JPH05343356A - メタルプラグの形成方法 - Google Patents
メタルプラグの形成方法Info
- Publication number
- JPH05343356A JPH05343356A JP14781492A JP14781492A JPH05343356A JP H05343356 A JPH05343356 A JP H05343356A JP 14781492 A JP14781492 A JP 14781492A JP 14781492 A JP14781492 A JP 14781492A JP H05343356 A JPH05343356 A JP H05343356A
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- Japan
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- insulating film
- layer
- interlayer insulating
- forming
- plug
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 層間絶縁膜上への原料ガスの吸着を抑制さ
せ、選択メタル形成時の選択性の破れを防止する。 【構成】 層間絶縁膜32にコンタクトホール37を開
けたウェハーを溶液反応処理して、トリメチルシシラン
でなる表面処理層34を層間絶縁膜32上及びコンタク
トホール37側壁に形成する。この表面処理層34によ
り選択メタルCVDの選択性の破れが防止でき、良好な
Wプラグ35が得られる。
せ、選択メタル形成時の選択性の破れを防止する。 【構成】 層間絶縁膜32にコンタクトホール37を開
けたウェハーを溶液反応処理して、トリメチルシシラン
でなる表面処理層34を層間絶縁膜32上及びコンタク
トホール37側壁に形成する。この表面処理層34によ
り選択メタルCVDの選択性の破れが防止でき、良好な
Wプラグ35が得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造分
野に適用されるメタルプラグの形成方法に関し、特に、
所謂溶液成長法により原料ガスの吸着防止層を形成し選
択メタルプラグの形成を良好に行う方法に関する。
野に適用されるメタルプラグの形成方法に関し、特に、
所謂溶液成長法により原料ガスの吸着防止層を形成し選
択メタルプラグの形成を良好に行う方法に関する。
【0002】
【従来の技術】次世代以降のVLSIの多層配線形成プ
ロセス技術に於て0.35μmルール以下の微細なコン
タクトホールやスルーホールを配線材料(Al,W等)
で埋め込む技術が要求されている。従来のスパッタ膜で
は微細な接続孔や、起伏に富んだ絶縁膜形状に対して優
れたカバレージが望めない為である。
ロセス技術に於て0.35μmルール以下の微細なコン
タクトホールやスルーホールを配線材料(Al,W等)
で埋め込む技術が要求されている。従来のスパッタ膜で
は微細な接続孔や、起伏に富んだ絶縁膜形状に対して優
れたカバレージが望めない為である。
【0003】このような微細な配線層の形成にW−CV
Dが検討され一部実用化されている。とりわけアスペク
ト比が1を超える最も厳しい接続孔の埋め込みには大き
な期待が寄せられており、これには選択Wとブランケッ
トWのエッチバックプロセスが検討されている。
Dが検討され一部実用化されている。とりわけアスペク
ト比が1を超える最も厳しい接続孔の埋め込みには大き
な期待が寄せられており、これには選択Wとブランケッ
トWのエッチバックプロセスが検討されている。
【0004】ブランケットW−CVDでは接続孔が完全
に埋め込まれるまでウエーハ全面に成長させるのでスル
ーホール部のみにWを残すエッチバックプロセスが必要
となる。
に埋め込まれるまでウエーハ全面に成長させるのでスル
ーホール部のみにWを残すエッチバックプロセスが必要
となる。
【0005】又、ブランケットW−CVDではシリコン
酸化膜などの絶縁膜との密着性が悪いために、一般にス
パッタによるチタン系の膜を界面に1層加える必要があ
る。
酸化膜などの絶縁膜との密着性が悪いために、一般にス
パッタによるチタン系の膜を界面に1層加える必要があ
る。
【0006】この膜は、密着層と呼ばれるがコンタクト
ホール底部ではWのシリコンへの侵入を抑制するバリア
