JPH01243547A - 電子デバイス - Google Patents
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、配線材としてアルミニウム膜又はアルミニウ
ム合金膜を使用したセンサー、メモリー、情報処理等を
行う半導体集積回路、光電子デバイス等の電子デバイス
の改良に間する。 （従来の技術と解決しようとする問題点）従来の電子デ
バイスの多くは、比抵抗が小さく安定性が良いことなど
の理由から、真空蒸着法又はスパッタリング法により作
製したアルミニウム膜を配線材としてバターニングして
用いている。 しかし、シリコン半導体デバイスに上記の方法で作製し
たアルミニウム膜を配線材として使用すると、基板のシ
リコンとアルミニウムの相互拡散が大きくなり、コンタ
クト部での安定が悪くなったり（これをペネトレーショ
ンという）、エレクトロマイグレーション、ストレスマ
イグレーションが発生するためこれを防止するために配
線材としてアルミニウムーシリコン合金膜を用いている
。 ここで、アルミニウムーシリコン合金とはアルミニウム
ーシリコンのブレーン間にシリコンが偏析している状態
の膜も含まれるものとする。 例えば、第４図は従来から知られているＮ型シリコン寺
ゲートＭＯＳ （Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉ〔ｌｅ Ｓｅｍ１
ｃｏｎ由］Ｃｔ、ｏｒ・）の構造図を示し・たものであ
る。 １１は、はう素をドープしたＰ形シリコン基板、１２は
上記基板１１を高温の雰囲気中；ござらし、て成長さす
だシリコン故化頃、１３はシリコン酸１ヒ膜１２をバタ
ーニングしてその部分にリンをイオン注入して形成した
Ｎ″層、１４はＣＶＤ法によりＮ″層１３上に成長させ
たシリコン酸化膜、１５はシリコン酸化膜１４をバター
ニングした後、高温の酸素雰囲気中にさらして成長させ
たゲート酸化膜、１６はゲート酸化膜１５上に成長させ
たポリシリコンゲート層、１７は基板１１全面に蒸着法
、スパッタリング法、熱ＣＶＤ法等により形成した配線
材としてのアルミニウム膜又はアルミニウムシリコン合
金膜（以下アルミニウム膜等という）、１８はアルミニ
ウム膜等１７０表面反射率を下げるためにＣＶＤ法又は
スパッタリング法で形成したシリコンタングステン膜、
１９は窒化シリコン等のパッシベーション膜である。 上記のよ゛うな構成の半導体デバイスの配線材として蒸
着又はスパッタリングにより形成したアルミニウム膜等
１７の膜厚は、電子デバイスの配線材の膜厚とし・では
、通常１μｉｎ位であるが、第５図：こ示すように１．
５１１ｍ前後のブレーン２０が形成されろ。二のような
りレーン２０が形成されると、このブレーン２０間の接
合部からエレクトロマイグレーションが生じ、これによ
り電子デバイス特性が変化したり、場合によっては配線
の断線、ショートが起こる。さらに、後工程で必要とさ
れるアニールによってアルミニウム配線上にヒロック（
丘状の突起物）が生じたりする。 このため近年、このアルミニウムーシリコン合金にさら
に鋼を添加し、ブレーンの接合部にこの銅を偏析させる
ことにより上記接合部の特性を改善し、エレクトロマイ
グレーションやストレスマイグレーションの発生を防止
することが試みられている。しかしながら、上記のよう
に銅を添加すると、アルミニウムーシリコン−鋼合金膜
のバターニングのためにドライエツチングを行った場合
、銅がエツチング残渣として残ってしまう。 そこで、この銅を除去するためにイオンスパッタエツチ
ングを併用することもてきるが、レジストにダメージを
生じたり、高エネルギーイオン照射によりデバイスの特
性変１ヒが生じたりする。 一方グレーンサ、イズを小さくする試みも行われており
、スパッタリング時に窒素を導入添加するとブレーンサ
イズが約０．５μｎ１となり、上記従来と比較すると多
少小さくすることかで゛きる。しかし、上記窒素が膜中
に混入したりするおそれが強く本質的に改善できるもの
ではない。 また、熱ＣＶＤによるアルミニウム膜等１７の成長につ
いて・櫨、次ぎの文献において紹介されている。 （１） ｒＬＰＣＶＤ ＡＬＵＭＩＮＵＭ ＦＯＲＶ
ＬＳＩ ＰＲＯＣ’ＥＳＳＩＮＧＪＲ，Ａ、Ｌｅｖｙ
ａｎｄ Ｍ、Ｌ、ＧｒｅｅｎＪ 、Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、１３４（１９８７）Ｐ３７ｃ（２）
ｒＬＰＣＶ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ Ａ
ｌ−５ｉ Ａ１１ｏｙｓｆｏｒ Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ ＭｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎＪＭ、Ｊ、Ｃｏ
ｏｋｅ Ｒ，Ａ、１（ｅｉｎｅｃｋｅ Ｒ，Ｃ
，５ｔｅｒｎＳｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙＤｅｃｅｍｂｅｒ１９８２ ＰＯ２〜６５上記文
献（１）（２）に示された熱ＣＶＤ法はともに同様のホ
ットウォール型ＣＶＤ装置を使用している。すなわち、
石英ガラス管の反応チャンバー；こ基板を並ｌ（、石英
ガラス管の外部からファーネス類により基板を加熱して
いるプロセスガスは石英方ラス管の軸方向に流している
。 これによりアルミニウム膜を作製すると、ステップカバ
レッジは改良されるが、作製された膜表面が荒れている
ため（反射率的１０〜２０％）、ブレーン間の接合性が
悪くエレクトロマイグレーションやストレスマイグレー
ションが発生してしまう。 さらに、表面平坦性の良いアルミニウム膜を作製できる
ものとして、次の文献において紹介されているクラスタ
ーイオンビーム蒸着法とマグネトロンプラズマＣＶＤ法
が知られている。 すなわち、 （３）ｒｌｃＢ法によるＡＩ膜形成と結晶性制御」山田
、高木 月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ （日本
語板）３月号（１９８７） Ｐ７５ 当該文献に示された方法は、アルミニウムの入っている
ルツボな加熱することにより高真空中でクラスターを発
生させ、そのクラスターヒームを電子衝撃によりイオン
化し、−ｒオンクラスタービームとして基板に照射し膜
付けを行なうようにしたものである。 しかし、この方法によって作製されたアルミニウム膜は
、第６図の断面図に示しているように、段差部２１の被
覆性が悪いため断線するおそれがあり電子デバイスの配
線用としては使用できない。 （４）ｒＭＰＣＶＤによるＡｔ膜の形成」加藤、伊藤 月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ−（日本
語版）３月号（１９８７） Ｐ８４ 当該文献に示された方法は、接地電位の基板ホルダーの
背面にＮ極、Ｓ極のマグネットを回転させた状態で接地
するとともに、基板に対向する位置のガス吹き出し部に
高周波電力を印加し、マグネトロンプラズマＣＶＤを行
うようにしたものである。 この方法によると、成膜されたアルミニウム膜中には数
％のオーダーで炭素が混入しており、比抵抗は４〜１０
μΩ・ｅｍと大きい。このため、アルミニウムの配線の
本来の特徴である比抵抗の低さ（２，７μΩ・ｃｍ）を
有効に用いることができず、配線材として適当でない。 （本発明の目的） 本発明の目的は、ブレーンが少なく、表面平坦性が良好
で、か゛つ段差被覆性の秀れたアルミニウム膜等を電子
デバイスの配線材として使用することによってエレクト
ロマイグレーションやストレスマイグレーション及びヒ
ロックの発生を防止し安定した電子デバイスを提供する
ことにある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために次のように構成さ
れている。すなわち、アルミニウム膜又はアルミニウム
合金膜から成る配線材を有する電子°−デバイスにおい
て、前記アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜が、所
定の気体を加熱して先ず第１段の熱変化を生じさせた後
に基板表面に供給し、加熱し、た基板の表面におけろ第
２段の熱変化により該基板表面に成膜を行うようにする
熱ＣＶＤ法で作製した膜であることを特徴としている。 （実施例） 第１図は本発明に係る電子デバイスの配線材として作製
したアルミニウム膜等の状態を示したものであり、第２
図はアルミニウム膜等の段差被覆性を示した断面図であ
り、さらに第３図はアルミニウム膜等を作製するために
使用する熱ＣＶＤ装置の正面断面図を示したものである
