JP2003197744A

JP2003197744A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003197744A
Application number: JP2002318623A
Authority: JP
Inventors: Junichi Wada; 純一和田; Shohei Shima; 昇平嶋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-11-16
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【目的】接続孔のアスペクト比が１を越えても、段切
れを招かない配線の形成方法を提供すること。【構成】基板２１上に絶縁膜２２を形成する工程と、
絶縁膜２２にアスペクト比が１を越える接続孔２３を形
成する工程と、スパッタリング法により導電膜２５を基
板２１上に形成する工程と、基板２１をプラズマに晒し
て導電膜２５の表面をスパッタエッチングすることによ
り、接続孔２３の内面全体を導電膜２５により被覆する
工程と、導電膜２５を加工して配線を形成する工程とを
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、特にアスペクト比が１を越える接続孔に配
線を形成する工程を有する半導体装置の製造方法の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュ−タ−や通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路が達
成されるようにむすびつけ、１チップ上に集積化して形
成した大規模集積回路（ＬＳＩ）が多用されている。Ｌ
ＳＩは、その集積度を上げることでその素子機能を向上
させてきた。そして、集積度が上がるにつれて配線は微
細化されるとともに、多層化されることが必要となって
きた。多層配線構造を実現するためには、下層配線層
（あるいは素子活性層）と上層配線層とを層間絶縁膜に
形成された接続孔を通じて電気的に接続することが必須
である。

【０００３】ところで、配線材料としては、従来よりア
ルミニウム（Ａｌ）が多用されている。これはＡｌが低
抵抗材料であり、配線形状に加工することが容易なため
である。Ａｌの成膜方法としてはスパッタリング法が用
いられている。これはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕや、Ａｌ−Ｃｕ
等のＡｌ合金膜の成膜に際して組成の制御が容易で、し
かも、大口径のシリコン基板に対しても膜厚および膜質
を均一化でき、量産性の点でも優れているからである。
また、近年の真空排気特性の向上により残留ガスによる
膜質の低下を抑えることが可能となった。更に、カソー
ド裏面に極性の異なる磁石を設けることによってプラズ
マ密度を集中させる方法（マグネトロンスパッタリング
法）で膜の形成速度を高めることで膜質を向上させるこ
とも可能となった。なお、他のＡｌの成膜法として化学
気相成長（ＣＶＤ）法が研究されているが、膜質の制御
性や量産性の問題から研究レベルを脱していないのが現
状である。

【０００４】しかしながら、従来のスパッタリング法に
よるＡｌ配線やＡｌ合金配線（以下単にＡｌ配線とい
う）の形成方法には以下のような問題があった。

【０００５】下層Ａｌ配線と上層Ａｌ配線とを結ぶ接続
孔のアスペクト比（接続孔の深さ／接続孔の開孔径）
は、素子の微細化や高密度化に伴って大きくなる。一般
的に、スパッタリング法では、接続孔の段差被覆性は、
アスペクト比が高くなると著しく低下する。これは段差
の底部では配線金属粒子であるＡｌが入射しうる角度範
囲（見込み角）が平坦部に比べ狭まるためである。アス
ペクト比が大きくなるほどこの見込み角は減少し、段差
底部にはＡｌは入射し難くなり、被覆性が低下する。し
かも、Ａｌの堆積が進むに従って見込み角は狭まる傾向
にある。

【０００６】したがって、素子の微細化等が更に進み、
接続孔のアスペクト比が１より高くなると、従来のスパ
ッタリング法では、接続孔の底部でＡｌ配線の段切れが
生じ易くなり、接続孔の内面全体（側部および底部）を
完全に被覆するＡｌ配線を形成することはできない。

【０００７】また、段切れ防止のためにＡｌ配線となる
Ａｌ膜（以下、Ａｌ配線膜という）を厚くしても、膜厚
の増加に従って見込み角が減少するため、接続孔の内面
全体を完全に被覆するＡｌ配線を形成することはできな
い。しかも、膜厚（配線高さ）を厚くすると、後工程で
形成する層間絶縁膜の平坦化が困難になるなどの波及的
な問題も生じる。

【０００８】このような問題を解決する手段として、タ
ングステン（Ｗ）プラグ技術が知られている。この技術
は、接続孔にＷを選択的に埋め込んだ後に、Ａｌ配線を
形成するというものである。

