JP3103889B2 - デポジション方法 - Google Patents

デポジション方法

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JP3103889B2 JP02195262A JP19526290A JP3103889B2 JP 3103889 B2 JP3103889 B2 JP 3103889B2 JP 02195262 A JP02195262 A JP 02195262A JP 19526290 A JP19526290 A JP 19526290A JP 3103889 B2 JP3103889 B2 JP 3103889B2
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【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。
A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.従来技術 D.発明が解決しようとする問題点[第3図] E.問題点を解決するための手段 F.作用 G.実施例[第1図、第2図] H.発明の効果 (A.産業上の利用分野) 本発明はデポジション方法、特に被処理基板上に金属
をデポジションするデポジション方法に関する。
(B.発明の概要) 本発明は、上記のデポジション方法において、 デポジションにより形成される金属の膜質、選択性、
密着性の向上を図るため、 デポジション用ガス導入前の圧力を、3×10-4[Tor
r]を前処理後デポジション終了までに要する時間
[秒]で除した値以下で1×10-6[Torr]以上の値にし
て、残留ガスの単分子層が被処理基板上に形成される前
にデポジションを終えるようにするものである。
(C.従来技術) IC、LSI、VLSIの高集積化、半導体素子の微細化が要
求されるに伴って多層配線の高集積化が要求され、コン
タクトホールは微細化する一方である。従って、特開昭
62−150851号公報等において指摘されているように従来
のバイアススパッタ法によってアルミニウムでコンタク
トホールを埋め込むことはステップカバレッジの悪さの
面から不可能になりつつある。
そこで、タングステンのシラン還元法等による選択タ
ングステンCVD法が開発され、実用化されつつある。そ
して、その開発の成果について例えば特開平2−41843
等の出願によって提案が為されている。
(D.発明が解決しようとする問題点)[第3図] ところで、選択タングステンCVD法には従来から未知
の要素が多く、第3図に示すようにタングステン膜形成
時における選択性の崩れ(シリコン半導体基板屋配線膜
の表面が露出するスルーホール底面上だけでなく絶縁膜
表面にもタングステンが成長してしまうこと)、核成長
(異物を核とした成長してはならないところでの異常成
長)が生じた。そして、タングステン膜の膜質や密着性
を充分に高くすることが難しく、膜剥れが生じ易いのが
実状であった。図面において、7は半導体基板、8は絶
縁膜、9はコンタクトホール、10はタングステン膜、11
は後で詳述する残留ガス成分により生じた吸着物であ
り、タングステンの異常成長の核となる。
そこで、本願発明者がその原因を追究したところ、反
応ガス導入前におけるチャンバー内の圧力、即ちベーシ
ックプレッシャーが充分に低くないことに起因すること
が判明した。この点について詳細に説明すると下記のと
おりである。
従来からCVDは短時間に多くの半導体ウエハを処理す
るという観点から真空引き等の時間を短縮させるためで
きるだけ低真空状態で、換言すれば余り低くないベーシ
ックプレッシャーで行われる傾向にあった。そして、こ
れは選択タングステンCVD法についても例外ではなく、
例えば1×10-3Torrというような低真空をベーシックプ
レッシャーとして行われた。すると、第3図に示すよう
に残留ガス成分により吸着物11が生じ、生じた場所が絶
縁膜8上であればそれを核としてタングステンの成長が
生じるので、タングステンの異常成長、選択性の低下乃
至破壊の原因となる。また、コンタクトホール9内に吸
着物11が生じれば下地との密着性が悪くなり、剥れ易く
なるし、膜質も悪くなるのである。
そこで、CVDするときのベーシックプレッシャーを低
くするとチャンバー内の残留ガスによる半導体ウエハ上
への分子の吸着がしにくくなり、その吸着にかかる時間
を長くすることができる筈であり、その時間が実際にデ
ポジションに要する時間、即ち前処理を開始した後本処
理を終了するまでに要する時間(例えば60秒)よりも長
くなるようにすれば、選択タングステン膜の成長が分子
層によって妨げられることを防止できるのではないかと
思いつき、更に実験と考察を重ねた結果、本発明を為す
に至ったのである。
しかして、本発明はデポジションにより形成される金
属の膜質、選択性、密着性の向上を図ることを目的とす
る。
(E.問題点を解決するための手段) 本発明デポジション方法は上記問題点を解決するた
め、デポジション用ガス導入前におけるチャンバー内圧
力を、3×10-4[Torr]を前処理後デポジション終了ま
でに要する時間[秒]で除した値以下で1×10-6[Tor
r]以上の値にして、残留ガスの単分子層が被処理基板
上に形成される前にデポジションを終えるようにするこ
とを特徴とする。
(F.作用) 本発明デポジション方法によれば、残留ガスによる被
処理基板表面へ分子層が付着するまでにデポジションを
終了させることができ、残留ガスにより金属の正常なデ
ポジションが妨げられることを回避することができる。
この点について具体的に説明すると次のとおりである。
一般に、気体運動論によると、圧力P[Torr]の雰囲
気から1cm2の表面に温度T[K(絶対温度)]で分子量
Mの分子が毎秒衝突する数Nは次式で表わされる。
N=2.89×1022P(MT)−1/2cm-2s-1 但し、sは時間[秒] ところで、仮にチャンバー内のデポジション用ガス導
入前の圧力Pが1×10-3Torrであったら、温度を25℃と
したとき上記式から残留ガスによる分子(例えばN2
子)は毎秒被処理基板の表面1cm2の領域に3.16×1017
衝突することになる。そして、分子がN2分子であるとこ
れの原子間距離は3Å程度であるので、これより原子の
第1層には1cm2当たり約1017個の原子が存在することに
なる。従って、半導体ウエハの衝突分子全てが表面に吸
着すると、約0.3秒で単分子層が形成されてしまうこと
になる。そして、この吸着物がタングステンW等のメタ
ルの正常な吸着を阻害することになる。
しかるに、真空度がそれよりずっと高く、例えば1×
10-6Torrだとすると、半導体ウエハの表面1cm2への分子
の衝突数は3.16×1014個であり、衝突分子N2による単分
子層が形成されるまでに要する時間が約316秒(5.3分)
となる。このように分子の吸着時間が長いとその間に、
即ち残留ガスが吸着する前にデポジションを終えてしま
うことができ、そうすることによって金属の正常なデポ
ジションが可能となる。
そこで、実際のデポジション方法においてベーシック
プレッシャーがどうあれば良いかについて考察したとこ
ろの次の結論を得た。仮に前処理後デポジション終了ま
でに要する時間を1分間(60秒間)とすると、最低この
時間残留ガスの被処理基板への吸着を防止することがで
きれば良いことになる。そして、1cm2の範囲では原子の
第1層には1017個の原子が存在していることから、1分
間に1017個以上の原子が吸着しなければ良い。従って、
1秒間だと1.6×1015個以下の原子が吸着する真空度よ
りも高い真空度にベーシックプレッシャーを設定すれば
良いことになる。従って、前述の式から、 1.6×1015=2.891022×P[28×(25+273)]−1/2 となる。
∴P=5.06×10-6Torr 従って、前処理後デポジション終了の時間が1分間の
場合にはベーシックプレッシャーを5.06×10-6Torrより
も低くすれば良い。
前処理後デポジション終了の時間をx[秒]としてこ
の式を普遍化すれば下記のとおりである。
P≦3×10-4/x[Torr] そして、そのチャンバー内圧力の下限を1×10-6[To
rr]にしたので、生産性が徒に低くなることはない。
(G.実施例)[第1図、第2図] 以下、本発明デポジション方法を図示実施例に従って
詳細に説明する。
第1図は本発明デポジション方法の実施に用いるCVD
装置の一例を示す模式的縦断面図である。
図面において、1は前処理室で、この内部でタングス
テンの選択成長にあたっての前処理が行われる。2はウ
エハ載置台、3は該ウエハ載置台2上に載置された半導
