JPH0417336A - 微細孔への金属穴埋め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基体上の絶縁膜に基板下地の一部を露出させ
るために設けた微細孔を金属の選択ＣｖＤ（化学蒸着）
によυ穴埋めする方法に係シ、特に十分な選択性の確保
と、良好な導通特性を両立して微細孔を金属で穴埋めす
るＯＫ好適な金属穴埋め方法に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩの高集積化に伴い、素子−配線間あるいは各配線
間を接続する配線設計の困難性が増大し、その解決手段
として多層配線が不可欠な技術となシ、下層配線と、絶
縁膜を介して設けた上層配線とを接続するために、必要
に応じて、絶縁膜に微細な導通孔（スルーホール）を設
け、該スルーホールを導体で穴埋めする方法がとられて
いる。スルーホールを穴埋めする方法としてはいくつか
の方法があるが、その中で、スルーホール径が微細な場
合にも穴埋め性の良好な方法として、金属（特にタング
ステン）の選択ＣＶＤが、実用化が最も期待されている
方法である。

Ｗの選択ＣＶＤは、２５０℃以上に加熱した試料上にフ
ッ化タングステン（ｗｒ４）ガスおよび水素（Ｈ２）ガ
スの混合ガスを導入、接触させて、下記いずれかの反応
によ）、下地金属（ここではＡＩ！の場合の例を示す）
上にタングステン（Ｗ）膜を成長させる方法である。

ＷＦ４＋２Ａｌ−＝Ｗ＋２ＡＩ！Ｆｉ　　・・・・・・
・・・（１）ＩＰ、＋３Ｈ２→Ｗ＋６ＨＦ’　　　　・
・・・・・・・・（２）８１０２等の絶縁膜上では、（
１）の反応は起こらず、また（２）の反応も７００℃以
下の温度では進行しないため、Ｗ＄Ａｊ上のみ選択成長
し、スルーホールの穴埋めが達成されるととになる。

Ｗの選択ＣＶＤＫ関する従来の技術は、ジャーナルオブ
エレクトロケミカル　ソサイアティ、第１３１巻（１９
８４年）１４２７頁から１４６３頁（Ｊ、　Ｂｉｃｔｒ
ｏｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、　１５１．　（１９８４）　ｐ
ｐ１４２７−１ｔ５Ｍ　）−？７’イ・エル・ニス・ア
イ、マルｆレベルインターコネクシｌン　コンファレン
ス、予稿集（１９８７年６月）１３２頁から１５７頁（
Ｐｒｏｃ、　ｏｆ　ＶＬ　ＳＩ　Ｍｕｌｔｉｘｅｖｅｌ
　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃ−ｔｉｏｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅ
ｎｃｅ　（Ｊｕｎｅ　１５−１６．１９８７　）　ｐｐ
１３２−１５７）等において論じられている。しかし、
これらに述べられている方法を用いても、ＡＪ配線上に
存在する酸化膜や（１）の反応で生成するＡｌ　Ｆｉと
いった絶縁物がスルーホール内でのＷとＡｌの界面に残
留し、スルーホール部において良好な導通を得ることが
困難であった。これを解決する方法として、ブイ・エル
・ニス・アイ、マルチレベルインターコネクタ１ン　コ
ンファレンス予稿集（１９８７年６月）２０８頁から２
１５頁（Ｐｒｏｃ、　ｏｆ　Ｖ　Ｌ　Ｓ　Ｉ　Ｍｕｌｔ
Ｌｌｅｖｅｌ　ＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎＣｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ　（Ｊｕｎｅ　１５−１６　、１９８７
　）　ｐｐ　２０Ｂ−２１５）に開示されているように
、基板温度を５８０℃以上に加熱して成膜する方法や、
東芝しビエー第４１巻１２号９８Ｂ頁から９９１頁に開
示されているように、Ａｌ上に薄い１ｔｏｓ１２膜を設
け（厚さ約５００１）ＡｌとＷの間にＭｏＳｉ□を介在
させることによＦ）ｋ１表面酸化膜中ＡＩ！Ｆ、が界面
に残らずＷを成膜する方法がある。

また、最近、還元ガスとしてＨ２の代わシに５ｉｎ４系
ガスを用いる方法が報告されている０例えば、ＥＣ９日
本支部第１回シンポジウム（１９８８年）「超ＬＳＩ用
ＣＶＤ技術」予稿集、第４８頁から第６５頁に記載され
ている。この方法を用いれば、基板加熱温度を２５０〜
６２０℃という低温下で高速成膜することができる。し
かし、この方法の場合３４０℃以上では選択性が失われ
、選択的に穴埋めすることはできない。

〔発明が解決しようとする課題〕 上述した従来技術においては、選択ＣＶＤによってＷを
成長させようとする下地金属表面の処理については十分
な配慮がなされていなかった。そノタメ、スルーホール
における導通が不十分となったシ、ホール部における導
通は良好であっても配線自体の抵抗が上昇する、あるい
はスルーホール下地の表面を清浄化するための処理を行
うことＫよシ酸化膜上にもＷが形成され、隣接するスル
ーホール間の短絡を生ずる等の問題があった。

