DE3727264A1 - Chemisches dampf-ablagerungsverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung derselben - Google Patents
Chemisches dampf-ablagerungsverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung derselbenInfo
- Publication number
- DE3727264A1 DE3727264A1 DE19873727264 DE3727264A DE3727264A1 DE 3727264 A1 DE3727264 A1 DE 3727264A1 DE 19873727264 DE19873727264 DE 19873727264 DE 3727264 A DE3727264 A DE 3727264A DE 3727264 A1 DE3727264 A1 DE 3727264A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- substrate
- aluminum
- deposition
- deposited
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 73
- 239000000126 substance Substances 0.000 title description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 272
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 245
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 176
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 166
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 155
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 126
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 121
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 105
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 103
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 102
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 51
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 31
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 28
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 26
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- -1 aluminum compound Chemical class 0.000 claims description 7
- NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H tungsten hexafluoride Chemical compound F[W](F)(F)(F)(F)F NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 6
- WSWMGHRLUYADNA-UHFFFAOYSA-N 7-nitro-1,2,3,4-tetrahydroquinoline Chemical compound C1CCNC2=CC([N+](=O)[O-])=CC=C21 WSWMGHRLUYADNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 3
- GICWIDZXWJGTCI-UHFFFAOYSA-I molybdenum pentachloride Chemical compound Cl[Mo](Cl)(Cl)(Cl)Cl GICWIDZXWJGTCI-UHFFFAOYSA-I 0.000 claims description 3
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 250
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 137
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 94
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 76
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 42
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 39
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 34
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 23
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 23
- MCULRUJILOGHCJ-UHFFFAOYSA-N triisobutylaluminium Chemical compound CC(C)C[Al](CC(C)C)CC(C)C MCULRUJILOGHCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 21
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 20
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 20
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 18
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 17
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 10
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 8
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 8
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 7
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 7
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 7
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 7
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 5
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 5
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 5
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 3
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)molybdenum Chemical compound [Si]=[Mo]=[Si] YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 229910021344 molybdenum silicide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 description 3
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 description 3
- ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N $l^{3}-silane;platinum Chemical compound [SiH3].[Pt] ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021339 platinum silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- VOITXYVAKOUIBA-UHFFFAOYSA-N triethylaluminium Chemical compound CC[Al](CC)CC VOITXYVAKOUIBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- VQTUBCCKSQIDNK-UHFFFAOYSA-N Isobutene Chemical group CC(C)=C VQTUBCCKSQIDNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- GPBUGPUPKAGMDK-UHFFFAOYSA-N azanylidynemolybdenum Chemical compound [Mo]#N GPBUGPUPKAGMDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000010407 vacuum cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004018 waxing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H01L21/203—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
- C23C16/18—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metallo-organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/41708—Emitter or collector electrodes for bipolar transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42304—Base electrodes for bipolar transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/45—Ohmic electrodes
- H01L29/456—Ohmic electrodes on silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/4916—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen
- H01L29/4925—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein chemisches
Dampf-Ablagerungs- bzw. Absetz-Verfahren der Bildung eines
Dünnfilms (Dünnschicht) auf einem Substrat sowie auf eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Chemische Dampfablagerung (im folgenden als "CVD" bezeichnet)
ist ein Verfahren zur Ablagerung/zum Aufwachsen
einer Dünnschicht auf einem Substrat unter Verwendung
einer chemischen Reaktion und ist eines bekannter Dünnschicht-
Bildungsverfahren wie z. B. die Vakuumverdampfung
oder des Sputtern. Speziell bei der Herstellung von
Halbleiter-IC-Vorrichtungen wird CVD häufig verwendet,
um eine Siliziumdioxidschicht oder eine polykristalline
Silizium-Dünnschicht zu bilden. CVD wird entsprechend
der Erwärmungsmethode, dem Gasdruck oder der chemischen
Reaktion in verschiedene Arten unterteilt. Beispiele für
herkömmliche bekannte CVD-Verfahren sind: Kaltwand-Typ,
wobei nur das Ablagerungssubstrat erwärmt wird; Heißwand-
Verfahren, bei dem eine gesamte Reaktionskammer erwärmt
wird; atmosphärisches CVD, bei dem die Reaktion unter
atmosphärischem Druck erfolgt; Niedrig-Druck-CVD, wobei
die Reaktion bei niedrigem Druck erfolgt; und Plasma-CVD
sowie Foto-CVD zusätzlich zu herkömmlichem CVD, wobei
Wärme zur Herbeiführung der chemischen Reaktion Verwendung
findet.
Die Eigenschaften von CVD als Dünnschicht-Bildungsmittel
sind, daß eine Dünnschicht mit guter Stufenabdeckung auf
einem Substrat mit Vorsprüngen gebildet werden kann, daß
ein Zusammensetzungsverhältnis der Dünnschicht willkürlich
gesteuert und kontrolliert werden kann und daß eine Dünnschicht
ohne Verunreinigung oder Beschädigung des Substrats
gebildet werden kann.
CVD weist jedoch im Vergleich mit Vakuumverdampfung oder
Sputtern Nachteile auf. Einmal ist die Temperatur des
Dünnschicht-Ablagerungssubstrats durch die Reaktionstemperatur
des Gases beschränkt, so daß die Substrattemperatur
nicht willkürlich geändert werden kann. Aus diesem
Grunde stellen sich beim CVD, insbesondere bei üblichem
CVD unter Verwendung von Wärme, verschiedene Probleme.
Beim CVD ist die Temperatur, bei der die Ablagerung in
genügend hohem Maße durch chemische Reaktion eines Arbeitsgases
fortschreitet, nicht immer die zum Kristallwachstum
einer Dünnschicht am meisten geeignete Temperatur.
Die Reaktionstemperatur des Arbeitsgases beim CVD
ist normal viel höher als die Substrattemperatur bei
anderen Bildungsverfahren wie Vakuum-Verdampfung oder
Sputtern. Wenn auf einem Substrat bei einem Herstellungsprozeß
eines Halbleiter-IC bei hoher Substrattemperatur
eine Dünnschicht abgelagert wird, schreitet die Diffusion
oder Reaktion zwischen einem abgelagerten Film und dem
Substrat oder zwischen verschiedenen Materialien eines
Substrats voran, was häufig in einer ernstzunehmenden
Verschlechterung der Eigenschaften des Gegenstandes
resultiert.
Beim thermischen (Wärme-)CVD kann das selektive Aufwachsen
unter Ausnutzung von Unterschieden zwischen den Oberflächenmaterialien
eines Substrats erfolgen, d. h. eine
Dünnschicht (Dünnfilm) kann nur auf einem Muster eines
spezifischen Materials einer Substratoberfläche, aber
nicht auf dem anderen Material abgelagert werden. Wenn
jedoch die Substrattemperatur gesteigert wird, so wird
die Selektivität aus dem später zu beschreibenden Grund
verringert, so daß das selektive Wachstum nicht gut
durchgeführt werden kann.
Außerdem ist es, wenn eine Legierungsschicht (-film) aus
Aluminium und Silizium unter Verwendung von zwei oder
mehreren Arbeitsgasen abgelagert wird, deren Reaktionstemperaturen
sich stark voneinander unterscheiden - beispielsweise
Triisobutylaluminium-Gas und Silan-Gas -
mit dem herkömmlichen Wärme-CVD schwierig, Silizium in
Aluminium bei niedriger Reaktionstemperatur zu mischen,
bei der die Oberfläche eines abgelagerten Dünnfilms geglättert
wird.
Als einem der Verfahren zur Vermeidung des obigen Problems
wurde einem Plasma-CVD-Verfahren oder einem Foto-
CVD-Verfahren, bei dem die Reaktion unter Verwendung anderer
Energie als Hitze sowie Plasma oder Licht gefördert
wird, große Aufmerksamkeit widmet. Bei diesen CVD-Verfahren
wird, obwohl die Substrattemperatur auf niedrige
Temperaturen wie beim Vakuum-Verdampfen oder Sputtern
gesenkt werden kann, die Schichtqualität verschlechtert
oder der Film beschädigt, so daß dabei viele Eigenschaften
des CVD-Verfahrens zunichte gemacht werden. Auch ist
es schwierig, ein selektives Aufwachsen zu vollziehen,
wenn eine andere Energieform wie Plasma verwendet wird.
Der zweite Nachteil des CVD besteht darin, daß die Oberflächenrauhigkeit
dazu neigt, größer zu werden. Dieses
Problem stellt sich, wenn ein kristalliner Dünnfilm wie
eine Metallschicht durch thermisches CVD abgelagert wird.
Der Rauhigkeitsgrad wird normalerweise gesteigert, wenn
die freie Oberflächenenergie eines Dünnschichtmaterials
und damit auch die Substrattemperatur hoch sind. Dies
soll im folgenden entsprechend der Kern-Wachstum-Theorie
unter Verwendung eines Modells mit freier Oberflächenenergie
gemäß Volmer et al. erläutert werden. Es sei
hingewiesen auf eine Veröffentlichung "J. P. Hirth und
G. M. Pound: Condensation and Evaporation (Macmillan, New
York, 1964)".
Das Substrat erreichende Atome wiederholen die Kollision
(Auftreffen) und Widerverdampfung und werden zu einem
Aggregat, das als Cluster bezeichnet wird, in dem Atome
einer vorbestimmten Anzahl oder mehr miteinander verbunden
sind. Die gesamte frei Energie G eines Clusters ist die
Summe der Änderung in freier Energie während der Kondensation
aus einem Gas und einer freien Oberflächenenergie
eines gebildeten Clusters und wird wie folgt dargestellt:
G = (σ₀ · 4π r 2 + g v · 4πr 3/3) · f( R ) (1)
Dabei ist r: Radius der Krümmung eines Clusters
Rder Berührungswinkel des Clusters in bezug
auf das Substratf( R )= (2 - 3cosR + cos³R )/4: ein Volumenfaktor
eines Clustersσ₀die freie Oberflächenenergie zwischen einer
Gasphase und einem Cluster pro Volumeneinheitbereich
g v eine Änderung in freier Energie pro Volumeneinheit,
wenn eine Phasenänderung von der
Gasphase in die flüssige Phase eintritt,
die normalerweise negativ ist. Nimmt man an,
daß ein Gleichgewichtsdampfdruck p e ist,
der tatsächliche Dampfdruck p beträgt, das
Molekularvolumen des Gases Ω, die Boltzmann
Konstante k und die absolute Temperatur
T ist, so wird sie dargestellt durch
g v = -(kT/Ω )ln(p/p e ), worin p/p e der Grad der Übersättigung ist.
g v = -(kT/Ω )ln(p/p e ), worin p/p e der Grad der Übersättigung ist.
Wenn r, das den Maximalwert von G ergibt, r* und
dG/dr = 0 ist, gelten die folgenden Gleichungen (2) und
(3):
r* = -2σ₀/gb (2)
G* = (16πσ₀³/3g ν ³) · f(R) (3)
Deshalb wird, wenn der Radius eines Clusters größer als
r* ist, G bei Wachsen des Clusters vermindert, so daß
das Cluster-Wachstum weitergeht. Wenn dagegen der Radius
eines Clusters kleiner als r* ist, tritt das mittlere
Wachstum nicht auf. Dieser Wert r* wird kritischer
Radius genannt, und ein Cluster mit r = r* wird kritischer
Kern genannt, während ein Cluster größer als der
kritische Kern als stabiler Kern bezeichnet wird. G*
wird als Aktivierungsenergie angesehen, die erforderlich
ist, um den stabilen Kern zu erzeugen. In der Annahme,
daß die Zahl der Adsorptionsplätze pro Flächeneinheit
n₀ ist, wird außerdem die Dichtezahl n* kritischer
Kerne, die auf einem Substrat gebildet werden,
von der Boltzmann-Gleichung wie folgt wiedergegeben:
n* = n₀exp(-G*/kT) (4)
Wie aus den Gleichungen (2), (3) und (4) erkennbar, wird,
je größer die Oberflächenenergie σ₀ oder je kleiner
die Änderung in der Volumenenergie |g ν | während der
Clustererzeugung ist, der kritische Radius r* größer,
und desto kleiner wird die Dichtezahl n* der kritischen
Kerne. Die Dichtezahl n* der kritischen Kerne wird
ebenfalls beeinflußt durch den Berührungswinkel zusätzlich
zu der Oberflächenenergie des Dünnschicht-Materials oder
des Grades der Übersättigung. Wenn die freie Oberflächenenergie
des Substratmaterials klein und die des Dünnschicht-
Materials groß ist, wird R, d. h. f( R ) vergrößert
und die Dichtezahl n* der kritischen Kerne wird vermindert.
So wachsen die zufällig erzeugten kritischen Kerne
auf dem Substrat kontinuierlich als stabile Kerne, und
dann wachsen diese Kerne miteinander unter Bildung einer
Dünnschicht zusammen. Was die Oberflächenrauhigkeit der
so gebildeten Dünnschicht anbelangt, so ist deshalb,
wenn die Dichte der anfänglich erzeugten stabilen Kerne
auf dem Substrat niedrig ist, der Radius, bei dem die
Kerne miteinander zusammenwachsen, groß, was zu einer
großen Oberflächenrauhigkeit der Dünnschicht führt.
Wie vorstehend beschrieben, werden, wenn ein Dünnschicht-
Material mit großer freier Oberflächenenergie auf einem
Substrat mit niedriger freier Oberflächenenergie in einem
Stadium abgelagert wird, bei dem der Übersättigungsgrad
klein ist, große Kerne spärlich erzeugt und die Oberflächenrauhigkeit
der Dünnschicht wird vergrößert. Die freie
Oberflächenenergie ist bei einem Isolator wie einem Oxid
im allgemeinen klein, bei einem Metall (z. B. Aluminium)
oder bei Silizium jedoch groß. Deshalb erscheint diese
Neigung am prägnantesten, wenn ein metallischer Dünnfilm
auf einem Isolierungssubstrat gebildet wird. Bei üblicher
Vakuum-Verdampfung oder Sputtern ist, da der Übersättigungsgrad
extrem hoch bei 10¹⁰ bis 10²⁰ ist, der
kritische Radius nur klein bei mehreren Å oder weniger
und die Dichte der kritischen Kerne im wesentlichen
so hoch wie die Anzahl der Adsorptionsplätze. Die Oberflächenrauhigkeit
des durch diese Ablagerungsverfahren
abgelagerten Dünnfilms ist ausreichend klein und stellt
damit kein Problem dar. Bei CVD wird jedoch behauptet,
daß der Übersättigungsgrad nicht so groß ist (Druckschrift:
W. A. P. Claassen und J. Bloem: J. Electrochem.
Soc.: Solid-St. Sci. & Tech. 127 (1980) 194.), und die
Dichtezahl der kritischen Kerne wird so vermindert, daß
dadurch die Oberflächenrauhigkeit der abgelagerten Schicht
beeinflußt wird.
Praktisch stellt die Oberflächenrauhigkeit beim CVD
einer metallischen Dünnschicht in vielen Fällen ein
ernsthaftes Problem dar. Wenn beispielsweise feuerfeste
Metallschichten wie Molybdän- oder Wolframschichten
mittels Vakuumverdampfung oder Sputtern abgelagert werden,
kann eine Dünnschicht mit kleiner Korngröße von ungefähr
mehreren hundert Å und eine glatte Oberfläche erzielt
werden. Wenn hingegen CVD verwendet wird, werden große
Vorsprünge an der Oberfläche von Steinwand-artigen Körnern
mit einem Durchmesser von 1000 Å gebildet. Der Grund
hierfür wird wie folgt angenommen: Bei Vakuumverdampfung
oder Sputtern liegen die Substrattemperaturen während
der Ablagerung normalerweise niedrig bei 300 bis 400°C.
Indessen ist bei dem CVD-Verfahren eine Substrattemperatur
höher als 500 bis 600°C, bei der es sich um
eine Zerfalltemperatur eines Arbeitsgases handelt,
erforderlich. Diese hohe Substrattemperatur fördert das
Kristallwachstum während der Ablagerung, und abgelagerte
Schichten neigen dazu, eine hohe Korngröße zu haben.
Außerdem ist die geringe Dichtezahl der kritischen Kerne,
hervorgerufen durch die geringe Übersättigung beim CVD,
ein weiterer Hauptfaktor.
Besonders bei der Ausbildung einer dünnen Aluminiumschicht
mittels CVD stellt die Oberflächenrauhigkeit
ein ernsthaftes Problem dar. Das liegt daran, daß, obwohl
die Substrattemperatur von 250 bis 300°C nicht viel
höher als die bei Vakuumverdampfung ist, Vorsprünge von
ungefähr 10% von der Filmstärke gebildet werden, so daß
dieses Verfahren sich in der Praxis nicht anwenden läßt. Es
wird weiterhin angenommen, daß ein Grund der Oberflächenrauhigkeit
in dem Kern-Wachstum-Prozeß liegt. Als Druckschrift
hierfür sei beispielsweise genannt "R. A. Revy,
M. L. Green und P. K. Gallagher: J. Electrochem. Soc.:
Solid-St. Sci. & Tech. 131 (1984) 2175". Fig. 11 zeigt
eine Photographie einer typischen Metalltextur einer
mittels CVD erzeugten Aluminiumablagerung. In Fig. 11
ist die durch Kristallkörner begründete Oberflächenrauhigkeit
vorhanden, und zwischen den Körnern sind teilweise
Spalte gebildet.
Wenn auf der Dünnschichtoberfläche eine große Rauhigkeit
angebildet ist, ist es schwierig, Mikromuster mit hoher
Genauigkeit mittels Photolithographie zu bilden, und
Veränderungen treten bei den Dünnschicht-Eigenschaften
wie z. B. ein elektrischer Widerstand auf. Außerdem
treten, wenn eine weitere Dünnschicht auf dieser Dünnschicht
zur Bildung einer Mehrschicht-Struktur abgelagert
wird, teilweise Veränderungen in der Filmstärke
an Vorsprüngen auf, so daß keine ideale Mehrschicht-
Struktur erzielbar ist. Deshalb stellt sich ein ernsthaftes
Problem, wenn diese als Material für einen Halbleiter-
IC od. dgl. verwendet werden. Die Fähigkeit zur
Mikromuster-Herstellung und hohe Genauigkeit sind für
einen Halbleiter-IC zusammen mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit
und hoher Packungsdichte erforderlich. Bei einer
submikroskopischen Einrichtung oder einer Nanometereinrichtung
ist eine Reduktion der Dünnschicht-Rauhigkeit
ein außerordentlich ernstzunehmender Tatbestand.
Die Probleme herkömmlicher CVD können wie folgt zusammengefaßt
werden:
- (1) Es ist schwierig, eine glatte Dünnschicht (Dünnfilm), speziell eine metallische Dünnschicht mit geringer Oberflächenrauhigkeit, auszubilden.
- (2) Es ist schwierig, eine Dünnschicht selektiv aufzuwachsen, weil während der Schichtablagerung eine hohe Substrattemperatur erforderlich ist. Außerdem können eine Verschlechterung oder Fehlfunktion einer Halbleitereinrichtung, verursacht durch Änderungen in den physischen und chemischen Umständen eines Substrats und einer aufgebrachten Schicht, während der Schichtablagerung nicht eliminiert werden.
- (3) Es ist schwierig, Schichten aus Metallegierungen unter Verwendung von zwei oder mehr Arbeitsgasen abzulagern, deren Reaktionstemperaturen voneinander abweichen. Weiter ist es unmöglich, Aluminium-Silizium- Legierungsschichten mit glatter Oberfläche abzulagern, weil während Arbeitsgase des Siliziums wie Silan bei ungefähr 600°C abgelagert werden können, eine glatte Oberfläche der Aluminiumschicht nicht erzielbar ist, wenn nicht mit 200 bis 300°C gearbeitet wird.
Es ist deshalb ein Hauptziel/die Hauptaufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein im Vergleich zu herkömmlichen
Verfahren verbessertes CVD-Verfahren zum Aufbringen einer
Dünnschicht auf ein Substrat sowie eine dafür geeignete
Vorrichtung vorzusehen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein
CVD-Verfahren vorzuschlagen, mit dem man eine glatte
Dünnschicht hoher Qualität auf einem Substrat herstellen
kann, sowie eine dafür geeignete Vorrichtung.
