JP2001203204A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体装置の製造において配線層となるAl膜
を形成する際、表面の凹凸を低減しその表面状態を平滑
に保つ。 【解決手段】 半導体製造において、高温でアルミ膜を
形成し、このアルミ膜を１０℃／秒より遅い冷却速度で
冷却し、また、アルミ膜の温度を４００℃以下２３０℃
になるまで範囲に冷却し、次にチタン膜と窒化チタンと
の積層膜を形成する。
を形成する際、表面の凹凸を低減しその表面状態を平滑
に保つ。 【解決手段】 半導体製造において、高温でアルミ膜を
形成し、このアルミ膜を１０℃／秒より遅い冷却速度で
冷却し、また、アルミ膜の温度を４００℃以下２３０℃
になるまで範囲に冷却し、次にチタン膜と窒化チタンと
の積層膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置の製造
方法に関するものあり、さらに詳しくは、半導体装置の
製造過程において配線層となるAl膜を形成する際、その
表面状態をできるだけ平滑に保つようにした製造方法に
関するものである。
方法に関するものあり、さらに詳しくは、半導体装置の
製造過程において配線層となるAl膜を形成する際、その
表面状態をできるだけ平滑に保つようにした製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置のメタル配線材料として従来
よりAl合金（Al−Si−Cu，Al−Cu etc）が使用されて
いる。最近これらAl合金を使用したメタル配線の平坦化
技術として高温Alスパッタ、リフロー(Reflow)Alスパッ
タプロセスが量産へ導入されている。高温Alスパッタ、
リフローAlスパッタプロセスは、スパッタ中又はスパッ
タ後、３５０〜５００℃程度の温度に加熱しながらAl膜
を形成している。従ってAl膜自体は、成膜プロセス後か
ら最終的にスパッタ装置から取り出せる温度（通常は室
温）まで冷却されることになる。このように高温スパッ
タなどで形成されたAl膜が冷却する過程において、Al膜
は体積収縮するため膜表面に凸凹が生じる。
よりAl合金（Al−Si−Cu，Al−Cu etc）が使用されて
いる。最近これらAl合金を使用したメタル配線の平坦化
技術として高温Alスパッタ、リフロー(Reflow)Alスパッ
タプロセスが量産へ導入されている。高温Alスパッタ、
リフローAlスパッタプロセスは、スパッタ中又はスパッ
タ後、３５０〜５００℃程度の温度に加熱しながらAl膜
を形成している。従ってAl膜自体は、成膜プロセス後か
ら最終的にスパッタ装置から取り出せる温度（通常は室
温）まで冷却されることになる。このように高温スパッ
タなどで形成されたAl膜が冷却する過程において、Al膜
は体積収縮するため膜表面に凸凹が生じる。
【０００３】もう一つの問題として、Al膜の上に形成さ
れる反射防止膜（ＡＲＣ膜）との反応による体積収縮が
ある 通常メタル配線層は、複数の膜で形成されている。反射
防止膜（ＡＲＣ膜）はAl膜の上層に形成される膜で基本
的にはAl膜形成と同じ装置内で連続的に形成する。上記
高温Alスパッタ、リフローAlスパッタプロセスを使用し
たメタル配線形成の場合も同様で、高温Al膜を形成した
後に、同一の装置で連続的に反射防止膜（ＡＲＣ膜）を
形成するため、Al層が高温のまま、その上に反射防止膜
（ＡＲＣ膜）が形成される。この際Alと反射防止膜（Ａ
ＲＣ膜）が合金を形成し（例えば、Al＋Tiの場合Al3Ti
ができる）、その結果Al層の体積収縮がおこりAl膜表面
に凸凹が生じる。
れる反射防止膜（ＡＲＣ膜）との反応による体積収縮が
ある 通常メタル配線層は、複数の膜で形成されている。反射
防止膜（ＡＲＣ膜）はAl膜の上層に形成される膜で基本
的にはAl膜形成と同じ装置内で連続的に形成する。上記
高温Alスパッタ、リフローAlスパッタプロセスを使用し
たメタル配線形成の場合も同様で、高温Al膜を形成した
後に、同一の装置で連続的に反射防止膜（ＡＲＣ膜）を
形成するため、Al層が高温のまま、その上に反射防止膜
（ＡＲＣ膜）が形成される。この際Alと反射防止膜（Ａ
ＲＣ膜）が合金を形成し（例えば、Al＋Tiの場合Al3Ti
ができる）、その結果Al層の体積収縮がおこりAl膜表面
に凸凹が生じる。
【０００４】図４に実際にメタル配線層に凹凸が発生し
た場合の断面を示す。この従来例では、半導体基板１の
上の絶縁膜２にバリアメタル３を敷いてタングステン
（Ｗ）プラグ４が形成され、その上にアルミ合金層５、
Ti膜６ａとTiN膜６ｂからなるTi/TiN積層膜６が積層さ
れている。そして、アルミ合金層５の中に、グレインバ
ウンダリー７が生じ、このグレインバウンダリー７の位
置でアルミ合金層５の表面に凹凸が生じている。
た場合の断面を示す。この従来例では、半導体基板１の
上の絶縁膜２にバリアメタル３を敷いてタングステン
（Ｗ）プラグ４が形成され、その上にアルミ合金層５、
Ti膜６ａとTiN膜６ｂからなるTi/TiN積層膜６が積層さ
れている。そして、アルミ合金層５の中に、グレインバ
ウンダリー７が生じ、このグレインバウンダリー７の位
置でアルミ合金層５の表面に凹凸が生じている。
【０００５】配線層の凹凸はAl合金層の粒界に沿って発
