JPH05209279A - 金属膜形成装置および金属膜形成法 - Google Patents
金属膜形成装置および金属膜形成法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 １回の工程で高スループットかつ廉価に金属
膜を形成する。 【構成】 基体上に金属膜を形成するための金属膜形成
装置において、反応室と、反応室内に交互に配置された
複数の第１および第２電極と、第１および第２電極にプ
ラズマを発生するための電気エネルギーを供給するエネ
ルギー供給手段と、第１および第２電極間に配された複
数の基体を加熱するための加熱手段と、反応室内に金属
膜を形成するための原料ガスを供給するガス供給手段
と、を具備し、第１および第２電極間にプラズマを発生
させて複数の基体上に金属膜を形成する。
膜を形成する。 【構成】 基体上に金属膜を形成するための金属膜形成
装置において、反応室と、反応室内に交互に配置された
複数の第１および第２電極と、第１および第２電極にプ
ラズマを発生するための電気エネルギーを供給するエネ
ルギー供給手段と、第１および第２電極間に配された複
数の基体を加熱するための加熱手段と、反応室内に金属
膜を形成するための原料ガスを供給するガス供給手段
と、を具備し、第１および第２電極間にプラズマを発生
させて複数の基体上に金属膜を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属膜形成装置および金
属膜形成法に関し、より詳細には高スループットで金属
膜を形成することが可能な金属膜形成装置および金属膜
形成法に関するものである。
属膜形成法に関し、より詳細には高スループットで金属
膜を形成することが可能な金属膜形成装置および金属膜
形成法に関するものである。
【０００２】
【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（Ａ
ｌ）もしくはＡｌ−Ｓｉ等が用いられてきた。ここで、
Ａｌは廉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
することや、Ｓｉとの密着性が良好であることなど、多
くの利点を有している。
積回路において、電極や配線には主にアルミニウム（Ａ
ｌ）もしくはＡｌ−Ｓｉ等が用いられてきた。ここで、
Ａｌは廉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
することや、Ｓｉとの密着性が良好であることなど、多
くの利点を有している。
【０００３】ところで、ＬＳＩ等の集積回路の集積度が
増大し、配線の微細化や多層配線化などが近年特に必要
とされるようになってきたため、従来のＡｌ配線に対し
てこれまでにない厳しい要求が出されるようになってき
ている。集積度の増大による寸法微細化に伴って、ＬＳ
Ｉ等の表面は酸化，拡散，薄膜堆積，エッチングなどの
各工程により凹凸が激しく形成され易くなっている。し
かし電極や配線用の金属は段差のある面上へ断線なく堆
積されたり、径が微小でかつ深いビアホール中へ堆積さ
れなければならない。４Ｍｂｉｔや１６ＭｂｉｔのＤＲ
ＡＭ（ダイナミックＲＡＭ）などでは、Ａｌ等の金属を
堆積しなければならないビアホールのアスペクト比（ビ
アホール深さ÷ビアホール直径）は１．０以上であり、
ビアホール直径自体も１μｍ以下となる。従って、アス
ペクト比の大きいビアホールにもＡｌを良好に堆積でき
る技術が必要とされる。
増大し、配線の微細化や多層配線化などが近年特に必要
とされるようになってきたため、従来のＡｌ配線に対し
てこれまでにない厳しい要求が出されるようになってき
ている。集積度の増大による寸法微細化に伴って、ＬＳ
Ｉ等の表面は酸化，拡散，薄膜堆積，エッチングなどの
各工程により凹凸が激しく形成され易くなっている。し
かし電極や配線用の金属は段差のある面上へ断線なく堆
積されたり、径が微小でかつ深いビアホール中へ堆積さ
れなければならない。４Ｍｂｉｔや１６ＭｂｉｔのＤＲ
ＡＭ（ダイナミックＲＡＭ）などでは、Ａｌ等の金属を
堆積しなければならないビアホールのアスペクト比（ビ
アホール深さ÷ビアホール直径）は１．０以上であり、
ビアホール直径自体も１μｍ以下となる。従って、アス
ペクト比の大きいビアホールにもＡｌを良好に堆積でき
る技術が必要とされる。
【０００４】しかもビアホール内を埋めるだけではなく
共に絶縁膜上にも配線を行うためにもＡｌを堆積しなけ
ればならず、しかもこの堆積膜は極めて良質なものでな
くてはならない。
共に絶縁膜上にも配線を行うためにもＡｌを堆積しなけ
ればならず、しかもこの堆積膜は極めて良質なものでな
くてはならない。
【０００５】このような堆積膜の形成は従来のスパッタ
法では上記要求に対応できない。
法では上記要求に対応できない。
【０００６】従来のスパッタ法では比較的段差部や絶縁
膜側壁での膜厚が極端に薄くなり、甚だしい場合には断
線も生じ、ＬＳＩの信頼性を著しく低下させることにな
る。一方、バイアススパッタ法にしても荷電粒子損傷や
堆積速度の限界という解決し難い技術課題がある。
膜側壁での膜厚が極端に薄くなり、甚だしい場合には断
線も生じ、ＬＳＩの信頼性を著しく低下させることにな
る。一方、バイアススパッタ法にしても荷電粒子損傷や
堆積速度の限界という解決し難い技術課題がある。
【０００７】このような技術的課題を解決しようとする
技術がいくつか提案されている。
技術がいくつか提案されている。
【０００８】その１つが「堆積膜形成法」というタイト
ルで米国特許出願番号５８７，０４５号として１９９０
年９月２４日に出願され、同内容はヨーロッパ特許公開
公報第４２０，５９５号に記載されている。この方法で
は、底面が電子供与性の表面からなるビアホールにＡｌ
を選択的に堆積させ、その後、基体表面近傍にプラズマ
を発生させ、例えば、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 のような非
電子供与性の表面を改質し、改質された表面上にＡｌを
堆積させるものである。
ルで米国特許出願番号５８７，０４５号として１９９０
年９月２４日に出願され、同内容はヨーロッパ特許公開
公報第４２０，５９５号に記載されている。この方法で
は、底面が電子供与性の表面からなるビアホールにＡｌ
を選択的に堆積させ、その後、基体表面近傍にプラズマ
を発生させ、例えば、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 のような非
電子供与性の表面を改質し、改質された表面上にＡｌを
堆積させるものである。
【０００９】ここで、改質とは、非電子供与性の表面で
あってもあたかも自由電子が存在し、表面反応に寄与し
得る状態にすることである。プラズマ表面改質処理によ
れば、Ｓｉ−Ｏ結合を切断し、末結合手による電子の発
生が可能である。
あってもあたかも自由電子が存在し、表面反応に寄与し
得る状態にすることである。プラズマ表面改質処理によ
れば、Ｓｉ−Ｏ結合を切断し、末結合手による電子の発
生が可能である。
【００１０】この電子により、例えば、基体表面上に付
着した原料ガスとの電子授受により化学反応が促進され
る。
着した原料ガスとの電子授受により化学反応が促進され
る。
【００１１】このような従来の金属膜形成装置を図１に
示す。１は金属膜を形成すべき半導体ウエハーであり、
加熱手段４の設けられた基板ホルダー３上に配置され
る。
示す。１は金属膜を形成すべき半導体ウエハーであり、
加熱手段４の設けられた基板ホルダー３上に配置され
る。
【００１２】反応室２にはゲートバルブ７およびスロー
リークバルブ８を介して排気装置が設けられ反応室内を
排気できるようになっている。一方、反応室２の上方に
は原料ガスを供給するための原料ガス供給手段としてバ
ブラー６と混合器５とが設けられている。また、１０は
半導体ウエハー１を反応室２内に配置するための搬入／
搬出室１０がゲートバルブ１３を介して設けられてい
る。そして室１０内はバルブ１１を介して排気装置１２
に連通しており、室１０内を独立的に排気するようにな
っている。１６はプラズマ１５を発生させる電極、１４
はプラズマ発生用の電気エネルギーを供給する電源であ
り、他方の端子は接地されている。
リークバルブ８を介して排気装置が設けられ反応室内を
排気できるようになっている。一方、反応室２の上方に
は原料ガスを供給するための原料ガス供給手段としてバ
ブラー６と混合器５とが設けられている。また、１０は
半導体ウエハー１を反応室２内に配置するための搬入／
搬出室１０がゲートバルブ１３を介して設けられてい
る。そして室１０内はバルブ１１を介して排気装置１２
に連通しており、室１０内を独立的に排気するようにな
っている。１６はプラズマ１５を発生させる電極、１４
はプラズマ発生用の電気エネルギーを供給する電源であ
り、他方の端子は接地されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述した金属膜形成装
置を用いた金属膜形成法では、基体の堆積面全面に亘り
均一に電子を供給しなくてはならないために、一回の堆
積工程で一枚の基板（ウエハー）を処理する方式であっ
た。従って、量産化に十分対応できるスループットを得
ることが難しかった。
置を用いた金属膜形成法では、基体の堆積面全面に亘り
均一に電子を供給しなくてはならないために、一回の堆
積工程で一枚の基板（ウエハー）を処理する方式であっ
た。従って、量産化に十分対応できるスループットを得
ることが難しかった。
【００１４】そこで、本発明者等は、図１の装置の反応
室２を大きくして複数の基体を収容して金属膜形成を行
う方法を試みた。
室２を大きくして複数の基体を収容して金属膜形成を行
う方法を試みた。
【００１５】しかしながら、プラズマを利用した非選択
堆積で得られる異なるウエハー上の金属膜の均一性およ
び同一ウエハー内の金属膜の均一性が図１の装置に比べ
て悪くなり易く、常に均一な金属膜を得るための制御が
難しかった。
堆積で得られる異なるウエハー上の金属膜の均一性およ
び同一ウエハー内の金属膜の均一性が図１の装置に比べ
て悪くなり易く、常に均一な金属膜を得るための制御が
難しかった。
【００１６】そこで、本発明の目的は、高スループット
で金属膜の形成を行うことができ、しかも均一性に優れ
た金属膜を得ることのできる金属膜形成装置および金属
膜形成法を提供することにある。
で金属膜の形成を行うことができ、しかも均一性に優れ
た金属膜を得ることのできる金属膜形成装置および金属
膜形成法を提供することにある。
【００１７】さらに、本発明の別の目的は、プラズマの
制御性に優れ、選択堆積と非選択堆積との切換えが容易
な金属膜形成装置および金属膜形成法を提供することに
ある。
制御性に優れ、選択堆積と非選択堆積との切換えが容易
な金属膜形成装置および金属膜形成法を提供することに
ある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上述した目的は、基体上
に金属膜を形成するための金属膜形成装置において、反
応室と、該反応室内に交互に配置された複数の第１およ
び第２電極と、該第１および第２電極にプラズマを発生
させるための電気エネルギーを供給するエネルギー供給
手段と、該第１および第２電極間に配置された複数の基
体を加熱するための加熱手段と、該反応室内に金属膜を
形成するための原料ガスを供給するガス供給手段と、を
具備し、該第１および第２電極間にプラズマを発生させ
て該複数の基体上に金属膜を形成することを特徴とする
金属膜形成装置により達成される。
に金属膜を形成するための金属膜形成装置において、反
応室と、該反応室内に交互に配置された複数の第１およ
び第２電極と、該第１および第２電極にプラズマを発生
させるための電気エネルギーを供給するエネルギー供給
手段と、該第１および第２電極間に配置された複数の基
体を加熱するための加熱手段と、該反応室内に金属膜を
形成するための原料ガスを供給するガス供給手段と、を
具備し、該第１および第２電極間にプラズマを発生させ
て該複数の基体上に金属膜を形成することを特徴とする
金属膜形成装置により達成される。
【００１９】また、上述した目的は、反応室内に交互に
配置された複数の第１および第２電極の間に電子供与性
の表面と非電子供与性の表面とを有する複数の基体を配
置し、金属膜を形成するための原料ガスを前記反応室内
に導入し、前記電子供与性の表面上に選択的に金属膜を
形成した後、前記第１および第２電極間に発生させたプ
ラズマを利用して前記非電子供与性の表面上に金属膜を
形成することを特徴とする金属膜形成法によっても達成
されるものである。
配置された複数の第１および第２電極の間に電子供与性
の表面と非電子供与性の表面とを有する複数の基体を配
置し、金属膜を形成するための原料ガスを前記反応室内
に導入し、前記電子供与性の表面上に選択的に金属膜を
形成した後、前記第１および第２電極間に発生させたプ
ラズマを利用して前記非電子供与性の表面上に金属膜を
形成することを特徴とする金属膜形成法によっても達成
されるものである。
【００２０】
【作用】本発明によれば、複数の基体の全ての堆積面に
対応して均一なプラズマが発生するために、均一な表面
改質および／または均一な自由電子の供給が行われるた
めに、非選択的に金属膜の形成を行うことができる。
対応して均一なプラズマが発生するために、均一な表面
改質および／または均一な自由電子の供給が行われるた
めに、非選択的に金属膜の形成を行うことができる。
【００２１】本発明によれば、従来の枚葉処理型の金属
膜形成装置とは違って、１回の膜の堆積工程により、複
数枚の基体を処理することができるので、連続して基体
の全面にわたって良質で均一な金属膜を形成することが
できる。
膜形成装置とは違って、１回の膜の堆積工程により、複
数枚の基体を処理することができるので、連続して基体
の全面にわたって良質で均一な金属膜を形成することが
できる。
【００２２】
【実施例】本発明の金属膜形成装置は、反応室内に交互
に配置された複数の一対の電極間にそれぞれ基体を配置
すると共に、この一対の電極間に電気エネルギーを印加
して電極間にプラズマを生じさせるものである。
に配置された複数の一対の電極間にそれぞれ基体を配置
すると共に、この一対の電極間に電気エネルギーを印加
して電極間にプラズマを生じさせるものである。
【００２３】反応室としては石英や金属が用いられる
が、後述する金属の選択堆積を行う場合には石英の反応
管を採用する方が好ましい。
が、後述する金属の選択堆積を行う場合には石英の反応
管を採用する方が好ましい。
【００２４】電極は通常の導電性金属材料で形成され、
基体を保持する基体ホルダーを兼ねる構成であってもよ
い。
基体を保持する基体ホルダーを兼ねる構成であってもよ
い。
【００２５】電気エネルギーを供給するためのエネルギ
ー供給手段としては通常の高周波電源が好ましく用いら
れる。
ー供給手段としては通常の高周波電源が好ましく用いら
れる。
【００２６】基体の加熱手段としては、反応室内部に設
けられた発熱体や反応室外部に設けられた加熱コイルや
ランプ等が用いられる。
けられた発熱体や反応室外部に設けられた加熱コイルや
ランプ等が用いられる。
【００２７】好ましくは、従来の構成とは異なり、反応
管として透明な絶縁体である石英を用い、加熱手段は反
応管の外に配置して、プラズマ発生用の電極は反応管の
内部に配置するという組み合わせが望ましい。
管として透明な絶縁体である石英を用い、加熱手段は反
応管の外に配置して、プラズマ発生用の電極は反応管の
内部に配置するという組み合わせが望ましい。
【００２８】ガス供給手段は所望のガスを単独であるい
は他のガスと混合して反応室内に供給するものであり、
高圧ガスボンベ，ガス供給管，マスフローコントローラ
ー，バルブ，混合器，精製器，フィルター，バブラー等
を使用するガスに応じて適宜組み合わせて用いる。
は他のガスと混合して反応室内に供給するものであり、
高圧ガスボンベ，ガス供給管，マスフローコントローラ
ー，バルブ，混合器，精製器，フィルター，バブラー等
