JPH0645260A

JPH0645260A - 半導体装置，その製造方法および薄膜堆積装置

Info

Publication number: JPH0645260A
Application number: JP19704792A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kuwabara; 英司桑原; Tetsuro Asaba; 哲朗浅羽; Yasushi Kawakado; 保志川角; Yuzo Kataoka; 有三片岡; Norifumi Makino; 憲史牧野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】高性能電極および金属配線を有する半導体装
置を製造する。【構成】半導体装置は半導体基体に形成された機能素
子の接続電極としての単結晶Ａｌ層２３と、半導体基体
の単結晶Ａｌ電極２３を除く部分を覆って形成された絶
縁層２４と、単結晶Ａｌ電極２３および絶縁層２３上に
形成された多結晶Ａｌ層２５と、多結晶Ａｌ層２５上に
形成されたＣｕ配線２６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＣＶＤ法による単結晶Ａ
ｌの選択成長および多結晶Ａｌの非選択成長とＣＶＤ
法、あるいはスパッタ法によるＣｕを組合わせることに
より形成された高性能電極および金属配線を有する半導
体装置およびかかる半導体装置を製造するための方法と
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置はスパッタ法により形
成されたＡｌあるいはＡｌ合金を電極および配線として
用いている。中にはＷなどの高融点金属、およびそれら
の金属のシリサイドを配線としている場合もあるが非常
にまれである。シリコンプロセスとの整合性の良さなど
から依然Ａｌ合金が集積回路の金属配線の主流であり、
このことは集積回路の発明以来変わっていない。しかし
ながら素子の微細化に伴うコンタクトホール，スルーホ
ールの高アスペクト化、大電流密度動作によるエレクト
ロマイグレーションの発生等により、スパッタ法による
Ａｌ配線の信頼性は著しく低下している。超ＬＳＩの金
属配線に要求される項目は、１．低抵抗であること２．大電流を流せること３．ステップカバレッジに優れること４．酸化膜との密着性に優れること５．加工（ドライエッチング）が容易なこと６．シリコンと安定なコンタクトを形成すること７．値段が安いことなどである。

【０００３】さらに、近年ＩＣの高集積化に伴い、半導
体素子の最小加工寸法は１μｍ以下のサブミクロンレベ
ルとなってきており、コンタクトホールやスルーホール
もその例外ではない。このような中で半導体基体上に形
成される配線プロセスにおいては、配線容量を低く抑え
るため、縦方向の微細化（薄膜化）は困難である。その
ため、コンタクトホールやスルーホールの段差はより一
層急峻となり、その後の金属膜形成において従来のスパ
ッタリング装置による金属膜形成では、配線断線による
信頼性の低下が問題となってきている。

【０００４】そこで最近、配線材料である金属膜の形成
被膜性のよい減圧ＣＶＤ装置で形成することが試みられ
ている。

【０００５】従来金属膜の減圧ＣＶＤ装置の基体保持方
法は図１９に示すように、基体１を平坦な基体保持台２
の上に重力を利用して置くだけのものであった。

【０００６】しかしながら、このような方法では、減圧
下で金属膜を形成するとき、基板裏面のわずかなすき間
に反応ガスが入り込むと基板裏面に金属膜が不均一に形
成されてしまい、裏面に凸凹ができてしまう。裏面の凸
凹はその後のパターニング工程における露光時にフォー
カスズレを生じ、加工寸法のバラツキを発生させる原因
となる。

【０００７】特にその金属膜がＡｌを主成分とした膜の
場合、裏面のＡｌ膜はその後の熱処理によりヒロックが
発生し、その後の加工精度をより一層低下させる。

【０００８】集積回路の集積度が増大し、配線の微細化
や多層化が要求されるのに伴い高段差上での微細配線
や、アスペクト比の大きなスルーホールへの配線材の埋
込み等が要求されてきており、従来のスパッタ法による
配線材の堆積方法ではこの要求に対し、充分満足できな
くなりつつある。スパッタ法では段差部および側壁での
膜厚が薄くなり、甚だしくは断線に至ってしまう。ま
た、バイアススパッタ法についても堆積速度が小さくま
た荷電粒子によるデバイスの損傷等の問題もある。そこ
で、基体表面での表面反応により膜が成長し、表面段差
部などの凹凸に対して被覆性の良い熱ＣＶＤ法によるＡ
ｌ膜の堆積方法が種々研究されつつある。

【０００９】特開平３−２０２４７号においてはアルキ
ルアルミニウムハイドライドのガスやシリコンを含むガ
スを用いて、Ａｌの選択成長と非選択成長との組合わせ
によりステップカバレッジの良好な配線膜の形成を行う
方法が示されている。すなわち、金属や半導体等の電子
供与性表面上のみに熱反応によりＡｌまたはＡｌ−Ｓｉ
膜を選択成長させ、スルーホール等を配線材料で埋め込
み、次にプラズマ生成等により、絶縁層の非電子供与性
表面の表面改質を行い、電子供与性を持たせて非選択的
に絶縁層上にも配線材を形成するものである。

【００１０】この方法における従来の薄膜堆積装置を図
２０に示した。１は配線材を堆積するための基体であ
る。基体１は反応室４内の金属性基体ホルダ２上に設置
され、基体ホルダ２に組込まれたヒータ３により加熱さ
れる。６はジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡ
Ｈ）等の原料の有機金属を気化するための気化器でＨ₂
等のキャリアガスを液体有機金属中を通して、飽和蒸気
となし、他のＳｉ₂ Ｈ₆等原料ガスと混合器５で混合し
反応室４へ導入する。７はゲートバルブで排気装置８に
より反応室４を排気する。９は基体の搬送室で膜堆積前
後に反応室との間でバルブ９を通じて基体を移送する。
１１および１２はそれぞれ搬送室を排気するためのバル
ブおよび排気装置である。

【００１１】Ａｌを堆積する場合はＤＭＡＨとＨ₂ ，Ａ
ｌ−Ｓｉの場合ＤＭＡＨとＨ₂ およびＳｉ₂ Ｈ₆ の混合
ガスを反応室へ導入する。ＤＭＡＨの分解温度以上、か
つ４５０℃以下に加熱された基体上へ混合ガスが供給さ
れるとＡｌまたはＡｌ−Ｓｉ膜が金属または半導体表面
上に選択成長する。この堆積によりスルーホール等を埋
め込んだ後にプラズマ発生電極１３によりプラズマを発
生させる。プラズマ中のＨ₂ 、ＤＭＡＨ等のガスは励起
もしくは分解され基体表面に反応に寄与する電子がなく
とも非電子供与性の絶縁層上にＡｌ等の核、もしくは極
薄膜が堆積する。一旦Ａｌの堆積が行われると熱反応に
より連続してＡｌを堆積することが可能となる。

【００１２】この装置においては図２０のように励起電
極１３に接地電極が隣接しているのでプラズマは反応室
４の上部のみに発生し、基体１には届かない。

【００１３】さらに上記従来例においては、以下のよう
な欠点があった。

【００１４】（１）反応室容積が大きく、排気に時間を
要するにもかかわらず、枚葉処理のため、スループット
が低く、量産性に欠けていた。

【００１５】（２）発生プラズマが反応室壁部に集中す
るため、壁部を非電子供与性の絶縁体で構成してもＡｌ
の核が集中的に発生し、その後の熱反応による膜堆積に
よりフレーク等の発生原因となり易い。

【００１６】（３）そのため、膜除去のためのメンテナ
ンス回数も増し、稼動効率が低下する。

【００１７】（４）基体はプラズマから離れているた
め、表面改質における絶縁層上へのＡｌの核成長効率が
低く、また核成長の不均一による膜の堆積ムラ等が発生
していた。

