JPH04356919A - Selective metal formation - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】この発明は、選択メタル形成方法
、特に選択性及び平坦性に優れた埋め込みがコンタクト
ホールあるいはスルーホールにおいて可能なタングステ
ン等の選択メタル形成方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a selective metal, and particularly to a method for forming a selective metal such as tungsten, which can be buried in contact holes or through holes with excellent selectivity and flatness.
【0002】0002
【従来の技術】選択メタル形成方法の代表例であるタン
グステン(W)の選択CVD(化学的気相成長)とは六
フッ化タングステン(WF6)ガスをシリコン(Si)
等の基板表面で還元して基板の特定の領域上にWを堆積
する方法(選択タングステンCVD法)である。[Prior Art] Selective CVD (chemical vapor deposition) of tungsten (W), which is a typical example of a selective metal forming method, is a method for converting tungsten hexafluoride (WF6) gas into silicon (Si).
This is a method (selective tungsten CVD method) in which W is deposited on a specific region of the substrate by reduction on the surface of the substrate.
【0003】WのCVD選択成長は成長開始迄の時間が
基板表面、すなわち下地の材料によって異なるために生
じるものである。[0003] CVD selective growth of W occurs because the time required to start growth differs depending on the substrate surface, that is, the underlying material.
【0004】例えば、下地材料としてシリコン(Si)
やアルミニウム(Al)等の導電性材料上では、WのC
VD成長が早く開始し、SiO2等の絶縁材料上ではそ
のCVD成長が遅くなる。このようなWの成長速度の相
違は、下地に自由電子が有るか無いかによって決定され
る。For example, silicon (Si) is used as the base material.
On conductive materials such as or aluminum (Al), the C of W
VD growth starts early and CVD growth slows on insulating materials such as SiO2. Such a difference in the growth rate of W is determined by whether or not there are free electrons in the underlying layer.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、たとえ核が発
生し易い拡散層(n+/P,P+/n)上であっても、
Si表面に自然酸化膜(SiOx)が形成され残存して
いる所では核が発生しにくく、Wが表面に一様に形成さ
れず、平坦性に欠け、しかもその平坦性に欠けたW配線
上に堆積される例えばアルミニウム(Al)からなる配
線が断線し易くなる等の問題があった。[Problem to be solved by the invention] However, even on the diffusion layer (n+/P, P+/n) where nuclei are likely to occur,
Where a natural oxide film (SiOx) is formed and remains on the Si surface, nuclei are difficult to generate, and W is not formed uniformly on the surface and lacks flatness, and on W wiring that lacks flatness. There has been a problem that wiring made of, for example, aluminum (Al) deposited on the substrate is likely to be disconnected.
【0006】Wの成長は上記の如く核発生であるため、
P+/n上ではWの核発生が遅れることが知られており
、成長速度の違いがでてくる。[0006] Since the growth of W is nucleation as mentioned above,
It is known that W nucleation is delayed on P+/n, resulting in a difference in growth rate.
【0007】本発明は選択性、平坦性に優れ、且つ工程
短縮が可能な選択メタルCVD法を提供することを目的
とする。An object of the present invention is to provide a selective metal CVD method that has excellent selectivity and flatness and can shorten the process.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、イ)基板上に形成された自然酸化膜を局所、短時間
加熱の手段であって短波長のパルスレーザ照射と水素に
より除去する工程、ロ)成長すべきメタルの原料ガスを
局所、短時間加熱の手段であって短波長のパルスレーザ
照射とにより前記メタルの少なくとも1原子層を選択的
に、しかも平坦性良く形成する工程、次に、ハ)前記メ
タルの少なくとも1原子層を核として前記メタルを選択
的に形成する工程を含んでなることを特徴とする選択メ
タル形成方法によって解決される。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, the above-mentioned problems are solved by: (i) removing the native oxide film formed on the substrate by local, short-time heating means using short-wavelength pulsed laser irradiation and hydrogen; (b) A step of selectively forming at least one atomic layer of the metal with good flatness by locally heating the raw material gas of the metal to be grown by short-wavelength pulsed laser irradiation. The problem is solved by a selective metal forming method characterized by comprising the step of: c) selectively forming the metal using at least one atomic layer of the metal as a core.
【0009】本発明によれば、少なくとも前記ロ)及び
ハ)の工程を連続的に処理することが好ましい。According to the present invention, it is preferable to carry out at least the steps (b) and (c) continuously.
【0010】0010
【作用】本発明では、まず工程イ)により所定のメタル
成長領域部の自然酸化膜(SiOx)22の除去がなさ
れるために、例えばタングステンの核が発生し易くなる
。[Operation] In the present invention, since the natural oxide film (SiOx) 22 in a predetermined metal growth region is first removed in step (a), nuclei of, for example, tungsten are likely to be generated.