すなわち、微細孔を形成した直後の下地金属表面は、微
細孔を設けるためＫｍｌ、たホトエツチングプロセスに
伴う汚染物が付着していた）、ハロゲン来のガスをエツ
チングガスとして用いているため防食旭理として積極的
に醗化膜（例えば下地金属が１’の場合Ａｌ２　Ｃ１ｓ
等）を形成しているため、清浄な金属面が露出しておら
ず、Ｗを成長させた後も下地金属とＷＯ界面に道通を低
下させる不純物が残留することになる。この界面に残留
する酸化物等は、Ｗを形成させる基板温度を３８０℃以
上にすること釦よＪ）ＷＦ’ｉ　のエツチング作用や加
熱時の膜中拡散等により低下し、良好な導通が得られる
場合もあるが、基板ごとく微細孔の下地表面状態が異な
ると、必ずしも再現性良く良好な導通が得られる訳では
ない、また、良好な導通が得られた場合でも、Ａｒスパ
ッタエツチングとＡｊのスパッタリング成膜の連続処理
で形成したＡｌ／Ａｌ！界面における導通抵抗に対し約
３〜１０倍と高くなる。このため、上述したＷ選択ＣＶ
Ｄによって形成されるＷ／Ａｌ界面の導通に再現性が得
られないことや導通抵抗が高くなることに対し、Ｕ上Ｋ
ＭｏＢ１膜を付けた（厚さ約５００λ）積層構造のＡＩ
！を下１の配線として用いる方法が提案された。すなわ
ち、微細孔底部の露出部をＡｊよりも酸化し難いＭｏ５
ｉｚ膜にすることにより界面の残留Ｏ（酸素）を低減さ
せ、さらに上記（１）式による蒸気圧の低い絶縁性０Ａ
ＩＰ、が界面で生成しないため、形成されたＷ　／　Ｍ
ｏ　９１ｚ／　Ａｌ界面の導通抵抗はＡｊ同士の導通抵
抗とほぼ同じと良好壜値になる。しかし、この方法で行
うＫは、Ｍｏ５ｉｌと１１の重ね膜の配線を形成する九
めのエツチングを必要とすることや、抵抗値の高いＭｏ
Ｓｉ２を用いるととによる配線抵抗の増大といった問題
が伴う。この抵抗増大は、Ｍｏ　Ｓｉ　！の膜厚がＡｊ
の膜厚と比べ極めて薄いため、ＤＲＡＭ−？ＳＲＡＭ等
Ｃ）ＭＯｊＬＥＪＩＣ）場合Ｉ／ｃＦｉ全く問題になら
女いが、高速性を売）物としているバイポーラや７４０
ＭＯ５等のＬＳＩにシいては少しの配線抵抗の増大であ
っても重要な問題となってくる。

一方、微細孔底部の下地にＡｊを用い、この下地表面を
清浄化（Ａｌ表面のＡ１２ｏｓ除去を含む）してからＷ
を穴埋めする方法も幾つか試みられている。下地表面を
清浄化する方法として、フッ酸（ＨＦ）あるいはフッ化
アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）等のフッ酸系溶液によるウェ
ットエツチング処理、またはｋｒ＋イオンによるスパッ
タエツチング処理がある。しかし、前者の場合、Ａｌ表
面酸化膜を十分除去するためには同時に絶縁膜のエツチ
ング４起こるためスルーホール径が拡がるという問題が
ある。さらに、洗浄乾燥時に再びＡｌ表面の酸化や腐食
が発生するといつ九問題も生ずる。また、彼者のスパッ
タエツチング処理は、下地表面を物理的に除去するため
、清浄な下地面を露出できる方法で、スパッタＡｌ膜の
多層配線における下地前処理法として用いられている。

しかし、この方法の場合、以下に述べるようにスパッタ
エツチングの際、絶縁膜も同時にスパッタエツチングさ
れることが原因で、下地前処理後の選択ＣＶＤにおいて
選択性が低下することが明らかとなった。絶縁膜がスパ
ッタエツチングされると元素のスパッタ収率の違いによ
り、絶縁膜の表層部の組成が変化する。例えば、　　５
ｉ０２膜では０原子の方が８１よりスパッタされ易いた
め、表層部はＥｉｉ　　リッチな組成となる。すなわち
、活性なＳ１原子が絶縁属表面に存在することになる。

この現象はＸ線電子分光法（ｘｐｓまた／ｆｉｉｓ　ｃ
＾）によシ調べられており、例えばジャーナルオプバキ
エームサイエンス　テクノロジー　Ａ５．５（１９８５
年）第１９２１頁から１９２８頁（Ｊ、　Ｖａｃ、　　
５ｃｉ−Ｔｅｃｈｎｏｘ、　Ａ　３　（５）　（１９８
５）　ｐｐ１９２１−１９２８）ヤジャーナルオプ　フ
ィジックス　デイ−ニアブライドフィジックス第２０巻
（１９８７）第１０９１頁から１０９４　（Ｊ、　Ｐｈ
ｙｓ、　Ｄ　：　Ａｐｐｌ、　Ｐｈ７日、２０（１９８
７）ｐｐ１０９１−１０９４　）　　において論じられ
ている。

このような条件で上述したＷ選択ＣＶＤを行うと、下記
反応によりＷの成長が進行するものと推定される。

Ｗ　Ｆ　ａ　＋　５　／　２　Ｓ　ｉ　−Ｗ　＋Ｓ　／
　２　Ｓｉ　ｉ　Ｆ　ａ　・・・・・・（３）従って、
５１０２上でもＷが成長し、選択性が低下するととｋな
る。このことは、Ｗ以外の選択ＣｖＤでも同様であり、
選択ＣＶＤは基板下地の各表面部での化学的活性の差を
利用しているため、成長して欲しくない部分、つまシ絶
縁膜表面がスパッタされ活性化すれば選択性は低下する
ことになる。絶縁膜上に金属が成長すると、隣接するス
ルーホールとの短絡の可能性が生じると共和、絶縁膜上
に形成された金属膜は剥離し易いため、基板上のごみと
なって残シ、歩留）低下を引き起こす。

