JPH0559552A - Formation of deposited film - Google Patents

Formation of deposited film

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JPH0559552A
JPH0559552A JP1389192A JP1389192A JPH0559552A JP H0559552 A JPH0559552 A JP H0559552A JP 1389192 A JP1389192 A JP 1389192A JP 1389192 A JP1389192 A JP 1389192A JP H0559552 A JPH0559552 A JP H0559552A
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film
electron
forming
substrate
donating
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Japanese (ja)
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Shigeyuki Matsumoto
繁幸 松本
Atsushi Ikeda
敦 池田
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Abstract

PURPOSE:To form a film of Al or Al alloy on an electron donative surface by subjecting a base body having the electron donative surface consisting of a non-single crystal material and a non-electron donative surface to a surface treatment, then supplying Al-contg. gaseous raw materials and reactive gases and heating the substrate or generating plasma. CONSTITUTION:The surface of the base body formed of an electron donative material 90, such as Si wafer, and a non-electron donative material 91, such as SiO2 film, is subjected to, for example, a hydrofluoric acid treatment to terminate the surface of the non-electron donative material 91 with hydrogen atoms. An alkyl aluminum halide and gaseous H2 for reduction are added as the gaseous raw materials to the space formed of the two materials at the time of forming the pure Al film or gaseous Si2H6 is further added to the above-mentioned gaseous mixture and such gaseous mixture is added to the above-mentioned space at the time of forming the Al-Si film. The gaseous mixture is then heated to >=450 deg.C cracking temp. of the gaseous raw material or the base body is put into a CVD device to generate the plasma, by which the high-quality film 22 of the pure Al or Al-Si is stably formed on the surface of the electron donative material 90 of the base body. The high-purity film of the Al or Al-Si is also formed on the non-electron donative material 91 having the reformed surface.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、金属膜形成法に関し、
特に半導体集積回路装置等の配線に好ましく適用できる
Al堆積膜の形成法に関するものである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming a metal film,
In particular, the present invention relates to a method for forming an Al deposited film which can be preferably applied to wiring of a semiconductor integrated circuit device or the like.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, in electronic devices and integrated circuits using semiconductors, aluminum (A
1) or Al-Si or the like has been used. here,
Since Al is inexpensive and has high electrical conductivity, and a dense oxide film is formed on the surface, it is chemically protected inside and stabilized, and it has good adhesion with Si. Have the advantages of.

【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。集積度の増加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、エッチングなどに
より凹凸が激しくなっている。例えば電極や配線金属は
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。4M
bitや16MbitのDRAM(ダイナミックRA
M)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1
μm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を堆積できる技術が必要とされる。
By the way, since the degree of integration of integrated circuits such as LSI has increased, and miniaturization of wiring and multi-layer wiring have been particularly required in recent years, it has never been possible with conventional Al wiring. Strict demands are being made. LS is becoming smaller and smaller due to increased integration.
The surface of I or the like has a large degree of unevenness due to oxidation, diffusion, thin film deposition, etching or the like. For example, electrodes and wiring metals must be deposited on a stepped surface without disconnection or in via holes having a small diameter and a deep diameter. 4M
Bit or 16 Mbit DRAM (dynamic RA
In M) and the like, the aspect ratio (via hole depth ÷ via hole diameter) of a via hole in which a metal such as Al has to be deposited is 1.0 or more, and the via hole diameter itself is 1 as well.
μm or less. Therefore, there is a need for a technique capable of depositing Al even in via holes having a large aspect ratio.

【0004】しかもビアホール内を埋めると共に絶縁膜
上にも配線を行うためのAl等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。
Moreover, Al or the like for filling the via hole and for wiring on the insulating film must be deposited, and the deposited film must be of extremely good quality.

【0005】最近では、Al膜を形成する技術としてジ
メチルアルミニウムハイドライドを用いたCVD法が、
本発明者等により提案されている。
Recently, a CVD method using dimethyl aluminum hydride has been used as a technique for forming an Al film.
It has been proposed by the present inventors.

【0006】この方法は半導体製造技術における今後の
超微細加工技術として有効なものであるが、半導体デバ
イスの製造歩留りを上げ、低価格化を達成し、商業的成
功を収めるにはまだまだ改善の余地が残されている。た
とえば次のような点である。
Although this method is effective as a future ultrafine processing technology in semiconductor manufacturing technology, there is still room for improvement in order to increase the manufacturing yield of semiconductor devices, achieve cost reduction, and achieve commercial success. Is left. For example, the following points.

【0007】単結晶シリコン基板に0.8ミクロン角の
コンタクトホールを有する絶縁膜を形成し、このコンタ
クトホール内にDMAHと水素とを利用したCVD法に
より単結晶アルミを選択的に堆積させる工程、その後W
やチッ化チタン等の導電性材料の下引き層を該アルミお
よび絶縁層上に形成する工程と、その後全面にアルミを
堆積させるという方法により平坦な多層配線部を形成す
る方法がある。この方法を利用した場合、選択的にコン
タクトホール内にアルミを再現性良く堆積できるが、必
ずしもチッ化チタン上のアルミについては上記コンタク
トホール内のアルミ程、再現性よく堆積できるとは言え
ない。
A step of forming an insulating film having a 0.8 μm square contact hole on a single crystal silicon substrate and selectively depositing single crystal aluminum in the contact hole by a CVD method utilizing DMAH and hydrogen; Then W
There is a step of forming a subbing layer of a conductive material such as titanium nitride or the like on the aluminum and the insulating layer, and a method of depositing aluminum on the entire surface to form a flat multilayer wiring portion. When this method is used, aluminum can be selectively deposited in the contact hole with good reproducibility, but it cannot be said that aluminum on titanium nitride can be deposited with good reproducibility as much as aluminum in the contact hole.

【0008】同様に、コンタクトホール内にチッ化チタ
ン等のバリアメタルを形成しその上にアルミを選択堆積
する際も、直接単結晶シリコンの上に体積させる場合よ
りも再現性が劣ることがある。
Similarly, when a barrier metal such as titanium nitride is formed in the contact hole and aluminum is selectively deposited on the barrier metal, the reproducibility may be inferior to that when the barrier metal is directly deposited on the single crystal silicon. ..

【0009】更には、半導体製造工程における熱処理工
程を繰り返し付与すると、配線に断線や短絡が生じるこ
とが発見された。これは特に3層以上の配線を形成する
場合には顕著である。
Further, it has been discovered that when the heat treatment process in the semiconductor manufacturing process is repeatedly applied, the wiring is broken or short-circuited. This is particularly noticeable when forming three or more layers of wiring.

【0010】本発明者らが数多くの実験を繰り返し行い
検討した結果、次のような原因が相乗して最終的な歩留
りを低くしていることが見いだされた。
As a result of repeated experiments conducted by the inventors of the present invention, it was found that the following causes synergistically reduce the final yield.

【0011】まず、ひとつはアルミの初期堆積時の欠陥
形成である。次に、コンタクトホール内に堆積させたア
ルミとその上に堆積させたアルミとの界面の問題であ
る。そして、ストレスマイグレーションの問題である。
更には、コンタクトホール内のアルミとその上すなわち
絶縁膜上のアルミとにおける成膜時の歩留りの差異およ
び膜質の違いである。
First, one is the formation of defects during the initial deposition of aluminum. Next, there is a problem of the interface between the aluminum deposited in the contact hole and the aluminum deposited thereon. And there is the issue of stress migration.
Furthermore, there is a difference in the yield during film formation and a difference in film quality between the aluminum in the contact hole and the aluminum thereover, that is, aluminum on the insulating film.

【0012】本発明の目的は上述した技術的課題に鑑み
なされたものであり、Alスパイクの発生がなく、ステ
ップカバレッジに優れ平坦な多層配線の得られる金属膜
形成方法を提供することにある。
An object of the present invention was made in view of the above-mentioned technical problems, and it is an object of the present invention to provide a method for forming a metal film which is free from Al spikes and has excellent step coverage to obtain a flat multilayer wiring.

【0013】本発明の他の目的は、ストレスマイグレー
ションに優れ耐久性に優れた金属膜形成方法を提供する
ことにある。
Another object of the present invention is to provide a metal film forming method which is excellent in stress migration and durability.

【0014】本発明の別の目的は、非単結晶材料からな
る電子供与性の表面と非電子供与性の表面とを備えた基
体に該電子供与性の表面を水素原子で終端させる為の化
学的表面処理を施した後、堆積膜形成用の空間に該基体
を配する工程と、アルキルアルミニウムハイドライドの
ガスを該堆積膜形成用の空間に導入する工程と、該アル
キルアルミニウムハイドライドの分解温度以上の所定の
温度に該基体の温度を維持し、該電子供与性の表面に選
択的にアルミニウムを主成分とする金属膜を形成する工
程と、を有することを特徴とする堆積膜形成法を提供す
ることにある。
Another object of the present invention is a chemistry for terminating an electron donating surface with a hydrogen atom on a substrate having an electron donating surface and a non-electron donating surface made of a non-single crystal material. After the surface treatment, the step of disposing the substrate in the space for forming the deposited film, the step of introducing a gas of alkylaluminum hydride into the space for forming the deposited film, and the decomposition temperature of the alkylaluminum hydride or higher. And maintaining the temperature of the substrate at a predetermined temperature, and selectively forming a metal film containing aluminum as a main component on the electron donative surface. To do.

【0015】本発明の別の目的は、非単結晶材料からな
る電子供与性の表面と非電子供与性の表面とを有する基
体をプラズマを発生し得るCVD装置の堆積膜形成用の
空間に配する工程と、アルキルアルミニウムハイドライ
ドのガスを前記堆積膜形成用の空間に導入する工程と、
前記アルキルアルミニウムハイドライドの分解温度以上
の所定温度に前記電子供与性の表面の温度を維持し、ア
ルミニウムを主成分とする金属膜を該電子供与性の表面
に選択的に形成する工程と、(d)前記アルキルアルミ
ニウムハイドライドのガスを導入しながら前記装置にプ
ラズマを発生させて前記アルミニウムを主成分とする金
属膜および前記非電子供与性の表面上にアルミニウムを
主成分とする金属膜を形成する工程とを含み、前記プラ
ズマの電子密度が基体表面近傍において1×108乃至
8×1010cm-3となるプラズマ領域を含むプラズマを
発生させて前記金属膜を形成することを特徴とする堆積
膜形成法を提供することにある。
Another object of the present invention is to arrange a substrate having an electron donating surface and a non-electron donating surface made of a non-single crystal material in a space for forming a deposited film of a CVD apparatus capable of generating plasma. And a step of introducing a gas of alkyl aluminum hydride into the space for forming the deposited film,
Maintaining the temperature of the electron-donating surface at a predetermined temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the alkylaluminum hydride, and selectively forming a metal film containing aluminum as a main component on the electron-donating surface; ) A step of generating plasma in the apparatus while introducing the alkylaluminum hydride gas to form the aluminum-based metal film and the aluminum-based metal film on the non-electron-donating surface. And a plasma region including a plasma region in which the electron density of the plasma is 1 × 10 8 to 8 × 10 10 cm −3 near the surface of the substrate to form the metal film. To provide a forming method.

【0016】本発明の他の目的は、電子供与性の表面と
非電子供与性の表面とを備えた基体に該電子供与性の表
面を水素原子で終端させる為の化学的表面処理を施した
後、堆積膜形成用の空間に該基体を配する工程と、アル
キルアルミニウムハイドライドのガスを含む混合ガスを
該堆積膜形成用の空間に導入し該アルキルアルミニウム
ハイドライドのガスの分圧を7×10-3〜9×10-2
orrとする工程と、該アルキルアルミニウムハイドラ
イドの分解温度以上の所定温度に該基体の温度を維持
し、該電子供与性の表面に選択的にアルミニウムを主成
分とする金属膜を形成することを特徴とする金属膜形成
法を提供することにある。
Another object of the present invention is to subject a substrate having an electron donating surface and a non-electron donating surface to a chemical surface treatment for terminating the electron donating surface with hydrogen atoms. After that, a step of disposing the substrate in a space for forming a deposited film, and introducing a mixed gas containing a gas of an alkylaluminum hydride into the space for forming a deposited film so that the partial pressure of the gas of the alkylaluminum hydride is 7 × 10 -3 to 9 × 10 -2 T
orr, and maintaining the temperature of the substrate at a predetermined temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the alkylaluminum hydride, and selectively forming a metal film containing aluminum as a main component on the electron donative surface. Another object of the present invention is to provide a method for forming a metal film.

【0017】本発明の他の目的は、非単結晶材料からな
る電子供与性の表面と非電子供与性の表面とを備えた基
体に該電子供与性の表面を水素原子で終端させる為の化
学的表面処理を施した後、堆積膜形成用の空間に該基体
を配する工程と、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該堆積膜形成用の空間に導入し該ア
ルキルアルミニウムハイドライドのガスの分圧を7×1
-3〜9×10-2Torrとする工程と、該アルキルア
ルミニウムハイドライドの分解温度以上で且つ450℃
以下の範囲内に該基体の温度を維持し、該電子供与性の
表面に選択的にアルミニウムを主成分とする金属膜を形
成する工程と、を含む堆積膜形成法を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is a chemistry for terminating the electron-donating surface with a hydrogen atom on a substrate having an electron-donating surface and a non-electron-donating surface made of a non-single crystal material. After the surface treatment is performed, a step of arranging the substrate in a space for forming a deposited film, and introducing a gas of alkylaluminum hydride and hydrogen gas into the space for forming a deposited film, 7 × 1 partial pressure
0 -3 to 9 x 10 -2 Torr, and the decomposition temperature of the alkylaluminum hydride or higher and 450 ° C.
The present invention provides a method for forming a deposited film, which includes the step of maintaining the temperature of the substrate within the following range and selectively forming a metal film containing aluminum as a main component on the electron donative surface.

【0018】本発明の他の目的は、非単結晶材料からな
る電子供与性の表面と非電子供与性の表面とを有する基
体をプラズマを発生し得るCVD装置の堆積膜形成用の
空間に配する工程と、アルキルアルミニウムハイドライ
ドのガスをその分圧が7×10-3〜9×10-2Torr
となるよう該空間内に導入する工程と、アルキルアルミ
ニウムハイドライドの分解温度以上の所定の温度に前記
基体を維持しアルミニウムを主成分とする金属膜を該電
子供与性の表面に選択的に堆積させる工程と、アルキル
アルミニウムハイドライドのガスを導入しながら前記C
VD装置にプラズマを発生させて前記金属膜と前記非電
子供与性の表面上にアルミニウムを主成分とする金属膜
を形成する工程と、を含み前記プラズマの電子密度が基
体表面近傍において1×108乃至8×1010cm-3
なるプラズマ領域を含むプラズマを発生させて前記金属
膜を形成することを特徴とする堆積膜形成法を提供する
ことにある。
Another object of the present invention is to arrange a substrate having an electron donating surface and a non-electron donating surface made of a non-single crystal material in a space for forming a deposited film of a CVD apparatus capable of generating plasma. And the partial pressure of the alkylaluminum hydride gas is 7 × 10 −3 to 9 × 10 −2 Torr.
And a step of introducing into the space so that the substrate is maintained at a predetermined temperature higher than the decomposition temperature of alkylaluminum hydride and a metal film containing aluminum as a main component is selectively deposited on the electron donating surface. And the process of introducing alkyl aluminum hydride gas
Generating plasma in a VD apparatus to form a metal film containing aluminum as a main component on the metal film and the non-electron-donating surface, and the electron density of the plasma is 1 × 10 in the vicinity of the substrate surface. It is another object of the present invention to provide a deposited film forming method characterized in that plasma including a plasma region of 8 to 8 × 10 10 cm −3 is generated to form the metal film.

【0019】(好適な実施態様例の説明)まず、有機金
属を用いた堆積膜形成方法について概説する。
(Description of Preferred Embodiments) First, a method of forming a deposited film using an organic metal will be outlined.

【0020】有機金属の分解反応、ひいては薄膜堆積反
応は、金属原子の種類、金属原子に結合しているアルキ
ルの種類、分解反応を生ぜしめる手段、雰囲気ガス等の
条件により大きく変化する。
The decomposition reaction of the organic metal, and thus the thin film deposition reaction, greatly changes depending on the kind of metal atom, the kind of alkyl bonded to the metal atom, the means for causing the decomposition reaction, the atmosphere gas and the like.

