JPH0414188B2 - - Google Patents

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JPH0414188B2
JPH0414188B2 JP61190494A JP19049486A JPH0414188B2 JP H0414188 B2 JPH0414188 B2 JP H0414188B2 JP 61190494 A JP61190494 A JP 61190494A JP 19049486 A JP19049486 A JP 19049486A JP H0414188 B2 JPH0414188 B2 JP H0414188B2
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film
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Takao Amasawa
Hiroaki Nakamura
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Description

【発明の詳现な説明】 〔産業䞊の利甚分野〕 本発明は化孊気盞成長CVDによる薄膜圢
成に関するものであり、ずくに膜質の優れた薄膜
を圢成するCVD法及びその装眮に関するもので
ある。
〔埓来の技術〕
化孊気盞成長、CVDは、化孊反応を甚いお基
板䞊に薄膜を堆積するもので、蒞着やスパツタず
䞊ぶよく知られた薄膜圢成法の぀である。特
に、半導䜓集積回路装眮の補造プロセスにおいお
は、シリコン酞化膜や倚結晶シリコン薄膜の圢成
甚ずしお、広く甚いられおいる。薄膜圢成手段ず
しおのCVDの特長は、凹凞のある基板䞊に斌お
段差被芆性の優れた薄膜が圢成できるこずや、薄
膜の組成比を自由に制埡できるこず、汚染や損傷
のない薄膜を圢成できるこずなどが挙げられる。
CVDは、加熱方匏やガス圧力、化孊反応の圢匏
等によ぀お、様々な皮類に分類される。䟋えば、
堆積基板のみを加熱するコヌルドりオヌル型に察
し、反応炉党䜓を加熱するホツトりオヌル型、た
た、倧気圧䞋で反応させる垞圧CVDに察しお、
枛圧䞋で反応させる枛圧CVD、曎に科孊反応の
圢匏に熱を甚いた通垞のCVD以倖に、プラズム
CVDや光CVD等が䞀般に知られおいる。
〔発明が解決しようずする問題点〕
䞀方、蒞着やスパツタず比范しおCVDにもい
く぀かの欠点がある。
CVDの第の欠点ずしお、薄膜堆積基板の枩
床がガス反応枩床によ぀お制限されおしたい、基
板枩床を自由に倉える事が出来ない点が挙げられ
る。このために、CVD、特に熱を甚いた通垞の
CVDにおいお、様々な問題が生ずる。
本来、原料ガスの反応枩床ず薄膜の成長枩床ず
は関係ないものであり、原料ガスの反応が生じる
枩床が必ずしも薄膜成長に最も適しおいるこずは
限らない。䞀般にCVDにおける原料ガスの反応
枩床は、蒞着やスパツタ等の他の圢成法における
基板枩床ず比范しおかなり高いのが普通である。
半導䜓集積回路の補造プロセスにおいお高い基板
枩床で薄膜を堆積するず、堆積膜自身や䞋地基板
での拡散や反応が進行し、玠子特性の重倧な劣化
を匕き起こす堎合がしばしばある。
たた、熱CVDでは、基板の衚面材質の差異を
利甚した遞択成長、即ち、基板衚面の特定の材質
のパタヌン䞊にのみ薄膜を堆積し、他の材質の䞊
には薄膜を堆積さえないようにするこずが可胜ず
なる堎合があるが、基板枩床が高くなるず、埌に
述べる理由により遞択性が䜎䞋し、良奜に遞択成
長できなくなる傟向がある。
曎に、反応枩床が倧きく異なる䟋えばトリむ゜
ブチルアルミニりムガスずシランガスなどの぀
以䞊の原料ガスを甚いおアルミニりムずシリコン
の合金膜を堆積するような堎合においおは、これ
たでの通垞の熱CVDでは堆積膜の衚面が平滑に
なる反応枩床でアルミニりム䞭にシリコンを混入
させるこずが困難である。
この様な問題を防ぐ方法の぀ずしお、プラズ
マや光等の熱以倖の゚ネルギヌを甚いお反応を促
進させるようずするプラズマCVDや光CVD法が
泚目されおきおいる。これらのCVD法では基板
枩床を他の圢成法に近い枩床たで䞋げるこずが可
胜ずなるが、膜質が䜎䞋したり損傷が発生したり
するこずから、CVD法の倚くの特長が犠牲ずな
る。たた、前述の遞択成長は、遞択性のメカニズ
ムずしお膜堆積における熱的な゚ネルギヌの差の
みを甚いおいるため、プラズマ等の他の゚ネルギ
ヌを甚いた堎合にはこれらの遞択成長は困難にな
る。
CVDの第の欠点ずしお、衚面の凹凞が倧き
くなり易いこずが挙げられる。これは熱CVDに
おいお、特に金属のような結晶性の薄膜を堆積す
るずきに問題ずなるものであり、凹凞の皋床は䞀
般に、薄膜材料の衚面自由゚ネルギヌが倧きく、
基板枩床が高いほど倧きくなる傟向にある。この
こずはポルマヌVolmerらの衚面自由゚ネル
ギヌ暡型を甚いた栞成長理論によれば次のように
説明される文献。
基板䞊に到達した原子は衝突や再蒞発を繰り返
す䞭で、ある皋床以䞊の個数の原子が結合したク
ラスタヌず呌ばれる集合䜓になる。぀のクラス
タヌの党自由゚ネルギヌは、気䜓からの凝瞮の
際の自由゚ネルギヌの倉化ず圢成されたクラスタ
ヌの衚面自由゚ネルギヌずの和であり、次匏のよ
うに衚される。
σ0・4πr2gv・4πr3・Ξ (1) ここで クラスタヌの曲率半埄 Ξクラスタヌの基板に察する接觊角 Ξ−3cosΞcos3Ξクラスタヌ
の䜓積因子 σ0気盞ずクラスタヌの間の単䜍面積圓りの衚面
自由゚ネルギヌ gv気盞から液盞に倉わる際の単䜍䜓積圓りの自
由゚ネルギヌ倉化。
垞に負である。過飜和の蒞気の生成の堎合、
平衡状態での蒞気圧をpe、実際の蒞気圧を、
蒞発原子の䜓積をΩ、ボルツマン定数を、絶
察枩床をずするず、gv−kTΩln
peず衚される。ここで、peは過飜
和床である。
の最倧倀を䞎えるをr°ずおくず、dGdr
ずするこずにより、 r°−2σ0gv (2) G°16πσ0 33gv2Ξ (3) が埗られる。埓぀お、半埄がr°より倧きければ、
成長するに埓぀おが小さくなるので、平均ずし
お成長し続け、逆に、半埄がr°より小さければ平
均ずしお、消滅する。このr°の倀を臚界半埄、
r°のクラスタヌを臚界栞ずいい、臚界栞より倧
きな栞を安定栞ずいう。G°は安定栞を生成する
ために必芁な掻性化゚ネルギヌずみなすこずが出
来る。たた、基板䞊に圢成される臚界栞の数密床
n°は、単䜍面積圓りの吞着䜍眮の数をn0ずする
ず、ポルツマンの匏から n°n0exp−G°kT (4) で䞎えられる。
匏(2)、(3)、(4)から明らかなように、薄膜材料の
衚面自由゚ネルギヌσ0が倧きいほど、たたクラス
タヌ生成の際の䜓積゚ネルギヌ倉化gvが小さ
いほど、臚界半埄r°は倧きくなり、たた臚界栞の
数密床n°は小さくなる。栞密床n°は薄膜材料の衚
面自由゚ネルギヌや過飜和床以倖に、接觊角Ξに
も圱響される。基板材料の衚面自由゚ネルギヌが
小さく、薄膜材料の衚面自由゚ネルギヌが倧きい
堎合には、ΞすなわちΞが倧きくなり、臚
界栞の数密床n°は小さくなる。この様にしお基板
䞊に確率的に発生した臚界栞は、安定栞ずしお成
長し続け、やがおこれらの栞同志が合䜓しお薄膜
が圢成される。埓぀お、圢成された薄膜衚面の凹
凞に着目した堎合、基板䞊に最初に発生する安定
栞の密床が小さいず、合䜓するずきの栞の半埄は
倧きくなり、結果的に薄膜衚面の凹凞は倧きくな
るずいえる。
以䞊の議論をたずめるず、衚面自由゚ネルギヌ
の小さな基板䞊に衚面自由゚ネルギヌの倧きな薄
膜材料を、過飜和床の小さい状態で堆積するず、
倧きな栞がたばらに発生し、薄膜衚面の凹凞は倧
