JP3522738B2 - Metal thin film formation method by chemical vapor deposition - Google Patents

Metal thin film formation method by chemical vapor deposition

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JP3522738B2 JP2002313147A JP2002313147A JP3522738B2 JP 3522738 B2 JP3522738 B2 JP 3522738B2 JP 2002313147 A JP2002313147 A JP 2002313147A JP 2002313147 A JP2002313147 A JP 2002313147A JP 3522738 B2 JP3522738 B2 JP 3522738B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスの製造の
際に、基体上に金属薄膜を形成するための化学気相成長
による金属薄膜形成方法に関し、詳しくは、励起したガ
スを使用する化学気相成長による金属薄膜形成方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a metal thin film by chemical vapor deposition for forming a metal thin film on a substrate during the manufacture of semiconductor devices, and more particularly to a chemical vapor deposition method using an excited gas. The present invention relates to a method for forming a metal thin film by phase growth.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化が進むに伴な
って、絶縁膜に形成されるコンタクトホールやスルホー
ルの径は極度に微細化されてきている。このような微細
パターンの段差部の穴埋め、たとえば基板上の絶縁膜中
のコンタクトホールやスルホールへの高融点金属などの
穴埋めの技術としては、化学気相成長法(以下、CVD
と称する)が有効であることが知られている。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices have been highly integrated, the diameters of contact holes and through holes formed in an insulating film have been extremely miniaturized. As a technique for filling the stepped portion of such a fine pattern, for example, filling a contact hole or a through hole in an insulating film on a substrate with a refractory metal or the like, a chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as CVD
Are called effective).

【0003】金属薄膜を基板上に堆積して段差部の穴埋
めをする従来のCVDでは、原料ガスとして、たとえば
タングステンやモリブデン等のフッ化物を用い、この金
属フッ化物を、反応性ガスである水素やシラン系ガスと
の混合ガスとしてCVD装置に導入し、プラズマや紫外
線等によりこの反応性ガスを励起させながら、この原料
ガスと反応性ガスの還元反応を基板上で行い金属の薄膜
を堆積している(特開昭63−65075号公報、特開
昭64−233号公報)。
In the conventional CVD in which a metal thin film is deposited on a substrate to fill a stepped portion, a fluoride such as tungsten or molybdenum is used as a source gas, and the metal fluoride is used as a reactive gas, hydrogen. It is introduced into a CVD apparatus as a mixed gas with a silane-based gas, and while this reactive gas is excited by plasma, ultraviolet rays, etc., a reduction reaction of this raw material gas and the reactive gas is performed on the substrate to deposit a metal thin film. (JP-A-63-65075 and JP-A-64-233).

【0004】しかし、化学気相成長法による基体上での
金属薄膜の形成は、原料ガスと反応性ガスの選択により
ほぼ決まっており、選択された原料ガスと反応性ガスの
反応過程に依存して、ウェーハ基板や堆積した金属薄膜
のエッチング反応がおこる。たとえば基板上へのタング
ステン薄膜の形成に当たっては、フッ化タングステンを
金属タングステンに還元するための還元反応は、最終生
成物として還元により基体上に堆積させる金属タングス
テンの外に、三フッ化シラン(SiHF3)を生成する
反応が最も進行しやすい反応として伴なわれる。そのた
め、水素を反応性ガスとして用いた場合には、反応温度
として400〜500℃程度の温度が必要であり、この
反応温度ではシリコン基板のエッチング反応が促進され
たり、生成した金属薄膜表面が荒れたりする。
However, the formation of the metal thin film on the substrate by the chemical vapor deposition method is almost determined by the selection of the source gas and the reactive gas, and depends on the reaction process of the selected source gas and the reactive gas. As a result, an etching reaction of the wafer substrate and the deposited metal thin film occurs. For example, in forming a tungsten thin film on a substrate, a reduction reaction for reducing tungsten fluoride to metallic tungsten is performed by reducing trifluorosilane (SiHF3) in addition to metallic tungsten to be deposited on a substrate by reduction as a final product. ) Is generated as the reaction most likely to proceed. Therefore, when hydrogen is used as the reactive gas, a reaction temperature of about 400 to 500 ° C. is required. At this reaction temperature, the etching reaction of the silicon substrate is promoted, or the surface of the formed metal thin film becomes rough. Or

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この様に、反応性ガス
として水素を用いた場合には反応に高温度を必要とする
ために、表面の荒れや基板の侵食等を起し、これが漏洩
電流や薄膜剥離の原因となっている。
As described above, when hydrogen is used as a reactive gas, a high temperature is required for the reaction, so that the surface is roughened or the substrate is eroded, which causes leakage current. It is also a cause of thin film peeling.

