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JPH0666286B2 - Method for forming silicon-containing metal film - Google Patents
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JPH0666286B2 - Method for forming silicon-containing metal film - Google Patents

Method for forming silicon-containing metal film

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JPH0666286B2
JPH0666286B2 JP20739288A JP20739288A JPH0666286B2 JP H0666286 B2 JPH0666286 B2 JP H0666286B2 JP 20739288 A JP20739288 A JP 20739288A JP 20739288 A JP20739288 A JP 20739288A JP H0666286 B2 JPH0666286 B2 JP H0666286B2
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wiring
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 シリコン基板又はアルミニウムもしくはアルミニウム合
金配線の露出表面上へのシリコン含有金属膜の気相成長
法による選択的形成に関し、 従来より低温の成長温度にてコンタクトホールを埋める
ようにシリコン基板露出表面上、あるいは配線上のみに
W,M0などの高融点金属を主成分とした導体膜を選択的に
形成する方法を提供することを目的とし、 反応ガスとし金属ハロゲン化合物ガスとシラン系ガスと
を用いて露出しているシリコン基板又は配線上にシリコ
ン含有金属膜を気相成長で形成する方法において、前記
金属ハロゲン化合物ガスの流量に対する前記シラン系ガ
スの流量比を2以下としかつ成長温度を200℃以下とし
て、前記シリコン含有金属膜を選択的に形成するように
構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to selective formation of a silicon-containing metal film on a silicon substrate or an exposed surface of aluminum or aluminum alloy wiring by a vapor phase growth method. On the exposed surface of the silicon substrate or only on the wiring so that
The purpose of the present invention is to provide a method for selectively forming a conductor film mainly composed of a refractory metal such as W or M 0 , which is exposed by using a metal halide compound gas and a silane-based gas as a reaction gas. In the method of forming a silicon-containing metal film on a silicon substrate or wiring by vapor phase growth, the flow ratio of the silane-based gas to the flow rate of the metal-halogen compound gas is 2 or less and the growth temperature is 200 ° C. or less, and the silicon It is configured so that the contained metal film is selectively formed.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は気相成長法による導体膜形成方法に関し、より
詳しく述べるならば、半導体装置におけるシリコン基板
又はアルミニウムなどの配線へのコンタクトホールを埋
めるようなあるいは配線を被覆するようなシリコン含有
金属膜の選択的形成方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a conductor film by vapor phase epitaxy, and more specifically, a silicon-containing metal film for filling or covering a contact hole to a wiring such as a silicon substrate or aluminum in a semiconductor device. The present invention relates to a selective forming method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、LSIなどの半導体装置は高集積化、微細化が進
み、コンタクトホールの埋め込み、配線の信頼性、シリ
コン基板との低抵抗コンタクト、バリアメタルなどで改
善が求められている。例えば、配線パターンの微細化に
伴い、コンタクトホールの形状も小さくなっている。こ
のようなコンタクトホールを介してシリコン基板と接続
する配線を形成することはステッカバレッジが悪く困難
になっている。そこで、コンタクトホール内にタングス
テン(W)などの高融点金属を選択的に気相成長させて
充填し、次に配線を形成して該充填物(高融点金属)を
介してシリコン基板と電気的に接続させる。タングステ
ンの選択成長は、反応ガスとしてWF6ガスとH2ガスとを
用いて実用的な成長速度となる400℃以上の温度にて行
なわれる。また、H2ガスの代わりにシラン(SiH4)ガス
を用いてタングステンシリサイドを選択成長させること
が提案されている(特開昭59-72132号公報)。この特開
昭59-72132号公報の実施例では、減圧CVD装置にてWF6
スを毎分1ccの流量で、シランガスを毎分3ccの流量で、
アルゴンガスを毎分1の流量で用いて、基板温度を45
0℃とし、圧力を0.2Torrとしてコンタクトホールをタン
グステン層で埋めている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices such as LSI have been highly integrated and miniaturized, and improvements have been demanded in terms of filling contact holes, reliability of wiring, low resistance contact with a silicon substrate, and barrier metal. For example, as the wiring pattern becomes finer, the shape of the contact hole also becomes smaller. It is difficult to form a wiring connected to a silicon substrate through such a contact hole because of poor step coverage. Therefore, a refractory metal such as tungsten (W) is selectively vapor-deposited and filled in the contact hole, and then a wiring is formed to electrically connect with the silicon substrate through the filling material (refractory metal). Connect to. The selective growth of tungsten is performed at a temperature of 400 ° C. or higher, which is a practical growth rate, using WF 6 gas and H 2 gas as reaction gases. Further, it has been proposed to selectively grow tungsten silicide by using silane (SiH 4 ) gas instead of H 2 gas (Japanese Patent Laid-Open No. 59-72132). In the example of Japanese Patent Laid-Open No. 59-72132, WF 6 gas is supplied at a flow rate of 1 cc / min, and silane gas is supplied at a flow rate of 3 cc / min in a low pressure CVD apparatus.
The substrate temperature is set to 45 by using argon gas at a flow rate of 1 per minute.
The contact hole is filled with a tungsten layer at 0 ° C. and a pressure of 0.2 Torr.

さらに、モリブデン、タングステンなどのメタルシリサ
イド(MSi:Mは金属、1.7x2.3)の低圧気相成長
法が特開昭62−267472号公報(昭和62年11月20日公開日
は本件最初の国内優先権主張日よりも遅い)に開示され
ている。この場合には、例えば、実施例1でSiH4ガスの
流量がM0F6ガスの流量よりも5〜27倍多いようにシラン
系ガス量が多く、さらに、選択成長でなく全面成長であ
る。WF6ガスと高次シランガス(Si2+n,n=2,3
…)とを用いて基板上にタングステンシリサイド(WSi
:2.2x3.4,Fig.5)を気相成長させることが米国
特許第4,684,542号公報に開示されている。この場合も
高次シランガスの流量はWF6ガス流量よりも多くかつ選
択成長でなく全面成長である。
Furthermore, a low-pressure vapor phase growth method for metal silicides such as molybdenum and tungsten (MSi x : M is metal, 1.7 × 2.3) is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 267472/1987 (published on November 20, 1987, the first of the subject case). (Later than the date of domestic priority claim). In this case, for example, the amount of silane-based gas is large such that the flow rate of the SiH 4 gas is 5 to 27 times higher than the flow rate of the M 0 F 6 gas in Example 1, and further, the growth is not the selective growth but the entire surface growth. . WF 6 gas and high-order silane gas (Si n H 2 + n , n = 2,3
...) and tungsten silicide (WSi
It is disclosed in US Pat. No. 4,684,542 that the vapor phase growth of x : 2.2 × 3.4, FIG. 5 ) is performed. Also in this case, the flow rate of the high-order silane gas is higher than the flow rate of the WF 6 gas, and the growth is not the selective growth but the entire surface growth.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

WF6ガスとH2ガスとを用いたタングステンの選択成長で
は、シリコン基板の浸食(encroachment)あるいは虫食
い(worm hole、シリコン基板に生じる細長い穴)が生
じて半導体装置でのジャンクションリークを増大させる
問題がある。
In selective growth of tungsten using WF 6 gas and H 2 gas, encroachment of silicon substrate or wormhole (worm hole, elongated hole formed in silicon substrate) occurs, which increases junction leakage in semiconductor devices. There is.

H2ガスの代わりにシラン(SiH4)ガスを用い場合では選
択成長が起こるとはいえ、成長温度がまだ高く、もっと
低い温度での選択成長方法が求められている。
Although selective growth occurs when silane (SiH 4 ) gas is used instead of H 2 gas, the growth temperature is still high, and a selective growth method at a lower temperature is required.

半導体装置の微細化、高密度化に伴なってアルミニウム
もしくはアルミニウム合金の配線の幅および厚さがサブ
ミクロン単位に狭くなる。このために、ボイドやヒロッ
クの発生によって、熱ストレスや層間ストレス(歪)等
でのストレスマイグレーション又は電流密度増大でのエ
レクトロマイグレーションの発生によって配線が断線す
る不良が増大している。そこで、不良低減のために、配
線のアルミニウムもしくはアルミニウム合金に銅(Cu)
および/又はチタン(Ti)を添加したり、積層膜のスト
レス低減を図り、あるいは配線上のみにタングステン
(W)膜を選択成形成することなどが行なわれている。
タングステンの選択形成はWF6ガスとSiH4ガスとの化学
反応による気相成長であって、成長温度が高いという問
題がある。すなわち、タングステン又はタングステンシ
リサイドの選択成長又は全面成長は通常300℃以上の温
度にて行なわれており、微細化に伴い、形成プロセスに
起因した熱ストレスの影響(例えば、ストレスマイグレ
ーションの増大)が無視できなくなって、より低温化プ
ロセス(できるならば、室温にての形成プロセス)が求
められている。
With the miniaturization and high density of semiconductor devices, the width and thickness of aluminum or aluminum alloy wiring are narrowed to submicron units. For this reason, the occurrence of voids and hillocks causes an increase in defects in which wirings are broken due to stress migration due to thermal stress, interlayer stress (strain), or electromigration due to increased current density. Therefore, in order to reduce defects, copper (Cu) should be added to the wiring aluminum or aluminum alloy.
And / or titanium (Ti) is added, the stress of the laminated film is reduced, or the tungsten (W) film is selectively formed only on the wiring.
Selective formation of tungsten is vapor phase growth by a chemical reaction between WF 6 gas and SiH 4 gas, and there is a problem that the growth temperature is high. That is, selective growth or overall growth of tungsten or tungsten silicide is usually performed at a temperature of 300 ° C. or higher, and the influence of thermal stress (for example, increase in stress migration) due to the formation process due to miniaturization is neglected. There is a demand for a lower temperature process (if possible, a room temperature forming process).

本発明の主要目的は、より低温の成長温度にてスルーホ
ールを埋めるようにシリコン基板露出表面上に、あるい
はアルミニウムなどの導体の配線の信頼性を高めるよう
に該配線上のみにW,Moなどの高融点金属を主成分とした
導体膜を選択的に形成する方法を提供することである。
The main object of the present invention is to provide W, Mo, etc. on the exposed surface of the silicon substrate so as to fill the through holes at a lower growth temperature or only on the wiring so as to enhance the reliability of the wiring of a conductor such as aluminum. Another object of the present invention is to provide a method for selectively forming a conductor film containing the high melting point metal as a main component.