【0011】上記所定のレーザ照射は局所的に加熱可能
で、しかも高温処理が可能であることが、特に本発明の
ように埋め込み部のみの処理に利用されるのである。The above-mentioned predetermined laser irradiation is capable of locally heating and high-temperature processing, which is particularly useful for processing only the buried portion as in the present invention.
【0012】また、工程ロ)で予め少なくとも1原子層
好ましくは2〜4層の数原子層(次工程でのWのCVD
成長の核となる)のタングステン層24を平坦性よく形
成した後、工程ハ)で通常の選択メタル形成を行なって
いるため、Wの形成が容易でしかも選択性、平坦性が向
上する。[0012] In step b), at least one atomic layer, preferably 2 to 4 several atomic layers (CVD of W in the next step)
After forming the tungsten layer 24 (which will serve as a growth nucleus) with good flatness, normal selective metal formation is performed in step c), making it easy to form W and improving selectivity and flatness.
【0013】上記所定のレーザとしてのエキシマレーザ
5a,5bとして短波長308nmのXeClを用いる
場合は、Si表面20は局所的しかもパルス的光吸収に
より高温になり、SiO2膜21は光吸収がないため加
熱されない。従って、エキシマレーザを用いることによ
り温度制御も可能となる。また、ガラス窓を通してのレ
ーザ照射が可能となるためレーザ照射部のステップアン
ドリピート機構が可能となる。When XeCl with a short wavelength of 308 nm is used as the excimer lasers 5a and 5b as the predetermined lasers, the Si surface 20 becomes high in temperature due to local and pulsed light absorption, and the SiO2 film 21 has no light absorption. Not heated. Therefore, temperature control is also possible by using an excimer laser. Furthermore, since laser irradiation through the glass window becomes possible, a step-and-repeat mechanism of the laser irradiation unit becomes possible.
【0014】[0014]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の方法を説明するための選択W
CVD装置の概略図である。この装置は基本的にマルチ
チャンバー方式の1つである3チャンバー方式を採用し
ている。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained based on the drawings. FIG. 1 shows a selection W for explaining the method of the invention.
It is a schematic diagram of a CVD apparatus. This device basically employs a three-chamber system, which is one of the multi-chamber systems.
【0015】図1に示すように、本選択的W CVD
装置は、第1の真空チャンバー1a、第2の真空チャン
バー1b及び第3の真空チャンバー1cの3チャンバー
が連続工程可能に配設されている。As shown in FIG. 1, the present selective W CVD
The apparatus has three chambers, a first vacuum chamber 1a, a second vacuum chamber 1b, and a third vacuum chamber 1c, arranged to enable continuous processing.
【0016】自然酸化膜用の第1の真空チャンバー1a
とタングステン核発生用の第2の真空チャンバーにはX
eCl(波長308nm)のエキシマレーザ5a,5b
がそれぞれ設けられている。First vacuum chamber 1a for natural oxide film
and a second vacuum chamber for tungsten nucleus generation.
eCl (wavelength 308 nm) excimer laser 5a, 5b
are provided for each.
【0017】それぞれの真空チャンバー1a,1bおよ
び1c内にそれぞれ被処理基板としてのウエハー2a,
2b及び2cを載置したウエハー支持台3a,3b及び
3cが設けられており、更に第1の真空チャンバー1a
の側壁にH2ガス供給管4、また第2の真空チャンバー
1b及び第3の真空チャンバー1cのそれぞれの側壁に
六フッ化タングステン(WF6)の供給管6b,6c、
そしてシラン(SiH4)の供給管7b,7cが設けら
れている。[0017] Wafers 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a, 2a and 2 wafers are placed in each vacuum chamber 1a, 1b, and 1c as substrates to be processed, respectively.
Wafer support stands 3a, 3b and 3c on which wafers 2b and 2c are mounted are provided, and a first vacuum chamber 1a is further provided.
H2 gas supply pipe 4 on the side wall of , and tungsten hexafluoride (WF6) supply pipes 6b, 6c on the respective side walls of the second vacuum chamber 1b and the third vacuum chamber 1c,
Further, silane (SiH4) supply pipes 7b and 7c are provided.
【0018】上記選択W CVD装置を用い、本実施
例を以下の如く行なった。Using the above-mentioned selected W CVD apparatus, this example was carried out as follows.
