JP2954219B2 - 半導体装置の製造プロセスに適用される改良された選択ｃｖｄ - Google Patents
半導体装置の製造プロセスに適用される改良された選択ｃｖｄInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は選択CVDに関し、より具体的には、半導体装
置の製造プロセスに対する適用の改良に関する。
置の製造プロセスに対する適用の改良に関する。
〔従来の技術〕 選択CVD（selective chemical vapor deposition）は
Ti,W,Mo,Ta等の高融点金属の薄膜を形成するために用い
られており、半導体装置、特に集積度が極めて高いLSI
の製造プロセスにおいて重要な技術である。以下、Ｗ膜
を形成する場合について説明するが、この説明は他の高
融点金属膜を形成する場合にも同様にあてはまる。
Ti,W,Mo,Ta等の高融点金属の薄膜を形成するために用い
られており、半導体装置、特に集積度が極めて高いLSI
の製造プロセスにおいて重要な技術である。以下、Ｗ膜
を形成する場合について説明するが、この説明は他の高
融点金属膜を形成する場合にも同様にあてはまる。
第１図（Ａ）は、シリコン基板１の表面を厚いSiO2膜
（フィールド酸化膜）２で覆い、該SiO2膜２にコンタク
トホール３を開口したシリコンウエハーを示している。
このシリコンウエハーに選択CVDを適用し、Ｗ薄膜を形
成する場合の操作は、WF6を原料ガスに用いる以外は通
の熱処理によるCVDと同様である。しかし、第１図
（Ｂ）に示すように、この選択CVDにおいてはシリコン
基板１の露出表面にのみＷ膜４が選択的に堆積し、フィ
ールド酸化膜２の表面にはＷ膜の堆積は生じない。選択
CVDと称されるのはこのためである。
（フィールド酸化膜）２で覆い、該SiO2膜２にコンタク
トホール３を開口したシリコンウエハーを示している。
このシリコンウエハーに選択CVDを適用し、Ｗ薄膜を形
成する場合の操作は、WF6を原料ガスに用いる以外は通
の熱処理によるCVDと同様である。しかし、第１図
（Ｂ）に示すように、この選択CVDにおいてはシリコン
基板１の露出表面にのみＷ膜４が選択的に堆積し、フィ
ールド酸化膜２の表面にはＷ膜の堆積は生じない。選択
CVDと称されるのはこのためである。
上記のように、選択CVDはPEP（photo engraving proc
ess）を行なわなくても所定形状のＷ膜パターンを形成
できるため、超LSIプロセスに必要な微細加工技術とし
て期待されている。具体的には、PEPを必要としない配
線形成、多層配線技術における各配線層間のコンタクト
形成等に対する応用が考えられる。
ess）を行なわなくても所定形状のＷ膜パターンを形成
できるため、超LSIプロセスに必要な微細加工技術とし
て期待されている。具体的には、PEPを必要としない配
線形成、多層配線技術における各配線層間のコンタクト
形成等に対する応用が考えられる。
次に、選択CVDにおけるメカニズムについて説明す
る。
る。
まず、選択CVDにおけるＷ膜の気相成長反応は次の二
通りである。
通りである。
・2WF6＋3Si → 3SiF4＋4W … ・WF6＋3H2 → Ｗ＋6HF … 上記二つの気相成長反応のうち、反応は露出したSi
表面を必要とする。従って、この反応は当然ながらSi表
面でのみ選択的に進行する。また、反応による気相成
長には一定の限界があり、Si表面を覆うＷ膜が一定の厚
さに成長した後は反応が進行しない。一方、反応によ
る気相成長は半導体表面だけでなく金属表面でも進行す
るが、SiO2等の絶縁膜表面では進行しない。これは、金
属や半導体表面が反応を促進する触媒表面を提供する
ためと考えられる。
表面を必要とする。従って、この反応は当然ながらSi表
面でのみ選択的に進行する。また、反応による気相成
長には一定の限界があり、Si表面を覆うＷ膜が一定の厚
さに成長した後は反応が進行しない。一方、反応によ
る気相成長は半導体表面だけでなく金属表面でも進行す
るが、SiO2等の絶縁膜表面では進行しない。これは、金
属や半導体表面が反応を促進する触媒表面を提供する
ためと考えられる。
上記の理由から、選択CVDによるＷ膜の形成は次の二
通りの方法の何れかで行なわれている。
通りの方法の何れかで行なわれている。
（ａ）最初は反応による自己制御的なＷ膜の気相成長
を行ない、次いでＷ膜を触媒表面として反応による気
相成長を行なう。
を行ない、次いでＷ膜を触媒表面として反応による気
相成長を行なう。
（ｂ）最初から、反応によるＷ膜の気相成長を行な
う。
う。
上記従来の選択CVDには次のような欠点がある。
第一の欠点は、反応およびの何れにおいても選択
性が充分でないことである。このため、例えば第１図
（Ｂ）の場合、フィールド酸化膜２の表面も部分的にＷ
膜が形成されてしまう。これは、場合によっては配線間
