JPS5956576A - 薄膜形成方法 - Google Patents

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】 本発明はＣＶ　ｌ）　（ｃｈｅ＋ｎ１ｃａｌ　ｖａｐｏ
ｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）によってウェーハ上に回
路パターン等を形成する薄膜形成方法に関する。

従来からＩＣの小型化が図られている。回路の寸法を小
さくすることによって、単位面積当りの回路数が増加し
、単一のＩｃウェーハーヒにより複雑な回路を作ること
かり能になるという利点がある。回路の寸法をこのよう
に小さくするとまた、単位回路台りに必要とされる醒カ
がより少ない高速回路を製造することが可能になる。

しかし残念ながら、寸法な小さくすると、太きい回路形
態に対して適する製造方法とは址的にかつ質的にも異な
る数多くの製造−ヒの間頂が生じ本一般に、回路の長さ
及び幅の尺度が係数りで与えられるならば、相互に接続
する結線の厚さの尺度は係数りの平方根で匂、えられる
。かかる尺度基準の下では相互接続用結線の断面積は結
線の長さよりも減少率が大きいので、相互接続用結線の
抵抗値は、形態規模が減少するにつれて増加することに
なる。抵抗値がこのように増加すると、ＩＣウェーハに
必要な電力が大きくなり、これによってかかるウェーハ
に対する熱放散の要求も増大することになる。相互接続
用結線の抵抗１直が太き（なると結線内で′成流スパイ
クを生じる危険も増え、かかるスパイクによって生じる
成圧降下の増大のためにこれら回路内の種々のトランジ
スタのスイッチを誤まってオン又はオフすることがある
。それゆえ、これらから生じる問題を最小にするために
相互連結用結線には低抵抗性の材料な使用することが緊
要である。従来からアルミ“ニウムを相互連結用結線と
して使用してきた主要な理由の一つはこのアルミニウム
が低抵抗であることである。

回路が小さくなるとその回路に必要な電流の減少率は相
互接続用結線の断面積の減少率よりも緩慢となるので、
これらの結線内の電流密度は寸法の減少と共に増大する
傾向がある。ｔミクロンのオーダーの結線幅を有するＩ
Ｃにおいては、結果として生じる電流密度はアルミニウ
ム製相互接続用結線内に電子移動を生じるものであって
そのためかかる結線内に空隙及び亀裂を生じることにな
る。これらの問題を除去するｔこめにタングステン、モ
リブデン、ベリリウム及びタンタル等の耐火金属が相互
接続用結線に用いられる。これはこれら金属が電子移動
を生じることな（大きな電流な運ぶ能力が大きいｔこめ
である。耐火金属はアルミニウムより充分高い融点な有
して（・ることに特徴があるので、相互接続用結線に耐
火金属を用いれば金属化工程の後での高温処理２１−る
ことかできるという付加的な利点がある。

耐火金属のうち、相互接続用結線に用いるのにタングス
テンが最も有望な選択である（Ｊ、Ｍ。

Ｓｈａｗ　とＪ　、　Ｍ　、　Ａｍ１ｃ著　［Ｖａｐｏ
ｒ−（ｌｅｐｏｓｉｔｅｄｔｕｎｇｓｔｅｎ　　　ａｓ
　　ａ　　＋ｎｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　　ａｎ　（
ｉ　　　ｉ＋＋ｔｅｒｃｎｎｎ　ｅｃｔｉｏｎｍａｔｅ
ｒｉａｌ　　１’ｏｒ　　５ｉｌｉｃｏｎ　　＋Ｉｅｖ
ｉｃｅｓ−ＪｌｔＣＡ　　Ｉｔｅｖｉｅｗ　１９７（１
年６月号を参照）。タングステンは、かなり低い値の抵
抗（アルミニウムの抵抗値の約３倍）を有し、比較的高
融解及び珪素化合′吻形成温度を有しそして自己拡故に
対する比較的高い活性エネルギーに有している。珪素化
合物フィルムは珪素化合物の形成に関連する体積変化に
よってしばしばクラックが発生するので、珪素化合物の
形成温度が高いことは重装である。タングステンはまた
、シリコンの熱膨張係数に殆んど等しい熱膨張係数を有
しているので、金属化工程が終了した後でＩＣウェー・
・が室温にまで冷却された時、形成されたタングステン
製相互接続用結線に内在する応力は比較的低い（直のも
のになる。前記応力が大きい場合結線が基板から剥れる
ため、前記応力は低い方が好ましい。タングステンはま
ｔこかなり腐蝕抵抗性があるので、後工程で酸性又は脱
イオン水に基板を浸すか或いはこれらの水で洗浄した場
合でもタングステン製相互接続結線は腐蝕されない。

以上指摘した理由によって、ＩＣウェー７％の相互接続
用結線としてタンゲスアンを用いる方法を開発する作業
が１９６０年代後半に開始された。しかしながら、タン
グステンを（り返し一様な厚さの層として形成すること
が困難であった。一様な幅の相互接続用結締を作ること
に対し７て厚さの一様性は重要である。典型的には、相
互接続用結線を定めるエツチング工程の間Ｃは、タング
ステン層の取り除かれるべきでない部分は、マスクをか
けることによって食刻剤がかからなくしである。

