使用烷基铝氢化物形成以铝作为主成份的金属沉积膜的方法技术

一种形成金属膜的方法，包括以下步骤：在空间中安置供形成膜所用的基片；向该空间中引入烷基铝氢化物气体及氢气；以及直接加热该基片而在该基片上形成含主成分为铝的金属膜。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种形成金属沉积膜的方法，特别是涉及形成适于优先用作半导体集成电路器件等物的线路的金属沉积膜的方法。对现有技术中的半导体所采用的电子器件或集成电路中的电极或导线而言，主要采用铝(Al)或含硅的铝(Al-Si)等。这是因为铝的价格便宜、有高的导电率，并且在其表面上还形成致密的氧化物膜，借助该氧化物膜使铝具有很多优点，例如其内部可得到化学防护而使之稳定，其与Si的粘附性能良好等。而近年来诸如LSI等的集成电路的集成程度提高，并且特别是要求形成精细的线路和多层线路。于是对线路提出了迄今为止尚未遇到的更为严峻的要求。例如，在诸如4百万位或1千6百万位等的高效能的RAM中，其内部必须沉积如Al等金属的孔(通路孔)的高径比(孔深孔径)为1.0或更大。该孔本身的直径为1微米或更小，所以还需求能在具有更大高径比的孔中沉积Al的技术。此外，为使所涉及的半导体集成电路器件在商业上获得成功，该技术必须能以低成本成批生产。在本领域中，溅射法，气相法-如通过采用三甲基铝等作为形成如铝膜的CVD法等都是已知的。特别是对热CVD(化学气相沉积)法已作了各种研究。例如，已经应用了这样的方法在该法中分散在载气中的有机铝被携往被加热的表面上，然后该气体分子在该表面上热分解而形成一层膜。又如在“Journal of Electrochemical Society Vol.131，P.2175(1984)”中所述，通过采用三异丁基铝(i-C4H9)3Al(TIBA)，在260°的成膜温度、0.5托的反应管压下进行成膜，结果形成3.4μΩ.cm的膜。然而按照这种方法，由于分步涂覆和电迁移等原因，Al的表面平滑度很差，而且也得不到高质量的膜。此外，孔中的Al也不致密。日本专利公开No.63-33569揭示了一种在基片附近加热有机Al而成膜的方法。按照此法，可以CVD法将Al选择性地沉积在已被清除掉天然氧化膜的基片的金属或半导体表面上。该文献进一步叙述了在这些孔覆以Al之后再以溅射法将Al沉积在该氧化物膜上。然而，也是按照此法，由于作为主要前提的孔内的Al的表面光洁度不够，结果使得按CVD法形成的Al膜的按溅射法形成的Al膜间的界面电接触不良而引起电阻升高。作为这种方法的改进例是通过“2nd Symposium of Electro-chemical Society，Branch of Japan(July 7th，1989)P.75”叙述的双层壁CVD法，该法可通过采用TIBA气使Al选择性地仅在金属或半导体上生长。然而困难的是难于精确控制气体温度和基片表面温度间的温差，并且必须加热气瓶(bomb)和线路，这就造成了装置结构复杂化的缺点。更重要的是如果这一切得不到控制，则形成金属沉积膜的装置会复杂化，并且不得不采用晶片处理方式，而在这种方式中，仅能用一种沉积工序在晶片上进行沉积，此外，以500埃/分的沉积速度只得到质量不良的膜，而且以这样的最高沉积速度也不能构成成批生产所需的生产能力。此外，除非制成某种厚度，那么即使按照此法得到的膜也不会形成均匀连续的膜。从而证实了这种方法是不能令人满意的并且是不适于成批生产的，这是由于膜的平整度不佳，Al选择性生长时的选择性不能保持足够长的时间等原因而使得其重现性很差。再者，当采用一种形成金属膜的装置时，为进行成膜操作或保养，要将各种用于成膜的或用于清洁反应室的气体引入该室中，以进行所需的处理。当成膜连续进行时，虽然完成了这类处理，但即使在只带有少量的来源于有机铝原料的碳等物的CVD法中，还是担心有除碳之外的其它杂质被裹带于该界面中等问题。这个问题可能会成为使批量生产的半导体器件产率突然下降的原因。如上所述，按照现有技术的CVD法，对于以低成本成批生产半导体集成电路器件十分必要的沉积速度和生产能力方面的改进均不能令人满意，而且还存在不能使高质量的Al的选择性生长能够达到，但由于平整度、纯度和分层复盖(step coverage)接触孔中致密Al形成等原因，使问题仍然存在，因此重现性还是很差。这样，对更高集成度的改进而言，尚有充份可改进的余地。本专利技术的目的是改进上述技术问题并提供一种形成金属膜的方法，以该法即使不用复杂而昂贵的沉积膜形成装置，也能以良好的重现性、高的沉积速度和高的生产率得到金属膜。本专利技术的另一目的是提供一种能在大高径比的孔中形成金属膜的方法。本专利技术的再一个目的是提供一种可形成作为半导体器件的电极和线路材料是极为优越的金属膜的方法，之所以如此是由于通过在孔内按具有优越选择性的成膜方法沉积高质量的金属，然后再按非选择性成膜法在包括隔离膜表面在内的全部表面上沉积该金属，从而改善了首先沉积于该孔内的、导电性和平整度优越的金属与此后沉积的金属膜之间的接触，这样一来就具有低的电阻率，并且对于电迁移而言也是稳固的。本专利技术的再一个目的是提供一咱即使成膜装置长期重复使用后也基本不带入杂质的成膜方法。为达到这些目的，本专利技术包括下列步骤将基片置于用来成膜的空间中;将烷基铝氢化物气体及氢气引入该空间中;然后直接加热该基片以在其表面上形成以铝为主成份的金属膜。当然，如果需要，在成膜时通过将含Si之类元素的气体一起引入就可形成诸如Al-Si等以Al为主成份的金属膜。在本专利技术中，通过在选择性沉积铝时直接加热该基片，就可以超出人们期待的沉积速度形成具有优越膜特性的金属膜。根据本专利技术，由于采用如灯之类的直接加热法，则通过促使将氢原子供于电子给体的表面上，而同时保持可靠的选择性就可使沉积速度得以改善。沉积速度的改善不仅提高了生产能力，而且即使在杂质容易被带入金属膜的恶劣条件下，也能产生防止杂质带入的效果。因此膜的质量和生产能力均能同时改善，借此可在制备半导体器件的领域内显示出令人注目的效果。裹带杂质的问题也可用具有所谓多室的金属膜形成装置来改善，在该装置中，将Al膜形成步骤分成选择性沉积和非选择性沉积两个步骤，而两步骤的各反应室又彼此相连在一起，以便连续进行上述的两个步骤。为达到上述目的，本专利技术具有下列步骤将基片置于第一成膜室中;将烷基铝氢化物气体和氢气引入该第一成膜室中;加热基片以便在其表面上形成铝膜;然后在隔绝外界空气的条件下将该基片移入紧邻第一成膜室设置的第二成膜室中，以便能连续地隔绝外界空气及按气相法在该表面形成金属膜。选择性地沉积于接触孔之中的Al成为一种优质单晶材料，从而形成表面平整度极好的致密薄膜。进而，通过将该基片连续穿过成膜室而又不暴露在外界空气中，则可连续地进行选择性/非选择性沉积。在进行选择性沉积时，基于在低温下的DMAH和H2气的表面反应，使Al选择性地沉积于接触孔中。由于这种Al是有极好选择性的高质量Al膜，为将其应用作为半导体器件的线路材料，所以必须要再在隔离层上非选择性地形成一层金属膜，借此能构成多层线路。这样，沉积于接触孔中的Al膜就是表面平整度极好的单晶。由于隔离膜表面包括这种单晶的表面，所以即使当可能以溅射法或CVD法形成诸如Al之类的金属膜时，也能保持在这样形成的Al膜和选择性沉积在接触孔中的Al膜间的良好接触，借此可以得到比电阻小的Al膜。为达到上述目的，本专利技术还包括下列步骤将基片置于第一成膜室中;将烷基铝氢化物气体、含硅元素的气体和氢气引入本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成金属膜的方法，它包括如下步骤：　　在空间内安置供形成膜用的基片；　　向所述空间中引入烷基铝氢化物气体和氢气；以及　　直接加热所述基片以在所述基片表面上形成含有为主要成份的铝的金属膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松本繁幸，池田敦，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]