JPH0594970A - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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- JPH0594970A JPH0594970A JP25391891A JP25391891A JPH0594970A JP H0594970 A JPH0594970 A JP H0594970A JP 25391891 A JP25391891 A JP 25391891A JP 25391891 A JP25391891 A JP 25391891A JP H0594970 A JPH0594970 A JP H0594970A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、異なる種類の組成領域の混在する
被処理基板のうちの所定の組成領域に選択的かつ異方性
をもつように薄膜を形成することを目的とする。 【構成】 本発明では、電気陰性度の大なる第１の材料
に対して電気陰性度の小なる第２の材料表面上に選択的
にかつ方向性を持たせて金属を含む膜を堆積させる方法
であって、金属ハロゲン化物ガスまたは金属ハロゲン化
物ガスと還元性ガスとの混合ガスを用い、電界を印加し
て放電を生起し、電界方向に異方性をもつように堆積し
ている。
被処理基板のうちの所定の組成領域に選択的かつ異方性
をもつように薄膜を形成することを目的とする。 【構成】 本発明では、電気陰性度の大なる第１の材料
に対して電気陰性度の小なる第２の材料表面上に選択的
にかつ方向性を持たせて金属を含む膜を堆積させる方法
であって、金属ハロゲン化物ガスまたは金属ハロゲン化
物ガスと還元性ガスとの混合ガスを用い、電界を印加し
て放電を生起し、電界方向に異方性をもつように堆積し
ている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成方法にかか
り、特に異なる種類の組成領域の混在する被処理基板の
所定の領域に選択的かつ異方性をもつように薄膜を形成
する方法に関する。
り、特に異なる種類の組成領域の混在する被処理基板の
所定の領域に選択的かつ異方性をもつように薄膜を形成
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】六フッ化タングステン（ＷＦ6 ）ガスを
原料ガスとして用い減圧化学的気相成長法（減圧ＣＶＤ
法）によってタングステン（Ｗ）膜を形成する場合、適
当な堆積条件のもとではＷがシリコン（Ｓｉ）等の導電
材料表面にのみ成長し、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等の
絶縁膜上には成長しないいわゆる選択成長現象が良く知
られている。この現象は、高アクペクト比を持つ接続孔
の埋め込み平坦化技術等半導体装置の製造工程において
さまざまな応用が試みられている。
原料ガスとして用い減圧化学的気相成長法（減圧ＣＶＤ
法）によってタングステン（Ｗ）膜を形成する場合、適
当な堆積条件のもとではＷがシリコン（Ｓｉ）等の導電
材料表面にのみ成長し、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等の
絶縁膜上には成長しないいわゆる選択成長現象が良く知
られている。この現象は、高アクペクト比を持つ接続孔
の埋め込み平坦化技術等半導体装置の製造工程において
さまざまな応用が試みられている。
【０００３】しかしながら、このＣＶＤ法によるＷ配線
の形成において、Ｗの方向性堆積は実現されておらず、
Ｗの堆積後、側方への成長分など、余分なＷを除去する
必要がある。このことは工程数の増大とともに、配線の
高精度化を著しく損ねるとともに信頼性低下の原因とな
っていた。
の形成において、Ｗの方向性堆積は実現されておらず、
Ｗの堆積後、側方への成長分など、余分なＷを除去する
必要がある。このことは工程数の増大とともに、配線の
高精度化を著しく損ねるとともに信頼性低下の原因とな
っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来、金
属膜の選択的形成を行う方法は実現されているが、方向
性をもつものは存在せず、半導体装置の微細化に伴い、
選択的で且つ方向性をもつ金属薄膜の堆積が求められて
いる。
属膜の選択的形成を行う方法は実現されているが、方向
性をもつものは存在せず、半導体装置の微細化に伴い、
選択的で且つ方向性をもつ金属薄膜の堆積が求められて
いる。
【０００５】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、異なる種類の組成領域の混在する被処理基板のうち
の所定の組成領域に選択的かつ異方性をもつように薄膜
