JP2657305B2 - Method of forming metal silicide film - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はWSi2、MoSi2、TiSi2等の種々の金属シリサイ
ド膜の形成方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method of forming various metal silicide films such as WSi 2 , MoSi 2 , and TiSi 2 .
（従来の技術） 近年の高集積化された半導体デバイス例えば、VLSI等
における重要な問題として、動作速度の制約を与える寄
生抵抗の問題があり、MOSデバイスでは、ゲート抵抗、
ソース／ドレイン抵抗、コンタクト抵抗が動作速度を左
右する大きな要因となっている。このような寄生抵抗
は、素子の微細化につれて大きくなるため、これらの抵
抗を下げるためにWSi2、MoSi2、TiSi2等の金属シリサイ
ド膜を用いる技術が開発されている。(Prior Art) In recent years, an important problem in highly integrated semiconductor devices, such as VLSI, is a problem of a parasitic resistance which restricts an operation speed.
Source / drain resistance and contact resistance are major factors that affect the operation speed. Such a parasitic resistance increases with the miniaturization of elements, and a technique using a metal silicide film of WSi 2 , MoSi 2 , TiSi 2 or the like has been developed to reduce the resistance.
このようなシリサイド膜の形成方法の一つとして、CV
D法による成膜方法が用いられている。One of the methods for forming such a silicide film is CV
A film forming method by the D method is used.
CVD法による成膜方法では、反応容器内の被処理基板
載置台例えばカーボングラファイトからなるサセプタに
被処理基板例えば半導体ウエハを載置し、サセプタを加
熱して半導体ウエハを所定の温度下例えば600℃以上
で、原料ガス例えばSiH2C2とWF6の混合ガスによりWSi2
膜を着膜していた。In the film forming method by the CVD method, a substrate to be processed, for example, a semiconductor wafer is placed on a substrate to be processed, for example, a susceptor made of carbon graphite in a reaction vessel, and the susceptor is heated to heat the semiconductor wafer at a predetermined temperature, for example, 600 ° C. above, WSi 2 by a mixed gas of raw material gas, for example SiH 2 C 2 and WF 6
The film had been deposited.
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来のCVD法による金属シリ
サイドの成膜方法では、被処理基板を載置するサセプタ
表面と被処理基板表面とが異なる材質であるため、金属
シリサイドの成長率が不安定となり、膜厚や比抵抗値等
のユニフォミティが著しく悪化するという問題があっ
た。(Problems to be Solved by the Invention) However, in the above-described metal silicide film forming method by the conventional CVD method, since the surface of the susceptor on which the substrate to be processed is mounted is different from the surface of the substrate to be processed, the metal silicide There is a problem that the growth rate becomes unstable, and the uniformity such as the film thickness and the specific resistance value is remarkably deteriorated.
この金属シリサイドの成長率が不安定となる原因につ
いて以下に説明する。The reason why the growth rate of the metal silicide becomes unstable will be described below.
例えば、第５図（ａ）に示すように、カーボングラフ
ァイトからなるサセプタ１にシリコン基板２を載置して
連続処理する場合では、サセプタ１上には前作業時にお
いてWSi2膜３がすでに形成されており、表面にWSi2膜３
が着膜されたサセプタ１上にシリコン基板２が当接され
た状態となっている。For example, as shown in FIG. 5 (a), when a silicon substrate 2 is placed on a susceptor 1 made of carbon graphite for continuous processing, a WSi 2 film 3 has already been formed on the susceptor 1 during a previous operation. WSi 2 film 3 on the surface
Is in contact with the silicon substrate 2 on the susceptor 1 on which is deposited.
一般に被処理基板表面やサセプタ表面等は、原料ガス
の触媒としても作用するため、上記状態即ち、シリコン
基板２表面の材質例えばポリシリコン膜４等とサセプタ
１上に前作業で形成されているWSi2膜３とが異なる物質
であると、これらシリコン基板表面とサセプタ表面とで
は原料ガスの反対速度に相違が生じる。Generally, the surface of the substrate to be processed, the surface of the susceptor, etc. also act as a catalyst for the source gas, and thus the above-mentioned state, that is, the material of the surface of the silicon substrate 2 such as the polysilicon film 4 and the WSi If the two films 3 are made of different materials, the opposite speed of the source gas will be different between the surface of the silicon substrate and the surface of the susceptor.
