DE19702388A1

DE19702388A1 - Forming aluminium@ plug by selective chemical vapour deposition

Info

Publication number: DE19702388A1
Application number: DE19702388A
Authority: DE
Inventors: Shi-Chung Sun; Hien-Tien Chiu; Ming-Hsing Tsai
Original assignee: United Microelectronics Corp
Current assignee: United Microelectronics Corp
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2017-01-24
Also published as: JPH1012737A; GB2320129A; FR2750249A1; NL1004841A1; NL1004841C2; FR2750249B1; GB2320129B; DE19702388C2; GB9625172D0

Abstract

An improved method of fabricating an aluminum plug using a selective chemical vapor deposition (CVD) procedure. A semiconductor component is first formed in a substrate having an insulating layer formed over the surface thereof. The insulating layer has a contact opening formed therein that exposes a conductive region of the semiconductor component. Then, a vacuum thermal annealing treatment is performed on the device substrate. Dimethylethylamine alane (DMEAA) is used as a precursor for then depositing an aluminum layer over the surface of the substrate, using a CVD procedure performed at a substrate temperature not exceeding 250 {C, for fabricating an aluminum plug in the contact opening. The aluminum plug is selectively deposited over the surface of the exposed conductive region, while relatively not deposited over the surface of the insulating layer.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention

Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein Metallisierungs verfahren für die Fertigung von integrierten Halbleiter schaltkreisen (ICs). Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fertigung eines Aluminiumstopfens für ICs, wobei eine thermische Vakuumglühbehandlung vor einem chemischen Dampfabscheidungs(CVD)-Verfahren durchgeführt wird, was zu einer verbesserten Abscheidungsselektivität führt.The invention relates generally to a metallization process for the production of integrated semiconductors circuits (ICs). In particular, the invention relates a method of manufacturing an aluminum plug for ICs, where a thermal vacuum annealing treatment before chemical vapor deposition (CVD) processes performed becomes what leads to improved deposition selectivity leads.

Description of the prior art

Das Sputtern ist eine Technik, welche verbreitet bei der Fertigung von Halbleiter-IC-Bauteilen verwendet wird um Aluminium abzuscheiden, um Schaltverbindungen bei den Bau teilschaltkreisen zu bilden. Aufgrund der Tatsache, daß das Sputtern ein physikalisches Dampfabscheidungs(PVD)-Verfah ren ist, welches zu einer im allgemeinen schlechten Stufen abdeckung (step coverage) führt, verglichen mit der, die durch ein CVD-Verfahren zur Verfügung gestellt wird, ist es nicht für eine IC-Fertigung im Submikron-Bereich geeignet. Wenn das Sputtern bei Fabrikationsverfahren von Bauteilen im Submikron-Bereich verwendet würde, würden sich uner wünschte Ergebnisse einstellen, wie z. B. eine schlechte Gleichförmigkeit bei der Dicke und Hohlräume in der abge schiedenen Aluminiumschicht. Insbesondere, wenn Vertiefun gen, wie beispielsweise Löcher in dem Bauteilsubstrat, einen kleinen Querschnitt aufweisen und tief sind, könnte die Metallisierung bis herunter auf den Boden des vertief ten Bereichs nicht wirkungsvoll erreicht werden. In einer solchen Situation würde die elektrische Verbindung zu dem darunter liegenden leitenden Bereich unvollständig sein oder ganz fehlen.Sputtering is a technique that is common in the Manufacturing of semiconductor IC components is used around Deposit aluminum to build circuit connections to form subcircuits. Due to the fact that Sputtering a physical vapor deposition (PVD) process ren which is to a generally poor level step coverage leads compared to that is made available through a CVD process, it is not suitable for IC production in the submicron range. When sputtering in component manufacturing processes would be used in the submicron range, would be unsatisfactory set desired results, such as B. a bad one Uniformity in thickness and cavities in the abge different aluminum layer. Especially when deepening conditions, such as holes in the component substrate, have a small cross-section and are deep the metallization deepened down to the bottom of the th area cannot be reached effectively. In a such situation would be the electrical connection to the underlying managerial area may be incomplete or completely missing.

