DE3709066A1

DE3709066A1 - Verfahren zum erzeugen eines duennen metallfilms durch chemisches aufdampfen

Info

Publication number: DE3709066A1
Application number: DE19873709066
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Matsuda; Iwao Kunishima
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1987-10-01
Also published as: US4923715A; DE3709066C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines (einer) hochschmelzenden Metallfilms oder -schicht hoher Güte auf einer Substratoberfläche nach dem chemischen Aufdampf- bzw. CVD-Verfahren.

In neuerer Zeit sind dünne, hochschmelzende Metallfilme als feines metallisches Verdrahtungsmaterial für Schalt kreise hoher Integrationsdichte eingeführt worden. Die Gruppe der hochschmelzenden Metalle umfaßt Ti, W, Mo und Ta. Obgleich sich die folgende Beschreibung beispiel haft auf Wolfram bezieht, ist die Erfindung gleichermaßen auf andere hochschmelzende Metalle anwendbar.

Für die Erzeugung eines dünnen W-Films wird ein Gaspha senaufwachsen nach dem CVD-Verfahren angewandt, wobei z. B. WF₆ und H₂ als gasförmige Ausgangsmaterialien ein gesetzt werden. Die Gasphasenreaktion bei dieser Technik läuft nach folgendem Schema ab:

WF₆ + 3 H₂ → W + 6 HF

Es ist darauf hinzuweisen, daß bei dieser Gasphasenre aktion der W-Film kaum auf einem (einer) Isolierfilm oder -schicht, z. B. einer SiO₂-Schicht, zum Aufwachsen ge bracht werden kann, weil offensichtlich die Isolier schicht keine geeignete katalytische Fläche zur Förderung der Gasphasenreaktion bietet, und zwar im Gegensatz zu einer eine katalytische Fläche darstellenden Metall- oder Halbleiter(ober)fläche. Hieraus folgt, daß es möglich ist, einen dünnen W-Film selektiv nur auf vorbestimmten Bereichen einer Substratoberfläche zu erzeugen; dies er möglicht die Ausbildung eines feinen W-Verdrahtungsmu sters ohne die Notwendigkeit für einen Muster- oder Bild erzeugungsschritt. Diese spezielle Technik ist als selek tives CVD-Verfahren bekannt.

Die Erzeugung eines dünnen W-Films nach dem genannten CVD-Verfahren ist jedoch mit einem ernstlichen Problem verbunden. Insbesondere ist dabei die Selektivität der W-Filmerzeugung nicht vollkommen. Wenn nämlich das Gas phasenaufwachsen über eine lange Zeit hinweg bei einer Reaktionstemperatur (oder Substrattemperatur) von mehr als 400°C durchgeführt wird, wird W in geringem Maße auch auf der Isolierschicht selbst abgelagert. Insbeson dere dann, wenn die Isolierschicht aus z. B. SiO₂ be steht, reagiert vermutlich in der unter Hochtemperatur bedingungen stattfindenden Gasphasenreaktion erzeugtes HF mit dem SiO₂ unter Bildung von SiF, auf dem sich W leicht niederschlagen kann, wodurch die Selektivität der W-Filmerzeugung beeinträchtigt wird. Die genannte Reak tion läuft wie folgt ab:
SiO₂ + 4 HF → SiF₄ + 2 H₂0

Wenn dagegen eine Verdrahtungsschicht aus einem dünnen W-Film auf einem Halbleitersubstrat nach z. B. dem selekti ven CVD-Verfahren erzeugt wird, ist die Behandlungszeit für die einzelnen Plättchen kurz. Die Beeinträchtigung der Selektivität bei den einzelnen Plättchen ist daher vergleichsweise gering, weil jedes Plättchen jeweils durch ein neues Plättchen ersetzt wird.