の短絡をもたらすことになる。
性が充分でないことである。このため、例えば第１図
（Ｂ）の場合、フィールド酸化膜２の表面も部分的にＷ
膜が形成されてしまう。これは、場合によっては配線間
の短絡をもたらすことになる。
なお、反応における選択性の低下は、の反応で生
成したSiF3とSiO2とが下記式のように反応し、Si粒子
が形成されることによると考えられる。即ち、このSi粒
子の表面では反応によるＷの堆積が行なわれる。
成したSiF3とSiO2とが下記式のように反応し、Si粒子
が形成されることによると考えられる。即ち、このSi粒
子の表面では反応によるＷの堆積が行なわれる。
SiFx → Si＋SiF4 … また、反応における選択性の低下も、上記の反応
で形成されるSiに起因すると考えられる。
で形成されるSiに起因すると考えられる。
第二の欠点は、例えば第１図（Ｂ）の状態でＷ膜４を
形成したとき、シリコン基板１とＷ膜４の間に望ましい
コンタクト特性が得られないことである。ここでいうコ
ンタクト特性とは、両者間のコンタクト抵抗、両者の界
面状態、およびＷ膜４のモホロジー（morphology）をい
う。この問題は、次に述べるように、シリコン基板１の
露出表面に存在する薄いナチュラルオキサイド膜に起因
する。
形成したとき、シリコン基板１とＷ膜４の間に望ましい
コンタクト特性が得られないことである。ここでいうコ
ンタクト特性とは、両者間のコンタクト抵抗、両者の界
面状態、およびＷ膜４のモホロジー（morphology）をい
う。この問題は、次に述べるように、シリコン基板１の
露出表面に存在する薄いナチュラルオキサイド膜に起因
する。
シリコン基板１の露出表面のナチュラルオキサイド膜
が全く存在しないため、或いは均一で且つ極めて薄い場
合、第２図（Ａ）に示すようにWF6はシリコン基板１の
全表面と接触する。このため、前記反応はシリコン基
板１の表面で均一に進行し、限定気相成長による均一な
厚さのＷ膜41が形成される。続いて式による気相成長
を行なったときにも、第２図（Ｃ）に示すように均一な
膜厚のＷ膜42が形成される。従って、この場合にはシリ
コン基板１とＷ膜４の間の界面形状、並びにＷ膜４のモ
ホロジーは良好である。また、ナチュラルオキサイド膜
の介在によるコンタクト抵抗の増大も生じないから、優
れたコンタクト特性が得られる。
が全く存在しないため、或いは均一で且つ極めて薄い場
合、第２図（Ａ）に示すようにWF6はシリコン基板１の
全表面と接触する。このため、前記反応はシリコン基
板１の表面で均一に進行し、限定気相成長による均一な
厚さのＷ膜41が形成される。続いて式による気相成長
を行なったときにも、第２図（Ｃ）に示すように均一な
膜厚のＷ膜42が形成される。従って、この場合にはシリ
コン基板１とＷ膜４の間の界面形状、並びにＷ膜４のモ
ホロジーは良好である。また、ナチュラルオキサイド膜
の介在によるコンタクト抵抗の増大も生じないから、優
れたコンタクト特性が得られる。
これに対し、シリコン基板１の露出表面が厚さの不均
一な薄いナチュラルオキサイド膜５で覆われている場
合、反応の限定気相成長は第３図（Ａ）（Ｂ）に示す
ように進行する。即ち、WF6はナチュラルオキサイド膜
５の薄い部分で優先的にSiと反応するため、Ｗ膜41は不
均一な厚さで形成され、且つ局部的にシリコン基板１に
侵入した状態で形成される。従って、シリコン基板１と
Ｗ膜41の間には、第２図（Ｂ）のような良好な界面は得
られない。のみならず、式の反応で消費されるSiは堆
積されるＷよりも多いから、第３図（Ｂ）に示したよう
に表面には大きな凹凸が形成される。従って、続いて式
によるＷの気相成長を行なった後も、Ｗ膜42の表面に
は大きな凹凸が残ることになる。
一な薄いナチュラルオキサイド膜５で覆われている場
合、反応の限定気相成長は第３図（Ａ）（Ｂ）に示す
ように進行する。即ち、WF6はナチュラルオキサイド膜
５の薄い部分で優先的にSiと反応するため、Ｗ膜41は不
均一な厚さで形成され、且つ局部的にシリコン基板１に
侵入した状態で形成される。従って、シリコン基板１と
Ｗ膜41の間には、第２図（Ｂ）のような良好な界面は得
られない。のみならず、式の反応で消費されるSiは堆
積されるＷよりも多いから、第３図（Ｂ）に示したよう
に表面には大きな凹凸が形成される。従って、続いて式
によるＷの気相成長を行なった後も、Ｗ膜42の表面に
は大きな凹凸が残ることになる。
ナチュラルオキサイド膜５の膜厚がもっと厚く、且つ
不均一である場合、第４図（Ａ）（Ｂ）に示すように、
反応によるＷの限定気相成長はナチュラルオキサイド
膜５の薄い部分のみで進行し、WF6が侵入した部分にの
みＷ膜41が深く形成される。従って、Ｗ膜41とシリコン
基板１との界面状態は更に悪くなる。また、第４図
（Ｂ）の状態で式による気相成長を行なうと、Ｗ膜41
