JP2940162B2 - 高融点金属の気相成長法及びそれを用いた金属配線の製造方法 - Google Patents
高融点金属の気相成長法及びそれを用いた金属配線の製造方法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、気相化学成長法及びそれを用いた金属配線
の製造方法に関し、特に高融点金属の気相成長法及びそ
れを用いた金属配線の製造方法に関する。
の製造方法に関し、特に高融点金属の気相成長法及びそ
れを用いた金属配線の製造方法に関する。
従来、この種の気相成長法としてタングステンの気相
成長法が知られており、そして、この気相成長法を利用
して金属配線を製造することも知られている。
成長法が知られており、そして、この気相成長法を利用
して金属配線を製造することも知られている。
以下、第５図及び第６図に基づいて従来の気相成長法
による従来の金属配線の形成法を説明する。
による従来の金属配線の形成法を説明する。
第５図は、従来のタングステン気相成長法を利用した
金属配線の形成方法を工程順に示した縦断面図である。
（ａ）に示したように半導体基板501上に従来のイオン
注入，リゾグラフィー等の方法により、素子分離領域50
2に囲まれた導電体領域である導電体相503を形成する。
次いで（ｂ）に示すごとく層間絶縁膜504をこの上に形
成し、リソグラフィー等の方法により、接続孔505を形
成する。この上に（ｃ）を示したごとく密着層506とし
てTiN,TiW,W等の金属をスパッタ等の方法により形成し
た後に、まずWF6のモノシラン還元法により、タングス
テンの核を生じさせる。次いで（ｄ）に示した様に基板
温度を400℃以上となる様に加熱し、WF6の水素還元法に
より、約1Torrの加圧で密着層506上にタングステン507
を堆積させる。これにより堆積させたタングステン507
を従来のドライエッチング技術の方法により、タングス
テンのエッチングを行ない、接続孔505にのみタングス
テンを残し、（ｅ）に示したごとく、アルミニウム508
のAl合金配線をスパッタ，リソグラフィー等の方法によ
り導電体領域503との電気的な接続をとる、もしくは、
第６図に示した様に形成したダングステン607の膜をパ
ターニングすることにより配線を形成するという方法で
ある。
金属配線の形成方法を工程順に示した縦断面図である。
（ａ）に示したように半導体基板501上に従来のイオン
注入，リゾグラフィー等の方法により、素子分離領域50
2に囲まれた導電体領域である導電体相503を形成する。
次いで（ｂ）に示すごとく層間絶縁膜504をこの上に形
成し、リソグラフィー等の方法により、接続孔505を形
成する。この上に（ｃ）を示したごとく密着層506とし
てTiN,TiW,W等の金属をスパッタ等の方法により形成し
た後に、まずWF6のモノシラン還元法により、タングス
テンの核を生じさせる。次いで（ｄ）に示した様に基板
温度を400℃以上となる様に加熱し、WF6の水素還元法に
より、約1Torrの加圧で密着層506上にタングステン507
を堆積させる。これにより堆積させたタングステン507
を従来のドライエッチング技術の方法により、タングス
テンのエッチングを行ない、接続孔505にのみタングス
テンを残し、（ｅ）に示したごとく、アルミニウム508
のAl合金配線をスパッタ，リソグラフィー等の方法によ
り導電体領域503との電気的な接続をとる、もしくは、
第６図に示した様に形成したダングステン607の膜をパ
ターニングすることにより配線を形成するという方法で
ある。
この水素還元で堆積させたタングステン膜の比抵抗
は、10μΩ・cm以下と非常に低く、配線材料としても有
望視されつつあるが、一般に水素還元は精膜速度が遅
い、表面形状が悪い等の問題点があった。
は、10μΩ・cm以下と非常に低く、配線材料としても有
望視されつつあるが、一般に水素還元は精膜速度が遅
い、表面形状が悪い等の問題点があった。
本発明者等は、これらの問題を克服する方法として高
圧力下での気相成長法を研究しているところである。こ
れは、従来例と同じWF6,H2,SiH4等の反応ガスを用い
て、成膜時の圧力を10〜100Torrとして加熱した基板上
にタングステンを堆積させるという方法である。これに
より成膜速度は、従来の1000/minから5000/min以上
