JPH07224385A - 金属薄膜選択気相成長方法 - Google Patents

金属薄膜選択気相成長方法

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JPH07224385A
JPH07224385A JP6035159A JP3515994A JPH07224385A JP H07224385 A JPH07224385 A JP H07224385A JP 6035159 A JP6035159 A JP 6035159A JP 3515994 A JP3515994 A JP 3515994A JP H07224385 A JPH07224385 A JP H07224385A
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selective
growth
region
film
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Masataka Hoshino
雅孝 星野
Nobuhiro Misawa
信裕 三沢
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属薄膜選択気相成長方法に関し、成長速度
が大きく、かつ成長基板による成長速度の選択比が高い
金属薄膜選択気相成長方法を提供する。 【構成】 基板の非選択成長領域を原料物質内の分子基
と結合しやすい物質で形成し、基板の選択成長領域を位
置ポテンシャルが低く、原料物質内の分子基と接合し難
い物質で形成する。気相成長しようとする薄膜をAuに
し、原料物質をDMAu(hfac)にし、非選択領域
をCuにし、選択領域をAu,W,Pt,Ti,Ti
N,SiN,SiO2 等にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Au,Pt等の金属薄
膜選択気相成長方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、集積回路装置の配線、多層配線の
コンタクトホール、あるいはX線露光用マスクのX線マ
スク材として、低抵抗、耐蝕性、X線不透過性を有する
Auを選択気相成長する技術を確立することが強く要望
されている。
【0003】そして、原料物質をCH3 CH2 AuP
(CH3 3 とし、選択成長領域の触媒分解作用を利用
したAu薄膜選択気相成長方法が報告されている(19
92,Mat.Res.Soc.Symp.Fall
Meeting,P.F.Seidler et a
l.Low temperature selecti
ve area chemical vapor de
position ofgold films’Gro
wth and Characterization参
照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図8は、従来のAu薄
膜選択気相成長の説明図である。この図において、横軸
は温度を示し、縦軸は成長速度を示している。この図に
示されているように、前記従来のAu薄膜選択気相成長
方法によると、Auの、Au基板上とCu基板上への気
相成長の選択性は成長温度30℃〜109℃の範囲で得
られるが、その範囲におけるAu基板上への成長速度は
高々30Å/min程度に過ぎず、実用的とはいえな
い。
【0005】このように、Au等の他物質と反応し難い
金属を、従来から通常用いられている原料物質を選択成
長領域に形成した触媒によって分解して析出させる気相
成長法によって成長することは、その成長速度が極めて
小さいため効率的でなく、前記の例にみられるように、
成長速度は高々30Å/min程度であり、実用的とは
いえない。
【0006】その理由は、反応が不活発なAu等の金属
を高い選択性が生じる条件で成長する場合には、非選択
領域での反応速度を小さくする必要があり、そうする
と、選択領域での成長速度も小さくなるからである。
【0007】本発明は、成長速度が大きく、かつ成長基
板による成長速度の選択比が高い金属薄膜選択気相成長
方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる金属薄膜
選択気相成長方法においては、成長速度を大きくし、か
つ選択比を大きくするために、基板の非選択成長領域を
原料物質内の分子基と結合しやすい物質で形成し、基板
の選択成長領域を原料物質内の分子基と結合し難い物質
で形成する工程を採用した。
【0009】この場合、選択成長領域を位置ポテンシャ
ルが低い領域とすることができ、また、気相成長しよう
とする薄膜をAuとし、原料物質をDMAu(hfa
c)とし、非選択成長領域をCuとすることができる。
【0010】
【作用】以下に、本発明をAuを選択気相成長する場合
について説明する。本発明の金属薄膜選択気相成長方法
は、原料物質であるDMAu(hfac)(Dimet
hyl gold hexafluoroacetyl
acetonate)がCu等の位置ポテンシャルが高
い領域に触れると、DMAu(hfac)のhfac基
がCu等と反応してCu等の上にCu(hfac)等が
形成され、このCu(hfac)がそれ以後のDMAu
(hfac)の付着を阻止するためにAuの析出が抑え
られ、Au,W,Pt,Ti,TiN,SiN,SiO
2 のように位置ポテンシャルが低い領域と接触するとD
MAu(hfac)がそのまま付着し、ここで分解して
Auを析出するという原理を用いている。この原料物質
DMAu(hfac)と基板との反応は、反応温度によ
っても著しく異なる。
【0011】図1は、本発明の金属薄膜選択気相成長の
原理説明図であり、(A)は高温成長、(B)は低温成
長を示している。この図の(A)は、約200℃以上の
高温で本発明の金属薄膜選択気相成長方法の原理によっ
てCuの上にAuを成長する際の反応モデルを示してお
り、高温では気相中でDMAu(hfac)のHFA基
がCuの表面と反応して、このHFA基がCu表面を被
覆する((1)参照)。この状態では、Cuの表面を覆
うHFA基が、DMAu(hfac)がCuの表面に付
着するのを妨げるため、Auの析出は起こらない
((2)参照)。
【0012】この図の(B)は、約200℃以下の低温
で本発明の金属薄膜選択気相成長方法によってCuの上
にAuを成長する際の反応モデルを示しており、低温で
はDMAu(hfac)が分解せずにCuの表面に付着
し((1)参照)、付着したDMAu(hfac)がこ
こで分解されてAuを析出する((2)参照)。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図2は、
本発明の一実施例の金属薄膜選択気相成長装置の説明図
である。この図において、1は反応チャンバー、2はヒ
ーター、3はヒーター用電極、4はサセプター、5はウ
ェハー、6は熱電対、7はキャリヤーガス導入口、8は
バブラー、9は原料物質、10は圧力計、11は可変コ
ンダクタンスバルブ、12は希釈ガス導入口、13は排
気口である。
【0014】本発明の一実施例の金属薄膜選択気相成長
方法に用いる成長装置を、基板上にAuを成長する場合
を例にとって説明すると、Auを成長しようとするウェ
ハー5をヒーター2と熱電対6とヒーター用電極を具え
るサセプター4の上に載置し、反応チャンバー1の中央
部に挿入し、バブラー8に収容したDMAu(hfa
c)である原料物質9をキャリヤーガス導入口7を通し
て流量200sccmで導入するH2 によってバブル
し、バブラー8から出るDMAu(hfac)を含むH
2 の圧力を圧力計10によって測定して20℃の温度で
37Torrになるように調整し、流量を可変コンダク
タンスバルブ11によって調節し、希釈ガス導入口12
を通して流量50sccmで導入されるH2 とともに反
応チャンバー1に導入し、反応チャンバー1内の圧力を
2.3Torrに調整して排気口13を通して排出する
ようになっている。
【0015】図3は、原料物質DMAu(hfac)の
分子構造図である。この図は、この実施例の金属薄膜選
択気相成長方法によってAuを成長する場合に原料物質
として用いるDMAu(hfac)(Dimethyl
goldhexafluoroacetylacet
onate)の分子構造を示している。この物質の24
℃における蒸気圧は400mTorrである。
【0016】図4は、本発明の一実施例の金属薄膜選択
気相成長方法によるAuの成長速度説明図である。この
図の横軸は温度を示し、縦軸は成長速度を示している。
【0017】この図に示されているように、成長圧力が
