JPH03122278A - 堆積膜形成法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、堆積膜形成法に関し、特に半導体集積回路装
置等の配線に好ましく適用できるＡλ−５ｉ堆積膜の形
成法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、半導体を用いた電子デバイスや集積回路において
、電極や配線には主にアルミニウム（Ａ１）もしくはへ
ｊ２−５ｉ等のアルミニウム合金が用いられてきた。こ
こで、八λ−５ｉはｎｒ価で電気伝導度が高く、また表
面に緻密な酸化１摸が形成されるので、内部が化学的に
保護されて安定化することや、Ｓｉとの密着性が良好で
あることなど、多くの利点を有している。

上記ＡＩ！、もしくは＾１ｌ−５ｉ合金の！極や配線の
八ｊ！−５ｉ［の形成方法としては、従来マグネトロン
スパッタなどのスパッタ法が用いられてきた。

このような選択堆積ないし選択成長は従来用いられてぎ
たスパッタ法では実現できない。スパッタ法はターゲッ
トからスパッタされた粒子の真空中での飛来を基礎とす
る物理的堆積法であるので、段差部や絶縁膜側壁での膜
厚が極端に薄くなり、甚だしい場合には断線も生じる。

そして、膜厚の不均一や断線はＬＳＩの信顆性を著しく
低下させることになる。

上記のような問題点を解決するためのへ１膜の成膜法と
しては様々なタイプのＣＶＤ　（ｆ：ｈｅｎ＋１ｃａｌ
Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が提案されてい
る。これらの方法では成膜過程で何らかの形で原料ガス
の化学反応を利用する。プラズマＣＶＤや光ＣＶＯでは
原料ガスの分解が気相中で起き、そこでできた活性種が
基板上でさらに反応して膜形成が起きる。これらのＣＶ
Ｄ法では気相中の反応があるので、基板表面の凹凸に対
する表面被覆性がよい。しかし、原料ガス分子中に含ま
れる炭素原子が膜中に取り込まれる。また特にプラズマ
ＣｖＤではスパッタ法の場合のように荷電粒子による損
傷（いわゆるプラズマダメージ）があるなどの問題点が
あった。

熱ＣＶＯ法は主に基体表面での表面反応により膜が成長
するために表面の段差部などの凹凸に対する表面被覆性
が良い。このため、段差部での断線などを避けることが
できる。また、プラズマＣＶＤやスパッタ法のような荷
電粒子損傷もない。この種の方法の一例としては、Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒ。

ｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ第１３１巻第２１７
５頁（１９８４年）に記載されているものがある。この
方法では、有機アルミニウムガスとしてトリイソブチル
アルミニウム（ＴＩＢＡ）　（（ｉ−Ｃｄｌｏ）　、Ａ
℃）を用い、成膜温度２６０℃１反応管内圧力０．５Ｔ
ｏｒｒでＡ１１Ｉｉを成膜した後、基板温度を約４５０
℃に保ち、ＳｉＨ，を導入してＳｌをＡｊ２１１ｉＪ中
に拡散さ゛せてＡβ−５５膜を得ている。

ＴＩＢＡを用いる場合は、成膜前にＴ１Ｃｆ１４を流し
、基板表面を活性化し、核を形成するなどの前処理を施
さないと連続な膜が得られない。また、ＴｉＣｌ２４を
用いた場合も含め、一般にＴＩＢＡを用いた場合には表
面平坦性が劣るという問題点がある。

また、他の方法としてはＪａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ＾ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ第２７巻第
１１号１２１３４ページ（１９８８）に記載されている
方法がある。この方法ではＴＩＢＡとＳｉ、ｔｌ、とを
計ガスに分散して供給し、Ｔｉ１ｌ＾が基板に達する前
にガスを加熱する。この方法により５ｉ（１００）ウェ
ハ上に低抵抗の八ｎ　−５ｉ膜をエピタキシャル成長さ
せることができる。この方法では得られる膜はかなり良
質であるが、ガスを加熱する必要があるため制御が難し
く、また装置が複雑になるなどの問題がある。

特開昭６３−３３５６９号公報にはＴ１Ｃｕ　、を用い
ず、その代りに有機アルミニウムを基体近傍において加
熱することにより膜形成する方法が記載されている。こ
の方法では表面の自然酸化膜を除去した金属または半導
体表面上にのみ選択的に八ρを堆積することができる。

この場合にはＴＩＢへの導入前に基板表面の自然酸化膜
を除去する工程が必要であると明記されている。また、
ＴＩＢＡは単独で使用することが可能なのでＴＩＢ八以
へのキャリアガスを使う必要はないが計ガスをキャリア
ガスとして用いてもよいと記載されている。しかしＴＩ
ＩＩＡと他のガス（例えば１１２）との反応は全く想定
しておらず、Ｃ２をキャリアガスとして使うという記載
はない。またＴＩＢＡ以外にトリメチルアルミニウム ウム 属の具体的記載はない。これは一般に有機金属の化学的
性質は金属元素に付いている有機置換基が少し変化する
と大きく変るので、どのような有機金属を使用すべきか
は個々に検討する必要があるからである。この方法では
自然酸化膜を除去しなければならないという不都合があ
るだけでなく、表面平滑性が得られないという欠点があ
る。またガスの加熱の必要があること、しかも加熱を基
板近傍で行わなければならないという制約があり、しか
もどの位基板に近い所で加熱しなければならないかも実
験的に決めて行かざるを得す、ヒータを置く場所を自由
に選べる訳ではないなどの問題点もある。

Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ日本
支部第２回シンポジウム（１９８９年７月７日）予稿集
第７５ページにはダブルウオールＣＶＤ法による八℃の
成膜に関する記載がある。この方法ではＴＩＢ八を使用
しガス温度を基板温度よりも高くなるように装置を設計
する。この方法は上記特開昭６３−３３５６９号の変形
ともみなせる。この方法ではガス温度と基板表面温度と
の差を制御するのが困難であるだけでなく、ボンベと配
管を加熱しなければならないという欠点がある。しかも
この方法では膜をある程度厚くしないと均一な連続膜に
ならない，膜の平坦性が悪いなどの問題点がある。しか
も上記２つの例ではへλ成膜の例はあるが八ｊ２−Ｓｔ
を成膜した例はない。

このよう゛に、従来の方法では平坦で低抵抗の良質なＡ
ｌｌ−ＳｉｌＩ＠を得る上で問題があったり、装置上ま
たは成膜上の問題点がある。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のように、近年より高集積化が望まれている半導体
の技術分野において、高集積化され、かつ高性能化され
た半導体装置を廉価に提供するためには、改善すべき余
地が多く存在していた。

本発明は、上述した技術的課題に鑑みてなされたもので
あり、導電体として良質な＾Ｉｔ　−５３膜を制御性良
く所望の位置に形成し得る堆積膜形成法を）是イ共する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために本発明堆積膜形成方法は、
（ａ）電子供与性の表面（Ａ）を備えた基体を堆積膜形
成用の空間に配する工程、 （ｂ）　　アルキルアルミニウムハイドライドのガスと
シリコン原子を含むガスと水素ガスとを前記堆積膜形成
用の空間に導入する工程、および（ｃ）アルキルアルミ
ニウムハイドライドの分解温度以上でかつ４５０℃以下
の範囲内に前記電子供与性の表面（Ａ）の温度を維持し
、該電子供与性の表面（Ａ）にシリコンを含むアルミニ
ウム膜を形成する工程を有することを特徴とする。

［作　用］ まず、有機金属を用いた堆積膜形成方法について概説す
る。

有機金属の分解反応、ひいては薄膜堆積反応は、金属原
子の種類．金属原子に結合しているアルキルの種類，分
解反応を生ぜしめる手段．雰囲気ガス等の条件により大
きく変化する。

例えば、Ｍ−Ｒ３　（Ｍ：Ｉ１１族金属，Ｒ：アルキル
基）の場合において、トリメチルガリウム は、熱分解ではＧａ−Ｃ１１．結合の切断されるラジカ
ル解裂であるが、トリエチルガリウム は、熱分解ではβ離脱により とＣ２＋１４とに分解する。また、同じエチル基のつい
たトリエチルアルミニウム は、熱分解ではＡｎ−Ｃ２）１ｓ結合の切断されるラジ
カル分解である。しかしｉｃ４）１．の結合したイソト
リブチルアルミニウム はβ離脱する。

に　Ｈ３基と八にとからなるトリメチルアルミニウム限
された領域においては、２つのＡｌ２間の橋掛Ｃ１１３
のカップリングによりＣ　２　ＩＩ　６が生ずる。

要は、最も単純なアルキル基である６１１３基。

Ｃ　２Ｉ＋　、基またはｉｃ，Ｉｌ．基と　Ａｌ１また
はＧａから成る有機金属ですら、反応形態はアルキル基
の種類や金属原子の種類，励起分解手段により異なるの
で、有機金属から金属原子を所望の基体上に堆積させる
ためには、分解反応を非常に厳密に制御しなければなら
ない。例えば、トリイソブチルアルミニウム を有しており、熱分解はＡｌ１−ＣＩ＋３基の切断され
るラジカル分解であり、　１５０℃以下の低温では雰囲
気■２と反応してＣＨ４を生じ、最終的に／ｌを生成す
る。しかし略々　３００℃以上の高温では、τ囲気にＨ
２が存在してもＣＨ３基がＴＭ八仕分子ら■を引抜き、
最終的にＡｌ１−Ｃ化合物が生ずる。

また、ＴＭへの場合、光もしくは■２雰囲気高周波（略
々１３．５６ＭＩＩＺ）プラズマにおいて電力のある制
からｉを堆積させる場合、従来の熱反応を主とする減圧
ＣＶＤ法では、表面にμｍオーダの凹凸が生じ、表面モ
ルフォロジが劣っている。また、熱処理によるヒロック
発生、Ａ℃とＳｉとの界面でのＳｉ拡散によるＳｉ表面
荒れが生じ、かつマイグレーション耐性も劣っており、
超ＬＳＩプロセスに用いることが難しい。

そのため、ガス温度と基板温度とを精密に制御する方法
が試みられている。しかし装置が複雑であり、１回の堆
積プロセスで１枚のウェハにしか堆積を行うことのでき
ない枚葉処理型である。しかも堆積速度が高々　５００
人／分であるので、量産化に必要なスルーブツトを実現
することができない。

同様にＴＭＡを用いた場合は、プラズマや光を用いるこ
とによるＡＪｌ堆積が試みられているが、やはりプラズ
マや光を用いるため装置が複雑となり、かつ枚葉型装置
であるため、スルーブツトを十分向上させるにはまだ改
善すべ咎余地がある。

木発明におけるジメチルアルミニウムハイドライドＤＭ
ＡＨは、アルキル金属として公知の物質であるが、どの
ような反応形態によりどのような＾に薄膜が堆積するか
は、あらゆる条件下で堆積膜を形成してみなくては予想
だにできないものであった。例えばＤＭＡＨを光ＣＶＤ
によりＡｌ１を堆積させる例では、表面モルフォロジに
劣り、抵抗値も数μΩ〜ｌＯμΩ・ＣＩｌｌとバルク値
（２．７μΩ・ｃｍ）より太きく、膜厚に劣るものであ
った。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施態様につ
いて説明する。

木発明においては、導電性堆積膜として良質のへｘ−ｓ
ｉ膜を基体上に選択的に堆積させるためにＣＶＤ法を用
いるものである。

すなわち、堆積膜の構成要素となる原子を少なくとも１
つ含む原料ガスとして有機金属であるジメチルアルミニ
ウムハイドライド（ＤＭＡＨ）またはモノメチルアルミ
ニウムハイドライド（ＭＭ＾１１２） と、原料ガスとしてのＳｉ原子を含むガスとを使用し、
かつ反応ガスとして１１２を使用し、これらの混合ガス
による気相成長により基体上に選択的にへＩＱ−５ｉ膜
を形成する。

本発明の適用可能な基体は、ＡＪ！　−５ｉの堆積する
表面を形成するための第１の基体表面材料と、ＡｊＺ−
５ｉの堆積しない表面を形成するための第２の基体表面
材料とを有するものである。そして、第１の基体表面材
料としては、電子供与性を有する材料を用いる。

この電子供与性について以下詳細に説明する。

電子供与性材料とは、基体中に自由電子が存在している
か、もしくは自白電子を意図的に生成せしめたがしたも
ので、例えば基体表面上に付着した原料ガス分子との電
子授受により化学反応が促進される表面を有する材料を
いう。例えば、一般に金属や半導体がこれに相当する。

金属もしくは半導体表面に薄い酸化膜が存在しているも
のも含まれる。それは基体と付着原料分子間で電子授受
により化学反応が生ずるからである。

具体的には、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質
シリコン等の半導体、ＩＩＩ族元素とじてのＧａｊｎ、
八μとＶ族元素としてのＰ、八ｓ、Ｎとを組合せて成る
二元系もしくは三元系もしくは四元系ＩＩＩ　−Ｖ族化
合物半導体、タングステン、モリブデン、タンタル、タ
ングステンシリサイド、チタンシリサイド、アルミニウ
ム、アルミニウムシリコン１チタンアルミニウム、チタ
ンナイトライド。

銅、アルミニウムシリコン銅、アルミニウムパラジウム
、チタン、モリブデンシリサイド、タンタルシリサイド
等の金属９合金およびそれらのシリサイド等を含む。

このような構成の基体に対して、　ＡｊＺ　−Ｓｔは原
料ガスと■２との反応系において単純な熱反応のみで堆
積する。例えばＤＭＡＩＩと１１２との反応系における
熱反応は基本的に と考えられる。ＤＭＡＩＩは室温で二量体構造をとって
いる。また、５ｉ２Ｎ、等の添加により　八ｎ　−５ｉ
化合物が形成されるのは基体表面に到達した５ｔ２１（
、が表面化学反応により分解し、Ｓｉが眼中に取り込ま
れることによる。ＭＭＡＩ（２によっても下記実施例に
゛示すように、熱反応により高品質Ａｌ１−５ｉが堆積
可能であった。

ＭＭＡ　Ｈ２は蒸気圧が室温で０．０１〜０．ＩＴｏｒ
ｒと低いために多量の原料輸送が難しく、堆積速度は数
百人／分が本発明における上限値であり、好ましくは室
温で蒸気圧がＩＴｏｒｒであるＤＭＡＩＩを使用するこ
とが最も望ましい。

第１図は本発明を適用可能な堆積膜形成装置を示す模式
図である。

ここで、！はＡｌｌ　−５ｉｐを形成するための基体で
ある。基体１は、同図に対して実質的に閉じられた堆積
１摸形成用の空間を形成するための反応管２の内部に設
けられた基体ホルダ３上に載置される。反応管２を構成
する材料としては石英が好ましいが、金属製であ〕ても
よい。この場合には反応管を冷却することが望ましい。

また、基体ホルダ３は金属製であり、載置される基体を
加熱できるようにヒータ４が設けられている。モしてヒ
ータ４の発熱温度を制御して基体温度を制御することが
できるよう構成されている。

ガスの供給系は以下のように構成されている。

５はガスの混合器であり、第１の原料ガスと第２の原料
ガスと反応ガスとを混合させて反応管２内に供給する。

６は第１の原料ガスとして有機金属を気化させるために
設けられた原料ガス気化器である。

本発明において用いる有機金属は室温で液体状であるの
で、気化器６内でキャリアガスな有機金属の液体中を通
して飽和蒸気となし、混合器５へ導入する。

排気系は以下のように構成される。

７はゲートバルブであり、堆積膜形成前に反応管２内部
を排気する時など大容量の排気を行う際に開かれる。８
はスローリークバルブであり、堆積膜形成時の反応管２
内部の圧力を調整する時など小容量の排気を行う際に用
いられる。９は排気ユニットであり、ターボ分子ポンプ
等の排気用のポンプ等で構成される。

基体１の搬送系は以下のように構成される。

ｌＯは堆積膜形成前および堆積膜形成後の基体を収容可
能な基体搬送室であり、バルブ１１を開いて排気される
。１２は搬送室を排気する排気ユニットであり、ターボ
分子ポンプ等の排気用ポンプで構成される。

バルブ１３は基体１を反応室と搬送空間で移送する時の
み開かれる。

第１図に示すように、第１の原料ガスを生成するための
ガス生成室６においては、室温に保持されている液体状
のＤＭＡ）Ｉに対しキャリアガスとしての１１□もしく
はＡｒ（もしくは他の不活性ガス）でバブリングを行い
、気体状ＤＭＡ１１を生成し、これを混合器５に輸送す
る。反応ガスとしての■２は別経路から混合器５に輸送
される。ガスはそれぞれその分圧が所望の値となるよう
に流量が調整されている。

第１の原料ガスとしては、ＭＭＡＩ＋２でもよいが、蒸
気圧が室温でＩＴｏｒｒとなるのに十分なりＩ＋ｌＡＨ
が最も好ましい。また、０ＭＡ１１とＭＭＡｌ１２を混
合させて用いてもよい。

また、第２の原料ガスとしてのＳｉを含むガスとしては
、５ｉ２１１ｓ、ＳｉＨ４，５ｉ３１１６．Ｓｉ　（ｃ
Ｉ＋３）４．５ｉＣｊＺ４゜５ｉｌｈＣＪ！　２．５ｉ
ｌｌ＋Ｃｕを用いることができる。とりわけ、２００〜
３００℃の低温で分解し易い５ｉ２Ｉｆ、が最も望まし
い。Ｈ２またはＡｒで希釈された５ｉ２Ｈ，等のガスは
、ＤＭＡＩと別系統から混合器５に輸送され、反応管２
に供給される。

このような原料ガスおよび反応ガスを用い、基体温度１
６０℃〜４５０℃で形成された堆積膜の抵抗率は、膜厚
４００人では室温で２．７〜３．０μΩ・ｃｍとへｊ２
バルクの抵抗率とほぼ等しく、連続かつ平坦な膜となる
。このとき、成膜時圧力は１０−’Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔ
ｏｒｒの範囲で選ぶことができる。また、膜厚１μｍで
あっても、その抵抗率はやはり室温で略々２．７〜３，
０μΩ・ｃｍとなり、厚膜でも十分に緻密な膜が形成さ
れる。可視光波長領域における反射率も略々８０％であ
り、表面平坦性にすぐれた薄膜を堆積させることができ
る。

基体温度としては、　八ｊＺを含む原料ガスの分解温度
以上、かつ４５０℃以下が望ましいことは前述した通り
であるが、具体的には基体温度２００〜４５０℃が望ま
しく、この条件で堆積を行った場合、ＤＭＡ８分圧が１
０−４〜１０−’Ｔｏｒｒのとき堆積速度は１００人／
分〜８００人／分と非常に大きく、超ＬＳＩ用Ａｎ−５
１堆積技術として十分大きい堆積速度が得られる。

さらに好ましくは基体温度２７０℃〜３５０℃であり、
この条件で堆積したＡｎ−５ｉ膜は配向性も強く、かつ
４５０℃、　１ｈｏｕｒの熱処理を行ってもＳｔ単結晶
もしくはＳｉ多結晶基体上のへＱ−５ｉ膜にはヒロック
、スパイクの発生もない良質の八ｊ！　−５ｔ膜となる
。また、このような＾Ｉｔ−５ｔ膜はエレクトロマイグ
レーション耐性に優れている。

第１図示の装置では、１回の堆積において１枚の基体に
しかＡ１１−Ｓｉを堆積することができない。略々８０
０人／分の堆積速度は得られるが、多数枚の堆積を短時
間で行うためには不十分である。

この点を改善する堆積膜形成装置としては、多数枚のウ
ェハを同時に装填して八ｊ２−５ｉを堆積することので
きる減圧ＣｖＤ装置がある。本発明によるＡＪＲ−５ｉ
堆積は加熱された電子供与性基体表面での表面反応を用
いているため、基体のみが加熱されるホットウォール型
減圧ＣｖＤ法であればＤＭＡＨと１１２および５ｉ２Ｉ
１．等のＳｔ原料ガスとを添加することにより、Ｓｉを
０．５〜２．０零を含む八Ｉｔ　−５ｉ化合物を堆積さ
せることができる。

反応管圧力は０．０５〜７６０Ｔｏｒｒ　、望ましくは
０．１〜０．８Ｔｏｒｒ　、基体温度は１６０℃〜４５
０℃、望ましくは２００℃〜４００℃、ＤＭＡ１１分圧
は反応管内圧力のＩＸ’１Ｏ−５倍〜１．３　Ｘｌ０−
３倍であり、５ｉ２Ｉｆ、分圧は反応管内圧力のｉ　ｘ
　ｔｏ””倍〜ＩＸＩＱ−’倍の範囲であり、八Ｊ２−
５ｔが電子供与性基体に堆積する。

第３図はかかる本発明を適用可能な堆積膜形成装置を示
す扱式図である。

５７はＡｌ１−５ｉ膜を形成するための基体である。

５０は周囲に対して実質的に閉じられた堆積膜形成用の
空間を形成する石英製の外側反応管、５１は外側反応管
５０内のガスの流れを分離するために設置される石英製
の内側反応管、５４は外側反応管５０の開口部を開閉す
るための金属製のフランジであり、基体５７は内側反応
管５１内部に設けられた基体保持具５δ内に設置される
。なお、基体保持具５６は石英製とするのが望ましい。

また、本装置はヒータ部５９により基体温度を制御する
ことができる。反応管５０内部の圧力は、ガス排気口５
３を介して結合された排気系によって制御できるように
構成されている。

また、原料ガスは第１図に示す装置と同様に、第１のガ
ス系、第２のガス系、第３のガス系および混合器を有し
くいずれも図示せず）、原料ガスは原料ガス導入口５２
より反応管５０内部に導入される。原料ガスは、第３図
中矢印５８で示すように、内側反応管５１内部を通過す
る際、基体５７の表面において反応し、Ａｌ１−５ｉを
基体表面に堆積する。

反応後のガスは、内側反応管５１と外側反応管５０とに
よって形成される間隙部を通り、ガス排気口５３から排
気される。

基体の出し入れに際しては、金属製フランジ５４をエレ
ベータ（図示せず）により基体保持具５６゜ノ１（体５
７とともに降下させ、所定の位置へ移動させて基体の着
脱を行う。

かかる装置を用い、前述した条件で堆積膜を形成するこ
とにより、装置内の総てのウェハにおいて良質な八β−
５ｉｌｌｉを同時に形成することができる。

上述したように本発明にもとづ＜　　Ａｎ　−５ｉｒ＆
ｌ１％方法によって得られた膜は緻密であり炭素等の不
純物含有量がきわめて少なく抵抗率もバルク並であり且
つ表面平滑度の高い特性を有するため以下に述べる顕著
な効果が得られる。

■ヒロックの減少 ヒロックは成膜時の内部応力が熱処理工程で解放される
際にＡｌ１−５ｉが部分的なマイグレーションをおこし
、へＪ２−５ｉ表面に凸部を生じるものである。また通
電による極部的なマイグレーションによっても同様の現
象が生ずる。本発明によって形成された＾Ｉｔ−５ｉ膜
は内部応力がほとんどなく且つ単結晶に近い状態である
。そのため４５０　℃１１１ｒの熱処理で従来の人文−
Ｓｔ膜において１０’〜１０６個／　ｃｍ”のヒロック
が生ずるのに対して本発明によるとヒロック数は０−１
０個／ｃｍ’と大幅に達成できた。このように１−Ｓｉ
表面凸部がほとんどないためレジスト膜厚および層間絶
縁膜を薄膜化することができ微細化、平坦化に有利であ
る。

■耐エレクトロマイグレーション性の向上エレクトロマ
イグレーションは高密度の電流が流れることにより配線
原子が移動する現象である。この現象により粒界に沿っ
てボイドが発生・成長しそのための断面積減少に伴ない
配線が発熱・断線してしまう。従来ＡＩＬ−５ｉにＣｕ
、Ｔｉ等を加え合金化することにより耐マイグレーショ
ン性を向上させてきた。しかしながら合金化によりエツ
チング工程の複雑化および微細化の困難さの問題が生じ
ている。

耐マイグレーション性は平均配線寿命で評価することが
一般的である。

上記従来法による配線は２５０℃、　　Ｉ　ＸＩＯ’　
Ａ／ｃｍ２の通電試験条件下で、（配線断面積１μｍ２
の場合＞ｌＸ１０２〜１０３時間の平均配線寿命が得ら
れている。これに対して本発明に基づく　Ａｌ１−Ｓｉ
成膜法により得られたＡＩＬ−５ｉ膜は、上記試験によ
り、断面積１μｍ２のの配線で１０’〜１０’時間の平
均配線寿命が得られた。

よって本発明によるとたとえば配線幅０．８μｍのとき
０．３μｍの配線層厚さで充分実用に耐え得る。つまり
配線層厚さを薄くすることができるので配線を設置した
後の半導体表面の凹凸を最小域に抑えることができ、且
つ通常の電流を流す上で高信頼性が得られた。また、非
常に単純なプロセスで可能である。

■コンタクト部のアロイ・ピットの減少配線工程中の熱
ＩＡ埋により、配線材中のＡＩと基体のＳｉが、共晶反
応し、アロイ・ピットと呼ばれる＾１とＳｉの共晶がス
パイク状に基体中に浸入し、その結果浅い接合が破壊さ
れることがある。

その対策として接合深さが０．３μｍ以上の場合は純へ
！以外の材料を用い、接合深さが０．２μＩＩＩ以下の
場合はＴｆ、Ｗ、Ｍｏ系のバリアメタル技術を用いるこ
とが一般的である。

しかしエツチングの複雑さおよびコンタクト抵抗の上昇
等改善すべき点は存在している。本発明によって形成し
たＡ℃−５ｉは、配線工程時の熱処理によっても基体結
晶とのコンタクト部におけるアロイピットの発生が抑え
られ、且つコンタクト性の良好な配線を得ることかでき
る。つまり接合を０．１μｍ程度に浅くした場合もＡ４
−５ｔ材料のみで接合を破壊することなく配線できる。

０表面平滑性の向上（配線のパターニング性向上） 従来、金属薄膜の表面の粗さは配線のバターニング工程
においてマスクと基体用のアライメント工程およびエツ
チング工程において不都合を及ぼしていた。

つまり従来のＡＪ２ＣＶＤ膜の表面には数μ■に及ぶ凹
凸があり表面モルフォロジーが悪く、そのため ｌ）アライメント信号が表面で乱反射を生じ、そのため
９Ｉｔ音レベルが高くなり本来のアライメント信号を識
別でとない。

２）大きな表面凹凸をカバーするため、レジスト膜厚を
大きくとらねばならず１敢細化に反する。

３）表面モルフオロジーが悪いとレジスト内部反射によ
るハレーションが極部的に生じ、レジスト残りが生ずる
。

４）表面モルフォロジーが悪いとその凹凸に準じて配線
エツチング工程で側壁がギザギザになってしまう等の欠
点をもっていた。

本発明によると形成された八ｊ２−５ｉ膜の表面モルフ
オロジーが画期的に改善され、上述の欠点は全て改善さ
れる。

つまり、バターニング工程において露光機の解像性能限
界の線巾においてアライメント精度３σ＝　０．１５μ
ｍが達成できハレーションを起こさず、なめらかな側面
を有する配線が可能となる。

■コンタクトホール、スルーホール内の抵抗およびコン
タクト抵抗の向上 コンタクトホールの大きさが１μｍＸ１μｍ以下と微細
になると、配線工程の熱処理中に配線中のＳｉがコンタ
クトホールの基体上に析出してこれを覆い、配線と素子
との間の抵抗が著しく大きくなる。

本発明によると表面反応によって緻密な膜が形成される
のでＡｎ−５Ｌは２．７〜３．３μΩｃｍの抵抗率を有
することが確認された。また、コンタクト抵抗は０．６
μｇ１ｘＱ、６　μｍの面積においてＳｉ部が１０”ｃ
ｍ−３の不純物を有する場合ｌＸｌ０’″６Ω−ｃｎ＋
”が達成できる。

つまり本発明によると基体と良好なコンタクトが得られ
る。

■配線工程中の熱処理の低温化あるいは廃止が可能であ
る。

以上詳細に説明したように本発明を半導体集積回路の配
線形成方法に適用することにより、従来の７ｌ−５ｔ配
線に比べて格段に、歩止まりを向上させ、低コスト化を
促進することが可能となる。

（実施例１） まずＡｌ１−５ｉ成膜の手順は次の通りである。第１図
に示した装置を用い、排気設備９により、反応管２内を
略々１　ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに排気する。ただし反応
管２内の真空度はＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒより悪くて
もＡｎ−５ｉは成膜する。

Ｓｉウェハな洗浄後、搬送室１０を大気圧に解放しＳｉ
ウェハを搬送室に装填する。搬送室を略々１×１Ｏ−６
Ｔｏｒｒに排気し、その後ゲートバルブ１３を開はウェ
ハをウェハホルダ３に装着する。

ウェハをウェハホルダ３に装着した後、ゲートバルブ１
３を閉じ、反応室２の真空度が略々１×１０−’Ｔｏｒ
ｒになるまで排気する。

本実施例では第１のガスラインからＤＭＡＩＩを供給す
る。ＤＭＡＩ＋ラインのキャリアガスはＨ２を用いた。

第２のガスラインは１１□用、第３のガスラインは５ｉ
２８．用とする。

第２ガスラインから■２を流し、スローリークバルブ８
の開度を調整して反応管２内の圧力を所定の値にする。

本実施例における典型的圧力は略々１．５Ｔｏｒｒとす
る。その後ヒータ４に通電しウェハを加熱する。ウニへ
温度が所定の温度に到達した後、ＤＭＡＨライン、　Ｓ
ｉ、Ｈ，ラインよりＤＭＡＨ，５ｉ２ｅｓを反応管内へ
導入する。全圧は略々１．５　Ｔｏｒｒであり、ＤＭＡ
）１分圧を略々１．５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒとする。

５ｉ２Ｂ、分圧は２　ｘ　１０−’Ｔｏｒｒとする。Ｓ
ｔ２＋１６とＤＭＡ）ｌを反応管２に導入すると＋ｌ！
−５ｉが堆積する。所定の堆積時間が経過した後、ＤＭ
ＡＩ（および５ｊ２１１６の供給を停止する。次にヒー
タ４の加熱を停止し、クエへを冷却する。Ｈ２ガスの供
給を止め反応管内を排気した後、ウェハを搬送室に移送
し、搬送室のみを大気圧にした後ウェハを取り出す。以
上が＾Ｉｔ　−５ｉ成膜手順の概略である。

各基体温度でそれぞれ１０枚の試料に対して前述した手
順に従って 全圧　　　　１．５　Ｔｏｒｒ ＤＭＡ８分圧　　１．５　ｘ　１０−’ＴｏｒｒＳｆ２
Ｈａ分圧　２　Ｘ　ＩＩ）−’Ｔｏｒｒなる条件でへ〇
−５ｉ膜を堆積した。

基体温度を１３水準に変化して堆積したＡｎ−５ｉ膜を
各種の評価方法を用いて評価した。その結果を表１に示
す。

つまり　２００℃〜４００℃の温度範囲においてきわめ
て良質な膜が得られた。

（以下余白） （実施例２） 実施例１と同様の手順で 全圧　　　　　　　１．５　Ｔｏｒｒ ＤＭＡ１１分圧　　　　　　５　ｘ　１０”’Ｔｏｒｒ
基体温度（Ｔｓｕｂ）　　　３００℃ と設定し、ＳｉＪ、分圧を１．５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒ
ｒから１×１０−’Ｔｏｒｒまで変化させて堆積を行フ
た。形成されたへ１ｌ−５ｉ膜中のＳｉ含有量（ｗｔ％
）は０．００５％から５％まで５ｉ２１１６分圧にほぼ
比例して変化した。

抵抗率、炭素含有、平均配線寿命、堆積速度、ヒロック
密度、スパイクの発生に関しては実施例１と同様の結果
が得られた。しかし４％以上のＳｉ含イ、　量を有する
試料は膜中にＳｉと思われる析出物が生じ表面モルフォ
ロジーが悪化し、反射率が６５％以下となった。Ｓｉ含
有量４％未満の試料の反射率は８０〜９５％であり、実
施例１と同様であフた。

（実施例３） まずへｊＺ−５ｉ成膜の手順は次の通りである。排気設
備９により、反応管２内を略々１　ｘ　１Ｏ−８Ｔｏｒ
ｒに排気する。反応管２内の真空度が１　ｘ　１０−’
Ｔｏｒｒよ・り悪くてもＡｊＺ　−５ｉは成膜する。

Ｓｔウェハを洗浄後、搬送室１０を大気圧に解放してＳ
ｔウェハを搬送室に装填する。搬送室を略々１　ｘ　１
０’−’Ｔｏｒｒに排気してその後ゲートバルブ１３を
開はウェハをウェハホルダ３に装着する。

ウェハをウェハホルダ３に装着した後、ゲートバルブ１
３を閉じ反応室２の真空度が略々ｌＸｌ０−８Ｔｏｒｒ
になるまで排気する。

本実施例では第１のガスラインをＤＭＡＩＩ用とする。

ＤＭＡＨラインのキャリアガスは八「を用し）な。第２
ガスラインは■２用である。第３のガスラインは５ｉ２
Ｈ，用とする。

第２ガスラインから■２を流し、スローリークバルブ８
の開度を調整して反応管２内の圧力を所望の値にする。

本実施例における典型的圧力は略々１．５Ｔｏｒｒとす
る。その後ヒータ４に通電しウェハを加熱する。ウェハ
温度が所望の温度に到達した後、ＤＭＡＨライン、　５
１２１１ｇラインよりＤＭＡ）Ｉ、　５ｉ２１１６を反
応管内へ導入する。全圧は略々１．５Ｔｏｒｒであり、
ＤＭＡ１１分圧を略々１．５　ｘ　１０−’Ｔｏｒｒと
する。

５ｉ２Ｉｔ、分圧は２　Ｘ　１Ｏ−５Ｔｏｒｒとする。

５ｉ２Ｈ，とＤＭＡＩ＋を反応管２に導入するとＡｊ！
−５ｔが堆積する。所望の堆積時間が経過した後ＤＭＡ
Ｉ＋および５ｉ２１１．の供給を停止する。次にヒータ
４の加熱を停止し、クエへを冷却する。■２ガスの供給
を止め反応管内を排気した後クエへを搬送室に移送し搬
送室のみを大気圧にした後ウェハを取り出す。以上が八
ＩＩ　−５ｉ成膜の概略である。

このようにして形成された堆積膜は抵抗率、炭素含有率
、平均配線寿命、堆積速度１．ヒロック密度、スパイク
の発生および反射率に関しては実施例１と同様の結果を
得た。

（実施例４） 実施例３と同様の手順で 全圧　　　　　　　１．５　Ｔｏｒｒ ＤＭＡＩ＋分圧　　　　　　５　ｘ　１０””Ｔｏｒｒ
基体温度（Ｔｓｕｂ）　　　３００℃ と設定し、５ｉ２１１．分圧を１．５　Ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒから１×１０−’Ｔｏｒｒまで変化させて堆積を
行った。形成されたへ℃−５ｉ膜中のＳｉ含有量（ＷＥ
％）は０．００５％から５％までＳｉ、ｔｌ、分圧にほ
ぼ比例して変化した。

抵抗率、炭素含有、平均配線寿命、堆積速度、ヒロック
密度、スパイクの発生に関しては実施例１と同様の結果
が得られた。しかし４％以上のＳｉ含有量を有する試料
は膜中にＳｔと思われる析出物が生じ表面モルフォロジ
ーが悪化することで、反射率が６５％以下となった。Ｓ
ｉ含有量４％未満の試料の反射率は８０〜９５％であり
実施例１と同様であった。

（実施例５） Ｓｉ基板を第２図に示した減圧ＣｖＤ装置に入れ、同一
バッヂ内でＡ４−５ｉ膜を成膜した。成膜条件は反応管
圧力０．３Ｔｏｒｒ、ＤＭＡＨ分圧３．ＯＸ　１０−’
Ｔｏｒｒ。

Ｓｉ２Ｈ６分圧１．ＯＸ　１０−’Ｔｏｒｒ、基体温度
３基体温度３戚０ このような条件で成膜した結果、７０００人のＡｌ１　
−５ｔｌｌ！Ｊが堆積した。　ＡＪｌ−５ｉ膜の膜質は
実施例１で示した基体温度３００℃のものと同一の性質
を示し非常に良好であった。

（実施例６） 原料ガスにＭＭＡＩＩ。を用いて、 全圧力　　　　　１．５　Ｔｏｒｒ ＭＭＡＩ＋２分圧　　　５　ｘ　１０−’ＴｏｒｒＳｉ
２Ｉｔ、分圧　　　１．ＯＸ　１Ｏ−５Ｔｏｒｒと設定
し、実施例１と同様の手順で堆積を行なったところ、基
体温度１６０℃から４００℃の温度範囲において、実施
例１と同様に炭素不純物を含まない平坦性、緻密性に優
れたへｊ！−５ｉ薄膜が堆積した。

（実施例７） Ｓｉを含む原料として５ｉ２Ｈ，に替えて５ｉｌ１４を
用いて実施例１と同様に手順で 全圧力　　　　１．５　Ｔｏｒｒ ＤＭＡ１１分圧　　　５　ｘ　１０””ＴｏｒｒＳｉｌ
１４１　ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ と設定し、堆積を行ったところ、基体温度１６０℃から
４００℃の温度範囲において、実施例１と同様に炭素不
純物を含まない平坦性、緻密性に優れたへｊ２−５ｉ薄
膜が堆積した。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、低抵抗、緻密、
かつ平坦なＡｌ１−５ｉ膜を基体上に堆積させることが
できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用可能な堆積膜形成装置の一例を示
す模式図、 第２図は本発明を適用可能な堆積膜形成装置の他の例を
示す模式図である。 ・・・基体、 ・・・反応管、 ・・・基体ホルダ、 ・・・ヒータ、 ・・・混合器、 ・・・気化器、 ・・・ゲートバルブ、 ・・・スローリークバルブ、 ・・・排気ユニット、 ｌＯ・・・搬送室、 １１・・・バルブ、 １２・・・排気ユニット、 ５０・・・石英製外側反応管、 ５１・・・石英製内側反応管、 ５２・・・原料ガス導入口、 ５３・・・ガス排気口、 ５４・・・金属製フランジ、 ５６・・・基体保持具、 ５７・・・基体、 ５８・・・ガスの流れ、 ５９・・・ヒータ部。 手続補正書 平成 １年１１月 ８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ）電子供与性の表面（Ａ）を備えた基体を堆積
   膜形成用の空間に配する工程、 （ｂ）アルキルアルミニウムハイドライドのガスとシリ
   コン原子を含むガスと水素ガスとを前記堆積膜形成用の
   空間に導入する工程、および （ｃ）前記アルキルアルミニウムハイドライドの分解温
   度以上でかつ４５０℃以下の範囲内に前記電子供与性の
   表面（Ａ）の温度を維持し、該電子供与性の表面（Ａ）
   にシリコンを含むアルミニウム膜を形成する工程を有す
   ることを特徴とする堆積膜形成法。 ２）前記アルキルアルミニウムハイドライドがジメチル
   アルミニウムハイドライドであることを特徴とする請求
   項１に記載の堆積膜形成法。 ３）前記アルキルアルミニウムハイドライドがモノメチ
   ルアルミニウムハイドライドであることを特徴とする請
   求項１に記載の堆積膜形成法。