JPS62186548A - 気相成長による配線層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 有機アルミニウムに水素を混合することにより、金属の
成長速度を太き（して被覆性に冨んだアルミニウムの気
相成長（ＣＶＤ）法を用い、かつアルミニウムの成膜の
前後に高融点金属層、例えばタングステン層を成長して
、タングステン層でアルミニウム層をサンドウィッチす
る配線層の形成方法を提起し、配線層のエレクトロマイ
グレーションと下地の層への拡散を防止し、深いコンタ
クトホールの埋め込みを可能とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は気相成長による複合層よりなる配線層の形成方
法に関する。

半導体装置の集積化、微細化にともない配線の多層化、
および薄い配線層が必要になり、一般に広く用いられて
いるアルミニウム配線層のエレクトロマイグレーション
と、上下層への拡散がデバイスの信頼性上重要な問題と
なってきた。

しかしながら、従来よく用いられるスパック法によるア
ルミニウム成長ではこれらの問題は解決されなかった。

〔従来の技術〕

従来のアルミニウム層単独の配線層では、前述のように
アルミニウム層のエレクトロマイグレーションと、上下
層からの拡散等が起こる。

アルミニウム層の形成にスパッタ法を用いると、成長に
方向性を有するために段差被覆が困難である。

そのためにアルミニウム層の形成にＣＶＤ法が用いられ
る場合がある。

従来のアルミニウムのＣＶＤ法は、有機アルミニラＪ、
としてしＴＴＲＩＩ（）リイソブチルアルミニウム）、
ＴＭＡ（１−リメチルアルミニウム）、ＴＦ、Ａ（トリ
エチルアルミニウム）等のアルギルアルミニラムラヘリ
ウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等でバブリングして被
成長基板上に導き、２６０〜３４０℃で熱分解して、こ
の基板上に成長している。

この場合、成長速度は約５００人／分と遅く、原料ガス
の藩気圧が低いため、これ以−１−に成長速度を」二げ
ることば困難である。

そのために、深い段差被覆が困難であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のアルミニウム層単独の配線層では、アルミニウム
層のエレクトロマイグレーションや、熱マイグレーショ
ンや、上下層からの拡散が起こる。

さらに従来のアルミニウムのＣＶＤ法は成長速度が低い
。

〔問題点を解決するための手段〕

Ｌ記問題点の解決は、高融点金属を含む原料ガス、例え
ば六弗化タングステン（Ｗｈ）と有機アルミニウム（例
えばＴＩＢＡ）と水素（Ｈ２）とを導入できる反応容器
内に被成長基板を置き、 まず、六弗化タングステンを反応容器内に導入して、六
弗化タングステンの熱分解により該被成長基板上にタン
グステン（−）層を成長し、つぎに六弗化タングステン
の導入を止めて、有機アルミニウムと水素を反応容器内
に導入して、有機アルミニウムの熱分解により該被成長
基板上にアルミニウム（ＡＩ）層を成長し、 最後に、有機アルミニウムと水素の導入を止めて、六弗
化タングステンを反応容器内に導入して、六弗化タング
ステンの熱分解により該被成長基板上にタングステン層
を成長する 工程を含む本発明による気相成長による配線層の形成方
法により達成される。

〔作用〕

本発明はタングステン層で、アルミニウム層を挟み込む
ことにより、アルミニウムに生ずる突起や、アルミニウ
ムのエレクトロマイグレーションを防止する。

また、上下のタングステン層がバリア層としてはたらき
、アルミニウムの上下層への拡散、上下層よりアルミニ
ウム層への吸い込みを防止する。

また、タングステン／アルミニウム／タングステン複合
層の成長は原料ガスの切り換えだけの、連続成長による
ため、各層の界面は清浄で、汚染物質を取り込む危険が
少ない。

さらに、本発明による水素を混合したアルミニウムのＣ
ＶＤ法は、つぎの理由により成長速度が増加し、深い段
差被覆に有効である。

例えば、有機アルミニウムとして ＴＩＢ＾（Ａｔ（ｉ−ＣｔＨＪ：＋　、１−ＣＪｑはイ
ソブチル基）を用いた場合について説明する。

従来例による反応は、 Ａｌ　（ｉ−Ｃ４Ｈｑ）ｓ　　→へｌ→−（３／２）Ｈ
ｚ＋３ＣＨｚ＝Ｃ（Ｃ）ｌｉｔ）ｚ。

となるが、本発明による反応は、 ＡＩ（＋−Ｃａ、Ｈｇ）３　＋　ｎＨ２榊ＡＩ　＋　ｍ
Ｌ　＋　３ＣＨｓＣＩｌ（Ｃ）ｌｚ）ｚ　　＋ここにｎ
＞ｍ　　。

となる。

ここで有機アルミニウムに水素混合の効果は、つぎの通
り考えられる。

（１）濃度平衡の観点よりの考察 上２式の右辺の不飽和炭化水素〔イソブチレン３ＧＨｚ
＝Ｃ（ＣＨ＊）ｚ　）より、飽和炭化水素〔イソブタン
３Ｃ８３ＣＨ（ＣＨ３）！　）の方が蒸気圧が高く、従
って基板上の反応界面では蒸気圧の高い方が拡散しやす
いため濃度が下がる。そのために本発明の反応は右辺の
方向に進行する。

〔２）　　温度平衡の観点よりの考察 上記の反応はいずれも発熱反応で、発熱により反応は左
辺の方向に進もうとするが、本発明の場合は熱伝導率の
大きい水素により反応によって生じた熱を除去すること
により、反応を右辺の方向に継続させることができる。

以上の作用により、成長速度の増大が期待できる。

〔実施例〕

第１図は本発明を実施するＣＶＤ装置の側断面図である
。

図において、１は反応容器で、排気口２より通常の排気
系により排気される。

３はガス混合容器兼シャワーで、有機アルミニウム導入
口４よりＨｅでバブリングしたＴＩＢＡが、Ｈ２導入口
５よりＯＸが、畦、導入口６よりＷＦ６がそれぞれ導入
される。

反応容器１内のステージ７上には被成長基Ｆｉ、８が載
せられ、ヒータ９で加熱される。

第２図（１１〜（３）は本発明の製造工程を説明する断
面図である。

第２図（１１において、珪素（Ｓｔ）基板２１上に、第
１層目のＡＩ層２２が形成され、その上に被着された絶
縁層の窒化珪素（ＳｉＪ＊）層２３にコンタクトホール
２４が開口されて４１層２２が露出される。

このコンタクトホール２４を覆って、本発明の方法によ
り配線層を形成する。

まず、反応容器１内に訃、を３　ＳＣＣＭ導入して、圧
力１〜５　Ｔｏｒｒ、３００〜３４０℃で厚さ１０００
人の一層２５を成長する。

第２図（２）において、ＷＦ６の導入を止め、ＴｒＢＡ
をＨｅでバブリングしてＩＯ５ＣＣＭ、■２はＯ〜１１
００５ＣＣ導入して、圧力１〜５　Ｔｏｒｒ、３００〜
３４０℃で厚さ８０００人のＡ１層２６を成長する。

第２図（３）において、ＴＩＢＡ（！：Ｈ２の導入を止
め、ＷＦ６を３　ＳＣＣＭ　８人して、圧力１〜５Ｔｏ
ｒｒ、３００〜３４０℃で厚さ１０００人の一層２７を
成長する。

基板上全面に以上３層を連続成長して、その後、通常の
りソグラフィを用いて配線パターンを形成する。

実施例においては、有機アルミニウムとしてＴＩＢＡを
用いたが、これの代わりにＴＭＡ　、　ＴＥＡを用いた
場合も本発明の効果は同様である。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明による一／ＡＩ／Ｗ複
合配線層では、アルミニウムのエレクトロマイグレーシ
ョンと、上下層への拡散が防止でき、デバイスの信頼性
を向上する。

さらにアルミニウムの成長速度が大きく、深い段差被覆
が容易となった。

【図面の簡単な説明】

第り図は本発明を実施するＣＶＤ装置の側断面図、第２
図＋１１〜（３）は本発明の製造工程を説明する断面図
である。 図において、 ｌは反応容器、 ２は排気口、 ３はガス混合容器兼シャワー、 ４は有機アルミニウム導入口、 ５はＦＩ！導入口、 ６は畦、導入口、 ７はステージ、 ８は被成長基板、 ９はヒータ 泊２聞

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高融点金属を含む原料ガスと有機アルミニウムと水素と
   を導入できる反応容器内に被成長基板を置き、 まず、高融点金属を含む原料ガスを反応容器内に導入し
   て、高融点金属を含む原料ガスの熱分解により該被成長
   基板上に高融点金属層を成長し、つぎに高融点金属を含
   む原料ガスの導入を止めて、有機アルミニウムと水素を
   反応容器内に導入して、有機アルミニウムの熱分解によ
   り該被成長基板上にアルミニウム層を成長し、 最後に、有機アルミニウムと水素の導入を止めて、高融
   点金属を含む原料ガスを反応容器内に導入して、高融点
   金属を含む原料ガスの熱分解により該被成長基板上に高
   融点金属層を成長する工程を含むことを特徴とする気相
   成長による配線層の形成方法。