JPH0212913A - Formation of metal or semiconductor electrode and wiring - Google Patents

Formation of metal or semiconductor electrode and wiring

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JPH0212913A
JPH0212913A JP16367288A JP16367288A JPH0212913A JP H0212913 A JPH0212913 A JP H0212913A JP 16367288 A JP16367288 A JP 16367288A JP 16367288 A JP16367288 A JP 16367288A JP H0212913 A JPH0212913 A JP H0212913A
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JP
Japan
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layer
substrate
gas
base
metal
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JP16367288A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Ishii
仁 石井
Hideo Oikawa
及川 秀男
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH0212913A publication Critical patent/JPH0212913A/en
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Abstract

PURPOSE:To make dissociation and adsorption ability extremely high by utilizing the instability of gas on a particular transition element or an element capable of forming a d-band, said instability is due high ability of supplying electrons to th gas molecules from the underlying layer which is to grow selectively. CONSTITUTION:An element, whose outside electron configuration in the ground state is expressed as (n-1)d1-10ns0-2, (n: principal quantum number), or (n-2)f0-14(n-1)s<2>(n-1)p<6>, (n-1)d0-2ns<2>, (n: principal quantum number 6 or 7), or (n-1)d1-10ns0-2np0-6, (n: prindipal quantum number), is exposed in a portion on a substrate to greatly promote dissociation and adsorption of gas molecules of the surface supplied as raw material gas, so that surface reaction is facilitated to occur. A first SiO2 layer 6 is formed on a Si substrate 5, and after an Mo layer 7 is further formed on the SiO2 layer 6 by sputtering process etc., a second SiO2 layer 6 is formed thereon as a mask film to grow selectively. Then, a patterning substrate exposing the under Mo layer 7 is obtained. When hydrogen gas and WF6 gas are introduced onto this substrate, W grows selectively only on the underlying Mo layer within a through hole.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、金属または半導体の電極・配線形成方法に関
し、具体的には、基板表面上の一部に、選択的に半導体
または金属を形成する方法に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for forming metal or semiconductor electrodes and wiring, and specifically, a method for selectively forming a semiconductor or metal on a part of the surface of a substrate. It's about how to do it.

[従来の技術] 従来半導体装置の電極・配線の形成には、まず第7図(
a)に示すように下層の電極・配線層i上に開口(スル
ーホール3)を有する絶縁層2を形成し、次にスパッタ
法または真空蒸着法により例えばAX、Mo等の金属層
を形成する方法が用いられてきた(第7図(b))、し
かし、半導体装置の微細化に伴ってスルーホール3の径
が微小となりアスペクト比が高くなるに従い、第7図(
C)に示すように、スルーホール3側壁部に金属が堆積
されず、下層電極・配線層との接続が充分にとれないと
いう問題点が生じるようになった。
[Prior Art] Conventionally, in the formation of electrodes and interconnections of a semiconductor device, the method shown in FIG. 7 (
As shown in a), an insulating layer 2 having an opening (through hole 3) is formed on the lower electrode/wiring layer i, and then a metal layer such as AX, Mo, etc. is formed by sputtering or vacuum evaporation. However, with the miniaturization of semiconductor devices, the diameter of the through hole 3 becomes minute and the aspect ratio becomes higher.
As shown in C), metal was not deposited on the side wall of the through hole 3, causing a problem that sufficient connection with the lower electrode/wiring layer could not be established.

これを改善するために、従来のスパッタ法や真空蒸着法
に代わる方法として、化学気相成長法(CVD法)を用
いた選択成長法が提案されている。この方法は、スルー
ホール3部分を埋め込む元素を構成元素に持つ気体の表
面反応を利用して、スルーホール3内部にのみ膜を成長
させ、マスクwA(絶縁層2)上には全く成膜させない
ことを特徴とする。この選択成長が可能な方法としては
、既に六フッ化タングステン(WFa)等の金属フッ化
物と水素(H3)を用いて金属を選択的に成長させる方
法あるいはテトラクロルゲルマン(GeCJ14)と水
素を用いてGeを選択的に成長させる方法(特開昭62
−179113)等が提案されている。
In order to improve this, a selective growth method using chemical vapor deposition (CVD) has been proposed as an alternative to the conventional sputtering method and vacuum evaporation method. In this method, a film is grown only inside the through hole 3 by using the surface reaction of a gas whose constituent element is the element that fills the through hole 3 portion, and no film is formed on the mask wA (insulating layer 2). It is characterized by Methods that allow this selective growth are already known, such as the method of selectively growing a metal using a metal fluoride such as tungsten hexafluoride (WFa) and hydrogen (H3), or the method using tetrachlorogermane (GeCJ14) and hydrogen. A method for selectively growing Ge using
-179113) etc. have been proposed.

