガスの
徐々に増大する流量による供給 第７ステップに於ては、被着温度が、シリコンウェハ上
の選択された領域上にタングステンの他の耐火金属が所
望の厚さに被着される必要な時間に亘って、２３０〜４
２５°Ｃに保持される。この間に、耐火金属系のガス
が、還元性ガスと共に、チャンバ内に導入され、耐火金
属系ガスを還元する。この時、基層のシリコンは、被着
された金属皮膜内を拡散して耐火金属系ガスを還元する
ことができない。好適実施例に於ては、耐火金属系ガス
がＷＦ6からなり、還元性ガスがＳｉＨ4からなり、チャ
ンバ内のＳｉＨ4の相対的な量に応じて次のような発熱
反応を引起す。
【００６５】 ２ＷＦ6＋３ＳｉＨ4→２Ｗ＋３ＳｉＦ4＋６Ｈ2 （式２）
【００６６】 ２ＷＦ6＋４．２ＳｉＨ4 →０．４Ｗ5Ｓｉ3＋３ＳｉＦ4＋８．４Ｈ2 （式３）
【００６７】式２及び式３に示された還元反応は、次の
ようにして行われる。ＷＦ6は、第６ステップに於て被
着された不透明なタングステン皮膜をフッ化する。Ｓｉ
Ｈ4は、直ちにフッ化表面と反応し、シリコンを被着す
ると共に、揮発性のフッ化シリコン（ＳｉＦ4）を形成
する。被着されたシリコン膜は、該シリコン膜に向けて
衝当するＷＦ6ガスの分子と反応し、式１に示される還
元反応を行う。このようにして、式２及び式３により示
される反応は、ＷＦ6とＳｉＨ4との間の還元反応と、タ
ングステン及びシリコンの被着サイクルに亘って行われ
るタングステン皮膜の成長とからなる一連の副反応の集
合として行われる。ＷＦ6或いはＳｉＨ4は、このような
低い被着温度に於ては、絶縁性の二酸化シリコン膜４に
殆ど付着しないことから、絶縁性の二酸化シリコン膜に
対しては、タングステンが殆ど被着されない。従ってタ
ングステンの選択的な被着が実現する。
【００６８】式２及び式３により示される還元性反応か
ら理解されるように、還元性反応に関与するＳｉＨ4の
量がＷＦ6の量の１．５倍を越えると、シリコン原子も
タングステンと共に被着されるようになる。これは、そ
の後に耐火金属とシリコン基層との接合部をシリサイド
化するべくウェハを焼戻す時に、シリコン系の還元性ガ
スを用いることにより、シリコン基層が何ら消費されな
いこととなる点に於て好ましい。この焼戻しステップ
は、被着層全体をもシリサイド化しかつ高密度化する事
から、バリア膜の抵抗を低くする働きをも有する。従っ
て、ＣＶＤチャンバ内に導入されるＷＦ6及びＳｉＨ4の
量は、ＷＳｉxの膜を被着するように設定されるのが好
ましい。但し、ｘはプロセスパラメータに依存する。図
１０は、ＳｉＨ4対ＷＦ6の比を種々変化させた場合の、
３２０〜３８０°Ｃの被着温度下に於ける被着層のＳｉ
対Ｗの比の変化を表わすグラフである。
【００６９】第７ステップに於て重要なことは、ＣＶＤ
チャンバに供給されるＳｉＨ4還元ガスの量が、接触領
域の温度上昇に伴い増大する点である。ＷＦ6の、他の
耐火金属系ガスであるＳｉＨ4との還元反応は、発熱反
応であることから、被着されるタングステンの量が増大
するのに伴い、被着されたタングステンの温度が上昇す
る。接触領域の温度が上昇するに伴い、ＳｉＨ4の供給
量を徐々に増大させると、反応が行われる温度の上昇に
より、バリア膜の好ましい柱状の粒子構造が維持される
と同時に、耐火金属の被着速度が増大する。この時、柱
状の粒子の構造を維持するために、接触領域の温度が或
るレベルに達する前に過大な量のＳｉＨ 4を反応に供給
しないように注意しなければならない。さもないと、形
成されるバリア膜の粒子構造が好ましくない非等方性の
要領をもって急成長してしまう。
【００７０】このように、ＳｉＨ4の、反応チャンバへ
の供給量を徐々に増大させることにより、好ましくない
現象を引起すことなく耐火金属の被着速度を増大させる
ことができる。しかるに、従来の技術によれば、接触領
域の温度上昇に伴ない、ＳｉＨ4の供給量を徐々に増大
させることにより、柱状の粒子構造を維持し得ることが
認識されていなかった。
【００７１】第７ステップにより得られる構造が図４に
示されている。本実施例に於ては、被着されたバリア膜
１３２が、５〜２０原子％のシリコン（即ち１〜４重量
％のシリコン）を含むように形成される。上記したプロ
セスにより、膜１３２は、約１２原子％のシリコンを含
むが、Ｓｉ基層の還元を回避するためには、シリコンの
量が５原子％を越えれば良い。
【００７２】図８に示されたＣＶＤチャンバに於て、図
６に示されたガス供給ネットワークを用い、更に、表１
に示されたパラメータ設定状態Ｃ〜Ｈを用いることによ
り、第７ステップが、ウェハの測定温度が２６０°Ｃと
なるように、石英ハロゲンランプ１２６への電力の供給
量を４５秒に亘って徐々に増大させるように実行され
る。電力の供給量を徐々に増大させる間に、ＳｉＨ
4が、バルブ２４を制御することにより、２．６ｓｃｃ
ｍの流量をもってチャンバ１０４内に注入される。残り
のガスの流量及び圧力は、表１のプロセスパラメータ設
定状態Ｂに於て用いられたものと同様である。
【００７３】２６０°Ｃの測定温度が得られると、この
温度が１０秒間維持され（表１に於けるプロセスパラメ
ータ設定状態Ｄ）、ガスの流量が一定に保たれる。この
時間が経過した後（表１に於けるプロセスパラメータ設
定状態Ｅ）、ＳｉＨ4の流量を２．６ｓｃｃｍから２．
８ｓｃｃｍに増大させ、還元性反応が発熱反応であるこ
とから、被着バリア膜の温度上昇が２６０°Ｃを越え、
耐火金属の被着速度を増大させる。
【００７４】実用上、ＳｉＨ4の流量の増大は、ウェハ
上の露出シリコン面の面積に依存する。上記したプロセ
スに於ては、ウェハの表面の３％以下が露出シリコン面
であると仮定されている。それ以上のシリコン面が露出
