JPH11181569A - フッ素ガスを用いた選択ｃｖｄ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】クリーニングされた真空槽内で導電性薄膜を選
択的に成長させられる技術を提供する。 【解決手段】真空槽内に搬入した基板を昇温させ、真空
槽内で選択ＣＶＤ反応を行う際、基板の搬入を行う前
に、真空排気しながら真空槽内にフッ素ガスを導入し、
真空槽のクリーニングを行っておく。プラズマを用いな
いので、真空槽内の部材の裏面もクリーニングされ、パ
ーティクルが少なく、安定した成膜速度で導電性薄膜を
成長させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＶＤ技術にかか
り、特に、パーティクルが少なく、真空槽の内部部材を
劣化させない選択ＣＶＤ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、多層配線膜や微細孔を充填す
る導電性物質には、タングステン金属やチタン金属等、
アルミニウム以外の導電性物質が用いられており、その
ような導電性薄膜を基板表面に形成するために、スパッ
タリング装置やＣＶＤ装置が利用されている。

【０００３】特に、基板表面に露出したシリコン単結晶
層や金属配線層表面上に選択的に導電性薄膜を成長させ
る場合には、選択ＣＶＤ方法が用いられている。

【０００４】図５の符号１０２は、選択ＣＶＤ方法を行
える従来技術のＣＶＤ装置であり、真空槽１０２を有し
ている。真空槽１０２の底壁上には、静電吸着装置１０
３が配置されており、天井側には、ガス散布機構１１０
が設けられている。

【０００５】ガス散布機構１１０内には、第１の空間１
１１と、第２の空間１１２とが独立に設けられており、
静電吸着装置１０３上に成膜対象物の基板を載置し、静
電吸着装置１０３によって基板を静電吸着し、静電吸着
装置１０３内蔵のヒータを発熱させ、加熱しながら真空
槽１０２内を真空排気しながら加熱する。

【０００６】基板が所定温度に達した後、ガス導入系１
１３によって、第１の空間１１１内にフッ化タングステ
ン(ＷＦ₆)ガスを導入し、第２の空間１１２内にモノシ
ランガス(ＳｉＨ₄)を導入し、ＣＶＤ反応の原料ガスと
して真空槽１０２内に散布させると、基板表面の絶縁膜
に形成された微細孔底面上にタングステン薄膜が選択的
に成長し、絶縁膜表面には成長しない。このとき、防着
板１０５裏面を基板の縁部分に当接させ、基板の外周部
分にはタングステン薄膜が成長しないようにしておく。

【０００７】このような選択ＣＶＤ法によって基板表面
にタングステン薄膜を選択的に形成すれば、タングステ
ン薄膜を全面成膜するブランケットＣＶＤ方法に比べ、
エッチバックによる絶縁物表面のタングステン薄膜の除
去を行う必要がないという利点がある。

【０００８】しかし、タングステン薄膜は、基板の微細
孔底面の他、真空槽１０２内にもわずかながら析出して
しまう。上述の六フッ化タングステンガスとモノシラン
ガスを用いたＣＶＤ反応は熱ＣＶＤ反応なので、高温の
部材表面への析出が著しい。

【０００９】防着板１０５は、タングステンが析出しに
くい石英で構成されているが、基板と接触しているた
め、静電吸着装置１０３内蔵のヒータで加熱され、タン
グステンが析出してしまう。

【００１０】そして、真空槽１０２内の部材に析出した
タングステン薄膜は、剥離するとパーティクルになり、
歩留まりを低下させてしまう。

【００１１】また、一旦部材上にタングステン薄膜が形
成されると、タングステンが析出可能な析出面積が増加
するため、基板表面へのタングステン薄膜の形成速度が
遅くなってしまう。

【００１２】そこで従来より、一定枚数の基板を処理す
る毎に真空槽１０２内部のクリーニングが行われてい
る。このＣＶＤ装置１０１では、ＲＦ電極１２１が、真
空槽１０２やガス散布機構１１０とは電気的に絶縁した
状態で設けられており、ガス散布機構１１０からＮＦ₃
ガス(三フッ化窒素ガス)やＣ₂Ｆ₆ガス(六フッ化エチレ
ンガス)等のクリーニングガスを真空槽１０２内に導入
し、ＲＦ電極１２１に高周波電圧を印加し、真空槽１０
２内部にクリーニングガスのプラズマを発生させ、ＣＶ
Ｄ反応の逆反応によってタングステン薄膜を気体化し、
真空排気することによって除去していた。

【００１３】しかしながら、上記のようなプラズマを用
いるクリーニング方法では、高周波電源が必要になる
他、真空槽１０２にＲＦ電極１２１を設ける必要がある
ため、ＣＶＤ装置１０１が複雑化し、コスト高になる。

【００１４】また、真空槽１０２内で、プラズマに曝さ
れる部品表面は速やかにクリーニングが進行するのに対
し、狭い空間や閉塞された空間内にはプラズマが進入で
きないため、クリーニングがされないかクリーニング速
度が小さいという問題がある。例えば、上述のＣＶＤ装
置１０１では、防着板１０５表面はクリーニングされ易
いが、裏面にもタングステンが析出するのに、その部分
はプラズマに曝されないため、クリーニングされ難いと
いう問題がある。

【００１５】この場合、クリーニングガスとして酸化力
が極めて強い三フッ化塩素(ＣｌＦ₃)ガスを用いると、
プラズマを発生させずにタングステン薄膜が除去できる
ため、防着板１０５裏面もクリーニングできる。

【００１６】しかし、三フッ化塩素ガスは、高温ではほ
とんど全ての有機物やニッケルとアルミニウム以外の金
属、及びその合金を腐食させてしまうため、Ｏリング等
の合成樹脂性のシール部材１０９やその他の部品が劣化
してしまう。

【００１７】また、三フッ化塩素ガスは、他のクリーニ
ングガスに比べて腐食性が強いため、厳しい管理が必要
となり、取り扱いが面倒である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、プラズマを用いず、比較的毒性の弱いガスで真
空槽内をクリーニングしながら導電性薄膜を選択成長さ
せられる技術を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、真空槽内に搬入した基板を
昇温させ、前記真空槽内にＣＶＤ反応の原料ガスを導入
し、前記基板上に導電性薄膜を選択的に成長させる導電
性薄膜の選択ＣＶＤ方法であって、前記真空槽内に前記
基板を搬入する前に、前記真空槽内にフッ素ガス(Ｆ₂ガ
ス)を導入しながら真空排気し、所定時間経過した後、
前記基板を搬入することを特徴とする。

【００２０】請求項２記載の発明は、前記フッ素ガスの
導入と前記導電性薄膜の形成を繰り返し行う請求項１記
載の選択ＣＶＤ方法であって、前記フッ素ガスの導入
は、前記導電性薄膜を前記基板の所定枚数形成する毎に
行うことを特徴とする。

【００２１】この場合、請求項３記載の発明のように、
前記所定枚数は１枚以上１０枚以下にするとクリーニン
グ効果が高い。

【００２２】以上説明した請求項１乃至請求項３のいず
れか１項記載の選択ＣＶＤ方法については、請求項４記
載の発明のように、前記導電性薄膜は、金属シリサイド
薄膜、タングステン薄膜、チタン薄膜、タンタル薄膜、
窒化タングステン薄膜、又は窒化チタン薄膜のいずれか
１種にすることができる。

【００２３】本発明は上述のように構成されており、真
空槽内に搬入した基板を加熱し、熱ＣＶＤ反応によっ
て、基板表面に露出する導電性物質上に、原料ガス中に
含まれる導電性物質の薄膜を析出させている。

【００２４】このような熱ＣＶＤ反応は、基板表面の
他、真空槽内で高温に加熱される部品表面でも進行し、
パーティクル発生の原因となり、しかも、一旦部品表面
に導電性薄膜が付着すると、形成したい導電性薄膜の析
出面積が増加し、基板表面への析出速度が低下してしま
う。

【００２５】本発明の選択ＣＶＤ方法では、導電性物質
の薄膜を形成する前に、真空槽内を真空排気しながらフ
ッ素ガスを導入し、真空槽内を一定圧力のフッ素ガスで
充満させ、その状態を一定時間維持して析出した導電性
物質を除去しており、そのようなクリーニング後、基板
を搬入して熱ＣＶＤ反応を進行させると、成膜速度が早
く、パーティクルの少ない導電性薄膜を得ることができ
る。

【００２６】このようなフッ素ガスの導入と導電性薄膜
の形成を繰り返し行う場合、クリーニングと基板の処理
とを交互に行う場合(枚葉クリーニング)が、最もクリー
ニング効果が高い。クリーニング１回につき、複数枚の
基板を処理してもよく、実験によると、１０枚以下の枚
数であれば、部品表面への導電性薄膜の付着やパーティ
クルの発生が観察されなかった。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、本発明に用
いられるＣＶＤ装置と共に説明する。図１の符号１は、
そのＣＶＤ装置であり、真空槽２を有している。真空槽
２の底壁上には、円盤状の静電吸着装置３が固定されて
おり、天井側には、ガス散布機構１０が設けられてい
る。

【００２８】真空槽２の底壁の、静電吸着装置３の裏面
位置には、複数の孔が設けられており、それらの孔内に
は、吸着用電極端子２１aとヒータ用電極端子２１bとが
挿入されている。

【００２９】静電吸着装置３内には、図示しない静電吸
着パターンと抵抗加熱ヒータとが設けられており、静電
吸着パターンは静電吸着用電極端子２１aに接続され、
抵抗加熱ヒータはヒータ用電極端子２１bに接続されて
いる。なお、図１(及び図２〜図４)では、１カ所だけ静
電吸着用電極端子２１aとヒータ用電極端子２１bが重な
って見えるが、各端子はそれぞれ２個づつ設けられてお
り、真空槽外に配置された２台の電源にそれぞれ接続さ
れ、抵抗加熱ヒータと静電吸着パターンとに、それぞれ
独立して電圧を印加できるように構成されている。

【００３０】静電吸着装置３の縁部分上には、リング形
状の防着板５が乗せられている。真空槽２の底壁の、防
着板５の裏面位置には孔が設けられており、その孔内に
は昇降ロッド２２が鉛直に挿通され、上端部が防着板５
の底面に取り付けられている。

【００３１】その昇降ロット２２は、真空槽２の外部側
ではベローズ２５内に挿通され、下端部を図示しない昇
降機構に取り付けられており、真空槽２内の真空雰囲気
を維持しながら上下移動できるように構成されている。

【００３２】このようなＣＶＤ装置１を用い、基板表面
に選択的にタングステン薄膜を形成する場合、先ず、真
空槽２内を真空排気し、図２に示すように、昇降ロッド
２２を上昇させ、防着板５を持ち上げる。

【００３３】真空槽２に隣接する搬送室内には、基板搬
送ロボットが設けられており、搬送ロボットのアーム３
０の先端のハンド３２上には、成膜対象物である基板４
が載置されている(図２)。

【００３４】真空槽２と搬送室との間の側壁に設けられ
たゲートバルブを開け、搬出入口１５から真空槽２内に
搬送ロボットのアーム３０及びハンド３２を挿入し、ハ
ンド３２上の基板４を、防着板３２と静電吸着装置３と
の間に静止させる。

【００３５】静電吸着装置３と真空槽２の底壁には、連
通する孔が設けられており、それらの孔内には、複数の
昇降ピン３０が挿入されている。

【００３６】昇降ピン３０は、真空槽２の外部側では、
ベローズ２６内に挿通されており、下端部は昇降支持台
２４に取り付けられている。従って、昇降ピン３０は、
昇降支持台２４が上下移動すると、真空雰囲気を維持し
たまま、上下移動できるように構成されている。

【００３７】昇降支持台２４を降下させた状態では、昇
降ピン３０は孔内に収納されており、その上端部は孔内
に隠れるようになっている。他方、昇降台２４を上昇さ
せた状態では、図３に示すように、昇降ピン２２の上端
部は基板４の裏面に当接され、ハンド３２上から基板４
を持ち上げられるようになっている。

【００３８】基板４を持ち上げると、基板４は昇降ピン
３０上に水平に乗せられた状態になり、静電吸着装置３
と防着板５の間からハンド３２を抜き出し、搬送ロボッ
トのアーム３０を搬送室内に戻し、ゲートバルブを閉
じ、昇降ピン２２を降下させると、基板４は静電吸着装
置３上に載置される。

【００３９】吸着用電極端子２１によって静電吸着パタ
ーンに電圧を印加し、基板４を静電吸着装置３表面に静
電吸着する。静電吸着装置３内蔵の抵抗加熱ヒータは予
め通電されており、静電吸着された基板４は速やかに所
定温度に加熱される。このとき、図４に示すように、防
着板５を降下させ、基板４表面に密着させ、基板４周囲
に導電性薄膜が成長しないようにする。

【００４０】基板４が３００℃で安定した後、ガス散布
機構１０内の第１の空間１１と第２の空間１２に、それ
ぞれ六フッ化タングステンガスとモノシランガスとを導
入すると、両方のガスが選択ＣＶＤ反応の原料ガスとな
り、真空槽２内に散布される。

【００４１】ここでは六フッ化タングステンガスの流量
は５０sccm、モノシランガスの流量は３５sccmに設定
し、可変バルブを調節しながら真空槽２内の真空排気を
行い、真空槽２の内部圧力を１Ｐａに維持した。

【００４２】真空槽２内の原料ガスは、静電吸着装置３
周囲に設けられている排気口１６から排気され、基板４
表面に原料ガスの均一な流れが形成されるので、選択Ｃ
ＶＤ反応は、基板４表面で均一に行われる。

【００４３】所定時間の選択ＣＶＤ反応を行い、基板４
表面に膜厚１μｍのタングステン薄膜が選択的に成長し
たところで、原料ガスの導入及び散布を停止する。

【００４４】昇降ロッド２２及び昇降ピン２３を上昇さ
せ、防着板５と基板４を持ち上げ(図３の状態)、基板搬
送ロボットのアーム３０を基板４と静電吸着装置３との
間に挿入し、昇降ピン２３を降下させ、基板４をハンド
３２上に移し替える。

【００４５】その状態でアーム３０を搬送室に収納し、
タングステン薄膜が形成された基板４を真空槽２内から
搬出する。

【００４６】ゲートバルブを閉じ、真空槽２内部を搬送
室から遮蔽した後、ガス導入系１３によって、アルゴン
ガスに５％のフッ素ガス(Ｆ₂ガス)が添加されたガスを
真空槽２内に導入すると、防着板５や真空槽２内の他の
部品に析出したタングステン薄膜がフッ素ガスと反応
し、ガス化される。なお、このときは、モノシランガス
等、他のガスは導入しない。

【００４７】このとき、フッ素ガスが５％添加されたア
ルゴンガスの流量は１００sccmに設定し、可変バルブで
排気速度を調節し、真空槽２が圧力５０Ｐａになるよう
にして真空槽２内の真空排気を行い、反応生成物を除去
した。

【００４８】このように、防着板５等のタングステンが
析出し易い部品は、加熱された状態でフッ素ガス雰囲気
中に置かれており、析出したタングステンとフッ素ガス
との間で、選択ＣＶＤ反応とは逆の反応が生じ、タング
ステン薄膜はガス化され、真空排気によって除去され
る。

【００４９】真空槽２内へのフッ素ガスの導入は、基板
搬送ロボットが、タングステン薄膜が形成された基板４
を未処理の基板と交換している３０秒間行われる。その
期間が経過し、真空槽２内部がクリーニングされると、
フッ素ガスの導入及び散布を停止し、ゲートバルブを開
け、基板搬送ロボットによって未成膜の基板を真空槽２
内に搬入する。そして、静電吸着装置３上に載置し、上
記基板４と同様に、３００℃に昇温させ、タングステン
薄膜を選択的に成長させると、クリーニングされた状態
の真空槽２内でタングステン薄膜の選択ＣＶＤを行うこ
とができる。

【００５０】更に、その基板にタングステン薄膜が形成
された後、フッ素ガスによるクリーニングを行う。この
ように、１枚の基板に薄膜形成を行う毎にクリーニング
を行い、所定枚数の基板を処理する場合には、選択ＣＶ
Ｄ反応は、常にクリーニングがされた真空槽２内で行わ
れるので(枚葉クリーニング)、パーティクルの発生や成
膜形成速度の低下がなく、品質のよいタングステン薄膜
を得ることができる。

【００５１】以上説明したタングステン薄膜形成工程
を、５０ロット(１ロット２５枚)の基板に対して行い、
基板表面での成膜速度、表面のパーティクル数、シール
部材９の劣化状況、真空槽２内の部品へのタングステン
薄膜の付着状況を観察した。

【００５２】比較例として、クリーニングを全く行わな
かった場合と、三フッ化塩素ガス導入による１ロット毎
のクリーニングを行った場合と、三フッ化窒素ガスによ
る１ロット毎のプラズマクリーニングを行った場合と、
三フッ化窒素ガスによる枚葉プラズマクリーニングを行
った場合について、同様に、成膜速度、表面のパーティ
クル数、シール部材の劣化状況、真空槽２内の部品への
タングステン薄膜の付着状況を観察した。タングステン
薄膜の形成条件は上記実施例と同じにした。その結果を
下記表１に示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】上記表１から分かるように、フッ素ガスを
用いた本発明の選択ＣＶＤ方法は、三フッ化窒素ガスを
用いて枚葉のプラズマクリーニングを行った場合と同様
のクリーニング効果があることが分かる。

【００５５】次に、上記ＣＶＤ装置１を用い、基板１枚
毎にクリーニングを行うのではなく、複数枚の基板を処
理する毎にクリーニングを行った。１ロットの基板を処
理する毎にクリーニングを行った場合は、部品表面への
タングステン薄膜の付着が観察されたが、１回のクリー
ニング後の基板の処理枚数を１０枚まで減少させたとこ
ろ、部品表面へのタングステン薄膜の付着は観察され
ず、パーティクルの増加も認められなかった。

【００５６】１回のクリーニングによる処理枚数は、形
成するタングステン薄膜の膜厚、クリーニング時間等に
影響されるが、本発明の選択ＣＶＤ方法では、１枚以上
１０枚以下を単位として、クリーニングを行うとよいこ
とが分かる。

【００５７】なお、上記実施例では、５％のフッ素ガス
を添加したアルゴンガスを用いたが、他の割合で添加し
てもよい。一般的には３％〜２０％のフッ素添加アルゴ
ンガスが入手しやすい。また、アルゴンガスに替え、他
の不活性ガスにフッ素ガスを添加したガスを用いてもよ
い。更に、フッ素ガスだけを用いることも可能である。

【００５８】また、本発明は、タングステン薄膜を形成
するＣＶＤ方法に限定されるものではなく、銅薄膜とア
ルミニウム薄膜以外の導電性物質に広く用いることがで
きる(現状では、フッ素ガスによる銅又はアルミニウム
の除去は確認されていない)。

【００５９】

【発明の効果】導電性薄膜の析出のない真空槽内で選択
ＣＶＤ反応を行えるので、成膜速度が安定し、パーティ
クルの付着がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用できるＣＶＤ装置の一例

【図２】そのＣＶＤ装置に未処理の基板を搬入した状
態、又は処理後の基板を搬出する状態を示す図

【図３】そのＣＶＤ装置の昇降ピンに未処理の基板を乗
せた状態、又は処理後の基板を持ち上げた状態を示す図

【図４】そのＣＶＤ装置の静電吸着装置上に基板が載置
された状態を説明するための図

【図５】従来技術のＣＶＤ装置を説明するための図

【符号の説明】

１……ＣＶＤ装置 ２……真空槽 ４……基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽内に搬入した基板を昇温させ、前
   記真空槽内にＣＶＤ反応の原料ガスを導入し、前記基板
   上に導電性薄膜を選択的に成長させる導電性薄膜の選択
   ＣＶＤ方法であって、前記真空槽内に前記基板を搬入す
   る前に、前記真空槽内にフッ素ガス(Ｆ₂ガス)を導入し
   ながら真空排気し、所定時間経過した後、前記基板を搬
   入することを特徴とする選択ＣＶＤ方法。
2. 【請求項２】 前記フッ素ガスの導入と前記導電性薄膜
   の形成を繰り返し行う請求項１記載の選択ＣＶＤ方法で
   あって、 前記フッ素ガスの導入は、前記導電性薄膜を前記基板の
   所定枚数形成する毎に行うことを特徴とする選択ＣＶＤ
   方法。
3. 【請求項３】 前記所定枚数は１枚以上１０枚以下であ
   ることを特徴とする請求項２記載の選択ＣＶＤ方法。
4. 【請求項４】 前記導電性薄膜は、金属シリサイド薄
   膜、タングステン薄膜、チタン薄膜、タンタル薄膜、窒
   化タングステン薄膜、又は窒化チタン薄膜のいずれか１
   種であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
   れか１項記載の選択ＣＶＤ方法。