JPH06267958A - アルミニウム合金薄膜の形成方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各原料ガスを最適な温度で供給し、良質なア
ルミニウム合金薄膜を形成できるアルミニウム合金薄膜
の形成方法及びその装置を提供する。 【構成】 形成装置は、化学気相成長によって合金薄膜
を形成する反応容器１０とバブラー２０ａ、２０ｂを備
える。反応容器１０は基板１５上に各原料ガスを導入す
る２つのガス供給ノズル１１ａ、１１ｂを有し、この各
ガス供給ノズル１１ａ、１１ｂの外周部には加熱用のヒ
ータ１２を設けている。ヒータ１２の発熱量を変化させ
ることにより、導入される原料ガスの温度を制御する。
なお、バブラー２０ａにはＤＭＡＨ２１ａが，バブラー
２０ｂにはＣｐＣｕＴＥＰ２１ｂが封入され、オイルバ
スによって一定温度に加温されている。バブリングには
キャリアガスとして水素ガスを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム化合物原
料を気化させ、化学気相成長によってアルミニウム合金
薄膜を形成するアルミニウム合金薄膜の形成方法及びそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの微細化に伴い、集積回路装置の
配線用に用いられるＡｌ−Ｃｕ合金などの合金薄膜を化
学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition ）
によって堆積させる技術が提案されている（特開平２−
１７０４１９号）。

【０００３】この方法に使用される装置構成の一例を図
３に示す。一方のバブラー５０内にはアルミ化合物原料
として、例えば、ＤＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイ
ドライド）５１が封入され、他方のバブラー６０内には
銅化合物原料として、例えば、ＣｐＣｕＴＥＰ（＝Ｃｕ
（Ｃ₅ Ｈ₅ ）・Ｐ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ ）６１が封入されてい
る。それぞれ適当なキャリアガスによってバブリング
し、各バブラーから発生した各原料ガス及びキャリアを
混合して反応容器７０内に供給していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この各原料の分解開始
温度は、ＤＭＡＨでは２００℃程度、ＣｐＣｕＴＥＰで
は１５０℃程度であり、このように両者の分解温度が異
なっている。従って、両原料ガスを反応容器内において
成膜した場合、成膜温度が高ければＣｐＣｕＴＥＰの分
解が過剰に進むために、Ｃ，Ｐなどの不純物が合金膜中
に混入してしまい、成膜温度が低ければアルミニウムが
堆積しないという問題があった。

【０００５】また、通常、この発生した原料ガスを輸送
するための配管は加熱されているが、この加熱は、輸送
中の原料ガスが凝集するを防止するために行われるもの
であり、原料ガスの分解反応をアシストするために、原
料ガスに加熱を施すことは行われていない。

【０００６】そこで、本発明はこのような課題を解決す
べくなされたものであり、その目的は、このようなアル
ミニウム合金薄膜を形成する際に、各原料ガスを最適な
温度で供給し、良質なアルミニウム合金薄膜を形成でき
るアルミニウム合金薄膜の形成方法及びその装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明のアルミ
ニウム合金薄膜の形成方法は、各収容体内に個々に収容
されたアルミニウム化合物原料及び銅化合物原料に対
し、それぞれキャリアガスを供給して原料ガスを発生さ
せ、この発生した各原料ガスをキャリアガスと共に反応
容器内に供給し、化学気相成長によりアルミニウム合金
薄膜を形成するアルミニウム合金薄膜の形成方法であっ
て、反応容器内の被成膜基板上に導入される前記原料ガ
スに対し、この被成膜基板に至る手前のいずれかの段階
で加熱を施し、原料ガスの分解反応をある程度進行させ
る方法を採用した。

【０００８】この各原料ガスに対する加熱量の制御は、
各原料ガス毎に個々におこなう方が、微妙な制御が可能
であるが、両原料ガスを混合させた後に同時に加熱を施
すことも可能である。

【０００９】また、本発明のアルミニウム合金薄膜の形
成装置は、アルミニウム化合物原料を封入した第１収容
体と、銅化合物原料を封入した第２収容体と、第１及び
第２収容体で発生した各原料ガスがキャリアガスと共に
導入され、化学気相成長によってアルミニウム合金薄膜
を形成する反応容器と、この各収容体から発生した各原
料ガスに加熱を施す加熱手段とを備え、加熱手段の発熱
量を制御することにより、各原料ガスの分解反応の進行
を制御する装置として構成した。

【００１０】なお、各原料ガスに対する加熱量の制御を
各原料ガス毎に個々に行う場合には、この加熱手段を、
反応容器内に配設された被成膜基板上に各原料ガスを導
く各原料供給ノズルに対して配設してもよい。また、加
熱手段によって、混合された後の各原料ガスを反応容器
内において加熱する構成としてもよい。

【００１１】

【作用】アルミニウム合金薄膜の形成方法では、供給す
るアルミニウム原料ガスと銅原料ガスに対する加熱量を
制御することにより、分解温度が相違する各原料ガスの
分解反応の進行制御を行う。例えば、ＤＭＡＨを１００
℃以上に加熱すると、重合状態がとけ適当な中間体が生
成する。通常、少なくとも分解温度が高い原料ガス側を
加熱する。これによりこの原料ガスは、分解反応をある
程度進ませた状態で、被成膜基板上に導入され、表面反
応が速やかに進行するように作用する。

【００１２】また、アルミニウム合金薄膜の形成装置で
は、加熱手段によって収容体から発生した各原料ガスに
加熱を施すことにより、前述した形成方法を実施でき、
各原料ガスの分解反応の進行制御をおこなう。

【００１３】

【実施例】以下、本実施例にかかるアルミニウム合金薄
膜の形成装置について添付図面を基に説明する。

【００１４】図１に、本実施例に使用する形成装置の全
体の構成を示す。本形成装置は、化学気相成長によって
合金薄膜を形成する反応容器１０、及びこの反応容器１
０にそれぞれ原料ガスを供給する２つの原料ガス供給ラ
インを備えている。

【００１５】反応容器１０は、原料ガスを反応容器１０
の基板１５上に導入する２つのガス供給ノズル（石英ノ
ズル）１１ａ、１１ｂを有しており、この各ガス供給ノ
ズル１１ａ、１１ｂの外周部には加熱用のヒータ１２を
設けている。ヒータ１２には交流電源１３を接続してお
り、通電量を変化させることによってヒータ１２の発熱
量を変化させることができる。

【００１６】反応容器１０内には、サセプター１４を配
しており、この上に基板１５をセットしている。このサ
セプター１４内部にはヒータ１６を備えており、交流電
圧を印加することにより発熱し、基板１５を所定の温度
に加熱する。

【００１７】各原料ガス供給ラインには、水素、ヘリウ
ムガスなどの適当なキャリアガスが供給され、このキャ
リアガスは配管を経てバブラー２０ａ，２０ｂ内に入
る。各バブラー２０ａ，２０ｂは、それぞれアルミニウ
ム化合物原料２１ａ、銅化合物原料２１ｂが封入されて
いる。各バブラー２０ａ，２０ｂは、温度コントロール
されたオイルバス（図示せず）内に収容されている。各
バブラー２０ａ，２０ｂにおいてバブリングによって発
生した原料ガスは、キャリアガスと共に、ガス供給ノズ
ル１１ａ、１１ｂを介して反応容器１０内に導入される
ものである。

【００１８】＜実施例１＞以上のように構成する形成装
置を用いて、Ａｌ−Ｃｕ合金薄膜の成膜を行った。アル
ミニウム化合物原料２１ａとしては、ＤＭＡＨ（ジメチ
ルアルミニウムハイドライド：ＡｌＨ（ＣＨ₃ ）₂ ）を
用い、銅化合物原料２１ｂとしてはＣｐＣｕＴＥＰ（＝
Ｃ₅ Ｈ₅ ＣｕＰ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ ）を用いた。各バブラー
２０ａ，２０ｂに供給されるバブリングガスとしてのキ
ャリアガスは、水素ガスを用い、流量調節器（図示せ
ず）によってそれぞれ１００ＳＣＣＭに制御して流し
た。バブラー２１ａ内の圧力は、５００Ｔｏｒｒ一定に
制御し、オイルバス温度は５０℃一定とした。一方、バ
ブラー２１ｂ内の圧力は、１００Ｔｏｒｒ一定に制御
し、オイルバス温度は８０℃一定とした。また、２０ａ
〜１１ａに至る配管は、ヒーター（図示せず）により５
０℃に、２０ｂ〜１１ｂに至る配管は１００℃に加熱し
た。発生した原料ガスの凝集防止のためである。成膜条
件として反応容器１０内の圧力は２Ｔｏｒｒ、基板１５
の温度は２５０℃とした。

【００１９】発生した各原料ガスは、ガス供給ノズル１
１ａ、１１ｂによって基板１５上に導入するが、この
際、このガス供給ノズル１１ａ、１１ｂをヒータ１２に
よって加熱し、導入する各原料ガスに加熱を施した。こ
こで使用したＤＭＡＨ、ＣｐＣｕＴＥＰの加熱温度はそ
れぞれ１００〜３００℃，１００〜４００℃が望まし
い。

【００２０】以上の条件で堆積を行うと、約１ｗｔ％の
Ａｌ−Ｃｕ合金が成膜できた。１μｍ堆積させた場合の
合金膜の反射率は、約９０％（λ＝５００ｎｍ）であっ
た。また、内径０．５μｍ，アスペクト比４（深さ４μ
ｍ）のヴィア孔（コンタクト）にも埋め込み性良く堆積
することが確認できた。また、合金膜内に不純物として
混入されたＣ濃度、及びＰ濃度は、各々１００ｐｐｍ以
下と極めて低い値であった。

【００２１】＜比較例１＞これに対し、ＤＭＡＨの原料
ガスを加熱せず（ガス供給ノズル１１ａに凝集防止に必
要な最低限の加熱を行った場合（５０℃））、ＣｐＣｕ
ＴＥＰの原料ガスを前述と同様に加熱して成膜を行っ
た。その他の条件は実施例１と同一とした。この結果、
成膜された合金膜の平滑性、埋め込み性とも低下した。
具体的には、ガス供給ノズル１１ａの加熱温度が１００
℃未満の場合には、形成された合金膜の反射率は約６０
％に低下した。また、前述のヴィア孔には埋め込まれな
かった。

【００２２】この結果より、形成される合金膜の平滑
性、もしくは埋め込み性が不良の場合には、ＤＭＡＨの
ガス加熱温度をより高くすることで改善できることがわ
かった。ただし、あまり加熱温度を高くすると、Ｃなど
の不純物が混入したり、収率が低下する場合がある。例
えばＤＭＡＨの場合は３００℃以上ではＣが混入してし
まう。この傾向は、他のアルミニウム化合物原料を用い
た場合にも同様であった。

【００２３】＜比較例２＞また、ＣｐＣｕＴＥＰの原料
ガスを加熱せず（ガス供給ノズル１１ｂに凝集防止に必
要な最低限の加熱を行った場合（１００℃））、ＤＭＡ
Ｈの原料ガスを加熱して成膜を行った。その他の条件は
実施例１と同一とした。この結果、平滑性、うめ込み性
等については実施例と変わらなかったが、成膜された合
金膜内に不純物が多量に混入した。ガス供給ノズル１１
ｂの加熱温度が１００℃未満の場合には、Ｃ濃度は１０
００ｐｐｍに、Ｐ濃度は５００ｐｐｍ以上に上昇するこ
とが確認できた。

【００２４】この結果より、形成される合金膜に不純物
が含まれる場合には、ＣｐＣｕＴＥＰのガス加熱温度を
より高くすることで改善できることがわかった。ただ
し、あまり加熱温度を高くすると、気相中での分解・均
質なＣｕ析出反応が進み、合金膜中のＣｕ濃度が低下す
るので好ましくない。例えばＣｐＣｕＴＥＰでは４００
℃以上ではＣｕ濃度の低下が生じる。この傾向は、他の
銅化合物原料を用いた場合にも同様であった。

【００２５】以上、各比較例の結果等を勘案すると、ガ
ス供給ノズルの加熱温度としては、アルミ側で１００℃
以上、銅側で１００℃以上が望ましい。また、以上のよ
うな加熱温度の変更操作は、Ａｌ−Ｃｕ合金膜の反射
率、不純物分析などの結果に応じて随時適宜行い、各原
料に応じて最適な加熱温度を決定すればよい。

【００２６】＜実施例２＞また、形成装置は図２に示す
構造のものであっても良い。この形成装置の反応容器３
０は、原料ガス導入部３０ａの径を容器本体下部に比べ
て縮径させて形成しており、この部分の外周部には加熱
用のヒータ３１を設け、この内部を介して導入される原
料ガスを加熱する。このヒータ３１の発熱量は、交流電
源３２の通電量を変化させることにより行う。また、容
器本体中央の外周部には、高周波電源３３に接続された
高周波誘導コイル３４を固定しており、高周波誘導コイ
ル３４によって反応容器３０内部に配設された黒鉛サセ
プタ３５を加熱する。この黒鉛サセプタ３５は支持軸３
７の先端部に固定されており、この支持軸３７の回転に
伴って一体的に回転する。なお、黒鉛サセプタ３５上に
は基板３６がセットされている。

【００２７】各原料ガスを供給する原料ガス供給ライン
は、原料ガス導入部３０ａに至るまで各原料ガスを別々
に輸送しており、反応容器内において各原料ガスが混合
された状態で加熱が施される。他の構成は図１と同一で
あるので、バブラー等の構成要素の図示は省略した。

【００２８】このように形成装置を構成した場合にも、
基板３６上に導入される各原料ガスを加熱することがで
きる。この場合には、混合された各原料ガスが一緒に加
熱されることとなるが、活性化の温度依存性が互いに異
なるので、この機構でも適用可能である。例えば、ＤＭ
ＡＨとＣｐＣｕＴＥＰとを用いて成膜を行なった場合に
は１００〜２５０℃の範囲では同じ温度で加熱すること
ができる。しかし、実施例１の様に別々に加熱すること
が、制御性等の観点から望ましい。

【００２９】ここで、各実施例に適用可能な各化合物を
例示しておく。

【００３０】アルミ化合物原料としては、例示した原料
のほか、ＡｌＨ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₂ ，Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ，Ａ
ｌ（Ｃ₄ Ｈ₉ ）₃ ，ＡｌＨ₃ Ｎ（ＣＨ₃ ）₃ ，Ａｌ（Ｏ
Ｃ₃ Ｈ₇ ）₃ 、（ｉ−Ｃ₃ Ｈ₇ ）ＡｌＣｌ₂ ，（ｎ−Ｃ
₃ Ｈ₇ ）₂ ＡｌＣｌなどが適用できる。

【００３１】また、有機銅原料としては、Ｃｕ（ａｃａ
ｃ）₂ ，Ｃｕ（ｈｆａｃ）₂ ，Ｃｕ（ＤＰＭ）₂ 、Ｃ₅
Ｈ₅ ＣｕＰ（ＣＨ₃ ）₃ ，Ｃ₅ Ｈ₅ ＣｕＰ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）
₃ 、（ｈｆａｃ）ＣｕＰ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ ，（ｈｆａｃ）
Ｃｕ（２−Ｂｕｔｙｎｅ）、（Ｃｕ−Ｏ−ｔ−Ｃ
₄ Ｈ₉ ））₄ などが適用可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるア
ルミニウム合金薄膜の形成方法によれば、反応容器内に
配設された被成膜基板上に導入する原料ガスに対して、
導入手前のいずれかの段階で加熱を施すので、所定の原
料ガスの分解反応の進行を促進させるなどの制御を行う
ことができる。この結果、被成膜基板における表面反応
が速やかに進行し、かつ、この熱アシストによって生成
された中間体が、被成膜基板の表面においてリフローし
やすくなるため、埋め込み性及び膜の平坦性が向上する
と共に、膜中への不純物の混入を低減することができ
る。また、原料供給量の制御以外にも、原料ガスの加熱
温度を制御することができるので、形成される合金薄膜
の組成制御性がより向上するなどの効果を奏する。

【００３３】また、本発明にかかるアルミニウム合金薄
膜の形成装置は、収容体から発生した各原料ガスに加熱
を施す加熱手段を備えたので、前述した形成方法を実施
することができ、これによって、良質なアルミニウム合
金薄膜を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に使用するアルミニウム合金薄膜の形
成装置を示す概略構成図である。

【図２】アルミニウム合金薄膜の形成装置の他の実施例
を示す概略構成図である。

【図３】従来の合金薄膜の形成装置を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１０…反応容器、１２…ヒータ（加熱手段）、１１ａ，
１１ｂ…ガス供給ノズル、１５…基板（被成膜基板）、
２０ａ、２０ｂ…バブラー（収容体）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 浩 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 太田 与洋 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各収容体内に個々に収容されたアルミニ
   ウム化合物原料及び銅化合物原料に対し、それぞれキャ
   リアガスを供給して原料ガスを発生させ、この発生した
   各原料ガスを前記キャリアガスと共に反応容器内に供給
   し、化学気相成長によりアルミニウム合金薄膜を形成す
   るアルミニウム合金薄膜の形成方法であって、 前記反応容器内の被成膜基板上に導入される前記原料ガ
   スに対し、この被成膜基板に至る手前で加熱を施して前
   記原料ガスの分解反応を進行させることを特徴とするア
   ルミニウム合金薄膜の形成方法。
2. 【請求項２】 アルミニウム化合物原料を封入した第１
   収容体と、銅化合物原料を封入した第２収容体と、前記
   第１及び第２収容体で発生した各原料ガスがキャリアガ
   スと共に導入され、化学気相成長によってアルミニウム
   合金薄膜を形成する反応容器と、前記各収容体から発生
   した各原料ガスに加熱を施す加熱手段とを備え、 前記加熱手段の発熱量を制御することにより、前記各原
   料ガスの分解反応の進行を制御することを特徴とするア
   ルミニウム合金薄膜の形成装置。
3. 【請求項３】 前記加熱手段は、前記各原料ガスを被成
   膜基板上に導く各原料供給ノズルに対して配設したもの
   であることを特徴とする請求項２記載のアルミニウム合
   金薄膜の形成装置。
4. 【請求項４】 前記加熱手段は、混合された前記各原料
   ガスを前記反応容器内において加熱するものであること
   を特徴とする請求項２記載のアルミニウム合金薄膜の形
   成装置。