JPH06295904A - 配線の形成方法 - Google Patents
配線の形成方法Info
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- JPH06295904A JPH06295904A JP1297993A JP1297993A JPH06295904A JP H06295904 A JPH06295904 A JP H06295904A JP 1297993 A JP1297993 A JP 1297993A JP 1297993 A JP1297993 A JP 1297993A JP H06295904 A JPH06295904 A JP H06295904A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】口径が小さく、且つ高アスペクト比の接続孔内
に段差被覆性にすぐれたアルミニウム膜を空隙なく堆積
させて配線を形成し、半導体装置の信頼性を向上させ
る。 【構成】表面を窒化チタン膜４で被覆したアスペクト比
１を超す接続孔３を含む表面にジメチルアルミニウムハ
イドライドを原料とする低圧気相化学成長法により基板
温度１００〜１８０℃の低温でアルミニウム膜を堆積さ
せることにより、空隙のないアルミニウム膜５を形成で
きる。
に段差被覆性にすぐれたアルミニウム膜を空隙なく堆積
させて配線を形成し、半導体装置の信頼性を向上させ
る。 【構成】表面を窒化チタン膜４で被覆したアスペクト比
１を超す接続孔３を含む表面にジメチルアルミニウムハ
イドライドを原料とする低圧気相化学成長法により基板
温度１００〜１８０℃の低温でアルミニウム膜を堆積さ
せることにより、空隙のないアルミニウム膜５を形成で
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は配線の形成方法に関し、
特に半導体装置の配線用のアルミニウム膜の形成方法に
関する。
特に半導体装置の配線用のアルミニウム膜の形成方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体装置の配線用のアルミニウ
ム膜の形成方法としては、例えばスパッタリングや蒸着
によりアルミニウムターゲットからたたき出されたアル
ミニウム原子や分子を基板表面に降り積もるように堆積
する方法や、あるいは、１９９０年・シンポジウム・オ
ン・ヴィ・エル・エス・アイ・テクノロジー、ダイジェ
スト・オブ・テクニカル・ペーパーズ（１９９０ Ｓｙ
ｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎＶＬＳＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ，Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅ
ｒｓ）第５頁に記載されているように、ジメチルアルミ
ニウムハイドライドを原料として用いた低圧気相化学成
長法により、窒化チタン膜上にアルミニウム膜を基板温
度２３０℃から３５０℃で形成する方法などがある。
ム膜の形成方法としては、例えばスパッタリングや蒸着
によりアルミニウムターゲットからたたき出されたアル
ミニウム原子や分子を基板表面に降り積もるように堆積
する方法や、あるいは、１９９０年・シンポジウム・オ
ン・ヴィ・エル・エス・アイ・テクノロジー、ダイジェ
スト・オブ・テクニカル・ペーパーズ（１９９０ Ｓｙ
ｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎＶＬＳＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ，Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅ
ｒｓ）第５頁に記載されているように、ジメチルアルミ
ニウムハイドライドを原料として用いた低圧気相化学成
長法により、窒化チタン膜上にアルミニウム膜を基板温
度２３０℃から３５０℃で形成する方法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の配線の
形成方法は、スパッタリングや蒸着により配線用のアル