している場合には、ＳｉＨ4をそれだけ急速に増大させ
るのが好ましい。
【００７５】このように、それぞれ１０秒間に亘って、
設定状態Ｆ、Ｇ及びＨを行い、特にＳｉＨ4の供給量
を、最終的に３．４ｓｃｃｍに達するまで０．２ｓｃｃ
ｍずつ増大させる。
【００７６】Ａ（８）．チャンバからのプロセスガスの
除去及び焼戻し 第８ステップに於て、ウェハが冷却され、プロセスガス
がチャンバから除去され、耐火金属とシリコン基層との
境界をシリサイド化し、接触領域の抵抗を低下させるた
めに急激な焼戻しステップが行われる。またこのステッ
プの間に、バリア膜内のシリコン原子が被着された耐火
金属と反応しシリサイドを形成する。還元性ガスがシリ
コン系であることから、被着耐火金属は既にシリコンを
含んでおり、従ってこのステップに際して、シリコン基
層はそれ程消費されない。本実施例に於ては、この焼戻
しステップが、１０〜３０秒に亘って約６５０〜９００
°Ｃの温度に於て行われる。
【００７７】表１に於けるパラメータ設定状態Ｉ〜Ｋ
は、焼戻しに先立って行われる好適な冷却及びパージス
テップを示しており、パラメータ設定状態Ｉに於てはラ
ンプ１２６が消灯され、プロセスガスＳｉＨ4、Ｈ2、Ａ
ｒ、ＷＦ6のチャンバ内への注入が、図６に示されたバ
ルブを閉じることより実行され、反応チャンバ１０４及
び裏側チャンバ１１４に於ける圧力が１８ｍｔｏｒｒ以
下に低下される。
【００７８】パラメータ設定状態Ｊに於て、Ｈ2が３０
０ｓｃｃｍの流量をもって反応チャンバ１０４に導入さ
れ、Ａｒは５０ｓｃｃｍの流量をもってチャンバ１０４
に導入され、ウェハの冷却が促進されると共に、ライン
５２及び５４及び反応チャンバ１０４から、残留するＳ
ｉＨ4及びＷＦ6をパージする。反応チャンバ１０４に於
ける圧力は、８００ｍｔｏｒｒに保持され裏側チャンバ
圧力は、１．０ｔｏｒｒに保持される。パラメータ設定
状態Ｊは約４５秒間維持され、その結果ウェハは十分冷
却し、ライン及び反応チャンバが十分にパージされる。
【００７９】パラメータ設定状態Ｋに於ては、ガスが、
反応チャンバ１０４及び裏側チャンバ１１４に於ける圧
力が５秒間に亘って１８ｍｔｏｒｒ以下に低下されるま
で抜き出される。
【００８０】焼戻し過程は、プロセスパラメータ設定状
態Ｌの時に行われ、ランプ１２６は、５秒間に亘って、
ウェハを約７００°Ｃに加熱するように徐々に増大する
電力の供給を受ける。この間にＨ2が１５０ｓｃｃｍの
流量をもって反応チャンバ１０４に供給され、Ａｒが５
ｓｃｃｍの重量をもって反応チャンバ１０４に供給され
る。反応チャンバ１０４に於ける圧力は、８０ｍｔｏｒ
ｒに保持され、裏側チャンバ１１４の圧力が０．５ｔｏ
ｒｒに保持される。この焼戻しステップの間に、被着さ
れたバリア膜の密度が高まり約１０％収縮する。この収
縮は、バリア膜１３２内のシリコンとタングステンとが
結合することによるものである。この収縮の度合は、焼
戻し温度及びバリア膜１３内のＳｉの量に依存する。
【００８１】このようにして第５〜８のステップにより
（表１に於けるパラメータ設定状態Ａ〜Ｌ）形成された
バリア膜１３２は、約６，５００オングストロームの厚
さを有するようになる。
【００８２】Ａ（９）．ウェハの冷却及びウェハのＣＶ
Ｄチャンバからの除去 第９ステップに於て、焼戻し過程に続いて、また、ウェ
ハをＣＶＤチャンバから取出す前に、基層の温度が１０
０°Ｃ以下に冷却される。この冷却ステップは、ランプ
１２６を消灯し、ウェハが少なくもと４５秒間に亘って
周囲温度にまで冷却することにより実行される。冷却を
促進するために反応チャンバの圧力を８００ｍｔｏｒｒ
に保持し、裏側チャンバの圧力を１．０ｔｏｒｒに維持
しつつ、約４５秒間に亘ってＨ2及びＡｒをそれぞれ３
００ｓｃｃｍ及び５０ｓｃｃｍの流量をもって反応チャ
ンバ１０４に注入することができる。それに引続き、Ｈ
2及びＡｒガスを遮断し、ウェハを反応チャンバから取
出す。
【００８３】Ａ（１０）．導電性金属皮膜の形成 バリア膜が形成された後、アルミニウム被着過程、その
他の金属の被着過程或いは多結晶シリコンの被着過程
が、従来の方法により行われ、被着されたバリア膜上
に、導電性のインタコネクト膜を形成する。好適実施例
に於ては、インタコネクト膜としてアルミニウムが、ス
パッタ被着プロセスにより被着される。このようにして
得られた構造が図５に示されており、導電性のアルミニ
ウム皮膜１３６がバリア膜１３２上に被着されている。
【００８４】Ａ（１１）．その他の特徴 耐火金属の被着過程に於ける第４〜第７ステップに於て
最適な結果を得るためには、フッ化シリコンなどの反応
副産物の滞留時間を１０ミリ秒以下にしなければならな
い。滞留時間は、次の式により計算される。
【００８５】 τ＝Ｖ／Ｓ＝（ｐＶ）／Ｑ （式４）
【００８６】但し、τ＝滞留時間（秒） Ｖ＝ＣＶＤチャンバの容積（リットル） Ｓ＝ポンプにより除去されるガスの流量（リットル／
秒） Ｐ＝チャンバの圧力（ｔｏｒｒ） Ｑ＝チャンバに導入されるガスの流量（ｔｏｒｒ・リッ
トル／秒）
【００８７】好適実施例に於て、ＣＶＤチャンバからポ
ンプに至るマニフォールドは、５０ｔｏｒｒ・リットル
／秒以上のコンダクタンスを有している。１２０ｍｔｏ
ｒｒのチャンバ圧力及び４９リットルのチャンバ容積を
用いた場合、プロセスチャンバ内のガスの滞留時間は約
９．８×１０-3秒となる。更に、ＣＶＤチャンバ内に導
入されるプロセスガスは少なくとも９９．９９９％の純
度を有しており、重要なガスの流量は、十分な再現性を
得るために、ウェハごとに設定された流量の設定値に対
して±０．２ｓｃｃｍの範囲内に制御されなければなら
ない。更に、ＷＦ6或いは耐火金属系のガスを貯留する