本発明の別の目的は、上述したより低温の成長温度での
該導体膜の選択形成でのシリコン基板又は配線への付着
強度をさらに高める方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a method for further increasing the adhesion strength to a silicon substrate or wiring in the selective formation of the conductor film at the above-mentioned lower growth temperature.

〔課題を解決するための手段および作用〕[Means and Actions for Solving the Problems]

上述の目的が、導体もしくは半導体の表面と絶縁体の表
面とを有する基板上に、反応ガスとして金属ハロゲン化
合物ガスとシラン系ガスとを用いて、シリコン含有金属
膜を気相成長で形成する方法において方法において、前
記金属ハロゲン化合物ガスの流量に対する前記シラン系
ガス流量の比を2以下としかつ成長温度を200℃未満の
温度とすることにより、前記基板の前記導体もしくは半
導体上に、前記シリコン含有金属膜を選択的に形成する
工程を有することを特徴とするシリコン含有金属層の形
成方法によって達成される。
The above-mentioned object is a method for forming a silicon-containing metal film by vapor phase growth on a substrate having a conductor or semiconductor surface and an insulator surface, using a metal halogen compound gas and a silane-based gas as reaction gases. In the method, the ratio of the flow rate of the silane-based gas to the flow rate of the metal halide compound gas is set to 2 or less and the growth temperature is set to a temperature of less than 200 ° C., whereby the silicon-containing material on the conductor or semiconductor of the substrate. This is achieved by a method for forming a silicon-containing metal layer, which comprises the step of selectively forming a metal film.

シリコン含有金属膜の金属は、W,Mo,Ti,Ta,Pt又はPdで
あり、本発明の方法によって形成されるシリコン含有金
属は化学式で示すならば、MSi(Mは述べた金属であ
り、モル比xは0.6以下、好ましくは0.01〜0.1である)
であって、シリコンを一般のメタルシリサイドのシリコ
ン量よりも少ない量で含有している(シリコンという不
純物を金属が含んでいると解釈できる)。
The metal of the silicon-containing metal film is W, Mo, Ti, Ta, Pt or Pd, and if the silicon-containing metal formed by the method of the present invention is represented by the chemical formula, MSi x (M is the metal mentioned above). , And the molar ratio x is 0.6 or less, preferably 0.01 to 0.1).
However, silicon is contained in an amount smaller than that of general metal silicide (it can be interpreted that the metal contains an impurity called silicon).

金属ハロゲン化合物ガスは従来より使用されてきたフッ
化物ガスおよび塩化物ガスであって、WF6,MoF6,TaF6,Ti
F4,WCl6,MoCl6,TaCl5,TiCl4などが好ましい。
Metal halide compounds are fluoride gas and chloride gas that have been used conventionally, and include WF 6 , MoF 6 , TaF 6 and Ti.
F 4 , WCl 6 , MoCl 6 , TaCl 5 , TiCl 4 and the like are preferable.

シラン系ガスは化学式で示すとSi2n+2(n=1,2,
3…)であり、後述するように高次シランになるほど選
択成長温度をより低くすることができるので、ジシラン
およびトリシランを用いることは特に好ましい。
Silane-based gas when represented by the chemical formula Si n H 2n + 2 (n = 1,2,
It is 3 ...), and it is particularly preferable to use disilane and trisilane because the higher the silane is, the lower the selective growth temperature becomes.

シリコン含有タングステン膜の選択的形成の好ましい条
件は、シラン(SiH4)ガスを用いたときには、ガス流量
比(SiH4/WF6)を2以下とし成長温度を200〜180℃と
し、ジシラン(Si2H6)ガスを用いたときには、ガス流
量比(Si2H6/WF6)を1以下として成長温度を200〜80
℃とし、そして、トリシラン(Si3H8)ガスを用いたと
きには、ガス流量比(Si3H8/WF6)を0.7以下とし成長
温度を100℃〜室温とすることである。
The preferred conditions for the selective formation of the silicon-containing tungsten film are that when silane (SiH 4 ) gas is used, the gas flow rate ratio (SiH 4 / WF 6 ) is 2 or less, the growth temperature is 200 to 180 ° C., and disilane (SiH 4 ) is used. 2 H 6 ) gas is used, the gas flow rate ratio (Si 2 H 6 / WF 6 ) is set to 1 or less and the growth temperature is set to 200 to 80.
C., and when trisilane (Si 3 H 8 ) gas is used, the gas flow rate ratio (Si 3 H 8 / WF 6 ) is 0.7 or less, and the growth temperature is 100 ° C. to room temperature.

上述したようにシリコン含有金属膜を選択成長する直前
に、露出表面(シリコン基板および配線の表面)をエッ
チング処理して表面清浄することは望ましい。シリコン
基板表面にはSiO2薄膜がそしてアルミニウムもしくはア
ルミニウム合金の配線表面にはA2O3薄膜(いわゆる自然
酸化膜)が生じやすく、これらが残っていると、シリコ
ン含有金属膜の成長の妨げとなって該膜の付着強度を低
下させるだけでなくコンタクト抵抗を高める。したがっ
て、このような自然酸化膜を除去することにより、はじ
めて良好なシリコン含有金属膜の選択成長が可能とな
る。
Immediately before the selective growth of the silicon-containing metal film as described above, it is desirable to etch the exposed surface (the surface of the silicon substrate and the wiring) to clean the surface. A SiO 2 thin film easily forms on the surface of the silicon substrate and an A 2 O 3 thin film (so-called natural oxide film) easily forms on the wiring surface of aluminum or aluminum alloy. If these remain, it may hinder the growth of the silicon-containing metal film. As a result, not only the adhesion strength of the film is lowered but also the contact resistance is increased. Therefore, by removing such a natural oxide film, favorable selective growth of the silicon-containing metal film becomes possible for the first time.

なお、一般に、成長温度を低くすると、選択的に気相成
長させたシリコン含有金属膜の付着強度が低くなる傾向
がある。従って、低温成長によって、熱ストレスは低減
化できるものの、これに伴うこの付着強度の低下が、半
導体装置の信頼性を下げる可能性がある。付着強度の増
大と低温プロセスを実現化するためには、上述のシリコ
ン含有金属膜の選択形成の前に、シリコン基板又は配線
を10〜30秒の短時間、400〜500℃の高温に加熱して露出
表面を薄く覆う高融点金属又はシリコン含有高融点金属
の薄膜を形成することが望ましい。このような薄膜は付
着強度を高めると同時にその後に形成するシリコン含有
金属膜の成長核となって半導体ウェハ全体にわたって均
一なシリコン含有金属膜形成に寄与する。
In general, when the growth temperature is lowered, the adhesion strength of the silicon-containing metal film selectively vapor-grown tends to be low. Therefore, although the thermal stress can be reduced by the low temperature growth, the decrease in the adhesion strength accompanying this can reduce the reliability of the semiconductor device. In order to increase the adhesion strength and realize a low temperature process, the silicon substrate or wiring is heated to a high temperature of 400 to 500 ° C for a short time of 10 to 30 seconds before the selective formation of the silicon-containing metal film described above. It is desirable to form a thin film of a refractory metal or a silicon-containing refractory metal that thinly covers the exposed surface. Such a thin film enhances the adhesion strength and, at the same time, serves as a growth nucleus of a silicon-containing metal film to be formed thereafter and contributes to the uniform formation of the silicon-containing metal film over the entire semiconductor wafer.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施態様
例および比較例を含む実験によって本発明をより詳しく
説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by experiments including preferred embodiments of the present invention and comparative examples.

まず、シリコン基板と配線とを接続するために絶縁膜に
形成されたコンタクトホールを本発明に係る形成方法で
シリコン含有金属膜を選択成長させて埋め込む場合を説
明する。
First, a case will be described in which a contact hole formed in an insulating film for connecting a silicon substrate and a wiring is selectively grown and embedded in a silicon-containing metal film by the forming method according to the present invention.

第1A図に示すように、n型不純物ドープ領域1を有する
p型シリコン(Si)基板2の上に絶縁膜(SiO2膜)3を
公知の方法、例えば、熱酸化法あるいはCVD法で形成す
る。なお、絶縁膜として、SiO2の他に、PSG,BSG,BPSG,S
i3N4、やポリイミドなどを用いることができる。SiO2
3を選択エッチングして不純物ドープ領域1を露出させ
るコンタクトホール4を形成する。次工程へ進む間に、
大気中の酸素によって露出シリコンが酸化されて、不純
物ドープ領域1の露出表面上に薄いSiO2膜5が形成され
る。
As shown in FIG. 1A, an insulating film (SiO 2 film) 3 is formed on a p-type silicon (Si) substrate 2 having an n-type impurity doped region 1 by a known method such as a thermal oxidation method or a CVD method. To do. As the insulating film, in addition to SiO 2 , PSG, BSG, BPSG, S
i 3 N 4 or polyimide can be used. The contact hole 4 exposing the impurity-doped region 1 is formed by selectively etching the SiO 2 film 3. While proceeding to the next process,
The exposed silicon is oxidized by oxygen in the atmosphere to form a thin SiO 2 film 5 on the exposed surface of the impurity-doped region 1.

第1B図に示すように、薄いSiO2膜5をエッチングガス6
によって除去する。このドライエッチング処理しては、
H2ガスあるいはAr,He,N2などの不活性ガスを真空圧下高
周波電力(13.56MHz,100W)でプラズマ状態に励起し
て、スパッタリングによるSiO2除去で行なわれる。ある
いは、NF3,CCl4,SF6,BCl3などのハロゲン化合物ガスを
用い、これをマイクロ波、高周波、紫外線などのエネル
ギーによって該ガスを活性化し、SiO2除去を行なうこと
もできる。このエッチングでは薄いSiO2膜5のみだけで
なく絶縁膜(SiO2膜)3も同時にエッチングされるが、
絶縁膜3は厚いのでほぼそのまま残っている。
As shown in FIG. 1B, a thin SiO 2 film 5 is used as an etching gas 6
Remove by. After this dry etching process,
H 2 gas or an inert gas such as Ar, He or N 2 is excited into a plasma state by high frequency power (13.56MHz, 100W) under vacuum pressure, and SiO 2 is removed by sputtering. Alternatively, SiO 2 can be removed by using a halogen compound gas such as NF 3 , CCl 4 , SF 6 , BCl 3 and activating the gas with energy such as microwaves, high frequency waves or ultraviolet rays. In this etching, not only the thin SiO 2 film 5 but also the insulating film (SiO 2 film) 3 is etched at the same time.
Since the insulating film 3 is thick, it remains almost as it is.

