JPH08195440A - 半導体素子の配線金属薄膜の製造方法 - Google Patents

半導体素子の配線金属薄膜の製造方法

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JPH08195440A
JPH08195440A JP7261400A JP26140095A JPH08195440A JP H08195440 A JPH08195440 A JP H08195440A JP 7261400 A JP7261400 A JP 7261400A JP 26140095 A JP26140095 A JP 26140095A JP H08195440 A JPH08195440 A JP H08195440A
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thin film
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wiring metal
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JP7261400A
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Kyoichi Ri
京一 李
Jiu Ri
時雨 李
Kiko Ri
起虎 李
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LG Semicon Co Ltd
Goldstar Electron Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 タングステンの核形成層上に金属有機化合物
先駆体のアルミニウム薄膜を形成し、反応時間を短縮し
て核形成層の形成速度を増加させ、滑らかな膜表示と良
好な特性とを有する半導体素子の配線金属薄膜の製造方
法を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体素子の配線金属薄膜の製
造方法は、複数の物質により形成された基板14の上面
の所定の部分に絶縁膜15を形成する工程と、絶縁膜1
5の所定の部分を基板14の上面が露出するまでエッチ
ングする工程と、絶縁膜15のエッチングされた部分に
基板14の形成物質中の特定物質のみに蒸着性を示す所
定物質を蒸着し、核形成層16を形成する工程と、核形
成層16上にアルミニウム薄膜17を形成する工程とを
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の配線金
属薄膜の製造方法に関し、特に、配線金属薄膜の結晶粒
子を増加させて高集積度の半導体素子の配線金属薄膜を
製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体素子の配線金属薄膜にお
いて、n+ シリコン(silicon )およびp+ シリコンに
対する接触抵抗が低く、成膜および加工が容易であるた
め、アルミニウム(Al)が広く使用されている。しか
し、半導体素子の高集積に伴い、サブミクロン(submic
ron )幅の微細な配線が要求され、〜で示すような
問題が発生している。
【0003】 電子の流動に従い、アルミニウムの原
子が拡散しまたは活性化エネルギーの低い粒界が拡散し
て、結晶粒子の直径および方位が不均一となり、電流密
度が増加して電子の移動(eletro migration)が促進さ
れ、配線の寿命が短縮される。
【0004】 加熱をするときの圧縮応力と低再結晶
温度とによりヒロック(hillock )が発生し、層間絶縁
の耐圧状態が不良になる。
【0005】 不動態化(パッシベーション;passiv
ation )膜から受ける引張り応力により、配線が断線ま
たは部分的に損傷され、製品の信頼性が低下する。
【0006】そこで、最近は、図2および図3に示した
ように、配線金属薄膜の信頼性を向上させるため、ま
ず、トリイソブチルアルミニウム(TiBA;Tri-isob
utyl aluminum )、ジメチルアルミニウムハイドライド
(DMAH;dimethyl aluminum hydride )およびジメ
チルエチルアミンアラン(DMEAA;dimethyl ethyl
amine alane)のような有機金属化合物先駆体(precurs
or )104を気化させ、直接蒸気層101に搬入する
か、または、水素(H2 )およびアルゴン(Ar)のキ
ャリアガス(carrier gas )105を利用して蒸着層1
01に搬入する。
【0007】次に、蒸着層101内でシリコン、アルミ
ニウム、チタニウムナイトライド(TiN)およびSi
2 からなる群より選ばれた少なくとも1種を含むウエ
ハ103のみをヒーター102により100℃−400
℃に加熱し、金属有機化合物先駆体104を熱分解する
ことによりアルミニウム薄膜を100Å−20000Å
の厚さに蒸着していた。
【0008】また、米国特許第5008217号に記載
された方法においては、図4に示すように、SiO2
らなる基板106上にTiNX の核形成層107を形成
し、大気にふれることなく1つのシステム内でCVD法
(Chemical Vapor Deposition )により核形成層107
上にTiBAを蒸着させ、アルミニウム薄膜108を形
成していた。
【0009】図5は、核形成層を形成した後アルミニウ
ム薄膜を形成する方法と、核形成層を形成せずにアルミ
ニウム薄膜を形成する方法とにおける蒸着時間とアルミ
ニウム薄膜の厚さとの関係を示すグラフである。図5を
参照して、図4で示す核形成層107を形成する方法1
09においては、図2、3で示す核形成層を形成せずに
シリコン基板上に直ちにアルミニウムをCVD法により
蒸着する方法110に比べアルミニウムの蒸着時間が短
いので、短時間内にアルミニウム薄膜を形成することが
できるという利点がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ただし、このような従
来の金属有機化合物先駆体を利用して半導体素子の配線
金属薄膜を製造する方法においては、金属有機化合物先
駆体の生成速度は遅く、応用時間(incubation time )
も長い。そのため、金属有機化合物先駆体膜の表面が粗