にまで向上することを見い出している。
圧力下での気相成長法を研究しているところである。こ
れは、従来例と同じWF6,H2,SiH4等の反応ガスを用い
て、成膜時の圧力を10〜100Torrとして加熱した基板上
にタングステンを堆積させるという方法である。これに
より成膜速度は、従来の1000/minから5000/min以上
にまで向上することを見い出している。
上記の水素還元による従来の気相成長方法では、成膜
温度が400〜500℃と高く、Al合金の様な融点の低い金属
上への成長の場合はヒロック等の問題により、金属配線
の信頼性を著しく低下させる。さらにステップカバレッ
ジの表面形状は相反する関係にあり、微細な接続孔中に
タングステンを埋め込んだ場合には、エッチバック時に
タングステンの表面形状が層間膜上に転写される、リソ
グラフィー技術により微細な配線をパターニングできな
い等の問題点を有する。
温度が400〜500℃と高く、Al合金の様な融点の低い金属
上への成長の場合はヒロック等の問題により、金属配線
の信頼性を著しく低下させる。さらにステップカバレッ
ジの表面形状は相反する関係にあり、微細な接続孔中に
タングステンを埋め込んだ場合には、エッチバック時に
タングステンの表面形状が層間膜上に転写される、リソ
グラフィー技術により微細な配線をパターニングできな
い等の問題点を有する。
本発明は、上記問題点を解消する高融点金属の気相成
長法並びにそれを用いた金属配線の製造方法を提供する
ことを目的とする。
長法並びにそれを用いた金属配線の製造方法を提供する
ことを目的とする。
そして、本発明は、上記目的を達成する手段として、
従来の水素還元法に代えてNH又はNH2ガスによる還元法
を採用することを特徴とするものである。
従来の水素還元法に代えてNH又はNH2ガスによる還元法
を採用することを特徴とするものである。
詳細には、本発明の気相成長法では、原料ガスとなる
高融点金属ハロゲンガスと、1200〜2600Åの波長をもつ
真空紫外光又は、プラズマでアンモニアを励起，分解す
ることにより成長するNH又はNH2とを、200〜500℃に加
熱した基板上で反応せしめることにより高融点金属膜を
形成するという特徴を有している。また、本発明の金属
配線の製造方法では、上記の気相成長法と利用する点に
特徴を有している。
高融点金属ハロゲンガスと、1200〜2600Åの波長をもつ
真空紫外光又は、プラズマでアンモニアを励起，分解す
ることにより成長するNH又はNH2とを、200〜500℃に加
熱した基板上で反応せしめることにより高融点金属膜を
形成するという特徴を有している。また、本発明の金属
配線の製造方法では、上記の気相成長法と利用する点に
特徴を有している。
本発明における高融点金属としては、タングステンや
モリブデン等であり、そして、金属の温度を200〜500℃
とするものであるが、この理由は、200℃未満及び500℃
をこえると、基板上に上記高融点金属を良好に堆積させ
ることができず所期の目的を達成できないからである。
モリブデン等であり、そして、金属の温度を200〜500℃
とするものであるが、この理由は、200℃未満及び500℃
をこえると、基板上に上記高融点金属を良好に堆積させ
ることができず所期の目的を達成できないからである。
アンモニア（NH3）は1200〜2200Åの波長をもつ真空
紫外光により 等の分解を起こし、NH2もしくはNHを形成する。これら
２種のガスによるWF6の還元反応 WF6＋3NH2→Ｗ＋6HF＋3/2N2 ……（４） WF6＋6NH→Ｗ＋6HF＋3/2N2 ……（５） に自由エネルギー変化は600Kで、（４）式は−173kcal/
mol,（５）式は−513kcalと水素還元の−27kcal/molに
比べ非常に大きいため、400℃以下での成長が可能とな
る。さらに反応性が高いため、低圧力下でも容易に供給
律速域での成長が行なえることや、反応生成物としてN2
を発生し、このN2が結晶粒の成長を抑制する効果がある
ため、従来にない良好な表面形状をもった膜が形成され
る。またシラン還元による核生成のプロセスを必要とし
ない作用効果が生ずる。なお、アンモニアガスをプラズ
マにより励起，分解する方法でも同等の効果が得られ
る。
紫外光により 等の分解を起こし、NH2もしくはNHを形成する。これら