液体ガス容器は、ガスライン中に於けるガスの凝縮を防
止するため、好ましくは室温よりも５度低い温度に冷却
される。
【００８８】バリア膜をシリコンの領域上に形成するた
めの上記した方法は、好適実施例に於いて言及されたプ
ロセスガス以外のガスを用いて実施することもできる。
例えば、モリブデン、パラジウム、白金或いはタンタル
などの耐火金属を含む耐火金属系ガスを用いることもで
き、また好適実施例に於て言及された以外の還元性ガス
を用いることもできる。云うまでもなく好適実施例のプ
ロセスに於て用いられたガスの流量、温度、プロセス時
間、圧力及び装置の能力などは、所望の特性を有するバ
リア膜を形成する上で、必要に応じて変更される。
【００８９】タングステンシリサイドの上記以外の特性
或いはシリサイド膜を形成するための種々の他のプロセ
スに関する情報は、次のような文献に記載されている。
（１）ＶＳＬＩ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｉｅｓ、ＩＣＶＣ´８９（１９８９年１０月１７日発
行）、（２）Ｒｏｂｅｒｔ Ｓ． Ｂｌｅｗｅｒ氏によ
る“Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｍｅｔａｌｓ
（Ｅｍｐｈａｓｉｚｉｎｇ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ）”と
題する講演資料（１９８８年１月２５日発行）。
【００９０】Ｂ．ブランケット被着プロセス ブランケット被着プロセスに於ては、耐火金属が、露出
シリコン領域ばかりでなく絶縁性の二酸化シリコン膜の
表面にも被着される。通常、ブランケット被着を行った
後、酸化膜上に形成された耐火金属膜は、耐火金属が、
該耐火金属膜により電気的に接触されるべきシリコン領
域にのみ残るようにブランケットエッチングにより完全
に除去される。続いて、通常、金属皮膜がウェハの表面
に形成され、被着された耐火金属に対して、その下層に
位置するシリコン領域に電気的な接触を行うべく接触す
る。
【００９１】ブランケットプロセスの他の用途として
は、ＭＯＳデバイスのためのゲートを形成するために、
ゲート酸化膜上に耐火金属を被着し、耐火金属膜を選択
的にエッチングするものがある。
【００９２】パターン化されたウェハの表面に耐火金属
をブランケット被着する好適なプロセスに於ては、シリ
コンウェハの表面を清浄化し、シリコンの結晶格子構造
に対する損傷を除去し、種々のガスラインをパージする
予備的な第１〜４ステップが、前記した第１〜４ステッ
プと同様にして行われる。第１〜４ステップが実行さ
れ、ウェハが図８に示されたようなＣＶＤチャンバに置
かれた後に、ブランケット被着プロセスの好適実施例の
第５ステップに於て、ウェハが約５００°Ｃの被着温度
に加熱され、約２秒間に亘ってＳｉＨ4がチャンバ内に
導入され、露出シリコン及びＳｉＯ2と共に核生成を行
う。これにより、その後にチャンバ内にＷＦ6が導入さ
れた時にＷＦ6を還元し得るように、ＳｉＯ2の表面に何
層かのＳｉＨ4の単原子膜を形成する。
【００９３】図１２は、ＣＶＤチャンバ１０４内にＳｉ
Ｈ4を注入する間に、ウェハ１を、図８に示されたラン
プ１２６からの放射熱１５０により加熱することによ
り、ウェハ１の表面上に、薄いＳｉＨ4の膜１５２が被
着されるようにするステップを示している。
【００９４】種々の圧力及びプロセスガスＳｉＨ4及び
Ｈ2の流量は、表１に於けるパラメータ設定状態Ｃによ
り示されるものと同様である。この時、ＷＦ6或いはＡ
ｒを注入しない。
【００９５】第６ステップに於ては、前記した選択的な
被着過程として行われる第７ステップと同様な被着過程
が行われ、ＷＦ6がＳｉＨ4と共に、ＣＶＤチャンバ内に
注入される。このステップは、ＷＳｉxからなるバリア
膜が、シリコン及び酸化物の両者の表面上に所望の厚さ
をもって形成されるまで続けられる。但し、ｘは、被着
プロセスに対して用いられるＳｉＨ4に対するＷＦ6の比
に依存する。柱状の粒子構造を得るために、ＷＦ6に対
するＳｉＨ4の比を１以下としている。このステップ
が、図１３に示されており、被着層１５８がウェハ１の
表面全体に形成される。
【００９６】好適実施例に於ては、この被着ステップが
表１のパラメータ設定状態Ｄ〜Ｈを用いて行われ、発熱
性の還元反応が、被着されたバリア膜１５８の表面に於
ける温度を上昇させるに伴い、還元性ガスＳｉＨ4の量
が時間と共に徐々に増加される。しかしながら、このス
テップに於ては、被着温度が約５００°Ｃに維持され
る。
【００９７】形成されたバリア膜が接触領域を覆うに伴
い、発熱性の還元反応により発生した熱が、それだけ早
期に除去されるようになるために、バリア膜の温度上昇
が停止するまで、この漸増するガスの供給が続けられ
る。
【００９８】バリア膜１５８が被着された後、第７ステ
ップに於て、前記した第７ステップと同様に、表１に於
けるパラメータ設定状態Ｉ〜Ｋを用いることにより、ガ
スライン及びＣＶＤチャンバがパージされ、ウェハが冷
却される。
【００９９】表１に於けるパラメータ設定状態Ｌと同様
な設定状態に於て、６５０°Ｃ〜９００°Ｃの範囲の温
度下にて約１０〜３０秒間の焼戻しステップが行われ
る。
【０１００】このようにして得られたバリア膜１５８
が、良く知られたブランケットプラズマエッチング方法
或いは、その他のエッチング方法を用いてエッチングさ
れ、図１４に示されるようにバリア膜１５８が接触領域
に於てのみ残されるようにする。或る用途に於て、この
バリア膜１５８をインターコネクト膜としても用いるこ
とができ、従ってブランケットエッチングが行われな
