JP2721020B2

JP2721020B2 - 堆積膜形成法

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Publication number: JP2721020B2
Application number: JP2006559A
Authority: JP
Inventors: 宣夫御子柴; 和夫坪内; 一哉益
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1990-01-16
Publication date: 1998-03-04
Anticipated expiration: 2013-03-04
Also published as: JPH03183770A

Description

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

［従来の技術］従来、半導体を用いた電子デバイスや集積回路におい
て、電極や配線には主にアルミニウム（Al）もしくはAl
−Si等が用いられてきた。ここで、Alは廉価で電気伝導
度が高く、また表面に緻密な酸化膜が形成されるので、
内部が化学的に保護されて安定化することや、Siとの密
着性が良好であることなど、多くの利点を有している。

ところで、LSI等の集積回路の集積度が増大し、配線
の微細化や多層配線化などが近年特に必要とされるよう
になってきたため、従来のAl配線に対してこれまでにな
い厳しい要求が出されるようになってきている。集積度
の増加による寸法微細化に伴って、LSI等の表面は酸
化，拡散，薄膜堆積，エッチングなどにより凹凸が激し
くなっている。例えば電極や配線金属は段差のある面上
へ断線なく堆積されたり、径が微小でかつ深いビアホー
ル中へ堆積されなければならない。4Mbitや16MbitのDRA
M（ダイナミックRAM）などでは、Al等の金属を堆積しな
ければならないビアオールのアスペクト比（ビアホール
深さ÷ビアホール直径）は1.0以上であり、ビアホール
直径自体も１μｍ以下となる。従って、アスペクト比の
大きいビアホールにもAlを堆積できる技術が必要とされ
る。

従来用いられてきたスパッタ法では上述の要求い対応
できない。

例えばバイアススパッタ法では、荷電粒子損傷による
悪影響が生ずるだけでなく、エッチング作用と堆積作用
とが混在するため、堆積速度が向上しない。

これとは別に、様々なタイプのCVD（Chemical Vapor
Deposition）法が提案されているが、プラズマCVDや光C
VDでは気相中での反応があるので、基板表面の凹凸に対
する表面被覆性が比較的よい。しかし、原料ガス分子中
に含まれる炭素原子が膜中に取り込まれたり、また特に
プラズマCVDではスパッタ法の場合のように荷電粒子に
よる損傷（いわゆるプラズマダメージ）があったりす
る。

そこで主に基板表面での表面反応により膜が成長する
ために表面の段差部などの凹凸に対する表面被覆性が良
い。熱CVD法を用いれば、ビアホール内での堆積が起き
易いと期待できる。

このためAl膜の形成方法として熱CVD法が種々研究さ
れ、例えば有機アルミニウムをキャリアガスに分散して
加熱基板上へ輸送し、基板上でガス分子を熱分解して膜
形成するという方法が使われる。例えばJournal of Ele
ctrochemical Society第131巻2175ページ（1984年）に
見られる例では有機アルミニウムガスとしてトリイソブ
チルアルミニウム（ｉ−C₄H₉）₃Al（TIBA）を用い、成
膜温度260℃，反応管圧力0.5torrで成膜し、3.4μΩ・c
mの膜を形成している。

しかしながら、この方法ではAlの表面平坦性が悪く、
しかもビアホール内のAlの緻密なものとならないなど不
適正なものである。

特開昭63−33569号公報には有機アルミニウムを基板
近傍において加熱することにより膜形成する方法が記載
されている。この方法では表面の自然酸化膜を除去した
金属または半導体表面上にのみ選択的にCVD法によるAl
を堆積することができる。この場合にはTIBAの導入前に
基板表面の自然酸化膜を除去する工程が必要である。ま
たガスの加熱の必要があること、しかも加熱を基板近傍
で行わなければならないという制約があり、しかもどの
位基板に近い所で加熱しなければならないかを決めて行
くのが難しく、ヒータを置く場所が制限されるなどの問
題点もある。

さらには、Electrochemical Society日本支部第２回
シンポジウム（1989年７月７日）予稿集第75ページには
ダブルウォールCVD法によればTIBAを使用しTIBAのガス
温度を基板温度よりも高くする装置が提案されている。
この方法は上記特開昭63−33569号の変形にすぎない。
この方法でも金属や半導体上のみにAlを選択成長させる
ことができるが、ガス温度と基体表面温度との差を精度
よく制御するのが困難であるだけでなく、ボンベと配管
を加熱しなければならないという欠点がある。すなわち
これらを制御しようとすると装置が複雑であり、１回の
堆積プロセスで１枚のウェハにしか堆積を行うことので
きない枚葉処理型とせざを得ない。しかも決して良質と
いえない膜が堆積速度が高々500Å／分の堆積速度で得
られるだけで、量産化に必要なスループットを実現する
ことができない。しかもこの方法による膜といえどもあ
る程度厚くしないと均一な連続膜にならない，膜の平坦
性が悪いなど前述した要求を満たすには不十分である。

また、他の有機金属としてトリメチルアルミニウム
（TMA）を用いた場合としては、プラズマや光を用いる
ことによるAl堆積が試みられているが、やはりプラズマ
や光を用いるため装置が複雑となり、かつ枚葉型装置で
あるため、スループットを十分向上させるにはまだ改善
すべき余地がある。

以上のように、従来の方法ではAlの堆積膜形を行うこ
とができたとしてもAl膜の平坦性，緻密性に問題があ
り、例えば高集積回路の配線材料として用いるにしても
その電気的特性が良好でない。

しかも、最終的に商業的成功を収め得るような高スル
ープットに達し得ないものであった。

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

［課題を解決するための手段］かかる目的を達成するために、本発明による堆積膜形
成法は、熱CVD法によりアルミニウムを主成分とする膜
を形成するための堆積膜形成法において、電子供与性の表面を有する基体を堆積膜形成用の空間
に配する工程、アルキルアルミニウムハイドライドのガスと水素ガス
とを前記堆積膜形成用の空間に導入する工程、および前記アルキルアルミニウムハイドライドの分解温度以
上でかつ450℃以下の範囲内に前記電子供与性の表面を
維持し、膜形成の初期において温度を低くその後高くな
るように温度を変化させること、または膜形成の初期に
おいてアルキルアルミニウムハイドライドの分圧を低く
その後高くなるように分圧を変化させることのうち、少
なくともいずれか一方により、アルミニウムの堆積速度
を変化させてアルミニウム膜を該電子供与性の表面に形
成する工程を有することを特徴とする。

