JP2831770B2

JP2831770B2 - 堆積膜形成法

Info

Publication number: JP2831770B2
Application number: JP2006557A
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: 1990-01-16
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: JPH03183768A

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）が用いられ
てきた。Alは安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,Si等との密着性が良いなど、多くの利点を
持っている。

上記AlもしくはAl合金の電極や配線のAl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
が使われてきた。ところが一般に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、断差部や絶縁膜側壁での膜
厚が極端に薄くなり、ひどい場合には断線してしまう。
膜厚の不均一や断線はLSIの信頼性を著しく低下させて
しまうという欠点がある。

上記のような問題点を解決するため様々なタイプのCV
D（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法では気相中での反応があるので、基板
表面の凹凸に対する表面被覆性はよいが、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。このためAl膜の形成法として熱CVD法が
種々研究されている。一般的な熱CVDによりAl膜の形成
方法としては有機アルミニウムをキャリアガスに分散し
た加熱基板上へ輸送し、基板上でガス分子を熱分解して
膜形成するという方法が使われる。例えばJournal of E
lectrochemical Society第131巻第2175頁（1984年）に
見られる例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｛（ｉ−C₄H₉）₃Al｝（TIBA）を用
い、成膜温度 260℃，反応管圧力0.5Torrで成膜し、3.4
μΩ・cmの膜を形成している。

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しないと連
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悪いとい
う欠点がある。特開昭63−33569号には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。この場
合には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。TIBA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、水素をキャリアガスとして使うという
記載もない。またTIBA以外にトリメチルアルミニウム
（TMA）をあげているが、それ以外のガスの具体的記載
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。

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法により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。この方法ではガス温度と基体表
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，選択性が長時
間維持できないなどの問題点がある。

このように、従来のAl膜形成法はいずれも十分に平坦
ではないし、抵抗が低く、高純度の良質なAl膜を制御性
良く成膜するには全く不完全で問題が多い。

［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間を制御性良く成形し得
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、結晶方位が（100）面である単結晶シリコン表
面を有する基体を堆積膜形成用の空間に配する工程、ア
ルキルアルミニウムハイドライドの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基体表面の温度を維持し、表
面の結晶方位が（111）面である単結晶アルミニウム膜
を前記基体の表面に堆積させることを特徴とする。

さらに、本発明による堆積膜形成法は、結晶方位が
（111）面である単結晶シリコン表面を有する基体を堆
積膜形成用の空間に配する工程、アルキルアルミニウム
ハイドライドの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
に前記基体表面の温度を維持し、表面の結晶方位が（10
0）面である単結晶アルミニウム膜を前記基体の表面に
堆積させ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
メ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
ル挽回であり、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、熱処理によりヒロック発
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
ベき余地がある。

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、膜質の劣るものであった。

［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、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Al膜を形成する。

本発明の適用可能な基体は、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
は三元系もしけは四元系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。
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に
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、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、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、気体状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。

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、D
MAHとMMAH₂を混合させて用いてもよい。

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膜は配向性も強く、かつ450℃,lhour
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膜にはヒロック，スパイクの発生もない良質のAl膜と
なる。また、このようなAl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DMA
HとH₂とを用いることにより、Al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が電子供与性基体上に堆積す
る。

第２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２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が部分的なマイグレーションをおこし、Al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膜において10⁴〜10⁶個/cm²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
と大幅に減少できた。このようにAl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
より粒界に沿ってバイドが発生・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。

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成膜法により得られたAl膜は、上記試験に
より、断面積１μm²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。

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。

つまり従来のAl−CVD膜の表面には数μｍに及ぶ凹凸
があり表面モノフォロジーが悪く、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）表面モノ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）表面モノ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。

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。

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。

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により悪くてもAl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なガスラインから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は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ラインよりDMAH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。DMAHを反応管２に導入する
とAlが堆積する。所定の堆積時間が経過した後、DMAH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成膜手順の概略であ
る。

次に本実施例における試料作製を説明する。

Si基体（Ｎ型１〜２Ωcm）の試料を130枚用意し、基
体温度を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 1.5 Torr DMAH分圧 1.5×10^-4Torr なる条件でAl膜を堆積した。

基体温度を13水準に変化して堆積したAl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160℃〜450℃、特に200℃〜400℃の温度範囲に
おいて、きわめて良質なAl膜が得られた。

（実施例２）まずAl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
の後ヒーター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ラインよりDMAH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。DMAHを反応管２に導入す
るとAlが堆積する。所望の堆積時間が経過した後DMAH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３）原料ガスにMMAH₂を用いて、全圧力 1.5 Torr MMAH₂分圧５×10^-4Torr 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が堆積した。

（実施例４）シリコン基板を第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、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膜が堆積
した。Al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５）実施例１と同じ方法によってAl膜を形成したサンプル
を用意した。各サンプル即ち実施例１と同じ各成膜条件
において、Siウエハ上へ堆積したAl膜の結晶性をＸ線回
折法および反射電子線回折法を用いて評価したところ以
下の通りであった。

Si基体表面の結晶方位が（111）面であるとき、Ｘ線
回折からは、第３図に示すように、Alに関してはAl（10
0）を示す回折ピークしか観測されなかった。また、加
速電圧80kVもしくは、100kVの電子線を用いた反射高束
電子線回折では、第４図のようにAl（100）を示す単結
晶スポットが観察された。第４図（ａ）はAl（100）に
［001］方向から電子線を入射した時の回折パターン，
同図（ｂ）はAl（100）に［011］方向から電子線を入射
した時の回折パターンである。すなわち、Si（111）基
体上のAl膜は（100）面を持つ単結晶であった。表１の
基体温度範囲のなかで、250℃から330℃の範囲のものは
堆積したAl膜が単結晶となっていた。

また、Si（111）面がSi基体表面と１゜、２゜、３
゜、４゜、５゜異なったオフアングルSi（111）基体上
に堆積したAl膜も上述Si（111）基体上に堆積した場合
と同じく、基体温度が250℃から330℃の範囲の温度条件
では、Al（100）単結晶が堆積した。

Si基体表面の結晶方位が（100）面であるとき、Ｘ線
回折からは、第５図に示すように、Alに関してはAl（11
1）を示す回折ピークしか観測されなかった。また、加
速電圧80kVもしくは、100kVの電子線を用いた反射高速
電子線回折では、Al（111）を示す単結晶スポットが観
測された。すなわち、Si（100）基体上のAl膜は（111）
面をもつ単結晶であった。表１の基体温度範囲のなか
で、250℃から330℃の範囲のものは堆積したAl膜が単結
晶となっていた。また、Si（100）面がSi基体表面と１
゜、２゜、３゜、４゜、５゜異なったオフアングルSi
（100）基体上に堆積したAl膜も上述Si（111）基体上に
堆積した場合と同じく、基体温度が250℃から330℃の範
囲の温度条件では、Al（111）単結晶が堆積した。

（実施例６）実施例２の方法で形成したAl膜の結晶性は、実施例１
の場合と同じく、表１の基体温度が250℃から330℃の範
囲では、Si（111）基体上ではAl（100）単結晶、Si（10
0）基体上ではAl（111）単結晶が堆積した。

（実施例７） Si基体上に実施例３の方法で形成したAl膜の結晶性を
Ｘ線回折法および反射高速電子線回折法で評価したとこ
ろ以下の通りであった。

Si基体表面の結晶方位が（111）面であるとき、Ｘ線
回折からは、第３図に示すように、Alに関してはAl（10
0）を示す回折ピークしか観測されなかった。また、加
速電圧80kVもしくは、100kVの電子線を用いた反射高速
電子線回折では、第４図のようにAl（100）を示す単結
晶スポットが観測された。すなわち、Si（111）基体上
のAl膜は（100）面をもつ単結晶であった。

また、Si（111）面がSi基体表面と１゜、２゜、３
゜、４゜、５゜異なったオフアングルSi（111）基体上
に堆積したAl膜も上述Si（111）基体上に堆積した場合
と同じく、Al（100）単結晶が堆積した。

Si基体表面の結晶方位が（100）面であるとき、Ｘ線
回折からは、第５図に示すように、Alに関してはAl（11
1）を示す回折ピークしか観測されなかった。また、加
速電圧80kVもしくは、100kVの電子線を用いた反射高速
電子線回折では、Al（111）を示す単結晶スポットが観
測された。すなわち、Si（100）基体上のAl膜は（111）
面をもつ単結晶であった。また、Si（100）面が１゜、
２゜、３゜、４゜、５゜異なったオフアングルSi（10
0）基体上に堆積したAl膜も上述Si（111）基体上に堆積
した場合と同じく、Al（111）単結晶が堆積した。

［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。第３図はSi（111）基体上のＸ線回折パターン、第４図はSi（111）基体上のAl（100）回折パターン、第５図はSi（100）基体上のＸ線回折パターンである。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63−33569（ＪＰ，Ａ) 特開平１−198475（ＪＰ，Ａ) 特開平２−38569（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶方位が（100）面である単結晶シリコ
ン表面を有する基体を堆積膜形成用の空間に配する工
程、アルキルアルミニウムハイドライドのガスと水素ガスと
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基体表面の温度を維持
し、表面の結晶方位が（111）面である単結晶アルミニ
ウム膜を前記基体の表面に堆積させることを特徴とする
堆積膜形成法。
【請求項２】結晶方位が（111）面である単結晶シリコ
ン表面を有する基体を堆積膜形成用の空間に配する工
程、アルキルアルミニウムハイドライドのガスと水素ガスと
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基体表面の温度を維持
し、表面の結晶方位が（100）面である単結晶アルミニ
ウム膜を前記基体の表面に堆積させることを特徴とする
堆積膜形成法。