しかしながら、プラズマエツチング法においてさえも、
マスクの下にあるタングステンは幾分エツチングを受け
るので相互接続用結線の幅は狭くなり一様にならない。

もし蒸着されたタングステン層が一様になつ−こいない
場合、タングステン層が平均よりも薄（なっている領域
において相互接続用結線は幅が狭くなりそして下側をえ
ぐり取られるということが起こり得る。結線の幅が１ミ
クロンでは、このように幅が狭くなったり、了／ダーカ
ットを生じ断片を生１こ、その結果ｔＩ’−（ｒｔ　７
屯μ当りの抵抗ｎ・増大し、−ト側にｋ）る基板に７１
する接着力が減少した線分状となる。

これまでは、金属化はスパッタリング又は蒸発によって
施こすのが最も普ＩＩａであった。耐火金属の融点か高
いために、蒸発法による沈積には、ＩＣ製造プロセスの
他の段１昔とは両立できない（”４の高温が必四である
。スパッタリングによく）沈積は本質的に低速プロセス
で、←）り長時間を必安どする欠点がある。加えて、本
質的に内在する応力及び相互接続用結線の抵抗は概し゛
〔満足できるものではない。それゆえ、沈積する耐火金
属のための最も魅力ある方法としてＣＶ　ｌ）　（ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　ｖａｎ＞ｏｒｄｅｐｏｓ口１ｏｎ）　　
が挙げられる。

従来のＣＶＤの殆んどは、高周波加熱によって所望の反
応温度にまで加熱されたツーセフタ上にＩＣウェーハを
横ｌこえる冷壁システムを利用しでいた。

かかる７ステムを利用している従来の反応室が、Ｊ　、
　Ｍ　、　Ｓｈａｗ及びＪ、Ａ−Ａｍｉｃ著の「Ｖａｐ
ｏｒ　−１）ｅｐｏｓｉｔｅｄ　Ｔｕｎｇｓｔｅｎ　ａ
ｓ　ａＭｃｔａｌｌｉｚａｌｉｏｎ　ａｎｄＩｎｔｅｒ
ＣＯｎｎｅｃｔｉｏｎ　　Ｍａｔ、ｅｒｉａｌ　　ｆａ
ｒ　　５ｉｌｉｃｏｎＤｅｖｉｃｅｓＪとＶ頁するｌ　
９７　（１年６月のＩＬＣＡ　　Ｒｅｖｉｅｗによれば
参照図面の第１図に示されている。サセプタは２，３の
ＩＣウェー・・の／、こめ（１′Ｎ空間ヤ有し。

ているのみなので、ｊｌｔ曹１Ｆ、１）川で製１告−１
゛ス）こ２−／フ一できるウェーハの数は少ない。それ
ゆえ多くのＴＣ″″、フ ーハを・ト坦に横ｔ、−θ〈Ｖるシセプタとの間の接触
面積に比較してウェー・・ど舟形容器との間の接触領域
が減少しているｔこめに、舟形容器を利用した方法は、
高周波加熱でもって舟形容器な加熱することではウェー
・・も・充分加熱することができない。

それゆえ舟形容器ン利用する方法は高温壁法となる。

第１図に図示されでいるの（」′、タングステンフッ化
物を水素によって還元する反応によ・つて集積回路ウェ
ーハ上にタングステンを沈積するのに適した従来の高温
壁型のＣＶＤシステムであ４）。

ＣＶＤ反応が生じる反応室は円筒壁１１によって囲まれ
ており、この円筒壁１１は一端がドア１２によって閉ざ
されている。ドア１２はＩＣウェーハ１４を出し入れで
きるように開閉自在に取（；ｊけられ−Ｃおり又、ドア
１２ケ閉じて反応気体を密封することができる。−セッ
トの加熱コイル１３に覗圧源（１゛樹示４．Ｊｙず）か
らのｔｌｌ並流流れて反応室を加熱する熱を生じさせて
いる。加熱コイル１３を通る屯流駿は、Ｃｖ　Ｄ反応が
生じる温度を制御するように調節されている。Ｉ　Ｃウ
ェハｊ４はぞの端縁におい−〔甲−行に舟形容器１５内
に支持されている。

反応ガスであるタングステンと水素及び搬送ガスである
アルゴンが、それぞれ供給源容器１６゜１７及び１８か
ら供給される。これらのガスは、ガス流縫調節器１９　
、　］　ｌ　Ｏ及びＩｌｌを通して供給されるが、これ
らの調節器はこれらのガスを反応室へ供給する相対的な
割合を制御している。これらのガス流址８１節器は配管
系］、　］、　２　、　Ｉ　ｌ　３及び１１４を介して
外部γ１も合室１１５に接続されている。外部混合室１
１５内で混合された混合ガスは管１１６を介して反応室
に供給される。未反応の反Ｌｖ１、物質及びウェーハ上
又は室壁上に沈積しなかった反応生成物は排出ボート１
１７を通して反応室から引き出される。真空ポンプ１１
８が排出ボートに連結されていてこれらの反応生成物及
び未反応ガスを吸引する。真空ポンプ１１８とガス流鰯
調節器１９　、　＋　１０　。

１１１は励動して各反応ガスと（ＩＧ送ガスとの分圧な
決定している。

ＣＶＴ）において室内のウェー・・数を増大するために
、ウェーハは舟形容器上に近接離間しているので、隣接
するウェーハ間Ｑこは反応ガスが進入しなければならな
い間隙は狭い。

前述した文献に図示されているように、冷温壁法及び高
温壁法の両方とも典型的には反応ガスを反応室外で混合
しそして反応ガスを反応室の一端に供給しその一方で反
応生成物を未反応ガスとを反応室の他端で引き出してい
る。したがって、反応ガスが反応室を流れ下るにつれて
反応ガス濃度が減少するので、反応ガスが供給される反
応室の端部に近いウェーハの近傍での反応ガスの濃度は
、ガスが反応室から引き出される反応室の端部により近
いウエーノ・近傍の反応ガス濃度より高（なる。

