JPS63317676A - 無粒構造金属化合物薄膜の製造方法 - 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、例えば半導体装置の製造工程等において必要
とする窒化タングステン、タングステンシリサイド等の
金属化合物薄膜の製造方法の改良に関し、更に詳細には
スパッタ蒸着法等によって成膜した金属膜のような柱状
構造を持たない、無粒構造の金属化合物薄膜を形成する
方法に関するものである。

〈従来の技術〉 従来より、金属化合物薄膜は例えば半導体装置の製造工
程等において多数用いられ、かつ形成されており、−例
としてＸ線リングラフィ用マスクにおけるＸ＃ｉ！吸収
体パターンを構成する薄膜として、タングステン、タン
タルあるいはその化合物の薄膜（重金属化合物薄膜）が
用いられている。

Ｘ線リングラフィ技術は、最小線幅１／４μｍ、デバイ
スとしては６９　Ｍｂｉｔ　ＤＲＡＭクラスのＬＳＩ量
産用リソグラフィー技術として最も有望視されている。

このＸ線リソグラフィーではＸ線レンズがないためグロ
キシミティ一方式によりマスクパターンはウェハ上へ１
：１の比で投影される。そのため非常に高い精度のパタ
ーニング技術によりマスクを製作する必要がある。

Ｘ線リングラフィ用マスクは、第５図に示すようにＸ線
の透過を防げるＸ線吸収体（金、タンタル、タングステ
ン等の重金属）パターン５１とこのＸ線吸収体パターン
５１を保持するＸ線透過膜（メンブレン）５２と、この
メンブレン５２を支持する外枠５３により構成されてい
゛る。メンブレン５２はＸ線を吸収しにくい軽元素から
なる厚さ２μｍ前後の膜で材料としてＳｉ　、ＳｉＣ，
５ｉＮＨ。

ＢＮＨ，ポリミド等が利用されている。Ｘ線吸収体パタ
ーン５Ｉは厚さ５０００λ程度の薄膜であってパターン
の位置精度は０．０２５μｍ以上、最小線幅は０．２５
μｍの高精度の加工が必要であり、この吸収体パターン
５１には、電子ビーム（ＥＢ）露光によってパターン描
画され、反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）によって形
成されるが、上記のような高位置精度で微細なパターン
形成を行なうには吸収体材料として用いる金属膜は１０
８ｄｙｎ／ＣＩｎ２以下の低内部応力であり、かつ微細
加工が容易な無粒構造の薄膜が最適である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従来、吸収層として使用されるタングステン（Ｗ）。

タンタル（Ｔａ）およびその化合物の薄膜は、スパッタ
蒸着法やＣＶＤ法で形成されてきた。スパッタ蒸着法に
よって形成された上記金属膜は一般に柱状構造を成して
おり、結晶粒サイズが０．２μｍ程度となる。またスパ
ッタ蒸着法では、金属膜の内部応力の制御は、スパッタ
ガスのガス圧によって行なうが、応力の変化が急激で再
現性良く応力制御を行なうことが非常に困難である。ま
たＣＶＤ法では粒径はスパッタ蒸着法の場合よりさらに
大きくなる。従って無粒構造かつ低応力の重金属薄膜の
形成法の新たな開発が求められている。

本発明は、上記の点に鑑みて創案されたものであり、無
粒構造かつ低内部応力の重金属化合物薄膜を形成するこ
とが可能な無粒構造金属化合物薄膜の製造方法を提供す
ることを目的としている。

〈問題点を解決するための手段及び作用〉上記の目的を
達成するため、本発明の無粒構造金属化合物薄膜の製造
方法は、金属化合物を構成する金属を含む原料ガス及び
金属化合物を構成する非金属元素の原料ガスを含む混合
気体を原料とする気相成長方法によシ形成してなり、上
記の混合気体の少なくとも一部を気体放電によって部分
的に励起分解し、基板を保持する電極に負バイアス電圧
を印加し、上記の放電により発生したプラズマに接して
保持された上記の基板上に無粒構造化された金属化合物
薄膜を堆積してなるよりに構成している。

即ち、本発明の無粒構造金属化合物薄膜の製造方法は、
プラズマ励起ＣＶＤ法（ＰＣＶＤ）を用いて重金属化合
物薄膜を作製し、成膜時に基板バイアスを変えることに
より基板へのイオン入射エネルギーを制御し、無粒構造
かつ低内部応力の重金属化合物膜を形成するようになし
ている。上記金属膜の例としては、窒化タングステン（
ＷＮｘ）。

タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）等がある。上記の
方法によって形成された化合物薄膜は、スパッタ蒸着法
により成膜した金属膜の様な柱状構造をもたず、無粒構
造で且つ低応力化されたものとなっている。

〈実施例〉 以下、図面を参照して窒化タングステン（ＷＮｘ）膜を
形成する場合を例に挙げて本発明の詳細な説明する。

実施例１ 第３図は直流放電によるプラズマ励起ＣＶＤ（ｐｃｖＤ
）装置の構造を模式的に示した図であり、ＷＮｘ膜を成
膜する際、導入ガスとして六弗化タングステン（ＷＦ５
）ガス１６．水素（Ｎ２）ガス１７及び窒素（Ｎ２）ガ
ス＋８を用い、それぞれマスフローコントローラ１５ａ
、１５ｂ、１５ｃにより流量を制御して反応室１０内に
導入する。電源には直流高圧電源盲１を用いて、カソー
ド２０側に例えば−４００Ｖ　〜−６００Ｖ（７）電圧
を印加し、ＤＣグロー放電により反応ガスを励起する。

また基板電極２１側に直流バイアス電源１９を設けてい
る。′Ｍ、械Ｈにはヒータ１８が内蔵されており、５０
０℃までの加熱が可能である。成膜前に反応室１０は油
拡散ポンプ（図示せず）により１．０ＸｌＯ＝Ｔｏｒｒ
以下に排気した後に、反応ガスを導入した。反応ガスは
コングクタンスパルプを通して、ロータリポンプよシ排
気１４し、０．５〜２．０Ｔｏ、ｒｒで制御できる。

反応ガスの導入比をＷＦ６　：Ｎ２　：）１２＝ｌ　：
　８　：　１で導入し、ガス圧を１．０Ｔｏｒｒに設定
し、基板１２の温度２００℃、パワー密度０．２ｗ肩で
厚さ３０００λのＷＮｘ膜１ａを堆積した。上記の成膜
条件でシリコン基板８上に形成した窒化ケイ素（Ｓｉ３
Ｎ４）２上に成膜したＷＮえ膜１ａの断面の模式図を第
２図に示す。このようにして形成した膜はスパッタ蒸着
によって形成されたＷ膜のような柱状構造にはならず、
繊維状の粒構造が見られ、膜中でランダムな粒の成長が
みられる。

そこで上記成膜条件で基板１２に−ａＯＶ〜−＋５０Ｖ
（例えば−５０ｖ）の負のバイアス電圧を印加して、Ｗ
Ｎｘ膜の成膜を行なってみた。その結果得られた膜ｌの
模式図を第１図に示す。

この第１図に示すよう忙成膜された膜１の表面は平坦化
し、粒構造も全くみられない。その要因としては入射イ
オン量が増え、また、そのエネルギーが高められたため
ランダムな核発生が抑制されるとともに１膜構成原子の
表面マイグレーションが活性化されたことによると推測
される。

また膜１中の内部応力は基板バイアス電圧および基板温
度により制御が可能で上記の製造条件により１０　　ｄ
ｙｎ／ｃｄの低内部応力のＷＮｘ膜の成膜が実現できた
。

実施例２ 第４図はＲＦ放電によるプラズマ励起ＣＶＤ（ＰＣＶＤ
）装置の構造を模式的に示した図であり、ＲＦ放電によ
り、反応ガスを励起する場合、電源には１８．５６　Ｍ
ＨｚのＲＦ電源２２を用い、マツチングボックス２４を
介して、下部電極板２０に電界を印加している。また基
板バイアスを印加するためにＲＦ電源２３を基板電極２
１側忙設けている。

以下ＤＣ放電で成膜を行った場合と同様に反応ガス比を
ＷＦ６：Ｎ２：Ｎ２＝ｌ：３：ｌで導入し、ガス圧を１
．０Ｔｏｒｒ、パワー密度を０．２　ｗ／ｃｎ　、基板
温度を２００℃に設定し、ＷＮｘを堆積した。上記に■
法により成膜したＷＮｘ膜はＤＣ放電により励起した場
合と同様にＲＦバイアス電圧を印加することにより、入
射イオン量とそのエネルギーを制御することができる。

基板電極２１に誘起された自己バイアス電圧を３０ｖＶ
ｃ設定することにより無粒構造化したＷＮｘ膜が得られ
た。　　　゛また成膜された膜中の内部応力は、下部電
極２０のＲＦパワーにより容易に制御することが可能で
、１０８ｄｙｎ／ｉ以下の低内部応力の無粒構造ＷＮ工
膜の成膜が実現できた。

〈発明の効果〉 以上のように本発明により無粒構造且つ低応力の金属化
合物（例えばＷＮｘ）膜の作製が容易になり、このＷＮ
ｘ膜をＸ線マスクの吸収体として用いることにより、低
歪み且つ線幅制御性の高いＸ、＠マスク製作が可能にな
る。

従って本発明はＸ線マスク開発および生産傾おいて不可
欠でありＸ線リソグラフィーの実用化を通して社会にお
よばず間接的効果は大きく、工業的価値は非常に大きい
ものであり、更に半導体装置の製造工程における金属化
合物薄膜の形成にも用いることが出来、その工業的価値
は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にしたがって基板に負バイアス電圧を印
加することにより成膜した無粒構造ｗＮｘ膜の断面を模
式的に示す図、第２図は、上記負バイアスを印加せずに
ＰＣＶＤ法により成膜したＷＮｘ膜の断面を模式的に示
す図、第３図は直流放電によるＰＣＶＤ装置の構造を示
す概略図、第４図はＲＦ放電によるＰＣＶＤ装置の構造
を示す概略図、第５図は一般的なＸ線マスクの構造を示
す模式図である。 ｌ・・・本発明にしたがって成膜された無粒構造窒化タ
ングステン膜（ＷＮｘ）、　２・・・窒化ケイ素膜（５
ｉ３Ｎ４）、３・・・シリコン基板（Ｓｉ）、１０・・
・反応室、１ト・・直流電源、１２・・・基板、１３・
・・加熱ヒータ、１４・・・真空排気部、１５ａ、１５
ｂ、＋５ｃ・・・マスフローメータ、夏６・・・六弗化
タングステン（ＷＦ６）ボンベ、１７・・・窒素（Ｎ２
）ボンベ、１８・・・水素（Ｎ２）ボンベ、１９・・・
基板バイアス用直流電源、２２・・・ＲＦ電源、２３・
・・基板バイアス用げ電源。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）第１図 第２図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属化合物を構成する金属を含む原料ガス及び金属
   化合物を構成する非金属元素の原料ガスを含む混合気体
   を原料とする気相成長方法により形成してなり、 上記混合気体の少なくとも一部を気体放電によって部分
   的に励起分解し、 基板を保持する電極に負バイアス電圧を印加し、 上記放電により発生したプラズマに接して保持された上
   記基板上に無粒構造化された金属化合物薄膜を堆積して
   なることを特徴とする無粒構造金属化合物薄膜の製造方
   法。 ２、前記金属化合物の構成金属がタングステン、タンタ
   ル、モリブデン、チタンのいずれかであり、前記非金属
   構成元素が窒素またはシリコンであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の無粒構造金属化合物薄膜の
   製造方法。 ３、前記気体放電がＤＣグロー放電であり、前記基板バ
   イアスとしてＤＣ電圧を印加してなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の無粒構造金属化合物薄膜の
   製造方法。 ４、前記気体放電がＲＦ放電であり、前記基板バイアス
   としてＲＦ電圧を印加してなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の無粒構造金属化合物薄膜の製造方
   法。