JPH02218125A - 半導体基板上に耐熱金属を選択的に堆積する方法 - Google Patents
半導体基板上に耐熱金属を選択的に堆積する方法Info
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- JPH02218125A JPH02218125A JP1312217A JP31221789A JPH02218125A JP H02218125 A JPH02218125 A JP H02218125A JP 1312217 A JP1312217 A JP 1312217A JP 31221789 A JP31221789 A JP 31221789A JP H02218125 A JPH02218125 A JP H02218125A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体集積回路の製造及び更に特に、隣接する
マスク表面上に耐熱金属を堆積することなく半導体基板
上に耐熱金属を選択的に堆積する方法に関するものであ
る。
マスク表面上に耐熱金属を堆積することなく半導体基板
上に耐熱金属を選択的に堆積する方法に関するものであ
る。
集積回路チップの製造において、電気的接触子に対する
タングステン（ｌｌｌ）、モリブデン（ＭＯ）又は他の
耐熱金属の使用が広く知られている。代表的には電気的
接触子は半導体基板の露出域上に、典型的には二酸化ケ
イ素（５１０２）、窒化ケイ素（Ｓ１３Ｎ４）又は他の
絶縁体のパターンマスク層内のオープニングを介して形
成されなければならない。従来の技術において存する問
題は、マスク層上にタングステンを堆積させることなく
半導体基板の表面上にタングステンを堆積させる方法で
あった。タングステンがマスク層上に堆積すると、隣接
接触子間で短絡を形成し、従って、装置を実行できな（
させる。
タングステン（ｌｌｌ）、モリブデン（ＭＯ）又は他の
耐熱金属の使用が広く知られている。代表的には電気的
接触子は半導体基板の露出域上に、典型的には二酸化ケ
イ素（５１０２）、窒化ケイ素（Ｓ１３Ｎ４）又は他の
絶縁体のパターンマスク層内のオープニングを介して形
成されなければならない。従来の技術において存する問
題は、マスク層上にタングステンを堆積させることなく
半導体基板の表面上にタングステンを堆積させる方法で
あった。タングステンがマスク層上に堆積すると、隣接
接触子間で短絡を形成し、従って、装置を実行できな（
させる。
ケイ素基板の表面上にタングステンを堆積する従来技術
は代表的には置換反応を用いて開始するもので、六フッ
化タングステン（Ｗｈ）原料ガスからのタングステンが
、半導体基板の露出表面でケイ素（Ｓｉ）と次の反応式 ％式％（） に従って置換する。かかる反応は、六フッ化タングステ
ンが二酸化ケイ素又は、窒化ケイ素マスク層と反応しな
い点において実質上選択的なものである。しかし、数百
オングストロームのケイ素がＷに転化し、露出ケイ素表
面がＷにより完全にシールされた後においては、置換は
更には行われない点で本質的な制限（自己制限）がある
。かかる点について、従来技術では代表的には、水素及
び六フッ化タングステンのガス流を提供して次の反応式 （２） ＷＦｓ（ガス）＋３８．（ガス）→Ｗ（堆積
）＋６８Ｆ（ガス）に示されるガス還元反応を形成する
。かかる反応において、Ｗは基板上に核生成型方法で堆
積し、該方法において、不連続サイトのタングステンを
堆積して連続層を形成成長する。ある−定の厚み、代表
的には２０００人又はそれ以下が堆積した後、同様にマ
スク層上に核生成中心が形成されることを回避するのは
不可能であることを見い出した。Ｗの厚膜を（約２００
０人又はそれ以下よりも厚いフィルム（膜）である）堆
積すると、マスク表面上のタングステン核生成はタング
ステン堆積方法における選択性の損失の原因となること
がわかる。結局マスク表面をブリッジするタングステン
の連続層を形成し、装置を実行できなくさせる。
は代表的には置換反応を用いて開始するもので、六フッ
化タングステン（Ｗｈ）原料ガスからのタングステンが
、半導体基板の露出表面でケイ素（Ｓｉ）と次の反応式 ％式％（） に従って置換する。かかる反応は、六フッ化タングステ
ンが二酸化ケイ素又は、窒化ケイ素マスク層と反応しな
い点において実質上選択的なものである。しかし、数百
オングストロームのケイ素がＷに転化し、露出ケイ素表
面がＷにより完全にシールされた後においては、置換は
更には行われない点で本質的な制限（自己制限）がある
。かかる点について、従来技術では代表的には、水素及