層として働く。従ってエンクローチメント、ワームホー
ル及びコンサンプションは発生しにくい。しかし、密着
層をスパッタで形成しているためにコンタクトホールの
アスペクト比が大きくなるとコンタクトホール底部の密
着層の膜厚が薄くなり、上記の問題が発生してくる。そ
のため最近では、CVDによるチタンナイトライド(T
iN)膜の開発が行われているが、実用化はされていな
い。
ホール底部ではWのシリコンへの侵入を抑制するバリア
層として働く。従ってエンクローチメント、ワームホー
ル及びコンサンプションは発生しにくい。しかし、密着
層をスパッタで形成しているためにコンタクトホールの
アスペクト比が大きくなるとコンタクトホール底部の密
着層の膜厚が薄くなり、上記の問題が発生してくる。そ
のため最近では、CVDによるチタンナイトライド(T
iN)膜の開発が行われているが、実用化はされていな
い。
【0007】一方、選択W−CVDでは接続孔に選択成
長させるためエッチバック等のプロセス的な煩雑性やス
パッタによる密着層が必要でないことや埋め込み限界が
制限されないことなど多くのメリットがある。
長させるためエッチバック等のプロセス的な煩雑性やス
パッタによる密着層が必要でないことや埋め込み限界が
制限されないことなど多くのメリットがある。
【0008】また、SiやAl層間絶縁膜の表面状態は
Wの成膜や電気的特性、そして選択性に影響を及ぼす為
前処理技術が非常に注目されている。これにはSF6や
NF3といった反応性ガスを用いた自然酸化物の除去や
層間絶縁膜表面にダメージを残さないような前処理が検
討されている。特に層間絶縁膜表面のダメージは原料ガ
スの吸着中心となり、選択性の破れを発生する主原因と
なっている(図4)。なお、図4中、1は層間絶縁膜、
2はAl配線層、3は層間絶縁膜、4は選択W、4aは
選択性が破れて形成されたW粒を示している。
Wの成膜や電気的特性、そして選択性に影響を及ぼす為
前処理技術が非常に注目されている。これにはSF6や
NF3といった反応性ガスを用いた自然酸化物の除去や
層間絶縁膜表面にダメージを残さないような前処理が検
討されている。特に層間絶縁膜表面のダメージは原料ガ
スの吸着中心となり、選択性の破れを発生する主原因と
なっている(図4)。なお、図4中、1は層間絶縁膜、
2はAl配線層、3は層間絶縁膜、4は選択W、4aは
選択性が破れて形成されたW粒を示している。
【0009】そこで、この問題を改善する手段として絶
縁膜表面にメタノールを吸着させることによりWF6の
吸着を制御する技術が提案されている。
縁膜表面にメタノールを吸着させることによりWF6の
吸着を制御する技術が提案されている。
【0010】かかる方法により絶縁膜上の選択Wの成長
時の選択性の破れを防止し良好なタングステンプラグを
形成しようとするものである。
時の選択性の破れを防止し良好なタングステンプラグを
形成しようとするものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、メタノールを
吸着させる方法では、メタノールの物理吸着によりメタ
ノール分子を絶縁膜上に固定している為、吸着量は基板
温度に依存し高温になるにつれて、その吸着量は減少し
吸着抑制効果は低減する等の問題がある。
吸着させる方法では、メタノールの物理吸着によりメタ
ノール分子を絶縁膜上に固定している為、吸着量は基板
温度に依存し高温になるにつれて、その吸着量は減少し
吸着抑制効果は低減する等の問題がある。
【0012】従って、温度依存性の無い原料ガスの吸着
防止層を形成し良好な選択性を維持する技術が切望され
ている。
防止層を形成し良好な選択性を維持する技術が切望され
ている。
【0013】本発明は、このような従来の問題点に着目
して創案されたものであって、選択メタルの選択性の破
れを防止して良好なメタルプラグを形成することを目的
としている。
して創案されたものであって、選択メタルの選択性の破
れを防止して良好なメタルプラグを形成することを目的
としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
を達成する為に鋭意検討を行う過程で溶液反応を用い
て、原料ガスの吸着を制御する表面処理層を形成するこ
とにより選択Wプラグ形成プロセスでの選択性の破れを
防止でき良好なWプラグを形成する方法を見いだした。
を達成する為に鋭意検討を行う過程で溶液反応を用い
