JPH04210475A

JPH04210475A - 高融点金属の気相成長法及びそれを用いた金属配線の製造方法

Info

Publication number: JPH04210475A
Application number: JP34090990A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sekine; 誠関根
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-31
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JP2940162B2

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、気相化学成長法及びそれを用いた金属配線の
製造方法に関し、特に高融点金属の気相成長法及びそれ
を用いた金属配線の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の気相成長法としてタングステンの気相成
長法が知られており、そして、この気相成長法を利用し
て金属配線を製造することも知られている。

以下、第５図及び第６図に基づいて従来の気相成長法に
よる従来の金属配線の形成法を説明する。

第５図は、従来のタングステン気相成長法を利用した金
属配線の形成方法を工程順に示した縦断面図である。（
ａ）に示したように半導体基板５０１上に従来のイオン
注入、リンクラフイー等の方法により、素子分離領域５
０２に囲まれた導電体領域である導電体相５０３を形成
する。次いて（ｂ）に示すごとく層間絶縁膜５０４をこ
の上に形成し、リンクラフイー等の方法により、接続孔
５０５を形成する。この上に（ｃ）を示したごとく密着
層５０６としてＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｗ等の金属をスパッタ
等の方法により形成した後に、まずＷ　Ｆ　ｓのモノシ
ラン還元法により、タングステンの核を生じさせる。次
いで（ｄ）に示１−だ様に基板温度を４００℃以上とな
る様に加熱し、ＷＦ６の水素還元法により、約ＩＴＯ「
ｒの加圧で密着層５０６上にタングステン５０７を堆積
させる。これにより堆積させたタングステン５０７を従
来のドライエツチング技術の方法により、タングステン
のエツチングを行ない、接続孔５０５にのみタングステ
ンを残し、（ｅ）に示したごとく、アルミニウム５０８
のＡｌ’今金配線をスバ、り、１１ツクラフイー等の方
法により導電体領域５０３との電気的な接続をとる、も
し２くば、第６図に示した様に形成したタングステン６
０７の膜をパターニングすることにより配線を形成する
という方法である。

この水素還元で堆積させたタングステン膜の比抵抗は、
１０μΩ・ｃｍ以下と非常に低く、配線材料としても有
望視されつつあるが、一般に水素還元は積換速度が遅い
、表面形状が悪い等の問題点があった。

本発明者等は、これらの問題を克服する方法として高圧
力下での気相成長法を研究しているところである。これ
は、従来例と同じＷ　Ｆ　ａ　、　Ｈ２。

Ｓ　ｉ　Ｈ４等の反応ガスを用いて、成膜時の圧力を１
０〜１００Ｔｏｒｒとして加熱した基板上にタングステ
ンを堆積させるという方法である。これにより成膜速度
は、従来の１０００ρ／　ｍ　ｉ　ｎから５０００ρ／
　ｍ　ｉ　ｎ以上にまて向上することを見い出している
。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕上記の水素還元による従来の気相成長方法では、成膜温
度が４００〜５００℃と高く、Ａρ金合金様な融点の低
い金属上への成長の場合はヒロック等の問題により、金
属配線の信頼性を著しく低下させる。さらにステップカ
バレッジと表面形状は相反する関係にあり、微細な接続
孔中にタングステンを埋め込んだ場合には、エッチバッ
ク時にタングステンの表面形状が層間膜上に転写される
、リソグラフィー技術により微細な配線をパターニング
できない等の問題点を有する。

本発明は、上記問題点を解消する高融点金属の気相成長
法並びにそれを用いた金属配線の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そして、本発明は、上記目的を達成する手段として、従
来の水素還元法に代えてＮＨ又はＮ　Ｈ２ガスによる還
元法を採用することを特徴とするものである。

詳細には、本発明の気相成長法では、原料ガスとなる高
融点金属ハロゲンガスと、１２００〜２６００人の波長
をもつ真空紫外光又は、プラズマでアンモニアを励起２
分解することにより成長するＮＨ又はＮ　Ｈ２とを、２
００〜５００℃に加熱した基板上で反応せしめることに
より高融点金属膜を形成するという特徴を有している。