さらに本発明による堆積膜形成法は、熱CVD法により
アルミニウムを主成分とする膜を形成するための堆積膜
形成法において、電子供与性の表面を有する基体を堆積膜形成用の空間
に配する工程、アルキルアルミニウムハイドライドのガスとSiを含む
ガスおよび水素ガスとを前記堆積膜形成用の空間に導入
する工程、および前記アルキルアルミニウムハイドライドの分解温度以
上でかつ450℃以下の範囲内に前記電子供与性の表面を
維持し、膜形成の初期において温度を低くその後高くな
るように温度を変化させること、または膜形成の初期に
おいてアルキルアルミニウムハイドライドの分圧を低く
その後高くなるように分圧を変化させることのうち、少
なくともいずれか一方により、シリコンを含むアルミニ
ウムの堆積速度を変化させてシリコンを含むアルミニウ
ム膜を該電子供与性の表面に形成する工程を有すること
を特徴とする。

［作用］本発明においては、基体上にアルキルアルミニウムハ
イドライドのガス，またはアルキルアルミニウムハイド
ライドのガスとシリコンを含むガスとを供給して、Alま
たはAl−Si膜を形成し、しかも膜形成時にAlの堆積速度
を変化させる。そのために、緻密なAlまたはAl−Si膜を
基体上、高速に形成することができる。

［実施例］まず、有機金属を用いた堆積膜形成方法について概設
する。

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

例えば、Ｍ−R₃（M:III族金属,R:アルキル基）の場合
において、トリメチルガリウムは、熱分解ではGa−CH₃結合の切断されるラジカル解裂
であるが、トリエチルガリウムは、熱分解ではβ離脱によりとC₂H₄とに分解する。また、同じエチル基のついたトリ
エチルアルミニウムは、熱分解ではAl−C₂H₅結合の切断されるラジカル分解
である。しかしiC₄H₉の結合したイソトリブチルアルミ
ニウムをβ離脱する。

CH₃基とAlとからなるトリメチルアルミニウム（TMA）
は、室温で二量体構造を有しており、熱分解はAl−CH₃基の切断されるラジカ
ル分解であり、150℃以下の低温では雰囲気H₂と反応し
てCH₄を生じ、最終的にAlを生成する。しかし略々300℃
以上の高温では、雰囲気にH₂が存在してもCH₃基がTMA分
子からＨを引抜き、最終的にAl−Ｃ化合物が生ずる。

また、TMAの場合、光もしくはH₂雰囲気高周波（略々1
3.56MHz）プラズマにおいて電力のある制限された領域
においては、２つのAl間の橋掛CH₃のカップリングによ
りC₂H₆が生ずる。

要は、最も単純なアルキル基であるCH₃基，C₂H₅基ま
たはiC₄H₉基とAlまたはGaから成る有機金属ですら、反
応形態はアルキル基の種類や金属原子の種類，励起分解
手段により異なるので、有機金属から金属原子を所望の
基体上に堆積させるためには、分解反応を非常に厳密に
制御しなければならない。例えば、トリイソブチルアル
ミニウムからAlを堆積させる場合、従来の熱反応を主とする減圧
CVD法では、表面にμｍオーダの凹凸が生じ、表面モル
フォロジが劣っている。また、熱処理によるヒロック発
生、AlとSiとの界面でのSi拡散によるSi表面荒れが生
じ、かつマイグレーション耐性も劣っており、商業レベ
ルの超LSIプロセスに用いることが難しい。

以上詳述したように、有機金属の化学的性質が金属元
素に付く有機置換基の種類・組み合わせにより大きく変
わるという一般的性質により、有機金属を用いたCVD法
では、その堆積膜形成条件の設定が複雑なものとなる。

しかも、これを例えば4Mbit以上のDRAMのような高集
積回路に適用させるとすると、膜形式条件設定が少し変
化しただけで全く使用不可能な堆積膜（配線）となって
しまう。

そうすると、極めて良質の堆積膜を形成し得ることは
言うまでもないが、その膜形成条件についても装置が複
雑となるような極めて限られたものではなく、比較的汎
用性のある範囲をとり得るような堆積膜形成法でなけれ
ばならない。

そこで、本発明者等は高集積回路に適用し得る水準を
越える条件を見い出すことを目標に多くの有機金属を準
備し、また、反応ガス，キャリアガス，基板温度，ガス
の反応状態等を数多くの実験を行い検討した。

その結果汎用性の高い膜形成条件を提供できるパラメ
ータとして、アルキルアルミニウムハイドライドを原料
ガスとして使用することに着目した。そして、さらに検
討を重ねた結果、高集積回路に適用し得る好適な膜形成
条件は以下の通りであることを見い出した。

原料ガスとしてアルキルアルミハイドライド，反応ガ
スとしてH₂，基体として電子供与性の表面を有する基
体，基体温度として電子供与性表面の温度が、アルキル
アルミハイドライドの分解温度以上且つ450℃以下。こ
のような膜形成原料によれば、表面平坦性および緻密性
に優れたAlを堆積させることができる。

例えば本発明におけるアルキルアルミニウムハイドラ
イドとしてのジメチルアルミニウムハイドライドDMAH
は、アルキル金属として公知の物質であるが、どのよう
な反応形態によりどのようなAl薄膜が堆積するかは、あ
らゆる条件下で堆積膜を形成してみなくては予想だにで
きないものであった。例えばDMAHを光CVDによりAlを堆
積させる例では、表面モルフォロジに劣り、抵抗値も数
μΩ〜10μΩ・cmとバルク値（2.7μΩ・cm）より大き
く、膜質の劣るものであった。

これに対して本発明においては、導電性堆積膜として
良質のAlあるいはAl−Si膜を基体上に選択的に堆積させ
るためにCVD法を用いるものである。

すなわち、堆積膜の構成要素となる原子を少なくとも
１つ含む原料ガスとして有機金属であるジメチルアルミ
ニウムハイドライド（DMAH）またはモノメチルアルミニウムハイドライド（MMAH₂）と、かつ反応ガスとしてH₂を使用し、これらの混合ガス
による気相成長により基体上にAl膜を形成する。あるい
は、これにSiを含むガスを使用しAl−Si膜を形成する。

本発明の適用可能な基体は、Alの堆積する表面を形成
するための第１の基体表面材料を有するものである。そ
して、第１の基体表面材料としては、電子供与性を有す
る材料を用いる。

この電子供与性について以下詳細に説明する。

電子供与性材料とは、基体中に自由電子が存在してい
るか、もしくは自由電子を意図的に生成せしめたかした
もので、例えば基体表面上に付着した原料ガス分子との
電子授受により化学反応が促進される表面を有する材料
をいう。例えば、一般に金属や半導体がこれに相当す
る。金属もしくは半導体表面に薄い酸化膜が存在してい
るものも含まれる。それは基体と付着原料分子間で電子
授受により化学反応が生ずるからである。

具体的には、単結晶シリコン，多結晶シリコン，非晶
質シリコン等の半導体、III族元素としてのGa,In,Alと
Ｖ族元素としてのP,As,Nとを組合せて成る二元系もしく
は三元系もしくは四元系III−Ｖ族化合物半導体、ある
いは金属，合金，シリサイド等であり、例えばタングス
テン，モリブデン，タンタル，タングステンシリサイ
ド，チタンシリサイド，アルミニウム，アルミニウムシ
リコン，チタンアルミニウム，チタンナイトライド，
銅，アルミニウムシリコン銅，アルミニウムパラジウ
ム，チタン，モリブデンシリサイド，タンタルシリサイ
ド等である。