を形成することを目的とする。
で、異なる種類の組成領域の混在する被処理基板のうち
の所定の組成領域に選択的かつ異方性をもつように薄膜
を形成することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、電気
陰性度の大なる第１の材料に対して電気陰性度の小なる
第２の材料表面上に選択的にかつ方向性を持たせて金属
を含む膜を堆積させる方法であって、金属のハロゲン化
物ガスまたは金属のハロゲン化物ガスと還元性ガスとを
含む混合ガスを用い、電界を印加して放電を生起し、電
界方向に異方性をもつように堆積している。
陰性度の大なる第１の材料に対して電気陰性度の小なる
第２の材料表面上に選択的にかつ方向性を持たせて金属
を含む膜を堆積させる方法であって、金属のハロゲン化
物ガスまたは金属のハロゲン化物ガスと還元性ガスとを
含む混合ガスを用い、電界を印加して放電を生起し、電
界方向に異方性をもつように堆積している。
【０００７】望ましくは、前記金属のハロゲン化物ガス
として、ＷＦ6 ガスまたはＭｏＦ6 ガスを用いるように
している。
として、ＷＦ6 ガスまたはＭｏＦ6 ガスを用いるように
している。
【０００８】また望ましくは、還元性ガスとして、
Ｈ2 、ＣＯ、ＳｉＨ4 の少なくとも１つのガスを用い
る。
Ｈ2 、ＣＯ、ＳｉＨ4 の少なくとも１つのガスを用い
る。
【０００９】さらに望ましくは、電気陰性度の小なる第
２の材料として、Ａｌ、Ｓｉ、レジスト、カ―ボンを用
い、電気陰性度の大なる第１材料として、ＳｉＯ2 、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 を用い、第２の材料上に選択的に
薄膜を堆積する。
２の材料として、Ａｌ、Ｓｉ、レジスト、カ―ボンを用
い、電気陰性度の大なる第１材料として、ＳｉＯ2 、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 を用い、第２の材料上に選択的に
薄膜を堆積する。
【００１０】
【作用】本発明者は、真空装置内にＷＦ6 やＭｏＦ6 な
どの金属ハロゲン化物ガスを導入し、このガスを放電に
より励起させ、プラズマを発生させ、種々の圧力、パワ
ー、基板温度の下、種々の基板を用いて、ＷおよびＭｏ
の堆積実験を行ったところ、以下の事実を発見した。即
ちＡｌ、Ｓｉ、カ―ボン、レジスト上にはＷおびＭｏが
堆積するが、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 上には
堆積が見られなかった。
どの金属ハロゲン化物ガスを導入し、このガスを放電に
より励起させ、プラズマを発生させ、種々の圧力、パワ
ー、基板温度の下、種々の基板を用いて、ＷおよびＭｏ
の堆積実験を行ったところ、以下の事実を発見した。即
ちＡｌ、Ｓｉ、カ―ボン、レジスト上にはＷおびＭｏが
堆積するが、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 上には
堆積が見られなかった。
【００１１】成長したＷ及びＭｏ量はレジスト、Ａｌ、
Ｓｉ、カ―ボンの順に少なくなる。この選択性の要因は
基板の電気陰性度にあることが判明した。即ち電気陰性
度の小さなレジスト、Ａｌ、Ｓｉ、カ―ボン上にはＷお
よびＭｏが堆積するが、電気陰性度の大きなＳｉＯ2 、
Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 上には堆積が起こらない。ここ
でＡｌ2 Ｏ3 のように二元素で構成された化合物では、
電気陰性度を、構成原子の電気陰性度の算術平均で定義
した。この電気陰性度は、原子の場合と同様物質の電子
供与の尺度を与える。
Ｓｉ、カ―ボンの順に少なくなる。この選択性の要因は
基板の電気陰性度にあることが判明した。即ち電気陰性
度の小さなレジスト、Ａｌ、Ｓｉ、カ―ボン上にはＷお
よびＭｏが堆積するが、電気陰性度の大きなＳｉＯ2 、
Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 上には堆積が起こらない。ここ
でＡｌ2 Ｏ3 のように二元素で構成された化合物では、
電気陰性度を、構成原子の電気陰性度の算術平均で定義
した。この電気陰性度は、原子の場合と同様物質の電子
供与の尺度を与える。
【００１２】ＷＦ6 及びＷｏＦ6 ガスは電子供与性の強
い基板上で解離が生じ、ＷおよびＭｏ粒が発生する。電
子供与性の強さはＡｌ、Ｓｉ、カ―ボンの順に弱くな
り、成長したＷ及びＭｏ量と対応している。そしてまた
電気陰性度の大きい基板上では逆に基板材料をエッチン
グすることもある。
い基板上で解離が生じ、ＷおよびＭｏ粒が発生する。電
子供与性の強さはＡｌ、Ｓｉ、カ―ボンの順に弱くな
り、成長したＷ及びＭｏ量と対応している。そしてまた
