JPS58157963A - 高融点金属又は金属化合物から成る層の製造方法 - Google Patents

高融点金属又は金属化合物から成る層の製造方法

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JPS58157963A
JPS58157963A JP2840983A JP2840983A JPS58157963A JP S58157963 A JPS58157963 A JP S58157963A JP 2840983 A JP2840983 A JP 2840983A JP 2840983 A JP2840983 A JP 2840983A JP S58157963 A JPS58157963 A JP S58157963A
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JP
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metal
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metal compound
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silicon
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クラウデイア・ウイエクツオレ−ク
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/507Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using external electrodes, e.g. in tunnel type reactors
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/14Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using spraying techniques to apply the conductive material, e.g. vapour evaporation
    • H05K3/146By vapour deposition

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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】 本発明は、ガス状の金属化合物を含む雰囲気中で減圧下
にグロー放電により金属又は金属化合物を分解し、低い
基材温度で反応ガスに対して不活°性の基板上に沈殿さ
せる形式の、金属又は金属化合物を蒸気相から析出させ
ることにより高融点の金属又は金属化合物から、特に電
子デバイス及び電子回路用として使用されるような層を
製造する方法に関する。
薄膜及び半導体技術において金属層は抵抗として、コン
デンサ用電極として、また導電路としてパターン形成さ
れた箪導体結晶板におけるインダクタンスとして使用さ
れる。更に金属被−は耐食及び耐摩材として複雑に成形
された加工材に使用される。
この種の層を製造するには種々の方法1例えば電気析出
法、、III法、イオンメッキ法、又はスパッタリング
法が使用される。これらのすべての層製造法は、材料を
その融点に比して低い温度(最高350℃)でまた電気
メツキ法の場合には異原)の存在下で析出させる点で共
通している。低温は例えば電気析出法で可能である。し
かしこの種の析出法は高融点金属1例えばタンタル、ダ
ンゲステン及びモリブデンの場合には実施することがで
きない。それというのもこれらの金属は電気的に析出し
得ないからである。
パターン形成された半導体結晶板上・\の層の形成で最
も重要なのは稜部の被覆である。CVD法を用いた場合
すぐれた稜部被覆を得ることができ。
これは特に高い電流密度が導体路に生じるVLSI技術
にとって大きな意義を有するが、高融点の金−例えばニ
オブ及びタンタルに対する析出は高温でのみ可能であり
、これは多層配線の場合すでに製造されているデバイス
が敏感であることから実施不能である。層厚が部分的に
薄くなっている場合通電の際当該個所(過熱点)で許容
できない程温度が上昇し、電子及び熱移動による早期欠
落が生じる。
従来CVD法で部分的に必要とされる高温は該方法の使
用分野を制限する。すでにパターン形成されているIC
板(多層配線)並びに低融点材料及び合成樹脂の場合、
被覆温度が高すぎることからこれまでCVD法は断念し
なければならなかった。
蒸着及びスパッタリングのような現行の方法は平坦な基
材を低温で被層するのに使用される。特にVLSI技術
にあっては良好な稜部被覆が必要であることから、物理
的被覆法(蒸暑、スパッタリング)の場合遊星運動を行
なう試料保持体を用いて処理する。
極めて良好な稜部の被覆を提供するCVD法の場合、析
出を低い基材温度で実施することができるようにするこ
とは有意義である。このような被層のため、有機合鴨出
発化合物(カルボニル又はアセチルアセトネート)を使
用することによって又はエネルギー源として高周波プラ
ズマを使用lすることによって反応温度を低下させるc
vDの変法が提案されている。有機金属出発化合物を使
