JPH0280554A - Formation of film of metallic silicide of high melting point - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はシリサイド薄膜の形成法に係り、特に集積回路
の配線材料に好適な低抵抗シリサイド薄膜を低温で形成
する方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for forming a silicide thin film, and more particularly to a method for forming a low-resistance silicide thin film suitable as a wiring material for integrated circuits at a low temperature.
従来、5iLSIの接合形成や配線用の高融点シリサイ
ド膜の形成法は大別して次の2種類がある。1つは金属
をSi上に堆積してからアニールにより固相反応させる
方法である(固相反応法)。Conventionally, methods for forming 5iLSI junctions and forming high-melting point silicide films for wiring can be broadly classified into the following two types. One is a method in which a metal is deposited on Si and then subjected to a solid phase reaction by annealing (solid phase reaction method).
もう1つは金属とSiの混合物を堆積しアニールによっ
て合金化する方法である(合金法)、混合物は金属とS
iの2つのソースまたはターゲットから同時に蒸着やス
パッタリングする方法、合金ターゲットからのスパッタ
、CVD法などによって堆積される。The other method is to deposit a mixture of metal and Si and alloy it by annealing (alloy method).
It is deposited by simultaneous evaporation or sputtering from two sources or targets, sputtering from an alloy target, CVD method, or the like.
なお、この種の方法として関連するものには例えば特開
昭62−13819号やジャーナルオブバキュームサイ
エンスアンドテクノロジー17(4)第775頁から第
792頁(J、Vac、Sci、& Tech、。Related methods of this type include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 13819/1983 and Journal of Vacuum Science and Technology 17(4), pages 775 to 792 (J. Vac, Sci, & Tech.
17(4)ρp775−792(1980))において
論じられている。17(4) p775-792 (1980)).
上記従来技術では高融点金属元素をMとした場合、MS
izの組成比では膜を600〜800℃の温度で形成で
きるが、より低抵抗のM5Si3の組成比を有するシリ
サイド薄膜の形成には1000〜1600℃の高温が必
要であった。In the above conventional technology, when the high melting point metal element is M, MS
Although a film can be formed at a temperature of 600 to 800°C with a composition ratio of iz, a high temperature of 1000 to 1600°C is required to form a silicide thin film having a composition ratio of M5Si3 with lower resistance.
本発明の目的は低温でMISSisの組成のシリサイド
薄膜を形成することにある。An object of the present invention is to form a silicide thin film having a composition of MISSis at low temperatures.
上記目的は、シリコンソースをクラスタイオンとして活
性化させて蒸発させ、金属蒸気と同時に所定温度に加熱
した被膜形成基板に蒸着することにより、達成される。The above object is achieved by activating the silicon source as cluster ions, evaporating them, and simultaneously depositing them on a film-forming substrate heated to a predetermined temperature as a metal vapor.
(作用〕
加速されたシリコンのクラスタイオンビームは、一原子
当り数eVのエネルギーを有し、高融点金属蒸気とのシ
リサイド形成反応を活性化させることができる。それに
よって被膜形成基板が低温すなわち、800℃以下でも
高融点金属Mとシリコンは反応しM5Si3の組成比の
シリサイドを形成できる。(Effect) The accelerated silicon cluster ion beam has an energy of several eV per atom and can activate the silicide formation reaction with the high melting point metal vapor.Thereby, the film forming substrate is at a low temperature, i.e. Even at temperatures below 800° C., the high melting point metal M and silicon react to form silicide having a composition ratio of M5Si3.
