JP3124129B2 - Thin film formation method - Google Patents
Thin film formation methodInfo
- Publication number
- JP3124129B2 JP3124129B2 JP04284349A JP28434992A JP3124129B2 JP 3124129 B2 JP3124129 B2 JP 3124129B2 JP 04284349 A JP04284349 A JP 04284349A JP 28434992 A JP28434992 A JP 28434992A JP 3124129 B2 JP3124129 B2 JP 3124129B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- film
- copper
- thin film
- alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成法に係わり、
特に半導体集積回路装置等の配線となるAl合金薄膜を
形成するのに有効な方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a thin film,
Particularly, the present invention relates to a method effective for forming an Al alloy thin film to be used as a wiring of a semiconductor integrated circuit device or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の微細化、高密度化に伴いコ
ンタクト・ホール、ヴィア・ホールの直径は1μm以下
となり、またそのアスペクト比(深さ÷直径)は1.0
以上になりつつある。このため、従来のスパッタ法によ
るAlあるいはAl−Si−Cuなどの合金膜ではアス
ペクト比の大きいホールの埋め込みを充分に行なうこと
ができなくなり、配線の断線等が生じLSIの信頼性を
下げることになる。2. Description of the Related Art As semiconductor devices become finer and higher in density, the diameters of contact holes and via holes become 1 μm or less, and their aspect ratio (depth / diameter) is 1.0.
It's getting more. For this reason, it is not possible to sufficiently fill holes having a large aspect ratio with an alloy film of Al or Al-Si-Cu by a conventional sputtering method, which leads to disconnection of wiring and the like, which leads to lower reliability of LSI. Become.
【0003】上記のスパッタ法による問題を解決するた
めに、最近になってブランケット・タングステンCVD
による接続孔の埋め込みが実用化されはじめている。し
かし、プロセスが複雑化したり、抵抗が高いなどのさま
ざまな問題がある。In order to solve the above-mentioned problem caused by the sputtering method, recently, a blanket tungsten CVD method has been used.
The embedding of the connection hole by the use has begun to be practically used. However, there are various problems such as complicated processes and high resistance.
【0004】他方、接続孔の埋め込みに選択Al−CV
Dを用いる研究が行われている。この方法によると、A
lが接続孔内に緻密に埋め込まれるため、上記したタン
グステンでの問題は一時的に解決されると考えられる。
しかし、コンタクト部分においてAlとSiの固溶合金
化が局部的に進んで、pn接合を破壊してしまうと予想
される。また、Cu、Mg等を含まないために配線のエ
レクトロマイグレーション耐性が弱くなるなどの問題点
がある。[0004] On the other hand, selective Al-CV
Research using D has been conducted. According to this method, A
Since l is densely embedded in the connection hole, the above-mentioned problem with tungsten is considered to be temporarily solved.
However, it is anticipated that the solid solution alloying of Al and Si in the contact portion locally progresses and breaks the pn junction. Further, since Cu, Mg, etc. are not contained, there is a problem that the electromigration resistance of the wiring is weakened.
【0005】以上述べた問題を解決する方法として、特
開平3−111568号公報にはAl−Cu、またはA
l−Si−Cu合金CVD法について記載されている。
この中の実施例の中でジメチルアルミニウムハイドライ
ド(DMAH)とCuを含む原料ガスとしてビスアセチ
ルアセトナト銅(Cu(C5H7O2)2) などの酸素を含む銅有機
化合物を用いてAl−Si−Cu合金が成膜されたとし
ている。しかし、Alの原料ガスとなるDMAHが強い
還元性を有するために、Cuを含む原料ガスであるCu(C
5H7O2)2 とDMAHが混合時に反応して、酸化アルミニ
ウム(Al2 O 3 )が生成し、これが膜中に取り込まれ
る(すなわち、合成された薄膜中に酸素が混入すると予
想される)。Cuの原料ガスにハロゲンが含まれる材
料、例えば、ビスヘキサフルオロアセチルアセトナート
銅(Cu(C5F6HO2)2)を用いた場合にも同様なことがいえ
る。As a method for solving the above-mentioned problem,
JP-A-3-111568 discloses Al-Cu or A
It describes an l-Si-Cu alloy CVD method.
Among the examples in this, dimethyl aluminum hydride
Bisacetyl as raw material gas containing DMAH and Cu
Luacetonate copper (Cu (CFiveH7OTwo)Two) Such as copper organic containing oxygen
Al-Si-Cu alloy is formed using compound
ing. However, DMAH, which is the source gas for Al, is strong.
Cu (C), which is a source gas containing Cu, has a reducing property.
FiveH7OTwo)Two And DMAH react during mixing to produce aluminum oxide
Um (AlTwoO Three) Is generated and this is taken into the membrane
(That is, if oxygen is mixed into the synthesized thin film)
Expected). Material containing halogen in Cu source gas
Material, for example, bishexafluoroacetylacetonate
Copper (Cu (CFiveF6HOTwo)TwoThe same can be said when using)
You.