。 なお、当該実施例にかかる電子デバイスの構造について
は第４図に示した従来のものと同様なのでその説明は省
略する。また、第４図と同一の構成要素には同一の符号
を使用する。 第１図に示す通りシリコン基板ｌｌ上には平坦性の良好
なアルミニウム膜等１７が作製されている。このアルミ
ニウム膜等１７を作製するためには、第３図に示す熱Ｃ
Ｖ Ｄ装置を使用する。 符号１は処理室であり、気密；こ医つことができる構造
とな°っている。３は処理室１内：こ設置され基板１１
を慄持するとともに基板１１の温度調整をする基板ホル
ダーである。 基板ホルダー３の温度を調整する温度調整機構２０の構
成について説明すると、４はヒーターであって抵抗加熱
により気体ホルダー３を加熱しくこれは放射加熱等の他
の加熱方法であってもよい）、５は熱電対であって基板
ホルダー３の温度をモニターしている。温度モニターと
して熱電対５のかわりに測温抵抗を用いても良い。熱電
対５で測定された信号は、図示しないＰＩＤ制御、ＰＩ
制御、０Ｎ−ＯＦＦ制御等の制御回路に入力され、サイ
リスタもしくはリレーを用いてヒーター４０入力電力加
減し、基板ホルダー３の温度を調整している。必要なと
きは、基板ホルダー３を冷却可能にして加熱・冷却の両
方法により温度を調節する。 図示しない気体供給装置からバルブ７を通して所定の気
体８が処理室１内に導入されるが、この気体８を気体表
面に均一性良く供給する為に、多重にしたメツシュ等の
多数のガス通過・吹き出し。 １孔を備えた分配板３１が設けられている。この分配板
３１には温度調整機構４０を絹み込んでいる。 温度調整機構４０は、分配板３１に設けられた加熱手段
４１、温度モニター４２およびフィードバック制御手段
（図示していない）を主にして構成され、加熱手段４１
は、分配板３１を大気圧側からヒーター３２で抵抗加熱
で加熱するようにな゛っている。抵抗加熱の代わりにハ
ロゲンランプ等により放射加熱しても効果は同様である
。ヒーター３２は絶縁粉末３４を用いて分配板３１から
絶縁されている。この絶縁粉末３４はアルミナ等でも良
いが、ヒーターからの熱の伝導性を考慮するとマグネシ
ア粉末を用いる方が良い。 また、フィードバック制御手段は図示していないが、熱
電対３３で測定して得た信号をＰＩＤ制御、ＰＩ副制御
０Ｎ−ＯＦＦ制御等の制御回路にフィードバックし、サ
イリスタやリレーを用いてピーク３２０入力電力を加減
し・で、分配板３１の温度を制御する構成を採用してい
る。 なお、３５は絶縁粉末３４を固定するための蓋である。 上記のような構成を有する装置を用いて配線材としての
アルミニウム膜等１７を作製するには、−例として次の
ような成膜条件の下で行う。 処理室１内の圧力を２Ｔｏ ｒ ｒとし、導入気体とし
てトリイソブチルアルミニウム、キャリアガスとしてア
ルゴン（流量５０〜２００ｓ ｅ ｃｍ）を使用し、ガ
スシリンダーを５０〜９０℃、分配板３１を２３０℃に
設定して、トリイソブチルアルミニウムに対し「第１段
の熱変化」を与え、しかる後、３５０〜４００℃に加熱
されている基板１１の表面に供給する。これによって基
板１１０表面上では「第２段の熱変化」が生じ、アルミ
ニウム膜等１７を１μｍ／ｍｉｎの速度で基板１１上に
成膜することができる。当該膜１７０表面について前記
した熱ＣＶＤに関する従来例（１）、（２）と比較する
と非常に平坦になっている。 即ち、従来例（１）、 （２）によって作製された膜の
表面反射率は、１０〜２０％程度でＳＥＮ観察で非常に
凹凸のある荒れた面となっている。 これに対して本発明に係るアルミニウム膜等は、膜厚１
μｍにおいて２２０〜８００１ｍ光で、表面反射率は、
９５％以上となっている。これは、従来から行われてい
るスパッタリング法により作製された膜の場合よりも平
坦性が良くなっている。 また、第１図に示すように、基板１１上に成膜されたア
ルミニウム膜等１７は、ＳＥＭ観察においてスパッタ膜
と異なり、第５図に示すようなブレーン２０が確認でき
ないほどの膜を得ることができる。 また、上記の成膜条件で作製すると、Ｓｉ（結晶方位１
１１面）基板上にＡＩ（結晶方位１１１面）のエピタキ
シャル成長が可能で、ＲＨＥＥＤでストリークパターン
を得ることが出来る。又はＳｔ（結晶方位１００面）基
板上にＡｌ−５ｉ（結晶方位１００面）のエピタキシャ
ル成長が可能である。 更に第２図に示すように、クラスターイオンビーム蒸着
法で成膜した第６図の場合に比へ、格段 ゛に段差部２
１ての被覆性が良好となり、断線のおそれがなくなった
。 さらに、膜の比抵抗の点について上記の装置を用いパラ
メータの制御をすることによって平坦性のよい１μｍの
膜厚においても容易に比抵抗２．７μΩ・０を得ること
ができる。また、炭素の混入も少なく約２０ｐｐｍ以下
となっている。この膜をＮ２雰囲気中で、４３０℃、４
０分のアニールを行ったが、ヒロックの発生はみられな
かった。これはスパッタ法で作製した膜に比へ、非常に
すぐれた特徴である。 このように上記装置によって作製されたアルミニウム膜
等は、平坦性が良好で、かつ不純物混入が少なく、しか
も段差被覆性、結晶性のすぐれたものであり、電子デバ
イスの配線材として最適である。 電子デバイスを作製の際、上記のような方法；こよって
デバイスの配線材としてアルミニウム膜等を成膜した後
、これをエツチングし・でバターニングし・、その膜上
に、通常の２線用アルミニウム材の場合と同様、タング
ステンシリコン膜１８をＣＶＤ法又はスパッタリング法
によって２００人程程度膜する。これは上記アルミニウ
ム膜等の反射率が高いことから露光、パターニングが不
可能になるということがないように表面反射率を下げる
ため行うものである。 なお、上記実施例において、アルミニウム膜等を配線材
として使用した半導体デバイスについて説明したが、必
ずしもこれに限定されるものではなく、光電子デバイス
等信の電子デバイスについても広く含まれる。 （発明の効果） 請求項によると、電子デバイスの配線に所定の熱ＣＶＤ
法により作製したアルミニウム膜等を使用することによ
り、当該デバイスにエレクトロマイグレーションやスト
レスマイグレーション及びヒロックが発生することはな
い。
ム合金膜を使用したセンサー、メモリー、情報処理等を
行う半導体集積回路、光電子デバイス等の電子デバイス
の改良に間する。 （従来の技術と解決しようとする問題点）従来の電子デ
バイスの多くは、比抵抗が小さく安定性が良いことなど
の理由から、真空蒸着法又はスパッタリング法により作
製したアルミニウム膜を配線材としてバターニングして
用いている。 しかし、シリコン半導体デバイスに上記の方法で作製し
たアルミニウム膜を配線材として使用すると、基板のシ
リコンとアルミニウムの相互拡散が大きくなり、コンタ
クト部での安定が悪くなったり（これをペネトレーショ
ンという）、エレクトロマイグレーション、ストレスマ
イグレーションが発生するためこれを防止するために配
線材としてアルミニウムーシリコン合金膜を用いている
。 ここで、アルミニウムーシリコン合金とはアルミニウム
ーシリコンのブレーン間にシリコンが偏析している状態
の膜も含まれるものとする。 例えば、第４図は従来から知られているＮ型シリコン寺
ゲートＭＯＳ （Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉ〔ｌｅ Ｓｅｍ１
ｃｏｎ由］Ｃｔ、ｏｒ・）の構造図を示し・たものであ
る。 １１は、はう素をドープしたＰ形シリコン基板、１２は
上記基板１１を高温の雰囲気中；ござらし、て成長さす
だシリコン故化頃、１３はシリコン酸１ヒ膜１２をバタ
ーニングしてその部分にリンをイオン注入して形成した
Ｎ″層、１４はＣＶＤ法によりＮ″層１３上に成長させ
たシリコン酸化膜、１５はシリコン酸化膜１４をバター
ニングした後、高温の酸素雰囲気中にさらして成長させ
たゲート酸化膜、１６はゲート酸化膜１５上に成長させ
たポリシリコンゲート層、１７は基板１１全面に蒸着法
、スパッタリング法、熱ＣＶＤ法等により形成した配線
材としてのアルミニウム膜又はアルミニウムシリコン合
金膜（以下アルミニウム膜等という）、１８はアルミニ
ウム膜等１７０表面反射率を下げるためにＣＶＤ法又は
スパッタリング法で形成したシリコンタングステン膜、
１９は窒化シリコン等のパッシベーション膜である。 上記のよ゛うな構成の半導体デバイスの配線材として蒸
着又はスパッタリングにより形成したアルミニウム膜等
１７の膜厚は、電子デバイスの配線材の膜厚とし・では
、通常１μｉｎ位であるが、第５図：こ示すように１．
５１１ｍ前後のブレーン２０が形成されろ。二のような
りレーン２０が形成されると、このブレーン２０間の接
合部からエレクトロマイグレーションが生じ、これによ
り電子デバイス特性が変化したり、場合によっては配線
の断線、ショートが起こる。さらに、後工程で必要とさ
れるアニールによってアルミニウム配線上にヒロック（
丘状の突起物）が生じたりする。 このため近年、このアルミニウムーシリコン合金にさら
に鋼を添加し、ブレーンの接合部にこの銅を偏析させる
ことにより上記接合部の特性を改善し、エレクトロマイ
グレーションやストレスマイグレーションの発生を防止
することが試みられている。しかしながら、上記のよう
に銅を添加すると、アルミニウムーシリコン−鋼合金膜
のバターニングのためにドライエツチングを行った場合
、銅がエツチング残渣として残ってしまう。 そこで、この銅を除去するためにイオンスパッタエツチ
ングを併用することもてきるが、レジストにダメージを
生じたり、高エネルギーイオン照射によりデバイスの特
性変１ヒが生じたりする。 一方グレーンサ、イズを小さくする試みも行われており
、スパッタリング時に窒素を導入添加するとブレーンサ
イズが約０．５μｎ１となり、上記従来と比較すると多
少小さくすることかで゛きる。しかし、上記窒素が膜中
に混入したりするおそれが強く本質的に改善できるもの
ではない。 また、熱ＣＶＤによるアルミニウム膜等１７の成長につ
いて・櫨、次ぎの文献において紹介されている。 （１） ｒＬＰＣＶＤ ＡＬＵＭＩＮＵＭ ＦＯＲＶ
ＬＳＩ ＰＲＯＣ’ＥＳＳＩＮＧＪＲ，Ａ、Ｌｅｖｙ
ａｎｄ Ｍ、Ｌ、ＧｒｅｅｎＪ 、Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、１３４（１９８７）Ｐ３７ｃ（２）
ｒＬＰＣＶ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ Ａ
ｌ−５ｉ Ａ１１ｏｙｓｆｏｒ Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ ＭｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎＪＭ、Ｊ、Ｃｏ
ｏｋｅ Ｒ，Ａ、１（ｅｉｎｅｃｋｅ Ｒ，Ｃ
，５ｔｅｒｎＳｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙＤｅｃｅｍｂｅｒ１９８２ ＰＯ２〜６５上記文
献（１）（２）に示された熱ＣＶＤ法はともに同様のホ
ットウォール型ＣＶＤ装置を使用している。すなわち、
石英ガラス管の反応チャンバー；こ基板を並ｌ（、石英
ガラス管の外部からファーネス類により基板を加熱して
いるプロセスガスは石英方ラス管の軸方向に流している
。 これによりアルミニウム膜を作製すると、ステップカバ
レッジは改良されるが、作製された膜表面が荒れている
ため（反射率的１０〜２０％）、ブレーン間の接合性が
悪くエレクトロマイグレーションやストレスマイグレー
ションが発生してしまう。 さらに、表面平坦性の良いアルミニウム膜を作製できる
ものとして、次の文献において紹介されているクラスタ
ーイオンビーム蒸着法とマグネトロンプラズマＣＶＤ法
が知られている。 すなわち、 （３）ｒｌｃＢ法によるＡＩ膜形成と結晶性制御」山田
、高木 月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ （日本
語板）３月号（１９８７） Ｐ７５ 当該文献に示された方法は、アルミニウムの入っている
ルツボな加熱することにより高真空中でクラスターを発
生させ、そのクラスターヒームを電子衝撃によりイオン
化し、−ｒオンクラスタービームとして基板に照射し膜
付けを行なうようにしたものである。 しかし、この方法によって作製されたアルミニウム膜は
、第６図の断面図に示しているように、段差部２１の被
覆性が悪いため断線するおそれがあり電子デバイスの配
線用としては使用できない。 （４）ｒＭＰＣＶＤによるＡｔ膜の形成」加藤、伊藤 月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ−（日本
語版）３月号（１９８７） Ｐ８４ 当該文献に示された方法は、接地電位の基板ホルダーの
背面にＮ極、Ｓ極のマグネットを回転させた状態で接地
するとともに、基板に対向する位置のガス吹き出し部に
高周波電力を印加し、マグネトロンプラズマＣＶＤを行
うようにしたものである。 この方法によると、成膜されたアルミニウム膜中には数
％のオーダーで炭素が混入しており、比抵抗は４〜１０
μΩ・ｅｍと大きい。このため、アルミニウムの配線の
本来の特徴である比抵抗の低さ（２，７μΩ・ｃｍ）を
有効に用いることができず、配線材として適当でない。 （本発明の目的） 本発明の目的は、ブレーンが少なく、表面平坦性が良好
で、か゛つ段差被覆性の秀れたアルミニウム膜等を電子
デバイスの配線材として使用することによってエレクト
ロマイグレーションやストレスマイグレーション及びヒ
ロックの発生を防止し安定した電子デバイスを提供する
ことにある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために次のように構成さ
れている。すなわち、アルミニウム膜又はアルミニウム
合金膜から成る配線材を有する電子°−デバイスにおい
て、前記アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜が、所
定の気体を加熱して先ず第１段の熱変化を生じさせた後
に基板表面に供給し、加熱し、た基板の表面におけろ第
２段の熱変化により該基板表面に成膜を行うようにする
熱ＣＶＤ法で作製した膜であることを特徴としている。 （実施例） 第１図は本発明に係る電子デバイスの配線材として作製
したアルミニウム膜等の状態を示したものであり、第２
図はアルミニウム膜等の段差被覆性を示した断面図であ
り、さらに第３図はアルミニウム膜等を作製するために
使用する熱ＣＶＤ装置の正面断面図を示したものである
。 なお、当該実施例にかかる電子デバイスの構造について
は第４図に示した従来のものと同様なのでその説明は省
略する。また、第４図と同一の構成要素には同一の符号
を使用する。 第１図に示す通りシリコン基板ｌｌ上には平坦性の良好
なアルミニウム膜等１７が作製されている。このアルミ
ニウム膜等１７を作製するためには、第３図に示す熱Ｃ
Ｖ Ｄ装置を使用する。 符号１は処理室であり、気密；こ医つことができる構造
とな°っている。３は処理室１内：こ設置され基板１１
を慄持するとともに基板１１の温度調整をする基板ホル
ダーである。 基板ホルダー３の温度を調整する温度調整機構２０の構
成について説明すると、４はヒーターであって抵抗加熱
により気体ホルダー３を加熱しくこれは放射加熱等の他
の加熱方法であってもよい）、５は熱電対であって基板
ホルダー３の温度をモニターしている。温度モニターと
して熱電対５のかわりに測温抵抗を用いても良い。熱電
対５で測定された信号は、図示しないＰＩＤ制御、ＰＩ
制御、０Ｎ−ＯＦＦ制御等の制御回路に入力され、サイ
リスタもしくはリレーを用いてヒーター４０入力電力加
減し、基板ホルダー３の温度を調整している。必要なと
きは、基板ホルダー３を冷却可能にして加熱・冷却の両
方法により温度を調節する。 図示しない気体供給装置からバルブ７を通して所定の気
体８が処理室１内に導入されるが、この気体８を気体表
面に均一性良く供給する為に、多重にしたメツシュ等の
多数のガス通過・吹き出し。 １孔を備えた分配板３１が設けられている。この分配板
３１には温度調整機構４０を絹み込んでいる。 温度調整機構４０は、分配板３１に設けられた加熱手段
４１、温度モニター４２およびフィードバック制御手段
（図示していない）を主にして構成され、加熱手段４１
は、分配板３１を大気圧側からヒーター３２で抵抗加熱
で加熱するようにな゛っている。抵抗加熱の代わりにハ
ロゲンランプ等により放射加熱しても効果は同様である
。ヒーター３２は絶縁粉末３４を用いて分配板３１から
絶縁されている。この絶縁粉末３４はアルミナ等でも良
いが、ヒーターからの熱の伝導性を考慮するとマグネシ
ア粉末を用いる方が良い。 また、フィードバック制御手段は図示していないが、熱
電対３３で測定して得た信号をＰＩＤ制御、ＰＩ副制御
０Ｎ−ＯＦＦ制御等の制御回路にフィードバックし、サ
イリスタやリレーを用いてピーク３２０入力電力を加減
し・で、分配板３１の温度を制御する構成を採用してい
る。 なお、３５は絶縁粉末３４を固定するための蓋である。 上記のような構成を有する装置を用いて配線材としての
アルミニウム膜等１７を作製するには、−例として次の
ような成膜条件の下で行う。 処理室１内の圧力を２Ｔｏ ｒ ｒとし、導入気体とし
てトリイソブチルアルミニウム、キャリアガスとしてア
ルゴン（流量５０〜２００ｓ ｅ ｃｍ）を使用し、ガ