用することによって(” 5cience and T
echno−1ogy of 5urface Coa
tings ”  AcademiePress、 L
ondon and New York、  1974
年。
第159頁〜第168頁参照)、金属及びその化合物例
えば酸化物、窒化物及び炭化物を製造することができる
力ζこの場合被層に際して、有機成分によって生じる不
純物が入り込む。
エネルギー源として高周波プラズマを使用した場合、ヨ
ーロッパ特許出願第34706号明細書に記載されてい
るように高岡e(kHz・・・・・MITzの範囲)を
印加することによって、低い反応圧(1,3X10”P
aJ2L下) で強力な化学結合をも破壊し得るプラズ
マが得られる。この方法で現在例えば太陽電池用の無定
形ケイ素並びにその化合物例えば酸化ケイ累、窒化ケイ
累等が製造されている。
一層低い基材温度で高融点金属な被層する他の方法は西
ドイツ特許出願公開第3141567号公報に提案され
ている。こめ場合被曝のために大きな親和力相互作用を
有する出発化合物を使用する。
本発明の目的は、特にパターン形成された半導体結晶板
上への多層配線に使用されるような高融点の純粋な金属
層を特進することにある。この場合良好な綾部の被覆の
故にCVD法を低い基材温度で使用することができ、ま
た種々の材料特性並びに異種組成の表面部分を有する基
材への被層が可能となるべきである。
この目的は本発明によれば最初に記載した形式の方法に
より、グロー放電を高周波エネルギーの誘導結合により
生ぜしめ、その際プラズマを、被層すべき基材が陰極グ
ローの範囲内にあるように調整することによって達成さ
れる。
本発明方法の実施にあたっては、周波数を0.4〜14
MHz  の範囲内に、高周波発生器の出力をO,a〜
5kWの範囲内に調整し、その際基材は一100■へ+
50vの電位にあるようにする。更に基材温度は析出中
200へ450℃の範囲内にまた圧力は60〜1350
Paの範囲内に維持する。出発化合物の分解に必要なエ
ネルギーはその大部分が交番磁界から得られることシニ
より、基材温度は例えば金属ハロゲン化物の還元に際し
て約400℃に減少する。この方法によりデバイスの電
気特性が熱の作用により変化されることなく高融点金属
の最も純粋な層をパターン形成されたケイ素板上にCV
D法により析出させることが初め七可能となる。
例えばアルミニウム/ケイ素の公知のスノ(ツタリング
法に比しての顕著な利点はプラズマ活性化されたCVD
法の一層良好な稜部の被覆である。
この利点は数μ鴫の段階高度が生じる多層配線の場合特
に効果的である。この方法ではアルミニウム又は金の他
に低オームの高融点金属(例えばモリブデン、タングス
テン、ニオブ、タンタル)も析出し得ることから、VL
SI技術で予期される高い電流密度によっても(例えば
電子移動により)IIl壊されない材料をメッキす名こ
とができる。
例えば金属ハロゲン化物(MeX  )から出発して本
発明による原理に基づきメッキした場合次のよう(二進
行する。
この場合MeX 成分用キャリヤガスとしてはHl並び
1=不活性ガス(例えばAr * Kr * Nt−1
を使用することができる。被層すべき試料が発光縁によ
って囲まれるように反応空間内で誘導結合によりプラズ
マを調整する。更に高周波の誘導結合は、プラズマが無
電極で得られるという利点をもたらす。これにより1例
えば容量結合で可能のような電極材料による不純化は完
全に除かれる。
基材の加熱は直接高周波コイルによってまた付加的な加
熱によって行なうことができる。
例えば金属ハロゲン化物(MeX)から出発して純粋な
金属を製造することの他に、適当なケイ素化合物でも金
属化合物1例えばケイ化ニオブ((NbSiり  のよ
うなケイ化物を析出することができる。
NbC1,、ガ幻+2SiHtC1t(#、)+2.5
H2<亦)複層プロセスを上記のように実施した場合基
材上に層が成長する。それというのも搬出効果が水素イ
オン、ハロゲンイオン及び金属イオンによって著しく減
少するからである。予想に反して析出−は反応パートナ
−(例えば水素)の減少又はその不存在においても生じ
る。これにより例えば水素によって生じ得る脆化を阻止
することができる。
次の応用分野が得られる。
■、 金属の析出(例えばアルミニウム、モリブデンタ
ングステン、ニオブ、タンタル)。
2 金属化合物の析出。
8 種々の基材の使用:ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ
素:al気に敏感な材料:温度に安定な合成樹脂1例え
ばポリイミド。
表 半導体工業以外の使用:RC回路用導電路及び接点
材料、薄膜誘電体上の電極鴫1合成WR@部材の金属メ
ッキ、反射層及び吸収層。
以下図面について本発明の実施例を説明する。
図面は例えばケイ化ニオブ(NbS it )  を析
出する一実施例を記載するものである。
グロー放電で高融点のケイ化金属−8を製造するために
配置した1例えば塩化ニオブ(NbCl5 )及びジク
ロルシラン(S iH* C5)から成るガス状化合物
を矢印1で示した個所から反応器2に導入′シ1次いで
これを予め例えばl0Paの圧力に真空化し、基材を2
00〜450℃の温度に加熱した。真空ポンプへの接合
は矢印3で示されている。真空ポンプの吸引力は1反応
器内の反応ガス圧が60〜1358Paの範囲内にある
ように調整する。矢印1で導入された反応ガス(これは