【0006】また、特開平1−179416号公報では
アルミニウムアルコキシドと合金化させる合金元素を含
む金属のアルコキシド化合物を原料ガスとしてCVD法
によるアルミニウム合金薄膜形成法について記載されて
いる。しかし、この実施例のトリイソプロポキシドアル
ミニウム(Al(O-iC3H7)3)を用いると、通常の減圧CVD
法では膜中に酸素が多量に混入する。Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-179416 describes a method of forming an aluminum alloy thin film by a CVD method using a metal alkoxide compound containing an alloying element to be alloyed with an aluminum alkoxide as a source gas. However, when the triisopropoxide aluminum (Al (O-iC 3 H 7 ) 3 ) of this embodiment is used, the ordinary low pressure CVD
In the method, a large amount of oxygen is mixed in the film.
【0007】さらに、特開平2−170419号公報で
はCu用の材料にシクロペンタジエニルトリエチルフォ
スフィン銅((η5-C5H5)Cu(P(C2H5)3) を用いて合金成膜
を実施したとしている。この原料ガスには酸素、ハロゲ
ンがともに含まれていないが、合金成膜を行なうとリン
などの不純物が多量に混入し、抵抗がより大きな値にな
ってしまった。また、成膜中に有害なリンの化合物が生
成し、排気系のメンテナンスにおいて危険が伴うのも欠
点である。以上のように、従来の方法ではAl合金薄膜
を形成することは困難であり、仮に成膜できたとしても
抵抗、純度などが問題になる。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-170419 discloses that cyclopentadienyltriethylphosphine copper ((η 5 -C 5 H 5 ) Cu (P (C 2 H 5 ) 3 ) is used as a Cu material. It is said that this material gas contains neither oxygen nor halogen, but when the alloy film is formed, a large amount of impurities such as phosphorus are mixed in, and the resistance becomes larger. Another disadvantage is that a harmful phosphorus compound is generated during the film formation, which involves danger in the maintenance of the exhaust system, and as described above, it is difficult to form an Al alloy thin film by the conventional method. Yes, even if a film can be formed, resistance, purity and the like become problems.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、上記従
来技術では接続孔の埋め込みを確実に行い、かつ低抵抗
の配線を得ることが困難であった。本発明は、上述した
技術的課題を解決し、導電体として良質なAl系合金膜
を制御性良く形成し得る薄膜形成法を提供することを目
的とする。As described above, in the above-mentioned prior art, it was difficult to bury the connection hole reliably and to obtain a low-resistance wiring. An object of the present invention is to solve the above-mentioned technical problems and to provide a thin film forming method capable of forming a high-quality Al-based alloy film as a conductor with good controllability.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、アルキルアル
ミニウムハイドライドのガスと、酸素、ハロゲン、およ
びリンを含まない銅またはマグネシウムの有機金属化合
物であって、有機基が2−ブチン、2−ペンチン、シク
ロペンタジエニル、メチルシクロペンタジエニル、シク
ロオクタジエニル、ビニルトリメチルシランおよびトリ
メチルシリルアセチレンの一つ以上であるもののガス
と、水素ガスとを用いて化学気相成長法によって半導体
基板上にアルミニウム合金膜を形成することを特徴とす
る薄膜形成法を提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to an alkylaluminum hydride gas and an organometallic compound of copper or magnesium containing no oxygen, halogen, and phosphorus , wherein the organic group is 2-butyne or 2-pentyne. , Shiku
Lopentadienyl, methylcyclopentadienyl, cyclo
Looctadienyl, vinyltrimethylsilane and tri
A thin film forming method characterized by forming an aluminum alloy film on a semiconductor substrate by a chemical vapor deposition method using a gas of one or more methylsilylacetylenes and a hydrogen gas. .
【0010】本発明はまた、アルキルアルミニウムハイ
ドライドのガスと、酸素、ハロゲン、およびリンを含ま
ない銅またはマグネシウムの有機金属化合物であって、
有機基が2−ブチン、2−ペンチン、シクロペンタジエ
ニル、メチルシクロペンタジエニル、シクロオクタジエ
ニル、ビニルトリメチルシランおよびトリメチルシリル
アセチレンの一つ以上であるもののガスと、シリコンを
含むガスと、水素ガスとを用いて化学気相成長法によっ
て半導体基板上にアルミニウム−シリコン合金膜を形成
することを特徴とする薄膜形成法を提供するものであ
る。The present invention is also directed to an alkylaluminum hydride gas and an organometallic compound of copper or magnesium free of oxygen, halogen, and phosphorus ,
The organic group is 2-butyne, 2-pentyne, cyclopentadie
Nil, methylcyclopentadienyl, cyclooctadie
Nyl, vinyltrimethylsilane and trimethylsilyl
A thin film forming method comprising forming an aluminum-silicon alloy film on a semiconductor substrate by a chemical vapor deposition method using a gas of at least one of acetylene, a gas containing silicon, and hydrogen gas. Is provided.
