JPH01206623A - 半導体装置の製造方法 - 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】 （発明の目的） （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に高融点金
属膜の選択的形成方法に関する。

（従来の技術） 半導体装置の高集積化は、構成素子の微細化および高密
度化によってもたらされる。

例えば、現在ＩＨＤＲＡＭ、２５６にＳＲＡＭは１〜１
．２μｍの設計基準で作られており、デバイスによって
は更に微細なサブミクロンの設計基準で作られようとし
ているものもある。

しかしこのｍ細化および高密度化に伴い、半導体装置の
製造プロセスにはいろいろな問題゛が生じてきている。

例えば、配線を例にとると、設計基準の縮小で配線幅は
小さくなるのに対し、能動素子の増大で、電気的に接続
しなければならない箇所も増大しているため、配線長は
増大する一方である。

このため、通常用いられているアルミニウムあるいはア
ルミニウムを主体とした合金（＾１：１％Ｓｉ等）によ
る配線では、放置しておくだけでパッシベーション膜の
ストレスで配線が切れる断線不良、配線への電気的スト
レスの増大によるエレクトロマイグレーションの発生等
の問題も生じてきている。

また、この電気的接続は絶縁層に形成される接続孔を介
して行われるが、横方向の設計基準の縮小で接続孔のア
スペクト比（＝コンタクト深さ／コンタクト幅）は増大
する一方である。このため、接続孔底部での段切れ、コ
ンタクト抵抗の増大等の問題も続発し、半導体装置の信
頼性の向上を阻む大きな問題となっていた。

これらの問題を解決するため、新しい配線材料や新しい
配線構造が提案されている。

例えば、コンタクト孔内に露呈する８１基板と配線層と
してのＡＩあるいは一＾１；Ｓ１合金との間に、タング
ステン（１１１）、チタン（■１）、モリブデン［Ｈｏ
）等の高融点金属あるいはそれらのシリサイド膜を介在
させコンタクトの拡散障壁層とした構造や、電界効果ト
ランジスタ（ＦＥＴ）のゲート電極として上記高融点金
属あるいはそれらのシリサイド膜を用いたものも提案さ
れている。

このように、拡散陣−壁層としであるいは配線層そのも
のとして、高融点金属膜あるいはそれらのシリサイド膜
が使用されるようになってきており、これらは新しい配
線材料として特に注目されている。

この高融点金属膜あるいはそれらのシリサイド膜の形成
方法としては、スパッタリング法、化学的気相成長法（
ＣＶＤ法）等がある。

前者のスパッタリング法によれば、膜質の優れた膜を形
成することができるが、いわゆるシャドウィング現象に
よりコンタクト孔の底部や側壁には形成されにくくまた
高純度の高融点金属ターゲットは高価である等の問題が
ある。

そこで、最近は気相成長法を用いて高融点金属膜あるい
はそれらのシリサイド膜を形成する試みがなされている
。

特に、数Ｔｏｒｒの減圧下でこれらの薄膜を形成する減
圧ＣＶＤ法によれば、反応ガスのいわゆる「回り込み」
現象が起こり、アスペクト比の大きな溝あるいはコンタ
クト孔の底部にも基板表面の平坦部と同様均一な模厚の
高融点金属膜を形成することができる。

このため、上述のように微細なデザインルールで設計さ
れ、微細な幅をもつ配線ラインが高密度に配列され、狭
小な接続孔をもつ超ＬＳＩの配線のためのメタライゼー
ションにとって、減圧ＣＶＤ法は極めて有効な薄膜形成
方法である。

このうちでも特に、−回のＣＶＤＩ程で基板上の特定の
領域にのみタングステン膜を形成することのできるいわ
ゆるタングステンの選択ＣＶＤ法−Ｒ− は、半導体装置の製造プロセスを簡略化し、信頼性の高
いタングステン膜を自己整合的に形成できるため、実用
性の高い薄膜形成方法として注目されている。

タングステンの選択ＣＶＤ法は、六フッ化タングステン
（ｌＩＩＥ６）等のタングステンのハロゲン化物と水素
（Ｈ２）との混合ガスを反応ガスとして、シリコン、ア
ルミニウムおよびその合金、高融点金属等の導体上にの
み選択的にタングステン膜を気相成長させるもので、シ
リコン酸化膜等の絶縁膜上にはタングステン膜は形成さ
れないという特徴をもつデバイス形成上極めて有効な方
法である。

しかし、従来のりＦ６−８２系によるタングステンの選
択ＣＶＤ法によれば、堆積初期過程では次式に示すよう
に必ずタングステンの堆積はシリコン等の下地物質によ
る訂。の還元反応で生じる。

紳Ｆ６（ａ）　＋　３／２Ｓｉ（ｓ）→１４　（Ｓ）　
＋３／２ＳＩＦ４（（］） このため、タングステンの堆積は下地物質の消費を招く
。例えば、シリコン基板内に形成された−　〇　− 浅い拡散層にタングステン膜を堆積しようとする場合、
下地拡散層の破壊をもたらすというような著しい覗象を
招くことも度々あった。

