JP2630288B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP2630288B2 JP2630288B2 JP33887994A JP33887994A JP2630288B2 JP 2630288 B2 JP2630288 B2 JP 2630288B2 JP 33887994 A JP33887994 A JP 33887994A JP 33887994 A JP33887994 A JP 33887994A JP 2630288 B2 JP2630288 B2 JP 2630288B2
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- aluminum
- aluminum film
- forming
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にアルミニウム配線層を有する半導体装置の製
造方法に関するものである。
関し、特にアルミニウム配線層を有する半導体装置の製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の高密度、高集積化は微
細加工技術によって支えられている。現在の半導体装置
の配線層はアルミニウムを主体とする材料により形成さ
れており、当分の間このアルミニウムの優位性が揺らぐ
ことはないものと考えられている。アルミニウムを用い
た配線膜形成過程では、従来のスパッタリング、蒸着な
どに代わり、段差被覆性に優れた化学気相成長(CV
D)法が適用されようとしている。
細加工技術によって支えられている。現在の半導体装置
の配線層はアルミニウムを主体とする材料により形成さ
れており、当分の間このアルミニウムの優位性が揺らぐ
ことはないものと考えられている。アルミニウムを用い
た配線膜形成過程では、従来のスパッタリング、蒸着な
どに代わり、段差被覆性に優れた化学気相成長(CV
D)法が適用されようとしている。
【0003】この種成膜技術を用いた半導体装置の従来
の製造方法の第1の例としては、ザエレクトロケミカル
ソサエティ エクステンデッド アブストラクツ ボ
リューム93−1、1993年、482−483頁(Th
e Electrochemical Society Extended Abstracts, Vol.
93-1, 1993, pp.482-483 )に記載された方法がある。
これは、半導体基板上に設けた絶縁膜の上に高融点金属
化合物膜を形成し、有機アルミニウムを用いた化学気相
成長により、この高融点金属化合物膜上にアルミニウム
膜を形成する方法である。
の製造方法の第1の例としては、ザエレクトロケミカル
ソサエティ エクステンデッド アブストラクツ ボ
リューム93−1、1993年、482−483頁(Th
e Electrochemical Society Extended Abstracts, Vol.
93-1, 1993, pp.482-483 )に記載された方法がある。
これは、半導体基板上に設けた絶縁膜の上に高融点金属
化合物膜を形成し、有機アルミニウムを用いた化学気相
成長により、この高融点金属化合物膜上にアルミニウム
膜を形成する方法である。
【0004】第2の例としては、ジャパニーズ ジャー
ナル オブ アプライド フィジックス ボリューム2
7、ナンバー9 1988年、L1755-L1777 頁(Jpn.
J. Appl. Phys., Vol.27,No.9,1988 L1775-L1777 )に
記載された方法があり、これは、有機アルミニウムガス
の温度を制御し、400℃での化学気相成長法により、
シリコン基板上にアルミニウムをエピタキシャル成長さ
せるものである。
ナル オブ アプライド フィジックス ボリューム2
7、ナンバー9 1988年、L1755-L1777 頁(Jpn.
J. Appl. Phys., Vol.27,No.9,1988 L1775-L1777 )に
記載された方法があり、これは、有機アルミニウムガス
の温度を制御し、400℃での化学気相成長法により、
シリコン基板上にアルミニウムをエピタキシャル成長さ
せるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した第1の従来例
では、形成されたアルミニウム膜は配向の異なる多数の
結晶粒で構成されている。通常、膜の成長速度は配向に
よって異なるので、この上に成長を続けると下地のアル
ミニウムの配向や結晶粒に依存した島が形成される。
では、形成されたアルミニウム膜は配向の異なる多数の
結晶粒で構成されている。通常、膜の成長速度は配向に
よって異なるので、この上に成長を続けると下地のアル
ミニウムの配向や結晶粒に依存した島が形成される。
【0006】このため、膜の平滑性は膜厚の増加に従っ
て劣化し配線に必要な膜厚では凹凸の多い荒れた膜とな
り、リソグラフィの分解能を劣化させる。したがって、
