JPS62253770A - 金属薄膜形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気相成長方法によって反応容器内で基体上に金
属薄膜を形成する金属薄膜形成方法に係り、特にシリコ
ン酸化膜等の前記薄膜が接着しにくい基体上に低温かつ
高速で薄膜を形成するのに好適な金属薄膜形成方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

ＭＯ８ＬＳＩのゲート電極配線には主にポリシリコンが
用いられてきたが、高速化、高集積化の要求に答えるに
はより比抵抗の低い材料、例えば金属や金属シリサイド
を用いる必要が出てきた。特にタングステン、モリブデ
ンなどの高融点金属は抵抗が低いだけでなく、熱的安定
性が高いため、□　ポリシリコンと同様に不純物のドー
ピングやその後の熱処理等だ対する耐性を有しており、
ＬＳＩの電極配線材料として注目されている。これらの
−ム蒸着、気相成長法があるが、今後の高集積化への方
向を考慮すると、素子への損傷、ステップカバレッジ（
段差被覆性）、抵抗率等から気相成長法が最も有望であ
る。これらの膜の気相成長法では、加熱した基板上でノ
・ロゲン化金属を水素等で還元する方法が一般に用いら
れている。このうち、ハロゲン化金属の蒸気圧が高いた
め最も広く行われているＷＦ６とＨ２を用いたＷ膜の形
成方法を例にとると、文献シンソリッドフィルム第５２
巻（１９７８年）１８１−１９４頁（Ｔｈ１ｎ　５ｏｌ
ｉｄ　Ｆｉｌｍｓ。

５２（１９７８）ＰＰ１８１−１９４　　）に記載され
ているように、ＷＦ６をα６　ｇｃｃｍ　、　Ｈ２を１
０１０３００８ｃの流量で流した常圧気相成長方法にお
いて、４００−７００℃に加熱した８１基板上にＷ膜を
形成させることが出来る。成膜速度は４００℃に基板を
加熱したときに約４ｏｏＸ／−で、膜の純度は良好であ
る。また反応容器内を減圧した減圧気相成長方法におい
ても同様にＷＦ６とＨ２を厘料ガスとして用いるととく
よシ、Ｓｉ基板上Ｖｃｗ膜が形成することが知られてい
る。しかし、この方法は基板から８１あるいはＡ１等の
金属の場合は比較的簡単に成膜するが、基板がシリコン
酸化膜（Ｓ１０□）やシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）の
場合には膜形成が生じないが、膜形成した場合でも接着
性が著しく低くＷ膜形成後のエツチングやアニール工程
でＷ膜と基板がはく離することが多い。この傾向はＭｏ
Ｆ６やＭ。ｏ１５をＨ２によって還元することによって
形成するＭｏ膜についても同様である。そこで基板と金
属膜の接着性を向上させるため、特開昭５８−１０７６
２５号に開示されているようにＨ２雰囲気下で基板を高
温に加熱し、接着不良の一因と考えられる基板上に残存
しているハロゲン化物、酸素、炭素等の不純物を除去す
る方法が開示されている。この方法は装置の変更なしに
接着性の改良が出来るものであるが、効果を得るために
は工数が増加し成膜に要する時間を長く必要とする点に
問題があった。また、この方法の場合基板の温度を高く
する必要があシ、このことはＬＳＩプロセスにおいて基
板のそシ、欠陥生成、ドーパントの再分布等を防ぐため
に強く望まれているプロセス低温化の要請に配慮がされ
ていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記したように従来技術では、特定の基板上ＫＷ等の金
属膜を成膜することはできるが、シリコン酸化膜やシリ
コン窒化膜上に低温プロセスで膜の接着性良く成膜する
ことが難しいという問題があった。

本発明は上記問題点を解決しようとするもので、その目
的は、どのような基板上であっても低温で接着良く金属
薄膜を形成可能な金属薄膜形成方法を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

前記の目的を達成するため本発明では、還元ガスと希ガ
スをプラズマ化し、生成した活性種を反応容器内に導入
するとともに、別の導入口よジノ・ロゲン化金属ガスを
反応容器内に導入し、反応容器内に設置され所定温度に
加熱された基板上に金属薄膜を形成させた。

