JPS6376875A - Vapor growth method - Google Patents

Vapor growth method

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JPS6376875A
JPS6376875A JP61219219A JP21921986A JPS6376875A JP S6376875 A JPS6376875 A JP S6376875A JP 61219219 A JP61219219 A JP 61219219A JP 21921986 A JP21921986 A JP 21921986A JP S6376875 A JPS6376875 A JP S6376875A
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JP
Japan
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flow rate
growth
tungsten
film
substrate
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JP61219219A
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Japanese (ja)
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Takayuki Oba
隆之 大場
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PURPOSE:To inhibit the erosion of a silicon substrate by feeding a source gas mixed with an inert gas in the early stage of growth and specifying the internal pressure of a reaction chamber, the ratio in flow rate between the gases and the speed of the flow of the gases. CONSTITUTION:When a layer of a high m.p. metal such as W is selectively grown on a silicon substrate by a chemical vapor growth method, a source gas such as WF6 is mixed with an inert gas such as N2, fed to a reaction chamber 11 and blown on the substrate 11 to grow a film on the substrate 11 at 260-420 deg.C. The chamber 11 is evacuated beforehand to 0.1-1.5Torr pressure, the ratio in flow rate between the N2 and source gas is regulated to 10<2>-10<3> and the speed of the flow of the gases to 10<3>-10<4>cm/min. H2 is then fed in place of N2 and a film is grown in the second stage. By this method, the erosion of the silicon substrate can be inhibited in the early stage of growth and the selective growth of a film in a contact hole can be satisfactorily carried out.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 タングステンの初期成長において、大量の不活性ガスを
流し、かつ、流速、を大にして均一な100人の膜厚の
タングステン薄膜を形成する。
Detailed Description of the Invention [Summary] In the initial growth of tungsten, a large amount of inert gas is flowed and the flow rate is increased to form a tungsten thin film with a uniform thickness of 100 mm.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は気相成長法に関し、さらに詳しく言えば、化学
気相成長法(CVD)法でタングステン(W)、チタン
(Ti) 、モリブデン(Mo)などを選択成長する方
法において、初期に下地のシリコン基板の侵食(食い込
み)を小さく抑えて前記金属の薄膜を成長する方法に関
するものである。
The present invention relates to a vapor phase growth method, and more specifically, in a method of selectively growing tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), etc. by chemical vapor deposition (CVD), the initial stage is The present invention relates to a method for growing a thin film of the metal while minimizing erosion (cutting in) of a silicon substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第4図を参照すると、シリコン基板31上に設けられた
絶縁膜(5iOz膜)32にコンタクトホール33を開
け、このコンタクトホール33を通して例えば基板に形
成されたデバイスとコンタクトをとるための配線層35
を形成する場合に、例えばアルミニウム(AI)を蒸着
してコンタクトホール33を埋めて配線層35を作るの
であるが、コンタクトホールの側壁へのA1の付着が悪
いとコンタクト抵抗が大になり、またはコンタクトホー
ルの段差部で断線が発生する問題がある。
Referring to FIG. 4, a contact hole 33 is formed in an insulating film (5iOz film) 32 provided on a silicon substrate 31, and a wiring layer 35 is formed to make contact with, for example, a device formed on the substrate through this contact hole 33.
For example, aluminum (AI) is deposited to fill the contact hole 33 to form the wiring layer 35. However, if Al adheres poorly to the side wall of the contact hole, the contact resistance increases, or There is a problem that wire breakage occurs at the stepped portion of the contact hole.

かかる問題を解決するために、コンタクトホール33内
にタングステン層34を選択成長してコンタクトホール
33をタングステンで埋め込んだ構造にし、しかる後に
配線層35を形成する技術が開発された。かかる技術の
利点は、コンタクト抵抗を小に抑えることが可能になり
、また配線層35の表面が平坦に形成され、それに応じ
て配線層35の上の眉間絶縁膜、第2配線などが平坦な
表面をもって形成されうろことである。
In order to solve this problem, a technique has been developed in which a tungsten layer 34 is selectively grown in the contact hole 33 to fill the contact hole 33 with tungsten, and then a wiring layer 35 is formed. The advantage of this technique is that contact resistance can be suppressed to a low level, and the surface of the wiring layer 35 is formed flat, so that the glabella insulating film, the second wiring, etc. on the wiring layer 35 are flat. Scales are formed on the surface.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

シリコンの下地上にタングステンを成長する場合には、
第1図に示される装置を用い、加熱された基板に畦6ガ
スを吹き付ける。
When growing tungsten on a silicon substrate,
Using the apparatus shown in FIG. 1, ridge gas is blown onto the heated substrate.