このように濃度に非一様性があると最終的／、仁ウェー
ハコーチ、インクの厚さにはウエーノ・相互間にバラツ
キが生じることになる。また、ガスの流れはウェーハに
的メリな方向で反応室に沿って流れるので、舟形容器上
の隣接するウエーノ・間へ反応ガスが進入するのは主と
して拡散によることになる。

この結東どして、ウェーハの端縁に近いところで反応ガ
スの濃度が高くなり、これにより最終的なコーティング
の厚さには同一ウエーノ・内でもバラツキが生じること
になろうこれら両方のバラツキによって結線幅にバラツ
キがでて、局所的にコーティングが乎均１り薄くなるｔ
ｌｌ（分が生じる。

反応速度が比較的速い反応を利用すｐ　ｃ　ｖ　ｎ方法
では、反応ガスが反応室へ進入する場所の近傍でＣＶ［
）反応が増大し、それによってクエーノ・相互間のバラ
ツキが増えることになるので、ウェーハ相互間及びウェ
ーハ内でのバラツキの址も大きくなる。このように反応
速度が増大するとまた、反応ガスが舟形容器内の隣接す
るウェーハ間の間隙内へ拡散するのに充分な時間が経る
前にＣＶ　ｌ）反応がウェーハの端縁で生じるのが増加
することになる。ある一つの既存の方法（Ｎ１ｃｌ＋ｏ
ｌａｓ　Ｉシ。

Ｍｉｌｌｅｒ　　と　Ｉ　５ｒａｅｌ　　Ｂｅｉｎｇｌ
ａｓｓ著［Ｈｏｔ−ＷａｌｌＣＶＤ　　ｉ’ｕｎｇｓｌ
ｅｎ　ｆｏｒ　Ｖ［Ｓ　ＩＪ、５ｎｌｉｄ　５ｔａｔｅ
１’ｅｃｌｎ＋ｎｌｏｇｙ、　ｌ　９８０年１２月、Ｖ
ｏｌ　、　２３．　Ｎｏ　、１２を参照）では、反応速
度は、ＣＶ　Ｄ方法の圧力と温度をドげそして抑制剤を
用いることによって減少される。（−かし、なから、こ
の方法はプロセス速度を犠牲にするばかりでなく、コー
ティング厚さにウェーハ相互間で１０％のバラツキとウ
ェーハ内で８％のバラツキが生じる。それゆえ、舟形容
器を用いる方法に関連【−で高生産性を保持しウェーハ
内部およびウェーハ相互間で一様なコーチイブを施こす
方法が必要である。

本発明の実施例によれば、化学気相蒸着によって集積回
路ウェーハに一様なコーティングを施こすための方法及
び装置が表わされている。この方法はまｔこ、幅が１ミ
クロンのオーダーの相互接続用結線を有する集積回路な
製造するのに適した高度に一様なコーティングな施こす
。

高水準の生産性を得るためには、好ましい実施例で＋１
高温壁化学的蒸着方法を用いており、この方法ではコー
ティングすべき集積回路ウェーハは舟形容器上に端縁で
支持されて平行ならウェー・・を直線状に配した配列を
形成し−Ｃいる。それゆえウェーハは、コーティングを
施こすべきウェーハの横方向断面ど整合する断面を有す
る円椎状領域に収容される。

室内で分解して分解生成物の一方を沈積する単一反応′
歯質の場合においてコーティングの厚さの一様性を改善
するために、この反応物質はウェーハの近傍に導入され
る。複数個の反応ガス間での反応によって形成されるコ
ーティングの厚さの一様性を改善するために、反応ガス
は少な（とも２つの別個のグループに分かれて反応室内
へ導入されるので、反応ガスが反応室内で混合すること
ができたあとでのみＣＶＤ反応が始まる。第一のグルー
プの反応ガスはウェーハの近傍において反応室内に導入
されるので、ＣＶＴ）反応はウェーハの近傍で主として
生じることになる。このグループ内の反応ガスは、ウェ
ーハの近傍でこのグループ内の反応がスな一様に分散さ
せるように位置した幾つかの流入口を介して反応室内へ
供給するのが好中しい。ウェーハケ収容している領域は
シリンダー状ライナで囲まれており、流入Ｉ」は反応ガ
ス−をライナに向け゛〔流してこれら反応ガスを乱流混
合し且つこれらガスを加熱する方向に向けられている。

このようなガスの加熱を改善するために、ライナは熱的
に良導体であり赤外光に対しては不透明な拐料で形成さ
れる。一つの実施例では、ウェーハが排出ボートと嬉−
のグループの反応ガスのための流入口との間に位置する
ような地点にｆ）Ｌ置された排出ポートを通して、反応
生成物及び未反応ガスが反応室から吸引される。

第一グループの反１志ガスは、ＣＶＤ反応においてこの
ＣＶＤ反応の速度に重大ノ、ｒ影響を及ぼす段階（即ち
、律速段階）にｆｆｌ＋＆する第一反応ガスを含むよう
に選ばれる。第一の反応ガスは」二記律速段階に仔場す
る他の反応ガスに対する化学破論比より小さい、４ｆｌ
Ｊ合で供給されるので、最終的なコーティングの厚さの
一様性は、ウェー・・の近傍の第一反応ガスの濃度の一
様性に強く依存する、又は本質的にこの一様性にのみ依
存することになる。

第−反ｔ６ガスは上記律速段階に登場するｆモ意の反応
ガスのうちで最小の分子鼠を有するようにも選ばれてい
るので、第一反応ガスの拡散速度は少な（とも、上記律
速段階に登場する他の反応ガスのどれに対しても遅くは
な（、それゆえウェーハの近傍におけるこの速度制御反
応ガスの濃度の一様性を強めることになる。

流入口はウェーハを収容しているシリンダー状領域の端
縁近くに位置して、ウェー・・の表面にＣＶＤ生成物の
沈積速度に大きな効果を有する第一グループの反応ガス
内のこれら反応ガスの濃度のバラツキを最小ｔこする。

流入口のす法と流入口な通る流祉はまたこれらガスの濃
度のバラツキを最小にするように選ばれている。

以下、本発明の実施例を用いて説明する。

例を表わす図である。反応室は壁２１とドア２２によっ
て包囲されている。加熱コイル２３が壁２１に隣接して
設けら］１ていｒ、反応室に熱なり−えている。ＩＷ流
源２４から電流がコイルに供給されるが、この′電流は
反応室内の反応ガスの塩度を制御するように調節されて
いる。Ｉ　Ｃウェーハ２５が用形容器２６内に端縁で支
持されていて、各ＩＣウェーハ２５は平行に並べられて
いる。第２図に図示された装置は反応ガスであるタング
ステンへキザフルメライドと水素とを反応室に供給する
のに適しているか、これとは別にこのシステムは他のガ
スな反応室に供給し、タングステン、べＩＪ　ＩＪウム
、モリブデン及びタンタル等の耐火金属を含む他の組成
分の還元反応のような他の反応を起こすことができる。

第２図に図示された例では、反応ガスはガスｉ＊２７．
２８．２９及び２１Ｏによって供給される。これらガス
の相対流験はガス装置制御器２１１゜２１２．２１３及
び２１４によって制御されている。これらの制御器はタ
イラン（’Ｉ”　ｙｌａｎ　）質址流胤制御器が好まし
いが、ニードル弁のような他の型式のものでもｒ＋ｆ能
である。

分解ｃ　ｖ　１）反応の場合には、分解されるべき反応
ガスは反りし室内にウェーハ近傍に噴射される。

幾つかの反応ガス間の反応の場合では、反応ガ；、は、
ウェーハの近傍でのみ混合が許される少な（とも２つの
グループとし、て反応室に供給されるので、ＩＣウェー
ハ＋に析出ｊる最終的なコーティングの厚さの一様性が
改善される。第２図の例では、水素は第一グループのガ
スであり、タングステンへキザフルオライドは第二のグ
ループのガスである。この実施例では、タングステンへ
キザフルオライドは管２１５を通して供給され、この管
２１５はタングステンへキザフルオライドをドアの近傍
（即ちＩＣウェーハよりもドアにより近いところ、例え
ばドアの２，３センチ内のところ）で反応室へ供給して
いる。これとは対照的に、第一グループの反応ガスに属
するガスは−Ｗ２１６〜２１８　　を介してＩＣウェー
ハの近傍（即ち、ドアよりもＩＣウェーハにずっと近い
ところ、例えばウェーハの端縁から２．３センチ以内の
ところ）に位置する一セットの流入口２１９−２２１　
に供給される。アルゴンのような搬送ガスを第１図に示
されているような反応ガスのそれぞれと平行に供給する
ことができ、外部混合室を含めてガスの混合の均−ＶＶ
？改善することができる。しかしながら、流入口の大き
さが一定で反応ガスの流醍も一定の場合、搬送ガスの主
たる効果はガスが流入口な出る時の速度を増大させるこ
とである。流入速度が増大することによって、反応ガス
の濃度勾配が作られる前に反応ガスがウェーハを作む領
域に到達するので、有益なことになり得る場合もある。

しか１−１第２図の装置においては、搬送ガスな導入す
るまでもなく充分に一様なコーティングを施すことがで
きる。流入口２１９〜２２１は管２１６〜２１８を力し
て流址制御器２１２〜２１４に接続しているので、これ
らの制御器は各流入し１を・１ａシての流量率を１１６
１別に変更することができる。このように個別に制御す
れば最適の一様性を維持するために条件か変わるにつれ
て流量率を変更することができる。所定の流量率に対す
る各々の流入［１の直径によって、流入ガスの速度が決
定される。

未反応の反応ガス、任意の搬送ガス及び未沈積の反応生
成物は、排出ボート２２２を介して反応室から取り出さ
れる。排出ボート２２２は真空ポンプ２２３にｇ絖され
ており、この真空ポンプはガス流吋制御ｌＩＩ′ａ２１
１〜２１４と協働してガスの分圧も制御している。特に
、真空ポンプは、所定の反応にとって望ましいのであれ
ば、大気圧以下でＣＶＤ反応を起こすことができる。こ
の実施例では、排出ボートはＩＣウェーハが流入Ｄ　２
１９〜２２１　　と排出ボート２２２との間に位置する
ように設置されている。第３図に示す第２の実施例では
、排出ボー） ト３２２はドア３２とは反対側の反応室の端部に位　　
　　置している。第２図の実施例では、ウェーハの表面
に平行な第一グループの反応ガスの対流による流れを生
じて、それによって隣接するウェーハ間の狭い空間内に
これらガスの濃度の一様性を強めるという利点がある。

又、反応室内のガスが排出ボートへ到達することができ
るようにするには、舟形容器２６はガスの流れが浸透し
得るか又は舟形容器は排出ボートから離れて支持されて
これらのガスが邪魔されることなく排出ボートへ流れる
ことができる通路を与えなくてはならない。第３図に図
示されｔこ実施例は、現在では商業的に人手できる反応
室及び炉装置の形なしているという利点があるので、か
かる装置のコストは＠２図に図示された装置のコストよ
り少な（なっている。第３図の実施例では排出ボート２
２２を加熱コイル２３によって生じた高温領域な萌して
導入するという必要もない。ウエーノ・に対して概して
直交する対流を生じるという不利があるにも拘らず、第
３図に表わしたような装置は、ウエーノ・内におけるコ
ーティング厚さのバラツキが１０％以下であるというタ
ングステンコーティングを一回７５個のウェーハ上に成
功裏に施こすことができた。それゆえこの装置は、処理
速度を維持しつつも大きな）（ツチのコーティングを一
様に施こすことができも第２図及び第３図にそれぞれ表
１つされた実施例に対して、ウエーノ・と第一グループ
の反応ガスのための流入口との間の空間関係を示す拡大
図が第４図及び第５図に表わされている。これらの図面
には図の説明な明瞭にするのを助けるのに５つのウェー
ハのみが図示されているが、実際にはこの数よりも多く
のウェーハを処理できる。加えて、ウェーハ間の間隔は
さらに見やすくするために強調されている。一群のウエ
ーノ入２５は２つの端部ウェー・・な含んでいる。最初
のウェー・・は第４図で最左翼のウェーハとして図示さ
れておりそして最後のウエーノ・は第４図で最右翼のウ
エーノ・とじて図示されている。ウェー・・は、側縁を
破線として図示しそして端部を最初と最後のウェー・・
で画定した円形の直円筒４１内に収容されている。一群
の参照軸が第４図に表わされており、これら軸線は、Ｘ
軸がウェーハの列の方向に沿、い、Ｙ軸が水平に向いた
横方向ウェーハ長さに清い、そしてＺ軸が垂直に向いた
横方向ウェーハ長さに沿う向きとなっている。これら軸
線の原点はこの容積部の中心に位置しているので、ある
長さ／ｘ、及びＲ（Ｒは典型的には５０間のオーダーで
ある）に対してこの容積部はＸニー／？ｘからｘ＝ｌｘ
＆こ、そしてＹ２＋Ｚ２＝０からｙ２＋Ｚ２＝　Ｉｔ２
にまで広がって（・る。一般Ｋ、ウエーノ・は、こＣ）
）ウエーノ・Ｃ／）　ｌ値１１万ｔ７ｉｊ（即ちＹ−Ｚ
平面における断面）と同じ形４犬及？ｙ寸法の断面を有
する円錐形容積部に収容さＪｔて（・る。

第４図に図示された実施例では、流入口４１９・〜４２
１は、Ｙ−０及びＺ＝ｌ！ｚ　に位置する直線４２に清
って直線状の配列？なして位置してよ６す、ここで１２
はｌ（よりも大きい長さである。流入１’Ｊ　＋ままｔ
こ、点Ｘ＝Ｑ、ｙ＝ｏ及びＺ＝／’、　　のまわりしこ
対称的に離間している。流入口はウエーノ・σ〕上、２
．３αのところに位置しているので、ウエーノ１を収容
している４１形容器を、まず最初に一時的に流入口をウ
エーノ・の通行路の外へ移動させる必要もなく、反応室
内へ又は反応室から外へ滑動させることができる。流入
［」とウエーノ・とり間にこの間隙があるとまた、各流
入［１を介して供給される反応ガスは、これらガスが隣
接するウエーノ・間の間隙に吸引される前Ｋ、これらガ
スが供給される流入ロケ中心として１１４方向にほぼガ
ウス分布をなして拡散することができる。

第一グループの反応ガスに属するある選定した一つの反
応ガスに対して、最終的な濃度は、ウェーハを収容する
容積部内の一定のＹ及びＺ座標を有する任意の直線に清
うＸの関数として第６図に図示している。流入ＩＪ２２
１，２２＋３及び２１９かもの濃度分布がそれぞれ実線
の曲ｉ６１．６２及び６３として図示されている。全濃
度分布が破線による曲線６４として図示されている。ウ
エーノ・を収容する容積部内の一定のＹ及びＺの０Ｈを
有する圧意の直線に対しても同様のパターンとなる。第
４図に図示された流入口の直線状配列に対しては、ウェ
ーハを収容する容積部内の最大濃度はＹ＝ｏ、Ｚ＝凡の
直線上で生じる。同様に最小濃度やまＹ、＝Ｏ。

Ｚ＝−４ｔの直線上で生じる。

ウエーノ・を収容する容積部内の最大濃度と最小濃度と
の差は、各々の流入口を通るガス流量率、各々の流入口
を通るガス流れ速度及び各々の流入口のＸ、Ｙ及び２位
１１の関数である。

ｌｊス流吋率は第２図の制御器２１１〜２１４又は第３
図の質畦流畦制御器３１１〜３１４によって調節するこ
とができる。一定の流星率に対しては、速度は各々の流
入口の寸法を制御することによって制御することができ
る。結線幅及びアンダーカットのバラツキはコーティン
グの厚さのバラツキに比例するので、これらのパラメー
タの少なくとも幾つかの選択は、コーティング厚さのバ
ラツキを最小にするように選ぶのが普通である。

ガスは質層が異なると、異なった速度で拡散するので、
第６図に図示された濃度分布は各々のガスに対して類似
していても同一ではない。一度のバッチのウエーノ・で
作られるコーティング厚さのバラツキ（即ち、最大及び
最小の両コーティング厚さ間の差）は概して、一つのガ
ス以上の濃度の関数である。コーティング厚さのノ（ラ
ツキを最小にするのにパラメータの最適な選択の理論的
予測は、もし反応の速さが単一の反応ガスの濃度に依存
して決まるなら非常に容易になされる。かかる場合には
、厚さのバラツキは、ウエーノ・を収容する容積体内の
この単一の反応ガスの濃度のバラツキに比例する。律速
段階ではしばしばＣＶＤ反応での先行する段階での生成
物である幾つかの化学物質ケ含むから、関連する濃度は
、咎反応ガスが反応室に供給される速度の複雑な関数と
なり得本幾つかの方法では、律速段階には少なくとも一
つの反応ガスが含まれるから、最終的な厚さは、律速段
階を本質的に単一反応ガスの濃度にのみ依存させること
によってこの反応ガスの濃度の関数となされ得る。

生成物（又は多段階反応では中間生成物）な形成する式
ｎ　ｐ　Ａ、ｌ＋・・・・４−　ｎ　ｋ　Ａ　ｋ　の反
応においては、速度は概して（Ａｚ〕　　・・・・・〔
Ａｋ：ＩＩ　　に比例する。

ここで〔Ａ」〕　　はＡ番［］１の化学物質の濃度であ
り、ｎｊは反応におけるＡｊの化学線論的な係数である
。

しかしながら、これらガスの関連する化学線論的な係数
の比よりもかなり高い律速段階で反応する任意の他のガ
スの濃度に対する濃度の比を有するこれらガスは飽和す
ることになるので、反応速度は本質的にそれらの濃度と
は無関係になる。律速段階で反応ガスを青む反応では、
反応の全体速度は、そのガスの濃度の律速段階内での他
の化学物質の濃度に対する比妃それらの化学物質の関連
する化学晴論的な係数の比よりもずっと小さくなるよう
にガス流肘率を選定することによって、その単一の反応
ガスの濃度にのみ木質的に依存させることができる。反
応速度が他の反応ガスの濃度とは本質的に無関係とされ
る程度は、速度が変わるべき反応ガスの濃度に対するこ
れら他の反応がスの濃度間の比の増加関数である。した
がって、この曲者の反応ガスの濃度は他のものに比べて
充分小さいものとすることができ、その結果反応は任意
の所望の程度にまで飽和される。他の反応ガスでは反応
が飽和されない程度は、この反応ガスの濃度につれて直
線状に変化しない速度の一部として表われることになる
。

反応速度が単一の反応ガスの濃度に依存する場合におい
てさえ、予測は拡散及び対流のガス流れの公知の計算に
よってなし得るものであるが、この計算はどちらかと言
うと複雑であるので、最適化は概して経験的になされる
ことになる。経験的な作業は、パラメータの副セントの
みに関して最適化を計ることにより幾分簡略化すること
ができる。例えば第３図においては、直線状に配タリす
るには、各々の流入００位置のＺ成分が共通（直ｔ！２
に等しくしかもＹ−（）であることが必要であるので、
最適化は各流入口のＸ位置に関してのみなされる。それ
ゆえ、各流入口に対してＸ、Ｙ及びＺ（又は流入１」の
１α線状配タリの場合のようにこれらのパラメータの幾
一つかの副セット）についてコーティング厚さのバラツ
キを最小にすると、第１グループの反応ガスＱＩＣウェ
ーハυ〕近傍に噴出させる流入ｌ」の位置の選択を定め
ることになる。第１グループの反応ガスに属しない反応
ガス及び搬送ガスに対しては一つ又は浅数個の流入口を
同様にしてウニ・−ハの近傍に別個に供給することがで
きるが、流入Ｉ」を重複して設ける必要はない。もし、
これら他のガスを運ぶ流入］」がこれらのガスを反応室
内にウェーハの近傍からは離れているが排出ポートとウ
ェーハとの間の領域ではないところへ導入するのなら（
この場合これらｌＪスの大部分はウェー・・なｌ１ｇ容
する容積部に入る前に反応室から掃き出されることにな
るであろう）、この時はこれらガスは対流と拡散とによ
って移動してウェー・・を収容する容積部の端縁におい
て相当に一様に分散することができるのでこの容積部内
ではこれらのガスは一様な濃度となる。これらのガスは
第１のグループのがスとは別個に供給されるので、これ
らのガスは、ウェー・・を収容する容積部の近くに到達
するまでは第１のグループの反応ガスと反応を始めるこ
とはない。それゆえ第１図におけるようにウェー／Ｓか
ら遠く離れたところでの反応による濃度の勾配は生じな
い。

第７図には一定直のＹ及びＺの直線に沿って、流入口３
２，１，３２０及び３１９からのガスそれぞれによって
作られる濃度分布７１〜７３　と全濃度分布７４とが図
示されている。排出ポートは圧力傾が（流れを作るので
、第５図の流入口３１９〜３２１のＸ位置は、流入口が
Ｘ＝０の平面に対して対称に位置している第６図の位置
に比べて−Ｘ方向にシフトしているう同様に濃度曲線７
１〜７３はＸ方向に対称となっていない。しかしながら
、コーティング厚さの最大とｌ積率１直の差は、なお各
々の流入口のＸ位置とこの流入］」を１市してのガス流
量率との関数であるので、これらのパラメータはσ−れ
挿Ｆの７七フフ辻＝づ５ｉこの差を最小にするよ５に選
ぶことができる。最適化への選択は経験的になされるの
が普通であろう。しかしパラメータの最適値は、一群の
流入１」から平行な板の配シＩＩを通しての対流と拡散
のガス流れのモデルを使って計算によって決定すること
もまた可能である。

公知の経験上の技術によると、コーティング厚さの最終
的なバラツキは各ウェーハに対して決定することができ
る。もし、ウェーハのバッチに対するコーティングｊＪ
すのバラツキが期待した以上であれば別の流入口を追加
することができる。例えば、３１固以上の流入口をウェ
ー・・の上に直線状の配列をなして含めることができ、
又別の流入口をウェーハの一ヒに含めて２次元的な配夕
１１を形成することもできる。同様しこして、側部上の
流入口（即ち、Ｙ　＝　Ｉｔ’及びｙ　＝　−ｉｔ’の
平面内、ここでＲ’は１１より大きい）を含めることが
できる。第３図に図示した実施例では、別の流入口をウ
ェーハの下（即ち、Ｚ　：ｌ：　　ｐ　２／／、ここ−
ｃｅ、”　は＋ｔより大きい）に含めることができるが
、第２図の実施例に対して平面１＝−２ｚ“内に別のウ
ェー・・を設けても、排出ボートに向かう対流のために
コーティング厚さには殆んど効果はないであろう。これ
ら全ての場合において、ウェーハケ反応室に挿入するの
を簡素化するために、流入口の配１ｌＩＪはこの流入口
な移！ｖＩさせねばならないというようなことなく、ウ
ェーハを反応室内へ挿入することができるよ５なもので
あるべきである。

多数の流入口が必要であるのなら、その時は第２図や第
３図のように別１固の流入口な通してガス？供給するの
に代えて、流入口は第８図にあるようにノズル内にそれ
ぞれ別個の穴として作ることができる。この図において
は流入（］は中空ノズル８１の−（Ｉｌｌ　ＩｒＴ内の
穴８２として表わされる。第１グループの反応ガスに属
するガスは流入口８３によってノズル８１に供給され穴
８２な通してウェーハの近傍に分散される。別個の流入
し１の場合のように、流入［］のイ、（及び配列は、ウ
ェーハの１バツチで施こされるコーティング厚さのバラ
ツキを最小にするように選ぶことができる。かかるノズ
ルであれば、構造を煩雑にすることなく多数の流入１」
を設げるという利ＩＬ！よｌ））ル）るが、會【Δし入
１」を通しての流れを個別に調節することができないと
いう制約がある。かかるノズルはまた、別個の流入口の
場合に対して」二でｖｌべたようにウェーハの側部、上
部及び下部にも設けることができる。第１グループの反
応ガス以外の反応ガスを、ウェーハを収容する領域の上
流で１１つ遠くへ離間した地点に導入１′るのが有利で
ある。というのはこうすることによってこれらの反応ガ
スは、ウェーハにより接近して供給されたとするよりも
より一様な分布でもってウェーハを収容する領域（反応
が始まるところ）の表面に到達することができるからで
ある。これによってウェーハな収容する容積部において
より一様な分布が生じ、濃度のバラツキによって生じる
厚さのバラツキも減少する。

＠３図に示されたような炉内で破覆された１バツチのウ
ェーハ内における厚さのバラツキを１０％以下にするた
めに、第９図に図示されているような流入口の配置が用
いられる。■バッチ７５１ｍのウェーハが舟形容器内に
整Ｉｉｌ］されていて長さ５６σの長さ２　（／ｘ）と
５ＣＴＬの半径１ｔとを有するつ工−ハを収容する周基
状領域な形成した。圧力はｌ）、１〜＋１．５　ｔｏｒ
ｒ　（ｍ専１（ｇ）の範囲にあり、そして温度は４００
°Ｃ乃至４７５°Ｃの範囲であった。低圧力だと（上で
論じた速度方程式によって４ることかできるように）反
応速度が遅くなるので、反応ガスは対流と拡散によって
流れて反応速度が早い時よりも一様なコーティングを施
こすことができる。

ＷＦ６は２００〜５０００忰　で供給され、Ｈ２は流入
ロヲ経て３０　ｆ）〜５００°鴨で供給された。１１２
はｔ＞、６３５ＣｒｒＬ（１／４１ｎｃｈ　）の直径を
有する管９１（）及び９１１を介して供給されｔこ。管
９１Ｏはその端部で終っていて、Ｈ２ガスのための流入
口を与えるｌ）３１８（ｍ（１／８１ｎｃｈ　）　　の
直径の管９Ｉ及び９２を有している。同様にで１．３４
７５（：ｍ（１７８１ｎｃｈ　）の管９３及び９４／Ｊ
・’１７９１１＆こ接続されてＩＩ２ガスを供給する。

容管はＩｌ、０３５５６（、ｕ　（ｆｌ、（１１４１ｎ
ｃｂ　）　　の直径の開【−］（即ち、流入１．１９５
〜９８）な＋１ｆｉ　Ｌで反応箪内へガスを１１−給す
る。肯９１〜９４は屈曲されていてウェー・・を収容す
る容積部の外側にＲ”ｌ　１面しｔこままであり、流入
１」を移動させることな（（ウエーノ・を挿入すること
ができる。

直径が１４ＣｒｒＬの円形シリンダライナがクリップを
収容する容積部の側面を取り囲んでおり、流入口は反応
ガスをＸ軸線から遠く離れるように流す向きをしている
。これによってガスの高温ライナとの接触が改≠ｌされ
、ガスの加熱を改善している。

低圧であると熱伝導率が減少しこれによ・つて反応ガス
への熱の伝達速度が減少する。これは低圧でのタングス
テン析出反応において重要なことである。かかる低圧力
下では、ライナは主として加熱コイルからの赤外線輻射
によって加熱されるので、ライナは赤外線を吸収するこ
とができ目、つ反応ガスを充分に加熱するために熱的に
伝導性のある材料で形成すべきである。適当な材料とし
てはモリブデン、ステンレススチール及びシリコンカー
ルバイトがある。ライナを用いれば幾つかの利点がある
。従来のＣＶＤ反応技１イは、熱的に伝導性があり且つ
ＵＶ透過性である壁な、１ｐべるように装置Ｉ！ｔな修
正したり構築したりする必要なしに、採用することがで
きる。同様に、ライナは反応室のドアの外へ滑り出させ
ることによって反応室から容易に取り出すことができる
。これシこよ・つてライナ上に沈積してしまった反応生
成物を取り出すためにライナな反応室から取り出すこと
ができる。このように沈積した生成物がもし定期的に取
り出されないとすると、反応室内への熱の伝達が減少し
、沈積した生成物は壁から剥れてウェーハ上に落ち、損
傷を与えることになる。もしライナが用いられないと、
その時は反応室はこれらの沈積した生成物を反応室の壁
から取り出（−得るために定期的に分解されねばならな
い。

流入口９５〜９８は平面Ｚ　＝　０内にほぼ位ｉ′ρし
ている。流入口９５及び９７はガスをマイナスＹ及びマ
イナスＺ方向に流れさすが、流入口９６及び９８はガス
なプラスＹ及び］゛ララスＺ方流れさす。このような配
置をとることで流入Ｌ」はｊ（通の内周方向を有してこ
れら流入口からのガスはライナーヒレこ衝突１−るばか
りでなく、これらガスはまたライナの軸線まわりの回転
連動を受けるようになる。ガスの金運を助（排出ポート
に向ってのＸ軸線に浴５流れを含む）はそれゆえ一般に
螺旋運動であって、こり螺旋運動によって反応ガスはウ
ェーハを収容する領域の全表面から隣接するウェーハ間
の間隙内へ拡散−することかできる。

谷流入りはＸ軸、腺から約６　ｃｍ　（即ち、ウェーハ
ケ収容す゛るシリンダ状領域の側部からＩＣ′ｒｒＬ）
のところに位Ｉｆ　している。最適な一様性は、流入口
９５−９８をツレぞレホぼＸ位１１Ｘ＝−２２１、賦Ｉ
夷−１８ｃＩｎ１０傭及び４１のところに置（ことによ
って−１４に沈積する。

タングステ／が上で゛述べたようなＣＶＤ方法によって
ウェーハ上ｅこ沈積した時は、タングステンはドープし
たンリコノ（ヴアイアス（ｖｉａｓ　）内のような）の
領域上でウェーハ」二に沈積しても二酸化珪素の領域上
には実質的に沈積しない。ウェーハタより細かく観察す
ると、タングステンの沈積は一部、核形成中心体どして
働く酸化物の点で酸化物領域上に生じる。例えば、酸化
物領域の鋭い端縁では、ダメゲステンの沈積が幾分生じ
ているのが観察される。それゆえ、ウェーハ表面にタン
グステンの一様な化学的蒸着を容易にするには、核形成
中心体ケ酸化物領域の頂部に作り出すことが必要である
。このことは、タングステンの厚い（２０，０００オン
グストローム）層す沈積するのにウェーハなＣＶＤ炉内
に置く前にウェーハの一部にタングステンの薄い（２５
０オングストローム）層をスパッタすることによって達
成される。典型的な方法では、ニッケルの薄い（３００
オングストローム）の層が最初にウェーハの上にスパッ
タされてタングステン層のプラズマエツチングに対して
エッチ停止体としての役割を担っている。次に薄（・タ
ングステン層がニッケルの上シこスパッタされそして最
後に厚い層のタングステンが化学的蒸着法によってｈ（
ｕこされる。−この方法はさらに２つの句加的な効果が
ある：（１）ニッケルｌ脅は、タングステンを覆う層に
よる酸化′白領域の侵食を防止ｒる（２）ウェー・・を
スパッタ室からｃ　ｖ　１）室へ搬送する時に、スパッ
タされ／こタングステン層がニッケルの酸化を回避する
。このことはニッケル酸化物をエツチングずろのが難し
いｔこめに重便である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＣＶＤ装置の概略図。 ？ＰＪ２図、第３図は各々本発明の薄膜形成方法に使用
するＣｖＴ）挟置の第１．第２実施例な表わす概略図。 第４図、第５図、第８図、第９図は本発明の薄膜形成方
法に使用するＣＶＤ装置の管の拡大図。 第６図、第７図は本発明の薄膜形成方法に使用するＣＶ
Ｄ装置の説明図。 １６．１７．ｌ乏３，２７，２８，２９，２１０　：ガ
ス源、１３．２３　：コイル、 １９．１１０，１１１，２１１．２１２，２１３，２１
４，３１１，３１２゜３１３．３１４　：ガス流量制御
器、 ２４．２２３　　：　？イ流源 ＋１８，２２３　：真空ポンプ 出願人　横河・ヒユーレット・パッカード株式会社代狸
人　弁坤士　　長　谷　川　　次　　男ＦＩＧ　　　６ ＦＩＧ　　　θ ＦＩＧ　　　７ ＦＩＧ　　　９

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応室内部にウェーハを設置し、一端が反応ガス供給手
   段に接続され、他端が前記ウェーハ近傍に位置する管を
   介して反応ガスを前記反応室内に供給する薄膜形成方法
   。