体ウエハである。
該前処理室1はゲートバルブ4を介して本処理室5に
連通されており、前処理室1で前処理した半導体ウエハ
3をゲートバルブ4を通して本処理室1に大気に晒すこ
となく搬送できるようになっている。6は半導体ウエハ
載置台である。
前処理チャンバー1において半導体ウエハ3に対して
前処理を行った後、該半導体ウエハ3を本処理チャンバ
ー4に移してここでタングステン膜のデポジションを行
うが、前処理チャンバー1及び本処理(デポジション)
チャンバー5のベーシックプレッシャーは、前処理を終
えてからデポジションが終了するまでの時間x[秒]に
応じて前述の式(作用の欄参照)に基づいて設定する。
例えば、上記時間xが60秒(1分)であれば5.06×10
-6Torr以下、120秒(2分)であれば2.53×10-6Torr以
下というようにである。
第2図(A)、(B)は本発明デポジション方法を実
施した場合と従来による場合を比較して選択タングステ
ン膜を示す断面図であり、この断面図はSEM撮影したも
のを模写したものである。同図(A)は本発明デポジシ
ョン方法を実施した場合、具体的には上記時間xが60秒
程度で、ベーシックプレッシャーが1×10-6Torrの場合
を示し、同図(B)は従来の場合、具体的には上記時間
xが60秒程度で、ベーシックプレッシャーが1×10-3To
rrの場合を示す。
この第2図(A)、(B)から明らかなように、同図
(A)に示す本発明デポジション方法による場合の方が
同図(B)に示す従来のデポジション方法による場合よ
りもタングステン膜の膜質が密で、剥れ等が生じにく
い。同図において、7はシリコン半導体基板、8は例え
ばSiO2からなる絶縁膜、9はコンタクトホール、10はタ
ングステン膜である。
尚、上記実施例はデポジションの前処理と本処理とを
ゲートバルブを介して連通された別のチャンバーで行う
ものであったが、一つのチャンバー内で前処理と、本処
理とを行う態様でも本発明を実施することができる。
(H.発明の効果) 以上に述べたように、本発明デポジション方法は、被
処理基板上に金属をデポジションするデポジション方法
において、デポジション用ガス導入前における圧力を、
3×10-4[Torr]を前処理後デポジション終了までに要
する時間[秒]で除した値以下で1×10-6[Torr]以上
の値にして、残留ガスの単分子層が被処理基板上に形成
される前にデポジションを終えるようにすることを特徴
とするものである。
従って、前に述べたように、本発明デポジション方法
によれば、残留ガスによる被処理基板表面への分子層が
付着するまでにデポジションを終えることができ、残留
ガスにより金属の正常なデポジションが妨げられること
を回避することができる。
そして、そのチャンバー内圧力の下限を1×10-6[To
rr]にしたので、生産性が徒に低くなることはない。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図(A)、(B)は本発明デポジション方
法の一つの実施例を説明するためのもので、第1図はデ
ポジションに使用するCVD装置の断面図、第2図
(A)、(B)は本発明による場合と従来の場合との金
属膜を比較して示す断面図で、同図(A)は本発明によ
る場合を示し、同図(B)は従来による場合を示し、第
3図は発明が解決しようとする問題点を説明するための
断面図である。 符号の説明 3(7)……被処理基板、 10……金属。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/31 - 21/32 H01L 21/285

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理基板上に金属をデポジションするデ
    ポジション方法において、 デポジション用ガス導入前におけるチャンバー内圧力
    を、3×10-4[Torr]を前処理後デポジション終了まで
    に要する時間[秒]で除した値以下で1×10-6[Torr]
    以上の値にして、残留ガスの単分子層が被処理基板上に
    形成される前にデポジションを終えるようにする ことを特徴とするデポジション方法
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