JPH01108723A - 金属の選択堆積方法及びその装置 - Google Patents

金属の選択堆積方法及びその装置

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JPH01108723A
JPH01108723A JP62266787A JP26678787A JPH01108723A JP H01108723 A JPH01108723 A JP H01108723A JP 62266787 A JP62266787 A JP 62266787A JP 26678787 A JP26678787 A JP 26678787A JP H01108723 A JPH01108723 A JP H01108723A
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圭成 松下
Kenji Fukumoto
福本 健治
Yoshio Yamaguchi
山口 義夫
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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 本発明は化学的気相成長法(以下、CVD法と記す)に
より金属を非酸化物表面に選択的に堆積する方法及びそ
の装置に関するものである。
従来の技術 CVD法によってタングステン(以下、Wと記す)やモ
リブデン(以下、Moと記す)などの高融点金属を、シ
リコン(以下、Siと記す)の非酸化表面などのある種
の膜上にのみ選択的に堆積させる方法は既に知られでお
り、VLSIデバイスの製造等においてますます重要な
役割を果たしつつある。
例えば、Si層の上のコンタクトホールにWを充填する
場合についで説明すると、予めSi層の表面を熱酸化さ
せてS r Oz腹を形成し、このSiO*WItをド
ライエツチングしてコンタクトホールを形成し、さらに
希釈HF中でウェットエツチングにで前処理洗浄したウ
ェハを予め用意し、このウェハ5を、第5図及び第6図
に示すように、真空排気可能な予備室Pに移載し、予備
室Pを減圧した後減圧状態の反応室Rと連通させてウェ
ハWを反応室4Rに移載し、ウェハWの温度を300〜
500℃に加熱制御しつつ、WF、とHlの混合ガスを
導入することによって、Siの露出表面上、′即ちコン
タクトホール内に選択的にWを堆積させている。
発明が解決しようとする問題点 ところが、Si O□膜をドライエツチングしてSi層
を露出させた後、Si表面を前処理洗浄しても、洗浄後
ウェハWを予備室P内に搬送する間にSi表面が外気に
晒されるため、20〜30A程度の自然酸化膜が形成さ
れるのは避けられず、かつその酸化膜は不均一に形成さ
れることが多いため、W層の成長が均一にならず、いび
つに形成されて選択性が悪くなったり、WF、の還元に
よる87表面の浸食が横方向に広がっでウオームホール
を形成してしまい、デバイス構造自体を8Lす虞れがあ
る等の問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、金属膜の成長に伴
う非酸化物表面の浸食が均一でつオームホール等が形成
され難(、均一な厚みの金属膜を形成できる金属の選択
堆積方法及びその装置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 上記目的を達成するため、本発明の第1発明の金属の選
択堆積方法は、化学的気相成長法により非酸化物表面に
、金属を選択的に堆積する方法において、金属の気相成
長による堆積前にウェハ表面をプラズマエツチングして
非酸化物表面の自然酸化膜を除去し、その後ウェハを外
気に晒すことなく金属を選択的に堆積することを特徴と
する。
又、本発明の第2発明の選択堆積装置は、ウェハの載置
手段と、真空排気手段と、金属を含有しかつプロセス温
度以下で気相として存在する分子のガスを導入するガス
導入手段と、温度制御可能な加熱手段とを有する反応室
を備えた化学的気相成長装置において、前記載置手段の
上方位置と貴方の待機位置との間で移動可能な高周波電
極と、プラズマエツチング用のフッ素を含んだへロデン
ガスの供給手段とを設けたことを特徴とする。
さらに、本発明の第3発明の選択堆積装置は、上記反応
室に対して開閉可能に接続されるとともに、ウェハの載
置手段と真空排気手段とを備えた予備室と、予備室と反
応室の載置手段の間でウェハを移送する移載装置とを備
えた化学的気相!&長装置において、前記予備室に、載
置手段の上方に位置する高周波電極と、プラズマエツチ
ング用のフッ素を含んだハロゲンガスの供給手段とを設
けたことを特徴とする。
作用 本発明方法は上記構成を有するので、非酸化物表面に形
成された自然酸化膜をプラズマエツチングにて完全に除
去した後、その*まの状態で非酸化物表面に金属を選択
堆積するので、金属膜が均一に成長するとともに非酸化
物表面が局部的に着しく浸食されるということもなく、
選択性が向上するとともにデバイス構造に欠陥を生ずる
虞れもなくなる。
又、本発明の第2発明の装置によれば、反応室内で高周
波電極からウェハに放電しながらフッ素を含んだハロゲ
ンスを供給することによ、す、上記プラズマエツチング
により自然酸化膜の除去を行うことができるとともに、
除去握直ちに金属の堆積を行うことができ、高い選択性
が得られる。
さらに、フッ素を含んだハロゲンガスが有毒で腐食性が
あっても反応室は元々それに対応でさるように構成され
ているので、装置が複雑になるということもない。
また、本発明の第3発明の装置によれば、予備室内、で
、反応室で金属の選択堆積を行っている間に自然酸化膜
の除去を行うことができ、除去処理のために処理時間が
長くなるということがない。
実施例 以下、本発明のtA1実施例を第1図及び第2図を参照
しながら説明する。
第1図及V第2図においで、1は減圧気相成長装置で、
密閉状態を保持可能な反応室2と予備室3を備えている
。4は、前記予備室3との間で受は渡しするウェハ5を
載置するためのウェハテーブルであり、このウェハテー
ブル4上にローダ6にて未処理のウェハ5を供給し、ウ
ェハテーブル4上の処理済みのウェハ5をアンローグア
にで取り出すように構成されている。
前記反応室2の一側に、この反応室2内を減圧状態に排
気する排気手段8が接続されるとともに、反応室2の他
側に反応室2内にWF、とH2の混合ガスまたはCF、
wスを導入するガス導入手段9が接続されている。又、
反応室2の中央部にはウェハ5を載置する回松駆動可能
な支持台10が設けられるとともに、支持台10の下部
に配設されたシーズヒータ11と上方に配設されたラン
プヒータ12にて支持台10上のウェハ5を300〜5
00℃に加熱制御可能に構成されている。
前記予備室3には、この予備室3内を減圧状態とするた
めの排気手段13が接続されている。又、予備室3内に
は、ウェハ5を支持するとともに、予備室3とウェハテ
ーブル4の間、及び予備室3と支持台10の閏でウェハ
5を移載する移載手段14が配設され、かつこの予備室
3と反応室2の閏の壁面及び予備室3のウェハテーブル
4に対向する壁面にはデートパルプ15.16が配設さ
れている。この移載手段14の詳細についでは説明を省
略するが、任意の構成のものを適用することができ、共
体何としでは特開昭60−98628号公報に開示され
たものを好適に適用することができる。
そして、前記反応室2の支持台10の上部には、支持台
10の直上位置とその側方の待機位置との間で移動可能
に揺動杆18に取付けられた高周波電極17が設けられ
でいる。この高周波電極17にはマツチングボックスを
備えた高周波電源19が接続されている。
次に、動作を説明する。4#気手段8.13を作動させ
、反応室2と予備室3を共に減圧状態に維持しながら、
デートパルプ15をIll!!、移載手段14にて未処
理のウェハ5を予備室3から反応室2の支持台10上に
、又それと同時に処理済みのウェハ5を予備室3に移載
した後、デートパルプ15を閏じる。
次に、反応室2内では、シーズヒータ11をオンして支
持台10の下面からウェハ5に対する加熱を開始する一
方で、高周波電極17を支持台10の直上位置に移動さ
せて高周波電源19から高周波電圧を印加するとともに
、ガス導入手段9カ・らCF、ガスを導入することによ
りて、ウェハ5の表面をプラズマエツチングし、ウェハ
5のSi露出部であるコンタクトホールに生じた自然酸
化膜を除去する。このプラズマエツチングにおいでは、
例えば13.5MHzの高周波電圧を実効値で50〜5
00W印加し、CF、ガスを0.3Torrの圧力状態
となるように導入することにより、10〜30sec程
度で酸化膜を除去できる。
その後、高周波電極17を待機位置に移動させるととも
に、ランプヒータ12をオンしてウェハ5をその表面か
らも加熱し、ウェハ5の温度を300〜500℃の範囲
の所定の温度に制御し、ガス導入手段9からWF、とH
2の混合ガスを0゜5〜5Torrの圧力状態となるよ
うに導入する。
すると、まずWF、が次式に従ってSiにて急速に還元
され、Si上にWが選択的に形成される。
2WF4 +38i =2W+3SiF4↑こうして限
定された薄いW層がSi表面を覆うと、このW層によっ
てWF、のSiへの輸送が減少し、上記度応は阻止され
る。そして、Si表面にW層が形成されると、次式のW
F、の水素還元反応が始*9、ある一定の成長速度でW
が堆積される。
WF、 +3H,=W+6HF↑ このW層上での水素還元には、選択成長を継続させる駆
動力が存在し、Wがそのまま選択的に堆積される。この
堆積速度は、500〜1oooX/sin程度であり、
10〜20分の反応によって5000λ〜1μm程度の
W層がウェハ5のコンタクトホールに充填される。
一方、この反応中、予備室3内にNz、Iyスを導入し
て大気圧とした後、デートパルプ16を1iFlき、移
載手段14にて予備室3内に取り出した処理済みのウェ
ハ5をウェハテーブル4上に送り出すと同時にウェハテ
ーブル4上の未処理のウェハ5を予備室3内に挿入し、
その後デートパルプ16を閉じで排気手段13にで減圧
状態とする。
さらに、ウェハテーブル4上の処理済みのウェハ5をア
ンローダ7にで取り出すとともに、ローダ6にて未処理
のウェハ5をウェハテーブル4上に供給する。
その後、反応室2内での処理が終了すると、上記動作を
繰り返すことによっでウェハ5を順次処理することがで
きる。
以上の第1実施例では、自然酸化膜を除去するプラズマ
エツチングを反応室2内でW層の堆積の前に行うように
したものを―示したが、第3図及び第4図に示す第2実
施例の如く、予備室3内で行うようにすることもできる
第3図及び第4図において、予備室3の移載手段14の
直上位置に高周波電極20が配設されるとともに、マツ
チングボックスを備えた高周波電源19が接続され、さ
らにウェハ5の上面に均一にCF、ttスを供給するた
めに、前記高周波電極20内に形成されたガス供給通路
21を含むが大供給手段22が設けられている。
この実施例においては、反応室2内でWNの選択堆積を
行っている待ち時間の間に、予備室3内に未処理のウェ
ハ5を挿入して真空排気した後、高周波電極20に高周
波電圧を印加するとともにガス供給手段22にでCF 
4 Wスをウェハ5に供給し、プラズマエツチングにて
自然酸化膜の除去を行うことによって、自然酸化膜の除
去工程のために処理時間が長くなるのを防止できる。
本発明は、以上の実施例に限定されるものではない0例
えば、プラズマエツチングの際に用いるガスとしてCF
4 wスを例示したが、一般にフッ素を含むハロゲンガ
スを用いればよい。又、Wの選択堆積に適用した例を説
明したが、Mo等の他の高融点金属のハロゲン化物の還
元反応による選択堆積にも同様に適用できる。さらに、
コンタクトホールの埋込みに限らず、デート電極上への
選択堆積、コンタクトバリアの形成等にも適用すること
ができる。
発明の効果 本発明の第1発明の金属の選択堆積方法によれば、非酸
化物表面に形成された自然酸化膜をプラズマエツチング
にて完全に除去した後、そのままの状態で非酸化物表面
に金属を選択堆積するので、金属膜が均一に成長すると
ともに非酸化物表面が局部的に着しく浸食されるという
こともなく、選択性が向上するととらにデバイス構造に
欠陥を生ずる虞れもなくなるという大なる効果を発揮す
る。
又、#I2発明の金属の選択堆積装置によれば、反応室
内で高周波電極からウェハに放電しながらフッ素を含ん
だハロゲンスを供給することにより、上記プラズマエツ
チングにより自然酸化膜の除去を行うことができるとと
もに、除去後直ちに金属の堆積を行うことができ、高い
選択性が得られる。さらに、フッ素を含んだハロゲンス
が有毒で腐食性があっても反応室は元々それに対応でさ
るように構成されているので、装置が複雑になるという
こともない。
さらに、第3発明の装置によれば、予備室内で、反応室
で金属の選択堆積を行っている間に自然酸化膜の除去を
行うことができ、除去処理のために処理時間が長くなる
ということがないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の概略構成を示す平面図、
第2図は同正面図、第3図は本発明の第2実施例の概略
構成を示す平面図、第4図は同正面図、第5図は従来例
の概略構成を示す平面図、第6図は同正面図である。 1・・・・・・・・・・・・・・・減圧気相成長装置2
・・・・・・・・・・・・・・・反応室3・・・・・・
・・・・・・・・・予備室5・・・・・・・・・・・・
・・・ウェハ8.13・・・・・・排気手段 9・・・・・・・・・・・・・・・ガス導入手段10・
・・・・・・・・・・・・・・支持台13・・・・・・
・・・・・・・・・排気手段14・・・・・・・・・・
・・・・・移載手段17.21・・・・・・高周波電極 19・・・・・・・・・・・・・・・為周波電源22・
・・・・・・・・・・・・・・〃大供給手段。 代理A4弁理士 中尾敏男 はか1名 第1図 第3図 刀−JJI表を捲 第4図 第5図 第6図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)化学的気相成長法により金属を非酸化物表面に選
    択的に堆積する方法において、金属の気相成長による堆
    積前にウェハ表面をプラズマエッチングして非酸化物表
    面の自然酸化膜を除去し、その後ウェハを外気に晒すこ
    となく金属を選択的に堆積することを特徴とする金属の
    選択堆積方法。
  2. (2)ウェハの載置手段と、真空排気手段と、金属を含
    有しかつプロセス温度以下で気相として存在する分子の
    ガスを導入するガス導入手段と、温度制御可能な加熱手
    段とを有する反応室を備え、金属を非酸化物表面に選択
    的に堆積する化学的気相成長装置において、前記載置手
    段の上方位置と側方の待機位置との間で移動可能な高周
    波電極と、プラズマエッチング用のフッ素を含んだハロ
    ゲンスの供給手段とを設けたことを特徴とする金属の選
    択堆積装置。
  3. (3)ウェハの載置手段と、真空排気手段と、金属を含
    有しかつプロセス温度以下で気相としで存在する分子の
    ガスを導入するガス導入手段と、温度制御可能な加熱手
    段とを有する反応室と、ウェハの載置手段と、真空排気
    手段とを有するとともに前記反応室に対して開閉可能に
    接続された予備室と、予備室と反応室の載置手段の間で
    ウェハを移送する移載装置とを備えた金属を非酸化物表
    面に選択的に堆積する化学的気相成長装置において、前
    記予備室に、載置手段の上方に位置する高周波電極と、
    プラズマエッチング用のフッ素を含んだハロゲンガスの
    供給手段とを設けたことを特徴とする金属の選択堆積装
    置。
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