い。
【０１０１】図１５に示されるよう金属皮膜或いはその
他の導電性の皮膜１６０が被着され、かつエッチングさ
れる。導電性皮膜１６０が被着されたバリア膜１５８及
び領域２及び３とオーミック接触を形成する。
【０１０２】被着されたバリア膜の品質を改善するため
の他の特徴的な点は、耐火金属シリサイド膜を選択的に
形成するための前記したプロセスについて言及されたも
のと同様であって良い。
【０１０３】Ｃ．多結晶シリコン膜上にビア膜を形成す
るための被着プロセス 選択的な被着プロセスの第１〜９ステップ或いはブラン
ケット被着プロセスの第１〜７ステップは、多結晶シリ
コン膜と金属皮膜との間或いは２つの金属皮膜間にビア
膜（ｖｉａ）を形成するために用いることができる。
【０１０４】本発明に基づく方法により形成されたビア
膜を形成されたビア膜を有するウェハの例が図１６に示
されている。図１６に於てウェハ１は、Ｎ型領域２及び
Ｐ型領域３を有する。両領域２及び３に対する接触を達
成するために、従来から知られた方法により、多結晶シ
リコン膜１７０が形成される。酸化膜４は、多結晶シリ
コン膜１７０をシリコンウェハ１から絶縁する。絶縁膜
１７２は、耐火金属ビア膜１７４を被着させるべき、多
結晶シリコン膜１７０の接触領域を露出させるために、
多結晶シリコン１７０上に形成される。図１６に於て、
耐火金属ビア膜１７４は、ＷＳｉxを含み、ここで、ｘ
は被着プロセスに於て用いられるＷＦ6に対する還元性
ガスＳｉＨ4の比に依存する。ＡｌＳｉをなどを含む金
属皮膜１７８が、ビア膜１７４に接触し、金属皮膜１７
８と多結晶シリコン膜１７０との間の電気的結合を提供
するように、絶縁膜１７２上に形成される。
【０１０５】ビア膜を形成するべく、多結晶シリコン膜
上に耐火金属を被着する時に、第１及び第２ステップに
ついて前記したのと同様の要領をもってウェハが清浄化
され、第４ステップについて前記したのと同様の要領を
もってガスにライン及びＣＶＤチャンバをパージする。
基層の結晶格子構造の損傷を除去するための前記した第
３ステップは、云うまでもなく省略される。
【０１０６】ビア膜を形成する選択的な被着プロセスに
於て、多結晶シリコン膜に於けるＮ及びＰ領域が異なる
放射率を有することは問題とならないが、ビア膜と多結
晶シリコンとの間に強固な接着を達成し、所望の選択性
を得るために、ＳｉＨ4をＣＶＤチャンバ内に吸入する
前に、多結晶シリコン上に薄い耐火金属膜を被着するべ
く第６ステップを行うのが好ましい。この時、多結晶シ
リコンの薄い膜が消費される。
【０１０７】選択的被着プロセスのためのその他の被着
及び焼戻しステップは、基層上の領域と金属皮膜との間
に導電性のバリア膜を形成することについて前記したの
と同様の要領をもって行われる。云うまでもなく、プロ
セス時間及びガスの流量及び温度は、被着されるべき耐
火金属の所望の特性に応じて変更されるものであって良
い。ブランケット被着のためには、まずＳｉＨ4が、約
５００°Ｃの温度下に於て約２秒間に亘ってチャンバ内
に導入され、ウェハの表面に薄いＳｉＨ4膜を形成す
る。この方法は、図１２について前記したのと同様であ
る。ＷＦ6は、ＳｉＨ4と共に、図１３について前記した
のと同様にバリア膜を形成するべく導入される。図１３
及び図１４について前記したのと同様の要領をもって、
被着された皮膜がエッチングされ、金属化プロセスが実
行される。
【０１０８】Ｄ．金属皮膜上にビア膜を形成するための
被着プロセス ２つのアルミウム皮膜間或いは２つの金属皮膜間にビア
膜を形成するためには、アルミニウム原子がウェハの酸
化膜表面と反応するのを防止するためのシリコン原子を
含むアルミニウム皮膜を形成するのが好ましい。
【０１０９】ビア膜を形成する目的で、アルミニウム皮
膜上に耐火金属膜を選択的に被着するためには、従来の
方法を用いてパターン化された酸化膜２０１或いはその
他の絶縁膜をアルミニム皮膜上に形成し、接触領域を露
出させる。初期の構造が図１７に示されている。図１７
に於ては、Ｐ或いはＮ型領域２´を有するウェハ１が形
成され、これらの領域は、上記した方法により耐火金属
バリア膜２００と接触している。バリア膜２００上に
は、アルミニム２０２が形成され、更にその表面にはパ
ターン化された酸化膜２０４が形成されている。更に、
次のようなプロセスが実施される。
【０１１０】Ｄ（１）．ウェハ表面の清浄化 ステップ１に於て、アルミニウム皮膜２０２上にバリア
膜を選択的に被着するために、従来形式のＲＦスパッタ
エッチングプロセスを用いて露出アルミニウムを清浄化
する。
【０１１１】好適実施例に於ては、−６００ボルト以下
のバイアス電圧及びＡｒイオンを用いてスパッタエッチ
ングを行った。このエッチングステップを行うための好
適な装置に於いては、図２１に示されるように、スパッ
タエッチングステーションに接続されるべく改造された
Ｖａｒｉａｎモデル５１０１（商品名）ＣＶＤシステム
が用いられた。このＶａｒｉａｎ５１０１ＣＶＤチャン
バは、図８について前記しており、また、米国特許第
４，７９６，５６２号明細書に記載されている。
【０１１２】図２１に於て、チャンバ２１０は、ウェハ
搬送システム２１４を介してスパッタエッチングチャン
バ２１２に接続されている。図示されていないロードロ
ックが、ウェハ搬送システム２１４とチャンバ２１０及
び２１２間に設けられており、ウェハ搬送システム２１
４が用いられていない間、チャンバ２１０の圧力は、チ
ャンバ２０２の圧力の影響を受けない。ＣＶＤチャンバ
２１５及びスパッタエッチングチャンバ２１２は、図６
について前記したガスボックス２１９からのガスライン
２１６及び２１８に接続されている。