微細な配線パターンを形成できず配線間の短絡や配線の
断線などを引き起こし、半導体装置の生産性を著しく低
下させるという欠点がある。さらに、従来例で形成され
たアルミニウム膜は結晶粒の大きさが小さく配線を形成
した時にバンブー構造(配線の幅方向を一つの粒界が横
切る構造)をなさないので、エレクトロマイグレーショ
ン耐性が低く半導体装置の信頼性が低いという問題があ
る。
て劣化し配線に必要な膜厚では凹凸の多い荒れた膜とな
り、リソグラフィの分解能を劣化させる。したがって、
微細な配線パターンを形成できず配線間の短絡や配線の
断線などを引き起こし、半導体装置の生産性を著しく低
下させるという欠点がある。さらに、従来例で形成され
たアルミニウム膜は結晶粒の大きさが小さく配線を形成
した時にバンブー構造(配線の幅方向を一つの粒界が横
切る構造)をなさないので、エレクトロマイグレーショ
ン耐性が低く半導体装置の信頼性が低いという問題があ
る。
【0007】また、第2の従来例では、エピタキシャル
成長には基板温度を400℃以上にすることが必要であ
るが、この温度ではアルミニウムの成長が微細孔の内部
では十分に進行せず、上部のみでの成長となるため、接
続孔のアルミニウムによる埋め込みができない。したが
って下層導電層との接続ができず断線を引き起こすので
半導体装置が機能しないという問題がある。
成長には基板温度を400℃以上にすることが必要であ
るが、この温度ではアルミニウムの成長が微細孔の内部
では十分に進行せず、上部のみでの成長となるため、接
続孔のアルミニウムによる埋め込みができない。したが
って下層導電層との接続ができず断線を引き起こすので
半導体装置が機能しないという問題がある。
【0008】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、表面の平坦性がよくかつ結
晶粒が大きいアルミニウム膜を段差被覆性よく形成する
方法を提供することである。
ものであって、その目的は、表面の平坦性がよくかつ結
晶粒が大きいアルミニウム膜を段差被覆性よく形成する
方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、(1)半導体基板上に絶縁膜を形
成する工程と、(2)有機アルミニウムガスを用いた化
学気相成長法により、前記絶縁膜上に第1のアルミニウ
ム膜を形成する工程と、(3)焼鈍を行って前記第1の
アルミニウム膜の結晶化を進める工程と、(4)有機ア
ルミニウムガスを用いた化学気相成長法により、前記第
1のアルミニウム膜上に第2のアルミニウム膜を形成す
る工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法、が提供される。
め、本発明によれば、(1)半導体基板上に絶縁膜を形
成する工程と、(2)有機アルミニウムガスを用いた化
学気相成長法により、前記絶縁膜上に第1のアルミニウ
ム膜を形成する工程と、(3)焼鈍を行って前記第1の
アルミニウム膜の結晶化を進める工程と、(4)有機ア
ルミニウムガスを用いた化学気相成長法により、前記第
1のアルミニウム膜上に第2のアルミニウム膜を形成す
る工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法、が提供される。
【0010】
【作用】本発明の方法によれば、半導体基板上を被覆す
る絶縁膜上を、チタンあるいは窒化チタン、チタンタン
グステンなどの下地導電体膜で覆った後、有機アルミニ
ウムを用い、成膜可能な最低基板温度付近で化学気相成
長を行い、第1のアルミニウム膜を形成する。化学気相
成長法で堆積したアルミニウム膜の表面形状は膜厚の増
加にしたがって劣化するが、膜厚0.2μm以下ではリ
ソグラフィに対して十分に平滑な膜を成膜できる。
る絶縁膜上を、チタンあるいは窒化チタン、チタンタン
グステンなどの下地導電体膜で覆った後、有機アルミニ
ウムを用い、成膜可能な最低基板温度付近で化学気相成
長を行い、第1のアルミニウム膜を形成する。化学気相
成長法で堆積したアルミニウム膜の表面形状は膜厚の増
加にしたがって劣化するが、膜厚0.2μm以下ではリ
ソグラフィに対して十分に平滑な膜を成膜できる。
【0011】この時のアルミニウム膜は結晶粒が小さく
かつその基板に垂直な方向の配向が結晶粒毎に異なって
いる。ここで、有機アルミニウムの供給を中断し、半導
体装置の基板を焼鈍すると、結晶粒同士が融合し大きく
なると共に配向が全て(111)に揃う。この状態で第
2のアルミニウム膜を化学気相成長法により形成する
と、下地の配向が揃っているので、全ての基板面上での
堆積速度が等しくなり、平滑な表面のアルミニウム膜が
堆積することを新たに見いだした。
かつその基板に垂直な方向の配向が結晶粒毎に異なって
いる。ここで、有機アルミニウムの供給を中断し、半導
体装置の基板を焼鈍すると、結晶粒同士が融合し大きく
なると共に配向が全て(111)に揃う。この状態で第
2のアルミニウム膜を化学気相成長法により形成する