このスパッタエツチングによる選択性低下を起こさない
ようにするため、ＮＦ杓ＣＦ４ｐ　Ｃ１ｘｐ　ＢＯ２等
のハロゲンガスあるいはハロゲン化合物ガスのプラズマ
によるケミカルエツチングでＡｌ表面の酸化膜を除去す
る方法がある。しかし、ＮＦ、　中ＣＦ、　　のフッ素
系のハロゲン化合物ガスを用いると、スルーホール下地
の＾１表面酸化ＪＩＯエツチングと同時にオーバーエッ
チ時に下地Ａｌがスルーホール側壁に付着して、その壁
のｗｏｃｖｐ時にその側壁部ＯＡｌを核としてＷが成長
して埋め込み形状が劣化するといった問題が生ずる。ｉ
九、Ｃ／、を用いた場合にはエツチング後に残留したＣ
Ｉ！がＡｌ！腐食を引き起こすとｂう問題が生ずる。さ
らにＢＣ／、を用いた場合には、スルーホール底部のＡ
ｌ表面上にＢが残留し、その後に成膜したＷとＡＩ！と
の界面の接着力を低下させ、’ｉｔ／ｋｌ界面部におい
て剥れが起こるという問題があった。

本発明の目的は、Ｗ選択ＣＶＤを代表とする選択（、／
ＤＫよる微細孔穴埋め法において、微細孔下地を清浄化
するための処理を行っても選択性が低下せず、埋込み形
状の劣化やＡｌ高腐食膜の創れといった創作用の生じな
い、良好な導通をもって良好な埋め込みが行える微細孔
への金属穴埋め方法を提供することｋある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、Ｗの選択ＣＶＤ忙よるスルーホールの埋め
込み方法において、 （１）基板上ｏ＃！！！縁膜表面の活性化を伴わない微
細孔底部下地表面の清浄化処理（表面識化物層等の除去
処理）と、 （２）ＷＦ、ガスと還元ガス（Ｈ２，ＳｉＨ４等のシラ
ン系ガスの単独あるいは混合ガス）ｔ−用いたＷの選択
ＣＶＤによる微細孔への金属穴埋め処理を順次行うこと
により達成される。

上記の処理のうち（１）に関しては、ＮＦｓ、ＣＦ４゜
ＣＨＦ、、ＳｉＦ２等のフッ素系のケミカルエツチング
用ガスと、Ｃ／、、Ｂｅ／いＣＣ／４．　Ｃ，ｔ’／、
　。

５ｉＣｊ、等の塩素系のケミカルエツチング用ガスを混
合して、その混合ガスの単独あるいはＡｒ等の不活性ガ
スに添加したガスのプラズマ処理によシ、絶縁膜表面の
活性化を伴うことなく微細孔底部の下地表面酸化膜の除
去を行うことができる。これが従来技術のように、　　
Ａｒガスのみのプラズマを用いてＡｒイオンによるスパ
ッタエッチを行った場合には、先に述べたように元素Ｏ
スパッタ収率の違いＫよシ、絶縁膜表層部が５ｉｌＪツ
チとなシ活性化されてしまうが、ハロゲンガスのプラズ
マでは、たとえ部分的に８１リツチになっても即座にハ
ロゲンイオンあるいはラジカルによ）Ｓｌ　リッチな部
分が除去され、最終的に絶縁膜表面が活性化されること
はない。むしろ、絶縁膜の成膜時に形成された欠陥等に
由来するＳｉ　リッチな活性部分が除去されること【よ
シ、Ｗ成膜時の選択性が処理し）い場合よりも向上する
。ただし、フッ素系単独のプラズマの場合には先に述べ
たように、Ｗ選択ＣＶＤ時に埋め込み形状の劣化が生じ
、塩素系単独のプラズマの場合にはＡｌ高腐食Ｗ／ｋｌ
界面部での膜の剥れが生ずるという問題があり、フッ素
系と塩素系を混合して用いることが、これらのハロゲン
プラズマによる副作用に対し有効である。

さらに、上記（２）のＷ選択ＣＶＤ処理については、選
択ＣＶＤ用としてセットアツプされたＣＶＤ反応容器内
でＷＦ、とＨ２あるいはＳｉＨ４等の還元ガスの混合ガ
スを加熱した基板上に導入する１段ＣＶＤ法を用いるこ
と、あるいはＷＦ、単独もしくはＡｒ等の不活性ガスで
希釈したガスを流した後、ＷＦ、　　と上記還元ガスを
加熱した基板上に導入する２段ＣＶＤ法を用いること、
またはＩＦ５とＨ２を流した談ＩＦ４と他の還元ガスを
流す２段以上のＣＶＤ法等を用いることによって達成さ
れる。還元ガスとしては、　Ｈ，、ＳｉＨ４゜５ｉ２Ｈ
，、ＢＨ，、ＰＨｓ等を単独あるいは組み合わせて用い
ることができる。

