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JP2721021B2 - Deposition film formation method - Google Patents

Deposition film formation method

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JP2721021B2
JP2721021B2 JP2006560A JP656090A JP2721021B2 JP 2721021 B2 JP2721021 B2 JP 2721021B2 JP 2006560 A JP2006560 A JP 2006560A JP 656090 A JP656090 A JP 656090A JP 2721021 B2 JP2721021 B2 JP 2721021B2
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JP
Japan
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film
deposited
aluminum
deposition
substrate
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宣夫 御子柴
和夫 坪内
一哉 益
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Canon Inc
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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Al堆積膜の形成法に
関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for forming a deposited film, and more particularly to a method for forming an Al deposited film which can be preferably applied to wiring of a semiconductor integrated circuit device or the like.

[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(Al)もしくはAl
−Si等が用いられてきた。ここで、Alは廉価で電気伝導
度が高く、また表面に緻密な酸化膜が形成されるので、
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。
[Prior Art] Conventionally, in an electronic device or an integrated circuit using a semiconductor, electrodes (Al) or Al
-Si and the like have been used. Here, Al is inexpensive and has high electric conductivity, and a dense oxide film is formed on the surface.
It has many advantages such as stabilization by chemically protecting the inside and good adhesion to Si.

ところで、LSI等の集積回路の集積度が増大し、配線
の微細化や多層線化などが近年特に必要とされるように
なってきたため、従来のAl配線に対してこれまでにない
厳しい要求が出されるようになっていきている。集積度
の増加による寸法微細化に伴って、LSI等の表面は酸
化,拡散,薄膜堆積,エッチングなどにより凹凸が激し
くなっている。例えば電極や配線金属は段差のある面上
へ断線なく堆積されたり、径が微小でかつ深いビアホー
ル中へ堆積されなければならない。4Mbitや16MbitのDRA
M(ダイナミックRAM)などでは、Al等の金属を堆積しな
ければならないビアホールのアスペクト比(ビアホール
深さ÷ビアホール直径)は1.0以上であり、ビアホール
直径自体も1μm以下となる。従って、アスペクト比の
大きいビアホールにもAlを堆積できる技術が必要とされ
る。
By the way, the integration degree of integrated circuits such as LSIs has increased, and in recent years, finer wiring and multilayer wiring have become particularly necessary in recent years. It is being issued. Along with miniaturization due to an increase in the degree of integration, the surface of an LSI or the like has become increasingly uneven due to oxidation, diffusion, thin film deposition, etching, and the like. For example, an electrode or a wiring metal must be deposited on a stepped surface without disconnection or deposited in a via hole having a small diameter and a large diameter. 4Mbit and 16Mbit DRA
In an M (dynamic RAM) or the like, the aspect ratio (via hole depth / via hole diameter) of a via hole on which a metal such as Al must be deposited is 1.0 or more, and the via hole diameter itself is 1 μm or less. Therefore, a technique that can deposit Al even in a via hole having a large aspect ratio is required.

特に、SiO2等の絶縁膜の下にあるデバイスに対して確
実な接続を行うためには、成膜というよりむしろデバイ
スのビアホールのみを穴埋めするようにAlあるいはAl−
Siを堆積する必要がある。このためには、Siや金属表面
にのみAlを堆積させ、SiO2などの絶縁膜上には堆積させ
ない方法を要する。
In particular, in order to reliably connect to a device under an insulating film such as SiO 2 , Al or Al—
It is necessary to deposit Si. For this purpose, a method is required in which Al is deposited only on the surface of Si or a metal, but not on an insulating film such as SiO 2 .

このような選択堆積ないし選択成長は従来用いられて
きたスパッタ法では上述の要求に対応できない。
Such selective deposition or selective growth cannot meet the above-mentioned requirements by the conventionally used sputtering method.

例えば基盤にバイアスを印加し、基板表面でのスパッ
タエッチング作用と堆積作用とを利用して、ビアホール
のみにAlまたはAl−Siを埋込むように堆積を行うバイア
ススパッタ法では、荷電粒子損傷による悪影響が生ずる
だけでなく、エッチング作用と堆積作用とが混在するた
め、堆積速度が向上しない。
For example, in a bias sputtering method in which a bias is applied to a substrate and deposition is performed so that Al or Al-Si is buried only in a via hole by using a sputter etching action and a deposition action on a substrate surface, an adverse effect due to charged particle damage is caused. Not only occurs, but also because the etching action and the deposition action are mixed, the deposition rate is not improved.

これとは別に、様々なタイプのCVD(Chemical Vapor
Deposition)法が提案されているが、プラズマCVDや光C
VDでは気相中での反応があるので、基板表面の凹凸に対
する表面被覆性が比較的よい。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たり、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)があったりす
る。
Separately, various types of CVD (Chemical Vapor
Deposition) method has been proposed, but plasma CVD and optical C
Since VD has a reaction in the gas phase, the surface coverage with the unevenness on the substrate surface is relatively good. However, carbon atoms contained in the raw material gas molecules are taken into the film, and in particular, in plasma CVD, damage by charged particles (so-called plasma damage) occurs as in the case of the sputtering method.

そこで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。熱CVD法を用いれば、ビアホール内での堆積が起き
易いと期待できる。
Therefore, since the film grows mainly by the surface reaction on the surface of the base, the surface coverage with irregularities such as steps on the surface is good. If the thermal CVD method is used, it can be expected that deposition in the via hole is likely to occur.

このためAl膜の形成法として熱CVD法が種々研究さ
れ、例えば有機アルミニウムをキャリアガスに分散して
加熱基板上へ輸送し、基板上でガス分子を熱分解して膜
形成するという方法が使われる。例えばJournal of Ele
ctrochemical Society第131巻2175ページ(1984年)に
見られる例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(i−C4HS93Al(TIBA)を用い、成
膜温度260℃,反応管圧力0.5torrで成膜し、3.4μΩ・c
mの膜を形成している。
For this reason, various thermal CVD methods have been studied as a method for forming an Al film.For example, a method in which organic aluminum is dispersed in a carrier gas, transported onto a heated substrate, and a film is formed by thermally decomposing gas molecules on the substrate is used. Will be For example, Journal of Ele
Ctrochemical Society No. 131 Volume 2175 pages triisobutylaluminum as an organic aluminum gas in the example seen in (1984) (i-C 4 HS 9 ) 3 Al using (TIBA), film formation temperature 260 ° C., the tube pressure 0.5torr 3.4μΩ ・ c
m film is formed.

しかしながら、この方法ではAlの表面平坦性が悪く、
しかもビアホール内のAlの緻密なものとならないなど不
適正なものである。
However, this method has poor surface flatness of Al,
In addition, the Al in the via hole is inappropriate, for example, it does not become dense.

特開昭63−33569号公報には有機アルミニウムを基板
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CVD法によるAl
を堆積することができる。この場合にはTIBA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。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を決めて行
くのが難しく、ヒータを置く場所が制限されるなどの問
題点もある。
JP-A-63-33569 describes a method of forming a film by heating organic aluminum in the vicinity of a substrate. In this method, Al is selectively deposited only on the metal or semiconductor surface from which the natural oxide film on the surface has been removed by CVD.
Can be deposited. In this case, a step of removing the native oxide film on the substrate surface is required before introducing TIBA. In addition, it is necessary to heat the gas, and there is a restriction that the heating must be performed near the substrate, and it is difficult to determine how close the substrate must be heated. There are also problems such as location restrictions.

さらには、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
ダブルウォールCVD法によればTIBAを使用しTIBAのガス
温度を基板温度よりも高くする装置が提案されている。
この方法は上記特開昭63−33569号の変形にすぎない。
この方法でも金属や半導体上のみにAlを選択成長させる
ことができるが、ガス温度と基体表面温度との差を精度
よく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。すなわち
これらを制御しようとすると装置が複雑であり、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
きない枚葉処理型とせざるを得ない。しかも決して良質
といえない膜が堆積速度が高々500Å/分の堆積速度で
得られるだけで、量産化に必要なスループットを実現す
ることができない。しかもこの方法による膜といえども
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,Al選択成長の選択性が余り長い時間維持で
きないなど前述した要求を満たすには不十分である。
In addition, on page 75 of the proceedings of the 2nd Symposium of the Electrochemical Society of Japan (July 7, 1989), there is a device that uses TIBA according to the double-wall CVD method to raise the gas temperature of TIBA above the substrate temperature. Proposed.
This method is merely a modification of the above-mentioned JP-A-63-33569.
With this method, Al can be selectively grown only on metals and semiconductors.However, it is not only difficult to accurately control the difference between the gas temperature and the substrate surface temperature, but also if the cylinder and piping are not heated. There is a disadvantage that it does not. That is, if these are to be controlled, the apparatus is complicated, and a single-wafer processing type in which deposition can be performed on only one wafer in one deposition process has to be performed. In addition, a film that cannot be said to be of high quality can be obtained only at a deposition rate of at most 500 ° / min, but the throughput required for mass production cannot be realized. Moreover, even if the film is formed by this method, it is not sufficient to meet the above-mentioned requirements, for example, the film will not be uniform and continuous unless it is thickened to some extent, the flatness of the film is poor, and the selectivity for selective growth of Al cannot be maintained for a long time. .

また、他の有機金属としてトリメチルアルミニウム
(TMA)を用いた場合としては、プラズマや光を用いる
ことによるAl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、スループットを十分向上させるにはまだ改善
すべき余地がある。
In the case where trimethylaluminum (TMA) is used as another organic metal, Al deposition by using plasma or light has been attempted. Since it is a mold-type device, there is still room for improvement to sufficiently improve the throughput.

以上のように、従来の方法ではAlの選択成長を行うこ
とができたとしてもAl膜の平坦性,緻密性に問題があ
り、例えば高集積回路の配線材料として用いるにしても
その電気的特性が良好でない。
As described above, even if selective growth of Al can be performed by the conventional method, there is a problem in the flatness and denseness of the Al film. Is not good.

しかも、最終的に商業的成功を収め得るような高スル
ープットに達し得ないものであった。
In addition, they have not been able to reach high throughputs that can ultimately achieve commercial success.

[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。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in order to provide a highly integrated and high performance semiconductor device at a low cost in the semiconductor technical field where higher integration is desired in recent years. Had much room for improvement.

[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、本発明による堆積膜形
成法は、熱CVD法によりアルミニウムを主成分とする膜
を形成するための堆積膜形成法において、 電子供与性の表面(A)と非電子供与性の表面(B)
を有する基体を堆積膜形成用の空間に配する工程、 アルキルアルミニウムハイドライドのガスと水素ガス
とを前記堆積膜形成用の空間に導入する工程、および 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)を維持し、膜形成の初期において温度を低くその
後高くなるように温度を変化させること、または膜形成
の初期においてアルキルアルミニウムハイドライドの分
圧を低くその後高くなるように分圧を変化させることの
うち、少なくともいずれか一方により、アルミニウムの
堆積速度を変化させてアルミニウム膜を該電子供与性の
表面(A)に選択的に形成する工程を有することを特徴
とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a deposited film forming method according to the present invention includes a method for forming a film containing aluminum as a main component by a thermal CVD method. Surface (A) and non-electron donating surface (B)
Disposing a substrate having a deposited film in a space for forming a deposited film; introducing an alkyl aluminum hydride gas and hydrogen gas into the space for forming a deposited film; and 450 ° C. or higher, which is equal to or higher than the decomposition temperature of the alkyl aluminum hydride. Maintaining the electron donating surface (A) within the following range, and changing the temperature so as to lower the temperature in the early stage of film formation and then increase it, or to reduce the partial pressure of the alkyl aluminum hydride in the early stage of film formation. Changing the partial pressure so as to lower and then increase the pressure to change the deposition rate of aluminum to selectively form an aluminum film on the electron donating surface (A). It is characterized by the following.

さらに本発明による堆積膜形成法は、熱CVD法により
アルミニウムを主成分とする膜を形成するための堆積膜
形成法において、 電子供与性の表面(A)と非電子供与性の表面(B)
を有する基体を堆積膜形成用の空間に配する工程、 アルキルアルミニウムハイドライドのガスとSiを含む
ガスおよび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 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)を維持し、膜形成の初期において温度を低くその
後高くなるように温度を変化させること、または膜形成
の初期においてアルキルアルミニウムハイドライドの分
圧を低くその後高くなるように分圧を変化させることの
うち、少なくともいずれか一方により、シリコンを含む
アルミニウムの堆積速度を変化させてシリコンを含むア
ルミニウム膜を該電子供与性の表面(A)に選択的に形
成する工程を有することを特徴とする。
Further, the method for forming a deposited film according to the present invention is a method for forming a film containing aluminum as a main component by a thermal CVD method, wherein an electron donating surface (A) and a non-electron donating surface (B) are used.
Disposing a substrate having a deposited film in a space for forming a deposited film; introducing a gas of alkyl aluminum hydride, a gas containing Si and a hydrogen gas into the space for forming a deposited film; and a decomposition temperature of the alkyl aluminum hydride. Maintaining the electron donating surface (A) within the range of not less than 450 ° C. and lowering the temperature in the early stage of film formation and changing the temperature so as to increase it later, or alkyl aluminum in the early stage of film formation. At least one of changing the partial pressure of the hydride to lower and then increase the partial pressure of the hydride changes the deposition rate of aluminum containing silicon to change the silicon-containing aluminum film to the electron donating surface ( A) is characterized in that it has a step of selectively forming it.

[作用] 本発明においては、電子供与性の表面(A)と非電子
供与性の表面(B)とを有する基体上にアルキルアルミ
ニウムハイドライドのガス,またはアルキルアルミニウ
ムハイドライドのガスとシリコンを含むガスとを供給し
て、電子供与性の表面(A)上にのみAlまたはAl−Si膜
を形成し、しかも膜形成時にAlの堆積速度を変化させ
る。そのために、緻密なAlまたはAl−Si膜を基体上の電
子供与性の表面(A)上にのみ、高速に形成することが
できる。
[Action] In the present invention, a gas of alkyl aluminum hydride or a gas of alkyl aluminum hydride and a gas containing silicon are provided on a substrate having an electron donating surface (A) and a non-electron donating surface (B). To form an Al or Al—Si film only on the electron donating surface (A), and change the deposition rate of Al during film formation. Therefore, a dense Al or Al-Si film can be formed at a high speed only on the electron-donating surface (A) on the substrate.

[実施例] まず、有機金属を用いた堆積膜形成方法について概設
する。
Example First, a method for forming a deposited film using an organic metal will be outlined.

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。
The decomposition reaction of organometallics and, consequently, the deposition reaction of thin films depend on the type of metal atom, the type of alkyl bonded to the metal atom,
It changes greatly depending on the conditions such as the means for causing the decomposition reaction and the atmospheric gas.

例えば、M−R3(M:III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−CH3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C2H4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Al−C2H5結合の切断されるラジカル分解
である。しかしiC4H9の結合したイソトリブチルアルミ
ニウム はβ離脱する。
For example, in the case of M—R 3 (M: Group III metal, R: alkyl group), trimethylgallium Is the thermal decomposition is radical cleavage to be cut of the Ga-CH 3 bond, triethyl gallium Is due to β-elimination in thermal decomposition And C 2 H 4 . Also, triethyl aluminum with the same ethyl group Is a radical decomposition in which the Al—C 2 H 5 bond is broken in the thermal decomposition. But iC 4 H 9 bound isotributyl aluminum Leaves β.

CH3基とAlとからなるトリメチルアルミニウム(TMA)
は、室温で二量体構造 を有しており、熱分解はAl−CH3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H2と反応し
てCH4を生じ、最終的にAlを生成する。しかし略々300℃
以上の高温では、雰囲気にH2が存在してもCH3基がTMA分
子からHを引抜き、最終的にAl−C化合物が生ずる。
Trimethylaluminum comprising a CH 3 group and Al (TMA)
Has a dimeric structure at room temperature The thermal decomposition is a radical decomposition in which the Al—CH 3 group is cleaved, and reacts with the atmosphere H 2 at a low temperature of 150 ° C. or lower to generate CH 4 , and finally generates Al. But almost 300 ℃
At the above high temperature, even if H 2 is present in the atmosphere, the CH 3 group extracts H from the TMA molecule, and finally an Al—C compound is generated.