が形成された部分でのみ反応が進行するため、粒子状
のＷ膜42が形成される。このため、反応による気相成
長を継続して連続的なＷ膜を形成したとしても、得られ
たＷ膜は大きな粒子の集合であるためモホロジーが悪
く、表面の凹凸は極めて大きくなる。Ｗ膜表面の凹凸が
大きいと、例えばその上にAl膜からなる配線を形成する
場合に良好なカバレッジが得られず、接触抵抗が増大す
ることになる。また、第４図（Ｃ）に示されるように、
このこの場合にはＷ膜とシリコン基板との間にナチュラ
ルオキサイド膜５が介在するため、両者の間のコンタク
ト抵抗が増大することになる。ナチュラルオキサイド膜
の介在によるコンタクト抵抗の増大は、下地がシリコン
の場合に限らず、他の半導体または金属である場合にも
同様に生じる問題である。
不均一である場合、第４図（Ａ）（Ｂ）に示すように、
反応によるＷの限定気相成長はナチュラルオキサイド
膜５の薄い部分のみで進行し、WF6が侵入した部分にの
みＷ膜41が深く形成される。従って、Ｗ膜41とシリコン
基板１との界面状態は更に悪くなる。また、第４図
（Ｂ）の状態で式による気相成長を行なうと、Ｗ膜41
が形成された部分でのみ反応が進行するため、粒子状
のＷ膜42が形成される。このため、反応による気相成
長を継続して連続的なＷ膜を形成したとしても、得られ
たＷ膜は大きな粒子の集合であるためモホロジーが悪
く、表面の凹凸は極めて大きくなる。Ｗ膜表面の凹凸が
大きいと、例えばその上にAl膜からなる配線を形成する
場合に良好なカバレッジが得られず、接触抵抗が増大す
ることになる。また、第４図（Ｃ）に示されるように、
このこの場合にはＷ膜とシリコン基板との間にナチュラ
ルオキサイド膜５が介在するため、両者の間のコンタク
ト抵抗が増大することになる。ナチュラルオキサイド膜
の介在によるコンタクト抵抗の増大は、下地がシリコン
の場合に限らず、他の半導体または金属である場合にも
同様に生じる問題である。
なお、第３図（Ｃ）および第４図（Ｃ）に示したＷ膜
４とシリコン基板１との間の界面状態の悪化は、半導体
装置の製造において致命的な欠陥をもたらすことが多
い。即ち、バイポーラトランジスタのエミッタ電極とし
て用いるＷ膜４を形成する場合、シリコン基板１に深く
侵入して形成されたＷ膜41のためにエミッタ接合が破壊
されるからである。
４とシリコン基板１との間の界面状態の悪化は、半導体
装置の製造において致命的な欠陥をもたらすことが多
い。即ち、バイポーラトランジスタのエミッタ電極とし
て用いるＷ膜４を形成する場合、シリコン基板１に深く
侵入して形成されたＷ膜41のためにエミッタ接合が破壊
されるからである。
第５図（Ａ）（Ｂ）は、上記第二の欠点に関連して生
じる最悪の事態を示している。即ち、コンタクトホール
３の底面に露出したシリコン基板表面が比較的厚いナチ
ュラルオキサイド膜５で覆われている場合である。この
ような場合、ナチュラルオキサイド膜はコンタクトホー
ル周縁部で比較的弱いから、第５図（Ａ）に示すよう
に、反応の限定気相成長においてWF6はこの部分から
優先的に侵入する。その結果、コンタクトホールの周縁
部では他の部分よりもSiの消費が激しくなるため、第５
図（Ｂ）に示すように空洞６が形成されてしまうことに
なる。
じる最悪の事態を示している。即ち、コンタクトホール
３の底面に露出したシリコン基板表面が比較的厚いナチ
ュラルオキサイド膜５で覆われている場合である。この
ような場合、ナチュラルオキサイド膜はコンタクトホー
ル周縁部で比較的弱いから、第５図（Ａ）に示すよう
に、反応の限定気相成長においてWF6はこの部分から
優先的に侵入する。その結果、コンタクトホールの周縁
部では他の部分よりもSiの消費が激しくなるため、第５
図（Ｂ）に示すように空洞６が形成されてしまうことに
なる。
本発明は選択CVDにおける上記の欠点を解決するため
になされたもので、その具体的な課題は次の通りであ
る。
になされたもので、その具体的な課題は次の通りであ
る。
第一の課題は、選択CVDにおける選択性を改良するこ
とである。即ち、例えば第１図（Ａ）（Ｂ）に示した場
合おいて、コンタクトホール３をＷ膜４で埋める一方、
フィールド酸化膜２の上に付着されるＷ粒子を劇的に減
少し、望ましくは皆無とすることが可能な方法を提供す
ることである。
とである。即ち、例えば第１図（Ａ）（Ｂ）に示した場
合おいて、コンタクトホール３をＷ膜４で埋める一方、
フィールド酸化膜２の上に付着されるＷ粒子を劇的に減
少し、望ましくは皆無とすることが可能な方法を提供す
ることである。
第二の課題は、選択CVDにより半導体または金属の下
地表面に高融点金属膜を形成する際、両者間のコンタク
ト特性を改善することである。より具体的には、下地表
面を覆っているナチュラルオキサイド膜を確実に除去し
た状態で、選択CVDを行なう方法を提供することであ
る。
