JPS6347364A - Method and apparatus for chemical vapor deposition - Google Patents
Method and apparatus for chemical vapor depositionInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は化学気相成長(CVD ) による薄膜形成に
関するものであり、とくに膜質の優れた薄膜を形成する
CVD法及びその装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to the formation of thin films by chemical vapor deposition (CVD), and particularly relates to a CVD method and apparatus for forming thin films with excellent film quality. .
化学気相成長、CvDは、化学反応を用すて基板上に薄
膜を堆積するもので、蒸溜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
の製造プロセスンこおいては、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。薄
膜形成手段としてのCVDの特長は、凹凸のある基板上
に於て段差被覆性の僅れた薄膜が形成できることや、薄
膜の組成比を自由に制御できること、汚染や損傷のない
薄膜を形成できることなどが挙げられる。CVDは、加
熱方式やガス圧力、化学反応の形式等によってζ様々な
遣類に分類される。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、反応炉全体を加熱するホント
ウオール型、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CV
Dや光CVD等が一般に矧られている。Chemical vapor deposition, or CvD, uses chemical reactions to deposit thin films on a substrate, and is one of the well-known thin film formation methods along with distillation and sputtering. In particular, in the manufacturing process of semiconductor integrated circuit devices, it is widely used for forming silicon oxide films and polycrystalline silicon thin films. The advantages of CVD as a thin film forming method are that it can form a thin film with little step coverage on an uneven substrate, that the composition ratio of the thin film can be controlled freely, and that it can form a thin film without contamination or damage. Examples include. CVD is classified into various types depending on the heating method, gas pressure, type of chemical reaction, etc. For example, there is a cold wall type that heats only the deposition substrate, a real wall type that heats the entire reactor, a normal pressure CVD that performs the reaction under atmospheric pressure, a low pressure CVD that performs the reaction under reduced pressure, and a chemical reaction. In addition to normal CVD using heat in the form of plasma CVD
D, optical CVD, etc. are generally used.
一方、蒸溜やスパッタと比較してCVD にもいくつか
の欠点がある。On the other hand, CVD also has some drawbacks compared to distillation and sputtering.
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
に変える事が出来々い点が挙げられる。このために、C
vDX特に熱を用いた通常のCVDにおいて、様々な問
題が生ずる。The first drawback of CVD is that the temperature of the substrate on which the thin film is deposited is limited by the reaction temperature of the gas, and the substrate temperature cannot be changed freely. For this purpose, C
Various problems arise in vDX, especially in conventional CVD using heat.
本来、原料ガスの反応温度と薄膜の成長湿灰とは関係な
いものであり、原料ガスの反応が生じる温度が必ずしも
薄膜成長にiも適しているとは限らない。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、堆積膜自身や下地基板で
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。Originally, there is no relationship between the reaction temperature of the raw material gas and the wet ash for thin film growth, and the temperature at which the raw material gas reaction occurs is not necessarily suitable for thin film growth. Generally CVD
The reaction temperature of the raw material gas is usually considerably higher than the substrate temperature in other forming methods such as evaporation and sputtering. When a thin film is deposited at a high substrate temperature in the manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, diffusion and reactions progress in the deposited film itself and the underlying substrate, often causing serious deterioration of device characteristics.
また、熱cvpでは、基板の表面材質の差異を利用した
選択成長、即ち、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Kすると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, in thermal CVP, selective growth takes advantage of differences in the surface materials of the substrates, in other words, a thin film is deposited only on a pattern of a specific material on the substrate surface, and the thin film is not deposited on other materials. However, as the substrate temperature increases, the selectivity decreases for reasons explained later.
There is a tendency for selective growth to fail.
更に、反応温度が大きく異なる例えばトリインブチルア
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 to be deposited using two or more raw material gases with significantly different reaction temperatures, such as tri-butylaluminum 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.
この様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や光CVD法が注目されてきている。As one method for preventing such problems, plasma CVD and photoCVD methods, which attempt to promote reactions using energy other than heat such as plasma or light, are attracting attention.
これらのCVD法では基板温度を他の形成法に近い温度
まで下げることが可能となるが、膜質が低下したシ損傷
が発生したシすルコとから、CVD法の多くの特長が犠
牲となるOまた1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。These CVD methods make it possible to lower the substrate temperature to a temperature close to that of other forming methods, but many of the advantages of the CVD method are sacrificed due to poor film quality and damage. Furthermore, since the selective growth described above uses only the difference in thermal energy during film deposition as the selectivity mechanism, it becomes difficult to achieve 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)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
のでちり、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大きくなる傾向
にある。このととはポルマー(Volmar) 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(文献1)。A second drawback of CVD is that it tends to have large surface irregularities. This is a problem in thermal CVD, especially when depositing crystalline thin films such as metals, and the degree of unevenness generally tends to increase as the surface free energy of the thin film material increases and the substrate temperature rises. It is in. This is explained as follows according to the nuclear growth theory using the surface free energy model of Volmar et al. (Reference 1).
基板上に到達した原子は衝突や再蒸発を、繰シ返す中で
、ある程度以上の個数の原子が結合したクラスターと呼
ばれる集合体になる。1つのクラスターの全自由エネル
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ーの表面自由エネルギーとの和で
あり、次式のように表される。The 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 a gas and the surface free energy of the formed cluster, and is expressed as follows.
G=(σa”4πr24 gv・4πr3/3)・f(
θ)ここで
r:クラスターの曲率半径
θ:クラスターの基板に対する接触角
f(の”’ (2−3cmθ十邸3θ)/4:クラスタ
ーの堆積因子
σll: 気相とクラスターの間の単位面積abの表面
自由エネルギー
g7: 気相から液相に変わる際の単位堆積当りの自由
エネルギー変化。G=(σa”4πr24 gv・4πr3/3)・f(
θ) where r: Radius of curvature of the cluster θ: Contact angle of the cluster with the substrate f(''' (2-3 cm θ Jutei 3 θ)/4: Cluster deposition factor σll: Unit area ab between the gas phase and the cluster Surface free energy g7: Free energy change per unit deposition when changing from gas phase to liquid phase.
常に負。過飽和の蒸気の生成の場合、平衡状態での蒸気
圧をPa、実際の蒸気圧をp1蒸発原子の体積をΩ、ボ
ルツマン定数をに1絶対温度をTとすると、gv= (
kT/Ω)Lrs (p/p e )と表される。ここ
で、p/peは過飽和度である。Always negative. In the case of supersaturated vapor generation, if the vapor pressure at equilibrium is Pa, the actual vapor pressure is p1, the volume of the evaporated atom is Ω, and the Boltzmann constant is 1, and the absolute temperature is T, then gv = (
kT/Ω)Lrs (p/pe). Here, p/pe is the degree of supersaturation.
Gの最大値を与えるrt−r’とおくと、dc、”ar
=Oとすることにより、
r”= −2σ。/gマ (2
)G”=(16πff53/3gv”)f(θ)(3)
が得られる。従って、半径がroよシ大きければ、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roよシ小さければ平均として、消滅
する。このroの値を臨界半径、r=r’のクラスクー
を臨界核といい、臨界核よシ大きな核を安定核という。If we set rt-r' which gives the maximum value of G, then dc, "ar
By setting =O, r”= −2σ./gma (2
)G”=(16πff53/3gv”)f(θ)(3)
is obtained. Therefore, if the radius is larger than ro, G will become smaller as it grows, so it will continue to grow as an average, and conversely, if the radius is smaller than ro, it will disappear as an average. The value of ro is called the critical radius, and the class of r=r' is called the critical nucleus, and a nucleus larger than the critical nucleus is called the stable nucleus.
Goは安定核を生成するために必要碌活性化エネルギー
とみなすことが出来る。また、基板上に形成される臨界
核の数密度n“は、単位面積当シの吸着位置の数をn6
トスると、ボルツマンの式から
n” == no exp (−G’ /kT )
(4)で与えられる。Go can be regarded as the activation energy necessary to generate stable nuclei. In addition, the number density n'' of critical nuclei formed on the substrate is the number of adsorption positions per unit area n6
When tossed, from Boltzmann's equation, n'' == no exp (-G' /kT)
It is given by (4).
式(2)、(3)、<4)から明らかなように、薄膜材
料の表面自由エネルギーσ0が大きいほど、またクラス
ター生成の際の体積エネルギー変化1 gv lが小さ
いほど、臨界半径r°は大きくなシ、また臨界核の数密
度h°は小さくなる。核密度n°は薄膜材料の表面自由
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(
のが大きくなり、臨界核の数密度n°は小さくなる。こ
の様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
層目した場合、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、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 larger the surface free energy σ0 of the thin film material and the smaller the volume energy change 1 gv l during cluster generation, the greater the critical radius r°. The larger the value, the smaller the number density h° of the critical nucleus. The nuclear density n° is influenced not only by the surface free energy and supersaturation degree of the thin film material but also 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(
becomes larger, and the number density n° of critical nuclei becomes smaller. The critical nuclei stochastically generated on the substrate in this manner continue to grow as stable nuclei, and eventually these nuclei coalesce to form a thin film. Therefore, when layering 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, and 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、74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な
くなる。To summarize the above discussion, if a thin film material with a high surface free energy is deposited on a substrate with a low surface free energy in a state with a low degree of supersaturation, large nuclei will be generated sparsely, and the unevenness of the surface of the 74 film will become large. The general tendency is for surface free energy to be small for insulators such as oxides, and large for metals such as aluminum and silicon.
従って、絶縁体基板の上に、金属薄膜を形成する様な場
合に、この傾向は最も顕著になる。通常の蒸着やスパッ
タにおいては、過飽和度が1010〜1020と極めて
大きいため、臨界半径は数λ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と大きい。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。ところが、CVDの4合には、
A飽和度がそれほど大きくないと言われており(文献2
)、核密度は表面の凹凸に影響する程度にまで減少する
。Therefore, this tendency becomes most noticeable when a metal thin film is formed on an insulating substrate. In normal vapor deposition and sputtering, the degree of supersaturation is extremely large, 1010 to 1020, so the critical radius is small, less than several λ, and the density of critical nuclei is large, almost equal to the number of adsorption positions. Therefore, in these deposition methods, the unevenness on the surface of the thin film is sufficiently small and usually does not pose a problem. However, in the fourth step of CVD,
It is said that the degree of A saturation is not so large (Reference 2).
), the nuclear density is reduced to such an 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。In fact, surface irregularities are a specific problem in many cases in CVD of metal thin films.
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100A程度の小
さな結晶粒径を持つ、表面が平滑な薄膜にな夛易いのに
対し、CvDを用い′ft、、場合には粒径が100O
A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500〜6
00℃以上の高い基板温度が必要となって結晶成長し易
くなることの外に、CvDにおける小さな過飽和に起因
する疎な核密度が主な要因になっていると考えられる。For example, when molybdenum or tungsten, which are high melting point metals, are formed by vapor deposition or sputtering, they tend to form thin films with small crystal grain sizes of several hundred amps and smooth surfaces. , if the particle size is 100O
The crystal grains become stonewall-like crystal grains of A or higher, and large irregularities are formed on the surface. This is because the substrate temperature in vapor deposition and sputtering of these metal thin films is usually 300 to 400°C, whereas in CvD, the temperature is 500 to 6°C, which is the decomposition temperature of the source gas.
In addition to the fact that a high substrate temperature of 00° C. or more is required, which facilitates crystal growth, the main factor is thought to be the sparse nucleus density resulting from small supersaturation in CvD.