また、本発明の金属配線の製造方法では、上記の気相成
長法と利用する点に特徴を有している。

本発明における高融点金属としては、タングステンやモ
リブテン等であり、そして、金属の温度を２００〜５０
０℃とするものであるが、この理由は、２００℃未満及
び５００℃をこえると、基板上に上記高融点金属を良好
に堆積させことができず、所期の目的を達成できないか
らである。

〔作用〕

アンモニア（ＮＨ３）は１２００〜２２００Ａの波長を
もつ真空紫外光によりＮＨ３ＮＨ２＋Ｈ・・・・（１）Ｎ　Ｈｚ　　Ｎ　Ｈ＋　Ｈ２・・・・・・（２）ＮＨ，
、ＮＨ＋２Ｈ・・・・・（３）等の分解を起こし、Ｎ　Ｈ２もしくはＮＨを形成する。

これら２種のガスによるＷＦｅの還元反応ＷＦ、＋３Ｎ
Ｈ２→Ｗ＋６ＨＦ＋３／２Ｎ２　　　　・・・　（４）
ＷＦ６＋６ＮＨ−Ｗ＋６ＨＦ＋３／２Ｎ＋　　　　・・
・・・（５）に自由エネルキー変化は６００にて、（４
）式は−１７３ｋｃａｌ／ｍｏｌ、　（５）式は−５１
３ｋｃａｌと水素還元の−２７ｋｃａｌ／ｍｏｌに比べ
非常に太きいため、４００℃以下での成長が可能となる
。さらに反応性が高いため、低圧力下でも容易に供給律
速域での成長が行なえることや、反応生成物としてＮ２
を発生し、このＮ２が結晶粒の成長を抑制する効果があ
るため、従来にない良好な表面形状をもった膜が形成さ
れる。またシラン還元による核生成のプロセスを必要と
しない作用効果が生ずる。なお、アンモニアガスをプラ
ズマにより励起１分解する方法でも同等の効果が得られ
る。

〔実施例〕

次に本発明について、図面を参照してより詳細に説明す
る。以下の実施例１及び実施例２では、高融点金属と１
〜でタングステンの場合について説明するが、本発明は
、このタングステンのみに限定するものではなく、モリ
フテン等の高融点金属に対しても適用できるものである
。

実施例１゜第１図は、本発明による気相成長を行なうための装置で
ある。装置の全体は、反応ガスを導入。

保持、シ１コ出するとともにウニ・・−を収容するチャ
ンバ１０１と水銀ランプの照射部１０２とウェハーの加
熱部１０３とにより構成される。反応ガスの導入部１０
４は、石英で作られており、内部に開けられた孔により
ＷＦ６とＮＨ３を独立に導入し、反応室内て混さ゛る様
な構造となっており、石英中を通るＮＨ３は、真空紫外
光により励起され分解する。この装置内で第２図に示し
た様な基板を導入する。半導体基板２０１上に形成され
た酸化膜２０２上には、密着性を挙げるためにＴｉＮ２
０３が約１０００人反応性スパッタにより形成されてい
る。この基板を装置内で３００℃に加熱し、ＷＦ６とＮ
　ＨＫをそれぞれの１０８００Ｍ、ＩＳＬＭの流量でＡ
ｒをキャリアガスとしてＩＴｏｒｒの圧力下で、水銀ラ
ンプを照射しなから成膜を行なこの時のタングステンの
成膜速度は５０００人／　ｍ　ｉ　ｎとなり、膜表面の
反射率はＳｉ基板の４３６ｎｍの光に対して９０％以上
となる。

実施例２第３図は、本発明による第２の実施例を行なうための気
相反応装置である。装置の全体は、反応ガス導入、保持
、排出するチャンバー３０１．アンモニアのプラズマ励
起部３０２．ウェハーの加熱部３０３により構成されて
いる。プラズマ励起部３０２からは、アンモニアがＲＦ
プラズマにより励起２分解されたＮＨ，ＮＨ２ガスが導
入される。この際イオンボンバードメントによる基板表
面へのダメージはない。