生している場合と、粒界自体の大きさ（厚み）の違いに
よって発生する場合があるが、いずれもAl膜形成時より
体積が収縮した事が原因である。Al膜を冷却する事によ
る体積収縮は、高温Alスパッタ等の高温プロセスを使用
する限り絶対に避けられない。また、一般的に反射防止
膜（ＡＲＣ膜）はTi膜、TiN膜の単層もしくは積層膜を
使用する場合が多いが、Ti自体はAlとの反応性が高く、
約４００℃以上に達すると合金を形成し、その結果、Al
膜が体積収縮する。
生している場合と、粒界自体の大きさ（厚み）の違いに
よって発生する場合があるが、いずれもAl膜形成時より
体積が収縮した事が原因である。Al膜を冷却する事によ
る体積収縮は、高温Alスパッタ等の高温プロセスを使用
する限り絶対に避けられない。また、一般的に反射防止
膜（ＡＲＣ膜）はTi膜、TiN膜の単層もしくは積層膜を
使用する場合が多いが、Ti自体はAlとの反応性が高く、
約４００℃以上に達すると合金を形成し、その結果、Al
膜が体積収縮する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにAl合金層
に発生した凸凹は、次工程の写真製版、エッチングプロ
セスに不利に働く。また配線自体の信頼性低下を招く恐
れがあるため極力低減する必要がある。この発明は上記
のような従来の課題を解決するためになされたもので、
半導体装置の製造過程において配線層となるAl膜を形成
する際、表面の凹凸を低減し、その表面状態をできるだ
け平滑に保つようにした製造方法を提供しようとするも
のである。
に発生した凸凹は、次工程の写真製版、エッチングプロ
セスに不利に働く。また配線自体の信頼性低下を招く恐
れがあるため極力低減する必要がある。この発明は上記
のような従来の課題を解決するためになされたもので、
半導体装置の製造過程において配線層となるAl膜を形成
する際、表面の凹凸を低減し、その表面状態をできるだ
け平滑に保つようにした製造方法を提供しようとするも
のである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
半導体装置の製造方法は、半導体製造において、高温で
アルミ膜を形成しこれを冷却する工程と、冷却されたア
ルミ膜の上に他の膜を形成する工程とを含み、前記アル
ミ膜の冷却工程における冷却速度を１０℃／秒より遅く
制御することを特徴とするものである。
半導体装置の製造方法は、半導体製造において、高温で
アルミ膜を形成しこれを冷却する工程と、冷却されたア
ルミ膜の上に他の膜を形成する工程とを含み、前記アル
ミ膜の冷却工程における冷却速度を１０℃／秒より遅く
制御することを特徴とするものである。
【０００８】請求項２の発明にかかる半導体装置の製造
方法は、半導体製造において、高温でアルミ膜を形成し
これを冷却する工程と、前記アルミ膜の上に他の膜を形
成する工程とを含み、前記アルミ膜の温度が４００℃以
下となってから２３０℃になるまでの間に、前記他の膜
の形成を開始することを特徴とするものである。
方法は、半導体製造において、高温でアルミ膜を形成し
これを冷却する工程と、前記アルミ膜の上に他の膜を形
成する工程とを含み、前記アルミ膜の温度が４００℃以
下となってから２３０℃になるまでの間に、前記他の膜
の形成を開始することを特徴とするものである。
【０００９】請求項３の発明にかかる半導体装置の製造
方法は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法におい
て、前記アルミ膜の温度が４００℃以下となってから２
３０℃になるまでの間に、前記他の膜の形成を開始する
ことを特徴とするものである。
方法は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法におい
て、前記アルミ膜の温度が４００℃以下となってから２
３０℃になるまでの間に、前記他の膜の形成を開始する
ことを特徴とするものである。
【００１０】請求項４の発明にかかる半導体装置の製造
方法は、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装
置の製造方法において、前記他の膜としてチタン膜と窒
化チタンとの積層膜を形成することを特徴とするもので
ある。
方法は、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装
置の製造方法において、前記他の膜としてチタン膜と窒
化チタンとの積層膜を形成することを特徴とするもので
ある。
【００１１】請求項５の発明にかかる半導体装置の製造
方法は、半導体製造において、高温でアルミ膜を形成す
る工程と、このアルミ膜の上に酸化アルミ膜または窒化
アルミ膜を形成する工程と、この酸化アルミ膜または窒
化アルミ膜の上にチタン膜と窒化チタン膜との積層膜を
形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
方法は、半導体製造において、高温でアルミ膜を形成す
る工程と、このアルミ膜の上に酸化アルミ膜または窒化
アルミ膜を形成する工程と、この酸化アルミ膜または窒
化アルミ膜の上にチタン膜と窒化チタン膜との積層膜を
