JPH0247263A - 薄膜作製装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、基体上の所望する部分に選択的に薄膜を作製
する装置および方法に関するものである。

（従来の技術） 半導体デバイスの集積度が増大しパターンが微細化する
につれて、選択成長技術、平坦化技術などの埋め込み技
術が重要となってきた。

従来の完成された選択成長技術としては、選択的タング
ステン成長法がある。この方法を用いると例えば、第４
図ａに基体表面の膜堆積経過（左図→右図）の拡大断面
図を示すように、シリコン１０００基体２゛上のバター
ニングされた二酸化珪素膜２２０の間の凹部２２２のみ
に選択的にタングステン３１０を形成し埋め込みを行な
うことができる。しかし半導体の集積度が高くなるにつ
れて金属の比抵抗が問題となり、タングステンよりも比
抵抗の小さい金属で埋め込みを行な・う要請が強くなっ
てきた。

さて、比抵抗の小さいアルミニウムで凹部のみに選択的
に薄膜を形成したという報告がある。

Ｔａｋａｏ　Ａｍａｚａｗａらはトリイソブチルアルミ
ニウムを原料として、減圧Ｃ’１１　Ｄ法により選択的
にアルミニウム膜を作製している。（Ｅｘｆ、ｅｎｃｌ
ｅｄ　Ａｂｓｔｒａｃｔ、ｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１８ｔ、
ｈ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　　ｏｎＳｏｌｉｄ　５ｔａ
ｔ、ｅ［１ｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
、　Ｔｏｋｙｏｊ９８６．ｐｐ７５５−７５６）。

しかしこの文献で選択的にアルミニウム膜３２０を形成
できたのは、第４図すに基体表面の前記同様の拡大断面
図を示すようここ、シリコン１００の表面上に直接にで
あり、シリコン１００とアルミニウム膜３２０の界面は
アルミニウム−シリコン合金化しやすく、界面特性が不
安定になり、ベネト１ノージョンが生じるという問題が
ある。

一般に、こうした場合には、第４図ｃ、ｄに示すように
シリコン１０００表面にバリアメタルとしてＴｉＮ、Ｔ
ｉＷまたはタングステンの膜を薄く形成し、その上にア
ルミニウム膜を形成するのが良いとされていて、従って
ここでは、バリアメタルのタングステン等の上にアルミ
ニウムを選択的に成長させることが必要となる。以下で
は専らその構造をとるものに間して記述する。

また、純アルミニウムを用いた場合には、アルミニウム
配線内を通る電流の密度が大きいと、エレクトロマイグ
レーションによってアルミニウム原子が移動し、配線の
断線や短絡が生に・るという問題があり、二の工Ｉツク
ｌ−ロマ、イグレーンヨンの防止のためここは、アルミ
ニウムに少量のシリコンを導入したアルミニウム−シリ
コン合金を用いるのがよいことか知られていて、純アル
ミニウムに代わってアルミニウム−シリコン合金で凹部
を埋め込む必要がある。ここでいうアルミニウム−シリ
コン合金には、アルミニウム中にシリコンが偏析してい
るものも含まれるものとする。

このアルミニウム−シリコン合金で凹部な埋め込む方法
としては、すてに、平坦化技術の一手法としてのバイア
ススパッタリング法が存在し、ターケラト材としてアル
ミニウム−シリコン材を用い、第４図Ｃ（基体表面の前
記同様の拡大断面図）のように基１本２″の上にアルミ
ニウム−シリコン合金の薄膜を形成し・て凹部を埋める
ことができろ。

しかしこの方法にも欠点があり、この方法を用いにとき
は、テ′ハイスが大きいプラズマダメージを受けるなど
の問題がある。

ところで第５図は、本願の出願人の出願になる特願昭６
２−１７２３７４号「成膜装置および方法」で示された
薄膜作製装置と同し、装置の概略の正面断面図である。

１は処理室であり、気密に保つことができる構造となっ
ている。３は、処理室１内に設置され基体２を保持する
とともに基体２の温度調整をする基体ホルダーである。

基体ホルダー３の温度を調整する温度調整手段２０の構
成について説明すると、４はヒーターであって抵゛抗加
熱により基体ボルダ−３を加熱し、５は熱電対てあフて
基体ホルダー３の温度をモニターしている。温度モニタ
ーとして熱電対５の代わりに測温抵抗を用いても良い。