電気陰性度の大きい基板上では逆に基板材料をエッチン
グすることもある。
【００１３】またＷＦ6 ガスに還元性ガスであるＨ2 ガ
スを添加した混合ガスを用いて上記と同様の堆積を行っ
たところＨ2 添加量を増やすに伴いＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ
2 上にもＷが堆積することが明らかとなった。これは還
元性のガスであるＨ2 の添加によりＷＦ6 の解離が促進
されたことによる。ＣＯ，ＳｉＨ4 ガスでも同様の効果
が確認された。従って、還元性ガスの添加量の調整によ
り、堆積選択性も調整することができる。
スを添加した混合ガスを用いて上記と同様の堆積を行っ
たところＨ2 添加量を増やすに伴いＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ
2 上にもＷが堆積することが明らかとなった。これは還
元性のガスであるＨ2 の添加によりＷＦ6 の解離が促進
されたことによる。ＣＯ，ＳｉＨ4 ガスでも同様の効果
が確認された。従って、還元性ガスの添加量の調整によ
り、堆積選択性も調整することができる。
【００１４】さらに、基板とＷＦ6 あるいはＭｏＦ6 ガ
スのプラズマとを空間電荷層（シ―ス）を介して接触さ
せることにより、高エネルギ―のイオンが基板に入射す
る。このことによりＷあるいはＭｏが基板に対して方向
性を持って堆積することになる。
スのプラズマとを空間電荷層（シ―ス）を介して接触さ
せることにより、高エネルギ―のイオンが基板に入射す
る。このことによりＷあるいはＭｏが基板に対して方向
性を持って堆積することになる。
【００１５】以上のような実験結果から、上記方法によ
れば、電気陰性度の差によってＷ、Ｍｏ等の金属薄膜を
方向性を持たせかつ電気陰性度の小さい材料表面に選択
的に堆積させることが可能となる。
れば、電気陰性度の差によってＷ、Ｍｏ等の金属薄膜を
方向性を持たせかつ電気陰性度の小さい材料表面に選択
的に堆積させることが可能となる。
【００１６】ここで選択性を良好に維持するために基板
温度は１２０℃以下とし、かつ真空容器内の圧力は１０
０mTorr 以下とするのが望ましい。
温度は１２０℃以下とし、かつ真空容器内の圧力は１０
０mTorr 以下とするのが望ましい。
【００１７】このように低温下での薄膜形成が可能であ
るため、高濃度拡散層を有する基板あるいはＡｌ等の高
温では劣化する配線を下層に用いた場合にも信頼性の高
い多層配線を得ることができる。
るため、高濃度拡散層を有する基板あるいはＡｌ等の高
温では劣化する配線を下層に用いた場合にも信頼性の高
い多層配線を得ることができる。
【００１８】例えば、ＳｉＯ2 上にレジストパタ―ンを
形成して、本発明の方法でＷの堆積を行う場合、レジス
トパタ―ン上にのみ方向性を持ってＷが堆積され、半導
体集積回路の配線に用いることができ、高精度でかつ高
信頼性を有するデバイスの製造が可能となる。
形成して、本発明の方法でＷの堆積を行う場合、レジス
トパタ―ン上にのみ方向性を持ってＷが堆積され、半導
体集積回路の配線に用いることができ、高精度でかつ高
信頼性を有するデバイスの製造が可能となる。
【００１９】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。
つつ詳細に説明する。
【００２０】まず、図１は本発明の実施例に用いられる
平行平板型成膜装置の概略図である。この装置は、反応
容器１と、この反応容器１内に配設されるとともに高周
波電力が印加され、試料２が載置される陰極３と、この
陰極と対向して設けられた陽極４とから構成され、陽極
４と陰極３との間の領域にガスを供給して電界を印加す
るとプラズマが生起せしめられ、試料とガスプラズマと
を、空間電荷層（シ―ス）を介して接触させることによ
り、高エネルギ―のイオンが基板に入射し、基板に対し
て方向性を持ちかつ電気陰性度の小さい材料領域に選択
的に薄膜が堆積するように構成されている。陰極３は温
度制御機能を有しており、試料温度を一定に保つことが
できる。また、この反応容器１内には試料上に堆積させ
るためのガスを供給するガス導入口５とガスを排気する
排気口６が設けられている。
平行平板型成膜装置の概略図である。この装置は、反応
容器１と、この反応容器１内に配設されるとともに高周
波電力が印加され、試料２が載置される陰極３と、この
陰極と対向して設けられた陽極４とから構成され、陽極
４と陰極３との間の領域にガスを供給して電界を印加す
るとプラズマが生起せしめられ、試料とガスプラズマと
を、空間電荷層（シ―ス）を介して接触させることによ
り、高エネルギ―のイオンが基板に入射し、基板に対し
て方向性を持ちかつ電気陰性度の小さい材料領域に選択
的に薄膜が堆積するように構成されている。陰極３は温
度制御機能を有しており、試料温度を一定に保つことが
