JP2841457B2 - Method of forming aluminum film - Google Patents

Method of forming aluminum film

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体装置に形成されるアルミニウム配線
層等のアルミニウム膜の形成方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for forming an aluminum film such as an aluminum wiring layer formed on a semiconductor device.

[発明の概要] 本発明は、半導体集積回路の高密度化に伴ない、基体
表面に形成するアルミニウム又はアルミニウム合金膜の
微細加工性,平坦な表面形態及びステップカバレージ
(段差被覆性)等を改善するため、基体に対して不純物
とならないイオン種を用いてイオン注入を行って反応サ
イトを形成し、この反応サイトの上面から化学気相成長
法によってアルミニウム膜を形成することにより、制御
性及びステップカバレージが良好で、緻密な信頼性の高
いアルミニウム膜の作製を可能にするものである。
[Summary of the Invention] The present invention improves the fine workability, flat surface morphology and step coverage (step coverage) of an aluminum or aluminum alloy film formed on a substrate surface with the increase in the density of a semiconductor integrated circuit. Therefore, by performing ion implantation using an ion species that does not become an impurity on the substrate to form a reaction site, and forming an aluminum film from the upper surface of the reaction site by a chemical vapor deposition method, controllability and stepability are improved. The object is to provide a dense and highly reliable aluminum film with good coverage.

[従来の技術] 現在、アルミニウム又はアルミニウム合金膜は、LSI
(大規模集積回路)配線として不可決であり、LSIの高
密度化に伴ない、微細加工性,平坦な表面形態及びステ
ップカバレージ(段差被覆性)等の改善が要望されてい
る。
[Prior art] At present, aluminum or aluminum alloy films are
(Large-scale integrated circuit) It is inevitable as wiring, and with the increase in the density of LSIs, improvements in fine workability, flat surface morphology, step coverage (step coverage), and the like are demanded.

従来、この種のアルミニウム膜の形成方法としては、
アルミニウムのスパッタ法が知られているが、スパッタ
法では、成長種の平均自由行程が長い所でしかも成長種
が比較的揃った方向性をもって基板に入射するため、下
地である基体上に段差部がある場合、その段差部でのカ
バレージが一般に悪いという問題点を有していた。
Conventionally, as a method of forming this kind of aluminum film,
An aluminum sputtering method is known, but in the sputtering method, the growth species enter the substrate in a place where the mean free path of the growth species is long and the growth species have a relatively uniform direction. In some cases, the coverage at the step is generally poor.

一方、上記したような段差部でのカバレージの問題点
を解決するアルミニウム膜の形成方法としては、例えば
Al(C4H9(トリイソブチルアルミニウム)をソース
ガスとして用いてCVD法を行なう方法が知られている。
On the other hand, as a method of forming an aluminum film for solving the problem of coverage at the step portion as described above, for example,
A method of performing a CVD method using Al (C 4 H 9 ) 3 (triisobutylaluminum) as a source gas is known.

また、他の従来方法としては、例えば、「月刊Semico
nductor World 1983.2」に記載されているようなプラズ
マCVD法を用いたアルミニウム膜の形成方法が知られて
いる。この方法は、CVDソースをプラズマ解離させて、
プラズマCVD装置内のウエハ上へアルミニウムを堆積さ
せるものである。
Other conventional methods include, for example, "Monthly Semico
A method of forming an aluminum film using a plasma CVD method as described in “Nductor World 1983.2” is known. In this method, the CVD source is plasma dissociated,
This is to deposit aluminum on a wafer in a plasma CVD apparatus.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このような従来の方法にあっては、以
下のような問題点を有している。
[Problem to be Solved by the Invention] However, such a conventional method has the following problems.

先ず、CVD法による方法にあっては、基体上への核生
成密度が低く粗いアルミニウム膜となり、微細加工性,
平坦化性及び耐腐食性の点で劣るという問題点がある。
また、基体を例えばTiCl4などの蒸気に晒してCVDを行な
う場合には、制御性が悪くなり、やはり粗い膜となる問
題点があった。
First, in the method by the CVD method, the nucleation density on the substrate is low and a rough aluminum film is obtained, and the fine workability,
There is a problem that the flatness and the corrosion resistance are inferior.
In addition, when CVD is performed by exposing the substrate to a vapor such as TiCl 4 , the controllability deteriorates, and there is also a problem that the film becomes coarse.

そして、プラズマCVD法を用いた従来方法にあって
は、制御性が良好であるが、プラズマCVDの雰囲気に含
まれる種々のガスが堆積したアルミニウム膜中に含ま
れ、LSI配線の信頼性に影響を及ぼす問題点を有してい
る。
In the conventional method using the plasma CVD method, although the controllability is good, various gases contained in the plasma CVD atmosphere are contained in the deposited aluminum film, which affects the reliability of the LSI wiring. Has the problem of causing

本発明は、このような従来の問題点に着目して創案さ
れたものであって、ステップカバレージが良好でしかも
緻密な信頼性の高いアルミニウム膜の形成方法を得んと
するものである。
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and has as its object to obtain a method for forming a dense and highly reliable aluminum film having good step coverage.

[課題を解決するための手段] そこで、本発明は、表面に段差部が形成された基体表
面に、上記基体に対して不純物とならないイオン種を用
いてイオン注入を行うことにより、段差部を含む基板上
の全域に反応サイトを形成し、この反応サイトの上面か
ら化学気相成長法によってアルミニウム膜を全面均一に
付着形成することを、その解決手段としている。
[Means for Solving the Problems] In view of the above, the present invention provides a method for forming a step portion by performing ion implantation on a surface of the substrate having the step portion formed thereon, using an ion species which does not become an impurity with respect to the substrate. The solution is to form a reaction site on the entire region including the substrate and to uniformly deposit and form an aluminum film on the entire surface by chemical vapor deposition from the upper surface of the reaction site.

[作用] 基体表面に形成された反応サイトは、CVD法により基
体表面に析出するアルミニウムとの結合性が高く、この
ため形成されるアルミニウム膜の制御性を高めしかも緻
密化するとともに、基体表面に急峻な段差部があっても
ステップカバレージが良好となって、アルミニウム配線
が断線することがないアルミニウム膜を作製することが
可能となる。
[Action] The reaction sites formed on the substrate surface have a high bonding property with the aluminum deposited on the substrate surface by the CVD method, so that the controllability of the formed aluminum film is improved, and the aluminum film is densified. Even if there is a steep step portion, the step coverage is improved, and an aluminum film in which the aluminum wiring is not disconnected can be manufactured.

[実施例] 以下、本発明に係るアルミニウム膜の形成方法の詳細
を図面に示す実施例に基づいて説明する。
EXAMPLES Hereinafter, details of a method for forming an aluminum film according to the present invention will be described based on examples shown in the drawings.

本実施例は、基体としてのシリコン基板1上にアルミ
ニウム膜2を形成する場合に、本発明を適用した例を示
している。
This embodiment shows an example in which the present invention is applied to a case where an aluminum film 2 is formed on a silicon substrate 1 as a base.

先ず、第1図Aは、表面に段差部Aが形成されている
シリコン基板1を示しているが、各種半導体装置の基板
として用いられるものであり、その段差部Aの形状,構
造及び位置は適宜設計に従うものである。
First, FIG. 1A shows a silicon substrate 1 having a step portion A formed on its surface, which is used as a substrate for various semiconductor devices. The shape, structure and position of the step portion A are as follows. It follows the design as appropriate.

次に、このようなシリコン基板1の表面にシリコン基
板1に対して不純物とならないイオン種、例えばチタン
(Ti)を浅くイオン注入して、第1図Bに示すように、
シリコン基板1表面全域に反応サイト1aを形成する。な
お、反応サイト1aは、段差部Aにも勿論形成されるもの
であって、該段差部Aへのイオン注入は、イオンの注入
角度に変化を付けることや、注入イオンが存在するプラ
ズマにシリコン基板1表面を晒す等の処理を行なえばよ
い。
Next, an ion species that does not become an impurity, for example, titanium (Ti) is shallowly ion-implanted into the surface of the silicon substrate 1 as shown in FIG.
A reaction site 1a is formed on the entire surface of the silicon substrate 1. The reaction site 1a is, of course, also formed at the step A. The ion implantation into the step A can be performed by changing the ion implantation angle, or by adding silicon to the plasma in which the implanted ions exist. Processing such as exposing the surface of the substrate 1 may be performed.

次に、上記したような反応サイト1aが表面全域に形成
されたシリコン基板1を周知のCVD装置内に配置させ、
ソースガスとしてAl(C4H9を用い、温度を260℃、
圧力を60PaでCVDを行ないアルミニウム膜2を所定の厚
みに形成する。
Next, the silicon substrate 1 on which the reaction site 1a as described above is formed over the entire surface is arranged in a known CVD apparatus,
Al (C 4 H 9 ) 3 was used as the source gas, the temperature was 260 ° C.,
The aluminum film 2 is formed to a predetermined thickness by performing CVD at a pressure of 60 Pa.

このように、アルミニウム膜2を形成するCVDを行な
う前に、予めシリコン基板1表面に反応サイトを形成す
ると、シリコン基板1に対して成長種(Al)の付着性が
高くなり、ムラの無い膜付着が可能となる。このため、
第1図Cが示すように、段差部Aにおいても、カバレー
ジが良くしかも緻密性を有するアルミニウム膜2が形成
出来る。
As described above, if reaction sites are formed in advance on the surface of the silicon substrate 1 before performing the CVD for forming the aluminum film 2, the adhesion of the growth species (Al) to the silicon substrate 1 is increased, and the film is free from unevenness. Adhesion becomes possible. For this reason,
As shown in FIG. 1C, the aluminum film 2 having good coverage and denseness can be formed even at the step portion A.

特に、本発明を適用すれば、さらに急峻な段差部でも
アルミ配線が断線することなく、信頼性が高まり、多層
配線構造への応用やコンタクトホールへの適用も有望で
ある。
In particular, when the present invention is applied, the reliability is improved without breaking the aluminum wiring even in a steep step portion, and application to a multilayer wiring structure and application to a contact hole are also promising.

以上、実施例について説明したが、本発明は、これに
限らず各種の設計変更が可能である。
Although the embodiment has been described above, the present invention is not limited to this, and various design changes can be made.

例えば、上記実施例においては、基体としてシリコン
基板1を適用したが、SiO2等の絶縁膜上や各種半導体装
置のアルミニウム膜製造過程に適用可能であることは言
うまでもない。
For example, in the above embodiment, the silicon substrate 1 is used as the base, but it is needless to say that the silicon substrate 1 can be applied to an insulating film such as SiO 2 or an aluminum film manufacturing process of various semiconductor devices.

また、上記実施例においては、基体表面にチタン(T
i)をイオン注入して反応サイトを形成したが、このチ
タンの他にタングステン(W),炭素(C),ケイ素等
の各種のイオンを注入しても同様の効果を得ることが可
能である。
Further, in the above embodiment, titanium (T
The reaction site was formed by ion implantation of i), but the same effect can be obtained by implanting various ions such as tungsten (W), carbon (C), and silicon in addition to titanium. .

さらに、上記実施例においては、CVD法によりアルミ
ニウム膜2を形成したが、例えばアルミニウムシリサイ
ド(Al−Si)膜,アルミニウム−シリコン−銅(AlSiC
u)膜等のアルミニウム合金膜を形成する行程に本発明
を適用しても勿論よい。
Further, in the above embodiment, the aluminum film 2 was formed by the CVD method. However, for example, an aluminum silicide (Al-Si) film, aluminum-silicon-copper (AlSiC)
u) Of course, the present invention may be applied to the process of forming an aluminum alloy film such as a film.

[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明に係るアルミ
ニウム膜の形成方法にあっては、表面に段差部が形成さ
れた基体表面に、上記基体に対して不純物とならないイ
オン種を用いてイオン注入を行うことによって段差部を
含む基体上の全域に反応サイトを形成し、次に、前記基
体表面にCVD法によりアルミニウム膜を形成するため、
制御性が良好で且つステップカバレージが良好で急峻な
段差部でもアルミニウム配線が断線することがない緻密
なアルミニウム膜の形成が出来る効果がある。
[Effects of the Invention] As is apparent from the above description, in the method for forming an aluminum film according to the present invention, the ionic species which do not become impurities with respect to the substrate are formed on the surface of the substrate having the step formed on the surface. A reaction site is formed on the entire area of the substrate including the step by performing ion implantation using, and then an aluminum film is formed on the surface of the substrate by a CVD method.
There is an effect that a dense aluminum film can be formed with good controllability, good step coverage, and no break in the aluminum wiring even at a steep step portion.

このため、アルミニウム膜の微細加工性,平坦な表面
形態,耐腐食性等をCVD法にて達成出来る効果がある。
Therefore, there is an effect that the fine workability, flat surface morphology, corrosion resistance and the like of the aluminum film can be achieved by the CVD method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図A〜第1図Cは本発明に係るアルミニウム膜の形
成方法の実施例を示す行程図である。 1……シリコン基板(基体)、1a……反応サイト、2…
…アルミニウム膜。
1A to 1C are process diagrams showing an embodiment of a method for forming an aluminum film according to the present invention. 1 ... silicon substrate (base), 1a ... reaction site, 2 ...
... Aluminum film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/44 - 21/445 H01L 21/768 H01L 29/40 - 29/51──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/28-21/288 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/44-21/445 H01L 21 / 768 H01L 29/40-29/51

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】表面に段差部が形成された基体表面に、上
記基体に対して不純物とならないイオン種を用いてイオ
ン注入を行うことにより、段差部を含む基板上の全域に
反応サイトを形成し、この反応サイトの上面から化学気
相成長法によってアルミニウム膜を全面均一に付着形成
することを特徴とする半導体装置におけるアルミニウム
膜の形成方法。
1. A reaction site is formed on the entire surface of a substrate including a step by performing ion implantation on the surface of the substrate having a step on the surface using an ion species that does not become an impurity with respect to the substrate. A method for forming an aluminum film in a semiconductor device, wherein an aluminum film is uniformly deposited on the entire surface by chemical vapor deposition from the upper surface of the reaction site.
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