地表面に高融点金属膜を形成する際、両者間のコンタク
ト特性を改善することである。より具体的には、下地表
面を覆っているナチュラルオキサイド膜を確実に除去し
た状態で、選択CVDを行なう方法を提供することであ
る。
本発明における上記第一の課題は、半導体または金属
が露出している第一の表面と、厚い絶縁膜で覆われた第
二の表面とを有する半導体ウエハーをCVD反応容器内に
配置し、該反応容器内に高融点金属のハロゲン化物を含
む原料ガスを導入して化学的気相成長反応を行なうこと
により、前記第一の表面に選択的に高融点金属膜を形成
する選択CVD法において、前記化学的気相成長反応の途
中またはその終了後に、NF3を含むガスをエッチャント
とするドライエッチングで前記半導体ウエハーを処理す
ることを特徴とする方法（第一発明という）によって達
成される。
が露出している第一の表面と、厚い絶縁膜で覆われた第
二の表面とを有する半導体ウエハーをCVD反応容器内に
配置し、該反応容器内に高融点金属のハロゲン化物を含
む原料ガスを導入して化学的気相成長反応を行なうこと
により、前記第一の表面に選択的に高融点金属膜を形成
する選択CVD法において、前記化学的気相成長反応の途
中またはその終了後に、NF3を含むガスをエッチャント
とするドライエッチングで前記半導体ウエハーを処理す
ることを特徴とする方法（第一発明という）によって達
成される。
本発明における上記第二の課題は、半導体または金属
が露出している第一の表面と、厚い絶縁膜で覆われた第
二の表面とを有する半導体ウエハーをCVD反応容器内に
配置し、該反応容器内に高融点金属のハロゲン化物を含
む原料ガスを導入して化学的気相成長反応を行なうこと
により、前記第一の表面に選択的に高融点金属膜を形成
する選択CVD法において、前記化学的気相成長反応を行
なうに先立って、NF3を含むガスをエッチャントするド
ライエッチングで前記半導体ウエハーを処理することを
特徴とする方法（第二発明という）によって達成され
る。
が露出している第一の表面と、厚い絶縁膜で覆われた第
二の表面とを有する半導体ウエハーをCVD反応容器内に
配置し、該反応容器内に高融点金属のハロゲン化物を含
む原料ガスを導入して化学的気相成長反応を行なうこと
により、前記第一の表面に選択的に高融点金属膜を形成
する選択CVD法において、前記化学的気相成長反応を行
なうに先立って、NF3を含むガスをエッチャントするド
ライエッチングで前記半導体ウエハーを処理することを
特徴とする方法（第二発明という）によって達成され
る。
第一発明および第二発明の何れにおいても、その要点
は、NF3を含むガスをエッチャントとするケミカルドラ
イエッチングで半導体ウエハーを処理する点にある。即
ち、第一発明では、この処理を選択CVDを途中で中断し
て行なう中間処理、または選択CVDの完了後に行なう後
処理として行なう。これに対し、第二発明では、選択CV
Dを行なうに先立ち、その前処理としてNF3によるケミカ
ルドライエッチングを行なう。なお、第一発明と第二発
明とを組合せ、NF3によるケミカルドライエッチングを
選択CVDの前と、選択CVDの途中または終了後の両方で行
なってもよい。
は、NF3を含むガスをエッチャントとするケミカルドラ
イエッチングで半導体ウエハーを処理する点にある。即
ち、第一発明では、この処理を選択CVDを途中で中断し
て行なう中間処理、または選択CVDの完了後に行なう後
処理として行なう。これに対し、第二発明では、選択CV
Dを行なうに先立ち、その前処理としてNF3によるケミカ
ルドライエッチングを行なう。なお、第一発明と第二発
明とを組合せ、NF3によるケミカルドライエッチングを
選択CVDの前と、選択CVDの途中または終了後の両方で行
なってもよい。
第一発明および第二発明の何れにおいても、化学的気
相成長反応は、低圧CVD（LPCVD）によるのが好ましい。
また、何れの方法においても、選択CVDで形成される高
融点金属は、Ｗのみに限定されず、Ti,Mo,Ta等の選択CV
Dが可能な他の高融点金属であってもよい。
相成長反応は、低圧CVD（LPCVD）によるのが好ましい。
また、何れの方法においても、選択CVDで形成される高
融点金属は、Ｗのみに限定されず、Ti,Mo,Ta等の選択CV
Dが可能な他の高融点金属であってもよい。
第一発明におけるNF3によるドライエッチングは、選
択CVDの不十分な選択性のために絶縁膜上に被着した高
融点金属の粒子または膜を除去するために行なうもので
ある。即ち、既述の式等により絶縁膜表面に非選択
的に堆積された高融点金属の粒子または膜は、NF3によ
るドライエッチング処理で完全に除去される。その場
合、半導体または金属表面上に式のみ反応で選択的
に被着された高融点金属も同時にエッチングされる。し
かし、両者を比較した場合、絶縁膜表面に非選択的に堆
積された高融点金属の量は著しく少ない。従って、エッ
