JP2719174B2 - 金属膜の製造方法 - Google Patents

金属膜の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、レーザCVD法による金属膜の製造方法に
関する。
(従来の技術) 半導体装置において、電極とか、これら電極へのコン
タクト配線とか、その他の配線等に金属膜が用いられて
いる。
これら金属薄膜のうち、エキシマレーザ励起CVD法に
より、W(タングステン)薄膜を形成する例が、文献:
「Extended Abstracts of the 17th Conference on Sol
id State Devices and Materials,Tokyo,1985,pp.189〜
192」に開示されている。この発明の説明を先立ち、こ
の文献に開示されている従来法につき簡単に説明する。
この従来技術では、真空チェンバ内のペデステルにW
薄膜を被着形成するための基板を搭載させ、この基板を
200〜500℃程度に加熱しておく。このチェンバ内に原料
ガスとして、WF6ガスとH2ガスとを導入する。そして、
チェンバの石英窓を介してチェンバ外からチェンバ内
に、基板面とほぼ平行に基板面より約10mm程度離して19
3nmのArFレーザを照射する。
このようにArFレーザを用いて、例えばシリコン基板
上にW薄膜を成膜すると、第2図に示すような温度−成
膜速度の関係で成膜することが出来たことが示されてい
る。尚、第2図において、横軸は基板温度(℃)及び縦
軸は成膜速度であり、実線Iはシリコン基板上へのW膜
をレーザCVD(LCVD)法により成膜した場合を示し、破
線IIは比較のため熱CVD(TCVD)法によりシリコン基板
上へのW膜を成膜した場合の成膜速度を示す。
しかしながら、上述した従来の方法では、原料ガスと
してWF6ガスとH2ガスを用いており、この場合には、ArF
レーザの照射を行なわなくても、通常の熱CVDにより基
板上にW膜が成膜する。そして、熱CVDによるW膜の成
膜速度は、400℃程度の基板温度では、第2図のデータ
からも理解出来るように、熱CVDによる方がレーザCVDに
よる方よりも若干遅い程度である。
そこで、この出願の発明者等は、従来の原料ガスを用
いた場合に、レーザCVDと熱CVDとでシリコン基板上にW
膜がどのような膜厚で形成されるかの実験を行った。こ
の実験は、真空チェンバ内に原料ガスとしてWF6ガスとH
2ガスを導入し、チェンバ内でのそれぞれの圧力を10Pa
及び100Paとし、基板温度を300℃とした。そして、ArF
レーザを1パルス当り150mJで毎秒50パルスの繰り返し
で発振させた。この場合、レーザは基板面のW膜を形成
しようとする領域の上側10mmのところを基板面と平行に
照射した。レーザは、その基板面に平行な方向の拡がり
幅を約22mmとし及び垂直方向の拡がり幅を約8mmとした
ほぼ平行ビームとした。
第3図は、レーザCVD(LCVD)及び熱CVD(TCVD)によ
る10分間での成膜されたW膜の、基板面上での膜厚分布
を示す図で、横軸に基板面上での位置をとり、縦軸に膜
厚をとって示してある。この場合、横軸の0点(位置原
点)をレーザの、基板面に平行な拡がり幅の中心の位置
に対応する位置とし、この位置原点を中心として各位置
をレーザと直交する方向の左及び右の方向にプラス及び
マイナスの量で示した。
第3図中、曲線III及びIVはLCVD及びTCVDの結果をそ
れぞれ示し膜厚の目盛を右側の縦軸に示してある。曲線
Vは両膜厚の差の膜厚を示し膜厚の目盛を左の縦軸に示
してある。
この図からも理解出来るように、TCVDによる膜厚に対
しLCVDによる膜厚の増加分と見られる量(曲線Vに対
応)は、原点位置付近で最大となるが、その最大増加分
あっても、TCVDのみによる膜厚程度かそれより若干多め
か少なめである。
上述の事実から、LCVDによる成膜中、実際にはレーザ
をパルス的に発振させているので、レーザ発振期間であ
っても、個々のレーザパルスが出ているレーザ照射時
と、個々のレーザパルスの出ていないレーザ非照射時と
があり、このレーザ照射時及び非照射時のいずれの期間
でも熱CVD(TCVD)によってW膜の成膜が進行している
ことがわかる。
(発明が解決しようとする課題) このように、従来のように原料ガスをH2ガス及びWF6
のような金属フッ化物ガスとする従来のLCVD法による金
