JPH04263072A - 化学気相成長方法 - Google Patents
化学気相成長方法Info
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- JPH04263072A JPH04263072A JP429691A JP429691A JPH04263072A JP H04263072 A JPH04263072 A JP H04263072A JP 429691 A JP429691 A JP 429691A JP 429691 A JP429691 A JP 429691A JP H04263072 A JPH04263072 A JP H04263072A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ等に金属
膜を形成する化学気相成長方法に関するものである。
膜を形成する化学気相成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体ウエハ上に金属膜を成膜す
る化学気相成長方法（以下、単に金属ＣＶＤ法という）
としては、半導体ウエハを反応温度に加熱した状態で原
材料ガスを半導体ウエハ表面に供給する手法が採られて
いた。この従来の金属ＣＶＤ法を図３および図４によっ
て説明する。図３は従来の金属ＣＶＤ法を実施する際に
使用するＣＶＤ装置の概略構成図、図４は従来の金属Ｃ
ＶＤ法を説明するためのグラフで、同図はプロセス時間
と温度，原材料ガス流量の関係を示す。これらの図にお
いて、１は基板としての半導体ウエハ（以下、単にウエ
ハという）、２はサセプタで、前記ウエハ１はサセプタ
２上に載置されている。３はウエハ１を反応温度に加熱
するためのヒータで、このヒータ３はサセプタ２に内蔵
されている。なお、４はヒータ用電源である。５は前記
各部材を収納した反応容器で、この反応容器５は、原材
料ガスを反応容器５内に供給するためのガス導入口５ａ
〜５ｃが上部に設けられ、下部には排気ダクト５ｄが設
けられている。６ａ〜６ｃは前記ガス導入口５ａ〜５ｃ
を開閉するためのバルブ、７は前記排気ダクト５ｄに設
けられた圧力コントロールバルブである。８は排気ポン
プで、この排気ポンプ８の吸い込み口（図示せず）は排
気ダクト５ｄを介して前記反応容器５内に連通されてい
る。なお、図３中矢印ＡはＷＦ６ （六弗化タングステ
ン）ガス、矢印ＢはＳｉＨ４ （シラン）ガスとＨ２
（水素）ガスとの混合ガス、矢印ＣはＡｒ（アルゴン）
ガスを示す。また、図４において横軸はプロセス時間、
縦軸は温度，原材料ガス流量を示し、実線は温度、破線
はＷＦ６ ガス、一点鎖線はＳｉＨ４ またはＨ２ ガ
スを示す。
る化学気相成長方法（以下、単に金属ＣＶＤ法という）
としては、半導体ウエハを反応温度に加熱した状態で原
材料ガスを半導体ウエハ表面に供給する手法が採られて
いた。この従来の金属ＣＶＤ法を図３および図４によっ
て説明する。図３は従来の金属ＣＶＤ法を実施する際に
使用するＣＶＤ装置の概略構成図、図４は従来の金属Ｃ
ＶＤ法を説明するためのグラフで、同図はプロセス時間
と温度，原材料ガス流量の関係を示す。これらの図にお
いて、１は基板としての半導体ウエハ（以下、単にウエ
ハという）、２はサセプタで、前記ウエハ１はサセプタ
２上に載置されている。３はウエハ１を反応温度に加熱
するためのヒータで、このヒータ３はサセプタ２に内蔵
されている。なお、４はヒータ用電源である。５は前記
各部材を収納した反応容器で、この反応容器５は、原材
料ガスを反応容器５内に供給するためのガス導入口５ａ
〜５ｃが上部に設けられ、下部には排気ダクト５ｄが設
けられている。６ａ〜６ｃは前記ガス導入口５ａ〜５ｃ
を開閉するためのバルブ、７は前記排気ダクト５ｄに設
けられた圧力コントロールバルブである。８は排気ポン
プで、この排気ポンプ８の吸い込み口（図示せず）は排
気ダクト５ｄを介して前記反応容器５内に連通されてい
る。なお、図３中矢印ＡはＷＦ６ （六弗化タングステ
ン）ガス、矢印ＢはＳｉＨ４ （シラン）ガスとＨ２
（水素）ガスとの混合ガス、矢印ＣはＡｒ（アルゴン）
ガスを示す。また、図４において横軸はプロセス時間、
縦軸は温度，原材料ガス流量を示し、実線は温度、破線
はＷＦ６ ガス、一点鎖線はＳｉＨ４ またはＨ２ ガ
スを示す。
【０００３】次に、従来の金属ＣＶＤ法によってウエハ