Um einen Hintergrund für die Beschreibung der Erfindung zur Verfügung zu stellen, wird mit Bezug auf Fig. 1 der beglei tenden Zeichnung kurz eine Aluminiumabscheidungsschicht untersucht, welche durch ein herkömmliches Sputterverfahren gebildet wurde. Im wesentlichen wird ein Substrat 10 als die Grundlage zur Fertigung von Halbleiterkomponenten für ein IC-Bauteil verwendet. Zu Zwecken der Klarheit ist das vollständige IC-Bauteil nicht gezeigt. Statt dessen ist nur ein Teil des leitenden Bereichs 12, wie z. B. eine Metall- oder eine Metallsilicid-Schicht der beispielhaften Halblei terkomponente, schematisch in der Zeichnung gezeigt. Eine Isolationsschicht 14, wie z. B. eine thermische Silicium dioxidschicht, eine Borphosphosilicatglas (BPSG) -Schicht oder eine Tetraethoxysilan(TEOS)-Schicht, ist auf der Ober fläche des Substrates 10 gebildet. Photolithographie- und Ätzverfahren werden dann angewendet, um eine Kontaktöffnung 16 in der Isolationsschicht 14 zu bilden, wobei der leiten de Bereich 12 der Halbleiterkomponente, welche gefertigt wird, exponiert wird. Dann wird ein Sputterverfahren durch geführt, um eine Aluminiumschicht 18 über der Isolations schicht 14 abzuscheiden, wobei der Raum innerhalb der Kon taktöffnung 16 aufgefüllt wird und mit dem leitenden Bereich 12 verbunden wird, wodurch die Schaltverbindung für die gefertigte Halbleiterkomponente gebildet wird.To provide a background for the description of the invention, an aluminum deposition layer formed by a conventional sputtering method is briefly examined with reference to FIG. 1 of the accompanying drawing. Essentially, a substrate 10 is used as the basis for manufacturing semiconductor components for an IC component. The complete IC component is not shown for clarity. Instead, only part of the conductive region 12 , such as. B. a metal or a metal silicide layer of the exemplary semiconductor component, shown schematically in the drawing. An insulation layer 14 , such as. B. a thermal silicon dioxide layer, a boron phosphosilicate glass (BPSG) layer or a tetraethoxysilane (TEOS) layer is formed on the upper surface of the substrate 10 . Photolithography and etching processes are then used to form a contact opening 16 in the insulation layer 14 , with the conductive region 12 of the semiconductor component being manufactured being exposed. Then, a sputtering process is carried out to deposit an aluminum layer 18 over the insulation layer 14 , the space within the contact opening 16 being filled up and connected to the conductive region 12 , whereby the circuit connection for the semiconductor component produced is formed.

Wenn jedoch die Merkmalsgröße (feature size) von Halblei terbauteilen verringert wird, wird dieses herkömmliche Metallsputterverfahren zur Bildung der Metallisierungs schaltverbindung unvermeidbar weniger effektiv. Wenn die Dimensionen der Kontaktöffnung 16 als ein Ergebnis der Ver kleinerung des Bauteils vermindert werden, leidet die abge schiedene Aluminiumschicht 18 unter verschlechterten Stu fenabdeckungsbedingungen wie auch unter einer ungleichmäßi gen Schichtdicke. Hohlräume 15 können sogar in der Öffnung 16 erscheinen. All diese Faktoren machen die Leistungsei genschaften des so gefertigten Bauteils weniger steuerbar und oft unannehmbar. Wenn der Raum in der Kontaktöffnung 16 auf ein gewisses Niveau vermindert wird, könnte das gesput terte Metall nicht einmal den Boden des Öffnungsloches überhaupt erreichen.However, if the feature size of semiconductor devices is reduced, this conventional metal sputtering method to form the metallization switching connection is inevitably less effective. If the dimensions of the contact opening 16 are reduced as a result of the reduction in size of the component, the deposited aluminum layer 18 suffers from deteriorated stage coverage conditions as well as from an uneven layer thickness. Cavities 15 can even appear in opening 16 . All these factors make the performance characteristics of the component manufactured in this way less controllable and often unacceptable. If the space in the contact opening 16 is reduced to a certain level, the sputtered metal could not even reach the bottom of the opening hole at all.

Um das Problem zu lösen, wird häufig, wie in Fig. 2 gezeigt ist, anstatt die Aluminiumschicht direkt auf der Oberfläche der Isolationsschicht 14 und in der darin gebildeten Kon taktöffnung 16 abzuscheiden, zuerst ein Wolframstopfen 17 durch ein selektives CVD-Verfahren innerhalb der Kontakt öffnung 16 gebildet, gefolgt von einer Abscheidung der Alu miniumschicht auf der Oberfläche der Isolationsschicht 14 unter Verwendung eines herkömmlichen Sputterverfahrens.In order to solve the problem, as shown in FIG. 2, instead of depositing the aluminum layer directly on the surface of the insulation layer 14 and in the contact opening 16 formed therein, a tungsten plug 17 is first of all produced by a selective CVD method within the contact opening 16 is formed, followed by deposition of the aluminum layer on the surface of the insulation layer 14 using a conventional sputtering method.

Jedoch stellt die Fertigung von zusätzlichen Wolframstopfen in Kontaktöffnungen für Halbleiterkomponenten eine Zunahme der Gesamtherstellungskosten dar. Weiterhin ist die Verwen dung eines Wolframstopfens nachteilig, da er eine elektri sche Leitfähigkeit aufweist, die nur ca. einem Drittel von der des Aluminiums entspricht. Somit wurden Anstrengungen im Hinblick auf das Entwickeln von Verfahrenstechniken un ter Verwendung von CVD-Verfahren zur Abscheidung von Alumi nium unternommen, welche für Halbleiterbauteile geeignet sind, die eine Fertigungsauflösung auf dem Niveau von 0,25 µm und weniger zeigen.However, the manufacture of additional tungsten plugs an increase in contact openings for semiconductor components of the total manufacturing costs disadvantage of a tungsten plug, since it has an electri cal conductivity, which is only about a third of corresponds to that of aluminum. So efforts were made with a view to developing process engineering un ter use of CVD processes for the deposition of aluminum nium, which is suitable for semiconductor components that have a production resolution at the level of 0.25 Show µm and less.

Wenn beim Abscheiden von Aluminiumschichten ein CVD-Verfah ren angewendet wird, werden typischerweise Triisobutylalu minium (TIBA) oder Dimethylaluminiumhydrid (DMAH) als die Vorläufer verwendet. TIBA ist schwierig zu verwenden, da es aufgrund seines geringeren Verdampfungsdruckes eine relativ hohe Temperatur (ca. 160 bis 170°C) benötigt, um zu ver dampfen. DMAH andererseits bewirkt ebenfalls, obwohl es aufgrund seines inhärent höheren Verdampfungsdruckes rela tiv leichter zu verdampfen ist, daß die abgeschiedene Alu miniumschicht kohlenstoffhaltige Verunreinigungen aufweist, welche die elektrische Leitfähigkeit der abgeschiedenen Aluminiumschicht vermindern. Das liegt daran, daß DMAH in seiner Molekülstruktur eine starke kovalente Kohlenstoff- Aluminium-Bindung aufweist.If a CVD process is used when depositing aluminum layers Ren is typically used triisobutylalu minium (TIBA) or dimethyl aluminum hydride (DMAH) as the Precursor used. TIBA is difficult to use as it is due to its lower evaporation pressure a relative high temperature (approx. 160 to 170 ° C) is required to ver vaping. DMAH, on the other hand, also does, though due to its inherently higher evaporation pressure rela It is easier to evaporate that the separated aluminum minium layer has carbon-containing impurities, which is the electrical conductivity of the deposited Reduce the aluminum layer. This is because DMAH in its molecular structure has a strong covalent carbon Has aluminum binding.

Gladfelter und M.G. Simmonds von der Universität von Minne sota schlugen ein Verfahren zum Abscheiden von Aluminium unter Verwendung eines CVD-Verfahrens vor, wobei eine Dime thylethylaminalan(DMEAA)-Verbindung als der Vorläufer ver wendet wurde. Da DMEAA, wie in Fig. 3 gezeigt ist, zwischen dem Stickstoff- und dem Aluminiumatom eine koordinative kovalent Bindung aufweist, was eine Bindungsenergielücke kennzeichnet, die kleiner ist als bei herkömmlichen kova lenten Bindungen, ist seine Verdampfungstemperatur bei ca. 90°C relativ geringer. Die resultierende Aluminiumabschei dungsschicht würde so eine viel geringere Konzentration an Verunreinigungen aufweisen. Auf der Grundlage dieser her vorragenden Ergebnisse schlug der gegenwärtige Erfinder in SSDM, S. 634, 1994 wie auch in VMIC, S. 362, 1994 ein DMEAA-verwandtes Fertigungsverfahren für Halbleiterbauteile vor. Die Selektivitätseigenschaften bezüglich verschiedener Substratmaterialien wurden jedoch in diesen Veröffentli chungen nicht untersucht.Gladfelter and MG Simmonds of the University of Minnesota proposed a method of depositing aluminum using a CVD method using a dimethyl ethyl aminalane (DMEAA) compound as the precursor. Since DMEAA, as shown in FIG. 3, has a coordinative covalent bond between the nitrogen and the aluminum atom, which characterizes a binding energy gap that is smaller than in conventional covalent bonds, its evaporation temperature is relatively lower at approx. 90 ° C. . The resulting aluminum deposition layer would thus have a much lower concentration of contaminants. Based on these excellent results, the present inventor proposed in SSDM, p. 634, 1994 as well as in VMIC, p. 362, 1994 a DMEAA-related manufacturing process for semiconductor devices. However, the selectivity properties with respect to various substrate materials have not been examined in these publications.

SUMMARY OF THE INVENTION

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Fertigung einer Schaltverbindung in einem Halbleiter-IC- Bauteil zur Verfügung zu stellen, welches zu einer kontinu ierlichen, zuverlässigen elektrischen Verbindung führt.It is therefore the object of the invention to provide a method for Fabrication of a circuit connection in a semiconductor IC To provide component that leads to a continuous petite, reliable electrical connection.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6. This problem is solved by the features of Claims 1 and 6.

Die Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren der Ferti gung eines Aluminiumstopfens in einem selektiven CVD-Ver fahren zur Verfügung, welches die folgenden Schritte umfaßt. Zuerst wird in einem Substrat, welches auf seiner Oberfläche eine Isolationsschicht aufweist, eine Halblei terkomponente gebildet. Die Isolationsschicht weist eine Kontaktöffnung auf, die einen leitenden Bereich der Halb leiterkomponente exponiert. Dann wird eine thermische Vaku umglühbehandlung mit dem Bauteilsubstrat durchgeführt. Dimethylethylaminalan (DMEAA) wird als ein Vorläufer ver wendet, um eine Aluminiumschicht in einem CVD-Verfahren, das bei einer Substrattemperatur von nicht mehr als 250°C durchgeführt wird, auf der Oberfläche des Substrates abzu scheiden, um in der Kontaktöffnung einen Aluminiumstopfen zu fertigen. Der Aluminiumstopfen wird selektiv auf der Oberfläche des exponierten leitenden Bereichs in der Kon taktöffnung abgeschieden, während er auf der Oberfläche der Isolationsschicht im wesentlichen nicht abgeschieden wird.The invention provides an improved method of ferti aluminum plug in a selective CVD Ver drive available which the following steps includes. First, in a substrate that is on its Surface has an insulation layer, a semi-lead formed component. The insulation layer has one Contact opening on that is a conductive area of the half exposed conductor component. Then a thermal vacuum Umglüh treatment carried out with the component substrate. Dimethylethylaminalan (DMEAA) is used as a precursor applies to an aluminum layer in a CVD process, that at a substrate temperature of no more than 250 ° C is carried out on the surface of the substrate to an aluminum plug in the contact opening to manufacture. The aluminum plug is selective on the Surface of the exposed conductive area in the con clock opening while being deposited on the surface of the Insulation layer is essentially not deposited.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aufgrund der folgenden detaillierten Beschrei bung der bevorzugten aber nicht beschränkenden Ausführungs form. Die Beschreibung erfolgt mit Bezug auf die begleiten de Zeichnung, in welcher:Further advantages and features of the present invention result from the following detailed description Exercise of preferred but not restrictive execution form. The description is made with reference to the accompanying de drawing, in which:

Fig. 1 schematisch einen Querschnitt einer Metallisie rungsschaltverbindung zeigt, welche gefertigt wurde, indem ein herkömmliches Aluminium-Sputter- Abscheidungsverfahren verwendet wurde; Fig. 1 schematically shows a cross section of a metallization circuit connection made using a conventional aluminum sputter deposition process;

Fig. 2 schematisch einen Querschnitt einer Metallisie rungsschaltverbindung zeigt, welche gefertigt wurde, indem ein herkömmliches selektives CVD-Ver fahren zur Abscheidung eines Wolframstopfens ver wendet wurde; Fig. 2 shows schematically a cross section of a metallization circuit connection which has been manufactured by using a conventional selective CVD method for depositing a tungsten plug;

Fig. 3 die Molekülstruktur des Vorläufers DMEAA zeigt, welcher bei einem Fertigungsverfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird; Figure 3 shows the molecular structure of the DMEAA precursor used in a manufacturing process according to a preferred embodiment of the invention;

Fig. 4 die Wachstumsgeschwindigkeit der Aluminiumschicht während des Abscheidungsverfahrens zeigt, welche als eine Funktion der Substrattemperatur graphisch dargestellt ist; Figure 4 shows the growth rate of the aluminum layer during the deposition process, which is plotted as a function of substrate temperature;

Fig. 5 die Reinheit der unter Verwendung eines CVD-Verfah rens gebildeten Aluminiumschicht zeigt, wie sie unter Verwendung eines Auger-Elektronenspektrosko pieverfahrens bestimmt wurde; Fig. 5 shows the purity of the aluminum layer formed using a CVD method as determined using an Auger electron spectroscopy method;

Fig. 6 graphische Darstellungen der Abscheidungsselektivi tät für Aluminium zeigt, das auf verschiedenen Materialien bei verschiedenen Temperaturen unter Verwendung eines CVD-Verfahrens abgeschieden wurde; Fig. 6 shows plots of deposition selectivity for aluminum deposited on different materials at different temperatures using a CVD process;

Fig. 7 einen Vergleich der Abscheidungsselektivität vor und nach einer thermischen Glühbehandlung für Alu minium zeigt, das auf verschiedenen Materialien bei verschiedenen Temperaturen unter Verwendung eines CVD-Verfahrens abgeschieden wurde; und Figure 7 shows a comparison of deposition selectivity before and after a thermal anneal for aluminum deposited on different materials at different temperatures using a CVD process; and

Fig. 8 schematisch einen Querschnitt eines Aluminiumstop fens zeigt, der gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung gefertigt wurde. Fig. 8 shows schematically a cross section of an aluminum stopper, which was manufactured according to a preferred embodiment of the invention.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Ein bevorzugtes Verfahren zur Fertigung von Aluminiumstop fen zur Metallisierung von Halbleiterbauteilen in selekti ven CVD-Verfahren wird mit Bezug auf Fig. 8 der Zeichnung beschrieben. A preferred method for manufacturing aluminum plugs for the metallization of semiconductor components in selective CVD methods is described with reference to FIG. 8 of the drawing.