【0006】そこで、本発明の目的は、基板の侵食を防
止して漏洩電流を押さえ、膜表面の平坦性を向上した化
学気相成長法による金属薄膜形成方法を提供することに
ある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a metal thin film by a chemical vapor deposition method in which corrosion of a substrate is prevented, leakage current is suppressed, and flatness of a film surface is improved.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、化学気相成長法により段差部を有する半導
体デバイス基板上に金属薄膜を形成する方法において、
前記半導体デバイス基板を反応室内に載置し、室温から
400℃未満に保持する工程と、前記反応室を排気する
工程と、ハロゲン化物を含む原料ガスを前記反応室内に
導入する工程と、前記原料ガスを前記気体上に吸着させ
る工程と、前記原料ガスの導入を中断して排気する工程
と、前記反応室に接続された放電管に反応性ガスを導入
して励起する工程と、前記励起された反応性ガスにより
前記半導体デバイス基板に吸着された前記原料ガスを反
応させて薄膜を前記基体上に形成する工程と、前記反応
性ガスの導入を中断して排気する工程と、を有すること
を特徴とする化学気相成長方法による金属薄膜形成方法
である。また、本発明は、複数のガスを交互に半導体デ
バイス基板上に導入することで金属薄膜を形成する化学
気相成長方法であって、反応室内において、前記半導体
デバイス基板を室温から400℃未満に保持する工程
と、前記反応室を排気する工程と、ハロゲン化物を含む
第1の原料ガスを前記反応室内に導入する工程と、前記
第1の原料ガスを前記気体上に吸着させる工程と、前記
第1の原料ガスの導入を中断して排気する工程と、前記
反応室に接続された放電管に第2のガスを導入して励起
する工程と、前記励起された第2のガスにより前記半導
体デバイス基板に吸着された前記第1の原料ガスを反応
させて薄膜を前記半導体デバイス基板上に形成する工程
と、前記第2のガスの導入を中断して排気する工程と、
を有することを特徴とする化学気相成長方法による金属
薄膜形成方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above object, the present invention provides a semiconductor having a step portion by a chemical vapor deposition method.
In a method of forming a metal thin film on a body device substrate,
Place the semiconductor device substrate in the reaction chamber, and
A step of maintaining the temperature below 400 ° C. and exhausting the reaction chamber
Process and source gas containing halide in the reaction chamber
Introducing step, and adsorbing the source gas on the gas
And the step of evacuating by interrupting the introduction of the raw material gas
And introducing a reactive gas into the discharge tube connected to the reaction chamber.
And the step of exciting and by the excited reactive gas
The raw material gas adsorbed on the semiconductor device substrate is
And forming a thin film on the substrate by the reaction
A step of interrupting the introduction of the volatile gas and exhausting the gas, the method for forming a metal thin film by a chemical vapor deposition method. Further, according to the present invention, a plurality of gases are alternately placed in a semiconductor device.
Chemistry for forming a metal thin film by introducing it on a vice substrate
A method for vapor phase growth, comprising:
Step of keeping device substrate from room temperature to less than 400 ° C
And evacuating the reaction chamber, including a halide
Introducing a first source gas into the reaction chamber;
Adsorbing a first source gas onto the gas, and
A step of interrupting the introduction of the first source gas and exhausting the gas;
Excitation by introducing a second gas into the discharge tube connected to the reaction chamber
And a step of using the excited second gas
Reacting the first source gas adsorbed on the body device substrate
Forming a thin film on the semiconductor device substrate
And interrupting the introduction of the second gas and exhausting the gas,
By a chemical vapor deposition method characterized by having
This is a thin film forming method.

