JPH01259173A - 化学的気相成長方法 - 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） この発明は、化学的気相成長方法に関する。

（従来の技術） 一般に、半導体集積回路に金属薄膜を堆積させて配線等
を行なう技術として、長年の間、蒸着やスパッタリング
等の物理的気相成長方法（ＰＶＤ）が使用されてきた。

しかし、超ＬＳＩ等集積回路の高集積化・高速化・高密
度化および高性能化にともない、多結晶Ｓｉに比べ、抵
抗が１桁以上低い高融点金属の金属薄膜を均一に、密着
させて堆積させる技術が重要となってきている。

ここで、被処理基板の被処理面上にＷＳｉＸ　（タング
ステンシリサイド）薄膜を堆積させる場合、被処理基板
が設置された低圧容器内に、金属膜成長用のガスとして
の１ｉｌＦ、　（六弗化タングステン）や５ｉ０２Ｃρ
２（ジクロロシラン）に、キャリアガスで安価なＡｒ　
（アルゴン）ガスを混合し、このＡｒを混合したＩＩＦ
、と５ｉＨ２Ｃｆｆｉ２を反応容器内に供給して、化学
的気相成長方法により、被処理面上に成膜していた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のようにＷＳｉつ膜を化学的気相成
長方法により成膜する場合、キャリアガスとしてＡｒガ
スを用いると、Ａｒ自体の質量が重いので、多方向の運
動が活発でなく、質量が重く各分子毎に複数にかたまっ
たＷＦ６や５ｉＨ２ＣＱ、を被処理面に対して垂直に供
給しても、Ａｒでは思うようにＷＦ、や５ｉＨ２ＣＱ２
　を攪拌できずに、成膜の均一性を欠くという問題点が
あった。

又、Ａｒは、高温状態ではあまり安定していないので、
ＦラジカルやＣａラジカルとともに成膜する膜にとりこ
まれて膜のストレス（応力）に悪影響をおよぼし、密着
性を低下させ、比抵抗が高くなるという問題点があった
。

さらに、化学的気相成長方法において、キャリアガスと
してＨｅ　（ヘリウム）ガスを用いるものは、特公昭６
０−１１４５４号、特公昭６１−４００３５号、特公昭
６１−４５７０７号、特公昭６２−１０３０２号、特開
昭６１−１５６７２５号公報等に開示されているが、何
れも高融点金属膜成長用ガスに対してのＨｅガスの動作
作用を記載したものではなく、高融点金属の化学的気相
成長方法については何も述べられていなかった。

この発明は上記点に対処してなされたもので、高融点金
属膜を被処理基板の被処理面に成膜する場合に、被処理
面内で膜厚の均一性を向上し、又、膜の密着性を向上し
、さらに比抵抗を低下するという膜質の向上が得られる
成膜方法を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、処理容器内に高融点金属膜成長用ガスとキ
ャリアガスを供給し、被処理基板の少なくとも被処理面
上に高融点金属膜を成膜する方法において、上記キャリ
アガスをヘリウムガスとし、このヘリウムガスを上記高
融点金属膜成長用ガスに衝突させて攪拌し、反応位置に
搬送して成膜することを特徴とする。

（作用効果） キャリアガスをヘリウムガスとし、このヘリウムガスを
高融点金属膜成長用ガスに衝突させて攪拌し、反応位置
に搬送して成膜することにより、ヘリウムガスは質量が
軽いため、多方向に運動が活発であり、金属膜成長用ガ
スを攪拌でき、このことにより、被処理面に均一で安定
した膜を成膜できる。又、ヘリウムは単体として安定し
ているため、高温状態でも他の原子ラジカルと反応せず
、成膜する膜にとりこまれることがないので、膜の密着
性が向上し、比抵抗を低下することが可能となり、総合
して、膜質の向上が得られる。

（実施例） 以下、本発明方法を半導体製造工程の化学的気相成長に
よる薄膜形成工程で、枚葉処理による高融点金属の薄膜
形成に適用した一実施例につき図面を参照して説明する
、。

冷却水等で壁面を冷却可能で機密な円筒状ＡＭ（アルミ
ニウム）製反応チャンバ■上方に、被処理基板例えば半
導体ウェハ■を、被処理面が下向きになる如く設置可能
な設置台■が設けられている。そして、この設置台■近
傍には、例えば半導体ウェハ■の外縁を用いて設置台（
３）に半導体ウェハ■を固定する如く、例えばエアシリ
ンダ等の昇降機構（イ）を備えた支持体０が設けられて
いる。また、後に説明する化学反応を促進するために、
設置台■を加熱する加熱機構として例えば設置台（３）
の上方に石英ガラス製の窓０を通して設置台■を、例え
ば３００〜１０００℃に加熱可能なＩＲクランプｉｎｆ
ｒａ−ｒｅｄ　ｒａｙ　ｌａｍｐ）■が設けられている
。そして、設置台（３）近辺の反応チャンバ０）土壁に
は、例えば２ケ所の排気口（８）が設けられ、゛この排
気口（８）には、反応チャンバ■内を所望の圧力に減圧
及び反応ガス等を排出可能な真空ポンプ（９）例えばタ
ーボ分子ポンプ等が接続されている。

