JPH0480363A - デポジション方法 - 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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ１従来技術 り３発明が解決しようとする問題点［第３図］Ｅ０問題
点を解決するための手段 Ｆ０作用 Ｇ、実施例［第１図、第２図］ Ｈ１発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明はデポジション方法、特に被処理基板上に金属を
デポジションするデポジション方法に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、上記のデポジション方法において、デポジシ
ョンにより形成される金属の膜質、選択性、密着性の向
上を図るため、 デポジション用ガス導入前の圧力を、３Ｘ１０−４［Ｔ
ｏｒｒ］を前処理後デポジション終了までに要する時間
［秒］で除した値以下にするものである。

（Ｃ，従来技術） ＩＣ，ＬＳ１．ＶＬＳＩの高集積化、半導体素子の微細
化が要求されるに伴って多層配線の高集積化が要求され
、コンタクトホールは微細化する一方である。従って、
特開昭６２−１５０８５１号公報等において指摘されて
いるように従来のバイアススパッタ法によってアルミニ
ウムでコンタクトホールな埋め込むことはステップカバ
レッジの悪さの面から不可能になりつつある。

そこで、タングステンのシラン還元法等による選択タン
グステンＣＶＤ法が開発され、実用化されつつある。そ
して、その開発の成果について例えば特開平２−４１８
４３等の出願によって提案が為されている。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）［第３図］ ところで、選択タングステンＣＶＤ法には従来から未知
の要素が多（、第３図に示すようにタングステン膜形成
時における選択性の崩れ（シリコン半導体基板層配線膜
の表面が露出するスルーホール底面上だけでなく絶縁膜
表面にもタングステンが成長してしまうこと）、核成長
（異物を核とした成長してはならないところでの異常成
長）が生じた。そして、タングステン膜の膜質や密着性
を充分に高くすることが難しく、膜剥れが生じ易いのが
実状であった。図面において、７は半導体基板、８は絶
縁膜、９はコンタクトホール、１０はタングステン膜、
１１は後で詳述する残留ガス成分により生じた吸着物で
あり、タングステンの異常成長の核となる。

そこで、本願発明者がその原因を追究したところ、反応
ガス導入前におけるチャンバー内の圧力、即ちベーシッ
クプレッシャーが充分に低くないことに起因することが
判明した。この点について詳細に説明すると下記のとお
りである。

従来からＣＶＤは短時間に多くの半導体ウェハを処理す
るという歓点から真空引き等の時間を短縮させるためで
きるだけ低真空状態で、換言すれば余り低くないベーシ
ックプレッシャーで行われる傾向にあった。そして、こ
れは選択タングステンＣＶＤ法についても例外ではなく
、例えばｌ×１０−”Ｔ　ｏ　ｒ　ｒというような低真
空をベーシックプレッシャーとして行われた。すると、
第３図に示すように残留ガス成分により吸着物１１が生
じ、生じた場所が絶縁膜８上であればそれを核としてタ
ングステンの成長が生じるので、タングステンの異常成
長、選択性の低下乃至破壊の原因となる。また、コンタ
クトホール９内に吸着物１１が生じれば下地との密着性
が悪くなり、剥わ易くなるし、膜質も悪くなるのである
。

そこで、ＣＶＤするときのベーシックプレッシャーを低
くするとチャンバー内の残留ガスによる半導体ウニへ上
への分子の吸着がしにくくなり、その吸着にかかる時間
を長くすることができる筈であり、その時間が実際にデ
ポジションに要する時間、即ち前処理を開始した後本処
理を終了するまでに要する時間（例えば６０秒）よりも
長くなるようにすれば、選択タングステン膜の成長が分
子層によって妨げられることを防止できるのではないか
と思いつき、更に実験と考察を重ねた結果、本発明を為
すに至ったのである。

しかして、本発明はデポジションにより形成される金属
の膜質、選択性、密着性の向上を図ることを目的とする
。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明デポジション方法は上記問題点を解決するため、
デポジション用ガス導入前におけるチャンバー内圧力を
、３Ｘ　１０−’　［Ｔｏｒｒ］を前処理後デポジショ
ン終了までに要する時間１秒〕で除した値以下にするこ
とを特徴とする。

（Ｆ、作用） 本発明デポジション方法によれば、残留ガスによる被処
理基板表面へ分子層が付着するまでにデポジションを終
了させることができ、残留ガスにより金属の正常なデポ
ジションが妨げられることを回避することができる。こ
の点について具体的に説明すると次のとおりである。

一般に、気体運動論によると、圧力Ｐ［Ｔｏｒｒ］の雰
囲気から１　ｃｍ”の表面に温度Ｔ　［Ｋ　（絶対温度
）］で分子量Ｍの分子が毎秒衝突する数Ｎは次式で表わ
される。

Ｎ：　２．８９　Ｘ　１０２２Ｐ　（ＭＴ）　−””ｃ
ｍ−２ｓ但し、Ｓは時間［秒］ ところで、仮にチャンバー内のデポジション用ガス導入
前の圧力ＰがｌＸｌ０−”Ｔｏｒｒであったら、温度を
２５℃としたとき上記式から残留ガスによる分子（例え
ばＮ２分子）は毎秒被処理基板の表面１　ｃｍ”の領域
に３．１６ｘｌＯ”個衝突することになる。そして、分
子がＮ２分子であるとこれの原子間距離は３以上度であ
るので、これより原子の第１層には１ｃｍ２当たり約１
０′７個の原子が存在することになる。従って、半導体
ウニへの衝突分子全てが表面に吸着すると、約０３秒で
単分子層が形成されてしまうことになる。

