JP3999329B2 - 半導体製品の表面への層形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面への層形成方法、特に半導体製品の表面への層形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製品、特に集積半導体製品の製造は複雑に連続して行われる個別工程を必要とする。その場合、半導体製品の表面に物質層を形成する製造工程は重要な位置を占めている。
【０００３】
物質層の形成のための一連の方法が知られているが、その場合形成すべき層を気相から析出させる方法がしばしば使用される。特に、化学蒸着法（ＣＶＤ＝Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は層形成のための重要な方法である。この場合、ＣＶＤの基本原理は所望の層を析出すべき半導体製品の加熱された表面に選択されたプロセスガスを導くことにある。加熱された表面ではプロセスガスの反応が起こり、それにより反応生成物として一方では所望の層が形成され、他方では排出されなければならない残留ガスが形成される。
【０００４】
化学蒸着法は通常反応室内で微小な圧力の下に実施される。このために、加工すべき半導体製品は反応室内へ導入され、反応室内で予め定められた温度に加熱される。１つ又は複数のガス供給装置によってプロセスガスが半導体製品の表面へ導かれ、プロセスガスの反応によって形成された残留ガスが反応室から排気される。
【０００５】
新しい半導体製品が層形成のために反応室内へ導入されると、反応室内には前回の層形成プロセスに使用された攻撃性のガスがまだ存在しているという問題がしばしば生ずる。この攻撃性のガスは層形成のために使用されたプロセスガスの残り、又はプロセスガスの反応によって形成された残留ガスの残りである。この攻撃性のガスによって半導体製品の表面では半導体製品を傷付ける不所望な反応が起こり得る。
【０００６】
例えば、タングステン層を形成する際プロセスガスの１つとしてＷＦ6 が使用される。しかしながら、このＷＦ6 がシリコンとタングステンとの間の接触層及び障壁層として使われるＴｉ／ＴｉＮ層の表面へ当たると、次の反応式に基づいてＷＦ6 とチタンとの不所望な反応が起こる。
【０００７】
【化１】
ＷＦ6 ＋Ｔｉ → Ｗ＋ＴｉＦx
【０００８】
ＷＦ6 とチタンとのこの種の反応はＴｉ／ＴｉＮ層を溶解させるか又は電気特性（例えば接触抵抗）を悪化させ、それによって半導体製品の機能性を危うくすることがある。ＷＦ6 がシリコン表面へ当たる場合にも同様に、シリコン表面を傷付ける不所望な反応が次の反応式に基づいて起こり得る。
【０００９】
【化２】
２ＷＦ6 ＋３Ｓｉ → ２Ｗ＋３ＳｉＦ4
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、攻撃性のガスによる表面の損傷が防止されるような表面への層形成方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、表面が予め定められた温度に加熱され、少なくとも１つの第１のガスと、この第１のガスと反応する少なくとも１つの第２のガスとが層析出のために加熱された表面に導かれる表面への層形成方法において、表面の加熱前及び／又は加熱時に少なくとも１つの保護ガスが表面に導かれることによって解決される。
【００１２】
本発明の有利な実施態様は請求項２以降に記載されており、以下での説明及び添付の図面から明らかになる。
【００１３】
本発明による表面への層形成方法によれば、表面が予め定められた温度に加熱され、少なくとも１つの第１のガスと、この第１のガスと反応する少なくとも１つの第２のガスとが層析出のために加熱された表面に導かれ、その場合表面の加熱前及び／又は加熱時に少なくとも１つの保護ガスが表面に導かれる。
【００１４】
この保護ガスによって、一方では反応室内にまだ残存する攻撃性のガスが希薄になり、他方では保護ガスの一部が冷たい表面に吸着し、それにより表面では優先的に攻撃性のガスと保護ガスとの反応が起こり、それによって表面層自体は殆ど傷付けられずにいる。その際、保護ガスは被覆すべき表面の原子又は分子に比較して攻撃性のガスとの高い反応度を有するように選定される。
【００１５】
本発明は層形成方法における表面保護方法と見なすこともできる。この表面保護方法は表面の加熱前及び／又は加熱時に保護ガスを表面に導くことを特徴とする。
【００１６】
保護ガスはキャリヤガス、特にアルゴンと共に表面に導かれることが好ましい。
【００１７】
さらに、この層形成方法を用いて金属層、特にタングステン層又はモリブデン層が析出されることが好ましい。
【００１８】
第１のガスとして少なくとも１つのガスは金属ハロゲン化物のグループから選ばれることが好ましい。
【００１９】
さらに、第２のガスとして少なくとも１つのガスはシラン又は水素（Ｈ2 ）のグループから選ばれると好ましい。
【００２０】
保護ガスとして１つのガスはシランのグループから選ばれ、特にシラン（ＳｉＨ4 ）を使用すると好ましい。
【００２１】
通常、層形成方法は反応室内で実施される。その際、保護ガスが被覆すべき製品を反応室内へ導入する個所で表面に導かれると有利である。これによって、方法全体についての生産速度を遅らすことなく、この場所での攻撃性のガスの濃度を減少させることができる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明による方法のために使用されるＣＶＤ反応室の概略図を示す。処理すべき半導体製品（通常ウエハ）は反応室１０の前の移送領域１５からロック室２０を介して反応室１０内へ導入される。そこで半導体製品はステーション２１上に置かれる。このステーション２１の上方にはガス入口２２（図２参照）が設けられており、このガス入口２２を通って保護ガスとキャリヤガスが半導体製品のまだ冷たい表面（ほぼ室温）に導かれる。ロック室２０の後ろの第１のステーション２１から半導体製品は図示されていない搬送装置によってステーション２３へ移動させられる。層形成のさらに続く過程において、半導体製品はこのステーション２３から時計方向に反応室内の他のステーション２４〜２７に搬送される。その際、半導体製品は所定の温度に加熱される。個々のステーション２３〜２７の上方には層形成のためのプロセスガスを半導体製品の表面へ導くガス入口が同様に設けられている。半導体製品がステーション２７にあり、層析出のプロセスが終了すると、この半導体製品はステーション２７からステーション２１に搬送され、ロック室２０を通って反応室１０から導出される。同時に、ステーション２３〜２６にある別の半導体製品がそれぞれ時計方向にステーションをさらに先へ移動させられる。その後再び新しい半導体製品がロック室２０を通って反応室１０内へ導かれ、ステーション２１を経てステーション２３に至る。
【００２４】
例えば、この種の反応室１０によってタングステン層をＴｉ／ＴｉＮ層上に析出させることができる。ステーション２３にある半導体製品はその場合約４４０℃の温度に加熱される。ステーション２３の上方に配置されたガス入口３０（図２参照）を通って、タングステン核形成層の析出のために必要であるプロセスガスＷＦ6 、ＳｉＨ4 が半導体製品の表面に導かれる。このプロセスガスは次の反応式に基づいて反応する。
【００２５】
【化３】
２ＷＦ6 ＋３ＳｉＨ4 → ２Ｗ＋３ＳｉＦ4 ＋６Ｈ2
【００２６】
製品の表面上に十分な核形成層が形成されると、半導体製品は次のステーション２４へ搬送される。このステーション２４の上方には同様にガス入口が配置されており、このガス入口を通ってタングステンバルク層の析出のために必要であるプロセスガスＷＦ6 、Ｈ2 が半導体製品の表面に導かれる。このプロセスガスは次の反応式に基づいて反応する。
【００２７】
【化４】
ＷＦ6 ＋３Ｈ2 → Ｗ＋６ＨＦ
【００２８】
タングステンバルク層のこの析出はステーション２５〜２７で繰り返され、それにより十分に厚いタングステン層を形成することができる。
【００２９】
反応室内でのステーションの配置を選定することによって、攻撃性のガスＷＦ6 、ＨＦがステーション２１上の反応室内へ新たに導入されたばかりの冷たい半導体製品に達するようにすることも勿論可能である。この攻撃性のガスはその場合冷たい半導体製品の表面層と反応し、それによって表面を傷つけるおそれがある。このことを十分に阻止するために、ステーション２１の上方には、アルゴン（Ａｒ）とシラン（ＳｉＨ4 ）とから成る混合ガスを冷たい半導体製品の表面へ導くガス入口２２が配置されている。このガスによって、一方では反応室内に現存する攻撃性のガスＷＦ6 、ＨＦはステーション２１の位置では希薄にされ、他方ではシランの一部が冷たい表面に吸着し、それにより表面では優先的に攻撃性のガスとシラン（ＳｉＨ4 ）との反応が起こり、表面層自体は殆ど傷付けられずにいる。ＷＦ6 とシラン（ＳｉＨ4 ）との反応の際に形成される数ナノメータの薄さのタングステン層もしくはケイ化タングステン層は除去される必要がない。タングステン層の引き続いて行われる析出はこの薄い中間層によって阻止されない。
【００３０】
ステーション２１の上方への付加的なシランの導入によって、反応室内での他の化学反応は影響を受けず、それゆえ保護ガスは反応室１０による半導体製品の生産速度に不利に影響しないことが分かる。
【００３１】
図３は本発明による方法を実施するための別の反応室の概略図を示す。この図３でも同様に、処理すべき半導体製品（通常ウエハ）は反応室４０の前の移送領域４５からロック室５０を介して反応室４０内へ導入される。ロック室５０からステーション５１に至る経路において、半導体製品は保護ガスを半導体製品の表面へ導くガス入口５２の下を通る。ステーション５１で半導体製品は所定の温度に加熱される。ステーション５１の上方には半導体製品の表面にプロセスガスを導く別のガス入口（図示されていない）が設けられている。図１に示された反応室１０とは異なり、反応室４０は常にこの反応室４０内の１つの半導体製品のみを加工し得るように設計されている。この図３でも同様に保護ガスによって一方では反応室内に現存する攻撃性のガス、例えばＷＦ6 、ＨＦはロック室５０の後ろの位置では希薄にされ、他方では保護ガスの一部が冷たい表面に吸着し、それにより表面では優先的に攻撃性のガスと保護ガスとの反応が起こり、表面層自体は殆ど傷付けられずにいる。保護ガスのための付加的に設けられたガス入口によって反応室４０の場合もこの反応室４０による半導体製品の生産速度は不利な影響を受けない。
【００３２】
半導体製品はステーション５１において冷たい状態でもしくは加熱中に保護ガスを与えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法のために使用されるＣＶＤ反応室の概略図。
【図２】図１に示されたＣＶＤ反応室の概略側面図。
【図３】本発明による方法を実施するための別の反応室の概略図。
【符号の説明】
１０ 反応室
１５ 移送領域
２０ ロック室
２１ ステーション
２２ ガス入口
２３〜２７ ステーション
３０ ガス入口
４０ 反応室
４５ 移送領域
５０ ロック室
５１ ステーション
５２ ガス入口
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面への層形成方法、特に半導体製品の表面への層形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製品、特に集積半導体製品の製造は複雑に連続して行われる個別工程を必要とする。その場合、半導体製品の表面に物質層を形成する製造工程は重要な位置を占めている。
【０００３】
物質層の形成のための一連の方法が知られているが、その場合形成すべき層を気相から析出させる方法がしばしば使用される。特に、化学蒸着法（ＣＶＤ＝Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は層形成のための重要な方法である。この場合、ＣＶＤの基本原理は所望の層を析出すべき半導体製品の加熱された表面に選択されたプロセスガスを導くことにある。加熱された表面ではプロセスガスの反応が起こり、それにより反応生成物として一方では所望の層が形成され、他方では排出されなければならない残留ガスが形成される。
【０００４】
化学蒸着法は通常反応室内で微小な圧力の下に実施される。このために、加工すべき半導体製品は反応室内へ導入され、反応室内で予め定められた温度に加熱される。１つ又は複数のガス供給装置によってプロセスガスが半導体製品の表面へ導かれ、プロセスガスの反応によって形成された残留ガスが反応室から排気される。
【０００５】
新しい半導体製品が層形成のために反応室内へ導入されると、反応室内には前回の層形成プロセスに使用された攻撃性のガスがまだ存在しているという問題がしばしば生ずる。この攻撃性のガスは層形成のために使用されたプロセスガスの残り、又はプロセスガスの反応によって形成された残留ガスの残りである。この攻撃性のガスによって半導体製品の表面では半導体製品を傷付ける不所望な反応が起こり得る。
【０００６】
例えば、タングステン層を形成する際プロセスガスの１つとしてＷＦ6 が使用される。しかしながら、このＷＦ6 がシリコンとタングステンとの間の接触層及び障壁層として使われるＴｉ／ＴｉＮ層の表面へ当たると、次の反応式に基づいてＷＦ6 とチタンとの不所望な反応が起こる。
【０００７】
【化１】
ＷＦ6 ＋Ｔｉ → Ｗ＋ＴｉＦx
【０００８】
ＷＦ6 とチタンとのこの種の反応はＴｉ／ＴｉＮ層を溶解させるか又は電気特性（例えば接触抵抗）を悪化させ、それによって半導体製品の機能性を危うくすることがある。ＷＦ6 がシリコン表面へ当たる場合にも同様に、シリコン表面を傷付ける不所望な反応が次の反応式に基づいて起こり得る。
【０００９】
【化２】
２ＷＦ6 ＋３Ｓｉ → ２Ｗ＋３ＳｉＦ4
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、攻撃性のガスによる表面の損傷が防止されるような表面への層形成方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、表面が予め定められた温度に加熱され、少なくとも１つの第１のガスと、この第１のガスと反応する少なくとも１つの第２のガスとが層析出のために加熱された表面に導かれる表面への層形成方法において、表面の加熱前及び／又は加熱時に少なくとも１つの保護ガスが表面に導かれることによって解決される。
【００１２】
本発明の有利な実施態様は請求項２以降に記載されており、以下での説明及び添付の図面から明らかになる。
【００１３】
本発明による表面への層形成方法によれば、表面が予め定められた温度に加熱され、少なくとも１つの第１のガスと、この第１のガスと反応する少なくとも１つの第２のガスとが層析出のために加熱された表面に導かれ、その場合表面の加熱前及び／又は加熱時に少なくとも１つの保護ガスが表面に導かれる。
【００１４】
この保護ガスによって、一方では反応室内にまだ残存する攻撃性のガスが希薄になり、他方では保護ガスの一部が冷たい表面に吸着し、それにより表面では優先的に攻撃性のガスと保護ガスとの反応が起こり、それによって表面層自体は殆ど傷付けられずにいる。その際、保護ガスは被覆すべき表面の原子又は分子に比較して攻撃性のガスとの高い反応度を有するように選定される。
【００１５】
本発明は層形成方法における表面保護方法と見なすこともできる。この表面保護方法は表面の加熱前及び／又は加熱時に保護ガスを表面に導くことを特徴とする。
【００１６】
保護ガスはキャリヤガス、特にアルゴンと共に表面に導かれることが好ましい。
【００１７】
さらに、この層形成方法を用いて金属層、特にタングステン層又はモリブデン層が析出されることが好ましい。
【００１８】
第１のガスとして少なくとも１つのガスは金属ハロゲン化物のグループから選ばれることが好ましい。
【００１９】
さらに、第２のガスとして少なくとも１つのガスはシラン又は水素（Ｈ2 ）のグループから選ばれると好ましい。
【００２０】
保護ガスとして１つのガスはシランのグループから選ばれ、特にシラン（ＳｉＨ4 ）を使用すると好ましい。
【００２１】
通常、層形成方法は反応室内で実施される。その際、保護ガスが被覆すべき製品を反応室内へ導入する個所で表面に導かれると有利である。これによって、方法全体についての生産速度を遅らすことなく、この場所での攻撃性のガスの濃度を減少させることができる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明による方法のために使用されるＣＶＤ反応室の概略図を示す。処理すべき半導体製品（通常ウエハ）は反応室１０の前の移送領域１５からロック室２０を介して反応室１０内へ導入される。そこで半導体製品はステーション２１上に置かれる。このステーション２１の上方にはガス入口２２（図２参照）が設けられており、このガス入口２２を通って保護ガスとキャリヤガスが半導体製品のまだ冷たい表面（ほぼ室温）に導かれる。ロック室２０の後ろの第１のステーション２１から半導体製品は図示されていない搬送装置によってステーション２３へ移動させられる。層形成のさらに続く過程において、半導体製品はこのステーション２３から時計方向に反応室内の他のステーション２４〜２７に搬送される。その際、半導体製品は所定の温度に加熱される。個々のステーション２３〜２７の上方には層形成のためのプロセスガスを半導体製品の表面へ導くガス入口が同様に設けられている。半導体製品がステーション２７にあり、層析出のプロセスが終了すると、この半導体製品はステーション２７からステーション２１に搬送され、ロック室２０を通って反応室１０から導出される。同時に、ステーション２３〜２６にある別の半導体製品がそれぞれ時計方向にステーションをさらに先へ移動させられる。その後再び新しい半導体製品がロック室２０を通って反応室１０内へ導かれ、ステーション２１を経てステーション２３に至る。
【００２４】
例えば、この種の反応室１０によってタングステン層をＴｉ／ＴｉＮ層上に析出させることができる。ステーション２３にある半導体製品はその場合約４４０℃の温度に加熱される。ステーション２３の上方に配置されたガス入口３０（図２参照）を通って、タングステン核形成層の析出のために必要であるプロセスガスＷＦ6 、ＳｉＨ4 が半導体製品の表面に導かれる。このプロセスガスは次の反応式に基づいて反応する。
【００２５】
【化３】
２ＷＦ6 ＋３ＳｉＨ4 → ２Ｗ＋３ＳｉＦ4 ＋６Ｈ2
【００２６】
製品の表面上に十分な核形成層が形成されると、半導体製品は次のステーション２４へ搬送される。このステーション２４の上方には同様にガス入口が配置されており、このガス入口を通ってタングステンバルク層の析出のために必要であるプロセスガスＷＦ6 、Ｈ2 が半導体製品の表面に導かれる。このプロセスガスは次の反応式に基づいて反応する。
【００２７】
【化４】
ＷＦ6 ＋３Ｈ2 → Ｗ＋６ＨＦ
【００２８】
タングステンバルク層のこの析出はステーション２５〜２７で繰り返され、それにより十分に厚いタングステン層を形成することができる。
【００２９】
反応室内でのステーションの配置を選定することによって、攻撃性のガスＷＦ6 、ＨＦがステーション２１上の反応室内へ新たに導入されたばかりの冷たい半導体製品に達するようにすることも勿論可能である。この攻撃性のガスはその場合冷たい半導体製品の表面層と反応し、それによって表面を傷つけるおそれがある。このことを十分に阻止するために、ステーション２１の上方には、アルゴン（Ａｒ）とシラン（ＳｉＨ4 ）とから成る混合ガスを冷たい半導体製品の表面へ導くガス入口２２が配置されている。このガスによって、一方では反応室内に現存する攻撃性のガスＷＦ6 、ＨＦはステーション２１の位置では希薄にされ、他方ではシランの一部が冷たい表面に吸着し、それにより表面では優先的に攻撃性のガスとシラン（ＳｉＨ4 ）との反応が起こり、表面層自体は殆ど傷付けられずにいる。ＷＦ6 とシラン（ＳｉＨ4 ）との反応の際に形成される数ナノメータの薄さのタングステン層もしくはケイ化タングステン層は除去される必要がない。タングステン層の引き続いて行われる析出はこの薄い中間層によって阻止されない。
【００３０】
ステーション２１の上方への付加的なシランの導入によって、反応室内での他の化学反応は影響を受けず、それゆえ保護ガスは反応室１０による半導体製品の生産速度に不利に影響しないことが分かる。
【００３１】
図３は本発明による方法を実施するための別の反応室の概略図を示す。この図３でも同様に、処理すべき半導体製品（通常ウエハ）は反応室４０の前の移送領域４５からロック室５０を介して反応室４０内へ導入される。ロック室５０からステーション５１に至る経路において、半導体製品は保護ガスを半導体製品の表面へ導くガス入口５２の下を通る。ステーション５１で半導体製品は所定の温度に加熱される。ステーション５１の上方には半導体製品の表面にプロセスガスを導く別のガス入口（図示されていない）が設けられている。図１に示された反応室１０とは異なり、反応室４０は常にこの反応室４０内の１つの半導体製品のみを加工し得るように設計されている。この図３でも同様に保護ガスによって一方では反応室内に現存する攻撃性のガス、例えばＷＦ6 、ＨＦはロック室５０の後ろの位置では希薄にされ、他方では保護ガスの一部が冷たい表面に吸着し、それにより表面では優先的に攻撃性のガスと保護ガスとの反応が起こり、表面層自体は殆ど傷付けられずにいる。保護ガスのための付加的に設けられたガス入口によって反応室４０の場合もこの反応室４０による半導体製品の生産速度は不利な影響を受けない。
【００３２】
半導体製品はステーション５１において冷たい状態でもしくは加熱中に保護ガスを与えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法のために使用されるＣＶＤ反応室の概略図。
【図２】図１に示されたＣＶＤ反応室の概略側面図。
【図３】本発明による方法を実施するための別の反応室の概略図。
【符号の説明】
１０ 反応室
１５ 移送領域
２０ ロック室
２１ ステーション
２２ ガス入口
２３〜２７ ステーション
３０ ガス入口
４０ 反応室
４５ 移送領域
５０ ロック室
５１ ステーション
５２ ガス入口
Claims (6)
- 半導体製品を反応室内に導入し、該製品の表面を予め定めた温度に加熱し、少なくとも１つの第１のガスと、この第１のガスと反応する少なくとも１つの第２のガスとを層析出のために加熱された表面に導き、
この際、前記予め定めた温度への加熱に先立って前記表面に保護ガスを吸着させる
半導体製品の表面への層形成方法において、
半導体製品をロック室（５０）を経て反応室に導き、
低温状態で前記表面に吸着せるべき保護ガスを半導体製品に、ロック室（５０）から反応室への経路において供給することを特徴とする半導体製品の表面への層形成方法。 - 保護ガスとキャリヤガスを表面に導くことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 第１のガスとして少なくとも１つのガスを金属ハロゲン化物のグループから選ぶことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
- 第２のガスとして少なくとも１つのガスをシラン又は水素（Ｈ2 ）のグループから選ぶことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
- 保護ガスとして１つのガスをシランのグループから選ぶことを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
- 層形成方法を反応室内で実施し、保護ガスを、被覆すべき製品を反応室内へ導入する個所で表面に導くことを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
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