形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１２】請求項６の発明にかかる半導体装置の製造
方法は、請求項５に記載の半導体装置の製造方法におい
て、前記の高温でアルミ膜を形成する工程の後、このア
ルミ膜を１０℃／秒より遅い冷却速度で冷却し、その後
に前記の酸化アルミ膜または窒化アルミ膜を形成するよ
うにしたことを特徴とするものである。
方法は、請求項５に記載の半導体装置の製造方法におい
て、前記の高温でアルミ膜を形成する工程の後、このア
ルミ膜を１０℃／秒より遅い冷却速度で冷却し、その後
に前記の酸化アルミ膜または窒化アルミ膜を形成するよ
うにしたことを特徴とするものである。
【００１３】請求項７の発明にかかる半導体装置の製造
方法は、請求項５に記載の半導体装置の製造方法におい
て、前記の高温でアルミ膜を形成する工程の後、このア
ルミ膜を冷却し、このアルミ膜の温度が４００℃以下と
なってから２００℃になるまでの間に、前記の酸化アル
ミ膜または窒化アルミ膜の形成を開始するようにしたこ
とを特徴とするものである。
方法は、請求項５に記載の半導体装置の製造方法におい
て、前記の高温でアルミ膜を形成する工程の後、このア
ルミ膜を冷却し、このアルミ膜の温度が４００℃以下と
なってから２００℃になるまでの間に、前記の酸化アル
ミ膜または窒化アルミ膜の形成を開始するようにしたこ
とを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。なお、図中、同一または
相当部分には同一符号を付して示す。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による
半導体装置の製造方法を説明するための断面構造図であ
る。図１において、１は半導体基板またはメタル配線
層、２は絶縁膜、３はバリアメタル、４はタングステン
（Ｗ）プラグ、５はアルミ合金層（アルミ膜、Al膜）、
６は反射防止膜としてのTi/TiN積層膜（チタンと窒化チ
タンとの積層膜）、６ａはTi膜（チタン膜）、６ｂはTi
N膜（窒化チタン膜）、７はグレインバウンダリーを示
す。
実施の形態について説明する。なお、図中、同一または
相当部分には同一符号を付して示す。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による
半導体装置の製造方法を説明するための断面構造図であ
る。図１において、１は半導体基板またはメタル配線
層、２は絶縁膜、３はバリアメタル、４はタングステン
（Ｗ）プラグ、５はアルミ合金層（アルミ膜、Al膜）、
６は反射防止膜としてのTi/TiN積層膜（チタンと窒化チ
タンとの積層膜）、６ａはTi膜（チタン膜）、６ｂはTi
N膜（窒化チタン膜）、７はグレインバウンダリーを示
す。
【００１５】次に、製造方法について説明する。半導体
基板１上の絶縁膜２にホールを形成してＷプラグ４を埋
め込む。この表面上にバリアメタル３を形成する。次
に、導電膜あるいは配線を形成するためにアルミ合金層
５を形成する。 このアルミ合金層５の形成は、例えば
高温Alスパッタ、リフローAlスパッタプロセスなどによ
り行い、スパッタ中又はスパッタ後、３５０〜５００℃
程度の温度に加熱しながらAl膜を形成する。次に、同一
装置内で連続して、Al膜５の上に、Ti膜６ａとTiN膜６
ｂとを積層してTi/TiN積層膜６を形成する。これは反射
防止膜（ＡＲＣ膜）として機能する。
基板１上の絶縁膜２にホールを形成してＷプラグ４を埋
め込む。この表面上にバリアメタル３を形成する。次
に、導電膜あるいは配線を形成するためにアルミ合金層
５を形成する。 このアルミ合金層５の形成は、例えば
高温Alスパッタ、リフローAlスパッタプロセスなどによ
り行い、スパッタ中又はスパッタ後、３５０〜５００℃
程度の温度に加熱しながらAl膜を形成する。次に、同一
装置内で連続して、Al膜５の上に、Ti膜６ａとTiN膜６
ｂとを積層してTi/TiN積層膜６を形成する。これは反射
防止膜（ＡＲＣ膜）として機能する。
【００１６】以上の工程において、この実施の形態で
は、Al膜５の表面の凹凸を低減するための条件を規定す
る。規定する内容はTi/TiN積層膜６の成膜前の、Al膜冷
却速度及び温度である。まず、アルミ合金層５を高温で
形成した後、このアルミ合金層５は半導体基板１ごと冷
却するが、その冷却速度は実験結果より１０℃／秒より
遅く保つ必要があることが分かった。
は、Al膜５の表面の凹凸を低減するための条件を規定す
る。規定する内容はTi/TiN積層膜６の成膜前の、Al膜冷
却速度及び温度である。まず、アルミ合金層５を高温で
形成した後、このアルミ合金層５は半導体基板１ごと冷
却するが、その冷却速度は実験結果より１０℃／秒より
遅く保つ必要があることが分かった。
【００１７】この冷却速度が１０℃／秒以上であると、
冷却後のアルミ合金層５の表面に生じた凹凸は、その後
に続くプロセスによる特性を阻害する程度に大きくなる
ことが分かった。なお、冷却速度が０℃／秒以上である
ことは当然である。
冷却後のアルミ合金層５の表面に生じた凹凸は、その後
に続くプロセスによる特性を阻害する程度に大きくなる
ことが分かった。なお、冷却速度が０℃／秒以上である
ことは当然である。
【００１８】アルミ合金層５をどこまで冷却するかは、