び六フッ化タングステンのガス流を提供して次の反応式 （２） ＷＦｓ（ガス）＋３８．（ガス）→Ｗ（堆積
）＋６８Ｆ（ガス）に示されるガス還元反応を形成する
。かかる反応において、Ｗは基板上に核生成型方法で堆
積し、該方法において、不連続サイトのタングステンを
堆積して連続層を形成成長する。ある−定の厚み、代表
的には２０００人又はそれ以下が堆積した後、同様にマ
スク層上に核生成中心が形成されることを回避するのは
不可能であることを見い出した。Ｗの厚膜を（約２００
０人又はそれ以下よりも厚いフィルム（膜）である）堆
積すると、マスク表面上のタングステン核生成はタング
ステン堆積方法における選択性の損失の原因となること
がわかる。結局マスク表面をブリッジするタングステン
の連続層を形成し、装置を実行できなくさせる。
マスク表面上の核生成サイトを排除し又は除去する多く
の方法が提案され、その結果半導体表面上の選択堆積が
行われた。しかしこれらの各方法もまたタングステン堆
積方法に対して新たな問題を生じた。例えば、アイヤー
（Ｉｙｅｒ）らの米国特許第４．６１７．０８７号に反
応チャンバ内でＮＦ３及びプラズマを使用してタングス
テンに対して同時エツチング条件を与えることが開示さ
れている。チャンバ内でいっしょになるＮＦ３及びプラ
ズマパワーの量はマスク表面を常時クリーンに保持する
のに十分であるが如きものである。露出Ｗ表面上の堆積
速度はマスク表面上のものより速いので、エツチング作
用にもかかわらずこれらのエリア上にネット堆積が生じ
る。゛ただし、アイヤーらの方法はプロセス内に新しい
ガス（ＮＦ、）の導入が必要であり、従って少なくとも
３種の同時に存在するガス運動プロセスを制御し、そし
て調整しなければならない。更に、プ′ラズマを反応チ
ャンバ内で衝突し維持する必要があり、従ってプロセス
及びシステムの複雑性をますます増大させている。
の方法が提案され、その結果半導体表面上の選択堆積が
行われた。しかしこれらの各方法もまたタングステン堆
積方法に対して新たな問題を生じた。例えば、アイヤー
（Ｉｙｅｒ）らの米国特許第４．６１７．０８７号に反
応チャンバ内でＮＦ３及びプラズマを使用してタングス
テンに対して同時エツチング条件を与えることが開示さ
れている。チャンバ内でいっしょになるＮＦ３及びプラ
ズマパワーの量はマスク表面を常時クリーンに保持する
のに十分であるが如きものである。露出Ｗ表面上の堆積
速度はマスク表面上のものより速いので、エツチング作
用にもかかわらずこれらのエリア上にネット堆積が生じ
る。゛ただし、アイヤーらの方法はプロセス内に新しい
ガス（ＮＦ、）の導入が必要であり、従って少なくとも
３種の同時に存在するガス運動プロセスを制御し、そし
て調整しなければならない。更に、プ′ラズマを反応チ
ャンバ内で衝突し維持する必要があり、従ってプロセス
及びシステムの複雑性をますます増大させている。
マスク層から核生成耐熱金属を除去する他の方法が、シ
オヤらの欧州特許出願公開第２３８０２４号に開示され
ている（ １９８７年９月２３日）。シオヤはマスク層
からのタングステン核生成サイトを除去する３つの方法
を開示している。該方法は、（ａ）水素ガスで基板を加
熱して、チャンバ内の残部ＷＦ、からフッ化水素酸（Ｉ
ＩＦ）腐食液を製造し、（ｂ）ＨＦ溶液中で湿式エツチ
ングを行い、（Ｃ）三フッ化窒素ガス（ＮＦ、）中で乾
式エツチングを行なうものである。繰返しの堆積及び除
去（ｒｅｍｏｖ−ａｌ）工程を所望の厚みのタングステ
ンを堆積するために実施する。
オヤらの欧州特許出願公開第２３８０２４号に開示され
ている（ １９８７年９月２３日）。シオヤはマスク層
からのタングステン核生成サイトを除去する３つの方法
を開示している。該方法は、（ａ）水素ガスで基板を加
熱して、チャンバ内の残部ＷＦ、からフッ化水素酸（Ｉ
ＩＦ）腐食液を製造し、（ｂ）ＨＦ溶液中で湿式エツチ
ングを行い、（Ｃ）三フッ化窒素ガス（ＮＦ、）中で乾
式エツチングを行なうものである。繰返しの堆積及び除
去（ｒｅｍｏｖ−ａｌ）工程を所望の厚みのタングステ
ンを堆積するために実施する。
しかし、最初のシオヤの方法は残部ＷＦ６が反応チャン
バ内又はチャンバ壁に存在することを期待したことに基
づくものである。安定な再現性のあるプロセスは、チャ
ンバ内の残部畦。の存在では設計することはできない。
バ内又はチャンバ壁に存在することを期待したことに基
づくものである。安定な再現性のあるプロセスは、チャ
ンバ内の残部畦。の存在では設計することはできない。
第２の方法（湿式エッチ）は、１つの反応チャンバから
の試料の除去、更に湿式エッチ用に第２反応チャンバの
使用を必要とするものである。最後の第三の方法（ＮＦ
３乾式エッチ）は堆積プロセス中に新しいガスを導入し
、アイヤーらの特許の如く３種の同時に存在するガス運
動プロセスの制御及び調節が必要となる。これらの従来
の方法は、当業者にとって、タングステン堆積プロセス
の間にマスク層上の核生成サイトを除去するのに適当な
方法でないことは明らかである。
の試料の除去、更に湿式エッチ用に第２反応チャンバの
使用を必要とするものである。最後の第三の方法（ＮＦ
３乾式エッチ）は堆積プロセス中に新しいガスを導入し
、アイヤーらの特許の如く３種の同時に存在するガス運
動プロセスの制御及び調節が必要となる。これらの従来
の方法は、当業者にとって、タングステン堆積プロセス
の間にマスク層上の核生成サイトを除去するのに適当な
方法でないことは明らかである。
従って、本発明の目的は、半導体基板上に耐熱金属を堆
積する優れた方法を提供するものである。
積する優れた方法を提供するものである。
本発明の他の目的は隣接するマスク層上の核生成サイト
を除去する半導体基板上に耐熱金属を選択的に堆積させ
る方法を提供するものである。
を除去する半導体基板上に耐熱金属を選択的に堆積させ
る方法を提供するものである。
更に本発明の目的は多くの同時に存在するガス運動プロ
セスを調節し更に制御する必要がない選択堆積プロセス
を提供するものである。
セスを調節し更に制御する必要がない選択堆積プロセス
を提供するものである。
また更に本発明の目的は単一の反応チャンバ内で実施す
ることのできる耐熱金属堆積及び除去プロセスを提供す
るものである。
ることのできる耐熱金属堆積及び除去プロセスを提供す
るものである。
また本発明の他の目的は任意の厚みの金属層を堆積する
ことのできる耐熱金属を選択的に再現性よく堆積する方
法を提供するものである。
ことのできる耐熱金属を選択的に再現性よく堆積する方
法を提供するものである。
かかる目的は、半導体基板の表面上に例えばＷ又はＭＯ
のような耐熱金属を堆積することにより提供されるもの
で、例えばＷＦ、又はＭｏＦ６のような耐熱金属ハロゲ
ン化物ガス及び水素ガス流を提供して、上記ガス還元反
応（２）により表面上に、そして、極めてより少ない程
度にマスク層上に耐熱金属を堆積するものである。次い
で本発明により、水素ガス流のみを停止又は中断して、
その結果耐熱金属ハロゲン化物ガスが、次の不均化反応
： （ａ） ５ｗｐｓ（ガス）＋１１（堆積）→６ＷＦｓ
（ガス）によりマスク層上に耐熱金属をエッチさせる。
のような耐熱金属を堆積することにより提供されるもの
で、例えばＷＦ、又はＭｏＦ６のような耐熱金属ハロゲ
ン化物ガス及び水素ガス流を提供して、上記ガス還元反
応（２）により表面上に、そして、極めてより少ない程
度にマスク層上に耐熱金属を堆積するものである。次い
で本発明により、水素ガス流のみを停止又は中断して、
その結果耐熱金属ハロゲン化物ガスが、次の不均化反応
： （ａ） ５ｗｐｓ（ガス）＋１１（堆積）→６ＷＦｓ
（ガス）によりマスク層上に耐熱金属をエッチさせる。
ＷＦ４及び他の揮発性面フッ化物も形成する。流れ及び
停止工程を所定の厚みの耐熱金属が堆積されるまで連続
プロセスで繰り返す。アルゴン又は他の不活性ガスをキ
ャリアガスとして用い、堆積及びエツチング反応が生ず
る速度を調節する。
停止工程を所定の厚みの耐熱金属が堆積されるまで連続
プロセスで繰り返す。アルゴン又は他の不活性ガスをキ
ャリアガスとして用い、堆積及びエツチング反応が生ず
る速度を調節する。
換言すると、本発明は、連続耐熱金属ハロゲン化物ガス
流を反応チャンバ内に提供し、そして水素ガスのパルス
流を提供するものである。水素ガスパルスを提供してい
る間、水素及び耐熱金属が反応して、表面上及び極めて
より少ない程度にマスク表面上に耐熱金属を堆積する。
流を反応チャンバ内に提供し、そして水素ガスのパルス
流を提供するものである。水素ガスパルスを提供してい
る間、水素及び耐熱金属が反応して、表面上及び極めて
より少ない程度にマスク表面上に耐熱金属を堆積する。
水素パルスを提供している間、マスク層上の耐熱金属の
核生成サイトは耐熱金属ハロゲン化物によりエッチされ
る。核生成サイトのエッチ速度は、半導体基板表面上の
連続タングステンフィルムのエッチ速度より大きくこれ
は核生成サイトの表面エネルギーがより大きいからであ
る。しかしながら半導体表面上に堆積する若干のタング
ステンもまた、再スパツタプロセスと類似の方法で除去
される。
核生成サイトは耐熱金属ハロゲン化物によりエッチされ
る。核生成サイトのエッチ速度は、半導体基板表面上の
連続タングステンフィルムのエッチ速度より大きくこれ
は核生成サイトの表面エネルギーがより大きいからであ
る。しかしながら半導体表面上に堆積する若干のタング
ステンもまた、再スパツタプロセスと類似の方法で除去
される。
本発明において、タングステン堆積及び除去は、連続プ
ロセス中の水素ガス流をパルスすることにより提供され
るものである。３種又はそれ以上の同時に存在するガス
運動プロセスの制御及び調整は必要とされず、プラズマ
を衝突させる必要がない。堆積及びエツチング反応は同
じ反応チャンバ内で行われ、前のプロセス工程からの残
部物質の存在を期待する必要はない。従って、簡易で連
続的な、そして再現性のよいプロセスが提供され耐熱金
属のあらゆる所望の厚みを選択的に堆積することができ
る。
ロセス中の水素ガス流をパルスすることにより提供され
るものである。３種又はそれ以上の同時に存在するガス
運動プロセスの制御及び調整は必要とされず、プラズマ
を衝突させる必要がない。堆積及びエツチング反応は同
じ反応チャンバ内で行われ、前のプロセス工程からの残
部物質の存在を期待する必要はない。従って、簡易で連
続的な、そして再現性のよいプロセスが提供され耐熱金
属のあらゆる所望の厚みを選択的に堆積することができ
る。
上記利点に加えて、本発明の方法には好ましい２つの結
果が見い出された。第１には、堆積耐熱金属の抵抗率が
、ガス還元堆積工程のみを用いて堆積した耐熱金属の抵
抗性より低いことである。
果が見い出された。第１には、堆積耐熱金属の抵抗率が
、ガス還元堆積工程のみを用いて堆積した耐熱金属の抵
抗性より低いことである。
従って抵抗が、より低い接触子、バイアス及び系統連系
子が提供される。更に、本発明により、耐熱金属が堆積
したケイ素基板層は、ガス還元堆積のみを使用して金属
を堆積した基板に比較して“ウオームホール（ｗｏｒｍ
ｈｏｌｅｓ）”又は゛マウスホール（ｍｏｕｓｅ ｈ
ｏｌｅｓ）″（トンネル）がなイコトテある。従って、
本発明は高品質の耐熱金属層及び更に損傷の少ない基板
が得られる。
子が提供される。更に、本発明により、耐熱金属が堆積
したケイ素基板層は、ガス還元堆積のみを使用して金属
を堆積した基板に比較して“ウオームホール（ｗｏｒｍ
ｈｏｌｅｓ）”又は゛マウスホール（ｍｏｕｓｅ ｈ
ｏｌｅｓ）″（トンネル）がなイコトテある。従って、
本発明は高品質の耐熱金属層及び更に損傷の少ない基板
が得られる。
本発明を図面を参照して以下の実施例に基づき説明する
。しかし、多くの異なる変形が可能であり以下に説明す
る実施例に限定されるもではない。
。しかし、多くの異なる変形が可能であり以下に説明す
る実施例に限定されるもではない。
第１Ａ図を参照して、半導体基板ｌＯは露出表面１５と
パターンマスク層１１を含む。露出表面１５はケイ素、
ゲルマニウム又は他のあらゆる半導体金属又は蒸着され
るべき他のあらゆる表面が可能であり、またパターンマ
スク層１１は二酸化ケイ素（Ｓ１０□）、窒化ケイ素（
Ｓｉ３Ｎ４） 、ポリイミド又は蒸着を所望されない他
の通常のマスク層が可能なことは、当業者には理解され
るものである。反応（１）は、本発明の選択的タングス
テン堆積プロセスで必要なパーツではないので、露出表
面はケイ素、ゲルマニウム又は１ｔｌＦ６で置換反応が
進行する他の材料に限定する必要はない。
パターンマスク層１１を含む。露出表面１５はケイ素、
ゲルマニウム又は他のあらゆる半導体金属又は蒸着され
るべき他のあらゆる表面が可能であり、またパターンマ
スク層１１は二酸化ケイ素（Ｓ１０□）、窒化ケイ素（
Ｓｉ３Ｎ４） 、ポリイミド又は蒸着を所望されない他
の通常のマスク層が可能なことは、当業者には理解され
るものである。反応（１）は、本発明の選択的タングス
テン堆積プロセスで必要なパーツではないので、露出表
面はケイ素、ゲルマニウム又は１ｔｌＦ６で置換反応が
進行する他の材料に限定する必要はない。
第１Ｂ図を参照して、本発明において、耐熱金属ハロゲ
ン化物ガス（例えばＩＩＩＦ６）及び水素ガスをシステ
ムの中へ導入し、上記（２）の堆積反応を形成する。第
１Ｂ図に示す如く耐熱金属の層１２が堆積し、マスク層
ｌｌ上に所望しない核生成サイト１４の形成を伴う。ア
ルゴン又は窒素のような不活性キャリアガスがチャンバ
を通って流れることは当業者には理解できることである
。また更に基板が置換反応に関係する半導体物質である
場合には、プロセスは、最初純粋な耐熱金属ハロゲン化
物ガス流により開始され、上記した自己制限置換反応（
１）を形成することも理解されるものである。