このような構成の基体に対して、Alは原料ガスとH₂と
の反応系において単純な熱反応のみで堆積する。例えば
DMAHとH₂との反応系における熱反応は基本的にと考えられる。DMAHは室温で二量体構造をとっている。
MMAH₂によっても下記実施例に示すように、熱反応によ
り高品質AlあるいはAl−Siが堆積可能である。

MMAH₂は蒸気圧が室温で0.01〜0.1Torrと低いために多
量の原料輸送が比較的難しく、堆積速度は数百Å／分が
前述した要求を満す本発明における上限値であり、好ま
しくは室温で蒸気圧が1TorrであるDMAHを使用すること
が最も望ましい。

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明によるAlあるいはAl−
Si膜の成長の様子を示す。

第１図（ａ）は本発明によるAl堆積膜形成前の基体の
断面を模式的に示す図である。90は電子供与性材料から
なる基板である。

原料ガスとしてのDMAH,Si₂H₆および反応ガスとしての
H₂を含んだ混合気体を第１の堆積条件で加熱された基体
１上に供給されると、基体90上にAl−Siが析出し、第１
図（ｂ）に示すようにAl−Siの連続膜が形成される。

次いで、第２の堆積条件でAl−Siの堆積を続けると、
第１図（ｃ）の状態を経て、第１図（ｄ）に示すように
なる。

そしてオージュ電子分光法や光電子分光法による分析
の結果、この膜には炭素や酸素のような不純物の混入が
認められない。

このようにして形成された堆積膜の抵抗率は、膜厚40
0Åでは室温で2.7〜3.0μΩ・cmとAlバルクの抵抗率と
ほぼ等しく、連続かつ平坦な膜となる。また、膜厚１μ
ｍであっても、その抵抗率はやはり室温で略々2.7〜3.0
μΩ・cmとなり、厚膜でも十分に緻密な膜が形成され
る。可視光波長領域における反射率も略々80％であり、
表面平坦性にすぐれた薄膜を実効的に高速堆積させるこ
とができる。

以上詳述したように、本発明では、アルキルアルミハイドライドのガスと水素ガスとの混
合気体雰囲気中で、電子供与性の表面をアルキルアルミ
ハイドライドの分解温度以上450℃以下の温度に維持
し、電子供与性の表面（Ａ）上にAlを堆積させること、
あるいは、上記混合気体雰囲気としてさらにSiを含むガ
スを付加したものを用いてAl−Siを堆積させることを見
い出したことに加え、AlあるいはAl−Si膜の形成におい
て高スループット化を計るために、堆積膜形成時に、低
堆積速度から高堆積速度へと移行させる。こうすること
により膜質を劣化させることなく高スループット化が達
成し得る。

第２図はAlあるいはAl−Si膜が堆積可能な堆積膜形成
装置を示す模式図である。

ここで、１はAl−Siを形成するための基体である。基
体１は、同図に対して実質的に閉じられた堆積膜形成用
の空間を形成するための反応管２の内部に設けられた基
体ホルダ３上に載置される。反応管２を構成する材料と
しては石英が好ましいが、金属製であってもよい。この
場合には反応管を冷却することが望ましい。また、基体
ホルダ３は金属製であり、載置される基体を加熱できる
ようにヒータ４が設けられている。そしてヒータ４の発
熱温度を制御して基体温度を制御することができるよう
構成されている。

ガスの供給系は以下のように構成されている。

５はガスの混合器であり、第１の原料ガスと第２の原
料ガスと反応ガスとを混合させて反応管２内に供給す
る。６は第１の原料ガスとして有機金属を気化させるた
めに設けられた原料ガス気化器である。

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

排気系は以下のように構成される。

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

基体１の搬送系は以下のように構成される。

10は堆積膜形成前および堆積膜形成後の基体を収容可
能な基体搬送室であり、バルブ11を開いて排気される。
12は搬送室を排気する排気ユニットであり、ターボ分子
ポンプ等の排気用ポンプで構成される。

バルブ13は基体１を反応室と搬送空間で移送する時の
み開かれる。

第２図に示すように、第１の原料ガスを生成するため
のガス生成室６においては、室温に保持されている液体
状のDMAHに対しキャリアガスとしてのH₂もしくはAr（も
しくは他の不活性ガス）でバブリングを行い、気体状DM
AHを生成し、これを混合器５に輸送する。反応ガスとし
てのH₂は別経路から混合器５に輸送される。ガスはそれ
ぞれその分圧が所望の値となるように流量が調整されて
いる。

第１の原料ガスとしては、MMAH₂でもよいが、蒸気圧
が室温で1Torrとなるのに十分なDMAHが最も好ましい。
また、DMAHとMMAH₂を混合させて用いてもよい。

また、Al−Si膜を形成する際の第２の原料ガスとして
のSiを含むガスとしては、Si₂H₆，SiH₄，Si₃H₈,Si（C
H₃）₄,SiC l₄，SiH₂Cl₂，SiH₃Clを用いることができ
る。とりわけ、200−300℃の低温で分解し易いSi₂H₆が
最も望ましい。H₂またはArで希釈されたSi₂H₆等のガス
は、DMAHと別系統から混合器５に輸送され、反応管２に
供給される。

第２図の装置を用いると、全圧力 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10^-4Torr Si分圧 2.0×10^-6Torr 基体温度 160℃−450℃ の条件下でAi−Si膜を電子供与性材料表面上に堆積する
ことができる。400Åの膜厚であっても連続、かつ抵抗
率もAlのバルク値にほぼ等しい2.7−3.0μΩ・cmであ
る。基体温度270℃−350℃の時、堆積速度は100−800Å
／分であり、高速堆積のためには、堆積速度をより大き
くする必要がある。

高速堆積を実現する為には基体温度を高くし、またDM
AH分圧を高くすることが考えられる。例えば、基体温度
330℃、DMAH分圧10^-2〜10^-3Torrにして0.2〜0.5μm/分
の堆積速度を実現することができる。しかし、堆積速度
が大きすぎると表面平坦性の劣った表面になってしま
う。例えば、反射率は、10〜30％程度のAlあるいはAl−
Si膜になってしまう。このように、表面平坦性の劣った
膜になってしまうのは、高温において金属原子、もしく
は、分子の表面マイグレーションが大きいため、あるい
特定核のみで堆積が進行し、膜厚になる際に表面平坦性
が劣化してしまう為と考えられる。すなわち、堆積初期
において表面平坦性の劣った膜が形成されてしまいこれ
が後まで悪影響を及ぼすことが最も大きな理由である。

本発明では、低堆積速度から高堆積速度へと堆積膜形
成時に移行させる手段として、例えば堆積中に基体温
度、原料ガス分圧を変化させる手法を用いて、実質的に
高堆積速度で、かつ高品質、平坦性の優れたAlあるいは
Al−Si堆積膜を得る方法を提供する。

こうすることで実質的に高堆積速度をもち、かつ、高
品質平坦な堆積膜を得ることができる。

本発明に係る表面化学反応による堆積膜形成では、低
基体温度，低原料ガス分圧下の低堆積速度条件の方が、
反応管からの汚染がなければ薄膜でも連続かつ高品質の
膜になると言われている。

本発明者等の知見によれば、良質のAlあるいはAl−Si
の堆積膜が良好な選択性のもとに、形成されるのは基体
温度160〜450℃より好ましくは270℃〜350℃である。

そこで、本発明における第１の堆積工程、すなわち低
堆積速度による堆積膜形成工程としては、全圧力10^-3〜760Torr好ましくは５×10^-2〜5Torrにお
いて、基体温度は、270〜350℃、好ましくは270〜300
℃、DMAH分圧は、全圧力の1.3×10^-5〜1.3×10^-3倍、好
ましくは1.3×10^-5〜1.3×10^-4倍という条件より適宜選
択されるものであり、連続膜が形成されるものであれば
よい。また、本発明における第２の堆積工程、すなわち
高堆積速度による堆積膜形成工程としては、全圧力10^-3〜760Torr好ましくは５×10^-2〜5Torrにお
いて、基板温度は、270〜350℃、好ましくは300〜350
℃、DMAH分圧は全圧力の1.3×10^-5〜1.3×10^-3倍とす
る。

基体温度を上昇させるのに、ヒータのみを用いるので
はなく、ウェハ表面にＷランプやXeランプを照射して、
急速に基体温度を上昇させても良い。ランプによる加熱
は、急速に基体温度を上昇させるのに有効ではあるが、
窓を設ける等装置が複雑になるので、基体加熱に用いて
いるヒータを用いて基体温度を上昇させる方がより望ま
しい。

好ましくは1.3×10^-4〜1.3×10^-3倍という条件より適
宜選択され、かつ前記第１の堆積工程における堆積速度
より高い堆積速度で堆積膜が形成されるものであれば良
い。例えば同一全圧力のもとに、基体温度を一定としDM
AHの分圧を上げて行ってもよいし、DMAHの分圧一定で基
体温度を上げるものであってもよい。勿論同一の全圧力
のもと基体温度と分圧の両方を上げてもよい。

具体的には第１の堆積工程を前記圧力条件のもとで基
体温度270〜300℃の範囲内で100〜200Åの連続膜を堆積
させ、その後基体温度を300〜350℃として堆積速度を例
えば0.1〜１μm/minに上げて形成することが好ましい。
こうして形成された堆積膜は表面マイグレーションが抑
制され良質の膜となる。

上記のように堆積条件を変化させると、第１の堆積条
件で１〜５分の堆積時間で100〜200Åの連続平坦かつ高
品質膜が形成され、第２の堆積条件では、すでに連続か
つ平坦なAl（またはAl−Si）が形成されているので、0.
1〜１μm/分の高堆積速度で、Al（またはAl−Si）を堆
積させても、平坦かつ高品質の薄膜を形成することがで
きる。

第１の条件で１〜５分堆積し、第２の条件で１〜３分
の堆積時間で１μｍ厚のAl膜を十分形成可能である。

第２図示の装置では、１回の堆積において１枚の基体
にしかAl−Siを堆積することができない。

本発明による手法は、多数の減圧CVD装置においても
適用可能である。本発明によるAl−Si堆積は加熱された
電子供与性基体表面での表面反応を用いるため、基体の
みが加熱されるホットウォール型減圧CVD法であればDMA
HとH₂およびSi₂H₆等のSi原料ガスとを添加することによ
りSiを0.5〜2.0％を含むAl−Siを高速堆積させることが
できる。

減圧CVD装置を用いる場合、反応管圧力0.05〜760Tor
r、望ましくは、0.1〜0.8Torrである。第１の堆積条件
としては、基体温度は270〜350℃、望ましくは、270〜3
00℃、DMAH分圧は、反応管圧力の分圧の1.3×10^-5〜1.3
×10^-3倍、望ましくは1.3×10^-5〜1.3×10^-4倍である。
第２の堆積条件としては、基体温度は270〜350℃、望ま
しくは、300〜350℃、DMAH分圧は、反応管圧力の分圧の
1.3×10^-5〜1.3×10^-3倍、望ましくは1.3×10^-4〜1.3×
10^-3倍である。Si₂H₆分圧は、第1,第２の堆積条件と共
に、反応管圧力の１×10^-7〜１×10^-4倍の範囲であり、
Al−Siが電子供与性表面上に高速に堆積する。

第３図はかかる本発明の適用可能な堆積膜形成装置を
示す模式図である。

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

また本装置はヒータ部59により基体温度を制御するこ
とができる。反応管50内部の圧力は、ガス排気口53を介
して結合された排気系によって制御できるように構成さ
れている。

また、原料ガスは、第２図に示す装置と同様に、第１
のガス系，第２のガス系，第３のガス系および混合器を
有し（いずれも図示せず）、原料ガスは原料ガス導入口
52より反応管50内部に導入される。原料ガスは、第３図
中矢印58で示すように、内側反応管51内部を通過する
際、基体57の表面において反応し、Al−Siを基体表面に
堆積する。反応後のガスは、内側反応管51と外側反応管
50とによって形成される間隙部を通り、ガス排気口53か
ら排気される。

基体の出し入れに際しては、金属製フランジ54をエレ
ベータ（図示せず）により基体保持具56,基体57ととも
に降下させ、所定お位置へ移動させて基体の着脱を行
う。

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

本発明によれば、堆積初期過程において、連続かつ緻
密なAl−Siが形成されるので、その後、0.2〜１μm/分
の高速堆積条件でAl−Siを堆積しても表面平坦性等の膜
質は劣化せず、高品質のAl−Si膜を実効的に高速に堆積
することができる。

高速で堆積しても得られたAl−Si膜は、緻密であり、
炭素等の不純物含有量がきわめて少なく抵抗率もバルク
並であり、且つ表面平坦度も極めて高い。堆積されたAl
−Si膜は、高速で堆積したにもかかわらず、以下に述べ
るような特徴を有している。