を使用するガスに応じて適宜組み合わせて用いる。
【００２９】ガス排気手段としては、メカニカルブース
ターポンプ，ターボ分子ポンプ，油拡散ポンプ等がバル
ブやフィルターを介して反応室内と連通する構成が用い
られる。
ターポンプ，ターボ分子ポンプ，油拡散ポンプ等がバル
ブやフィルターを介して反応室内と連通する構成が用い
られる。
【００３０】以下、本発明の具体的な実施例について述
べるが、本発明はこれら実施例に限定されることはな
く、本発明の目的は達成されるものであればよい。
べるが、本発明はこれら実施例に限定されることはな
く、本発明の目的は達成されるものであればよい。
【００３１】実施例１ 図２は、本発明を適用した金属膜形成装置の一例を示す
模式図である。
模式図である。
【００３２】１０１は周囲に対して実質的に閉じこめら
れた金属膜形成用の空間を形成するための石英製の反応
管である。本実施例においては、反応管１０１の材料と
して石英を用いたが、金属製であってもよい。この場合
には反応管１０１を冷却することが望ましい。１０２は
反応管１０１を開閉するための金属製フランジであり、
１０３は反応管１０１に原料ガスと反応ガスを導入した
り、基体を装入するための金属製フランジである。
れた金属膜形成用の空間を形成するための石英製の反応
管である。本実施例においては、反応管１０１の材料と
して石英を用いたが、金属製であってもよい。この場合
には反応管１０１を冷却することが望ましい。１０２は
反応管１０１を開閉するための金属製フランジであり、
１０３は反応管１０１に原料ガスと反応ガスを導入した
り、基体を装入するための金属製フランジである。
【００３３】１０４は反応管１０１の外周を囲むヒータ
であって、このヒータ１０４の発熱温度を制御して、基
体１０５の温度を制御することができる。ここで基体１
０５は、基体ホルダ（導電性電極）１０６に装着されて
いる。
であって、このヒータ１０４の発熱温度を制御して、基
体１０５の温度を制御することができる。ここで基体１
０５は、基体ホルダ（導電性電極）１０６に装着されて
いる。
【００３４】ガスの供給系は以下のように構成される。
【００３５】１０７はガス混合器であり、反応ガスとキ
ャリアガスとを所望の流量に調整して混合させて反応管
１０１内に供給する。反応ガスとしての室温で液体状の
原料を用いる場合は、ガス導入ライン１０８を通して原
料気化器１０９に導入し、反応ガスとしての原料はそこ
で気化される。キャリアガスはキャリアガス導入ライン
１１０を通してガス混合器１０７に送られる。１１１は
減圧された反応管１０１内部を大気圧に戻す際に、反応
管１０１内に、例えば、Ｎ2 のような不活性ガスを導入
するためのガスラインである。
ャリアガスとを所望の流量に調整して混合させて反応管
１０１内に供給する。反応ガスとしての室温で液体状の
原料を用いる場合は、ガス導入ライン１０８を通して原
料気化器１０９に導入し、反応ガスとしての原料はそこ
で気化される。キャリアガスはキャリアガス導入ライン
１１０を通してガス混合器１０７に送られる。１１１は
減圧された反応管１０１内部を大気圧に戻す際に、反応
管１０１内に、例えば、Ｎ2 のような不活性ガスを導入
するためのガスラインである。
【００３６】排気系は以下のように構成される。
【００３７】反応管１０１内のガスは、ガス排気口１１
２を介して接続された排気ユニット１１３より排気され
る。排気ユニット１１３は、ターボ分子ポンプ等の排気
用ポンプで構成される。１１４は排気用メインバルブで
あり、反応管１０１内部を減圧する際に開かれる。１１
５はコントロールバルブであり、金属膜堆積中、反応管
１０１内部の圧力を適宜の圧力に制御する。
２を介して接続された排気ユニット１１３より排気され
る。排気ユニット１１３は、ターボ分子ポンプ等の排気
用ポンプで構成される。１１４は排気用メインバルブで
あり、反応管１０１内部を減圧する際に開かれる。１１
５はコントロールバルブであり、金属膜堆積中、反応管
１０１内部の圧力を適宜の圧力に制御する。
【００３８】プラズマを発生させる電気エネルギー供給
手段としての電源は高周波電源ユニット１１６により構
成される。
手段としての電源は高周波電源ユニット１１６により構
成される。
【００３９】高周波電源は、高周波電源端子１１７に導
かれ、同時に、電極に装着された基体側の高周波電源端
子１１８と接続させることにより、導電性レール１１９
を介して基体ホルダ１０６に供給される。
かれ、同時に、電極に装着された基体側の高周波電源端
子１１８と接続させることにより、導電性レール１１９
を介して基体ホルダ１０６に供給される。
【００４０】図３は図２の電極部を詳細に示した模式図
である。
である。
【００４１】複数個の第１の電極２２０および第２の電
極２２１は、垂直かつ交互に配置されている。図３にお
いては電極は垂直または非水平に配置されることが望ま
しいが、水平に配置してもよい。さらに、第１の電極２
２０および第２の電極２２１は、それぞれ、導電性レー
ル２２２および２２３に接続されている。導電性レール
２２２に接続された第１の電極２２０は、導電性レール
２２２の終端の端子２２４により高周波電源ユニット２
２６に接続されている。同様に、導電性レール２２３に
接続された第２の電極２２１は、導電性レール２２３の
終端の端子２２７により、高周波電源側の端子２２８を
介して高周波電源ユニット２２６に接続されている。
極２２１は、垂直かつ交互に配置されている。図３にお
いては電極は垂直または非水平に配置されることが望ま
しいが、水平に配置してもよい。さらに、第１の電極２
２０および第２の電極２２１は、それぞれ、導電性レー
ル２２２および２２３に接続されている。導電性レール
２２２に接続された第１の電極２２０は、導電性レール
２２２の終端の端子２２４により高周波電源ユニット２
２６に接続されている。同様に、導電性レール２２３に
接続された第２の電極２２１は、導電性レール２２３の
終端の端子２２７により、高周波電源側の端子２２８を
介して高周波電源ユニット２２６に接続されている。
【００４２】ここで、導電性レール２２２，２２３との
間に高周波電圧を印加することにより電極兼基板ホルダ
ーである２２０と２２１との間にそれぞれ均一なプラズ
マを発生させることができる。
間に高周波電圧を印加することにより電極兼基板ホルダ
ーである２２０と２２１との間にそれぞれ均一なプラズ
マを発生させることができる。
【００４３】高周波電圧の印加はユニット２２６に設け
られた制御回路により、電圧印加のタイミングおよび印
加時間がコントロールされる。
られた制御回路により、電圧印加のタイミングおよび印
加時間がコントロールされる。
【００４４】実施例２ 図４は、本発明に係る金属膜形成装置の他の例を示す模
式図である。同図において、３０１は周囲に対して実質
的に閉じられた堆積膜形成のための空間を形成する石英
製の反応管、３０２は基板温度を制御するためのヒー
タ、３０３は半導体基板ホルダーを兼ねた電極、３０４
は半導体基板、３０５は電極３０３と対をなす対向電
極、３０６は材料ガスのガスインレット、３０７は防着
板、３０８はウエハー対向電極の外部電源とのコンタク
ト、３０９はウエハー側電極の外部電源とのコンタク
ト、３１０は排気フランジ、３１１は高周波電源ユニッ
ト３１２は反応室の圧力を調整する圧力調整バルブ、お
よび３１３はターボ分子ポンプ等の排気ユニットであ
る。
式図である。同図において、３０１は周囲に対して実質
的に閉じられた堆積膜形成のための空間を形成する石英
製の反応管、３０２は基板温度を制御するためのヒー
タ、３０３は半導体基板ホルダーを兼ねた電極、３０４
は半導体基板、３０５は電極３０３と対をなす対向電
極、３０６は材料ガスのガスインレット、３０７は防着
板、３０８はウエハー対向電極の外部電源とのコンタク
ト、３０９はウエハー側電極の外部電源とのコンタク
ト、３１０は排気フランジ、３１１は高周波電源ユニッ
ト３１２は反応室の圧力を調整する圧力調整バルブ、お
よび３１３はターボ分子ポンプ等の排気ユニットであ
る。
【００４５】基板側の電極３０３は両側にウエハーを設
けるためのウエハー・ボートになっており、コンタクト
３０９を介して外部高周波電源ユニットに接続される。
また、ウエハーに対する対向電極３０５は、ウエハー側
の電極とは全くコンタクトをもたない構造になってお
り、それ自体は、コンタクト３０８を介して外部高周波
電源ユニットに接続されている。
けるためのウエハー・ボートになっており、コンタクト
３０９を介して外部高周波電源ユニットに接続される。
また、ウエハーに対する対向電極３０５は、ウエハー側
の電極とは全くコンタクトをもたない構造になってお
り、それ自体は、コンタクト３０８を介して外部高周波
電源ユニットに接続されている。
【００４６】この構造のウエハー・ボートが反応室３０
１内に収納されると、排気ユニット３１３および圧力制
御バルブ３１２によって、金属膜形成に適した任意の圧
力に反応室内は制御される。
１内に収納されると、排気ユニット３１３および圧力制
御バルブ３１２によって、金属膜形成に適した任意の圧
力に反応室内は制御される。
【００４７】また、反応室内の温度はヒータ３０２によ
って制御される。
って制御される。
【００４８】さて、温度と圧力が設定値に達したら材料
ガスを適正な混合比でガスインレット３０６より導入す
る。
ガスを適正な混合比でガスインレット３０６より導入す
る。
【００４９】そして高周波電源ユニット３１１によっ
て、電極３０３と対向電極３０５の間にプラズマを発生
させることによって、金属膜の堆積が可能になる。
て、電極３０３と対向電極３０５の間にプラズマを発生
させることによって、金属膜の堆積が可能になる。
【００５０】また、このとき、電極３０３と対向電極３
０５を、防着板３０７を挟んでプラズマ発生側で完全に
非接触とすることにより、高周波電力を印加中に電極３
０３と対向電極３０５がショートする事態は起こり得な
い。
０５を、防着板３０７を挟んでプラズマ発生側で完全に
非接触とすることにより、高周波電力を印加中に電極３
０３と対向電極３０５がショートする事態は起こり得な
い。
【００５１】上述したような本発明の金属膜形成装置は
次のような金属膜の形成方法に用いられる。
次のような金属膜の形成方法に用いられる。
【００５２】それは、原料ガスとしてＡｌ，Ｗ，Ｔｉ，
Ｍｏ，Ｃｕ，Ｔａ等の金属原子の少なくとも１つを含む
化合物を用いたＣＶＤ法である。
Ｍｏ，Ｃｕ，Ｔａ等の金属原子の少なくとも１つを含む
化合物を用いたＣＶＤ法である。
【００５３】具体的な原料ガスはトリメチルアルミニウ
ム（ＴＭＡ），トリイソブチルアルミニウム（ＴｉＢ
Ａ），ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡ
Ｈ），モノメチルアルミニウムハイドライド（ＭＭＡ
Ｈ），ジエチルアルミニウムハイドライド（ＤＥＡ
Ｈ），トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ），トリクロー
ルアルミニウム（ＴＣｌＡ），６フッ化タングステン
（ＷＦ6 ），トリメチルタングステン（Ｗ（ＣＨ3 ）
3 ），トリエチルタングステン（Ｗ（Ｃ2 Ｈ6 ）3 ），
トリエチルタングステン（Ｗ（Ｃ2 Ｈ6 ）3 ），ビスア
セチルアセトナト銅（Ｃｕ（Ｃ5Ｈ7 Ｏ2 ）2 ），ビス
ジピバロイルメタナイト銅（Ｃｕ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）
2 ），ビスヘキサフルオロアセチルアセトナト銅（Ｃｕ
（Ｃ5 ＨＦ6 Ｏ2 ）2 ），テトラクロールチタン（Ｔｉ
Ｃｌ4 ），テトラブロームチタン（ＴｉＢｒ4 ），テト
ラメチルチタン（Ｔｉ（ＣＨ3 ）4 ），Ｍｏ（ＣＯ）6
等である。
ム（ＴＭＡ），トリイソブチルアルミニウム（ＴｉＢ
Ａ），ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡ
Ｈ），モノメチルアルミニウムハイドライド（ＭＭＡ
Ｈ），ジエチルアルミニウムハイドライド（ＤＥＡ
Ｈ），トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ），トリクロー
ルアルミニウム（ＴＣｌＡ），６フッ化タングステン
（ＷＦ6 ），トリメチルタングステン（Ｗ（ＣＨ3 ）
3 ），トリエチルタングステン（Ｗ（Ｃ2 Ｈ6 ）3 ），
トリエチルタングステン（Ｗ（Ｃ2 Ｈ6 ）3 ），ビスア
セチルアセトナト銅（Ｃｕ（Ｃ5Ｈ7 Ｏ2 ）2 ），ビス
ジピバロイルメタナイト銅（Ｃｕ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）
2 ），ビスヘキサフルオロアセチルアセトナト銅（Ｃｕ
（Ｃ5 ＨＦ6 Ｏ2 ）2 ），テトラクロールチタン（Ｔｉ
Ｃｌ4 ），テトラブロームチタン（ＴｉＢｒ4 ），テト
ラメチルチタン（Ｔｉ（ＣＨ3 ）4 ），Ｍｏ（ＣＯ）6
等である。
【００５４】また、上記ＣＶＤ法は、ある領域上にのみ
選択的に堆積する選択ＣＶＤ法でも、ウエハー全面に堆
積する非選択ＣＶＤ法のいずれであってもよいが、上記
装置が最もその性能を発揮するのはプラズマを用いずに
選択ＣＶＤ法を行った後、プラズマを利用して非選択Ｃ
ＶＤ法を行う場合である。この場合は、非選択ＣＶＤ法
を行う前にウエハー表面をプラズマ処理する時のみプラ
ズマを発生しその後はプラズマを発生させない方法であ
っても、非選択堆積の間プラズマを維持する方法であっ
てもよい。選択堆積と非選択堆積との両方を行う場合に
はウエハーと対向する電極部分以外の反応室内全面を絶
縁体表面とすることが望ましい。このメカニズムの理解
を容易にするためプラズマを利用した選択堆積と非選択
堆積の切換えについて、Ａｌの例を挙げて説明する。
選択的に堆積する選択ＣＶＤ法でも、ウエハー全面に堆
積する非選択ＣＶＤ法のいずれであってもよいが、上記
装置が最もその性能を発揮するのはプラズマを用いずに
選択ＣＶＤ法を行った後、プラズマを利用して非選択Ｃ
ＶＤ法を行う場合である。この場合は、非選択ＣＶＤ法
を行う前にウエハー表面をプラズマ処理する時のみプラ
ズマを発生しその後はプラズマを発生させない方法であ
っても、非選択堆積の間プラズマを維持する方法であっ
てもよい。選択堆積と非選択堆積との両方を行う場合に
はウエハーと対向する電極部分以外の反応室内全面を絶
縁体表面とすることが望ましい。このメカニズムの理解
を容易にするためプラズマを利用した選択堆積と非選択
堆積の切換えについて、Ａｌの例を挙げて説明する。
【００５５】（成膜方法）本発明に好適なＡｌを主成分
とする金属膜（純Ａｌも含む）の成膜方法（Ａｌ−ＣＶ
Ｄ法）について以下に説明する。
とする金属膜（純Ａｌも含む）の成膜方法（Ａｌ−ＣＶ
Ｄ法）について以下に説明する。
【００５６】この方法は、例えばアスペクト比が１以上
の微細かつ深い開孔（コンタクトホール，スルーホー
ル）内への金属材料を埋め込みに適した方法であり、ま
た選択性に優れた堆積方法である。
の微細かつ深い開孔（コンタクトホール，スルーホー
ル）内への金属材料を埋め込みに適した方法であり、ま
た選択性に優れた堆積方法である。
【００５７】そしてこの方法により形成された金属膜は
単結晶Ａｌが形成されるように極めて結晶性に優れ、炭
素等の含有もほとんどない。
単結晶Ａｌが形成されるように極めて結晶性に優れ、炭
素等の含有もほとんどない。
【００５８】同様に、この金属は、０．７ないし３．４
μΩｃｍの低い抵抗率をもち、８５ないし９５％の高い
反射率を有し、１μｍ以上のヒロック密度が１ないし１
００ｃｍ-2程の表面性に優れたものとなる。
μΩｃｍの低い抵抗率をもち、８５ないし９５％の高い
反射率を有し、１μｍ以上のヒロック密度が１ないし１
００ｃｍ-2程の表面性に優れたものとなる。
【００５９】また、シリコンと界面におけるアロイスパ
イクの発生確率についても、０．１５μｍの半導体接合
の破壊確率をとってみればほぼ０に等しくなる。
イクの発生確率についても、０．１５μｍの半導体接合
の破壊確率をとってみればほぼ０に等しくなる。
【００６０】この方法とは、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用いて、電子供与性の基
体上に表面反応により堆積膜を形成するものである。特
に、原料ガスとしてモノメチルアルミニウムハイドライ
ド（ＭＭＡＨ）またはジメチルアルミニウムハイドライ
ド（ＤＭＡＨ）等のメチル基を含むアルキルアルミニウ
ムハイドライドを用い、反応ガスとして水素ガスを用
い、これらの混合ガスの下で基体表面を加熱すれば良質
のＡｌ膜を堆積することができる。
ドライドのガスと水素ガスとを用いて、電子供与性の基
体上に表面反応により堆積膜を形成するものである。特
に、原料ガスとしてモノメチルアルミニウムハイドライ
ド（ＭＭＡＨ）またはジメチルアルミニウムハイドライ
ド（ＤＭＡＨ）等のメチル基を含むアルキルアルミニウ
ムハイドライドを用い、反応ガスとして水素ガスを用
い、これらの混合ガスの下で基体表面を加熱すれば良質
のＡｌ膜を堆積することができる。
【００６１】ここで、Ａｌ選択堆積の際には直接加熱ま
たは間接加熱により基体の表面温度をアルキルアルミニ
ウムハイドライドの分解温度以上４５０℃未満に保持す
ることが好ましく、より好ましくは２６０℃以上４４０
℃以下、最適には２６０℃以上３５０℃以下がよい。
たは間接加熱により基体の表面温度をアルキルアルミニ
ウムハイドライドの分解温度以上４５０℃未満に保持す
ることが好ましく、より好ましくは２６０℃以上４４０
℃以下、最適には２６０℃以上３５０℃以下がよい。
【００６２】基体を上記温度範囲になるべく加熱する方
法としては直接加熱と間接加熱とがあるが、特に直接加
熱により基体を上記温度に保持すれば高堆積速度で良質
のＡｌ膜を形成することができる。例えば、Ａｌ膜形成
時の基体表面温度をより好ましい温度範囲である２６０
℃〜４４０℃とした時、３０００Å〜５０００Å／分と
いう抵抗加熱の場合よりも高い堆積速度で良質な膜が得
られるのである。このような直接加熱（加熱手段からの
エネルギーが直接基体に伝達されて基体自体を加熱す
る）の方法としては、例えば、ハロゲンランプ，キセノ
ンランプ等によるランプ加熱が挙げられる。また、間接
加熱の方法としては抵抗加熱があり、堆積膜を形成すべ
き基体を支持するための堆積膜形成用の空間に配設され
た基体支持部材に設けられた発熱体等を用いて行うこと
ができる。
法としては直接加熱と間接加熱とがあるが、特に直接加
熱により基体を上記温度に保持すれば高堆積速度で良質
のＡｌ膜を形成することができる。例えば、Ａｌ膜形成
時の基体表面温度をより好ましい温度範囲である２６０
℃〜４４０℃とした時、３０００Å〜５０００Å／分と
いう抵抗加熱の場合よりも高い堆積速度で良質な膜が得
られるのである。このような直接加熱（加熱手段からの
エネルギーが直接基体に伝達されて基体自体を加熱す
る）の方法としては、例えば、ハロゲンランプ，キセノ
ンランプ等によるランプ加熱が挙げられる。また、間接
加熱の方法としては抵抗加熱があり、堆積膜を形成すべ
き基体を支持するための堆積膜形成用の空間に配設され
た基体支持部材に設けられた発熱体等を用いて行うこと
ができる。
【００６３】この方法により電子供与性の表面部分と非
電子供与性の表面部分とが共存する基体にＣＶＤ法を適
用すれば電子供与性の基体表面部分にのみ良好な選択性
のもとにＡｌの単結晶が形成される。
電子供与性の表面部分とが共存する基体にＣＶＤ法を適
用すれば電子供与性の基体表面部分にのみ良好な選択性
のもとにＡｌの単結晶が形成される。
【００６４】電子供与性の材料とは、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
しめたもので、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。
また、金属もしくは半導体表面に薄い酸化膜が存在して
いるものも基体と付着原料分子間で電子授受により化学
反応が生じ得るため、本発明の電子供与性材料に含まれ
る。
が存在しているか、もしくは自由電子を意図的に生成せ
しめたもので、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。
また、金属もしくは半導体表面に薄い酸化膜が存在して
いるものも基体と付着原料分子間で電子授受により化学
反応が生じ得るため、本発明の電子供与性材料に含まれ
る。
【００６５】電子供与性材料の具体例としては、Ｐ型，
Ｉ型，Ｎ型の各導電型の半導体がある。例えば、ＩＩＩ
族元素としてのＧａ，Ｉｎ，Ａｌ等とＶ族元素としての
Ｐ，Ａｓ，Ｎ等とを組み合わせてなる二元系もしくは三
元系もしくはそれ以上の多元系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体、または、単結晶シリコン，非晶質シリコンなどの半
導体材料、あるいは以下に示す金属，合金，シリサイド
等であり、例えば、タングステン，モリブデン，タンタ
ル，銅，チタン，アルミニウム，チタンアルミニウム，
チタンナイトライド，アルミニウムシリコン銅，アルミ
ニウムパラジウム，タングステンシリサイド，チタンシ
リサイド，アルミニウムシリサイド，モリブデンシリサ
イド，タンタルシリサイド等が挙げられる。
Ｉ型，Ｎ型の各導電型の半導体がある。例えば、ＩＩＩ
族元素としてのＧａ，Ｉｎ，Ａｌ等とＶ族元素としての
Ｐ，Ａｓ，Ｎ等とを組み合わせてなる二元系もしくは三
元系もしくはそれ以上の多元系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体、または、単結晶シリコン，非晶質シリコンなどの半
導体材料、あるいは以下に示す金属，合金，シリサイド
等であり、例えば、タングステン，モリブデン，タンタ
ル，銅，チタン，アルミニウム，チタンアルミニウム，
チタンナイトライド，アルミニウムシリコン銅，アルミ
ニウムパラジウム，タングステンシリサイド，チタンシ
リサイド，アルミニウムシリサイド，モリブデンシリサ
イド，タンタルシリサイド等が挙げられる。
【００６６】これに対して、Ａｌあるいは、Ａｌ−Ｓｉ
が選択的に堆積しない表面を形成する材料、すなわち非
電子供与性材料としては、熱酸化法，ＣＶＤ法等により
形成された酸化シリコン，ＢＳＧ，ＰＳＧ，ＢＰＳＧ等
のガラスまたは酸化膜，熱窒化膜や、プラズマＣＶＤ
法，減圧ＣＶＤ法，ＥＣＲ−ＣＶＤ法などにより形成さ
れたシリコン窒化膜等が挙げられる。
が選択的に堆積しない表面を形成する材料、すなわち非
電子供与性材料としては、熱酸化法，ＣＶＤ法等により
形成された酸化シリコン，ＢＳＧ，ＰＳＧ，ＢＰＳＧ等
のガラスまたは酸化膜，熱窒化膜や、プラズマＣＶＤ
法，減圧ＣＶＤ法，ＥＣＲ−ＣＶＤ法などにより形成さ
れたシリコン窒化膜等が挙げられる。
【００６７】このＡｌ−ＣＶＤ法によれば以下のような
Ａｌを主成分とする金属膜をも選択的に堆積でき、その
膜質も優れた特性を示すものである。
Ａｌを主成分とする金属膜をも選択的に堆積でき、その
膜質も優れた特性を示すものである。
【００６８】例えば、アルキルアルミニウムハイドライ
ドのガスと水素とに加えて、ＳｉＨ4 ，Ｓｉ2 Ｈ6 ，Ｓ
ｉ3 Ｈ8 ，Ｓｉ（ＣＨ3 ）4 ，ＳｉＣｌ4 ，ＳｉＨ2 Ｃ
ｌ2，ＳｉＨＣｌ3 等のＳｉ原子を含むガスや、ＴｉＣ
ｌ4 ，ＴｉＢｒ4 ，Ｔｉ（ＣＨ3 ）4 等のＴｉ原子を含
むガスや、ビスアセチルアセトナト銅（Ｃｕ（Ｃ5 Ｈ7
Ｏ2 ）2 ），ビスジピバロイルメタナイト銅（Ｃｕ（Ｃ
11Ｈ19Ｏ2 ）2 ），ビスヘキサフルオロアセチルアセト
ナト銅（Ｃｕ（Ｃ5 ＨＦ6 Ｏ2 ）2 ）等のＣｕ原子を含
むガスを適宜組み合わせて導入して混合ガス雰囲気とし
て、例えばＡｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｔｉ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ
−Ｓｉ−Ｔｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等の導電材料を選択的
に堆積させて電極を形成してもよい。
ドのガスと水素とに加えて、ＳｉＨ4 ，Ｓｉ2 Ｈ6 ，Ｓ
ｉ3 Ｈ8 ，Ｓｉ（ＣＨ3 ）4 ，ＳｉＣｌ4 ，ＳｉＨ2 Ｃ
ｌ2，ＳｉＨＣｌ3 等のＳｉ原子を含むガスや、ＴｉＣ
ｌ4 ，ＴｉＢｒ4 ，Ｔｉ（ＣＨ3 ）4 等のＴｉ原子を含
むガスや、ビスアセチルアセトナト銅（Ｃｕ（Ｃ5 Ｈ7
Ｏ2 ）2 ），ビスジピバロイルメタナイト銅（Ｃｕ（Ｃ
11Ｈ19Ｏ2 ）2 ），ビスヘキサフルオロアセチルアセト
ナト銅（Ｃｕ（Ｃ5 ＨＦ6 Ｏ2 ）2 ）等のＣｕ原子を含
むガスを適宜組み合わせて導入して混合ガス雰囲気とし
て、例えばＡｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｔｉ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ
−Ｓｉ−Ｔｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等の導電材料を選択的
に堆積させて電極を形成してもよい。
【００６９】また、上記Ａｌ−ＣＶＤ法は、選択性に優
れた成膜方法でありかつ堆積した膜の表面性が良好であ
るために、次の堆積工程に非選択性の成膜方法を適用し
て、上述の選択堆積したＡｌ膜および絶縁膜としてのＳ
ｉＯ2 等の上にもＡｌまたはＡｌを主成分とする金属膜
を形成することにより、半導体装置の配線として汎用性
の高い好適な金属膜を得ることができる。
れた成膜方法でありかつ堆積した膜の表面性が良好であ
るために、次の堆積工程に非選択性の成膜方法を適用し
て、上述の選択堆積したＡｌ膜および絶縁膜としてのＳ
ｉＯ2 等の上にもＡｌまたはＡｌを主成分とする金属膜
を形成することにより、半導体装置の配線として汎用性
の高い好適な金属膜を得ることができる。
【００７０】このような金属膜とは、具体的には以下の
とおりである。選択堆積したＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−
Ｔｉ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕと非選択的に堆積したＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｔ
ｉ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
との組み合わせ等である。
とおりである。選択堆積したＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−
Ｔｉ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕと非選択的に堆積したＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｔ
ｉ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
との組み合わせ等である。
【００７１】さらには、Ａｌ−ＣＶＤ法を利用して絶縁
膜上に形成することもできる。そのためには、絶縁膜に
表面改質工程を施し実質的に電子供与性の表面部分を形
成することである。このような表面改質工程としては、
自由電子を供給するプラズマＣＶＤ法やプラズマによる
ダメージを絶縁膜に付与する方法である。
膜上に形成することもできる。そのためには、絶縁膜に
表面改質工程を施し実質的に電子供与性の表面部分を形
成することである。このような表面改質工程としては、
自由電子を供給するプラズマＣＶＤ法やプラズマによる
ダメージを絶縁膜に付与する方法である。
【００７２】以下、上述した実施例の金属膜形成装置を
用いて、Ａｌ膜を形成する場合について述べる。
用いて、Ａｌ膜を形成する場合について述べる。
【００７３】原料ガスとして、ジメチルアルミニウムハ
イドライド（ＤＭＡＨ）、キャリアガスとしてＨ2 を用
いる。Ａｌを堆積させる真空度としては、１．２〜３Ｔ
ｏｒｒが望ましく、ＤＭＡＨの分圧は１．１〜１２．６
×１０-3Ｔｏｒｒが望ましい。堆積温度は２７０〜２９
０℃が望ましい。この堆積条件のもとで、有機金属ＣＶ
Ｄ法により底面が電子供与性材料からなるビアホールに
Ａｌを選択的に堆積させた時の、堆積速度は約８００Å
／ｍｉｎとなる。
イドライド（ＤＭＡＨ）、キャリアガスとしてＨ2 を用
いる。Ａｌを堆積させる真空度としては、１．２〜３Ｔ
ｏｒｒが望ましく、ＤＭＡＨの分圧は１．１〜１２．６
×１０-3Ｔｏｒｒが望ましい。堆積温度は２７０〜２９
０℃が望ましい。この堆積条件のもとで、有機金属ＣＶ
Ｄ法により底面が電子供与性材料からなるビアホールに
Ａｌを選択的に堆積させた時の、堆積速度は約８００Å
／ｍｉｎとなる。
【００７４】例えば、６０００Åのコンタクト孔を有機
金属ＣＶＤ法によりＡｌを選択的に堆積させた場合、堆
積時間は７分３０秒となる。この有機金属ＣＶＤ法によ
るＡｌの堆積の際には、高周波プラズマは発生させな
い。
金属ＣＶＤ法によりＡｌを選択的に堆積させた場合、堆
積時間は７分３０秒となる。この有機金属ＣＶＤ法によ
るＡｌの堆積の際には、高周波プラズマは発生させな
い。
【００７５】その後、高周波電源ユニットに電気を流し
て、高周波電圧を発生させると、電極間にプラズマが発
生することにより、電極上に装着された基体をなす、例
えば、ＳｉＯ2 の非電子供与性材料表面が改質されて、
電子供与性材料の表面にすることができる。
て、高周波電圧を発生させると、電極間にプラズマが発
生することにより、電極上に装着された基体をなす、例
えば、ＳｉＯ2 の非電子供与性材料表面が改質されて、
電子供与性材料の表面にすることができる。
【００７６】この時のプラズマ照射時間、真空度、ＤＭ
ＡＨの分圧および堆積温度は上述のＡｌの堆積条件と同
じ条件のもとで実施した。なお、プラズマ照射時間は１
分程度であることが望ましく、プラズマ電子密度は基体
直上で５×１０8 〜３×１０9 ｃｍ-3が望ましく、かつ
プラズマ電力は０．１〜１Ｗ／ｃｍ3 が望ましい。
ＡＨの分圧および堆積温度は上述のＡｌの堆積条件と同
じ条件のもとで実施した。なお、プラズマ照射時間は１
分程度であることが望ましく、プラズマ電子密度は基体
直上で５×１０8 〜３×１０9 ｃｍ-3が望ましく、かつ
プラズマ電力は０．１〜１Ｗ／ｃｍ3 が望ましい。
【００７７】このプラズマ照射によるＳｉＯ2 の表面の
改質により、緻密かつ均一なＡｌ核生成が行われること
により、基体全面にわたって均一なＡｌ膜を形成するこ
とができる。この時のＡｌ膜の堆積速度は、約８００Å
／ｍｉｎとなる。
改質により、緻密かつ均一なＡｌ核生成が行われること
により、基体全面にわたって均一なＡｌ膜を形成するこ
とができる。この時のＡｌ膜の堆積速度は、約８００Å
／ｍｉｎとなる。
【００７８】このような条件で成膜したＡｌの抵抗率は
３μΩ・ｃｍと低く、良質なＡｌ膜を形成することがで
きる。
３μΩ・ｃｍと低く、良質なＡｌ膜を形成することがで
きる。
【００７９】本実施例によれば、従来の枚葉式とは違っ
て、Ａｌ膜の堆積速度を低下させることなく、１回に複
数枚の基体にＡｌ膜を均一に形成することができる。
て、Ａｌ膜の堆積速度を低下させることなく、１回に複
数枚の基体にＡｌ膜を均一に形成することができる。
【００８０】その後、電子デバイスあるいは集積回路を
作成するために、Ａｌ膜をパターニングして、金属配線
および／または電極を形成する。
作成するために、Ａｌ膜をパターニングして、金属配線
および／または電極を形成する。
【００８１】（実験例１）従来例によるＡｌ膜堆積法と
上述した実施例１のＡｌ膜堆積法との特性の結果を表１
に示す。表１において、面内分布は１枚のウエハーにつ
いてのＡｌ膜厚のばらつきを示し、σは膜厚のばらつき
の標準偏差を表す。バッチ内分布は本実施例におけるウ
エハーの膜厚を数点取った時のばらつきを表わす。スル
ープットは６０００ÅのビアホールにＡｌを埋め込み、
幅６０００Åの配線を形成した時の処理結果を示す。
上述した実施例１のＡｌ膜堆積法との特性の結果を表１
に示す。表１において、面内分布は１枚のウエハーにつ
いてのＡｌ膜厚のばらつきを示し、σは膜厚のばらつき
の標準偏差を表す。バッチ内分布は本実施例におけるウ
エハーの膜厚を数点取った時のばらつきを表わす。スル
ープットは６０００ÅのビアホールにＡｌを埋め込み、
幅６０００Åの配線を形成した時の処理結果を示す。
【００８２】プラズマは表面改質工程のみではなく非選
択堆積工程中維持してもよい。この場合はプラズマＣＶ
Ｄ法により非選択堆積を行うようになる。
択堆積工程中維持してもよい。この場合はプラズマＣＶ
Ｄ法により非選択堆積を行うようになる。
【００８３】
【表１】
【００８４】表１から容易に解かるように、処理枚数が
増大し、スループットが向上した。また、面内分布とバ
ッチ内分布の膜厚のばらつきの測定結果から、均一にＡ
ｌ膜が形成されていることが理解できる。
増大し、スループットが向上した。また、面内分布とバ
ッチ内分布の膜厚のばらつきの測定結果から、均一にＡ
ｌ膜が形成されていることが理解できる。
【００８５】（実験例２）図４を用いて、本発明による
金属膜形成方法の一例として、Ａｌ膜形成方法について
述べる。
金属膜形成方法の一例として、Ａｌ膜形成方法について
述べる。
【００８６】ウエハーを搭載したウエハー・ボートが反
応室３０１内に収納されると、排気ユニット３１３およ
び圧力制御バルブ３１２によって、Ａｌ膜形成に適した
任意の圧力に反応室内を制御した。
応室３０１内に収納されると、排気ユニット３１３およ
び圧力制御バルブ３１２によって、Ａｌ膜形成に適した
任意の圧力に反応室内を制御した。
【００８７】また、反応室内の温度はヒータ３０２によ
って制御した。
って制御した。
【００８８】さて、温度と圧力が設定値に達したら材料
ガスであるジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡ
Ｈ）と水素ガスとを適正な混合比でガスインレット３０
６より導入した。
ガスであるジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡ
Ｈ）と水素ガスとを適正な混合比でガスインレット３０
６より導入した。
【００８９】これにより、導電性領域上へのＡｌの選択
膜成長が行われた。このときの膜生成条件は、温度２７
０〜２９０℃、反応室内圧力の１．２Ｔｏｒｒ、ＤＭＡ
Ｈ／Ｈ2 ＝１／１０に設定した。この条件で選択堆積を
行うと、堆積速度は約８００Å／ｍｉｎであったので、
６０００Åのコンタクト孔を選択堆積によってＡｌの埋
込みを行うために、７分３０秒を要した。
膜成長が行われた。このときの膜生成条件は、温度２７
０〜２９０℃、反応室内圧力の１．２Ｔｏｒｒ、ＤＭＡ
Ｈ／Ｈ2 ＝１／１０に設定した。この条件で選択堆積を
行うと、堆積速度は約８００Å／ｍｉｎであったので、
６０００Åのコンタクト孔を選択堆積によってＡｌの埋
込みを行うために、７分３０秒を要した。
【００９０】コンタクト孔の埋込みが終了したら、高周
波電源ユニット３１１によって、電極３０３と対向電極
３０５の間にプラズマを発生させることによって、プラ
ズマによって表面改質を行い、例えば、ＳｉＯ2 上に
も、Ａｌの堆積を行った。
波電源ユニット３１１によって、電極３０３と対向電極
３０５の間にプラズマを発生させることによって、プラ
ズマによって表面改質を行い、例えば、ＳｉＯ2 上に
も、Ａｌの堆積を行った。
【００９１】この表面改質は、表面に最低１原子層のＡ
ｌ膜が形成できれば必要がなくなるものなので、プラズ
マ照射時間は１分程度とした。また、このような理由か
ら、構造上、電極３０３と対向電極３０５との間隔に多
少の誤差が生じても、高々１分程度の堆積時間では、ウ
エハー間の膜厚分布には大きな影響を及ぼさなかった。
ｌ膜が形成できれば必要がなくなるものなので、プラズ
マ照射時間は１分程度とした。また、このような理由か
ら、構造上、電極３０３と対向電極３０５との間隔に多
少の誤差が生じても、高々１分程度の堆積時間では、ウ
エハー間の膜厚分布には大きな影響を及ぼさなかった。
【００９２】この非選択堆積の開始時のプラズマ照射時
の堆積条件は真空度、ＤＭＡＨ／Ｈ2 の比、温度につい
ては選択堆積時と同じであり、プラズマの条件はＲＦパ
ワーが最大値が０．１Ｗ／ｃｍ3 であり、電子密度の最
小値は１０9 ｃｍ-3程度とした。上記のプラズマ照射に
よるＳｉＯ2 上の表面改質によって、緻密かつ均一なＡ
ｌ核生成が行われ、ＳｉＯ2 上に均一で表面荒れの少な
い良質なＡｌ膜が成膜された。
の堆積条件は真空度、ＤＭＡＨ／Ｈ2 の比、温度につい
ては選択堆積時と同じであり、プラズマの条件はＲＦパ
ワーが最大値が０．１Ｗ／ｃｍ3 であり、電子密度の最
小値は１０9 ｃｍ-3程度とした。上記のプラズマ照射に
よるＳｉＯ2 上の表面改質によって、緻密かつ均一なＡ
ｌ核生成が行われ、ＳｉＯ2 上に均一で表面荒れの少な
い良質なＡｌ膜が成膜された。
【００９３】上述のように、表面改質により基板全面に
緻密かつ均一なＡｌ核生成を行うことにより、その後、
プラズマ照射を止めても、全面に一律なＡｌ膜が形成さ
れた。
緻密かつ均一なＡｌ核生成を行うことにより、その後、
プラズマ照射を止めても、全面に一律なＡｌ膜が形成さ
れた。
【００９４】全面Ａｌ堆積の堆積速度は約８００Å／ｍ
ｉｎであった。
ｉｎであった。
【００９５】この条件で堆積したＡｌ膜の抵抗率は３μ
Ω・ｃｍと良質なＡｌ膜の形成が可能であった。
Ω・ｃｍと良質なＡｌ膜の形成が可能であった。
【００９６】（実験例３）Ｐ型シリコン基板上に２．０
μｍ厚のＳｉＯ2 膜を形成し、エッチングによりアスペ
クト比２〜３のコンタクトホールを形成した。
μｍ厚のＳｉＯ2 膜を形成し、エッチングによりアスペ
クト比２〜３のコンタクトホールを形成した。
【００９７】このような複数個のウエハーを図２の装置
内に配置した。
内に配置した。
【００９８】ＷＦ6 を０．５ＳＣＣＭの流量をもって反
応室に導入し、同じくＨ2 ガスを５００ＳＣＣＭの流量
をもって導入した。
応室に導入し、同じくＨ2 ガスを５００ＳＣＣＭの流量
をもって導入した。
【００９９】ウエハーを温度５００℃に保持するとコン
タクトホール内にＷ膜が選択的に成長した。次に、電源
をオンしてプラズマを発生させコンタクトホール内の選
択成長したＷ膜とＳｉＯ2 膜との上にプラズマＣＶＤ法
により非選択的にＷ膜を成長させた。
タクトホール内にＷ膜が選択的に成長した。次に、電源
をオンしてプラズマを発生させコンタクトホール内の選
択成長したＷ膜とＳｉＯ2 膜との上にプラズマＣＶＤ法
により非選択的にＷ膜を成長させた。
【０１００】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一度に複数枚のウエハー近傍にプラズマを発生させ、良
好な金属膜を均一に形成するので、スループットを大幅
に向上でき、低コストの半導体装置の製造が可能とな
る。
一度に複数枚のウエハー近傍にプラズマを発生させ、良
好な金属膜を均一に形成するので、スループットを大幅
に向上でき、低コストの半導体装置の製造が可能とな
る。
【図１】従来の金属膜形成装置を示す模式図である。
【図２】本発明に係る金属膜形成装置を示す模式図であ
る。
る。
【図３】本発明に係る金属膜形成装置の電極構成を示す
模式図である。
模式図である。
【図４】本発明に係る他の金属膜形成装置を示す模式図
である。
である。
１０１ 反応管 １０２，１０３ 金属製フランジ １０４ ヒータ １０５ 基体 １０６ 基体ホルダ １０７ ガス混合器 １０８ ガス導入ライン １０９ 原料気化器 １１０ キャリアガス導入ライン １１１ ガスライン １１２ ガス排気口 １１３ 排気ユニット １１４ 排気用メインバルブ １１５ コントロールバルブ １１６ 高周波電源ユニット １１７，１１８ 高周波電源端子 １１９ 導電性レール ２２０ 第１の電極 ２２１ 第２の電極 ２２２，２２３ 導電性レール ２２４，２２５ 端子 ２２６ 高周波電源ユニット ２２７，２２８ 端子 ３０１ 反応管 ３０２ ヒータ ３０３ 電極 ３０４ 半導体基板 ３０５ 対向電極 ３０６ ガスインレット ３０７ 防着板 ３０８，３０９ コンタクト ３１０ 排気フランジ ３１１ 高周波電源ユニット ３１２ 圧力調整バルブ ３１３ 排気ユニット
Claims (14)
- 【請求項１】 基体上に金属膜を形成するための金属膜
形成装置において、反応室と、該反応室内に交互に配置
された複数の第１および第２電極と、該第１および第２
電極にプラズマを発生させるための電気エネルギーを供
給するエネルギー供給手段と、該第１および第２電極間
に配置された複数の基体を加熱するための加熱手段と、
該反応室内に金属膜を形成するための原料ガスを供給す
るガス供給手段と、を具備し、該第１および第２電極間
にプラズマを発生させて該複数の基体上に金属膜を形成
することを特徴とする金属膜形成装置。 - 【請求項２】 前記金属膜はアルミニウム膜であること
を特徴とする請求項１に記載の金属膜形成装置。 - 【請求項３】 前記アルミニウム膜はジメチルアルミニ
ウムハイドライドのガスと水素ガスとの反応により形成
されることを特徴とする請求項２に記載の金属膜形成装
置。 - 【請求項４】 前記複数の基体は前記第１および第２電
極のいずれか一方の面上に配置されることを特徴とする
請求項１に記載の金属膜形成装置。 - 【請求項５】 前記複数の基体は前記第１および第２電
極の両面上にそれぞれ配置されていることを特徴とする
請求項１に記載の金属膜形成装置。 - 【請求項６】 前記複数の基体は堆積面を非水平にした
状態で配置されることを特徴とする請求項１に記載の金
属膜形成装置。 - 【請求項７】 反応室内に交互に配置された複数の第１
および第２電極の間に電子供与性の表面と非電子供与性
の表面とを有する複数の基体を配置し、金属膜を形成す
るための原料ガスを前記反応室内に導入し、前記電子供
与性の表面上に選択的に金属膜を形成した後、前記第１
および第２電極間に発生させたプラズマを利用して前記
非電子供与性の表面上に金属膜を形成することを特徴と
する金属膜形成法。 - 【請求項８】 前記複数の基体を前記第１および第２電
極のいずれか一方の面上に配置することを特徴とする請
求項７に記載の金属膜形成法。 - 【請求項９】 前記複数の基体は前記第１および第２電
極の両面上にそれぞれ配置されることを特徴とする請求
項７に記載の金属膜形成法。 - 【請求項１０】 前記複数の基体の堆積面を非水平にし
て配置することを特徴とする請求項７に記載の金属膜形
成法。 - 【請求項１１】 前記電子供与性の表面は導電体または
半導体からなる表面であり、前記非電子供与性の表面は
絶縁体からなる表面であることを特徴とする請求項７に
記載の金属膜形成法。 - 【請求項１２】 前記プラズマを利用して前記非電子供
与性の表面を表面改質した後、前記プラズマを用いるこ
となく該非電子供与性の表面に金属膜を形成することを
特徴とする請求項７に記載の金属膜形成法。 - 【請求項１３】 前記金属膜がアルミニウム膜であるこ
とを特徴とする請求項７に記載の金属膜形成法。 - 【請求項１４】 前記アルミニウム膜がジメチルアルミ
ニウムハイドライドのガスと水素ガスとの反応により形
成されることを特徴とする請求項１３に記載の金属膜形
成法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4268520A JPH05209279A (ja) | 1991-10-29 | 1992-10-07 | 金属膜形成装置および金属膜形成法 |
| EP92118428A EP0539948B1 (en) | 1991-10-29 | 1992-10-28 | Apparatus for forming metal film and process for forming metal film |
| DE69231026T DE69231026T2 (de) | 1991-10-29 | 1992-10-28 | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Metallfilmen |
| US08/407,050 US5653810A (en) | 1991-10-29 | 1995-03-17 | Apparatus for forming metal film and process for forming metal film |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28297091 | 1991-10-29 | ||
| JP3-282970 | 1991-10-29 | ||
| JP4268520A JPH05209279A (ja) | 1991-10-29 | 1992-10-07 | 金属膜形成装置および金属膜形成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05209279A true JPH05209279A (ja) | 1993-08-20 |
Family
ID=26548346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4268520A Pending JPH05209279A (ja) | 1991-10-29 | 1992-10-07 | 金属膜形成装置および金属膜形成法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5653810A (ja) |
| EP (1) | EP0539948B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05209279A (ja) |
| DE (1) | DE69231026T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013046286A1 (ja) * | 2011-09-26 | 2013-04-04 | 株式会社島津製作所 | プラズマ成膜装置 |
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-
1992
- 1992-10-07 JP JP4268520A patent/JPH05209279A/ja active Pending
- 1992-10-28 DE DE69231026T patent/DE69231026T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-10-28 EP EP92118428A patent/EP0539948B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-03-17 US US08/407,050 patent/US5653810A/en not_active Expired - Fee Related
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| JPWO2013046286A1 (ja) * | 2011-09-26 | 2015-03-26 | 株式会社島津製作所 | プラズマ成膜装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5653810A (en) | 1997-08-05 |
| EP0539948A2 (en) | 1993-05-05 |
| EP0539948A3 (en) | 1996-01-31 |
| EP0539948B1 (en) | 2000-05-10 |
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