【0011】[0011]
【作用】本発明の薄膜形成方法によれば、アルキルアル
ミニウムハイドライドのガスと、酸素、ハロゲン、およ
びリンを含まない有機金属化合物のガスと、水素ガス
と、あるいはさらにSiを含むガスとの反応系におい
て、低抵抗で、緻密なAl合金膜を基板上に堆積させる
ことができる。この発明によって得られるAl合金膜を
接続孔の埋め込みに用いた場合、エレクトロマイグレー
ション耐性の向上した配線が得られる。According to the thin film forming method of the present invention, a reaction system of an alkyl aluminum hydride gas, a gas of an organometallic compound containing no oxygen, halogen, and phosphorus, a hydrogen gas, or a gas further containing Si. In the above, a dense Al alloy film with low resistance can be deposited on the substrate. When the Al alloy film obtained according to the present invention is used for filling the connection hole, a wiring having improved electromigration resistance can be obtained.
【0012】[0012]
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の好適な実
施態様について説明する。本発明においては、CVD法
によって半導体基板上に良質なAl合金膜を成長させ
る。図1に本発明によるAl合金薄膜形成法を実施する
のに用いたCVD装置を示す。この装置は、反応管2内
にヒータ4を内蔵した基板ホルダ3を具備する。このヒ
ータ4により基板表面を500℃まで昇温可能である。
また、反応管2は内壁を水冷却ができるようになってい
る。成膜を行いたい基板1をロードロック8を通じて基
板ホルダ3に設置し、排気ユニット5により約1×10
-8Torrまで排気する。その後、ヒータ4により基板
温度を200〜400℃まで昇温する。排気ユニット5
はターボ分子ポンプとロータリポンプとからなる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present invention, a high-quality Al alloy film is grown on a semiconductor substrate by a CVD method. FIG. 1 shows a CVD apparatus used to carry out the Al alloy thin film forming method according to the present invention. The apparatus includes a substrate holder 3 having a heater 4 built in a reaction tube 2. The temperature of the substrate surface can be raised to 500 ° C. by the heater 4.
The inner wall of the reaction tube 2 can be water-cooled. The substrate 1 on which a film is to be formed is placed on the substrate holder 3 through the load lock 8, and about 1 × 10
Exhaust to -8 Torr. After that, the substrate temperature is raised to 200 to 400 ° C. by the heater 4. Exhaust unit 5
Consists of a turbo molecular pump and a rotary pump.
【0013】Al用の原料としてはAl−CVDで多く
使用されているDMAHを使用する。このDMAHは比
較的高い蒸気圧を持つ無色の液体であるため、反応管に
導入するには、バブラ6を用いてガスライン10からの
水素ガスによるバブリングが必要である。その化学的性
質としては強い還元性を持ち、そのため水や酸素と反応
する。従って、ガス配管、反応およびキャリアガス等の
清浄度には十分に注意してから原料ガスの導入を行な
う。As a raw material for Al, DMAH, which is widely used in Al-CVD, is used. Since DMAH is a colorless liquid having a relatively high vapor pressure, bubbling with hydrogen gas from the gas line 10 using the bubbler 6 is necessary to introduce the DMAH into the reaction tube. Its chemical properties are strong reducing properties, so it reacts with water and oxygen. Therefore, the raw material gas is introduced after paying sufficient attention to the cleanliness of the gas pipe, the reaction and the carrier gas.
【0014】合金化させる合金元素を含む有機金属化合
物の原料としては、DMAHとの直接的な反応を防ぐた
めに分子中に酸素、ハロゲンおよびリンを含まない有機
金属化合物を用いる。該化合物は1金属原子に2個の有
機基が結合したものである。使用可能な原料ガスの代表
例を元素別に下表に示す。 上式において、R1 、R2 は、η8-C8 H8 (シクロオ
クタジエニル、COD)、η5-C5 H5 (シクロペンタ
ジエニル、Cp)、2−butyne(2−ブチン)、
2−pentyne(2−ペンチン)、C5 H12Si
(ビニルトリメチルシラン、VTMS)、C8 H18Si
2 (ビストリメチルシリルアセチレン)などを示し、同
一でも異なっていてもよい。As a raw material of the organometallic compound containing an alloying element to be alloyed, an organometallic compound containing no oxygen, halogen and phosphorus in the molecule is used in order to prevent a direct reaction with DMAH. The compound has two atoms per metal atom.
It is one in which the functional groups are bonded. The following table shows typical examples of usable source gases for each element. In the above formula, R 1 and R 2 are η 8 -C 8 H 8 (cyclooctadienyl, COD), η 5 -C 5 H 5 (cyclopentadienyl, Cp), 2-butyne (2 -butyne) ) ,
2-pentyne (2- pentyne), C 5 H 12 Si
(Vinyl trimethylsilane, VTMS), C 8 H 18 Si
2 (bistrimethylsilylacetylene) and the like, which may be the same or different.
