JPH01129969A - 金属薄膜形成方法 - Google Patents

金属薄膜形成方法

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JPH01129969A
JPH01129969A JP28795887A JP28795887A JPH01129969A JP H01129969 A JPH01129969 A JP H01129969A JP 28795887 A JP28795887 A JP 28795887A JP 28795887 A JP28795887 A JP 28795887A JP H01129969 A JPH01129969 A JP H01129969A
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JP
Japan
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thin film
film
gas
metal thin
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP28795887A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshio Kusumoto
淑郎 楠本
Kazuo Takakuwa
高桑 一雄
Hiroaki Hashinokuchi
橋之口 浩昭
Tetsuya Ikuta
哲也 生田
Izumi Nakayama
泉 中山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
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Publication of JPH01129969A publication Critical patent/JPH01129969A/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属薄膜形成方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、表面の一部に絶縁薄膜を形成している基板の、前
記絶縁薄膜を形成していない部分にタングステンWを選
択成長させるのに、減圧下の反応槽に以下のガス系の導
入又はガス系の導入の切換によって行われている。
0)第一段階で、(WFa+不活性ガス)の混合ガスの
導入、次いで第二段階で、(WFs 十1(t)の混合
ガスの導入。
又は (a)  段階の別表く、最初から(WF、 + Hv
 )の混合ガスの導入。
上記0)、←)の場合共、W選択成長は以下の反応によ
って進行する。
(1)  WFs + 3/ 2旧→W + 3/28
 iF、↑(1)の反応は8i基板そのものによる還元
反応で、(1)の反応に比べ高速であるが、W膜厚が2
00〜300X堆積すると理想的には、数十秒以内に停
止する。その後は、(1)の反応が(:)の反応によっ
て生じたW膜の上でのみ進行し、よってW膜の選択成長
が可能になると考えられている。なお、(−の場合も(
1)の反応速度は(1)の反応速度に比べて十分に速い
ため、反応はやはり、反応(1)→反応(1)のシーケ
ンスで起こると考えてよい。
〔従来技術の問題点〕
第4図に示すように下地がシリコン面(1)(ドープド
シリコン、ポリシリコン、ドープドポリシリコンについ
ても同様)の場合には、(―〕の反応が進行する際、実
際には(1)の反応が完全に停止せず、そのため小孔(
9)にかけるW膜(2)の成長に伴ない、図に示すよう
にエンクローチメント(3)、シリコン・コンサンプシ
ーン(4)、ワームホール(5)などのような下地シリ
コン(2)にW膜が侵入する現象や、シリコン部位の空
洞(6)化といった現象が惹起される。これが浅い接合
部の電流リーク、コンタクト不良の原因となるなどの問
題を生ずる。なお、第4図において(7)は不純物拡散
層(浅い接合部)を表わしている。ま九(3)は8i0
.、P2Oなどの絶縁薄膜を表わしている。
また従来の上記シリコン還元及び4還元の方法により生
成したW膜は、特に戸下地に対して密着性が悪く、電極
部での膜剥離によるコンタクト不良、ウェハー周辺部の
シリコン露出部位での膜剥離によるダストパーティクル
の発生等、LSI製造上、歩留シ低下の原因となってい
た。
以上は、基板(1)が小孔(9)において露出しており
、これに上記シリコン還元及び4還元の方法によりW膜
を形成する場合を説明したが、露出している面に第5図
に示すように、すでに第1OWg(4Iを例えばxoo
oKの厚さ以下の厚さで形成させている基板に更に厚膜
化すべくこの上にW膜を上記のH!還元の方法によ膜形
成する場合においても同様な問題が生ずる。すなわち 
実際には上述の(1)の反応が完全に停止せず、W膜1
41)の成長に伴ないエンクa−チメント(3)やシリ
コン・コンサンプシラン(4)などが生ずる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は上述の各問題点を解決し、良質でかつ生産性を
向上させ得る金属薄膜の形成方法を提供することを4!
14!目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
以上の目的は、少なくとも金属元素を含んだガスと5i
4cz、ガスとの混合ガスを減圧下の反応槽内に導入し
て、表面の一部に絶縁薄膜を形成し、他の部分に第1の
金属薄膜を形成させている基板を300℃乃至600℃
の範囲内で加熱した状態で該基板の前記第1の金属薄膜
上に前記金属元素をもった第2の金属薄膜を所定の厚さ
にまで堆積させた後、−ガス又はシリコン8i元素を含
む還元性ガスを導入して前記第2の金属薄膜の成長を継
続させることを特徴とする金属薄膜形成方法によって達
成される。
〔作  用〕
少なくとも金属元素を含んだガスと8 i H,C4ガ
スとの混合ガスの導入により基板の絶縁薄膜を形成して
いない部分で第1の金属薄膜の上には所定の厚さで金属
薄膜が優れたバリア(barrier)性と密着性をも
って形成される。次いで、−ガス又はシリコツ81元素
を含む還元性ガスの導入により上記の金属薄膜の上に同
金属薄膜が厚膜化すべく形成される。  − 最初に形成された金属薄膜は第1の金属薄膜及び基板と
優れた密着性及びバリア性を有するので基板下地の各種
損傷を防止する。よって良質の製品を得ることができる
。また、基板の周端部や裏面などの露出部位に金属薄膜
が密着性よく付着するのでダストパーティクルの発生は
従来より一段と減少する。
〔実施例〕
第1図は本発明の方法が適用されるCVD(Chemi
calVapour Deposition) 装置の
概略図であるが、真空槽■の一方の側壁部には反応ガス
噴出ノズルCl1lが設けられ、底壁部の一端部には排
気口G2が形成され、これは図示せずとも真空ポンプに
接続される。
真空槽■内には加熱機構を備えたサセプター時が設けら
れ、この上にウェハー図が設置される。
ウェハー(ロ)としてはシリコンウェハーが用いられ、
第2図に示すようにシリコン(1)の上には絶縁薄膜と
しての約1μ?Fl厚のP2O(Phosphos目1
cate glass)の薄膜(至)が堆積され、これ
に約lAm径のコンタクトホールとしての小孔(至)が
多数、形成されている。
また、小孔間の下方のシリコン領域にはイオン打ち込み
によp n 7 p+不純物拡散層6ηが形成されてい
る(打ち込み深さ2000〜aoooK、表面不純物濃
度10″a t oms /lyl )。そしてウェハ
ー(ロ)にはすでに1000 g以下の厚さの第1のW
膜Klが形成されている。
ウェハー図はサセプター時の加熱機構によυ約460℃
に加熱される。ノズル3υからはWF、 、H,,8i
 H,cz、をl : 100 : 3の割合で混合し
た反応ガスG1が真空槽ω内に噴出される。かくして、
小孔(至)内に第2図に示すように第2のW展開が第1
のW膜t41の上に選択的に形成される。この厚さは約
1000 K以下とされる。この形成においては、基板
温度は300℃以上、81H1CL、 /WF、の流量
比は0.1以上とされているので以下に示す還元反応が
行われている。
wp6−4−A循u2cl、 4 w + 28IP、
 + 5Hct・・・・・・・・・Qll)壕だ、基板
温度は600℃以下、811(IC2,/WF、の流量
比が100以下とされているので、以下の非選択性シリ
サイド反応が主反応となることは抑止されている。
WF、 +zS tH,C4+ 3H,→W8i、 −
1−zHCz + 6HF・・・・・・・・・・・・4
V) その後、5IH1Ct、の供給を止め、基板温度は46
0℃に維持したま\WF、:H!の比をl : 180
  としてた混合ガスG2を導入しW膜關の上に第3の
WM田を約7000λ堆積した。かくして第3図で示す
ように得られたサンプルを8HM観察した結果、シリコ
ン基板(1)が受けた損傷は8HMの感知レベル以下(
loof以下)であり、またn+、p+相方の下地に対
してW膜の剥離は全く見られなかった。
以上の実施例の効果を要約すれば以下のようになる。
(イ) WF6と8i鴇Ct、の混合ガス系にょシ生成
されたW薄膜間は緻密で、優れたバリア性を有する為に
、Wの厚膜化工程に於て、上記反応(1)の進行をはゾ
完全に抑止する。
(ロ)又、上記薄膜間は同時に、Pln、アンド−ブト
の各シリコン下地に対し強固な密着性を有する為に、W
膜の剥がれを防止する事ができる。
r−t  又、本実施例では、基板温度を300℃以上
600℃以下に設定し、8iH,Ctt/WF6の流量
比を0.1以上Zoo以下に設定しであるので、上記反
応(tlr)を−惹起するには充分であり、伺かつ、非
選択性シリサイド反応4Vlが主反応となるのを抑止し
得る。
以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本発
明はこれに限定されることなく本発明の技術的発想に基
づいて種々の変形が可能である。
例えば、以上の実施例では、厚膜形成のための第2段階
での還元性ガスとしてHlを用いたが、これに代えてシ
リコンを含む還元性ガスが用いられても良い。例えば8
iH,,81HF3.8fH,F、 、8iH5F。
81HC4,8iH,C4、S 1HC4,8iC4等
のガスを用いても良い。又、上記ガスの任意の組合せに
よる複合ガスを用いて、も良い。
又、以上の実施例では金属元素を含むガスとしてWF、
ガスが用いられたが、選択成長させる金属の種類に応じ
て他の金属元素を含むガスを用いてもよい。
又、以上の実施例では最初の段階でWF、、為及び8 
+ H,cztの混合ガスが用いられたが、WF、と8
 t H,cz。
のみの混合ガスを用いるようにしてもよい。あるいは、
キャリヤガスとして更に不活性ガスを含んでいてもよく
、上記実施例のように補助還元剤として八を用いたが、
これに代えて他の補助還元剤を用いてもよい。
[発明の効果] 本発明の金属薄膜形成方法は次の効果を奏する。
例えば、WF・/8iH,C4系で生成されたW薄膜は
優れたバリア性を有しているので、Wの厚膜化に際して
、第5図に示したシリコン下地の各種損傷から浅い接合
部位を保護する。その結果、接合部位でのリーク電流を
従来のアルミスパッタ法と同程度の、又はそれ以下のレ
ベル迄低減する事が可能になる。
又、上記薄膜は、”%l”、アンド−ブトの第1の金属
薄膜及び各種下地シリコンに対して強固な密着性を有し
ているので、例えばWJIIがシリコン電極部位から、
剥離する事によるコンタクト不良を防止する事ができる
一般に、CVD法によるW膜はlO°〜1G”dyn/
cdの大きな内部ストレスを有する為、厚膜化した場合
、゛剥離し易くなる。特に基板、もしくはウェハー周端
部やウェハー裏面等の大面積シリコンが露出した部位に
於ては容易に剥離が起こシ、これがダストパーティクル
となる。本発明によるプロセス分用いた場合、上述の強
固な密着性の為、W膜剥離によるダストパーティクルの
発生を低減し、vLSI製造の歩留り向上に大きく寄与
し得る。
本発明は以上のような各効果を奏して、良質の薄膜を形
成することができ、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を実施するためのCVD装置の概
略断面図、第2図は実施例の第1段階で第1の金属薄膜
上に選択的にタングステンを成長させたウェハーの部分
拡大断面図、第3図は同実施例の第2段階で同りエハー
に継続的にタングステンを成長させたウェハーの部分拡
大断面図、第4図は従来の水素還元法によりシリコン・
コンタクト上に選択的にタングステン膜を成長させたウ
ェハーの部分拡大断面図であって、下地シリコンが受け
る損傷を説明するための図、第5図はシリコン・コンタ
クト上に第1のタングステン薄膜が形成されておプ、こ
れに従来の水素還元法によシタングステン薄膜を更く形
成させた場合のウェハーの部分拡大断面図である。 なお図において、

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも金属元素を含んだガスとSiH_2C
    l_2ガスとの混合ガスを減圧下の反応槽内に導入して
    、表面の一部に絶縁薄膜を形成し他の部分に第1の金属
    薄膜を形成させている基板を300℃乃至600℃の範
    囲内で加熱した状態で該基板の前記第1の金属薄膜上に
    前記金属元素をもった第2の金属薄膜を所定の厚さにま
    で堆積させた後、H_2ガス又はシリコンSi元素を含
    む還元性ガスを導入して前記第2の金属薄膜の成長を継
    続させることを特徴とする金属薄膜形成方法。
  2. (2)前記基板はSi基板である前記第1項に記載の金
    属薄膜形成方法。
  3. (3)前記還元性ガスはSiH_xF_4_−_x(x
    =1〜4)及び/又はSiH_yCl_4_−_y(y
    =0〜4)である前記第1項又は第2項に記載の金属薄
    膜形成方法。
  4. (4)前記金属元素を含んだガスはWF_6ガスである
    前記第1項乃至第3項のいずれかに記載の金属薄膜形成
    方法。
  5. (5)WF_6ガスとSiH_2Cl_2ガスとの流量
    比SiH_2Cl_2/WF_6を0.1乃至100と
    した前記第4項に記載の金属薄膜形成方法。
  6. (6)前記第1の金属薄膜はWである前記第4項乃至第
    5項のいづれかに記載の金属薄膜形成方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991017284A1 (en) * 1990-04-30 1991-11-14 International Business Machines Corporation Apparatus for low temperature cvd of metals
JPH06310548A (ja) * 1993-04-02 1994-11-04 Applied Materials Inc タングステンシリサイドの成膜方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5972132A (ja) * 1982-10-19 1984-04-24 Toshiba Corp 金属及び金属シリサイド膜の形成方法

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