2Torrである場合も30Torrである場合も、1
80℃程度以下では成長速度の選択性がくずれるが、1
90℃以上ではCu上への成長速度と、Si上とW上へ
の成長速度の間に著しい選択性が現れている。そして、
W上への成長速度は600Å/min、Si上への成長
速度は500Å/minであり、従来のAu上への成長
速度30Å/minの約20倍に達している。
【0018】図5は、本発明の一実施例の金属薄膜選択
気相成長方法によってAuを基板上に選択成長したパタ
ーンの顕微鏡写真であり、(A),(B)は異なるパタ
ーンのAu薄膜を示している。
【0019】この図の(A)は、基板の上に形成された
W薄膜の上に、一辺が4μmの正方形の開口を有するC
u薄膜(写真で黒く見える領域)を形成した試料の上
に、この実施例の金属薄膜選択気相成長方法によってA
uを成長した場合のパターンを示しており、Cu薄膜の
開口の底面に露出するW薄膜の上から、Cu薄膜の開口
の側壁を経て、開口の縁部まで延びて成長したAu薄膜
(写真で白く見える領域)を示している。
【0020】この図の(B)は、基板の上に形成された
W薄膜の上に、幅が2μmの細条状のCu薄膜(写真で
黒く見える領域)を形成した試料の上に、この実施例の
金属薄膜選択気相成長方法によってAuを成長した場合
のパターンを示しており、細条状のCu薄膜が存在しな
いSiO2 薄膜の上から、Cu薄膜の側壁を経て、細条
状のCu薄膜の縁部まで延びて成長したAu薄膜(写真
で白く見える領域)を示している。この図(A),
(B)によって、Au薄膜が、Cu薄膜上には成長せ
ず、W,SiO2 薄膜の上のみに選択的に成長している
ことがわかる。
【0021】図6は、本発明の一実施例の金属薄膜選択
気相成長方法をX線露光用マスクに適用した場合の説明
図である。この図において、21はSiC基板、22は
Si膜、23はポリイミド膜、231 は開口、24はC
u薄膜、25はAu膜である。
【0022】本発明の金属薄膜選択気相成長方法を用い
てX線露光用マスクを製造する場合は、まず、SiC基
板21の上面に、本発明の金属成長方法によってAuが
成長し易いSi膜22を形成し、その上にポリイミド膜
23を形成し、このポリイミド膜23のX線を遮断する
領域に開口231 を形成し、その上面にCu薄膜24を
スパッタリングする。この際、ポリイミド膜23の上面
にはCu薄膜24が形成されるが、スパッタリングのシ
ャドウ効果によって、ポリイミド膜23の開口231
底面にはCu薄膜24が形成されない。
【0023】その後、本発明の金属薄膜選択気相成長方
法によって、上面にCu薄膜24が形成され、ポリイミ
ド膜23の開口231 の底面にはCu薄膜24が形成さ
れていないポリイミド膜23の上にAu膜25を成長す
る。この工程によって、ポリイミド膜23の開口231
の底面に露出するSi膜22からポリイミド膜23の上
面までAu膜25が形成される。この工程の前に、Si
C基板21の底面の中央部を選択的にエッチングして中
央部にメンブレンを形成する。
【0024】この工程によって得られたX線露光用マス
クは、Au膜25が存在している領域はX線を遮断し、
Au膜25が存在しない領域はX線を透過するため、開
口231 が形成された領域のネガパターンを半導体集積
回路を形成するための基板上に転写することができる。
【0025】図7は、本発明の金属薄膜選択気相成長方
法をコンタクトホールに適用した場合の説明図であり、
(A),(B)は各工程を示している。この図におい
て、31はシリコン基板、32はタングステン電極、3
1 はTiN膜、33は層間絶縁膜、331 はコンタク
トホール、34はCu薄膜、35はAu膜である。
【0026】本発明の金属薄膜選択気相成長方法を用い
てコンタクトホールを形成する場合は、ウェハープロセ
スを経た後タングステン電極32とその上にバリアメタ
ルとしてのTiN膜321 を形成したシリコン基板31
の上面に二酸化シリコンからなる層間絶縁膜33を形成
し、この層間絶縁膜33のタングステン電極32を形成
すべき部分にコンタクトホール331 を形成し、その上
面にCu薄膜34をスパッタリングする。この際、層間
絶縁膜33の上面にはCu薄膜34が形成されるが、ス
パッタリングのシャドウ効果によって、層間絶縁膜33
のコンタクトホール331 の底面にはCu薄膜34が形
成されない(図7(A)参照)。
【0027】上記の工程を経た後、本発明の金属薄膜選
択気相成長方法によって、層間絶縁膜の上面にCu薄膜
34が形成され、層間絶縁膜33のコンタクトホール3
1の底面にはCu薄膜34が形成されていない層間絶
縁膜33の上にAu膜35を気相成長する。このAu膜
35の選択気相成長によって、層間絶縁膜33のコンタ
クトホール331 の底面に露出するTiN膜321 によ
ってカバーされたタングステン電極32から層間絶縁膜
33の上面までAu膜35を成長させる。
【0028】この工程によってバリアメタルであるTi
N膜321 から層間絶縁膜33の上縁に達するAu膜3
5によってタングステン電極32からのコンタクトを形
成することができる(図7(B)参照)。
【0029】上記の実施例においては、Au薄膜を選択
成長する場合を説明したが、本発明の金属薄膜選択気相
成長方法はPt等の選択成長にも適用される。Ptの場
合、原料物質をPt(hfac)2 もしくはPtがhf
ac基と結合した蒸気圧のある物質とし、非選択成長領
域に形成する金属薄膜をCuとすることができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属薄膜
選択気相成長方法によるとAu等の他物質と反応し難い
金属を、従来の成長速度の20倍に相当する600Å/
min程度の成長速度でサブミクロンオーダーの微細な
領域に成長させることができるため、半導体集積回路製
造技術分野等において寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の金属薄膜選択気相成長の原理説明図で
あり、(A)は高温成長、(B)は低温成長を示してい
る。
【図2】本発明の一実施例の金属薄膜選択気相成長装置
の説明図である。
【図3】原料物質DMAu(hfac)の分子構造図で
ある。
【図4】本発明の一実施例の金属薄膜選択気相成長方法
によるAuの成長速度説明図である。
【図5】本発明の一実施例の金属薄膜選択気相成長方法
によってAuを基板上に選択成長したパターンの顕微鏡
写真であり、(A),(B)は異なるパターンのAu薄
膜を示している。
【図6】本発明の一実施例の金属薄膜選択気相成長方法
をX線露光用マスクに適用した場合の説明図である。
【図7】本発明の金属薄膜選択気相成長方法をコンタク
トホールに適用した場合の説明図であり、(A),
(B)は各工程を示している。
【図8】従来のAu薄膜選択気相成長の説明図である。
【符号の説明】
1 反応チャンバー 2 ヒーター 3 ヒーター用電極 4 サセプター 5 ウェハー 6 熱電対 7 キャリヤーガス導入口 8 バブラー 9 原料物質 10 圧力計 11 可変コンダクタンスバルブ 12 希釈ガス導入口 13 排気口 21 SiC基板 22 Si膜 23 ポリイミド膜 231 開口 24 Cu薄膜 25 Au膜 31 シリコン基板 32 タングステン電極 321 TiN膜 33 層間絶縁膜 331 コンタクトホール 34 Cu薄膜 35 Au膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の非選択成長領域を原料物質内の分
    子基と結合しやすい物質で形成し、基板の選択成長領域
    を原料物質内の分子基と結合し難い物質で形成すること
    を特徴とする金属薄膜選択気相成長方法。
  2. 【請求項2】 選択成長領域を位置ポテンシャルが低い
    領域とすることを特徴とする請求項1に記載された金属
    薄膜選択気相成長方法。
  3. 【請求項3】 気相成長しようとする薄膜をAuとし、
    原料物質をDMAu(hfac)とし、非選択成長領域
    をCuとすることを特徴とする請求項1または請求項2
    に記載された金属薄膜選択気相成長方法。
JP6035159A 1994-02-09 1994-02-09 金属薄膜選択気相成長方法 Withdrawn JPH07224385A (ja)

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KR0139718B1 (ko) 1998-07-15

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