気相生長法による金属薄膜の形成は、ノ・ロゲンＩしＪ
　Ｊ　、１−ｒｖｙ　＋＋ｆ　Ｉ＋　ｚ　ｍｗｌｆ　）
　’Ｌ　Ｊ？　　＞　Ｍ４１ｊｑｌｆｆｋ膜生長の核と
なるＨ原子が基板上に存在することが必要である。従来
の気相成長法の場合、上記Ｈ原子は基板表面に吸着した
Ｈ２分子が表面の触媒効果による熱解離反応によって形
成するが、基板がシリコン酸化膜やシリコン窒化膜の場
合、Ｈ２が吸着しＫくいかあるいは触媒作用が小さく熱
解離反応が起こシにくいためＨ原子の生成確率が小さく
、したがって、このような基板上では膜形成が起らなか
った夛、接着性の悪い膜しか形成しないと考えられる。

それだ対して本発明では、プラズマ中で、すなわち気相
中でＨ原子が生成するため、膜形成の可否の基板表面依
存性が小さくシリコン酸化膜やシリコン窒化膜上でも容
易に膜形成する。

またＨ２と希ガスを混合してプラズマ化することによシ
、金属薄膜と基板との接着性が向上する。

この原因はプラズマ中に生じた活性種による基板表面の
クリーニング効果等が考えられる。

ここで、プラズマはμ波放電、高周波放電、マイクロ波
ａｃＲ（電子サイクロトロン共鳴）等により生成させる
ことが出来るが％　Ｈ２と希ガスの混合ガスのみを放電
させることが重要であシ、ノ１０ゲン化金属ガスも同時
忙放電させノ・ロゲン化金属ガスのプラズマを生成させ
ることは好ましくない。

ハロゲン化金属プラズマ中には多種の分解種が存在する
ため、膜生成反応が複雑になり、膜中ヘハロゲン等の不
純物の取り込みが起こる可能性があシ膜と基板の接着性
にも悪影響を与える。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

先づ本発明の形成方法を実施するのに好適な装置につい
て説明する。

第２図に示す如く、反応容器１内に基体である基板２を
載置する加熱用ステージ３が設けられる。

反応容器１の一端側に設けられる石英製放電管１２はＨ
２とＡｒの混合ガスの反応容器１への導入口を兼ねてい
る。石英製放電管１２にはマイクロ波発生器１５で発生
したマイクロ波が同軸ケーブル１４とマイクロ波共振器
１３により導入され、Ｈ２とＡｒの混合ガスのプラズマ
１６が発生される。

石英製放電管１２にはＨ２ボンベ４がガス流量調整器７
を介して連結され、またＡｒボンベ５がガス流量調整器
８を介して連結される。前記石英製放管１２の混合ガス
導入口の位置と異なる反応容器１の位置に、ＷＦ６ガス
専用の導入口１１が設けられ、ＷＦ６ボンベ６がガス流
量調整器９を介して導入口１１に連結される。

反応容器１の適宜の位置に排気バルブ１０が設けられ図
示しない真空排気系に連接される。

次にこの装置を用いる金属薄模形成方法の作用を第１図
に基づいて説明する。

反応容器１を１０−”Ｆｏｒｒ以下の真空に排気すると
ともに基体２を約４００℃に加熱した後、Ｈ２，Ａｒを
反応容器内に導入する。Ｈ２，Ａｒの流量はガス流量調
整器７．８によってそれぞれ２００Ｓｃｃｍ　、　１２
０Ｓｃｃｍ　に保持する。このときのＨ２とＡｒの比率
に関しては、Ｈ２１に対しＡｒをα１以上とすることが
接着性を向上させる上で好ましい。なお、プラズマが容
易に生ずる条件、すなわち反応容器内の圧力に関しては
、広い圧力範囲で放電が起こるという観点からはＡｒの
比率を高くするほど有利である。

しかし、Ａｒの比率を高くするとＨ２の分圧が低下する
ため膜形成速度が低下する場合があり、Ｈ２とＡｒの比
率は前記したＨ２１に対してＡｒα１以上の範囲でプラ
ズマの安定性と膜形成速度のバランスから決定した。Ｈ
２とＡｒを前記した流量で流しつつ排気バルブ１０の開
度を調整することによシ反応容器１内の圧力を４Ｔｏｒ
ｒ穆度に保つ。そこでマイクロ波発生器１５を発振させ
、石英製放電管１２にマイクロ波を導入するとプラズマ
１６が発生する。

マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨ２，マイクロ波パワ
ーはＳＯＷとした。次にＷＦ６を流量調整器６によって
６８ｃａｎの流量で反応容器１内に導入し、排気バルブ
１０の開度を再調整して反応容器１内の圧力を５　Ｔｏ
ｒｒ　Ｋ調整した。ＷＦ６導入後５分経過して各ガスの
供給を停止すると同時に反応容器１の残留ガスを排気す
る。また基板２の加熱も終了する。基板２が１００℃以
下に冷却された後、反応容器１内をリークし基板２を取
シ出した。この操作により基板上に約３０００＾のＷ膜
が形成した。

