JPS6347364A - 化学的気相成長法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化学気相成長（ＣＶＤ　）　による薄膜形成に
関するものであり、とくに膜質の優れた薄膜を形成する
ＣＶＤ法及びその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

化学気相成長、ＣｖＤは、化学反応を用すて基板上に薄
膜を堆積するもので、蒸溜やスパッタと並ぶよく知られ
た薄膜形成法の１つである。特に、半導体集積回路装置
の製造プロセスンこおいては、シリコン酸化膜や多結晶
シリコン薄膜の形成用として、広く用いられている。薄
膜形成手段としてのＣＶＤの特長は、凹凸のある基板上
に於て段差被覆性の僅れた薄膜が形成できることや、薄
膜の組成比を自由に制御できること、汚染や損傷のない
薄膜を形成できることなどが挙げられる。ＣＶＤは、加
熱方式やガス圧力、化学反応の形式等によってζ様々な
遣類に分類される。例えば、堆積基板のみを加熱するコ
ールドウオール型に対し、反応炉全体を加熱するホント
ウオール型、また、大気圧下で反応させる常圧ＣＶＤに
対して、減圧下で反応させる減圧ＣＶＤ、更に化学反応
の形式に熱を用いた通常のＣＶＤ以外に、プラズマＣＶ
Ｄや光ＣＶＤ等が一般に矧られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一方、蒸溜やスパッタと比較してＣＶＤ　にもいくつか
の欠点がある。

ＣＶＤの第１の欠点として、薄膜堆積基板の温度がガス
の反応温度によって制限されてしまい、基板温度を自由
に変える事が出来々い点が挙げられる。このために、Ｃ
ｖＤＸ特に熱を用いた通常のＣＶＤにおいて、様々な問
題が生ずる。

本来、原料ガスの反応温度と薄膜の成長湿灰とは関係な
いものであり、原料ガスの反応が生じる温度が必ずしも
薄膜成長にｉも適しているとは限らない。一般にＣＶＤ
における原料ガスの反応温度は、蒸着やスパッタ等の他
の形成法における基板温度と比較してかなり高いのが普
通である。半導体集積回路の製造プロセスにおいて高い
基板温度で薄膜を堆積すると、堆積膜自身や下地基板で
の拡散や反応が進行し、素子特性の重大な劣化を引き起
こす場合がしばしばある。

また、熱ｃｖｐでは、基板の表面材質の差異を利用した
選択成長、即ち、基板表面の特定の材質のパターン上に
のみ薄膜を堆積し、他の材質の上には薄膜を堆積させな
いようＫするととが可能となる場合があるが、基板温度
が高くなると、後に述べる理由により選択性が低下し、
良好に選択成長できなくなる傾向がある。

更に、反応温度が大きく異なる例えばトリインブチルア
ルミニウムガスとシランガスなどの２つ以上の原料ガス
を用いてアルミニウムとシリコンの合金膜を堆積するよ
うな場合においては、これまでの通常の熱ＣＶＤでは堆
積膜の表面が平滑になる反応温度でアルミニウム中にシ
リコンを混入させることが困難である。

この様な問題を防ぐ方法の１つとして、プラズマや光等
の熱以外のエネルギーを用いて反応を促進させようとす
るプラズマＣｖＤや光ＣＶＤ法が注目されてきている。

これらのＣＶＤ法では基板温度を他の形成法に近い温度
まで下げることが可能となるが、膜質が低下したシ損傷
が発生したシすルコとから、ＣＶＤ法の多くの特長が犠
牲となるＯまた１前述の選択成長は、選択性のメカニズ
ムとして膜堆積における熱的なエネルギーの差のみを用
いているため、プラズマ等の他のエネルギーを用いた場
合にはこれらの選択成長は困難になる。

ＣＶＤの第２の欠点として、表面の凹凸が大きくな）易
いことが挙げられる。これは熱ＣＶＤにおいて、特に金
属のような結晶性の薄膜を堆積するときに問題となるも
のでちり、凹凸の程度は一般に、薄膜材料の表面自由エ
ネルギーが大きく、基板温度が高いほど大きくなる傾向
にある。このととはポルマー（Ｖｏｌｍａｒ）　　らの
表面自由エネルギー模型を用いた核成長理論によれば次
のように説明される（文献１）。

基板上に到達した原子は衝突や再蒸発を、繰シ返す中で
、ある程度以上の個数の原子が結合したクラスターと呼
ばれる集合体になる。１つのクラスターの全自由エネル
ギーＧは、気体からの凝縮の際の自由エネルギーの変化
と形成されたクラスターの表面自由エネルギーとの和で
あり、次式のように表される。

Ｇ＝（σａ”４πｒ２４　ｇｖ・４πｒ３／３）・ｆ（
θ）ここで ｒ：クラスターの曲率半径 θ：クラスターの基板に対する接触角 ｆ（の”’　（２−３ｃｍθ十邸３θ）／４：クラスタ
ーの堆積因子 σｌｌ：　気相とクラスターの間の単位面積ａｂの表面
自由エネルギー ｇ７：　気相から液相に変わる際の単位堆積当りの自由
エネルギー変化。

常に負。過飽和の蒸気の生成の場合、平衡状態での蒸気
圧をＰａ、実際の蒸気圧をｐ１蒸発原子の体積をΩ、ボ
ルツマン定数をに１絶対温度をＴとすると、ｇｖ＝　（
ｋＴ／Ω）Ｌｒｓ　（ｐ／ｐ　ｅ　）と表される。ここ
で、ｐ／ｐｅは過飽和度である。

Ｇの最大値を与えるｒｔ−ｒ’とおくと、ｄｃ、”ａｒ
＝Ｏとすることにより、 ｒ”＝　−２σ。／ｇマ　　　　　　　　　　　　（２
）Ｇ”＝（１６πｆｆ５３／３ｇｖ”）ｆ（θ）（３）
が得られる。従って、半径がｒｏよシ大きければ、成長
するに従ってＧが小さくなるので、平均として成長し続
け、逆に、半径がｒｏよシ小さければ平均として、消滅
する。このｒｏの値を臨界半径、ｒ＝ｒ’のクラスクー
を臨界核といい、臨界核よシ大きな核を安定核という。

Ｇｏは安定核を生成するために必要碌活性化エネルギー
とみなすことが出来る。また、基板上に形成される臨界
核の数密度ｎ“は、単位面積当シの吸着位置の数をｎ６
トスると、ボルツマンの式から ｎ”　＝＝　ｎｏ　ｅｘｐ　（−Ｇ’　／ｋＴ　）　　
　　　　　　（４）で与えられる。

式（２）、（３）、＜４）から明らかなように、薄膜材
料の表面自由エネルギーσ０が大きいほど、またクラス
ター生成の際の体積エネルギー変化１　ｇｖ　ｌが小さ
いほど、臨界半径ｒ°は大きくなシ、また臨界核の数密
度ｈ°は小さくなる。核密度ｎ°は薄膜材料の表面自由
エネルギーや過飽和度以外に、接触角θにも影響される
。基板材料の表面自由エネルギーが小さく、薄膜材料の
表面自由エネルギーが大きい場合には、θすなわちｆ（
のが大きくなり、臨界核の数密度ｎ°は小さくなる。こ
の様にして基板上に確率的に発生した臨界核は、安定核
として成長し続け、やがてこれらの核同士が合体して薄
膜が形成される。従って、形成された薄膜表面の凹凸に
層目した場合、基板上に最初に発生する安定核の密度が
小さいと、合体するときの核の半径は大きくなり、結果
的に薄膜表面の凹凸は大きくなるといえる。

以上の議論をまとめると、表面自由エネルギーの小さな
基板上に表面自由エネルギーの大きな薄膜材料を、過飽
和度の小さい状態で堆積すると、大きな核がまばらに発
生し、７４膜表面の凹凸は大きくなる。表面自由エネル
ギーは一般的な傾向として、酸化物のような絶縁体では
小さく、アルミニウムのような金属やシリコン等で大な
くなる。

従って、絶縁体基板の上に、金属薄膜を形成する様な場
合に、この傾向は最も顕著になる。通常の蒸着やスパッ
タにおいては、過飽和度が１０１０〜１０２０と極めて
大きいため、臨界半径は数λ以下と小さく、また臨界核
の密度も吸着位置の数にほぼ一致する程度と大きい。従
って、これらの堆積法では薄膜表面の凹凸は十分小さく
、通常問題とならない。ところが、ＣＶＤの４合には、
Ａ飽和度がそれほど大きくないと言われており（文献２
）、核密度は表面の凹凸に影響する程度にまで減少する
。