１上に例えばタングステンからなる金属膜を成膜する手
順を説明する。先ず、ウエハ１をサセプタ２上に載置さ
せ、ヒータ３によって加熱する。ウエハ１が反応温度に
まで加熱されてその温度が十分安定した後、図４に示す
ように原材料ガスを反応容器５内に導入する。この原材
料ガスはガス導入口５ａ〜５ｃから導入され、ウエハ表
面に供給される。原材料ガスとしてはＷＦ６ （六弗化
タングステン）ガス、ＳｉＨ４ （シラン）ガスとＨ２
（水素）ガスとの混合ガス、Ａｒ（アルゴン）ガスを
使用する。ウエハ表面に供給された原材料ガスは表面に
吸着され、互いに反応し例えばＷ（タングステン）膜を
形成する。反応に伴う副生成物や未消費のガスは圧力コ
ントロールバルブ７を通過して排気ポンプ８により排気
される。ガス流量としては、ＷＦ６ が１０〜５０ｓｃ
ｃｍ、ＳｉＨ４ が１０〜１００ｓｃｃｍ、Ｈ２ が５
００〜２０００ｓｃｃｍ、Ａｒが５００〜２０００ｓｃ
ｃｍで、圧力としては０．１〜５０Ｔｏｒｒ、温度は２
５０〜４５０℃である。図４はガス導入および温度上昇
下降のタイミング図を示す。図４において横軸はプロセ
ス時間である。なお、説明の簡略化のため定性的なプロ
ファイルを示し、目盛りは任意である。温度が十分に安
定した時点で原材料ガスを流し、下記の反応式（１）ま
たは反応式（２）で示す反応によりタングステン膜を次
々と形成していく。 ＷＦ６ ＋３／２ＳｉＨ４ →Ｗ＋３／２ＳｉＦ４ ↑
＋３Ｈ２ ・・・（１）ＷＦ６ ＋３Ｈ２ →Ｗ＋６Ｈ
Ｆ↑・・・（２）そして、所望の膜厚で原材料ガスの導
入を止め、ウエハ１を冷却させ取出す。
１上に例えばタングステンからなる金属膜を成膜する手
順を説明する。先ず、ウエハ１をサセプタ２上に載置さ
せ、ヒータ３によって加熱する。ウエハ１が反応温度に
まで加熱されてその温度が十分安定した後、図４に示す
ように原材料ガスを反応容器５内に導入する。この原材
料ガスはガス導入口５ａ〜５ｃから導入され、ウエハ表
面に供給される。原材料ガスとしてはＷＦ６ （六弗化
タングステン）ガス、ＳｉＨ４ （シラン）ガスとＨ２
（水素）ガスとの混合ガス、Ａｒ（アルゴン）ガスを
使用する。ウエハ表面に供給された原材料ガスは表面に
吸着され、互いに反応し例えばＷ（タングステン）膜を
形成する。反応に伴う副生成物や未消費のガスは圧力コ
ントロールバルブ７を通過して排気ポンプ８により排気
される。ガス流量としては、ＷＦ６ が１０〜５０ｓｃ
ｃｍ、ＳｉＨ４ が１０〜１００ｓｃｃｍ、Ｈ２ が５
００〜２０００ｓｃｃｍ、Ａｒが５００〜２０００ｓｃ
ｃｍで、圧力としては０．１〜５０Ｔｏｒｒ、温度は２
５０〜４５０℃である。図４はガス導入および温度上昇
下降のタイミング図を示す。図４において横軸はプロセ
ス時間である。なお、説明の簡略化のため定性的なプロ
ファイルを示し、目盛りは任意である。温度が十分に安
定した時点で原材料ガスを流し、下記の反応式（１）ま
たは反応式（２）で示す反応によりタングステン膜を次
々と形成していく。 ＷＦ６ ＋３／２ＳｉＨ４ →Ｗ＋３／２ＳｉＦ４ ↑
＋３Ｈ２ ・・・（１）ＷＦ６ ＋３Ｈ２ →Ｗ＋６Ｈ
Ｆ↑・・・（２）そして、所望の膜厚で原材料ガスの導
入を止め、ウエハ１を冷却させ取出す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の金属ＣＶＤ法は
以上のように構成されており、前記反応式（１）または
反応式（２）に示す反応によってタングステン膜が形成
されるが、現実には反応が十分に進まないうちにタング
ステン膜が成長し、ＷＦ４ 等の中間物質が膜中に不純
物として残ってしまう。不純物が膜中にあると、シート
抵抗の増加やストレスの増加を招くことになるといった
問題が生じる。特に高集積化の進む半導体素子では、従
来の金属ＣＶＤ法によって形成された金属膜を配線に用
いた場合、金属膜の抵抗が大きくなると動作速度等に悪
影響を及ぼすという不具合が生じる。本発明は上記のよ
うな問題点を解消するためになされたもので、ハロゲン
含有量の少ない金属膜を得ることを目的とする。
以上のように構成されており、前記反応式（１）または
反応式（２）に示す反応によってタングステン膜が形成
されるが、現実には反応が十分に進まないうちにタング
ステン膜が成長し、ＷＦ４ 等の中間物質が膜中に不純
物として残ってしまう。不純物が膜中にあると、シート
抵抗の増加やストレスの増加を招くことになるといった
問題が生じる。特に高集積化の進む半導体素子では、従
来の金属ＣＶＤ法によって形成された金属膜を配線に用
いた場合、金属膜の抵抗が大きくなると動作速度等に悪
影響を及ぼすという不具合が生じる。本発明は上記のよ
うな問題点を解消するためになされたもので、ハロゲン
含有量の少ない金属膜を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る化学気相成
長方法は、原材料ガスを、基板が反応温度に加熱された
後に間欠的に基板表面に供給するものである。
長方法は、原材料ガスを、基板が反応温度に加熱された
後に間欠的に基板表面に供給するものである。
【０００６】
【作用】原材料ガスの供給が中断された時に、生成膜中
に取り込まれた反応途中の中間物質が反応終了段階まで
反応する。
に取り込まれた反応途中の中間物質が反応終了段階まで
反応する。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１によって詳細
に説明する。図１は本発明に係る金属ＣＶＤ法を実施す
る際に使用するＣＶＤ装置の概略構成図、図２は本発明
に係る金属ＣＶＤ法を説明するためのグラフで、同図は
プロセス時間と温度，原材料ガス流量の関係を示す。こ
れらの図において前記図３および図４で説明したものと
同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳細
な説明は省略する。また、図２において横軸はプロセス
時間、縦軸は温度，原材料ガス流量を示し、実線は温度
、破線はＷＦ６ ガス、一点鎖線はＳｉＨ４またはＨ２
ガスを示す。本発明によって金属膜をウエハに形成す
るために使用するＣＶＤ装置の構成は従来のものと略同
じであるが、原材料ガスを供給するガス導入口５ｂ，５
ｃに設けられるバルブ６ｂ，６ｃには、このバルブを周
期的に開閉させてガスの導入をコントロールするための
制御装置１１，１２が接続されている。なお、ガス導入
口５ａ〜５ｃにおけるバルブ６ａ〜６ｃより上流側には
、バルブを閉じた瞬間に配管内にガスが溜まり配管内の
ガス圧が上昇し、次にバルブを開いた時に不必要に多く
のガスが反応容器５内に流れ込むことがあるために、そ
の部分にはバイパス用配管（図示せず）が配設されてい
る。すなわち、バルブ６ａ〜６ｃが閉じられた時にはバ
イパス用配管へガスが流れて配管内のガス圧上昇を避け
る構造になっている。
に説明する。図１は本発明に係る金属ＣＶＤ法を実施す
る際に使用するＣＶＤ装置の概略構成図、図２は本発明
に係る金属ＣＶＤ法を説明するためのグラフで、同図は
プロセス時間と温度，原材料ガス流量の関係を示す。こ
れらの図において前記図３および図４で説明したものと
同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳細
な説明は省略する。また、図２において横軸はプロセス
時間、縦軸は温度，原材料ガス流量を示し、実線は温度
、破線はＷＦ６ ガス、一点鎖線はＳｉＨ４またはＨ２
ガスを示す。本発明によって金属膜をウエハに形成す
るために使用するＣＶＤ装置の構成は従来のものと略同
じであるが、原材料ガスを供給するガス導入口５ｂ，５
ｃに設けられるバルブ６ｂ，６ｃには、このバルブを周
期的に開閉させてガスの導入をコントロールするための
制御装置１１，１２が接続されている。なお、ガス導入
口５ａ〜５ｃにおけるバルブ６ａ〜６ｃより上流側には
、バルブを閉じた瞬間に配管内にガスが溜まり配管内の
ガス圧が上昇し、次にバルブを開いた時に不必要に多く
のガスが反応容器５内に流れ込むことがあるために、そ
の部分にはバイパス用配管（図示せず）が配設されてい
る。すなわち、バルブ６ａ〜６ｃが閉じられた時にはバ
イパス用配管へガスが流れて配管内のガス圧上昇を避け
る構造になっている。
【０００８】次に、本発明に係る金属ＣＶＤ法によって
例えばタングステンからなる金属膜をウエハ１上に形成
する手順を説明する。先ず、従来と同様にしてウエハ１
を反応温度にまで加熱する。そして、原材料ガスを反応
容器５内に導入する。なお、原材料ガスの種類，流量や
反応温度等は従来と同じである。本発明の金属ＣＶＤ法
では、図２に示すように、原材料ガスを間欠的に反応容
器５に導入してウエハ１の表面に供給する。間欠的に導
入するにはバルブ６ｂ，６ｃを周期的に開閉させて行う
。ガス導入時にはＷＦ６ とＳｉＨ４ またはＨ２ に
よる反応によりタングステン膜（以下、単にＷ膜という
）が形成されるが、それと同時に、反応の不十分なＷＦ
４ などのサブフロライドが取り込まれる。次に、原材
料ガスの導入を止めると、この温度領域では３ＷＦ４
→Ｗ＋２ＷＦ６ の不均化反応が起こり、ＷＦ４ の一
部がＷＦ６ となって再び放出され排気される。ここで
、Ｗ膜の形成速度が１０００オングストローム／ｍｉｎ
で、原子間隔を約３．５オングストロームとすると、
約５原子層が１秒間で形成される。Ｗ膜を厚く形成した
場合、不均化反応により形成されるＷＦ６ がＷ膜内を
拡散し放出される確率は非常に少なくなるため、せいぜ
い数原子層形成された時点で原材料ガスの導入を止め、
不均化反応をさせなければならない。したがって、上述
した実施例では０．５〜１秒程度の周期でガスの導入の
切り換えを行うとよい。また、スループットの点から考
えて、ガス導入を止めて不均化反応を行う時間は、ガス
導入時間の半分またはそれ以下で行う。
例えばタングステンからなる金属膜をウエハ１上に形成
する手順を説明する。先ず、従来と同様にしてウエハ１
を反応温度にまで加熱する。そして、原材料ガスを反応
容器５内に導入する。なお、原材料ガスの種類，流量や
反応温度等は従来と同じである。本発明の金属ＣＶＤ法
では、図２に示すように、原材料ガスを間欠的に反応容
器５に導入してウエハ１の表面に供給する。間欠的に導
入するにはバルブ６ｂ，６ｃを周期的に開閉させて行う
。ガス導入時にはＷＦ６ とＳｉＨ４ またはＨ２ に
よる反応によりタングステン膜（以下、単にＷ膜という
）が形成されるが、それと同時に、反応の不十分なＷＦ
４ などのサブフロライドが取り込まれる。次に、原材
料ガスの導入を止めると、この温度領域では３ＷＦ４
→Ｗ＋２ＷＦ６ の不均化反応が起こり、ＷＦ４ の一
部がＷＦ６ となって再び放出され排気される。ここで
、Ｗ膜の形成速度が１０００オングストローム／ｍｉｎ
で、原子間隔を約３．５オングストロームとすると、
約５原子層が１秒間で形成される。Ｗ膜を厚く形成した
場合、不均化反応により形成されるＷＦ６ がＷ膜内を
拡散し放出される確率は非常に少なくなるため、せいぜ
い数原子層形成された時点で原材料ガスの導入を止め、
不均化反応をさせなければならない。したがって、上述
した実施例では０．５〜１秒程度の周期でガスの導入の
切り換えを行うとよい。また、スループットの点から考
えて、ガス導入を止めて不均化反応を行う時間は、ガス
導入時間の半分またはそれ以下で行う。
【０００９】したがって、原材料ガスの供給が中断され
た時に、ウエハ１上のＷ膜中に取り込まれた反応途中の
中間物質が反応終了段階まで反応するから、Ｗ膜中に不
純物が残り難くなる。
た時に、ウエハ１上のＷ膜中に取り込まれた反応途中の
中間物質が反応終了段階まで反応するから、Ｗ膜中に不
純物が残り難くなる。
【００１０】なお、本実施例ではＷ膜を形成する場合を
示したが、その他にもＭｏ，Ｔａ，Ｒｅ等金属ハロゲン
化物より金属膜を形成する場合にも適応できる。また、
純金属のみならず二元以上の合金属や硅化金属膜の形成
に対しても適応できる。また、金属膜はそれ自体が触媒
作用があるため、金属上のみに自己整合的に成長させる
選択ＣＶＤ法と呼ばれるＣＶＤ法があり、このようなＣ
ＶＤ法に対しても適応できる。さらに、熱ＣＶＤ法以外
にも、プラズマまたは光ＣＶＤ法に対しても同様の効果
が得られる。さらにまた、シラン系化合物としては、Ｓ
ｉｎＨ２ｎ＋２（ｎ≧２）の高次シランや、ＳｉＨ２Ｃ
ｌ２（ジクロルシラン）であってもよい。
示したが、その他にもＭｏ，Ｔａ，Ｒｅ等金属ハロゲン
化物より金属膜を形成する場合にも適応できる。また、
純金属のみならず二元以上の合金属や硅化金属膜の形成
に対しても適応できる。また、金属膜はそれ自体が触媒
作用があるため、金属上のみに自己整合的に成長させる
選択ＣＶＤ法と呼ばれるＣＶＤ法があり、このようなＣ
ＶＤ法に対しても適応できる。さらに、熱ＣＶＤ法以外
にも、プラズマまたは光ＣＶＤ法に対しても同様の効果
が得られる。さらにまた、シラン系化合物としては、Ｓ
ｉｎＨ２ｎ＋２（ｎ≧２）の高次シランや、ＳｉＨ２Ｃ
ｌ２（ジクロルシラン）であってもよい。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る化学気
相成長方法は、原材料ガスを、基板が反応温度に加熱さ
れた後に間欠的に基板表面に供給するため、原材料ガス
の供給が中断された時に、生成膜中に取り込まれた反応
途中の中間物質が反応終了段階まで反応する。したがっ
て、基板上に形成された金属膜中に不純物が残り難くな
る。このため、本発明によれば金属膜中のハロゲン濃度
が低く抑えられるので、シート抵抗およびストレスの小
さな金属膜が得られ、半導体素子の配線材に適した金属
膜が得られるという効果がある。
相成長方法は、原材料ガスを、基板が反応温度に加熱さ
れた後に間欠的に基板表面に供給するため、原材料ガス
の供給が中断された時に、生成膜中に取り込まれた反応
途中の中間物質が反応終了段階まで反応する。したがっ
て、基板上に形成された金属膜中に不純物が残り難くな
る。このため、本発明によれば金属膜中のハロゲン濃度
が低く抑えられるので、シート抵抗およびストレスの小
さな金属膜が得られ、半導体素子の配線材に適した金属
膜が得られるという効果がある。
【図１】本発明に係る金属ＣＶＤ法を実施する際に使用
するＣＶＤ装置の概略構成図である。
するＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る金属ＣＶＤ法を説明するためのグ
ラフで、同図はプロセス時間と温度，原材料ガス流量の
関係を示す。
ラフで、同図はプロセス時間と温度，原材料ガス流量の
関係を示す。
【図３】従来の金属ＣＶＤ法を実施する際に使用するＣ
ＶＤ装置の概略構成図である。
ＶＤ装置の概略構成図である。
【図４】従来の金属ＣＶＤ法を説明するためのグラフで
、同図はプロセス時間と温度，原材料ガス流量の関係を
示す。
、同図はプロセス時間と温度，原材料ガス流量の関係を
示す。
１ ウエハ
５ 反応容器
６ｂ バルブ
６ｃ バルブ
１１ 制御装置
１２ 制御装置
Claims (1)
- 【請求項１】 加熱された基板の表面に原材料ガスを
供給してこの基板表面上に金属膜を形成する化学気相成
長方法において、前記原材料ガスを、基板が反応温度に
加熱された後に間欠的に基板表面に供給することを特徴
とする化学気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP429691A JPH04263072A (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | 化学気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP429691A JPH04263072A (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | 化学気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04263072A true JPH04263072A (ja) | 1992-09-18 |
Family
ID=11580554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP429691A Pending JPH04263072A (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | 化学気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04263072A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006098260A1 (ja) * | 2005-03-17 | 2006-09-21 | Ulvac, Inc. | 成膜装置及び成膜方法 |
-
1991
- 1991-01-18 JP JP429691A patent/JPH04263072A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006098260A1 (ja) * | 2005-03-17 | 2006-09-21 | Ulvac, Inc. | 成膜装置及び成膜方法 |
| JP2006257512A (ja) * | 2005-03-17 | 2006-09-28 | Ulvac Japan Ltd | 成膜装置及び成膜方法 |
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