【0015】例えば、Mgの場合、ビスシクロペンタジ
エニルマグネシウム(Mg(η5-C5H5)2) やビスメチルシク
ロペンタジエニルマグネシウム(Mg(η5-CH3C5H4)2)など
を使用できる。これら表に挙げた原料は液体または昇華
性の固体であり、これらを反応管に導入するためには原
料の充填されたバブラ7および反応管までのガスライン
を加熱する。反応管2への輸送のためにガスライン11
からの水素によるバブリングを行なう。For example, in the case of Mg, biscyclopentadienyl magnesium (Mg (η 5 -C 5 H 5 ) 2 ) or bismethylcyclopentadienyl magnesium (Mg (η 5 -CH 3 C 5 H 4 ) 2 ) Can be used. The raw materials listed in these tables are liquids or sublimable solids. To introduce them into the reaction tube, the bubbler 7 filled with the raw materials and the gas line to the reaction tube are heated. Gas line 11 for transport to reaction tube 2
Bubbling with hydrogen.
【0016】Siを含む材料ガスとしては、分解温度の
低いテトラメチルシラン(Si(CH3 )4 )やトリメ
チルシラン(SiH(CH3 )3 )などが用いられる。
これらのガスは水素によって希釈されており、ガスライ
ン12から反応管2に導入される。As a material gas containing Si, tetramethylsilane (Si (CH 3 ) 4 ) or trimethylsilane (SiH (CH 3 ) 3 ) having a low decomposition temperature is used.
These gases are diluted with hydrogen and introduced into the reaction tube 2 from the gas line 12.
【0017】以上の3種の原料ガスを用いて、次に述べ
る2つの方法によってAl合金膜を合成する。その一つ
としては、反応管2に導入される前に上記の原料ガスを
反応ガスである水素と十分混合して成膜を行なう方法で
ある。この反応ガスはガスライン9より導入される。も
う一つは、最初に純Alの薄膜を合成し次いで合金化さ
せたい金属膜を成膜し、アニール処理により合金化させ
たい金属をAl膜中に拡散させて合金化する方法であ
る。このとき、合金化させたい金属膜の厚さはできるだ
け薄いほうがよい。Using the above three kinds of source gases, an Al alloy film is synthesized by the following two methods. One of the methods is to form a film by sufficiently mixing the above-mentioned raw material gas with hydrogen as a reaction gas before being introduced into the reaction tube 2. This reaction gas is introduced from a gas line 9. The other is a method in which a thin film of pure Al is first synthesized, a metal film to be alloyed is formed, and the metal to be alloyed is diffused into the Al film by an annealing treatment and alloyed. At this time, the thickness of the metal film to be alloyed is preferably as thin as possible.
【0018】成膜前の基板の洗浄法としては、0.5%
フッ酸純水溶液に1〜2分浸し、その後すぐに純水によ
り洗浄し乾燥する。これは半導体基板上の接続孔におけ
る自然酸化膜を除去するために行なう。この洗浄によ
り、接続孔にのみ選択的に合金膜が埋め込まれる。ま
た、チタン溶液による前処理を行なうと、非選択的に全
面成膜が可能になる。As a method of cleaning the substrate before film formation, 0.5%
It is immersed in a pure hydrofluoric acid aqueous solution for 1 to 2 minutes, and then immediately washed with pure water and dried. This is performed to remove a natural oxide film in the connection hole on the semiconductor substrate. This cleaning selectively embeds the alloy film only in the connection hole. In addition, when the pretreatment with the titanium solution is performed, the entire surface can be formed non-selectively.
【0019】乾燥後すぐにロードロックを通じて薄膜形
成装置内の基板ホルダ3に基板1を設置する。成膜の前
後において反応管内は約1×10-8Torrまで真空に
しておく。Immediately after drying, the substrate 1 is set on the substrate holder 3 in the thin film forming apparatus through a load lock. Before and after the film formation, the inside of the reaction tube is evacuated to about 1 × 10 −8 Torr.
【0020】次に、反応ガスである水素を反応管2に供
給し、反応管内の圧力を約2Torrに保ち、各原料ガ
スを導入して、全圧力を1〜3Torrの範囲にする。
成膜は5〜10分間行なう。得られる成膜速度は500
〜2000Å/分であった。Next, hydrogen as a reaction gas is supplied to the reaction tube 2, the pressure in the reaction tube is maintained at about 2 Torr, and each raw material gas is introduced to make the total pressure in the range of 1 to 3 Torr.
The film is formed for 5 to 10 minutes. The resulting deposition rate is 500
Å2000 ° / min.