WFs + 3/2 Si−+W+ 3/25ip、4
の還元反応を発生させる。5iF1は蒸発点が低いので
300℃程度の温度で蒸発し、タングステンが基板上に
堆積する。
WFs + 3/2 Si-+W+ 3/25ip, 4
generates a reduction reaction. Since 5iF1 has a low evaporation point, it evaporates at a temperature of about 300° C., and tungsten is deposited on the substrate.

しかし、前記した反応の初期の段階においては5iF1
が形成されるにつれて下地のシリコンが侵食され(食い
込まれ)、堆積するタングステンの厚さはシリコン基板
の減少に一致した量となる。
However, in the early stages of the reaction described above, 5iF1
As the tungsten is formed, the underlying silicon is eroded (eaten into), and the thickness of the deposited tungsten matches the reduction in the silicon substrate.

従来の方式では初期反応において、200〜500人の
タングステン膜が形成されるときに、基板は300〜7
50人侵食される。超LSI  (VLSI) ニおい
ては、シリコン基板のジャンクション(接合)が浅く形
成されるので、コンタクトホールにタングステンを選択
成長をなすとき、初期反応におけるシリコン基板の侵食
を小さく抑えることが要請されている。
In the conventional method, in the initial reaction, when 200-500 tungsten films are formed, the substrate has 300-7
50 people are attacked. In very large scale integrated circuit (VLSI) devices, junctions in silicon substrates are formed shallowly, so when selectively growing tungsten in contact holes, it is required to suppress erosion of the silicon substrate during the initial reaction. There is.

本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、シリ
コン下地の上のタングステンなどの初期還元反応におい
て、シリコン基板の食い込みを抑制しうる気相成長方法
を提供することを目的とする。
The present invention was created in view of these points, and an object of the present invention is to provide a vapor phase growth method capable of suppressing encroachment of a silicon substrate during the initial reduction reaction of tungsten or the like on a silicon base.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は本発明の方法を実施する装置の断面図で、図中
、11はチャンバ、12は基板(例えばシリコンウェハ
)、13はサセプタ、14はヒータ、15はガス供給部
、16は排気管である。
The present invention is a sectional view of an apparatus for carrying out the method of the present invention, in which 11 is a chamber, 12 is a substrate (for example, a silicon wafer), 13 is a susceptor, 14 is a heater, 15 is a gas supply section, and 16 is an exhaust pipe. It is.

本発明においては、タングステンの初期(第1段階)成
長を次の条件の下に行う。
In the present invention, the initial (first stage) growth of tungsten is performed under the following conditions.

第1段階 圧カニ  0.1〜1.5 Torr 成長温度=260〜420℃ N2流量:  1000 cc/ 5inWP6流量:
  2cc/ win N2 /Wh  (流量比)  :  50ON2流速
=10幡Cnl/lll1n 次いで、第2段階の成長を下記の条件の下に行う。
1st stage pressure crab 0.1-1.5 Torr Growth temperature = 260-420°C N2 flow rate: 1000 cc/5inWP6 flow rate:
2cc/win N2/Wh (flow rate ratio): 50ON2 flow rate=10cm2Cnl/lll1n Next, the second stage of growth is performed under the following conditions.

第2段階 圧カニ  1.5Torr 成長温度:260〜420℃ H2流Ml :  1000 cc/5hinWF6流
量:  2cc/s+1n H2/WFs(流量比)  :  500H2流速:1
0幡c+s/sin 〔作用〕 本発明者の実験によると、畦6を用いるタングステンの
還元反応において、N2を使用すると260〜420℃
の範囲内で成長するタングステンの膜厚はほぼ50人程
度に安定したものであり、さらに反応ガスの流速を10
4 〜10′Icm/5hinに保つとき成長するタン
グステンの膜も50人のオーダーのものであり、従って
蒸発するSihによって侵食されるシリコン基板の深さ
は100Å以下に抑えられるのである。
2nd stage pressure crab 1.5 Torr Growth temperature: 260-420°C H2 flow Ml: 1000 cc/5hinWF6 flow rate: 2cc/s+1n H2/WFs (flow rate ratio): 500H2 flow rate: 1
0 幡c+s/sin [Function] According to the inventor's experiments, when N2 is used in the reduction reaction of tungsten using the ridge 6, the temperature decreases from 260 to 420°C.
The thickness of the tungsten film grown within the range of 10% is stable at approximately 50%.
The tungsten film that grows when the temperature is maintained at 4 to 10'Icm/5h is also on the order of 50 nm, and therefore the depth of the silicon substrate eroded by the evaporated SiH can be suppressed to less than 100 Å.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本発明者はWF6を用いるタングステンの選択成長にお
いて、2段階成長を行う。第1段階の成長は、反応室(
チャンバ)内の圧力は0.1〜1.5Torrとし、ソ
ースガスWF6と共に供給する例えばN2 + Ar+
 Heなどに関して、成長するタングステンの膜厚と温
度との関係について実験をなし、第2図の線図に示され
る結果を得た。
The present inventor performs two-step growth in selective growth of tungsten using WF6. The first stage of growth occurs in the reaction chamber (
The pressure inside the chamber is 0.1 to 1.5 Torr, and the gas is supplied together with the source gas WF6, for example, N2 + Ar+
Regarding He, etc., experiments were conducted on the relationship between the growing tungsten film thickness and temperature, and the results shown in the diagram of FIG. 2 were obtained.

第2図において横軸には温度を(’C)で、また縦軸に
は成長したタングステンの膜厚を〔人〕でとっり。この
実験結果から理解しうる如く、N2ガスを供給するとき
には、260℃〜420℃の範囲において、成長するタ
ングステンの膜厚は50人程度ときわめて低(、かつ、
安定した値を示す。他方、Ar、 Ileを供給すると
きは、350℃のあたりからタングステンの膜厚はかな
り急に増大する。このことから、本発明者は、タングス
テンの初期成長(または初期の還元反応)には計6と共
にN2を供給し、温度を前記した260〜420℃の範
囲に設定した。
In Figure 2, the horizontal axis shows the temperature in ('C), and the vertical axis shows the thickness of the grown tungsten film in [people]. As can be understood from the results of this experiment, when N2 gas is supplied, the thickness of the tungsten that grows in the range of 260°C to 420°C is extremely low (and
Shows a stable value. On the other hand, when Ar or Ile is supplied, the tungsten film thickness increases quite rapidly from around 350°C. For this reason, the present inventor supplied N2 together with the total 6 for the initial growth of tungsten (or initial reduction reaction), and set the temperature in the range of 260 to 420°C.

次に、N2と畦6の流量比については、N2を102〜
104の範囲内で大量に供給すると良いこと、具体的に
はN2の流量は1000cc/ minに、またWF6
の流量は2 cc/ minに、従ってN2/WF+;
の流量比を500に設定すると好ましい結果が得られる
ことを確認した。当該流量比を102よりも小にすると
本発明の効果が得られず、また103よりも大にしても
さほど顕著な変化は認められない。
Next, regarding the flow rate ratio of N2 and ridge 6, set N2 to 102~
It is better to supply a large amount within the range of 104, specifically, the flow rate of N2 is 1000cc/min, and the flow rate of WF6 is 1000cc/min.
The flow rate of is 2 cc/min, thus N2/WF+;
It was confirmed that preferable results were obtained when the flow rate ratio was set to 500. If the flow rate ratio is made smaller than 102, the effect of the present invention cannot be obtained, and even if it is made larger than 103, no significant change is observed.

前記のN2の流速について、本発明者は実験によって第
3図の線図に示される結果を得た。同図において、横軸
には流速をcn+/n+inでとり、縦軸には成長した
タングステンの膜厚を人でとった。
Regarding the above-mentioned N2 flow rate, the present inventor obtained the results shown in the diagram of FIG. 3 through experiments. In the figure, the horizontal axis represents the flow rate in cn+/n+in, and the vertical axis represents the thickness of the grown tungsten film.

実験によると、流速が103よりも小であるとタングス
テンの膜厚が大であり、その分だけシリコン基板が侵食
されること、また流速が10′Icm/ win以上に
なるとタングステンWの膜厚はほぼ一定した値であるこ
とが判明し、実用的に実施可能な流速は103〜104
 cm/sinであることが確かめられた。
According to experiments, when the flow rate is lower than 103, the tungsten film thickness is large and the silicon substrate is eroded by that amount, and when the flow rate is over 10'Icm/win, the tungsten W film thickness is It was found that the value was almost constant, and the practical flow rate was 103 to 104.
cm/sin.

上記した方法で、すなわち、第1図の装置で初期段階に
おいてはガス供給部15からN2+WFsを0.1〜1
.5 Torrのチャンバ11内に供給し、ヒータ14
によって350℃に加熱されたサセプタ13上に載置さ
れた基板12上に6〜12秒かけて50人程度のタング
ステンを初期成長した。この初期成長において、圧力を
高くするとシリコンとタングステンとの間の反応が大に
なる一方で、圧力を低(しすぎるとタングステンは不均
一に成長し部分的に下地のシリコンが露出するので好ま
しくない。
In the method described above, that is, in the initial stage using the apparatus shown in FIG.
.. 5 Torr into the chamber 11 and the heater 14
About 50 pieces of tungsten were initially grown over a period of 6 to 12 seconds on a substrate 12 placed on a susceptor 13 heated to 350°C. During this initial growth, if the pressure is too high, the reaction between silicon and tungsten will increase, but if the pressure is too low (too much), the tungsten will grow unevenly and the underlying silicon will be partially exposed, which is undesirable. .

しかる後に2段階成長として、N2に代えてN2を供給
し、通常の方法で 匈F6+3H2→W+6HF の反応を発生させ所望の厚さにタングステンを成長した
。なお、第2段階における成長条件は前記した如く、圧
カニ  1.5Torr、成長温度:260〜420℃
、N2流量:  1000cc /min 、 WF6
流量:2 cc/ min %  N2 / WF6流
量比:500、N2流速:10″cm/minとした。
Thereafter, as a two-step growth, N2 was supplied in place of N2, and a reaction of F6+3H2→W+6HF occurred in the usual manner to grow tungsten to a desired thickness. The growth conditions in the second stage are as described above: pressure crab: 1.5 Torr, growth temperature: 260-420°C.
, N2 flow rate: 1000cc/min, WF6
Flow rate: 2 cc/min% N2/WF6 flow rate ratio: 500, N2 flow rate: 10''cm/min.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べてきたように本発明によれば、WF6を用いる
タングステンの初期成長において、N2を大量にかつ大
なる流速で供給することにより、■温度依存性がな(、
■シリコンが5iFaとなって食い込まれるシリコンの
還元量が小さいきで浅い接合部に通し、■均一膜厚であ
り、表面が滑らかであるのでその後のプロセスでタング
ステンをさらに成長させるときに還元しやすくなる、な
どの効果がある。なお、以上はタングステンの成長につ
いて説明したが、本発明の通用範囲はその場合に限定さ
れるものではなく、TiC1!4 、 MOα5などの
金属ハロゲン化物を用いるチタン(Ti)、モリブデン
(Mo)の成長の場合にも及ぶものである。
As described above, according to the present invention, in the initial growth of tungsten using WF6, by supplying a large amount of N2 at a high flow rate,
■The reduced amount of silicon that is bitten into 5iFa is small, so it passes through the shallow junction.■It has a uniform film thickness and has a smooth surface, so it is easy to reduce when tungsten is further grown in the subsequent process. There are effects such as becoming. Although the above description has been made regarding the growth of tungsten, the scope of the present invention is not limited to that case, and the growth of titanium (Ti) and molybdenum (Mo) using metal halides such as TiC1!4 and MOα5 is This also applies to growth.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明実施例断面図、 第2図は成長温度と成長したタングステンの膜厚との関
係を示す線図、 第3図は反応ガスの流速と成長したタングステンの膜厚
との関係を示す線図、 第4図はコンタクトホールへのタングステンの選択成長
例を示す断面図である。 第1図と第4図において、 11はチャンバ、 12は基板、 13はサセプタ、 14はヒータ、 15はガス供給部、 16は排気管、 31はシリコン基板、 32は SiO+膜、 33はコンタクトホール、 34はタングステン層、 35は配線層である。 代理人  弁理士  久木元   彰 復代理人 弁理士  大 菅 義 之 冬@e月笑う瞼例よ午67閏 第1図 第2区
Figure 1 is a cross-sectional view of an example of the present invention. Figure 2 is a diagram showing the relationship between the growth temperature and the thickness of the grown tungsten. Figure 3 is the relationship between the flow rate of the reactant gas and the thickness of the grown tungsten. FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of selective growth of tungsten into a contact hole. 1 and 4, 11 is a chamber, 12 is a substrate, 13 is a susceptor, 14 is a heater, 15 is a gas supply section, 16 is an exhaust pipe, 31 is a silicon substrate, 32 is an SiO+ film, 33 is a contact hole , 34 is a tungsten layer, and 35 is a wiring layer. Agent: Moto Kuki, Patent Attorney: Akifuku, Patent Attorney: Yoshiyoshi Osuga

Claims (1)

【特許請求の範囲】 シリコン下地(31)上に高融点金属層(34)を選択
的に化学気相成長法により成長するにおいて、初期成長
においてはソースガスに不活性ガスを加えて供給し、 反応室(11)の圧力は0.1〜1.5Torr、成長
温度は260〜420℃、窒素とソースガスの流量比は
10^2〜10^3、前記ガスの流速は10^3〜10
^4cm/minの範囲内にそれぞれ設定して成長をな
すことを特徴とする気相成長法。
[Claims] In selectively growing a high melting point metal layer (34) on a silicon base (31) by chemical vapor deposition, in the initial growth, an inert gas is added to the source gas and supplied; The pressure of the reaction chamber (11) is 0.1 to 1.5 Torr, the growth temperature is 260 to 420°C, the flow rate ratio of nitrogen and source gas is 10^2 to 10^3, and the flow rate of the gas is 10^3 to 10
A vapor phase growth method characterized by growing at a rate of 4 cm/min.
JP61219219A 1986-09-19 1986-09-19 Vapor growth method Pending JPS6376875A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01181419A (en) * 1988-01-11 1989-07-19 Fujitsu Ltd Vapor phase growth
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