JP3720966B2 - 耐火金属の選択的付着方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に金属領域を形成するための付着技術に関し、より詳細には、半導体基板上への耐火金属の選択的付着およびそれによって形成される集積回路（ＩＣ）デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の絶え間ない小型化が、許容しうる電気特性を有するソース／ドレイン／ゲート構造および接触金属材料を作製する必要性の増大をもたらした。近年、この必要性を満たすために、金属ケイ化物の使用に多大な努力が向けられている。しかし、デバイスの寸法が垂直方向および水平方向のいずれにもさらに小さくなるにつれ、ケイ化物はその魅力を失いつつある。ケイ化物の固有抵抗は金属に比べて高い。加えて、ケイ化物の消尽（基板中へのケイ化物の垂直方向の成長／付着）および蚕食（基板中へのケイ化物の水平方向の成長／付着）は、今後のデバイスに提案される接触構造にとって大き過ぎる。一例として、二ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ2）の形成の場合、形成されるＣｏＳｉ2１オングストローム（Å）あたり約３．４Åのシリコン基板が消尽する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のソース／ドレイン領域に使用される他のケイ化物は普通、約５００Åのシリコンを接合部から消尽する。これは、二つのフォトマスクステップおよび厚いソース・ドレイン・スペーサを使用して、深いソース／ドレイン領域を形成することを要する。
【０００３】
ケイ化物に代わる可能性があるものとして、耐火金属が研究されてきた。低い固有抵抗および比較的高い温度安定性が耐火金属を魅力的なものにしている。加えて、選択的化学蒸着法（ＣＶＤ）の最近の開発が、タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）のような耐火金属を、ケイ化物に代わる第一の候補に仕立てあげた。しかし、耐火金属を付着させるのに使用される方法には、いまだ、十分に対処されていない限界がある。
【０００４】
一つの難点は、ｎ+およびｐ+（たとえばソース／ドレイン）拡散領域における不均一な成長／付着速度である。これは望ましくない。接触抵抗および面積抵抗のいずれにとっても、ｎ＋拡散領域とｐ＋拡散領域との間に抵抗の差があってはならない。
【０００５】
もう一つの難点は、耐火金属による、シリコン領域中への深い消尽／蚕食である。選択的耐火金属、たとえばＷの膜は、ケイ化物と同様に、それらの形成の際にＳｉを消尽する。デバイスの寸法が減るにつれ、接合の深さが減るため、消尽／蚕食を最小限にして、デバイスに対する損傷を防がなければならない。浅い接合は、これらの現象に特に敏感であり、消尽および蚕食を最小限にとどめなければ、高い接合漏れが起こるおそれがある。望ましくは、Ｓｉ消尽を１００Å未満に抑えるべきである。
【０００６】
不十分な付着がもう一つの難点である。耐火金属、たとえばＷの膜は、天然の酸化物の存在により、Ｓｉ基板に十分に付着しないことが知られている。これは結果として、その後の熱サイクルの間、ウエーハのさらなる処理ののち、Ｗ膜を剥離させるおそれがある。
【０００７】
もう一つの難点は、耐火金属の成長／付着の選択性が制御されない場合に生じる。理想的には、選択的に付着される金属は、露出したＳｉの上にだけ成長し、周囲にある酸化物／窒化物の上には成長しない。シリコンではない露出区域上に耐火金属が成長すると、隣接する部品の短絡が起こるおそれがある。加えて、耐火金属が付近の二酸化シリコン／シリコン界面に沿って透過することにより、蚕食の問題が起こりかねない。
【０００８】
選択的耐火金属膜の組織は、Ｓｉ界面で平滑であるべきである。表面が荒れているならば、Ｓｉ中へとスパイクが発生して、デバイスの故障を生じさせるおそれがある。より平滑な耐火金属膜を有することは、より良い接触抵抗を提供する。加えて、平滑な表面は、その後に金属層を付着させるための付着層として求められる薄い金属ライナ層により、より効果的に覆うことができる。平滑な膜はまた、フォトリソグラフィー法により、より容易に一体化される。
【０００９】
ある特定のＣＶＤ技術によると、シリコン基板をＣＶＤ反応器に入れ、基板を加熱することにより、タングステン（Ｗ）をシリコン基板の表面区域に付着させる。次に、六フッ化タングステン（ＷＦ6）および不活性キャリヤガス、たとえばアルゴン（Ａｒ）もしくは窒素（Ｎ2）を反応器に供給すると、次式
２ＷＦ6＋３Ｓｉ→２Ｗ＋３ＳｉＦ4
にしたがって、ＷＦ6がシリコン基板と反応する。Ｗの付着は停止し、さらなる物質を付着させるために、水素（Ｈ2）をＷＦ6およびキャリヤガスに添加する。次式
ＷＦ6＋３Ｈ2→Ｗ＋６ＨＦ
にしたがって、ＷＦ6がＨ2と反応して、所望のさらなるＷを付着させる。
【００１０】
もう一つの付着技術が、International Business Machines社に譲渡された「Method of a Two Step Selective Deposition of Refractory Metals Utilizing SiH4 Reduction and H2 Reduction」と題するJoshiらへの米国特許第５，２０２，２８７号に開示されている。この２ステップ法は、第一の付着ステップ、たとえば、式
２ＷＦ6＋３ＳｉＨ4→２Ｗ＋３ＳｉＦ4＋６Ｈ2
で示される、六フッ化タングステン（ＷＦ6）のシラン（ＳｉＨ4）還元と、それに続く、式
ＷＦ6＋３Ｈ2→Ｗ＋６ＨＦ
で示される、ＷＦ6を水素と反応させるさらなる選択的付着ステップとを含む。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）用途のためにタングステンを選択的に付着させるための上記方法の使用は、付着工程に固有の問題によって制限されている。各付着ステップの結果は、５種のパラメータ、１）温度、２）圧力、３）時間、４）流量および５）流量比に依存する。これまでに述べた方法の付着ステップおよび付着ステップに使用されるパラメータは、以下の課題、ａ）不均一なｎ＋対ｐ＋（ソース／ドレイン）成長／付着、ｂ）耐火金属による、シリコン領域中への深い消尽／蚕食（たとえば虫食い穴）、ｃ）不十分な付着、ｄ）制御されない選択性およびｅ）不均一な組織に十分に対処してはいない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、３ステップ付着工程を利用してシリコン基板のシリコン露出面に耐火金属層を選択的に付着させる方法および同方法によって製造される集積回路に関する。付着工程は、耐火金属ハロゲン化物をシリコン基板の露出面と反応させることにより、前記シリコン基板の露出面に耐火金属を選択的に付着させるステップと、耐火金属ハロゲン化物をシリコン含有ガスと反応させることにより、シリコン基板の消尽を制限するステップと、耐火金属ハロゲン化物を水素と反応させることにより、耐火金属の厚さをさらに増すステップとを含む。
【００１３】
十分な前処理ならびに各付着ステップにおける、１）温度、２）圧力、３）時間、４）流量および５）流量比のパラメータの選択により、本発明は、不均一なｎ＋対ｐ＋（ソース／ドレイン）成長、耐火金属による、シリコン領域中への深い消尽／蚕食（たとえば虫食い穴）、不十分な付着、制御されない選択性および不均一な組織の難題に十分に対処する。
【００１４】
本発明はまた、ブランケット付着器具（通常は１Torr以上の圧力で作動する）を使用して選択的耐火金属を付着させる費用の利点を有している。大部分の選択的方法においては、高額な器具（タービンおよびクライオポンプ（cyropump）を使用して１mTorr圧で作動させる）を使用しなければならない。加えて、選択的タングステン付着の前に使用されるクラスタド（clustered）乾エッチングステップの使用により、従来の選択的タングステンツールの費用が増す。本発明は、天然の酸化物を除去するための希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬により、シリコン基板の予備調整に一つのステップしか要しない。ＤＨＦ浸漬ののち真空破壊が許される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、３ステップ付着工程を利用してシリコン基板のシリコン露出面に耐火金属層を選択的に付着させる方法および同方法によって製造される集積回路に関する。第一のステップの前に、天然の酸化物を除去するための希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬の一つのステップにより、半導体ウエーハを予備調整する。この浸漬は、ウエーハを、酸化させることなく約１時間まで空気にさらすことを可能にする。これまで、他の選択的Ｗ法は、同等な結果を達成するのに、１）ＤＨＦ浸漬および２）軽度のＳｉエッチング（ｎ＋およびｐ＋領域中の汚染物質を除くため）を含む２ステップ予備調整を要した。
【００１６】
図１を参照すると、予備調整したウエーハ１０が、耐火ガスＣＶＤ反応器２０の中、電気フィードスルー１１を有するヒータ台座２２の上に配置されている。ガスがガス供給源２６、２８、３０、３２および３４からシャワーヘッド２４に供給される。また、背面にもガス４０が提供される。ガスは、ポンプ５０により、ゲート弁５２を介して排出される。圧力は、絞り弁５４を使用して制御される。同様に、背面ガス４０は、ポンプ６０により、ゲート弁６２を介して排出される。背面の圧力は、絞り弁６４を使用して制御される。
【００１７】
図２は、選択的Ｗ付着の前の集積回路の一例を示す。集積回路１００は、二酸化シリコンスペーサ１０１の絶縁形成、ｐ（＋／−）基板１０２およびｎ（＋／−）基板１０４を形成するためのシリコン基板のドーピング、約５０〜１００Åまでのゲート酸化物１０３および約２，０００Åまでのゲート・スタック１１２、１１４の付着などのステップによって加工される。ゲート・スタック酸化物は、ｎ（＋／−）ゲート・スタック１１２およびｐ（＋／−）ゲート・スタック１１４の中に形成され、エッチングされる。ゲート・スタック１１２、１１４がエッチングされたのち、その上に側壁酸化物１０７が付着され、続いて窒化物または酸化物のスペーサ１０６が付着される。窒化物スペーサは比較的薄いものである（約１００〜５００Å）。チップが図２に示す実施態様の状態まで加工されると、ＤＨＦ浸漬および耐火金属をその上に選択的に付着させる３ステップ工程の準備ができる。
【００１８】
選択的Ｗ付着加工の各ステップにおいて、所望の結果を得るためには７種のパラメータが特に重要である。７種のパラメータとは、１）温度、２）圧力、３）時間、４）ＷＦ6流量、５）Ｈ2流量、６）ＳｉＨ4対ＷＦ6の流量比および７）Ａｒガス流量である。全圧は、ＷＦ6およびＳｉＨ4の分圧よりも有意に高く選択される。
【００１９】
耐火金属を付着させるのに使用される器具は、二つのグループ、１）高めの全圧（１Torrを超え、普通は１０Torrを超える）で作動するブランケットＷツールおよび２）「非常に」低い全圧（１mTorr）で作動する選択的Ｗツールに分類することができる。これまで、工業生産に許容可能である繰り返し精度特性を有するＷの選択的膜は、低い全圧でしか得ることができなかった。ブランケットＷは普通、製造施設において高い全圧で操作されてきた。選択的Ｗツールは、次の理由から、ブランケットＷツールよりも高価である。ａ）ブランケット付着は工業生産において選択的付着に比べて広く受け入れられているため、ブランケット・ツールの方がずっと一般的である。ｂ）選択的ツールとは、本質的には、ブランケット・ツールに対し、ブランケット・ツールの基本費用を増す変形を加えたものである。本発明は、この分野における以前の努力とは違い、ブランケットＷ器具をうまく利用して、ｐタイプおよびｎタイプのドープしたシリコンに対して同時に選択的Ｗ付着を実行し、高い全圧で許容しうる繰り返し精度およびデバイス結果を提供する予期せぬ利点を有している。この成功の一つの可能な理由は、異なる全圧で形成される膜どうしの成長速度の差に関連する。本発明は、ＷＦ6質量移動（拡散）制限方式で作動し、それにより、Ｗを最小限の速度および密な核形成で選択的に付着させて、より平滑な微細構造およびｎ+領域とｐ+領域とで同等な付着（これに関連して、「同等な付着」とは、ｐ＋領域に付着したＷの厚さが、ｎ＋領域に付着したＷの厚さの少なくとも５０％であることをいう。たとえば、ｎ＋領域が３００Åであるならば、ｐ＋領域は１５０Å以上である）をもたらす選択的タングステンＣＶＤ法を提供する。
【００２０】
第一のステップで、以下の式にしたがって、耐火金属ハロゲン化物、たとえばＷＦ6を、不活性ガス、たとえばアルゴン（Ａｒ）の存在下、シリコン基板の露出面と反応させることにより、前記シリコン基板の露出面に耐火金属、たとえばＷを選択的に付着させる。
【００２１】
１．２ＷＦ6＋３Ｓｉ→２Ｗ＋３ＳｉＦ4
【００２２】
第一のステップでは、Ｓｉ基板を、５〜１０標準立方センチメートル毎分（sccm）、好ましくは５sccmの流量、２７５〜３２５℃、好ましくは３００℃の温度、１０〜５０ミリトル（mTorr）、好ましくは２０mTorrのＷＦ6分圧、３０，０００〜１００，０００mTorr、好ましくは４０，０００mTorr（４０Torr）の全圧、約１秒の期間、Ｈ2流量ゼロおよび１０，０００〜２０，０００sccm、好ましくは１４，０００sccmのアルゴン（Ａｒ）流量で、ＷＦ6にさらす。ＳｉＨ4対ＷＦ6の比は０である。Ｓｉの消尽および蚕食が最小限になるよう、ステップ１の処理時間は１秒に制限する。ＷＦ6へ約１秒さらしたのち、ｐ＋領域上に５０〜１００Åの成長／付着が観察された。
【００２３】
他の文献が、ｎ＋領域およびｐ＋領域におけるタングステンの成長を均等化するための２ステップ予備調整手順の必要性を教示している。この文献は、希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬を使用して表面酸化物を除去したのち、軽度のＳｉエッチング（反応性イオン・エッチングに暴露する）を実施して他の表面汚染物質を除去することを教示している。この選択的タングステン付着方法によると、軽度のＳｉエッチングは、ｐ＋領域における付着を達成するのに必須である。軽度のＳｉエッチングを使用しないとき、ＷＦ6に６０秒間さらしたのちでもｐ＋領域に成長が起こらないという事実が、選択的タングステン化学蒸着の他の実施にしたがって、この軽度のＳｉエッチング・ステップの重要性の証拠として提供されている。
【００２４】
本発明は、初期のＳｉ還元段階で、ＷＦ6質量移動制限条件（高い反応器全圧）の下でタングステンを成長させることにより、軽度のＳｉエッチング・ステップを省く。この条件の下、成長は、ｐ＋表面およびｎ＋表面におけるＷＦ6の到達速度によって制限されて、それにより、ＤＨＦ浸漬によって除去されない汚染のような表面効果に対する感度が下がる。その結果、タングステンは、ｐ＋領域とｎ＋領域とで実質的に等しい厚さに成長する。
【００２５】
第二のステップは、耐火金属ハロゲン化物をシリコン含有ガスと反応させることにより、耐火金属ハロゲン化物によってシリコン基板消尽を制限すると同時に、耐火金属の厚さを増すことを含む。
【００２６】
２．２ＷＦ6＋３ＳｉＨ4→２Ｗ＋３ＳｉＦ4＋６Ｈ2
【００２７】
第二のステップでは、ＳｉＨ4を導入する。Ｓｉ基板のさらなる消尽／蚕食を避けるため、第二のステップのガスは、ＣＶＤ反応器２０に速やかに導入する。第二のステップでは、以下のパラメータ設定、すなわち、２７５〜３２５℃、好ましくは３００℃の基板温度、１０〜５０mTorr、好ましくは２０mTorrのＷＦ6分圧、３０，０００〜１００，０００mTorr、好ましくは４０，０００mTorr（４０Torr）の全圧、５〜１０標準リットル毎分（SLM）、好ましくは９SLMのＨ2流量、１０〜２０SLM、好ましくは１４SLMのＡｒ流量、４０〜５０sccm、好ましくは４５sccmのＳｉＨ4流および５〜１０sccm、好ましくは５sccmのＷＦ6流で、Ｗをシリコン基板に付着させる。第二のステップの時間が２〜３秒に限られているため、ステップ２によって添加されるＷが約５０Åに制限されるよう、第二のステップにおけるＳｉＨ4／ＷＦ6比は、１０まで高めてもよい。組み込まれる過剰のＳｉがステップ３で消尽するため、この層におけるＳｉ汚染が接触層の固有抵抗を増大することはない。
【００２８】
本発明では、シランガスの他の供給源として、たとえばアルキルシランまたはジシランを使用することができる。特に、ジエチルシラン、ジメチルシラン、ｎ−ブチルシラン、メチルシラン、エチルシランのようなアルキルシランを使用することができる。
【００２９】
ステップ２の目的は、ＷＦ6と基板Ｓｉとの反応により、Ｗの成長をさらに制限することにある。ＷＦ6と基板Ｓｉとの反応によるＷの成長は、Ｓｉ原子が基板から拡散し、ＷＦ6と反応する（ステップ１で起こるように）ため、さらなる基板の蚕食および消尽をもたらす。シランの還元の間、二つの反応が生じる。第一の反応は、シラン還元式
２ＷＦ6＋３ＳｉＨ4→２Ｗ＋３ＳｉＦ4＋６Ｈ2
によって示され、第二の反応は、ＷＦ6だけのステップ式
２ＷＦ6＋３Ｓｉ→２Ｗ＋３ＳｉＦ4
によって示される反応である。
【００３０】
両方の反応は同時に起こることができる。ＳｉＨ4とＷＦ6との流量比を制御し、第一のステップから十分に厚いＷ層（５０〜１００Å）を得て拡散障壁を得ることにより、二つの反応の、互いに対する速度を制御する。すなわち、シラン／ＷＦ6比が大きくなると、シラン還元反応が優勢になる。比率が０に近づくと、Ｓｉ還元反応が優勢になる。シラン還元は、基板Ｓｉを消尽することにより、Ｓｉ還元Ｗの間にＷを付着させる。成長が優勢になるならば、基板の消尽／蚕食が起こるが、膜中のＳｉ汚染物質はほとんどない。付着が優勢になるならば、Ｓｉ汚染は起こるが、基板の消尽／蚕食はほとんどない。本発明は、基板消尽を最小限にし、その結果、意図的にＷ付着をより優勢にすることにより、動機を与えられる。
【００３１】
ステップ２の時間は、この層が最終の膜に寄与する荒さを減らし、選択性の損失を最小限にし、固有抵抗を最小限にするために、２〜３秒に限られる。本発明は、Ｓｉ蚕食を防止するよう高いＳｉＨ4対ＷＦ6比を含み、薄いＳｉＨ4還元層に含まれる過剰のＳｉが、後続のＨ2還元ステップ中に存在するＷＦ6によって消尽することができるＳｉを提供して、それにより、さらなるＳｉの蚕食を防ぐ。
【００３２】
第三のステップの目的は、耐火金属ハロゲン化物を水素と反応させることにより、耐火金属をさらに付着させることにある。
【００３３】
３．ＷＦ6＋３Ｈ2→Ｗ＋６ＨＦ
【００３４】
第三のステップでは、以下のパラメータ設定、すなわち、２７５〜３２５℃、好ましくは３００℃の基板温度、１０〜５０ミリトル（mTorr）、好ましくは２０mTorrのＷＦ6分圧、３０，０００〜１００，０００mTorr、好ましくは４０，０００mTorr（４０Torr）の全圧、５〜１０標準リットル毎分（SLM）、好ましくは９SLMのＨ2流量、１０〜２０SLM 、好ましくは１４SLMのＡｒ流量および５〜１０sccm、好ましくは５sccmのＷＦ6流で、Ｗをシリコン基板に付着させる。選択性の損失（酸化物に対するＷの付着）を制限するため、第三のステップではシランを止める。約１００ÅのＷをさらに提供するためには、第三のステップの時間は約３〜５秒である。デバイスの要件に依存して、５秒を超える時間を第三のステップに選択して、選択性の損失なしにＷ層の厚さを３００〜４００Åに増してもよい。
【００３５】
第一および第二のステップの時間は、第二ステップの終了（ＳｉＨ4を止める時点）までに約１００ÅのＷが付着されているように選択する。１００ÅのＷは、Ｓｉの拡散に対して十分な障壁を提供する。したがって、第三のステップは、さらなるＳｉの消尽または蚕食をもたらさない。第二のステップに対する第三のステップの他の利点は、より平滑な膜の付着、選択性の損失の経路の減少および第二のステップのＳｉＨ4還元反応から付着するおそれのある過剰なＳｉの除去である。
【００３６】
図４は、第三の付着ステップ後の、ｐ＋電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）のソース／ドレイン（Ｓ／Ｄ）領域の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。図５は、第三の付着ステップ後の、ｎ＋電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）のＳ／Ｄ領域のＳＥＭである。
【００３７】
付着後、ＰＦＥＴ領域およびＮＦＥＴ領域の組織は比較的平滑である。平滑な面は、後処理ステップで、より効果的な結果を提供する。たとえば、デバイスは、改善された接触提供を有して、デバイスの故障が最小限になる。加えて、より平滑な表面では、フォトリソグラフィー法のための位置決定がより容易に達成される。周囲の酸化物領域は、Ｗ付着をまったく示さない。
【００３８】
図３には、選択的Ｗ付着後の、集積回路デバイス２００が示されている。Ｗ付着を２０２で示す。上記３ステップそれぞれの期間を使用すると、全Ｗ厚は、約２００〜３００Åの範囲になる。Ｗ付着２０２がｎ＋ゲート・スタック１１２およびｐ＋ゲート・スタック１１４ならびに軽度にドープされたインプラント１０８および１１０を覆っている。
【００３９】
おそらく、耐火金属Ｍｏもまた、３ステップ工程に使用することができる。Ｍｏの処理ステップは、Ｗと同様なパラメータで実行され、
１．２ＭｏＦ6＋３Ｓｉ→２Ｍｏ＋３ＳｉＦ4
２．２ＭｏＦ6＋３ＳｉＨ4→２Ｍｏ＋３ＳｉＦ4＋６Ｈ2
３．ＭｏＦ6＋３Ｈ2→Ｍｏ＋６ＨＦ
のステップを含むであろう。
【００４０】
本発明は、不均一なｎ＋対ｐ＋（ソース／ドレイン）成長、耐火金属による、シリコン領域中への深い消尽／蚕食（たとえば虫食い穴）、不十分な付着、制御されない選択性および不均一な組織の難題に十分に対処している。
【００４１】
【実施例】
本実施例は、Ｓｉ基板に対するＷの付着を説明する。２００：１ＤＨＦ浸漬を使用して、１５０Åの天然の酸化物を除去した。市販のブランケットタングステンＣＶＤ器具を使用して、シリコン露出区域をおよそ酸化物フィールドに有する基板にＷを付着させた。３００℃で、ＷＦ6のＳｉ還元を１秒間、ＷＦ6のＳｉＨ4還元を３秒間、そしてＷＦ6のＨ2還元を５秒間それぞれ実施して、約２００〜３００ÅのＷをＳｉ露出区域に付着させた。ウエーハの中央および縁部で優れた選択性が達成された。ｎ領域とｐ領域とで同等な付着が達成され、５００℃で３０分間のアニーリング後でもＷ膜は剥離しなかった。市販のブランケットタングステンＣＶＤ反応器に対して特別なハードウェア変更は必要なく、Ｗ付着を開始する前にＳｉ面を洗浄するための真空一体化手順は必要なかった。
【００４２】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
（１）酸化物領域を上に有するシリコン基板の露出面に耐火金属を化学蒸着により選択的に付着させる方法において、
（ａ）３０〜１００Torrの全圧で、Ｗの六フッ化物を、天然の酸化物を除去するための希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬からなる予備調整が施された前記シリコン基板の露出面のシリコンと反応させ、シリコンをハロゲン化物とすることにより、前記シリコン基板の前記露出面にＷを選択的に付着させるステップと、
（ｂ）３０〜１００Torrの全圧で前記Ｗの六フッ化物をＳｉＨ４と反応させ、前記Ｗを付着させることにより、シリコン基板消尽を制限するステップと、
（ｃ）前記Ｗの六フッ化物を水素と反応させて、前記シリコン基板のシリコンに対する選択的付着を維持するステップと、
を経る方法であって、前記ステップ（ａ）が、５〜１０標準立法センチメートル毎分（ sccm ）の前記Ｗの六フッ化物の流量、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトル（ mTorr ）のＷＦ ６ 分圧、３０〜１００ Torr の全圧、１秒の期間および１０，０００〜２０，０００ sccm のアルゴン（Ａｒ）流量で、ＷＦ ６ をシリコン基板に暴露し、前記ステップ（ｂ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０mTorrのＷＦ６分圧、３０〜１００Torrの全圧、５〜１０標準リットル毎分（SLM）のＨ２流量、１０〜２０SLMのＡｒ流量および４０〜５０sccmのＳｉＨ４流量および前記Ｗの六フッ化物の流量を５〜１０sccmとして、前記Ｗの六フッ化物とＳｉＨ４とを反応させることを含み、前記ステップ（ｃ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトルの前記Ｗの六フッ化物分圧、３０，０００〜１００，０００ミリトルの全圧、５〜１０ SLM のＨ ２ 流量、１０〜２０ SLM のＡｒ流量、５〜１０ sccm の前記Ｗの六フッ化物の流量で行われ、
前記ステップ（ｃ）終了後の前記Ｗが１００オングストロームを超える厚さを有し、前記ステップ（ａ）開始時からステップ（ｃ）終了時までの前記シリコン消尽を１００オングストローム未満とすることを特徴とする方法。
（２）（ａ）ブランケット化学蒸着（ＣＶＤ）反応器を設けるステップと、
（ｂ）前記ブランケットＣＶＤ反応器の中にシリコン基板を配置するステップと、
（ｃ）３０〜１００ Torr の全圧で、Ｗの六フッ化物を、天然の酸化物を除去するための希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬からなる予備調整が施された前記シリコン基板の露出面のシリコンと反応させ、シリコンをハロゲン化物とすることにより、前記シリコン基板の前記露出面にＷを選択的に付着させるステップと、
（ｄ）３０〜１００ Torr の全圧で前記Ｗの六フッ化物をＳｉＨ ４ と反応させ、前記Ｗを付着させることにより、シリコン基板消尽を制限するステップと、
（ｅ）前記Ｗの六フッ化物を水素と反応させて、前記シリコン基板のシリコンに対する選択的付着を維持するステップと、
を経る方法であって、前記ステップ（ｃ）が、５〜１０標準立法センチメートル毎分（ sccm ）の前記Ｗの六フッ化物の流量、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトル（ mTorr ）のＷＦ ６ 分圧、３０〜１００ Torr の全圧、１秒の期間および１０，０００〜２０，０００ sccm のアルゴン（Ａｒ）流量で、ＷＦ ６ をシリコン基板に暴露し、前記ステップ（ｄ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０mTorrのＷＦ６分圧、３０〜１００Torrの全圧、５〜１０標準リットル毎分（SLM）のＨ２流量、１０〜２０SLMのＡｒ流量および４０〜５０sccmのＳｉＨ４流量および前記Ｗの六フッ化物の流量を５〜１０sccmとして、前記Ｗの六フッ化物とＳｉＨ４とを反応させることを含み、前記ステップ（ e ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトルの前記Ｗの六フッ化物分圧、３０，０００〜１００，０００ミリトルの全圧、５〜１０ SLM のＨ ２ 流量、１０〜２０ SLM のＡｒ流量、５〜１０ sccm の前記Ｗの六フッ化物の流量で行われ、
前記ステップ（e）終了後の前記Ｗが１００オングストロームを超える厚さを有し、前記ステップ（ｃ）開始時からステップ（ e ）終了時までの前記シリコン消尽を１００オングストローム未満とすることを特徴とする化学蒸着による選択的耐火金属付着方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施態様のタングステンＣＶＤ反応器を示す図である。
【図２】 選択的Ｗ付着の前の本発明の好ましい実施態様を示す図である。
【図３】 選択的Ｗ付着の後の本発明の好ましい実施態様を示す図である。
【図４】 本発明の好ましい実施態様の第三のステップをＰＦＥＴに付着したのちのＳＥＭである。
【図５】 本発明の好ましい実施態様の第三のステップをＮＦＥＴに付着したのちのＳＥＭである。
【符号の説明】
１０ ウエーハ
１１ 電気フィードスルー
２０ ＣＶＤ反応器
２２ ヒータ台座
２４ シャワーヘッド
２６、２８、３０、３２、３４ ガス供給源
５０、６０ ポンプ
５２、６２ ゲート弁
５４、６４ 絞り弁
１００、２００ 集積回路
１０１ 二酸化シリコンスペーサ
１０２ ｐ（＋／−）基板
１０３ ゲート酸化物
１０４ ｎ（＋／−）基板
１０６ スペーサ
１０７ 側壁酸化物
１１２、１１４ ゲート・スタック
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に金属領域を形成するための付着技術に関し、より詳細には、半導体基板上への耐火金属の選択的付着およびそれによって形成される集積回路（ＩＣ）デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の絶え間ない小型化が、許容しうる電気特性を有するソース／ドレイン／ゲート構造および接触金属材料を作製する必要性の増大をもたらした。近年、この必要性を満たすために、金属ケイ化物の使用に多大な努力が向けられている。しかし、デバイスの寸法が垂直方向および水平方向のいずれにもさらに小さくなるにつれ、ケイ化物はその魅力を失いつつある。ケイ化物の固有抵抗は金属に比べて高い。加えて、ケイ化物の消尽（基板中へのケイ化物の垂直方向の成長／付着）および蚕食（基板中へのケイ化物の水平方向の成長／付着）は、今後のデバイスに提案される接触構造にとって大き過ぎる。一例として、二ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ2）の形成の場合、形成されるＣｏＳｉ2１オングストローム（Å）あたり約３．４Åのシリコン基板が消尽する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のソース／ドレイン領域に使用される他のケイ化物は普通、約５００Åのシリコンを接合部から消尽する。これは、二つのフォトマスクステップおよび厚いソース・ドレイン・スペーサを使用して、深いソース／ドレイン領域を形成することを要する。
【０００３】
ケイ化物に代わる可能性があるものとして、耐火金属が研究されてきた。低い固有抵抗および比較的高い温度安定性が耐火金属を魅力的なものにしている。加えて、選択的化学蒸着法（ＣＶＤ）の最近の開発が、タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）のような耐火金属を、ケイ化物に代わる第一の候補に仕立てあげた。しかし、耐火金属を付着させるのに使用される方法には、いまだ、十分に対処されていない限界がある。
【０００４】
一つの難点は、ｎ+およびｐ+（たとえばソース／ドレイン）拡散領域における不均一な成長／付着速度である。これは望ましくない。接触抵抗および面積抵抗のいずれにとっても、ｎ＋拡散領域とｐ＋拡散領域との間に抵抗の差があってはならない。
【０００５】
もう一つの難点は、耐火金属による、シリコン領域中への深い消尽／蚕食である。選択的耐火金属、たとえばＷの膜は、ケイ化物と同様に、それらの形成の際にＳｉを消尽する。デバイスの寸法が減るにつれ、接合の深さが減るため、消尽／蚕食を最小限にして、デバイスに対する損傷を防がなければならない。浅い接合は、これらの現象に特に敏感であり、消尽および蚕食を最小限にとどめなければ、高い接合漏れが起こるおそれがある。望ましくは、Ｓｉ消尽を１００Å未満に抑えるべきである。
【０００６】
不十分な付着がもう一つの難点である。耐火金属、たとえばＷの膜は、天然の酸化物の存在により、Ｓｉ基板に十分に付着しないことが知られている。これは結果として、その後の熱サイクルの間、ウエーハのさらなる処理ののち、Ｗ膜を剥離させるおそれがある。
【０００７】
もう一つの難点は、耐火金属の成長／付着の選択性が制御されない場合に生じる。理想的には、選択的に付着される金属は、露出したＳｉの上にだけ成長し、周囲にある酸化物／窒化物の上には成長しない。シリコンではない露出区域上に耐火金属が成長すると、隣接する部品の短絡が起こるおそれがある。加えて、耐火金属が付近の二酸化シリコン／シリコン界面に沿って透過することにより、蚕食の問題が起こりかねない。
【０００８】
選択的耐火金属膜の組織は、Ｓｉ界面で平滑であるべきである。表面が荒れているならば、Ｓｉ中へとスパイクが発生して、デバイスの故障を生じさせるおそれがある。より平滑な耐火金属膜を有することは、より良い接触抵抗を提供する。加えて、平滑な表面は、その後に金属層を付着させるための付着層として求められる薄い金属ライナ層により、より効果的に覆うことができる。平滑な膜はまた、フォトリソグラフィー法により、より容易に一体化される。
【０００９】
ある特定のＣＶＤ技術によると、シリコン基板をＣＶＤ反応器に入れ、基板を加熱することにより、タングステン（Ｗ）をシリコン基板の表面区域に付着させる。次に、六フッ化タングステン（ＷＦ6）および不活性キャリヤガス、たとえばアルゴン（Ａｒ）もしくは窒素（Ｎ2）を反応器に供給すると、次式
２ＷＦ6＋３Ｓｉ→２Ｗ＋３ＳｉＦ4
にしたがって、ＷＦ6がシリコン基板と反応する。Ｗの付着は停止し、さらなる物質を付着させるために、水素（Ｈ2）をＷＦ6およびキャリヤガスに添加する。次式
ＷＦ6＋３Ｈ2→Ｗ＋６ＨＦ
にしたがって、ＷＦ6がＨ2と反応して、所望のさらなるＷを付着させる。
【００１０】
もう一つの付着技術が、International Business Machines社に譲渡された「Method of a Two Step Selective Deposition of Refractory Metals Utilizing SiH4 Reduction and H2 Reduction」と題するJoshiらへの米国特許第５，２０２，２８７号に開示されている。この２ステップ法は、第一の付着ステップ、たとえば、式
２ＷＦ6＋３ＳｉＨ4→２Ｗ＋３ＳｉＦ4＋６Ｈ2
で示される、六フッ化タングステン（ＷＦ6）のシラン（ＳｉＨ4）還元と、それに続く、式
ＷＦ6＋３Ｈ2→Ｗ＋６ＨＦ
で示される、ＷＦ6を水素と反応させるさらなる選択的付着ステップとを含む。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）用途のためにタングステンを選択的に付着させるための上記方法の使用は、付着工程に固有の問題によって制限されている。各付着ステップの結果は、５種のパラメータ、１）温度、２）圧力、３）時間、４）流量および５）流量比に依存する。これまでに述べた方法の付着ステップおよび付着ステップに使用されるパラメータは、以下の課題、ａ）不均一なｎ＋対ｐ＋（ソース／ドレイン）成長／付着、ｂ）耐火金属による、シリコン領域中への深い消尽／蚕食（たとえば虫食い穴）、ｃ）不十分な付着、ｄ）制御されない選択性およびｅ）不均一な組織に十分に対処してはいない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、３ステップ付着工程を利用してシリコン基板のシリコン露出面に耐火金属層を選択的に付着させる方法および同方法によって製造される集積回路に関する。付着工程は、耐火金属ハロゲン化物をシリコン基板の露出面と反応させることにより、前記シリコン基板の露出面に耐火金属を選択的に付着させるステップと、耐火金属ハロゲン化物をシリコン含有ガスと反応させることにより、シリコン基板の消尽を制限するステップと、耐火金属ハロゲン化物を水素と反応させることにより、耐火金属の厚さをさらに増すステップとを含む。
【００１３】
十分な前処理ならびに各付着ステップにおける、１）温度、２）圧力、３）時間、４）流量および５）流量比のパラメータの選択により、本発明は、不均一なｎ＋対ｐ＋（ソース／ドレイン）成長、耐火金属による、シリコン領域中への深い消尽／蚕食（たとえば虫食い穴）、不十分な付着、制御されない選択性および不均一な組織の難題に十分に対処する。
【００１４】
本発明はまた、ブランケット付着器具（通常は１Torr以上の圧力で作動する）を使用して選択的耐火金属を付着させる費用の利点を有している。大部分の選択的方法においては、高額な器具（タービンおよびクライオポンプ（cyropump）を使用して１mTorr圧で作動させる）を使用しなければならない。加えて、選択的タングステン付着の前に使用されるクラスタド（clustered）乾エッチングステップの使用により、従来の選択的タングステンツールの費用が増す。本発明は、天然の酸化物を除去するための希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬により、シリコン基板の予備調整に一つのステップしか要しない。ＤＨＦ浸漬ののち真空破壊が許される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、３ステップ付着工程を利用してシリコン基板のシリコン露出面に耐火金属層を選択的に付着させる方法および同方法によって製造される集積回路に関する。第一のステップの前に、天然の酸化物を除去するための希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬の一つのステップにより、半導体ウエーハを予備調整する。この浸漬は、ウエーハを、酸化させることなく約１時間まで空気にさらすことを可能にする。これまで、他の選択的Ｗ法は、同等な結果を達成するのに、１）ＤＨＦ浸漬および２）軽度のＳｉエッチング（ｎ＋およびｐ＋領域中の汚染物質を除くため）を含む２ステップ予備調整を要した。
【００１６】
図１を参照すると、予備調整したウエーハ１０が、耐火ガスＣＶＤ反応器２０の中、電気フィードスルー１１を有するヒータ台座２２の上に配置されている。ガスがガス供給源２６、２８、３０、３２および３４からシャワーヘッド２４に供給される。また、背面にもガス４０が提供される。ガスは、ポンプ５０により、ゲート弁５２を介して排出される。圧力は、絞り弁５４を使用して制御される。同様に、背面ガス４０は、ポンプ６０により、ゲート弁６２を介して排出される。背面の圧力は、絞り弁６４を使用して制御される。
【００１７】
図２は、選択的Ｗ付着の前の集積回路の一例を示す。集積回路１００は、二酸化シリコンスペーサ１０１の絶縁形成、ｐ（＋／−）基板１０２およびｎ（＋／−）基板１０４を形成するためのシリコン基板のドーピング、約５０〜１００Åまでのゲート酸化物１０３および約２，０００Åまでのゲート・スタック１１２、１１４の付着などのステップによって加工される。ゲート・スタック酸化物は、ｎ（＋／−）ゲート・スタック１１２およびｐ（＋／−）ゲート・スタック１１４の中に形成され、エッチングされる。ゲート・スタック１１２、１１４がエッチングされたのち、その上に側壁酸化物１０７が付着され、続いて窒化物または酸化物のスペーサ１０６が付着される。窒化物スペーサは比較的薄いものである（約１００〜５００Å）。チップが図２に示す実施態様の状態まで加工されると、ＤＨＦ浸漬および耐火金属をその上に選択的に付着させる３ステップ工程の準備ができる。
【００１８】
選択的Ｗ付着加工の各ステップにおいて、所望の結果を得るためには７種のパラメータが特に重要である。７種のパラメータとは、１）温度、２）圧力、３）時間、４）ＷＦ6流量、５）Ｈ2流量、６）ＳｉＨ4対ＷＦ6の流量比および７）Ａｒガス流量である。全圧は、ＷＦ6およびＳｉＨ4の分圧よりも有意に高く選択される。
【００１９】
耐火金属を付着させるのに使用される器具は、二つのグループ、１）高めの全圧（１Torrを超え、普通は１０Torrを超える）で作動するブランケットＷツールおよび２）「非常に」低い全圧（１mTorr）で作動する選択的Ｗツールに分類することができる。これまで、工業生産に許容可能である繰り返し精度特性を有するＷの選択的膜は、低い全圧でしか得ることができなかった。ブランケットＷは普通、製造施設において高い全圧で操作されてきた。選択的Ｗツールは、次の理由から、ブランケットＷツールよりも高価である。ａ）ブランケット付着は工業生産において選択的付着に比べて広く受け入れられているため、ブランケット・ツールの方がずっと一般的である。ｂ）選択的ツールとは、本質的には、ブランケット・ツールに対し、ブランケット・ツールの基本費用を増す変形を加えたものである。本発明は、この分野における以前の努力とは違い、ブランケットＷ器具をうまく利用して、ｐタイプおよびｎタイプのドープしたシリコンに対して同時に選択的Ｗ付着を実行し、高い全圧で許容しうる繰り返し精度およびデバイス結果を提供する予期せぬ利点を有している。この成功の一つの可能な理由は、異なる全圧で形成される膜どうしの成長速度の差に関連する。本発明は、ＷＦ6質量移動（拡散）制限方式で作動し、それにより、Ｗを最小限の速度および密な核形成で選択的に付着させて、より平滑な微細構造およびｎ+領域とｐ+領域とで同等な付着（これに関連して、「同等な付着」とは、ｐ＋領域に付着したＷの厚さが、ｎ＋領域に付着したＷの厚さの少なくとも５０％であることをいう。たとえば、ｎ＋領域が３００Åであるならば、ｐ＋領域は１５０Å以上である）をもたらす選択的タングステンＣＶＤ法を提供する。
【００２０】
第一のステップで、以下の式にしたがって、耐火金属ハロゲン化物、たとえばＷＦ6を、不活性ガス、たとえばアルゴン（Ａｒ）の存在下、シリコン基板の露出面と反応させることにより、前記シリコン基板の露出面に耐火金属、たとえばＷを選択的に付着させる。
【００２１】
１．２ＷＦ6＋３Ｓｉ→２Ｗ＋３ＳｉＦ4
【００２２】
第一のステップでは、Ｓｉ基板を、５〜１０標準立方センチメートル毎分（sccm）、好ましくは５sccmの流量、２７５〜３２５℃、好ましくは３００℃の温度、１０〜５０ミリトル（mTorr）、好ましくは２０mTorrのＷＦ6分圧、３０，０００〜１００，０００mTorr、好ましくは４０，０００mTorr（４０Torr）の全圧、約１秒の期間、Ｈ2流量ゼロおよび１０，０００〜２０，０００sccm、好ましくは１４，０００sccmのアルゴン（Ａｒ）流量で、ＷＦ6にさらす。ＳｉＨ4対ＷＦ6の比は０である。Ｓｉの消尽および蚕食が最小限になるよう、ステップ１の処理時間は１秒に制限する。ＷＦ6へ約１秒さらしたのち、ｐ＋領域上に５０〜１００Åの成長／付着が観察された。
【００２３】
他の文献が、ｎ＋領域およびｐ＋領域におけるタングステンの成長を均等化するための２ステップ予備調整手順の必要性を教示している。この文献は、希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬を使用して表面酸化物を除去したのち、軽度のＳｉエッチング（反応性イオン・エッチングに暴露する）を実施して他の表面汚染物質を除去することを教示している。この選択的タングステン付着方法によると、軽度のＳｉエッチングは、ｐ＋領域における付着を達成するのに必須である。軽度のＳｉエッチングを使用しないとき、ＷＦ6に６０秒間さらしたのちでもｐ＋領域に成長が起こらないという事実が、選択的タングステン化学蒸着の他の実施にしたがって、この軽度のＳｉエッチング・ステップの重要性の証拠として提供されている。
【００２４】
本発明は、初期のＳｉ還元段階で、ＷＦ6質量移動制限条件（高い反応器全圧）の下でタングステンを成長させることにより、軽度のＳｉエッチング・ステップを省く。この条件の下、成長は、ｐ＋表面およびｎ＋表面におけるＷＦ6の到達速度によって制限されて、それにより、ＤＨＦ浸漬によって除去されない汚染のような表面効果に対する感度が下がる。その結果、タングステンは、ｐ＋領域とｎ＋領域とで実質的に等しい厚さに成長する。
【００２５】
第二のステップは、耐火金属ハロゲン化物をシリコン含有ガスと反応させることにより、耐火金属ハロゲン化物によってシリコン基板消尽を制限すると同時に、耐火金属の厚さを増すことを含む。
【００２６】
２．２ＷＦ6＋３ＳｉＨ4→２Ｗ＋３ＳｉＦ4＋６Ｈ2
【００２７】
第二のステップでは、ＳｉＨ4を導入する。Ｓｉ基板のさらなる消尽／蚕食を避けるため、第二のステップのガスは、ＣＶＤ反応器２０に速やかに導入する。第二のステップでは、以下のパラメータ設定、すなわち、２７５〜３２５℃、好ましくは３００℃の基板温度、１０〜５０mTorr、好ましくは２０mTorrのＷＦ6分圧、３０，０００〜１００，０００mTorr、好ましくは４０，０００mTorr（４０Torr）の全圧、５〜１０標準リットル毎分（SLM）、好ましくは９SLMのＨ2流量、１０〜２０SLM、好ましくは１４SLMのＡｒ流量、４０〜５０sccm、好ましくは４５sccmのＳｉＨ4流および５〜１０sccm、好ましくは５sccmのＷＦ6流で、Ｗをシリコン基板に付着させる。第二のステップの時間が２〜３秒に限られているため、ステップ２によって添加されるＷが約５０Åに制限されるよう、第二のステップにおけるＳｉＨ4／ＷＦ6比は、１０まで高めてもよい。組み込まれる過剰のＳｉがステップ３で消尽するため、この層におけるＳｉ汚染が接触層の固有抵抗を増大することはない。
【００２８】
本発明では、シランガスの他の供給源として、たとえばアルキルシランまたはジシランを使用することができる。特に、ジエチルシラン、ジメチルシラン、ｎ−ブチルシラン、メチルシラン、エチルシランのようなアルキルシランを使用することができる。
【００２９】
ステップ２の目的は、ＷＦ6と基板Ｓｉとの反応により、Ｗの成長をさらに制限することにある。ＷＦ6と基板Ｓｉとの反応によるＷの成長は、Ｓｉ原子が基板から拡散し、ＷＦ6と反応する（ステップ１で起こるように）ため、さらなる基板の蚕食および消尽をもたらす。シランの還元の間、二つの反応が生じる。第一の反応は、シラン還元式
２ＷＦ6＋３ＳｉＨ4→２Ｗ＋３ＳｉＦ4＋６Ｈ2
によって示され、第二の反応は、ＷＦ6だけのステップ式
２ＷＦ6＋３Ｓｉ→２Ｗ＋３ＳｉＦ4
によって示される反応である。
【００３０】
両方の反応は同時に起こることができる。ＳｉＨ4とＷＦ6との流量比を制御し、第一のステップから十分に厚いＷ層（５０〜１００Å）を得て拡散障壁を得ることにより、二つの反応の、互いに対する速度を制御する。すなわち、シラン／ＷＦ6比が大きくなると、シラン還元反応が優勢になる。比率が０に近づくと、Ｓｉ還元反応が優勢になる。シラン還元は、基板Ｓｉを消尽することにより、Ｓｉ還元Ｗの間にＷを付着させる。成長が優勢になるならば、基板の消尽／蚕食が起こるが、膜中のＳｉ汚染物質はほとんどない。付着が優勢になるならば、Ｓｉ汚染は起こるが、基板の消尽／蚕食はほとんどない。本発明は、基板消尽を最小限にし、その結果、意図的にＷ付着をより優勢にすることにより、動機を与えられる。
【００３１】
ステップ２の時間は、この層が最終の膜に寄与する荒さを減らし、選択性の損失を最小限にし、固有抵抗を最小限にするために、２〜３秒に限られる。本発明は、Ｓｉ蚕食を防止するよう高いＳｉＨ4対ＷＦ6比を含み、薄いＳｉＨ4還元層に含まれる過剰のＳｉが、後続のＨ2還元ステップ中に存在するＷＦ6によって消尽することができるＳｉを提供して、それにより、さらなるＳｉの蚕食を防ぐ。
【００３２】
第三のステップの目的は、耐火金属ハロゲン化物を水素と反応させることにより、耐火金属をさらに付着させることにある。
【００３３】
３．ＷＦ6＋３Ｈ2→Ｗ＋６ＨＦ
【００３４】
第三のステップでは、以下のパラメータ設定、すなわち、２７５〜３２５℃、好ましくは３００℃の基板温度、１０〜５０ミリトル（mTorr）、好ましくは２０mTorrのＷＦ6分圧、３０，０００〜１００，０００mTorr、好ましくは４０，０００mTorr（４０Torr）の全圧、５〜１０標準リットル毎分（SLM）、好ましくは９SLMのＨ2流量、１０〜２０SLM 、好ましくは１４SLMのＡｒ流量および５〜１０sccm、好ましくは５sccmのＷＦ6流で、Ｗをシリコン基板に付着させる。選択性の損失（酸化物に対するＷの付着）を制限するため、第三のステップではシランを止める。約１００ÅのＷをさらに提供するためには、第三のステップの時間は約３〜５秒である。デバイスの要件に依存して、５秒を超える時間を第三のステップに選択して、選択性の損失なしにＷ層の厚さを３００〜４００Åに増してもよい。
【００３５】
第一および第二のステップの時間は、第二ステップの終了（ＳｉＨ4を止める時点）までに約１００ÅのＷが付着されているように選択する。１００ÅのＷは、Ｓｉの拡散に対して十分な障壁を提供する。したがって、第三のステップは、さらなるＳｉの消尽または蚕食をもたらさない。第二のステップに対する第三のステップの他の利点は、より平滑な膜の付着、選択性の損失の経路の減少および第二のステップのＳｉＨ4還元反応から付着するおそれのある過剰なＳｉの除去である。
【００３６】
図４は、第三の付着ステップ後の、ｐ＋電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）のソース／ドレイン（Ｓ／Ｄ）領域の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。図５は、第三の付着ステップ後の、ｎ＋電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）のＳ／Ｄ領域のＳＥＭである。
【００３７】
付着後、ＰＦＥＴ領域およびＮＦＥＴ領域の組織は比較的平滑である。平滑な面は、後処理ステップで、より効果的な結果を提供する。たとえば、デバイスは、改善された接触提供を有して、デバイスの故障が最小限になる。加えて、より平滑な表面では、フォトリソグラフィー法のための位置決定がより容易に達成される。周囲の酸化物領域は、Ｗ付着をまったく示さない。
【００３８】
図３には、選択的Ｗ付着後の、集積回路デバイス２００が示されている。Ｗ付着を２０２で示す。上記３ステップそれぞれの期間を使用すると、全Ｗ厚は、約２００〜３００Åの範囲になる。Ｗ付着２０２がｎ＋ゲート・スタック１１２およびｐ＋ゲート・スタック１１４ならびに軽度にドープされたインプラント１０８および１１０を覆っている。
【００３９】
おそらく、耐火金属Ｍｏもまた、３ステップ工程に使用することができる。Ｍｏの処理ステップは、Ｗと同様なパラメータで実行され、
１．２ＭｏＦ6＋３Ｓｉ→２Ｍｏ＋３ＳｉＦ4
２．２ＭｏＦ6＋３ＳｉＨ4→２Ｍｏ＋３ＳｉＦ4＋６Ｈ2
３．ＭｏＦ6＋３Ｈ2→Ｍｏ＋６ＨＦ
のステップを含むであろう。
【００４０】
本発明は、不均一なｎ＋対ｐ＋（ソース／ドレイン）成長、耐火金属による、シリコン領域中への深い消尽／蚕食（たとえば虫食い穴）、不十分な付着、制御されない選択性および不均一な組織の難題に十分に対処している。
【００４１】
【実施例】
本実施例は、Ｓｉ基板に対するＷの付着を説明する。２００：１ＤＨＦ浸漬を使用して、１５０Åの天然の酸化物を除去した。市販のブランケットタングステンＣＶＤ器具を使用して、シリコン露出区域をおよそ酸化物フィールドに有する基板にＷを付着させた。３００℃で、ＷＦ6のＳｉ還元を１秒間、ＷＦ6のＳｉＨ4還元を３秒間、そしてＷＦ6のＨ2還元を５秒間それぞれ実施して、約２００〜３００ÅのＷをＳｉ露出区域に付着させた。ウエーハの中央および縁部で優れた選択性が達成された。ｎ領域とｐ領域とで同等な付着が達成され、５００℃で３０分間のアニーリング後でもＷ膜は剥離しなかった。市販のブランケットタングステンＣＶＤ反応器に対して特別なハードウェア変更は必要なく、Ｗ付着を開始する前にＳｉ面を洗浄するための真空一体化手順は必要なかった。
【００４２】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
（１）酸化物領域を上に有するシリコン基板の露出面に耐火金属を化学蒸着により選択的に付着させる方法において、
（ａ）３０〜１００Torrの全圧で、Ｗの六フッ化物を、天然の酸化物を除去するための希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬からなる予備調整が施された前記シリコン基板の露出面のシリコンと反応させ、シリコンをハロゲン化物とすることにより、前記シリコン基板の前記露出面にＷを選択的に付着させるステップと、
（ｂ）３０〜１００Torrの全圧で前記Ｗの六フッ化物をＳｉＨ４と反応させ、前記Ｗを付着させることにより、シリコン基板消尽を制限するステップと、
（ｃ）前記Ｗの六フッ化物を水素と反応させて、前記シリコン基板のシリコンに対する選択的付着を維持するステップと、
を経る方法であって、前記ステップ（ａ）が、５〜１０標準立法センチメートル毎分（ sccm ）の前記Ｗの六フッ化物の流量、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトル（ mTorr ）のＷＦ ６ 分圧、３０〜１００ Torr の全圧、１秒の期間および１０，０００〜２０，０００ sccm のアルゴン（Ａｒ）流量で、ＷＦ ６ をシリコン基板に暴露し、前記ステップ（ｂ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０mTorrのＷＦ６分圧、３０〜１００Torrの全圧、５〜１０標準リットル毎分（SLM）のＨ２流量、１０〜２０SLMのＡｒ流量および４０〜５０sccmのＳｉＨ４流量および前記Ｗの六フッ化物の流量を５〜１０sccmとして、前記Ｗの六フッ化物とＳｉＨ４とを反応させることを含み、前記ステップ（ｃ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトルの前記Ｗの六フッ化物分圧、３０，０００〜１００，０００ミリトルの全圧、５〜１０ SLM のＨ ２ 流量、１０〜２０ SLM のＡｒ流量、５〜１０ sccm の前記Ｗの六フッ化物の流量で行われ、
前記ステップ（ｃ）終了後の前記Ｗが１００オングストロームを超える厚さを有し、前記ステップ（ａ）開始時からステップ（ｃ）終了時までの前記シリコン消尽を１００オングストローム未満とすることを特徴とする方法。
（２）（ａ）ブランケット化学蒸着（ＣＶＤ）反応器を設けるステップと、
（ｂ）前記ブランケットＣＶＤ反応器の中にシリコン基板を配置するステップと、
（ｃ）３０〜１００ Torr の全圧で、Ｗの六フッ化物を、天然の酸化物を除去するための希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬からなる予備調整が施された前記シリコン基板の露出面のシリコンと反応させ、シリコンをハロゲン化物とすることにより、前記シリコン基板の前記露出面にＷを選択的に付着させるステップと、
（ｄ）３０〜１００ Torr の全圧で前記Ｗの六フッ化物をＳｉＨ ４ と反応させ、前記Ｗを付着させることにより、シリコン基板消尽を制限するステップと、
（ｅ）前記Ｗの六フッ化物を水素と反応させて、前記シリコン基板のシリコンに対する選択的付着を維持するステップと、
を経る方法であって、前記ステップ（ｃ）が、５〜１０標準立法センチメートル毎分（ sccm ）の前記Ｗの六フッ化物の流量、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトル（ mTorr ）のＷＦ ６ 分圧、３０〜１００ Torr の全圧、１秒の期間および１０，０００〜２０，０００ sccm のアルゴン（Ａｒ）流量で、ＷＦ ６ をシリコン基板に暴露し、前記ステップ（ｄ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０mTorrのＷＦ６分圧、３０〜１００Torrの全圧、５〜１０標準リットル毎分（SLM）のＨ２流量、１０〜２０SLMのＡｒ流量および４０〜５０sccmのＳｉＨ４流量および前記Ｗの六フッ化物の流量を５〜１０sccmとして、前記Ｗの六フッ化物とＳｉＨ４とを反応させることを含み、前記ステップ（ e ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトルの前記Ｗの六フッ化物分圧、３０，０００〜１００，０００ミリトルの全圧、５〜１０ SLM のＨ ２ 流量、１０〜２０ SLM のＡｒ流量、５〜１０ sccm の前記Ｗの六フッ化物の流量で行われ、
前記ステップ（e）終了後の前記Ｗが１００オングストロームを超える厚さを有し、前記ステップ（ｃ）開始時からステップ（ e ）終了時までの前記シリコン消尽を１００オングストローム未満とすることを特徴とする化学蒸着による選択的耐火金属付着方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施態様のタングステンＣＶＤ反応器を示す図である。
【図２】 選択的Ｗ付着の前の本発明の好ましい実施態様を示す図である。
【図３】 選択的Ｗ付着の後の本発明の好ましい実施態様を示す図である。
【図４】 本発明の好ましい実施態様の第三のステップをＰＦＥＴに付着したのちのＳＥＭである。
【図５】 本発明の好ましい実施態様の第三のステップをＮＦＥＴに付着したのちのＳＥＭである。
【符号の説明】
１０ ウエーハ
１１ 電気フィードスルー
２０ ＣＶＤ反応器
２２ ヒータ台座
２４ シャワーヘッド
２６、２８、３０、３２、３４ ガス供給源
５０、６０ ポンプ
５２、６２ ゲート弁
５４、６４ 絞り弁
１００、２００ 集積回路
１０１ 二酸化シリコンスペーサ
１０２ ｐ（＋／−）基板
１０３ ゲート酸化物
１０４ ｎ（＋／−）基板
１０６ スペーサ
１０７ 側壁酸化物
１１２、１１４ ゲート・スタック
Claims (2)
- 酸化物領域を上に有するシリコン基板の露出面に耐火金属を化学蒸着により選択的に付着させる方法において、
（ａ）３０〜１００Torrの全圧で、Ｗの六フッ化物を、天然の酸化物を除去するための希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬からなる予備調整が施された前記シリコン基板の露出面のシリコンと反応させ、シリコンをハロゲン化物とすることにより、前記シリコン基板の前記露出面にＷを選択的に付着させるステップと、
（ｂ）３０〜１００Torrの全圧で前記Ｗの六フッ化物をＳｉＨ４と反応させ、前記Ｗを付着させることにより、シリコン基板消尽を制限するステップと、
（ｃ）前記Ｗの六フッ化物を水素と反応させて、前記シリコン基板のシリコンに対する選択的付着を維持するステップと、
を経る方法であって、前記ステップ（ａ）が、５〜１０標準立法センチメートル毎分（ sccm ）の前記Ｗの六フッ化物の流量、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトル（ mTorr ）のＷＦ ６ 分圧、３０〜１００ Torr の全圧、１秒の期間および１０，０００〜２０，０００ sccm のアルゴン（Ａｒ）流量で、ＷＦ ６ をシリコン基板に暴露し、前記ステップ（ｂ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０mTorrのＷＦ６分圧、３０〜１００Torrの全圧、５〜１０標準リットル毎分（SLM）のＨ２流量、１０〜２０SLMのＡｒ流量および４０〜５０sccmのＳｉＨ４流量および前記Ｗの六フッ化物の流量を５〜１０sccmとして、前記Ｗの六フッ化物とＳｉＨ４とを反応させることを含み、前記ステップ（ｃ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトルの前記Ｗの六フッ化物分圧、３０，０００〜１００，０００ミリトルの全圧、５〜１０ SLM のＨ ２ 流量、１０〜２０ SLM のＡｒ流量、５〜１０ sccm の前記Ｗの六フッ化物の流量で行われ、
前記ステップ（ｃ）終了後の前記Ｗが１００オングストロームを超える厚さを有し、前記ステップ（ａ）開始時からステップ（ｃ）終了時までの前記シリコン消尽を１００オングストローム未満とすることを特徴とする方法。 - （ａ）ブランケット化学蒸着（ＣＶＤ）反応器を設けるステップと、
（ｂ）前記ブランケットＣＶＤ反応器の中にシリコン基板を配置するステップと、
（ｃ）３０〜１００ Torr の全圧で、Ｗの六フッ化物を、天然の酸化物を除去するための希釈フッ化水素酸（ＤＨＦ）浸漬からなる予備調整が施された前記シリコン基板の露出面のシリコンと反応させ、シリコンをハロゲン化物とすることにより、前記シリコン基板の前記露出面にＷを選択的に付着させるステップと、
（ｄ）３０〜１００ Torr の全圧で前記Ｗの六フッ化物をＳｉＨ ４ と反応させ、前記Ｗを付着させることにより、シリコン基板消尽を制限するステップと、
（ｅ）前記Ｗの六フッ化物を水素と反応させて、前記シリコン基板のシリコンに対する選択的付着を維持するステップと、
を経る方法であって、前記ステップ（ｃ）が、５〜１０標準立法センチメートル毎分（ sccm ）の前記Ｗの六フッ化物の流量、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトル（ mTorr ）のＷＦ ６ 分圧、３０〜１００ Torr の全圧、１秒の期間および１０，０００〜２０，０００ sccm のアルゴン（Ａｒ）流量で、ＷＦ ６ をシリコン基板に暴露し、前記ステップ（ｄ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０mTorrのＷＦ６分圧、３０〜１００Torrの全圧、５〜１０標準リットル毎分（SLM）のＨ２流量、１０〜２０SLMのＡｒ流量および４０〜５０sccmのＳｉＨ４流量および前記Ｗの六フッ化物の流量を５〜１０sccmとして、前記Ｗの六フッ化物とＳｉＨ４とを反応させることを含み、前記ステップ（ e ）が、２７５〜３２５℃の基板温度、１０〜５０ミリトルの前記Ｗの六フッ化物分圧、３０，０００〜１００，０００ミリトルの全圧、５〜１０ SLM のＨ ２ 流量、１０〜２０ SLM のＡｒ流量、５〜１０ sccm の前記Ｗの六フッ化物の流量で行われ、
前記ステップ（e）終了後の前記Ｗが１００オングストロームを超える厚さを有し、前記ステップ（ｃ）開始時からステップ（e）終了時までの前記シリコン消尽を１００オングストローム未満とすることを特徴とする化学蒸着による選択的耐火金属付着方法。
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