JPS621228A

JPS621228A - タングステンシリサイドの選択成長方法

Info

Publication number: JPS621228A
Application number: JP13953585A
Authority: JP
Inventors: Yuji Furumura; 雄二古村; Fumitake Mieno; 文健三重野; Masahiko Toki; 雅彦土岐; Kikuo Ito; 伊藤　喜久雄; Masayuki Takeda; 正行武田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-06-26
Filing date: 1985-06-26
Publication date: 1987-01-07

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】〔概要〕タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）を珪素（Ｓｉ）と
二酸化珪素（ＳｉＯ２）から構成された基板のＳｔ上に
のみ選択的に成長する際、Ｓｉを含む反応ガスとしてＳ
ｉＯ□上にＳｉ核を析出しないガスを用いることにより
、ＳｉｎｇをマスクとしてＳｔ上にのみＷＳｉ、を選択
成長する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置等の電極や配線層として用いられる
タングステンシリサイドの選択成長方法に関する。

従来、大規模集積回路（ＬＳＩ）の電極や配線層として
多結晶珪素（ポリＳｉ）が多用されてきた。しかしポリ
Ｓｔは半導体であるため、抵抗の低減化に限界があり、
そのためポリＳｉの代わりに金属、または金属シリサイ
ドを用いる方法が提案され、その−例としてタングステ
ン（Ｗ）が用いられている。

タングステンの電極や配線層の形成は選択成長により行
われるが、成長可能な厚さが小さいためこれに対する改
善技術が要望されている。

〔従来の技術〕

上記のように、Ｓｉ基板基板上に被着されたＳｌＯ□層
の開口部（通常コンタクト孔と呼ばれる）にタングステ
ンを選択成長する技術は開発されているが、５０００Å
以上に厚く成長することはできなかった。

本発明は改善技術として、タングステンシリサイドの選
択成長方法を提供するものであるが、本発明と比較のた
めタングステンの選択成長をつぎの第２図に概略を説明
する。

第２図は従来例による、Ｓｉ基板上への−の選択成長を
説明する基板断面図である。

この例は、特開昭５８−１８４７２４号細書公報に開示
されている薄膜形成方法である。

図において、Ｓｔ基板２１上全面にＳｉＯ□層を被着し
、こ・の層を通常のりソゲラフイエ程によりパターニン
グしてＳｉｎ、層２２を形成し、Ｓｔ基板２１の表面の
一部を露出する。

つぎに、化学気相成長（ＣＶＤ）法により、反応ガスと
して六弗化タングステン（ＷＦｉ）と水素（Ｈ２）を用
い、これを０．１〜０．２　Ｔｏｒｒに減圧して加熱し
、Ｓｉ基板２１上にのみ一層２３を堆積する。

ＣＶＤ法による−の選択成長においては、反応ガスとし
てハロゲン化タングステン、例えば上記のＷＦ６と、■
２を用いるが、化学反応の１つは次式によって表される
。

２轄Ｆｈ＋３Ｓｉ　＝宸＋３ＳｉＦｎ、・・・（１）Ｗ
Ｆｉ　＋　３Ｈｚ　＝　　Ｗ　＋　６１Ｆ、　　・・・
（２）（１１式のＳｉ還元反応はＳｉ上でのみ行われ、
Ｓｉｎ、上では反応しない。従って選択性が得られる原
因となる。

（２）式のＨ２還元反応はＳｉ上でも、Ｓｉ０ｇ上でも
行ゎれる可能性がある。

反応がＳｉ還元反応のみによる場合は下地のＳｔが気相
のＳｉＦ、となって食われてゆくため、通常の場合は■
２還元反応を併用する。

しかし、（１）式の場合はＳｉとの界面に生成したＷＳｉｘ層が
反応のバリアとなり、１０００Å以上成長することはで
きない。（典型例４００人）（２）式の場合はＳｉＯ□の酸素原子（０）がＷＦ、に
よりＷＯＦｎの形で抜き取られ、ＳｉＯ□の表面近傍に
Ｓｉ過剰層ができる。このＳｔ過剰のＳｉｎｇはＳｔの
結合手は０２で充たされていないため、すなわち活性な
Ｓｉの結合手が表面にあるため、ＳｉＯ□上に碕が堆積
するようになり、マスクとしての機能はなくなる。この
場合は、５０００Å以上成長することはできない。