ミニウム膜を形成する方法では、半導体装置表面に形成
されたアスペクト比１以上の接続孔内の段差被覆性が悪
く、このアルミニウム膜をパターニングし配線を形成し
たときに導通しなかったり、電流密度が増大して配線が
溶断するなどにより、半導体装置の信頼性を低下させる
という欠点がある。
形成方法は、スパッタリングや蒸着により配線用のアル
ミニウム膜を形成する方法では、半導体装置表面に形成
されたアスペクト比１以上の接続孔内の段差被覆性が悪
く、このアルミニウム膜をパターニングし配線を形成し
たときに導通しなかったり、電流密度が増大して配線が
溶断するなどにより、半導体装置の信頼性を低下させる
という欠点がある。
【０００４】また、低圧気相化学成長を用いたアルミニ
ウム膜の形成方法では、生産性向上の観点から堆積速度
をなるべく高くすることが求められる結果、高い基板温
度での成膜が行われている。このような条件下では、基
板表面にジメチルアルミニウムハイドライドの原料分子
が到達すると、そのほとんどが分解してアルミニウム膜
を堆積する。この方法を高アスペクト比で微細な口径の
接続孔の埋め込みに適用すると、原料分子の平均自由行
程が口径より長いので、原料分子は孔の側壁と衝突を繰
り返しながら孔の底へと入っていく。このとき、基板温
度が高いので、１〜２回の衝突で原料分子は分解して膜
を形成し、接続孔の底部での実効的な原料フラックスは
接続孔の上部に比べて小さくなる。さらに成膜が進行す
ると、接続孔の上部の口径は堆積した膜でさらに狭くな
り、接続孔の底部への原料の供給をさらに困難にする。
このため、接続孔の底には空隙が形成され、電気的な接
続が取れなくなったり、接続孔部分での電流密度が増大
して断線し、半導体装置の信頼性を低下させるという欠
点がある。
ウム膜の形成方法では、生産性向上の観点から堆積速度
をなるべく高くすることが求められる結果、高い基板温
度での成膜が行われている。このような条件下では、基
板表面にジメチルアルミニウムハイドライドの原料分子
が到達すると、そのほとんどが分解してアルミニウム膜
を堆積する。この方法を高アスペクト比で微細な口径の
接続孔の埋め込みに適用すると、原料分子の平均自由行
程が口径より長いので、原料分子は孔の側壁と衝突を繰
り返しながら孔の底へと入っていく。このとき、基板温
度が高いので、１〜２回の衝突で原料分子は分解して膜
を形成し、接続孔の底部での実効的な原料フラックスは
接続孔の上部に比べて小さくなる。さらに成膜が進行す
ると、接続孔の上部の口径は堆積した膜でさらに狭くな
り、接続孔の底部への原料の供給をさらに困難にする。
このため、接続孔の底には空隙が形成され、電気的な接
続が取れなくなったり、接続孔部分での電流密度が増大
して断線し、半導体装置の信頼性を低下させるという欠
点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の配線の形成方法
は、半導体基板上に設けて表面を高融点金属膜又は高融
点金属化合物膜で被覆したアスペクト比１を超える接続
孔を含む表面に有機アルミニウムを原料として基板温度
１００℃乃至１８０℃で気相化学成長によりアルミニウ
ム膜を堆積することを含んで構成される。
は、半導体基板上に設けて表面を高融点金属膜又は高融
点金属化合物膜で被覆したアスペクト比１を超える接続
孔を含む表面に有機アルミニウムを原料として基板温度
１００℃乃至１８０℃で気相化学成長によりアルミニウ
ム膜を堆積することを含んで構成される。
【０００６】
【作用】有機アルミニウムを原料とする気相化学成長法
の接続孔内表面におけるアルミニウム膜の堆積速度と接
続孔以外の表面におけるアルミニウム膜の堆積速度を求
める。半導体基板上の接続孔はアスペクト比が大きいた
め、ほとんどの有機アルミニウム原料分子は基板と何度
も衝突を繰返しながら接続孔底部に進入するので、一旦
接続孔の中に入った原料分子は全て分解しアルミニウム
膜になると仮定する。一方、接続孔以外の表面では到達
した原料分子は反応吸着率だけにしたがって分解しアル
ミニウム膜を形成すると仮定する。接続孔内の表面積Ｓ
H は、接続孔の半径ｒ，接続孔の深さをｄとすると、 ＳH ＝πｒ2 ＋２πｒｄ になる。ところで、接続孔内部への原料の供給は接続孔
の開口部を通して行われるので、接続孔内の表面での原
料分子の実効的なフラックスは接続孔以外の表面での原