チング時間等の処理条件を選択することによって、実質
的には絶縁膜表面に被着された高融点金属のみを選択的
に除去することができる。その結果、選択CVDにおける
選択性は著しく向上し、絶縁膜表面に非選択的に被着さ
れる高融点金属を大幅に減少し、好ましくは皆無とする
ことができる。
択CVDの不十分な選択性のために絶縁膜上に被着した高
融点金属の粒子または膜を除去するために行なうもので
ある。即ち、既述の式等により絶縁膜表面に非選択
的に堆積された高融点金属の粒子または膜は、NF3によ
るドライエッチング処理で完全に除去される。その場
合、半導体または金属表面上に式のみ反応で選択的
に被着された高融点金属も同時にエッチングされる。し
かし、両者を比較した場合、絶縁膜表面に非選択的に堆
積された高融点金属の量は著しく少ない。従って、エッ
チング時間等の処理条件を選択することによって、実質
的には絶縁膜表面に被着された高融点金属のみを選択的
に除去することができる。その結果、選択CVDにおける
選択性は著しく向上し、絶縁膜表面に非選択的に被着さ
れる高融点金属を大幅に減少し、好ましくは皆無とする
ことができる。
なお、第一発明におけるでNF3によるドライエッチン
グ処理は、選択CVDの終了後の後処理として行なうより
も、選択CVDを途中で中断して行なう中間処理の方が効
果的である。何故なら、CVD工程の終了後には比較的多
量の被着金属を除去しなければならないのに対し、CVD
工程の途中であれば、被着し始めたばかりの極く僅かの
量の金属を除去するだけて足りるからである。
グ処理は、選択CVDの終了後の後処理として行なうより
も、選択CVDを途中で中断して行なう中間処理の方が効
果的である。何故なら、CVD工程の終了後には比較的多
量の被着金属を除去しなければならないのに対し、CVD
工程の途中であれば、被着し始めたばかりの極く僅かの
量の金属を除去するだけて足りるからである。
第二発明におけるNF3によるドライエッチングは、選
択CVDの下地表面（半導体表面または金属表面）を覆っ
ているナチュラルオキサイド膜を除去するために行なう
ものである。この前処理によってナチュラルオキサイド
膜が除去される結果、選択CVDにより形成された高融点
金属膜と下地層との間のコンタクト抵抗増大を回避でき
る。また、第２図〜第５図で説明したような問題も回避
でき、良好なコンタクト特性を得ることができる。
択CVDの下地表面（半導体表面または金属表面）を覆っ
ているナチュラルオキサイド膜を除去するために行なう
ものである。この前処理によってナチュラルオキサイド
膜が除去される結果、選択CVDにより形成された高融点
金属膜と下地層との間のコンタクト抵抗増大を回避でき
る。また、第２図〜第５図で説明したような問題も回避
でき、良好なコンタクト特性を得ることができる。
第一発明および第二発明の何れにおいても、NF3によ
るドライエッチング処理はCVD装置の中で行なうことが
できる。その処理の条件は、個々の具体的なケースに応
じて適宜設定する。しかし、一般的なエッチング条件は
次の通りである。
るドライエッチング処理はCVD装置の中で行なうことが
できる。その処理の条件は、個々の具体的なケースに応
じて適宜設定する。しかし、一般的なエッチング条件は
次の通りである。
・NF3の全圧または分圧:10-2〜100 Torr（通常の装置の
場合、１〜500 SCCMの流量に対応する） ・温度： 50℃〜550 ℃ ・エッチング時間 ＜第一発明＞ 後処理： 10秒〜 3分 中間処理: 5秒〜 1分 ＜第二発明＞ 前処理： 10秒〜 3分 〔実施例〕 以下、実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明す
る。
場合、１〜500 SCCMの流量に対応する） ・温度： 50℃〜550 ℃ ・エッチング時間 ＜第一発明＞ 後処理： 10秒〜 3分 中間処理: 5秒〜 1分 ＜第二発明＞ 前処理： 10秒〜 3分 〔実施例〕 以下、実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明す
る。
実施例１（第一発明） 選択CVDを適用すべき試料として、第１図（Ａ）に示
した構造を有するシリコンウエハーを作成した。即ち、
シリコン基板１の表面に厚さ8000ÅのCVD−SiO2膜２を
形成し、次いでPEP及びRIEを行なうことにより、夫々2,
3,5μｍの直径を有する多数のコンタクトホール３をCVD
−SiO2膜２に開孔した。
した構造を有するシリコンウエハーを作成した。即ち、
シリコン基板１の表面に厚さ8000ÅのCVD−SiO2膜２を
形成し、次いでPEP及びRIEを行なうことにより、夫々2,
3,5μｍの直径を有する多数のコンタクトホール３をCVD
−SiO2膜２に開孔した。
上記で得られたシリコンウエハーに対し、本発明の選