できる。また、この反応容器１内には試料上に堆積させ
るためのガスを供給するガス導入口５とガスを排気する
排気口６が設けられている。
【００２１】次の本発明実施例の第１の方法について説
明する。
明する。
【００２２】まず、図２(a) に示すように、ＳｉＯ2 基
板１０上に、直径１ミクロンの円形パタ―ンからなるレ
ジストパターンＲが形成されている試料を、反応容器１
中に設置された陰極３上に載置する。
板１０上に、直径１ミクロンの円形パタ―ンからなるレ
ジストパターンＲが形成されている試料を、反応容器１
中に設置された陰極３上に載置する。
【００２３】そして、この反応容器１中に堆積ガスとし
てＷＦ6 ガスを５×１０-2Torrの圧力下で、流量５０SC
CMの条件で導入し、陰極３には高周波電力を、電力密度
１Ｗ／cm2 で３分間印加し、放電を励起した。ここで基
板温度は７０℃とする。その結果、前記レジストパター
ンＲ上にはタングステン膜１１が選択的に、しかも基板
に対して法線方向にのみ堆積した。一方このレジストパ
タ―ンＲ底部のＳｉＯ2 基板１０が露出した部分には、
タングステン膜１１の堆積は全くなく、逆に１０nm／mi
n でエッチングされていた。ここで、タングステン膜１
１は２００nm／min の堆積速度で、基板に対して法線方
向にのみ成長が生じ、成膜前に存在した円形パタ―ン開
孔部は、図２(b) に示すようにその直径を変えずに高さ
だけをタングステンの厚み６００nmだけ増やして残って
いた。
てＷＦ6 ガスを５×１０-2Torrの圧力下で、流量５０SC
CMの条件で導入し、陰極３には高周波電力を、電力密度
１Ｗ／cm2 で３分間印加し、放電を励起した。ここで基
板温度は７０℃とする。その結果、前記レジストパター
ンＲ上にはタングステン膜１１が選択的に、しかも基板
に対して法線方向にのみ堆積した。一方このレジストパ
タ―ンＲ底部のＳｉＯ2 基板１０が露出した部分には、
タングステン膜１１の堆積は全くなく、逆に１０nm／mi
n でエッチングされていた。ここで、タングステン膜１
１は２００nm／min の堆積速度で、基板に対して法線方
向にのみ成長が生じ、成膜前に存在した円形パタ―ン開
孔部は、図２(b) に示すようにその直径を変えずに高さ
だけをタングステンの厚み６００nmだけ増やして残って
いた。
【００２４】このエッチングによって生成されたエッチ
ング生成物を質量分析計により調べた結果、ＳｉＦ4 の
他にＷＯＦ4 が生成していることが確認された。
ング生成物を質量分析計により調べた結果、ＳｉＦ4 の
他にＷＯＦ4 が生成していることが確認された。
【００２５】従って、ＳｉＯ2 のエッチング機構は、Ｗ
Ｆ6 の分解によりＷとＦが生成され、ＳｉＯ2 上では、
ＳｉＦ4 とＷＯＦ4 が生成し、気相へ脱離するものと考
えられる。そこで、ＳｉＯ2 のエッチングを抑えるため
に水素（Ｈ2 ）を約１０％添加した。これはＷＦ6 の分
解により生じるＦの効果をＨ2 を添加することにより、
ＨＦという形て抑制することを目的としたものである。
Ｈ2 の添加によりＳｉＯ2 のエッチングレ―トはほぼＯ
nm／min となり、またレジスト上でのタングステンの成
長速度は約２３０nm／min を達成し、高選択異方性堆積
に成功した。また、水素添加量を５０％に増やすと、Ｗ
Ｆ6 のＳｉＯ2 上での解離が促進され、ＳｉＯ2 上にも
２０nmのＷが堆積した。
Ｆ6 の分解によりＷとＦが生成され、ＳｉＯ2 上では、
ＳｉＦ4 とＷＯＦ4 が生成し、気相へ脱離するものと考
えられる。そこで、ＳｉＯ2 のエッチングを抑えるため
に水素（Ｈ2 ）を約１０％添加した。これはＷＦ6 の分
解により生じるＦの効果をＨ2 を添加することにより、
ＨＦという形て抑制することを目的としたものである。
Ｈ2 の添加によりＳｉＯ2 のエッチングレ―トはほぼＯ
nm／min となり、またレジスト上でのタングステンの成
長速度は約２３０nm／min を達成し、高選択異方性堆積
に成功した。また、水素添加量を５０％に増やすと、Ｗ
Ｆ6 のＳｉＯ2 上での解離が促進され、ＳｉＯ2 上にも
２０nmのＷが堆積した。
【００２６】またレジスト上のＷ膜をＳＩＭＳで分析す
ると、ＷとＦが検出されるが、他の不純物は検出されな
かった。さらに成膜後、Ｈ2 プラズマ処理を追加した場
合、ＳＩＭＳ分析の結果よりＷ膜からＦ原子が引き抜か
れ純粋なＷに近づくことが明かとなった。
ると、ＷとＦが検出されるが、他の不純物は検出されな
かった。さらに成膜後、Ｈ2 プラズマ処理を追加した場
合、ＳＩＭＳ分析の結果よりＷ膜からＦ原子が引き抜か
れ純粋なＷに近づくことが明かとなった。
【００２７】電界を印加することによる効果を調べるた
めに、同様の実験をマイクロ波放電装置（ＥＣＲ）を用
いて行った。
めに、同様の実験をマイクロ波放電装置（ＥＣＲ）を用
いて行った。