料フラックスに対して、πｒ2 ／ＳH 倍小さくなる。従
って、接続孔内部での膜の成長速度ＤH は、 ＤH ＝Φπｒ2 ／（πｒ2 ＋２πｒｄ） になる。ここで、Φは接続孔以外の基板表面での単位面
積当りの原料フラックスである。つぎに接続孔以外の表
面での膜の成長速度Ｄs は、反応吸着確率をＳcとする
と、 Ｄs ＝Ｓc Φ になる。接続孔内を均一な膜厚で埋め込むためには、Ｄ
H とＤs を等しくする必要がある。したがって、 Ｓc ＝１／（１＋４α）…（１） になる。ここで、αは接続孔のアスペクト比ｄ／２ｒで
ある。実際には、接続孔内に入射してきた全ての原料が
分解するとはかぎらないので、（１）式で得られた値よ
りさらに反応吸着確率が小さい方が埋め込みが容易にな
る。接続孔以外の表面での成膜温度が最大になるときの
反応吸着確率を１と仮定しているので、ある基板温度で
の反応吸着確率は、基板温度以外の成膜条件が同じとき
に得られる最大の堆積速度に対するその温度での堆積速
度の比と考えることができる。したがって、接続孔内を
埋め込むには堆積速度Ｄr と最大堆積速度Ｄm が Ｄr ≦Ｄm ／（１＋４α）…（２） の関係になるように基板温度を選ぶ必要がある。すなわ
ち、堆積速度が最大堆積速度の１／（１＋４α）倍にな
る温度が、接続孔埋め込みを行うための温度の上限にな
る。
の接続孔内表面におけるアルミニウム膜の堆積速度と接
続孔以外の表面におけるアルミニウム膜の堆積速度を求
める。半導体基板上の接続孔はアスペクト比が大きいた
め、ほとんどの有機アルミニウム原料分子は基板と何度
も衝突を繰返しながら接続孔底部に進入するので、一旦
接続孔の中に入った原料分子は全て分解しアルミニウム
膜になると仮定する。一方、接続孔以外の表面では到達
した原料分子は反応吸着率だけにしたがって分解しアル
ミニウム膜を形成すると仮定する。接続孔内の表面積Ｓ
H は、接続孔の半径ｒ，接続孔の深さをｄとすると、 ＳH ＝πｒ2 ＋２πｒｄ になる。ところで、接続孔内部への原料の供給は接続孔
の開口部を通して行われるので、接続孔内の表面での原
料分子の実効的なフラックスは接続孔以外の表面での原
料フラックスに対して、πｒ2 ／ＳH 倍小さくなる。従
って、接続孔内部での膜の成長速度ＤH は、 ＤH ＝Φπｒ2 ／（πｒ2 ＋２πｒｄ） になる。ここで、Φは接続孔以外の基板表面での単位面
積当りの原料フラックスである。つぎに接続孔以外の表
面での膜の成長速度Ｄs は、反応吸着確率をＳcとする
と、 Ｄs ＝Ｓc Φ になる。接続孔内を均一な膜厚で埋め込むためには、Ｄ
H とＤs を等しくする必要がある。したがって、 Ｓc ＝１／（１＋４α）…（１） になる。ここで、αは接続孔のアスペクト比ｄ／２ｒで
ある。実際には、接続孔内に入射してきた全ての原料が
分解するとはかぎらないので、（１）式で得られた値よ
りさらに反応吸着確率が小さい方が埋め込みが容易にな
る。接続孔以外の表面での成膜温度が最大になるときの
反応吸着確率を１と仮定しているので、ある基板温度で
の反応吸着確率は、基板温度以外の成膜条件が同じとき
に得られる最大の堆積速度に対するその温度での堆積速
度の比と考えることができる。したがって、接続孔内を
埋め込むには堆積速度Ｄr と最大堆積速度Ｄm が Ｄr ≦Ｄm ／（１＋４α）…（２） の関係になるように基板温度を選ぶ必要がある。すなわ
ち、堆積速度が最大堆積速度の１／（１＋４α）倍にな
る温度が、接続孔埋め込みを行うための温度の上限にな
る。
【０００７】発明者は、高融点金属膜又は高融点金属化
合物膜上に有機アルミニウムを原料として用いた気相化
学成長によりアルミニウム膜を堆積することによりシリ
コン層などの上に直接アルミニウム膜を堆積する場合に
比べ１００℃以上も低い基板温度でアルミニウム膜を堆
積できることを新たに見いだした。
合物膜上に有機アルミニウムを原料として用いた気相化
学成長によりアルミニウム膜を堆積することによりシリ
コン層などの上に直接アルミニウム膜を堆積する場合に
比べ１００℃以上も低い基板温度でアルミニウム膜を堆
積できることを新たに見いだした。
【０００８】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【０００９】図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例を