また、TMAの場合、光もしくはH2雰囲気高周波(略々1
3.56MHz)プラズマにおいて電力のある制限された領域
においては、2つのAl間の橋掛CH3のカップリングによ
りC2H6が生ずる。
In the case of TMA, light or H 2 atmosphere high frequency (approximately 1
In restricted areas of power at 3.56MHz) plasma, C 2 H 6 are generated by the coupling of the crosslinking CH 3 between two Al.

要は、最も単純なアルキル基であるCH3基,C2H5基ま
たはiC4H9基とAl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 からAl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、Al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、商業レベ
ルの超LSIプロセスに用いることが難しい。
In short, even for the simplest alkyl groups CH 3 , C 2 H 5 or iC 4 H 9 and organometallics consisting of Al or Ga, the reaction mode depends on the type of alkyl group, the type of metal atom, and the type of excitation. Since it depends on the decomposition means, in order to deposit metal atoms from an organometallic on a desired substrate, the decomposition reaction must be very strictly controlled. For example, triisobutylaluminum When depositing Al from
In the CVD method, irregularities on the order of μm are generated on the surface, and the surface morphology is inferior. In addition, hillocks are generated by heat treatment, Si surface roughness is caused by Si diffusion at the interface between Al and Si, and migration resistance is inferior, so that it is difficult to use it for a commercial-level VLSI process.

以上詳述したように、有機金属の化学的性質が金属元
素に付く有機置換基の種類・組み合わせにより大きく変
わるという一般的性質により、有機金属を用いたCVD法
では、その堆積膜形成条件の設定が複雑なものとなる。
As described in detail above, the general property that the chemical properties of an organic metal greatly changes depending on the type and combination of organic substituents attached to a metal element. Becomes complicated.

しかも、これを例えば4Mbit以上のDRAMのような高集
積回路に適用させるとすると、膜形成条件設定が少し変
化しただけで全く使用不可能な堆積膜(配線)となって
しまう。
Moreover, if this is applied to a highly integrated circuit such as a DRAM of 4 Mbit or more, a deposited film (wiring) which cannot be used at all even if the film forming condition setting is slightly changed.

そうすると、極めて良質の堆積膜を形成し得ることは
言うまでもないが、その膜形成条件についても装置が複
雑となるような極めて限られたものではなく、比較的汎
用性のある範囲をとり得るような堆積膜形成法でなけれ
ばならない。
Then, it goes without saying that an extremely high-quality deposited film can be formed. However, the film forming conditions are not extremely limited so as to complicate the apparatus, and can take a relatively versatile range. It must be a deposited film formation method.

そこで、本発明者等は高集積回路に適用し得る水準を
越える条件を見い出すことを目標に多くの有機金属を準
備し、また、反応ガス,キャリアガス,基板温度,ガス
の反応状態等を数多くの実験を行い検討した。
Accordingly, the present inventors have prepared a large number of organic metals with the aim of finding conditions exceeding the level applicable to highly integrated circuits, and have prepared a large number of reaction gases, carrier gases, substrate temperatures, gas reaction states, and the like. The experiment was conducted and examined.

その結果汎用性の高い膜形成条件を提供できるパラメ
ータとして、アルキルアルミニウムハイドライドを原料
ガスとして使用することに着目した。そして、さらに検
討を重ねた結果高集積回路に適用し得る好適な膜形成条
件は以下の通りであることを見い出した。
As a result, we focused on using alkylaluminum hydride as a source gas as a parameter that can provide highly versatile film forming conditions. As a result of further study, it was found that suitable film forming conditions applicable to highly integrated circuits are as follows.

原料ガスとしてアルキルアルミハイドライド,反応ガ
スとしてH2,基体として電子供与性の表面(A)と非電
子供与性の表面(B)とを有する基体,基体温度として
電子供与性表面(A)の温度が、アルキルアルミハイド
ライドの分解温度以上且つ450℃以下。このような膜形
成原料によれば、まず第1にビアホールへ表面平坦性お
よび緻密性に優れたAlを堆積させることができる。
Alkali aluminum hydride as a source gas, H 2 as a reaction gas, a substrate having an electron donating surface (A) and a non-electron donating surface (B) as a substrate, and the temperature of the electron donating surface (A) as a substrate temperature But above the decomposition temperature of alkyl aluminum hydride and below 450 ° C. According to such a film forming material, firstly, Al having excellent surface flatness and denseness can be deposited in a via hole.

例えば本発明におけるアルキルアルミニウムハイドラ
イドとしてのジメチルアルミニウムハイドライドDMAH
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Al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Al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〜10μΩ・cmとバルク値(2.7μΩ・cm)より大き
く、膜質の劣るものであった。
For example, dimethyl aluminum hydride DMAH as the alkyl aluminum hydride in the present invention
Is a substance known as an alkyl metal.However, what kind of reaction film forms an Al thin film cannot be predicted without forming a deposited film under all conditions. Was. For example, in the case where Al is deposited by photo-CVD using DMAH, the surface morphology is inferior, the resistance value is several μΩ to 10 μΩ · cm, which is larger than the bulk value (2.7 μΩ · cm), and the film quality is inferior.

これに対して本発明においては、導電性堆積膜として
良質のAlあるいはAl−Si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。
On the other hand, in the present invention, a CVD method is used to selectively deposit a high-quality Al or Al-Si film as a conductive deposition film on a substrate.

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(MMAH2と、かつ反応ガスとしてH2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Al膜を形成す
る。あるいは、これにSiを含むガスを使用し選択的にAl
−Si膜を形成する。
That is, dimethyl aluminum hydride (DMAH) which is an organic metal is used as a source gas containing at least one atom serving as a constituent element of a deposited film. Or monomethyl aluminum hydride (MMAH 2 ) And using H 2 as a reaction gas, and selectively forming an Al film on the substrate by vapor phase growth using a mixed gas thereof. Alternatively, using a gas containing Si
Forming a Si film;

本発明の適用可能な基体は、、Al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、Al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。
A substrate applicable to the present invention has a first substrate surface material for forming a surface on which Al is deposited and a second substrate surface material for forming a surface on which Al is not deposited. . As the first substrate surface material, a material having an electron donating property is used.

この電子供与性について以下詳細に説明する。 This electron donating property will be described in detail below.

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、もしくは自由電子を意図的に生成せしめたかした
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。
An electron donating material is a material in which free electrons are present in a substrate or whether free electrons are intentionally generated. For example, a chemical reaction occurs when electrons are exchanged with a source gas molecule attached to a substrate surface. A material having a surface that is promoted. For example, metals and semiconductors generally correspond to this. Also included are those in which a thin oxide film exists on a metal or semiconductor surface. This is because a chemical reaction occurs between the substrate and the attached raw material molecules by electron transfer.

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族元素としてのGa,In,Alと
V族元素としてのP,As,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、ある
いは金属,合金,シリサイド等であり、例えばタングス
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,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
ド等である。
Specifically, semiconductors such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon, and binary systems composed of a combination of Ga, In, Al as a group III element and P, As, N as a group V element Or a ternary or quaternary III-V compound semiconductor, or a metal, alloy, silicide, etc., such as tungsten, molybdenum, tantalum, tungsten silicide, titanium silicide, aluminum, aluminum silicon, titanium aluminum, titanium nitride,
Copper, aluminum silicon copper, aluminum palladium, titanium, molybdenum silicide, tantalum silicide and the like.

これに対して、AlあるいはAl−Siが選択的に堆積しな
い表面を形成する材料、すなわち非電子供与性材料とし
ては、熱酸化,CVD等による酸化シリコン,BSG,PSG,BPSG
等のガラスまたは酸化膜、熱窒化膜,プラズマCVD,減圧
CVD,ECR−CVD法等によるシリコン窒化膜等である。
On the other hand, as a material forming a surface on which Al or Al-Si is not selectively deposited, that is, as a non-electron donating material, silicon oxide by thermal oxidation, CVD, etc., BSG, PSG, BPSG
Glass or oxide film, thermal nitride film, plasma CVD, decompression etc.
It is a silicon nitride film by CVD, ECR-CVD or the like.

このような構成の基体に対して、Alは原料ガスとH2
の反応系において単純な熱反応のみで堆積する。例えば
DMAHとH2との反応系における熱反応は基本的に と考えられる。DMAHは室温で二量体構造をとっている。
MMAH2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AlあるいはAl−Siが堆積可能である。
Relative to the substrate in such a configuration, Al is deposited only in the simple thermal reaction in the reaction system of the source gas and H 2. For example
Thermal reaction in the reaction system between DMAH and H 2 are essentially it is conceivable that. DMAH has a dimeric structure at room temperature.
As shown in the following examples, high quality Al or Al—Si can be deposited by MMAH 2 by a thermal reaction.

MMAH2は蒸気圧が室温で0.01〜0.1Torrと低いために多
量の原料輸送が比較的難しく、堆積速度は数百Å/分が
前述した要求を満す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1TorrであるDMAHを使用すること
が最も望ましい。
Since MMAH 2 has a low vapor pressure of 0.01 to 0.1 Torr at room temperature, it is relatively difficult to transport a large amount of raw material, and the deposition rate is an upper limit in the present invention satisfying the above-mentioned requirement of several hundred Å / min. Most preferably, DMAH with a vapor pressure of 1 Torr at room temperature is used.

第1図(a)〜(e)は本発明によるビアホール内の
AlあるいはAl−Si膜の選択成長の様子を示す。
FIGS. 1 (a) to 1 (e) show the inside of a via hole according to the present invention.
The state of selective growth of an Al or Al-Si film is shown.

第1図(a)は本発明によるAl堆積膜形成前の基体の
断面を模式的に示す図である。90は電子供与性材料から
なる基板、91は非電子供与性材料からなる薄膜である。
FIG. 1 (a) is a diagram schematically showing a cross section of a substrate before forming an Al deposited film according to the present invention. 90 is a substrate made of an electron donating material, and 91 is a thin film made of a non-electron donating material.

原料ガスとしてのDMAH,Si2H6および反応ガスとしての
H2を含んだ混合気体を第1の堆積条件で加熱された基体
1上に供給されると、基体90上にAl−Siが析出し、第1
図(b)に示すようにAl−Siの連続膜が形成される。
DMAH, Si 2 H 6 as raw material gas and reactive gas
When the mixed gas containing H 2 is supplied onto the substrate 1 heated under the first deposition condition, Al—Si is deposited on the substrate 90 and the first
An Al-Si continuous film is formed as shown in FIG.

次いで、第2の堆積条件でAl−Siの堆積を続けると、
第1図(c)の状態を経て、第1図(d)に示すよう
に、Al−Si膜は薄膜91の最上部のレベルにまで成長す
る。さらに同じ条件で成長させると、第1図(e)に示
すように、Al−Si膜は横方向にはほとんど成長すること
なしに、5000Åにまで成長可能である。これは、本発明
による堆積膜の最も特徴的な点であり、如何に良質の膜
を良好な選択性の下に形成可能であるかが理解できよ
う。
Next, when the deposition of Al-Si is continued under the second deposition condition,
After the state shown in FIG. 1 (c), the Al-Si film grows to the uppermost level of the thin film 91 as shown in FIG. 1 (d). Further, when grown under the same conditions, as shown in FIG. 1 (e), the Al-Si film can grow up to 5000 ° with almost no lateral growth. This is the most characteristic point of the deposited film according to the present invention, and it can be understood how a good quality film can be formed with good selectivity.

そしてオージュ電子分光法や光電子分光法による分析
の結果、この膜には炭素や酸素のような不純物の混入が
認められない。
As a result of analysis by Auger electron spectroscopy or photoelectron spectroscopy, contamination of impurities such as carbon and oxygen is not recognized in this film.

このようにして形成された堆積膜の抵抗率は、膜厚40
0Åでは室温で2.7〜3.0μΩ・cmとAlバルクの抵抗率と
ほぼ等しく、連続かつ平坦な膜となる。また、膜厚1μ
mであっても、その抵抗率はやはり室温で略々2.7〜3.0
μΩ・cmとなり、厚膜でも十分に緻密な膜厚が形成され
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実効的に高速堆積させるこ
とができる。
The resistivity of the deposited film thus formed has a thickness of 40
At 0 °, the resistivity is 2.7 to 3.0 μΩ · cm at room temperature, which is almost equal to the resistivity of the Al bulk, and is a continuous and flat film. In addition, film thickness 1μ
m, the resistivity is still approximately 2.7 to 3.0 at room temperature.
μΩ · cm, and a sufficiently dense film can be formed even with a thick film. The reflectance in the visible light wavelength region is also approximately 80%,
A thin film having excellent surface flatness can be effectively deposited at a high speed.

以上詳述したように、本発明では、 アルキルアルミハイドライドのガスと水素ガスとの混合
気体雰囲気中で、電子供与性の表面(A)をアルキルア
ルミハイドライドの分解温度以上450℃以下の温度に維
持し、電子供与性の表面(A)上に選択的にAlを堆積さ
せること、あるいは、上記混合気体雰囲気としてさらに
Siを含むガスを付加したものを用いて選択的にAl−Siを
堆積させることを見い出したことに加え、AlあるいはAl
−Si膜の形成において高スループット化を計るために、
堆積膜形成時に、低堆積速度から高堆積速度へと移行さ
せる。こうすることにより膜質を劣下させることなく高
スループット化が達成し得る。
As described above in detail, in the present invention, the electron donating surface (A) is maintained at a temperature of not lower than the decomposition temperature of alkyl aluminum hydride and not higher than 450 ° C. in a mixed gas atmosphere of alkyl aluminum hydride gas and hydrogen gas. And selectively depositing Al on the electron donating surface (A), or as the above mixed gas atmosphere.
In addition to finding that Al-Si is selectively deposited by using a gas containing Si, in addition to Al or Al
-In order to increase the throughput in forming the Si film,
During the formation of the deposited film, the deposition rate is shifted from a low deposition rate to a high deposition rate. By doing so, high throughput can be achieved without deteriorating the film quality.

第2図はAlあるいはAl−Siが堆積可能な堆積膜形成装
置を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing a deposited film forming apparatus capable of depositing Al or Al-Si.

ここで、1はAl−Si膜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膜形成
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、金属製であってもよい。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。そしてヒータ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。
Here, 1 is a substrate for forming an Al-Si film.
The substrate 1 is placed on a substrate holder 3 provided inside a reaction tube 2 for forming a space for forming a deposited film which is substantially closed with respect to FIG. Quartz is preferred as a material constituting the reaction tube 2, but it may be made of metal. In this case, it is desirable to cool the reaction tube. The base holder 3 is made of metal, and is provided with a heater 4 so as to heat the mounted base. The temperature of the substrate can be controlled by controlling the heat generation temperature of the heater 4.

ガスの供給系は以下のように構成されている。 The gas supply system is configured as follows.

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。
Reference numeral 5 denotes a gas mixer, which mixes the first source gas, the second source gas, and the reaction gas and supplies them to the reaction tube 2. Reference numeral 6 denotes a source gas vaporizer provided for vaporizing an organic metal as a first source gas.

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内でキャリアガスを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。
Since the organic metal used in the present invention is in a liquid state at room temperature, the carrier gas passes through the organic metal liquid into saturated vapor in the vaporizer 6 and is introduced into the mixer 5.

排気系は以下のように構成される。 The exhaust system is configured as follows.

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。
Reference numeral 7 denotes a gate valve which is opened when exhausting a large amount of gas, such as when exhausting the inside of the reaction tube 2 before forming a deposited film.
Reference numeral 8 denotes a slow leak valve, which is used when a small volume of gas is exhausted, for example, when adjusting the pressure inside the reaction tube 2 when forming a deposited film. Reference numeral 9 denotes an exhaust unit, which includes an exhaust pump such as a turbo molecular pump.

基体1の搬送系は以下のように構成される。 The transport system for the base 1 is configured as follows.

10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。
Reference numeral 10 denotes a substrate transfer chamber capable of housing a substrate before and after forming a deposited film, and is evacuated by opening a valve 11.
Reference numeral 12 denotes an exhaust unit for exhausting the transfer chamber, which is constituted by an exhaust pump such as a turbo molecular pump.

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。
The valve 13 is opened only when the substrate 1 is transferred between the reaction chamber and the transfer space.

第2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DMAHに対しキャリアガスとしてのH2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DM
AHを生成し、これを混合器5に輸送する。反応ガスとし
てのH2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。
As shown in FIG. 2, in a gas generation chamber 6 for generating a first raw material gas, H 2 or Ar (or other non-magnetic) as a carrier gas is supplied to a liquid DMAH maintained at room temperature. Bubbling with active gas) and gaseous DM
AH is produced and transported to the mixer 5. H 2 as a reaction gas is transported to the mixer 5 from another route. The flow rate of each gas is adjusted so that its partial pressure becomes a desired value.

第1の原料ガスとしては、MMAH2でもよいが、蒸気圧
が室温で1Torrとなるのに十分なDMAHが最も好ましい。
また、DMAHとMMAH2を混合させて用いてもよい。
MMAH 2 may be used as the first source gas, but DMAH sufficient for the vapor pressure to be 1 Torr at room temperature is most preferable.
It may also be used by mixing DMAH and MMAH 2.

また、Al−Si膜を形成する際の第2の原料ガスとして
のSiを含むガスとしては、Si2H6,SiH4,Si3H8,Si(C
H34,SiC l4,SiH2Cl2,SiH3Cl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Si2H6
最も望ましい。H2またはArで希釈されたSi2H6等のガス
は、DMAH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。
The gas containing Si as the second source gas when forming the Al—Si film includes Si 2 H 6 , SiH 4 , Si 3 H 8 , Si (C
H 3 ) 4 , SiCl 4 , SiH 2 Cl 2 , and SiH 3 Cl can be used. In particular, Si 2 H 6 which is easily decomposed at a low temperature of 200 to 300 ° C. is most preferable. A gas such as Si 2 H 6 diluted with H 2 or Ar is transported to the mixer 5 from a separate system from the DMAH and supplied to the reaction tube 2.

第2図の装置を用いると、 全圧力 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10-4Torr Si分圧 2.0×10-6Torr 基体温度 160℃−450℃ の条件下でAi−Si膜を電子供与性材料表面上のみに選択
的に堆積することができる。400Åの膜厚であっても連
続、かつ抵抗率もAlのバルク値にほぼ等しい2.7−3.0μ
Ω・cmである。基体温度270℃−350℃の時、堆積速度は
100−800Å/分であり、高速堆積のためには、堆積速度
をより大きくする必要がある。
When the apparatus shown in FIG. 2 is used, a total pressure of 1.5 Torr DMAH partial pressure 1.5 × 10 -4 Torr Si partial pressure 2.0 × 10 -6 Torr Ai-Si film is made electron-donating under a substrate temperature of 160 ° C. to 450 ° C. It can be selectively deposited only on the material surface. Even if the film thickness is 400mm, it is continuous, and the resistivity is 2.7-3.0μ which is almost equal to the bulk value of Al.
Ω · cm. When the substrate temperature is 270 ° C-350 ° C, the deposition rate is
It is 100-800 ° / min, and higher deposition rates require higher deposition rates.

高速堆積を実現する為には基体温度を高くし、またDM
AH分圧を高くすることが考えられる。例えば、基体温度
330℃、DMAH分圧10-2〜10-3Torrにして0.2〜0.5μm/分
の堆積速度を実現することができる。しかし、堆積速度
が大きすぎると表面平坦性の劣った表面になってしま
う。例えば、反射率は、10〜30%程度のAlあるいはAl−
Si膜になってしまう。このように、表面平坦性の劣った
膜になってしまうのは、高温において金属原子、もしく
は、分子の表面マイグレーションが大きいため、あるい
特定核のみで堆積が進行し、膜厚になる際に表面平坦性
が劣化してしまう為と考えられる。すなわち、堆積初期
において表面平坦性の劣った膜が形成されてしまいこれ
が後まで悪影響を及ぼすことが最も大きな理由である。
To achieve high-speed deposition, raise the substrate temperature,
It is conceivable to increase the AH partial pressure. For example, substrate temperature
A deposition rate of 0.2 to 0.5 μm / min can be realized at 330 ° C. and a DMAH partial pressure of 10 −2 to 10 −3 Torr. However, if the deposition rate is too high, the surface will have poor surface flatness. For example, the reflectance is about 10 to 30% of Al or Al-
It becomes a Si film. As described above, a film having poor surface flatness is caused by a large surface migration of metal atoms or molecules at a high temperature. It is considered that the surface flatness is deteriorated. That is, the most important reason is that a film having poor surface flatness is formed in the initial stage of the deposition, and this has an adverse effect until later.

本発明では、低堆積速度から高堆積速度へと堆積膜形
成時に移行させる手段として、例えば堆積中に基体温
度、原料ガス分圧を変化させる手法を用いて、実質的に
高堆積速度で、かつ高品質、平坦性の優れたAlあるいは
Al−Si堆積膜を得る方法を提供する。
In the present invention, as a means for shifting from a low deposition rate to a high deposition rate at the time of deposition film formation, for example, using a method of changing the substrate temperature during deposition, the source gas partial pressure, at a substantially high deposition rate, and Al or high quality, excellent flatness
A method for obtaining an Al-Si deposited film is provided.

こうすることで実質的に高堆積速度をもち、かつ、高
品質平坦な堆積膜を得ることができる。
In this way, a high-quality flat deposition film having a substantially high deposition rate can be obtained.

本発明に係る表面化学反応による堆積膜形成では、低
基体温度,低原料ガス分圧下の低堆積速度の条件の方
が、反応管からの汚染がなければ薄膜でも連続かつ高品
質の膜になると言われている。
In the formation of a deposited film by the surface chemical reaction according to the present invention, the condition of low substrate temperature and low deposition rate under low source gas partial pressure can be considered as a continuous and high quality film even if it is a thin film without contamination from the reaction tube. It is said.

本発明者等の知見によれば、良質のAlあるいはAl−Si
の堆積膜が良好な選択性のもとに、形成されるのは基体
温度160〜450℃より好ましくは270℃〜350℃である。
According to the findings of the present inventors, good quality Al or Al-Si
The substrate is formed at a substrate temperature of 160 to 450 ° C., preferably 270 to 350 ° C., with good selectivity.

そこで、本発明における第1の堆積工程、すなわち低
堆積速度による堆積膜形成工程としては、 全圧力10-3〜760Torr好ましくは5×10-2〜5Torrにお
いて、基体温度は、270〜350℃、好ましくは270〜300
℃、DMAH分圧は、全圧力の1.3×10-5〜1.3×10-3倍、好
ましくは1.3×10-5〜1.3×10-4倍という条件より適宜選
択されるものであり、連続膜が形成されるものであれば
よい。また、本発明における第2の堆積工程、すなわち
高堆積速度による堆積膜形成工程としては、 全圧力10-3〜760Torr好ましくは5×10-2〜5Torrにお
いて、基板温度は、270〜350℃、好ましくは300〜350
℃、DMAH分圧は全圧力の1.3×10-5〜1.3×10-3倍とす
る。
Therefore, the first deposition step in the present invention, that is, the deposition film formation step at a low deposition rate, is performed at a total pressure of 10 −3 to 760 Torr, preferably 5 × 10 −2 to 5 Torr, a substrate temperature of 270 to 350 ° C. Preferably 270-300
° C., DMAH partial pressure, 1.3 × 10 -5 ~ 1.3 × 10 -3 times the total pressure, preferably appropriately selected from the conditions of 1.3 × 10 -5 ~ 1.3 × 10 -4 times, continuous membrane What is necessary is just what is formed. In the second deposition step of the present invention, that is, as a deposition film formation step at a high deposition rate, the substrate temperature is 270 to 350 ° C. at a total pressure of 10 −3 to 760 Torr, preferably 5 × 10 −2 to 5 Torr. Preferably 300-350
° C, DMAH partial pressure shall be 1.3 × 10 -5 to 1.3 × 10 -3 times the total pressure.

基体温度を上昇させるのに、ヒータのみを用いるので
はなく、ウェハ表面にWランプやXeランプを照射して、
急速に基体温度を上昇させても良い。ランプによる加熱
は、急速に基体温度を上昇させるのに有効ではあるが、
窓を設ける等装置が複雑になるので、基体加熱に用いて
いるヒータを用いて基体温度を上昇させる方がより望ま
しい。
To raise the substrate temperature, instead of using only a heater, irradiate the wafer surface with a W lamp or Xe lamp,
The substrate temperature may be raised rapidly. Heating with a lamp is effective in rapidly raising the substrate temperature,
Since a device such as a window is complicated, it is more desirable to raise the substrate temperature using a heater used for heating the substrate.

好ましくは1.3×10-4〜1.3×10-3倍という条件より適
宜選択され、かつ前記第1の堆積工程における堆積速度
より高い堆積速度で堆積膜が形成されるものであれば良
い。例えば同一全圧力のもとに、基体温度を一定としDM
AHの分圧を上げて行ってもよいし、DMAHの分圧一定で基
体温度を上げるものであってもよい。勿論同一の全圧力
のもと基体温度と分圧の両方を上げてもよい。
Preferably, it is appropriately selected from the conditions of 1.3 × 10 −4 to 1.3 × 10 −3 times, and it is sufficient that a deposited film is formed at a deposition rate higher than the deposition rate in the first deposition step. For example, under the same total pressure, the substrate temperature is fixed and DM
The temperature may be increased by increasing the partial pressure of AH, or the substrate temperature may be increased while the partial pressure of DMAH is constant. Of course, both the substrate temperature and the partial pressure may be increased under the same total pressure.

具体的には第1の堆積工程を前記圧力条件のもとで基
体温度270〜300℃の範囲内で100〜200Åの連続膜を堆積
させ、その後基体温度を300〜350℃として堆積速度を例
えば0.1〜1μm/minに上げて形成することが好ましい。
こうして形成された堆積膜は表面マイグレーションが抑
制され良質の膜となる。
Specifically, the first deposition step is to deposit a continuous film of 100 to 200 ° C. in the range of the substrate temperature of 270 to 300 ° C. under the above-mentioned pressure conditions, and then set the substrate temperature to 300 to 350 ° C. and set the deposition rate to It is preferable to increase the thickness to 0.1 to 1 μm / min.
The deposited film thus formed is a good quality film with surface migration suppressed.

上記のように堆積条件を変化させると、第1の堆積条
件で1〜5分の堆積時間で100〜200Åの連続平坦かつ高
品質膜が形成され、愛2の堆積条件では、すでに連続か
つ平坦なAl(またはAl−Si)が形成されているので、0.
1〜1μm/分の高堆積速度で、Al(またはAl−Si)を堆
積させても、平坦かつ高品質の薄膜を形成することがで
きる。
When the deposition conditions are changed as described above, a continuous flat and high-quality film of 100 to 200 ° is formed under the first deposition condition in a deposition time of 1 to 5 minutes, and under the deposition conditions of I2, the film is already continuous and flat. Al (or Al-Si) is formed.
Even when Al (or Al-Si) is deposited at a high deposition rate of 1 to 1 μm / min, a flat and high-quality thin film can be formed.

第1の条件で1〜5分堆積し、第2の条件で1〜3分
の堆積時間で1μm厚のAl膜を十分形成可能である。
An Al film having a thickness of 1 μm can be sufficiently formed with a deposition time of 1 to 5 minutes under the first condition and a deposition time of 1 to 3 minutes under the second condition.

第2図示の装置では、1回の堆積において1枚の基体
にしかAl−Siを堆積することができない。
In the apparatus shown in FIG. 2, Al-Si can be deposited on only one substrate in one deposition.

本発明による手法は、多数枚の減圧CVD装置において
も適用可能である。本発明によるAl−Si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D
MAHとH2およびSi2H6等のSi原料ガスとを添加することに
よりSiを0.5〜2.0%を含むAl−Siを高速堆積させること
ができる。
The method according to the present invention is applicable to a large number of low-pressure CVD apparatuses. Since the Al-Si deposition according to the present invention uses a surface reaction on the surface of the heated electron donating substrate, if the substrate is heated only by a hot wall type reduced pressure CVD method, D
The Al-Si containing 0.5 to 2.0% of Si by adding a Si source gas such as MAH and H 2 and Si 2 H 6 can be rotated at a high deposition.

減圧CVD装置を用いる場合、反応管圧力0.05〜760Tor
r、望ましくは、0.1〜0.8Torrである。第1の堆積条件
としては、基体温度は270〜350℃、望ましくは、270〜3
00℃、DMAH分圧は、反応管圧力の分圧の1.3×10-5〜1.3
×10-3倍、望ましくは1.3×10-5〜1.3×10-4倍である。
第2の堆積条件としては、基体温度は270〜350℃、望ま
しくは、300〜350℃、DMAH分圧は、反応管圧力の分圧の
1.3×10-5〜1.3×10-3倍、望ましくは1.3×10-4〜1.3×
10-3倍である。Si2H6分圧は、第1,第2の堆積条件と共
に、反応管圧力の1×10-7〜1×10-4倍の範囲であり、
Al−Siが電子供与性表面上のみに高速に堆積する。
When using a low pressure CVD system, the reaction tube pressure is 0.05 to 760 Torr.
r, desirably 0.1 to 0.8 Torr. As a first deposition condition, the substrate temperature is 270 to 350 ° C., preferably 270 to 3 ° C.
00 ° C., the partial pressure of DMAH is 1.3 × 10 −5 to 1.3 of the partial pressure of the reaction tube pressure.
× 10 −3 times, preferably 1.3 × 10 −5 to 1.3 × 10 −4 times.
As the second deposition conditions, the substrate temperature is 270 to 350 ° C., preferably 300 to 350 ° C., and the DMAH partial pressure is the partial pressure of the reaction tube pressure.
1.3 × 10 -5 to 1.3 × 10 -3 times, desirably 1.3 × 10 -4 to 1.3 ×
10 -3 times. The Si 2 H 6 partial pressure, together with the first and second deposition conditions, is in the range of 1 × 10 −7 to 1 × 10 −4 times the reactor pressure,
Al-Si is deposited at a high rate only on the electron donating surface.

第3図はかかる本発明の適用可能な堆積膜形成装置を
示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a deposited film forming apparatus to which the present invention can be applied.

57はAl−Si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56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。
57 is a substrate for forming an Al-Si film. 50 is an outer reaction tube made of quartz which forms a space for forming a deposited film which is substantially closed with respect to the surroundings, and 51 is a quartz outer tube which is installed to separate a gas flow in the outer reaction tube 50. Inner reaction tube,
Reference numeral 54 denotes a metal flange for opening and closing the opening of the outer reaction tube 50, and the base 57 is installed in a base holder 56 provided inside the inner reaction tube 51. Note that the base holder 56 is desirably made of quartz.

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53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。
In addition, the present apparatus can control the substrate temperature by the heater unit 59. The pressure inside the reaction tube 50 can be controlled by an exhaust system connected via a gas exhaust port 53.

また、原料ガスは、第2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(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、Ai−Si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。
The source gas is supplied to the first gas in the same manner as in the apparatus shown in FIG.
A gas system, a second gas system, a third gas system, and a mixer (all are not shown).
It is introduced into the reaction tube 50 from 52. As shown by an arrow 58 in FIG. 3, the raw material gas reacts on the surface of the substrate 57 when passing through the inside of the inner reaction tube 51, and deposits Ai-Si on the surface of the substrate. The gas after the reaction is supplied to the inner reaction tube 51 and the outer reaction tube.
The gas is exhausted from the gas exhaust port 53 through the gap formed by the gas exhaust port 50.

基体の出し入れに際しては、金属製フランジ54のエレ
ベータ(図示せず)により基体保持具56,基体57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。
When the base is taken in and out, the base is lowered together with the base holder 56 and the base 57 by an elevator (not shown) of the metal flange 54, and is moved to a predetermined position to mount and remove the base.

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Al−
Si膜を同時に形成することができる。
By using such an apparatus and forming a deposited film under the conditions described above, high-quality Al-
Si films can be formed simultaneously.

本発明によれば、堆積初期過程において、連続かつ緻
密なAl−Siが形成されるので、その後、0.2〜1μm/分
の高速堆積条件でAl−Siを堆積しても表面平坦性等の膜
質は劣化せず、高品質のAl−Si膜を実効的に高速に堆積
することができる。
According to the present invention, a continuous and dense Al-Si is formed in the initial stage of deposition, so that even if Al-Si is deposited under a high-speed deposition condition of 0.2 to 1 μm / min, the film quality such as surface flatness is increased. Does not deteriorate, and a high-quality Al-Si film can be effectively deposited at a high speed.

高速で堆積しても得られたAl−Si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、且つ表面平坦度も極めて高い。堆積されたAl
−Si膜は、高速で堆積したにもかからず、以下に述べる
ような特徴を有している。
The Al-Si film obtained even when deposited at high speed is dense,
The content of impurities such as carbon is extremely small, the resistivity is comparable to that of bulk, and the surface flatness is extremely high. Al deposited
-Si film is deposited at high speed but has the following characteristics.

ヒロックの減少 耐エレクトロマイグレーション性の向上 コンタクト部のアロイ・ピットの減少 表面平坦性の向上 ビアホール内の抵抗およびコンタクト抵抗の向上 配線工程中の熱処理の低温化 このように高品質のAl−Si膜を高速に堆積することが
できるので、超LSIプロセスにおけるスループットは飛
躍的に向上する。第2図のような減圧CVD装置において
は、同時に100〜200枚の4インチウェハ上にAl−Siを堆
積することができるが、高速堆積の効果はスループット
向上に大きく寄与する。今後の超LSIでは、用いるウェ
ハは6ないし8インチになるとされている。ウェハ径が
6インチ,8インチと大きくなると第2図のような減圧CV
D装置は反応管径が大きくなるため実用化が困難にな
る。しかし、第2図のような枚様型CVD装置は、ウェハ
径が大きくなっても装置全体の大きさはあまり変わらな
いのでウェハの大口径化に非常に有利である。しかし、
従来のCVD法によるAl−Si堆積では0.2〜1μm/分の高速
堆積を実現することができず、たとえ高品質の堆積膜を
形成しても実用上用いることが困難であった。しかし、
本発明による堆積法を用いると0.2〜1μm/分の高速で
高品質のAl−Siを堆積することができ、特に高スループ
ットを要求される6インチ,8インチ対応の枚様型CVD装
置において本発明の果たす意味はきわめて大きい。
Reduction of hillocks Improvement of electromigration resistance Reduction of alloy pits in contact area Improvement of surface flatness Improvement of resistance in via hole and contact resistance Lower temperature of heat treatment during wiring process High quality Al-Si film Since the deposition can be performed at a high speed, the throughput in the VLSI process is dramatically improved. In a low-pressure CVD apparatus as shown in FIG. 2, Al-Si can be simultaneously deposited on 100 to 200 4-inch wafers, but the effect of high-speed deposition greatly contributes to an improvement in throughput. In the future VLSI, the wafer to be used will be 6 to 8 inches. When the wafer diameter increases to 6 inches or 8 inches, the decompression CV as shown in Fig. 2
It becomes difficult to practically use the D apparatus because the diameter of the reaction tube becomes large. However, the sheet-like CVD apparatus as shown in FIG. 2 is very advantageous for increasing the diameter of the wafer because the size of the entire apparatus does not change much even if the diameter of the wafer increases. But,
High-speed deposition of 0.2 to 1 μm / min cannot be realized by Al-Si deposition by the conventional CVD method, and even if a high-quality deposited film is formed, it has been difficult to use it practically. But,
By using the deposition method according to the present invention, high-quality Al-Si can be deposited at a high speed of 0.2 to 1 μm / min. The significance of the invention is extremely large.

(実施例1) まずAl成膜の手順は次の通りである。(Example 1) First, the procedure of Al film formation is as follows.

第2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1×10-8Torrに排気する。ただし反応管2
内の真空度は1×10-8Torrより悪くてもAlは成膜する。
Using the apparatus shown in FIG. 2, the inside of the reaction tube 2 is evacuated to approximately 1 × 10 −8 Torr by the exhaust equipment 9. However, reaction tube 2
Even if the degree of vacuum inside is lower than 1 × 10 −8 Torr, Al is deposited.

Siウェハを洗浄後、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1×10-6Torrに排
気し、その後ゲートバルブ13を開けウェハをウェハホル
ダー3に装着する。
After cleaning the Si wafer, the transfer chamber 10 is released to the atmospheric pressure, and the Si wafer is loaded into the transfer chamber. The transfer chamber is evacuated to approximately 1 × 10 −6 Torr, and then the gate valve 13 is opened and the wafer is mounted on the wafer holder 3.

ウェハをウェハホルダー3に装着した後、ゲートバル
ブ13を閉じ、反応室2の真空度が略々1×10-8Torrにな
るまで排気する。
After mounting the wafer on the wafer holder 3, the gate valve 13 is closed and the reaction chamber 2 is evacuated until the degree of vacuum in the reaction chamber 2 becomes approximately 1 × 10 −8 Torr.

本実施例では第1のガスラインからDMAHを供給する。
DMAH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H2用とする。
In this embodiment, DMAH is supplied from the first gas line.
Carrier gas DMAH line with H 2. The second gas line and for H 2.

第2ガスラインからH2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。ウェハ温度が
所定の温度に到達した後、DMAHラインよりDMAHを反応管
内へ導入する。全圧は略々1.5Torrであり、DMAH分圧を
略々1.5×10-4Torrとする。DMAHを反応管2に導入する
とAlが堆積する。
Flow H 2 from the second gas line and use the slow leak valve 8
The pressure inside the reaction tube 2 is adjusted to a predetermined value by adjusting the opening of the reaction tube 2.
The typical pressure in this embodiment is approximately 1.5 Torr. Thereafter, the heater 4 is energized to heat the wafer. After the wafer temperature reaches a predetermined temperature, DMAH is introduced into the reaction tube from the DMAH line. The total pressure is approximately 1.5 Torr, and the DMAH partial pressure is approximately 1.5 × 10 −4 Torr. When DMAH is introduced into the reaction tube 2, Al is deposited.

以上が第1の堆積工程である。 The above is the first deposition step.

第1の堆積工程で100〜200Å程度の連続Al膜形成後、
第2の堆積工程で高速堆積させる。第2の堆積工程の条
件は全圧略々1.5Torr,DMAH分圧を略々1×10-3Torrとす
る。所定の堆積時間が経過した後、DMAHの供給を停止す
る。次にヒータ4の加熱を停止し、ウェハを冷却する。
H2ガスの供給を止め反応管内の排気した後、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Al成膜手順の概略である。
After forming a continuous Al film of about 100 to 200 ° in the first deposition step,
High-speed deposition is performed in a second deposition step. The conditions of the second deposition step are such that the total pressure is approximately 1.5 Torr and the partial pressure of DMAH is approximately 1 × 10 −3 Torr. After a predetermined deposition time has elapsed, the supply of DMAH is stopped. Next, heating of the heater 4 is stopped, and the wafer is cooled.
After the supply of H 2 gas is stopped and the inside of the reaction tube is evacuated, the wafer is transferred to a transfer chamber, and only the transfer chamber is brought to atmospheric pressure, and then the wafer is taken out. The above is the outline of the Al film forming procedure.

次に本実施例における試料作製を説明する。 Next, preparation of a sample in this embodiment will be described.

Si基体(N型1〜2Ωcm)を水素燃焼方式(H2:4l/M,
O2:2l/M)により1000℃の温度で熱酸化を行なった。
Si substrate (N type 1-2 Ωcm) was converted to hydrogen combustion system (H 2 : 4 l / M,
(O 2 : 2 l / M) at a temperature of 1000 ° C.

膜厚は7000ű500Åであり、屈折率は1.46であっ
た。このSi基体全面にホトレジストを塗布し、露光機に
より所望のパターンを焼きつける。パターンは0.25μm
×0.25μm〜100μm×100μmの各種の孔が開孔する様
なものである。ホトレジストを現像後反応性イオンエッ
チング(RIE)等でホトレジストをマスクとして下地のS
iO2をエッチングし、部分的に基体Siを露出させた。こ
のようにして0.25μm×0.25μm〜100μm×100μmの
各種の大きさのSiO2の孔を有する試料を130枚用意し、
基板温度を13とおり設定し、各基板温度でそれぞれ10枚
の試料に対して前述した手順に従って 第1の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10-5Torr 第2の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10-3Torr なる条件でAl膜を堆積した。
The thickness was 7000 ± 500 ° and the refractive index was 1.46. A photoresist is applied to the entire surface of the Si substrate, and a desired pattern is baked by an exposure machine. The pattern is 0.25μm
Various kinds of holes of × 0.25 μm to 100 μm × 100 μm are formed. After developing the photoresist, reactive ion etching (RIE) is used to mask the underlying S
The iO 2 was etched to partially expose the substrate Si. In this way, samples were prepared 130 sheets having 0.25μm × 0.25μm~100μm × 100μm various sizes SiO 2 pores of,
The substrate temperature was set in 13 ways, and at the respective substrate temperatures, 10 samples were each subjected to the above-described procedure in the first deposition step, and the total pressure was 1.5 Torr, the DMAH partial pressure was 1.5 × 10 −5 Torr, and the second deposition step was An Al film was deposited under the conditions of a total pressure of 1.5 Torr and a partial pressure of DMAH of 1.5 × 10 −3 Torr.

基板温度を13水準に変化して堆積したAl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。
The Al film deposited by changing the substrate temperature to 13 levels was evaluated using various evaluation methods. Table 1 shows the results.

上記試料で160℃〜450℃の温度範囲においてSiO2上に
はAlは堆積せず、SiO2が開孔しSiが露出している部分に
のみAlが堆積した。なお上述した温度範囲においてAlを
2μm堆積した場合にも同様の選択堆積性が維持され
た。
In the above sample, Al was not deposited on SiO 2 in the temperature range of 160 ° C. to 450 ° C., but Al was deposited only on portions where SiO 2 was opened and Si was exposed. Note that the same selective deposition property was maintained when Al was deposited at 2 μm in the above temperature range.

第1および第2の堆積工程の基体温度が300℃を越え
る場合、0.5〜1.0μm/分の高速堆積は可能であったが、
表面反射率が300℃以下の場合に比べると多少悪くな
る。第1の堆積工程の温度が高いと第1の堆積工程で堆
積される極薄Al膜の平坦性が劣っていることに起因する
と考えられる。
When the substrate temperature in the first and second deposition steps exceeded 300 ° C., high-speed deposition of 0.5 to 1.0 μm / min was possible,
Slightly worse than when the surface reflectance is 300 ° C. or less. It is considered that the high temperature in the first deposition step is due to the poor flatness of the ultrathin Al film deposited in the first deposition step.

(実施例2) 実施例1と同様の手順で、 第1の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10-5Torr 基体温度 270℃または300℃ 第2の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10-3Torr なる条件で第2の堆積工程の基体温度を第1の堆積工程
時より大きくしたいくつかの水準に変化して堆積したAl
膜の各種評価結果を表2に示す。
(Example 2) By the same procedure as in Example 1, the total pressure is 1.5 Torr DMAH partial pressure 1.0 × 10 −5 Torr during the first deposition step. The substrate temperature is 270 ° C. or 300 ° C. The total pressure is during the second deposition step. Under the condition of 1.5 Torr DMAH partial pressure of 1.0 × 10 -3 Torr, Al was deposited by changing the substrate temperature in the second deposition step to several levels higher than that in the first deposition step.
Table 2 shows the results of various evaluations of the film.

第1の堆積工程の基体温度が270℃,300℃の場合得ら
れた結果に差異はなかった。
There was no difference in the results obtained when the substrate temperature in the first deposition step was 270 ° C., 300 ° C.

実施例1と同じく、第2の堆積工程における基体温度
が300℃を越えると0.5〜1.0μm/分の高速堆積が可能で
あった。実施例1と異なるのは、第2の工程の基体温度
が330℃,350℃の場合でも80〜95%の反射率を有する表
面平坦性の高いAl膜が形成できた。
As in Example 1, when the substrate temperature in the second deposition step exceeded 300 ° C., high-speed deposition of 0.5 to 1.0 μm / min was possible. The difference from Example 1 was that even when the substrate temperature in the second step was 330 ° C. or 350 ° C., an Al film with a high surface flatness having a reflectivity of 80 to 95% could be formed.

実施例1と同様、AlはSi上のみに選択的に堆積した。
また、Alを2μmまで堆積しても選択性は維持された。
As in Example 1, Al was selectively deposited only on Si.
The selectivity was maintained even when Al was deposited up to 2 μm.

(実施例3) 実施例1と同じ手順でDMAHのキャリアガスのみをH2
なくArとし、Al堆積を行った。第2のガスラインからは
H2を供給する。得られた結果は実施例1の第1表と同じ
く160℃〜450℃の温度範囲においてSiO2上にはAlは堆積
せず、SiO2が開孔しSiが露出している部分にのみAlが堆
積した。なお上述した温度範囲においてAlを2μm堆積
した場合にも同様の選択堆積性が維持された。
(Example 3) only the carrier gas DMAH by the same procedure as that in Example 1 and Ar instead of H 2, was Al deposition. From the second gas line
Supplying the H 2. As a result, Al was not deposited on SiO 2 in the temperature range of 160 ° C. to 450 ° C. as in Table 1 of Example 1, and Al was formed only in the portion where SiO 2 was opened and Si was exposed. Was deposited. Note that the same selective deposition property was maintained when Al was deposited at 2 μm in the above temperature range.

第1および第2の堆積工程の基体温度が300℃を越え
る場合、0.5〜1.0μm/分の高速堆積は可能であったが、
表面反射率が多少悪くなる。第1の堆積工程の温度が高
いと第1の堆積工程で堆積される極薄Al膜の平坦性が劣
っていることに起因すると考えられる。
When the substrate temperature in the first and second deposition steps exceeded 300 ° C., high-speed deposition of 0.5 to 1.0 μm / min was possible,
The surface reflectivity is slightly worse. It is considered that the high temperature in the first deposition step is due to the poor flatness of the ultrathin Al film deposited in the first deposition step.

(実施例4) 実施例2と同じ手順でDMAHのキャリアガスのみをH2
なくArとし、Al堆積を行った。第2のガスラインはH2
供給した。第1の堆積工程の基体温度が270℃,300℃の
場合、得られた結果に差異はなかった。また得られた膜
質は第2表とほぼ同じである。
(Example 4) only the carrier gas DMAH by the same procedure as that in Example 2 and Ar instead of H 2, was Al deposition. The second gas line was supplied H 2. When the substrate temperature in the first deposition step was 270 ° C. and 300 ° C., there was no difference in the obtained results. The film quality obtained is almost the same as in Table 2.

実施例1もしくは実施例2の場合と同じく、第2の堆
積工程における基体温度が300℃を越えると、0.5〜1.0
μm/分の高速堆積が可能であった。実施例1および実施
例2と異なるのは、第2の工程の基体温度が330℃,350
℃の場合でも80〜95%の反射率を有する表面平坦性の高
いAl膜が形成できた点である。
As in the case of the first or second embodiment, when the substrate temperature in the second deposition step exceeds 300 ° C., 0.5 to 1.0
High speed deposition of μm / min was possible. The difference from Example 1 and Example 2 is that the substrate temperature in the second step was 330 ° C. and 350 ° C.
The point is that an Al film having a high surface flatness having a reflectance of 80 to 95% was formed even at a temperature of ° C.