【０００９】このＷの選択的埋め込み技術には、選択Ｃ
ＶＤ法と全面ＣＶＤ法との２種類がある。選択ＣＶＤ法
は、ＷＦ₆（六弗化タングステン）とＳｉＨ₄（シラ
ン）との混合気体が、金属や半導体表面でのみ熱反応す
る性質を利用したもので、ある決まった熱反応条件で可
能となる。

【００１０】一方、全面ＣＶＤ法では、選択ＣＶＤ法と
は異なる熱反応条件で行ない、Ｗ膜を基板全面に一様な
膜厚（コンフォーマル）に形成する。ただし、この場
合、接続孔が形成された絶縁膜上にも不必要なＷ膜が形
成されるので、これを後工程において除去する必要が生
じる。現在では、不要なＷ膜を除去するために、基板全
面を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法でエッチング
する方法（エッチバック法）が用いられている。

【００１１】しかしながら、Ｗプラグ技術には以下のよ
うないくつかの問題がある。

【００１２】まず、１つはコンタクト抵抗の問題であ
る。すなわち、ＷはＡｌに比べ比抵抗が高いため配線の
抵抗値が大きくなり素子機能が劣化する。

【００１３】他には信頼性の問題がある。配線には電流
が流れる訳だが、微細な配線ではその電流密度が極めて
大きくなり、このような大きな電流密度が配線に印加さ
れ続けると、配線中の金属原子が大量の電子の衝突によ
り陰極から陽極へ移動を始める。これはエレクトロマイ
グレーション（ＥＭ）と呼ばれる現象であるが、この金
属原子の動き易さは金属の種類に依存し、ＷはＡｌに比
べ動き難い。

【００１４】このため、Ｗプラグのように、Ａｌ／Ｗ／
Ａｌといった異なる金属の直列接続によって配線が形成
される場合には、金属原子の流れ方に不連続性が生じ
る。したがって、Ｗプラグの陰極側ではＡｌ原子の蓄積
が起こり、一方、陽極側ではＡｌ原子の空乏が起こる。

【００１５】このようなＡｌ原子の蓄積や空乏は、配線
の隆起（ヒロック）や欠乏（ボイド）の原因となり、配
線間短絡や配線断線を招き、配線の信頼性が低下する。

【００１６】また、配線の信頼性を劣化させる他の要因
としては、ＬＳＩに用いられる他材料から配線に加えら
れる応力（ストレス）がある。応力の加わった配線は応
力を緩和するように原子を移動させる。これはストレス
マイグレーション（ＳＭ）と呼ばれる現象であるが、微
細な配線ほどＳＭ耐性に乏しく、将来の極微細な配線に
おいては大きな問題となることが予想される。

【００１７】Ｗプラグのように異種金属（Ｗ、Ａｌ）を
組み合わせることによって配線を形成する場合には、Ｗ
とＡｌとの熱膨脹率の違いにより残留応力が発生する。
現在の研究では、Ｗプラグと配線間の応力によって配線
が断線に至るという直接的な証明はなされていないが、
将来の微細配線構造において問題を生じることは容易に
推測される。

【００１８】また、Ｗプラグを形成するＣＶＤ法にも多
くの問題点が存在する。すなわち、選択ＣＶＤ法の場
合、ある特定の条件下にのみ起こる反応を利用している
ため、製造工程（プロセス）における余裕（マージン）
が少ないこと、膜質の制御性に乏しいこと、および反応
が安定して起こるように事前の処理を必要とし工程数が
増加するなどの問題がある。一方、全面ＣＶＤ法の場合
にも、後工程で不要なＷ膜を除去する必要があり、工程
数が増加するという問題がある。

【００１９】このようなＷプラグの他に、バイアススパ
ッタリング法を用いて接続孔の内壁をＡｌで直接埋め込
む方法も検討報告されている。バイアススパッタリング
法とは、基板に負の電圧を印加し、Ａｌ膜の形成中にア
ルゴン等のスパッタリングガスの正イオンを基板に衝突
させ、Ａｌ膜を再スパッタリングすることで見込み角の
減少を防ぐとともに、再スパッタリングされたＡｌ原子
を接続孔の内壁に付着させて段差被覆性を向上させると
いう成膜技術である。また、バイアススパッタリング法
の場合、同時に基板加熱を行なうなどの付加的条件を組
み合わせることが多く、平坦性よくＡｌを直接埋め込む
ことが可能である。