択CVDを適用した。この選択CVDは、第６図に示すコール
ドウオール型のLPCVD装置を用いて行なった。LPCVD装置
の反応容器９内には、加熱源としてハロゲンランプ８を
備えた石英製のホットプレート７が中央部に設けられて
いる。
択CVDを適用した。この選択CVDは、第６図に示すコール
ドウオール型のLPCVD装置を用いて行なった。LPCVD装置
の反応容器９内には、加熱源としてハロゲンランプ８を
備えた石英製のホットプレート７が中央部に設けられて
いる。
まず、シリコンウエハー試料10を反応容器９内のホッ
トプレート７上に載置した。続いて、ロータリーポン
プ、メカニカルブースターポンプ及びターボモレキュラ
ーポンプを順次用いることにより、容器内を排気した。
容器内の圧力は、キャパシタンスマノメータを用いて常
時モニターし、CVDの間は、0.1〜1.0 Torr以下の圧力に
保持した。
トプレート７上に載置した。続いて、ロータリーポン
プ、メカニカルブースターポンプ及びターボモレキュラ
ーポンプを順次用いることにより、容器内を排気した。
容器内の圧力は、キャパシタンスマノメータを用いて常
時モニターし、CVDの間は、0.1〜1.0 Torr以下の圧力に
保持した。
次いで、ホットプレート７によりシリコンウエハー10
を加熱した。その際、IR温度計11によりシリコンウエハ
ー10の温度をモニターし、CVDの間はウエハーの温度を5
00℃に制御した。一般的には250 ℃〜650 ℃の温度が可
能である。
を加熱した。その際、IR温度計11によりシリコンウエハ
ー10の温度をモニターし、CVDの間はウエハーの温度を5
00℃に制御した。一般的には250 ℃〜650 ℃の温度が可
能である。
上記のようにしてシリコンウエハーを加熱しながら、
タングステン源であるWF6、還元剤であるH2を反応容器
内に導入することにより、既述の式による選択CVDを
行なった。キャリアガスとしては、アルゴン又はヘリウ
ムを用いた。WF6およびH2の供給量は次の通りである。
タングステン源であるWF6、還元剤であるH2を反応容器
内に導入することにより、既述の式による選択CVDを
行なった。キャリアガスとしては、アルゴン又はヘリウ
ムを用いた。WF6およびH2の供給量は次の通りである。
WF6: 15 SCCM H2: 200 SCCM 約１分間だけCVDを行なった後、上記のCVDガスの供給
を停止した。次いで、反応容器内にNF3を導入し、下記
の条件でドライエッチングを行なった。
を停止した。次いで、反応容器内にNF3を導入し、下記
の条件でドライエッチングを行なった。
NF3の供給量： 100 SCCM 反応容器内のNF3圧： 0.3 Torr ウエハー温度： 350 ℃ エッチング時間： １分 ドライエッチング処理を行なった後、シリコンウエハ
ー試料10を取出し、SEMでその表面を観察した。第７図
はそのSEM写真を示している。この図から分るように、S
iO2膜２の表面には殆どＷ粒子が被着されていない。
ー試料10を取出し、SEMでその表面を観察した。第７図
はそのSEM写真を示している。この図から分るように、S
iO2膜２の表面には殆どＷ粒子が被着されていない。
比較のために、NF3によるドライエッチングを行なわ
なかった点を除き、上記と同様に選択CVDを行なった。
第８図は、そのシリコンウエハー表面のSEM写真であ
る。図から明らかなように、この場合にはSiO2膜２の表
面に多くのＷ粒子が被着している。
なかった点を除き、上記と同様に選択CVDを行なった。
第８図は、そのシリコンウエハー表面のSEM写真であ
る。図から明らかなように、この場合にはSiO2膜２の表
面に多くのＷ粒子が被着している。
上記の二つの結果は、Ｗの選択CVDにおける不十分な
選択性がNF3によるドライエッチングで補われ、結果的
に選択CVDにおける充分な選択性が得られたことを示し
ている。
選択性がNF3によるドライエッチングで補われ、結果的
に選択CVDにおける充分な選択性が得られたことを示し
ている。
実施例２（第一発明） この実施例では、まずＷの選択CVDを１分間行なった
後、NF3によるドライエッチングを20秒間行ない、次い
で再びＷの選択CVDを１分間行なった。それ以外は実施
例１と全く同様に行なった。
後、NF3によるドライエッチングを20秒間行ない、次い
で再びＷの選択CVDを１分間行なった。それ以外は実施
例１と全く同様に行なった。
こうして得られたシリコンウエハー表面をSEM写真で
観察したところ、第７図と同様、SiO2膜２の上には殆ど
Ｗ粒子の被着は見られなかった。
観察したところ、第７図と同様、SiO2膜２の上には殆ど
Ｗ粒子の被着は見られなかった。
実施例３（第二発明） 実施例で１用いたと同じシリコンウエハー試料をLPCV
D装置の反応容器内に設置し、下記の条件でWF3によるド