実際上、金属薄膜のＣＶＤにおいては多くの場合に、表
面の凹凸が具体的な問題となっている。

例えば、高融点金属であるモリブデンやタングステンを
蒸着やスパッタで形成した場合には数１００Ａ程度の小
さな結晶粒径を持つ、表面が平滑な薄膜にな夛易いのに
対し、ＣｖＤを用い′ｆｔ、、場合には粒径が１００Ｏ
Ａ以上の石垣状の結晶粒となって、表面に大きな凹凸が
形成される。これは、これらの金属薄膜の蒸着やスパッ
タにおける基板温度が通常３００〜４００℃であるのに
対し、ＣｖＤでは原料ガスの分解温度である５００〜６
００℃以上の高い基板温度が必要となって結晶成長し易
くなることの外に、ＣｖＤにおける小さな過飽和に起因
する疎な核密度が主な要因になっていると考えられる。

ＣＶＤで形成されたアルミニウム薄膜においては、表面
の凹凸は特に重大な問題となっておシ、基板温度は２５
０〜３００℃と蒸Ｎ＃？と比較してそれほど高くないに
もかかわらず、膜厚の１割程度の凹凸があり、このため
に実用に至っていない状況である。この場合にも、表面
凹凸の原因は核成長過程に基づいて説明されている（文
献３）。

ＣＶＤで形成された代表的なアルミニウムの金属組織写
真を第１１図に示す。結晶粒による凹凸があシ、結晶粒
の境界の１部に隙間がみられる。

薄膜表面に大きな凹凸があると、写真蝕刻技術を用いて
微細なパターンを精度よく形成することが困難となるほ
か、電気抵抗等の薄膜特性のばらつきの原因となる。更
に、この薄膜の上に他の薄膜を堆積して多層構造を形成
する場合にも、凹凸部において部分的な膜厚ばらつきが
生じ理想的な多層構造が得られなくなる。この結果、半
導体集積回路等の構成材料として用いる場合に大きな障
害となる。半導体集積回路は高速化、大容量化に伴って
、益々微細化、高精良化が要求されてお９、サブミクロ
ンデバイス、ナノメータデバイスでは、このような薄膜
の凹凸の低減が最も重要な課題となってくる。

以上の問題点をまとめると、 従来のＣＶＤでは、 ■表面凹凸の小さい平滑な薄膜を形成することは極めて
困難である、 ■また、薄膜堆積時の基板温度が高いため、薄膜の選択
成長が困難であり、しかも膜堆積時における基板と堆積
膜の物理的、化学的状態変化による半導体素子の劣化や
故障を避は難い、■さらに１反応源度の異なる例えばト
リインブｆルアルミニウムガスとシランガスなどの２つ
以上の原料ガスを用いて、アルミニウムの表面が平滑に
なる反応温度でアルミニウム中にシリコンを混入させる
ことが不可能である、 という問題点が挙げられる。

「参考文献」 １）コンデンセイションアンドエバボレイション（マク
ミラン社発行〕 Ｊ、Ｐ、Ｈｆｒｔｈ　ａｎｄ　ＧＪｌ、Ｐｏｕｎｄ：　
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Ｐ、に、Ｇａｌｌａｇｈｅｒ：　　Ｊｌｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍ、　Ｓｏｃ、：　５ｏｌｉｄ−８ｔ、８ｃｉ、＆
Ｔａｃｈ、１３１（１９８４）２１７５〔問題点を解決
するための手段〕 本発明の化学的気相成長法は上記の問題点１ｃ！みて為
され九ものであり、加熱ブロックに基板の被膜堆積面を
近接して対向させ、原料ガスを前記加熱ブロックと前記
基板の被膜堆積面との間に導入することにより前記基板
の被膜堆積面に薄膜を堆積するものである。また、表面
の一部が金属または半導体であり他の表面部分が胎縁体
である基板の表面を加熱ブロックに近接して対向させ、
金属の有機化合物からなる原料ガスを前記加熱ブロック
と前記基板表面との間に導入することにより前記基板表
面の金属ま九は半導体上にのみ選択的に金属薄膜な堆積
するものでちる。さらに、本発明の化学的気相成長装置
は上記化学的気相成長法を実施するための装置であり、
加熱ブロックと、基板表面が前記加点ブロックに近接し
て対向するように該基板を保持する基板ホルダーとを堆
積室内に備えたものである。

〔作　用〕

本発明の化学的気相成長法によれば、刀ＤＡブロツクに
よってまず原料ガスが加熱されて活性化され、分解しや
すい状態で低温の堆積基板表面上に到達し、該堆ａ基板
表面において膜堆積が進行する。すなわち、原料ガスの
温度が基板温度よシも常に高い状態で膜堆積が進行する
。また、本発明の化学的気相成長装置によれば、堆積基
板を基板ホルダーに装着するだけで、該堆積基板が加熱
ブロックに対して最適な位Ｒ関係を保って近接配置され
るので、上記のような原料ガスの湿灰分布を得ることが
できる。

〔実施例〕

ｒ％９℃謬、本発明の実施に際して使用したＣＶＤ装置
の概略について簡単に説明する。第１図はＣｖＤ装置全
体のｇｉ成を示した図であり、それらの詳細及び排気系
、制御系については省略しである。

本装置の真を室は大きく分けて堆積室２１、ウェハ出し
入れ室２２、及び原料室２３の３室からなり、それぞれ
独立に真空排気される。到達圧力は、いずれの真空室も
ｌＯ’Ｔｏｒｒ　　程度の高真空が望ましいが、ロータ
リーポンプのみを用いて排気された低真空であづても、
本発明の実施に際して基本的な影響はない。堆積室２１
は原料室２３及びウェハ出し入れ室２２と、それぞれパ
ルプ２５．２４を介して接続されており、最大５００℃
まで加熱できる加熱ブロック３０が設置されている。基
板ホルダー２７は、ウェハ出し入れ室２２から導入され
た堆積基板ウェハ２８を加熱ブロック３０と所定の間隔
を離して対向させて固定することができる。このとき、
ウェハの被堆積面は加熱ブロック３０に対面している。

基板ウェハ２８と加熱ブロック３０との間隔りは、おお
よそ２ｍｍから１５ｍｍの範囲で可変できる構造となっ
ている。原料室２３は外壁にヒーター２９が巻かれてお
り、原料の液温を所定の温度に加熱制御できる。

また、原料室２３には液温を均一に保つための攪はんモ
ーター３３が設置されている。原料室２３の止置部側壁
から水平に突出した円筒管３１はバルブ２５を介して堆
積室２１内に導入されており、その広がった終端部は加
熱ブロック３０に圧潰されている。広がった円筒管３１
の側面には微細なオリフィス３２が開けられておシ、堆
積室２１が０．０ＩＴｏｒｒ以下に減圧された状態にお
いても、作動排気によ）、円筒管３１内部を原料室２３
に近い圧力に保つことができる。原料室２３から堆積室
２１に至る原料ガスの経路は、一旦気化した原料が再び
液化しないように、原料室２３と同程度の温度に加熱さ
れる構造となっている。

第１図の装置構造におけるウェハ基板２８の加熱は、７
１ｏ熱ブロツク３０によって昇温し六原料ガスの熱伝導
によってなされておシ、特別カ基板加熱用の治具はない
。ガスの温度と基板温度をそれぞれ独立に制御する必要
がある場合は、第２図の例に示すように、基板ウェハ２
８の裏側に基板加熱ヒーター３４を設ければよい。第２
図は、堆積基板２８と加熱ブロック３０、及び加熱ヒー
ター３４等の配置関係を示しておシ、図に示した部分以
外は第１図と同一である。

次に、かかるＣＶＤ装置を用いて、アルミニウムの選択
成長を行った例を、第３図を用いて説明する。

ＣＶＤを行うに先立って、初めに第３図（ａ）に示すよ
うにシリコン基板４１の上にシリコン酸化膜４２を形成
する。シリコン基板４１はここではＰ型（１００）５−
のものを用いているが、面方位や比抵抗は他のものを用
いても本質的な差異はない。また、シリコン激化膜４２
は本実施例ではシリコンを熱酸化して形成したが、他の
形成法、例えば気相成長法やスパッタ法で堆積したもの
でも良い。更にリンやボロンを添加したシリコン酸化膜
あるいはシリコン窒化膜等の他の材料であっても、いわ
ゆる絶縁性の薄膜であれば本発明の効果に基本的な差異
はない。

