JPH0393223A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，半導体装置の製造方法に関し、詳しくは遷移
金属を用いた電極配線の形或方法に関する． 〔従来の技術〕 従来よりＷＦａ，Ｍｏ　Ｆｅなどの金属ハロゲン化物と
Ｈ２　，　Ｓ　ｉ　Ｈａなどの還元ガスとを用いて、Ｓ
ｉ上および金属上に選択的にＷ，Ｍｏを成長させる技術
は広く知られている．この技術に関しては，たとえば米
国特許３，６９７，３４３号に述べられている． しかしながら，従来の金属の選択成長では、ウエハ表面
汚染，装置内壁および治具等へのＷ付着、お浜び反応二
次生戒物により選択性が低下し、絶縁膜上にも不要なＷ
やＭｏ形成が起こるという問題があった．このような選
択性低下の問題は、ソースガスを用いた成長条件の制御
のみでは原理的に解決不ｏｆ能であり、金属選択成長の
実用化に対する大きな妨げとなってきた。

絶縁膜上に形威された不要なＷやＭｏを、ウエットエツ
チや全曲ドライエッチにより除去する方法や、他の絶縁
膜をさらに重ねて不要なＷやＭｏ共にエッチングにより
取り去るリフトオフ法などが検討されている．しかしな
がら、ウエットエッチにより除去の制御性は極めて悪く
、操作も簡便でない．また、全面ドライエッチ二より除
去する方法は、ＷやＭｏを除去すると同時に絶縁膜も一
部除去したり損傷を与えるといった問題点があった．ま
た、リフトオフ法は、他の絶縁膜の形或およびード地絶
縁膜とのエッチング選択性等課題が多く、さらに操作が
複雑であるといった問題があった。

〔発明が解決しようとする１ｌ題〕 上記従来技術では、選択成長の反応過程において，形威
されたＷやＭｏなどの遷移金属をエッチングする反応が
含まれておらず、したがって選択性を確保するために選
択成長とは独立の後処理を行なわねばならないという問
題があった．本発明の目的は、選択成長に用いるソース
ガスにより絶縁膜上に形成されたＷやＭｏをエッチング
して除去し、選択性を確保する方法を提供することにあ
る． 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するためには、選択成長後あるいは戒長
中にソースガスによりエッチングｕＪ能な物質にＷやＭ
ｏを変換し、ソースガスによりエッチングして除去する
必要がある。

たとえば、ソースガスとしてＷ　Ｆｅ，　Ｍ　ｏ　？’
ｅを用いた選択成長において、選択性が低ドして絶縁膜
上にＷ，Ｍｏが形戊された場合Ｗ，Ｍｏを酸化してＷｏ
ｎ，Ｍｏｏ８に蛮換すれば、ＷＯａ，ＭｏＯａはＷ　Ｆ
ｅ，　Ｍ　ｏ　Ｆｅにより容易にエッチングして取り去
ることが呵能であることがわかった。このエッチングの
メカニズムとしては、それぞれ、Ｗ　Ｏ　ｓ＋　２　　
Ｗ　　Ｆ　ｅ→　３　Ｗ　Ｏ　トコ　↑ＭｏＯａ＋２Ｍ
ｏ　　Ｆｅ→　３　　Ｍ　　ｏ　　Ｏ　　？’　４　　
↑の化学反応によってＷＯａ．ＭｏＯａが蒸気圧の高い
ＷＯＦａ，ＭｏＯＦ＋に変換されるためであると考えら
れる． また、ソースガスであるＷＦ６．ＭｏＦｓと共に０２を
混入させることで．Ｗ，Ｍｏの選択成長中に、Ｗ，Ｍｏ
を酸化とＷ，Ｍｏの酸化物のエッチングと同時に進行し
，選択性の向上および選択性制御がロ１能となる． 〔実施例〕 以下，本発明の一実施例を第１図により説明する． Ｓｉ　（１００）基板１に、通常の局部酸化を用いて，
フィールド酸化ｇ２を形成した後，厚さ１０ｎｍのゲー
ト酸化＄２’　を形威し、厚さ３００ｎｍの多結晶シリ
コン膜３を化学気相成長（ＣＶＯ）法により堆積させ、
抵抗を下げるため多結晶シリコン膜３中に不純物を添加
し、厚さ２００ｎｍのＣＶＬ）酸化膜５を堆積させた後
、多結晶シリコン膜３とＣＶＬ）酸化［５との重ね膜を
，ゲート電極ぜ状に加工した．その後，ゲート電極２を
マスクとしてイオン打込みを行ない、さらに，厚さ１５
０ｎｍのＣｖＤ酸化膜５をさらに堆積させ，全面エッチ
ングによりゲート電極側屹部にのみ．ｃｖｖ酸化膜５を
残し、第２回目のイオン打込みを行ない，加熱すること
で不純物拡散Ｍ４を形或し、いわゆるＬｌ）１）（Ｌ。