Zuerst wird ein Substrat 20 als die Grundlage zur Fertigung von Halbleiterkomponenten für ein IC-Bauteil zur Verfügung gestellt. Zu Zwecken der Klarheit wird nur ein Teil des leitenden Bereichs 22, wie z. B. eine Metall- oder eine Silicidschicht der beispielhaften Halbleiterkomponente, schematisch gezeigt. Eine Isolationsschicht 24, wie z. B. eine thermische Oxidschicht oder eine Borphosphosilicat glas(BPSG)-Schicht, wird auf der Oberfläche des Substrats gebildet. Photolithographie- und Ätzverfahren werden dann angewendet, um eine Kontaktöffnung 26 in der Isolati onsschicht 24 zu bilden, wobei der leitende Bereich 22 der Halbleiterkomponente, welche gefertigt wird, exponiert wird.First, a substrate 20 is provided as the basis for manufacturing semiconductor components for an IC device. For the sake of clarity, only a portion of the conductive region 22 , such as e.g. B. a metal or a silicide layer of the exemplary semiconductor component, shown schematically. An insulation layer 24 , such as. B. a thermal oxide layer or a borophosphosilicate glass (BPSG) layer is formed on the surface of the substrate. Photolithography and etching processes are then used to form a contact opening 26 in the insulation layer 24, exposing the conductive region 22 of the semiconductor component being fabricated.

Dann wird mit dem Bauteilwafer in diesem Stadium eine ther mische Vakuumglühbehandlung durchgeführt, indem der Wafer für ca. 30 Minuten auf eine Temperatur von ca. 450°C erwärmt wird. Danach wird DMEAA als ein Vorläufer verwen det, um ein CVD-Verfahren durchzuführen, um eine Aluminium schicht 28 abzuscheiden. Die Substrattemperatur wird so gesteuert, daß sie nicht höher als 250°C ist, um eine aus gezeichnete Abscheidungsselektivität zu erreichen. In ande ren Worten kann Aluminium unter den oben beschriebenen Bedingungen mit hoher Selektivität, nur auf dem leitenden Bereich 22 innerhalb der Kontaktöffnung 26 und nicht auf der Oberfläche der Isolationsschicht 24 abgeschieden wer den. So wird ein Aluminiumstopfen 28 gebildet, welcher eine strukturelle Konfiguration wie jener aufweist, der schema tisch in Fig. 8 dargestellt ist. Dann kann ein herkömmli ches Sputterverfahren folgen, um die Schaltverbindungen über der Isolationsschicht 24 zu bilden. Da die Erfindung nicht auf diese Phase der Fertigung gerichtet ist, werden die nachfolgenden Schritte hierin nicht ausgeführt.A thermal vacuum annealing treatment is then carried out with the component wafer at this stage by heating the wafer to a temperature of about 450 ° C. for about 30 minutes. Thereafter, DMEAA is used as a precursor to perform a CVD process to deposit an aluminum layer 28 . The substrate temperature is controlled so that it is not higher than 250 ° C in order to achieve an excellent deposition selectivity. In other words, aluminum can be deposited with high selectivity under the conditions described above, only on the conductive region 22 within the contact opening 26 and not on the surface of the insulation layer 24 . Thus, an aluminum plug 28 is formed, which has a structural configuration like that shown schematically in FIG. 8. A conventional sputtering process can then follow to form the circuit connections over the insulation layer 24 . Because the invention is not directed to this stage of manufacture, the subsequent steps are not performed herein.

Da das Verfahren der Erfindung zur Fertigung von Aluminium stopfen in einem selektiven CVD-Abscheidungsverfahren DMEAA als einen Vorläufer benutzt, sind somit leichter zu steu ernde Fertigungsbedingungen zur Bildung der Aluminiumab scheidung verfügbar. Dieses beruht - wie oben erwähnt - darauf, daß DMEAA eine koordinative kovalente Bindung zwi schen dem Stickstoff- und dem Aluminiumatom aufweist, wel che sich durch eine Bindungsenergielücke auszeichnet, die kleiner ist als bei herkömmlichen kovalenten Bindungen. Die kleinere Bindungsenergielücke führt zu einem höheren Ver dampfungsdruck, so daß seine Verdampfungstemperatur bei ca. 90°C relativ niedrig liegt. Die resultierenden Aluminium stopfen weisen einen niedrigen Grad an Verunreinigungen auf und zeichnen sich durch elektrische Widerstandseigenschaf ten aus, die vergleichbar sind mit Aluminiumabscheidungen, welche durch herkömmliche Sputterverfahren gebildet wurden.Since the method of the invention for the production of aluminum plug in a selective CVD deposition process DMEAA used as a precursor are therefore easier to control conditions for the formation of aluminum divorce available. As mentioned above, this is based on that DMEAA has a coordinative covalent bond between between the nitrogen and aluminum atoms, wel is characterized by a binding energy gap that is smaller than with conventional covalent bonds. The smaller binding energy gap leads to a higher Ver vaporization pressure, so that its vaporization temperature at approx. 90 ° C is relatively low. The resulting aluminum stoppers have a low level of contamination and are characterized by electrical resistance properties comparable to aluminum deposits, which were formed by conventional sputtering processes.

Die thermische Vakuumglühbehandlung, welche vor der Durch führung des CVD-Verfahrens zur Abscheidung des Aluminiums durchgeführt wird, dient dazu, die Abscheidungsselektivität zwischen der Isolationsschicht und der Leitungsschicht auf der Oberfläche des Substrates deutlich zu verbessern. Auf grund dieser hervorragenden Selektivität ist das Verfahren der Erfindung zur Fertigung von Kontaktstopfen wie z. B. Aluminiumstopfen und insbesondere für Fertigungsverfahren von integrierten Schaltkreisbauteilen geeignet, die einen hohen Integrationsgrad benötigen. Um die Überlegenheit des Verfahrens der Erfindung zu demonstrieren, wurden mehrere Tests und entsprechende Analysen durchgeführt, welche die folgenden Ergebnisse zeigten.The thermal vacuum annealing treatment which takes place before the through Management of the CVD process for the deposition of aluminum is used, the deposition selectivity between the insulation layer and the conduction layer to improve the surface of the substrate significantly. On The process is due to this excellent selectivity the invention for the production of contact plugs such. B. Aluminum plugs and especially for manufacturing processes of integrated circuit components suitable for one need a high degree of integration. To the superiority of the To demonstrate the method of the invention, several Tests and corresponding analyzes carried out which the showed the following results.

In dem ersten Test wurde ein CVD-Verfahren zur Abscheidung von Aluminium durchgeführt, wobei DMEAA als der Vorläufer verwendet wurde. In Fig. 4 ist die Wachstumsgeschwindigkeit der Aluminiumschicht als eine Funktion der Substrattempera tur während des Abscheidungsvorgangs gezeigt. Das Aluminium wurde in zwei CVD-Verfahren unter Verwendung von DMEAA als Vorläufer bei entsprechenden Verfahrensdrucken von 100 und 200 mTorr abgeschieden. Die in Fig. 4 gesammelten und dar gestellten Daten zeigen, daß die Verhältnisse von Wachs tumsgeschwindigkeit/Substrattemperatur bei den zwei ausge wählten Drucken im wesentlichen dieselben waren, wobei die Wachstumsgeschwindigkeit im allgemeinen wuchs, wenn die Substrattemperatur anstieg. Rechenergebnisse zeigen, daß die Aktivierungsenergie der Oberflächenreaktion bei ca. 0,75 eV liegt, was vergleichbar ist mit der Bindungsenergie der Aluminium- und Stickstoffatome in dem Molekül. Dieses zeigt, daß das Aufbrechen der Aluminium-Stickstoff-Bindung der Schlüsselschritt für eine selektive Aluminiumabschei dung unter Verwendung des CVD-Verfahrens mit DMEAA als dem Vorläufer ist. DMEAA ist für diese selektive Aluminiumab scheidung besser geeignet als herkömmliche Vorläufer, da es eine kleinere kovalente Bindungsenergie aufweist.In the first test, a CVD process for aluminum deposition was performed using DMEAA as the precursor. In FIG. 4, the growth rate of the aluminum layer is shown as a function of substrate Tempera ture during the deposition process. The aluminum was deposited in two CVD processes using DMEAA as a precursor at corresponding process pressures of 100 and 200 mTorr. The data collected and presented in Fig. 4 shows that the growth rate / substrate temperature ratios were substantially the same for the two selected pressures, with the growth rate generally increasing as the substrate temperature increased. Calculation results show that the activation energy of the surface reaction is approx. 0.75 eV, which is comparable to the binding energy of the aluminum and nitrogen atoms in the molecule. This shows that breaking the aluminum-nitrogen bond is the key step for selective aluminum deposition using the CVD method with DMEAA as the precursor. DMEAA is more suitable for this selective aluminum deposition than conventional precursors because it has a lower covalent binding energy.

In einem anderen Test war eine Aluminiumschicht, welche unter Verwendung des oben erwähnten CVD-Verfahrens abge schieden wurde, der Gegenstand einer Auger-Elektronenspek troskopie, was zu den entsprechenden Analysedaten führte, die in Fig. 5 gezeigt sind. Im wesentlichen stellt Fig. 5 Daten dar, welche die Reinheit der durch die CVD-Verfahren der Erfindung gebildeten Aluminiumschicht zeigen, wie sie bei der Auger-Elektronenspektroskopie erhalten wurden. Die Auger-Daten zeigen, daß das abgeschiedene Aluminium einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweist, mit seltenen Kohlen stoff- oder Sauerstoffatomverunreinigungen, die in der abgeschiedenen Schicht kaum vorhanden sind. Eine Analyse des Probestückes zeigt, daß die Schicht einen Widerstand von ca. 3.0 µΩ/cm aufweist, was vergleichbar ist zu dem, der bei Schichten gefunden wird, die unter Verwendung der herkömmlichen Sputterabscheidungsverfahren gebildet wurden.In another test, an aluminum layer deposited using the above-mentioned CVD method was subjected to Auger electron spectroscopy, resulting in the corresponding analysis data shown in FIG. 5. In essence, Fig. 5 shows data showing the purity of the aluminum layer formed by the CVD methods of the invention as obtained in Auger electron spectroscopy. The Auger data show that the deposited aluminum has a very high degree of purity, with rare carbon or oxygen atom impurities that are hardly present in the deposited layer. Analysis of the specimen shows that the layer has a resistance of approximately 3.0 µΩ / cm, which is comparable to that found in layers formed using the conventional sputter deposition methods.

Ein dritter Test auf die Aluminiumabscheidungsselektivität wurde für das Verfahren der Erfindung durchgeführt. Für diesen Test wurde Aluminium auf der Oberfläche einer Lei tungsschicht wie auch auf Isolationsschichten aus einer Vielzahl von verschiedenen Materialien bei verschiedenen Verfahrenstemperaturen abgeschieden. Fig. 6 zeigt die Alu miniumabscheidungsselektivität, die für diesen Test aufge zeichnet wurde. Wie in der Zeichnung gezeigt wurden Alumi niumpartikel gemessen, wie sie auf der Oberfläche von vier Isolationsschichten abgeschieden wurden, die aus verschie denen Materialien zusammengesetzt waren, einschließlich thermischem Oxid (Th-OX), Tetraethoxysilan (TEOS), Borphos phosilicatglas (BPSG) und Oxid, das durch ein plasmaver stärktes CVD-Verfahren gebildet wurde (PEOX). Im Grunde verschlechterte sich die Abscheidungsselektivität wenn die Abscheidungstemperatur anstieg. In anderen Worten wurden Aluminiumpartikel bei hohen Verfahrenstemperaturen leicht auf den Oberflächen sowohl der Leitungs- als auch der Iso lationsschichten abgeschieden, während, wenn die Verfah renstemperatur auf einem niedrigeren Niveau gehalten wurde, dieselben Isolationsschichten deutlich weniger Aluminium partikel aufnahmen als es die Leitungsschicht tat.A third test for aluminum deposition selectivity was carried out for the method of the invention. For this test, aluminum was deposited on the surface of a line layer as well as on insulation layers made of a variety of different materials at different process temperatures. Fig. 6 shows the aluminum deposition selectivity that was recorded for this test. As shown in the drawing, aluminum particles were measured as deposited on the surface of four insulation layers composed of various materials including thermal oxide (Th-OX), tetraethoxysilane (TEOS), borophosphosilicate glass (BPSG) and oxide , which was formed by a plasma-enhanced CVD process (PEOX). Basically, the selectivity of deposition deteriorated as the deposition temperature rose. In other words, aluminum particles were easily deposited on the surfaces of both the line and insulation layers at high process temperatures, while when the process temperature was kept at a lower level, the same insulation layers picked up significantly less aluminum particles than the line layer did.

Ein vierter Test wurde durchgeführt, bei welchem eine zusätzliche thermische Vakuumglühbehandlung durchgeführt wurde; der Rest des Tests wurde gemäß dem oben beschriebe nen dritten Testverfahren durchgeführt. Die thermische Vakuumglühbehandlung wurde bei einer Temperatur von ca. 450°C durchgeführt und wurde für ca. 30 Minuten aufrechter halten. Die Testergebnisse sind in Fig. 7 dargestellt, wel che die Verbesserung der Aluminiumabscheidungsselektivität vor und nach der thermischen Vakuumglühbehandlung zeigt, wenn das Aluminium auf verschiedenen Materialien unter Ver wendung des CVD-Verfahrens abgeschieden wird. Wie in der graphischen Darstellung deutlich gezeigt ist, verbesserte sich die Aluminiumabscheidungsselektivität (Abscheidung auf der Leitungsschicht und nicht auf der Isolationsschicht) für das CVD-Verfahren, wenn zuerst eine thermische Vakuum glühbehandlung durchgeführt wurde. Insbesondere wurde gezeigt, daß die Selektivität bei der Th-OX-Isolations schicht am besten war, gefolgt von der BPSG-Schicht und dann von der PEOX-Schicht. Diese Selektivitätsreihenfolge könnte auf der Tatsache beruhen, daß PEOX ein Material ist, welches mehr Wassermoleküle absorbiert als Th-OX. Daher gäbe es weniger -OH-Bindungen in dem Th-OX-Material als in dem PEOX-Material. Wenn die thermische Vakuumglühbehandlung vor der Abscheidung durchgeführt wird, wird Wasser ent fernt. Daher werden, während sich die Aluminiumpartikel gleichmäßig auf der Oberfläche der Leitungsschichten ab scheiden, weniger Aluminiumpartikel auf der Oberfläche der PEOX-Isolationsschichten und noch weniger auf den Th-OX-Schichten abgeschieden.A fourth test was carried out in which an additional thermal vacuum annealing treatment was carried out; the rest of the test was performed according to the third test procedure described above. The thermal vacuum annealing treatment was carried out at a temperature of approx. 450 ° C. and was maintained for approx. 30 minutes. The test results are shown in Fig. 7, which shows the improvement in aluminum deposition selectivity before and after the thermal vacuum annealing treatment when the aluminum is deposited on various materials using the CVD method. As clearly shown in the graph, the aluminum deposition selectivity (deposition on the line layer and not on the insulation layer) for the CVD process improved when a thermal vacuum annealing treatment was first performed. In particular, it was shown that the selectivity was best with the Th-OX isolation layer, followed by the BPSG layer and then the PEOX layer. This order of selectivity could be due to the fact that PEOX is a material that absorbs more water molecules than Th-OX. Therefore, there would be fewer -OH bonds in the Th-OX material than in the PEOX material. If the thermal vacuum annealing treatment is carried out before the deposition, water is removed. Therefore, while the aluminum particles deposit evenly on the surface of the conductor layers, fewer aluminum particles are deposited on the surface of the PEOX insulation layers and even less on the Th-OX layers.

Die Erfindung wurde mittels eines Beispiels und im Hinblick auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, die Erfin dung ist aber nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Im Gegenteil soll sie verschiedene Modifikatio nen und ähnliche Anordnungen abdecken. Den angefügten Ansprüchen sollte daher die breiteste Interpretation zukom men, so daß sie alle solche Modifikationen und ähnlichen Strukturen mit umfassen.The invention has been achieved by way of example and in view described in a preferred embodiment, the inven but is not limited to the disclosed embodiments limited. On the contrary, it is said to have various modifications NEN and similar arrangements cover. The attached one The broadest interpretation should therefore meet the requirements men so that they all have such modifications and the like Include structures.

Claims

1. A method of manufacturing an aluminum stopper using a selective chemical vapor deposition process comprising the following steps:
Forming a semiconductor component in a substrate which has an insulation layer on its surface, a contact opening being formed in the insulation layer and exposing a conductive region of the semiconductor component;
Performing a thermal vacuum anneal treatment on the substrate; and
Deposition of an aluminum layer on the surface of the substrate in a chemical vapor deposition method using dimethylethylaminalane as a precursor and which is carried out at a substrate temperature of not more than 250 ° C to an aluminum plug in the contact opening and in contact with the fabricate conductive region, wherein the aluminum plug is selectively deposited on the surface of the exposed conductive region, while it is not deposited on the surface of the insulation layer.

2. The method according to claim 1, characterized in that thermal vacuum annealing at a tempera 450 ° C for about 30 minutes becomes.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that the insulation layer is a thermal oxide layer is.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized net that the insulation layer is a boron phosphosilicate layer of glass.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in net that the insulation layer one by plasmaver strong chemical vapor deposition obtained oxide layer is.

6. A method of manufacturing an aluminum stopper which comprises the following steps:
Forming a contact opening in an insulation layer on a substrate to expose a conductive region in the substrate;
Performing a thermal vacuum anneal treatment on the substrate; and
Performing a chemical vapor deposition process at a substrate temperature not exceeding 250 ° C using dimethylethylaminalane as a precursor to deposit an aluminum layer on the exposed conductive area in the contact opening.

7. The method according to claim 6, characterized in that thermal vacuum annealing at a tempera 450 ° C for about 30 minutes becomes.

8. The method according to claim 6 or 7, characterized in net that the insulation layer is a thermal oxide layer is.

9. The method according to claim 6 or 7, characterized in net that the insulation layer is a boron phosphosilicate layer of glass.

10. The method according to claim 6 or 7, characterized in net that the insulation layer one by plasmaver strong chemical vapor deposition obtained oxide layer is.