【0021】基板の接続孔に対してAl合金膜が選択的
に成長するのを、図2を用いて説明する。図2(a)
は、酸化膜23を堆積させるパターニングを施し、さら
にイオン注入によりp+ 拡散層22を形成したn型シリ
コン基板21の断面図を示したものである。この基板を
上記の0.5%フッ酸純水溶液による洗浄をした後、A
l合金膜の成膜を行なうと、図2(b)に示されるよう
に、酸化膜23上ではなく、接続孔に対してのみAl合
金膜が選択的に埋め込まれる。The selective growth of the Al alloy film with respect to the connection hole of the substrate will be described with reference to FIG. FIG. 2 (a)
Is a cross-sectional view of an n-type silicon substrate 21 on which patterning for depositing an oxide film 23 has been performed and ap + diffusion layer 22 has been formed by ion implantation. After washing the substrate with the above 0.5% hydrofluoric acid pure aqueous solution,
When the 1 alloy film is formed, as shown in FIG. 2B, the Al alloy film is selectively embedded only in the connection hole, not on the oxide film 23.
【0022】このように、上記した薄膜形成法によって
得られたAl合金膜を半導体基板上の接続孔に対して十
分緻密に埋め込むことができる。これにより、低抵抗で
信頼性の高い半導体装置用の配線が得られる。As described above, the Al alloy film obtained by the above-described thin film forming method can be buried sufficiently densely in the connection hole on the semiconductor substrate. Thereby, a low-resistance and highly reliable wiring for a semiconductor device can be obtained.
【0023】(実施例1)上記で説明したCVD装置を
用いて、Al−Cu合金の成膜を行なった。Al用の原
料ガスとしてはDMAH、合金化させる元素を含む材料
としてはシクロオクタジエニル−2−ブチン銅((η8-C8
H8)Cu(2-butyne))を用いた。反応ガスは水素である。反
応管2の全圧は約2.0〜3.0Torrに保ち、基板
温度を240〜280℃の範囲で変えて成膜を行なった
ところ、成膜速度は1000〜2000Å/分であっ
た。バブラに供給するキャリアガスの流量はAl、Cu
材料ともに100sccmで、バブラ温度はDMAHが
約50℃、シクロオクタジエニル−2−ブチン銅が60
〜120℃であった。オージェ電子分光等で得られた膜
の膜組成を調べた結果、酸素などの不純物はほとんど混
入していなかった。また、Cuの含有量は0.1〜0.
5%であった。また、比抵抗は、約3.0μΩcmとい
う値が得られた。この値は純Alのバルクの値(約2.
7μΩcm)に非常に近い。また、この合金CVDによ
って得られる配線とAl−CVDによる配線のそれぞれ
を用いた場合の配線のエレクトロマイグレーション寿命
を、基板上に膜を全面堆積させパターニングを施して形
成した配線について調べた。その結果を表1に示す。即
ち、Al−Cu合金の配線はAl−CVDによる配線に
比べて約36倍長くなり、その信頼性が高いことがわか
った。 Example 1 A film of an Al—Cu alloy was formed using the above-described CVD apparatus. DMAH is used as a source gas for Al, and cyclooctadienyl-2-butyne copper ((η 8 -C 8
H 8 ) Cu (2-butyne)) was used. The reaction gas is hydrogen. When the total pressure of the reaction tube 2 was maintained at about 2.0 to 3.0 Torr and the substrate temperature was changed in the range of 240 to 280 ° C., the film formation was performed, and the film formation rate was 1000 to 2000 ° / min. The flow rate of the carrier gas supplied to the bubbler is Al, Cu
The material was 100 sccm, the bubbler temperature was about 50 ° C. for DMAH, and 60 ° C. for cyclooctadienyl-2-butyne copper.
120120 ° C. As a result of examining the film composition of the film obtained by Auger electron spectroscopy or the like, impurities such as oxygen were hardly mixed. Further, the content of Cu is 0.1 to 0.1.
5%. The specific resistance was about 3.0 μΩcm. This value is the value of the bulk of pure Al (about 2.
7 μΩcm). Further, the electromigration life of the wiring in the case of using each of the wiring obtained by the alloy CVD and the wiring formed by the Al-CVD was examined for the wiring formed by depositing a film on a substrate and patterning the entire surface. Table 1 shows the results. That is, the wiring of the Al-Cu alloy was about 36 times longer than the wiring by Al-CVD, and it was found that its reliability was high.
【0024】(実施例2)実施例1と同じCVD装置を
用いて、Al−Si−Cu合金の成膜を行なった。Al
用の原料ガスとしてはDMAH、合金化させるCuを含
む材料としてはシクロペンタジエニルビニルトリメチル
シラン銅((η5-C5H5)Cu(VTMS))、Siを含むガスとして
はテトラメチルシラン(Si(CH3 )4 )を用いた。
反応ガスは水素である。反応管2の全圧は約2.0〜
3.0Torrに保ち、基板温度を240〜280℃の
範囲で変えて成膜を行なったところ、成膜速度は500
〜1200Å/分であった。バブラに供給するキャリア
ガスの流量、バブラ温度は実施例1と同じである(テト
ラメチルシランの流量は10〜20sccm)。オージ
ェ電子分光等で得られた膜の膜組成を調べた結果、酸
素、炭素などの不純物はほとんど混入していなかった。
また、Cu、Siの含有量はそれぞれ0.1〜0.5
%、0.5〜0.8%であった。また、比抵抗は、約
3.5μΩcmという値が得られた。この値は純Alの
バルクの値(約2.7μΩcm)に非常に近い。また、
この合金CVDによって得られる膜のジャンクションの
リーク不良率を調べるために、図2(b)に示されるよ
うな構造を有する基板を作製した。その結果をAl−C
VDによるものと共に表2に示す。即ち、成膜直後に比
較してアニール処理後も、Al−Si−Cu合金のリー
ク不良率が変わらず、固溶合金化による接合破壊が発生
しなかった。 (Embodiment 2) Using the same CVD apparatus as in Embodiment 1, a film of an Al-Si-Cu alloy was formed. Al
As the raw material gas use DMAH, cyclopentadienyl vinyltrimethylsilane copper as a material containing Cu to alloying ((η 5 -C 5 H 5 ) Cu (VTMS)), tetramethylsilane as the gas containing Si (Si (CH 3 ) 4 ) was used.