【００２０】しかしながら、バイアススパッタリング法
には以下のような問題がある。すなわち、Ａｌ膜の形成
中にＡｒ原子がＡｌ膜中に多く取り込まれ、膜質の低下
（大粒径化しにくい等）や信頼性の劣化が起こるという
問題がある。また、接続孔を埋め込むにはＡｌ配線膜を
厚く形成しなければならず、厚いＡｌ配線間を層間絶縁
膜で均一に平坦性良く埋め込む方法が必要になるなどの
波及的な問題点が生じる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来より
各種のＡｌ配線の形成方法が提案され、それなりの有効
性が認められているが、その欠点も顕著になり、本命視
されるものはまだ無い。すなわち、従来のスパッタリン
グ法によるＡｌ配線の形成方法にあっては、接続孔のア
スペクト比が高くなると、接続孔の底部で段切れが生じ
易くなり、配線の信頼性が低下するという問題があっ
た。

【００２２】また、Ｗプラグ技術によるＡｌ配線の形成
方法にあっては、配線の微細化が進むと、ＥＭ耐性やＳ
Ｍ耐性が低下し、配線の信頼性が低下するという問題が
あった。更に、Ｗ膜の形成が安定して起こるように事前
の処理が必要になったり、不要なＷ膜を除去したりする
必要があるので、工程数が増加するという問題があっ
た。

【００２３】また、バイアススパッタリング法によるＡ
ｌ配線の形成方法にあっては、Ａｌ膜中にスパッタリン
グガスが混入し、配線の信頼性が低下するという問題が
あった。更に、接続孔の内壁全体を被覆するＡｌ配線を
形成するために厚めのＡｌ配線膜を形成しなければなら
ず、後工程で形成する層間絶縁膜の平坦化が困難になる
などの波及的な問題があった。

【００２４】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、接続孔のアスペクト比
が１を越えても配線の信頼性を保つことができる半導体
装置の製造方法を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の半導体装置の製造方法は、基板上に絶縁膜
を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が１を越
える接続孔を形成する工程と、バイアススパッタリング
法により導電膜を全面に形成するとともに、前記基板を
加熱して前記導電膜を前記接続孔に流動せしめて埋め込
む工程と、前記導電膜を加工して配線を形成する工程と
を備えたことを特徴とする。

【００２６】ここで、前記導電膜の埋込みは、前記導電
膜の形成と同時またはその後に行なうと良い。

【００２７】第２の半導体装置の製造方法は、基板上に
絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が
１を越える接続孔を形成する工程と、バイアススパッタ
リング法によりスパッタリングガスが導入された導電膜
を全面に形成するとともに、前記スパッタリングガスが
前記導電膜から放出されない温度に前記基板を加熱して
前記導電膜を前記接続孔に流動せしめて埋め込む工程
と、前記導電膜を加工して配線を形成する工程と、前記
配線を形成する前または後に、前記スパッタリングガス
が前記導電膜から放出される温度に前記基板を加熱して
前記スパッタリングガスを前記導電膜から放出する工程
とを備えたことを特徴とする。

【００２８】ここで、前記導電膜の埋込みは、前記導電
膜の形成と同時またはその後に行なうと良い。

【００２９】また、スパッタリングガスが導入された導
電膜は、基板に印加する電圧、基板温度を調整すること
により、容易に形成できる。

【００３０】第３の半導体装置の製造方法は、基板上に
絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が
１を越える接続孔を形成する工程と、スパッタリング法
により導電膜を前記基板上に形成する工程と、前記基板
をプラズマに晒して前記導電膜の表面をスパッタエッチ
ングすることにより、前記接続孔の内面全体を前記導電
膜により被覆するとともに、前記基板を加熱して前記導
電膜を前記接続孔に流動せしめて埋め込む工程と、前記
導電膜を加工して配線を形成する工程とを備えたことを
特徴とする。

【００３１】ここで、前記導電膜の埋込みは、前記導電
膜の形成と同時またはその後に行なうと良い。

【００３２】第４の半導体装置の製造方法は、基板上に
絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が
１を越える接続孔を形成する工程と、スパッタリング法
により導電膜を前記基板上に形成する工程と、第１のイ
オンエネルギーを有する荷電粒子を前記導電膜に照射し
て前記導電膜の表面をスパッタエッチングすることによ
り、前記基板を加熱せずに前記接続孔の内面全体を前記
導電膜により被覆する工程と、前記第１のイオンエネル
ギーよりも小さい第２のイオンエネルギーを有する荷電
粒子を前記導電膜に照射するとともに、前記基板を加熱
して前記導電膜を前記接続孔に流動せしめて埋め込む工
程と、前記導電膜を加工して配線を形成する工程とを備
えたことを特徴とする。

