JPH0499179A - 薄膜形成法 - 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］ 本発明は化学気相堆積法を用いた薄膜形成法に関し、特
に半導体基体上への金属薄膜、配線層の形成に適した薄
膜形成法に関する。

［従来の技術］ 従来基板上への薄膜の形成には、抵抗加熱蒸着、電子ビ
ーム蒸着、スパッタ法などの薄膜形成技術が用いられて
いるが、これらの方法では段差部、スルーホール等のス
テップカバレージ性が悪い、形成された薄膜の純度が劣
る、基板もしくは薄膜等に荷電粒子による照射損傷があ
るなど数多くの問題があり、半導体デバイスの超微細化
、高性能化、高信頼性化等にともなって高度化する薄膜
形成に対する要求に対し、従来の技術では充分に応える
ことが困難であった。

一方、化学気相堆積（ＣＶＤ）法は前記問題点を解決す
るための手段として注目されており、薄膜形成技術、特
に金属薄膜形成技術の主流になると予想され、盛んに、
研究開発されており、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤなとの
堆積法は実用化されるなど、目ざましい進歩をとげてい
る。

ＣＶＤ法により、Ｍｏ、　Ｊ　Ａ　Ｒ、ＷＳｉｘ等の金
属材料の堆積が可能であり、多層配線における下層と上
層とのスルーホール配線、基体上の特定個所への選択的
な薄膜堆積、さらには、平坦化技術への応用など、今後
ますますその技術範囲は広がるものと考えられる。

しかしながらＣＶＤ法では、基板全面にわたって均一に
原料となるガスを流れ込まずことが困難である、原料と
なるガスが基板面に到達する前に気相中で反応してしま
う、等の問題点があるために次のような欠点があった。

（１）基板もしくは薄膜からなる下地材料等の被堆積部
材上に大面積にわたって膜厚を均一性に堆積させること
が困難である。

（２）スルーホール等の配線形成時にスルーホールの孔
径の異なりにより堆積速度が異なるローディング効果が
あり、全てのスルーホール中に均一に堆積することが困
難である。

（３）堆積膜の表面の平坦性がよ（ない。

（４）さらに、スルーホール、段差部等において、堆積
膜の厚さが一様でなく、段差切れを生ずることがある。

第７図は従来のＣＶＤ法によって堆積させた金属膜の状
態を示す模式的断面図である。ＳＬ等の半導体基体１の
表面に形成された絶縁膜２１例えば５ｉｎｓには大きさ
の異なる開口部２Ａ、　２Ｂおよび２Ｃが設けられてい
る。各開口部の大きさはそれぞれ１．０　ｐｍ　Ｘｌ、
Ｏμｍ　、　５．０　μｍ　Ｘ５．０　μｍおよび１０
．０μｍＸ１０．０μｍである。このような大きさの異
なる開口部内に堆積されたＡｌ膜３Ａ、　３Ｂおよび３
Ｃはローディング効果によって図示されるように厚さが
異なってしまう。

第８図は従来法による堆積膜の状態を示す他の模式的断
面図で、段差部における堆積状態を示したものである。

半導体基体１上に形成された絶縁膜２に段差部２Ｄがあ
ると、その上に堆積されたＡｊ２膜３は段差部２Ｄ上で
膜厚の薄い個所３Ｄを生じ、段差切れを生じ易い。また
堆積膜の平坦性が悪い。

熱するとともにさらに局所的に加熱しながら薄膜形成材
料を堆積させることを特徴とする。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の化学気相堆積法は、上述した様に、実用上、均一
な性能、高信頼性のあるデバイスの製造が困難であり、
さらにはデバイスの歩留りの低下を招く等の問題があっ
た。

本発明は、この様な従来の問題点を解決するためになさ
れたものであり、大面積にわたって堆積膜厚を均一にす
ることができ、またローディング効果がな（全てのスル
ーホール中に膜厚が均一で、かつ、膜の状態にばらつき
の発生することのない薄膜形成法を提供することを目的
とするものである。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、化学気相
堆積法によって被堆積部材上に薄膜を形成する方法にお
いて、前記被堆積部材の全体な加［作　用］ 本発明においては、ＳＬ基板などの被堆積部材を局所的
に加熱しなからＣＶＤによって堆積を行う。

