JPH07142411A - 半導体装置における金属薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁膜上でも密着性良く金属タングステン薄
膜を形成する。 【構成】 ＳｉＯ₂ 膜５の表面近傍にＷＦ₆ ガスとＨ₂
ガスを導入して、これらのガスをプラズマ化し、プラズ
マ状態でこれらのガスを互いに反応させてＷＦ₆を還元
し、ＳｉＯ₂ 膜５の表面にもタングステンの成長核７′
を形成する。しかる後、ＷＦ₆ ガスとＨ₂ ガスによる通
常のＣＶＤ法によりタングステン薄膜７を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセスに
おいて化学気相成長（ＣＶＤ）法により金属薄膜を形成
する方法に関し、特に、絶縁膜を含む半導体基板上にお
いて、金属タングステン薄膜の成膜均一性および密着性
を向上させる金属薄膜形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置のコンタクト孔をタン
グステン等の高融点金属で穴埋めして、上層のアルミニ
ウム配線の段切れを防止する技術が知られている。この
いわゆるプラグ技術においては、高融点金属を物理蒸着
によりコンタクト孔内部に堆積させる方法が採られてき
たが、近年の微細化の進行に伴いコンタクト孔のアスペ
クト比が大きくなると、物理蒸着では、コンタクト孔内
部に均一に高融点金属を堆積させることができなくなっ
てきた。

【０００３】そこで、コンタクト孔内部にＣＶＤ法によ
り高融点金属を堆積させる技術が開発されてきた。この
従来の高融点金属のＣＶＤ法においては、高融点金属を
基板上に堆積させる際に、かかる金属を含んだ原料ガス
を分解するために同時に還元ガスを導入しており、例え
ば、代表的な高融点金属であるタングステンのプラグを
形成する場合には、タングステンのハロゲン化物である
６フッ化タングステン（ＷＦ₆ ）を原料ガスとして用
い、還元ガスとして水素やシラン系のガスを用いてい
る。

【０００４】そして、タングステンを均一に成膜するた
めに、まず、シラン系のガスによるＷＦ₆ の還元によっ
て半導体基板上にタングステンの成長核を形成し、しか
る後、水素を用いたタングステンの成膜を開始するとい
う方法が採られていた。この時、シラン系のガスを用い
てタングステンの成膜を行わない理由は、膜中にシリコ
ン等の不純物が混入して、膜の電気抵抗が高くなった
り、残留応力が大きくなったりすることを防止するため
である。

【０００５】従来の化学気相成長方法は、例えば、特開
昭６３−６５０７５号公報や特開平４−６４２２３号公
報に記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＣＶＤ法による金属薄膜形成方法では、シラン系のガス
による原料ガスの還元反応が絶縁膜表面では進行しにく
いため、例えば、タングステン等の高融点金属で全体の
配線を形成しようとした場合、絶縁膜上での成膜性が悪
く、この結果、配線の信頼性が悪いという欠点があっ
た。このため、従来のＣＶＤ法による金属薄膜形成方法
では、タングステンなどの金属薄膜を化学気相成長させ
る前に、半導体基板上に薄い導体膜を形成し、その上に
タングステンなどの金属薄膜を化学気相成長させるよう
にしなければ、良好なタングステンなどの金属薄膜を形
成できないという問題があった。

【０００７】また、上述の導体膜上に金属薄膜を形成す
る方法には、以下に説明するような欠点があった。この
従来の金属薄膜形成方法の欠点について、図１１及び図
１２を参照して説明する。

【０００８】従来の金属薄膜形成方法においては、ま
ず、図１１（ａ）に示すように、半導体基板（図示せ
ず）上に下部配線層４１を形成した後、下部配線層４１
上に絶縁膜４２を形成する。しかる後、絶縁膜４２を貫
いて下部配線層４１に達するコンタクト孔４３を開孔
し、スパッタリング法によりコンタクト孔４３を覆う導
体膜４４を形成する。

【０００９】次に、図１１（ｂ）に示すように、ＣＶＤ
法により導体膜４４上に上部配線層４５を形成する。

【００１０】従って、従来の金属薄膜形成方法では、コ
ンタクト孔４３の底面に充分な膜厚の導体膜４４を形成
しようとすると、絶縁膜４２上での導体膜４４の膜厚Ａ
をコンタクト孔４３の底面での導体膜４４の膜厚Ｂの１
０倍程度にする必要があった。すると、図１１（ａ）に
示すように、コンタクト孔４３の入口付近で導体膜４４
がせり出して、いわゆるオーバーハング形状となり、コ
ンタクト孔４３の入口付近が狭くなっていた。よって、
この後に上部配線層４５を形成すると、図１１（ｂ）に
示すように、コンタクト孔４３の内部に空洞４６が生
じ、配線間の接続の信頼性が低下するという問題があっ
た。

【００１１】また、このオーバーハング形状の問題を回
避するために、以下のような方法がある。まず、図１２
に示すように、半導体基板（図示せず）上に下部配線層
４１を形成した後、下部配線層４１上に絶縁膜４２を形
成する。しかる後、スパッタリング法により絶縁膜４２
上に導体膜４４を形成した後、絶縁膜４２及び導体膜４
４を貫いて下部配線層４１に達するコンタクト孔４３を
開孔する。そして、ＣＶＤ法によりコンタクト孔４３を
覆うように上部配線層４５を形成する。

【００１２】しかし、この方法によっても、下部配線層
４１を保護する導体膜４４がないために、上部配線層４
５を形成する際に用いる原料ガスに含まれるフッ素や塩
素等のハロゲン元素が下部配線層４１を侵食して侵食部
４７が形成され、上下配線間の接続の信頼性が低下する
という問題があった。

【００１３】また、従来のＣＶＤ法による金属薄膜形成
方法では、上述した如く、薄膜とするための高融点金属
の成長核を形成する工程では還元性の強いシラン系のガ
スを用い、この高融点金属を成膜する工程では還元性の
弱い水素ガスを用いていた。このため、これら両工程の
間で還元ガスの切替えを行う必要があり、この結果、工
程が煩雑になって、薄膜を迅速に形成することができ
ず、生産性の面で不利益が大きかった。

【００１４】そこで、本発明の目的は、化学気相成長法
において、金属薄膜の成長核を形成する時と、この金属
薄膜の成長核に基づいて金属薄膜を形成する時における
還元ガスの入れ替えを必要とせずに金属薄膜を形成する
とともに、下地の導電性によらず金属薄膜を化学気相成
長法により成膜性良く且つ迅速に形成することができる
金属薄膜形成方法を提供することにある。