次に、シリコン基板2の露出した表面に再びSiO2膜が形
成されないように、すなわち、大気にさらさない状態に
保持し、第1C図に示すように、本発明に係る形成方法に
したがってWF6ガスとシラン系ガスとを用いてシリコン
含有タングステン膜7を不純物ドープ領域1のシリコン
露出表面上に選択的に形成してコンタクトホールを絶縁
膜(SiO2膜)3の高さまで埋める。
Then, the exposed surface of the silicon substrate 2 is kept so that the SiO 2 film is not formed again, that is, the state where it is not exposed to the atmosphere, and as shown in FIG. 1C, WF 6 is formed according to the forming method according to the present invention. A silicon-containing tungsten film 7 is selectively formed on the exposed silicon surface of the impurity-doped region 1 using a gas and a silane-based gas to fill the contact hole up to the height of the insulating film (SiO 2 film) 3.

そして、アルミニウム(Al)又はアルミニウム合金(Al
合金)などの導体金属膜をスパッタリング法又は真空蒸
着法によって全面に被着し、所定パターンに選択エッチ
ングを行なって、第1D図に示すように配線8を形成す
る。このようにして、配線8が埋め込んだシリコン含有
タングステン膜7を介して不純物領域1と接続状態にな
っている。
And aluminum (Al) or aluminum alloy (Al
A conductive metal film such as an alloy) is deposited on the entire surface by a sputtering method or a vacuum evaporation method, and selective etching is performed in a predetermined pattern to form a wiring 8 as shown in FIG. 1D. In this manner, the wiring 8 is connected to the impurity region 1 through the silicon-containing tungsten film 7 with which the wiring 8 is embedded.

上述のシリコン含有タングステン膜の成長を、本発明者
が次のようにして行なった実験によって得られた結果
(第2図〜第5図)を参照して、説明する。
The growth of the above-described silicon-containing tungsten film will be described with reference to the results (FIGS. 2 to 5) obtained by the experiment conducted by the present inventor as follows.

成長には、コールドウォール平行平板型ロードロックタ
イプの反応装置を用い、反応ガスとしてWF6とその還元
ガスとしてSiH4,Si2H6,Si3H8(4%/Ar)およびH2(比
較例)を、キャリヤーガスとしてHe又はArを用いた。各
反応ガスの流量を1〜20SCCMとし、H2およびキャリヤー
ガスの流量を0.5〜2SLMとし、成長温度(基板加熱温
度)を室温から460とし、成長圧力を0.2〜0.3Torrとし
て、反応ガス流量比をSiH4/WF6=1.0,Si2H6/WF6=0.
5,Si3H8/WF6=0.3とした。成長したシリコン含有タン
グステン膜A,BおよびC(およびタングステン膜D)の
成長速度と成長温度との関係を第2図に示す。第2図か
らわかるように、WF6+H2でのタングステン成長Dの還
元反応は表面反応律速であり、本発明に係るWF6+Si
2n+2(n=1,2,3)でのシリコン含有タングステン
成長A,B,Cの還元反応は供給律速である。Si2n+2
還元反応は、nが大きくなるに従って成長開始温度(下
限温度)が低くなり、Si3H8還元反応では常温(25℃)
付近でも成長が起きる。なお、本発明では、成長速度
は、基板の絶縁膜におおわれていない部分における、単
位時間あたりの成長膜厚を示すものである。
For the growth, a cold wall parallel plate type load lock type reactor was used, and WF 6 was used as a reaction gas and SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8 (4% / Ar) and H 2 Comparative Example) used He or Ar as a carrier gas. The flow rate of each reaction gas is 1 to 20 SCCM, the flow rate of H 2 and carrier gas is 0.5 to 2 SLM, the growth temperature (substrate heating temperature) is from room temperature to 460, and the growth pressure is 0.2 to 0.3 Torr. SiH 4 / WF 6 = 1.0, Si 2 H 6 / WF 6 = 0.
5, Si 3 H 8 / WF 6 = 0.3 was set. FIG. 2 shows the relationship between the growth rate and the growth temperature of the grown silicon-containing tungsten films A, B and C (and the tungsten film D). As it can be seen from Figure 2, the reduction reaction of tungsten growth D in WF 6 + H 2 is the surface reaction rate, according to the present invention WF 6 + Si n
The reduction reaction of the silicon-containing tungsten growth A, B, C at H 2n + 2 (n = 1,2,3) is rate-controlled. Si n H 2n + 2
In the reduction reaction, the growth start temperature (lower limit temperature) becomes lower as n increases, and in the Si 3 H 8 reduction reaction at room temperature (25 ° C)
Growth also occurs in the vicinity. In the present invention, the growth rate indicates the growth film thickness per unit time in the portion of the substrate which is not covered with the insulating film.

本発明に係るシリコン含有タングステン成長A,B,Cのい
ずれの場合でも、成長温度が高くなると成長速度が低下
する。これは適切な温度のときには露出表面反応および
先に成長したシリコン含有タングステンの表面反応によ
る選択的成長が支配的であり、温度が高くなって気相反
応による成長がおこり、コンタクトホール内だけでなく
絶縁膜(SiO2膜)上にも堆積する(成長する)ようにな
り、今まで選択成長だけがおこっていた部分での堆積量
が相対的に少くなるためである。選択成長でなく全面成
長となる。
In any of the silicon-containing tungsten growths A, B, and C according to the present invention, the growth rate decreases as the growth temperature increases. This is dominated by exposed surface reaction and selective growth due to surface reaction of previously grown silicon-containing tungsten at an appropriate temperature. This is because they are also deposited (grown) on the insulating film (SiO 2 film), and the amount of deposition is relatively small in the portion where only selective growth has occurred so far. It will be full-scale growth instead of selective growth.

上述したシリコン含有タングステン膜成長A,BおよびC
において、形成した膜のX線回折強度と成長温度との関
係を第3図に示す。成長A(SiH4/WF6=1.0)では成長
温度が高くなるとW(110)強度が減少し、一方、成長
温度約360℃からW5Si3(002)の回折が現われ、その強
度は温度と共に増大する。これと同様な傾向が成長B
(Si2H6/WF6=0.5)および成長C(Si3H8/WF6=0.3)
についてもある。
Silicon-containing tungsten film growth A, B and C described above
In FIG. 3, the relationship between the X-ray diffraction intensity and the growth temperature of the formed film is shown in FIG. In the case of growth A (SiH 4 / WF 6 = 1.0), the W (110) intensity decreases as the growth temperature increases, while the diffraction of W 5 Si 3 (002) appears from the growth temperature of about 360 ° C. Increase with. Growth similar to this B
(Si 2 H 6 / WF 6 = 0.5) and growth C (Si 3 H 8 / WF 6 = 0.3)
There is also about.

さらに、第4図にシリコン含有タングステン膜のX線回
折パターンを成長A(SiH4/WF6=1)で成長温度320℃
および380℃の場合と、さらに成長温度320℃にて反応ガ
ス流量比をSiH4/WF6=4とシラン流量を多くした成長
の場合とについて示す。第4図からわかるように、反応
ガス流量比を1と一定であっても成長温度が320℃の時
はタングステン(W)構造を示し、380℃の時にはW5Si3
構造が第3図で示したように表われる。また、成長温度
を320℃と一定であってもシランガス流量を増やしてSiH
4/WF6=4とすると、α−wの他にβ−wが、シリコン
含有タングステン膜中に含まれている。このβ−wは70
0〜900℃の熱処理によってα‐wへかわる準安定な相で
あって、高抵抗である。また、第4図と同様にシリコン
含有タングステン膜のX線回折パターンを、第5図に、
成長B(Si2H6/WF6=0.5)で成長温度150℃の場合およ
びSi2H6/WF6=0.5で成長温度が220℃の場合について示
す。第5図からわかるようにSi2H6/WF6=5で成長温度
220℃のときにはα−w(110)構造に加えてW5Si3構造
が現われてくる。
Furthermore, FIG. 4 shows the X-ray diffraction pattern of the silicon-containing tungsten film grown at growth temperature 320 ° C. (SiH 4 / WF 6 = 1).
And the case of 380 ° C and the case of growth in which the reaction gas flow rate ratio is SiH 4 / WF 6 = 4 and the silane flow rate is increased at the growth temperature of 320 ° C. As can be seen from FIG. 4, even when the reaction gas flow rate ratio is constant at 1, the structure shows a tungsten (W) structure at a growth temperature of 320 ° C. and a W 5 Si 3 structure at a growth temperature of 380 ° C.
The structure appears as shown in FIG. Even if the growth temperature is constant at 320 ° C, the flow rate of silane gas is increased to increase the SiH
When 4 / WF 6 = 4, β-w is contained in the silicon-containing tungsten film in addition to α-w. This β-w is 70
It is a metastable phase that changes to α-w by heat treatment at 0 to 900 ° C. and has high resistance. Further, as in FIG. 4, an X-ray diffraction pattern of the silicon-containing tungsten film is shown in FIG.
The case of growth B (Si 2 H 6 / WF 6 = 0.5) at a growth temperature of 150 ° C. and the case of Si 2 H 6 / WF 6 = 0.5 at a growth temperature of 220 ° C. are shown. As can be seen from Fig. 5, the growth temperature at Si 2 H 6 / WF 6 = 5
At 220 ° C, W 5 Si 3 structure appears in addition to α-w (110) structure.

本発明者はさらに実験を進めて、反応ガス流量比(Si
2n+2/WF6)と成長速度との関係について第6図に
示す結果が得られる。WF6ガス流量を一定(5SCCM/mi
n)としてSiH4,Si2H6およびSi3H8のガス流量を変えて、
WF6−SiH4(△):280℃にて、WF6−Si2H6(〇):183℃
およびWF6−Si3H8(□):25℃でのシリコン含有タング
ステン膜の選択成長速度を示す。流量比がSiH4/WF6
場合で2を越えると選択成長から全面成長へ移り、Si2H
6/WF6の場合で1を越えると同じように選択成長から全
面成長へと移りやすくなる。また、Si3H8/WF6の流量比
が0.7を越えると選択成長から全面成長へと移る。
The present inventor further conducted an experiment and conducted a reaction gas flow rate ratio (Si n
The results shown in FIG. 6 are obtained for the relationship between H 2n + 2 / WF 6 ) and the growth rate. WF 6 gas flow rate is constant (5SCCM / mi
n) as the gas flow rate of SiH 4 , Si 2 H 6 and Si 3 H 8 is changed,
WF 6 -SiH 4 (△): 280 ℃, WF 6 -Si 2 H 6 (○): 183 ℃
And WF 6 -Si 3 H 8 (□): Selective growth rate of silicon-containing tungsten film at 25 ° C. Flow ratio is shifted from the selective growth exceeding 2 in the case of SiH 4 / WF 6 to confluence, Si 2 H
In the case of 6 / WF 6 , if it exceeds 1, it is easy to shift from selective growth to full-scale growth. Further, when the flow rate ratio of Si 3 H 8 / WF 6 exceeds 0.7, the selective growth proceeds to the full-scale growth.

