JPH02199829A - シリコン含有金属膜の形成方法 - 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】 〔概　要〕 半導体装置におけるシリコン基板又はアルミニウムなど
の配線への接続のために絶縁膜のコンタクトホールを埋
めるようにシリコン含有金属膜を選択的に形成する方法
に関し、 シリコン含有金属膜の選択的気相成長形成時に、絶縁膜
（ＰＳＧ膜）よりも金属粒子が異常析出しない被膜を用
いて選択性を確実にすることを目的とし、 半導体もしくは導体の表面と絶縁体の表面とを有する基
板上に、反応ガスとして金属ハロゲン化合物ガスとシラ
ン系ガスとを用いて、前記半導体もしくは導体の表面上
にシリコン含有金属膜を選択的に気相成長で形成する方
法において、前記絶縁体の表面上に樹脂層を形成して前
記気相成長を行い、該気相成長後に前記樹脂層を除去す
ることを特徴とするシリコン含有金属膜の形成方法に構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、気相成長による金属導体膜形成方法に関し、
より詳しく述べるならば、半導体装置におけるシリコン
基板又はアルミニウムなどの配線への接続のために絶縁
膜のコンタクトホールを埋めるようにシリコン含有金属
膜を選択的に形成する方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、ＬＳＩなどの半導体装置は高集積化、微細化が進
み、コンタクトホールの埋め込み、配線の信頼性、シリ
コン基板との低抵抗コンタクトなどで改善が求められて
いる。例えば、配線パターンの微細化に伴い、コンタク
トホールの形状も小さくなっている。このようなコンタ
クトホールを介してシリコン基板と接続する配線を形成
することはステップカバサレッジが悪く難しくなってき
ている。そこで、コンタクトホール内にタングステン（
Ｗ）などの高融点金属を選択的に気相・成長させて充填
し、次に配線を形成して該充填物（高融点金属）を介し
てシリコン基板と電気的に接続させる。このタングステ
ンの選択成長は、反応ガスとしてＷＦｓガスとＨ２ガス
とを用いて実用的な成長速度となる４００℃以上の温度
にて行われている。

本出願人は、金属ハロゲン化合物ガス（例えば、ｗｐｓ
）とシラン系ガス（Ｓｉｎ　Ｈｚ−２（ｎ＝１．２．３
　”ｉ）とを用い、ガス流量比（Ｓｔｎ　８２１％−ａ
／ＷＦｓ）を２以下として、成長温度を低温化してシリ
コン含有金属膜を選択的に形成する方法を特願昭６３−
２０７３９２号にて提案したｂこのシリコン含有金属は
化学式で示すならば、ＭＳｉ、　　（ＭはＷ、Ｍｏ　、
Ｔｉ　　、Ｔａ。

、Ｐｔ又はＰｄであり、モル比、は０．６以下、好まし
くは０．０１〜０．１である）であってシリコンを一般
のメタクシリサイドのシリコン量よりも少ない量で含有
している（シリコンという不純物を金属が含んでいると
解釈できる）。

この提案した方法によると、シリコン含有タングステン
膜の選択形成が３４０℃以下で可能であり、好ましい条
件は、シラン（ＳｉＨ２）ガスを用いたときには、ガス
流量比（Ｓ＋Ｈａ／Ｗｈ）を２以下とし成長温度を２０
０〜１８０℃とし、ジシラン（Ｓ１２）１１１）ガスを
用いたときには、ガス流量比（Ｓｉ２８ａ／ＷＦｇ）を
１以下とし成長温度を２００へ６．８０℃とし、そして
、トリシラン（３１３Ｈａ）ガスを用いたときには、ガ
ス流量比（Ｓ＋３Ｈｅ／ＷＦａ）を０．７以下とし成長
温度を１００℃〜室温とすることである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の形成方法および本出願人が提案した形成方法にお
いては、選択的気相成長を行なう際に、絶縁膜（Ｓ１０
２・ＰＳＧなど）の表面と該絶縁膜のコンタクトホール
内での半導体（シリコン）もしくは導体（アルミニウム
）の表面とが表出した状態になっており、コンタクトホ
ール内のみ（すなわち、半導体もしくは導体の表面上の
み）にシリコン含有金属膜を形成するわけである。この
ような選択性を意図して選択成長を行なうが、実際には
、最も選択性が良いといわれるＰＳＧ膜でさえ、完全な
選択性を実現することはむずかしく、絶縁膜上にもとこ
ろどころにパーティクル状のシリコン含有金属粒子が析
出してしまう。とくに、選択成長の前プロセスでの絶縁
膜へのダメージ（例えば、酸素アッシャ−でのイオンア
タック）、ＰＳＧ絶縁膜のリン濃度かたよりなどがある
と、異常析出が生じてしまう。さらに、連続的なバッチ
処理でシリコン含有金属膜の選択成長を行なうと、前の
バッチ処理においてウェハサセプタなどの成長冶具に金
属膜ないし金属粒子が副生成物的によごれとして付着し
、これが次のバッチ処理時に、剥離して絶縁膜上に飛着
し、これを核として金属粒子が成長してしまう。この金
属粒子が存在すると、アルミニウム配線を形成したとき
にはそこで凸となるなどして、配線の信頼性を低下させ
、ゴミとみなすことができる。絶縁膜上に形成された金
属粒子は該絶縁膜と多少は化学的に結合していると考え
られ、容易に取り除くことができない。

本発明の目的は、シリコン含有金属膜の選択的気相成長
形成時に、絶縁膜（ＰＳＧ膜）よりも金属粒子が異常析
出しない被膜を用いて選択性を確実にすることである。

本発明の別の目的は、剥離飛着した金属粒子核に成長し
て生じた金属粒子を容易に除去することである。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的が、半導体もしくは導体の表面と絶縁体の表
面とを有する基板上に、反応ガスとして金属ハロゲン化
合物ガスとシラン系ガスとを用いて、前記半導体もしく
は導体の表面上にシリコン含有金属膜を選択的に気相成
長で形成する方法において、前記絶縁体の表面上に樹脂
層を形成して前記気相成長を行い、該気相成長後に前記
樹脂層を除去することを特徴とするシリコン含有金属膜
の形成方法によって達成される。

本発明では本出願人が既に提案したようにシリコン含有
金属膜の気相成長温度を低くしているので、樹脂層のマ
スクパターンの使用が可能となり、該樹脂マスクパター
ンは半導体装置のリンゲラフィブロセスにて広く用いら
れているレジストパターンであり、その材料はフォトレ
ジスト、電子線レジスト１、Ｘ線レジストなどの有機化
合物（樹脂材料）である。さらに、２層レジスト法を採
用すれば、下層レジストに耐熱性樹脂、例えば、ポリイ
ミドを用いて樹脂マスクパターンとすることもできる。

なお、樹脂層が水分を含有していると、シリコン含有金
属膜の選択的気相成長において、水分は半導体もしくは
導体上に酸化膜の形成が起こるためその上に金属薄膜の
成長が起こらなくなるという現象を招くので、現象後に
レジストのポストベーク（１２０〜１６０℃）又は３０
０℃以下の紫外線キュアによる加熱で水分を十分に除去
しておく。

〔作　用〕

本発明では、シリコン含有金属膜の選択的気相成長時に
絶縁膜上に樹脂層のマスクパターンがあって、該パター
ン（樹脂）上にはシリコン含有金属粒子の異常析出しな
いので、コンタクトホール内の半導体もしくは導体の表
出面上のみに形成でき、選択性は極めて良い。さらに、
樹脂マスクパターン上に剥離飛着した金属核から成長し
たシリコン含有金属粒子があっても、該パターンの除去
を行なうことで除去でき、絶縁膜上には金属粒子がなく
てコンタクトホール内がシリコン含有金属膜で充填され
ている。

なお、樹脂マスクパターン（ノボラック系ポジ型レジス
ト）上には絶縁膜（ＰＳＧ膜）と比べても金属粒子の異
常析出しないことが参考写真（Ｘ１０．０ＯＯ）かられ
かる。この写真では、シリコン基板上に形成したＰＳＧ
膜とその上のノボラック系ポジ型レジストパターンとの
部分断面を示し、白色部分がコンタクトホールである。

ＰＳＧ膜のドライエツチングをオーバエッチに行なった
後に、ＮＰ６プラズマによるシリコン基板表面の清浄化
エツチングを行ない、そしてシリコン含有タングステン
膜の気相成長を行なった。このとき、ＰＳＧ膜はプラズ
マによるダメージを受けて、その表面上に金属粒子が析
出しているが、ノボラック系ポジ型レジストパターン上
には析出していない。

〔実施例〕

以下、添加図面を参照して、本発明の好ましい実施態様
例によって本発明をより詳しく説明する。

例１ 第１図（ａ）に示すように、シリコン基板（ウェハ）　
■上にＰＳＧ膜２（厚さ：１趨）をＣＶＤ法によって形
成する。ＰＳＧ膜２上２上ピンコード法によってポジ型
フォトレジスト　（ノボラック系樹脂）膜３を塗布形成
する。紫外線露光装置によって、所定マスクパターンを
通してフォトレジスト膜３を露光し、アルカリ性水溶液
で現像して、露光部分を除去し、窓４を形成する。そし
て、ポストベーク　（１５０℃×３０分）を行なって、
レジストパターン３中の水分を除去する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、リアクティブイオン
エツチング（ＲＩＢ）装置にしてＰＳＧ膜２をエツチン
グガス（ＣＦａ　＋ＣＨＦａ）を用いてエツチングして
、コンタクトホール５を形成する。このコンタクトホー
ル５内にシリコン基板２の一部が表出する。このＲＩＥ
処理を終点検出後さらに継続して（すなわち、オーバエ
ツチングを行なって、シリコン基板２０表面清浄化を行
なう。オーバーエツチング程度は約５０％（ＲＩＥ開示
から終点検出までの時間の約半分の時間を行なう）が好
ましい。また、オーバーエツチングの代わりに、フッ素
系ガス、又は酸素系ガスのプラズマエツチングあるいは
Ａｒスパッタリングを行なってもよい。

上述のエツチング工程の後すぐに、下記条件にてシリコ
ン含有タングステン（ＷＳｉ）の選択的気相成長を行な
って、第１図（Ｃ）に示すように、コンタクトホール５
をシリコンタングステン膜６にて充填する。

金属ハロゲン化合物ガス：　ＷＦａ　（１０ＳＣｃＭ）
シラン系ガス：　　Ｓｉ、Ｈ，（５ＳＣＣＭ）キャリア
ガス：　　Ｈ２（１００Ｏ３ＣＣＵ）気相成長温度：１
００℃ 気相成長時間＝　２分 シリコンタングステン：　　ＷＳｉ、　　（ｘ＝０．０
０１〜０．１） 成長温度はシリコン基板１の裏側からの赤外線加熱温度
であり、レジストパターン３の温度はこれよりも少し低
い温度である。表出しているシリコン基板１上のみにｌ
’ｉｓｉ膜６が成長して、レジストパターン３上にはＷ
Ｓｉ粒子は生じていない。

そして、第１図（ｄ）に示すように、レジストパターン
３を酸素アッシングにて除去する。それから、所定の配
線７を公知の形成方法でＷＳｉ膜６およびＰＳＧ膜２上
２上成して、シリコン基板１との接続が達成できる。

ム 例１でのよ゛うにシリコン基板ｌ上にＰＳＧ膜２を形成
した後で、ポリイミド膜（下層）およびシリコン含有レ
ジスト膜（上層）の２層レジストを形成する。上層の露
光・現像により上層レジストパターンを形成し、これを
マスクとしてＲＩＥによって下層ポリイミド膜をパター
ニングし、上層レジスト膜をエツチング除去して、第１
図（ａ）に示すようにポリイミドマスクパターン３を形
成する。そして、約３００℃で紫外線キュアを行なって
ポリイミドパターン３中の水分を除去する。

次に、第４図（ｂ）に示すように、ＰＩｌと同様にＰＳ
Ｇ膜２をＲＩＥで選択エツチングして、シリコン基板ｌ
を表出するコンタクトホール５を形成する。シリコン基
板１０表面清浄化も行なう。

エツチング工程のすぐ後に、下記条件にてＷＳｉの選択
的気相成長を行なって、第１図（Ｃ）に示すように、シ
リコン基板ｌ上にＷＳｉ膜６を形成しコンタクトホール
５を充填する。

金属ハロゲン化合物ガス：　ＷＦｓ　（１０ＳＣ’ＣＭ
）シラン系ガス：　　５ｉＨｓ　　（７，５ＳＣＣＭ）
キャリアガｘ：　　Ｈ，（１０００ｓｃｃｕ＞気相成長
温度：　　３００ｔ　（例１と同じに赤外線加熱）気相
成長時間＝　３分 シ’Ｊ　：］　’／含有夕’Ｊりｘ７ン：　ＷＳｉｘ　
（ｘ　〜０．００１〜０．１） この場合にも、ポリイミドパターン３上にはＷＳｉ粒子
は生じていない。

そして、第１図（ｄ）に示すように、ポリイミドパター
ン３を酸素アッシングにて除去する。それから、所定の
配線７を公知の形成方法でＷＳｉ膜６右よびＰＳＧＭ２
上に形成して、シリコン基板１との接続が達成できる。

上述の例ではシリコン基板上へのＷＳｉ膜を選択的成長
させているが、アルミニウム（配線）上へも同様にして
ＷＳｉ膜を選択成長させることができる。また１、金属
ハロゲン化合物ガスとしては、ＭｏＦ６．ＴａＦ、　、
　ＴｉＦ、　、ＷＣｌ、　、　ＭＯＣｌｇ　、ＴａＣ１
，あるいはＴｉＣ１，を用いることができ、タングステ
ン（Ｗ）以外に、Ｍｏ　、Ｔｉ　　、Ｔａ　、Ｐｔ又は
Ｐｄのシリコン含有金属膜を形成することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、絶縁膜上にシリ
コン含有金属粒子を異常析出することなくかつ剥離飛着
し成長した同様な金属粒子を容易に除去できて、表出し
たシリコン基板上のみにシリコン含有金属膜を選択酸し
てコンタクトポールを埋めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るシリコン含有金
属膜の形成方法での工程を説明するシコン基板およびＰ
ＳＧ膜の部分断面図である。 １・・・シリコン基板、　　２・・・ＰＳＧ膜、３・・
・レジスト（ポリイミド）パターン、５・・・コンタク
トホーノベ ６・・・シリコン含有タングステン膜。 す

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体もしくは導体の表面と絶縁体の表面とを有す
   る基板上に、反応ガスとして金属ハロゲン化合物ガスと
   シラン系ガスとを用いて、前記半導体もしくは導体の表
   面上にシリコン含有金属膜を選択的に気相成長で形成す
   る方法において、前記絶縁体の表面上に樹脂層を形成し
   て前記気相成長を行い、該気相成長後に前記樹脂層を除
   去することを特徴とするシリコン含有金属膜の形成方法
   。 ２、前記シリコン含有金属膜の金属はＷ、Ｍｏ、Ｔｉ、
   Ｔａ、ＰｔおよびＰｄのうちの少なくとも一つの金属で
   あることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、前記シラン系ガスはＳｉ＿ｎＨ＿２＿ｎ＿＋＿２（
   ｎ＝１、２、３…）のガスであることを特徴とする請求
   項１記載の方法。