Nach einem weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung soll
ein CVD-Verfahren sowie eine dafür geeignete Vorrichtung
vorgesehen werden, um feine (enge) Durchgangslöcher zur
Bildung einer glatten Oberfläche zu füllen.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
wird ein CVD-Verfahren geschaffen, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß ein Heizblock und eine zu beschichtende
Oberfläche eines Substrats einander gegenüberliegend mit
einem vorbestimmten Abstand (Zwischenraum) in einem
geschlosseenen Raum angeordnet werden und ein Quellen-
oder Arbeitsgas in diesen geschlossenen Raum geführt und
zwischen den Heizblock und das Substrat geleitet wird,
wodurch ein Dünnfilm (Dünnschicht) auf der zu beschichtenden
Substratoberfläche abgelagert wird.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
ist eine CVD-Vorrichtung vorgesehen, umfassend
einen in einem geschlossenen Raum angeordneten Heizblock,
einen Substrathalter zum Halten eines Substrats derart,
daß eine zu beschichtende Oberfläche des Substrats in
in einem vorbestimmten Abstand dem Heizblock gegenüberliegend
angeordnet ist, und eine Einrichtung zum Leiten
eines Quellen- oder Arbeitsgases in den geschlossenen
Raum, wobei das von der Einrichtung geleitete Gas dem
geschlossenen Raum zugeleitet und zwischen den Heizblock
und das Substrat geführt wird, wodurch eine Dünnschicht
bzw. ein Dünnfilm auf der zu beschichtenden Oberfläche
des Substrats abgelagert wird.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen oder -möglichkeiten
der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der
in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
hervor. Es zeigt/zeigen
Fig. 1 eine Ansicht einer CVD-Vorrichtung nach
einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 2 eine Ansicht eines Teils einer CVD-Vorrichtung
mit einem Erhitzer an der Rückseite eines
Substrats gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 3a bis 3e
geschnittene Ansichten von Herstellungsschritten,
die die Ausführung der vorliegenden
Erfindung zeigen,
Fig. 4 ein Foto einer Metalltextur von auf einem
Siliziumsubstrat unter Verwendung eines CVD-
Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung
abgelagertem Aluminium,
Fig. 5 ein Schaubild der Beziehung zwischen der
Temperatur eines Heizblocks und der eines
Wafer- (Scheiben- oder Plättchen-) Substrats
in der CVD-Vorrichtung der Fig. 1,
Fig. 6 ein Foto einer Metalltextur von Aluminium,
selektiv in feinen Durchgangslöchern abgelagert,
Fig. 7 ein Schaubild der Schichtstärke-Abhängigkeit
des spezifischen Widerstandes eines Aluminiumfilms,
abgelagert gemäß der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 8 eine geschnittene Ansicht eines Durchgangsloches,
das bei selektivem Aufwachsen von Aluminium
auf einer Sperrschicht erzielt wird,
Fig. 9a bis 9j
geschnittene Ansichten von Herstellungsschritten
unter Wiedergabe einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10a bis 10e
geschnittene Ansichten von Herstellungsschritten,
die eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 11 eine Fotographie einer Metalltextur von
Aluminium, das auf einem Siliziumsubstrat
mittels eines herkömmlichen CVD-Verfahrens
abgelagert ist,
Fig. 12 eine Ansicht einer Grundanordnung einer CVD-
Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 13 eine Draufsicht der CVD-Vorrichtung für
Massenherstellung,
Fig. 14 eine Detailansicht der CVD-Vorrichtung der
Fig. 13,
Fig. 15a bis 15d
Ansichten, die die Betriebsweisen von Reaktionskammern
in der Vorrichtung der Fig. 14
zeigen,
Fig. 16 ein Schaubild, das den Vorgang einer Aluminiumablagerung
bei dem Verfahren nach der
vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 17 ein Foto einer Metalltextur von auf einem
Siliziumsubstrat nach dem Verfahren gemäß
der vorliegenden Erfindung abgelagertem
Aluminium, und
Fig. 18a bis 18d sowie 19a bis 19d
Fotos einer Metalltextur, die einen anfänglichen
Zeitraum des Aluminiumwachsens zeigen.
Zunächst wird im folgenden eine CVD-Vorrichtung kurz beschrieben,
die zur Ausführung der vorliegenden Erfindung
benutzt wird. Fig. 1 zeigt eine Gesamtanordnung einer
CVD-Vorrichtung, bei der Einzelteile, ein Abluftsystem
und ein Steuersystem weggelassen sind.
Eine Vakuumkammer dieser Vorrichtung umfaßt im wesentlichen
drei Kammern, d. h. eine Ablagerungs- oder Absetzkammer 21,
eine Lade-Schleusenkammer 22 und eine Ausgangs-, Quellen-
bzw. Erzeugungskammer 23, die sämtlich unabhängig entleert
bzw. evakuiert werden. Ein Enddruck jeder Vakuumkammer
ist vorzugsweise ein hohes Vakuum von ungefähr
10-6 Torr. Jedoch hat ein nur von einer Rotationspumpe
erzieltes niedriges Vakuum im wesentlichen keinen Einfluß
auf die Durchführung der vorliegenden Erfindung. Die
Ablagerungskammer 21 ist mit den Quellen- und Lade-
Schleusenkammern 23 bzw. 22 durch Ventile 25 und 24
verbunden, und ein Heizblock 30, der auf eine maximale
Temperatur von 500°C erhitzen kann, ist darin angeordnet.
Das Bezugszeichen 26 bezeichnet ein veränderbares Leitventil.
Ein Substrathalter 27 kann ein Ablagerungs-
Wafersubstrat 28 (häufig auch als Plättchen-, Scheibchen-
oder Scheibensubstrat bezeichnet, das aus der Wafer-Lade-
Schleusenkammer 22 herangeführt wird, so festhalten, daß
das Wafersubstrat 28 dem Heizblock 30 gegenüberliegt und
von diesem durch einen vorbestimmten Zwischenraum getrennt
ist. Zu dieser Zeit liegt eine zu beschichtende Oberfläche
der Wafer dem Heizblock 30 in bestimmtem Abstand gegenüber.
Die Anordnung ist so getroffen, daß ein Abstand D zwischen
dem Wafer-Substrat 23 und dem Heizblock 30 verändert
werden kann, und zwar in einer Größenordnung von ungefähr
2 mm bis 15 mm. Ein Erhitzer 29 ist um eine äußere Wandung
der Quellenkammer 23 gewickelt, um eine Flüssigkeitstemperatur
einer Quelle auf eine vorbestimmte Temperatur zu
erwärmen. In der Quellenkammer 23 ist ein Rührmotor 33
angeordnet, um die Flüssigkeitstemperatur zu vergleichmäßigen.
Ein sich von einem oberen Teil der Seitenwandung
der Quellenkammer 23 horizontal erstreckendes zylindrisches
Rohr 31 ist in die Ablagerungskammer 21 durch das
Ventil 25 geführt, und ein vergrößerter Endteil des
Rohres ist gegen den Heizblock 30 gedrückt. In einer
Seitenfläche des vergrößerten zylindrischen Rohres 31
ist eine feine bzw. enge Öffnung 32 ausgebildet, so
daß ein innerer Druck des zylindrischen Rohres 31 in der
Nähe des Druckes der Quellenkammer 23 durch differentielle
Evakuierung aufrechterhalten werden kann, selbst
wenn der Druck der Ablagerungskammer unter 0,01 Torr
verringert wird. Ein Weg eines Quellengases von der
Quellenkammer 23 zu der Ablagerungskammer 21 kann bis
auf die gleiche Temperatur erhitzt werden wie die der
Quellenkammer 23, so daß eine verdampfte Quelle (Arbeitsmedium
bzw. -gas) sich nicht wieder verflüssigt.
Das Wafer-Substrat in der die in Fig. 1 gezeigte Anordnung
aufweisenden Vorrichtung wird durch Wärmeleitung
eines Quellen- oder Arbeitsgases erhitzt, dessen Temperatur
durch den Heizblock 30 gesteigert wird. Deshalb
ist kein besonderes Gerät oder Werkzeug vorgesehen, um
das Substrat zu erwärmen. Wenn die Temperatur des Gases
und des Substrats unabhängig gesteuert werden müssen,
wird, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Substraterhitzer 34 an
der Rückseite des Plättchensubstrats 28 vorgesehen. Fig. 2
zeigt die Lageverhältnisse zwischen dem Plättchensubstrat
28, dem Heizblock 30 und dem Erhitzer 34; außer
den in Fig. 2 gezeigten sind alle Teile gleich denen,
die in Fig. 1 gezeigt sind.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird im folgenden ein Beispiel
beschrieben, bei dem Aluminium selektiv unter Verwendung
einer CVD-Vorrichtung selektiv abgelagert bzw.
aufgewachsen wird.
Vor dem CVD-Verfahren wird, wie in Fig. 3a gezeigt, ein
Siliziumdioxidfilm (-schicht) 42 auf einem Siliziumsubstrat
41 gebildet. In diesem Fall wird ein (100) p-Typ
5-Ω · cm Siliziumsubstrat 41 verwendet, aber es kann in
gleicher Weise ein Substrat verwendet werden, das eine
andere Ausrichtung/Orientierung oder Widerstandsfähigkeit/
spezifischen Widerstand hat. Bei dieser Ausführungsform
wird der Siliziumdioxidfilm durch thermische Oxidierung
des Siliziums gebildet. Wenn es jedoch durch ein anderes
Bildungsverfahren abgelagert wird, z. B. durch ein CVD-
Verfahren oder durch Sputtern (Kathodenzerstäubung), so
ergibt sich im wesentlichen kein Unterschied. Auch kann
ein anderes Material wie ein Phosphor- oder Bor-dotierter
Siliziumdioxidfilm oder ein Siliziumnitridfilm verwendet
werden. Mit anderen Worten tritt, solange es sich um
einen dünnen Isolierfilm handelt, im wesentlichen keine
Änderung in der Wirkung der vorliegenden Erfindung auf.
Darauf wird, wie in Fig. 3b gezeigt, ein Schutzmasken-
Muster mittels bekannter Photolithographie gebildet, und
ein Durchgangsloch 43 wird mittels Ätzens ausgebildet.
Es sind für Photolithographie und Ätzen des Siliziumdioxidfilms
42 verschiedene Verfahren bekannt, und
irgendeines derselben kann verwendet werden. Wenn jedoch
ein sogenanntes Trocken-Ätzen unter Verwendung eines Gasplasmas
erfolgt, um den Siliziumdioxidfilm 42 zu ätzen,
kann auf einer freiliegenden Siliziumfläche ein Polymerfilm
oder eine Änderungsschicht (Alterationsschicht) gebildet
werden, die zu gering ist, um bemerkt bzw. festgestellt
zu werden. Da aber schon eine geringe Änderung
der Oberfläche den folgenden Aluminium-Ablagerungsschritt
stark nachteilig beeinflußt, muß hier höchste Sorgfalt
aufgewendet werden. Weiter wird, wenn zur Erzielung einer
sauberen Siliziumoberfläche kein Trocken-Ätzen, sondern
ein Naß-Ätzen unter Verwendung gepufferter Flußsäure
durchgeführt wird, ein dünner natürlicher Oxidfilm
gebildet, oder es tritt eine andere Verunreinigung
(Kontaminierung) auf der Siliziumoberfläche durch einen
Schritt, mit dem ein als Ätzmaske verwendetes Abdeckmuster
entfernt wird, oder einfach durch den Zeitablauf auf. Eine
natürliche Oxidfilmschicht 44, wie sie in Fig. 3b gezeigt
ist, umfaßt einen natürlichen Oxidfilm oder eine geänderte/
kontaminierte Schicht.
Um die beschriebene natürliche Oxidfilmschicht 44 zu
entfernen, muß ein Vorbereitungsschritt unmittelbar vor
Ablagerung des Aluminiums vorgesehen werden, um die
Siliziumoberfläche, wie in Fig. 3c gezeigt, zu reinigen.
Ein Hauptzweck dieses Schrittes ist es, die natürliche
Oxidfilmschicht 44, die auf der Siliziumoberfläche gebildet
ist, zu entfernen, um die Reproduzierbarkeit der
selektiven Ablagerung von Aluminium in dem nächsten
Schritt sicherzustellen und zugleich einen kontinuierlichen,
glatten und guten Aluminiumfilm (-schicht) zu
erzielen. Ein üblicher Vorbereitungsschritt wird so
durchgeführt, daß ein Siliziumsubstrat 47 für eine Zeit
von 10 Sekunden bis wenige Minuten in eine 1,5%ige
verdünnte Flußsäurelösung getaucht wird; nachdem die
hydrophobe Eigenschaft eines Silizium-Öffnungsabschnitts
sichergestellt ist, wird das Siliziumsubstrat 47 einige
Minuten lang bis zu zwischen 10 und 20 Minuten mit
destilliertem Wasser gereinigt und dann getrocknet. Da
die Ätzrate des natürlichen Oxidfilms 44 steigt, wenn
man die Konzentration der Flußsäure steigert, wird die
zur Erzielung der hydrophoben Eigenschaft erforderliche
Zeit verringert, wenn die Konzentration hoch ist. Da
jedoch die Oberfläche des Siliziumdioxidfilms 42 ebenfalls
mit Flußsäure geätzt wird, müssen die Ätzbedingungen
von Fall zu Fall ausgewählt und bestimmt werden.
Auch wird, wenn die Wasch-Säuberungszeit erhöht wird,
wiederum ein Oxidfilm auf der Siliziumoberfläche gebildet,
der hydrophile Eigenschaften erzeugt. Deshalb muß zuvor
die Wäsche unterbrochen werden. Selbst nach dem Ätzen des
natürlichen Oxidfilms 44 wird die hydrophobe Natur nicht
gelegentlich oder zufällig erreicht, oder ein glatter und
kontinuierlicher Aluminiumfilm kann manchmal nicht erzielt
werden, selbst wenn die hydrophobe Eigenschaft erreicht
ist. Diese Phänomene treten auf, wenn die Siliziumoberfläche
aufgrund der oben erwähnten Vorgänge wie
Trocken-Ätzen od. dgl. verunreinigt oder beschädigt ist.
In diesem Falle wird, nachdem das Durchgangsloch 43 gebildet
ist, ein mehrere zehn bis mehrere hundert Å starker
Siliziumoxidfilm in dem Öffnungsabschnitt gebildet,
in dem beispielsweise die Siliziumoberfläche bei ungefähr
900°C in einer Sauerstoffatmosphäre oxidiert wird.
Darauf wird dieser Oxidfilm unter Verwendung einer verdünnten
Flußsäurelösung od. dgl. entfernt, um die hydrophobe
Eigenschaft zu erhalten, wodurch sich ein guter
Aluminiumfilm bilden läßt.
Um, nachdem ein Wafer-Substrat 47 in einer CVD-Vorrichtung
zum Ablagern von Aluminium angeordnet ist, den
natürlichen Oxidfilm 44 zu entfernen, kann eine Substratoberfläche
durch Trocken-Ätzen od. dgl. unmittelbar vor
der Ablagerung gereinigt und entfernt werden. Dieses Verfahren
kann wirksam zusätzlich zu dem oben genannten Verfahren
angewendet werden. Wenn die Substratoberfläche
aus einkristallinem Silizium besteht, stellt sich praktisch
kein Problem. Wenn jedoch Aluminium selektiv auf einem
Substrat aus Polysilizium oder Aluminium abgelagert wird,
wird eine natürliche Oxidfilmschicht in einem sehr kurzen
Zeitraum seit der Entfernung der natürlichen Oxidfilmschicht
unter Verwendung verdünnter Flußsäure u. dgl.
bis zur Ablagerung des Aluminiums gebildet, so daß gutes
Aluminium nicht abgelagert werden kann. In diesem Fall
muß, wie in Fig. 13 bis 15 gezeigt, eine CVD-Vorrichtung
verwendet werden, die eine RF(Radio- oder Hochfrequenz-)-
Plasma-Ätzeinrichtung umfaßt. Selbstverständlich kann
ECR (Elektron-Zyklotron-Resonanz)-Ätzen u. dgl. zusätzlich
zum RF-Plasma-Ätzen eingesetzt werden. Bei diesem ECR-
Verfahren wurde eine Behandlung in einer Frigon-Gasatmosphäre
mit einer Beschleunigungsspannung von ungefähr
500 V einige Minuten lang durchgeführt, und es wurde
gutes Aluminium abgelagert. Wenn ein die Grundlage bildendes
Substrat aus Aluminium besteht, wird ein natürlicher
Oxidfilm gebildet, wenn eine Stillstandszeit im
Vakuum nach dem Ätzen durch RF-Plasma u. dgl. vergrößert
wird, so daß gutes Aluminium nicht abgelagert werden
kann. Der Bereich der Stillstandszeit zur Ablagerung
eines guten Films betrug ungefähr 1 bis 2 Minuten, wenn
die Substrattemperatur 250°C und der Druck 10-4 Torr
betrugen. Wenn man das Substrat 3 bis 5 Minuten stehen
ließ, wurde ein Aluminiumfilm mit einer großen Oberflächenrauhigkeit
abgelagert; wenn man das Substrat 10
Minuten stehen ließ, wurde kein Aluminiumfilm abgelagert,
und es wurden nur Aluminiumkerne gebildet. Wurde das
Substrat 30 Minuten stehen gelassen, so wurde nichts
abgelagert. Deshalb hat man gefunden, daß die Entfernung
einer natürlichen Oxidfilmschicht, wie in Fig. 3c gezeigt,
ein außerordentlich wichtiger Schritt ist, um einen
qualitativ guten Film abzulagern, und die Ablagerung muß
unmittelbar nach der Entfernung der natürlichen Oxidfilmschicht
44 begonnen werden. Außerdem wird die Stärke des
im Vakuum gebildeten natürlichen Oxidfilms durch den
partiellen Druck von Sauerstoff oder Wasser im Vakuum,
die Substrattemperatur und die Stillstandszeit bestimmt.
Deshalb muß wenn der Zeitraum bis zum Beginn der Ablagerung
vergrößert wird, der Druck in der Ablagerungskammer
so niedrig wie möglich gehalten werden. Es wird darauf
hingewiesen, daß der Ausdruck "Wafer-(Plättchen-)Substrat"
alle diejenigen Substrate betrifft, die in den
Fig. 3a bis 3e gezeigt sind.
Das der obigen Behandlung unterworfene Plättchen-Substrat
47 wird in einer Reaktionskammer zur Ablagerung von Aluminium
gesetzt bzw. angeordnet. Bevor jedoch das Substrat
47 gesetzt wird, erfordert die CVD-Vorrichtung die
folgende Vorbereitung. Die Quellen-, Ablagerungs- und
Lade-Schleusenkammern 23, 21 und 22 werden genügend
evakuiert, und eine Triisobutyl-Aluminium-Flüssigkeit 35
wird der Quellenkammer 23 zugeführt sowie dann auf eine
vorbestimmte Temperatur erhitzt, während die Temperatur
durch das Rückwerk 33 vergleichmäßigt wird. Obwohl Triisobutyl-
Aluminium einen ausreichend hohen Dampfdruck
selbst bei Raumtemperatur ohne Erhitzen hat, kann es bei
Erhitzung wirksam verdampft werden. Wenn die Erhitzungstemperatur
jedoch 50°C übersteigt, besteht die Neigung,
daß Triisobutyl-Aluminium in Diisobutyl-Aluminium-Halogenid
(Halid) mit niedrigem Dampfdruck umgewandelt wird,
so daß die Erhitzungstemperatur nicht viel höher eingestellt
werden kann. Im vorliegenden Fall wurde sie
hauptsächlich auf 45°C eingestellt.
Im Hinblick auf Menge und Leistung der Zuführung des
Arbeitsgases hat die Quellenkammer 23 eine zylindrische
Form mit einem Durchmesser von ungefähr 10 cm und einer
Höhe von ungefähr 22 cm. Mit der vorerwähnten Flüssigkeitstemperatur
und einem solchen Oberflächenbereich kann
eine ausreichend hohe Verdampfungsrate einer Arbeitsflüssigkeit
erzielt werden, so daß der Druck in der Ablagerungskammer
während des normalen Gasverbrauchs von ungefähr
mehreren zehn cc/min in der Nähe des Dampfdruckes
des Arbeitsgases aufrechterhalten werden kann. Auch
ändert sich, da die Quellenkammer 23 eine zylindrische
Form hat, der Oberflächenbereich der Flüssigkeit selbst
dann nicht, wenn die Menge des Arbeitsgases sich ändert,
so daß die Verdampfungsrate immer konstant gehalten wird.
Deshalb kann die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases
durch Ändern des Leitwertes einer Öffnung 32 geändert
werden, die in einer Seitenfläche des zylindrischen
Rohres ausgebildet ist, während man den Druck im wesentlichen
konstant hält. Der Heizblock 30 in der Ablagerungskammer
21 wird ebenfalls erhitzt, um eine konstante
Temperatur zu erhalten.