【0021】例えば、最も単純なアルキル基であるCH
3基、C25基またはiC49基とAlまたはGaから
なる有機金属ですら、反応形態はアルキル基の種類や金
属原子の種類、励起分解手段により異なるので、有機金
属から金属原子を所望の基体上に堆積させるためには、
分解反応を非常に厳密に制御しなければならない。例え
ば、トリイソブチルアルミニウム
For example, CH, which is the simplest alkyl group
Even with an organic metal consisting of 3 groups, C 2 H 5 group or iC 4 H 9 group and Al or Ga, the reaction form varies depending on the type of alkyl group, the type of metal atom and the method of excitation and decomposition. To deposit on the desired substrate:
The decomposition reaction must be very tightly controlled. For example, triisobutyl aluminum

【0022】[0022]

【外1】 からAlを堆積させる場合、従来の熱反応を主とする減
圧CVD法では、表面にμmオーダの凹凸が生じ、表面
モルフォロジが劣っている。また、熱処理によるヒロッ
ク発生、AlとSiとの界面でのSi拡散によるSi表
面荒れが生じ、かつマイグレーション耐性も劣ってお
り、商業レベルの超LSIプロセスに用いることが難し
いものであった。
[Outer 1] In the case of depositing Al from Al, the conventional low-pressure CVD method, which is mainly based on a thermal reaction, causes unevenness of the order of μm on the surface, resulting in poor surface morphology. Further, hillocks are generated by heat treatment, Si surface is roughened by Si diffusion at the interface between Al and Si, and migration resistance is poor, which makes it difficult to use in a commercial-level VLSI process.

【0023】以上詳述したように、有機金属の化学的性
質が金属元素に付く有機置換基の種類・組み合わせによ
り大きく変わるという一般的性質により、有機金属を用
いたCVD法では、その堆積膜形成条件の設定が複雑な
ものとなる。
As described above in detail, due to the general property that the chemical properties of the organic metal greatly change depending on the type and combination of the organic substituents attached to the metal element, the CVD method using the organic metal forms the deposited film. The condition setting becomes complicated.

【0024】しかも、これを例えば4Mbit以上のD
RAMのような高集積回路に適用させるとすると、膜形
成条件設定が少し変化しただけで全く使用不可能な堆積
膜(配線)となってしまう。
In addition, this is, for example, D of 4 Mbit or more.
When applied to a highly integrated circuit such as a RAM, the deposited film (wiring) cannot be used at all even if the film forming condition setting is slightly changed.

【0025】そうすると、極めて良質の堆積膜を形成し
得ることは言うまでもないが、その膜形成条件について
も装置が複雑となるような極めて限られたものではな
く、比較的汎用性のある範囲をとり得るような堆積膜形
成法でなければならない。
Then, it goes without saying that a deposited film of extremely good quality can be formed, but the film forming conditions are not extremely limited so that the apparatus becomes complicated, and the range is relatively versatile. It must be a method of forming a deposited film so as to obtain it.

【0026】そこで、本発明者等は高集積回路に適用し
得る水準を越える条件を見い出すことを目標に多くの有
機金属を準備し、また、反応ガス、キャリアガス、基板
温度、ガスの反応状態等を変えた数多くの実験を行い検
討した。
Therefore, the present inventors prepared many organic metals with the aim of finding conditions exceeding the level applicable to high-integrated circuits, and the reaction gas, carrier gas, substrate temperature, and reaction state of gas. We conducted a number of experiments with different conditions and examined.

【0027】その結果汎用性の高い膜形成条件を提供で
きるパラメータとしてアルキルアルミニウムハイドライ
ドを原料ガスとして使用することに着目した。そして、
さらに検討を重ねた結果、高集積回路に適用し得る好適
な膜形成条件は以下の通りであることを見い出した。
As a result, attention was paid to the use of alkylaluminum hydride as a raw material gas as a parameter capable of providing a versatile film forming condition. And
As a result of further studies, it was found that suitable film forming conditions applicable to the highly integrated circuit are as follows.

【0028】原料ガスとしてアルキルアルミニウムハイ
ドライド、反応ガスとしてH2、基体として電子供与性
の表面(A)と非電子供与性の表面(B)とを有する基
体、基体温度として電子供与性表面(A)の温度が、ア
ルミニウムハイドライドの分解温度以上且つ450℃以
下。このような膜形成原料によれば、まず第1にビアホ
ールへ表面平坦性および緻密性に優れたAlを堆積させ
ることができる。
Alkyl aluminum hydride as a source gas, H 2 as a reaction gas, a substrate having an electron donating surface (A) and a non-electron donating surface (B) as a substrate, and an electron donating surface (A as a substrate temperature). The temperature of () is not less than the decomposition temperature of aluminum hydride and not more than 450 ° C. According to such a film forming raw material, first, Al having excellent surface flatness and denseness can be deposited in the via hole.

【0029】本発明におけるアルキルアルミニウムハイ
ドライドとしてのジメチルアルキルアルミニウムハイド
ライド(DMAH)は、アルキル金属として公知の物質
であるが、どのような反応形態によりどのようなAl薄
膜が堆積するかは、あらゆる条件下で堆積膜を形成して
みなくては予想だにできないものであった。たとえばD
MAHを光りCVDによりAlを堆積させる例では、表
面モルフォロジに劣り、抵抗値も数μΩ〜10μΩ・c
mとバルク値(2.7μΩ・cm)よりも大きく、膜質
の劣るものであった。
Dimethylalkylaluminum hydride (DMAH) as an alkylaluminum hydride in the present invention is a substance known as an alkyl metal, but what kind of reaction mode and what kind of Al thin film is deposited is determined under all conditions. It was impossible to predict without forming a deposited film. For example D
In the example of shining MAH and depositing Al by CVD, the surface morphology is inferior and the resistance value is several μΩ to 10 μΩ · c.
m was larger than the bulk value (2.7 μΩ · cm), and the film quality was poor.

【0030】これに対して本発明においては、導電性堆
積膜としての良質のAlあるいはAlーSi膜を基体上
に選択的に堆積させるためにCVD法を用いるものであ
る。
On the other hand, in the present invention, the CVD method is used to selectively deposit a good quality Al or Al-Si film as a conductive deposited film on the substrate.

【0031】すなわち、堆積膜の構成要素となる原子を
少なくとも1つ含む原料ガスとして有機金属であるジメ
チルアルミニウムハイライド(DMAH)
That is, dimethyl aluminum hydride (DMAH), which is an organic metal, as a source gas containing at least one atom which is a constituent element of the deposited film.

【0032】[0032]

【外2】 またはモノメチルアルキルアルミニウムハイライド(M
MAH2
[Outside 2] Or monomethylalkylaluminum hydride (M
MAH 2 )

【0033】[0033]

【外3】 と、かつ反応ガスとしてH2を使用し、これらの混合ガ
スによる気相成長により基体上にAl膜を形成する。あ
るいはジメチルアルミニウムハイドライド(DMAH)
またはモノメチルアルミニウムハイドライド(MMAH
2)と原料ガスとしてのSiを含むガスを使用し、かつ
反応ガスとしてH2を使用し、これらの混合ガスによる
気相成長によって基体上にAl−Si膜を形成する。
[Outside 3] In addition, H 2 is used as a reaction gas, and an Al film is formed on the substrate by vapor phase growth using these mixed gases. Or dimethyl aluminum hydride (DMAH)
Or monomethyl aluminum hydride (MMAH
2 ) and a gas containing Si as a source gas, and H 2 as a reaction gas, and an Al—Si film is formed on the substrate by vapor phase growth using a mixed gas of these.

【0034】本発明の1つの実施態様では特に原料ガス
としてのアルキルアルミニウムハイドライドの分圧を7
×10-3〜9×10-2Torrとする。このような圧力
条件にてAlの堆積を行うと、特にストレスマイグレー
ションに強い良好なAl膜が得られる。
In one embodiment of the present invention, the partial pressure of the alkylaluminum hydride as the raw material gas is set to 7
It is set to x10 -3 to 9x10 -2 Torr. When Al is deposited under such a pressure condition, a good Al film that is particularly resistant to stress migration can be obtained.

【0035】本発明の適用可能な基体は、Alの堆積す
る表面を形成するための第1の基体表面材料と、Alの
堆積しない表面を形成するための第2の基体表面材料と
を有するものである。そして、第1の基体表面材料とし
ては、電子供与性を有する材料を用いる。
The applicable substrate of the present invention has a first substrate surface material for forming a surface on which Al is deposited and a second substrate surface material for forming a surface on which Al is not deposited. Is. Then, a material having an electron donating property is used as the first substrate surface material.

【0036】この電子供与性について以下詳細に説明す
る。
This electron donating property will be described in detail below.

【0037】電子供与性材料とは、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
めたかしたもので、例えば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。金属もしくは半導体表面に薄い酸化膜が存
在しているものも含まれる。それは基体と付着原料分子
間で電子授受により化学反応が生ずるからである。
The electron-donating material is a material in which free electrons are present in the substrate or in which free electrons are intentionally generated. For example, by donating and donating electrons with source gas molecules attached on the substrate surface. A material having a surface on which a chemical reaction is promoted. For example, metals and semiconductors generally correspond to this. Those in which a thin oxide film is present on the metal or semiconductor surface are also included. This is because a chemical reaction occurs due to electron transfer between the substrate and the adhering raw material molecules.

【0038】具体的には、単結晶シリコン、多結晶シリ
コン、非晶質シリコン等のP、N、I型の半導体、II
I族元素としてのGa、In、AlとV族元素としての
P、As、Nとを組合せてなる二元系もしくは三元系も
しくは四元系III−V族化合物半導体、あるいは金
属、合金、シリサイド等であり、例えばダングステン、
モリブデン、タンタル、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、アルミニウムシリコン、
チタンアミニウム、チタンナイトライド、銅、アルミニ
ウムシリコン銅、アルミニウムパラジウム、チタン、モ
リブデンシリサイド、タンタルシリサイド等を含むもの
である。
Specifically, P, N, and I type semiconductors such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon, II
Binary, ternary, or quaternary III-V group compound semiconductors formed by combining Ga, In, and Al as group I elements and P, As, and N as group V elements, or metals, alloys, and silicides Etc., such as Dangsten,
Molybdenum, tantalum, tungsten silicide, titanium silicide, aluminum, aluminum silicon,
It includes titanium aminium, titanium nitride, copper, aluminum silicon copper, aluminum palladium, titanium, molybdenum silicide, tantalum silicide and the like.

【0039】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、CVD、スパッタリン
グ法等による酸化シリコン、BSG、PSG、BPSG
等のガラスまたは酸化膜、熱窒化膜、プラズマCVD、
減圧CVD、ECR−CVD法等によりシリコン窒化膜
等である。
On the other hand, as a material for forming a surface on which Al or Al-Si is not selectively deposited, that is, a non-electron donating material, silicon oxide by thermal oxidation, CVD, sputtering, etc., BSG, PSG, BPSG
Such as glass or oxide film, thermal nitride film, plasma CVD,
A silicon nitride film or the like is formed by low pressure CVD, ECR-CVD, or the like.

【0040】このような構成の基体に対して、Alは原
料ガスとH2との反応系において単純な熱反応のみで堆
積する。例えばDMAHとH2との反応系における熱反
応は基本的に、基体温度160℃〜450℃の範囲で
On the substrate having such a structure, Al is deposited only by a simple thermal reaction in the reaction system of the source gas and H 2 . For example, the thermal reaction in the reaction system of DMAH and H 2 is basically performed at a substrate temperature of 160 ° C to 450 ° C.

【0041】[0041]

【外4】 の反応により、電子供与性材料を有する表面上のみにA
lもしくは、Siを含むガスを付加した場合にはAl−
Siが堆積することを見い出している。
[Outside 4] The reaction of A causes only A on the surface having the electron donating material.
or Al-when a gas containing Si is added
It has been found that Si is deposited.

【0042】純Al堆積時には、DMAHとH2、Al
−Si堆積時にはDMAHとSi26とH2を用いる。
At the time of depositing pure Al, DMAH and H 2 , Al
At the time of Si deposition, DMAH, Si 2 H 6 and H 2 are used.

【0043】図1(a)〜(e)は、DMAHとH2
しくはDMAHとSi26とH2を用いた場合の選択成
長の様子を示す模式図である。
FIGS. 1 (a) to 1 (e) are schematic views showing the state of selective growth when DMAH and H 2 or DMAH and Si 2 H 6 and H 2 are used.

【0044】図1(a)はAlもしくはAl−Si堆積
膜形成前の、基体の断面を模式的に示す図である。90
は電子供与性材料からなる基板で例えばSiウェハであ
る。91は非電子供与性材料からなる薄膜で例えば、熱
酸化SiO2膜やBSG膜である。
FIG. 1 (a) is a diagram schematically showing a cross section of the substrate before the formation of the Al or Al-Si deposited film. 90
Is a substrate made of an electron donating material, for example, a Si wafer. Reference numeral 91 is a thin film made of a non-electron donating material, for example, a thermally oxidized SiO 2 film or a BSG film.

【0045】基体は堆積の前工程として後に詳しく説明
する化学的処理を行い、表面原子の未結合手を水素原子
基で終端させている。
The substrate is subjected to a chemical treatment, which will be described in detail later, as a pre-deposition step to terminate the dangling bonds of surface atoms with hydrogen atom groups.

【0046】原料ガスとしてのDMAH、Si26およ
び反応ガスとしてH2を含んだ混合基体がDMAHの分
解温度以上かつ450℃以下の温度範囲内に加熱された
基体1上に供給されると、基体90上にAl−Siが析
出し、図1(b)に示すようにAl−Siの連続膜が形
成される。
When a mixed substrate containing DMAH, Si 2 H 6 as a source gas and H 2 as a reaction gas is supplied onto the substrate 1 heated within a temperature range of the decomposition temperature of DMAH or more and 450 ° C. or less. Then, Al-Si is deposited on the substrate 90, and a continuous film of Al-Si is formed as shown in FIG.

【0047】Al−Siの堆積を続けると、図1(c)
の状態を経て、図1(d)に示すように、Al−Si膜
は薄膜91の最上部のレベルにまで成長する。さらに成
長させると、図1(e)に示すように、Al−Si膜は
横方向にはほとんど成長することなしに、5000Åに
まで成長可能である。これは、DMAHとH2もしくは
DMAHとH2とSi26を用いた堆積膜の最も特徴的
な点であり、如何に良質の膜を良好な選択性の下に形成
可能であるかが理解できよう。
Continuing the deposition of Al-Si, FIG. 1 (c)
After that, as shown in FIG. 1D, the Al-Si film grows to the level of the uppermost part of the thin film 91. When further grown, as shown in FIG. 1E, the Al-Si film can grow up to 5000 Å with almost no lateral growth. This is the most characteristic point of the deposited film using DMAH and H 2 or DMAH, H 2 and Si 2 H 6 , and how a good quality film can be formed with good selectivity. You can understand.

【0048】そしてオージュ電子分光法や光電子分光法
による分析の結果、この膜には炭素や酸素のような不純
物の混入が認められない。
As a result of analysis by Auger electron spectroscopy or photoelectron spectroscopy, contamination of impurities such as carbon and oxygen is not recognized in this film.

【0049】このようにして形成された堆積膜の抵抗率
は、膜厚4000Åでは室温で2.7〜3.0μΩ・c
mとAlバルクの抵抗率とほぼ等しく、連続かつ平坦な
膜となる。また、膜厚1μmであっても、その抵抗率は
やはり室温で略々2.7〜3.0μΩ・cmとなり、厚
膜でも十分に緻密な膜が形成される。可視光波長領域に
おける反射率も略々80%であり、表面平坦性にすぐれ
且つストレスマイグレーション性の良好な薄膜を堆積さ
せることができる。
The resistivity of the deposited film thus formed is 2.7 to 3.0 μΩ · c at room temperature when the film thickness is 4000 Å.
The resistivity is substantially equal to that of m and Al bulk, and a continuous and flat film is formed. Further, even if the film thickness is 1 μm, the resistivity thereof is about 2.7 to 3.0 μΩ · cm at room temperature, and a sufficiently dense film can be formed even with a thick film. The reflectance in the visible light wavelength region is about 80%, and it is possible to deposit a thin film having excellent surface flatness and good stress migration property.

【0050】超LSIにおける多層配線工程において
は、図1(d)のようにビアホールを選択的に高品質A
lもしくはAl−Siで埋め込む技術は必須である。さ
らに図1(d)のように選択的に堆積した後、同一反応
容器内で図1(f)のように、電子供与性材料であるA
lもしくはAl−Si上および非電子供与性材料であ
る。例えば熱酸化SiO2膜やCVDBSG膜上にAl
もしくはAl−Siが堆積できれば、段差部での配線切
れ等の生じない信頼性の高い多層配線工程を実現するこ
とができる。
In the multi-layer wiring process in the VLSI, the via holes are selectively made of high quality A as shown in FIG.
The technique of embedding with 1 or Al-Si is essential. Further, after selectively depositing as shown in FIG. 1D, an electron donating material A as shown in FIG.
1 or on Al-Si and non-electron donating material. For example, Al on the thermally oxidized SiO 2 film or CVD BSG film
Alternatively, if Al—Si can be deposited, it is possible to realize a highly reliable multi-layer wiring process in which wiring breakage or the like does not occur at the step portion.

【0051】以上詳述したようにアルキルアルミニウム
ハイドライドとH2を用いてアルキルアルミニウムハイ
ドライドの分解温度以上450℃以下の電子供与性表面
への選択成長においてはAl膜の選択性が極めて優れて
いるばかりに、薄膜91上へのAl膜の形成には工夫が
必要となる。そこで、この点に鑑み非電子供与性の表面
を表面改質することにより、表面改質を行う前にはその
選択性により堆積し得なかった非電子供与性の表面上に
Al膜を形成することが可能となるのである。
As described in detail above, the selectivity of the Al film is extremely excellent in the selective growth on the electron-donating surface at a decomposition temperature of the alkylaluminum hydride or higher and 450 ° C. or lower using the alkylaluminum hydride and H 2 . In addition, some contrivance is required to form the Al film on the thin film 91. Therefore, in view of this point, by modifying the surface of the non-electron-donating surface, an Al film is formed on the non-electron-donating surface that could not be deposited due to its selectivity before the surface modification. It is possible.

【0052】ここで述べる表面改質としては非電子供与
性の基体表面に電子と水素を供給する工程である。
The surface modification described here is a step of supplying electrons and hydrogen to the surface of the non-electron-donating substrate.

【0053】もちろん、このような方法を用いれば、ス
パッタ法との組み合わせにおける以下の点、すなわちC
VD工程の後、別のスパッタ装置にウェハを移送する際
に、どうしても大気中にウェハをさらすので、選択的に
成長したAl膜と非選択的に成膜したAl膜の界面に酸
素などを含んだ高抵抗層が形成され、接触抵抗の増大を
引き起こし低抵抗配線を実現することが困難であるとい
う点を改善できることはいうまでもない。
Of course, if such a method is used, the following points in combination with the sputtering method, that is, C
After the VD process, when the wafer is transferred to another sputtering apparatus, the wafer is exposed to the atmosphere, so that the interface between the selectively grown Al film and the non-selectively formed Al film contains oxygen and the like. Needless to say, it is possible to improve the fact that a high resistance layer is formed, which causes an increase in contact resistance and it is difficult to realize a low resistance wiring.

【0054】図2(a)〜(e)は、非単結晶材料から
なる電子供与性の表面上にDMAHとH2もしくはDM
AHとSi26とH2を用いた場合の選択成長の様子を
示す模式図である。
FIGS. 2A to 2E show DMAH and H 2 or DM on an electron donating surface made of a non-single crystal material.
It is a schematic diagram showing the selective growth when using the AH and Si 2 H 6 and H 2.

【0055】一般に配線電極を構成するAlを設置する
下地材料としては、非単結晶材料が用いられる。具体的
にはゲート電極あるいは配線を構成する多結晶Si、ポ
リサイド構造をなすWシリサイドやMoシリサイド等の
金属シリサイド材、SiとAlの拡散を防ぐためのW、
WSi2、Mo、MoSi2バリアメタル材がある。
Generally, a non-single-crystal material is used as a base material on which Al constituting the wiring electrode is placed. Specifically, polycrystalline Si forming a gate electrode or wiring, a metal silicide material such as W silicide or Mo silicide having a polycide structure, W for preventing diffusion of Si and Al,
There are WSi 2 , Mo and MoSi 2 barrier metal materials.

【0056】上記多結晶Si、金属シリサイド材、バリ
アメタル材はフォトリソグラフィー技術により所望の形
状に加工され、絶縁膜を全面に堆積し、その絶縁膜の一
部に開孔部を設け、電極材料を埋め込み配線を形成する
のが一般的である。
The above-mentioned polycrystalline Si, metal silicide material, and barrier metal material are processed into a desired shape by a photolithography technique, an insulating film is deposited on the entire surface, and an opening portion is provided in a part of the insulating film to form an electrode material. Generally, embedded wiring is formed.

【0057】本発明の一つの実施態様例においては、例
えばAl膜堆積時の前処理として、「H2SO4/H2
(=1/3)による洗浄後水洗を行い、更にHF/H2
O(=1/200)による洗浄後再び水洗を行い乾燥す
る」という洗浄方法を施している。HF/H2Oの洗浄
時間は60秒間、最後の水洗は6分間である。TDS法
によると本洗浄において多結晶Si、シリサイド材、バ
リアメタル材表面に、終端水素原子が観測され、前述し
た如くのメカニズムに基づいてDMAHによるAlの選
択的堆積が可能であった。
In one embodiment of the present invention, for example, "H 2 SO 4 / H 2 O" is used as a pretreatment for depositing an Al film.
(= 1/3) and then HF / H 2
After washing with O (= 1/200), washing with water and drying are performed again. The cleaning time of HF / H 2 O is 60 seconds, and the final cleaning with water is 6 minutes. According to the TDS method, terminal hydrogen atoms were observed on the surfaces of the polycrystalline Si, the silicide material and the barrier metal material in the main cleaning, and it was possible to selectively deposit Al by DMAH based on the mechanism as described above.

【0058】図2(a)はAlもしくはAl−Si堆積
膜形成前の、基体の断面を模式的に示す図である。90
は電子供与性材料からなる基板で例えばSiウェハであ
る。91は非電子供与性材料からなる薄膜で例えば、熱
酸化SiO2膜やBGS膜である。
FIG. 2 (a) is a diagram schematically showing a cross section of the substrate before the formation of the Al or Al-Si deposited film. 90
Is a substrate made of an electron donating material, for example, a Si wafer. 91 is a thin film made of a non-electron donating material, for example, a thermally oxidized SiO 2 film or a BGS film.

【0059】次に図2(b)に示すようにWF6ガスを
用いて多結晶Wを開孔中に選択堆積させる。その後、本
基体は堆積の前工程として化学的処理を行いW膜92表
面は水素原子基で終端させている。
Next, as shown in FIG. 2B, a polycrystalline W is selectively deposited in the openings using WF 6 gas. Thereafter, the substrate is chemically treated as a pre-deposition step, and the surface of the W film 92 is terminated with hydrogen atom groups.

【0060】原料ガスとしてのDMAH、Si26およ
び反応ガスとしてH2を含んだ混合基体がDMAHの分
解温度以上かつ450℃以下の温度範囲内に加熱された
基体90上に供給されると、基体90上にAl−Siが
析出し、図2(c)に示すようにAl−Siの連続膜9
3が形成される。
When a mixed substrate containing DMAH, Si 2 H 6 as a source gas and H 2 as a reaction gas is supplied onto a substrate 90 heated within a temperature range of the decomposition temperature of DMAH or more and 450 ° C. or less. , Al-Si is deposited on the substrate 90, and an Al-Si continuous film 9 is formed as shown in FIG.
3 is formed.

【0061】Al−Siの堆積を続けると、図2(c)
の状態から、図2(d)に示すように、Al−Si膜は
薄膜91上の最上部のレベルにまで成長する。さらに成
長させると、図2(e)に示すように、Al−Si膜は
横方向にはほとんど成長することなしに、5000Åに
まで成長可能である。これは、DMAHとH2もしくは
DMAHとH2とSi26を用いた堆積膜の最も特徴的
な点であり、如何に良質の膜を良好な選択性の下に形成
可能であるかが理解できよう。
Continuing the deposition of Al--Si, FIG.
2D, the Al—Si film grows to the uppermost level on the thin film 91, as shown in FIG. When further grown, as shown in FIG. 2E, the Al-Si film can grow up to 5000 Å with almost no lateral growth. This is the most characteristic point of the deposited film using DMAH and H 2 or DMAH, H 2 and Si 2 H 6 , and how a good quality film can be formed with good selectivity. You can understand.

【0062】そしてオージュ電子分光法や光電子分光法
による分析の結果、この膜には炭素や酸素のような不純
物の混入が認められない。
As a result of analysis by Auger electron spectroscopy or photoelectron spectroscopy, contamination of impurities such as carbon and oxygen is not recognized in this film.

【0063】このようにして形成された堆積膜の抵抗率
は、膜厚4000Åでは室温で2.7〜3.0μΩ・c
mとAlバルクの抵抗率とほぼ等しく、連続かつ平坦な
膜となる。また、膜厚1μmであっても、その抵抗率は
やはり室温で略々2.7〜3.0μΩ・cmとなり、厚
膜でも十分に緻密な膜が形成される。可視光波長領域に
おける反射率も略々80%であり、表面平坦性にすぐれ
た薄膜を堆積させることができる。
The resistivity of the deposited film thus formed is 2.7 to 3.0 μΩ · c at room temperature when the film thickness is 4000 Å.
The resistivity is substantially equal to that of m and Al bulk, and a continuous and flat film is formed. Further, even if the film thickness is 1 μm, the resistivity thereof is about 2.7 to 3.0 μΩ · cm at room temperature, and a sufficiently dense film can be formed even with a thick film. The reflectance in the visible light wavelength region is about 80%, and a thin film having excellent surface flatness can be deposited.

【0064】超LSIにおける多層配線工程において
は、図2(d)のようにビアホールを選択的に高品質A
lもしくはAl−Siで埋め込む技術は必須である。さ
らに図2(d)のように選択的に堆積した後、同一反応
容器内で図2(f)のように、電子供与性材料であるA
lもしくはAl−Si上および非電子供与性材料であ
る、例えば熱酸化SiO2膜やCVD BSG膜上にA
lもしくはAl−Siが堆積できれば、段差部での配線
切れ等の生じない信頼性の高い多層配線工程を実現する
ことができる。
In the multi-layer wiring process in the VLSI, the via holes are selectively made of high quality A as shown in FIG.
The technique of embedding with 1 or Al-Si is essential. Further, after selectively depositing as shown in FIG. 2D, the electron donating material A as shown in FIG.
l or Al-Si and a non-electron donating material such as a thermally oxidized SiO 2 film or a CVD BSG film with A
If 1 or Al-Si can be deposited, it is possible to realize a highly reliable multilayer wiring process in which wiring breakage or the like does not occur at the step portion.

【0065】以上詳述したようにアルキルアルミニウム
ハイドライドとH2を用いてアルキルアルミニウムハイ
ドライドの分解温度以上かつ450℃以下の電子供与性
表面への選択成長においてはAl膜の選択性が極めて優
れているばかりに、薄膜91上へのAl膜の形成には工
夫が必要となる。そこで、この点に鑑み非電子供与性の
表面を表面改質することにより、表面改質を行う前には
その選択性により堆積し得なかった非電子供与性の表面
上にAl膜を形成することが可能となるのである。
As described in detail above, the selectivity of the Al film is extremely excellent in the selective growth of the alkylaluminum hydride on the electron-donating surface at the decomposition temperature or higher and 450 ° C. or lower using the alkylaluminum hydride and H 2 . At the same time, some ingenuity is required to form the Al film on the thin film 91. Therefore, in view of this point, by modifying the surface of the non-electron-donating surface, an Al film is formed on the non-electron-donating surface that could not be deposited due to its selectivity before the surface modification. It is possible.

【0066】ここで述べる表面改質としては、非電子供
与性の基体表面に電子および水素を供給する工程である
ことが必要である。
The surface modification described here requires a step of supplying electrons and hydrogen to the surface of the non-electron-donating substrate.

【0067】もちろん、このような方法を用いれば、ス
パッタ法との組み合わせにおける以下の点、すなわちC
VD工程の後、別のスパッタ装置にウェハを移送する際
に、どうしても大気中にウェハをさらすので、選択的に
成長したAl膜と非選択的に成長したAl膜の界面に酸
素などを含んだ高抵抗層が形成され、接触抵抗の増大を
引き起こし低抵抗配線を実現することが困難であるとい
う点を改善できることはいうまでもない。
Of course, if such a method is used, the following points in combination with the sputtering method, that is, C
After the VD process, when the wafer is transferred to another sputtering apparatus, the wafer is exposed to the atmosphere, so that the interface between the selectively grown Al film and the non-selectively grown Al film contains oxygen and the like. Needless to say, it is possible to improve the point that the high resistance layer is formed, the contact resistance is increased, and it is difficult to realize the low resistance wiring.

【0068】さらに、本発明によれば、一台のCVD装
置で図2(f)のようなAlもしくは、Al−Siを堆
積することもできる。
Further, according to the present invention, it is possible to deposit Al or Al-Si as shown in FIG. 2 (f) with one CVD apparatus.

【0069】本発明の作用は、つぎの通りである。ま
ず、DMAHとH2、もしくはDMAHとSi26とH2
を用いて図2(a)〜(e)のようにビアホールを埋め
るように堆積する。その後、非電子供与性表面を実効的
に電子供与材料に表面を改質して電子供与性材料である
Alもしくは、Al−Si表面上、および表面改質によ
り実効的に電子供与性材料となった非電子供与性材料上
に均一にAlもしくは、Al−Siを堆積する。表面改
質とは、非電子供与性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。例えば、プラズマ処理やイオン照射あるいは電子線
照射等によって表面に自由電子を供給する方法がある。
また、SiO2上であれば、SiO2の禁制帯幅より大き
なエネルギーを有する光の照射を行い非電子供与性表面
に自由電子を形成してしまう方法がある。
The operation of the present invention is as follows. First, DMAH and H 2 or DMAH and Si 2 H 6 and H 2
Is used to fill the via hole as shown in FIGS. After that, the non-electron-donating surface is effectively modified into an electron-donating material by modifying the surface to be an electron-donating material, Al or Al-Si surface, and the surface modification effectively becomes an electron-donating material. Al or Al-Si is uniformly deposited on the non-electron-donating material. The surface modification is to make the surface of the non-electron-donating surface as if free electrons exist and can contribute to the surface reaction. For example, there is a method of supplying free electrons to the surface by plasma treatment, ion irradiation, electron beam irradiation, or the like.
Also, if the SiO 2, there is a method of the non-electron donative surface subjected to irradiation of light having a greater energy than the forbidden band width of the SiO 2 thereby to form a free electron.

【0070】例えば、DMAHとH2を供給しつつRF
プラズマを発生させるとプラズマから非電子供与性表面
上へ電子が供給される。表面に電子が供給されれば、よ
く知られている様にH2分子がH原子に解離して非電子
供与性表面に存在し連続的に流れるDMAHと反応して
Al膜を堆積する。あるいは、H2プラズマから直接H
原子と電子が非電子供与性基体の表面に供給され、DM
AHと反応しAl膜を形成する可能性もある。後述する
仮説によればDMAHが非対称性分子であることが重要
であり、DMAH分子は表面改質された基体の表面にお
いて表面反応を生ずるための反応基CH3、および反応
の持続のために必要不可欠である(改質された表面と等
価な表面を形成するための)遺伝基Hを有してているた
め、基体表面における反応による堆積および反応の持続
が可能となる。
For example, while supplying DMAH and H 2 , RF
Generating the plasma provides electrons from the plasma onto the non-electron donating surface. When electrons are supplied to the surface, as is well known, H 2 molecules are dissociated into H atoms and are present on the non-electron-donating surface to react with continuously flowing DMAH to deposit an Al film. Or, directly from the H 2 plasma H
Atoms and electrons are supplied to the surface of the non-electron-donating substrate, and DM
There is a possibility of reacting with AH to form an Al film. According to the hypothesis to be described later, it is important that the DMAH is an asymmetric molecule, and the DMAH molecule is necessary for the reaction group CH 3 for causing a surface reaction on the surface of the surface-modified substrate, and for sustaining the reaction. Having the essential genetic groups H (to form a surface equivalent to the modified surface) allows reactive deposition and continued reaction on the substrate surface.

【0071】なお、上記プラズマにおける表面改質を行
う際基体表面近傍のプラズマ中の電子密度は基体表面近
傍において1×108乃至8×1010cm-3、より好ま
しくは5×108から2×109cm-3である。また、プ
ラズマ電力密度は、0.04から0.4W/cm3が望
ましい。基体表面近傍とは略々基体表面より1cm以内
の領域を含む。具体的にはプラズマ中心部の電子密度が
1×1010cm-3で基体表面近傍が1×108cm-3
もの等である。電子密度の測定には周知のTDS法やH
EELS法があり、これらの測定法によって本発明の電
子密度は決められる。
When performing the surface modification in the above plasma, the electron density in the plasma in the vicinity of the substrate surface is 1 × 10 8 to 8 × 10 10 cm −3 , more preferably 5 × 10 8 to 2 in the vicinity of the substrate surface. It is × 10 9 cm -3 . The plasma power density is preferably 0.04 to 0.4 W / cm 3 . The vicinity of the substrate surface includes a region within 1 cm from the substrate surface. Specifically, the electron density in the center of the plasma is 1 × 10 10 cm −3 and the vicinity of the substrate surface is 1 × 10 8 cm −3 . The well-known TDS method and H
There are EELS methods, and the electron density of the present invention is determined by these measuring methods.

【0072】図3は、本発明の適用可能な堆積膜形成装
置の一例を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a deposited film forming apparatus to which the present invention can be applied.