【００１８】さらに、有機金属などの可燃性ガスを使用
した化学気相堆積法において、未燃焼ガスの処理をどう
するかが問題となってきた。すなわち、多くの有機金属
ガスは大気と接触すると激しい燃焼反応を引き起こし、
人体および施設に対し、危険なものになる。

【００１９】排ガス処理の一例を挙げるとトリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡ）またはジメチルアルミニウムハイ
ドライド（ＤＭＡＨ）などの有機アルミニウムガスを使
用した化学気相堆積装置では、排気機構の途中に加熱器
（以後アフターヒーターと称する）を配置し、この部分
で未反応ガスを２Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ＋３Ｈ₂ →２Ａｌ＋６ＣＨ₄ …（１）２ＡｌＨ（ＣＨ₃ ）₂ ＋Ｈ₂ →２Ａｌ＋４ＣＨ₄ …（２）などの無害な物質に熱分解させている。アフターヒータ
ーを配置した装置排気系の概念図を図２１に示す。図
中、４は反応室、４１はメカニカルブースタポンプ、４
２はアフターヒーター、４３はロータリーポンプで矢印
で示した最終排気は、ファンなどで軽く減圧された局所
排気管などに接続される。

【００２０】図２１に示した除害機構では次の欠点があ
った。すなわち、熱分解によって金属と炭化水素ガスに
分解している方法上、金属がヒーターの内壁に付着する
ことが避けられず、ある程度の周期で装置を停止し、ヒ
ーターに付着した金属を除去してやる必要があった。量
産装置として使用する場合、この金属除去のための保守
時間は、装置の非稼動時間になってしまい、無駄な時間
を生じていた。

【００２１】また、有機アルミニウムガスを使用した化
学気相堆積法では有機アルミニウムガスが単独で使用さ
れるばかりでなく、キャリアガスや、式（１），（２）
のように反応ガスとして、水素が混入される場合が多
い。この水素自身は過剰に混入された場合、アフターヒ
ーターでは安全な物質に変化せず、爆発物のまま排気管
に流れ込むことになる。そのため、外気と完全に遮蔽さ
れた強固な排気管に接続する必要が生じ、かつ大気放出
のための特別な希釈機構を必要とする。

【００２２】次に、アフターヒーター方式の原理上、熱
分解しない有機金属が少量ながら存在することが欠点の
１つとして挙げられる。ヒーター面に接触しなかったガ
スは有機金属の形のままで、排気される可能性があり、
大気放出時、爆発は起こらなくてもアルミナの粉を漂流
させる可能性は残っている。

【００２３】先に説明したように従来の化学的気相成長
装置における基板の加熱方法としては、例えば図２０に
示したニクロム線ヒーターを埋め込んだ基板ホルダーに
基板を接触させることにより熱伝導で基板を加熱する方
法、あるいはヒーターからの放射により基板を加熱する
方法がある。これら従来の化学的気相成長装置では加熱
する基板の温度はできる限り均一な温度になるように設
計されている。

【００２４】しかしながら、上記のような加熱方法で
は、半導体基板上に金属膜を選択的に成長させる場合、
十分な選択性が得られない。それは従来の伝熱による加
熱では半導体基板の伝熱の物性によってのみ温度分布が
決定されるためである。またヒーターからの放射により
加熱する方法ではニクロム線が埋め込まれたヒーターの
材質はステンレスが一般的でありステンレスの放射の波
長は０．５μｍ以下であり、この波長の光では６００μ
ｍの半導体基板では高い吸収率を示すため、半導体基体
では均一な温度分布になる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は上述
した従来の問題を解決し、高性能電極および金属配線を
有する半導体装置およびその製造方法を提供することを
目的とする。

【００２６】さらに本発明は、半導体装置の微細加工が
可能で、スループットが高い薄膜堆積装置，表面の改質
を効果的に行うことの可能な装置、さらに基体を均一に
加熱可能な装置、安全性にすぐれた薄膜堆積装置を提供
することを目的とする。

【００２７】

【課題が解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による半導体装置は、半導体基体に形成され
た機能素子の接続電極としての単結晶Ａｌ層と、前記半
導体基体の前記単結晶Ａｌ電極を除く部分を覆って形成
された絶縁層と、前記単結晶Ａｌ電極および前記絶縁層
上に形成された多結晶Ａｌ層と、該多結晶Ａｌ層上に形
成されたＣｕ配線とを有することを特徴とする。

【００２８】本発明による方法は、単結晶Ａｌ層を化学
的気相堆積法による選択成長によって形成する工程，前
記多結晶Ａｌ層を非選択成長によって形成する工程およ
び前記Ｃｕ配線を形成する工程を連続して行うことを特
徴とする。

【００２９】さらに本発明による薄膜堆積装置は、基体
を保持する基体保持台が前記基体と実質的に同一形状の
溝を有し、かつ前記基板の裏面を前記基体保持具の溝表
面へ密着すべく前記基体を押圧する手段を有することを
特徴とする。

【００３０】さらに本発明による薄膜堆積装置は、複数
の基体が配置可能であり、かつ前記基体を配置すべき部
分の少なくとも一部が導電材料からなる基体保持具と、
前記基体保持具を回転させる機構と、前記基体保持具の
一部分に対向して局在するように配設された上部電極
と、前記基体保持具と前記上部電極間に電圧を印加して
プラズマを発生させる電圧印加機構とを有することを特
徴とする。

【００３１】さらに本発明による薄膜堆積装置は、前記
薄膜を堆積するための反応室の後段に排気ガス処理のた
めの加熱器が複数かつ並列に配置されていることを特徴
とする。

【００３２】さらに本発明による薄膜堆積装置は、前記
薄膜を堆積するための反応室を排気する手段の後段に、
酸素ガス導入装置を有する燃焼室および並列に配置され
た複数のろ過器が配設されていることを特徴とする。

【００３３】さらに本発明による薄膜堆積装置は、１μ
ｍ以上の波長の光を用いて前記基体を加熱する手段を有
することを特徴とする。

【００３４】さらに本発明による薄膜堆積装置は、基体
上に薄膜を堆積する装置において、１μｍ以上の波長の
光と、１μｍ以下の波長の光との２種類の光の強度を独
立に制御して前記基体を加熱する手段を有することを特
徴とする。

【００３５】さらに本発明による薄膜堆積装置は、基体
上に薄膜を堆積する装置において、前記基体に対して、
有機金属を液体状態で滴下する手段、該基体を回転さ
せ、主表面に前記有機金属を塗布する手段、該塗布され
た基体を加熱器上に載置する手段および、前記加熱器を
前記有機金属の熱分解温度以上の温度に昇温させる手段
を有することを特徴とする。

【００３６】ここで、薄膜の堆積はアルキルアルミニウ
ムハイドライドを原料とするＣＶＤ法であってもよい。

【００３７】さらに、本発明による方法は半導体基体に
対して有機金属を液体状態で滴下する工程、該基体を回
転させ、主表面に上記有機金属を塗布する工程および該
塗布された基体を有機金属の熱分解温度以上の温度に設
定された加熱器上に乗せ熱分解反応を起こさせ、金属を
前記基体上に堆積させる工程を有することを特徴とす
る。

【００３８】

【作用】本発明によればＣＶＤ法による単結晶選択成長
Ａｌおよび多結晶非選択成長ＡｌとＣｕ薄膜（成膜方法
は限定しない）を連続して成膜することにより信頼性の
高い電極および配線を形成することができる。