説明するための工程順に示した半導体チップの断面図で
ある。
説明するための工程順に示した半導体チップの断面図で
ある。
【００１０】まず、図１（ａ）に示すように、シリコン
基板１の上に酸化シリコン膜２を形成し、酸化シリコン
膜２を選択的にエッチングして接続孔３を形成する。
基板１の上に酸化シリコン膜２を形成し、酸化シリコン
膜２を選択的にエッチングして接続孔３を形成する。
【００１１】次に、図１（ｂ）に示すように、接続孔３
を含む酸化シリコン膜２の表面に窒化チタン膜４を形成
して表面を被覆する。
を含む酸化シリコン膜２の表面に窒化チタン膜４を形成
して表面を被覆する。
【００１２】次に、図１（ｃ）に示すように、ジメチル
アルミニウムハイドライドを原料とし、成長室の圧力
１．３Ｔｏｒｒ，キャリア水素の流量３００ＳＣＣＭの
気相化学成長法で、接続孔３を含む表面にアルミニウム
膜５を堆積し、接続孔３内にアルミニウム膜５を充填す
る。
アルミニウムハイドライドを原料とし、成長室の圧力
１．３Ｔｏｒｒ，キャリア水素の流量３００ＳＣＣＭの
気相化学成長法で、接続孔３を含む表面にアルミニウム
膜５を堆積し、接続孔３内にアルミニウム膜５を充填す
る。
【００１３】図２は本発明の窒化チタン膜上にアルミニ
ウム膜を堆積させたときの堆積速度の基板温度の逆数に
対する依存性を示す図である。
ウム膜を堆積させたときの堆積速度の基板温度の逆数に
対する依存性を示す図である。
【００１４】図２に示すように、いま、口径０．３μｍ
でアスペクト比が２．７である接続孔に段差被覆性にす
ぐれたアルミニウム膜を堆積して接続孔内を充填するた
めには、最大堆積速度が約４００ｎｍ／ｍｉｎであるこ
とからアスペクト比２．７の接続孔に埋込むアルミニウ
ム膜の堆積速度は（２）式より３４ｎｍ／ｍｉｎ以下と
なる。そこで、堆積速度が約３０ｎｍ／ｍｉｎである基
板温度１３０℃で気相化学成長を行い、段差被覆性のす
ぐれたアルミニウム膜を形成することができた。また、
これより１００℃高い基板温度２３０℃（堆積速度約３
００ｎｍ／ｍｉｎに相当）では段差被覆性が低下し、本
発明の効果が立証できた。
でアスペクト比が２．７である接続孔に段差被覆性にす
ぐれたアルミニウム膜を堆積して接続孔内を充填するた
めには、最大堆積速度が約４００ｎｍ／ｍｉｎであるこ
とからアスペクト比２．７の接続孔に埋込むアルミニウ
ム膜の堆積速度は（２）式より３４ｎｍ／ｍｉｎ以下と
なる。そこで、堆積速度が約３０ｎｍ／ｍｉｎである基
板温度１３０℃で気相化学成長を行い、段差被覆性のす
ぐれたアルミニウム膜を形成することができた。また、
これより１００℃高い基板温度２３０℃（堆積速度約３
００ｎｍ／ｍｉｎに相当）では段差被覆性が低下し、本
発明の効果が立証できた。
【００１５】なお、基板温度は１００℃以下ではアルミ
ニウム膜が堆積されず、実用上基板温度は約１００℃が
下限となる。
ニウム膜が堆積されず、実用上基板温度は約１００℃が
下限となる。
【００１６】以後、このアルミニウム膜５をパターニン
グして配線を形成する。
グして配線を形成する。
【００１７】なお、本実施例で用いたジメチルアルミニ
ウムハイドライドの代りにトリイソブチルアルミニウ
ム，トリメチルアミンアラン，ジエチルアルミニウムハ
イドライドのいずれかを用いても良く、窒化チタン膜の
代りにチタン膜又は窒化タングステン膜を用いても良
い。
ウムハイドライドの代りにトリイソブチルアルミニウ
ム，トリメチルアミンアラン，ジエチルアルミニウムハ
イドライドのいずれかを用いても良く、窒化チタン膜の
代りにチタン膜又は窒化タングステン膜を用いても良
い。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、口
径の小さい高アスペクト比の接続孔内を空隙なくアルミ
ニウム膜で埋め込んだ配線を形成できるので、半導体装
置の信頼性を向上できるという効果を有する。
径の小さい高アスペクト比の接続孔内を空隙なくアルミ
ニウム膜で埋め込んだ配線を形成できるので、半導体装
置の信頼性を向上できるという効果を有する。
【図１】本発明の一実施例を説明するための工程順に示
した断面図。
した断面図。
【図２】本発明の一実施例の窒化チタン膜上でのアルミ