【0019】図1の第1の真空チャンバー1aは、自然
酸化膜(SiOx)を除去するための真空チャンバーで
あり、図2にその状況を拡大して示すように、シリコン
基板20(ウエハー)上に形成された絶縁膜であるSi
O2膜21に設けられた開孔(コンタクトホール)の底
にn+またはP+拡散層23として露出したSi基板2
0(ウエハー2a)の表面が大気中の酸素により自然に
酸化されて形成され、選択W CVDの選択性、平坦
性を低下させるSiOx(自然酸化)膜22を、図1の
H2ガス供給管4を介してチャンバー内に供給された水
素(H2)ガスと塩化キセノン(XeCl:波長308
nm)を用いるエキシマレーザ5a照射による熱エネル
ギーで還元除去し、SiOx膜22のないクリーンなS
i基板20を得る(図2(b))。The first vacuum chamber 1a in FIG. 1 is a vacuum chamber for removing a native oxide film (SiOx), and as shown in an enlarged view in FIG. Si, which is an insulating film formed on
The Si substrate 2 is exposed as an n+ or P+ diffusion layer 23 at the bottom of an opening (contact hole) provided in the O2 film 21.
The SiOx (natural oxidation) film 22, which is formed when the surface of the wafer 2a (wafer 2a) is naturally oxidized by oxygen in the atmosphere and reduces the selectivity and flatness of selective WCVD, is transferred to the H2 gas supply pipe 4 in FIG. Hydrogen (H2) gas and xenon chloride (XeCl: wavelength 308
clean S without the SiOx film 22 is removed using thermal energy irradiated with an excimer laser 5a using
An i-substrate 20 is obtained (FIG. 2(b)).
【0020】エキシマレーザ照射は局所(本実施例では
コンタクトホール部)の加熱且つ高温処理が可能である
ためファイアリングに有効となる。第1の真空チャンバ
ー1a内で上記のように、Si基板(ウエハー)表面を
クリーンにした後、バルブ10を介してウエハー2aを
第2の真空チャンバー1b内にウエハー2bとして移送
する。この第2の真空チャンバー1b内ではWF6供給
管6b及びSiH4供給管7bを介してそれぞれ供給さ
れたタングステン(W)成長原料ガスWF6とSiH4
がコンタクトホールへのエキシマレーザ5bの照射工程
を示す図2(c)の工程時に反応して、図3(a)に示
すようにタングステン数原子層24を選択的にしかも平
坦性よく形成する。Excimer laser irradiation is effective for firing because it allows local heating (in this embodiment, the contact hole portion) and high-temperature treatment. After cleaning the surface of the Si substrate (wafer) in the first vacuum chamber 1a as described above, the wafer 2a is transferred to the second vacuum chamber 1b as a wafer 2b via the valve 10. In this second vacuum chamber 1b, tungsten (W) growth source gases WF6 and SiH4 are supplied via the WF6 supply pipe 6b and the SiH4 supply pipe 7b, respectively.
reacts during the step of FIG. 2C showing the step of irradiating the contact hole with the excimer laser 5b, forming a tungsten atomic layer 24 selectively and with good flatness as shown in FIG. 3A.
【0021】図2(c)で示した工程でエキシマレーザ
は図2(a)で説明したと同様にXeCl(波長308
nm)を用いており、極く表面のみ加熱するので、それ
よりも深い拡散層の再拡散は小さい。この工程で形成さ
れたタングステン数原子層24は次工程のいわゆる通常
の選択W CVD成長の核として作用する。In the process shown in FIG. 2(c), the excimer laser uses XeCl (wavelength 308
Since only the very surface is heated, re-diffusion in the deeper diffusion layer is small. The tungsten atomic layer 24 formed in this step acts as a nucleus for the so-called normal selective W CVD growth in the next step.
【0022】タングステン数原子層24がn+またはP
+拡散層23上に形成された後、バルブ11を介してウ
エハー2bを第3の真空チャンバー1c内にウエハー2
cとして移送する。この第3の真空チャンバー1c内で
は、WF6供給管6cおよびSiH4供給管7cを介し
てそれぞれ供給されたWF6とSiH4で通常の選択W
CVDを行なう。The tungsten atomic layer 24 is n+ or P
+ After being formed on the diffusion layer 23, the wafer 2b is placed into the third vacuum chamber 1c via the valve 11.
Transfer as c. In this third vacuum chamber 1c, WF6 and SiH4 are supplied via the WF6 supply pipe 6c and the SiH4 supply pipe 7c, respectively.
Perform CVD.
【0023】第3の真空チャンバー1c内に入る状態で
は、図3(a)に示されたように拡散層上には核となる
W原子層が一様にCVD成長されているため、図3(b
)及び図3(c)に示すように、従来より選択性、平坦
性が良好なタングステン埋め込み層25が形成される。
なお、この埋め込み層25を形成している際、Si基板
20の加熱を240〜320℃程度で実施した。When entering the third vacuum chamber 1c, a W atomic layer serving as a nucleus is uniformly grown by CVD on the diffusion layer as shown in FIG. 3(a). (b
) and FIG. 3(c), a tungsten buried layer 25 with better selectivity and flatness than before is formed. In addition, when forming this buried layer 25, heating of the Si substrate 20 was carried out at about 240-320 degreeC.