これらの方法では、スルーホール3内部の下地とマスク
とする絶縁層2上での表面反応の生起のしやすさの差異
を利用している。すだわち、下地表面上で原料ガスの水
素還元反応が絶縁層2上よりも生起しやすいことを利用
し、優先的にスルーホール内を原料ガスを構成する元素
(前者ではW、後者ではGe)によって埋め込むもので
ある。
These methods utilize the difference in the ease with which surface reactions occur between the base inside the through hole 3 and the insulating layer 2 used as a mask. In other words, by taking advantage of the fact that the hydrogen reduction reaction of the raw material gas occurs more easily on the underlying surface than on the insulating layer 2, the element constituting the raw material gas (W in the former, W in the latter) is preferentially transferred inside the through hole. Ge).

[発明が解決しようとする課題] 従来、半導体プロセス上の要請から、下地としてはSt
、Al2.Ge等を用いるのが一般的である。
[Problem to be solved by the invention] Conventionally, St.
, Al2. Ge or the like is generally used.

しかし、これらの下地に対して上述のような方法で選択
成長を行った場合、以下の様な問題点が生じる。
However, when selective growth is performed on these bases by the method described above, the following problems arise.

■原料ガス(WF、、GeCfL4)によって下地が蝕
刻を受ける。(下地がSi、Geのとぎ)■選択性を確
保しにくく、従って選択性を確保するための条件の余裕
度が小さい、(下地がSt。
■The base material is etched by the raw material gas (WF, GeCfL4). (The base is Si or Ge) ■ It is difficult to ensure selectivity, so there is little latitude in the conditions for ensuring selectivity. (The base is St.

Ge、Al2のとき) ■下地の露出面積が大きい程選択性が悪化する。Ge, Al2) ■The larger the exposed area of the base, the worse the selectivity.

(下地がSt、Geのとき) これらの問題点を解決する方法としては、以下に示す様
な提案がなされている。
(When the base is St or Ge) As a method for solving these problems, the following proposals have been made.

■wFsを用いたWの選択成長では、上述の下地の蝕刻
を防ぐためにWF6と共にS i H4を導入し、積極
的にWF6を還元する方法が提案されている。
(2) In the selective growth of W using wFs, a method has been proposed in which S i H4 is introduced together with WF6 and WF6 is actively reduced in order to prevent the above-mentioned etching of the underlying layer.

この方法には、下地の蝕刻を防止し、成膜速度を高速化
できる利点がある。しかしこの方法では、SiH,自身
の熱分解により、Siがマスク膜上へ堆積し、Wの成長
の選択性を悪化させるという、別の問題点が生じる。
This method has the advantage of preventing etching of the underlying layer and increasing the speed of film formation. However, in this method, another problem arises in that SiH is deposited on the mask film due to thermal decomposition of itself, which deteriorates the selectivity of W growth.

この問題点を解決する方法として、SiH4の熱分解反
応を暑く抑えるために堆積温度を低く設定することが考
えられる。しかし、Stの堆積はたとえ室温程度であっ
ても全く皆無とすることはできず、また、W自身の高温
に於ける不純物(酸素)の掃き出し効果が期待できない
ので良好なW膜とならず、さらに、堆積したWと下地と
の密着性が悪いという欠点がある。その上この方法では
、成長膜が、W中にStを含んだものとなるので、本質
的にWと同等の低抵抗な膜とはなり得ないという欠点を
持っている。
One possible way to solve this problem is to set the deposition temperature low in order to suppress the thermal decomposition reaction of SiH4. However, deposition of St cannot be completely eliminated even at room temperature, and W itself cannot be expected to have the effect of sweeping out impurities (oxygen) at high temperatures, so a good W film cannot be obtained. Furthermore, there is a drawback that the adhesion between the deposited W and the base is poor. Moreover, this method has the disadvantage that the grown film contains St in W, and therefore cannot be a film with essentially the same low resistance as W.

■下地がsiの場合は、上述の下地の蝕刻を防止する観
点から、成膜初期に低温とし、−度Wが成長し始めた時
点で温度を昇温して引き続きWを成長させる方法が提案
されている。しかし、この方法においては、いわば2段
階の成長法をとることになるので、W堆積工程が複雑に
なるという問題点がある。
■If the base is Si, in order to prevent the above-mentioned etching of the base, a method is proposed in which the temperature is set at a low temperature at the beginning of film formation, and then the temperature is raised once W starts to grow by - degrees to continue growing W. has been done. However, this method involves a two-step growth method, so there is a problem that the W deposition process becomes complicated.

[課題を解決するための手段] 本発明は、基底状態における外側電子配置が;(n−1
) dIAIIOnSOA12  (n、主量子数)あ
るいは: (n−2)f0〜”(n−1)s2 (n−1)p’(
n−1) d0〜’ n52 (n:主量子数6又は7) あるいは; (n−1)  dl#1Ons0〜2  npOtv6
(n:主量子数) と表わされる元素を基板上の一部に露出させる工程と、
少くとも金属原子または半導体原子を構成元素に持つ分
子を導入して該露出表面上にのみ上述の金属原子からな
る金属層あるいは半導体原子からなる半導体層を形成す
る工程を含むことを特徴とする金属薄膜および半導体薄
膜の成長方法に要旨が存在する。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides that the outer electron configuration in the ground state is; (n-1
) dIAIIOnSOA12 (n, principal quantum number) or: (n-2)f0~”(n-1)s2 (n-1)p'(
n-1) d0~' n52 (n: principal quantum number 6 or 7) or; (n-1) dl#1Ons0~2 npOtv6
(n: principal quantum number) a step of exposing an element expressed as (n: principal quantum number) on a part of the substrate;
A metal characterized by comprising a step of introducing molecules having at least metal atoms or semiconductor atoms as constituent elements to form a metal layer made of the above-mentioned metal atoms or a semiconductor layer made of semiconductor atoms only on the exposed surface. There are gist in methods for growing thin films and semiconductor thin films.