次のプロセスを開始するのに適切な温度によって決ま
る。この温度に関してはTi、TiN膜を積層することを考
慮し反応が起こらない領域を選ぶ必要がある。また、多
少反応しても体積収縮が起こらなければ良いのでそのよ
うな温度を選ぶ。この実施の形態では、次工程でTi、Ti
N膜を積層することを考慮し、Al膜５の温度が４００℃
以下となってからTi、TiN膜の積層膜の形成を開始する
のがよいことが分かった。
次のプロセスを開始するのに適切な温度によって決ま
る。この温度に関してはTi、TiN膜を積層することを考
慮し反応が起こらない領域を選ぶ必要がある。また、多
少反応しても体積収縮が起こらなければ良いのでそのよ
うな温度を選ぶ。この実施の形態では、次工程でTi、Ti
N膜を積層することを考慮し、Al膜５の温度が４００℃
以下となってからTi、TiN膜の積層膜の形成を開始する
のがよいことが分かった。
【００１９】この冷却温度が４００℃以下になる前に、
Ti、TiN膜の積層を開始すると、AlとTiが反応して合金
を形成し（例えば、Al＋Tiの場合Al3Tiができる）、そ
の結果Al層の体積収縮がおこりAl膜表面に凸凹が生じや
すい。
Ti、TiN膜の積層を開始すると、AlとTiが反応して合金
を形成し（例えば、Al＋Tiの場合Al3Tiができる）、そ
の結果Al層の体積収縮がおこりAl膜表面に凸凹が生じや
すい。
【００２０】また、冷却速度を上記速度（１０℃／秒）
より遅く保ったとしても温度が低下しすぎると体積収縮
が起こり、表面に凹凸が生じる。これを抑える為には、
Ti、TiN膜の積層を開始する温度は、半導体基板１が最
終的に到達する温度より出来るだけ高い温度にする必要
がある。実験の結果、アルミ合金層５の冷却の下限温度
は２３０℃にとどめ、これ以前の時点でTi/TiN積層膜６
の形成を行うとよいことが分かった。上記条件を満たせ
ばアルミ合金層５の表面凹凸は最小限に制御出来、次工
程に影響を与えない程度にすることができる。
より遅く保ったとしても温度が低下しすぎると体積収縮
が起こり、表面に凹凸が生じる。これを抑える為には、
Ti、TiN膜の積層を開始する温度は、半導体基板１が最
終的に到達する温度より出来るだけ高い温度にする必要
がある。実験の結果、アルミ合金層５の冷却の下限温度
は２３０℃にとどめ、これ以前の時点でTi/TiN積層膜６
の形成を行うとよいことが分かった。上記条件を満たせ
ばアルミ合金層５の表面凹凸は最小限に制御出来、次工
程に影響を与えない程度にすることができる。
【００２１】以上説明したように、この実施の形態で
は、半導体製造において、半導体基板１上に高温でアル
ミ膜５を形成し、これを冷却する工程では、冷却速度を
１０℃／秒より遅く制御し、その後に、冷却されたアル
ミ膜の上にTi/TiN積層膜６などの膜を形成する。また、
アルミ合金膜５の冷却は、４００℃以下、２３０℃まで
とし、この温度範囲で次工程のTi/TiN積層膜６などの膜
を形成する。
は、半導体製造において、半導体基板１上に高温でアル
ミ膜５を形成し、これを冷却する工程では、冷却速度を
１０℃／秒より遅く制御し、その後に、冷却されたアル
ミ膜の上にTi/TiN積層膜６などの膜を形成する。また、
アルミ合金膜５の冷却は、４００℃以下、２３０℃まで
とし、この温度範囲で次工程のTi/TiN積層膜６などの膜
を形成する。
【００２２】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２による半導体装置の製造方法を説明するための断
面構造図である。図２において、１は半導体基板または
メタル配線層、２は絶縁膜、３はバリアメタル、４はタ
ングステン（Ｗ）プラグ、５はアルミ合金層、６はTi/T
iN積層膜、６ａはTi膜（チタン膜）、６ｂはTiN膜（窒
化チタン膜）、７はグレインバウンダリーを示し、以上
は、実施の形態１と同様である。この実施の形態では、
アルミ合金層５の上に酸化アルミ膜（Al2O3膜）８が形
成され、その上にTi/TiN積層膜６が形成されていること
が特徴である。
形態２による半導体装置の製造方法を説明するための断
面構造図である。図２において、１は半導体基板または
メタル配線層、２は絶縁膜、３はバリアメタル、４はタ
ングステン（Ｗ）プラグ、５はアルミ合金層、６はTi/T
iN積層膜、６ａはTi膜（チタン膜）、６ｂはTiN膜（窒
化チタン膜）、７はグレインバウンダリーを示し、以上
は、実施の形態１と同様である。この実施の形態では、
アルミ合金層５の上に酸化アルミ膜（Al2O3膜）８が形
成され、その上にTi/TiN積層膜６が形成されていること
が特徴である。
【００２３】次に、製造方法について説明する。まず、
実施の形態１と同様に、アルミ合金層５の形成までの工
程を行う。また、必要に応じ、実施の形態１で説明した
のと同様のアルミ合金層５の冷却工程を実施する。次
に、アルミ合金層５を半導体基板１ごと冷却し、アルミ
合金層５の温度が、アルミ合金層５の形成温度（３５０
〜５００℃）から２００℃まで低下する間に、アルミ合
金層（Al膜）５の表面に図２の様に酸化アルミ膜（Al2O
3膜）８を形成する。
実施の形態１と同様に、アルミ合金層５の形成までの工
程を行う。また、必要に応じ、実施の形態１で説明した
