JPH04226029A - Cvdチャンバに導入されるプロセスガスをcvdチャンバへの導入前に濾過するための装置 - Google Patents

Cvdチャンバに導入されるプロセスガスをcvdチャンバへの導入前に濾過するための装置

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JPH04226029A
JPH04226029A JP2415603A JP41560390A JPH04226029A JP H04226029 A JPH04226029 A JP H04226029A JP 2415603 A JP2415603 A JP 2415603A JP 41560390 A JP41560390 A JP 41560390A JP H04226029 A JPH04226029 A JP H04226029A
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコンを用いた集積
回路に関し、特に耐火金属を用いて、シリコンに対する
電気的接触を達成するための改良された方法及び装置な
どに関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロエレクトロニクスの分野に於て
は、シリコンに対する電気的接続を達成する際に、アル
ミニウムなどからなる金属皮膜と、シリコンの部分との
間を、アルミニウムとシリコンとが直接接触することな
く導電性のインターフェースを介して接続したい場合が
しばしばあるが、アルミニウムをシリコン上に直接被着
した場合には種々の問題が発生し得る。
【0003】アルミニウムをシリコン上に直接被着した
場合に生じる重要な問題の1つとしては、アルミニウム
がP型ドーパントとして機能し、アルミニウム原子がシ
リコン領域内に拡散すると、シリコン領域がP型不純物
によりドープされるという問題がある。これは、アルミ
ニウムがN型のシリコン領域に接触し、P型のアルミニ
ウム原子がシリコン領域内に拡散した場合には好ましく
ない整流能力を有する接触が引起されるために重要な問
題となる。
【0004】もう1つの問題としては、アルミニウムが
薄いシリコン領域を貫通するような突起(スパイク)を
発生し易く、アルミニウムがシリコン領域の下側の層や
隣接するシリコン領域と接触してしまうことがある。
【0005】更に、もう1つの問題としてはシャドウ効
果がある。即ち、酸化膜がシリコン領域を露出させるよ
うにエッチングされ、酸化物の表面と露出シリコン領域
の間に比較的に大きな段差が存在することから、露出し
たシリコン領域の表面と酸化膜の壁面上にアルミニムが
不均一に被着されるという問題が発生する。そのために
、露出シリコン面或いは酸化膜壁面に対するアルミニウ
ムの被着が不十分となるため、本来導通するべきところ
が、非導通となってしまう虞れが生じる。
【0006】集積回路が小型化するのに伴い、上記した
問題が益々深刻となる。しかも、反応温度が高まるに伴
い、アルミニウム原子のシリコン内の拡散が促進されこ
とから、高い反応温度が用いられる場合にも上記した問
題が益々深刻となる。更に、長期間の間に、アルミニウ
ム原子がシリコン内に更に拡散し、潜在的な欠陥の原因
となったり、コンタクト領域の信頼性を低下させるとい
う問題が発生する。従来からアルミニウムとシリコンと
の直接的な接触により引起される上記したような問題を
解消するための種々の提案がなされてきた。
【0007】その1つに、アルミニウムをシリコンによ
り飽和させ(通常アルミニウムに対するシリコンの量を
0.2〜1重量%とすることにより)アルミニウム原子
の拡散を抑制するものがある。この方法の欠点は温度の
上昇に伴いアルミニウムの飽和レベルが高まり、従って
飽和したアルミニウムが冷却すると、アルミニウム膜の
直下のシリコンの基層表面上にシリコンの析出物が発生
し、好ましくないP型エピタキシャル膜が形成される点
にある。また、この方法を用いた場合でもシャドウ効果
が依然として問題となる。
【0008】アルミニウムとシリコンとの間の直接的接
触に起因する問題を回避するため更に別の従来技術に基
づく方法としては、シリコン表面にアルミニウム金属皮
膜を被着する前に、シリコン上の1つまたは複数の境界
膜を形成するものがある。この種の方法が米国特許第3
,777,364号明細書に記載されており、それ以外
にも多数の米国特許明細書がこのような技術に関連して
いる。このような従来技術に基づく方法によれば、タン
グステン、モリブデン、パラジウム、白金或いはタンタ
ルなどの耐火金属が、露出したシリコンまたは多結晶シ
リコン上に被着され、かつ反応を起すことにより、シリ
サイド膜を形成する。被着された耐火金属のうちで、シ
リコンと反応していない上面は除去される。それに引続
いてアルミニウム金属皮膜が被着される。このようにし
てアルミニウムとシリコンとの間に形成されたシリサイ
ド膜は、アルミニウム原子に対するバリアとして機能し
、アルミニウムがシリコンに向けて拡散するのを防止し
、アルミニウムとシリコンとの間に低い抵抗を伴う接触
を実現する。更に、このような過程により、アルミニウ
ム金属皮膜を被着する際に、段差を、例えば1,200
オングストローム程度減少させることができる。
【0009】上記したようなシリサイド膜を形成する方
法の問題は、例えばタングステンシリサイドを化学蒸着
(CVD)により、6フッ化タングステンWF6 を反
応ガスとして用いて、タングステンシリサイドをアルミ
ニウムとシリコンとの間に形成した場合に、CVDプロ
セスに於て必要とされる高温により、高温のCVDチャ
ンバ壁面がWF6 ガスと反応することにある。そのた
めに、ウェハの表面に対するタングステンの蒸着速度が
低下する。
【0010】タングステンをウェハの表面にスパッタリ
ングすることにより、チャンバの高温の壁面がフッ化金
属ガスと反応するという問題を回避することができるが
、耐火金属皮膜をスパッタリングにより形成することは
、次のような限界を有している。
【0011】(1)このような皮膜は高い応力状態にあ
る場合が多く、従ってクラックを生じ易い。 (2)このような皮膜は段差を覆う能力が低いことを特
徴としている。 (3)このような皮膜は、形成するために高いコストを
必要とする。 (4)与えられた時間内に処理できるウェハの数が比較
的小さい。 (5)スパッタリング用の装置は、装置コスト及び稼動
コストが比較的高い。
【0012】かくして、高温壁面を伴うCVDプロセス
により耐火金属をシリコンに被着させる方法は、被着速
度が低く、しかも段差を覆う能力が低い点に限界を有し
ている。
【0013】米国特許第4,794,019号明細書に
は、高温の壁面を伴うCVDチャンバを用いたタングス
テン蒸着方法が開示されており、タングステンの被着速
度が時間と共に減少し、約3,000オングストローム
の厚さに於て25オングストローム/分の定常速度に達
することが記載されている。(コラム3,第31〜33
行)
【0014】この米国特許によれば、シリコンウェハ上
にタングステンを被着するために300°C程度の温度
を用いるCVDプロセスが開示されている。タングステ
ンは、この程度の温度に於て、シリコンと共に良好に核
生成を行うが、二酸化シリコンとは良好に核生成を行わ
ず、従ってこの方法は、シリコン上にはタングステンを
被着するが、二酸化シリコン上にはタングステンを被着
しないような選択的な被着方法として用いられる。
【0015】しかしながら、この方法によれば、約3,
000オングストロームを越える厚さに耐火金属を被着
するためには、比較的多大な時間及びコストを必要とす
る。
【0016】チャンバの高温の壁面がフッ化金属ガスと
反応することによる被着速度が低下という問題を解決す
るための1つの方法は、石英ハロゲンランプその他の放
射源を用いてウェハに対して直接的な放射を行い、ウェ
ハを局部的に加熱することがある。しかしながらこのウ
ェハを加熱する方法によれば、N型及びP型シリコン領
域に対して放射を行った場合に、これら2つの領域の放
射率が異なることから、N型及びP型シリコン領域に対
する耐火金属の被着速度に差が生じる。このような不均
一な被着結果が得られる場合には、N型及びP型シリコ
ン領域の両者に対して良好な電気的接触を達成しようと
すると、金属インターコネクト膜(interconn
ect)を効率的に被着することが困難となる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、集積回路の製造に
関する技術分野に於いて、耐火金属をアルミニウムとシ
リコンとの間のバリア膜を比較的に高い速度をもって被
着することができ、シリコン表面の段差を減少させるこ
とができ、しかも露出したN及びP型シリコン領域の両
者上に耐火金属を均一に被着し得るような方法を提供す
ることである。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロエレ
クトロニクス回路を製造する際に用いられれるシリコン
の表面に耐火金属を被着する技術に関する。
【0019】上記したような種々の問題を回避するため
に、好ましくは、低い壁面温度を可能にする、放射によ
り加熱される化学蒸着(CVD)システムが、耐火金属
を被着するために用いられ、各ウェハが例えば広帯域光
源により加熱される。従って、シリコン基層とアルミニ
ウム皮膜との間にバリア膜(barrier  lay
er)を形成するためにウェハに対して行われる被着過
程が、高温のガス(WF6 )と高温の壁面との間の反
応により制限されることがない。
【0020】或る好適実施例に於ては、N型及びP型シ
リコン領域が放射を受けた時に、異なる放射率を呈する
ことに起因する、N型及びP型シリコン領域に於ける被
着速度の差異を解消するために、N型及びP型領域が約
100°Cの温度に達する前に、N型及びP型シリコン
領域に対して光学的に不透明な耐火金属の膜(少なくも
100〜500オングストローム)を先ず被着する。1
00°Cを越えるとN型及びP型領域の放射率が大きく
異なることから、この不透明膜を100°C以下の温度
に於て形成するのが好ましい。不透明耐火金属膜が形成
されると、高いプロセス温度に於ても、N型及びP型領
域の放射率が耐火金属の放射率により与えられ、従って
N型及びP型シリコン領域の両者に対して概ね等しい被
着速度をもって耐火金属を被着することができる。
【0021】好適実施例によれば、更に、200〜30
0°C程度の高い蒸着温度に於て、耐火金属ガス(WF
6 )を還元するためCVDチャンバ内に導入されるS
iH4 などの還元性ガスの量を時間と共に増大させ、
被着された耐火金属の厚さが増大し、発熱性の還元反応
により接触領域の温度が上昇するのに伴ない、耐火金属
の被着速度を増大させるように、CVDチャンバ内に於
て利用可能な還元性ガスの量を増大させる。
【0022】本発明の好適実施例に於て、シリサイドバ
リア膜を形成するために用いられるプロセスは、(1)
接触されるべきシリコン領域からなる有機性或いは金属
性の汚染物を除去するようにシリコンウェハの露出表面
を清浄化する過程と、(2)接触されるべきシリコン領
域から酸化物を除去するためにウェハの表面を清浄化す
る過程と、(3)耐火金属が迅速かつ予測される要領を
もって核生成を行うように、シリコンの結晶格子構造の
欠陥を除去する過程と、(4)プロセスガスの高い純度
を維持しその流量を正確に制御するために種々のガスラ
イン及びプロセスチャンバをパージする過程をと、(5
)20〜30°C程度の概ね室温下に於て、シリコンの
表面を耐火金属ガスにより飽和させ、その後に被着され
る耐火金属のための触媒として機能させ、シリコンの表
面とその上に形成されるべきバリア膜との間に強力な接
着力を形成するために、シリコンの表面に予備的な耐火
金属皮膜を形成する過程と、(6)シリコン領域の温度
が約100°Cに到達する前に、プロセスガスをCVD
チャンバ内に導入しつつ、露出したシリコン領域上に耐
火金属からなる、少なくとも100〜500オングスト
ロームの厚さを有する光学的に不透明な膜を、十分に低
い速度をもって形成するべく、ウェハの温度を徐々に上
昇させる過程と、(7)発熱還元反応が、被着された耐
火金属膜の温度を上昇させるに伴い、耐火金属の被着速
度を増大させるべく、還元性ガスの供給速度を徐々に増
大させつつ比較的一定の被着温度下にてウェハを加熱す
る過程と、(8)ウェハを約650°C以上の温度をも
って焼戻し、耐火金属とシリコンの表面との間の境界を
シリサイド化し、被着された耐火金属内のシリコンの原
子を反応させることにより、接触抵抗率を低下させるよ
うにシリサイドを形成させる過程と、(9)ウェハをC
VDチャンバから取出す前にウェハを冷却する過程とを
有する。
【0023】上記した本発明の好適実施例に於ては、過
程(7)に於てSiH4 などシリコン系の還元性ガス
が、WF6 などの耐火金属系ガスを還元するために用
いられ、耐火金属と共に、シリコン原子も被着される。 従って耐火金属及びシリコンが過程(8)に於て焼戻さ
れる際に、シリコンの基層が殆ど消費されない。
【0024】本発明の或る好適実施例に於ては、上記し
た高い蒸着速度及びN型及びP型シリコン領域に於ける
被着速度の差異を解消するという特徴に加えて、CVD
チャンバ内に導入されるプロセスガスを拡散するための
新規な拡散手段、チャンバ内の不純物の滞留時間を減少
させるように高いコンダクタンスを有するガスライン及
び改善されたガス分配濾過システムを用いるという特徴
を備えている。
【0025】本発明に基づく方法の或る実施例は、耐火
金属の被着過程を何回か行った後に、CVDチャンバか
らNF3 を除去する過程に際して、CVDチャンバと
を約65°C以上の温度に加熱し、副産物がCVDの壁
面に凝縮しないようにするCVDチャンバの清浄化過程
を含む。
【0026】上記した被着過程の或る変形例によれば、
本発明に基づく方法が、耐火金属をブランケット蒸着し
たり、2つの導電膜間のビア膜として用いられる耐火金
属皮膜を被着するために用いられる。又、本発明に基づ
くビア膜を形成するための装置は、ウェハをスパッタエ
ッチングを行うステーションからCVDチャンバに向け
て低い圧力状態のまま搬送することができる。
【0027】
【実施例】A.選択的な被着プロセス。 上記したような効果を実現する同時に、金属皮膜とシリ
コンとの間に改善された電気的接触を達成するため露出
シリコン表面上に耐火金属を選択的に被着するために次
のような方法が用いられる。
【0028】先ず、よく知られた従来の技術に基づく方
法により、シリコンウェハ上に、アルミニウムインター
コネクト膜により電気的に接続されるべき種々の領域を
シリコン基層上に形成する。更に、ウェハの表面の二酸
化シリコンその他の絶縁性の膜が形成され、公知の方法
を用いて、シリコン基層の選択的に露出された領域をエ
ッチングし、金属皮膜により電気的に接触されるべき露
出領域をシリコンの基層上に形成する。露出したシリコ
ン領域を形成するための例が、米国特許第4,546,
370号明細書に記載されている。
【0029】A(1).露出シリコン面からの汚染物の
除去。 露出シリコン領域上にバリア膜を選択的に形成する本発
明の好適実施例に於ける第1のステップに於ては、露出
した基層表面から有機性及び金属性の汚染物を除去する
ために、ウェハを120°Cの過酸化硫酸浴内に約5分
間浸漬する。このステップとして、汚染物を除去するた
めの他の良く知られた方法を用いることができる。しか
しながら、露出基層表面上の汚染物の量が無視し得るも
のである場合にはこのステップを省略することもできる
【0030】A(2).露出シリコン面からの酸化物の
除去。 第2のステップに於ては、ウェハを、例えば、5部のフ
ッ化アンモニウムと、1部のフッ化水素酸と、8部の水
とからなる緩衝酸化エッチング剤内に室温化に於て約6
秒間保持する。このステップにより、露出基層表面から
その酸化物或いは外部からの酸化物が除去される。しか
しながら、露出面状に酸化物が十分存在していない場合
には、このステップを省略することもできる。このステ
ップを実施するために、その他の良く知られた手法を用
いることもできる。この酸化物除去を行うステップによ
り、パターン化された酸化物の表面の一部も除去される
が、このようなパターン化された酸化物の厚さが比較的
大きいことから、それらの厚さが減少する度合は無視し
得る程度である。
【0031】A(3).結晶構造の損傷の除去。 第3のステップに於て、イオン注入或いはエッチング過
程により引起された露出シリコン面に対する損傷が、従
来から知られている3フッ化窒素NF3 シリコンエッ
チング剤或いはその他の公知の手法を用いて除去される
、このNF3 エッチング剤を用いて行われるプロセス
によれば、シリコンの結晶構造に対する損傷が発生した
部分のシリコンの表面層が実際に除去される。シリコン
の結晶構造の損傷を除去するのは、耐火金属がシリコン
の表面と共に、良好な核生成を行いしかもそれを予測し
得る要領をもって行い得るようにするためである。この
ステップも、シリコンの結晶格子構造に対する損傷が無
視し得るような場合には、省略することができる。
【0032】シリコンの結晶格子構造の損傷を除去する
ためにシリコンをエッチングする代わりに、シリコン原
子を再配列させるように急速焼戻しを行い、結晶格子構
造を修復させることもできる、この焼戻し過程は、修復
されるべき損傷のタイプ及び量に応じて約600〜85
0°Cの温度に於て10〜60秒間行うのが好ましい。 図1は、この第1〜3のステップの後のウェハを示して
いる。シリコンウェハ1は、露出したN型領域2とP型
領域3とを有し、更に、パターン化された酸化膜4を有
している。次にウェハ1が、図8に示された、米国特許
第4,796,562号明細書に記載されているような
CVDチャンバ内に置かれる。図8に示されたCVDチ
ャンバの詳細については後記する。
【0033】A(4).高純度を得るためのガスライン
のパージ。 第4のステイップに於ては、ガスの純度及び安定性を確
保するために、ウェハ1を受容するCVDチャンバ内に
ガスを導入する前に、バイパスラインから排出真空ライ
ンに向けてプロセスガスを少なくとも7秒間パージする
。最高度のガスの純度を確保するために、第4のステッ
プは、各蒸着過程が終了する度ごとに実施される。しか
しながら、ガスの純度のレベルが許容範囲内であって所
望の精度を有する流速が確保できる場合には、このステ
ップを省略することもできる。
【0034】図6は、本実施例に於けるCVDシステム
に用いられるガスの供給フィルタ及び純粋化ネットワー
ク5を示すダイヤグラム図である。本実施例に於て少な
くとも99.999%の高い純度を有するSiH4 、
H2 、Ar及びWF6 などからなるプロセスガスが
、図示されたネットワーク5の入力ポート6、7、8及
び9に供給される。CVDチャンバエッチングガスSF
6 及びNF3 は、それぞれ入力ポート10、11に
供給される。高い純度を維持するために全てのガスライ
ンは電解研磨されたステンレス鋼からなるものとする。
【0035】先ず、ウェハロットの処理期間の間の、蒸
着システムがこれから4時間以上の時間に亘って使用さ
れないスタンドバイモードに於ては、プロセスガスバル
ブ12〜15、22、24、26、27、40、41、
47及び48は、全て閉じられ、プロセスガスライン2
5、30、46及び51が遮断される。エッチングガス
バルブ16、17、34、38並びにN2 バルブ32
は、パージされる必要がないことから、これらも閉じら
れる。窒素バックフィル(backfill)バルブ5
5、56も閉じられるが、これは、バックフィルは有毒
或いは発火性ガスを希釈するために用いられもので、保
守点検時に診断的な目的のためにのみ用いられものであ
るからである。他の全てのバルブは、ライン内に汚染物
が侵入するのを防止するようにプロセスガスラインをN
2 により加圧するために開かれる。特に、バルブ18
〜21及び23は、N2 がSiH4 ガスライン25
を加圧し得るように開かれる。バルブ28及び29は、
N2 によりH2 ガスライン30を加圧するために開
かれる。
【0036】バルブ31及び42〜45は、N2 によ
りArガスライン46を加圧するために開かれる。バル
ブ45及び50は、N2 によりWF6 ガスライン5
1を加圧するために開かれる。
【0037】ガスライン52、53及び54は、CVD
チャンバに至るガスラインに接続されており、上記した
ようなバルブを閉じることにより、ネットワーク5から
遮断される。
【0038】真空ライン57及び58に接続された真空
システムは、このスタンドバイモード中に、約1リット
ル/分の割合で種々のガスラインからN2 を吸いこむ
。 種々のマスフローコントローラ(MFC)76、77、
80及び81は、日本のSTECコーポレイションから
市販されているSTECモデル3400SL−SP−U
CベイカブルMFC(商品名)等のバイパスタイプのも
のからなる。破線内に示されたバルブは、モノブロック
形式のものであって、例えば日本のモトヤマコーポレイ
ションから市販されているモトヤマモデルMVILM0
0BB(商品名)などからなる。
【0039】ウェハがCVDチャンバ内に置かれた後に
SiH4 ガスライン25及びH2 ガスライン30を
パージする第4のステップを実施するために、バルブ1
9、20及び28が、ガスライン25及び30へのN2
 の供給を遮断するために閉じられる。次に、バルブ1
2、13、22及び26が開かれ、SiH4 及びH2
 ガスが、ライン25及び30及び真空ライン57を介
して流れることができるようになる。SiH4 及びH
2 の流量は、真空ライン27に接続された図示されな
いポンプにより得られる圧力及びMFC76及び77の
開度により決定される。好ましくは、パージステップに
於ける全てのガスの流量を、耐火金属被着過程に際して
用いられる流量に等しくし、ガスライン52に向けてガ
スを導入する時にプロセスガスのサージが発生しないよ
うにする。
【0040】Arガスライン46及びWF6 ガスライ
ン51をパージするために、バルブ42、44及び49
が、ガスライン46及び51へのN2 の供給を遮断す
るために閉じられる。
【0041】次に、バルブ14、15、40及び47が
開かれ、Ar及びWF6 ガスが、ライン46及び51
及び真空ライン58を流れることができるようなる。A
r及びWF6 の流量は、真空ライン58に接続された
図示されないポンプにより得られる圧力及びMFC80
及び81の開度に応じて決定され、耐火金属被着過程に
際して用いられる流量に等しくされる。このガスライン
のパージ過程は、高い純度及び流量の安定性を確保する
ために少なくとも7秒間実施される。
【0042】次に、プロセスガスは、真空ライン57及
び58、プロセスガスライン25、30、46及び51
、CVDガスライン52及び54、ガスライン52及び
54に接続されたバルブ23、24、27、29、41
、43、48及び50を制御することより、CVDプロ
セスチャンバに導入されるべく制御される。入力ポート
6から導入されるSiH4 還元ガス、入力ポート7か
ら導入されるH2 ガス及び入力ポート8から導入され
るArガスは、有機金属化合物を含むナノケム(Nan
ochem:商標名)フィルタ61及び62によりそれ
ぞれ瀘過され、更に、従来形式の多孔質のガスフィルタ
70、71及び72によりそれぞれ瀘過される。ナノケ
ムフィルタは、カリフォルニア州サンノゼに所在するS
emi−Gas、Inc.により製造されている。Ar
ガスは、更に、ゲッタ材料Zr−V−Feを含むモデル
St707Saes−Purifier(商標名)フィ
ルタ73により瀘過される。エッチングガスSF6 及
びNF3 は、それぞれ従来形式の多孔質のフィルタ7
4及び75により瀘過される。ライン25、30、35
、39、46及び51に於けるガスの流れは、マスフロ
ーコントローラ(MFG)76〜81により制御され、
かつ計測される。
【0043】図示されない露点センサが真空ライン57
及び58及びN2 ライン84及び85に設けられ、こ
れらのライン内のH2 O蒸気の量が所定のレベル以下
であるか否かを判定する。ガス供給及び瀘過用ネットワ
ーク5は、CVDシステムの一部として用いられる前に
約125°Cの温度をもって約37時間ベークされガス
ライン中の水蒸気が除去される。図6に示されるように
、ネットワーク5のケース内にはこの目的で抵抗性加熱
要素87が設けられている。図7に示されるように、ネ
ットワーク4を含む部材88は、アルミニウム基層89
上に装着され、抵抗性加熱要素87は、基層を加熱し、
部材88をベークするために、基層89の他方の側に装
着されている。ガスライン内の不純物を検出するために
残留ガスアナライザが用いられた。
【0044】1つのウェハから次のウェハへと交換する
間の短期間のスタンドバイモードに於ては、プロセスガ
スライン25、30、46及び51内の全てのガスを真
空ライン57及び58を介して吸い出し、熱的なサイフ
ォン減少や腐蝕が起きないようにしている。これは、バ
ルブ22、24、26、27、40、41、47及び4
8を閉じバルブ23、29、43及び50を開き、ガス
ライン25、30、46及び51を真空ライン57及び
58に接続することにより達成される。
【0045】以下に詳しく説明するような機能を果すた
めに、SiH4 、H2 、Ar、WF6 などのガス
に代えて、他の公知のプロセスガスを用いることができ
る。
【0046】A(5).耐火金属系のガスによる露出シ
リコン面の飽和。 第5のステップに於ては、図2に示されるように耐火金
属系ガスがウェハ1を受容するCVDプロセスチャンバ
内に導入され、還元性ガスがチャンバ内に注入される前
に、例えば30°C以下の室温に於て、露出シリコン領
域2及び3を飽和する好適実施例に於ては、シリコン基
層表面を飽和させるためにWF6 が用いられた。しか
しながら、シリコンにより還元され耐火金属膜として被
着されるものであれば、任意の公知耐火金属系ガスを用
いることができる。この飽和ステップに於て、WF6 
は、露出シリコンにより還元され、露出シリコン領域2
及び3上に数層のタングステン単原子膜92を形成する
。WF6 は、次の反応により露出シリコンにより還元
される。
【0047】   2WF6 +3Si→2W+3SiF4     
              (式1)
【0048】式
1から理解されるように、WF6 のフッソ原子は、揮
発性の反応生成物(SiF4 )として除去され、タン
グステンが、シリコンの表面に被着される。 室温下に於て、Si表面とWF4 との反応が、露出シ
リコンの全面を耐火金属膜により覆うのに十分ではない
場合がある。しかしながら、このタングステン基層は、
露出シリコンと強固に接着し、従って、その後に形成さ
れるバリア膜とシリコン基層との間の接着力を増大させ
ることができる。この基層は、更に、タングステンを更
に被着し、概ねSiO2 絶縁膜4以外のシリコンの表
面にのみ耐火金属を選択的に被着させるための触媒とし
ても機能する、SiO2 は、室温下に於てWF6 を
それ程還元することができないことから、タングステン
膜は、SiO2 膜4上にはほとんど形成されない。
【0049】本実施例に於て、第5ステップは、CVD
チャンバ内に導入されるH2 、Ar及びWF6 の流
れを制御するために図6に示されたプロセスガスバルブ
41及び48を制御することにより実施される。表1は
、耐火金属膜を選択的に被着するために、本実施例に於
て用いられる種々のステップのためのプロセスパラメー
タを示す。第5ステップは、表1に於けるパラメータ設
定状態Aに対応する。
【0050】
【表1】
【0051】表1から理解されるように、このステップ
は、約7秒間、4.0sccm(標準状態に於ける1分
当りの立方センチメートルにより表される流量)及び8
0mtorrのCVDチャンバ圧力下に於て実施される
。CVDチャンバ内に於て適正な流速及び圧力を保持す
るために、バルブ27を開くことにより、H2 をチャ
ンバ内に向けて150sccmの流量をもって注入する
。H2 は、このような低温に於ては還元性ガスとして
機能せず、従って不活性ガスとして機能する。また、バ
ルブ41を開くことにより少量のArガスも5sccm
の流量をもってチャンバ内に吸入される。Arガスは、
ガスライン54に於けるWF6 の流れを促進するため
のキャリアガスとして用いられる。
【0052】図8は、本実施例に於て用いられた改造さ
れたVarianモデル5101CVDシステム(商品
名)のチャンバ部分を示す断面図である。Varian
モデル5010CVDシステムについては、米国特許第
4,796,562号明細書を参照されたい。
【0053】図8に於て、ウェハ1は、ウェハクランプ
アセンブリ100により、石英チャック102に固定さ
れており、その前面が反応チャンバ104に対向してい
る。WF6 などの耐火金属系ガスは、外側ガス注入リ
ング108を介してチャンバ104内に注入され、リン
グ108は、その壁体の一部をなす拡散手段を介してガ
スを流出させることができる。本実施例に於ては、新規
な拡散手段が用いられており、その詳しい内容について
は図23及び図24について後に詳しく説明する。ガス
は、図6に示されたガスライン54に接続された図示さ
れない入口ポートを介してリング108に向けて導入さ
れる。
【0054】図6に示されるように、Arガスもガスラ
イン54を介して流れる。不活性ガス注入リング110
は、リング108と同様のものからなり、図6に示され
たガスライン52に接続され、SiH4 などの還元性
ガス及びH2 をチャンバ104内に注入する。ガスデ
フレクタ105は、ガスが反応チャンバ104内に導入
される前に、ガス混合チャンバ106に向けて注入され
るガスを混合する働きをする。
【0055】図3に示されたCVDチャンバの他の特徴
については特定のプロセスステップに関連し説明する。 また、図8に示されたCVDチャンバの詳しい内容につ
いては、米国特許第4,796,562号明細書を参照
されたい。表1に於けるパラメータ設定状態Aに対応す
る本実施例に於て、裏側チャンバ114が、図示されな
い入力ポートから、裏側チャンバ114に向けてArガ
スが注入されることにより、0.5torrの圧力を有
するようにされている。図示されない圧力トランスジュ
ーサが、裏側チャンバ114内に設けられ、裏側チャン
バ114の圧力を計測する。反応チャンバ104内のプ
ロセスガスが裏側チャンバ114内に侵入し、シリコン
ウェハ1の裏面と共に核生成を行わない限り、裏側チャ
ンバの比較的高い圧力の正確な値は問題とならない。し
かしながら、ウェハの周縁部に沿って所望の選択性が失
われることを回避するために、裏側チャンバの圧力は、
約1.0torrを越えてはならない。表1に於けるパ
ラメータ設定状態Aによれば、反応チャンバの圧力が8
0mtorrに保持される。
【0056】反応チャンバ104内のガスは、ウェハク
ランプアセンブリ100に設けられた開口を介して、大
きな流量を取り扱い得る真空ポート116から吸い出さ
れ、チャンバ104内の副産物の滞留時間が10ミリ秒
以下となるようにしており、チャンバ104内のガスを
吸い出す速度は、プロセスガスが所望の流量をもって流
れ、所望の反応チャンバ圧力を維持するように定められ
る。
【0057】A(6).低温下に於ける光学的に不透明
な耐火金属膜のN及びP型領域上への形成。 第6ステップに於ては、シリコン上への耐火金属の被着
速度が、極めて低いレベルに保持されるように、WF6
 などの耐火金属系ガスを反応チャンバ内に導入しつつ
、ウェハの温度を、直接的な放射源により室温以上の温
度に徐々に加熱する。
【0058】ウェハの温度は、徐々に上昇するが、その
温度が約100°C以下である時には、耐火金属系ガス
が、図3に於けるN型領域及びP型領域3の表面の露出
シリコンにより還元され、また第5ステップにより被着
された耐火金属の基層を介して拡散したシリコンにより
還元される。耐火金属膜120の表面に概ね一定の割合
で被着されるが、これはN型及びP型シリコンが100
°C以下である場合には、概ね等しい放射率を有するこ
とによるものである。
【0059】図9に示されるように、N型及びP型シリ
コンの放射率が約100°Cを境にして異なる値を取る
ようになることから、温度上昇は、基層温度が約100
°Cに到達する前に、少なくとも光学的に透明な耐火金
属膜120、90(100〜500オングストローム)
を、N型及びP型シリコン領域2及び3の両者に被着し
ておくのに十分であるようなゆっくりした速度をもって
行われなければならない。この膜は、CVDチャンバに
於て用いられる放射加熱源により出力される周波数に対
して不透明であれば良い。不透明な耐火金属膜が形成さ
れると、N型及びP型シリコン領域2及び3の放射率が
概ね被着された耐火金属の放射率に等しくなり、より高
い温度に於てもN型及びP型領域に於ても概ね等しい被
着速度をもって耐火金属膜の形成が可能となる。図3は
、不透明な耐火金属膜120がN型領域及びP型領域3
に対して形成されると同時に、放射122がウェハ1の
基層の裏面124に対して与えられている状態を示して
いる。WF6を耐火金属系のガスとして用いることによ
り、タングステンからなる不透明な膜が式1に示された
発熱還元反応に従って、このステップに於て生成される
【0060】チャンバ内に還元性ガスが導入されない場
合には、露出シリコン領域上の不透明なタングステン膜
を被着する際に、シリコン基層の数原子分の厚さの膜が
還元反応により消費される。また、このような低い温度
に於ては、二酸化シリコン絶縁膜4により耐火金属系ガ
スが殆ど還元されないことから、二酸化シリコン膜4の
上には、耐火金属が殆ど被着されない。
【0061】本実施例に於ては、表1に於てパラメータ
設定状態B及びCとして示される第6ステップが、WF
6 が4sccmの流量をもってチャンバ104内に吸
入されると同時に、図8に示されるように、徐々に増大
する電力を石英ハロゲンランブ126に供給することに
より実行される。表1に於けるパラメータ設定状態B及
びCとして示されるように、ランプ125は、5秒間消
灯され、それに引続く45秒間に亘って265°Cに達
するまで、増大する電力の供給を受ける。チャンバ圧力
及び裏側チャンバ圧力と同様に、H2 及びArの流量
は第5ステップと同様である。
【0062】図8に示されたパイロメータ即ち高温計が
、ウェハの平均温度を計るために用いられ、温度制御の
ためのフィードバック信号を供給する。
【0063】表1に示された好適実施例に於ては、反応
チャンバ104内に還元性ガスを導入しなくても、不透
明な膜120、90を形成し得るにも拘らず、シランと
も呼ばれる4水素化シリコン(SiH4 )還元性ガス
が、耐火金属の被着速度を増大させ、還元反応により消
費されるシリコンの表面がごく僅かであるようにするた
めに、WF6 を還元するべく、2.6sccmの流量
をもって、チャンバ104内に導入される。
【0064】A(7).被着温度に於ける還元性ガスの
徐々に増大する流量による供給。 第7ステップに於ては、被着温度が、シリコンウェハ上
の選択された領域上にタングステンの他の耐火金属が所
望の厚さに被着される必要な時間に亘って、230〜4
25°Cに保持される。この間に、耐火金属系のガスが
、還元性ガスと共に、チャンバ内に導入され、耐火金属
系ガスを還元する。この時、基層のシリコンは、被着さ
れた金属皮膜内を拡散して耐火金属系ガスを還元するこ
とができない。好適実施例に於ては、耐火金属系ガスが
WF6 からなり、還元性ガスがSiH4 からなり、
チャンバ内のSiH4 の相対的な量に応じて次のよう
な発熱反応を引起す。
【0065】   2WF6 +3SiH4 →2W+3SiF4 +
6H2       (式2)
【0066】   2WF6 +4.2SiH4 →0.4W5 Si
3 +3SiF4 +8.4H2          
                         
                    (式3)

0067】式2及び式3に示された還元反応は、次のよ
うにして行われる。WF6 は、第6ステップに於て被
着された不透明なタングステン皮膜をフッ化する。Si
H4 は、直ちにフッ化表面と反応し、シリコンを被着
すると共に、揮発性のフッ化シリコン(SiF4 )を
形成する。被着されたシリコン膜は、該シリコン膜に向
けて衝当するWF6 ガスの分子と反応し、式1に示さ
れる還元反応を行う。このようにして、式2及び式3に
より示される反応は、WF6 とSiH4 との間の還
元反応と、タングステン及びシリコンの被着サイクルに
亘って行われるタングステン皮膜の成長とからなる一連
の副反応の集合として行われる。WF6 或いはSiH
4 は、このような低い被着温度に於ては、絶縁性の二
酸化シリコン膜4に殆ど付着しないことから、絶縁性の
二酸化シリコン膜に対しては、タングステンが殆ど被着
されない。従ってタングステンの選択的な被着が実現す
る。
【0068】式2及び式3により示される還元性反応か
ら理解されるように、還元性反応に関与するSiH4 
の量がWF6 の量の1.5倍を越えると、シリコン原
子もタングステンと共に被着されるようになる。これは
、その後に耐火金属とシリコン基層との接合部をシリサ
イド化するべくウェハを焼戻す時に、シリコン系の還元
性ガスを用いることにより、シリコン基層が何ら消費さ
れないこととなる点に於て好ましい。この焼戻しステッ
プは、被着層全体をもシリサイド化しかつ高密度化する
事から、バリア膜の抵抗を低くする働きをも有する。従
って、CVDチャンバ内に導入されるWF6 及びSi
H4 の量は、WSix の膜を被着するように設定さ
れるのが好ましい。但し、xはプロセスパラメータに依
存する。 図10は、SiH4 対WF6 の比を種々変化させた
場合の、320〜380°Cの被着温度下に於ける被着
層のSi対Wの比の変化を表わすグラフである。
【0069】第7ステップに於て重要なことは、CVD
チャンバに供給されるSiH4 還元ガスの量が、接触
領域の温度上昇に伴い増大する点である。WF6 の、
他の耐火金属系ガスであるSiH4 との還元反応は、
発熱反応であることから、被着されるタングステンの量
が増大するのに伴い、被着されたタングステンの温度が
上昇する。接触領域の温度が上昇するに伴い、SiH4
 の供給量を徐々に増大させると、反応が行われる温度
の上昇により、バリア膜の好ましい柱状の粒子構造が維
持されると同時に、耐火金属の被着速度が増大する。こ
の時、柱状の粒子の構造を維持するために、接触領域の
温度が或るレベルに達する前に過大な量のSiH4 を
反応に供給しないように注意しなければならない。さも
ないと、形成されるバリア膜の粒子構造が好ましくない
非等方性の要領をもって急成長してしまう。
【0070】このように、SiH4 の、反応チャンバ
への供給量を徐々に増大させることにより、好ましくな
い現象を引起すことなく耐火金属の被着速度を増大させ
ることができる。しかるに、従来の技術によれば、接触
領域の温度上昇に伴ない、SiH4 の供給量を徐々に
増大させることにより、柱状の粒子構造を維持し得るこ
とが認識されていなかった。
【0071】第7ステップにより得られる構造が図4に
示されている。本実施例に於ては、被着されたバリア膜
132が、5〜20原子%のシリコン(即ち1〜4重量
%のシリコン)を含むように形成される。上記したプロ
セスにより、膜132は、約12原子%のシリコンを含
むが、Si基層の還元を回避するためには、シリコンの
量が5原子%を越えれば良い。
【0072】図8に示されたCVDチャンバに於て、図
6に示されたガス供給ネットワークを用い、更に、表1
に示されたパラメータ設定状態C〜Hを用いることによ
り、第7ステップが、ウェハの測定温度が260°Cと
なるように、石英ハロゲンランプ126への電力の供給
量を45秒に亘って徐々に増大させるように実行される
。電力の供給量を徐々に増大させる間に、SiH4 が
、バルブ24を制御することにより、2.6sccmの
流量をもってチャンバ104内に注入される。残りのガ
スの流量及び圧力は、表1のプロセスパラメータ設定状
態Bに於て用いられたものと同様である。
【0073】260°Cの測定温度が得られると、この
温度が10秒間維持され(表1に於けるプロセスパラメ
ータ設定状態D)、ガスの流量が一定に保たれる。この
時間が経過した後(表1に於けるプロセスパラメータ設
定状態E)、SiH4 の流量を2.6sccmから2
.8sccmに増大させ、還元性反応が発熱反応である
ことから、被着バリア膜の温度上昇が260°Cを越え
、耐火金属の被着速度を増大させる。
【0074】実用上、SiH4 の流量の増大は、ウェ
ハ上の露出シリコン面の面積に依存する。上記したプロ
セスに於ては、ウェハの表面の3%以下が露出シリコン
面であると仮定されている。それ以上のシリコン面が露
出している場合には、SiH4 をそれだけ急速に増大
させるのが好ましい。
【0075】このように、それぞれ10秒間に亘って、
設定状態F、G及びHを行い、特にSiH4 の供給量
を、最終的に3.4sccmに達するまで0.2scc
mずつ増大させる。
【0076】A(8).チャンバからのプロセスガスの
除去及び焼戻し。 第8ステップに於て、ウェハが冷却され、プロセスガス
がチャンバから除去され、耐火金属とシリコン基層との
境界をシリサイド化し、接触領域の抵抗を低下させるた
めに急激な焼戻しステップが行われる。またこのステッ
プの間に、バリア膜内のシリコン原子が被着された耐火
金属と反応しシリサイドを形成する。還元性ガスがシリ
コン系であることから、被着耐火金属は既にシリコンを
含んでおり、従ってこのステップに際して、シリコン基
層はそれ程消費されない。本実施例に於ては、この焼戻
しステップが、10〜30秒に亘って約650〜900
°Cの温度に於て行われる。
【0077】表1に於けるパラメータ設定状態I〜Kは
、焼戻しに先立って行われる好適な冷却及びパージステ
ップを示しており、パラメータ設定状態Iに於てはラン
プ126が消灯され、プロセスガスSiH4 、H2 
、Ar、WF6 のチャンバ内への注入が、図6に示さ
れたバルブを閉じることより実行され、反応チャンバ1
04及び裏側チャンバ114に於ける圧力が18mto
rr以下に低下される。
【0078】パラメータ設定状態Jに於て、H2 が3
00sccmの流量をもって反応チャンバ104に導入
され、Arは50sccmの流量をもってチャンバ10
4に導入され、ウェハの冷却が促進されると共に、ライ
ン52及び54及び反応チャンバ104から、残留する
SiH4 及びWF6 をパージする。反応チャンバ1
04に於ける圧力は、800mtorrに保持され裏側
チャンバ圧力は、1.0torrに保持される。パラメ
ータ設定状態Jは約45秒間維持され、その結果ウェハ
は十分冷却し、ライン及び反応チャンバが十分にパージ
される。
【0079】パラメータ設定状態Kに於ては、ガスが、
反応チャンバ104及び裏側チャンバ114に於ける圧
力が5秒間に亘って18mtorr以下に低下されるま
で抜き出される。
【0080】焼戻し過程は、プロセスパラメータ設定状
態Lの時に行われ、ランプ126は、5秒間に亘って、
ウェハを約700°Cに加熱するように徐々に増大する
電力の供給を受ける。この間にH2 が150sccm
の流量をもって反応チャンバ104に供給され、Arが
5sccmの重量をもって反応チャンバ104に供給さ
れる。反応チャンバ104に於ける圧力は、80mto
rrに保持され、裏側チャンバ114の圧力が0.5t
orrに保持される。この焼戻しステップの間に、被着
されたバリア膜の密度が高まり約10%収縮する。この
収縮は、バリア膜132内のシリコンとタングステンと
が結合することによるものである。この収縮の度合は、
焼戻し温度及びバリア膜13内のSiの量に依存する。
【0081】このようにして第5〜8のステップにより
(表1に於けるパラメータ設定状態A〜L)形成された
バリア膜132は、約6、500オングストロームの厚
さを有するようになる。
【0082】A(9).ウェハの冷却及びウェハのCV
Dチャンバからの除去。 第9ステップに於て、焼戻し過程に続いて、また、ウェ
ハをCVDチャンバから取出す前に、基層の温度が10
0°C以下に冷却される。この冷却ステップは、ランプ
126を消灯し、ウェハが少なくもと45秒間に亘って
周囲温度にまで冷却することにより実行される。冷却を
促進するために反応チャンバの圧力を800mtorr
に保持し、裏側チャンバの圧力を1.0torrに維持
しつつ、約45秒間に亘ってH2 及びArをそれぞれ
300sccm及び50sccmの流量をもって反応チ
ャンバ104に注入することができる。それに引続き、
H2 及びArガスを遮断し、ウェハを反応チャンバか
ら取出す。
【0083】A(10).導電性金属皮膜の形成。 バリア膜が形成された後、アルミニウム被着過程、その
他の金属の被着過程或いは多結晶シリコンの被着過程が
、従来の方法により行われ、被着されたバリア膜上に、
導電性のインタコネクト膜を形成する。好適実施例に於
ては、インタコネクト膜としてアルミニウムが、スパッ
タ被着プロセスにより被着される。このようにして得ら
れた構造が図5に示されており、導電性のアルミニウム
皮膜136がバリア膜132上に被着されている。
【0084】A(11).その他の特徴。 耐火金属の被着過程に於ける第4〜第7ステップに於て
最適な結果を得るためには、フッ化シリコンなどの反応
副産物の滞留時間を10ミリ秒以下にしなければならな
い。滞留時間は、次の式により計算される。
【0085】                     V    
  pV            τ  =  ─  
=  ──                    
  (式4)                   
 S       Q
【0086】但し、τ=滞留時間
(秒)V=CVDチャンバの容積(リットル)S=ポン
プにより除去されるガスの流量(リットル/秒) P=チャンバの圧力(torr) Q=チャンバに導入されるガスの流量(torr・リッ
トル/秒)
【0087】好適実施例に於て、CVDチャンバからポ
ンプに至るマニフォールドは、50torr・リットル
/秒以上のコンダクタンスを有している。120mto
rrのチャンバ圧力及び49リットルのチャンバ容積を
用いた場合、プロセスチャンバ内のガスの滞留時間は約
9.8×10−3秒となる。更に、CVDチャンバ内に
導入されるプロセスガスは少なくとも99.999%の
純度を有しており、重要なガスの流量は、十分な再現性
を得るために、ウェハごとに設定された流量の設定値に
対して±0.2sccmの範囲内に制御されなければな
らない。更に、WF6 或いは耐火金属系のガスを貯留
する液体ガス容器は、ガスライン中に於けるガスの凝縮
を防止するため、好ましくは室温よりも5度低い温度に
冷却される。
【0088】バリア膜をシリコンの領域上に形成するた
めの上記した方法は、好適実施例に於いて言及されたプ
ロセスガス以外のガスを用いて実施することもできる。 例えば、モリブデン、パラジウム、白金或いはタンタル
などの耐火金属を含む耐火金属系ガスを用いることもで
き、また好適実施例に於て言及された以外の還元性ガス
を用いることもできる。云うまでもなく好適実施例のプ
ロセスに於て用いられたガスの流量、温度、プロセス時
間、圧力及び装置の能力などは、所望の特性を有するバ
リア膜を形成する上で、必要に応じて変更される。
【0089】タングステンシリサイドの上記以外の特性
或いはシリサイド膜を形成するための種々の他のプロセ
スに関する情報は、次のような文献に記載されている。 (1)VSLI  Process  Technol
ogies、ICVC´89(1989年10月17日
発行)、(2)Robert  S.  Blewer
氏による“Chemical  Vapor  Dep
osition  of  Interconnect
  Metals  (Emphasizing  T
ungsten)”と題する講演資料(1988年1月
25日発行)。
【0090】B.ブランケット被着プロセス。 ブランケット被着プロセスに於ては、耐火金属が、露出
シリコン領域ばかりでなく絶縁性の二酸化シリコン膜の
表面にも被着される。通常、ブランケット被着を行った
後、酸化膜上に形成された耐火金属膜は、耐火金属が、
該耐火金属膜により電気的に接触されるべきシリコン領
域にのみ残るようにブランケットエッチングにより完全
に除去される。続いて、通常、金属皮膜がウェハの表面
に形成され、被着された耐火金属に対して、その下層に
位置するシリコン領域に電気的な接触を行うべく接触す
る。
【0091】ブランケットプロセスの他の用途としては
、MOSデバイスのためのゲートを形成するために、ゲ
ート酸化膜上に耐火金属を被着し、耐火金属膜を選択的
にエッチングするものがある。
【0092】パターン化されたウェハの表面に耐火金属
をブランケット被着する好適なプロセスに於ては、シリ
コンウェハの表面を清浄化し、シリコンの結晶格子構造
に対する損傷を除去し、種々のガスラインをパージする
予備的な第1〜4ステップが、前記した第1〜4ステッ
プと同様にして行われる。第1〜4ステップが実行され
、ウェハが図8に示されたようなCVDチャンバに置か
れた後に、ブランケット被着プロセスの好適実施例の第
5ステップに於て、ウェハが約500°Cの被着温度に
加熱され、約2秒間に亘ってSiH4 がチャンバ内に
導入され、露出シリコン及びSiO2 と共に核生成を
行う。これにより、その後にチャンバ内にWF6 が導
入された時にWF6 を還元し得るように、SiO2 
の表面に何層かのSiH4 の単原子膜を形成する。
【0093】図12は、CVDチャンバ104内にSi
H4 を注入する間に、ウェハ1を、図8に示されたラ
ンプ126からの放射熱150により加熱することによ
り、ウェハ1の表面上に、薄いSiH4 の膜152が
被着されるようにするステップを示している。
【0094】種々の圧力及びプロセスガスSiH4 及
びH2 の流量は、表1に於けるパラメータ設定状態C
により示されるものと同様である。この時、WF6 或
いはArを注入しない。
【0095】第6ステップに於ては、前記した選択的な
被着過程として行われる第7ステップと同様な被着過程
が行われ、WF6 がSiH4 と共に、CVDチャン
バ内に注入される。このステップは、WSix からな
るバリア膜が、シリコン及び酸化物の両者の表面上に所
望の厚さをもって形成されるまで続けられる。但し、x
 は、被着プロセスに対して用いられるSiH4 に対
するWF6 の比に依存する。柱状の粒子構造を得るた
めに、WF6 に対するSiH4 の比を1以下として
いる。このステップが、図13に示されており、被着層
158がウェハ1の表面全体に形成される。
【0096】好適実施例に於ては、この被着ステップが
表1のパラメータ設定状態D〜Hを用いて行われ、発熱
性の還元反応が、被着されたバリア膜158の表面に於
ける温度を上昇させるに伴い、還元性ガスSiH4 の
量が時間と共に徐々に増加される。しかしながら、この
ステップに於ては、被着温度が約500°Cに維持され
る。
【0097】形成されたバリア膜が接触領域を覆うに伴
い、発熱性の還元反応により発生した熱が、それだけ早
期に除去されるようになるために、バリア膜の温度上昇
が停止するまで、この漸増するガスの供給が続けられる
【0098】バリア膜158が被着された後、第7ステ
ップに於て、前記した第7ステップと同様に、表1に於
けるパラメータ設定状態I〜Kを用いることにより、ガ
スライン及びCVDチャンバがパージされ、ウェハが冷
却される。
【0099】表1に於けるパラメータ設定状態Lと同様
な設定状態に於て、650°C〜900°Cの範囲の温
度下にて約10〜30秒間の焼戻しステップが行われる
【0100】このようにして得られたバリア膜158が
、良く知られたブランケットプラズマエッチング方法或
いは、その他のエッチング方法を用いてエッチングされ
、図14に示されるようにバリア膜158が接触領域に
於てのみ残されるようにする。或る用途に於て、このバ
リア膜158をインターコネクト膜としても用いること
ができ、従ってブランケットエッチングが行われない。
【0101】図15に示されるよう金属皮膜或いはその
他の導電性の皮膜160が被着され、かつエッチングさ
れる。導電性皮膜160が被着されたバリア膜158及
び領域2及び3とオーミック接触を形成する。
【0102】被着されたバリア膜の品質を改善するため
の他の特徴的な点は、耐火金属シリサイド膜を選択的に
形成するための前記したプロセスについて言及されたも
のと同様であって良い。
【0103】C.多結晶シリコン膜上にビア膜を形成す
るための被着プロセス。 選択的な被着プロセスの第1〜9ステップ或いはブラン
ケット被着プロセスの第1〜7ステップは、多結晶シリ
コン膜と金属皮膜との間或いは2つの金属皮膜間にビア
膜(via)を形成するために用いることができる。
【0104】本発明に基づく方法により形成されたビア
膜を形成されたビア膜を有するウェハの例が図16に示
されている。図16に於てウェハ1は、N型領域2及び
P型領域3を有する。両領域2及び3に対する接触を達
成するために、従来から知られた方法により、多結晶シ
リコン膜170が形成される。酸化膜4は、多結晶シリ
コン膜170をシリコンウェハ1から絶縁する。絶縁膜
172は、耐火金属ビア膜174を被着させるべき、多
結晶シリコン膜170の接触領域を露出させるために、
多結晶シリコン170上に形成される。図16に於て、
耐火金属ビア膜174は、WSix を含み、ここで、
x は被着プロセスに於て用いられるWF6 に対する
還元性ガスSiH4 の比に依存する。AlSiをなど
を含む金属皮膜178が、ビア膜174に接触し、金属
皮膜178と多結晶シリコン膜170との間の電気的結
合を提供するように、絶縁膜172上に形成される。
【0105】ビア膜を形成するべく、多結晶シリコン膜
上に耐火金属を被着する時に、第1及び第2ステップに
ついて前記したのと同様の要領をもってウェハが清浄化
され、第4ステップについて前記したのと同様の要領を
もってガスにライン及びCVDチャンバをパージする。 基層の結晶格子構造の損傷を除去するための前記した第
3ステップは、云うまでもなく省略される。
【0106】ビア膜を形成する選択的な被着プロセスに
於て、多結晶シリコン膜に於けるN及びP領域が異なる
放射率を有することは問題とならないが、ビア膜と多結
晶シリコンとの間に強固な接着を達成し、所望の選択性
を得るために、SiH4 をCVDチャンバ内に吸入す
る前に、多結晶シリコン上に薄い耐火金属膜を被着する
べく第6ステップを行うのが好ましい。この時、多結晶
シリコンの薄い膜が消費される。
【0107】選択的被着プロセスのためのその他の被着
及び焼戻しステップは、基層上の領域と金属皮膜との間
に導電性のバリア膜を形成することについて前記したの
と同様の要領をもって行われる。云うまでもなく、プロ
セス時間及びガスの流量及び温度は、被着されるべき耐
火金属の所望の特性に応じて変更されるものであって良
い。ブランケット被着のためには、まずSiH4 が、
約500°Cの温度下に於て約2秒間に亘ってチャンバ
内に導入され、ウェハの表面に薄いSiH4 膜を形成
する。この方法は、図12について前記したのと同様で
ある。WF6 は、SiH4 と共に、図13について
前記したのと同様にバリア膜を形成するべく導入される
。図13及び図14について前記したのと同様の要領を
もって、被着された皮膜がエッチングされ、金属化プロ
セスが実行される。
【0108】D.金属皮膜上にビア膜を形成するための
被着プロセス。 2つのアルミウム皮膜間或いは2つの金属皮膜間にビア
膜を形成するためには、アルミニウム原子がウェハの酸
化膜表面と反応するのを防止するためのシリコン原子を
含むアルミニウム皮膜を形成するのが好ましい。
【0109】ビア膜を形成する目的で、アルミニウム皮
膜上に耐火金属膜を選択的に被着するためには、従来の
方法を用いてパターン化された酸化膜201或いはその
他の絶縁膜をアルミニム皮膜上に形成し、接触領域を露
出させる。初期の構造が図17に示されている。図17
に於ては、P或いはN型領域2´を有するウェハ1が形
成され、これらの領域は、上記した方法により耐火金属
バリア膜200と接触している。バリア膜200上には
、アルミニム202が形成され、更にその表面にはパタ
ーン化された酸化膜204が形成されている。
【0110】更に、次のようなプロセスが実施される。 D(1).ウェハ表面の清浄化。 ステップ1に於て、アルミニウム皮膜202上にバリア
膜を選択的に被着するために、従来形式のRFスパッタ
エッチングプロセスを用いて露出アルミニウムを清浄化
する。
【0111】好適実施例に於ては、−600ボルト以下
のバイアス電圧及びArイオンを用いてスパッタエッチ
ングを行った。このエッチングステップを行うための好
適な装置に於いては、図21に示されるように、スパッ
タエッチングステーションに接続されるべく改造された
Varianモデル5101(商品名)CVDシステム
が用いられた。このVarian5101CVDチャン
バは、図8について前記しており、また、米国特許第4
,796,562号明細書に記載されている。
【0112】図21に於て、チャンバ210は、ウェハ
搬送システム214を介してスパッタエッチングチャン
バ212に接続されている。図示されていないロードロ
ックが、ウェハ搬送システム214とチャンバ210及
び212間に設けられており、ウェハ搬送システム21
4が用いられていない間、チャンバ210の圧力は、チ
ャンバ202の圧力の影響を受けない。CVDチャンバ
215及びスパッタエッチングチャンバ212は、図6
について前記したガスボックス219からのガスライン
216及び218に接続されている。
【0113】スパッタエッチングチャンバ212にガス
ライン218を介して供給されたArガスは、ガスボッ
クス219内に位置しかつ図6に示されたネットワーク
に隣接する図22に示されるバルブ構造を用いて制御さ
れる。図22に於てクリプトンガス源がKrガスライン
252に接続されている。このKr源及び関連するバル
ブは、本実施例に於けるスパッタエッチングプロセスに
於ては用いられていない。
【0114】自動化された制御システム221が、適切
な信号をワイヤ260、262及び264に供給するこ
とより、CVDチャンバ210、スパッタエッチングチ
ャンバ212、ウェハ搬送システム214及びガスボッ
クス219の種々の機能を制御する好適実施例に於ては
、図17に示されるように、ウェハが、カセットトレイ
内に配置され、カセットトレイは、ウェハ搬送システム
214内のカセットチャンバ内に配置される。ウェハ搬
送システム214は、米国特許第4,796,562号
に記載されたものと同様である。
【0115】ウェハ搬送システム214は、ウェハをカ
セットトレイから極めて低い圧力、例えば1×10−4
torrに維持されたスパッタエッチングチャンバ21
2に向けてウェハを移動するためにマニピュレータアー
ムを備えている。Arガスが充填されたスパッタエッチ
ングチャンバ212は、アルミニウム皮膜202の表面
から酸化物を除去するように、アルミニウム202上へ
の耐火金属の選択的な被着に対して悪影響を及ぼすよう
な汚染物をウェハの表面から除去するように、ウェハの
表面を清浄化するべく作動する。このステップは、その
後のステップに於て、WF6 及びSiH4 プロセス
ガスがSiO2 の表面と共に核を生成するのを防止す
るために、SiO2 の表面を清浄化する働きも備えて
いる。
【0116】好適実施例に於ては、−580ボルトのバ
イアス電圧及び400ワットのRFパワーを用いたスパ
ッタエッチングを、48.5sccmの流量をもってA
rガスを流通させ、室温下、14mtorrの圧力下に
於て、約60秒間行われる。このエッチングステップの
終了後、ウェハ搬送システム214及びスパッタエッチ
ングチャンバ212の圧力が約1×10−4torrに
減少される。スパッタエッチングチャンバ212とウェ
ハ搬送システム214との間のロードロックを開き、マ
ニピュレータアームを用いて、ウェハをスパッタエッチ
ングチャンバ212から取出す。
【0117】ウェハ搬送システム214とスパッタエッ
チングチャンバ212との間のロードロックが閉じられ
、ウェハ搬送システム214とCVDチャンバ210と
の間のロードロックが開かれ、マニピュレータアームに
より、ウェハを汚染することなく、エッチングされたウ
ェハをCVDチャンバ210内に配置する。ウェハがC
VDチャンバ210に搬送され、ウェハクランプアセン
ブリ100により石英チャック102上にクランプされ
ると(図8及び米国特許第4,796,562号明細書
参照)、ウェハ搬送システム214がCVDチャンバ2
10から遮断され、以下に示すような被着プロセスが実
行される。
【0118】ステップ1に於て、ウェハを清浄化した後
に、2つのアルミニウム皮膜に接触するビア膜を形成す
るためプロセスの好適実施例が以下の表2に示されてい
る。
【0119】
【表2】
【0120】ウェハがスパッタエッチングされた後、第
2ステップの飽和ステップが実行され、耐火金属系ガス
が30°C以下の室温下に於て、3時間に亘ってCVD
チャンバ内に注入される。好適実施例に於ては、表2に
於けるパラメータ設定状態Aを用いて、第2ステップが
、2秒間に亘って、4.0scccmのWF6 、15
0sccmのH2 及び5sscmArを用いて実施さ
れる。図8に示されるようなCVDチャンバに於て、こ
のステップの間、反応チャンバ104が50mtorr
の圧力を有し、裏側チャンバ114が0.5torrの
圧力を有するようにされる。このステップは、その後に
形成されるビア膜と金属皮膜との間の接着力を改善する
ために行われる。
【0121】D(3).露出されたアルミニウム表面上
での耐火金属膜の予備的な被着プロセス。 表2に於て、パラメータ設定状態B〜Dに対応する第3
ステップに於て、ウェハの温度が120秒間に亘って約
450°C加熱され、パラメータ設定状態Aと同様の流
量をもって、耐火金属検出ガスが、H2 及びArと共
にチャンバ内に注入される。最初、WF6 がアルミニ
ウム皮膜とのみ反応し、以下の式5に示されるように、
数層の耐火金属単元被膜を被着することから、耐火金属
の選択的な被着は、アルミニウム金属皮膜上に於てのみ
行われる。
【0122】   WF6 +2Al→2AlF3 +W      
                (式5)
【0123
】450°Cの被着温度に於ては、アルミニウム皮膜上
のパターン化された酸化膜は、WF6 と接触する際に
還元性反応を引起さない。耐火金属の最初の膜がアルミ
ニウム上に形成されると以下の式6に従い、H2 が、
アルミニウム皮膜の表面に於て、耐火金属系ガスを還元
することができるようになる。
【0124】   WF6 +3H2 →W+6HF        
                  (式6)
【01
25】表2のパラメータ設定状態Cにより示されるよう
に、ウェハの温度が周囲温度にまで低下され、CVDチ
ャンバ内の圧力が増大される。表2に於けるパラメータ
Dに示されるように、チャンバ内のガスがパージされる
。前記したように図6に示されたような適切なバルブを
操作することにより、プロセスガスを所望の流量をもっ
てCVDチャンバに吸入することができる。
【0126】ステップ3の終了後に得られたウェハが図
18に示されており、耐火金属膜220がアルミニウム
膜220上に被着される。
【0127】D(4).還元性ガスSiH4 を用いた
被着プロセス。 パラメータ設定状態Eに於ては、SiH4 がチャンバ
内に注入される前に室温下に於て再びWF6 、H2 
及びArガスを約7秒間に亘ってCVDチャンバ内に吸
入し、その後にSiH4 がCVDチャンバ内に導入さ
れた時にCVDチャンバ内にWF6 が過剰に存在する
【0128】第4ステップに於てパラメータFが用いら
れ、ウェハの温度が徐々に上昇する前に約5秒間に亘っ
てSiH4 がCVDチャンバ内に注入される。SiH
4 は、露出アルミニウム皮膜上に、高速で耐火金属が
チャンバされるようにするために用いられる。
【0129】第4ステップに於て、パラメータ設定状態
G〜lが用いられ、ウェハの温度が、4秒間に亘って約
500°Cの温度に向けて徐々に高められ、この温度に
50秒間保持される。この間に、SiH4 の供給量が
2.6sccmから3.4sccmに増大され、発熱還
元反応により被着された耐火金属膜の温度が上昇するに
伴い、耐火金属の被着速度を増大する。前記したように
、反応に供給されるSiH4 の量が増大するにも拘ら
ず、発熱還元反応により被着された耐火金属の温度が上
昇するために、被着された耐火金属の柱状の粒子構造が
保存される。
【0130】第4ステップの終了後のウェハの状態が1
9図に示されており、耐火金属(WSix )膜222
が耐火金属(W)膜220上に被着されている。
【0131】D(5).ウェハの冷却。 第5ステップに於てはパラメータ設定状態M〜Oが用い
られ、CVDチャンバ内のガスが排出されるに伴い、図
8に於けるランプ126への電力の供給を徐々に減少さ
せることによりウェハを冷却する。パラメータ設定状態
Nに於ては、図8に於けるランプ126に供給される電
力を減少させることにより、ウェハの温度を45秒間に
亘って周囲温度にまで徐々に低下させる。
【0132】CVDチャンバ104の圧力が800mt
orrとなり、裏側チャンバ114の圧力が1.0to
rrとなるように、H2 及びArガスがCVDチャン
バ内に注入される。パラメータ設定状態Oに於て、プロ
セスガスが再び除去される。CVDチャンバ内のガスが
ポンプにより除去され、ウェハ搬送システム214と、
CVDチャンバ216との間のロードロックが開かれる
。 米国特許第4,796,562号明細書に記載されたの
と同様の要領をもって、マニピュレタアームによりウェ
ハをCVDチャンバ210から取出し、ウェハ搬送シス
テム214内のカセット内に配置する。ウェハをウェハ
搬送システム214から取出すために、N2 がウェハ
搬送システム214内に注入し、システム214の圧力
が大気圧よりもやや高くなるようにする。次に、処理さ
れたウェハ及び同一ロット内の他のウェハを受容するカ
セットが取り出される。
【0133】焼戻しステップは、ウェハに対する全ての
処理が終了した時点で行われることから、この時点に於
て被着膜からシリサイドを形成するため、焼戻しステッ
プが必要とされない。
【0134】上記したプロセスにより、1ミクロンの厚
さを有するビア膜を形成することができる。
【0135】次に、図20に示されるように、公知の方
法を用いて、ウェハの表面にアルミニウム皮膜24を形
成する。被着された耐火金属222がアルミニウム皮膜
202及び224間ビア膜を形成する。
【0136】E.2つの金属皮膜間にビア膜を形成する
ためのブランケット被着プロセス。ブランケット被着プ
ロセスにより、2つの金属皮膜間に耐火金属からなるビ
ア膜を形成するためには、ウェハの表面をスパッタエッ
チングする必要がない。従って、ウェハは、図21に示
されるように、ウェハ搬送システム214を介してCV
Dチャンバ210内に配置される。
【0137】次に、SiH4 が265°C〜500°
Cの範囲の被着温度に於て、2秒間に亘ってCVDチャ
ンバ210内に導入され、アルミニウム及び酸化物の表
面へのブランケット被着を促進する。
【0138】次に、所望のバリア膜が形成されるまで、
SiH4 と共に、WF6 を注入する。ここまでのブ
ランケット被着プロセスは、図12及び図13について
前記したのと同様であるが、アルミニウムの融点が比較
的低いことから、被着温度500°Cを越えてはならな
い。
【0139】耐火金属バリア膜が所望の厚さに被着され
た後、耐火金属がエッチングされ、所望の厚さを有する
ビア膜のみが残される。
【0140】更に、公知の方法を用いてウェハの表面上
に上側金属皮膜を形成する。このようにして得られた構
造は、図20に示されたものと同様であるが、純粋な耐
火金属皮膜220は、このブランケット被着プロセスの
間には形成されない。
【0141】前記したプロセスの場合と同様に、高い再
現性及び良好な結果を確保するために、反応による副産
物の滞留時間を10ミリ秒以下とするために、反応性ガ
スは少なくもと99.999%の純度を有し、重要なガ
スの流れは、±0.2sccmの範囲で制御されなけれ
ばならない。
【0142】F.追加のプロセス及び装置の特徴。 或る数のウェハが上記したいずれかの方法を用いて処理
された後、図8に於ける石英チャック102などからな
るCVDチャンバの部分の表面には、耐火金属の皮膜が
形成され、放射エネルギを好ましくない程度に吸収し、
プロセスチャンバ内のガスと反応するようになる。チャ
ンバを清浄化したい場合には、例えば図6に示されるよ
うなバルブ17、37、38を開くことにより、NF3
 からなるエッチングガスをチャンバ内に導入する。従
来の技術によれば、このエッチングステップは、CVD
室が室温下にある間に行われる。この従来の技術に基づ
く方法の欠点は、NF3 がチャンバ内の石英(SiO
2 )と、或いはチャンバ内に残留する反応副産物と反
応することにより、SiF4 その他のフッ化物の凝縮
物を形成する点にある。
【0143】このような凝縮を行うという問題を回避す
るため、NF3 によりチャンバをエッチングする間に
、チャンバの圧力を約80mtorr以下に維持しつつ
、反応チャンバの壁面を、例えばMydax社により製
造される閉ループ加熱ユニットなどを用いて、65°C
以上に加熱する。この新規な方法によれば、この温度に
於ては、SiF4 その他のフッ化物が揮発性であって
、NF3 と共にパージされることから、凝縮現象を回
避することができる。
【0144】以下に示す表3は、図8に示されたCVD
チャンバなどからなるCVDチャンバをNF3 を用い
てエッチングするためのプロセスの好適実施例を示す。
【0145】
【表3】
【0146】表3のステップAに於て、50sccmの
NF3 が8図に示されたCVDチャンバ104に向け
て80mtorr以下の低い圧力をもって注入される。 CVDチャンバの石英壁面が約90°Cに維持される間
に、200ワットのRFパワーを5分間に亘って供給す
る。図8に於ける裏側チャンバ114を加圧するために
何ら裏側ガスを用いない。
【0147】ステップBに於ては、RFパワーが遮断さ
れ、NF3 ガスがチャンバから吸い出される。
【0148】ステップCに於ては、175sccmのH
2 がCVDチャンバ内に注入され、チャンバ内の残留
物を除去するために、5分間に亘って200ワットのR
Fパワーが再び供給される。
【0149】ステップDに於て、チャンバが再び真空状
態にされる。ステップEに於ては、350sccmのH
2 が、5分間に亘って800mtorrのチャンバ圧
力に於て、CVDチャンバ内に注入され、エッチングプ
ロセスにより発生した不純物を排出する。
【0150】ステップFに於ては、チャンバが再び真空
状態にされる。このようにしてCVDチャンバは清浄化
され、次の被着プロセスを行い得るようになる。
【0151】NF3 が腐食性であるため、比較的反応
性を有する銅製のガスケットを全てアルミニウムのガス
ケットと交換しておくのが好ましい。
【0152】本発明に基づく耐火金属膜を被着するプロ
セスの好適実施例に於ける更に別の新規な特徴としては
、改善された拡散ガス手段を備える、図8に示されるよ
うなリング108及び110などからなるガスイジェク
タリングをCVDチャンバ内で使用することにあり、こ
れによりCVDチャンバ内に向けてリングから放出され
るガスを均一に拡散させることができる。図23及び図
24に示された好適実施例に於ては、ガスイジェクタリ
ング260に対してステンレス鋼の粒子或いはその他の
不活性材料の粒子からなる拡散手段262が嵌入されて
いる。この拡散手段に於ては、ステンレス鋼などからな
る材料の粒子が互いに焼結され、粒子間を通過するガス
をランダムに配向させることができる。好ましくは、粒
子の平均直径を0.5〜2.0ミクロンとする。好適実
施例に於ては、拡散手段262の厚さは約1.57mm
(0.062インチ)であり、拡散手段262の直径は
約17.8cm(7インチ)である。しかしながら、特
定の要請に適合するように、拡散手段262及びリング
の寸法を適宜定めることができるる
【0153】非多孔質の支持リング264は、ステンレ
ス鋼からなるのが好ましい。実用的な実施例に於ては拡
散手段を、コネチカット州ファーミントンに所在するM
ott  Metallurgical  Corpo
rationにより市販されている焼結ステンレスシー
ト材を、所望の形状に切断することにより形成すること
ができる。リング状をなす拡散手段262は、非多孔質
の支持リング264に溶接される。入力ポート266か
らガスをイジェクタリング262内に導入することがで
きる。
【0154】上記したプロセスを実施するのに好適な装
置に於て、図21に示されるように、種々の流れ及びプ
ロセスパラメータはコンピュータの制御のもとに自動的
に行われる。
【0155】このように種々の上記したプロセスを自動
化することにより、人間の誤りに起因する問題を回避す
ることができる。
【0156】当業者であれば所望の特性を有する耐火金
属膜を被着し得るようなプロセスを自動化するようなソ
フトウェアプログラム及び制御システムを容易に開発す
ることができる。好適実施例に於て、ソフトウェアは、
前記した選択的な被着プロセスに於ける第4ステップに
関連して言及されたガスラインパージ機能を制御するた
めに用いることができる。
【0157】上記した好適実施例は、本発明に基づく耐
火金属を被着するために用いられるプロセス及び構造或
いは装置の実施例を示したもので、本発明を何ら限定す
るものではないことを了解されたい。容易に理解し得る
ように、上記以外でも、適当な耐火金属系のガス或いは
還元性ガスを上記したプロセスに於て用いることができ
る。いずれにせよ、当業者であれば、本発明の概念から
逸脱することなく種々の変形・変更実施例を思い至るこ
とを了解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適実施例に基づき耐火金属プロセス
により処理されたシリコンウェハを示す断面図である。
【図2】本発明の好適実施例に基づき耐火金属プロセス
により処理されたシリコンウェハを示す断面図である。
【図3】本発明の好適実施例に基づき耐火金属プロセス
により処理されたシリコンウェハを示す断面図である。
【図4】本発明の好適実施例に基づき耐火金属プロセス
により処理されたシリコンウェハを示す断面図である。
【図5】本発明の好適実施例に基づき耐火金属プロセス
により処理されたシリコンウェハを示す断面図である。
【図6】本発明の好適実施例に於て用いられたガス分配
ボックス内の部品を示すダイヤグラム図である。
【図7】分配ボックス内の部品をベークするために用い
られる加熱要素と共に、図6に示されたガス分配ボック
スを示す斜視図である。
【図8】本発明の好適実施例に於て用いられるCVDチ
ャンバを示すダイヤグラム図である。
【図9】N及びP型シリコン領域の放射率対温度の関係
を示すグラフである。
【図10】プロセスガスのSiH4 対WF6 比に対
する被着膜のSi対W比の関係を示すグラフである。
【図11】SiH4 対WF6 比と被着速度との関係
を示すグラフである。
【図12】本発明の好適実施例に基づきブランケット被
着プロセスにより処理されたシリコンウェハを示す断面
図である。
【図13】本発明の好適実施例に基づきブランケット被
着プロセスにより処理されたシリコンウェハを示す断面
図である。
【図14】本発明の好適実施例に基づきブランケット被
着プロセスにより処理されたシリコンウェハを示す断面
図である。
【図15】本発明の好適実施例に基づきブランケット被
着プロセスにより処理されたシリコンウェハを示す断面
図である。
【図16】本発明の好適実施例に基づき、多結晶シリコ
ンと金属皮膜との間のビア膜を形成するためのプロセス
の終了後のシリコンウェハを示す断面図である。
【図17】本発明の好適実施例に基づく2つの金属皮膜
間にビア膜を形成するためのプロセスにおけるシリコン
ウェハの断面図である。
【図18】本発明の好適実施例に基づく2つの金属皮膜
間にビア膜を形成するためのプロセスにおけるシリコン
ウェハの断面図である。
【図19】本発明の好適実施例に基づく2つの金属皮膜
間にビア膜を形成するためのプロセスにおけるシリコン
ウェハの断面図である。
【図20】本発明の好適実施例に基づく2つの金属皮膜
間にビア膜を形成するためのプロセスにおけるシリコン
ウェハの断面図である。
【図21】ビア膜形成過程を形成するのに適する装置の
好適実施例を示すブロック図である。
【図22】スパッタエッチングガスのためのガス分配ネ
ットワークを示す回路図である。
【図23】本発明の好適実施例に於て用いられたガス拡
散手段の斜視図である。
【図24】本発明の好適実施例に於て用いられたガス拡
散手段の斜視断面図である。
【符号の説明】
1  シリコン基層 2  N型領域 3  P型領域 4  酸化膜 5  ネットワーク 6〜11  入力ポート 12〜15、22、24、26、27、40、41、4
7、48  バルブ 25、30、46、51  ガスライン104  CV
Dチャンバ 126  ランプ 170  多結晶シリコン膜 172  絶縁膜 174  ビア膜 178  金属皮膜 210  CVDチャンバ 212  スパッタエッチングチャンバ214  ウェ
ハ搬送システム 216、218  ガスライン 219  ガスボックス

Claims (38)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  導電性インターコネクト膜を、ウェハ
    上に形成された1つまたは複数の露出したシリコン領域
    に電気的に接続するためのバリア膜を形成するための方
    法であって、前記領域の温度が約100°Cを越える前
    に、前記露出シリコン領域上に耐火金属の光学的に不透
    明な膜を形成する過程と、 所望の厚さを有するバリア膜を形成するために或る時間
    に亘って所定量の還元性ガス及び耐火金属系のガスを供
    給しつつ、前記ウェハをCVDチャンバ内に於て概ね一
    定の蒸着温度下にて加熱する過程と、 前記ウェハを焼戻しすることにより、前記耐火金属と前
    記シリコン領域との間の境界にシリサイドを形成する過
    程とを有することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】  前記還元性ガスがシランからなり、前
    記焼戻し過程が前記バリア膜内のシリコン原子がシリサ
    イドを形成するような反応を引起させるものであること
    を特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】  前記不透明膜を形成する過程に先立っ
    て、概ね室温下に於て、耐火金属系のガスをもって前記
    露出シリコン領域の表面を飽和させ、前記バリア膜と前
    記シリコン領域との間の接着力を増大させ、かつ前記し
    た耐火金属を蒸着させる過程に於ける触媒として機能す
    るように、前記表面に耐火金属からなる基層を形成する
    過程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】  前記耐火金属が、タングステン、モリ
    ブデン、パラジウム、白金及びタンタルからなるグルー
    プから選ばれたものであることを特徴とする請求項1に
    記載の方法。
  5. 【請求項5】  或る量の還元性ガスを供給しつつ、C
    VDチャンバ内に於て、概ね一定蒸着温度下にて前記ウ
    ェハを加熱する過程が、前記バリア膜が形成されつつあ
    る時に該バリア膜の温度を上昇させるような発熱還元反
    応が進行するに伴い、前記耐火金属の蒸着速度を増大さ
    せるべく、還元性ガスの供給量を時間と共に増大させる
    過程を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】  前記シリコン領域がN型及びP型領域
    の両者を含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】  前記ウェハが、該ウェハに向けて直接
    的な放射を行うランプに電力を供給することにより加熱
    されるものであることを特徴とする請求項1に記載の方
    法。
  8. 【請求項8】  前記焼戻し過程が、前記ウェハを約6
    50°Cを越える温度に、約10秒を越える時間に亘っ
    て保持する過程を含むことを特徴とする請求項1に記載
    の方法。
  9. 【請求項9】  導電性インターコネクト膜を、ウェハ
    上に形成された1つまたは複数の露出したシリコン領域
    に電気的に接続するためのバリア膜を形成するための方
    法であって、発熱還元反応が、前記露出シリコン領域上
    に被着される耐火金属の温度を上昇し続けるに伴い、耐
    火金属系のガスの量に対して増大する量の還元性ガスを
    供給しつつ、CVDチャンバ内に於て、概ね一定蒸着温
    度下にて前記ウェハを加熱する過程と、所望の厚さのバ
    リア膜が形成された後に、前記耐火金属と前記シリコン
    領域との間の境界にシリサイドを形成するべく、前記ウ
    ェハを焼戻しする過程とを有することを特徴とする方法
  10. 【請求項10】  耐火金属系のガスの供給量に対して
    時間と共に増大する量の還元性ガスを供給しつつ前記ウ
    ェハを加熱する前記過程に先立って、またバリア膜をブ
    ランケット蒸着するために或る量の還元性ガスを供給す
    るが耐火金属系のガスを供給することなく、前記ウェハ
    をCVDチャンバ内に於て概ね一定の蒸着温度下に於て
    加熱し、前記還元性ガスを、前記露出シリコン領域及び
    これら露出シリコン領域に互いに分離する酸化膜領域の
    表面と共に核生成させる過程を有することを特徴とする
    請求項9に記載の方法。
  11. 【請求項11】  耐火金属系ガスの供給量に対して時
    間と共に増大する量の還元性ガスを供給しつつ前記ウェ
    ハを加熱する前記過程に続いて、還元性ガス及び耐火金
    属系ガスを用いて前記チャンバ内に於て得られたバリア
    膜を所望の厚さにエッチングする過程を有することを特
    徴とする請求項10に記載の方法。
  12. 【請求項12】  導電性インターコネクト膜を、ウェ
    ハ上に形成された1つまたは複数の露出したシリコン領
    域に電気的に接続するためのバリア膜を形成するための
    方法であって、前記露出シリコン領域の表面を概ね室温
    下に於て耐火金属系ガスにより飽和させることをもって
    、前記シリコン領域の前記表面上に耐火金属からなる基
    層を形成し、前記表面とその表面に蒸着されるべき耐火
    金属膜との間の接着力を増大させる過程と、所望の厚さ
    を有するバリア膜を形成するために或る時間に亘って所
    定量の還元性ガス及び耐火金属系のガスを供給しつつ、
    前記ウェハをCVDチャンバ内に於て概ね一定の蒸着温
    度下にて加熱する過程と、 前記ウェハを焼戻しすることにより、前記耐火金属と前
    記シリコン領域との間の境界にシリサイドを形成する過
    程とを有することを特徴とする方法。
  13. 【請求項13】  ウェハ上に形成された多結晶シリコ
    ン膜と金属皮膜との間の電気的接触を達成するために、
    前記多結晶シリコン膜に接触する導電性ビア膜を形成す
    るための方法であって、発熱還元反応が、前記多結晶シ
    リコン膜上に被着された耐火金属の温度を上昇し続ける
    に伴い、耐火金属系のガスの量に対して増大する量の還
    元性ガスを供給しつつ、CVDチャンバ内に於て、概ね
    一定蒸着温度下にて前記ウェハを加熱する過程と、所望
    の厚さのビア膜が形成された後に、前記耐火金属と前記
    多結晶シリコン膜との間の境界にシリサイドを形成する
    べく、前記ウェハを焼戻しする過程とを有することを特
    徴とする方法。
  14. 【請求項14】  耐火金属系のガスの供給量に対して
    時間と共に増大する量の還元性ガスを供給しつつ前記ウ
    ェハを加熱する前記過程に先立って、また導電性ビア膜
    をブランケット蒸着するために、或る量の還元性ガスを
    供給するが耐火金属系のガスを供給することなく、前記
    ウェハをCVDチャンバ内に於て概ね一定の蒸着温度下
    に於て加熱し、前記還元性ガスを、前記多結晶シリコン
    膜及び該多結晶シリコン膜上に形成された酸化膜領域の
    表面と共に核生成させる過程を有することを特徴とする
    請求項13に記載の方法。
  15. 【請求項15】  耐火金属系ガスの供給量に対して時
    間と共に増大する量の還元性ガスを供給しつつ前記ウェ
    ハを加熱する前記過程に続いて、還元性ガス及び耐火金
    属系ガスを用いて前記チャンバ内に於て得られたビア膜
    を所望の厚さにエッチングする過程を有することを特徴
    とする請求項14に記載の方法。
  16. 【請求項16】  前記還元性ガスがシランからなるこ
    とを特徴とする請求項13に記載の方法。
  17. 【請求項17】  前記多結晶シリコン膜と、シランを
    還元性ガスとして用いて該多結晶シリコン膜上に形成さ
    れる耐火金属膜との間の接着力を増大させるように、前
    記多結晶シリコン膜上に、純度の高い耐火金属からなる
    基層を形成するべく、CVDチャンバ内にて、所定量の
    耐火金属系のガスを供給しつつ、前記ウェハを加熱する
    過程を有することを特徴とする請求項16に記載の方法
  18. 【請求項18】  前記還元性ガスが水素からなること
    を特徴とする請求項13項に記載の方法。
  19. 【請求項19】  ウェハ上に形成された第1の金属皮
    膜と第2の金属皮膜との間の電気的接続を達成するため
    に、前記第1の金属皮膜に接触する耐火金属からなる導
    電性ビア膜を形成するための方法であって、前記第1の
    金属皮膜の露出面を清浄化する過程と、発熱還元反応が
    、前記第1の金属皮膜上に被着される耐火金属の温度を
    上昇し続けるに伴い、前記耐火金属の蒸着速度を増大さ
    せるべく、耐火金属系のガスの量に対して増大する量の
    還元性ガスを供給しつつ、CVDチャンバ内に於て、概
    ね一定蒸着温度下にて前記ウェハを加熱する過程を有す
    ることを特徴とする方法。
  20. 【請求項20】  前記第1の金属皮膜及び第2の金属
    皮膜がアルミニウムを含むことを特徴とする請求項19
    に記載の方法。
  21. 【請求項21】  前記還元性ガスがシランからなるこ
    とを特徴とする請求項20に記載の方法。
  22. 【請求項22】  前記清浄化過程が、前記第1の金属
    皮膜の前記露出面を清浄化するべくRFスパッタエッチ
    ングを用いる過程を含むことを特徴とする請求項19に
    記載の方法。
  23. 【請求項23】  ウェハ上に形成された第1の金属皮
    膜と第2の金属皮膜との間の電気的接続を達成するため
    に、前記第1の金属皮膜に接触する耐火金属からなる導
    電性ビア膜を形成するための方法であって、或る量の還
    元性ガスを供給するが耐火金属系のガスを供給すること
    なく、前記ウェハをCVDチャンバ内に於て概ね一定の
    蒸着温度下に於て加熱し、前記還元性ガスを、前記第1
    の金属皮膜及び該第1の金属皮膜上に形成された酸化膜
    領域の表面と共に核生成させる過程と、発熱還元反応が
    、前記第1の金属皮膜上に被着される耐火金属の温度を
    上昇し続けるに伴い、前記耐火金属の蒸着速度を増大さ
    せるべく、耐火金属系のガスの量に対して増大する量の
    還元性ガスを供給しつつ、CVDチャンバ内に於て、概
    ね一定蒸着温度下にて前記ウェハを加熱する過程とを有
    することを特徴とする方法。
  24. 【請求項24】  CVDチャンバを清浄化するために
    、該CVDチャンバをそのままエッチングするための方
    法であって、 前記CVDチャンバの壁面を約65°Cを越える温度に
    加熱する過程と、 前記CVDチャンバ内にNF3 エッチングガスを注入
    する過程と、 前記CVDチャンバの前記壁面をエッチングするべく、
    前記NF3 を活性化するためにRFパワーを供給する
    過程とを有することを特徴とする方法。
  25. 【請求項25】  CVDチャンバ内に於いて用いられ
    、CVDチャンバ内にガスを拡散するための装置であっ
    て、或る材料の粒子を焼結し、焼結された個々の粒子間
    の空隙を介してガスが流出し得るようにしたことを特徴
    とする装置。
  26. 【請求項26】  前記拡散装置が、ステンレス鋼の粉
    体を焼結してなるものであることを特徴とする請求項2
    5に記載の装置。
  27. 【請求項27】  前記拡散装置が、出口ポートを有す
    るガス不透過性のリング上に設けられていることを特徴
    とする請求項25に記載の装置。
  28. 【請求項28】  CVDチャンバに導入されるプロセ
    スガスを、該CVDチャンバに導入される前に瀘過する
    ための装置であって、プロセスガス源に接続された入力
    ポートと、前記入力ポートをガスラインの第1の部分に
    接続するために、前記入力ポートのそれぞれの直下流側
    に接続された第1のバルブ手段と、 前記第1のバルブ手段の直下流側に設けられた第1の瀘
    過手段と、 前記ガスラインの前記第1の部分を前記ガスラインの第
    2の部分に接続するために、前記第1の瀘過手段の直下
    流側に設けられた第2のバルブ手段と、前記第2のバル
    ブ手段と前記CVDチャンバとの間に接続された第2の
    瀘過手段とを有することを特徴とする装置。
  29. 【請求項29】  前記入力ポート、前記第1のバルブ
    の手段、前記第1の瀘過手段、前記第2のバルブ手段及
    び前記第2の瀘過手段を収納するケース体と、前記各部
    分内に含まれる汚染物質を蒸発させるために前記各部分
    を加熱するために、前記ケース体内に設けられた内部加
    熱要素とを有することを特徴とする請求項28に記載の
    装置。
  30. 【請求項30】  前記プロセスガスが6フッ化タング
    ステン及びシランを含むことを特徴とする請求項28項
    に記載の装置。
  31. 【請求項31】  導電性インターコネクト膜を、ウェ
    ハ上に形成された1つまたは複数の露出したシリコン領
    域に電気的に接続するためのバリア膜を形成するための
    装置であって、前記領域の温度が約100°Cを越える
    前に、前記露出シリコン領域上に耐火金属の光学的に不
    透明な膜を形成するための手段と、 所望の厚さを有するバリア膜を形成するために或る時間
    に亘って所定量の還元性ガス及び耐火金属系のガスを供
    給しつつ、前記ウェハをCVDチャンバ内に於て概ね一
    定の蒸着温度下にて加熱するための手段と、前記ウェハ
    を焼戻しすることにより、前記耐火金属と前記シリコン
    領域との間の境界にシリサイドを形成するための手段と
    、 前記形成手段、前記加熱手段及び前記焼戻し手段を自動
    的に制御するための手段とを備えることを特徴とする装
    置。
  32. 【請求項32】  導電性インターコネクト膜を、ウェ
    ハ上に形成された1つまたは複数の露出したシリコン領
    域に電気的に接続するためのバリア膜を形成するための
    装置であって、発熱還元反応が、前記露出シリコン領域
    上に被着された耐火金属の温度を上昇し続けるに伴い、
    耐火金属系のガスの量に対して増大する量の還元性ガス
    を供給しつつ、CVDチャンバ内に於て、概ね一定蒸着
    温度下にて前記ウェハを加熱するための手段と、所望の
    厚さのバリア膜が形成された後に、前記耐火金属と前記
    シリコン領域との間の境界にシリサイドを形成するべく
    、前記ウェハを焼戻しするための手段と、前記加熱手段
    及び前記焼戻し手段を自動的に制御するための手段とを
    備えることを特徴とする装置。
  33. 【請求項33】  導電性インターコネクト膜を、ウェ
    ハ上に形成された1つまたは複数の露出したシリコン領
    域に電気的に接続するためのバリア膜を形成するための
    装置であって、前記露出シリコン領域の表面を概ね室温
    下に於て耐火金属系ガスにより飽和させることをもって
    、前記シリコン領域の前記表面上に耐火金属からなる基
    層を形成し、前記表面とその表面に蒸着されるべき耐火
    金属膜との間の接着力を増大させるための手段と、所望
    の厚さを有するバリア膜を形成するために或る時間に亘
    って所定量の還元性ガス及び耐火金属系のガスを供給し
    つつ、前記ウェハをCVDチャンバ内に於て概ね一定の
    蒸着温度下にて加熱するための手段と、前記ウェハを焼
    戻しすることにより、前記耐火金属と前記シリコン領域
    との間の境界にシリサイドを形成するための手段と、前
    記飽和手段、前記加熱手段及び前記焼戻し手段を自動的
    に制御するための手段とを備えることを特徴とする装置
  34. 【請求項34】  ウェハ上に形成された多結晶シリコ
    ン膜と金属皮膜との間の電気的接触を達成するために、
    前記多結晶シリコン膜に接触する導電性ビア膜を形成す
    るための装置であって、発熱還元反応が、前記多結晶シ
    リコン膜上に被着される耐火金属の温度を上昇し続ける
    に伴い、耐火金属系のガスの量に対して増大する量の還
    元性ガスを供給しつつ、CVDチャンバ内に於て、概ね
    一定蒸着温度下にて前記ウェハを加熱するための手段と
    、所望の厚さのビア膜が形成された後に、前記耐火金属
    と前記多結晶シリコン膜との間の境界にシリサイドを形
    成するべく、前記ウェハを焼戻しするための手段と、前
    記飽和手段、前記加熱手段及び前記焼戻し手段を自動的
    に制御するための手段とを備えることを特徴とする装置
  35. 【請求項35】  ウェハ上に形成された第1の金属皮
    膜と第2の金属皮膜との間の電気的接続を達成するため
    に、前記第1の金属皮膜に接触する耐火金属からなる導
    電性ビア膜を形成するための装置であって、前記第1の
    金属皮膜の露出面を清浄化するための手段と、発熱還元
    反応が、前記第1の金属皮膜上に被着される耐火金属の
    温度を上昇し続けるに伴い、前記耐火金属の蒸着速度を
    増大させるべく、耐火金属系のガスの量に対して増大す
    る量の還元性ガスを供給しつつ、CVDチャンバ内に於
    て、概ね一定蒸着温度下にて前記ウェハを加熱するため
    の手段と、 前記清浄化手段及び前記加熱手段を自動的に制御するた
    めの手段とを備えることを特徴とする装置。
  36. 【請求項36】  前記清浄化手段が、ウェハ搬送シス
    テムを介して前記CVDチャンバに接続されたRFスパ
    ッタエッチングチャンバからなり、前記ウェハを大気圧
    に曝露しないように、かつ前記ウェハが前記エッチング
    チャンバから前記CVDチャンバに向けて搬送されるよ
    うに、前記エッチングチャンバと前記CVDチャンバと
    が、前記ウェハ搬送システムにより接続されていること
    を特徴とする請求項35に記載の装置。
  37. 【請求項37】  CVDチャンバを清浄化するために
    、該CVDチャンバをそのままエッチングするための装
    置であって 前記CVDチャンバの壁面を約65°Cを越える温度に
    加熱するための手段と、 前記CVDチャンバ内にNF3 エッチングガスを注入
    するための手段と、 前記加熱手段及び前記注入手段を自動的に制御するため
    の手段とを備えることを特徴とする装置。
  38. 【請求項38】  CVDチャンバ内にガスを拡散させ
    るための方法であって、或る材料の粒子を焼結してなる
    拡散手段を用いて、焼結された個々の粒子間の空隙を介
    してガスを流出させることを特徴とする方法。
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