JPS63250462A

JPS63250462A - 金属薄膜形成方法

Info

Publication number: JPS63250462A
Application number: JP8547987A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kusumoto; 淑郎楠本; Kazuo Takakuwa; 高桑　一雄; Hiroaki Hashinokuchi; 橋之口　浩昭; Tetsuya Ikuta; 哲也生田; Izumi Nakayama; 泉中山
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1987-04-07
Filing date: 1987-04-07
Publication date: 1988-10-18
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JP2657488B2

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〕本発明は金属薄膜形成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、表面の一部に絶縁薄膜を形成している基板の、前
記絶縁薄膜を形成していない部分にタングステンＷを選
択成長させるの釦、還元性ガスとしては鳥を用いている
。

第４図に示すように８１基板（１）の上に絶縁薄膜（２
）を形成していない部分（孔）（３）にタングステンＷ
を成長させる場合には次の反応によって成長が進行する
。

（１）　　ＷＦａ＋３／２８ｉ−Ｗ＋３／２ＳＩＦ４↑
上記（１）の反応は８１基板（１）そのものによる還元
反応で、（１１）の反応に比べ高速であるが、Ｗ膜が２
００〜３００Ｋに堆積すると自動的に停止する（第４図
において（４）で示すＭ）。その後は（１１）の反応が
（１）の反応によって生じたＷ膜（４）の上でのみ進行
し、Ｗ膜（５）の成長が継続される。

第５図に示すようにＳ＋基板（１）の上に導電性物質（
例えば、各種金属、メタルシリサイド、メタルナイトラ
イドなど）で成る薄膜（６）が形成され、この上に絶縁
薄膜（２）が部分的に形成されていて、これが形成され
ていない部分（孔）（３）にＷ膜（５）を形成する場合
には、上記（１１）の反応が導電性物質の薄膜（６）の
表面上でのみ進行しＷ膜（５）の選択成長が可能になる
と考えられる。

然しなから第６図に示すように導電性物質がアルミ＋１
＋ウムｍである場合には、当初（１）に代れる次の置換
反応ＯＩＤ　　ＷＦｓ　＋　２Ａｊ　−Ｗ＋　ｚＭｐ。

が生起し、その後、（１１）の反応が継続するという報
告がある（８ｔａｃｙ　、　Ｂｒｏｉｄｋａｎｔ　ｋ　
Ｎｏｒｃｏｔｔ；　Ｊ、ＥＩｅｃｔｒｏｃｈ６ｍＳｏｃ
、１３２（２）　４４４）〔従来技術の問題点〕第４図に示すように下地がシリコン面（ドープ。

ドシリコン、ポリシリコン、ドープドポリシリコンにつ
いても同様）の場合には、（＋＋）の反応が進行する際
、実際には（１）の反応が完全に停止せず、そのためＷ
膜（５）の成長に伴ない、第７図に示すように（第４図
は理想的にＷ膜が成長された場合を示している）、エン
クローチメント（８）、シリコン・コンサンプシ冒ン（
９）　、ワームホール（Ｌ＊ｆＺトのヨウな下地シリコ
ン（１）にＷ膜が侵入する現象や、シリコン部位の空洞
Ｕ化といつだ現象が惹起される。

これが浅い接合部のｔ光リーク、コンタクト不良の原因
となるなどの問題を生ずる。なお、第７図において（６
）は不純物拡散層（浅い接合部）を表わしている。

また、第６図に示すように、下地がアルミニウムＡ−ｔ
ｏ３の場合には、反応０１１）で生じる副生成物ＭＦ。

は不揮発性であり、水素還元で堆積されたＷ膜（５）と
アルミニウムＭ層（２）との間にＡｔＦ、を含む薄い層
（ロ）が介在する。ｋｌＦＳは不導体であるので、この
層（ロ）の介在によりコンタクト抵抗の増大又はコンタ
クト不良による歩留シ低下を起こすなどの問題を生ずる
。

その他、下地によらない問題点としては、反応（ｌｉ）
　ハ反応（１）に比べて遅い反応であるため、実用的成
膜速度は高々、１００ＯＸ１５＋であって、これを超え
ることはない。

また、Ｗ膜の表面形状が粗いなどの問題点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述の各問題点を解決し、良質で力１つ生産性
を向上させ得る金属薄膜の形成方法を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、少なくとも金属元素を含んだガスと還元性
ガスとを減圧下の反応槽内に導入して、表面の一部に絶
縁薄膜を形成している基板の、前記絶縁薄膜を形成して
いない部分に前記金属元素をもった金属薄膜を形成する
ようにした金属薄膜形成方法において、前記還元性ガス
は８ｉ元索を含み、前記金属元素を含んだガスに対して
還元性を有することを特徴とする金属薄膜形成方法によ
りて達成される。

〔作　用〕

上記の金属元素を富んだガスをＷＦ、　、及び還元性ガ
スをＳ　ＩＨｘ　Ｆ’、−ｘ　（Ｘ＝１〜４　）又は８
　ｉＨｙ　Ｃ１４−Ｙ　（ｙ＝０〜４）とした場合には
、次の気相シリコンによる還元反応が導体表面で生起す
ると考えられる。

（ｙ）　　ＷＦ、　−４−又８　ｉＨＸ　Ｆ、　−ｘ→
Ｗ＋　−Ｓｉｎ、　＋　３Ｈ。

（Ｘ＝１〜４）（Ｖ）　　ＷＦ６＋−８ｉＨｙＣ４−ｙ＋（３−−ｙ）
Ｈ，→Ｗ　＋　３／２　Ｓ　ｉＦ。

＋（６−−Ｙ）ＨＣｌ（ｙ＝０〜４） ■上記の反応４ｖ）（ψは共に反応（ｉｆ）より速い還
元反応であり、従来の水素還元によるＷ膜堆積の１０〜
４０倍程度（ｌｏｏｏｏ　〜１５０００　Ｘ／ｍｉｎ　
）の高速成長が可能になる。

■又、気相シリコン還元反応４Ｖ）（Ｖ）は固相シリコ
ン還元反応（））よりも生起し易い反応である為、（Ｖ
）（Ｖ）の還元反応によりＷ膜を堆積する場合、（＋）
Ｋよるシリコン下地へのダメージ（エンクローチメント
、シリコン・コンザンプシ璽ン、ワームホール）ハ殆ん
ど観測にかからないレベル（ｌｏｏＸ以下）に迄軽減さ
れる。従ってタングステン選択成長法１ＬｓＩ製造に応
用する際、最大の難点となっている電流リークの問題が
解決される。

■更に、４Ｖ）（ｖ）はＯＩＤよシも生起し易い反応で
ある為、Ｍ又はＭ合金表面上に不揮発性弗化物（ＡｌＦ
２）を生じない。この為Ｍ配線間の層間配線に、Ｗ選択
成長法を適用する際、最大の難点となっている導通不良
の問題が解決される。

■上記還元性ガスをＷＦ、流量の２倍以下に抑えた場合
には以下に挙げる非選択性シリサイド反応は抑制され、
ＷＳｊ、膜でなく選択Ｗ膜の堆積が可能となる。

（ｙ）　　ＷＦ、　−１−２８ｉＨＸ　Ｐ、−ｘ＋（７
−２χ）”ｔ　＝Ｗ８ｉｚ　＋　（１４−２χ）ＨＦ（
ｖ＋Ｄ　　ＷＦａ　＋　２８　ｉ　Ｈｙ　Ｃ４Ｙ＋（７
−ｚｙ）”ｚ→ＷＳ　ｉ２＋　６）任＋（８−２ｙ））
ｉＣｔ〔第１実施例〕第１図は本発明の方法が適用されるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｊ
　ｃ　ａ　ＩＶａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）　
装置の概略図であるが、真空槽図の一方の側壁部には反
応ガス噴出ノズルＣ３１１が設けられ、底壁部の一端部
には排気口３２１が形成され、これは図示せずとも真空
ポンプに接続される。

真空槽型内には加熱機構を備えたサセプタ一時が設けら
れ、この上にウェハー（ロ）が設置される。

ウェハー（ロ）としてはシリコンウェハーが用いられ、
第２図に示すようにシリコン（１）の上には絶縁薄膜と
してのＩＡｍ厚のＰＥＧ　（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃ
ａｔｅ　ｇｌａｓｓ）の薄膜田が堆積され、これに１μ
ｍ径の小孔（ト）が多数、形成されている。

ウェハー（ロ）はサセプタ一時の加熱機構により約３２
０℃に加熱される。ノズルｃ３１１からはＷＦ６　、Ｈ
２，５ｉ）Ｉ。

を５　：　５００　：　６の割合で混合した反応ガスＧ
が真空槽■内に噴出される。上述した反応がウエノ・−
（ロ）上で行われ、Ｗ膜が選択的に小孔に成長される。

すなわち、反応（１１）と並行してχ＝４とした反応（
ＩＶ）が進行し高速成膜を実現すると共に、反応（１）
の進行を抑止してシリコン下地へのダメージを極小化し
たと考えられる。又８ｉＨ，／ＷＦ、の流量比を２以下
に設定する事により非選択性のシリサイド反応（ｖＱは
抑制されて、選択性を維持したま＼Ｗ厚膜（膜厚〉１μ
ｍ）の形成が可能となった。第２図における６ηはこの
ようにして形成されたＷ膜を示すものである。

成膜後、ＷＭ堆積の様子を電子顕微鏡で観察した結果、
以下の緒特性を得た。

１）成長速度は１２０００Ｘ／分である。これは同一実
験装置を用いた水素還元のみによる０、３２０℃での成
膜速度３００Ｘ／分の約４０倍に相当する。

２）この時、下地シリコンへのダメージ（エンクローチ
メント、シリコンコンザンブシ冒ン、ワームホール）は
ＳＥＭ観察の検知レベル以下（４ｏｏＸ以下）であった
。

３）十分な選択性が維持されている。

リ　堆積されたＷ膜の表面形状は極めて滑らかである。

〔第２実施例〕第１実施例のウェハー（ロ）の代わりに第３図に示すよ
うＫ　ｋＡ膜（２）上に絶縁薄膜としてのＰＥＧ膜（ト
）をｌ１１ｍ厚で形成し、これに工μｍ径の小孔（ト）
を多数、穿ったウェハーＨ１を用いて第１図の装置内で
成膜を行った。この時の成膜温度は第１実施例と同様Ｋ
　３２０℃であるが、ノズルＣ３１＋からの反応ガスの
ガス混合比はＷＦ、　：Ｈ，：ＳｉＨ，＝１：Ｚｏｏ：
１　　である。

本実施例の作用においても、第１実施例と同様に、反応
（１１）と並行してχ＝４とした反応ＯＶ）が進行し、
高速成膜を実現すると共に、反応（Ｉｌｌ）の進行を抑
止して、Ｍ表面上での不導体弗化物のＡｌＦ２の生成が
回避されると考えられる。選択性については第１実施例
と同様である。第３図において、Ｃ３１はこのようにし
て形成されたＷ膜を表わしている。

Ｗ膜の表面形状に与える５ｉ）（４添加の作用機序は明
らかでないが、経験的に著しい改善が見られる。

成膜後、Ｗ膜の電子顕微鏡観察を行ったところ次の緒特
性を得た。

ｌ）成長速度２６００Ｘ／分。これは８ｉＨ，を添加し
ない場合の凡そ２０倍の成長速度に相当する。

２）　　ＳｉＨ４添加をしない場合、稀に観察されるＷ
膜のＭ下地からの剥離（うき上がり）が全く観察されな
い。これは界面にＡ−ｔＦ５層がない事を示唆するもの
である。

３）十分な選択性が維持されている。

４）堆積された膜の表面形状は極めて滑らかである。

以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本発
明はこれに限定されることなく本発明の技術的発想に基
づいて種々の変形が可能である。

例えば、以上の実施例ではシリコンを含む還元性ガスと
して８ｉＨ，を用いたが、これに代えて８ｉＨＦ、、８
ｉＨ，Ｆ、　、　８ｉＨ，Ｆ％８１Ｈｃ４．８１Ｈ１ｃ
ｚ、　、　８１Ｈｃ４．８　ｉ０４等のガスを用いても
良い。又上記ガスの任意の組合せによる複合ガスを用い
ても良い。

又以上の実施例ではシリコン下地及びＡｔ合金下地のサ
ンプルのウエノ・−を用いたが、膜の高速成長、表面形
状改善の点−よシすればこれに限らず他の導電性物質下
地例えば、Ｍｏ　、　Ｗ　、　Ｔｉ　、　Ｍｏ８ｉｘ、
ＷＳｉｘ　、　Ｔｉ８ｉｘ　、　ＴｉＮ　、　ＷＮを下
地とするものでも良い。

又以上の実施例では還元性ガスとしてＨ２ガスと８ｉＨ
４の混合ガス等を用いたが、ＳｉＨ，のみでも良い。

又以上の実施例では金属元素を含むガスとしてＷＦ、ガ
スが用いられたが、選択成長させる金属の徨類に応じて
他の金属元素を含むガスを用いても良い。

〔発明の効果〕

（１）　　シリコンＳｉ元素を含むガスとして、例えば
、５ｉＨｘＦ、−ｘ、又は８ｔｎｙｃ４−ｙのガスを用
いる事により例えば、ＷＦ、の気相シリコン還元が固相
シリコン還元を抑止して、シリコン基板上の浅い接合部
位に対するダメージを殆んど完全に阻止する。従りてＶ
ＬＳＩシリコン接合部位へのコンタクト材料・配線材料
として選択Ｗプａ七ヌを適用する際、最大の難点となっ
ている接合リークの問題が解決される。

（２）例えばＷＦ、の気相シリコン還元がアルミ合金表
面でのＡｔ→Ｗ置換反応を抑止して、不揮発性二次生成
物、即ちアルミ弗化物の生成を阻止するので、アルミ合
金配線の眉間配線材料として選択Ｗプロセスを適用する
際、最大の難点となっているコンタクト不良の問題が解
決される。

（３）気相シリコン還元反応を利用するので例えば選択
タングステン成長速度が従来の水素還元法の１０〜４０
倍に高速化され、ｖＬＳＩ製造の量産性向上に寄与する
。

（４）　　創見ば、タングステン膜の表面形状（モフオ
ａジー）は従来に較べて著しく平担化され、他プロセス
（例えば選択Ｗによる層間配線以後のアルミスパッタブ
σセス）との整合性改善に寄与する。

（５）上項に於て、気相シリコン反応を用いる場合、常
にＳｔ元素を含む還元性ガスを例えばＷＦ、流量の２倍
以下に抑えれば反応が非選択性のシリサイド反応に移行
する事なく良好な選択性が維持される、などの種々の効
果を本発明の方法は奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するためのＣＶＤ装置の概
略断面図、第２図は第１実施例でシリコン・コンタクト
上に選択タングステンを成長させたウェハーの部分拡大
断面図、第３図は第２実施例でアルミ合金上に選択タン
グステンを成長させたウェハーの部分拡大断面図、第４
図は従来の水素還元法によりシリコン・コンタクト上に
選択タングステン膜を理想的に成長させたウエノ・−の
部分拡大断面図、第５図は従来の水素還元法により導電
性物質下地の上に選択タングステン膜を理想的に成長さ
せたウエノ１−の部分拡大断面図、第６図は従来の水素
還元法によシアルミ合金下地の上に選択タングステン膜
を成長させたウエノ・−の部分拡大断面図及び第７図は
従来の水素還元法によりシリコン・コンタクト上に選択
タングステン膜を成長させたウニ・・−の部分拡大断面
図であって、下地シリコンが受ける損傷を説明するだめ
の図である。なお図において、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも金属元素を含んだガスと還元性ガスと
を減圧下の反応槽内に導入して、表面の一部に絶縁薄膜
を形成している基板の、前記絶縁薄膜を形成していない
部分に前記金属元素をもった金属薄膜を形成するように
した金属薄膜形成方法において、前記還元性ガスはＳｉ
元素を含み、前記金属元素を含んだガスに対して還元性
を有することを特徴とする金属薄膜形成方法。
（２）前記還元性ガスはＳｉＨｘＦ＿４−ｘ（Ｘ＝１〜
４）及び／又はＳｉＨｙＣｌ＿４−ｙ（ｙ＝０〜４）で
ある前記第１項に記載の金属薄膜形成方法。
（３）前記還元性ガスと水素ガスとを併用するようにし
た前記第２項に記載の金属薄膜形成方法。
（４）前記金属元素を含んだガスはＷＦ＿６ガスである
前記第１項乃至第３項のいずれかに記載の金属薄膜形成
方法。
（５）前記還元性ガスの総流量はＷＦ＿６ガスの流量の
２倍以下である前記第４項に記載の金属薄膜形成方法。