[作用] 本発明によれば、原料ガスとして供給されたガス分子の
表面上での解離吸着を著しく促進することによって表面
反応を生起しやすくするので、たとえばWF、+)I、
系を用いて下地をSiとしたときに問題となフた、下地
の蝕刻や成膜が始まるまでのオフセット選択性の下地露
出面積依存性を無くし、あるいはAllを下地にしたと
きの選択性不良や成膜までのオフセットを防止すること
が可能である。さらに堆積温度を高温にできるので下地
との密着性も良好となる。
[Function] According to the present invention, by significantly promoting the dissociation and adsorption of gas molecules supplied as a raw material gas on the surface, surface reactions are facilitated.
The problem that arises when using Si as a base using the system is to eliminate the dependence of the offset selectivity on the exposed area of the base until etching of the base or film formation begins, or to eliminate poor selectivity when using All as the base. It is possible to prevent offsets until film formation. Furthermore, since the deposition temperature can be raised to a high temperature, the adhesion to the base is also improved.

[実施例コ (実施例1) まずはじめに、WF、とH2を用いてWを所望の領域に
選択的に成長させる場合について述べる。第1図は、本
実施例を説明するための工程断面図である。
[Example 1 (Example 1) First, a case will be described in which W is selectively grown in a desired region using WF and H2. FIG. 1 is a process sectional view for explaining this embodiment.

まず、St基板5上に第1の5in2層6を形成し、さ
らに公知のスパッタ法等によりM。
First, a first 5in2 layer 6 is formed on the St substrate 5, and then M is formed by a known sputtering method or the like.

層7を形成した後、この上に選択成長のマスク膜として
第2の5i02層6を形成する(第119 (a) )
。この後フォトリソグラフィーとエツチングによるパタ
ーニングを行い、下地Mo層7を露出したパターニング
基板(第2図(b))を得る。この基板上に、水素ガス
とW F sガスを、基板温度460℃にて、水素ガス
18QOsccm、WF、ガス10105e。
After forming layer 7, a second 5i02 layer 6 is formed thereon as a mask film for selective growth (119th (a)).
. Thereafter, patterning is performed by photolithography and etching to obtain a patterned substrate (FIG. 2(b)) in which the underlying Mo layer 7 is exposed. On this substrate, hydrogen gas and WFs gas were applied at a substrate temperature of 460°C, hydrogen gas 18QOsccm, WF, and gas 10105e.

全圧0.tai’orrとして導入すると、W成長速度
的800人/minを持ってスルーホール内Mo下地上
にのみWを選択的に成長させることができる。このとき
、当該選択成長は第2図に示すようになり、下地の蝕刻
はなかった。また、第3図はW成長膜厚の堆積時間依存
性の測定結果を表すものであるが、W成長膜厚は堆積時
間と比例しており、成膜時にオフセットがかからないこ
とが示された。
Total pressure 0. When introduced as tai'orr, W can be selectively grown only on the Mo substrate inside the through hole with a W growth rate of 800 people/min. At this time, the selective growth became as shown in FIG. 2, and there was no erosion of the base. Furthermore, FIG. 3 shows the measurement results of the dependence of the W grown film thickness on the deposition time, and it was shown that the W grown film thickness was proportional to the deposition time, and no offset occurred during film formation.

なお、本実施例においてはスルーホール径0.8μm1
アスペクト比約1.2としたが、他にスルーホール径0
.5μm1アスペクト比2.0としても、全く堆積速度
は変化せず、かつ選択性も充分に確保できることも確認
できた。
In addition, in this example, the through hole diameter is 0.8 μm1
The aspect ratio was approximately 1.2, but the through hole diameter was 0.
.. It was also confirmed that even when the aspect ratio was 5 μm and 2.0, the deposition rate did not change at all and that sufficient selectivity could be ensured.

また、通常用いられる4インチ径のStウェハ上に、M
Oを第4図に示すようにパターニング(全面積の約1/
2) してWを堆積しても、やはり良好な選択性を持っ
てWを成長させることができた。このことにより、下地
露出面積が大きい場合でも選択性の劣化は生じないこと
がわかった。
In addition, M
Pattern O as shown in Figure 4 (approximately 1/1/2 of the total area).
2) Even when W was deposited in this manner, W could still be grown with good selectivity. As a result, it was found that no deterioration in selectivity occurred even when the underlying exposed area was large.

以上示したように、下地露出部分をMoとしたとき、こ
のMo上に下地の蝕刻がなく、また成膜のオフセットが
なく、さらに下地露出面積に依存せずWを選択的に成長
させることができた。その理由を以下に示す。
As shown above, when the exposed part of the base is Mo, there is no erosion of the base on this Mo, there is no offset in film formation, and furthermore, it is possible to selectively grow W without depending on the exposed area of the base. did it. The reason is shown below.

