JPS6326368A - Ｃｖｄ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〕 この発明は、基板が表面の一部に絶縁薄膜を形成し、表
面のその他部分に第１の金属薄膜を形成しているとき、
この第１の金属薄膜の表面に第２の金属薄膜を形成する
ＣＶＤ法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のＣＶＤ装置のガス７０一万式では、例えば第９図
（Ａ）〜０に示されるように単管（１）、多孔管（３）
又は多孔板（４）を通して単一方向から、反応ガス又は
キャリヤガスで希釈した反応ガスが真空槽、もしくは反
応炉内に導入されている。なお、第９図において、（２
）は排気口、（５）はウェハー支持台及（以下余白） び（６）はウェハー（基板）を表わしている。

第９図において、（４）では加熱基板（６）の鉛直上方
から単管（１）を通してガスを吹きつけている。（Ｂｌ
では単管（１）から反応ガスを送り込んで流出側での低
い堆積速度を補償する為、傾斜した支持台（５）が用い
られている。０では浮力の影響が無視できる程度の減圧
状態（（１０ＴｏｆｒｌＪ　　では（Ｂ）と本質的に同
じガス７０一方式である。■では直接、反応ガスに基板
（６）を曝さず、熱対流による再循環流を利用している
。■では縦型拡散炉方式で各基板（６）の隙間に反応ガ
スを吹き込んでいる。［Ｆ］では最も一般的な拡散炉方
式で、（Ｄの場合と同じく基板表面は直接、反応ガス流
と接触しない。モして０ではプラズマＣＶＤで良く用い
られる方法で多孔板（４）を通して反応ガスを基板（６
）に吹きつけている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然しなから以上の従来のいづれの方式でも以下のような
欠点がある。

すなわち、第１０図において、＜７）はＳｉ基板で、そ
の上に絶縁薄膜としてＳｉｎ、膜（８）が形成され、こ
れを形成していない部位、すなわちコンタクトホール（
８ａ）にはあらかじめＣＶＤ法等の手段によシ第１の金
属薄膜（９）（例えばＷ　、　Ｍｏ等）が形成されてい
る。基板を加熱し、この第１の金属薄膜（９）の表面上
にのみ金属元素を含んだガスと還元性ガス（例えばＷを
含む箭、ガスと還元性ガスＨ，）を導入しながら第２の
金属薄膜（６）を成長させる過程においてＳｉ基板（７
）と絶縁薄膜（８）との間隙に侵入して成長するエンク
ローチメント（ｅｎｃｒｏａｃｈｍｅｎｔ　）現象の発
生又は拡大が不可避であった。第１０図において顛は金
属元素侵入部位（エンクローチメント）を表わす。また
甚しくはＳｉ基板（７）に空洞σηを生じる事がありた
。

以上の従来方式では乱流又は自然対流が基板（６）の近
傍で生じているが、これが上述のエンクローチメントα
Ｑや空洞（１１１）の成長を促進させているものと思わ
れる。然しなから従来方式では制御パラメータとしては
圧力と反応ガス流量と云う２つの内部パラメータのみで
あシ、乱流発生の抑止、自然対流の抑止等のために外部
的にコントａ−ルする事は不可能である。従ってエンク
ローチメントや空洞の成長を抑えて広い圧力、流量領域
で再現性、制御性、均一性に優れた金属成膜を行えない
問題点がある。

また従来のいづれの方式でも、反応成分は炉内全域に拡
散するので、炉壁、覗き窓等への反応成分の付着は不可
避である。これによりダストの発生薄膜内への不純物の
混入などの間Ｎ点もある。

エンクローチメント現象や空洞形成を抑＋ｈする手段と
して低温、低濃度成長が考えられるが、その成長速度は
数１０Ａ／ｍｉｎに過ぎず（Ｂｒｏａｄｋｅｎｆｅｔａ
ｌ　、、Ｔ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、８ｏｃ、１３１
、＋４２１（１９８４）：Ｂｌ　ｅｗｈ＋−、ＶＭＩＣ
（１９８５）、例えば、深さｉ　１　ｔｔｍ　ノコンタ
クトホールを埋めるのに２時間近くも要するといった問
題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされ、成長温度、反応ガス
濃度などの内部パラメータとは独立したパラメータによ
シ上述のエンクローチメントや空洞の成長を抑止し得る
ＣＶＤ法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決する丸めの手段〕、 上記目的は、表面の一部に絶縁薄膜を形成し、表面の他
の部分に第１の金属薄膜を形成した、反応槽内の基板の
表面にはゾ平行にシート状の流れで金属元素を含んだガ
スと還元性ガスとを減圧下の上記反応槽内に導入し、か
つ上記基板の表面に対向するように不活性ガスのガス流
又は不活性ガスを主体とするガス流を導入しながら前記
基板を加熱し上記第１の金属薄膜の表面に上記金番（も
った第２の金属薄膜を形成することを特徴とするＣＶＤ
法によって達成される。

〔作　用〕

金属元素を含んだガスと還元性ガスとのガス流を基板近
傍全域に於いて制御性の良い層流状態に保つ事ができる
。即ち不活性ガスのガス流又は不活性ガスを主体とする
ガス流は基板近傍で上記金属元素を含んだガスと還元性
ガスとのガス流の舞い上が９を力学的に押え込むと共に
これらガスの成分の乱流拡散を防止する。その結果、工
）これらガスの流れが層流状態となシ、エンクローチメ
ントや空洞の成長を抑えて制御性、再現性の良い成膜が
実現できる。

２）これらガスの成分が基板近傍のみに押さえ等 込まれる為、炉壁、覗き殿も汚染を防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明の方法が適用されるＣＶＤ装置について、
第１図〜第８図を参照して説明する。

第１図〜第５図は第１実施例を示すものであるが、真空
槽（１０において一方の側壁部には上下に並設した反応
ガス噴出ノズル（ｌｌａ）（１１）ｙ）　（それぞれＨ
ｌ及び背、用）が気密に取シ付けられ、スリット状の開
口を有する。外部導管（２４ａ）（２４ｂ）から導入さ
れる反応ガスがこのスリット状の開口から真空槽αＱめ
内空間（至）に噴出されるようになっている。

また、真空槽αＱの底壁部の端部に排気孔（６）が形成
されている。

真空槽αＱ内でノズル（Ｉｌａ）（ｌｌｂ）よシ下方に
位置して円形の基板支持台α力が配設されてお９、これ
はシール部材（イ）により気密にシールされ、真空槽Ｑ
Ｏの外部から突出する回転軸（至）と一体的であシ、こ
れにより矢印で示すように所定速度で回転させられるよ
うになっている。基板支持台α？）はヒータα４＋を内
蔵し、これによシこの上に載置せる基板（至）を加熱す
るようになっている。基板（至）は第１０図に示すもの
と同様な構成で第４図に示すように８ｉ基薄膜１３３を
形成させている。

真空槽αＱ内において、基板支持台α力の上方にはこれ
と対向して不活性ガス噴出板四が配設され、これは中空
部（２＋１を有し、こ＼にシール部材のによりシールさ
れて真空槽ａＱの土壁部に取り付けられている導管（２
２から不活性ガス（例えばＡｒ）が導入される。不活性
ガス噴出板０りの底壁部には小さな多数の孔■が形成さ
れており、こ＼から不活性ガスが下方へと噴出されるよ
うになっている。

ノズル（Ｉｌａ）（ｌｌｂ）　（反応ガスの噴出方向）
は基板支持台（１７）の基板（至）を載置させている上
面にはゾ平行に延びており、またそのスリット状開口も
同上面に平行に延びている。ノズル（ｌｌａ）（ｌｌｂ
）　、ｆ−Ｄｈ七ススリット状開口長さｔに比べて、こ
の開口の巾ｄは充分に小さく、レイノルズ数が１０以上
の流速にてこ＼から反応ガスが噴出されるものとする。

また基板支持台αηの上面からノズル（Ｉｌａ）（Ｉｌ
ｂ）のレベルまでの距離は基板支持台α力の上面から不
活性ガス噴出板０１までの距離の約４弗のところにある
ものとする。なお、ノズル（ｌｌａ）（Ｉｌｂ）の巾ｄ
は非常に小さいが図では誇張して示している。また、ノ
ズル（ｌｌａ）（Ｉｌｂ）は１つにして、と＼からＨｌ
と背、の混合ガスを噴出させるようにしてもよい。

本発明の実施例は以上のように構成されるが、次にこの
作用につき説明する。

ノズル（Ｉｌａ）からは２次元ジェット状に反応ガスＲ
として還元ガスであるＨ２が真空槽α０内の空間（至）
に噴出される。またノズル（１１ｂ）からは反応ガスＲ
′として金属元素を含んだガスである背、が同じく２次
元ジェット状に噴出される。なお、空間０■は予め真空
状態にされているものとする。他方、上方の不活性ガス
噴出板０９からは不活性ガスＱとしてＭガスが下方へと
噴出される。反応ガスＲ１Ｒ′及び不活性ガスＱの噴出
流量は外部から制御可能であるが、例えば後者は前者の
３倍の流量とされる。基板支持台α力は所定速度で回転
し、かつヒータ０４）で加熱されている。

第３Ａ図に示されるように反応ガス几、Ｒ′の流れは基
板（至）の近傍に限られ、しかも層流状態とされる。こ
れは不活性ガスＱの流れが反応ガスＲ１柑の流れを上方
から抑圧するためであると思われるが、このような安定
化作用はコンビ、−夕による数値シュミレージョン並び
に四塩化チタン法可視化実験によって確認されている。

なお、流れを全体として見れば、第３Ｃ図に示すように
反応ガスＲ％Ｒ′の流れ（ハツチングしである）は局限
化された層流となっておシ、不活性ガスＱの流れがこの
範囲を定めている。換言すれば、不活性ガスＱの流量を
制御することによシ、ノ・ツチングの部分゛の形状、大
きさ、もしくは領域を制御することができる。

第３Ｂ図は上方からの不活性ガスＱの流れがない場合を
示すが、この場合には反応ガス几、Ｒ′の流れは図示す
るように拡散し、空間ｒの領域では乱流状態となる。こ
のような流れによって従来方式のように炉壁、のぞき窓
などが汚染されることになる。

然しなから、本実施例によれば、反応ガス凡の流れは第
３Ａ図又は第３Ｂ図に示すように安定化されるので、反
応成分は基板（至）の近傍のみに限定され、炉壁、のぞ
き窓などの汚染が防止される。

従って、基板（至）のコンタクトホール６υに形成され
るＷの膜質の向上とダストパーティクルの低減が可能と
なる。さらに第４図及び第５図に示すようにあらかじめ
形成されていたＷや庵の金属薄膜（３Ｚの上に第２の金
属薄膜に相当する次のＷの金属薄膜代）が形成されるの
であるが、第１０図に示すようなエンクローチメントｍ
や空洞四の成長を抑えることができて素子製造の歩留り
を向上させることができる。

また反応ガスＲＪ’の流れが層流とされるため制御性、
再現性にすぐれ、不活性ガスＱの流量制御によシ基板（
至）のコンタクトホールに形成される金属膜厚分布制御
やエンクローチメントの深さ制御などが可能となってく
る。

こ＼で本発明の効果の理論的根拠について簡単に述べる
。

反応ガスの流れの状態がエンクａ−チメント現象に及ぼ
す作用機序については未だ不明な点はおるが、以下のよ
うな作業仮設を立てる事が可能であろう。著しいエンク
ローチメントは本来、金属薄膜によるシリコン（Ｓｉ　
）面の被覆を以て自発的に停止する筈のシリコン還元反
応、すなわち、応が金枚薄慎ル痒峨も持続する現象であ
る。この時反応ガスは金属薄膜と絶縁膜側壁間の間隙、
金属薄膜結晶粒界間の微細な間隙を通過して供給される
ものと考えられる。金属薄膜−シリコン界面に於てシリ
コン還元が進行し続ける為には反応生成物（上記反応式
では８ｉＦ、）が有効に空間に排出されなければならな
い。基板表面近傍に乱流域が存在すると、乱流拡散によ
るボンピング作用によシ、反応生成物は上記間隙を通し
て速やかに拡散、排出される。しかし表面が全面層流で
被覆されている場合、反応生成物の排出は分子拡散に因
る他なく、これは上記間隙が充分狭隘であれば乱流拡散
に対して無視できる程に遅い過程である。以上の仮説に
よシ基板表面近傍のガス流制御がエンクローチメント現
象に大きく関与する事実が理解されよう。

なお１本実施例において成長温度、全圧、反応ガス分圧
を同一条件とし不活性ガス流Ｑによるガス流ＲＪＬ’の
整流を行った場合と行なわなかった場合につき比較実験
を実施した。まず、真空槽内に置かれた２枚の表面の一
部に絶縁膜Ｓ＋Ｏｔを形成しているＳｉウェハーの５ｉ
ｆｔを形成していない（８ｉの露出している）部分、即
ちコンタクトホール部に反応性ガスとしては六弗化タン
グステン（ＷＦ、）不活性ガスとしてはアルゴンＭを用
い、成長温度４００℃、全圧約０．７Ｔｏｒ、ｒの条件
下にて第１のタングステン（５）膜に凡そ数百堆積し２
枚のうち１枚を一度真空槽外に取シ出し、その時のエン
クローチメントの発生状況を電子顕微鏡断面観察によυ
調べた。その後真空槽内に残るもう一枚の８ｉウエノ・
−の表面にＳｉｎ、を形成していない部分、即ちＳｉ表
面上に成長した第１のＷ膜の上に、反応ガスとじて六弗
化タングステン（ｗｈ”、）と水素Ｈい不活性ガスとし
てＡｒを用い、上記と同じ条件下でさらに第２のＷ膜を
成長させた。その上で、第１のＷ膜形成後に発生してい
たエンクローチメントの第２のＷ膜形成後に拡張された
様子を電子顕微鏡にょシ断面観察した結果、第２のＷ膜
形成時、不活性ガス流Ｑを用いた場合は、用いなかった
場合に比べてエンクローチメント発生領域の拡張が極め
て少ないことが確認された。又、広範囲に互る種々の条
件下で同様の成膜実験により上記反応ガスの層流化作用
によるエンクａ−チメント抑止効果は、成長温度、圧力
とは独立なパラメータとして作用する事も確認された。

第４図は本発明の第２実施例を示すが、本実施例では装
置全体が第１実施例とは９０度、偏位した形態とされる
。なお、第１実施例と対応する部分には同一の符号を付
すものとする。

すなわち、第１実施例では基板支持台０７）は水平状態
におかれているが、本実施例では鉛直状態におかれる。

これに対応してノズル先端部（１１ａ）（１１ｂ）不活
性ガス噴出板（１９なども図示の如く鉛直状態に配設さ
れる。このような構成でも第１実施例と同様な作用を行
ない、同様な効果を奏することは明らかである。なお、
基板（至）が基板支持台α力から滑落しないための手段
は公知の手段を用いるものとする。

以上、本発明の各実施例について説明したが、勿論、本
発明はこれらに限定されることなく本発明の技術的思想
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反応ガスＲ，Ｒ’を噴出するノ
ズル（ｌｌａ）（ｆｌｂ）はスリット状開口を有するも
のであったが、第７図に示すように上述の実施例のよう
な偏平な中空管体（４０）の端壁に多孔の小孔（４１）
を形成させたものであってもよい。この場合には金属元
素を含んだガスと還元性ガスとの混合ガスが小孔（４υ
から噴出される。あるいは、第８図に示すように偏平な
中空管体（５０）の端壁に横方向に並ぶスリット（５１
）　（５２１を形成させるようにしてもよい。

また以上の実施例では不活性ガス噴出板０９にいわゆる
多孔板が用いられたが、これに代えて適当なアスペクト
比をもつストレイナー又はし・ネカム（ｈｏｎｅｙｃｏ
ｍｂ）を用いてもよい。あるいはこれと多孔板とを併用
するようにしてもよい。

また、以上の実施例では基板に対向するガスとして不活
性ガスを用いたが、これに代えて一部反応性ガスを含ん
でいるガスであってもよい。その場合、この反応性ガス
はダストパーティクルを発生させないガス種であること
が必要である。例えば、Ｈ，、Ｎ、、　Ｏ，などが含ま
れていてもよい。

また上記実施例では、還元性ガスにＨ！、金属元素を含
んだガスに瀞、をそれぞれ用いているが、これらに限定
されず還元性ガス及び金属元素を含んだガスはいかなる
ものであってもよく、例えば金属元素を含んだガスはＭ
ｏＦ、　、ＴａＦ５　、　ＣｒＦ、　、ＴｉＦ４Ｔ　ｉ
ｃＬ、　、　ＭｏＣＬ、　、　ＷＣＬ、　、　ＡＬＣＬ
、等であッテもよい。ス、絶縁薄膜（９）にＳ　ｉＯ＊
を用いているが、これに限定されることなく、例えば、
Ａｌ　＊Ｃ）ｓ　、　ＢＡＧ（Ｂｏｒｏｓ　ｉｆ　ｉｃ
ａｔｅｇｌａｓｓ）　、Ｐ２Ｏ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌ
　１ｃａｔｅ　ｇｌａｓｓ）　ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｐｈ
ｏｓ　ｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ　ｇｌａｓｓ）　　等の
酸化物、若しくはＢＮ　、　ＳｉＮｘ等の窒化物、又は
５ｉｌｔ’；ｘｏｙ等の化合物であってもよい（但し、
ｘ、ｙは数値）。更に、第１の金属薄膜に相当するもの
としてＷの金属薄膜になっているが、これに限定される
ことなく、例えば、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ　、Ａｌ　
、等の金属あるいはＷやこれら金属中にＳｉが拡散した
もの若しくはこれらの合金又はＷの合金の薄膜であって
もよい。第２の金属薄膜に相当するものとしてＷの金属
薄膜になっているが、これに限定されることなく、例え
ば、Ｍｏ　、Ｔａ　、Ｃｒ　％Ｔｉ　、Ａｌ等の金属、
若しくはこれらの合金又はＷの合金の薄膜であってもよ
い。第１の金属薄膜と第２の金属薄膜との金属元素は同
−又は異なるものであってもよい。基板（３）はＳｌを
用いているが、これに限定されることなく、例えば、ザ
ファイヤの表面に８＋の薄膜を形成したものであっても
よい。なお、第２の金属薄膜を第１の金属薄膜の上に形
成するに先立って、第１の金属薄膜の表面を、例えばプ
ラズマ中のイオンによりクリーニングしておくことが好
ましい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明のＣＶＤ法によれば、第１の金
属薄膜下の基板及び絶縁薄膜下の基板への金属元素の侵
蝕現象（エンクローチメント）や空洞の発生を成長温度
、圧力、反応ガス分圧などとは独立な外部から制御し得
るパラメータで抑制することができ、良品質の製品を効
率良く生産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガス７０一方式を具体化するＣＶＤ装
置の第１実施例の断面図、第２図は第１図に於ける■−
■線方向断面図、第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図は本実
施例の作用を説明するための第１図と同様の断面図、第
４図は本実施例に適用される基板の断面図、第５図は本
実施例により金属薄膜を成長させた基板の断面図、第６
図は本発明の第２実施例のＣＶＤ装置の第２図と同様な
断面図、第７図、第８図は各変形例を示す要部の正面図
、第９図は従来の各種のガス７０一方式を示す概略図、
第１０図は従来方式によシ金属薄膜を成長させた基板の
断面図である。 なお図において、

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面の一部に絶縁薄膜を形成し、表面の他の部分
   に第１の金属薄膜を形成した反応槽内の基板の表面にほ
   ゞ平行にシート状の流れで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上記反応槽内に導入し、
   かつ上記基板の表面に対向するように不活性ガスのガス
   流又は不活性ガスを主体とするガス流を導入しながら前
   記基板を加熱し上記第１の金属薄膜の表面に上記金属元
   素をもった第２の金属薄膜を形成することを特徴とする
   ＣＶＤ法。
2. （２）第１の金属薄膜と第２の金属薄膜との金属元素が
   同一であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のＣＶＤ法。
3. （３）第１の金属薄膜と第２の金属薄膜との金属元素が
   異なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＣ
   ＶＤ法。
4. （４）還元性ガスをＨ＿２、金属元素を含んだガスをＷ
   Ｆ＿６、ＭｏＦ＿６、ＴａＦ＿５、ＣｒＦ＿４、ＴｉＦ
   ＿４、ＴｉＣＬ＿４、ＭｏＣＬ＿５、ＷＣＬ＿６、ＡＬ
   ＣＬ＿３等の金属ハロゲン化物のガスのいづれか１つ又
   はそれらの２つ以上の組み合わせにすることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項から第３項までのいづれかの項
   に記載のＣＶＤ法。
5. （５）絶縁薄膜をＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＢＳＧ
   、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ等の酸化物、若しくはＢＮ、ＳｉＮ
   ＿ｘ等の窒化物、又はＳｉＮ＿ｘＯ＿ｙ等の化合物のい
   づれか１つ又はそれらの２つ以上の組み合わせにするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項までの
   いづれかの項に記載のＣＶＤ法。
6. （６）第１の金属薄膜をＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、
   Ａｌ等の金属のいづれか１つ又はこれらの合金にするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項までの
   いづれかの項に記載のＣＶＤ法。
7. （７）基板をＳｉあるいはＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３
   ガラス又はサファイヤ等の最上表面にＳｉ薄膜を成長さ
   せたものにすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   から第６項までのいづれかの項に記載のＣＶＤ法。