【0008】[0008]

【作用】本発明は、化学気相成長法により金属薄膜を半
導体デバイス基板などの基体上に形成する際に、原料ガ
スと、励起手段により励起した反応性ガスとを交互に基
体上に導入し、原料ガス導入により基体上に吸着した原
料ガスを、次いで導入された励起した反応性ガスで反応
させて金属薄膜を形成し、この工程を繰り返し行って所
要の膜厚の金属薄膜を基体上に形成するものである。
According to the present invention, when a metal thin film is formed on a substrate such as a semiconductor device substrate by a chemical vapor deposition method, a source gas and a reactive gas excited by an exciting means are alternately introduced onto the substrate. The raw material gas adsorbed on the substrate by introducing the raw material gas is reacted with the excited reactive gas introduced to form a metal thin film, and this step is repeated to form a metal thin film of a desired thickness on the substrate. To form.

【0009】特に、本発明では、反応性ガス導入時に、
反応性ガスを適切な励起手段により励起させて、水素ラ
ジカル等の励起種として基体上に導入することにより、
反応温度を低下でき、金属薄膜をより短時間で形成でき
る。
Particularly, in the present invention, when the reactive gas is introduced,
By exciting the reactive gas by an appropriate excitation means and introducing it as an excited species such as a hydrogen radical on the substrate,
The reaction temperature can be lowered and the metal thin film can be formed in a shorter time.

【0010】これは、たとえば水素ガスを反応性ガスと
して、たとえば電子サイクロトロン共鳴により形成され
るプラズマや、紫外線により励起させ、水素ラジカルの
励起種として導入して、基体表面に吸着したたとえば六
フッ化タングステンの原料ガスが反応して、薄膜状の金
属タングステンを形成する。この場合、基体温度は原料
ガスの吸着状態にのみ影響し、反応自体には影響するこ
とがないため、基体温度は反応性ガスを励起させないと
きより低くなる。基体温度が低いため、原料ガスによる
シリコン基板等の基体の侵食と、膜表面の荒れ防止をさ
らによくする。
This is because, for example, hydrogen gas is used as a reactive gas, and is excited by plasma formed by electron cyclotron resonance or by ultraviolet rays, for example, is introduced as an excited species of hydrogen radicals, and is adsorbed on the substrate surface, for example, hexafluoride. The source gas of tungsten reacts with each other to form thin film metal tungsten. In this case, the substrate temperature affects only the adsorbed state of the raw material gas and does not affect the reaction itself, so that the substrate temperature becomes lower than when the reactive gas is not excited. Since the substrate temperature is low, the erosion of the substrate such as the silicon substrate by the source gas and the roughening of the film surface are further prevented.

【0011】本発明で用いる基体とは、半導体集積回路
製造用のシリコンや化合物半導体などのウェーハ基板、
液晶表示装置やプラズマ表示装置などに用いられるガラ
ス基板およびその他の半導体デバイス製造用基板などの
基体であり、特にその表面に絶縁膜を設けた基板、特に
コンタクトホールやスルホールのごとき段差部のあるも
ので、その段差部を金属で埋め込む必要のあるものであ
る。
The substrate used in the present invention is a wafer substrate of silicon or compound semiconductor for manufacturing semiconductor integrated circuits,
Substrates such as glass substrates used for liquid crystal display devices and plasma display devices and substrates for manufacturing other semiconductor devices, especially substrates having an insulating film on the surface thereof, particularly those having stepped portions such as contact holes and through holes Therefore, it is necessary to embed the stepped portion with metal.

【0012】本発明で用いる原料ガスは、金属ハロゲン
化物、たとえば六フッ化タングステン、四塩化チタンお
よび有機金属化合物、たとえばトリメチルアルミニウ
ム、トリエチルアルミニウムなどである。また、本発明
で用いる反応性ガスは、上記原料ガスと反応することが
できるガスで、たとえば水素、ヒドラジン、ホスフィ
ン、およびジボランなどである。
The source gas used in the present invention is a metal halide such as tungsten hexafluoride, titanium tetrachloride and an organic metal compound such as trimethylaluminum and triethylaluminum. The reactive gas used in the present invention is a gas capable of reacting with the above-mentioned raw material gas, and examples thereof include hydrogen, hydrazine, phosphine, and diborane.

【0013】本発明における基体温度(CVDプロセス
温度)は、室温から400℃未満の一定温度である。
The substrate temperature (CVD process temperature) in the present invention is a constant temperature from room temperature to less than 400.degree.

