JPH11135459A - 半導体の開口に選択的に金属を蒸着する方法 - Google Patents
半導体の開口に選択的に金属を蒸着する方法Info
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- JPH11135459A JPH11135459A JP10240012A JP24001298A JPH11135459A JP H11135459 A JPH11135459 A JP H11135459A JP 10240012 A JP10240012 A JP 10240012A JP 24001298 A JP24001298 A JP 24001298A JP H11135459 A JPH11135459 A JP H11135459A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体素子の開口に金属を選択的に蒸着する方
法を提供する。 【解決手段】半導体基板または半導体素子の金属下部層
の表面上に絶縁層を形成する段 階；前記絶縁層に開口
を形成して前記半導体基板または前記金属下部層の表面
を露出させる段階；１０-12 ないし１０トルの圧力下で
前記絶縁層の表面を吸着抑制剤の蒸気に短時間暴露する
ことによって、吸着抑制層が絶縁層の外部表面上にのみ
形成して前記開口の内部には及ばないようにする段階；
化学蒸着法を用いて前記開口内に金属を選択的に蒸着し
て半導体基板または金属下部層の表面から絶縁層の外部
表面に亙る導電性金属プラグを形成する段階；および前
記吸着抑制層を前記絶縁層の上部表面から除去する段階
を備える。
法を提供する。 【解決手段】半導体基板または半導体素子の金属下部層
の表面上に絶縁層を形成する段 階；前記絶縁層に開口
を形成して前記半導体基板または前記金属下部層の表面
を露出させる段階；１０-12 ないし１０トルの圧力下で
前記絶縁層の表面を吸着抑制剤の蒸気に短時間暴露する
ことによって、吸着抑制層が絶縁層の外部表面上にのみ
形成して前記開口の内部には及ばないようにする段階；
化学蒸着法を用いて前記開口内に金属を選択的に蒸着し
て半導体基板または金属下部層の表面から絶縁層の外部
表面に亙る導電性金属プラグを形成する段階；および前
記吸着抑制層を前記絶縁層の上部表面から除去する段階
を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンタクトホール
またはバイアホール等の開口に金属を蒸着する方法に係
り、さらに詳細には、半導体素子のコンタクトホール
またはバイアホールにアルミニウム等を選択的に蒸着し
て導電性プラグを形成する化学蒸着法に関する。
またはバイアホール等の開口に金属を蒸着する方法に係
り、さらに詳細には、半導体素子のコンタクトホール
またはバイアホールにアルミニウム等を選択的に蒸着し
て導電性プラグを形成する化学蒸着法に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学蒸着法は、反応物の蒸気を基板に移
送する段階、反応物が基板上に吸着する段階、表面での
化学反応および拡散によって表面上に薄膜が形成する段
階、および副産物が表面から脱着する段階からなる薄膜
蒸着法であり、比較的低い温度においての薄膜形成、フ
ィルム組成の調節、基板の特定表面上にフィルムの選択
的蒸着などを行うことができるという長所がある。選択
的蒸着法においては、特定表面が反応物に対して高い反
応性を持つようにすることによってその表面に選択的に
薄膜を形成する。
送する段階、反応物が基板上に吸着する段階、表面での
化学反応および拡散によって表面上に薄膜が形成する段
階、および副産物が表面から脱着する段階からなる薄膜
蒸着法であり、比較的低い温度においての薄膜形成、フ
ィルム組成の調節、基板の特定表面上にフィルムの選択
的蒸着などを行うことができるという長所がある。選択
的蒸着法においては、特定表面が反応物に対して高い反
応性を持つようにすることによってその表面に選択的に
薄膜を形成する。
【０００３】最近、半導体素子の集積度の増加に伴って
微細になっている回路線幅はより精密な微細加工技術を
要求している。たとえば、最近開発された半導体素子の
開口は以前に比べて直径が著しく小さくなっている。
微細になっている回路線幅はより精密な微細加工技術を
要求している。たとえば、最近開発された半導体素子の
開口は以前に比べて直径が著しく小さくなっている。
【０００４】一般に、半導体素子のコンタクトまたはバ
イア構造は、酸化珪素層（ＳｉＯ2）などの絶縁層に生
成されたコンタクトホールまたはバイアホールに金属を
蒸着することによって半導体基板を配線層と連結する導
電性金属プラグを形成して製造される。通常、金属プラ
グは、全面蒸着した後エッチバックして製造されるが、
図１を参照して説明すると次の通りである。
イア構造は、酸化珪素層（ＳｉＯ2）などの絶縁層に生
成されたコンタクトホールまたはバイアホールに金属を
蒸着することによって半導体基板を配線層と連結する導
電性金属プラグを形成して製造される。通常、金属プラ
グは、全面蒸着した後エッチバックして製造されるが、
図１を参照して説明すると次の通りである。
【０００５】まず、図１（Ａ）に示すように、シリコン
基板１０の上部に絶縁性物質、たとえば、酸化珪素（Ｓ
ｉＯ2 ）を蒸着して絶縁層２０を形成し、通常のエッチ
ング方法によって絶縁層２０の所定部分を除去して開口
３０を形成する。次に、絶縁層２０の上部と開口３０の
内部に金属を蒸着して連続的な金属層４０を形成する。
次いで、金属層をエッチングして図１（Ｂ）に示す金属
プラグ４０を形成する。しかし、金属層をエッチングし
て金属プラグを形成する方法は複雑なリソグラフ技術を
要求するという問題があった。
基板１０の上部に絶縁性物質、たとえば、酸化珪素（Ｓ
ｉＯ2 ）を蒸着して絶縁層２０を形成し、通常のエッチ
ング方法によって絶縁層２０の所定部分を除去して開口
３０を形成する。次に、絶縁層２０の上部と開口３０の
内部に金属を蒸着して連続的な金属層４０を形成する。
次いで、金属層をエッチングして図１（Ｂ）に示す金属
プラグ４０を形成する。しかし、金属層をエッチングし
て金属プラグを形成する方法は複雑なリソグラフ技術を
要求するという問題があった。
【０００６】前記問題を解決するために、開口部を選択
的に蒸着する方法が試みられたが、図２を参照して説明
すると次の通りである（M.J. Hampden-Smithら，Chem.
Vap.Deposition，１ （２）， １９９５参照）。
的に蒸着する方法が試みられたが、図２を参照して説明
すると次の通りである（M.J. Hampden-Smithら，Chem.
Vap.Deposition，１ （２）， １９９５参照）。
【０００７】まず、図２（Ａ）に示すように、通常の方
法によってシリコン基板１１０の上部に開口１３０を含
む絶縁層１２０を形成する。次いで、図２（Ｂ）に示す
ように、この開口１３０の内部に表面選択的な化学蒸着
法を用いて金属層１４０を形成する。
法によってシリコン基板１１０の上部に開口１３０を含
む絶縁層１２０を形成する。次いで、図２（Ｂ）に示す
ように、この開口１３０の内部に表面選択的な化学蒸着
法を用いて金属層１４０を形成する。
【０００８】しかし、この表面選択的蒸着法は、基板と
絶縁層が同一の表面、たとえば、拡散防止膜（diffusio
n barrier）で覆われている場合には適用が不可能であ
り、また選択性が失わ れやすいので信頼性が低い。
絶縁層が同一の表面、たとえば、拡散防止膜（diffusio
n barrier）で覆われている場合には適用が不可能であ
り、また選択性が失わ れやすいので信頼性が低い。
【０００９】したがって、従来の技術は再現性および信
頼性が低いため半導体素子の生産に適用することが困難
であった。
頼性が低いため半導体素子の生産に適用することが困難
であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、コンタクトホールもしくはバイアホール等の開
口に金属を選択的に蒸着することによって効率性、再現
性および信頼性に優れている導電性金属プラグを形成す
る方法を提供することである。
目的は、コンタクトホールもしくはバイアホール等の開
口に金属を選択的に蒸着することによって効率性、再現
性および信頼性に優れている導電性金属プラグを形成す
る方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ｉ）半
導体基板または半導体素子の金属下部層の表面上に絶縁
層を形成する段階；ｉｉ）前記絶縁層に開口を形成して
前記半導体基板または前記金属下部層の表面を露出させ
る段階；ｉｉｉ）１０-12 ないし１０トル（Torr）の圧
力下で前記絶縁層の表面を吸着抑制剤の蒸気に短時間暴
露することによって、吸着抑制層が絶縁層の外部表面上
にのみ形成して前記開口の内部には及ばないようにする
段階；ｉｖ）化学蒸着法を用いて前記開口内に金属を選
択的に蒸着して半導体基板または金属下部層の表面から
絶縁層の外部表面に亙る導電性金属プラグを形成する段
階；およびｖ）前記吸着抑制層を前記絶縁層の上部表面
から除去する段階を含む、半導体素子において金属連結
プラグを製造する方法が提供される。
導体基板または半導体素子の金属下部層の表面上に絶縁
層を形成する段階；ｉｉ）前記絶縁層に開口を形成して
前記半導体基板または前記金属下部層の表面を露出させ
る段階；ｉｉｉ）１０-12 ないし１０トル（Torr）の圧
力下で前記絶縁層の表面を吸着抑制剤の蒸気に短時間暴
露することによって、吸着抑制層が絶縁層の外部表面上
にのみ形成して前記開口の内部には及ばないようにする
段階；ｉｖ）化学蒸着法を用いて前記開口内に金属を選
択的に蒸着して半導体基板または金属下部層の表面から
絶縁層の外部表面に亙る導電性金属プラグを形成する段
階；およびｖ）前記吸着抑制層を前記絶縁層の上部表面
から除去する段階を含む、半導体素子において金属連結
プラグを製造する方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。
する。
【００１３】本発明において、開口は、半導体素子の配
線のために製造される半導体基板上の絶縁層に形成され
たコンタクトホールおよび半導体素子の金属下部層上の
絶縁層に形成されたバイアホールなどを含む。
線のために製造される半導体基板上の絶縁層に形成され
たコンタクトホールおよび半導体素子の金属下部層上の
絶縁層に形成されたバイアホールなどを含む。
【００１４】金属層を形成するための化学蒸着は一般的
に低圧下で行われる。低圧化学蒸着法は、汚染の少ない
良質で均一な蒸着膜、高い生産性、および優れたステッ
プカバレッジなどを提供する。
に低圧下で行われる。低圧化学蒸着法は、汚染の少ない
良質で均一な蒸着膜、高い生産性、および優れたステッ
プカバレッジなどを提供する。
【００１５】１０-12 ないし１０トルの範囲の圧力下で
低圧化学蒸着を行う場合、気体分子の平均自由行程（me
an free path）は約１０ないし１０００μｍである。し
たがって、口径が１μｍ以下で横・縦の比（アスペクト
比）が４ないし１０である開口内における気体分子の拡
散は、気体分子相互間の衝突によって起るバルク拡散で
なく、気体分子が壁と衝突しながら進行するクヌーセン
（Knudsen）拡散に従い、このクヌーセン拡散速度は、
壁表面によ る抵抗（wall resistance）のためバルク拡
散速度に比べて約１，０００ないし１０，０ ００倍低
い。このようなクヌーセン拡散係数は下記の数式１によ
って求められる。
低圧化学蒸着を行う場合、気体分子の平均自由行程（me
an free path）は約１０ないし１０００μｍである。し
たがって、口径が１μｍ以下で横・縦の比（アスペクト
比）が４ないし１０である開口内における気体分子の拡
散は、気体分子相互間の衝突によって起るバルク拡散で
なく、気体分子が壁と衝突しながら進行するクヌーセン
（Knudsen）拡散に従い、このクヌーセン拡散速度は、
壁表面によ る抵抗（wall resistance）のためバルク拡
散速度に比べて約１，０００ないし１０，０ ００倍低
い。このようなクヌーセン拡散係数は下記の数式１によ
って求められる。
【００１６】
【数１】 上記数式１において、γ＝開口の半径、Ｒ＝気体定数、
Ｔ＝気体温度、Ｍ＝分子量である。
Ｔ＝気体温度、Ｍ＝分子量である。
【００１７】数式１から分かるように、クヌーセン拡散
係数は開口の半径が小さいほどまた気体の分子量が多い
ほど低くなり、また気体温度が低いほど低くなる。図３
は、開口の半径と分子量によるクヌーセン拡散係数の変
化を示したグラフである。
係数は開口の半径が小さいほどまた気体の分子量が多い
ほど低くなり、また気体温度が低いほど低くなる。図３
は、開口の半径と分子量によるクヌーセン拡散係数の変
化を示したグラフである。
【００１８】前述したように、クヌーセン拡散速度を用
いることによって、吸着抑制剤を半導体素子の開口内部
の表面には吸着させずに露出した基板表面にのみ吸着さ
せることが可能であ る。次いで、適切な有機金属化合
物前駆体を用いる通常の化学蒸着法によって開口内部に
のみ金属が充填され、吸着が抑制された絶縁層の表面に
は金属蒸着が起らないようにし て、各々の開口底から
絶縁層の表面位置に及ぶ金属連結プラグを形成する。し
たがって、本発明による金属連結プラグの製造方法を図
４を参照して説明すると次の通りである。
いることによって、吸着抑制剤を半導体素子の開口内部
の表面には吸着させずに露出した基板表面にのみ吸着さ
せることが可能であ る。次いで、適切な有機金属化合
物前駆体を用いる通常の化学蒸着法によって開口内部に
のみ金属が充填され、吸着が抑制された絶縁層の表面に
は金属蒸着が起らないようにし て、各々の開口底から
絶縁層の表面位置に及ぶ金属連結プラグを形成する。し
たがって、本発明による金属連結プラグの製造方法を図
４を参照して説明すると次の通りである。
【００１９】図４（Ａ）を参照すると、基板２１０の上
部に絶縁層２２０を形成し、絶縁層２２０の所定部分を
予め決定されたパターンに従って除去して開口２３０が
形成される。
部に絶縁層２２０を形成し、絶縁層２２０の所定部分を
予め決定されたパターンに従って除去して開口２３０が
形成される。
【００２０】本発明に用いられる半導体基板はＤ−ＲＡ
Ｍ、Ｓ−ＲＡＭ、Ｆ−ＲＡＭ、ロジック、ＡＳＩＣ（特
定用途向け集積回路）、マイクロプロセッサおよびＴＦ
Ｔ（薄膜トランジス タ）に用いられるシリコン、Ｇａ
Ａｓ、ＩｎＰなどがある。半導体素子の金属層としては
タングステン、アルミニウムまたは銅が用いられる。本
発明の絶縁層としては酸化珪素、Ｔａ2 Ｏ5 、ＢＳＴＯ
（バリウム・ストロンチウム・チタン酸化物）、または
ＰＺＴＯ （鉛・ジルコニウム・チタン酸化物）などが
ある。
Ｍ、Ｓ−ＲＡＭ、Ｆ−ＲＡＭ、ロジック、ＡＳＩＣ（特
定用途向け集積回路）、マイクロプロセッサおよびＴＦ
Ｔ（薄膜トランジス タ）に用いられるシリコン、Ｇａ
Ａｓ、ＩｎＰなどがある。半導体素子の金属層としては
タングステン、アルミニウムまたは銅が用いられる。本
発明の絶縁層としては酸化珪素、Ｔａ2 Ｏ5 、ＢＳＴＯ
（バリウム・ストロンチウム・チタン酸化物）、または
ＰＺＴＯ （鉛・ジルコニウム・チタン酸化物）などが
ある。
【００２１】次いで、図４（Ｂ）を参照すると、絶縁層
２２０の上部表面に、（ＣＨ3 ）3ＳｉＣ ｌ、（ＣＨ
3 ）3 ＳｉＮ（ＣＨ3 ）2 、（ＣＨ3 ）3 ＣＣＨ2 Ｓｉ
Ｎ（ＣＨ3 ）2 、Ｃｕ（ヘキサフルオロアセチルアセト
ネート）トリメチルビニルシラン、ＴＤＭＡＴ（テトラ
キスジメチルアミドチタン：Ｔｉ［Ｎ（Ｃ
Ｈ3 ）2 ］4 ）、ＴＤＥＡＴ（テトラキスジエ チルアミ
ドチタン：Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ2 ＣＨ3）2 ］4 ）などの吸
着抑制剤を常温ないし１００℃の温度、１０-12 ないし
１０トルの圧力、１０-5 ないし１００秒の暴露時間の
下 で導入して絶縁層の上部にのみ吸着抑制層２５０が
形成され、開口の内部には実質的に吸着抑制層が形成さ
れないようにする。暴露時間は吸着抑制剤の分子量およ
び圧力を考慮して調節し得る。たとえば、ＴＤＭＡＴを
吸着抑制剤として用いる場合の暴露時間は表１に示すよ
うに１０-5 ないし１５秒の範囲である。吸着抑制層２
５０は有機金属化合物前駆 体の吸着を防止して金属薄
膜が形成されないように絶縁層２２０の表面を保護（パ
ッシベート）する。
２２０の上部表面に、（ＣＨ3 ）3ＳｉＣ ｌ、（ＣＨ
3 ）3 ＳｉＮ（ＣＨ3 ）2 、（ＣＨ3 ）3 ＣＣＨ2 Ｓｉ
Ｎ（ＣＨ3 ）2 、Ｃｕ（ヘキサフルオロアセチルアセト
ネート）トリメチルビニルシラン、ＴＤＭＡＴ（テトラ
キスジメチルアミドチタン：Ｔｉ［Ｎ（Ｃ
Ｈ3 ）2 ］4 ）、ＴＤＥＡＴ（テトラキスジエ チルアミ
ドチタン：Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ2 ＣＨ3）2 ］4 ）などの吸
着抑制剤を常温ないし１００℃の温度、１０-12 ないし
１０トルの圧力、１０-5 ないし１００秒の暴露時間の
下 で導入して絶縁層の上部にのみ吸着抑制層２５０が
形成され、開口の内部には実質的に吸着抑制層が形成さ
れないようにする。暴露時間は吸着抑制剤の分子量およ
び圧力を考慮して調節し得る。たとえば、ＴＤＭＡＴを
吸着抑制剤として用いる場合の暴露時間は表１に示すよ
うに１０-5 ないし１５秒の範囲である。吸着抑制層２
５０は有機金属化合物前駆 体の吸着を防止して金属薄
膜が形成されないように絶縁層２２０の表面を保護（パ
ッシベート）する。
【００２２】図４（Ｃ）を参照すると、素子が有機金属
前駆体に暴露されると、金属層２４０が開口２３０の内
部にのみ蒸着され、保護された絶縁層の表面には蒸着さ
れない。たとえば、ＤＭＥＡＡ（ジメチルエチルアミン
−アラン：ＡｌＨ3 Ｎ［Ｃ2Ｈ5 （ＣＨ3 ）2 ］）を用
いる場合、下記表１の条件下でアルミニウムが開口に充
填される。銅、銀、白金のような他の導電性物質も本発
明と類似な方法で半導体素子の開口に選択的に充填され
得る。
前駆体に暴露されると、金属層２４０が開口２３０の内
部にのみ蒸着され、保護された絶縁層の表面には蒸着さ
れない。たとえば、ＤＭＥＡＡ（ジメチルエチルアミン
−アラン：ＡｌＨ3 Ｎ［Ｃ2Ｈ5 （ＣＨ3 ）2 ］）を用
いる場合、下記表１の条件下でアルミニウムが開口に充
填される。銅、銀、白金のような他の導電性物質も本発
明と類似な方法で半導体素子の開口に選択的に充填され
得る。
【００２３】
【表１】
【００２４】最後に、絶縁層２２０の上部に形成されて
いる吸着抑制層２５０は従来の方法を用いて除去する。
いる吸着抑制層２５０は従来の方法を用いて除去する。
【００２５】本発明の方法は、拡散防止物質、たとえ
ば、ＴｉＮ、ＴａＮまたはＴｉＳｉＮの薄膜が開口およ
び絶縁層上に被覆されている素子にも効果的に適用でき
る。
ば、ＴｉＮ、ＴａＮまたはＴｉＳｉＮの薄膜が開口およ
び絶縁層上に被覆されている素子にも効果的に適用でき
る。
【００２６】
【実施例】以下、本発明を下記実施例によってさらに詳
細に説明する。ただし、下記実施例は本発明を例示する
のみであり、本発明の範囲を制限するものではない。
細に説明する。ただし、下記実施例は本発明を例示する
のみであり、本発明の範囲を制限するものではない。
【００２７】実施例１ シリコン基板の表面上にＳｉＯ2 の絶縁層を形成し（条
件：７００℃、オルト珪酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）と
酸素ガス使用））、定められたパターンにエッチングし
て開口を形成した。次いで、テトラキスジメチルアミド
チタン（ＴＤＭＡＴ）を２５℃、０．１トルの下で１０
秒間導入して絶縁層上に吸着抑制層を選択的に形成し
た。
件：７００℃、オルト珪酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）と
酸素ガス使用））、定められたパターンにエッチングし
て開口を形成した。次いで、テトラキスジメチルアミド
チタン（ＴＤＭＡＴ）を２５℃、０．１トルの下で１０
秒間導入して絶縁層上に吸着抑制層を選択的に形成し
た。
【００２８】次いで、ＤＭＥＡＡ（ジメチルエチルアミ
ン−アラン：ＡｌＨ3 Ｎ［Ｃ2 Ｈ5（ＣＨ3 ）2 ］）を
１３０℃、０．２トルの下で５分間導入して基板にアル
ミニウム層を蒸着し た。
ン−アラン：ＡｌＨ3 Ｎ［Ｃ2 Ｈ5（ＣＨ3 ）2 ］）を
１３０℃、０．２トルの下で５分間導入して基板にアル
ミニウム層を蒸着し た。
【００２９】Ｘ線ＳＥＭ（ＸＳＥＭ）写真である図５か
ら分かるように、吸着抑制層によって保護された絶縁層
上にはアルミニウム層が形成されておらず、開口の内部
にのみアルミニウムが蒸着した。
ら分かるように、吸着抑制層によって保護された絶縁層
上にはアルミニウム層が形成されておらず、開口の内部
にのみアルミニウムが蒸着した。
【００３０】比較例１ シリコン基板の表面上にＳｉＯ2 の絶縁層を形成し（条
件：７００℃、ＴＥＯＳと酸素ガス使用）、定められた
パターンにエッチングして開口を形成した。
件：７００℃、ＴＥＯＳと酸素ガス使用）、定められた
パターンにエッチングして開口を形成した。
【００３１】次いで、ＤＭＥＡＡ（ジメチルエチルアミ
ン−アラン：ＡｌＨ3 Ｎ［Ｃ2 Ｈ5（ＣＨ3 ）2 ］）を
１８５℃、０．２トルの下で１０分間導入して基板にア
ルミニウム層を蒸着 した。
ン−アラン：ＡｌＨ3 Ｎ［Ｃ2 Ｈ5（ＣＨ3 ）2 ］）を
１８５℃、０．２トルの下で１０分間導入して基板にア
ルミニウム層を蒸着 した。
【００３２】ＸＳＥＭ写真である図６から分かるよう
に、アルミニウムが絶縁層の表面に吸着され、ステップ
カバレッジが不良で開口の内部にはアルミニウムが蒸着
されず空洞になってい る。
に、アルミニウムが絶縁層の表面に吸着され、ステップ
カバレッジが不良で開口の内部にはアルミニウムが蒸着
されず空洞になってい る。
【００３３】比較例２ シリコン基板の表面上にＳｉＯ2 の絶縁層を形成し（条
件：７００℃、ＴＥＯＳと酸素気体使用）、定められた
パターンにエッチングして開口を形成した。次いで、テ
トラキスジメチルアミドチタン（ＴＤＭＡＴ）を２５
℃、０．１トルの下で３０秒間導入して絶縁層だけでな
く開口の内部表面にも吸着抑制層を形成した。
件：７００℃、ＴＥＯＳと酸素気体使用）、定められた
パターンにエッチングして開口を形成した。次いで、テ
トラキスジメチルアミドチタン（ＴＤＭＡＴ）を２５
℃、０．１トルの下で３０秒間導入して絶縁層だけでな
く開口の内部表面にも吸着抑制層を形成した。
【００３４】次いで、ＤＭＥＡＡ（ジメチルエチルアミ
ン−アラン：ＡｌＨ3 Ｎ［Ｃ2 Ｈ5（ＣＨ3 ）2 ］）を
１８５℃、０．１トルの下で６０分間導入して基板にア
ルミニウム層を蒸着 した。
ン−アラン：ＡｌＨ3 Ｎ［Ｃ2 Ｈ5（ＣＨ3 ）2 ］）を
１８５℃、０．１トルの下で６０分間導入して基板にア
ルミニウム層を蒸着 した。
【００３５】ＸＳＥＭ写真である図７から分かるよう
に、アルミニウム層は絶縁層上にも開口内部にも形成さ
れなかった。
に、アルミニウム層は絶縁層上にも開口内部にも形成さ
れなかった。
【００３６】比較例３ シリコン基板の表面上にＳｉＯ2 の絶縁層を形成し（条
件：７００℃、ＴＥＯＳと酸素気体使用）、定められた
パターンにエッチングして開口を形成した。次いで、テ
トラキスジメチルアミドチタン（ＴＤＭＡＴ）を２５
℃、０．１トルの下で１０秒間導入して絶縁層上に吸着
抑制層を選択的に形成した。
件：７００℃、ＴＥＯＳと酸素気体使用）、定められた
パターンにエッチングして開口を形成した。次いで、テ
トラキスジメチルアミドチタン（ＴＤＭＡＴ）を２５
℃、０．１トルの下で１０秒間導入して絶縁層上に吸着
抑制層を選択的に形成した。
【００３７】次いで、ＤＭＥＡＡ（ジメチルエチルアミ
ン−アラン：ＡｌＨ3 Ｎ［Ｃ2 Ｈ5（ＣＨ3 ）2 ］）を
１８５℃、０．２トルの下で１０分間という長時間導入
して基板にアルミニ ウム層を蒸着した。
ン−アラン：ＡｌＨ3 Ｎ［Ｃ2 Ｈ5（ＣＨ3 ）2 ］）を
１８５℃、０．２トルの下で１０分間という長時間導入
して基板にアルミニ ウム層を蒸着した。
【００３８】ＸＳＥＭ写真である図８から分かるよう
に、長い金属蒸着の時間のため開口に充填されたアルミ
ニウムは絶縁層上部にまで溢れている。
に、長い金属蒸着の時間のため開口に充填されたアルミ
ニウムは絶縁層上部にまで溢れている。
【００３９】
【発明の効果】前述のように、本発明に従い、予め形成
された開口を有する絶縁層で覆われた半導体基板を適切
な暴露時間の間吸着抑制剤で処理することによって、絶
縁層の上部に選択的に吸着抑制層を形成し、次いで、開
口に選択的にアルミニウムを蒸着してアルミニウム層を
選択的に形成できる。
された開口を有する絶縁層で覆われた半導体基板を適切
な暴露時間の間吸着抑制剤で処理することによって、絶
縁層の上部に選択的に吸着抑制層を形成し、次いで、開
口に選択的にアルミニウムを蒸着してアルミニウム層を
選択的に形成できる。
【図１】全面蒸着後エッチバックを用いる通常の開口充
填方法を工程順に示す断面図。
填方法を工程順に示す断面図。
【図２】通常の選択的な化学蒸着法を用いて開口に金属
を蒸着する方法を工程順に示す断面図。
を蒸着する方法を工程順に示す断面図。
【図３】１μｍ以下の直径を有する開口におけるクヌー
セン拡散係数が気体の分子量および開口の大きさによっ
てどのように変化するかを示すグラフ。
セン拡散係数が気体の分子量および開口の大きさによっ
てどのように変化するかを示すグラフ。
【図４】本発明による金属プラグ形成方法を工程順に示
す断面図である。
す断面図である。
【図５】実施例１によって形成された薄膜のＸ線ＳＥＭ
写真。
写真。
【図６】比較例１によって形成された薄膜のＸ線ＳＥＭ
写真。
写真。
【図７】比較例２によって形成された薄膜のＸ線ＳＥＭ
写真。
写真。
【図８】比較例３によって形成された薄膜のＸ線ＳＥＭ
写真。
写真。
２１０…基板 ２２０…絶縁層 ２３０…開口 ２４０…金属層（金属プラグ） ２５０…吸着抑制層
Claims (8)
- 【請求項１】 ｉ）半導体基板または半導体素子の金属
下部層の表面上に絶縁層を形成する段階； ｉｉ）前記絶縁層に開口を形成して前記半導体基板また
は前記金属下部層の表面を露出させる段階； ｉｉｉ）１０-12 ないし１０トルの圧力下で前記絶縁層
の表面を吸着抑制剤の蒸気に短時間暴露することによっ
て、吸着抑制層が絶縁層の外部表面上にのみ形成して前
記開口の内部には及ばないようにする段階； ｉｖ）化学蒸着法を用いて前記開口内に金属を選択的に
蒸着して半導体基板または金属下部層の表面から絶縁層
の外部表面に亙る導電性金属プラグを形成する段階；お
よび ｖ）前記吸着抑制層を前記絶縁層の上部表面から除去す
る段階 を含む半導体素子において金属連結プラグを製造する方
法。 - 【請求項２】 前記吸着抑制剤が、（ＣＨ3 ）3 ＳｉＣ
ｌ、（ＣＨ3 ）3 ＳｉＮ（ＣＨ3 ）2 、（ＣＨ3 ）3 Ｃ
ＣＨ2 ＳｉＮ（ＣＨ3 ）2 、Ｃｕ（ヘキサフルオロアセ
チルアセトネート）トリメチルビニルシラン、テトラキ
スジメチルアミドチタン、テトラキスジエチルアミドチ
タンまたはこれらの混合物からなる群から選ばれること
を特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記半導体基板が、シリコン、ＧａＡｓ
またはＩｎＰウエハーであることを特徴とする請求項１
に記載の方法。 - 【請求項４】 前記絶縁層が、酸化珪素層であることを
特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記金属プラグが、アルミニウム、銅、
銀および白金からなる群から選ばれた金属を蒸着して形
成されたことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記金属が、アルミニウムであることを
特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 前記金属プラグが、５０ないし４００℃
の温度範囲で蒸着されることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項８】 段階ｉｉ）の後に、開口の内部表面上に
ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮおよびこれらの混合物から
選ばれた化合物層を蒸着して拡散防止膜を形成する段階
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
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