これら実験からWF6+Si2n+2の反応ガスを用いて
シリコン含有タングステン膜を選択的に形成する好まし
い条件としては、SiH4ガスでSiH4/WF62で成長温度
は380゜〜180℃、特に配線構造への熱ストレス低減のた
めには、200゜〜180℃であり、Si2H6ガスではSi2H6
1、成長温度200℃〜80℃であり、Si3H8ガスではSi3H8
0.7、成長温度100℃〜室温である。成長温度が低いと
いう点からトリシラン(Si3H8)ガスは最適である。そ
して、シリコン含有タングステン膜をWSiで表わした
ときの組成比(x)はSiH4/WF6=2のときに0.1〜0.12
であり、SiH4/WF6=1のときにxは0.01〜0.1であり、
又、Si2H6/WF6=0.5およびSi3H8/WF6=0.3のときxは
0.05以下であって、一般的なタングステンシリサイドWS
i2よりもかなりSi濃度は低い。SiH4/WF6=1のときの
シリコン含有タングステン膜の深さ方向の組成分布を、
SIMSで分析した結果を第7図に示す。図にみられるごと
く、膜厚方向で組成がほぼ一定の膜が得られる。このよ
うに200℃以下の成長温度で成長させた、シリコン含有
タングステン膜の比抵抗は、いずれも8〜10μΩ・cmと
なり、WF6+H2反応でのタングステン膜の比抵抗と同様
の特性が得られた。WF6に対するシラン系ガスの比を大
きくしていくに従って、又、成長温度を高くしていくに
従って、その比抵抗は増大する傾向があり、SiH4/WF6
=2で成長温度380℃の場合は、得られたシリコン含有
タングステン膜の比抵抗は35μΩ・cmにまで高くなるこ
とがわかった。
Preferred conditions for selectively forming a silicon-containing tungsten film by using a WF 6 + Si n H 2n + 2 of the reaction gas from these experiments, the growth temperature is 380 ° to 180 ° C. at a SiH 4 / WF 6 2 at the SiH 4 gas, Especially, in order to reduce the thermal stress on the wiring structure, the temperature is 200 ° to 180 ° C. With Si 2 H 6 gas, Si 2 H 6
1. The growth temperature is 200 ℃ ~ 80 ℃, Si 3 H 8 gas is Si 3 H 8
0.7, growth temperature 100 ℃ ~ room temperature. Trisilane (Si 3 H 8 ) gas is optimal because of its low growth temperature. The composition ratio (x) of the silicon-containing tungsten film expressed by WSi x is 0.1 to 0.12 when SiH 4 / WF 6 = 2.
And when SiH 4 / WF 6 = 1 x is 0.01 to 0.1,
When Si 2 H 6 / WF 6 = 0.5 and Si 3 H 8 / WF 6 = 0.3, x is
Common tungsten silicide WS with 0.05 or less
Si concentration is much lower than i 2 . The composition distribution in the depth direction of the silicon-containing tungsten film when SiH 4 / WF 6 = 1 is
The results of SIMS analysis are shown in FIG. As shown in the figure, a film having a substantially constant composition in the film thickness direction is obtained. The resistivity of the silicon-containing tungsten film grown at the growth temperature of 200 ° C. or less is 8 to 10 μΩ · cm, and the same characteristics as the resistivity of the tungsten film in the WF 6 + H 2 reaction are obtained. Was given. The specific resistance tends to increase as the ratio of the silane-based gas to WF 6 increases and as the growth temperature increases. SiH 4 / WF 6
It was found that the specific resistance of the obtained silicon-containing tungsten film was as high as 35 μΩ · cm when the growth temperature was 380 ° C. = 2.

温度が低い場合は、WF6ガスとSi2n+2ガスとの反
応は下記のように進行すると考えられ、 したがって、WF6に対するシラン系ガスに係る比は SiH4:Si2H6:Si3H8=1.5:0.75:0.5 となる。そこで、シラン系ガスとWF6ガスとの比を、SiH
4/WF6のときを1として規格化して表わすと、 シラン系/WF6=1:0.5:0.3 となる。ゆえに、高次シランガスになるほど、その流量
は少なくてすむことになる。先に示した第6図の実験結
果は、以上述べたこととよく一致する。
When the temperature is low, it is considered that the reaction between WF 6 gas and Si n H 2n + 2 gas proceeds as follows, Therefore, the ratio of silane-based gas to WF 6 is SiH 4 : Si 2 H 6 : Si 3 H 8 = 1.5: 0.75: 0.5. Therefore, the ratio of silane-based gas to WF 6 gas is
When standardized with 1 for 4 / WF 6 , silane-based / WF 6 = 1: 0.5: 0.3. Therefore, the higher the silane gas, the lower the flow rate. The experimental results shown in FIG. 6 shown above are in good agreement with those described above.

なお、上述の場合にはシリコン含有タングステン膜であ
る、タングステン以外の高融点金属(Mo,Ti,Ta,Pt,Paな
ど)にシリコンを含有させた膜を形成することもでき、
そのときには、それぞれの金属のハロゲン化合物ガスで
フッ化物であるMoF6,TiF6,TaF5などか塩化物であるWC
l6,FoCl6,FiCl4,TaCl5などを用いる。さらに、シラン系
ガスには上述のSi2n−2ガス以外にもこれらガスに
塩素(Cl)やフッ素(F)が結合したガスを用いること
もできる。
In the above case, it is also possible to form a film containing silicon in a refractory metal (Mo, Ti, Ta, Pt, Pa, etc.) other than tungsten, which is a silicon-containing tungsten film,
In that case, halogen compounds of each metal are fluorides such as MoF 6 , TiF 6 and TaF 5 , or chlorides such as WC.
l 6 , FoCl 6 , FiCl 4 , TaCl 5 or the like is used. Further, the silane-based gas may be used the above-mentioned Si n H 2n-2 chlorine in these gases in addition to gas (Cl) or fluorine (F) is bound gas.

上述したように、本発明にしたがってシラン系ガスを用
いる場合にはH2ガス使用の場合よりも高速成長であり、
低温度成長であるのでシリコン基板との反応が少く、そ
のためシリコン基板の浸食量が少ない。さらに、気相成
長に先だって、あらかじめ露出表面をドライエッチング
処理してSiO2膜又はAl2O3膜の自然酸化膜を除去してい
るので、安定して均一な膜厚のシリコン含有金属膜を選
択的に形成することができる。
As described above, when using a silane-based gas according to the present invention, the growth rate is higher than when using a H 2 gas,
Since the growth is at a low temperature, the reaction with the silicon substrate is small, and therefore the amount of erosion of the silicon substrate is small. Further, prior to vapor phase growth, the exposed surface is dry-etched beforehand to remove the natural oxide film of the SiO 2 film or Al 2 O 3 film, so that a silicon-containing metal film with a stable and uniform film thickness can be obtained. It can be selectively formed.

第8図に、本発明に係る形成方法の応用例としてコンタ
クトホール内をシリコン含有タングステン膜およびタン
グステン膜で埋め込む場合を示す。
FIG. 8 shows a case where the contact hole is filled with a silicon-containing tungsten film and a tungsten film as an application example of the forming method according to the present invention.

絶縁膜(SiO2膜)3に形成したコンタクトホール内に露
出したシリコン基板2の不純物導入領域1表面上に、上
述したWF6ガスとSi2n+2ガスとを用いたシリコン
含有タングステン膜の選択成長によって、厚さ数十nmの
薄いシリコン含有タングステン膜11を形成する。次に、
従来のWF6ガスとH2ガスとによるタングステン選択成長
を行なって、シリコン含有タングステン膜11上にタング
ステン膜12を形成して、コンタクトホールを第8図のよ
うに埋める。
Selection of a silicon-containing tungsten film using the above-mentioned WF 6 gas and Si n H 2n + 2 gas on the surface of the impurity introduced region 1 of the silicon substrate 2 exposed in the contact hole formed in the insulating film (SiO 2 film) 3. By growth, a thin silicon-containing tungsten film 11 having a thickness of several tens nm is formed. next,
Tungsten selective growth using conventional WF 6 gas and H 2 gas is performed to form a tungsten film 12 on the silicon-containing tungsten film 11, and the contact hole is filled as shown in FIG.

タングステンの選択成長条件としては、成長温度(基板
加熱温度)を、例えば、400〜600℃とし、WF6ガス(2
〜10SCCM)とH2ガス(1000〜2000SCCM)とを反応ガスと
して用い、成長圧力を0.1〜1Torr、として、タングステ
ン成長速度は200〜300nm/minである。このときの反応
は次式となる。
As the selective growth condition of tungsten, the growth temperature (substrate heating temperature) is, for example, 400 to 600 ° C., and WF 6 gas (2
~10SCCM) and using a H 2 gas (1000~2000SCCM) as a reaction gas, a growth pressure 0.1~1Torr as, tungsten growth rate is 200- 300nm / min. The reaction at this time is as follows.

WF6+3H2→W+6HF+H2 このタングステン成長では、既に形成したシリコン含有
タングステン膜11があって、これがバリア膜として働く
ので、シリコン基板2(すなわち、不純物導入領域1)
が侵食されることはない。この場合には、埋め込んだ物
(充填物)が主としてタングステンであるので、充填物
としての抵抗はタングステンと同等である。
WF 6 + 3H 2 → W + 6HF + H 2 In this tungsten growth, there is a silicon-containing tungsten film 11 already formed, and this acts as a barrier film, so that the silicon substrate 2 (that is, the impurity introduction region 1)
Will not be eroded. In this case, since the embedded material (filling material) is mainly tungsten, the resistance as the filling material is equivalent to that of tungsten.