実施例1および実施例2と同様、AlはSi上のみに選択
的に堆積した。また、Alを2μm堆積しても選択性は維
持された。
As in Example 1 and Example 2, Al was selectively deposited only on Si. The selectivity was maintained even when Al was deposited at 2 μm.

上記試料で160℃〜450℃の温度範囲においてSiO2上に
はAlは堆積せず、SiO2が開孔しSiが露出している部分に
のみAlが堆積した。なお上述した温度範囲においてAlを
2μm堆積した場合にも同様の選択堆積性が維持され
た。
In the above sample, Al was not deposited on SiO 2 in the temperature range of 160 ° C. to 450 ° C., but Al was deposited only on portions where SiO 2 was opened and Si was exposed. Note that the same selective deposition property was maintained when Al was deposited at 2 μm in the above temperature range.

(実施例5) 第3図に示した減圧CVD装置を用いて以下に述べるよ
うな構成の基体(サンプル5−1〜5−179)にAl膜を
形成した。
Example 5 An Al film was formed on a substrate (samples 5-1 to 5-179) having the following configuration using the low-pressure CVD apparatus shown in FIG.

サンプル5−1の準備 電子供与性である第1の基体表面材料としての単結晶
シリコンの上に、非電子供与性である第2の基体表面材
料としての熱酸化SiO2膜を形成し、実施例1に示したよ
うなフォトリソグラフィー工程によりパターニングを行
い、単結晶シリコン表面を部分的に露出させた。
Preparation of Sample 5-1 A thermally oxidized SiO 2 film as a non-electron-donating second substrate surface material was formed on a single-crystal silicon as an electron-donating first substrate surface material. Patterning was performed by a photolithography process as shown in Example 1 to partially expose the single crystal silicon surface.

この時の熱酸化SiO2膜の膜厚は7000Å、単結晶シリコ
ンの露出部即ち開口の大きさは3μm×3μmであっ
た。このようにしてサンプル5−1を準備した。(以下
このようなサンプルを“熱酸化SiO2(以下T−SiO2と略
す)/単結晶シリコン”と表記することとする)。
At this time, the thickness of the thermally oxidized SiO 2 film was 7000 °, and the size of the exposed portion of the single crystal silicon, that is, the size of the opening was 3 μm × 3 μm. Thus, Sample 5-1 was prepared. (Hereinafter, such a sample is referred to as “thermally oxidized SiO 2 (hereinafter abbreviated as T-SiO 2 ) / single-crystal silicon”).

サンプル5−2〜5−179の準備 サンプル5−2は常圧CVDになよって成膜した酸化膜
(以下SiO2と略す)/単結晶シリコン サンプル5−3は常圧CVDによって成膜したボロンド
ープの酸化膜(以下BSGと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−4は常圧CVDによって成膜したリンドー
プの酸化膜(以下PSGと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−5は常圧CVDによって成膜したリンおよ
びボロンドープの酸化膜(以下BSPGと略す)/単結晶シ
リコン、 サンプル5−6はプラズマCVDによって成膜した窒化
膜(以下P−S:Nと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−7は熱窒化膜(以下T−S:Nと略す)/
単結晶シリコン、 サンプル5−8は減圧DCVDによって成膜した窒化膜
(以下LP−S:Nと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−9はECR装置によって成膜した窒化膜
(以下ECR−SiNと略す)/単結晶シリコンである。さら
に電子供与性である第1の基体表面材料と非電子供与性
である第2の基体表面材料の組み合わせにより表3に示
したサンプル5−11〜5−179を作成した。
Preparation of Samples 5-2 to 5-179 Sample 5-2 was an oxide film (hereinafter abbreviated as SiO 2 ) formed by normal pressure CVD / single crystal silicon Sample 5-3 was boron doped by normal pressure CVD Oxide film (hereinafter abbreviated as BSG) / single-crystal silicon, Sample 5-4 is phosphorus-doped oxide film (hereinafter abbreviated as PSG) / single-crystal silicon formed by atmospheric pressure CVD, Sample 5-5 is an atmospheric pressure CVD Sample 5-6 is a phosphorous and boron doped oxide film (hereinafter abbreviated as BSPG) / single crystal silicon. Sample 5-6 is a nitride film (hereinafter abbreviated as PS: N) / single crystal silicon formed by plasma CVD. Sample 5 -7 is a thermal nitride film (hereinafter abbreviated as TS: N) /
Sample 5-8 is a nitride film (hereinafter abbreviated as LP-S: N) / monocrystalline silicon formed by low-pressure DCVD. Sample 5-9 is a nitride film (hereinafter ECR-SiN) formed by an ECR device. Abbreviation) / single-crystal silicon. Further, Samples 5-11 to 5-179 shown in Table 3 were prepared by combining the first substrate surface material having an electron donating property and the second substrate surface material having a non-electron donating property.

第1の基体表面材料として単結晶シリコン(単結晶S
i),多結晶シリコン(多結晶Si),非晶質シリコン
(非晶質Si),タングステン(W),モリブデン(M
o),タンタル(Ta),タングステンシリサイド(WS
i),チタンシリサイド(TiSi),アルミニウム(A
l),アルミニウムシリコン(Al−Si),チタンアルミ
ニウム(Ai−Ti),チタンナイトライド(Ti−N),銅
(Cu),アルミニウムシリコン銅(Al−Si−Cu),アル
ミニウムパラジウム(Al−Pd),チタン(Ti),モリブ
デンシリサイド(Mo−Si)タンタルシリサイド(Ta−S
i)を使用した。これらのサンプルを第3図に示した減
圧CVD装置に入れ、同一バッヂ内でAl膜を成膜した。
Single-crystal silicon (single-crystal S
i), polycrystalline silicon (polycrystalline Si), amorphous silicon (amorphous Si), tungsten (W), molybdenum (M
o), tantalum (Ta), tungsten silicide (WS
i), titanium silicide (TiSi), aluminum (A
l), aluminum silicon (Al-Si), titanium aluminum (Ai-Ti), titanium nitride (Ti-N), copper (Cu), aluminum silicon copper (Al-Si-Cu), aluminum palladium (Al-Pd) ), Titanium (Ti), molybdenum silicide (Mo-Si), tantalum silicide (Ta-S
i) was used. These samples were placed in the reduced pressure CVD apparatus shown in FIG. 3, and an Al film was formed in the same batch.

堆積条件は以下の通りである。 The deposition conditions are as follows.

第1の堆積工程時、 全圧 0.3Torr DMAH分圧 3×10-6Torr 基体温度 270℃ 第2の堆積工程時、 全圧 0.3Torr DMAH分圧 ×10-4Torr 基体温度 330℃ である。During the first deposition step, the total pressure is 0.3 Torr, the DMAH partial pressure is 3 × 10 −6 Torr, and the substrate temperature is 270 ° C. During the second deposition step, the total pressure is 0.3 Torr, the DMAH partial pressure is 10 × 4 Torr, and the substrate temperature is 330 ° C.

このような条件で成膜した結果、サンプル5−1から
5−179までのパターニングを施したサンプルに関して
は全て、電子供与性である第1の基体表面にのみAlの堆
積が起こり、7000Åの深さの開口部を完全に埋めつくし
た。Al膜の膜質は表2で第2の堆積工程の基体温度が33
0℃のものと差異はなく、かつ第2の堆積工程における
堆積速度はいずれの基体に対しても略々0.7μm/分と非
常に高速であった。
As a result of forming a film under these conditions, in all of the samples 5-1 to 5-179 subjected to patterning, deposition of Al occurs only on the surface of the electron-donating first substrate, and a depth of 7000 ° The opening of the hole was completely filled. Table 2 shows the film quality of the Al film.
There was no difference from that at 0 ° C., and the deposition rate in the second deposition step was very high, approximately 0.7 μm / min, for all substrates.

(実施例6) 実施例2と同一の手順でDMAHの代りにMMAH2を用い
て、Al膜の堆積を行なった。
Example 6 An Al film was deposited in the same procedure as in Example 2, except that MMAH 2 was used instead of DMAH.

基体には、実施例1で示したSiO2薄膜をパターニング
したSiウエハを用いた。
The substrate used was the Si wafer shown in Example 1 on which the SiO 2 thin film was patterned.

堆積工程条件は、以下の通りである。 The deposition process conditions are as follows.

第1の堆積工程時、 反応管圧力 1.5Torr MMAH2分圧 5×10-5Torr 基体温度 270℃ 第2の堆積工程時、 反応管圧力 1.5Torr MMAH2分圧 1.0×10-3Torrである。During the first deposition step, the reaction tube pressure is 1.5 Torr MMAH 2 partial pressure 5 × 10 −5 Torr The substrate temperature is 270 ° C. During the second deposition step, the reaction tube pressure is 1.5 Torr MMAH 2 partial pressure 1.0 × 10 −3 Torr .

実施例2と同様Al膜は7000ÅのSiO2の開口部を埋め尽
くすことが出来、Alの膜質は、表2の第2の堆積工程の
基体温度が330℃のものと差異はなかった。
As in Example 2, the Al film was able to fill the opening of SiO 2 at 7000 °, and the film quality of Al was not different from that of the second deposition step shown in Table 2 where the substrate temperature was 330 ° C.

また、第2の堆積工程のAlの堆積速度は、略々0.7μm
/分とDMAHを用いた場合と差異はなかった。
The deposition rate of Al in the second deposition step is approximately 0.7 μm
There was no difference from using DMAH / min and DMAH.

上記試料で160℃〜450℃の温度範囲においてSiO2上に
はAlは堆積せず、SiO2が開孔しSiが露出している部分に
のみAlが堆積した。なお上述した温度範囲においてAlを
2μm堆積した場合にも同様の選択堆積性が維持され
た。
In the above sample, Al was not deposited on SiO 2 in the temperature range of 160 ° C. to 450 ° C., but Al was deposited only on portions where SiO 2 was opened and Si was exposed. Note that the same selective deposition property was maintained when Al was deposited at 2 μm in the above temperature range.

(実施例7) まずAl−Siの堆積手順は次の通りである。Example 7 First, the procedure for depositing Al-Si is as follows.

第2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1.0×10-8Torrに排気する。反応管2内の
真空度が1.0×10-8Torrより悪くてもAl−Siは成膜す
る。
Using the apparatus shown in FIG. 2, the inside of the reaction tube 2 is evacuated to approximately 1.0 × 10 −8 Torr by the exhaust equipment 9. Even if the degree of vacuum in the reaction tube 2 is lower than 1.0 × 10 −8 Torr, Al—Si is formed.

Siウェハを洗浄後、搬送室10を大気圧に解放してSiウ
ェハを搬送室に装填する。搬送室を略々1.0×10-6Torr
に排気してその後ゲートバルブ13を開けウェハをウェハ
ホルダ3に装着する。
After cleaning the Si wafer, the transfer chamber 10 is released to the atmospheric pressure, and the Si wafer is loaded into the transfer chamber. The transfer chamber is approximately 1.0 × 10 -6 Torr
After that, the gate valve 13 is opened and the wafer is mounted on the wafer holder 3.

ウェハをウェハホルダ3に装着した後、ゲートバルブ
13を閉じ反応室2の真空度が略々1.0×10-8Torrになる
まで排気する。
After mounting the wafer on the wafer holder 3, the gate valve
13 is evacuated until the degree of vacuum in the reaction chamber 2 becomes approximately 1.0 × 10 −8 Torr.

本実施例では第1のガスラインをDMAH用とする。DMAH
ラインのキャリアガスはArを用いた。第2ガスラインは
H2用、第3のガスラインはSi2H6用とする。
In this embodiment, the first gas line is used for DMAH. DMAH
Ar was used as the carrier gas for the line. The second gas line
The third gas line for H 2 is for Si 2 H 6 .

第2ガスラインからH2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ラインよりDMAHを反応管
内へ導入する。全圧は略々1.5Torrであり、DMAH分圧を
略々1.5×10-5Torrとする。Si2H6分圧は2×10-7Torrと
する。Si2H2とDMAHを反応管2に導入するとAl−Siが堆
積する。以上が第1の堆積工程である。
Flow H 2 from the second gas line and use the slow leak valve 8
Is adjusted so that the pressure in the reaction tube 2 becomes a desired value.
The typical pressure in this embodiment is approximately 1.5 Torr. Thereafter, the heater 4 is energized to heat the wafer. After the wafer temperature reaches a desired temperature, DMAH is introduced into the reaction tube from the DMAH line. The total pressure is approximately 1.5 Torr, and the DMAH partial pressure is approximately 1.5 × 10 −5 Torr. The partial pressure of Si 2 H 6 is 2 × 10 −7 Torr. When Si 2 H 2 and DMAH are introduced into the reaction tube 2, Al—Si is deposited. The above is the first deposition step.

第1の堆積工程で100−200Å程度の連続Al−Si膜形成
後、第2の堆積工程で高速堆積させる。
After forming a continuous Al-Si film of about 100-200 ° in the first deposition step, high-speed deposition is performed in the second deposition step.

第2の堆積工程条件は、全圧略々1.5Torr、DMAH分圧
を略々1.0×10-3Torrとする。Si2H6分圧は1.5×10-5Tor
rとする。所定の堆積時間が経過した後DMAHおよびSi2H6
の供給を停止する。次にヒータ4の加熱を停止し、ウェ
ハを冷却する。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Al成膜の概略である。
The second deposition process condition is that the total pressure is approximately 1.5 Torr and the partial pressure of DMAH is approximately 1.0 × 10 −3 Torr. Si 2 H 6 partial pressure is 1.5 × 10 -5 Tor
r. DMAH and Si 2 H 6 after a predetermined deposition time
Stop supplying. Next, heating of the heater 4 is stopped, and the wafer is cooled. After the supply of H 2 gas is stopped and the inside of the reaction tube is evacuated, the wafer is transferred to the transfer chamber, and only the transfer chamber is set to the atmospheric pressure, and then the wafer is taken out. The above is the outline of the Al film formation.

次に本実施例における試料作製を説明する。 Next, preparation of a sample in this embodiment will be described.

Si基体(N型1〜2Ωcm)を水素燃焼方式(H2:4l/M,
O2:2l/M)により1000℃の温度で熱酸化を行なった。
Si substrate (N type 1-2 Ωcm) was converted to hydrogen combustion system (H 2 : 4 l / M,
(O 2 : 2 l / M) at a temperature of 1000 ° C.

膜厚は7000ű500Åであり、屈折率は1.46であっ
た。このSi基体全面にホトレジストを塗布し、露光機に
より所望のパターンを焼つける。パターンは0.25μm×
0.25μm〜100μm×100μmの各種の孔が開孔するよう
なものである。ホトレジストを現像後、反応性イオンエ
ッチング(RIE)等でホトレジストをマスクとして下地
のSiO2をエッチングし、部分的に基体Siを露出させた。
このようにして0.25μm×0.25μm〜100μm×100μm
の各種の大きさのSiO2の孔を有する試料を130枚用意
し、基板温度を13とおり設定し、各基板温度でそれぞれ
10枚の試料に対して前述した手順に従って 第1の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10-5Torr Si2H6分圧 2.0×10-7Torr 第2の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10-3Torr Si2H6分圧 1.5×10-5Torr なる条件でAl−Si膜を堆積した。
The thickness was 7000 ± 500 ° and the refractive index was 1.46. A photoresist is applied to the entire surface of the Si substrate, and a desired pattern is baked by an exposure machine. The pattern is 0.25μm ×
Various holes of 0.25 μm to 100 μm × 100 μm are formed. After developing the photoresist, the underlying SiO 2 was etched by reactive ion etching (RIE) using the photoresist as a mask, thereby partially exposing the substrate Si.
Thus, 0.25 μm × 0.25 μm to 100 μm × 100 μm
Prepare 130 samples with SiO 2 holes of various sizes, set the substrate temperature in 13 ways, and at each substrate temperature
At the time of the first deposition step according to the procedure described above for the ten samples, the total pressure is 1.5 Torr, the DMAH partial pressure is 1.5 × 10 −5 Torr, and the Si 2 H 6 partial pressure is 2.0 × 10 −7 Torr. An Al—Si film was deposited under the conditions of a total pressure of 1.5 Torr DMAH partial pressure of 1.0 × 10 −3 Torr Si 2 H 6 partial pressure of 1.5 × 10 −5 Torr.

基板温度を13水準に変化して堆積したAl−Si膜を各種
の評価方法を用いて評価した。その結果は、表1と同様
であった。
The Al-Si film deposited by changing the substrate temperature to 13 levels was evaluated using various evaluation methods. The results were the same as in Table 1.

上記試料で160℃〜450℃の温度範囲においてSiO2上に
はAl−Siは堆積せず、SiO2が開孔しSiが露出している部
分にのみAl−Siが堆積した。なお上述した温度範囲にお
いてAl−Siを2μm堆積した場合にも同様の選択堆積性
が維持された。
Al-Si is formed on SiO 2 in the temperature range of 160 ° C. to 450 ° C. In the sample without deposition, Al-Si was deposited only on the portion where SiO 2 is opening and Si is exposed. Note that the same selective deposition property was maintained when Al-Si was deposited at 2 μm in the above-mentioned temperature range.

第1および第2の堆積工程の基体温度が300℃を越え
る場合、0.5〜1.0μm/分の高速堆積は可能であったが、
表面反射率が多少悪くなる。
When the substrate temperature in the first and second deposition steps exceeded 300 ° C., high-speed deposition of 0.5 to 1.0 μm / min was possible,
The surface reflectivity is slightly worse.

第1の堆積工程の温度が高いと第1の堆積工程で堆積
される極薄Al−Si膜の平坦性が劣っていることに起因す
ると考えられる。
It is considered that the high temperature in the first deposition step is caused by poor flatness of the ultra-thin Al-Si film deposited in the first deposition step.

(実施例8) 実施例7と同様の手順で、 第1の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10-5Torr Si2H6分圧 1.5×10-7Torr 基体温度 270℃または300℃ 第2の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10-3Torr Si2H6分圧 1.5×10-5Torr なる条件で第2の堆積工程の基体温度を13水準に変化し
て堆積したAl−Si膜の各種評価結果は、第2表と同様で
あった。
(Example 8) By the same procedure as that of Example 7, during the first deposition step, the total pressure is 1.5 Torr DMAH partial pressure 1.0 × 10 −5 Torr Si 2 H 6 partial pressure 1.5 × 10 −7 Torr Substrate temperature 270 ° C. Alternatively, at the time of the second deposition step at 300 ° C., the substrate temperature in the second deposition step is raised to 13 levels under the condition that the total pressure is 1.5 Torr, the DMAH partial pressure is 1.0 × 10 −3 Torr, and the Si 2 H 6 partial pressure is 1.5 × 10 −5 Torr. The results of various evaluations of the Al—Si film deposited while changing were the same as those in Table 2.

第1の堆積工程の基体温度270℃、300℃の場合得られ
た結果に差異はなかった。
There was no difference in the results obtained when the substrate temperature in the first deposition step was 270 ° C. and 300 ° C.

実施例1と同じく、第2の堆積工程における基体温度
が300℃を越えると、0.5〜1.0μm/分の高速堆積が可能
であった。実施例1と異なるのは、第2の工程の基体温
度が330℃、350℃の場合でも、80−95%の反射率を有す
る表面平坦性の高いAl−Si膜が形成できた。
As in Example 1, when the substrate temperature in the second deposition step exceeded 300 ° C., high-speed deposition of 0.5 to 1.0 μm / min was possible. The difference from Example 1 was that even when the substrate temperature in the second step was 330 ° C. or 350 ° C., an Al—Si film having a high surface flatness and a reflectivity of 80-95% could be formed.

実施例1と同様、Al−SiはSi上のみに選択的に堆積し
た。
As in Example 1, Al-Si was selectively deposited only on Si.

また、Al−Siを2μmまで堆積しても、選択性は維持
された。
The selectivity was maintained even when Al-Si was deposited up to 2 μm.

(実施例9) 実施例8と同様の手順で、 第1の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10-5Torr 基体温度 270℃ 第2の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10-3Torr 基体温度 330℃ とし、Si2H6分圧を各工程におけるDMAH分圧の3×10-4
倍から、0.2倍まで変化させて堆積を行なった。
(Example 9) In the same procedure as in Example 8, the total pressure is 1.5 Torr DMAH, the partial pressure is 1.0 × 10 -5 Torr, the substrate temperature is 270 ° C., and the total pressure is 1.5 Torr DMAH during the first deposition step. The partial pressure is 1.0 × 10 -3 Torr The substrate temperature is 330 ° C., and the partial pressure of Si 2 H 6 is 3 × 10 -4 of the DMAH partial pressure in each step.
The deposition was performed by changing the ratio from 2 times to 0.2 times.

形成されたAl−Si膜中のSi含有量(wt%)は0.005%
から5%までSi2H6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8と同様であっ
た。また実施例8と同様に基体表面材料による選択堆積
性も全領域で確認された。
The Si content (wt%) in the formed Al-Si film is 0.005%
From 5% to 5% almost in proportion to the partial pressure of Si 2 H 6 . With respect to resistivity, carbon content, average wiring life, deposition rate, hillock density, and generation of spikes, the same results as in Example 1 were obtained. However, in the sample having a Si content of 4% or more, a precipitate supposed to be Si was formed in the film, the surface morphology was deteriorated, and the reflectance was 65% or less. The reflectance of the sample having a Si content of less than 4% was 80 to 95%, which was the same as in Example 8. As in the case of Example 8, selective deposition by the substrate surface material was also confirmed in all regions.

(実施例10) 実施例7と同じ手順で、DMAHのキャリアガスのみをH2
でなくArとし、Al−Si堆積を行なった。
(Example 10) In the same procedure as in Example 7, only the carrier gas of DMAH was changed to H 2.
, But Ar, and Al-Si deposition was performed.

第2のガスラインからは、H2を供給する。From the second gas line, and supplies the H 2.

得られた結果は、実施例1の第1表と同じく160℃〜4
50℃の温度範囲においてSiO2上にはAl−Siは堆積せず、
SiO2が開孔しSiが露出している部分にのみAl−Siが堆積
した。なお上述した温度範囲においてAl−Siを2μm堆
積した場合にも同様の選択堆積性が維持された。
The obtained results were 160 ° C. to 4 ° C. as in Table 1 of Example 1.
Al-Si does not deposit on SiO 2 in the temperature range of 50 ° C,
Al-Si was deposited only in portions where SiO 2 was opened and Si was exposed. Note that the same selective deposition property was maintained when Al-Si was deposited at 2 μm in the above-mentioned temperature range.

第1および第2の堆積工程の基体温度が300℃を越え
る場合、0.5〜1.0μm/分の高速堆積は可能であったが、
表面反射率が多少悪くなる。
When the substrate temperature in the first and second deposition steps exceeded 300 ° C., high-speed deposition of 0.5 to 1.0 μm / min was possible,
The surface reflectivity is slightly worse.

第1の堆積工程の温度が高いと第1の堆積工程で堆積
される極薄Al−Si膜の平坦性が劣っていることに起因す
ると考えられる。
It is considered that the high temperature in the first deposition step is caused by poor flatness of the ultra-thin Al-Si film deposited in the first deposition step.

(実施例11) 実施例8と同じ手順で、DMAHのキャリアガスのみをH2
ではなくArとし、Al−Si堆積を行なった。
The same procedure as Example 11 Example 8, the carrier gas of DMAH only H 2
Instead, Ar was used, and Al—Si deposition was performed.

第2のガスラインはH2を供給した。The second gas line was supplied H 2.

第1の堆積工程の基体温度が270℃、300℃の場合、得
られた結果に差異はなかった。また、得られた膜質は第
2表とほぼ同じである。
When the substrate temperature in the first deposition step was 270 ° C. or 300 ° C., there was no difference in the obtained results. The obtained film quality is almost the same as in Table 2.

実施例7もしくは、実施例8の場合と同じく、第2の
堆積工程における基体温度が300℃を越えると、0.5〜1.
0μm/分の高速堆積が可能であった。実施例7および実
施例8と異なるのは、第2の工程の基体温度が330℃,35
0℃の場合でも、80−95%の反射率を有する表面平坦性
の高いAl−Si膜が形成できた点である。
As in the case of Example 7 or Example 8, when the substrate temperature in the second deposition step exceeds 300 ° C, 0.5 to 1.
High-speed deposition of 0 μm / min was possible. The difference from Examples 7 and 8 is that the substrate temperature in the second step was 330 ° C., 35 ° C.
The point is that even at 0 ° C., an Al—Si film having a high surface flatness having a reflectance of 80 to 95% was formed.

実施例7および実施例8と同様、Al−SiはSi上のみに
選択的に堆積した。また、Al−Siを2μm堆積しても選
択性は維持された。
As in Example 7 and Example 8, Al-Si was selectively deposited only on Si. The selectivity was maintained even when Al-Si was deposited at 2 m.

(実施例12) 実施例9と同一手順で、DMAHのキャリアガスのみをH2
ではなくArとし、Al−Si堆積を行なった。
(Example 12) In the same procedure as in Example 9, only the carrier gas of DMAH was changed to H 2.
Instead, Ar was used, and Al—Si deposition was performed.

第2のガスラインはH2を供給した。The second gas line was supplied H 2.

堆積条件は、以下の通りである。 The deposition conditions are as follows.

第1の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10-5Torr 基体温度 270℃ 第2の堆積工程時、 全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10-3Torr 基体温度 330℃ とし、Si2H6分圧を各工程におけるDMAH分圧の3×10-4
倍から0.2倍まで変化させて堆積を行なった。
In the first deposition step, the total pressure is 1.5 Torr, the partial pressure of DMAH is 1.0 × 10 −5 Torr, and the substrate temperature is 270 ° C. In the second deposition step, the total pressure is 1.5 Torr, the partial pressure of DMAH is 1.0 × 10 −3 Torr, and the substrate temperature is 330 ° C. The Si 2 H 6 partial pressure was set to 3 × 10 -4 of the DMAH partial pressure in each process.
The deposition was carried out by changing from 2 times to 0.2 times.

実施例9と同様、形成されたAl−Si膜中のSi含有量
(wt%)は0.005%から5%までSi2H6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
8と同様であった。また実施例7と同様に基体表面材料
による選択堆積性も全領域で確認された。
As in Example 9, the Si content (wt%) in the formed Al-Si film changed from 0.005% to 5% almost in proportion to the Si 2 H 6 partial pressure. Example 1 concerning resistivity, carbon content, average wiring life, deposition rate, hillock density, and spike generation
The same result was obtained. However, in the sample having a Si content of 4% or more, a precipitate supposed to be Si was formed in the film, the surface morphology was deteriorated, and the reflectance was 65% or less. The reflectance of the sample having a Si content of less than 4% was 80 to 95%, which was the same as in Example 8. As in the case of Example 7, the selective deposition by the substrate surface material was also confirmed in all regions.

(実施例13) 第3図に示した減圧CVD装置を用いて以下に述べるよ
うな構成の基体(サンプル5−1〜5−179)にAl−Si
膜を形成した。
(Example 13) Using a low-pressure CVD apparatus shown in FIG. 3, a substrate (samples 5-1 to 5-179) having the following configuration was formed on Al-Si.
A film was formed.

サンプル5−1の準備 電子供与性である第1の基体表面材料としての単結晶
シリコンの上に、非電子供与性である第2の基体表面材
料としての熱酸化SiO2膜を形成し、実施例7に示したよ
うなフォトリソグラフィー工程によりパターニングを行
い、単結晶シリコン表面を部分的に露出させた。
Preparation of Sample 5-1 A thermally oxidized SiO 2 film as a non-electron-donating second substrate surface material was formed on a single-crystal silicon as an electron-donating first substrate surface material. Patterning was performed by a photolithography process as shown in Example 7 to partially expose the single crystal silicon surface.

この時の熱酸化SiO2膜の膜厚は7000Å、単結晶シリコ
ンの露出部即ち開口の大きさは3μm×3μmであっ
た。このようにしてサンプル5−1を準備した。(以下
このようなサンプルを“熱酸化SiO2(以下T−SiO2と略
す)/単結晶シリコン”と表記することとする)。
At this time, the thickness of the thermally oxidized SiO 2 film was 7000 °, and the size of the exposed portion of the single crystal silicon, that is, the size of the opening was 3 μm × 3 μm. Thus, Sample 5-1 was prepared. (Hereinafter, such a sample is referred to as “thermally oxidized SiO 2 (hereinafter abbreviated as T-SiO 2 ) / single-crystal silicon”).

サンプル5−2〜5−179の準備 サンプル5−2は常圧CVDになよって成膜した酸化膜
(以下SiO2と略す)/単結晶シリコン サンプル5−3は常圧CVDによって成膜したボロンド
ープの酸化膜(以下BSGと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−4は常圧CVDによって成膜したリンドー
プの酸化膜(以下PSGと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−5は常圧CVDによって成膜したリンおよ
びボロンドープの酸化膜(以下BSPGと略す)/単結晶シ
リコン、 サンプル5−6はプラズマCVDによって成膜した窒化
膜(以下P−S:Nと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−7は熱窒化膜(以下T−S:Nと略す)/
単結晶シリコン、 サンプル5−8は減圧DCVDによって成膜した窒化膜
(以下LP−S:Nと略す)/単結晶シリコン、 サンプル5−9はECR装置によって成膜した窒化膜
(以下ECR−SiNと略す)/単結晶シリコンである。さら
に電子供与性である第1の基体表面材料と非電子供与性
である第2の基体表面材料の組み合わせにより表3に示
したサンプル5−11〜5−179を作成した。第1の基体
表面材料として単結晶シリコン(単結晶Si),多結晶シ
リコン(多結晶Si),非晶質シリコン(非晶質Si),タ
ングステン(W),モリブデン(Mo),タンタル(T
a),タングステンシリサイド(WSi),チタンシリサイ
ド(TiSi),アルミニウム(Al),アルミニウムシリコ
ン(Al−Si),チタンアルミニウム(Ai−Ti),チタン
ナイトライド(Ti−N),銅(Cu),アルミニウムシリ
コン銅(Al−Si−Cu),アルミニウムパラジウム(Al−
Pd),チタン(Ti),モリブデンシリサイド(Mo−S
i),タンタルシリサイド(Ta−Si)を使用した。これ
らのサンプルを第3図に示した減圧CVD装置に入れ、同
一バッヂ内でAl−Si膜を成膜した。
Preparation of Samples 5-2 to 5-179 Sample 5-2 was an oxide film (hereinafter abbreviated as SiO 2 ) formed by normal pressure CVD / single crystal silicon Sample 5-3 was boron doped by normal pressure CVD Oxide film (hereinafter abbreviated as BSG) / single-crystal silicon, Sample 5-4 is phosphorus-doped oxide film (hereinafter abbreviated as PSG) / single-crystal silicon formed by atmospheric pressure CVD, Sample 5-5 is an atmospheric pressure CVD Sample 5-6 is a phosphorous and boron doped oxide film (hereinafter abbreviated as BSPG) / single crystal silicon. Sample 5-6 is a nitride film (hereinafter abbreviated as PS: N) / single crystal silicon formed by plasma CVD. Sample 5 -7 is a thermal nitride film (hereinafter abbreviated as TS: N) /
Sample 5-8 is a nitride film (hereinafter abbreviated as LP-S: N) / monocrystalline silicon formed by low-pressure DCVD. Sample 5-9 is a nitride film (hereinafter ECR-SiN) formed by an ECR device. Abbreviation) / single-crystal silicon. Further, Samples 5-11 to 5-179 shown in Table 3 were prepared by combining the first substrate surface material having an electron donating property and the second substrate surface material having a non-electron donating property. Single-crystal silicon (single-crystal Si), polycrystalline silicon (polycrystalline Si), amorphous silicon (amorphous Si), tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (T
a), tungsten silicide (WSi), titanium silicide (TiSi), aluminum (Al), aluminum silicon (Al-Si), titanium aluminum (Ai-Ti), titanium nitride (Ti-N), copper (Cu), Aluminum silicon copper (Al-Si-Cu), aluminum palladium (Al-
Pd), titanium (Ti), molybdenum silicide (Mo-S
i), tantalum silicide (Ta-Si) was used. These samples were placed in the reduced pressure CVD apparatus shown in FIG. 3, and an Al—Si film was formed in the same badge.

堆積条件は以下の通りである。 The deposition conditions are as follows.

第1の堆積工程時、 全圧 0.3Torr DMAH分圧 3×10-6Torr Si2H6分圧 1.0×10-7Torr 基体温度 270℃ 第2の堆積工程時、 全圧 0.3Torr DMAH分圧 1×10-4Torr Si2H6分圧 3×10-6Torr 基体温度 330℃ である。During the first deposition step, total pressure 0.3 Torr DMAH partial pressure 3 × 10 -6 Torr Si 2 H 6 partial pressure 1.0 × 10 -7 Torr Substrate temperature 270 ° C. During the second deposition step, total pressure 0.3 Torr DMAH partial pressure 1 × 10 −4 Torr Si 2 H 6 partial pressure 3 × 10 −6 Torr The substrate temperature is 330 ° C.

このような条件で成膜した結果、サンプル5−1から
5−179までのパターニングを施したサンプル全て、電
子供与性である第1の基体表面にのみAl−Siの堆積が起
こり、7000Åの開口部を完全に埋めつくした。Al−Si膜
の性質は表2で第2の堆積工程の基体温度が330℃のも
のと差異はなく、かつ第2の堆積工程における堆積速度
はいずれの基体に対しても略々0.7μm/分と非常に高速
であった。
As a result of forming a film under these conditions, in all of the samples 5-1 to 5-179 subjected to patterning, deposition of Al-Si occurs only on the surface of the electron-donating first substrate, and an opening of 7000 ° The part was completely filled. The properties of the Al-Si film are not different from those in Table 2 where the substrate temperature in the second deposition step is 330 ° C., and the deposition rate in the second deposition step is approximately 0.7 μm / Minutes were very fast.

(実施例14) 実施例8と同一の手順でDMAHの替わりに、MMAH2を用
いて、Al−Si膜の堆積を行なった。
Example 14 An Al—Si film was deposited using MMAH 2 instead of DMAH in the same procedure as in Example 8.

基体には、実施例7で示したSiO2薄膜をパターニング
したSiウエハを用いた。
As the substrate, a Si wafer patterned with the SiO 2 thin film shown in Example 7 was used.

堆積工程条件は、以下の通りである。 The deposition process conditions are as follows.

第1の堆積工程時、 反応管圧力 1.5Torr MMAH2分圧 5.0×10-5Torr Si2H6分圧 1.0×10-6Torr 基体温度 270℃ 第2の堆積工程時、 反応管圧力 1.5Torr MMAH2分圧 1×10-3Torr Si2H6分圧 1.0×10-5Torrである。During the first deposition step, the reaction tube pressure is 1.5 Torr MMAH 2 partial pressure 5.0 × 10 -5 Torr Si 2 H 6 partial pressure 1.0 × 10 -6 Torr Base temperature 270 ° C. During the second deposition step, the reaction tube pressure is 1.5 Torr MMAH 2 partial pressure 1 × 10 −3 Torr Si 2 H 6 partial pressure 1.0 × 10 −5 Torr.

実施例8と同様Al−Si膜は7000ÅのSiO2の開孔部を埋
めつくすことが出来、Al−Siの膜質は、表2の第2の堆
積工程の基体温度が330℃のものと差異はなかった。
As in Example 8, the Al-Si film can fill the opening of SiO 2 at 7000 °, and the film quality of Al-Si is different from that of the second deposition step shown in Table 2 where the substrate temperature is 330 ° C. There was no.

また、第2の堆積工程のAl−Siの堆積速度は、略々0.
7μm/分とDMAHを用いた場合と差異はなかった。
In addition, the deposition rate of Al-Si in the second deposition step is approximately 0.1.
There was no difference from 7 μm / min when DMAH was used.

(実施例15) 実施例8と同一の手順で、Si2H6の替わりにSiH4を用
いてAl−Si膜の堆積を行なった。
(Example 15) Example 8 the same procedure was carried out deposition of Al-Si film by using SiH 4 instead of Si 2 H 6.

基体には、実施例1で示したSiO2薄膜をパターニング
したSiウエハを用いた。
The substrate used was the Si wafer shown in Example 1 on which the SiO 2 thin film was patterned.

堆積条件は、以下の通りである。 The deposition conditions are as follows.

第1の堆積工程時、 反応管圧力 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10-5Torr Si2H6分圧 5.0×10-7Torr 基体温度 270℃ 第2の堆積工程時、 反応管圧力 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10-3Torr Si2H6分圧 5.0×10-5Torr 基体温度 330℃である。During the first deposition step, the reaction tube pressure is 1.5 Torr DMAH partial pressure 1.0 × 10 -5 Torr Si 2 H 6 partial pressure 5.0 × 10 -7 Torr Substrate temperature 270 ° C. During the second deposition step, the reaction tube pressure is 1.5 Torr DMAH Partial pressure 1.0 × 10 −3 Torr Si 2 H 6 partial pressure 5.0 × 10 −5 Torr The substrate temperature is 330 ° C.

実施例8と同様Al−Si膜は、7000ÅのSiO2の開孔部を
埋めつくすことが出来、Al−Siの膜質は、表2の第2の
堆積工程の基体温度が330℃のものと差異はなかった。
As in Example 8, the Al-Si film can fill the opening of SiO 2 at 7000 °, and the film quality of Al-Si is the same as that of the substrate temperature of 330 ° C. in the second deposition step in Table 2. There were no differences.

また、第2の堆積工程のAl−Siの堆積速度は、略々0.
7μm/分と大きくSi2H6を用いた場合と差異はなかった。
In addition, the deposition rate of Al-Si in the second deposition step is approximately 0.1.
There was no difference from the case of using Si 2 H 6 which was as large as 7 μm / min.

(実施例16) 実施例1と同じ方法によってAl膜を形成したサンプル
を用意した。表1と同一基体温度でSi上へ選択的に堆積
したAl膜の結晶性をX線回折法および走査型μ−RHEED
顕微鏡を用いて評価した。
(Example 16) A sample in which an Al film was formed by the same method as in Example 1 was prepared. The crystallinity of the Al film selectively deposited on Si at the same substrate temperature as in Table 1 was determined by X-ray diffraction and scanning μ-RHEED.
Evaluation was performed using a microscope.

走査型μ−RHEED顕微鏡は、Extended Abstracts of t
he 21th Conference on Solid State Devices and Mate
rials(1989)p.217およびJapanese Journal of Applie
d Physics vol.28.No.11(1989 L2075.)で開示された
手法である。従来のRHEED(Reflection High Energy El
ectron Diffraction、反射高速電子線回折)法では、電
子ビームを試料表面に2〜3°の浅い角度で入射させ回
折電子線により生じる回折パターンから試料表面の結晶
性を評価するものであった。しかし、電子ビーム径が、
100μm〜数百μmもあるため、資料表面の平均的な情
報しか得ることができなかった。走査型μ−RHEED顕微
鏡は、電子ビーム径を0.1μmまで絞って試料表面の特
定微小領域からの電子線回折パターンを観測することが
できる。また、電子ビームを資料表面上で二次元的に走
査し、回折パターン上の任意の回折斑点強度変化を画像
信号として用いて、回折斑点強度変化による資料表面の
二次元的映像(走査μ−RHEED像)を得ることができ
る。この時、第4図のように回折パターン上の異なる回
折斑点AおよびCを用いた走査μ−RHEED像を観察する
と、試料表面に平行な格子面が、例えば、(100)にそ
ろっていても面内では回転している結晶粒界を区別して
映像化することができる。ここで、回折斑点Aは、回折
パターンの生じる面と入射電子線の作るサジタル面とが
直交する線上(線l)の回折斑点であり、回折斑点C
は、線l上にはない回折斑点である。第5図のように、
試料表面に平行な格子面が、例えば(100)ではある
が、結晶粒xとyでは互いに面内で回転している場合、
回折斑点Aを用いた走査μ−RHEED像では、結晶粒xも
yも共に強度の強い領域として表示される。一方、回折
斑点Cを用いた走査μ−RHEED像では、結晶粒xのみ
が、強度の強い領域として表示される。従って、第4図
に示されるような回折斑点AとCを用いた走査μ−RHEE
D像を観察すると観察領域の結晶が面内回転を含んだ多
結晶であるか、単結晶であるかを識別することができ
る。先に示したExtended Abstracts of the 21th Confe
rence on Solid State Devices and Materials(1989)
p.217およびJapanese Journal of Applied Physics vo
l.28.No.11(1989 L2075.)では、Cu薄膜について、例
えば試料表面に平行な格子面が{100}であっても{10
0}結晶粒の中に面内回転を含んだ結晶粒が存在してい
ることを明らかにしている。
Scanning μ-RHEED microscopes use Extended Abstracts of t
he 21th Conference on Solid State Devices and Mate
rials (1989) p.217 and Japanese Journal of Applie
d Physics vol.28.No.11 (1989 L2075.). Conventional RHEED (Reflection High Energy El
In the ectron diffraction (reflection high-speed electron beam diffraction) method, an electron beam is incident on the sample surface at a shallow angle of 2 to 3 °, and the crystallinity of the sample surface is evaluated from a diffraction pattern generated by the diffracted electron beam. However, the electron beam diameter is
Since it is between 100 μm and several hundred μm, only average information on the surface of the material could be obtained. The scanning μ-RHEED microscope can observe an electron beam diffraction pattern from a specific minute area on the sample surface by narrowing the electron beam diameter to 0.1 μm. In addition, an electron beam is two-dimensionally scanned on the surface of the material, and a change in the intensity of the diffraction spot on the diffraction pattern is used as an image signal, and a two-dimensional image of the material surface due to the change in the intensity of the diffraction spot (scanning μ-RHEED Image) can be obtained. At this time, when a scanning μ-RHEED image using different diffraction spots A and C on the diffraction pattern is observed as shown in FIG. 4, even if the lattice plane parallel to the sample surface is aligned with (100), for example, In the plane, rotating crystal grain boundaries can be distinguished and imaged. Here, the diffraction spot A is a diffraction spot on a line (line 1) where a plane where a diffraction pattern is generated and a sagittal plane formed by an incident electron beam are orthogonal, and a diffraction spot C
Are diffraction spots not on line l. As shown in FIG.
If the lattice plane parallel to the sample surface is, for example, (100), but the crystal grains x and y rotate in plane with each other,
In the scanning μ-RHEED image using the diffraction spot A, both the crystal grains x and y are displayed as regions with high intensity. On the other hand, in the scanning μ-RHEED image using the diffraction spot C, only the crystal grain x is displayed as a region having a high intensity. Therefore, scanning μ-RHEE using diffraction spots A and C as shown in FIG.
By observing the D image, it is possible to identify whether the crystal in the observation region is a polycrystal including in-plane rotation or a single crystal. Extended Abstracts of the 21th Confe shown earlier
rence on Solid State Devices and Materials (1989)
p.217 and Japanese Journal of Applied Physics vo
In l.28.No.11 (1989 L2075.), for a Cu thin film, for example, even if the lattice plane parallel to the sample surface is {100},
It is clear that crystal grains including in-plane rotation exist in the 0 ° crystal grains.

まず、表1の基体温度でSi露出面上に選択的に堆積し
たAl膜の評価を行った。
First, the Al film selectively deposited on the exposed Si surface at the substrate temperature shown in Table 1 was evaluated.

Si基体表面の結晶方位が(111)面である時、X線回
折からは、第6図に示すように、Alに関しては、Al(10
0)を示す回折ピークしか観測されなかった。次に走査
型μ−RHEED顕微鏡を用いて選択的に堆積したAl膜の結
晶性を評価した。第7図に示すように表面の形状を示す
走査二次電子像(第7図(a))でAlが選択的に堆積さ
れた領域を特定した後、Al(100)面に[001]方向から
電子線を入射させたときに生じる回折パターン上の回折
斑点200(第4図の回折斑点Aに相当)および回折斑点6
20(第4図の回折斑点Cに相当)を用いて走査μ−RHEE
D像(第7図(b)および第7図(c))を観察した。
第7図(b)および(c)に模式的に示されるように選
択的に堆積されたAl膜上で明暗の変化はなく選択的に堆
積したAlは、Al(100)単結晶であることが確認され
た。
When the crystal orientation of the surface of the Si substrate is the (111) plane, as shown in FIG.
Only the diffraction peak indicating 0) was observed. Next, the crystallinity of the selectively deposited Al film was evaluated using a scanning μ-RHEED microscope. As shown in FIG. 7, after a region where Al is selectively deposited is identified by a scanning secondary electron image (FIG. 7 (a)) showing a surface shape, a [001] direction is applied to the Al (100) plane. Diffraction spots 200 (corresponding to diffraction spot A in FIG. 4) and diffraction spots 6 on the diffraction pattern generated when an electron beam is incident from FIG.
Scan μ-RHEE using 20 (corresponding to diffraction spot C in FIG. 4)
D images (FIGS. 7 (b) and 7 (c)) were observed.
As shown schematically in FIGS. 7 (b) and (c), there is no change in brightness on the selectively deposited Al film, and the selectively deposited Al is an Al (100) single crystal. Was confirmed.

また、Si露出面が線状でなくビアホールのような場
合、ビアホール径によらず選択的に堆積したAlは、同じ
くAL(100)単結晶であった。基体温度範囲は、250℃か
ら330℃のものは選択的に堆積されたAlが単結晶になっ
た。
When the exposed surface of the Si was not linear but was a via hole, the Al which was selectively deposited regardless of the diameter of the via hole was also an AL (100) single crystal. When the substrate temperature range was from 250 ° C. to 330 ° C., the selectively deposited Al became a single crystal.

また、Si(111)面がSi基体表面と1°、2°、3
°、4°、5°異なったオフアングルSi(111)基体上
に選択的に堆積したAl膜も上述Si(111)基体上に堆積
した場合と同じく、基体温度が250℃から330℃の範囲の
温度条件では、Al(100)単結晶が堆積した。
Also, the Si (111) plane is 1 °, 2 °, 3 °
°, 4 °, 5 ° Al films selectively deposited on off-angle Si (111) substrates differ in temperature from 250 ° C. to 330 ° C. as in the case of deposition on Si (111) substrates. Under this temperature condition, an Al (100) single crystal was deposited.

Si基体表面の結晶方位が(100)面であるとき、X線
回折からは、Alに関しては、第8図に示すように、Al
(111)を示す回折ピークしか観測されなかった。第9
図は、SiO2がライン状にパターニングされSi(100)が
ライン状に露出した基体上のSi露出面のみにAlを選択的
に堆積した場合の走査二次電子像(第9図(a))およ
び走査μ−RHEED像(第9図(b)および(c))であ
る。走査μ−RHEED像は、333回折斑点(同図(b))お
よび531回折斑点(同図(c))を用いた。選択的に堆
積したAl膜は、Al(111)単結晶であることが確認され
た。基体温度は、250℃から330℃の範囲のものは選択的
に堆積されたAl膜が単結晶になった。
When the crystal orientation of the surface of the Si base is the (100) plane, the X-ray diffraction shows that, as shown in FIG.
Only a diffraction peak indicating (111) was observed. Ninth
The figure shows the scanning secondary electron image when Al is selectively deposited only on the exposed surface of Si on the substrate where SiO 2 is patterned in a line shape and Si (100) is exposed in a line shape (FIG. 9 (a) ) And scanning μ-RHEED images (FIGS. 9 (b) and (c)). Scanning μ-RHEED images used 333 diffraction spots (FIG. 9B) and 531 diffraction spots (FIG. 9C). It was confirmed that the selectively deposited Al film was an Al (111) single crystal. When the substrate temperature was in the range of 250 ° C. to 330 ° C., the selectively deposited Al film became a single crystal.

また、Si(100)面がSi基体表面と1°、2°、3
°、4°、5°異なったオフアングルSi(100)基体上
に選択的に堆積したAl膜も上述Si(111)基体上に堆積
した場合と同じく、基体温度が250℃から330℃の範囲の
温度条件では、Al(111)単結晶が堆積した。
Also, the Si (100) plane is 1 °, 2 °, 3 °
°, 4 °, 5 ° Al films selectively deposited on different off-angle Si (100) substrates also have a substrate temperature in the range of 250 ° C. to 330 ° C., similarly to the case where the Al film is deposited on the Si (111) substrate. Under these temperature conditions, an Al (111) single crystal was deposited.

(実施例17) 実施例2に示した方法でSi露出面上へ選択的に堆積し
たAl膜の結晶性をX線回折法および走査型μ−RHEED顕
微鏡を用いて評価したところ以下の通りであった。
(Example 17) The crystallinity of the Al film selectively deposited on the exposed Si surface by the method shown in Example 2 was evaluated using an X-ray diffraction method and a scanning μ-RHEED microscope. there were.

Si基体表面の結晶方位が(111)面であるとき、X線
回折からは、第6図に示すように、Al(100)を示す回
折ピークしか観測されなかった。また、選択的に堆積さ
れたAl膜を走査型μ−RHEED顕微鏡で観察したところ実
施例1と同様Al(100)単結晶であった。
When the crystal orientation of the Si substrate surface was the (111) plane, only a diffraction peak indicating Al (100) was observed from the X-ray diffraction, as shown in FIG. When the selectively deposited Al film was observed with a scanning μ-RHEED microscope, it was found to be an Al (100) single crystal as in Example 1.

また、Si(111)面がSi基体表面と1°、2°、3
°、4°、5°異なったオフアングルSi(111)基体上
に堆積したAl膜も上述Si(111)基体上に堆積した場合
と同じく、第1および第2の基体温度が250℃から330℃
の範囲の温度条件では、Al(100)単結晶が堆積した。
Also, the Si (111) plane is 1 °, 2 °, 3 °
The Al film deposited on the off-angle Si (111) substrate at different angles of 4 °, 4 °, and 5 ° also has the first and second substrate temperatures of 250 ° C. to 330 ° C., similarly to the case where the Al film is deposited on the Si (111) substrate. ° C
Under the temperature conditions in the range, an Al (100) single crystal was deposited.

Si基体表面の結晶方位が(100)面であるとき、X線
回折からは、Alに関しては、第8図に示すように、Al
(111)を示す回折ピークしか観測されなかった。ま
た、選択的に堆積されたAl膜を走査型μ−RHEED顕微鏡
で観察したところ実施例1と同様Al(100)単結晶であ
った。
When the crystal orientation of the surface of the Si base is the (100) plane, the X-ray diffraction shows that, as shown in FIG.
Only a diffraction peak indicating (111) was observed. When the selectively deposited Al film was observed with a scanning μ-RHEED microscope, it was found to be an Al (100) single crystal as in Example 1.

表2の第2の基体温度範囲のなで、基体温度が270℃
から330℃の範囲のものは堆積したAl膜が単結晶になっ
た。
In the second substrate temperature range shown in Table 2, the substrate temperature was 270 ° C.
In the temperature range from to 330 ° C., the deposited Al film became a single crystal.

また、Si(100)面がSi基体表面と1°、2°、3
°、4°、5°異なったオフアングルSi(100)基体上
に堆積したAl膜も上述Si(111)基体上に堆積した場合
と同じく、第2の基体温度が270℃から330℃の範囲の温
度条件では、Al(111)単結晶が堆積した。
Also, the Si (100) plane is 1 °, 2 °, 3 °
The Al film deposited on the off-angle Si (100) substrate having different off-angles of 4 ° and 4 ° also has a second substrate temperature in the range of 270 ° C. to 330 ° C., similarly to the case where the Al film is deposited on the Si (111) substrate. Under these temperature conditions, an Al (111) single crystal was deposited.

(実施例18) 実施例3の方法で選択的に堆積したAl膜の結晶性を評
価した。実施例1の場合と同じく表1の第1および第2
の基体温度が250℃から330℃の範囲の温度条件では、Si
(111)基体上ではAl(100)単結晶、Si(100)基体上
ではAl(111)単結晶が堆積した。
(Example 18) The crystallinity of an Al film selectively deposited by the method of Example 3 was evaluated. As in the case of the first embodiment, the first and second
Under the temperature condition of the substrate temperature of 250 ° C. to 330 ° C., Si
An Al (100) single crystal was deposited on the (111) substrate, and an Al (111) single crystal was deposited on the Si (100) substrate.

(実施例19) 実施例4の方法で選択的に堆積されたAl膜の結晶性を
調べた。実施例1の場合と同じく表2の第2の基体温度
が270℃から330℃の範囲の温度条件では、Si(111)基
体上ではAl(100)単結晶、Si(100)基体上ではAl(11
1)単結晶が堆積した。
Example 19 The crystallinity of an Al film selectively deposited by the method of Example 4 was examined. As in the case of Example 1, when the second substrate temperature in Table 2 is in the range of 270 ° C. to 330 ° C., Al (100) single crystal on the Si (111) substrate and Al on the Si (100) substrate (11
1) Single crystals were deposited.

(実施例20) 実施例5に示したLP−CVD法で選択的に堆積したAl膜
の結晶性は以下の通りであった。
(Example 20) The crystallinity of the Al film selectively deposited by the LP-CVD method shown in Example 5 was as follows.

実施例16と同様の観察方法による走査μ−RHEED顕微
鏡観察から、第1の基体材料がSi(111)であるとき、
第2の基体材料がT−SiO2,SiO2,BSG,PSG,BPSG,P−Si
N,T−SiN,LP−SiN,ECR−SiNいずれの場合も選択的に堆
積したAlは、Al(100)であった。また、第1の基体材
料がSi(100)であるとき、第2の基体材料がT−Si
O2,SiO2,BSG,PSG,BPSG,P−SiN,T−SiN,LP−SiN,ECR−S
iNいずれの場合も選択的に堆積したAl膜は、Al(111)
であった。
From the scanning μ-RHEED microscopic observation by the same observation method as in Example 16, when the first base material was Si (111),
The second base material is T-SiO 2 , SiO 2 , BSG, PSG, BPSG, P-Si
In each of the cases of N, T-SiN, LP-SiN, and ECR-SiN, Al selectively deposited was Al (100). When the first base material is Si (100), the second base material is T-Si
O 2 , SiO 2 , BSG, PSG, BPSG, P-SiN, T-SiN, LP-SiN, ECR-S
In each case of iN, the selectively deposited Al film is Al (111)
Met.

第1の基体材料がTiNであるとき、第2の基体材料が
T−SiO2,SiO2,BSG,PSG,BPSG,P−SiN,T−SiN,LP−SiN,
ECR−SiNいずれの場合も選択的に堆積したAl膜は、X線
回折測定から、Al(111)に配向しており、また加速電
圧80kVもしくは100kVの電子線を用いた従来の反射高速
電子回折パターン観察から、Al(111)に係わる回折斑
点が強く観察された。
When the first substrate material is TiN, the second substrate material is T-SiO 2, SiO 2, BSG, PSG, BPSG, P-SiN, T-SiN, LP-SiN,
In each case of ECR-SiN, the selectively deposited Al film is oriented to Al (111) by X-ray diffraction measurement, and conventional reflection high-speed electron diffraction using an electron beam with an acceleration voltage of 80 kV or 100 kV. From the pattern observation, diffraction spots relating to Al (111) were strongly observed.

[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AlもしくはAl−Si膜を基体上に選択的
に、かつ、高速に堆積させることができた。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a low-resistance, dense, and flat Al or Al-Si film can be selectively and rapidly deposited on a substrate.

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

第1図は本発明による堆積膜形成法における膜形成の素
子を示す模式図、 第2図は本発明を適用可能な堆積膜形成装置の一例を示
す模式図、 第3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、 第4図は走査形μ−RHEEDを説明する模式図、 第5図は走査形μ−RHEED像による結晶粒観察結果を示
す模式図、 第6図はSi(111)基体上のX線回折パターン、 第7図はSi(111)基体上に選択堆積されたAl膜の走査
二次電子像および走査形μ−RHEED像を示す図、 第8図はSi(100)基体上のX線回折パターン、 第9図はSi(100)基体上に選択堆積されたAl膜の走査
二次電子像および走査μ−RHEED像を示す図である。 1…基体、2…反応管、3…基体ホルダ、4…ヒータ、
5…混合器、6…気化器、7…ゲートバルブ、8…スロ
ーリークバルブ、9…排気ユニット、10…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。
FIG. 1 is a schematic view showing an element for film formation in a deposited film forming method according to the present invention, FIG. 2 is a schematic view showing an example of a deposited film forming apparatus to which the present invention can be applied, and FIG. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating another example of a possible deposited film forming apparatus, FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a scanning μ-RHEED, FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the results of crystal grain observation using a scanning μ-RHEED image, FIG. 6 is an X-ray diffraction pattern on a Si (111) substrate, FIG. 7 is a diagram showing a scanning secondary electron image and a scanning μ-RHEED image of an Al film selectively deposited on the Si (111) substrate, FIG. 8 shows an X-ray diffraction pattern on a Si (100) substrate, and FIG. 9 shows a scanning secondary electron image and a scanning μ-RHEED image of an Al film selectively deposited on the Si (100) substrate. . DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Reaction tube, 3 ... Substrate holder, 4 ... Heater,
5: Mixer, 6: Vaporizer, 7: Gate valve, 8: Slow leak valve, 9: Exhaust unit, 10: Transfer chamber, 11 ...
Valve, 12 ... exhaust unit, 50 ... quartz outer reaction tube, 51
... Inner reaction tube made of quartz, 52 ... Source gas inlet, 53 ... Gas exhaust outlet, 54 ... Metal flange, 56 ... Base holder, 57 ... Base, 58 ... Gas flow, 59 ... Heater section.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/285 301 H01L 21/285 301M 21/3205 21/88 N ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical display location H01L 21/285 301 H01L 21/285 301M 21/3205 21/88 N

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】熱CVD法によりアルミニウムを主成分とす
る膜を形成するための堆積膜形成法において、 電子供与性の表面(A)と非電子供与性の表面(B)を
有する基体を堆積膜形成用の空間に配する工程、 アルキルアルミニウムハイドライドのガスと水素ガスと
を前記堆積膜形成用の空間に導入する工程、および 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)を維持し、膜形成の初期において温度を低くその
後高くなるように温度を変化させること、または膜形成
の初期においてアルキルアルミニウムハイドライドの分
圧を低くその後高くなるように分圧を変化させることの
うち、少なくともいずれか一方により、アルミニウムの
堆積速度を変化させてアルミニウム膜を該電子供与性の
表面(A)に選択的に形成する工程を有することを特徴
とする堆積膜形成法。
In a method of forming a film mainly composed of aluminum by a thermal CVD method, a substrate having an electron donating surface (A) and a non-electron donating surface (B) is deposited. Disposing in a space for forming a film, introducing an alkyl aluminum hydride gas and hydrogen gas into the space for forming a deposited film, and within a temperature range not lower than the decomposition temperature of the alkyl aluminum hydride and not higher than 450 ° C. Maintaining the electron donating surface (A) and changing the temperature so as to lower the temperature in the early stage of film formation and then increase it, or to lower the partial pressure of alkyl aluminum hydride and then increase it in the early stage of film formation. The deposition rate of aluminum is changed by at least one of changing the partial pressure to change the aluminum film. The deposited film forming method characterized by comprising the step of selectively forming a donative surface (A).
【請求項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。
2. The method according to claim 1, wherein said alkyl aluminum hydride is dimethyl aluminum hydride.
【請求項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。
3. The method according to claim 1, wherein said alkyl aluminum hydride is monomethyl aluminum hydride.
【請求項4】前記電子供与性の表面は、金属またはその
シリサイドの表面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。
4. The method according to claim 1, wherein the electron donating surface is a metal or a silicide thereof.
【請求項5】前記電子供与性の表面は、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、
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から選ばれ
ることを特徴とする請求項1に記載の堆積膜形成法。
5. An electron donating surface comprising: tungsten;
Molybdenum, tantalum, tungsten silicide, titanium silicide, aluminum, aluminum silicon,
Titanium aluminum, titanium nitride, copper, aluminum silicon copper, aluminum palladium, titanium,
The method according to claim 1, wherein the method is selected from molybdenum silicide and tantalum silicide.
【請求項6】熱CVD法によりアルミニウムを主成分とす
る膜を形成するための堆積膜形成法において、 電子供与性の表面(A)と非電子供与性の表面(B)を
有する基体を堆積膜形成用の空間に配する工程、 アルキルアルミニウムハイドライドのガスとシリコンを
含むガスおよび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 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)を維持し、膜形成の初期において温度を低くその
後高くなるように温度を変化させること、または膜形成
の初期においてアルキルアルミニウムハイドライドの分
圧を低くその後高くなるように分圧を変化させることの
うち、少なくともいずれか一方により、シリコンを含む
アルミニウムの堆積速度を変化させてシリコンを含むア
ルミニウム膜を該電子供与性の表面(A)に選択的に形
成する工程を有することを特徴とする堆積膜形成法。
6. A deposition film forming method for forming a film containing aluminum as a main component by a thermal CVD method, wherein a substrate having an electron donating surface (A) and a non-electron donating surface (B) is deposited. Disposing in a space for forming a film, introducing an alkyl aluminum hydride gas and a gas containing silicon and hydrogen gas into the space for forming a deposited film, and 450 ° C. or higher, which is higher than the decomposition temperature of the alkyl aluminum hydride. Maintaining the electron donating surface (A) within the following range, and changing the temperature so as to lower the temperature in the early stage of film formation and then increase it, or to reduce the partial pressure of the alkyl aluminum hydride in the early stage of film formation. By changing the partial pressure to lower and then increase, the aluminum containing silicon is deposited. The deposited film forming method characterized by comprising the step of selectively forming by changing the rate of aluminum film containing silicon on electron donative surface (A).
【請求項7】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6に記載の堆積膜形成法。
7. The method according to claim 6, wherein the alkyl aluminum hydride is dimethyl aluminum hydride.
【請求項8】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6に記載の堆積膜形成法。
8. The method according to claim 6, wherein the alkyl aluminum hydride is monomethyl aluminum hydride.
【請求項9】前記電子供与性の表面は、金属またはその
シリサイドの表面であることを特徴とする請求項6に記
載の堆積膜形成法。
9. The method according to claim 6, wherein the electron donating surface is a surface of a metal or a silicide thereof.
【請求項10】前記電子供与性の表面は、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、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から選
ばれることを特徴とする請求項6に記載の堆積膜形成
法。
10. An electron donating surface comprising: tungsten, molybdenum, tantalum, tungsten silicide,
The method according to claim 6, wherein the method is selected from titanium silicide, aluminum, aluminum silicon, titanium aluminum, titanium nitride, copper, aluminum silicon copper, aluminum palladium, titanium, molybdenum silicide, and tantalum silicide.
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