のと同様のアルミ合金層５の冷却工程を実施する。次
に、アルミ合金層５を半導体基板１ごと冷却し、アルミ
合金層５の温度が、アルミ合金層５の形成温度（３５０
〜５００℃）から２００℃まで低下する間に、アルミ合
金層（Al膜）５の表面に図２の様に酸化アルミ膜（Al2O
3膜）８を形成する。
【００２４】酸化アルミ膜（Al2O3膜）８の形成方法
は、（１）Al膜形成後、膜形成チャンバーに酸素を導入
し酸化させる方法がある。また、（２）Al膜の冷却を行
う冷却チャンバーに酸素を導入し酸化させる方法でもよ
い。また、その他の方法でもよい。この酸化アルミ膜８
の形成は、膜厚が厚すぎると次工程のエッチングで問題
が生じる為、５ｎｍ以下にする必要がある。このように
して酸化アルミ膜８（Al2O3膜）を形成し、表面変動を
抑えた後、積層膜（TiN／Ti構造）の形成を開始する。T
iN／Ti積層膜のデポ開始温度に関しては、酸化アルミ膜
（Al2O3膜）８がTiとAlの反応を阻止するため特に規定
する必要はない。
は、（１）Al膜形成後、膜形成チャンバーに酸素を導入
し酸化させる方法がある。また、（２）Al膜の冷却を行
う冷却チャンバーに酸素を導入し酸化させる方法でもよ
い。また、その他の方法でもよい。この酸化アルミ膜８
の形成は、膜厚が厚すぎると次工程のエッチングで問題
が生じる為、５ｎｍ以下にする必要がある。このように
して酸化アルミ膜８（Al2O3膜）を形成し、表面変動を
抑えた後、積層膜（TiN／Ti構造）の形成を開始する。T
iN／Ti積層膜のデポ開始温度に関しては、酸化アルミ膜
（Al2O3膜）８がTiとAlの反応を阻止するため特に規定
する必要はない。
【００２５】以上説明したように、この実施の形態で
は、半導体製造において、高温でアルミ膜を形成し、こ
のアルミ膜の上に酸化アルミ膜を形成し、この酸化アル
ミ膜の上にチタン膜と窒化チタン膜との積層膜を形成す
る。そして、好ましくは、高温でアルミ膜を形成する工
程の後、このアルミ膜を１０℃／秒より遅い冷却速度で
冷却し、その後に前記の酸化アルミ膜を形成する。ま
た、好ましくは、アルミ膜を冷却して、このアルミ膜の
温度が４００℃以下となってから２００℃になるまでの
間に、前記の酸化アルミ膜の形成を開始する。
は、半導体製造において、高温でアルミ膜を形成し、こ
のアルミ膜の上に酸化アルミ膜を形成し、この酸化アル
ミ膜の上にチタン膜と窒化チタン膜との積層膜を形成す
る。そして、好ましくは、高温でアルミ膜を形成する工
程の後、このアルミ膜を１０℃／秒より遅い冷却速度で
冷却し、その後に前記の酸化アルミ膜を形成する。ま
た、好ましくは、アルミ膜を冷却して、このアルミ膜の
温度が４００℃以下となってから２００℃になるまでの
間に、前記の酸化アルミ膜の形成を開始する。
【００２６】このようにすれば、アルミ合金層５の表面
凹凸は最小限に制御出来、次工程に影響を与えない程度
にすることができる。また、アルミ合金層５の上に、酸
化アルミ膜８を形成しているので、TiとAlの反応が阻止
され、アルミ合金層５の表面凹凸は最小限に制御出来
る。
凹凸は最小限に制御出来、次工程に影響を与えない程度
にすることができる。また、アルミ合金層５の上に、酸
化アルミ膜８を形成しているので、TiとAlの反応が阻止
され、アルミ合金層５の表面凹凸は最小限に制御出来
る。
【００２７】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３による半導体装置の製造方法を説明するための断
面構造図である。図３において、１は半導体基板または
メタル配線層、２は絶縁膜、３はバリアメタル、４はタ
ングステン（Ｗ）プラグ、５はアルミ合金層、６はTi/T
iN積層膜、６ａはTi膜（チタン膜）、６ｂはTiN膜（窒
化チタン膜）、７はグレインバウンダリーを示し、以上
は、実施の形態１と同様である。この実施の形態では、
アルミ合金層５の上に窒化アルミ膜（AlN膜）８aが形成
され、その上にTi/TiN積層膜６が形成されていることが
特徴である。
形態３による半導体装置の製造方法を説明するための断
面構造図である。図３において、１は半導体基板または
メタル配線層、２は絶縁膜、３はバリアメタル、４はタ
ングステン（Ｗ）プラグ、５はアルミ合金層、６はTi/T
iN積層膜、６ａはTi膜（チタン膜）、６ｂはTiN膜（窒
化チタン膜）、７はグレインバウンダリーを示し、以上
は、実施の形態１と同様である。この実施の形態では、
アルミ合金層５の上に窒化アルミ膜（AlN膜）８aが形成
され、その上にTi/TiN積層膜６が形成されていることが
特徴である。
【００２８】次に、製造方法について説明する。まず、
実施の形態１と同様に、アルミ合金層５の形成までの工
程を行う。また、必要に応じ、実施の形態１で説明した
のと同様のアルミ合金層５の冷却工程を実施する。次
に、アルミ合金層５を半導体基板１ごと冷却し、アルミ
合金層５の温度が、アルミ合金層５の形成温度（３５０
〜５００℃）から２００℃まで低下する間に、Al膜５の
表面に図3の様に窒化アルミ膜（Al2N膜）８aを形成す
る。
実施の形態１と同様に、アルミ合金層５の形成までの工
程を行う。また、必要に応じ、実施の形態１で説明した
のと同様のアルミ合金層５の冷却工程を実施する。次
に、アルミ合金層５を半導体基板１ごと冷却し、アルミ
合金層５の温度が、アルミ合金層５の形成温度（３５０
〜５００℃）から２００℃まで低下する間に、Al膜５の
表面に図3の様に窒化アルミ膜（Al2N膜）８aを形成す
る。
【００２９】窒化アルミ膜（Al2N膜）８ｂの形成方法
は、反応性スパッタによって堆積するが、その他の方法
でもよい。また、窒化アルミ膜５の形成は、膜厚が厚す
ぎると次工程のエッチングで問題が生じる為、５ｎｍ以
下にする必要がある。なお、反応性スパッタを行うチャ
ンバーはAl膜を形成するチャンバーとは別のチャンバー
にて行う。
は、反応性スパッタによって堆積するが、その他の方法
でもよい。また、窒化アルミ膜５の形成は、膜厚が厚す
ぎると次工程のエッチングで問題が生じる為、５ｎｍ以
下にする必要がある。なお、反応性スパッタを行うチャ
ンバーはAl膜を形成するチャンバーとは別のチャンバー
にて行う。
【００３０】このようにして、窒化アルミ膜８ａを形成
し、表面変動を抑えた後、積層膜（TiN／Ti構造）の形
成を開始する。TiN／Ti積層膜のデポ開始温度に関して
は、窒化アルミ膜８ａがTiとAlの反応を阻止するため特
に規定する必要はない。
し、表面変動を抑えた後、積層膜（TiN／Ti構造）の形
成を開始する。TiN／Ti積層膜のデポ開始温度に関して
は、窒化アルミ膜８ａがTiとAlの反応を阻止するため特
に規定する必要はない。
【００３１】以上説明したように、この実施の形態で
は、半導体製造において、高温でアルミ膜を形成し、こ
のアルミ膜の上に窒化アルミ膜を形成し、この窒化アル
ミ膜の上にチタン膜と窒化チタン膜との積層膜を形成す
る。そして、好ましくは、高温でアルミ膜を形成する工
程の後、このアルミ膜を１０℃／秒より遅い冷却速度で
冷却し、その後に前記の窒化アルミ膜を形成する。ま
た、好ましくは、アルミ膜を冷却して、このアルミ膜の
温度が４００℃以下となってから２００℃になるまでの
間に、前記の窒化アルミ膜の形成を開始する。
は、半導体製造において、高温でアルミ膜を形成し、こ
のアルミ膜の上に窒化アルミ膜を形成し、この窒化アル
ミ膜の上にチタン膜と窒化チタン膜との積層膜を形成す
る。そして、好ましくは、高温でアルミ膜を形成する工
程の後、このアルミ膜を１０℃／秒より遅い冷却速度で
冷却し、その後に前記の窒化アルミ膜を形成する。ま
た、好ましくは、アルミ膜を冷却して、このアルミ膜の
温度が４００℃以下となってから２００℃になるまでの
間に、前記の窒化アルミ膜の形成を開始する。
【００３２】このようにすれば、アルミ合金層５の表面
凹凸は最小限に制御出来、次工程に影響を与えない程度
にすることができる。また、アルミ合金層５の上に、窒
化アルミ膜８ａを形成しているので、TiとAlの反応が阻
止され、アルミ合金層５の表面凹凸は最小限に制御出来
る。
凹凸は最小限に制御出来、次工程に影響を与えない程度
にすることができる。また、アルミ合金層５の上に、窒
化アルミ膜８ａを形成しているので、TiとAlの反応が阻
止され、アルミ合金層５の表面凹凸は最小限に制御出来
る。
【００３３】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、半導体製造に
おいて、高温でアルミ膜を形成した後、その冷却速度を
１０℃／秒より遅く制御する。したがって、半導体装置
の製造過程において配線層となるアルミ膜を形成する
際、その表面凹凸を最小限に制御し、次工程に影響を与
えないように程度にその表面状態をで平滑に保つことが
できる。これにより、半導体装置の特性の向上、歩留ま
りの改善を図ることができる。
おいて、高温でアルミ膜を形成した後、その冷却速度を
１０℃／秒より遅く制御する。したがって、半導体装置
の製造過程において配線層となるアルミ膜を形成する
際、その表面凹凸を最小限に制御し、次工程に影響を与
えないように程度にその表面状態をで平滑に保つことが
できる。これにより、半導体装置の特性の向上、歩留ま
りの改善を図ることができる。
【００３４】請求項２の発明によれば、半導体製造にお
いて、高温でアルミ膜を形成した後、アルミ膜を冷却
し、その温度が４００℃以下となってから２３０℃にな
るまでの間に、その上に他の膜を形成する。したがっ
て、半導体装置の製造過程において配線層となるアルミ
膜を形成する際、その表面凹凸を最小限に制御し、次工
程に影響を与えないように程度にその表面状態をで平滑
に保つことができる。これにより、半導体装置の特性の
向上、歩留まりの改善を図ることができる。
いて、高温でアルミ膜を形成した後、アルミ膜を冷却
し、その温度が４００℃以下となってから２３０℃にな
るまでの間に、その上に他の膜を形成する。したがっ
て、半導体装置の製造過程において配線層となるアルミ
膜を形成する際、その表面凹凸を最小限に制御し、次工
程に影響を与えないように程度にその表面状態をで平滑
に保つことができる。これにより、半導体装置の特性の
向上、歩留まりの改善を図ることができる。
【００３５】請求項３の発明によれば、請求項１の製造
方法において、アルミ膜の温度が４００℃以下となって
から２３０℃になるまでの間に、他の膜の形成を開始す
る。したがって、半導体装置の製造過程において配線層
となるアルミ膜を形成する際、その表面凹凸を最小限に
制御し、次工程に影響を与えないように程度にその表面
