JPS62105422A

JPS62105422A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPS62105422A
Application number: JP24390785A
Authority: JP
Inventors: Natsuki Yokoyama; 夏樹横山; Yoshio Honma; 喜夫本間; Takashi Nishida; 西田　高; Sukeyoshi Tsunekawa; 恒川　助芳; Hiroshi Morizaki; 浩森崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-11-01
Filing date: 1985-11-01
Publication date: 1987-05-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、半導体装置の製造方法に係わり、持合に有機アルミニウム等のＡＭ化学物をソースとする減圧
化学気相成長法によってＡｌ１を選択的に堆積するのに
好適な方法に関する。

〔発明の背景〕

ＬＳＴの微細化、高密度化に伴い、ヴイアホール（層間
配線接続孔）やコンタクトホール（配線孔）の開口部寸
法は、１７ｚｒｎｌｌ以下となるうとしでいる。一方、
層間絶縁膜、配線金属膜の厚さはホール開口部寸法と比
例して縮小できないため、これらの孔は、開口部寸法に
比べて深く　（アスペクト比が大きく）なってきた。し
たがって、このようにアスペクト比が大きい孔に、配線
金属を埋め込む技術の開発が重要となってきた。

その技術の一つとして、段差被覆性の高い、化学気相成
長技術が提案されている。従来、配線用金属として好適
とされるアルミニウムの化学気相成長に関しては、特開
昭５４−１６３７日号公報記載の方法が知られている。

しかし、この方法では、ル板表面全体にアルミニウムを
化学気相成長さ拷ることは記載されているが、ｒγイア
ホールやコンタクトホール等の所望の領域にのみアルミ
ニウム層を選択的に形成する方法は示されていない。ア
スペクト比の大きいヴイアホールやコンタクｌ−ホール
を埋め込むためには、アルミニウムを選択的にホール内
に成長させる方法が望まれていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、」―記従来の問題を解決し、アルミニ
ウムを所望部分に選択的に堆積することのできる半導体
装置の製造方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため本発明は！、所望の形状登有し
、アルミニウムが析出しやすい材料からなる膜を基板］
−に形成し化学気相成長法によって」―記載−１―にア
ルミニウムを選択的に堆積させるものである。

タンを有するパラジウム層を形成した後、トリイソブチ
ルアルミニウムをソースとして、アルミニウムの減圧化
学気相成長を行うことにより、パラジウム層Ｈにのみ、
選択的にアルミニウムが気相成長される。

〔発明の実施例〕

実施例１本実施例は、アルミニウムが析出しゃすい材料からなる
膜として、パラジウム膜を用い、このバラジウ１１膜上
にアルミニウムを形成する場合である。第１図と第５図
登用いて説明する。

第１図は、本実施例を示す二１ユ程図である。第５図は
本実施例において用いた減圧化学気相成Ｊ（装置の概略
図である。

第１図（ａ）は、厚さ５００ｎｍの熱酸化１１１７％１
０１を表面に形成したシリコンＪん板１０２を示す。こ
の熱酸化＋１！ｌｉ　１０１１・ｌ：、第１図（Ｆ））
に示す如く、電子ビーム蒸着法により、パラジウム膜１
０３を堆積した。パラジウム膜１０８の厚さは、１１０
０ｎである。このバラジウＡＩＩ’Ｊ　１０　：ｌ　ｔ
−にレジストを塗布し、通常のリソグラフィーに稈によ
ってパターン転写を行い、部分的にレジストを除去した
。次に王水を用いたウェット・エツチング法によってパ
ラジウム膜１０；３の霞出された部分をエツチングして
除去し、負）１図（ｃ）に示したようにアルミニウムを
被着すべき領域にのみパラジウム膜１０３を残す。次に
、有機アルミニラｌＮの一種である、トリイソブチルア
ルミニウムをソ−スとし、減圧化学気相成長法により、
アルミニウムを堆積した。その結果、第１図（ｄ）のよ
うに、パラジウム膜１０３上にのみ、アルミニウム膜１
０４が被着した。

この有機アルミニウムの減圧化学気相成長について、第
５図に用いて説明する。

本実施例に！いて使用した減圧化学気相成長装置は、第
５図に示したように大きく分けて、トリイソブチルアル
ミニウム等の有機アルミニウムのソースが収納されてい
るソース室５０５、化学気相成長が行われる反応室５０
４から構成されている。