【0014】すなわち、本発明では、全CVDプロセス
を通して、上記の範囲から選択された一定の基体温度を
用いるので、基体温度を変えるための基体の加熱、冷却
のヒートサイクル(複数回)を行う必要がない。このた
め、CVDプロセス時間が短縮される。特に、励起手段
を用いているので、これを用いないときに比べCVDプ
ロセス時間を短縮できる。
That is, in the present invention, since a constant substrate temperature selected from the above range is used throughout the entire CVD process, it is necessary to perform a heat cycle (a plurality of times) for heating and cooling the substrate to change the substrate temperature. There is no. Therefore, the CVD process time is shortened. Particularly, since the excitation means is used, the CVD process time can be shortened as compared with the case where this is not used.

【0015】本発明では、原料ガスと反応性ガスの導入
を交互に行うため、原料ガスによる基体の侵食や膜表面
の荒れが防止される。
In the present invention, since the raw material gas and the reactive gas are introduced alternately, erosion of the substrate and roughening of the film surface due to the raw material gas are prevented.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の実施例を添付した図面を参照
して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0017】参考例 ここでまず、本発明の前提となる原料ガスと励起してい
ない反応性ガスを交互に導入して、化学気相成長法によ
り金属の薄膜を形成した例を説明する。
Reference Example 1 First, an example of forming a metal thin film by a chemical vapor deposition method by alternately introducing a raw material gas and a non-excited reactive gas, which are the premise of the present invention, will be described.

【0018】図1に示したCVD装置を用いて原料ガス
である六フッ化タングステン(WF 6)と、反応性ガス
である水素ガス(H2)とを半導体デバイス基板上に、
図2に示す時間間隔とガス流量で交互に導入して金属タ
ングステン膜を形成した。
Source gas using the CVD apparatus shown in FIG.
Tungsten hexafluoride (WF 6) And reactive gas
Hydrogen gas (H2) And on the semiconductor device substrate,
Introduced alternately with the time interval and gas flow rate shown in Fig.
A tungsten film was formed.

【0019】すなわち、CVD室4内を圧力制御装置8
を経て真空ポンプ5で数10Torrに減圧した後に、
ガス導入口1より原料ガス6として六フッ化タングステ
ン(WF6)をガス流量制御装置2aを介してCVD室
4内へ、図3Aで示すように導入した。このとき、CV
D室4内および半導体デバイス基板9は400℃で一定
に加熱保持した。
That is, the pressure control device 8 is provided inside the CVD chamber 4.
After reducing the pressure to several tens of Torr by the vacuum pump 5,
As a raw material gas 6, tungsten hexafluoride (WF 6 ) was introduced into the CVD chamber 4 through the gas flow rate control device 2a from the gas inlet 1 as shown in FIG. 3A. At this time, CV
The inside of the D chamber 4 and the semiconductor device substrate 9 were heated and held at 400 ° C. constantly.

【0020】原料ガス(WF6)は、半導体デバイス基
板9上に3〜5分子の層厚で吸着され(WFx)、次い
で、図3Bで示すように原料ガスの供給を中断し、反応
性ガス7としての水素(H2)をガス流量制御装置2b
を介してCVD室4内へ導入する。半導体デバイス基板
9上に吸着した原料(WFx)は、水素ガス(H2)に
よって還元されて、タングステン(W)の薄膜を半導体
デバイス基板9に堆積させた(図3C)。
The raw material gas (WF 6 ) is adsorbed on the semiconductor device substrate 9 in a layer thickness of 3 to 5 molecules (WFx), and then the supply of the raw material gas is interrupted as shown in FIG. Hydrogen (H 2 ) as gas flow controller 2 b
It is introduced into the CVD chamber 4 via. The raw material (WFx) adsorbed on the semiconductor device substrate 9 was reduced by hydrogen gas (H2) to deposit a thin film of tungsten (W) on the semiconductor device substrate 9 (FIG. 3C).

【0021】以後、金属薄膜が所望の厚さに半導体デバ
イス基板9上に形成できるように原料ガスと反応性ガス
を交互に図2で示す時間間隔とガス流量で供給を繰り返
すことによりタングステン(W)の薄膜を形成した。
Thereafter, the source gas and the reactive gas are alternately supplied at the time intervals and the gas flow rates shown in FIG. 2 so that the metal thin film can be formed on the semiconductor device substrate 9 to have a desired thickness. ) Thin film was formed.

【0022】従来の六フッ化タングステン(WF)と
水素ガス(H)の混合ガス、および六フッ化タングス
テン(WF)と反応性ガスとして四水素化ケイ素(S
iH)の混合ガスをそれぞれ用いるCVDでタングス
テン薄膜を同じ基体上に形成した場合と、参考例の方
法で成膜した場合の基体温度と物性を下記表1に比較し
て示す。
A conventional mixed gas of tungsten hexafluoride (WF 6 ) and hydrogen gas (H 2 ), and tungsten hexafluoride (WF 6 ) and silicon tetrahydride (S) as a reactive gas.
Table 1 below shows the substrate temperature and physical properties when a tungsten thin film is formed on the same substrate by CVD using a mixed gas of iH 4 ) and when the film is formed by the method of Reference Example 1 .

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】表1中、段差被覆率とは、平面上の生成膜
の膜厚aに対するホール底部上の生成膜の膜厚bの比、
b/a×100%で表示したもので、100%に近い程
よい。また、表面荒さは表面反射率から評価したもので
あり、◎印は表面状態が実質的にミラー表面であり、優
れていること、○印は表面状態がミラー表面に近く良好
なこと、△印は表面状態がミラー表面にはほど遠く不良
であることを表す。
In Table 1, the step coverage is the ratio of the film thickness a of the film formed on the plane to the film thickness b of the film formed on the bottom of the hole.
It is expressed by b / a × 100%, and the closer to 100% the better. The surface roughness is evaluated from the surface reflectance, and ◎ indicates that the surface state is substantially the mirror surface and is excellent, and ○ indicates that the surface state is close to the mirror surface and good, and the Δ mark Indicates that the surface condition is far from the mirror surface and is defective.

【0025】上記表1から、原料ガス供給と、反応性ガ
ス供給を交互に不連続的に繰り返すことで、基体浸蝕の
ない、表面平坦性に優れた金属の薄膜が形成されている
ことがわかる。
It can be seen from Table 1 above that by alternately and discontinuously supplying the raw material gas and the reactive gas, a metal thin film having no surface erosion and excellent surface flatness is formed. .

【0026】実施例1 図4に示すように、励起手段としてRF誘導プラズマを
備えたCVD装置を用いて、原料ガスとして六フッ化タ
ングステン(WF6)と、反応性ガスとして水素ガス
(H2)とを半導体デバイス基板9上に、図2の時間間
隔と類似の時間間隔とガス流量で交互に不連続的に導入
して金属タングステン膜を形成した。
Example 1 As shown in FIG. 4, a CVD apparatus equipped with an RF induction plasma as an excitation means was used, and tungsten hexafluoride (WF 6 ) was used as a source gas, and hydrogen gas (H 2 was used as a reactive gas). 2) and (4) are alternately and discontinuously introduced on the semiconductor device substrate 9 at time intervals and gas flow rates similar to those of FIG. 2 to form a metal tungsten film.

【0027】すなわち、放電管3内をCVD室4内と共
に圧力制御装置8を経て真空ポンプ5で数10Torr
に減圧した後に、ガス導入口より原料ガス6として六フ
ッ化タングステン(WF6)をガス流量制御装置2aを
介して放電管3へ導入する。このとき、反応室4内およ
び半導体デバイス基板9の温度は300℃もしくはそれ
以下の温度となるように加熱した。
That is, the inside of the discharge tube 3 together with the inside of the CVD chamber 4 is passed through the pressure control device 8 and the vacuum pump 5 to several tens Torr.
After the pressure is reduced to 2, tungsten hexafluoride (WF 6 ) as a source gas 6 is introduced into the discharge tube 3 through the gas flow rate control device 2a from the gas introduction port. At this time, the temperature in the reaction chamber 4 and the semiconductor device substrate 9 was heated to 300 ° C. or lower.

【0028】半導体デバイス基板9上に原料ガス(WF
6)は3〜5分子の層厚で吸着される(WFx)。次い
で、原料ガスの供給を中断し、反応性ガス7としての水
素(H2)をガス流量制御装置2bを介して放電管3内
へ導入する。そして、高周波発生器10により高周波を
導入して放電管3内にプラズマを形成し、H2ガスを励
起状態(H)にして基体上に供給する。半導体デバイス
基板9上に吸着した原料(WFx)は、励起Hによって
還元されてタングステン(W)の薄膜を半導体デバイス
基板9に堆積させた。
On the semiconductor device substrate 9, the source gas (WF
6 ) is adsorbed with a layer thickness of 3 to 5 molecules (WFx). Then, the supply of the raw material gas is interrupted, and hydrogen (H 2 ) as the reactive gas 7 is introduced into the discharge tube 3 via the gas flow rate control device 2b. Then, a high frequency is introduced by the high frequency generator 10 to form plasma in the discharge tube 3, and the H 2 gas is excited (H) and supplied onto the substrate. The raw material (WFx) adsorbed on the semiconductor device substrate 9 was reduced by excitation H to deposit a thin film of tungsten (W) on the semiconductor device substrate 9.

【0029】以後、金属薄膜が所望の厚さに形成できる
ように原料ガスと反応性ガスの供給を交互に繰り返すこ
とによりタングステン(W)の薄膜を形成した。このと
き放電を安定させるためにアルゴンガスなどを添加する
こともできる。
Thereafter, a thin film of tungsten (W) was formed by alternately repeating the supply of the source gas and the reactive gas so that the thin metal film could be formed to a desired thickness. At this time, argon gas or the like can be added to stabilize the discharge.

【0030】上記プロセスにより参考例と同等の特性
を有する金属タングステン薄膜を得た。反応性ガスの励
起手段としてRF誘導プラズマを用いることにより、励
起手段を用いないときよりも低い基体温度を用いること
ができ、しかもCVDプロセス時間を短縮できた。
A metal tungsten thin film having the same characteristics as in Reference Example 1 was obtained by the above process. By using the RF induction plasma as the means for exciting the reactive gas, it was possible to use a lower substrate temperature than when the exciting means was not used, and the CVD process time could be shortened.

【0031】実施例2 図5に示すように、励起手段として電子サイクロトロン
共鳴を備えたCVD装置を用いて、実施例2と同様にし
て、CVDにより金属タングステン膜を半導体デバイス
基板9上に形成した。
Example 2 As shown in FIG. 5, using a CVD apparatus equipped with electron cyclotron resonance as an excitation means, a metal tungsten film was formed on the semiconductor device substrate 9 by CVD in the same manner as in Example 2. .

【0032】すなわち、実施例1で用いたRF誘導放電
管の代わりに、マイクロ波発振器13と電磁石12から
なる電子サイクロトロン共鳴放電管14を用い、原料ガ
ス6である六フッ化タングステン(WF)と反応性ガ
ス7である水素ガス(H)とを図2に示した時間間隔
と同様に交互に導入し、水素(H)ガスを電子サイク
ロトロン共鳴放電により励起種(H)生成を行い、実施
例2と同様にして、参考例と同等の特性を有する金属
タングステン薄膜を得た。このとき放電を安定させるた
めにアルゴンガスなどを添加してもよい。
That is, instead of the RF induction discharge tube used in Example 1, an electron cyclotron resonance discharge tube 14 composed of a microwave oscillator 13 and an electromagnet 12 is used, and tungsten hexafluoride (WF 6 ) as a source gas 6 is used. 2 and hydrogen gas (H 2 ) which is the reactive gas 7 are alternately introduced at the same time intervals as shown in FIG. 2, and the hydrogen (H 2 ) gas is excited to generate excited species (H) by electron cyclotron resonance discharge. A metal tungsten thin film having the same characteristics as in Reference Example 1 was obtained in the same manner as in Example 2. At this time, argon gas or the like may be added to stabilize the discharge.

【0033】反応性ガスの励起手段として電子サイクロ
トロン共鳴を用いることにより、励起手段を用いないと
きよりも低い基体温度を用いることができ、しかもCV
Dプロセス時間を短縮できた。
By using electron cyclotron resonance as the means for exciting the reactive gas, it is possible to use a lower substrate temperature than when no means for exciting is used, and moreover, CV
D Process time could be shortened.

【0034】参考例2 図6に示すように、励起手段として紫外線を使用した光
励起を用いたCVD装置を用いて、実施例1と同様にし
て、CVDにより金属タングステン膜を半導体デバイス
基板9上に形成した。
Reference Example 2 As shown in FIG. 6, a metal tungsten film is deposited on the semiconductor device substrate 9 by CVD in the same manner as in Example 1 using a CVD apparatus using photoexcitation using ultraviolet rays as excitation means. Formed.

【0035】すなわち、実施例1で用いたRF誘導放電
管の代わりに、紫外線ランプ15を半導体デバイス基板
9上に設置してあり、原料ガス6である六フッ化タング
ステン(WF)と反応性ガス7である水素ガス
(H)の交互導入と紫外線光による反応性ガス
(H)の励起種(H)生成とを上記実施例2と同様に
して行って、参考例と同等の特性を有する金属タング
ステン薄膜を得た。
That is, instead of the RF induction discharge tube used in Example 1, an ultraviolet lamp 15 is installed on the semiconductor device substrate 9, and it reacts with tungsten hexafluoride (WF 6 ) which is the source gas 6. Alternate introduction of hydrogen gas (H 2 ) as gas 7 and generation of excited species (H) of reactive gas (H 2 ) by ultraviolet light were performed in the same manner as in Example 2 above, and the same as in Reference Example 1 was performed. A metallic tungsten thin film having characteristics was obtained.

【0036】反応性ガスの励起手段として紫外線ランプ
を用いることにより、励起手段を用いないときよりも低
い基体温度を用いることができ、しかもCVDプロセス
時間を短縮できた。
By using an ultraviolet lamp as the means for exciting the reactive gas, it was possible to use a lower substrate temperature than when the exciting means was not used, and it was possible to shorten the CVD process time.

【0037】なお、紫外線光源としてはエキマレーザな
どの紫外線レーザや水素放電による真空紫外線光源など
を用いることもできる。また、参考例2に実施例1およ
び2の方法を組み合わせることも可能である。
As the ultraviolet light source, an ultraviolet laser such as an excimer laser or a vacuum ultraviolet light source by hydrogen discharge can be used. Further, it is possible to combine the method of Examples 1 and 2 with the reference example 2 .

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、原
料ガスを反応性ガスを用いて分解する化学気相成長法に
より薄膜を形成する方法において、原料ガスと、励起し
た反応性ガスとを交互に基体上に導入することにより、
基体の侵食や金属薄膜表面の荒れのない、漏洩電流を抑
え、薄膜表面の平坦性が向上した金属薄膜が得られる。
As described above, according to the present invention, in a method for forming a thin film by a chemical vapor deposition method in which a source gas is decomposed by using a reactive gas, the source gas and the excited reactive gas are used. By alternately introducing on the substrate,
It is possible to obtain a metal thin film in which the leakage current is suppressed and the flatness of the thin film surface is improved, without erosion of the substrate or roughness of the metal thin film surface.

【0039】また、励起した反応性ガスを用いることに
より、励起種を用いないときよりもより低い基体温度を
用いることができ、CVD時間を短縮することができ
る。
Further, by using the excited reactive gas, it is possible to use a lower substrate temperature than when no excited species is used, and the CVD time can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 参考例に用いたCVD装置の概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of a CVD apparatus used in Reference Example 1 .

【図2】 参考例において、原料ガスと反応性ガスと
を交互に不連続的に導入する時間間隔をガス流量と供に
示す。
FIG. 2 shows the time intervals at which the source gas and the reactive gas are alternately and discontinuously introduced in Reference Example 1 together with the gas flow rate.

【図3】 参考例による薄膜形成のステップを示す概
略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing steps of forming a thin film according to Reference Example 1 .

【図4】 本発明の実施例1に用いたCVD装置の概略
図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a CVD apparatus used in Example 1 of the present invention.

【図5】 本発明の実施例2に用いたCVD装置の概略
図である。
FIG. 5 is a schematic view of a CVD apparatus used in Example 2 of the present invention.

