JPS62230981A

JPS62230981A - 薄膜形成方法

Info

Publication number: JPS62230981A
Application number: JP7331586A
Authority: JP
Inventors: Iwao Kunishima; 巌國島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1987-10-09

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］コ的］（産業上の利用分野）本発明は、薄膜形成方法に係り、特に、気相成長法によ
り良質の金属膜あるいは金属化合物膜を形成する方法に
関する。

（従来の技術）従来、気相成長法を用いた薄膜形成には、例えば石英製
の反応管の長手方向に垂直に彼処１！Ｉ！基板を配置す
る拡散炉形式の薄膜形成装置が用いられている。この装
置は、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜あるいは多結晶
シリコン膜等の形成に広く利用されてきた。

しかしながら、最近前記形式の薄膜形成装置を用いて、
気相成長法により金属膜あるいは金属化合物膜を形成す
る試みが盛んに行なわれるようになってきており、次に
示すような問題点が明らかとなり始めている。

例えば、前述したような薄膜形成装置の反応管内で六弗
化タングステン（ＷＦ６）ガスと水素（８２）ガスの混
合ガスを用いて気相成長法によりタングステン（Ｗ）１
膜を形成するに際し、被処理基板としてシリコン（Ｓｉ
）基板表面に絶縁膜、例えば二酸化シリコン（Ｓｉ　０
２　）膜が部分的に形成されたものを用いた場合、該５
１０２膜の表面にはＷ膜の成長はみられず、５ｉ基板表
面或いは既に形成されているＷ薄膜の表面にのみ選択的
にＷ薄膜が成長覆る。このような選択性を利用してＷ薄
膜の気相成長法は高密度集積回路における配ａｅの形成
等に用いられている。

ところが、前述の如き石英製の反応管を用いてＷ薄膜の
気相成長を繰り返し実施した場合、Ｗ薄膜の８１０２膜
に対する前記選択性が低下すると共に、反応管の内壁部
にもＶｌ膜が付着し始めるという現象が現われてくる。

この結果、同一反応管内でのｙＡＶＪ堆積時間が長くな
ると、被処理基板上でのＷ薄膜の３ｉ０２膜に対する前
記選択性が低下するという現象に加えて、Ｗ薄膜の堆積
速度が急速に低下していくという現象が現われる。

第３図は、このような薄膜形成装置において反応管内の
温度を３５０℃および６００℃に設定した場合の累積堆
積時間と堆積速度との関係を示す図である。曲ａｂ１．
ｂ２は夫々３５０℃、６００℃の場合について示す。こ
の図より明らかなように、反応炉内温度３５０℃の場合
においては、堆積速度は累積堆積時間が４時間以内では
一定であるが、４時間を越えると急速に低下し、約５時
間後に初期堆積速度の１／２にまで低下する。

一方、反応炉内温度６００℃の場合においては、堆積速
度は累積堆積時間が２＠間以内では一定であるが、その
後急速に低下し、約２時間３０９漫に速度が零となり、
膜形成が不可能となる。

また、第４図の曲線Ｂは、同様の薄膜形成装置を用いて
、Ｗ薄膜を形成した場合の反応炉内温度とのべ１０時間
堆積を行った場合の平均堆積速度との関係を示す。この
曲１６Ｂより、４００℃以上の高温では、成長速度が減
少に転じる様子が明らかである。これは４００℃以上の
高温でＷ膜を形成すると、初期成長速度は大きいが、反
応管内壁部にＷ膜が急速に付着する結果、反応生成物ガ
スである弗化水素（ＨＦ）ガスが多聞に発生し、被処理
基板上に堆積されたＷ膜がエツチングされ始めるためと
考えられる。このように、従来の方法では、高温下にお
ける高速のＷ膜形成が不可能となるばかりでなく、任意
の膜厚のＷ膜を形成することが不可能となる。また、累
積堆積時間が増すにつれて、反応炉内壁部にＪ「積した
Ｗ膜が気相成長工程中に剥がれ落ちることにより被処理
基板上に被着して粒子状の欠陥を生ぜしめ、集積回路の
′ＩＸ密度化をはばむ重大な問題となっている。

（発明が解決しようとする問題点）このように、気相成長法による薄膜形成に際しては、反
応管内での金属膜あるいは金属化合物膜の累積堆積時間
が増大するにつれて、堆積速度の低下および選択性の低
下が生じるという問題があった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、累積堆積
時間の増大に対しても、堆積速度および選択性の低下な
く、良質の金属膜および金属化合物膜を形成することを
目的とする。

［発明の構成１（問題点を解決づるための手段）そこで本発明の方法では、形成に先立ち、反応管の内壁
部を絶縁膜で被覆すべく、絶縁膜を形成する工程を含む
ようにしている。

（作用）これにより、反応管内壁部が新たに形成された絶縁膜で
被覆された状態で気相成長が行なわれるため、原料ガス
の反応管内壁部での消費がなく、かつ反応生成物ガスと
の反応も抑制され、被処理基板上でのみ良好に反応が進
行し、高速でかつ制御性良く金属膜あるいは金属化合物
膜を析出させることができる。

また、反応管内壁部の被着物の剥がれ等による欠陥等も
なく、高温雰囲気下においても高速で良質の薄膜形成を
行なうことができる。

（実施例）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図は、本発明実施例の薄膜形成方法に使用する気相
成長装置を示す図である。

この装置は、石英製の反応管１と、該反応管内に所定の
ガスを供給する第１乃至第５のガス供給系２，３．４．
５．６と、該反応管内のガスを排気する真空ポンプから
なる排気系７と、前記反応管内でガスの流入方向に対し
て垂直となるように複数枚の被処理基板８を支持する石
英製のボート９ど、該反応管内の温度を制御するヒータ
１０とを具備しており、該被処理基板８上に化学的気相
成長法によって薄膜を形成するようにしたものである。

尚図中１１．１２，１３．１４．１５は夫々バルブを示
している。

次にこの装置を用いてＷ薄膜を形成する方法について説
明する。

まず、反応管１およびボート９を洗浄した後、該ボート
に、被処理基板８を載せ、反応管１内に設置し、反応管
内を真空排気した後該反応管内の温度が３５０〜６００
”Ｃとなるように設定する。

続いて、反応管１内に、夫々第１および第２のガス供給
系２，３からＷ　Ｆ　ｅガスおよびＨ２ガスを導入し、
第２図（ａ）に示ず如く、該被処理基板上にＷ１１！、
！２１を約０．１〜１μｍの厚さに成長ゼしめる。

この後、バルブ１１．１２を閉じて第１および第２のガ
ス供給系２，３からの反応ガスの供給を停止し、温度を
下げた後、第３のガス供給系４から反応管内にアルゴン
ガスを供給して、彼処１！Ｉ！基板８を反応管１からと
り出ず。

そして、再び該ボート９を反応管１内に戻し、真空排気
した後、反応管内を５００〜７００℃に加熱し、第４お
よび第５のガス供給系６，７から夫々、シラン（ＳｉＨ
４）ガスおよび酸素（Ｏ２）ガスを導入し、第２図（ｂ
）に示す如く、反応管内壁およびボートの表面に酸化シ
リコン（ＳｉＯ２）膜２２を０．１〜１μ１１程度被者
せしめる。

そしてガスの供給を止め、放熱後該ボートをとり出し、
再び新しい被処理基板８°を載せて反応管１内に設置し
、同様の工程を繰り返して、被処理基板８°上にＷ膜を
形成する。

このようにして、Ｗ膜の形成および、反応管内壁および
ボートの表面へのＳｉＯ２膜の形成を交互に繰り返ずよ
うにすればよい。

第２図（Ｃ）は、３回目のＷ膜２１を形成した状態を示
す図であり、反応管の内壁およびボートの表面には、夫
々、２回目のＷ膜の形成前および３回目のＷ膜の形成前
に被着した２層のＳｉＯ２膜２２．２３が形成されてい
る。（なお、この図にＪ３いて、ボート上のＳｉＯ２膜
は省略した。）このようにして、Ｗ膜を形成した場合の
６００℃における累１ｔＪ堆槓時間と堆積速度との関係
を第３図に曲線ａで示す。曲線ｂ１．ｂ２は前述したよ
うに従来の方法によって形成した場合についての関係曲
線である。この図から明らかなように、従来の方法では
、累積堆積時間の増加に伴って堆積速度は急速に低下し
、約２時間３０分以上にわたる膜形成は、不可能であっ
たのに対し、本発明の方法を用いた場合２０時間以上連
続して堆積してもＩｔ槓速度の変動率は５パ一セント以
内におさまっている。

また、反応管内の温度を変化した場合ののべ１０時間の
堆積による平均堆積速度と温度との関係を第４図に曲！
ｆｊＪへで示す。曲線Ｂは前述したように従来例の方法
によるものである。

この図から明らかなように、従来の方法では、４００℃
以上で平均堆積速度が減少に転じたのに対し、本発明の
方法を用いた場合、７００℃まで″堆積を行なっても平
均堆積速度はほぼ一様に増加している。

更にまた、反応管内の温度が３５０℃であるとき、のべ
１０時間准栢を繰り返した場合の成長膜（Ｗ膜）表面の
粒子状欠陥密度は、従来５００ケ／ｄであったが、本発
明の方法によれば０．２ケ／ｃｄと大幅に低くなってい
る。

また、従来の方法では、堆積回数の増加に伴い、粒子状
欠陥密度がｊｌ大するが、本発明の方法を用いた場合に
はほとんど変化はみられず、のべ２０ｒｆｆ間の堆積を
操り返した場合にも欠陥密度は、０．３ケ／　ｃｉ程度
であった。

加えて、被処理基板が、絶縁膜とシリコン層表面との混
在する表面をもつものであるときも、極めて選択性良く
、Ｗｖを形成することができた。

なお、実施例では、Ｗ膜の形成について説明したが、Ｗ
膜に限定されるものではなく、モリブデン（Ｍｏ）、タ
ンタル＜Ｔａ）およびこれらの硅化物やアルミニウム（
Ａｊり等、他の金属および金属化合物の薄膜形成にも適
用可能である。

また、実施例では、Ｗ膜の形成に先立ち、５１０２膜を
形成したが、ＳｉＯ２膜に限定されることなく窒化シリ
コン膜（ＳｉＮ＞等、気相成長の可能な絶縁膜であれば
適用可能である。

更にまた、１回毎に絶縁膜を形成するのではなく金属膜
あるいは金属化合物膜を引き続き２回以上形成した後に
絶縁膜を形成する工程を繰り返すようにしてもよい。

また、実施例では、Ｗ膜の形成復、ＳｉＯ２膜形成前に
、被処理基板を反応管内より取り出したが、被処理基板
上に形成されたＷ膜上に更にＳｉＯ２膜をｆ１層する場
合にはそのまま、連続的に形成覆ればよい。

加えて、薄膜形成装置の構造および材質は、実施例に何
ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲内で、適宜変形可能である。

［発明の効果］以上説明してきたように、本発明の方法によれば、金属
膜あるいは金属化合物膜の形成に先立ち、反応管の内壁
に絶縁膜を形成するようにしているため、累積堆積時間
が増大しても堆積速度が低下することなく、良質の薄膜
を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の薄膜形成方法に用いる気
相成長装置を示ず図、第２図（ａ）乃至（Ｃ）は、上記
装置を用いたＷ膜形成工程を示す図、第３図は、本発明
実施例の方法および従来例の方法によってＷ膜を形成し
たときの累１ｉｆＪ堆積時間と堆積速度との関係を示す
図、第４図は、本発明実施例および従来例の方法によっ
てＷ膜を形成したときの反応管内の温度とＷ膜の平均堆
積速度との関係を示す図である。１・・・反応管、２，３．４，５．６・・・ガス供給系
、７・・・排気系、８，８°・・・被処理基板、９・・
・ボート、１０・・・ヒータ、２１・・・Ｗ模、２２．
２３・・・ＳｉＯ２膜。第３図炊肉　温”−（’Ｃ）第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）気相成長法を用いて、反応管内で被処理基板表面
に金属膜あるいは金属化合物膜を形成する薄膜形成方法
において、形成に先立ち、前記反応管の内壁を絶縁膜で被覆すべく
、絶縁膜を成長せしめる絶縁膜形成工程を含むようにし
たことを特徴とする薄膜形成方法。
（２）前記絶縁膜は、酸化シリコン膜又は窒化シリコン
膜であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載の薄膜形成方法。