本発明で用いるケミカルエツチングガスのプラズマ処理
装置では、通常行われているように高周波（好ましくは
１０ｋＨｚ以上）でプラズマを発生させる。ただし、プ
ラズマを発生させた際、処理チャンバ壁等をスパッタし
、ウェハ上に金属汚染物が付着すると、その後のｗ−ｃ
ｖｎにおいて、それを核にＷが成長するため、選択性の
低下を招くことがある。したがって、プラズマ処理装置
トしては、高周波をブロッキングキャパシタを介して電
極に印加する時、基板が負に帯電するいわゆるカンード
カップリング方式とし、かつ、基板表面に近接し、金属
汚染源となる部分は石英板で覆うような構造とすること
が本発明の効果を発揮させる上で重要である。

〔作用〕

上述した、絶縁膜表面の活性化を伴わない微細孔底部下
地表面の清浄化処理は、ハロゲン系ガスプラズマによ）
物理的と化学的な両方の作用によって行うことが可能と
なる。この時、Ａｒ等の不活性ガスを混合させることに
よシ物理的なエツチングの効果（清浄化作用）を高める
ことができる。

過剰の不活性ガスに対し、微量のハロゲン系ガスの混合
ガスのプラズマであっても、プラズマ中のガスやイオン
との衝突等によシエネルギー移動が行われ、化学的なエ
ツチング作用は失われず、物理的表情浄化作用と絶縁膜
の安定化作用は同時に進行する。さらに、上記清浄化作
用を、以下の実験データによシ確認した。Ｓｉクエハに
、電子ビーム蒸着法によＪ）　ｋ１２０ｓ　（アルミナ
）膜を形成したサンプルを用い、Ａｌ２Ｏ，の初期膜厚
および各種ガスのプラズマ処理を行った後の膜厚をエリ
プソメータによ）１１１定し、各種ガスプラズマにおけ
るエツチングレートな調べた。実験データを第９図に示
す、Ａｒガス単独のプラズマであるＡｒスパッタエッチ
と、これに少量のＮＦ、ガス、あるいはＣＩ！２．　Ｂ
　Ｃ１ｓ　ガスを添加した混合プラズマとを比較すると
、同一圧力下でも添加した場合の方がＡｒガス単独より
もエツチングレートが大きくなる。これは、物理的な効
果に加えて化学的々効果が作用しているためと考えられ
る。特に、ＮＦｓを添加したＡｒ／ＮＦ、混合プラズマ
および、ＢＣ１！ｓを添加し九Ａｒ／ＢＣＩ、混合プラ
ズマでは、Ａｒスパッタエッチの約６倍とエツチングレ
ートが大きくなり、化学的な効果（ケミカルエツチング
）が支配的に作用していることがわかる。

また、微細孔底部下地材質がＡ７配線（微量の８１やＣ
ｕ等を含む場合もある）であり、清浄化処理に塩素系の
ハロゲンガスを用いると、Ｗ成膜後だ、基板を大気中に
取り出した際、大気中に含まれる水分と反応してＡｊ配
線を腐食させるようなｋｌｃｌ、等の物質が残留するこ
とＫなるが、塩素系にフッ素系のハロゲンガスを混合す
ると腐食を低減する作用がある。そもそも、上記清浄化
処理というのは、Ａノ配線上の汚染物やＡ７表面酸化膜
を除去するのが目的でありｋｌ配線をエツチングするこ
とは目的ではないが、塩素系のハロゲンガスを用いると
清浄なＡＩ！表面が出た後は、仮にプラズマを停止して
もＡＩ！のガスエツチングが進行し、腐食促進成分であ
るＡＪ　Ｒ，が生成してしまう。ところが、７ツ素系Ｏ
ハロゲ／ガスを添加すると清浄な＾１表面が出ても直ち
に極めて蒸気圧の低いｋｌＦ、が生成し、これが塩素系
ガスによるＡｌのガスエツチングのストッパとして作用
し、余分なＡＩＩＣｊ、を低減する。さらに、ＢＣｊ。

のようなＣｊ以外の元素を含む塩素化合物ガスを用いた
場合には、ＡＪ表面にＢが残留し、これがその後にｗ−
ｃｖｎで形成した１１７Ａｔ界面部において、Ｗとｈｐ
　ｏｍ着力を低下させ剥れが生ずるという問題がある。

ところが、フッ素のハロゲンガスを添加するとＢＦ、と
いうガスを形成するために％　Ａｊ表面にＢを残留させ
ず膜の剥れを生じさせなくする作用がある。

第１表は、各種ハロゲンガスの単独あるいは混合におけ
るプラズマエツチング後ＯＡ７表面性状を調べた結果を
示すものである。第１表において、成膜のラグタイム〔
秒（，６Ｃ））というのはプラズマ処理後のｗ　−ｃ　
ｖｐｖＣおけるＷ核が形成されるまでの時間を示し、ｋ
ｌｃｌ、等の揮発成分が多く表面に残留しているもの程
、あるいは核形成を阻害する物質が表面に多く存在して
いるもの程、長くなると考えられるが、塩素系にフッ素
を混合することによシラゲタイムが短縮される作用のあ
ることが分かる。さらく、各処理後の表面をＥＳＣＡで
分析した結果を示したが、サンプルをいったん大気中に
出しているため、はとんどＣＩ！は見られないが、フッ
素系ハロゲンガスを混合することによシ残留Ｂが減少す
る作用のあることが分かる。

しかし、余夛多く７１素系ハロゲンガスを添加すると、
ＩＦ、単独のプラズマエツチングの場合のように、多量
のＡ７　Ｆ、　（絶縁性）をＡｌ衣表面形成し、後述の
実施例においても述べるが、導通に悪影響を与えるため
好ましくない。

これらの前処理を行った後、ＷＦ６とＨ２あるいはＳ　
ｉ　Ｈ４等の還元ガスを用いた選択ＣＶＤを行うことに
よ）、絶縁膜上には全くＷを形成することなく微細孔底
部の下地上のみに、下地との反応あるいは還元ガスとの
反応によシＷが成長する。すなわち、選択ＣＶＤプロセ
スは微細孔のみを胃を埋め込み平坦比する作用を有する
。なお、本発明で用いる微細孔下地とは、　　Ａｌある
いはＡ７を主成分とする配線層、ノンドープおよびドー
ピングされたＳｉ層、ＭｏＳｉ、、　ＷＳｉ□、　Ｔｉ
Ｓｉ２．　ＰｔＳｉあるいはＴ１１等バリ７層で、ＷＦ
６が直接反応するか、あるいはその下地上で還元ガスが
吸着解離してＷＦ、を還元させるような下地すべてを指
している。また、絶縁膜とは、熱酸化膜、熱窒化膜。

ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、　　プラズマ酸化膜、プラズマ窒化
膜等の無機絶縁膜、あるいはＳＯＧ、ＰｒＱ等の有機絶
縁膜等ＬＳＩＫ使用されるすべての絶縁膜を指している
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、５つの場合に分は図面
を用いて説明する。先ず、本発明のスルーホールへのＷ
選択環め込み方法のうち、前処理としてＣＩ！、にＩＦ
、　を添加したガスのプラズマによるエツチング（以下
Ｃ／、　：　ＮＦｓ混合プラズマエッチと呼ぶ）を行っ
たものを（実施例１）Ｋ示す。

さらに同様に前処理としてＢ　Ｃｊ、にＮＦ、を添加し
たガスのプラズマによるエツチング（同様にＢＯ２，：
ＮＦ、混合プラズマエッチ）を行ったものを（実施例２
）に示す。また、Ｎｐ５　＋　Ｃ１２、Ｂｃｌ！５のそ
れぞれのハロゲンガスのプラズマによるエツチング（そ
れぞれ、上記と同様ＮＦ、プラズマエッチ、ＣＩ！２プ
ラズマエッチ、ＢＣｒ、プラズマエッチと呼ぶ）を行っ
たものを（比較例１〜５）に示す。

（実施例１） 第１図は、本発明におけるスルーホールへのＷ埋め込み
方法のうち、前処理としてＣ１２：ＮＦ、混合プラズマ
エッチを行った場合のプロセスフローを示す。第６図は
、本発明に用いた穴埋めの選択ＣＶＤ装置を示している
。第６図を参照しながら第１図に基づいて本実施例を説
明する。第６図のロードロック室１に基板９を設置した
後、ロードロック室１を真空排気する。１０−’　Ｔｏ
ｒｒ程度まで真空排気した後、同室内にあるランプヒー
タ（図示せず）で基板９を２００℃程度に加熱し、基板
９に付着した水分を蒸発させる。加熱中に、基板９から
の水分の蒸発によるロードロック室１内の圧力の上昇が
停止（約２分経過後）するのを確認した後、加熱を停止
し、ゲートパルプ４．　５を開放し、基板９をスパッタ
エッチ室３に基板搬送機構（図示せず）によシ搬送し設
置する。このスパッタエッチ室３は、あらかじめ１０−
”ｌ’ｏｒｒ程度までクライオポンプ（図示せず）によ
シ真空排気シておく。また、スパッタエツチング時の酸
化を生じさせないようにスパッタエッチ室３のリークレ
ートは１０−”ｆｏｒｒ　ＩＩ　／　／　Ｂｅ（！以下
に抑えておく必要があるが、この値は少々ければ少ない
程好ましい。このスパッタエッチ室３は、基板９だけを
清浄化し、スパッタエッチ室３内壁や電極８からの金属
汚染等が基板９に付着せぬように、基板側のカソード電
極８はカンードカツプリングとし放電中は基板側に負電
位のバイアスが印加され、放電中のイオンがスパッタエ
ッチ室３内壁を極カスバッタせずカソード電極８側にあ
る基板９だけをスパッタするように構成されている。ま
た、このカソード電極８には、基板９外周のカソード電
極８露出部からの金属汚染を極力抑えるため石英カバー
（図示せず）を設けている。基板９のスノくツタエッチ
宣３への搬入に伴うゲートパルプ５の開放によシ、スバ
ッメエッチ呈Ｓ内の圧力は若干上昇するが、基板９設置
後にゲートパルプ５を閉じると瞬時に元の圧力まで回復
する。これをｉｉ認した後、　Ａｒガスをスパッタエツ
チング室５に導入する。同時に、あらかじめＣ７２：　
ＮＦ、＝１　：　４に混合したガスをスパッタエツチン
グ１５に導入する０本実施例では単にガス導入の際に用
いるマス７０−コントローラ（図示せず）が一つしかな
かったために混合ガスを用いたが、２つのマスフローコ
ントローラを用いれば、混合比も１山に変化させること
が可能となる０本実施例におけるＣｊ２：　ＮＦｓ＝　
１　：　４という混合比の値は特に重大な意味がある訳
ではな（１：１０〜１：１であっても本実施例と同様の
効果があると考えられる。

次に、高周波電源１３ＩＣよシスバッタエッチ室３内の
カソード電極８に高周波電力を印加し、放電させＣＺｆ
ｆｉ：ＮＦ、混合プラズマを発生させる。所定時間の間
放電させた後、Ａｒガス、ＣＩ！２：ＮＦ’、混合ガス
の導入および高周波の印加を停止し、放電全停止する。

スパッタエツチング室３内の圧力が再び１０−７Ｔｏｒ
ｒ程度に回復したことを確認後、ゲートパルプ５を開け
、基板９をあらかじめ１Ｏ−５Ｔｏｒｒ以下に真空排気
しである成膜室２に基板搬送機構（図示せず）によシ搬
送する。基板９を成膜室２に搬送、設置した後、ゲート
パルプ５を閉じ、Ａｒを基板９裏面側に導入し、成膜室
２内の圧力が徐々に上昇し始めるのと同時にゲートパル
プ４を閉じ、Ａｒガスを成膜室２に導入する。成膜室２
において、基板９は基板加熱用ハロゲンランプ６によシ
石英窓１４を通して赤外線を受は所定温度まで加熱され
る。基板加熱用ハロゲンランプ６のパワーは、石英窓１
４と基板９裏面Ｏ間に設置された熱電対７、および７ツ
化カルシウム（Ｃａ　−Ｆ！　）窓１５を通して、基板
９表面から放射される赤外線をモニタして基板９温度を
測定できるように設置された赤外放射温度計１０によっ
てコントロールしている。また、成膜室２内壁は水冷し
、基板９面を除く成膜室２内壁の温度は基板９加熱時に
も実質的に成膜反応が進行しない十分な温度まで（約１
２０℃以下に）下げである。

基板９が所定温度まで加熱された後、　Ａｒに加えＷＦ
４とＳｉＨ４を導入し、Ｗを選択成長させる。

所定膜厚まで成長させた彼、Ａｒ、　　ＷＦ、、　　Ｓ
ｉＨ４の導入を停止すると共に、基板加熱用ランプ６を
消灯させ真空排気する　ゲートパルプ４を開は基板９を
ロードロック室ＩＫ搬送する。ゲートパルプ４を閉じｓ
　　’２を導入リークさせ同時に基板９を冷却させて、
ロードロック室１内圧力が大気に到達した後基板９を取
シ出し、Ｗの穴埋め処理を終了する。

上記プロセスにおける処理条件の一例を、他の実施例お
よび比較例と共に、第２表の（実施例１）の欄に示す、
なお、基板としては、第７図（ａ）。

（ｂ）、（ｃ）Ｋ示すごとく、８１基板２１上に形成し
たＡｌ配線２２上にプラズマＣＶＤ等によりＳ１０．膜
２３を成膜した彼、ホトエツチングによシラμｍ角の微
細孔（深さ１２μｍ）を多数個開ロさせ九テスト用基板
を用いた。第７図（ａ）に第１図の処理をする前の基板
の微細孔（スルーホール部）の拡大断面図を示す。第７
図（ａ）Ｋ−おいて、２１は８１基板、２２は下地Ｌ／
配線、２３はプラズマ５１０２膜、２４は開口部のＡＩ
！Ｉ！上の表面酸化膜である。第７図（１））にＣｊ２
：ＮＦ。

プラズマエッチ処理を行った後のスルーホール断面図を
示す、第７図（ｂ）においては、　第７図（＆）に見ら
れたＡｊ表面酸化膜２４は取シ除かれている。第７図（
Ｃ）にＷ埋め込み後のスルーホール断面図を示す。第７
図（Ｃ）においては、Ａｌ配線２２上に直接Ｗ膜２７が
成長し、スルーホールが埋込まれている。

次に１本発明におけるＷ膜による穴埋めを実施した基板
について、選択性および微細孔導通部のコンタクト抵抗
について評価した。これらの結果は、後述する他の実施
例および比較例の結果と合わせ第２表に示す０選択性に
ついては、１μｍ厚さにＷを埋め、鏡の倍率を２０００
倍にしたが、視界の中にはＷの粒子は全く観察されず、
選択性が極めて良好であることを確認した。また、導通
評価については、上記テスト用基板がＷ穴埋め後に上層
ＡＩ！Ｉ！を形成すると、４０００〜２０万個連ａスル
ーホールチェーンの直列抵抗が測定されるようになって
２シ、ＡＩ！配線配線抵抗引いた抵抗［をスルーホール
の数で割ったものを＊／ｋｌ界面部におけるコンタクト
抵抗とした。本実施例にオイては、α５０〜（Ｌ４５Ω
／　Ａｍ”　　とＡｌ／Ａｔ界面部のコンタクト抵抗の
約６〜１０倍と良好な値を示した。この値は、４７５℃
、９０分の熱処理後くおいてもほとんど変動がなかった
。

（実施例２） 上記実施例１と同一の装置、基板を用い、実施例Ｉにお
いて用い九Ｃ／、：ＮＦ、　　混合プラズマエッチの代
わシに、Ｂ　Ｃ１ｓ：　ＮＦ、混合プラズマエッチによ
ってＡＩ！Ｉ！酸化膜除去の前処理を行った以外はすべ
て実施例１と同じ条件で行った（第２表の実施例２参照
）０本実施例における金属穴埋め方法のプロセス７０−
を第２図に示す。本実施例においては、ＣＺ、の代わシ
にＢＯ２を用いた場合を比較するために行った０選択性
に関しては、実施例１と同様に極めて良好であった。さ
らに、実施例１ではＷ埋め込み直後には見つからなかっ
たＡｌの腐食が、３日後にパッド部分でわずかながら見
つかったのに対し、本実施例では、Ｗ埋め込み後３日間
経過してもＡＩ！Ｉ！は見つからなかった。また、導通
評価においても実施例１と同様に（Ｌ５０〜α４５Ω／
μｍ０と良好なコンタクト抵抗値を得た。

（比較例１） 上記実施例１と同一の装置、基板を用い、実施例１１Ｃ
おいて用い九ＣＩ！、　：　Ｎ　Ｆ、　混合プラズマエ
ッチの代わシに、ＮＦ５ガスのみのプラズマエッチによ
ってＡＩ！Ｉ！酸化膜除去の前処理を行った以外はすべ
て実施例１と同じ条件で行った（第２表の比較例１参照
）０本比較例におけるプロセス７０−を第３図に示す。

本比較例においては、ｃ４：ＮＦ、混合ガスの代わＪ）
！’ＣＮＦ’、ガスのみを用いた場合を比較する丸めに
行っ九６選択性に関しては実施例１と同様に極めて良好
であった。また、Ａ７腐食も５日間経過しても見つから
なかった。

しかし、導通評価において導通の取れたものに関しては
実施例１と同様の（１２７〜１４０Ω／ｄと良好なコン
タクト抵抗値を得たが、実施例１や実施例２に、おいて
歩留シがほぼ１００チに近い値が得られたのに対し、加
熱処理なしで５％以下、４７５℃、９０分の熱処理を行
っても２０９６程度の歩留りしか得られなかった。これ
は、先に第１表ＯＢ！９ＣＡによる表面分析結果で示し
たように、形成されたＷ／ｋｌ界面にＡｌ　Ｆ、が多量
に存在するためと考えられる。また、本比較例のみＷｏ
埋め込み形状において、他の実施例および比較例と異な
る結果が得られた。第８図は第７図と同様、スルーホー
ルＩＣＷが埋め込まれていくプロセスを示す模式図であ
る。第８図（、）は、第７図（、）ト同様、Ｗをスルー
ホールに埋め込む前の断面を示すものであるが、ＮＦ、
プラズマエッチにおいてスパッタされた下地のＡｊがリ
スバッタＡｌ２５としてスルーホール側壁に付着し〔第
８図（ｂ）〕、その後のＷの選択成膜において側壁に付
着したｄを核にしてＷ膜２６が側壁成長するプロセスを
示している〔第８図（Ｃ））、他の実施例および比較例
においては、プラズマ中のガスにＣｌを含んでいるため
、下地Ａｌがスルーホール側壁に付着すると同時にエツ
チングされ、結果的にＡｉ！の側壁付着は起こらない。

したがって、第８図（Ｃ）に示すようなＷの埋め込み形
状になることはない。

（比較例２） 上記実施例１と同一の装置、基板を用い、実施例１にお
いて用いたＣ／２：ＮＦ、混合プラズマエッチの代わシ
に、　ＣＩ！、ガスのみのプラズマエッチによってＡｌ
表面酸化膜除去の前処理を行った以外はすべて実施例１
と同じ条件で行った（第２表の比較例２参照）０本比較
例におけるプロセス７０−を第４図に示す。本比較例は
、ＣＩ！２：　ＮＦ、混合ガスの代わシにＣ１２ガスの
みを用いた場合を比較するために行った。選択性に関し
ては実施例１と同様、極めて良好であった。しかし、Ｗ
成膜直後にパッド部分において激しいＡ７腐食が観測さ
れた。さらに、導通評価において導通の取れたものに関
しても実施例１と比較してα８５〜ｔ２０Ω／賜口と２
倍程度のコンタクト抵抗値を示し、また歩留シも加熱処
理なしで５−以下、４７５℃。

９０分の熱処理を行っても２０チ程度しか得られなかっ
た。これは、上述したように、激しいＡｌ腐食が生じた
ためと考えられる。

（比較例５） 上記実施例１と同一の装置、基板を用い、実施例１にお
いて用い九Ｃ／、：ＮＦ、混合プラズマエッチの代わシ
に、ＢＣｊ、ガスのみのプラズマエッチに、よってＡＩ
！表面酸化膜除去の前処理を行った以外はすべて実施例
１と同じ条件で行った（第２表の比較例３参照）０本比
較例におけるプロセスフローを第４図に示す０本比較例
では、Ｃ／２：　ＮＦ。

混合ガスの代わシにＢ　ＣＩ！、ガスのみを用いた場合
を比較するために行った０選択性に関しては実施例１と
同様、極めて良好であった。　　Ａｌ高腐食３日間経過
しても見つからなかった。また、導通評価においても若
干実施例１よ）は高いものの、１４２〜ＩＩＬ５４Ω／
μｍ０と良好なコンタクト抵抗値を得た。しかし、パッ
ド部分、特に大きな面積（例えば１００ｘ１０Ｄμｍ口
以上）においてＷ／Ａｌ！界面でのＷの剥れが生じてい
るのが観察された。

以上、実施例１〜２と比較例１〜３を例示したが、実施
例１ＩＣおいてＷ埋め込み６日経過後にパッド部分で僅
かなＡｌ腐食が見られた以外は、コンタクト抵抗および
歩留、９．　Ａ７腐食、剥れ等の点を考慮すると、本発
明の有効性が確認できた。

なお、実施例１における買埋め込み５日経過後のパッド
部分ＡＩ！腐食は、Ｗ埋め込み後に素早く次のプロセス
を行うことにより解消されるものと考えられる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく、基板上の絶縁膜に基板下地
の一部を露出させるために設けた微細孔を、金属の選択
ＣＶＤによシ穴埋めする方法において、本発明の方法、
すなわち、選択ＣｖＤを施す前に上記基板下地を、あら
かじめフッ素系と塩素系のハロゲン混合ガスのプラズマ
によって、その表面酸化膜の除去を行い、上記プラズマ
処理後の下地金属を大気にさらすことなく、金属の選択
ＣＶＤ処理を施すことによって、選択性が良好で、かつ
Ａｌ腐食のなく、下地金属と穴埋め金属間の界面抵抗の
低い穴埋めを、埋め込み形状良く行うことができる。こ
のととくより、微ｍ接続孔の穴埋めが必要なＬＳＩや計
算機等の多層プリント板等の多層配線の信頼性を一段と
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第３図は本発明の実施例１〜２．比較例１〜５
において例示し九スルーホールまたはコンタクトホール
をＷで埋め込む時の選択ＣＶＤ１／ｃおけるプロセスフ
ローを示す模式図、第６図は本発明の実施例１で用い九
ＣＶＤ装置の構成を示す模式図、第７図（ａ）〜（ｃ）
は本発明の実施例１におけるスルーホールをＷで埋め込
む過程を示す模式図、第８図（＆）〜（Ｃ）は本発明の
比較例１に訃けるスルーホールをＷで埋め込む過程を示
す模式図、第９図はＡｒスパッタエッチ、Ａｒ／ＮＦ、
ｆｉ合プラズマ、　　ｋｒ／Ｃ１２混合プラズマおよび
Ａｒ　／　Ｂ　Ｃ１５混合プラズマによるＡＩ！酸化膜
（ｋ１２ｏ、ＦＩＮ　）のエツチングレートとプラズマ
への投入パワーとの関係を示すグラフである。 １・・・ロードロック室、　　２・・・成膜室、３・・
・スパッタエッチ室、４，５・・・ケートバルブ、６・
・・基板加熱用のハロゲンランプ ７・・・熱電対、　　　　　　８・・・カソード電極、
９・・・基板、　　　　　　１ｏ・・・赤外放射温度計
、１１　・ＷＦ、、　Ｈ，、ＳｉＨ４，Ｎ２ガス導入管
、１２−・・＾ｒｔ　ｃ／、　ｔ　Ｂ”’Ｓ　＊　ＮＰ
１５　ｅ　ｏ２ガス導入管、１３・・・高周波電源、　
　　１４・・・石英窓、１５・・・７ツ化カルシウム（
ｃａｙｚ）窓、２１・・・Ｓｉ基板、　　　　２２・・
・＾ｌ配線、２５・・・ＳｉＯ□膜、　　　　２４・・
・表面酸化膜、２５・・・リスバッタＡｌ、２６，２７
・・・Ｗ膜。 第 ５Ｌ￥１ 第 ４図 第 ′７０ 第 手 続 補 正 書 （自発） 第 口 事 件 の表示 昭和　　２ 年 特許願第 １９８０３号 発 明 の 名 称 微細孔への金属穴埋め方法 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上の絶縁膜に、該基板下地の一部を露出させる
   ために設けた微細孔を、金属の選択化学蒸着（ＣＶＤ）
   によって金属を穴埋めする方法において、 （１）上記基板上の絶縁膜表面の活性化を伴わない微細
   孔底部の下地表面の清浄化処理工 程と、 （２）金属の選択ＣＶＤによつて、上記微細孔に金属を
   穴埋めする工程とを、 順次実施するプロセスを含むことを特徴とする微細孔へ
   の金属穴埋め方法。 ２、請求の範囲第１項において、絶縁膜表面の活性化を
   伴わない微細孔底部の下地表面の清浄化処理が、少なく
   ともハロゲンガスもしくはハロゲン化合物ガスを含むガ
   スのプラズマ処理であることを特徴とする微細孔への金
   属穴埋め方法。 ３、請求の範囲第１項または第２項において、微細孔底
   部の露出した基板下地がＡｌまたはＡｌを主成分とする
   合金のうちのいずれかであって、上記微細孔底部の露出
   した基板下地の清浄化処理に用いるハロゲンガスもしく
   はハロゲン化合物ガスが、フッ素ガスまたはフッ素化合
   物ガスと、塩素ガスまたは塩素化合物ガスとの混合ガス
   であることを特徴とする微細孔への金属穴埋め方法。 ４、請求の範囲第１項、第２項または第３項において、
   フッ素化合物ガスがＮＦ＿５またはＣＦ＿４であり、上
   記塩素化合物ガスがＣｌ＿２またはＢＣｌ＿３であるこ
   とを特徴とする微細孔への金属穴埋め方法。 ５、請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項に
   おいて、基板を大気中にさらすことなく、基板上の絶縁
   膜表面の活性化を伴わない微細孔底部の下地表面の清浄
   化処理工程と、金属の選択ＣＶＤによつて、上記微細孔
   に金属を穴埋めする工程とを、連続して行うことを特徴
   とする微細孔への金属穴埋め方法。