有機金属用弱励起プラズマによるAl CVDの表面反応制御の研究

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将来のディープサブミクロンルール超LSIでは、微細化とともに表面の凹凸が激しくなる。粒子運動をともなう物理的堆積法であるスパッタ法やバイアススパッタ法では、配線金属Alの段差被覆性を維持できなくなり、且つサブミクロンのコンタクト穴への穴埋め成膜が非常に困難になることが判明している。現在、これらの欠点を克服する技術として原子や分子の基板表面への吸着と表面反応による化学的堆積法であるCVD技術の開発が必要となっている。しかし、現在の技術のレベルでは、表面モルフォロジーや密着性等の膜質がスパッタ法よりも劣っている点もあり、早急にCVD Al膜の膜質改善を行なうことが最重要課題となっている。我々は、原料ガス分子の均一な吸着と表面反応による高品質薄膜形成を実現するため、気相励起と表面反応を分離し、独立に制御するHybrid-Excitation CVD技術を開発し、Al成膜を行ってきた。原料ガスには、有機金属トリメチルアルミニウム(TMA)と水素を用いて、気相励起にはウェハ位置から離れたプラズマを用いている。本研究では、以下2点について研究を行い、CVD Al薄膜の表面モルフォルジー、抵抗率、結晶性等の膜質を超LSI配線金属としての実用化レベルまで引き上げる。(1)プラズマパラメータと有機金属の励起・分解状態の関係を明らかにし、有機金属の励起・分解の制御法を確立して、表面モルフォロジーの改善を行なう。(2)励起・分解状態の異なる分子を用いて、基板の種類や表面処理の違いによる選択成長の制御を行う。昭和63年度では、有機金属の励起・分解制御に関して、電子密度を制御することにより、H_2/RF放電プラズマにおいてTMAをAl(CH_3)_2やAl(CH_3)の励起種へ選択的に励起・分解する技術を開発した。また、選択的に励起された有機金属を用いるとAl薄膜の表面モルフォロジーが改善された。更に、基板の種類によって成膜の選択性のでる励起種が明らかになりつつある。以上述べたように研究は研究計画に沿って進んでおり、次年度以降の研究の見通しは立っている。