JP2968657B2 - 熱cvd方法 - Google Patents

熱cvd方法

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JP2968657B2
JP2968657B2 JP5026377A JP2637793A JP2968657B2 JP 2968657 B2 JP2968657 B2 JP 2968657B2 JP 5026377 A JP5026377 A JP 5026377A JP 2637793 A JP2637793 A JP 2637793A JP 2968657 B2 JP2968657 B2 JP 2968657B2
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thermal cvd
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文彦 上杉
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は各種材料のCVDにおい
て、レジスト塗布、露光、レジスト剥離等の工程無し
で、高温を要する表面清浄化工程無しで、光利用によっ
て空間選択性良くパターニングできるCVD方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】熱CVD中に光を照射し、光照射部での
CVD膜成長を抑制することによって直接CVD膜のパ
ターニングを行う光反転CVDは、光照射部に膜を成長
させる通常の光CVD方法に比べて、気相分解による降
り積もりの影響を除去できるため、パターン転写の分解
能を向上させることができる。
【0003】これまでに、我々の発明による特願平3−
34756号と特願平3−81840号が従来例として
挙げることができる。これらの発明によれば、レジスト
を用いない直接パターニング方法において、所望領域だ
けに成膜を行い、かつ、パターン分解能を向上でき、更
に、使用する光源の制約が少なくなる方法として、成膜
の不要な部分に光を選択的に照射して、その表面を原子
層オーダで化学的に不活性な面に改質し、非照射部にだ
け成膜する反転CVDを提供できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】我々の先の発明では上
述したような特徴を持っているが、発明の基になる現象
は基板表面の状態に敏感で、清浄なSi表面が必要であ
る。したがって自然酸化膜があったり、汚染されている
基板では、先の発明の適用は困難である。通常、清浄面
を形成する温度は高いため、デバイス形成上悪い影響を
与える恐れがある場合、この発明を適用するのは困難な
場合がある。
【0005】一方、Si表面の汚染防止や自然酸化膜の
成長抑制方法として、この表面をフッ酸に浸したり、原
子状水素を照射したり、水素プラズマに曝したりして表
面を水素終端する方法が有望視されている。この場合、
清浄表面を形成する高温プロセスが不要なので、プロセ
ス上のメリットは大きい。
【0006】もし、このような水素終端Si表面上でも
我々が先に発明した反転CVDが可能であれば、Si表
面の清浄化プロセスを行わなくても、高精細の反転パタ
ーニングが可能になる。また、これまでの我々の反転C
VDだけでなく、水素終端Si表面上で熱CVDが生じ
ない温度でもCVD反応を誘起できれば、光照射による
CVD反応の制御性が更に広がる。しかし、これまで、
水素終端Si表面上でのCVD反応制御によるネガ型C
VDやポジ型CVDによる直接パターニングは行われて
いない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、光照射
を用いて直接パターン化された膜を成長させる熱CVD
方法において、熱CVDの前工程として、基板表面を水
素で終端する工程を有し、その後、熱CVD中の光照射
により光照射部に基板よりも反応性の低い薄膜を形成す
る工程を有し、前記照射部での熱CVDを抑制すること
によってCVD膜のパターニングを行うことを特徴とす
る熱CVD方法を提供できる。
【0008】 水素終端方法を以下に示す。
【0009】水素終端方法として、基板をフッ酸に浸す
ることによって、前記基板表面を水素で終端する工程を
有することを特徴とする熱CVD方法を提供できる。
【0010】また基板に原子状水素を供給することによ
って、前記基板表面を水素で終端する工程を有すること
を特徴とする熱CVD方法を提供できる。
【0011】また、基板を水素プラズマに曝することに
よって、前記基板表面を水素で終端する工程を有するこ
とを特徴とする熱CVD方法を提供できる。
【0012】また、CVD原料ガスとしてジメチルアル
ミニウムハイドライド(Al(CH3 2 H)を用いる
ことを特徴とする熱CVD方法を提供できる。
【0013】
【作用】 本発明の作用の基になるのは、ジメチルアル
ミニウムハイドライド(DMAH)を原料とするAlの
CVDの研究で得られた現象である。請求項1の発明に
関するもの、水素終端Si表面上でのCVD中に光を
照射するとCVD反応が抑制されるというものである。
【0014】 比較例に関するものは、同じ水素終端S
i表面上でも、その温度がCVDの生じる温度以下であ
っても、光を照射するとCVD反応が誘起される現象で
ある。
【0015】最初の現象に関する実験結果を図3に示
す。200℃〜400℃付近までの温度領域では、熱C
VDによってAlは成長するが、4nm付近の波長の光
の照射によってAlの成長速度が零に抑えられる。つま
り、水素終端Si表面上でネガ型のCVDが可能なこと
を示している。
【0016】他の1つの現象に関する実験結果は、CV
Dが生じない温度でも、図3の場合では200℃以下、
27nm付近の波長の光の照射によってCVDによるA
l成長が誘起されるというものである。つまり、ポジ型
CVDが生じる。この現象は、150℃〜200℃の間
で観測される。温度領域の下限と上限は、各々以下の要
因で決まると考えられる。先ず、上限は、水素終端Si
表面上でAlの熱CVDが生じる下限の温度である20
0℃になる。一方、下限は、Al上にAlの熱CVDが
継続して生じる温度になる。こう考えることによって、
ポジ型CVDの現象が発現する温度領域を説明できる。
【0017】このように、450℃以上の高温プロセス
を嫌うAl配線のある基板上であっても、高温を要する
清浄表面形成プロセスを用いずに、高速高精細パターニ
ング可能なネガ・ポジ両タイプのCVDを実現できる。
以上のことは、水素終端Si基板の温度を変えることに
よって、光照射効果をCVDの抑制として発現させる
か、誘起として発現させるかを制御できることを示して
いる。本発明のCVD方法によって、これまでの我々の
発明の特願平3−34756号、特願平3−81840
号、特願平3−13673号と併せて、光照射による選
択CVDの適用領域を一層広げられることを示してい
る。
【0018】
【実施例】(実施例1)以下、請求項1の発明の熱CV
D方法について図1を参照しながら説明する。本実施例
ではSiデバイスの形成におけるAl配線を、レジスト
を用いずに直接形成する場合について述べる。
【0019】図1(a)は、表面を水素終端した基板の
断面の概念図である。Si基板11に熱酸化膜12がパ
ターニングされており、この上に全面にpoly−Si
膜13が成膜されている基板を、約1%に希釈したHF
水溶液に浸して、poly−Si膜13の水素終端を行
ない、水素終端表面18を形成すると同時に、熱酸化膜
12のクリーニングを行う。
【0020】poly−Si膜13の形成時に、この膜
の表面は部分的に水素で覆われているが、完全には水素
終端されていないので、Al−CVD用のチャンバに装
着する途中で大気中酸素による酸化やカーボン汚染を防
ぐために、この水素終端を行う。図1(b)は、この工
程の後に、図1(a)の基板の非配線領域を光14を用
いて直接パターニングする方法を示している。図1
(a)の水素終端された基板をCVD用チャンバに装着
し、Al原料としてのジメチルアルミハイドライド(A
l(CH3 2 H)を導入し、熱CVD可能な300℃
で、非配線領域に対応する部分が開口部になっているマ
スク15を通して、光14を照射する。
【0021】これによって、表面に付着しているAl
(CH3 2 H分子が光分解し、原子層オーダの炭化ア
ルミ薄膜16が形成される。光14として、Al原子、
C原子、Si原子の内殻を励起できる100eVよりも
高いエネルギーのシンクロトロン放射光を用いた。
【0022】次に、光14の照射を停止し、Al(CH
3 2 Hを供給して熱CVDだけを行なうと、図1
(c)のように、炭化アルミ薄膜16の無い部分にだけ
Alが成長し、Al配線17を形成できる。
【0023】 この後、成長させたAl膜をマスクにし
て、poly−Siをプラズマエッチングで取り除いて
Al配線形成プロセスが終了する。比較例の熱CVD方
法は光照射を用いて直接パターン化された膜を成長させ
る熱CVD方法において、熱CVDの前工程として、基
板表面を水素で終端する工程を有し、その後、CVD原
料ガスの存在下で、かつ、熱CVDが生じない温度で、
光照射による表面組成改質の工程を有し、前記照射部で
熱CVDを誘起することによってCVD膜のパターニン
グを行うものである。絶縁ゲート電界効果トランジスタ
のゲート、ソース、ドレインの3カ所に、1回のCVD
でAlを成膜させる場合を例にして、図2を参照しなが
比較例の説明する。
【0024】 このデバイスのソース、ドレインはボロ
ンの高濃度ドーピングによってnSiになっており、
この上へのAlの成膜は、ドーピングのプロファイルを
崩さないように、充分に低温で行う必要がある。一方、
ゲート部の成膜ではSiO上への成膜が必要である。
比較例によって、Si上への低温ポジ型CVDが、ま
た、我々の先の発明である特願平3−13673号によ
ってSiO上へのポジ型CVDが可能である。これら
両者の発明によって比較例のようなプロセスが可能にな
る。
【0025】基板は図2(a)のように、Si基板11
の表面に形成された熱酸化膜12と、これに窓を開け、
その部分へのボロンの高濃度ドーピングによるn+ Si
状態のソース19、ドレイン20を具備する構成となっ
ている。
【0026】先ず、n+ Si部分を水素ラジカルで水素
終端する。これによって、ソース19とドレイン20の
部分だけでなく、熱酸化膜12の表面もクリーニングさ
れ、清浄表面が得られる。
【0027】次に、AlのCVD原料ガスのジメチルア
ルミニウムハイドライドの存在で、Alを成膜したい部
分にだけマスク15を通して光14を照射する。光の波
長は、約27nmよりも長波長側の白色光を用いた。基
板温度は約175℃で、この温度では水素終端Si上で
もSiO2 上でも熱CVDは生じない。しかし、光が照
射された部分では、水素終端Si上でもSiO2 上でも
その表面が活性化され、熱CVDは継続して起こる。
【0028】このようにして、図2(b)のように、A
l膜をソース19、ドレイン20のn+ Si上、ゲート
部熱酸化膜上のゲート部Al21、配線領域の熱酸化膜
のAl配線17を、一回のCVD工程で成長できる。
【0029】以上の実施例では,水素終端の形成はHF
水溶液に浸す方法と、原子状の水素ラジカルを供給して
形成する方法について述べたが、この他にも、H2 雰囲
気中でプラズマを発生させ、この中に基板を入れること
にっても水素終端を形成する方法もある。
【0030】また、以上述べた実施例では、Al(CH
3 2 Hを原料としたAlの反転CVDについて述べた
が、原料はこれに限られることなく、Al−iso(C
4 9 3 などの他の有機金属でもよいし、塩素原子を
含んでいてもよい。
【0031】また、基板も実施例に限られることなく、
他の半導体基板でも有効である。また、反転CVDさせ
る材料もAlに限らず、CuやAuなどの金属を初め、
SiやGaAsなどの半導体やこれらの混晶であっても
よいし、SiO2 を初めとする絶縁膜であってもよい。
これらの成長するものに応じて基板や原料ガスや、光の
エネルギー、基板温度などの成長条件を、作用の項で述
べた原理に合うように変えればよい。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、各種材料のCVDにお
いて、高温を要する表面清浄化工程を用いずに、レジス
ト塗布、露光、レジスト剥離などのプロセス無しで、光
利用によって空間選択性良くパターニング出来る熱CV
D方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 請求項1の発明の熱CVD方法によるパター
ニングCVD方法を説明するための概念図。
【図2】 比較例の熱CVD方法を説明するための概念
図。
【図3】 本発明の作用を説明するための図である。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光照射を用いて直接パターン化された膜
    を成長させる熱CVD方法において、熱CVDの前工程
    として、基板表面を水素で終端する工程を有し、その
    後、熱CVD中の光照射により光照射部に基板よりも反
    応性の低い薄膜を形成する工程を有し、前記照射部での
    熱CVDを抑制することによってCVD膜のパターニン
    グを行うことを特徴とする熱CVD方法。
  2. 【請求項2】 基板をフッ酸に浸すことによって、前記
    基板表面を水素で終端する工程を有することを特徴とす
    る請求項1に記載の熱CVD方法。
  3. 【請求項3】 基板に原子状水素を供給することによっ
    て、前記基板表面を水素で終端する工程を有することを
    特徴とする請求項1に記載の熱CVD方法。
  4. 【請求項4】 基板を水素プラズマに曝すことによっ
    て、前記基板表面を水素で終端する工程を有することを
    特徴とする請求項1に記載の熱CVD方法。
  5. 【請求項5】 CVD原料ガスとしてジメチルアルミニ
    ウムハイドライド(Al(CH32H)を用いることを
    特徴とする請求項1、請求項2,請求項3、請求項4に
    記載の熱CVD方法。
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