WF、とH2を基板上に導入してWを選択成長できるの
はWF、とH2の下地基板露出部分とマスク膜上での表
面化学反応の反応速度の差異による。もし、表面が関与
しない反応であるならば、気相でWF、の還元反応が生
起することになり、選択成長体出来ないことになる。し
たがって、WF6の還元反応は表面上で生起しているこ
とは明らかである。このとき、少くともWF6を還元す
るためには、表面上でH2が解離して吸着(解離吸着)
し、化学的に活性なヒドリド錯体(hydride c
o+nplex)を形成する必要がある。このときH3
が解離吸着する過程は、以下の様に説明される。
The reason why W can be selectively grown by introducing WF and H2 onto the substrate is due to the difference in the reaction rate of the surface chemical reaction of WF and H2 on the exposed portion of the underlying substrate and on the mask film. If the reaction does not involve the surface, a reduction reaction of WF will occur in the gas phase, and selective growth will not be possible. Therefore, it is clear that the reduction reaction of WF6 occurs on the surface. At this time, in order to reduce at least WF6, H2 must be dissociated and adsorbed on the surface (dissociation adsorption).
and chemically active hydride complexes (hydride c
o+nplex). At this time H3
The process of dissociation and adsorption of is explained as follows.

すなわち、H2が表面に近づいてくると、第5図(a)
のように分離していたH2の結合軌道と反結合軌道が、
第5図(b)に示す如くフェルミレベルの両側に状態密
度分布を互いに重ねて持つようになる。この結果、H2
分子の反結合軌道に下地基板側から電子が流入してH2
分子は不安定化される。さらに表面に近づいてくると、
ついには水素は表面の原子と結合を形成することとなり
、第5図(C)の如く表面原子との間に結合、反結合軌
道を形成する。以上がH2の表面での解離吸着の定性的
な説明である。
In other words, as H2 approaches the surface, Fig. 5(a)
The bonding orbital and antibonding orbital of H2, which were separated as in
As shown in FIG. 5(b), the state density distributions are superimposed on both sides of the Fermi level. As a result, H2
Electrons flow into the antibonding orbital of the molecule from the underlying substrate side and H2
The molecule is destabilized. As you get closer to the surface,
Eventually, hydrogen forms bonds with surface atoms, forming bonding and antibonding orbitals with the surface atoms as shown in FIG. 5(C). The above is a qualitative explanation of the dissociative adsorption of H2 on the surface.

以上のような傾向はd電子を持つ遷移金属において著し
く増大する。これは、遷移金属のd空軌道へのH2から
の電子の流れ込みおよびバックドネーション、すなわち
遷移金属のdπ電子のH2反結合軌道への流れ込みが極
めて生起しやすいからである。以上のように、遷移金属
上ではH2の解離吸着が極めて生起しやすいために、W
F6とH2を導入した際にMo下地露出部分でH2がす
みやかに解離吸着してMoヒドリド錯体を形成し、直ち
にW F aの還元反応が開始される。したがって、下
地を蝕刻することなく、かつ堆積のオフセットもなく、
WをMO露出部分上に選択的に成長させることができる
The above tendency increases significantly in transition metals having d electrons. This is because the flow of electrons from H2 into the d vacant orbital of the transition metal and back donation, that is, the flow of dπ electrons of the transition metal into the H2 antibonding orbital, are extremely likely to occur. As mentioned above, since dissociative adsorption of H2 is extremely likely to occur on transition metals, W
When F6 and H2 are introduced, H2 is quickly dissociated and adsorbed at the exposed portion of the Mo base to form a Mo hydride complex, and the reduction reaction of W Fa is immediately initiated. Therefore, there is no etching of the substrate and no offset of deposition.
W can be selectively grown on the MO exposed portions.

一方露出下地をSiとする場合、Stはd電子を持たな
いためH2の解離吸着能力が低い。このためSi上では
まず、 WF6 +3/2 S i =W+372 S i F
4なるSt還元反応によってSt露出部分にWが堆積す
る。−度Wが堆積されれば、W自身が遷移金属であるの
で、堆積したW上でH2の解離吸着が起こり、Wヒドリ
ド錯体が形成される。この結果ひき続いてWF6の還元
が促進され、Wの堆積が起こる。
On the other hand, when the exposed base is Si, since St does not have d electrons, it has a low ability to dissociate and adsorb H2. Therefore, on Si, first, WF6 +3/2 S i =W+372 S i F
W is deposited on the exposed portion of St by the St reduction reaction 4. When - degree W is deposited, since W itself is a transition metal, dissociative adsorption of H2 occurs on the deposited W, and a W hydride complex is formed. As a result, reduction of WF6 is promoted and W deposition occurs.

以上の理由から露出下地をSiとする場合はWの成膜の
ために必ず下地Stを蝕刻することとなる。
For the above reasons, when the exposed base is made of Si, the base St must be etched in order to form a W film.

また上記反応で生成するS i F4は、そのフラグメ
ントとしてSiF2を生成する。SiF2は、 7SiF、+10H,O→ S it Ha +5S i 02 +14HFなる反
応(J 、Am、Chen+、Soc、87 、282
4 (1965) )によって、ジシラン等の高級シラ
ンを生成する。高級シランは、熱分解によって容易にマ
スク膜上にSiとして堆積するので、これが核となって
マスク膜上にもWが堆積し選択性の劣化の原因となる。
Further, SiF4 produced in the above reaction produces SiF2 as a fragment thereof. SiF2 undergoes the following reaction (J, Am, Chen+, Soc, 87, 282
4 (1965)) to produce higher silanes such as disilane. Since high-grade silane easily deposits on the mask film as Si by thermal decomposition, this serves as a nucleus and W is deposited on the mask film as well, causing a deterioration of selectivity.

選択性にSi露出面積依存性があるのは、上記の理由に
よってSt露出面積が大きい場合には生成するS i 
F、濃度が高くなり、結果的にマスク膜上で高級シラン
濃度が高くなるためである。したがって下地をMO等の
遷移金属にすれば、SiF。
The reason why the selectivity depends on the Si exposed area is because of the above reason, when the St exposed area is large, the Si
This is because the concentration of F increases, resulting in an increase in the concentration of higher silane on the mask film. Therefore, if the base is made of a transition metal such as MO, it becomes SiF.

の生成がないので、選択性の下地露出面積依存性はなく
なることになる。
Since there is no generation of , the dependence of selectivity on the exposed area of the substrate disappears.

また、AILを下地とする場合、AJIでは価電子が自
由電子として存在するのでH2の反結合軌道への電子の
流し込み能力は皆無ではないが、d電子を持つ遷移金属
ではないので上記実施例に示したMOに比べれば著しく
H2の解離吸着能力は劣る。したがってA℃を下地とす
る場合は選択性を確保しにくい。
In addition, when AIL is used as a base, valence electrons exist as free electrons in AJI, so there is no ability to pour electrons into the antibonding orbital of H2, but since it is not a transition metal with d electrons, the above example Compared to the MO shown above, the ability to dissociate and adsorb H2 is significantly inferior. Therefore, when using A°C as a base, it is difficult to ensure selectivity.

なお、上記実施例ではマスク膜としてECRによって堆
積したSin、膜を用いたが、マスク膜としては、熱酸
化膜、スパッタ酸化膜あるいはCVD酸化膜であっても
良いことを確認している。
In the above embodiment, a Si film deposited by ECR was used as the mask film, but it has been confirmed that the mask film may be a thermal oxide film, a sputter oxide film, or a CVD oxide film.

また露出する下地としては、Moの他に遷移金属あるい
は遷移金属を含む下地であればMO珪化物、Ti、Ti
珪化物、W、W珪化物であっても良いことを確認してい
る。
In addition, the exposed base may be a transition metal or a base containing a transition metal in addition to Mo, such as MO silicide, Ti, or Ti.
It has been confirmed that silicide, W, and W silicide may also be used.

ここで注意すべきことは、H2の解離吸着は下地遷移金
属からのH2の反結合軌道への電子の供給能力によると
いうことである。したがって遷移金属化合物を下地とす
る場合は、イオン性の強い結合を持つ化合物、例えばT
iNなとは、窒素側にTiのd電子が引かれるため、電
子供給能力が低くなり、Wが成長しない。
What should be noted here is that the dissociative adsorption of H2 depends on the ability of the underlying transition metal to supply electrons to the antibonding orbital of H2. Therefore, when using a transition metal compound as a base, compounds with strong ionic bonds, such as T
In the case of iN, the d electrons of Ti are attracted to the nitrogen side, so the electron supply ability becomes low and W does not grow.

(実施例2) 次に、GeCu4とH2を用いてGeを選択成長させる
例について述べる。G e Cj2 aとH2によるG
a膜成長は、G e Cfl 4とH2の解離吸着を経
るラングミエアーヒンジエルウッド過程によるものであ
り、詳細な反応過程については本発明者等によって発表
されている(方弁、高橋、第34回応用物理学関係連合
講演会(1987)予稿集第1分冊、P133,28a
−ZC−5)。
(Example 2) Next, an example of selectively growing Ge using GeCu4 and H2 will be described. G e Cj2 G by a and H2
The a film growth is due to the Langmier-Hinge-Elwood process that involves dissociative adsorption of G e Cfl 4 and H2, and the detailed reaction process has been published by the present inventors (Fangben, Takahashi, 34th. Joint Conference on Applied Physics (1987) Proceedings Volume 1, P133, 28a
-ZC-5).