【００１５】また、本発明の目的は、コンタクト孔にお
ける上下配線間の接続の信頼性の高い金属薄膜形成方法
を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、半導体基板上に形成された絶縁膜の上
に化学気相成長法により金属薄膜を形成する金属薄膜形
成方法において、金属薄膜を形成すべき金属を含んだ原
料ガスとこの原料ガスを分解する還元ガスとをプラズマ
状態で互いに反応させ、上記絶縁膜の表面に上記金属の
成長核を形成する工程と、上記原料ガスと上記還元ガス
とを、上記成長核が形成された上記絶縁膜上に導入し
て、化学気相成長法により金属薄膜を形成する工程とを
有する。

【００１７】本発明において好ましくは、上記還元ガス
が水素ガスであって、上記絶縁膜が酸化シリコン膜であ
る。

【００１８】また、本発明において好ましくは、上記原
料ガスが、４塩化チタン、４フッ化シリコン、６フッ化
タングステン、銅のβ−ジケトン錯体、トリメチルアル
ミニウム及びイソブチルアルミニウムからなる群より選
ばれた１種を含む。

【００１９】また、本発明において好ましくは、上記絶
縁膜の表面に上記金属の成長核を形成する上記工程にお
いて、上記原料ガス及び上記還元ガスと共に希ガスを導
入する。

【００２０】また、本発明において、半導体基板上に金
属タングステン薄膜を形成する方法において、上記半導
体基板上に金属タングステンを含んだ原料ガスを導入す
る工程と、上記半導体基板上に上記原料ガスを還元させ
る還元ガスを導入する工程と、上記半導体基板上にプラ
ズマ放電を行って、上記半導体基板上に上記金属タング
ステン薄膜の成長核を形成する工程と、上記金属タング
ステン薄膜の成長核を基にして、上記半導体基板上に上
記金属タングステン薄膜を形成する工程とを具備してい
る。

【００２１】また、本発明において、半導体基板上に形
成された絶縁膜上に金属タングステン薄膜を形成する方
法において、上記半導体基板上に金属タングステンを含
んだ原料ガスを導入する工程と、上記半導体基板上に上
記原料ガスを還元させる還元ガスを導入する工程と、上
記半導体基板上にプラズマ放電を行って、上記孔内面を
含む上記絶縁膜を有する半導体基板上に上記金属タング
ステン薄膜の成長核を形成する工程と、上記金属タング
ステン薄膜の成長核を基にして、半導体基板上に形成さ
れた絶縁膜上に上記金属タングステン薄膜を形成する工
程とを具備している。

【００２２】また、本発明において好ましくは、本発明
の金属タングステン薄膜形成方法において、上記絶縁膜
は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＰＳＧ（リンケ
イ素ガラス）、及び、ＢＰＳＧ（ボロンリンケイ素ガラ
ス）からなる群より選ばれた１種を含んでいる。

【００２３】また、本発明において好ましくは、本発明
の金属タングステン薄膜形成方法において、上記原料ガ
スは、六フッ化タングステンを含んでいる。

【００２４】また、本発明において好ましくは、本発明
の金属タングステン薄膜形成方法において、上記還元ガ
スは、水素、シラン系のガス、水素とアルゴン、及び、
シラン系のガスとアルゴンからなる群より選ばれた１種
のガスを含んでいる。

【００２５】また、本発明は、別の態様においては、半
導体基板上に形成された下部配線層とコンタクト孔にお
いて接続された金属薄膜からなる上部配線層を形成する
金属薄膜形成方法において、上記下部配線層上に絶縁膜
を形成する工程と、上記下部配線層に達するコンタクト
孔を上記絶縁膜に形成する工程と、金属薄膜を形成すべ
き金属を含んだ原料ガスとこの原料ガスを分解する還元
ガスとをプラズマ状態で互いに反応させ、少なくとも上
記コンタクト孔内面に上記金属の成長核を形成する工程
と、上記原料ガスと上記還元ガスとを、上記成長核が形
成された上記絶縁膜上に導入して、化学気相成長法によ
り上記上部配線層を形成する工程とを有する。

【００２６】また、本発明は、別の態様においては、半
導体基板上に形成された下部配線層とコンタクト孔にお
いて接続された金属薄膜からなる上部配線層を形成する
金属薄膜形成方法において、上記下部配線層上に絶縁膜
を形成する工程と、上記絶縁膜上に導電性膜を形成する
工程と、上記下部配線層に達するコンタクト孔を上記絶
縁膜及び上記導電性膜に形成する工程と、金属薄膜を形
成すべき金属を含んだ原料ガスとこの原料ガスを分解す
る還元ガスとをプラズマ状態で互いに反応させ、少なく
とも上記コンタクト孔内面に上記金属の成長核を形成す
る工程と、上記原料ガスと上記還元ガスとを、上記成長
核が形成された上記絶縁膜上に導入して、化学気相成長
法により上記上部配線層を形成する工程とを有する。

【００２７】また、本発明の一態様においては、上記導
電性膜が、窒化チタン、チタンタングステン合金、金属
タングステン、及び、金属モリブデンからなる群より選
ばれた１種を含む。

【００２８】また、本発明の一態様においては、上記絶
縁膜が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＢＰＳＧ
膜、及び、ＰＳＧ膜からなる群より選ばれた１種を含
む。

【００２９】また、本発明の一態様においては、上記原
料ガスが、タングステン及びチタンからなる群より選ば
れた１種を含むとともに、上記還元ガスが、水素、ジボ
ラン、ホスフィン、水素とジボラン、水素とホスフィ
ン、水素とアルゴン、ジボランとアルゴン、ホスフィン
とアルゴン、水素とジボランとアルゴン、及び、水素と
ホスフィンとアルゴンからなる群より選ばれた１種を含
む。

【００３０】

【作用】本発明においては、原料ガスと還元ガスをプラ
ズマ状態で互いに反応させて原料ガスを還元するので、
下地の導電性に依存することなく還元反応に必要な電子
の供給がなされ、この結果、絶縁膜の上でも金属の成長
核を形成することができる。そして、成長核が形成され
るために、絶縁膜の上でも通常の化学気相成長法により
成膜性良く金属薄膜を形成することができる。

【００３１】また、原料ガスと還元ガスをプラズマ状態
で互いに反応させるので、通常シラン系のガスによる還
元よりも進行しにくい水素ガスによる還元反応で成長核
形成を行うことができ、この結果、従来のように２種類
の還元ガスを用いる必要がなくなって、工程が簡略化さ
れ、生産性の向上を図ることができる。

【００３２】また、還元ガスのプラズマによりコンタク
ト孔内面に金属薄膜を形成すべき金属の成長核を形成す
るので、金属原子の置換反応が容易に進行し、コンタク
ト孔表面に強固に結合した上部配線層となる金属薄膜が
形成される。従って、従来のようにコンタクト孔の底面
に充分な膜厚の導体膜を形成する必要がなくなるので、
コンタクト孔の入口付近がオーバーハング形状となって
後から上部配線層を形成するとコンタクト孔の内部に空
洞が生じることもない。また、プラズマ処理により還元
ガスが効率的に原料ガスを還元するので、上部配線層で
ある金属薄膜を形成する際に用いる原料ガスに含まれる
フッ素や塩素等のハロゲン元素が下部配線層を侵食して
侵食部が形成されることもない。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について、図面を
参照して説明する。

