JPH05226335A - 薄膜の形成方法 - Google Patents

薄膜の形成方法

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JPH05226335A
JPH05226335A JP2562292A JP2562292A JPH05226335A JP H05226335 A JPH05226335 A JP H05226335A JP 2562292 A JP2562292 A JP 2562292A JP 2562292 A JP2562292 A JP 2562292A JP H05226335 A JPH05226335 A JP H05226335A
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JP
Japan
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substrate
thin film
gas
raw material
temperature
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Application number
JP2562292A
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English (en)
Inventor
Hisafumi Kaneko
尚史 金子
Masahiko Hasunuma
正彦 蓮沼
Hiroshi Toyoda
啓 豊田
Akihiro Kajita
明広 梶田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非晶質SiO2 基板上において、表面の平滑
性に優れ且つ結晶性の高い薄膜を形成する方法を提供す
ること。 【構成】 CVD法に従って原料ガスを基板表面に供給
し、該基板上に薄膜を形成する方法であって、前記原料
ガスを基板に供給する以前に予備加熱し、且つ予備加熱
中にPt,Pd,Au、またはこれらの化合物もしくは
混合体からなる触媒に接触させることを特徴とする。前
にこれらと接触させる。 【効果】 低基板温度において、不純物の混入が少な
く、平滑性および結晶性に優れた薄膜を形成することが
可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Siまたは化合物半導
体装置における薄膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置、例えばD−RAM等
に代表されるメモリ集積回路における高集積度化は著し
く、これに伴って各素子を電気的に結合する配線の微細
化が余儀なくされている。この微細化に際して、前記配
線にはより高い電流密度と動作温度とが要求されると同
時に、最終的な半導体装置の高い信頼性を確保するため
により高いエレクトロマイグレーション耐性が必要であ
る。一般的に、配線におけるエレクトロマイグレーショ
ン耐性は、電流密度の増大と動作温度の上昇に反比例す
るために、これに対応して配線を構成する材料の性能向
上が不可欠である。現在、このような配線にはAlある
いはAl合金等の金属材料が用いられている。これら配
線のエレクトロマイグレーション耐性は、Cu,Ti等
の遷移金属の微量添加や、金属結晶粒の成長による竹の
節状の結晶粒界構造(バンブー構造)化によって向上さ
れてきたが、以上の方法では0.1μm レベルの配線に
おける信頼性は確保できないとされている。
【0003】最近の研究によれば、上述したような配線
におけるエレクトロマイグレーション耐性、あるいは配
線中に誘起される引張応力によるストレスマイグレーシ
ョンに対する耐性は、単結晶金属薄膜からなる配線を用
いることにより著しく向上することが明らかとなった。
これに伴って、当該金属薄膜の結晶性を可能な限り単結
晶に近付けることが、形成される配線の高信頼性を実現
する手段として考えられている。
【0004】一方、近年では、半導体装置における基板
上に金属等の薄膜配線を形成する方法として、スパッタ
リングをはじめとする物理蒸着法に対し、ステップカバ
レージに優れ、且つ基板に対するダメージの少ない、即
ち基板の特性を損なうことの少ないCVD法(化学気相
成長法)が開発されてきた。このCVD法は、原料ガス
である有機金属ガス(アルキルアルミニウム等)を、A
rガスなどの不活性ガスあるいは水素をキャリアガスと
して希釈し、加熱された基板表面に供給して、基板表面
での原料ガスの分解反応により、金属等の原料を析出お
よび堆積させるものである。
【0005】具体的には、原料ガスとしてトリイソブチ
ルアルミニウム(TIBA)を用いたガス温度制御CV
D法によれば、当該原料ガスを予備加熱した後、基板に
供給することによってSi基板上に単結晶Al薄膜を形
成できることが報告されている。また、原料ガスとし
て、上記の他ジメチルアルミニウムハイドライド(DM
AH)、ジエチルアルミニウムハイドライド(DEA
H)等を用いることによっても同様に単結晶Al薄膜を
形成できることが報告されている。
【0006】しかしながら、これらの技術によって形成
された薄膜は、特にSiO2 等の非晶質基板上あるいは
TiN等の多結晶基板上において、表面の平滑性が悪
く、また多結晶質であり結晶性が悪いという問題があ
る。
【0007】例えば、前述したアルミニウムの有機金属
化合物であるアルキルアルミニウムを用いたCVD法の
場合において詳述すれば以下の通りである。即ち、前記
CVD法は、有機分子が分解してAlが生成する反応に
従って薄膜が形成され、特にAlの堆積は基板表面での
反応に支配されていると推定されている。この反応を支
配する因子のうち、最も重要なものは基板温度である。
即ち、基板から分子に供給される熱エネルギーによっ
て、有機分子中のAlとアルキル基(メチル、エチル、
イソブチル等)、あるいはAlと水素との結合が切断さ
れることにより、金属Alが基板上に堆積する。従っ
て、基板温度の上昇はAl堆積を促進するが、その制御
が非常に難しく、基板温度を過度に上昇させた場合、A
lとアルキル基あるいは水素との結合を切断するだけで
なく、アルキル基中の水素と炭素との結合をも切断す
る。その結果、炭素などの不純物原子を多く含んだAl
が堆積して、Al薄膜の結晶性が悪化する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みてなされたもので、その課題とするところは、特に
非晶質SiO2 等の基板上において、表面の平滑性に優
れ且つ結晶性の高い薄膜を形成する方法を提供すること
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜の形成方法
は、CVD法に従って原料ガスを基板表面に供給し、該
基板上に薄膜を形成する方法であって、前記原料ガスを
基板に供給する以前に予備加熱し、且つ予備加熱中にP
t,Pd,Au、またはこれらの化合物もしくは混合体
からなる触媒に接触させることを特徴とする。
【0010】本発明の方法において、原料ガスの予備加
熱は、原料およびキャリアガスの加熱時間、ガス流量、
ガス圧力およびガスの流路に依存するが、好ましくは、
約50〜200℃の温度範囲において行われる。また、
使用される原料ガスとしては、例えば、Al,W,M
o,Cu等の配線材料として一般的な元素を含む、有機
金属ガス、ハロゲン化物、または水素化物等が挙げられ
る。特に配線材料としてAlが使用される場合の具体例
としては、トリイソブチルアルミニウム(TIBA)、
ジメチルアルミニウムハイドライド(DMAH)、ジエ
チルアルミニウムハイドライド(DEAH)等のアルキ
ルアルミニウムが挙げられる。
【0011】本発明の方法において、上述したような原
料ガスの処理は、具体的には、一般的なCVD装置内に
設けられた前記触媒を備えた予備加熱機構において行わ
れる。以下、図1を参照してこの予備加熱機構を含む本
発明の薄膜の形成プロセスについて説明する。
【0012】図1は、本発明の方法において使用される
CVD装置の概略構成を示す説明図である。同図におい
て、1は予備加熱機構であり、Cu製の本体2と、本体
2内のガス流路5中に設けられたガス拡散板3とを具備
する。このガス拡散板3は加熱機能を備えており(図示
せず)、また本体2のガス流路5側の表面には、Pt,
Pd,Au、またはこれらの化合物もしくは混合体から
なる触媒層4が形成されている。6は加熱機能を備えた
(図示せず)サセプタで、その表面において基板7を保
持しており、予備加熱機構1と約40mmの間隔を介して
設けられている。尚、本発明では、ガス拡散板3の替り
に加熱機能を備えたメッシュ板を、また触媒層4にCま
たはその化合物を使用することもできる。
【0013】本発明の方法では、矢印11に示す如く、
温度等が所定の条件に設定された予備加熱機構1内に有
機金属ガス等の原料ガスをキャリアガスと共に導入し、
該機構内において上述したような処理を行う。続いて、
矢印12に示す如く、処理後の原料ガスを基板7の表面
に対して供給し、基板上に当該原料からなる薄膜を形成
させる。このとき、基板7をサセプタ6によって約50
〜400℃程度の範囲で適宜加熱してもよい。
【0014】尚、本発明の薄膜の形成方法は、一般的に
は、半導体装置における基板上の配線形成に好適である
が、その他の薄膜素子の製造プロセス等においても好ま
しく用いることができる。
【0015】
【作用】本発明の方法によれば、基板表面にCVD法に
よって薄膜を形成する場合、原料ガスの反応が制御さ
れ、基板温度を比較的低温に保持した状態で、不純物元
素の混入が極めて少なく且つ高い結晶性を有する薄膜の
形成が可能になる。
【0016】次に、上記作用について、トリアルキルア
ルミニウムからなる原料ガスを使用した場合を例にと
り、その反応機構に沿って更に詳細に説明する。尚、当
該反応機構については明確な理論はないが、本発明の理
解を容易にする目的で敢えて説明されるものである。
【0017】本発明の方法では、まず、上述したような
予備加熱および触媒との接触によって、トリアルキルア
ルミニウムはそのアルキル基が水素置換されて低級化
し、ジアルキルアルミニウムハイドライドに変化する。
更に、このジアルキルアルミニウムハイドライドは所定
温度に加熱された基板表面に供給されて分解し、当該基
板上にAl薄膜として堆積する。この場合、ジアルキル
アルミニウムハイドライドが分解してAl薄膜となるの
に要する熱エネルギーは、トリアルキルアルミニウムの
場合に比べて小さい。即ち、トリアルキルアルミニウム
からなる原料ガスに対して本発明に係る処理を行った場
合、当該原料ガスは基板に供給される以前にある程度分
解が進行しているため、基板上において最終的に原料ガ
スを分解してAl薄膜とするのに必要な熱エネルギーは
より小さくてすむ。従って、本発明の方法によれば、基
板の加熱温度が低減され、且つ当該温度の制御を非常に
容易に行うことが可能になり、前述したように過度の基
板の加熱によるアルキルアルミニウムのアルキル基の分
