JPS63223174A - 金属膜の形成法 - 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〕 本発明は化学気相成長法による金属膜の形成法に係り、
特に半導体用金属膜の形成に好適な化学気相成長法に関
する。

〔従来の技術〕

従来の金属膜形成法には２周知のごとく物理蒸着法と化
学気相成長法とがある。

物理蒸着法では、蒸着に指向性があり２段差を有するパ
ターンに対しては形成膜の膜厚均一性が悪く、アスペク
ト比の大きい溝の側壁に膜厚均一性よく金属膜を形成さ
せることは困望であった。

このため段差カバレージの優れた化学気相成長法の技術
開発が盛んになっている。しかし、この化学気相成長法
による金属膜の形成において２例えばアール・ソランキ
らによる。アブライドフィジクスレタ−（Ｒ，５ｏｌａ
ｎｋｉ　ｅｔ　ａｌ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ。

Ｌｅｔｔ、）　４１巻（１９８３年）第１０４１頁に述
べられているように、有機金属が主として用いられてい
る。

このため、形成した金属膜中に炭素が残存し、電気抵抗
が十分下がらないという問題があった。これを避けるた
め９例えばニス・デー・アレンらによる。ジャーナルオ
ブアプライドフィジクス（Ｓ、　Ｄ、　Ａ１１ｅｎ、　
Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、）　５４巻（１９８３年
）第１６４１頁に記載されているように、金属ハロゲン
化物をソースとして用いる工夫がなされているが、金属
フッ化物以外は常温で固体であり、その取り扱いが困難
で化学気相成長法におけるソースとしては用いることが
できない。このため、金属フッ化物がよく用いられてい
る。ところが、金属フッ化物を用いた場合９反応系にお
いてフッ素あるいはフッ化水素が発生し、これが絶縁物
である酸化ケイ素（、ＳｉＯ，など）、窒化ケイ素（Ｓ
ｉ、Ｎ４など）と反応を起こすため、これらの絶縁物表
面上には金属膜の形成が困難であった。

また、ジー・エム・ノイマンらによる。ジャーナルオブ
レスーコモンメ多ルス（Ｊ、　Ｌｅｓｓ−Ｃｏａ＋ｍｏ
ｎＭｅｔａｌｓ）　３３巻（１９７３年）第２０９頁か
ら第２１８頁に。

溶融したＧａに塩素を反応させて塩化ガリウムのベーパ
を形成し、これとアルシンとを反応させてＧａＡｓの結
晶を形成させる方法が述べられているが、これは化合物
半導体の形成方法であって、金属膜の形成方法ではなく
２本明細書において説明する本発明の技術思想とは全く
異なるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したごとく、従来技術においては、有機金属または
金属フッ化物をガス状で送気し、これに熱的エネルギー
を与えて分解反応を起こさせて金属を堆積する化学気相
成長法である。このため。

金属膜中に炭素や酸素といった不純物が含有されたり、
あるいは酸化ケイ素や窒化ケイ素などの絶縁膜上に金属
が堆積できないなどの問題があった。

しかし、これらの問題を避けるための物理蒸着法では、
金属膜形成に指向性があり、基板上のパターン段差部で
の金属膜の被覆率が悪いなどの問題があった。

本発明の目的は、化学気相成長法によって、金属の電気
伝導率を下げるような不純物を含有しない高純度の金属
膜を２段差被覆率がよく、かつフッ素やフッ化水素と反
応を起こす酸化ケイ素や窒化ケイ素などの絶縁膜上にも
効率よく金属膜を形成させることができる高品質の半導
体用金属膜形成技術を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記本発明の目的を達成するためには、金属膜の電気伝
導率を低下させるような炭素や酸素などの元素あるいは
基板上に形成された酸化ケイ素や窒化ケイ素などよりな
る絶縁物表面に金属膜を形成させる場合には、その絶縁
物と反応するフッ素などの元素を含まない金属ソースを
用いることが望ましい。通常の場合には、金属塩化物を
ソースとすれば基本的に問題点は解決できる。しかし。

塩化物はほとんどの金属において固体であり９通常の気
相成長法の金属ソースとしては不適当である。

本発明は、所望する金属膜を形成させるための金属部材
と、それを被着し金属膜を形成したい基板とを適当な位
置関係で化学気相成長装置の反応容器内に配置しく第１
図）、ハロゲンガスを含んだガス、例えば塩素ガスを含
んだガスと上記金属部材をまず反応させて金属塩化物を
生成させ、この金属塩化物を、上記金属部材の近傍に配
置されている基板上で化学分解反応を起こさせて金属を
基板上に堆積させることにより、達成される。

本発明の化学気相成長法によって、金属膜の形成に用い
る金属は、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素などのハロゲン
ガスを含んだガスと反応し、金属ハロゲン化物を生成す
るものであればよく２例えばＷ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ
など、あるいはＡｎ、Ｃｕ。

ＡｇＩ　Ｐｄ、Ｚｒなど数多く挙げることができ、特に
用いる金属の種類を限定するものではない。また、上記
の金属と反応させるハロゲンガスのうちのフッ素は、基
板物質あるいは絶縁物質が酸化ケイ素や窒化ケイ素など
からなる場合には反応するので好ましくなく、フッ素と
反応しない基板あるいは絶縁物上に金属膜を形成させる
場合にのみ適用できる。そして９本発明の化学気相成長
法による金属膜の形成において２反応ガスとして塩素を
用いるのが、その反応性および取り扱い上からいって最
も好適である。

本発明の化学気相成長法の反応容器内において。

所望する金属膜を形成させるための金属部材とハロゲン
とを反応させる場合に、光励起下で行なうと金属ハロゲ
ン化物の生成効率が一段と向上するし、また金属ハロゲ
ン化物を基板上で化学分解反応させて金属を堆積させ金
属膜を形成させる場合においても、光励起下で行なうと
、その分解反応効率が高くなり、かつ分解温度を低下さ
せることができる。

〔作用〕

所望する金属膜を形成させるための金属部材と。

ハロゲンガスを含んだガス、例えば塩素ガスを含んだガ
スを導入し、適当な温度に昇温すると、導入゛した塩素
ガスと反応して金属の塩化物を生成する。この金属の塩
化物は昇華し基板表面まで達し。

基板温度がやはり適当な温度になっていると、この金属
塩化物は熱分解反応を起こし金属が基板表面に堆積し金
属膜が形成される。そして、水素などの還元性ガスが存
在すると熱分解の効率はさらによくなる。このとき、金
属部材と塩素をより効率よく反応させるために、塩素を
光分解した状態で使用するのもよく、さらに生成した金
属塩化物を、光化学反応を利用して分解させると金属の
堆積効率はさらによく、かつ金属塩化物の分解温度を低
くする効果がある６ 〔実施例〕 以下に本発明の一実施例を挙げ図面に基づいてさらに詳
細に説明する。

（実施例１） 本実施例ではタングステン金属膜形成の場合の一例をあ
げ説明する。

第１図に示す構造の化学気相反応装置を用い。

まず２反応容器１１内を真空排気系１２によって真空に
引く。反応容器内の圧力が１０”＠Ｔｏｒｒ台に達した
ところで、タングステンの金属バルク１および基板３の
ヒータ２および４に通電し、金属バルク１の温度を５０
０℃、基板３の温度を４００℃に制御する。それぞれの
温度が十分安定したところで、まず励起用光ビームであ
るゼノンクロライド（Ｘｅ（Ｊ）のエキシマレーザ７お
よびアルゴンフッ素（ＡｒＦ）のエキシマレーザ８を照
射し９反応ガス供給用ノズルｌＯより塩素ガスを２反応
ガス供給用ノズル９より水素ガスを導入する。エキシマ
Ｌ／−ｆの照射条件はＰ　Ｘｅ（４エキシマレーザ７が
２００ｍＪ／ｐ　（ミリジュール／パルス）、２０Ｈｚ
、アルゴンフッ素（ＡｒＦ）エキシマレーザ８が１５０
０１Ｊ／Ｐ、　２０Ｈｚであった。このときのレーザビ
ームはレンズ系を通さずに照射した。一方、塩素ガスお
よび水素ガスのマスフローコントローラで、塩素ガスを
２５ｓｃｃａ　を水素ガスを８００ｓｅｃｍ反応容器ｌ
ｌ内に導入した。このときの反応容器１１内の圧力は０
．２５Ｔｏｒｒ程度であった。この状態で反応を１５分
間継続した後、塩素ガス、水素ガスの供給を止め。

エキシマレーザの照射を停止した。つぎに、金属バルク
１のヒータ２および基板３のヒータ４への通電を停止し
、室温にまで温度を下げて基板３を取り出した。

二酸化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｏｚ　）コートしたシリコンウ
ェハよりなる基板３上にタングステン膜が形成されてお
り、その抵抗率は１０μΩ・Ｃｍとバルクタングステン
の約２倍であった。タングステン膜は６００ｎｍであっ
た。５ｉｎ２と得られたタングステン膜との接着性を、
いわゆるテープテストで評価したところ、形成したタン
グステン膜は５ｉｎ２面から剥がれることなく、接着性
が極めて良いことが分かった。また、得られたタングス
テン膜のオージェ電子分光スペクトルを調べたところ、
第２図にその分析結果を示すように、炭素や酸素に相当
するピークは見られず、これらの不純物もタングステン
膜中に存在していないことが分かった。

（実施例２） 次に、アルミニウム膜形成の場合について説明する。第
１図において、金属バルク１をアルミニウムに取り換え
た以外は、実施例１と同様であるが、金属バルク１のヒ
ータ２および基板３のヒータ４の設定温度を、それぞれ
４５０℃、３００℃とした。

また、ＸｅＣＱエキシマレーザは出力を上げ４００ｍＪ
／ρ、２〇七で照射した。その他の条件は実施例１と同
じである。

このようにすることにより、Ｓｉｎ、上にアルミニウム
膜を得ることができ、厚さは７００ｎｍであった。電気
的抵抗率は６μΩ・ｃｍでバルクの２倍と低いものであ
った。オージェ電子分光スペクトル測定では、炭素、酸
素のアルミニウム膜中での存在は認められなかったが、
わずかに塩素が残存していた。しかしこれも、基板温度
を３５０℃以上にすることによりアルミニウム膜中の塩
素のピークは消えた。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく２本発明の化学気相成長法に
よる金属膜の形成法によれば、基板上のパターン段差に
対する被覆率が物理蒸着法に比べ一段とよくなり、また
有機金属などのソースを用いないので電気伝導率を悪化
するような炭素、酸素などの不純物の混入もなく、高純
度で品質の良い金属膜を形成させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例において用いた化学気相成長法
による金属膜形成装置の構造を示す模式図、第２図は本
発明の実施例において得られたタングステン膜のオージ
ェ電子スペクトル分析を示すグラフである。 符号の説明 １・・・金属バルク　　　　２・・・ヒータ３・・・基
板　　　　　　　４・・・ヒータ５．６・・・窓　　　
　　　７，８・・・エキシマレーザ９．１０・・・反応
ガス供給用ノズル １１・・・反応容器　　　　　１２・・・真空排気系１
３・・・タングステンピーク位置 １４・・・炭素ピーク位置　　１５・・・酸素ピーク位
置代理人弁理士　　中　村　純之助 才１勺 １−−一桶ハ１ルフ ４−−一と一タ ５．６−魔 ７、８−一一エキシマレーサ゛１ ９．１０−−−＾Ｌ斌＝刀゛′７４六稀嗣ノズＩＬ１１
−−一反丸３遅 １２−嗅卓斡気千

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気相反応容器内に配置された基板上に、金属膜を形
   成させる化学気相成長法において、上記反応容器には、
   所望する金属膜を形成させるための原料である金属部材
   を上記基板と適当な位置関係に配置し、上記金属部材近
   傍にハロゲンガスを含んだガスを導入して、上記金属部
   材と反応させて金属ハロゲン化物の蒸気を生成させ、該
   金属ハロゲン化物の蒸気を、上記基板の表面に接触させ
   て分解し金属を基板上に堆積させることにより、所望す
   る金属膜を形成させることを特徴とする金属膜の形成法
   。 ２、金属部材とハロゲンガスを含んだガスとを反応させ
   て金属ハロゲン化物を生成させる反応は、光励起下で行
   うことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の金属
   膜の形成法。 ３、光励起は、ゼノンクロライドエキシマレーザによる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の金属膜
   の形成法。 ４、金属ハロゲン化物の蒸気を基板の表面に接触させて
   分解し金属を基板上に堆積させる反応は、光励起下で行
   う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１項に記載の金属膜の形成法。 ５、光励起は、アルゴンフッ素エキシマレーザによるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の金属膜の
   形成法。 ６、ハロゲンガスが塩素ガスであ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１項に記載
   の金属膜の形成法。 ７、気相反応容器内に還元性ガスを導入して金属膜を形
   成させることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第６項のいずれか１項に記載の金属膜の形成法。 ８、還元性ガスが水素ガスであることを特徴とする特許
   請求の範囲第７項に記載の金属膜の形成法。