【図6】 参考例2に用いたCVD装置の概略図であ
る。
6 is a schematic view of a CVD apparatus used in Reference Example 2. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ガス導入口、 2…ガス流量制御装置、 3…放電管、 4…反応室、 5…真空ポンプ、 6…原料ガス、 7…反応性ガス、 8…圧力制御装置、 9…半導体デバイス基板、 10…高周波発振器、 11…コイル、 12…電磁石、 13…マイクロ波発振器、 14…電子サクロトロン共鳴放電管、 15…紫外線ランプ。 1 ... Gas inlet, 2 ... Gas flow controller, 3 ... discharge tube, 4 ... Reaction chamber, 5 ... vacuum pump, 6 ... Raw material gas, 7 ... Reactive gas, 8 ... Pressure control device, 9 ... Semiconductor device substrate, 10 ... High frequency oscillator, 11 ... coil, 12 ... electromagnet, 13 ... Microwave oscillator, 14 ... Electron sacrotron resonance discharge tube, 15 ... UV lamp.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/28 - 21/285 JICSTファイル(JOIS)Front page continuation (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 16/00-16/56 H01L 21/205 H01L 21/28-21/285 JISST file (JOIS)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 化学気相成長法により段差部を有する半
導体デバイス基板上に金属薄膜を形成する方法におい
て、 前記半導体デバイス基板を反応室内に載置し、室温から
400℃未満に保持する工程と、 前記反応室を排気する工程と、 ハロゲン化物を含む原料ガスを前記反応室内に導入する
工程と、 前記原料ガスを前記気体上に吸着させる工程と、 前記原料ガスの導入を中断して排気する工程と、 前記反応室に接続された放電管に反応性ガスを導入して
励起する工程と、 前記励起された反応性ガスにより前記半導体デバイス基
板に吸着された前記原料ガスを反応させて薄膜を前記基
体上に形成する工程と、 前記反応性ガスの導入を中断して排気する工程と、 を有する ことを特徴とする化学気相成長方法による金属
薄膜形成方法。
1. A half having a step portion by a chemical vapor deposition method.
In the method of forming a metal thin film on a conductor device substrate
Te, and placing the semiconductor device substrate in a reaction chamber, from room temperature
A step of maintaining the temperature below 400 ° C., a step of exhausting the reaction chamber, and a step of introducing a source gas containing a halide into the reaction chamber.
A step of adsorbing the source gas on the gas, a step of interrupting the introduction of the source gas and exhausting it, and introducing a reactive gas into the discharge tube connected to the reaction chamber.
And a step of exciting the semiconductor device substrate by the excited reactive gas.
The raw material gas adsorbed on the plate is reacted to form a thin film on the substrate.
Forming on the body, the metal thin film forming method by a chemical vapor deposition method characterized by having the steps of evacuating to interrupt the introduction of the reactive gas.
【請求項2】 前記段差部は、コンタクトホール部、ま
たはスルーホール部であることを特徴とする請求項1に
記載の化学気相成長による金属薄膜形成方法。
2. The step portion is a contact hole portion or
The method of claim 1, wherein the metal thin film is formed by chemical vapor deposition.
【請求項3】 複数のガスを交互に半導体デバイス基板
上に導入することで金属薄膜を形成する化学気相成長方
法であって、 反応室内において、前記半導体デバイス基板を室温から
400℃未満に保持する工程と、 前記反応室を排気する工程と、 ハロゲン化物を含む第1の原料ガスを前記反応室内に導
入する工程と、 前記第1の原料ガスを前記気体上に吸着させる工程と、 前記第1の原料ガスの導入を中断して排気する工程と、 前記反応室に接続された放電管に第2のガスを導入して
励起する工程と、 前記励起された第2のガスにより前記半導体デバイス基
板に吸着された前記第1の原料ガスを反応させて薄膜を
前記半導体デバイス基板上に形成する工程と、 前記第2のガスの導入を中断して排気する工程と、 を有することを特徴とする化学気相成長方法による金属
薄膜形成方法。
3. A semiconductor device substrate containing a plurality of gases alternately.
Chemical vapor deposition method for forming metal thin film by introducing on top
A temperature of the semiconductor device substrate from a room temperature in a reaction chamber.
A step of maintaining the temperature below 400 ° C., a step of exhausting the reaction chamber, and a step of introducing a first source gas containing a halide into the reaction chamber.
A step of admitting, a step of adsorbing the first source gas on the gas, a step of interrupting the introduction of the first source gas and exhausting the gas, and a second step in a discharge tube connected to the reaction chamber. Introduce the gas of
And a step of exciting the semiconductor device substrate by the excited second gas.
The thin film is formed by reacting the first raw material gas adsorbed on the plate.
A method of forming a metal thin film by a chemical vapor deposition method , comprising: forming on the semiconductor device substrate; and interrupting introduction of the second gas and exhausting .
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