Nach der obigen Vorbereitung wird das der in Fig. 3c
gezeigten Vorbereitungsstufe unterworfene Substrat 47
(entsprechend dem Bezugszeichen 28 in Fig. 1) in der
Lade-Schleusenkammer 22 gesetzt, und die Wafer-Lade-
Schleusenkammer wird ausreichend entleert/evakuiert.
In der Folge wird das Substrat 47 (28) in die Ablagerungskammer
21 bewegt, und die zu beschichtende Oberfläche
des Substrats 47 (28) wird dem Heizblock 30 gegenüberliegend
einige Minuten gehalten, um dadurch die Temperatur
des Substrats 47 (28) im wesentlichen konstant zu halten.
Zu diesem Zeitpunkt kann durch Einlassen eines inerten
Gases wie Argon um die Wafer das Substrat 47 (28) wirkungsvoller
erhitzt werden.
Darauf wird das Ventil 25 zwischen der Quellenkammer 23
und der Ablagerungskammer 21 geöffnet, um der Ablagerungskammer
21 Gas zuzuführen und dadurch die Ablagerung
von Aluminium zu beginnen. Mit anderen Worten wird das
der Ablagerungskammer 21 zugeführte Gas zwischen dem
Wafer-Substrat 47 (28) und dem Heizblock 30 verteilt,
um die Ablagerung zu beginnen. Es ist zu bemerken, daß
das Innere der Quellenkammer 23 vorzugsweise bei einer
Strömungsgeschwindigkeit evakuiert wird, die gleich der
während der Ablagerung für einen geeigneten Zeitraum ist,
bis das Ventil 25 geöffnet wird, so daß der Druck der
Ablagerungskammer 21 nicht plötzlich wesentlich geändert
wird, bis das Ventil 25 geöffnet wird. Nachdem eine
vorbestimmte Ablagerungszeit verstrichen ist, wird das
Ventil 25 zwischen der Quellen- und der Ablagerungskammer
23 bzw. 21 geschlossen, um die Ablagerung zu vollenden.
Durch Ausführung der vorstehenden Arbeitsweise kann
Aluminium selektiv nur auf dem Öffnungsabschnitt 43 des
Siliziumsubstrats, wie in Fig. 3d gezeigt, abgelagert
werden.
Um Aluminium 45 mit guter Glätte selektiv auf Silizium
nur auf dem Öffnungsabschnitt 43 abzulagern, nicht jedoch
auf dem Siliziumdioxidfilm 42, müssen die Filmablagerungsbedingungen
sorgfältig gewählt werden. Insbesondere sind
der Abstand D zwischen dem Substrat 47 (28) und dem
Heizblock 30 und die Temperatur des Heizblockes 30
wichtige Parameter.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases betrug ungefähr
20 bis 30 cc/min, der Druck des Arbeitsgases in dem
zylindrischen Rohr 31 0,5 Torr, der Druck der Ablagerungskammer
21 ungefähr 0,05 Torr und der Abstand zwischen dem
Substrat 47 (28) und dem Heizblock 30 5 mm. Unter diesen
Bedingungen wurde Aluminium auf Silizium bei einer
Heizblocktemperatur von ungefähr 300°C oder mehr
abgelagert. Wenn die Temperatur 340°C überschritt,
trat eine Filmdickenverteilung derart auf, daß ein auf
Silizium abgelagerter Aluminiumfilm in einem peripheren
Teil der Wafer dicker war als der auf dem zentralen
Bereich derselben. Wenn man die Temperatur weiter steigert,
werden außerdem Insel-ähnliche Aluminiumkerne auf dem
Siliziumdioxidfilm 42 gebildet, d. h. Aluminium wird nichtselektiv
auf Silizium und dem Siliziumdioxidfilm abgelagert.
Bei einer Substrattemperatur in dem Bereich von ungefähr
300 bis 330°C wurde gefunden, daß die Oberfläche
von Aluminium mit einer Filmstärke oberhalb ungefähr 500 Å
ein flaches bzw. glattes Kristallkorn ergab und man eine
glatte und gute Filmqualität erzielen konnte. Fig. 4
stellt ein Foto einer Metalltextur von Aluminium dar,
erzielt bei einer Temperatur des Heizblocks 30 von 310°C.
In Fig. 11 gezeigtes Aluminium, das mit einem herkömmlichen
CVD-Verfahren gebildet wurde, ergab eine Gruppe
kleiner Kristallkörner und hatte eine große Oberflächenrauhigkeit,
und es wurden teilweise zwischen den Körnern
Lücken bzw. Spalte gebildet. Im Gegensatz dazu kann gemäß
der vorliegenden Erfindung eine glatte Oberfläche mit
einer großen Korngröße von ungefähr 5 bis 10 mm erzielt
werden, und zwischen den Körnern wird, wie in Fig. 4
gezeigt, keinerlei Spalt gebildet.
Bei D = 8 mm begann die Ablagerung über 330°C, und die
Gleichmäßigkeit in der abgelagerten Filmstärke verschlechterte
sich über 360°C. Eine gute Film- oder Schichtqualität,
wie in Fig. 4 gezeigt, erhielt man bei einer
Temperatur von ungefähr 330 bis 350°C. Bei D < 2 mm
oder D < 15 mm war es schwierig, einen Aluminiumfilm guter
Qualität zu erzielen, und man erhielt einen Film mit einer
rauhen Oberfläche ähnlich dem herkömmlichen. Der obige
Temperaturbereich und der Wert für D variierten in Übereinstimmung
mit der Gas-Strömungsgeschwindigkeit. Wenn
diese groß war, mußte die Temperatur des Heizblockes 30
erhöht werden.
Obwohl verschiedene Berichte erstellt wurden in bezug auf
die Ablagerung von Aluminium mittels CVD (nicht jedoch
selektives Aufwachsen), sind die Oberflächen der abgelagerten
Filme/Schichten bei allen diesen Berichten
ähnlich den in Fig. 11 gezeigten, d. h. eine große und
glatte Kristallstruktur wie in der vorliegenden Ausführungsform
wurde nicht erzielt. Einer der Gründe für eine
solche gute Filmqualität kann darin gesehen bzw. angenommen
werden, daß ein Gas bei einer Temperatur erhitzt
wird, die höher als die des Substrats unmittelbar vor
der Ablagerung ist.
Die Verfahren des Erhitzens eines Ablagerungssubstrats
mittels eines herkömmlichen CVD-Verfahrens sind in zwei
Arten einzuteilen. Eine derselben ist ein Heißwand-Typ,
wobei ein ganzes Quarzrohr, in dem Ablagerungssubstrate
angeordnet sind, mittels eines Erhitzers erwärmt wird. In
diesem Falle wird ein Arbeitsgas auf die gleiche Temperatur
wie die des Quarzrohres gebracht, während es
dieses durchfließt. Bei diesem Heißwand-Verfahren ist die
Gastemperatur im wesentlichen gleich der Substrattemperatur.
Auf der anderen Seite wird gemäß einem Kaltwand-Typ
nur ein Substrathalter erhitzt, und ein Ablagerungssubstrat
wird an dem Substrathalter in engem Kontakt mit
diesem befestigt und erhitzt. Deshalb wird bei diesem
Kaltwand-Verfahren ein Gas mit einer gegenüber dem
Substrat niedrigeren Temperatur dem erhitzten Substrat
zugeführt.
Ungleich den herkömmlichen CVD-Verfahren, wie sie vorstehend
beschrieben sind, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Quellen- oder Arbeitsgas von dem Heizblock
30 erhitzt, woraufhin das Ablagerungssubstrat von dem
Arbeitsgas erhitzt wird. Deshalb ist es ein erstes Merkmal
der vorliegenden Erfindung, daß die Temperatur des
Arbeitsgases höher als die des Substrates ist. Außerdem
ist es ein zweites Merkmal der vorliegenden Erfindung,
daß das relativ zu dem das Substrat fließende Gas nicht
auf dieses einwirkt, sondern daß ein in einen abgeschlossenen
Raum zugeführtes Gas gegen das Substrat verteilt
und auf diesem abgelagert wird.
Als Ergebnis einer Temperaturmessung des Plättchensubstrats
während der Ablagerung unter Verwendung eines
Thermoelements wurde gefunden, daß die Substrattemperatur
zur gleichen Zeit stieg, zu der das Gas zu fließen begann,
um die Ablagerung zu starten, und innerhalb ein bis zwei
Minuten danach im wesentlichen konstant wurde. Wenn ein
Inertgas wie Argon vor dem Fließen des Arbeitsgases
ausgeströmt wurde, erhielt man eine gleichmäßige Temperatur
zu einem früheren Zeitpunkt.
Fig. 5 zeigt ein Meßergebnis der 10 Minuten nach Beginn
der Ablagerung erreichten Wafer-Substrat-Temperatur.
Es bestand eine Standard-Ablagerungsbedingung derart,
daß der Druck des Arbeitsgases in dem zylindrischen
Rohr 31 0,5 Torr und der Druck der Ablagerungskammer 21
ungefähr 0,05 Torr betrug. Wie in Fig. 5 gezeigt, wurde
fast kein Unterschied festgestellt, wenn der Abstand D
zwischen dem Substrat 28 und dem Heizblock 30 5 und 8
mm beträgt, und es besteht ein lineares Verhältnis
zwischen der Temperatur des Substrats und der des Heizblocks
innerhalb eines gemessenen Temperaturbereiches.
Die Temperaturdifferenz dazwischen ist ungefähr 70°C.
Selbst wenn D variiert, so besteht fast kein Unterschied
zwischen den Substrattemperaturen. Dies kann dadurch angenommen
werden, daß das Plättchen 28 von dem zylindrischen
Rohr 31 zum Leiten eines Arbeitsgases und dem
Heizblock 30 umgeben, d. h. in einer geschlossenen Atmosphäre
angeordnet ist. Wenn das zylindrische Rohr 31 von
dem Heizblock 30 getrennt wird, kann Aluminium ebenfalls
mit guter Filmqualität abgelagert werden. In diesem Fall
jedoch wird der Temperaturbereich des Heizblockes geändert.
Es sei bemerkt, daß dann, wenn das Volumen der Ablagerungskammer
21 selbst verringert und die Strömungsgeschwindigkeit
unter Verwendung des veränderbaren Leitventils
26 gesteuert wird, eine Atmosphäre ähnlich oder
gleich der bei geschlossenem Zustand erreicht werden
kann, wodurch im wesentlichen die gleiche Bedingung wie
oben beschrieben zu realisieren ist.
Bei dieser Ausführungsform schreitet die Ablagerung ausreichend
fort, wenn D = 5 mm und die Temperatur des
Heizblocks 310°C beträgt. Zu dieser Zeit ist die Temperatur
des Plättchensubstrats ungefähr 240°C, wie in
Fig. 5 gezeigt. Wenn jedoch ein herkömmliches CVD-Verfahren
des Kaltwand-Typs ohne den Heizblock 30 verwendet
wird, schreitet die Ablagerung kaum bei der Substrattemperatur
von 240°C fort, selbst wenn die anderen Bedingungen
unverändert gehalten werden. Um mit dem herkömmlichen
CVD eine Ablagerungsrate und -verhältnisse im
gleichen Umfang wie bei diesem Ausführungsbeispiel zu erhalten,
muß das Substrat auf ungefähr 270°C erhitzt
werden. Folglich kann gemäß der vorliegenden Erfindung
die Substrattemperatur um ungefähr 30°C verringert werden.
Das Arbeitsgas wird von dem Heizblock 30 auf eine hohe
Temperatur erhitzt und aktiviert. Dann erreicht das Arbeitsgas
das Substrat 28 in aufgelöstem bzw. zersetztem
Zustand. Es ist schwierig, genau anzugeben, wie das Arbeitsgas
auf dem Substrat in Aluminium aufgespalten
bzw. zersetzt wird, aber es kann angenommen werden, daß in
diesem Zustand Aluminium im Vergleich zu dem im herkömmlichen
CVD-Verfahren relativ hoch übersättigt ist. In
diesem Fall wird, gemäß einer Kern-Wachstumstheorie, ein
Wechsel in der Volumensenergie während der Erzeugung von
Clustern erhöht, und eine Aktivierungsenergie G* stabiler
Kernentwicklung wird vermindert sowie die Packungs- oder
Dichtezahl n* kritischer Kerne vergrößert, wie man dies
aus den Gleichungen (3) und (4) erkennt. Somit wird der
durchschnittliche Kernradius beim Zusammenwachsen miteinander
verkleinert, so daß ein glatter Film mit einer
geringeren Oberflächenrauhigkeit gebildet werden kann.
In Beziehung auf bzw. im Gegensatz zu den anderen herkömmlichen
CVD-Verfahren weist die vorliegende Erfindung
das folgende wichtige Merkmal zusätzlich zu dem oben
beschriebenen auf. Dies besteht darin, daß gemäß dem
Heißwand-Typ-Verfahren aufgrund des Umstandes, daß die
gesamte Ablagerungsatmosphäre auf die gleiche Temperatur
wie des Substrats aufgeheizt wird, die Reaktion an den
gesamten Wandoberflächen der Ablagerungskammer erfolgt,
so daß das Arbeitsgas vergeudet wird. Auch müssen an den
Wandoberflächen anhaftende Materialien periodisch entfernt
werden, was auf eine aufwendige Wartung der Vorrichtung
hinausläuft. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch
das Arbeitsgas der Ablagerungskammer 21 in einem Stadium
niedriger Temperatur zugeführt und auf eine hohe Temperatur
aufgeheizt, wenn es das Substrat 28 erreicht. In
diesem Fall wird das Gas nur auf dem Ablagerungssubstrat
28 und auf der Oberfläche des Heizblocks 30 verbraucht.
Da die Bereiche dieser Heizabschnitte viel kleiner als
jene bei dem Heißwand-Typ sind, stellt sich die vorliegende
Erfindung in der Vermeidung des Verbrauches von
Arbeitsgas und in der Wartung der Vorrichtung als überlegen
dar.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht
darin, daß ein Arbeitsgas, das mittels herkömmlichen CVD′s
kaum zersetzt wird, abgelagert werden kann, da die Gastemperatur
viel höher angehoben werden kann als die Substrattemperatur.
Das heißt, daß durch Erhitzen des Arbeitsgases auf
eine hohe Temperatur in dem Heizblock das Gas aktiviert
oder in ein reaktionsfähiges Material umgewandelt wird.
So kann der Zerfall auf dem Substrat 28 bei niedriger
Temperatur wirksam gefördert werden, so daß ein dünner
Film bei einer niedrigen Substrattemperatur abgelagert
werden kann.
Als Arbeitsgas verwendetes Triisobutyl-Aluminium wird
bei dieser Ausführungsform in Diisobutyl-Aluminiumhalogenid
mit niedrigem Dampfdruck bei einer Temperatur von 50°C
oder mehr zersetzt. Zu diesem Zweck wird das Arbeitsgas
kondensiert und verflüssigt, während es auf einer Gasleit-
oder -transportstrecke auf 100 bis 200°C erhitzt wird,
so daß das Arbeitsgas nicht genügend dem Ablagerungssubstrat
28 zugeführt werden kann. Bei dieser Ausführungsform
wird das Arbeitsgas bei einer niedrigen Temperatur von
ungefähr 50°C unmittelbar vor dem Ablagerungssubstrat 28
zugeführt und auf eine hohe Ablagerungstemperatur nahe der
Oberfläche des Heizblockes erhitzt, der auf eine hohe Temperatur
erwärmt wird. So kann eine Verflüssigung des Arbeitsgases
in dem Zuführungsweg vermieden werden.
Außerdem liegt die Vorderfläche des Ablagerungssubstrats
28 eng dem Heizblock 30 gegenüber. So wird das auf eine
hohe Temperatur erwärmte Arbeitsgas auf die dem Heizblock
30 gegenüberliegende Vorderfläche des Ablagerungssubstrats
28 geführt, während das Arbeitsgas bei relativ niedriger
Temperatur in Berührung mit dessen Rückfläche kommt. Praktisch
wird unter den Standard-Ablagerungsbedingungen Aluminium
nicht auf der Rückfläche des Ablagerungssubstrats
abgelagert. Da fast kein Unterschied zwischen den Temperaturen
der Vorder- und Rückflächen der Wafer selbst
besteht, wird bei diesem Ablagerungsverfahren die Reaktion
durch Erhitzen des Gases gefördert. So wird verständlich,
daß das Erhitzen des Gases sehr wichtig ist.
Weiterhin wird nahe dem Heizblock 30 zugeführtes Triisobutyl-
Aluminium in Diisobutyl-Aluminiumhalogenid (-halid)
mit niedrigem Dampfdruck umgewandelt, und das Substrat 28
wird bei niedriger Temperatur nahe dem Heizblock 30 angeordnet.
Daher ist die Waferoberfläche in einem stark
übersättigten Zustand, und bei dieser Ausführungsform
stellt dieses einen der wichtigen Faktoren der Bildung
eines qualitativ guten, glatten Aluminiumfilms dar.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Arbeitsgas von
dem Heizblock 30 auf eine vorbestimmte Temperatur und das
Ablagerungssubstrat durch das Gas erhitzt. So werden, im
Vergleich mit dem herkömmlichen Kaltwand-Typ-CVD-Verfahren,
die Wiederholbarkeit und Gleichmäßigkeit eines abgelagerten
Films maßgeblich verbessert.
Bei dieser Ausführungsform schreitet die Ablagerung auf
dem Wafer-Substrat durch das überschüssige Gas, das
nicht in dem Heizblock 30 verbraucht wird, fort. Daher wird
die Menge des auf dem Ablagerungssubstrat 28 abgelagerten
Aluminiums dadurch beeinflußt, ob die Oberfläche des Heizblockes
30 aus Silizium oder Aluminium besteht, worauf
Aluminium zur Ablagerung neigt, oder aus einem Siliziumdioxidfilm,
auf dem Aluminium kaum abgelagert wird. Wenn
beispielsweise die Oberfläche des Heizblockes 30 aus
Mustern von Silizium und Siliziumdioxid-Filmen aufgebaut
ist und das Ablagerungssubstrat eine Siliziumwafer darstellt,
wird Aluminium nicht auf der gesamten Oberfläche
der Siliziumwafer 28 abgelagert, sondern nur auf einem
Teil, der dem Siliziumoxidfilm-Muster auf der Oberfläche
des Heizblockes 30 gegenüberliegt.
Um die Verbrauchswirksamkeit des Arbeitsgases zu verbessern,
wird deshalb die Oberfläche des Heizblocks vorzugsweise
aus einem Material niedriger freier Oberflächenenergie
hergestellt, auf dem Aluminium kaum abgelagert
wird, wie z. B. Siliziumdioxid, Titandioxid, Tantalpentoxid,
Molybdänoxid und Vanadiumpentoxid. Selbst wenn solch ein
Material verwendet wird, schreitet, wenn einmal Aluminium
abgelagert ist, die Ablagerung von Aluminium danach trotzdem
fort, so daß der Gasverbrauch nicht verringert werden
kann. Obwohl Aluminium als Material für die Oberfläche des
Heizblockes 30 bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet
wird, stellt sich bei normaler Ablagerung kein Problem
in der Gas-Verbrauchswirksamkeit.
Die Ablagerung von Aluminium variiert in Übereinstimmung
mit den Ablagerungsbedingungen wie Strömungsgeschwindigkeit
und Druck des Arbeitsgases zusätzlich zur Temperatur
des Heizblockes und der des Substrats.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Druck eines Gases
durch Änderung der Temperatur der Quellenkammer 23 in
einem Bereich von Raumtemperatur bis ungefähr 50°C gesteuert
werden. Bei dieser Ausführung kann das selektive
Wachsen in dem Steuerungsbereich des Drucks von ungefähr
0,2 bis 2 Torr im obigen Temperaturbereich der Kammer
23 durchgeführt werden. Bei Druck von 0,2 Torr oder weniger
erfolgte fast kein Fortschritt der Ablagerung, und
die Ablagerungsrate wurde erhöht, wenn der Druck erhöht
wurde.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases ist weitgehend
von der Vorrichtung abhängig, da die Strömungsgeschwindigkeit
des Gases auf der Waferoberfläche stark
durch die Struktur/den Aufbau der Ablagerungskammer 21
beeinflußt wird, selbst wenn die Strömungsgeschwindigkeit
konstant ist. Deshalb ist es schwierig, die Strömungsgeschwindigkeit
in herkömmlicher Weise zu kontrollieren
bzw. zu steuern. Bei dieser Ausführungsform betrug die
Standard-Strömungsgeschwindigkeit ungefähr 20 bis 30 cc/min
oder weniger, und die Filmablagerung wurde nicht stark
beeinträchtigt. Wenn jedoch die Strömungsrate erhöht
wurde, sank die Temperatur des Gases auf der Waferoberfläche,
und es wurde darauf kaum Aluminium abgelagert.