ライエッチングを行なった。
D装置の反応容器内に設置し、下記の条件でWF3によるド
ライエッチングを行なった。
NF3の供給量： 100 SCCM 反応容器内のNF3圧： 0.3 Torr ウエハー温度： 350 ℃ エッチング時間： １分 次に、下記の条件で式によるＷの選択CVDを行ない
た。
た。
WF6: 10 SCCM H2: 200 SCCM 反応容器内の圧力： 0.3 Torr ウエハー温度： 600 ℃ エッチング時間： １分 続いて、実施例１のときにと同じ条件で式による選
択CVDを行ない、Ｗ膜を形成した。第９図は、この選択C
VD後におけるシリコンウエハー表面のSEM写真を示して
いる。
択CVDを行ない、Ｗ膜を形成した。第９図は、この選択C
VD後におけるシリコンウエハー表面のSEM写真を示して
いる。
また、比較のために、NF3による前処理を行なわない
で上記と同じ選択CVDを行なった。この場合のSEM写真を
第10図に示す。
で上記と同じ選択CVDを行なった。この場合のSEM写真を
第10図に示す。
第９図および第10図を比較すれば、NF3のドライエッ
チングによる効果が明らかである。即ち、第10図ではナ
チュナルオキサイド膜が除去されていないため、第４図
で説明したように、シリコン基板１に深く侵入したＷ堆
積部41が形成されている。これに対し、第９図ではナチ
ュラルオキサイド膜が予め除去されているため、第２図
で説明したと同じ良好な界面が形成されている。
チングによる効果が明らかである。即ち、第10図ではナ
チュナルオキサイド膜が除去されていないため、第４図
で説明したように、シリコン基板１に深く侵入したＷ堆
積部41が形成されている。これに対し、第９図ではナチ
ュラルオキサイド膜が予め除去されているため、第２図
で説明したと同じ良好な界面が形成されている。
また、第10図ではＷ膜を構成する粒子が極めて大き
く、モホロジーが悪いのに対し、第９図ではＷ粒子が小
さく、良好なモホロジーが得られている。
く、モホロジーが悪いのに対し、第９図ではＷ粒子が小
さく、良好なモホロジーが得られている。
なお、コンタクト抵抗については特に測定しなかった
が、第９図の場合にはナチュラルオキサイド膜が介在し
ないことから、コンタクト抵抗が低いことは明らかであ
る。
が、第９図の場合にはナチュラルオキサイド膜が介在し
ないことから、コンタクト抵抗が低いことは明らかであ
る。
以上詳述したように、本発明によれば選択CVDの選択
性を向上でき、また選択CVDで形成された金属膜のコン
タクト特性を向上できる等、顕著な効果を得ることがで
きる。
性を向上でき、また選択CVDで形成された金属膜のコン
タクト特性を向上できる等、顕著な効果を得ることがで
きる。
第１図は本発明の適用対象である選択CVDの説明図、第
２図〜第５図は本発明が解決しようとする課題を示す説
明図、第６図は本発明の実施に用いたLPCVD装置の説明
図、第７図は本発明の方法を適用したシリコンウエハー
表面におけるＷ粒子の付着状態を示すSEM写真、第８図
は従来の方法を適用したシリコンウエハー表面における
Ｗ粒子の付着状態を示すSEM写真、第９図は本発明の方
法を適用したシリコンウエハーにおけるコンタクトホー
ルの状態を示すSEM写真、第10図は従来の方法を適用し
たシリコンウエハーにおけるコンタクトホールの状態を
示すSEM写真である。 １……シリコン基板、２……SiO2膜、３……コンタクト
ホール、４……Ｗ膜、７……ホットプレート、８……ハ
ロゲンランプ、９……反応容器、10……シリコンウエハ
ー試料
２図〜第５図は本発明が解決しようとする課題を示す説
明図、第６図は本発明の実施に用いたLPCVD装置の説明
図、第７図は本発明の方法を適用したシリコンウエハー
表面におけるＷ粒子の付着状態を示すSEM写真、第８図
は従来の方法を適用したシリコンウエハー表面における
Ｗ粒子の付着状態を示すSEM写真、第９図は本発明の方
法を適用したシリコンウエハーにおけるコンタクトホー
ルの状態を示すSEM写真、第10図は従来の方法を適用し
たシリコンウエハーにおけるコンタクトホールの状態を
示すSEM写真である。 １……シリコン基板、２……SiO2膜、３……コンタクト
ホール、４……Ｗ膜、７……ホットプレート、８……ハ
ロゲンランプ、９……反応容器、10……シリコンウエハ