ヒロックの減少耐エレクトロマイグレーション性の向上コンタクト部のアロイピットの減少表面平坦性の向上ビアホール内の抵抗およびコンタクト抵抗の向上配線工程中の熱処理の低温化このように高品質のAl−Si膜を高速に堆積することが
できるので、超LSIプロセスにおけるスループットは飛
躍的に向上する。第２図のような減圧CVD装置において
は、同時に100〜200枚の４インチウェハ上にAl−Siを堆
積することができるが、高速堆積の効果はスループット
向上に大きく寄与する。今後の超LSIでは、用いるウェ
ハは６ないし８インチになるとされている。ウェハ径が
６インチ,8インチと大きくなると第２図のような減圧CV
D装置は反応管径が大きくなるため実用化が困難にな
る。しかし、第２図のような枚様型CVD装置は、ウェハ
径が大きくなっても装置全体の大きさはあまり変わらな
いのでウェハの大口径化に非常に有利である。しかし、
従来のCVD法によるAl−Si堆積では0.2〜１μm/分の高速
堆積を実現することができず、たとえ高品質の堆積膜を
形成しても実用上用いることが困難であった。しかし、
本発明による堆積法を用いると0.2〜１μm/分の高速で
高品質のAl−Siを堆積することができ、特に高スループ
ットを要求される６インチ,8インチ対応の枚様型CVD装
置において本発明の果たす意味はきわめて大きい。

（実施例１）まずAl成膜の手順は次の通りである。

第２図に示した装置を用い、排気設備９により、反応
管２内を略々１×10^-8Torrに排気する。ただし反応管２
内の真空度は１×10^-8Torrより悪くてもAlは成膜する。

Siウェハを洗浄後、搬送室10を大気圧に解放しSiウェ
ハを搬送室に装填する。搬送室を略々１×10^-6Torrに排
気し、その後ゲートバルブ13を開けウェハをウェハホル
ダー３に装着する。

ウェハをウェハホルダー３に装着した後、ゲートバル
ブ13を閉じ、反応室２の真空度が略々１×10^-8Torrにな
るまで排気する。

本実施例では第１のガスラインからDMAHを供給する。
DMAHラインのキャリアガスはH₂を用いた。第２のガスラ
インはH₂用とする。

第２ガスラインからH₂を流し、スローリークバルブ８
の開度を調整して反応管２内の圧力を所定の値にする。
本実施例における典型的圧力は略々1.5Torrとする。そ
の後ヒータ４に通電しウェハを加熱する。ウェハ温度が
所定の温度に到達した後、DMAHラインよりDMAHを反応管
内へ導入する。全圧は略々1.5Torrであり、DMAH分圧を
略々1.5×10_-4Torrとする。DMAHを反応管２に導入する
とAlが堆積する。

以上が第１の堆積工程である。

第１の堆積工程で100〜200Å程度の連続Al膜形成後、
第２の堆積工程で高速堆積させる。第２の堆積工程の条
件は全圧略々1.5Torr,DMAH分圧を略々１×10^-3Torrとす
る。所定の堆積時間が経過した後、DMAHの供給を停止す
る。次にヒータ４の加熱を停止し、ウェハを冷却する。
H₂ガスの供給を止め反応管内を排気した後、ウェハを搬
送室に移送し、搬送室のみを大気圧にした後ウェハを取
り出す。以上がAl成膜手順の概略である。

Siウェハを130枚用意し、基板温度を13とおり設定
し、各基板温度でそれぞれ10枚の試料に対して前述した
手順に従って第１の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10^-5Torr 第２の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10^-3Torr なる条件でAl膜を堆積した。

基板温度を13水準に変化して堆積したAl膜を各種の評
価方法を用いて評価した。その結果を表１に示す。

上記試料で160℃〜450℃の温度範囲においてSiウエハ
上にはAlが堆積した。

第１および第２の堆積工程の基体温度が300℃を越え
る場合、0.5〜1.0μm/分の高速堆積は可能であったが、
表面反射率が300℃以下の場合に比べると多少悪くな
る。第１の堆積工程の温度が高いと第１の堆積工程で堆
積される極薄Al膜の平坦性が劣っていることに起因する
と考えられる。

（実施例２）実施例１と同様の手順で、第１の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10^-5Torr 基体温度 270℃または300℃ 第２の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10^-3Torr なる条件で第２の堆積工程の基体温度を第１の堆積工程
時より大きくしたいくつかの水準に変化して堆積したAl
膜の各種評価結果を表２に示す。

第１の堆積工程の基体温度が270℃,300℃の場合得ら
れた結果に差異はなかった。

実施例１と同じく、第２の堆積工程における基体温度
が300℃を越えると0.5〜1.0μm/分の高速堆積が可能で
あった。実施例１と異なるのは、第２の工程の基体温度
が330℃,350℃の場合でも80〜95％の反射率を有する表
面平坦性の高いAl膜が形成できた。

（実施例３）実施例１と同じ手順でDMAHのキャリアガスのみをH₂で
なくArとし、Al堆積を行った。第２のガスラインからは
H₂を供給する。得られた結果は実施例１の第１表と同じ
く160℃〜450℃の温度範囲においてSiウェハ上にAlが堆
積した。

第１および第２の堆積工程の基体温度が300℃を越え
る場合、0.5〜1.0μm/分の高速堆積は可能であったが、
表面反射率が多少悪くなる。第１の堆積工程の温度が高
いと第１の堆積工程で堆積される極薄Al膜の平坦性が劣
っていることに起因すると考えられる。

（実施例４）実施例２と同じ手順でDMAHのキャリアガスのみをH₂で
なくArとし、Al堆積を行った。第２のガスラインはH₂を
供給した。第１の堆積工程の基体温度が270℃,300℃の
場合、得られた結果に差異はなかった。また得られた膜
質は第２表とほぼ同じである。

実施例１もしくは実施例２の場合と同じく、第２の堆
積工程における基体温度が300℃を越えると、0.5〜1.0
μm/分の高速堆積が可能であった。実施例１および実施
例２と異なるのは、第２の工程の基体温度が330℃,350
℃の場合でも80〜95％の反射率を有する表面平坦性の高
いAl膜が形成できた点である。

（実施例５）第３図に示した減圧CVD装置を用いて以下に述べるよ
うな構成の基体にAl膜を形成した。すなわち、基体とし
て、Siウェハ上に次の17種の薄膜を形成したものを用い
た。

（１）多結晶シリコン（多結晶Si），（２）非晶質シ
リコン（非晶質Si），（３）タングステン（Ｗ），
（４）モリブデン（Mo），（５）タンタル（Ta），
（６）タングステンシリサイド（WSi），（７）チタン
シリサイド（TiSi），（８）アルミニウム（Al），
（９）アルミニウムシリコン（Al−Si），（10）チタン
アルミニウム（Al−Ti），（11）チタンナイトライド
（Ti−Ｎ），（12）銅（Cu），（13）アルミニウムシリ
コン銅（Al−Si−Cu），（14）アルミニウムパラジウム
（Al−Pd），（15）チタン（Ti），（16）モリブデンシ
リサイド（Mo−Si），（17）タンタルシリサイド（Ta−
Si）を使用した。これらのサンプルを第３図に示した減
圧CVD装置に入れ、同一バッヂ内でAl膜を成膜した。

堆積条件は以下の通りである。

第１の堆積工程時、全圧 0.3Torr DMAH分圧３×10^-6Torr 基体温度 270℃ 第２の堆積工程時、全圧 0.3Torr DMAH分圧１×10^-4Torr 基体温度 330℃ である。

このような条件で成膜したAl膜の膜質は表２で第２の
堆積工程の基体温度が330℃のものと差異はなく、かつ
第２の堆積工程における堆積速度はいずれの基体に対し
ても略々0.7μm/分と非常に高速であった。

（実施例６）実施例２と同一の手順でDMAHの代りにMMAH₂を用い
て、Al膜の堆積を行なった。

基体には、実施例１で示したSiO₂薄膜をパターニング
したSiウエハを用いた。

堆積工程条件は、以下の通りである。

第１の堆積工程時、反応管圧力 1.5Torr MMAH₂分圧５×10^-5Torr 基体温度 270℃ 第２の堆積工程時、反応管圧力 1.5Torr MMAH₂分圧 1.0×10^-3Torrである。

堆積したAlの膜質は、表２の第２の堆積工程の基体温
度が330℃のものと差異はなかった。

また、第２の堆積工程のAlの堆積速度は、略々0.7μm
/分とDMAHを用いた場合と差異はなかった。

（実施例７）まずAl−Siの堆積手順は次の通りである。

第２図に示した装置を用い、排気設備９により、反応
管２内を略々1.0×10_-8Torrに排気する。反応管２内の
真空度が1.0×10_-8Torrより悪くてもAl−Siは成膜す
る。

Siウェハを洗浄後、搬送室10を大気圧に解放してSiウ
ェハを搬送室に装填する。搬送室を略々1.0×10_-6Torr
に排気してその後ゲートバルブ13を開けウェハをウェハ
ホルダ３に装着する。

ウェハをウェハホルダ３に装着した後、ゲートバルブ
13を閉じ反応室２の真空度が略々１×10_-8Torrになるま
で排気する。

本実施例では第１のガスラインをDMAH用とする。DMAH
ラインのキャリアガスはArを用いた。第２ガスラインは
H₂用、第３のガスラインはSi₂H₆用とする。

第２ガスラインからH₂を流し、スローリークバルブ８
の開度を調整して反応管２内の圧力を所望の値にする。
本実施例における典型的圧力は略々1.5Torrとする。そ
の後ヒータ４に通電しウェハを加熱する。ウェハ温度が
所望の温度に到達した後、DMAHラインよりDMAHを反応管
内へ導入する。全圧は略々1.5Torrであり、DMAH分圧を
略々1.5×10^-5Torrとする。Si₂H₆分圧は２×10^-7Torrと
する。Si₂H₂とDMAHを反応管２に導入するとAl−Siが堆
積する。以上が第１の堆積工程である。

第１の堆積工程で100−200Å程度の連続Al−Si膜形成
後、第２の堆積工程で高速堆積させる。

第２の堆積工程条件は、全圧略々1.5Torr、DMAH分圧
を略々1.0×10^-3Torrとする。所定の堆積時間が経過し
た後DMAHおよびSi₂H₆の供給を停止する。次にヒータ４
の加熱を停止し、ウェハを冷却する。H₂ガスの供給を止
め反応管内を排気した後ウェハを搬送室に移送し搬送室
のみを大気圧にしたウェハを取り出す。以上がAl成膜の
概略である。

Siウェハを130枚用意し、基板温度を13とおり設定
し、各基板温度でそれぞれ10枚の試料に対して前述した
手順に従って第１の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.5×10^-5Torr Si₂H₆分圧 2.0×10^-7Torr 第２の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10^-3Torr Si₂H₆分圧 1.5×10^-5Torr なる条件でAl−Si膜を堆積した。

基板温度を13水準に変化して堆積したAl−Si膜を各種
の評価方法を用いて評価した。その結果は、表１と同様
であった。

上記試料で160℃〜450℃の温度範囲においてSiウェハ
上にAl−Siが堆積した。

第１および第２の堆積工程の基体温度が300℃を越え
る場合、0.5〜1.0μm/分の高速堆積は可能であったが、
表面反射率が多少悪くなる。

第１の堆積工程の温度が高いと第１の堆積工程で堆積
される極薄Al−Si膜の平坦性が劣っていることに起因す
ると考えられる。

（実施例８）実施例７と同様の手順で、第１の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10^-5Torr Si₂H₆分圧 1.5×10^-7Torr 基体温度 270℃または300℃ 第２の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10^-3Torr Si₂H₆分圧 1.5×10^-5Torr なる条件で第２の堆積工程の基体温度を13水準に変化し
て堆積したAl−Si膜の各種評価結果は、第２表と同様で
あった。

第１の堆積工程の基体温度270℃、300℃の場合得られ
た結果に差異はなかった。

実施例１と同じく、第２の堆積工程における基体温度
が300℃を越えると、0.5〜1.0μm/分の高速堆積が可能
であった。実施例１と異なるのは、第２の工程の基体温
度が330℃、350℃の場合でも、80−95％の反射率を有す
る表面平坦性の高いAl−Si膜が形成できた。

（実施例９）実施例８と同様の手順で、第１の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10^-5Torr 基体温度 270℃ 第２の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10^-3Torr 基体温度 330℃ としSi₂H₆分圧を各工程におけるDMAH分圧の３×10^-4倍
から、0.2倍まで変化させて堆積を行なった。

形成されたAl−Si膜中のSi含有量（wt％）は0.005％
から５％までSi₂H₆分圧にほぼ比例して変化した。抵抗
率，炭素含有，平均配線寿命，堆積速度，ヒロック密
度，スパイクの発生に関しては実施例１と同様の結果が
得られた。しかし４％以上のSi含有量を有する試料は膜
中にSiと思われる析出物が生じ表面モルフォロジーが悪
化し、反射率が65％以下となった。Si含有量４％未満の
試料の反射率は80〜95％であり、実施例８と同様であっ
た。

（実施例10）実施例７と同じ手順で、DMAHのキャリアガスのみをH₂
でなくA_rとし、Al−Si堆積を行なった。

第２のガスラインからは、H₂を供給する。

得られた結果は、実施例１の第１表と同じく160℃〜4
50℃の温度範囲においてSiウェハ上にAl−Siが堆積し
た。

（実施例11）実施例８と同じ手順で、DMAHのキャリアガスのみをH₂
ではなくArとし、Al−Si堆積を行なった。

第２のガスラインはH₂を供給した。

第１の堆積工程の基体温度が270℃、300℃の場合、得
られた結果に差異はなかった。また、得られた膜質は第
２表とほぼ同じである。

実施例７もしくは、実施例８の場合と同じく、第２の
堆積工程における基体温度が300℃を越えると、0.5〜1.
0μm/分の高速堆積が可能であった。実施例７および実
施例８と異なるのは、第２の工程の基体温度が330℃,35
0℃の場合でも、80−95％の反射率を有する表面平坦性
の高いAl−Si膜が形成できた点である。

（実施例12）実施例９と同一手順で、DMAHのキャリアガスのみをH₂
ではなくArとし、Al−Si堆積を行なった。

第２のガスラインはH₂を供給した。

堆積条件は、以下の通りである。

第１の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10^-5Torr 基体温度 270℃ 第２の堆積工程時、全圧 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10^-3Torr 基体温度 330℃ とし、Si₂H₆分圧を各工程におけるDMAH分圧の３×10^-4
倍から0.2倍まで変化させて堆積を行なった。

実施例９と同様、形成されたAl−Si膜中のSi含有量
（wt％）は0.005％から５％までSi₂H₆分圧にほぼ比例し
て変化した。抵抗率，炭素含有，平均配線寿命，堆積速
度，ヒロック密度，スパイクの発生に関しては実施例１
と同様の結果が得られた。しかし４％以上のSi含有量を
有する試料は膜中にSiと思われる析出物が生じ表面モル
フォロジーが悪化し、反射率が65％以下となった。Si含
有量４％未満の試料の反射率は80〜95％であり、実施例
８と同様であった。

（実施例13）第３図に示した減圧CVD装置を用いて以下に述べるよ
うな構成の基体にAl−Si膜を形成した。すなわち、基体
として（１）多結晶シリコン（多結晶Si），（２）非晶
質シリコン（非晶質Si），（３）タングステン（Ｗ），
（４）モリブデン（Mo），（５）タンタル（Ta），
（６）タングステンシリサイド（WSi），（７）チタン
シリサイド（TiSi），（８）アルミニウム（Al），
（９）アルミニウムシリコン（Al−Si），（10）チタン
アルミニウム（Ai−Ti），（11）チタンナイトライド
（Ti−Ｎ），（12）銅（Cu），（13）アルミニウムシリ
コン銅（Al−Si−Cu），（14）アルミニウムパラジウム
（Al−Pd），（15）チタン（Ti），（16）モリブデンシ
リサイド（Mo−Si），（17）タンタルシリサイド（Ta−
Si）を使用した。これらのサンプルを第３図に示した減
圧CVD装置に入れ、同一バッヂ内でAl−Si膜を成膜し
た。

堆積条件は以下の通りである。

第１の堆積工程時、全圧 0.3Torr DMAH分圧３×10^-6Torr Si₂H₆分圧 1.0×10^-7Torr 基体温度 270℃ 第２の堆積工程時、全圧 0.3Torr DMAH分圧１×10^-4Torr Si₂H₆分圧３×10^-6Torr 基体温度 330℃ である。

このような条件で成膜したAl−Si膜の性質は表２で第
２の堆積工程の基体温度が330℃のものと差異はなく、
かつ第２の堆積工程における堆積速度はいずれの基体に
対しても略々0.7μm/分と非常に高速であった。

（実施例14）実施例８と同一の手順でDMAHの替わりに、MMAH₂を用
いて、Al−Si膜の堆積を行なった。

基体には、実施例７で示したSiO₂薄膜をパターニング
したSiウエハを用いた。

堆積工程条件は、以下の通りである。

第１の堆積工程時、反応管圧力 1.5Torr MMAH₂分圧 5.0×10^-5Torr Si₂H₆分圧 1.0×10^-6Torr 基体温度 270℃ 第２の堆積工程時、反応管圧力 1.5Torr MMAH₂分圧 1.0×10^-3Torr Si₂H₆分圧 1.0×10^-5Torrである。

堆積したAl−Siの膜質は、表２の第２の堆積工程の基
体温度が330℃のものと差異はなかった。

また、第２の堆積工程のAl−Siの堆積速度は、略々0.
7μm/分とDMAHを用いた場合と差異はなかった。

（実施例15）実施例８と同一の手順で、Si₂H₆の替わりにSiH₄を用
いてAl−Si膜の堆積を行なった。

基体には、Siウエハを用いた。

堆積条件は、以下の通りである。

第１の堆積工程時、反応管圧力 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10^-5Torr Si₂H₆分圧 5.0×10^-7Torr 基体温度 270℃ 第２の堆積工程時、反応管圧力 1.5Torr DMAH分圧 1.0×10^-3Torr Si₂H₆分圧 5.0×10^-5Torr 基体温度 330℃である。

また、第２の堆積工程のAl−Siの堆積速度は、略々0.
7μm/分と大きくSi₂H₆を用いた場合と差異はなかった。

（実施例16）実施例１と同じ方法によってAl膜を形成したサンプル
を用意した。各サンプル即ち実施例１と同じ各成膜条件
において、Siウエハへ堆積したAl膜の結晶性をＸ線回折
法および反射電子線回折法を用いて評価したところ以下
の通りであった。

Si基体表面の結晶方位が（111）面であるとき、Ｘ線
回折からは、第４図に示すように、Alに関しては、Al
（100）を示す回折ピークしか観測されなかった。ま
た、加速電圧80kVもしくは、100kVの電子線を用いた反
射高速電子線回折では、第５図のようにAl（100）を示
す単結晶スポットが観察された。第５図（ａ）はAl（10
0）に［001］方向から電子線を入射した時の回折パター
ン、同図（ｂ）はAl（100）に［001］方向から電子線を
入射した時の回折パターンである。すなわち、Si（11
1）基体上のAl膜は（100）面を持つ単結晶であった。表
１の第１および第２の基体温度範囲のなかで、250℃か
ら330℃の範囲のものは堆積したAl膜が単結晶となって
いた。

また、Si（111）面がSi基体表面と１°、２°、３
°、４°、５°異なったオフアングルSi（111）基体上
に堆積したAl膜も上述したSi（111）基体上に堆積した
場合と同じく、第１および第２の基体温度が250℃から3
30℃の範囲の温度条件では、Al（100）単結晶が堆積し
た。

Si基体表面の結晶方位が（100）面であるとき、Ｘ線
回折からは、第６図に示すように、Alに関しては、Al
（111）を示す回折ピークしか観測されなかった。ま
た、加速電圧80kVもしくは、100kVの電子線を用いた反
射高速電子線回折では、Al（111）を示す単結晶スポッ
トが観察された。すなわち、Si（100）基体上のAl膜は
（111）面をもつ単結晶であった。表１の第１および第
２の基体温度範囲のなかで、250℃から330℃の範囲のも
のは堆積したAl膜が単結晶になっていた。

また、Si（100）面がSi基体表面と１°、２°、３
°、４°、５°異なったオフアングルSi（100）基体上
に堆積したAl膜も上述したSi（111）基体上に堆積した
場合と同じく、第１および第２の基体温度が250℃から3
30℃の範囲の温度条件では、Al（111）単結晶が堆積し
た。