スシリンダーを５０〜９０℃、分配板３１を２３０℃に
設定して、トリイソブチルアルミニウムに対し「第１段
の熱変化」を与え、しかる後、３５０〜４００℃に加熱
されている基板１１の表面に供給する。これによって基
板１１０表面上では「第２段の熱変化」が生じ、アルミ
ニウム膜等１７を１μｍ／ｍｉｎの速度で基板１１上に
成膜することができる。当該膜１７０表面について前記
した熱ＣＶＤに関する従来例（１）、（２）と比較する
と非常に平坦になっている。 即ち、従来例（１）、 （２）によって作製された膜の
表面反射率は、１０〜２０％程度でＳＥＮ観察で非常に
凹凸のある荒れた面となっている。 これに対して本発明に係るアルミニウム膜等は、膜厚１
μｍにおいて２２０〜８００１ｍ光で、表面反射率は、
９５％以上となっている。これは、従来から行われてい
るスパッタリング法により作製された膜の場合よりも平
坦性が良くなっている。 また、第１図に示すように、基板１１上に成膜されたア
ルミニウム膜等１７は、ＳＥＭ観察においてスパッタ膜
と異なり、第５図に示すようなブレーン２０が確認でき
ないほどの膜を得ることができる。 また、上記の成膜条件で作製すると、Ｓｉ（結晶方位１
１１面）基板上にＡＩ（結晶方位１１１面）のエピタキ
シャル成長が可能で、ＲＨＥＥＤでストリークパターン
を得ることが出来る。又はＳｔ（結晶方位１００面）基
板上にＡｌ−５ｉ（結晶方位１００面）のエピタキシャ
ル成長が可能である。 更に第２図に示すように、クラスターイオンビーム蒸着
法で成膜した第６図の場合に比へ、格段 ゛に段差部２
１ての被覆性が良好となり、断線のおそれがなくなった
。 さらに、膜の比抵抗の点について上記の装置を用いパラ
メータの制御をすることによって平坦性のよい１μｍの
膜厚においても容易に比抵抗２．７μΩ・０を得ること
ができる。また、炭素の混入も少なく約２０ｐｐｍ以下
となっている。この膜をＮ２雰囲気中で、４３０℃、４
０分のアニールを行ったが、ヒロックの発生はみられな
かった。これはスパッタ法で作製した膜に比へ、非常に
すぐれた特徴である。 このように上記装置によって作製されたアルミニウム膜
等は、平坦性が良好で、かつ不純物混入が少なく、しか
も段差被覆性、結晶性のすぐれたものであり、電子デバ
イスの配線材として最適である。 電子デバイスを作製の際、上記のような方法；こよって
デバイスの配線材としてアルミニウム膜等を成膜した後
、これをエツチングし・でバターニングし・、その膜上
に、通常の２線用アルミニウム材の場合と同様、タング
ステンシリコン膜１８をＣＶＤ法又はスパッタリング法
によって２００人程程度膜する。これは上記アルミニウ
ム膜等の反射率が高いことから露光、パターニングが不
可能になるということがないように表面反射率を下げる
ため行うものである。 なお、上記実施例において、アルミニウム膜等を配線材
として使用した半導体デバイスについて説明したが、必
ずしもこれに限定されるものではなく、光電子デバイス
等信の電子デバイスについても広く含まれる。 （発明の効果） 請求項によると、電子デバイスの配線に所定の熱ＣＶＤ
法により作製したアルミニウム膜等を使用することによ
り、当該デバイスにエレクトロマイグレーションやスト
レスマイグレーション及びヒロックが発生することはな
い。
第１図は本発明に係る電子デバイスの配線材として作製
したアルミニウム膜等の部分斜視図、第２図は熱ＣＶＤ
法により作製したアルミニウム膜等の段差被覆性を示し
た断面図であり、さらに第３図はアルミニウム膜等を作
製するために使用するＣＶＤ装置の正面断面図、第４図
は従来から知られているＮ型シリコン・ゲートＭＯ５の
構造図、第５図はスパッタリング法により作製したアル
ミニウム膜の部分斜視図、第６図はクラスターイオンビ
ーム蒸着法により作製したアルミニウム膜等の段差被覆
性を示した断面図である。 １１・・・基板、１２・・・シリコン酸化膜、１３・・
・Ｎｏ、１７−・・アルミニウム膜又はアルミニウムー
シリコン合金膜。 特許出願人 日電アネルバ株式会社 代理人 弁理士 村上 １次 才１０ 旦 大６図 大２図 才３０ ヤ４目 旦 ヤ５０ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭６３−７１１６０号２、発明
の名称 電子デバイス ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都府中市四谷５−８−１名称 日電
アネルバ株式会社 代表者 安１）進 ４、代理人 。 住所 東京都府中市四谷５−８−１ト − ・ ５、補正命令の日付 、−４ｊ昭和６
３年６月２８日 （発送日） ６、補正の対象 明綱書。 電子デバイス ２、特許請求の範囲 アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜から成る配線材
を有する電子デバイスにおいて、前記アルミニウム膜又
はアルミニウム合金膜が、所定のス体を加熱して先ず第
１段の熟女化を生じさせた後に基板表面に供給し、加熱
した基板の表面における第２段の熱変化により該基板表
面に成膜を行うようにする熱ＣＶＤ法で作製した膜であ
ることを特徴とする電子デバイス。 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、配線材としてアルミニウム膜又はアルミニウ
ム合金膜を使用したセンサー、メモリー情報処理等を行
う半導体集積回路、光電子デバイへ ス等の電子デバイスの改良に間する。 （従来の技術と解決しようとする問題点）従来の電子デ
バイスの多くは、比抵抗が小さく安定性が良いことなど
の理由から、真空蒸着法又はスパッタリング法により作
製したアルミニウム膜を配線材としてパターニングして
用いている。 しかし、シリコン半導体デバイスに上記の方法で作製し
たアルミニウム膜を配線材として使用すると、基板のシ
リコンとアルミニウムの相互拡散が大きくなり、コンタ
クト部での安定が悪くなったり（これをペネトレーショ
ンという）、エレクトロマイグレーション、ストレスマ
イグレーションが発生するためこれを防止するために配
線材としてアルミニウムーシリコン合金膜を用いている
。 ここで、アルミニウムーシリコン合金とはアルミニウム
ーシリコンのブレーン間にシリコンが傭析している状態
の膜も含まれるものとする。 例えば、第４［！ｌは従来から知られているＮ型シリコ
ン・ゲートＭＯＳ （Ｍｅｔａｌ ０ｘｉｄｅ Ｓｅｍ
１ｃｏｎｄｕｃｔ、ｏｒ）の構造Ｉ！ｌを示したもので
ある。 １１は、はう素をドープしたＰ形シリコン基板、１２は
上記基板１１を高温の雰団ス中にさらし・て成長させた
シリコン酸化膜、１３はシリコン酸化膜１２をパターニ
ングしてその部分にリンをイオン注入して形成したＮ″
層、１４はＣＶＤ法によりＮ″層１３上に成長させたシ
リコン酸化膜、１５はシリコン酸化膜１４をパターニン
グした後、高温の酸素雰囲ス中にさらして成長させたゲ
ート酸化膜、１Ｇはゲート酸化膜１５上に成長させたポ
リシリコンゲート層、１７は基板１゛１全面に蒸着法、
スパッタリング法、熱Ｃ，Ｖ Ｄ法等ここより形成し・
た配線（才としてのアルミニウム膜又はアルミニウムシ
リコン合金膜（以下アルミニウム膜等という）、１８は
アルミニウム膜等１７０表面反射率を下げるためにＣＶ
Ｄ法又はスパッタリング法で形成したシリコンタングス
テン膜、１９は窒化シリコン等のパッジ・′スーション
膜である。 上記のような構成の半導体デバイスの配線材として蒸着
又はスパッタリングにより形成し・たアルミニウム膜等
１７の膜厚は、電子デバイスの配線材の膜厚とし・では
、通常１μｍ位であるが、第５図に示すようζこ１．５
μｍ前後のブレーン２０が形成される。このようなブレ
ーン２０が形成されると、このブレーン２０間の接合部
からエレクトロマイグレーションが生じ、これにより電
子デバイス特性が変１ヒしたり、場合によっては配線の
断線、ショートが起こる。さらに、後工程で必要とされ
るアニールによってアルミニウム配線上にヒロック（丘
状の突起物）が生じたりする。 このため近年、このアルミニウムーシリコン合金にさら
に鋼を添加し、ブレーンの接合部にこの銅を偏析させる
ことにより上記接合部の特性を改善し、エレクトロマイ
グレーションやストレスマイグレーションの発生を防止
することが試みられている。しかしながら、上記のよう
に銅を添加すると、アルミニウムーシリコン−銅合金膜
のパターニングのためにドライエツチングを行った場合
、鋼がエツチング歿渣として践ってしまう。 そこで、この銅を除去するためにイオンスパッタエツチ
ングを併用することもてきるが、レジ・ストにダメージ
を生じたり、高エネルギーイオン照射によりデバイスの
特性変化が生じたりする。 一方グレーンサイズを小さくする試みも行われており、
スパッタリング時に窒素を導入添加するとブレーンサイ
ズが約０．５μｍとなり、上記従来と比較すると多少小
さくすることができる。しかし、上記窒素が膜中に混入
したりするおそれが強く本質的に改善できるものではな
い。 また、熱ＣＶＤによるアルミニウム膜等１７の成長につ
いては、次ぎの文献において紹介されている。 （１） ｒＬＰＣＶＤ ＡＬＵＭＩＮＵＭ Ｆ
ＯＲＶＬＳＩ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧＪＲ，Ａ、Ｌｅ
ｖｙ ａｎｄ Ｍ、Ｌ、ＧｒｅｅｎＪ 、ＥＩｅｃ
ｔｒｏｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、 １３４（１９８７）Ｐ３７
ｃ（２） ｒ ＬＰＣ＼’ ｏｆ Ａｌｕｍｉ
ｎｕｍ ａｎｄ Ａｌ−５ｉ Ａ１１ｏ＞５ｆｏ
ｒ Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔ、ｏｒ Ｍｅｔａｌｌｉｚ
ａｔｉｏｎＪＭ、ｊ、Ｃｏｏｋｅ Ｒ，Ａ、）ｌｅ
ｉｎｅｃｋｅ Ｒ，Ｃ，５ｔｅｒｎＳｏｌｉｄ Ｓ
ｔ、ａｔｅ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｃｅｍｂｅｒ１
９８２ ＰＯ２〜Ｇ５上記文献（１）（２）に示され
た熱ＣＶ Ｄ法はともに同様のホットウォール型ＣＶＤ
装置を使用している。すなわち、石英ガラス管の反応チ
ャンバーに基板を並べ、石英ガラス管の外部からファー
ネス炉により基板を加熱しているプロセスガスは石英ガ
ラス管の軸方向に流している。 これによりアルミニウム膜を作製すると、ステップカバ
レッジは改良されるが、作製された膜表面が荒れている
ため（反躬率約１０〜２０％）、ブレーン間の接合性が
悪くエレクトロマイグレーションやストレスマイグレー
シコンが発生してしまう。 さらに、表面平坦性の良いアルミニウム膜を作製できる
ものとして、次の文献において紹介されているクラスタ
ーイオンビーム蒸着法とマグネトロンプラズマＣＶ Ｄ
法が知られている。 すなわち、 （３）ｒＩＣＢ法によるＡ１膜形成と結晶性制御」山田
、高木 月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ （日本
語版）３月号（１９８７） Ｐ７５ 当該文献に示された方法は、アルミニウムの入っている
ルツボを加熱することにより高真空中でクラスターを発
生させ、そのクラスタービームを電子衝撃によりイオン
化し、イオンクラスクービームとして基板に照射し膜付
けを行なうようにしたものである。 し・かじ、この方法によって作製されたアルミニウム膜
は、第６図の断面図に示しているように、段差部２１の
被覆性が悪いため断線するおそれがあり電子デバイスの
配線用としては使用できない。 （４）ｒＭＰｃＶＤによるＡｔ膜の形成」加熱、伊藤 月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ、（日本
語版）３月号（１９Ｂ？） Ｐ８４ 当該文献に示された方法は、接地電位の基板ホルダーの
背面にＮ極、Ｓ極のマグネットを回転させた状態で接地
するとともに、基板ここ対向する位置のガス吹き出し部
に高周波電力を印加し５、マグネトロンプラズマＣＶＤ
を行うようにしたものである。 この方法によると、成膜されたアルミニウム膜中には数
％のオーダーで炭素が混入しており、比抵抗は４〜１０
μΩ・（イ）と大きい。このため、アルミニウムの配線
の本来の特徴である比抵抗の低さ（２，７μΩ・Ｃｒｎ
）を有効に用いることができず、配線材として適当でな
い。 （本発明の目的） 本発明の目的は、ブレーンが少なく、表面平坦性が良好
で、かつ段差被覆性の秀れたアルミニウム膜等を電子デ
バイスの配線材として使用することによってエレクトロ
マイグレーションやストレスマイグレーション及びヒロ
ックの発生を防止し安定した電子デバイスを提供するこ
とにある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために次のように構成さ
れている。すなわち、アルミニウム膜又はアルミニウム
合金膜から成る配線材を有する電子デバイスにおいて、
前記アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜が、所定の
気体を加熱して先ず第１段の熱変化を生じさせた後に基
板表面に供給し、加熱した基板の表面における第２段の
熱変化により該基板表面に成膜を行うようにする熱ＣＶ
Ｄ法で作製した膜であることを特徴としている。 （実施例） 第１図は本発明に１系る電子デバイスの配線材として作
製したアルミニウム膜等の状態を示したものであり、第
２図はアルミニウム膜等の段差被覆性を示した断面図で
あり、さらに第３図はアルミニウム膜等を作製するため
に使用する熱ＣＶＤ装置の正面断面図を示したものであ
る。 なお、当該実施例にかかる電子デバー「スの構造につい
ては第４図；こ示した従来のものと同様なのでその説明
は省略する。また、第４図と同一の構成要素には同一の
符号を使用する。 第１図に示す通りシリコン基板ｌｌ上には平坦性の良好
なアルミニウム膜等１７が作製されている。このアルミ
ニウム膜等１７を作製するためには、第３図に示すｖＡ
ＣＶ Ｄ装置を使用する。 符号ｌは処理室であり、気密に保つことができる構造と
なっている。３は処理室１内ここ設置され基板１１を１
呆持するとともに基板１１の温度調整をする基板ホルダ
ーである。 基板ホルダー３の温度を調整する温度調整機構２０の構
成について説明すると、４はヒーターであって抵抗加熱
により気体ホルダー３を加熱しくこれは放射加熱等の池
の加熱方法であってもよい）、５は熱電対てあって基板
ホルダー３の温度をモニターしている。温度モニターと
して熱電対５のかわりに測温抵抗を用いても良い。熱電
対５で測定された旧号は、図示しないＰＩＤ制御、ＰＩ
副制御０Ｎ−ＯＦＦ制御等の制御回路に入力され、サイ
リスタもしくはリレーを用いてヒーター４０入力電力加
減し、基板ホルダー３の温度を調整している。必要なと
きは、基板ホルダー３を冷却可能にして加熱・冷却の両
方法により温度を調節する。 図示しない気Ｉ＄供給装置からバルブ７を通して所定の
気１零８が処理室１内に導入されるが、この気体８を気
体表面に均一性良く供給する為に、多重にしたメツシュ
等の多数のガス通過・吹き出し細孔を備えた分配板３１
が設けられている。この分配板３１には温度調整機構４
０を組み込んでいる。 温度調整機構４０は、分配板３１に設けられた加熱手段
４１、温度モニター４２およびフィート゛バック制御手
段（図示していない）を主にして構成され、加熱手段４
１は、分、配板３１を大気圧側からヒーター３２て抵抗
加熱で加熱するようになっている。抵抗加熱の代わりに
ハロゲンランプ等により放射加熱しても効果は同様であ
る。ヒーター３２は絶縁粉末３４を用いて分配板３１か
ら絶縁されている。この絶縁粉末３４はアルミナ等でも
良いが、ヒーターからの熱の伝導性を考慮するとマグネ
シア粉末を用いる方が良い。 また、フィードバック制御手段は図示していないが、熱
電対３３て測定して得た１言号をＰＩＤ制御、ＰＩｆｉ
’Ｊｉａｌ］、ＯＮ −ＯＦ Ｆ 制ｉ、［ｌｌ等）制
御回ｆｆｆｆ１ニフィードバックし、サイリスクやリレ
ーを用いてヒータ３２の入力電力を加減して、分配板３
１の温度を制御する構成を採用している。 なお、３５は絶縁粉末３４を固定するための蓋である。 上記のような構成を有する装置を用いて配線材としての
アルミニウム膜等１７を作製するには、−例として次の
ような成膜条件の下で行う。 処理室ｌ内の圧力を２Ｔｏｒｒとし、導入気体としてト
リイソブチルアルミニウム、キャリアガスとしてアルゴ
ン（流量５０〜２００ｓｅｃｍ）を使用し、ガスシリン
ダーを５０〜９０°Ｃ１分配板３１を２３０℃に設定し
て、トリイソブチルアルミニウムに対し「第１段の熱変
化」を与え、し・かる後、３５０〜４００℃に加熱され
ている基板１１の表面に供給する。これによって基板１
１の表面上では「第２段の熱変化」が生じ、アルミニウ
ム膜等１７を１μｍ／ｍｉｎの速度で基板１１上に成膜
することができる。当該膜１７０表面について前記した
熱ＣＶＤに関する従来例（１）、（２）と比較すると非
常に平坦になっている。 即ち、従来例（１）、（２）によって作製された膜の表
面反射率は、１０〜２０％程度でＳＥＭ観察で非常に凹
凸のある荒れた面となっている。 これに対して本発明に係るアルミニウム膜等は、膜厚１
μｔｎにおいて２２０〜８００ｎｔｎ光で、表面反射率
は、９５％以上となっている。これは、従来から行われ
ているスパッタリング法により作製された膜の場合より
も平坦性が良くなっている。 また、第１図に示すように１．基板１１上に成膜された
アルミニウム膜等１７は、ＳＥＮ観察においてスパッタ
膜と異なり、第５図に示すようなブレーン２０が確認で
きないほどの膜を得ることができる。 また、上記の成膜条件で作製すると、Ｓｉ（結晶方位１
１１面）基板上にＡＩ（結晶方位１１１面）のエピタキ
シャル成長が可能で、ＲＨＥＥＤてス）・リークパター
ンを得ることか出来る。又はＳｉ（結晶方位１００面）
基板上にＡｔ−９ｉ（結晶方位１００面）のエピタキシ
ャル成長が可能である。 更に第２図に示すように、クラスターイオンビーム蒸着
法で成膜した第６図の場合に比べ、格段に段差部２１で
の被覆性が良好となり、断線のおそれがなくなった。 さらに、膜の比抵抗の点について上記の装置を用いパラ
メータの制御をすることによって平坦性のよい１μｍの
膜厚においても容易に比抵抗２．７μΩ・口を得ること
ができる。また、炭素の混入も少なく約２０ｐｐｍ以下
となっている。この膜をＮ２雰囲気中で、４３０℃、４
０分のアニールを行ったが、ヒロックの発生はみられな
かった。これはスパッタ法で作製した膜に比べ、非常に
すぐれた特徴である。 このように上記装置によって作製されたアルミニウム膜
等は、平坦性が良好で、かつ不純物混入が少なく、しか
も段差被覆性、結晶性のすぐれたものであり、電子デバ
イスの配線材とし・て最適である。 電子デバイスを作製の際、上記のような方法によってデ
バイスの配線材としてアルミニウム膜等を成膜した後、
これをエツチングしてパターニングし・、その膜上に、
通常の配線用アルミニウム材の場合と同様、タングステ
ンシリコン膜１８をＣＶＤ法又はスパッタリング法によ
って２００人程程度膜する。これは上記アルミニウム膜
等の反射率が高い二とから露光、パターニングが不可能
になるということがないように表面反射ｆＳを下げるた
め行うものである。 なお、上記実施例において１．アルミニウム膜等を配線
材として使用した半導体デバイスについて。 説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、
光電子デバイス停泊の電子デバイスについても広く含ま
れる。 ′ （発明の効果） 請求項によると、電子デバイスの配線に所定の熱ＣＶ
Ｄ法により作製したアルミニウム膜等を使用することに
より、当該デバイスにエレクトロマイグレーションやス
トレスマイグレーション及びヒロックが発生することは
ない。
したアルミニウム膜等の部分斜視図、第２図は熱ＣＶＤ
法により作製したアルミニウム膜等の段差被覆性を示し
た断面図であり、さらに第３図はアルミニウム膜等を作
製するために使用するＣＶＤ装置の正面断面図、第４図
は従来から知られているＮ型シリコン・ゲートＭＯ５の
構造図、第５図はスパッタリング法により作製したアル
ミニウム膜の部分斜視図、第６図はクラスターイオンビ
ーム蒸着法により作製したアルミニウム膜等の段差被覆
性を示した断面図である。 １１・・・基板、１２・・・シリコン酸化膜、１３・・
・Ｎｏ、１７−・・アルミニウム膜又はアルミニウムー
シリコン合金膜。 特許出願人 日電アネルバ株式会社 代理人 弁理士 村上 １次 才１０ 旦 大６図 大２図 才３０ ヤ４目 旦 ヤ５０ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭６３−７１１６０号２、発明
の名称 電子デバイス ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都府中市四谷５−８−１名称 日電
アネルバ株式会社 代表者 安１）進 ４、代理人 。 住所 東京都府中市四谷５−８−１ト − ・ ５、補正命令の日付 、−４ｊ昭和６
３年６月２８日 （発送日） ６、補正の対象 明綱書。 電子デバイス ２、特許請求の範囲 アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜から成る配線材
を有する電子デバイスにおいて、前記アルミニウム膜又
はアルミニウム合金膜が、所定のス体を加熱して先ず第
１段の熟女化を生じさせた後に基板表面に供給し、加熱
した基板の表面における第２段の熱変化により該基板表
面に成膜を行うようにする熱ＣＶＤ法で作製した膜であ
ることを特徴とする電子デバイス。 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、配線材としてアルミニウム膜又はアルミニウ
ム合金膜を使用したセンサー、メモリー情報処理等を行
う半導体集積回路、光電子デバイへ ス等の電子デバイスの改良に間する。 （従来の技術と解決しようとする問題点）従来の電子デ
バイスの多くは、比抵抗が小さく安定性が良いことなど
の理由から、真空蒸着法又はスパッタリング法により作
製したアルミニウム膜を配線材としてパターニングして
用いている。 しかし、シリコン半導体デバイスに上記の方法で作製し
たアルミニウム膜を配線材として使用すると、基板のシ
リコンとアルミニウムの相互拡散が大きくなり、コンタ
クト部での安定が悪くなったり（これをペネトレーショ
ンという）、エレクトロマイグレーション、ストレスマ
イグレーションが発生するためこれを防止するために配
線材としてアルミニウムーシリコン合金膜を用いている
。 ここで、アルミニウムーシリコン合金とはアルミニウム
ーシリコンのブレーン間にシリコンが傭析している状態
の膜も含まれるものとする。 例えば、第４［！ｌは従来から知られているＮ型シリコ
ン・ゲートＭＯＳ （Ｍｅｔａｌ ０ｘｉｄｅ Ｓｅｍ
１ｃｏｎｄｕｃｔ、ｏｒ）の構造Ｉ！ｌを示したもので
ある。 １１は、はう素をドープしたＰ形シリコン基板、１２は
上記基板１１を高温の雰団ス中にさらし・て成長させた
シリコン酸化膜、１３はシリコン酸化膜１２をパターニ
ングしてその部分にリンをイオン注入して形成したＮ″
層、１４はＣＶＤ法によりＮ″層１３上に成長させたシ
リコン酸化膜、１５はシリコン酸化膜１４をパターニン
グした後、高温の酸素雰囲ス中にさらして成長させたゲ
ート酸化膜、１Ｇはゲート酸化膜１５上に成長させたポ
リシリコンゲート層、１７は基板１゛１全面に蒸着法、
スパッタリング法、熱Ｃ，Ｖ Ｄ法等ここより形成し・
た配線（才としてのアルミニウム膜又はアルミニウムシ
リコン合金膜（以下アルミニウム膜等という）、１８は
アルミニウム膜等１７０表面反射率を下げるためにＣＶ
Ｄ法又はスパッタリング法で形成したシリコンタングス
テン膜、１９は窒化シリコン等のパッジ・′スーション
膜である。 上記のような構成の半導体デバイスの配線材として蒸着
又はスパッタリングにより形成し・たアルミニウム膜等
１７の膜厚は、電子デバイスの配線材の膜厚とし・では
、通常１μｍ位であるが、第５図に示すようζこ１．５
μｍ前後のブレーン２０が形成される。このようなブレ
ーン２０が形成されると、このブレーン２０間の接合部
からエレクトロマイグレーションが生じ、これにより電
子デバイス特性が変１ヒしたり、場合によっては配線の
断線、ショートが起こる。さらに、後工程で必要とされ
るアニールによってアルミニウム配線上にヒロック（丘
状の突起物）が生じたりする。 このため近年、このアルミニウムーシリコン合金にさら
に鋼を添加し、ブレーンの接合部にこの銅を偏析させる
ことにより上記接合部の特性を改善し、エレクトロマイ
グレーションやストレスマイグレーションの発生を防止
することが試みられている。しかしながら、上記のよう
に銅を添加すると、アルミニウムーシリコン−銅合金膜
のパターニングのためにドライエツチングを行った場合
、鋼がエツチング歿渣として践ってしまう。 そこで、この銅を除去するためにイオンスパッタエツチ
ングを併用することもてきるが、レジ・ストにダメージ
を生じたり、高エネルギーイオン照射によりデバイスの
特性変化が生じたりする。 一方グレーンサイズを小さくする試みも行われており、
スパッタリング時に窒素を導入添加するとブレーンサイ
ズが約０．５μｍとなり、上記従来と比較すると多少小
さくすることができる。しかし、上記窒素が膜中に混入
したりするおそれが強く本質的に改善できるものではな
い。 また、熱ＣＶＤによるアルミニウム膜等１７の成長につ
いては、次ぎの文献において紹介されている。 （１） ｒＬＰＣＶＤ ＡＬＵＭＩＮＵＭ Ｆ
ＯＲＶＬＳＩ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧＪＲ，Ａ、Ｌｅ
ｖｙ ａｎｄ Ｍ、Ｌ、ＧｒｅｅｎＪ 、ＥＩｅｃ
ｔｒｏｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、 １３４（１９８７）Ｐ３７
ｃ（２） ｒ ＬＰＣ＼’ ｏｆ Ａｌｕｍｉ
ｎｕｍ ａｎｄ Ａｌ−５ｉ Ａ１１ｏ＞５ｆｏ
ｒ Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔ、ｏｒ Ｍｅｔａｌｌｉｚ
ａｔｉｏｎＪＭ、ｊ、Ｃｏｏｋｅ Ｒ，Ａ、）ｌｅ
ｉｎｅｃｋｅ Ｒ，Ｃ，５ｔｅｒｎＳｏｌｉｄ Ｓ
ｔ、ａｔｅ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｃｅｍｂｅｒ１
９８２ ＰＯ２〜Ｇ５上記文献（１）（２）に示され
た熱ＣＶ Ｄ法はともに同様のホットウォール型ＣＶＤ
装置を使用している。すなわち、石英ガラス管の反応チ
ャンバーに基板を並べ、石英ガラス管の外部からファー
ネス炉により基板を加熱しているプロセスガスは石英ガ
ラス管の軸方向に流している。 これによりアルミニウム膜を作製すると、ステップカバ
レッジは改良されるが、作製された膜表面が荒れている
ため（反躬率約１０〜２０％）、ブレーン間の接合性が
悪くエレクトロマイグレーションやストレスマイグレー
シコンが発生してしまう。 さらに、表面平坦性の良いアルミニウム膜を作製できる
ものとして、次の文献において紹介されているクラスタ
ーイオンビーム蒸着法とマグネトロンプラズマＣＶ Ｄ
法が知られている。 すなわち、 （３）ｒＩＣＢ法によるＡ１膜形成と結晶性制御」山田
、高木 月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ （日本
語版）３月号（１９８７） Ｐ７５ 当該文献に示された方法は、アルミニウムの入っている
ルツボを加熱することにより高真空中でクラスターを発
生させ、そのクラスタービームを電子衝撃によりイオン
化し、イオンクラスクービームとして基板に照射し膜付
けを行なうようにしたものである。 し・かじ、この方法によって作製されたアルミニウム膜
は、第６図の断面図に示しているように、段差部２１の
被覆性が悪いため断線するおそれがあり電子デバイスの
配線用としては使用できない。 （４）ｒＭＰｃＶＤによるＡｔ膜の形成」加熱、伊藤 月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ、（日本
語版）３月号（１９Ｂ？） Ｐ８４ 当該文献に示された方法は、接地電位の基板ホルダーの
背面にＮ極、Ｓ極のマグネットを回転させた状態で接地
するとともに、基板ここ対向する位置のガス吹き出し部
に高周波電力を印加し５、マグネトロンプラズマＣＶＤ
を行うようにしたものである。 この方法によると、成膜されたアルミニウム膜中には数
％のオーダーで炭素が混入しており、比抵抗は４〜１０
μΩ・（イ）と大きい。このため、アルミニウムの配線
の本来の特徴である比抵抗の低さ（２，７μΩ・Ｃｒｎ
）を有効に用いることができず、配線材として適当でな
い。 （本発明の目的） 本発明の目的は、ブレーンが少なく、表面平坦性が良好
で、かつ段差被覆性の秀れたアルミニウム膜等を電子デ
バイスの配線材として使用することによってエレクトロ
マイグレーションやストレスマイグレーション及びヒロ
ックの発生を防止し安定した電子デバイスを提供するこ
とにある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために次のように構成さ
れている。すなわち、アルミニウム膜又はアルミニウム
合金膜から成る配線材を有する電子デバイスにおいて、
前記アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜が、所定の
気体を加熱して先ず第１段の熱変化を生じさせた後に基
板表面に供給し、加熱した基板の表面における第２段の
熱変化により該基板表面に成膜を行うようにする熱ＣＶ
Ｄ法で作製した膜であることを特徴としている。 （実施例） 第１図は本発明に１系る電子デバイスの配線材として作
製したアルミニウム膜等の状態を示したものであり、第
２図はアルミニウム膜等の段差被覆性を示した断面図で
あり、さらに第３図はアルミニウム膜等を作製するため
に使用する熱ＣＶＤ装置の正面断面図を示したものであ
る。 なお、当該実施例にかかる電子デバー「スの構造につい
ては第４図；こ示した従来のものと同様なのでその説明
は省略する。また、第４図と同一の構成要素には同一の
符号を使用する。 第１図に示す通りシリコン基板ｌｌ上には平坦性の良好
なアルミニウム膜等１７が作製されている。このアルミ
ニウム膜等１７を作製するためには、第３図に示すｖＡ
ＣＶ Ｄ装置を使用する。 符号ｌは処理室であり、気密に保つことができる構造と
なっている。３は処理室１内ここ設置され基板１１を１
呆持するとともに基板１１の温度調整をする基板ホルダ
ーである。 基板ホルダー３の温度を調整する温度調整機構２０の構
成について説明すると、４はヒーターであって抵抗加熱
により気体ホルダー３を加熱しくこれは放射加熱等の池
の加熱方法であってもよい）、５は熱電対てあって基板
ホルダー３の温度をモニターしている。温度モニターと
して熱電対５のかわりに測温抵抗を用いても良い。熱電
対５で測定された旧号は、図示しないＰＩＤ制御、ＰＩ
副制御０Ｎ−ＯＦＦ制御等の制御回路に入力され、サイ
リスタもしくはリレーを用いてヒーター４０入力電力加
減し、基板ホルダー３の温度を調整している。必要なと
きは、基板ホルダー３を冷却可能にして加熱・冷却の両
方法により温度を調節する。 図示しない気Ｉ＄供給装置からバルブ７を通して所定の
気１零８が処理室１内に導入されるが、この気体８を気
体表面に均一性良く供給する為に、多重にしたメツシュ
等の多数のガス通過・吹き出し細孔を備えた分配板３１
が設けられている。この分配板３１には温度調整機構４
０を組み込んでいる。 温度調整機構４０は、分配板３１に設けられた加熱手段
４１、温度モニター４２およびフィート゛バック制御手
段（図示していない）を主にして構成され、加熱手段４
１は、分、配板３１を大気圧側からヒーター３２て抵抗
加熱で加熱するようになっている。抵抗加熱の代わりに
ハロゲンランプ等により放射加熱しても効果は同様であ
る。ヒーター３２は絶縁粉末３４を用いて分配板３１か
ら絶縁されている。この絶縁粉末３４はアルミナ等でも
良いが、ヒーターからの熱の伝導性を考慮するとマグネ
シア粉末を用いる方が良い。 また、フィードバック制御手段は図示していないが、熱
電対３３て測定して得た１言号をＰＩＤ制御、ＰＩｆｉ
’Ｊｉａｌ］、ＯＮ −ＯＦ Ｆ 制ｉ、［ｌｌ等）制
御回ｆｆｆｆ１ニフィードバックし、サイリスクやリレ
ーを用いてヒータ３２の入力電力を加減して、分配板３
１の温度を制御する構成を採用している。 なお、３５は絶縁粉末３４を固定するための蓋である。 上記のような構成を有する装置を用いて配線材としての
アルミニウム膜等１７を作製するには、−例として次の
ような成膜条件の下で行う。 処理室ｌ内の圧力を２Ｔｏｒｒとし、導入気体としてト
リイソブチルアルミニウム、キャリアガスとしてアルゴ
ン（流量５０〜２００ｓｅｃｍ）を使用し、ガスシリン
ダーを５０〜９０°Ｃ１分配板３１を２３０℃に設定し
て、トリイソブチルアルミニウムに対し「第１段の熱変
化」を与え、し・かる後、３５０〜４００℃に加熱され
ている基板１１の表面に供給する。これによって基板１
１の表面上では「第２段の熱変化」が生じ、アルミニウ
ム膜等１７を１μｍ／ｍｉｎの速度で基板１１上に成膜
することができる。当該膜１７０表面について前記した
熱ＣＶＤに関する従来例（１）、（２）と比較すると非
常に平坦になっている。 即ち、従来例（１）、（２）によって作製された膜の表
面反射率は、１０〜２０％程度でＳＥＭ観察で非常に凹
凸のある荒れた面となっている。 これに対して本発明に係るアルミニウム膜等は、膜厚１
μｔｎにおいて２２０〜８００ｎｔｎ光で、表面反射率
は、９５％以上となっている。これは、従来から行われ
ているスパッタリング法により作製された膜の場合より
も平坦性が良くなっている。 また、第１図に示すように１．基板１１上に成膜された
アルミニウム膜等１７は、ＳＥＮ観察においてスパッタ
膜と異なり、第５図に示すようなブレーン２０が確認で
きないほどの膜を得ることができる。 また、上記の成膜条件で作製すると、Ｓｉ（結晶方位１
１１面）基板上にＡＩ（結晶方位１１１面）のエピタキ
シャル成長が可能で、ＲＨＥＥＤてス）・リークパター
ンを得ることか出来る。又はＳｉ（結晶方位１００面）
基板上にＡｔ−９ｉ（結晶方位１００面）のエピタキシ
ャル成長が可能である。 更に第２図に示すように、クラスターイオンビーム蒸着
法で成膜した第６図の場合に比べ、格段に段差部２１で
の被覆性が良好となり、断線のおそれがなくなった。 さらに、膜の比抵抗の点について上記の装置を用いパラ
メータの制御をすることによって平坦性のよい１μｍの
膜厚においても容易に比抵抗２．７μΩ・口を得ること
ができる。また、炭素の混入も少なく約２０ｐｐｍ以下
となっている。この膜をＮ２雰囲気中で、４３０℃、４
０分のアニールを行ったが、ヒロックの発生はみられな
かった。これはスパッタ法で作製した膜に比べ、非常に
すぐれた特徴である。 このように上記装置によって作製されたアルミニウム膜
等は、平坦性が良好で、かつ不純物混入が少なく、しか
も段差被覆性、結晶性のすぐれたものであり、電子デバ
イスの配線材とし・て最適である。 電子デバイスを作製の際、上記のような方法によってデ
バイスの配線材としてアルミニウム膜等を成膜した後、
これをエツチングしてパターニングし・、その膜上に、
通常の配線用アルミニウム材の場合と同様、タングステ
ンシリコン膜１８をＣＶＤ法又はスパッタリング法によ
って２００人程程度膜する。これは上記アルミニウム膜
等の反射率が高い二とから露光、パターニングが不可能
になるということがないように表面反射ｆＳを下げるた
め行うものである。 なお、上記実施例において１．アルミニウム膜等を配線
材として使用した半導体デバイスについて。 説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、
光電子デバイス停泊の電子デバイスについても広く含ま
れる。 ′ （発明の効果） 請求項によると、電子デバイスの配線に所定の熱ＣＶ
Ｄ法により作製したアルミニウム膜等を使用することに
より、当該デバイスにエレクトロマイグレーションやス
トレスマイグレーション及びヒロックが発生することは
ない。
第１図は本発明に係る電子デバイスの配線材として作製
したアルミニウム膜等の部分斜視図・第２図は熱ＣＶＤ
法により作製したアルミニウム膜等の段差被覆性を示し
た断面図であり、さらに第３図はアルミニウム膜等を作
製するために使用するＣ Ｖ Ｄ装置の正面断面図、第
４図は従来から知られているＮ型シリコン・ゲー１−
Ｍ ＯＳの構造図、第５図はスパッタリング法により作
製したアルミニウム膜の部分斜視図、第６図はクラスタ
ーイオンビーム蒸着法により作製したアルミニウム膜等
の段差被覆性を示した断面図である。 １１・・・基板、１２・・・シリコン酸化膜、１３・・
・Ｎ゛、１７・・φアルミニウム膜又はアルミニウムー
シリコン合金膜。 特許出願人 日電アネルバ株式会社 代理人 弁理士 村上 健次
したアルミニウム膜等の部分斜視図・第２図は熱ＣＶＤ
法により作製したアルミニウム膜等の段差被覆性を示し
た断面図であり、さらに第３図はアルミニウム膜等を作
製するために使用するＣ Ｖ Ｄ装置の正面断面図、第
４図は従来から知られているＮ型シリコン・ゲー１−
Ｍ ＯＳの構造図、第５図はスパッタリング法により作
製したアルミニウム膜の部分斜視図、第６図はクラスタ
ーイオンビーム蒸着法により作製したアルミニウム膜等
の段差被覆性を示した断面図である。 １１・・・基板、１２・・・シリコン酸化膜、１３・・
・Ｎ゛、１７・・φアルミニウム膜又はアルミニウムー
シリコン合金膜。 特許出願人 日電アネルバ株式会社 代理人 弁理士 村上 健次
Claims (1)
- アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜から成る配線
材を有する電子デバイスにおいて、前記アルミニウム膜
又はアルミニウム合金膜が、所定の気体を加熱して先ず
第１段の熱変化を生じさせた後に基板表面に供給し、加
熱した基板の表面における第２段の熱変化により該基板
表面に成膜を行うようにする熱ＣＶＤ法で作製した膜で
あることを特徴とする電子デバイス。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2246388A JPH01198475A (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | 薄膜作製方法 |
| JP63071160A JPH0682666B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 電子デバイス |
| US07/253,820 US4963423A (en) | 1987-10-08 | 1988-10-06 | Method for forming a thin film and apparatus of forming a metal thin film utilizing temperature controlling means |
| US07/424,799 US4981103A (en) | 1987-10-08 | 1989-10-20 | Apparatus for forming a metal thin film utilizing temperature controlling means |
| US08/009,446 US5594280A (en) | 1987-10-08 | 1993-01-27 | Method of forming a thin film and apparatus of forming a metal thin film utilizing temperature controlling means |
| US08/561,747 US5744377A (en) | 1987-10-08 | 1995-11-22 | Method for forming a thin film and apparatus of forming a metal thin film utilizing temperature controlling means |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63071160A JPH0682666B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 電子デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01243547A true JPH01243547A (ja) | 1989-09-28 |
| JPH0682666B2 JPH0682666B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=13452605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63071160A Expired - Lifetime JPH0682666B2 (ja) | 1987-10-08 | 1988-03-25 | 電子デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0682666B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5985857A (ja) * | 1982-11-08 | 1984-05-17 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | アルミニユ−ム被膜の作製方法 |
| JPS6324070A (ja) * | 1987-04-24 | 1988-02-01 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | アルミニユ−ム被膜の作製方法 |
-
1988
- 1988-03-25 JP JP63071160A patent/JPH0682666B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5985857A (ja) * | 1982-11-08 | 1984-05-17 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | アルミニユ−ム被膜の作製方法 |
| JPS6324070A (ja) * | 1987-04-24 | 1988-02-01 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | アルミニユ−ム被膜の作製方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0682666B2 (ja) | 1994-10-19 |
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