Wenn beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit gesteigert
wurde, trat keine Ablagerung auf, wenn nicht
die Substrattemperatur um 20 bis 30°C höher gesteigert
wurde als die bei einer Standard-Strömungsmenge. Ein
solches Phänomen trat nicht auf, wenn die Gasströmungsmenge
klein war, und in einem extremen Fall konnte
Aluminium mit einer ausreichenden Filmstärke selbst dann
abgelagert werden, wenn der Auslaß abgebrochen und die
mit der Quellenkammer 23 verbundene Ablagerungskammer
21 geschlossen wurde. In diesem Fall ist zu bemerken,
daß der Druck in der Ablagerungskammer 21 aufgrund der
Erzeugung von Isobutylen und Wasserstoffgasen, entstanden
bzw. zerfallen aus Triisobutylaluminium, über die Zeit
steigt.
Fig. 6 zeigt ein Foto einer Metalltextur von Aluminium,
das in dem feinen Öffnungsabschnitt 43 unter den typischen
Ablagerungsbedingungen bei einem Abstand D zwischen dem
Heizblock 30 und dem Ablagerungssubstrat 28 von 5 mm, einer
Temperatur des Heizblockes 30 von 310°C und einem Druck
von 0,5 Torr abgelagert wurde. Wie aus Fig. 6 erkennbar
wird, erzielt man eine glatte Aluminiumoberfläche. Außerdem
wird Aluminium nur selektiv in dem Silizium-Öffnungsabschnitt
abgelagert, aber es wächst überhaupt nicht auf
dem Siliziumdioxidfilm. In diesem Fall beträgt die Stärke
des Siliziumdioxidfilms 5000 Å, und Aluminium mit im
wesentlichen der gleichen Stärke wird auf dem Silizium
abgelagert. Fig. 7 ist ein Schaubild, das die Filmstärkenabhängigkeit
von dem spez. Widerstand des abgelagerten
Aluminiums zeigt. Wenn die Filmstärke 1000 Å oder mehr
beträgt, erhielt man einen Widerstand von 2,9 µΩ · cm nahe
dem Häufungswert (bulk value), und selbst wenn der Film
nur 500 Å beträgt, zeigt der Film Leitfähigkeit. Somit
wurde gefunden, daß es sich um einen kontinuierlichen
Aluminiumfilm handelt.
Fig. 3e zeigt einen Zustand, bei dem Aluminium 45 mit der
gleichen Stärke wie der des Siliziumdioxidfilms 42 selektiv
in dem Silizium-Öffnungsabschnitt 43 abgelagert und
dann ein Aluminiumfilm 46 auf der gesamten Oberfläche
mittels herkömmlichem Sputtern/Metallzerstäuben abgelagert
wurde. Fig. 3e zeigt ebenfalls eine Schnittform
des Siliziumöffnungsabschnittes, wie man ihn erhält, wenn
ein Aluminium-Draht-Verbindungsmuster durch Musterbildung
gebildet wird.
In dieser Ausführungsform wird das in dem Siliziumdioxidfilm
42 auf dem Substratsilizium 41 gebildete Durchgangsloch
43 mit Aluminium ausgefüllt. Andere Materialien als
eine Kombination des Siliziumdioxidfilms 42 und des Siliziumsubstrats
41 können ebenfalls verwendet werden, um
das gleiche Ergebnis zu erhalten. Eine Aluminium-Drahtverbindung
eines Halbleiter-IC wird häufig mit einem
Elementabschnitt oder einer unter der Drahtanordnung
liegenden Schicht durch einen Öffnungsabschnitt des
Isolierfilms verbunden. In diesem Fall ist das darunterliegende
Material in dem Öffnungsabschnitt normalerweise
monokristallines oder polykristallines Silizium, das
verschiedene Verunreinigungen enthält, oder Aluminium.
Zusätzlich können die folgenden Materialien verwendet
werden: Ein Metall wie Titan, Molybdän, Wolfram oder
Platin, ein Silicid-Material wie Titan-Silicid, Wolfram-
Silicid, Molybdän-Silicid, Tantal-Silicid oder Platin-
Silicid, und eine Verbindung wie Titannitrid oder Molybdännitrid.
Insbesondere dann, wenn die die Grundlage bildende Schicht
Silizium ist, neigt die Grenzfläche aufgrund der Reaktion
mit Aluminium zu einem Güteabfall bzw. einer Degradation.
Deshalb kann, wie in Fig. 8 gezeigt, eine Grenz- oder
Sperrschicht 53 aus Titan, Titannitrid oder Titansilicid,
Molybdän oder Wolfram, einem damit gebildeten Silicid,
oder Platinsilicid auf dem Silizium 51 gebildet werden,
worauf dann Aluminium 54 selektiv aufgewachsen werden
kann. Es sei bemerkt, daß das Bezugszeichen 52 einen
Siliziumdioxidfilm bezeichnet.
Da alle der obigen Materialien Metalle oder Halbleiter
mit Leitfähigkeit sind, kann darauf Aluminium selektiv
aufgewachsen werden. Es hat sich, insbesondere für
Silizium experimentell bestätigt, daß Aluminium auf Silizium,
das Arsen, Phosphor oder Bor als Verunreinigung bis
zum Grad der Löslichkeit im festen Zustand enthält, und
auf hoch-widerstandsfähigem monokristallinen oder polykristallinen
Silizium mit einer niedrigen Verunreinigungskonzentration
abgelagert werden kann.
Wenn die Unterschicht Aluminium oder eine Aluminiumverbindung
sowie Silizium enthaltendes Aluminium ist, kann
natürlich Aluminium darauf abgelagert werden, weil es
sich um gleiche Materialien handelt. Manchmal wird jedoch
eine dünne Aluminiumoxidschicht mit einer Stärke von
mehreren zehn Å oder mehr auf der Oberfläche gebildet.
In diesem Fall muß, nachdem die Aluminiumschicht unter
Verwendung verdünnter Fluorwasserstoffsäure geätzt ist,
die Oberfläche in einer Vakuumkammer durch Plasmaätzen
u. dgl. unmittelbar vor der Ablagerung gesäubert werden.
Da die Aluminiumoberfläche selbst im Vakuum schnell
oxidiert, muß die Ablagerung des Aluminiums in einem
Vakuum von z. B. 10-4 Torr innerhalb einer oder zwei
Minuten nach dem Säubern begonnen werden.
Am häufigsten wird ein Siliziumdioxidfilm als Material
eines Isolierfilms in einem Halbleiter-IC verwendet, aber
ein Siliziumnitridfilm u. dgl. kann ebenfalls verwendet
werden. Beispiele eines Siliziumdioxidfilms sind ein Film,
der durch thermisches Oxidieren von Silizium gebildet
wird, z. B. ein durch CVD oder Sputtern abgelagerter Film
und ein Phosphor- oder Bor-dotierter Film. Aluminium wird
unter den selektiven Wachstumsbedindungen von Aluminium
gemäß der Erfindung nicht auf diesen Isolierfilmen abgelagert.
Wie oben beschrieben, kann die Bildung einer
flachen Aluminium-Drahtverbindung (-Kontaktierung) ohne
eine Stufe an einem Öffnungsabschnitt, wie in Fig. 3e
gezeigt, auf jedes Durchgangsloch in einem Halbleiter-
IC angewendet werden. Wenn die Aluminiumablagerung nur
durch Sputtern oder Vakuumverdampfung ohne Verwendung
selektiven Aufwachsens durchgeführt wird, wird auf der
Oberfläche eines Aluminiumfilms in dem Silizium-Öffnungsabschnitt
auf einem Durchgangsloch eine Stufe gebildet,
und es werden auf einem niedrigeren Abschnitt der Stufe
Mikrorisse gebildet, was im Ergebnis zu einer Degradation
der Ausbeute oder der Verläßlichkeit, verursacht durch
Unterbrechungen bzw. Fehlverbindungen, führt. Gemäß
dieser Ausführungsform kann, da Aluminium mit im wesentlichen
der gleichen Stärke wie der der Stufe des Durchgangslochs
selektiv abgelagert wird, eine Aluminium-
Drahtverbindung ausgebildet werden, die in der Ausbeute und
Zuverlässigkeit überlegen ist und bei der ein Durchgangslochabschnitt
eines Halbleiter-IC flach ist und keine
Trenn- oder Unterbrechungsstellen aufweist.
Wie oben beschrieben, kann gemäß dem den Heizblock 30 verwendenden
CVD-Verfahren ein Aluminiumfilm mit einer glatten
Oberfläche und einer großen Korngröße mit guter Reproduzierbarkeit,
Gleichmäßigkeit und Selektivität abgelagert
werden. Zu diesem Zweck kann ein Durchgangsloch
gefüllt werden, um eine glatte mehrschichtige Drahtverbindung
zu realisieren.
In der obigen Ausführungsform wird nur Triisobutylaluminium
als Arbeitsgas verwendet. Es kann aber auch eine andere
organische Aluminiumverbindung wie Trimethylaluminium oder
Triethylaluminium als Arbeitsgas verwendet werden, da
diese gleiche chemische Eigenschaften haben. In diesem Fall
kann Aluminium unter Änderung der Ablagerungsbedingungen
auf einem Substrat abgelagert werden.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel werden Triisobutylaluminium
und Disilan als Arbeitsgase verwendet, und es
wird eine Silizium enthaltende Aluminiumlegierung abgelagert.
In dem ersten Ausführungsbeispiel wird reines Aluminium
abgelagert. Als Drahtverbindungsmaterial wird jedoch
sehr häufig Aluminium mit 1 bis 2% Silizium verwendet.
Der Hauptgrund hierfür liegt darin, daß p-n Übergangsfehlstellen,
die durch eine Reaktion zwischen einem
Siliziumsubstrat und Aluminium verursacht werden, vermieden
werden sollen.
Wenn auf eine Draht-Kontaktierung ein selektives Aluminiumaufwachsen
angewendet wird, wird dünnes Aluminium
mit einer Stärke von ungefähr 1000 Å zum Umschließen
von Siliziummustern verwendet. Wenn Aluminium verwendet
wird, um ein Durchgangsloch zu füllen, wird es hauptsächlich
verwendet, um Aluminium-Drahtverbindungen oberer und
unterer Schichten zu verbinden. In diesen Fällen entsteht
keinerlei ernsthaftes Problem wie die oben beschriebene
Reaktion, und zwar selbst dann nicht, wenn Silizium nicht
in dem Aluminium enthalten ist. Reaktionen können ebenfalls
durch Sandwich-Anordnung einer Sperrschicht von z. B.
Titan dazwischen vermieden werden. Wenn jedoch Silizium
in einem Aluminiumfilm gleichzeitig mit selektivem
Aluminiumaufwachsen zugefügt wird, kann der Bereich der
Anwendungen zusätzlich ausgeweitet werden.
Ein Aluminium-CVD-Verfahren, in dem ein Silangas und ein
organisches Aluminiumgas gleichzeitig einem Substrat zur
Ablagerung von Aluminium enthaltenden Silizium zugeführt
werden, ist zum Patent angemeldet (s. japanische Offenlegungsschrift
Nr. 55-91 119). Es ist jedoch praktisch unmöglich,
möglich, einen solchen Effekt bei herkömmlichen thermischen
CVD-Verfahren zu realisieren und dieses Verfahren
bei der Herstellung eines Halbleiter-IC zu verwenden. Die
bei Ablagerung von Aluminium unter Verwendung organischen
Aluminiums angewandte Substrattemperatur ist maximal
400 bis 500°C oder weniger. Wenn die Temperatur höher
als die genannte ist, wird es schwierig, einen qualitativ
guten Aluminiumfilm zu erhalten, und selbst wenn ein
solcher Film erzielt wird, reagieren ein Aluminiumfilm,
Silizium als darunterliegendes Substrat und ein Siliziumdioxidfilm
miteinander oder unterliegen der Diffusion,
so daß ein gewünschter Aufbau nicht erreicht werden kann.
Wenn ein anderer Halbleiter wie z. B. GaAs als Grundlage
bildende Schicht verwendet wird, bleibt das Ergebnis das
gleiche. Andererseits wird Silan, da die Zersetzungs-
oder Zerfalltemperatur von Silan minimal 600°C oder
mehr beträgt, nicht in einem Temperaturbereich zersetzt,
in dem Aluminium abgelagert werden kann. Deshalb ist es
unmöglich, Silizium gleichzeitig mit der Ablagerung von
Aluminium zu dotieren. Wenn ein CVD-Verfahren verwendet
wird, bei dem ein Arbeitsgas durch andere Energie als
Wärme zersetzt wird, beispielsweise Plasma-CVD oder
optisches CVD, so kann Aluminium abgelagert werden, während
gleichzeitig Silizium in der Form von Silan dotiert
wird. Ein solches CVD-Verfahren hat jedoch oben beschriebene
Nachteile, die zur Degradation der CVD-Merkmale und
-Eigenschaften führen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden organisches
Aluminium wie Triisobutylaluminium und ein Silangas als
Arbeitsgase verwendet, und ein Silizium enthaltender
Aluminiumfilm kann wirksam abgelagert werden. Wenn
beispielsweise eine in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung
verwendet wird, wird die Temperatur des Heizblocks 30 auf
ungefähr 600°C und die Substrattemperatur auf ungefähr
250°C gesetzt, und ein Aluminiumfilm kann gleichzeitig
mit dem Zersetzen des Silans ohne Reaktion mit einem
Substrat abgelagert werden. Da jedoch die Zerfalltemperatur
von Silan (Siliziumwasserstoff) stark von der
Ablagerungstemperatur von Aluminium abweicht, ist es
schwierig, Ablagerungsbedingungen mit guter Gleichmäßigkeit
zu erhalten. Deshalb wird anstelle von Silan
Disilan benutzt, um das genannte Problem zu beseitigen,
um einen Silizium enthaltenden Aluminiumfilm leicht
ablagern zu können.
In der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung betrug der Abstand D
zwischen dem Heizblock 30 und dem Wafer-Substrat 28 8 mm
und die Temperatur des Heizblocks 30 350°C. Disilan wurde
mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 cc/min geleitet,
und die anderen Bedingungen wie die Strömungsgeschwindigkeit
von Triisobutylaluminium wurden ähnlich
denen des ersten Ausführungsbeispiels gesetzt. Es sei
bemerkt, daß der Druck des Gases in der Ablagerungskammer
21 0,8 Torr betrug, da dieser Druck die Summe der Partialdrucke
von zwei Gasen ist. Unter diesen Bedingungen betrug
die Konzentration des in dem Aluminium enthaltenden
Siliziums ungefähr 2%. Als Ergebnis eines Experiments
mußte, wenn nur Disilan zugeführt und überhaupt kein
Triisobutylaluminium zum Fließen gebracht wurde, die
Temperatur des Heizblocks 30 bis zu 400°C oder mehr
gesteigert werden, um Disilan zu zersetzen, um Silizium
auf dem Substrat abzusetzen. Wenn jedoch Disilan und
Triisobutylaluminium gleichzeitig zugeführt wurden, wurde
das Silizium bei einer niedrigeren Temperatur in dem
Aluminiumfilm dotiert, und es wurde gefunden, daß Silizium
im Prozentbereich darin bei 350°C oder mehr enthalten
war. Bei Steigerung der Temperatur des Heizblocks 30
wird das Zerfallen des Disilans gefördert und die Siliziumkonzentration
im Aluminium merklich gesteigert.
Deshalb kann die Siliziumkonzentration willkürlich durch
Steuerung der Temperatur des Heizblocks 30 oder der
Strömungsgeschwindigkeit des Disilans geändert werden.
Wie oben beschrieben, kann, wenn Triisobutylaluminium
und Disilan als Arbeitsgase bei einem CVD-Verfahren unter
Verwendung eines Heizblockes eingesetzt werden, Aluminium,
das eine willkürliche Menge Silizium enthält, abgelagert
werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wird Silizium enthaltendes
Aluminium selektiv aufgewachsen, aber das Aluminium
kann auf einer vollständigen Fläche unabhängig von den
Materialien eines darunterliegenden Substrats abgelagert
werden. Mehrere Methoden solchen nicht-selektiven Wachsens
stehen zur Verfügung. Beispielsweise kann, wenn die
Temperatur des Heizblocks auf 380°C erhöht und die
Strömungsgeschwindigkeit von Disilan verringert wird,
Silizium enthaltendes Aluminium auf der gesamten Oberfläche
abgelagert werden. Es ist zu bemerken, daß es
gemäß diesem Verfahren schwierig ist, eine gleichmäßige
Filmstärke zu erreichen. Nach einem anderen Verfahren
wird nur Disilan zugeleitet, wenn der Heizblock eine
hohe Temperatur von 400°C aufweist, wodurch dünnes
Silizium auf der gesamten Oberfläche abgelagert wird.
Dann wird Aluminium unter den Standard-Selektiv-Wachstumsbedingungen
wie denen in dem ersten und zweiten
Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, abgelagert.
Beim selektiven Wachstum wird Aluminium nur auf Silizium
abgelagert. Nach diesem Verfahren wird jedoch Aluminium
auf der gesamten Oberfläche abgelagert, da die gesamte
Oberfläche mit Silizium bedeckt ist. In diesem Fall kann
ein Film mit guter Gleichmäßigkeit und Qualität erzielt
werden. Zusätzlich braucht, da das unter dem Aluminium
abgelagerte Silizium während der Ablagerung des Aluminiums
oder einer Wärmebehandlung danach in den Aluminiumfilm
diffundiert wird, Silizium nicht dotiert zu werden, wenn
Aluminium abgelagert wird. In ähnlicher Weise kann
Aluminium abgelagert werden, nachdem ein dünner Film von
beispielsweise Titan abgelagert ist.
Fig. 9a bis 9j zeigen eine dritte Ausführungsform, bei der
die vorliegende Erfindung verwendet wird, um Aluminium
selektiv auf einer Gateelektrode, einer Source und einem
Drain eines MOSLSI abzulagern, um einen niedrigen Widerstand
zu erreichen. In Fig. 9a bis 9j ist lediglich der
Hauptablauf der Herstellungsschritte gezeigt, und es sind
solche Teile weggelassen, die nicht direkt mit der vorliegenden
Erfindung in Verbindung stehen.
Zunächst wird, wie in Fig. 9a zeigt, ein p-Typ Siliziumsubstrat
71 mit einem Isolierbereich 72, der von einem
Siliziumdioxidfilm gebildet wird, vorbereitet, und ein
Gate-Oxidfilm 73 wird in einem Bereich gebildet, um als
aktives Element zu dienen.
Darauf wird, wie in Fig. 9b und 9c gezeigt, eine Polysilizium-
Dünnschicht (Dünnfilm) 74, mit Phosphor dotiert,
abgelagert und dann mittels Photolithographie und Ätzen
gefertigt, um eine Gateelektrode 75 zu bilden. Zusätzlich
zu Phosphor kann eine Arsen- oder Bor-Verunreinigung des
Polysiliziums vorhanden sein.
Daraufhin wird, wie in Fig. 9d gezeigt, eine Peripherie
der Gateelektrode 75 oxidiert, um einen Polysiliziumoxidfilm
76 zu bilden, und es wird unter Verwendung der Gateelektrode
75 als Maske eine Ionenimplantation zur Bildung
einer Source/Drain 77 durchgeführt. Üblicherweise wird
als Ionenkeim Arsen oder Phosphor im Falle eines
n-Kanalelements verwendet, und Bor wird im Falle eines
p-Kanalelements benutzt. Danach wird zum Aktivieren der
implantierten Ionen eine Wärmebehandlung durchgeführt,
und ein Siliziumdioxidfilm 78 wird durch ein Niedrigdruck-
CVD-Verfahren abgelagert.
Da der Siliziumoxidfilm 78 an den Seitenflächen der
Gateelektrode 75 dick ausgebildet ist, können Seitenwandungen
79 an den Seitenflächen der Gateelektrode 75
mittels isotropischen Trockenätzens, wie in Fig. 9f
gezeigt, gebildet werden. Der Siliziumdioxidfilm 78 kann
ein beliebiger Film sein, solange er ein dick auf den
Seitenflächen der Gateelektrode 75 gebildeter Isolierfilm
ist, beispielsweise ein Schmelz-PSG (Phosphosilikat-Glas)
oder BPSG (Bor-Phosphosilikat-Glas) eine sogenannte
Vorspannung-Sputter-Siliziumdioxidschicht, die mit
Vorspannung und Sputtern leicht aufgebracht wird, oder
eine Siliziumnitridschicht.