そのため、堆積膜の膜厚を均一に、がっローディング効
果による膜厚および膜質状態のばらつきのない、均一な
薄膜を形成することができる。

［実施例］ 第１図は本発明の好ましい実施態様例を説明するための
模式的断面図である。

例えばＳｉからなる半導体基体ｌの主面上に絶縁膜２が
形成されており、基体ｌに達する開口部２Ａ、　２Ｂお
よび２Ｃが設けられている。各開口部の大きさは異なっ
ているが、その中に本発明による方法によって堆積され
た金属膜、例えばＡＩ２膜４Ａ。

４Ｂおよび４Ｃの厚さはほぼ等しい。本発明においては
、加熱基体上に化学気相堆積を行うに際し、基体上の堆
積させる部位を局所的に加熱しながら金属膜を堆積させ
る。

第２図はジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡＨ
）と水素を用いたＣＶＤ法によってＡｌを堆積させた時
の堆積速度の堆積温度による変化を開口部の大きさをパ
ラメータとして示したものである。第２図において、直
１１！Ａは開口部の大きさがｌμｌ角、直線Ｂが１０μ
ｍ角である。図示されるように、堆積速度は堆積温度と
共に上昇する。

一方間口部が大きい程、同一条件ではその中への堆積速
度は低い。本発明においては、この様な堆積特性を利用
し、基板の温度を局部的に変化させて、開口部の大きさ
に関らず、堆積膜厚を制御する。

基体全体の加熱には抵抗加熱、ランプ加熱その他公知の
加熱方法を用いることができる。局所的に加熱する手段
としては、レーザーまたは赤外光または電子ビームを使
用することが好ましく、レーザーまたは赤外光において
は基板もしくは、堆積の下地材料の吸収波長と整合の取
れた波長を有するものが好ましい。このようなレーザ光
源として、Ｃ０８レーザー、ＣＯレーザー、ＹＡＧレー
ザ−、ガラスレーザー等の赤外線レーザーおよび半導体
レーザーを用いることができる。

半導体基体ｌとしては、ＳＬ以外に各種化合物半導体を
用いることもできる。

絶縁膜としては、熱酸化Ｓｉ０ｇ膜、　ＣＶＤ法による
Ｓｉ０ｇ膜、　ＳｉＮ膜さらにはＰＳＧ膜、　ＢＳＧ膜
、　ＢＰＳＧ膜等のシリコン酸化膜を用いることもでき
る。

絶縁膜２に設けた開口部は半導体基体ｌに設けられた機
能素子から電極を取り出すためのコンタクトホールであ
ってもよい。

開口部内に堆積させる金属膜としては、Ａρまたは＾β
を主成分とするＡＪ２合金が特に好しい。

ＡｌまたはＡρを主成分とするＡρ合金を堆積させる方
法としては、アルキルアルミニウムハイドライドと水素
とを用いて半導体基体上に＾βを選択的に堆積する方法
が、堆積したＡｌ２の結晶性およびその表面平坦性の面
から好ましく、特にジメルアルミニウムハイドライド（
ＤＭＡＨ）と水素の使用が特に好ましい、Ａｌ２．の堆
積原料ガスとしてはＴＩＢＡ［（ｉｃ４Ｈ９）ｓＡＩ２
］、　ＤＭＡｊ２　　ＣＩ２［（ＣＨ−）−ＡＩＣβ］
　、　ＤＥ　Ａｌ　Ｃβ［（ＣＪｓ）＊　Ａｌ　Ｃρ］
、　ＭＭＡρ［（ＣＨ，）Ｈ，ｌ　］等のガスを使用す
ることもできる。すなわちアルキルアルミニウムを原料
ガスとする通常のＣＶＤ法にも本発明を適用することが
できる。

さらに、本発明は、第１図における絶縁膜２上にＡｌ配
線パターン形成した後、第２の絶縁膜をその上に形成し
、その第２絶縁膜に下層のＡ４に達するスルーホールを
開口してその中にさらにＡｌを堆積し、多層配線を形成
するのにも適用することができる。

Ａρにかえ、Ａρ−３ｔ、　Ａｌ−Ｃｕ等のＡ℃を主成
分とするＡＩ２合金を用いることもできる、Ａｌ２−３
ｉの場合には、ＤＭＡＨと水素に加え、モノシラン、ジ
シラン等を原料ガスとして用いればよい。

東１１肌上 第３図に本発明に用いたＣＶＤ装置の一例を示す。石英
反応管１１内には被堆積基板１２を支持する基板ホルダ
ー１３が設置されている。基板ホルダー１３は図示しな
い制御装置によって制御され、基板を加熱するためのヒ
ーター１４が内蔵されている。

基板ホルダー１３は回転可能とするのがよい０石英反応
管１１の基板１２と対向する側には原料ガス導入口１５
が設けられ、導入されたガス１６は必要に応じてＲＦコ
イル１７によって励起されてプラズマ化される。原料ガ
スは基板表面で反応を起し、金属膜を堆積する。さらに
ＣＯ，レーザーなどの加熱源１８が基板１２と対向して
設けられ、基板上の所定の場所を照射して局部的に加熱
できるように構成されている。一方石英反応管１１は排
気孔１９を介して図示しない排気系によって排気され、
堆積は所定の圧力下で行われる。

被堆積基板１２としては、第１図に示した様な、ＳＬ基
体ｌ上に熱酸化法によってＳｉＯ＊膜２を厚さ１．０μ
■形成し、リングラフィによって大きさがそれぞれ１．
０μ−角、５．０μ−角、　１０．０μ園角の開口部２
Ａ、　２Ｂおよび２Ｃを設けたものを用いた。まず堆積
温度と開口部の大きさによる堆積速度の変化を調べた。

原料ガスとしてはＤＭＡＨと水素とを用い、反応管内圧
力２Ｔｏｒｒ、　ＤＭＡ０分圧を２　Ｘ　１０−”Ｔｏ
ｒｒとしてＣＶＤによりＡρを開口部内に選択的に堆積
させた。被堆積基板１２の温度を約２７０℃〜４１０℃
にわたって変化させて１．０μｍ角の開口部２Ａと１０
．０μ層角の開口部へのＡρの堆積速度を測定した。第
２図がその測定結果である。堆積速度は開口部の大きさ
に関らず基板温度と共に増加する。

より詳しくは堆積速度υと絶対温度で表した基板温度Ｔ
との間にはｌｏｇυＱＣ−１／Ｔの関係が成り立つ。直
線Ａは１．０μ■角の開口部の堆積速度を示し、直線Ｂ
で示される１０，０μｍ角の開口部内の堆積速度度より
大きい。

以上の結果にもとずいて、基体１の温度が２７０℃にな
るように加熱し、さらにＣＯｔレーザーを開口部２Ｃ（
１０μｍ角）にのみ照射してその部分の表面温度が３７
０℃となるようにして上述の条件で５０分間Ａρの堆積
を行った。その結果、開口部２人内の堆積速度は約２０
０人／ｍｉｎ、　２Ｃ内の堆積速度は１９５人／ｗｉｎ
となり、第１図に示す様にほぼ同じ膜厚のＡＩ２．４Ａ
および４Ｃが堆積した。一方レーザーを照射しない開口
部２Ｂ（５μｍ角）内の堆積速度は約８００人／ｌｌ１
ｎであって、堆積された八ρ４Ｂの膜厚は開口部２Ａ、
　２Ｃ内よりやや薄かった。光源を２個以上設け、開口
部内を個別に照射して表面温度を制御すれば一様の膜厚
の堆積を行うことができる。

同様に大口径の基板を用い、従来法では基板全面にわた
って膜厚を均一にできない様な場合でも、基板の温度分
布を制御することによって均一な膜厚の堆積膜を形成す
ることができる。

Ｋ施舅ユ 第４図は本発明の第２の実施例を説明するための模式的
断面図である。

ＳＬ基体１上に熱酸化によって厚さ１ＩＬＩＩｌのＳｉ
ｎ。

膜２を形成し、その一部をエツチングして厚さ０．６μ
ｍの膜２Ｅとした。さらにフォトリソグラフィによって
５ｉｆｔ膜２および２Ｅにそれぞれ１μｍ角の開口部２
Ｆおよび２Ｇを形成した。基体温度を２７０℃とし、開
口部２Ｆ内をレーザー照射してその部分の表面温度が２
９０℃となる様にしてＤＭＡＨと水素を用いたＣＶＤに
よってＡＩ２を選択的に堆積させた。３８分間の堆積に
よって、第４図に示すように、Ａｌ膜５Ａおよび５Ｂに
よって開口部２Ｆおよび２Ｇは埋めつくされた。これは
レーザー照射によって開口部２Ｆ内での堆積速度が開口
部２Ｇ内の堆積速度より大きくなったためである。

第５図は比較のために、従来法による堆積結果を示す模
式的断面図である。

基体温度を２７０℃とし、局部的なレーザー加熱を行わ
ずにｌのＣｖＤ堆積を行うと、第５図に示すように、開
口部２Ｆ、　２Ｇ内の堆積速度は等しい。

３８分間の堆積によって開口部２Ｇ内は八２５Ｂによっ
て満されたが開口部２Ｆ内におけるＡｌ５Ａの堆積は絶
縁膜２の表面に達しなかった。

罠施ｌユ 第６図は本発明のさらに他の実施例を説明するための模
式的断面図である。

ＳＬ基体１上に熱酸化によって厚さ１μｍの５ｉｎｓ膜
２を形成し、フォトリングラフィによって高さ約０．７
μｍの段差２Ｄを形成した。ＳＬ基体１を２７０℃に加
熱しながら、ＳｉＯ□膜の薄い部分２Ｈにレーザー光を
照射して表面温度を約３１５℃とした。　ＤＭＡＨと水
素ガスを原料ガスとして用い、高周波コイル１６によっ
てプラズマを発生させ、プラズマＣＶＤによって段差の
ある絶縁膜上にｌを堆積させた。この時厚い絶縁膜２上
の堆積速度は１６０人／ｗｉｎ、薄い絶縁膜２Ｈ上の堆
積速度は約３１５人／ｆｆ１ｉｎとなり、第６図に示す
ように堆積したＡｌ膜６は段差の存在にも関らず平坦な
表面をもち、膜質は均一であり、段差部で異常を生じな
かった。

［発明の効果Ｊ 以上説明したように、本発明の化学気相堆積法による薄
膜の製造方法は、被堆積部材を局所的に加熱するととも
に、加熱雰囲気中で堆積を行なわせることにより、 （１）堆積する薄膜材料を均一にできる。

（２）ローディング効果のない均一な堆積ができる。

（３）膜質を均一にすることができる。

（４）平坦化が容易にできる。

等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施態様例を説明する模式的
断面図、 第２図は堆積速度と堆積温度および開口部の大きさの関
係を示す特性図、 第３図は本発明に使用するＣＶＤ装置の一例を示す図、 第４図および第５図は本発明の実施例および比較のため
の従来を説明するための模式的断面図、 第６図は本発明の他の実施例を説明するための模式的断
面図、 第７図および第８図は従来法による堆積状態を示す断面
図である。 １・・・基体、 ２・・・絶縁膜、 ２Ａ、　２Ｂ、　２Ｃ，２Ｆ、　２Ｇ・・・開口部、２
Ｄ・・・段差、 ３．３Ａ　３Ｂ、３Ｃ・・・堆積Ａρ、５Ａ、　５Ｂ、
　６・・・堆積１． １１・・・反応槽、 １２・・・被堆積基板、 １３・・・基板ホルダー １４・・・ヒーター １５・・・原料ガス導入口、 １６・・・原料ガス、 １７・・・高周波コイル、 １８・・・レーザー 第１図 ｆｆｉ庄（°Ｃ） １／Ｔ（１／に〕 第２図 第４図 第５図 第６図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）化学気相堆積法によって被堆積部材上に薄膜を形成
   する方法において、前記被堆積部材の全体を加熱すると
   ともにさらに局所的に加熱しながら薄膜形成材料を堆積
   させることを特徴とする薄膜形成法。 ２）前記薄膜としてアルキルアルミニウムハイドライド
   と水素を用いてＡｌを堆積させることを特徴とする請求
   項１に記載の薄膜形成法。 ３）レーザー、赤外線または電子ビームを前記被堆積部
   材に照射して局所的加熱を行うことを特徴とする請求項
   １または２に記載の薄膜形成法。