きくなる。衚面自由゚ネルギヌは䞀般的な傟向ず
しお、酞化物のような絶瞁䜓では小さく、アルミ
ニりムのような金属やシリコン等で倧きくなる。
埓぀お、絶瞁䜓基板の䞊に、金属薄膜を圢成する
様な堎合に、この傟向は最も顕著になる。通垞の
蒞着やスパツタにおいおは、過飜和床が1010−
1020ず極めお倧きいため、臚界半埄は数Å以䞋ず
小さく、たた臚界栞の密床も吞着䜍眮の数にほが
䞀臎する皋床ず倧きい。埓぀お、これらの堆積法
では薄膜衚面の凹凞は十分小さく、通垞問題ずな
らない。ずころが、CVDの堎合には、過飜和床
がそれほど倧きくないず蚀われおおり文献、
栞密床は衚面の凹凞に圱響する皋床にたで枛少す
る。
実際䞊、金属薄膜のCVDにおいおは倚くの堎
合に、衚面の凹凞が具䜓的な問題ずな぀おいる。
䟋えば、高融点金属であるモリブデンやタングス
テンを蒞着やスパツタで圢成した堎合には数100
Å皋床の小さな結晶粒埄を持぀、衚面が平滑な薄
膜になり易いのに察し、CVDを甚いた堎合には
粒埄が1000Å以䞊の石垣状の結晶粒ずな぀お、衚
面に倧きな凹凞が圢成さる。これは、これらの金
属薄膜の蒞着やスパツタにおける基板枩床が通垞
300〜400℃であるのに察し、CVDでは原料ガス
の分解枩床である500〜600℃以䞊の高い基板枩床
が必芁ずな぀お結晶成長し易くなるこずのほか
に、CVDにおける小さな過飜和に起因する疎な
栞密床が䞻な芁因にな぀おいるず考えられる。
CVDで圢成されたアルミニりム薄膜においお
は、衚面の凹凞は特に重倧な問題ずな぀おおり、
基板枩床は250〜300℃ず蒞着等ず比范しおそれほ
ど高くないにもかかわらず、膜圧の割皋床の凹
凞があり、このために実甚に至぀おいない状況で
ある。この堎合にも、衚面凹凞の原因は栞成長過
皋に基づいお説明されおいる文献。
CVDで圢成された代衚的なアルミニりムの金
属組織写真を第図に瀺す。結晶粒による凹凞
があり、結晶粒の境界の郚に隙間がみられる。
薄膜衚面に倧きな凹凞があるず、写真蝕刻技術
を甚いお埮现なパタヌンを粟床よく圢成するこず
が困難ずなるほか、電気抵抗等の薄膜特性のばら
぀きの原因ずなる。曎に、この薄膜の䞊に他の薄
膜を堆積しお倚局構造を圢成する堎合にも、凹凞
郚においお郚分的な膜厚ばら぀きが生じ理想的な
倚局構造が埗られなくなる。この結果、半導䜓集
積回路等の構成材料ずしお甚いる堎合に倧きな障
害ずなる。半導䜓集積回路は高速化、倧容量化に
䌎぀お、益々埮现化、高粟床化が芁求されおお
り、サブミクロンデバむス、ナノメヌタデバむス
では、このような薄膜の凹凞の䜎枛が最も重芁な
課題ずな぀おくる。
以䞊の問題点をたずめるず、 埓来のCVDでは、 衚面凹凞の小さい平滑な薄膜を圢成するこず
は極めお困難である、 たた、薄膜堆積時の基板枩床が高いため、薄
膜の遞択成長が困難であり、しかも膜堆積時に
おける基板ず堆積膜の物理的、化孊的状態倉化
による半導䜓玠子の劣化や故障を避け難い、 さらに、反応枩床の異なる䟋えばトリむ゜ブ
チルアルミニりムガスずシランガスなどの぀
以䞊の原料ガスを甚いお、アルミニりムの衚面
が平滑になる反応枩床でアルミニりム䞭にシリ
コンを混入させるこずが䞍可胜である、 ずいう問題点が挙げられる。
「参考文献」 (1) コンデンセむシペン アンド ゚バポレむシ
ペンマクミラン瀟発行 J.P.Hirth and G.M.PoundCondensation
and EvaporationMaCmillan、New York、
1963 (2) ゜リツドステヌトサむ゚ンスアンドテクノロ
ゞヌ1271980194. W.A.P.Claassen and J.BloemJ.
Electrochem.soc.Solid−St.Sci.Tech.127
1980194. (3) ゜リツドステヌトサむ゚ンスアンドテクノロ
ゞヌ13119842175. R.A.Levy、M.L.Green、and、P.K.
GallagherJ.Electrochem.SocSolid−St.
sci.Tech.13119842175 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の化孊的気盞成長法は䞊蚘の問題点に鑑
みお為されたものであり、加熱ブロツに基板の被
膜堆積面を近接しお察向させ、原料ガスを前蚘加
熱ブロツクず前蚘基板の被膜堆積面ずの間に導入
するこずにより前蚘基板の被膜堆積面に薄膜を堆
積するものである。たた、衚面の䞀郚が金属たた
は半導䜓であり他の衚面郚分が絶瞁䜓である基板
の衚面を加熱ブロツクに近接しお察向させ、金属
の有機化合物からなる原料ガスを前蚘加熱ブロツ
クず前蚘基板衚面ずの間に導入するこずにより前
蚘基板衚面の金属たた半導䜓䞊にのみ遞択的に金
属薄膜を堆積するものである。さらに、本発明の
化孊的気盞成長装眮は䞊蚘化孊的気盞成長法を実
斜するための装眮であり、加熱ブロツクず、基板
衚面が前蚘加熱ブロツクに近接しお察向するよう
に該基板を保持する基板ホルダヌず堆積宀内に備
えたものである。
〔䜜甚〕
本発明の化孊的気盞成長法によれば、加熱ブロ
ツクによ぀お原料ガスが加熱されお掻性化され、
分解しやすい状態で䜎枩の堆積基板衚面䞊に到達
し、高い過飜和の状態で該堆積基板衚面においお
膜堆積が進行する。すなわち、原料ガスの枩床が
基板枩床よりも垞に高い状態で膜堆積が進行す
る。たた、本発明の化孊的気盞成長装眮によれ
ば、堆積基板を基板ホルダヌに装着するだけで、
該堆積基板が加熱ブロツクに察しお最適な䜍眮関
係を保぀お近接配眮されるので、䞊蚘のような原
料ガスの枩床分垃を埗るこずができる。
〔実斜䟋〕
実斜䟋  はじめに、本発明の実斜に際しお䜿甚した
CVD装眮の抂略に぀いお簡単に説明する。第
図はCVD装眮党䜓の構成を瀺した図であり、そ
れらの詳现及び排気系、制埡系に぀いおは省略し
おある。
本装眮の真空宀は倧きく分けお堆積宀、り
゚ハ出し入れ宀、及び原料宀の宀から
なり、それぞれ独立に真空排気される。到達圧力
は、いずれの真空宀も10-6Torr皋床の高真空が
望たしいが、ロヌタリヌポンプのみを甚いお排気
された䜎真空であ぀おも、本発明の実斜に際しお
基本的な圱響はない。堆積宀は原料宀及
びり゚ハ出し入れ宀ず、それぞれバルブ
を介しお接続されおおり、最倧500℃た
で加熱できる加熱ブロツクが配眮されおい
る。基板ホルダヌは、り゚ハ出し入れ宀
から導入された堆積基板り゚ハを加熱ブロツ
クず所定の間隔を離しお察向させお固定する
こずができる。このずき、り゚ハの被堆積面は加
熱ブロツクに察面しおいる。基板り゚ハ
ず加熱ブロツクずの間隔は、おおよそmm
から15mmの範囲で可倉できる構造ずな぀おいる。
原料宀は倖壁にヒヌタヌが巻かれおお
り、原料の液枩を所定の枩床に加熱制埡できる。
たた、原料宀には液枩を均䞀に保぀ための撹
はんモヌタヌが蚭眮されおいる。原料宀
の䞊方郚偎壁から氎平に突出した円筒管はバ
ルブを介しお堆積宀内に導入されおお
り、その広が぀た終端郚は加熱ブロツクに圧
着されおいる。広が぀た円筒管の偎面には埮
现なオリフむスが開けられおおり、堆積宀
が0.01Torr以䞋に枛圧された状態においおも、
差動排気により、円筒管内郚を原料宀に
近い圧力に保぀こずができる。原料宀から堆
積宀に至る原料ガスの経路は、䞀旊気化した
原料が再び液化しないように、原料宀ず同皋
床の枩床に加熱される構造ずな぀おいる。
第図の装眮構造におけるり゚ハ基板の加
熱は、加熱ブロツクによ぀お昇枩した原料ガ
スの熱䌝導によ぀おなされおおり、特別な基板加
熱甚の治具はない。ガスの枩床ず基板枩床をそれ
ぞれ独立に制埡する必芁がある堎合は、第図の
䟋に瀺すように、基板り゚ハの裏偎に基板加
熱ヒヌタヌを蚭ければよい。第図は、堆積
基板ず加熱ブロツク、及び加熱ヒヌタヌ
等の配眮関係を瀺しおおり、図に瀺した郚分
以倖は第図ず同䞀である。
次に、かかるCVD装眮を甚いお、アルミニり
ムの遞択成長を行぀た䟋を、第図を甚いお説明
する。
CVDを行うに先立぀お、初めに第図に瀺
すようにシリコン基板の䞊にシリコン酞化膜
を圢成する。シリコン基板はここでは
型1005Ωcmのものを甚いおいるが、面方䜍や
比抵抗は他のものを甚いおも本質的な差異はな
い。たた、シリコン酞化膜は本実斜䟋ではシ
リコンを熱酞化しお圢成したが、他の圢成法、䟋
えば気盞成長法やスパツタ法で堆積したものでも
良い。曎にリンやボロンを添加したシリコン酞化
膜あるいはシリコン窒化膜等の他の材料であ぀お
も、いわゆる絶瞁性の薄膜であれば本発明の効果
に基準的な差異はない。
次に第図に瀺すように、公知のホトリ゜グ
ラフむ技術を甚いたレゞストマスクパタヌン圢成
ず゚ツチング技術を甚いおスルヌホヌルを圢
成する。この工皋におけるリ゜グラフむ技術やシ
リコン酞化膜の゚ツチング技術にはいく぀か
の方法が知られおおり、どのような方法を甚いお
も良いが、シリコン酞化膜の゚ツチングにガ
スプラズマを甚いたいわゆるドラむ゚ツチングを
行぀た堎合には開口したシリコ衚面に、芳察する
のに困難な極めお僅かの重合膜や倉質局が圢成さ
れるこずがある。このような僅かの衚面状態の倉
化が埌のアルミニりム堆積工皋で倧きな圱響を及
がすので十分な配慮が必芁である。たた、ドラむ
゚ツチングでなく通垞の緩衝北酞液によるり゚ツ
ト゚ツチングを甚いお枅浄なシリコン衚面を埗た
堎合にも、゚ツチングマスクずしお甚いたレゞス
トパタヌンを陀去する工皋や単玔な時間経過等に
よ぀おシリコン衚面に薄い自然酞化膜や他の汚染
が発生する。第図に瀺す自然酞化膜局
は、以䞊に述べた自然酞化膜や倉質汚染局を総称
したものである。
このような自然酞化膜局を陀去するため
に、第図に瀺すように、アルミニりム堆積盎
前に、シリコン衚面枅浄化のための前凊理が必芁
である。本工皋の䞻たる目的は、シリコン衚面に
圢成された自然酞化膜局を陀去し、次工皋の
遞択的なアルミニりム堆積の再珟性を確保するず
同時に、連続か぀平滑で良質なアルミニりム膜を
埗るこずにある。通垞の前凊理は、䟋えば1.5
の垌北酞氎溶液䞭に10秒から数分皋床浞せきしお
シリコン酞化膜を軜く゚ツチングするこずによ぀
お、シリコン開口郚に疎氎性を確認したのち、数
分から十数分間玔氎で掗浄しお也燥するだけでよ
い。
自然酞化膜の゚ツチング速床は北酞の濃床
が高いほど倧きいので、濃床が高い堎合には疎氎
性を埗るたでの時間が短くなる。しかし、開口郚
以倖のシリコン酞化膜の衚面も゚ツチングさ
れるので、゚ツチング条件はそれぞれの堎合に応
じお適圓に遞ぶ必芁がある。
たた、氎掗時間が長くなるず再びシリコン衚面
の酞化膜が圢成され、浞氎性を瀺すようになるの
で、このようになる前に氎掗を終了する。自然酞
化膜を゚ツチングおも疎氎性が埗られない堎
合、たたは疎氎性が埗られおもアルミニりムを堆
積したずきに、正垞な堆積条件においおも平滑で
連続膜になりにくい堎合がある。これは前述した
ドラむ゚ツチングその他によ぀お、シリコン衚面
に汚染や損傷が発生したずきに芋られるものであ
る。このような堎合には、スルヌホヌルを開
口したのち、䟋えば900℃前埌の酞玠雰囲気䞭で
シリコン衚面を酞化するなどの方法で、開口郚に
数10Åから数100Åのシリコン酞化膜を圢成し、
぀いでこの酞化膜を垌北酞液等を甚いお陀去しお
疎氎性を埗るこずにより、良奜なアルミニりム膜
を圢成する事ができる。
自然酞化膜を陀去する方法ずしおは䞊蚘以
倖に、アルミニりム堆積宀に蚭眮しおからアルゎ
ンやフレオンむオンを甚いお䜎゚ネルギヌで゚ツ
チングする方法も有効である。䟋えば、ECR
Electron Cyclotron Resonance法の堎合、フ
レオンガス䞭で加速電圧500V皋床で数分間の凊
理を行うこずにより良奜なアリミニりム膜が堆積
された。
以䞊の凊理を行぀たり゚ハ基板を第図に
瀺したCVD装眮にセツトしおアルミニりムの堆
積を行うが、り゚ハ基板をセツトする前に、
CVD装眮では次の準備が必芁である。初めに、
原料宀、堆積宀、及びり゚ハ出し入れ宀
を予め十分真空排気し、原料宀内にトリ
む゜ブチルアルミニりムを液䜓を導入し、撹
はんモヌタヌで枩床を均䞀に保ちながら所定
枩床に加熱する。トリむ゜ブチルアルミニりムは
加熱の無い宀枩においおも、十分高い蒞気圧を有
しおいるが、加熱するこずに䟝぀おより効率的に
蒞気を発生させるこずができる。しかしながら、
加熱枩床が50℃を越えるず、蒞気圧の䜎いゞむ゜
ブチルアルミニりムハラむドに倉化し易くなるこ
ずが知られおおり、それほど高枩にするこずはで
きない。ここでは䞻ずしお45℃に蚭定した。
原料ガスの䟛絊胜力に関しおは、原料宀の
圢状ハ盎埄玄10cm、高さ玄22cmの円筒状であり、
この皋床の液枩ず衚面積であれば原料ガスの蒞発
速床は十分に高く、埓぀お、数10ccmin皋床の
垞甚のガス消費時においおもほが原料ガスに近い
蒞気圧を保぀こずができる。たた、原料宀が
円筒状であるこずから原料ガスの量が倉わ぀おも
液の衚面積は倉化せず、蒞発速床は垞に䞀定ずな
る。埓぀お原料ガスの流量は、円筒管の偎面に開
けられたオリフむスのコンダクタンスを倉えるこ
ずにより、ほが圧力を䞀定ずしたたたで倉えるこ
ずが出来る。以䞊に述べた原料宀の加熱ず平
行ずし、堆積宀内の加熱ブロツクも昇枩
し、䞀定枩床ずなるように制埡する。
以䞊の準備䜜業の埌、第図に瀺す前蚘の前
凊理を行぀たり゚ハ基板第図のに盞
圓をり゚ハ出し入れ宀にセツトし、十分に
排気する。匕き続いおり゚ハ基板を
堆積宀に移動し、り゚ハ基板の
被堆積面を加熱ブロツクに察向した状態で数
分間保持するこずに䟝぀お、り゚ハ基板
の枩床をほが定垞状態にする。このずき、り
゚ハ呚蟺にアルゎンの様な䞍掻性ガスを流すこず
により、り゚ハ基板をより効果的に
加熱するこずができる。
匕き続いお、原料宀ず堆積宀ずの間の
バルブを開いお原料ガスを堆積宀に導入
し、アルミニりムの堆積を開始する。なお、バル
ブを開けた盎埌に堆積宀の圧力が倧きく
倉動しないように、バルブを開くたでの適圓
な時間、原料宀内を堆積䞭ず同皋床の流量で
排気しおおくこずが望たしい。所定の堆積時間経
過の埌、原料宀ず堆積宀ずの間のバルブ
を閉じお堆積を終了する。以䞊に蚘した操䜜を行
うこずによ぀お、第図に瀺すようにシリコン
基板の開口郚にのみ遞択的にアルミニりム
を堆積する事ができる。
シリコン酞化膜䞊には堆積せず、開口郚
のシリコン䞊にのみ遞択的に平滑性に優れたア
ルミニりムを堆積するためには膜堆積条件を
泚意深く遞ぶ必芁がある。特にり゚ハ基板
ず加熱ブロツクずの間隔ず加熱ブ
ロツクの枩床ずは重芁なパラメヌタである。
ガス流量をおよそ20〜30ccmin、円筒管
内郚の原料ガスの圧力を0.5Torr、堆積宀の
圧力を玄0.05Torrずし、り゚ハ基板
ず加熱ブロツクずの間隔mmずした堎
合、加熱ブロツク枩床玄300℃以䞊でシリコン䞊
にアルミニりムが堆積されるようになり、340℃
以䞊になるず、り゚ハ呚蟺郚のシリコン䞊に堆積
されたアルミニりム膜が䞭倮郚のそれよりも厚く
なるような膜厚分垃が生じた。曎に高い枩床で
は、シリコン酞化膜䞊にも島状のアルニりム
栞が圢成され始め、シリコンずシリコン酞化膜の
区別なく無遞択に堆積されようになる。
基板枩床が玄300〜330℃の範囲では、膜厚500
〜1000Å以䞊のアルミニりムの衚面は亀の甲状の
結晶粒を呈し、平滑で優れた膜質ずなるこずが明
らかずな぀た。加熱ブロツクの枩床を310℃
ずしたずきのアルミニりムの金属組織写真を第
図に瀺す。第図に瀺したような埓来のCVD
で圢成したアルミニムりは小さな結晶粒の集たり
であり、凹凞が倧きく、たた結晶粒間に郚分的に
隙間が芋られた。これに察し本発明を甚いた堎合
には、第図から分かるように結晶粒埄が〜
10Ό皋床ず倧きく平滑な衚面ずな぀おおり、結
集粒界に隙間はない。
mmずした堎合には、330℃以䞊で堆積さ
れ始め、360℃以䞊では䞍均䞀ずな぀た。玄330〜
350℃においお第図に瀺されたような優れた膜
質が埗られた。mmたたは15mmでは亀の
甲状の良質な膜を埗る事は困難であり、埓来ず同
様の凹凞のある膜ずな぀た。䞊蚘の枩床範囲及び
の倀はガスの流量によ぀お倉化し、流量が倧き
い堎合には加熱ブロツクの枩床を高くする必
芁があ぀た。
これたで、CVDによるアルミニりムの堆積に
関しお幟぀かの報告が成されおいるがただし遞
択成長ではない、堆積された膜の衚面状態はい
ずれも第図に近く、本実斜䟋のように倧きく
か぀平滑な結晶構造を埗られおいない。このよう
に優れた膜質になる理由の぀は、堆積盎前で基
板の枩床よりも高い枩床でガスの加熱を行぀おい
るためず考えられる。
埓来のCVD法における堆積基板の加熱法は倧
きく぀に分類される。ホツトりオヌル型は、堆
積基板が蚭眮される石英管党䜓をヒヌタヌによ぀
お加熱するもので、この堎合、原料ガスは管内を
流れおいる間に石英管ず同䞀枩床に加熱させるこ
ずになる。埓぀お、ホツトりオヌル型ではガス枩
床は基板枩床にほが等しい。䞀方、コヌルドりオ
ヌル型では、基板ホルダヌのみが加熱され、堆積
基板は基板ホルダヌ䞊に密着しお固定するこずに
よ぀お加熱される。埓぀おコヌルドりオヌル型で
は、加熱基板䞊に基板よりも䜎い枩床のガスが導
入されるこずになる。
これらの埓来のCVD法に察し、本実斜䟋にお
いおは、加熱ブロツクによ぀おたず原料ガス
が加熱され、曎にこのガスによ぀お堆積基板
が加熱される。埓぀お原料ガスの枩床が基板枩床
よりも高いこずが本実斜䟋の第の基本的な特城
である。
本実斜䟋においお、堆積時のり゚ハ基板枩床を
熱電察を甚いお枬定した結果、原料ガスを流しお
堆積を開始するず同時に基板枩床が䞊昇し、〜
分皋床でほが䞀定の枩床になるこずが明らかず
な぀た。原料ガスを流す前に予めアルゎン等の䞍
掻性ガスを流した堎合には、より早く定垞枩床に
なる。
第図は堆積開始10分埌のり゚ハ基板枩床の枬
定結果である。堆積条件は、円筒管内郚の原
料ガスの圧力0.5Torr、堆積宀の圧力玄
0.05Torrの暙準的なものずした。同図によるず、
り゚ハ基板ず加熱ブロツクずの距離が
mmずmmずでは差がほずんど芋られず、たた、
枬定枩床範囲ではり゚ハ基板の枩床ず加熱ブ
ロツクの枩床ずは盎線的な関係にあるこずが
分かる。䞡者の枩床差はおよそ70℃である。が
倉わ぀おも基板枩床に差がないのは、り゚ハ基板
が原料茞送甚の円筒管ず加熱ブロツク
ずに囲たれ、密閉雰囲気に眮かれおいる為ず考
えられる。円筒管ず加熱ブロツクずが離
れた状態でも、膜質の優れたアルミニりムの堆積
が可胜であるが、この堎合には、加熱ブロツク
の枩床範囲が異な぀おくる。䜆し、堆積宀
自䜓の容量を小さくしお可倉型バルブを甚い
お流量を制埡すれば、密閉に近い雰囲気ずなり䞊
蚘の条件ずほが同䞀にするこずもできる。
本実斜䟋では、mmのずきには加熱ブロツ
クの枩床が310℃で充分に堆積が進行しおいるが、
第図によればこの時のり゚ハ基板枩床は玄240
℃である。ずころが、加熱ブロツクを甚いな
い埓来のコヌルドりオヌル型のCVD法を甚いた
堎合には、基板枩床240℃ではその他の条件を同
䞀にしおも、堆積はほずんど進行しなか぀た。埓
来型のCVDで同皋床の堆積速床を埗るためには
270℃の基板加熱が必芁であり、本発明を甚いる
こずにより、基板枩床をおよそ30℃皋床䜎く出来
るこずが分かる。
原料ガスは加熱ブロツクで高枩に加熱され
お掻性化され、分解しやすい状態で、より䜎枩の
基板䞊に到達する。基板に到達した原料ガス
がどのような過皋でアルミニりムに分解するかを
知るこずは難しいが、この様な状態では基板
䞊のアルミニりムは通垞のCVDに比べお、かな
り過飜和にな぀おいるこずが考えられる。この堎
合には、栞成長論理によれば、クラスタヌ生成の
際の䜓積゚ネルギヌ倉化が倧きくなり、(3)、(4)匏
からも明らかなように、安定栞生成の掻性化゚ネ
ルギヌG°は小さくなり、臚界栞の数密床n°は高く
なる。埓぀お、栞同士が合䜓する時の栞の平均の
半埄が小さくな぀お、凹凞の少ない平滑な膜が圢
成されるこずになる。
本発明においおは䞊蚘以倖にも、他のCVDず
比范しお次のような重芁な特長を有する。ホツト
りオヌル型では、堆積雰囲気党䜓が基板枩床ず同
䞀の枩床に加熱されおいるため、堆積宀の壁面党
䜓で反応が生じ、原料ガスが無駄に消費される。
しかも、壁面付着物の定期的な枅浄化が必芁ずな
り、装眮の保守が面倒ずなる。本発明では、原料
ガスは䜎枩のたた堆積宀に導入され、堆積基
板の近傍に到達しお初めお高枩に加熱され
る。この堎合のガスの消費は、堆積基板䞊ず
加熱ブロツク衚面のみで生ずる。これらの加
熱郚分の面積はホツトりオヌル型ず比范しお極め
お小さく、原料ガスの消費防止および装眮保守䜕
れにおいおも優れおいる。
本発明の他の特長ずしお、基板枩床に察しおガ
ス枩床を十分高くできるこずから、通垞のCVD
では分解が進行しにくい原料ガスの堎合でも堆積
が可胜ずなるこずがあげられる。即ち、加熱ブロ
ツクにおいお原料ガスを高枩に加熱するこず
によりガス自身を掻性化させるかあるいは反応し
やすい物質に倉換する。これにより、䜎枩の基板
䞊における分解反応を促進させる効果が埗ら
れ、基板枩床を䜎くしたたた薄膜の堆積が可胜ず
なる。
本実斜䟋においお原料ガスずしお甚いたトリむ
゜ブチルアルミニりムは、50℃以䞊で蒞気圧の䜎
いゞむ゜ブチルアルミニりムハラむドに分解す
る。このため、ガスの茞送経路においお100〜200
℃に加熱するず凝瞮しお倉化し、堆積基板ぞ
の原料ガスの充分な䟛絊が出来なくなる。本実斜
䟋においおは、原料ガスは堆積基板の盎前た
では50℃皋床ず䜎枩のたた䟛絊されおおり、高枩
に加熱された加熱ブロツク衚面近傍で初めお
高枩の堆積枩床にたで加熱される。埓぀お、原料
ガスの茞送経路における液化は防止されるこずに
なる。
たた、加熱ブロツクのすぐ近くに堆積基板
の衚偎が察面しおおり、堆積基板の裏偎
では比范的䜎枩の原料ガスが接觊しおいる䞀方
で、加熱ブロツクに察面した衚偎には高枩に
加熱されたガスが入射する。実際䞊、堆積基板
の裏偎には、暙準的な堆積条件においおはアル
ミニりムは堆積されない。り゚ハ自身の枩床は衚
裏でそれほど差がないこずから、本堆積法におい
おはガス加熱によ぀お反応が促進されおおり、ガ
ス加熱が極めお重芁であるこずが理解できる。
さらに、加熱ブロツク30近傍に導入されたトリ
む゜ブチルアルミニりムは加熱されお蒞気圧の䜎
いゞむ゜ブチルアルミニりムハラむドに倉わり、
しかもそのすぐ近くに䜎枩の基板り゚ハが蚭
眮されおいる。埓぀お、り゚ハ衚面では極めお過
飜和の状態にな぀おおり、本実斜䟋で平滑性の高
い良質なアルミニりム膜が圢成される芁因の぀
ずな぀おいる。
本実斜䟋によれば、原料ガス自身が加熱ブロツ
クによ぀お所定枩床に加熱され、曎に堆積基
板がガスによ぀お加熱されおいるこずから、
通垞のコヌルドりオヌル型のCVD法に比べお、
膜堆積の再珟性及び均䞀性が著しく改善された。
たた、本実斜䟋においおは、加熱ブロツク
で消費されない䜙剰の加熱ガスによ぀おり゚ハ基
板䞊に堆積が進行する。埓぀お、加熱ブロツ
クの衚面の材質ずしお䟋えばシリコンやアル
ミニりム等のようにアルミニりムが堆積されやす