【0073】ここで1はAl−Si膜を形成するための
基体である。基体1は、同図に対して実質的に閉じられ
た堆積膜形成用の空間を形成するための反応管2の内部
に設けられた基体ホルダ3上に載置される。反応管2を
構成する材料としては石英が好ましいが、金属製であっ
てもよい。この場合には反応管を冷却することが望まし
い。また、基体ホルダ3は金属製であり、載置される基
体を加熱できるようにヒータ4が設けられている。そし
てヒータ4の発熱温度を制御して基体温度を制御するこ
とができるように構成されている。
Here, 1 is a substrate for forming an Al-Si film. The substrate 1 is placed on a substrate holder 3 provided inside a reaction tube 2 for forming a substantially closed space for forming a deposited film with respect to FIG. Quartz is preferable as a material forming the reaction tube 2, but it may be made of metal. In this case, it is desirable to cool the reaction tube. The substrate holder 3 is made of metal, and the heater 4 is provided so as to heat the substrate to be placed. The heat generation temperature of the heater 4 is controlled to control the substrate temperature.

【0074】ガスの供給系56は以下のように構成され
ている。
The gas supply system 56 is constructed as follows.

【0075】本発明においては、DMAHの分圧比を変
えるために減圧バブリング法を用いた供給系を利用する
ことが好ましい。減圧バブリング法によりガス供給装置
を図4に示す。
In the present invention, it is preferable to utilize a supply system using a reduced pressure bubbling method to change the partial pressure ratio of DMAH. FIG. 4 shows a gas supply device by the reduced pressure bubbling method.

【0076】供給ガスライン110から供給される水素
ガスは、流量調整器101により所望の流量を供給ガス
主ライン108を通じDMAH等を内蔵するバブラー1
04へ送り込む。DMAHを含む水素ガスは圧力調整器
105を経由して反応管106へ導入される。1気圧、
室温時のDMAHの蒸気圧は約2Torrと知られてい
るので、この際、反応管内の全圧をPTOT、DMAHの
分圧をPDMAH、バブラー104内部の圧力をPBとする
と全圧とDMAHの分圧およびバブラー内圧力の関係は
以下の式を満足する。
The hydrogen gas supplied from the supply gas line 110 has a desired flow rate through the supply gas main line 108 by the flow rate regulator 101 and the bubbler 1 containing DMAH and the like therein.
Send to 04. Hydrogen gas containing DMAH is introduced into the reaction tube 106 via the pressure regulator 105. 1 atm,
Since the vapor pressure of DMAH at room temperature is known to be about 2 Torr, the total pressure in the reaction tube is P TOT , the partial pressure of DMAH is P DMAH , and the pressure inside the bubbler 104 is P B. The relationship between the partial pressure of DMAH and the pressure inside the bubbler satisfies the following formula.

【0077】PDMAH=PTOT×2/PB この式に基づくとき、本発明の目的を達成するために前
述した所定のDMAHの分圧を得ることができる。例え
ば反応室の全圧(PTOT)を1.5Torrと設定した
場合、圧力調整器105によりバブラー104内部の圧
力(PB)を100Torrと調整することによって、
反応室へ導入されるDMAHの分圧(PDMAH)は上記式
によると、3×10-2Torrとなる。こうしてバブラ
ー内圧(PB)が1気圧の場合に比較して約10倍の分
圧をあげることが可能となる。同様の調整を行うことに
より、バブラー内圧(PB)を760Torrから14
Torrまで変化させることによりDMAH分圧を4.
0×10-3〜2.1×10-1Torrまで変動可能であ
る。
P DMAH = P TOT × 2 / P B Based on this equation, the above-mentioned predetermined DMAH partial pressure can be obtained to achieve the object of the present invention. For example, when the total pressure (P TOT ) in the reaction chamber is set to 1.5 Torr, the pressure regulator 105 adjusts the pressure (P B ) inside the bubbler 104 to 100 Torr.
According to the above formula, the partial pressure of DMAH introduced into the reaction chamber (P DMAH ) is 3 × 10 -2 Torr. In this way, it is possible to increase the partial pressure about 10 times as compared with the case where the bubbler internal pressure (P B ) is 1 atm. By performing the same adjustment, the bubbler internal pressure (P B ) is changed from 760 Torr to 14
The DMAH partial pressure is changed to 4. Torr to 4.
It can be varied from 0 × 10 −3 to 2.1 × 10 −1 Torr.

【0078】また逆にDMAH分圧を逓減させる方法と
しては、図4に示す如くバブラー内圧力を1気圧に近づ
け、且つ供給ガスライン110からの水素ガスの一部を
供給ガスバイパスライン109へ流し、DMAHを含む
供給ガス主ライン108からの水素ガスと反応管106
へ同時に導入することで実質上のDMAH分圧を逓減さ
せる。DMAH分圧は主ライン108の水素流量とバイ
パスライン109の水素流量比により制御可能である。
On the contrary, as a method of gradually decreasing the DMAH partial pressure, as shown in FIG. 4, the pressure inside the bubbler is brought close to 1 atm, and a part of the hydrogen gas from the supply gas line 110 is made to flow to the supply gas bypass line 109. , DMAH and hydrogen gas from the feed gas main line 108 and the reaction tube 106
The simultaneous partial introduction of the above-mentioned to gradually decreases the partial pressure of DMAH. The DMAH partial pressure can be controlled by the hydrogen flow rate of the main line 108 and the hydrogen flow rate of the bypass line 109.

【0079】排気系は以下のように構成される。The exhaust system is constructed as follows.

【0080】7はゲートバブルであり、堆積膜形成前に
反応管2内部を排気する時など大容量の排気を行う際に
開かれる。8はスローリーバルブであり、堆積膜形成時
の反応管2内部の圧力を調整する時など小容量の排気を
行う際に用いられる。9は排気ユニットであり、ターボ
分子ポンプ等の排気用ポンプ等で構成される。
Reference numeral 7 is a gate bubble, which is opened when a large amount of gas is exhausted, such as when the inside of the reaction tube 2 is exhausted before the deposition film is formed. Reference numeral 8 is a sloree valve, which is used when exhausting a small volume such as when adjusting the pressure inside the reaction tube 2 when forming a deposited film. An exhaust unit 9 is composed of an exhaust pump such as a turbo molecular pump.

【0081】基体1の搬送系は以下のように構成され
る。
The transport system for the substrate 1 is constructed as follows.

【0082】10は堆積膜形成前および堆積膜形成後の
基体を収容可能な基体搬送室であり、バルブ11を開い
て排気される。12は搬送室を排気する排気ユニットで
あり、ターボ分子ポンプ等の排気用ポンプで構成され
る。
Reference numeral 10 denotes a substrate transfer chamber capable of accommodating the substrate before and after the deposited film is formed, and the valve 11 is opened to exhaust the substrate. Reference numeral 12 denotes an exhaust unit for exhausting the transfer chamber, which is composed of an exhaust pump such as a turbo molecular pump.

【0083】バルブ13は基体1を反応室と搬送空間で
移送する時のみ開かれる。
The valve 13 is opened only when the substrate 1 is transferred between the reaction chamber and the transfer space.

【0084】反応管2の周囲には、プラズマ生成手段と
しての電極16が設置され、AC電源14が接続されて
おりプラズマを発生することができる。
An electrode 16 as a plasma generating means is installed around the reaction tube 2, and an AC power source 14 is connected to the electrode 16 to generate plasma.

【0085】図3に示すように、第1の原料ガスを生成
するためのガス生成室においては、室温に保持されてい
る液体状のDMAHに対しキャリアガスとしてのH2
しくはAr(もしくは他の不活性ガス)でバブリングを
行い、気体状DMAHを生成し、これを混合器14に輸
送する。反応ガスとしてのH2は別経路から混合器に輸
送される。ガスはそれぞれの分圧が所望の値となるよう
に流量が調整されている。
As shown in FIG. 3, in the gas generating chamber for generating the first raw material gas, H 2 or Ar (or another carrier gas as a carrier gas is used for liquid DMAH kept at room temperature). Bubbling with (inert gas) produces gaseous DMAH, which is transported to the mixer 14. H 2 as a reaction gas is transported to the mixer through another route. The flow rate of the gas is adjusted so that the partial pressure of each gas becomes a desired value.

【0086】第1の原料ガスとしてはMMAH2でもよ
いが、蒸気圧が室温で1Torrとなるのに十分なDM
AHがもっとも好ましい。また、DMAHとMMAH2
を混合させて用いてもよい。
MMAH 2 may be used as the first source gas, but DM gas sufficient to have a vapor pressure of 1 Torr at room temperature is used.
AH is most preferred. Also, DMAH and MMAH 2
You may mix and use.

【0087】また、Al−Si膜を形成する際の第2の
原料ガスとしてのSiを含むガスとしてはSi26,S
iH4,Si36,Si(CH34,SiCl4,SiH
2Cl,SiH3Clを用いることができる。とりわけ、
200〜300℃の低温で分解し易いSi26がもっと
も望ましい。H2またはArで希釈されたSi26等の
ガスは、DMAHを別系統から混合器に輸送され、反応
管2に供給される。
As the gas containing Si as the second source gas when forming the Al--Si film, Si 2 H 6 and S are used.
iH 4 , Si 3 H 6 , Si (CH 3 ) 4 , SiCl 4 , SiH
2 Cl and SiH 3 Cl can be used. Above all,
Si 2 H 6 which is easily decomposed at a low temperature of 200 to 300 ° C. is most desirable. Gas such as Si 2 H 6 diluted with H 2 or Ar is DMAH transported from another system to the mixer and supplied to the reaction tube 2.

【0088】表面改質にガスを用いる場合は、Siを含
むガスやTiCl4等のTiを含むガスをDMAHやS
iを含んだガスの配管と別系統から混合器に輸送し反応
容器2に供給する方法がある。
When a gas is used for surface modification, a gas containing Si or a gas containing Ti such as TiCl 4 is used for DMAH or S.
There is a method of transporting the gas containing i from a system different from the pipe to the mixer and supplying it to the reaction vessel 2.

【0089】Alを堆積する場合はDMAHとH2、A
l−Siを堆積する場合は、DMAH、Si26および
2を含んだ混合気体がDMAHの分解温度以上かつ4
50℃以下の温度範囲内に加熱された基体1上に供給さ
れると、基体90上にAl−Siが析出し、図1(b)
に示すようにAlもしくはAl−Siの連続膜が形成さ
れる。
In the case of depositing Al, DMAH and H 2 , A
In the case of depositing l-Si, the mixed gas containing DMAH, Si 2 H 6 and H 2 is at least the decomposition temperature of DMAH and 4
When supplied onto the substrate 1 heated within a temperature range of 50 ° C. or less, Al—Si is deposited on the substrate 90, and FIG.
A continuous film of Al or Al-Si is formed as shown in FIG.

【0090】上記条件でAlもしくはAl−Siの堆積
を続けると、図1(c)の状態を経て、図1(b)に示
すように、AlもしくはAl−Si膜は薄膜91の最上
部のレベルにまで成長する。選択堆積した純Al膜は単
結晶である。
When Al or Al-Si is continuously deposited under the above conditions, the Al or Al-Si film is formed on the uppermost part of the thin film 91 as shown in FIG. 1 (b) through the state of FIG. 1 (c). Grow to a level. The selectively deposited pure Al film is a single crystal.

【0091】ここで、DMAHとSi26の供給を続け
たまま、上述した非電子供与性の表面に表面反応を起こ
す「表面改質工程」を行った後、引き続きDMAHとS
26を供給し続け、図1(f)のような形状にAlも
しくはAl−Siの堆積を行う。
Here, after performing the above-mentioned "surface modification step" of causing a surface reaction on the non-electron-donating surface while continuing to supply DMAH and Si 2 H 6 , DMAH and S
i 2 H 6 is continuously supplied to deposit Al or Al—Si in a shape as shown in FIG.

【0092】基体温度としては、Alを含む原料ガスの
分解温度以上、かつ450℃以下が望ましいことは前述
した通りであるが、具体的には基体温度200〜450
℃が望ましく、この条件で堆積を行った場合、DMAH
分圧が反応容器内圧力の7×10-3〜9×10-2Tor
rのとき堆積速度は1000Å/分〜3000Å/分と
非常に大きく、超LSI用Al−Si堆積技術として十
分大きい堆積速度が得られる。
As described above, the substrate temperature is preferably not lower than the decomposition temperature of the source gas containing Al and not higher than 450 ° C., but specifically, the substrate temperature is from 200 to 450.
℃ is desirable, and if the deposition is performed under these conditions, DMAH
The partial pressure is 7 × 10 −3 to 9 × 10 −2 Tor of the pressure in the reaction vessel.
When r, the deposition rate is very large, 1000 Å / min to 3000 Å / min, and a sufficiently high deposition rate can be obtained as an Al-Si deposition technique for VLSI.

【0093】さらに好ましくは基体温度270℃〜35
0℃であり、この条件で堆積したAl−Si膜は配向性
も強く、かつ450℃、1hourの熱処理を数十回行
ってもSi単結晶もしくはSi多結晶基体上のAl−S
i膜にはヒロック、スパイクの発生もない良質のAl−
Si膜となる。また、このようなAl−Si膜はエレク
トロマイグレーション耐性に優れている。
More preferably, the substrate temperature is 270 ° C. to 35.
The temperature is 0 ° C., and the Al—Si film deposited under these conditions has a strong orientation, and even if the heat treatment at 450 ° C. and 1 hour is performed tens of times, the Al—S film on the Si single crystal or Si polycrystalline substrate is used.
Good quality Al-
It becomes a Si film. In addition, such an Al-Si film has excellent electromigration resistance.

【0094】ここでの表面改質工程としては、換言すれ
ばH2雰囲気中の反応管内にRfによりH2プラズマを発
生させ、H原子と電子を非電子供与性表面にプラズマか
ら供給し、非電子供与性表面を実効的に電子供与性表面
と改質すると、図1(e)のような堆積が可能である。
プラズマ発生電極として励起電極16の他に接地電極1
6′および16′′が設けられている。表面改質工程
に、電極16に略13.56MHzの高周波電力を印加
してプラズマを生成する。励起電極16が接地電極1
6′および16′′ではさまれているので励起電極16
からの電気力線は、接地電極16′′および16′に終
端し、基体1のプラズマ損傷はきわめて小さい。電子供
与性表面と非電子供与性表面を有する基体上の電子供与
性表面上に選択的にAlもしくはAl−Siを堆積した
後、DMAHとH2もしくはDMAHとH2とSi26
供給したままでプラズマを発生させる。プラズマから非
電子供与性表面上へ電子と水素原子が供給され表面改質
を行う。表面改質後、プラズマを停止して堆積を継続す
る。
In other words, as the surface modification step here, H 2 plasma is generated by Rf in the reaction tube in the H 2 atmosphere, H atoms and electrons are supplied from the plasma to the non-electron donating surface, and When the electron donating surface is effectively modified to be an electron donating surface, the deposition as shown in FIG. 1 (e) is possible.
In addition to the excitation electrode 16 as the plasma generation electrode, the ground electrode 1
6'and 16 '' are provided. In the surface modification step, high frequency power of approximately 13.56 MHz is applied to the electrode 16 to generate plasma. The excitation electrode 16 is the ground electrode 1
Since it is sandwiched by 6'and 16 '', the excitation electrode 16
The electric lines of force from the two ends to the ground electrodes 16 ″ and 16 ′, and the plasma damage to the substrate 1 is extremely small. DMAH and H 2 or DMAH and H 2 and Si 2 H 6 are provided after selectively depositing Al or Al-Si on the electron donating surface on a substrate having an electron donating surface and a non-electron donating surface. Plasma is generated as it is. Electrons and hydrogen atoms are supplied from the plasma onto the non-electron-donating surface for surface modification. After the surface modification, the plasma is stopped and the deposition is continued.

【0095】プラズマ電力および電子密度が大きいとD
MAHは励起・分解され、表面改質工程においてAlを
主成分とする大きな核が発生し、表面モロフォロジーを
いちじるしく劣化させる。またプラズマ電力および電子
密度が小さすぎると、電子と水素原子の供給が不十分で
あり、表面の改質効果は大幅に逓減する。表面改質時の
反応管圧力は0.1〜5Torr、印加プラズマ電力
は、図4の装置では0.04〜0.4W/cm-3、表面
改質時間は10sec以上であり、プラズマの基体近傍
の電子密度は5×108〜2×109cm-3である。
When the plasma power and electron density are high, D
MAH is excited and decomposed, and large nuclei containing Al as a main component are generated in the surface modification step, and the surface morphology is significantly deteriorated. If the plasma power and the electron density are too small, the supply of electrons and hydrogen atoms will be insufficient, and the effect of surface modification will be greatly diminished. The pressure of the reaction tube at the time of surface modification is 0.1 to 5 Torr, the applied plasma power is 0.04 to 0.4 W / cm −3 in the apparatus of FIG. 4, and the surface modification time is 10 sec or more. The electron density in the vicinity is 5 × 10 8 to 2 × 10 9 cm −3 .

【0096】非電子供与性表面を改質した後、電子供与
性表面および非電子供与性表面の上に、非選択的にAl
を堆積する。この時、選択的に堆積したAlもしくはA
l−Siと非選択的に堆積されたAlもしくはAl−S
i界面に炭素は検出されなかった。表面改質工程の後、
プラズマを停止することなく堆積を継続しても差し支え
ない。プラズマを印加したまま堆積したAlもしくはA
l−Si膜質は、プラズマの印加無しで堆積した膜とほ
ぼ同種類であった。また、表面改質時に印加するプラズ
マ電力密度は、一般のプラズマCVDやリアクティブイ
オンエッチングなどで用いられるプラズマ電力より小さ
く、反応管表面への堆積物はほとんど生じない。
After modifying the non-electron-donating surface, Al is non-selectively applied onto the electron-donating surface and the non-electron-donating surface.
Deposit. At this time, selectively deposited Al or A
l-Si and non-selectively deposited Al or Al-S
No carbon was detected at the i interface. After the surface modification process,
The deposition may be continued without stopping the plasma. Al or A deposited with plasma applied
The l-Si film quality was almost the same type as the film deposited without application of plasma. Further, the plasma power density applied during surface modification is smaller than the plasma power used in general plasma CVD, reactive ion etching, etc., and deposits on the surface of the reaction tube hardly occur.

【0097】図3の装置では、プラズマ発生に13.5
6MHzの高周波電源を用いたが、直流もしくは商用周
波数もしくはマイクロ波(例えば2.45GHz)の放
電を用いても良い。
In the apparatus of FIG. 3, 13.5 is required for plasma generation.
Although a high frequency power supply of 6 MHz was used, direct current or commercial frequency or microwave (for example, 2.45 GHz) discharge may be used.

【0098】あるいは、非電子供与性表面に電子供与性
である金属極薄膜を形成してもよい。
Alternatively, a metal ultrathin film having an electron donating property may be formed on the non-electron donating surface.

【0099】選択成長は、所望の膜が形成される反応が
基体表面で生ずるか否かで決定される。
The selective growth is determined by whether or not the reaction for forming the desired film occurs on the surface of the substrate.

【0100】従来、選択成長が起こるか否かの差は、基
体表面での吸着点の差で説明づけられていた。吸着点の
差で堆積の選択性が生ずる場合、例えば、成長時間を長
くしたり、堆積温度が長くなると堆積の選択性が損われ
てくる。
Conventionally, the difference in whether selective growth occurs or not has been explained by the difference in adsorption points on the surface of the substrate. When the deposition selectivity occurs due to the difference in the adsorption points, for example, if the growth time is lengthened or the deposition temperature is lengthened, the deposition selectivity is impaired.

【0101】従来の選択成長の例として、SiやWがS
i基体表面上に成長し、一方SiO2上へ堆積しない報
告がある。
As an example of conventional selective growth, Si or W is S
There is a report that it grows on the surface of the i substrate, while it does not deposit on SiO 2 .

【0102】しかし、これら選択成長の例では、成長時
間が長くなったり、堆積温度が長くなると、SiO2
にSiやWの核が生成してしまい堆積の選択性が損われ
ることが知られている。
However, in these examples of selective growth, it is known that when the growth time is long or the deposition temperature is long, nuclei of Si or W are generated on SiO 2 and the selectivity of deposition is impaired. ing.

【0103】選択成長を、超LSIプロセスへ応用する
ためには、堆積膜の膜質が良好であることは勿論のこ
と、選択性が良好でなければならない。すなわち、堆積
させたくない表面上へは核等の生成も生じるものであっ
てはならない。
In order to apply the selective growth to the VLSI process, it is necessary that the deposited film has good film quality as well as good selectivity. That is, the formation of nuclei or the like should not occur on the surface that is not desired to be deposited.

【0104】本発明に係わるAl堆積では、電子供与性
基体表面上へ堆積するが、非電子供与性基体上へはAl
の核の生成がなく、選択性は良好である。
In the Al deposition according to the present invention, it is deposited on the surface of the electron donating substrate, but Al is deposited on the non-electron donating substrate.
There is no nucleation and the selectivity is good.

【0105】Al堆積反応は、全体として(1)式で表
わせる。(1)式のみでは、選択成長が生ずるか否かは
予想しにくいものである。本発明で非常に良好な選択性
があるのは(1)式の反応をミクロに考察することで、
理解できる。
The Al deposition reaction can be expressed by the equation (1) as a whole. With equation (1) alone, it is difficult to predict whether selective growth will occur. The reason why the present invention has very good selectivity is that the reaction of the formula (1) is considered microscopically.
It can be understood.

【0106】単結晶Si基体上で以下の実施例で述べる
様に単結晶Alが堆積することも理解できる。(1)式
の反応を単結晶Si基体上のAl堆積について説明す
る。
It can also be seen that single crystal Al is deposited on a single crystal Si substrate as described in the examples below. The reaction of equation (1) will be described for Al deposition on a single crystal Si substrate.

【0107】一般に、アンモニア系による洗浄や、硫酸
系薬品を用いた処理をおこない最終的には、希フッ酸溶
液に浸し、その後、純水で洗浄する。この様な洗浄工程
においては、Si表面は、図1(A)に示すようにH原
子でターミネートされた状態になっている。
In general, cleaning with an ammonia system or treatment with a sulfuric acid-based chemical is performed, and finally, dipping in a dilute hydrofluoric acid solution and then cleaning with pure water. In such a cleaning step, the Si surface is in a state of being terminated with H atoms as shown in FIG.

【0108】一方、SiO2の表面では、SiやOの結
合手はクローズしており、H原子等でターミネートされ
ていない。
On the other hand, on the surface of SiO 2 , bonds of Si and O are closed and not terminated by H atoms or the like.

【0109】[0109]

【外5】 の様に電気二重層を形成している。[Outside 5] To form an electric double layer.

【0110】堆積空間内で基体を加熱し、DMAHとH
2を供給するとH2はSi表面上で解離し、H原子となり
Si表面で未結合Siにターミネートする。
The substrate is heated in the deposition space and DMAH and H
When 2 is supplied, H 2 dissociates on the Si surface to become H atoms and terminates on unbonded Si on the Si surface.

【0111】ここで需要な点はH2分子でなく、Si表
面にH原子がターミネートされていることである。
Here, the demand point is that H atoms are terminated on the Si surface instead of H 2 molecules.

【0112】DMAHは室温では二量体構造といわれて
いるが加熱されて基体上では、一量体となって吸着す
る。図5の(A)の様にCH3基を基体表面側にして吸
着する。
DMAH is said to have a dimer structure at room temperature, but is heated and adsorbed as a monomer on the substrate. As shown in FIG. 5A, the CH 3 group is adsorbed on the substrate surface side.

【0113】自由電子の存在する表面では、自由電子の
存在によりAl−CH3結合は、弱められると言われて
いる。また、CH3基は元来H原子と活性化エネルギー
零でH原子と反応し、図5の(B)の反応(以下メタン
化反応と称する)によりCH4を生ずることが化学の分
野で知られている。Si表面のターミネートH原子は
It is said that the Al—CH 3 bond is weakened by the presence of free electrons on the surface where free electrons are present. Further, it is known in the field of chemistry that a CH 3 group originally reacts with an H atom at an activation energy of zero to react with an H atom to produce CH 4 by the reaction of FIG. 5B (hereinafter referred to as methanation reaction). Has been. Terminate H atom on Si surface is

【0114】[0114]

【外6】 更に、表面に存在する自由電子による触媒作用によりメ
タン化反応はより生じやすい。
[Outside 6] Furthermore, the methanation reaction is more likely to occur due to the catalytic action of free electrons existing on the surface.

【0115】CH3基は、H2分子と反応してやはりCH
4を生ずるが、CH3+H(原子)→CH4とCH3+1/
2H2(分子)→CH4の反応では、反応速度が1桁以上
異なることからH原子とのメタン化反応が生ずる。図5
の(A)、(B)の反応を経てAlが電子供与性基体で
あるSi上に堆積する。この時、重要な点は原料ガスD
MAHが基体表面上のターミネート原子と選択的に反応
しやすいCH3基を有していることである。図5の
(A)、(B)を経てAlが堆積すると図5の(C)に
示す様にAl表面はH原子がターミネートされた状態と
なる。図5の(A)の初期と同じ状態である。また、A
lにはやはり自由電子が存在するのでH2分子が表面で
H原子に解離するのでAl表面をHターミネートするこ
とができる。
The CH 3 group reacts with the H 2 molecule to give CH 3.
Yields 4 , but CH 3 + H (atoms) → CH 4 and CH 3 + 1 /
In the reaction of 2H 2 (molecule) → CH 4 , the methanation reaction with H atom occurs because the reaction rates are different by one digit or more. Figure 5
After the reactions (A) and (B), Al is deposited on Si which is an electron donating substrate. At this time, the important point is the source gas D
That is, the MAH has a CH 3 group that easily reacts selectively with the termination atom on the surface of the substrate. When Al is deposited through (A) and (B) of FIG. 5, H atoms are terminated on the Al surface as shown in (C) of FIG. This is the same state as the initial state in FIG. Also, A
Since free electrons still exist in l, the H 2 molecule dissociates into H atoms on the surface, so that the Al surface can be H terminated.

【0116】以下、DMAHの吸着とメタン化反応によ
りAl堆積が持続的に生ずる。
Thereafter, Al deposition continuously occurs due to the adsorption of DMAH and the methanation reaction.

【0117】最初、Si表面はH原子でターミネートさ
れた状態がAl堆積後も遺伝的に維持される。Al堆積
後にAl表面をターミネートしているH原子はDMAH
中のH原子であり、DMAH中のH原子はターミネート
状態を持続させ得る遺伝基と称することができる。DM
AH中のCH3基は表面ターミネート原子と選択的に反
応する選択反応基と称することができる。
First, the Si surface, which is terminated by H atoms, is genetically maintained after Al deposition. H atoms that terminate the Al surface after Al deposition are DMAH
The H atom in DMAH can be referred to as a genetic group capable of maintaining a terminated state. DM
The CH 3 group in AH can be referred to as a selectively reactive group that selectively reacts with the surface termination atoms.

【0118】以上要するに、Al堆積反応は表面のター
ミネートH原子とDMAH中のCH3基が選択的に反応
することに起因しており、ターミネートH原子の供給が
自由電子の存在する電子供与性基体表面でのH2分子の
解離であり、また、メタン化反応を生ぜしめる電子供与
性基体表面での自由電子である。
In summary, the Al deposition reaction is caused by the selective reaction between the terminal H atom on the surface and the CH 3 group in DMAH. The termination H atom is supplied by the electron-donating substrate containing free electrons. It is the dissociation of H 2 molecules on the surface and the free electrons on the surface of the electron-donating substrate that causes the methanation reaction.

【0119】さて、SiO2の様な非電子供与性基体表
面では一般に、H原子でターミネートされていない。ま
た、自由電子が存在しないので、H2分子をたとえ大量
に供給しても解離しターミネート状態を作り得ない。ま
た、自由電子も存在しないので、Al−CH3結合が弱
められることもなく、且つ、CH3+H→CH4反応がお
こらない。従って、Al堆積が起こるためのターミネー
トH原子、反応を生ぜしめる自由電子もないので、非電
子供与性基体上でAl堆積がおこらない。
Now, the surface of a non-electron-donating substrate such as SiO 2 is generally not terminated with H atoms. Further, since there are no free electrons, even if a large amount of H 2 molecules are supplied, they cannot be dissociated to form a terminated state. Moreover, since there are no free electrons, the Al—CH 3 bond is not weakened, and the CH 3 + H → CH 4 reaction does not occur. Therefore, since there is no terminal H atom for Al deposition and no free electrons that cause a reaction, Al deposition does not occur on the non-electron-donating substrate.

【0120】従来、知られている吸着点の差を基礎とす
る反応と異なりDMAH+H2系の場合は、Al堆積反
応にターミネートH原子と自由電子の関与という2つの
要素に支えられているので堆積の選択性が非常にすぐれ
たものになる。Al堆積後Al表面にH原子がターミネ
ートされた状態で残るので、Al選択成長は方向性を持
つことも可能で図1(e)の様に横方向に堆積すること
なく、縦方向に成長することも可能であった。
Unlike the conventionally known reaction based on the difference of adsorption points, in the case of the DMAH + H 2 system, it is supported by the two factors of the involvement of the terminate H atom and the free electron in the Al deposition reaction. The selectivity of is very good. Since H atoms remain in the terminated state on the Al surface after Al deposition, the Al selective growth may have a directional property, and the Al selective growth does not occur in the lateral direction as shown in FIG. 1E but grows in the vertical direction. It was also possible.

【0121】上述の反応を生ぜしめているのが、表面の
ターミネート状態、反応を引き起こす自由電子という点
であることが明らかとなったが、DMAH分子そのもの
の構造としてAl原子のまわりにCH3基とH原子とい
う様に異なる基が結合している点が特徴である。堆積膜
を構成する成長原子、今の場合Alに異なるCH3基と
H原子が結合しているという意味でDMAHを非対称分
子と称することができる。
It has been clarified that it is the termination state of the surface and the free electrons that cause the reaction that cause the above-mentioned reaction. As a structure of the DMAH molecule itself, a CH 3 group is formed around the Al atom. The feature is that different groups such as H atom are bonded. DMAH can be referred to as an asymmetric molecule in the sense that different CH 3 groups and H atoms are bonded to the growing atoms constituting the deposited film, Al in this case.

【0122】単結晶Si上のAl成長について再度考察
すると、Si表面を化学処理するとH原子でターミネー
トされていることは、既に述べたがここで注意すべき点
は単結晶Si上ではターミネートHが平面的に規則正し
く配列していることである。従って、単結晶Si上に堆
積したAlは単結晶となる。
Considering again Al growth on single crystal Si, it has already been described that the chemical treatment of the Si surface results in termination with H atoms, but the point to be noted here is that the termination H on single crystal Si is It means that they are regularly arranged in a plane. Therefore, Al deposited on the single crystal Si becomes a single crystal.

【0123】自由電子の存在する電子供与性基体として
Al等の金属の場合は、自由電子の存在によるH2分子
のH原子化による表面Hターミネート或いはWなどのよ
うにd電子をもつ様な場合のH原子の解離吸着によりや
はり表面はHターミネートされ、図5の(A)、
(B)、(C)と同様の反応により電子供与性基体上の
みにAlは堆積する。
In the case where a metal such as Al is used as the electron-donating substrate containing free electrons, a surface H-terminate resulting from H atomization of H 2 molecules due to the presence of free electrons or a case having d-electrons such as W As a result of dissociative adsorption of H atoms in the surface, H-terminated on the surface as well, as shown in FIG.
By the same reaction as in (B) and (C), Al is deposited only on the electron donating substrate.

【0124】有機金属化学の分野では、有機金属の分解
や、有機金属を触媒として用いる反応について多くの研
究があり、公知ではあったが、有機金属中の金属原子を
所望の基体上に析出させる点について言及はされていな
い。本発明に係わる反応は、自由電子が存在し、且つ、
基体表面上のターミネート状態を遺伝的に持続させる点
に着目しているものであって、従来の有機金属の分解や
反応と根本的に異なるものである。
In the field of organometallic chemistry, although there have been many studies on decomposition of organometals and reactions using organometals as catalysts, it has been publicly known that metal atoms in organometals are deposited on a desired substrate. No point is mentioned. The reaction according to the present invention has free electrons, and
It focuses on genetically maintaining the terminated state on the surface of the substrate, which is fundamentally different from the conventional decomposition and reaction of organic metal.

【0125】本発明にもとづくAlもしくはAl−Si
成膜法によって得られた膜は緻密であり、炭素等の不純
物含有量もきわめて少なく抵抗率もバルク並であり、か
つ表面平担度の高い特性を有する。そして、 熱処理時のヒロック発生の減少 耐エレクトロマイグレーション性の向上 コンタクト部のアイロピットの減少 表面平滑性向上による配線パターニング性の改善 ビアホール内の抵抗およびコンタクト抵抗の向上 配線工程中の熱処理の低温化 等顕著な効果を有している。
Al or Al-Si according to the present invention
The film obtained by the film forming method is dense, has extremely low content of impurities such as carbon, has a resistivity comparable to that of bulk, and has a high surface flatness. Reduction of hillocks during heat treatment Improvement of electromigration resistance Reduction of iron pits in contact area Improvement of wiring patternability by improving surface smoothness Improvement of resistance in via holes and contact resistance Reduction of heat treatment during wiring process It has various effects.

【0126】本発明で示される方法によれば、電子供与
性材料と非電子供与性材料が混在しμmオーダ、サブミ
クロンオーダの凹凸のある基体上でもまず凹部に選択的
に堆積膜を形成し、その後同一成膜装置内で、基体上全
面に均一なAl膜を形成することができる。
According to the method of the present invention, the deposited film is first selectively formed in the concave portion even on a substrate having a mixture of an electron donating material and a non-electron donating material and unevenness on the order of μm or submicron. After that, a uniform Al film can be formed on the entire surface of the substrate in the same film forming apparatus.

【0127】超LSIの多層配線形成工程においては、
凹凸部の金属薄膜の膜厚減少が、配線形成工程の信頼性
を低下させているが、本発明によるAl膜もしくはAl
−Si膜堆積法によれば、凹凸部での膜厚減少等がな
く、信頼性の高いAl,Al−Si膜を形成できる。
In the process of forming the multi-layer wiring of the VLSI,
The reduction in the thickness of the metal thin film in the uneven portion reduces the reliability of the wiring forming process.
According to the -Si film deposition method, a highly reliable Al, Al-Si film can be formed without a film thickness reduction or the like at the uneven portion.

【0128】従来法のスパッタ法では、凹凸部への均一
な成膜が困難であるため、絶縁膜の開孔断面部に例えば
高温熱処理によるリフローなどの手法により傾斜をつけ
るなどの工程を必要としていた。
In the conventional sputtering method, since it is difficult to form a film uniformly on the uneven portion, it is necessary to add a step to the opening cross section of the insulating film by a method such as reflowing by high temperature heat treatment. I was there.

【0129】しかし、開孔部への傾斜を設けることは不
要な面積を要することにより、微細化技術に相反する工
程である。
However, the provision of the slope to the opening portion is a step which is contrary to the miniaturization technique because it requires an unnecessary area.

【0130】本発明によれば、断面が垂直なビアホール
にAl,Al−Siを埋め込みかつ、その後形成される
Al膜は平担性に優れているので、微細化された超LS
Iの配線金属堆積法として理想的である。
According to the present invention, Al and Al--Si are buried in a via hole having a vertical cross section, and the Al film formed thereafter has excellent flatness.
It is ideal as a wiring metal deposition method of I.

【0131】なお、基体の堆積前の化学的な処理は以下
の通りである。
The chemical treatment before the deposition of the substrate is as follows.

【0132】a)「NH4OH+H22+H2O」による
洗浄と、その後の「水洗」及びその後の「HF/H2
=1/40」による洗浄とその後の「水洗」あるいは、 b)「H2SO4/H22=3/1」による洗浄とその後
の「水洗」及びその後の「HF/H2O=1/40」に
よる洗浄とその後の「+水洗」が用いられる堆積前化学
的処理である。
A) Washing with "NH 4 OH + H 2 O 2 + H 2 O", followed by "washing with water" and subsequent "HF / H 2 O"
= 1/40 ”followed by“ water washing ”or b)“ H 2 SO 4 / H 2 O 2 = 3/1 ”washing followed by“ water washing ”and then“ HF / H 2 O = A pre-deposition chemical treatment in which a 1/40 "wash followed by a" + water wash "is used.

【0133】この前処理において基体表面は、H原子、
F原子で終端した状態になり、最後の水洗でF原子はほ
とんどはずれ、基体表面にはH原子が終端した安定した
状態を作りだす。この様な前処理を行った基体で以下に
述べる実施例に従い堆積を行った。
In this pretreatment, the surface of the substrate was
It becomes a state terminated with F atoms, and most of the F atoms are removed by the last washing with water, and a stable state in which H atoms are terminated is created on the surface of the substrate. Deposition was carried out on the substrate subjected to such pretreatment according to the examples described below.

【0134】(実施例1)Al成膜の手順は次の通りで
ある。
(Example 1) The procedure for forming an Al film is as follows.

【0135】単結晶Si基体の表面を熱酸化し、パター
ニングにより開孔を形成する。WF6を用いた選択CV
D法により開孔部内のみに薄い多結晶W膜を形成する。
The surface of the single crystal Si substrate is thermally oxidized, and openings are formed by patterning. Selected CV using WF 6
By the D method, a thin polycrystalline W film is formed only in the opening.

【0136】その後、上述した化学的処理を行った。Then, the above-mentioned chemical treatment was performed.

【0137】図3に示した装置を用い、排気設備9によ
り、反応管2内を略々1×10-8Torrに排気する。
ただし反応管2内の真空度は1×10-8Torrより悪
くてもAlは成膜する。
Using the apparatus shown in FIG. 3, the inside of the reaction tube 2 is exhausted to about 1 × 10 −8 Torr by the exhaust equipment 9.
However, Al is deposited even if the degree of vacuum in the reaction tube 2 is worse than 1 × 10 −8 Torr.

【0138】上述したようにW膜の形成されたSiウエ
ハに前述した様な洗浄を施した後、搬送室10を大気圧
に解放しSiウェハを搬送室に装填する。搬送室を略々
1×10-6Torrに排気し、その後ゲートバルブ13
を開けウェハをウェハホルダー3に装着する。
After the Si wafer on which the W film is formed as described above is washed as described above, the transfer chamber 10 is released to atmospheric pressure and the Si wafer is loaded into the transfer chamber. The transfer chamber was evacuated to approximately 1 × 10 -6 Torr, and then the gate valve 13
Open and mount the wafer on the wafer holder 3.

【0139】ウェハをウェハホルダー3に装着した後、
ゲートバルブ13を閉じ、反応室2の真空度が略々1×
10-8Torrになるまで排気する。
After mounting the wafer on the wafer holder 3,
The gate valve 13 is closed, and the degree of vacuum in the reaction chamber 2 is about 1 ×.
Evacuate to 10 -8 Torr.

【0140】本実施例では第1のガスラインからDMA
Hを供給する。DMAHラインのキャリアガスはH2
用いた。第2のガスラインはH2用である。
In this embodiment, DMA is applied from the first gas line.
Supply H. H 2 was used as the carrier gas for the DMAH line. The second gas line is for H 2 .

【0141】第2ガスラインからH2を流し、スローリ
ークバルブ8の開度を調整して反応管2内の圧力を所定
の値にする。本実施例における典型的圧力は略々1.5
Torrとする。その後ヒータ4に通電しウェハを加熱
する。ウェハ温度が所定の温度に到達した後、DMAH
ラインよりDMAHを反応管内へ導入する。全圧は略々
1.5Torrであり、DMAH分圧を略々1.5×1
-4Torrとする。DMAHを反応管2に導入すると
Alが堆積する。このAl膜を第1Al膜とする。
H 2 is caused to flow from the second gas line and the opening degree of the slow leak valve 8 is adjusted to bring the pressure in the reaction tube 2 to a predetermined value. The typical pressure in this example is approximately 1.5.
Torr. After that, the heater 4 is energized to heat the wafer. After the wafer temperature reaches the specified temperature, DMAH
DMAH is introduced into the reaction tube through the line. The total pressure is about 1.5 Torr, and the DMAH partial pressure is about 1.5 x 1
0 -4 Torr. When DMAH is introduced into the reaction tube 2, Al is deposited. This Al film is referred to as a first Al film.

【0142】所定の堆積時間が経過した後、DMAHの
供給を一端停止することなく高周波(13:56MH
z)電源から、励起電極16へ電圧を印加し、H2プラ
ズマを発生させる。なお、RFの印加されるリング状の
電極の両端には同様のリング状の電極が設置されており
且つ接地電位に保持されているためプラズマの整形が可
能である。分回はRF電力20W、基体表面近傍の電子
密度1×109cm-3、基体表面近傍の電子温度6.5
evなるプラズマを発生させた。つまり本プラズマより
水素原子及び電子を基体に供給したこの工程が表面改質
工程である。1分間のプラズマ照射の後、RFの供給を
停止し、DMAH及びH2を供給し続けることにより、
Alが既に堆積したAl膜上およびSiO2膜上に堆積
する。所定の堆積時間が経過した後、DMAHの供給を
停止する。この過程で堆積するAl膜を第2Al膜とす
る。
After the lapse of a predetermined deposition time, the high frequency (13:56 MH) was maintained without stopping the supply of DMAH.
z) A voltage is applied from the power supply to the excitation electrode 16 to generate H 2 plasma. It should be noted that since similar ring-shaped electrodes are provided at both ends of the ring-shaped electrode to which RF is applied and are held at the ground potential, plasma shaping is possible. RF power was 20 W, electron density was 1 × 10 9 cm −3 near the substrate surface, and electron temperature was 6.5 near the substrate surface.
A plasma of ev was generated. That is, this step of supplying hydrogen atoms and electrons from the plasma to the substrate is the surface modification step. After the plasma irradiation for 1 minute, by stopping the supply of RF and continuing the supply of DMAH and H 2 ,
Al is deposited on the already deposited Al film and the SiO 2 film. The supply of DMAH is stopped after a predetermined deposition time has elapsed. The Al film deposited in this process is referred to as a second Al film.

【0143】上記試料で160℃−450℃の温度範囲
において、第1Al膜堆積工程では、SiO2上にはA
lは堆積せず、Siが露出した部分のみにSiO2と同
じ膜厚のAlが堆積し、第2Al膜堆積工程では、第1
Al膜上およびSiO2上にほぼ同じ堆積速度でAlが
堆積する。次にヒータ4の加熱を停止し、ウェハを冷却
する。H2ガスの供給を止め反応容器内を排気した後、
ウェハを搬送室に移送し、搬送室のみを大気圧にした後
ウェハを取り出す。以上がAl成膜手順の概略である。
In the temperature range of 160 ° C.-450 ° C. in the above sample, A was deposited on the SiO 2 film in the first Al film deposition step.
l is not deposited, Al having the same film thickness as SiO 2 is deposited only on the exposed portion of Si, and in the second Al film deposition step,
Al is deposited on the Al film and SiO 2 at almost the same deposition rate. Next, the heating of the heater 4 is stopped and the wafer is cooled. After stopping the supply of H 2 gas and exhausting the inside of the reaction vessel,
The wafer is transferred to the transfer chamber, only the transfer chamber is brought to atmospheric pressure, and then the wafer is taken out. The above is the outline of the Al film forming procedure.

【0144】次に本実施例における試料作製を説明す
る。
Next, the sample preparation in this example will be described.

【0145】Si基体(N型1〜2Ωcm)を水素燃焼
方式(H2:41/M,O2:21/M)により1000
℃の温度で熱酸化を行った。
A Si substrate (N type 1-2 Ωcm) was heated to 1000 by hydrogen combustion system (H 2 : 41 / M, O 2 : 21 / M).
Thermal oxidation was carried out at a temperature of ° C.

【0146】膜厚は7000ű500Åであり、屈折
率は1.46であった。このSi基体全面にホトレジス
トを塗布し、露光機により所望のパターンを焼きつけ
る。パターンは0.25μm×0.25μm〜100μ
m×100μmの各種の孔が開孔する様なものである。
ホトレジストを現像後反応性イオンエッチング(RI
E)等でホトレジストをマスクとした下地のSiO2
エッチングし、部分的に基体Siを露出させた。このよ
うにして0.25μm×0.25μm〜100μm×1
00μmの各種の大きさのSiO2の孔を有する試料を
130枚用意した。次にWF6を利用したCVD法によ
り500Å程のWバリアメタルを形成した。このように
して用意された試料130枚を基板温度を13とおり設
定し、各基板温度でそれぞれ10枚の試料に対して前述
した手順に従ってAlを堆積させた。
The film thickness was 7,000Å ± 500Å and the refractive index was 1.46. A photoresist is applied to the entire surface of this Si substrate, and a desired pattern is baked by an exposure device. The pattern is 0.25 μm x 0.25 μm to 100 μ
It is such that various holes of m × 100 μm are opened.
After developing the photoresist, reactive ion etching (RI
E) was used to etch the underlying SiO 2 using the photoresist as a mask to partially expose the base Si. In this way, 0.25 μm × 0.25 μm to 100 μm × 1
130 samples having SiO 2 holes of various sizes of 00 μm were prepared. Next, a W barrier metal of about 500 Å was formed by the CVD method using WF 6 . 130 samples thus prepared were set at 13 substrate temperatures, and Al was deposited according to the above-described procedure on 10 samples at each substrate temperature.

【0147】第1Al膜堆積工程、表面改質工程、第2
Al膜堆積工程の各条件は、以下の通りである。 第1Al膜堆積工程時、 全圧力 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10-4Torr 表面改質工程時、 全圧力 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10-4Torr RFパワー 20W 表面電子密度 1×109cm-3 プラズマ照射時間 1分 第2Al膜堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10-4Torr である。
First Al film deposition step, surface modification step, second step
The conditions of the Al film deposition step are as follows. Total pressure 1.5 Torr DMAH partial pressure 1.5 × 10 −4 Torr during the first Al film deposition step Total pressure 1.5 Torr DMAH partial pressure 1.5 × 10 −4 Torr RF power 20 W surface electron during surface modification step Density 1 × 10 9 cm −3 Plasma irradiation time 1 minute Total pressure 1.5 Torr DMAH partial pressure 1.5 × 10 −4 Torr during the second Al film deposition step.

【0148】基板温度を13水準に変化して堆積したA
l膜を各種の評価方法を用いて評価した。その結果を表
1に示す。
A deposited by changing the substrate temperature to 13 levels
The l-film was evaluated using various evaluation methods. The results are shown in Table 1.

【0149】[0149]

【表1】 [Table 1]

【0150】上記試料で、160℃〜450℃の温度範
囲において、第1のAl堆積工程でAlをSi露出部の
みにSiO2と同じ厚さで選択的に堆積した。さらに第
2のAl堆積工程で、SiO2表面上および第1の堆積
工程で堆積したAl膜の両方に同一堆積速度でAlが堆
積した。
In the above sample, Al was selectively deposited in the first Al deposition step in the temperature range of 160 ° C. to 450 ° C. only on the exposed Si portion to the same thickness as SiO 2 . Further, in the second Al deposition step, Al was deposited at the same deposition rate on both the SiO 2 surface and the Al film deposited in the first deposition step.

【0151】Si上に選択したAl膜と表面改質工程後
SiO2上に堆積したAl膜も抵抗率、反射率、熱処理
工程後のヒロック発生密度等の膜質は差異がなかった。
There was no difference between the selected Al film on Si and the Al film deposited on SiO 2 after the surface modification process in film quality such as resistivity, reflectance, and hillock generation density after the heat treatment process.

【0152】また、第1Al膜と第2Al膜の界面での
抵抗増大は生じなかった。
Further, no resistance increase occurred at the interface between the first Al film and the second Al film.

【0153】(実施例2)堆積前処理において、前述し
た如く「H2SO4/H22=3/1」+「水洗」+「H
F/H2O=1/40」+「水洗」を行った。この際、
最終の水洗時間:Tを以下の様に変化させ実施例1と同
様の手順にてAlを堆積した。
(Example 2) In the pre-deposition treatment, as described above, "H 2 SO 4 / H 2 O 2 = 3/1" + "water washing" + "H"
F / H 2 O = 1/40 ”+“ water washing ”was performed. On this occasion,
Final water washing time: Al was deposited in the same procedure as in Example 1 except that T was changed as follows.

【0154】結果を以下に示す。The results are shown below.

【0155】[0155]

【表2】 [Table 2]

【0156】上記結果は、前記前処理におけるHF洗浄
時に基体表面は、H原子、F原子で終端した状態にな
り、最終の水洗が不充分なもの(T=0分)はF原子が
多くSi上の自然酸化膜が他のサンプルより厚く形成さ
れる。また、最終水洗時間が3〜15分間と適度な場合
はF原子のみ結合が切断され、反応に寄与するH原子が
終端した状況が強くなり、Alが選択的に成長する。
The above results indicate that the surface of the substrate was terminated with H atoms and F atoms during the HF cleaning in the pretreatment, and the one with insufficient final water washing (T = 0 min) had many F atoms. The upper native oxide film is formed thicker than the other samples. When the final washing time is 3 to 15 minutes, the bond is broken only in the F atom, the situation in which the H atom contributing to the reaction is terminated becomes strong, and Al selectively grows.

【0157】また、最終水洗時間が長過ぎる場合、終端
H原子が結合から切れ、あるいは長時間純水中に放置す
ることにより純水中に溶解したO2、CO2等により自然
酸化膜が更に厚く成長する。なお、アンモニア/過酸化
水素水による洗浄を行った場合もまったく同様であっ
た。なお、上記選択堆積後に実施例1と同様にプラズマ
による表面改質の後、更に基体全面にAlを堆積し配線
を形成することができる。
If the final rinsing time is too long, the terminal H atom is broken or the natural oxide film is further decomposed by O 2 , CO 2 etc. dissolved in pure water by leaving it in pure water for a long time. Grow thick. The same was true when cleaning with ammonia / hydrogen peroxide solution was performed. After the selective deposition, the surface can be modified by plasma in the same manner as in Example 1, and then Al can be further deposited on the entire surface of the substrate to form the wiring.

【0158】(実施例3)表面がn+の単結晶ウェハー
にアスペクト比1以上となるように1μm角の四角形の
コンタクトホールを形成した。このようなウェハーを1
2個用意した。1つのウェハーに形成されたコンタクト
ホールの数は500,000個である。
Example 3 A 1 μm square quadrangular contact hole was formed in a single crystal wafer having an n + surface to have an aspect ratio of 1 or more. 1 such wafer
I prepared two. The number of contact holes formed on one wafer is 500,000.

【0159】このサンプルに対し実施例1と同様の成膜
方法にて選択堆積及び非選択堆積を行いAlを成膜し
た。各サンプル(1)〜(12)はそれぞれ成膜条件と
してプラズマ電子密度(DP)のみ異ならしめた。
Selective deposition and non-selective deposition were performed on this sample by the same film forming method as in Example 1 to form an Al film. The samples (1) to (12) were made different only in plasma electron density (DP) as film forming conditions.

【0160】更に、フォトリソグラフィーにより各ウェ
ハーで5,000個のコンタクトホールをつないだ配線
を50個形成し、その配線のオープン/ショート検査を
行った。
Further, 50 wirings connecting 5,000 contact holes were formed on each wafer by photolithography, and open / short inspection of the wirings was performed.

【0161】その結果、不良のなかった配線の数を
(M)とする。
As a result, the number of wirings having no defect is set to (M).

【0162】[0162]

【外7】 [Outside 7]

【0163】(実施例4)実施例3で形成したサンプル
を各2個づつ用意した。これらをN2雰囲気中600℃
で加熱し、吸着水素をほぼ脱離させた。
Example 4 Two samples each prepared in Example 3 were prepared. 600 ° C. in N 2 atmosphere
The mixture was heated at, and almost all the adsorbed hydrogen was desorbed.

【0164】そして、一方のサンプルをHF処理して水
洗した。その後、実施例3と同じようにAlを成膜しオ
ープン・ショート検査を行った。
Then, one sample was subjected to HF treatment and washed with water. After that, an Al film was formed in the same manner as in Example 3 and an open / short inspection was performed.

【0165】[0165]

【外8】 [Outside 8]

【0166】以上説明した様に、本実施例1〜4によれ
ば、極微細でアスペクト比の大きなビアホール内へのA
lまたはAl−Siの堆積および微細なAlまたはAl
−Si配線が可能であり、従って高集積回路の超微細加
工技術として有効であり、その製造歩留りを一層向上さ
せることができる。
As described above, according to the first to fourth embodiments, A in a via hole having an extremely fine and large aspect ratio is formed.
l or Al-Si deposition and fine Al or Al
-Si wiring is possible, and therefore it is effective as a hyperfine processing technology for highly integrated circuits, and the manufacturing yield thereof can be further improved.

【0167】(実施例5)Al成膜の手順は次の通りで
ある。
(Example 5) The procedure for forming an Al film is as follows.

【0168】図3に示した装置を用い、排気設備9によ
り、反応管2内を略々1×10-8Torrに排気する。
ただし反応管2内の真空度は1×10-8Torrより悪
くてもAlは成膜する。
Using the apparatus shown in FIG. 3, the inside of the reaction tube 2 is exhausted to about 1 × 10 −8 Torr by the exhaust equipment 9.
However, Al is deposited even if the degree of vacuum in the reaction tube 2 is worse than 1 × 10 −8 Torr.

【0169】Siウェハに前述した様な洗浄(即ち化学
的処理)を施した後、搬送室10を大気圧に解放しSi
ウェハを搬送室に装填する。搬送室を略々1×10-6
orrに排気し、その後ゲートバルブ13を開けウェハ
をウェハホルダー3に装着する。
After the Si wafer is cleaned (that is, chemically treated) as described above, the transfer chamber 10 is released to the atmospheric pressure and the Si
The wafer is loaded into the transfer chamber. The transfer chamber is approximately 1 × 10 -6 T
After exhausting to orr, the gate valve 13 is opened and the wafer is mounted on the wafer holder 3.

【0170】ウェハをウェハホルダー3に装着した後、
ゲートバルブ13を閉じ、反応室2の真空度が略々1×
10-8Torrになるまで排気する。
After mounting the wafer on the wafer holder 3,
The gate valve 13 is closed, and the degree of vacuum in the reaction chamber 2 is about 1 ×.
Evacuate to 10 -8 Torr.

【0171】本実施例では第1のガスラインからDMA
Hを供給する。DMAHラインのキャリアガスはH2
用いた。第2のガスラインH2用である。
In the present embodiment, DMA is applied from the first gas line.
Supply H. H 2 was used as the carrier gas for the DMAH line. For the second gas line H 2 .

【0172】第2ガスラインからH2を流し、スローリ
ークバルブ8の開度を調整して反応管2内の圧力を所定
の値にする。本実施例における典型的圧力は略々1.5
Torrとする。その後ヒータ4に通電しウェハを加熱
する。ウェハ温度が所定の温度に到達した後、DMAH
ラインよりDMAHを反応管内へ導入する。全圧は略々
1.5Torrであり、DMAH分圧を略々2×10-2
Torrとする。DMAHを反応管2に導入するとAl
が堆積する。このAl膜を第1Al膜とする。
H 2 is caused to flow from the second gas line and the opening degree of the slow leak valve 8 is adjusted to bring the pressure in the reaction tube 2 to a predetermined value. The typical pressure in this example is approximately 1.5.
Torr. After that, the heater 4 is energized to heat the wafer. After the wafer temperature reaches the specified temperature, DMAH
DMAH is introduced into the reaction tube through the line. The total pressure is about 1.5 Torr, and the DMAH partial pressure is about 2 × 10 -2.
Torr. When DMAH is introduced into the reaction tube 2, Al
Is deposited. This Al film is referred to as a first Al film.

【0173】所定の堆積時間が経過した後、DMAHの
供給を一端停止することなく高周波(13:56MH
z)電源から、励起電極16へ電圧を印加し、H2プラ
ズマを発生させる。なお、RFの印加されるリング状の
電極の両端には同様のリング状の電極が設置されており
且つ接地電位に保持されているためプラズマの整形が可
能である。分回はRF電力20W、基体表面近傍の電子
密度1×109cm-3、基体表面近傍の電子温度6.5
evなるプラズマを発生させた。つまり本プラズマより
水素原子及び電子を基体に供給したこの工程が表面改質
工程である。1分間のプラズマ照射の後、RFの供給を
停止し、DMAH及びH2を供給し続けることにより、
Alが既に堆積したAl膜上およびSiO2膜上に堆積
する。所定の堆積時間が経過した後、DMAHの供給を
停止する。この過程で堆積するAl膜を第2Al膜とす
る。
After the predetermined deposition time has elapsed, the high frequency (13:56 MH) is maintained without stopping the DMAH supply.
z) A voltage is applied from the power supply to the excitation electrode 16 to generate H 2 plasma. It should be noted that since similar ring-shaped electrodes are provided at both ends of the ring-shaped electrode to which RF is applied and are held at the ground potential, plasma shaping is possible. RF power was 20 W, electron density was 1 × 10 9 cm −3 near the substrate surface, and electron temperature was 6.5 near the substrate surface.
A plasma of ev was generated. That is, this step of supplying hydrogen atoms and electrons from the plasma to the substrate is the surface modification step. After the plasma irradiation for 1 minute, by stopping the supply of RF and continuing the supply of DMAH and H 2 ,
Al is deposited on the already deposited Al film and the SiO 2 film. The supply of DMAH is stopped after a predetermined deposition time has elapsed. The Al film deposited in this process is referred to as a second Al film.

【0174】上記試料で160℃−450℃の温度範囲
において、第1Al膜堆積工程では、SiO2上にはA
lは堆積せず、Siが露出した部分のみにSiO2と同
じ膜厚のAlが堆積し、第2Al膜堆積工程では、第1
Al膜上およびSiO2上にほぼ同じ堆積速度でAlが
堆積する。次にヒータ4の加熱を停止し、ウェハを冷却
する。H2ガスの供給を止め反応容器内を排気した後、
ウェハを搬送室に移送し、搬送室のみを大気圧にした後
ウェハを取り出す。以上がAl成膜手順の概略である。
In the temperature range of 160 ° C.-450 ° C. in the above sample, A was deposited on the SiO 2 film in the first Al film deposition step.
l is not deposited, Al having the same film thickness as SiO 2 is deposited only on the exposed portion of Si, and in the second Al film deposition step,
Al is deposited on the Al film and SiO 2 at almost the same deposition rate. Next, the heating of the heater 4 is stopped and the wafer is cooled. After stopping the supply of H 2 gas and exhausting the inside of the reaction vessel,
The wafer is transferred to the transfer chamber, only the transfer chamber is brought to atmospheric pressure, and then the wafer is taken out. The above is the outline of the Al film forming procedure.

【0175】次に本実施例における試料作製を説明す
る。
Next, sample preparation in this example will be described.

【0176】Si基体(N型1〜2Ωcm)を水素燃焼
方式(H2:41/M,O2:21/M)により1000
℃の温度で熱酸化を行った。
A Si substrate (N type 1 to 2 Ωcm) was formed by a hydrogen combustion method (H 2 : 41 / M, O 2 : 21 / M) at 1000
Thermal oxidation was carried out at a temperature of ° C.

【0177】膜厚は7000ű500Åであり、屈折
率は1.46であった。このSi基体全面にホトレジス
トを塗布し、露光機により所望のパターンを焼きつけ
る。パターンは0.25μm×0.25μm〜100μ
m×100μmの各種の孔が開孔する様なものである。
ホトレジストを現像後反応性イオンエッチング(RI
E)等でホトレジストをマスクとして下地のSiO2
エッチングし、部分的に基体Siを露出させた。このよ
うにして0.25μm×0.25μm〜100μm×1
00μmの各種の大きさのSiO2の孔を有する試料を
130枚用意し、基板温度を13とおり設定し、各基板
温度でそれぞれ10枚の試料に対して前述した手順に従
ってAlを堆積させた。
The film thickness was 7,000Å ± 500Å and the refractive index was 1.46. A photoresist is applied to the entire surface of this Si substrate, and a desired pattern is baked by an exposure device. The pattern is 0.25 μm x 0.25 μm to 100 μ
It is such that various holes of m × 100 μm are opened.
After developing the photoresist, reactive ion etching (RI
E) was used to etch the underlying SiO 2 using the photoresist as a mask to partially expose the base Si. In this way, 0.25 μm × 0.25 μm to 100 μm × 1
130 samples having SiO 2 holes of various sizes of 00 μm were prepared, the substrate temperature was set to 13 and Al was deposited on each of the 10 samples at the respective substrate temperatures according to the above-mentioned procedure.

【0178】第1Al膜堆積工程、表面改質工程、第2
Al膜堆積工程の各条件は、以下の通りである。 第1Al膜堆積工程時、 全圧力 1.5Torr DMAH分圧 2×10-2Torr 表面改質工程時、 全圧力 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10-4Torr RFパワー 20W 表面電子密度 1×109cm-3 プラズマ照射時間 1分 第2Al膜堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 2×10-2Torr である。
First Al film deposition step, surface modification step, second step
The conditions of the Al film deposition step are as follows. Total pressure 1.5 Torr DMAH partial pressure 2 × 10 −2 Torr during first Al film deposition step Total pressure 1.5 Torr DMAH partial pressure 1.5 × 10 −4 Torr RF power 20 W Surface electron density 1 during surface modification step × 10 9 cm -3 Plasma irradiation time 1 minute Total pressure 1.5 Torr DMAH partial pressure 2 × 10 -2 Torr during the second Al film deposition step.

【0179】基板温度を13水準に変化して選択堆積し
たAl膜を各種の評価方法を用いて評価した。その結果
を表2に示す。
The Al film selectively deposited by changing the substrate temperature to 13 levels was evaluated by various evaluation methods. The results are shown in Table 2.

【0180】[0180]

【表3】 [Table 3]

【0181】次に上述した実施例5に基づき、基体温度
を270℃としてDMAHの分圧を変えてAlを堆積さ
せた。
Next, based on Example 5 described above, Al was deposited by setting the substrate temperature to 270 ° C. and changing the partial pressure of DMAH.

【0182】その結果は以下の通りThe results are as follows

【0183】[0183]

【外9】 [Outside 9]

【0184】ここでストレスマイグレーション耐性を評
価する為に試料を実施例1のものより更に加工したもの
を用いた。それは、絶縁膜上にAl(厚さ0.5μm)
を0.8μm巾にパターニングし窒化シリコン膜を堆積
させた試料である(図5)。そして、これを200℃の
温度条件のもとに放置しAl膜切断までの時間を測定し
た。
Here, in order to evaluate the stress migration resistance, a sample further processed from that of Example 1 was used. It is made of Al (0.5μm thick) on the insulating film.
Is patterned to a width of 0.8 μm and a silicon nitride film is deposited (FIG. 5). Then, this was left under a temperature condition of 200 ° C., and the time until the Al film was cut was measured.

【0185】図6はその試料を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the sample.

【0186】200はSi基板、201は開孔を有する
酸化シリコン膜、202はAl膜、203は窒化シリコ
ン膜である。
Reference numeral 200 is a Si substrate, 201 is a silicon oxide film having openings, 202 is an Al film, and 203 is a silicon nitride film.

【0187】このようにDMAHの分圧を7×10-3
至9×10-2Torrrとした場合には高い堆積速度に
てAlを堆積させることができ、ストレスマイグレーシ
ョン耐性の良好なAl膜を形成することができた。
As described above, when the partial pressure of DMAH is set to 7 × 10 −3 to 9 × 10 −2 Torr, Al can be deposited at a high deposition rate, and an Al film having good stress migration resistance can be obtained. Could be formed.

【0188】選択堆積したAl膜とプラズマ処理により
非選択的に堆積させたAl膜との界面特性も優れてい
た。これは堆積速度が大きい故に不純物等のとり込みが
ほとんどみられなくなるものと考えられる。
The interface characteristics between the selectively deposited Al film and the Al film non-selectively deposited by the plasma treatment were also excellent. It is considered that this is because incorporation of impurities and the like is hardly seen because the deposition rate is high.

【0189】上記試料で、160℃〜450℃の温度範
囲において、第1のAl堆積工程でAlをSi露出部の
みにSiO2と同じ厚さで選択的に堆積した。この膜は
単結晶であった。さらに第2のAl堆積工程で、SiO
2表面上および第1の堆積工程で堆積したAl膜の両方
に同一堆積速度でAlが堆積した。
In the above sample, Al was selectively deposited in the first Al deposition step in the temperature range of 160 ° C. to 450 ° C. only in the exposed Si portion to the same thickness as SiO 2 . This film was a single crystal. Further, in the second Al deposition step, SiO
2 Al was deposited at the same deposition rate on both the surface and the Al film deposited in the first deposition step.

【0190】Si上に選択したAl膜と表面改質工程後
SiO2上に堆積したAl膜も抵抗率、反射率、熱処理
工程後のヒロック発生密度等の膜質は差異がなかった。
There was no difference between the selected Al film on Si and the Al film deposited on SiO 2 after the surface modification process in film quality such as resistivity, reflectance and hillock generation density after the heat treatment process.

【0191】また、第1Al膜と第2Al膜の界面での
抵抗増大は生じなかった。
Further, the resistance did not increase at the interface between the first Al film and the second Al film.

【0192】(実施例6)実施例5における堆積前処理
において、前述した如く「H2SO4/H22=3/1」
+「水洗」+「HF/H2O=1/40」+「水洗」を
行った。この際、最終の水洗時間:Tを以下の様に変化
させ実施例1と同様の手順にてAlを堆積した。
(Example 6) In the deposition pretreatment in Example 5, as described above, "H 2 SO 4 / H 2 O 2 = 3/1".
+ “Washing” + “HF / H 2 O = 1/40” + “Washing” were performed. At this time, Al was deposited in the same procedure as in Example 1 except that the final washing time T was changed as follows.

【0193】結果を以下に示す。The results are shown below.

【0194】[0194]

【表4】 [Table 4]

【0195】上記結果は、前記前処理におけるHF洗浄
時に基体表面は、H原子、F原子で終端した状態にな
り、最終の水洗が不充分なもの(T=0分)はF原子が
多くSi上の自然酸化膜が他のサンプルより厚く形成さ
れ、単結晶の成長が阻害される。また、最終水洗時間が
3〜15分間と適度な場合はF原子のみ結合が切断さ
れ、反応に寄与するH原子が終端した状況が強くなり、
単結晶Alが選択的に成長する。
The above results indicate that the surface of the substrate is terminated with H atoms and F atoms during the HF cleaning in the pretreatment, and the one with insufficient final water washing (T = 0 min) has many F atoms. The upper native oxide film is formed thicker than the other samples, and growth of the single crystal is hindered. When the final washing time is 3 to 15 minutes, the bond is broken only in the F atom, and the H atom contributing to the reaction is terminated.
Single crystal Al grows selectively.

【0196】また、最終水洗時間が長過ぎる場合、終端
H原子が結合から切れ、あるいは長時間純水中に放置す
ることにより純水中に溶解したO2、CO2等により自然
酸化膜が更に厚く成長し、本Al堆積時の単結晶化をさ
またげる。なお、RCA洗浄を行った場合も全く同様で
あった。なお、上記選択堆積後に実施例1と同様にプラ
ズマによる表面改質の後、更に基体全面にAlを堆積し
配線を形成することができた。
If the final rinsing time is too long, the terminal H atoms are broken off from the bonds, or left in pure water for a long time to dissolve the natural oxide film further due to O 2 , CO 2, etc. dissolved in the pure water. It grows thick and prevents single crystallization during the main Al deposition. The same was true when RCA cleaning was performed. After the selective deposition, the surface was modified by plasma in the same manner as in Example 1, and then Al was further deposited on the entire surface of the substrate to form the wiring.

【0197】(実施例7)表面がn+の単結晶ウェハー
にアスペクト比1以上となるように1μm角の四角形の
コンタクトホールを形成した。このようなウェハーを1
2個用意した。1つのウェハーに形成されたコンタクト
ホールの数は800,000個である。
Example 7 A rectangular contact hole of 1 μm square was formed on a single crystal wafer having an n + surface so that the aspect ratio was 1 or more. 1 such wafer
I prepared two. The number of contact holes formed on one wafer is 800,000.

【0198】このサンプルに対し実施例5と同様の成膜
方法にて選択堆積及び非選択堆積を行いAlを成膜し
た。各サンプル(1)〜(12)はそれぞれ成膜条件と
してプラズマ電子密度(DP)のみ異ならしめた。
Selective deposition and non-selective deposition were performed on this sample by the same film forming method as in Example 5 to form an Al film. The samples (1) to (12) were made different only in plasma electron density (DP) as film forming conditions.

【0199】更に、フォトリソグラフィーにより各ウェ
ハーで10,000個のコンタクトホールをつないだ配
線を50個形成し、その配線のオープン/ショート検査
を行った。
Further, 50 wirings connecting 10,000 contact holes were formed on each wafer by photolithography, and the open / short inspection of the wirings was conducted.

【0200】その結果、不良のなかった配線の数を
(M)とする。
As a result, the number of wirings having no defect is set to (M).

【0201】[0201]

【外10】 [Outside 10]

【0202】(実施例8)実施例7で形成したサンプル
を各2個づつ用意した。これらをN2雰囲気中600℃
で加熱し、吸着水素をほぼ脱離させた。
Example 8 Two samples each prepared in Example 7 were prepared. 600 ° C. in N 2 atmosphere
The mixture was heated at, and almost all the adsorbed hydrogen was desorbed.

【0203】そして、一方のサンプルをHF処理して水
洗した。その後、実施例7と同じようにAlを成膜しオ
ープン・ショート検査を行った。
Then, one sample was subjected to HF treatment and washed with water. Then, an Al film was formed in the same manner as in Example 7 and an open / short inspection was performed.

【0204】[0204]

【外11】 [Outside 11]

【0205】(実施例9)実施例7と同様のサンプルを
用意し、実施例7と同じ条件にてDMAH分圧を変えて
歩留りの評価を行った。
Example 9 A sample similar to that of Example 7 was prepared, and the yield was evaluated under the same conditions as in Example 7 while changing the DMAH partial pressure.

【0206】その結果、DMAH分圧が7×10-3乃至
9×10-2Torrの条件ではサンプル(2)(即ちプ
ラズマ電子密度8×107cm-3)及びサンプル(1
1)(即ちプラズマ電子密度1×1011cm-3)のMの
値が(M=)40程に向上した。
As a result, under the condition that the DMAH partial pressure is 7 × 10 −3 to 9 × 10 −2 Torr, the sample (2) (that is, the plasma electron density 8 × 10 7 cm −3 ) and the sample (1
1) (namely, plasma electron density 1 × 10 11 cm −3 ), the value of M was improved to about (M =) 40.

【0207】本実施例によれば、ストレスマグレーショ
ンに強く、膜質が良好なAlを主成分とする金属膜を高
い堆積速度にて形成できる。
According to this embodiment, it is possible to form a metal film containing Al as a main component, which has a high resistance against stress abrasion and has a good film quality, at a high deposition rate.

【0208】(実施例10)実施例1と同様にして単結
晶Si上のSiO2にコンタクトホールの形成されたサ
ンプルを用意した。
Example 10 In the same manner as in Example 1, a sample having contact holes formed in SiO 2 on single crystal Si was prepared.

【0209】実施例1と同様にしてWF6を用いた選択
堆積法によりコンタクトホール内に薄い多結晶タングス
テン(W)膜を形成した。
In the same manner as in Example 1, a thin polycrystalline tungsten (W) film was formed in the contact hole by the selective deposition method using WF 6 .

【0210】実施例1と同様にして化学的表面処理を行
いW膜表面の未結合手を水素によりターミネイトした。
その後、DMAHの分圧条件を実施例5と同様にしてA
l膜を形成したところ、出来上ったサンプルの特性は実
施例1や実施例5よりも優れていた。特にマイグレーシ
ョン耐性に優れたものが出来る確率が高く、再現性に富
み、信頼性の高い半導体デバイスを提供できる。
Chemical surface treatment was performed in the same manner as in Example 1 to terminate unbonded hands on the W film surface with hydrogen.
After that, the partial pressure condition of DMAH was set to A in the same manner as in Example 5.
When the 1-layer film was formed, the properties of the finished sample were superior to those of Examples 1 and 5. In particular, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device that has a high probability of being produced with excellent migration resistance, is highly reproducible.

【0211】[0211]

【発明の効果】本発明によれば、ゲート電極やバリアメ
タルやポリシリコン電極等の非単結晶電極とAl配線と
を接続する場合等に接触性等が良くなるので、信頼性、
再現性に優れた堆積膜を形成できる。
According to the present invention, contactability is improved when connecting a non-single crystal electrode such as a gate electrode, a barrier metal or a polysilicon electrode to an Al wiring.
A deposited film having excellent reproducibility can be formed.

【0212】又、本発明によれば、プラズマを制御する
ことにより非電子供与性の表面上へのAl膜の堆積にお
いても信頼性が向上する。
Further, according to the present invention, by controlling the plasma, the reliability is improved even in the deposition of the Al film on the non-electron donating surface.

【0213】更に、本発明によれば有機金属の分圧を制
御することにより、Al膜の堆積速度を向上できる。
Further, according to the present invention, the deposition rate of the Al film can be improved by controlling the partial pressure of the organic metal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明による金属膜形成の様子を説明す
る為の模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining how a metal film is formed according to the present invention.

【図2】図2は本発明による金属膜形成の様子を説明す
る為の模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a state of forming a metal film according to the present invention.

【図3】図3は本発明の適用に好ましい金属膜形成装置
の一例を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a metal film forming apparatus suitable for application of the present invention.

【図4】図4は本発明の適用に好ましい金属膜形成装置
用のガス供給系を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a gas supply system for a metal film forming apparatus, which is preferable for application of the present invention.

【図5】図5はAlの選択成長の機構を説明する為の模
式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a mechanism of selective growth of Al.

【図6】図6はストレスマイグレーション評価の為の試
料を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a sample for stress migration evaluation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

90 基体 91 絶縁膜 92,93 金属膜 90 base 91 insulating film 92, 93 metal film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/285 301 L 7738−4M 21/3205 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/285 301 L 7738-4M 21/3205

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非単結晶材料からなる電子供与性の表面
と非電子供与性の表面とを備えた基体に該電子供与性の
表面を水素原子で終端させる為の化学的表面処理を施し
た後、堆積膜形成用の空間に該基体を配する工程と、ア
ルキルアルミニウムハイドライドのガスを該堆積膜形成
用の空間に導入する工程と、該アルキルアルミニウムハ
イドライドの分解温度以上の所定の温度に該基体の温度
を維持し、該電子供与性の表面に選択的にアルミニウム
を主成分とする金属膜を形成する工程と、を有すること
を特徴とする堆積膜形成法。
1. A substrate having an electron-donating surface and a non-electron-donating surface made of a non-single crystal material is subjected to a chemical surface treatment for terminating the electron-donating surface with hydrogen atoms. After that, a step of disposing the substrate in a space for forming a deposited film, a step of introducing a gas of alkylaluminum hydride into the space for forming a deposited film, and a step of controlling the temperature to a predetermined temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the alkylaluminum hydride. A step of maintaining the temperature of the substrate and selectively forming a metal film containing aluminum as a main component on the electron-donating surface.
【請求項2】 前記アルキルアルミニウムハイドライド
がジメチルアルミニウムハイドライドであることを特徴
とする請求項1に記載の堆積膜形成法。
2. The deposited film forming method according to claim 1, wherein the alkyl aluminum hydride is dimethyl aluminum hydride.
【請求項3】 前記アルキルアルミニウムハイドライド
がモノメチルアルミニウムハイドライドであることを特
徴とする請求項1に記載の堆積膜形成法。
3. The deposited film forming method according to claim 1, wherein the alkylaluminum hydride is monomethylaluminum hydride.
【請求項4】 前記化学的表面処理はアンモニアと過酸
化水素水とによる洗浄工程を含む請求項1に記載の堆積
膜形成法。
4. The deposited film forming method according to claim 1, wherein the chemical surface treatment includes a cleaning step with ammonia and hydrogen peroxide solution.
【請求項5】 前記化学的表面処理は硫酸と過酸化水素
水とによる洗浄工程を含む請求項1に記載の堆積膜形成
法。
5. The deposited film forming method according to claim 1, wherein the chemical surface treatment includes a cleaning step with sulfuric acid and hydrogen peroxide solution.
【請求項6】 前記化学的表面処理はフッ酸による洗浄
工程を含む請求項1に記載の堆積膜形成法。
6. The deposited film forming method according to claim 1, wherein the chemical surface treatment includes a cleaning step with hydrofluoric acid.
【請求項7】 前記化学的表面処理は、水による洗浄工
程を更に含む請求項6に記載の堆積膜形成法。
7. The deposited film forming method according to claim 6, wherein the chemical surface treatment further includes a washing step with water.
【請求項8】 非単結晶材料からなる電子供与性の表面
と非電子供与性の表面とを有する基体をプラズマを発生
し得るCVD装置の堆積膜形成用の空間に配する工程
と、 アルキルアルミニウムハイドライドのガスを前記堆積膜
形成用の空間に導入する工程と、 前記アルキルアルミニウムハイドライドの分解温度以上
の所定温度に前記電子供与性の表面の温度を維持し、ア
ルミニウムを主成分とする金属膜を該電子供与性の表面
に選択的に形成する工程と、 (d)前記アルキルアルミニウムハイドライドのガスを
導入しながら前記装置にプラズマを発生させて前記アル
ミニウムを主成分とする金属膜および前記非電子供与性
の表面上にアルミニウムを主成分とする金属膜を形成す
る工程とを含み、前記プラズマの電子密度が基体表面近
傍において1×108乃至8×1010cm-3となるプラ
ズマ領域を含むプラズマを発生させて前記金属膜を形成
することを特徴とする堆積膜形成法。
8. A step of arranging a substrate having an electron-donating surface and a non-electron-donating surface made of a non-single crystal material in a space for forming a deposited film of a CVD apparatus capable of generating plasma, and an alkylaluminum. A step of introducing a gas of hydride into the space for forming the deposited film, maintaining the temperature of the electron-donating surface at a predetermined temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the alkylaluminum hydride, and forming a metal film containing aluminum as a main component. Selectively forming on the electron-donating surface, and (d) plasma is generated in the apparatus while introducing the alkylaluminum hydride gas, and the metal film containing aluminum as a main component and the non-electron-donating material. Forming a metal film containing aluminum as a main component on the surface of the substrate, the electron density of the plasma being near the surface of the substrate. A method for forming a deposited film, characterized in that plasma including a plasma region of 1 × 10 8 to 8 × 10 10 cm −3 is generated to form the metal film.
【請求項9】 前記アルキルアルミニウムハイドライド
はジメチルアルミニウムハイドライドであることを特徴
とする請求項1に記載の堆積膜形成法。
9. The deposited film forming method according to claim 1, wherein the alkyl aluminum hydride is dimethyl aluminum hydride.
【請求項10】 前記プラズマの電子密度が基体表面近
傍において5×108乃至2×109cm-3なることを特
徴とする請求項1に記載の堆積膜形成法。
10. The method for forming a deposited film according to claim 1, wherein the electron density of the plasma is 5 × 10 8 to 2 × 10 9 cm −3 near the surface of the substrate.
【請求項11】 電子供与性の表面と非電子供与性の表
面とを備えた基体に該電子供与性の表面を水素原子で終
端させる為の化学的表面処理を施した後、堆積膜形成用
の空間に該基体を配する工程と、 アルキルアルミニウムハイドライドのガスを含む混合ガ
スを該堆積膜形成用の空間に導入し該アルキルアルミニ
ウムハイドライドのガスの分圧を7×10-3〜9×10
-2Torrとする工程と、 該アルキルアルミニウムハイドライドの分解温度以上の
所定温度に該基体の温度を維持し、該電子供与性の表面
に選択的にアルミニウムを主成分とする金属膜を形成す
ることを特徴とする金属膜形成法。
11. A substrate having an electron-donating surface and a non-electron-donating surface is subjected to a chemical surface treatment for terminating the electron-donating surface with hydrogen atoms, and then used for forming a deposited film. The step of disposing the substrate in the space, and introducing a mixed gas containing a gas of alkylaluminum hydride into the space for forming the deposited film so that the partial pressure of the gas of the alkylaluminum hydride is 7 × 10 −3 to 9 × 10.
-2 Torr, maintaining the temperature of the substrate at a predetermined temperature higher than the decomposition temperature of the alkylaluminum hydride, and selectively forming a metal film containing aluminum as a main component on the electron-donating surface. And a method for forming a metal film.
【請求項12】 前記金属膜は純アルミニウムであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の金属膜形成法。
12. The method for forming a metal film according to claim 1, wherein the metal film is pure aluminum.
【請求項13】 前記金属膜はシリコン原子を含むこと
を特徴とする請求項1に記載の金属膜形成法。
13. The method for forming a metal film according to claim 1, wherein the metal film contains silicon atoms.
【請求項14】 前記アルキルアルミニウムハイドライ
ドはジメチルアルミニウムハイドライドであることを特
徴とする請求項1に記載の金属膜形成法。
14. The method of claim 1, wherein the alkyl aluminum hydride is dimethyl aluminum hydride.
【請求項15】 非単結晶材料からなる電子供与性の表
面と非電子供与性の表面とを備えた基体に該電子供与性
の表面を水素原子で終端させる為の化学的表面処理を施
した後、堆積膜形成用の空間に該基体を配する工程と、
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
を該堆積膜形成用の空間に導入し該アルキルアルミニウ
ムハイドライドのガスの分圧を7×10-3〜9×10-2
Torrとする工程で、該アルキルアルミニウムハイド
ライドの分解温度以上で且つ450℃以下の範囲内に該
基体の温度を維持し、該電子供与性の表面に選択的にア
ルミニウムを主成分とする金属膜を形成する工程と、を
含む堆積膜形成法。
15. A substrate having an electron-donating surface and a non-electron-donating surface made of a non-single crystal material is subjected to a chemical surface treatment for terminating the electron-donating surface with hydrogen atoms. After that, a step of disposing the substrate in a space for forming a deposited film,
The gas of alkyl aluminum hydride and hydrogen gas are introduced into the space for forming the deposited film, and the partial pressure of the gas of alkyl aluminum hydride is 7 × 10 −3 to 9 × 10 −2.
In the step of forming Torr, the temperature of the substrate is maintained within the range of not lower than the decomposition temperature of the alkylaluminum hydride and not higher than 450 ° C., and a metal film containing aluminum as a main component is selectively formed on the electron donative surface. And a step of forming the deposited film.
【請求項16】 非単結晶材料からなる電子供与性の表
面と非電子供与性の表面とを有する基体をプラズマを発
生し得るCVD装置の堆積膜形成用の空間に配する工程
と、アルキルアルミニウムハイドライドのガスをその分
圧が7×10-3〜9×10-2Torrとなるよう該空間
内に導入する工程と、アルキルアルミニウムハイドライ
ドの分解温度以上の所定温度に前記基体を維持しアルミ
ニウムを主成分とする金属膜を該電子供与性の表面に選
択的に堆積させる工程と、アルキルアルミニウムハイド
ライドのガスを導入しながら前記CVD装置にプラズマ
を発生させて前記金属膜と前記非電子供与性の表面上に
アルミニウムを主成分とする金属膜を形成する工程と、
を含み、 前記プラズマの電子密度が基体表面近傍において1×1
8乃至8×1010cm-3となるプラズマ領域を含むプ
ラズマを発生させて前記金属、膜を形成することを特徴
とする堆積膜形成法。
16. A step of arranging a substrate having an electron-donating surface and a non-electron-donating surface made of a non-single crystal material in a space for forming a deposited film of a CVD apparatus capable of generating plasma, and an alkylaluminum. Introducing a gas of hydride into the space so that the partial pressure thereof is 7 × 10 −3 to 9 × 10 −2 Torr, and maintaining the substrate at a predetermined temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the alkylaluminum hydride to remove aluminum. A step of selectively depositing a metal film as a main component on the electron-donating surface; and a plasma is generated in the CVD device while introducing a gas of alkylaluminum hydride to generate a metal film and the non-electron-donating material. A step of forming a metal film containing aluminum as a main component on the surface,
And the electron density of the plasma is 1 × 1 near the substrate surface.
A deposited film forming method, characterized in that a plasma containing a plasma region of 0.8 to 8 × 10 10 cm −3 is generated to form the metal or film.
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