ニウム膜の堆積速度の基板温度の逆数に対する依存性を
示す図。
ニウム膜の堆積速度の基板温度の逆数に対する依存性を
示す図。
１ シリコン基板 ２ 酸化シリコン基板 ３ 接続孔 ４ 窒化チタン膜 ５ アルミニウム膜
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板上に設けて表面を高融点金属
膜又は高融点金属化合物膜で被覆したアスペクト比１を
超える接続孔を含む表面に有機アルミニウムを原料とし
て基板温度１００℃乃至１８０℃で気相化学成長により
アルミニウム膜を堆積することを特徴とする配線の形成
方法。 - 【請求項２】 有機アルミニウムがジメチルアルミニウ
ムハイドライド，トリイソブチルアルミニウム，トリメ
チルアミンアラン，ジエチルアルミニウムハイドライド
のいずれかである請求項１記載の配線の形成方法。 - 【請求項３】 高融点金属膜がチタン膜である請求項１
又は請求項２記載の配線の形成方法。 - 【請求項４】 高融点金属化合物膜が窒化チタン膜又は
窒化タングステン膜である請求項１又は請求項２記載の
配線の形成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5012979A JP2531425B2 (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 配線の形成方法 |
| US08/554,029 US5545591A (en) | 1993-01-29 | 1995-11-06 | Method for forming an aluminum film used as an interconnect in a semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5012979A JP2531425B2 (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 配線の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06295904A true JPH06295904A (ja) | 1994-10-21 |
| JP2531425B2 JP2531425B2 (ja) | 1996-09-04 |
Family
ID=11820342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5012979A Expired - Fee Related JP2531425B2 (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 配線の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2531425B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0442527A (ja) * | 1990-06-08 | 1992-02-13 | Fujitsu Ltd | 金属配線層の形成方法 |
| JPH0513598A (ja) * | 1991-07-05 | 1993-01-22 | Kazuo Tsubouchi | 堆積膜形成法 |
-
1993
- 1993-01-29 JP JP5012979A patent/JP2531425B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0442527A (ja) * | 1990-06-08 | 1992-02-13 | Fujitsu Ltd | 金属配線層の形成方法 |
| JPH0513598A (ja) * | 1991-07-05 | 1993-01-22 | Kazuo Tsubouchi | 堆積膜形成法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2531425B2 (ja) | 1996-09-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960507 |
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