【００３４】図１に、本発明の方法により半導体装置の
層間絶縁膜上にタングステン薄膜の配線を形成する実施
例を示す。

【００３５】この実施例においては、図１（ａ）に示す
ように、シリコン基板１に形成されたゲート酸化膜２上
にゲート電極３がパターン形成されており、シリコン基
板１内にはソース／ドレイン拡散層４が形成されてい
る。そして、全面にＳｉＯ₂ からなる層間絶縁膜５が形
成され、この層間絶縁膜５のソース／ドレイン拡散層４
の直上位置にコンタクト孔６が形成されている。

【００３６】本実施例においては、図１（ｂ）に示すよ
うに、この状態で基板温度を４００℃に保ち、その表面
近傍に、原料ガスであるＷＦ₆ ガスと還元ガスであるＨ
₂ ガスを導入する。そして、全体の圧力を１Torrに調整
した後、周波数１３．５６ＭＨｚの交流電界を印加し、
これらのガスをプラズマ化する。

【００３７】すると、基板表面近傍でＷＦ₆ ガスとＨ₂
ガスがプラズマ状態で互いに反応し、ＷＦ₆ が還元され
て、層間絶縁膜５の上にもタングステンの成長核７′
（図では誇張して表現してある。）が形成される。この
時、プラズマは本質的に均一性が高いため、このプラズ
マによる成長核形成も均一に行われる。

【００３８】次に、図１（ｃ）に示すように、交流電界
の印加を止めた後、基板表面近傍に改めてＷＦ₆ ガスと
Ｈ₂ ガスを導入し、成長温度４００℃、成長圧力８０To
rrで通常の化学気相成長を行わせる。この時、本実施例
においては、層間絶縁膜５の表面にもタングステンの成
長核７′が形成されているので、層間絶縁膜５の上にも
成膜性良くタングステン薄膜７を形成することができ
る。なお、上述した如く、プラズマによる成長核形成が
均一に行われるため、この層間絶縁膜５の上に形成され
るタングステン薄膜７の均一性も高い。

【００３９】しかる後、このタングステン薄膜７を配線
のパターンに加工する。

【００４０】以上に説明した実施例では、ＷＦ₆ ガスと
Ｈ₂ ガスをプラズマ状態で互いに反応させてタングステ
ンの成長核を形成し、続いて、プラズマ形成のための電
界を止めた後、やはりＷＦ₆ ガスとＨ₂ ガスによる通常
の化学気相成長を行っている。従って、これらの処理
は、例えば同一の反応室で連続的に行うことができ、従
来のような還元ガスの切替えを行う必要がない。このた
め、従来よりも迅速に生産性良くタングステン薄膜７を
形成することができる。更に、シラン系のガスを用いる
必要がないので、低抵抗で且つ残留応力の少ない良好な
膜質のタングステン薄膜７を形成することができる。

【００４１】図８に、本発明で使用可能なプラズマ反応
装置の概略構成を示す。本例のプラズマ反応装置１０４
は、反応室１０５と、この反応室１０５の内部を所望の
ガス組成及び圧力に調整できる機能を具備したガス供給
装置１０６及び排気装置１０７と、プラズマを発生する
ための交流電源１０８とを備えている。また、反応室１
０５は、基板（例えば、６インチウェハ）１０３を適当
な位置に保持するとともに所望の温度に保つための基板
保持／加熱機構１０９と、交流電源１０８に接続されて
いる対向電極１１０とを有している。

【００４２】図９に、本発明で使用可能な別のプラズマ
反応装置の概略構成を示す。本例のプラズマ反応装置１
１１は、基板保持／加熱機構１０９に交流電源１０８を
接続し、対向電極１１０を接地電位とした以外は、図８
に示したプラズマ反応装置１０４と同じである。本例の
プラズマ反応装置１１１によると、基板１０３側に自己
バイアスがかかるので、プラズマ中からのイオン入射の
エネルギーが大きくなり、この結果、基板表面でのガラ
ス分解が促進され、また、強いイオン衝撃によってタン
グステン薄膜の密着性が向上する。

【００４３】図１０に、本発明で使用可能な更に別のプ
ラズマ反応装置の概略構成を示す。本例のプラズマ反応
装置１１２では、基板保持／加熱機構１０９とは独立に
電極１１０と１１０′を設け、これらの間でプラズマ放
電を起こすことにより、プラズマからの基板１０３に対
するイオン衝撃を極端に小さくすることができる。従っ
て、イオン衝撃に対して敏感な構造の半導体装置に対す
る処理を安全に行うことができる。

【００４４】以下に、本発明の第２実施例について、図
２及び図８を参照しながら詳しく説明する。

【００４５】図２は、本発明の第２実施例によるシリコ
ン半導体基板上における金属タングステン薄膜の成長核
の形成工程を示す概略断面図である。

【００４６】まず、図２（ａ）に示すようなシリコン基
板１１を、図８の成長室１０５内に設けてある基板保持
／加熱機構１０９に装着する。図２（ａ）は、シリコン
基板１１の表面を示した概略断面図であり、右側の丸枠
の中に、シリコン基板１１の表面の原子の結合状態を表
すシリコン基板１１の表面の部分拡大模式図を示す。

【００４７】なお、基板保持／加熱機構１０９に装着す
る基板は、シリコン基板１１以外の他の基板であっても
よい。

【００４８】次に、図８の基板保持／加熱機構１０９に
装着されたシリコン基板１０３を、例えば、４００°Ｃ
の所望の温度に加熱する。さらに、成長室１０５に接続
された圧力制御機能を有する排気装置１０７により、成
長室１０５内を所望の圧力に減圧する。

【００４９】次に、成長室１０５に接続されたガス流量
制御機能を有するガス供給装置１０６により、ＷＦ₆ ガ
スを含む原料ガスとＨ₂ ガスを含む還元ガスとを成長室
１０５内に導入する。半導体基板１０３の状態によって
は、シラン系のガスを含む還元ガスを成長室１０５内に
導入してもよい。また、還元ガスと一緒にＡｒガスを導
入してもよい。Ａｒガスを導入することにより、以下に
述べるプラズマ処理の工程で、プラズマ放電を安定させ
る効果がある。

【００５０】次に、排気装置１０７を用いて、成長室１
０５内を、例えば１Torrの一定の圧力に排気する。この
時、シリコン基板１０３の温度が低いため、原料ガスに
含まれる金属タングステンは、シリコン基板１０３の表
面に吸着するが、シリコン基板１０３の表面に吸着した
原料ガスの成分と還元ガスであるＨ₂ ガスとの反応はな
いため、フッ化水素によるシリコン基板１０３の浸食は
生じない。

【００５１】次に、交流電源１０８によって、成長室１
０５内の電極１１０に交流電圧を印加する。このため、
図２（ｂ）に示すように、成長室１０５内において、電
極１１０と接地電位をとる基板保持／加熱機構１０９上
のシリコン基板１０３との間で、交流プラズマ１２が発
生する。図２（ｂ）は、成長室１０５内のシリコン基板
１１上にＷＦ₆ ガスとＨ₂ ガスとを含むガスを充満さ
せ、電極１１０により交流電場によるプラズマ放電をか
けてシリコン基板１１上に発生した交流プラズマ１２を
示した概略断面図である。

【００５２】成長室１０５内では、交流プラズマ１２中
のＷＦ₆ ガスを含む原料ガスとＨ₂ガスを含む還元ガス
との還元反応により、原料ガスが分解される。この反応
によって、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板１１
上に金属タングステンの成長核１３が形成される。図２
（ｃ）は、交流プラズマ１２中の原料ガスと還元ガスと
が還元反応してシリコン基板１１上に形成された金属タ
ングステンの成長核１３を示す概略断面図である。図２
（ｃ）のシリコン基板１１の右側の丸枠に示すように、
シリコン基板１１の表面が、Ｆ₅ Ｗなどの金属タングス
テンに置き替わり、金属タングステンの成長核１３とな
る。

【００５３】この成長核１３が、シリコン基板１１の表
面に成長した後、交流電源１０８から電極１１０への電
力供給を停止する。

【００５４】また、成長核１３が、シリコン基板１１の
表面に成長した後、交流電源１０８から電極１１０への
電力供給を停止することなく、プラズマ放電を続けたま
ま次の工程に進んでもよい。

【００５５】次に、以下に示す方法により、金属タング
ステンの成長核１３を基にして、シリコン基板１１上に
金属タングステン薄膜を化学成長させる。

【００５６】すなわち、新たに、ＷＦ₆ ガスとＨ₂ ガス
とを成長室１０５内のシリコン基板１１上に導入後、シ
リコン基板１１の温度を、金属タングステン薄膜をシリ
コン基板１１上に化学成長させるのに適した、例えば４
００°Ｃの所定の温度に維持する。半導体基板の状態に
よっては、このＨ₂ ガスの代わりにシラン系のガスを用
いてもよい。

【００５７】次に、成長室１０５に接続された排気装置
１０７により、成長室１０５内を、例えば８０Torrの所
定の圧力に維持する。このことによって、金属タングス
テンの成長核１３を基にして、成長核１３上に金属タン
グステン原子が成長し、金属タングステン薄膜が化学成
長される。

【００５８】上記の工程により、金属タングステン薄膜
をシリコン基板１１上に形成することができる。また、
上記の工程を、例えば配線の形成や反射膜の形成などに
使用することができる。

【００５９】以下に、本発明の第３実施例について、図
３及び図８を参照しながら説明する。

【００６０】図３は、本発明の第３実施例による絶縁膜
を有し、且つ、スルーホールを有するシリコン半導体基
板上における金属タングステン薄膜の成長核の形成工程
を示す概略断面図である。

【００６１】絶縁膜２４は、例えばシリコン酸化膜、シ
リコン窒化膜、ＰＳＧ（リンケイ素ガラス）、ＢＰＳＧ
（ボロンリンケイ素ガラス）などの膜であってもよい。

【００６２】また、絶縁膜２４を有し、且つ、スルーホ
ール２５を有するシリコン半導体基板２１は、例えばコ
ンタクトホールを有するシリコン基板、または絶縁膜を
有し、且つ、コンタクトホールを有するようなシリコン
半導体基板でもよい。また、ＧａＡｓやＧａＰやＧｅな
どのシリコン以外の半導体基板でもよい。さらに、半導
体基板によっては、還元ガスとしてシラン系のガスを使
用してもよい。

【００６３】まず、図３（ａ）に示すような絶縁膜２４
を有し、且つ、スルーホール２５を有するシリコン基板
２１を、図８の成長室１０５内に設けてある基板保持／
加熱機構１０９に装着する。図３（ａ）は、絶縁膜２４
を有し、且つ、スルーホール２５を有するシリコン基板
２１の表面を示した概略断面図であり、図３（ａ）のＡ
の丸枠の中に、シリコン基板２１の表面の原子の結合状
態を表すシリコン基板２１の表面の部分拡大模式図を示
す。シリコン基板２１の表面においては、シリコン原子
同士の共有結合になっている。

【００６４】また、図３（ａ）のＢの丸枠の中に、絶縁
膜２４の表面の原子の結合状態を表す絶縁膜２４の表面
の部分拡大模式図を示す。絶縁膜２４の表面において
は、シリコン原子が酸素原子と結合して終端している。

【００６５】次に、図８の基板保持／加熱機構１０９に
装着されたシリコン基板１０３を、例えば、４００°Ｃ
の所望の温度に加熱する。さらに、成長室１０５に接続
された圧力制御機能を有する排気装置１０７により、成
長室１０５内を所望の圧力に減圧する。

【００６６】次に、成長室１０５に接続されたガス流量
制御機能を有するガス供給装置１０６により、ＷＦ₆ ガ
スを含む原料ガスとＨ₂ ガスを含む還元ガスとを成長室
１０５内に導入する。半導体基板１０３の状態によって
は、シラン系のガスを含む還元ガスを成長室１０５内に
導入してもよい。また、還元ガスと一緒にＡｒガスを導
入してもよい。Ａｒガスを導入することにより、以下に
述べるプラズマ処理の工程で、プラズマ放電を安定させ
る効果がある。

【００６７】次に、排気装置１０７を用いて、成長室１
０５内を、例えば１Torrの一定の圧力に排気する。この
時、シリコン基板１０３の温度が低いため、原料ガスに
含まれる金属タングステンは、シリコン基板１０３の表
面に吸着するが、シリコン基板１０３の表面に吸着した
原料ガスの成分と還元ガスであるＨ₂ ガスとの反応はな
いため、フッ化水素によるシリコン基板１０３の浸食は
生じない。

【００６８】次に、交流電源１０８によって、成長室１
０５内の電極１１０に交流電圧を印加する。このため、
図３（ｂ）に示すように、成長室１０５内において、電
極１１０と接地電位をとる基板保持／加熱機構１０９上
のシリコン基板１０３との間で、交流プラズマ２２が発
生する。図３（ｂ）は、成長室１０５内のシリコン基板
２１上にＷＦ₆ ガスとＨ₂ ガスとを含むガスを充満さ
せ、電極１１０により交流電場によるプラズマ放電をか
けてシリコン基板２１上に発生した交流プラズマ２２を
示した概略断面図である。

【００６９】成長室１０５内では、交流プラズマ２２中
のＷＦ₆ ガスを含む原料ガスとＨ₂ガスを含む還元ガス
との還元反応により、原料ガスが分解される。この反応
によって、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板２１
及び絶縁膜２４上に金属タングステンの成長核２３が形
成される。図３（ｃ）は、交流プラズマ２２中の原料ガ
スと還元ガスとが還元反応してシリコン基板２１及び絶
縁膜２４上に形成された、金属タングステンの成長核２
３を示す概略断面図である。図３（ｃ）のシリコン基板
２１の右側の丸枠に示すように、シリコン基板２１及び
絶縁膜２４の表面が、Ｆ₅ Ｗなどの金属タングステンに
置き替わり、金属タングステンの成長核２３となる。

【００７０】この成長核２３が、シリコン基板２１の表
面に成長した後、交流電源１０８から電極１１０への電
力供給を停止する。

【００７１】また、成長核２３が、シリコン基板２１の
表面に成長した後、交流電源１０８から電極１１０への
電力供給を停止することなく、プラズマ放電を続けたま
ま次の工程に進んでもよい。

【００７２】次に、以下に示す方法により、金属タング
ステンの成長核２３を基にして、シリコン基板２１上に
金属タングステン薄膜を化学成長させる。

【００７３】すなわち、新たに、ＷＦ₆ ガスとＨ₂ ガス
とを成長室１０５内のシリコン基板２１上に導入後、シ
リコン基板２１の温度を、金属タングステン薄膜をシリ
コン基板２１上に化学成長させるのに適した、例えば４
００°Ｃの所定の温度に維持する。半導体基板の状態に
よっては、このＨ₂ ガスの代わりにシラン系のガスを用
いてもよい。

【００７４】次に、成長室１０５に接続された排気装置
１０７により、成長室１０５内を、例えば８０Torrの所
定の圧力に維持する。このことによって、金属タングス
テンの成長核２３を基にして、成長核２３上に金属タン
グステン原子が成長し、金属タングステン薄膜が化学成
長される。

【００７５】上記の工程により、金属タングステン薄膜
をシリコン基板２１上に形成することができる。また、
半導体基板上に金属タングステン薄膜以外の金属の薄膜
を化学成長させる場合も、本発明による半導体基板にプ
ラズマ放電させ、金属膜の成長核を形成し、その後にこ
の金属膜の成長核を基にして、この金属の薄膜を形成す
ることも可能である。

【００７６】次に、本発明の第４実施例を図面を参照し
て説明する。尚、本実施例においても、図８に示した化
学気相成長装置を用いる。

【００７７】本実施例では、シリコン基板上に形成され
た下部配線層上に形成された絶縁膜のコンタクト孔部分
に上部配線層となる金属タングステン薄膜を形成する。
それには、まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基
板（図示せず）上に下部配線層３１を形成した後、下部
配線層３１上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜３２を
形成する。

【００７８】次に、図４（ｂ）に示すように、フォトレ
ジスト（図示せず）を用いた異方性エッチングにより、
下部配線層３１に達するコンタクト孔３３をシリコン酸
化膜３２に形成する。

【００７９】次に、図４（ｃ）に示すように、図８に示
す化学気相成長装置の基板保持／加熱機構１０９にシリ
コン基板を装着し、しかる後、成長室１０５内をガス排
気装置１０７で減圧するとともに基板保持／加熱機構１
０９によりシリコン基板を例えば４００℃に保つ。そし
て、ガス供給装置１０６から原料ガスである六フッ化タ
ングステンと還元ガスである水素ガスを成長室１０５内
部へ供給し、ガス排気装置１０７で排気調整しながら成
長室１０５内部を１Torrに調整する。しかる後、交流電
源１０８を周波数１３．５６ＭＨｚ、電力２００Ｗに設
定し、交流電場を印加してプラズマ放電を起こし、コン
タクト孔３３の内面を含むシリコン酸化膜３２及び下部
配線層３１の表面をプラズマ処理する。

【００８０】すると、シリコン酸化膜３２及び下部配線
層３１の表面近傍に発生したプラズマにより、六フッ化
タングステンと水素が分解し、シリコン酸化膜３２及び
下部配線層３１の表面にタングステンの成長核３４が形
成される。このとき、プラズマは本質的に均一性が高い
ため、このプラズマによる成長核形成も均一に行われ
る。しかる後、交流電源１０８から電極１１０への電力
供給を停止する。

【００８１】次に、図４（ｄ）に示すように、六フッ化
タングステン（ＷＦ₆ ）を含む原料ガスと水素を含む還
元ガスとを成長室１０５内に供給し、例えば４００℃の
成長温度、例えば８０Torrの成長圧力でＣＶＤ法を行
い、原料ガスと還元ガスとの還元反応により、コンタク
ト孔３３の内面を含むシリコン酸化膜３２及び下部配線
層３１の表面に成長核３４を基として上部配線層となる
タングステン薄膜３５を形成する。

【００８２】以上に説明した第４実施例では、六フッ化
タングステンと水素のプラズマによりシリコン酸化膜３
２及び下部配線層３１の表面に成長核を形成し、続い
て、六フッ化タングステンを含む原料ガスと水素を含む
還元ガスとの還元反応により成長核３４を基にしてタン
グステン薄膜３５をシリコン酸化膜３２及び下部配線層
３１上に形成するようにしている。従って、これらの処
理は、例えば同一の成長室１０５で連続的に行うことが
でき、従来のような還元ガスの切替えを行う必要がな
い。このため、従来よりも迅速に生産性良く金属タング
ステン薄膜を形成することができる。更に、シラン系の
ガスを用いる必要がないので、低抵抗で且つ残留応力の
少ない良好な膜質の金属タングステン薄膜を形成するこ
とができる。

【００８３】また、上記第４実施例では、六フッ化タン
グステンと水素のプラズマによりコンタクト孔３３内面
に成長核を形成し、続いて、六フッ化タングステンを含
む原料ガスと水素を含む還元ガスとの還元反応により成
長核３４を基にしてタングステン薄膜３５をコンタクト
孔３３内面に形成するようにしている。従って、従来の
ようにコンタクト孔３３の底面に充分な膜厚の導体膜を
形成する必要がなくなるので、コンタクト孔３３の入口
付近がオーバーハング形状となって後から上部配線層を
形成するとコンタクト孔３３の内部に空洞が生じること
もない。また、プラズマ処理により還元ガスが効率的に
原料ガスを還元するので、上部配線層であるタングステ
ン薄膜３５を形成する際に用いる原料ガスに含まれるフ
ッ素や塩素等のハロゲン元素が下部配線層３１を侵食し
て侵食部が形成されることもない。従って、本実施例に
おいては、コンタクト孔における上下配線間の接続の信
頼性が向上する。

【００８４】また、本実施例においては、原料ガスをタ
ングステンを含むガスとしたが、原料ガスはチタンを含
むガスであってもよい。また、本実施例においては、還
元ガスを水素としたが、還元ガスは、水素、ジボラン、
ホスフィン、水素とジボラン、水素とホスフィン、水素
とアルゴン、ジボランとアルゴン、ホスフィンとアルゴ
ン、水素とジボランとアルゴン、又は、水素とホスフィ
ンとアルゴンのいずれでもよい。

【００８５】図５は、本実施例において、原料ガスを六
フッ化タングステンを含むガス、還元ガスをジボラン
（Ｂ₂ Ｈ₆ ）とアルゴンとした一変形例を示す図であ
る。まず、図５に示すように、下部配線層３１に達する
コンタクト孔３３をシリコン酸化膜３２に形成し、六フ
ッ化タングステンとジボランを導入する。次に、上記と
同じ条件でプラズマ処理を施す。すると、シリコン酸化
膜３２及び下部配線層３１の表面にタングステンの成長
核３４が形成される。成長核３４は、図５の右図に模式
的に示すように、六フッ化タングステンとジボランとの
還元反応によりシリコン原子に五フッ化タングステンが
結合した状態となっている。尚、ジボランは水素よりも
高い還元性を有しているため、容易に成長核の形成が進
行する。この後、ＣＶＤ法で還元反応を進めることによ
り、図４（ｄ）に示したのと同様のタングステン薄膜３
５を形成する。

【００８６】図６は、本実施例において、原料ガスを六
フッ化タングステンを含むガス、還元ガスをホスフィン
（ＰＨ₃ ）とアルゴンとした一変形例を示す図である。
まず、図６に示すように、下部配線層３１に達するコン
タクト孔３３をシリコン酸化膜３２に形成し、六フッ化
タングステンとホスフィンを導入する。次に、上記と同
じ条件でプラズマ処理を施す。すると、シリコン酸化膜
３２及び下部配線層３１の表面にタングステンの成長核
３４が形成される。成長核３４は、図６の右図に模式的
に示すように、六フッ化タングステンとホスフィンとの
還元反応によりシリコン原子に五フッ化タングステンが
結合した状態となっている。尚、ホスフィンは水素より
も高い還元性を有しているため、容易に成長核の形成が
進行する。この後、ＣＶＤ法で還元反応を進めることに
より、図４（ｄ）に示したのと同様のタングステン薄膜
３５を形成する。

【００８７】次に、本発明の第５実施例を図面を参照し
て説明する。尚、本実施例においても、図８に示した化
学気相成長装置を用いる。

【００８８】本実施例では、シリコン基板上に形成され
た下部配線層上に形成された絶縁膜及び導体膜のコンタ
クト孔部分に上部配線層となる金属タングステン薄膜を
形成する。それには、まず、図７（ａ）に示すように、
シリコン基板（図示せず）上に下部配線層３１を形成し
た後、下部配線層３１上に層間絶縁膜であるシリコン酸
化膜３２及び窒化チタン膜３６を形成する。

【００８９】次に、図７（ｂ）に示すように、フォトレ
ジスト（図示せず）を用いた異方性エッチングにより、
下部配線層３１に達するコンタクト孔３３をシリコン酸
化膜３２及び窒化チタン膜３６に形成する。

【００９０】次に、図７（ｃ）に示すように、図８に示
す化学気相成長装置の基板保持／加熱機構１０９にシリ
コン基板を装着し、しかる後、成長室１０５内をガス排
気装置１０７で減圧するとともに基板保持／加熱機構１
０９によりシリコン基板を例えば４００℃に保つ。そし
て、ガス供給装置１０６から原料ガスである六フッ化タ
ングステンと還元ガスである水素ガスを成長室１０５内
部へ供給し、ガス排気装置１０７で排気調整しながら成
長室１０５内部を１Torrに調整する。しかる後、交流電
源１０８を周波数１３．５６ＭＨｚ、電力２００Ｗに設
定し、交流電場を印加してプラズマ放電を起こし、コン
タクト孔３３の内面を含む窒化チタン膜３６、シリコン
酸化膜３２及び下部配線層３１の表面をプラズマ処理す
る。

【００９１】すると、窒化チタン膜３６、シリコン酸化
膜３２及び下部配線層３１の表面近傍に発生したプラズ
マにより、六フッ化タングステン及び水素が分解し、窒
化チタン膜３６、シリコン酸化膜３２及び下部配線層３
１の表面にタングステンの成長核３４が形成される。こ
のとき、プラズマは本質的に均一性が高いため、このプ
ラズマによる成長核形成も均一に行われる。しかる後、
交流電源１０８から電極１１０への電力供給を停止す
る。

【００９２】次に、図７（ｄ）に示すように、六フッ化
タングステン（ＷＦ₆ ）を含む原料ガスと水素を含む還
元ガスとを成長室１０５内に供給し、例えば４００℃の
成長温度、例えば８０Torrの成長圧力でＣＶＤ法を行
い、原料ガスと還元ガスとの還元反応により、コンタク
ト孔３３の内面を含むシリコン酸化膜３２及び下部配線
層３１の表面に成長核３４を基として上部配線層となる
タングステン薄膜３５を形成する。このとき、窒化チタ
ン膜３６上にタングステン薄膜３５を形成するので、こ
れらの密着性は優れている。また、窒化チタン膜３６上
にアルミニウム薄膜を形成した場合も同様に密着性は優
れている。

【００９３】また、上記第５実施例において、導電性膜
を窒化チタンとしたが、導電性膜は、窒化チタン、チタ
ンタングステン合金、金属タングステン、又は、金属モ
リブデンのいずれでもよい。

【００９４】以上に説明した第５実施例では、六フッ化
タングステンと水素のプラズマによりシリコン酸化膜３
２及び下部配線層３１の表面に成長核３４を形成し、続
いて、六フッ化タングステンを含む原料ガスと水素を含
む還元ガスとの還元反応により成長核３４を基にしてタ
ングステン薄膜３５をシリコン酸化膜３２及び下部配線
層３１上に形成するようにしている。従って、これらの
処理は、例えば同一の成長室１０５で連続的に行うこと
ができ、従来のような還元ガスの切替えを行う必要がな
い。このため、従来よりも迅速に生産性良く金属タング
ステン薄膜を形成することができる。更に、シラン系の
ガスを用いる必要がないので、低抵抗で且つ残留応力の
少ない良好な膜質の金属タングステン薄膜を形成するこ
とができる。

【００９５】また、上記第５実施例では、六フッ化タン
グステンと水素のプラズマによりコンタクト孔３３内面
に成長核を形成し、続いて、六フッ化タングステンを含
む原料ガスと水素を含む還元ガスとの還元反応により成
長核３４を基にしてタングステン薄膜３５をコンタクト
孔３３内面に形成するようにしている。従って、従来の
ようにコンタクト孔３３の底面に充分な膜厚の導体膜を
形成する必要がなくなるので、コンタクト孔３３の入口
付近がオーバーハング形状となって後から上部配線層を
形成するとコンタクト孔３３の内部に空洞が生じること
もない。また、プラズマ処理により還元ガスが効率的に
原料ガスを還元するので、上部配線層であるタングステ
ン薄膜３５を形成する際に用いる原料ガスに含まれるフ
ッ素や塩素等のハロゲン元素が下部配線層３１を侵食し
て侵食部が形成されることもない。従って、本実施例に
おいては、コンタクト孔における上下配線間の接続の信
頼性が向上する。

【００９６】また、本実施例によると、テープテストに
よる下部配線層の剥がれが起こらない密着性のよい多層
配線を形成することができる。

【００９７】また、上記第５実施例においては、還元ガ
スを水素としたが、還元ガスは、水素、ジボラン、ホス
フィン、水素とジボラン、水素とホスフィン、水素とア
ルゴン、ジボランとアルゴン、ホスフィンとアルゴン、
水素とジボランとアルゴン、又は、水素とホスフィンと
アルゴンのいずれでもよい。

【００９８】また、上記第４及び第５実施例において、
絶縁膜をシリコン酸化膜３２とした、絶縁膜は、シリコ
ン酸化膜、シリコン窒化膜、ＢＰＳＧ膜、又は、ＰＳＧ
膜のいずれでもよい。

【００９９】また、上記第１〜第５の実施例で、プラズ
マ処理を行う工程において、図１（ｂ）、図２（ｂ）及
び図３（ｂ）に示すように、Ａｒガスのような希ガスを
同時に導入すると放電が安定して好ましいが、これは、
必ずしも必要なものではない。更に、プラズマを発生さ
せるための交流電界の周波数は、５０又は６０Ｈｚの商
用電源周波数から１０ＧＨｚのマイクロ波領域の周波数
まで使用可能である。

【０１００】また、プラズマ処理の条件も上述の実施例
のものに限られず、例えば、反応室内の温度を室温〜７
００℃、パワーを１ウェハ当たり１ｋＷ以下、反応室内
の圧力を１０ｍTorr〜１０Torrの範囲内で変更すること
が可能である。

【０１０１】また、上述の実施例では原料ガスとして６
フッ化タングステンを用いてタングステンを成膜した
が、本発明はこれに限られるものではなく、原料ガスと
して４塩化チタンを用いてチタンを成膜すること、原料
ガスとして４フッ化シリコンを用いて（導電性）シリコ
ンを成膜すること、原料ガスとして銅のβ−ジケトン錯
体を用いて銅を成膜すること、並びに、原料ガスとして
トリメチルアルミニウムやイソブチルアルミニウムやト
リイソブチルアルミニウムを用いてアルミニウムを成膜
することも可能である。尚、シリコン又はチタンを成膜
するときの還元ガスは、水素、又は、水素とアルゴンを
含むガスを使用することができる。

【０１０２】

【発明の効果】本発明によれば、原料ガスと還元ガスを
プラズマ状態で互いに反応させて原料ガスを還元し、金
属の成長核を形成するので、下地の導電性に依存するこ
となく絶縁膜の上でも金属の成長核を形成することがで
きる。この結果、絶縁膜の上にも化学気相成長法により
成膜性良く金属薄膜を形成することができる。

【０１０３】また、プラズマ放電を半導体基板上で行う
ことにより、通常シラン系のガスによる還元よりも進行
しにくい水素ガスによる還元反応で成長核形成を行うこ
とができるので、金属薄膜を形成する時に、プラズマ放
電によって金属の成長核を形成する時に使用したのと全
く同一の原料ガスと還元ガスとを使用できる。この結
果、従来のように２種類の還元ガスを用いる必要がなく
なって、工程が簡略化され、生産性の向上を図ることが
できる。

【０１０４】また、本発明によれば、原料ガスと還元ガ
スのプラズマによりコンタクト孔内面に金属の成長核を
形成するので、金属原子の置換反応が容易に進行し、コ
ンタクト孔表面に強固に結合した上部配線層となる金属
薄膜が形成される。従って、従来のようにコンタクト孔
の底面に充分な膜厚の導体膜を形成する必要がなくなる
ので、コンタクト孔の入口付近がオーバーハング形状と
なって後から上部配線層を形成するとコンタクト孔の内
部に空洞が生じることもない。また、プラズマ処理によ
り還元ガスが効率的に原料ガスを還元するので、上部配
線層である金属薄膜を形成する際に用いる原料ガスに含
まれるフッ素や塩素等のハロゲン元素が下部配線層を侵
食して侵食部が形成されることもない。従って、コンタ
クト孔における上下配線間の接続の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるタングステン薄膜形
成工程を示す概略断面図である。

【図２】本発明の第２実施例によるシリコン半導体基板
上における金属タングステン薄膜の成長核の形成工程を
示す概略断面図及び表面の原子の結合状態を示す模式図
である。

【図３】本発明の第３実施例による絶縁膜を有し、且
つ、スルーホールを有するシリコン半導体基板上におけ
る金属タングステン薄膜の成長核の形成工程を示す概略
断面図及び表面の原子の結合状態を示す模式図である。

【図４】本発明の第４実施例による金属タングステン薄
膜形成工程を示す概略断面図である。

【図５】本発明の第４実施例の一変形例による金属タン
グステン薄膜形成工程を示す概略断面図及び絶縁膜表面
の状態を示す模式図である。

【図６】本発明の第４実施例の一変形例による金属タン
グステン薄膜形成工程を示す概略断面図及び絶縁膜表面
の状態を示す模式図である。

【図７】本発明の第５実施例による金属タングステン薄
膜形成工程を示す概略断面図である。

【図８】本発明で使用可能なプラズマ処理装置の概略構
成図である。

【図９】本発明で使用可能な別のプラズマ処理装置の概
略構成図である。

【図１０】本発明で使用可能なさらに別のプラズマ処理
装置の概略構成図である。

【図１１】本発明の従来例の金属薄膜形成工程を示す概
略断面図である。

【図１２】本発明の従来例の金属薄膜形成工程を示す概
略断面図である。

【符号の説明】

１、１１、２１ シリコン基板 ２ ゲート酸化膜 ３ ゲート電極 ４ ソース／ドレイン拡散層 ５ ＳｉＯ₂ 膜（層間絶縁膜） ６ コンタクト孔 ７ ３５ タングステン薄膜 ７′ １３、２３ ３４ タングステン薄膜の成長核 １２、２２ 交流プラズマ ２４ 絶縁膜 ２５ スルーホール ３１ 下部配線層 ３２ シリコン酸化膜 ３６ 窒化チタン膜 １０３ 基板（ウェハ） １０５ 反応室 １０６ ガス供給装置 １０７ 排気装置 １０８ 交流電源 １０９ 基板保持／加熱機構 １１０、１１０′ 電極

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された絶縁膜の上に
   化学気相成長法により金属薄膜を形成する金属薄膜形成
   方法において、 金属薄膜を形成すべき金属を含んだ原料ガスとこの原料
   ガスを分解する還元ガスとをプラズマ状態で互いに反応
   させ、上記絶縁膜の表面に上記金属の成長核を形成する
   工程と、 上記原料ガスと上記還元ガスとを、上記成長核が形成さ
   れた上記絶縁膜上に導入して、化学気相成長法により金
   属薄膜を形成する工程とを有することを特徴とする金属
   薄膜形成方法。
2. 【請求項２】 上記還元ガスが水素ガスであって、上記
   絶縁膜が酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項
   １に記載の金属薄膜形成方法。
3. 【請求項３】 上記原料ガスが、４塩化チタン、４フッ
   化シリコン、６フッ化タングステン、銅のβ−ジケトン
   錯体、トリメチルアルミニウム及びイソブチルアルミニ
   ウムからなる群より選ばれた１種を含むことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の金属薄膜形成方法。
4. 【請求項４】 上記絶縁膜の表面に上記金属の成長核を
   形成する上記工程において、上記原料ガス及び上記還元
   ガスと共に希ガスを導入することを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか１項に記載の金属薄膜形成方法。
5. 【請求項５】 半導体基板上に金属タングステン薄膜を
   形成する方法において、 上記半導体基板上に金属タングステンを含んだ原料ガス
   を導入する工程と、 上記半導体基板上に上記原料ガスを還元させる還元ガス
   を導入する工程と、 上記半導体基板上にプラズマ放電を行って、上記半導体
   基板上に上記金属タングステン薄膜の成長核を形成する
   工程と、 上記金属タングステン薄膜の成長核を基にして、上記半
   導体基板上に上記金属タングステン薄膜を形成する工程
   とを具備することを特徴とする金属薄膜形成方法。
6. 【請求項６】 半導体基板上に形成された孔を有する絶
   縁膜上に金属タングステン薄膜を形成する方法におい
   て、 上記半導体基板上に金属タングステンを含んだ原料ガス
   を導入する工程と、 上記半導体基板上に上記原料ガスを還元させる還元ガス
   を導入する工程と、 上記半導体基板上にプラズマ放電を行って、上記孔内面
   を含む上記絶縁膜を有する半導体基板上に上記金属タン
   グステン薄膜の成長核を形成する工程と、 上記金属タングステン薄膜の成長核を基にして、半導体
   基板上に形成された絶縁膜上に上記金属タングステン薄
   膜を形成する工程とを具備することを特徴とする金属薄
   膜形成方法。
7. 【請求項７】 上記絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコ
   ン窒化膜、ＰＳＧ（リンケイ素ガラス）、及び、ＢＰＳ
   Ｇ（ボロンリンケイ素ガラス）からなる群より選ばれた
   １種を含むことを特徴とする請求項６に記載の金属薄膜
   形成方法。
8. 【請求項８】 上記原料ガスは、六フッ化タングステン
   を含む原料ガスであることを特徴とする請求項５〜７の
   いずれか１項に記載の金属薄膜形成方法。
9. 【請求項９】 上記還元ガスは、水素、シラン系のガ
   ス、水素とアルゴン、及び、シラン系のガスとアルゴン
   からなる群より選ばれた１種のガスを含む還元ガスであ
   ることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載
   の金属薄膜形成方法。
10. 【請求項１０】 半導体基板上に形成された下部配線層
    とコンタクト孔において接続された金属薄膜からなる上
    部配線層を形成する金属薄膜形成方法において、 上記下部配線層上に絶縁膜を形成する工程と、 上記下部配線層に達するコンタクト孔を上記絶縁膜に形
    成する工程と、 金属薄膜を形成すべき金属を含んだ原料ガスとこの原料
    ガスを分解する還元ガスとをプラズマ状態で互いに反応
    させ、少なくとも上記コンタクト孔内面に上記金属の成
    長核を形成する工程と、 上記原料ガスと上記還元ガスとを、上記成長核が形成さ
    れた上記絶縁膜上に導入して、化学気相成長法により上
    記上部配線層を形成する工程とを有することを特徴とす
    る金属薄膜形成方法。
11. 【請求項１１】 半導体基板上に形成された下部配線層
    とコンタクト孔において接続された金属薄膜からなる上
    部配線層を形成する金属薄膜形成方法において、 上記下部配線層上に絶縁膜を形成する工程と、 上記絶縁膜上に導電性膜を形成する工程と、 上記下部配線層に達するコンタクト孔を上記絶縁膜及び
    上記導電性膜に形成する工程と、 金属薄膜を形成すべき金属を含んだ原料ガスとこの原料
    ガスを分解する還元ガスとをプラズマ状態で互いに反応
    させ、少なくとも上記コンタクト孔内面に上記金属の成
    長核を形成する工程と、 上記原料ガスと上記還元ガスとを、上記成長核が形成さ
    れた上記絶縁膜上に導入して、化学気相成長法により上
    記上部配線層を形成する工程とを有することを特徴とす
    る金属薄膜形成方法。
12. 【請求項１２】 上記導電性膜が、窒化チタン、チタン
    タングステン合金、金属タングステン、及び、金属モリ
    ブデンからなる群より選ばれた１種を含むことを特徴と
    する請求項１１に記載の金属薄膜形成方法。
13. 【請求項１３】 上記絶縁膜が、シリコン酸化膜、シリ
    コン窒化膜、ＢＰＳＧ膜、及び、ＰＳＧ膜からなる群よ
    り選ばれた１種を含むことを特徴とする請求項１０〜１
    ２のいずれか１項に記載の金属薄膜形成方法。
14. 【請求項１４】 上記原料ガスが、タングステン及びチ
    タンからなる群より選ばれた１種を含むとともに、上記
    還元ガスが、水素、ジボラン、ホスフィン、水素とジボ
    ラン、水素とホスフィン、水素とアルゴン、ジボランと
    アルゴン、ホスフィンとアルゴン、水素とジボランとア
    ルゴン、及び、水素とホスフィンとアルゴンからなる群
    より選ばれた１種を含むことを特徴とする請求項１０〜
    １３のいずれか１項に記載の金属薄膜形成方法。