【0024】以上の如く、本実施例では第1の真空チャ
ンバー1a内では、自然酸化膜としてのSiOxが除去
され、第2の真空チャンバー1b内では核発生用のW成
長が選択的になされ、最後に第3の真空チャンバー1c
内で通常の選択WCVDがなされる。これらの工程は、
連続的に行なわれるのが好ましい。なお、原料ガス等は
各チャンバーの底から排気される。As described above, in this embodiment, SiOx as a natural oxide film is removed in the first vacuum chamber 1a, and W for nucleation is selectively grown in the second vacuum chamber 1b. Finally, the third vacuum chamber 1c
A normal selection WCVD is made within. These processes are
Preferably, it is carried out continuously. Note that raw material gas and the like are exhausted from the bottom of each chamber.
【0025】上記実施例では、核発生用のW成長と通常
の選択W CVDを第2の真空チャンバー1bと第3
の真空チャンバー1cとに分けて行なっているのが共通
のチャンバーでも可能である。In the above embodiment, W growth for nucleation and normal selective W CVD are carried out in the second vacuum chamber 1b and the third vacuum chamber 1b.
The vacuum chamber 1c and the vacuum chamber 1c may be used separately in a common chamber.
【0026】本実施例では、Wの選択CVDに関して説
明しているが、W(タングステン)に限らずアルミニウ
ム(Al)等の他のメタルCVDプロセスとして原料を
変えれば可能である。In this embodiment, the selective CVD of W is explained, but it is possible to use a CVD process of other metals such as aluminum (Al) and not limited to W (tungsten) by changing the raw material.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンタクトホール、スルーホール等に選択性、平坦性よ
くタングステン等のメタル形成が可能である。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention,
Metals such as tungsten can be formed with good selectivity and flatness in contact holes, through holes, etc.
【図1】本発明の方法を説明するための選択W CV
D装置の概略図である。FIG. 1: Selection W CV for illustrating the method of the invention.
It is a schematic diagram of D apparatus.
【図2】本発明の一実施例前半工程断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the first half process of an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施例後半工程断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the second half process of an embodiment of the present invention.
1a 第1の真空チャンバー
1b 第2の真空チャンバー
1c 第3の真空チャンバー
2a,2b,2c ウエハー
3a,3b,3c ウエハー支持台
4 H2ガス供給管
5a,5b エキシマレーザ
6b,6c WF6供給管
7b,7c SiH4供給管
20 シリコン(Si)基板(ウエハー)21 S
iO2膜
22 SiOx(自然酸化)膜
23 n+又はP+拡散層
24 タングステン(W)数原子層(核発生用)25
タングステン埋め込み層1a First vacuum chamber 1b Second vacuum chamber 1c Third vacuum chamber 2a, 2b, 2c Wafer 3a, 3b, 3c Wafer support stand 4 H2 gas supply pipes 5a, 5b Excimer laser 6b, 6c WF6 supply pipe 7b, 7c SiH4 supply pipe 20 Silicon (Si) substrate (wafer) 21 S
iO2 film 22 SiOx (natural oxidation) film 23 n+ or P+ diffusion layer 24 Tungsten (W) several atomic layers (for nuclear generation) 25
tungsten buried layer
Claims (2)
局所、短時間加熱の手段であって短波長のパルスレーザ
照射と水素により除去する工程、 ロ)成長すべきメタルの原料ガスを局所、短時間加熱の
手段であって短波長のパルスレーザ照射とにより前記メ
タルの少なくとも1原子層を選択的に、しかも平坦性良
く形成する工程、次に、 ハ)前記メタルの少なくとも1原子層を核として前記メ
タルを選択的に形成する工程を含んでなることを特徴と
する選択メタル形成方法。Claim 1: a) A step of removing the natural oxide film formed on the substrate using short-wavelength pulsed laser irradiation and hydrogen, which is a means of local and short-time heating; a step of selectively forming at least one atomic layer of the metal with good flatness by means of local, short-time heating and irradiation with a short wavelength pulsed laser, and then c) at least one atomic layer of the metal. A selective metal forming method comprising the step of selectively forming the metal using as a core.
連続的に行なうことを特徴とする請求項1記載の選択メ
タル形成方法。2. The selective metal forming method according to claim 1, wherein at least the steps (b) and (c) are performed continuously.
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JP13133491A Pending JPH04356919A (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Selective metal formation |
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JP (1) | JPH04356919A (en) |
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1991
- 1991-06-03 JP JP13133491A patent/JPH04356919A/en active Pending
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