熱電対５で温度を測定して得られた信号は、図示しない
ＰＩＤ制御、ＰＩ副制御０Ｎ−ＯＦＦ制御等の制御回路
に人力され、サイリスターもしくはリレーを用いてヒー
ター４の入力電力を加減し、基体ホルダー３の温度を調
整するようになっている。必要のときは、水冷装置等で
基体ホルダー３を冷却可能にして加熱・冷却の両方法に
より温度を調節する。

ガス分配手段としての分配板３１は気体を均一に基体２
の表面に供給するために設け、分配板３１の温度を調整
するための温度調整手段４０は、加熱手段４１．温度モ
ニター４２およびフィードバック制御手段（図示しない
）を主にして構成され、加熱手段４１は、分配板３１を
大気圧側からヒーター３２で抵抗加熱するようになって
いる。

フィードバック制御手段は図示されていないが、これも
熱電対３３で測定して得た信号をＰＩＤ制御、ＰＩ制御
、０Ｎ−ＯＦＦ制御等の制御回路にフィードバックし、
サイリスターやリレーを用いヒーター３２の人力電力を
加減して、分配板３１の温度を制御している。ヒーター
３２は絶縁粉末３４を用いて分配板３１から絶縁されて
いる。３５は絶縁粉末３４を固定するための蓋である。

上記のように構成された薄膜作製装置に対して、図示し
ない気体供給装置からバルブ７を通してトノイソブチル
アルミニウムとジシランガスを導入すると、（本願の出
願人が先に出願し・た特願昭６３−２２４６３号「薄膜
作製方法」て示した方法を）照）、基体２の表面全体に
良質のアルミニウム−シリコン合金膜を作製することが
できる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記した特許願の装置および方法では、基
体の表面の全体にアルミニウム−シリコン合金膜が形成
されるだけであり、基体表面の所望する場所に選択的に
アルミニウム−シリコン合金膜を形成することができな
い。例えば、第４図ｄに基体表面の前記同様の拡大断面
図を示すように、基体２”に上記した装置および方法を
適用した場合には、アルミニウム−シリコン合金膜３３
０が基体２”の全体に形成されるだけであるために、基
体表面に激しい凹凸を生じてデバイスの微細化が困難に
なるという問題点がある。

（発明の目的） 本発明はこの問題を解決し、所望する薄膜を基体表面の
所望する部分に選択的に形成して、平坦化を行なうこと
のできる装置および方法を提供することを目的とする。

（問題を解決するための手段） 本発明は、真空に保つことの出来る処理室と；処理室内
に設置され基体の保持をする基体ホルダーと；所定の気
体を該処理室内に導入する気体導入手段と；該処理室内
を排気する排気手段と；該処理室内に設置あるいは該処
理室を構成する一部分として設けられ、該所定の気体を
均一に該基体の表面に供給するガス分配手段と；該ガス
分配手段の温度調整を行なう温度調整手段と；基体表面
上の所望する部分を部分加熱するのに使用する放射線照
射手段を備えた薄膜作製装置を用いる。また、二種類の
気体の一方は、アルミニウムを含有する化合物の気体ま
たはその混合気体（以下、アルミニウム含有気体）であ
り、他方は、アルミニウム以外の金属を含有する化合物
の気体またはその混合気体（以下、金属含有気体）であ
り、該基体の所望する部分を部分加熱することで、選択
的に該所望する部分の表面にアルミニウムと該金属の合
金膜を作製する薄膜作製方法を用いる。

（作用） 第２図は、（本願の出願人の出願になる特願昭６２−１
７２３７４号「成膜装置および方法」で示した薄膜作製
装置に、特願昭６３−２２４６３号「薄膜作製方法」で
示した方法を参照）、後述するようにトリイソブチルア
ルミニウムとジシランガスの混合気体でアルミニウム−
シリコン合金を作製した場合の基体温度に対する成膜速
度の関係を示す。

同図で分かるように、基体上の所望する部分だけを部分
加熱して、その部分の温度を２５０℃以上にし、他の部
分を２５０℃よりも低く保つことにより高温部分に選択
的にアルミニウム−シリコン合金を堆積させることがで
きる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例の薄膜作製Ｂ置の正面断面図で
ある。第５図と同一の部材には同一の符号を付して説明
を省略する。

ガス分配手段としての分配板３１は、気体を基体２の表
面へ均一に供給するために設けてられているもので、本
実施例の場合は、気体の通過する多数の小孔が設けられ
た４枚の薄板を互いに狭い隙間を隔てて重ね合わせた構
成をとっている。この枚数は気体を均一に分配するため
に選ばれた枚数であって、枚数はもちろんこの構造にも
限定はない。薄板には熱伝導性の良いものとして銅を用
いている。分配板３１の温度は温度調整手段４０によっ
て調整されている。

図示しない気体供給装置からバルブ７を通して気体を処
理室１に導入すると、気体は４枚の分配板３１を通過す
ることによって加熱され、加熱された気体が基Ｉｔ　２
上に均一に供給される。　　この気体の加熱は、基体上
に得られる膜の特性に極めて大きな影響を与える。ぐこ
の件に関しては本願の出願人の出順になる特願昭６２−
１７２３７４号「成膜装置および方法」に記載がある。

）そして例えば、基体２坐体の温度をある温度に設定す
ると、第２図のような成膜速度で基体２上に成膜が行な
われる。しかし本発明は、選択的に所望する部分の上に
だけ所望する薄膜を成膜するために、基体２の表面で部
分的に温度差をつける方法を用いる。

基体２０表面上の所望する部分の部分加熱は、赤外線ラ
ンプ５０によって行′なう。赤外線５０から放射される
赤外線５５の吸収効率は、例えば、タングステンのよう
な金属の場合には高いが、シリコンや二酸化珪素のよう
な場合には低く、吸収効率は物質により異なる。従って
吸収効率の相違を利用すれば所望する部分だけを部分加
熱することができる。

部分加熱が目的であるから、吸収効率さえ異なれば使用
する放射線は赤外線以外の電磁波でもよく、マイクロ波
や紫外線等も使用可能である。

この部分加熱を利用する従来技術には、前述のようにす
でに選択的タングステン成長法かあり、部分加熱が可能
であり且つ有能であることはすてに当業者に広く認識さ
れている。

基体２および基体２を保持する基体ホルダー３９と光学
窓５１の材質は、赤外線ランプ５０から放射する赤外線
５５を十分に透過するものである。

本実施例では光学窓に石英ガラスを用いたが、赤外線５
５を十分に透過するものであるれば材質は石英ガラスに
限定されない。また赤外線ランプ５０にハロゲンランプ
を用いたが、これにも限定されるものでなく、ランプの
代わりにレーザ等を用いてもよい。

第１図の装置を用いることによりアルミニウム−シリコ
ン合金膜を基体の表面の所望する部分に選択的に形成す
ることができる。

第３図は本発明によるアルミニウム−シリコン合金膜の
選択的堆積の工程を示す基体の拡大断面図である。

先ず、第３図ａの如く、珪素基体（Ｓｉ基体）１００上
に１０００ｏＡ位の二酸化珪素膜（Ｓｉ０２）２００を
、熱ＣＶＤ、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、プ
ラズマＥＣＲ法等の手法で形成する。そしてレジストで
バターニングしてＲＩＥ法でコンタクトホール２１を形
成する（第３図ｂ）。

そして、選択的タングステン成長法を用いて、このコン
タクトホール２１の底部に、バリアメタルとなるタング
ステン４００を１０００人位形成してできた第３図Ｃの
基体２”を、上記した第１図の本発明の装置に設置する
。そして分配板３１の温度を２３０℃に設定し、ジシラ
ンガスのｉｔを１０１０５ｅ、）チィップチルアルミニ
ウム（アルゴンをキャリアガスとして用いる）の流量４
０ｓｅｃｍの混合気体をバルブ７を通して導入する。圧
力はバルブ９の開閉操作で２Ｔｏｒｒになるようにする
。この状態で赤外線ランプ５０から放射する赤外線５５
を基体２に照射すると、タングステン４００が部分加熱
されて、その上に第３図ｄのようにアルミニウム−シリ
コン合金膜３４０を選択的に作製することができた。

また上記では、アルミニウム含有化合物としてイソブチ
ルアルミニウムを用いているが、トリメチルアルミニウ
ム、トリエチルアルミニウム等の、他のアルミニウム含
有化合物を用いた場合も同様の結果を得た。しかしトリ
メチルアルミニウムやトリエチルアルミニウムでは、作
製した膜中に多少の炭素が残留する欠点があった。

またシリコン化合物として、ジシランの他にモノシラン
やトリシランを用いても同様の堆積が得られる。トリシ
ランはジシラン以上に有能であることが判明しているが
、現在は高純度のトリシランを多量に人手することが困
難であり経済性に問題がある。

また上記では、アルミニウム−シリコン合金膜の作製に
ついて記述したが、アルミニウム単体膜、アルミニウム
ー鋼合金膜、アルミニウム−シリコン−銅合金膜等の作
製についても同様の作業は可能であった。

（発明の効果） 以上のように、本発明の装置および方法によって、段差
または凹部を有する基体について、その底部または凹部
に選択的に薄膜を形成し平坦化を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の薄膜作製装置の断面図。 第２図は基体温度と成膜速度の関係図。 第３図は本発明によるアルミニウム−シリコン合金膜作
製の経過を示す基体表面の拡大断面図。 第４図は従来の薄膜作製方法によって作製された薄膜の
状態を示す基体表面の拡大断面図。 第５図は従来の薄膜作製装置の断面図である。 ｌ・・・処理室、２・・・基体、３′・・・基体ホルダ
ー３１・・・ガス分配手段、３２・・・ヒーター３３・
・・熱電対、４０・・・温度調整手段、５０・・・赤外
線ランプ、 ５１・・・光学窓、５５・・・赤外線。 特許出願人　日電アネルバ株式会社 代理人　弁理士　　　村上　健次

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空に保つことの出来る処理室と；処理室内に設
   置され基体の保持をする基体ホルダーと；所定の気体を
   該処理室内に導入する気体導入手段と；該処理室内を排
   気する排気手段と；該処理室内に設置あるいは該処理室
   を構成する一部分として設けられ、該所定の気体を均一
   に該基体の表面に供給するガス分配手段と；を含んで構
   成され、該所定の気体を構成する元素の一部を該基体の
   表面に堆積させ薄膜を作製する薄膜作製装置において、 該ガス分配手段の温度調整を行なう温度調整手段と、基
   体表面上の所望する部分を部分加熱するのに使用し得る
   放射線照射手段とを備えたことを特徴とする薄膜作製装
   置。
2. （２）気体の構成元素の一部を基体の表面に堆積させ、
   薄膜を作製する方法において、 該気体は少なくとも二種類の気体を含み、該二種類の気
   体の一方は、アルミニウムを含有する化合物の気体また
   はその混合気体（以下、アルミニウム含有気体）であり
   、他方は、アルミニウム以外の金属を含有する化合物の
   気体またはその混合気体（以下、金属含有気体）であり
   、該基体の所望する部分を部分加熱することで、選択的
   に該所望する部分の表面にアルミニウムと該金属の合金
   膜を作製することを特徴とする薄膜作製方法。
3. （３）該金属がシリコンであり、作製される薄膜がアル
   ミニウム−シリコン合金膜であることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の薄膜作製方法。