そして、この吸着物がタングステンＷ笠のメタルの正常
な吸着を阻害することになる。

しかるに、真空度がそれよりずっと高く、例えばｌＸｌ
０−’Ｔｏｒｒだとすると、半導体ウェハの表面Ｉ　ｃ
ｍ”への分子の衝突数は３．１６Ｘ１０１４個であり、
衝突分子Ｎ２による単分子層が形成されるまでに要する
時間が約３１６秒（５゜３分）となる。このように分子
の吸着時間が長いとその間に、即ち残留ガスが吸着する
前にデポジションを終えてしまうことができ、そうする
ことによって金属の正常なデポジションが可能となる。

そこで、芙際のデポジション方法においてベーシックプ
レッシャーがどうあれば良いかについて考察したところ
の次の結論を得た。仮に前処理後デポジション終了まで
に要する時間を１分間（６０秒間）とすると、最低この
時間残留ガスの被処理基板への吸着を防止することがで
きれば良いことになる。そして、１　ｃｍ”の範囲では
原子の第１層には１０１７個の原子が存在していること
から、１分間に１０′７個以上の原子が吸着しなければ
良い。従って、１秒間だと１．６Ｘ１０”個以下の原子
が吸着する真空度よりも高い真空度にベーシックプレッ
シャーを設定すれば良いことになる。従って、前述の式
から、 １．６ｘｌＯ１ｉ＝２．８９１０”ｘＰ　［２８ｘ（２
５＋２７３）］　−”” となる。

、’、Ｐ＝５．０６Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ従って、前処理
後デポジション終了の時間が１分間の場合にはベーシッ
クプレッシャーを５゜０６Ｘ１０−’Ｔｏｒｒよりも低
くすれば良い。

前処理後デポジション終了の時間をＸ［秒］としてこの
式を普遍化すれば下記のとおりである。

Ｐ≦３ｘｌＯ−’／ｘ　［Ｔｏｒｒ］ （Ｇ、実施例）［第１図、第２図］ 以下、本発明デポジション方法を図示実施例に従って詳
細に説明する。

第１図は本発明デポジション方法の実施に用いるＣＶＤ
装置の一例を示す模式的縦断面図である。

図面において、ｌは前処理室で、この内部でタングステ
ンの選択成長にあたっての前処理が行われる。２はウニ
八載置台、３は該ウェハ載置台２上に載置された半導体
ウェハである。

該前処理室ｌはゲートバルブ４を介して本処理室５に連
通されており、前処理室ｌで前処理した半導体ウェハ３
をゲートバルブ４を通して本処理室ｌに大気に晒すこと
なく搬送できるようになっている。６は半導体ウェハ載
置台である。

前処理チャンバー１において半導体ウェハ３に対して前
処理を行った後、該半導体ウェハ３を本処理チャンバー
４に移してここでタングステン膜のデポジションを行う
が、前処理チャンバー１及び本処理（デポジション）チ
ャンバー５のベーシックプレッシャーは、前処理を終え
てからデポジションが終了するまでの時間Ｘ［秒］に応
じて前述の式（作用の欄参照）に基づいて設定する。

例えば、上記時間Ｘが６０秒（１分）であれば５．０６
Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ以下、１２０秒（２分）であれば２
．５３Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ以下というようにである。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は本発明デポジション方法を実施
した場合と従来による場合を比較して選択タングステン
膜を示す断面図であり、この断面図はＳＥＭ撮影したも
のを模写したものである。

同図（Ａ）は本発明デポジション方法を実施した場合、
具体的には上記時間Ｘが６０秒程度で、ベーシックプレ
ッシャーがｌＸｌ０−６Ｔｏｒｒの場合を示し、同図（
Ｂ）は従来の場合、具体的には上記時間Ｘが６０秒程度
で、ベーシックプレッシャーがｌＸｌ０””Ｔｏｒｒの
場合を示す。

この第２図（Ａ）、（Ｂ）から明らかなように、同図（
Ａ）に示す本発明デポジション方法による場合の方が同
図（Ｂ）に示す従来のデポジション方法による場合より
もタングステン膜の膜質が密で、剥れ等が生じにくい。

同図において、７はシリコン半導体基板、８は例えばＳ
ｉＯ□からなる絶縁膜、９はコンタクトホール、１０は
タングステン膜である。

尚、上記実施例はデポジションの前処理と本処理とをゲ
ートバルブを介して連通された別のチャンバーで行うも
のであったが、一つのチャンバー内で前処理と、本処理
とを行う態様でも本発明を実施することができる。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明デポジション方法は、被処
理基板上に金属なデポジションするデポジション方法に
おいて、デポジション用ガス導入前における圧力を、３
ｘｌＯ−’［Ｔｏｒｒコを前処理後デポジション終了ま
でに要する時間［秒］で除した値以下にすることを特徴
とするものである。

従って、前に述べたように、本発明デポジション方法に
よれば、残留ガスによる被処理基板表面への分子層が付
着するまでにデポジションを終えることができ、残留ガ
スにより金属の正常なデポジションが妨げられることを
回避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は本発明デポジション方
法の一つの実施例を説明するためのもので、第１図はデ
ポジションに使用するＣＶＤ装置の断面図、第２図（Ａ
）、（Ｂ）は本発明による場合と従来の場合との金属膜
を比較して示す断面図で、同図（Ａ）は本発明による場
合を示し、同図（Ｂ）は従来による場合を示し、第３図
は発明が解決しようとする問題点を説明するための断面
図である。 符号の説明 ３（７）・・・被処理基板、 １０・・・金属。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理基板上に金属をデポジションするデポジシ
   ョン方法において、 デポジション用ガス導入前におけるチャンバー内圧力を
   、３×１０＾−＾４［Ｔｏｒｒ］を前処理後デポジショ
   ン終了までに要する時間［秒］で除した値以下にする ことを特徴とするデポジション方法