CVD-Geräte (d. h. Geräte zur Durchführung des CVD-Ver fahrens) werden über einen langen Zeitraum hinweg laufend benutzt. Bei z. B. einem CVD-Gerät des Diffusionsofen typs setzen sich daher die Ablagerung von W an der Innen wand eines Reaktionsrohrs aus Quarz (SiO₂) über einen längeren Zeitraum hinweg fort. Wenn nämlich das CVD-Ver fahren über einen langen Zeitraum hinweg durchgeführt wird, schlagen sich feine W-Teilchen hauptsächlich an der Innenwand(fläche) des Reaktionsrohrs nieder. Diese abgelagerten feinen W-Teilchen bilden dabei die oben ge nannte katalytische Fläche für das W-Aufwachsen, die an schließend eine schnelle Ablagerung von W zur Folge hat. Die Aufwachsmenge oder -geschwindigkeit des W-Films auf der Halbleiteroberfläche verringert sich schnell propor tional zur W-Ablagerungsmenge an der Innenwand des Re aktionsrohrs. Hieraus folgt, daß es unmöglich ist, einen W-Film unter Hochtemperaturbedingungen schnell zu erzeu gen. Zudem kann auch die Dicke des W-Films nicht kontrol liert werden. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich daraus, daß die an der Innenwand des Reaktionsrohrs ab gelagerten W-Teilchen nur schwach an dieser Wandfläche haften, so daß sie bestrebt sind, sich während des Dampf phasenaufwachsvorgangs von dieser Wandfläche zu lösen, um dann auf das Substrat herabzufallen. Als Ergebnis treten teilchenförmige Fehler auf bzw. in dem auf dem Substrat gezüchteten Film auf. Diese Fehler oder Defekte stellen offensichtlich ein ernsthaftes Problem dar, das gelöst werden muß, um ein feines Schaltungsmuster in ei nem Schaltkreis hoher Integrationsdichte herstellen zu können.

Die geschilderen Schwierigkeiten ergeben sich nicht nur beim Diffusionstyp-CVD-Gerät, sondern auch bei einem als Kaltwandtyp bezeichneten CVD-Gerät aus rostfreiem Stahl, bei dem sich W-Teilchen auf der Oberfläche des rostfreien Stahls selbst niederschlagen könnten. Beim Kaltwandtyp CVD-Gerät wird daher die Wand des Reaktionsraums gekühlt, um die Ablagerung von W an dieser Wand zu verhindern. Eine Trageeinrichtung, auf der ein Substrat montiert ist, ist jedoch mit einem Heizelement zum Erwärmen des Sub strats auf eine Temperatur, bei der die Dampfphasenauf wachsreaktion stattfinden kann, versehen; infolgedessen schlagen sich W-Teilchen auf der Oberfläche der Trage einrichtung nieder. Bei einem anderen Kaltwand-CVD-Gerät wird das auf der Trageeinrichtung montierte Substrat durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlung durch ein Fenster im Reaktinsraum hindurch erwärmt. Dabei werden teilwei se auch die Trageeinrichtung und die Innenwand des Re aktionsraums mit Infrarotstrahlung bestrahlt und dabei erwärmt, so daß sich W auf ihnen niederschlägt. Aus vor stehenden Ausführungen ergibt sich, daß die CVD-Geräten des Diffusionsofentyps eigenen Schwierigkeiten, wie deut liche Herabsetzung der W-Film-Aufwachsgeschwindigkeit, auch beim Kaltwand-CVD-Gerät gegeben sind.

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung eines dün nen, hochschmelzenden Metallfilms, z. B. eines W-Films, auf einer Substratoberfläche nach dem CVD-Verfahren und bezweckt die Schaffung eines Verfahrens zur wirksamen bzw. wirtschaftlichen Erzeugung eines solchen Films ei ner hohen Güte, wobei bei diesem Verfahren die Ablagerung des hochschmelzenden Metalls an der Innenwand(fläche) des Reaktionsraums auch dann vermieden werden soll, wenn der Aufdampfvorgang über einen langen Zeitraum hinweg wiederholt durchgeführt wird.

Dies wird bei einem Verfahren zum Erzeugen eines dünnen, hochschmelzenden Metallfilms auf einer Oberfläche eines in einem CVD-Reaktionsrohr befindlichen Substrats durch chemisches Aufdampfen (CVD) erfindungsgemäß dadurch er reicht, daß die Innenwand des CVD-Reaktionsrohrs und die Oberfläche mindestens eines Teils der darin angeordneten Einbauteile während der Aufdampfbehandlung mit einem Me tallnitridfilm bedeckt oder überzogen sind bzw. werden.

Die erwähnten Einbauteile oder auch Anschlußteile (fittings) umfassen z. B. eine Tragstange, Leitplatten und ein Quarz-Schiffchen für die Verwendung in einem Diffusionsofen-CVD-Gerät sowie eine Trageeinrichtung für die Verwendung in einem Kaltwand-CVD-Gerät.

Erfindungsgemäß wird ein Metallnitridfilm auf z. B. der Innenwand(fläche) des Reaktionsrohrs des CVD-Geräts durch Einführung eines N-haltigen Gases, z. B. gasförmigen Ammoniaks, in den Reaktionsraum erzeugt. Dabei wird das Reaktionsrohr erwärmt, um auf dem gewünschten Teil der Metalloberfläche eine Nitridbildung zu ermöglichen. Wahl weise kann ein Metallnitridfilm auf der gewünschten Ober fläche durch chemisches Aufdampfen mittels eines metall haltigen Gases und eines N-haltigen Gases abgelagert wer den. In diesem Fall sollte das im Ausgangsmaterialgas enthaltende Metall zweckmäßig einen hohen Schmelzpunkt besitzen und (auch) für die Erzeugung eines dünnen Films auf dem Substrat benutzt werden.

Der resultierende Metallnitridfilm liegt in Form einer Zwischengitterlegierung vor, in welcher Stickstoffatome in das Metallkristallgitter eingelagert sind. Das stöchio metrische Molverhältnis zwischen den das Metallnitrid bildenden Metall- und Stickstoffatomen ist daher unbe stimmt. Im Fall von z. B. Wolframnitrid enthalten die Verbindungen W₂N, WN usw., die kollektiv mit der Formel WN_X bezeichnet sind. In der folgenden Beschreibung wird auf W₂N als typisches Wolframnitrid Bezug genommen, doch bezieht sie sich auch auf Wolframnitride anderer chemi scher Formeln. Wie erwähnt, liegt das Nitrid aus einem den dünnen Film bildenden hochschmelzenden Metall in Form einer Zwischengitterlegierung vor. Folglich ist ein dün ner Film aus einer beliebigen Nitridart elektrisch leit fähig.

Erfindungsgemäß wird im voraus auf der Innenfläche z. B. eines Quarz-Reaktionsrohrs ein Metallnitridfilm er zeugt. Dies hat zur Folge, daß an der Innenwand des Re aktionsrohrs abgelagerte Teilchen einen hochschmelzenden Metalls mit dem dünnen Metallnitridfilm überzogen werden. Erfindungsgemäß durchgeführte Versuche haben belegt, daß es für W-Teilchen schwierig ist, sich bei der selektiven Erzeugung eines W-Films auf einem Substrat nach dem CVD- Verfahren unter Verwendung eines Gasgemisches aus WF₆ und H₂ sowohl auf einem Metallnitridfilm als auch auf einem SiO₂-Film niederzuschlagen. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß eine unerwünschte Ablagerung eines neuen Metallfilms an der Innenwand des Reaktionsrohrs usw. un terdrückt, so daß sich ein Verbrauch des gasförmigen Aus gangsmaterials an der Innenwand der Reaktionsröhre ver hindern läßt. Gleichzeitig kann auch eine Korrosion der Innenwand durch das gasförmige Reaktionsprodukt verhin dert werden. Folglich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die schnelle und genaue Erzeugung eines ge wünschten hochschmelzenden Metallfilms auf einem Sub strat auch unter Hochtemperaturbedingungen. Es ist fer ner zu beachten, daß die sich z. B. an der Innenwand des Reaktionsrohrs ablagernden Metallteilchen durch den Me tallnitridfilm bedeckt sind oder werden, so daß weiteres Wachstum verhindert wird. Gleichzeitig wird auch ein Herabfallen des Metallfilms von der Innenwand des Re aktionsrohrs verhindert, wodurch die Erzeugung eines dün nen Films hoher Güte und ohne teilchenförmige Fehler oder Defekte ermöglicht wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei gt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines chemischen Aufdampf- oder CVD-Geräts zur Durchführung ei nes Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 2A und 2B schematische Darstellungen zur Verdeut lichung eines Verfahrens gemäß einer Ausfüh rungsform der Erfindung für die Erzeugung ei nes dünnen Films,

Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen der erfindungs gemäß erzielten Wirkungen im Vergleich zum Stand der Technik und

Fig. 5A bis 5C und 6A bis 6C Schnittansicht zur bei spielhaften Erläuterung der Anwendung des tech nischen Grundgedankens gemäß der Erfindung auf ein selektives CVD-Verfahren.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein in Fig. 1 dargestelltes Diffusionsofen-CVD-Ge rät eingesetzt, das gemäß Fig. 1 ein Quarz-Reaktionsrohr 1, ein außerhalb des letzteren angeordnetes Heizelement 2 zum Beheizen der Reaktionszone im Inneren des Rohrs 1, eine Vakuumpumpe 8 sowie mit dem Reaktionsrohr 1 ver bundene Gaszufuhr-Systeme 3-6 umfaßt. Die Gaszufuhr von den Systemen 3-6 zum Reaktionsrohr 1 wird mit Hil fe von Ventilen 11-14 geregelt. Gemäß Fig. 1 sind mehrere Substrate 9, auf denen dünne Filme erzeugt wer den sollen, auf einem im Reaktionsrohr 1 befindli chen Quarz-Schiffchen 10 gehaltert. Weiterhin sind in dem Reaktionsrohr 1 eine nicht dargestellte Quarztrage einrichtung zum Einführen und Herausführen des Schiff chens 10 in das bzw. aus dem Reaktionsrohr 1, eine nicht dargestellte Quarz-Leitplatte zur Egalisierung der Tem peraturverteilung usw. eingebaut.

Nach dem CVD-Verfahren wird mittels des Geräts nach Fig. 1 auf die in den folgenden Beispielen beschriebene Weise ein dünner Wolframfilm erzeugt.

Beispiel 1

Nach dem Reinigen des Quarz-Reaktionsrohrs 1 wird das Quarz-Schiffchen 10, auf dem mehrere Substrate 9 gehal tert sind, in die Reaktionszone des Reaktinsrohrs 1 ein gebracht (vgl. Fig. 1). Die Reaktionszone wird sodann auf 350-600°C erwärmt und anschließend mittels der Vakuumpumpe 8 evakuiert. Wenn der Druck in der Reaktions zone auf 13,33-133,322 Pa (0,1-1,0 Torr) reduziert worden ist, werden von den Gaszufuhr-Systemen 3 bzw. 4 her gasförmiges WF ₆ und gasförmigs H₂ eingeleitet. Un ter diesen Bedingungen wird gemäß Fig. 2A ein W-Film 21 einer Dicke von z. B. 0,1-1,0 µm durch Aufwachsen aus der Gasphase auf jedem Substrat 9 erzeugt. Dabei lagern sich W-Teilchen auch, wenn auch in einem sehr geringen Maße, an der Innenwand(fläche) des Reaktionsrohrs 1, am Schiffchen 10, an der Quarz-Tragstange, der Wärme-Leit platte usw. unter Ausbildung eines W-Films 15 an ihnen ab.

Nach Erzeugung des W-Films 15 wird durch Schließen der Ventile 11 und 12 die Gaszufuhr von den Gaszufuhr-Systemen 3 und 4 her beendet. Wenn sich die in dem Reaktionsrohr 1 herrschende Temperatur verringert hat, wird vom Gas zufuhr-System 5 her gasförmiges Ar in das Reaktionsrohr 1 eingeleitet. Sodann wird das Schiffchen 10, nach dem Abnehmen der Substrate 9 von ihm, gemäß Fig. 2B wieder in das Reaktionsrohr 1 eingebracht, wonach die Reaktions zone evakuiert und erneut auf 350-1000°C erwärmt wird. Unter diesen Bedingungen wird z. B. 30 min lang gasför miges Ammoniak (NH₃) vom Gaszufuhr-System 6 her in das Reaktionsrohr 1 eingeleitet. Hierdurch werden die an der Innenwand des Reaktionsrohrs 1, der Oberfläche des Schiffchens 10 usw. abgelagerten feinen W-Teilchen zu Schichten aus Wolframnitrid (W₂N) nitridiert.

Wenn sodann wieder W-Filme auf anderen Substraten erzeugt werden sollen, brauchen das Reaktionsrohr 1 und das Schiffchen 10 nicht im voraus gewaschen bzw. gereinigt zu werden. Vielmehr genügt es, das dies andere (neuen) Substrate tragende nitridierte Schiffchen 10 in die Re aktionsröhre 1 einzubringen und anschließend den W-Film erzeugungsvorgang und den Nitridiervorgang, wie oben be schrieben, durchzuführen.

Beispiel 2

Im obigen Beispiel 1 wird ein Wolframnitridfilm 22 durch Nitridierbehandlung unter Verwendung von gasförmigem Ammoniak erzeugt. Wahlweise kann jedoch, wie nachstehend beschrieben, ein Wolframnitridfilm unmittelbar nach dem CVD-Verfahren erzeugt werden.

Insbesondere wird dabei auf die in Beispiel 1 beschrie bene Weise ein W-Film 21 auf dem Substrat 9 erzeugt. Im vorliegenden Beispiel wird jedoch nach der Erzeugung des W-Films 21 gasförmiges WF₆ zusammen mit dem gasförmigen Ammoniak in das Reaktionsrohr eingeleitet, um die ge wünschte CVD-Reaktion für die Ablagerung von W₂N statt finden zu lassen. Dabei entsteht ein W₂N-Film 22 auf den Oberflächen der Innenwand des Reaktionsrohrs 1 und des Schiffchens 10. Wie im Fall von Beispiel 1 ist dabei der W-Film 21 mit dem W ₂-Film 22 überzogen.

Für die Erzeugung von weiteren W-Filmen auf anderen Sub straten brauchen, wie im Fall von Beispiel 1, das Re aktionsrohr 1 und das Schiffchen 10 nicht vorher gewaschen zu werden. Vielmehr genügt es, das die erwähnten anderen Substrate tragende nitridierte Schiffchen 10 in das Re aktionsrohr 10 einzubringen und die beschriebenen W-Film erzeugungs- und Nitridiervorgänge durchzuführen.

Beispiel 3

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, nach der Erzeugung des W-Films 21 einen W₂N-Film 22 auszubilden, ohne daß die Substrate 9 aus dem Reaktionsrohr 1 entfernt zu wer den brauchen. In diesem Fall wird auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 zunächst der W-Film 21 auf dem Substrat 9 erzeugt. Anschließend wird gemäß Beispiel 1 oder 2 fort laufend der W₂N-Film 22 erzeugt, während sich die Sub strate 9 noch in dem Reaktionsrohr 1 befinden. Nach die sem Beispiel ist es mithin möglich, ein Schichtgebilde aus dem W-Film 21 und dem W₂N-Film 22 auf dem (jedem) Substrat 9 zu erzeugen.

Wie sich aus obigen Beispielen 1 bis 3 ergibt, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Wolframnitridfilm auf der Innenfläche des Reaktionsrohrs 1 usw. erzeugt; auf diese Weise wird es möglich, in wiederholten Filmer zeugungsvorgängen jeweils eine hohe Ablagerungsgeschwin digkeit für den W-Film auf den Substraten 9 aufrechtzu erhalten. Beim bisherigen Verfahren verringert sich da gegen die Ablagerungsgeschwindigkeit des W-Films auf dem (jedem) Substrat mit steigender Zahl der Filmerzeugungs vorgänge (oder im Zeitverlauf) deutlich.

Fig. 3 veranschaulicht diesbezüglich die zeitabhängige Änderung der W-Ablagerungsgeschwindigkeit bei 600°C nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Zum Vergleich veranschau licht Fig. 3 auch bisherige Verfahren ("Stand der Tech nik"), bei denen die W-Ablagerung ohne den Nitridier schritt durchgeführt wird. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, nimmt die Ablagerungsgeschwindigkeit im Fall der bishe rigen Verfahren nach mehr als 4 W-Film-Ablagerungsvor gängen (von jeweils 1 h) auch dann schnell ab, wenn die Umsetzung bei 350°C durchgeführt wird. Dabei nimmt die Ablagerungsgeschwindigkeit ersichtlicherweise ab etwa dem fünften Ablagerungsvorgang bis auf etwa die Hälfte der anfänglichen Größe ab. Wenn beim bisherigen Verfah ren die Reaktionstemperatur auf 600°C eingestellt wird, kann die anfängliche Ablagerungsgeschwindigkeit nur 2 h lang aufrechterhalten werden, während sie nach etwa 2,5 h auf Null abfällt, so daß die Filmerzeugung unmög lich wird. Erfindungsgemäß kann dagegen der Anfangsgröße auch nach dem 20. Ablagerungs- bzw. Aufdampfvorgang auf eine Größe innerhalb von 5% unterdrückt werden.

Fig. 4 veranschaulicht die Änderung der mittleren Abla gerungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Reaktions temperatur für sowohl das erfindungsgemäße Verfahren als auch das bisherige Verfahren ("Stand der Technik"). Er sichtlicherweise fällt beim bisherigen Verfahren die Ab lagerungsgeschwindigkeit bei Überschreiten einer Reaktions temperatur von 400°C (stark) ab. Es wird angenommen, daß dabei die folgende Reaktion

SiO₂ + 4 HF → SiF₄ + 2 H₂O

stattfindet, welche die Ablagerung oder den Niederschlag von W an der Innenwand des Quarz-Reaktionsrohrs begün stigt und damit zur erwähnten verringerten Ablagerungs geschwindigkeit führt.

Erfindungsgemäß erhöht sich dagegen die mittlere Ablage rungsgeschwindigkeit auch bei Erhöhung der Reaktionstempe atur auf 700°C im wesentlichen gleichmäßig, weil der Aufdampfvorgang stattfindet, während die Innenwand des Reaktionsrohrs mit einer W ₂N-Schicht überzogen ist.

Das Verfahren gemäß den vorstehend beschriebenen Beispie len ermöglicht ferner die Erzielung eines W-Films hoher Güte mit einer niedrigen Dichte an teilchenförmigen Feh lern oder Defekten, weil die an der Innenwand des Re aktionsrohrs abgelagerten W-Teilchen an einem Herabfal len gehindert sind. Wenn beispielsweise der Aufdampfvor gang bei einer Reaktionstemperatur von 350° für 10 h (pro Vorgang 1 h) wiederholt durchgeführt wird, zeigt sich beim bisherigen Verfahren eine Dichte der teilchenför migen Fehler von 50 Fehler/cm², beim erfindungsgemäßen Verfahren dagegen nur eine solche von 10 Fehler/cm². Darüber hinaus nimmt beim bisherigen Verfahren diese Feh lerdichte mit der Zahl der Aufdampfvorgänge zu. Beim er findungsgemäßen Verfahren wurde dagegen auch nach dem 20. Aufdampfvorgang eine Fehlerdichte von nur etwa 12 Fehler/cm² festgestellt.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen die Anwendung des er findungsgemäßen Verfahrens auf das für die Herstellung eines Halbleiterbauelements eingesetzte selektive CVD- Verfahren. In diesen Fällen kann die Stufenbedeckung der Verdrahtungsschicht durch Ausbildung des W-Films im Kon taktloch vor der Erzeugung der Verdrahtungssicht selbst verbessert werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der technische Grundgedanke der Erfindung auf eine Mehrlagenverdrahtung angewandt. Gemäß Fig. 5A wird auf eine auf einem Silizium- Substrat 50 ausgebildete erste Polysilizium-Verdrahtungs schicht 51 mit einem SiO₂-Film 53 überzogen, worauf der SiO₂-Film 53 unter Ausbildung eines Kontaktlochs 52 se lektiv entfernt wird. Auf dieses Gebilde wird nach dem selektiven CVD-Verfahren ein W-Film aufgedampft, so daß gemäß Fig. 5B ein W-Film 52 im Kontaktloch entsteht. Es ist zu beachten, daß das Kontaktloch 52 auf diese Weise mit dem W-Film ausgefüllt ist, so daß die Stufenbedeckung (step coverage) einer zweiten, darauf ausgebildeten Ver drahtungsschicht verbessert werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 wird ein Kontaktloch 62 durch reaktives Ionenätzen (RIE) o. dgl. in einem ein Silizium-Substrat 60 bedeckenden SiO₂-Film 61 ausgebil det (vgl. Fig. 6A). Anschließend wird dieses Kontaktloch 62 nach dem selektiven CVD-Verfahren mit einem W-Film 63 ausgefüllt (vgl. Fig. 6B).

Die Maßnahmen nach Beispiel 3 gewährleisten hervorragen de Ergebnisse bei Anwendung im Rahmen der Verfahren nach Fig. 5 und 6. Insbesondere werden dabei die Oberflächen von die Kontaktlöcher ausfüllenden W-Filmen 54 und 63 mit W₂N-Filmen 55 bzw. 64 bedeckt. Das Vorhandensein die ser W₂-Filme ist dann von besonderer Bedeutung, wenn für die Ausbildung z. B. der zweiten Verdrahtungsschicht Polysilizium verwendet wird. Wenn ein solcher W₂N-Film nicht ausgebildet wird, diffundiert Si aus der zweiten Verdrahtungsschicht in die W-Filme 54 und 63 unter Bil dung von Wolframsilicid, wodurch der Schichtwiderstand der Filme eine etwa zehnfache Vergrößerung erfährt. Au ßerdem hat die Umwandlung in Wolframsilicid eine Volumen verkleinerung von etwa 30% zur Folge, was zu einer Riß bildung führt. Erfindungsgemäß dienen dagegen die die W-Filme 54 und 63 bedeckenden W₂N-Filme 55 bzw. 64 zur Verhinderung einer Si-Diffusion. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden mithin die oben genannten Schwierigkei ten vermieden. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß W₂N elektrisch leitfähig ist; diesbezüglich ergibt sich so mit kein Problem im Hinblick auf die elektrische Leit fähigkeit, wenn der W₂N-Film auf dem Gebilde belassen wird.

Zudem besitzt ein W₂N-Film eine hohe Oxidationsbeständig keit. Wenn mithin eine Oxidationsbehandlung angewandt werden muß, z. B. beim selektiven CVD-Verfahren, wobei die W-Filmoberfläche nach außen hin freiliegt, schützt der W₂N-Film den darunter liegenden Film.

In den oben beschriebenen Beispielen wird jedesmal ein W₂N-Film erzeugt, wenn ein W-Film auf dem Substrat aus gebildet worden ist. Die Erfindungsaufgabe kann gleicher maßen gelöst werden, indem ein W₂-Film nach zweimaliger oder häufigerer fortlaufender Durchführung des Vorgangs zur Erzeugung eines W-Films erzeugt wird. In den obigen Beispielen wird ferner der anfängliche Vorgang zur Er zeugung eines W-Films durchgeführt, ohne im voraus einen W₂N-Film auszubilden. Es ist jedoch offensichtlich auch möglich, einen W₂N-Film vor dem anfänglichen Vorgang zum Erzeugen eines W-Films auf dem Substrat auszubilden. Wei terhin ist auch der Werkstoff des Reaktionsrohrs, des Schiffchens usw. nicht auf Quarz beschränkt, vielmehr kann für das Reaktionsrohr auch ein Metall eines hohen Schmelzpunkts, wie W, verwendet werden. In diesem Fall wird ein W₂N-Film mittels Nitridierbehandlung oder nach dem CVD-Verfahren noch vor dem anfänglichen Vorgang zum Erzeugen eines W-Films auf dem Substrat erzeugt. Dasselbe gilt auch für ein Kaltwand-CVD-Gerät.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen eines dünnen, hochschmelzenden Metallfilms auf einer Oberfläche eines in einem CVD- Reaktionsrohr befindlichen Substrats durch chemisches Aufdampfen (CVD), dadurch gekennzeichnet, daß die In nenwand des CVD-Reaktionsrohrs und die Oberfläche min destens eines Teils der darin angeordneten Einbautei le während der Aufdampfbehandlung mit einem Metall nitridfilm bedeckt oder überzogen sind bzw. werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein N-haltiges Gas in das CVD-Reaktionsrohr ein geleitet und letzteres sodann vor der Erzeugung des hochschmelzenden Metallfilms erwärmt wird, um die Oberflächen des Metalls an der Innenwand des CVD-Re aktionsrohrs und mindestens eines Teils der darin an geordneten Einbauteile zu nitridieren und damit einen Metalnitridfilm zu erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der vorhergehenden Erzeugung eines dünnen, hochschmelzenden Metallfilms an der Innenwand des Re aktionsrohrs und an mindestens einem Teil der darin angeordneten Einbauteile abgelagerte hochschmelzende Metallteilchen im Verlaufe der Erzeugung des dünnen Films nitridiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als N-haltiges Gas gasförmiges Ammoniak verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zumindest Sticksoffatome enthaltendes Gas sowie ein anderes, metallhaltiges Gas vor der Erzeu gung des hochschmelzenden Metallfilms in der CVD-Re aktionsrohr für die Durchführung der Aufdampfbehand lung eingeleitet werden, um Metallnitrid an der Innen wand des CVD-Reaktionsrohrs und an mindestens einem Teil der darin angeordneten Einbauteile abzulagern.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die während der vorhergehenden Erzeugung eines dün nen, hochschmelzenden Metallfilms an der Innenwand des CVD-Reaktionsrohrs und an mindestens einem Teil der darin angeordneten Einbauteile abgelagerten hoch schmelzenden Metallteilchen vor der Erzeugung des dün nen Films mit dem Metallnitridfilm bedeckt oder über zogen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß als N-haltiges Gas gasförmiges Ammoniak ver wendet wird und das andere Gas ein Metallfluorid ent hält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallnitridfilm fortlaufend auf der Innenwand des CVD-Reaktionsrohrs und auf min destens einem Teil der darin angeordneten Einbauteile erzeugt wird, während das Substrat, auf dem im vor hergehenden Dünnfilm-Erzeugungsschritt ein hochschmel zender Metallfilm abgelagert worden ist, im CVD- Reaktionsrohr verbleibt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallnitridfilm auf der In nenwand des CVD-Reaktionsrohrs und auf mindestens ei nem Teil der darin angeordneten Einbauteile nach dem Herausnehmen des Substrats, auf dem im vorhergehenden Dünnfilm-Erzeugungsschritt ein hochschmelzender Metall film abgelagert worden ist, aus dem CVD-Reaktionsrohr erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der hochschmelzende Metallfilm aus einem Wolframfilm oder einem Molybdänfilm besteht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallnitridfilm ein Film aus einem Nitrid eines hochschmelzenden Metalls ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das CVD-Reaktionsrohr aus einem Diffusionsofen(typ)-CVD-Reaktionsrohr besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsrohr aus Quarz gefertigt ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Reaktionsrohr angeordneten Einbautei le ein Quarz-Schiffchen zur Halterung des Substrats, eine Trageeinrichtung für das Schiffchen und eine Wärme-Leitplatte umfassen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das CVD-Reaktionsrohr aus einem Kaltwand(typ)-CVD-Reaktionsrohr besteht.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat elektrisch leitfähig ist und ein auf ihm ausgebildetes Isoliermuster auf weist und der hochschmelzende Metallfilm selektiv auf der nicht mit dem Isolier- oder Isolatormuster bedeck ten leitfähigen Fläche des Substrats abgelagert wird.