JPH06275721A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPH06275721A
JPH06275721A JP5725293A JP5725293A JPH06275721A JP H06275721 A JPH06275721 A JP H06275721A JP 5725293 A JP5725293 A JP 5725293A JP 5725293 A JP5725293 A JP 5725293A JP H06275721 A JPH06275721 A JP H06275721A
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JP
Japan
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thin film
film
layer
gas
raw material
Prior art date
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Pending
Application number
JP5725293A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidekazu Kondo
英一 近藤
Hiroshi Yamamoto
浩 山本
Tomoharu Katagiri
智治 片桐
Tomohiro Oota
与洋 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、2種以上の原料ガスを用いたCV
D法を用いた薄膜の形成方法において、選択性に優れた
方法を提供することを目的とする。 【構成】 本発明に係る薄膜方法は、薄膜材料を含む2
種以上の原料ガスを供給して化学気相成長法により薄膜
を形成する薄膜形成方法において、原料ガスのうち、選
択性の最も高い薄膜材料を含む原料ガスのみを供給し、
水素ガス雰囲気中で化学気相成長法によって、所望の領
域に薄膜材料を堆積させて第1の層を形成する第1の工
程と、原料ガスを同時に又は原料ガスのうち選択性の高
い薄膜材料を含む原料ガスから順に供給し、水素ガス雰
囲気中で化学気相成長法によって、前記第1の層上に、
さらに薄膜材料を堆積させて第2の層を形成する第2の
工程とを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化学気相成長法(CV
D法)を用いた薄膜形成方法に関するものであり、特に
半導体装置に用いる配線に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置は、LSIからVLS
Iへ、さらにはULSIへとその集積度を向上させてお
り、これにともない配線の幅やコンタクトホールの径に
おける微細化が著しく進んでいる。このような技術開発
の進展において、半導体装置の配線材料としてCuとA
lとの合金を用いる技術(特開平3−111567等)
が開示されている。Al−Cu合金膜からなるAl−C
u合金配線は、AlのみからなるAl配線に比べ、平坦
性、緻密性に優れ、エレクトロマイグレーションやスト
レスマイグレーションに強いという特徴を有している。
【0003】従来このようなAl−Cu合金配線をCV
D法により形成する場合は、Al成分を含む原料ガスと
Cu成分を含む原料ガスとをそのまま混合して、基板上
に導入していた(特開平2−170419)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Al原料とC
u原料とでは、熱分解温度が異なり、堆積特性も異なる
ので、少なくともいずれか一方の選択性が失われてしま
う。具体的には、Al原料に比べCu原料のほうが低温
で分解することから、CVD法で膜形成を行うときの温
度をAlの堆積温度に合わせると、Cuは選択性を失っ
て基板の全面に堆積してしまうことになるという問題が
ある。
【0005】このことはAlとCuの組み合わせにのみ
ならず、熱分解温度等の種々の堆積条件が異なる原料相
互間においては当然に生ずる問題である。
【0006】そこで、本発明は、このような問題点を解
決する薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、薄膜材料を含む2種以上の原料ガスを
供給して化学気相成長法により薄膜を形成する薄膜形成
方法において、原料ガスのうち、選択性の最も高い薄膜
材料を含む原料ガスのみを供給し、所望の領域に薄膜材
料を堆積させて第1の層を形成する第1の工程と、2種
類以上の原料ガスを全て供給し、第1の層上に、さらに
薄膜材料を堆積させて第2の層を形成する第2の工程と
を有することを特徴とする。
【0008】また、上記問題点を解決するために、本発
明は、薄膜材料を含む2種以上の原料ガスを供給して化
学気相成長法により薄膜を形成する薄膜形成方法におい
て、原料ガスのうち、選択性の最も高い薄膜材料を含む
原料ガスのみを供給し、水素ガス雰囲気中で化学気相成
長法によって、所望の領域に薄膜材料を堆積させて第1
の層を形成する第1の工程と、2種類以上の原料ガスを
選択性の高い薄膜材料を含む原料ガスから順に供給し、
第1の層上に、さらに薄膜材料を堆積させて第2の層を
形成する第2の工程とを有することを特徴とする。
【0009】
【作用】上記の請求項1に係る方法によれば、供給する
2種類以上の原料ガスのうち選択性の最も高い薄膜材料
を含む原料ガスのみを所望の領域に堆積させて第1の層
を形成し、この第1の層を核とするので、2種類以上の
原料ガスが組み合わされて選択性の失われた薄膜材料の
原料ガスが供給されても、所望の領域に堆積させること
ができる。即ち、第2工程では、選択性の異なる2種類
以上の原料ガスが供給されるが、第1工程において核と
なる下地が形成されているので、供給された原料ガスの
濃度は下地部分で高くなり、下地以外の部分では低くな
る。また、下地以外の部分では、各発生してから薄膜が
形成するのに長時間を要するため、その間に下地層に合
金が堆積するので選択性よく薄膜を形成することができ
る。
【0010】また、上記の請求項2に係る方法によれ
ば、供給する2種類以上の原料ガスのうち選択性の最も
高い薄膜材料を含む原料ガスのみを所望の領域に堆積さ
せて第1の層を形成し、この第1の層を核として、選択
性の高い順に薄膜材料を含む原料ガスを供給するので、
2種類以上の層からなる薄膜を形成するに際しても、選
択性が失われることなく、所望の領域に堆積させること
ができる。
【0011】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。なお、図面の説明において同一要素に
は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0012】図1及び図2に基づいて本発明の実施例に
係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、図
1(a)に示すように、Si基板10の表面に下地絶縁
膜20を形成し、この下地絶縁膜20上にスパッタ法で
Al合金を 300ないし 800nmの膜厚に堆積させ、Al合
金膜31を形成する。次に、Al合金膜31を所定の配
線パターンに加工して下層金属配線30を形成する。配
線パターンの形成は、露光装置を用いてレジストパター
ンを形成した後、塩素系のガスを用いたRIE(リアク
ティブ・イオン・エッチング)によってなされる。次
に、図1(b)に示すように、下層金属配線30の形成
された下地絶縁膜20上に層間絶縁膜40を形成する。
この層間絶縁膜40は、プラズマCVD法によってSi
2 を堆積させてSiO2 膜を形成し、SOG(Spi
n on Glass)を平坦部において塗布してSO
G膜を形成し、必要な温度で加熱処理を行うことによっ
て形成される。その後、再びプラズマCVD法によって
SiO2 を堆積させてSiO2 膜を形成する。
【0013】次に、層間絶縁膜40の上にフォトマスク
をセットし、露光装置を用いてレジストパターンを形成
した後、フッ素系のガスを用いたRIEによって図1
(c)に示すように、層間絶縁膜40にヴィア孔50を
形成する。次に、塩素系ガスを用いたプラズマエッチン
グによりヴィア孔50底部に露出した下層金属配線30
(Al合金膜)の清浄化処理を行う。この処理を行うの
は、ヴィア孔50底部に露出した下層金属配線30の表
面には、RIEを行った際及びRIEの後に大気に曝し
た際に堆積物やアルミナ膜等が付着し、これらの堆積物
やアルミナ膜はCVD法におけるAl堆積を阻害するた
め除去する必要があるからである。
【0014】次に、Cu原料であるCpCuTEP(C
5 5 CuP(C2 5 3 :Cyclopentad
ienyl−triethylphosphine−c
opper)のガスと水素とを原料とする熱CVD法で
ヴィア孔50内にのみ底面から選択的にCuを堆積させ
ることによって図2(a)に示すように、Cu膜51を
形成する。このときのCVDを行う条件は、バブリング
圧力170Torr、水素ガス流量100sccm、バ
ブリング温度100℃で行う。なお、この成膜行うCV
D反応容器内の全圧は2Torr、温度200℃であ
る。また、このときの堆積時間は約30秒、Cu膜の膜
厚は2nmであった。
【0015】次に、Al原料であるDMAH(AlH
(CH3 2 :Dimethyl−alminum−h
ydride)のガスと、Cu原料であるCpCuTM
Pのガスと、水素とを原料とする熱CVD法でヴィア孔
50内のCu膜51にのみ選択的にAl−Cu合金を堆
積させることによって図2(b)に示すように、ヴィア
孔50内にAl−Cu合金膜52を形成する。このとき
のCVDを行う条件は、CpCuTMPのガスについて
は、バブリング圧力170Torr、水素ガス流量10
0sccm、バブリング温度100℃で行い、また、D
MAHのガスについてはバブリング圧力500Tor
r、水素ガス流量100sccm、バブリング温度50
℃で行う。なお、この成膜行うCVD反応容器内の全圧
は2Torr、温度250℃である。また、このときの
堆積時間は約5分、Al−Cu膜の膜厚は1μmであっ
た。このようにして下層がCu膜で上層がAl−Cu合
金膜からなるヴィアプラグ53を形成する。
【0016】次ぎにスパッタ法でAl合金を 400ないし
1000nmの膜厚に堆積させAl合金膜を形成し、上述した
下層金属配線30を形成するときと同様の方法を用い
て、図2(c)に示すように、上層金属配線60を形成
して多層配線構造の半導体装置を製造する。なお、上層
金属配線60を形成した後、アニール処理を行いヴィア
プラグ53を構成するAl合金(又は純Al)膜52に
Cu膜51中のCu原子を拡散させて、図3に示すよう
な、ヴィアプラグ53全体をAl−Cu合金としてもよ
い。また、本発明のヴィア構造を使用した半導体装置を
完成するまでには、ヴィアプラグ53形成後に表面保護
膜の形成や、プロセスダメージを除去するための熱処理
等が行われる。
【0017】さらに、Si基板10内および表面には拡
散層、ゲート電極等の半導体装置として必要な構造が形
成されている。下地絶縁膜20の必要な位置にはコンタ
クト孔が存在し、下層金属配線30と、拡散層もしくは
ゲート電極あるいはその他の構造とを接続するコンタク
ト構造が形成されている。金属配線等と絶縁膜との間に
は、必要に応じてW等を用いた反射防止膜やTiN等を
用いたバリアメタルが形成されている。また、上層金属
配線60上にさらに新たな層間絶縁膜40および金属配
線をそれぞれ1層もしくはそれ以上積層することもでき
る。以上のように、Al−Cu合金膜の形成によりも先
にCu膜を形成したのは、本実施例における堆積条件で
は、Cuの方がAlよりも、選択性が優れているためで
ある。このように先にCu膜を形成しておけば、Cu膜
を核としてAl−Cu合金膜が選択的に堆積される。本
実施例に示すようにAlに比べCuの選択性が優れてい
る原料ガスとしては、Al原料及びCu原料として、本
実施例に用いられているもの以外に、それぞれ以下のも
のがあげられる。
【0018】即ち、Al原料としては、Al(CH3
3 、Al(C4 9 3 、AlH(C2 5 2 、Al
3 ・N(CH3 3 、(i−C3 7 )AlCl2
(n−C3 7 2 AlCl等がある。
【0019】また、Cu原料としては、Cu(aca
c)2 、Cu(hfac)2 、C5 5 CuP(C
3 3 、(hfac)CuP(C2 5 3 、(hf
ac)CuP(2−Butyne)等がある。
【0020】なお、本実施例においてはヴィアプラグを
形成する場合について説明したが、本発明に係る薄膜形
成方法を金属配線を形成する膜、さらにこれに限らず別
のようとに用いるCVD法により形成される膜を形成す
る際にも利用できることはいうまでもない。
【0021】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、供給する2種類以上の原料ガスのうち選択性の
最も高い薄膜材料を含む原料ガスのみを所望の領域に堆
積させて第1の層を形成し、この第1の層を核とするの
で、2種類以上の原料ガスが組み合わされて選択性の失
われた薄膜材料の原料ガスが供給されても、所望の領域
に堆積させることができる。このため、堆積条件の異な
る2種類以上の原料ガスを用いてもCVD法の利点であ
る選択性を損なわずに薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る半導体装置の各製造工程
を示す図である。
【図2】本発明の実施例に係る半導体装置の各製造工程
を示す図である。
【図3】本発明の実施例に係る半導体装置の断面図であ
る。
【符号の説明】
10…Si基板、20…下地絶縁膜、30…下層金属配
線、40…層間絶縁膜、50…ヴィア孔、51…Al−
Cu合金膜、52…Al膜、53…ヴィアプラグ、60
…上層金属配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片桐 智治 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 太田 与洋 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄膜材料を含む2種以上の原料ガスを供
    給して化学気相成長法により薄膜を形成する薄膜形成方
    法において、 前記原料ガスのうち、選択性の最も高い薄膜材料を含む
    原料ガスのみを供給し、所望の領域に薄膜材料を堆積さ
    せて第1の層を形成する第1の工程と、 前記2種類以上の原料ガスを全て供給し、前記第1の層
    上に、さらに薄膜材料を堆積させて第2の層を形成する
    第2の工程とを有することを特徴とする薄膜形成方法。
  2. 【請求項2】 薄膜材料を含む2種以上の原料ガスを供
    給して化学気相成長法により薄膜を形成する薄膜形成方
    法において、 前記原料ガスのうち、選択性の最も高い薄膜材料を含む
    原料ガスのみを供給し、水素ガス雰囲気中で化学気相成
    長法によって、所望の領域に薄膜材料を堆積させて第1
    の層を形成する第1の工程と、 前記2種類以上の原料ガスを選択性の高い薄膜材料を含
    む原料ガスから順に供給し、前記第1の層上に、さらに
    薄膜材料を堆積させて第2の層を形成する第2の工程と
    を有することを特徴とする薄膜形成方法。
JP5725293A 1993-03-17 1993-03-17 薄膜形成方法 Pending JPH06275721A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6534133B1 (en) * 1996-06-14 2003-03-18 Research Foundation Of State University Of New York Methodology for in-situ doping of aluminum coatings
JP2018507546A (ja) * 2015-01-21 2018-03-15 クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated 集積回路デバイスおよび方法

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