Danach wird, wie in Fig. 9g gezeigt, Aluminium 80 selektiv
auf der Gateelektrode 75 und der Source/Drain-Anordnung
77 abgelagert. Vor der Aluminiumablagerung wird ein Vorbehandlungsschritt
zur Entfernung einer natürlichen Oxidfilmschicht
durchgeführt. Da Trockenätzen bereits durchgeführt
ist, wird dieser Vorbehandlungsschritt vorzugsweise
so durchgeführt, daß eine Siliziumdioxidschicht
mit einer Dicke von ungefähr 100 Å bei 800 bis 900°C
gebildet und dann mit verdünnter Fluorwasserstoffsäure
geätzt wird, wodurch eine saubere Siliziumoberfläche
freigelegt wird. Die Ablagerung von Aluminium wurde unter
Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung unter den
Standardbedingungen durchgeführt derart, daß D = 5 mm
war sowie die Temperatur des Heizblocks 310°C und der
Druck des Ausgangsgases 0,5 Torr betrugen, wobei Aluminium
mit einer Schicht (Film)-Stärke von ungefähr 1000 Å in
einer Ablagerungszeit innerhalb ungefähr 10 Minuten gebildet
wurde.
Dann wird, wie in Fig. 9h gezeigt, eine isolierende
Zwischenschicht 81 abgelagert, und Durchgangslöcher 82
werden unter Verwendung bekannter Photolithographie- und
Ätztechniken gebildet. Bei Verwendung eines konventionellen
Verfahrens wird darauf eine Aluminiumschicht unter
Verwendung von Sputtern od. dgl. zur Bildung einer Drahtverbindung
abgelagert. Bei dieser Ausführungsform werden
jedoch die Durchgangslöcher mit einer selektiv aufgewachsenen
Aluminiumschicht 83 gemäß der vorliegenden Erfindung,
wie in Fig. 9i gezeigt, gefüllt. Als Vorbehandlungsschritt
vor der Ablagerung des Aluminiums wird ein Ätzen
unter Verwendung verdünnter Fluorwasserstoffsäure durchgeführt,
und das Aluminium wird in der gleichen Weise
wie in Fig. 9g abgelagert. Es sei bemerkt, daß Aluminiumoxid
unmittelbar vor der Ablagerung mittels Plasmareinigens
im Vakuum entfernt wird. Eine Schicht mit einer
Schichtstärke von 5000 Å, die den gleichen Wert wie die
der Tiefe des Durchgangslochs hat, wird abgelagert, so
daß das Innere des Durchgangsloches zuverlässig und vollständig
ausgefüllt ist, um eine ebene Oberfläche zu erreichen.
Danach wird eine Aluminiumschicht auf der ganzen Oberfläche
durch Sputtern od. dgl. abgelagert, und eine
Aluminium-Drahtverbindung 84, wie in Fig. 9j gezeigt, wird
mittels bekannter Photolithographie und Ätzen vervollständigt.
Es sei bemerkt, daß in diesem Fall Aluminium ohne Verwendung
von Sputtern, sondern unter Verwendung von
CVD gemäß der vorliegenden Erfindung, auf der gesamten
Oberfläche abgelagert werden kann. Beispielsweise kann,
nachdem das Durchgangsloch 82 mit selektiv abgelagertem
Aluminium gefüllt ist, Aluminium in der Folge auf der
gesamten Oberfläche unter nicht-selektiven Wachsbedingungen
abgelagert werden. Ein nicht-selektives Aufwachsverfahren
kann durchgeführt werden, indem die Temperatur des
Heizblockes 30 gesteigert oder Silizium od. dgl. auf der
gesamten Oberfläche abgelagert werden und dann Aluminium
abgelagert wird.
Wie oben beschrieben, werden bei dem dritten Ausführungsbeispiel
Polysiliziummuster und die Source/Drain-Anordnung
von selektiv-gewachsenem Aluminium umgeben, um zu bewirken,
daß die Drahtverbindung einen niedrigen Widerstand
haben, und außerdem wird selektiv-gewachsenes Aluminium
benutzt, um das Durchgangsloch abzudecken und eine ebene
Oberfläche zu realisieren. Folglich wird selektiv gewachsenes
Aluminium für zwei verschiedene Zwecke verwendet.
Insbesondere wenn diese Ausführungsmöglichkeit bei einer
Einschlußtechnik angewendet wird, kann, da der spezifische
Widerstand von Aluminium 2,9 µΩ · cm beträgt, d. h. in
der Nähe des Häufungswertes, der Widerstand um 1/10 bis
1/100 im Vergleich zu dem Fall, in dem Wolfram oder
Silicid eingeschlossen wird, verringert werden.
Außerdem reagiert in dem Falle des Einschlusses von Source/
Drain, wenn die Schichtstärke des Aluminiums groß ist,
das Aluminium mit dem Substratsilizium und ergibt ein Problem
hinsichtlich der Übergangsfehlstellen u. dgl. Wenn
jedoch die Stärke des Aluminiums 1000 Å oder weniger
wie in diesem Ausführungsbeispiel beträgt, ergibt
sich praktisch kein Problem.
Weiterhin kann, falls erforderlich, Aluminium selektiv
aufgewachsen werden, nachdem eine Trennschicht auf der
Source/Drain-Anordnung oder auf der Polysilizium-Gateelektrode
gebildet ist. Die Stärke dieser Sperrschicht
kann in der Größenordnung von 100 bis 1000Å betragen.
Da der Widerstand der Sperrschicht mit einer solchen
Stärke um ein mehrfaches bis zehnmal so groß wie die von
selektiv aufgebrachten Aluminium ist, kann ein genügend
niedriger Widerstand nicht ohne Aluminiumeinschluß
erreicht werden.
Fig. 10a bis 10e zeigen eine vierte Ausführungsform, bei
der die vorliegende Erfindung auf die Bildung einer
Elektrode eines bipolaren LSI und die Bildung eines
Widerstandskörpers unter Verwendung von Polysilizium angewendet
wird.
Fig. 10a zeigt einen Zustand, in dem ein npn-Transistor
in einem Siliziumsubstrat 101 gebildet wird, und ein
Polysilizium-Elektrodenmuster wird darauf gebildet. Dabei
bezeichnet Bezugszeichen 102 eine Isolationsoxidschicht;
103 eine begrabene Schicht (buried layer) vom n⁺-Typ;
104 einen Kollektor; 105 eine Basis; und 106 einen Emitter.
In diesem Zustand wird die Oberfläche des Siliziumsubstrats
gebildet von einem Polysiliziumelektrodenmuster
107, einer Siliziumdioxidschicht 108 zum Isolieren des
Polysiliziumelektrodenmusters 107, und einer Maske 109 zur
Bildung eines Widerstandskörpers, gebildet auf einem
Polysiliziumbereich, um als Widerstandskörper zu dienen.
Ein Isolator wie beispielsweise eine Siliziumdioxidschicht
oder eine Siliziumnitridschicht wird als Material der
Maske 109 verwendet.
Wie in Fig. 10b gezeigt, wird Aluminium 110 auf freiliegendem
Polysilizium selektiv aufgewachsen. Es wird ein
Vorbereitungsschritt durchgeführt, um eine natürliche
Oxidfilmschicht vor der Ablagerung des Aluminiums zu
entfernen. In diesem Fall kann der vorhergehende Schritt,
da ein Trockenätzen bereits stattgefunden hat, vorzugsweise
so durchgeführt werden, daß eine Silizium-Dioxidschicht
mit einer Stärke von ungefähr 100 Å bei ungefähr
800 bis 900°C gebildet und dann durch verdünnte Fluorwasserstoffsäure
geätzt wird, um eine saubere Siliziumoberfläche
freizulegen. Aluminium wird unter Verwendung
der Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, unter Standardbedingungen
abgelagert derart, daß D = 5 mm, die
Temperatur des Heizblockes 310°C und der Druck des
Ausgangsgases 0,5 Torr beträgt, wobei Aluminium mit
einer Stärke von ungefähr 1000 Å in einer Ablagerungszeit
innerhalb ungefähr 10 Minuten gebildet wird. Durch dieses
Aluminium 110 erhält man einen niedrigen Widerstand des
Polysiliziumelektrodenmusters, und das Polysilizium unter
der Maske 109 zur Bildung des Widerstandskörpers wird
ein (ohmscher) Polysilizium-Widerstandskörper 111 mit einer
in Selbstausrichtung vorbestimmten Größe.
Dann wird, wie in Fig. 10c gezeigt, ein Zwischenschicht-
Isolierfilm 112 abgelagert, und ein Durchgangsloch 113
wird mittels bekannter Photolithographie und Ätzen gebildet.
Danach wird in herkömmlicher Verfahrensweise eine
Aluminiumschicht durch Sputtern od. dgl. zur Bildung einer
Drahtverbindung abgelagert. Bei dieser Ausführungsform
wird jedoch eine zweite selektiv-gewachsene Aluminiumschicht
114 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet,
um das Durchgangsloch, wie in Fig. 10d gezeigt, zu füllen.
Es wird ein Ätzen unter Verwendung verdünnter Fluorwasserstoffsäure
als Vorstufe vor der Ablagerung des Aluminiums
durchgeführt, und Aluminium wird in der gleichen
Weise wie in Fig. 10b abgelagert. Es ist zu bemerken,
daß Aluminiumoxid mittels Plasmareinigung im Vakuum
unmittelbar vor der Ablagerung entfernt wird. Da eine
Schicht mit einer Stärke abgelagert wird, deren Wert der
gleiche wie der der Tiefe des Durchgangsloches ist, wird
das Innere des Durchgangsloches zuverlässig und vollständig
ausgefüllt, um eine ebene Oberfläche zu erzielen.
Danach wird die Aluminiumschicht auf der gesamten Oberfläche
mittels Sputtern und dgl. abgelagert, und eine
Aluminiumkontaktierung (Drahtverbindung) (wiring) 115,
wie in Fig. 10e gezeigt, wird unter Verwendung von
Photolithographie und Ätzen vervollständigt.
Wie oben beschrieben, wird bei der vierten Ausführungsform
die Polysiliziumelektrode mit selektiv abgelagertem
Aluminium eingeschlossen, und zur gleichen Zeit wird
Aluminium verwendet, um den Widerstandskörper auszubilden.
Zusätzlich wird selektiv abgelagertes Aluminium
verwendet, um das Durchgangsloch zu füllen, wodurch eine
ebene Oberfläche realisiert wird.
Besonders dann, wenn diese Ausführungsform auf eine Einschlußtechnik
angewendet wird, kann, da der spezifische
Widerstand des Aluminiums 2,9 µΩ · cm, d. h. nahe dem Haupt-
oder Häufungswert beträgt, der Widerstand um 1/10 bis 1/100
im Vergleich mit der Verwendung von Wolfram oder Silicid
als Einschlußmaterial verringert werden. Wenn die Schichtstärke
des Aluminiums groß ist, reagiert Aluminium mit
Polysilizium, wodurch die Elementeigenschaften verschlechtert
werden. Wenn jedoch die Schichtstärke des Aluminiums
ungefähr 1000 Å wie in diesem Ausführungsbeispiel beträgt,
stellt sich fast kein Problem.
Falls notwendig, kann Aluminium selektiv aufgebracht werden,
nachdem eine Sperrschicht mit der Polysiliziumelektrode,
wie in Fig. 8 gezeigt, verbunden ist. Die Stärke der
Sperrschicht kann in der Größenordnung von 100 bis 1000 Å
liegen. Da der Widerstand der Sperrschicht, die eine solche
Stärke hat, um das zehnfache oder mehr höher als der
des selektiv abgelagerten Aluminiums ist, kann ohne Aluminiumeinschluß
ein ausreichend niedriger Widerstand nicht
erreicht werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde die
Erfindung auf die Ablagerung von Aluminium angewendet. Die
Erfindung kann jedoch ebenso wirksam auf die chemische
Dampfablagerung eines sich von Aluminium unterscheidenden
Metalls oder eines Halbleiters angewendet werden.
Wenn beispielsweise die vorliegende Erfindung auf die Ablagerung
und insbesondere auf das selektive Aufwachsen von
Wolfram oder Molybdän angewendet wird, so kann eine glatte
und gute Schicht (Film) erzielt werden. Wenn Wolfram betroffen
ist, so wird Wolfram-Hexafluorid als Arbeitsgas
verwendet, und Wasserstoff, Helium oder Argon werden als
Trägergas eingesetzt.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung wurde als Ablagerungsvorrichtung
verwendet; dabei wurden die Ablagerungsbedingungen
so variiert, daß D = 3 bis 10 mm, die Temperatur
des Heizblockes 30 300 bis 700°C und der Gesamtgasdruck
0,1 bis 5 Torr betrug. Das selektive Aufwachsen von Wolfram
wird durch eine Silizium-Reduktionsreaktion in einem anfänglichen
Stadium des Wachsens bewirkt, aber es wird durch
eine Wasserstoff-Reduktionsreaktion gefördert, wenn die
Schichtstärke gesteigert wird. Um eine dickere Schicht abzulagern,
sollte bzw. muß deshalb Wasserstoff als Trägergas
verwendet werden.
Typische Ablagerungsbedingungen sind D = 5 mm, eine Temperatur
des Heizblocks von 450°C, der Gesamt-Gasdruck
0,5 Torr und ein partieller Druck des Wolfram-Hexafluorids
von 0,05 Torr Wolfram wird manchmal selektiv oder nicht-
selektiv auf der gesamten Oberfläche einer Wafer abgelagert,
und zwar in Übereinstimmung mit einem bestimmten
Zweck. Der Grad der Selektivität hängt von der Adsorptionsenergie
des Arbeitsgases oder der Aktivierungsenergie der
Kernerzeugung, die auf dem Grad der Übersättigung beruht,
ab. Wenn die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung verwendet wird,
um willkürlich Temperaturen des Substrats 28 des Heizblocks
30 zu wählen, kann deshalb eine Schicht mit hoher Selektivität
oder gesamtflächig abgelagert werden.
Molybdän kann unter den im wesentlichen gleichen Bedingungen
wie jenen im Falle von Wolfram abgelagert werden, mit
der Ausnahme, daß Molybdän-Hexafluorid als Arbeitsgas verwendet
wird. Außerdem kann Molybdän-Pentachlorid als Arbeitsgas
verwendet werden.
Ein Silicid (Silizium-Metall-Verbindungen) wie Wolframsilicid
oder Molybdänsilicid kann durch Mischen eines
Silangases unter den oben beschriebenen Ablagerungsbedingungen
eines reinen Metalls abgelagert werden.
Polysilizium kann abgelagert werden, indem man ein Silangas
als Arbeitsgas bei einer Temperatur des Heizblocks 30
von 700 bis 1100°C verwendet. Wenn amorphes Silizium abgelagert
wird, wird die Temperatur des Heizblocks vorzugsweise
weiter verringert. Wenn Disilan als Arbeitsgas verwendet
wird, kann die Ablagerung selbst bei 400°C erfolgen.
Amorphes Silizium wird umfangreich als Solargas verwendet,
und in einem solchen Anwendungsfall ist vorzugsweise
eine große Menge Wasserstoff in der Schicht enthalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Substrattemperatur
auf niedrige Werte gedrückt werden, so daß
amorphes Silizium mit einer großen Menge Wasserstoff und
guten Eigenschaften gebildet werden kann.
Wie oben beschrieben, kann die vorliegende Erfindung nicht
nur auf die Ablagerung von Aluminium, sondern von irgendeinem
Metall oder einem Halbleiter-Dünnfilm angewendet
werden, wodurch eine dünne Schicht (Dünnfilm) mit guter
Glätte realisiert werden kann. Zusätzlich kann in Übereinstimmung
mit Dünnschichtbildungs-Anwendungen die Selektivität
gesteigert werden, oder sie kann verringert
werden, um gesamtflächig abzulagern, d. h. die Ablagerungsbedingungen
können leicht gesteuert und/oder verändert
werden. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung
angewendet werden mit dem Zweck, den Wasserstoffgehalt zu
steigern.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf
die obigen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann unterschiedlich
angewendet und modifiziert werden.
Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, in dem die gleichen Teile wie in Fig. 1
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In der in
Fig. 12 gezeigten Vorrichtung ist ein Heizblock 34 in
einem vorbestimmten Abstand an einer Seite eines Substrathalters
27, der dem Heizblock 30 gegenüberliegt, angeordnet,
d. h. an einer Seite eines zylindrischen Rohres 31 zusätzlich
zu den Bauteilen der Fig. 1.
Jeder der beiden Heizblöcke 30 und 34 und der Substrathalter
27 haben eine Bewegungseinrichtung. Der Zwischenraum
zwischen den beiden Heizblöcken 30 und 34, ein Zwischenraum
D 1 zwischen dem Heizblock 30 und dem Wafer-Substrat
28 und der Abstand D 2 zwischen dem Heizblock 34 und
dem Wafer-Substrat 28 können willkürlich variiert werden.
Der Variationsbereich der Abstände D 1 und D 2 beträgt ungefähr
2 bis 30 mm.
Fig. 12 bezieht sich auf eine Grundanordnung der Vorrichtung,
während Fig. 13 und 14 die Vorrichtung für eine
Massenproduktion in größerem Detail zeigen.
In Fig. 13 und 14 bezeichnen Bezugszeichen 121 eine Hauptkammer,
121 bis 124 Reaktionskammern, 125 eine Lade-Schleusenkammer,
126 eine drehbare Scheibe, 127 einen Motor,
128 eine Wafer-Halteplatte, 129 eine Ringplatte, 130 eine
untere Haube, 131 eine Vakuum-Trennwand, 132 eine Rotations-
Vakuumpumpe, 133 ein Ventil, 134 ein Leckventil,
135 einen oberen Steuer- oder Angleichkasten, 136 einen
unteren Steuer- oder Angleichkasten, 137 eine Feder, 138
eine obere Haube, 29 a einen Erhitzer und TC einen Temperaturdetektor
wie z. B. ein Thermoelement. Es sei bemerkt,
daß in Fig. 14 gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen
Bezugszeichen bezeichnet sind.
Wie in dem ebenen Blockdiagramm der Fig. 13 gezeigt, hat
die zylindrische Hauptkammer 121 drei Reaktionskammern
122, 123 und 124 und die Lade-Schleusenkammer 125. Diese
vier Unterkammern sind während der Ablagerung oder des
Ätzens von der Hauptkammer 121 vakuum-getrennt oder differentiell
von dieser entlüftet.
Wie in Fig. 14 gezeigt, ist die große Drehscheibe 126 in
der Hauptkammer 121 gelagert, und es werden gleichzeitig
vier Wafer durch Drehung der Drehscheibe 126, die vom Motor
127 getrieben ist, übertragen bzw. zugeführt. Während
der Wafer-Übermittlung sind zeitweise die Haupt- und Unterkammern
121 bis 125 miteinander für ein hohes Vakuum
vakuum-verbunden. Die Drehscheibe 126 ist in Fig. 14 als
horizontale Scheibe dargestellt, aber sie kann ebensogut
in vertikaler Bauweise, in einer vertikalen Ebene rotierend,
ausgebildet sein. Eine vertikale Bauart der Scheibe
wird in bestimmten Fällen mit Blick auf die Wartung
der Reaktionskammern bevorzugt.
Das Wafer-Substrat 28 wird auf dem Substrathalter 27 in
der Lade-Schleusenkammer 22 angeordnet, so daß die zu beschichtende
Oberfläche nach unten zeigt. Um eine Wafer
zwischen Atmosphäre und Vakuum zu bewegen, gibt es verschiedene
Methoden, und jede derselben kann angewendet
werden. Beispielsweise kann, wie in Fig. 14 gezeigt, die
Peripherie des Substrathalters 27 durch doppelte O-Ringe
unter Druck gehalten werden, um die Atmosphäre gegen das
Vakuum zu trennen. Wenn das Wafer-Substrat 28 in der Atmosphäre
in die Lade-Schleusenkammer 22 eingeführt wird,
wird die Wafer-Halteplatte 128 nach oben bewegt, während
die Ringplatte 129, wie in Fig. 14 gezeigt, gegen den Substrathalter
27 gedrückt wird. Dann wird unter Verwendung
eines Vakuum- oder elektrostatischen (Spann-) Futters das
Wafer-Substrat 28, dessen zu beschichtende Oberfläche nach
unten gerichtet ist, an der Wafer-Halteplatte 128 gespannt.
Darauf wird die Wafer-Halteplatte nach unten bewegt, um
die Ringplatte gegen den Substrathalter 27 zu drücken,
wodurch die Lade-Schleusenkammer 27 von der Außenseite
getrennt wird. In diesem Stadium wird das Wafer-Substrat
28 hinsichtlich der Wafer-Halteplatte 128 gelöst, um das
Wafer-Substrat 28 gegen den Substrathalter 27 zu bewegen.
Dann werden die Rotations-Vakuumpumpe 132 und das Ventil
133 betätigt, um den Druck in der Lade-Schleusenkammer 22
zu verringern. Schließlich werden die Wafer-Halteplatte 128
und die Ringplatte 129 zusammen nach oben bewegt. Daraus
ergibt sich, daß die Lade-Schleusenkammer 22 mit der Hauptkammer
121 vakuum-verbunden ist, und zur gleichen Zeit
zieht sich die den Substrathalter 27 mit der Drehscheibe
126 verbindende Feder zusammen, so daß die Drehscheibe
126 sich drehen kann.
Dagegen werden, wenn das Wafer-Substrat 28 aus der Hauptkammer
121 an die Atmosphäre abgegeben werden soll, die
Wafer-Halteplatte 128 und die Ringplatte 129 in Verbindung
miteinander nach unten bewegt, um gegen die Peripherie
des Substrathalters 27 zu drücken und dadurch die
Hauptkammer 121 von der Lade-Schleusenkammer 22 zu trennen.
Danach wird das Leckventil 134 geöffnet, um in der Lade-
Schleusenkammer 22 Atmosphärendruck zu erhalten. Wenn
lediglich die Wafer-Halteplatte 128 bei fester Ringplatte
129 nach oben bewegt wird, kann das Wafer-Substrat 28
entfernt werden.
Fig. 15a bis 15d zeigen Arbeitsweisen der Reaktionskammern,
in denen gleiche oder entsprechende Teile der
Fig. 14 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Wie in
Fig. 15a gezeigt, wird, wenn das Wafer-Substrat 28 übergeben
wird, der mit der Drehscheibe 126 über die Feder
137 verbundene Substrathalter 27 aus der Sperre in der
Reaktionskammer gelöst und kann daher frei rotieren.
Zu dieser Zeit sind die das Wafer-Substrat 28 sandwichartig
umgebenden zwei Heizblöcke 30 und 34 bereits auf
eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Nachdem das Wafer-
Substrat 28 in der Reaktionskammer angeordnet ist, drückt
die obere Haube 138 der Reaktionskammer auf die Peripherie
des Substrathalters 27, um eine Vakuum-Trennung des Inneren
der Reaktionskammer von der Hauptkammer 121 herbeizuführen.
Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der Heizblock 134,
um das Wafer-Substrat 28 zu berühren. In der Folge wird,
um die Substratoberfläche vor Ablagerung zu säubern, ein
Gas wie Ar der Reaktionskammer zugeführt, und zur gleichen
Zeit wird eine RF (Radio- bzw. Hochfrequenz) über den
oberen Angleichkasten 135 auf das Wafer-Substrat 28
ausgeübt, wodurch ein Sputterätzen ausgeübt wird. Alsdann
bewegen sich die das Wafersubstrat 28 sandwichartig
umgebenden Heizblöcke 30 und 34 und halten an einer
vorbestimmten Stellung nahe dem Wafersubstrat 28 an, wie
dies in Fig. 15c gezeigt ist. In diesem Stadium wird ein
Triisobutyl-Aluminium-Gas zugeführt, um selektiv Aluminium
abzulagern.
Zusätzlich zu den beschriebe 39019 00070 552 001000280000000200012000285913890800040 0002003727264 00004 38900nen Arbeitsweisen kann
Radiofrequenz RF dem Heizblock 30 über den unteren
Angleichkasten 136, wie in Fig. 15d gezeigt, zugeführt
werden, um dadurch ein Plasma-CVD-Verfahren zu realisieren.
Außerdem kann nach jeder der Fig. 15c und 15d ein Arbeitsgas
geändert bzw. ersetzt werden, um ein Metall wie W,
Ti, Cr oder Si, also ein anderes als Al, abzulagern.
Anwendungsformen der in Fig. 13, 14 und 15a bis 15d gezeigten
Vorrichtung sind im Detail beispielhaft in der folgenden
Tabelle wiedergegeben.
Beim Befüllen (drei Wafern zur Zeit) werden sämtliche
drei Reaktionskammern verwendet, um selektiv Aluminium
abzulagern, so daß das Aluminium zur gleichen Zeit auf
den drei Substraten abgelagert werden kann. Da der Durchsatz
gesteigert werden kann, kann deshalb dieses Verfahren
angewendet werden, um ein Durchgangsloch zu füllen oder
Silizium mit Aluminium zu umgeben.
Bei der Gesamtflächen-Ablagerung (zwei Wafern zur Zeit)
wird nicht-selektives Metall-Wachstum durchgeführt, d. h.
ein Metall wie Ti, Si oder W wird auf einer Gesamtfläche
abgelagert, um eine dünne Metallschicht in der Reaktionskammer
122 zu bilden. Darauf wird Aluminium selektiv in
den Reaktionskammern 123 und 124 aufgewachsen. Da das
Aluminium auf der Gesamtoberfläche abgelagert wird, kann
ein die Grundlage bildendes Metall als Sperre oder Trennung
zwischen Aluminium und dem Substrat-Si verwendet
werden. Bei dieser Gesamtflächen-Ablagerung wird selektives
Al-Wachstum zweimal mit zwei Substraten zur Zeit
durchgeführt, da die Zeit nicht-selektiven Metall-Wachstums
größer ist als die Zeit selektiven Al-Wachstums.
Bei der 2-Stufen-Ablagerung (nacheinander) werden die
obigen beiden Fälle miteinander kombiniert. Das bedeutet,
daß Aluminium selektiv in der Reaktionskammer 122, ein
Metall dann nicht-selektiv in der Reaktionskammer 123
und schließlich Aluminium selektiv in der Reaktionskammer
124 aufgewachsen wird. In diesem Fall wird das Durchgangsloch
durch das erste selektive Wachsen gefüllt, und das
Aluminium wird dann auf der Gesamtfläche aufgewachsen,
um eine ebene Oberfläche zu erhalten.
Zusätzlich zu den obigen Modifikationen werden Varianten
vorgeschlagen derart, daß Aluminium in der Reaktionskammer
124 abgelagert und in der Folge ein Metall in der gleichen
Reaktionskammer nicht-selektiv aufgewachsen wird. Was
das Substrat-Ätzen vor der Ablagerung anbelangt, so wird
ein Substrat vorzugsweise geätzt, nachdem das Wafer-
Substrat in die Reaktionskammer bewegt wurde, und unmittelbar
vor der Ablagerung. Die Reaktionskammer 122 kann
als spezielle Ätzkammer verwendet werden, so daß die
Wafer darin geätzt und dann in die Reaktionskammern 123
und 124 überführt sowie darin beschichtet wird. In diesem
Fall sollte jedoch der zeitliche Abstand zwischen Ätzen
und Ablagerung nicht erhöht werden.
Es wird nunmehr unter auf den Fall Bezug genommen, in dem
Aluminium selektiv unter Verwendung der obigen CVD-
Vorrichtung aufgewachsen wird. In diesem Fall werden die
gleichen Schritte, wie in Fig. 3a bis 3e gezeigt, benutzt.
Die Schritte sind die gleichen wie in dem obigen Ausführungsbeispiel,
soweit die natürliche Oxidfilmschicht 44
entfernt wird.
Darauf wird das Wafer-Substrat 47, das der in Fig. 3c
gezeigten Vorbehandlung unterworfen wird, in der Lade-
Schleusenkammer 22 angeordnet, und die Kammer wird
genügend evakuiert. Darauf wird das Wafer-Substrat 47
(28) in die Ablagerungskammer 122 bis 124 bewegt und
während einiger Minuten zwischen den zwei Heizblöcken
30 und 34 gehalten, wodurch man eine gleichmäßige Temperatur
des Wafer-Substrats 47 erhält. Zu diesem Zeitpunkt
kann ein inertes Gas wie Argon um die Wafer strömen,
um das Wafer-Substrat 47 effektiver zu erhitzen.
Danach wird das Ventil 25 zwischen der Ausgangskammer 23
und der Ablagerungskammer, in der das Wafer-Substrat gelagert
ist, geöffnet, um Arbeitsgas in die Ablagerungskammer
zu führen und dadurch die Ablagerung von Aluminium
zu beginnen. Es ist zu bemerken, daß die Ausgangskammer
23 vorzugsweise mit einer Strömungsgeschwindigkeit evakuiert
wird, die im wesentlichen die gleiche wie die
während der Ablagerung für einen geeigneten Zeitraum ist,
bis das Ventil 25 geöffnet wird, so daß der Druck in der
Ablagerungskammer unmittelbar nach Öffnen des Ventils
25 stark variiert. Wenn eine vorbestimmte Ablagerungszeit
verstrichen ist, wird das Ventil 25 zwischen der Ausgangskammer
23 und der Ablagerungskammer geschlossen, um die
Ablagerung zu vollenden. Bei der obigen Arbeitsweise kann
Aluminium 45 selektiv nur im Öffnungsabschnitt 43 des
Siliziumsubstrats 41 abgelagert werden.
Die Film- oder Schicht-Ablagerungsbedingungen müssen
sorgfältig gewählt werden, um Aluminium 45 selektiv mit
guter Glätte nur auf dem Silizium in dem Öffnungsabschnitt
43 abzulagern. Insbesondere stellen die Temperaturen der
zwei Heizblöcke 30 und 43 sowie die Zwischenräume D 1 und
D 2 zwischen den beiden Heizblöcken und dem Wafer-Substrat
28 (47) wichtige Parameter dar. Wenn D 1 = D 2 = 5 mm
ist, beträgt die Gas-Strömungsgeschwindigkeit ungefähr
20 bis 30 cc/min, der Arbeitsgasdruck in den Ablagerungskammern
122 bis 124 0,5 Torr und der Druck in der Hauptkammer
121 ungefähr 0,05 Torr; dabei wird auf dem Silizium
eine Aluminiumschicht, wie in Fig. 16 gezeigt, abgelagert.
In Fig. 16 zeigt die Abszisse eine Temperatur
TD des zu der zu beschichtenden Substratfläche gerichteten
Heizblocks 30, und die Ordinate gibt eine Temperatur
TB des Heizblocks 34 wieder, der gegen die Rückseite des
Substrats gerichtet ist. Die Ablagerung von Aluminium
nimmt keinen Fortschritt, wenn nicht die Temperatur des
Heizblocks in gewissem Umfang gesteigert wird. Deshalb
wird in dieser Beschreibung ein Grenzbereich zwischen
einem Bereich, in dem Aluminium nicht abgelagert ist,
und einem Bereich, in dem Aluminium abgelagert ist, als
"Ablagerungsgrenze" bezeichnet. Als Ergebnis der experimentellen
Prüfung der Ablagerungsgrenze ist eine Gerade
S 1 von ungefähr TD + TB = C dargestellt, worin C eine
Konstante ist, wenn die Abstände D 1 und D 2, der Druck
des Arbeitsgases u. dgl. fest sind, und sie betrug unter
diesen Bedingungen ungefähr 460 bis 480°C. Wie aus Fig.
16 erkennbar, steigt in einem Bereich oberhalb der
Ablagerungsgrenze die Ablagerungsrate (Menge) bei Ansteigen
des Wertes von TD + TB, und zur selben Zeit ändert
sich die Schichtstärkenverteilung so, daß die Stärke um
das Wafer-Substrat erhöht wird. Außerdem wird bei Zunahme
des Wertes von TD + TB die Oberflächenrauhigkeit einer
abgelagerten Aluminiumschicht vergrößert. Weiterhin
beginnt bei höherer Temperatur die Ausbildung Inselähnlicher
Aluminiumkerne auf dem Siliziumdioxidfilm, d. h.
Aluminium wird sowohl auf dem Silizium als auch auf
dem Siliziumdioxidfilm nicht-selektiv abgelagert.
In Fig. 16 befindet sich ein Bereich auf einer Geraden
S 2 mit TB = TD im gleichen Zustand wie dem des herkömmlichen
CVD-Verfahrens des Heißwand-Typs, da die peripheren
Wandoberflächen des Wafer-Substrats alle auf
gleiche Temperaturen aufgeheizt sind. Bei dem Heißwand-
Typ-Verfahren wird ein ganzes Quarzrohr, in dem ein
Ablagerungssubstrat angeordnet ist, von einem Erhitzer
erwärmt. In diesem Fall wird das Arbeitsgas beim Durchfließen
des Quarzrohres auf die gleiche Temperatur wie
die des Quarzrohres erwärmt. Deshalb ist bei dem Heißwand-
Verfahren die Temperatur des Arbeitsgases im wesentlichen
die gleiche wie die Substrattemperatur. Andererseits
befindet sich der Gesamtbereich TB < TD (Bereich
oberhalb der Geraden TB = TD als Grenze in diesem Schaubild)
im gleichen Zustand wie dem des herkömmlichen CVD-
Verfahrens des Kaltwand-Typs, da die rückseitige Fläche
des Wafer-Substrats auf eine hohe Temperatur erwärmt wird
und die der Vorderfläche entgegengesetzte Wandfläche eine
niedrige Temperatur hat. Bei dem Kaltwand-Verfahren ist
das Ablagerungssubstrat in engem Kontakt an dem Substraterhitzer
befestigt, und es wird ein Arbeitsgas, das eine
niedrigere Temperatur als die Temperatur des Substrates
hat, zugeführt.
Ungleich solchen herkömmlicherweise verwendeten CVD-
Verfahren ist das CVD-Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein vollständig
neuer Bereich TB ≦ TD (unterhalb der Geraden S 2 als
Grenze in dem Schaubild) verwendet werden kann. Unter
einer solchen Bedingung wird, da die Temperatur des
Arbeitsgases höher als die Substrattemperatur unmittelbar
vor Ablagerung ist, das Arbeitsgas auf der Substratoberfläche
in einen hoch-übersättigten Zustand gebracht,
oder die Substrattemperatur kann auf niedriger Temperatur
gehalten werden, wodurch man eine glatte und gute Aluminiumschicht
erhält. Ein in gestrichelter Linie in Fig.
16 gezeigter Bereich S 3 gibt einen Bereich wieder, in
dem tatsächlich eine gute Aluminiumschicht erreicht
werden kann, so daß angenommen werden kann, daß der oben
erwähnte Zustand darin realisiert ist. Der Bereich S 3
ist ebenfalls ein Bereich, in dem die Schichtstärke der
auf dem Wafer-Substrat abgelagerten Aluminiumschicht im
wesentlichen einheitlich ist.
Fig. 17 zeigt ein Foto einer Metalltextur von bei TD =
320°C und TB=200°C erhaltenem Aluminium. Obwohl
mehrere Berichte hinsichtlich der Ablagerung von Aluminium
mittels CVD (aber nicht im Zusammenhang mit selektivem
Aufwachsen) gegeben wurden, zeigen alle Oberflächen von
mittels dieser bekanntgegebenen Verfahren abgelagerten
Schichten eine Gruppe kleiner Kristallkörner mit großer
Oberflächenrauhigkeit, und zwischen den Körnern sind,
wie in Fig. 11 gezeigt, teilweise Spalte ausgebildet. Im
Gegensatz dazu ist gemäß dem CVD-Verfahren der vorliegenden
Erfindung die Oberfläche glatt mit großer Korngröße,
und zwischen den Körnern ist, wie in Fig. 17 gezeigt,
keinerlei Spalt gebildet. Der Zustand der Metalltextur
ändert sich z. B. in Übereinstimmung damit, ob das Material
eines Ablagerungssubstrats Silizium oder Aluminium
ist. Beispielsweise wird, wenn Aluminium auf einem (111)-
Siliziumsubstrat abgelagert wird, keine große Korngröße
gebildet, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist. In diesem
Falle wird jedoch auch eine glatte Oberfläche und kein
Spalt zwischen den Körnern, d. h. es wird eine qualitativ
gute Schicht gebildet. Außerdem ist der Bereich, in dem
solch eine Schicht bzw. solch ein Film erhalten wird,
relativ breit entlang der Geraden S 1 mit der Bedingung
TC + TB = C. Deshalb kann durch Änderung der Temperatur
TD des Heizblocks 30 oder der Temperatur TB des Heizblocks
34 eine gute Schicht mit hoher Kontroll- und Steuerfähigkeit
sowie Reproduzierbarkeit erzielt werden. Somit ist die
vorliegende Erfindung außerordentlich praktisch, selbst
wenn sie auf eine Vorrichtung in der Massenproduktion
zur Erzeugung von Dünnfilm/Dünnschicht angewendet wird.
Jegliche Aluminiumschichten, die in Bereichen außerhalb
des Bereiches S 3 (dargestellt durch die gestrichelte Linie)
abgelagert sind, zeigen Probleme großer Oberflächenrauhigkeit,
schlechter Gleichmäßigkeit u. dgl. Außerdem ist es
schwierig, eine Selektivität zu erzielen, wenn TD + TB =
600°C oder mehr beträgt. Es sei bemerkt, daß der durch
die gestrichelte Linie gezeigte Bereich S 3 quantitativ
nicht fest ist, sondern entsprechend bestimmten Bedingungen
wie Druck oder Strömungsgeschwindigkeit eines Arbeitsgases
veränderbar ist. Deshalb gibt der Bereich S 3
nur die Tendenz wieder.
Im folgenden wird der Grund beschrieben, weshalb die
Ablagerungsgrenze durch die Gerade S 1 im wesentlichen von
TD + TB = C wiedergegeben ist. Wie man von dem Zwischenraum
zwischen Wafer-Substrat und Heizblöcken und dem
Druck des Arbeitsgases erkennt, liegt der Zustand des Arbeitsgases
während der Ablagerung in einem viskosen
Fließbereich. Deshalb ändert sich in diesem Fall das
Temperaturprofil zwischen den Heizblöcken im wesentlichen
linear; z. B. ist die Temperatur des Wafer-Substrats, das
von den zwei Heizblöcken durch einen gleichen Abstand getrennt
ist, (TD + TB)/2. Andererseits gibt die in Fig. 16
gezeigte Ablagerungsgrenze wieder, daß die Schichtablagerung
beginnt, wenn der Wert von TD + TB eine vorgegebene
Konstante C wird. Deshalb wurde, da die Temperatur des
Wafer-Substrats, wie oben beschrieben, (TD + TB)/2 ist,
gefunden, daß der Fortschritt der Schichtablagerung
hauptsächlich durch die Wafer-Substrattemperatur bestimmt
ist. Es ist zu bemerken, daß in dem Bereich TB < TD
die Neigung der Ablagerungsgrenze etwas größer als die
der Geraden TD + TB = C ist. Deshalb kann angenommen
werden, daß die Arbeitsgastemperatur sekundär das Fortschreiten
der Schichtablagerung zusätzlich zu der Substrattemperatur
beeinflußt.
Das oben beschriebene Experiment wurde unter der Bedingung
D 1 = D 2 = 5 mm ausgeführt. Wenn sich jedoch D 1 und
D 2 ändern, kann die Ablagerungsgrenze grob durch Errechnen
der Wafer-Substrattemperatur ermittelt werden.
Wenn der Zwischenraum zwischen den zwei Heizblöcken
konstant gehalten und das Wafer-Substrat 47 (28) bei der
Temperatur TD in Richtung auf den Heizblock 30 bewegt
wird, erhöht sich die Neigung der Ablagerungsgrenze abrupt
und wird schließlich eine vertikale Linie (TD = C/2)
bei D 1 = 0 mm. Andererseits verringert sich, wenn das
Wafer-Substrat 47 in Richtung auf den Heizblock 34 mit
der Temperatur TB verschoben wird, die Neigung der Ablagerungsgrenze
und wird schließlich eine horizontale
(TB = C/2) bei D 2 = 0 mm. Zu diesem Zeitpunkt ist der
Drehmittelpunkt der Ablagerungsgrenze der Schnittpunkt
der Geraden TD + TB = C und TB = TD. So verändert sich
zusammen mit der Bewegung der Ablagerungsgrenze der Bereich
der Bedingungen, unter denen eine gute Schicht abgelagert
werden kann. Außerdem kann, wenn der veränderbare
Bereich von D 1 und D 2 ungefähr 3 bis 15 mm oder
weniger ist, eine hinreichend gute Schicht abgelagert
werden. Somit wird ein praktischer Minimalabstand durch
die Herstellungsgenauigkeit der Heizblöcke oder die
Positionierungsgenauigkeit (Ausrichtgenauigkeit) des
Wafer-Substrats bestimmt, und es wird der maximale Zwischenraum
durch die Degradation in der Gleichmäßigkeit
einer abgelagerten Schicht, verursacht durch einen Periphereffekt,
begrenzt. Der periphere Effekt ist ein Phänomen,
bei dem bei einem großen Zwischenraum zwischen den
zwei Heizblöcken 30 und 34 eine Mischung mit einem Gas,
das sich von dem an der Heizoberfläche Erhitzen unterscheidet,
um die Heizblöcke herum auftritt, so daß die
Stärke oder Qualität einer an der Peripherie des Wafer-
Substrats abgelagerten Schicht nicht gleichmäßig wird.
In der Anordnung, in der das Wafer-Substrat 27, wie in
Fig. 2 der ersten Ausführungsform gezeigt, mit dem Erhitzer
34 (D 2 = 0 mm) in Berührung kommt, wird die Ablagerungsgrenze
eine Gerade mit TB = C/2 = 230 bis 240°C
in Fig. 16, und die Bedingungen unter denen eine gute
Schicht gebildet wird, sind auf jene beschränkt, in denen
TB ungefähr 250 bis 260°C beträgt. Es ist eine Technik
erforderlich, um das Temperaturprofil des Erhitzers zum
Erwärmen eines Substrats (in diesem Fall des Heizblocks
auf der Rückseite des Wafer-Substrats) einzuengen, und
selbst wenn die Erhitzertemperatur gleichmäßig ist, tritt
ein relativ breites Temperaturprofil in dem Wafer-Substrat
entsprechend dem Berührungsgrad zwischen dem Erhitzer und
dem Wafer-Substrat auf. Deshalb ist es nicht leicht, mittels
einer herkömmlichen Vorrichtung, bei der der Erhitzer
in Berührung mit dem Wafer-Substrat gebracht wird,
die Gleichmäßigkeit der Stärke oder Qualität einer aufgebrachten
Schicht zu halten. Wenn der Heizblock von dem
Wafer-Substrat getrennt wird (D 2 < 0 mm), so ist die
Wärmeleitfähigkeit in dem Wafer-Substrat viel größer als
die eines Gases, und das Wafer-Substrat wird von einem
Gas erwärmt, dessen Temperatur vergleichmäßigt ist. Als
Ergebnis davon wird die Temperatur des Wafer-Substrats
außerordentlich gleichmäßig.
Wenn der Druck des Arbeitsgases verringert und das Gasstadium
zum Molekularfluß wird, wird die Wafer-Substrat-
Temperatur durch ein geometrisches Mittel der Temperaturen
der zwei Heizblöcke dargestellt. Weiterhin ändert
sich, da das räumliche Temperaturprofil im Hinblick auf
den Abstand keine Linearität mehr aufweist, die Situation
gegenüber der oben beschriebenen. Da jedoch die Wafer-
Substrat-Temperatur oder das Temperaturprofil zwischen
den Heizblöcken leicht erzielt werden können, kann man
die Ablagerungsbedingung grob abschätzen.
Da sich die Bedingungen, unter denen eine gute Schicht
abgelagert wird, in Übereinstimmung mit dem Abstand
zwischen den Heizblöcken und dem Wafer-Substrat, dem
Gasdruck u. dgl. ändern, können hier, wie oben dargelegt,
nicht alle dieser Bedingungen beschrieben werden. Da
jedoch das grundlegende Konzept klar ist, kann entsprechend
eine individuelle Bedingung bestimmt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde als Ergebnis der
Messung der Wafer-Substrat-Temperatur während der Ablagerung
unter Verwendung eines Thermoelements gefunden, daß
die Substrattemperatur zur gleichen Zeit steigt, zu der
das Arbeitsgas strömt, um die Ablagerung zu beginnen,
und innerhalb ein bis zwei Minuten eine im wesentlichen
konstante Temperatur erreicht. Wenn inertes Gas wie
Argon fließt, bevor das Arbeitsgas strömt, wird die konstante
oder gleichmäßige Temperatur früher erreicht.
Das Arbeitsgas wird durch den Heizblock 30 auf eine hohe
Temperatur erwärmt und aktiviert, und dann erreicht das
Arbeitsgas in einem Zerfall- (Zersetzungs-)zustand das
Substrat bei niedrigerer Temperatur. Es ist schwierig,
zu sagen, wie das Arbeitsgas auf dem Substrat zersetzt
wird, aber es kann angenommen werden, daß in diesem Stadium
das Aluminium auf dem Substrat 28 im Vergleich mit
einem herkömmlichen CVD-Verfahren relativ hoch übersättigt
ist. In diesem Fall wird entsprechend der Kernwachstum-
Theorie die Veränderung in der Volumenergie während der
Erzeugung von Clustern gesteigert, und die Aktivierungsenergie
G* der Erzeugung stabiler Kerne wird verringert
sowie die Anzahldichte n* kritischer Kerne gesteigert,
wie aus den Gleichungen (3) und (4) hervorgeht. Deshalb
wird der durchschnittliche Kernradius beim Zusammenwachsen
miteinander verringert, wodurch ein glatter Film mit
kleiner Oberflächenrauhigkeit gebildet wird.
Die Eigenschaften eines guten Schichtablagerungsprozesses
gemäß dem Ablagerungsverfahren der vorliegenden Erfindung
können eindeutig mittels elektronenmikroskopischer Abtastungsbeobachtung
erkannt werden. Unter Bedingungen,
unter denen die in Fig. 12 gezeigte Vorrichtung benutzt
und ein Wafer-Substrat in der Mitte zweier Heizblöcke
in einem Abstand von D 1 = D 2 = 5 mm angeordnet ist, wurde
eine Aluminiumschicht unter Verwendung der Bedingungen
der in Fig. 16 gezeigten Punkte A und B abgelagert.
Punkt A ist eine Bedingung zur Ablagerung einer guten
Schicht bei TD = 320°C und TB = 200°C, d. h. die Arbeitsgastemperatur
ist höher als die Substrattemperatur. Punkt B
ist eine Vergleichsbedingung bei TD = 200°C und TB =
320°C, d. h. die Arbeitsgastemperatur ist niedriger
als die Substrattemperatur. Da sich das Arbeitsgas in
einem viskosen Fließzustand befindet und die Wärmeleitfähigkeit
des Wafer-Substrats viel größer als die des
Gases ist, kann angenommen werden, daß die Substrattemperaturen
an den Punkten A und B im wesentlichen einander
gleich, d. h. ungefähr 260°C sind.
Fig. 18a bis 18d und Fig. 19a bis 19d sind Photographien
einer Metalltextur, die ein Verfahren des Aufwachsens
einer Aluminiumschicht zeigen, wenn eine Aluminiumschicht
unter diesen Bedingungen abgelagert wird, wobei Fig. 18a
bis 18d ein Muster A und Fig. 19a bis 19d ein Muster B
zeigen. Wie in Fig. 18a bis 18d gezeigt, werden entsprechend
dem Muster A, das am Punkt A abgelagert ist, der
die Bedingung darstellt, bei der Arbeitsgastemperatur
höher als die Substrattemperatur ist, gewachsene Kerne
hoher Dichte innerhalb zwei Minuten nach Beginn der Ablagerung
erzeugt (Fig. 18b). Da die Abstände zwischen den
Kernen klein sind, schreitet das Zusammenwachsen der
Kerne innerhalb drei Minuten fort (Fig. 18c), und ein
glatter und kontinuierlicher Film wird innerhalb fünf
Minuten erzielt (Fig. 18d). Es sei bemerkt, daß Fig. 18a
ein Stadium eine Minute nach Beginn der Ablagerung zeigt.
Andererseits wird entsprechend dem Muster B, das am Punkt
B abgelagert ist, bei dem die Gastemperatur niedriger
als die Substrattemperatur ist, wie aus den Zuständen ein,
zwei, drei und fünf Minuten nach Beginn der Ablagerung
wie in Fig. 19a, 19b, 19c und 19d gezeigt ist, die Kerndichte
nicht so stark gesteigert, selbst wenn die Ablagerungszeit
steigt, und es schreitet hauptsächlich nur das
Inselwachstum fort, während fast keinerlei Zusammenwachsen
während einer Ablagerungszeit innerhalb von fünf
Minuten erfolgt. Aus diesem Grund wird eine Al-Schicht
mit einer großen Oberflächenrauhigkeit erzielt. In ähnlicher
Weise schreitet das Inselwachstum in dem Bereich
TB < TD zusätzlich zu Punkt B fort.
Wie vorstehend beschrieben, kann bei dem Ablagerungsverfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung angenommen
werden, daß, da das erwärmte Arbeitsgas das Substrat bei
niedrigerer Temperatur erreicht, das Gas auf der Substratoberfläche
stark übersättigt ist, um Kerne hoher Dichte
zu erzeugen, wodurch eine glatte Schicht erzielt wird.
Außerdem wird bestätigt, daß die Kerne gleiche Verhalten
zeigen wie das Ergebnis der Kern-Wachstumstheorie von
Volmer et al. wobei ein Modell freier Oberflächenenergie
verwendet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform wird das Arbeitsgas selbst
durch die zwei Heizblöcke 30 und 34 erwärmt, um eine
konstante räumliche Temperaturverteilung zu erhalten, und
das dazwischen angeordnete Ablagerungssubstrat wird von
dem Arbeitsgas erwärmt. Aus diesem Grunde werden, verglichen
mit der herkömmlichen Kaltwand-CVD-Methode, die
Reproduzierbarkeit und Gleichmäßigkeit der Schichtablagerung
maßgeblich verbessert.
Durch den oben beschriebenen Aluminium-Ablagerungsprozeß
kann Aluminium selektiv lediglich in dem Durchgangsloch
als Silizium-Öffnungsabschnitt, wie in Fig. 3d gezeigt,
abgelagert werden. Die Ablagerungsbedingungen dieser
Ausführungsform sind so, daß D 1 = D 2 = 5 mm, die Gas-
Strömungsgeschwindigkeit ungefähr 20 bis 30 cc/min,
der Druck des Arbeitsgases in jeder der Ablagerungskammern
122 bis 124 0,5 Torr, der Druck in der Hauptkammer 121
ungefähr 0,05 Torr, TD = 320°C und TB = 200°C betrug.
Die Schichtstärke des Aluminiums in dem Durchgangsloch
43 beträgt 5000 Å, was die gleiche Stärke wie die des
Siliziumdioxidfilms ist, wodurch man eine ebene Form
erreicht. Eine nach dem herkömmlichen Kaltwand-Typ-CVD-
Verfahren abgelagerte Aluminiumschicht zeigt keine Probleme
hinsichtlich einer Verunreinigung in der Schicht,
da diese unterhalb der Feststellungsgrenzen der Auger-
Analyse liegt. Jedoch der spezifische Widerstand
bei 3,3 µΩ · cm, und die Oberflächenrauhigkeit der Schicht
so groß, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Deshalb
ist diese Aluminiumschicht nicht für ein Mikromuster geeignet.
Der Grund hierfür ist, daß in einer anfänglichen
Periode des Filmwachstums eine Inselbildung auftritt und
dann diese Inseln unter Bildung eines Films verbunden
werden. Die Oberflächenrauhigkeit der Schicht wird maßgeblich
durch die Erwärmungstemperatur des Substrats
während der Ablagerung beeinflußt; wenn die Substrattemperatur
verringert wird, wird die Oberflächenrauhigkeit
reduziert. Bei den herkömmlichen Verfahren ist,
wenn eine Schicht unter den besten Bedingungen abgelagert
wird, diese jedoch jenen unterlegen, die mittels anderer
Ablagerungsverfahren wie Sputtern oder Vakuumverdampfen
abgelagert werden, soweit die Oberflächenrauhigkeit betroffen
ist.
Bei der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung
zweier Heizblöcke, die einander, wie oben beschrieben,
gegenüberliegen, eine glatte Schicht gebildet werden.
Außerdem kann, wenn die Schichtstärke 1000 Å oder mehr
beträgt, ein spezifischer Widerstand von 2,9 µΩ · cm, d. h.
in der Nähe des Häufungs-(spezifischen) Wertes, erreicht
werden, und selbst dann, wenn die Schicht nur ungefähr
500 Å dünn ist, zeigt der Film Leitfähigkeit. Deshalb
wurde gefunden, daß eine kontinuierliche Aluminiumschicht
erreicht wird.
Fig. 3e zeigt einen Zustand, bei dem Aluminium 45 mit der
gleichen Stärke wie der des Siliziumdioxidfilms 42 selektiv
in dem Silizium-Öffnungsabschnitt 43 abgelagert und
dann die Aluminiumschicht 46 auf der gesamten Oberfläche
mittels herkömmlichen Sputterns abgelagert wird. Fig. 3e
zeigt auch die Schnittform des Silizium-Öffnungsabschnittes,
der erreicht wird, wenn ein Aluminium-Drahtverbindungsmuster
durch Musterbildung gebildet wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist das die beiden Heizblöcke
30 und 34 verwendete CVD-Verfahren dadurch gekennzeichnet,
daß eine Aluminiumschicht mit glatter Oberfläche
und großer Korngröße mit guter Reproduzierbarkeit,
Gleichmäßigkeit und Selektivität abgelagert werden kann.
Deshalb kann das Durchgangsloch gefüllt werden, um eine
flache Mehrschichten-Verschaltung zu realisieren.
Bei der obigen Ausführungsform wurde die Beschreibung unter
Bezugnahme lediglich auf Triisobutyl-Aluminium vorgesehen.
Es können jedoch als Arbeitsgas andere organische Verbindungen
des Aluminium wie Trimethylaluminium oder Triethylaluminium
verwendet werden. In diesem Fall kann, da
deren chemische Eigenschaften die gleichen wie die von
Triisobutylaluminium sind, Aluminium in der gleichen
Weise wie oben beschrieben auf einem Substrat abgelagert
werden, indem in gewissem Maße die Ablagerungsbedingungen
geändert werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer CVD-Vorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 13 bis 16 gezeigt
ist, wird nachstehend beschrieben. In dieser Ausführungsform
werden Triisobutylaluminium und Disilan
verwendet, um eine Silizium enthaltende Aluminiumlegierung
abzulagern. In dem sechsten Ausführungsbeispiel, gezeigt
in Fig. 3c bis 3e, wird eine Aluminiumschicht, enthaltend
1 bis 2% Silizium, unter Verwendung organischen Aluminiums
und eines Silangases anstelle der Ablagerung reinen Aluminiums
abgelagert. Das vorliegende Beispiel entspricht
dem zweiten Beispiel. Beispielsweise wird die in Fig. 12
gezeigte Vorrichtung verwendet, die Temperatur des Heizblocks
30 bei ungefähr 600°C gesetzt und die des Heizblocks
34 bei ungefähr 200°C. In diesem Fall kann eine
Aluminiumschicht durch Zerfall von Silangas abgelagert
werden. Es ist jedoch, da die Zerfalltemperatur des Silans
stark unterschiedlich von der Zerfalltemperatur des Triisobutylaluminiums
ist, schwierig, Zerfallbedingungen
mit guter Gleichmäßigkeit zu erreichen. Dieses Problem
kann beseitigt werden, indem man Disilan anstelle von
Silan verwendet, so daß eine siliziumenthaltende Aluminiumschicht
leicht abgelagert werden kann.
In der in Fig. 12 gezeigten Vorrichtung ist D 1 = D 2 =
5 mm, TD = 360°C und TB = 150°C. Disilan strömt bei
30 cc/min, und die übrigen Bedingungen wie Strömungsgeschwindigkeit
des Triisobutylaluminiums sind die gleichen
wie die des sechsten Ausführungsbeispiels. Es ist
zu bemerken, daß der Gasdruck in der Ablagerungskammer
21 ungefähr 0,8 Torr betrug, da er die Summe der Teildrücke
von zwei Gasen darstellte. Unter diesen Bedingungen betrug
die Siliziumkonzentration im Aluminium ungefähr 2%.
Als experimentelles Ergebnis mußte, wenn nur Disilan
strömte und Triisobutylaluminium überhaupt nicht floß,
die Temperatur des Heizblockes 30 bei 400°C oder mehr
gesetzt werden, um zum Ablagern des Siliziums auf dem
Substrat das Disilan zu zersetzen. Wenn jedoch Disilan
und Triisobutylaluminium zur gleichen Zeit strömten,
wurde das Silizium in dem Aluminiumfilm bei niedrigerer
Temperatur dotiert, und es stellte sich heraus, daß
Silizium in Prozent-Größenordnung bei ungefähr 350°C
oder mehr erhalten wurde. Wenn die Temperatur TD gesteigert
wird, so wird die Zersetzung des Disilans gefördert
und die Siliziumkonzentration in dem Aluminium abrupt
gesteigert. Daher kann die Siliziumkonzentration willkürlich
durch Steuern der Temperatur der Heizblöcke oder
der Strömungsgeschwindigkeit des Disilans geändert werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann im CVD-Verfahren bei
Verwendung der Heizblöcke 30 und 34, wenn Triisobutylaluminium
und Disilan als Arbeitsgase verwendet werden,
Aluminium, das eine beliebige Menge an Silizium enthält,
abgelagert werden.
Bei diesem Verfahren wird Silizium enthaltendes Aluminium
selektiv aufgewachsen, aber es kann auf einer Gesamtfläche
abgelagert werden, unbeschadet der Materialien des
die Grundlage bildenden Substrats. Da solch ein nicht-
selektives Aufwachs-Verfahren oben unter Bezugsnahme auf
das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann
eine detaillierte Beschreibung desselben hier unterbleiben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die in Fig. 12 bis
15d gezeigte CVD-Vorrichtung verwendet, um selektiv
Aluminium auf einer Gate-Elektrode, einer Source und
einem Drain eines MOSLSI abzulagern und dadurch den Widerstand
zu verringern.
In diesem Fall werden die in Fig. 9a bis 9j des dritten
Ausführungsbeispiels beschriebenen Schritte verwendet.
Der Unterschied dieses Ausführungsbeispiels gegenüber dem
dritten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß in Fig. 9g
die Aluminiumablagerung unter Verwendung der Vorrichtung,
wie sie in Fig. 12 gezeigt ist, unter Standardbedingungen
wie D 1 = D 2 = 5 mm, TD = 320°C, TB = 200°C und einem
Druck des Arbeitsgases von 0,5 Torr ausgeführt wird; es
wird ein Aluminium mit einer Schichtstärke von ungefähr
1000 Å während einer Ablagerungszeit von ungefähr 10 Minuten
gebildet.
Die Wirkung der mittels dieses Ausführungsbeispiels erzielten
Struktur ist die gleiche wie die des dritten Ausführungsbeispiels.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die in Fig. 12 bis
15d gezeigte Vorrichtung verwendet, um eine Elektrode
eines bipolaren LSI und einen Widerstandskörper unter Verwendung
von Polysilizium zu bilden.
In diesem Falle werden die in Fig. 10a bis 10e des vierten
Ausführungsbeispiels gezeigten Schritte verwendet.
Der Unterschied dieses Ausführungsbeispiels zu dem vierten
Ausführungsbeispiel besteht darin, daß in Fig. 10b
die Aluminiumablagerung unter Verwendung der in Fig. 12
gezeigten Vorrichtung unter den Standardbedingungen mit
D 1 = D 2 = 5 mm, TD = 320°C, TB = 200°C und einem
Arbeitsgasdruck von 0,5 Torr erfolgt, und es wird ein
Aluminium mit einer Schichtstärke von ungefähr 1000 Å
bei einer Ablagerungszeit von ungefähr 10 Minuten gebildet.
Die Wirksamkeit der mittels dieses Ausführungsbeispiels
erhaltenen Struktur ist die gleiche wie die des vierten
Ausführungsbeispiels.
Die in Fig. 12 bis 15d gezeigte CVD-Vorrichtung kann
wirksam für die chemische Dampfablagerung von gegenüber
Aluminium unterschiedlichen Metallen oder eines Halbleiters
verwendet werden. Beispielsweise kann, wenn die
vorliegende Erfindung für die Ablagerung und insbesondere
das selektive Aufwachsen von Wolfram oder Molybdän verwendet
wird, ein glatter und guter Film (Schicht) abgelagert
werden. Im Falle von Wolfram wird Wolfram-Hexafluorid
als Arbeitsgas verwendet, und Wasserstoff, Helium
oder Argon werden als Trägergas eingesetzt. In diesem
Falle wird die Ablagerungsvorrichtung gemäß Fig. 12 verwendet,
und die Ablagerungsbedingungen werden so variiert,
daß D 1 = 3 bis 10 mm, D 2 = 3 bis 10 mm, TD = 300 bis
700°C, TB = 200 bis 600°C und der Gesamt-Gasdruck
0,1 bis 5 Torr betragen. Das selektive Wolfram-Aufwachsen
wird durch eine Siliziumreduktion-Reaktion im anfänglichen
Wachstumszeitraum verursacht, aber es wird durch
die Wasserstoffreduktion-Reaktion gefördert, wenn die
Schichtstärke gesteigert wird. Deshalb muß, um eine
stärkere Schicht abzulagern, Wasserstoff als Trägergas
verwendet werden.
Typische Ablagerungsbedingungen betrugen D 1 = D 2 = 5 mm,
TD = 450°C, TB = 300°C, Gesamt-Gasdruck 0,5 Torr und
partieller Druck des Wolfram-Hexafluorids 0,05 Torr. Entsprechend
der Zweckbestimmung wird Wolfram selektiv abgelagert
oder nicht-selektiv auf einer Gesamtfläche abgelagert.
Der Grad der Selektivität hängt von der Adsorptionsenergie
des Arbeitsgases oder der Aktivierungsenergie
der Kernerzeugung, basierend auf dem Grad der
Übersättigung, ab. Deshalb kann, wenn die in Fig. 12
bis 15d gezeigte Vorrichtung zum willkürlichen Auswählen
der Temperaturen der zwei Heizblöcke verwendet wird,
eine Schicht hoch-selektiv abgelagert oder auf einer
Gesamtoberfläche abgelagert werden.
Molybdän kann unter im wesentlichen gleichen Bedingungen
wie jenen im Falle von Wolfram abgelagert werden, mit
dem Unterschied, daß Molybdän-Hexafluorid als Arbeitsgas
verwendet wird. Außerdem kann Molybdän-Pentachlorid als
Arbeitsgas verwendet werden.
Silizid wie Wolframsilizid oder Molybdänsilizid kann
durch Mischen eines Silangases unter den obigen Ablagerungsbedingungen
für reines Metall abgelagert werden.
Polysilizium kann unter Verwendung eines Silangases od. dgl.
als Trägergas bei TD und TB von 400 bis 1100°C abgelagert
werden. Wenn amorphes Silizium abgelagert wird,
werden die Temperaturen der Heizblöcke vorzugsweise weiter
gesenkt. Wenn Disilan als Arbeitsgas verwendet wird, kann
amorphes Silizium bei TD = 400°C abgelagert werden.
Amorphes Silizium wird im allgemein häufig als Solarzellen-
Werkstoff verwendet, und wenn es in einem solchen Anwendungsfall
zum Einsatz gelangt, wird vorzugsweise eine
große Wasserstoffmenge in der Schicht enthalten sein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann, da die Substrattemperatur
auf eine niedrige Temperatur gesenkt werden kann,
ein gutes amorphes Silizium mit einem hohen Gehalt an
Wasserstoff abgelagert werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann, wenn das Verfahren der
CVD-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf die
Ablagerung nicht nur von Aluminium, sondern auch irgendeinem
anderen Metall oder Halbleiter angewendet wird,
eine Dünnschicht mit guter Glätte realisiert werden.
Auch können die Ablagerungsbedingungen leicht gesteuert
werden, und zwar derart, daß die Selektivität entsprechend
den Anwendungen der Schichtbildung gesteigert wird,
oder aber auch gesenkt wird, um eine Schicht auf einer
Gesamtoberfläche abzulagern. Weiterhin kann die vorliegende
Erfindung angewendet werden, um den Wasserstoffgehalt
in abgelagerten Schichten zu steigern.
Claims (14)
1. Chemisches Dampf-Ablagerungs(CVD)-Verfahren, dadurch
gekennzeichnet, daß ein
Heizblock und eine mit einem aufzuwachsenden Material
zu versehende (zu beschichtende) Oberfläche eines Substrats
einander gegenüberliegend mit einem vorbestimmten
Abstand in einem geschlossenen Raum angeordnet werden,
ein Arbeits- oder Quellengas in diesen geschlossenen
Raum geführt und zwischen den Heizblock und das
Substrat geleitet wird, wodurch eine Dünnschicht bzw.
ein Dünnfilm auf der zu beschichtenden Substratoberfläche
abgelagert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Arbeitsgas mindestens
eine organische Aluminiumverbindung enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Arbeitsgas Wolfram-
Hexafluorid, Molybdän-Hexafluorid, eine Gasmischung aus
Wolfram-Hexafluorid oder Molybdän-Hexafluorid und einem
Silangas, Molybdän-Pentachlorid oder ein Gas enthaltend
ein Silangas oder ein Disilangas umfaßt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Teil
der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats ein Metall
oder ein Halbleiter ist, eine Oberfläche entgegengesetzt
der zu beschichtenden Oberfläche ein Isolator
ist, das Arbeitsgas eine Metallverbindung enthält,
das Arbeitsgas zwischen den Heizblock und das Substrat
geführt wird, wodurch ein dünner Metallfilm bzw. eine
metallische Dünnschicht selektiv nur auf dem Metall
oder dem Halbleiter der Substratoberfläche abgelagert
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß ein weiterer
Heizblock mit Bezug auf das Substrat in einem
vorbestimmten Abstand auf einer dem Heizblock entgegengesetzten
Seite angeordnet und so gesteuert wird, daß
er unabhängig von dem ersten Heizblock eine verschiedene
Temperatur aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der weitere Block so gesteuert
wird, daß er eine niedrigere Temperatur als der
erste Block aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Arbeitsgas
mindestens sowohl ein Gas einer organischen Aluminiumverbindung
als auch ein Gas einer Silizium-Wasserstoff-
Verbindung enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet
durch den Schritt, daß
die zu beschichtende Oberfläche des Substrats vor Ablagerung
eines Films gereinigt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß ein
Substraterhitzer hinter dem Substrat angeordnet wird.
10. Chemische Dampf-Ablagerungs-(CVD)-Vorrichtung, gekennzeichnet
durch einen in einem
geschlossenen Raum angeordneten Heizblock,
einen Substrathalter zum Halten eines Subtrats derart,
daß eine zu beschichtende Oberfläche des Substrats in
einem vorbestimmten Abstand dem Heizblock gegenüberliegend
angeordnet ist, und
eine Einrichtung zum Leiten eines Quellen- oder Arbeitsgases
in den geschlossenen Raum, wobei das von der Einrichtung
geleitete Gas dem geschlossenen Raum zugeleitet
und zwischen den Heizblock und das Substrat geführt
wird, wodurch eine Dünnschicht bzw. ein Dünnfilm auf
der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats abgelagert
wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß in bezug auf das Substrat
in einem vorbestimmten Abstand ein weiterer Heizblock
auf einer Seite entgegengesetzt dem ersten Heizblock
angeordnet und so gesteuert ist, daß er unabhängig
von dem ersten Heizblock eine unterschiedliche Temperatur
aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Substraterhitzer
hinter dem Substrat angeordnet ist.
13. CVD-Vorrichtung, gekennzeichnet
durch einen Heizblock, der einer zu beschichtenden
Oberfläche eines Substrats in einem bestimmten Abstand
in einem geschlossenen Raum gegenüberliegt, wobei
ein Quellen- oder Arbeitsgas in den geschlossenen Raum
geleitet und zwischen den Heizblock und das Substrat
geführt wird, wodurch eine Dünnschicht/ein Dünnfilm auf
der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats abgelagert
wird.
14. CVD-Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß sie in einer Ablagerungskammer
zwei Heizblöcke, die in einem geschlossenen Raum einander
gegenüberliegend in einem vorbestimmten Abstand angeordnet
sind, und
einen Substrathalter zum Halten eines Dünnfilm-Ablagerungs-
Substrats derart, daß das Dünnfilm-Ablagerungs-
Substrat zwischen den beiden Heizblöcken so angeordnet
ist, daß es von jedem der beiden Heizblöcke trennbar
ist,
umfaßt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61190494A JPS6347364A (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 | 化学的気相成長法およびその装置 |
JP62118147A JPH0765179B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 化学的気相成長方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3727264A1 true DE3727264A1 (de) | 1988-02-18 |
DE3727264C2 DE3727264C2 (de) | 1989-10-19 |
Family
ID=26456133
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873727264 Granted DE3727264A1 (de) | 1986-08-15 | 1987-08-15 | Chemisches dampf-ablagerungsverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung derselben |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4956204A (de) |
KR (1) | KR910001190B1 (de) |
DE (1) | DE3727264A1 (de) |
GB (1) | GB2195663B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5462014A (en) * | 1990-03-09 | 1995-10-31 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Apparatus for growing a thin metallic film |
Families Citing this family (41)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5227195A (en) * | 1989-04-04 | 1993-07-13 | Sri International | Low temperature method of forming materials using one or more metal reactants and a halogen-containing reactant to form one or more reactive intermediates |
US5104694A (en) * | 1989-04-21 | 1992-04-14 | Nippon Telephone & Telegraph Corporation | Selective chemical vapor deposition of a metallic film on the silicon surface |
US5316639A (en) * | 1989-06-05 | 1994-05-31 | Sachiko Okazaki | Dielectric material used for an ozone generator and a method of forming a film to the dielectric material |
ATE122176T1 (de) * | 1990-05-31 | 1995-05-15 | Canon Kk | Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung mit gatestruktur. |
JP2790362B2 (ja) * | 1990-06-04 | 1998-08-27 | キヤノン株式会社 | 半導体装置 |
US5008217A (en) * | 1990-06-08 | 1991-04-16 | At&T Bell Laboratories | Process for fabricating integrated circuits having shallow junctions |
DE69130041T2 (de) * | 1990-06-29 | 1999-02-18 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit Schottky-übergang |
US5242852A (en) * | 1990-08-03 | 1993-09-07 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Method for manufacturing a semiconductor memory device |
US5273775A (en) * | 1990-09-12 | 1993-12-28 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for selectively depositing copper aluminum alloy onto a substrate |
US5171734A (en) * | 1991-04-22 | 1992-12-15 | Sri International | Coating a substrate in a fluidized bed maintained at a temperature below the vaporization temperature of the resulting coating composition |
JPH04348035A (ja) * | 1991-05-24 | 1992-12-03 | Nippon Steel Corp | 配線形成方法 |
US5510146A (en) * | 1991-07-16 | 1996-04-23 | Seiko Epson Corporation | CVD apparatus, method of forming semiconductor film, and method of fabricating thin-film semiconductor device |
US5451547A (en) * | 1991-08-26 | 1995-09-19 | Nippondenso Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor substrate |
US5627345A (en) * | 1991-10-24 | 1997-05-06 | Kawasaki Steel Corporation | Multilevel interconnect structure |
US5447568A (en) * | 1991-12-26 | 1995-09-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Chemical vapor deposition method and apparatus making use of liquid starting material |
US6004885A (en) * | 1991-12-26 | 1999-12-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Thin film formation on semiconductor wafer |
US5534072A (en) * | 1992-06-24 | 1996-07-09 | Anelva Corporation | Integrated module multi-chamber CVD processing system and its method for processing subtrates |
US5565382A (en) * | 1993-10-12 | 1996-10-15 | Applied Materials, Inc. | Process for forming tungsten silicide on semiconductor wafer using dichlorosilane gas |
US6159854A (en) * | 1994-08-22 | 2000-12-12 | Fujitsu Limited | Process of growing conductive layer from gas phase |
US5963836A (en) * | 1996-12-03 | 1999-10-05 | Genus, Inc. | Methods for minimizing as-deposited stress in tungsten silicide films |
US6749687B1 (en) * | 1998-01-09 | 2004-06-15 | Asm America, Inc. | In situ growth of oxide and silicon layers |
US6200911B1 (en) * | 1998-04-21 | 2001-03-13 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for modifying the profile of narrow, high-aspect-ratio gaps using differential plasma power |
JP3793014B2 (ja) * | 2000-10-03 | 2006-07-05 | キヤノン株式会社 | 電子源の製造装置、電子源の製造方法及び画像形成装置の製造方法 |
US6638819B1 (en) * | 2000-11-17 | 2003-10-28 | Newport Fab, Llc | Method for fabricating interfacial oxide in a transistor and related structure |
US6447651B1 (en) | 2001-03-07 | 2002-09-10 | Applied Materials, Inc. | High-permeability magnetic shield for improved process uniformity in nonmagnetized plasma process chambers |
TWI229886B (en) * | 2002-07-10 | 2005-03-21 | Tokyo Electron Ltd | Filming device |
US20050271893A1 (en) * | 2004-06-04 | 2005-12-08 | Applied Microstructures, Inc. | Controlled vapor deposition of multilayered coatings adhered by an oxide layer |
US7638167B2 (en) * | 2004-06-04 | 2009-12-29 | Applied Microstructures, Inc. | Controlled deposition of silicon-containing coatings adhered by an oxide layer |
MXPA06003060A (es) * | 2003-09-19 | 2006-05-31 | Akzo Nobel Nv | Metalizacion de sustratos mediante un procedimiento de deposicion de fase de vapor/liquido. |
WO2005121397A2 (en) * | 2004-06-04 | 2005-12-22 | Applied Microstructures, Inc. | Controlled vapor deposition of multilayered coatings adhered by an oxide layer |
US7879396B2 (en) * | 2004-06-04 | 2011-02-01 | Applied Microstructures, Inc. | High aspect ratio performance coatings for biological microfluidics |
US7695775B2 (en) * | 2004-06-04 | 2010-04-13 | Applied Microstructures, Inc. | Controlled vapor deposition of biocompatible coatings over surface-treated substrates |
JP4591917B2 (ja) * | 2004-09-30 | 2010-12-01 | 株式会社トリケミカル研究所 | 導電性モリブデンナイトライド膜形成方法 |
KR100580751B1 (ko) | 2004-12-23 | 2006-05-15 | 엘지이노텍 주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
US20120213929A1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-08-23 | Tokyo Electron Limited | Method of operating filament assisted chemical vapor deposition system |
US10876206B2 (en) | 2015-09-01 | 2020-12-29 | Silcotek Corp. | Thermal chemical vapor deposition coating |
US9633896B1 (en) | 2015-10-09 | 2017-04-25 | Lam Research Corporation | Methods for formation of low-k aluminum-containing etch stop films |
US20170211180A1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | Silcotek Corp. | Diffusion-rate-limited thermal chemical vapor deposition coating |
US11161324B2 (en) | 2017-09-13 | 2021-11-02 | Silcotek Corp. | Corrosion-resistant coated article and thermal chemical vapor deposition coating process |
DE102018120580A1 (de) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | Infineon Technologies Ag | Vorrichtung und verfahren zum abscheiden einer schicht bei atmosphärendruck |
WO2020252306A1 (en) | 2019-06-14 | 2020-12-17 | Silcotek Corp. | Nano-wire growth |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4263336A (en) * | 1979-11-23 | 1981-04-21 | Motorola, Inc. | Reduced pressure induction heated reactor and method |
US4634605A (en) * | 1984-05-23 | 1987-01-06 | Wiesmann Harold J | Method for the indirect deposition of amorphous silicon and polycrystalline silicone and alloys thereof |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1051808A (de) * | 1963-06-10 | |||
DE1519865A1 (de) * | 1965-02-05 | 1970-02-26 | Siemens Ag | Verfahren zum Herstellen von duennen Schichten aus hochreinen Materialien |
GB2038883B (en) * | 1978-11-09 | 1982-12-08 | Standard Telephones Cables Ltd | Metallizing semiconductor devices |
US4438723A (en) * | 1981-09-28 | 1984-03-27 | Energy Conversion Devices, Inc. | Multiple chamber deposition and isolation system and method |
JPS591671A (ja) * | 1982-05-28 | 1984-01-07 | Fujitsu Ltd | プラズマcvd装置 |
US4447469A (en) * | 1982-06-10 | 1984-05-08 | Hughes Aircraft Company | Process for forming sulfide layers by photochemical vapor deposition |
JPS59222922A (ja) * | 1983-06-01 | 1984-12-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 気相成長装置 |
US4649024A (en) * | 1983-06-29 | 1987-03-10 | Stauffer Chemical Company | Method for forming evaporated pnictide and alkali metal polypnictide films |
JPS6042823A (ja) * | 1983-08-19 | 1985-03-07 | Toshiba Corp | 薄膜形成方法 |
DE3338335A1 (de) * | 1983-10-21 | 1985-05-09 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum herstellen von grossflaechigen siliziumkristallkoerpern fuer solarzellen |
US4526806A (en) * | 1983-11-22 | 1985-07-02 | Olin Corporation | One-step plasma treatment of copper foils to increase their laminate adhesion |
US4599244A (en) * | 1984-07-11 | 1986-07-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Method large-area silicon bodies |
JPS61158877A (ja) * | 1984-12-27 | 1986-07-18 | 小宮山 宏 | セラミツクス多孔質膜の製造方法 |
US4684542A (en) * | 1986-08-11 | 1987-08-04 | International Business Machines Corporation | Low pressure chemical vapor deposition of tungsten silicide |
-
1987
- 1987-08-13 GB GB8719166A patent/GB2195663B/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-08-14 KR KR1019870008955A patent/KR910001190B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1987-08-15 DE DE19873727264 patent/DE3727264A1/de active Granted
-
1989
- 1989-03-15 US US07/324,983 patent/US4956204A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4263336A (en) * | 1979-11-23 | 1981-04-21 | Motorola, Inc. | Reduced pressure induction heated reactor and method |
US4634605A (en) * | 1984-05-23 | 1987-01-06 | Wiesmann Harold J | Method for the indirect deposition of amorphous silicon and polycrystalline silicone and alloys thereof |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5462014A (en) * | 1990-03-09 | 1995-10-31 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Apparatus for growing a thin metallic film |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR880003403A (ko) | 1988-05-16 |
GB2195663B (en) | 1990-08-22 |
GB8719166D0 (en) | 1987-09-23 |
US4956204A (en) | 1990-09-11 |
DE3727264C2 (de) | 1989-10-19 |
GB2195663A (en) | 1988-04-13 |
KR910001190B1 (ko) | 1991-02-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3727264C2 (de) | ||
DE19605254C2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit Kupferdünnfilmen und chemische Dampfabscheidungsgeräte | |
DE4013143C2 (de) | ||
DE69120446T2 (de) | Verfahren zum Herstellen von abgeschiedener Metallschicht, die Aluminium als Hauptkomponente enthält, mit Anwendung von Alkylaluminiumhydrid | |
DE69204386T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumfilmes. | |
DE69118031T2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einer Ausrichtungsmarke | |
DE69231389T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines elektrischer Kontaktes über einem Silizium-Halbleiterplättchen | |
DE3916622C2 (de) | ||
DE69206808T2 (de) | Verfahren zur herstellung von titannitridfilmen mit geringem spezifischem widerstand | |
DE3709066C2 (de) | ||
DE69325983T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung | |
DE69122069T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines aufgedampften Films | |
DE4138121C2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle | |
DE69132730T2 (de) | Halbleiteranordnung mit verbesserter Leitungsführung | |
DE3873903T2 (de) | Verfahren, um eine elektrische verbindung auf einer silizium-halbleitervorrichtung herzustellen. | |
DE69722700T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Siliciumschichten | |
DE69527827T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtelektrode eines Halbleiterbauteils | |
DE68917494T2 (de) | Niederschlagverfahren von Wolfram auf Silizium bei einem sich selbst begrenzenden CVD-Verfahren und somit hergestelltes Halbleiterbauelement. | |
DE69026669T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer abgeschiedenen Schicht unter Verwendung von Alkylaluminiumhydrid und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements | |
DE1901819C3 (de) | Herstellungsverfahren für polykristalline Siliciumschichten | |
DE4010595C2 (de) | ||
DE4244115C2 (de) | Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung | |
DE69112713T2 (de) | Halbleiteranordnung mit verbessertem Transistor vom isolierten Gatetyp. | |
DE68907209T2 (de) | Verfahren zur herstellung eines supraleitfähigen dünnfilmes. | |
DE2636280A1 (de) | Anordnung aus einem substrat und mindestens einer darauf aufgebrachten schicht und herstellungsverfahren hierfuer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition |