JP2553346B2 - 金属薄膜形成方法 - Google Patents
金属薄膜形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属薄膜形成方法に関する。
従来、表面の一部に絶縁薄膜を形成しているシリコン
基板の、前記絶縁薄膜を形成していない部分にタングス
テンＷを選択成長させるのに、減圧下の反応槽に以下の
ガス系の導入又はガス系の導入の切換によって行われて
いる。
基板の、前記絶縁薄膜を形成していない部分にタングス
テンＷを選択成長させるのに、減圧下の反応槽に以下の
ガス系の導入又はガス系の導入の切換によって行われて
いる。
（イ） 第一段階で、（WF6＋不活性ガス）の混合ガス
の導入、次いで第二段階で、（WF6＋H2）の混合ガスの
導入。
の導入、次いで第二段階で、（WF6＋H2）の混合ガスの
導入。
又は （ロ） 段階の別なく、最初から（WF6＋H2）の混合ガ
スの導入。
スの導入。
上記（イ）、（ロ）の場合共、Ｗ選択成長は以下の反
応によって進行する。
応によって進行する。
（ｉ）の反応はSi基板そのものによる還元反応で、
（ii）の反応に比べ高速であるが、Ｗ膜厚が200〜300Å
堆積すると理想的には、数十秒以内に停止する。その後
は、（ii）の反応が（ｉ）の反応によって生じたＷ膜の
上でのみ進行し、よってＷ膜の選択成長が可能になると
考えられている。なお、（ロ）の場合も（ｉ）の反応速
度は（ii）の反応速度に比べて十分に速いため、反応は
やはり、反応（ｉ）→反応（ii）のシーケンスで起こる
と考えてよい。
（ii）の反応に比べ高速であるが、Ｗ膜厚が200〜300Å
堆積すると理想的には、数十秒以内に停止する。その後
は、（ii）の反応が（ｉ）の反応によって生じたＷ膜の
上でのみ進行し、よってＷ膜の選択成長が可能になると
考えられている。なお、（ロ）の場合も（ｉ）の反応速
度は（ii）の反応速度に比べて十分に速いため、反応は
やはり、反応（ｉ）→反応（ii）のシーケンスで起こる
と考えてよい。
第４図に示すように下地がシリコン（１）（ドープド
シリコン、ポリシリコン、ドープドポリシリコンについ
ても同様）の場合には、（ii）の反応が進行する際、実
際には（ｉ）の反応が完全に停止せず、そのため小孔
（９）におけるＷ膜（２）の成長に伴ない、図に示すよ
うにエンクローチメント（３）、シリコン・コンサンプ
ション（４）、ワームホール（５）などのような下地の
シリコン（１）にＷ膜が侵入する現象や、シリコン部位
の空洞（６）化といった現象が惹起される。これが浅い
接合部の電流リーク、コンタクト不良の原因となるなど
の問題を生ずる。なお、第４図において（７）は不純物
拡散層（浅い接合部）を表わしている。また（８）はSi
O2、PSGなどの絶縁薄膜を表わしている。
シリコン、ポリシリコン、ドープドポリシリコンについ
ても同様）の場合には、（ii）の反応が進行する際、実
際には（ｉ）の反応が完全に停止せず、そのため小孔
（９）におけるＷ膜（２）の成長に伴ない、図に示すよ
うにエンクローチメント（３）、シリコン・コンサンプ
ション（４）、ワームホール（５）などのような下地の
シリコン（１）にＷ膜が侵入する現象や、シリコン部位
の空洞（６）化といった現象が惹起される。これが浅い
接合部の電流リーク、コンタクト不良の原因となるなど
の問題を生ずる。なお、第４図において（７）は不純物
拡散層（浅い接合部）を表わしている。また（８）はSi
O2、PSGなどの絶縁薄膜を表わしている。
また（ii）の反応は低速であるため、比較的高速のコ
ールドウォール枚葉型装置でも実用的成膜速度は高々、
1000Å／分であり量産性が低いなどの問題がある。
ールドウォール枚葉型装置でも実用的成膜速度は高々、
1000Å／分であり量産性が低いなどの問題がある。
また、従来の水素還元により生成されたＷ膜はグレイ
ンサイズ（粒径）が大きく表面形状が粗いので、アルミ
スパッタなどのような後処理工程との整合性に難がある
などの問題がある。
ンサイズ（粒径）が大きく表面形状が粗いので、アルミ
スパッタなどのような後処理工程との整合性に難がある
などの問題がある。
本発明は上述の各問題点を解決し、良質でかつ生産性
を向上させ得る金属薄膜の形成方法を提供することを目
的とする。
を向上させ得る金属薄膜の形成方法を提供することを目
的とする。
上記目的は、WF6ガスと不活性ガスとの混合ガス又は
前記WF6ガスと水素H2との混合ガスを減圧下の反応槽内
に導入して、表面の一部に絶縁薄膜を形成しているシリ
コンSi基板の、前記絶縁薄膜を形成していない部分にタ
ングステンＷの金属薄膜を所定の厚さにまで堆積させた
後、シリコンSi元素を含む還元性ガスを前記いずれかの
混合ガスに添加して導入し、前記所定の厚さの前記タン