【０１１３】スパッタエッチングチャンバ２１２にガス
ライン２１８を介して供給されたＡｒガスは、ガスボッ
クス２１９内に位置しかつ図６に示されたネットワーク
に隣接する図２２に示されるバルブ構造を用いて制御さ
れる。図２２に於てクリプトンガス源がＫｒガスライン
２５２に接続されている。このＫｒ源及び関連するバル
ブは、本実施例に於けるスパッタエッチングプロセスに
於ては用いられていない。
【０１１４】自動化された制御システム２２１が、適切
な信号をワイヤ２６０、２６２及び２６４に供給するこ
とより、ＣＶＤチャンバ２１０、スパッタエッチングチ
ャンバ２１２、ウェハ搬送システム２１４及びガスボッ
クス２１９の種々の機能を制御する好適実施例に於て
は、図１７に示されるように、ウェハが、カセットトレ
イ内に配置され、カセットトレイは、ウェハ搬送システ
ム２１４内のカセットチャンバ内に配置される。ウェハ
搬送システム２１４は、米国特許第４，７９６，５６２
号に記載されたものと同様である。
【０１１５】ウェハ搬送システム２１４は、ウェハをカ
セットトレイから極めて低い圧力、例えば１×１０-4ｔ
ｏｒｒに維持されたスパッタエッチングチャンバ２１２
に向けてウェハを移動するためにマニピュレータアーム
を備えている。Ａｒガスが充填されたスパッタエッチン
グチャンバ２１２は、アルミニウム皮膜２０２の表面か
ら酸化物を除去するように、アルミニウム２０２上への
耐火金属の選択的な被着に対して悪影響を及ぼすような
汚染物をウェハの表面から除去するように、ウェハの表
面を清浄化するべく作動する。このステップは、その後
のステップに於て、ＷＦ6及びＳｉＨ4プロセスガスがＳ
ｉＯ2の表面と共に核を生成するのを防止するために、
ＳｉＯ2の表面を清浄化する働きも備えている。
【０１１６】好適実施例に於ては、−５８０ボルトのバ
イアス電圧及び４００ワットのＲＦパワーを用いたスパ
ッタエッチングを、４８．５ｓｃｃｍの流量をもってＡ
ｒガスを流通させ、室温下、１４ｍｔｏｒｒの圧力下に
於て、約６０秒間行われる。このエッチングステップの
終了後、ウェハ搬送システム２１４及びスパッタエッチ
ングチャンバ２１２の圧力が約１×１０-4ｔｏｒｒに減
少される。スパッタエッチングチャンバ２１２とウェハ
搬送システム２１４との間のロードロックを開き、マニ
ピュレータアームを用いて、ウェハをスパッタエッチン
グチャンバ２１２から取出す。
【０１１７】ウェハ搬送システム２１４とスパッタエッ
チングチャンバ２１２との間のロードロックが閉じら
れ、ウェハ搬送システム２１４とＣＶＤチャンバ２１０
との間のロードロックが開かれ、マニピュレータアーム
により、ウェハを汚染することなく、エッチングされた
ウェハをＣＶＤチャンバ２１０内に配置する。ウェハが
ＣＶＤチャンバ２１０に搬送され、ウェハクランプアセ
ンブリ１００により石英チャック１０２上にクランプさ
れると（図８及び米国特許第４，７９６，５６２号明細
書参照）、ウェハ搬送システム２１４がＣＶＤチャンバ
２１０から遮断され、以下に示すような被着プロセスが
実行される。
【０１１８】ステップ１に於て、ウェハを清浄化した後
に、２つのアルミニウム皮膜に接触するビア膜を形成す
るためプロセスの好適実施例が以下の表２に示されてい
る。
【０１１９】
【表２】
【０１２０】ウェハがスパッタエッチングされた後、第
２ステップの飽和ステップが実行され、耐火金属系ガス
が３０°Ｃ以下の室温下に於て、３時間に亘ってＣＶＤ
チャンバ内に注入される。好適実施例に於ては、表２に
於けるパラメータ設定状態Ａを用いて、第２ステップ
が、２秒間に亘って、４．０ｓｃｃｃｍのＷＦ6、１５
０ｓｃｃｍのＨ2及び５ｓｓｃｍＡｒを用いて実施され
る。図８に示されるようなＣＶＤチャンバに於て、この
ステップの間、反応チャンバ１０４が５０ｍｔｏｒｒの
圧力を有し、裏側チャンバ１１４が０．５ｔｏｒｒの圧
力を有するようにされる。このステップは、その後に形
成されるビア膜と金属皮膜との間の接着力を改善するた
めに行われる。
【０１２１】Ｄ（３）．露出されたアルミニウム表面上
での耐火金属膜の予備的な被着プロセス 表２に於て、パラメータ設定状態Ｂ〜Ｄに対応する第３
ステップに於て、ウェハの温度が１２０秒間に亘って約
４５０°Ｃ加熱され、パラメータ設定状態Ａと同様の流
量をもって、耐火金属検出ガスが、Ｈ2及びＡｒと共に
チャンバ内に注入される。最初、ＷＦ6がアルミニウム
皮膜とのみ反応し、以下の式５に示されるように、数層
の耐火金属単元被膜を被着することから、耐火金属の選
択的な被着は、アルミニウム金属皮膜上に於てのみ行わ
れる。
【０１２２】 ＷＦ6＋２Ａｌ→２ＡｌＦ3＋Ｗ （式５）
【０１２３】４５０°Ｃの被着温度に於ては、アルミニ
ウム皮膜上のパターン化された酸化膜は、ＷＦ6と接触
する際に還元性反応を引起さない。耐火金属の最初の膜
がアルミニウム上に形成されると以下の式６に従い、Ｈ
2が、アルミニウム皮膜の表面に於て、耐火金属系ガス
を還元することができるようになる。
【０１２４】 ＷＦ6＋３Ｈ2→Ｗ＋６ＨＦ （式６）
【０１２５】表２のパラメータ設定状態Ｃにより示され
るように、ウェハの温度が周囲温度にまで低下され、Ｃ
ＶＤチャンバ内の圧力が増大される。表２に於けるパラ
メータＤに示されるように、チャンバ内のガスがパージ
される。前記したように図６に示されたような適切なバ
ルブを操作することにより、プロセスガスを所望の流量
をもってＣＶＤチャンバに吸入することができる。
【０１２６】ステップ３の終了後に得られたウェハが図
１８に示されており、耐火金属膜２２０がアルミニウム
膜２２０上に被着される。
【０１２７】Ｄ（４）．還元性ガスＳｉＨ4 を用いた被