以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施例1:第1図は本発明に用いたクラスタイオンビー
ム蒸着装置の模式図を示す。膜を形成する成長室11は
ステンレス製でターボ分子ポンプとロータリポンプとか
ら成る排気系12に接続され、約10−7Torrまで
排気される。被膜形成基板22は0.1 μm厚の熱
酸化膜を形成したシリコンウェハである。被膜形成基板
22はタンタルヒータ21により所定温度に加熱、保持
される。蒸着物質のシリコンソース31(比抵抗2にΩ
・a=)はグラファイト製のるつぼ41に充填される。Example 1: FIG. 1 shows a schematic diagram of a cluster ion beam evaporation apparatus used in the present invention. A growth chamber 11 in which a film is formed is made of stainless steel and connected to an exhaust system 12 consisting of a turbo molecular pump and a rotary pump, and is evacuated to approximately 10-7 Torr. The film-forming substrate 22 is a silicon wafer on which a thermally oxidized film with a thickness of 0.1 μm is formed. The film-forming substrate 22 is heated and maintained at a predetermined temperature by the tantalum heater 21. Silicon source 31 of vapor deposition material (specific resistance 2Ω
-a=) is filled into a crucible 41 made of graphite.
るつぼ41はタングステンフィラメント42から発生す
る電子の衝撃を受は加熱される。投入電力は2.0
kW、るつぼの外壁温度は1950℃である。シリコン
ソース31は融解、蒸発し、直径2閣のノズル43から
噴出し、シリコン蒸気は断熱膨張作用によりシリコンク
ラスタ61を形成する。The crucible 41 is heated by the impact of electrons generated from the tungsten filament 42. Input power is 2.0
kW, and the temperature of the outer wall of the crucible is 1950°C. The silicon source 31 is melted, evaporated, and ejected from a nozzle 43 with a diameter of 2 mm, and the silicon vapor forms silicon clusters 61 by adiabatic expansion.
クラスタ61はタングステンフィラメント45と電子を
引き出すグリッド44から成るイオン化機構部において
電子照射を受け、イオン化される。The cluster 61 is ionized by electron irradiation in an ionization mechanism comprising a tungsten filament 45 and a grid 44 for extracting electrons.
タングステンフィラメント45の電流は22A、グリッ
ド44に印加される電圧は1kVである。The current of the tungsten filament 45 is 22 A, and the voltage applied to the grid 44 is 1 kV.
なお、フィラメント45からグリッド44に流れる電流
は200mAである。イオン化したクラスタはるつぼ4
1と加速電極46の間に印加されるO〜10kVの電圧
により加速され基板22上に入射する。高融点金属のタ
ングステン(純度99・998%) 32はフィラメン
ト51から発生する電子ビーム52により加熱されタン
グステン蒸気62として基板22へ到達する。シリコン
とタングステンの蒸着量は各々、膜厚モニタ71゜72
によりモニタされる。Note that the current flowing from the filament 45 to the grid 44 is 200 mA. Ionized cluster crucible 4
The light is accelerated by a voltage of 0 to 10 kV applied between the acceleration electrode 46 and the acceleration electrode 46 and is incident on the substrate 22 . Tungsten (purity 99.998%) 32, which is a high melting point metal, is heated by the electron beam 52 generated from the filament 51 and reaches the substrate 22 as tungsten vapor 62. The amount of silicon and tungsten deposited was measured using a film thickness monitor of 71° and 72°, respectively.
monitored by
以上の装置で基板温度600℃でタングステンシリサイ
ド薄膜を400nm形成した。加速電極46の電圧は0
,2,4,6,8.10kVである。形成した膜の組成
は蒸着量の比と同じですべてWsSiδであった。第2
図は堆積膜の抵抗率を4探針法で測定した結果である。Using the above apparatus, a 400 nm thick tungsten silicide thin film was formed at a substrate temperature of 600°C. The voltage of the accelerating electrode 46 is 0
, 2, 4, 6, 8.10kV. The composition of the formed film was the same as the ratio of the amount of evaporation, and was all WsSiδ. Second
The figure shows the results of measuring the resistivity of the deposited film using the four-probe method.
膜の抵抗率は加速電圧8kVで最小値の10μΩ・国と
なった。The resistivity of the film reached its minimum value of 10 μΩ·Ω at an accelerating voltage of 8 kV.
これは従来法で形成されるWδSiz膜の抵抗率100
μΩ・儂より約1桁小さい。この膜の化学的耐久性を調
べた。処理条件を第1表に示す。薬品に浸した時間は全
て30分間である。試料形状は10IIIl角である。This is the resistivity of the WδSiz film formed by the conventional method, which is 100.
μΩ・About one order of magnitude smaller than mine. The chemical durability of this film was investigated. The processing conditions are shown in Table 1. The immersion time in all chemicals was 30 minutes. The sample shape is 10IIIl square.
薬品処理前後の表面状態を走査型電子顕微鏡で観察した
。その結果、表面状態に変化は見られなかった。さらに
膜の抵抗率を薬品処理後、測定した結果、抵抗率は変化
していなかった。The surface condition before and after chemical treatment was observed using a scanning electron microscope. As a result, no change was observed in the surface condition. Furthermore, the resistivity of the film was measured after chemical treatment, and as a result, the resistivity did not change.
次に異なる基板温度でWISSiaを形成した。加速電
圧は8kVである。第3図に基板温度と膜の抵抗率およ
び膜のストレスの関係を示す。これより基板温度が60
0℃以上で抵抗率は約10Ω。WISSia was then formed at different substrate temperatures. Accelerating voltage is 8kV. FIG. 3 shows the relationship between substrate temperature, film resistivity, and film stress. From this, the substrate temperature is 60
Resistivity is approximately 10Ω at temperatures above 0°C.
−となり、ストレスも−I X 10−10〜I X
1O−10dyne/afとなる。これより、この温度
範囲でストレスの小さい低抵抗シリサイド膜を得られる
ことがわかる。-, stress also -I X 10-10~I
It becomes 10-10 dyne/af. This shows that a low-resistance silicide film with low stress can be obtained within this temperature range.
実施例2:第4図はシリコンビーム中にタングステン製
のメツシュ101を設置した装置の概略図である。メツ
シュ101には20Aの電流を流し加熱した。クラスタ
イオンビーム法で生成したシリコンビームはこのメツシ
ュ101に到達し。Embodiment 2: FIG. 4 is a schematic diagram of an apparatus in which a tungsten mesh 101 is installed in a silicon beam. A current of 20 A was applied to the mesh 101 to heat it. A silicon beam generated by the cluster ion beam method reaches this mesh 101.
その一部がメツシュ101に付着する。メツシュ101
はシリサイド化され、タングステンシリサイド蒸気91
を生成し、被着基板22上に到達し、タングステン蒸気
92とともにシリサイド膜を形成する。基板温度600
℃で形成したタングステンシリサイドの成分は90%以
上がWδSiaであった。膜の化学的特性や付着力は二
元蒸着法の場合と同様であった。A part of it adheres to the mesh 101. mesh 101
is silicided and tungsten silicide vapor 91
is generated, reaches the deposition substrate 22, and forms a silicide film together with the tungsten vapor 92. Substrate temperature 600
The tungsten silicide formed at a temperature of 90% or more was WδSia. The chemical properties and adhesion of the film were similar to those of the binary deposition method.
なお、第1表は薬品処理条件の一覧表である。Note that Table 1 is a list of chemical treatment conditions.
第 1 表
〔発明の効果〕
本発明によれば蒸着物質をイオン化することによって、
基板上での化学反応を活性化できるので低温(600℃
)でM5Si3あるいはMaSiz(Mは高融点金属)
を主成分とするシリサイド薄膜を形成できる効果がある
。Table 1 [Effects of the Invention] According to the present invention, by ionizing the vapor deposition material,
Low temperature (600℃) can activate chemical reactions on the substrate.
) with M5Si3 or MaSiz (M is a high melting point metal)
It has the effect of forming a silicide thin film containing as the main component.
