JPH1012737A - 選択的化学的気相成長を利用して形成したアルミニウムプラグ及びその形成方法 - Google Patents
選択的化学的気相成長を利用して形成したアルミニウムプラグ及びその形成方法Info
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- JPH1012737A JPH1012737A JP9039376A JP3937697A JPH1012737A JP H1012737 A JPH1012737 A JP H1012737A JP 9039376 A JP9039376 A JP 9039376A JP 3937697 A JP3937697 A JP 3937697A JP H1012737 A JPH1012737 A JP H1012737A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体ＩＣデバイスにおいて、とぎれがなく、
電気的接続の信頼性の高い相互接続体及びその形成方法
を提供する。 【解決手段】半導体構成要素の導電領域２２を露出させ
るコンタクト開口２６が形成された絶縁層２４が表面上
に形成されている基板２０に半導体構成要素を形成する
工程と、基板２０に対して真空熱アニール処理を施す工
程と、前駆物質としてＤＭＥＡＡ（dimethylethylamine
alane）を使用し、基板の温度が堆積選択性を有する温
度で施されるＣＶＤ処理において、基板の表面上に、コ
ンタクト開口２６中にあって導電領域２２に接続し、絶
縁層２４の表面上には堆積せずに露出した導電領域２２
上に選択的にアルミニウムを堆積させる工程によりアル
ミニウムプラグ２８を形成する。
電気的接続の信頼性の高い相互接続体及びその形成方法
を提供する。 【解決手段】半導体構成要素の導電領域２２を露出させ
るコンタクト開口２６が形成された絶縁層２４が表面上
に形成されている基板２０に半導体構成要素を形成する
工程と、基板２０に対して真空熱アニール処理を施す工
程と、前駆物質としてＤＭＥＡＡ（dimethylethylamine
alane）を使用し、基板の温度が堆積選択性を有する温
度で施されるＣＶＤ処理において、基板の表面上に、コ
ンタクト開口２６中にあって導電領域２２に接続し、絶
縁層２４の表面上には堆積せずに露出した導電領域２２
上に選択的にアルミニウムを堆積させる工程によりアル
ミニウムプラグ２８を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的に半導体集積
回路（ＩＣ）の形成のための金属化工程に関する。特
に、本発明は化学的気相成長（ＣＶＤ；Chemical Vapor
Deposition ）処理より先に真空熱アニール処理を施
し、その結果として成長選択性を改良させる、集積回路
（ＩＣ）のためのアルミニウムプラグ及びその形成方法
に関する。
回路（ＩＣ）の形成のための金属化工程に関する。特
に、本発明は化学的気相成長（ＣＶＤ；Chemical Vapor
Deposition ）処理より先に真空熱アニール処理を施
し、その結果として成長選択性を改良させる、集積回路
（ＩＣ）のためのアルミニウムプラグ及びその形成方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】スパッタリングは半導体集積回路（Ｉ
Ｃ）デバイスの形成においてデバイス回路の相互接続体
を形成するアルミニウム層を堆積させるために広く使用
されている技術である。スパッタリングは物理的気相成
長（ＰＶＤ；Physical Vapor Deposition ）処理である
という事実により、その結果としてＣＶＤ処理と比較し
てステップカバレッジ（回り込み率）が一般に劣るの
で、サブミクロンレベルのＩＣ形成には適さない。仮に
スパッタリングがサブミクロンデバイスの形成に利用さ
れたとするならば、堆積したアルミニウム層において膜
厚の不均一性やボイドなどの望ましくない結果が生じる
であろう。特に、デバイス基板に対する孔などの凹部の
断面積が狭く、深いときには、金属化は凹部の底部にま
で効果的に達成されないだろう。そのような状況におい
ては、下部にある導電領域への電気的接続は不十分とな
る、あるいは電気的接続が得られないだろう。
Ｃ）デバイスの形成においてデバイス回路の相互接続体
を形成するアルミニウム層を堆積させるために広く使用
されている技術である。スパッタリングは物理的気相成
長（ＰＶＤ；Physical Vapor Deposition ）処理である
という事実により、その結果としてＣＶＤ処理と比較し
てステップカバレッジ（回り込み率）が一般に劣るの
で、サブミクロンレベルのＩＣ形成には適さない。仮に
スパッタリングがサブミクロンデバイスの形成に利用さ
れたとするならば、堆積したアルミニウム層において膜
厚の不均一性やボイドなどの望ましくない結果が生じる
であろう。特に、デバイス基板に対する孔などの凹部の
断面積が狭く、深いときには、金属化は凹部の底部にま
で効果的に達成されないだろう。そのような状況におい
ては、下部にある導電領域への電気的接続は不十分とな
る、あるいは電気的接続が得られないだろう。
【０００３】本発明の記述に関する背景技術を提供する
ために、従来のスパッタリング処理により形成したアル
ミニウム堆積層を添付した図面の図１を参照して簡単に
考察する。本質的に、ＩＣデバイスの半導体構成要素を
形成するための基礎として基板１０が使用される。説明
を明瞭にするために、ＩＣデバイスの全体を示していな
い。逆に、例示された半導体構成要素の金属層あるいは
金属シリサイド層などの、導電領域１２の部分のみが図
面上に図式的に示されている。熱酸化シリコン層、ＢＰ
ＳＧ（borophosphosilicate glass ）層あるいはＴＥＯ
Ｓ（tetraethoxysilane ）層などの絶縁層１４が基板１
０の表面上に形成される。絶縁層１４中に、形成されて
いる半導体構成要素の導電領域１２を露出させるコンタ
クト開口１６を形成するためのフォトリソグラフィー処
理及びエッチング処理が施される。その後でスパッタリ
ング処理が施され、コンタクト開口１６の内側を満た
し、導電領域１２に接続し、それにより形成される半導
体構成要素の相互接続体を形成するアルミニウム層１８
が絶縁層１４の上層に堆積される。
ために、従来のスパッタリング処理により形成したアル
ミニウム堆積層を添付した図面の図１を参照して簡単に
考察する。本質的に、ＩＣデバイスの半導体構成要素を
形成するための基礎として基板１０が使用される。説明
を明瞭にするために、ＩＣデバイスの全体を示していな
い。逆に、例示された半導体構成要素の金属層あるいは
金属シリサイド層などの、導電領域１２の部分のみが図
面上に図式的に示されている。熱酸化シリコン層、ＢＰ
ＳＧ（borophosphosilicate glass ）層あるいはＴＥＯ
Ｓ（tetraethoxysilane ）層などの絶縁層１４が基板１
０の表面上に形成される。絶縁層１４中に、形成されて
いる半導体構成要素の導電領域１２を露出させるコンタ
クト開口１６を形成するためのフォトリソグラフィー処
理及びエッチング処理が施される。その後でスパッタリ
ング処理が施され、コンタクト開口１６の内側を満た
し、導電領域１２に接続し、それにより形成される半導
体構成要素の相互接続体を形成するアルミニウム層１８
が絶縁層１４の上層に堆積される。
【０００４】しかしながら、半導体装置の寸法が著しく
小さくなるにつれて、金属相互接続体を形成するための
この従来の金属スパッタリング処理は必然的に有効でな
くなってきた。装置の小型化の結果としてコンタクト開
口１６の面積が縮小すると、堆積されたアルミニウム層
１８は、膜厚が不均一になり、ステップカバレッジの状
態が低下する。コンタクト開口１６中にボイド１５も生
じうる。これらのすべての要因がこのように形成された
装置の特性を一層制御できないものにし、しばしば容認
できないものにする。コンタクト開口１６の空間がある
レベルに小さくなると、スパッタリングによって堆積さ
れた金属が開口している孔の底部に全く到達しないよう
になりうる。
小さくなるにつれて、金属相互接続体を形成するための
この従来の金属スパッタリング処理は必然的に有効でな
くなってきた。装置の小型化の結果としてコンタクト開
口１６の面積が縮小すると、堆積されたアルミニウム層
１８は、膜厚が不均一になり、ステップカバレッジの状
態が低下する。コンタクト開口１６中にボイド１５も生
じうる。これらのすべての要因がこのように形成された
装置の特性を一層制御できないものにし、しばしば容認
できないものにする。コンタクト開口１６の空間がある
レベルに小さくなると、スパッタリングによって堆積さ
れた金属が開口している孔の底部に全く到達しないよう
になりうる。
【０００５】上記の問題を解決するため、図２に示すよ
うに、絶縁層１４の表面上及び絶縁層１４に形成された
コンタクト開口１６中に直接アルミニウム層を堆積させ
る代わりに、しばしば、まず選択的ＣＶＤ処理によりコ
ンタクト開口１６中にタングステンプラグ１７が形成さ
れ、続いて従来のスパッタリング処理により絶縁層１４
の表面上にアルミニウム層を堆積させる。
うに、絶縁層１４の表面上及び絶縁層１４に形成された
コンタクト開口１６中に直接アルミニウム層を堆積させ
る代わりに、しばしば、まず選択的ＣＶＤ処理によりコ
ンタクト開口１６中にタングステンプラグ１７が形成さ
れ、続いて従来のスパッタリング処理により絶縁層１４
の表面上にアルミニウム層を堆積させる。
【０００６】しかしながら、半導体構成要素としてコン
タクト開口中にタングステンプラグを追加して形成する
ことは全体の製造価格の増加を意味する。さらに、タン
グステンプラグの使用は電気伝導度がアルミニウムの約
１／３しかないという不利な点がある。従って、０．２
５μｍ以下のレベルの形成分解能における半導体デバイ
スに適したアルミニウム層を堆積させるためのＣＶＤ処
理を使用したプロセス技術を確立するための努力が注が
れた。
タクト開口中にタングステンプラグを追加して形成する
ことは全体の製造価格の増加を意味する。さらに、タン
グステンプラグの使用は電気伝導度がアルミニウムの約
１／３しかないという不利な点がある。従って、０．２
５μｍ以下のレベルの形成分解能における半導体デバイ
スに適したアルミニウム層を堆積させるためのＣＶＤ処
理を使用したプロセス技術を確立するための努力が注が
れた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】アルミニウム層を堆積
するためにＣＶＤ処理が利用されるときは、代表的には
前駆物質（プリカーサー）としてＴＩＢＡ（triisobuty
laluminium）もしくはＤＭＡＨ（dimethylaluminium hy
dride ）が使用される。ＴＩＢＡは、その蒸気圧が低い
ために気化するために約１６０〜１７０℃の相対的に高
い温度が必要であるため、使用するのが難しい。反対
に、ＤＭＡＨは本来、高い蒸気圧を有しているので気化
させるのが相対的に容易であるが、また、堆積させたア
ルミニウム層の電気伝導度を低下させる炭素含有不純物
を堆積させたアルミニウム層が有することの原因にもな
る。これは、ＤＭＡＨがその分子構造の中に強い炭素−
アルミニウムの共有結合を有しているためである。
するためにＣＶＤ処理が利用されるときは、代表的には
前駆物質（プリカーサー）としてＴＩＢＡ（triisobuty
laluminium）もしくはＤＭＡＨ（dimethylaluminium hy
dride ）が使用される。ＴＩＢＡは、その蒸気圧が低い
ために気化するために約１６０〜１７０℃の相対的に高
い温度が必要であるため、使用するのが難しい。反対
に、ＤＭＡＨは本来、高い蒸気圧を有しているので気化
させるのが相対的に容易であるが、また、堆積させたア
ルミニウム層の電気伝導度を低下させる炭素含有不純物
を堆積させたアルミニウム層が有することの原因にもな
る。これは、ＤＭＡＨがその分子構造の中に強い炭素−
アルミニウムの共有結合を有しているためである。
【０００８】ミネソタ大学のGladfelter及びM.G.Simmon
dsは、ＤＭＥＡＡ（dimethylethylamine alane）化合物
を前駆物質として使用するＣＶＤ処理を用いたアルミニ
ウムの堆積方法を提案している。図３に示すように、Ｄ
ＭＥＡＡは、窒素原子とアルミニウム原子との間に従来
の共有結合よりも小さい結合エネルギーギャップを有す
る同等の共有結合を有しているので、その気化温度は相
対的に低く、約９０℃である。従って、その結果堆積さ
れるアルミニウム層は不純物濃度がかなり低くなってい
る。これらの顕著な結果に基づき、本発明者らは、ＤＭ
ＥＡＡに関連した半導体装置の形成プロセスをＳＳＤＭ
(p.634,1994)及びＶＭＩＣ(p.362,1994)において提案し
た。しかしながら、これらの発表においては、基板材料
が異なるときの選択特性については調べられていない。
dsは、ＤＭＥＡＡ（dimethylethylamine alane）化合物
を前駆物質として使用するＣＶＤ処理を用いたアルミニ
ウムの堆積方法を提案している。図３に示すように、Ｄ
ＭＥＡＡは、窒素原子とアルミニウム原子との間に従来
の共有結合よりも小さい結合エネルギーギャップを有す
る同等の共有結合を有しているので、その気化温度は相
対的に低く、約９０℃である。従って、その結果堆積さ
れるアルミニウム層は不純物濃度がかなり低くなってい
る。これらの顕著な結果に基づき、本発明者らは、ＤＭ
ＥＡＡに関連した半導体装置の形成プロセスをＳＳＤＭ
(p.634,1994)及びＶＭＩＣ(p.362,1994)において提案し
た。しかしながら、これらの発表においては、基板材料
が異なるときの選択特性については調べられていない。
【０００９】従って、本発明の目的は、半導体ＩＣデバ
イスにおいて、とぎれがなく、電気的接続の信頼性の高
い相互接続体及びその形成方法を提供することである。
イスにおいて、とぎれがなく、電気的接続の信頼性の高
い相互接続体及びその形成方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、選択的ＣＶＤ処理によりアルミニウムプ
ラグを形成する改善された方法を提供する。この方法
は、以下の工程を有している。まず、その表面上に形成
された絶縁層を有する基板に、半導体構成要素が形成さ
れる。絶縁層は半導体構成要素の導電領域を露出させる
コンタクト開口を有している。次に、デバイス基板に対
して真空熱アニール処理を施す。コンタクト開口中にア
ルミニウムプラグを形成するために、基板温度が堆積選
択性を有する温度、望ましくは２５０℃以下の温度で施
されるＣＶＤ処理において、基板表面上にアルミニウム
層を堆積するためにＤＭＥＡＡ（dimethylethylamine a
lane）を前駆物質として使用する。アルミニウムプラグ
は、コンタクト開口中に露出した導電領域の表面上に選
択的に堆積され、相対的に絶縁層表面上には堆積されな
い。
め、本発明は、選択的ＣＶＤ処理によりアルミニウムプ
ラグを形成する改善された方法を提供する。この方法
は、以下の工程を有している。まず、その表面上に形成
された絶縁層を有する基板に、半導体構成要素が形成さ
れる。絶縁層は半導体構成要素の導電領域を露出させる
コンタクト開口を有している。次に、デバイス基板に対
して真空熱アニール処理を施す。コンタクト開口中にア
ルミニウムプラグを形成するために、基板温度が堆積選
択性を有する温度、望ましくは２５０℃以下の温度で施
されるＣＶＤ処理において、基板表面上にアルミニウム
層を堆積するためにＤＭＥＡＡ（dimethylethylamine a
lane）を前駆物質として使用する。アルミニウムプラグ
は、コンタクト開口中に露出した導電領域の表面上に選
択的に堆積され、相対的に絶縁層表面上には堆積されな
い。
【００１１】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明は、基板の導電領域を露出させるコンタクト開口を前
記基板上の絶縁層に形成する工程と、前記基板に対して
真空熱アニール処理を施す工程と、前駆物質としてジメ
チルエチルアミンアラン（ＤＭＥＡＡ；dimethylethyla
mine alane）を使用し、前記基板の温度が堆積選択性を
有する温度、望ましくは２５０℃以下の温度でＣＶＤ
（化学的気相成長）処理を行い、前記コンタクト開口に
露出した前記導電領域上にアルミニウム層を堆積する工
程とを有するアルミニウムプラグの形成方法を提供す
る。
明は、基板の導電領域を露出させるコンタクト開口を前
記基板上の絶縁層に形成する工程と、前記基板に対して
真空熱アニール処理を施す工程と、前駆物質としてジメ
チルエチルアミンアラン（ＤＭＥＡＡ；dimethylethyla
mine alane）を使用し、前記基板の温度が堆積選択性を
有する温度、望ましくは２５０℃以下の温度でＣＶＤ
（化学的気相成長）処理を行い、前記コンタクト開口に
露出した前記導電領域上にアルミニウム層を堆積する工
程とを有するアルミニウムプラグの形成方法を提供す
る。
【００１２】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明は、基板に対して真空熱アニール処理を施した後、前
駆物質としてジメチルエチルアミンアラン（ＤＭＥＡ
Ａ；dimethylethylamine alane）を使用し、前記基板の
温度が堆積選択性を有する温度でＣＶＤ（化学的気相成
長）処理により基板に形成されたコンタクト開口にアル
ミニウム層を堆積させて形成したアルミニウムプラグを
提供する。
明は、基板に対して真空熱アニール処理を施した後、前
駆物質としてジメチルエチルアミンアラン（ＤＭＥＡ
Ａ；dimethylethylamine alane）を使用し、前記基板の
温度が堆積選択性を有する温度でＣＶＤ（化学的気相成
長）処理により基板に形成されたコンタクト開口にアル
ミニウム層を堆積させて形成したアルミニウムプラグを
提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の上記及び他の目的、特徴
及び利益は、好適であるが限定はしない実施形態につい
ての下記の記述により明瞭となるであろう。その記述は
添付図面に関連付けて行う。
及び利益は、好適であるが限定はしない実施形態につい
ての下記の記述により明瞭となるであろう。その記述は
添付図面に関連付けて行う。
【００１４】選択的ＣＶＤ処理において半導体装置を金
属化するアルミニウムプラグの好適な形成方法につい
て、図面の図８を参照して説明する。
属化するアルミニウムプラグの好適な形成方法につい
て、図面の図８を参照して説明する。
【００１５】最初に、ＩＣデバイスの半導体構成要素を
形成するための基礎として基板２０がもたらされる。説
明を明瞭にするために、例示された半導体構成要素の金
属層あるいはシリサイド層などの導電領域２２の部分の
みが図式的に示されている。熱酸化層あるいはＢＰＳＧ
（borophosphosilicate glass ）層などの絶縁層２４が
基板２０の表面上に形成されている。その後、フォトリ
ソグラフィー処理及びエッチング処理を施し、形成され
ている半導体構成要素の導電領域２２を露出させるコン
タクト開口２６を絶縁層２４に形成する。
形成するための基礎として基板２０がもたらされる。説
明を明瞭にするために、例示された半導体構成要素の金
属層あるいはシリサイド層などの導電領域２２の部分の
みが図式的に示されている。熱酸化層あるいはＢＰＳＧ
（borophosphosilicate glass ）層などの絶縁層２４が
基板２０の表面上に形成されている。その後、フォトリ
ソグラフィー処理及びエッチング処理を施し、形成され
ている半導体構成要素の導電領域２２を露出させるコン
タクト開口２６を絶縁層２４に形成する。
【００１６】次に、この段階でデバイスウェハに対して
ウェハ温度を約４５０℃に３０分間加熱し、真空熱アニ
ール処理を施す。その後、アルミニウム層２８を堆積さ
せるためのＣＶＤ処理を施すために、ＤＭＥＡＡを前駆
物質として使用する。よい堆積選択性を達成するため
に、基板温度は所定の堆積選択性を維持する温度に制御
する。好ましくは、２５０℃以下の温度である。換言す
れば、上記条件下では、絶縁層２４の表面上ではなく、
コンタクト開口２６の内部の導電領域２２上にのみに、
高い選択性を持ってアルミニウムを堆積させることがで
きる。このようにして、図８に図式的に描かれたような
もののような構造的配置を有するアルミニウムプラグを
形成する。次に、従来のスパッタリング処理を続けて行
い、絶縁層２４の上に相互接続体を形成することができ
る。本発明はこの層の形成状態に対して指示はないの
で、以降の工程の詳細な説明は省略する。
ウェハ温度を約４５０℃に３０分間加熱し、真空熱アニ
ール処理を施す。その後、アルミニウム層２８を堆積さ
せるためのＣＶＤ処理を施すために、ＤＭＥＡＡを前駆
物質として使用する。よい堆積選択性を達成するため
に、基板温度は所定の堆積選択性を維持する温度に制御
する。好ましくは、２５０℃以下の温度である。換言す
れば、上記条件下では、絶縁層２４の表面上ではなく、
コンタクト開口２６の内部の導電領域２２上にのみに、
高い選択性を持ってアルミニウムを堆積させることがで
きる。このようにして、図８に図式的に描かれたような
もののような構造的配置を有するアルミニウムプラグを
形成する。次に、従来のスパッタリング処理を続けて行
い、絶縁層２４の上に相互接続体を形成することができ
る。本発明はこの層の形成状態に対して指示はないの
で、以降の工程の詳細な説明は省略する。
【００１７】このように、本発明の選択的ＣＶＤ堆積処
理におけるアルミニウムプラグの形成方法は前駆物質と
してＤＭＥＡＡを使用するので、アルミニウム堆積層を
形成するためのより容易に制御された形成条件が得られ
る。なぜなら、上記のようにＤＭＥＡＡは窒素原子とア
ルミニウム原子の間に従来の共有結合よりも小さい結合
エネルギーギャップを有する同等の共有結合を有してい
るからである。そのより小さな結合エネルギーギャップ
を有する結果、より高い蒸気圧を有することとなり、従
ってその気化温度は約９０℃と相対的に低い。その結果
のアルミニウムプラグは不純物の含有レベルが低く、電
気伝導度特性は従来のスパッタリング処理により形成さ
れたアルミニウム堆積層と同等である。
理におけるアルミニウムプラグの形成方法は前駆物質と
してＤＭＥＡＡを使用するので、アルミニウム堆積層を
形成するためのより容易に制御された形成条件が得られ
る。なぜなら、上記のようにＤＭＥＡＡは窒素原子とア
ルミニウム原子の間に従来の共有結合よりも小さい結合
エネルギーギャップを有する同等の共有結合を有してい
るからである。そのより小さな結合エネルギーギャップ
を有する結果、より高い蒸気圧を有することとなり、従
ってその気化温度は約９０℃と相対的に低い。その結果
のアルミニウムプラグは不純物の含有レベルが低く、電
気伝導度特性は従来のスパッタリング処理により形成さ
れたアルミニウム堆積層と同等である。
【００１８】アルミニウムを堆積させるためのＣＶＤ処
理を実施する前に行われる真空熱アニール処理は、基板
の表面上にある絶縁層と導電層の間の堆積選択性の改善
に大きく寄与する。この顕著な選択性のために、本発明
の方法はアルミニウムプラグのようなコンタクトプラグ
を形成するのに適しており、特に、高い集積度を必要と
する集積回路デバイスの形成処理に適している。本発明
の方法の優位性を証明するために、いくつかの試験とそ
れに対応する解析を行った。以下にその結果を示す。
理を実施する前に行われる真空熱アニール処理は、基板
の表面上にある絶縁層と導電層の間の堆積選択性の改善
に大きく寄与する。この顕著な選択性のために、本発明
の方法はアルミニウムプラグのようなコンタクトプラグ
を形成するのに適しており、特に、高い集積度を必要と
する集積回路デバイスの形成処理に適している。本発明
の方法の優位性を証明するために、いくつかの試験とそ
れに対応する解析を行った。以下にその結果を示す。
【００１９】最初の試験において、ＤＭＥＡＡを前駆物
質として使用してアルミニウムを堆積させるＣＶＤ処理
を実施した。堆積工程中の基板温度の関数としてプロッ
トしたアルミニウム層の成長率を図４に示す。ＤＭＥＡ
Ａを前駆物質として使用し、１００ｍＴｏｒｒと２００
ｍＴｏｒｒのそれぞれの工程雰囲気圧力下における２種
類のＣＶＤ処理においてアルミニウムを堆積させた。図
４にまとめて表示されたデータは、次のことを示してい
る。２つの選択された圧力下における成長率と基板温度
の関係は基本的に同じであり、基板温度が上がるにつれ
て、成長率は概ね高くなる。計算結果は表面反応の活性
化エネルギーは約０．７５ｅＶと、分子中のアルミニウ
ム原子と窒素原子の結合エネルギーと同等であることを
示している。これは、アルミニウム原子と窒素原子の結
合を分解することが、ＤＭＥＡＡを前駆物質とするＣＶ
Ｄ処理を用いて選択的にアルミニウムを堆積させるため
の鍵となる段階であることを示している。ＤＭＥＡＡ
は、従来の前駆物質よりも小さな共有結合エネルギーを
有しているので、この選択的なアルミニウムの堆積のた
めに従来の前駆物質よりも適している。
質として使用してアルミニウムを堆積させるＣＶＤ処理
を実施した。堆積工程中の基板温度の関数としてプロッ
トしたアルミニウム層の成長率を図４に示す。ＤＭＥＡ
Ａを前駆物質として使用し、１００ｍＴｏｒｒと２００
ｍＴｏｒｒのそれぞれの工程雰囲気圧力下における２種
類のＣＶＤ処理においてアルミニウムを堆積させた。図
４にまとめて表示されたデータは、次のことを示してい
る。２つの選択された圧力下における成長率と基板温度
の関係は基本的に同じであり、基板温度が上がるにつれ
て、成長率は概ね高くなる。計算結果は表面反応の活性
化エネルギーは約０．７５ｅＶと、分子中のアルミニウ
ム原子と窒素原子の結合エネルギーと同等であることを
示している。これは、アルミニウム原子と窒素原子の結
合を分解することが、ＤＭＥＡＡを前駆物質とするＣＶ
Ｄ処理を用いて選択的にアルミニウムを堆積させるため
の鍵となる段階であることを示している。ＤＭＥＡＡ
は、従来の前駆物質よりも小さな共有結合エネルギーを
有しているので、この選択的なアルミニウムの堆積のた
めに従来の前駆物質よりも適している。
【００２０】別の試験において、上記のＣＶＤ処理を使
用して堆積させたアルミニウム層をオージェ電子分光法
の対象物とし、図５に示した対応する解析データの結果
となった。本質的に、図５は、本発明のＣＶＤ処理によ
り形成されたアルミニウム層の純度を示したデータをプ
ロットしたものであり、そのデータはオージェ電子分光
法において得られたものである。このオージェデータは
堆積させたアルミニウムは、希薄な炭素や酸素の不純物
原子がわずかに堆積層に現れているだけであるという非
常に高い純度を有していることを示している。この例の
解析によると、この層の抵抗は約３．０μΩ／ｃｍであ
り、従来のスパッタリングの堆積処理を使用して形成し
たアルミニウム層の抵抗と同等であることを示してい
る。
用して堆積させたアルミニウム層をオージェ電子分光法
の対象物とし、図５に示した対応する解析データの結果
となった。本質的に、図５は、本発明のＣＶＤ処理によ
り形成されたアルミニウム層の純度を示したデータをプ
ロットしたものであり、そのデータはオージェ電子分光
法において得られたものである。このオージェデータは
堆積させたアルミニウムは、希薄な炭素や酸素の不純物
原子がわずかに堆積層に現れているだけであるという非
常に高い純度を有していることを示している。この例の
解析によると、この層の抵抗は約３．０μΩ／ｃｍであ
り、従来のスパッタリングの堆積処理を使用して形成し
たアルミニウム層の抵抗と同等であることを示してい
る。
【００２１】本発明の方法のアルミニウムの堆積選択性
に対する三番目の試験を行った。この試験のために、ア
ルミニウムを様々な種類の異なる材料の絶縁層の表面上
及び導電層の表面上に異なる工程温度において堆積させ
た。図６はこの試験により記録されたアルミニウムの堆
積選択性を示している。図面に示すように、異なる材料
から構成された４種の絶縁層（熱酸化層（Ｔｈ−ＯＸ
層）、ＴＥＯＳ層（tetraethoxysilane 層）、ＢＰＳＧ
層（borophosphosilicate glass 層）、プラズマＣＶＤ
処理により形成した酸化層（ＰＥＯＸ層））の表面上に
堆積させたときの、アルミニウム粒子が測定された。基
本的に、堆積温度が上昇するにつれて、堆積選択性は低
下した。換言すれば、アルミニウム粒子は高い工程温度
においては容易に導電層と絶縁層の両方の表面上に堆積
し、一方で、工程温度が低いレベルに保たれた時には、
同じ絶縁層は導電層よりもかなり少ないアルミニウム粒
子を集めた。
に対する三番目の試験を行った。この試験のために、ア
ルミニウムを様々な種類の異なる材料の絶縁層の表面上
及び導電層の表面上に異なる工程温度において堆積させ
た。図６はこの試験により記録されたアルミニウムの堆
積選択性を示している。図面に示すように、異なる材料
から構成された４種の絶縁層（熱酸化層（Ｔｈ−ＯＸ
層）、ＴＥＯＳ層（tetraethoxysilane 層）、ＢＰＳＧ
層（borophosphosilicate glass 層）、プラズマＣＶＤ
処理により形成した酸化層（ＰＥＯＸ層））の表面上に
堆積させたときの、アルミニウム粒子が測定された。基
本的に、堆積温度が上昇するにつれて、堆積選択性は低
下した。換言すれば、アルミニウム粒子は高い工程温度
においては容易に導電層と絶縁層の両方の表面上に堆積
し、一方で、工程温度が低いレベルに保たれた時には、
同じ絶縁層は導電層よりもかなり少ないアルミニウム粒
子を集めた。
【００２２】四番目の試験は、真空熱アニール処理を追
加して行い、試験の残りの部分は上記の三番目の試験処
理に従って実施した。真空熱アニール処理は約４５０℃
の温度で施され、約３０分間維持された。試験の結果は
図７にプロットされ、図７は、ＣＶＤ処理を用いて異な
る材料上にアルミニウムを堆積させるときの、真空熱ア
ニール処理の前後におけるアルミニウムの堆積選択性の
改善を示している。プロットに示されて明らかなよう
に、絶縁層上よりも導電層上に堆積するというアルミニ
ウムの堆積選択性は、真空熱アニール処理を最初に施し
たときのＣＶＤ処理において改善された。特に、堆積選
択性はＴｈ−ＯＸ絶縁層の場合が最も良く、次にＢＰＳ
Ｇ層、その次にＰＥＯＸ層であった。この選択性の順位
は、ＰＥＯＸはＴｈ−ＯＸよりも多くの水分子を吸収す
る材料であるという事実によるものである。それゆえ
に、Ｔｈ−ＯＸ材料中の−ＯＨ結合はＰＥＯＸ中よりも
少ないものとなっている。堆積に先立って真空熱アニー
ル処理が施されると、水が取り除かれる。それゆえに、
導電層の表面上にアルミニウム粒子が円滑に堆積する間
に、ＰＥＯＸ絶縁層の表面上にはより少ないアルミニウ
ム粒子が堆積し、Ｔｈ−ＯＸ層の場合にはさらに少なく
なる。
加して行い、試験の残りの部分は上記の三番目の試験処
理に従って実施した。真空熱アニール処理は約４５０℃
の温度で施され、約３０分間維持された。試験の結果は
図７にプロットされ、図７は、ＣＶＤ処理を用いて異な
る材料上にアルミニウムを堆積させるときの、真空熱ア
ニール処理の前後におけるアルミニウムの堆積選択性の
改善を示している。プロットに示されて明らかなよう
に、絶縁層上よりも導電層上に堆積するというアルミニ
ウムの堆積選択性は、真空熱アニール処理を最初に施し
たときのＣＶＤ処理において改善された。特に、堆積選
択性はＴｈ−ＯＸ絶縁層の場合が最も良く、次にＢＰＳ
Ｇ層、その次にＰＥＯＸ層であった。この選択性の順位
は、ＰＥＯＸはＴｈ−ＯＸよりも多くの水分子を吸収す
る材料であるという事実によるものである。それゆえ
に、Ｔｈ−ＯＸ材料中の−ＯＨ結合はＰＥＯＸ中よりも
少ないものとなっている。堆積に先立って真空熱アニー
ル処理が施されると、水が取り除かれる。それゆえに、
導電層の表面上にアルミニウム粒子が円滑に堆積する間
に、ＰＥＯＸ絶縁層の表面上にはより少ないアルミニウ
ム粒子が堆積し、Ｔｈ−ＯＸ層の場合にはさらに少なく
なる。
【００２３】本発明は実施例により、また、好適な実施
形態により説明されたが、本発明は上記に示された実施
形態に限定されるものではない。反対に、様々な変更や
同様の取り合わせを含有するものである。それゆえに、
本発明の特許請求の範囲は、そのような変更点や同様の
構造の全てを取り込むように最も広い解釈を与えること
ができる。
形態により説明されたが、本発明は上記に示された実施
形態に限定されるものではない。反対に、様々な変更や
同様の取り合わせを含有するものである。それゆえに、
本発明の特許請求の範囲は、そのような変更点や同様の
構造の全てを取り込むように最も広い解釈を与えること
ができる。
【００２４】
【発明の効果】半導体ＩＣデバイスにおいて、とぎれが
なく、電気的接続の信頼性の高い相互接続体及びその形
成方法を提供することができる。
なく、電気的接続の信頼性の高い相互接続体及びその形
成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は従来のアルミニウムスパッタリング堆積
工程を用いて形成された金属相互接続体の断面を図式的
に示した図である。
工程を用いて形成された金属相互接続体の断面を図式的
に示した図である。
【図２】図２はタングステンプラグを堆積するための従
来の選択的ＣＶＤ工程を用いて形成された金属相互接続
体の断面を図式的に示した図である。
来の選択的ＣＶＤ工程を用いて形成された金属相互接続
体の断面を図式的に示した図である。
【図３】図３は本発明の好適な実施形態の形成工程で使
用される前駆物質ＤＭＥＡＡの分子構造を示した図であ
る。
用される前駆物質ＤＭＥＡＡの分子構造を示した図であ
る。
【図４】図４は堆積工程中の基板温度の関数としてアル
ミニウム層の成長率をプロットした図である。
ミニウム層の成長率をプロットした図である。
【図５】図５はオージェ電子分光法を用いて決定され
た、ＣＶＤ処理を用いて形成されたアルミニウム層の純
度を示した図である。
た、ＣＶＤ処理を用いて形成されたアルミニウム層の純
度を示した図である。
【図６】図６はＣＶＤ処理を用いて異なる温度において
異なる材料上に堆積されたアルミニウムの堆積選択性の
プロットを示した図である。
異なる材料上に堆積されたアルミニウムの堆積選択性の
プロットを示した図である。
【図７】図７はＣＶＤ処理を用いて異なる温度において
異なる材料上に堆積されたアルミニウムの堆積選択性を
熱アニール処理の前後で比較した図である。
異なる材料上に堆積されたアルミニウムの堆積選択性を
熱アニール処理の前後で比較した図である。
【図８】図８は本発明の好適な実施形態で形成されたア
ルミニウムプラグの断面を図式的に示した図である。
ルミニウムプラグの断面を図式的に示した図である。
１０、２０…基板、１２、２２…導電領域、１４、２４
…絶縁層、１５…ボイド、１６、２６…コンタクト開
口、１７…タングステンプラグ、１８、２８…アルミニ
ウム層
…絶縁層、１５…ボイド、１６、２６…コンタクト開
口、１７…タングステンプラグ、１８、２８…アルミニ
ウム層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蔡 明 興 台湾 嘉義市 玉山路 129号
Claims (8)
- 【請求項１】半導体構成要素の導電領域を露出させるコ
ンタクト開口が形成された絶縁層が表面上に形成されて
いる基板に半導体構成要素を形成する工程と、 前記基板に対して真空熱アニール処理を施す工程と、 前駆物質としてジメチルエチルアミンアラン（ＤＭＥＡ
Ａ；dimethylethylamine alane）を使用し、前記基板の
温度が堆積選択性を有する温度で施されるＣＶＤ（化学
的気相成長）処理において、前記基板の表面上に、前記
コンタクト開口中にあって前記導電領域に接続し、前記
絶縁層の表面上には堆積せずに前記露出した導電領域上
に選択的に堆積されたアルミニウムプラグを形成するた
めに、アルミニウム層を堆積させる工程とを有する選択
的ＣＶＤ（化学的気相成長）処理を利用したアルミニウ
ムプラグの形成方法。 - 【請求項２】基板の導電領域を露出させるコンタクト開
口を前記基板上の絶縁層に形成する工程と、 前記基板に対して真空熱アニール処理を施す工程と、 前駆物質としてジメチルエチルアミンアラン（ＤＭＥＡ
Ａ；dimethylethylamine alane）を使用し、前記基板の
温度が堆積選択性を有する温度でＣＶＤ（化学的気相成
長）処理を行い、前記コンタクト開口に露出した前記導
電領域上にアルミニウム層を堆積する工程とを有するア
ルミニウムプラグの形成方法。 - 【請求項３】前記堆積選択性を有する温度が２５０℃以
下である請求項１または２記載のアルミニウムプラグの
形成方法。 - 【請求項４】前記真空熱アニール処理を約４５０℃の温
度を約３０分間維持することにより施す請求項１〜３の
いずれかに記載のアルミニウムプラグの形成方法。 - 【請求項５】前記絶縁層が熱酸化絶縁層である請求項１
〜３のいずれかに記載のアルミニウムプラグの形成方
法。 - 【請求項６】前記絶縁層がＢＰＳＧ層である請求項１〜
３のいずれかに記載のアルミニウムプラグの形成方法。 - 【請求項７】前記絶縁層がプラズマＣＶＤ（化学的気相
成長）により堆積された酸化膜である請求項１〜３のい
ずれかに記載のアルミニウムプラグの形成方法。 - 【請求項８】基板に対して真空熱アニール処理を施した
後、前駆物質としてジメチルエチルアミンアラン（ＤＭ
ＥＡＡ；dimethylethylamine alane）を使用し、前記基
板の温度が堆積選択性を有する温度でＣＶＤ（化学的気
相成長）処理により基板に形成されたコンタクト開口に
アルミニウム層を堆積させて形成したアルミニウムプラ
グ。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW85107555A TW302511B (en) | 1996-06-24 | 1996-06-24 | Method of forming aluminum plug by selective chemical vapor deposition |
| TW85107555 | 1996-06-24 | ||
| GB9625172A GB2320129B (en) | 1996-06-24 | 1996-12-04 | Method of fabricating an aluminium plug for contact with a semiconductor device |
| NL1004841A NL1004841C2 (nl) | 1996-06-24 | 1996-12-19 | Werkwijze voor de vervaardiging van een aluminiumplug onder toepassing van selectieve chemische dampafzetting. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1012737A true JPH1012737A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=27268618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9039376A Pending JPH1012737A (ja) | 1996-06-24 | 1997-02-24 | 選択的化学的気相成長を利用して形成したアルミニウムプラグ及びその形成方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1012737A (ja) |
| DE (1) | DE19702388C2 (ja) |
| FR (1) | FR2750249B1 (ja) |
| GB (1) | GB2320129B (ja) |
| NL (1) | NL1004841C2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100354436B1 (ko) * | 1998-09-29 | 2002-09-28 | 삼성전자 주식회사 | 알루미늄 화학 기상 증착을 이용한 집적 회로의 금속 배선 제조 방법 |
| KR100687876B1 (ko) * | 2005-06-29 | 2007-02-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속 콘택 형성 방법 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE419550T1 (de) | 2002-02-12 | 2009-01-15 | Oc Oerlikon Balzers Ag | Optisches bauteil mit submikrometer-hohlräumen |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PT95233B (pt) * | 1989-09-09 | 1998-06-30 | Canon Kk | Processo de producao de uma pelicula metalica depositada contendo aluminio |
| US5191099A (en) * | 1991-09-05 | 1993-03-02 | Regents Of The University Of Minnesota | Chemical vapor deposition of aluminum films using dimethylethylamine alane |
| US5652180A (en) * | 1993-06-28 | 1997-07-29 | Kawasaki Steel Corporation | Method of manufacturing semiconductor device with contact structure |
-
1996
- 1996-12-04 GB GB9625172A patent/GB2320129B/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-12-19 NL NL1004841A patent/NL1004841C2/nl not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-01-14 FR FR9700283A patent/FR2750249B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1997-01-23 DE DE19702388A patent/DE19702388C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-02-24 JP JP9039376A patent/JPH1012737A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100354436B1 (ko) * | 1998-09-29 | 2002-09-28 | 삼성전자 주식회사 | 알루미늄 화학 기상 증착을 이용한 집적 회로의 금속 배선 제조 방법 |
| KR100687876B1 (ko) * | 2005-06-29 | 2007-02-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속 콘택 형성 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL1004841C2 (nl) | 1999-01-26 |
| GB2320129B (en) | 2001-09-26 |
| DE19702388A1 (de) | 1998-01-08 |
| GB9625172D0 (en) | 1997-01-22 |
| DE19702388C2 (de) | 2001-12-13 |
| GB2320129A (en) | 1998-06-10 |
| FR2750249B1 (fr) | 1999-10-01 |
| FR2750249A1 (fr) | 1997-12-26 |
| NL1004841A1 (nl) | 1998-06-22 |
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