JPS6314870A - 金属薄膜選択成長方法 - 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】 〔座業上の利用分野〕 本発明は気相成長方法によって金属薄膜を選択的に形成
する方法に係り、特に高選択性を保ち高速に霊属薄膜を
形成す、ｂのに好適な方法に係る。

〔従来の技術〕

従来、気相成長法には常ＩＥｃＶＤ装置および減圧ＣＶ
Ｄ装置が用いられてきたが、金属薄膜の形成には一役的
に膜厚分布及び設工被覆性に優れる減圧ＣＶＤ法が使用
されてきた。このうち、特に選択的に金ｘｉｖｇを形成
する場合には、ウェハ以外の反応容器壁等に金属薄膜を
形成させなｈ工夫が必要とされた。ホントウオールタイ
プの減圧ＣＶＤ装置としては米国特許４５４７４０４号
に開示されている様に反応容器全体をヒータで加熱し１
反応容器はヒータからの赤外線が透過し反応容器内が均
一に加熱できるという利点がある。また、ハロゲノ化金
属ガスと水素ガスを用いた螢属薄膜形成を行なう場合、
反応容器に金、Ａ薄膜を形成し難い石英等を用いると選
択成膜が可能となる。しかし、反応容器の内壁がたとえ
徴立であっても膜形成の核となる汚れが存在した場合、
その核を中心として金属薄膜の形成領域が拡大し、やが
て基体上の所望しない部分にも金属薄、摸を形成してし
まうという問題がある。一方コールドウオールタイプの
減圧ＣＶＤ装置としてにｔ、特開昭５９−１７９７７５
号に開示されている様に反応容器全体は水冷されており
、基体を基本支持部と共に所望する金属薄膜を形成する
基本表面の裏側から赤外ラングで加熱する方法がある。

この方云では、所望する金属薄膜を形成する基体面以外
は殆んど原料ガスに露出していないため、反応容器壁と
原料ガスの反応も起こらず成膜速度７ノ：安定するとい
うオリ点がある。

また、基体の加熱全基体支持台と共に加熱しているため
、基体表面温度が均一に加熱できるという利点がある。

しかし、基体支持台も加熱している九め、基体支持台に
おいて金属薄膜を形成してしまい、そこから金４薄膜の
形成領域が拡大し、やがて基体上の所望しない部分にも
金４薄膜を形成してしまうという問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記したように従来技術では、金属薄膜を形成する基体
と、反応容器や基体支持治具等の基体以外のものとの温
度差について、さらに、同一基本面上でｂっでも、所望
する金属ｇ哀を選択的に形成する部分とそれ以外の部分
との温度差について配慮がされておらず、良好な選択性
を渫持し、捗現性良く高速に金ｙ４薄膜を形成できない
という問題があった。

本発明の目的は、良好な選択性を保持し、再現性良く高
速に金ノ！ｉ４　ｉ’Ｊ４膜を形成する方法で揚上する
ことにある。

〔問題点を解決する／ζめの＋段」 前記の目的を達成するためンζ本発明では、反応容器ビ
］に設ばざｎた基体を加熱する手段として基体材料及び
形成した金属が光吸収・２持つ光源を用い、所望する金
属ｉ４膜を形成する基体１０４に、該光源からの光を表
面照射し、さらに、基体以外には該光源からの元が当た
らないようにもしくは当っても水冷等の冷却手段により
温度が上がらないようにして、基体のみ所定の温度に加
熱させると共に、ハロゲン化金属ガスと水素ガスガスを
灰石容器内に導入することにより、金属薄膜を形成式せ
た。気相成長法による金属薄膜の形成は、・・ロゲン化
金属のＨ２による還元で行なわれるが、このためには膜
成長の核となるＨ原子が存在することが必要であるとさ
れている。ところが、逆に選択成膜の場合には、所望し
ない部分に何らかの原因でＨ原子が発生、もしくは外部
から発生した五原子が付着することは、甚だ良くない。

この考えに基づけば、所望する金属薄膜を形成する部分
以外は極カー反を低く抑え、Ｈ原子発生の原因を取９除
くことがｉ要である。従って本発明では、基体を加熱す
る手段として基体材料及び形成した金属が光吸収を持つ
光源を用い、所望する金属薄膜を形成する基体表面側に
、上記光源からの光を表面照射した。また、上記光源か
らの光は、基体以外には轟たらない様に、もしくは当っ
ても水冷前の冷却手段により温度が上がらない様にして
いる。

このため、基体以外の部分でＨ原子が発生することはな
い。また同−基体内においても所望する金属ｉ？膜を形
成する基本表面側から光照射しているため、基体の金Ｉ
ｊ４薄膜の蒸着した部分とそれ以外の部分で材質の違い
による吸光係数の違いから、該金属の蒸着した部分の方
がそれ以外の部分よりも温度が高くなる。従って、それ
だけ金属を蒸着しない基体部分からのＨ原子の発生が抑
えられることになる。

〔実施例〕

次に本発明を実施例に従い説明する。本発明の一実施ｕ
ｌＪとして、六フッ化タングステン（ｌＩＶ１４’４）
および水素（Ｈ２）を原料ガスとし、熱酸化膜（ＳｉＯ
２）が表面を１っており、多数のコンタクトホール（０
，６μｍ０〜２μｍ′、深さ１μｍ）のあいたシリコン
ウェハ（Ｓｉ）に、コンタクトホール部のみ選択的にり
／グステ／を形成する列を取り上げ説明する。第１図に
おいて、１，２は夫々ＷＦｂ、Ｈのボンベを示し、６，
４は各ガス専用の九景調整器を、５，６は各ガス専用の
ストソゲパルプを示す。７は水冷された反射鏡付きの・
・ロゲンランプでめり、ここから照射された光は石英製
の照射窓９を通してウェハ１２を加熱する。８７よ水冷
され九反応容器を示し、光照射による器壁のｍ度上昇を
抑えている。また、この反応容器は入方向に真空排気系
（図示せず）が接続されている。・・ロゲンラング７を
点灯させた時に照射窓９−？反応容器８内壁の温度上昇
を抑えるノ也めに、反応容器８外にも反応容器８内のい
ずれにも水冷された遮光板１０および１１を設け、Ｂ方
向からエアーをブローし照射窓９を空冷している。さら
にウェハ１２は温度低下を伴なわないよう三点でほぼ点
接触する様な水冷された基板支持体１６で保持されてい
る。なお、反応容器８同に設けた遮光板１１１ま、原料
ガスの４人口が接、読されて２り原料ガスが有効にウェ
ハに拡散するようにしである。本芙施例では実験Ｉ装置
を用いて気相成長を行なったため、ウェハ１Ｑ温度はＱ
　、　２５ｐの熱電対をセラミック接層剤（アロンセラ
ミックＤ二束亜合成化学）によりクエ・・１２に直付け
して測定し次。またウェー・１２温度の制御は上記熱電
対からの電圧出力Ｃ全モニタし、パワーコントローラ１
５でハロゲンラング７の出力を変化させて行なった。反
応容器８内の圧力は静電容量型圧力セン？１４によりモ
ニタし、圧力制御はＡ方向にある排気系（図示せず）の
コンダクタンスを変化させて行なった。

次に第２図において、コンタクトホール部とそれ以外の
部分とで温度差が生ずることについて説明する。加熱手
段として用いた／・ロゲンランプ７はラング材質が石英
で構成されているため、約４０ｕｎｍの近紫外から４μ
ｍの遠赤外領域までの発光領域がある。（ただし石英に
は約２．７μｍの波長に強い吸収があるためその位置だ
け発光強度が低い）照射窓９とＳｉクエノ１の表面を覆
っている熱酸化膜（ＳｉＯ２）との材質はほぼ同様のも
のと考えられるため、照射窓９全通して照射された・・
ログンラ／グアの尤に対してフェノ１上の５ｉＯ２１５
はほぼ１００％透過しランプ点灯によるウニ／・温度上
昇への寄与はないと言える。それに対し、タングステン
１７は上記波長範囲の光に対し１００チの吸収ヲ持チ、
ンリコンウエハ（５ウエハニ５ＩＪｌｌ［０，５５龍）
では上記波長範囲全域に亘り７０チの吸収しか持たない
。このことから反応が進行するフェノ・１２表面上では
著しく温度が異なると予想される。本発明の実施例にお
けるコンタクトホール部とそれ以外の表面温度を正確に
知ることは大変困難であるため、同一シリコン厚のシリ
コンウェハに全面５１０２を１μｍ形成した基板と、全
面Ｗを１μｍ形成したものの基板温度を比較した。Ｗ　
Ｆ　６５　りＣＣｉｎ　ｒＨ２５００ｓｅｃｍの流量条
件で反応容器内圧力を１０Ｔｏｒｒにした状態で上記５
１０２を形成した基板を５５０℃に加熱するハロゲンラ
ングの出力を用い−Ｃ同一条件下で上記Ｗを形成した基
板を加熱したところ、基板温度は約６５００を示した。

次に前記したコンタクトホール付さのシリコンウェハに
コンタクトホール部のみＷを形成し、穴埋めを行う手１
項を説明する。反応容器８を１０−３’ｒｏｒｒ以下の
真空に排気し、排気後Ｈ２ガスを反応容器８内に導入す
ると共にハロゲンラングを点灯させ基板加熱を開始する
。Ｈ２の流量は流量調整器４によって５００３ＣＣｍに
保持する。排気系（図示せず）のコンダクタンス１１整
器により反応容器８内の圧力を１０Ｔｏｒｒ、ハロゲン
ラング７のパワーコントローラ１５により基板１２温度
を５５０°０に設定する。圧力、温度共に安定した時に
ＷＦ６を反応容器内に導入する。ＷＦ’４の流量は流量
調整器６によって３ｓｅｃｍに保持する。ＷＦ４の導入
により、圧力、温度共に若干の変動が見られるが、夫々
のコント１−ラにより数秒後に再び所定の値に回復する
。ＷＦ６導人後人後分３０秒後に各ガスの供給をストッ
プパルプ５．６により停止すると同時にハロゲンランプ
を消灯し基板加熱を停止し反応容器内の残留ガスを排気
する。基板が１００°０以下に冷却された後、反応容器
８をリークし基板を取り出した。上記操作により１μｍ
深さのコンタクトホールに対し約０．９Ａｍの膜厚でタ
ングステンを埋め込んだ。選択性の評価はウェハ１２を
割り、コンタクトホール周辺を走査型電子顕微鏡で観察
した。コンタクトホール部はタングステンでほぼ埋込み
が完了しているのに対し、ホール周辺の５ｉＯ２１５に
は全く変化がなく、選択性が大変良好であることが確認
された。

上記した実施例から明らかなように本発明により高選択
性を保持し金属薄膜を特定の下地上にのみ高速成膜（〜
３５００　Ａ／ａｉ＋　）できるとい９効果がある。ま
た、本発明の使用範囲は実施例で述べた成膜条件、ｙＫ
料ガス、下地材質に限らずハロゲン化金属ガスとしてＷ
Ｃｌ４　、　ＷＣｌ５　、　ＭｏＦ６．　ＭｏＣｌ５Ｔ
ｉＣｌ４．　ＴａＣｌ５　、　ＰｔＦｉ　、工ｒＦａ　
、　ＲｅＦ６等、下地材質としてｋｌ　、　Ｃｕ　、　
Ｎｌ　、　Ｃｒ　、　Ｍｏ　、　Ｐｉ　、　Ｔｉｗｓム
ｘ　、　ＭｏＳｉｘ　、　Ｔｉ５ｌｘ　、　ＰｔＥｌｉ
ｘ　、　ＴｉＮｙ　、ＷＮｙ等を用いれば対応する金属
薄膜を形成できる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、金属薄膜を基板上の特定の下地
上にのみ選択性良く高速に形成できるため、Ｗ、Ｍｏ等
を多層配線のコンタクトホールやスルーホールの穴埋め
として用いた高集積、高速ＬＳＩの製造プロセスにおけ
る歩留り向上、スルーグツト向上、製品の信頼性向上に
寄与するところ犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成を示す図、第２図は
、本発明の実施列におけるコンタクトホ−ル段面図であ
る。 １・・・ＷＦ４ボンベ　　　　　　２・・・Ｈ２ボンベ
７・・・ハロゲンラング　　　　８・・・反応容器１２
・・基板　　　　　　　　　１３・・・基板支持体１４
・・・圧力センサ　　　　　　−５・・・ｆ９ｉ０ｚ１
６・・・Ｓ＋ウェハ　　　　　　　１７・・・Ｗｔ’＞
。 代理人弁理士　小　川　勝　衷・ 第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属薄膜を基体上の特定の下地上にのみ選択的に化
   学蒸着する方法において、 ２、当該金属のハロゲン化金属ガスと水素ガスを原料ガ
   スとし、 （２）当該基体を上において少なくとも金属薄膜を蒸着
   したい部分を上記ガスが基体上で反応するのに十分高い
   温度に加熱し、 （３）反応容器内壁、基体支持体、ガス導入管など上記
   原料ガスに対し露出した基体以外の部分を冷却し、基体
   以外では原料ガスと反応し膜形成が起こらない様にする
   ことを特徴とする金属薄膜選択成長方法。 ２、上記加熱する手段として基体材料及び形成した金属
   が光吸収を持つ光源を用いることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項の金属薄膜選択成長方法。 ３、上記光源からの光は所望する金属薄膜を形成する基
   体表面側に照射することを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項の金属薄膜選択成長方法。 ４、上記ハロゲン化金属が、ＷＦ＿６、ＷＣｌ＿５、Ｗ
   Ｃｌ＿６ＭｏＦ＿６、ＭｏＣｌ＿５、ＴｉＣｌ＿４、Ｔ
   ａＣｌ＿５、ＮｂＣｌ＿５、ＰｔＦ＿６、ＩｒＦ＿６、
   ＲｅＦ＿６のいずれかであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項の金属薄膜選択成長方法。 ５、上記金属薄膜が蒸着する部分の下地露出材質がある
   所定の温度のもとで、上記ハロゲン化金属ガスと反応し
   金属を形成する。もしくは水素ガスを吸着解離する触媒
   作用を有する材質であり、基体上のそれ以外の部分の材
   質は同温度下では、該反応も該触媒作用も有さない材質
   であることを特徴とする特許請求範囲第１項の金属薄膜
   選択成長方法。 ６、上記金属薄膜が蒸着する部分の下地露出材質が、シ
   リコン、金属、金属シリサイド、金属ナイトライドとし
   、基体上のそれ以外の部分の露出材質はシリコン酸化物
   、シリコン窒化物、アルミナ、ダイヤモンド、有機絶縁
   膜とすることを特徴とする特許請求範囲第５項の金属薄
   膜選択成長方法。