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

利用活性氢等离子体选择性激发有机金属选择性生长Al的研究

• 批准号: 02214203
• 负责人: 坪内 和夫
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1990
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1990 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-02214203/
• 关键词: プラズマ; 超LSI; 配線; Al; CVD; 選択成長; 有機金属; 平坦化

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。

Ultra-LSI technology has been developed for miniaturization, high speed and high density. The minimum size of the wire is required to ensure high reliability of the wire. The technology of Al film quality improvement is necessary for high quality Al alignment. We have developed a selective excitation CVD method for organic metal TMA[Al_2(CH_3)_6] and water, electron temperature and electron density, and selective deposition of Al on the surface of conductive substrates. This year, raw materials include H, CH_3-based and small amounts of DMAH[(CH_3)_2AlH], which are used for selective growth of crystalline Al, and selective/non-selective growth of DMAH [(CH_3)_2AlH]. <(1) Single crystal Al selective growth>__Crystallization, surface properties, excellent Al reaction tube pressure 1.2 Torr, substrate temperature 270℃. Al film contains carbon and acid impurities, and the resistance of Al film is 3μΩcm. Thermal CVD is a selective deposition of Al on a Si substrate with a pore diameter of about 0.8μm and a depth of about 1μm. Al and Si substrate orientation relationship,(100)Al/(111)Si,(111)Al/(100)Si. The new development was confirmed by a microscope and a crystal. In this study, a method for Al deposition on the surface of non-conductive substrates such as SiO_2 and SiO_2 was developed. H_2 and DMAH are in a state of being heated, produced, and stopped by thermal CVD. Al accumulation on SiO_2 is necessary. Power is 0.04 ~ 0.4W/cm^3. Time is more than 10 seconds. In addition, the non-conductive surface layer is formed by thermal CVD. A very simple method, an initial selection/non-selection stacking system, and a possibility. Al-selected growth and non-selected growth are realized in the process of continuous growth, complete planarization and accumulation. The relationship between free electrons on the surface of the substrate and the surface electrochemical reaction between free electrons on the surface of the substrate and the surface of free electrons on the surface of the substrate is discussed. The above research project is carried out along with the development of high-signal Al wiring deposition technology for ultra-LSI.

项目成果

N.Suzuki,K.Masu,K.Tsubouchi and N.Mikoshiba,: "Planarized Deposition of High Quality Silicon Dioxide Film by Photoassisted plasma CVD at 300℃ Using Tetraethyl Orthsilicate," Jpn.J.Appl.Phys.29. L2341-L2344 (1990)

N.Suzuki、K.Masu、K.Tsubouchi 和 N.Mikoshiba，“使用原硅酸四乙酯在 300℃ 下通过光辅助等离子体 CVD 平坦化沉积高质量二氧化硅薄膜”，Jpn.J.Appl.Phys.29-。 L2344 (1990)

益 一哉、坪内 和夫、俣野 達哉、樋浦 洋平、御子柴宣夫、: "DMAHとH_2を用いた選択/非選択Al CVD法によるビアホ-ル完全平坦化堆積" 電子情報通信学会技術研究報告. SDM90ー77. 7-12 (1990)

Kazuya Masu、Kazuo Tsubouchi、Tatsuya Matano、Yohei Hiura、Nobuo Mikoshiba：“使用 DMAH 和 H_2 通过选择性/非选择性 Al CVD 方法完全平坦化通孔” IEICE 技术报告。

坪内 和夫、: "超微細完全平坦化多層配線技術" 日本学術振興会 将来加工技術第136委員会 第2部会 (方向性組織生成技術) 第8会研究会資料. 7-12 (1990)

Kazuo Tsubouchi：“超精细、完全扁平化的多层布线技术”日本学术振兴会第136届未来加工技术委员会第2小组委员会（定向结构生成技术）第8研究组材料7-12（1990）。

K.Tsubouchi,K.Masu,N.Shigeeda,T.Matano,Y.Hiura,S.Matsumoto,T.Asaba,T.Marui,and T.Kajikawa.: "Selective and Nonselective Deposition of Aluminum by LPCVD Using DMAH and Microregion Obsevation of Single Crystal Aluminum with Scanning μーRHEED Microscope," 199

K. Tsubouchi、K. Masu、N. Shigeeda、T. Matano、Y. Hiura、S. Matsumoto、T. Asaba、T. Marui 和 T. Kajikawa。：“使用 DMAH 和 T. 通过 LPCVD 进行选择性和非选择性沉积铝用扫描 μーRHEED 显微镜观察单晶铝的微区域，”199

俣野 達哉、益 一哉、坪内 和夫、御子柴 宣夫: "選択/非選択Al CVD技術によるビアホ-ル完全平坦化堆積" 平成2年秋季 第51回応用物理学学術講演会. 27a-E-5 (1990)

Tatsuya Matano、Kazuya Masu、Kazuo Tsubouchi、Nobuo Mikoshiba：“通过选择性/非选择性 Al CVD 技术完全平坦化沉积通孔”第 51 届应用物理学术会议，1990 年秋季。27a-E-5 (1990)