この系では、下地基板としてSiを用いた場合、マスク
膜として用いたSiO2上にGeが成膜しないことはも
ちろんであるが、Si上にもGeは成膜しない、これは
、SLがd電子を持たないため、ラングミュア−ヒンジ
エルウッド過程にとって必要なH2の解離吸着が起こら
ないからである。一方Geを下地とした場合、Ge上に
Geが成膜する。これは、Geは遷移金属ではないが、
Siと異なり3d電子を持つためH2への電子供給能力
が高く、H2がGe表面上で解離吸着しやすいためであ
る。
In this system, when Si is used as the base substrate, Ge is not formed on SiO2 used as a mask film, but Ge is also not formed on Si. This is because SL has d electrons. This is because the dissociative adsorption of H2 necessary for the Langmuir-Hinge-Elwood process does not occur. On the other hand, when Ge is used as a base, a Ge film is formed on Ge. This is because although Ge is not a transition metal,
This is because, unlike Si, it has 3d electrons, so it has a high ability to supply electrons to H2, and H2 is easily dissociated and adsorbed on the Ge surface.

したがって、この事実およびGeCJZ4−H。Therefore, this fact and GeCJZ4-H.

系でのGe成膜がラングミエアーヒンジエルウッド過程
で起こることより、GaCl2−H2系でGeを選択成
長させる場合には下地としてGeを使用しても本発明の
効果を得られることがわかる。また同様にして、遷移金
属を下地として使用できることもわかる。
Since Ge film formation in this system occurs through the Langmier-Hinge-Elwood process, it can be seen that when Ge is selectively grown in a GaCl2-H2 system, the effects of the present invention can be obtained even when Ge is used as a base. It can also be seen that a transition metal can be used as a base in the same manner.

なお、GeH4,GeH2(CH3)。Note that GeH4, GeH2 (CH3).

GeH2(Cz Hs L2* Aj!(CHs )s
 eAft(C2H1l )! 、AL(Cs H7)
3Si、H,等も、これまでに5i02等の絶縁膜をマ
スク膜として選択成長することが知られているが、下地
露出部分に遷移金属を含む面を露出すれば上記の理由に
よって容易に選択性を確保できることは明らかである。
GeH2(Cz Hs L2*Aj!(CHs)s
eAft(C2H1l)! , AL (Cs H7)
It has been known that 3Si, H, etc. can be selectively grown using an insulating film such as 5i02 as a mask film, but if the surface containing the transition metal is exposed in the exposed part of the base, it can be easily selected for the above reasons. It is clear that sex can be ensured.

以上の実施例中では基板として遷移金属を含む系を用い
たが、イオンインプランテーションあるいは収束イオン
ビーム等により遷移金属を表面に露出して存在させる方
法を用いて、この上に選択成長させても良いことは明ら
かである。次に実施例3としてこの方法について述べる
In the above examples, a system containing a transition metal was used as the substrate, but it is also possible to selectively grow the transition metal on the substrate by exposing the transition metal to the surface by ion implantation or a focused ion beam. The good news is obvious. Next, this method will be described as Example 3.

(実施例3) 本実施例においては、本発明による基板上での金属配線
形成法について述べる。第6図は、本実施例を説明する
ための工程断面図である。
(Example 3) In this example, a method for forming metal wiring on a substrate according to the present invention will be described. FIG. 6 is a process sectional view for explaining this embodiment.

まず、SL基板5上に5i02膜6を形成し、所望のマ
スクパターンを形成する(第6図(a))、次に、P 
d Cj! xガスを用いて、公知の金属インプランテ
ーション法によってPd打込層を形成し、マスク材であ
るレジストを除去し、Pdを表面にパターンニングした
表面改質層を形成する(第7図(b) )、 L、かる
後に前述のW選択成長法と同様の条件でWのCVDを行
うと、第7図(C)に示す如く、Pdによる表面改質層
上のみにWを選択的に成長させることができる。
First, a 5i02 film 6 is formed on the SL substrate 5, and a desired mask pattern is formed (FIG. 6(a)).
d Cj! A Pd implantation layer is formed by a known metal implantation method using x gas, the resist serving as a mask material is removed, and a surface modified layer is formed by patterning Pd on the surface (see Fig. 7 (b). ), L, When CVD of W is then performed under the same conditions as the W selective growth method described above, W is selectively grown only on the surface modified layer by Pd, as shown in Figure 7(C). can be done.

本実施例においては、Pdを表面上の遷移金属として用
い、この表面改質層上での水素の解離吸着を著しく促進
することによってWの選択成長を可能とし、Wの配線パ
ターンを得た。
In this example, Pd was used as a transition metal on the surface, and selective growth of W was made possible by significantly promoting the dissociation and adsorption of hydrogen on this surface-modified layer, and a W wiring pattern was obtained.

表面改質層を形成するための遷移金属としては、その遷
移金属原子から構成される分子がガス化できるものであ
れば良いことは勿論であり、たとえば、T i Cj!
 a 、 W F a 、 W (CO)a 。
Of course, the transition metal for forming the surface modified layer may be any metal as long as the molecules composed of the transition metal atoms can be gasified. For example, T i Cj!
a, WFa, W(CO)a.

Mo Fa 、  Mo (Co) a 、  N i
  (CO) aなどを用いることが可能であるのは当
然である。
Mo Fa, Mo (Co) a, Ni
Of course, it is possible to use (CO) a and the like.

また遷移金属による表面改質層の形成方法としては、上
述の金属インプランテーション法の他に、触媒化学で一
般的によく用いられる金属の担持法を用いてもよいこと
はいうまでもない。
As a method for forming the surface-modified layer using a transition metal, it goes without saying that in addition to the metal implantation method described above, a metal supporting method commonly used in catalyst chemistry may be used.