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シ、基板温度は25
0〜300℃と蒸N#?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(文
献3)。For aluminum thin films formed by CVD, surface irregularities are a particularly serious problem, and the substrate temperature is 25°C.
0-300℃ and steaming N#? Although it is not so high compared to the film thickness, it has 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 the surface unevenness is explained based on the nuclear growth process (Reference 3).
CVDで形成された代表的なアルミニウムの金属組織写
真を第11図に示す。結晶粒による凹凸があシ、結晶粒
の境界の1部に隙間がみられる。FIG. 11 shows a typical metal structure photograph of aluminum formed by CVD. There are irregularities caused by the crystal grains, and gaps are observed at some of the boundaries of the crystal grains.
薄膜表面に大きな凹凸があると、写真蝕刻技術を用いて
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、電気抵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、高精良化が要求されてお9、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。If there are large irregularities on the surface of the thin film, it becomes difficult to accurately form fine patterns using photolithography, and it also causes variations in the thin film properties such as electrical resistance. Furthermore, even when another thin film is deposited on top of this thin film to form a multilayer structure, local film thickness variations occur in the uneven portions, making it impossible to obtain an ideal multilayer structure. As a result, this becomes a major obstacle when used as a constituent material for semiconductor integrated circuits and the like. As semiconductor integrated circuits become faster and larger in capacity, they are required to become increasingly finer and more precise.9 Reducing the unevenness of thin films is the most important issue for submicron and nanometer devices. It's coming.
以上の問題点をまとめると、
従来のCVDでは、
■表面凹凸の小さい平滑な薄膜を形成することは極めて
困難である、
■また、薄膜堆積時の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、■さらに1反応源度の異なる例えばト
リインブf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、
という問題点が挙げられる。To summarize the above problems, with conventional CVD, it is extremely difficult to form a smooth thin film with small surface irregularities. Also, the substrate temperature during thin film deposition is high, making it difficult to selectively grow thin films. Moreover, it is difficult to avoid deterioration and failure of semiconductor elements due to changes in the physical and chemical states of the substrate and deposited film during film deposition. The problem is that it is impossible to mix silicon into aluminum using two or more raw material gases at a reaction temperature at which the surface of aluminum becomes smooth.
「参考文献」
1)コンデンセイションアンドエバボレイション(マク
ミラン社発行〕
J、P、Hfrth and GJl、Pound:
Condensatfon and Evaporat
ton(Mactnillan。"References" 1) Condensation and Evaporation (published by Macmillan) J, P, Hfrth and GJl, Pound:
Condensate and Evaporat
ton (Mactnillan.
New York、 1963)
2)ソリッドステートサイエンスアンドテクノロジー1
27 (1980,)194゜
W、A、P、 C1aassen and J−Blo
em: J。New York, 1963) 2) Solid State Science and Technology 1
27 (1980,) 194°W, A, P, C1aassen and J-Blo
em: J.
Electrochem、 Soc、 : 5oli
d −St、Sci。Electrochem, Soc, : 5oli
d-St, Sci.
&Tech、127(1980)194゜3)ソリッド
ステートサイエンスアンドテクノロジー131(198
4)2175゜
R,A、Lev7. M、L、Green* and
P、に、Gallagher: Jllectroc
hem、 Soc、: 5olid−8t、8ci、&
Tach、131(1984)2175〔問題点を解決
するための手段〕
本発明の化学的気相成長法は上記の問題点1c!みて為
され九ものであり、加熱ブロックに基板の被膜堆積面を
近接して対向させ、原料ガスを前記加熱ブロックと前記
基板の被膜堆積面との間に導入することにより前記基板
の被膜堆積面に薄膜を堆積するものである。また、表面
の一部が金属または半導体であり他の表面部分が胎縁体
である基板の表面を加熱ブロックに近接して対向させ、
金属の有機化合物からなる原料ガスを前記加熱ブロック
と前記基板表面との間に導入することにより前記基板表
面の金属ま九は半導体上にのみ選択的に金属薄膜な堆積
するものでちる。さらに、本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、基板表面が前記加点ブロックに近接し
て対向するように該基板を保持する基板ホルダーとを堆
積室内に備えたものである。&Tech, 127 (1980) 194゜3) Solid State Science and Technology 131 (198
4) 2175°R, A, Lev7. M, L, Green* and
P. Gallagher: Jllectroc
hem, Soc,: 5olid-8t, 8ci, &
Tach, 131 (1984) 2175 [Means for solving the problems] The chemical vapor deposition method of the present invention solves the above problem 1c! The coating deposition surface of the substrate is made by placing the coating deposition surface of the substrate close to the heating block and facing the coating deposition surface of the substrate, and introducing the raw material gas between the heating block and the coating deposition surface of the substrate. A thin film is deposited on the surface. Further, the surface of the substrate, in which a part of the surface is made of metal or a semiconductor and the other surface part is an embryonic body, is placed close to and facing the heating block,
By introducing a raw material gas consisting of an organic compound of metal between the heating block and the surface of the substrate, the metal layer on the surface of the substrate is selectively deposited as a thin metal film only on the semiconductor. Furthermore, the chemical vapor deposition apparatus of the present invention is an apparatus for carrying out the above chemical vapor deposition method,
The deposition chamber is equipped with a heating block and a substrate holder that holds the substrate so that the surface of the substrate is close to and faces the point addition block.
本発明の化学的気相成長法によれば、刀DAブロツクに
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表面上に到達し、該堆a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
温度が基板温度よシも常に高い状態で膜堆積が進行する
。また、本発明の化学的気相成長装置によれば、堆積基
板を基板ホルダーに装着するだけで、該堆積基板が加熱
ブロックに対して最適な位R関係を保って近接配置され
るので、上記のような原料ガスの湿灰分布を得ることが
できる。According to the chemical vapor deposition method of the present invention, the raw material gas is first heated and activated by the DA block, and reaches the surface of the low-temperature deposition substrate in a state where it is easily decomposed, and a film is formed on the surface of the deposition substrate. Deposition progresses. That is, film deposition proceeds in a state where the temperature of the source gas is always higher than the substrate temperature. Further, according to the chemical vapor deposition apparatus of the present invention, simply by mounting the deposition substrate on the substrate holder, the deposition substrate can be placed close to the heating block while maintaining an optimal positional R relationship. The wet ash distribution of the raw material gas can be obtained as follows.
r%9℃謬、本発明の実施に際して使用したCVD装置
の概略について簡単に説明する。第1図はCvD装置全
体のgi成を示した図であり、それらの詳細及び排気系
、制御系については省略しである。The outline of the CVD apparatus used in carrying out the present invention will be briefly explained. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the entire CvD device, and its details, exhaust system, and control system are omitted.
本装置の真を室は大きく分けて堆積室21、ウェハ出し
入れ室22、及び原料室23の3室からなり、それぞれ
独立に真空排気される。到達圧力は、いずれの真空室も
lO’Torr 程度の高真空が望ましいが、ロータ
リーポンプのみを用いて排気された低真空であづても、
本発明の実施に際して基本的な影響はない。堆積室21
は原料室23及びウェハ出し入れ室22と、それぞれパ
ルプ25.24を介して接続されており、最大500℃
まで加熱できる加熱ブロック30が設置されている。基
板ホルダー27は、ウェハ出し入れ室22から導入され
た堆積基板ウェハ28を加熱ブロック30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。このとき、
ウェハの被堆積面は加熱ブロック30に対面している。The main chamber of this apparatus is roughly divided into three chambers: a deposition chamber 21, a wafer loading/unloading chamber 22, and a raw material chamber 23, each of which is independently evacuated. The desired ultimate pressure for each vacuum chamber is a high vacuum of about 10'Torr, but even if it is a low vacuum evacuated using only a rotary pump,
There is no fundamental impact on the implementation of the invention. Deposition chamber 21
is connected to the raw material chamber 23 and the wafer loading/unloading chamber 22 via pulps 25 and 24, respectively, and is heated to a maximum temperature of 500°C.
A heating block 30 is installed that can heat up to. The substrate holder 27 can fix the deposited substrate wafer 28 introduced from the wafer loading/unloading chamber 22 so as to face the heating block 30 at a predetermined distance. At this time,
The surface of the wafer to be deposited faces the heating block 30 .
基板ウェハ28と加熱ブロック30との間隔りは、おお
よそ2mmから15mmの範囲で可変できる構造となっ
ている。原料室23は外壁にヒーター29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。The spacing between the substrate wafer 28 and the heating block 30 can be varied within the range of approximately 2 mm to 15 mm. A heater 29 is wound around the outer wall of the raw material chamber 23, and the liquid temperature of the raw material can be heated and controlled to a predetermined temperature.
また、原料室23には液温を均一に保つための攪はんモ
ーター33が設置されている。原料室23の止置部側壁
から水平に突出した円筒管31はバルブ25を介して堆
積室21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30に圧潰されている。広がった円筒管31
の側面には微細なオリフィス32が開けられておシ、堆
積室21が0.0ITorr以下に減圧された状態にお
いても、作動排気によ)、円筒管31内部を原料室23
に近い圧力に保つことができる。原料室23から堆積室
21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23と同程度の温度に加熱さ
れる構造となっている。Further, a stirring motor 33 is installed in the raw material chamber 23 to keep the liquid temperature uniform. A cylindrical tube 31 protruding horizontally from the side wall of the stationary portion of the raw material chamber 23 is introduced into the deposition chamber 21 via a valve 25, and its expanded terminal end is crushed by a heating block 30. Expanded cylindrical tube 31
A fine orifice 32 is opened in the side surface of the cylindrical tube 31 so that even when the pressure in the deposition chamber 21 is reduced to 0.0 ITorr or less, the inside of the cylindrical tube 31 is connected to the raw material chamber 23 (by operating exhaust).
Can maintain pressure close to . The path of the raw material gas from the raw material chamber 23 to the deposition chamber 21 has a structure in which it is heated to about the same temperature as the raw material chamber 23 so that the once vaporized raw material does not liquefy again.
第1図の装置構造におけるウェハ基板28の加熱は、7
1o熱ブロツク30によって昇温し六原料ガスの熱伝導
によってなされておシ、特別カ基板加熱用の治具はない
。ガスの温度と基板温度をそれぞれ独立に制御する必要
がある場合は、第2図の例に示すように、基板ウェハ2
8の裏側に基板加熱ヒーター34を設ければよい。第2
図は、堆積基板28と加熱ブロック30、及び加熱ヒー
ター34等の配置関係を示しておシ、図に示した部分以
外は第1図と同一である。The heating of the wafer substrate 28 in the device structure of FIG.
The temperature is raised by the heat block 30 and by heat conduction of the raw material gas, and there is no special jig for heating the substrate. If it is necessary to control the gas temperature and the substrate temperature independently, as shown in the example of FIG.
A substrate heating heater 34 may be provided on the back side of the substrate 8. Second
The figure shows the arrangement of the deposition substrate 28, the heating block 30, the heating heater 34, etc., and is the same as FIG. 1 except for the parts shown in the figure.
次に、かかるCVD装置を用いて、アルミニウムの選択
成長を行った例を、第3図を用いて説明する。Next, an example of selective growth of aluminum using such a CVD apparatus will be described with reference to FIG.
CVDを行うに先立って、初めに第3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)5−
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、シリコン激化膜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本発明の効果に基本的な差異
はない。Prior to performing CVD, a silicon oxide film 42 is first formed on a silicon substrate 41 as shown in FIG. 3(a). The silicon substrate 41 is of P type (100) 5-
However, there is no essential difference in surface orientation and resistivity even if other types are used. In addition, the silicon intensification 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 films or silicon nitride films doped with phosphorus or boron are used, there is no fundamental difference in the effects of the present invention as long as they are so-called insulating thin films.
次に第3図[有])に示すように、公知のホ) IJソ
グラフイ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
の工程におけるリン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くつかの方法が知られておシ、
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づエ
ツチングを行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層が形成さ
れるととがある。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危く通
常の緩衝弗酸液によるクエットエッチングを用いて清浄
力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散化膜や他の汚
染が発生する◎第3図伽)に示す自然酸化膜層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. 3, through-holes 43 are formed using known resist mask pattern formation using IJ lithography and etching techniques. Phosphorography technology and silicon oxide film 42 in this process
There are several known etching techniques.
Any method may be used, but the silicon oxide film 42
When so-called drag etching is performed using gas plasma for etching, a very slight polymerized film or altered layer that is difficult to observe is formed on the open silicon surface. Such a slight change in surface condition has a large effect on the subsequent aluminum deposition process, so sufficient consideration is required. In addition, even if dry etching is dangerous and a clean silicon surface is obtained using Couette etching using a normal buffered hydrofluoric acid solution, the silicon surface can be removed by the process of removing the resist pattern used as an etching mask or by simply elapsed time. ◎The natural oxide film layer 44 shown in Fig. 3) is
This is a general term for the natural oxide film and altered contamination layer described above.
このような自然酸化膜層44を除去するために、第3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, a pretreatment for cleaning the silicon surface is required immediately before aluminum deposition, as shown in FIG. 3(c).
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
浸せき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、シリコン開口部に疎水性を確認したのち、数分
から十数分間純水で洗浄して乾燥するだけでよい・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疎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讃化膜42
の表面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 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, immerse it in pure water for a few minutes to more than ten minutes. All you need to do is wash and dry. - The higher the concentration of hydrofluoric acid, the faster the etching rate of the natural oxide film 44, so the higher the concentration, the shorter the time it takes to obtain hydrophobicity. However, the silicon sanitation film 42 in areas other than the openings
Since the surface of the substrate 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K
なる前に水洗を終了する。自然酸化膜44をエツチング
しても疎水性が得られない場合、または疎水性が得られ
てもアルミニウムを堆積したときに、正常な堆積条件に
おいても平滑で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。In addition, if the water washing time is prolonged, an oxide film will be formed on the silicon surface again and it will become water permeable.
Finish washing with water before it gets wet. If hydrophobicity cannot be obtained even after etching the native oxide film 44, or even if hydrophobicity is obtained, when aluminum is deposited, it may be difficult to form a smooth and continuous film even under normal deposition conditions. This occurs when the silicon surface is contaminated or damaged due to dry etching or other processes as described above.
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f
:酸化するなどの方法で、開口部に数1OAから数10
OAのシリコン酸化膜を形成し、ついでこの酸化膜を希
弗酸液等を用いて除去して疎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事ができる。In such a case, after opening the through hole 43, the silicon surface f is heated in an oxygen atmosphere at around 900°C.
: Several 1 OA to several 10 OA are applied to the opening by oxidation or other methods.
A good aluminum film can be formed by forming an OA silicon oxide film and then removing this oxide film using a dilute hydrofluoric acid solution or the like to obtain hydrophobicity.
自然酸化膜44を除去する方法としては上記以外に、ア
ルミニウム堆積室に設置してからアルゴンやフレオンイ
オンを用いて低エネルギーでエツチングする方法も有効
である。例えば、ECR(Electron CYcl
otron Re5onance)法の場合、フレオン
ガス中で加速電圧500■程度で数分間の処理を行うこ
とにより良好なアルミニウム膜が堆積された。In addition to the method described above, an effective method for removing the natural oxide film 44 is to place it in an aluminum deposition chamber and then perform low-energy etching using argon or freon ions. For example, ECR (Electron CYcl
In the case of the Otron Re5onance method, a good aluminum film was deposited by processing in Freon gas at an accelerating voltage of about 500 cm for several minutes.
以上の処理を行ったウエノ)基板4Tを第1図に示した
CVD装置にセットしてアルミニウムの堆積を行うが、
ウェハ基鈑47をセットする前に1CVD装置では次の
準備が必要である。初めに、原料室23、堆積室21、
及びウエノ・出し入れ室22を予め十分真空排気し、原
料室23内にトリインブチルアルミニウムの液体35を
導入し、攪はんモーター33で温度を均一に保ちながら
所定温度に加熱する。トリイソブチルアルミニウムは加
熱の無い案温においても、十分高い蒸気圧を有している
が、加熱することに依ってよシ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シ、それほど高温
にすることはできない。とこでは主として45℃に設定
した。The Ueno substrate 4T that has undergone the above treatment is set in the CVD apparatus shown in Figure 1, and aluminum is deposited.
Before setting the wafer substrate 47, the following preparations are required in the 1CVD apparatus. First, the raw material chamber 23, the deposition chamber 21,
The Ueno loading and unloading chamber 22 is sufficiently evacuated in advance, and a tri-butyl aluminum liquid 35 is introduced into the raw material chamber 23 and heated to a predetermined temperature using a stirring motor 33 while keeping the temperature uniform. Although triisobutylaluminum has a sufficiently high vapor pressure even at ambient temperature without heating, it can generate vapor more efficiently by heating it. 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 is not possible to raise the temperature to such a high temperature. 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23の形状は直
径約10crn、高さ約22cIn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10 cc/m1n程度の常用の
ガス消費時においてもほ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23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ff、fk
は、円筒管の側百に開けられたオリフィスのコンダクタ
ンスヲ変えることによシ、はぼ圧力を一定としたままで
変えることが出来る。以上に述べた原料室23の加熱と
平行して、堆積土21内の加熱ブロック30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 23 has a cylindrical shape with a diameter of about 10 crn and a height of about 22 cIn, and with such a liquid temperature and surface area, the evaporation rate of the raw material gas is sufficiently high. Even during normal gas consumption of about 10 cc/ml, a vapor pressure almost close to that of the raw material gas can be maintained. Moreover, since the raw material chamber 23 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, ff, fk of the raw material gas
can be changed while keeping the pressure constant by changing the conductance of the orifice drilled on the side of the cylindrical tube. In parallel with the heating of the raw material chamber 23 described above, the heating block 30 in the piled soil 21 is also heated,
Control to maintain a constant temperature.
以上の準備作業の後、第3図(c)に示す前記の前処理
を行ったウェハ基板47(第1図の28に相当)をウェ
ハ出し入れ室22にセットし、十分に排気する。引き就
いてフェノ・基板47(28)を堆積室23に移動し、
ウェハ基板47(28)の被堆積面を加熱ブロック30
に対向した状態で数分間保持することに依って、フェノ
・基板47(28)の温度をほぼ定常状態にする。この
とき、ウェア1周辺にアルゴンの様な不活性ガスを流す
ことによ)、ウェハ基板47 (28) をよシ効果
的に加熱することができる。After the above preparatory work, the wafer substrate 47 (corresponding to 28 in FIG. 1) that has been subjected to the pretreatment shown in FIG. 3(c) is set in the wafer loading/unloading chamber 22, and the chamber is sufficiently evacuated. Then, move the phenol substrate 47 (28) to the deposition chamber 23,
The deposition surface of the wafer substrate 47 (28) is heated by the heating block 30.
The temperature of the phenol substrate 47 (28) is brought to a substantially steady state by holding the phenol substrate 47 (28) in a state facing the substrate for several minutes. At this time, by flowing an inert gas such as argon around the ware 1), the wafer substrate 47 (28) can be heated more effectively.
引き続いて、原料室23と堆積室21との間のバルブ2
5を開いて原料ガスを堆積室21に導入し、アルミニウ
ムの堆積を開始する。なお、バルブ25を開けた直後に
堆積室21の圧力が大きく変動しないように1パルプ2
5を開くまでの運車な時間、原料室23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23と堆積室21との間のバルブ
を閉じて堆積を終了する。以上に記した操作を行うこと
によって、第3図(d)に示すようにシリコン基板の開
口部43にのみ選択的にアルミニウム45を堆積する事
ができる。Subsequently, the valve 2 between the raw material chamber 23 and the deposition chamber 21
5 is opened to introduce raw material gas into the deposition chamber 21, and the deposition of aluminum is started. In addition, 1 pulp 2
It is desirable that the inside of the raw material chamber 23 be evacuated at a flow rate comparable to that during deposition during the time period before the vehicle is opened. After a predetermined deposition time has elapsed, the valve between the raw material chamber 23 and the deposition chamber 21 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, as shown in FIG. 3(d).
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Kは膜堆積条件を注意深く選ぶ必要があ
る。特にウェハ基板47(28)と加熱ブロック30と
の間隔りと加熱ブロック30の温度とはIL要なパラメ
ータである。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.
In order to deposit K, it is necessary to carefully select the film deposition conditions. In particular, the distance between the wafer substrate 47 (28) and the heating block 30 and the temperature of the heating block 30 are important parameters for IL.
ガス流量をおよそ20〜30 cc/m1ns円筒管3
1内部の原料ガスの圧力を0,5Torr1堆積室21
の圧力を約0.05 Torrとし、ウェハ基板4γ(
28)と力ロ熱ブロック3Gとの間隔D=5n皿とした
場合、加熱ブロック温度的300℃ 以上でシリコン上
にアルミニウムが堆積されるようKなり、340℃以上
になると、ウニ八周辺部のシリコン上に堆積されたアル
ミニウム膜が中央部のそれよシも厚くなるような膜写分
布が生じた。更に高い温度では、シリコン酸化膜42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Kな
る。Gas flow rate is approximately 20 to 30 cc/m1ns Cylindrical tube 3
1. The pressure of the source gas inside 1 is set to 0.5 Torr1.
with a pressure of about 0.05 Torr, and a wafer substrate of 4γ (
28) If the distance D between the heating block 3G and the heating block 3G is 5n, aluminum will be deposited on the silicon when the heating block temperature is over 300°C, and when it is over 340°C, the surrounding area of the sea urchins will be deposited. A film pattern distribution occurred in which the aluminum film deposited on silicon became thicker than that in the center. At an even higher temperature, island-shaped aluminum nuclei begin to form on the silicon oxide film 42 as well, and are deposited non-selectively without distinguishing between silicon and silicon oxide films.
基板温度が約300〜330℃の範囲では、膜厚500
〜100OA以上のアルミニウムの表面は亀の甲状の結
晶粒を呈し、平滑で侵れた膜質となることが明らかとな
った。加熱ブロック30の温度を310℃としたときの
アルミニウムの金属組織写真を第4因に示す。第11図
に示したような従来のCVDで形成したアルミニウムは
小さな結晶粒の集まυ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。これに対し本発明を用
いた場合には、第4図から分かるように結晶粒径が5〜
10μm程度と大きく平滑な表面となっており、結晶粒
界に隙間はない。When the substrate temperature is approximately 300 to 330°C, the film thickness is 500°C.
It has become clear that the surface of aluminum of ~100 OA or more exhibits tortoiseshell-shaped crystal grains, and becomes a smooth and corroded film. The fourth factor shows a photograph of the metal structure of aluminum when the temperature of the heating block 30 is 310°C. Aluminum formed by conventional CVD as shown in FIG. 11 was a collection of small crystal grains υ, had large irregularities, and gaps were partially observed between the crystal grains. On the other hand, when the present invention is used, as can be seen from FIG.
It has a large and smooth surface of about 10 μm, and there are no gaps between grain boundaries.
D=8mmとした場合には、330℃以上で堆積され始
め、360℃以上では不均一と々つた。When D=8 mm, deposition started at 330° C. or higher, and became uneven at 360° C. or higher.
約330〜350℃において第4図に示されたような優
れた膜質が得られた。D<2mmtたはD〉15mmで
は亀の甲状の良質な膜を得る事は困難であり、従来と同
様の凹凸のある膜となった。上記の温度範囲及びDの値
はガスの流量によって変化し、流量が大きい場合には加
熱ブロック30の温度を高くする必要があった。Excellent film quality as shown in FIG. 4 was obtained at about 330-350°C. When D<2 mmt or D>15 mm, it was difficult to obtain a high-quality film with a tortoise shell shape, and the film had unevenness similar to the conventional film. The above temperature range and the value of D change depending on the flow rate of the gas, and when the flow rate is large, it is necessary to increase the temperature of the heating block 30.
これ壜で、CvDによるアルミニウムの堆積に関して幾
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U図に近く、
本実施例のように大きくかつ平滑な結晶構造は得られで
いない。このように優れた膜質になる理由の1つは、堆
積直前で基板の温度よシも高い温度でガスの加熱を行っ
ているためと考えられる。Several reports have been made regarding the deposition of aluminum by CvD using this bottle (although it is not selective growth), but the surface condition of the deposited film is close to that shown in Figure U in all cases.
A large and smooth crystal structure as in this example was not obtained. One of the reasons for such excellent film quality is thought to be that the gas is heated to a temperature higher than that of the substrate immediately before deposition.
従来のCVD法における堆積基板の加熱法は大きく2つ
に分類される。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ー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
型ではガス温度は基板温度Qてほぼ等しい。一方、コー
ルドウオール型では、基板ホルダーのみが7111熱さ
れ、堆積基板は基板ホルダー上に密層して固定すること
によって加熱される。従ってコールドウオール型では、
加熱基板上に基板よりも低い温度のガスが導入されるこ
とになる。Methods of heating a deposition substrate in conventional CVD methods are broadly classified into two types. 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 raw material gas is heated to the same temperature as the quartz tube while flowing inside the tube. Therefore, in the hot wall type, the gas temperature is approximately equal to the substrate temperature Q. On the other hand, in the cold wall type, only the substrate holder is heated 7111, and the deposited substrate is heated by fixing it in a dense layer on the substrate holder. Therefore, in the cold wall type,
A gas having a temperature lower than that of the substrate is introduced onto the heated substrate.
これらの従来のCVD法に対し、本実施例においては、
加熱ブロック30によってまず原料ガスが加熱され、更
にこのガスによって堆積基板28が加熱される。従って
、原料ガスの温度が基板温度よシも高いことが本実施例
の第1の基本的な特徴である。In contrast to these conventional CVD methods, in this example,
First, the source gas is heated by the heating block 30, and the deposition substrate 28 is further heated by this gas. Therefore, the first fundamental feature of this embodiment is that the temperature of the source gas is higher than the substrate temperature.
本実施例において、堆積時のウニ/S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分程度でほぼ一定
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 sea urchin/S substrate temperature during deposition using a thermocouple, the substrate temperature rose at the same time as the raw material gas was flowed and deposition started, and reached a nearly constant temperature in about 1 to 2 minutes. It became clear that this would happen. 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.
第5図は堆積開始10分後のウエノ)基板温度の測定結
果である。堆積条件は、円筒管31内部の原料ガスの圧
力Q、5TOrr、堆積呈21の圧力的0.05Tor
rの標準的なものとした。同図によると、ウェハ基板2
8と加熱ブロック30との距離りが5mmと8mmとで
は差がほとんど見られず、また、測定温度範囲ではウエ
ノ・基板28の温度と加熱ブロック30の温度とは直線
的な関係にあることが分かる。両者の温度差はおよそ7
0℃である。Dが変わっても基板温度に差がないのは、
ウェハ基板28が原料輸送用の円筒管31と加熱ブロッ
ク30とに囲まれ、密閉雰囲気に置かれている為と考え
られる。円筒管31と加熱ブロック30とが離れた状態
でも、膜質の優れたアルミニウムの堆積が可能であるが
、この場合には、加熱ブロック3Gの温度範囲が異なっ
てくる。但し、堆積室21自体の容量を小さくして可変
型パルプ26を用いて流量を制御すれば、密閉に近い雰
囲気となシ上記の条件とほぼ同一にすることもできる。FIG. 5 shows the measurement results of the substrate temperature 10 minutes after the start of deposition. The deposition conditions are: the pressure Q of the source gas inside the cylindrical tube 31 is 5 TOrr, and the pressure of the deposition stage 21 is 0.05 Torr.
It was set as a standard value of r. According to the same figure, wafer substrate 2
There is almost no difference between the distance between 5 mm and 8 mm between 8 and the heating block 30, and there is a linear relationship between the temperature of the wafer/substrate 28 and the temperature of the heating block 30 within the measurement temperature range. I understand. The temperature difference between the two is approximately 7
It is 0°C. The reason why there is no difference in the substrate temperature even if D changes is because
This is thought to be because the wafer substrate 28 is surrounded by the cylindrical pipe 31 for transporting raw materials and the heating block 30 and placed in a closed atmosphere. Although it is possible to deposit aluminum with excellent film quality even when the cylindrical tube 31 and the heating block 30 are separated, the temperature range of the heating block 3G will be different in this case. However, if the capacity of the deposition chamber 21 itself is reduced and the flow rate is controlled using the variable pulp 26, it is possible to create an atmosphere that is close to hermetic and to make the conditions almost the same as those described above.
本実施例では、D=5mmのときには加熱ブロックの温
度が310℃で充分に堆積が進行しているが、第5図に
よればこの時のウニI・基板温度は約240℃である。In this example, when D=5 mm, the heating block temperature is 310° C. and the deposition is sufficiently progressing, but according to FIG. 5, the sea urchin I/substrate temperature at this time is about 240° C.
ところが、加熱ブロック30を用いない従来のコールド
ウオール型のCVD法を用いた場合には、基板温度24
0℃ではその他の条件を同一にしても、堆積はほとんど
進行しなかった。従来釜のCVDで同程展の堆積速度を
得るためには270℃の基板加熱が必要であり、本発明
を用いることによp1基板温度をおよそ30℃程度低く
出来ることが分かる。However, when the conventional cold wall type CVD method that does not use the heating block 30 is used, the substrate temperature is 24
At 0°C, deposition hardly progressed even if other conditions were kept the same. It can be seen that in order to obtain the same deposition rate in conventional kettle CVD, it is necessary to heat the substrate to 270°C, and by using the present invention, the p1 substrate temperature can be lowered by about 30°C.
原料ガスは加熱ブロック30で高温に加熱されて活性化
され、分解しやすい状態で、よシ低温の基板28上に到
達する。基板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、この様
な状態では基板28上のアルミニウムは通常のCVDに
比べて、かなシ過飽和になっていることが考えられる。The source gas is heated to a high temperature in the heating block 30 and activated, and reaches the substrate 28 at a relatively low temperature in a state where it is easily decomposed. Although it is difficult to know in what process the raw material gas that has reached the substrate decomposes into aluminum, it is clear that under these conditions the aluminum on the substrate 28 is much more supersaturated than in normal CVD. is possible.
この場合には、核成長理論によれば、クラスター生成の
際の体積エネルギー変化が犬きくなり 、(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゛は小さくなシ、臨界核の数密度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。In this case, according to the nuclear growth theory, the change in volumetric energy during cluster generation becomes steeper, (3)
As is clear from equation (4), the activation energy G' for stable nucleation is small, and the number density n° of critical nuclei becomes high. Therefore, the average radius of the nuclei when they coalesce becomes smaller, and a smooth film with fewer irregularities is formed.
本発明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長を有する。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。In addition to the above, the present invention 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.
しかも、壁面付層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。本発明では、原料ガスは低温の
まま堆8を室21に導入され、堆積基板28の近傍に到
達して初めて高温に加熱される。Moreover, periodic cleaning of the wall-attached layer is required, making maintenance of the device troublesome. In the present invention, the raw material gas is introduced into the chamber 21 through the sediment 8 while remaining at a low temperature, and is heated to a high temperature only after reaching the vicinity of the deposition substrate 28.
この場合のガスの消費は、堆積基板28上と加熱ブロッ
ク30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、原料ガスの消
費防止および装置保守側れにおいても優れている。Gas consumption in this case occurs only on the deposition substrate 28 and the heating block 30 surface. The area of these heating parts is extremely small compared to the hot wall type, which is excellent in preventing consumption of raw material gas and in terms of equipment maintenance.
本発明の他の特長として、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30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あ
るいは反応しやすい物質に変換する。これによシ、低温
の基板28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 the present invention 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 raw material 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 30, the gas itself is activated or converted into a substance that is easily reactive. This has the effect of accelerating the decomposition reaction on the low-temperature substrate 28, 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ンブチ
ルアルミニウムハライドに分解する。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28への原料ガスの充分な供給が出
来なくなる。Triisobutylaluminum used as a raw material gas in this example decomposes into diimbutylaluminum halide having a low vapor pressure at 50° C. or higher. For this reason, if the gas is heated to 100 to 200° C. in the gas transport route, it will condense and liquefy, making it impossible to sufficiently supply the source gas to the deposition substrate 28.
本実施例においては、原料ガスは堆積基板28の直前ま
では50℃程度と低温の!ま供給されており、高温に加
熱された加熱ブロック30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。In this embodiment, the raw material gas is at a low temperature of about 50° C. until just before the deposition substrate 28! It is first heated to a high deposition temperature near the surface of the heating block 30, 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30のすぐ近くに堆積基板28の表
側が対面しており、堆積基板28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、710熱ブロツク3
0に対面した表側には′uJ@に加熱されたガスが入射
する。実際上、堆積基板28の裏側には、標準的な堆積
条件においてはアルミニウムは堆積されない。ウェハ自
身の温度は表裏でそれほど差がないことから、本堆積法
においてはガス加熱によって反応が促進されておシ、ガ
ス加熱が極めて重要であるととが理解できる。Further, the front side of the deposition substrate 28 faces the heating block 30, and the relatively low temperature raw material gas is in contact with the back side of the deposition substrate 28, while the 710 heating block 30
Gas heated to 'uJ@ is incident on the front side facing 0. In fact, no aluminum is deposited on the backside of the deposition substrate 28 under standard deposition conditions. Since the temperature of the wafer itself is not much different between the front and the back, it can be understood that in this deposition method, the reaction is promoted by gas heating, and gas heating is extremely important.
さらに、加熱ブロック30近傍に導入されたトリインブ
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シ、しかもそのすぐ近く
に低温の基板ウェハ28が設置されている。従って、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。Further, triimbutylaluminum introduced near the heating block 30 is heated and converted into diisobutylaluminum halide having a low vapor pressure, and a low-temperature substrate wafer 28 is placed immediately nearby. Therefore, 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、原料ガス自身が加熱ブロック30に
よって所定温度に加熱され、更に堆積基板28がガスに
よって加熱されていることから、通常のコールドウオー
ル型のCVD法に比べて、膜堆積の再現性及び均一性が
著しく改善された。According to this embodiment, the raw material gas itself is heated to a predetermined temperature by the heating block 30, and the deposition substrate 28 is further heated by the gas. Reproducibility and uniformity were significantly improved.
また、本実施例においては、力0熱ブロック30で消費
されない余剰の加熱ガスによってウニ八基板28土に堆
積が進行する。従って、加熱ブロック30の表面の材質
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2Bに堆積されるアルミニウムの量が異なってく
る。Further, in this embodiment, the excess heating gas that is not consumed by the zero-power heat block 30 causes the deposition on the soil of the Urchin eight substrate 28 to proceed. Therefore, as the material for the surface of the heating block 30, 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 can be used to prevent the material from being deposited on the deposition substrate 2B. The amount of aluminum used in each case varies.
例えば1加熱ブロツク30の表面がシリコン及びシリコ
ン酸化膜のパターンで構成されておシ、堆積基板28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28全面に堆積することなく、加熱ブロック3
0表面上の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。For example, if the surface of the first heating block 30 is composed of a pattern of silicon and silicon oxide films, and the deposition substrate 28 is a silicon wafer, the heating block 30 can be heated without depositing aluminum on the entire surface of the silicon wafer 28.
It was also possible to deposit aluminum only on the portion facing the silicon oxide film pattern on the 0 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30表面の材質はアルミニウムのj[が起とシ雛いも
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自
由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
積されるト、ソ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30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 30 should be aluminum, such as silicon dioxide, titanium dioxide, tantalum pentoxide, molybdenum oxide, vanadium pentoxide, etc. It is preferable that the material has a low surface free energy. However, even with such a material, once aluminum is deposited, the aluminum will continue to accumulate and will not be effective in preventing gas consumption. In this embodiment, aluminum is used as the material for the surface of the heating block 30, but there is no problem with gas consumption efficiency in normal deposition.
アルミニウム堆積の様子は加熱ブロック温度や基板温度
以外の堆積条件、即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23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。本実施例の場合、上記の原料室23の温度
範囲における圧力の制御範囲、約0.2 Torr 〜
2 Torrの何れにおいても選択成長が可能であった
。圧力が0.2Torr以下ではほとんど堆積は進行せ
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 23 within a range of about 50° C. from room temperature, as described above. In the case of this embodiment, the pressure control range within the temperature range of the raw material chamber 23 is approximately 0.2 Torr to
Selective growth was possible at any pressure of 2 Torr. Deposition hardly progressed when the pressure was below 0.2 Torr, and the deposition rate tended to increase somewhat as the pressure increased.
原料ガスの流量に関しては、流量が一定であっても、ウ
エノ・表面におけるガスの流速が堆積室21の構造に大
きく影響されるため、装置依存性が大きく、−船釣に取
り扱うことが困難である。本実施例で用いた標準的な流
量としては20〜30cc/m i n程度以下でおれ
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エノ・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シ難く
なる傾向がみられた。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23に接続された堆積室21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、トリインプチルアルミ
ニウムノ分解反応によシ発生するインブチレンと水素ガ
スによシ、堆積室21内の圧力が時間と共に上昇してし
まう。Regarding the flow rate of the raw material gas, even if the flow rate is constant, the gas flow velocity at the Ueno surface is greatly affected by the structure of the deposition chamber 21, so it is highly dependent on the equipment, and it is difficult to handle it by boat fishing. be. As long as the standard flow rate used in this example was about 20 to 30 cc/min or less, there was no significant effect on the state of film deposition. However, as the flow rate increased, the temperature of the gas at the Ueno surface decreased, and there was a tendency for aluminum deposition to occur less easily. 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, aluminum can be deposited to a sufficient thickness even when the exhaust is stopped and the deposition chamber 21 connected to the raw material chamber 23 is sealed. Met. However, in this case, the pressure within the deposition chamber 21 increases over time due to inbutylene and hydrogen gas generated by the triimptylaluminium decomposition reaction.
代表的な堆積争件である、加熱ブロック30と堆積基板
28との間隔D=5mm1加熱ブロック温度310℃、
圧力0.5Torrで、微細な開口部43に堆積したア
ルミニウムの金属組織写真を第6図に示す。同図から平
滑なアルミニウム表面が得られていることがわかる。マ
タ、アルミニウムはシリコン開口部にのみ選択的に堆積
されており、シリコン酸化膜上には全く成長していない
ことが分かる。シリコン酸化膜の厚さは5000Aであ
り、シリコン上には、これと同程度のアルミニウムが堆
積されている。第7図は堆積されたアルミニウムの抵抗
率の膜厚依存性を示している。膜厚が1000A程度以
上では2.90のとバルクに近い抵抗率が得られておシ
、また500A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。A typical deposition dispute is that the distance D between the heating block 30 and the deposition substrate 28 is 5 mm, the heating block temperature is 310°C,
FIG. 6 shows a photograph of the metallographic structure of aluminum deposited in the fine openings 43 under a pressure of 0.5 Torr. It can be seen from the figure that a smooth aluminum surface was obtained. It can be seen that aluminum is selectively deposited only in the silicon openings and does not grow on the silicon oxide film at all. The thickness of the silicon oxide film is 5000 Å, and aluminum to the same extent as this is deposited on the silicon. FIG. 7 shows the film thickness dependence of the resistivity of deposited aluminum. It can be seen that when the film thickness is about 1000 A or more, a resistivity of 2.90, which is close to that of a bulk film, is obtained, and even if it is as thin as 500 A, it shows conductivity and becomes a continuous aluminum film.
第3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. 3(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って、アルミニウム
配線ハ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.
本実施例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
の組み合わせ以外に他の材料でも同様な事ができる。半
導体集積回路のアルミニウム配線では、絶R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、
アルミニウムである。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、或は、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。Although this embodiment shows an example in which the through hole 43 on the substrate silicon 41 opened in the silicon oxide film 42 is filled with aluminum, the same thing can be done with other materials other than the combination of the silicon oxide film 42 and the silicon substrate 41. can. Aluminum wiring in a semiconductor integrated circuit is often connected to an element portion or lower-layer wiring through an opening in a non-R film. At this time, the underlying material inside the opening is usually single crystal or polycrystalline silicon containing various impurities, or
It is aluminum. In addition, titanium, molybdenum,
Metals such as tungsten and platinum, or titanium silicide, tungsten silicide, molybdenum silicide,
Silicide materials such as tantalum silicide and platinum silicide, and compounds such as titanium nitride and molybdenum nitride may also 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8図に示すごと
く、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、或はモリブデン
やタングステン、またはそれらのシリサイド、或は白金
シリサイド等からなるバリア層13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, so as shown in FIG. It may be better to selectively grow the aluminum 54 after forming the barrier layer 13 made of molybdenum, tungsten, silicide thereof, platinum silicide, or the like.
何れの材料も導を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ちることが実験的に
確認できた。Both materials are conductive metals or semiconductors,
Selective growth of aluminum is possible on these materials. In particular, silicon contains impurities such as arsenic,
It has been experimentally confirmed that aluminum can be deposited on materials that contain phosphorus and boron to the extent of solid solubility, and on high-resistance single-crystal silicon and polycrystalline silicon with low impurity concentrations.
また、下地がアルミニウムまたはシリコン入9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10λ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、この様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する必
要がある。Furthermore, if the base is aluminum or an aluminum alloy such as silicon-containing aluminum 9, it goes without saying that aluminum can be deposited since they are the same material, but a thick alumina layer of several tens of λ or more is often formed on the surface. Therefore, in such a case, it is necessary to lightly etch using dilute hydrofluoric acid or the like as in the case of silicon.
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く用いられるが1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, the materials for insulating films used in semiconductor integrated circuits include:
Although a silicon oxide film is most often used, silicon nitride films and the like 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、更にリンやポロンを添加したシ
リコン酸化膜等がある。本実施例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。以上に述べたことから、第3図(e
)のごとき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
ルに対して適用出来るものである。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はクラックが発生して、断
線等による歩留シ低下や信頼性低下の原因となっていた
。本実施例によれば、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事により、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)
および信頼性の優れたアルミニウム配線を形成する事が
できる。Silicon oxide films include silicon oxide films formed by thermally oxidizing silicon, those deposited by other formation methods such as vapor phase growth or sputtering, and silicon oxide films doped with phosphorus or poron. . Under the selective growth conditions of aluminum according to this embodiment, aluminum is not deposited on these insulating films. From what has been stated above, Figure 3 (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 cracks occur in the microphone at the bottom of the step, resulting in a decrease in yield due to wire breakage, etc. This caused a decline in performance and reliability. According to this example, by selectively depositing aluminum with a thickness that is approximately the same as the step difference in the through hole, the through hole portion of the semiconductor integrated circuit is flat and there is no disconnection, resulting in a high yield rate.
It is also possible to form highly reliable aluminum wiring.
以上述べたように、加熱ブロック30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、シかも優れた選択性をもって堆積
できるという大きな%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 described above, in CVD using the heating block 30, an aluminum film with a smooth surface and a large crystal grain size can be formed.
It has the great advantage of being able to be deposited with good reproducibility, uniformity, and excellent selectivity. 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、トリメチルアルミニウ
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
質が良く似ているので多少の堆積条件の相異をもって上
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 other organic compounds of aluminum such as trimethylaluminum and triethylaluminum can be used as the raw material gas because their chemical properties are very similar. Aluminum can be deposited on a substrate in a manner similar to that described above, with some differences in deposition conditions.
「実施例2」
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。"Example 2" As a second example, an example will be shown in which an aluminum alloy containing silicon was deposited using triisobutylaluminum and disilane as source gases.
第1の実施例において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、−船釣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アシ、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。In the first embodiment, pure aluminum is deposited. However, aluminum containing 1 to 2% silicon is most commonly used as a wiring material. 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 wiring reliability from deteriorating due to electromigration. be.
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シ付は用としては1
ooOA程匿の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
ルミニウム配線間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壜
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。しかし々がら、アルオニウムを
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出来れば、よシ応用範凹を広げるこ
とが出来る。When selective growth of aluminum is applied to wiring as in the first embodiment, the application of adhesive to the silicon substrate is as follows:
ooOA thin aluminum is used, and when it is used to fill through holes, it is mainly used for connecting between upper and lower layer aluminum wiring, so even if aluminum does not contain silicon, the above reaction etc. will occur. There is no problem with large bottles. It is also possible to prevent the reaction by sandwiching a barrier layer such as titanium. However, if it is possible to simultaneously introduce silicon into the aluminum film while selectively growing aluonium, the range of applications can be 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ニ導いて
シリコン入シ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55−91!19号〕、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。Until now, a patent application has been filed claiming that silicon-containing sialumium can be deposited by simultaneously introducing silane gas and organic aluminum gas onto a substrate in CVD of aluminum (Japanese Patent Application Laid-open No. 1982-91!), but in practice Moreover, it is impossible to achieve this by ordinary thermal CVD and use it in the manufacturing process of semiconductor integrated circuits.
有機アルミニウムを用いてアルミニウム堆積を行う時の
基板温度は最も高くても400〜500℃以下である。When aluminum is deposited using organic aluminum, the substrate temperature is at most 400 to 500°C.
これよシ高い温度では、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及びシリコン及びシリコン酸
化膜とが反応或は相互拡散してしまい1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
の他の牛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凹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。熱以外のエネルギ
ーを用いて原料ガスを分解させるCVD、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
ンをドーグ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CVDにおいては前
述したような欠点があり、CVDの特長を半減させる結
果となる。At temperatures this high, it is difficult to obtain a high-quality aluminum film, and even if one were obtained, the aluminum film and the underlying substrate silicon and silicon and silicon oxide films would react or interdiffuse. The desired structure cannot be obtained. This situation is the same even when other conductors 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℃ or higher.
It can be seen that silane does not decompose in the temperature range in which aluminum can be deposited, making it impossible to dope silicon while depositing aluminum. By using CVD that uses energy other than heat to decompose source gases, such as plasma CVD or optical CVD, it is possible to deposit aluminum while dodging silicon with silane. However, in such CVD, the aforementioned These drawbacks result in the advantages of CVD being halved.
本発明を用いれば、トリインブチルアルミニウムのよう
々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出
来る。例えば、第2図に示す装置を用い、加熱ブロック
30の温度を600℃程度、基板温度を250℃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
、シランの分子温度とアルミニウムの堆積温度とが犬舎
く離れていることから、均一性の良好か堆積条件を得る
ことは難しい。そこで、シランの代わシにジシランを用
いるととKよって、この櫟な問題が解決され、シリコン
を含むアルミニウム膜が容易に堆積できるようになる。By using the present invention, an aluminum film containing silicon can be effectively deposited using organic aluminum such as tri-butylaluminum and silane gas as raw materials. For example, if the apparatus shown in FIG. 2 is used and the temperature of the heating block 30 is about 600°C and the substrate temperature is about 250°C, the aluminum film can be deposited simultaneously with the decomposition of silane without any reaction with the substrate. It becomes possible. However, since the molecular temperature of silane and the deposition temperature of aluminum are far apart, it is difficult to obtain deposition conditions with good uniformity. Therefore, by using disilane instead of silane, this serious problem can be solved and an aluminum film containing silicon can be easily deposited.
第2図に示す装置に於て、加熱ブロック30と基板ウェ
ハ2Bとの間隔りを8mmとし、加熱ブロック30の温
度を350℃とした。ジシランを3 Q cc/H1H
流し、トリイソブチルアルミニウムの流量等、他の条件
は、第1の実施例と同様にした。但し、堆積室21のガ
スの圧力は2つのガスの分圧の和となるため、o、8T
orr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ンブチルアルミニュウ
ムをまったく流さない場合、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30の
温度をおよそ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、よシ低温でもアルミニウム膜中にシリ
コンが入シ、約350℃以上でパーセントオーダーのシ
リコンが含まれることが明かとなった。加熱ブロック3
0の温度を高くすると、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。従
って、シリコンの濃度は、加熱ブロック30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出来る
。In the apparatus shown in FIG. 2, the distance between the heating block 30 and the substrate wafer 2B was 8 mm, and the temperature of the heating block 30 was 350°C. Disilane at 3 Q cc/H1H
Other conditions such as flow rate and flow rate of triisobutylaluminum were the same as in the first example. However, since the gas pressure in the deposition chamber 21 is the sum of the partial pressures of the two gases, o, 8T
It was slightly higher at orr. The concentration of silicon in aluminum under these conditions was approximately 2%. As a result of experiments, when only disilane is introduced and no triimbutylaluminum is flowed, the temperature of the heating block 30 needs to be about 400° C. or higher in order to decompose the disilane and deposit silicon on the substrate. Ta. However, it has been revealed that when disilane and triisobutylaluminum are flowed simultaneously, silicon is incorporated into the aluminum film even at very low temperatures, and silicon is contained on the order of percent at temperatures above about 350°C. heating block 3
Increasing the temperature of 0 promotes the decomposition of disilane,
The concentration of silicon in aluminum increases rapidly. Therefore, the concentration of silicon can be freely changed by changing the temperature of the heating block 30 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
に用いることによシ、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 raw material gases in CVD using a heating block, it becomes possible to deposit aluminum containing an arbitrary amount of silicon.
本実施例では、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。この様な
非遇択戊長の方法はいくつかある。例えば、加熱ブロッ
ク30の温度を380℃程度と高くシ、ジシランの流量
を小さくする事で、シ+jコンを含むアルミニウムを全
面に堆積することが出来る。但し、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
、400℃程度と加熱ブロック@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。ついで
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、アルミニウムの下ニ
堆積されたシリコンは、アルミニウム堆積中或はその後
の熱処理に於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。同
様な意味で、予め、チタン等のn膜を堆積してからアル
ミニウムを堆積してもよい。In this embodiment, aluminum containing silicon is selectively grown, but instead of selective growth, it is also possible to deposit it on the entire surface regardless of the material of the underlying substrate. There are several ways to make this kind of unfavorable choice. For example, by setting the temperature of the heating block 30 as high as about 380° C. and reducing the flow rate of disilane, aluminum containing silicon can be deposited over the entire surface. However, with this method, it is somewhat difficult to obtain uniformity in film thickness. Another method is to deposit a thin layer of silicon over the entire surface by flowing only disilane in advance in a heating block at a high temperature of about 400°C. Aluminum is then deposited under standard selective growth conditions as in the first or second embodiment described above. In selective growth,
Aluminum is deposited only on the silicon, but since the entire surface is covered with silicon, here the aluminum is deposited over the entire surface. In this case, a film with excellent uniformity and film quality can be obtained. Furthermore, since silicon deposited under aluminum diffuses into the aluminum film during aluminum deposition or during subsequent heat treatment,
It is not necessary to add silicon during aluminum deposition. In a similar sense, an n film such as titanium may be deposited in advance and then aluminum may be deposited.
「実施例3」
第9図は本発明を用いて、MO3LSI のゲート電極
とソース、ドレー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。第9図は主要な製作工程
の流れを示しておシ、本発明に直接影響しない部分は省
略しである。Embodiment 3 FIG. 9 is an example in which aluminum is selectively deposited on the gate electrode, source, and drain of an MO3LSI using the present invention to lower the resistance. FIG. 9 shows the flow of the main manufacturing process, and parts that do not directly affect the present invention are omitted.
はじめに第9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12を有するp呈シリ
コン基板71を用意し、更に能動素子となるべき領域に
ゲート酸化膜73を形成する。First, as shown in FIG. 9(a), a p-type silicon substrate 71 having an interelement isolation region 12 formed using a silicon oxide film is prepared, and a gate oxide film 73 is further formed in the region that is to become an active element. Form.
次に第9図ら) 、 (c)に示すようにリンをドープ
した多結晶シリコン薄膜T4を堆積し、リングラフィ技
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75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 FIGS. 9(c) and 9(c), a polycrystalline silicon thin film T4 doped with phosphorus is deposited, and the thin film is processed using phosphorography and etching techniques to form a gate electrode 75. The impurity of polycrystalline silicon may be other than phosphorus, such as arsenic or boron, depending on the purpose.
続いて第9図(d)に示すように、ゲート電極T5周囲
を酸化して多結晶シリコン酸化膜76を形成し、ゲート
電極75をマスクとしてソース、ドレーン7T形成のた
めのイオン注入を行う。イオン環としては、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。このあと、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78を堆積する。Subsequently, as shown in FIG. 9(d), the area around the gate electrode T5 is oxidized to form a polycrystalline silicon oxide film 76, and ion implantation is performed to form the source and drain 7T using the gate electrode 75 as a mask. As the ionic ring, usually arsenic or phosphorus is used for n-channel devices, and boron is used for p-channel devices. Thereafter, a heat treatment is performed to activate the implanted ions, and a silicon oxide film 78 is deposited using a low pressure CVD method.
このシリコン酸化膜78はゲート電極75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ツチングを
用いることによシ、第9図(f)に示すように、ゲート
電極75の側面にサイドウオール79を形成する事がで
きる。シリコン酸化膜78は、ゲート電極75側面に厚
く形成される絶縁膜であれば、本来側でもあっても良く
、リフローしたPSG −? BPSG%或は軽くバイ
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。Since this silicon oxide film 78 is formed thickly on the side surfaces of the gate electrode 75, by using directional dry etching, as shown in FIG. A wall 79 can be formed. The silicon oxide film 78 may be formed on the original side as long as it is an insulating film formed thickly on the side surface of the gate electrode 75, and the silicon oxide film 78 may be formed on the original side of the reflowed PSG -? It may also be a so-called bias sputtered silicon oxide film sputtered by applying BPSG% or a slight bias, or a silicon nitride film.
このめと第9図(ロ)に示すように、シリコンfが露出
したゲート電也75上とソース、トレーyTT上に、ア
ルミニウム80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九めの前処理を行う。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℃程夏で100A前後のシ
リコン酸化膜を形成し、次に希弗酸液によシエッチング
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図に示された装置を用い、D−”
5mm、加熱ブロック温度310℃、原料ガスの圧力0
.5Torrの標準的な条件で行い、堆積時間約10分
で膜厚約100OAのアルミニウムを形成した。At this point, as shown in FIG. 9(b), aluminum 80 is selectively grown on the gate electrode 75 where silicon f is exposed, and on the source and tray yTT. Prior to aluminum deposition, a ninth pretreatment step is performed to remove the native oxide layer. As this pretreatment is performed after dry etching, a silicon oxide film of around 100A is formed at 800-900℃ in the summer, and then etched with a dilute hydrofluoric acid solution to form a clean silicone film. It is better to expose the surface. Aluminum deposition was performed using the apparatus shown in FIG.
5mm, heating block temperature 310℃, source gas pressure 0
.. It was carried out under standard conditions of 5 Torr, and an aluminum film having a thickness of about 100 OA was formed in a deposition time of about 10 minutes.
次に第9図(h)に示すように、層間絶縁膜81を堆積
し、公知のリングラフィ技術とエツチング技術を用いて
2ルーホール82を開ける。このあと−船釣には、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(i)に示すように、本発明
による選択成長アルミニウム膜83を用いて、スルーホ
ールを埋める。Next, as shown in FIG. 9(h), an interlayer insulating film 81 is deposited, and two through holes 82 are opened using known phosphorography and etching techniques. After this, for boat fishing, wiring is formed by depositing an aluminum film using a sputtering method, etc. Here, as shown in FIG. 9(i), a selectively grown aluminum film 83 according to the present invention is used. and fill the through hole.
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
ツチングのみを行い、第9図(支))の場合と同一の方
法を用いて堆くする。堆積膜厚をスルーホールの深さと
同一の5000又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。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 (sub)). By setting the thickness of the deposited film to 5000 mm, which is 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、公知のリングラフィ技術とエツチング技術を用
いて、第9図(j)に示すようなアルミニウム配線84
を完成する。Thereafter, an aluminum film is deposited on the entire surface using a sputtering method or the like, and an aluminum wiring 84 as shown in FIG. 9(j) is formed using known phosphorography and etching techniques.
complete.
なお1このときにスパッタ法を用いず、本発明による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8
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出来る。非選択成
長の方法は、加熱ブロック30の温度を高くする方法や
、全面にシリコン等を堆積したのち、アルミニウムを堆
積する方法などがある。1 At this time, the sputtering method was not used, and C according to the present invention was used.
Aluminum may be deposited over the entire surface using VD. For example, by selectively depositing aluminum into the through hole 8.
After burying the inside of 2, aluminum can be subsequently deposited on the entire surface under non-selective growth conditions. Non-selective growth methods include a method of increasing the temperature of the heating block 30 and a method of depositing silicon or the like on the entire surface and then depositing aluminum.
以上に述べたように、本実施例では、選択成長アルミニ
ウムを多結晶シリコンとソース、ドレーンに張シ付けて
ゲート電極配線を低抵抗化し、更にスルーホールの穴埋
めに用いて平坦化を実現しておシ、異なる2つの目的に
利用している。As described above, in this example, selectively grown aluminum is attached to polycrystalline silicon and the source and drain to lower the resistance of the gate electrode wiring, and it is also used to fill the through holes to achieve flattening. Well, it's used for two different purposes.
特に、張シ付は技術に応用した場合には、アルミニウム
の抵抗率が2.9μΩ俤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おる。In particular, when applied to technology, the resistivity of aluminum is 2.9 μΩ, which is close to that of bulk, so compared to applying tungsten or silicide, it is
It is possible to lower the resistance by orders of magnitude to two orders of magnitude.
また、ソース、ドレーンへの張シ付けの場合には、アル
ミニウムの膜厚が大きいと、アルミニウムが晶板シリコ
ンと反応し、接合リーク等の障害を引き起こすが、本実
施例のようにアルミニウム膜厚がl0QOA 8度以下
の場合には、11とんど問題とならない。In addition, in the case of bonding the source and drain, if the aluminum film is too thick, the aluminum will react with the silicon crystal plate, causing problems such as junction leakage. If 10QOA is less than 8 degrees, 11 will hardly be a problem.
また、もし必要な場合には、第8図に示すようにソース
、ドレーン上または多結晶シリコンゲート′IE極上に
バリア層を張シ付けてから、アルミニウムの選択成長を
行ってもよい。このバリア層の厚さは、例えば100A
から100OAのオーダーでよい。この程腹の厚さのバ
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、アルミニウムを張シ付けること
によってはじめて、十分に低い抵抗とすることが出来る
。If necessary, selective growth of aluminum may be performed after a barrier layer is formed on the source and drain or on the polycrystalline silicon gate IE as shown in FIG. The thickness of this barrier layer is, for example, 100A.
The order of 100OA is sufficient. The resistance of a barrier layer with such a moderate 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 stretching aluminum.
「実施例4」
第10図は本発明を、バイポーラLSI の電極引出
し、及び多結晶シリコンを用いた抵抗体形成に応用した
例である。Embodiment 4 FIG. 10 is an example in which the present invention is applied to electrode extraction of a bipolar LSI and formation of a resistor using polycrystalline silicon.
第10図(a)はシリコン基板101 中にnpn ト
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、10
2は集子間分離酸化膜、103はn+埋め込み層、10
4はコレクタ、105はベース、この状態のシリコン基
板101 の表面は、多結晶シリコン電極パターン1
07 とそれらを分離するシリコン酸化膜108、及び
抵抗体となるべき錨晶シリコン領域上に形成された抵抗
体形成用マスク109 とから構成されている。このマ
スク109の材質は、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。FIG. 10(a) shows a state in which an npn transistor is formed in a silicon substrate 101 and a polycrystalline silicon electrode pattern is further formed thereon. That is, 10
2 is an inter-cluster isolation oxide film, 103 is an n+ buried layer, 10
4 is the collector, 105 is the base, and the surface of the silicon substrate 101 in this state is the polycrystalline silicon electrode pattern 1.
07, a silicon oxide film 108 separating them, and a mask 109 for forming a resistor formed on the anchor crystal silicon region which is to become a resistor. The material of this mask 109 is an insulator such as a silicon oxide film or a silicon nitride film.
この状態で第10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110 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うが、と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100A前後のシリコン酸化膜を形成し、次に希弗酸
液によシエッチングして、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図に示された
装置を用いSD=5mm、加熱ブロック温度310℃、
原料ガスの圧力0.5Torrの標準的な条件で行い、
堆積時間約10分で膜厚約100OAのアルミニウムを
形成した。このアルミニウム110によシ、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109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111
となる。In this state, as shown in FIG. 10('b), aluminum 110 is selectively grown on the exposed polycrystalline silicon. Prior to aluminum deposition, pretreatment is performed to remove the natural oxide film layer, but in this case, after dry etching, a silicon oxide film of about 100A is first deposited at about 800 to 900°C. It is preferable to form the silicon layer and then etch it with a dilute hydrofluoric acid solution to expose the clean silicon surface. Aluminum deposition was carried out using the apparatus shown in Fig. 1, SD = 5 mm, heating block temperature 310°C,
Performed under standard conditions of raw material gas pressure of 0.5 Torr,
An aluminum film having a thickness of about 100 OA was formed in a deposition time of about 10 minutes. As a result of this aluminum 110, the resistance of the polycrystalline silicon electrode pattern is reduced, and at the same time, the polycrystalline silicon under the mask 109 for forming a resistor is formed into a polycrystalline silicon resistor 111 whose dimensions are determined in a self-aligned manner.
becomes.
次に第1O図(C)に示すように、層間絶縁膜112を
堆積し、公知のリングラフィ技術とエツチング技術を用
いてスルーホール113を開ける。このあと−船釣には
、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10図(d)に示すように
、本発明による第2の選択成長アルミニウム11114
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い
、第1O図(b)の場合と同一の方法を用いて堆積する
。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。Next, as shown in FIG. 10(C), an interlayer insulating film 112 is deposited, and through holes 113 are opened using known phosphorography and etching techniques. After this, in the case of boat fishing, an aluminum film is deposited using a sputtering method or the like to form wiring, but here, as shown in FIG.
Fill the through hole using. 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. 10(b). 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、公知のリングラフィ技術トエッテング技術を用
いて、第10図(,3)に示すようなアルミニウム配線
115を完成する。Thereafter, an aluminum film is deposited on the entire surface using a sputtering method or the like, and an aluminum wiring 115 as shown in FIG. 10 (, 3) is completed using a known phosphorography etching technique.
以上に述べたように、本実施例では、選択成長アルミニ
ウムを多結晶シリコン電極に張)付けて低抵抗化すると
ともに、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Kls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 this embodiment, selectively grown aluminum is applied to a polycrystalline silicon electrode to lower the resistance, and at the same time, it is also used to form a resistor. Furthermore,
Planarization is achieved by using Kls selectively grown aluminum to fill the through holes.
特に、張り付は技術に応用した場合には、アルミニウム
の抵抗率が2.9μΩG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シ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、本実施例のようにア
ルミニウム膜厚が100OA程度以下の場合には、はと
んど問題となら力い。In particular, when applying bonding to technology, the resistivity of aluminum is 2.9 μΩG, which is close to that of bulk, so compared to the case of bonding tungsten or silicide, it is
It is possible to lower the resistance by orders of magnitude to two orders of magnitude. If the aluminum film thickness is large, aluminum will react with polycrystalline silicon, causing deterioration of device characteristics, but if the aluminum film thickness is about 100 OA or less, as in this example, this will hardly be a problem. Powerful.
また、もし必要な場合には、第3図に示すように多結晶
シリコン電衡上にバリア層を張υ付けてから、アルミニ
ウムの選択成長を行ってもよい。Furthermore, if necessary, aluminum may be selectively grown after a barrier layer is formed on the polycrystalline silicon electrolyte as shown in FIG.
このバリア層の厚さは、例えば100Aから1000λ
のオーダーでよい。このti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υ付けることによってはじ
めて、十分に低い抵抗とすることが出来る。The thickness of this barrier layer is, for example, 100A to 1000λ.
You can order as follows. The resistance of a barrier layer with a thickness of 1 degree is several times to an order of magnitude higher than the resistance of selectively grown aluminum, and can only be made sufficiently low by attaching aluminum.
「実施例5」
これまでの実施例では、本発明をアルミニウムの堆積に
応用したものであるが、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。"Example 5" In the examples so far, the present invention is applied to the deposition of aluminum, but it is also effective in vapor phase growth of metals other than aluminum and semiconductors.
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、本発明を用いることによって、平滑で良質
表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、キャリアガスとして水素
、ヘリウム、或はアルゴン等を用いる。For example, in the case of tungsten or molybdenum deposition, particularly selective growth, the present invention allows for the deposition of smooth, high-quality surface films. In the case of tungsten, tungsten hexafluoride is used as the raw material gas, and hydrogen, helium, argon, or the like is used as the carrier gas.
堆積装置としては、第1図に示したものを使用し、o=
3−〜10mm、加熱ブロック30の温度を300〜7
00℃、またトータルガス圧を0.1〜5 Torrに
可変し九。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。As the deposition device, the one shown in Fig. 1 is used, and o=
3-10mm, the temperature of the heating block 30 is 300-7
00°C, and the total gas pressure was varied from 0.1 to 5 Torr. Selective growth of tungsten is caused by a silicon reduction reaction at the initial stage of growth, but as the film becomes thicker, it progresses by a hydrogen reduction reaction.
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。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、D=5mms加熱ブロッ
ク温度450℃、トータルガス圧0.5 Torr。Typical deposition conditions include, for example, D=5 mms, heating block temperature of 450° C., and total gas pressure of 0.5 Torr.
六弗化タングステンの分圧0.05 Torrであった
。The partial pressure of tungsten hexafluoride was 0.05 Torr.
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或は、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。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 for nucleation based on the degree of supersaturation.
従って、第2図に示す装置を用いて基板2Bの温度と加
熱ブロック30の温度とを任意に選ぶことによって高選
択の膜を堆積したシ、全面に堆積したシすることが可能
である。Therefore, by arbitrarily selecting the temperature of the substrate 2B and the temperature of the heating block 30 using the apparatus shown in FIG. 2, 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、タングステンの場合とほぼ同様な条件
で堆積が可能できる。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. Furthermore, molybdenum pentachloride or the like may be used as other 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、加熱ブロック30の温度を700〜1100℃
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、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。本発明においては、基板温度を低
く抑える事ができ、水素の含有量の多い良好な特注のア
モルファスシリコンを堆積することが出来る。For polycrystalline silicon, the temperature of the heating block 30 is set to 700 to 1100°C using silane gas or the like as the raw material gas.
can be deposited. 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, deposition can be performed even at 400°C. 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 the present invention, the substrate temperature can be kept low and a custom-made amorphous silicon with high hydrogen content can be deposited.
以上のように、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、或
は逆に選択性を低くして、全面に堆積するなどの制御が
容易になる。As described above, by applying the present invention to the deposition of not only aluminum but also any metal or semiconductor thin film, it becomes possible to realize a thin film with excellent smoothness. Also,
Depending on the purpose of thin film formation, it becomes easy to control the deposition on the entire surface by increasing the selectivity, or conversely by decreasing the selectivity.
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。Furthermore, it can be applied to purposes such as increasing hydrogen content.
以上説明したように、本発明の化学的気相成長法によれ
ば、堆積基板と加熱ブロックとを近接して配置し、堆積
基板の被堆積面を加熱ブロックに対面させて気相成長さ
せるので、原料ガスの温夏が基板温度よシも常に高い状
態で膜堆積が進行する。そのため、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。As explained above, according to the chemical vapor deposition method of the present invention, the deposition substrate and the heating block are placed close to each other, and the deposition surface of the deposition substrate is made to face the heating block to perform the vapor phase growth. , film deposition proceeds in a state where the temperature of the source gas is always higher than the substrate temperature. Therefore, a smooth thin film with small surface irregularities can be deposited with good reproducibility and uniformity.
また、薄膜堆積時の基板温度を低く抑えることができ、
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拡散や反応を軽減する
ことができる。さらに、反応温度の異なる2つ以上の原
料ガスを用いて、組成等の膜質制御性良く合金薄膜を堆
積することができる。Additionally, the substrate temperature during thin film deposition can be kept low.
Selectivity in selective growth of thin films is improved, and diffusion and reactions in the film and underlying substrate during film deposition can be reduced. Furthermore, by using two or more raw material gases having different reaction temperatures, it is possible to deposit an alloy thin film with good control over film quality such as composition.
また、本発明の化学的気相成長装置によれば、本発明の
化学的気相成長法を容易に実施することができる。Moreover, according to the chemical vapor deposition apparatus of the present invention, the chemical vapor deposition method of the present invention can be easily carried out.
第1図は本発明の一実施例であるCVD装置の概略図、
第2図は基板の裏側に加熱ヒーターを有する本発明の一
実施例であるCVD装置の一部を示す概略図、第3図は
本発明の一実施例を示す工程図、第4図は本発明による
CVD法を用いてシリコン基板上に堆積したアルミニウ
ムの金属組織写真、第5図は第3図の実施例における加
熱ブロックの温度とウニ八基板温度との関係を示−j特
性図、第6図は微細なスルーホールに選択的に堆積され
たアルミニウムの金属組織写真、第7図は本発明を用い
て堆積したアルミニウム膜の抵抗率の膜厚依存性を示す
特性図、第8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の断面図、第9図は本発明の他
実施例を示す工程図、第10図は本発明のさらに他の実
施例を示す工程図、第11図は従来のCVD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写真
である。
21・・・−堆積室、22・◆・・ウェハ出し入れ室、
23φ・・・原料室、24.25令−・・パルプ、26
−−・・可変型バルブ、27・・・・基板ホルダー、2
8Φ・・・基板ウェハ、29・11拳・ヒーター、30
・・・・加熱ブロック、31・・・・円筒管、32・・
・・オリフィス、33・・・・攪ハンモーター、34・
・・・基板加熱ヒーター、41・・・・シリコン基板、
42−・・・シリコンi化L 43・・・・スルーホー
ル、44・命・・自然陵化膜層、45・・・・選択成長
アルミニウム、46・・・・スパッタアルミニウムL5
1・壷轡・シリコン基板、52・・・・シリコン酸化!
、53−・・・バリアi〜 54・・・・選択成長アル
ミニウム、55・・・・スパッタアルミニウムM、71
−・e・シリコン基板、T2・・・・素子間分離領域、
T3・・・・ゲート酸化膜、74・・・・多結晶シリコ
ン薄膜、75・・Φ番ゲート電極、76・・・・多結晶
シリコン酸化膜、77@・・・ソース、ドレーン、78
・・・−シリコン酸化膜、T9・・・・サイドウオール
、80・・・ψ第1の選択成長アルミニウム、81・・
ee層間絶縁L82・・・・スルーホール、83・・・
・第2の選択成長アルミニウム、84110Φ・アルミ
ニウム配線、101 ・・ψ・シリコン基板、102・
・・・素子間分離、1o3・・・・N+埋め込’)/1
.104 ・働・・コレクタ、105 −・・・ベー
ス、10611−・・エミッタ、10T・・・・多結晶
シリコン′成極パターン、108 ・会・・シリコン酸
化膜、109 ・・Φ・抵抗体形成用マスク、110
−・・・第1の選択成長アルミニウム、111 ・・・
・多結晶シリコン抵抗体、112・・・・IWJ間P間
膜縁膜13・・・・スルーホール114・争・ψ第2の
選択成長アルミニウム、115−・拳・アルミニウム配
線。FIG. 1 is a schematic diagram of a CVD apparatus which is an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a schematic diagram showing a part of a CVD apparatus which is an embodiment of the present invention having a heating heater on the back side of the substrate, Fig. 3 is a process diagram showing an embodiment of the present invention, and Fig. 4 is a diagram of the present invention. Fig. 5 is a photograph of the metallographic structure of aluminum deposited on a silicon substrate using the CVD method according to the invention; Figure 6 is a photograph of the metallographic structure of aluminum selectively deposited in minute through-holes, Figure 7 is a characteristic diagram showing the film thickness dependence of the resistivity of the aluminum film deposited using the present invention, and Figure 8 is a photograph of the metallographic structure of aluminum selectively deposited in fine through holes. 9 is a cross-sectional view of a through hole when aluminum is selectively grown on a barrier layer, FIG. 9 is a process diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a process diagram showing still another embodiment of the present invention. FIG. 11 is a photograph of the metal structure of aluminum deposited on a silicon substrate using the conventional CVD method. 21...-Deposition chamber, 22.◆...Wafer loading/unloading chamber,
23φ...Raw material room, 24.25 years old-...Pulp, 26
--...Variable valve, 27...Substrate holder, 2
8Φ...Substrate wafer, 29/11 fist/heater, 30
... Heating block, 31 ... Cylindrical tube, 32 ...
... Orifice, 33 ... Stirring motor, 34.
...Substrate heating heater, 41...Silicon substrate,
42--Silicon i-forming L 43--Through hole, 44--Natural ridge film layer, 45--Selective growth aluminum, 46--Sputtered aluminum L5
1. Pot/Silicon substrate, 52...Silicon oxidation!
, 53-... Barrier i~ 54... Selective growth aluminum, 55... Sputtered aluminum M, 71
-・e・Silicon substrate, T2...element isolation region,
T3...Gate oxide film, 74...Polycrystalline silicon thin film, 75...Φ gate electrode, 76...Polycrystalline silicon oxide film, 77@...Source, drain, 78
...-Silicon oxide film, T9...side wall, 80...ψfirst selectively grown aluminum, 81...
ee interlayer insulation L82...Through hole, 83...
・Second selective growth aluminum, 84110Φ・Aluminum wiring, 101 ・・ψ・Silicon substrate, 102・
...Isolation between elements, 1o3...N+embedding')/1
.. 104 - Working... Collector, 105 -... Base, 10611-... Emitter, 10T... Polycrystalline silicon' polarization pattern, 108 - Society... Silicon oxide film, 109... Φ... Resistor element formation mask, 110
-...first selective growth aluminum, 111...
- Polycrystalline silicon resistor, 112... IWJ inter-P film rim 13... Through hole 114 - ψ Second selectively grown aluminum, 115 - - Fist - Aluminum wiring.
Claims (8)
させ、原料ガスを前記加熱ブロックと前記基板の被膜堆
積面との間に導入することにより前記基板の被膜堆積面
に薄膜を堆積することを特徴とする化学的気相成長法。(1) Depositing a thin film on the coating deposition surface of the substrate by placing the coating deposition surface of the substrate close to and facing the heating block and introducing source gas between the heating block and the coating deposition surface of the substrate. A chemical vapor growth method characterized by:
物を含むガスである特許請求の範囲第1項記載の化学的
気相成長法。(2) The chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the raw material gas is a gas containing at least an organic compound of aluminum.
ン、六弗化タングステン若しくは六弗化モリブデンとシ
ランガスとの混合ガス、五塩化モリブデン、シランガス
またはジシランガスを含むガスである特許請求の範囲第
1項記載の化学的気相成長法。(3) Claim 1 in which the raw material gas is a gas containing tungsten hexafluoride, molybdenum hexafluoride, tungsten hexafluoride or a mixed gas of molybdenum hexafluoride and silane gas, molybdenum pentachloride, silane gas or disilane gas. Chemical vapor deposition method described in Section.
分が絶縁体である基板の表面を加熱ブロックに近接して
対向させ、金属の有機化合物を含む原料ガスを前記加熱
ブロックと前記基板表面との間に導入することにより前
記基板表面の金属または半導体上にのみ選択的に金属薄
膜を堆積することを特徴とする化学的気相成長法。(4) The surface of the substrate, in which a part of the surface is made of a metal or a semiconductor and the other surface part is an insulator, is placed close to and facing a heating block, and a raw material gas containing an organic compound of metal is passed between the heating block and the substrate. A chemical vapor deposition method characterized in that a metal thin film is selectively deposited only on the metal or semiconductor on the substrate surface by introducing the metal thin film between the substrate surface and the substrate surface.
物を含むガスである特許請求の範囲第4項記載の化学的
気相成長法。(5) The chemical vapor deposition method according to claim 4, wherein the raw material gas is a gas containing at least an organic compound of aluminum.
ン、六弗化タングステン若しくは六弗化モリブデンとシ
ランガスとの混合ガスを含むガスである特許請求の範囲
第4項記載の化学的気相成長法。(6) Chemical vapor deposition according to claim 4, wherein the raw material gas is a gas containing tungsten hexafluoride, molybdenum hexafluoride, tungsten hexafluoride, or a mixed gas of molybdenum hexafluoride and silane gas. Law.
ロックに近接して対向するように該基板を保持する基板
ホルダー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。(7) A chemical vapor deposition apparatus characterized in that a deposition chamber is equipped with a heating block and a substrate holder that holds the substrate so that the film deposition surface of the substrate faces the heating block in close proximity.
加熱ヒーターを備えている特許請求の範囲第7項記載の
化学的気相成長装置。(8) The chemical vapor deposition apparatus according to claim 7, wherein the substrate holder is equipped with a substrate heater for heating the back surface of the substrate.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61190494A JPS6347364A (en) | 1986-08-15 | 1986-08-15 | Method and apparatus for chemical vapor deposition |
GB8719166A GB2195663B (en) | 1986-08-15 | 1987-08-13 | Chemical vapour deposition method and apparatus therefor |
KR1019870008955A KR910001190B1 (en) | 1986-08-15 | 1987-08-14 | Method and apparatus for chemical vapor deposition |
DE19873727264 DE3727264A1 (en) | 1986-08-15 | 1987-08-15 | CHEMICAL VAPOR DEPOSIT METHOD AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE SAME |
US07/324,983 US4956204A (en) | 1986-08-15 | 1989-03-15 | Process of forming a film by low pressure chemical vapor deposition |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61190494A JPS6347364A (en) | 1986-08-15 | 1986-08-15 | Method and apparatus for chemical vapor deposition |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6347364A true JPS6347364A (en) | 1988-02-29 |
JPH0414188B2 JPH0414188B2 (en) | 1992-03-12 |
Family
ID=16259027
Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6347364A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01252776A (en) * | 1988-03-31 | 1989-10-09 | Sony Corp | Formation of aluminum film by vapor growth |
US5091210A (en) * | 1989-09-26 | 1992-02-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Plasma CVD of aluminum films |
US12105422B2 (en) | 2019-06-26 | 2024-10-01 | Lam Research Corporation | Photoresist development with halide chemistries |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5814945A (en) * | 1981-07-22 | 1983-01-28 | Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd | Vapor growth apparatus |
JPS6057925A (en) * | 1983-09-09 | 1985-04-03 | Matsushita Electronics Corp | Formation of tungsten film onto silicon |
JPS61113769A (en) * | 1984-11-05 | 1986-05-31 | ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ | Enhancement of selectivety of vapor deposition to surface ofconductor and semiconductor |
-
1986
- 1986-08-15 JP JP61190494A patent/JPS6347364A/en active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5814945A (en) * | 1981-07-22 | 1983-01-28 | Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd | Vapor growth apparatus |
JPS6057925A (en) * | 1983-09-09 | 1985-04-03 | Matsushita Electronics Corp | Formation of tungsten film onto silicon |
JPS61113769A (en) * | 1984-11-05 | 1986-05-31 | ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ | Enhancement of selectivety of vapor deposition to surface ofconductor and semiconductor |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01252776A (en) * | 1988-03-31 | 1989-10-09 | Sony Corp | Formation of aluminum film by vapor growth |
US5091210A (en) * | 1989-09-26 | 1992-02-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Plasma CVD of aluminum films |
US12105422B2 (en) | 2019-06-26 | 2024-10-01 | Lam Research Corporation | Photoresist development with halide chemistries |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0414188B2 (en) | 1992-03-12 |
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