グステンＷの金属薄膜の上に前記タングステンＷの金属
薄膜の成長を連続的に継続させて前記タングステンＷの
金属薄膜を所望の厚さに形成することを特徴とする金属
薄膜形成方法によって達成される。
前記WF6ガスと水素H2との混合ガスを減圧下の反応槽内
に導入して、表面の一部に絶縁薄膜を形成しているシリ
コンSi基板の、前記絶縁薄膜を形成していない部分にタ
ングステンＷの金属薄膜を所定の厚さにまで堆積させた
後、シリコンSi元素を含む還元性ガスを前記いずれかの
混合ガスに添加して導入し、前記所定の厚さの前記タン
グステンＷの金属薄膜の上に前記タングステンＷの金属
薄膜の成長を連続的に継続させて前記タングステンＷの
金属薄膜を所望の厚さに形成することを特徴とする金属
薄膜形成方法によって達成される。
〔作用〕 第一段階によって生成される例えば200〜2000Å程
度のＷ薄膜はn+、p+相方の浅い接合部に対して優れた電
気的特性（リーク電流10-11A、コンタクト抵抗n+に対し
ては0.5×10-6Ωcm2、p+に対しては1.5×10-6Ωcm2）を
有している。
度のＷ薄膜はn+、p+相方の浅い接合部に対して優れた電
気的特性（リーク電流10-11A、コンタクト抵抗n+に対し
ては0.5×10-6Ωcm2、p+に対しては1.5×10-6Ωcm2）を
有している。
これを厚膜化する時、例えばシリコンを含む還元性
ガスとしてSiHxF4−ｘ、SiHyCl4−ｙを添加する事によ
り、次の還元反応が支配的になる。即ち 反応（iii）（iv）共に反応（ii）により速い還元反
応であり従来の水素還元法によるＷ膜堆積の10〜40倍程
度（10000〜15000Å/min）の高速成長が可能になる。
ガスとしてSiHxF4−ｘ、SiHyCl4−ｙを添加する事によ
り、次の還元反応が支配的になる。即ち 反応（iii）（iv）共に反応（ii）により速い還元反
応であり従来の水素還元法によるＷ膜堆積の10〜40倍程
度（10000〜15000Å/min）の高速成長が可能になる。
又反応（iii）（iv）は固相シリコンによる還元反応
（ｉ）よりも生起し易い反応である為、厚膜化の際、反
応（ｉ）によるシリコン下地へのダメージは100Å以下
のレベル迄軽減される。
（ｉ）よりも生起し易い反応である為、厚膜化の際、反
応（ｉ）によるシリコン下地へのダメージは100Å以下
のレベル迄軽減される。
こうして本発明によるガス系切換を用いてシリコンコ
ンタクト上にＷ膜を選択成長させれば、上記項で述べ
た様に優れた電気的特性を備えたまゝ１μｍ以上の厚膜
化が可能になる。
ンタクト上にＷ膜を選択成長させれば、上記項で述べ
た様に優れた電気的特性を備えたまゝ１μｍ以上の厚膜
化が可能になる。
〔第１実施例〕 第１図は本発明の方法が適用されるCVD（Chemical Va
pour Deposition）装置の概略図であるが、真空槽（3
0）の一方の側壁部には反応ガス噴出ノズル（31）が設
けられ、底壁部の一端部には排気口（32）が形成され、
これは図示せずとも真空ポンプに接続される。
pour Deposition）装置の概略図であるが、真空槽（3
0）の一方の側壁部には反応ガス噴出ノズル（31）が設
けられ、底壁部の一端部には排気口（32）が形成され、
これは図示せずとも真空ポンプに接続される。
真空槽（30）内には加熱機構を備えたサセプター（3
3）が設けられ、この上にウェハー（34）が設置され
る。ウェハー（34）としてはシリコンウェハーが用いら
れ、第２図に示すようにシリコン（１）の上には絶縁薄
膜としての約１μｍ厚のPSG（Phosphosilicate glass）
の薄膜（35）が堆積され、これに約１μｍ径のコンタク
トホールとしての小孔（36）が多数、形成されている。
また、小孔（36）の下方のシリコン領域にはイオン打ち
込みによりn+、p+不純物拡散層（37）が形成されている
（打ち込み深さ2000〜3000Å、表面不純物濃度1020atom
s/cm3）。
3）が設けられ、この上にウェハー（34）が設置され
る。ウェハー（34）としてはシリコンウェハーが用いら
れ、第２図に示すようにシリコン（１）の上には絶縁薄
膜としての約１μｍ厚のPSG（Phosphosilicate glass）
の薄膜（35）が堆積され、これに約１μｍ径のコンタク
トホールとしての小孔（36）が多数、形成されている。
また、小孔（36）の下方のシリコン領域にはイオン打ち
込みによりn+、p+不純物拡散層（37）が形成されている
（打ち込み深さ2000〜3000Å、表面不純物濃度1020atom
s/cm3）。
ウェハー（34）はサセプター（33）の加熱機構により
約300℃に加熱される。反応ガス噴出ノズル（31）から
はWF6、H2、を1:100の割合で混合した混合ガスG2が真空
槽（30）内に３分間、噴出される。かくして、小孔（3
6）内に第２図に示されるように約1000ÅのＷ膜（38）
が形成される。
約300℃に加熱される。反応ガス噴出ノズル（31）から
はWF6、H2、を1:100の割合で混合した混合ガスG2が真空
槽（30）内に３分間、噴出される。かくして、小孔（3
6）内に第２図に示されるように約1000ÅのＷ膜（38）
が形成される。
その後、第２の段階としてWF6:H2:SiH4＝3:100:1の割
合の混合ガスG2に切り換え、かつウェハー（34）の加熱
温度を約320℃に設定して、３分間、Ｗ膜を堆積させ
た。第３図において（39）がこのとき堆積されたＷ膜で
ある。
合の混合ガスG2に切り換え、かつウェハー（34）の加熱
温度を約320℃に設定して、３分間、Ｗ膜を堆積させ
た。第３図において（39）がこのとき堆積されたＷ膜で
ある。
上記手順に従って堆積したＷ膜厚は凡そ8500Åであ
り、その電気的特性は、リーク電流については通常のア
ルミスパッタによる配線と同程度、n+型接合へのコンタ
クト抵抗はアルミ配線の約1/2倍、p+型接合については
アルミ配線の約2/3倍である事がわかった。
り、その電気的特性は、リーク電流については通常のア
ルミスパッタによる配線と同程度、n+型接合へのコンタ
クト抵抗はアルミ配線の約1/2倍、p+型接合については
アルミ配線の約2/3倍である事がわかった。
〔第２実施例〕 第１実施例と同じ第１図の装置を用い、ウェハー（3
4）も同様な構成のものを用い、第１段階も同じ条件で
成膜操作を行なった。
4）も同様な構成のものを用い、第１段階も同じ条件で
成膜操作を行なった。
第２段階ではガス混合比をWF6:H2:SiH4＝5:500:6に切
り換えたが、その他は同じ条件にして約1.2μm/分のＷ
膜堆積速度を得た。
り換えたが、その他は同じ条件にして約1.2μm/分のＷ
膜堆積速度を得た。
第１、第２実施例で共通な作用、効果は以下の通りで
ある。
ある。
第一段階反応で反応（ｉ）と（ii）によりＮ型、Ｐ
型相方の拡散層に対して良好なコンタクト特性を有する
Ｗ膜（第２図における（38））を成長させることができ
る。
型相方の拡散層に対して良好なコンタクト特性を有する
Ｗ膜（第２図における（38））を成長させることができ
る。
Ｗ膜は200〜2000Å程度の膜厚であるので、この時点
ではシリコン接合部はＷ膜の侵入による損傷をこうむっ
ておらず、リーク電流もアルミスパッタによる配線と同
程度である。
ではシリコン接合部はＷ膜の侵入による損傷をこうむっ
ておらず、リーク電流もアルミスパッタによる配線と同
程度である。
次に第二段階では（ｉ）（ii）の反応に代わって反
応（iii）（iv）が支配的になる。反応（iii）（iv）は
反応（ｉ）よりも生起し易い反応であるので、反応
（ｉ）の進行は抑止されて、シリコン下地へのダメージ
は厚膜堆積時にも極小化されると考えられる。
応（iii）（iv）が支配的になる。反応（iii）（iv）は
反応（ｉ）よりも生起し易い反応であるので、反応
（ｉ）の進行は抑止されて、シリコン下地へのダメージ
は厚膜堆積時にも極小化されると考えられる。
又、反応（iii）（iv）は反応（ii）よりも速い反応
である為、2500〜12000Å/minの高速成長が可能とな
る。
である為、2500〜12000Å/minの高速成長が可能とな
る。
表面形状に対するSiH4還元の作用機序は明らかでな
いが、経験的に著しい改善が見られる。第１、第２実施
例とも得られたＷ膜は非常に滑らかな表面形状を呈して
いる。
いが、経験的に著しい改善が見られる。第１、第２実施
例とも得られたＷ膜は非常に滑らかな表面形状を呈して
いる。
第１、第２実施例に於ては共に、SiH4/WF6の流量比
が２以下に抑えられているので、以下の非選択的シリサ
イド反応（ｖ）（vi）を惹起する事なく選択成長が維持
される。
が２以下に抑えられているので、以下の非選択的シリサ
イド反応（ｖ）（vi）を惹起する事なく選択成長が維持
される。
（ｖ） WF6＋2SiHxF4−ｘ＋（７−2x）H2 →WSi2＋（14−2x）HF （vi） WF6＋2SiHyCl4−ｙ＋（７−2y）H2 →WSi2＋6HF＋（８−2y）HCl 以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本
発明はこれに限定されることなく本発明の技術的発想に
基づいて種々の変形が可能である。
発明はこれに限定されることなく本発明の技術的発想に
基づいて種々の変形が可能である。
例えば、以上の実施例では、シリコンを含む還元性ガ
スとしてSiH4を用いたが、これに代えてSiHF3、SiH
2F2、SiH3F、SiHCl3、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4等のガス
を用いても良い。又上記ガスの任意の組合せによる複合
ガスを用いても良い。
スとしてSiH4を用いたが、これに代えてSiHF3、SiH
2F2、SiH3F、SiHCl3、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4等のガス
を用いても良い。又上記ガスの任意の組合せによる複合
ガスを用いても良い。
又以上の実施例では、第一段階としてWF6/H2系、第二
段階としてWF6/SiH4/H2系のガス系切換を用いたが、各
段階、又は両段階をH2を含まないガス系でH2の代わりに
不活性ガス（例えば、He、Arなど）と置き換えても良
い。
段階としてWF6/SiH4/H2系のガス系切換を用いたが、各
段階、又は両段階をH2を含まないガス系でH2の代わりに
不活性ガス（例えば、He、Arなど）と置き換えても良
い。
〔発明の効果〕 初期に反応（ｉ）（ii）を用いて、例えばＮ型、Ｐ
型相方の拡散層に良好なコンタクト特性を有するタング
ステン薄膜を形成し、その後、反応（ii）（iv）を用い
て、シリコン下地に損傷を与える事なく該タングステン
薄膜を厚膜化するので、これによりリーク電流のないＮ
型、Ｐ型相方に良好なコンタクト特性を有するタングス
テン配線が実現される。
型相方の拡散層に良好なコンタクト特性を有するタング
ステン薄膜を形成し、その後、反応（ii）（iv）を用い
て、シリコン下地に損傷を与える事なく該タングステン
薄膜を厚膜化するので、これによりリーク電流のないＮ
型、Ｐ型相方に良好なコンタクト特性を有するタングス
テン配線が実現される。
気相シリコンによる還元反応を用いるので選択タン
グステンの成長速度は従来の水素還元法の10〜40倍に高
速化される。
グステンの成長速度は従来の水素還元法の10〜40倍に高
速化される。
タングステン膜の表面形状は従来の水素還元法に比
べて著しく平坦化され、後工程（アルミスパッタなど）
との整合性が改善される。
べて著しく平坦化され、後工程（アルミスパッタなど）
との整合性が改善される。
気相シリコンによる還元反応を用いる場合、常にSi
元素を含むガスの総流量をWF6流量の２倍以下に抑える
と、反応が非選択性のシリサイド反応に移行する異な
く、良好な選択性が維持される。
元素を含むガスの総流量をWF6流量の２倍以下に抑える
と、反応が非選択性のシリサイド反応に移行する異な
く、良好な選択性が維持される。
本発明は以上のような各効果を奏して、良質の薄膜を
形成することができ、生産性を向上させることができ
る。
形成することができ、生産性を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の方法を実施するためのCVD装置の概略
断面図、第２図は第１実施例の第１段階でシリコン・コ
ンタクト上に選択的にタングステンを成長させたウェハ
ーの部分拡大断面図、第３図は同実施例の第２段階で同
ウェハーに継続的にタングステンを成長させたウェハー
の部分拡大断面図及び第４図は従来の水素還元法により
シリコン・コンタクト上に選択的にタングステン膜を成
長させたウェハーの部分拡大断面図であって、下地シリ
コンが受ける損傷を説明するための図である。 なお図において、 （34）……ウェハー G1、G2……混合ガス
断面図、第２図は第１実施例の第１段階でシリコン・コ
ンタクト上に選択的にタングステンを成長させたウェハ
ーの部分拡大断面図、第３図は同実施例の第２段階で同
ウェハーに継続的にタングステンを成長させたウェハー
の部分拡大断面図及び第４図は従来の水素還元法により
シリコン・コンタクト上に選択的にタングステン膜を成
長させたウェハーの部分拡大断面図であって、下地シリ
コンが受ける損傷を説明するための図である。 なお図において、 （34）……ウェハー G1、G2……混合ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 泉 平塚市菫平12−12−２−707 パレ平塚 すみれ平 (56)参考文献 特開 昭59−72131（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】WF6ガスと不活性ガスとの混合ガス又は前
記WF6ガスと水素H2との混合ガスを減圧下の反応槽内に
導入して、表面の一部に絶縁薄膜を形成しているシリコ
ンSi基板の、前記絶縁薄膜を形成していない部分にタン
グステンＷの金属薄膜を所定の厚さにまで堆積させた
後、シリコンSi元素を含む還元性ガスを前記いずれかの
混合ガスに添加して導入し、前記所定の厚さの前記タン
グステンＷの金属薄膜の上に前記タングステンＷの金属
薄膜の成長を連続的に継続させて前記タングステンＷの
金属薄膜を所望の厚さに形成することを特徴とする金属
薄膜形成方法。 - 【請求項２】前記還元性ガスはSiHxF4-x（Ｘ＝１〜４）
及び／又はSiHyCl4-y（ｙ＝０〜４）である前記第１項
に記載の金属薄膜形成方法。 - 【請求項３】前記還元性ガスの総流量はWF6ガスの流量
の２倍以下である前記第１項または前記第２項のいずれ
かに記載の金属薄膜形成方法。 - 【請求項４】前記所定の厚さは200乃至2000Åである前
記第１項から第３項までのいずれかに記載の金属薄膜形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62087477A JP2553346B2 (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 金属薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62087477A JP2553346B2 (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 金属薄膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63250463A JPS63250463A (ja) | 1988-10-18 |
| JP2553346B2 true JP2553346B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=13916003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62087477A Expired - Lifetime JP2553346B2 (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 金属薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2553346B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0656841B2 (ja) * | 1987-10-15 | 1994-07-27 | 日電アネルバ株式会社 | タングステンの選択成長方法 |
| JP2661235B2 (ja) * | 1989-02-06 | 1997-10-08 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2768967B2 (ja) * | 1989-03-10 | 1998-06-25 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の薄膜形成方法 |
| US5240505A (en) * | 1989-08-03 | 1993-08-31 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of an apparatus for forming thin film for semiconductor device |
| JPH04298031A (ja) * | 1991-03-27 | 1992-10-21 | Sharp Corp | ＴｉＷ／Ａｌ積層配線上のタングステン選択成長方法 |
| FR2691984B1 (fr) * | 1992-06-03 | 1995-03-24 | France Telecom | Procédé de dépôt de métal sur un substrat et dispositif pour sa mise en Óoeuvre. |
| GB9219267D0 (en) * | 1992-09-11 | 1992-10-28 | Inmos Ltd | Manufacture of semiconductor devices |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5972131A (ja) * | 1982-10-19 | 1984-04-24 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1987
- 1987-04-08 JP JP62087477A patent/JP2553346B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63250463A (ja) | 1988-10-18 |
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