ー試料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平瀬 育生 茨城県筑波市東光台５―９―９ 株式会 社エールリキードラボラトリーズ内 (72)発明者 角谷 透 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500 日本真空技 術株式会社内 (72)発明者 ドウニ・ルファン アメリカ合衆国、イリノイ州 60525, カントリーサイド、エス・イースト・ア ベニュー5230 (72)発明者 ミカエル・シャック 茨城県筑波市東光台５―９―９ 株式会 社エールリキードラボラトリーズ内 (72)発明者 浮島 禎之 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500 日本真空技 術株式会社内 (72)発明者 宍倉 真人 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500 日本真空技 術株式会社内 (72)発明者 松浦 正道 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500 日本真空技 術株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−73717（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−78816（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】半導体または金属が露出している第一の表
面と、厚い絶縁膜で覆われた第二の表面とを有する半導
体ウエハーをCVD反応容器内に配置し、該反応容器内に
高融点金属のハロゲン化物を含む原料ガスを導入して化
学的気相成長反応を行うことにより、前記第一の表面に
選択的に高融点金属膜を形成する選択CVD法において、
前記化学的気相成長反応の終了後に、NF3を含むガスを
エッチャントとするドライエッチングで前記半導体ウエ
ハーを処理することを特徴とする方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63141431A JP2954219B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 半導体装置の製造プロセスに適用される改良された選択ｃｖｄ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63141431A JP2954219B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 半導体装置の製造プロセスに適用される改良された選択ｃｖｄ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01319679A JPH01319679A (ja) | 1989-12-25 |
| JP2954219B2 true JP2954219B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=15291813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63141431A Expired - Lifetime JP2954219B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 半導体装置の製造プロセスに適用される改良された選択ｃｖｄ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2954219B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722339A (ja) * | 1993-07-05 | 1995-01-24 | Toshiba Corp | 薄膜形成方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4617087A (en) * | 1985-09-27 | 1986-10-14 | International Business Machines Corporation | Method for differential selective deposition of metal for fabricating metal contacts in integrated semiconductor circuits |
| JPS6473717A (en) * | 1987-09-16 | 1989-03-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Selective deposition of metal |
-
1988
- 1988-06-08 JP JP63141431A patent/JP2954219B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01319679A (ja) | 1989-12-25 |
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