状態をで平滑に保つことができる。これにより、半導体
装置の特性の向上、歩留まりの改善を図ることができ
る。
方法において、アルミ膜の温度が４００℃以下となって
から２３０℃になるまでの間に、他の膜の形成を開始す
る。したがって、半導体装置の製造過程において配線層
となるアルミ膜を形成する際、その表面凹凸を最小限に
制御し、次工程に影響を与えないように程度にその表面
状態をで平滑に保つことができる。これにより、半導体
装置の特性の向上、歩留まりの改善を図ることができ
る。
【００３６】請求項４の発明によれば、請求項１ないし
３のいずれかの製造方法において、他の膜としてチタン
膜と窒化チタンとの積層膜を形成する。したがって、半
導体装置の製造過程において配線層となるアルミ膜を形
成する際、その表面凹凸を最小限に制御し、次工程に影
響を与えないように程度にその表面状態をで平滑に保つ
ことができる。これにより、半導体装置の特性の向上、
歩留まりの改善を図ることができる。
３のいずれかの製造方法において、他の膜としてチタン
膜と窒化チタンとの積層膜を形成する。したがって、半
導体装置の製造過程において配線層となるアルミ膜を形
成する際、その表面凹凸を最小限に制御し、次工程に影
響を与えないように程度にその表面状態をで平滑に保つ
ことができる。これにより、半導体装置の特性の向上、
歩留まりの改善を図ることができる。
【００３７】請求項５の発明によれば、半導体製造にお
いて、高温でアルミ膜を形成し、この上に酸化アルミ膜
または窒化アルミ膜を形成し、その上にチタン膜と窒化
チタン膜との積層膜を形成する。したがって、半導体装
置の製造過程において配線層となるアルミ膜を形成する
際、その表面凹凸を最小限に制御し、次工程に影響を与
えないように程度にその表面状態をで平滑に保つことが
できる。これにより、半導体装置の特性の向上、歩留ま
りの改善を図ることができる。
いて、高温でアルミ膜を形成し、この上に酸化アルミ膜
または窒化アルミ膜を形成し、その上にチタン膜と窒化
チタン膜との積層膜を形成する。したがって、半導体装
置の製造過程において配線層となるアルミ膜を形成する
際、その表面凹凸を最小限に制御し、次工程に影響を与
えないように程度にその表面状態をで平滑に保つことが
できる。これにより、半導体装置の特性の向上、歩留ま
りの改善を図ることができる。
【００３８】請求項６の発明によれば、請求項５に記載
の製造方法において、高温でアルミ膜を形成する工程の
後、このアルミ膜を１０℃／秒より遅い冷却速度で冷却
し、その後に酸化アルミ膜または窒化アルミ膜を形成す
る。したがって、半導体装置の製造過程において配線層
となるアルミ膜を形成する際、その表面凹凸を最小限に
制御し、次工程に影響を与えないように程度にその表面
状態をで平滑に保つことができる。これにより、半導体
装置の特性の向上、歩留まりの改善を図ることができ
る。
の製造方法において、高温でアルミ膜を形成する工程の
後、このアルミ膜を１０℃／秒より遅い冷却速度で冷却
し、その後に酸化アルミ膜または窒化アルミ膜を形成す
る。したがって、半導体装置の製造過程において配線層
となるアルミ膜を形成する際、その表面凹凸を最小限に
制御し、次工程に影響を与えないように程度にその表面
状態をで平滑に保つことができる。これにより、半導体
装置の特性の向上、歩留まりの改善を図ることができ
る。
【００３９】請求項７の発明によれば、請求項５の製造
方法において、高温でアルミ膜を形成した後、このアル
ミ膜を冷却し、このアルミ膜の温度が４００℃以下とな
ってから２００℃になるまでの間に、酸化アルミ膜また
は窒化アルミ膜を形成する。したがって、半導体装置の
製造過程において配線層となるアルミ膜を形成する際、
その表面凹凸を最小限に制御し、次工程に影響を与えな
いように程度にその表面状態をで平滑に保つことができ
る。これにより、半導体装置の特性の向上、歩留まりの
改善を図ることができる。
方法において、高温でアルミ膜を形成した後、このアル
ミ膜を冷却し、このアルミ膜の温度が４００℃以下とな
ってから２００℃になるまでの間に、酸化アルミ膜また
は窒化アルミ膜を形成する。したがって、半導体装置の
製造過程において配線層となるアルミ膜を形成する際、
その表面凹凸を最小限に制御し、次工程に影響を与えな
いように程度にその表面状態をで平滑に保つことができ
る。これにより、半導体装置の特性の向上、歩留まりの
改善を図ることができる。
【図１】 この発明の実施の形態１による半導体装置の
製造方法を説明するための断面構造図である。
製造方法を説明するための断面構造図である。
【図２】 この発明の実施の形態２による半導体装置の
製造方法を説明するための断面構造図である。
製造方法を説明するための断面構造図である。
【図３】 この発明の実施の形態３による半導体装置の
製造方法を説明するための断面構造図である。
製造方法を説明するための断面構造図である。
【図４】 従来の半導体装置においてメタル配線層に凹
凸が発生した場合を示す断面図である。
凸が発生した場合を示す断面図である。
１ 半導体基板（またはメタル配線層）、 ２ 絶縁膜、 ３ バリアメタル、 ４ タングステンプラグ、 ５ アルミ合金層（アルミ膜）、 ６ Ti/TiN積層膜（チタンと窒化チタンとの積層膜）
（反射防止膜）、 ６ａ Ti膜（チタン膜）、 ６ｂ TiN膜（窒化チタン膜）、 ７ グレインバウンダリー、 ８ 酸化アルミ膜、 ８ａ 窒化アルミ膜。
（反射防止膜）、 ６ａ Ti膜（チタン膜）、 ６ｂ TiN膜（窒化チタン膜）、 ７ グレインバウンダリー、 ８ 酸化アルミ膜、 ８ａ 窒化アルミ膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関口 昇 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F033 HH09 HH18 HH33 JJ19 MM15 MM25 NN06 NN07 PP16 PP18 QQ03 QQ88 QQ89 QQ98 WW03 XX00 XX01
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体製造において、高温でアルミ膜を
形成しこれを冷却する工程と、冷却されたアルミ膜の上
に他の膜を形成する工程とを含み、前記アルミ膜の冷却
工程における冷却速度を１０℃／秒より遅く制御するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 半導体製造において、高温でアルミ膜を
形成しこれを冷却する工程と、前記アルミ膜の上に他の
膜を形成する工程とを含み、前記アルミ膜の温度が４０
０℃以下となってから２３０℃になるまでの間に、前記
他の膜の形成を開始することを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
において、前記アルミ膜の温度が４００℃以下となって
から２３０℃になるまでの間に、前記他の膜の形成を開
始することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法において、前記他の膜としてチタン
膜と窒化チタンとの積層膜を形成することを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 半導体製造において、高温でアルミ膜を
形成する工程と、このアルミ膜の上に酸化アルミ膜また
は窒化アルミ膜を形成する工程と、この酸化アルミ膜ま
たは窒化アルミ膜の上にチタン膜と窒化チタン膜との積
層膜を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項６】 請求項５に記載の半導体装置の製造方法
において、前記の高温でアルミ膜を形成する工程の後、
このアルミ膜を１０℃／秒より遅い冷却速度で冷却し、
その後に前記の酸化アルミ膜または窒化アルミ膜を形成
するようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項７】 請求項５に記載の半導体装置の製造方法
において、前記の高温でアルミ膜を形成する工程の後、
このアルミ膜を冷却し、このアルミ膜の温度が４００℃
以下となってから２００℃になるまでの間に、前記の酸
化アルミ膜または窒化アルミ膜の形成を開始するように
したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000010945A JP2001203204A (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000010945A JP2001203204A (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001203204A true JP2001203204A (ja) | 2001-07-27 |
Family
ID=18538887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000010945A Pending JP2001203204A (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001203204A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014130983A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-07-10 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
2000
- 2000-01-19 JP JP2000010945A patent/JP2001203204A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014130983A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-07-10 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
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| A02 | Decision of refusal |
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