以上実施例1.2および3で記した様に、選択成長現象
は、水素分子を構成する分子軌道の中で特に反結合軌道
への電子の流し込み能力の高い表面上において生起する
。このような能力はその基底状態の外側電子配置が (n−1) dlA’1Ons0〜2  (n 、主量
子数)あるいは (n−2)f’〜”(n−1)s”  (n−1)p’
(n−1)d’〜2  n s 2 (n:主量子数6又は7) で表わされる遷移金属において、水素分子の2π1反結
合軌道への電子のいわゆる送供与能力が高いため顕著に
見ることができる。但しこの分野の当業者であれば容易
に理解できるように、遷移金属の送供与能力は遷移金属
原子の水素分子の接近による配位子場分裂の差異あるい
はd電子、f電子のより高位のS電子、p電子によるス
クリーニングなどの電子状態、あるいは表面原子構造に
よって影響を受けるため、たとえばAu表面ではH3の
解離吸着が起こらず、従ってWの成長もできない表面が
例外的に存在することに留意すべきことはいうまでもな
い。
As described above in Examples 1.2 and 3, the selective growth phenomenon occurs on surfaces that have a high ability to flow electrons particularly into antibonding orbitals among the molecular orbitals constituting hydrogen molecules. Such ability means that the outer electron configuration of the ground state is (n-1)dlA'1Ons0~2 (n, principal quantum number) or (n-2)f'~"(n-1)s" (n- 1) p'
(n-1) In transition metals represented by d'~2ns2 (n: principal quantum number 6 or 7), it is noticeable because the so-called ability to transfer and donate electrons to the 2π1 antibonding orbital of the hydrogen molecule is high. be able to. However, as can be easily understood by those skilled in the art, the donor ability of transition metals is due to the difference in ligand field splitting due to the approach of hydrogen molecules of transition metal atoms, or the higher S of d and f electrons. It should be noted that there are exceptional surfaces where, for example, on Au surfaces, dissociative adsorption of H3 does not occur, and therefore W cannot grow, because it is affected by the electronic state such as screening by electrons and p electrons, or by the surface atomic structure. It goes without saying that it should be done.

また、遷移金属ではなくても、a−bindを形成しう
る (n−1)d’〜10nsO,−2npO〜6(n:主
量子数) なる基底電子配置を持つ元素、たとえばGeなどは、先
に記したようにH2の解離吸着が可能であるために、そ
の上に選択成長させることができる。
In addition, even if it is not a transition metal, an element with a base electron configuration of (n-1)d'~10nsO, -2npO~6 (n: principal quantum number) that can form a-bind, such as Ge, As mentioned above, since H2 can be dissociated and adsorbed, selective growth can be performed thereon.

また、上記の遷移金属やGe以外でも、価電子帯に自由
電子を持つ系、たとえばAβ等の金属上では、d電子系
列の元素に比べれば著<82の解離吸着能力は劣るが、
大量の水素を表面に導入して接触させることにより平衡
を解離吸着の方向へ移動させて表面上に解離水素を形成
できるので、選択成長が可能となる。
In addition to the transition metals and Ge mentioned above, on systems with free electrons in the valence band, such as metals such as Aβ, the dissociative adsorption ability of <82 is significantly inferior to that of d-electron series elements.
By introducing a large amount of hydrogen into the surface and bringing it into contact with the surface, the equilibrium can be shifted in the direction of dissociative adsorption and dissociated hydrogen can be formed on the surface, thereby enabling selective growth.

LSIプロセスで比較的よく用いられるWF6とH2に
よるWの選択成長の際の下地を、上述の原理に基いて記
すと以下の如くになる。
The base for selective growth of W using WF6 and H2, which are relatively commonly used in LSI processes, can be described as follows based on the above-mentioned principle.

Mo、W>MoSi、、WSi、、TiSi。Mo, W>MoSi,,WSi,,TiSi.

>Ge>>An>n” −S i >S i >P” 
−S iなお、選択成長をさせるための気相に暴露させ
た表面の構成としては、下地全面を上述の物質とし、マ
スク膜を形成して開口してもよく、あるいは、LSIプ
ロセスにおけるいわゆる多層配線のヴイアホールの如く
多層構造を形成し、そのうちの上述の物質系からなる層
上に開口してもよく、さらには、すでに述べたように、
表面上に上述の物質系からなる部分を形成するような表
面処理あるいは表面改質を行って、その上に選択成長さ
せてもよいことはもちろんであって、本発明の精神を損
なわない範囲において気相にさらされる表面の構成法を
種々とりうろことは当然である。
>Ge>>An>n” −S i >S i >P”
-Si Note that the structure of the surface exposed to the gas phase for selective growth may be such that the entire surface of the base is made of the above-mentioned material and a mask film is formed to form an opening, or a so-called multilayer structure in the LSI process is used. It is also possible to form a multilayer structure like a via hole for wiring, and open it on a layer made of the above-mentioned material system.Furthermore, as already mentioned,
It goes without saying that surface treatment or surface modification may be performed to form a portion made of the above-mentioned material system on the surface, and selective growth may be performed thereon, as long as the spirit of the present invention is not impaired. Of course, there are many ways to configure the surfaces exposed to the gas phase.

[発明の効果] 以上説明したように、基底状態における外側電子配置が
; (n−1)dl′″@ On s O″″2 (n:主
量子数)あるいは; (n−2)f’〜”(n−1)s’  (n−1)p’
(n−1)d’〜2  n s 2 (n:主量子数6又は7) で表わされる遷移元素上、あるいは; (fi−i ) dl″1(InsOS2 npO〜6
(n:主量子数) と表わされるd−bindを形成し得る元素上では、選
択成長を行おうとする下地のガス分子への電子供給能力
が高いため、ガス分子を不安定化させることができ、解
離吸着能力を極めて高いという特徴をもつ。
[Effect of the invention] As explained above, the outer electron configuration in the ground state is; ~”(n-1)s'(n-1)p'
(n-1) d'~2 n s 2 (n: principal quantum number 6 or 7); or; (fi-i) dl''1 (InsOS2 npO~6
(n: principal quantum number) Elements that can form d-bind have a high ability to supply electrons to the underlying gas molecules on which selective growth is to be performed, so they cannot destabilize the gas molecules. It is characterized by extremely high dissociative adsorption capacity.

したがって、選択成長を行う場合、選択成長を行おうと
する下地上に上述の原子を存在させると、その解離吸着
能力によって下地を蝕刻することなく、オフセットもか
からず、良好な選択性を持って選択成長を行うことがで
きる。
Therefore, when selective growth is performed, if the above-mentioned atoms are present on the substrate on which selective growth is to be performed, their dissociative adsorption ability will not etch the substrate and will not cause offset, resulting in good selectivity. Selective growth can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来法によるスルーホール埋込みを示す図、第
2図は実施例1における基板形成工程を示す図、第3図
は実施例1においてスルーホールにWを埋込んだ図、第
4図は実施例1においてW成長膜厚の時間依存性を示す
図、第5図は実施例1において選択性の面積依存性を検
討するために用いた基板上のパターンを示す図、第6図
は表面上での分子の解離吸着の原理を説明する図、第7
図はPd打込層上でのWの選択成長を用いた配線パター
ン形成法を示す図である。 1・・・下層電極配線層 3・・・スルーホール 5・・・Si基層 7・・・Mo層 9・・・レジスト 2・・・絶縁層(マスク@) 4・・・金属層 6・”5i02層 8・ψ9W 10・・・Pd表面改質層 第 図 第 図 第 図 堆積時1mf分) 第 図 第 図
FIG. 1 is a diagram showing through-hole filling by the conventional method, FIG. 2 is a diagram showing the substrate forming process in Example 1, FIG. 3 is a diagram in which W is buried in the through-hole in Example 1, and FIG. 5 shows the time dependence of the W growth film thickness in Example 1, FIG. 5 shows the pattern on the substrate used to examine the area dependence of selectivity in Example 1, and FIG. Diagram 7 explaining the principle of dissociative adsorption of molecules on a surface
The figure shows a method of forming a wiring pattern using selective growth of W on a Pd implanted layer. 1... Lower electrode wiring layer 3... Through hole 5... Si base layer 7... Mo layer 9... Resist 2... Insulating layer (mask@) 4... Metal layer 6... 5i02 layer 8・ψ9W 10... Pd surface modified layer (1 mf at the time of deposition)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 基底状態における外側電子配置が; (n−1)d^1^〜^1^0ns^0^〜^2(n:
主量子数)あるいは; (n−2)f^0^〜^1^4(n−1)s^2(n−
1)p^6(n−1)d^0^〜^2ns^2 (n:主量子数6又は7) あるいは; (n−1)d^1^〜^1^0ns^0^〜^2np^
0^〜^6(n:主量子数) と表わされる元素を基板上の一部に露出させる工程と、
少くとも金属原子または半導体原子を構成元素に持つ分
子を導入して該露出表面上にのみ上述の金属原子からな
る金属層あるいは半導体原子からなる半導体層を形成す
る工程を含むことを特徴とする金属または半導体の電極
・配線形成方法。
[Claims] The outer electron configuration in the ground state is; (n-1)d^1^~^1^0ns^0^~^2(n:
(principal quantum number) or; (n-2)f^0^~^1^4(n-1)s^2(n-
1) p^6 (n-1) d^0^~^2ns^2 (n: principal quantum number 6 or 7) Or; (n-1) d^1^~^1^0ns^0^~^ 2np^
a step of exposing an element expressed as 0^ to ^6 (n: principal quantum number) on a part of the substrate;
A metal characterized by comprising a step of introducing molecules having at least metal atoms or semiconductor atoms as constituent elements to form a metal layer made of the above-mentioned metal atoms or a semiconductor layer made of semiconductor atoms only on the exposed surface. Or a semiconductor electrode/wiring formation method.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US5316972A (en) * 1989-09-26 1994-05-31 Canon Kabushiki Kaisha Process for forming deposited film by use of alkyl aluminum hydride and process for preparing semiconductor device

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