次に第３図［有］）に示すように、公知のホ）　ＩＪソ
グラフイ技術を用いたレジストマスクパターン形成とエ
ツチング技術を用いてスルーホール４３を形成する。こ
の工程におけるリングラフィ技術やシリコン酸化膜４２
のエツチング技術にはいくつかの方法が知られておシ、
どのような方法を用いても良いが、シリコン酸化膜４２
のエツチングにガスプラズマを用いたいわゆるドラづエ
ツチングを行った場合には開口したシリコン表面に、観
察するのに困難な極めて僅かの重合膜や変質層が形成さ
れるととがある。このような僅かの表面状態の変化が後
のアルミニウム堆積工程で大きな影響を及ぼすので十分
な配慮が必要である。また、ドライエツチングで危く通
常の緩衝弗酸液によるクエットエッチングを用いて清浄
力シリコン表面を得た場合にも、エツチングマスクとし
て用いたレジストパターンを除去する工程や単純な時間
経過等によってシリコン表面に薄い自然散化膜や他の汚
染が発生する◎第３図伽）に示す自然酸化膜層４４は、
以上に述べた自然酸化膜や変質汚染層を総称したもので
ある。

このような自然酸化膜層４４を除去するために、第３図
（ｃ）に示すように、アルミニウム堆積直前に、シリコ
ン表面清浄化のための前処理が必要である。

本工程の主たる目的は、シリコン表面に形成された自然
酸化膜層４４を除去し、次工程の選択的なアルミニウム
堆積の再現性を確保すると同時に、連続かつ平滑で良質
なアルミニウム膜を得ることにある。通常の前処理は、
例えば１．５％の希弗酸水溶液中に１０秒から数分程度
浸せきしてシリコン酸化膜を軽くエツチングすることに
よって、シリコン開口部に疎水性を確認したのち、数分
から十数分間純水で洗浄して乾燥するだけでよい・自然
酸化膜４４のエツチング速度は弗酸の濃度が高いほど大
きいので、濃度が高い場合には疎水性を得るまでの時間
が短くなる。しかし、開口部以外のシリコン讃化膜４２
の表面もエツチングされるので、エツチング条件はそれ
ぞれの場合に応じて適当に選ぶ必要がある。

また、水洗時間が長くなると再びシリコン表面に酸化膜
が形成され、浸水性を示すようになるので、このようＫ
なる前に水洗を終了する。自然酸化膜４４をエツチング
しても疎水性が得られない場合、または疎水性が得られ
てもアルミニウムを堆積したときに、正常な堆積条件に
おいても平滑で連続膜になりにくい場合がある。これは
前述したドライエツチングその他によって、シリコン表
面に汚染や損傷が発生したときに見られるものである。

このような場合には、スルーホール４３を開口したのち
、例えば９００℃前後の酸素雰囲気中でシリコン表面ｆ
：酸化するなどの方法で、開口部に数１ＯＡから数１０
ＯＡのシリコン酸化膜を形成し、ついでこの酸化膜を希
弗酸液等を用いて除去して疎水性を得ることにより、良
好なアルミニウム膜を形成する事ができる。

自然酸化膜４４を除去する方法としては上記以外に、ア
ルミニウム堆積室に設置してからアルゴンやフレオンイ
オンを用いて低エネルギーでエツチングする方法も有効
である。例えば、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ＣＹｃｌ
ｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）法の場合、フレオン
ガス中で加速電圧５００■程度で数分間の処理を行うこ
とにより良好なアルミニウム膜が堆積された。

以上の処理を行ったウエノ）基板４Ｔを第１図に示した
ＣＶＤ装置にセットしてアルミニウムの堆積を行うが、
ウェハ基鈑４７をセットする前に１ＣＶＤ装置では次の
準備が必要である。初めに、原料室２３、堆積室２１、
及びウエノ・出し入れ室２２を予め十分真空排気し、原
料室２３内にトリインブチルアルミニウムの液体３５を
導入し、攪はんモーター３３で温度を均一に保ちながら
所定温度に加熱する。トリイソブチルアルミニウムは加
熱の無い案温においても、十分高い蒸気圧を有している
が、加熱することに依ってよシ効率的に蒸気を発生させ
ることができる。しかしながら、加熱温度が５０℃を越
えると、蒸気圧の低いジイソブチルアルミニウムハライ
ドに変化し易くなることが知られておシ、それほど高温
にすることはできない。とこでは主として４５℃に設定
した。

原料ガスの供給能力に関しては、原料室２３の形状は直
径約１０ｃｒｎ、高さ約２２ｃＩｎの円筒状であり、こ
の程度の液温と表面積であれば原料ガスの蒸発速度は十
分に高く、従って、数１０　ｃｃ／ｍ１ｎ程度の常用の
ガス消費時においてもほぼ原料ガスに近い蒸気圧を保つ
ことができる。また、原料室２３が円筒状であることか
ら原料ガスの量が変わっても液の表面積は変化せず、蒸
発速度は常に一定となる。従って原料ガスのｆｆ、ｆｋ
は、円筒管の側百に開けられたオリフィスのコンダクタ
ンスヲ変えることによシ、はぼ圧力を一定としたままで
変えることが出来る。以上に述べた原料室２３の加熱と
平行して、堆積土２１内の加熱ブロック３０も昇温し、
一定温度となるように制御する。

以上の準備作業の後、第３図（ｃ）に示す前記の前処理
を行ったウェハ基板４７（第１図の２８に相当）をウェ
ハ出し入れ室２２にセットし、十分に排気する。引き就
いてフェノ・基板４７（２８）を堆積室２３に移動し、
ウェハ基板４７（２８）の被堆積面を加熱ブロック３０
に対向した状態で数分間保持することに依って、フェノ
・基板４７（２８）の温度をほぼ定常状態にする。この
とき、ウェア１周辺にアルゴンの様な不活性ガスを流す
ことによ）、ウェハ基板４７　（２８）　　をよシ効果
的に加熱することができる。

引き続いて、原料室２３と堆積室２１との間のバルブ２
５を開いて原料ガスを堆積室２１に導入し、アルミニウ
ムの堆積を開始する。なお、バルブ２５を開けた直後に
堆積室２１の圧力が大きく変動しないように１パルプ２
５を開くまでの運車な時間、原料室２３内を堆積中と同
程度の流量で排気しておくことが望ましい。所定の堆積
時間経過の後、原料室２３と堆積室２１との間のバルブ
を閉じて堆積を終了する。以上に記した操作を行うこと
によって、第３図（ｄ）に示すようにシリコン基板の開
口部４３にのみ選択的にアルミニウム４５を堆積する事
ができる。

シリコン酸化膜４２上には堆積せず、開口部４３のシリ
コン上にのみ選択的に平滑性に優れたアルミニウム４５
を堆積するためＫは膜堆積条件を注意深く選ぶ必要があ
る。特にウェハ基板４７（２８）と加熱ブロック３０と
の間隔りと加熱ブロック３０の温度とはＩＬ要なパラメ
ータである。

ガス流量をおよそ２０〜３０　ｃｃ／ｍ１ｎｓ円筒管３
１内部の原料ガスの圧力を０，５Ｔｏｒｒ１堆積室２１
の圧力を約０．０５　Ｔｏｒｒとし、ウェハ基板４γ（
２８）と力ロ熱ブロック３Ｇとの間隔Ｄ＝５ｎ皿とした
場合、加熱ブロック温度的３００℃　以上でシリコン上
にアルミニウムが堆積されるようＫなり、３４０℃以上
になると、ウニ八周辺部のシリコン上に堆積されたアル
ミニウム膜が中央部のそれよシも厚くなるような膜写分
布が生じた。更に高い温度では、シリコン酸化膜４２上
にも島状のアルミニウム核が形成され始め、シリコンと
シリコン酸化膜の区別なく無選択に堆積されるようＫな
る。

基板温度が約３００〜３３０℃の範囲では、膜厚５００
〜１００ＯＡ以上のアルミニウムの表面は亀の甲状の結
晶粒を呈し、平滑で侵れた膜質となることが明らかとな
った。加熱ブロック３０の温度を３１０℃としたときの
アルミニウムの金属組織写真を第４因に示す。第１１図
に示したような従来のＣＶＤで形成したアルミニウムは
小さな結晶粒の集まυであり、凹凸が大きく、また結晶
粒間に部分的に隙間が見られた。これに対し本発明を用
いた場合には、第４図から分かるように結晶粒径が５〜
１０μｍ程度と大きく平滑な表面となっており、結晶粒
界に隙間はない。