上述の実施例では、シリコン基板の露出部分表面上にシ
リコン含有タングステン膜を選択成長させているが、ア
ルミニウムもしくはアルミニウム合金の配線の表面上に
も下記に述べるように同様に選択成長させることができ
る。
In the above-described embodiment, the silicon-containing tungsten film is selectively grown on the exposed surface of the silicon substrate, but it can be similarly selectively grown on the surface of the wiring of aluminum or aluminum alloy as described below. .

まず、第9A図に、半導体装置の一部である絶縁膜(図示
せず)上に形成したアルミニウム合金配線21を示す。こ
の配線21を含む全面に層間絶縁膜(SiO2膜)22をCVD法
で形成する。絶縁膜22を選択エッチングして配線21の一
部を露出させるコンタクトホール23を形成する。次工程
へ進む間に、大気中の酸素によって露出アルミニウム合
金が酸化されて、露出表面上に薄いAl2O3膜(自然酸化
膜)24が形成される。
First, FIG. 9A shows an aluminum alloy wiring 21 formed on an insulating film (not shown) which is a part of a semiconductor device. An interlayer insulating film (SiO 2 film) 22 is formed on the entire surface including the wiring 21 by the CVD method. The insulating film 22 is selectively etched to form a contact hole 23 that exposes a part of the wiring 21. During the next step, oxygen in the atmosphere oxidizes the exposed aluminum alloy to form a thin Al 2 O 3 film (natural oxide film) 24 on the exposed surface.

第9B図に示すように、薄いAl2O3膜24をドライエッチン
グ処理して、例えば、不活性ガス25をプラズマ化してス
パッタリング作用にて除去する。このAl2O3膜除去はハ
ロゲン化合物ガス(CF4,BCl3,CCl4など)を用いて紫外
光による該ガスの活性化であるいは反応性スパッタエッ
チングでもできる。
As shown in FIG. 9B, the thin Al 2 O 3 film 24 is dry-etched, and, for example, the inert gas 25 is turned into plasma and removed by sputtering. This Al 2 O 3 film can be removed by using a halogen compound gas (CF 4 , BCl 3 , CCl 4, etc.) by activating the gas by ultraviolet light or by reactive sputter etching.

次に、配線21の露出アルミニウム合金表面が再び酸化さ
れないように、すなわち、大気にさらさない状態に保持
し、第9C図に示すように、既に述べた本発明に係る形成
方法にしたがってWF6ガスとシラン系ガスとを用いてシ
リコン含有タングステン膜26を露出表面上に選択的に形
成して、コンタクトホール23を埋める。
Next, so that the exposed aluminum alloy surface of the wiring 21 is not oxidized again, that is, kept in a state of not being exposed to the atmosphere, as shown in FIG. 9C, WF 6 gas according to the forming method according to the present invention described above. And a silane-based gas are used to selectively form a silicon-containing tungsten film 26 on the exposed surface to fill the contact hole 23.

そして、アルミニウム合金などの導体金属膜をスパッタ
リング法によって全面に被着し、所定パターンに選択エ
ッチングを行なって、第9D図に示すように配線27を形成
する。このようにしてコンタクトホールに埋め込んだシ
リコン含有タングステン膜26を介して上側配線27と下側
配線21とが接続されている。
Then, a conductor metal film such as an aluminum alloy is deposited on the entire surface by a sputtering method, and selective etching is performed in a predetermined pattern to form a wiring 27 as shown in FIG. 9D. In this way, the upper wiring 27 and the lower wiring 21 are connected via the silicon-containing tungsten film 26 embedded in the contact hole.

アルミニウムもしくはアルミニウム合金の配線上にWF6
ガスとH2ガス又はシラン系ガスとを反応ガスに用いる場
合に、WF6ガスとアルミニウム(Al)とが次式のように
反応して、 WF6→2Al→W+2AlF3 配線(アルミニウム)と堆積するタングステン(ないし
はシリコン含有タングステン)との界面にAlF3が析出し
てコンタクト抵抗を高めると考えられている。そこでAl
F3を減圧下高温(約400℃以上)の環境で昇華させて減
らすことができるが、WF6に対して還元剤としての作用
力(H2<Al<SiH4<Si2H6<Si3H8)がWF6−H2系反応よ
りも大きいシラン系ガスの使用でAlF3析出を抑制するこ
とが可能である。ちなみに、WF6−SiH4反応系におい
て、成長速度2μm/minのときと0.25μm/minのとき
について、そのW/Al間のコンタクト抵抗は、Al/Al間
コンタクト抵抗と比較して、前者はその2〜3倍、後者
はその20〜30倍であった。なお、H2/WF6の場合は、W
/Al間コンタクト抵抗は、Al/Al間のそれの数10倍〜10
0倍であった。したがって、アルミニウム界面でのコン
タクト抵抗についてはH2ガスの場合よりも本発明では低
減されている。
WF 6 on aluminum or aluminum alloy wiring
When gas and H 2 gas or silane-based gas are used as reaction gas, WF 6 gas reacts with aluminum (Al) as shown in the following formula, and WF 6 → 2Al → W + 2AlF 3 wiring (aluminum) and deposition It is considered that AlF 3 precipitates at the interface with the tungsten (or silicon-containing tungsten) that forms the contact resistance. So Al
Although F 3 can be reduced by sublimation in an environment under vacuum hot (about 400 ° C. or higher), the acting force as a reducing agent to WF 6 (H 2 <Al < SiH 4 <Si 2 H 6 <Si It is possible to suppress AlF 3 precipitation by using a silane-based gas in which 3 H 8 ) is larger than the WF 6 —H 2 system reaction. By the way, in the WF 6 -SiH 4 reaction system, the contact resistance between W / Al at the growth rate of 2 μm / min and at 0.25 μm / min is higher than that of Al / Al. It was 2-3 times that, and the latter was 20-30 times that. In the case of H 2 / WF 6 , W
The contact resistance between Al and Al is 10 to 10 times that of Al / Al.
It was 0 times. Therefore, the contact resistance at the aluminum interface is lower in the present invention than in the case of H 2 gas.

アルミニウムもしくはアルミニウム合金の配線はその微
細化に伴って、ボイド、ヒルロックの発生さらにはサー
マルマイグレーション、エレクトロマイグレーションに
よって断線不良が増大してしまうのに対して、本発明に
係るシリコン含有金属膜の配線上への選択形成が有効な
不良防止方法であることを説明する。
With the miniaturization of the wiring of aluminum or aluminum alloy, the disconnection defect increases due to the generation of voids and hillocks, as well as thermal migration and electromigration, whereas on the wiring of the silicon-containing metal film according to the present invention. It will be described that selective formation on the substrate is an effective defect prevention method.

まず、従来例のサンプル(試料H)として、第10図に示
すように、シリコン基板(図示せず)上にPSG絶縁膜31
を形成し、その上にスパッタリングによってアルミニウ
ム合金(Al−Si合金)膜を厚さ1.2μmで全面に形成
し、そして、選択エッチングによって幅1.0μmで全長4
0mの所定パターン配線32を形成した。アルミニウム合金
配線32を含む全面にPSG絶縁膜33をCVD法で形成し、さら
にその上にSi3N4膜34をCVD法で形成する。
First, as a sample of the conventional example (Sample H), as shown in FIG. 10, a PSG insulating film 31 is formed on a silicon substrate (not shown).
, And an aluminum alloy (Al-Si alloy) film with a thickness of 1.2 μm is formed on the entire surface by sputtering, and with a width of 1.0 μm and a total length of 4 μm by selective etching.
A predetermined pattern wiring 32 of 0 m was formed. A PSG insulating film 33 is formed on the entire surface including the aluminum alloy wiring 32 by a CVD method, and a Si 3 N 4 film 34 is further formed on the PSG insulating film 33 by a CVD method.

本発明の形成方法による、第11図に示すように、Al−Si
合金配線32上へのシリコン含有タングステン膜35(厚さ
約20nm)の選択的形成を付加した以外は第9図のサンプ
ルと同じにサンプル(試料IおよびJ)を作る。試料I
でのシリコン含有タングステン膜35は、WF6ガスとSiH4
ガスとを反応ガスとして流量比(SiH4/WF6)1で350℃
の成長温度にて形成され、また、試料JではWF6ガスとS
i3H8ガスとを反応ガスとして流量比(Si3H8/WF6)0.3
で室温(25℃)の成長温度にてシリコン含有タングステ
ン膜35を形成している。
According to the forming method of the present invention, as shown in FIG.
Samples (Samples I and J) are prepared in the same manner as the sample of FIG. 9 except that the selective formation of the silicon-containing tungsten film 35 (thickness: about 20 nm) on the alloy wiring 32 is added. Sample I
The silicon-containing tungsten film 35 in WF 6 gas and SiH 4
Gas and reaction gas as flow ratio (SiH 4 / WF 6 ) 1 at 350 ℃
It is formed at the growth temperature, also in Sample J WF 6 gas and S
Flow rate ratio (Si 3 H 8 / WF 6 ) 0.3 with i 3 H 8 gas as reaction gas
The silicon-containing tungsten film 35 is formed at a growth temperature of room temperature (25 ° C.).

これらサンプル(試料:H,I,J)を180℃に加熱維持して1
000時間までの加熱劣化試験を行なって、オープンサー
キット不良を調べ、その結果を第12図に示す。オープン
サーキット累積度数には配線抵抗が10%以上増加したも
のも含めてある。第12図からわかるように、従来例の試
料Hでは経過時間についてオープンサーキット不良は増
加しているが、試料Jの室温成長でのシリコン含有タン
グステン膜で配線を被覆した場合には、1000時間でもオ
ープンサーキット度数は変わらない(オープンサーキッ
ト不良は増加しない)。また、試料Iの350℃成長での
シリコン含有タングステン被覆の場合には、700時間を
越える頃からオープンサーキット不良が増加するように
なる。これはAl−Si配線32にボイドやクラックが生じて
配線の断面積が減少して抵抗が上ること、あるいは配線
本体が切断されることなどの原因によるわけであるが、
従来例と比べるとオープンサーキット不良は大幅に抑制
されている。
Keep these samples (samples: H, I, J) heated to 180 ℃ and
A heat deterioration test for up to 000 hours was conducted to examine open circuit defects, and the results are shown in FIG. The cumulative open circuit frequency includes the wiring resistance increased by 10% or more. As can be seen from FIG. 12, in the sample H of the conventional example, the open circuit defects increase with the elapsed time, but when the wiring is coated with the silicon-containing tungsten film of the sample J grown at room temperature, even 1000 hours can be reached. The open circuit frequency does not change (open circuit defects do not increase). Further, in the case of the silicon-containing tungsten coating of sample I grown at 350 ° C., open circuit defects start to increase from the time when it exceeds 700 hours. This is because the voids and cracks are generated in the Al-Si wiring 32, the cross-sectional area of the wiring is reduced and the resistance is increased, or the wiring body is cut, etc.
Compared to the conventional example, open circuit defects are greatly suppressed.

第13A図〜第13D図に、本発明に係るシリコン含有タング
ステン膜形成方法を応用して、半導体装置におけるアル
ミニウムもしくはアルミニウム合金配線の多層配線構造
を作る場合を示す。
FIGS. 13A to 13D show a case where a method for forming a silicon-containing tungsten film according to the present invention is applied to form a multilayer wiring structure of aluminum or aluminum alloy wiring in a semiconductor device.

第13A図に示すように、シリコン基板41上に絶縁膜(SiO
2膜)42を、例えば、熱硬化法によって形成する。この
絶縁膜42上にスパッタ法などでAl又はAl合金の膜を形成
し、選択エッチングして所定パターンの第1配線43を形
成する。配線43のAl(又はAl合金)は非常に酸化されや
すく、その表面にAl2O3薄膜(図示せず)を有している
ので、これを除去する前処理を行なう。例えば、エッチ
ングガスにBCl3ガス(10SCCM)を用いて、圧力を0.7Tor
rとし、周波数13.56MHz、出力100Wの高周波電力にてプ
ラズマリアクティブエッチング処理を行ない、さらに、
続いてH2ガス(500SCCM)を用いて、圧力を0.3Torrと
し、同じ高周波電力にてプラズマスパッタエッチング処
理を行なう。BCl3によるリアクティブエッチングでAl2O
3をほぼ除去して、H2によるスパッタエッチングで配線4
3の表面を清浄化する。次に、本発明に係る形成方法に
したがってWF6ガスとシラン系(Si2n+2)ガスと
を用いてシリコン含有タングステン膜44を配線43上に選
択的に気相成長形成する。
As shown in FIG. 13A, an insulating film (SiO 2
2 film) 42 is formed by, for example, a thermosetting method. A film of Al or Al alloy is formed on the insulating film 42 by a sputtering method or the like, and is selectively etched to form a first wiring 43 having a predetermined pattern. Since Al (or Al alloy) of the wiring 43 is very easily oxidized and has an Al 2 O 3 thin film (not shown) on its surface, a pretreatment for removing this is performed. For example, BCl 3 gas (10SCCM) is used as etching gas and the pressure is 0.7 Torr.
r, the frequency is 13.56 MHz, and the plasma reactive etching process is performed with high-frequency power of 100 W output.
Subsequently, plasma sputter etching processing is performed using H 2 gas (500 SCCM) at a pressure of 0.3 Torr and the same high frequency power. Al 2 O by reactive etching with BCl 3
Wiring 4 by sputter etching with H 2 after almost removing 3
Clean the surface of 3. Then, WF 6 gas and silane according forming method according to the present invention (Si n H 2n + 2) selectively vapor phase growth form a silicon-containing tungsten film 44 on the wiring 43 by using the gas.

シリコン含有タングステン膜44の選択成長条件は前述し
たシリコン基板露出表面上への成長条件と同様なもので
ある。特に、Si3H8ガス(1SCCM)を用いて、WF6ガスを5
SCCMとし、圧力を0.3Torrとし、Arキャリアガスを500SC
CMとして、成長温度が25℃(室温)であるシリコン含有
タングステン膜形成が好ましい。この場合には、加熱す
る必要がなく、しかもSi3H8はWF6に対して還元作用が強
いのでAlF3がAl(又はAl合金)表面(すなわち、Alと堆
積タングステンとの界面)にほとんど析出することがな
い。
The selective growth conditions for the silicon-containing tungsten film 44 are the same as the above-described growth conditions on the exposed surface of the silicon substrate. In particular, Si 3 H 8 gas (1SCCM) was used, and WF 6 gas was
SCCM, pressure 0.3 Torr, Ar carrier gas 500 SC
As the CM, it is preferable to form a silicon-containing tungsten film having a growth temperature of 25 ° C. (room temperature). In this case, it is not necessary to heat, and since Si 3 H 8 has a strong reducing effect on WF 6 , AlF 3 is almost not present on the Al (or Al alloy) surface (that is, the interface between Al and deposited tungsten). Does not precipitate.

次に、第13B図に示すように、PSG,SiO2などの絶縁膜
(層間絶縁膜)45をCVD法で全面に形成し、選択エッチ
ングによってコンタクトホール46を形成する。
Next, as shown in FIG. 13B, an insulating film (interlayer insulating film) 45 such as PSG or SiO 2 is formed on the entire surface by the CVD method, and a contact hole 46 is formed by selective etching.

コンタクトホール内に露出しているシリコン含有タング
ステン膜44の上に、上述したようにWF6ガスとシラン系
ガスとを用いてシリコン含有タングステン膜47を選択成
長させ、第13C図に示すように、コンタクトホールを埋
め込む。
On the silicon-containing tungsten film 44 exposed in the contact hole, a silicon-containing tungsten film 47 is selectively grown using WF 6 gas and silane-based gas as described above, and as shown in FIG. 13C, Fill the contact hole.

そして、第13D図に示すように、Al(又はAl合金)の第
2配線48を第1配線43の形成と同じようにして形成する
この配線48の表面からAl2O3膜を上述したプラズマエッ
チング前処理にて除去する。配線48の表面上にシリコン
含有タングステン膜49を第1配線43表面上に形成したの
と同じ方法にて形成する。
Then, as shown in FIG. 13D, the second wiring 48 of Al (or Al alloy) is formed in the same manner as the formation of the first wiring 43. From the surface of this wiring 48, the Al 2 O 3 film is formed by the plasma described above. It is removed by etching pretreatment. A silicon-containing tungsten film 49 is formed on the surface of the wiring 48 by the same method as that on the surface of the first wiring 43.

このようにしてシリコン含有タングステン膜で被覆され
たAl(又はAl合金)配線とシリコン含有タングステン膜
のコンタクトホール内充填物とを有する多層配線構造が
得られる。このようにして、オープンサーキット不良を
防止した信頼性の高いかつコンタクト界面抵抗の低減化
を図った多層配線構造が得られる。
In this way, a multilayer wiring structure having an Al (or Al alloy) wiring covered with a silicon-containing tungsten film and a contact hole filling material of the silicon-containing tungsten film can be obtained. In this way, it is possible to obtain a highly reliable multi-layer wiring structure that prevents open circuit defects and reduces contact interface resistance.

WF6ガスとシラン系ガスと用いて本発明にしたがってシ
リコン含有タングステン膜を選択的に形成する場合に、
シリコン基板の露出表面がn型領域表面とp型領域表面
とでは、さらにドープした不純物の濃度の違いで成長開
始時間に差が生じて(特に、成長温度が低いほど差は大
きくなり)、形成膜厚のバラツキが生じる。また、Al
(又はAl合金)配線の表面状態、シリコン基板の表面状
態、不純物導電型、不純物濃度によってシリコン含有タ
ングステン膜の付着強度が変化し、悪い場合には該膜の
ハガレとなりコンタクト不良を招き、はがれた膜は反応
装置内のゴミとなり、成長に悪影響を及ぼす。そこで、
本発明にしたがったシリコン含有タングステン膜の形成
の前に、析出したシリコン含有タングステンが露出シリ
コン又はAl(Al合金)を覆うまでの初期反応を高温下で
短時間に終了させることが好ましい。この初期反応の堆
積薄膜がその後の気相成長の成長核となるので成長開始
がほぼ同時になり、高温下なのでシリコン又はアルミニ
ウムとシリコン含有タングステンとの間の結合が良くな
り付着強度が均一になりかつ向上する。
In the case of selectively forming a silicon-containing tungsten film according to the present invention using WF 6 gas and silane-based gas,
When the exposed surface of the silicon substrate is the surface of the n-type region and the surface of the p-type region, a difference in the concentration of the doped impurities causes a difference in the growth start time (especially, the lower the growth temperature, the larger the difference). The film thickness varies. Also, Al
(Or Al alloy) The adhesion strength of the silicon-containing tungsten film changes depending on the surface condition of the wiring, the surface condition of the silicon substrate, the impurity conductivity type, and the impurity concentration, and if it is bad, it peels off the film, causing contact failure and peeling. The film becomes dust in the reactor and adversely affects growth. Therefore,
Prior to the formation of the silicon-containing tungsten film according to the present invention, it is preferable that the initial reaction until the deposited silicon-containing tungsten covers the exposed silicon or Al (Al alloy) is completed at a high temperature in a short time. Since the deposited thin film of this initial reaction serves as a growth nucleus for the subsequent vapor phase growth, the growth starts almost at the same time, and since the temperature is high, the bond between silicon or aluminum and the silicon-containing tungsten is improved and the adhesion strength becomes uniform. improves.

なお、初期反応は、基板(又は配線)自身と金属ハロゲ
ン化合物ガス(WF6ガス)との自己制御的な表面反応で
主として進行する。
The initial reaction mainly proceeds by a self-controlled surface reaction between the substrate (or wiring) itself and the metal halide compound gas (WF 6 gas).

シリコンの場合: MX+Si→M+SiX↑ (MはWなどの金属、XはFなどのハロゲン)となって
シリコン表面がM(金属)で覆われる。なお、この反応
は発明者の実験結果によると、10秒前後の短時間におこ
ることが確認された。この初期反応は、高温であるほど
均一におこるが、初期反応終了後も高温で成長をつづけ
ると、この成長の間にシリコン基板とタングステンなど
の金属との反応がすすんで、シリコン基板が侵食される
ので、出来るだけ短時間(好ましくは10〜30秒)に終了
し、その後は本発明の成形方法にしたがった供給律速で
温度に対する成長速度がそれほど変化しない状態で均一
なかつ厚いシリコン含有タングステン膜を形成する。
In the case of silicon: MX n + Si → M + SiX n ↑ (M is a metal such as W, X is a halogen such as F) and the silicon surface is covered with M (metal). According to the results of experiments conducted by the inventor, it was confirmed that this reaction occurs in a short time of about 10 seconds. This initial reaction occurs more uniformly at higher temperatures, but if growth continues at high temperatures even after the completion of the initial reaction, the reaction between the silicon substrate and the metal such as tungsten progresses during this growth, and the silicon substrate is eroded. Therefore, a uniform and thick silicon-containing tungsten film should be formed in the shortest possible time (preferably 10 to 30 seconds), and then the growth rate with temperature does not change so much in accordance with the molding method of the present invention. Form.

また、アルミニウムの場合: MX+Al→M+AlX↓ となってアルミニウム表面がM(金属)で覆われるだけ
でなく、AlX(AlF3)が同時に析出する。このAlF3はA
l−MX系より反応に富む反応系(Al−Si2n+2
特に、Al−Si3H8)を用いればその析出を相対的に減ら
せるが、析出したAlF3を減圧および高温(400℃以上)
にて昇華させて除去できる。初期反応後は上述したシリ
コンの場合と同じである。
In the case of aluminum: MX n + Al → M + AlX n ↓, not only the aluminum surface is covered with M (metal), but AlX n (AlF 3 ) is simultaneously deposited. This AlF 3 is A
l-MX n reaction system highly reactive than system (Al-Si n H 2n + 2,
In particular, Al-Si 3 H 8 ) can be used to reduce the precipitation relatively, but the deposited AlF 3 is decompressed and heated to a high temperature (400 ° C or higher).
Can be removed by sublimation. After the initial reaction, it is the same as in the case of silicon described above.

高温、短時間の初期反応およびその後のシリコン含有タ
ングステン膜成長反応を次のようにして行なうことがで
きる。
The initial reaction at high temperature for a short time and the subsequent silicon-containing tungsten film growth reaction can be performed as follows.

第14図に示すような減圧可能な反応装置51を用いるなら
ば、シリコン基板52を透明板(石英など)53の上に載置
し、透明板53の下側に加熱ランプ(赤外線ランプ)54を
設置しておく。シリコン基板52の上方に反応ガスおよび
キャリアガス(WF6+Si2n+2+H2+He(or+A
r))を混合噴出するシャワー55が設けられている。な
お、加熱ランプの設置場所は装置51の上側あるいは横側
でもよい。シリコン基板52の裏側に反応ガスが入らない
ように透明板53上に密着させておくが、基板裏面に反応
に影響しないガスを吹き付けてもよい。
If a reactor 51 capable of reducing the pressure as shown in FIG. 14 is used, a silicon substrate 52 is placed on a transparent plate (quartz or the like) 53, and a heating lamp (infrared lamp) 54 is placed below the transparent plate 53. Have been installed. Above the reaction gas and carrier gas of the silicon substrate 52 (WF 6 + Si n H 2n + 2 + H 2 + He (or + A
A shower 55 for mixing and jetting r)) is provided. The heating lamp may be installed on the upper side or the side of the device 51. Although the back side of the silicon substrate 52 is adhered to the transparent plate 53 so that the reaction gas does not enter, a gas that does not affect the reaction may be blown onto the back surface of the substrate.

まず、反応装置51内を真空ポンプ(図示せず)によって
所定の真空圧状態にして、第15図に示すように、加熱ラ
ンプ54による急速加熱で、例えば、高温(400℃)まで
加熱し、初期反応期間I(約10秒)維持する。高温にな
るところでWF6ガス(2SCCM)、SiH4ガス(2SCCM)、He
ガス(500SCCM)をシャワー55からシリコン基板52へ向
かって流し、約10数nm厚のシリコン含有タングステン薄
膜を選択的に形成する。なお、このときの圧力は、0.01
〜0.1Torrとすることが好ましい。SiH4ガスの代りにH2
ガスを用い、あるいはHeガスの代わりにArガスを用いて
もよい。その後、自然冷却又は強制冷却によりシリコン
基板52温度を本発明の形成方法にしたがってシリコン含
有タングステン膜が成長する温度まで下げる。そして、
WF6ガスとSi2n+2(n=1,2,3,4)ガスとをシャワ
ー55を通して膜形成期間IIの間流して、所定厚さのシリ
コン含有タングステン膜を形成する。例えば、WF6ガス
(2.5SCCM)とSi2H6ガス(1SCCM)とを、約120℃の基板
温度で約1分間流す。シラン系ガスにSi3H8ガスを用い
るならば、室温にて膜形成ができるので、シリコン基板
の加熱は初期反応期間Iの10秒前後の短時間のみです
む。
First, the inside of the reaction device 51 is brought into a predetermined vacuum pressure state by a vacuum pump (not shown), and as shown in FIG. 15, by rapid heating by the heating lamp 54, for example, is heated to a high temperature (400 ° C.), Maintain the initial reaction period I (about 10 seconds). WF 6 gas (2SCCM), SiH 4 gas (2SCCM), He
A gas (500 SCCM) is flown from the shower 55 toward the silicon substrate 52 to selectively form a silicon-containing tungsten thin film having a thickness of about 10 nm or more. The pressure at this time is 0.01
It is preferably set to 0.1 Torr. H 2 instead of SiH 4 gas
Gas may be used, or Ar gas may be used instead of He gas. Then, the temperature of the silicon substrate 52 is lowered to the temperature at which the silicon-containing tungsten film grows according to the forming method of the present invention by natural cooling or forced cooling. And
WF 6 gas and Si n H 2n + 2 (n = 1,2,3,4) gas are passed through the shower 55 during the film forming period II to form a silicon-containing tungsten film having a predetermined thickness. For example, WF 6 gas (2.5 SCCM) and Si 2 H 6 gas (1 SCCM) are flowed at a substrate temperature of about 120 ° C. for about 1 minute. If Si 3 H 8 gas is used as the silane-based gas, the film can be formed at room temperature, so that the silicon substrate can be heated only for a short time of about 10 seconds in the initial reaction period I.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、従来のWF6ガスおよびH2ガスによるタ
ングステンの選択成長の場合よりも、もっと低温度に
て、速い成長速度でシリコン含有金属膜の選択成長が可
能となる。そして、アルミニウムもしくはアルミニウム
合金配線に本発明を適用すれば、配線の信頼性を高める
ことができ、半導体装置の信頼性向上に寄与する。
According to the present invention, it becomes possible to selectively grow a silicon-containing metal film at a much lower temperature and at a higher growth rate than in the conventional selective growth of tungsten using WF 6 gas and H 2 gas. When the present invention is applied to aluminum or aluminum alloy wiring, the reliability of the wiring can be increased, which contributes to the improvement of the reliability of the semiconductor device.

また、室温でシリコン含有金属(高融点金属)膜を気相
成長することも可能となり、その場合には加熱設備等の
省略化や消費エネルギー(電力など)の節約が図れる。
Further, it becomes possible to vapor-deposit a silicon-containing metal (high melting point metal) film at room temperature, in which case heating equipment and the like can be omitted and energy consumption (electric power etc.) can be saved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1A図〜第1D図は本発明に係るシリコン含有金属膜の形
成方法の工程を説明するシリコン基板の概略断面図、 第2図はシラン系ガスおよびH2ガスでの金属膜の成長温
度と成長速度との関係を示すグラフ、 第3図はシラン系ガスでの金属膜の成長温度とX線回折
強度との関係を示すグラフ、 第4図はWF6ガスおよびSiH4ガスによるシリコン含有金
属膜のX線回折パターンを示すグラフ、 第5図はWF6ガスおよびSi2H6ガスによるシリコン含有金
属膜のX線回折パターンを示すグラフ、 第6図はSi2n+2/WF6流量比と成長速度との関係
を示すグラフ、 第7図はシリコン含有タングステン膜の膜厚方向の組成
分布を示すグラフ、 第8図はシリコン含有金属膜および金属膜でコンタクト
ホールを埋めたシリコン基板の概略断面図、 第9A図〜第9D図は、アルミニウムもしくはアルミニウム
合金配線でのコンタクトホールをシリコン含有金属で埋
めた配線の概略断面図、 第10図は従来のアルミニウム合金配線および絶縁膜の概
略断面図、 第11図はシリコン含有金属膜で被膜したアルミニウム合
金配線および絶縁膜の概略断面図、 第12図はアルミニウム合金配線のオープンサーキット累
積度数を示すグラフ、 第13A図〜第13D図はシリコン含有金属で被覆したアルミ
ニウム合金配線の多層配線構造の概略断面図、 第14図は急速加熱機構付きの反応装置の概略図、 第15図は初期反応期間の高温加熱ステップを有する本発
明に係るシリコン含有金属膜形成方法での温度プロフィ
ルのグラフ。 2……シリコン基板、3……絶縁膜、 7……シリコン含有金属膜、 8……配線、 32……アルミニウム合金配線、 33……絶縁膜、 35……シリコン含有金属膜、 51……反応装置、52……シリコン基板、 53……透明板、54……加熱ランプ、 55……シャワー。
1A to 1D are schematic cross-sectional views of a silicon substrate for explaining the steps of the method for forming a silicon-containing metal film according to the present invention, and FIG. 2 shows the growth temperature of the metal film with a silane-based gas and H 2 gas. Fig. 3 is a graph showing the relationship with the growth rate, Fig. 3 is a graph showing the relationship between the growth temperature of a metal film in a silane-based gas and the X-ray diffraction intensity, and Fig. 4 is a silicon-containing metal by WF 6 gas and SiH 4 gas. graph showing an X-ray diffraction pattern of the film, FIG. 5 is a graph showing the X-ray diffraction pattern of a silicon-containing metal layer by WF 6 gas and the Si 2 H 6 gas, Figure 6 is Si n H 2n + 2 / WF 6 flow rate ratio And FIG. 7 is a graph showing the compositional distribution in the film thickness direction of the silicon-containing tungsten film, and FIG. 8 is a schematic view of the silicon-containing metal film and the silicon substrate in which the contact holes are filled with the metal film. Sectional views, Figures 9A-9D Is a schematic sectional view of a wiring in which a contact hole in an aluminum or aluminum alloy wiring is filled with a silicon-containing metal, FIG. 10 is a schematic sectional view of a conventional aluminum alloy wiring and an insulating film, and FIG. 11 is a silicon-containing metal film. Schematic cross-sectional views of the coated aluminum alloy wiring and insulating film, FIG. 12 is a graph showing the open circuit cumulative frequency of the aluminum alloy wiring, and FIGS. 13A to 13D are multilayer wiring structure of aluminum alloy wiring coated with a silicon-containing metal. FIG. 14 is a schematic diagram of a reactor equipped with a rapid heating mechanism, and FIG. 15 is a graph of a temperature profile in the method for forming a silicon-containing metal film according to the present invention having a high temperature heating step in the initial reaction period. 2 ... Silicon substrate, 3 ... Insulating film, 7 ... Silicon-containing metal film, 8 ... Wiring, 32 ... Aluminum alloy wiring, 33 ... Insulating film, 35 ... Silicon-containing metal film, 51 ... Reaction Equipment, 52 …… Silicon substrate, 53 …… Transparent plate, 54 …… Heat lamp, 55 …… Shower.

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】導体もしくは半導体の表面と絶縁体の表面
とを有する基板上に、反応ガスとして金属ハロゲン化合
物ガスとシラン系ガスとを用いて、シリコン含有金属膜
を気相成長で形成する方法において、前記金属ハロゲン
化合物ガスの流量に対する前記シラン系ガスの流量比を
2以下としかつ成長温度を200℃以下とすることによ
り、前記導体もしくは半導体の表面上に前記シリコン含
有金属膜を選択的に形成する工程を有することを特徴と
するシリコン含有金属膜の形成方法。
1. A method for forming a silicon-containing metal film by vapor phase growth on a substrate having a conductor or semiconductor surface and an insulator surface, using a metal halide compound gas and a silane-based gas as reaction gases. In the above, by setting the flow rate ratio of the silane-based gas to the flow rate of the metal halogen compound gas to 2 or less and the growth temperature to 200 ° C. or less, the silicon-containing metal film is selectively formed on the surface of the conductor or semiconductor. A method for forming a silicon-containing metal film, comprising the step of forming.
【請求項2】前記導体もしくは半導体の表面は、絶縁膜
に形成されたコンタクトホール内の表出表面もしくは配
線の表出表面であることを特徴とする請求項1記載の方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the surface of the conductor or semiconductor is an exposed surface in a contact hole formed in an insulating film or an exposed surface of a wiring.
【請求項3】前記シリコン含有金属膜の金属はW,Mo,Ti,
Ta,PtおよびPdのうちの少なくとも一つの金属であるこ
とを特徴とする請求項1記載の方法。
3. The metal of the silicon-containing metal film is W, Mo, Ti,
The method according to claim 1, wherein the metal is at least one of Ta, Pt and Pd.
【請求項4】前記金属はWであることを特徴とする請求
項3記載の方法。
4. The method of claim 3, wherein the metal is W.
【請求項5】前記金属ハロゲン化合物ガスは前記金属の
フッ化物のガスであることを特徴とする請求項3記載の
方法。
5. The method according to claim 3, wherein the metal halide compound gas is a fluoride gas of the metal.
【請求項6】前記高融点金属のフッ化物は、WF6,MoF6Ta
F5およびTiF4のうちのいずれか一つであることを特徴と
する請求項5記載の方法。
6. The fluoride of the refractory metal is WF 6 , MoF 6 Ta.
The method of claim 5, wherein the method is one of F 5 and TiF 4 .
【請求項7】前記金属ハロゲン化合物ガスは前記金属の
塩化物のガスであることを特徴とする請求項3記載の方
法。
7. The method of claim 3, wherein the metal halide gas is a chloride gas of the metal.
【請求項8】前記高融点金属の塩化物はWCl6,MoCl6,TaC
l5およびTiCl4のうちのいずれか一つであることを特徴
とする請求項7記載の方法。
8. The chloride of the refractory metal is WCl 6 , MoCl 6 , TaC.
The method according to claim 7, wherein the method is any one of l 5 and TiCl 4 .
【請求項9】前記シラン系ガスはSi2N+2(n=1,
2,3,…)のガスであることを特徴とする請求項1記載の
方法。
9. The silane-based gas is Si n H 2N + 2 (n = 1,
2. The method according to claim 1, wherein the gas is 2,3, ...
【請求項10】前記シラン系ガスはシラン(SiH4)ガス
であり、前記金属ハロゲン化合物ガスはWF6ガスであ
り、これらのガス流量比(SiH4/WF6)を2以下とし、
かつ前記成長温度を200〜180℃とすることを特徴とする
請求項1記載の方法。
10. The silane-based gas is silane (SiH 4 ) gas, the metal halogen compound gas is WF 6 gas, and the gas flow rate ratio (SiH 4 / WF 6 ) is 2 or less,
The method according to claim 1, wherein the growth temperature is 200 to 180 ° C.
【請求項11】前記シラン系ガスはジシラン(Si2H6
ガスであり、前記金属ハロゲン化合物ガスはWF6ガスで
あり、これらのガス流量比(Si2H6/WF6)を1以下と
し、かつ前記成長温度を200〜80℃とすることを特徴と
する請求項1記載の方法。
11. The silane-based gas is disilane (Si 2 H 6 ).
Gas, the metal halogen compound gas is WF 6 gas, and the gas flow rate ratio (Si 2 H 6 / WF 6 ) of these gases is 1 or less, and the growth temperature is 200 to 80 ° C. The method of claim 1, wherein
【請求項12】前記シラン系ガスはトリシラン(SH
3H8)ガスであり、前記金属ハロゲン化合物ガスはWF6
スであり、これらのガス流量比(Si3H8/WF6)を0.7以
下とし、かつ前記成長温度を100℃〜室温とすることを
特徴とする請求項1記載の方法。
12. The silane-based gas is trisilane (SH
3 H 8 ) gas, the metal halide compound gas is WF 6 gas, the gas flow rate ratio (Si 3 H 8 / WF 6 ) is 0.7 or less, and the growth temperature is 100 ° C. to room temperature. The method according to claim 1, wherein:
【請求項13】前記気相成長の直前に、露出表面をエッ
チング処理して該露出表面を清浄する工程をさらに含む
ことを特徴とする請求項1記載の方法。
13. The method according to claim 1, further comprising a step of etching the exposed surface to clean the exposed surface immediately before the vapor deposition.
【請求項14】前記エッチング処理は、エッチングガス
として、NF3,ハロゲン化炭素,SF6,BCl3,H2および不活性
ガスを用いてドライ・エッチングする工程を具備するこ
とを特徴とする請求項13記載の方法。
14. The etching process comprises a step of dry etching using NF 3 , carbon halide, SF 6 , BCl 3 , H 2 and an inert gas as an etching gas. The method according to Item 13.
【請求項15】前記ドライ・エッチングにおいて、前記
エッチングガスをマイクロ波、高周波およびエネルギー
線の少くとも一つのエネルギーによって活性化すること
を特徴とする請求項14記載の方法。
15. The method of claim 14, wherein in the dry etching, the etching gas is activated by at least one energy of microwave, high frequency and energy ray.
【請求項16】前記気相成長に先だって、前記基板の導
体もしくは半導体の表面を10〜30秒の間、400〜500℃に
加熱し、この加熱時に前記金属ハロゲン化合物ガスと還
元性ガスとを反応ガスとして用いて前記導体もしくは半
導体の表面上に金属又はシリコン含有金属の薄膜を選択
的に形成する工程を有することを特徴とする請求項1記
載の方法。
16. Prior to the vapor phase growth, the surface of the conductor or semiconductor of the substrate is heated to 400 to 500 ° C. for 10 to 30 seconds, and the metal halide compound gas and the reducing gas are heated during this heating. 2. The method according to claim 1, further comprising the step of selectively forming a thin film of a metal or a metal containing silicon on the surface of the conductor or semiconductor by using it as a reaction gas.
【請求項17】WF6ガスと、H2又はSiH4の前記還元性ガ
スとを用いて400〜500℃の短時間高温加熱でタングステ
ン又はシリコン含有タングステンの前記薄膜を形成し、
該薄膜上にWF6ガスとSi2n+2(n=2,3,4)ガスと
を用いて流量比(Si2n+2/WF6)を1以下としか
つ前記成長温度を200℃以下として前記シリコン含有タ
ングステン膜を所定厚さまで成長させることを特徴とす
る請求項16記載の方法。
17. A WF 6 gas and the reducing gas of H 2 or SiH 4 are used to form the thin film of tungsten or silicon-containing tungsten by heating at a high temperature for a short time at 400 to 500 ° C.
On the thin film, using WF 6 gas and Si n H 2n + 2 (n = 2,3,4) gas, the flow rate ratio (Si n H 2n + 2 / WF 6 ) was set to 1 or less and the growth temperature was set to 200 ° C. or less. 17. The method according to claim 16, wherein the silicon-containing tungsten film is grown to a predetermined thickness.
【請求項18】アルミニウムもしくはアルミニウム合金
の配線の多層配線構造を有する半導体装置の製造方法
が、 (ア)半導体基板上の絶縁膜の上に第1の前記配線を形
成する工程; (イ)前記第1配線上のみに第1シリコン含有金属膜を
選択的に形成する工程; (ウ)全面に層間絶縁膜を形成する工程; (エ)前記層間絶縁膜を選択的にエッチングしてコンタ
クトホールを形成し、前記第1配線の一部分を露出させ
る工程; (オ)前記コンタクトホール内のみに第2シリコン含有
金属膜を選択的に形成する工程; (カ)前記第2シリコン含有金属膜および前記層間絶縁
膜上に第2の前記配線を形成する工程; (キ)前記第2配線上のみに第3シリコン含有金属膜を
選択的に形成する工程;からなり、上記(イ),(オ)
および(キ)工程でのシリコン含有金属膜の選択形成
は、反応ガスとして金属ハロゲン化合物ガスとシラン系
ガスとを用いて、前記金属ハロゲン化合物ガスの流量に
対する該シラン系ガスの流量比を2以下としかつ成長温
度を200℃以下にして行なわれることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
18. A method of manufacturing a semiconductor device having a multi-layered wiring structure of aluminum or aluminum alloy wiring comprises: (a) a step of forming the first wiring on an insulating film on a semiconductor substrate; A step of selectively forming a first silicon-containing metal film only on the first wiring; (c) a step of forming an interlayer insulating film on the entire surface; (d) a contact hole by selectively etching the interlayer insulating film. Forming and exposing a part of the first wiring; (e) selectively forming a second silicon-containing metal film only in the contact hole; (f) the second silicon-containing metal film and the interlayer. The step of forming the second wiring on the insulating film; (g) the step of selectively forming the third silicon-containing metal film only on the second wiring; and (a) and (e) above.
In the selective formation of the silicon-containing metal film in the step (g), a metal halide compound gas and a silane-based gas are used as reaction gases, and the flow ratio of the silane-based gas to the flow rate of the metal-halogen compound gas is 2 or less. And a growth temperature of 200 ° C. or lower.
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