このような下地物質の消費を再現性よく抑制するのは困
難であった。

また、デバイスを形成する際にはｎ型拡散層とｎ型拡散
層との混在する面上に高融点金属膜を形成することが多
いが、このような異なる導電型の拡散層上では堆積速度
にばらつきが生じ、膜厚が異なるという問題もあった。

このように、選択性を保ちかつ実用的な堆積速度で均一
な厚いタングステン膜を堆積するのは極めて困難であっ
た。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、ｎ型拡散層
とｎ型拡散層との混在する面上に高融点金属膜を形成す
る際にも、実用的な堆積速度で均一な厚い高融点金属膜
を堆積する方法を提供することを目的とする。

〔発明の構成］ （課題を解決するだめの手段） そこで本発明では、高融点金属のハロゲン化物からなる
第１のガスと、モノシランまたはジシランまたはそれら
のハロゲン化物からなる第２のガスとを含む混合ガスを
原料ガスとして、選択的化学的気相成長法によりｎ型拡
散層とｎ型拡散層との混在する面上に高融点金属膜を形
成するに際し、前記高融点金属のハロゲン化物からなる
第１のガスの流量Ｑ１とモノシランまたはジシランまた
はそれらのハロゲン化物からなる第２のガスの流量０２
との流量比Ｒ＝０１／Ｑ２を、高融点金属膜の成長速度
がほぼ等しくなるように設定している。

（作用） 本発明者らはいろいろな条件を変化させながらｎ型拡散
層上とｎ型拡散層上とで前記高融点金属膜の堆積速度を
測定した。その結果、上記構成により、ｎ型拡散層上と
ｎ型拡散層上とで前記高融点金属膜の堆積速度がほぼ同
一となり、ｎ型拡散層とｎ型拡散層との混在する面上に
も均一な高融点金属膜を形成することができるというこ
とが判」　　７　− 明した。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図（ａ）乃至第１図（Ｃ）は、本発明の半導体装置
の製造方法における１実施例の工程を示す図である。

第１図（ａ）はコンタクト間孔後の０ＭＯ８の断面図で
ある。ｐ型シリコン基板１にＮウェル２を形成しシリコ
ン酸化膜３を用いて素子分離を行い、ゲート電極４を形
成し、ｎ型拡散層５、ｎ型拡散層６を形成し、シリコン
酸化膜３で被覆した後にコンタクト孔７を開孔したもの
である。

この基板１に適宜化学的処理あるいは物理的処理を施し
て、清浄なシリコン表面および酸化シリコン膜表面を形
成した後、通常の拡散炉型の減圧ＣＶＤ炉に入れ、アル
ゴンを０〜２０００ＣＣ／ｌｉｎまたは、水素を２００
〜３０００ｃｃ／ｎｉｎ流し、１８０〜６００℃の所定
の温度に基板を加熱する。

この後、アルゴンまたは水素ガスの流量を適当な堆積条
件、例えば水素ガス流量を１０００ｃｃ／ｎ　ｉ　ｎに
設定して安定させた後、シランガス（ＳｉＨ４）を１〜
１００ｃｃ／ｌｌ１ｉｎ流す。このとき、上記温度域で
シランが分解して基板上に堆積するという現象はみられ
なかった。

このようにして、水素ガスおよびシランガスを流したま
ま、更に六フッ化タングステンガスを０．１〜１００ｃ
ｃ／ｎｉｎ流すと、第１図（ｂ）に示す如く、コンタク
ト孔４底部に露呈するシリコン表面（ｎ＋拡散層２ａお
よびＰ”拡散層２ｂ）上にのみ選択的にタングステン膜
５が堆積される。このとき、堆積速度は１００〜１５０
００Ａ／１１１ｎであった。

また、このときシリコン酸化膜３上にタングステン膜が
堆積されることはなく、選択性は完全であった。

この方法では、タングステンの選択成長は堆積初期過程
においても、１１１Ｆ　　とＳｉＨ４との表面反応によ
っておこなわれるため、従来の−Ｆｅ　　　Ｈ２の混合
ガス系による方法で生じていたようなタングステンガ下
地材料に食い込むいわゆる「食い込み」現蒙は著しく抑
制され、接合破壊等が生じることはなかった。

そして、最後に第１図（Ｃ）に示す如く、この上層にア
ルミニウム層からなる配線パターン９を形成する。

次に、ｎ型拡散層上とｎ型拡散層上とにおけるタングス
テン膜の堆積速度を、六フッ化タングステンガスの流量
Ｑ１とシランガスの流量Ｑ２との比Ｒを変化させながら
測定した。その結果を第２図に示す。ガスの流量比以外
の堆積条件については、前記実施例と同様にした。この
図はｎ型拡散層上とｎ型拡散層上とにおけるタングステ
ン膜の堆積速度（縦軸）と、六フッ化タングステンガス
の流ＭＱ１とシランガスの流ＩＱ２との比Ｒ（横軸）と
の関係を表したものである。

この図からも、ｎ型拡散層上とｎ型拡散層上とでは、タ
ングステン膜のｊ＃梢速度が異なり、Ｒ＝０．２５また
は　１．５の近傍でのみ両拡散層上での堆積速度がほぼ
同じとなることがわかる。

この条件下では、例えば１μｍの深さのコンタクト孔を
タングステンで埋める場合、ｎ型拡散層上とｎ型拡散層
上とでの膜厚の差は０．１μｍ以下であった。このよう
に、各コンタクト孔内に露呈する表面がそれぞれｎ型拡
散層とｎ型拡散層とであるような場合にも両コンタク１
−孔を再現性よく埋め込むことができる。

また、両拡散層上で堆積速度の差を±０．１μｍ／ｓｉ
ｎ双下にするには、Ｒを ０．１５≦Ｒ≦０，３５または　１．６≧Ｒ≧１．４に
しなければならないことがわかる。

さらに、厚いタングステン膜を形成する場合、両拡散層
上での堆積速度は等しいことが望ましいが、ｎ型拡散層
上とｎ型拡散層上とでのタングステン膜の堆積速度を夫
々Ａ、Ｂとしたとぎ、０．７≦Ａ／Ｂ　　≦１．３ をみだすようにＲを選択すればよい。この条件を満たす
流量比Ｒは ０．２≦Ｒ≦０．３５または　１．６≧Ｒ≧１．４なお
、実施例では、第３のガスとして水素を混合させたが、
これを省いてもよい。また高融産金属のハロゲン化物と
して六フッ化タングステンを用いた場合について説明し
たが、これに限定されるものではなく、高融点金属とし
てはタングステンの他、チタン、タンタル、モリブデン
等でもよく、また、ハロゲンとしても、塩素等でもよい
。

さらには、モノシランあるいはジシランのハロゲン化物
としては、ＳｉＨＣｌ　　、５ｉＣｌ　　、ＳｉＦ４．
Ｓｉ　　　ＨＣｌ　　　、　　ＳｉＨＦ　　　　、Ｓｉ
　　　ＨＣ１、５ｉＣＩ、ＳｉＨＦ　　、　　ＳｉＨＦ
　　、ＳｉＦでもよい。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明によれば、化学的気相
成長法によりｎ型拡散層とｎ型拡散層との混在する面上
に高融点金属膜を形成するに際し、高融点金属のハロゲ
ン化物からなる第１のガスと、モノシランまたはジシラ
ンまたはそれらのハロゲン化物からなる第２のガスとの
混合ガスを原料ガ、　　スとし、前記高融点金属のハロ
ゲン化物からなる第１のガスの流量Ｑ１とモノシランま
たはジシランまたはそれらのハロゲン化物からなる第２
のガスの流量Ｑ２との比Ｒ＝０１／Ｑ２をｎ型拡散層上
とｎ型拡散層上とで前記高融点金属膜の堆積速度がばば
同一となるように設定しているため、ｎ型拡散層とｎ型
拡散層との混在する面上にも均一な高融点金属膜を形成
することができる。

また、下地層を消費することもなく、高速度で信頼性の
高い高融産金１１ｍを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至第１図（Ｃ）は本発明の半導体装置の
製造方法の１実施例を示す図、第２図はタングステン膜
の堆積速度とガスの流量比との関係を示す図である。 １・・・ｐ型シリコン基板、２・・・Ｎウェル、３・・
・酸化シリコン膜（二酸化シリコン膜）、４・・・ゲー
ト（多結晶シリコン）、５・・・ｎ型拡散層、６・・・
ｎ型拡散層、７・・・コンタクト孔、８・・・タングス
テン膜、９・・・アルミニウム層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板表面に形成された絶縁層から露呈する
   互いに異なる導電型を有する少なくとも２つの半導体領
   域上に、高融点金属のハロゲン化物からなる第１のガス
   と、モノシランまたはジシランまたはそれらのハロゲン
   化物からなる第２のガスとを含む混合ガスを原料ガスと
   して、選択的化学的気相成長法により、高融点金属膜を
   形成するに際し、 前記高融点金属のハロゲン化物からなる第１のガスの流
   量Ｑ１とモノシランまたはジシランまたはそれらのハロ
   ゲン化物からなる第２のガスの流量Ｑ２との流量比Ｒ＝
   Ｑ１／Ｑ２を、 前記導電型が異なる半導体領域上の高融点金属膜の成長
   速度がほぼ等しくなるように設定したことを特徴とする
   半導体装置の製造方法。
2. （２）前記原料ガスは、高融点金属のハロゲン化物から
   なる第１のガスと、モノシランまたはジシランまたはそ
   れらのハロゲン化物からなる第２のガスと、水素からな
   る第３のガスとの混合ガスとを含有してなり、 前記流量比ＲがＲ＝０．２５または１．５の近傍となる
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の半導体装置の製造方法。