第1図は本発明の一実施例の装置の断面図、第2図はイ
オン化クラスタの加速電圧と堆積した膜の抵抗率との関
係図、第3図は被膜形成基板温度と形成した膜の抵抗率
との関係図、第4図は実施例の装置の断面図である。
11・・・真空容器、12・・・排気装置、21・・・
ヒーター 22・・・被膜形成基板、31・・・シリコ
ンソース、32・・・タングステンソース、41・・・
るつぼ、42・タングステンフィラメント、43・・・
ノズル、44・・・グリッド、45・・・タングステン
フィラメント、46・・・加速電極、51・・・フィラ
メント、52・・・電子ビーム、61・・・シリコンク
ラスタ、62・・・タングステン蒸気、71・・・膜厚
モニタ、72・・・膜厚モニタ、91・・・タングステ
ンシリサイド蒸気、92・・・タングステン蒸気、10
1・・・メツシュ。
第1図
第
区
O
力0速2醍a(KV)
第
図FIG. 1 is a cross-sectional view of an apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the accelerating voltage of ionized clusters and the resistivity of the deposited film, and FIG. FIG. 4 is a sectional view of the device of the embodiment. 11... Vacuum container, 12... Exhaust device, 21...
Heater 22... Film forming substrate, 31... Silicon source, 32... Tungsten source, 41...
Crucible, 42・Tungsten filament, 43...
Nozzle, 44... Grid, 45... Tungsten filament, 46... Accelerating electrode, 51... Filament, 52... Electron beam, 61... Silicon cluster, 62... Tungsten vapor, 71 ... Film thickness monitor, 72 ... Film thickness monitor, 91 ... Tungsten silicide vapor, 92 ... Tungsten vapor, 10
1... Metshu. Fig. 1 Section O Force 0 speed 2 Daihatsu a (KV) Fig.
Claims (1)
Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf、Zr、Tiのうち
の一種)を主成分とする薄膜の形成法において、シリコ
ンのクラスタイオンビームと金属蒸気を同時に被膜形成
基板上に蒸着させることを特徴とする高融点金属シリサ
イド膜の形成方法。 2、M_5Si_3あるいはM_5Si_2(MはW、
Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf、Zr、Tiのうち
の一種)を主成分とする薄膜の形成法において、シリコ
ンのクラスタイオンビームを加熱した金属に照射し、そ
こから金属シリサイドを被膜形成基板上に蒸着すること
を特徴とする高融点金属シリサイド膜の形成方法。 3、特許請求の範囲第2項において、シリコンのクラス
タイオンビームを照射する金属がメッシュ状、多数の孔
を有する板状、多数並んだ線状としたことを特徴とする
高融点金属シリサイド膜の形成方法。 4、特許請求の範囲第2項において、シリコンのクラス
タイオンビームを照射する金属に電流を流し、加熱する
ことを特徴とする高融点金属シリサイド膜の形成方法。 5、特許請求の範囲第1項または第2項において、被膜
形成基板を300〜800℃に加熱することを特徴とす
る高融点金属シリサイド膜の形成方法。[Claims] 1. M_5Si_3 or M_5Si_2 (M is W,
In a method for forming a thin film whose main component is Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, Zr, or Ti), a silicon cluster ion beam and a metal vapor are simultaneously deposited on a film forming substrate. Characteristic method of forming a high melting point metal silicide film. 2, M_5Si_3 or M_5Si_2 (M is W,
In the method of forming a thin film whose main component is a type of Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, Zr, or Ti, a silicon cluster ion beam is irradiated onto a heated metal, and then a metal silicide is coated from there. A method for forming a high melting point metal silicide film, the method comprising vapor depositing it on a formation substrate. 3. Claim 2 provides a high melting point metal silicide film characterized in that the metal to which the silicon cluster ion beam is irradiated is in the form of a mesh, a plate having a large number of holes, or a line in which a large number of holes are lined up. Formation method. 4. A method for forming a high melting point metal silicide film according to claim 2, which comprises heating the metal by passing an electric current through the metal to be irradiated with the silicon cluster ion beam. 5. A method for forming a high melting point metal silicide film according to claim 1 or 2, characterized in that the film-forming substrate is heated to 300 to 800°C.
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1988
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