The reaction gas is hydrogen. The total pressure of the reaction tube 2 is about 2.0 to
When the film was formed while maintaining the pressure at 3.0 Torr and changing the substrate temperature in the range of 240 to 280 ° C., the film formation speed was 500.
11200 ° / min. The flow rate of the carrier gas supplied to the bubbler and the bubbler temperature are the same as those in Example 1 (the flow rate of tetramethylsilane is 10 to 20 sccm). As a result of examining the film composition of the film obtained by Auger electron spectroscopy or the like, impurities such as oxygen and carbon were hardly mixed.
The contents of Cu and Si are each 0.1 to 0.5.
%, 0.5 to 0.8%. The specific resistance was about 3.5 μΩcm. This value is very close to the bulk value of pure Al (about 2.7 μΩcm). Also,
A substrate having a structure as shown in FIG. 2 (b) was manufactured in order to examine the junction leak failure rate of the film obtained by the alloy CVD. The result is expressed as Al-C
The results are shown in Table 2 together with those by VD. That is, the leak failure rate of the Al-Si-Cu alloy did not change even after the annealing treatment as compared to immediately after the film formation, and no junction breakdown due to solid solution alloying occurred.
【0025】(実施例3)実施例1と同様のCVD装置
を用いて、Al−Mg合金の成膜を行なった。Al用の
原料ガスとしてはDMAH、Mg用としてはビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム(Mg(η5-C5H5)2) を用い
た。反応ガスは水素である。反応管2の全圧は約1.0
〜2.0Torrに保ち、まず純Alを約5000Å成
膜し、次に純Mgを100Å成膜した。これを300
℃、30分間水素アニールすると、Al−Mg合金が得
られた。この膜の組成を調べた結果、酸素などの不純物
はほとんど混入しておらず、Mgの含有量は0.2〜1
%であった。また、比抵抗は、約3.2μΩcmという
値が得られた。この合金CVDによって得られる配線と
Al−CVDによる配線のそれぞれを用いた場合の配線
のエレクトロマイグレーション寿命を、実施例2と同様
な方法で調べた。その結果を表3に示す。即ち、Al−
Mg合金の配線はAl−CVDによる配線に比べて約2
0倍長くなり、その信頼性が高いことがわかった。 (Embodiment 3) Using the same CVD apparatus as in Embodiment 1, a film of an Al--Mg alloy was formed. DMAH was used as a source gas for Al, and biscyclopentadienyl magnesium (Mg (η 5 -C 5 H 5 ) 2 ) was used for Mg. The reaction gas is hydrogen. The total pressure of the reaction tube 2 is about 1.0
While maintaining the pressure at -2.0 Torr, pure Al was first deposited to a film thickness of about 5000 °, and then pure Mg was deposited to a thickness of 100 °. This is 300
After hydrogen annealing at 30 ° C. for 30 minutes, an Al—Mg alloy was obtained. As a result of examining the composition of this film, impurities such as oxygen were hardly mixed, and the content of Mg was 0.2 to 1%.
%Met. The specific resistance was about 3.2 μΩcm. The electromigration life of the wiring when each of the wiring obtained by alloy CVD and the wiring by Al-CVD was used was examined in the same manner as in Example 2. Table 3 shows the results. That is, Al-
The wiring of Mg alloy is about 2 times larger than the wiring by Al-CVD.
It was 0 times longer, indicating that its reliability was high.
