JPH02185973A - 金属シリサイド膜の形成方法 - 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１］的］ （産業上の利用分野） 本発明は、金属シリサイド膜の形成方法に関する。

（従来の技術） 近年の高集積化された半導体デバイス例えばＶＬＳ　Ｉ
等における重要な問題として、動作速度の制約を与える
寄生抵抗の問題があり、ＭＯＳデバイスでは、ゲート抵
抗、ソース／ドレイン抵抗、コンタクト抵抗が動作速度
を左右する大きな要因となっている。このような寄生抵
抗の影響は、素子の微細化につれて大きくなるため、多
結晶Ｓｉに比べ抵抗が１桁以上低いＷＳｉ２．ＭｏＳｉ
２、ＴｉＳｉ２等の金属シリサイド膜を用いる技術が開
発されている。

このような金属シリサイド膜の形成方法の一つとして、
ＣＶＤ法がある。このようなＣＶＤ法により金属シリサ
イド膜を形成する場合、従来次のようにして成膜を行っ
ている。

すなわち、処理室内の設置台に被処理基板例えば半導体
ウェハを設け、この半導体ウェハを高温たとえば６５０
℃以上に加熱する。そして、この処理室内に処理ガス例
えばＷＦｓ（六弗化タンゲスチン）や５ｉＨ２ＣＪ２２
（ジクロロシラン）を洪給するとともに、この処理室か
ら真空排気することにより、処理室内を例えば１５０〜
２００ミリＴｏｒｒ程度の真空度に保った状態で半導体
ウェハ表面に例えばＷＳｉｘ（タングステンシリサイド
）膜を形成する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したような従来の金属シリサイド膜
の形成方法では、被処理基板例えば半導体ウェハ上の各
部位によって、形成された金属シリサイド膜、例えばタ
ングステンシリサイド膜のシート抵抗および膜厚が不均
一になり品いという問題がある。例えば、６インチの半
導体ウェハにタングステンシリサイド膜を形成した場合
、シート抵抗および膜厚のユニフォーミティは、１５〜
２０％程度となる。特にシート抵抗についてはＷとＳｔ
Ｘの混合割合にバラツキが中央部と周辺部で生じ、周辺
部のＩＣの歩留りが低下する問題がある。また、近年半
導体製造工程において使用される半導体ウェハは８イン
チに大口径化される傾向にあるが、例えば８インチ等の
大口径の半導体１クエハを用いた場合、上述したような
ユニフォーミティがさらに悪化する。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、従来に較べてシート抵抗および膜厚が均一な金属シリ
サイド膜を形成することのできる金属シリサイド膜の形
成方法を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち、本発明は、処理室内に配置した被処理基板に
所定のガスを供給して金属シリサイド膜を形成するにあ
たり、前記被処理基板の全表面温度がほぼ一定となるよ
うに加熱した状態で処理室内の圧力を所定の圧力以下に
保持することにより、前記金属シリサイド膜を形成する
ことを特徴とする。

（作　用） 本発明者等が詳査したところ、従来の金属シリサイド膜
の形成方法では、種々の要因により、被処理基板例えば
半導体ウェハ表面の温度が成Ｊ摸中に中央部と周辺部で
不均一となると共に、ウェハ表面近傍のガス中の有効成
分の濃度の分布が不均一となり、この半導体ウェハの温
度の不均一とガス濃度の不均一が形成された金属シリサ
イド膜のシート抵抗および膜厚のユニフォーミティの悪
化の一因となっていることが判明した。

そこで、この発明は半導体ウェハの表面温度を均一状態
で金属シリサイド膜を形成するようにしたものである。

例えば金属シリサイド膜形成中の処理室内の真空度を１
００ミリＴｏｒｒ以下の状態に保持することにより、成
膜中の半導体ウェハ周辺部の温度の不均一を抑制しつつ
、従来より低い圧力の下でガス中の成分を拡散させて、
金属シリサイド膜を形成する部位の温度およびその表面
近傍のガスの成分濃度をほぼ一定に保持した状態で金属
シリサイド膜を形成する。したがって、従来に較べてシ
ート抵抗および膜厚が均一な金属シリサイド膜を形成す
ることができる。

（実施例） 以下、本発明方法を半導体ウェハに対するタングステン
シリサイド膜の形成に適用した実施例を図面を参照して
説明する。

ＣＶＤ装置の処理室（反応チャンバ）１は、例えばＡｎ
　（アルミニウム）等から円筒状に形成されており、内
部を気密に保持するとともに図示しない冷却機構により
壁面は冷却可能に構成されている。

また、上記反応チャンバ１内の上部には、例えば厚さ１
４■のグラファイト板からなり、被処理基板例えば半導
体ウェハ２を、被処理面が下向きになる如く設置可能な
設置台３が設けられている。

この設置台３には、たとえば半導体ウェハ２の外周縁部
を係止して設置台３に半導体ウェハ２を固定する如く、
たとえばエアシリンダ等のガ降機構４を備えた支持体５
が設けられている。

さらに、上記設置台３の上方には、加熱機構として、た
とえば石英ガラス製の窓６を通して設置台３を、例えば
３００〜１０００℃に加熱可能なＩＲランプ（赤外線ラ
ンプ）７が設けられている。また、設置台３周囲の反応
チャンバ１上壁には、直径例えば２インチの排気配管８
ａが複数例えば４本接続されており、これらの排気配管
８ａは、排気のコンダクタンスが高くならないよう直径
例えば４インチの排気配管８ｂに集合されている。そし
て、この排気配管８ｂは、反応チャンバ１内を所望の圧
力に減圧および反応ガス等を排出可能な真空排気機構９
として、例えば直列に接続されたターボ分子ポンプ９ａ
とドライポンプ９ｂに接続されている。

また、反応チャンバ１内の下部には、酸化系のガスであ
る膜成長用ガス例えばＷＦ６　（六弗化タングステン）
とキャリアガス例えばＡｒ（アルゴン）との混合気体を
反応チャンバ１内に供給するための酸化系ガス導入機構
１０と、還元系のガスである膜成長用ガス例えば５ｉＨ
２Ｃβ２　（ジクロロシラン）とキャリアガス例えばＡ
「との混合気体を反応チャンバ１内に供給するための還
元系ガス導入機構１１が上記設置台３と対向する如く設
けられている。

なお、これらの酸化系ガス導入機構１０および還元系ガ
ス導入機構１１は、第２図および第３図に示すように、
円環状に形成された管状体１０ａ１１１ａからなり、こ
れらの管状体１０ａ、ｌｌａには、微小な流出口１０ｂ
、ｌｌｂが複数（例えば１０個）穿設されて構成されて
いるが、これらの酸化系ガス導入機構１０および還元系
ガス導入機構１１は、第２図に示すように同一高さに設
けても、第３図に示すように段違いに設けてもよい。

また、これらの流出口１０ｂ、ｌｌｂは、管状体１０８
％１１ａの外側上方（あるいは内側上方）に向けて図示
角度αがほぼ４５度となるよう設け、また流出口１０ｂ
、ｌｌｂの直径は、例えば０．５１ｉｎ程度とすること
により、ユニフォーミティの良好な金属シリサイド膜を
形成することかできる。

さらに、上記酸化系ガス導入機構１０および還元系ガス
導入機構１１は、流量制御機構１２を介して図示しない
ガス供給源に接続されている。また、設置台３と酸化系
ガス導入機構１０および還元系ガス導入機構１１との間
には、円筒状のガスダクト１３が設けられており、この
ガスダクト１３の内側には、円板状に形成され、駆動機
構１４によって昇降自在に構成されたガス流制御板１５
が設けられている。すなわち、このガス流制御板１５は
、駆動機構１４により上下動させ最適な位置に調整する
ことで、半導体ウェハ２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ものであ
る。

上記構成のＣＶＤ装置を用いてこの実施例の金属シリサ
イド膜の形成方法では、次のようにして半導体ウェハ２
にタングステンシリサイド膜を形成する。

すなわち、まず、予めＩＲランプ７で設置台３を、６０
０〜７００℃例えば６８０℃に加熱しておき、反応チャ
ンバ１の図示しない搬入搬出用開閉機構を介して、半導
体ウェハ２を設置台３に配置し、支持体５で支持する。

そして、設置台３を介して半導体ウェハ２を上記温度に
加熱した状態で、酸化系ガス導入機構１０および還元系
ガス導入機構１１から反応チャンバ１内に前述した所定
のガスを導入するとともに、真空排気機構９により反応
チャンバ１内が１００ミリＴｏｒｒ以下、好ましくは５
０ミリＴｏｒｒ以下の真空度となるように真空排気を行
う。すると、次に示すようなつな反応が生じ、半導体ウ
ェハ２の被処理面上にＷＳｉｘが中央部および周辺部に
均一に堆積しタングステンシリサイド膜が形成される。

Ｓ　ｉＨ２ＣＪ１２　＋ＷＦ６ →ＷＳｉｘ＋ＩＩＦ十ＨＣβ＋ＷＦ’ｙ＋ＳｉＦ２なお
、この実施例においては、この時のガス流量の条件を、
第１表に示すように、４段階にステップ状に変化させな
から成膜を行った。

第２表は、反応チャンバ１内の圧力以外の成膜条件を全
て同一とし、反応チャンバ１内の圧力を１００ミリＴｏ
ｒｒ以下、好ましくは５０ミリＴｏｒｒ以下の真空度に
保持しなから成膜を行うこの実施例による成膜結果と、
従来の方法（反応チャンバ１内の圧力１５０ＩＩＴｏｒ
ｒ）による成膜結果とを比較して示すものである。この
第２表に示されるように、チャンバ１内の圧力を低くす
ると、従来に較べて膜厚均一性、シート抵抗均一性、比
抵抗均一性に優れた良好なタングステンシリサイド膜を
形成することができる。また、第４図のグラフは、この
実施例方法（反応チャンバ１内の圧力４３ｓ　Ｔｏｒｒ
の場合）により成膜した場合のシート抵抗値の分布の様
子を示すもので、点線は、第５図に示す半導体ウェハ２
のＡ−Ａ方向（オリフラ方向）、実線は第４図に示す半
導体ウェハ２のＢ−Ｂ方向のシート抵抗値を示している
。なお、比較のために従来方法によるシート抵抗値の分
布を一点鎖線で示した。このグラフに示されるように、
この実施例方法によればシート抵抗値の分布がほぼ直線
となる均一なタングステンシリサイド膜を形成すること
ができる。

（以下余白） 第１表 （アルゴン１は半導体ウェハの裏面に流す。アルゴン２
はＷＦ６と共に流す。） 第２表 なお、上述のようにして成膜する場合、被処理基板の被
処理面を予め稀釈ＨＦ液で洗浄しておき、この後上述し
た気相成長処理を行うと、より良好な膜を形成すること
が可能となる。さらに、この稀釈ＨＦ液による洗浄後に
、良好な膜を形成するために被処理面表面の酸化膜除去
のためのＡ「プラズマ処理を行ってもよい。

また、この実施例では反応チャンバ１内の圧力を　１０
０ミリＴｏｒｒ以下、好ましくは５０ミリＴｏｒｒ以下
の真空度に保持して成膜を行う方法について説明したが
、例えば第６図乃至第８図に示すような設置台３８〜３
ｃを用いることにより成膜中の半導体ウェハ２の温度の
均一化を行うこともできる。

すなわち、第６図に示す設置台３ａは、材質例えばグラ
ファイトからなり、極所的な温度不均一を抑制するため
半導体ウェハ２の大きさに較べて非常に大きな平板状に
構成されている。そして、その周縁部には特に温度が降
下し易い半導体ウェハ２の周縁部の温度降下を抑制する
ための補助加１４．熱用のヒータ２０が埋設されている
。

第７図に示す設置台３ｂは、特に温度が降下し昌い半導
体ウェハ２の周囲を囲む如く凸部が形成されており、ま
た、この凸部に上記設置台３ａと同様に補助加熱用のヒ
ータ３０が埋設されている。

第８図に示す設置台３ｃは、上記設置台３ｂと同様な形
状に構成されており、半導体ウェハ２の周囲を囲む如く
形成された凸部の頂部に、ガス流を制御し、半導体ウェ
ハ２の周縁部の温度降下を抑制するためのガス流制御板
４０が設けられている。

これらの設置台３ａ〜３ｃを用いても、成膜中の半導体
ウェハ２の温度の均一化を行うことができる。したがっ
て、従来に較べてシート抵抗および膜厚が均一な金属シ
リサイド膜を形成することができる。

さらに、上記実施例では、被処理基板を膜形成面が下向
きとなるよう支持し、枚葉処理で成膜を行う場合につい
て説明したが、被処理基板は膜形成面が上向きあるいは
横向きとなるよう支持してもよく、また、多数枚の被処
理基板を一度に処理するいわゆるバッチ処理で成膜を行
う場合でも本発明を適用することができることはもちろ
んである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の金属シリサイド膜の形成
方法によれば、従来に較べてシート抵抗および膜厚が均
一な金属シリサイド膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法を説明するための薄膜形
成装置の構成を示す図、第２図および第３図は第１図の
ガス導入機構の構成を示す図、第４図は実施例方法によ
り成膜したタングステンシリサイド膜のシート抵抗値の
分布を示すグラフ、第５図は第４図のシート抵抗値の測
定方向を説明するための図、第６図乃至第８図は第１図
の設置台の変形例の構成を示す図である。 １・・・・・・　２・・・・・・半導体ウェハ、３・・
・・・・設置台、４、・・・・・・昇降機構、５・・・
・・・支持体、６・・・・・・窓、７・・・・・ＩＲラ
ンプ、８・・・・・・排気配管、９・・・・・・真空排
気機構、１０・・・・・・酸化系ガス導入機構、１１・
・・・・・還元系ガス導入機構、１２・・・・・・流量
制御機構、１３・・・・・・ガスダクト、１４・・・・
・・駆動機構、１５・・・・・・ガス流制御板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）処理室内に配置した被処理基板に所定のガスを供
   給して金属シリサイド膜を形成するにあたり、 前記被処理基板の全表面温度がほぼ一定となるように加
   熱した状態で、前記金属シリサイド膜を形成することを
   特徴とする金属シリサイド膜の形成方法。
2. （２）被処理基板を配置した処理室内を１００ミリＴｏ
   ｒｒ以下に減圧した状態で金属シリサイド膜を形成する
   ことを特徴とする金属シリサイド膜の形成方法。