属膜の形成方法によれば、熱CVDによる成膜の進行が起
っているので、レーザを発振及び停止させることによっ
て成膜を正確に制御することは困難であるという問題点
があった。
また、通常の熱CVDでは、成膜の開始及び停止は、原
料ガスの供給の開始及び停止で行なうしかないが、この
方法であると、その操作に通常数10秒〜数分という時間
を要するため、形成された膜の膜厚の制御が不正確とな
るという問題点があった。
そこで、この出願に係る発明者等が種々の実験を行っ
たところ、 Si2F6(六フッ化ジシラン)がArFレーザで光分解を起
してSiF3(三フッ化シラン)を生成することが出来るこ
と及び この生成されたSiF3で金属フッ化物例えばWF6を還元
反応させれば、フッ化物から金属例えばW(タングステ
ン)を得ることが出来ること という事実を利用すれば、レーザ発振の時間期間を制御
することによって、Wのような金属の成膜時の膜厚制御
を正確に行なうことが出来ることを発見した。
従って、この発明の目的は、ArFレーザの照射及び非
照射によって、金属膜の成膜の際の膜厚を制御可能とし
た金属膜の製造方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この発明によれば、ArF
レーザを用いて金属膜を成膜するレーザCVD法におい
て、 原料ガスをSi2F6(六フッカジシラン)と金属フッ化
物とした ことを特徴とする。
(作用) この発明では、従来のWF6ガス及びH2ガスの原料ガス
の代わりに、新しい原料ガスの組み合わせ、すなわち、
金属フッ化物とSi2F6(六フッカジシラン)とを原料ガ
スとし、これにArFレーザを照射すると、Si2F6が光分解
してSiF3が生成する。このSiF3は熱分解では生成しな
い。この生成したSiF3と金属フッ化物との還元反応によ
って、金属フッ化物の金属が単独の金属として得られる
ため、この金属が成膜する。
このため、この発明の方法によれば、金属膜の成膜は
ArFレーザを照射することによって行なわれるのである
から、このレーザの照射時間を正確に制御にすることに
よって、膜厚を正確かつ容易に制御出来る。
(実施例) 以下、図面を参照して、この発明の実施例につき説明
する。
尚、以下の実施例はこの発明の好適例を説明するにす
ぎず、従って、この発明はこの実施例で説明した種々の
数値的及びその他の条件に限定されるものではない。
基板としてSi基板を用い、この基板上にW膜を成膜す
る例につき説明する。また、この発明の方法を実施する
ための装置については説明を省略するが、その構成は、
この発明が実施出来る構成となっていれば良く、何等限
定されるものではない。
真空チェンバ内のホットプレート(ペデストルに対応
する)上にSi基板を設置する。然る後、チェンバ内を適
当な真空度例えば10-3Pa程度まで排気する。次に、金属
フッ化物として例えばWF6(六フッ化タングステン)ガ
スとSi2F6(六フッ化ジシラン)ガスを原料ガスとし
て、それぞれ12cc/分及び48cc/分の流量で、チェンバ内
へ導入する。チェンバにはレーザ照射用の窓(通常は石
英製)が設けられており、この窓の内面が汚れるので、
この窓のパージングを行う目的で、Arガスを400cc/分の
流量で原料ガスと同時に導入するが、このガスは必要に
応じて導入すれば良い。
ここで、チェンバ内では、WF6ガス、Si2F6ガス及びAr
ガスのそれぞれの圧力を、例えば8Pa、32Pa及び260Paと
調整する。
また、成膜時のSi基板が約300℃となるように基板を
加熱する。
次に、ArFレーザを130mJ/パルスでかつ50パルス/分
で繰り返し発振させ、このレーザビームをチェンバに設
けられている窓を通じてチェンバ内へ入射させる。
この場合、レーザビームを、基板面から約10mmだけ離
れた上側領域を、この基板面と平行となるように照射す
る。
このようにして製造したW膜の膜厚分布等につき説明
する。この実験の際、上述した各条件設定の他に、この
レーザビームの基板面と平行な拡がり幅を約15mmとし基
板面に直交する方向の拡がり幅を約5mmとした。さら
に、LCVDによる成膜時間を20分とした。
第1図は、この発明による製造方法によって成膜した
W膜の、基板面上での膜厚分布を示す図である。第1図
において、横軸に基板面上の位置をを、レーザビームの
照射方向に直交する方向の位置(単位はcm)として示
し、0点すなわち位置原点を基板面に平行な拡がり幅の