Ｄ＝８ｍｍとした場合には、３３０℃以上で堆積され始
め、３６０℃以上では不均一と々つた。

約３３０〜３５０℃において第４図に示されたような優
れた膜質が得られた。Ｄ＜２ｍｍｔたはＤ〉１５ｍｍで
は亀の甲状の良質な膜を得る事は困難であり、従来と同
様の凹凸のある膜となった。上記の温度範囲及びＤの値
はガスの流量によって変化し、流量が大きい場合には加
熱ブロック３０の温度を高くする必要があった。

これ壜で、ＣｖＤによるアルミニウムの堆積に関して幾
つかの報告が成されているが（ただし選択成長ではない
）、堆積された膜の表面状態はいずれも第Ｕ図に近く、
本実施例のように大きくかつ平滑な結晶構造は得られで
いない。このように優れた膜質になる理由の１つは、堆
積直前で基板の温度よシも高い温度でガスの加熱を行っ
ているためと考えられる。

従来のＣＶＤ法における堆積基板の加熱法は大きく２つ
に分類される。ホットウォール型は、堆積基板が設置さ
れる石英管全体をヒーターによって加熱するもので、こ
の場合、原料ガスは管内を流れている間に石英管と同一
温度に加熱されることになる。従って、ホットウォール
型ではガス温度は基板温度Ｑてほぼ等しい。一方、コー
ルドウオール型では、基板ホルダーのみが７１１１熱さ
れ、堆積基板は基板ホルダー上に密層して固定すること
によって加熱される。従ってコールドウオール型では、
加熱基板上に基板よりも低い温度のガスが導入されるこ
とになる。

これらの従来のＣＶＤ法に対し、本実施例においては、
加熱ブロック３０によってまず原料ガスが加熱され、更
にこのガスによって堆積基板２８が加熱される。従って
、原料ガスの温度が基板温度よシも高いことが本実施例
の第１の基本的な特徴である。

本実施例において、堆積時のウニ／Ｓ基板温度を熱電対
を用いて測定した結果、原料ガスを流して堆積を開始す
ると同時に基板温度が上昇し、１〜２分程度でほぼ一定
の温度になることが明らかとなった。原料ガスを流す前
に予めアルゴン等の不活性ガスを流した場合には、より
早く定常温度になる。

第５図は堆積開始１０分後のウエノ）基板温度の測定結
果である。堆積条件は、円筒管３１内部の原料ガスの圧
力Ｑ、５ＴＯｒｒ、堆積呈２１の圧力的０．０５Ｔｏｒ
ｒの標準的なものとした。同図によると、ウェハ基板２
８と加熱ブロック３０との距離りが５ｍｍと８ｍｍとで
は差がほとんど見られず、また、測定温度範囲ではウエ
ノ・基板２８の温度と加熱ブロック３０の温度とは直線
的な関係にあることが分かる。両者の温度差はおよそ７
０℃である。Ｄが変わっても基板温度に差がないのは、
ウェハ基板２８が原料輸送用の円筒管３１と加熱ブロッ
ク３０とに囲まれ、密閉雰囲気に置かれている為と考え
られる。円筒管３１と加熱ブロック３０とが離れた状態
でも、膜質の優れたアルミニウムの堆積が可能であるが
、この場合には、加熱ブロック３Ｇの温度範囲が異なっ
てくる。但し、堆積室２１自体の容量を小さくして可変
型パルプ２６を用いて流量を制御すれば、密閉に近い雰
囲気となシ上記の条件とほぼ同一にすることもできる。

本実施例では、Ｄ＝５ｍｍのときには加熱ブロックの温
度が３１０℃で充分に堆積が進行しているが、第５図に
よればこの時のウニＩ・基板温度は約２４０℃である。

ところが、加熱ブロック３０を用いない従来のコールド
ウオール型のＣＶＤ法を用いた場合には、基板温度２４
０℃ではその他の条件を同一にしても、堆積はほとんど
進行しなかった。従来釜のＣＶＤで同程展の堆積速度を
得るためには２７０℃の基板加熱が必要であり、本発明
を用いることによｐ１基板温度をおよそ３０℃程度低く
出来ることが分かる。

原料ガスは加熱ブロック３０で高温に加熱されて活性化
され、分解しやすい状態で、よシ低温の基板２８上に到
達する。基板に到達した原料ガスがどのような過程でア
ルミニウムに分解するかを知ることは難しいが、この様
な状態では基板２８上のアルミニウムは通常のＣＶＤに
比べて、かなシ過飽和になっていることが考えられる。

この場合には、核成長理論によれば、クラスター生成の
際の体積エネルギー変化が犬きくなり　、（３）　、　
（４）式からも明らかなように、安定核生成の活性化エ
ネルギーＧ゛は小さくなシ、臨界核の数密度ｎ°は高く
なる。従って、核同士が合体する時の核の平均の半径が
小さくなって、凹凸の少ない平滑な膜が形成されること
になる。

本発明においては上記以外にも、他のＣＶＤと比較して
次のような重要な特長を有する。ホットウォール型では
、堆積雰囲気全体が基板温度と同一の温度に加熱されて
いるため、堆積室の壁面全体で反応が生じ、原料ガスが
無駄に消費される。

しかも、壁面付層物の定期的な清浄化が必要となり、装
置の保守が面倒となる。本発明では、原料ガスは低温の
まま堆８を室２１に導入され、堆積基板２８の近傍に到
達して初めて高温に加熱される。

この場合のガスの消費は、堆積基板２８上と加熱ブロッ
ク３０表面のみで生ずる。これらの加熱部分の面積はホ
ットウォール型と比較して極めて小さく、原料ガスの消
費防止および装置保守側れにおいても優れている。

本発明の他の特長として、基板温度に対してガス温度を
十分高くできることから、通常のＣＶＤでは分解が進行
しにくい原料ガスの場合でも堆積が可能となることがあ
げられる。即ち、加熱ブロック３０において原料ガスを
高温に加熱することによりガス自身を活性化させるかあ
るいは反応しやすい物質に変換する。これによシ、低温
の基板２８上における分解反応を促進させる効果が得ら
れ、基板温度を低くしたまま薄膜の堆積が可能となる。

本実施例において原料ガスとして用いたトリイソブチル
アルミニウムは、５０℃以上で蒸気圧の低いジインブチ
ルアルミニウムハライドに分解する。このため、ガスの
輸送経路において１００〜２００℃に加熱すると凝縮し
て液化し、堆積基板２８への原料ガスの充分な供給が出
来なくなる。

本実施例においては、原料ガスは堆積基板２８の直前ま
では５０℃程度と低温の！ま供給されており、高温に加
熱された加熱ブロック３０表面近傍で初めて高温の堆積
温度にまで加熱される。従って、原料ガスの輸送経路に
おける液化は防止されることになる。

また、加熱ブロック３０のすぐ近くに堆積基板２８の表
側が対面しており、堆積基板２８の裏側では比較的低温
の原料ガスが接触している一方で、７１０熱ブロツク３
０に対面した表側には′ｕＪ＠に加熱されたガスが入射
する。実際上、堆積基板２８の裏側には、標準的な堆積
条件においてはアルミニウムは堆積されない。ウェハ自
身の温度は表裏でそれほど差がないことから、本堆積法
においてはガス加熱によって反応が促進されておシ、ガ
ス加熱が極めて重要であるととが理解できる。

さらに、加熱ブロック３０近傍に導入されたトリインブ
チルアルミニウムは加熱されて蒸気圧の低いジイソブチ
ルアルミニウムハライドに変わシ、しかもそのすぐ近く
に低温の基板ウェハ２８が設置されている。従って、ウ
ェハ表面では極めて過飽和の状態になっており、本実施
例で平滑性の高い良質なアルミニウム膜が形成される要
因の１つとなっている。

本実施例によれば、原料ガス自身が加熱ブロック３０に
よって所定温度に加熱され、更に堆積基板２８がガスに
よって加熱されていることから、通常のコールドウオー
ル型のＣＶＤ法に比べて、膜堆積の再現性及び均一性が
著しく改善された。

また、本実施例においては、力０熱ブロック３０で消費
されない余剰の加熱ガスによってウニ八基板２８土に堆
積が進行する。従って、加熱ブロック３０の表面の材質
として例えばシリコンやアルミニウム等のようにアルミ
ニウムが堆積されやすいものを用いるか、あるいはシリ
コン酸化膜等のように堆積されにくいものとするかで堆
積基板２Ｂに堆積されるアルミニウムの量が異なってく
る。