第４図には、この装置で形成された金属配線の製造方法
と工程順に示した縦断面図を示した。

（ａ）に示した様に半導体基板４０１上に形成された絶
縁膜４０２上にアルミニウム４０３をスパッタにより堆
積させる。次いて（ｂ）に示すごとく、従来のリソグラ
フィー技術によりアルミニウム４０３をパターニングし
た後に層間絶縁膜４０４を堆積し、リンクラフイー技術
により接続孔４０５を形成する。次いて（ｃ）に示すご
とく、この基板上に密着層となるタングステン４０６を
スパッタにより形成し、この基板を２５０℃に加熱し、
ＷＷＦ６１０８ＣＣとプラズマで励起部には１１００５
ＣＣのＮＨ３と１１００５ＣＣのＡｒガスを導入し、Ｎ
ＨおよびＮＨ２を生成させることにより（ｄ）に示すご
とくタングステン４０７を全面に堆積さえる。この後タ
ングステン４０７を第２層目の配線としてパターニング
したり、エッチバック等の方法によりタングステン４０
７を接続孔のみに残すという工程は、従来例と同様であ
る。

従来例による気相成長法では、成膜温度が４００℃以上
必要なため、金属配線間の接続に用いることが困難であ
ったが、本発明の気相成長法では、成膜温度を低くてき
るので、信頼性のある金属配線構造を実現することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明は、高融点金属の気相成長に
おいて、原料となる高融点金属のハロケンガスと、アン
モニアを真空紫外光やプラズマによって励起１分解する
ことにより生成さぜたＮＨ，ＮＨ２ガスとを反応させる
ことによって高融点金属のハロケンガスの還元を行わせ
るのもであり、これによって、より低温で高融点金属の
成長が行なえるという効果、並びに、反応生成物により
生ずるＮ２により高融点金属の粒成長を抑制し、より乎
滑な高融点金属膜が形成できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による気相成長を行なうための第１の
実施例で使用する装置図、第２図は、第１の実施例で用
いる基板の縦断面図、第３図は、本発明による気相成長
を行なうための第２の実施例で使用する装置図、第４図
は、本発明の金属配線の製造配線の製造法を示す図であ
って、第２の実施例による手段を工程順に示した縦断面
図、第５図は、従来の気相成長法を利用して金属配線の
形成方法を工程順に示した縦断面図、第６図は、従来例
の実施例を示した縦断面図である。１０１．３０１・・　チャンバ、１０２　・・・水銀ラ
ンプ照射部、１０３，３０３・・・加熱部、１０４・・
・・・・反応ガス導入部、２０Ｌ　４０１，５０１゜６
０１・・・・・半導体基板、２０２・・・酸化膜、２０
３・・・・・ＴｉＮ、３０２・・・・・ブラスマ励起部
、４０２・・・・絶！［［ｕ、４０３，５０８・・・・
アルミニウム、４０４．５０４，６０４・・・層間絶縁
膜、４０６゜４０７．５０７，６０７・・・・・タング
ステン、５０２゜６０２・・・・・・素子分離領域、５
０３，６０３・・・・・・導電体層、４０５，５０５・
・・・・・接続孔、５０６・・・・・・密着層。代理人　弁理士　　内　原　　　晋第２　図（α）（Ｃ）Ｃｂ）　　　　　　　　　　　　　Ｃｄ）箒４　図（−ｄ）＄　５　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも原料となる高融点金属のハロゲンガス
とＮＨ又はＮＨ＿２ガスとを反応室内に導入し、２００
〜５００℃に加熱した基板上に高融点金属を堆積さえる
ことを特徴とする高融点金属の気相成長法。
（２）高融点金属がタングステンである請求項（１）に
記載の高融点金属の気相成長法。
（３）ＮＨ又はＮＨ＿２ガスを１２００〜２６００Åの
波長をもつ真空紫外光でアンモニアガスを励起、分解す
る手段で生成させる請求項（１）に記載の高融点金属の
気相成長法。
（４）ＮＨ又はＮＨ＿２ガスを、アンモニアガスのプラ
ズマ励起で生成させる請求項（１）記載の高融点金属の
気相成長法。
（５）金属配線を製造する方法において、請求項（１）
に記載の高融点金属の気相成長法を用いることを特徴と
する金属配線の製造方法。
（６）高融点金属がタングステンである請求項（５）に
記載の金属配線の製造方法。