JP3000646B2 - 気相成長用ガス、気相成長方法、及び半導体装置 - Google Patents

気相成長用ガス、気相成長方法、及び半導体装置

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JP3000646B2 JP2256666A JP25666690A JP3000646B2 JP 3000646 B2 JP3000646 B2 JP 3000646B2 JP 2256666 A JP2256666 A JP 2256666A JP 25666690 A JP25666690 A JP 25666690A JP 3000646 B2 JP3000646 B2 JP 3000646B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本出願に係る発明は、気相成長用ガス、気相成長方
法、及びこれらにより配線を形成した半導体装置に関す
るものである。
〔発明の概要〕
本出願に係る発明は、特定のアルミニウム錯体を少な
くとも含有する気相成長用ガスとすることによって取扱
い性等を良好にしたものであり、また、特定のアルミニ
ウム錯体を少なくとも用いてアルミニウム系材料膜の化
合物気相成長方法とすることによって取扱い性良く形成
できかつ品質良好な膜が得られるようにしたものであ
り、また、これらにより配線を形成した半導体装置とす
ることによって、取扱い性良く得られる良好な品質の配
線を具備する半導体装置を提供したものである。
〔従来の技術〕
気相成長技術は各種の分野で用いられており、例えば
電子材料(半導体装置等)の製造に際に各種の材料で各
種のパターン等を形成するのに用いられている。また、
金属膜の化学的気相成長方法は、とりわけ、金属配線を
形成するために多用されている。また、各種の手段によ
り形成される金属膜は、例えば上記電子材料等におい
て、配線その他の部分を構成するために利用されてい
る。
ところで、半導体装置等の電子材料の分野ではますま
す微細化・集積化が進んでおり、例えば半導体集積回路
装置もこのような高密度化が進んでいる。半導体集積回
路装置では、その最小加工付法は、研究開発レベルでは
0.35μmに達しようとしている。
かかる微細化の要請に伴い、用いられるAl配線パター
ン等の金属配線パターンも微細化している。この結果、
Al配線に代表的にみられるような、ストレスマイグレー
ションやエレクトロマイグレーションといった配線の信
頼性も問題になっている。これを解決する手法として
は、Al配線について言えば、従来のAlや、Al−Si合金
に、Cuを含有させる手段や、Al結晶核の大きさを大きく
する手段が知られている。よってAl配線に関しては、そ
の配線材料としてはAlから、これよりもエレクトロマイ
グレーションに強いAl−Si合金、更にはAl−Si−Cu合金
が用いられるようになっている。
これらの金属膜は通常、スパッタリング法で形成され
る。それはスパッタリング法がスループットが高いから
である。
しかしながら、スパッタリング法は化学的気相成長方
法(CVD法)などの気相成長技術に比べると、段差等の
カバレッジが悪く、ストレスマイグレーションなどでの
断線が起こりやすかった。
Alの気相成長技術は、上述したエレクロトマイグレー
ション耐性やストレスマイグレーション耐性を高めるに
は単結晶のAlを用いるのが一つの有望な技術であるとこ
ろから、これを実現するため手段の一つとして研究され
ている。例えば、応用物理学会1990年(春)予稿集の56
0頁の28P−ZA−9,10に示されたように、CVDによりAlを
単結晶成長させる方法が試みられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記従来提案においてAl配線等を形成
するために用いられているガスソースは、アルキルアム
ニミウム類のように炭素をとりこみやすくかつ、非常に
発火しやすいものであったり、塩化アルミニウムのよう
にそれ自体反応性に富みきわめて不安定でありかつ、反
応後Al中に塩素が残りやすいものでアフタコロージョン
等が問題になりやすいものであったりし、必ずしも良好
な配線が得られるものではなかった(塩化アルミニウム
を用いたCVD法については特開昭64−51620号に、アルミ
ニウムアルコキシドを用いたCVD法については特開平1
−179416号に記載がある)。
かつこのような気相成長技術による配線の形成は、純
Alについては上記のように或る程度研究開発が進んでい
るものの未だ満足の行くものではなく、また、Al以外の
金属を含むAl合金等のAl系材料については、研究が遅れ
ているのが実情である。
本出願の各発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
これら発明の目的は、安全で取扱いやすく、かつ良好な
アルミニウム系材料膜を得ることができる気相成長用ガ
スを提供することであり、また、取扱い上の難点無く製
造できかつ良好な品質が得られるアルミニウム系材料膜
の気相成長方法を提供することであり、また、これらを
用いることにより、取扱い上の難点無く製造できかつ良
好な品質である半導体装置を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
本出願の請求項1の発明は、気相成長により半導体装
置にアルミニウム系材料からなる配線を形成するための
気相成長用ガスであって、アルミニウム系材料のガスソ
ースとして一般式Al(L)(後掲)で表されるアルミ
ニウム錯体を含有することを特徴とすることにより、上
記目的を達成したものである。
本出願の請求項2の発明は、気相成長により半導体装
置にアルミニウム系材料からなる配線を形成するアルミ
ニウム系材料膜の化学的気相成長方法であって、アルミ
ニウム系材料のガスソースとして一般式Al(L)(後
掲)で表されるアルミニウム錯体を用いることを特徴と
することにより、上記目的を達成したものである。
本出願の請求項3の発明は、気相成長によりアルミニ
ウム系材料からなる配線を形成した半導体装置であっ
て、アルミニウム系材料のガスソースとして一般式Al
(L)(後掲)で表されるアルミニウム錯体を用いて
気相成長により上記アルミニウム系材料からなる配線を
形成したことを特徴とすることにより、上記目的を達成
したものである。
本出願の請求項4の発明は、気相成長によりアルミニ
ウム合金材料を形成するための気相成長用ガスであっ
て、アルミニウム合金材料のガスソースとして一般式Al
(L)(後掲)で表されるアルミニウム錯体、及び少
なくとも1種のM(L)n(Mは金属、nは配位数によ
り定まる数、Lについては後掲)で表される金属錯体を
含有することを特徴とすることにより、上記目的を達成
したものである。
本出願の請求項5の発明は、気相成長によりアルミニ
ウム合金材料を形成するアルミニウム合金材料膜の化学
的気相成長方法であって、アルミニウム合金材料のガス
ソースとして一般式Al(L)(後掲)で表されるアル
ミニウム錯体、及び少なくとも1種のM(L)n(Mは
金属、nは配位数により定まる数、Lについては後掲)
で表される金属錯体を含有することを特徴とすることに
より、上記目的を達成したものである。
本出願の請求項6の発明は、気相成長によりアルミニ
ウム合金材料からなる配線を形成した半導体装置であっ
て、アルミニウム合金材料のガスソースとして一般式Al
(L)(後掲)で表されるアルミニウム錯体、及び少
なくとも1種のM(L)n(Mは金属、nは配位数によ
り定まる数、Lについては後掲)で表される金属錯体を
を用いて気相成長により上記アルミニウム合金材料から
なる配線を形成したことを特徴とすることにより、上記
目的を達成したものである。
本出願の各発明において、Al錯体であるAl(L)
配位子Lは、以下に掲げるものである。
上記錯体を用いた気相成長方法、特にCVD法におい
て、励起手段として、レーザー励起、熱励起、液相励
起、プラズマ励起、光励起などの各手段を採用すること
ができる。
上記Al錯体を用いて、例えばAl単結晶の如くAl単体か
ら成る金属膜を形成するときは、上記配位子を有する単
一のAl錯体を用いればよく、これにより、例えばAl単結
晶膜が良好な品質で得られる。
上記錯体を用いて、例えばAl合金の如く2以上の金属
(本明細書中、Si等半金属も金属に含む)を含む金属膜
を形成する場合、上記Al錯体と、その他のガスソースと
を任意に組み合わせてよい。また、上記Al錯体と、上記
したその他の金属錯体とを任意に組み合わせてよく、さ
らにその他のガスソースを任意に組み合わせてもよい。
例えば、Al−Si合金を上記錯体を用いてCVD法で形成
する場合、上記(a)〜(d)のいずれか(または2種
以上)の配位子を有するAl錯体と、Si源としてSiH4やSi
2H6を用いてこれを混合して用いることができる。ま
た、Al−Si−Cu合金を形成する場合には、更に上記金属
錯体として、Cu錯体即ちCu(L)であって、配位子L
が上記(a)〜(d)のいずれか(または2種)である
もの(好ましくは配位子として(a)または(d)を有
するもの)を用いて、かかる合金膜を形成できる。この
場合の励起手段も任意であり、上記の各手段、即ち光励
起、熱励起、レーザー(エキシマレーザーなど)励起な
どを用いることができる。
〔作 用〕
本発明の気相成長用ガスは、発火などのおそれはな
く、取扱いが容易である。また、得られる金属に、塩素
や炭素などの残留物が残ることが抑えられる。
本発明の化学的気相成長方法は、上記のように取扱い
上の難点などがなく実施でき、良好な品質の金属膜が得
られる。
本発明の半導体装置は、取扱い難点がなく得られ、か
つ品質が良好なものである。
〔実施例〕
以下本出願の各発明の実施例について説明する。但し
当然のことではあるが、本発明は以下の実施例により限
定されるものではない。
実施例−1 この実施例は、本発明を、半導体装置例えば微細化・
集積化したSRAMの如き半導体装置の製造に際して、Al単
結晶配線を形成する場合に適用したものである。
本実施例では、Alのガスソースとして、アセチルアセ
トナート錯体を用い、CVD法によりAl単結晶膜を得て、
配線構造を得た。アセチルアセトナート錯体は沸点が19
5℃(常圧)であり、減圧下ではもっと低温で気化しや
すく、単結晶成長用ガスソースとして好適である。
本実施例では、半導体基板であるシリコン基板上に、
アセチルアセトナートアルミニウムを、アルゴンで希釈
させて、13.56MHzのRfプラズマ中で200℃に基板加熱し
ながら、Alを成長させた。本実施例によれば、低い活性
化エネルギーで、Alのみを堆積して成膜することができ
た。
得られた単結晶Al膜を分析したところ、トリメチルア
ルミニウムを用いて得たものと比較して、炭素の含有率
は1/100であった。よって本実施例により、取扱い性に
問題のないアセチルアセトナート錯体を用いて、良好な
品質の単結晶Al膜が得られることがわかる。
実施例−2 本実施例ではAl−Si−Cu合金から成る金属膜をCVD法
により形成した。
ガスソースとしては、Alジケトナート錯体として実施
例−1と同様のアセチルアセトナートアルミニウム、Si
源としてモノシラン(SH4)やその誘導体あるいはジシ
ラン(S2H6)やその誘導体を用い、Cuジケトナート錯体
として前記(a)または(d)を配位子とするCu錯体を
用いて、ストイキオメトリを制御しながらCVD(実施例
−1と同様の励起でもよく、その他任意である)を行
い、成膜して合金膜を得、パターニングして配線構造と
した。
本実施例では、良好な品質の合金膜配線が得られた。
〔発明の効果〕
上述の如く、本出願の各発明によれば、安全で取扱い
やすく、かつ良好な金属膜を得ることができる気相成長
用ガスを提供することができ、また、取扱い上の難点無
く製造できかつ良好な品質が得られる金属膜の気相成長
方法を提供することができ、また、取扱い上の難点無く
製造できかつ良好な品質である金属膜を提供することが
できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/28 - 21/285 H01L 21/3205 JICSTファイル(JOIS)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気相成長により半導体装置にアルミニウム
    系材料からなる配線を形成するための気相成長用ガスで
    あって、 アルミニウム系材料のガスソースとして一般式Al(L)
    で表されるアルミニウム錯体を含有することを特徴と
    する気相成長用ガス。 但し、配位子Lは、下記(a)〜(d)のいずれかで示
    されるものである。
  2. 【請求項2】気相成長により半導体装置にアルミニウム
    系材料からなる配線を形成するアルミニウム系材料膜の
    化学的気相成長方法であって、 アルミニウム系材料のガスソースとして一般式Al(L)
    で表されるアルミニウム錯体を用いることを特徴とす
    るアルミニウム系材料膜の化学的気相成長方法。 但し、配位子Lは、下記(a)〜(d)のいずれかで示
    されるものである。
  3. 【請求項3】気相成長によりアルミニウム系材料からな
    る配線を形成した半導体装置であって、 アルミニウム系材料のガスソースとして一般式Al(L)
    で表されるアルミニウム錯体を用いて気相成長により
    上記アルミニウム系材料からなる配線を形成したことを
    特徴とする半導体装置。 但し、配位子Lは、下記(a)〜(d)のいずれかで示
    されるものである。
  4. 【請求項4】気相成長によりアルミニウム合金材料を形
    成するための気相成長用ガスであって、 アルミニウム合金材料のガスソースとして一般式Al
    (L)で表されるアルミニウム錯体、及び少なくとも
    1種のM(L)n(Mは金属、nは配位数により定まる
    数)で表される金属錯体を含有することを特徴とする気
    相成長用ガス。 但し、配位子Lは、下記(a)〜(d)のいずれかで示
    されるものである。
  5. 【請求項5】気相成長によりアルミニウム合金材料を形
    成するアルミニウム合金材料膜の化学的気相成長方法で
    あって、 アルミニウム合金材料のガスソースとして一般式Al
    (L)で表されるアルミニウム錯体、及び少なくとも
    1種のM(L)n(Mは金属、nは配位数により定まる
    数)で表される金属錯体を含有することを特徴とする化
    学的気相成長方法。 但し、配位子Lは、下記(a)〜(d)のいずれかで示
    されるものである。
  6. 【請求項6】気相成長によりアルミニウム合金材料から
    なる配線を形成した半導体装置であって、 アルミニウム合金材料のガスソースとして一般式Al
    (L)で表されるアルミニウム錯体、及び少なくとも
    1種のM(L)n(Mは金属、nは配位数により定まる
    数)で表される金属錯体をを用いて気相成長により上記
    アルミニウム合金材料からなる配線を形成したことを特
    徴とする半導体装置。 但し、配位子Lは、下記(a)〜(d)のいずれかで示
    されるものである。
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