例えば１加熱ブロツク３０の表面がシリコン及びシリコ
ン酸化膜のパターンで構成されておシ、堆積基板２８が
シリコンウェハである場合には、アルミニウムをシリコ
ンウェハ２８全面に堆積することなく、加熱ブロック３
０表面上のシリコン酸化膜パターンに対面している部分
にのみアルミニウムを堆積することも可能であった。

従って、原料ガスの消費効率の観点からは、加熱ブロッ
ク３０表面の材質はアルミニウムのｊ［が起とシ雛いも
の、例えば、二酸化シリコンや二酸化チタン、五酸化タ
ンタル、酸化モリブデン、五酸化バナジウム等の表面自
由エネルギーの低い材料であったほうが好ましい。ただ
し、このような材質であっても、一旦アルミニウムが堆
積されるト、ソの後はアルミニウムの堆積が進行し、ガ
ス消費を防止する効果はない。本実施例では、加熱ブロ
ック３０表面の材質としてアルミニウムを用いているが
、通常の堆積においてはガス消費効率の問題はない。

アルミニウム堆積の様子は加熱ブロック温度や基板温度
以外の堆積条件、即ち原料ガスの流量や圧力によっても
変化する。

ガスの圧力は、前記のように、原料室２３の温度を室温
から約５０℃の範囲内で変えることによって制御するこ
とができる。本実施例の場合、上記の原料室２３の温度
範囲における圧力の制御範囲、約０．２　Ｔｏｒｒ　〜
２　Ｔｏｒｒの何れにおいても選択成長が可能であった
。圧力が０．２Ｔｏｒｒ以下ではほとんど堆積は進行せ
ず、圧力の上昇とともに堆積速度はやや大きくなる傾向
を示した。

原料ガスの流量に関しては、流量が一定であっても、ウ
エノ・表面におけるガスの流速が堆積室２１の構造に大
きく影響されるため、装置依存性が大きく、−船釣に取
り扱うことが困難である。本実施例で用いた標準的な流
量としては２０〜３０ｃｃ／ｍ　ｉ　ｎ程度以下でおれ
ば、膜堆積の状態にそれほど大きな影響はみられなかっ
た。しかし、流量が大きくなるとウエノ・表面における
ガスの温度が低下し、アルミニウムの堆積が起こシ難く
なる傾向がみられた。例えば、流量を大きくした時には
、標準的な流量の場合より基板温度を２０〜３０℃高く
しないと堆積しない場合があった。ガス流量が小さい場
合にはこのような現象は見られず、極端な場合、排気を
止め、原料室２３に接続された堆積室２１を密閉した状
態においても、十分な膜厚のアルミニウム堆積が可能で
あった。ただし、この場合には、トリインプチルアルミ
ニウムノ分解反応によシ発生するインブチレンと水素ガ
スによシ、堆積室２１内の圧力が時間と共に上昇してし
まう。

代表的な堆積争件である、加熱ブロック３０と堆積基板
２８との間隔Ｄ＝５ｍｍ１加熱ブロック温度３１０℃、
圧力０．５Ｔｏｒｒで、微細な開口部４３に堆積したア
ルミニウムの金属組織写真を第６図に示す。同図から平
滑なアルミニウム表面が得られていることがわかる。マ
タ、アルミニウムはシリコン開口部にのみ選択的に堆積
されており、シリコン酸化膜上には全く成長していない
ことが分かる。シリコン酸化膜の厚さは５０００Ａであ
り、シリコン上には、これと同程度のアルミニウムが堆
積されている。第７図は堆積されたアルミニウムの抵抗
率の膜厚依存性を示している。膜厚が１０００Ａ程度以
上では２．９０のとバルクに近い抵抗率が得られておシ
、また５００Ａと薄くても導電性を示し、連続的なアル
ミニウム膜となっていることが分かる。

第３図（ｅ）は、シリコン開口部４３にシリコン酸化膜
４２と同じ厚さのアルミニウム４５を選択的に堆積した
後、通常のスパッタ法を用いてアルミニウム膜４６を全
面に堆積した状態を示している。

同図はまた、更にパターン形成を行って、アルミニウム
配線ハターンを形成した状態のシリコン開口部の断面形
状をも示している。

本実施例ではシリコン酸化膜４２に開口した基板シリコ
ン４１上のスルーホール４３をアルミニウムで埋める例
を示したが、シリコン酸化膜４２とシリコン基板４１と
の組み合わせ以外に他の材料でも同様な事ができる。半
導体集積回路のアルミニウム配線では、絶Ｒ膜の開口部
を介して素子部や下層の配線と接続する場合が多くある
。この時の開口部内の下地材質としては、通常、種々の
不純物を含んだ単結晶または多結晶シリコンあるいは、
アルミニウムである。その他に、チタンやモリブデン、
タングステン、白金などの金属、或は、チタンシリサイ
ド、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、
タンタルシリサイド、白金シリサイドなどのシリサイド
材料、更に窒化チタンや窒化モリブデンなどの化合物が
用いられる場合もある。

特に、下地がシリコンの場合にはアルミニウムとの反応
等によって界面が劣化しやすいので、第８図に示すごと
く、シリコン５１の上に例えばチタン、窒化チタン、チ
タンシリサイドのようなチタン系金属、或はモリブデン
やタングステン、またはそれらのシリサイド、或は白金
シリサイド等からなるバリア層１３を形成した後に、ア
ルミニウム５４を選択成長する方がよい場合がある。

何れの材料も導を性を有する金属または半導体であり、
これらの材料上にはアルミニウムの選択成長が可能であ
る。特に、シリコンに関しては、不純物として、ひ素、
リン、ボロンを固溶度程度まで含むものやこれら不純物
濃度の低い高抵抗の単結晶シリコンと多結晶シリコンに
ついて、アルミニウム堆積が可能でちることが実験的に
確認できた。

また、下地がアルミニウムまたはシリコン入９アルミニ
ウム等のアルミニウム合金の場合には、同一材料である
ことからアルミニウムを堆積できることは言うまでもな
いが、表面に数１０λ以上の厚いアルミナ層が形成され
ることがしばしばあるので、この様な場合にはシリコン
の場合と同様に希弗酸等を用いて軽くエツチングする必
要がある。

一方、半導体集積回路で用いる絶縁膜の材質としては、
シリコン酸化膜が最も多く用いられるが１その他にシリ
コン窒化膜なども用いられている。

シリコン酸化膜には、シリコンを熱酸化して形成したシ
リコン酸化膜や、他の形成法、例えば気相成長法やスパ
ッタ法で堆積したもの、更にリンやポロンを添加したシ
リコン酸化膜等がある。本実施例によるアルミニウムの
選択成長の条件では、これらの絶縁膜上にはアルミニウ
ムは堆積されない。以上に述べたことから、第３図（ｅ
）のごとき開口部に段差がなく平坦なアルミニウム配線
の形成は、半導体集積回路におけるあらゆるスルーホー
ルに対して適用出来るものである。選択成長を用いない
、スパッタや蒸着のみの堆積においては、スルーホール
上シリコン開口部のアルミニウム膜の表面に段差が形成
され、かつ段差下部にマイクはクラックが発生して、断
線等による歩留シ低下や信頼性低下の原因となっていた
。本実施例によれば、スルーホールの段差とほぼ同じ厚
さのアルミニウムを選択的に堆積する事により、半導体
集積回路のスルーホール部が平坦で断線がなく、歩留）
および信頼性の優れたアルミニウム配線を形成する事が
できる。

以上述べたように、加熱ブロック３０を用いたＣＶＤで
は、表面が平滑で結晶粒径が大きいアルミニウム膜を、
再現性、均一性良く、シかも優れた選択性をもって堆積
できるという大きな％徴を有する。このため、スルーホ
ール穴埋めができ、平坦な多層配線が可能となっている
。

以上の実施例では、原料ガスとしてトリイソブチルアル
ミニウムのみについて述べたが、トリメチルアルミニウ
ムやトリエチルアルミニウム等の他のアルミニウムの有
機化合物を原料ガスとして用いても、それらの化学的性
質が良く似ているので多少の堆積条件の相異をもって上
述と同様にしてアルミニウムを基板上に堆積することが
可能である。