ソース室５０５には、必要に応じて、バブリングガスと
してアルゴン又は水素が導入される。反応室５０４には
、ソースガスの他に、必要に応じてアルゴンまたは水素
がキャリアガスとして導入される。また反応室５０４に
は、必要に応じて排気するだめの装置として、液体窒素
トラップを介して拡散ポンプ及びメカニカルブースタポ
ンプが結合されている。反応室の容量は、約８０ｆｌで
ある。反応室５０４内には、回転可能な基板支持台５０
２と基板支ｐ’ｆ”ｂ　０２に支持された半導体基板５
０１と半導体基板５０１を加熱するためのヒーター５０
３が設けられている。また、ソースガスの流路には、ソ
ース室５０５から半導体基板５０１の近傍までに、有機
アルミニウムが熱分解しないように、トリイソブチルア
ルミニウムの場合４５℃に保つように保温具５０６が設
けられている。保温具５０６としては、ヒーターによっ
て４５℃に保つ方法や、水温４５℃の温水を循環させる
方法がとられる。

次に、本装置による。アルミニウムの減圧化学気相成長
の手順について述べる。

まず、ヒーター５０３を使用して、半導体基板５０１を
２６０℃まで上げながら拡散ポンプで反応室５０４の排
気を約Ｉ　Ｘ　１．０−６Ｔｏｒｒまで行う。

次に、反応室内均熱化と昇温をはやめるため、排気装置
をメカニカルブースタポンプに切換えて、水素を５００
ｍＱ／分の割合で流し、反応室５０４の内圧を０　、　
Ｆ）　Ｔｏｒｒとして、１０分間アニ−ルする。次にも
う一度、拡散ポンプで約Ｉ　Ｘ　ｉ　Ｏ’Ｔｏｒｒまで
排気する。そして、メカニカルブースタポンプに切換え
、アルミニウムを堆積した。アルミニウム堆積の条件と
して、半導体基板５０１の温度は２６０℃、トリイソブ
チルアルミニウムの消費量は毎分３〜４ｍΩ。バブリン
グガスは使用せず、キャリアガスとして水素ガス詮イソ
ブチルアルミニウム蒸気と同時に毎分１００ｍ　Ｑ流す
。反応室の内圧は３０　Ｐ　ａである。アルミニウム膜
１０４の堆積速度は、毎分８，３ｎｍ−１２，５ｎｍま
た、キャリアガスなしのときは約毎分２５ｎｍである。

その結果、厚さ８００ｎｍのアルミニウム膜１０４が形
成され、その抵抗率は２．９μΩ・０ｆｆＩである。

本実施例によれば、アルミニウム膜１０４を形成すべき
領域にパラジウム膜１０３を形成することにより、半導
体基板５０１の表面を四塩化チタニウム等にさらすなど
の表面活性化処理することなく、品質のよいアルミニウ
ム膜１０４を形成できた。

本実施例ではパラジウムをアルミニウムが析出しやすい
材料として用いたが、パラジウム以外の金属、例えば二
）ケル、コバルト、銅、白金、チタニウム、タンタル、
タングステン、モリブデン。

金などでもよい。また、上記薄膜の形成方法どしては、
電子ビーム蒸着法以外には、例えば、スパッタ蒸着法、
化学気相成長法を用いてもよい。なお、上記金属層生成
後、表面に酸化膜が形成された場合には、アルミニラ１
１膜生成前に金属膜表面をアルゴンプラズマにさらして
、スパッタクリーニングを行うことによって、良好なア
ルミニウム層の減圧化学気相成長が行われる。さらに、
この金属層としては、チタン・タングステン合金等の上
記金属の各種合金を使用することも可能である。

実施例２本実施例は、第２図にある通りアルミニウム膜２０４を
シリコン基板２０１１−に選択的に減圧化せ学気相成長さ基るとき、アルミニウム膜２０４と、シリ
コン基板２０１との間に、パラジウム膜ン夛０３とニッケル膜との二層膜をアルミニウムが析出し
やすい材料からなる膜として設ける場合である。　第２
図のように、シリコン基板２０１上にスパッタ法により
ニッケル膜２０２を１５００ｍ堆積する。次に、第２図
（ｂ）如く、通常のフォト・リソグラフィ一工程と、希
硝酸によるウェット・エツチング法で、ニッケル膜２０
２にパターニングを施す。しかる後に、ニッケル膜２０
２のパタンを有するシリコン基板２０１を二塩化パラジ
ウムの塩化水素飽和溶液中に浸漬すると、第２図（Ｑ）
のように、ニッケル膜２０２上にのみ厚さ１、　Ｏｎ　
ｍ程度のパラジウム膜２０３が形成される。

次に、実施例１と同様の堆積条件で、トリイソブチルア
ルミニウムをソースとする減圧化学気相成長法によって
、アルミニウムを堆積したところ、パラジウム膜２０３
上にのみアルミニウム膜２０４が形成された。

本実施例における、ニッケル膜２０２とパラジウムＩＩ
Ｉ　２０３の二層膜は、シリコン基板２０１とアルミニ
ウム膜２０４との間にあって、熱処理時のシリコンとア
ルミニウムの反応を抑制するどいう効果を有する。

本実施例中では、ニック”ルＩ−にパラジウＡ　＆　形
成したが、その他の例えば、コバルト、銅、白金。

金などの１−にパラジウム層を形成してもよい。また、
二塩化パラジウムの塩化水素飽和７１Ｍの代わりに、他
の金属塩液を用いてもよい。

実施例３本実施例では、アルミニウムが析出しやすい材料として
、酸化アルミニウムを用いる場合について説明する。

表面にシリコンの熱酸化膜が３００　ｎ　ｍ形成された
シリコン基板−Ｌに、アルミニウムキレート溶液を回転
塗布し、３５０℃３０分の大気中熱処理を施して、酸化
アルミニウム膜を形成した。酸化アルミニウム膜の厚さ
は、１０ｎｍ以下である。

かかる処理を施したシリコン基板りに、通常のリソグラ
フィ一工程によってレジスト膜パタンを形成する。その
後、アルゴンプラズマによるエツチングを行う。処理条
件は、アルゴン流社１．　Ｏｃ　ｃＺ分、圧力０．７Ｐ
ａで、１３．５６Ｋ　Ｈｚの高周波型力密度０　、２　
Ｗ／ｃｍ２で１０分間である。プラズマ・エツチングに
より、レジストで覆われていない部分の酸化アルミニウ
ム膜が除去され、所望の酸化アルミニウムのバタンか得
られる。残存するレジスト膜を除去した後、実施例１−
と同一条件で、アルミニウムを減圧化学気相成長により
堆積した。

その結果、酸化アルミニウム膜上にのみアルミニいたが
、他の金属のキレート溶液を用いて、他の金属の酸化膜
を形成し、その上にアルミニウム膜を形成することも可
能である。

実施例４本実施例は、第３図に示されるように、アルミニウムが
析出しやすい材料として、金属シリサイドを、使用して
、コント・タクトホールへのアルミニウム埋込を行う場
合である。

まず、第３図（ａ）に示すように、シリコン基板３０１
上に、化学気相成長法により、リンシリケートガラス３
０２を厚さ１μｍだけ堆積し、開口部径０．８μｍ四方
のコンタクトポール３０３を開口した。次に、第３図（
ｂ）に示すように、スパッタ法により厚さ１１００ｎの
チタン膜：（０４を形成した。チタン層の形成には、化
学気相成Ｊ４法。

電子ビーム蒸着法髪用いてもよい。次に、＋１００　’
Ｙ：３０分間の窒素中熱処理を行い、シリコン基板３０
１とチタン膜３０４が接する部分にチタンシリサイド層
３０５を形成した。その後、未反ｔ、ｉ；のチタン膜を
除去すると、第３図（ｃ　）の状態になる。

しかる後、アルゴン流量１０ｃｃＺ分、圧力０　、７　
Ｐａ、　１３．５６Ｋ　Ｈｚの高周波電力０　、　Ｉ　
Ｗ　／　ｃｍ　ｚの条件で基板表面をスパッタ・クリー
ニング処理を行う。その後、実施例１と同様の条件でア
ルミニウムを堆積した。その結果、第３図（ｄ）のよう
にチタンシリサイド層３０５＋にのみアルミニウムが堆
積し、はぼ完全にコンタクトホールａ　０３をアルミニ
ウム３０６で埋め込むことができた。

この場合、チタンシリサイド層３０５がアルミニラに１
択的な化学気相成長のために必要なアルミニウムの核生
成を助長する薄膜層の役割を％Ｌだ（＋２）と考えられる。また、本実施例のプロセスを用いれば、
コンタクトホール３０３へのアルミニウムの埋込みは、
自己整合的に行われる。

本実施例では、アルミニウムの選択的な化学気相成長の
ために必要なアルミニウムが析出しやすい材料としてチ
タンシリサイドを例として示したが、他の金属硅化物、
例えば、白金シリサイド。

パラジウムシリサイド、ニッケルシリサイド、コバルト
シリサイド、タングステンシリサイド、タンタルシリサ
イド、モリブデンシリサイドなどでも同等の効果が得ら
れる。また硅化物層の形成方法としては、金属とシリコ
ンとを同時スパッタ法によって堆積する方法、化学気相
成長法で硅化物層を形成する方法なども可能である。

実施例５本実施例は、第４図（ａ）〜（ｄ）に示されるように、
アルミニウムが析出しやすい材料として窒化チタンを使
用してコンタクトホールへのアルミニウム埋込を行う場
合である。

まず、１．．０ｃＯ３法によりシリコン基板４０１表面
の一部に厚さ２００ｎｍの酸化膜４０２を形成した。次
にり４シリケ一トガラス層４０猛を厚さ９００ｎｍに堆
積し、開１１部・１′法Ｑ　、　８　μｍ　ｌ−１のコ
ンタクトホール４０４を開口すると、次に、第４図（ｂ
）に示すように、スパッタ法により窒化チタン膜４０５
を厚さ１００　ｒ＋　ｍ堆積する。次に第４図（ｃ）の
ようにコンタクトホール４０４及びその周辺部メ＃メ以
外の窒化チタン膜をエツチング除去する６しかる後、実
施例３と同様にアルゴンプラズマによって、スパッタク
リーニング処理を施した。その後、トリメチルアルミニ
ウムをソースとする減圧化学気相成長法によって、アル
ミニウムを堆積した。その結果、第４Ｍ（ｄ）のように
、アルミニウム４０７は、コンタクトホール及びその周辺部の窒化チタ
ン膜４０６」二にのみ堆積された。堆積条件は、トリメ
チルアルミニウム気化１５ｃｃ／分。

条件で、第４図（ｄ）のように、はぼ完全にコンタクト
ホールにアルミニウム４０７が埋込まれるのに、約２０
分間要した。

本実施例では、コンタクトホール部分へのアルミニウム
の選択的な減圧化学気相成長による埋込みは、自己整合
的に行われる。また、窒化チタン膜は、シリコン基板と
アルミニウムが、反応するのを防止するという役割も果
す。

本実施例では、窒化チタンを用いたが、他の金属窒化物
、例えば窒化タングステンなどでも、同様の効果が得ら
れる。

金属窒化物の形成方法としては、スパッタ法又は化学気
相成長法等を用いることも可能である。

また、金属膜をスパッタ法、化学気相成長法等で堆積し
た後、基板を窒素中で熱処理するなどの方Ｙ人を用いる
ことも可能である。

実施例１ないし実施例５中で用いたアルミニウムの減圧
化学気相成長のソースは、トリイソブチルアルミニウム
、トリメチルアルミニウムであるが、それ以外のアルミ
ニウム化合物、例えば、塩化アルミニウムなどをソース
としてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アルミニウムを所望部分に選択的に減
圧化学気相成長法によって堆積できるので、段差被覆性
のよい任意形状のアルミニウム層の形成が可能となる効
果がある。

さらに、アルミニウム被着に先だって活性化処理を施こ
す必要がないという効果がある。

また、アスペクト比の大きなヴイアホール及びコンタク
トホールのアルミニウムによる埋め込みができるので、
半導体装置の微細な加−■二へのアルミニウムの適用が
可能となる。

実施例を示す工程図、第５図は本発明の実施例で用いた
装置の概略を示す図である。

１０２．２０１，３０１，４０１・・・シリコン基板、
１０３．２０３・・・パラジウム膜、３０５・・・チタ
ンシリサイド層、４０６・・・窒化チタン膜、１０４゜
２０４．３０６，４０７・・・アルミニウム膜、５０１
・・・半導体基板、５０２・・・基板支持台、５０３・
・・ヒーター、５０４・・・反応室、５０５・・・ソー
ス室、５０６・・・保温具。

Claims

【特許請求の範囲】

１、所望の形状を有し、少なくとも表面が金属、合金、
金属硅化物、金属窒化物、金属硼化物、金属炭化物、金
属酸化物の少なくとも一種からなる膜を基板上に形成す
る工程と、有機アルミニウムをソースガスとする減圧化
学気相成長法によつて、上記膜上にアルミニウムを選択
的に形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の
製造方法。