反応性水素プラズマによる選択励起有機金属を用いたAl選択成長の研究

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超LSIは、微細化により高速化、高密度化を実現してきた。最小寸法がサブミクロン以下になるに従って、高信頼性確保のため配線金属Alへの要求は、ますます厳しくなっている。高信頼Al配線には、ビアホ-ルを完全に平坦化して堆積する技術とAl膜の膜質向上が必要である。我々は、原料ガスに有機金属TMA[Al_2(CH_3)_6]と水素を用いて、電子温度、電子密度を制御した水素プラズマでTMAを表面で反応し易いAl(CH_3)_2やAl(CH_3)に選択的に励起する「選択励起プラズマビ-ムCVD法」を開発し、高純度Al堆積、導電性基板表面上への選択堆積を実現してきた。本年度は、原料ガスにHを含み、且つCH_3基の数の少ないDMAH[(CH_3)_2AlH]を用いた単結晶Al選択成長、及びプラズマを用いた選択/非選択成長制御によるビアホ-ル完全平坦化堆積を実現した。<(1)単結晶Al選択成長>___ー結晶性、表面モルフォルジ-ともに優れたAlは反応管圧力1.2Torr、基板温度270℃の時得られた。Al膜中には炭素、酸素不純物は含まれず、Al膜の抵抗率は3μΩcmであった。熱CVDでは、AlはSi基板上のみに選択的に堆積し、孔径約0.8μm、深さ約1μmのビアホ-ルを完全にAlで埋め込むことができた。Alをビアホ-ル深さ以上に意識的にoverーgrowthさせたところ、overーgrowth部分は単結晶を端的に示す結晶面が現れ、AlとSi基板の方位関係は、(100)Al/(111)Si、(111)Al/(100)Siであった。また、新たに開発した走査形μーRHEED顕微鏡でも、選択成長Alが単結晶であることを確認した。<(2)プラズマを用いた選択/非選択成長制御によるビアホ-ル完全平坦化>___ー本研究では、SiO_2等の非導電性基板表面上にAlを堆積する方法として、プラズマを用いる方法を見い出した。水素雰囲気中でウエハを加熱し、H_2とDMAHを流した状態でプラズマを発生させ、プラズマを停止後、DMAHとH_2による熱CVD法でAlを堆積させるという手法である。SiO_2上へAlを堆積させるために必要なプラズマ電力は、0.04〜0.4W/cm^3、印加時間は10秒以上である。プラズマ印加時に非導電性表面全体に、Alの積薄層もしくは核が形成され、この極薄層または核を基にして、その後熱CVD法でAlが堆積する。プラズマを用いた非常に簡単な方法で、初めて選択/非選択堆積制御することが可能となった。Al選択成長と非選択成長を連続的に行い、サブミクロンビアホ-ルの完全平坦化堆積を実現した。さらに、Al選択成長メカニズムとして、基板表面の自由電子の関与した表面電気化学反応による表面タ-ミネ-ト水素原子が遺伝的に伝達するモデルを提案した。以上、研究計画に沿って研究を遂行し、サブミクロン超LSI用高信頼Al配線堆積技術を開発した。