（典型例２０００人）〔発明が解決しようとする問題点〕従来例では、コンタクト孔内に選択成長する導電層とし
てタングステンを用いていたため、厚く成長できなかっ
た。

またコンタクト孔内にタングステンを埋め込んで基板を
平坦化できない。従って、っぎの層形成の精度を向上さ
せ得る高集積化プロセスが得られない。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点の解決は、珪素（Ｓｉ）上に二酸化珪素（Ｓ
ｔ（ｈ）よりなるマスクパターンを形成し、反応ガスと
して六弗化タングステン（ＷＦｉ）と、珪素を含み、か
つ反応中該二酸化珪素上に珪素を析出しないガスとを用
いて珪素上にのみタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）
を成長させる本発明によるタングステンシリサイドの選
択成長方法により達成される。

前記珪素を含む反応ガスとして、テトラクロル’７ラン
（ＳｉＣ１ｎ）、トリクロ）Ｌｔシラ７（ＳｉＨＣｌｓ
）、あるいはジクロルシラン（ＳｉＨｚＣｌｚ）生塩酸
（ＨＣｌ）を用いると有効である。

〔作用〕

Ｓｉを含むガスにおいて、モノシラン（Ｓｉｌｌｙ）や
５ｉＨ２Ｃ１２に比較して、ＳＩＣ，１４，５ｔＨＣ１
３は塩素原子（ＣＩ）の結合力が水素原子（Ｈ）のそれ
より極めて大きいため、反応容器中のガスは加熱により
分解することが少なく、従ってＳｉＯ□上にＳｉ核を析
出しない。

Ｓｉ０ｇ上にＳｉ核が生成すると、−はこの上に堆積し
、Ｓｉｎ、のマスク機能はなくなる。

５ｉＨｚＣ１ｚにＨＣＩを加えると有効であるのも、上
記の理由による。

従って、５ｉＣＩａ　、５ｆ）ＩＣＩｚは５ｉＯ１上で
は反応しない。Ｓｉや金属上では反応が進み、ここでは
ＳｉとＷＦｂより供給されるＷとが交互に堆積し、還元
反応に寄与するＳｔを気相から供給できるため、厚く成
長することができる。

また、ＳｉＣ１ｇ　、５ｉＨＣ１＋を用いてもガス流の
線速度があまり遅いと、反応室内においてガスの温度が
上昇し、ガスが分解して５ｉＯ１のマスク機能が失われ
るため、線速度は５０ｃｍ／ｓｅｃ以上とし、例えハ４
００ｃｍ／ｓｅｃのとき十分な選択性が得られる。

〔実施例〕

第・１図は本発明による、Ｓｉ基板上への−ｓｉｘの選
択成長を説明する基板断面図である。

図において、Ｓｔ基板１上全面にＳｉｎ、層２を被着し
、６１０□層２を開口し、コンタクト孔３を形成する。

つぎに、ＷＦｈと５ｉＨＣ１＋を用いたＣＶＤ法による
ＷＳｉ、の選択成長により、コンタクト孔３内にｈｌｓ
ｉい層４を堆積する。

ＷＳｉ、のＣＶＤ条件は、５ｉＨＣＩｖ　　　：　５００ｃｃ　／ｍｆＷＦａ　　
　　：　１００ｃｃ　／ｗｉｎＨ−ｚ　　　　　：　　
６Ｉｌ、／＋＋ｉｎ基板温度　ニア００℃ ガス圧力　：　　　ｌ　ＸＩＯ”　Ｐａである。

このとき、ガス流の線速度があまり遅いと、反応室内に
おいてガスの温度が上昇し、ガスが分解してＳｉＯ□の
マスク機能が失われるため、線速度　　：　　　５０ｃ
ｍ／ｓｅｃ以上とする。