【００３９】素子の微細化に伴いＬＳＩの表面は非常に
凹凸の激しいものとなる。すなわち、コンタクトホー
ル．スルーホールは深く狭い形状となる（Ｄｅｐｔｈ＝
０．８μｍ，Ｗ＝０．５μｍ）。また、配線を流れる電
流は１×１０⁵ 〜１０⁶ Ａ／ｃｍ² という非常に大きな
電流密度となる。本発明では、まずコンタクトホール，
スルーホールには選択的に単結晶Ａｌを成長させること
により完全に平坦に埋込む。この時点でウェハの表面は
非常に平坦性の優れたものとなる。また、Ａｌ／Ｓｉ界
面は単結晶Ａｌと単結晶Ｓｉで形成されるため、アロイ
スパイクフリーかつ、低抵抗コンタクトが得られる。続
いて非選択成長によりウェハ全面（酸化膜上含む）に均
一にかつ薄く（１００〜３００Å）Ａｌを形成する。選
択，非選択成長のコントロールは熱ＣＶＤとプラズマＣ
ＶＤの切換えにより行う。この薄いＡｌは引続いて堆積
するＣｕ薄膜とＳｉＯ₂ の密着性を向上させる役割を果
たす。Ｃｕの成膜はＰＶＤ（スパッタ，ＥＢ蒸着），Ｃ
ＶＤ法いずれの方法で行ってもかまわない。また、Ｃｕ
成膜前にＡｌ薄膜を予めパターニングしておき、このＡ
ｌ上にのみ選択ＣＶＤ法によりＣｕを形成してもよい。

【００４０】以上の工程をまとめると選択Ａｌ成膜→非選択Ａｌ成膜（パターニング）→Ｃｕ
成膜→パターニングとなる。この構成により高性能電
極，配線が実現される。

【００４１】本発明によれば、金属膜形成用減圧ＣＶＤ
の基体保持台に半導体基体形状をした溝を設け、かつそ
の溝内に設置された基体表面から、基板を基体保持台に
押さえつけることにより、基体裏面と、基体保持台を密
着させ、金属膜の基体裏面付着を防止し、半導体素子を
微細加工することが可能である。

【００４２】本発明によれば、回転機構に接続され、複
数の基体を配置できると共に少なくとも基体下部の一部
が導電材で構成され下部電極をなすサセプターと、サセ
プターの一部分のみに対向して局在するよう配置した上
部電極とを有し、サセプター下部電極と上部電極との間
に電圧を印加してプラズマを発生させる機構と、上記基
体を加熱する加熱機構とで構成することで非電子供与性
表面の改質を効果的に行うことができる。

【００４３】本発明によればアフターヒーターを複数お
よびそれを並列に配置することによって、保守時間をバ
ルブ操作のみの最小限のものにし、装置稼動率を向上さ
せることができる。

【００４４】本発明によれば、排気ガスの除害法とし
て、アフターヒーターなどの熱分解法を利用せず、酸素
の燃焼による、酸化反応法を利用して、水素の同時除害
および有機金属の完全除害を達成することができる。

【００４５】また、本発明によれば、酸化反応法を使用
した際、不可避に起こる金属微粒子の発生に対し、大気
に放出されるのを防ぎ、かつ装置の非稼動時間を最小限
にとどめることが可能である。

【００４６】本発明によれば、１μｍ以上の波長の光を
用いて半導体基板を加熱するため、半導体基板内の高濃
度領域のみが光を吸収して加熱され、低濃度領域では吸
収率が低いため加熱されにくい。このような加熱方法で
加熱された基板表面に金属膜の薄膜を化学的気相成長法
で成膜する場合、濃度の高い高濃度領域での成膜レート
が他の領域より高くなるため従来に比べて十分な選択比
が得られる。

【００４７】本発明によれば、有機金属を気体相として
取り扱わず、液体状態のまま半導体気体表面に滴下し、
回転塗布後、熱分解温度以上の加熱器の上に基体を載せ
ることにより、複雑な気体相でのガス混合比制御を不要
とし、かつスルーホールの金属埋め込みと、絶縁膜上へ
の均一な金属堆積を単一工程で行うことができる。

【００４８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００４９】図１は本発明による半導体装置の特徴を最
もよく表す図面であり、同図において２１は基板である
ところのＰ形Ｓｉ、２２はｎ⁺ 拡散層、２３はコンタク
トホールに選択成長された単結晶Ａｌ、２４はＳｉＯ
₂ ，ＰＳＧ，ＢＰＳＧ，ＮＳＧなどからなる絶縁膜、２
５はＳｉＯ₂ 絶縁膜２４上に非選択成長により形成され
た多結晶Ａｌ、２６は多結晶Ａｌ上に形成されたＣｕで
ある。ｎ形Ｓｉが基板の場合、２２はＰ⁺ 拡散層とな
る。

【００５０】図２に図１の構造を形成するプロセスフロ
ーの１例を示す。まず、不純物拡散のマスクとなる熱酸
化膜２４ＡをＰ−Ｓｉ基板２１上に形成する（ａ）。続
いて拡散窓のパターニングの後、イオン注入およびアニ
ールを行い不純物を活性化してｎ⁺ Ｓｉ層２２を形成す
る（ｂ）。次に低温（３００〜４５０℃）でＣＶＤによ
って酸化膜２４（ＳｉＯ₂ ，ＰＳＧ，ＢＰＳＧ，ＮＳＧ
など）を形成し、ＲＩＥによりコンタクトホールを形成
する（ｃ）。図２の工程（ａ）〜（ｃ）は通常のシリコ
ンプロセスと全く同様である。図２（ｄ）においてコン
タクトホールにＣＶＤ法により単結晶Ａｌ２３を選択成
長させる。このとき（１００）Ｓｉ上には（１１１）Ａ
ｌが、（１１１）Ｓｉ上には（１００）Ａｌがエピタキ
シャル成長する。続いて非選択成長により多結晶Ａｌ２
５を形成する（ｅ）。さらにＣｕ２６をＡｌ上に形成す
る（ｆ）。ここで本発明の特徴を示しているのは図２
（ｄ）〜（ｆ）であり、選択成長Ａｌから非選択成長Ａ
ｌを同一の反応室で連続して形成し、さらに真空中ある
いは不活性雰囲気中でウェハを搬送することによりＡｌ
の酸化を防ぎながら、Ｃｕ成膜を行う。

【００５１】本実施例における特有の効果について以下
にまとめる。

【００５２】（１）単結晶Ａｌを選択成長させることに
より、微細コンタクトの穴埋めおよび理想的なＡｌ−Ｓ
ｉ界面が形成可能。

【００５３】（２）同一のＡｌＣＶＤ装置を用い、選
択，非選択の制御をソフト的に行っているため、コスト
の低減に有利。

【００５４】（３）ＳｉＯ₂ 上の非選択成長Ａｌは薄
く、また結晶性はあまり問題とならない。これは現在の
ＡｌＣＶＤの問題点であるＳｉＯ₂ 上のＡｌの結晶性の
悪さ，成長速度の小さいことの２点をカバーしている。

【００５５】（４）低抵抗かつ、高エレクトロマイグレ
ーション耐性を示すＣｕを配線として活用，かつ従来Ｓ
ｉＯ₂ に密着しないとされたＣｕをＡｌをはさむことで
付着力を向上させている。

【００５６】図３は本発明の第２の実施例を示したもの
である。多層配線構造をＣｕを配線として形成する場
合、第１層目のＣｕ２６のパターニング（エッチング）
後に選択ＣＶＤによりＡｌ２５ＡをＣｕ配線２６の表面
に形成する。このＡｌは続いて形成される層間絶縁膜２
８と第１層目のＣｕ２６との付着力を向上することを目
的としており、厚く形成する必要はない。層間絶縁膜２
８の形成およびスルーホールのパターニング後、選択Ｃ
ＶＤ法によりスルーホールを単結晶Ａｌ２３Ａで埋込
み、さらに非選択ＣＶＤ法により層間絶縁膜２８上にＡ
ｌ２５Ｂを形成する。その上に第２層目のＣｕ２６Ａを
形成、パターニング後再び選択ＣＶＤ法によりＡｌ２３
Ｂを形成する。このＡｌはパッシベーション膜であるプ
ラズマＳｉＮ膜２９と第２層目のＣｕ２６Ａとの付着力
を向上させることを目的としている。

【００５７】図４は本発明の第３の実施例を示したもの
である。

【００５８】図４において配線用Ｃｕ２６Ｂは予めパタ
ーニングされたＡｌ２５上に選択ＣＶＤにより形成され
る。本実施例においては薄いＡｌ（２００〜５００Å）
をパターニングすることで、Ａｌのエッチング時間を短
縮することが可能であり、続くＣｕのパターニング，エ
ッチング工程を省略することができる。

【００５９】図５は本発明による薄膜堆積装置の実施例
の断面図であり、１は半導体基体、３１は基体保持台、
３２は基体保持台内に設けられたエアシリンダー、３３
は基体押え板である。

【００６０】図５（ａ）は基体１を基体保持台３１に設
置する状態を示している。基体１は基体保持台３１に設
けられた溝内に収容されている。基体押え板３３は、エ
アシリンダー３により基体１より離れた位置に設置され
る。

【００６１】図５（ｂ）は減圧ＣＶＤにおいて金属膜を
形成する時の状態を示す。この場合基体１は基体押え板
３３により基体保持台３１に押さえつけられている。基
体押え板は、エアシリンダー３２により駆動する。これ
により基体１の裏面は、基体保持台３１に密着し、かつ
基体形状した溝内に基体を設置することにより、基体側
面からの反応ガスのまわり込みも防止できる。

【００６２】その結果、金属膜形成時、基体裏面への金
属膜付着を防止できる。

【００６３】基板保持台内に、基体を加熱する機構を有
していても何ら問題のないことは明確である。

【００６４】図６に本発明による薄膜堆積装置の第２の
実施例の構成を示す。反応室４はメカニカルブースタポ
ンプとロータリポンプ、あるいはターボ分子ポンプ等の
排気装置８により、バルブ７を通じて排気される。また
反応室４にゲートバルブ９を介して搬送室１０が隣接し
ており、搬送機構は図示していないが、反応室とで基体
の搬送を行う。搬送室１０はバルブ１１を通じ、メカニ
カルブースタポンプとロータリポンプ等の排気装置８に
より排気される。

【００６５】基体１は金属製あるいは導電性セラミック
製の円板状サセプター１６上に複数枚（例えば直径６イ
ンチウェハにて５〜１０枚）円周状に配置される。サセ
プター１６は回転軸を有し、反応室外部における回転機
構により回転可能に構成される。また、反応室外部にラ
ンプヒーター１９を備え、石英板１８を通して基板１を
加熱するよう構成されている。サセプター１６において
は基体１の配置場所にステンレス線等のグリッドで構成
され、基体１が直接加熱され、加熱効率および制御性の
良いように考慮してある。

【００６６】なお反応室４は反応によるＡｌ膜の付着防
止のため絶縁製セラミック製が望ましいが、ステンレス
等の金属製の場合はセラミックコーティングを施したり
水冷配管による冷却および内部、特にサセプター下部に
絶縁性セラミック板を配置する等の考慮を要する。

【００６７】ガス供給については次のようである。６は
液体原料を気化する気化器で、例えばキャリアガスＨ₂
をＤＭＡＨ中に通し、Ｈ₂ とＤＭＡＨ蒸気との混合ガス
を混合器５に導入する。混合器においてはＡｌ−Ｓｉ膜
を堆積する場合ＳｉＨ₆ 等のシリコンを含むガスを、あ
るいはＡｌ膜においても、Ｈ₂ ガスの分圧調整が必要な
場合Ｈ₂ ガスをＤＭＡＨと別系統にて導入し、混合す
る。混合されたガスは流量制御して反応室へ導入し、サ
セプター周囲にリング状に配置したノズル１５からサセ
プター上の各基体に均一に供給されるよう放出する。

【００６８】サセプター１６の上方にはプラズマ発生用
の金属製上部電極２０が配置される。サセプター１６は
下部電極となり、接地され、上部電極にはＲＦ電源２０
Ａが接続される。上部電極は基体１の少なくとも一枚分
を覆うようにサセプター部の上方に局在して配置されて
おり、従ってプラズマはサセプター上の一部に局在して
発生することになる。上部電極の平面形状としては、円
板状若しくは扇形状とする。ただし、上述のように少な
くとも基体の一枚分は覆い、ブラズマの均一性を確保す
るようにしなければならない。

【００６９】以上のように構成された本装置を用いて、
Ａｌ−Ｓｉ膜は次のように堆積される。

【００７０】反応室４を１０^-6Ｔｏｒｒ以下に排気した
後Ｈ₂ 、ＤＭＡＨ、Ｓｉ₂ Ｈ₆ の混合ガスを導入し、反
応室圧力を０．１〜１Ｔｏｒｒとした。基体１を各基体
位置に対応したランプヒーターにより２００℃〜４００
℃に加熱すると、熱反応により金属あるいは半導体上に
Ａｌ−Ｓｉが堆積する。基体位置による不均一性を防ぐ
ため、サセプターをステップ状に回転駆動し、複数の位
置で膜の堆積を行うようにする。望ましくはサセプター
が一回転以上して、スルーホールの埋込みが終了するこ
とである。サセプターは連続回転させても良いが、この
場合ランプヒーターは円周状になるべく連続して離散的
でなく、配置されていることが望ましい、また、数１０
ｒｐｍ以上の高速回転では供給した原料ガスの流れが乱
れたりフレーク発生の原因にもなる。

【００７１】スルーホールへのＡｌ−Ｓｉ膜の埋込みが
終了したら電極に１３．５６ＭＨｚのＲＦ電圧をかけ、
プラズマを発生させる。印加電力は０．０１〜０．４ｗ
／ｃｍ² という低電力で非選択的な核成長が行われた。

【００７２】この間も、サセプターをステップ状にある
いは連続して駆動し、複数の各基体全てが非選択的膜成
長が行われるようにする。各基体において、プラズマに
よる膜堆積の時間は約５秒以上である。

【００７３】この後、ＲＦ電圧を切り、サセプターを駆
動しながら、熱反応によるＡｌ−Ｓｉ膜を連続して形成
することにより、微細なスルーホールや高段差上でも良
好なカバレージを持つＡｌ−Ｓｉ膜が均一性良く堆積で
きた。

【００７４】なお、本装置はランプヒーターによる基体
の直接加熱なので、基体温度の追従が早く熱反応時と、
プラズマによる堆積時とで、基板温度を変えることも容
易に可能である。

【００７５】また、本装置によれば、サセプター上の一
部においてはプラズマを発生させたままで、非電子供与
性表面に積極的に電子を供給しつつサセプター上の他の
部分における基体上では熱反応主体の堆積を行うことも
できる。これにより、堆積膜下地の微細な形状材質を反
映することなく、より均質な膜堆積ができるようにな
る。

【００７６】図７は本発明の他の実施例の説明図であ
る。ここにはサセプターおよび上部電極の構成のみ示し
た。本例においてはサセプター１６および上部電極２０
の構造主体を絶縁性セラミックで構成し、それぞれにカ
ーボンあるいはＳｉＣ等の導電性セラミックを電極１６
Ａ，２０Ｂとして組み込んだものである。また、反応室
についても内部をセラミックコーティング、あるいはＡ
ｌ材を用いた場合は不働態化処理等を施しておく。

【００７７】本例の構造をとることにより、例えばＢＣ
ｌ₃ 等の塩素系ガスを導入し、ＲＦ電力を加えプラスマ
発生させることにより、サセプター上に付着したＡｌ膜
等のイオンエッチングを行い、クリーニングをすること
が可能となる。これにより、メンテナンス回数を減ら
し、生産効率を向上することができる。

【００７８】さらに、Ａｌ堆積を始める前に、小電力の
イオンエッチングを行うことにより基体表面Ａｌ膜上の
自然酸化膜を除去し、堆積されるＡｌと下地膜とのコン
タクト性を向上することも可能となる。

【００７９】金属電極は露出していないので、塩素系ガ
スにより腐食されることはない。

【００８０】図８は本発明の他の実施例の断面図であ
り、４は装置内の反応室、４１はメカニカルブースタポ
ンプもしくはターボ分子ポンプ等の主ポンプ、４２Ａ，
４２Ｂはアフターヒーター、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，
４４Ｄ，４４Ｅおよび４４Ｆはバルブ、４３はロータリ
ーポンプ等補助ポンプである。

【００８１】以下に、ジメチル・アルミニウム・ハイド
ライドガスを使用した化学気相堆積法への本実施例の適
用例について詳細に記述する。

【００８２】まず、ジメチル・アルミニウム・ハイドラ
イドの熱分解反応室はガス中に十分水素が混入されてい
る場合は２ＡｌＨ（ＣＨ₃ ）₂ ＋Ｈ₂ →２Ａｌ＋４ＣＨ₄ …（３）となり、水素が不足または無い場合は２ＡｌＨ（ＣＨ₃ ）₂ →２Ａｌ＋２ＣＨ₄ ＋Ｃ₂ Ｈ₆ …（４）という反応になる。どちらの場合も、アルミニウムがヒ
ーターに付着し、無害な炭化水素ガスが排気管に放出さ
れる。

【００８３】図８のような排気機構の構成でバルブ４４
Ａ，４４Ｂを開け４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅおよび４４Ｆ
を閉じ、アフターヒーター４２Ａのみに電流を流せば、
式（３）もしくは式（４）の反応が、アフターヒーター
１０３の部分で進行し、除害が遂行される。この状態
で、装置を動作させていると、徐々にアフターヒーター
４２Ａ内壁にアルミニウムが堆積してくる。アフターヒ
ーター４２Ａ内壁の表面積が５３００ｃｍ² でジメチル
・アルミニウム・ハイドライドの流量を１００ＳＣＣＭ
に設定すると１時間当たり５μｍ程度アルミニウムが堆
積してくる。一昼夜装置を使用した後バルブ４４Ｅを開
けバルブ４４Ａを閉じる。アフターヒーター４２Ａの電
流を切り、窒素による自然冷却を開始する。次に、あら
かじめバルブ４４Ｆおよび４４Ｄを開けアフターヒータ
ー４２Ｂを窒素ガス中で予備加熱した状態で、バルブ４
４Ｆを閉じバルブ４４Ｃを開ける。この状態で除害のた
めの熱分解はアフターヒーター４２Ｂに移行し、装置は
１分以内に再稼動できる。アフターヒーター４２Ｂの予
備加熱中はアフターヒーター４２Ａが使用可能で、また
アフターヒーター４２Ａ冷却中はアフターヒーター４２
Ｂが使用可能状態になっている。このように非稼動時間
はバルブ操作の、極く短時間だけである。

【００８４】冷却したアフターヒーター４２Ａは１０時
間後には取り出し可能な温度まで低下する。ちなみに本
実施例ではアフターヒーターの設定を６００℃に設定し
ており、材質は石英である。冷却が完了した時点でバル
ブ４４Ｂ，４４Ｅを閉じ、アフターヒーターの石英内管
を取り出す。付着したアルミニウムを硫酸やフッ酸など
の酸類で除去し、再び使用できるように元の位置に設置
する。

【００８５】以上の行為をアフターヒーター４２Ａ，４
２Ｂで交互に行えば、無駄な時間をほとんど無くして装
置を稼動できる。このアフターヒーターの並列配置によ
って獲得出来る稼動時間は、図２０のアフターヒーター
１つのものと比較して冷却時間（１０時間）、クリーニ
ング時間（１時間）、石英乾燥時間（４時間）、予備加
熱時間（１時間）の加算値（１６時間）に相当する。

【００８６】前述した実施例では、ジメチル・アルミニ
ウム・ハイドライドガスを使用した場合について記述し
たが、トリメチルアルミニウム，トリ−イソブチルアル
ミニウムガスなど、他の有機アルミニウムを使用した化
学気相堆積法にも応用できる。

【００８７】また、本発明は他の除害方法と併用可能で
ロータリーポンプ４３の後段に活性炭による吸着法や、
燃焼法の除害機構を設置することができる。この除害法
の併用により、シランガス（ＳｉＨ₄ ）の混入なども可
能になり、アルミニウム−シリコン合金の化学気相堆積
装置の除害機構として使用できるようになる。

【００８８】図９は本発明のさらに他の実施例の断面図
であり、４は堆積装置内の反応室、４１はメカニカルブ
ースタポンプまたはターボ分子ポンプなどの主ポンプ、
４３はロータリーポンプなどの補助ポンプ、４５は燃焼
室、４６は圧力計、４７は微粒子をろ過するフィルタ、
４４Ｇ，４４Ｈ，４４Ｉ，４４Ｊはバルブ、４８は酸素
ガスの逆止弁、４９は酸素ガスの流量計である。

【００８９】以下に、ジメチル−アルミニウム−ハイド
ライドを使用したアルミニウムの化学気相堆積法への本
実施例の適用例について詳細に記述する。

【００９０】まず、堆積条件として水素６３３ＳＣＣ
Ｍ、ジメチルアルミニウムハイドライド１ＳＣＣＭを放
流する場合、除害機構での燃焼は、ほとんど２Ｈ₂ ＋Ｏ₂ →２Ｈ₂ Ｏ …（５）の反応になる。一方、ジメチルアルミニウムハイドライ
ドの酸化反応は２ＡｌＨ（ＣＨ₃ ）₂ ＋９０₂ →Ａｌ₂ Ｏ₃ ＋４ＣＯ₂ ＋７Ｈ₂ Ｏ …（６）となり、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）のみ固型物となる。燃
焼のための点火は式（５）の発火点、５３０℃を考えれ
ばよい。

【００９１】図１０に燃焼室４５の断面を示す。

【００９２】燃焼室４５は３００ｍｍ×３００ｍｍ×３
００ｍｍのステンレス製の箱を使用し、排気ガスノズル
４３Ａは直径ｄ＝１ｍｍ，酸素ノズル４５Ａは直径６ｍ
ｍに設定した。この設計により、排気ガスのノズル先端
部での流速は１３ｍ／ｓｅｃ程度になる。本実施例では
点火装置４５Ｂはコスト的制約から、ニクロム線４５Ｃ
に電流を流して、５３０℃の発火点を得ている。

【００９３】アルミおよびアルミナの堆積により電熱線
の状態が変わってしまうので、点火時以外はノズル先端
から遠ざかる機構を有している。ノズル径が１ｍｍφと
小さいためロータリーポンプと燃焼室の間にバイパス排
気路およびバルブを設け、反応室の荒引きに対応した。
反応室での堆積中は、バイパス路のバルブは閉じてい
る。

【００９４】酸素は水素６３３ＳＣＣＭに対して、２０
００ＳＣＣＭ流し、未反応水素が出ないようにしてい
る。酸素導入のタイミングは水素放流３０秒前に設定し
た。

【００９５】図９のフィルター４７はガラス繊維の０．
２μｍのものを使用している。フィルターは片側ずつ交
互に使用できるようにし、バルブ４４Ｇ〜４４Ｊを閉め
て、交換可能な構造になっている。除去するものはアル
ミナが主で、目詰まりはマノメータ４６によって観察さ
れる。フィルターによりアルミナが除去されれば、排気
管に入るものは、水（Ｈ₂ Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ₂ ）
だけになり、大気放出可能となる。

【００９６】前記実施例ではジメチル−アルミニウム−
ハイドライドと水素の混合系についてのみ記述したが、
トリメチル−アルミニウムと水素の混合系トリ・イソブ
チル・アルミニウムと水素の混合系など他の有機アルミ
ニウム化学気相成長にも応用できる。

【００９７】また、上記堆積時にシラン（ＳｉＨ₄ ）な
ど硅素化合物のガスが混合されていても使用可能であ
る。この場合燃焼室で二酸化硅素（ＳｉＯ₂ ）が発生す
るが、フィルタにて除去できる。

【００９８】また、有機アルミニウム以外に、有機チタ
ン等、他の有機金属にも応用できる。

【００９９】また、前記実施例では燃焼室をステンレス
で構成したが、石英管でもよい。

【０１００】また点火装置はニクロム線以外にバーナー
形式のものや、点火プラグでもよい。酸素の導入に関し
て、コスト面からフローメータを前記実施例では使用し
たが、マスフローメータを使用してもよい。

【０１０１】図１１は本発明の薄膜堆積装置の基体加熱
機構の概念図である。

【０１０２】減圧に排気された反応炉４内でシリコン基
体１が基体ホルダー２上に置かれる。基体の裏面側には
タングステンフィラメントを用いたランプヒーター５１
が置かれ１μｍ以下の波長をカットするフィルター５２
を通して基板を加熱する。フィルター５２とランプヒー
ター５１は反応炉４の外側に設けられている。

【０１０３】シリコン基体１の表面にはニクロム線５３
の埋め込まれたヒーター板５４があり、シリコン基体１
表面から加熱することができる。

【０１０４】上記の反応炉内を０．１〜１０Ｔｏｒｒに
排気してまず基体表面からヒーター板５４を用いて基体
を１５０〜２００℃になるようにヒーターのパワーをコ
ントロールし次に裏面側から１μｍ〜３μｍの波長の光
をフィルター５２を通して基体１に照射する。この時の
パワーは１×１０¹⁹／ｃｍ³ の不純物をシリコン基体表
面からドープしたモニター基体において基体表面温度が
２３０〜３５０℃望ましくは２８０℃になるように制御
する。

【０１０５】反応炉内にはジメチル−アルミニウム−ハ
イドライドと水素を導入することにより、シリコン基体
表面の高濃度領域上の絶縁膜の開孔部にアルミニウム膜
を選択的に堆積することができる。

【０１０６】先に述べたアルミニウムの選択堆積は微細
な集積回路を作製する場合、極めて有用なものである。
特に、スルーホールの深さ−穴径（アスペクト）比が１
を越えるような場合は従来技術のスパッタ法では、実現
できないようなアルミニウムの配線を可能にしている。
従来技術のスパッタ法で、スルーホールのアスペクト比
が大きくなった場合、何故断線するかの、概念図を図１
２に示す。図１２で、６１はシリコン基板、６２は二酸
化硅素等絶縁膜、６３はアルミニウム等配線材料であ
る。図１２（ａ）はアスペクト比が小さい場合、図１２
（ｂ）はアスペクト比が大きい場合のアルミニウムの堆
積状況を示す。アスペクト比が大きい場合でも、スパッ
タによってはスルーホールは完全に充填されないが、ア
スペクト比が小さくなるとスルーホール内に空洞を生
じ、接続不能となる。

【０１０７】上記スパッタ法に対して、ＣＶＤ法による
選択堆積では、図１３に示すように、スルーホール中に
完全にアルミニウムが充填され、断線する確率は極めて
低くなる。

【０１０８】図１３において６４はＣＶＤ法によって堆
積させたアルミニウム等金属材料、６５はスパッタ法も
しくはＣＶＤ法によって堆積させたアルミニウム配線で
ある。

【０１０９】このように、微細な半導体装置の配線の作
製方法として優れたＣＶＤ法だが、上記選択堆積を達成
するために装置の構成は、従来、以下のようになってい
た。

【０１１０】基本的な装置構成を図１４に示す。水素等
のキャリアガスを減圧弁７１で減圧し、バブリング機構
付ボンベ７２に送ガスする。アルミニウムの選択堆積が
可能な材料ガスは、ジメチル−アルミニウム−ハイドラ
イド（以下ＤＭＡＨと称す）やトリイソブチルアルミニ
ウム（以下ＴＩＢＡと称す）など、常温で液体状態にな
っているものが多い。そのため、ボンベ内で発泡を生じ
るバブリングが行われ、ボンベの出口ではキャリアガス
とＤＭＡＨ等有機アルミニウムの飽和蒸気が加算された
ものが圧送されることになる。この混合ガスが、反応室
７３に導入させ、加熱された半導体基板上で、熱分解反
応を起こし、アルミニウムが堆積されるる。一例で、有
機アルミニウムガスに、ＤＭＡＨ，キャリアガスに水素
を使用した場合、半導体基体表面では、前述したよう
に、２ＡｌＨ（ＣＨ₃ ）₂ ＋Ｈ₂ →２Ａｌ＋４ＣＨ₄ …（３）または、２ＡｌＨ（ＣＨ₃ ）₂ →２Ａｌ＋２ＣＨ₄ ＋Ｃ₂ Ｈ₆ …（４）の反応が進行する。ここで問題となる点は式（３）のよ
うな水素による還元反応が進行すれば、導体と非導体間
の堆積の選択性は完全にとれるが、式（４）のような単
純な熱分解反応が進行すると、導体と非導体間で堆積の
選択性が完全にはとれず、図１３のようなアルミニウム
の埋め込みができなくなる。よって、混合ガス中のＤＭ
ＡＨと水素のモル比率は堆積状態に対して重大な影響を
を与えることになる。

【０１１１】上記のような問題を避けるためには、多少
水素を過剰に混入し、導体と非導体間での選択性を確保
しているのが現状であるが、水素を極端に過剰にする
と、反応室７３での反応が供給律速状態に陥り、（１）スルーホールの穴径によって堆積速度が異なる（２）アルミニウム６４の埋込み形状が図１５に示すよ
うにファセット面を持つような形になり、平坦な埋め込
みができないなどの問題点が出てくる。結局、ＤＭＡＨと水素の混合
比を適量に制御する能力が装置に求められる重要項目の
１つになっている。反応室７３での未反応ガスは、メカ
ニカルブースタポンプ等の主ポンプ７４およびロータリ
ーポンプ等の補助ポンプ７５を通って排気される。

【０１１２】以上従来例での装置構成を説明したが、こ
のような装置構成では次のような欠点があった。

【０１１３】（１）前述のように、有機金属と水素の混
合比が重要な要因であるにもかかわらず、混合比の制御
性が極めて悪い。

【０１１４】（２）ボンベ近傍の温度変化によって、有
機金属と水素の混合比が変わってしまう。

【０１１５】（３）ボンベの残液量によって有機金属と
水素の混合比が変わってしまう。

【０１１６】上記３点の欠点について、さらに詳しく説
明をすると、次のようになる。有機金属がＤＭＡＨの場
合を考えて、モル混合比はボンベ出口での、ＤＭＡＨ飽
和蒸気圧と水素分圧比で決まる。

【０１１７】ｎ_DMAH／ｎ_H2＝Ｐ_DMAH／Ｐ_H2 …（７）ｎ_DMAH：反応室に導入されるＤＭＡＨのモル数ｎ_H2：反応室に導入されるＨ₂ のモル数Ｐ_DMAH：ボンベ出口でのＤＭＡＨの分圧（飽和蒸気圧）Ｐ_H2：ボンベ出口でのＨ₂ の分圧ここで、Ｐ_DMAHは温度で一意的に決まってしまい、室温
では高々１〜２Ｔｏｒｒ程度である。Ｐ_H2は減圧弁（４
０１）で制御できるが、制御精度は減圧弁（４０１）の
精度によってほぼ決まる。Ｐ_DMAHとＰ_H2の比を数倍に制
御したい場合Ｐ_H2は〜１０Ｔｏｒｒ程度になり、減圧弁
は数Ｔｏｒｒ単位の圧力を制御する必要がある。現在の
減圧弁の技術では、これは非常に困難である。

【０１１８】次に欠点の（２）で温度変化によって、モ
ル混合比が変わってしまうことを説明する。

【０１１９】式（７）のようにモル混合比はＰ_DMAHによ
って変わるが、Ｐ_DMAHは単に飽和蒸気圧なので、温度に
よって変わってしまう。ＤＭＡＨの飽和蒸気圧を表１に
示す。〔文献Ｊ．Ａ．Ｃ．Ｓｖｏｌ７５．Ｆｅｄ．２
０１９５３年．Ｐ．８３５〜８３９〕

【０１２０】

【表１】

【０１２１】ＤＭＡＨに対して水素は室温で気体なので
温度変化でＰ_H2は指数的には変化しない。この結果、ボ
ンベ近傍の温度変化で、モル混合比が大きく狂うことに
なる。

【０１２２】最後に欠点の（３）について説明する。ボ
ンベ出口での水素分圧Ｐ_H2は、ボンベ入口の水素圧力と
一致せずＰ_H2(OUT) −Ｐ_H2(in)＝Ｃ・ρ・ｈ …（８）の関係がある。ここでＰ_H2(OUT) ：ボンベ出口での水素の分圧Ｐ_H2(in) ：ボンベ入口での水素の圧力 ρ ：有機金属の比重ｈ：バブリングノズルの口からボンベ液面まで
の距離Ｃ：圧力換算定数この場合、レギュレータで制御できる変数はＰ_H2(in)の
みだが、装置使用に従い、ｈの値は小さくなるので、Ｐ
_H2(OUT) は変化していく。この結局Ｐ_H2(ouT)を一定に
保つにはＰ_H2(in)をボンベの液残留によって補正してや
る必要がある。これは装置構成上大きな困難が伴う。

【０１２３】以上、従来の装置構成では最適の堆積条件
を得るために、原料ガスの制御性で大きな問題点を有し
ていた。

【０１２４】さらにもう一つの問題点は図１３に示すよ
うに、スルーホールにアルミニウムを埋め込んだ後に、
絶縁膜６２上にアルミニウム６５を堆積させる必要があ
ることである。アルミニウム６５の堆積は、別装置に移
送して、スパッタ法にて行うか、もしくはＣＶＤ装置内
で電極を設け、プラズマを励起させて堆積させる方法が
従来例で提唱されている。しかしながら、いずれの方法
を採っても工程増加につながり単一工程ではアルミニウ
ム６５までは堆積されない。

【０１２５】図１６は本発明による装置の一実施例の模
式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は平面図である。
図において８１は密閉容器からなる塗布および反応室、
８２はロードロック室、８３はゲートバルブ、８４は搬
送用ハンド、８５はスピンモータおよびスピンチャッ
ク、８６はヒーター、８７はピエゾ噴射器である。

【０１２６】以下、有機金属にＤＭＡＨを適用した一実
施例について、図１７および図１８を用いて詳細に説明
する。図１７（ａ），（ｃ）および図１８（ｂ）は上面
図、図１７（ｂ）および図１８（ａ）は断面図である。

【０１２７】まず、ロードロック室８２に半導体基体１
を設置し、０．０５Ｔｏｒｒ以下になるまで排気する。
排気終了後、ゲートバルブ８３を開け、搬送ハンド８４
を伸ばし、基体をハンド上に載せる。次に搬送ハンドを
縮め、１／４回転させ、再び伸ばし、スピン機構８５の
上に半導体基体を置く。この間反応室８１は０．０５Ｔ
ｏｒｒ以下の真空度に保たれている。（以上図１７
（ａ））。

【０１２８】次にスピン機構８５によって、半導体基体
１は５００ｒｐｍの速度で回転させられる。この状態
で、半導体基体直上にあるピエゾ振動子８７からＤＭＡ
Ｈが霧状に噴射される。５秒程度の噴射でほぼ均一に液
体状態のＤＭＡＨが半導体基体１の表面に塗布される。
（以上図１７（ｂ））。ＤＭＡＨの塗布終了後、搬送ハ
ンド８４を伸ばし半導体気体を載せ、縮め、半回転さ
せ、再び伸ばし、加熱器８６の上に半導体基体１を置く
（以上図１７（ｃ））。

【０１２９】ここで加熱器８６は３００℃に設定されて
いる。半導体基体表面のＤＭＡＨは、一部蒸発するが、
一部は前述の式（４）と同じく、２Ａｌ（ＣＨ₃ ）₂ →２Ａｌ＋２ＣＨ₄ ＋Ｃ₂ Ｈ₆ の熱分解反応を起こし表面にアルミニウムが堆積され
る。（以上図１８（ａ））この段階でアルミニウムの堆
積は図１３の６４と６５を合同した状態になっている。
すなわち、従来例ではアルミニウムのＣＶＤ法＋スパッ
タ法もしくはＣＶＤ法＋プラズマＣＶＤ法の２工程で堆
積させていたものを本発明では一工程で堆積できるよう
になった。

【０１３０】アルミニウムの形成後、搬送ハンド８４を
伸ばし、半導体基体１を載せ、縮め、１／４回転させ
る。次にゲートバルブ８３を開け、再び搬送ハンド８４
を伸ばしロードロック室８２に半導体基体を収納する。
（以上図１８（ｂ））最後にロードロック室８２に窒素
を導入し、大気圧に戻し半導体基体を装置外に取り出
す。

【０１３１】以下記述した手法により平坦で段差被覆性
の良好なアルミニウムの堆積が可能となった。

【０１３２】本発明はＤＭＡＨのみならず、トリ−イソ
ブチル−アルミニウム（ＴＩＢＡ）など他の有機金属に
も適用できる。

【０１３３】また本発明は前述の実施例で加熱器として
抵抗加熱器を使用したが、赤外線等のランプ加熱器も適
用できる。

【０１３４】また本発明は半導体基体の搬送に伸縮ハン
ドを使用しているが、スライドハンドや他の真空搬送器
も適用できる。

【０１３５】また本発明は、塗布時にピエゾ振動子ノズ
ルで霧状噴射を行っているが、原料液体の粘度によって
は、開閉バルブのみが付随した単純な滴下ノズルも適用
でき。

【０１３６】また、本発明は加熱器を単段としている
が、処理能力を向上させるため、複数段設置してもよ
い。

【０１３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｃｕ配線と絶縁膜の間に薄いＡｌを形成することによ
り、Ｃｕの絶縁膜への付着力を向上することが可能とな
る。また、Ｓｉとコンタクトを形成する金属は選択ＣＶ
Ｄ法により形成される単結晶Ａｌであるため、熱処理を
行ってもアロイスパイクは発生しない。さらにＳｉ−Ａ
ｌ界面は単結晶どうしの接合となるため、理想的な電流
電圧特性を示す。

【０１３８】本発明による堆積装置によれば、基板保持
台に溝を設け、かつ、基体表面から基体を押え、基体裏
面への金属膜付着を防止することにより、基体裏面の凸
凹発生をなくし、その後のパターニングの際、露光時の
焦点ズレを防止できる。

【０１３９】その結果、微細加工において、その加工精
度が向上するという効果がある。

【０１４０】さらに、本発明によれば、（１）選択的堆積と非選択的堆積による配線材の良好な
埋込が可能で多数枚一括して処理できるため、スループ
ットが向上する。

【０１４１】（２）選択的堆積と非選択堆積を同室にて
連続的に行えるため、スループットが向上する。

【０１４２】（３）絶縁層表面における堆積膜の核発生
が均一になり、堆積膜の均質性が向上する。

【０１４３】（４）熱反応による堆積とプラズマによる
堆積が同時に可能で堆積膜の均質性が向上する。

【０１４４】（５）反応室一部への集中的な膜付着がな
くなり、フレークの発生が抑制できるとともにメンテナ
ンス回数が減り、生産効率が向上する。

【０１４５】（６）プラズマによるクリーニングが可能
となり生産効率が向上する。

【０１４６】また、アフターヒーターを複数並列に配置
することによって、装置の非稼動時間を１６時間以上減
少させる効果がある。

【０１４７】さらに、有機金属ガスを熱分解して除害す
る変わりに、燃焼反応と生成された金属粉をフィルター
で除去することによって、有機金属と水素の同時除害が
可能となる。

【０１４８】また、フィルターを並列に複数配列するこ
とにより、フィルターの目詰まりによる装置停止時間
を、バルブの開閉に要する時間のみの最小限の時間に押
えることができた。

【０１４９】また、有機アルミニウムガスによるアルミ
ニウム堆積の際、シランガス（ＳｉＨ₄ ）を混入しても
同時に除害する効果がある。

【０１５０】以上説明したように１μｍ以上の波長の光
を用いた加熱方法では半導体基板の不純物の濃度による
吸収率が異なり、低濃度領域では吸収率が小さく逆に高
濃度領域では大きいため高濃度領域の温度が極部的に他
の領域より高くなるために金属膜の化学的気相成長の選
択性が従来の加熱方法では得られなかった特性が実現で
きた。

【０１５１】さらに、有機金属を半導体主表面に液体状
態で塗布し、その直後に加熱して熱分解反応を行させ
て、金属を堆積させることにより、従来例のＣＶＤ法と
比較して複雑なガス混合比制御を必要とせず、しかも単
一工程でスルーホールの埋め込みと絶縁膜上への堆積が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体装置の一実施例のコンタク
トホールの部の断面図である。

【図２】本発明による製造方法の実施例の各工程を示し
た図である。

【図３】本発明を多層配線に実施したときの断面図であ
る。

【図４】本発明と選択ＣＶＤＣｕを組合わせた場合の
コンタクトの断面図である。

【図５】本発明による試料保持具の実施例の断面図であ
る。

【図６】本発明による薄膜堆積装置の実施例の模式的断
面図である。

【図７】本発明による薄膜堆積装置の実施例の一部構成
図である。

【図８】本発明による薄膜堆積装置の他の例の模式的断
面図である。

【図９】本発明による薄膜堆積装置の他の例の模式的断
面図である。

【図１０】燃焼室の切断断面図である。

【図１１】本発明による薄膜堆積装置の加熱機構の模式
的断面図である。

【図１２】従来法であるスパッタ法によるアルミニウム
の堆積状態を示す図である。

【図１３】理想的なアルミニウムの堆積状態を示す図で
ある。

【図１４】ＣＶＤ法の従来装置の構成図である。

【図１５】水素過剰状態でのＣＶＤ法によるアルミニウ
ムの堆積状態を示す図である。

【図１６】本発明による薄膜堆積装置の他の実施例の模
式的断面図である。

【図１７】本発明による半導体装置の製造工程を示す断
面図である。

【図１８】本発明による半導体装置の製造工程を示す断
面図である。

【図１９】従来の基体保持具の断面図である。

【図２０】従来の薄膜堆積装置の模式的断面図である。

【図２１】従来の薄膜堆積装置の模式的断面図である。

【符号の説明】

１半導体基体２基体保持台４反応室１５ノズル１６サセプター１９ランプヒーター２０上部電極２１Ｓｉ基板（Ｐ形）２２ｎ⁺ 拡散層２３単結晶選択ＣＶＤＡｌ２４ＳｉＯ₂ ２５多結晶非選択ＣＶＤＡｌ２６Ｃｕ３１基体保持台３２エアシリンダ３３基体押え板４１主ポンプ４２，４２Ａ，４２Ｂ加熱器４３補助ポンプ４４Ａ〜４４Ｊバルブ４６圧力計４７フィルター４８逆止弁４９流量計５１ランプヒーター５２フィルター５４ヒーター板６１半導体基体６２二酸化硅素等絶縁膜６３スパッタ法で堆積されたアルミニウム６４ＣＶＤ法で堆積されたアルミニウム６５スパッタ法もしくはＣＶＤ法で堆積されたアルミ
ニウム７１減圧弁７２原料入りボンベ７３ＣＶＤ反応室７４メカニカルブースタポンプ等主ポンプ７５ロータリーポンプ等補助ポンプ８１反応室８２ロードロック室８３ゲートバルブ８４搬送ハンド８５スピン機構８６加熱器８７ピエゾ振動子ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片岡有三東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者牧野憲史東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基体に形成された機能素子の接続
電極としての単結晶Ａｌ層と、前記半導体基体の前記単
結晶Ａｌ電極を除く部分を覆って形成された絶縁層と、
前記単結晶Ａｌ電極および前記絶縁層上に形成された多
結晶Ａｌ層と、該多結晶Ａｌ層上に形成されたＣｕ配線
とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】請求項１に記載の半導体装置を製造する
方法において、前記単結晶Ａｌ層を化学的気相堆積法に
よる選択成長によって形成する工程，前記多結晶Ａｌ層
を非選択成長によって形成する工程および前記Ｃｕ配線
を形成する工程を連続して行うことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
【請求項３】基体上に薄膜を堆積する装置において、
前記基体を保持する基体保持台が前記基体と実質的に同
一形状の溝を有し、かつ前記基板の裏面を前記基体保持
具の溝表面へ密着すべく前記基体を押圧する手段を有す
ることを特徴とする薄膜堆積装置。
【請求項４】基体上に薄膜を堆積する装置において、
複数の基体が配置可能であり、かつ前記基体を配置すべ
き部分の少なくとも一部が導電材料からなる基体保持具
と、前記基体保持具を回転させる機構と、前記基体保持
具の一部分に対向して局在するように配設された上部電
極と、前記基体保持具と前記上部電極間に電圧を印加し
てプラズマを発生させる電圧印加機構とを有することを
特徴とする薄膜堆積装置。
【請求項５】請求項４に記載の薄膜堆積装置におい
て、前記基体保持具および前記上部電極の少なくとも一
部が非金属導電体からなることを特徴とする薄膜堆積装
置。
【請求項６】基体上に薄膜を堆積する装置において、
前記薄膜を堆積するための反応室の後段に排気ガス処理
のための加熱器が複数かつ並列に配置されていることを
特徴とする薄膜堆積装置。
【請求項７】基体上に薄膜を堆積する装置において、
前記薄膜を堆積するための反応室を排気する手段の後段
に、酸素ガス導入装置を有する燃焼室および並列に配置
された複数のろ過器が配設されていることを特徴とする
薄膜堆積装置。
【請求項８】基体上に薄膜を堆積する装置において、
１μｍ以上の波長の光を用いて前記基体を加熱する手段
を有することを特徴とする薄膜堆積装置。
【請求項９】基体上に薄膜を堆積する装置において、
１μｍ以上の波長の光と、１μｍ以下の波長の光との２
種類の光の強度を独立に制御して前記基体を加熱する手
段を有することを特徴とする薄膜堆積装置。
【請求項１０】基体上に薄膜を堆積する装置におい
て、前記基体に対して、有機金属を液体状態で滴下する
手段、該基体を回転させ、前記基体の主表面に前記有機
金属を塗布する手段、該塗布された基体を加熱器上に載
置する手段および、前記加熱器を前記有機金属の熱分解
温度以上の温度に昇温させる手段を有することを特徴と
する薄膜堆積装置。
【請求項１１】請求項３ないし１０のいずれかの項に
記載の薄膜堆積装置において、アルキルアルミニウムハ
イドライドを原料とすることを特徴とする薄膜堆積装
置。
【請求項１２】半導体基体に対して有機金属を液体状
態で滴下する工程、該基体を回転させ、半導体基体の主
表面に上記有機金属を塗布する工程、および該塗布され
た基体を有機金属の熱分解温度以上の温度に設定された
加熱器上に乗せ熱分解反応を起こさせ、金属を前記基体
上に堆積させる工程を有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。