JPS634915B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、LSI製造プロセスにおけるAl電極
配線の製造に好適なCVD装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来のAl配線の形成方法はスパツタ法が中心
であつた。スパツタAl−Si膜は結晶粒が比較的
均一でかつ粒径やSi含有量の制御も容易であるこ
とから、従来の蒸着法に代わつてLSIに応用され
てきた。

しかし、1MビツトDRAM以上の超LSIになる
と、縮少化により開孔部Ｗは1μｍ以下となり、
その段差ＨはRIE化により急峻でかつ大きくなつ
てくる。

このようなアスペクト比（Ｈ／Ｗ）が0.5以上
に大きい場合、スパツタ法ではいわゆる
「selfshadowing」のためAl−Si膜の段差被覆率
は極端に悪くなり、信頼性面で問題となる。

この問題を解決する方法として、基板バイアス
スパツタ法やCVD法が開発されてきた。前者は
基板にマイナスバイアスをDCまたはRF（高周波）
で印加しながら、カソード（ターゲツト）にもバ
イアスをかけるもので、エツチングと堆積を同時
に行なうことによりステツプカバレージ（段差被
覆率）を改善しようとするものである。

この方法は段差のある領域と平坦な領域のAl
膜厚差が大きくなる欠点やスループツトがかなり
悪いこともあり、実用化には至つていない。

一方、Al CVD法は上記self−shadowingがな
いためにステツプカバレージがすぐれているとい
うCVD特有の利点をメタルに応用しようという
もので、４〜５年前より開発され始めた。

CVD Al膜の形成方法はたとえば、ソリツドス
テートテクノロジー1982（Solide State
Technol.／December1982.P62）などに示されて
おり、低圧ホツトウオール型反応管にAlソース
としてトリイソブチルAl（TIBA）やトリメチル
Al（TMA）の蒸気を導入し、熱分解によりAl膜
を堆積する方法がよく用いられている。

この場合、Al膜は結晶核形成が低く、三次元
的に核が成長するので、表面凹凸が大きくなり、
反射率が低いという欠点がある。これを解決する
には、上記文献に説明されるようにTiCl₄蒸気を
Al堆積前に導入して核形成を促進する方法が知
られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述のTiCl₄蒸気を用いた方法
でも未だ結晶核形成は十分ではなく、反射率も〜
20％以下と低い。

さらに、TiCl₄ガスは腐食性があるので、装置
構成材料が制限される点、排気処理が複雑になる
点、さらにAl膜と下地の界面にわずかにClが残
り、Al腐食の可能性がある点などの欠点があつ
た。

この発明は、前記従来技術が持つている問題点
のうち、結晶核形成が不十分で反射率が低い点
と、装置構成材料が制限される点と、排気処理が
複雑になる点と、Al腐食の可能性がある点につ
いて解決したCVD装置を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、CVD装置において、真空反応管
内に配設したウエハを加熱するコールドウオール
型電気炉と、AlまたはTiをウエハに蒸着する蒸
着源とを設けたものである。

（作用） この発明によれば、以上のようにCVD装置を
構成したので、コールドウオール型電気炉で加熱
されたAlまたはTiを蒸着してウエハに堆積させ
た後、Alソースを導入し、ウエハ上にのみAlを
堆積させるように働き、したがつて、前記問題点
を解決できる。

（実施例） 以下、この発明のCVD装置の実施例について
図面に基づき説明する。第１図はその一実施例の
構成を示す図である。この第１図において、真空
反応管として石英管ベルジヤ１内に抵抗加熱用タ
ンタルボート２が配設されている。この抵抗加熱
用タンタルボート２にはAlインゴツト３が装填
されている。

抵抗加熱用タンタルボート２はスライダツク型
電源４が接続されている。このスライダツク型電
源４により、抵抗加熱用タンタルボート２に通電
加熱して、Alインゴツト３を蒸発させるように
なつている。

また、石英管ベルジヤ１内には、コールドウオ
ール電気炉としてのヒータブロツク５が配置され
ている。ヒータブロツク５上には、回転石英サセ
プタ６が配置されている。回転石英サセプタ６上
にウエハ８が載置されるようになつている。ヒー
タブロツク５はウエハ７のみを加熱するものであ
る。

また、ヒータブロツク５上にはガスノズル８が
突出されている。ガスノズル８の下部はガス管９
に連結されている。このガス管９は石英管ベンジ
ヤ１を貫通して、バルブ１０ａ，１０ｂを介して
CVD Alソース（TIBAまたはTMA）１１に連
結されている。

このCVD Alソース１１はステンレスボンベ１
２（バブラ管）内に収納されている。このステン
レスボンベ１２は恒温槽１３内に収納されてい
る。このステンレスボンベ１２内にはガス管１４
とバルブ１０ｃを通してArガスが導入されるよ
うになつている。

また、上記ヒータブロツク５は温度調節器１５
により、加熱温度が調節されるようになつてい
る。なお、１６は石英管ベルジヤ１に設けられた
高真空排気系である。

次に、以上のように構成されたこの発明の
CVD装置の動作について説明する。まず、石英
管ベルジヤ１内の抵抗加熱用タンタルボート２に
Alインゴツト３を装填しかつ回転石英サセプタ
６にウエハ７を載置して温調器１５によりウエハ
７の温度を〜280℃に加熱する。

また、回転石英サセプタ６の中心真上に立てら
れているガスノズル８へは恒温槽１３で40〜60℃
に保温されたステンレスボンベ１２内のTIBAソ
ース１１がArキヤリヤガスにより運ばれる態勢
にしておく。

この状態でウエハ７へのAl原子の堆積手順に
ついて説明する。まず高真空排気系１６によりベ
ース圧力を10^-6Torr台にする。

次に回転石英サセプタ６の斜め上方に置かれて
いる抵抗加熱用タンタルボート２内のAlインゴ
ツト３にスライダツク型電源４により電力を
3KV.1A程度印加し、Al原子をウエハ７上に膜厚
200Å程度堆積させる。

続いて、Arガスを200c.c.／minでステンレスボ
ンベ１２内にバルブ１０ｂ，１０ａ、ガス管９を
通して流し、バブリングさせTIBA蒸気を含んだ
Arガスを石英管ベルジヤ１内に導入し、反応圧
を0.5〜1Torrとする。

TIBAは〜260℃で熱分解するが、回転石英サ
セプタ６上のみ280℃に加熱されているので、
TIBAはウエハ７上でのみ熱分解を起こし、蒸着
された薄いAl層上にCVD Al膜を1μｍ堆積させ
る。

第２図はこの発明のCVD装置の第２の実施例
の構成を示す図である。この第２図において、第
１図と同一部分には同一符号を付するにとどめ、
第１図とは異なる部分を重点的に述べる。

この第２図では、第１図におけるヒータブロツ
ク５を主体とする抵抗加熱蒸着源の代わりに電子
ビーム蒸着源を備えたAl CVD装置である。

この第２図において、石英管ベルジヤ３内に銅
ルツボ２３が配置されている。銅ルツボ２３内に
は水冷管２４が貫通しており、この水冷管２４内
に流通する冷却水で銅ルツボ２３が冷却されるよ
うになつている。

銅ルツボ２３には、チタンインゴツト２５が収
納されるようになつている。この銅ルツボ２３に
はコールドウオール型電気炉としての電子源２７
とマグネツト２６が設けられており、電子源２７
から放射される電子流２９はマグネツト２６で偏
向されて、チタンインゴツト２５を照射するよう
になつている。

また、石英管ベルジヤ３内の上部には赤外線ラ
ンプヒータ２８が配設されている。この赤外線ラ
ンプヒータ２８の近傍にはプラネタリ治具２１が
配設されている。プラネタリ治具２１には、ウエ
ハ７が装填されるようになつている。

この石英管ベルジヤ３内において、プラネタリ
治具２１と銅ルツボ２３間にはシヤツタ２２が介
在されている。なお、石英管ベルジヤ３内に導入
するTIBA蒸気を含んだArガスを導入する系統
は第１図と同様である。

次に、この第２図の実施例の動作について説明
する。水冷された銅ルツボ２３内にチタンインゴ
ツト２５を入れて、電子源２６よりの電子源２９
をマグネツト２７で収束偏向させてチタンインゴ
ツト２５に照射する。

これにより、溶融したチタンインゴツト２５の
チタン原子はシヤツタ２２を開くと赤外線ランプ
２８で280℃に加熱されたプラネタリ治具２１上
のウエハ７に付着する。その厚さを〜200Å以下
に制御する。

続いて、上記実施例と同じ条件でCVD Al膜を
1μｍ堆積させる。

上記第１および第２の実施例の共通する構成部
材は、 (1) ウエハ７（回転サセプタ６やプラネタリ治具
２３も含み）のみが加熱保持されていること、 (2) メタル蒸着源（ヒータブロツク５の抵抗また
は電子源２６の電子ビーム加熱）を具備してい
ること、 (3) CVD Alソース（TIBAまたはTMA）ガス
を石英管ベルジヤ３内に導入していること、 であり、共通プロセス手順は(1)蒸着源よりAlま
たはTiを〜200Å以下の膜厚でウエハ上に堆積さ
せ、(2)TIBAまたはTMA蒸気をArキヤリヤガス
で毎分50c.c.〜500c.c.の速さ、反応圧0.5〜2Torr、
反応温度270〜300℃、反応時間20分〜60分の条件
でAl膜を1μｍ堆積させるものである。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したようにこの発明によれ
ば、コールドウオール型熱分解を採用しているの
で、ソース効率が改善されることにより真空反応
管内の不要領域へのAlの堆積が抑制され、保守
が容易となる。

またウエハ上に未分解Alソースが付着する確
率が小さいので、Ｃ、Ｈなどの不純物の少ない良
好なAl膜が形成できる。

さらに、同一高真空内で、CVD Alの触媒とな
り得るAlまたはTiを蒸着法によつて堆積するこ
とにより、CVD Alの結晶核生成を促進でき、反
射率を改善することができる。この点をデータ等
に基づき以下具体的に示す。結晶核生成密度の評
価法としては、Al膜形成初期段階のSEM観察と
シート抵抗のAl膜厚依存性がある。第３図ａ，
ｂはAl膜形成初期段階のSEM観察結果を示すが、
第３図ａのTi蒸着（本発明）は、第３図ｂの
TiCl₄蒸気導入（従来）に比較してはるかに核の
数が多く、緻密であることが分る。また、第４図
はシート抵抗のAl膜厚存在性を示すが、この第
４図においてシート抵抗が急激に減少する膜厚、
すなわち島状核が合体して面状膜となり“薄膜効
果”がなくなる膜厚は、Ti蒸着の本発明（曲線
ａ）では、曲線ｂの従来例（ただし、この従来例
は、単にTIBAガスやTMAガスを熱分解してAl
膜を堆積させる方法）より、薄いAl膜の段階で
起ることがわかる。これらから本発明によれば、
CVD Alの結晶核生成が従来に比較し促進されて
いることが分る。なお、第３図および第４図では
Al蒸気の場合は示していないが、Ti蒸着と同様
の結果が得られている。

また、第５図は反射率を示す。この第５図のよ
うに、本発明の分光反射特性（曲線ａ）は、
TiCl₄蒸気導入の従来の分光反射特性（曲線ｂ）
より水銀ランプのｇ−line（λ＝436nｍ）で優れ
ていることが分る。

加えて、腐食性ガスを使用しないので、装置材
料の制限がなく、排気処理も従来に比べて簡便と
なる。

また蒸着ソースAlとTiの交換も容易なので、
Tiを下敷にすると不都合なデバイスにはAlを下
敷に、また超LSIなどの浅接合用電極配線に有効
なSi／Ti／Al構成にしたときはTiをバリヤメタ
ルとして使うなどのケースバイケースに下敷を選
択することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のCVD装置の一実施例の構
成を示す図、第２図はこの発明のCVD装置の他
の実施例の構成を示す図、第３図ａ，ｂは本発明
と従来とのAl形成初期段階でのSEM観察結果を
示す平面図、第４図は本発明と従来とのシート抵
抗Al膜厚依存性を示す特性図、第５図は本発明
と従来との分光反射特性を示す特性図である。 １……石英管ベルジヤ、２……抵抗加熱用タン
タルボート、３……Alインゴツト、４……スラ
イダツク型電源、５……ヒータブロツク、７……
ウエハ、１１……CVD Alソース、２１……プラ
ネタリ治具、２２……シヤツタ、２３……銅ルツ
ボ、２５……Tiインゴツト、２６……マグネツ
ト、２７……電子源、２８……赤外線ランプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 真空反応管内に配設されウエハを加熱す
   るコールドウオール型の電気炉と、 (b) 上記真空反応管内に配置され上記ウエハに
   AlまたはTiを蒸着して堆積させる蒸着源と、 (c) 上記ウエハに上記AlまたはTiを堆積した状
   態でArキヤリアガスにより上記真空反応管内
   にCVDAlソースを導入する手段とからなる
   CVD装置。