【００２８】前記実施例と同様、図３(a) に示すよう
に、ＳｉＯ2１０基板上に、直径１ミクロンの円形パタ
―からなるレジストパターンＲが形成されている試料を
真空容器中に設置された台上に載置し、該真空容器中に
堆積ガスとしてＷＦ6 ガスを５×１０-4Torrの圧力下、
流量５０SCCMの条件で導入し、基板温度を７０℃とし３
分間マイクロ波を印加し放電を励起した。その結果、前
記レジストパターン上には図３(b) に示すように４００
nmのタングステン１１の堆積が認められた。一方、円形
パタ―ン底部のＳｉＯ2 基板が露出した部分にはタング
ステンの堆積は無かった。前記レジストパターン上への
タングステン堆積の状態はこの場合方向性を持っておら
ず、基板に対して法線方向のみならず、水平方向にも堆
積が起こっており、その結果成膜前に存在した円形パタ
―ンの開孔部は約２分の１に狭くなっていた。
に、ＳｉＯ2１０基板上に、直径１ミクロンの円形パタ
―からなるレジストパターンＲが形成されている試料を
真空容器中に設置された台上に載置し、該真空容器中に
堆積ガスとしてＷＦ6 ガスを５×１０-4Torrの圧力下、
流量５０SCCMの条件で導入し、基板温度を７０℃とし３
分間マイクロ波を印加し放電を励起した。その結果、前
記レジストパターン上には図３(b) に示すように４００
nmのタングステン１１の堆積が認められた。一方、円形
パタ―ン底部のＳｉＯ2 基板が露出した部分にはタング
ステンの堆積は無かった。前記レジストパターン上への
タングステン堆積の状態はこの場合方向性を持っておら
ず、基板に対して法線方向のみならず、水平方向にも堆
積が起こっており、その結果成膜前に存在した円形パタ
―ンの開孔部は約２分の１に狭くなっていた。
【００２９】そこで、前記試料を載置した台に−１００
Ｖのバイアスをかけ、真空容器中に堆積ガスとしてＷＦ
6 ガスを５×１０-4Torrの圧力下、流量５０SCCMの条件
で導入し、３分間マイクロ波を印加し放電を励起した。
ここでも基板温度は７０℃とした。その結果、前記レジ
スト層上にはタングステン膜１１が選択的に、しかも基
板に対して法線方向にのみ３００nm堆積した。成膜前に
存在した円形パタ―ンの開孔部は、図２(b) に示したの
と同様その直径を変えずに高さだけをタングステンの厚
み３００nmだけ増やして残っていた。
Ｖのバイアスをかけ、真空容器中に堆積ガスとしてＷＦ
6 ガスを５×１０-4Torrの圧力下、流量５０SCCMの条件
で導入し、３分間マイクロ波を印加し放電を励起した。
ここでも基板温度は７０℃とした。その結果、前記レジ
スト層上にはタングステン膜１１が選択的に、しかも基
板に対して法線方向にのみ３００nm堆積した。成膜前に
存在した円形パタ―ンの開孔部は、図２(b) に示したの
と同様その直径を変えずに高さだけをタングステンの厚
み３００nmだけ増やして残っていた。
【００３０】一方円形パタ―ン底部のＳｉＯ2 基板が露
出した部分には、タングステン膜の堆積は全くなく、逆
に１０nmほどエッチングされていた。
出した部分には、タングステン膜の堆積は全くなく、逆
に１０nmほどエッチングされていた。
【００３１】これらの実験結果から、該プラズマと該試
料との間に空間電荷層（シ―ス）を形成する場合のみＷ
をレジスト上に方向性堆積させることができることが確
認された。またより低温下での堆積が可能となる。
料との間に空間電荷層（シ―ス）を形成する場合のみＷ
をレジスト上に方向性堆積させることができることが確
認された。またより低温下での堆積が可能となる。
【００３２】次に、ＳｉＯ2 基板の代わりに、Ｓｉ基板
を用いて前記実験と同様実験を行なった。その結果、レ
ジスト層上だけでなくＳｉ上にもタングステンが堆積し
た。その堆積速度は、レジスト上２００nm／min 、Ｓｉ
上２２０nm／min であった。Ａｌ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓｉ3
Ｎ4 ，カ―ボン、それぞれの膜の形成された基板を用い
て前記実験と同様ＷＦ6 ガスプラズマによるＷの堆積を
行った。その結果、Ａｌ、カ―ボン上にはＷが方向性堆
積したが、Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓｉ3 Ｎ4 上にはＷの堆積は認
められなかった。しかし、Ｈ2 を添加することにより、
Ａｌ2Ｏ3 ，Ｓｉ3 Ｎ4 上にもＷを堆積させることがで
きた。また、全く同様のことがＭｏＦ6 ガスプラズマに
よるＭｏの堆積でも認められた。
を用いて前記実験と同様実験を行なった。その結果、レ
ジスト層上だけでなくＳｉ上にもタングステンが堆積し
た。その堆積速度は、レジスト上２００nm／min 、Ｓｉ
上２２０nm／min であった。Ａｌ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓｉ3