膜の比抵抗は８−１２μΩ・菌と良好であった。また基
板２の材質を（１）ウェハ、（２）表面を熱酸化したＳ
１ウエハ、（３）石英ガラス、（４）表面を窒化したＳ
１ウエハおよび（５）表面をＡ１蒸着したＳｉウエノ１
と種々変えて実験したが、いづれの場合も同等の高品質
のＷ膜が基板上に形成した。

また形成したＷ膜の上に接着テープ（住友スリーエム８
１０型）を貼着した後、再びテープを引きはがすという
膜の基板への接着性テストを行なった結果、上記の何れ
の基板材質の上にＷ膜を形成した場合でも、テープ引き
はがし時にＷ膜が基板からはがれるということはなく接
着性は良好であった。

以上に説明した実施例から明らかのように本発明は、低
温プロセスで基板との接着性のよい金属薄膜を気相成長
法によ多形成できるという効果がある。また、本発明の
使用範囲は、実施例で述べた成膜条件、原料ガスに限ら
すノ・ロゲン化金属としてＷｃ１４　、Ｗｃ１５　、Ｍ
ｏｒ６．Ｍｏ０１５　、Ｔｉｃ１４　、ＴａＣｌ５　。

”ｔＦ６　＋　Ｉｒ　Ｆ６　、　Ｒｅ　Ｆ６等を用いれ
ば対応する金属の薄膜を形成することに適用出来る。ま
た希ガスとしてＨｅ、Ｘｓ等を用いても本実施例と同様
の効果で薄膜を形成することができる。さらにＨｚと希
ガスの混合ガスのプラズマ発生はマイクロ波によるもの
だけでなく、容量結合型、誘導結合型の高周波プラズマ
おるいはマイクロ波ＥＣＲプラズマ発生装置によつても
可能のことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかの如く、本発明によれば、金属およ
び金属化合物薄膜を８１０２等の基体に接着性良く形成
出来るため、Ｗ、ＭＯ等を配線材料やゲート電極材料と
して用いた高集積、高ＬＳｉの製造プロセス忙おける歩
留りの向上、製品の信頼性向上に効果を発揮する。また
低温で上記薄膜が出来るため、ＬＳｉプロセスにおいて
大口径ウェハを用いてもそシの問題が生じないため大バ
ッチ処理忙よる生産性向上にも寄与する所大である。さ
らに１本発明は気相成長法であるため金属膜の段差被覆
性が良く、段差が急峻な各種多層配線デバイスの配線形
成にも好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の形成工程を示す工程図、第２
図は第１図に用いられる装置の構成図である。 １・・・反応容器 ２・・・基板 ３・・・ステージ ４・・・Ｈ２ボンベ ５・・・Ａｒボンベ ６・・・ＷＦ６ボンベ ７．８．９・・・ガス流量調整器 １０・・・排気バルブ １１・・・導入口 １２・・・石英製放電管 １３・・・マイクロ波共振器 １４・・・同軸ケーブル １５・・・マイクロ波発生器 １６・・・プラズマ◇ １．・″で、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気相成長方法によって反応容器内の基体上で金属お
   よび金属化合物を還元ガスによって還元させ、前記基体
   上に金属および金属化合物の薄膜を形成する金属薄膜形
   成方法において、前記金属および金属化合物としてハロ
   ゲン化金属ガスを用い、前記還元ガスとして水素ガスと
   希ガスの混合ガスを用いるとともに、前記反応容器の前
   記ハロゲン化金属ガスが導入される導入口と異なる導入
   口より、プラズマ化した前記混合ガスを前記反応容器内
   に導入し、前記基体上に金属および金属化合物の薄膜を
   形成することを特徴とする金属薄膜形成方法。 ２、前記ハロゲン化金属が、ＷＦ＿６、Ｗｃｌ＿４、Ｗ
   ｃｌ＿５、ＭｏＦ＿６、Ｍｏｃｌ＿５、Ｔｉｃｌ＿４、
   Ｔａｃｌ＿５、Ｎｂｃｌ＿５、ＰｔＦ＿６、ＩｒＦ＿６
   、ＲｅＦ＿６の何れか１つであり、前記希ガスがＡｒ、
   Ｈｅ、Ｘｅのいづれか１つであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の金属薄膜形成方法。