着プロセス パラメータ設定状態Ｅに於ては、ＳｉＨ4がチャンバ内
に注入される前に室温下に於て再びＷＦ6、Ｈ2及びＡｒ
ガスを約７秒間に亘ってＣＶＤチャンバ内に吸入し、そ
の後にＳｉＨ4がＣＶＤチャンバ内に導入された時にＣ
ＶＤチャンバ内にＷＦ6が過剰に存在する。
【０１２８】第４ステップに於てパラメータＦが用いら
れ、ウェハの温度が徐々に上昇する前に約５秒間に亘っ
てＳｉＨ4がＣＶＤチャンバ内に注入される。ＳｉＨ
4は、露出アルミニウム皮膜上に、高速で耐火金属がチ
ャンバされるようにするために用いられる。
【０１２９】第４ステップに於て、パラメータ設定状態
Ｇ〜ｌが用いられ、ウェハの温度が、４秒間に亘って約
５００°Ｃの温度に向けて徐々に高められ、この温度に
５０秒間保持される。この間に、ＳｉＨ4の供給量が
２．６ｓｃｃｍから３．４ｓｃｃｍに増大され、発熱還
元反応により被着された耐火金属膜の温度が上昇するに
伴い、耐火金属の被着速度を増大する。前記したよう
に、反応に供給されるＳｉＨ4の量が増大するにも拘ら
ず、発熱還元反応により被着された耐火金属の温度が上
昇するために、被着された耐火金属の柱状の粒子構造が
保存される。
【０１３０】第４ステップの終了後のウェハの状態が１
９図に示されており、耐火金属（ＷＳｉx）膜２２２が
耐火金属（Ｗ）膜２２０上に被着されている。
【０１３１】Ｄ（５）．ウェハの冷却 第５ステップに於てはパラメータ設定状態Ｍ〜Ｏが用い
られ、ＣＶＤチャンバ内のガスが排出されるに伴い、図
８に於けるランプ１２６への電力の供給を徐々に減少さ
せることによりウェハを冷却する。パラメータ設定状態
Ｎに於ては、図８に於けるランプ１２６に供給される電
力を減少させることにより、ウェハの温度を４５秒間に
亘って周囲温度にまで徐々に低下させる。
【０１３２】ＣＶＤチャンバ１０４の圧力が８００ｍｔ
ｏｒｒとなり、裏側チャンバ１１４の圧力が１．０ｔｏ
ｒｒとなるように、Ｈ2及びＡｒガスがＣＶＤチャンバ
内に注入される。パラメータ設定状態Ｏに於て、プロセ
スガスが再び除去される。ＣＶＤチャンバ内のガスがポ
ンプにより除去され、ウェハ搬送システム２１４と、Ｃ
ＶＤチャンバ２１６との間のロードロックが開かれる。
米国特許第４，７９６，５６２号明細書に記載されたの
と同様の要領をもって、マニピュレータアームによりウ
ェハをＣＶＤチャンバ２１０から取出し、ウェハ搬送シ
ステム２１４内のカセット内に配置する。ウェハをウェ
ハ搬送システム２１４から取出すために、Ｎ2がウェハ
搬送システム２１４内に注入し、システム２１４の圧力
が大気圧よりもやや高くなるようにする。次に、処理さ
れたウェハ及び同一ロット内の他のウェハを受容するカ
セットが取り出される。
【０１３３】焼戻しステップは、ウェハに対する全ての
処理が終了した時点で行われることから、この時点に於
て被着膜からシリサイドを形成するため、焼戻しステッ
プが必要とされない。
【０１３４】上記したプロセスにより、１ミクロンの厚
さを有するビア膜を形成することができる。
【０１３５】次に、図２０に示されるように、公知の方
法を用いて、ウェハの表面にアルミニウム皮膜２２４を
形成する。被着された耐火金属２２２がアルミニウム皮
膜２０２及び２２４間ビア膜を形成する。
【０１３６】Ｅ．２つの金属皮膜間にビア膜を形成する
ためのブランケット被着プロセス ブランケット被着プロセスにより、２つの金属皮膜間に
耐火金属からなるビア膜を形成するためには、ウェハの
表面をスパッタエッチングする必要がない。従って、ウ
ェハは、図２１に示されるように、ウェハ搬送システム
２１４を介してＣＶＤチャンバ２１０内に配置される。
【０１３７】次に、ＳｉＨ4が２６５°Ｃ〜５００°Ｃ
の範囲の被着温度に於て、２秒間に亘ってＣＶＤチャン
バ２１０内に導入され、アルミニウム及び酸化物の表面
へのブランケット被着を促進する。
【０１３８】次に、所望のバリア膜が形成されるまで、
ＳｉＨ4と共に、ＷＦ6を注入する。ここまでのブランケ
ット被着プロセスは、図１２及び図１３について前記し
たのと同様であるが、アルミニウムの融点が比較的低い
ことから、被着温度５００°Ｃを越えてはならない。
【０１３９】耐火金属バリア膜が所望の厚さに被着され
た後、耐火金属がエッチングされ、所望の厚さを有する
ビア膜のみが残される。
【０１４０】更に、公知の方法を用いてウェハの表面上
に上側金属皮膜を形成する。このようにして得られた構
造は、図２０に示されたものと同様であるが、純粋な耐
火金属皮膜２２０は、このブランケット被着プロセスの
間には形成されない。
【０１４１】前記したプロセスの場合と同様に、高い再
現性及び良好な結果を確保するために、反応による副産
物の滞留時間を１０ミリ秒以下とするために、反応性ガ
スは少なくもと９９．９９９％の純度を有し、重要なガ
スの流れは、±０．２ｓｃｃｍの範囲で制御されなけれ
ばならない。
【０１４２】Ｆ．追加のプロセス及び装置の特徴 或る数のウェハが上記したいずれかの方法を用いて処理
された後、図８に於ける石英チャック１０２などからな
るＣＶＤチャンバの部分の表面には、耐火金属の皮膜が
形成され、放射エネルギを好ましくない程度に吸収し、
プロセスチャンバ内のガスと反応するようになる。チャ
ンバを清浄化したい場合には、例えば図６に示されるよ
うなバルブ１７、３７、３８を開くことにより、ＮＦ3
からなるエッチングガスをチャンバ内に導入する。従来
の技術によれば、このエッチングステップは、ＣＶＤ室
が室温下にある間に行われる。この従来の技術に基づく
方法の欠点は、ＮＦ3がチャンバ内の石英（ＳｉＯ2）
と、或いはチャンバ内に残留する反応副産物と反応する
ことにより、ＳｉＦ4その他のフッ化物の凝縮物を形成
する点にある。
【０１４３】このような凝縮を行うという問題を回避す
るため、ＮＦ3によりチャンバをエッチングする間に、
チャンバの圧力を約８０ｍｔｏｒｒ以下に維持しつつ、
反応チャンバの壁面を、例えばＭｙｄａｘ社により製造
される閉ループ加熱ユニットなどを用いて、６５°Ｃ以
上に加熱する。この新規な方法によれば、この温度に於
ては、ＳｉＦ4その他のフッ化物が揮発性であって、Ｎ
Ｆ3と共にパージされることから、凝縮現象を回避する
ことができる。
【０１４４】以下に示す表３は、図８に示されたＣＶＤ
チャンバなどからなるＣＶＤチャンバをＮＦ3を用いて
エッチングするためのプロセスの好適実施例を示す。
【０１４５】
【表３】
【０１４６】表３のステップＡに於て、５０ｓｃｃｍの
ＮＦ3が８図に示されたＣＶＤチャンバ１０４に向けて
８０ｍｔｏｒｒ以下の低い圧力をもって注入される。Ｃ
ＶＤチャンバの石英壁面が約９０°Ｃに維持される間
に、２００ワットのＲＦパワーを５分間に亘って供給す
る。図８に於ける裏側チャンバ１１４を加圧するために
何ら裏側ガスを用いない。
【０１４７】ステップＢに於ては、ＲＦパワーが遮断さ
れ、ＮＦ3ガスがチャンバから吸い出される。
【０１４８】ステップＣに於ては、１７５ｓｃｃｍのＨ
2がＣＶＤチャンバ内に注入され、チャンバ内の残留物
を除去するために、５分間に亘って２００ワットのＲＦ
パワーが再び供給される。
【０１４９】ステップＤに於て、チャンバが再び真空状
態にされる。ステップＥに於ては、３５０ｓｃｃｍのＨ
2が、５分間に亘って８００ｍｔｏｒｒのチャンバ圧力
に於て、ＣＶＤチャンバ内に注入され、エッチングプロ
セスにより発生した不純物を排出する。
【０１５０】ステップＦに於ては、チャンバが再び真空
状態にされる。このようにしてＣＶＤチャンバは清浄化
され、次の被着プロセスを行い得るようになる。
【０１５１】ＮＦ3が腐食性であるため、比較的反応性
を有する銅製のガスケットを全てアルミニウムのガスケ
ットと交換しておくのが好ましい。
【０１５２】本発明に基づく耐火金属膜を被着するプロ
セスの好適実施例に於ける更に別の新規な特徴として
は、改善された拡散ガス手段を備える、図８に示される
ようなリング１０８及び１１０などからなるガスイジェ
クタリングをＣＶＤチャンバ内で使用することにあり、
これによりＣＶＤチャンバ内に向けてリングから放出さ
れるガスを均一に拡散させることができる。図２３及び
図２４に示された好適実施例に於ては、ガスイジェクタ
リング２６０に対してステンレス鋼の粒子或いはその他
の不活性材料の粒子からなる拡散手段２６２が嵌入され
ている。この拡散手段に於ては、ステンレス鋼などから
なる材料の粒子が互いに焼結され、粒子間を通過するガ
スをランダムに配向させることができる。好ましくは、
粒子の平均直径を０．５〜２．０ミクロンとする。好適
実施例に於ては、拡散手段２６２の厚さは約１．５７mm
（０．０６２インチ）であり、拡散手段２６２の直径は
約１７．８cm（７インチ）である。しかしながら、特定
の要請に適合するように、拡散手段２６２及びリングの
寸法を適宜定めることができる。
【０１５３】非多孔質の支持リング２６４は、ステンレ
ス鋼からなるのが好ましい。実用的な実施例に於ては拡
散手段を、コネチカット州ファーミントンに所在するＭ
ｏｔｔ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａ
ｔｉｏｎにより市販されている焼結ステンレスシート材
を、所望の形状に切断することにより形成することがで
きる。リング状をなす拡散手段２６２は、非多孔質の支
持リング２６４に溶接される。入力ポート２６６からガ
スをイジェクタリング２６２内に導入することができ
る。
【０１５４】上記したプロセスを実施するのに好適な装
置に於て、図２１に示されるように、種々の流れ及びプ
ロセスパラメータはコンピュータの制御のもとに自動的
に行われる。
【０１５５】このように種々の上記したプロセスを自動
化することにより、人間の誤りに起因する問題を回避す
ることができる。
【０１５６】当業者であれば所望の特性を有する耐火金
属膜を被着し得るようなプロセスを自動化するようなソ
フトウェアプログラム及び制御システムを容易に開発す
ることができる。好適実施例に於て、ソフトウェアは、
前記した選択的な被着プロセスに於ける第４ステップに
関連して言及されたガスラインパージ機能を制御するた
めに用いることができる。
【０１５７】上記した好適実施例は、本発明に基づく耐
火金属を被着するために用いられるプロセス及び構造或
いは装置の実施例を示したもので、本発明を何ら限定す
るものではないことを了解されたい。容易に理解し得る
ように、上記以外でも、適当な耐火金属系のガス或いは
還元性ガスを上記したプロセスに於て用いることができ
る。いずれにせよ、当業者であれば、本発明の概念から
逸脱することなく種々の変形・変更実施例を思い至るこ
とを了解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施例に基づき耐火金属プロセス
により処理されたシリコンウェハを示す断面図である。
【図２】本発明の好適実施例に基づき耐火金属プロセス
により処理されたシリコンウェハを示す断面図である。
【図３】本発明の好適実施例に基づき耐火金属プロセス
により処理されたシリコンウェハを示す断面図である。
【図４】本発明の好適実施例に基づき耐火金属プロセス
により処理されたシリコンウェハを示す断面図である。
【図５】本発明の好適実施例に基づき耐火金属プロセス
により処理されたシリコンウェハを示す断面図である。