ｉｇｈｔｌｙ　Ｄｏｐｅｄ　Ｄｒａｉｎ）構造のゲート
電極を形成した（第１図（ａ））。

その後，ポロンを添加した犀さ゜７００ｎｍのＢＰＳＧ
膜６を堆積した後、９００℃で加熱しでリフローさせた
後、通常のホトリソグラフィー技術を用い、不純物拡Ｉ
ＩＩＩｌ層４上に，直径０．５μｍのコンタクト孔を形
威した（同図（ｂ））．その後１／２に希釈したＨ　Ｆ
溶液に３０秒没してコンタクト孔の不純物拡散層４上の
自然酸化膜を除去し、Ｗ　Ｆ　ｇとＳｘ　Ｈ　ａと０２
とを用いた低圧ＣＶＤ法によりコンタクト孔内に、微量
のシリコンを含むタングステン７を選択成長させた．Ｃ
ｖＬ）処理については，他にＮＦｓ，ＳＦｅのプラズマ
エッチングを用いることも０１能である．　ＣＶＤ条件
は、形威温度３２０℃、全圧Ｑ　，　６　５　１’ｏｒ
ｒ、ガス流ｊｔＷ　Ｆ　ｅ＝　３　０ｇｃｃｔｍ．　Ｓ
　ｉ　Ｈａ−＝：８　０ｓｃｃｍ，Ｏｘ＝　ｌ　Ｏｓｃ
ｃｍ＋．さらに希釈ガスとしてＡ　ｒ　＝２　０　０　
０ｓｅｃｍ＋を用いた．ソースガスにＯｚを添加するこ
とで，選択性を着しく向上し、ＢｐｓＧＭ６上に不要な
Ｗ成長を起こすことなくコンタクト孔内にタングステン
７を埋め込むことができた（同図（ｃ））． さらに、アルミニウム配線８をコンタクト孔上に形成し
た後，Ｃｖυ酸化膜とスピン塗布（ＳＯＧ）酸化膜との
重ね膜９を厚さｌμｍ堆積させて平坦化をはかった後，
通常のホトリソグラフィー技術を用いてアルミニウム配
線８上に直径０．５μｍの接続孔を形成した（同図（ｄ
））． その後，接続孔内のアルミニウム表一の酸化膜を除去す
る目的でＡｒを用いてスバツタエツチし，ＷＦａとＨｔ
とを用いた低圧ＣｖＤ法によりタングステン７′を接続
孔内に選択成長させた．ここで，スパツタエツチ条件は
；Ｓｉｎｓ膜厚換算で１０ｎｍであった，アルミニウム
配線８の代わりに、タングステンおよびモリブデン配線
を用いた場合、表面の酸化膜はＷＦａおよびＭｏＦｓを
含むガスによりエッチングして取り去った，この場合，
ＣＶＤ酸化膜とＳＯＧ膜との重ね膜９表面もスバツタ損
傷を受けたために、重ね膜９上にも不要なタングステン
核７１が多数形成された．ＣＶｔ＋条件は、形成温度４
５０℃、全圧Ｑ．７５Ｔｏｒｒ，ガス流ｊｔＷ　Ｆａ＝
＝　２　０ｓｃｃｍ，　Ｈｚ＝　２　０　０　０ｇｃｃ
ｍであった（同図（ｅ））． その後、低圧ＣＶＬ）装置内に０２を導入し，タングス
テン７′表面およびタングステン核ｒｌｚを酸化し，酸
化タングステン１０’　，１０’を形成した．酸化条件
は，温度４５０℃，全圧５　Ｔｏｒｒ　＃０２流量＝５
０００ｇｃｃ鵬，酸化時間３０分であった．この酸化条
件で、径が０．５μｍ以下のタングステン核７１はすべ
て酸化タングステン１０１に変換された（同図（ｆ））
．この場合、タングステン核７′の大小により，酸化条
件を適当に選ぶことにより、酸化膜上のタングステン核
を容易にすべて酸化タングステンに変換する二とができ
た．また、０２を用いたプラズマ酸化等を用いれば，タ
ングステン酸化温度の低減化および時間の短縮が容易に
達成できる． その後、低圧ＣＶＤ内にＷ　Ｆ　ｇを導入し、酸化タン
グステン１０’　，１０’をすべてエッチングして取り
去った．エッチング条件は，温度４５０℃、全圧０　．
　７　５　Ｔｏｒｒ，ガス流ｍＷ　｝’ｓ＝　２　０ｓ
ｅｃｍの他に希釈ガスとしてＮｚ＝２０００ｓｃｃ閣，
エッチング時間は５分であった（同図（ｇ））．このエ
ッチング工程と同時に、低圧ＣＶＬ）装置内壁に付着し
ていたタングステンのうち，酸化したものについてはエ
ッチング除去された．したがって，タングステンの酸化
およびＷ　Ｆ　ｓによるエッチングというプロセスは、
別途に行なうことにより選択戊長用の低圧ＣＶＤ装置の
内壁のクリーニングとして用いることもできる． その後，２層目のアルミニウム配線８′を接続孔上に形
或した。本実施例で作製したＭｏＳトランジスタへの多
層配線では，選択性が十分確保された条件で微細なコン
タクトおよび接続孔へのタ彩グステン埋込みが可能なた
め、配線の平坦化がすすみアルミニウム配線の段切れ等
の信頼性上の問題点が解消された．また、タングステン
埋込み前の処理を実施例のように行なえば、不純物拡散
上およびアルミニウム配線およびタングステン，モリブ
デン配線上においても十分低い接触抵抗が得られ、接合
リーク特性等の電気特性も極めて良好であった。

なお、本実施例では、不純物拡散層４上に形威したコン
タクト孔内にタングステン７を選択成長をさせる際に、
成長初期から、０２を添加したが、絶縁股上へのＷの核
形成にはラグタイムが伴うので、たとえばコンタクト孔
内にタングステン７が１００ｎｍ程度形成された後、０
２を添加してもかまわない． 以ト、本発明の他の実施例を第２図〜第６図により説明
する． まず、Ｓｉウエハ上にマグネトロンスバッタ法によりＷ
膜を３００ｎｍ堆積させた後，０２雰囲気中で加熱して
酸化タングステンを形威した。

第２図は、酸化温度が３０５０〜５３０℃の範囲で形威
された酸化タングステン膜の酸化温度と厚さの関係を示
す．酸化時間は３０分とした．第２図に示された様に、
酸化温度を上昇させることにより，形威される酸化タン
グステン膜は厚くなる． 第３図に、形成される酸化タングステン膜の酸化時間依
存性を示す．酸化温度は、４６９℃とした．酸化タング
ステンＳ厚は、ほぼ酸化時間の平方根に比例して増加し
た． 第２図，第３図に示した様に、Ｗの熱酸化は酸化温度，
酸化時間を選ぶことにより、数μｍ程度の厚さまで形成
することが口１能である．熱酸化の他に，０２プラズマ
等を用いた酸化を用いれば、酸化温度の低減，および酸
化時間の短縮をはかることができる． 次に、熱酸化により形威した５００ｎｍの酸化タングス
テン膜を．ＷＦｅｌ＃囲気中でエッチングした．第４図
は，温度を２７５，３００，３２５℃に変えて，酸化タ
ングステン膜のエッチング量の時間依存性を調べた結果
を示したものである．ここで、ガス流量は、Ｗ　Ｆ８＝
　２　０ｓｃｃｍ．　Ｎｚ＝２　０　０　０ｓｅｃｍで
全圧は０．７５Ｔｏｒｒとした。エッチング量はエッチ
ング前後の試料の重量差を，エッチング後の試料の重量
で割って規準化した．酸化タングステン膜のエッチング
膜厚を、走査電顕により測定し、２３０ｎｍに対応する
エッチング量を第４Ｌｍに示した．エッチング量は，初
期にエッチングが進まない時間（インダクションピリオ
ド）が存在するが，その後は時間に比例して進む．また
、温度を上昇させるとエッチング速度は増大した． 第５図は，酸化タングステン膜のエッチング量のＷ　Ｆ
　ｅ分圧依存性を示した．温度は３００℃，エッチング
時間は１０分であった．エッチングは，Ｗ　Ｆ　ｓ分圧
に比例して進むことがわかった．第６図には酸化タング
ステンのエッチング量に対するＨｚ添加の効果を示す．
温度は３　０　０’Ｃ，全圧力は０．７５Ｔｏｒｒ，ガ
ス流量は、ＷＦｅ＝２０１ｉＣＣＩＩ，ＨｚまたはＮｘ
＝　２　０　０　０ｓｃｃｎであった．Ｈｔを添加した
場合、エッチング初期のインダクションビリオドは消失
し、実効的にエッチング速度が増大することがわかった
． 以上、第２図一第６Ｉ１！Ｉの結果により、Ｗの酸化、
およびＷＦｅによる酸化タングステンのエッチングは温
度，時間等の基本的なパラメータを設定すれば，極めて
制御良く実現できることがわかった．なお、この実施例
では、タングステンおよび酸化タングステンの例につい
て述べたが，モリブデンおよび酸化モリブデンについて
も回様に、酸化およびエッチングが制御性良く実現でき
る．〔発明の効果〕 本発明によれば、ＷおよびＭｏを酸化することでＷＦｓ
およびＭｏＦ＠等の選択成長に用いるソースガスにより
絶縁膜上に形或されたＷおよびＭｏをエッチングして除
去し、選択性を確保することができる．本発明は、ソー
スガスを用い、しかも酸化等従来より行なわれてきた技
術で，通常の半導体プロセスの装置を用いて容易に実現
できるために、経済性，効率の上からも優れている．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の工程説明のための断面図
、第２図は、タングステンの酸化の温度依存性の測定図
，第３図は、タングステンの酸化の時間依存性を示した
測定図、第４図は、酸化タングステンエッチング量とエ
ッチング時間の関係を示す測定図、第５図は、酸化タン
グステンエッチング量とＷＦａ分圧の関係を示す測定図
、第６図は，′酸化タングステンのエッチング時におけ
るソースガス中へのＨ２添加の効果を示した測定図であ
る． １・・・シリコン（１００）基板，２・・・フィールド
酸化膜，３・・・多結晶シリコン膜，４・・・不純物拡
散層、５・・・ＣＶＬ）酸化膜、６・・・Ｂ｝’ＳＧ膜
、７，７′・・・タングステン，７′・・・絶縁膜上に
形成されたタングステン核、８，８′・・・アルミニウ
ム配線、９・・・ＣＶＤ酸化膜とスピン塗布膜（ＳＯＧ
）との重ね膜、１０’　　　１０’・・・酸化タングス
テン．第 ｌ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコンあるいは金属膜を有する半導体基板上に絶
   縁膜を形成した後、シリコンあるいは金属表面を一部露
   出させる工程と、遷移金属Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａを含む
   ソースガスと前記ソースガスの還元ガスとを用いて、前
   記遷移金属を含む金属を、シリコン上あるいは金属上に
   選択成長させる工程と、前記選択成長中に絶縁膜上に形
   成された遷移金属を含む金属をソースガスによりエッチ
   ング可能な物質に変換する工程と、前記エッチング可能
   な物質をソースガスを含むガスによりエッチングして除
   去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造
   方法。 ２、前記基板の金属がＷおよびＭｏの場合、金属上に選
   択成長させる前に、ＷおよびＭｏ上の酸化膜をソースガ
   スを含むガスによりエッチングする工程を行なうことを
   特徴とする請求項第１項記載の半導体装置の製造方法。 ３、前記ソースガスとして、ＷＦ＿６、ＭｏＦ＿６、Ｔ
   ｉＣｌ＿４、ＴａＣｌ＿５等の遷移金属のハロゲン化ガ
   スを用いることを特徴とする請求項第１項記載の半導体
   装置の製造方法。 ４、前記還元ガスとして、ＳｉＨ＿４、Ｓｉ＿２Ｈ＿８
   、Ｈ＿２およびそれらの混合ガスを用いることを特徴と
   する請求項第１項記載の半導体装置の製造方法。 ５、前記絶縁膜として、酸化シリコン膜、窒化シリコン
   膜、窒化した酸化シリコン膜、リンガラス（ＰＳＧ）膜
   、ボロン添加したリンガラス（ＢＰＳＧ）膜、ポリイミ
   ド膜等の有機絶縁膜の少なくとも一者もしくはこれらの
   絶縁膜の重ね膜を用いることを特徴とする請求項第１項
   記載の半導体装置の製造方法。 ６、前記シリコンとしては、単結晶シリコン、多結晶シ
   リコン、非晶質シリコンおよび不純物添加されたこれら
   のシリコンを用いることを特徴とする請求項第１項記載
   の半導体装置の製造方法。 ７、前記金属としては、Ｗ、Ｍｏの他に、Ａｌ、Ｃｕお
   よびＴｉ、Ｔａなどの遷移金属ならびにシリサイド、Ｔ
   ｉＮ、ＴｉＷ、ＴａＮなどの化合物や合金を用いること
   を特徴とする請求項第１項記載の半導体装置の製造方法
   。 ８、前記エッチング可能な物質への変換工程として、Ｗ
   、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａの酸化を用いることを特徴とする請
   求項第１項記載の半導体装置の製造方法。 ９、前記遷移金属を含む金属をシリコン上あるいは金属
   上に選択成長させる工程とエッチング可能な物質への変
   換工程と、エッチング可能な物質を含むソースガスによ
   り上記エッチング可能に変換された物質をエッチングし
   て除去する工程とを同時に行なうことを特徴とする請求
   項第１項記載の半導体装置の製造方法。 １０、前記エッチング可能な物質への変換工程と、エッ
   チング可能をソースガスを含むガスによりエッチングし
   て除去する工程を用いて、選択成長装置の内壁に成長し
   た前記遷移金属を含む金属をクリーニングすることを特
   徴とする請求項第１項記載の半導体装置の製造方法。