て、原料ガスの吸着を制御する表面処理層を形成するこ
とにより選択Wプラグ形成プロセスでの選択性の破れを
防止でき良好なWプラグを形成する方法を見いだした。
【0015】更に、本発明は、還流機構を有する溶液反
応処理装置を使用すれば、かかるプロセスは十分に実現
可能であるという判断を得た。
応処理装置を使用すれば、かかるプロセスは十分に実現
可能であるという判断を得た。
【0016】本発明は、これらの知見に基づいて提案さ
れたものである。即ち本発明は、選択メタルプラグプロ
セス形成工程において選択性の破れの原因となる層間絶
縁膜上の原料ガスの吸着を抑制する表面処理層を形成し
た後、プラグ形成工程を行うことにより選択性の破れを
防止することを特徴とするものである。
れたものである。即ち本発明は、選択メタルプラグプロ
セス形成工程において選択性の破れの原因となる層間絶
縁膜上の原料ガスの吸着を抑制する表面処理層を形成し
た後、プラグ形成工程を行うことにより選択性の破れを
防止することを特徴とするものである。
【0017】
【実施例】以下に本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【0018】ここで実際の表面処理プロセスの説明に先
立ちまず、本発明を実施例する為に使用した溶液反応装
置の構成例及び処理方法について図3を参照しながら説
明する。
立ちまず、本発明を実施例する為に使用した溶液反応装
置の構成例及び処理方法について図3を参照しながら説
明する。
【0019】なお、ここでは上記溶液反応装置として枚
葉式の反応処理装置を取り上げるがウェハーの載置の構
成及び方法については特に限定されるものではない。反
応溶液槽21の側壁部に必要な有機金属化合物(例えば
トリメチルメトキシシラン)を矢印B1の方向から導入
する為の導入管22及び溶媒を矢印B2方向から導入す
る為の導入管23が設けられている。更に、側壁部には
溶液反応処理時に基体上に表面吸着水及び副反応生成物
等を分離するトラップ24及び溶媒還流を可能にする為
に冷却配管25が埋設されて装置外部に配置されたチラ
ー26等の冷却設置から冷媒を導入して図中矢印C1方
向に循環されるようになっている。反応溶液21の内部
には被処理基板であるウェハー27を載置する載置台2
8が収容されている。反応溶液槽21内には溶液を加熱
する為のヒータ29が埋設されている。更に、トラップ
24には、反応容器の圧力を制御可能なように排気装置
30が接続されている。
葉式の反応処理装置を取り上げるがウェハーの載置の構
成及び方法については特に限定されるものではない。反
応溶液槽21の側壁部に必要な有機金属化合物(例えば
トリメチルメトキシシラン)を矢印B1の方向から導入
する為の導入管22及び溶媒を矢印B2方向から導入す
る為の導入管23が設けられている。更に、側壁部には
溶液反応処理時に基体上に表面吸着水及び副反応生成物
等を分離するトラップ24及び溶媒還流を可能にする為
に冷却配管25が埋設されて装置外部に配置されたチラ
ー26等の冷却設置から冷媒を導入して図中矢印C1方
向に循環されるようになっている。反応溶液21の内部
には被処理基板であるウェハー27を載置する載置台2
8が収容されている。反応溶液槽21内には溶液を加熱
する為のヒータ29が埋設されている。更に、トラップ
24には、反応容器の圧力を制御可能なように排気装置
30が接続されている。
【0020】次に反応容器を用いた表面処理方法につい
て実際のプロセス例について説明する。
て実際のプロセス例について説明する。
【0021】(実施例1)本実施例は選択タングステン
プラグ形成プロセスに適用した場合である。図1(A)
に示すように、シリコン等からなる半導体基板31上に
酸化シリコン等からなる層間絶縁膜32を形成した後、
レジスト層33を形成し層間絶縁膜32にエッチングに
よりコンタクトホール37を加工してあるウェハーを用
意した。なお、図中36は被接続配線となるAl配線層
である。
プラグ形成プロセスに適用した場合である。図1(A)
に示すように、シリコン等からなる半導体基板31上に
酸化シリコン等からなる層間絶縁膜32を形成した後、
レジスト層33を形成し層間絶縁膜32にエッチングに
よりコンタクトホール37を加工してあるウェハーを用
意した。なお、図中36は被接続配線となるAl配線層
である。
【0022】次に、レジスト層33をアッシングにより
除去した後、フッ化水素酸等によりコンタクトホール3
7底部の自然酸化膜を除去し、その後ウェハー表面に吸
着した吸着水を以下のように除去する。上記ウェハーを
図3のウェハー載置台28上にセットし、疎水系の溶媒
例えばオルトキシレン(O−xylene;沸点145
℃)を反応容器内にウェハーが浸漬する程度(500c
m3)導入する。この時、ヒータ29により溶媒の温度
を沸点である145℃に保持する。これによりウェハー
表面に吸着した水分は、添加した溶媒と共に蒸発し、前
述の冷却器25で液化する。この場合、オルトキシレン
と相溶しない吸着水は、比重差によりトラップ24に分
離される。この状態で吸着水が脱離するまで1時間程度
還流する。表面吸着水が残留している場合には、次のタ
ングステンプラグ形成時の原料ガスの吸着を阻害する表
面処理層34が安定せず抑制効果が不充分であるなどの
弊害が発生してしまう。
除去した後、フッ化水素酸等によりコンタクトホール3
7底部の自然酸化膜を除去し、その後ウェハー表面に吸
着した吸着水を以下のように除去する。上記ウェハーを
図3のウェハー載置台28上にセットし、疎水系の溶媒
例えばオルトキシレン(O−xylene;沸点145
℃)を反応容器内にウェハーが浸漬する程度(500c
m3)導入する。この時、ヒータ29により溶媒の温度
を沸点である145℃に保持する。これによりウェハー
表面に吸着した水分は、添加した溶媒と共に蒸発し、前
述の冷却器25で液化する。この場合、オルトキシレン
と相溶しない吸着水は、比重差によりトラップ24に分
離される。この状態で吸着水が脱離するまで1時間程度
還流する。表面吸着水が残留している場合には、次のタ
ングステンプラグ形成時の原料ガスの吸着を阻害する表
面処理層34が安定せず抑制効果が不充分であるなどの
弊害が発生してしまう。
【0023】次にトラップ24にある吸着水をドレイン
により除去した後、トリメチルエトキシシランを添加
し、146℃で還流することにより、図1(B)に示す
ように表面処理層34を形成する。この反応は下地層間
絶縁膜の水酸基との脱水縮合反応を利用しているので層
間絶縁膜32上及び側壁に表面処理層34が形成され
る。その後以下に示したSiH4還元法により図1
(C)に示すようにコンタクトホール37に選択的にW
プラグ35を形成する。
により除去した後、トリメチルエトキシシランを添加
し、146℃で還流することにより、図1(B)に示す
ように表面処理層34を形成する。この反応は下地層間
絶縁膜の水酸基との脱水縮合反応を利用しているので層
間絶縁膜32上及び側壁に表面処理層34が形成され
る。その後以下に示したSiH4還元法により図1
(C)に示すようにコンタクトホール37に選択的にW
プラグ35を形成する。
【0024】(SiH4還元法) ○圧力…10Pa ○温度…260℃ ○ガス流量比…SiH4/WF6=6/10SCCM この時の成長温度は260℃程度であるので、表面処理
層34として形成したメチル基は熱分解することなく、
効果的に原料ガスの吸着を阻害し、選択性の破れが発生
することなく、Wプラグ35が安定に形成される。
層34として形成したメチル基は熱分解することなく、
効果的に原料ガスの吸着を阻害し、選択性の破れが発生
することなく、Wプラグ35が安定に形成される。
【0025】その後必要があれば、アッシングによりメ
チル基を除去し、シリコン酸化膜にした後、常法により
Al配線層38を形成し、図1(D)に示すようなプラ
グ構造が完成する。
チル基を除去し、シリコン酸化膜にした後、常法により
Al配線層38を形成し、図1(D)に示すようなプラ
グ構造が完成する。
【0026】なお、溶液反応に用いた溶媒としては、疎
水溶媒でしかも反応生成物のアルコール及び表面吸着水
より沸点が高い溶媒を選択すれば良い。例えば、オルト
キシレンの他にはシクロオクタノン等が考えられる。
水溶媒でしかも反応生成物のアルコール及び表面吸着水
より沸点が高い溶媒を選択すれば良い。例えば、オルト
キシレンの他にはシクロオクタノン等が考えられる。
【0027】(実施例2)本実施例では、表面処理方法
において、より選択W成長時の原料ガスの絶縁膜上へ吸
着を阻害することを目的にF含有有機金属化合物(F含
有シリコンアルコキシド)を用いて、表面処理層を形成
するものであり、更に、反応副生成物の除去を効果的に
行なう疎水化処理工程において、圧力を低下させること
を特徴とするものである。本実施例は、高沸点の溶媒を
用いても低温で還流することができ、吸着水の沸点との
沸点温度差を大きくすることができ、効果的な処理が可
能である。
において、より選択W成長時の原料ガスの絶縁膜上へ吸
着を阻害することを目的にF含有有機金属化合物(F含
有シリコンアルコキシド)を用いて、表面処理層を形成
するものであり、更に、反応副生成物の除去を効果的に
行なう疎水化処理工程において、圧力を低下させること
を特徴とするものである。本実施例は、高沸点の溶媒を
用いても低温で還流することができ、吸着水の沸点との
沸点温度差を大きくすることができ、効果的な処理が可
能である。
【0028】本実施例は、上記実施例1と同様、Al上
のコンタクトホールを形成した図2(A)に示すような
ウェハーを用意した。同図中40は層間絶縁膜、41は
Al配線層、42は層間絶縁層、43はレジスト層を示
している。
のコンタクトホールを形成した図2(A)に示すような
ウェハーを用意した。同図中40は層間絶縁膜、41は
Al配線層、42は層間絶縁層、43はレジスト層を示
している。
【0029】反応容器内に疎水性溶媒、例えばシクロオ
クタノンを導入する。反応容器内の圧力を3990Pa
(30Torr)に保持することにより溶媒の沸点が下
げられる。この時ヒータ29により溶媒の温度を沸点で
ある70℃に保持する。シクロオクタノンと相溶しない
吸着水は比重差によりトラップ24に分離される。この
状態で吸着水が完全に分離するまで還流を行なう。
クタノンを導入する。反応容器内の圧力を3990Pa
(30Torr)に保持することにより溶媒の沸点が下
げられる。この時ヒータ29により溶媒の温度を沸点で
ある70℃に保持する。シクロオクタノンと相溶しない
吸着水は比重差によりトラップ24に分離される。この
状態で吸着水が完全に分離するまで還流を行なう。
【0030】次に、トラップ24にある吸着水をドレイ
ンにより除去した後、トリフロロメチルエトキシシラン
を添加し、3990Pa(30Torr)に保持した
後、70℃で還流することにより選択タングステン成膜
時の原料ガスの吸着を阻害する表面処理層44を図2
(B)に示したように形成した。この反応は実施例1と
同様層間絶縁膜42上及び側壁に表面処理層44が形成
される。その後以下の条件で水素還元プロセスにより選
択タングステンプラグ45を図2(C)に示すように形
成した。
ンにより除去した後、トリフロロメチルエトキシシラン
を添加し、3990Pa(30Torr)に保持した
後、70℃で還流することにより選択タングステン成膜
時の原料ガスの吸着を阻害する表面処理層44を図2
(B)に示したように形成した。この反応は実施例1と
同様層間絶縁膜42上及び側壁に表面処理層44が形成
される。その後以下の条件で水素還元プロセスにより選
択タングステンプラグ45を図2(C)に示すように形
成した。
【0031】(水素還元法) ○温度…380℃ ○ガス流量比…H2/WF6=500/10SCCM ○圧力…10Pa その後、常法によりAl配線層46を形成させ、図2
(D)に示すように、Wプラグ構造が完成する。
(D)に示すように、Wプラグ構造が完成する。
【0032】以上、実施例について説明したが、本発明
は、当然のことながら本実施例に限定されるものではな
く、本発明の主旨を逸脱しない範囲で構造、条件等は適
宜変更可能である。
は、当然のことながら本実施例に限定されるものではな
く、本発明の主旨を逸脱しない範囲で構造、条件等は適
宜変更可能である。
【0033】例えば、上記両実施例においては、メタル
プラグをWで形成したが、これ以外にもMo,Ta,A
l等の選択成長可能なメタルを適用しても勿論よい。
プラグをWで形成したが、これ以外にもMo,Ta,A
l等の選択成長可能なメタルを適用しても勿論よい。
【0034】また、上記したような溶液反応工程は、ア
ルキル基,ハロゲンを含んだ有機金属化合物であれば、
上記例に限定されるものではない。
ルキル基,ハロゲンを含んだ有機金属化合物であれば、
上記例に限定されるものではない。
【0035】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るメタルプラグの形成方法によれば、溶液反応工程
により絶縁膜上及び接続孔側壁面に表面処理層が形成さ
れるため、選択メタル形成時に原料ガスを抑制し、選択
性の破れを防止できる効果がある。このため、接続孔内
に良好なメタルプラグを形成できる効果を奏する。
に係るメタルプラグの形成方法によれば、溶液反応工程
により絶縁膜上及び接続孔側壁面に表面処理層が形成さ
れるため、選択メタル形成時に原料ガスを抑制し、選択
性の破れを防止できる効果がある。このため、接続孔内
に良好なメタルプラグを形成できる効果を奏する。
【図1】(A)〜(D)は本発明の実施例1の工程を示
す要部断面図。
す要部断面図。
【図2】(A)〜(D)は本発明の実施例2の工程を示
す要部断面図。
す要部断面図。
【図3】実施例に用いた溶液反応処理装置の概略説明
図。
図。
【図4】従来技術の説明図。
32…層間絶縁膜 34…表面処理層(トリメチルシラン) 35…Wプラグ 37…コンタクトホール
Claims (3)
- 【請求項1】 接続孔の開設された絶縁膜を有する基体
上に選択メタルを埋め込むメタルプラグの形成方法にお
いて、 溶液反応工程を少なくとも備えることを特徴とするメタ
ルプラグの形成方法。 - 【請求項2】 前記溶液反応工程は、アルキル基、ハロ
ゲンを含んだ有機金属化合物で表面処理を行う請求項1
記載に係るメタルプラグの形成方法。 - 【請求項3】 前記選択メタルが選択タングステンであ
る請求項1又は請求項2記載に係るメタルプラグの形成
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14781492A JPH05343356A (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | メタルプラグの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14781492A JPH05343356A (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | メタルプラグの形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05343356A true JPH05343356A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=15438829
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14781492A Pending JPH05343356A (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | メタルプラグの形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05343356A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6432820B1 (en) * | 2001-03-21 | 2002-08-13 | Samsung Electronics, Co., Ltd. | Method of selectively depositing a metal layer in an opening in a dielectric layer by forming a metal-deposition-prevention layer around the opening of the dielectric layer |
-
1992
- 1992-06-09 JP JP14781492A patent/JPH05343356A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6432820B1 (en) * | 2001-03-21 | 2002-08-13 | Samsung Electronics, Co., Ltd. | Method of selectively depositing a metal layer in an opening in a dielectric layer by forming a metal-deposition-prevention layer around the opening of the dielectric layer |
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