この根拠は、つぎの結果による。

４＃ウエハを用いた実験結果によると、ＷＳｉＸの核が
、線速度が２０ｃｍ／ｓｅｃではウェハ全面に生成し、
１００ｃｍ／ｓｅｃではウェハの周辺部のみに生成し、
４００ｃｍ／ｓｅｃではウェハ上には全熱生成しない。

この例の場合の反応式は、−がＳｔに入る反応は不明で
あるが、５ｉｌｌＣ１３＋ｌＩ□→Ｓｉ＋３１１ＣＩ、　　・・
・（３）が主なものである。

この場合の成長可能な膜厚は、少なくとも１．０μｍで
ある（勿論Ｓｉ０ｇ上への析出なしで）。

また成長層の比抵抗は、Ｓｉのみの場合は高々１０−３
Ωｃｍであるのに対して、１０−’〜１０−３Ωｃｍで
ある。

以上の例は反応ガスとして５ｉＨＣＩ、を用いたが、こ
の代わりに５ｉＣ１４、あるいは５ｉＨｚＣ１ｚ　＋　
ＩＩｃＩを用いても略同様の結果が得られた。

この場合の反応式も、途中過程は複雑で不明であり、５
ｔＨ０ｌｓの場合と同様に−がＳｉに入る反応は不明で
あるが、ＳｉＣ１ｍ　＋　２Ｈｚ→Ｓｉ　＋４ＨＣ１，・・・（
４）ＳｉＨｚＣｈ　　　→Ｓｉ　＋２Ｈ（１：１．　　
ｊ　＋　’　（５）が主なものである。

第３図は本発明を実施したＣＶＯ装置を説明する模式的
な断面図である。

図において、金属台３１には基板ｌを載置するカーボン
製サセプタ３２と排気口３３が設けられ、反応室として
石英製のベルジャ３４が、金属台３１上に気密に載置さ
れる。

ベルジ＋３４の上部にはガス導入口３５が設けられおり
、ここより反応ガスや、キャリアガスを導入する。

また、ベルジャ３４の周囲より赤外線（ＩＲ）ランプ３
６で基板ｌを加熱する。

本発明の実施例は以上の構造のＣｖＤ装置を使用した。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、タングステ
ンシリサイドの選択成長を可能にし、コンタクト孔内に
選択的に導電層としてのタングステンシリサイドを厚く
成長することができる。

そのため、コンタクト孔内にタングステンシリサイドを
埋め込んで基板を平坦化でき、高集積化プロセスが得ら
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による、Ｓｔ基板上への−Ｓｉつの選択
成長を説明する基板断面図、第２図は従来例による、Ｓｉ基基土上の−の選択成長を
説明する基板断面図、第３図は本発明を実施したＣＶＤ装置を説明する模式的
な断面図である。図において、１はＳｉ基板、２はＳｉＯ□層、３はコンタクト孔、４はＷＳｉＸ層、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）珪素（Ｓｉ）上に二酸化珪素（ＳｉＯ＿２）より
なるマスクパターンを形成し、反応ガスとして六弗化タ
ングステン（ＷＦ＿６）と、珪素を含み、かつ反応中該
二酸化珪素上に珪素を析出しないガスとを用いて珪素上
にのみタングステンシリサイド（ＷＳｉ＿ｘ）を成長さ
せることを特徴とするタングステンシリサイドの選択成
長方法。
（２）前記珪素を含む反応ガスがテトラクロルシラン（
ＳｉＣｌ＿４）であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のタングステンシリサイドの選択成長方法。
（３）前記珪素を含む反応ガスがトリクロルシラン（Ｓ
ｉＨＣｌ＿３）であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のタングステンシリサイドの選択成長方法。
（４）前記珪素を含む反応ガスがジクロルシラン（Ｓｉ
Ｈ＿２Ｃｌ＿２）と塩酸（ＨＣｌ）とよりなることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のタングステンシリ
サイドの選択成長方法。