ン化物ガス（例えばＩＩＩＦ６）及び水素ガスをシステ
ムの中へ導入し、上記（２）の堆積反応を形成する。第
１Ｂ図に示す如く耐熱金属の層１２が堆積し、マスク層
ｌｌ上に所望しない核生成サイト１４の形成を伴う。ア
ルゴン又は窒素のような不活性キャリアガスがチャンバ
を通って流れることは当業者には理解できることである
。また更に基板が置換反応に関係する半導体物質である
場合には、プロセスは、最初純粋な耐熱金属ハロゲン化
物ガス流により開始され、上記した自己制限置換反応（
１）を形成することも理解されるものである。
本発明において、所定の時間の水素ガス流が終了した後
、アルゴン又は他の不活性ガス内に耐熱金属ハロゲン化
物ガスのみが流れる。かかる耐熱金属ハロゲン化物ガス
は、上記（３）の不均化反応における平面（２次元）耐
熱金属層１２をエッチするよりもはるかに速く核生成サ
イト１４の３次元表面をエッチする。揮発性亜フッ化物
（ＷＦ、及び／又はＷＦ４）を生ずる。核生成サイト１
４はほとんど除去されるが、層１２はわずかな厚みしか
取り除かれない（第１Ｃ図）。所定の層の耐熱金属を堆
積するために、第１Ｂ及びＩｃ図に各々示される連続堆
積及びエッチ工程を、必要な耐熱金属層１２が堆積され
るまで繰り返す。
、アルゴン又は他の不活性ガス内に耐熱金属ハロゲン化
物ガスのみが流れる。かかる耐熱金属ハロゲン化物ガス
は、上記（３）の不均化反応における平面（２次元）耐
熱金属層１２をエッチするよりもはるかに速く核生成サ
イト１４の３次元表面をエッチする。揮発性亜フッ化物
（ＷＦ、及び／又はＷＦ４）を生ずる。核生成サイト１
４はほとんど除去されるが、層１２はわずかな厚みしか
取り除かれない（第１Ｃ図）。所定の層の耐熱金属を堆
積するために、第１Ｂ及びＩｃ図に各々示される連続堆
積及びエッチ工程を、必要な耐熱金属層１２が堆積され
るまで繰り返す。
第２図には、本発明において用いる第１化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）反応チャンバ２０を示す。ＣＶＤ反応チャンバは、
あらゆる従来の熱望（ｈｏｔ ｗａｌｌ）又は冷壁（ｃ
ｏｌｄ ｗａｌｌ）反応チャンバが可能であるが、式（
３）の反応を低温から高温に高められるので熱望チャン
バが好ましい。例えばパリアン会社（Ｖａｒｉａｎ Ｃ
ｏｒｐ）〔パロアルト（Ｐａｌｏ＾１ｔｏ）、 カリ
フォルニア〕のモデル５１０１ＣＶＤ装置、ジーナス（
Ｇｅｎｕｓ） 、？ランテンビュー（Ｍｏｕｎｔａｉ口
Ｖｉｅｗ） カリフォルニアのモデル８４０２、又は
、スペクトラム（Ｓｐｅｃｔｒｕｍ） ７ 工＝ックス
（Ｐｈｏｅｎｉｘ） 、アリシナのモデル２１１を用い
ることができる。第２図は、水平熱望チャンバを示す。
Ｄ）反応チャンバ２０を示す。ＣＶＤ反応チャンバは、
あらゆる従来の熱望（ｈｏｔ ｗａｌｌ）又は冷壁（ｃ
ｏｌｄ ｗａｌｌ）反応チャンバが可能であるが、式（
３）の反応を低温から高温に高められるので熱望チャン
バが好ましい。例えばパリアン会社（Ｖａｒｉａｎ Ｃ
ｏｒｐ）〔パロアルト（Ｐａｌｏ＾１ｔｏ）、 カリ
フォルニア〕のモデル５１０１ＣＶＤ装置、ジーナス（
Ｇｅｎｕｓ） 、？ランテンビュー（Ｍｏｕｎｔａｉ口
Ｖｉｅｗ） カリフォルニアのモデル８４０２、又は
、スペクトラム（Ｓｐｅｃｔｒｕｍ） ７ 工＝ックス
（Ｐｈｏｅｎｉｘ） 、アリシナのモデル２１１を用い
ることができる。第２図は、水平熱望チャンバを示す。
チャンバ２０内に、垂直半導体ウェファ−１０を支持す
るウェファ−ボート２７が示されている。
るウェファ−ボート２７が示されている。
チャンバを、抵抗コイル２１又は池の従来の加熱手段を
用いて例えば４５０℃まで、加熱する。チャンバ壁及び
入射ガスも全て加熱し、等温反応を生ずる。更にアルゴ
ン又は他の不活性キャリアガスの人口２３、六フッ化タ
ングステンガスの人口２４及び水素ガスの人口２５も設
けられている。排気マニホルド２２も設置されている。
用いて例えば４５０℃まで、加熱する。チャンバ壁及び
入射ガスも全て加熱し、等温反応を生ずる。更にアルゴ
ン又は他の不活性キャリアガスの人口２３、六フッ化タ
ングステンガスの人口２４及び水素ガスの人口２５も設
けられている。排気マニホルド２２も設置されている。
小さい堆積チャンバが効率よく作動することがわかり、
従って迅速且つ均一なガスがウェファ−付近で変換し、
また優れた温度制御が得られる。縦壁はコイル２１に近
いため、チャンバ壁はチャンバ内部よりも若干高く、従
って、水素ガスを流さない間においては式（３）の輸送
プロセスを低温から高温に高めることは当業者には理解
されることである。
従って迅速且つ均一なガスがウェファ−付近で変換し、
また優れた温度制御が得られる。縦壁はコイル２１に近
いため、チャンバ壁はチャンバ内部よりも若干高く、従
って、水素ガスを流さない間においては式（３）の輸送
プロセスを低温から高温に高めることは当業者には理解
されることである。
第３図には、第２ ＣＶＤ反応チャンバが示されている
。チャンバ３０は搬出人気閘があり、垂直流、熱望、低
圧ＣＶＤ系であり、その設計は、本発明を実施するのに
最も効率がよいものである。ニッケルは可能な限りチャ
ンバ３０の多くのパートに用いるのが好ましく、これは
ニッケルが安定でかつ分離しない不揮発性亜フッ化物を
形成するからである。チャンバ３０は石英又は好ましく
はニッケルの外管３７を含む。加熱コイル３１は管３７
の周りを囲む。
。チャンバ３０は搬出人気閘があり、垂直流、熱望、低
圧ＣＶＤ系であり、その設計は、本発明を実施するのに
最も効率がよいものである。ニッケルは可能な限りチャ
ンバ３０の多くのパートに用いるのが好ましく、これは
ニッケルが安定でかつ分離しない不揮発性亜フッ化物を
形成するからである。チャンバ３０は石英又は好ましく
はニッケルの外管３７を含む。加熱コイル３１は管３７
の周りを囲む。
内張り３５は外管３７を損傷から保護し、これもニッケ
ルが好ましい。搬出入気閘４６はウェファ−ボート４３
の出入りを可能にし、これはウェファ−１０に対するキ
ャリア３９を含む。ロッド４４は突出ばり３６上のウェ
ファ−キャリア３９を支持する。支持リング４５及びバ
ッフル４１は内部チャンバのサイドを画し、この中をア
ルゴン周囲大気中でＨ２及びＩｔｌＦ、の垂直流が供給
される。
ルが好ましい。搬出入気閘４６はウェファ−ボート４３
の出入りを可能にし、これはウェファ−１０に対するキ
ャリア３９を含む。ロッド４４は突出ばり３６上のウェ
ファ−キャリア３９を支持する。支持リング４５及びバ
ッフル４１は内部チャンバのサイドを画し、この中をア
ルゴン周囲大気中でＨ２及びＩｔｌＦ、の垂直流が供給
される。
Ｈ２ガス又はＷＦｓガスのいずれかに用いる人口３２が
示されている。他のガスの第２人口（図示せず）は入口
３２の後ろに設けられている。人口３２は予備加熱コイ
ル３４及び複数のオリフィス４２を中に含む出口マニホ
ルド３８にガス流を供給する。第２予備加熱コイルは加
熱コイル３４内に収められており、第二出口マニホルド
はマニホルド４２の後ろに位置することができることが
わかる；従ってＨ２及びＷＦ。
示されている。他のガスの第２人口（図示せず）は入口
３２の後ろに設けられている。人口３２は予備加熱コイ
ル３４及び複数のオリフィス４２を中に含む出口マニホ
ルド３８にガス流を供給する。第２予備加熱コイルは加
熱コイル３４内に収められており、第二出口マニホルド
はマニホルド４２の後ろに位置することができることが
わかる；従ってＨ２及びＷＦ。
各々の２つの独立したガス送り出しシステムが提供され
る。一方又は双方のガスがアルゴン周囲大気中を流れる
。ガスはウェファ−１０を垂直に切って流れ、排出装置
３３に垂直流バッフル４０を介して出る。
る。一方又は双方のガスがアルゴン周囲大気中を流れる
。ガスはウェファ−１０を垂直に切って流れ、排出装置
３３に垂直流バッフル４０を介して出る。
実施例
本例は、第３図に示す熱望堆積チャンバを用いる。対照
として、全圧１トールの単一の８２−ＩｔｌＦ６混合物
をウェファ−の半分に二酸化ケイ素のマスク層を含有す
るケイ素ウェファ−上に通す。ケイ素ウェファ−の温度
を４５０℃に保持する。Ｈ２流速は５ＱＱｓｃｃｍ、Ｗ
Ｆｓ流速は５Ｑｓｃｃｍである。さらに４００ｓｅｃｍ
のアルゴン流が存在する。かかる条件下タングステンを
約４０００人分の速度で堆積する。堆積を１０分間行い
、ケイ素表面上に約４０００人のタングステンを成長さ
せる。多くの′ トンネル”又はウォームホールズがケ
イ素中に認められ、更に多くのタングステンの核生成サ
イドが二酸化ケイ素上に認められる。
として、全圧１トールの単一の８２−ＩｔｌＦ６混合物
をウェファ−の半分に二酸化ケイ素のマスク層を含有す
るケイ素ウェファ−上に通す。ケイ素ウェファ−の温度
を４５０℃に保持する。Ｈ２流速は５ＱＱｓｃｃｍ、Ｗ
Ｆｓ流速は５Ｑｓｃｃｍである。さらに４００ｓｅｃｍ
のアルゴン流が存在する。かかる条件下タングステンを
約４０００人分の速度で堆積する。堆積を１０分間行い
、ケイ素表面上に約４０００人のタングステンを成長さ
せる。多くの′ トンネル”又はウォームホールズがケ
イ素中に認められ、更に多くのタングステンの核生成サ
イドが二酸化ケイ素上に認められる。
本発明のプロセスは本質的に同様のガス成分、同様の全
圧及び同様の温度を用いる。異なる点は３０秒間実施し
た後にＨ２流を１０秒間停止することである。このサイ
クルを２０回繰り返す。２２００７分の成長速度が認め
られ、制御プロセスの約半分の体抵抗が得られた。二酸
化ケイ素上に核生成サイトは形成されず、またケイ素中
にトンネル又はウオームホールは全く形成されない。上
記例は本発明により、ウオームホールやマスク層上に核
生成サイトを形成することなく、低抵抗タングステン層
を選択的に堆積することができるものである。
圧及び同様の温度を用いる。異なる点は３０秒間実施し
た後にＨ２流を１０秒間停止することである。このサイ
クルを２０回繰り返す。２２００７分の成長速度が認め
られ、制御プロセスの約半分の体抵抗が得られた。二酸
化ケイ素上に核生成サイトは形成されず、またケイ素中
にトンネル又はウオームホールは全く形成されない。上
記例は本発明により、ウオームホールやマスク層上に核
生成サイトを形成することなく、低抵抗タングステン層
を選択的に堆積することができるものである。
低抵抗タングステンが形成されるのは、スパッタ金属質
を向上させるのに知られている再スパツタと同様の方法
で堆積したタングステンの一部を除去するからである。
を向上させるのに知られている再スパツタと同様の方法
で堆積したタングステンの一部を除去するからである。
更に本発明のプロセスは従来の堆積方法と比較してベー
タ相のタングステンの混入が少なくなる。
タ相のタングステンの混入が少なくなる。
本発明においては、任意の厚さ（例えば８０００人まで
又はそれ以上）の耐熱金属相を選択的に堆積できること
は当業者には理解できることである。
又はそれ以上）の耐熱金属相を選択的に堆積できること
は当業者には理解できることである。
堆積及びエッチサイクルの回数は、Ｈ２の゛オン″“オ
フ”比を好ましくは３又は４：１とすることを伴って、
各々特定のシステムの実行を確立することができる範囲
に変化させることが可能である。
フ”比を好ましくは３又は４：１とすることを伴って、
各々特定のシステムの実行を確立することができる範囲
に変化させることが可能である。
また、パルスを、エッチサイクルを伴わないで、堆積時
間を極めて長くしてはならないことも重要である。例え
ば３０秒間Ｈ２をオンにし、１０秒間Ｈ２をオフにする
方が６００秒間Ｈ２をオンにし、２００秒間Ｈ２をオフ
にするよりも好ましい。従って、パルス周波数と同様に
Ｈ２のオン／オフ比も調整適合させなければならない。
間を極めて長くしてはならないことも重要である。例え
ば３０秒間Ｈ２をオンにし、１０秒間Ｈ２をオフにする
方が６００秒間Ｈ２をオンにし、２００秒間Ｈ２をオフ
にするよりも好ましい。従って、パルス周波数と同様に
Ｈ２のオン／オフ比も調整適合させなければならない。
反応温度も広い温度範囲にわたり変化することができる
。本発明のプロセスは耐熱金属をあらゆる金属表面、ケ
イ素（単結晶又は多結晶）、他の半導体金属ケイ化物又
は耐熱金属が接着する他の熱安定性表面に堆積するのに
用いることができるが、一方Ｓｉｎ、、 Ｓｉ３Ｎ４．
Ａ ｊ！ ２［］３、ポリイミド又は耐熱金属が表面
に関し高い解離定数（低い接着性）を有するあらゆる他
の表面は好ましくないものである。
。本発明のプロセスは耐熱金属をあらゆる金属表面、ケ
イ素（単結晶又は多結晶）、他の半導体金属ケイ化物又
は耐熱金属が接着する他の熱安定性表面に堆積するのに
用いることができるが、一方Ｓｉｎ、、 Ｓｉ３Ｎ４．
Ａ ｊ！ ２［］３、ポリイミド又は耐熱金属が表面
に関し高い解離定数（低い接着性）を有するあらゆる他
の表面は好ましくないものである。
本発明を好適な実施例に基づき説明したがこれに限定さ
れるものでなく本発明の範囲内において、自由に変形で
きるものである。
れるものでなく本発明の範囲内において、自由に変形で
きるものである。
第１Ａ〜１Ｃ図は本発明の、耐熱金属を表面上に選択的
に堆積する方法を示す集積回路チップの断面図、 第２図は本発明を実施することのできる第１化学蒸着（
ＣＶＯ）反応チャンバの断面図、第３図は本発明を実施
することのできる第２化学蒸着（ＣＶＤ）反応チャンバ
の断面図を示す。 １０・・・半導体基板 １１・・・パターンマス
ク層１２・・・耐熱金属層 １４・・・核生成サ
イト１５・・・露出表面 ２０・・・第１反応
チャンバ２１・・・抵抗コイル ２２・・・排気
マニホルド２３、２４．２５．３２・・・人口 ３０
・・・第２反応チャンバ３１・・・加熱コイル
３３・・・排出装置３４・・・予備加熱コイル ３６・・・突出ばり ３８・・・出口マニホルド ４０、４１・・・バッフル ４３・・・ウェファ−ボード ４５・・・支持リング
に堆積する方法を示す集積回路チップの断面図、 第２図は本発明を実施することのできる第１化学蒸着（
ＣＶＯ）反応チャンバの断面図、第３図は本発明を実施
することのできる第２化学蒸着（ＣＶＤ）反応チャンバ
の断面図を示す。 １０・・・半導体基板 １１・・・パターンマス
ク層１２・・・耐熱金属層 １４・・・核生成サ
イト１５・・・露出表面 ２０・・・第１反応
チャンバ２１・・・抵抗コイル ２２・・・排気
マニホルド２３、２４．２５．３２・・・人口 ３０
・・・第２反応チャンバ３１・・・加熱コイル
３３・・・排出装置３４・・・予備加熱コイル ３６・・・突出ばり ３８・・・出口マニホルド ４０、４１・・・バッフル ４３・・・ウェファ−ボード ４５・・・支持リング
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、マスク層を有し、反応チャンバ内に位置する半導体
基板表面上に、所定の厚みの耐熱金属を堆積するにあた
り、 耐熱金属ハロゲン化物ガスと水素ガスを上 記反応チャンバを通して流し、それにより、上記耐熱金
属ハロゲン化物ガスを上記水素ガスと反応させて、上記
表面上および極めてより少ない程度に上記マスク層上に
耐熱金属を堆積し、 耐熱金属ハロゲン化物ガス流を続行供給し ている間、水素ガス流を中断し、それにより上記耐熱金
属ハロゲン化物ガスを、上記マスク層及び極めてより少
ない程度に上記表面上にエッチさせ、 上記流れ及び中断工程を繰り返して、上記 表面上に、上記所定の厚みの耐熱金属を堆積する ことを特徴とする方法。 ２、上記表面はケイ素で上記マスク層は絶縁体であるこ
とを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、上記絶縁体は、二酸化ケイ素である請求項２記載の
方法。 ４、上記絶縁体は、窒化ケイ素である請求項２記載の方
法。 ５、上記耐熱金属はタングステンで上記耐熱金属ハロゲ
ン化物ガスは六フッ化タングステンである請求項１記載
の方法。 ６、上記耐熱金属はモリブデンで、上記耐熱金属ハロゲ
ン化物ガスは六フッ化モリブデンである請求項１記載の
方法。 ７、上記流れ工程を約３０秒行い上記中断工程を約１０
秒行なう請求項１記載の方法。 ８、上記中断工程に対する上記流れ工程の時間比は、約
３：１である請求項１記載の方法。 ９、上記流れ及び中断工程をアルゴン周囲大気で行なう
請求項１記載の方法。 １０、マスク層を有する半導体基板の表面上に耐熱金属
を堆積するにあたり、 上記基板を耐熱金属ハロゲン化物ガス及び 水素ガスに、次いで、耐熱金属ハロゲン化物ガスのみに
繰り返してさらすことにより、上記耐熱金属ハロゲン化
物ガス及び上記水素ガスの反応中に形成される上記マス
ク層上の核生成サイトをエッチする ことを特徴とする方法。 １１、上記耐熱金属はタングステンで上記耐熱金属ハロ
ゲン化物ガスは六フッ化タングステンである請求項１０
記載の方法。 １２、上記耐熱金属はモリブデンで、上記耐熱金属ハロ
ゲン化物ガスは六フッ化モリブデンである請求項１０記
載の方法。 １３、上記基板を耐熱金属及び水素ガスに約３０秒さら
し、更に耐熱金属ハロゲン化物ガスのみに約１０秒さら
す請求項１０記載の方法。 １４、上記基板を耐熱金属ハロゲン化物ガスのみにさら
す時間に対する、上記基板を耐熱金属ハロゲン化物及び
水素ガスにさらすことの時間比は、約３：１である請求
項１０記載の方法。 １５、マスク層を有する半導体基板表面上に耐熱金属を
堆積するにあたり、 耐熱金属ハロゲン化物ガスの周囲大気及び 水素ガスのパルスを提供して上記水素ガスを上記耐熱金
属ハロゲン化物ガスと反応させ、上記表面上及び極めて
少ない程度にマスク上にパルスの間に該耐熱金属を堆積
し、上記マスク層上の上記耐熱金属を上記パルスの間に
エッチすることを特徴とする方法。 １６、上記耐熱金属はタングステンで上記耐熱金属ハロ
ゲン化物ガスは六フッ化タングステンである請求項１５
記載の方法。 １７、上記耐熱金属はモリブデンで、上記耐熱金属ハロ
ゲン化物ガスは六フッ化モリブデンである請求項１５記
載の方法。 １８、上記水素ガスのパルスは、上記パルスの間の約３
０秒ごとに、約１０秒の継続時間を有する請求項１５記
載の方法。 １９、上記パルスの継続時間に対する上記パルスの間の
時間は約３：１である請求項１５記載の方法。
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