中心位置に対応する基板上の位置とし、左側にプラスの
量で及び右側にマイナスの量でとって示してある。又縦
軸に基板面に垂直な方向に測定した膜厚(単位はnm)を
とってある。
第1図において、曲線VIはレーザ照射を行った場合の
W膜の膜厚分布であり、曲線VIIはレーザ照射を行わな
い場合のW膜の膜厚分布である。これらの実験結果から
も理解出来るように、レーザ照射を行わない場合のW膜
厚は、約20分の成膜の後も、基板面上のどの位置であっ
ても、ほぼ180Å程度である。通常、Si基板にW膜を成
膜する場合、その成膜の初期に、WF6がSiにより還元さ
れて180Å程度の膜厚でW膜が堆積することが知られて
いることから、この場合の曲線VIIで示す膜厚のW膜は
熱CVDによって成膜されたものではないことがわかる。
また、曲線VIからも理解出来るように、基板面上の位
置原点付近で成膜されたW膜の膜厚が最大となってい
る。そして、位置原点から左右に離れるに従って、膜厚
が順次に減少している。このことは、レーザ照射時に得
られたW膜の膜厚分布は、レーザビームの位置で、レー
ザにより励起された活性種が拡散して膜を形成している
ことを示している。
上述した第1図に示した実験結果から、WF6ガスとSi2
F6ガスを原料ガスとする、ArFレーザCVDでは、レーザ照
射した時にのみW膜が形成されることが分る。従って、
この発明の金属膜の成膜方法によれば、熱CVDによる成
膜は行われず、いわゆるLCVDの際のレーザ照射時にのみ
成膜するので、レーザ照射の開始及び停止を正確に制御
することによって成長させるべき膜厚を容易かつ正確に
制御することが出来る。また、このレーザ照射の開始及
び停止を数秒以下の高速で行うことによって成膜の開始
及び停止を数秒以下の高速で行える。
尚、実際、基板面上に均一の膜厚分布のW膜を成膜す
るためには、任意適当な方法で、レーザビームで、成膜
すべき基板面の領域の上側領域に対して、均一な照射量
となるように照射すれば良い。そのため、例えば、Si基
板を搭載したホットプレートを、レーザ照射方向と直交
する方向であってかつ基板面と平行な方向に、移動させ
るように構成すれば良い。又、基板を固定させ、鏡等の
適当な反射手段を用いて、基板面の成膜領域の上側を順
次に走査出来るように構成しても良い。或いは又、レン
ズを用いて、レーザビーム径を拡大し、W膜を形成した
い領域上の全域をレーザで照射出来るように構成しても
良い。
また、成膜すべき金属膜の膜厚は、設計に応じて薄膜
から厚膜までの任意所望の膜厚とすることが出来る。
上述した実施例では、原料ガスに一部分としてWF6
スを用いた例につき説明したが、この発明の成膜方法で
は、Si2F6のレーザによる光分解により生成したSiF
3で、WF6を還元してWを得、これを成膜させる原理であ
るので、金属膜としてはWに限定されるものではなく、
例えばMoF6ガスのような他の金属フッ化物ガスであって
も良い。
(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明の金属
膜の製造方法によれば、熱CVDでは成膜を起さない、金
属フッ化物のガスとSi2F6ガスとの組み合わせガスを原
料ガスとして利用しているので、ArFレーザの照射時に
のみに成膜が行なわれ、従って、ArFレーザの照射の発
振及び停止を高速制御することによって、成膜を高速制
御し、よって成膜すべき金属膜の膜厚を設計通りの膜厚
に精密に制御することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の金属膜の製造方法の説明に供する、
Si基板上へ成膜したW膜の膜厚分布の実験結果を示す曲
線図、 第2図は、レーザCVDと熱CVDによる成膜速度を説明する
ための図、 第3図は、従来のWF6ガス及びH2ガスの組み合わせの原
料ガスを用いてSi基板上へ成膜した膜厚の説明に供す
る、膜厚分布の実験結果を示す曲線図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ArFレーザを用いて金属膜を成膜するレー
    ザCVD法において、 原料ガスをSi2F6(六フッカジシラン)と金属フッ化物
    とした ことを特徴とする金属膜の製造方法。
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