JP2781220B2

JP2781220B2 - 堆積膜形成法

Info

Publication number: JP2781220B2
Application number: JP1233927A
Authority: JP
Inventors: 宣夫御子柴; 和夫坪内; 一哉益
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-09-09
Filing date: 1989-09-09
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JPH03122278A

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。

［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等のアルミニウム合金が用いられてきた。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。

上記AlもしくはAl−Si合金の電極や配線のAl−Si膜の
形成方法としては、従来マグネトロンスパッタなどのス
パッタ法が用いられてきた。

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。

上記のような問題点を解決するためのAl膜の成膜法と
しては様々なタイプのCVD（Chemical Vapor Depositio
n）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法では気相中の反応があるので、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。

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。このため、段差部での断線などを避けることが
できる。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、Journa
l of Electrochemical 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−C₄H₉）₃Al｝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。

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。

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。

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体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。

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。

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。この方法ではガス温度と基板
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。

このように、従来の方法では平坦で低抵抗の良質なAl
−Si膜を得る上で問題があったり、装置上または成膜上
の問題点がある。

［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。

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。

［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
の表面を備えた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形成する工程を有することを特徴と
する。

［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。

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。

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結合の切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。

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。

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。

要は、最も単純なアルキル基である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。

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
ることができない。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

この電子供与性について以下詳細に説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ガスの供給系は以下のように構成されている。

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。

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。

排気系は以下のように構成される。

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。

基体１の搬送系は以下のように構成される。

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。

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。

第１図に示すように、第１の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DMAH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、気体状DM
AH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。

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。

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（CH₃）₄,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。

このような原料ガスおよび反応ガスを用い、基体温度
160℃〜450℃で形成された堆積膜の抵抗率は、膜厚400
Å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。このとき、成膜時
圧力は10^-3Torr〜760Torrの範囲で選ぶことができる。
また、膜厚１μｍであっても、その抵抗率はやはり室温
で略々2.7〜3.0μΩ・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。

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。

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。

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。

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。

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が電子供与性基体に堆積
する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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れ
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。

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
より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。

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。

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。

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。

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
晶がスパイク状に基体中に浸入し、その結果浅い接合が
破壊されることがある。

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。

しかしエッチングの複雑さおよびコンタクト抵抗の上
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。

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ぼしていた。

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。

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。

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。

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。

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れ
る。

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。

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。

本発明によると表面反応によって緻密な膜が形成され
るので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×0.6μｍ
の面積において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。

つまり本発明によると基体と良好なコンタクトが得ら
れる。

配線工程中の熱処理の低温化あるいは廃止が可能であ
る。

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。

（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。

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。

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。

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。

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分
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。

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。

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。

つまり200℃〜400℃の温度範囲においてきわめて良質
な膜が得られた。

（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。

（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、反射管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。

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。

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。

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分
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。

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。

（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。

（実施例５） Si基板を第２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^-6Tor
r,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、7000ÅのAl−Si膜が
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。

（実施例６）原料ガスにMMAH₂を用いて、全圧力 1.5Torr MMAH₂分圧５×10^-4Torr Si₂H₆分圧 1.0×10^-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，緻密性に優
れたAl−Si薄膜が堆積した。

（実施例７） 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，緻密性に優れたAl−Si薄膜が堆積し
た。

［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膜を基体上に堆積させることがで
きた。

【図面の簡単な説明】

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……基体、 58……ガスの流れ、 59……ヒータ部。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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
与性の表面を備えた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形成する工程を有することを特徴と
する堆積膜形成法。