Ｎ4 ，カ―ボン、それぞれの膜の形成された基板を用い
て前記実験と同様ＷＦ6 ガスプラズマによるＷの堆積を
行った。その結果、Ａｌ、カ―ボン上にはＷが方向性堆
積したが、Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓｉ3 Ｎ4 上にはＷの堆積は認
められなかった。しかし、Ｈ2 を添加することにより、
Ａｌ2Ｏ3 ，Ｓｉ3 Ｎ4 上にもＷを堆積させることがで
きた。また、全く同様のことがＭｏＦ6 ガスプラズマに
よるＭｏの堆積でも認められた。
【００３３】このように、本発明によれば、電気陰性度
の小なる材料上にのみ選択的にかつ方向性を持たせて金
属を含む膜を堆積させることにより高精度な金属パター
ンを形成することができる。
の小なる材料上にのみ選択的にかつ方向性を持たせて金
属を含む膜を堆積させることにより高精度な金属パター
ンを形成することができる。
【００３４】次に、本発明の第２の実施例として、選択
薄膜堆積方法を用いた実際の金属配線の形成方法につい
て図４の工程断面図を用いて説明する。
薄膜堆積方法を用いた実際の金属配線の形成方法につい
て図４の工程断面図を用いて説明する。
【００３５】試料として図４(a) に示すように、Ｓｉ基
板２０上に第１の配線層としてのＡｌ膜２１および層間
絶縁膜としてのＳｉＯ2 膜２２が形成され、更にその上
には第２層金属配線をパタ―ニングするための感光性樹
脂層からなるレジストパタ―ン２３が形成されたものを
用いる。
板２０上に第１の配線層としてのＡｌ膜２１および層間
絶縁膜としてのＳｉＯ2 膜２２が形成され、更にその上
には第２層金属配線をパタ―ニングするための感光性樹
脂層からなるレジストパタ―ン２３が形成されたものを
用いる。
【００３６】この試料を図１に示したような通常の平行
平板型成膜装置内に収納し、真空排気し、該装置内にＣ
ＨＦ3 とＣＯの混合ガスを２００SCCM導入し、陰極３と
陽極４との間に高周波電力を２Ｗ／cm2 印加しＳｉＯ2
膜２２のエッチングを行った後、レジスト２３を除去す
ることにより、図４(b) に示すようにＡｌ膜２１上のＳ
ｉＯ2膜２２に配線用の溝２４を形成する。
平板型成膜装置内に収納し、真空排気し、該装置内にＣ
ＨＦ3 とＣＯの混合ガスを２００SCCM導入し、陰極３と
陽極４との間に高周波電力を２Ｗ／cm2 印加しＳｉＯ2
膜２２のエッチングを行った後、レジスト２３を除去す
ることにより、図４(b) に示すようにＡｌ膜２１上のＳ
ｉＯ2膜２２に配線用の溝２４を形成する。
【００３７】そしてこの装置内を５×１０-7Torrになる
まで真空排気し、ＷＦ6 ガスを該装置内に１００SCCMの
流量条件で導入し該装置内の圧力を５×１０-2Torrにな
るように排気口６を絞り、陰極３に１Ｗ／cm2 の高周波
電力を印加した。これにより溝２４に露呈するＡｌ膜２
１上にのみＷが堆積し、Ｗ配線２５を形成する（図４
(c) ） このようにして形成されたＷ配線は、配線幅が０．５ミ
クロンと狭いにも係わらず配線溝に方向性を持ったＷの
埋め込みを達成することができた。
まで真空排気し、ＷＦ6 ガスを該装置内に１００SCCMの
流量条件で導入し該装置内の圧力を５×１０-2Torrにな
るように排気口６を絞り、陰極３に１Ｗ／cm2 の高周波
電力を印加した。これにより溝２４に露呈するＡｌ膜２
１上にのみＷが堆積し、Ｗ配線２５を形成する（図４
(c) ） このようにして形成されたＷ配線は、配線幅が０．５ミ
クロンと狭いにも係わらず配線溝に方向性を持ったＷの
埋め込みを達成することができた。
【００３８】同様の金属配線溝へＷを減圧ＣＶＤ法で選
択堆積させた場合、図５に示すように溝２４の外側では
横方向にもＷが成長し、ＳｉＯ2 膜上にもＷが成長して
くる。このことは、配線の短絡等配線の信頼性を著しく
損なう原因であり、かつ配線間距離の縮小化を阻む大き
な障害となっている。
択堆積させた場合、図５に示すように溝２４の外側では
横方向にもＷが成長し、ＳｉＯ2 膜上にもＷが成長して
くる。このことは、配線の短絡等配線の信頼性を著しく
損なう原因であり、かつ配線間距離の縮小化を阻む大き
な障害となっている。
【００３９】図４(c) と図５との比較から、本発明によ
れば、減圧ＣＶＤ法によるＷ埋め込みの場合に比べ、配
線信頼性、配線精度、配線間距離の短縮を大幅に向上さ
せることができることがわかる。。
れば、減圧ＣＶＤ法によるＷ埋め込みの場合に比べ、配
線信頼性、配線精度、配線間距離の短縮を大幅に向上さ
せることができることがわかる。。
【００４０】次に本発明の第３の実施例の選択薄膜堆積
方法について、図６の工程断面図を用いて説明する。
方法について、図６の工程断面図を用いて説明する。
【００４１】試料として図６(a) に示すように、表面に
酸化シリコン膜３０の形成された基板上にカ―ボン膜３
１が形成され、更にその上にはカ―ボン膜３１をパタ―
ニングするためのレジストパターン３２が形成されたも
のとなっている。
酸化シリコン膜３０の形成された基板上にカ―ボン膜３
１が形成され、更にその上にはカ―ボン膜３１をパタ―
ニングするためのレジストパターン３２が形成されたも
のとなっている。
【００４２】この試料を図１に示したような通常の平行
平板型成膜装置内に収納し、真空排気し、該装置内にＣ
Ｆ4 ガスを１００SCCM導入し、陰極３に高周波電力を４
Ｗ／cm2 印加しカ―ボン膜３１のエッチングを行った
後、レジスト３２を除去し、図６(b) に示すように、酸
化シリコン膜３０上にカ―ボン膜パタ―ン３１を形成す
る。
平板型成膜装置内に収納し、真空排気し、該装置内にＣ
Ｆ4 ガスを１００SCCM導入し、陰極３に高周波電力を４
Ｗ／cm2 印加しカ―ボン膜３１のエッチングを行った
後、レジスト３２を除去し、図６(b) に示すように、酸
化シリコン膜３０上にカ―ボン膜パタ―ン３１を形成す
る。
【００４３】そしてこの装置内を５×１０-7Torrになる
まで真空排気し、この装置内にＷＦ6 ガスを１００SCCM
の流量で導入し装置内の圧力を５×１０-2Torrになるよ
うに排気口６を絞り、陰極３に１Ｗ／cm2 の高周波電力
を印加した。これによりカ―ボン膜パタ―ン３１上にの
み基板に対して法線方向にタングステン配線３３を形成
する。（図６(c) ） この様にして形成されたタングステン配線は、電気抵抗
も低く、配線幅が０．７ミクロンと狭いにも係わらず、
カ―ボン膜のパタ―ンを忠実に転写しており、配線上部
と配線底部との寸法変換差もなかった。この金属配線方
法は、金属膜をエッチングして金属配線を形成する方法
に比べ、工程数も少なく、しかも、配線精度を大幅に向
上させることができる。また酸化シリコン膜上にはタン
グステンの堆積はみられず、前記工程の後すぐに配線上
に絶縁膜を形成することも可能であった。
まで真空排気し、この装置内にＷＦ6 ガスを１００SCCM
の流量で導入し装置内の圧力を５×１０-2Torrになるよ
うに排気口６を絞り、陰極３に１Ｗ／cm2 の高周波電力
を印加した。これによりカ―ボン膜パタ―ン３１上にの
み基板に対して法線方向にタングステン配線３３を形成
する。（図６(c) ） この様にして形成されたタングステン配線は、電気抵抗
も低く、配線幅が０．７ミクロンと狭いにも係わらず、
カ―ボン膜のパタ―ンを忠実に転写しており、配線上部
と配線底部との寸法変換差もなかった。この金属配線方
法は、金属膜をエッチングして金属配線を形成する方法
に比べ、工程数も少なく、しかも、配線精度を大幅に向
上させることができる。また酸化シリコン膜上にはタン
グステンの堆積はみられず、前記工程の後すぐに配線上
に絶縁膜を形成することも可能であった。
【００４４】なお、前記実施例では、ＷＦ6 を用いた薄
膜堆積方法について説明したが、ＷＦ6 ガスの他、Ｍｏ
Ｆ6 ガスなど他の金属ハロゲン化物ガスを用いても良
い。さらに必要に応じて、還元性のガスを添加しても良
い。還元性のガスとしてはＨ2 、ＣＯ，ＳｉＨ4 などの
ガスを用いることができる。
膜堆積方法について説明したが、ＷＦ6 ガスの他、Ｍｏ
Ｆ6 ガスなど他の金属ハロゲン化物ガスを用いても良
い。さらに必要に応じて、還元性のガスを添加しても良
い。還元性のガスとしてはＨ2 、ＣＯ，ＳｉＨ4 などの
ガスを用いることができる。
【００４５】さらに、選択薄膜堆積を行う基板材料とし
ては、複数の材料間に電気陰性度の差があれば良い。電
気陰性度の小なる材料としてはＳｉ、レジスト、Ａｌ、
カ―ボンが用いられる。電気陰性度の大なる材料として
はＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 がある。
ては、複数の材料間に電気陰性度の差があれば良い。電
気陰性度の小なる材料としてはＳｉ、レジスト、Ａｌ、
カ―ボンが用いられる。電気陰性度の大なる材料として
はＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 がある。
【００４６】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、電気陰性度の大なる材料に対し、電気陰性度の小な
る材料表面に選択的にかつ方向性を持って金属薄膜を形
成することができるため、微細なパタ―ン上への金属薄
膜の選択的堆積を高精度にパターン形状を維持して行な
うことができ、半導体装置の製造において、工程数の低
減をはかることができると共に、配線の高精度化および
信頼性の向上をはかることができる。
ば、電気陰性度の大なる材料に対し、電気陰性度の小な
る材料表面に選択的にかつ方向性を持って金属薄膜を形
成することができるため、微細なパタ―ン上への金属薄
膜の選択的堆積を高精度にパターン形状を維持して行な
うことができ、半導体装置の製造において、工程数の低
減をはかることができると共に、配線の高精度化および
信頼性の向上をはかることができる。
【図１】本発明実施例の方法に用いられる平行平板型成
膜装置の概略図。
膜装置の概略図。
【図２】本発明の第１の実施例の薄膜形成工程を示す
図。
図。
【図３】従来の薄膜形成工程を示す図。
【図４】本発明の第２の実施例の配線形成工程を示す
図。
図。
【図５】従来の方法で形成した配線を示す図。
【図６】本発明の第３の実施例の配線形成工程を示す
図。
図。
１ 真空容器 ２ 試料 ３ 陰極 ４ 陽極 ５ ガス導入口 ６ ガス排出口 １０ ＳｉＯ2 基板 １１ タングステン膜 Ｒ レジストパターン ２０ Ｓｉ基板 ２１ Ａｌ膜 ２２ ＳｉＯ2 膜 ２３ レジストパタ―ン ２４ 溝 ２５ タングステン膜 ３０ 酸化シリコン膜 ３１ カ―ボン膜 ３２ レジスト ３３ タングステン膜
Claims (3)
- 【請求項１】 電気陰性度の大なる第１の材料と電気陰
性度の小なる第２の材料とが表面に混在する半導体基板
に、金属のハロゲン化物ガスまたは金属のハロゲン化物
ガスと還元性ガスとを含む混合ガス雰囲気中で、電界を
印加し、放電を生起せしめて、前記第２の材料表面上に
選択的にかつ方向性を持たせて前記金属を含む膜を堆積
させることを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項２】 前記金属のハロゲン化物ガスは、ＷＦ6
ガスまたはＭｏＦ6 ガスであり、前記還元性ガスは、Ｈ
2 、ＣＯ、ＳｉＨ4 の少なくとも１つのガスであること
を特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。 - 【請求項３】 電気陰性度の小なる前記第２の材料は、
Ａｌ、Ｓｉ、レジストまたはカ―ボンであり、電気陰性
度の大なる前記第１の材料は、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、
またはＡｌ2 Ｏ3 であることを特徴とする請求項１記載
の薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25391891A JPH0594970A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25391891A JPH0594970A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0594970A true JPH0594970A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=17257843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25391891A Pending JPH0594970A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0594970A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995002076A1 (fr) * | 1993-07-05 | 1995-01-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Procede de formation d'une couche mince |
| CN112970096A (zh) * | 2018-11-05 | 2021-06-15 | 朗姆研究公司 | 蚀刻室中的方向性沉积 |
-
1991
- 1991-10-01 JP JP25391891A patent/JPH0594970A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995002076A1 (fr) * | 1993-07-05 | 1995-01-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Procede de formation d'une couche mince |
| CN112970096A (zh) * | 2018-11-05 | 2021-06-15 | 朗姆研究公司 | 蚀刻室中的方向性沉积 |
| JP2022506438A (ja) * | 2018-11-05 | 2022-01-17 | ラム リサーチ コーポレーション | エッチングチャンバーにおける方向性堆積 |
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