「実施例２」 第２の実施例として、原料ガスにトリイソブチルアルミ
ニウムとジシランを用いて、シリコンを含むアルミニウ
ム合金、を堆積した例を示す。

第１の実施例においては純粋なアルミニウムを堆積する
ものである。しかしながら、−船釣な配線材料としては
、シリコンを１〜２％含むアルミニウムが最も多く用い
られている。この第１の理由は、シリコン基板とアルミ
ニウムとの反応によって生ずるｐｎ接合部における接合
リークを防ぐことにアシ、第２の理由は、エレクトロマ
イグレーションによって配線の信頼性が劣化するのを防
止することにある。

第１の実施例のようにアルミニウムの選択成長を配線に
応用する場合、シリコン基板への張シ付は用としては１
ｏｏＯＡ程匿の薄いアルミニウムを用い、また、スルー
ホールの穴埋めに用いるときには、主に上層と下層のア
ルミニウム配線間の接続に用いることから、アルミニウ
ム中にシリコンを含んでいなくても上記反応等の大き壜
問題はない。チタン等のバリア層をはさむことで反応を
防ぐことも可能である。しかし々がら、アルオニウムを
選択成長している間に、同時にシリコンをアルミニウム
膜中に入れることが出来れば、よシ応用範凹を広げるこ
とが出来る。

これまで、アルミニウムのＣＶＤ　　において、シラン
ガスと有機アルミニウムガスとを同時に基板上ニ導いて
シリコン入シアルミニウムを堆積できるとする特許出願
がなされているが（特開昭５５−９１！１９号〕、実際
上、通常の熱ＣＶＤでこのようなことを実現し、半導体
集積回路の製造プロセスで用いることは不可能である。

有機アルミニウムを用いてアルミニウム堆積を行う時の
基板温度は最も高くても４００〜５００℃以下である。

これよシ高い温度では、良質なアルミニウム膜を得るこ
とは困難であり、例え得られたとしてもアルミニウム膜
と下地基板であるシリコン及びシリコン及びシリコン酸
化膜とが反応或は相互拡散してしまい１目的とする構造
が得られない。この状況は、下地基板としてＧａＡｓ等
の他の牛導体を用いた場合にも同様である。一方、シラ
ンの分解温度は最低でも６００℃以上と言われており、
アルミニウムを堆積できる温度範凹ではシランは分解せ
ず、アルミニウムを堆積しながらシリコンをドープする
ことは、不可能であることが分かる。熱以外のエネルギ
ーを用いて原料ガスを分解させるＣＶＤ、例えばプラズ
マＣＶＤや光ＣＶＤを用いれば、シランによってシリコ
ンをドーグしながらアルミニウムを堆積することは可能
となる◇しかしながら、このようなＣＶＤにおいては前
述したような欠点があり、ＣＶＤの特長を半減させる結
果となる。

本発明を用いれば、トリインブチルアルミニウムのよう
々有機アルミニウムとシランガスとを原料として、シリ
コンの入ったアルミニウム膜を有効に堆積することが出
来る。例えば、第２図に示す装置を用い、加熱ブロック
３０の温度を６００℃程度、基板温度を２５０℃程度と
すれば、シランの分解と同時に基板との反応のない状態
でのアルミニウム膜の堆積が可能となる。しかしながら
、シランの分子温度とアルミニウムの堆積温度とが犬舎
く離れていることから、均一性の良好か堆積条件を得る
ことは難しい。そこで、シランの代わシにジシランを用
いるととＫよって、この櫟な問題が解決され、シリコン
を含むアルミニウム膜が容易に堆積できるようになる。

第２図に示す装置に於て、加熱ブロック３０と基板ウェ
ハ２Ｂとの間隔りを８ｍｍとし、加熱ブロック３０の温
度を３５０℃とした。ジシランを３　Ｑ　ｃｃ／Ｈ１Ｈ
流し、トリイソブチルアルミニウムの流量等、他の条件
は、第１の実施例と同様にした。但し、堆積室２１のガ
スの圧力は２つのガスの分圧の和となるため、ｏ、８Ｔ
ｏｒｒとやや高めとなった。この条件におけるアルミニ
ウム中のシリコンの濃度は、約２％であった。実験の結
果、ジシランのみを導入しトリインブチルアルミニュウ
ムをまったく流さない場合、ジシランを分解させて基板
上にシリコンを堆積するためには、加熱ブロック３０の
温度をおよそ４００℃以上にする必要があった。ところ
が、ジシランとトリイソブチルアルミニウムとを同時に
流した場合には、よシ低温でもアルミニウム膜中にシリ
コンが入シ、約３５０℃以上でパーセントオーダーのシ
リコンが含まれることが明かとなった。加熱ブロック３
０の温度を高くすると、ジシランの分解が促進されて、
アルミニウム中のシリコンの濃度は急激に増加する。従
って、シリコンの濃度は、加熱ブロック３０の温度また
はジシランの流量によって、自由に変えることが出来る
。

以上に示したように、加熱ブロックを用いたＣＶＤにお
いてトリイソブチルアルミニウムとジシランを原料ガス
に用いることによシ、任意の量のシリコンを含むアルミ
ニウムを堆積することが可能となる。

本実施例では、シリコンの入ったアルミニウムを選択成
長するものであるが、選択成長でなく、下地基板の材質
に関係なく全面に堆積することも可能である。この様な
非遇択戊長の方法はいくつかある。例えば、加熱ブロッ
ク３０の温度を３８０℃程度と高くシ、ジシランの流量
を小さくする事で、シ＋ｊコンを含むアルミニウムを全
面に堆積することが出来る。但し、この方法では膜厚の
均一性を得ることがやや難しい。他の方法として、予め
、４００℃程度と加熱ブロック＠度の高い状態でジシラ
ンのみを流し、全面に薄いシリコンを堆積する。ついで
上述の第１または、第２の実施例のような標準的な選択
成長の条件でアルミニウムを堆積する。選択成長では、
シリコン上のみにアルミニウムが堆積されるが、表面全
体がシリコンで覆われているため、ここではアルミニウ
ムは全面に堆積される。この場合には、均一性、膜質と
もに優れたものが得られる。また、アルミニウムの下ニ
堆積されたシリコンは、アルミニウム堆積中或はその後
の熱処理に於てアルミニウム膜中に拡散することから、
アルミニウム堆積時にシリコンをいれなくてもよい。同
様な意味で、予め、チタン等のｎ膜を堆積してからアル
ミニウムを堆積してもよい。

「実施例３」 第９図は本発明を用いて、ＭＯ３ＬＳＩ　のゲート電極
とソース、ドレーン上に選択的にアルミニウムを堆積し
、低抵抗化を図った例である。第９図は主要な製作工程
の流れを示しておシ、本発明に直接影響しない部分は省
略しである。

はじめに第９図（ａ）に示すように、シリコン酸化膜を
用いて形成された素子間分離領域１２を有するｐ呈シリ
コン基板７１を用意し、更に能動素子となるべき領域に
ゲート酸化膜７３を形成する。

次に第９図ら）　、　（ｃ）に示すようにリンをドープ
した多結晶シリコン薄膜Ｔ４を堆積し、リングラフィ技
術とエツチング技術を用いて上記薄膜を加工してゲート
電極７５を形成する。多結晶シリコンの不純物は、用途
に応じてリン以外にひ素やボロン等であってもよい。

続いて第９図（ｄ）に示すように、ゲート電極Ｔ５周囲
を酸化して多結晶シリコン酸化膜７６を形成し、ゲート
電極７５をマスクとしてソース、ドレーン７Ｔ形成のた
めのイオン注入を行う。イオン環としては、通常、ｎチ
ャネル素子の場合はひ素またはリン、ｐチャネル素子で
はボロンが用いられる。このあと、注入イオン活性化の
ための熱処理を行ない、減圧ＣＶＤ法を用いてシリコン
酸化膜７８を堆積する。

このシリコン酸化膜７８はゲート電極７５の側面部に厚
く形成されるので、方向性を有するドライエツチングを
用いることによシ、第９図（ｆ）に示すように、ゲート
電極７５の側面にサイドウオール７９を形成する事がで
きる。シリコン酸化膜７８は、ゲート電極７５側面に厚
く形成される絶縁膜であれば、本来側でもあっても良く
、リフローしたＰＳＧ　−？　ＢＰＳＧ％或は軽くバイ
アスを印加してスパッタしたいわゆるバイアススパッタ
シリコン酸化膜、さらにシリコン窒化膜等であってもよ
い。

このめと第９図（ロ）に示すように、シリコンｆが露出
したゲート電也７５上とソース、トレーｙＴＴ上に、ア
ルミニウム８０を選択成長する。アルミニウム堆積に先
立って、自然酸化膜層の除去の九めの前処理を行う。こ
の前処理としては、ドライエツチングを行なった後であ
るので、一旦８００〜９００℃程夏で１００Ａ前後のシ
リコン酸化膜を形成し、次に希弗酸液によシエッチング
して、清浄なシリコン表面を露出させるのが良い。アル
ミニウム堆積は、第１図に示された装置を用い、Ｄ−”
５ｍｍ、加熱ブロック温度３１０℃、原料ガスの圧力０
．５Ｔｏｒｒの標準的な条件で行い、堆積時間約１０分
で膜厚約１００ＯＡのアルミニウムを形成した。

次に第９図（ｈ）に示すように、層間絶縁膜８１を堆積
し、公知のリングラフィ技術とエツチング技術を用いて
２ルーホール８２を開ける。このあと−船釣には、スパ
ッタ法等を用いてアルミニウム膜を堆積して配線を形成
するが、ここでは、第９図（ｉ）に示すように、本発明
による選択成長アルミニウム膜８３を用いて、スルーホ
ールを埋める。

アルミニウム堆積前の前処理としては希弗酸液によるエ
ツチングのみを行い、第９図（支））の場合と同一の方
法を用いて堆くする。堆積膜厚をスルーホールの深さと
同一の５０００又とすることによって、スルーホール内
を確実に埋め込み、平坦な表面を得ることができる。

このあとスパッタ法等を用いて全面にアルミニウム膜を
堆積し、公知のリングラフィ技術とエツチング技術を用
いて、第９図（ｊ）に示すようなアルミニウム配線８４
を完成する。

なお１このときにスパッタ法を用いず、本発明によるＣ
ＶＤを用いて全面にアルミニウムを堆積してもよい。例
えば、選択的にアルミニウムを堆積してスルーホール８
２内を埋め込んだのち、引き続いて非選択成長の条件で
全面にアルミニウムを堆積することが出来る。非選択成
長の方法は、加熱ブロック３０の温度を高くする方法や
、全面にシリコン等を堆積したのち、アルミニウムを堆
積する方法などがある。

以上に述べたように、本実施例では、選択成長アルミニ
ウムを多結晶シリコンとソース、ドレーンに張シ付けて
ゲート電極配線を低抵抗化し、更にスルーホールの穴埋
めに用いて平坦化を実現しておシ、異なる２つの目的に
利用している。

特に、張シ付は技術に応用した場合には、アルミニウム
の抵抗率が２．９μΩ俤とバルクに近いことから、タン
グステンやシリサイドを張り付ける場合と比較して、１
桁から２桁程度の低抵抗化が可能でおる。

また、ソース、ドレーンへの張シ付けの場合には、アル
ミニウムの膜厚が大きいと、アルミニウムが晶板シリコ
ンと反応し、接合リーク等の障害を引き起こすが、本実
施例のようにアルミニウム膜厚がｌ０ＱＯＡ　８度以下
の場合には、１１とんど問題とならない。

また、もし必要な場合には、第８図に示すようにソース
、ドレーン上または多結晶シリコンゲート′ＩＥ極上に
バリア層を張シ付けてから、アルミニウムの選択成長を
行ってもよい。このバリア層の厚さは、例えば１００Ａ
から１００ＯＡのオーダーでよい。この程腹の厚さのバ
リア層の抵抗は、選択成長アルミニウムの抵抗に比べて
数倍から１桁以上高く、アルミニウムを張シ付けること
によってはじめて、十分に低い抵抗とすることが出来る
。

「実施例４」 第１０図は本発明を、バイポーラＬＳＩ　　の電極引出
し、及び多結晶シリコンを用いた抵抗体形成に応用した
例である。

第１０図（ａ）はシリコン基板１０１　中にｎｐｎ　ト
ランジスタを形成し、更にその上に多結晶シリコン電極
パターンを形成した状態を示している。すなわち、１０
２は集子間分離酸化膜、１０３はｎ＋埋め込み層、１０
４はコレクタ、１０５はベース、この状態のシリコン基
板１０１　　の表面は、多結晶シリコン電極パターン１
０７　とそれらを分離するシリコン酸化膜１０８、及び
抵抗体となるべき錨晶シリコン領域上に形成された抵抗
体形成用マスク１０９　とから構成されている。このマ
スク１０９の材質は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜
等の絶縁物が用いられる。

この状態で第１０図（′ｂ）に示すように、露出した多
結晶シリコン上に、アルミニウム１１０　を選択成長す
る。アルミニウム堆積に先立って、自然酸化膜層の除去
のための前処理を行うが、との場合にはドライエツチン
グを行なった後であるので、一旦８００〜９００℃程度
で１００Ａ前後のシリコン酸化膜を形成し、次に希弗酸
液によシエッチングして、清浄なシリコン表面を露出さ
せるのが良い。アルミニウム堆積は、第１図に示された
装置を用いＳＤ＝５ｍｍ、加熱ブロック温度３１０℃、
原料ガスの圧力０．５Ｔｏｒｒの標準的な条件で行い、
堆積時間約１０分で膜厚約１００ＯＡのアルミニウムを
形成した。このアルミニウム１１０によシ、多結晶シリ
コン電極パターンが低抵抗化されると同時に、抵抗体形
成用マスク１０９の下の多結晶シリコンが、セルファラ
イン的に寸法の定まった多結晶シリコン抵抗体１１１　
となる。

次に第１Ｏ図（Ｃ）に示すように、層間絶縁膜１１２を
堆積し、公知のリングラフィ技術とエツチング技術を用
いてスルーホール１１３を開ける。このあと−船釣には
、スパッタ法等を用いてアルミニウム膜を堆積して配線
を形成するが、ここでは、第１０図（ｄ）に示すように
、本発明による第２の選択成長アルミニウム１１１１４
を用いて、スルーホールを埋める。アルミニウム堆積前
の前処理としては希弗酸液によるエツチングのみを行い
、第１Ｏ図（ｂ）の場合と同一の方法を用いて堆積する
。堆積膜厚をスルーホールの深さと同一の膜厚とするこ
とによって、スルーホール内を確実に埋め込み、平坦な
表面を得ることができる。

このあとスパッタ法等を用いて全面にアルミニウム膜を
堆積し、公知のリングラフィ技術トエッテング技術を用
いて、第１０図（，３）に示すようなアルミニウム配線
１１５を完成する。

以上に述べたように、本実施例では、選択成長アルミニ
ウムを多結晶シリコン電極に張）付けて低抵抗化すると
ともに、同時に抵抗体の形成にも利用している。更に、
スルーホールの穴埋めＫｌｓ選択成長アルミニウムを用
いて平坦化を実現している。

特に、張り付は技術に応用した場合には、アルミニウム
の抵抗率が２．９μΩＧとバルクに近いことから、タン
グステンやシリサイドを張シ付ける場合と比較して、１
桁から２桁程度の低抵抗化が可能である。アルミニウム
の膜厚が大きいと、アルミニウムが多結晶シリコンと反
応し、素子特性の劣化が生ずるが、本実施例のようにア
ルミニウム膜厚が１００ＯＡ程度以下の場合には、はと
んど問題となら力い。

また、もし必要な場合には、第３図に示すように多結晶
シリコン電衡上にバリア層を張υ付けてから、アルミニ
ウムの選択成長を行ってもよい。

このバリア層の厚さは、例えば１００Ａから１０００λ
のオーダーでよい。このｔｉ度の厚さのバリア層の抵抗
は、選択成長アルミニウムの抵抗に比べて数倍から１桁
以上高く、アルミニウムを張υ付けることによってはじ
めて、十分に低い抵抗とすることが出来る。

「実施例５」 これまでの実施例では、本発明をアルミニウムの堆積に
応用したものであるが、アルミニウム以外の金属や半導
体の気相成長においても有効である。

例えばタングステンやモリブデンの堆積、特に選択成長
については、本発明を用いることによって、平滑で良質
表膜の堆積が可能となる。タングステンの場合、原料ガ
スとして六弗化タングステン、キャリアガスとして水素
、ヘリウム、或はアルゴン等を用いる。

堆積装置としては、第１図に示したものを使用し、ｏ＝
３−〜１０ｍｍ、加熱ブロック３０の温度を３００〜７
００℃、またトータルガス圧を０．１〜５　Ｔｏｒｒに
可変し九。タングステンの選択成長は、成長の初期段階
ではシリコン還元反応によるが、膜厚が厚くなると水素
還元反応によって進行する。

従って、厚い膜厚を堆積するためには、キャリアガスと
して水素を用いる必要がある。

代表的な堆積条件は、例えば、Ｄ＝５ｍｍｓ加熱ブロッ
ク温度４５０℃、トータルガス圧０．５　Ｔｏｒｒ。

六弗化タングステンの分圧０．０５　Ｔｏｒｒであった
。

使用目的によっては、タングステンを選択的に堆積する
場合や、逆にウェハ全面に非選択的に堆積する場合があ
る。選択性の程度は原料ガスの吸着エネルギー或は、過
飽和度に基づく核発生の活性化エネルギーに依存する。

従って、第２図に示す装置を用いて基板２Ｂの温度と加
熱ブロック３０の温度とを任意に選ぶことによって高選
択の膜を堆積したシ、全面に堆積したシすることが可能
である。

モリブデンについては、原料ガスとして六弗化モリブデ
ンを用いる以外、タングステンの場合とほぼ同様な条件
で堆積が可能できる。また、他の原料ガスとして、五塩
化モリブデン等を用いてもよい。

タングステンシリサイドやモリブデンシリサイド等のシ
リサイドの堆積は、上記の純粋金属の堆積条件において
シランガスを混入すればよい。

多結晶シリコンについては、原料ガスにシランガス等を
用いて、加熱ブロック３０の温度を７００〜１１００℃
にして堆積できる。アモルファスシリコンを堆積する場
合は、加熱ブロックの温度を更に低くしたほうが望まし
い。必要な場合には、原料ガスとして、ジシランを用い
れば、４００℃でも堆積が可能である。アモルファスシ
リコンの用途として一般には太陽電池などが多く用いら
れるが、このような用途においては膜中に多量の水素を
含むことが望ましい。本発明においては、基板温度を低
く抑える事ができ、水素の含有量の多い良好な特注のア
モルファスシリコンを堆積することが出来る。

以上のように、アルミニウムのみならず、あらゆる金属
や半導体薄膜の堆積に本発明を適用することにより、平
滑性の優れた薄膜を実現することが可能となる。また、
薄膜形成の用途に応じて、選択性を高くすることや、或
は逆に選択性を低くして、全面に堆積するなどの制御が
容易になる。

更に、水素含有量を多くするなどの目的にも適用が可能
である。

〔発ＢＡの効果〕

以上説明したように、本発明の化学的気相成長法によれ
ば、堆積基板と加熱ブロックとを近接して配置し、堆積
基板の被堆積面を加熱ブロックに対面させて気相成長さ
せるので、原料ガスの温夏が基板温度よシも常に高い状
態で膜堆積が進行する。そのため、表面凹凸の小さい平
滑な薄膜を再現性、均一性良く堆積することができる。

また、薄膜堆積時の基板温度を低く抑えることができ、
薄膜の選択成長における選択性が改善されると共に、膜
堆積時における膜や下地基板での拡散や反応を軽減する
ことができる。さらに、反応温度の異なる２つ以上の原
料ガスを用いて、組成等の膜質制御性良く合金薄膜を堆
積することができる。

また、本発明の化学的気相成長装置によれば、本発明の
化学的気相成長法を容易に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるＣＶＤ装置の概略図、
第２図は基板の裏側に加熱ヒーターを有する本発明の一
実施例であるＣＶＤ装置の一部を示す概略図、第３図は
本発明の一実施例を示す工程図、第４図は本発明による
ＣＶＤ法を用いてシリコン基板上に堆積したアルミニウ
ムの金属組織写真、第５図は第３図の実施例における加
熱ブロックの温度とウニ八基板温度との関係を示−ｊ特
性図、第６図は微細なスルーホールに選択的に堆積され
たアルミニウムの金属組織写真、第７図は本発明を用い
て堆積したアルミニウム膜の抵抗率の膜厚依存性を示す
特性図、第８図はバリア層上にアルミニウムを選択成長
した場合のスルーホールの断面図、第９図は本発明の他
実施例を示す工程図、第１０図は本発明のさらに他の実
施例を示す工程図、第１１図は従来のＣＶＤ法を用いて
シリコン基板上に堆積したアルミニウムの金属組織写真
である。 ２１・・・−堆積室、２２・◆・・ウェハ出し入れ室、
２３φ・・・原料室、２４．２５令−・・パルプ、２６
−−・・可変型バルブ、２７・・・・基板ホルダー、２
８Φ・・・基板ウェハ、２９・１１拳・ヒーター、３０
・・・・加熱ブロック、３１・・・・円筒管、３２・・
・・オリフィス、３３・・・・攪ハンモーター、３４・
・・・基板加熱ヒーター、４１・・・・シリコン基板、
４２−・・・シリコンｉ化Ｌ　４３・・・・スルーホー
ル、４４・命・・自然陵化膜層、４５・・・・選択成長
アルミニウム、４６・・・・スパッタアルミニウムＬ５
１・壷轡・シリコン基板、５２・・・・シリコン酸化！
、５３−・・・バリアｉ〜　５４・・・・選択成長アル
ミニウム、５５・・・・スパッタアルミニウムＭ、７１
−・ｅ・シリコン基板、Ｔ２・・・・素子間分離領域、
Ｔ３・・・・ゲート酸化膜、７４・・・・多結晶シリコ
ン薄膜、７５・・Φ番ゲート電極、７６・・・・多結晶
シリコン酸化膜、７７＠・・・ソース、ドレーン、７８
・・・−シリコン酸化膜、Ｔ９・・・・サイドウオール
、８０・・・ψ第１の選択成長アルミニウム、８１・・
ｅｅ層間絶縁Ｌ８２・・・・スルーホール、８３・・・
・第２の選択成長アルミニウム、８４１１０Φ・アルミ
ニウム配線、１０１　・・ψ・シリコン基板、１０２・
・・・素子間分離、１ｏ３・・・・Ｎ＋埋め込’）／１
．１０４　　・働・・コレクタ、１０５　−・・・ベー
ス、１０６１１−・・エミッタ、１０Ｔ・・・・多結晶
シリコン′成極パターン、１０８　・会・・シリコン酸
化膜、１０９　・・Φ・抵抗体形成用マスク、１１０　
−・・・第１の選択成長アルミニウム、１１１　・・・
・多結晶シリコン抵抗体、１１２・・・・ＩＷＪ間Ｐ間
膜縁膜１３・・・・スルーホール１１４・争・ψ第２の
選択成長アルミニウム、１１５−・拳・アルミニウム配
線。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱ブロックに基板の被膜堆積面を近接して対向
   させ、原料ガスを前記加熱ブロックと前記基板の被膜堆
   積面との間に導入することにより前記基板の被膜堆積面
   に薄膜を堆積することを特徴とする化学的気相成長法。
2. （２）原料ガスがすくなくともアルミニウムの有機化合
   物を含むガスである特許請求の範囲第１項記載の化学的
   気相成長法。
3. （３）原料ガスが六弗化タングステン、六弗化モリブデ
   ン、六弗化タングステン若しくは六弗化モリブデンとシ
   ランガスとの混合ガス、五塩化モリブデン、シランガス
   またはジシランガスを含むガスである特許請求の範囲第
   １項記載の化学的気相成長法。
4. （４）表面の一部が金属または半導体であり他の表面部
   分が絶縁体である基板の表面を加熱ブロックに近接して
   対向させ、金属の有機化合物を含む原料ガスを前記加熱
   ブロックと前記基板表面との間に導入することにより前
   記基板表面の金属または半導体上にのみ選択的に金属薄
   膜を堆積することを特徴とする化学的気相成長法。
5. （５）原料ガスがすくなくともアルミニウムの有機化合
   物を含むガスである特許請求の範囲第４項記載の化学的
   気相成長法。
6. （６）原料ガスが六弗化タングステン、六弗化モリブデ
   ン、六弗化タングステン若しくは六弗化モリブデンとシ
   ランガスとの混合ガスを含むガスである特許請求の範囲
   第４項記載の化学的気相成長法。
7. （７）加熱ブロックと、基板の被膜堆積面が前記加熱ブ
   ロックに近接して対向するように該基板を保持する基板
   ホルダーとを堆積室内に備えたことを特徴とする化学的
   気相成長装置。
8. （８）基板ホルダーが、基板裏面を加熱するための基板
   加熱ヒーターを備えている特許請求の範囲第７項記載の
   化学的気相成長装置。