解に起因した、Al薄膜中への炭素等の不純物の混入が
低減される。
【0018】特に、トリアルキルアルミニウム等のアル
キルアルミニウムガスを、約50〜200℃の温度範囲
において予備加熱し触媒と接触させた場合、上記作用が
最も顕著に発現する。この条件に従って、原料およびキ
ャリアガスを処理し、非晶質SiO2 基板上に供給すれ
ば、基板温度約100℃からAl薄膜の堆積が起こるが
確認されている。こうして当該基板上に形成されたAl
薄膜は、表面が非常に平滑であり、炭素などの不純物混
入も極めて少なく、またAl面心立方格子の(111)
面が基板表面に対して非常に強く配向した薄膜となる。
【0019】
【実施例】以下に、本発明を実施例および比較例によっ
て詳細に説明する。 実施例 図1に示す概略構成のCVD装置を用い、本発明の方法
に従って、多種に亘る条件によってSi基板上にAl薄
膜を形成した。
【0020】前記CVD装置では、Cu製の本体2およ
びガス拡散板3によって構成されたガス予備加熱機構1
において、本体2の表面をPt,Pd,Au、またはC
の化合物もしくは混合体によってコーティングし、触媒
層4とした。また、Si基板上に熱酸化により基板表面
に非晶質SiO2 膜を厚さ4000オングストロムで形
成し、当該基板をサセプタ6に保持した。
【0021】一方、Al薄膜の原料ガスとしてはトリイ
ソブチルアルミニウム(TIBA)を用い、これをAr
ガスのバブリングによって予備加熱機構1に導入し、温
度範囲約50〜200℃で予備加熱および触媒との接触
を行った。更に連続して、このように処理された原料ガ
スを、ガス流量80SCCM、反応圧力2Torrの条
件で上述したSi基板上に供給し、非晶質SiO2 膜表
面にAlを堆積し、続いて1分間成長させてAl薄膜を
形成した。尚、原料ガス供給中、Si基板を約100〜
400℃の温度範囲内で加熱した。
【0022】こうして形成されたAl薄膜について、炭
素不純物濃度を二次イオン質量分析法(SIMS)で、
表面平滑性を反射率で、結晶配向性をAl(111)面
X線回折ピークの全半値間(FWHM)で夫々評価し
た。
【0023】下記表1に、これらAl薄膜の評価の結果
を、使用された予備加熱機構における触媒層の組成、ガ
ス予備加熱温度、基板加熱温度、形成されたAl薄膜の
膜厚と共に示す。 比較例
【0024】CVD装置においてCu製の本体表面に触
媒層を設けず、その他は上記実施例と同様の条件でSi
基板上の非晶質SiO2 膜表面にAl薄膜を形成し、同
様の評価を行った。これら条件および評価結果について
下記表1に併記する。
【0025】
【表1】
【0026】表1に示す結果より明らかなように、本発
明の方法では、基板を高温に加熱することなく、Si基
板上に、不純物の混入が少なく、表面平滑性および結晶
配向性に優れたAl薄膜を形成することができた。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の方法によ
れば、特に非晶質SiO2 基板上において、基板を高温
に加熱することなく、表面の平滑性に優れ、不純物元素
の混入の極めて少なく、且つ高い結晶性を有する薄膜の
形成が可能になり、その工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜の形成方法において使用されるC
VD装置の概略構成を示す説明図。
【符号の説明】
1…予備加熱機構、2…本体、3…ガス拡散板、4…触
媒層、5…ガス流路、6…サセプタ、7…基板、11,
12…原料ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶田 明広 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CVD法に従って原料ガスを基板表面に
    供給し、該基板上に薄膜を形成する方法であって、 前記原料ガスを、基板に供給する以前に予備加熱し、且
    つ予備加熱中にPt,Pd,Au、またはこれらの化合
    物もしくは混合体からなる触媒に接触させることを特徴
    とする薄膜の形成方法。
JP2562292A 1992-02-13 1992-02-13 薄膜の形成方法 Pending JPH05226335A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007123924A (ja) * 1999-12-15 2007-05-17 Asm Genitech Korea Ltd 触媒及び化学気相蒸着法を用いて銅配線及び薄膜を形成する方法
JP2009129963A (ja) * 2007-11-20 2009-06-11 Fujitsu Microelectronics Ltd 成膜方法、成膜装置及び半導体装置の製造方法
USRE41747E1 (en) 2001-01-25 2010-09-21 Kyocera Optec Co., Ltd. Metal film and metal film-coated member, metal oxide film and metal oxide film-coated member, thin film forming apparatus and thin film forming method for producing metal film and metal oxide film

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