JPS63282274A - Chemical vapor growth device and method for using same - Google Patents

Chemical vapor growth device and method for using same

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JPS63282274A
JPS63282274A JP62118147A JP11814787A JPS63282274A JP S63282274 A JPS63282274 A JP S63282274A JP 62118147 A JP62118147 A JP 62118147A JP 11814787 A JP11814787 A JP 11814787A JP S63282274 A JPS63282274 A JP S63282274A
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film
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Hiroaki Nakamura
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Abstract

PURPOSE:To deposit a smooth thin film with high reproducibility and uniformity and to improve selectivity during selective growth of a thin by holding a substrate between blocks placed opposite to each other at a narrow interval and heated to different temp. so that the surface of the substrate subjected to deposition confronts the block on the higher temp. side and by carrying out vapor growth. CONSTITUTION:An Si oxide film 42 si formed on an Si substrate 41, a resist mask pattern is formed on the film 42 and the film 42 is etched form an opening 43. Immediately before a metal such as Al is deposited, a naturally oxidized film 44 is removed by surface cleaning to obtain a wafer substrate 47, 8. This substrate 47, 8 is held with a holder 7 between block 10, 14 placed opposite to each other at a narrow interval and heated to different temps. so that the surface of the substrate subjected to deposition confronts the block 10 on the higher temp. side. A gaseous compd. contg. a metal such as Al is then introduced into a deposition chamber 1 and the metal such as Al 45 is selectively deposited only in the opening 43 in the substrate 47, 8. Since the gaseous compd. on the surface of the substrate 47, 8 can highly be supersatd., a smooth high quality film can be deposited.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜を形成する化学的気相成長装置およびそ
の使用方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus for forming thin films and a method of using the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

化学的気相成長(以下rcVDJという)は、化学反応
を用いて基板上に薄膜を堆積するもので、蒸着やスパッ
タと並ぶよく知られた薄膜形成法の1つである。特に、
半導体集積回路装置の製造プロセスにおいては、シリコ
ン酸化膜や多結晶シリコン薄膜の形成用として広く用い
られている。CVDは、加熱方式やガス圧力、化学反応
の形式等によって、様々な種類に分類される。例えば、
堆積基板のみを加熱するコールドウオール型に対して反
応炉全体を加熱するホットウォール型、また大気圧下で
反応させる常圧CVDに対して減圧下で反応させる減圧
CVD、更に化学反応の形式に熱を用いた通常のCVD
以外にプラズマCVDや光CVD等が一般に知られてい
る。
Chemical vapor deposition (hereinafter referred to as rcVDJ) is a method of depositing a thin film on a substrate using a chemical reaction, and is one of the well-known thin film forming methods along with vapor deposition and sputtering. especially,
In the manufacturing process of semiconductor integrated circuit devices, it is widely used for forming silicon oxide films and polycrystalline silicon thin films. CVD is classified into various types depending on the heating method, gas pressure, type of chemical reaction, etc. for example,
Cold wall type, which heats only the deposition substrate, and hot wall type, which heats the entire reactor.Also, atmospheric pressure CVD, which performs the reaction under atmospheric pressure, and low pressure CVD, which performs the reaction under reduced pressure. Normal CVD using
In addition, plasma CVD, optical CVD, and the like are generally known.

薄膜形成手段としてのC,V Dの特徴は、凹凸のある
基板上において段差被覆性の優れた薄膜を形成できるこ
とや、薄膜の組成比を自由に制御できること、基板に汚
染や損傷のない状態で薄膜を形成できることなどが挙げ
られる。
The characteristics of C and VD as thin film forming means are that a thin film with excellent step coverage can be formed on an uneven substrate, that the composition ratio of the thin film can be controlled freely, and that it can be applied without contaminating or damaging the substrate. Examples include the ability to form a thin film.

一方、蒸着やスパッタと比較してCVDにもいくつかの
欠点がある。CVDの第1の欠点として、薄膜堆積基板
の温度がガスの反応温度によって制限されてしまい、基
板温度を自由に変えることができない点が挙げられる。
On the other hand, CVD also has some drawbacks compared to vapor deposition and sputtering. The first drawback of CVD is that the temperature of the thin film deposition substrate is limited by the reaction temperature of the gas, and the substrate temperature cannot be changed freely.

このために、CVD特に熱を用いた通常のCVDにおい
て様々な問題が生ずる。
This causes various problems in CVD, particularly in conventional CVD using heat.

CVDの場合、原料ガスの化学反応によって十分な速度
で堆積が進行する温度が、必ずしも薄膜の結晶成長に最
も適した温度であるとは限らない。
In the case of CVD, the temperature at which deposition proceeds at a sufficient rate due to the chemical reaction of source gases is not necessarily the most suitable temperature for crystal growth of a thin film.

一般にCVDにおける原料ガスの反応温度は、蒸着やス
パッタ等の他の形成法における基板温度と比較してかな
り高いのが普通である。半導体集積回路の製造プロセス
において高い基板温度で薄膜を堆積すると、堆積膜自身
や堆積基板での拡散や反応が進行し、素子特性の重大な
劣化を引き起こす場合がしばしばある。
Generally, the reaction temperature of the source gas in CVD is usually considerably higher than the substrate temperature in other forming methods such as evaporation and sputtering. When thin films are deposited at high substrate temperatures in the manufacturing process of semiconductor integrated circuits, diffusion and reactions progress in the deposited films themselves and on the deposited substrates, often causing serious deterioration of device characteristics.

また、熱CVDでは、基板の表面材質の差異を利用した
選択成長、すなわち基板表面の特定の材質のパターン上
にのみ薄膜を堆積し、他の材質の上には薄膜を堆積させ
ないようにすることが可能となる場合があるが、基板温
度が高くなると、後に述べる理由により選択性が低下し
、良好に選択成長できなくなる傾向がある。
In addition, thermal CVD involves selective growth that takes advantage of differences in the surface materials of the substrate, that is, depositing a thin film only on a pattern of a specific material on the substrate surface, and not depositing a thin film on other materials. However, as the substrate temperature increases, the selectivity tends to decrease for reasons described later, making it difficult to achieve selective growth.

更に、反応温度が大きく異なるガス例えばトリイソブチ
ルアルミニウムガスとシランガスなどの2つ以上の原料
ガスを用いてアルミニウムとシリコンの合金膜を堆積す
るような場合においては、これまでの通常の熱CVDで
は堆積膜の表面が平滑になる反応温度でアルミニウム中
にシリコンを混入させることが困難である。
Furthermore, in cases where an alloy film of aluminum and silicon is deposited using two or more raw material gases with significantly different reaction temperatures, such as triisobutylaluminum gas and silane gas, conventional thermal CVD is not suitable for deposition. It is difficult to mix silicon into aluminum at the reaction temperature at which the surface of the film becomes smooth.

このような問題を防ぐ方法の1つとして、プラズマや光
等の熱以外のエネルギーを用いて反応を促進させようと
するプラズマCVD法や光CVD法が注目されてきてい
る。これらのCVD法では、基板温度を蒸着やスパッタ
などの他の形成法に近い温度にまで下げることが可能と
なるが、膜質が低下したり損傷が発生したりすることか
ら、CVD法の多くの特徴が犠牲となる。また、前述の
選択成長は、選択性のメカニズムとして膜堆積における
熱的なエネルギーの差のみを用いているため、プラズマ
等の他のエネルギーを用いた場合にはこれらの選択成長
は困難になる。
As one method for preventing such problems, plasma CVD methods and photoCVD methods that attempt to promote reactions using energy other than heat, such as plasma or light, are attracting attention. These CVD methods make it possible to lower the substrate temperature to a temperature close to that of other forming methods such as evaporation and sputtering, but many of the CVD methods Characteristics are sacrificed. Furthermore, since the selective growth described above uses only the thermal energy difference in film deposition as the selectivity mechanism, it becomes difficult to achieve this selective growth if other energies such as plasma are used.

CVDの第2の欠点として、表面の凹凸が大きくなり易
いことが挙げられる。これは熱CVDにおいて、特に金
属のような結晶性の薄膜を堆積するときに問題となるも
のであり、凹凸の程度は、一般に、薄膜材料の表面自由
エネルギーが大きく基板温度が高いほど太き(なる傾向
になる。このことはボルフ(Volmer)らの表面自
由エネルギー模型を用いた核成長理論によれば次のよう
に説明される。なお、参照文献としては、「コンデンセ
イション アンド エバポレイジョン(マクミラン社発
行) J  (J、P、)firth and G、M
、Pound:Conden−sation and 
Evaporation(Macmillan、New
 York、1963)がある。
A second drawback of CVD is that surface irregularities tend to become large. This is a problem in thermal CVD, especially when depositing crystalline thin films such as metals, and the degree of unevenness generally increases as the surface free energy of the thin film material increases and the substrate temperature rises ( According to the nuclear growth theory using the surface free energy model of Volmer et al., this can be explained as follows.References include "Condensation and Evaporation (Published by Macmillan) J (J, P,) firth and G, M
, Pound: Conden-sation and
Evaporation (Macmillan, New
York, 1963).

基板上に到達した原子は、衝突や再蒸発を繰り返す中で
、ある程度以上の個数の原子が結合したクラスタと呼ば
れる集合体になる。1つのクラスタの全自由エネルギー
Gは、気体からの凝縮の際の自由エネルギーの変化と形
成されたクラスタの表面自由エネルギーとの和であり、
次式のように表わされる。
Atoms that reach the substrate undergo repeated collisions and re-evaporation, forming an aggregate called a cluster, in which a certain number of atoms are bonded together. The total free energy G of one cluster is the sum of the change in free energy during condensation from the gas and the surface free energy of the cluster formed,
It is expressed as the following formula.

G =(’ o−’ 4 πr ” + g v ・4
 TCr 3/ 3 )  ・f  (θ)・・・・(
1) ここで、r:クラスタの曲率半径 θ:クラスタの基板に対する接触角 f (θ)=(2−3cosθ+cos’θ)/4:ク
ラスタの堆積因子 σ。:気相とクラスタの間の単位面積当たりの表面自由
エネルギー gv:気相から液相に変わる際の単位体積当たりの自由
エネルギー変化で、 常に負となる。過飽和の蒸気の生 成の場合、平衡状態での蒸気圧を pい実際の蒸気圧をp、蒸発源 子の体積をΩ、ボルツマン定数を に1絶対温度をTとすると、gv =−(kT/Ω)In (p/p、) と表わされる。ここで、p / p eは過飽和度であ
る。
G = (' o -' 4 πr ” + g v ・4
TCr 3/3) ・f (θ)・・・(
1) Here, r: radius of curvature θ of the cluster: contact angle f of the cluster with respect to the substrate (θ)=(2-3 cos θ+cos' θ)/4: deposition factor σ of the cluster. : Surface free energy per unit area between gas phase and cluster gv: Free energy change per unit volume when changing from gas phase to liquid phase, always negative. In the case of supersaturated vapor generation, if the vapor pressure at equilibrium is p, the actual vapor pressure is p, the volume of the evaporation source is Ω, the Boltzmann constant is 1, and the absolute temperature is T, then gv = - (kT/ Ω)In (p/p, ). Here, p/pe is the degree of supersaturation.

Gの最大値を与えるrをr′″とおくと、dG/dr=
0とすることにより、 r*=  2σo/gv・・・・(2)G”=(16π
σo3/ 3 gv3)  ・f  (θ)−(31が
得られる。従って、半径がr″′より大きければ、成長
するに従ってGが小さくなるので、平均として成長し続
け、逆に、半径がr“より小さければ、平均として消滅
する。このr“の値を臨界半径、r=r“のクラスタを
臨界核といい、臨界核より大きな核を安定核という。G
′″は安定核を生成するために必要な活性化エネルギー
とみなすことができる。また、基板上に形成される臨界
核の数密度n“は、単位面積当たりの吸着位置の数をn
oとすると、ボルツマンの式カラ、 n*=noexp (−G11/kT)・・・・(4)
で与えられる。
If r that gives the maximum value of G is set as r''', then dG/dr=
By setting it to 0, r*= 2σo/gv...(2) G"=(16π
σo3/ 3 gv3) ・f (θ) - (31 is obtained. Therefore, if the radius is larger than r"', G will become smaller as it grows, so it will continue to grow on average, and conversely, if the radius is larger than r"' If it is smaller, it disappears as an average. This value of r" is called the critical radius, the cluster with r=r" is called the critical nucleus, and the nucleus larger than the critical nucleus is called the stable nucleus.G
''' can be regarded as the activation energy required to generate stable nuclei. Also, the number density n'' of critical nuclei formed on the substrate is the number of adsorption positions per unit area n
If o, then Boltzmann's formula, n*=noexp (-G11/kT)...(4)
is given by

式(2)、(3)、(4)から明らかなように、薄膜材
料の表面エネルギーσ。が大きいほど、またクラスタ生
成の際の体積エネルギー変化Ig、lが小さいほど、臨
界半径r1は大きくなり、また臨界核の数密度n1は小
さくなる。臨界核の数密度n“は薄膜材料の表面エネル
ギーや過飽和度以外に接触角θにも影響される。基板材
料の表面自由エネルギーが小さく薄膜材料の表面自由エ
ネルギーが大きい場合には、θすなわちf (θ)が大
きくなり、臨界核の数密度n′″は小さくなる。このよ
うにして、基板上に確率的に発生した臨界核は安定核と
して成長し続け、やがてこれらの核同士が合体して薄膜
が形成される。従って、形成された薄膜表面の凹凸に着
目した場合、基板上に最初に発生する安定核の密度が小
さいと、合体するときの核の半径は大きくなり一1結果
的に薄膜表面の凹凸は大きくなるといえる。
As is clear from equations (2), (3), and (4), the surface energy σ of the thin film material. The larger the value is, and the smaller the volume energy change Ig,l during cluster generation, the larger the critical radius r1 becomes, and the smaller the number density n1 of critical nuclei becomes. In addition to the surface energy and supersaturation degree of the thin film material, the number density n of critical nuclei is affected by the contact angle θ.When the surface free energy of the substrate material is small and the surface free energy of the thin film material is large, θ, that is, f (θ) increases, and the number density n''' of critical nuclei decreases. In this way, the critical nuclei stochastically generated on the substrate continue to grow as stable nuclei, and eventually these nuclei coalesce to form a thin film. Therefore, when focusing on the unevenness on the surface of the formed thin film, if the density of stable nuclei initially generated on the substrate is small, the radius of the nuclei when they coalesce becomes large.11 As a result, the unevenness on the surface of the thin film becomes large. It can be said that it will be.

以上の議論をまとめると、表面自由エネルギーの小さな
基板上に表面自由エネルギーの大きな薄膜材料を過飽和
度の小さい状態で堆積すると、大きな核がまばらに発生
し薄膜表面の凹凸は大きくなる。表面自由エネルギーは
、一般的な傾向として、酸化物のような絶縁体では小さ
く、アルミニウムのような金属やシリコン等で大きくな
る。従って、絶縁体基板の上に金属薄膜を形成するよう
な場合にこの傾向は最も顕著になる。通常の蓋着やスパ
ッタにおいては、過飽和度が1010〜102゜と極め
て大きいため、臨界半径は数Å以下と小さく、また臨界
核の密度も吸着位置の数にほぼ一致する程度に大きい。
To summarize the above discussion, when a thin film material with a high surface free energy is deposited on a substrate with a low surface free energy with a low degree of supersaturation, large nuclei are generated sparsely, and the surface roughness of the thin film becomes large. Surface free energy generally tends to be small for insulators such as oxides, and large for metals such as aluminum and silicon. Therefore, this tendency is most noticeable when a metal thin film is formed on an insulating substrate. In normal capping and sputtering, the degree of supersaturation is extremely large at 1010 to 102 degrees, so the critical radius is small at a few angstroms or less, and the density of critical nuclei is large enough to almost match the number of adsorption positions.

従って、これらの堆積法では薄膜表面の凹凸は十分小さ
く通常問題とならない。
Therefore, in these deposition methods, the unevenness on the surface of the thin film is sufficiently small and usually does not pose a problem.

ところが、CVDの場合には、過飽和度がそ萩はど大き
くないと言われており璽参考文献:ソリッドステート 
サイエンス アンド テクノロジー127(1980)
194. 、W、A、P、C1aassen and 
J、Bloem:J、Electrochem、Soc
、:5olid−St、Sci、& Tech、127
(1980) 194.)、臨界核の数密度は表面の凹
凸に影響する程度にまで減少する。
However, in the case of CVD, it is said that the degree of supersaturation is not very large.
Science and Technology 127 (1980)
194. , W., A., P., C1aassen and
J, Bloem: J, Electrochem, Soc.
,:5olid-St, Sci, & Tech, 127
(1980) 194. ), the number density of critical nuclei decreases to the extent that it affects the surface roughness.

実際上、金属薄膜のCVDにおいては多くの場合に表面
の凹凸が具体的な問題となっている。例えば、高融点金
属であるモリブデンやタングステンを蒸着やスパッタで
形成した場合には、数百人程度の小さな結晶粒径をもち
表面が平滑な薄膜になり易いのに対し、CVDを用いた
場合には粒径が1000Å以上の石垣状の結晶粒となっ
て表面に大きな凹凸が形成される。これは、これらの金
属薄膜の蒸着やスパッタにおける基板温度が通常300
〜400℃であるのに対し、CVDでは原料ガスの分解
温度である500〜600’C以上の高い基板温度が必
要となって結晶成長し易くなることの他に、CVDにお
ける小さな過飽和に起因する疎な臨界液の数密度が主な
要因になっていると考えられる。
In fact, surface irregularities often pose a specific problem in CVD of metal thin films. For example, when high melting point metals such as molybdenum and tungsten are formed by vapor deposition or sputtering, a thin film with a small crystal grain size of several hundred particles and a smooth surface tends to be formed, whereas when CVD is used, becomes stonewall-like crystal grains with a grain size of 1000 Å or more, and large irregularities are formed on the surface. This is because the substrate temperature during vapor deposition and sputtering of these metal thin films is usually 300°C.
~400°C, whereas CVD requires a high substrate temperature of 500 to 600°C, which is the decomposition temperature of the source gas, which facilitates crystal growth, and is caused by small supersaturation in CVD. It is thought that the number density of the sparse critical fluid is the main factor.

CVDで形成されたアルミニウム薄膜においては、表面
の凹凸は特に重大な問題となっており、基板温度は25
0〜300℃と蒸着等と比較してそれほど高くないにも
かかわらず、膜厚の1割程度の凹凸があり、このために
実用に至っていない状況である。この場合にも、表面凹
凸の原因は核成長過程に基づいて説明されている。これ
の参考文献としては、例えば[ソリッドステート サイ
エンス アンド テクノロジー 131 (1984)
 2175R,A、Revy、M、L、Green a
nd P、に、Gallagher:J、Elect−
rochem、Soc、:5olid−5t、Sci、
& Tech、131(1984)2175」がある。
Surface irregularities are a particularly serious problem for aluminum thin films formed by CVD, and the substrate temperature is 25°C.
Although the temperature is 0 to 300°C, which is not so high compared to vapor deposition, etc., there are irregularities of about 10% of the film thickness, and for this reason, it has not been put to practical use. In this case as well, the cause of surface irregularities is explained based on the nuclear growth process. References for this include, for example, [Solid State Science and Technology 131 (1984)]
2175R, A, Revy, M, L, Green a
nd P, Ni, Gallagher: J, Elect-
rochem, Soc, :5olid-5t, Sci,
& Tech, 131 (1984) 2175.

CVDで形成された代表的なアルミニウムの金属組織の
写真を第12図に示す。結晶粒による凹凸があり、結晶
粒の境界の一部に隙間が見られる。
FIG. 12 shows a photograph of a typical metal structure of aluminum formed by CVD. There are irregularities due to crystal grains, and gaps are seen at some of the boundaries of the crystal grains.

薄膜表面に大きな凹凸があると、写真食刻技術を用いて
微細なパターンを精度よく形成することが困難となるほ
か、電気砥抗等の薄膜特性のばらつきの原因となる。更
に、この薄膜の上に他の薄膜を堆積して多層構造を形成
する場合にも、凹凸部において部分的な膜厚ばらつきが
生じ、理想的な多層構造が得られなくなる。この結果、
半導体集積回路等の構成材料として用いる場合に大きな
障害となる。半導体集積回路は、高速化・大容量化に伴
って益々微細化・高精度化が要求されており、サブミク
ロンデバイス、ナノメータデバイスでは、このような薄
膜の凹凸の低減が最も重要な課題となってくる。
Large irregularities on the surface of a thin film make it difficult to accurately form fine patterns using photolithography, and also cause variations in thin film properties such as electric abrasion resistance. Furthermore, even when another thin film is deposited on top of this thin film to form a multilayer structure, local variations in film thickness occur in the uneven portions, making it impossible to obtain an ideal multilayer structure. As a result,
This poses a major problem when used as a constituent material for semiconductor integrated circuits and the like. Semiconductor integrated circuits are required to be increasingly finer and more precise as they become faster and larger, and reducing the unevenness of such thin films is the most important issue for submicron and nanometer devices. It's coming.

以上の問題をまとめると、従来のCVDでは、fl)表
面凹凸の小さい平滑な薄膜、特に金属薄膜を形成するこ
とは極めて困難である。
To summarize the above problems, with conventional CVD, it is extremely difficult to form fl) a smooth thin film with small surface irregularities, especially a metal thin film.

(2)また、薄膜堆積時に基板温度が高いため、薄膜の
選択成長が困難であり、しかも膜堆積時における基板と
堆積膜の物理的・化学的状態変化による半導体素子の劣
化や故障を避は難い。
(2) Furthermore, selective growth of thin films is difficult due to the high substrate temperature during thin film deposition, and it is difficult to avoid deterioration or failure of semiconductor elements due to changes in the physical and chemical states of the substrate and deposited film during film deposition. hard.

(3)さらに、反応温度の異なる例えばトリイソブチル
アルミニウムガスとシランガスなどの2つ以上の原料ガ
スを用いて、アルミニウムの表面が平滑になる反応温度
でアルミニウム中にシリコンを混入させることが不可能
である。
(3) Furthermore, it is impossible to mix silicon into aluminum at a reaction temperature that makes the surface of aluminum smooth by using two or more raw material gases, such as triisobutylaluminum gas and silane gas, which have different reaction temperatures. be.

本願発明者らは以上に述べた従来のCVDの問題点をほ
ぼ解決する新しいCVD法を発明し、既に特許出願(特
願昭61−190494号)を行なった。これは、加熱
ブロックに基板の被堆積面を近接して対向させ、原料ガ
スを上記加熱ブロックと上記基板の被堆積面との間に導
入することにより、上記基板の被堆積面に薄膜を堆積す
るものである。また、上記発明の化学的気相成長装置は
上記化学的気相成長法を実施するための装置であり、加
熱ブロックと、基板表面がこの加熱ブロックに近接して
対向するように基板を保持する基板ホルダとを堆積室内
に備えたものである。
The inventors of the present invention have invented a new CVD method that substantially solves the problems of the conventional CVD described above, and have already filed a patent application (Japanese Patent Application No. 190494/1982). This method deposits a thin film on the deposition surface of the substrate by placing the deposition surface of the substrate close to the heating block and introducing the raw material gas between the heating block and the deposition surface of the substrate. It is something to do. Further, the chemical vapor deposition apparatus of the above invention is an apparatus for carrying out the above chemical vapor deposition method, and includes a heating block and a substrate held so that the surface of the substrate is close to and faces the heating block. The deposition chamber is equipped with a substrate holder.

上記発明の化学的気相成長法によれば、加熱ブロックに
よってまず原料ガスが加熱されて活性化され、分解しや
すい状態で低温の堆積基板上に到達し、この堆積基板表
面において膜堆積が進行する。すなわち、原料ガスの温
度が基板温度よりも常に高い状態で膜が堆積される。こ
のため、基板上の原料ガスは通常のCVDに比べてかな
り過飽和の状態となる。核成長理論によれば、クラスタ
生成の際の体積エネルギー変化が大きくなり、(3)、
(4)式からも明らかなように、安定核生成の活性化エ
ネルギーG′″は小さくなり、臨界液の数密度n“は高
くなる。従って、核同士が合体する時の核の平均の半径
が小さくなって、凹凸の少ない平滑な膜が形成されるこ
とになる。
According to the chemical vapor deposition method of the invention, the source gas is first heated and activated by the heating block, and reaches the low-temperature deposition substrate in a state where it is easily decomposed, and film deposition progresses on the surface of the deposition substrate. do. That is, the film is deposited while the temperature of the source gas is always higher than the substrate temperature. For this reason, the source gas on the substrate is in a considerably supersaturated state compared to normal CVD. According to the nuclear growth theory, the volume energy change during cluster generation becomes large, (3),
As is clear from equation (4), the activation energy G''' for stable nucleation becomes smaller, and the number density n'' of the critical liquid becomes higher. Therefore, the average radius of the nuclei when they coalesce becomes smaller, and a smooth film with fewer irregularities is formed.

このように、新CVD法の特徴の第1は平滑で良質な薄
膜が得られることにあるが、この他にも、従来のCVD
法の第2、第3の問題を低減できる長所を有する。即ち
、ガスを加熱することにより堆積時の基板温度を低く押
さえても十分な速度で堆積が進行する場合があり、反応
等による膜自身や基板などの変質を低減できる。また、
反応温度の異なる2つ以上の原料ガスを用いるCVDに
おいても、基板表面の近傍により高温の加熱ブロックが
位置しているため、高い分解温度を有するガスも反応が
進行し、これを基板上に堆積させることが可能となる。
In this way, the first feature of the new CVD method is that it can produce a smooth and high-quality thin film, but there are also other advantages to the conventional CVD method.
This method has the advantage of reducing the second and third problems of the method. That is, even if the substrate temperature during deposition is kept low by heating the gas, the deposition may proceed at a sufficient speed, and deterioration of the film itself, the substrate, etc. due to reactions or the like can be reduced. Also,
Even in CVD that uses two or more raw material gases with different reaction temperatures, a high-temperature heating block is located near the substrate surface, so the gas with a high decomposition temperature also reacts and is deposited on the substrate. It becomes possible to do so.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

新CVD法は、以上のように多くの優れた特徴を有して
いる反面、実用装置としてみた場合、堆積条件の制御性
の点で劣る面がある9反応炉内に設置された加熱ブロッ
クと、この加熱ブロックに近接して対向した薄膜堆積基
板との配置関係を固定した状態で所定圧力を持った原料
ガスを流して薄膜を堆積する上記CVDの場合、堆積基
板と加熱ブロックとの間のガスの温度分布と堆積基板の
温度とはいずれも加熱ブロックの温度のみで決められて
しまう。すなわち、ガス温度と基板温度とを独立に人為
的に制御することができない。しかも、堆積基板の裏面
側すなわち加熱ブロックに対向していない側の装置構造
は明確な定義付けが為されておらず、チャンバ壁等が任
意の位置に配置されることになる。このため、ウェハ温
度がチャンバ構造等によって装置毎に変わり、堆積条件
を普遍的に定めることが困難である。
Although the new CVD method has many excellent features as described above, when it is used as a practical device, it is inferior in terms of controllability of deposition conditions9. In the case of the above-mentioned CVD, in which a thin film is deposited by flowing a raw material gas at a predetermined pressure while the positional relationship between the heating block and the thin film deposition substrate is fixed, the relationship between the deposition substrate and the heating block is fixed. Both the temperature distribution of the gas and the temperature of the deposition substrate are determined only by the temperature of the heating block. That is, it is not possible to manually control the gas temperature and the substrate temperature independently. Moreover, the device structure on the back side of the deposition substrate, that is, the side not facing the heating block, is not clearly defined, and the chamber walls and the like are placed at arbitrary positions. For this reason, the wafer temperature varies from device to device depending on the chamber structure and the like, making it difficult to universally determine deposition conditions.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

このような問題点を解決するために本発明は、各々独立
に温度制御される相対向する2つの加熱ブロックと、薄
膜堆積用基板が2つの加熱ブロックの間に2つの加熱ブ
ロックのそれぞれと距離をおいて位置するように薄膜堆
積用基板を保持する基板ホルダとを堆積室内に備えるよ
うにしたものである。
In order to solve these problems, the present invention provides two heating blocks facing each other whose temperatures are controlled independently, and a thin film deposition substrate placed between the two heating blocks at a distance from each of the two heating blocks. A substrate holder for holding a thin film deposition substrate is provided in the deposition chamber so as to be positioned at a distance from the substrate holder.

また本発明による方法は、互いに異なる温度に保たれて
近接して対向した2つの加熱ブロックの間に薄膜堆積用
基板を保持し、薄膜堆積用基板の被堆積面を2つの加熱
ブロックのうちの高温側の加熱ブロックに対面させて気
相成長させるようにしたものである。
Further, in the method according to the present invention, a thin film deposition substrate is held between two closely facing heating blocks maintained at different temperatures, and the deposition surface of the thin film deposition substrate is placed between two heating blocks. The vapor phase growth is performed by facing the heating block on the high temperature side.

〔作用〕[Effect]

本発明による装置においては、例えば、薄膜堆積基板の
被堆積面に対面した加熱ブロックを高温に維持し、基板
の裏側に対面している加熱ブロックをより低温に保つ。
In the apparatus according to the invention, for example, a heating block facing the surface of the thin film deposition substrate to be deposited is maintained at a high temperature, and a heating block facing the back side of the substrate is maintained at a lower temperature.

基板の被堆積面に対面した加熱ブロックによってまず原
料ガスが高温に加熱されて活性化され、分解し易い状態
で低温の堆積基板表面上に到達し、この堆積基板表面に
おいて膜が堆積される。すなわち、原料ガスの温度が基
板温度よりも常に高い状態で膜堆積が進行する。
The source gas is first heated to a high temperature and activated by a heating block facing the deposition surface of the substrate, and reaches the low-temperature deposition substrate surface in an easily decomposed state, and a film is deposited on the deposition substrate surface. That is, film deposition proceeds in a state where the temperature of the source gas is always higher than the substrate temperature.

このために基板表面における原料ガスの状態を高い過飽
和にすることができ、平滑で良質な膜を堆積できるなど
の特徴が得られる。さらに、幾何学的配置やガスの種類
、圧力等を固定した場合、堆積基板の温度は基板を挟む
2つの加熱ブロックの温度によって定まることから、こ
れら加熱ブロックの温度を制御することによって、ガス
の温度と基板温度とをそれぞれ希望の値に設定すること
が可能となる。
For this reason, the state of the raw material gas on the substrate surface can be made highly supersaturated, and features such as being able to deposit a smooth and high-quality film can be obtained. Furthermore, when the geometric arrangement, gas type, pressure, etc. are fixed, the temperature of the deposition substrate is determined by the temperature of the two heating blocks that sandwich the substrate. It becomes possible to set the temperature and the substrate temperature to desired values.

〔実施例〕〔Example〕

まず、本発明に係わる化学的気相成長装置の一実施例を
概略的に説明する。第1図はCVD装置全体の構成を示
す図であり、詳細部分、排気系および制御系については
省略しである。第1図において、1は堆積室、2はウェ
ハ出し入れ室、3は原料室、4.5はパルプ、6は可変
型パルプ、7は基板ホルダ、8はウェハ基板、9はヒー
タ、10.14は加熱ブロック、11は円筒管、12は
オリフィス、13は攪拌モータ、15はトリイソブチル
アルミニウムの液体である。
First, an embodiment of a chemical vapor deposition apparatus according to the present invention will be schematically described. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the entire CVD apparatus, and detailed parts, an exhaust system, and a control system are omitted. In FIG. 1, 1 is a deposition chamber, 2 is a wafer loading/unloading chamber, 3 is a raw material chamber, 4.5 is pulp, 6 is variable pulp, 7 is a substrate holder, 8 is a wafer substrate, 9 is a heater, 10.14 11 is a heating block, 11 is a cylindrical tube, 12 is an orifice, 13 is a stirring motor, and 15 is a triisobutylaluminum liquid.

第1図の装置の真空室は大きく分けて堆積室1、ウェハ
出し入れ室2および原料室303室からなり、それおぞ
れ独立に真空排気される。到達圧力はいずれの真空室も
10−’To r r程度の高真空が望ましいが、ロー
クリポンプのみを用いて排気された低真空であっても、
本実施例に対しては基本的な影響はない。堆積室1は原
料室3およびウェハ出し入れ室2とそれぞれパルプ5,
4を介して接続されており、最大500℃まで加熱でき
る2つの加熱ブロック10および14が互いに近接して
対向した状態で設置されている。基板ホルダ7は、ウェ
ハ出し入れ室2から導入された堆積用ウェハ基板8を加
熱ブロック10.14と所定の間隔を離して対向させて
固定することができる。
The vacuum chamber of the apparatus shown in FIG. 1 is roughly divided into a deposition chamber 1, a wafer loading/unloading chamber 2, and a raw material chamber 303, each of which is independently evacuated. The ultimate pressure in any vacuum chamber is preferably a high vacuum of about 10-' Torr, but even if it is a low vacuum evacuated using only a low vacuum pump,
There is no fundamental effect on this embodiment. The deposition chamber 1 has a raw material chamber 3, a wafer loading/unloading chamber 2, and pulp 5, respectively.
Two heating blocks 10 and 14, which are connected to each other through a heating block 4 and capable of heating up to 500° C., are installed in close proximity to each other and facing each other. The substrate holder 7 can fix the wafer substrate 8 for deposition introduced from the wafer loading/unloading chamber 2 so as to face the heating block 10.14 at a predetermined distance.

このとき、ウェハの被堆積面は高温用加熱ブロック10
に対面している。
At this time, the surface of the wafer to be deposited is placed on the high temperature heating block 10.
is facing.

上記2つの加熱ブロック10.14と基板ホルダ7はい
ずれも移動機構を有し、2つの加熱ブロック同士の間隔
およびそれぞれの加熱ブロック10.14とウェハ基板
8との間隔DI、D2は自由に可変できるようになって
いる。Di、D2の可変範囲はおおよそ2mmから30
mmである。
Both of the two heating blocks 10.14 and the substrate holder 7 have moving mechanisms, and the distance between the two heating blocks and the distances DI and D2 between each heating block 10.14 and the wafer substrate 8 are freely variable. It is now possible to do so. The variable range of Di and D2 is approximately 2mm to 30mm.
It is mm.

原料室3は外壁にヒータ9が巻かれており、原料の液温
を所定の温度に加熱制御できる。また、原料室3には液
温を均一に保つための攪拌モータ13が設定されている
。原料室3の上方部側壁から水平に突出した円筒管11
はパルプ5を介して堆積室1内に導入されており、その
広がった終端部は加熱ブロック10に圧着されている。
A heater 9 is wound around the outer wall of the raw material chamber 3, and the liquid temperature of the raw material can be heated and controlled to a predetermined temperature. Further, a stirring motor 13 is installed in the raw material chamber 3 to keep the liquid temperature uniform. A cylindrical pipe 11 protrudes horizontally from the upper side wall of the raw material chamber 3
is introduced into the deposition chamber 1 via the pulp 5, and its expanded terminal end is pressed against the heating block 10.

広がった円筒管11の側面には微細なオリフィス12が
開けられており、堆積室1が0.01Torr以下に減
圧された状態においても、差動排気により、円筒管11
内部を原料室3に近い圧力に保つことができる。原料室
3から堆積室lに至る原料ガスの経路は、一旦気化した
原料が再び液化しないように、原料室3と同程度の温度
に加熱される構造となっている。
A fine orifice 12 is opened in the side surface of the expanded cylindrical tube 11, and even when the pressure in the deposition chamber 1 is reduced to 0.01 Torr or less, the cylindrical tube 11 is
The interior can be maintained at a pressure close to that of the raw material chamber 3. The path of the raw material gas from the raw material chamber 3 to the deposition chamber 1 is heated to a temperature comparable to that of the raw material chamber 3 so that the once vaporized raw material does not liquefy again.

第1図に示す第1の実施例は、基本的構成に関するもの
である。これに対し第2図は、より具体的な量産用装置
を第2の実施例として示すもので、第2図(alは概略
平面図、第2図(b)は構成図である。
The first embodiment shown in FIG. 1 relates to the basic configuration. On the other hand, FIG. 2 shows a more specific mass production apparatus as a second embodiment, and FIG. 2 (al is a schematic plan view, and FIG. 2(b) is a configuration diagram.

第2図(a)、 (b)において、21は主チャンバ、
22〜24は反応炉、25はロードロツタ室、26は回
転円板、27はモータ、28はウェハ保持板、29はリ
ング板、30は下部ドーム、31は真空隔壁、32は真
空ポンプ、33はパルプ、34はリークパルプ、35は
上部マツチングボックス、36は下部マツチングボック
ス、37はバネ、38は上部ドーム、9aはヒータ、T
Cは熱電対等の温度検出器である。なお、第2図におい
て第1図と同一部分又は相当部分には同一符号が付しで
ある。
In FIGS. 2(a) and (b), 21 is the main chamber;
22 to 24 are reactors, 25 is a load rotor chamber, 26 is a rotating disk, 27 is a motor, 28 is a wafer holding plate, 29 is a ring plate, 30 is a lower dome, 31 is a vacuum partition, 32 is a vacuum pump, 33 is a Pulp, 34 is leak pulp, 35 is upper matching box, 36 is lower matching box, 37 is spring, 38 is upper dome, 9a is heater, T
C is a temperature detector such as a thermocouple. In FIG. 2, the same or equivalent parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals.

第2図(a)の平面的なブロック図に示すように、円筒
形の主チヤンバ21内に3つの反応炉22゜23.24
と1つのロードロック室25を有し、これら4つの副チ
ャンバは、堆積および工・ノチング動作時には主チャン
バ21から真空分離または差動排気される。
As shown in the planar block diagram of FIG.
and one load lock chamber 25, and these four subchambers are vacuum isolated or differentially evacuated from the main chamber 21 during deposition and processing/notching operations.

第2図(b)に示すように、主チヤンバ21内には1つ
の大きな回転円板26が保持されており、モータ27で
駆動された回転円板26の回転によりウェハが4枚同時
に搬送される。ウェハ搬送時には主、副すべてのチャン
バ21〜25が一時的に真空接続されて高真空となる。
As shown in FIG. 2(b), one large rotating disk 26 is held within the main chamber 21, and four wafers are simultaneously transferred by the rotation of the rotating disk 26 driven by a motor 27. Ru. During wafer transfer, all the main and sub-chambers 21 to 25 are temporarily connected to a vacuum to create a high vacuum.

回転円板26は第2図では水平型となっているが、垂直
面上で回転する垂直型であってもよい。反応炉のメンテ
ナンスの点では垂直型の方が優れている。
Although the rotating disk 26 is of a horizontal type in FIG. 2, it may be of a vertical type rotating on a vertical plane. The vertical type is better in terms of reactor maintenance.

薄膜を堆積しようとするウェハ基板8は、被堆積面を下
に向けた状態でウェハ出し入れ室2内の基板ホルダ7に
設置する。設置は、リング板29をシリンダにより固定
した状態でウェハ保持板28を上方に移動させることに
より、上方から行なう。大気中と真空中との間のウェハ
移送の方式には様々な種類があり何れを用いても構わな
いが、例えば、第2図(b)に示すように、基板ホルダ
7の周囲を二重のOリングで圧着することによって大気
と真空とを分離する方式を用いることができる。
The wafer substrate 8 on which a thin film is to be deposited is placed in the substrate holder 7 in the wafer loading/unloading chamber 2 with the surface to be deposited facing downward. Installation is performed from above by moving the wafer holding plate 28 upward while the ring plate 29 is fixed by a cylinder. There are various methods for transferring wafers between the atmosphere and vacuum, and any method may be used. For example, as shown in FIG. A method can be used in which the atmosphere and vacuum are separated by crimping with an O-ring.

すなわち、真空または静電チャック等を利用してウェハ
基板8を保持するウェハ保持板28と、これと連携して
又は個別に上下移動するリング板29とを用いて基板ホ
ルダ7の周囲を真空隔壁31に圧着することにより、主
チャンバ21とウェハ出し入れ室2とが分離される。圧
着した状態で真空ポンプ32とパルプ33とを動作させ
てウェハ出し入れ室2内を減圧した後、ウェハ保持板2
8とリング板29とを連携して上方に移動させることに
よって、ウェハ出し入れ室2と主チャンバ21とが真空
接続され、同時に基板ホルダ7と回転円板26とを接続
しているバネ37が縮み、回転円板26の回転が可能と
なる。
That is, a vacuum partition is formed around the substrate holder 7 using a wafer holding plate 28 that holds the wafer substrate 8 using a vacuum or an electrostatic chuck, and a ring plate 29 that moves up and down in conjunction with or independently of the wafer holding plate 28. 31, the main chamber 21 and the wafer loading/unloading chamber 2 are separated. After operating the vacuum pump 32 and pulp 33 in the crimped state to reduce the pressure in the wafer loading/unloading chamber 2, the wafer holding plate 2
8 and the ring plate 29 are moved upward in conjunction with each other, the wafer loading/unloading chamber 2 and the main chamber 21 are vacuum-connected, and at the same time, the spring 37 connecting the substrate holder 7 and the rotating disk 26 is compressed. , rotation of the rotating disk 26 becomes possible.

逆に、ウェハ基板8を主チャンバ21から大気中に取り
出す場合には、ウェハ保持板28とリング板29とを連
携して下方に移動することによって基板ホルダ7の周囲
を圧着して主チャンバ21とウェハ出し入れ室2とを分
離した後、リークバルブ34を開いてウェハ出し入れ室
2を大気圧にする。リング板29をそのまま固定した状
態でウェハ保持板28のみを上方に移動するとウェハ基
板8を取り出すことができる。
Conversely, when taking out the wafer substrate 8 from the main chamber 21 into the atmosphere, the wafer holding plate 28 and the ring plate 29 are moved downward in cooperation with each other to press the periphery of the substrate holder 7 and remove the wafer substrate 8 from the main chamber 21. After separating the wafer loading/unloading chamber 2 from the wafer loading/unloading chamber 2, the leak valve 34 is opened to bring the wafer loading/unloading chamber 2 to atmospheric pressure. The wafer substrate 8 can be taken out by moving only the wafer holding plate 28 upward while keeping the ring plate 29 fixed.

反応炉の動作モードを第3図に示す。第3図において第
2図と同一部分又は相当部分には同一符号が付しである
。第3図(a)に示すように、ウェハ基板8の搬送の際
には、バネ37を介して回転円板26に接続されている
基板ホルダ7は反応炉の圧着から解放され、自由に回転
できるようになる。
The operating mode of the reactor is shown in FIG. In FIG. 3, the same or equivalent parts as in FIG. 2 are given the same reference numerals. As shown in FIG. 3(a), when the wafer substrate 8 is transferred, the substrate holder 7, which is connected to the rotating disk 26 via the spring 37, is released from the pressure bonding of the reactor and freely rotates. become able to.

このとき、ウェハ基板8をはさむ2つの加熱ブロック1
0.14は既に所定温度に加熱されている。
At this time, the two heating blocks 1 sandwiching the wafer substrate 8
0.14 has already been heated to a predetermined temperature.

ウェハ基板8が反応炉内に設置された後、(′b)に示
すように、反応炉の上部のドーム38が基板ホルダ7の
周囲を圧着し、反応炉内部を主チャンバ21から真空分
離する。このとき、加熱ブロック14も移動し、ウェハ
基板8に接近する。引き続いて堆積前の表面クリーニン
グのために反応炉内にAr等のガスが導入されると共に
上部のマツチングボックス35によりウェハ基板8にR
F(高周波)が印加され、スパッタエツチングが行なわ
れる。次に、ウェハ基板8をはさむ2つの加熱ブロック
10.14が移動し、(C)に示すように、ウェハ基板
8に近接した所定位置で停止する。この状態でトリイソ
ブチルアルミニウムガスを導入し、アルミニウムの選択
成長を実施できる。
After the wafer substrate 8 is placed in the reactor, the dome 38 at the top of the reactor presses around the substrate holder 7 to vacuum isolate the inside of the reactor from the main chamber 21, as shown in ('b). . At this time, the heating block 14 also moves and approaches the wafer substrate 8. Subsequently, a gas such as Ar is introduced into the reactor for surface cleaning before deposition, and R is applied to the wafer substrate 8 by the matching box 35 at the top.
F (high frequency) is applied to perform sputter etching. Next, the two heating blocks 10.14 sandwiching the wafer substrate 8 are moved and stopped at a predetermined position close to the wafer substrate 8, as shown in (C). In this state, triisobutylaluminum gas is introduced to selectively grow aluminum.

以上のモードの他に、第3図(d)に示すように、下部
のマツチングボックス36を用いて加熱ブロック10に
RFを印加できる構造とし、プラズマCVDも可能とす
る。また、第3図(C)、 (d)の何れにおいても、
原料ガスを変えることによって、W、Ti、Cr、Si
等の/l以外の金属も堆積できる。
In addition to the above-mentioned modes, as shown in FIG. 3(d), a structure is adopted in which RF can be applied to the heating block 10 using the matching box 36 at the bottom, and plasma CVD is also possible. In addition, in both Fig. 3 (C) and (d),
By changing the raw material gas, W, Ti, Cr, Si
Metals other than /l such as /l can also be deposited.

第2図、第3図の装置の具体的な使用例を表に示す。Specific usage examples of the apparatus shown in FIGS. 2 and 3 are shown in the table.

穴埋め(3枚同時)は、3つの反応炉をすべてアルミニ
ウムの選択成長に用いるもので、3枚の基板上に同時に
堆積できるため、スループットを高(できる特徴を有し
、スルーホールの穴埋めやシリコンへのアルミニウム張
付は等に用いることができる。
Hole filling (3 substrates at the same time) uses all three reactors for selective growth of aluminum, and because it can deposit on three substrates at the same time, it has the feature of high throughput. Aluminum cladding can be used for etc.

全面堆積(2枚同時)は、反応炉3で金属非選択成長す
なわちTi−3i−W等の金属を全面に薄く堆積したの
ち、反応炉23.24でアルミニウムの選択成長を行な
うものである。アルミニウムは全面に堆積されることに
なり、下地金属をアルミニウムと基ViSi等との間の
バリアとして用いることができる。上記全面堆積で、2
枚同時でA4選択成長を2回行なうこととしたのは、金
属非選択成長の時間がA1選択成長の時間より短いこと
を考慮したものである。
Full-surface deposition (two layers at the same time) involves non-selective growth of metal in the reactor 3, that is, a thin layer of metal such as Ti-3i-W is deposited on the entire surface, and then selective growth of aluminum is performed in the reactor 23 and 24. Aluminum will be deposited over the entire surface, and the underlying metal can be used as a barrier between the aluminum and the base ViSi, etc. With the above full surface deposition, 2
The reason why A4 selective growth was performed twice at the same time was in consideration of the fact that the time for metal non-selective growth was shorter than the time for A1 selective growth.

2段堆積(1枚ずつ)は、上記2つの場合を組合せたも
ので、反応炉22でアルミニウムの選択成長を行なった
後、反応炉23で金属の非選択成長を行ない、最後に反
応炉24でアルミニウムの選択成長を行なう。これは、
最初の選択成長でスルーホールの穴埋めを行ない、次い
でアルミニウムを全面堆積して平坦な表面形状を得るも
のである。
Two-stage deposition (one layer at a time) is a combination of the above two cases, in which aluminum is selectively grown in reactor 22, then metal is non-selectively grown in reactor 23, and finally metal is grown in reactor 24. selective growth of aluminum. this is,
The through-holes are filled with the first selective growth, and then aluminum is deposited on the entire surface to obtain a flat surface.

以上の例の他に、上記反応炉24のアルミニウム堆積に
続けて更に同一反応炉内で金属非選択成長を行なうなど
のバリエーションがある。堆積前の基板エツチングに関
しては、ウェハ基板を反応炉内に移動した後、堆積直前
に実施できるようにする。反応炉22をエツチング専用
室とし、ここでエツチングした後、反応炉23.24に
ウェハを搬送して堆積することも考えられるが、この場
合、エツチング後堆積までの時間が長くならないように
注意する必要がある。
In addition to the above example, there are variations such as performing non-selective metal growth in the same reactor following the aluminum deposition in the reactor 24. Substrate etching prior to deposition can be performed immediately prior to deposition after the wafer substrate has been moved into the reactor. It is also possible to use the reactor 22 as an etching-only chamber, and after etching the wafer there, transfer the wafer to the reactor 23 or 24 for deposition, but in this case, care must be taken not to lengthen the time between etching and deposition. There is a need.

次に、かかるCVD装置を用いてアルミニウムの選択成
長を行なった例を第4図を用いて説明する。CVDを行
なうに先立って初めに、第4図(a)に示すように、シ
リ、コン基板41の上にシリコン酸化膜42を形成する
。シリコン基板41はここではp型(100)5Ωcm
のものを用いているが、面方位や比抵抗は他のものを用
いても本質的な差異はない。また、シリコン酸化膜42
は本実施例ではシリコンを熱酸化して形成したが、他の
形成法、例えば気相成長法やスパッタ法で堆積したもの
でも良い。更にリンやボロンを添加したシリコン酸化膜
あるいはシリコン窒化膜等の他の材料であってもいわゆ
る絶縁性の薄膜であれば効果に基本的な差異はない。
Next, an example of selective growth of aluminum using such a CVD apparatus will be described with reference to FIG. Prior to CVD, a silicon oxide film 42 is first formed on a silicon substrate 41, as shown in FIG. 4(a). The silicon substrate 41 is p-type (100) 5Ωcm here.
However, there is no essential difference in surface orientation and resistivity even if other types are used. In addition, the silicon oxide film 42
In this embodiment, silicon is formed by thermally oxidizing silicon, but it may be deposited by other formation methods, such as vapor phase epitaxy or sputtering. Furthermore, even if other materials such as silicon oxide film or silicon nitride film doped with phosphorus or boron are used, there is no fundamental difference in effectiveness as long as the film is a so-called insulating thin film.

次に、第4図(b)に示すように、公知のホトリソグラ
フィ技術を用いたレジストマスクパターン形成とエツチ
ング技術を用いてスルーホール43を形成する。この工
程におけるリソグラフィ技術やシリコン酸化膜42のエ
ツチング技術にはい(つかの方法が知られており、どの
ような方法を用いても良いが、シリコン酸化膜42のエ
ツチングにガスプラズマを用いたいわゆるドライエツチ
ングを行なった場合には開口したシリコン表面に、観察
するのに困難な極めて僅かの重合膜や変質膜が形成され
ることがある。このような僅かの表面状態の変化が後の
アルミニウム堆積工程で大きな影響を及ぼすので十分な
配慮が必要である。また、ドライエツチングでなく通常
の緩衝弗酸液によるウェットエツチングを用いて清浄な
シリコン表面を得た場合にも、エツチングマスクとして
用いたレジストパターンを除去する工程や単純な時間経
過等によってシリコン表面に薄い自然酸化膜や他の汚染
が発生する。第4図(b)に示す自然酸化膜44は、以
上に述べた自然酸化膜や変質汚染層を総称したものであ
る。
Next, as shown in FIG. 4(b), through holes 43 are formed using resist mask pattern formation using known photolithography technology and etching technology. There are several known lithography techniques and etching techniques for the silicon oxide film 42 in this process, and any method may be used; When etching is performed, a very slight polymerized film or altered film that is difficult to observe may be formed on the open silicon surface.Such slight changes in the surface condition may cause problems during the subsequent aluminum deposition process. In addition, when a clean silicon surface is obtained using normal wet etching using a buffered hydrofluoric acid solution instead of dry etching, the resist pattern used as an etching mask must be carefully considered. A thin natural oxide film and other contamination occur on the silicon surface due to the process of removing the oxide and the simple passage of time.The natural oxide film 44 shown in FIG. This is a general term for layers.

このような自然酸化膜層44を除去するために、第4図
(C)に示すように、アルミニウム堆積直前にシリコン
表面清浄化のための前処理が必要である。
In order to remove such a natural oxide film layer 44, as shown in FIG. 4(C), a pretreatment for cleaning the silicon surface is required immediately before aluminum deposition.

本工程の主たる目的は、シリコン表面に形成された自然
酸化膜層44を除去し、次工程の選択的なアルミニウム
堆積の再現性を確保すると同時に、連続かつ平滑で良質
なアルミニウム膜を得ることにある。通常の前処理は、
例えば1.5%の希弗酸水溶液中に10秒から数分程度
浸漬してシリコン酸化膜を軽くエツチングすることによ
ってシリコン開口部に疏水性を確認した後、数分から十
数分間純水で洗浄して乾燥するだけでよい。
The main purpose of this process is to remove the natural oxide film layer 44 formed on the silicon surface, ensure reproducibility of selective aluminum deposition in the next process, and at the same time obtain a continuous, smooth, and high-quality aluminum film. be. The usual pretreatment is
For example, after confirming the hydrophobicity of the silicon opening by lightly etching the silicon oxide film by immersing it in a 1.5% dilute hydrofluoric acid aqueous solution for about 10 seconds to several minutes, wash it with pure water for a few minutes to more than ten minutes. Just leave it to dry.

自然酸化膜44のエツチング速度は弗酸の濃度が高いほ
ど大きいので、濃度が高い場合には疏水性を得るまでの
時間が短くなる。しかし、開口部以外のシリコン酸化膜
42もエツチングされるので、エツチング条件はそれぞ
れの場合に応じて適当に選ぶ必要がある。
The etching rate of the natural oxide film 44 increases as the concentration of hydrofluoric acid increases, so when the concentration is high, the time required to obtain hydrophobicity becomes shorter. However, since the silicon oxide film 42 other than the openings is also etched, etching conditions must be selected appropriately depending on each case.

また、水洗時間が長くなると再びシリコン表面、に酸化
膜が形成され浸水性を示すようになるので、このように
なる前に水洗を終了する。自然酸化膜44をエツチング
しても疏水性が得られない場合、または疏水性が得られ
てもアルミニウムを堆積したときに正常な堆積条件にお
いても平滑な連続膜になりにくい場合がある。これは、
前述したドライエツチングその他によってシリコン表面
に汚染や損傷が発生したときに見られるものである。こ
のような場合には、スルーホール43を開口したのち、
例えば900℃前後の酸素雰囲気中でシリコン表面を酸
化するなどの方法で開口部に数十人から数百人のシリコ
ン酸化膜を形成し、次いでこの酸化膜を希弗酸液等を用
いて除去して疏水性を得ることにより、良好なアルミニ
ウム膜を形成することができる。
Furthermore, if the water washing time becomes longer, an oxide film will be formed on the silicon surface again and it will become water permeable, so the water washing should be finished before this happens. Even if the native oxide film 44 is etched, hydrophobicity may not be obtained, or even if hydrophobicity is obtained, it may be difficult to form a smooth continuous film even under normal deposition conditions when aluminum is deposited. this is,
This is seen when the silicon surface is contaminated or damaged by dry etching or other processes mentioned above. In such a case, after opening the through hole 43,
For example, tens to hundreds of silicon oxide films are formed in the openings by oxidizing the silicon surface in an oxygen atmosphere at around 900°C, and then this oxide film is removed using a dilute hydrofluoric acid solution, etc. By doing so to obtain hydrophobicity, a good aluminum film can be formed.

自然酸化膜44を除去する方法としては、上記以外に、
ウェハ基板47をアルミニウム堆積用のCVD装置内に
設置した後、堆積直前にドライエツチング等を用いて基
板表面をクリーニングする方法が有効である。基板表面
がシリコン単結晶の場合にはそれほど問題とはならない
が、多結晶シリコンやアルミニウム等の基板上にアルミ
ニウムを選択的に堆積する場合には、希弗酸等を用いて
自然酸化膜層44を除去しても、その後、アルミニウム
を堆積するまでの極めて短い間に再び自然酸化膜層が形
成されてしまい、良好に堆積できない場合がある。この
場合には、第2図および第3図に示す装置のように、R
Fプラズマ、エツチング機構を具備したCVD装置が必
要となる。もちろん、RFプラズマ以外に、電子サイク
ロトロン共鳴(ECR,Electron Cyclo
tron Re5onance)エツチング等をもちい
てもよい。下地基板がアルミニウムの場合には、これら
RFプラズマ等によるエツチングの後、真空中における
放置時間が長くなると、やはり自然酸化膜が形成されて
しまい良好に堆積できなくなる。良好な膜を堆積するた
めの放置時間の範囲を調べたところ、基板温度250℃
で圧力10−’T o r rの場合、およそ1分〜2
分以内であった。3分〜5分放置では、表面凹凸の激し
いアルミニウム膜が堆積され、10分放置ではアルミニ
ウム膜は堆積されず、僅かにアルミニウムの核が形成さ
れる程度であった。30分間放置した場合には全く堆積
されなかった。以上の結果から、良好な膜を堆積するた
めには、第4図(C)に示す自然酸化膜層の除去が極め
て重要な工程であり、また自然酸化膜層44除去の後、
速やかに堆積を開始する必要があることが分かる。堆積
するまでの時間が長くなる場合には堆積室内の圧力をで
きるだけ低く保つようにする。なお、ウェハ基板とは、
第4図(a)から(e)までに示すすべてのもの含む総
称である。
In addition to the methods described above, methods for removing the natural oxide film 44 include:
After the wafer substrate 47 is placed in a CVD apparatus for aluminum deposition, it is effective to clean the surface of the substrate using dry etching or the like immediately before deposition. This is not so much of a problem when the substrate surface is single crystal silicon, but when aluminum is selectively deposited on a substrate made of polycrystalline silicon or aluminum, a natural oxide film layer 44 is formed using dilute hydrofluoric acid or the like. Even if aluminum is removed, a natural oxide film layer will be formed again in a very short period of time until aluminum is deposited, and good deposition may not be possible. In this case, R
A CVD apparatus equipped with F plasma and an etching mechanism is required. Of course, in addition to RF plasma, there is also electron cyclotron resonance (ECR).
Etching or the like may also be used. When the base substrate is made of aluminum, if the substrate is left in a vacuum for a long time after etching with RF plasma or the like, a natural oxide film will be formed, making it impossible to deposit the material well. When we investigated the range of standing time for depositing a good film, we found that the substrate temperature was 250°C.
If the pressure is 10-'T o r r, approximately 1 minute to 2
It was within minutes. When left for 3 to 5 minutes, an aluminum film with severe surface irregularities was deposited, and when left for 10 minutes, no aluminum film was deposited and only a few aluminum nuclei were formed. No deposition was observed when left for 30 minutes. From the above results, in order to deposit a good film, the removal of the natural oxide film layer shown in FIG. 4(C) is an extremely important step, and after the removal of the natural oxide film layer 44,
It can be seen that it is necessary to start the deposition immediately. If it takes a long time to deposit, the pressure in the deposition chamber should be kept as low as possible. Furthermore, the wafer substrate is
This is a general term that includes everything shown in FIGS. 4(a) to (e).

以上の処理を行なったウェハ基板47を反応炉内にセッ
トしてアルミニウムの堆積を行なうが、ウェハ基板47
をセットする前にCVD装置では次の準備が必要である
。以下の説明では、第1図に示す装置を用いることとす
る。初めに、原料室3、堆積室1およびウェハ出し入れ
室2を予め十分真空排気し、原料室3内にトリイソブチ
ルアルミニウムの液体を15を導入し、攪拌モータ13
で温度を均一に保ちながら所定温度に加熱する。
The wafer substrate 47 that has undergone the above processing is set in a reactor to deposit aluminum.
Before setting the CVD equipment, the following preparations are required. In the following description, the apparatus shown in FIG. 1 will be used. First, the raw material chamber 3, the deposition chamber 1, and the wafer loading/unloading chamber 2 are sufficiently evacuated in advance, and a triisobutylaluminum liquid 15 is introduced into the raw material chamber 3, and the stirring motor 13 is
Heat to the specified temperature while keeping the temperature uniform.

トリイソブチルアルミニウムは加熱の無い室温において
も十分高い蒸気圧を有しているが、加熱することによっ
てより効率的に蒸気を発生させることができる。しかし
ながら、加熱温度が50℃を越えると、蒸気圧の低いジ
イソブチルアルミニウムハライドに変化し易くなること
が知られており、それほど高温にすることはできない。
Although triisobutylaluminum has a sufficiently high vapor pressure even at room temperature without heating, it can generate vapor more efficiently by heating. However, it is known that when the heating temperature exceeds 50° C., it tends to change to diisobutylaluminum halide, which has a low vapor pressure, so it cannot be heated to such a high temperature.

ここでは主として45℃に設定した。Here, the temperature was mainly set at 45°C.

原料ガスの供給能力に関しては、原料室3の形状は直径
約10cm、高さ約22cmの円筒状であり、この程度
の液温と表面積であれば原料ガスの蒸発速度は十分に高
く、従って、数十cc/分程度の常用のガス消費時にお
いても、はぼ原料ガスに近い蒸気圧を保つことができる
。また、原料室3が円筒状であ、ることから、原料ガス
の量が変わっても液の表面積は変化せず、蒸発速度は常
に一定となる。従って、原料ガスの流量は、円筒管の側
面に開けられたオリフィスのコンダクタンスを変えるこ
とにより、はぼ圧力を一定としたままで変えることがで
きる。以上に述べた原料室3の加熱と平行して、堆積室
2内の2つの加熱ブロック10および14も昇温し、一
定温度となるように制御する。
Regarding the raw material gas supply capacity, the raw material chamber 3 has a cylindrical shape with a diameter of about 10 cm and a height of about 22 cm, and with this level of liquid temperature and surface area, the evaporation rate of the raw material gas is sufficiently high. Even during normal gas consumption of several tens of cc/min, a vapor pressure close to that of the raw material gas can be maintained. Further, since the raw material chamber 3 is cylindrical, the surface area of the liquid does not change even if the amount of raw material gas changes, and the evaporation rate remains constant. Therefore, the flow rate of the raw material gas can be changed while keeping the pressure constant by changing the conductance of the orifice opened in the side surface of the cylindrical tube. In parallel with the heating of the source chamber 3 described above, the two heating blocks 10 and 14 in the deposition chamber 2 are also heated and controlled to maintain a constant temperature.

以上の準備作業の後、第4図(C)に示す前記前処理を
行なったウェハ基板47 (第1図のウェハ基板8に相
当)をウェハ出し入れ室2にセントし、・十分に排気す
る。引き続いてウェハ基板47(8)を堆積室1に移動
し、ウェハ基板47(8)を対向した2つの加熱ブロッ
ク10.14の間に設置した状態で数分間保持すること
によって、ウェハ基板47の温度をほぼ定常状態にする
。このとき、ウェハ周辺にアルゴンのような不活性ガス
を流すことにより、ウェハ基板47をより効果的に加熱
することもできる。
After the above preparatory work, the wafer substrate 47 (corresponding to the wafer substrate 8 in FIG. 1) that has been subjected to the pretreatment shown in FIG. 4(C) is placed in the wafer loading/unloading chamber 2, and is thoroughly evacuated. Subsequently, the wafer substrate 47 (8) is moved to the deposition chamber 1, and the wafer substrate 47 (8) is placed between the two opposing heating blocks 10.14 and held for several minutes. Bring the temperature to a near steady state. At this time, the wafer substrate 47 can be heated more effectively by flowing an inert gas such as argon around the wafer.

引き続いて、原料室3と堆積室2との間のバルブ5を開
いて原料ガスを堆積室1に導入し、アルミニウムの堆積
を開始する。なお、バルブ5を開けた直後に堆積室1の
圧力が大きく変動しないように、バルブ5を開くまでの
適当な時間、原料室3内を堆積中と同程度の流量で排気
しておくことが望ましい。所定の堆積時間経過の後、原
料室3と堆積室1との間のバルブ5を閉じて堆積を終了
する。以上に記した操作を行なうことによって、第4図
fd)に示すように、シリコン基板41の開口部43に
のみ選択的にアルミニウム45を堆積することができる
Subsequently, the valve 5 between the raw material chamber 3 and the deposition chamber 2 is opened to introduce the raw material gas into the deposition chamber 1, and the deposition of aluminum is started. In addition, in order to prevent the pressure in the deposition chamber 1 from fluctuating greatly immediately after opening the valve 5, the inside of the source chamber 3 may be evacuated at the same flow rate as during deposition for an appropriate period of time before the valve 5 is opened. desirable. After a predetermined deposition time has elapsed, the valve 5 between the raw material chamber 3 and the deposition chamber 1 is closed to complete the deposition. By performing the operations described above, aluminum 45 can be selectively deposited only in the opening 43 of the silicon substrate 41, as shown in FIG. 4 fd).

シリコン酸化膜42上には堆積せず、開口部43のシリ
コン上にのみ選択的に平滑性に優れたアルミニウム45
を堆積するためには膜堆積条件を注意深(選ぶ必要があ
る。特に2つの加熱ブロック10.14の温度およびこ
れら加熱ブロック10.14とウェハ基板8(47)と
の間隔D1゜D2とは重要なパラメータである。Dl−
D2−5mmとし、ガス流量をおよそ20〜30 Cc
/分、円筒管11内部の原料ガスの圧力を0.57 。
Aluminum 45 with excellent smoothness is not deposited on the silicon oxide film 42 and is selectively deposited only on the silicon in the opening 43.
It is necessary to carefully select the film deposition conditions in order to deposit the It is an important parameter.Dl-
D2-5mm, gas flow rate approximately 20-30 Cc
/min, and the pressure of the raw material gas inside the cylindrical tube 11 was set to 0.57.

rr、堆積室1の圧力を約0.05Torrとしたとき
のシリコン上へのアルミニウム膜堆積のようすを第5図
に示す。第5図では、横軸に被堆積面に対面した加熱ブ
ロック10の温度TD、縦軸に基板の裏側に対面してい
る加熱ブロック14の温度TBをとっている。アルミニ
ウムの堆積は加熱ブロックの温度がある程度高くなって
初めて進行する。そこで、第5図中でアルミニウムが堆
積されない領域と堆積される領域との境界を「堆積境界
」と名付けることにする。堆積境界を実験的に調べた結
果、おおよそTD+TB=Cの直線S1で表わされるこ
とが明らかとなった。Cは、距離Di、D2や原料ガス
の圧力等を固定した場合には定数となり、本条件ではお
よそ460〜480℃であった。図中、堆積境界線より
上方の領域では、TD+TBの値の増大と共に堆積速度
が高くなり、同時にウェハ基板周辺が厚くなるような膜
厚分布に変わってくる。また、TD+TBO値が大きく
なるに連れて、堆積されたアルミニウム膜の表面凹凸が
激しくなる。更に高い温度では、シリコン酸化膜上にも
島状のアルミニウム核が形成され始め、シリコンとシリ
コン酸化膜の区別なく無選択に堆積されるようになる。
FIG. 5 shows how an aluminum film is deposited on silicon when the pressure in the deposition chamber 1 is approximately 0.05 Torr. In FIG. 5, the horizontal axis represents the temperature TD of the heating block 10 facing the surface to be deposited, and the vertical axis represents the temperature TB of the heating block 14 facing the back side of the substrate. Aluminum deposition does not proceed until the temperature of the heating block reaches a certain level. Therefore, in FIG. 5, the boundary between the area where aluminum is not deposited and the area where aluminum is deposited will be named the "deposition boundary". As a result of experimental investigation of the deposition boundary, it has become clear that it is approximately represented by a straight line S1 of TD+TB=C. C becomes a constant when the distances Di, D2, the pressure of the source gas, etc. are fixed, and was approximately 460 to 480° C. under these conditions. In the region above the deposition boundary line in the figure, the deposition rate increases as the value of TD+TB increases, and at the same time, the film thickness distribution changes so that the periphery of the wafer substrate becomes thicker. Furthermore, as the TD+TBO value increases, the surface unevenness of the deposited aluminum film becomes more severe. At an even higher temperature, island-shaped aluminum nuclei begin to form on the silicon oxide film, and are deposited non-selectively, without distinguishing between silicon and silicon oxide films.

第5図中、TB=TDの直線S2上の領域では、ウェハ
基板の周囲壁面がすべて同一温度に加熱されていること
から、従来のホントウオール型のCVDと同じ状態であ
るといえる。ホットウォール型は堆積基板が設置される
石英管全体をヒータによって加熱するもので、この場合
、原料ガスは、管内を流れている間に石英管と同一温度
に加熱されることになる。従って、ホットウォール型で
は原料ガス温度は基板温度にほぼ等しい。一方、TB>
TDの全領域(グラフ内のTB=TDの直線を境界とし
てそれより上方)では、ウェハ基板裏面が高温に加熱さ
れ、表面に対向した壁面は低い温度となっているので、
従来のコールドウオール型のCVDと同じと考えてよい
。コールドウオール型では、堆積基板は加熱された基板
加熱ヒータに密着して固定され、基板の温度よりも低温
の原料ガスが導入される。
In FIG. 5, in the region on the straight line S2 of TB=TD, all the surrounding wall surfaces of the wafer substrate are heated to the same temperature, so it can be said that the state is the same as that of the conventional real wall type CVD. In the hot wall type, the entire quartz tube on which the deposition substrate is installed is heated by a heater, and in this case, the source gas is heated to the same temperature as the quartz tube while flowing inside the tube. Therefore, in the hot wall type, the source gas temperature is approximately equal to the substrate temperature. On the other hand, TB>
In the entire region of TD (above the boundary of the TB=TD straight line in the graph), the back surface of the wafer substrate is heated to a high temperature, and the wall surface facing the front surface is at a low temperature.
It can be considered to be the same as conventional cold wall CVD. In the cold wall type, the deposition substrate is fixed in close contact with a heated substrate heater, and a source gas having a temperature lower than that of the substrate is introduced.

本装置におけるCVDは、これら従来用いられているC
VDとは異なり、TB≦TD (グラフ内の直vA32
を境界としてそれより下方)の全く新しい領域を使用で
きることに大きな特徴を有している。このような条件下
では、堆積直前において原料ガスの温度が基板の温度よ
りも高くなっていることから、基板表面上の原料ガスが
より高い過飽和の状態となり、または基板温度を低く抑
えることが可能となり、平滑で良質なアルミニウム膜を
得ることができる。図中破線で示した領域S3は実際に
良質なアルミニウム膜が得られた領域をを示しており、
上記のような状態が実現されているものと考えられる。
The CVD in this device is
Unlike VD, TB≦TD (direct vA32 in the graph
A major feature is that a completely new area below the boundary can be used. Under these conditions, the temperature of the source gas is higher than the temperature of the substrate just before deposition, so the source gas on the substrate surface becomes more supersaturated, or it is possible to keep the substrate temperature low. Therefore, a smooth and high quality aluminum film can be obtained. The region S3 indicated by the broken line in the figure shows the region where a good quality aluminum film was actually obtained.
It is considered that the above situation has been realized.

領域S3は、また、ウェハ基板上に堆積されたアルミニ
ウムの膜厚がほぼ均一となる領域でもある。
The region S3 is also a region where the thickness of the aluminum film deposited on the wafer substrate is approximately uniform.

TDミ320℃、TB=200℃としたときのアルミニ
ウムの金属組織の写真を第6図に示す。
FIG. 6 shows a photograph of the metallographic structure of aluminum when TD=320°C and TB=200°C.

これまで、CVDによるアルミニウムの堆積に関してい
くつかの報告が成されているが(ただし選択成長ではな
い)、堆積された膜の表面状態はいずれも第12図に示
すように小さな結晶粒の集まりであり、凹凸が大きく、
また結晶粒間に部分的に隙間が見られた。これに対し本
装置のCVDの場合には、第6図から分かるように、結
晶粒径が大きく平滑な表面となっており、結晶粒界に隙
間はない。金属組織の状態は、堆積基板の材質がシリコ
ンであるかアルミニウムであるかなどによって変化し、
例えば面方位(111)のシリコン基板上に堆積した場
合には、第6図に見られる亀の甲状の模様はみられなか
った。しかし、表面が平滑であることや結晶粒界に隙間
がないことなどは共通しており、何れも良質な膜が形成
されている。
Until now, several reports have been made regarding the deposition of aluminum by CVD (however, it is not selective growth), but in all cases the surface state of the deposited film is a collection of small crystal grains, as shown in Figure 12. Yes, the unevenness is large.
In addition, gaps were partially observed between crystal grains. On the other hand, in the case of CVD using this apparatus, as can be seen from FIG. 6, the crystal grain size is large and the surface is smooth, with no gaps at the grain boundaries. The state of the metal structure changes depending on whether the material of the deposition substrate is silicon or aluminum.
For example, when deposited on a silicon substrate with a plane orientation of (111), the tortoise shell pattern shown in FIG. 6 was not observed. However, they all have a smooth surface and no gaps in the grain boundaries, and both form high-quality films.

しかも、このような膜が得られる領域はおおよそTD+
TB=Cの線S1に沿った広い領域となっており、加熱
ブロック10の温度TDや加熱ブロック14の温度TB
を可変とすることにより、制御性、再現性良く良質な膜
を得ることができ、薄膜製造用の量産装置に応用した場
合でも実用性の高い方法といえる。
Moreover, the region where such a film can be obtained is approximately TD+
It is a wide area along the line S1 of TB=C, and the temperature TD of the heating block 10 and the temperature TB of the heating block 14
By making variable , it is possible to obtain high-quality films with good controllability and reproducibility, and this method can be said to be highly practical even when applied to mass production equipment for thin film manufacturing.

破線で示した領域S3以外で堆積したアルミニウム膜は
何れも凹凸が大きいかまたは均一性が悪い等の問題があ
った。また、例えばTD+TB=600℃あるいはそれ
より大きい場合には、選択性が得難い状態となった。た
だし、破線で示した領域S3は定量的に固定されたもの
ではなく、原料ガスの圧力や流量その他の条件によって
変化することから、おおよその傾向を示したものである
All of the aluminum films deposited in areas other than the region S3 indicated by the broken line had problems such as large irregularities or poor uniformity. Further, for example, when TD+TB=600° C. or higher, it was difficult to obtain selectivity. However, the region S3 indicated by the broken line is not fixed quantitatively, but changes depending on the pressure, flow rate, and other conditions of the raw material gas, and therefore shows an approximate trend.

ここで、堆積境界がほぼTD+TB=Cの直線S1で表
わされる意味について考えてみる。堆積中の原料ガスの
流れが粘性流状態となっていることは、ウェハ基板と加
熱ブロックとの間隔および原料ガスの圧力などから明ら
かである。従って、この場合の加熱ブロック間の温度分
布はほぼ直線的に変化し、例えば両ブロックから等距離
におかれたウェハ基板の温度は(TD+TB)/2とな
る。一方、第5図に示された堆積境界線は、TD+TB
の値がある定数Cになったときに膜堆積が開始すること
を表わしており、ウェハ基板の温度が(TD+TB)/
2であることと合わせ考えると、膜堆積の進行は主にウ
ェハ基板温度によって決定されていることが分かる。た
だし、TB<TDの領域では、堆積境界線がTD+TB
=Cの直線よりも傾きがやや大きくなるような傾向もみ
られ、基板温度以外に原料ガス温度も二次的に膜堆積の
進行に影響していることが考えられる。
Let us now consider the meaning of the deposition boundary represented by the straight line S1 of approximately TD+TB=C. It is clear from the distance between the wafer substrate and the heating block, the pressure of the source gas, etc. that the flow of the source gas during deposition is in a viscous flow state. Therefore, the temperature distribution between the heating blocks in this case changes almost linearly, and for example, the temperature of the wafer substrate placed equidistantly from both blocks becomes (TD+TB)/2. On the other hand, the deposition boundary line shown in Fig. 5 is TD+TB
This indicates that film deposition starts when the value of C reaches a certain constant C, and the temperature of the wafer substrate is (TD+TB)/
2, it can be seen that the progress of film deposition is mainly determined by the wafer substrate temperature. However, in the region where TB<TD, the deposition boundary line is TD+TB
There was also a tendency for the slope to be slightly larger than the straight line =C, suggesting that in addition to the substrate temperature, the source gas temperature also had a secondary effect on the progress of film deposition.

以上に述べた実験はD1=D2=5mmで行なっている
が、Dl、D2が変わった場合でも、ウェハ基板温度を
算出することにより、おおよその堆積境界を予測するこ
とができる。2つの加熱ブロックの間隔を一定にしてウ
ェハM板47(8)を温度TDの加熱ブロック10に近
付けると堆積境界線の傾きは急峻になり、D1=Omm
の極限で垂直な線(TD=C/2)となる。また、逆に
ウェハ基板47を温度TBの加熱ブロック14に近付け
ていくと堆積境界線の傾きは緩やかになり、D2=Om
mの極限で水平線(TB=C/2)となる。この時の堆
積境界線の回転の中心は2つの直線TD+TB=CとT
B=TDの交点である。
Although the experiment described above was conducted with D1=D2=5 mm, even if D1 and D2 change, the approximate deposition boundary can be predicted by calculating the wafer substrate temperature. When the distance between the two heating blocks is kept constant and the wafer M plate 47 (8) is brought closer to the heating block 10 at the temperature TD, the slope of the deposition boundary becomes steeper, and D1=Omm.
At the limit of , it becomes a vertical line (TD=C/2). Conversely, when the wafer substrate 47 is brought closer to the heating block 14 at the temperature TB, the slope of the deposition boundary becomes gentler, and D2=Om
At the limit of m, it becomes a horizontal line (TB=C/2). At this time, the center of rotation of the deposition boundary line is two straight lines TD + TB = C and T
B is the intersection of TD.

このような堆積境界の移動に伴って、良質膜が堆積され
る条件範囲も変化する。また、Di、D2の可変範囲と
しては、およそ3mm以上15mm未満では十分に良質
な膜が堆積できたことから、現実的な最小間隔は加熱ブ
ロックの加工精度やウェハ基板の位置制御の精度で定ま
り、最大間隔は周辺効果による堆積膜の均一性劣化によ
って制限されるものと考えられる。周辺効果とは、2つ
の加熱ブロック10と14との間隔が大きい場合に、両
顎熱ブロックの周辺において加熱面で加熱された以外の
ガスとの混合が起こり、ウェハ基板周辺の堆積膜の膜厚
や膜質が不均質となる現象である。
As the deposition boundary moves, the range of conditions under which a good quality film can be deposited also changes. In addition, as for the variable range of Di and D2, since a sufficiently high quality film was deposited within the range of about 3 mm or more and less than 15 mm, the realistic minimum interval is determined by the processing accuracy of the heating block and the accuracy of the position control of the wafer substrate. , the maximum spacing is thought to be limited by deterioration of uniformity of the deposited film due to fringe effects. The peripheral effect refers to the fact that when the distance between the two heating blocks 10 and 14 is large, gases other than those heated on the heating surface occur in the vicinity of the double-jaw heating blocks, and the deposited film around the wafer substrate is mixed. This is a phenomenon in which the thickness and film quality become non-uniform.

本願発明者らがすでに行なった特許出願(特願昭61−
190494号)はD2=Ommの場合である。この場
合には、第5図において堆積境界はTB=C/2=23
0〜240℃の直線となり、良質膜が堆積される条件も
TBが250〜260℃前後のときに限られている。基
板加熱用のヒータ(この場合にはウェハ基板裏側の加熱
ブロック)の温度分布を小さく抑えることは極めて難し
く、またヒータ温度が均一であったとしても、ヒータと
ウェハ基板との接触の程度によってウェハ基板に大きな
温度分布が生ずるため、ヒータとウェハ基板が接触する
通常のタイプの装置では堆積される膜の膜厚や膜質の均
一性を確保することは難しいという欠点がある。加熱ブ
ロックとウェハ基板とが離れている場合(D 2 > 
Omm)には、ウェハ基板内の熱伝導率がガスに比べて
十分に大きいことやウェハ基板は温度が平均化されたガ
スで加熱されることから、ウェハ基板の温度は極めて均
一となる。
Patent applications already filed by the inventors of the present application (Japanese Patent Application No.
No. 190494) is a case where D2=Omm. In this case, the deposition boundary in FIG. 5 is TB=C/2=23
It becomes a straight line from 0 to 240°C, and the conditions for depositing a good quality film are also limited to when TB is around 250 to 260°C. It is extremely difficult to suppress the temperature distribution of the heater for heating the substrate (in this case, the heating block on the back side of the wafer substrate), and even if the heater temperature is uniform, the wafer temperature may vary depending on the degree of contact between the heater and the wafer substrate. Since a large temperature distribution occurs on the substrate, it is difficult to ensure uniformity in the thickness and quality of the deposited film using a conventional type of apparatus in which the heater and the wafer substrate are in contact with each other. When the heating block and wafer substrate are separated (D 2 >
Omm), the temperature of the wafer substrate is extremely uniform because the thermal conductivity within the wafer substrate is sufficiently higher than that of gas and because the wafer substrate is heated with a gas whose temperature is averaged.

原料ガスの圧力が低くなり、ガスの流れが分子流領域に
なった場合には、ウェハ基板温度は2つの加熱ブロック
の温度の相乗平均で表わされるようになり、また空間的
な温度分布も距離に対する直線性がなくなるので、上記
に述べた状況とは変わって(る。しかし、ウェハ基板温
度や加熱ブロック間の温度分布は容易に求めることがで
きるので、多結晶の状況は大凡予測することができる。
When the pressure of the source gas becomes low and the gas flow becomes a molecular flow region, the wafer substrate temperature comes to be expressed as the geometric mean of the temperatures of the two heating blocks, and the spatial temperature distribution also changes over distance. However, since the wafer substrate temperature and the temperature distribution between heating blocks can be easily determined, the situation of polycrystals can be roughly predicted. can.

以上述べたように、良質な膜が体積される条件は加熱ブ
ロックとウェハ基板との距離やガス圧力等による種々変
化し、それらすべての条件を記述することはできないが
、基本的な考え方は明らかとなっているので、それに従
って個々の条件を決定することができる。
As mentioned above, the conditions for depositing a high-quality film vary depending on the distance between the heating block and the wafer substrate, the gas pressure, etc., and it is not possible to describe all of these conditions, but the basic idea is clear. Therefore, individual conditions can be determined accordingly.

本実施例において、堆積時のウェハ基板温度を熱電対を
用いて測定した結果、原料ガスを流して堆積を開始する
と同時に基板温度が上昇し、1〜2分程程度ほぼ一定の
温度になることが明らかとなった。原料ガスを流す前に
予めアルゴン等の不活性ガスを流した場合には、より早
く定常温度になる。
In this example, as a result of measuring the wafer substrate temperature during deposition using a thermocouple, it was found that the substrate temperature rose at the same time as the source gas was flowed and deposition started, and the temperature remained almost constant for about 1 to 2 minutes. became clear. If an inert gas such as argon is flowed in advance before flowing the raw material gas, the temperature reaches a steady state more quickly.

原料ガスは加熱ブロック10で高温に加熱されて活性化
され、分解しやすい状態でより低温の基板8に到達する
。基板8に到達した原料ガスがどのような過程でアルミ
ニウムに分解するかを知ることは難しいが、このような
状態では基板8上のアルミニウムは通常のCVDに比べ
てかなり過飽和になっていることが考えられる。この場
合には、核成長理論によれば、クラスタ生成の際の体積
エネルギー変化が大きくなり、+3)、 (41式から
も明らかなように、安定核生成の活性化エネルギーG*
は小さくなり、臨界核の数密度n“は高くなる。
The raw material gas is heated to a high temperature and activated in the heating block 10, and reaches the lower temperature substrate 8 in a state where it is easily decomposed. Although it is difficult to know in what process the raw material gas that reaches the substrate 8 decomposes into aluminum, it is clear that under these conditions the aluminum on the substrate 8 is considerably supersaturated compared to normal CVD. Conceivable. In this case, according to the nucleus growth theory, the volume energy change during cluster generation becomes large, +3), (As is clear from equation 41, the activation energy G* for stable nucleation
becomes smaller, and the number density n'' of critical nuclei becomes higher.

従って、核同士が合体する時の核の平均の半径が小さく
なって、凹凸の少ない平滑な膜が形成されることになる
Therefore, the average radius of the nuclei when they coalesce becomes smaller, and a smooth film with fewer irregularities is formed.

本発明の堆積法による良質膜堆積の過程は、走査型電子
顕微鏡(SEM)観察によりその特徴を明らかにするこ
とができる。第1図に示す装置を用い、D1=D2=5
mmとしてウェハ基板を2つの加熱ブロックの中央に設
置した状態で、第5図に示す点Aと点Bの条件を用いて
Al膜堆積を行なった。点Aは良質膜が堆積される条件
であり、TD=320℃、TB=200℃と原料ガス温
度が基板温度よりも高い条件となっている。比較のため
の条件である点BはTD=200℃、TB=320℃と
原料ガス温度が基板温度よりも低い条件である。原料ガ
スが粘性流状態であり、またウェハ基板の熱伝導率がガ
スの熱伝導率よりも十分に大きいことから、点A1点B
の基板温度はほぼ同一であり、およそ260℃となって
いると考えられる。
The process of depositing a high-quality film by the deposition method of the present invention can be characterized by observation using a scanning electron microscope (SEM). Using the apparatus shown in Fig. 1, D1=D2=5
With the wafer substrate set at the center of two heating blocks, the Al film was deposited using the conditions at points A and B shown in FIG. Point A is the condition under which a good quality film is deposited, TD=320° C., TB=200° C., where the source gas temperature is higher than the substrate temperature. Point B, which is a condition for comparison, is a condition where TD=200° C., TB=320° C., and the source gas temperature is lower than the substrate temperature. Since the raw material gas is in a viscous flow state and the thermal conductivity of the wafer substrate is sufficiently higher than that of the gas, points A and B
It is thought that the substrate temperatures are almost the same, approximately 260°C.

第10図、第11図は、これらの条件でAl膜堆積を行
なったときのA1膜の成長過程を示す金属組織写真であ
り、第10図は試料A、第11図は試料Bを示す。第1
0図に示されるように、原料ガス温度が基板温度よりも
高い条件である点Aで堆積した試料Aでは、堆積開始2
分後に高密度の成長核が発生している(第10図(b)
)。核同士の間隔が小さいために、3分後には核の合体
が進行しく第10図(C1) 、5分では平滑な連続膜
となる(第10図(d))。なお第10図(alは堆積
開始1分後を示す。
10 and 11 are metallographic photographs showing the growth process of the Al film when depositing the Al film under these conditions, with FIG. 10 showing sample A and FIG. 11 showing sample B. 1st
As shown in Figure 0, for sample A deposited at point A where the source gas temperature is higher than the substrate temperature, the deposition start point 2
After a few minutes, high-density growth nuclei are generated (Fig. 10(b)).
). Because the distance between the nuclei is small, the nuclei progress to coalesce after 3 minutes (Fig. 10 (C1)), and after 5 minutes, a smooth continuous film is formed (Fig. 10 (d)). Note that FIG. 10 (al indicates the time 1 minute after the start of deposition).

一方、ガス温度が低い点Bで堆積した試料Bでは、堆積
開始1分後、2分後、3分後および5分後を第11図(
a)、 (b)、 (C)および(dlで示すように、
堆積時間が長くなっても核密度はそれほど増加せず、主
として島成長のみが進行し、堆積時間5分においても合
体するまでに至っていない。このために、凹凸の激しい
Af膜となる。点B以外にもTB>TDの領域では同様
に島成長する傾向を示した。
On the other hand, for sample B deposited at point B where the gas temperature is low, the results are shown in Figure 11 (
As shown in a), (b), (C) and (dl),
Even when the deposition time becomes longer, the core density does not increase much, and only island growth progresses, and they do not coalesce even after a deposition time of 5 minutes. This results in an Af film with severe irregularities. In areas other than point B, where TB>TD, a similar tendency for island growth was observed.

以上の結果から、本発明による堆積法においては、加熱
された原料ガスがより低温の基板に到達するために、基
板表面におけるガスの状態が高い飽和度となり、このた
めに高密度の核が発生して平滑膜が得られるものと考え
ることができ、ボルフらの表面自由エネルギー模型を用
いた核成長理論の結果と同じ挙動を示すことが確認でき
た。
From the above results, in the deposition method according to the present invention, the heated source gas reaches the substrate at a lower temperature, so the gas state on the substrate surface becomes highly saturated, and therefore a high density of nuclei is generated. It can be assumed that a smooth film can be obtained by using this method, and it was confirmed that the behavior is the same as the result of the nucleus growth theory using the surface free energy model of Wolff et al.

本方法においては、上記以外にも、他のCVDと比較し
て、次のような重要な特徴を有する。ホットウォール型
では、堆積雰囲気全体が基板温度と同一の温度に加熱さ
れているため、堆積室の壁面全体で反応が生じ、原料ガ
スが無駄に消費される。しかも、壁面付着物の定期的な
清浄化が必要となり、装置の保守が面倒となる。本方法
では、原料ガスは低温のまま堆積室1に導入され、堆積
基板8の近傍に到達して初めて高温に加熱される。
In addition to the above, this method has the following important features compared to other CVD methods. In the hot wall type, since the entire deposition atmosphere is heated to the same temperature as the substrate, a reaction occurs on the entire wall surface of the deposition chamber, and the raw material gas is wasted. In addition, periodic cleaning of wall surface deposits is required, making maintenance of the device troublesome. In this method, the raw material gas is introduced into the deposition chamber 1 at a low temperature, and is heated to a high temperature only when it reaches the vicinity of the deposition substrate 8.

この場合のガスの消費量は、堆積基板上と加熱ブロック
10の表面のみで生ずる。これらの加熱部分の面積はホ
ットウォール型と比較して極めて小さく、原料ガスの浪
費防止および装置保守何れにおいても優れている。
Gas consumption in this case occurs only on the deposition substrate and on the surface of the heating block 10. The area of these heating parts is extremely small compared to the hot wall type, which is excellent in both prevention of waste of raw material gas and equipment maintenance.

本方法の他の特徴として、基板温度に対してガス温度を
十分高くできることから、通常のCVDでは分解が進行
しにくい原料ガスの場合でも堆積が可能となることがあ
げられる。即ち、加熱ブロック10において原料ガスを
高温に加熱することによりガス自身を活性化させるか又
は反応しやすい物質に変換する。これにより、低温の基
板8上における分解反応を促進させる効果が得られ、基
板温度を低くしたまま薄膜の堆積が可能となる。
Another feature of this method is that since the gas temperature can be made sufficiently high relative to the substrate temperature, deposition is possible even in the case of a source gas that is difficult to decompose in normal CVD. That is, by heating the raw material gas to a high temperature in the heating block 10, the gas itself is activated or converted into a highly reactive substance. This has the effect of accelerating the decomposition reaction on the low-temperature substrate 8, making it possible to deposit a thin film while keeping the substrate temperature low.

本実施例において原料ガスとして用いたトリイソブチル
アルミニウムは50℃以上で蒸気圧の低いジイソブチル
アルミニウムハライドに分解する。
Triisobutylaluminum used as a raw material gas in this example decomposes into diisobutylaluminum halide having a low vapor pressure at temperatures above 50°C.

このため、ガスの輸送経路において100〜200℃に
加熱すると凝縮して液化し、堆積基板8への原料ガスの
十分な供給ができなくなる0本実施例においては、原料
ガスは堆積基板8の直前までは50℃程度と低温のまま
供給されており、高温に加熱された加熱ブロック10表
面近傍で初めて高温の堆積温度にまで加熱される。従っ
て、原料ガスの輸送経路における液化は防止されること
になる。
For this reason, if the gas is heated to 100 to 200°C in the gas transport path, it will condense and liquefy, making it impossible to sufficiently supply the raw material gas to the deposition substrate 8. In this embodiment, the raw material gas is Until then, it is supplied at a low temperature of about 50° C., and is only heated to a high deposition temperature near the surface of the heating block 10, which is heated to a high temperature. Therefore, liquefaction in the transport route of the raw material gas is prevented.

また、加熱ブロック10のすぐ近(に堆積基板8の表側
が対面しており、堆積基板8の裏側では比較的低温の原
料ガスが接触している一方で、加熱ブロック10に対面
した表側には高温に加熱されたガスが入射する。実際上
、堆積基板8表面に良好なアルミニウム膜が堆積されて
も、基板の裏側にはアルミニウムが全く堆積されない場
合があった。ウェハ自身の温度は表裏でそれほど差がな
いことから、本方法においてはガス加熱によって反応が
促進されており、ガス加熱が極めて重要であることが理
解できる。
Further, the front side of the deposition substrate 8 faces the immediate vicinity of the heating block 10, and while the relatively low temperature raw material gas is in contact with the back side of the deposition substrate 8, the front side facing the heating block 10 Gas heated to a high temperature is incident.In practice, even if a good aluminum film is deposited on the surface of the deposition substrate 8, there are cases where no aluminum is deposited on the back side of the substrate.The temperature of the wafer itself is different from the front and back sides. Since there is not much difference, it can be understood that in this method, the reaction is promoted by gas heating, and gas heating is extremely important.

さらに、加熱ブロック10の近傍に導入されたトリイソ
ブチルアルミニウムは加熱されて蒸気圧の低いジイソブ
チルアルミニウムハライドに変わり、しかもそのすぐ近
くに低温のウェハ基板8が設置されている。従って、こ
の点でもウェハ表面では極めて過飽和の状態になってお
り、本実施例では平滑性の高い良質なアルミニウム膜が
形成される要因の1つとなっている。
Furthermore, triisobutylaluminum introduced near the heating block 10 is heated and converted into diisobutylaluminum halide having a low vapor pressure, and a low-temperature wafer substrate 8 is placed immediately nearby. Therefore, in this respect as well, the wafer surface is extremely oversaturated, which is one of the reasons why a high quality aluminum film with high smoothness is formed in this example.

本実施例によれば、原料ガス自身が2つの加熱ブロック
10.14によって一定の空間的温度分布を持つように
加熱され、またこれらの加熱ブロックの間に設置された
堆積基板は原料ガスによって加熱されている。このため
、通常のコールドウオール型のCVD法に比べて、膜堆
積の再現性および均一性が著しく改善された。
According to this embodiment, the raw material gas itself is heated by the two heating blocks 10.14 to have a constant spatial temperature distribution, and the deposition substrate placed between these heating blocks is heated by the raw material gas. has been done. Therefore, the reproducibility and uniformity of film deposition were significantly improved compared to the usual cold wall CVD method.

また、本実施例においては、加熱ブロック10で消費さ
れない余剰の加熱ガスによってウェハ基板8上に堆積が
進行する。従って、加熱ブロック100表面の材質とし
て例えばシリコンやアルミニウム等のようにアルミニウ
ムが堆積されやすいものを用いるか、あるいはシリコン
酸化膜等のように堆積されにくいものとするかで堆積基
板8に堆積されるアルミニウムの量が異なってくる。例
えば、加熱ブロック10の表面がシリコンおよびシリコ
ン酸化膜のパターンで構成されており、堆積基板8がシ
リコンウェハである場合には、アルミニウムをシリコン
ウェハ8の全面に堆積することなく、シリコン酸化膜パ
ターンに対面している部分にのみアルミニウムを堆積す
ることも可能であった。
Further, in this embodiment, the deposition progresses on the wafer substrate 8 due to the surplus heating gas that is not consumed by the heating block 10. Therefore, as the material for the surface of the heating block 100, for example, a material such as silicon or aluminum, on which aluminum is easily deposited, or a material such as a silicon oxide film, on which aluminum is difficult to deposit, is used, or a material such as a silicon oxide film, etc., is used to deposit the material on the deposition substrate 8. The amount of aluminum varies. For example, if the surface of the heating block 10 is made up of a pattern of silicon and a silicon oxide film, and the deposition substrate 8 is a silicon wafer, the silicon oxide film pattern can be formed without depositing aluminum on the entire surface of the silicon wafer 8. It was also possible to deposit aluminum only on the parts facing the surface.

従って、原料ガスの消費効率の観点からは、加熱ブロッ
ク10表面の材質はアルミニウムの堆積が起こり難いも
の、例えば二酸化シリコンや二酸化チタン、五酸化タン
タル、酸化モリブデン、五酸化バナジウム等の表面エネ
ルギーの低い材料であったほうが好ましい。ただし、こ
のような材質であっても、一旦アルミニウムが堆積され
ると、その後はアルミニウムの堆積が進行し、ガス消費
を防止する効果はない。本実施例では、加熱ブロック1
0表面の材質としてアルミニウムを用いているが、通常
の堆積においてはガス消費効率の問題はない。
Therefore, from the viewpoint of raw material gas consumption efficiency, the material for the surface of the heating block 10 should be one that does not easily cause aluminum deposition, such as silicon dioxide, titanium dioxide, tantalum pentoxide, molybdenum oxide, vanadium pentoxide, etc., which has a low surface energy. Preferably, it is a material. However, even with such a material, once aluminum is deposited, the aluminum continues to be deposited and is not effective in preventing gas consumption. In this embodiment, heating block 1
Although aluminum is used as the material for the 0 surface, there is no problem with gas consumption efficiency in normal deposition.

アルミニウム堆積のようすは加熱ブロック温度や基板温
度以外の堆積条件すなわち原料ガスの流量や圧力によっ
ても変化する。
The state of aluminum deposition also changes depending on deposition conditions other than the heating block temperature and substrate temperature, that is, the flow rate and pressure of the source gas.

ガスの圧力は、前記のように、原料室3の温度を室温か
ら約50℃の範囲内で変えることによって制御すること
ができる。本方法の場合、上記の原料室3の温度範囲に
おける圧力の制御範囲、約0.2To r r〜2To
 r rの何れにおいても選択成長が可能であった。圧
力が0.2Torr以下では殆ど堆積は進行せず、圧力
の上昇とともに堆積速度はやや大きくなる傾向を示した
The gas pressure can be controlled by changing the temperature of the raw material chamber 3 within a range of about 50° C. from room temperature, as described above. In the case of this method, the pressure control range within the temperature range of the raw material chamber 3 is approximately 0.2Torr~2To
Selective growth was possible for both r and r. At pressures below 0.2 Torr, deposition hardly progressed, and as the pressure increased, the deposition rate tended to increase somewhat.

原料ガスの流量に関しては、流量が一定であっても、ウ
ェハ表面におけるガスの流速が堆積室の構造に大きく影
響されるため、装置依存性が大きく、一般的に取り扱う
ことが困難である。本方法で用いた標準的な流量として
は20〜30 Cc/分程度であったが、流量が50c
c/分程度以下であれば、膜堆積の状態にそれほど大き
な影響はみられなかった。しかし、流量が大きくなると
、ウェハ表面におけるガスの温度が低下し、アルミニウ
ムの堆積が起こり難くなる傾向がみられた。
Regarding the flow rate of the source gas, even if the flow rate is constant, the gas flow rate at the wafer surface is greatly affected by the structure of the deposition chamber, so it is highly dependent on the device and difficult to handle in general. The standard flow rate used in this method was about 20 to 30 Cc/min, but the flow rate was 50 Cc/min.
C/min or less had no significant effect on the state of film deposition. However, as the flow rate increased, the temperature of the gas at the wafer surface decreased, and there was a tendency for aluminum deposition to occur less easily.

例えば、流量を大きくした時には、標準的な流量の場合
より基板温度を20〜30℃高くしないと堆積しない場
合があった。ガス流量が小さい場合にはこのような現象
は見られず、極端な場合、排気を止め原料室3に接続さ
れた堆積室1を密閉した状態においても、十分な膜厚の
アルミニウム堆積が可能であった。ただし、この場合に
は、トリイソブチルアルミニウムの分解反応により発生
するジイソブチレンと水素ガスにより、堆積室1内の圧
力が時間と共に上昇してしまう。
For example, when the flow rate is increased, deposition may not occur unless the substrate temperature is 20 to 30° C. higher than in the case of a standard flow rate. This phenomenon is not observed when the gas flow rate is small, and in extreme cases, it is possible to deposit aluminum to a sufficient thickness even when the exhaust gas is stopped and the deposition chamber 1 connected to the raw material chamber 3 is sealed. there were. However, in this case, the pressure within the deposition chamber 1 increases over time due to diisobutylene and hydrogen gas generated by the decomposition reaction of triisobutylaluminum.

以上述べてきたアルミニウムの堆積操作によって、第4
図(d)に示すように、シリコン開口部であるスルーホ
ール43内にのみ、選択的にアルミニウムを堆積するこ
とができる。本実施例の堆積条件は、D1=D2=5m
mとし、ガス流量をおよそ20〜30 c c/分、円
筒管11内部の原料ガスの圧力を0.5Torr、堆積
室1の圧力を約0.05Torr、またTD=320℃
、TB=200℃とした。スルーホール43内のアルミ
ニウム膜厚は5000人であり、シリコン酸化膜の厚さ
と同じにすることによって平坦な形状が得られる。
By the aluminum deposition operation described above, the fourth
As shown in Figure (d), aluminum can be selectively deposited only in the through holes 43, which are silicon openings. The deposition conditions of this example are D1=D2=5m
m, the gas flow rate is approximately 20 to 30 cc/min, the pressure of the source gas inside the cylindrical tube 11 is 0.5 Torr, the pressure in the deposition chamber 1 is approximately 0.05 Torr, and TD = 320°C.
, TB=200°C. The thickness of the aluminum film inside the through hole 43 is 5000 mm, and by making it the same thickness as the silicon oxide film, a flat shape can be obtained.

従来のコールドウオール型のCVDで堆積したアルミニ
ウム膜は、膜内不純物の点ではオージェ分析の積出限界
以下と問題ないが、抵抗率が3.3μΩCm程度とやや
大きく、また第12図から分かるように膜表面の凹凸が
大きく、微細なパターンにはあまり適さない。これは膜
成長の初期段階において島形成が起こり、次いでこれら
の島がつながって膜が形成されるためと考えられる。膜
表面の凹凸は堆積時の基板加熱温度に大きく影響され、
基板温度を下げれば凹凸は低減される方向にある。
Aluminum films deposited by conventional cold wall CVD have no problems in terms of impurities in the film, which are below the limit of Auger analysis, but the resistivity is somewhat high at around 3.3 μΩCm, and as can be seen from Figure 12. The film surface has large irregularities, making it unsuitable for fine patterns. This is thought to be because island formation occurs at the initial stage of film growth, and then these islands are connected to form a film. The unevenness of the film surface is greatly influenced by the substrate heating temperature during deposition.
If the substrate temperature is lowered, the unevenness will be reduced.

しかしながら、従来法においては、最良の状態で堆積し
た場合でも、スパッタや蒸着等の他の堆積法に比べて膜
表面の凹凸の点で劣っていた。
However, in the conventional method, even when deposited under the best conditions, it is inferior to other deposition methods such as sputtering and vapor deposition in terms of unevenness of the film surface.

本方法では、上述のように、2つの対向した加熱ブロッ
クを用いることにより、平滑な膜の形成が可能となって
いる。また、膜厚が1000人程度以上では2.9μΩ
cmとバルクに近い抵抗率が得られており、さらに50
0人と薄くても導電性を示し、連続的なアルミニウム膜
となっていることが分かる。
In this method, as described above, by using two opposing heating blocks, it is possible to form a smooth film. In addition, if the film thickness is about 1000 people or more, it is 2.9 μΩ.
cm, which is close to the bulk resistivity, and also has a resistivity of 50 cm.
It can be seen that even if it is as thin as 0, it exhibits conductivity and is a continuous aluminum film.

第4図(e)は、シリコン開口部43にシリコン酸化膜
42と同じ厚さのアルミニウム45を選択的に堆積した
後、通常のスパッタ法を用いてアルミニウム膜46を全
面に堆積した状態を示している。
FIG. 4(e) shows a state in which aluminum 45 having the same thickness as the silicon oxide film 42 is selectively deposited in the silicon opening 43, and then an aluminum film 46 is deposited over the entire surface using a normal sputtering method. ing.

同図はまた、更にパターン形成を行なってアルミニウム
配線パターンを形成した状態のシリコン開口部の断面形
状をも示している。
The figure also shows the cross-sectional shape of the silicon opening after further patterning to form an aluminum wiring pattern.

本方法ではシリコン酸化膜42に開口した基板シリコン
41上のスルーホール43をアルミニウムで埋める例を
示したが、シリコン酸化膜42とシリコン基板41との
組合せ以外に他の材料でも同様なことができる。半導体
集積回路のアルミニウム配線では、絶縁膜の開口部を介
して素子部や下層の配線と接続する場合が多くある。こ
の時の開口部内の下地材質としては、通常、種々の不純
物を含んだ単結晶または多結晶シリコンあるいはアルミ
ニウムがある。その他に、チタンやモリブデン、タング
ステン、白金などの金属、あるいはチタンシリサイド、
タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、タン
タルシリサイド、白金シリサイドなどのシリサイド材料
、更に窒化チタンや窒化モリブデンなどの化合物が用い
られる場合もある。
In this method, an example has been shown in which the through hole 43 on the silicon substrate 41 opened in the silicon oxide film 42 is filled with aluminum, but the same method can be performed using other materials other than the combination of the silicon oxide film 42 and the silicon substrate 41. . Aluminum wiring in semiconductor integrated circuits is often connected to an element portion or underlying wiring through an opening in an insulating film. The underlying material in the opening at this time is usually single crystal or polycrystalline silicon or aluminum containing various impurities. In addition, metals such as titanium, molybdenum, tungsten, and platinum, or titanium silicide,
Silicide materials such as tungsten silicide, molybdenum silicide, tantalum silicide, and platinum silicide, as well as compounds such as titanium nitride and molybdenum nitride, may be used.

特に下地がシリコンの場合には、アルミニウムとの反応
等によって界面が劣化しやすいので、第7図に示すよう
に、シリコン51の上に例えばチタン、窒化チタン、チ
タンシリサイドのようなチタン系金属、あるいはモリブ
デンやタングステンまたはそれらのシリサイド、あるい
は白金シリサイド等からなるバリア層53を形成した後
に、アルミニウム54を選択成長する方がよい場合があ
る。
In particular, when the base is silicon, the interface is likely to deteriorate due to reactions with aluminum, etc. Therefore, as shown in FIG. Alternatively, it may be better to selectively grow the aluminum 54 after forming the barrier layer 53 made of molybdenum, tungsten, their silicides, platinum silicide, or the like.

何れの材料も導電性を有する金属または半導体であり、
これらの材料上にはアルミニウムの選択成長が可能であ
る。特にシリコンに関しては、不純物としてひ素、リン
、ボロンを固溶度程度まで含むものやこれら不純物濃度
の低い高抵抗の単結晶シリコンと多結晶シリコンについ
て、アルミニウム堆積が可能であることが実験的に確認
できた。
Both materials are conductive metals or semiconductors,
Selective growth of aluminum is possible on these materials. In particular, with regard to silicon, it has been experimentally confirmed that aluminum can be deposited on materials that contain impurities such as arsenic, phosphorous, and boron to the extent of solid solubility, and on high-resistance single-crystal silicon and polycrystalline silicon with low concentrations of these impurities. did it.

また、下地がアルミニウムまたはシリコン入りアルミニ
ウム等のアルミニウム合金の場合には、同一材料である
ことから、アルミニウムを堆積できることは言うまでも
ないが、表面に数十Å以上の厚いアルミナ層が形成され
ることがしばしばあるので、このような場合には、シリ
コンの場合と同様に希弗酸等を用いて軽くエツチングし
、更に真空チャンバに入れてから堆積直前にプラズマエ
ツチングなどによって表面をクリーニングする必要があ
る。真空中においてもアルミニウム表面は速やかに酸化
されるので、クリーニング後、例えば10−’To r
 rの真空中では1から2分以内に堆積を開始する必要
があった。
In addition, if the base is aluminum or an aluminum alloy such as silicon-containing aluminum, it goes without saying that aluminum can be deposited because they are the same material, but a thick alumina layer of several tens of angstroms or more may be formed on the surface. In such cases, as in the case of silicon, it is necessary to perform a light etching using dilute hydrofluoric acid or the like, and then to clean the surface by plasma etching or the like immediately before the deposition after placing the film in a vacuum chamber. Since aluminum surfaces are quickly oxidized even in vacuum, after cleaning,
It was necessary to start the deposition within 1 to 2 minutes in a vacuum of r.

一方、半導体集積回路で用いる絶縁膜の材質としてはシ
リコン酸化膜が最も多(用いられるが、その他にシリコ
ン窒化膜なども用いられている。
On the other hand, silicon oxide film is the most commonly used material for insulating films used in semiconductor integrated circuits, but silicon nitride films are also used.

シリコン酸化膜には、シリコンを熱酸化して形成したシ
リコン酸化膜や、他の形成法例えば気相成長法やスパッ
タ法で堆積したもの、更にリンやボロンを添加したシリ
コン酸化膜等がある。本方法によるアルミニウムの選択
成長の条件では、これらの絶縁膜上にはアルミニウムは
堆積されない。
The silicon oxide film includes a silicon oxide film formed by thermally oxidizing silicon, a silicon oxide film deposited by other formation methods such as a vapor phase epitaxy method or a sputtering method, and a silicon oxide film added with phosphorus or boron. Under the conditions of selective growth of aluminum according to this method, aluminum is not deposited on these insulating films.

以上の述べたことから、第4図(e)に示すような開口
部に段差がなく平坦なアルミニウム配線の形成は、半導
体集積回路におけるあらゆるスルーホールに対して適用
できるものである。選択成長を用いないスパッタや蒸着
のみの堆積においては、スルーホール上シリコン開口部
のアルミニウム膜の表面に段差が形成され、かつ段差下
部にマイクロクランクが発生して、断線等による歩留ま
り低下や信頬性低下の原因となっていた。本方法によれ
ば、スルーホールの段差とほぼ同じ厚さのアルミニウム
を選択的に堆積することにより、半導体集積回路のスル
ーホール部が平坦で断線がなく、歩留まりおよび信鯨性
の優れたアルミニウム配線を形成することができる。
From the above, the formation of a flat aluminum wiring with no step in the opening as shown in FIG. 4(e) can be applied to all through holes in semiconductor integrated circuits. When depositing only by sputtering or evaporation without using selective growth, a step is formed on the surface of the aluminum film at the silicon opening above the through hole, and a microcrank is generated at the bottom of the step, resulting in a decrease in yield due to wire breakage, etc. It was the cause of sexual decline. According to this method, by selectively depositing aluminum of approximately the same thickness as the step of the through-hole, the through-hole portion of the semiconductor integrated circuit is flat and has no disconnections, resulting in aluminum wiring with excellent yield and reliability. can be formed.

以上述べたように、2つの加熱ブロック10゜14を用
いたCVDでは、表面が平滑で結晶粒径が大きいアルミ
ニウム膜を再現性、均一性良く、しかも優れた選択性を
もって堆積できるという大きな特徴を有する。このため
、スルーホール穴埋めができ、平坦な多層配線が可能と
なっ−ている。
As mentioned above, CVD using two heating blocks 10°14 has the major feature of being able to deposit an aluminum film with a smooth surface and large grain size with good reproducibility, uniformity, and excellent selectivity. have Therefore, through-holes can be filled, and flat multilayer wiring becomes possible.

以上の実施例では、原料ガスとしてトリイソブチルアル
ミニウムのみについて述べたが、トリノチルアルミニウ
ムやトリエチルアルミニウム等の他のアルミニウムの有
機化合物を原料ガスとして用いても、それらの化学的性
質がよく似ているので、多少の堆積条件の相違をもって
上述と同様にしてアルミニウムを基板上に堆積すること
が可能である。
In the above examples, only triisobutylaluminum was used as the raw material gas, but even if other organic compounds of aluminum such as trinotylaluminum or triethylaluminum are used as the raw material gas, their chemical properties are very similar. Therefore, it is possible to deposit aluminum on a substrate in the same manner as described above with some differences in deposition conditions.

次に、本発明に係わる化学的気相成長装置の使用方法の
第2の実施例として、原料ガスにトリイソブチルアルミ
ニウムとジシランを用いてシリコンを含むアルミニウム
合金を堆積した例を示す。
Next, as a second example of the method of using the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, an example will be shown in which an aluminum alloy containing silicon is deposited using triisobutylaluminum and disilane as source gases.

本発明に係わる化学的気相成長装置の使用方法の第1の
実施例は第4図(C)〜(e)に示されているが、この
第1の実施例は純粋なアルミニウムを堆積するものであ
る。しかしながら、一般的な配線材料としてはシリコン
を1〜2%含むアルミニウムが最も多く用いられている
。この第1の理由は、シリコン基板とアルミニウムとの
反応によって生ずるpn接合部における接合リークを防
ぐことにあり、第2の理由は、エレクトロマイグレーシ
ョンによって配線の信頼性が劣化するのを防止すること
にある。第1の実施例のようにアルミニウムの選択成長
を配線に応用する場合、シリコン基板への張付は用とし
ては1000人程度0薄いアルミニウムを用い、またス
ルーホールの穴埋めに用いるときには、主に上層と下層
のアルミニウム配線管の接続に用いることから、アルミ
ニウム中にシリコンを含んでいなくても上記反応等の大
きな問題はない。チタン等のバリア層をはさむことで反
応を防ぐことも可能である。しかしながら、アルミニウ
ムを選択成長している間に同時にシリコンをアルミニウ
ム膜中に入れることができれば、より応用範囲を広げる
ことができる。
A first embodiment of a method of using a chemical vapor deposition apparatus according to the present invention is shown in FIGS. It is something. However, as a general wiring material, aluminum containing 1 to 2% silicon is most often used. The first reason is to prevent junction leakage at the pn junction caused by the reaction between the silicon substrate and aluminum, and the second reason is to prevent interconnect reliability from deteriorating due to electromigration. be. When selective growth of aluminum is applied to wiring as in the first embodiment, thin aluminum of about 1,000 layers is used for bonding to a silicon substrate, and when used to fill through holes, it is mainly used for upper layers. Since it is used to connect the aluminum wiring pipes in the lower layer, there are no major problems such as the above reaction even if the aluminum does not contain silicon. It is also possible to prevent the reaction by sandwiching a barrier layer such as titanium. However, if silicon can be added into the aluminum film at the same time as aluminum is selectively grown, the range of applications can be further expanded.

これまで、アルミニウムのCVDにおいて、シランガス
と有機アルミニウムガスとを同時に基板上に導いてシリ
コン入りアルミニウムを堆積できるとする特許出願がな
されているが(特開昭55−91119号公報)、実際
上、通常の熱CVDでこのようなことを実現し、半導体
集積回路の製造プロセスで用いることは不可能である、
有機アルミニウムを用いてアルミニウム堆積を行なう時
の基板温度は最も高くても400〜500℃以下である
。これより高い温度では、良質なアルミニウム膜を得る
ことは困難であり、例え得られたとしてもアルミニウム
膜と下地基板であるシリコンおよびシリコン酸化膜とが
反応あるいは相互拡散してしまい、目的とする構造が得
られない。この状況は、下地基板としてGaAs等の他
の半導体を用いた場合にも同様である。一方、シランの
分解温度は最低でも600℃以上と言われており、アル
ミニウムを堆積できる温度範囲ではシランは分解せず、
アルミニウムを堆積しながらシリコンをドープすること
は不可能であることが分かる。
Until now, a patent application has been filed claiming that silicon-containing aluminum can be deposited by simultaneously introducing silane gas and organic aluminum gas onto a substrate in CVD of aluminum (Japanese Patent Laid-Open No. 55-91119), but in practice, It is impossible to achieve this with normal thermal CVD and use it in the manufacturing process of semiconductor integrated circuits.
When aluminum is deposited using organic aluminum, the substrate temperature is at most 400 to 500°C. At temperatures higher than this, it is difficult to obtain a high-quality aluminum film, and even if it is obtained, the aluminum film and the underlying substrate silicon and silicon oxide film will react or interdiffuse, resulting in the desired structure. is not obtained. This situation is the same even when other semiconductors such as GaAs are used as the base substrate. On the other hand, the decomposition temperature of silane is said to be at least 600°C or higher, and silane does not decompose within the temperature range where aluminum can be deposited.
It turns out that it is not possible to dope silicon while depositing aluminum.

熱以外のエネルギーを用いて原料ガスを分解させるCV
D、例えばプラズマCVDや光CVDを用いれば、シラ
ンによってシリコンをドープしながらアルミニウムを堆
積することは可能となる。しかしながら、このようなC
VDにおいては前述したような欠点があり、CVDの特
徴を半減させる結果となる。
CV that decomposes raw material gas using energy other than heat
D. For example, by using plasma CVD or photo-CVD, it is possible to deposit aluminum while doping silicon with silane. However, such C
VD has the above-mentioned drawbacks, which results in the characteristics of CVD being halved.

本方法を用いれば、トリイソブチルアルミニウムのよう
な有機アルミニウムとシランガスとを原料として、シリ
コンの入ったアルミニウム膜を有効に堆積することがで
きる。例えば、第1図に示す装置を用い、加熱ブロック
10の温度を600℃程度、加熱ブロック14の基板温
度を200℃程度とすれば、シランの分解と同時に基板
との反応のない状態でのアルミニウム膜の堆積が可能と
なる。しかしながら、シランの分解温度とアルミニウム
の堆積温度が大きく離れていることから、均一性の良好
な堆積条件を得ることは難しい。シランの代わりにジシ
ランを用いることによって、このような問題が解決され
、シリコンを含むアルミニラム膜が容易に堆積できるよ
うになる。
By using this method, an aluminum film containing silicon can be effectively deposited using organic aluminum such as triisobutylaluminum and silane gas as raw materials. For example, if the apparatus shown in FIG. 1 is used and the temperature of the heating block 10 is set to about 600°C and the substrate temperature of the heating block 14 is set to about 200°C, then at the same time as the silane is decomposed, aluminum is decomposed without reacting with the substrate. Allows for film deposition. However, since the decomposition temperature of silane and the deposition temperature of aluminum are significantly different from each other, it is difficult to obtain deposition conditions with good uniformity. By using disilane instead of silane, these problems are solved and silicon-containing aluminum membranes can be easily deposited.

第1図に示す装置において、D1=D2=5mmとし、
TD=360℃、TB=150℃とした。
In the apparatus shown in FIG. 1, D1=D2=5 mm,
TD=360°C, TB=150°C.

ジシランを約30 c c/分流し、トリイソブチルア
ルミニウムの流量等の他の条件は第1の実施例と同様に
した。ただし、堆積室1のガスの圧力は2つのガスの分
圧の和となるため、0.8Torrとやや高めとなった
。この条件におけるアルミニウム中のシリコンの濃度は
約2%であった。実験の結果、ジシランのみを導入しト
リイソブチルアルミニウムを全(流さない場合、ジシラ
ンを分解させて基板上にシリコンを堆積するためには、
加熱ブロック10の温度TDをおよそ400℃以上にす
る必要があった。ところが、ジシランとトリイソブチル
アルミニウムとを同時に流した場合には、より低温でも
アルミニウム膜中にシリコンが入り、約350℃以上で
パーセントオーダのシリコンが含まれることが明らかと
なった。温度TDを高くすると、ジシランの分解が促進
されて、アルミニウム中のシリコンの濃度は急激に増加
する。
Disilane was flowed at about 30 cc/min, and other conditions such as the flow rate of triisobutylaluminum were the same as in the first example. However, since the gas pressure in the deposition chamber 1 was the sum of the partial pressures of the two gases, it was a little high at 0.8 Torr. The concentration of silicon in aluminum under these conditions was about 2%. As a result of experiments, if only disilane is introduced and triisobutylaluminum is not completely flushed, in order to decompose disilane and deposit silicon on the substrate,
It was necessary to set the temperature TD of the heating block 10 to approximately 400° C. or higher. However, it has been revealed that when disilane and triisobutylaluminum are flowed simultaneously, silicon enters the aluminum film even at lower temperatures, and silicon is contained on the order of percent at temperatures above about 350°C. When the temperature TD is increased, the decomposition of disilane is promoted and the concentration of silicon in aluminum rapidly increases.

従って、シリコンの濃度は、加熱ブロックの温度または
ジシランの流量によって自由に変えることができる。
Therefore, the concentration of silicon can be freely varied depending on the temperature of the heating block or the flow rate of disilane.

以上に示したように、加熱ブロックを用いたCVDにお
いてトリイソブチルアルミニウムとジシランを原料ガス
に用いることにより、任意の量のシリコンを含むアルミ
ニウムを堆積することが可能となる。
As shown above, by using triisobutylaluminum and disilane as source gases in CVD using a heating block, it becomes possible to deposit aluminum containing an arbitrary amount of silicon.

本方法では、シリコンの入ったアルミニウムを選択成長
するものであるが、選択成長でなく、下地基板の材質に
関係なく全面に堆積することも可能である。このような
非選択成長の方法はいくつかある。例えば、温度TDを
380℃程度と高くし、ジシランの流量を小さくするこ
とで、シリコンを含むアルミニウムを全面に堆積するこ
とができる。ただし、この方法では膜厚の均一性を得る
ことがやや難しい、他の方法として、予め、TD=40
0℃程度と加熱ブロック10の温度の高い状態でジシラ
ンのみを流し、全面に薄いシリコンを堆積する。次いで
上述の第1または第2の実施例のような標準的な選択成
長の条件でアルミニウムを堆積する。選択成長ではシリ
コン上のみにアルミニウムが堆積されるが、表面全体が
シリコンで覆われているため、ここではアルミニウムは
全面に堆積される。この場合には、均一性、膜質ともに
優れたものが得られる。また、アルミニウムの下に堆積
されたシリコンは、アルミニウム堆積中あるいはその後
の熱処理においてアルミニウム膜中に拡散することから
、アルミニウム堆積時にシリコンをいれなくてもよい。
In this method, aluminum containing silicon is selectively grown, but instead of selective growth, it is also possible to deposit the aluminum over the entire surface regardless of the material of the underlying substrate. There are several methods of such non-selective growth. For example, by increasing the temperature TD to about 380° C. and decreasing the flow rate of disilane, aluminum containing silicon can be deposited over the entire surface. However, it is somewhat difficult to obtain film thickness uniformity with this method.As another method, TD=40
With the heating block 10 at a high temperature of about 0° C., only disilane is flowed to deposit a thin layer of silicon over the entire surface. Aluminum is then deposited under standard selective growth conditions as in the first or second embodiments described above. In selective growth, aluminum is deposited only on silicon, but since the entire surface is covered with silicon, here aluminum is deposited on the entire surface. In this case, a film with excellent uniformity and film quality can be obtained. Further, since silicon deposited under aluminum diffuses into the aluminum film during aluminum deposition or during subsequent heat treatment, silicon does not need to be added during aluminum deposition.

同様な意味で、予め、チタン等の薄膜を堆積してからア
ルミニウムを堆積してもよい。
In a similar sense, a thin film of titanium or the like may be deposited in advance and then aluminum may be deposited.

第8図は、本発明に係わる化学的気相成長装置の使用方
法の第1の実施例(第4図(C)〜(e)参照)を適用
した場合を示し、MOSLSIのゲート電極とソース、
ドレイン上に選択的にアルミニウムを堆積し、低抵抗化
を図った例である。同図は、主要な製作工程の流れを示
しており、本方法に直接影響しない部分は省略しである
FIG. 8 shows a case where the first embodiment (see FIGS. 4(C) to (e)) of the method of using the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention is applied, and the gate electrode and source of the MOSLSI are ,
This is an example in which aluminum is selectively deposited on the drain to lower the resistance. This figure shows the flow of the main manufacturing process, and parts that do not directly affect this method are omitted.

初めに、第8図(a)に示すように、シリコン酸化膜を
用いて形成された素子間分離領域62を有するp型シリ
コン基板61を用意し、更に能動素子となるべき領域に
ゲート酸化膜63を形成する。
First, as shown in FIG. 8(a), a p-type silicon substrate 61 having an inter-element isolation region 62 formed using a silicon oxide film is prepared, and a gate oxide film is further formed in the region to become an active element. Form 63.

次に、第8図(bl、 (C)に示すように、リンをド
ープした多結晶シリコン薄膜64を堆積し、リソグラフ
ィ技術とエツチング技術を用いて上記薄膜を加工してゲ
ート電極65を形成する。多結晶シリコンの不純物は用
途に応じてリン以外にひ素やボロン等であってもよい。
Next, as shown in FIG. 8(bl, (C)), a polycrystalline silicon thin film 64 doped with phosphorus is deposited, and the thin film is processed using lithography and etching techniques to form a gate electrode 65. In addition to phosphorus, the impurity of polycrystalline silicon may be arsenic, boron, etc., depending on the purpose.

続いて、第8図(d)に示すように、ゲート電極周囲を
酸化して多結晶シリコン酸化膜66を形成し、ゲート電
極をマスクとしてソース、ドレイン67形成のためのイ
オン注入を行なう。イオン種としては、通常、nチャネ
ル素子の場合はひ素またはリン、pチャネル素子ではボ
ロンが用いられる。
Subsequently, as shown in FIG. 8(d), the area around the gate electrode is oxidized to form a polycrystalline silicon oxide film 66, and ions are implanted to form a source and drain 67 using the gate electrode as a mask. As the ion species, usually arsenic or phosphorus is used for n-channel devices, and boron is used for p-channel devices.

このあと、第8図(e)に示すように、注入イオン活性
化のための熱処理を行ない、減圧CVD法を用いてシリ
コン酸化膜68を堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 8(e), a heat treatment is performed to activate the implanted ions, and a silicon oxide film 68 is deposited using a low pressure CVD method.

このシリコン酸化膜68はゲート電極65の側面部に厚
く形成されるので、方向性を有するドライエッチングを
用いることにより、第8図(f)に示すように、ゲート
電極65の側面にサイドウオール69を形成することが
できる。シリコン酸化膜68は、ゲート電極65側面に
厚く形成される絶縁膜であれば、本来何であっても良く
、リフローしたPSGやBPSG、あるいは軽くバイア
スを印加してスパッタしたいわゆるバイアススパッタシ
リコン酸化膜、さらにシリコン窒化膜等であってもよい
This silicon oxide film 68 is formed thickly on the side surfaces of the gate electrode 65, so by using directional dry etching, a side wall 69 is formed on the side surface of the gate electrode 65, as shown in FIG. 8(f). can be formed. The silicon oxide film 68 may be any insulating film that is thickly formed on the side surface of the gate electrode 65, such as reflowed PSG or BPSG, or a so-called bias sputtered silicon oxide film sputtered by applying a slight bias. Furthermore, a silicon nitride film or the like may be used.

このあと、第8図(幻に示すように、シリコン面が露出
したゲート電極65上とソース、ドレイン67上とにア
ルミニウム70を選択成長する。アルミニウム堆積に先
立って自然酸化膜層の除去のための前処理を行なう。こ
の前処理としては、ドライエツチングを行なった後であ
るので、一旦800〜900℃程度で100人前後のシ
リコン酸化膜を形成し、次に希弗酸液によりエツチング
して清浄なシリコン表面を露出させるのが良い。アルミ
ニウム堆積は、第1図の装置を用い、D1=D2−5m
m、TD=320℃、TB−200℃、原料ガスの圧力
0.5Torrの標準的な条件で行ない、堆積時間約1
0分で膜厚約1000人のアルミニウムを形成した。
After this, as shown in FIG. 8 (phantom), aluminum 70 is selectively grown on the exposed silicon surface of the gate electrode 65 and on the source and drain 67. This pretreatment is performed after dry etching, so a silicon oxide film of about 100 layers is first formed at about 800 to 900°C, and then etched with a dilute hydrofluoric acid solution. It is best to expose a clean silicon surface.For aluminum deposition, use the apparatus shown in Figure 1 and set D1=D2-5m.
m, TD=320°C, TB-200°C, and the pressure of source gas 0.5 Torr, and the deposition time was about 1.
Aluminum film with a thickness of approximately 1000 layers was formed in 0 minutes.

次に、第8図(h)に示すように、眉間絶縁膜71を堆
積し、公知のりソグラフィ技術とエツチング技術を用い
てスルーホール72を開ける。
Next, as shown in FIG. 8(h), a glabellar insulating film 71 is deposited, and a through hole 72 is opened using known lamination and etching techniques.

このあと一般的にはスパッタ法等を用いてアルミニウム
膜を堆積して配線を形成するが、ここでは、第8図(1
)に示すように、本方法による選択成長アルミニウム膜
73を用いてスルーホールを埋める。アルミニウム堆積
前の前処理としては希弗酸液によるエツチングのみを行
ない、第8図(g)の場合と同一の方法を用いて堆積す
る。ただし、真空中において、堆積直前のプラズマクリ
ーニングによりアルミナ除去を行なっている。堆積膜厚
をスルーホールの深さと同一の5000人とすることに
よってスルーホール内を確実に埋め込み平坦な表面を得
ることができる。
After this, wiring is generally formed by depositing an aluminum film using a sputtering method or the like, but here, the method shown in FIG.
), the through holes are filled with a selectively grown aluminum film 73 formed by this method. As a pretreatment before depositing aluminum, only etching with a dilute hydrofluoric acid solution is performed, and deposition is performed using the same method as in the case of FIG. 8(g). However, alumina is removed by plasma cleaning in a vacuum immediately before deposition. By setting the thickness of the deposited film to 5000 mm, which is the same as the depth of the through hole, it is possible to reliably fill the inside of the through hole and obtain a flat surface.

このあとスパッタ法等を用いて全面にアルミニウム膜を
堆積し、公知のりソグラフィ技術とエツチング技術を用
いて、第8図(J)に示すようなアルミニウム配′a7
4を完成する。
Thereafter, an aluminum film is deposited on the entire surface using a sputtering method, etc., and an aluminum pattern a7 as shown in FIG.
Complete 4.

なお、このときにスパッタ法を用いず、本方法によるC
VDを用いて全面にアルミニウムを堆積してもよい。例
えば、選択的にアルミニウムを堆積してスルーホール7
2内を埋め込んだのち、引き続いて非選択成長の条件で
全面にアルミニウムを堆積することができる。非選択成
長の方法は、前述したように、加熱ブロック10.14
の温度を高くする方法や、全面にシリコン等を堆積した
後にアルミニウムを堆積する方法などがある。
Note that at this time, the sputtering method was not used, and the C
Aluminum may be deposited over the entire surface using VD. For example, through-hole 7 can be selectively deposited with aluminum.
After burying the inside of 2, aluminum can be subsequently deposited on the entire surface under non-selective growth conditions. The method of non-selective growth is as described above, heating block 10.14
There are methods such as increasing the temperature of the film, and depositing aluminum after depositing silicon or the like on the entire surface.

以上述べたように、第8図の例では、選択成長アルミニ
ウムを多結晶シリコンとソース、ドレインに張り付けて
ゲート電極配線を低抵抗化し、更に選択成長アルミニウ
ムをスルーホールの穴埋めに用いて平坦化を実現してお
り、異なる2つの目的に利用している。特に、張付は技
術に応用した場合には、アルミニウムの抵抗率が2.9
μΩcmとバルクに近いことから、タングステンやシリ
サイドを張り付ける場合と比較して、1桁から2桁程度
の低抵抗化が可能である。
As mentioned above, in the example shown in Figure 8, selectively grown aluminum is attached to polycrystalline silicon and the source and drain to lower the resistance of the gate electrode wiring, and selectively grown aluminum is used to fill the through holes to flatten them. It has been realized and is used for two different purposes. In particular, when applied to bonding technology, the resistivity of aluminum is 2.9.
Since it is μΩcm, which is close to that of bulk, it is possible to lower the resistance by one to two orders of magnitude compared to the case where tungsten or silicide is attached.

また、ソース、ドレインへの張付けの場合には、アルミ
ニウムの膜厚が大きいと、アルミニウムが基板シリコン
と反応し、接合リーク等の障害を引き起こすが、本方法
のようにアルミニウム膜厚が1000人程度以下の場合
には殆ど問題とならない。
Furthermore, in the case of bonding to sources and drains, if the aluminum film is too thick, the aluminum will react with the substrate silicon, causing problems such as junction leakage. There is almost no problem in the following cases.

また、もし必要な場合には、第7図に示すように、ソー
ス、ドレイン上または多結晶シリコンゲート電極上にバ
リア層を張り付けてから、アルミニウムの選択成長を行
なってもよい。このバリア層の厚さは、例えば100人
から1000人のオーダでよい。この程度の厚さのバリ
ア層の抵抗は、選択成長アルミニウムの抵抗に比べて数
倍から1桁以上高く、アルミニウムを張り付けることに
よって初めて十分に低い抵抗とすることができる。
Furthermore, if necessary, as shown in FIG. 7, selective growth of aluminum may be performed after a barrier layer is pasted on the source and drain or on the polycrystalline silicon gate electrode. The thickness of this barrier layer may be, for example, on the order of 100 to 1000 thick. The resistance of a barrier layer of this thickness is several times to an order of magnitude higher than the resistance of selectively grown aluminum, and a sufficiently low resistance can only be achieved by pasting aluminum.

第9図は、本方法をバイポーラLSIの電極引出しおよ
び多結晶シリコンを用いた抵抗体形成に応用した例を示
す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing an example in which this method is applied to electrode extraction of a bipolar LSI and formation of a resistor using polycrystalline silicon.

第9図(a)は分離されたシリコン基板81中にnpn
)ランジスタを形成し、更にその上に多結晶シリコン電
極パターンを形成した状態を示している。すなわち、8
2は素子間分離酸化膜、83はn゛埋込層、84はコレ
クタ、85はベース、86はエミッタである。この状態
のシリコン基板81の表面は、多結晶シリコン電極パタ
ーン87と、それらを分離するシリコン酸化膜88と、
抵抗体となるべき多結晶シリコン領域上に形成された抵
抗体形成用マスク89とから構成されている。
FIG. 9(a) shows npn in the separated silicon substrate 81.
) A transistor is formed and a polycrystalline silicon electrode pattern is further formed thereon. That is, 8
Reference numeral 2 designates an element isolation oxide film, 83 an n buried layer, 84 a collector, 85 a base, and 86 an emitter. The surface of the silicon substrate 81 in this state has a polycrystalline silicon electrode pattern 87 and a silicon oxide film 88 separating them.
A mask 89 for forming a resistor is formed on a polycrystalline silicon region that is to become a resistor.

このマスク89の材質としては、シリコン酸化膜やシリ
コン窒化膜等の絶縁物が用いられる。
As the material of this mask 89, an insulating material such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is used.

この状態で、第9図(′b)に示すように、露出した多
結晶シリコン上にアルミニウム90を選択成長する。ア
ルミニウム堆積に先立って自然酸化膜層の除去のための
前処理を行なうが、この場合にはドライエツチングを行
なった後であるので、一旦800〜900℃程度で10
0人前後のシリコン酸化膜を形成し、次に希弗酸液によ
りエツチングして清浄なシリコン表面を露出させるのが
良い。
In this state, as shown in FIG. 9('b), aluminum 90 is selectively grown on the exposed polycrystalline silicon. Prior to aluminum deposition, a pretreatment is performed to remove the natural oxide film layer, but in this case, since dry etching is performed, it is first heated at about 800 to 900°C for 10 minutes.
It is preferable to form a silicon oxide film with a thickness of about 0.0 mm, and then to expose a clean silicon surface by etching with a dilute hydrofluoric acid solution.

アルミニウム堆積は、第1図に示す装置を用い、D1=
D2−5mm、TD=320℃、TB=200℃、原料
ガスの圧力0.5Torrの標準的な条件で行ない、堆
積時間約10分で膜厚約1000人のアルミニウムを形
成した。このアルミニウム90により、多結晶シリコン
電極パターンが低抵抗化されると同時に、抵抗体形成用
マスク89の下の多結晶シリコンが、セルファライン的
に寸法の定まった多結晶シリコン抵抗体91となる。
Aluminum deposition was performed using the apparatus shown in FIG. 1, with D1=
The process was carried out under standard conditions of D2-5 mm, TD=320 DEG C., TB=200 DEG C., and source gas pressure of 0.5 Torr, and an aluminum film having a thickness of about 1000 mm was formed in a deposition time of about 10 minutes. This aluminum 90 lowers the resistance of the polycrystalline silicon electrode pattern, and at the same time, the polycrystalline silicon under the resistor formation mask 89 becomes a polycrystalline silicon resistor 91 whose dimensions are determined in a self-aligned manner.

次に、第9図(C)に示すように、眉間絶縁膜92を堆
積し、公知のりソグラフィ技術とエツチング技術を用い
てスルーホール93を開ける。
Next, as shown in FIG. 9C, a glabellar insulating film 92 is deposited, and a through hole 93 is opened using known lamination and etching techniques.

このあと一般的にはスパッタ法等を用いてアルミニウム
膜を堆積して配線を形成するが、ここでは、第9図(d
)に示すように、本方法による第2の選択成長アルミニ
ウム膜94を用いてスルーホールを埋める。アルミニウ
ム堆積前の前処理としては希弗酸液によるエツチングの
みを行ない、第9図(b)の場合と同一の方法を用いて
堆積する。ただし、真空中において、堆積直前のプラズ
マクリーニングによりアルミナ除去を行なっている。堆
積膜厚をスルーホールの深さと同一の膜厚とすることに
よって、スルーホール内を確実に埋め込み、平坦な表面
を得ることができる。
After this, wiring is generally formed by depositing an aluminum film using a sputtering method or the like, but here, the method shown in FIG.
), a second selectively grown aluminum film 94 according to the present method is used to fill the through holes. As a pretreatment before aluminum deposition, only etching with a dilute hydrofluoric acid solution is performed, and deposition is performed using the same method as in the case of FIG. 9(b). However, alumina is removed by plasma cleaning in a vacuum immediately before deposition. By setting the thickness of the deposited film to be the same as the depth of the through hole, the inside of the through hole can be reliably filled and a flat surface can be obtained.

このあとスパッタ法等を用いて全面にアルミニウム膜を
堆積し、公知のりソグラフィ技術とエツチング技術を用
いて、第9図(e)に示すようなアルミニウム配線95
を完成する。
Thereafter, an aluminum film is deposited on the entire surface using a sputtering method, etc., and an aluminum wiring 95 is formed using known lithography and etching techniques as shown in FIG. 9(e).
complete.

以上述べたように、第9図の例では、選択成長アルミニ
ウムを多結晶シリコン電極に張り付けて低抵抗化すると
同時に、抵抗体の形成にも利用している。更に、スルー
ホールの穴埋めにも選択成長アルミニウムを用いて平坦
化を実現している。
As described above, in the example shown in FIG. 9, selectively grown aluminum is attached to the polycrystalline silicon electrode to lower the resistance, and at the same time, it is also used to form a resistor. Furthermore, selectively grown aluminum is used to fill the through holes to achieve planarization.

特に、張付は技術に応用した場合には、アルミニウムの
抵抗率が2.9μΩcmとバルクに近いことから、タン
グステンやシリサイドを張り付ける場合と比較して、1
桁から2桁程度の低抵抗化が可能である。アルミニウム
の膜厚が大きいと、アルミニウムが多結晶シリコンと反
応し、素子特性の劣化が生ずるが、本方法のようにアル
ミニウム膜厚が1000人程度以下の場合には殆ど問題
とならない。また、もし必要な場合には、第7図に示す
ように、多結晶シリコン電極上にバリア層を張り付けて
からアルミニウムの選択成長を行なってもよい。このバ
リア層の厚さは、例えば100人から1000人のオー
ダでよい。この程度の厚さのバリア層の抵抗は選択成長
アルミニウムの抵抗に比べて数倍から1桁以上高く、ア
ルミニウムを張り付けることによって初めて十分に低い
抵抗とすることができる。
In particular, when applying bonding to technology, the resistivity of aluminum is 2.9 μΩcm, which is close to that of bulk, so compared to attaching tungsten or silicide,
It is possible to lower the resistance by orders of magnitude to two orders of magnitude. If the thickness of the aluminum film is large, the aluminum reacts with polycrystalline silicon, causing deterioration of device characteristics, but this is hardly a problem when the thickness of the aluminum film is about 1000 or less, as in the present method. If necessary, selective growth of aluminum may be performed after a barrier layer is pasted on the polycrystalline silicon electrode, as shown in FIG. The thickness of this barrier layer may be, for example, on the order of 100 to 1000 layers. The resistance of a barrier layer of this thickness is several times to an order of magnitude higher than the resistance of selectively grown aluminum, and a sufficiently low resistance can only be achieved by pasting aluminum.

第8図の製造例は本発明に係わる化学的気相成長装置の
使用方法の第1の実施例をアルミニウムの堆積に応用し
た例であるが、アルミニウム以外の金属や半導体の気相
成長においても有効である。
The manufacturing example shown in FIG. 8 is an example in which the first embodiment of the method of using the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention is applied to the deposition of aluminum, but it can also be applied to the vapor phase growth of metals other than aluminum and semiconductors. It is valid.

例えばタングステンやモリブデンの堆積特に選択成長に
ついては、本方法を用いることによって平滑で良質な膜
の堆積が可能となる。タングステンの場合、原料ガスと
して六弗化タングステンを用い、キャリアガスとして水
素やヘリウム、アルゴンなどを用いる。堆積装置として
は第1図に示すものを使用し、Di−3〜10mm、D
2=3〜lQmm、TDを300〜700℃、TBを2
00〜600℃、トータルガス圧を0.1〜5Torr
に可変した。タングステンの選択成長は成長の初期段階
ではシリコン還元反応によるが、膜厚が厚くなると水素
還元反応によって進行する。従って、厚い膜厚を堆積す
るためにはキャリアガスとして水素を用いる必要がある
For example, for the deposition of tungsten or molybdenum, particularly for selective growth, this method enables the deposition of smooth, high-quality films. In the case of tungsten, tungsten hexafluoride is used as the raw material gas, and hydrogen, helium, argon, etc. are used as the carrier gas. The deposition device shown in Fig. 1 was used, with Di-3 to 10 mm and D
2=3~lQmm, TD 300~700℃, TB 2
00~600℃, total gas pressure 0.1~5Torr
It was changed to Selective growth of tungsten occurs through a silicon reduction reaction at the initial stage of growth, but as the film becomes thicker, it progresses through a hydrogen reduction reaction. Therefore, in order to deposit a thick film, it is necessary to use hydrogen as a carrier gas.

代表的な堆積条件は、例えば、D1=D2=5mm、T
D= 450℃、TB=300℃、トータルガス圧0.
5Torr、六弗化タングステンの分圧0.05Tor
rであった。使用目的によっては、タングステンを選択
的に堆積する場合や、逆にウェハ全面に非選択的に堆積
する場合がある。選択性の程度は、原料ガスの吸着エネ
ルギーあるいは過飽和度に基づく核発生の活性化エネル
ギーに依存する。従って、第1図に示す装置を用いて2
つの加熱ブロックの温度を任意に選ぶことによって、高
選択の膜を堆積したり全面に堆積したりすることが可能
である。
Typical deposition conditions are, for example, D1=D2=5mm, T
D=450℃, TB=300℃, total gas pressure 0.
5 Torr, partial pressure of tungsten hexafluoride 0.05 Torr
It was r. Depending on the purpose of use, tungsten may be deposited selectively, or conversely, tungsten may be deposited non-selectively over the entire surface of the wafer. The degree of selectivity depends on the adsorption energy of the raw material gas or the activation energy of nucleation based on the degree of supersaturation. Therefore, using the apparatus shown in FIG.
By arbitrarily selecting the temperature of the two heating blocks, it is possible to deposit a highly selective film or to deposit it on the entire surface.

モリブデンについては、原料ガスとして六弗化モリブデ
ンを用いる以外には、タングステンの場合とほぼ同様な
条件で堆積が可能である。また、他の原料ガスとして五
塩化モリブデン等を用いてもよい。
Molybdenum can be deposited under almost the same conditions as tungsten, except that molybdenum hexafluoride is used as the source gas. Further, molybdenum pentachloride or the like may be used as another raw material gas.

タングステンシリサイドやモリブデンシリサイド等のシ
リサイドの堆積は、上記の純粋金属の堆積条件において
シランガスを混入すればよい。
For deposition of silicide such as tungsten silicide and molybdenum silicide, silane gas may be mixed under the above-mentioned deposition conditions for pure metal.

多結晶シリコンについては、原料ガスにシランガス等を
用いてTD、TBを400〜1100℃にして堆積でき
る。アモルファスシリコンを堆積する場合は加熱ブロッ
クの温度を更に低くしたほうが望ましい。必要な場合に
は原料ガスとしてジシランを用いれば、TD=400℃
でも堆積が可能である。アモルファスシリコンの用途と
して一般的には太陽電池などが多く用いられるが、この
ような用途においては膜中に多量の水素を含むことが望
ましい。本方法においては、基板温度を低く抑えること
ができ、水素の含有量の多い良好な特性のアモルファス
シリコンを堆積することができる。
As for polycrystalline silicon, TD and TB can be deposited at 400 to 1100° C. using silane gas or the like as a raw material gas. When depositing amorphous silicon, it is desirable to lower the temperature of the heating block. If necessary, if disilane is used as the raw material gas, TD=400℃
However, deposition is possible. Amorphous silicon is generally used in many applications such as solar cells, and in such applications it is desirable that the film contains a large amount of hydrogen. In this method, the substrate temperature can be kept low, and amorphous silicon with high hydrogen content and good properties can be deposited.

以上述べたように、アルミニウムのみならず、あらゆる
金属や半導体薄膜の堆積に、本発明に係わる化学的気相
成長装置の使用方法を適用することにより、平滑性の優
れた薄膜を実現することが可能となる。また、薄膜形成
の用途に応じて選択性を高くすることや、あるいは逆に
選択性を低(して全面に堆積するなどの制御が容易にな
る。更に、水素含有量を多くするなどの目的にも適用が
可能である。
As described above, thin films with excellent smoothness can be achieved by applying the method of using the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention to the deposition of not only aluminum but also all kinds of metal and semiconductor thin films. It becomes possible. In addition, it is easier to increase the selectivity depending on the application of thin film formation, or conversely, to lower the selectivity (depositing on the entire surface).Furthermore, it is easy to control the process by increasing the hydrogen content, etc. It can also be applied to

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、各々独立に温度制御され
る相対向する2つの加熱ブロックと、2つの加熱ブロッ
クの間に加熱ブロックと距離をおいて薄膜堆積用基板を
保持する基板ホルダとを堆積室内に備えたことにより、
基板の被堆積面に対面した加熱ブロックによって原料ガ
スを高温に加熱でき、基板の温度を基板を挟む2つの加
熱ブロックの温度によって制御できるので、原料ガスの
温度と基板の温度とをそれぞれ希望の値に設定できる効
果がある。
As explained above, the present invention includes two heating blocks that face each other and whose temperatures are controlled independently, and a substrate holder that holds a thin film deposition substrate at a distance from the heating blocks between the two heating blocks. By installing it inside the deposition chamber,
The source gas can be heated to a high temperature by the heating block facing the surface to be deposited on the substrate, and the temperature of the substrate can be controlled by the temperature of the two heating blocks that sandwich the substrate, so the temperature of the source gas and the temperature of the substrate can be adjusted to the desired temperature. There are effects that can be set to values.

また、互いに異なる温度に保たれて近接して対向した2
つの加熱ブロックの間に薄膜堆積用基板を保持し、この
基板の被堆積面を高温側の加熱ブロックに対面させた状
態で気相成長させることにより、膜堆積直前に原料ガス
の温度を基板温度よりも高くして膜堆積を進行させるこ
とができるので、基板表面における原料ガスの状態を高
い過飽和にすることができ、表面凹凸の小さい平滑な薄
膜を再現性・均一性良く堆積することができる効果があ
る。
In addition, there are two
By holding a substrate for thin film deposition between two heating blocks and performing vapor phase growth with the surface of the substrate facing the heating block on the high temperature side, the temperature of the source gas is lowered to the substrate temperature immediately before film deposition. Since it is possible to advance film deposition at a higher temperature than the above, the state of the raw material gas on the substrate surface can be highly supersaturated, and a smooth thin film with small surface irregularities can be deposited with good reproducibility and uniformity. effective.

さらに、薄膜堆積時の基板温度を低く抑えることができ
るので、薄膜の選択成長における選択性が改善されると
共に、膜堆積時における膜や下地基板での反応や拡散を
低減することができる効果がある。
Furthermore, since the substrate temperature during thin film deposition can be kept low, selectivity in selective growth of thin films is improved, and reactions and diffusion in the film and underlying substrate during film deposition can be reduced. be.

さらに、反応温度の異なる2つ以上の原料ガスを用いれ
ば、組成等の膜質制御性の良い合金薄膜を堆積すること
ができる効果がある。
Furthermore, by using two or more raw material gases having different reaction temperatures, it is possible to deposit an alloy thin film with good film quality controllability such as composition.

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

第1図は本発明に係わる化学的気相成長装置の一実施例
を示す構成図、第2図は装置の他の実施例を示す構成図
、第3図は第2図の装置における反応炉の動作モードを
示す構成図、第4図は本発明に係わる化学的気相成長法
の一実施例を説明するための断面図、第5図は本発明に
よる方法におけるアルミニウム堆積の様子を示すグラフ
、第6図は本発明による方法を用いてシリコン基板上に
堆積したアルミニウムの金属組織の写真、第7図はバリ
ア層上にアルミニウムを選択成長した場合のスルーホー
ルを示す断面図、第8図および第9図は本発明による方
法の適用例を示す断面図、第10図および第11図はア
ルミニウムの成長初期過程を示す金属組織の写真、第1
2図は従来の方法を用いてシリコン基板上に堆積したア
ルミニウムの金属組織の写真である。 1・・・堆積室、2・・・ウェハ出し入れ室、3・・・
原料室、4.5・・・バルブ、6・・・可変型バルブ、
7・・・基板ホルダ、8・・・ウェハ基板、9・・・ヒ
ータ、10゜14・・・加熱ブロック、11・・・円筒
管、12・・・オリフィス、13・・・撹拌モータ、1
5・・・トリイソブチルアルミニウム。
Fig. 1 is a block diagram showing one embodiment of the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, Fig. 2 is a block diagram showing another embodiment of the apparatus, and Fig. 3 is a reactor in the apparatus shown in Fig. 2. 4 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of the chemical vapor deposition method according to the present invention, and FIG. 5 is a graph showing the state of aluminum deposition in the method according to the present invention. , Fig. 6 is a photograph of the metal structure of aluminum deposited on a silicon substrate using the method according to the present invention, Fig. 7 is a cross-sectional view showing a through hole when aluminum is selectively grown on a barrier layer, and Fig. 8 9 is a cross-sectional view showing an example of application of the method according to the present invention, FIGS. 10 and 11 are photographs of metal structure showing the initial stage of aluminum growth, and FIG.
Figure 2 is a photograph of the metal structure of aluminum deposited on a silicon substrate using a conventional method. 1...Deposition chamber, 2...Wafer loading/unloading chamber, 3...
Raw material chamber, 4.5... Valve, 6... Variable valve,
7... Substrate holder, 8... Wafer substrate, 9... Heater, 10° 14... Heating block, 11... Cylindrical tube, 12... Orifice, 13... Stirring motor, 1
5... Triisobutylaluminum.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)各々独立に温度制御される相対向する2つの加熱
ブロックと、薄膜堆積用基板が前記2つの加熱ブロック
の間に前記2つの加熱ブロックのそれぞれと距離をおい
て位置するように前記薄膜堆積用基板を保持する基板ホ
ルダとを堆積室内に備えたことを特徴とする化学的気相
成長装置。
(1) Two heating blocks facing each other whose temperature is controlled independently, and the thin film deposition substrate being positioned between the two heating blocks at a distance from each of the two heating blocks. A chemical vapor deposition apparatus comprising a substrate holder for holding a deposition substrate in a deposition chamber.
(2)半導体表面又は導体表面並びに絶縁体表面を有す
る基板の前記半導体表面又は導体表面を清浄化する工程
と、前記半導体表面又は導体表面が清浄なうちに、互い
に異なる温度に保たれて近接して対向した2つの加熱ブ
ロックの間に、前記半導体表面又は導体表面側が前記2
つの加熱ブロックのうちの高温側の加熱ブロックに対面
するように保持し、少なくとも金属を含む化合物ガスを
導入して前記半導体表面又は導体表面にのみ選択的に金
属膜を堆積する工程とを含むことを特徴とする化学的気
相成長装置の使用方法。
(2) A step of cleaning the semiconductor surface or conductor surface of a substrate having a semiconductor surface or conductor surface and an insulator surface; Between two heating blocks facing each other, the semiconductor surface or conductor surface side is placed between the two heating blocks facing each other.
holding the heating block facing the higher temperature side of the two heating blocks, and introducing a compound gas containing at least metal to selectively deposit a metal film only on the semiconductor surface or the conductor surface. A method of using a chemical vapor deposition apparatus characterized by:
(3)互いに異なる温度に保たれ近接して対向した2つ
の加熱ブロックの間に薄膜堆積用基板をその薄膜堆積面
が前記2つの加熱ブロックのうちの高温側の加熱ブロッ
クに対面するように保持し、少なくとも有機アルミニウ
ム化合物ガスとシリコン水素化物ガスとを同時に導入し
て、前記薄膜堆積用基板表面にシリコンを含有するアル
ミニウム膜を堆積することを特徴とする化学的気相成長
装置の使用方法。
(3) A substrate for thin film deposition is held between two closely facing heating blocks that are maintained at different temperatures so that its thin film deposition surface faces the higher temperature side of the two heating blocks. A method of using a chemical vapor deposition apparatus, characterized in that an aluminum film containing silicon is deposited on the surface of the substrate for thin film deposition by simultaneously introducing at least an organic aluminum compound gas and a silicon hydride gas.
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