JPH08283944A - Formation of high melting point metal silicide film - Google Patents
Formation of high melting point metal silicide filmInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置の配
線等に用いられる高融点金属シリサイド膜の形成方法に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a refractory metal silicide film used, for example, in wiring of a semiconductor device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＬＳＩの高集積化に伴い配線や接続孔の
微細化が進み、ＬＳＩの製造工程も複雑になってきた。
現在、ハーフミクロン以下のデザインルールを採用して
いるＬＳＩでは、コンタクト抵抗低減のための配線材
料、低抵抗で高耐熱性の配線材料として、高融点金属シ
リサイド膜が重要な材料として注目されている。この明
細書においては、高融点金属シリサイド膜としてチタン
シリサイド膜を例にして詳細に説明する。2. Description of the Related Art With the high integration of LSIs, the miniaturization of wirings and connection holes has progressed, and the manufacturing process of LSIs has become complicated.
At present, in LSIs adopting a design rule of half micron or less, a refractory metal silicide film is attracting attention as an important material as a wiring material for reducing contact resistance and a wiring material having low resistance and high heat resistance. . In this specification, a titanium silicide film will be described as an example of the refractory metal silicide film in detail.
【０００３】現在、チタンシリサイド膜の形成方法とし
ては、一般的にチタンシリサイドそのものをターゲット
にしたスパッタ法またはチタン（Ｔｉ）とシリコン（Ｓ
ｉ）をそれぞれ順次成膜し、チタンとシリコンとの２層
構造膜に熱処理を施すことによって、チタンとシリコン
とを反応させて、チタンシリサイド膜を形成するといっ
た方法が主流である。At present, as a method of forming a titanium silicide film, generally, a sputtering method targeting titanium silicide itself or titanium (Ti) and silicon (S) is used.
The mainstream method is to sequentially form i) and heat-treat the two-layer structure film of titanium and silicon to react titanium and silicon to form a titanium silicide film.
【０００４】さらに、最近チタンシリサイド膜の形成方
法として、急峻な段差や微細な接続孔にも対応できるＣ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法による成膜の開
発も進んできた。また、このＣＶＤ法には、半導体基板
の全面に堆積させる全面成膜法と、絶縁膜上に堆積させ
ずシリコン等の導体表面上にのみチタンシリサイド膜を
堆積させる選択成膜法とがある。Further, recently, as a method of forming a titanium silicide film, C which can cope with a steep step and a fine connection hole is used.
The development of film formation by the VD (Chemical Vapor Deposition) method has also progressed. In addition, this CVD method includes an overall film formation method of depositing on the entire surface of a semiconductor substrate and a selective film formation method of depositing a titanium silicide film only on a conductor surface such as silicon without depositing it on an insulating film.
【０００５】図５は従来のチタンシリサイド膜の形成の
ためのＣＶＤ装置の断面図である。この図において、１
は成膜チャンバー、２はこの成膜チャンバー１に配され
た排気口、３は成膜チャンバー１内に配され、半導体基
板であるシリコンウエハ４が支持されるサセプタ、５は
このサセプタ３下に配置され、このサセプタ３を介して
シリコンウエハ４を加熱するヒーターである。６は成膜
チャンバー１内に材料ガスであるハロゲン化高融点金
属、例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）ガスを供給する
ための第１の配管、７は成膜チャンバー１内に材料ガス
であるシランガス（ＳｉnＨ2n+2，ｎ＝１、２……）、
例えばモノシランガス（ＳｉＨ4）を供給するための第
２の配管、８は成膜チャンバー１内にキャリアガスであ
る不活性ガス、例えば窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａ
ｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等を供給するための第３の配管
である。FIG. 5 is a sectional view of a conventional CVD apparatus for forming a titanium silicide film. In this figure, 1
Is a film forming chamber, 2 is an exhaust port arranged in the film forming chamber 1, 3 is a susceptor arranged in the film forming chamber 1, and a silicon wafer 4 which is a semiconductor substrate is supported, and 5 is below the susceptor 3. The heater is arranged and heats the silicon wafer 4 via the susceptor 3. 6 is a first pipe for supplying a halogenated refractory metal, which is a material gas, such as titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas into the film forming chamber 1, and 7 is a silane gas which is a material gas into the film forming chamber 1. (Si n H 2n + 2, n = 1,2 ......),
For example, a second pipe for supplying monosilane gas (SiH 4 ), 8 is an inert gas as a carrier gas in the film forming chamber 1, such as nitrogen (N 2 ), argon (A
r), a third pipe for supplying helium (He) and the like.
【０００６】次に、上述したＣＶＤ装置を用いて、シリ
コンウエハ４上に選択成膜されたチタンシリサイド膜の
断面図を図６に示す。この図において、９はシリコンウ
エハ４上に形成された層間絶縁膜、１０はこの層間絶縁
膜９を貫通し、シリコンウエハ４に到達する開口部であ
る接続孔、１１は層間絶縁膜９の接続孔１０に面するシ
リコンウエハ４の表面に形成されたチタンシリサイド膜
である。Next, FIG. 6 shows a cross-sectional view of the titanium silicide film selectively formed on the silicon wafer 4 by using the above-mentioned CVD apparatus. In this figure, 9 is an interlayer insulating film formed on the silicon wafer 4, 10 is a connection hole which is an opening that penetrates the interlayer insulating film 9 and reaches the silicon wafer 4, and 11 is a connection of the interlayer insulating film 9. It is a titanium silicide film formed on the surface of the silicon wafer 4 facing the holes 10.
【０００７】上述したＣＶＤ装置を用いたチタンシリサ
イド膜の形成方法について説明する。シリコンウエハ４
を、まずヒーター５によって、約６００〜７５０℃に加
熱する。その後、第１の配管６および第２の配管７にそ
れぞれＴｉＣｌ4ガスおよびＳｉＨ4ガスが供給され、第
１および第２の配管６、７からシリコンウエハ４に向い
てＴｉＣｌ4およびＳｉＨ4ガスが吹き出される。このと
き、第１および第２の配管６、７より吹き出されたＴｉ
Ｃｌ4およびＳｉＨ4は、シリコンウエハ４上で気相化学
反応を起こし、チタンシリサイド膜１１が形成される。
このとき、第３の配管８には成膜チャンバー１内の状態
によって、不活性ガスが供給されることとなる。また、
選択成膜の際には層間絶縁膜９上に形成されずシリコン
ウエハ４上にのみチタンシリサイド膜１１が形成される
こととなる。A method of forming a titanium silicide film using the above-mentioned CVD device will be described. Silicon wafer 4
Is first heated to about 600 to 750 ° C. by the heater 5. Thereafter, each of the TiCl 4 gas and SiH 4 gas into the first pipe 6 and the second pipe 7 is supplied toward the silicon wafer 4 is TiCl 4 and the SiH 4 gas from the first and second pipes 6 Blown out. At this time, Ti blown out from the first and second pipes 6 and 7
Cl 4 and SiH 4 cause a vapor phase chemical reaction on the silicon wafer 4 to form the titanium silicide film 11.
At this time, the inert gas is supplied to the third pipe 8 depending on the state of the inside of the film forming chamber 1. Also,
During the selective film formation, the titanium silicide film 11 is formed only on the silicon wafer 4 without being formed on the interlayer insulating film 9.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】一般に表面反応を利用
しているＣＶＤ法においては、表面状態によって成膜特
性に差が出ることとなるが、上述したようにＴｉＣｌ4
ガスとＳｉＨ4ガスとを化学気相反応にてチタンシリサ
イド膜を選択成膜する方法においては、接続孔１０を介
してシリコンウエハ４の表面が大気に触れるとシリコン
ウエハ４表面に自然酸化膜が形成され、層間絶縁膜９と
シリコンウエハ４との表面の状態が似た状態となるの
で、選択性が低下することとなる。つまり、図６に示さ
れるように、所望する領域である接続孔１０に面するシ
リコンウエハ４上以外の領域、例えば層間絶縁膜９上お
よび接続孔１０の側壁等にチタンシリサイド膜１１が形
成されることとなる。Generally, in the CVD method utilizing the surface reaction, the film formation characteristics differ depending on the surface condition, but as described above, TiCl 4
In the method of selectively forming a titanium silicide film by a chemical vapor reaction of gas and SiH 4 gas, when the surface of the silicon wafer 4 comes into contact with the atmosphere through the connection hole 10, a natural oxide film is formed on the surface of the silicon wafer 4. Since the interlayer insulating film 9 and the silicon wafer 4 are formed so that the surface states thereof are similar to each other, the selectivity is lowered. That is, as shown in FIG. 6, the titanium silicide film 11 is formed on a region other than the silicon wafer 4 facing the connection hole 10 which is a desired region, for example, on the interlayer insulating film 9 and the sidewall of the connection hole 10. The Rukoto.
【０００９】従って、選択成膜の際、所望領域以外の領
域にチタンシリサイド膜が成膜されることによって、半
導体装置等に用いた場合、配線間等のショートが生じる
ため、製品の歩留まりが低下するという問題があった。Therefore, when the titanium silicide film is formed in a region other than the desired region during the selective film formation, when used in a semiconductor device or the like, a short circuit occurs between wirings and the like, so that the product yield is reduced. There was a problem of doing.
【００１０】また、上述した従来の形成方法にて成膜し
たチタンシリサイド膜においては、図７に示すように表
面モホロジーが良くないため、半導体装置等に用いた場
合、写真製版およびエッチングの際に、加工精度が低下
しデバイスの性能特性が劣化するという問題点があっ
た。Further, the titanium silicide film formed by the above-mentioned conventional forming method has a poor surface morphology as shown in FIG. 7, and therefore, when it is used in a semiconductor device or the like, it is used in photolithography and etching. However, there is a problem that the processing accuracy is lowered and the performance characteristics of the device are deteriorated.
【００１１】本発明は係る課題を解決するためなされた
もので、高融点金属シリサイド膜の表面モホロジーを改
善するとともに、選択成膜の際の選択性を向上させるこ
とができる高融点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。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is intended to improve the surface morphology of a refractory metal silicide film and to improve the selectivity in selective film formation. An object is to provide a forming method.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
高融点金属シリサイド膜の形成方法は、ハロゲン化高融
点金属ガスおよびシランガスからなる原料ガスを用い、
この原料ガスに水素とハロゲン元素とを構成元素として
含む化合物ガスを添加し、ＣＶＤ法により基板上に高融
点金属シリサイド膜を形成することを特徴とするもので
ある。A method for forming a refractory metal silicide film according to claim 1 of the present invention uses a source gas composed of a halogenated refractory metal gas and a silane gas,
A compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements is added to this source gas, and a refractory metal silicide film is formed on the substrate by a CVD method.
【００１３】本発明の請求項２記載の高融点金属シリサ
イド膜の形成方法は、ハロゲン化高融点金属ガスおよび
シリコンとハロゲン元素とを構成元素として含む化合物
ガスからなる原料ガスを用い、この原料ガスに水素とハ
ロゲン元素とを構成元素として含む化合物ガスを添加
し、ＣＶＤ法により基板上に高融点金属シリサイド膜を
形成することを特徴とするものである。A method of forming a refractory metal silicide film according to a second aspect of the present invention uses a source gas composed of a halogenated refractory metal gas and a compound gas containing silicon and a halogen element as constituent elements. A compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements is added to and a refractory metal silicide film is formed on the substrate by a CVD method.
【００１４】本発明の請求項３記載の高融点金属シリサ
イド膜の形成方法は、水素とハロゲン元素とを構成元素
として含む化合物ガスとともに水素ガスを原料ガスに添
加したことを特徴とするものである。The method of forming a refractory metal silicide film according to a third aspect of the present invention is characterized in that hydrogen gas is added to a source gas together with a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements. .
【００１５】本発明の請求項４記載の高融点金属シリサ
イド膜の形成方法は、シリコンとハロゲン元素とを構成
元素として含む化合物ガス、または水素とハロゲン元素
とを構成元素として含む化合物ガス、または水素とハロ
ゲン元素とを構成元素として含む化合物ガスおよび水素
ガスにより高融点金属シリサイド膜の形成面のクリーニ
ング処理を行った後、上記請求項１〜３のいずれかの方
法にて高融点金属シリサイド膜を形成するものである。In the method of forming a refractory metal silicide film according to a fourth aspect of the present invention, a compound gas containing silicon and a halogen element as constituent elements, a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements, or hydrogen. After performing a cleaning process on the surface on which the refractory metal silicide film is formed with a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements and hydrogen gas, the refractory metal silicide film is formed by the method according to any one of claims 1 to 3. To form.
【００１６】[0016]
【作用】本発明の請求項１記載の高融点金属シリサイド
膜の形成方法においては、ハロゲン化高融点金属ガスお
よびシランガスからなる原料ガスに、水素とハロゲン元
素とを構成元素に含む化合物ガスを添加することによっ
て、この化合物が基板の表面に形成された自然酸化膜と
反応し、自然酸化膜が除去され、清浄な基板面が露出さ
れることとなるため、成膜される高融点金属シリサイド
膜の表面モホロジーが改善されるとともに、選択成膜の
際の選択性が向上する。また水素とハロゲン元素とを構
成元素に含む化合物ガスによって高融点金属シリサイド
膜の凹凸をエッチングしながら堆積されるため、成膜さ
れた高融点シリサイド膜の表面モホロジーが向上する。In the method of forming a refractory metal silicide film according to claim 1 of the present invention, a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements is added to a source gas composed of a halogenated refractory metal gas and a silane gas. By doing so, this compound reacts with the natural oxide film formed on the surface of the substrate, the natural oxide film is removed, and the clean substrate surface is exposed. The surface morphology is improved and the selectivity at the time of selective film formation is improved. In addition, since the unevenness of the refractory metal silicide film is deposited by etching with a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements, the surface morphology of the formed refractory silicide film is improved.
【００１７】本発明の請求項２記載の高融点金属シリサ
イド膜の形成方法においては、ハロゲン化高融点金属ガ
スおよびシリコンとハロゲン元素とを構成元素として含
む化合物ガスからなる原料ガスに、水素とハロゲン元素
とを構成元素に含む化合物ガスを添加し、ＣＶＤ法にて
高融点金属シリサイド膜が形成される過程で、上記化合
物が基板の表面に形成された自然酸化膜と反応して、自
然酸化膜が除去されるとともに、シリコンとハロゲン元
素とを構成元素として含む化合物ガスが分解することに
よって、自然酸化膜と反応して、自然酸化膜が除去され
るため、さらに、清浄な基板面が露出されることとな
り、成膜される高融点金属シリサイド膜の表面モホロジ
ーが改善されるとともに、選択成膜の際の選択性が向上
する。In the method for forming a refractory metal silicide film according to claim 2 of the present invention, hydrogen and halogen are added to the source gas consisting of a halogenated refractory metal gas and a compound gas containing silicon and a halogen element as constituent elements. In the process of adding a compound gas containing an element and a constituent element and forming a refractory metal silicide film by the CVD method, the compound reacts with a natural oxide film formed on the surface of the substrate to form a natural oxide film. Is removed, and the compound gas containing silicon and a halogen element as constituent elements is decomposed to react with the natural oxide film, and the natural oxide film is removed, thereby further exposing a clean substrate surface. As a result, the surface morphology of the refractory metal silicide film to be formed is improved and the selectivity at the time of selective film formation is improved.
【００１８】さらに、本発明の請求項３記載の高融点金
属シリサイド膜の形成方法においては、水素とハロゲン
元素とを構成元素として含む化合物とともに水素ガスを
原料ガスに添加することによって、水素ガスは自然酸化
膜の除去反応の触媒のような働きをし、自然酸化膜の除
去効果を向上させるとともに、高融点金属シリサイド膜
の形成を促進する働きをする。Further, in the method for forming a refractory metal silicide film according to claim 3 of the present invention, hydrogen gas is added to a source gas together with a compound containing hydrogen and a halogen element as constituent elements, whereby It acts as a catalyst for the natural oxide film removal reaction, improves the natural oxide film removal effect, and promotes the formation of a refractory metal silicide film.
【００１９】また、本発明の請求項４記載の高融点金属
シリサイド膜の形成方法においては、成膜前にシリコン
とハロゲン元素とを構成元素として含む化合物ガス、ま
たは水素とハロゲン元素とを構成元素して含む化合物ガ
ス、または水素とハロゲン元素とを構成元素として含む
化合物ガスおよび水素ガスを流すことにより、基板上の
自然酸化膜が除去され、清浄な面が露出された後に、高
融点金属シリサイド膜が形成されるので、形成される高
融点金属シリサイド膜の表面モホロジーが改善されると
ともに、選択成膜の際の選択性が向上する。Further, in the method for forming a refractory metal silicide film according to claim 4 of the present invention, a compound gas containing silicon and a halogen element as constituent elements or hydrogen and a halogen element as constituent elements before film formation. By flowing a compound gas containing hydrogen gas, or a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements and hydrogen gas, the natural oxide film on the substrate is removed and a clean surface is exposed. Since the film is formed, the surface morphology of the formed refractory metal silicide film is improved and the selectivity at the time of selective film formation is improved.
【００２０】[0020]
実施例１．以下、本発明の実施例１について説明する。
図１は本発明のチタンシリサイド膜の形成方法に用いら
れるＣＶＤ装置の断面図である。この図において、１〜
８までは従来のものと全く同一であり、１２は水素とハ
ロゲン元素とを構成元素として含む化合物ガス、例えば
フッ化水素（ＨＦ）ガスを供給するための第４の配管で
ある。Example 1. Hereinafter, Example 1 of the present invention will be described.
FIG. 1 is a sectional view of a CVD apparatus used in the method for forming a titanium silicide film of the present invention. In this figure,
Up to 8 is completely the same as the conventional one, and 12 is a fourth pipe for supplying a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements, for example, hydrogen fluoride (HF) gas.
【００２１】上述したＣＶＤ装置を用いたチタンシリサ
イド膜の形成方法について以下説明する。チタンシリサ
イド膜のＣＶＤ装置における成膜条件の一例を以下に示
す。 ＴｉＣｌ4流量 ：２０〜２５ｓｃｃｍ ＳｉＨ4流量 ：２０〜２００ｓｃｃｍ ＨＦ流量 ：０．５〜１０ｓｃｃｍ 成膜温度 ：６００〜７５０℃ 成膜圧力 ：１０〜３０ＰａA method for forming a titanium silicide film using the above-mentioned CVD apparatus will be described below. An example of film forming conditions for a titanium silicide film in a CVD apparatus is shown below. TiCl 4 flow rate: 20 to 25 sccm SiH 4 flow rate: 20 to 200 sccm HF flow rate: 0.5 to 10 sccm Film formation temperature: 600 to 750 ° C. Film formation pressure: 10 to 30 Pa
【００２２】まずシリコンウエハ４をヒーター５によっ
て、約６００〜７５０℃に加熱し、その後それぞれ第１
の配管６に２０〜２５ｓｃｃｍのＴｉＣｌ4を、第２の
配管７に２０〜２００ｓｃｍｍのＳｉＨ4を、第４の配
管１２に０．５〜１０ｓｃｃｍのＨＦを供給し、シリコ
ンウエハ４に向けてＴｉＣｌ4、ＳｉＨ4、ＨＦを吹き出
させる。このとき、ＴｉＣｌ4およびＳｉＨ4は、シリコ
ンウエハ４の表面で気相化学反応を起こし、チタンシリ
サイド膜１１が形成される。このとき、第３の配管８に
は成膜チャンバー１内の状態によって不活性ガスである
Ｎ2が供給される。First, the silicon wafer 4 is heated by the heater 5 to about 600 to 750 ° C., and then the first wafer is heated.
20 to 25 sccm of TiCl 4 is supplied to the second pipe 7, 20 to 200 scmm of SiH 4 is supplied to the second pipe 7, and 0.5 to 10 sccm of HF is supplied to the fourth pipe 12, and TiCl 4 is directed toward the silicon wafer 4. 4 , SiH 4 , and HF are blown out. At this time, TiCl 4 and SiH 4 cause a vapor phase chemical reaction on the surface of the silicon wafer 4, and the titanium silicide film 11 is formed. At this time, N 2 which is an inert gas is supplied to the third pipe 8 depending on the state of the inside of the film forming chamber 1.
【００２３】上述したような成膜条件にて、チタンシリ
サイド膜１１を層間絶縁膜９に形成された接続孔１０に
よって露出されたシリコンウエハ４表面に選択成膜した
ものを、図２に示す。この図に示されるように、シリコ
ンウエハ４上に層間絶縁膜９を堆積し、エッチングによ
り接続孔１０を形成すると接続孔１０に面するシリコン
ウエハ４表面に自然酸化膜が形成されることとなるが、
チタンシリサイド膜の成膜過程において、原料ガスであ
るＴｉＣｌ4とＳｉＨ4とともに、ＨＦを添加すると、こ
の添加されたＨＦは接続孔１０に面するシリコンウエハ
４表面の自然酸化膜（ＳｉＯ2）と下記のような化学反
応を起こす。FIG. 2 shows a titanium silicide film 11 selectively formed on the surface of the silicon wafer 4 exposed by the connection holes 10 formed in the interlayer insulating film 9 under the above-described film forming conditions. As shown in this figure, when the interlayer insulating film 9 is deposited on the silicon wafer 4 and the connection hole 10 is formed by etching, a natural oxide film is formed on the surface of the silicon wafer 4 facing the connection hole 10. But,
In the process of forming the titanium silicide film, when HF is added together with TiCl 4 and SiH 4 which are the source gases, the added HF becomes a natural oxide film (SiO 2 ) on the surface of the silicon wafer 4 facing the connection hole 10. The following chemical reactions occur.
【００２４】[0024]
【化１】 Embedded image
【００２５】上記反応によって、シリコンウエハ４表面
の自然酸化膜が除去され、清浄なシリコンウエハ４表面
が露出することとなる。従って、層間絶縁膜９の表面と
接続孔１０に面するシリコンウエハ４表面との表面状態
の差が顕著となるため、選択性が向上し安定した選択成
膜を行うことができ、所望領域外の成膜を防ぐことがで
きるので、半導体装置に用いた場合において配線間のシ
ョートの発生を防ぐことができ、半導体装置の歩留まり
が向上する。By the above reaction, the natural oxide film on the surface of the silicon wafer 4 is removed and the clean surface of the silicon wafer 4 is exposed. Therefore, the difference in the surface state between the surface of the interlayer insulating film 9 and the surface of the silicon wafer 4 facing the connection hole 10 becomes remarkable, so that the selectivity is improved and stable selective film formation can be performed, so that the desired area outside Since it is possible to prevent the film formation, it is possible to prevent a short circuit between wirings when used in a semiconductor device, and the yield of the semiconductor device is improved.
【００２６】また、ＨＦは原料ガスのＳｉＨ4とも反応
し、ＳｉＦ、ＳｉＨＦ、ＳｉＨ2Ｆ等のハロゲン元素を
含んだ生成物を形成するが、このような生成物によって
も同様に自然酸化膜の除去が行われる。Further, HF also reacts with SiH 4 as a source gas to form a product containing a halogen element such as SiF, SiHF, SiH 2 F. The product likewise forms a natural oxide film. Removal is done.
【００２７】また、従来のように自然酸化膜が完全に除
去されていない状態においては、清浄なシリコンウエハ
が露出した領域においては、比較的容易に成膜が始まる
が、自然酸化膜が存在する領域においては成膜が開始さ
れないため、この自然酸化膜の状態を反映したような表
面モホロジーとなる。しかしながら、この実施例のよう
にＨＦによりシリコンウエハ４表面の自然酸化膜が完全
に除去された状態で成膜を開始することによって、成膜
の初期段階よりシリコンウエハ上に均一に成膜できるた
め、図２に示されるようにチタンシリサイド膜の表面モ
ホロジーが改善されることとなる。Further, in the state where the natural oxide film is not completely removed as in the conventional case, the film formation relatively easily starts in the region where the clean silicon wafer is exposed, but the natural oxide film exists. Since film formation is not started in the region, the surface morphology reflects the state of this natural oxide film. However, since the film formation is started in the state where the natural oxide film on the surface of the silicon wafer 4 is completely removed by HF as in this embodiment, the film can be uniformly formed on the silicon wafer from the initial stage of film formation. As shown in FIG. 2, the surface morphology of the titanium silicide film is improved.
【００２８】なお、ＨＦは成膜されたＴｉＳ2自身もエ
ッチングしてその凹凸を平滑化するので、一般に絶縁膜
上などに全面成膜した際にも、表面モホロジーが向上す
ることとなる。Since HF also etches the formed TiS 2 itself to smooth the unevenness, the surface morphology is generally improved even when the entire surface is formed on an insulating film or the like.
【００２９】実施例２．次に、本発明における実施例２
のチタンシリサイド膜の形成方法について説明する。先
の実施例１の形成方法と異なる点は、第４の配管１２に
水素とハロゲン元素とを構成元素と含む化合物と水素
（Ｈ2）との混合ガス、例えばＨＦと水素との混合ガス
を供給し、成膜チャンバー１内に原料ガスとともにＨＦ
とＨ2との混合ガスを添加した点である。Example 2. Next, Example 2 of the present invention
The method for forming the titanium silicide film will be described. The difference from the forming method of the first embodiment is that a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and a compound containing hydrogen and a halogen element as constituent elements, for example, a mixed gas of HF and hydrogen is supplied to the fourth pipe 12. HF supplied together with the source gas into the film forming chamber 1.
The point is that a mixed gas of H 2 and H 2 is added.
【００３０】上述したように原料ガスであるＳｉＨ4と
ＴｉＣｌ4にＨＦおよび水素を添加することによって、
実施例１と同様の効果が得られるとともに、水素は下記
に示すように、自然酸化膜とシリコンウエハ４表面のシ
リコンとが反応し、酸化シリコンとして自然酸化膜が除
去される反応の触媒のような働きをする。As described above, by adding HF and hydrogen to the source gases SiH 4 and TiCl 4 ,
In addition to obtaining the same effects as in Example 1, hydrogen acts as a catalyst for the reaction in which the natural oxide film reacts with the silicon on the surface of the silicon wafer 4 to remove the natural oxide film as silicon oxide, as shown below. Works well.
【００３１】[0031]
【化２】 Embedded image
【００３２】従って、ＨＦとともに原料ガスに添加され
る水素は、自然酸化膜の除去効果を促進することとな
る。Therefore, hydrogen added to the source gas together with HF accelerates the effect of removing the natural oxide film.
【００３３】また、チタンシリサイド膜の形成反応にお
いては、ＴｉＣｌ2の存在が重要であり、そのＴｉＣｌ2
は以下の反応にて形成される。[0033] In the reaction of forming the titanium silicide film, the presence of TiCl 2 is important, the TiCl 2
Is formed by the following reaction.
【００３４】[0034]
【化３】 Embedded image
【００３５】上述した反応に示されるように、ＴｉＣｌ
2の形成反応にはＨ2の解離で発生する２Ｈが必要となる
ため、Ｈ2を添加することによって、チタンシリサイド
膜の成膜速度が上昇する。従って、自然酸化膜の除去効
果を向上させるためにＨＦの流量を上げると、チタンシ
リサイド膜の成膜速度が減少するが、水素を添加するこ
とによって、チタンシリサイド膜の成膜速度を低下させ
ることなく、自然酸化膜の除去効果を促進できる。従っ
て、選択成膜の際に、実施例１と比較してさらに選択性
が向上する。As shown in the above reaction, TiCl
Since 2H generated by dissociation of H 2 is required for the formation reaction of 2 , addition of H 2 increases the film formation rate of the titanium silicide film. Therefore, if the flow rate of HF is increased in order to improve the effect of removing the natural oxide film, the film formation rate of the titanium silicide film decreases, but the addition of hydrogen reduces the film formation rate of the titanium silicide film. In addition, the effect of removing the natural oxide film can be promoted. Therefore, in the selective film formation, the selectivity is further improved as compared with the first embodiment.
【００３６】実施例３．本発明の実施例３であるチタン
シリサイド膜の形成方法に用いられるＣＶＤ装置の断面
を図３に示す。この図において、１３は原料ガスである
シリコンとハロゲン元素とを構成元素として含む化合物
ガス、例えばフルオロ系シランであるジフルオロシラン
（ＳｉＨ2Ｆ2）が供給される第５の配管である。Example 3. FIG. 3 shows a cross section of a CVD apparatus used in a method for forming a titanium silicide film which is Embodiment 3 of the present invention. In the figure, 13 is a fifth pipe to which a compound gas containing silicon as a raw material gas and a halogen element as constituent elements, for example, difluorosilane (SiH 2 F 2 ) which is a fluorosilane is supplied.
【００３７】上記のように構成されたＣＶＤ装置を用い
たチタンシリサイド膜の形成方法を示す。この実施例３
が、上述した実施例１と異なる点は、原料ガスとして実
施例１のＳｉＨ4流量と同程度の流量をＳｉＨ4の代わり
にＳｉＨ2Ｆ2を成膜チャンバー１内に流した点であっ
て、この成膜チャンバー１内でシリコンウエハ４上に吹
き出されたＴｉＣｌ4とＳｉＨ2Ｆ2ガスとは、シリコン
ウエハ４表面上で気相化学反応を起こして、チタンシリ
サイド膜１１が形成される。A method of forming a titanium silicide film by using the CVD apparatus configured as described above will be described. This Example 3
But the embodiment differs from the first described above, the SiH 4 flow rate and comparable flow rate of Example 1 as a raw material gas comprising a point of flowing the SiH 2 F 2 in the deposition chamber 1 instead of SiH 4 The TiCl 4 and SiH 2 F 2 gas blown onto the silicon wafer 4 in the film forming chamber 1 cause a vapor phase chemical reaction on the surface of the silicon wafer 4 to form a titanium silicide film 11.
【００３８】上述したように原料ガスとして、シラン系
ガスでなくフルオロ系シランを用いても、上記実施例１
と同様にチタンシリサイド膜を形成するとともに、ＨＦ
においては、シリコンウエハ上に形成された自然酸化膜
の除去が行われる。As described above, even if fluorosilane is used as the raw material gas instead of the silane gas, the above-mentioned Example 1 is used.
As well as forming a titanium silicide film,
In, the natural oxide film formed on the silicon wafer is removed.
【００３９】また、ＳｉＨ2Ｆ2においては、チタンシリ
サイド膜を形成する過程においてＨＦが生じるため、成
膜チャンバー１内のＳｉ濃度を低下させることなく、Ｈ
Ｆ濃度を上昇させることができるので、上記実施例１と
比較して、さらに自然酸化膜の除去効果が促進される。In SiH 2 F 2 , HF is generated in the process of forming the titanium silicide film, so that the Si concentration in the film forming chamber 1 is not lowered and
Since the F concentration can be increased, the effect of removing the natural oxide film is further promoted as compared with the first embodiment.
【００４０】また、上述したようにＨＦを加えず、Ｓｉ
Ｈ2Ｆ2と、ＴｉＣｌ4とのみによってチタンシリサイド
膜を形成する方法によっても、ＳｉＨ2Ｆ2より生じるＨ
Ｆ、またはハロゲン元素と水素とからなる化合物によっ
ても、わずかな選択性の向上が期待できるが、現在の技
術においては、高純度のＳｉＨ2Ｆ2が得にくく、さらに
ボンベ内でＳｉＨ2Ｆ2が分解して様々のサブフロライド
が生じるため、ＳｉＨ2Ｆ2のみでは効果の制御が困難で
あるがこの実施例で説明したように、ＨＦの流量、分圧
を直接制御することによって、制御性良く選択性および
表面モホロジーを効果的に向上させることができる。As described above, without adding HF, Si
Even when the titanium silicide film is formed only with H 2 F 2 and TiCl 4 , H generated from SiH 2 F 2
A slight improvement in selectivity can be expected even with F or a compound consisting of a halogen element and hydrogen, but with the current technology, it is difficult to obtain high-purity SiH 2 F 2 and further SiH 2 F 2 in a cylinder Since it is decomposed into various subfluorides, it is difficult to control the effect only with SiH 2 F 2. However, as described in this example, the flow rate and partial pressure of HF are directly controlled to improve the controllability. The selectivity and surface morphology can be effectively improved.
【００４１】また、この実施例３においても、実施例２
と同様にＨＦとともに水素を添加することによって、実
施例２と同様の効果が得られる。Also in this third embodiment, the second embodiment
By adding hydrogen together with HF in the same manner as above, the same effect as in Example 2 can be obtained.
【００４２】また、フルオロ系シランとして、ジフルオ
ロシラン（ＳｉＨ2Ｆ2）を用いた例を示したが、本発明
はこれに限るものでなく、モノフルオロシラン（ＳｉＨ
3Ｆ）、トリフルオロシラン（ＳｉＨＦ3）、テトラフル
オロシラン（ＳｉＦ4）、フルオロ系ジシラン（Ｓｉ2Ｈ
xＦy，ｘ＝０、１、２、３、４、５、６，ｙ＝６、５、
４、３、２、１、０）でもよいことは言うまでもない。Although an example of using difluorosilane (SiH 2 F 2 ) as the fluorosilane has been shown, the present invention is not limited to this, and monofluorosilane (SiH 2
3 F), trifluorosilane (SiHF 3 ), tetrafluorosilane (SiF 4 ), fluorodisilane (Si 2 H
x F y , x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, y = 6, 5,
Needless to say, it may be 4, 3, 2, 1, 0).
【００４３】さらに、水素とハロゲン元素とを構成元素
として含む化合物をしてフルオロ系シランだけでなく、
クロロ系シラン等でもよい。Further, a compound containing hydrogen and a halogen element as constituent elements is used to form not only fluorosilane but also
Chloro-based silane may be used.
【００４４】実施例４．本発明の実施例４のチタンシリ
サイド膜の形成方法について以下説明する。図４はこの
実施例４におけるＣＶＤ装置へのガス導入手順を示す図
である。この図において、横軸は時間（単位は任意）、
縦軸は各ガスのＯＮ、ＯＦＦを示す。この図に示される
ように、例えば実施例３に示した形成方法にてチタンシ
リサイド膜を成膜する直前に、前処理としてシリコンと
ハロゲン元素とを構成元素として含む化合物ガスのＳｉ
Ｈ2Ｆ2を例えば成膜時と同程度である２０〜２００ｓｃ
ｃｍの流量で、約１分間程度成膜チャンバー１内に供給
することによって前処理を行う。Example 4. A method of forming the titanium silicide film according to the fourth embodiment of the present invention will be described below. FIG. 4 is a diagram showing a gas introducing procedure to the CVD apparatus in the fourth embodiment. In this figure, the horizontal axis is time (unit is arbitrary),
The vertical axis shows ON and OFF of each gas. As shown in this figure, for example, immediately before the titanium silicide film is formed by the forming method shown in Example 3, as a pretreatment, Si of a compound gas containing silicon and a halogen element as constituent elements is used.
H 2 F 2 is, for example, 20 to 200 sc, which is about the same as that during film formation
The pretreatment is performed by supplying the film into the film forming chamber 1 at a flow rate of cm for about 1 minute.
【００４５】このように行われる前処理工程において
は、実施例３にて説明したようにＳｉＨ2Ｆ2によってシ
リコンウエハ４表面の自然酸化膜が除去され、成膜工程
前よりシリコンウエハ４表面と層間絶縁膜との表面状態
の差が顕著となるため選択成膜の際に、さらに選択性が
向上する。In the pretreatment process performed as described above, the natural oxide film on the surface of the silicon wafer 4 is removed by SiH 2 F 2 as described in the third embodiment, and the surface of the silicon wafer 4 is removed before the film formation process. Since the difference in the surface state from the interlayer insulating film becomes remarkable, the selectivity is further improved during the selective film formation.
【００４６】また、シリコンウエハ４上の自然酸化膜が
完全に除去された清浄な面に、成膜が行われることとな
るため、表面モホロジーが向上する。また、この前処理
は成膜チャンバー１内に成膜に必要な特定ガスを導入す
るだけであるので、工程数を増やすことなく上記効果が
得られる。Further, since the film is formed on the clean surface of the silicon wafer 4 from which the natural oxide film is completely removed, the surface morphology is improved. Further, since this pretreatment only introduces a specific gas required for film formation into the film formation chamber 1, the above effect can be obtained without increasing the number of steps.
【００４７】さらに、前処理工程に用いるガスとして、
シリコンとハロゲン元素とを構成元素して含む化合物の
みでなく、上述したように、水素とハロゲン元素とを構
成元素として含む化合物ガス、または水素とハロゲン元
素とを構成元素として含む化合物と水素との混合ガスを
流すことによっても同様の効果が得られる。Further, as the gas used in the pretreatment step,
Not only a compound containing silicon and a halogen element as constituent elements, but as described above, a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements, or a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements and hydrogen. The same effect can be obtained by flowing the mixed gas.
【００４８】また、前処理工程後のチタンシリサイド膜
の成膜工程については、実施例１〜３のいずれでも良い
ことは言うまでもない。Needless to say, the film formation process of the titanium silicide film after the pretreatment process may be any one of the first to third embodiments.
【００４９】さらに、この明細書においては、ハロゲン
化高融点金属としてＴｉＣｌ4を用いた例について説明
したが、高融点金属としてタングステン（Ｗ）、モリブ
デン（Ｍｏ）等のハロゲン化物を用いることによって、
タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド膜等の
他の高融点金属シリサイド膜の形成方法に用いることが
できることは言うまでもない。Further, in this specification, an example in which TiCl 4 was used as the halogenated refractory metal was described, but by using a halide such as tungsten (W) or molybdenum (Mo) as the refractory metal,
It goes without saying that it can be used for the method of forming another refractory metal silicide film such as a tungsten silicide film or a molybdenum silicide film.
【００５０】[0050]
【発明の効果】本発明の請求項１記載の高融点金属シリ
サイド膜の形成方法においては、ハロゲン化高融点金属
ガスおよびシランガスからなる原料ガスに、水素とハロ
ゲン元素とを構成元素として含む化合物ガスを添加する
ことによって、成膜された高融点金属シリサイド膜の表
面モホロジーが改善され、良好な膜が得られるという効
果を有するとともに、選択成膜の際の選択性が向上でき
るという効果を有する。In the method for forming a refractory metal silicide film according to claim 1 of the present invention, a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements in a source gas composed of a halogenated refractory metal gas and a silane gas. The addition of Al has the effect of improving the surface morphology of the formed refractory metal silicide film, resulting in an excellent film being obtained, and the effect of improving the selectivity in selective film formation.
【００５１】本発明の請求項２記載の高融点金属シリサ
イド膜の形成方法においては、ハロゲン化高融点金属ガ
スおよびシランとハロゲン元素とを構成元素として含む
化合物ガスからなる原料ガスに、水素とハロゲン元素と
を構成元素として含む化合物ガスを添加することによっ
て、成膜された高融点金属シリサイド膜の表面モホロジ
ーが改善され、良好な膜が得られるという効果を有する
とともに、選択成膜の際の選択性が向上できるという効
果を有する。In the method for forming a refractory metal silicide film according to claim 2 of the present invention, hydrogen and halogen are added to the source gas consisting of a halogenated refractory metal gas and a compound gas containing silane and a halogen element as constituent elements. By adding a compound gas containing the elements and as constituent elements, it has the effect of improving the surface morphology of the formed refractory metal silicide film, resulting in a good film, and the selection during selective film formation. It has the effect that the property can be improved.
【００５２】本発明の請求項３記載の高融点金属シリサ
イド膜の形成方法においては、原料ガスに水素とハロゲ
ン元素とを構成元素として含む化合物ガスとともに水素
ガスを添加することによって、さらに成膜された高融点
金属シリサイド膜の表面モホロジーが改善され、良好な
膜を得ることができるとともに、選択成膜の選択性がさ
らに向上するという効果を有する。In the method for forming a refractory metal silicide film according to claim 3 of the present invention, hydrogen gas is added to the raw material gas together with a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements to further form a film. In addition, the surface morphology of the refractory metal silicide film is improved, a good film can be obtained, and the selectivity of selective film formation is further improved.
【００５３】本発明の請求項４記載の高融点金属シリサ
イド膜の形成方法においては、成膜前にシリコンとハロ
ゲン元素とを構成元素として含む化合物ガス、または水
素とハロゲン元素とを構成元素して含む化合物ガス、ま
たは水素とハロゲン元素とを構成元素として含む化合物
ガスおよび水素ガスを前処理として導入することによっ
て、形成面にクリーニング処理が施された後、高融点金
属シリサイド膜が形成されるので、さらに成膜された高
融点金属シリサイド膜の表面モホロジーが改善され、良
好な膜を得ることができるとともに、選択成膜の選択性
がさらに向上するという効果を有する。In the method of forming a refractory metal silicide film according to claim 4 of the present invention, a compound gas containing silicon and a halogen element as constituent elements or hydrogen and a halogen element as constituent elements before film formation. By introducing a compound gas containing hydrogen or a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements and hydrogen gas as a pretreatment, the refractory metal silicide film is formed after the formation surface is cleaned. Further, the surface morphology of the formed refractory metal silicide film is improved, a good film can be obtained, and the selectivity of selective film formation is further improved.
【図１】 本発明の実施例１である高融点金属シリサイ
ド膜の形成方法に用いられるＣＶＤ装置の断面図であ
る。FIG. 1 is a cross-sectional view of a CVD apparatus used in a method for forming a refractory metal silicide film that is Embodiment 1 of the present invention.
【図２】 本発明の実施例１である高融点金属シリサイ
ド膜の形成方法にて形成された高融点金属シリサイド膜
の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a refractory metal silicide film formed by the method for forming a refractory metal silicide film that is Embodiment 1 of the present invention.
【図３】 本発明の実施例３である高融点金属シリサイ
ド膜の形成方法に用いられるＣＶＤ装置の断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view of a CVD apparatus used in a method for forming a refractory metal silicide film that is Embodiment 3 of the present invention.
【図４】 本発明の実施例４を説明するためのＣＶＤ装
置へのガス導入手順を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a gas introduction procedure into a CVD apparatus for explaining a fourth embodiment of the present invention.
【図５】 従来のＣＶＤ装置の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a conventional CVD apparatus.
【図６】 従来の高融点金属シリサイド膜の断面図であ
る。FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional refractory metal silicide film.
【図７】 従来の高融点金属シリサイド膜の断面図であ
る。FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional refractory metal silicide film.
１ 成膜チャンバー、４ シリコンウエハ、１１ チタ
ンシリサイド膜。1 deposition chamber, 4 silicon wafer, 11 titanium silicide film.
Claims (4)
ガスからなる原料ガスを用い、この原料ガスに水素とハ
ロゲン元素とを構成元素として含む化合物ガスを添加
し、ＣＶＤ法により基板上に高融点金属シリサイド膜を
形成することを特徴とする高融点金属シリサイド膜の形
成方法。1. A source gas composed of a halogenated refractory metal gas and a silane gas is used, a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements is added to the source gas, and a refractory metal silicide is deposited on a substrate by a CVD method. A method of forming a refractory metal silicide film, which comprises forming a film.
ンとハロゲン元素とを構成元素として含む化合物ガスか
らなる原料ガスを用い、この原料ガスに水素とハロゲン
元素とを構成元素として含む化合物ガスを添加し、ＣＶ
Ｄ法により基板上に高融点金属シリサイド膜を形成する
ことを特徴とする高融点金属シリサイド膜の形成方法。2. A raw material gas comprising a halogenated refractory metal gas and a compound gas containing silicon and a halogen element as constituent elements, and a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements is added to the raw material gas. , CV
A method of forming a refractory metal silicide film, which comprises forming a refractory metal silicide film on a substrate by the D method.
含む化合物ガスとともに水素ガスを原料ガスに添加した
ことを特徴とする請求項１または２記載の高融点金属シ
リサイド膜の形成方法。3. The method for forming a refractory metal silicide film according to claim 1, wherein hydrogen gas is added to the source gas together with a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements.
して含む化合物ガス、または水素とハロゲン元素とを構
成元素として含む化合物ガス、または水素とハロゲン元
素とを構成元素として含む化合物ガスおよび水素ガスに
より高融点金属シリサイド膜の形成面のクリーニング処
理を行った後、請求項１〜３のいずれかに記載の形成方
法にて高融点金属シリサイド膜を形成することを特徴と
する高融点金属シリサイド膜の形成方法。4. A compound gas containing silicon and a halogen element as constituent elements, a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements, or a compound gas containing hydrogen and a halogen element as constituent elements and hydrogen gas. A refractory metal silicide film is formed by the method according to any one of claims 1 to 3 after cleaning the surface on which the refractory metal silicide film is formed. Method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8803995A JPH08283944A (en) | 1995-04-13 | 1995-04-13 | Formation of high melting point metal silicide film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8803995A JPH08283944A (en) | 1995-04-13 | 1995-04-13 | Formation of high melting point metal silicide film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08283944A true JPH08283944A (en) | 1996-10-29 |
Family
ID=13931690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8803995A Pending JPH08283944A (en) | 1995-04-13 | 1995-04-13 | Formation of high melting point metal silicide film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08283944A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6177149B1 (en) | 1997-12-24 | 2001-01-23 | Tokyo Electron Limited | Method of forming titanium film by CVD |
| US6225213B1 (en) | 1997-01-23 | 2001-05-01 | Nec Corporation | Manufacturing method for contact hole |
| KR20040011874A (en) * | 2002-07-31 | 2004-02-11 | 삼성전자주식회사 | Method of forming conductive film and forming contact using the same |
| US7968463B2 (en) | 2006-05-25 | 2011-06-28 | Renesas Electronics Corporation | Formation method of metallic compound layer, manufacturing method of semiconductor device, and formation apparatus for metallic compound layer |
-
1995
- 1995-04-13 JP JP8803995A patent/JPH08283944A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6225213B1 (en) | 1997-01-23 | 2001-05-01 | Nec Corporation | Manufacturing method for contact hole |
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| KR20040011874A (en) * | 2002-07-31 | 2004-02-11 | 삼성전자주식회사 | Method of forming conductive film and forming contact using the same |
| US7968463B2 (en) | 2006-05-25 | 2011-06-28 | Renesas Electronics Corporation | Formation method of metallic compound layer, manufacturing method of semiconductor device, and formation apparatus for metallic compound layer |
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