【0026】(実施例4)実施例1と同様のCVD装置
を用いて、Al−Cu合金の成膜を行なった。Al用の
原料ガスとしてはDMAH、Cu用としてはシクロオク
タジエニル−2−ブチン銅((η8-C8H8)Cu(2-butyne))を
用い、さらに比較の対象として酸素、ハロゲンを含むビ
スヘキサフルオロアセチルアセトナート銅(Cu(C5F6HO2)
2)も使用した。反応ガスは水素である。反応管2の全圧
は約1.0〜2.0Torrに保ち、同時に両者のガス
を導入した。前者のシクロオクタジエニル−2−ブチン
銅を用いた場合、酸素、炭素などの不純物をほとんど含
まないAl−Cu合金が得られたが、後者の場合、DM
AHとCu原料が直接反応してしまい、酸素を多量に含
む膜が合成された。比抵抗を測定してみると、前者は約
3μΩcmであり、後者は約15μΩcmと非常に高い
値になった。すなわち、前者の酸素、ハロゲンを含まな
いシクロオクタジエニル−2−ブチン銅を用いた方が信
頼性の高いものが得られることがわかった。(Embodiment 4) Using the same CVD apparatus as in Embodiment 1, a film of an Al-Cu alloy was formed. DMAH was used as the source gas for Al, and cyclooctadienyl-2-butyne copper ((η 8 -C 8 H 8 ) Cu (2-butyne)) was used for Cu, and oxygen and halogen were used as comparison targets. Bishexafluoroacetylacetonate containing copper (Cu (C 5 F 6 HO 2 )
2 ) was also used. The reaction gas is hydrogen. The total pressure of the reaction tube 2 was maintained at about 1.0 to 2.0 Torr, and both gases were introduced at the same time. When the former cyclooctadienyl-2-butyne copper was used, an Al—Cu alloy containing almost no impurities such as oxygen and carbon was obtained.
AH and the Cu raw material reacted directly, and a film containing a large amount of oxygen was synthesized. When the specific resistance was measured, the former was about 3 μΩcm, and the latter was a very high value of about 15 μΩcm. That is, it was found that the use of the former copper cyclooctadienyl-2-butyne free of oxygen and halogen gave a more reliable product.
【0027】[0027]
【発明の効果】本発明の形成方法によれば、アルキルア
ルミニウムハイドライドのガスと、酸素、ハロゲンおよ
びリンを含まない有機金属化合物を原料として用いるこ
とによって、低抵抗で、緻密なAl合金膜を基板上に堆
積させることができる。また、別の効果としてエレクト
ロマイグレーション耐性の向上したAl合金膜を基板上
に堆積させることができる。According to the formation method of the present invention, a low-resistance, dense Al alloy film is formed on a substrate by using an alkylaluminum hydride gas and an organometallic compound containing no oxygen, halogen and phosphorus as raw materials. Can be deposited on top. As another effect, an Al alloy film having improved electromigration resistance can be deposited on a substrate.
【図1】 本発明を適用可能な薄膜形成装置の一例を示
す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a thin film forming apparatus to which the present invention can be applied.
【図2】 本発明の実施例における成膜前後における基
板の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a substrate before and after film formation in an example of the present invention.
1 基板 2 反応管 3 基板ホルダ 4 ヒータ 5 排気ユニット 6 原料Aのバブラ 7 原料Bのバブラ 8 ロードロック 9 反応ガスライン 10 キャリアガスライン 11 キャリアガスライン 12 原料Cのガスライン 21 n型シリコン基板 22 p+ 拡散層 23 酸化膜 24 Al合金膜DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Reaction tube 3 Substrate holder 4 Heater 5 Exhaust unit 6 Bubbler of raw material A 7 Bubbler of raw material B 8 Load lock 9 Reaction gas line 10 Carrier gas line 11 Carrier gas line 12 Gas line of raw material C 21 n-type silicon substrate 22 p + diffusion layer 23 oxide film 24 Al alloy film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山 本 浩 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 中 野 正 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 (56)参考文献 特開 平3−110838(JP,A) 特開 平4−214868(JP,A) 特開 平6−272042(JP,A) 特開 平6−272041(JP,A) 特開 平4−355965(JP,A) 特開 平3−111568(JP,A) 特開 平2−170419(JP,A) 特開 平1−179416(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/285 301 H01L 21/285 C23C 16/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Yamamoto 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba City, Chiba Prefecture Inside the Technical Research Headquarters, Kawasaki Steel Works Co., Ltd. (72) Inventor Tadashi Nakano 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba City, Chiba Prefecture Address Kawasaki Steel Corp. Technical Research Division (56) References JP-A-3-110838 (JP, A) JP-A-4-214868 (JP, A) JP-A-6-2722042 (JP, A) JP-A-4-355965 (JP, A) JP-A-3-111568 (JP, A) JP-A-2-170419 (JP, A) JP-A-1-179416 (JP, A) A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/285 301 H01L 21/285 C23C 16/20
Claims (3)
と、酸素、ハロゲン、およびリンを含まない銅またはマ
グネシウムの有機金属化合物であって、有機基が2−ブ
チン、2−ペンチン、シクロペンタジエニル、メチルシ
クロペンタジエニル、シクロオクタジエニル、ビニルト
リメチルシランおよびトリメチルシリルアセチレンの一
つ以上であるもののガスと、水素ガスとを用いて化学気
相成長法によって半導体基板上にアルミニウム合金膜を
形成することを特徴とする薄膜形成法。An alkylaluminum hydride gas and a copper or copper gas containing no oxygen, halogen, and phosphorus .
An organometallic compound of gnesium , wherein the organic group is 2-butane.
Tin, 2-pentyne, cyclopentadienyl, methyl
Clopentadienyl, cyclooctadienyl, vinyl
One of trimethylsilane and trimethylsilylacetylene
A thin film forming method, wherein an aluminum alloy film is formed on a semiconductor substrate by a chemical vapor deposition method using at least one gas and hydrogen gas.
と、酸素、ハロゲン、およびリンを含まない銅またはマ
グネシウムの有機金属化合物であって、有機基が2−ブ
チン、2−ペンチン、シクロペンタジエニル、メチルシ
クロペンタジエニル、シクロオクタジエニル、ビニルト
リメチルシランおよびトリメチルシリルアセチレンの一
つ以上であるもののガスと、シリコンを含むガスと、水
素ガスとを用いて化学気相成長法によって半導体基板上
にアルミニウム−シリコン合金膜を形成することを特徴
とする薄膜形成法。2. An alkylaluminum hydride gas and oxygen or halogen or phosphorus-free copper or copper.
An organometallic compound of gnesium , wherein the organic group is 2-butane.
Tin, 2-pentyne, cyclopentadienyl, methyl
Clopentadienyl, cyclooctadienyl, vinyl
One of trimethylsilane and trimethylsilylacetylene
A thin film forming method, comprising forming an aluminum-silicon alloy film on a semiconductor substrate by a chemical vapor deposition method using at least one gas, a gas containing silicon, and a hydrogen gas.
ム原子に、2−ブチン、2−ペンチン、シクロペンタジ2-butyne, 2-pentyne, cyclopentadi
エニル、メチルシクロペンタジエニル、シクロオクタジEnyl, methylcyclopentadienyl, cyclooctadi
エニル、ビニルトリメチルシランおよびトリメチルシリEnyl, vinyltrimethylsilane and trimethylsilyl
ルアセチレンから選ばれた同一または異なる2つの有機Two identical or different organics selected from ruacetylene
基が結合したものであることを特徴とする請求項1またWherein the groups are bonded.
は請求項2に記載の薄膜形成法。The method for forming a thin film according to claim 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04284349A JP3124129B2 (en) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | Thin film formation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04284349A JP3124129B2 (en) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | Thin film formation method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06132247A JPH06132247A (en) | 1994-05-13 |
| JP3124129B2 true JP3124129B2 (en) | 2001-01-15 |
Family
ID=17677436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04284349A Expired - Fee Related JP3124129B2 (en) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | Thin film formation method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3124129B2 (en) |
-
1992
- 1992-10-22 JP JP04284349A patent/JP3124129B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06132247A (en) | 1994-05-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7311946B2 (en) | Methods for depositing metal films on diffusion barrier layers by CVD or ALD processes | |
| JP4919535B2 (en) | Plasma treatment of thermal CVD TaN films from tantalum halide precursors | |
| JP5054867B2 (en) | PECVD of TaN films from tantalum halide precursors | |
| US5527739A (en) | Process for fabricating a semiconductor device having an improved metal interconnect structure | |
| US5273775A (en) | Process for selectively depositing copper aluminum alloy onto a substrate | |
| US6133147A (en) | Process for selective metal deposition in holes of semiconductor device | |
| US20070054487A1 (en) | Atomic layer deposition processes for ruthenium materials | |
| US20070077750A1 (en) | Atomic layer deposition processes for ruthenium materials | |
| US8283485B2 (en) | Process for selectively depositing copper thin films on substrates with copper and ruthenium areas via vapor deposition | |
| US5994775A (en) | Metal-filled via/contact opening with thin barrier layers in integrated circuit structure for fast response, and process for making same | |
| JP2005171291A (en) | Titanium-containing thin film and method for producing the same | |
| JP3862900B2 (en) | Conductive barrier film forming material, conductive barrier film forming method, and wiring film forming method | |
| JP3124129B2 (en) | Thin film formation method | |
| JP4783561B2 (en) | Method for forming copper wiring | |
| JP4666339B2 (en) | Conductive barrier film forming material, conductive barrier film forming method, and wiring film forming method | |
| JP2002543286A (en) | PECVD of Ta film from tantalum halide precursor | |
| JP3085247B2 (en) | Metal thin film forming method | |
| JP4416450B2 (en) | Method for forming metal wiring of semiconductor element | |
| EP2014790A1 (en) | Process for forming continuous copper thin films via vapor deposition | |
| JP2006093550A (en) | Method of forming vanadium content film | |
| JP4497339B2 (en) | Ta-based film forming material and Ta-based film forming method | |
| JP2006093551A (en) | Method of forming titanium content film | |
| JP2670152B2 (en) | Deposition film formation method | |
| JP2003277930A (en) | Solution raw material for metalorganic chemical vapor deposition containing titanium complex and titanium-containing thin film prepared using the same | |
| JP5170589B2 (en) | Conductive barrier film forming material, conductive barrier film forming method, and wiring film forming method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20001010 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |