JPH01132768A - タングステン膜の気相化学堆積法 - Google Patents

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］ この発明は、気相化学堆積法によるタングステン薄膜の
堆積す法に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、タングステン薄膜を基板上に堆積させる最も
簡便な方法として、スパッタリング法がある。しかしな
がら、この方法はスパッタターゲットの高純度化が難し
いため、堆積した膜の純度を上げにくいという欠点があ
った。また、段差被覆性が不十分であり、下地のデバイ
ス構造にダメージを導入しやすいという欠点もあった。

そこで、最近では気相化学堆積法（以下ＣＶＤ法という
）によるタングステン薄膜の堆積が有望視されてきてい
る。

ＣＶＤ法では、多くの場合反応気体として六フッ化タン
グステンが用いられており、この六フッ化タングステン
の還元反応により基板上にタングステン薄膜を堆積させ
る。還元は、水素、または基板上に設けられたシリコン
層もしくはアルミニウム等の金属層によりなされる。

２５０℃以上５００℃以下程度の通常の反応温度では、
水素還元よりシリコンまたは金属による還元の方が起こ
りやすく、また、水素還元はシリコン等による還元で基
板に形成された直後のタングステン薄膜上でしか起こら
ない。このため、基板上のシリコン酸化膜等の絶縁膜部
分にはタングステン薄膜が堆積せず、シリコンの露出し
た部分または金属部分にしか堆積しない。このようない
わゆる選択ＣＶＤは、コンタクトホールやスルーホール
の埋め込み等に利用されている。

六フッ化タングステンを原料ガスとするＣＶＤ法による
薄膜形成は、このようにコンタクトホール部やスルーホ
ール部の平坦化をもたらし、アルミスパッタ等の配線工
程の不良率低減を図ることができるため、技術的に極め
て意義のあるものである。しかし、デバイスを作成する
際、絶縁膜上にもタングステン薄膜が必要とされる用途
にとっては不利なものとなる。このようなものとして、
たとえばゲート絶縁膜上のゲート電極金属としてタング
ステン薄膜を用いようとする場合や、アルミ配線に代わ
る耐熱性の配線金属としてタングステン薄膜を用いよう
とする場合等がある。

このような非選択性の堆積を可能にする方法としては、
以下のような方法が考えられる。

１）　絶縁膜上でも水素還元が起こるように、反応温度
を高くする。

２）　堆積を開始し密着力を向上させるための層として
、絶縁膜上に予めシリサイド層を薄く堆積しておく。

３）　２）と同じ目的で、ポリシリコン層を予め薄く堆
積しておく。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、上記のそれぞれの方法では、以下のよう
な問題があった。すなわち、上記１）では、絶縁膜上に
もタングステンの堆積が認められるものの、密告力が極
めて弱く、したがって堆積した後基板を室温に戻すと、
熱収縮によりたやすく剥離してしまうという問題があっ
た。

２）では、シリサイド表面が水素還元の場になるため、
低温でも堆積が進行するが、シリサイド層と絶縁膜との
密着力があまり強くないため、剥離しやすく不安定であ
るという問題があった。

３）では、以下に示す式のような化学反応が生じ、タン
グステン膜の最下面は、ポリシリコン層の内部に食込み
、さらにポリシリコンと絶縁膜の雷管性は一般に良好で
あるため、堆積直後の各層の密着性は十分に高くなる。

２ＷＦ６　＋３Ｓ　ｉ　　（ポリ）→２Ｗ＋３ＳｉＦ４
　↑しかじ、後工程で熱処理を受けた場合、タングステ
ン層とシリコン層の界面でシリサイド化反応が進行し、
タングステン膜の電気抵抗が増大してしまうという問題
がある。

この発明の目的は、上記の３）による方法の問題を解消
し、絶縁膜上にも密着性良くタングステン膜を堆積させ
ることのできる方法を提供することにある。

ｃ問題点を解決するための手段コ この発明の気相化学堆積法では、基板上にポリシリコン
層およびタングステン以外の高融点金属の層を順次積層
し、この高融点金属の層の上にタングステン膜を堆積さ
せている。

この発明で堆積するタングステン膜の原料ガスとして、
六フッ化タングステンが用いられる場合が多いと考えら
れるが、原料ガスは必ずしも六フッ化タングステンに限
定されるものではない。

また、この発明で基板上方に積層される高融点金属の層
は、タングステン以外の高融点金属であれば特に限定さ
れるものではない。たとえば、このような高融点金属と
して、チタン、コバルトおよびタンタル等を挙げること
ができる。これらの高融点金属の層は、たとえばスパッ
タリング法等で形成させることができる。

さらに、十分な密着性および熱処理安定性を得るために
は、初期のタングステン膜を高融点金属の層による還元
により堆積させ、次いで水素還元により残りのタングス
テン膜を堆積させることができる。

［作用］ この発明では、原料ガスが高融点金属の層により還元さ
れ、その結果生じたタングステンはこの高融点金属の層
の内部に所定の深さだけ食込む。

この深さは反応条件で定まり、通常数１０Ｏ，から１０
０ＯＡ以下である。このようなタングステンの高融点金
属の層への食込みにより、密着性が著しく高められる。

また、この高融点金属層とポリシリコン層の密着性はも
ともと良好なものである。

このような方法でタングステン膜を堆積させた場合には
、タングステン膜のシリサイド化が起こる前に、高融点
金属の層のシリサイド化およびタングステン膜と高融点
金属の層との間の合金化が進行する。したがって、同じ
熱処理を受けた場合、高融点金属の層を有しない従来の
場合に比べ、タングステン膜のシリサイド化による電気
抵抗値の増大は著しく小さくなり、熱処理を受けた後も
、タングステン膜の低い抵抗値は確保される。

［実施例］ 第１図〜第３図は、この発明の気相化学堆積法を説明す
るための概略断面図である。

第１図は、タングステン膜を堆積させる前の構造を示し
ており、基板１上には絶縁膜２が形成され、該絶縁膜２
の上にはポリシリコン層３が積層され、さらにその上に
高融点金属の層４が積層されている。

第２図は、高融点金属層４による六フッ化タングステン
の還元が終了した状態を示している。この還元反応は、
次式で示される反応であり、この反応の結果タングステ
ン膜５が高融点金属層４の内部に食込んでいる。

ＷＦ６　＋ｘＭ−＊Ｗ＋ｘＭＦｙ　↑ （ここで、Ｍは高融点金属層の金属を示しており、ｘ＋
Ｖは金属Ｍで定まる定数である。）第３図は、タングス
テン膜５の堆積が終了した状態を示している。上記の高
融点金属による六フッ化タングステンの還元は、高融点
金属層４の表面がタングステンで被覆されてしまうと停
止する。

この還元反応に代わり、タングステン膜５上で六フッ化
タングステンの水素還元が起こり、タングステンの堆積
が続行される。

第４図は、タングステン膜を堆積させた後、熱処理を加
えた後の状態を示す概略断面図である。

第４図に示されるように、タングステン膜５の下方には
、高融点金属とタングステンとの合金からなる合金層６
および高融点金属のシリサイド層７が形成される。この
ようにこの発明の気相化学堆積法で堆積したタングステ
ン膜は、熱処理が加えられても、はとんどシリサイド化
されずに残る。

したがって、タングステン膜の電気抵抗を高めることな
く、通常の熱処理が可能になる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の気相化学堆積法によれ
ば、絶縁膜の上に密若性良くタングステン膜を堆積させ
ることができる。また、タングステン膜の電気抵抗値を
上げることなく、堆積後の熱処理が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を説明するための一実施例を示す概
略断面図であり、タングステン膜を堆積する前の状態を
示している。第２図は、同じくこの発明を説明するため
の一実施例を示す概略断面図であり、初期のタングステ
ン膜を堆積した状態を示している。第３図は、同じくこ
の発明を説明するための一実施例を示す概略断面図であ
り、タングステン膜の堆積を終了した状態を示している
。 第４図は、タングステン膜堆積後に、熱処理を加えた後
の状態を示す概略断面図である。 図において、１は基板、２は絶縁膜、３はポリシリコン
層、４は高融点金属層、５はタングステン膜、６は合金
層、７はシリサイド層を示している。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上にポリシリコン層およびタングステン以外
   の高融点金属の層を順次積層し、前記高融点金属の層の
   上にタングステン膜を堆積させる、タングステン膜の気
   相化学堆積法。
2. （２）前記タングステン膜は、六フッ化タングステンの
   還元により堆積される、特許請求の範囲第１項記載のタ
   ングステン膜の気相化学堆積法。
3. （３）前記高融点金属の層による還元により、初期のタ
   ングステン膜を堆積させ、次いで水素還元により残りの
   タングステン膜を堆積させる、特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のタングステン膜の気相化学堆積法。