JPH01183116A

JPH01183116A - 多層電極形成法

Info

Publication number: JPH01183116A
Application number: JP783188A
Authority: JP
Inventors: Yuko Hochido; 宝地戸　雄幸; Takehiko Futaki; 剛彦二木
Original assignee: KOUJIYUNDO KAGAKU KENKYUSHO KK; Kojundo Kagaku Kenkyusho KK
Current assignee: KOUJIYUNDO KAGAKU KENKYUSHO KK; Kojundo Kagaku Kenkyusho KK
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1989-07-20

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】（発明の目的）産業上の利用分野本発明は、タングステン、モリブデン、タンタルあるい
はチタン等の高融点金属を化学的気相成長法（以下ＣＶ
Ｄ法という）を用いて多層に選択的成長させる多層電極
形成法に関する。

従来の技術半導体集積回路は、ＬＳＩからＶＩＳＩへと進歩し、集
積度でメガピッド、微細加ニレベルでサブミクロン時代
に突入した。

例えば、ＭＯ８型素子のゲート電極材料は６４キロビツ
トまでポリシリコンが使用され、２５６キロビツトや１
メガビツトはポリシリコンの上にモリブデン、タングス
テン、チタン等のシリサイドを重ねた二層構造が使用さ
れている。この二層構造はポリサイドと呼ばれている。

このように電極材料が変化した理由はＬＳＩの集積度が
上ると電極や配線が微細化し、例えば、１メガビツトの
ＶＬＳＩでは電極の幅は１ミクロン近くになり、このた
め電気抵抗が高くなって電気信号の伝達が遅延する。こ
れを防ぐために電気電導度の高いポリサイドが使用され
るようになった。

しかし、４メガビツトや１６メガビツトとさらに集積度
が上るとポリサイドでも抵抗が高過ぎるということから
、電極材料としてタングステン、モリブデン、タンタル
あるいはチタン等の高融点金属が検討されている。

従来の電極材料であるポリシリコンの抵抗率は約２５０
μΩ・ｃｍが限界であるのに対し、タングステンシリサ
イド（ＷＳｉ２）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）等
では約１０〜２０μΩ・ｃｍであり、タングステン、モ
リブデン等では約５μΩ・ｃｍであり低抵抗化が期待で
きる。

さらに、イオン打ち込みののち、イオンを活性化させる
ために電極を付けたまま加熱する場合、９００〜１００
０℃に耐える高融点金属が要求される。

以上のような高融点金属の成膜には一般的にはスパッタ
法が使用されているが、ＶＬＳＩになって集積度が高ま
り構造が複雑になってくると、基板の表面に段差や凹凸
が多くなり、電極の膜厚が平坦部と段差のところでは差
ができてそれが断線の原因になる。

また、微細化における配線技術のもう一つの問題点は、
コンタクトホール、多層配線のスルーホールのような微
細孔の中に着膜する場合、スパッタ法では孔の周囲だけ
着膜できても孔の中は空洞になってしまうおそれがある
。

このような欠点を除去するため、ＣＶＤ法を用いる成膜
法が研究されている。ガス状材料を使用するＣＶＤ法は
基板上の段差や凹凸や微細孔の中も均一に着膜すること
ができる。

タングステン、モリブデン、タンタルあるいはチタン等
の高融点金属のＣＶＤ法では一般的にはこれらの金属の
ハロゲン化物が用いられるが、中でも低温でガス化し易
い六フッ化タングステン（ＷＦ６）、六フッ化モリブデ
ン（ＭＯＦ６）等のフッ化物を用いることが多い。

例えば、タングステンを着膜する場合、ＷＦ６と水素ガ
ス（Ｈ２）を用いる。反応初期にコンタクト表面の自然
酸化膜はＷＦ６で還元除去され、その後ＳｉまたはＡＩ
のような金属上にそれぞれ以下に示す還元反応が進みＷ
膜が形成される。

２ＷＦ６　＋３Ｓ　ｉ→２Ｗ＋３８　ｉ　Ｆ４ＷＦ６　
＋２Ａ　Ｉ→Ｗ＋２Ａ　Ｉ　Ｆ３続いて水素還元反応に
よりＷ膜の成長が継続される。

ＷＦ６　＋３Ｈ２→Ｗ＋６）−ＩＦこのようなフッ化物を用いるＣＶＤ法では、５ｉ０２膜
やＰＳＧ膜等の絶縁膜上にはこれらの金属膜の成長は認
められないが、Ｓ　Ｉ　ＮシリサイドやＡ１のような金
属膜上には高融点金属膜が成長する特徴がある。この現
象は選択的成長と呼ばれている。

５ｉ０２膜やＰＳＧ膜等の絶縁膜の開孔部に露出したＳ
１１シリサイドあるいはＡ１等の金属上に選゛択的にタ
ングステン膜を成長させるこの技術は新しい上下配線接
続法、スルーホール部の穴埋め法として注目されており
、また、多層配線の平担化にも威力を発揮すると考えら
れる。

解決しようとする問題点以上のように、タングステンの選択成長は最近特に注目
を集めている着膜法であるが、実際に行なわれている技
術には問題点も多い。

これを−例どして第１図に示すデバイスの断面図に従っ
て詳細に説明する。これは二層のタンク支テン電極形成
法の例である。

（１）シリコン基板上に絶縁膜５ｉ０２を全面に着膜す
る。

（２）着膜した５ｉ０２膜上にネガ型またはポジ型の一
般的なレジストを塗布する。

（３）露光後、第２図の断面図に示すとおり５ｉ０２膜
２１．２２．２３を残し、エツチングにより不必要な５
ｉ０２膜を除去する。

（４）Ｓｉ０２膜２１．２２．２３上に残ったレジスト
を除去する。

（５）Ｓｉ０２膜の開孔部に露出した基板上にタングス
テン３１．３２を選択成長させる。

この場合、５ｉ０２膜２１．２２．２３上にタングステ
ン膜は成長し難いが、しかし、極く僅か付着し薄い膜が
形成される。

（６）この薄いタングステン膜を除去する目的でレジス
トを塗布する。

（７）露光後、３ｉＱ２膜２２．２３上のタングステン
膜をエツチングにより除去する。

５ｉ０２膜２１上のタングステン薄膜は除去しない方が
よい。

（８）残ったレジストを除去する。

（９）次に第２層を形成するために、５ｉ０２膜をさら
に全面に着膜する。

（１０）着膜した５ｉ０２膜上にネガ型またはポジ型の
一般的なレジストを塗布する。

（１１）露光後、第３図の断面図に示すとおり、５ｉ０
２膜２４．２５を残し、エツチングにより不必要な５ｉ
０２膜を除去する。

（１２）Ｓｉ０２膜２４．２５上に残ツタレジストを除
去する。

（１３）Ｓｉ０２膜の開孔部に露出したタングステン上
にタングステンを選択成長させる。

この場合も前記のように５ｉ０２膜２４．２５上にタン
グステンの薄い膜が形成される。

（１４）この薄いタングステン膜を除去する目的でレジ
ストを塗布する。

（１５）露光後、５ｉ０２膜２４．２５上ノタングステ
ン膜をエツチングにより除去する。

（１６）残ったレジストを除去する。

以上のような従来の方法によって完成されたデバイスは
、第４図に示すように、５ｉ０２２１上のタングステン
膜が凹み表面の平坦化が達成されない欠点がある。

また、第１図に示すようなデバイスを完成させるために
は、以上のような１６エ程を必要とする。

従来のこの選択成長の複雑な工程を簡素化し短縮する方
法として本発明者等は先に昭和６３年１月１２日にフッ
素樹脂レジストを用いる高融点金属の電極形成法と題し
特許を出願した。

本発明は、以上のようなタングステン膜の凹みが発生せ
ず表面が極めて平坦化され、かつ工程を簡素化した多層
電極形成法を提供しようとするものである。

（発明の構成）問題を解決するための手段本発明は、タングステン、モリブデン、タンタルあるい
はチタン等のハロゲン化物を用いる化学的気相成長法に
よってこれらの金属の多層膜を選択的成長させる場合、
第２層目には第１層膜上に、第３層目には第２層上に、
というように、順次選択的成長させる層の下層下地上に
シリコン（Ｓｉ）を着膜することによってタングステン
膜の凹みの発生を防止し平坦化を達成せしめる多層電極
の形成法である。

以下、本発明の実施例を第１図に従って詳細に説明する
。本実施例は先に出願した特許願の方法を用いた。

実施例（１）シリコン基板上に絶縁膜５ｉ０２を１ミクロンの
厚さで全面に着膜した。

（２）着膜した５ｉ０２膜上にフッ素樹脂レジストを塗
布した。

（３）第２図に示すとおり、５ｉ０２膜２１．２２．２
３を残し、エツチングにより不必要な３ｉＱ２膜を除去
した。

（４）Ｓｉ０２膜２１．２２．２３上にフッ素樹脂レジ
ストを残したまま、その開孔部に露出したシリコン基板
゛上にＷＦ６とＨ２中にモノシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ４）を
混合させたｐスを用いてタングステン３Ｌ　３２を選択
成長させた。この時、シリコン基板は３５０℃に加熱し
た。

（５）残ったレジストをハク離除去した。

（６）次に第２層を形成するために、５ｉ０２膜をさら
に１ミクロンの厚さで全面に着膜した。

（８）第３図に示すとおり、３ｉＱ２膜２４．２５を残
し、エツチングにより不必要な５ｉ０２膜を除去した。

　　　” （９）表面の全面に高周波スパッタ法を用いて３ｉを０
．２ミクロンの厚さに着膜した。

（１０）Ｓｉ０２膜２４．２５の開孔部にＷＮ２とＨ２
中にＳ　ｉ　Ｈ４を混合させたガスを用いてタングステ
ンを選択成長させた。この時、シリコン基板は３５０℃
に加熱した。

この際、タングステン３１．３２上、並びに、５ｉ０２
２１上に着膜された３ｉは反応初期にＷＦ６との還元反
応によってＳ　ｉ　Ｆ４となって揮発し、Ｗの選択成長
の開始剤の役割を果す。このため５ｉ０２２１上にもタ
ングステンは極めて良好に成長し表面に凹みが発生せず
表面の平坦化が達成された。

また、着膜されたＳｉは完全に揮発しタングステン膜に
は残留しなかった。

（１１）残ったレジストをハク離除去した。

（発明の効果）本発明によれば、高融点金属のハロゲン化物を用いる化
学的気相成長法によってこれらの金属の多層膜を選択的
成長させる場合、下層下地にＳｉを着膜することによっ
てタングステン膜の凹み現象を解消し極めて表面が平坦
化される特徴がある。

また、先に特許出願したフッ素樹脂レジストを用いる高
融点金属の電極形成法と組合せることによって、製造工
程が著しく簡素化され、製造コストも低下する利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は達成しようとするデバイスの断面図、第２図、
第３図はそのデバイスの中間工程の断面図、第４図は従
来の方法で達、成されたデバイスの断面図である。図において、１は基板、２．２１．２２．２３２４．２
５は５ｉ０２絶縁膜、３．３１．３２はタングステン電
極である。５ｉ０２絶縁膜２は２２と２４および２３と２５が二層
に重なったものである。

Claims

【特許請求の範囲】

　タングステン、モリブデン、タンタルあるいはチタン
等のハロゲン化物を用いる化学的気相成長法によってこ
れらの金属の多層膜を選択的成長させる場合、第２層目
には第１層上に、第３層目には第２層上に、というよう
に、順次選択的成長させる層の下層下地上にシリコン（
Ｓｉ）を着膜すること特徴とする高融点金属の多層電極
形成法。