２種のガスによるWF6の還元反応 WF6＋3NH2→Ｗ＋6HF＋3/2N2 ……（４） WF6＋6NH→Ｗ＋6HF＋3/2N2 ……（５） に自由エネルギー変化は600Kで、（４）式は−173kcal/
mol,（５）式は−513kcalと水素還元の−27kcal/molに
比べ非常に大きいため、400℃以下での成長が可能とな
る。さらに反応性が高いため、低圧力下でも容易に供給
律速域での成長が行なえることや、反応生成物としてN2
を発生し、このN2が結晶粒の成長を抑制する効果がある
ため、従来にない良好な表面形状をもった膜が形成され
る。またシラン還元による核生成のプロセスを必要とし
ない作用効果が生ずる。なお、アンモニアガスをプラズ
マにより励起，分解する方法でも同等の効果が得られ
る。
次に本発明について、図面を参照してより詳細に説明
する。以下の実施例１及び実施例２では、高融点金属と
してタングステンの場合について説明するが、本発明
は、このタングステンのみに限定するものではなく、モ
リブデン等の高融点金属に対しても適用できるものであ
る。
する。以下の実施例１及び実施例２では、高融点金属と
してタングステンの場合について説明するが、本発明
は、このタングステンのみに限定するものではなく、モ
リブデン等の高融点金属に対しても適用できるものであ
る。
実施例1. 第１図は、本発明による気相成長を行なうための装置
である。装置の全体は、反応ガスを導入，保持，排出す
るとともにウェハーを収容するチャンバー101と水銀ラ
ンプの照射部102とウェハーの加熱部103とにより構成さ
れる。反応ガスの導入部104は、石英で作られており、
内部に開けられた孔によりWF6とNH3を独立に導入し、反
応室内で混ざる様な構造となっており、石英中を通るNH
3は、真空紫外光により励起され分解する。この装置内
で第２図に示した様な基板を導入する。半導体基板201
上に形成された酸化膜202上には、密着性を挙げるため
にTiN203が約1000Å反応性スパッタにより形成されてい
る。この基板を装置内で300℃に加熱し、WF6とNH3をそ
れぞれの10SCCM,1SLM流量でArをキャリアガスとして1To
rrの圧力下で、水銀ランプを照射しながら成膜を行な
う。
である。装置の全体は、反応ガスを導入，保持，排出す
るとともにウェハーを収容するチャンバー101と水銀ラ
ンプの照射部102とウェハーの加熱部103とにより構成さ
れる。反応ガスの導入部104は、石英で作られており、
内部に開けられた孔によりWF6とNH3を独立に導入し、反
応室内で混ざる様な構造となっており、石英中を通るNH
3は、真空紫外光により励起され分解する。この装置内
で第２図に示した様な基板を導入する。半導体基板201
上に形成された酸化膜202上には、密着性を挙げるため
にTiN203が約1000Å反応性スパッタにより形成されてい
る。この基板を装置内で300℃に加熱し、WF6とNH3をそ
れぞれの10SCCM,1SLM流量でArをキャリアガスとして1To
rrの圧力下で、水銀ランプを照射しながら成膜を行な
う。
この時のタングステンの成膜速度は5000Å/minとな
り、膜表面の反射率はSi基板の436nmの光に対して90％
以上となる。
り、膜表面の反射率はSi基板の436nmの光に対して90％
以上となる。
実施例２ 第３図は、本発明による第２の実施例を行なうための
気相反応装置である。装置の全体、反応ガス導入，保
持，排出するチャンバー301,アンモニアのプラズマ励起
部302,ウェハーの加熱部303により構成されている。プ
ラズマ励起部302からは、アンモニアがRFプラズマによ
り励起，分解されたNH,NH2ガスが導入される。この際イ
オンボンバードメントによる基板表面へのダメージはな
い。
気相反応装置である。装置の全体、反応ガス導入，保
持，排出するチャンバー301,アンモニアのプラズマ励起
部302,ウェハーの加熱部303により構成されている。プ
ラズマ励起部302からは、アンモニアがRFプラズマによ
り励起，分解されたNH,NH2ガスが導入される。この際イ
オンボンバードメントによる基板表面へのダメージはな
い。
第４図には、この装置で形成された金属配線の製造方
法と工程順に示した縦断面図を示した。（ａ）に示した
様に半導体基板401上に形成された絶縁膜402上にアルミ
ニウム403をスパッタにより堆積させる。次いで（ｂ）
に示すごとく、従来のリソグラフィー技術によりアルミ
ニウム403をパターニングした後に層間絶縁膜404を堆積
し、リソグラフィー技術により接続孔405を形成する。
次いで（ｃ）に示すごとく、この基板上に密着層となる
タングステン406をスパッタにより形成し、この基板を2
50℃に加熱し、WF610SCCMとプラズマで励起部には100SC
CMのNH3と100SCCMのArガスを導入し、NHおよびNH2を生
成させることにより（ｄ）に示すごとくタングステン40
7を全面に堆積さえる。この後タングステン407を第２層
目の配線としてパターニングしたり、エッチバック等の
方法によりタングステン407を接続孔のみに残すという
工程は、従来例と同様である。
法と工程順に示した縦断面図を示した。（ａ）に示した
様に半導体基板401上に形成された絶縁膜402上にアルミ
ニウム403をスパッタにより堆積させる。次いで（ｂ）
に示すごとく、従来のリソグラフィー技術によりアルミ
ニウム403をパターニングした後に層間絶縁膜404を堆積
し、リソグラフィー技術により接続孔405を形成する。
次いで（ｃ）に示すごとく、この基板上に密着層となる
タングステン406をスパッタにより形成し、この基板を2
50℃に加熱し、WF610SCCMとプラズマで励起部には100SC
CMのNH3と100SCCMのArガスを導入し、NHおよびNH2を生
成させることにより（ｄ）に示すごとくタングステン40
7を全面に堆積さえる。この後タングステン407を第２層
目の配線としてパターニングしたり、エッチバック等の
方法によりタングステン407を接続孔のみに残すという
工程は、従来例と同様である。
従来例による気相成長法では、成膜温度が400℃以上
必要なため、金属配線間の接続に用いることが困難であ
ったが、本発明の気相成長法では、成膜温度を低くでき
るので、信頼性のある金属配線構造を実現することがで
きる。
必要なため、金属配線間の接続に用いることが困難であ
ったが、本発明の気相成長法では、成膜温度を低くでき
るので、信頼性のある金属配線構造を実現することがで
きる。
以上説明した様に、本発明は、高融点金属の気相成長
において、原料となる高融点金属のハロゲンガスと、ア
ンモニアを真空紫外光やプラズマによって励起，分解す
ることにより生成させたNH,NH2ガスとを反応させること
によって高融点金属のハロゲンガスの還元を行わせるも
のであり、これによって、より低温で高融点金属の成長
が行なえるという効果、並びに、反応生成物により生ず
るN2により高融点金属の粒成長を抑制し、より平滑な高
融点金属膜が形成できるという効果を有する。
において、原料となる高融点金属のハロゲンガスと、ア
ンモニアを真空紫外光やプラズマによって励起，分解す
ることにより生成させたNH,NH2ガスとを反応させること
によって高融点金属のハロゲンガスの還元を行わせるも
のであり、これによって、より低温で高融点金属の成長
が行なえるという効果、並びに、反応生成物により生ず
るN2により高融点金属の粒成長を抑制し、より平滑な高
融点金属膜が形成できるという効果を有する。
第１図は、本発明による気相成長を行なうための第１の
実施例で使用する装置図、第２図は、第１図の実施例で
用いる基板の縦断面図、第３図は、本発明による気相成
長を行なうための第２の実施例で使用する装置図、第４
図は、本発明の金属配線の製造配線の製造法を示す図で
あって、第２の実施例による手段を工程順に示した縦断
面図、第５図は、従来の気相成長法を利用して金属配線
の形成方法を工程順に示した縦断面図、第６図は、従来
例の実施例を示した縦断面図である。 101,301……チャンバ、102……水銀ランプ照射部、103,
303……加熱部、104……反応ガス導入部、201,401,501,
601……半導体基板、202……酸化膜、203……TiN、302
……プラズマ励起部、402……絶縁膜、403,508……アル
ミニウム、404,504,604……層間絶縁膜、406,407,507,6
07……タングステン、502,602……素子分離領域、503,6
03……導電体層、405,505……接続孔、506……密着層。
実施例で使用する装置図、第２図は、第１図の実施例で
用いる基板の縦断面図、第３図は、本発明による気相成
長を行なうための第２の実施例で使用する装置図、第４
図は、本発明の金属配線の製造配線の製造法を示す図で
あって、第２の実施例による手段を工程順に示した縦断
面図、第５図は、従来の気相成長法を利用して金属配線
の形成方法を工程順に示した縦断面図、第６図は、従来
例の実施例を示した縦断面図である。 101,301……チャンバ、102……水銀ランプ照射部、103,
303……加熱部、104……反応ガス導入部、201,401,501,
601……半導体基板、202……酸化膜、203……TiN、302
……プラズマ励起部、402……絶縁膜、403,508……アル
ミニウム、404,504,604……層間絶縁膜、406,407,507,6
07……タングステン、502,602……素子分離領域、503,6
03……導電体層、405,505……接続孔、506……密着層。
Claims (6)
- 【請求項１】少なくとも原料となる高融点金属のハロゲ
ンガスとNH又はNH2ガスとを反応室内に導入し、200〜50
0℃に加熱した基板上に高融点金属を堆積さえることを
特徴とする高融点金属の気相成長法。 - 【請求項２】高融点金属がタングステンである請求項
（１）に記載の高融点金属の気相成長法。 - 【請求項３】NH又はNH2ガスを1200〜2600Åの波長をも
つ真空紫外光でアンモニアガスを励起，分解する手段で
生成させる請求項（１）に記載の高融点金属の気相成長
法。 - 【請求項４】NH又はNH2ガスを、アンモニアガスのプラ
イズマ励起で生成させる請求項（１）記載の高融点金属
の気相成長法。 - 【請求項５】金属配線を製造する方法において、請求項
（１）に記載の高融点金属の気相成長法を用いることを
特徴とする金属配線の製造方法。 - 【請求項６】高融点金属がタングステンである請求項
（５）に記載の金属配線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34090990A JP2940162B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 高融点金属の気相成長法及びそれを用いた金属配線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34090990A JP2940162B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 高融点金属の気相成長法及びそれを用いた金属配線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04210475A JPH04210475A (ja) | 1992-07-31 |
| JP2940162B2 true JP2940162B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=18341423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34090990A Expired - Fee Related JP2940162B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 高融点金属の気相成長法及びそれを用いた金属配線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2940162B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101559816B1 (ko) | 2012-09-14 | 2015-10-14 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP34090990A patent/JP2940162B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101559816B1 (ko) | 2012-09-14 | 2015-10-14 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04210475A (ja) | 1992-07-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |