JP2781219B2 - Deposition film formation method - Google Patents

Deposition film formation method

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JP2781219B2
JP2781219B2 JP1233925A JP23392589A JP2781219B2 JP 2781219 B2 JP2781219 B2 JP 2781219B2 JP 1233925 A JP1233925 A JP 1233925A JP 23392589 A JP23392589 A JP 23392589A JP 2781219 B2 JP2781219 B2 JP 2781219B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、堆積膜形成法に関し、特に半導体集積回路
装置等の配線に好ましく適用できるAl−Si堆積膜の形成
法に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a deposited film, and more particularly to a method for forming an Al—Si deposited film that is preferably applicable to wiring of a semiconductor integrated circuit device or the like.

[従来の技術] 従来、半導体を用いた電子デバイスや集積回路におい
て、電極や配線には主にアルミニウム(Al)もしくはAl
−Si等が用いられてきた。ここで、Al−Siは廉価で電気
伝導度が高く、また表面に緻密な酸化膜が形成されるの
で、内部が化学的に保護されて安定化することや、Siと
の密着性が良好であることなど、多くの利点を有してい
る。
[Prior Art] Conventionally, in an electronic device or an integrated circuit using a semiconductor, electrodes (Al) or Al
-Si and the like have been used. Here, Al-Si is inexpensive and has high electrical conductivity, and a dense oxide film is formed on the surface, so that the inside is chemically protected and stabilized, and the adhesion with Si is good. It has many advantages, including being there.

ところで、LSI等の集積回路の集積度が増大し、配線
の微細化や多層配線化などが近年特に必要とされるよう
になってきたため、従来のAlやAl−Si配線に対してこれ
までにない厳しい要求が出されるようになってきてい
る。集積度の増加による寸法微細化に伴って、LSI等の
表面は酸化,拡散,薄膜堆積,エッチングなどにより凹
凸が激しくなっている。例えば電極や配線金属は段差の
ある面上へ断線なく堆積されたり、径が微小でかつ深い
ビアホール中へ堆積されなければならない。4Mbitや16M
bitのDRAM(ダイナミックRAM)などでは、Al−Si等の金
属を堆積しなければならないビアホールのアスペクト比
(ビアホール深さ÷ビアホール直径)は1.0以上であ
り、ビアホール直径自体も1μm以下となる。従って、
アスペクト比の大きいビアホールにもAl−Si化合物を堆
積できる技術が必要とされる。
By the way, the integration degree of integrated circuits such as LSIs has increased, and fine wiring and multilayer wiring have become particularly necessary in recent years. Not tough demands are being made. Along with miniaturization due to an increase in the degree of integration, the surface of an LSI or the like has become increasingly uneven due to oxidation, diffusion, thin film deposition, etching, and the like. For example, an electrode or a wiring metal must be deposited on a stepped surface without disconnection or deposited in a via hole having a small diameter and a large diameter. 4Mbit and 16M
In a bit DRAM (dynamic RAM) or the like, the aspect ratio (via hole depth / via hole diameter) of a via hole on which a metal such as Al-Si must be deposited is 1.0 or more, and the via hole diameter itself is 1 μm or less. Therefore,
A technique that can deposit an Al-Si compound even in a via hole having a large aspect ratio is required.

特に、SiO2等の絶縁膜の下にあるデバイスに対して確
実な接続を行うためには、成膜というよりむしろデバイ
スのビアホールのみを穴埋めするようにAl−Siを堆積す
る必要がある。このためには、Siや金属表面にのみAl合
金を堆積させ、SiO2などの絶縁膜上には堆積させない方
法を要する。
In particular, in order to reliably connect to a device under an insulating film such as SiO 2 , it is necessary to deposit Al—Si not to form a film but to fill only a via hole of the device. For this purpose, a method is required in which an Al alloy is deposited only on the surface of Si or a metal, but not on an insulating film such as SiO 2 .

このような選択堆積ないし選択成長は従来用いられて
きたスパッタ法では実現できない。スパッタ法はターゲ
ットからスパッタされた粒子の真空中での飛来を基礎と
する物理的堆積法であるので、段差部や絶縁膜側壁での
膜厚が極端に薄くなり、甚だしい場合には断線も生じ
る。そして、膜厚の不均一や断線はLSIの信頼性を著し
く低下させることになる。
Such selective deposition or selective growth cannot be realized by the conventionally used sputtering method. Since the sputtering method is a physical deposition method based on the arrival of particles sputtered from the target in a vacuum, the film thickness at the steps and the side walls of the insulating film becomes extremely thin, and in severe cases, disconnection occurs. . In addition, the unevenness of the film thickness or the disconnection significantly lowers the reliability of the LSI.

基板にバイアスを印加し、基板表面でのスパッタエッ
チング作用と堆積作用とを利用して、ビアホールのみに
AlまたはAl−Si化合物を埋込むように堆積を行うバイア
ススパッタ法が開発されている。しかし基板に数100V以
上のバイアス電圧が印加されるために、荷電粒子損傷に
より例えばMOS−FETの閾値が変化してしまう等の悪影響
が生ずる。また、エッチング作用と堆積作用とが混在す
るため、本質的に堆積速度が向上しないという問題点も
ある。
Apply a bias to the substrate and use only the sputter etching and deposition effects on the substrate surface to
A bias sputtering method for performing deposition so as to bury Al or an Al-Si compound has been developed. However, since a bias voltage of several hundred volts or more is applied to the substrate, adverse effects such as a change in the threshold value of the MOS-FET due to damage of the charged particles occur. In addition, there is a problem that the deposition rate is not essentially improved because the etching action and the deposition action are mixed.

上記のような問題点を解決するため、様々なタイプの
CVD(Chemical Vapor Deposition)法が提案されてい
る。これらの方法では成膜過程で何らかの形で原料ガス
の化学反応を利用する。プラズマCVDや光CVDでは原料ガ
スの分解が気相中で起き、そこでできた活性種が基板上
でさらに反応して膜形成が起きる。これらのCVD法では
基板表面の凹凸に対する表面被覆性がよい。しかし、原
料ガス分子中に含まれる炭素原子が膜中に取り込まれ
る。また特にプラズマCVDではスパッタ法の場合のよう
に荷電粒子による損傷(いわゆるプラズマダメージ)が
あるなどの問題点があった。
To solve the above problems, various types of
A CVD (Chemical Vapor Deposition) method has been proposed. In these methods, a chemical reaction of a source gas is used in some way during the film formation process. In plasma CVD and optical CVD, the decomposition of the source gas occurs in the gas phase, and the activated species formed there further react on the substrate to form a film. In these CVD methods, the surface covering property against unevenness of the substrate surface is good. However, carbon atoms contained in the source gas molecules are taken into the film. In particular, plasma CVD has a problem such as damage by charged particles (so-called plasma damage) as in the case of the sputtering method.

熱CVD法は主に基体表面での表面反応により膜が成長
するために表面の段差部などの凹凸に対する表面被覆性
が良い。また、ビアホール内での堆積が起き易いと期待
できる。さらに段差部での断線なども避けられる。ま
た、プラズマCVDやスパッタ法のような荷電粒子損傷も
ない。この種の方法の一例としては、Journal of Elect
rochemical Society第131巻第2175頁(1984年)に記載
されているものがある。この方法では、有機アルミニウ
ムガスとしてトリイソブチルアルミニウム(TIBA)
{(i−C4H93Al}を用い、成膜温度260℃,反応管内
圧力0.5TorrでAl膜を成膜した後、基板温度を約450℃に
保ち、SiH4を導入してSiをAl膜中に拡散させてAl−Si膜
を得ている。
In the thermal CVD method, the film grows mainly by the surface reaction on the surface of the substrate, and therefore, has good surface coverage with irregularities such as steps on the surface. Also, it can be expected that deposition in the via hole is likely to occur. In addition, disconnection at the step can be avoided. Also, there is no charged particle damage as in plasma CVD or sputtering. An example of this type of method is the Journal of Elect
Some are described in the rochemical Society, vol. 131, p. 2175 (1984). In this method, triisobutyl aluminum (TIBA) is used as the organic aluminum gas.
After forming an Al film using {(i-C 4 H 9 ) 3 Al} at a film forming temperature of 260 ° C. and a pressure in the reaction tube of 0.5 Torr, the substrate temperature was maintained at about 450 ° C., and SiH 4 was introduced. An Al—Si film is obtained by diffusing Si into the Al film.

TIBAを用いる場合は、成膜前にTiCl4を流し、基板表
面を活性化し、核を形成するなどの前処理を施さないと
連続な膜が得られない。また、TiCl4を用いた場合も含
め、一般にTIBAを用いた場合には表面平坦性が劣るとい
う問題点がある。そしてこの方法では、ビアホール内の
みへのAl−Si堆積のような選択成長を起こせない。
In the case of using TIBA, a continuous film cannot be obtained unless pretreatment such as flowing TiCl 4 to activate the substrate surface and form nuclei before film formation is performed. In addition, when TIBA is used, including the case where TiCl 4 is used, there is a problem that the surface flatness is generally inferior. In this method, selective growth such as Al—Si deposition only in the via hole cannot be caused.

また、他の方法としてはJapanese Journal of Applie
d Physics第27巻第11号L2134ページ(1988)に記載され
ている方法がある。この方法ではTIBAとSi2H6とをArガ
スに分散して供給し、TIBAが基板に達する前にガスを加
熱する。この方法によりSi(100)ウェハ上に低抵抗のA
l−Si膜をエピタキシャル成長させることができる。こ
の方法では得られる膜はかなり良質であるが、ガスを加
熱する必要があるため制御が難しく、また装置が複雑に
なるなどの問題がある。
Another method is the Japanese Journal of Applie
d Physics, Vol. 27, No. 11, page L2134 (1988). In this method, TIBA and Si 2 H 6 are dispersed and supplied in Ar gas, and the gas is heated before TIBA reaches the substrate. By this method, a low-resistance A
An l-Si film can be epitaxially grown. Although the film obtained by this method is of very good quality, there are problems such as difficulty in control due to the necessity of heating the gas and complicated equipment.

特開昭63−33569号公報にはTiCl4を用いず、その代り
に有機アルミニウムを基板近傍において加熱することに
より膜形成する方法が記載されている。この方法では表
面の自然酸化膜を除去した金属または半導体表面上にの
み選択的にAlを堆積することができる。
JP The 63-33569 discloses without using TiCl 4, a method of film formation is described by heating the organoaluminum instead in the vicinity of the substrate. According to this method, Al can be selectively deposited only on the metal or semiconductor surface from which the natural oxide film on the surface has been removed.

この場合にはTIBAの導入前に基板表面の自然酸化膜を
除去する工程が必要であると明記されている。また、TI
BAは単独で使用することが可能なのでTIBA以外のキャリ
アガスを使う必要はないがArガスをキャリアガスとして
用いてもよいと記載されている。しかしTIBAと他のガス
(例えばH2)との反応は全く想定しておらず、H2をキャ
リアガスとして使うという記載はない。またTIBA以外に
トリメチルアルミニウム(TMA)とトリエチルアルミニ
ウム(TEA)をあげているが、それ以外の有機金属の具
体的記載はない。これは一般に有機金属の化学的性質は
金属元素に付いている有機置換基が少し変化すると大き
く変るので、どのような有機金属を使用すべきかは個々
に検討する必要があるからである。この方法では自然酸
化膜を除去しなければならないという不都合があるだけ
でなく、表面平滑性が得られないという欠点がある。ま
たガスの加熱の必要があること、しかも加熱を基板近傍
で行わなければならないという制約があり、しかもどの
位基板に近い所で加熱しなければならないかも実験的に
決めて行かざるを得ず、ヒータを置く場所を自由に選べ
る訳ではないなどの問題点もある。
In this case, it is specified that a step of removing a natural oxide film on the substrate surface is necessary before introducing TIBA. Also, TI
Since BA can be used alone, it is not necessary to use a carrier gas other than TIBA, but it is described that Ar gas may be used as a carrier gas. However, no reaction between TIBA and another gas (for example, H 2 ) is assumed at all, and there is no mention of using H 2 as a carrier gas. In addition, other than TIBA, trimethylaluminum (TMA) and triethylaluminum (TEA) are mentioned, but there is no specific description of the other organic metals. This is because the chemical properties of organometallics generally change greatly when the organic substituent attached to the metal element changes slightly, and it is necessary to individually consider what kind of organometallic should be used. This method not only has the disadvantage that the natural oxide film must be removed, but also has the disadvantage that surface smoothness cannot be obtained. In addition, it is necessary to heat the gas, and there is a restriction that heating must be performed near the substrate, and it is necessary to experimentally determine how close the substrate must be heated. There is another problem that the place where the heater is placed cannot be freely selected.

Electrochemical Society日本支部第2回シンポジウ
ム(1989年7月7日)予稿集第75ページにはダブルウォ
ールCVD法によるAlの成膜に関する記載がある。この方
法ではTIBAを使用しガス温度を基板温度よりも高くなる
ように装置を設計する。この方法は上記特開昭63−3356
9号の変形ともみなせる。この方法でも金属や半導体上
のみにAlを選択成長されることができるが、ガス温度と
基体表面温度との差を制御するのが困難であるだけでな
く、ボンベと配管を加熱しなければならないという欠点
がある。しかもこの方法では膜をある程度厚くしないと
均一な連続膜にならない,膜の平坦性が悪い,Al選択成
長の選択性が余り長い時間維持できないなどの問題点が
ある。しかも上記2つの例ではAl成膜の例はあるがAl−
Siを成膜した例はない。
Proceedings of the 2nd Symposium of the Electrochemical Society Japan Chapter (July 7, 1989), page 75, contain a description of Al film formation by double-wall CVD. In this method, a device is designed using TIBA so that the gas temperature becomes higher than the substrate temperature. This method is described in the above-mentioned JP-A-63-3356.
It can also be considered a variant of No. 9. In this method, Al can be selectively grown only on a metal or a semiconductor, but it is difficult to control the difference between the gas temperature and the substrate surface temperature, and the cylinder and the pipe must be heated. There is a disadvantage that. In addition, this method has problems that a uniform continuous film cannot be obtained unless the film is thickened to some extent, the flatness of the film is poor, and the selectivity for selective growth of Al cannot be maintained for a long time. Moreover, in the above two examples, there is an example of Al film formation, but Al-
There is no example of forming Si.

このように、従来の方法はAl−Siの選択成長を必ずし
もうまく起せず、仮にできたとしてもAlの平坦性,抵
抗,純度などに問題がある、また、その成膜方法も複雑
で制御が難しいという欠点がある。
As described above, the conventional method does not always cause the selective growth of Al-Si, and even if it can, Al has problems in flatness, resistance, purity, and the like. Is difficult.

[発明が解決しようとする課題] 以上のように、近年より高集積化が望まれている半導
体の技術分野において、高集積化され、かつ高性能化さ
れた半導体装置を廉価に提供するためには、改善すべき
余地が多く存在していた。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in order to provide a highly integrated and high performance semiconductor device at a low cost in the semiconductor technical field where higher integration is desired in recent years. Had much room for improvement.

本発明は、上述した技術的課題に鑑みてなされたもの
であり、導電体として良質なAl−Si膜を制御性良く所望
の位置に形成し得る堆積膜形成法を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above technical problems, and has as its object to provide a deposition film forming method capable of forming a high-quality Al-Si film as a conductor at a desired position with good controllability. .

[課題を解決するための手段] かかる目的を達成するために、本発明による堆積膜形
成法は、(a)タングステン、モリブデン、タンタル、
アムミニウム、チタンアルミニウム、チタンナイドライ
ド、銅、アルミニウムパラジウム、チタンから選択され
る材料またはその材料のシリサイドからねる電子供与性
の表面と非電子供与性の表面とを有する基体を堆積膜形
成用の空間に配する工程、 (b)ジメチルアルミニウムハイドライドおよびモノメ
チルアルミニウムハイドライドから選択されるアルキル
アルミニウムハイドライドのガスとシリコン原子を含む
ガスと水素ガスとを前記堆積膜形成用の空間に導入する
工程、および (c)前記アルキルアルミニウムハイドライドの分解温
度以上でかつ450℃以下の範囲内に前記電子供与性の表
面の温度を維持し、シリコンを含むアルミニウム膜を該
電子供与性の表面に選択的に形成する工程を有すること
を特徴とする。
[Means for Solving the Problems] To achieve the above object, the method of forming a deposited film according to the present invention comprises the steps of (a) forming tungsten, molybdenum, tantalum,
A material selected from the group consisting of aluminum, titanium aluminum, titanium hydride, copper, aluminum palladium, and titanium, or a substrate having an electron-donating surface and a non-electron-donating surface repelled from silicide of the material is deposited on a space for forming a film. (B) introducing an alkylaluminum hydride gas selected from dimethylaluminum hydride and monomethylaluminum hydride, a gas containing silicon atoms, and a hydrogen gas into the space for forming the deposited film; and (c) A) maintaining the temperature of the electron donating surface within a range of not less than the decomposition temperature of the alkyl aluminum hydride and not more than 450 ° C., and selectively forming an aluminum film containing silicon on the electron donating surface. It is characterized by having.

[作 用] まず、有機金属を用いた堆積膜形成方法について概説
する。
[Operation] First, a method of forming a deposited film using an organic metal will be outlined.

有機金属の分解反応、ひいては薄膜堆積反応は、金属
原子の種類,金属原子に結合しているアルキルの種類,
分解反応を生ぜしめる手段,雰囲気ガス等の条件により
大きく変化する。
The decomposition reaction of organometallics and, consequently, the deposition reaction of thin films depend on the type of metal atom, the type of alkyl bonded to the metal atom,
It changes greatly depending on the conditions such as the means for causing the decomposition reaction and the atmospheric gas.

例えば、M−R3(M:III族金属,R:アルキル基)の場合
において、トリメチルガリウム は、熱分解ではGa−CH3結合の決断されるラジカル解裂
であるが、トリエチルガリウム は、熱分解ではβ離脱により とC2H4とに分解する。また、同じエチル基のついたトリ
エチルアルミニウム は、熱分解ではAl−C2H5結合の切断されるラジカル分解
である。しかしiC4H9の結合したイソトリブチルアルミ
ニウム はβ離脱する。
For example, in the case of M—R 3 (M: Group III metal, R: alkyl group), trimethylgallium Is the thermal decomposition is radical cleavage to be decisions Ga-CH 3 bond, triethyl gallium Is due to β-elimination in thermal decomposition And C 2 H 4 . Also, triethyl aluminum with the same ethyl group Is a radical decomposition in which the Al—C 2 H 5 bond is broken in the thermal decomposition. But iC 4 H 9 bound isotributyl aluminum Leaves β.

CH3基とAlとからなるトリメチルアルミニウム(TMA)
は、室温で二量体構造 を有しており、熱分解はAl−CH3基の切断されるラジカ
ル分解であり、150℃以下の低温では雰囲気H2と反応し
てCH4を生じ、最終的にAlを生成する。しかし略々300℃
以上の高温では、雰囲気にH2が存在してもCH3基がTMA分
子からHを引抜き、最終的にAl−C化合物が生ずる。
Trimethylaluminum comprising a CH 3 group and Al (TMA)
Has a dimeric structure at room temperature The thermal decomposition is a radical decomposition in which the Al—CH 3 group is cleaved, and reacts with the atmosphere H 2 at a low temperature of 150 ° C. or lower to generate CH 4 , and finally generates Al. But almost 300 ℃
At the above high temperature, even if H 2 is present in the atmosphere, the CH 3 group extracts H from the TMA molecule, and finally an Al—C compound is generated.

また、TMAの場合、光もしくはH2雰囲気高周波(略々1
3.56MHz)プラズマにおいて電力のある制限された領域
においては、2つのAl間の橋掛CH3のカップリングによ
りC2H6が生ずる。
In the case of TMA, light or H 2 atmosphere high frequency (approximately 1
In restricted areas of power at 3.56MHz) plasma, C 2 H 6 are generated by the coupling of the crosslinking CH 3 between two Al.

要は、最も単純なアルキル基てあるCH3基,C2H5基また
はiC4H9基とAlまたはGaから成る有機金属ですら、反応
形態はアルキル基の種類や金属原子の種類,励起分解手
段により異なるので、有機金属から金属原子を所望の基
体上に堆積させるためには、分解反応を非常に厳密に制
御しなければならない。例えば、トリイソブチルアルミ
ニウム からAlを堆積させる場合、従来の熱反応を主とする減圧
CVD法では、表面にμmオーダの凹凸が生じ、表面モル
フォロジが劣っている。また、熱処理によるヒロック発
生、AlとSiとの界面でのSi拡散によるSi表面荒れが生
じ、かつマイグレーション耐性も劣っており、超LSIプ
ロセスに用いることが難しい。
The point is that even the simplest alkyl group, CH 3 group, C 2 H 5 group or iC 4 H 9 group, and organic metal consisting of Al or Ga, the reaction form depends on the type of alkyl group, type of metal atom, excitation Since it depends on the decomposition means, in order to deposit metal atoms from an organometallic on a desired substrate, the decomposition reaction must be very strictly controlled. For example, triisobutylaluminum When depositing Al from
In the CVD method, irregularities on the order of μm are generated on the surface, and the surface morphology is inferior. In addition, hillocks are generated by heat treatment, Si surface roughness is caused by Si diffusion at the interface between Al and Si, and migration resistance is inferior, so that it is difficult to use the VLSI process.

そのため、ガス温度と基板温度とを精密に制御する方
法が試みられている。しかし装置が複雑であり、1回の
堆積プロセスで1枚のウェハにしか堆積を行うことので
きない枚葉処理型である。しかも堆積速度が高々500Å
/分であるので、量産化に必要なスループットを実現す
ることがてきない。
Therefore, a method of precisely controlling the gas temperature and the substrate temperature has been attempted. However, the apparatus is complicated, and is a single-wafer processing type in which deposition can be performed on only one wafer in one deposition process. Moreover, the deposition rate is at most 500Å
/ Min, it is not possible to achieve the throughput required for mass production.

同様にTMAを用いた場合は、プラズマや光を用いるこ
とによるAl堆積が試みられているが、やはりプラズマや
光を用いるため装置が複雑となり、かつ枚葉型装置であ
るため、スループットを十分向上させるにはまだ改善す
べき余地がある。
Similarly, when TMA is used, Al deposition by using plasma or light has been attempted.However, since plasma and light are used, the apparatus is complicated, and the throughput is sufficiently improved because the apparatus is a single wafer type. There is still room for improvement to make it happen.

本発明におけるジメチルアルミニウムハイドライドDM
AHは、アルキル金属として公知の物質であるが、どのよ
うな反応形態によりどのようなAl薄膜が堆積するかは、
あらゆる条件下で堆積膜を形成してみなくては予想だに
できないものであった。例えばDMAHを光CVDによりAlを
堆積させる例では、表面モルフォロジに劣り、抵抗値も
数μΩ〜10μΩ・cmとバルク値(2.7μΩ・cm)より大
きく、膜厚に劣るものであった。
Dimethyl aluminum hydride DM in the present invention
AH is a substance known as an alkyl metal.However, what kind of reaction forms what Al thin film is deposited,
The formation of a deposited film under all conditions was unexpected. For example, in the case of depositing Al by DMAH using photo-CVD, the surface morphology was poor, the resistance was several μΩ to 10 μΩ · cm, which was larger than the bulk value (2.7 μΩ · cm), and the film thickness was poor.

[実施例] 以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施態様に
ついて説明する。
EXAMPLES Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明においては、導電性堆積膜として良質のAl−Si
膜を基体上に選択的に堆積させるためにCVD法を用いる
ものである。
In the present invention, a high-quality Al-Si
The CVD method is used for selectively depositing a film on a substrate.

すなわち、堆積膜の構成要素となる原子を少なくとも
1つ含む原料ガスとして有機金属であるジメチルアルミ
ニウムハイドライド(DMAH) またはモノメチルアルミニウムハイドライド(MMAH2と、原料ガスとしてのSi原子を含むガスとを使用し、か
つ反応ガスとしてH2を使用し、これらの混合ガスによる
気相成長により基体上に選択的にAl−Si膜を形成する。
That is, dimethyl aluminum hydride (DMAH) which is an organic metal is used as a source gas containing at least one atom serving as a constituent element of a deposited film. Or monomethyl aluminum hydride (MMAH 2 ) And a gas containing Si atoms as a raw material gas and H 2 as a reaction gas, and an Al—Si film is selectively formed on the substrate by vapor-phase growth using a mixed gas thereof.

本発明の適用可能な基体は、Al−Siの堆積する表面を
形成するための第1の基体表面材料と、Al−Siの堆積し
ない表面を形成するための第2の基体表面材料とを有す
るものである。そして、第1の基体表面材料としては、
電子供与性を有する材料を用いる。
A substrate applicable to the present invention has a first substrate surface material for forming a surface on which Al-Si is deposited, and a second substrate surface material for forming a surface on which Al-Si is not deposited. Things. And as the first substrate surface material,
A material having an electron donating property is used.

この電子供与性について以下詳細に説明する。 This electron donating property will be described in detail below.

電子供与性材料とは、基体中に自由電子が存在してい
るか、もしくは自由電子を意図的に生成せしめたかした
もので、例えば基体表面上に付着した原料ガス分子との
電子授受により化学反応が促進される表面を有する材料
をいう。例えば、一般に金属や半導体がこれに相当す
る。金属もしくは半導体表面に薄い酸化膜が存在してい
るものも含まれる。それは基体と付着原料分子間で電子
授受により化学反応が生ずるからである。
An electron donating material is a material in which free electrons are present in a substrate or whether free electrons are intentionally generated. For example, a chemical reaction occurs when electrons are exchanged with a source gas molecule attached to a substrate surface. A material having a surface that is promoted. For example, metals and semiconductors generally correspond to this. Also included are those in which a thin oxide film exists on a metal or semiconductor surface. This is because a chemical reaction occurs between the substrate and the attached raw material molecules by electron transfer.

具体的には、単結晶シリコン,多結晶シリコン,非晶
質シリコン等の半導体、III族元素としてのGa,In,Alと
V族元素としてのP,As,Nとを組合せて成る二元系もしく
は三元系もしくは四元系III−V族化合物半導体、タン
グステン,モリブデン,タンタル,タングステンシリサ
イド,チタンシリサイド,アルミニウム,アルミニウム
シリコン,チタンアルミニウム,チタンナイトライド,
銅,アルミニウムシリコン銅,アルミニウムパラジウ
ム,チタン,モリブデンシリサイド,タンタルシリサイ
ド等の金属,合金およびそれらのシリサイド等を含む。
Specifically, semiconductors such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon, and binary systems composed of a combination of Ga, In, Al as a group III element and P, As, N as a group V element Or a ternary or quaternary III-V compound semiconductor, tungsten, molybdenum, tantalum, tungsten silicide, titanium silicide, aluminum, aluminum silicon, titanium aluminum, titanium nitride,
Includes metals such as copper, aluminum silicon copper, aluminum palladium, titanium, molybdenum silicide, tantalum silicide, alloys and silicides thereof.

これに対して、Al−Siが選択的に堆積しない表面を形
成する材料、すなわち非電子供与性材料としては、熱酸
化,CVD等により酸化シリコン,BSG,PSG,BPSG等のガラス
または酸化膜、熱窒化膜,プラズマCVD,減圧CVD,ECR−C
VD法等によるシリコン窒化膜等である。
On the other hand, a material forming a surface on which Al-Si is not selectively deposited, that is, as a non-electron donating material, silicon oxide by thermal oxidation, CVD, etc., glass or oxide film such as BSG, PSG, BPSG, etc. Thermal nitride film, plasma CVD, low pressure CVD, ECR-C
It is a silicon nitride film or the like by a VD method or the like.

このような構成の基体に対して、Al−Siは原料ガスと
H2との反応系において単純な熱反応のみで堆積する。例
えばDMAHとH2との反応系における熱反応は基本的に と考えられる。DMAHは室温で二量体構造をとっている。
また、Si2H6等の添加によりAl−Si化合物が形成される
のは基体表面に到達したSi2H6が表面化学反応により分
解し、Siが膜中に取り込まれることによる。MMAH2によ
っても下記実施例に示すように、熱反応により高品質Al
−Siが堆積可能であった。
For a substrate having such a configuration, Al-Si is used as a raw material gas.
In a reaction system with H 2, it is deposited only by a simple thermal reaction. For example the thermal reaction in the reaction system between DMAH and H 2 are essentially it is conceivable that. DMAH has a dimeric structure at room temperature.
The formation of the Al-Si compound by the addition of Si 2 H 6 or the like is due to the fact that Si 2 H 6 arriving at the substrate surface is decomposed by a surface chemical reaction and Si is taken into the film. As also shown in the Examples below by MMAH 2, high-quality Al by thermal reaction
-Si could be deposited.

MMAH2は蒸気圧が室温で0.01〜0.1Torrと低いために多
量の原料輸送が難しく、堆積速度は数百Å/分が本発明
における上限値であり、好ましくは室温で蒸気圧が1Tor
rであるDMAHを使用することが最も望ましい。
MMAH 2 has a vapor pressure as low as 0.01 to 0.1 Torr at room temperature, so it is difficult to transport a large amount of raw material. The upper limit of the deposition rate in the present invention is several hundred m / min, and preferably, the vapor pressure at room temperature is 1 Torr.
It is most desirable to use DMAH, which is r.

第1図は本発明を適用可能な堆積膜形成装置を示す模
式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a deposited film forming apparatus to which the present invention can be applied.

ここで、1はAl−Si膜を形成するための基体である。
基体1は、同図に対して実質的に閉じられた堆積膜形成
用の空間を形成するための反応管2の内部に設けられた
基体ホルダ3上に載置される。反応管2を構成する材料
としては石英が好ましいが、金属製であってもよい。こ
の場合には反応管を冷却することが望ましい。また、基
体ホルダ3は金属製であり、載置される基体を加熱でき
るようにヒータ4が設けられている。そしてヒータ4の
発熱温度を制御して基体温度を制御することができるよ
う構成されている。
Here, 1 is a substrate for forming an Al-Si film.
The substrate 1 is placed on a substrate holder 3 provided inside a reaction tube 2 for forming a space for forming a deposited film which is substantially closed with respect to FIG. Quartz is preferred as a material constituting the reaction tube 2, but it may be made of metal. In this case, it is desirable to cool the reaction tube. The base holder 3 is made of metal, and is provided with a heater 4 so as to heat the mounted base. The temperature of the substrate can be controlled by controlling the heat generation temperature of the heater 4.

ガスの供給系は以下のように構成されている。 The gas supply system is configured as follows.

5はガスの混合器であり、第1の原料ガスと第2の原
料ガスと反応ガスとを混合させて反応管2内に供給す
る。6は第1の原料ガスとして有機金属を気化させるた
めに設けられた原料ガス気化器である。
Reference numeral 5 denotes a gas mixer, which mixes the first source gas, the second source gas, and the reaction gas and supplies them to the reaction tube 2. Reference numeral 6 denotes a source gas vaporizer provided for vaporizing an organic metal as a first source gas.

本発明において用いる有機金属は室温で液体状である
ので、気化器6内でキャリアガスを有機金属の液体中を
通して飽和蒸気となし、混合器5へ導入する。
Since the organic metal used in the present invention is in a liquid state at room temperature, the carrier gas passes through the organic metal liquid into saturated vapor in the vaporizer 6 and is introduced into the mixer 5.

排気系は以下のように構成される。 The exhaust system is configured as follows.

7はゲートバルブであり、堆積膜形成前に反応管2内
部を排気する時など大容量の排気を行う際に開かれる。
8はスローリークバルブであり、堆積膜形成時の反応管
2内部の圧力を調整する時など小容量の排気を行う際に
用いられる。9は排気ユニットであり、ターボ分子ポン
プ等の排気用のポンプ等で構成される。
Reference numeral 7 denotes a gate valve which is opened when exhausting a large amount of gas, such as when exhausting the inside of the reaction tube 2 before forming a deposited film.
Reference numeral 8 denotes a slow leak valve, which is used when a small volume of gas is exhausted, for example, when adjusting the pressure inside the reaction tube 2 when forming a deposited film. Reference numeral 9 denotes an exhaust unit, which includes an exhaust pump such as a turbo molecular pump.

基体1の搬送系は以下のように構成される。 The transport system for the base 1 is configured as follows.

10は堆積膜形成前および堆積膜形成後の基体を収容可
能な基体搬送室であり、バルブ11を開いて排気される。
12は搬送室を排気する排気ユニットであり、ターボ分子
ポンプ等の排気用ポンプで構成される。
Reference numeral 10 denotes a substrate transfer chamber capable of housing a substrate before and after forming a deposited film, and is evacuated by opening a valve 11.
Reference numeral 12 denotes an exhaust unit for exhausting the transfer chamber, which is constituted by an exhaust pump such as a turbo molecular pump.

バルブ13は基体1を反応室と搬送空間で移送する時の
み開かれる。
The valve 13 is opened only when the substrate 1 is transferred between the reaction chamber and the transfer space.

第1図に示すように、原料ガスを生成するためのガス
生成室6においては、室温に保持されている液体状のDM
AHに対しキャリアガスとしてのH2もしくはAr(もしくは
他の不活性ガス)でバブリングを行い、基体状DMAHを生
成し、これを混合器5に輸送する。反応ガスとしてのH2
は別経路から混合器5に輸送される。ガスはそれぞれそ
の分圧が所望の値となるように流量が調整されている。
As shown in FIG. 1, in a gas generation chamber 6 for generating a source gas, a liquid DM maintained at room temperature is provided.
AH is bubbled with H 2 or Ar (or another inert gas) as a carrier gas to produce a substrate-like DMAH, which is transported to the mixer 5. H 2 as reaction gas
Is transported to the mixer 5 from another route. The flow rate of each gas is adjusted so that its partial pressure becomes a desired value.

第1の原料ガスとしては、MMAH2でもよいが、蒸気圧
が室温で1Torrとなるのに十分なDMAHが最も好ましい。
また、DMAHとMMAH2を混合させて用いてもよい。
MMAH 2 may be used as the first source gas, but DMAH sufficient for the vapor pressure to be 1 Torr at room temperature is most preferable.
It may also be used by mixing DMAH and MMAH 2.

また、第2の原料ガスとしてのSiを含むガスとして
は、Si2H6,SiH4,Si3H8,Si(CH34,SiCl4,SiH2Cl2,SiH3
Clを用いることができる。とりわけ、200〜300℃の低温
で分解し易いSi2H6が最も望ましい。H2またはArで希釈
されたSi2H6等のガスは、DMAHと別系統から混合器5に
輸送され、反応管2に供給される。
The gas containing Si as the second source gas includes Si 2 H 6 , SiH 4 , Si 3 H 8 , Si (CH 3 ) 4 , SiCl 4 , SiH 2 Cl 2 , SiH 3
Cl can be used. In particular, Si 2 H 6 which is easily decomposed at a low temperature of 200 to 300 ° C. is most desirable. A gas such as Si 2 H 6 diluted with H 2 or Ar is transported to the mixer 5 from a separate system from the DMAH and supplied to the reaction tube 2.

第2図(a)〜(e)は本発明によるAl−Si膜の選択
成長の様子を示す。
2 (a) to 2 (e) show the state of selective growth of the Al-Si film according to the present invention.

第2図(a)は本発明によるAl−Si堆積膜形成前の基
体の断面を模式的に示す図である。90は電子供与性材料
からなる基板、91は非電気供与性材料からなる薄膜であ
る。
FIG. 2 (a) is a diagram schematically showing a cross section of a substrate before forming an Al—Si deposited film according to the present invention. 90 is a substrate made of an electron donating material, and 91 is a thin film made of a non-electron donating material.

原料ガスとしてのDMAH,Si2H6および反応ガスとしての
H2を含んだ混合気体がDMAHの分解温度以上かつ450℃以
下の温度範囲内に加熱された基体1上に供給されると、
基体90上にAl−Siが析出し、第2図(b)に示すように
Al−Siの連続膜が形成される。ここで、反応管2内の圧
力は10-3〜760Torrが望ましく、DMAH分圧は上気反応管
内圧力の1.5×10-5〜1.3×10-3倍が好ましい。Si2H6
圧は反応管2内の圧力の1×10-7〜1×10-4倍とするこ
とが望ましい。
DMAH, Si 2 H 6 as raw material gas and reactive gas
When the mixed gas containing H 2 is supplied onto the substrate 1 heated within a temperature range not lower than the decomposition temperature of DMAH and not higher than 450 ° C.,
Al-Si precipitates on the substrate 90, as shown in FIG.
An Al-Si continuous film is formed. Here, the pressure in the reaction tube 2 is desirably 10 −3 to 760 Torr, and the partial pressure of DMAH is preferably 1.5 × 10 −5 to 1.3 × 10 −3 times the pressure in the upper reaction tube. The partial pressure of Si 2 H 6 is desirably 1 × 10 −7 to 1 × 10 −4 times the pressure in the reaction tube 2.

上気条件でAl−Siの堆積を続けると、第2図(c)の
状態を経て、第2図(d)に示すように、Al−Si膜は薄
膜91の最上部のレベルにまで成長する。さらに同じ条件
で成長させると、第2図(e)に示すように、Al−Si膜
は横方向にはほとんど成長することなしに、5000Åにま
で成長可能である。これは、本発明による堆積膜の最も
特徴的な点であり、如何に良質の膜を良好な選択性の下
に形成可能であるかが理解できよう。
When the deposition of Al-Si is continued under the upward condition, the Al-Si film grows to the uppermost level of the thin film 91 through the state of FIG. 2C, as shown in FIG. 2D. I do. Further, when grown under the same conditions, as shown in FIG. 2 (e), the Al—Si film can be grown up to 5000 ° with almost no lateral growth. This is the most characteristic point of the deposited film according to the present invention, and it can be understood how a good quality film can be formed with good selectivity.

そしてオージュ電子分光法や光電子分光法による分析
の結果、この膜には炭素や酸素のような不純物の混入が
認められない。
As a result of analysis by Auger electron spectroscopy or photoelectron spectroscopy, contamination of impurities such as carbon and oxygen is not recognized in this film.

このようにして形成された堆積膜の抵抗率は、膜厚40
0Åでは室温で2.7〜3.0μΩ・cmとAlバルクの抵抗率と
ほぼ等しく、連続かつ平坦な膜となる。また、膜厚1μ
mであっても、その抵抗率はやはり室温で略々2.7〜3.0
μΩ・cmとなり、厚膜でも十分に緻密な膜が形成され
る。可視光波長領域における反射率も略々80%であり、
表面平坦性にすぐれた薄膜を堆積させることができる。
The resistivity of the deposited film thus formed has a thickness of 40
At 0 °, the resistivity is 2.7 to 3.0 μΩ · cm at room temperature, which is almost equal to the resistivity of the Al bulk, and is a continuous and flat film. In addition, film thickness 1μ
m, the resistivity is still approximately 2.7 to 3.0 at room temperature.
μΩ · cm, and a sufficiently dense film can be formed even with a thick film. The reflectance in the visible light wavelength region is also approximately 80%,
A thin film having excellent surface flatness can be deposited.

基体温度としては、Alを含む原料ガスの分解温度以
上、かつ450℃以下が望ましいことは前述した通りであ
るが、具体的には基体温度200〜450℃が望ましく、この
条件で堆積を行った場合、DMAH分圧が10-4〜10-3Torrの
とき堆積速度は100Å/分〜800Å/分と非常に大きく、
超LSI用Al−Si堆積技術として十分大きい堆積速度が得
られる。
As described above, the substrate temperature is preferably not lower than the decomposition temperature of the raw material gas containing Al and not higher than 450 ° C., but specifically, the substrate temperature is preferably 200 to 450 ° C., and the deposition was performed under these conditions. In this case, when the DMAH partial pressure is 10 -4 to 10 -3 Torr, the deposition rate is as large as 100Å / min to 800Å / min,
A sufficiently high deposition rate can be obtained as Al-Si deposition technology for VLSI.

さらに好ましくは基体温度270℃〜350℃であり、この
条件で堆積したAl−Si膜は配向性も強く、かつ450℃,1h
ourの熱処理を行ってもSi単結晶もしくはSi多結晶基体
上のAl−Si膜にはヒロック,スパイクの発生もない良質
のAl−Si膜となる。また、このようなAl−Si膜はエレク
トロマイグレーション耐性に優れている。
More preferably, the substrate temperature is 270 ° C. to 350 ° C., and the Al—Si film deposited under these conditions has a strong orientation and 450 ° C., 1 h
Even if our heat treatment is performed, the Al-Si film on the Si single crystal or Si polycrystal substrate becomes a high quality Al-Si film without generation of hillocks and spikes. In addition, such an Al-Si film has excellent electromigration resistance.

第1図示の装置では、1回の堆積において1枚の基体
にしかAl−Siを堆積することができない。略々800Å/
分の堆積速度は得られるが、多数枚の堆積を短時間で行
うためには不十分である。
In the apparatus shown in FIG. 1, Al-Si can be deposited on only one substrate in one deposition. Approximately 800Å
Although a minute deposition rate can be obtained, it is not enough to deposit a large number of sheets in a short time.

この点を改善する堆積膜形成装置としては、多数枚の
ウェハを同時に装填してAl−Siを堆積することのできる
減圧CVD装置がある。本発明によるAl−Si堆積は加熱さ
れた電子供与性基体表面での表面反応を用いているた
め、基体のみが加熱されるホットウォール型減圧CVD法
であればDMAHとH2およびSi2H6等のSi原料ガスとを添加
することにより、Siを0.5〜2.0%を含むAl−Si化合物を
堆積させることができる。
As a deposited film forming apparatus for improving this point, there is a reduced pressure CVD apparatus capable of simultaneously loading a large number of wafers and depositing Al-Si. Since the Al-Si deposition according to the present invention uses a surface reaction on the heated electron donative substrate surface, if the hot wall type low pressure CVD in which only the substrate is heated DMAH and H 2 and Si 2 H 6 By adding a Si source gas such as that described above, an Al-Si compound containing 0.5 to 2.0% of Si can be deposited.

反応管圧力は0.05〜760Torr,望ましくは0.1〜0.8Tor
r、基体温度は160℃〜450℃,望ましくは200℃〜400
℃、DMAH分圧は反応管内圧力の1×10-5倍〜1.3×10-3
倍であり、Si2H6分圧は反応管内圧力の1×10-7倍〜1
×10-4倍の範囲であり、Al−Siが電子供与性基体上にの
み堆積する。
Reaction tube pressure is 0.05-760 Torr, preferably 0.1-0.8 Torr
r, substrate temperature is 160 ° C to 450 ° C, preferably 200 ° C to 400 ° C
℃, DMAH partial pressure is 1 × 10 -5 times to 1.3 × 10 -3 times the pressure in the reaction tube.
And the partial pressure of Si 2 H 6 is 1 × 10 −7 times to 1 times the pressure in the reaction tube.
The range is × 10 −4 times, and Al—Si is deposited only on the electron donating substrate.

第3図はかかる本発明を適用可能な堆積膜形成装置を
示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a deposited film forming apparatus to which the present invention can be applied.

57はAl−Si膜を形成するための基体である。50は周囲
に対して実質的に閉じられた堆積膜形成用の空間を形成
する石英製の外側反応管、51は外側反応管50内のガスの
流れを分離するために設置される石英製の内側反応管54
は外側反応管50の開口部を開閉するための金属製のフラ
ンジであり、基体57は内側反応管51内部に設けられた基
体保持具56内に設置される。なお、基体保持具56は石英
製とするのが望ましい。
57 is a substrate for forming an Al-Si film. 50 is an outer reaction tube made of quartz which forms a space for forming a deposited film which is substantially closed with respect to the surroundings, and 51 is a quartz outer tube which is installed to separate a gas flow in the outer reaction tube 50. Inner reaction tube 54
Is a metal flange for opening and closing the opening of the outer reaction tube 50, and the substrate 57 is installed in a substrate holder 56 provided inside the inner reaction tube 51. Note that the base holder 56 is desirably made of quartz.

また、本装置はヒータ部59により基体温度を制御する
ことができる。反応管50内部の圧力は、ガス排気口53を
介して結合された排気系によって制御できるように構成
されている。
In addition, the present apparatus can control the substrate temperature by the heater unit 59. The pressure inside the reaction tube 50 can be controlled by an exhaust system connected via a gas exhaust port 53.

また、原料ガスは第1図に示す装置と、同様に、第1
のガス系,第2のガス系,第3のガス系および混合器を
有し(いずれも図示せず)、原料ガスは原料ガス導入口
52より反応管50内部に導入される。原料ガスは、第3図
中矢印58で示すように、内側反応管51内部を通過する
際、基体57の表面において反応し、Al−Siを基体表面に
堆積する。反応後のガスは、内側反応管51と外側反応管
50とによって形成される間隙部を通り、ガス排気口53か
ら排気される。
The source gas is the same as that of the apparatus shown in FIG.
A gas system, a second gas system, a third gas system, and a mixer (all are not shown).
It is introduced into the reaction tube 50 from 52. As shown by an arrow 58 in FIG. 3, the raw material gas reacts on the surface of the substrate 57 when passing through the inside of the inner reaction tube 51, and deposits Al—Si on the surface of the substrate. The gas after the reaction is supplied to the inner reaction tube 51 and the outer reaction tube.
The gas is exhausted from the gas exhaust port 53 through the gap formed by the gas exhaust port 50.

基体の出し入れに際しては、金属製フランジ54をエレ
ベータ(図示せず)により基体保持具56,基体57ととも
に降下させ、所定の位置へ移動させて基体の着脱を行
う。
When the base is taken in and out, the metal flange 54 is lowered together with the base holder 56 and the base 57 by an elevator (not shown), and is moved to a predetermined position to mount and remove the base.

かかる装置を用い、前述した条件で堆積膜を形成する
ことにより、装置内の総てのウェハにおいて良質なAl−
Si膜を同時に形成することができる。
By using such an apparatus and forming a deposited film under the conditions described above, high-quality Al-
Si films can be formed simultaneously.

上述したように本発明にもとづくAl−Si成膜方法によ
って得られた膜は緻密であり炭素等の不純物含有量がき
わめて少なく抵抗率もバルク並であり且つ表面平滑度の
高い特性を有するため以下に述べる顕著な効果が得られ
る。
As described above, the film obtained by the Al-Si film forming method based on the present invention is dense, has a very low impurity content such as carbon, has a resistivity comparable to that of a bulk, and has high surface smoothness. The remarkable effects described in (1) are obtained.

ヒロックの減少 ヒロックは成膜時の内部応力が熱処理工程で解放させ
る際にAl−Siが部分的なマイグレーションをおこし、Al
−Si表面に凸部を生じるものである。また通電による極
部的なマイグレーションによっても同様の現象が生ず
る。本発明によって形成されたAl−Si膜は内部応力がほ
とんどなく且つ単結晶に近い状態である。そのため450
℃1Hrの熱処理で従来のAl−Si膜において104〜106個/cm
2のヒロックが生ずるのに対して本発明によるとヒロッ
ク数は0〜10個/cm2と大幅に達成できた。このようにAl
−Si表面凸部がほとんどないためレジスト膜厚および層
間絶縁膜を薄膜化することができ微細化,平坦化に有利
である。
Hillock reduction Hillock causes Al-Si to partially migrate when internal stress during film formation is released in the heat treatment process,
-A projection is formed on the Si surface. A similar phenomenon also occurs due to local migration due to energization. The Al-Si film formed according to the present invention has almost no internal stress and is in a state close to a single crystal. Therefore 450
1Hr heat treatment at 10 4 to 10 6 pieces / cm in conventional Al-Si film
According to the present invention, the number of hillocks was as large as 0 to 10 / cm 2 , while 2 hillocks were generated. Thus Al
-Since there are almost no convex parts on the Si surface, the thickness of the resist film and the interlayer insulating film can be reduced, which is advantageous for miniaturization and flattening.

耐エレクトロマイグレーション性の向上 エレクトロマイグレーションは高密度の電流が流れる
ことにより配線原子が移動する現象である。この現象に
よ1粒界に沿ってボイドが発生・成長しそのための断面
積減少に伴ない配線が発熱・断線してしまう。従来Al−
SiにCu,Ti等を加え合金化することにより耐マイグレー
ション性を向上させてきた。しかしながら合金化により
エッチング工程の複雑化および微細化の困難さの問題が
生じている。
Improvement of Electromigration Resistance Electromigration is a phenomenon in which wiring atoms move when a high-density current flows. Due to this phenomenon, voids are generated and grown along one grain boundary, and as a result, the wiring is heated and disconnected due to the reduction in cross-sectional area. Conventional Al-
Migration resistance has been improved by adding Cu, Ti, etc. to Si and alloying it. However, alloying raises the problem of complexity of the etching process and difficulty of miniaturization.

耐マイグレーション性は平均配線寿命で評価すること
が一般的である。
Generally, the migration resistance is evaluated based on the average wiring life.

上記従来法による配線は250℃,1×106A/cm2の通電試
験条件下で、(配線断面積1μm2の場合)1×102〜103
時間の平均配線寿命が得られている。これに対して本発
明に基づくAl−Si成膜法により得られたAl−Si膜は、上
記試験により、断面積1μm2のの配線で103〜104時間の
平均配線寿命が得られた。
Under the current test conditions of 250 ° C. and 1 × 10 6 A / cm 2 , the wiring according to the conventional method is 1 × 10 2 to 10 3 (in the case of a wiring cross section of 1 μm 2 ).
The average wiring life in hours is obtained. On the other hand, in the Al-Si film obtained by the Al-Si film forming method according to the present invention, an average wiring life of 10 3 to 10 4 hours was obtained with a wiring having a cross-sectional area of 1 μm 2 by the above test. .

よって本発明によるとたとえば配線幅0.8μmのとき
0.3μmの配線層厚さで充分実用に耐え得る。つまり配
線層厚さを薄くすることができるので配線を設置した後
の半導体表面の凹凸を最小減に抑えることができ、且つ
通常の電流を流す上で高信頼性が得られた。また、非常
に単純なプロセスで可能である。
Therefore, according to the present invention, for example, when the wiring width is 0.8 μm
A wiring layer thickness of 0.3 μm can sufficiently withstand practical use. That is, since the thickness of the wiring layer can be reduced, the unevenness of the semiconductor surface after the wiring is installed can be reduced to a minimum, and high reliability can be obtained in flowing a normal current. It is also possible with a very simple process.

コンタクト部のアロイ・ピットの減少 配線工程中の熱処理により、配線材中のAlと基体のSi
が、共晶反応し、アロイ・ピットと呼ばれるAlとSiの共
晶がスパイク上に基体中に浸入し、その結果浅い接合が
破壊されることがある。
Reduction of alloy pits in the contact area Due to heat treatment during the wiring process, Al in the wiring material and Si in the base
However, a eutectic reaction occurs, and a eutectic of Al and Si, called an alloy pit, penetrates into the substrate on the spike, and as a result, a shallow junction may be broken.

その対策として接合深さが0.3μm以上の場合は純Al
以外の材料を用い、接合深さが0.2μm以下の場合はTi,
W,Mo系のバリアメタル技術を用いることが一般的であ
る。
As a countermeasure, when the joining depth is 0.3μm or more, pure Al
If the joining depth is 0.2μm or less, use Ti,
It is common to use W, Mo based barrier metal technology.

しかしエッチングの複雑さおよびコンタクトノの抵抗
上昇等改善すべき点は存在している。本発明によって形
成したAl−Siは、配線工程時の熱処理によっても基体結
晶とのコンタクト部におけるアロイピットの発生が抑え
られ、且つコンタクト性の良好な配線を得ることができ
る。つまり接合を0.1μm程度に浅くした場合もAl−Si
材料のみで接合を破壊することなく配線できる。
However, there are points to be improved, such as the complexity of etching and the increase in resistance of the contact. The Al-Si formed according to the present invention can suppress the generation of alloy pits in the contact portion with the base crystal even by the heat treatment in the wiring step, and can provide a wiring having good contact properties. In other words, even when the junction is made shallow to about 0.1 μm, Al-Si
Wiring can be performed using only the material without breaking the junction.

表面平滑性の向上(配線のパターニング性向上) 従来、金属薄膜の表面の粗さは配線のパターニング工
程においてマスクと基体用のアライメント工程およびエ
ッチング工程において不都合を及ばしていた。
Improvement of Surface Smoothness (Improvement of Patternability of Wiring) Conventionally, the roughness of the surface of a metal thin film has caused disadvantages in an alignment step for a mask and a substrate and an etching step in a wiring patterning step.

つまり従来のAlCVD膜の表面には数μmに及ぶ凹凸が
あり表面モルフォロジーが悪く、そのため 1)アライメント信号が表面で乱反射を生じ、そのため
雑音レベルが高くなり本来のアライメント信号を識別で
きない。
In other words, the surface of the conventional AlCVD film has irregularities of several μm and has poor surface morphology. Therefore, 1) the alignment signal is irregularly reflected on the surface, so that the noise level becomes high and the original alignment signal cannot be identified.

2)大きな表面凹凸をカバーするため、レジスト膜厚を
大きくとらねばならず微細化に反する。
2) To cover large surface irregularities, the resist film thickness must be made large, which is contrary to miniaturization.

3)表面モルフォロジーが悪いとレジスト内部反射によ
るハレーションが極部的に生じ、レジスト残りが生ず
る。
3) If the surface morphology is poor, halation due to the internal reflection of the resist is extremely generated, and the resist remains.

4)表面モルフォロジーが悪いとその凹凸に準じて配線
エッチング工程で側壁がギザギザになってしまう等の欠
点をもっていた。
4) If the surface morphology is poor, there is a drawback that the side walls are jagged in the wiring etching step according to the irregularities.

本発明によると形成されたAl−Si膜の表面モルフォロ
ジーが画期的に改善され、上述の欠点は全て改善させ
る。
According to the present invention, the surface morphology of the formed Al-Si film is remarkably improved, and all the above-mentioned disadvantages are improved.

コンタクトホール,スルーホール内の抵抗およびコン
タクト抵抗の向上。
Improvement of contact hole and through-hole resistance and contact resistance.

コンタクトホールの大きさが1μm×1μm以下と微
細になると、配線工程の熱処理中に配線中のSiがコンタ
クトホールの基体上に析出してこれを覆い、配線と素子
との間の抵抗が著しく大きくなる。
When the size of the contact hole becomes as fine as 1 μm × 1 μm or less, Si in the wiring deposits on the base of the contact hole during the heat treatment in the wiring process and covers the substrate, and the resistance between the wiring and the element becomes extremely large. Become.

本発明によると表面反応によってち密な膜が形成され
るのでコンタクトホール,スルーホール内部に完全に充
填されたAl−Siは2.7〜3.3μΩcmの抵抗率を有すること
が確認された。また、コンタクト抵抗は0.6μm×0.6μ
mの孔においてSi部が1020cm-3の不純物を有する場合1
×10-6Ω・cm2が達成できる。
According to the present invention, since a dense film is formed by the surface reaction, it has been confirmed that Al-Si completely filled in the contact hole and the through hole has a resistivity of 2.7 to 3.3 μΩcm. The contact resistance is 0.6μm × 0.6μ
When the Si portion has an impurity of 10 20 cm -3 in the hole of m
× 10 −6 Ω · cm 2 can be achieved.

つまり本発明によると微細の孔中に完全に配線材をう
め込むことができ、且つ基体と良好なコンタクトが得ら
れる。従って本発明は1μm以下の微細プロセスにおい
て最大の問題であったホール内抵抗およびコンタクト抵
抗の向上に大いに貢献できる。
That is, according to the present invention, the wiring material can be completely embedded in the fine holes, and good contact with the base can be obtained. Therefore, the present invention can greatly contribute to the improvement of the in-hole resistance and the contact resistance, which are the biggest problems in a fine process of 1 μm or less.

つまり、パターニング工程において露光機の解像性能
限界の線巾においてアライメント精度3σ=0.15μmが
達成できハレーションを起こさず、なめらかな側面を有
する配線が可能となる。
That is, in the patterning process, an alignment accuracy of 3σ = 0.15 μm can be achieved at the line width of the limit of the resolution performance of the exposure machine, and a wiring having a smooth side surface without causing halation can be obtained.

配線工程中の熱処理の低温下あるいは廃止が可能であ
る。
It is possible to eliminate or eliminate the heat treatment during the wiring process at a low temperature.

以上詳細に説明したように本発明を半導体集積回路の
配線形成方法に適用することにより、従来のAl−Si配線
に比べて格段に、歩止まりを向上させ、低コスト化を促
進することが可能となる。
As described in detail above, by applying the present invention to the wiring forming method of the semiconductor integrated circuit, it is possible to significantly improve the yield and promote the cost reduction as compared with the conventional Al-Si wiring. Becomes

(実施例1) まずAl−Si成膜の手順は次の通りである。第1図に示
した装置を用い、排気設備9により、反応管2内を略々
1×10-8Torrに排気する。ただし反応管2内の真空度は
1×10-8Torrより悪くてもAl−Siは成膜する。
(Example 1) First, the procedure of Al-Si film formation is as follows. Using the apparatus shown in FIG. 1, the inside of the reaction tube 2 is evacuated to approximately 1 × 10 −8 Torr by the exhaust equipment 9. However, even if the degree of vacuum in the reaction tube 2 is lower than 1 × 10 −8 Torr, Al—Si is formed.

Siウェハを洗浄後、搬送室10を大気圧に解放しSiウェ
ハを搬送室に装填する。搬送室を略々1×10-6Torrに排
気し、その後ゲートバルブ13を開けウェハをウェハホル
ダ3に装着する。
After cleaning the Si wafer, the transfer chamber 10 is released to the atmospheric pressure, and the Si wafer is loaded into the transfer chamber. The transfer chamber is evacuated to approximately 1 × 10 −6 Torr, and then the gate valve 13 is opened to mount the wafer on the wafer holder 3.

ウェハをウェハホルダ3に装着した後、ゲートバルブ
13を閉じ、反応室2の真空度が略々1×10-8Torrになる
まで排気する。
After mounting the wafer on the wafer holder 3, the gate valve
13 is closed and the chamber 2 is evacuated until the degree of vacuum in the reaction chamber 2 becomes approximately 1 × 10 −8 Torr.

本実施例では第1のガスラインからDMAHを供給する。
DMAHラインのキャリアガスはH2を用いた。第2のガスラ
インはH2用、第3のガスラインはSi2H6用とする。
In this embodiment, DMAH is supplied from the first gas line.
Carrier gas DMAH line with H 2. The second gas line is for H 2 and the third gas line is for Si 2 H 6 .

第2ガスラインからH2を流し、スローリークバルブ8
の開度を調整して反応管2内の圧力を所定の値にする。
本実施例における典型的圧力は略々1.5Torrとする。そ
の後ヒータ4に通電しウェハを加熱する。ウェハ温度が
所定の温度に到達した後、DMAHライン,Si2H6ラインより
DMAH,Si2H6を反応管内へ導入する。全圧は略々1.5Torr
であり、DMAH分圧を略々1.5×10-4Torrとする。Si2H6
圧は2×10-6Torrとする。Si2H6とDMAHを反応管2に導
入するとAl−Siが堆積する。所定の堆積時間が経過した
後、DMAHおよびSi2H6の供給を停止する。次にヒータ4
の加熱を停止し、ウェハを冷却する。H2ガスの供給を止
め反応管内を排気した後、ウェハを搬送室に移送し、搬
送室のみを大気圧にした後ウェハを取り出す。以上がAl
−Si成膜手順の概略である。
Flow H 2 from the second gas line and use the slow leak valve 8
The pressure inside the reaction tube 2 is adjusted to a predetermined value by adjusting the opening of the reaction tube 2.
The typical pressure in this embodiment is approximately 1.5 Torr. Thereafter, the heater 4 is energized to heat the wafer. After the wafer temperature reaches the specified temperature, the DMAH line and Si 2 H 6 line
DMAH and Si 2 H 6 are introduced into the reaction tube. Total pressure is approximately 1.5 Torr
And the DMAH partial pressure is approximately 1.5 × 10 −4 Torr. The partial pressure of Si 2 H 6 is 2 × 10 −6 Torr. When Si 2 H 6 and DMAH are introduced into the reaction tube 2, Al—Si is deposited. After a predetermined deposition time has elapsed, the supply of DMAH and Si 2 H 6 is stopped. Next, heater 4
Is stopped, and the wafer is cooled. After the supply of H 2 gas is stopped and the inside of the reaction tube is evacuated, the wafer is transferred to a transfer chamber, and only the transfer chamber is brought to atmospheric pressure, and then the wafer is taken out. Above is Al
-It is an outline of a Si film formation procedure.

次に本発明における試料作製を説明する。 Next, sample preparation in the present invention will be described.

Si基体(N型1〜2Ωcm)を水素燃焼方式(H2:4/
M,02:2/M)により1000℃の温度で熱酸化を行なった。
Hydrogen combustion method (H 2 : 4 /
M, 0 2: was subjected to thermal oxidation at a temperature of 1000 ° C. The 2 / M).

膜厚は7000ű500Åであり、屈折率は1.46であっ
た。このSi基体全面にホトレジストを塗布し、露光機に
より所望のパターンを焼きつける。パターンは0.25μm
×0.25μm〜100μm×100μmの各種の孔が開孔する様
なものである。ホトレジストを現象後反応性イオンエッ
チング(RIE)等でホトレジストをマスクとして下地のS
iO2をエッチングし、部分的に基体Siを露出させた。こ
のようにして0.25μm×0.25μm〜100μm×100μmの
各種の大きさのSiO2の孔を有する試料を130枚用意し、
基板温度を13とおり設定し、各基体温度でそれぞれ10枚
の試料に対して前述した手順に従って 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10-4Torr Si2H6分圧 2×10-6Torr なる条件でAl−Si膜を堆積した。
The thickness was 7000 ± 500 ° and the refractive index was 1.46. A photoresist is applied to the entire surface of the Si substrate, and a desired pattern is baked by an exposure machine. The pattern is 0.25μm
Various kinds of holes of × 0.25 μm to 100 μm × 100 μm are formed. After the phenomenon of the photoresist, the reactive ion etching (RIE) etc. is used to mask the underlying S
The iO 2 was etched to partially expose the substrate Si. In this way, samples were prepared 130 sheets having 0.25μm × 0.25μm~100μm × 100μm various sizes SiO 2 pores of,
The substrate temperature is set in 13 ways, and the total pressure is 1.5 Torr, the DMAH partial pressure is 1.5 × 10 -4 Torr, the Si 2 H 6 partial pressure is 2 × 10 -6 Torr, for each of the ten samples at each substrate temperature according to the procedure described above. An Al-Si film was deposited under the conditions.

基体温度を13水準に変化して堆積したAl−Si膜を各種
の評価方法を用いて評価した。その結果を表1に示す。
The Al-Si film deposited by changing the substrate temperature to 13 levels was evaluated using various evaluation methods. Table 1 shows the results.

上記試料で160℃〜450℃の温度範囲においてSiO2上に
はAl−Siは堆積せず、SiO2が開孔しSiが露出している部
分にのみAl−Siが堆積した。なお上述した温度範囲にお
いて2時間連続して堆積を行なった場合にも同様の選択
堆積数が維持された。
Al-Si is formed on SiO 2 in the temperature range of 160 ° C. to 450 ° C. In the sample without deposition, Al-Si was deposited only on the portion where SiO 2 is opening and Si is exposed. It should be noted that the same selective deposition number was maintained when deposition was performed continuously for two hours in the above temperature range.

(実施例2) 実施例1と同様の手順で 全圧 1.5Torr DMAH分圧 5×10-4Torr 基体温度(Tsub) 300℃ と設定し、Si2H6分圧を1.5×10-7Torrから1×10-4Torr
まで変化させて堆積を行った。形成されたAl−Si膜中の
Si含有量(Wt%)は0.005%から5%までSi2H6分圧にほ
ぼ比例して変化した。抵抗率,炭素含有,平均配線寿
命,堆積速度,ヒロック密度,スパイクの発生に関して
は実施例1と同様の結果が得られた。しかし4%以上の
Si含有量を有する試料は膜中にSiと思われる析出物が生
じ表面モルフォロジーが悪化し、反射率が65%以下とな
った。Si含有量4%未満の試料の反射率は80〜95%であ
り、実施例1と同様であった。また実施例1と同様に基
体表面材料による選択堆積性も全領域で確認された。
(Example 2) By the same procedure as in Example 1, the total pressure was set to 1.5 Torr, the DMAH partial pressure was set to 5 × 10 -4 Torr, the substrate temperature (Tsub) was set to 300 ° C., and the partial pressure of Si 2 H 6 was set to 1.5 × 10 -7 Torr. From 1 × 10 -4 Torr
The deposition was performed by changing to In the formed Al-Si film
The Si content (Wt%) changed from 0.005% to 5% almost in proportion to the Si 2 H 6 partial pressure. With respect to resistivity, carbon content, average wiring life, deposition rate, hillock density, and generation of spikes, the same results as in Example 1 were obtained. But more than 4%
In the sample having the Si content, a precipitate thought to be Si was formed in the film, the surface morphology was deteriorated, and the reflectance was 65% or less. The reflectance of the sample having a Si content of less than 4% was 80 to 95%, which was the same as in Example 1. Further, as in the case of Example 1, the selective deposition by the substrate surface material was confirmed in all regions.

(実施例3) まずAl−Si成膜の手順は次の通りである。排気設備9
により、反応管2内を略々1×10-8Torrに排気する。反
応管2内の真空度が1×10-8Torrより悪くてもAl−Siは
成膜する。
(Example 3) First, the procedure of Al-Si film formation is as follows. Exhaust equipment 9
Evacuates the reaction tube 2 to approximately 1 × 10 −8 Torr. Even if the degree of vacuum in the reaction tube 2 is lower than 1 × 10 −8 Torr, Al—Si is formed.

Siウェハを洗浄後、搬送室10を大気圧に解放してSiウ
ェハを搬送室に装填する。搬送室を略々1×10-6Torrに
排気してその後ゲートバルブ13を開けウェハをウェハホ
ルダ3に装着する、 ウェハをウェハホルダ3に装着した後、ゲートバルブ
13を閉じ反応室2の真空度が略々1×10-8Torrになるま
で排気する。
After cleaning the Si wafer, the transfer chamber 10 is released to the atmospheric pressure, and the Si wafer is loaded into the transfer chamber. The transfer chamber is evacuated to approximately 1 × 10 −6 Torr, and then the gate valve 13 is opened and the wafer is mounted on the wafer holder 3. After the wafer is mounted on the wafer holder 3, the gate valve is mounted.
13 is evacuated until the degree of vacuum in the reaction chamber 2 becomes approximately 1 × 10 −8 Torr.

本実施例では第1のガスラインをDMAH用とする。DMAH
ラインのキャリアガスはArを用いた。第2ガスラインは
H2用である。第3のガスラインはSi2H6用とする。
In this embodiment, the first gas line is used for DMAH. DMAH
Ar was used as the carrier gas for the line. The second gas line
It is for H 2. The third gas line is for Si 2 H 6 .

第2ガスラインからH2を流し、スローリークバルブ8
の開度を調整して反応管2内の圧力を所望の値にする。
本実施例における典型的圧力は略々1.5Torrとする。そ
の後ヒータ4に通電しウェハを加熱する。ウェハ温度が
所望の温度に到達した後、DMAHライン,Si2H6ラインより
DMAH,Si2H6を反応管内へ導入する。全圧は略々1.5Torr
であり、DMAH分圧を略々1.5×10-4Torrとする。Si2H6
圧は2×10-5Torrとする。Si2H6とDMAHを反応管2に導
入するとAl−Siが堆積する。所望の堆積時間が経過した
後DMAHおよびSi2H6の供給を停止する。次にヒータ4の
加熱を停止し、ウェハを冷却する。H2ガスの供給を止め
反応管内を排気した後ウェハを搬送室に移送し搬送室の
みを大気圧にした後ウェハを取り出す。以上がAl−Si成
膜の概略である。
Flow H 2 from the second gas line and use the slow leak valve 8
Is adjusted so that the pressure in the reaction tube 2 becomes a desired value.
The typical pressure in this embodiment is approximately 1.5 Torr. Thereafter, the heater 4 is energized to heat the wafer. After the wafer temperature reaches the desired temperature, DMAH line, Si 2 H 6 line
DMAH and Si 2 H 6 are introduced into the reaction tube. Total pressure is approximately 1.5 Torr
And the DMAH partial pressure is approximately 1.5 × 10 −4 Torr. The partial pressure of Si 2 H 6 is 2 × 10 −5 Torr. When Si 2 H 6 and DMAH are introduced into the reaction tube 2, Al—Si is deposited. After the desired deposition time has elapsed, the supply of DMAH and Si 2 H 6 is stopped. Next, heating of the heater 4 is stopped, and the wafer is cooled. After the supply of H 2 gas is stopped and the inside of the reaction tube is evacuated, the wafer is transferred to the transfer chamber, and only the transfer chamber is set to the atmospheric pressure, and then the wafer is taken out. The above is the outline of the Al-Si film formation.

このようにして形成された堆積膜は抵抗率,炭素含有
率,平均配線寿命,堆積速度,ヒロック密度,スパイク
の発生および反射率に関しては実施例1と同様の結果を
得た。
The deposited film thus formed obtained the same results as in Example 1 in terms of resistivity, carbon content, average wiring life, deposition rate, hillock density, spike generation and reflectance.

また基体による選択堆積性も実施例1と同様であっ
た。
The selective deposition by the substrate was also the same as in Example 1.

(実施例4) 実施例3と同様の手順で 全圧 1.5Torr DMAH分圧 5×10-4Torr 基体温度(Tsub) 300℃ と設定し、Si2H6分圧を1.5×10-7Torrから1×10-4Torr
まで変化させて堆積を行った。形成されたAl−Si膜中の
Si含有量(Wt%)は0.005%から5%までSi2H6分圧にほ
ぼ比例して変化した。抵抗率,炭素含有,平均配線寿
命,堆積速度,ヒロック密度,スパイクの発生に関して
は実施例1と同様の結果が得られた。しかし4%以上の
Si含有率を有する試料は膜中にSiと思われる析出物が生
じ表面モルフォロジーが悪化することで、反射率が65%
以下となった。Si含有量4%未満の試料の反射率は80〜
95%であり実施例1と同様であった。また実施例1と同
様に基体表面材料による選択堆積性も全領域で確認され
た。
(Example 4) The total pressure is set to 1.5 Torr DMAH partial pressure 5 × 10 -4 Torr The substrate temperature (Tsub) is set to 300 ° C., and the partial pressure of Si 2 H 6 is set to 1.5 × 10 -7 Torr in the same procedure as in Example 3. From 1 × 10 -4 Torr
The deposition was performed by changing to In the formed Al-Si film
The Si content (Wt%) changed from 0.005% to 5% almost in proportion to the Si 2 H 6 partial pressure. With respect to resistivity, carbon content, average wiring life, deposition rate, hillock density, and generation of spikes, the same results as in Example 1 were obtained. But more than 4%
Samples with a Si content have a reflectivity of 65% due to the formation of precipitates likely to be Si in the film and the deterioration of the surface morphology.
It was as follows. The reflectance of a sample with a Si content of less than 4% is 80 ~
95%, similar to Example 1. Further, as in the case of Example 1, the selective deposition by the substrate surface material was confirmed in all regions.

(実施例5) 第3図に示した減圧CVD装置を用いて以下に述べるよ
うな構成の基体(サンプル5−1〜5−179)にAl−Si
膜を形成した。
(Example 5) Al-Si was applied to a substrate (samples 5-1 to 5-179) having the following configuration by using the low pressure CVD apparatus shown in FIG.
A film was formed.

サンプル5−1の準備 電子供与性である第1の基体表面材料としての単結晶
シリコンの上に、非電子供与性である第2の基体表面材
料としての熱酸化SiO2膜を形成し、実施例1に示したよ
うなフォトリソグラフィー工程によりパターニングを行
い、単結晶シリコン表面を部分的に露出させた。
Preparation of Sample 5-1 A thermally oxidized SiO 2 film as a non-electron-donating second substrate surface material was formed on a single-crystal silicon as an electron-donating first substrate surface material. Patterning was performed by a photolithography process as shown in Example 1 to partially expose the single crystal silicon surface.

この時の熱酸化SiO2膜の膜厚は7000Å、単結晶シリコ
ンの露出部即ち開口の大きさは3μm×3μmであっ
た。このようにしてサンプル5−1を準備した(以下こ
のようなサンプルを“熱酸化SiO2(以下T−SiO2と略
す)/単結晶シリコン”と表記することとする)。
At this time, the thickness of the thermally oxidized SiO 2 film was 7000 °, and the size of the exposed portion of the single crystal silicon, that is, the size of the opening was 3 μm × 3 μm. Thus, Sample 5-1 was prepared (hereinafter, such a sample is referred to as “thermally oxidized SiO 2 (hereinafter abbreviated as T-SiO 2 ) / single-crystal silicon”).

サンプル5−2〜5−179の準備 サンプル5−2は常圧CVDになよって成膜した酸化膜
(以下SiO2と略す)/単結晶シリコン サンプル5−3は常圧CVDによって成膜したボロンド
ープの酸化膜(以下BSGと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−4は常圧CVDによって成膜したリンドー
プの酸化膜(以下PSGと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−5は常圧CVDによって成膜したリンおよ
びボロンドープの酸化膜(以下BSPGと略す)/単結晶シ
リコン、 サンプル5−6はプラズマCVDによって成膜した窒化
膜(以下P−S:Nと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−7は熱窒化膜(以下T−S:Nと略す)/
単結晶シリコン、 サンプル5−8は減圧CVDによって成膜した窒化膜
(以下LP−S:Nと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−9はECR装置によって成膜した窒化膜
(以下ECR−SiNと略す)/単結晶シリコンである。さら
に電子供与性である第1の基体表面材料と非電子供与性
である第2の基体表面材料の組み合わせにより表2に示
したサンプル5−11〜5−179を作成した。第1の基体
表面材料として単結晶シリコン(単結晶Si),多結晶シ
リコン(多結晶Si),非晶質シリコン(非晶質Si),タ
ングステン(W),モリブデン(Mo),タンタル(T
a),タングステンシリサイド(WSi),チタンシリサイ
ド(TiSi),アルミニウム(Al),アルミニウムシリコ
ン(Al−Si),チタンアルミニウム(Al−Si),チタン
ナイトライド(Ti−N),銅(Cu),アルミニウムシリ
コン銅(Al−Si−Cu),アルミニウムパラジウム(Al−
Pd),チタン(Ti),モリブデンシリサイド(Mo−Si)
タンタルシリサイド(Ta−Si)を使用した。これらのサ
ンプルおよびAl2O3基板,SiO2ガラス基板を第3図に示し
た減圧CVD装置に入れ、同一バッヂ内でAl−Si膜を成膜
した。成膜条件は反応管圧力0.3Torr,DMAH分圧3.0×10
-5Torr,Si2H6分圧1.0×10-6Torr,基体温度300℃,成膜
時間10分である。
Preparation of Samples 5-2 to 5-179 Sample 5-2 was an oxide film (hereinafter abbreviated as SiO 2 ) formed by normal pressure CVD / single crystal silicon Sample 5-3 was boron doped by normal pressure CVD Oxide film (hereinafter abbreviated as BSG) / single-crystal silicon, Sample 5-4 is phosphorus-doped oxide film (hereinafter abbreviated as PSG) / single-crystal silicon formed by atmospheric pressure CVD, Sample 5-5 is an atmospheric pressure CVD Sample 5-6 is a phosphorous and boron doped oxide film (hereinafter abbreviated as BSPG) / single crystal silicon. Sample 5-6 is a nitride film (hereinafter abbreviated as PS: N) / single crystal silicon formed by plasma CVD. Sample 5 -7 is a thermal nitride film (hereinafter abbreviated as TS: N) /
Single crystal silicon, Sample 5-8 is a nitride film (hereinafter abbreviated as LP-S: N) formed by low-pressure CVD / single crystal silicon, Sample 5-9 is a nitride film formed by an ECR device (hereinafter ECR-SiN). Abbreviation) / single-crystal silicon. Further, Samples 5-11 to 5-179 shown in Table 2 were prepared by combining an electron-donating first substrate surface material and a non-electron-donating second substrate surface material. Single-crystal silicon (single-crystal Si), polycrystalline silicon (polycrystalline Si), amorphous silicon (amorphous Si), tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (T
a), tungsten silicide (WSi), titanium silicide (TiSi), aluminum (Al), aluminum silicon (Al-Si), titanium aluminum (Al-Si), titanium nitride (Ti-N), copper (Cu), Aluminum silicon copper (Al-Si-Cu), aluminum palladium (Al-
Pd), titanium (Ti), molybdenum silicide (Mo-Si)
Tantalum silicide (Ta-Si) was used. These samples, the Al 2 O 3 substrate, and the SiO 2 glass substrate were placed in the reduced pressure CVD apparatus shown in FIG. 3, and an Al—Si film was formed in the same batch. The deposition conditions were as follows: reaction tube pressure 0.3 Torr, DMAH partial pressure 3.0 × 10
-5 Torr, Si 2 H 6 partial pressure 1.0 × 10 −6 Torr, substrate temperature 300 ° C., and film formation time 10 minutes.

このような条件で成膜した結果、サンプル5−1から
5−179までのパターニングを施したサンプル に関しては全て、電子供与性である第1の基体表面にの
みAl−Si膜の堆積が起こり、7000Åの深さの開口部を完
全に埋めつくした。Al−Si膜の膜質は実施例1で示した
基体温度300℃のものと同一の性質を示し非常に良好で
あった。一方非電子供与性である第2の基体表面にはAl
−Si膜は全く堆積せず完全な選択性が得られた。非電子
供与性であるAl2O3基板およびSiO2ガラス基板にもAl−S
i膜は全く堆積しなかった。
As a result of forming a film under such conditions, a sample subjected to patterning from samples 5-1 to 5-179 In all cases, the deposition of the Al-Si film occurred only on the surface of the first substrate which was electron donating, and completely filled the opening having a depth of 7000 °. The film quality of the Al-Si film was the same as that of Example 1 having the substrate temperature of 300 ° C., and was very good. On the other hand, a non-electron donating second substrate surface has Al
-Si film was not deposited at all and complete selectivity was obtained. Non-electron-donating Al 2 O 3 substrates and SiO 2 glass substrates also have Al-S
No i film was deposited.

(実施例6) 第3図の減圧CVD装置を用いて以下に述べるような構
成の基体にAl−Si膜を形成した。
Example 6 An Al—Si film was formed on a substrate having the following configuration using the low-pressure CVD apparatus shown in FIG.

非電子供与性である第2の基体表面材料としての熱酸
化膜上に電子供与性である第1の基体表面材料としての
多結晶Siを形成し、実施例1に示すようなフォトリソグ
ラフィ工程によりパターニングを行い、熱酸化膜表面を
部分的に露出させた。この時の多結晶シリコンの膜厚は
2000Å、熱酸化膜露出部すなわち開口部の大きさは3μ
m×3μmであった。このようなサンプルを6−1とす
る。非電子供与性である第2の基体表面材料(T−Si
O2,CVD−SiO2,BSG,PSG,BPSG,P−SiN,T−SiN,N,LP−SiN,
ECR−SiN)と電子供与性である第1の基体表面材料(多
結晶Si,非晶質Si,Al,W,Mo,Ta,WSi,TiSi,TaSi,Al−Si,Al
−Ti,TiN,Cu,Al−Si−Cu,Al−Pd,Ti,Mo−Si)の組み合
わせにより、表3に示す6−1〜6−169のサンプルを
用意した。これらのサンプルを第3図に示した減圧CVD
装置に入れ、同一バッヂ内でAl−Si膜を成膜した。成膜
条件は反応管圧力0.3Torr,DMAH分圧3.0×10-5Torr,Si2H
6分圧1.0×10-6Torr,基体温度300℃,成膜時間10分であ
る。このような条件で成膜した結果、6−1から6−16
9までのサンプル全てにおいて、非電子供与性である2
の基体表面が露出している開口部には全くAl−Si膜は堆
積されず、電子供与性である第1の基体表面上にのみ約
7000ÅのAl−Siが堆積し、完全な選択性が得られた。な
お、堆積したAl−Si膜の膜質は実施例1で示した基体温
度300℃のものと同一の性質を示し、非常に良好であっ
た。
A polycrystalline Si as an electron-donating first substrate surface material is formed on a thermal oxide film as a non-electron-donating second substrate surface material, and is subjected to a photolithography process as shown in Example 1. Patterning was performed to partially expose the thermal oxide film surface. At this time, the thickness of the polycrystalline silicon is
2000mm, the size of the exposed part of the thermal oxide film, that is, the opening is 3μ
m × 3 μm. Such a sample is designated as 6-1. Non-electron donating second substrate surface material (T-Si
O 2 , CVD-SiO 2 , BSG, PSG, BPSG, P-SiN, T-SiN, N, LP-SiN,
ECR-SiN) and electron-donating first substrate surface material (polycrystalline Si, amorphous Si, Al, W, Mo, Ta, WSi, TiSi, TaSi, Al-Si, Al
-Ti, TiN, Cu, Al-Si-Cu, Al-Pd, Ti, Mo-Si) were prepared, and samples 6-1 to 6-169 shown in Table 3 were prepared. These samples were subjected to reduced pressure CVD shown in FIG.
The device was placed in an apparatus, and an Al-Si film was formed in the same badge. The film formation conditions were: reaction tube pressure 0.3 Torr, DMAH partial pressure 3.0 × 10 -5 Torr, Si 2 H
The 6- minute pressure is 1.0 × 10 −6 Torr, the substrate temperature is 300 ° C., and the film formation time is 10 minutes. As a result of forming a film under such conditions, 6-1 to 6-16
Non-electron donating in all samples up to 9
No Al-Si film is deposited on the opening where the substrate surface is exposed, and only the electron-donating first substrate surface has an Al-Si film.
Al-Si of 7000Å was deposited, and complete selectivity was obtained. The quality of the deposited Al—Si film was the same as that of the substrate temperature of 300 ° C. shown in Example 1 and was very good.

(実施例7) 原料ガスにMMAH2を用いて、 全圧力 1.5Torr MMAH2分圧 5×10-4Torr Si2H6分圧 1×10-5Torr と設定し、実施例1と同様の手順で堆積を行なったとこ
ろ、基体温度160℃から400℃の温度範囲において、実施
例1と同様に炭素不純物を含まない平坦性,緻密性およ
び基体表面材料による選択性に優れたAl−Si薄膜が堆積
した。
(Example 7) MMAH 2 was used as a source gas, and the total pressure was set to 1.5 Torr MMAH 2 partial pressure 5 × 10 -4 Torr Si 2 H 6 partial pressure 1 × 10 -5 Torr When the deposition was performed according to the procedure, an Al-Si thin film having excellent flatness, compactness, and selectivity depending on the substrate surface material was obtained in the same manner as in Example 1 in the temperature range of the substrate temperature of 160 ° C. to 400 ° C., as in Example 1. Was deposited.

(実施例9) Siを含む原料としてSi2H6に替えてSiH4を用いて実施
例1と同様に手順で 全圧力 1.5Torr DMAH分圧 5×10-4Torr SiH4 1×10-5Torr と設定し、堆積を行ったところ、基体温度160℃から400
℃の温度範囲において、実施例1と同様に炭素不純物を
含まない平坦性,緻密性および基体表面材料による選択
性に優れたAl−Si薄膜が堆積した。
(Example 9) Total pressure 1.5 Torr DMAH partial pressure 5 × 10 -4 Torr SiH 4 1 × 10 -5 in the same procedure as in Example 1 except that SiH 4 was used as a raw material containing Si instead of Si 2 H 6. Torr was set and deposition was performed.
In the temperature range of ° C., an Al—Si thin film containing no carbon impurities and excellent in flatness, denseness and selectivity depending on the substrate surface material was deposited in the same manner as in Example 1.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、低抵抗,緻
密,かつ平坦なAl−Si膜を基体上に選択的に堆積させる
ことができた。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a low-resistance, dense, and flat Al-Si film can be selectively deposited on a substrate.

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

第1図は本発明を適用可能な堆積膜形成装置の一例を示
す模式図、 第2図は本発明による堆積膜形成法を説明する模式的断
面図、 第3図は本発明を適用可能な堆積膜形成装置の他の例を
示す模式図である。 1……基体、 2……反応管、 3……基体ホルダ、 4……ヒータ、 5……混合器、 6……気化器、 7……ゲートバルブ、 8……スローリークバルブ、 9……排気ユニット、 10……搬送室、 11……バルブ、 12……排気ユニット、 50……石英製外側反応管、 51……石英製内側反応管、 52……原料ガス導入口、 53……ガス排気口、 54……金属製フランジ、 56……基体保持具、 57……気体、 58……ガスの流れ、 59……ヒータ部。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a deposited film forming apparatus to which the present invention can be applied, FIG. 2 is a schematic sectional view for explaining a deposited film forming method according to the present invention, and FIG. 3 is applicable to the present invention. It is a schematic diagram which shows another example of a deposited film forming apparatus. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Reaction tube, 3 ... Substrate holder, 4 ... Heater, 5 ... Mixer, 6 ... Vaporizer, 7 ... Gate valve, 8 ... Slow leak valve, 9 ... Exhaust unit, 10… Transfer chamber, 11… Valve, 12… Exhaust unit, 50… Quartz outer reaction tube, 51… Quartz inner reaction tube, 52… Source gas inlet, 53… Gas Exhaust port, 54: Metal flange, 56: Base holder, 57: Gas, 58: Gas flow, 59: Heater.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−67135(JP,A) 特開 平1−198475(JP,A) 特開 昭62−202079(JP,A) 特開 昭62−20870(JP,A) 特開 昭63−248795(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/88──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-55-67135 (JP, A) JP-A-1-198475 (JP, A) JP-A-62-202079 (JP, A) JP-A-62-202079 20870 (JP, A) JP-A-63-248795 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 16/00-16/56 H01L 21/88

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】(a)タングステン、モリブデン、タンタ
ル、アルミニウム、チタンアルミニウム、チタンナイト
ライド、銅、アルミニウムパラジウム、チタンから選択
される材料またはその材料のシリサイドからなる電子供
与性の表面と非電子供与性の表面とを有する基体を堆積
膜形成用の空間に配する工程、 (b)ジメチルアルミニウムハイドライドおよびモノメ
チルアルミニウムハイドライドから選択されるアルキル
アルミニウムハイドライドのガスとシリコン原子を含む
ガスと水素ガスとを前記堆積膜形成用の空間に導入する
工程、および (c)前記アルキルアルミニウムハイドライドの分解温
度以上でかつ450℃以下の範囲内に前記電子供与性の表
面の温度を維持し、シリコンを含むアルミニウム膜を該
電子供与性の表面に選択的に形成する工程を有すること
を特徴とする堆積膜形成法。
1. An electron donating surface comprising a material selected from tungsten, molybdenum, tantalum, aluminum, titanium aluminum, titanium nitride, copper, aluminum palladium, titanium or a silicide of the material, and a non-electron donor. Disposing a substrate having a neutral surface in a space for forming a deposited film, and (b) disposing a gas of an alkyl aluminum hydride selected from dimethyl aluminum hydride and monomethyl aluminum hydride, a gas containing silicon atoms, and a hydrogen gas. And (c) maintaining the temperature of the electron-donating surface within the range of not less than the decomposition temperature of the alkyl aluminum hydride and not more than 450 ° C. to form an aluminum film containing silicon. Selectively on the electron donating surface The deposited film forming method characterized by comprising the step of forming.
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