く、蒸着速度も遅くなり、金属有機化合物先駆体膜を選
択的に蒸着することが難しい。その結果、配線金属薄膜
のアルミニウム薄膜を選択的に形成することが難しくな
るといった不都合な点がある。
【0011】そこで、本発明の目的は、タングステンの
核形成層上に金属有機化合物先駆体のアルミニウム薄膜
を形成し、反応時間を短縮して核形成層の形成速度を増
加させ、滑らかな膜表面および良好な特性を有する半導
体素子の配線金属薄膜の製造方法を提供することであ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子の配
線金属薄膜の製造方法は、複数の物質より形成された基
板の上面の所定の部分に絶縁膜を形成する工程と、絶縁
膜の所定の部分を基板の上面が露出するまでエッチング
する工程と、絶縁膜のエッチングがされた部分に基板の
形成物質中の特定物質のみに蒸着性がある所定物質を蒸
着し、核形成層を形成する工程と、核形成層の上にアル
ミニウム薄膜を形成する工程とを備えたものである。
【0013】また、基板を形成する物質は、二酸化硅素
(SiO2 )と、シリコン(Si)、金属性物質および
窒素化合物からなる群より選ばれた1種類の物質との2
種類を用いてもよい。
【0014】また、核形成層は、六フッ化タングステン
(WF6 )ガス、六フッ化タングステン(WF6 )と水
素(H2 )との混合ガスおよび六フッ化タングステン
(WF 6 )とモノシラン(SiH4 )との混合ガスから
なる群より選ばれた1種のガスを分解することを利用
し、化学気相蒸着法により形成されてもよい。
【0015】また、核形成層は、基板の温度を300℃
以上に維持し、120秒以内に形成されることが好まし
い。
【0016】また、核形成層の厚みは、1000Å以下
であることが好ましい。また、核形成層は、タングステ
ンにて形成されていてもよい。
【0017】また、核形成層は、基板上で絶縁層のエッ
チングがされた部分のすべてに形成されていてもよい。
【0018】また、核形成層は、基板上で絶縁層のエッ
チングがされた部分に選択的に形成されてもよい。
【0019】また、アルミニウム薄膜は、核形成層上に
金属有機化合物先駆体を用い、MOCVD法により形成
されてもよい。
【0020】また、アルミニウム薄膜の厚さは、100
00Å以下であることが好ましい。また、金属性物質
は、アルミニウム、銅、アルミニウム合金および銅合金
からなる群より選ばれた1種であってもよい。
【0021】また、金属有機化合物先駆体は、トリイソ
ブチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハイドライ
ド、トリメチルアミンアランおよびメチルアミンアラン
からなる群より選ばれた1種であってもよい。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。
【0023】本発明の半導体素子の配線金属薄膜の製造
方法においては、図1に示したように、基板14はSi
2 と、シリコン、銅、銅化合物、アルミニウム、アル
ミニウム化合物およびチタニウムナイトライドのような
窒素化合物からなる群より選ばれた1種類の物質とによ
り形成されている。基板14の上面の所定の部分に絶縁
物質を形成することにより絶縁膜15が形成されてい
る。絶縁膜15が所定のパターンにエッチングされて、
基板14の上面の所定の部分が露出されている。その露
出部分に基板形成物質中の特定物質のみに蒸着性を示す
所定物質が蒸着されて核形成層16が形成されている。
このとき、核形成層16は基板14上面のエッチングさ
れた全部分に形成することも可能であるし、基板14上
面のエッチングされた部分内の所定部分に選択的に形成
することも可能である。
【0024】また、基板の形成物質中の特定物質のみに
蒸着性を示す物質としては、たとえば基板がシリコンお
よびSiO2 を含む場合は、シリコンのみに蒸着性を示
すタングステンを使用することができる。タングステン
をCVD法により基板14上面のエッチングされた部分
に蒸着させると、従来のCVD法にてアルミニウムを基
板14上面のエッチングされた部分に蒸着させる場合に
比べ、反応時間を短縮することができる。
【0025】タングステンをCVD法にて基板14上面
のエッチングされた部分に蒸着するときは、図1
(A)、(B)に示したように、まず基板14上の絶縁
膜15をエッチングする。その後エッチングされた部分
を300℃以上の温度に維持し、120秒以内の間で、
六フッ化タングステン(WF6 )ガス、六フッ化タング
ステン(WF6 )と水素(H2 )との混合ガスおよび六
フッ化タングステン(WF6)とモノシラン(Si
4 )との混合ガスからなる群より選ばれた1種のガス
を用いてガス分解を行ない、100Å〜1000Åの厚
さで核形成層16を蒸着させる。
【0026】次に、図1(C)に示したように、核形成
層16上に、金属有機化合物先駆体として、たとえば、
トリイソブチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハ
イドライド、トリメチルアミンアランおよびジメチルア
ミンアランからなる群より選ばれた1種を用いてMOC
VD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)
により、10000Å以下の厚さでアルミニウム薄膜1
7を形成する。
【0027】このように、タングステンをCVD法にて
基板14上面のエッチングされた部分に蒸着することに
より形成した核形成層16上面にアルミニウム薄膜17
を形成すると、図5に示した方法109のように、核形
成層を形成しない場合の方法110に比べ、蒸着の時間
が短縮され、アルミニウム薄膜の成長時間が短縮され
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体素
子の配線金属薄膜の製造方法においては、タングステン
を用いて核形成層を形成し、核形成層上に金属有機化合
物先駆体を用いてMOCVD法によりアルミニウム薄膜
を形成するものである。そのため、核形成層の形成時に
反応時間が短縮されて、核形成層の表面が滑らかにな
り、膜の特性が良好になるという効果がある。さらに、
核形成層の蒸着速度が向上し、選択的な蒸着を容易に行
ない得るという効果がある。また、所望のパターンに容
易にエッチングを行なうことができ、64メガビット以
上のDRAMのような高集積半導体素子の金属配線の信
頼性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体素子の配線金属薄膜の製造方法
の工程図である。
【図2】従来の金属有機化合物先駆体により半導体素子
の配線金属薄膜を製造する方法に用いられる装置の概略
図である。
【図3】従来の金属有機化合物先駆体により半導体素子
の配線金属薄膜を製造する方法に用いられる装置の概略
図である。
【図4】従来の核形成層を形成した後、配線金属薄膜を
製造する方法により製造された半導体の断面図である。
【図5】核形成層を形成した後、配線金属薄膜を形成す
る方法109と直ちに配線金属薄膜を形成する方法11
0とにおいて蒸着時間とアルミニウム薄膜の厚さとの関
係を示すグラフである。
【符号の説明】
14 基板 15 絶縁膜 16 核形成層 17 アルミニウム薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/285 C 301 R 21/3065

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子の配線金属薄膜の製造方法で
    あって、 複数の物質により形成された基板の上面の所定の部分に
    絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜の所定の部分を前記基板の上面が露出するま
    でエッチングする工程と、 前記絶縁膜のエッチングがされた部分に前記基板の形成
    物質中の特定物質のみに蒸着性がある所定物質を蒸着
    し、核形成層を形成する工程と、 前記核形成層の上にアルミニウム薄膜を形成する工程と
    を備えた、半導体素子の配線金属薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記基板を形成する物質は、二酸化硅素
    (SiO2 )と、シリコン(Si)、金属性物質および
    窒素化合物からなる群より選ばれた1種類の物質との2
    種類を用いる、請求項1に記載の半導体素子の配線金属
    薄膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記核形成層を形成する工程は、六フッ
    化タングステン(WF6 )ガス、六フッ化タングステン
    (WF6 )と水素(H2 )との混合ガスおよび六フッ化
    タングステン(WF6 )とモノシラン(SiH4 )との
    混合ガスからなる群より選ばれた1つのガスを分解する
    ことを利用し、化学気相蒸着法により前記核形成層を形
    成することを含む、請求項1に記載の半導体素子の配線
    金属薄膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記核形成層を形成する工程は、前記基
    板の温度を300℃以上に維持し、120秒以内に前記
    核形成層を形成することを含む、請求項1に記載の半導
    体素子の配線金属薄膜の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記核形成層を形成する工程は、100
    0Å以下の厚さで前記核形成層を形成することを含む、
    請求項1に記載の半導体素子の配線金属薄膜の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 前記核形成層を形成する工程は、タング
    ステンにて前記核形成層を形成することを含む、請求項
    1に記載の半導体素子の配線金属薄膜の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記核形成層を形成する工程は、前記基
    板上で前記絶縁層のエッチングがされた部分のすべてに
    前記核形成層を形成することを含む、請求項1に記載の
    半導体素子の配線金属薄膜の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記核形成層を形成する工程は、前記基
    板上で前記絶縁層のエッチングがされた部分に選択的に
    前記核形成層を形成することを含む、請求項1に記載の
    半導体素子の配線金属薄膜の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記アルミニウム薄膜を形成する工程
    は、前記核形成層上に金属有機化合物先駆体を用い、M
    OCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Depositio
    n )により前記アルミニウム薄膜を形成することを含
    む、請求項1に記載の半導体素子の配線金属薄膜の製造
    方法。
  10. 【請求項10】 前記アルミニウム薄膜を形成する工程
    は、10000Å以下の厚さで前記アルミニウム薄膜を
    形成することを含む、請求項1に記載の半導体素子の配
    線金属薄膜の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記金属性物質は、アルミニウム、
    銅、アルミニウム合金および銅合金からなる群より選ば
    れた1種である、請求項2に記載の半導体素子の配線金
    属薄膜の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記金属有機化合物先駆体は、トリイ
    ソブチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハイドラ
    イド、トリメチルアミンアランおよびメチルアミンアラ
    ンからなる群より選ばれた1種が用いられる、請求項9
    に記載の半導体素子の配線金属薄膜の製造方法。
JP7261400A 1994-10-11 1995-10-09 半導体素子の配線金属薄膜の製造方法 Pending JPH08195440A (ja)

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