特に上述した状態では、ポリシリコン膜４に対してWS
i2膜３の方が触媒としての作用が大きいことから、処理
開始段階ではシリコン基板周縁部のWSi2膜の着膜量がシ
リコン基板中央部よりも多くなり、シリコン基板２上に
形成されるWSi2膜５のユニフォミティが悪化することに
なる。In particular, in the state described above, the WS
Since the i 2 film 3 has a greater effect as a catalyst, the amount of the WSi 2 film deposited on the peripheral portion of the silicon substrate becomes larger than that in the central portion of the silicon substrate at the start of processing, and the i 2 film 3 is formed on the silicon substrate 2. The uniformity of the WSi 2 film 5 will be deteriorated.
また、上記問題を解決するためにWSi2膜等の金属シリ
サイド膜を低温例えば360℃の処理温度下で成膜する方
法も考えられているが、このような低温処理により形成
したWSi2膜は、基板との密着性が悪く、またステップガ
バレージが悪化するという問題があった。さらには成膜
時間が非常に長くなり生産性の低下を招く等の多くの問
題があった。Further, although the metal silicide film such as WSi 2 film is considered a method of film formation under the processing temperature low example 360 ° C. In order to solve the above problems, WSi 2 film formed by such a low temperature process However, there has been a problem that the adhesion to the substrate is poor and the step coverage is deteriorated. In addition, there are many problems such as an extremely long film formation time and a decrease in productivity.
本発明方法は、上述した問題点を解決するためになさ
れたもので、ユニフォミティの良い成膜が可能で、しか
も成膜時間が短く生産性に優れた金属シリサイド膜の形
成方法を提供することを目的とするものである。The method of the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a method for forming a metal silicide film which is capable of forming a film with good uniformity, has a short film forming time, and is excellent in productivity. It is the purpose.
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の金属シリサイド膜の形成方法は、気密な処理
チャンバ内に設けられた載置台に載置された被処理基板
を加熱して、前記処理チャンバ内に原料ガスを導入する
ことにより、前記被処理基板に金属シリサイド膜を形成
する方法において、第１の処理温度で前記被処理基板上
に第１の金属シリサイド膜を形成する工程と、前記第１
の処理温度よりも高い第２の処理温度で前記第１の金属
シリサイド膜と同部材の第２の金属シリサイド膜を形成
する工程とを具備したことを特徴とするものである。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In the method for forming a metal silicide film according to the present invention, a substrate to be processed mounted on a mounting table provided in an airtight processing chamber is heated, and A method of forming a metal silicide film on the substrate to be processed by introducing a source gas into a processing chamber, wherein a step of forming a first metal silicide film on the substrate to be processed at a first processing temperature; The first
Forming the first metal silicide film and a second metal silicide film of the same member at a second processing temperature higher than the above processing temperature.
また、特許請求の範囲第２項記載の発明は、特許請求
の範囲第１項記載の金属シリサイド膜の形成方法におい
て、前記金属シリサイド膜は、WSi2、MoSi2、TiSi2のい
ずれかであることを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, in the method for forming a metal silicide film according to the first aspect, the metal silicide film is any one of WSi 2 , MoSi 2 , and TiSi 2. It is characterized by the following.
また、特許請求の範囲第３項記載の発明は、特許請求
の範囲第１項記載の金属シリサイド膜の形成方法におい
て、前記被処理基板はシリコン基板であり、前記原料ガ
スは、少なくともSiH4、WF6を含む混合ガスであり、前
記金属シリサイドはWSi2であることを特徴とするもので
ある。According to a third aspect of the present invention, in the method for forming a metal silicide film according to the first aspect, the substrate to be processed is a silicon substrate, and the source gas is at least SiH 4 , a mixed gas containing WF 6, wherein the metal silicide is characterized in that a WSi 2.
さらに、特許請求の範囲第４項記載の発明は、気密な
第１の処理チャンバ内に設けられた載置台に被処理基板
を載置して、第１の処理温度で導入された原料ガスによ
り前記被処理基板に第１の金属シリサイド膜を形成する
第１の工程と、前記第１の処理チャンバから前記被処理
基板を真空雰囲気に保持された真空ロードロック室を介
して第２の処理チャンバ内に搬送する第２の工程と、前
記第２の処理チャンバ内に設けられた載置台に前記被処
理基板を載置して、前記第１の処理温度よりも高い第２
の処理温度で導入された原料ガスにより前記被処理基板
に第２の金属シリサイド膜を形成する第３の工程とを具
備したことを特徴とするものである。Further, according to the invention described in claim 4, the substrate to be processed is mounted on a mounting table provided in an airtight first processing chamber, and the raw material gas introduced at the first processing temperature is used. A first step of forming a first metal silicide film on the substrate to be processed, and a second processing chamber from the first processing chamber via a vacuum load lock chamber holding the substrate to be processed in a vacuum atmosphere A second step of transporting the substrate into a second processing chamber, and placing the substrate to be processed on a mounting table provided in the second processing chamber, and setting a second processing temperature higher than the first processing temperature.
And a third step of forming a second metal silicide film on the substrate to be processed by using a source gas introduced at the processing temperature.
（作用） 本発明によれば、気密な処理チャンバ内に設けられた
載置台に載置された被処理基板を加熱して、前記処理チ
ャンバ内に原料ガスを導入することにより、前記被処理
基板に金属シリサイド膜を形成する方法において、第１
の処理温度で前記被処理基板上に第１の金属シリサイド
膜を形成する工程と、前記第１の処理温度よりも高い第
２の処理温度で前記第１の金属シリサイド膜と同部材の
第２の金属シリサイド膜を形成する工程とを具備するこ
とにより、ユニフォミティに優れた金属シリサイド膜を
形成することが可能となる。(Action) According to the present invention, the substrate to be processed is heated by heating the substrate to be mounted on the mounting table provided in the hermetic processing chamber and introducing the source gas into the processing chamber. The method of forming a metal silicide film on
Forming a first metal silicide film on the substrate to be processed at a processing temperature of; and forming a second metal of the same member as the first metal silicide film at a second processing temperature higher than the first processing temperature. And a step of forming a metal silicide film of (1), it is possible to form a metal silicide film having excellent uniformity.
（実施例） 以下、本発明方法をWSi2膜の成膜方法に適用した一実
施例について図を参照して説明する。(Example) An example in which the method of the present invention is applied to a method of forming a WSi 2 film will be described below with reference to the drawings.
反応容器内に配設された被処理物載置台例えばサセプ
タ11上には、連続処理のため、前処理時に着膜されたWS
i2膜12が形成されている。For a continuous treatment, a WS deposited on the workpiece mounting table, for example, the susceptor 11 disposed in the reaction vessel during the pretreatment.
i 2 film 12 is formed.
このようなサセプタ11に被処理基板例えば表面にポリ
シリコン13の形成されたシリコン基板14を配置した後、
反応容器内を所定の真空度を保持するようにして原料ガ
ス例えばSiH4＋WF6の混合ガスを導入する。このときの
処理温度は、低温度例えばシリコン基板14が360℃の温
度となるようにサセプタ11を加熱し、厚さが例えば900
ÅのWSi2膜15を形成する（以下、このWSi2膜を低温WSi2
膜と称する）。After arranging a substrate to be processed on such a susceptor 11, for example, a silicon substrate 14 on the surface of which a polysilicon 13 is formed,
A source gas, for example, a mixed gas of SiH 4 + WF 6 is introduced while maintaining a predetermined degree of vacuum in the reaction vessel. At this time, the processing temperature is low, for example, the susceptor 11 is heated so that the silicon substrate 14 has a temperature of 360 ° C.
A WSi 2 film 15 is formed (hereinafter, this WSi 2 film is formed at a low temperature WSi 2
Referred to as membrane).
こうして、低温WSi2膜15を成膜した後、一旦シリコン
基板14を図示を省略した搬送機構により反応室外例えば
真空ロードロック室へと搬出する。After the low-temperature WSi 2 film 15 is thus formed, the silicon substrate 14 is once carried out of the reaction chamber, for example, to a vacuum load lock chamber by a transfer mechanism (not shown).
この後、反応容器内を高温WSi2成膜処理雰囲気とし、
再びシリコン基板14を反応容器内に搬入する。そしてサ
セプタ11によりシリコン基板14を高温例えば680℃まで
昇温させた後、原料ガスとして例えばSiH2Cl2＋WF6ガス
等を反応容器内に導入して約１時間の成膜処理を行い、
厚さ2900ÅのWSi2膜16を形成する（以下、このWSi2膜を
高温WSi2膜と称する）。こうしてシリコン基板14上に厚
さ3800ÅのWSi2膜が形成される（第１図（ｂ））。After this, the inside of the reaction vessel was set to a high-temperature WSi 2 film formation processing atmosphere,
The silicon substrate 14 is carried into the reaction container again. Then, after the silicon substrate 14 is heated to a high temperature, for example, 680 ° C. by the susceptor 11, for example, SiH 2 Cl 2 + WF 6 gas or the like is introduced as a raw material gas into the reaction vessel to perform a film forming process for about 1 hour.
Forming a WSi 2 film 16 having a thickness of 2900 Å (hereinafter referred to as the WSi 2 layer and the high-temperature WSi 2 film). Thus, a WSi 2 film having a thickness of 3800 ° is formed on the silicon substrate 14 (FIG. 1B).
このように、シリコン基板14表面にまずサセプタ11表
面と同一物質の薄膜を形成しておくことで、本処理の際
に原料ガスとの反応が均等になり、均一な薄膜が得られ
る。By forming a thin film of the same material as the surface of the susceptor 11 on the surface of the silicon substrate 14 in this manner, the reaction with the raw material gas becomes uniform during the main treatment, and a uniform thin film can be obtained.
低温WSi2膜15は、サセプタ11の表面部材と同一の触媒
として作用するだけのいわゆる下地膜であればよいの
で、最終的に必要とされるWSi2膜厚よりも非常に薄いも
のでよく、従って、低温処理により薄くかつ均一な膜に
形成することがよい。Since the low-temperature WSi 2 film 15 may be a so-called base film that only acts as the same catalyst as the surface member of the susceptor 11, it may be much thinner than the finally required WSi 2 film thickness, Therefore, it is preferable to form a thin and uniform film by low-temperature treatment.
上述方法と従来方法との比較実験を行ったので第２図
にこの実験結果を示す。A comparison experiment between the above method and the conventional method was performed, and FIG. 2 shows the result of the experiment.
第２図（ａ）は本実施例方法による実験結果を示し、
第２図（ｂ）は従来の高温処理による成膜方法の実験結
果を示している。図中、半導体ウエハ14のＸ、Ｙ軸方向
に記載した数値は、夫々の部位のシート抵抗値（単位Ω
/cm2）を示している。また、実験に使用した半導体ウエ
ハ14は、５インチ径のシリコンウエハで、その表面にSi
O2膜が形成されているものを用いた。FIG. 2 (a) shows the experimental results obtained by the method of the present embodiment,
FIG. 2 (b) shows an experimental result of a conventional film forming method by high-temperature processing. In the figure, the numerical values described in the X and Y axis directions of the semiconductor wafer 14 are the sheet resistance values (unit: Ω) of each part.
/ cm 2 ). The semiconductor wafer 14 used in the experiment was a 5-inch diameter silicon wafer with a
The one on which an O 2 film was formed was used.
実験条件は次頁の通りである。 The experimental conditions are as follows.
この実験結果を以下の表にまとめた。 The results of this experiment are summarized in the following table.
このような比較実験による結果は、上記表および第２
図からあきらかなように、従来方法よりも膜厚のユニフ
ォミティが向上し、シート抵抗値が均一となった。また
実施例方法により決めたユニフォミティは、低温WSi2膜
成膜時のユニフォミティも考慮した数値であるので、低
温WSi2膜の均一性をさらに向上させるように成膜制御を
行えば、より均一性の向上が図れる。 The results of such a comparative experiment are shown in the above table and the second table.
As is apparent from the figure, the uniformity of the film thickness was improved and the sheet resistance became uniform as compared with the conventional method. The uniformity was determined by inventive method it is, because it is a value obtained by considering the uniformity at the low temperature WSi 2 film formation, by performing the film deposition control so as to further improve the uniformity of the cold WSi 2 film, more uniformity Can be improved.
尚、本実施例方法によれば、シリコン基板14上に夫々
膜質の若干異なる低温WSi2膜15と高温WSi2膜16とが形成
される訳であるが、後工程において、アニール処理する
ことにより、低温WSi2膜15が高温WSi2膜16中に拡散され
て均一化するので、膜質の相違による問題は発生しな
い。また、アニール処理後のWSi2膜は従来の高温処理に
よるWSi2と同等の膜質であるので、被処理基板との密着
性も従来方法のものと何ら変わりはなかった。According to the method of the present embodiment, a low-temperature WSi 2 film 15 and a high-temperature WSi 2 film 16 having slightly different film qualities are formed on the silicon substrate 14, respectively. Since the low-temperature WSi 2 film 15 is diffused into the high-temperature WSi 2 film 16 and made uniform, no problem occurs due to the difference in film quality. Further, since the WSi 2 film after the annealing treatment has the same film quality as WSi 2 by the conventional high-temperature treatment, the adhesion to the substrate to be processed was not different from that of the conventional method.
ところで、本発明方法を実現するCVD装置としては、
種々のものが考えられるが、例えば第３図に示すよう
に、真空ロードロック室21を中心に複数のチャンバを備
えたマルチチャンバ型CVD装置を使用する場合には、例
えば第１のチャンバ22をクリーニング処理用チャンバ、
第２のチャンバ23を低温WSi2膜成膜用チャンバ、第３の
チャンバ24を高温WSi2膜成膜用チャンバとして構成し、
被処理基板25を真空ロードロック室21を介してこれらチ
ャンバ22、23、24に順次移動させて処理を行えばよい。By the way, as a CVD apparatus for realizing the method of the present invention,
For example, as shown in FIG. 3, when a multi-chamber type CVD apparatus having a plurality of chambers around a vacuum load lock chamber 21 is used, as shown in FIG. Cleaning processing chamber,
The second chamber 23 is configured as a low-temperature WSi 2 film deposition chamber, and the third chamber 24 is configured as a high-temperature WSi 2 film deposition chamber;
The processing may be performed by sequentially moving the target substrate 25 to these chambers 22, 23, and 24 via the vacuum load lock chamber.
また、第４図に示すようなシングルチャンバ型CVD装
置を使用する場合には、被処理基板25の低温処理を終了
した後、被処理基板25をチャンバ31から真空ロードロッ
ク室32内へ一旦搬出させ、チャンバ31内を高温処理用の
雰囲気とした後、再び被処理基板25をチャンバ31内に搬
入して処理を行えばよい。When a single-chamber type CVD apparatus as shown in FIG. 4 is used, after the low-temperature processing of the substrate 25 is completed, the substrate 25 is once unloaded from the chamber 31 into the vacuum load lock chamber 32. Then, after the inside of the chamber 31 is set to the atmosphere for the high-temperature processing, the substrate 25 to be processed may be carried into the chamber 31 again to perform the processing.
尚、上記各装置による処理に際しては、いずれも搬送
中は真空雰囲気に保持されていることが望ましい。In the processing by each of the above-described devices, it is desirable that all of them are kept in a vacuum atmosphere during the transportation.
上述実施例では、金属シリサイド膜として、WSi2膜の
形成方法について説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えばMoSi2、TiSi2等の他の金属シリ
サイド膜の形成方法にも適用可能である。In the above embodiment, the metal silicide film has been described a method for forming a WSi 2 film, the present invention is not limited thereto, for example, MoSi 2, another method for forming a metal silicide film TiSi 2, etc. Is also applicable.
このように、本発明方法は、既存のCVD装置を用いて
も容易に適応可能であり、かつその適応した効果は大で
ある。As described above, the method of the present invention can be easily applied even by using an existing CVD apparatus, and the effect of the application is great.
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、被処理基板と
の密着性、ユニフォミティに優れた成膜が可能で、しか
も成膜時間が短く生産性に優れた金属シリサイド膜の形
成方法が実現できる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to form a metal silicide film having excellent adhesion to a substrate to be processed and excellent uniformity, and a short film formation time and excellent productivity. A forming method can be realized.
第１図は本発明の一実施例方法によるWSi2膜の成膜方法
を説明するための被処理基板の断面図、第２図は実施例
方法と従来方法との比較実験結果を示す図、第３図およ
び第４図は本発明方法を適用するCVD装置の例を示す
図、第５図は従来の成膜方法を説明するための被処理基
板の断面図である。 11……サセプタ、12……WSi2膜、13……ポリシリコン
膜、14……シリコン基板、15……低温WSi2膜、16……高
温WSi2膜。FIG. 1 is a cross-sectional view of a substrate to be processed for explaining a method of forming a WSi 2 film according to a method of an embodiment of the present invention, FIG. 3 and 4 show an example of a CVD apparatus to which the method of the present invention is applied, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a substrate to be processed for explaining a conventional film forming method. 11 ...... susceptor, 12 ...... WSi 2 film, 13 ...... polysilicon film, 14 ...... silicon substrate, 15 ...... cold WSi 2 film, 16 ...... hot WSi 2 film.
Claims (4)
に載置された被処理基板を加熱して、前記処理チャンバ
内に原料ガスを導入することにより、前記被処理基板に
金属シリサイド膜を形成する方法において、 第１の処理温度で前記被処理基板上に第１の金属シリサ
イド膜を形成する工程と、 前記第１の処理温度よりも高い第２の処理温度で前記第
１の金属シリサイド膜と同部材の第２の金属シリサイド
膜を形成する工程とを具備したことを特徴とする金属シ
リサイド膜の形成方法。A metal silicide film formed on the substrate by heating a substrate mounted on a mounting table provided in an airtight processing chamber and introducing a source gas into the processing chamber; Forming a first metal silicide film on the substrate to be processed at a first processing temperature; and forming the first metal at a second processing temperature higher than the first processing temperature. Forming a silicide film and a second metal silicide film of the same member.
iSi2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項記載の金属シリサイド膜の形成方法。2. The method according to claim 1, wherein the metal silicide film is made of WSi 2 , MoSi 2 , T
2. The method for forming a metal silicide film according to claim 1, wherein the method is one of iSi2.
記原料ガスは、少なくともSiH4、WF6を含む混合ガスで
あり、前記金属シリサイドはWSi2であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の金属シリサイド膜の形成
方法。3. The substrate to be processed is a silicon substrate, the source gas is a mixed gas containing at least SiH 4 and WF 6 , and the metal silicide is WSi 2. 2. The method for forming a metal silicide film according to claim 1.
載置台に被処理基板を載置して、第１の処理温度で導入
された原料ガスにより前記被処理基板に第１の金属シリ
サイド膜を形成する第１の工程と、 前記第１の処理チャンバから前記被処理基板を真空雰囲
気に保持された真空ロードロック室を介して第２の処理
チャンバ内に搬送する第２の工程と、 前記第２の処理チャンバ内に設けられた載置台に前記被
処理基板を載置して、前記第１の処理温度よりも高い第
２の処理温度で導入された原料ガスにより前記被処理基
板に第２の金属シリサイド膜を形成する第３の工程とを
具備したことを特徴とする金属シリサイド膜の形成方
法。4. A substrate to be processed is mounted on a mounting table provided in an airtight first processing chamber, and a first metal is deposited on the substrate by a source gas introduced at a first processing temperature. A first step of forming a silicide film; and a second step of transporting the substrate from the first processing chamber into a second processing chamber via a vacuum load lock chamber held in a vacuum atmosphere. Placing the substrate to be processed on a mounting table provided in the second processing chamber, and processing the substrate by a source gas introduced at a second processing temperature higher than the first processing temperature. And a third step of forming a second metal silicide film.
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- 1988-07-29 JP JP63190391A patent/JP2657305B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH0239528A (en) | 1990-02-08 |
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