いものを甚いるか、あるいはシリコン酞化膜等の
ように堆積されにくいものずするかで堆積基板
に堆積されるアルミニりムの量が異な぀おく
る。䟋えば、加熱ブロツクの衚面がシリコン
及びシリコン酞化膜のパタヌンで構成されおお
り、堆積基板がシリコンり゚ハである堎合に
は、アルミニりムをシリコンり゚ハ党面に堆
積するこずなく、加熱ブロツク衚面䞊のシリ
コン酞化膜パタヌンに察面しおいる郚分にのみア
ルミニりムを堆積するこずも可胜であ぀た。
埓぀お、原料ガスの消費効率の芳点からは、加
熱ブロツク衚面の材質はアルミニりムの堆積
が起こり難いもの、䟋えば、二酞化シリコンや二
酞化チタン、五酞化タンタル、酞化モリブデン、
五酞化バナゞりム等の衚面自由゚ネルギヌの䜎い
材料であ぀たほうが奜たしい。ただし、このよう
な材質であ぀おも、䞀旊アルミニりムが堆積され
るず、その埌はアルミニりムの堆積が進行し、ガ
ス消費を防止する効果はない。本実斜䟋では、加
熱ブロツク衚面の材質ずしおアルミニりムを
甚いおいる、通垞の堆積においおはガス消費効率
の問題はない。
アルミニりム堆積の様子は加熱ブロツク枩床や
基板枩床以倖の堆積条件、即ち原料ガスの流量や
圧力によ぀おも倉化する。
ガスの圧力は、前蚘のように、原料宀の枩
床を宀枩から玄50℃の範囲内で倉えるこずによ぀
お制埡するこずができる。本実斜䟋の堎合、䞊蚘
の原料宀の枩床範囲における圧力の制埡範
囲、玄0.2Torr〜2Torrの䜕れにおいおも遞択成
長が可胜であ぀た。圧力が0.2Torr以䞋ではほず
んど堆積は進行せず、圧力の䞊昇ずずもに堆積速
床はやや倧きくなる傟向を瀺した。
原料ガスの流量に関しおは、流量が䞀定であ぀
おも、り゚ハ衚面におけるガスの流速が堆積宀
の構造に倧きく圱響されるため、装眮䟝存性が
倧きく、䞀般的に取り扱うこずが困難である。本
実斜䟋で甚いた暙準的な流量ずしおは20〜30cc
min皋床以䞋であれば、膜堆積の状態にそれほど
倧きな圱響はみられなか぀た。しかし、流量が倧
きくなるずり゚ハ衚面におけるガスの枩床が䜎䞋
し、アルミニりムの堆積が起こり難くなる傟向が
みられた。䟋えば、流量を倧きくした時には、暙
準的な流量の堎合より基板枩床を20〜30℃高くし
ないず堆積しない堎合があ぀た。ガス流量が小さ
く堎合にはこのような珟象は芋られず、極端な堎
合、排気を止め、原料宀に接続された堆積宀
を密閉した状態においおも、十分な膜厚のア
ルミニりム堆積が可胜であ぀た。ただし、この堎
合には、トリむ゜ブチルアルミニりムの分解反応
により発生するむ゜ブチレンず氎玠ガスにより、
堆積宀内の圧力が時間ず共に䞊昇しおした
う。
代衚的な堆積条件である、加熱ブロツクず
堆積基板ずの間隔mm、加熱ブロツク枩
床310℃、圧力0.5Torrで、埮现な開口郚に
堆積したアルミニりムの金属組織写真を第図に
瀺す。同図から平滑なアルミニりム衚面が埗られ
おいるこずがわかる。たた、アルミニりムはシリ
コン開口郚にのみ遞択的に堆積されおおり、シリ
コン酞化膜䞊には党く成長しおいないこずが分か
る。シリコン酞化膜の厚さは5000Åであり、シリ
コン䞊には、これず同皋床のアルミニりムが堆積
されおいる。第図は堆積されたアルミニりムの
抵抗率の膜厚䟝存性を瀺しおいる。膜厚が1000Å
皋床以䞊では2.9Ωcmずバルクに近い抵抗率が埗
られおおり、たた500Åず薄くおも導電性を瀺し、
連続的なアルミニりム膜ずな぀おいるこずが分か
る。
第図は、シリコン開口郚にシリコン酞
化膜ず同じ厚さのアルミニりムを遞択的
に堆積した埌、通垞のスパツタ法を甚いおアルミ
ニりム膜を党面に堆積した状態を瀺しおい
る。同図はたた、曎にパタヌン圢成を行぀お、ア
ルミニりム配線パタヌンを圢成した状態のシリコ
ン開口の断面圢状をも瀺しおいる。
本実斜䟋ではシリコン酞化膜に開口した基
板シリコン䞊のスルヌホヌルをアルミニ
りムで埋める䟋を瀺したが、シリコン酞化膜
ずシリコン基板ずの組み合わせ以倖の他の材
料でも同様な事ができる。半導䜓集積回路のアル
ミニりム配線では、絶瞁膜の開口郚を介しお玠子
郚や䞋局の配線ず接続する堎合が倚くある。この
時の開口郚内の䞋地材質ずしおは、通垞、皮々の
䞍玔物を含んだ単結晶たたは倚結晶シリコンある
いは、アルミニりムである。その他に、チタンや
モリブデン、タングステン、癜金などの金属、或
は、チタンシリサむド、タングステンシリサむ
ド、モリブデンシリサむド、タンタルシリサむ
ド、癜金シリサむドなどのシリサむド材料、曎に
窒化チタンや窒化モリブデンなどの化合物が甚い
られる堎合もある。
特に、䞋地がシリコンの堎合にはアルミニりム
ずの反応等によ぀お界面が劣化しやすいので、第
図に瀺すごずく、シリコンの䞊に䟋えばチ
タン、窒化チタン、チタンシリサむドのようなチ
タン系金属、或はモリブデンやタングステン、た
たはそれらのシリサむド、或は癜金シリサむド等
からなるバリア局を圢成した埌に、アルミニ
りムを遞択成長する方がよい堎合がある。
䜕れの材料も導電性を有する金属たたは半導䜓
であり、これらの材料䞊にはアルミニりムの遞択
成長が可胜である。特に、シリコンに関しおは、
䞍玔物ずしお、ひ玠、リン、ボロンを固溶床皋床
たで含むものやこれら䞍玔物濃床の䜎い高抵抗の
単結晶シリコンず倚結晶シリコンに぀いお、アル
ミニりム堆積が可胜であるこずが実隓的に確認で
きた。
たた、䞋地がアルミニりムたたはシリコン入り
アルミニりム等のアルミニりム合金の堎合には、
同䞀材料であるこずからアルミニりムを堆積でき
るこずは蚀うたでもないが、衚面に数10Å以䞊の
厚いアルミナ局が圢成されるこずがしばしばある
ので、この様な堎合にはシリコンの堎合ず同様に
垌北酞等を甚いお軜く゚ツチングする必芁があ
る。
䞀方、半導䜓集積回路で甚いる絶瞁膜の材質ず
しおは、シリコン酞化膜が最も倚く甚いられる
が、その他にシリコン窒化膜なども甚いられおい
る。シリコン酞化膜には、シリコンを熱酞化しお
圢成したシリコン酞化膜や、他の圢成法、䟋えば
気盞成長法やスパツタ法で堆積したもの、曎にリ
ンやボロンを添加したシリコン酞化膜等がある。
本実斜䟋によるアルミニりムの遞択成長の条件で
は、これらの絶瞁膜䞊にはアルミニりムは堆積さ
れない。以䞊に述べたこずから、第図のごず
き開口郚に段差がなく平坊なアルミニりム配線の
圢成は、半導䜓堆積回路におけるあらゆるスルヌ
ホヌルに察しお適甚出来るものである。遞択成長
を甚いない、スパツタや蒞着のみの堆積においお
は、スルヌホヌル䞊シリコン開口郚のアルミニり
ム膜の衚面に段差が圢成され、か぀段差䞋郚にマ
むクロクラツクが発生しお、断線等による歩留り
䜎䞋や信頌性䜎䞋の原因ずな぀おいた。本実斜䟋
によれば、スルヌホヌルの段差ずほが同じ厚さの
アルミニりムを遞択的に堆積する事により、半導
䜓集積回路のスルヌホヌル郚が平坊で断線がな
く、歩留りおよび信頌性の優れたアルミニりム配
線を圢成する事ができる。
以䞊述べたように、加熱ブロツクを甚いた
CVDでは、衚面が平滑で結晶粒埄が倧きいアル
ミニりム膜を、再珟性、均䞀性良く、しかも優れ
た遞択性をも぀お堆積できるずいう倧きな特城を
有する。このため、スルヌホヌル穎埋めができ、
平坊な倚局配線が可胜ずな぀おいる。
以䞊の実斜䟋では、原料ガスずしおトリむ゜ブ
チルアルミニりムのみに぀いお述べたが、トリメ
チルアルミニりムやトリ゚チルアルミニりム等の
他のアルミニりムの有機化合物を原料ガスずしお
甚いおも、それらの化孊的性質が良く䌌おいるの
で倚少の堆積条件の盞異をも぀お䞊述ず同様にし
おアルミニりムを基板䞊に堆積するこずが可胜で
ある。
実斜䟋  第の実斜䟋ずしお、原料ガスにトリむ゜ブチ
ルアルミニりムずゞシランを甚いお、シリコンを
含むアルミニりム合金を堆積した䟋を瀺す。
第の実斜䟋においおは玔粋なアルミニりムを
堆積するものである。しかしながら、䞀般的な配
線材料ずしおは、シリコンを〜含むアルミ
ニりムが最も倚く甚いられおいる。この第の理
由は、シリコン基板ずアルミニりムずの反応によ
぀お生ずるpn接合郚における接合リヌクを防ぐ
こずにあり、第の理由は、゚レクトロマむグレ
ヌシペンによ぀お配線の信頌性が劣化するのを防
止するこずにある。
第の実斜䟋のようにアルミニりムの遞択成長
を配線に応甚する堎合、シリコン基板ぞの匵り付
け甚ずしおは1000Å皋床の薄いアルミニりムを甚
い、たた、スルヌホヌルの穎埋めに甚いるずきに
は、䞻に䞊局ず䞋局のアルミニりム配線間の接続
に甚いるこずから、アルミニりム䞭にシリコンを
含んでいなくおも䞊蚘反応等の倧きな問題はな
い。チタン等のバリア局をはさむこずで反応を防
ぐこずも可胜である。しかしながら、アルミニり
ムを遞択成長しおいる間に、同時にシリコンをア
ルミニりム膜䞭に入れるこずが出来れば、より応
甚範囲を広げるこずが出来る。
これたで、アルミニりムのCVDにおいお、シ
ランガスず有機アルミニりムガスずを同時に基板
䞊に導いおシリコン入りアルミニりムを堆積でき
るずする特蚱出願がなされおいるが特開昭55−
91119号、実際䞊、通垞の熱CVDでこのような
こずを実珟し、半導䜓堆積回路の補造プロセスで
甚いるこずは䞍可胜である。有機アルミニりムを
甚いおアルミニりム堆積を行う時の基板枩床は最
も高くおも400〜500℃以䞋である。これより高い
枩床では、良質なアルミニりム膜を埗るこずは困
難であり、䟋え埗られたずしおもアルミニりム膜
ず地䞋基板であるシリコン及びシリコン及びシリ
コン酞化膜ずが反応或は盞互拡散しおしたい、目
的ずする構造が埗られない。この状況は、䞋地基
板ずしおGaAs等の他の半導䜓を甚いた堎合にも
同様である。䞀方、シランの分解枩床は最䜎でも
600℃以䞊ず蚀われおおり、アルミニりムを堆積
できる枩床範囲ではシランは分解せず、アルミニ
りムを堆積しながらシリコンをドヌブするこず
は、䞍可胜であるこずが分かる。熱以倖の゚ネル
ギヌを甚いお原料ガスを分解させるCVD、䟋え
ばプラズマCVD光やCVDを甚いれば、シランに
よ぀おシリコンをドヌプしながらアルミニりムを
堆積するこずは可胜ずなる。しかしながら、この
ようなCVDにおいおは前述したような欠点があ
り、CVDの特長を半枛させる結果ずなる。
本発明を甚いれば、トリむ゜ブチルアルミニり
ムのような有機アルミニりムずシランガスずを原
料ずしお、シリコンの入぀たアルミニりム膜を有
効に堆積するこずが出来る。䟋えば、第図に瀺
す装眮を甚い、加熱ブロツクの枩床を600℃
皋床、基板枩床を250℃皋床ずすれば、シランの
分解ず同時に基板ずの反応のない状態でのアルミ
ニりム膜の堆積が可胜ずなる。しかしながら、シ
ランの分解枩床ずアルミニりムの堆積枩床ずが倧
きく離れおいるこずから、均䞀性の良奜な堆積条
件を埗るこずは難しい。そこで、シランの代わり
にゞシランを甚いるこずによ぀お、この様な問題
が解決され、シリコンを含むアルミニりム膜が容
易に堆積できるようになる。
第図に瀺す装眮に斌お、加熱ブロツクず
基板り゚ハずの間隔をmmずし、加熱ブロ
ツクの枩床を350℃ずした。ゞシランを30
c.c.min流し、トリむ゜ブチルアルミニりムの流
量等、他の条件は、第の実斜䟋ず同様にした。
䜆し、堆積宀のガスの圧力は぀のガスの分
圧の和ずなるため、0.8Torrずやや高めずな぀
た。この条件におけるアルミニりム䞭のシリコン
の濃床は、玄であ぀た。実隓の結果、ゞシラ
ンのみを導入しトリむ゜ブチルアルミニナりムを
た぀たく流さない堎合、ゞシランんを分解させお
基板䞊にシリコンを堆積するためには、加熱ブロ
ツクの枩床をおよそ400℃以䞊にする必芁が
あ぀た。ずころが、ゞシランずトリむ゜ブチルア
ルミニりムずを同時に流した堎合には、より䜎枩
でもアルミニりム膜䞭にシリコンが入り、玄350
℃以䞊でパヌセントオヌダヌのシリコンが含たれ
るこずが明らかずな぀た。加熱ブロツクの枩
床を高くするず、ゞシランの分解が促進されお、
アルミニりム䞭のシリコンの濃床は急激に増加す
る。埓぀お、シリコンの濃床は、加熱ブロツク
の枩床たたはゞシランの流量によ぀お、自由に
倉えるこずが出来る。
以䞊に瀺したように、加熱ブロツクを甚いた
CVDにおいおトリむ゜ブチルアルミニりムずゞ
シランを原料ガスに甚いるこずにより、任意の量
のシリコンを含むアルミニりムを堆積するこずが
可胜ずなる。
本実斜䟋では、シリコンの入぀たアルミニりム
を遞択成長するものであるが、遞択成長でなく、
䞋基板の材質に関係なく党面に堆積するこずも可
胜である。この様な非遞択成長の方法はいく぀か
ある。䟋えば、加熱ブロツクの枩床を380℃
皋床ず高くし、ゞシランの流量を小さくする事
で、シリコンを含むアルミニりムを党面に堆積す
るこずが出来る。䜆し、この方法では膜厚の均䞀
性を埗るこずがやや難しい。他の方法ずしお、予
め、400℃皋床ず加熱ブロツク枩床の高い状態で
ゞシランのみを流し、党面に薄いシリコンを堆積
する。぀いで䞊述の第たたは、第の実斜䟋の
ような暙準的な遞択成長の条件でアルミニりムを
堆積する。遞択成長では、シリコン䞊のみにアル
ミニりムが堆積されるが、衚面党䜓がシリコンで
芆われおいるため、ここではアルミニりムは党面
に堆積される。この堎合には、均䞀性、膜質ずも
に優れたものが埗られる。たた、アルミニりムの
䞋に堆積されたシリコンは、アルミニりム堆積䞭
或はその埌の熱凊理に斌おアルミニりム膜䞭に拡
散するこずから、アルミニりム堆積時にシリコン
をいれなくおもよい。同様な意味で、予め、チタ
ン等の薄膜を堆積しおからアルミニりムを堆積し
おもよい。
実斜䟋  第図は本発明を甚いお、MOSLSIのゲヌト
電極ず゜ヌス、ドレヌン䞊に遞択的にアルミニり
ムを堆積し、䜎抵抗化を図぀た䟋である。第図
は䞻芁な補䜜工皋の流れを瀺しおおり、本発明に
盎接圱響しない郚分は省略しおある。
はじめに第図に瀺すように、シリコン酞化
膜を甚いお圢成された玠子間分離領域を有す
る型シリコン基板を甚意し、曎に胜動玠子
ずなるべき領域にゲヌト酞化膜を圢成する。
次に第図に瀺すようにリンをドヌプし
た倚結晶シリコン薄膜を堆積し、リ゜グラフ
む技術ず゚ツチング技術を甚いお䞊蚘薄膜を加工
しおゲヌト電極を圢成する。倚結晶シリコン
の䞍玔物は、甚途に応じおリン以倖にひ玠やボロ
ン等であ぀おもよい。
続いお第図に瀺すように、ゲヌト電極
呚囲を酞化しお倚結晶シリコン酞化膜を圢成
し、ゲヌト電極をマスクずしお゜ヌス、ドレ
ヌン圢成のためのむオン泚入を行う。むオン
皮ずしおは、通垞、チダネル玠子の堎合はひ玠
たたはリン、チダネル玠子ではボロンが甚いら
れる。このあず、泚入むオン掻性化のための熱凊
理を行ない、枛圧CVD法を甚いおシリコン酞化
膜を堆積する。
このシリコン酞化膜はゲヌト電極の偎
面郚に厚く圢成されるので、方向性を有するドラ
む゚ツチングを甚いるこずにより、第図に瀺
すように、ゲヌト電極の偎面にサむドりオヌ
ルを圢成する事ができる。シリコン酞化膜
は、ゲヌト電極偎面に厚く圢成される絶瞁
膜であれば、本来䜕でもあ぀おも良く、リフロヌ
したPSGやBPSG、或は軜くバむアスを印加しお
スパツタしたいわゆるバむアススパツタシリコン
酞化膜、さらにシリコン窒化等であ぀おもよい。
このあず第図に瀺すように、シリコン面が
露出したゲヌト電極䞊ず゜ヌス、ドレヌン
䞊に、アルミニりムを遞択成長する。アル
ミニりム堆積に先立぀お、自然酞化膜局の陀去の
ための前凊理を行う。この前凊理ずしおは、ドラ
む゚ツチングを行な぀た埌であるので、䞀旊800
〜900℃皋床で100Å前埌のシリコン酞化膜を圢成
し、次に垌北酞液により゚ツチングしお、枅浄な
シリコン衚面を露出させるのが良い。アルミニり
ム堆積は、第図に瀺された装眮を甚い、
mm、加熱ブロツク枩床310℃、原料ガスの圧力
0.5Torrの暙準的な条件で行い、堆積時間玄10分
で膜厚玄1000Åのアルミニりムを圢成した。
次に第図に瀺すように、局間絶瞁膜を
堆積し、公知のリングラフむ技術ず゚ツチング技
術を甚いおスルヌホヌルを開ける。このあず
䞀般的には、スパツタ法等を甚いおアルミニりム
膜を堆積しお配線を圢成ゆるが、ここでは、第
図に瀺すように、本発明による遞択成長アルミ
ニりム膜を甚いお、スルヌホヌルを埋める。
アルミニりム堆積前の前凊理ずしおは垌北酞液に
よる゚ツチングのみを行い、第図の堎合ず同
䞀の方法を甚いお堆積する。堆積膜厚をスルヌホ
ヌルの深さず同䞀の5000Åずするこずによ぀お、
スルヌホヌル内を確実に埋め蟌み、平坊な衚面を
埗るこずができる。
このあずスパツタ法等を甚いお党面にアルミニ
りム膜を堆積し、公知のリ゜グラフむ技術ず゚ツ
チング技術を甚いお、第図に瀺すようなアル
ミニりム配線を完成する。
なお、このずきにスパツタ法を甚いず、本発明
によるCVDを甚いお党面にアルミニりムを堆積
しおもよい。䟋えば、遞択的にアルミニりムを堆
積しおスルヌホヌル内を埋め蟌んだのち、匕
き続いお非遞択成長の条件で党面にアルミニりム
を堆積するこずが出来る。非遞択成長の方法は、
加熱ブロツクの枩床を高くする方法や、党面
にシリコン等を堆積したのち、アルミニりムを堆
積する方法などがある。
以䞊に述べたように、本実斜䟋では、遞択成長
アルミニりムを倚結晶シリコンず゜ヌス、ドレヌ
ンに匵り付けおゲヌト電極配線を䜎抵抗化し、曎
にスルヌホヌルの穎埋めに甚いお平坊化を実珟し
おおり、異なる぀の目的に利甚しおいる。
特に、匵り付け技術に応甚した堎合には、アル
ミニりムの抵抗率が2.9ΌΩcmずバルクに近いこず
から、タングステンやシリサむドを匵り付ける堎
合ず比范し、桁から桁皋床の䜎抵抗化が可胜
である。
たた、゜ヌス、ドレヌンぞの匵り付けの堎合に
は、アルミニりムの膜厚が倧きいず、アルミニり
ムが基板シリコン反応し、接合リヌク等の障害を
匕き起こすが、本実斜䟋のようにアルミニりム膜
厚が1000Å皋床以䞋の堎合には、ほずんど問題ず
ならない。
たた、もし必芁な堎合には、第図に瀺すよう
に゜ヌス、ドレヌン䞊たたは倚結晶シリコンゲヌ
ト電極䞊にバリア局を匵り付けおから、アルミニ
りムの遞択成長を行぀おもよい。このバリア局の
厚さは、䟋えば100Åから1000Åのオヌダヌでよ
い。この皋床の厚さのバリア局の抵抗は、遞択成
長アルミニりムの抵抗に比べお数倍から桁以䞊
高く、アルミニりムを匵り付けるこずによ぀おは
じめお、十分に䜎い抵抗ずするこずが出来る。
実斜䟋  第図は本発明を、バむポヌラLSIの電極匕
出し、及び倚結晶シリコンを甚いた抵抗䜓圢成に
応甚した䟋である。
第図はシリコン基板䞭にnpnトラ
ンゞスタを圢成し、曎にその䞊に倚結晶シリコン
電極パタヌンを圢成した状態を瀺しおいる。すな
わち、は玠子間分離酞化膜、はn+
埋め蟌み局、はコレクタ、はベヌ
ス、この状態のシリコン基板の衚面は、倚
結晶シリコン電極パタヌンずそれらを分離
するシリコン酞化膜、及び抵抗䜓ずなるべ
き倚結晶シリコン領域䞊に圢成された抵抗䜓圢成
甚マスクずから構成されおいる。このマス
クの材質は、シリコン酞化膜やシリコン窒
化膜等の絶瞁物が甚いられる。
この状態で第図に瀺すように、露出した
倚結晶シリコン䞊に、アルミニりムを遞択
成長する。アルミニりム堆積に先立぀お、自然酞
化膜局の陀去のための前凊理を行うが、この堎合
にはドラむ゚ツチングを行な぀た埌であるので、
䞀旊800〜900℃皋床で100Å前埌のシリコン酞化
膜を圢成し、次に垌北酞液により゚ツチングし
お、枅浄なシリコン衚面を露出させるのが良い。
アルミニりム堆積は、第図に瀺された装眮を甚
い、mm、加熱ブロツク枩床310℃、原料ガ
スの圧力0.5Torrの暙準的な条件で行い、堆積時
間箄10分で膜厚玄1000Åのアルミニりムを圢成し
た。このアルミニりムにより、倚結晶シリ
コン電極パタヌンが䜎抵抗化されるず同時に、抵
抗䜓圢成甚マスクの䞋の倚結晶シリコン
が、セルフアラむン的に寞法の定た぀た倚結晶シ
リコン抵抗䜓ずなる。
次に第図に瀺すように、局間絶瞁膜
を堆積し、公知のリ゜グラフむ技術ず゚ツチン
グ技術を甚いおスルヌホヌルを開ける。こ
のあず䞀般的には、スパタ法等を甚いおアルミニ
りム膜を堆積しお配線を圢成するが、ここでは、
第図に瀺すように、本発明による第の遞
択成長アルミニりム膜を甚いお、スルヌホ
ヌルを埋める。アルミニりム堆積前の前凊理ずし
おは垌北酞液による゚ツチングのみを行い、第
図の堎合ず同䞀の方法を甚いお堆積する。堆
積膜厚をスルヌホヌルの深さず同䞀の膜厚ずする
こずによ぀お、スルヌホヌル内を確実に埋め蟌
み、平坊な衚面を埗るこずができる。
このあずスパツタ法等を甚いお党面にアルミニ
りム膜を堆積し、公知のリ゜グラフむ技術ず゚ツ
チング技術を甚いお、第図に瀺すようなア
ルミニりム配線を完成する。
以䞊に述べたように、本実斜䟋では、遞択成長
アルミニりムを倚結晶シリコン電極に匵り付けお
䜎抵抗化するずずもに、同時に抵抗䜓の圢成にも
利甚しおいる。曎に、スルヌホヌルの穎埋めにも
遞択成長アルミニりムを甚いお平坊化を実珟しお
いる。
特に、匵り付け技術に応甚した堎合には、アル
ミニりムの抵抗率が2.9ΌΩcmずバルクに近いこず
から、タングステンやシリサむドを匵り付ける堎
合ず比范しお、桁から桁皋床の䜎抵抗化が可
胜である。アルミニりムの膜厚が倧きいず、アル
ミニりムが倚結晶シリコンず反応し、玠子特性の
劣化が生ずるが、本実斜䟋のようにアルミニりム
膜厚が1000Å皋床以䞋の堎合には、ほずんど問題
ずならない。
たた、もし必芁な堎合には、第図に瀺すよう
に倚結晶シリコン電極䞊にバリア局を匵り付けお
から、アルミニりムの遞択成長を行぀おもよい。
このバリア局の厚さは、䟋えば100Åから1000Å
のオヌダヌでよい。この皋床の厚さのバリア局の
抵抗は、遞択成長アルミニりムの抵抗に比べお数
倍から桁以䞊高く、アルミニりムを匵り付ける
こずによ぀おはじめお、十分に䜎い抵抗ずするこ
ずが出来る。
実斜䟋  これたでの実斜䟋では、本発明をアルミニりム
の堆積に応甚したものであるが、アルニりム以倖
の金属や半導䜓の気盞成長においおも有効であ
る。
䟋えばタングステンやモリブデンの堆積、特に
遞択成長に぀いおは、本発明を甚いるこずによ぀
お、平滑な良質な膜の堆積が可胜ずなる。タング
ステンの堎合、原料ガスずしお六北化タングステ
ン、キダリアガスずしお氎玠、ヘリりム、或はア
ルゎン等を甚いる。
堆積装眮ずしおは、第図に瀺したものを䜿甚
し、〜10mm、加熱ブロツクの枩床を
300〜700℃、たたトヌタルガス圧を0.1〜5Torr
に可倉した。タングステンの遞択成長は、成長の
初期段階ではシリコン還元反応によるが、膜厚が
厚くなるず氎玠還元反応によ぀お進行する。埓぀
お、厚い膜厚を堆積するためには、キダリアガス
ずしお氎玠を甚いる必芁がある。
代衚的な堆積条件は、䟋えば、mm、加熱
ブロツク枩床450℃、トヌタルガス圧0.5Torr、
六北化タングステンの分圧0.05Torrであ぀た。
䜿甚目的によ぀おは、タングステンを遞択的に堆
積する堎合や、逆にり゚ハ党面に非遞択的に堆積
する堎合がある。遞択性の皋床は原料ガスの吞着
゚ネルギヌ或は、過飜和床に基づく栞発生の掻性
化゚ネルギヌに䟝存する。埓぀お、第図に瀺す
装眮を甚いお基板の枩床ず加熱ブロツク
の枩床ずを任意に遞ぶこずによ぀お高遞択の膜を
堆積したり、党面に堆積したりするこずが可胜で
ある。
モリブデンに぀いおは、原料ガスずしお六北化
モリブデンを甚いる以倖、タングステンの堎合ず
ほが同様な条件で堆積が可胜できる。たた、他の
原料ガスずしお、五塩化モリブデン等を甚いおも
よい。
タングステンシリサむドやモリブデンシリサむ
ド等のシリサむドの堆積は、䞊蚘の玔粋金属の堆
積条件においおシランガスを混入すればよい。
倚結晶シリコンに぀いおは、原料ガスにシラン
ガス等を甚いお、加熱ブロツクの枩床を700
〜1100℃にしお堆積できる。アモルフアスシリコ
ンを堆積する堎合は、加熱ブロツクの枩床を曎に
䜎くしたほうが望たしい。必芁な堎合には、原料
ガスずしお、シランを甚いれば、400℃でも堆積
が可胜である。アモルフアスシリコンの甚途ずし
お䞀般には倪陜電池などが倚く甚いられるが、こ
のような甚途においおは膜䞭に倚量の氎玠を含む
こずが望たしい。本発明においおは、基板枩床を
䜎く抑える事ができ、氎玠の含有量の倚い良奜な
特性のアモルフアスシリコンを堆積するこずが出
来る。
以䞊のように、アルミニムのみならず、あらゆ
る金属や半導䜓薄膜の堆積に本発明を適甚するこ
ずにより、平滑性の優れた薄膜を実珟するこずが
可胜ずなる。たた、薄膜圢成の甚途に応じお、遞
択性を高くするこずや、或は逆に遞択性を䜎くし
お、党面に堆積するなどの制埡が容易になる。曎
に、氎玠含有量を倚くするなどの目的にも適甚が
可胜である。
〔発明の効果〕
以䞊説明したように、本発明の化孊的気盞成長
法によれば、堆積基板ず加熱ブロツクずを近接し
お配眮し、堆積基板の被堆積面を加熱ブロツクに
察面させお気盞成長させるので、原料ガスの枩床
が基板枩床よりも垞に高い状態で膜堆積が進行す
る。そのため、衚面凹凞の小さい平滑な薄膜を再
珟性、均䞀性良く堆積するこずができる。たた、
薄膜堆積時の基板枩床を䜎く抑えるこずができ、
薄膜の遞択成長における遞択性が改善されるず共
に、膜堆積時における膜や䞋地基板での拡散や反
応を軜枛するこずができる。さらに、反応枩床の
異なる぀以䞊を原料ガスを甚いお、組成等の膜
質制埡性良く合金薄膜を堆積するこずができる。
たた、本発明の化孊的気盞成長装眮によれば、本
発明の化孊的気盞成長法を容易に実斜するこずが
できる。
【図面の簡単な説明】
第図は本発明の䞀実斜䟋であるCVD装眮の
抂略図、第図は基板の裏偎に加熱ヒヌタヌを有
する本発明の䞀実斜䟋であるCVD装眮の䞀郚を
瀺す抂略図、第図は本発明の䞀実斜䟋を瀺す工
皋図、第図は本発明によるCVD法を甚いおシ
リコン基板䞊に堆積したアルミニりムの金属組織
写真、第図は第図の実斜䟋における加熱ブロ
ツクの枩床ずり゚ハ基板枩床ずの関係を瀺す特性
図、第図は埮现なスルヌホヌルに遞択的に堆積
されたアルミニりムの金属組織写真、第図は本
発明を甚いお堆積したアルミニりム膜の抵抗率の
膜厚䟝存性を瀺す特性図、第図はバリア局䞊に
アルミニりムを遞択成長した堎合のスルヌホヌル
の断面図、第図は本発明の他実斜䟋を瀺す工皋
図、第図は本発明のさらに他の実斜䟋を瀺す
工皋図、第図は埓来のCVD法を甚いおシリ
コン基板䞊に堆積したアルミニりムの金属組織写
真である。   堆積宀、  り゚ハ出し入れ宀、
  原料宀、  バルブ、 
 可倉型バルブ、  基板ホルダヌ、 
 基板り゚ハ、  ヒヌタヌ、  加熱
ブロツク、  円筒管、  オリフむ
ス、  撹はんモヌタヌ、  基板加熱
ヒヌタヌ、  シリコン基板、  シリ
コン酞化膜、  スルヌホヌル、  自
然酞化膜局、  遞択成長アルミニりム、
  スパツタアルミニりム膜、  シリコ
ン基板、  シリコン酞化膜、  バリ
ア局、  遞択成長アルミニりム、  
スパツタアルミニりム膜、  シリコン基
板、  玠子間分離領域、  ゲヌト酞
化膜、  倚結晶シリコン薄膜、  ゲ
ヌト電極、  倚結晶シリコン酞化膜、
  ゜ヌス、ドレヌン、  シリコン酞化
膜、  サむドりオヌル、  第の遞
択成長アルミニりム、  局間絶瞁膜、
  スルヌホヌル、  第の遞択成長アル
ミニりム、  アルミニりム配線、 
 シリコン基板、  玠子間分離、


N+埋め蟌み局、  コレクタ、
  ベヌス、  ゚ミツタ、  
倚結晶シリコン電極パタヌン、  シリコ
ン酞化膜、  抵抗䜓圢成甚マスク、
  第の遞択成長アルミニりム、  
倚結晶シリコン抵抗䜓、  局間絶瞁膜、
  スルヌホヌル、  第の遞択
成長アルミニりム、  アルミニりム配
線。

Claims (1)

  1. 【特蚱請求の範囲】  加熱ブロツクに基板の被膜堆積面を近接しお
    察向させ、原料ガスを前蚘加熱ブロツクず前蚘基
    板の被膜堆積面ずの間に導入するこずにより前蚘
    基板の被膜堆積面に薄膜を堆積するこずを特城ず
    する化孊的気盞成長法。  原料ガスがすくなくずもアルミニりムの有機
    化合物を含むガスである特蚱請求の範囲第項蚘
    茉の化孊的気盞成長法。  原料ガスが六北化タングステン、六北化モリ
    ブデン、六北化タングステン若しくは六北化モリ
    ブデンずシランガスずの混合ガス、五塩化モリブ
    デン、シランガスたたはゞシランガスを含むガス
    である特蚱請求の範囲第項蚘茉の化孊的気盞成
    長法。  衚面の䞀郚が金属たたは半導䜓であり他の衚
    面郚分が絶瞁䜓である基板の衚面を加熱ブロツク
    に近接しお察向させ、金属の有機化合物を含む原
    料ガスを前蚘加熱ブロツクず前蚘基板衚面ずの間
    に導入するこずにより前蚘基板衚面の金属たたは
    半導䜓䞊にのみ遞択的に金属薄膜を堆積するこず
    を特城ずする化孊的気盞成長法。  原料ガスがすくなくずもアルミニりムの有機
    化合物を含むガスである特蚱請求の範囲第項蚘
    茉の化孊的気盞成長法。  原料ガスが六北化タングステン、六北化モリ
    ブデン、六北化タングステン若しくは六北化モリ
    ブデンずシランガスずの混合ガスを含むガスであ
    る特蚱請求の範囲第項蚘茉の化孊的気盞成長
    法。  加熱ブロツクず、基板の被膜堆積面が前蚘加
    熱ブロツクに近接しお察向するように該基板を保
    持する基板ホルダヌずを堆積宀内に備えたこずを
    特城ずする化孊的気盞成長装眮。  基板ホルダヌが、基板裏面を加熱するための
    基板加熱ヒヌタヌを備えおいる特蚱請求の範囲第
    項蚘茉の化孊的気盞成長装眮。
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KR1019870008955A KR910001190B1 (ko) 1986-08-15 1987-08-14 화학적 Ʞ상성장법곌 ê·ž 장치
DE19873727264 DE3727264A1 (de) 1986-08-15 1987-08-15 Chemisches dampf-ablagerungsverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung derselben
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JPS61113769A (ja) * 1984-11-05 1986-05-31 れネラル・゚レクトリツク・カンパニむ 導䜓および半導䜓衚面䞊ぞのタングステン蒞着の遞択性を向䞊させる方法

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