【図６】本発明の好適実施例に於て用いられたガス分配
ボックス内の部品を示すダイヤグラム図である。
【図７】分配ボックス内の部品をベークするために用い
られる加熱要素と共に、図６に示されたガス分配ボック
スを示す斜視図である。
【図８】本発明の好適実施例に於て用いられるＣＶＤチ
ャンバを示すダイヤグラム図である。
【図９】Ｎ及びＰ型シリコン領域の放射率対温度の関係
を示すグラフである。
【図１０】プロセスガスのＳｉＨ4対ＷＦ6比に対する被
着膜のＳｉ対Ｗ比の関係を示すグラフである。
【図１１】ＳｉＨ4対ＷＦ6比と被着速度との関係を示す
グラフである。
【図１２】本発明の好適実施例に基づきブランケット被
着プロセスにより処理されたシリコンウェハを示す断面
図である。
【図１３】本発明の好適実施例に基づきブランケット被
着プロセスにより処理されたシリコンウェハを示す断面
図である。
【図１４】本発明の好適実施例に基づきブランケット被
着プロセスにより処理されたシリコンウェハを示す断面
図である。
【図１５】本発明の好適実施例に基づきブランケット被
着プロセスにより処理されたシリコンウェハを示す断面
図である。
【図１６】本発明の好適実施例に基づき、多結晶シリコ
ンと金属皮膜との間のビア膜を形成するためのプロセス
の終了後のシリコンウェハを示す断面図である。
【図１７】本発明の好適実施例に基づく２つの金属皮膜
間にビア膜を形成するためのプロセスにおけるシリコン
ウェハの断面図である。
【図１８】本発明の好適実施例に基づく２つの金属皮膜
間にビア膜を形成するためのプロセスにおけるシリコン
ウェハの断面図である。
【図１９】本発明の好適実施例に基づく２つの金属皮膜
間にビア膜を形成するためのプロセスにおけるシリコン
ウェハの断面図である。
【図２０】本発明の好適実施例に基づく２つの金属皮膜
間にビア膜を形成するためのプロセスにおけるシリコン
ウェハの断面図である。
【図２１】ビア膜形成過程を形成するのに適する装置の
好適実施例を示すブロック図である。
【図２２】スパッタエッチングガスのためのガス分配ネ
ットワークを示す回路図である。
【図２３】本発明の好適実施例に於て用いられたガス拡
散手段の斜視図である。
【図２４】本発明の好適実施例に於て用いられたガス拡
散手段の斜視断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基層 ２ Ｎ型領域 ３ Ｐ型領域 ４ 酸化膜 ５ ネットワーク ６〜１１ 入力ポート １２〜１５、２２、２４、２６、２７、４０、４１、４
７、４８ バルブ ２５、３０、４６、５１ ガスライン １０４ ＣＶＤチャンバ １２６ ランプ １７０ 多結晶シリコン膜 １７２ 絶縁膜 １７４ ビア膜 １７８ 金属皮膜 ２１０ ＣＶＤチャンバ ２１２ スパッタエッチングチャンバ ２１４ ウェハ搬送システム ２１６、２１８ ガスライン ２１９ ガスボックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/90 Ｂ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷壁形処理装置内のＣＶＤチャンバを
    現場でエッチングして前記チャンバを清浄化する装置で
    あって、 前記冷壁形処理装置内の前記チャンバの壁の温度を所望
    の温度範囲内に調整する、閉ループ温度制御装置と、 フッ素ベースのエッチングガスを前記チャンバ内へ供給
    するガスラインと、 前記エッチングガスを用いた前記チャンバの現場でのエ
    ッチングが前記所望の温度範囲内で行われるように動作
    する前記温度制御装置のコントローラとを有することを
    特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記エッチングガスにエネルギを与え
    て前記チャンバの前記壁をエッチングするためにＲＦ電
    力を供給する手段を更に有し、 前記コントローラが、前記温度制御装置と、前記ＲＦ電
    力を供給する手段とを自動的に制御するようにプログラ
    ムされていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記チャンバ内の圧力を８０ｍｔｏｒ
    ｒ以下に保つ手段を更に有することを特徴とする請求項
    ２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 冷壁形処理装置内のＣＶＤチャンバを
    現場でエッチングして前記チャンバを清浄化する方法で
    あって、 前記冷壁形処理装置内の前記チャンバの壁を、６５℃乃
    至９０℃の範囲に加熱する過程と、 フッ素ベースのエッチングガスを前記チャンバ内に供給
    する過程と、 前記エッチングガスにエネルギを与えて前記チャンバの
    前記壁をエッチングするために、ＲＦ電力を供給する過
    程とを有することを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 前記チャンバが、前記ＲＦ電力を供給
    する過程の間、約８０ｍｔｏｒｒに保たれることを特徴
    とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ＲＦ電力を供給する過程の後に、
    前記チャンバ内にＨ 2を供給して、前記現場でのエッチ
    ングの後の残留物を除去する過程を更に有することを特
    徴とする請求項４に記載の方法。
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