（実施例17）実施例２に示した方法でSiウエハ上へ堆積したAl膜の
結晶性をＸ線回折法および反射電子線回折法を用いて評
価したところ以下の通りであった。

Si基体表面の結晶方位が（111）面であるとき、Ｘ線
回折からは、Alに関しては第４図に示すように、Al（10
0）を示す回折ピークしか観測されなかった。また、加
速電圧80kVもしくは、100kVの電子線を用いた反射高速
電子線回折では、第５図のようにAl（100）を示す単結
晶スポットが観察された。第５図（ａ）はAl（100）に
［001］方向から電子線を入射した時の回折パターン，
同図（ｂ）はAl（100）に［011］方向から電子線を入射
した時の回折パターンである。すなわち、Si（111）、
基体上のAl膜は（100）面をもつ単結晶であった。表２
の第２の基体温度範囲のなかで、270℃から330℃の範囲
のものは堆積したAl膜が単結晶になっていた。また、Si
（111）面がSi基体表面と１°、２°、３°、４°、５
°異なったオフアングルSi（111）基体上に堆積したAl
膜も上述Si（111）基体上に堆積した場合と同じく、第
２の基体温度が270℃から330℃の範囲の温度条件では、
Al（100）単結晶が堆積した。

Si基体表面の結晶方位が（100）面であるとき、Ｘ線
回折からは、Alに関しては、第６図に示すように、Al
（111）を示す回折ピークしか観測されなかった。ま
た、加速電圧80kVもしくは、100kVの電子線を用いた反
射高速電子線回折では、Al（111）を示す単結晶スポッ
トが観測された。すなわち、Si（100）基体上のAl膜は
（111）面をもつ単結晶であった。表２の第２の基体温
度範囲のなかで、270℃から330℃の範囲のものは堆積し
たAl膜が単結晶になっていた。

また、Si（100）面がSi基体表面と１°、２°、３
°、４°、５°異なったオフアングルSi（100）基体上
に堆積したAl膜も上述Si（111）基体上に堆積した場合
と同じく、第２の基体温度が250℃から330℃の範囲で
は、Al（111）単結晶が堆積した。

（実施例18）実施例３の方法で形成したAl膜の結晶性を調べた。実
施例１の場合と同じく表２の第１および第２の基体温度
が250℃から330℃の範囲では、Si（111）基体上ではAl
（100）単結晶、Si（100）基体上ではAl（111）単結晶
が堆積した。

（実施例19）実施例４の方法で形成したAl膜の結晶性を調べた。実
施例１の場合と同じく表２の第２の基体温度が270℃か
ら330℃の範囲では、Si（111）基体上ではAl（100）単
結晶、Si（100）基体上ではAl（111）単結晶が堆積し
た。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、低抵抗，緻
密，かつ平坦なAlもしくはAl−Si膜を基体上に高速に堆
積させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による堆積膜形成法における膜形成の様
子を示す模式図、第２図は本発明の適用可能な堆積膜形成装置の一例を示
す模式図、第３図は本発明の適用可能な堆積膜形成装置の他の例を
示す模式図、第４図はSi（111）基体上の回折パターン、第５図はSi（111）基体上のAl（100）Ｘ線回折パター
ン、第６図はSi（100）基体上のＸ線回折パターンである。１…基体、２…反応管、３…基体ホルダ、４…ヒータ、
５…混合器、６…気化器、７…ゲートバルブ、８…スロ
ーリークバルブ、９…排気ユニット、10…搬送室、11…
バルブ、12…排気ユニット、50…石英製外側反応管、51
…石英製内側反応管、52…原料ガス導入口、53…ガス排
気口、54…金属製フランジ、56…基体保持具、57…基
体、58…ガスの流れ、59…ヒータ部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/3205 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｎ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱CVD法によりアルミニウムを主成分とす
る膜を形成するための堆積膜形成法において、電子供与性の表面を有する基体を堆積膜形成用の空間に
配する工程、アルキルアルミニウムハイドライドのガスと水素ガスと
を前記堆積膜形成用の空間に導入する工程、および前記アルキルアルミニウムハイドライドの分解温度以上
でかつ450℃以下の範囲内に前記電子供与性の表面を維
持し、膜形成の初期において温度を低くその後高くなる
ように温度を変化させること、または膜形成の初期にお
いてアルキルアルミニウムハイドライドの分圧を低くそ
の後高くなるように分圧を変化させることのうち、少な
くともいずれか一方により、アルミニウムの堆積速度を
変化させてアルミニウム膜を該電子供与性の表面に形成
する工程を有することを特徴とする堆積膜形成法。
【請求項２】前記アルキルアルミニウムハイドライドが
ジメチルアルミニウムハイドライドであることを特徴と
する請求項１に記載の堆積膜形成法。
【請求項３】前記アルキルアルミニウムハイドライドが
モノメチルアルミニウムハイドライドであることを特徴
とする請求項１に記載の堆積膜形成法。
【請求項４】前記電子供与性の表面は、金属またはその
シリサイドの表面であることを特徴とする請求項１に記
載の堆積膜形成法。
【請求項５】前記電子供与性の表面は、タングステン、
モリブデン、タンタル、タングステンシリサイド、チタ
ンシリサイド、アルミニウム、アルミニウムシリコン、
チタンアルミニウム、チタンナイトライド、銅、アルミ
ニウムシリコン銅、アルミニウムパラジウム、チタン、
モリブデンシリサイド、タンタルシリサイドから選ばれ
ることを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成法。
【請求項６】熱CVD法によりアルミニウムを主成分とす
る膜を形成するための堆積膜形成法において、電子供与性の表面を有する基体を堆積膜形成用の空間に
配する工程、アルキルアルミニウムハイドライドのガスとシリコンを
含むガスおよび水素ガスとを前記堆積膜形成用の空間に
導入する工程、および前記アルキルアルミニウムハイドライドの分解温度以上
でかつ450℃以下の範囲内に前記電子供与性の表面を維
持し、膜形成の初期において温度を低くその後高くなる
ように温度を変化させること、または膜形成の初期にお
いてアルキルアルミニウムハイドライドの分圧を低くそ
の後高くなるように分圧を変化させることのうち、少な
くともいずれか一方により、シリコンを含むアルミニウ
ムの堆積速度を変化させてシリコンを含むアルミニウム
膜を該電子供与性の表面に形成する工程を有することを
特徴とする堆積膜形成法。
【請求項７】前記アルキルアルミニウムハイドライドが
ジメチルアルミニウムハイドライドであることを特徴と
する請求項６に記載の堆積膜形成法。
【請求項８】前記アルキルアルミニウムハイドライドが
モノメチルアルミニウムハイドライドであることを特徴
とする請求項６に記載の堆積膜形成法。
【請求項９】前記電子供与性の表面は、金属またはその
シリサイドの表面であることを特徴とする請求項６に記
載の堆積膜形成法。
【請求項１０】前記電子供与性の表面は、タングステ
ン、モリブデン、タンタル、タングステンシリサイド、
チタンシリサイド、アルミニウム、アルミニウムシリコ
ン、チタンアルミニウム、チタンナイトライド、銅、ア
ルミニウムシリコン銅、アルミニウムパラジウム、チタ
ン、モリブデンシリサイド、タンタルシリサイドから選
ばれることを特徴とする請求項６に記載の堆積膜形成
法。