それから、反応チャンバ（ト）下方に上記設置台（３）
と対向するように酸化系のガスである膜成長用ガス例え
ばυＦ、、（六弗化タングステン）等と、キャリアガス
であるＨｅ　（ヘリウム）との混合気体を流出する、多
数の直径例えば１ｍ以下の微小な流出口をもつ円環状の
酸化系ガス導入口（１０）が設けられている。又、同様
に、還元系のガスである膜成長用ガス例えばや５ｉＨ２
ＣＱ２（ジ、クロロシラン）等とキャリアガスであるＨ
ｅとの混合気体を流出する、多数の直径例えば１＋ｎｍ
以下の微小な流出口をもつ円環状の還元系ガス導入口（
１１）が、上記酸化系ガス導入Ｃｊ　（１０）と同軸状
に、やや直径を小さくし、相方のガス導入口（１，０）
（１１）からガスが垂直方向に流出される如く設けられ
ている。これらガス導入口　　　　　　　“（１０，１
１，）は流量制御機構（１２）例えばマス・フロー・コ
ン１ヘローラ等を介してガス供給源に接続されている。

また、設置台０とガス導入口（１，０，１１）の間には
、ガスの流れを制御するための例えばステラピンクモー
タ等の直線移動による移動機構（１３）を備えた円板状
制御板（１４）が設けられている。

そして、反応チャンバ（υの１側面に例えば昇降により
開閉可能なグー１〜バルブ（１５）を介して、半導体ウ
ェハ■を反応チャンバ（１）内に搬入及び搬出するため
、伸縮回転自在にウェハのを保持搬送するハン１へアー
ム（１６）と、ウェハ（２）を板厚方向に所定の間隔を
設けて例えば２５枚程度収納したカセッ１〜（１７）を
載置して昇降可能な載置台（１８）を内蔵した機密な搬
送予備室（１９）が配設しである。

また、」二記構成の膜形成装置は制御部（２０）で動作
制御及び設定制御される。

次に、上述した膜形成装置による半導体ウェハ■への膜
形成方法を説明する。

予備室（１９）の図示しない開閉口よりロボットハンド
又は人手により、例えば被処理半導体ウェハ（２）が２
５枚程度収納されたカセソｈ（１７）を、昇降可能な載
置台（１，８）ｌに載置する。この時、ゲートバルブ（
１５）は閉じた状態で、反応チャンバ（１）内は既に、
真空ポンプ（９）の働きで所望の低圧状態となる様に減
圧されている。そして、カセッｈ（１７）をセットした
後、搬送予備室（１９）の図示しない開閉口は機密とな
る如く閉じられ、図示しない真空ポンプで反応チャンバ
（１）と同程度に減圧する。

次に、ゲートバルブ（１５）が開かれ、所望の低圧状態
を保ち、載置台（１８）の高さを調整することにより、
半導体ウェハ■を伸縮自在なハンドアーム（１６）で、
カセット（１７）から所望の１枚を取り出し、反応チャ
ンバ（１）内に搬入する。この時、支持体■が昇降機構
Ｑ）により下降していて、ウェハ（２）を被処理面を下
向きに支持体（ハ）上に載置する。そして、昇降機構０
）で支持体（ハ）を」二昇し、ウェハ■を設置台０と支
持体（ハ）で挟持し設置する。この時既に、ＩＲランプ
■で設置台０は例えば６５０℃に加熱されている。そこ
で、支持体０のウェハ■当接面は熱伝導率の低いセラミ
ック等で構成すると、ウェハ■の熱分布が一様となり、
処理ムラが防止できる。

また、半導体ウェハ■の設置台■への設置が終了すると
、ハンドアーム（１６）を搬送予備室（１９）内に収納
し、ゲートバルブ（１５）を閉しる。この時点で反応チ
ャンバ（Ｄ内は例えば２５ｎｗｎＴｏｒｒに減圧されて
いる。

次に、半導体ウェハ■被処理面への処理を開始する。

まず、反応チャンバ■内を所望の低圧状態例えば１００
〜２００＋＋ｍＴｏｒｒに保つ如く真空ポンプ（９）で
排気制御しながら、半導体ウェハ■の被処理面の温度を
ＩＲランプ■で５ｉＨ２ＣＱ２が分解可能な温度例えば
６５０℃程度となる如くウェハ■から放射される赤外線
をパイロメーターを用いて制御するか、高感度熱電対を
用いてウェハ（２）の温度を直接検知して制御する。そ
して各ガス導入口（１０，１１）を開いて、流量制御機
構（１２）で反応ガスを構成する膜成長用ガス例えばＷ
Ｆ６とキャリアガスであるＨｅの混合気体を酸化系ガス
導入口（１０）から、半導体ウェハ■の被処理面に対し
て垂直に供給し、又、還元系の膜成長用ガス例えば５ｉ
８２ＣＱ２とキャリアガスであるＨｅの混合気体を還元
系ガス導入口（１１）から、半導体ウェハ■の被処理面
に対して垂直に供給する。

この流量を下表に示す如く制御すると、次式■に示すよ
うな式により、半導体ウェハ■の被処理面上に１１１ｓ
ｉｘが堆積する。

５ｉ１−１□ＣＱ２＋１ＩＦ６→ｌ１ｌＳｉｘ＋ｔｌＦ
＋ＨＣｌ１−＋ＪＦｙ＋ＳｉＦ２・・・■ここで、この
時の化学的な気相成長の反応では、膜成長用ガスである
ＩＩＦ６や５ＩＨ２Ｃρ、は質量が重く各分子毎に複数
にかたまっているため、半導体ウェハ■の被処理面に対
してほぼ垂直方向に供給されるが、キャリアガスである
Ｈｅは質量が軽いため、多方向例えば横方向即ち、半導
体ウェハ■の被処理面と水平方向に活発に運動するので
、このＨｅの横方向の運動により複数の分子毎にかたま
っているすＦ６やＳｊ、ｔｌ、ＣＱ２にＨｅが衝突等し
て１ｌｌＦ６と５１．１１２　ＣＬ！ｚが攪拌され、」
二記■式の反応が被処理面に対して均一に進む。又、Ｈ
ｅは、高温状態でも単体として安定しているため、ドや
ＣＱの原子ラジカルとともに膜にとりこまれることはな
くスＩ−レス（応力）への影響がなく、密着性が向上し
、かつ比抵抗が低下する。

尚、■式に示す反応ガスの化学的な気相成長により金属
の膜を形成する場合、被処理基板の被処理面は稀釈ＨＦ
液で洗浄後、気相成長処理を行なっている。この前処理
を行なうと、より良好な膜を形成することが可能となる
。

この稀釈ＨＦ洗浄後に、良好な膜を形成する為に被処理
面表面の酸化膜除去のＡｒプラズマ処理を、反応チャン
バ（］〕内で行なってもよい。

また、設置台０とガス導入口（１０，１１，）間に設け
た円板状制御板（１４）の位置を移動機構（１３）で調
整することで、設置された半導体ウェハ■の被処理面に
より均一に反応ガスが接する如く、反応ガスの流れを制
御することかできる。

そして、所望の膜形成か終了すると、反応ガスの流出が
止められ、昇降機構０）で支持体０がウェハ■を支持し
た状態で降下し、ゲーＩ−バルブ（１５）が開かれ、伸
縮回転自在なハンドアーム（１６）により半導体ウェハ
■を反応チャンバＯ）より搬出するとともにゲー）−バ
ルブ（１５）を閉じて処理が完了する。

−に記実施例では、膜成長用ガスとして、１１１Ｆ６と
５ｉｌｌ、、ＣＱ、２　と用いて、ｕｓｉア膜を半導体
ウェハ（２）の被処理面」−へ化学的気相成長する場合
について説明したが、このことに限定するものではなく
、例えば半導体ウェハに、ゲー）〜電極やコンタクトホ
ールやスルーホール等の形成の為に、■式や０式による
反応により、Ｗ膜等の高融点金属の金属薄膜を選択的に
堆積させる時に、キャリアガスとしてｔｉｅを用いても
上記実施例と同様な効果が得られる。

１１Ｆ６＋３１＋２→Ｗ＋６１４Ｆ↑　・■２ｔｌＩ’
、　＋　３Ｓｊ　Ｈ，→２Ｗ　＋　３Ｓｊ　Ｆ　＋　６
ｔｌ、・■又、ウェハを加熱する手段は何れでもよく、
設置台内にヒータを内蔵したものでも良いことは言うま
でもない。

以」−２述べたように、この実施例によれば、気密な反
応チャンバＯ〕内を低圧状態と・し、この内部に設置し
た半導体ウェハ（２）の被処理面に、膜成長用ガスとし
てＩＩＦ６と５ｊｌｌ、、Ｃ（＋、を用いて、被処理面
上に１１ｓｊ　Ｘ膜を化学的気相成長により形成する場
合、キャリアガスにｔｈｅを用いると、Ｈｅの運動によ
り、１ｔｌＦ、とＳｉｌ＋２（，０，２の反応製被処理
面に対し均一に促進し、均一な膜を形成でき、Ｈｅは単
体として安定していることにより、形成する膜内にとり
こまれることがないのでストレス（応力）に悪影響を及
ぼすことがなく、このことにより膜の密着性が向上し、
比抵抗が低下し、安定した所望の膜を形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法における膜形成装置の構成図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　処理容器内に高融点金属膜成長用ガスとキャリアガス
   を供給し、被処理基板の少なくとも被処理面上に高融点
   金属膜を成膜する方法において、上記キャリアガスをヘ
   リウムガスとし、このヘリウムガスを上記高融点金属膜
   成長用ガスに衝突させて攪拌し、反応位置に搬送して成
   膜することを特徴とする化学的気相成長方法。