キャリヤガスとしての水素と混合されていてもよい)は
反応器2の外に配置された誘導コイル5によリグロー放
電によって分解され、加熱された基材保持体6上に存在
する基材7(これは例えばデバイス構造を有するケイ素
結晶板から成る)にケイ化ニオブ層8として沈殿する。
反応器2内は誘導結合により析出中プラズマを、被1す
べき基材7が発yt、縁9(陰極グロー)により囲まれ
るように調整する。ケイ化ニオブを析出する場合発生器
の周波数は3MHz  にまたその出力は3kWに調整
する。この場合基材7は一50Vの電位にある。
基材7を40θ℃に加熱するには高周波コイル5によっ
てまた反応器2内に配設された基材保持体6の付加的な
加熱材10によって行なうことが′できる。基材7の加
熱は熱電対11によって制御する。反応器2内の圧力は
析出中600Paに維持する。基材温度が350 へ4
20℃の範囲内にある場合成長速度は8 nrn/mi
nである。層厚の変動は直径75m1lIの基材で測定
した場合5%よりも小さい。
【図面の簡単な説明】
図面は例えばケイ化ニオブな析出する一実施例を示す略
本図である。′ 2・・・反応器、5・・・誘導コイル、6・・・基材保
持体、 7・・・基材、 8・・・ケイ化ニオブ層。 9・・・発光縁、 10・・・加熱体、  11・・・
熱電対。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1) ガス状の金属化合物を含む雰囲気(2)中で減圧
    下にグロー放電により金属又は金属化合物を分解させ、
    低い基材温度で反応ガスに苅して不活性の基材(7)上
    に沈殿させる形式の、金属又は金属化合物を蒸気相から
    析出させることにより高融点の金属又は金属化合物から
    、特に電子デバイス及び電P回路用として使用されるよ
    うな層(8)を製造する方法において、グロー放電を高
    周波エネルギー(5)の誘導結合により生ぜしめ、その
    際プラズマを、被層すべき基材(7)が陰極グロー(9
    )の範囲内にあるように調整することを特徴とする高融
    点金属又は金属化合物から成る−の製造方法。 2)周波数が0.4へ14VIHz  の範囲内にあり
    。 高周波発生器の出力がO,S〜5 kWの範囲内にあり
    、この場合基材(7)が−1O0v〜+50vの電位に
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法
    。 3)析出中基材温度が200〜450℃の範囲内にあり
    、圧力がqO〜1350Paの範囲内にあることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項又は第z項記戦の方法。 4)基材(7)を高周波コイルを介して加熱することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれ
    かに記載の方法。 5)出発材料として、アルミニウム、モリブデン、タン
    グステン、ニオブ、タンタル、金及びケイ素のハロゲン
    化物、及びケイ素のノ\ロゲン化水素化合物を使用する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項の
    いずれかに記載の方法。 6) 基材(7)として1部分的にか又は全体的に酸化
    、ケイ素(Sint)、窒化ケイ素を有するか又は合成
    樹脂ラッカを有するパターン形成されたケイ素結晶板を
    使用することを特徴とする特許請求の範囲IJ!1項な
    いし第5項のいずれかに記載の方法。 7) 基材(7)としてセラミック又は磁気材料又は例
    えばポリイミド箔などの合成樹脂部材を使用することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれ
    かに記載の方法。 8) 反応ガス(1)が付加的に水素を含むことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項ないし第7項のいずれかに
    記載の方法。 9) 金属化合物用キャリヤガスとして不活性ガスを使
    用することを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第
    7項のいずれかに記載の方法。 10)  集積半導体回路における多層配線、RC回路
    燭接触導電路、薄lIn電体上への電極層。 合成樹脂部材の金属メッキ及び反射層及び吸収層の製造
    に使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
    し第9項のいずれかに
JP2840983A 1982-02-23 1983-02-22 高融点金属又は金属化合物から成る層の製造方法 Pending JPS58157963A (ja)

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DE3206421A1 (de) 1983-09-01
EP0087151A3 (de) 1984-07-25
EP0087151A2 (de) 1983-08-31

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