JP2004214335A - Film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程において半導体基板にタングステン(W)等の金属膜を形成する成膜方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ(以下、単にウエハと記す)上に形成されるコンタクトホールや配線間のビアホールを埋め込むための材料としておよびその相互拡散バリアの材料等としてW(タングステン)が用いられている。
【0003】
Wの成膜処理として、過去には物理的蒸着(PVD)が用いられていたが、Wは高融点金属であること、およびPVDでは近年のデバイスの微細化による高カバレッジに対応することが困難であること等の理由で、高カバレッジに対応することが可能で、かつデバイスの微細化に十分対応可能な化学的蒸着(CVD)で成膜することが行われている。
【0004】
このようなCVD−W膜は、処理ガスとして例えば六フッ化タングステン(WF6)および還元ガスであるH2ガスを用い、ウエハ上でWF6+3H2→W+6HFと反応させることにより成膜されていたが、近年、デザインルールの微細化が益々進んでおり、このようなF含有ガスを使用すると、ゲート酸化膜中および界面に存在するFにより耐電圧が低下したり、界面準位が変化して、リーク電流が大きくなる等の影響を与え、デバイスの故障を生じる。
【0005】
一方、F含有ガスを用いないCVD−W成膜の際の処理ガスとして有機金属化合物ガスであるタングステンカルボニル(W(CO)6)が知られている(特許文献1、2、3)。また、W(CO)6のような金属カルボニルを用いてCVDにより金属膜を形成することが非特許文献1に記載されている。さらに、特許文献4には、W(CO)6を用いたCVDプロセスにより半導体デバイスにW膜を形成することが開示されている。W(CO)6のような金属カルボニルは、WF6のようなFによるデバイスへの不都合が生じないため、CVDのソースガスとして有望である。
【0006】
【特許文献1】
特開平2−225670号公報
【特許文献2】
特開平4−173976号公報
【特許文献3】
特開平4−27136号公報
【特許文献4】
特開2002−124488号公報
【非特許文献1】
J. Vac. Scl. Technol. 14(2), Mar/Apr 1996 415〜424ページ
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、W(CO)6を用いてW膜を成膜する場合は熱分解によりW(CO)6を分解させるが、熱分解のみでは成膜速度が遅く実用的ではないという問題がある。このような問題は還元物質として水素を供給することにより解消することができるが、この場合には、水素が下地にダメージを与えてしまう。具体的には、コンタクトホールやビアホールの埋め込みにこのような反応を用いてW膜を成膜する場合には、層間絶縁膜に有機系の低誘電率膜(Low−k膜)を用いると、その膜が水素により浸食され、誘電率が上昇してしまう。
【0008】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、W(CO)6のような金属カルボニルを用いて、下地に悪影響を与えることなく、実用的な成膜速度で金属膜を成膜することができる成膜方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、金属カルボニルガスを用いて被処理基板上に所定の金属膜を形成する成膜方法であって、チャンバー内に被処理基板を搬入する工程と、被処理基板を金属カルボニルガスの分解可能温度に加熱しつつ前記チャンバー内に金属カルボニルガスを導入して被処理基板上に熱分解により第1の金属膜を形成する工程と、その後、チャンバー内に金属カルボニルガスの他に水素を導入して前記第1の金属層の上に、金属カルボニルガスと水素との反応による第2の金属膜を形成する工程とを具備することを特徴とする成膜方法を提供する。
【0010】
このように、被処理基板上に先に金属カルボニルガスの熱分解により第1の金属膜を所定厚さで形成した後に、その上に金属カルボニルガスと水素との反応による第2の金属膜を形成するので、熱分解による第1の金属膜がバリアとなって下地に水素が侵入することが防止される。したがって、下地に悪影響を与えることなく、金属カルボニルガスと水素との反応による成膜によって実用的な成膜速度で金属膜を成膜することができる。この際の第1の金属膜の膜厚は1nm以上さらには2nm以上であることが好ましく、8nm以下、さらには5nm以下であることが好ましい。
【0011】
この場合に、金属カルボニルガスとの反応に用いる水素は、H2ガス、水素イオン、水素ラジカルの少なくとも1種であることが好ましい。前記金属カルボニルとしては、W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6、Ru3(CO)12から選択される少なくとも1種を用いることができる。
【0012】
本発明はまた、W(CO)6ガスを用いて被処理基板上にタングステン(W)膜を形成する成膜方法であって、チャンバー内に被処理基板を搬入する工程と、
被処理基板を300〜600℃に加熱しつつ前記チャンバー内にW(CO)6ガスを導入してW(CO)6ガスを熱分解させ、被処理基板上に第1のW膜を形成する工程と、その後、チャンバー内にW(CO)6ガスの他に水素を導入して前記第1のW膜の上に、W(CO)6ガスと水素との反応による第2のW膜を形成する工程とを具備することを特徴とする成膜方法を提供する。
【0013】
この場合にも、金属カルボニルガスとの反応に用いる水素は、H2ガス、水素イオン、水素ラジカルの少なくとも1種であることが好ましい。また、低誘電率材料の上に前記W膜が形成される場合、W膜によって低誘電率材料への水素ダメージが防止されるので、特に効果が大きい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
まず、第1の実施形態について説明する。図1は、本発明の成膜方法を実施するためのCVD−W成膜装置の一例を模式的に示す断面図である。
【0015】
この成膜装置100は、気密に構成された略円筒状のチャンバー1を有している。チャンバー1の底壁1bの中央部には円形の開口部22が形成されており、底壁1bにはこの開口部22と連通し、下方に向けて突出する排気室23が設けられている。チャンバー1内には被処理体であるウエハWを水平に支持するためのサセプタ2が設けられている。このサセプタ2は、排気室23の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材3により支持されている。サセプタ2の外縁部にはウエハWをガイドするためのガイドリング4が設けられている。また、サセプタ2には抵抗加熱型のヒーター5が埋め込まれており、このヒーター5はヒーター電源6から給電されることによりサセプタ2が加熱されて、その熱で被処理体であるウエハWを加熱する。この熱によりW(CO)6ガスが熱分解される。この際に、サセプタ2は成膜に都合の良い300〜600℃の間の所定の温度に加熱される。ヒーター電源6にはコントローラー(図示せず)が接続されており、これにより図示しない温度センサーの信号に応じてヒーター5の出力が制御される。また、チャンバー1の壁にもヒーター(図示せず)が埋め込まれており、チャンバー1の壁を40〜80℃程度に加熱するようになっている。
【0016】
チャンバー1の天壁1aには、シャワーヘッド10が設けられている。このシャワーヘッド10の下部のシャワープレート10aにはサセプタ2に向けてガスを吐出するための多数のガス吐出孔10bが形成されている。シャワーヘッド10の上端には配管12からW(CO)6ガスが導入される導入口10cが形成されており、その内部は拡散室10dとなっている。また、シャワープレート10aには、シャワーヘッド10内でのW(CO)6ガスの分解を防止するために、例えば同心円状の冷媒流路10eが設けられており、図示しない冷媒供給源からこの冷媒流路10eに冷却水等の冷媒が供給され、20〜100℃に制御することができるようになっている。
【0017】
配管12の他端は、成膜原料である固体状のW(CO)6原料Sが収容された成膜原料容器13に挿入されている。容器13の周囲には加熱手段としてヒーター13aが設けられている。容器13には、キャリアガス配管14が挿入され、キャリアガス供給源15から配管14を介してキャリアガスとして例えばArガスを成膜原料容器13に吹き込むことにより、原料容器13内の固体状のW(CO)6原料Sがヒーター13aにより加熱されて昇華し、W(CO)6ガスとなり、キャリアガスにキャリアされて配管12を介してシャワーヘッド10へ供給され、さらにはチャンバー1へ供給される。キャリアガスとしてはH2ガスを用いてもよい。なお、配管14にはマスフローコントローラ16とその前後のバルブ17とが設けられている。また、配管12には例えばW(CO)6ガスの量に基づいてその流量を把握するための流量計45とその前後バルブ17が設けられている。また、配管12の流量計45の下流側には、プリフローライン41が接続され、このプリフローライン41は後述する排気管24に接続されており、原料ガスをチャンバー1内に安定に供給するため、所定時間排気するようになっている。さらに、プリフローライン41には、W(CO)6ガス配管12との分岐部の直下流にバルブ42が設けられている。配管12,14,41の周囲にはヒーター(図示せず)が設けられており、W(CO)6ガスの固化しない温度、例えば20〜100℃、好ましくは25〜60℃に制御される。
【0018】
一方、配管12にH2ガス配管18が接続され、このH2ガス配管18の他端はH2ガス供給源19に接続されている。H2ガス供給源19は、還元物質であるH2ガスを供給するようになっている。なお、H2ガス配管18にはマスフローコントローラ20およびその前後のバルブ21が設けられている。
【0019】
マスフローコントローラ16,20、バルブ17,21,42はコントローラ40によって制御され、キャリアガス、W(CO)6ガスおよびH2ガスの供給・停止およびこれらの流量が制御されるようになっている。W(CO)6ガス流量を把握するための流量計45もコントローラ40に接続されており、コントローラ40は、所望のW(CO)6ガス流量値が得られるように、流量計45の値に基づいてキャリアガスのマスフローコントローラ16を制御する。
【0020】
上記排気室23の側面には排気管24が接続されており、この排気管24には高速真空ポンプを含む排気装置25が接続されている。そしてこの排気装置25を作動させることによりチャンバー1内のガスが、排気室23の空間23a内へ均一に排出され、排気管24を介して所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。
【0021】
サセプタ2には、ウエハWを支持して昇降させるための3本(2本のみ図示)のウエハ支持ピン26がサセプタ2の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン26は支持板27に固定されている。そして、ウエハ支持ピン26は、エアシリンダ等の駆動機構28により支持板27を介して昇降される。
【0022】
チャンバー1の側壁には、成膜装置100に隣接する搬送室(図示せず)との間でウエハWの搬入出を行うための搬入出口29と、この搬入出口29を開閉するゲートバルブ30とが設けられている。
【0023】
次に、このような成膜装置を用いて本発明の一実施形態であるW膜の成膜方法について説明する。
図2は、この際の工程を示すフローチャートである。まず、ゲートバルブ30を開にして搬入出口29からウエハWをチャンバー1内に搬入し、サセプタ2上に載置する(工程1)。次いで、ヒーター5によりサセプタを加熱してその熱によりウエハWを300〜600℃に加熱し(工程2)、排気装置25の真空ポンプによりチャンバー1内を排気して、チャンバー1内の圧力を6.7Pa以下に真空排気する(工程3)。
【0024】
その後、成膜原料容器13に収容された固体状のW(CO)6原料Sをヒーター13aにより昇華させるとともに、キャリアガス、例えばArガスを成膜原料容器13に吹き込み、生成したW(CO)6ガスをキャリアガスによりキャリアさせて配管12およびシャワーヘッド10を経てチャンバー1内に導入し、ウエハW表面に所定時間W(CO)6ガスを供給する。これにより加熱されたウエハW上でW(CO)6ガスの熱分解が生じ、ウエハW上に熱分解による第1のW膜が成膜される(工程4)。
【0025】
この工程4のH2を用いない熱分解による第1のW膜の成膜工程では、チャンバー1内の圧力は0.10〜666.7Paであることが望ましい。圧力が666.7Paを超えると不純物のカーボンがW膜中に取り込まれ、比抵抗が高くなおそれがあり、一方、0.10Pa未満では成膜レートが著しく低くなってしまう。また、W(CO)6ガスのレジデンスタイムは、100sec以下であることが好ましい。W(CO)6ガス流量は、0.001〜5L/min程度が好ましい。
【0026】
この工程4の後、引き続き、W(CO)6ガスの供給を維持したまま、バルブ21を開いてH2ガスを配管18内に導入する。H2ガスは配管18を経て配管12に至り、その中でW(CO)6ガスと混合されシャワーヘッド10を経てチャンバー1内に導入される。そして、W(CO)6ガスとH2ガスとの反応によりWが生成され、熱分解による第1のW膜の上に反応による第2のW膜が形成される(工程5)。この反応により生じたC,H,Oを含む副生成物は排気される。
【0027】
この工程5のW(CO)6ガスとH2ガスとの反応による第2のW膜の成膜の際にも、チャンバー1内の圧力は0.10〜666.7Paであることが望ましい。また、W(CO)6ガスのレジデンスタイムおよびW(CO)6ガス流量は、工程4と同様の範囲が好ましい。さらに、H2ガスの流量は、0.005〜5L/min程度が好ましい。水素は、このようなH2ガスの形態に限らず、例えば、配管18に誘導結合プラズマ(ICP)源やリモートプラズマ源等のプラズマ発生手段を配置し、水素イオン(H+)や水素ラジカル(H*)の形態にして用いてもよく、これらのほうがより反応性を高めることができる。水素イオン(H+)や水素ラジカル(H*)は別配管により直接チャンバー1内に導入してもよい。
【0028】
第2のW膜の成膜が終了後、W(CO)6ガスの供給を停止し(工程6)、H2ガス供給源19からのH2ガス供給を維持してチャンバー1内のW(CO)6ガスを追い出す(工程7)。そして、ゲートバルブ30を開にして搬入出口29からウエハWを搬出する(工程8)。以上によりW膜成膜処理が終了する。
【0029】
以上のように本発明では、W膜成膜に際して、最初に熱分解による第1のW膜を形成し、その後水素を用いた反応による第2のW膜を成膜するので、水素の下地膜への拡散を防止しつつ、実用的な成膜速度を得ることができる。
【0030】
つまり、還元物質として水素を用いることにより、熱分解のみの場合よりも成膜速度が格段に上昇し、実用的な成膜速度が得られるが、水素が下地膜に悪影響をおよぼすおそれがある。具体的には、下地膜がLow−k膜の場合、水素がLow−k膜を構成するC、Oを引き抜いて、Low−k膜の誘電率εが上昇してしまい、配線間の移動時間、すなわちRC遅延時間が長くなり、デバイスの応答速度が遅くなる。これに対し、先に熱分解による第1のW膜を形成しておくことによりその膜がバリア機能を発揮するため、下地膜に悪影響を与えることなく実用的な成膜速度が得られる。このような機能を発揮させるためには第1のW膜を1nm以上とすることが好ましく、2nm以上がさらに好ましい。ただし、あまり厚くするとH2を用いない熱分解による第1のW膜は比抵抗が高いので8nm以下であることが好ましく、5nm以下がさらに好ましい。
【0031】
次に、本実施形態のW膜の適用例について図3、4を参照して説明する。図3はコンタクト部への適用例を示し、図4はゲート電極部への適用例を示す。
図3では、下層配線であるCu膜51上に層間絶縁膜であるLow−k膜52を形成し、このLow−k膜52に形成されたビアホール53にバリア層としてのW膜を形成する場合に、まず、熱分解による第1のW膜54を成膜し、その上に水素を用いた反応による第2のW膜55を連続的に成膜する。次いで例えばCu等からなる配線層56を形成する。この場合に、第1のW膜54を用いずに、直接水素を用いた反応による第2のW膜を成膜すると、W膜からの水素がLow−k膜52へダメージを与えてその膜質が劣化してしまうが、熱分解による第1のW膜54を成膜することにより、これが水素のバリア層として機能し、Low−k膜52の劣化が防止される。なお、第1のW膜54のみでもバリア性を保つことができるが、上述したように成膜速度が遅い、抵抗が高いという不都合があるため、十分なCu等のメタルのバリア性を確保しつつ実用的な成膜速度で良好な膜を得るためには、第1のW膜54の上に成膜速度が大きく低抵抗の第2のW膜55を成膜する。
【0032】
図4の(a)では、Si基板71上に酸化膜72およびHigh−k膜73を形成し、その上にバリア層として熱分解による第1のW膜75を成膜し、その上にゲート電極として水素を用いた反応による第2のW膜76を成膜する。この場合に、水素はHigh−k膜73にさほど悪影響を与えないが、第1のW膜75のバリア機能により、High−k膜73への水素の拡散が抑制されることにより、より良好な特性を得ることができる。また、第1のW膜75は、ゲート電極である第2のW膜76のバリアとして機能する。なお、参照符号74はTEOS等からなる層間絶縁膜を示す。
【0033】
図4の(b)では、Si基板81上に酸化膜82およびHigh−k膜83を形成し、その上に熱分解による第1のW膜85を成膜し、その上に水素を用いた反応による第2のW膜86を成膜して、これら第1および第2のW膜85,86をバリア膜とする。次いで、その上にCu等からなるゲート電極87を形成する。この場合にも熱分解による第1のW膜85によって、第2のW膜86からHigh−k膜83への水素の拡散が防止される。また、第1および第2のW膜85,86がゲート電極87に対して良好なバリア機能を発揮する。ゲート電極87がCuの場合には、第1および第2のW膜85,86のゲート電極87に対するバリア機能が重要である。なお、参照符号84はTEOS等からなる層間絶縁膜であり、ゲート電極87がCuの場合には、層間絶縁膜84としてLow−k膜が用いられる。
【0034】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、金属カルボニルとしてW(CO)6を用いてW膜を形成する場合について説明したが、これに限定することなく、W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6、Ru3(CO)12から選択された少なくとも1種を採用することが可能であり、これらによって、W、Ni、Mo、Co、Rh、Re、Cr、Ru等の金属を成膜することができる。
【0035】
また、被処理基板として半導体ウエハを用い、その上に形成されたLow−k膜やHigh−k膜へ成膜する場合について示したが、これに限らず他の膜に適用することは可能であるし、水素拡散が問題となる膜の上に金属膜を形成する全ての場合に有効である。また、基板としては半導体ウエハに限らず、LCD基板等他の基板にも適用することが可能である。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理基板上に先に金属カルボニルガスの熱分解により第1の金属膜を所定厚さで形成した後に、その上に金属カルボニルガスと水素との反応による第2の金属膜を形成するので、第1の金属膜がバリアとなって下地に水素が侵入することが防止される。したがって、下地に悪影響を与えることなく、金属カルボニルガスと水素との反応による成膜によって実用的な成膜速度で金属膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の成膜方法に用いられるCVD−W成膜装置の一例を模式的に示す断面図。
【図2】本発明の一実施形態の工程を示すフローチャート。
【図3】本発明が適用されたコンタクト部の構造を示す断面図。
【図4】本発明が適用されたゲート電極部の構造を示す断面図。
【符号の説明】
1;チャンバー
2;サセプタ
5;ヒーター
10;シャワーヘッド
12;配管
13;成膜原料容器
19;H2ガス供給源
25;排気装置
54,75,85;第1のW膜
55,76,86;第2のW膜
W……半導体ウエハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming method for forming a metal film such as tungsten (W) on a semiconductor substrate in a semiconductor device manufacturing process.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor manufacturing process, W () is used as a material for embedding a contact hole or a via hole between wirings formed on a semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a wafer) to be processed and as a material of an interdiffusion barrier thereof. Tungsten) is used.
[0003]
In the past, physical vapor deposition (PVD) was used as a film forming process for W. However, W is a high melting point metal, and it is difficult for PVD to cope with high coverage due to recent miniaturization of devices. For this reason, chemical vapor deposition (CVD) that can cope with high coverage and sufficiently cope with miniaturization of devices has been performed.
[0004]
Such a CVD-W film is formed by using, for example, tungsten hexafluoride (WF 6 ) as a processing gas and H 2 gas as a reducing gas, and reacting with WF 6 + 3H 2 → W + 6HF on the wafer. However, in recent years, the design rules have been increasingly miniaturized. When such an F-containing gas is used, the withstand voltage is reduced or the interface state changes due to F existing in the gate oxide film and at the interface. This causes an effect such as an increase in leakage current, and causes device failure.
[0005]
On the other hand, tungsten carbonyl (W (CO) 6 ), which is an organometallic compound gas, is known as a processing gas during CVD-W film formation without using an F-containing gas (Patent Documents 1, 2, and 3). Non-Patent Document 1 describes that a metal film is formed by CVD using a metal carbonyl such as W (CO) 6 . Further, Patent Document 4 discloses that a W film is formed on a semiconductor device by a CVD process using W (CO) 6 . Metal carbonyls, such as W (CO) 6 , are promising as source gases for CVD, as they do not cause any inconvenience to the device with F, such as WF 6 .
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2-225670 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-173976 [Patent Document 3]
JP-A-4-27136 [Patent Document 4]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-124488 [Non-Patent Document 1]
J. Vac. Scl. Technol. 14 (2), Mar / Apr 1996 pp. 415-424.
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, when forming a W film using W (CO) 6 is to decompose W (CO) 6 by thermal decomposition, only the thermal decomposition has a problem that it is not practical slow deposition rate. Such a problem can be solved by supplying hydrogen as a reducing substance, but in this case, hydrogen damages the base. Specifically, when a W film is formed using such a reaction to fill a contact hole or a via hole, an organic low dielectric constant film (Low-k film) is used as an interlayer insulating film. The film is eroded by hydrogen, and the dielectric constant increases.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and uses a metal carbonyl such as W (CO) 6 to form a metal film at a practical film formation rate without adversely affecting the underlayer. It is an object of the present invention to provide a film forming method that can perform the method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a film forming method for forming a predetermined metal film on a substrate to be processed using a metal carbonyl gas, comprising: loading a substrate to be processed into a chamber; A step of introducing a metal carbonyl gas into the chamber while heating the processing substrate to a temperature at which the metal carbonyl gas can be decomposed, and forming a first metal film by thermal decomposition on the substrate to be processed; Forming a second metal film on the first metal layer by introducing hydrogen in addition to the carbonyl gas by a reaction between the metal carbonyl gas and hydrogen. I will provide a.
[0010]
As described above, after the first metal film is formed in a predetermined thickness on the substrate to be processed by the thermal decomposition of the metal carbonyl gas, the second metal film is formed thereon by the reaction between the metal carbonyl gas and hydrogen. Since it is formed, the first metal film due to thermal decomposition serves as a barrier to prevent hydrogen from entering the base. Therefore, the metal film can be formed at a practical film formation rate by the film formation by the reaction between the metal carbonyl gas and hydrogen without adversely affecting the underlayer. At this time, the thickness of the first metal film is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and preferably 8 nm or less, and more preferably 5 nm or less.
[0011]
In this case, the hydrogen used for the reaction with the metal carbonyl gas is preferably at least one of H 2 gas, hydrogen ions, and hydrogen radicals. Examples of the metal carbonyl, W (CO) 6, Ni (CO) 4, Mo (CO) 6, Co 2 (CO) 8, Rh 4 (CO) 12, Re 2 (CO) 10, Cr (CO) 6 , Ru 3 (CO) 12 can be used.
[0012]
The present invention also provides a film forming method for forming a tungsten (W) film on a substrate to be processed using a W (CO) 6 gas, wherein the step of loading the substrate to be processed into a chamber includes:
A W (CO) 6 gas is introduced into the chamber while the substrate to be processed is heated to 300 to 600 ° C. to thermally decompose the W (CO) 6 gas to form a first W film on the substrate to be processed. And then, hydrogen is introduced into the chamber in addition to the W (CO) 6 gas to form a second W film on the first W film by a reaction between the W (CO) 6 gas and hydrogen. And a step of forming the film.
[0013]
Also in this case, the hydrogen used for the reaction with the metal carbonyl gas is preferably at least one of H 2 gas, hydrogen ions, and hydrogen radicals. Further, when the W film is formed on the low dielectric constant material, the W film prevents hydrogen damage to the low dielectric constant material, which is particularly effective.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
First, a first embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one example of a CVD-W film forming apparatus for performing the film forming method of the present invention.
[0015]
The
[0016]
A
[0017]
The other end of the
[0018]
On the other hand, H 2
[0019]
The
[0020]
An
[0021]
The susceptor 2 is provided with three (only two of them are shown) wafer support pins 26 for supporting and raising and lowering the wafer W so as to be able to protrude and retract from the surface of the susceptor 2. It is fixed to the
[0022]
On the side wall of the chamber 1, a loading / unloading
[0023]
Next, a method for forming a W film according to an embodiment of the present invention using such a film forming apparatus will be described.
FIG. 2 is a flowchart showing the process at this time. First, the
[0024]
Thereafter, the solid W (CO) 6 raw material S contained in the film-forming
[0025]
In the step 4 of forming the first W film by thermal decomposition without using H 2 , the pressure in the chamber 1 is desirably 0.10 to 666.7 Pa. If the pressure exceeds 666.7 Pa, carbon as an impurity may be taken into the W film, and the specific resistance may be increased. On the other hand, if the pressure is less than 0.10 Pa, the deposition rate may be significantly reduced. The residence time of W (CO) 6 gas is preferably 100 seconds or less. The W (CO) 6 gas flow rate is preferably about 0.001 to 5 L / min.
[0026]
After step 4, the valve 21 is opened to introduce the H 2 gas into the
[0027]
Also in forming the second W film by the reaction between the W (CO) 6 gas and the H 2 gas in the
[0028]
After deposition of the second W film is finished, W (CO) 6 to stop the supply of gas (step 6), W in the chamber 1 to maintain the H 2 gas supply from the H 2 gas supply source 19 ( (CO) 6 gas is expelled (step 7). Then, the
[0029]
As described above, in the present invention, when forming a W film, the first W film is first formed by thermal decomposition, and then the second W film is formed by a reaction using hydrogen. A practical film formation rate can be obtained while preventing diffusion to the substrate.
[0030]
That is, by using hydrogen as the reducing substance, the film formation rate is significantly increased as compared with the case of only thermal decomposition, and a practical film formation rate can be obtained, but hydrogen may adversely affect the underlying film. Specifically, when the underlying film is a Low-k film, hydrogen pulls out C and O constituting the Low-k film, and the dielectric constant ε of the Low-k film increases. That is, the RC delay time becomes longer, and the response speed of the device becomes slower. On the other hand, by forming the first W film by thermal decomposition first, the film exhibits a barrier function, so that a practical deposition rate can be obtained without adversely affecting the underlying film. In order to exhibit such a function, it is preferable that the first W film has a thickness of 1 nm or more, more preferably 2 nm or more. However, if the thickness is too large, the first W film formed by thermal decomposition without using H 2 has a high specific resistance. Therefore, the thickness is preferably 8 nm or less, more preferably 5 nm or less.
[0031]
Next, application examples of the W film of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows an example of application to a contact portion, and FIG. 4 shows an example of application to a gate electrode portion.
FIG. 3 shows a case where a Low-
[0032]
In FIG. 4A, an
[0033]
In FIG. 4B, an oxide film 82 and a High-
[0034]
The present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case where the W film is formed using W (CO) 6 as the metal carbonyl has been described. However, the present invention is not limited to this, and W (CO) 6 , Ni (CO) 4 , Mo ( At least one selected from CO) 6 , Co 2 (CO) 8 , Rh 4 (CO) 12 , Re 2 (CO) 10 , Cr (CO) 6 , and Ru 3 (CO) 12 can be employed. Accordingly, a metal such as W, Ni, Mo, Co, Rh, Re, Cr, and Ru can be formed.
[0035]
Further, the case where a semiconductor wafer is used as a substrate to be processed and a film is formed on a Low-k film or a High-k film formed thereon has been described. However, it is effective in all cases where a metal film is formed on a film in which hydrogen diffusion is a problem. Further, the substrate is not limited to a semiconductor wafer, but can be applied to other substrates such as an LCD substrate.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after a first metal film is formed to a predetermined thickness on a substrate to be processed by thermal decomposition of a metal carbonyl gas, a metal carbonyl gas and hydrogen are formed thereon. Since the second metal film is formed by the reaction, the first metal film serves as a barrier to prevent hydrogen from entering the base. Therefore, the metal film can be formed at a practical film forming rate by the film formation by the reaction between the metal carbonyl gas and hydrogen without adversely affecting the underlayer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one example of a CVD-W film forming apparatus used in a film forming method of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing steps of one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a structure of a contact portion to which the present invention is applied.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure of a gate electrode portion to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
1; chamber 2; susceptor 5;
Claims (6)
チャンバー内に被処理基板を搬入する工程と、
被処理基板を金属カルボニルガスの分解可能温度に加熱しつつ前記チャンバー内に金属カルボニルガスを導入して被処理基板上に熱分解により第1の金属膜を形成する工程と、
その後、チャンバー内に金属カルボニルガスの他に水素を導入して前記第1の金属層の上に、金属カルボニルガスと水素との反応による第2の金属膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする成膜方法。A film forming method for forming a predetermined metal film on a substrate to be processed using a metal carbonyl gas,
Loading a substrate to be processed into the chamber;
A step of introducing a metal carbonyl gas into the chamber while heating the substrate to be decomposed by the metal carbonyl gas to form a first metal film on the substrate by thermal decomposition;
Forming a second metal film on the first metal layer by the reaction of the metal carbonyl gas and hydrogen on the first metal layer by introducing hydrogen into the chamber in addition to the metal carbonyl gas. Characteristic film forming method.
チャンバー内に被処理基板を搬入する工程と、
被処理基板を300〜600℃に加熱しつつ前記チャンバー内にW(CO)6ガスを導入してW(CO)6ガスを熱分解させ、被処理基板上に第1のW膜を形成する工程と、
その後、チャンバー内にW(CO)6ガスの他に水素を導入して前記第1のW膜の上に、W(CO)6ガスと水素との反応による第2のW膜を形成する工程とを具備することを特徴とする成膜方法。A method for forming a tungsten (W) film on a substrate to be processed using a W (CO) 6 gas,
Loading a substrate to be processed into the chamber;
A W (CO) 6 gas is introduced into the chamber while the substrate to be processed is heated to 300 to 600 ° C. to thermally decompose the W (CO) 6 gas to form a first W film on the substrate to be processed. Process and
Thereafter, the step of forming a second W film by reaction with on the first W film by introducing hydrogen into other W (CO) 6 gas into the chamber, W (CO) 6 gas and hydrogen A film forming method comprising:
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JP2007507613A (en) * | 2003-09-30 | 2007-03-29 | 東京エレクトロン株式会社 | A method of depositing a metal layer using sequential flow deposition. |
JP4791456B2 (en) * | 2004-06-02 | 2011-10-12 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | Method of depositing TaN diffusion barrier region on low-k material (PE-ALD of TaN diffusion barrier region on low-k material) |
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---|---|---|---|---|
JP2007507613A (en) * | 2003-09-30 | 2007-03-29 | 東京エレクトロン株式会社 | A method of depositing a metal layer using sequential flow deposition. |
JP4791456B2 (en) * | 2004-06-02 | 2011-10-12 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | Method of depositing TaN diffusion barrier region on low-k material (PE-ALD of TaN diffusion barrier region on low-k material) |
JP2006057112A (en) * | 2004-08-17 | 2006-03-02 | Jsr Corp | Chemical vapor deposition method |
JP4661130B2 (en) * | 2004-08-17 | 2011-03-30 | Jsr株式会社 | Chemical vapor deposition method |
CN112750763A (en) * | 2021-01-22 | 2021-05-04 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Method for reducing contact resistance of through hole |
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