と、下地の配向が揃っているので、全ての基板面上での
堆積速度が等しくなり、平滑な表面のアルミニウム膜が
堆積することを新たに見いだした。
【0012】また、第2のアルミニウム膜の結晶粒は、
第1のアルミニウム膜の結晶粒上にエピタキシャル成長
しており、成膜後の結晶粒の大きさが本発明による形成
方法を用いることで大きくなることもわかった。これに
よって、1μm以下の幅の配線を形成した時にエレクト
ロマイグレーション耐性の高いバンブー構造とすること
が可能になる。
第1のアルミニウム膜の結晶粒上にエピタキシャル成長
しており、成膜後の結晶粒の大きさが本発明による形成
方法を用いることで大きくなることもわかった。これに
よって、1μm以下の幅の配線を形成した時にエレクト
ロマイグレーション耐性の高いバンブー構造とすること
が可能になる。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の一実施例の主要工程にお
ける半導体装置を順に示した工程断面図である。本実施
例は、シリコン集積回路における配線工程に本発明を適
用した場合に関する。
て説明する。図1は、本発明の一実施例の主要工程にお
ける半導体装置を順に示した工程断面図である。本実施
例は、シリコン集積回路における配線工程に本発明を適
用した場合に関する。
【0014】各種拡散層(図示なし)が形成されたシリ
コン基板1上に化学気相成長法により、膜厚約1μmの
酸化シリコン膜2を形成する。次に、標準的なフォトリ
ソグラフィ法および反応性イオンエッチング(RIE)
法を用いて、酸化シリコン膜2に径0.25μmの接続
孔3を開孔する。続いて、反応性スパッタ法を用いて、
酸化シリコン膜上の平坦部での膜厚が700Åの窒化チ
タン膜4を形成する〔図1(a)〕。
コン基板1上に化学気相成長法により、膜厚約1μmの
酸化シリコン膜2を形成する。次に、標準的なフォトリ
ソグラフィ法および反応性イオンエッチング(RIE)
法を用いて、酸化シリコン膜2に径0.25μmの接続
孔3を開孔する。続いて、反応性スパッタ法を用いて、
酸化シリコン膜上の平坦部での膜厚が700Åの窒化チ
タン膜4を形成する〔図1(a)〕。
【0015】続いて、図1(b)に示すように、基板上
全面に、ジメチルアルミニウムハイドライド〔(CH
3 )2 AlH〕を用いた化学気相成長により、膜厚0.
15μmの第1のアルミニウム膜5を形成する。これに
よって、接続孔3は第1のアルミニウム膜5によって埋
め込まれる。ジメチルアルミニウムハイドライドは流量
300sccmの水素ガスでバブリングして、5分間反
応室に導入する。化学気相成長条件は、基板温度:13
0℃、全圧:1Torrである。
全面に、ジメチルアルミニウムハイドライド〔(CH
3 )2 AlH〕を用いた化学気相成長により、膜厚0.
15μmの第1のアルミニウム膜5を形成する。これに
よって、接続孔3は第1のアルミニウム膜5によって埋
め込まれる。ジメチルアルミニウムハイドライドは流量
300sccmの水素ガスでバブリングして、5分間反
応室に導入する。化学気相成長条件は、基板温度:13
0℃、全圧:1Torrである。
【0016】続いて、ジメチルアルミニウムハイドライ
ドの導入を中断し、基板温度を400℃に昇温し10分
間保持し焼鈍する。すると、図1(c)に示すように、
第1のアルミニウム膜5の結晶粒が大きくなり、その配
向が(111)に揃う。基板温度を400℃に保持した
まま、ガス温度が230℃に制御されたトリイソブチル
アルミニウム〔Al(i−C4 H9 )3 〕を200sc
cmのH2 キャリアガスでバブリングして導入すると、
図1(d)に示すように、第1のアルミニウム膜5の結
晶粒にしたがって、第2のアルミニウム膜6が堆積す
る。
ドの導入を中断し、基板温度を400℃に昇温し10分
間保持し焼鈍する。すると、図1(c)に示すように、
第1のアルミニウム膜5の結晶粒が大きくなり、その配
向が(111)に揃う。基板温度を400℃に保持した
まま、ガス温度が230℃に制御されたトリイソブチル
アルミニウム〔Al(i−C4 H9 )3 〕を200sc
cmのH2 キャリアガスでバブリングして導入すると、
図1(d)に示すように、第1のアルミニウム膜5の結
晶粒にしたがって、第2のアルミニウム膜6が堆積す
る。
【0017】この第2のアルミニウム膜6は、配向の揃
った第1のアルミニウム膜5の上に形成されるので、基
板上のいたるところで堆積速度が等しく、平滑な表面形
状の膜に形成される。さらに、結晶粒の大きさは焼鈍に
よって肥大化した第1のアルミニウム膜5の結晶粒と等
しくなり、1μm以下の幅の配線形成時にバンブー構造
となる。
った第1のアルミニウム膜5の上に形成されるので、基
板上のいたるところで堆積速度が等しく、平滑な表面形
状の膜に形成される。さらに、結晶粒の大きさは焼鈍に
よって肥大化した第1のアルミニウム膜5の結晶粒と等
しくなり、1μm以下の幅の配線形成時にバンブー構造
となる。
【0018】本実施例では下地として窒化チタン膜を用
いた場合を例示したが、チタン、チタンタングステン、
チタンシリサイドなどのチタン化合物膜や、タングステ
ン、タングステンシリサイドなどの他の高融点金属ある
いはその化合物を用いても同様の効果が得られる。
いた場合を例示したが、チタン、チタンタングステン、
チタンシリサイドなどのチタン化合物膜や、タングステ
ン、タングステンシリサイドなどの他の高融点金属ある
いはその化合物を用いても同様の効果が得られる。
【0019】第1のアルミニウム膜形成に用いる有機ア
ルミニウム原料としては、例示したジメチルアルミニウ
ムハイドライド(CH3 )2 AlHの他に、ジエチルア
ルミニウムハイドライド(C2 H5 )2 AlH、トリイ
ソブチルアルミニウムAl(i−C4 H9 )3 、トリメ
チルアミンアランAlH3 N(CH3 )3 、トリエチル
アミンアランAlH3 N(C2 H5 )3 、ジメチルエチ
ルアミンアランAlH3 N(CH3 )2 (C2 H5 )、
ジメチルアルミニウムハイドライド(CH3 )2 AlH
とトリメチルアルミニウムAl(CH3 )3 の分子間化
合物あるいはこれらの混合物などを用いても同様の効果
がある。
ルミニウム原料としては、例示したジメチルアルミニウ
ムハイドライド(CH3 )2 AlHの他に、ジエチルア
ルミニウムハイドライド(C2 H5 )2 AlH、トリイ
ソブチルアルミニウムAl(i−C4 H9 )3 、トリメ
チルアミンアランAlH3 N(CH3 )3 、トリエチル
アミンアランAlH3 N(C2 H5 )3 、ジメチルエチ
ルアミンアランAlH3 N(CH3 )2 (C2 H5 )、
ジメチルアルミニウムハイドライド(CH3 )2 AlH
とトリメチルアルミニウムAl(CH3 )3 の分子間化
合物あるいはこれらの混合物などを用いても同様の効果
がある。
【0020】また、第1および第2のアルミニウム膜の
成膜時に、同時にドーピングガスを供給して、シリコン
やゲルマニウムなどの半導体あるいは銅などの金属を微
量に含有するアルミニウム膜を形成するようにしてもよ
い。
成膜時に、同時にドーピングガスを供給して、シリコン
やゲルマニウムなどの半導体あるいは銅などの金属を微
量に含有するアルミニウム膜を形成するようにしてもよ
い。
【0021】さらに、第1のアルミニウムの化学気相成
長条件はアルミニウムの成長がおこる範囲内で任意に選
ぶことができる。しかし、一般的には基板温度が低いほ
ど段差被覆性がよいので、200℃以下の基板温度で成
膜を行うことが好ましい。また、第2のアルミニウムの
化学気相成長条件は、エピタキシャル成長が発現する条
件で任意に選ぶことができる。
長条件はアルミニウムの成長がおこる範囲内で任意に選
ぶことができる。しかし、一般的には基板温度が低いほ
ど段差被覆性がよいので、200℃以下の基板温度で成
膜を行うことが好ましい。また、第2のアルミニウムの
化学気相成長条件は、エピタキシャル成長が発現する条
件で任意に選ぶことができる。
【0022】また、半導体装置基板の焼鈍温度として4
00℃の場合を例示したが、結晶粒の肥大化と配向の均
一化が起こる350℃以上で、下層にアルミニウム配線
があっても影響を与えない500℃以下の温度範囲で任
意に選ぶことができる。
00℃の場合を例示したが、結晶粒の肥大化と配向の均
一化が起こる350℃以上で、下層にアルミニウム配線
があっても影響を与えない500℃以下の温度範囲で任
意に選ぶことができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法は、薄く第1のアルミニウム膜を堆積し、
焼鈍を行って第1のアルミニウム膜の結晶化を進めた後
にその上に第2のアルミニウム膜を成長させるものであ
るので、平滑な表面形状を有する厚いアルミニウム膜を
形成できる。したがって、本発明によれば、リソグラフ
ィの分解能を劣化させることがないので、微細なパター
ンを短絡や断線を生じさせることなく形成することが可
能になる。また、本発明によれば、アルミニウム膜の結
晶粒径が大きくなるので、エレクトロマイグレーション
耐性の高いバンブー構造の配線を形成することが可能に
なり、信頼性の高い半導体装置を提供することができる
ようになる。さらに、段差被覆性に優れた化学気相成長
法を用いているため、接続孔内をアルミニウム膜にて埋
め込むことが可能となり生産コストを低減化することが
できる。
置の製造方法は、薄く第1のアルミニウム膜を堆積し、
焼鈍を行って第1のアルミニウム膜の結晶化を進めた後
にその上に第2のアルミニウム膜を成長させるものであ
るので、平滑な表面形状を有する厚いアルミニウム膜を
形成できる。したがって、本発明によれば、リソグラフ
ィの分解能を劣化させることがないので、微細なパター
ンを短絡や断線を生じさせることなく形成することが可
能になる。また、本発明によれば、アルミニウム膜の結
晶粒径が大きくなるので、エレクトロマイグレーション
耐性の高いバンブー構造の配線を形成することが可能に
なり、信頼性の高い半導体装置を提供することができる
ようになる。さらに、段差被覆性に優れた化学気相成長
法を用いているため、接続孔内をアルミニウム膜にて埋
め込むことが可能となり生産コストを低減化することが
できる。
【図1】本発明の一実施例を説明するための工程断面
図。
図。
1 シリコン基板 2 酸化シリコン膜 3 接続孔 4 窒化チタン膜 5 第1のアルミニウム膜 6 第2のアルミニウム膜
Claims (7)
- 【請求項1】 (1)半導体基板上に絶縁膜を形成する
工程と、 (2)有機アルミニウムガスを用いた化学気相成長法に
より、前記絶縁膜上に第1のアルミニウム膜を形成する
工程と、 (3)焼鈍を行って前記第1のアルミニウム膜の結晶化
を進める工程と、 (4)有機アルミニウムガスを用いた化学気相成長法に
より、前記第1のアルミニウム膜上に第2のアルミニウ
ム膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項2】 (1′)半導体基板上に絶縁膜を形成す
る工程と、 (2′)前記絶縁膜を選択的にエッチング除去して半導
体層の表面および/または下層の配線層の表面を露出さ
せる接続孔を形成する工程と、 (3′)有機アルミニウムガスを用いた化学気相成長法
により、前記接続孔内を含めて前記絶縁膜上に第1のア
ルミニウム膜を形成する工程と、 (4′)焼鈍を行って前記第1のアルミニウム膜の結晶
化を進める工程と、 (5′)有機アルミニウムガスを用いた化学気相成長法
により、前記第1のアルミニウム膜上に第2のアルミニ
ウム膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記第(2)の工程または前記第
(3′)の工程において形成される第1のアルミニウム
膜の膜厚が0.2μm以下であることを特徴とする請求
項1または2記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記第(2)の工程または前記第
(3′)の工程において、基板温度を200℃以下に保
持して成膜を行うことを特徴とする請求項1または2記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記第(1)の工程または前記第
(2′)の工程の後に、前記第(2)の工程または前記
第(3′)の工程に先立って、下地導電体層を形成する
工程が挿入されることを特徴とする請求項1または2記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記第(4)の工程または前記第
(5′)の工程において、トリイソブチルアルミニウム
を用いて第2のアルミニウム膜を形成することを特徴と
する請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記第1のアルミニウム膜の成膜工程、
前記焼鈍工程および前記第2のアルミニウム膜の成膜工
程を、同一の化学気相成長装置内において連続して行う
ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33887994A JP2630288B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33887994A JP2630288B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08186113A JPH08186113A (ja) | 1996-07-16 |
JP2630288B2 true JP2630288B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=18322255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33887994A Expired - Lifetime JP2630288B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2630288B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6605531B1 (en) * | 1997-11-26 | 2003-08-12 | Applied Materials, Inc. | Hole-filling technique using CVD aluminum and PVD aluminum integration |
-
1994
- 1994-12-29 JP JP33887994A patent/JP2630288B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08186113A (ja) | 1996-07-16 |
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