JPS61248525A - 半導体装置の製造方法 - 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】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に配線層の
形成方法に関する。

［発明の技術的背阻およびその問題点］半導体技術の進
歩と共に超ＬＳＩをはじめ半導体装置の高集積化が進め
られてきている。

′￥導体装置の高集積化は素子の微細化によって実現さ
れるため、微細かつ高粘度なパターン形成技術が切望さ
れている。配線層の形成においてもパターンの微細化が
進められてきている。

例えば、ＭＯ８集積回路では、素子の微細化に伴い、多
結晶シリコンからなるゲート電極や、ソース拡ｒｌｉ層
、ドレイン拡ｒｌ１層等と金属配線層との間で電気的接
続を行なうためのコンタクト部の面積は縮小されると共
にＰＮ接合の深さについても浅くなるように形成される
ことが必要となってくる。

しかしながら、コンタクト部の面積の縮小化あるいはＰ
Ｎ接合が浅く形成されるのに伴い、コンタクト抵抗の増
加や電極形成によるＰＮ接合の破壊等の問題が顕在化し
てくる。このような接続特性の劣化は素子の信頼性の低
下につながり、集積回路の高速化、高集積化への大きな
障害となっている。

ＭＯ３集積回路等の集積回路の製造工程では、配線層の
形成は通常法のようにして行なわれる。

すなわち、（１）まず、拡散層等の素子領域を形成した
シリコン基板上に酸化シリコン膜等の絶縁膜を形成する
。

（２）次いで、フォトレジストを塗布し、選択的に光照
射を行なうことにより、配線層を形成するための接続孔
パターンを描く。

（３）そして、該接続孔部分の７オトレジストを有機処
理等により現像除去した後、露出した部分の酸化シリコ
ン膜をエツチング除去し、接続孔を形成する。

（４）この後、該フォトレジストを除去し、基板表面全
体にスパッタリング法等によりアルミニウム薄膜を形成
する。

（５）再び、フォトレジストを塗布し、選択的に光照射
を行なうことにより、配線層パターンを描く。

（６）そしてまた、有機処理等により現像を行なって不
用部のフォトレジストを除去し、露出した部分のアルミ
ニウムｉｎを反応性イオンエツチング等で除去する。

（７）最後に、残存しているフォトレジストを除去し、
パッシベーション膜等を形成して配線層の形成工程が完
了する。

この工程の途中で、接続孔の部分において、配線層であ
るアルミニウムと基板のシリコンとの間に界面反応が生
じ、接合破壊の原因となることがあった。そこでこのア
ルミニウムとシリコンとの反応を防止するため、配線層
としてのアル・ミニラム薄膜を形成する（４）の工程に
先立ち、気相成長法（ＣＶＤ法）等によってモリブデン
シリサイド（ＭｏＳ　ｉ２　）、チタンシリサイド（ｖ
＋ｓ＋２）等の高融点金属シリサイド薄膜をバリアメタ
ルとして形成する方法が公知である。

また、高融点金属シリサイド薄膜のかわりに、いわゆる
高融点金属の選択ＣＶＤ法により、タングステン（Ｗ）
、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属薄膜を選択的に形
成する方法がある。この方法によれば、１回のＣｖＤ工
程でバリアメタルとしての高融点金属薄膜パターンの形
成が可能となり、プロセスの簡略化、歩留りの向上をは
かることができる。

しかしながら、高融点金属シリサイド膜、あるいは高融
点金泥膜を選択的に形成すぺ＜ＣＶＯ反応炉に装填され
る基板は、表面にシリコンおよび酸化シリコンの混在し
た状態であり、しかもＣｖＤ反応炉に装填される前に空
気中にさらされるため、シリコン表面には自然酸化膜が
形成されていることが多い。このような状態にある基板
上に高融点金属シリサイド膜あるいは高融点金属膜を形
成すると、自然酸化膜中の酸素原子が原因となって、該
高融点金属シリサイド膜あるいは高融点金属膜の形成が
妨げられたり、接続孔表面に自然酸化膜が存在すること
により電気的特性の悪化を招く等の問題があった。

そこで、通常は、この自然酸化膜を除去するために、バ
リアメタルの形成に先立ち、湿式化学処理を施すという
方法がとられている。しかし、このようにして自然酸化
膜を除去しても基板は空気中にさらされるため再び、シ
リコン表面に自然酸化膜が形成され、完全に自然酸化膜
を除去した状態でバリアメタルの形成を行なうのは極め
て困難であった。

［発明の目的］ 本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、電極形成
用のコンタクトホール等の接続孔表面の自然酸化物を除
去し、電気的特性の安定した配線を形成することを目的
とする。

［発明の概要］ そこで本発明では、化学的気相成長方法（ＣＶＤ法）で
金属薄膜あるいは金属シリサイド膜を形成するに先立ち
、該ＣＶＤ法に使用される反応炉内に、微量のハロゲン
ガス又はハロゲン化水素ガスを添加するようにしている
。

これらハロゲンガスおよびハロゲン化ガスは解離反応に
よってハロゲン原子となり、このハロゲン原子が酸化シ
リコン膜（自然酸化膜）をエツチングする。

従って、ハロゲンガスおよびハロゲン化ガスを反応炉内
に導入し、自然酸化膜がエツチングされた後、そのまま
この反応炉内に、金属薄膜あるいはシリサイド膜形成用
の材料ガスを導入し、ＣｖＤ工程に入るようにすればよ
い。

ここでハロゲンガスおよびハロゲン化ガス添加中に、加
熱あるいは、２００〜１１０００ｎの波長の光を照射す
ることにより、ハロゲン原子の生成が促進され、エツチ
ング効率が高められる。

［発明の効果］ 本発明によれば、基板表面の自然酸化膜をハロゲン原子
によってエツチング除去した後、金属薄膜又は金属のシ
リサイド薄膜の形成工程に入るようにしているため、電
気的特性の安定した配線を形成することが可能となる。

［発明の実施例１ 以下、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。

第１図（ａ）乃至（ｄ）は、バリアメタルとしてのタン
グステン薄膜を選択的気相成長法（選択ＣＶＤ法）によ
りコンタクトホール内に形成する工程の１実施例を示す
図である。

まず、第１図（ａ）に示す如く、素子分離のなされたＰ
型のシリコン基板１に拡散層２等の素子領域を形成した
後、更に表面を酸化シリコン膜３で覆いコンタクトホー
ル４を穿孔する。このとき、コンタクトホール４内のシ
リコン表面には見理工程中に形成された〜２ＯＡの自然
酸化膜５が存在している。

次いで、このシリコン基板１を通常のＣＶＤ炉に装填し
、アルゴンを４００ｃｃ／ｍ　ｉ　ｎで流しつつ、該Ｃ
Ｖｏ炉内を４００℃に加熱し安定させる。（このときの
温度は３００〜６００℃程度であればよい。）こののち
、塩素（ＣΩ２）ガスを１０ＣＣ／ｍｉｎで２０分間流
す。このとき、塩素ガスは１部解離し、塩素原子ＣＱと
なって、第１図（ｂ）に示す如く、酸化シリコン膜をエ
ツチングする。従って、コンタクトホール４内の自然酸
化膜５は、この工程により第１図（Ｃ）に示す如く除去
され、清浄なシリコン表面をもつコンタ　゛クトホール
がＣＶＤ炉内で形成される。

そして、塩素ガス、アルゴンガスの導入を止め、水素カ
スを４００ＣＣ／ｍｉｎ流し、ＣＶＤ炉内の温度を３５
０℃に安定させる。この後、反応ガスとして六弗化タン
グステン（ＷＦ６）ガスを流し、いわゆる高融点金属の
選択ＣＶＤ法で、第１図（ｄ）に示す如くシリコン表面
にのみ、バリアメタルとしてのタングステンＷＡ（Ｗ）
７を形成する。

この方法によれば、タングステン膜７とシリコン基板と
の界面に酸素原子が存在することはなくなり、タングス
テン膜の安定な成長が可能となり、タングステン／シリ
コン界面の電気的特性は極めて安定である。

このようにしてバリアメタルとしてのタングステン膜を
形成した後、ＣＶＤ炉から該シリコン基板をとり出し、
通常のスパッタリング法によりアルミニウム膜を形成し
、パターン化すれば、電気的特性の優れた配線が達成で
きる。

ところで、塩素ガスは、３００〜６００℃の温度域で１
部熱解離するが、更にエツチング効率を高めたい場合は
、第２図（ａ）および（ｂ）に示す如く、波長２００〜
１１０００ｎの九８を照射しつつ塩素ガスの導入を行な
うようにしてもよい。

これは塩素ガスのみならず他のハロゲンガスの場合にも
適用できるが、特に臭素ガスのように熱解離の起りにく
いガスの場合には、光化学反応で塩素原子を生成するこ
の方法は、特に有効である。

また、弗素ガスのように解離し易いガスの場合は加熱し
なくてもよい場合もある。

なお、実施例においては、自然酸化膜除去後、いわゆる
高融点金属の選択ＣＶＤ法によりバリアメタルを形成す
る場合について述べたが、自然酸化膜除去後の工程は、
例えば、トリメチルアルミを原料としてアルミニウム薄
膜を形成する場合にも有効であることはいうまでもなく
、同一のＣｖＤ炉内で形成することの可能な金属膜ある
いはその金属のシリサイド膜の形成に有効である。

また、実施例では、一層目の配線形成時におけるバリア
メタルの形成について述べたが、形成温度が低いため、
多層配線における２層目以上の金１ｍｇ１の形成にも適
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｄ）は、本発明実施例のタングステ
ンの選択気相成長法によるバリアメタルの形成工程を示
す図、第２図（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施
例を示すもので、光を用いて塩素ガスの解離を促進した
場合の工程図である。 １・・・シリコン基板、２・・・拡散層、３・・・酸化
シリコン膜、４・・・コンタクトホール、５・・・自然
酸化膜、６・・・塩素分子又は塩素原子、７・・・タン
グステン膜、８・・・光。 （ｂ）２ 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に化学的気相成長法により金属薄膜あるい
   は金属シリサイド膜を形成するに先立ち、基板表面を清
   浄化すべく、化学的気相成長用の反応炉内に、ハロゲン
   ガス又はハロゲン化水素ガスを添加する清浄化工程を含
   むようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）前記清浄化工程において、基板を加熱するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   半導体装置の製造方法。
3. （３）前記清浄化工程において、波長２００〜１０００
   ｎｍの光を基板に照射するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項記載の半導体
   装置の製造方法。