【００３３】ここで、第１のイオンエネルギーＥ１から
第２のイオンエネルギーＥ２への変化は、図５（ａ）に
示すように不連続でもよいし、また、図５（ｂ）に示す
ように連続でもよい。

【００３４】また、埋め込み工程において基板を加熱す
る時点は、第１のイオンエネルギーを有する荷電粒子
（第１の荷電粒子）を照射している途中、第１の荷電粒
子の照射を終えた直後、または第２のイオンエネルギー
を有する荷電粒子を照射している途中でもよい。

【００３５】第５の半導体装置の製造方法は、基板上に
絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が
１を越える接続孔を形成する工程と、前記接続孔の内面
における最低膜厚が２０ｎｍ以上となる導電膜を全面に
形成するとともに、前記基板を加熱して前記導電膜を前
記接続孔に流動せしめて埋め込む工程と、前記導電膜を
加工して配線を形成する工程とを備えたことを特徴とす
る。

【００３６】ここで、前記導電膜の埋込みは、前記導電
膜の形成と同時またはその後に行なうと良い。

【００３７】第６の半導体装置の製造方法は、基板上に
絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が
１を越え、開孔側に向かって広がったテーパ形状の接続
孔を形成する工程と、前記接続孔の内面における最低膜
厚が２０ｎｍ以上となる導電膜を異方性スパッタリング
法により全面に形成するとともに、前記基板を加熱して
前記導電膜を前記接続孔に流動せしめて埋め込む工程
と、前記導電膜を加工して配線を形成する工程とを備え
たことを特徴とする。

【００３８】ここで、前記導電膜の埋込みは、前記導電
膜の形成と同時またはその後に行なうと良い。

【００３９】また、テーパ形状の接続孔のテーパ角は、
８０〜８５°が望ましい。

【００４０】第７の半導体装置の製造方法は、上記第
１、第２、第３、第５、第６の製造方法において、前記
埋め込み工程における前記基板の加熱の際に、荷電粒子
を前記導電膜に照射し、前記荷電粒子により、前記導電
膜をスパッタエッチングせずに、前記導電膜の表面の原
子の拡散を増速させることを特徴とする。

【００４１】第８の半導体装置の製造方法は、基板上に
絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が
１を越える接続孔を形成する工程と、前記接続孔の内面
を被覆する導電性被覆膜を形成する工程と、少なくとも
前記導電性被覆膜の表面に吸着しているガスを除去する
工程と、導電膜を全面に形成するとともに、前記基板を
加熱して前記導電膜を前記接続孔に流動せしめて埋め込
む工程と、前記導電膜を加工して配線を形成する工程と
を備えたことを特徴とする。

【００４２】ここで、前記導電膜の埋込みは、前記導電
膜の形成と同時またはその後に行なうと良い。

【００４３】第９の半導体装置の製造方法は、上記第８
の製造方法において、前記ガスの除去を基板加熱、荷電
粒子照射または紫外線照射により行なうことを特徴とす
る。

【００４４】第１０の半導体装置の製造方法は、上記第
８の製造方法において、前記ガスの除去後、前記導電膜
の形成前に、前記基板を冷却することを特徴とする。

【００４５】第１１の半導体装置の製造方法は、上記第
１〜第７の製造方法において、前記導電膜の形成前に、
少なくとも前記接続孔の側部および底部に吸着している
ガスを除去することを特徴とする。

【００４６】第１２の半導体装置の製造方法は、上記第
１、第２、第３、第４、第５、第６、第８の製造方法に
おいて、前記導電膜として多結晶構造のものを使用し、
前記基板の加熱が、全面に前記導電膜が形成された後、
昇温工程と降温工程とからなる加熱工程を２回以上繰り
返すものであることを特徴とする。

【００４７】

【作用】第１の半導体装置の製造方法によれば、バイア
ススパッタリング法を用いているので、アスペクト比が
１を越える接続孔の側部および底部を厚めの導電膜で確
実に被覆できる。

【００４８】このため、基板を加熱しても接続孔の側部
および底部の導電膜の凝集が起こらず、基板の加熱によ
り導電膜を構成する原子の移動が接続孔の内面に形成さ
れた導電膜を介して行なわれるようになる。

【００４９】したがって、接続孔のアスペクト比が１を
越えても、下地として特別なものを用いなくても、接続
孔の底部で段切れが生じたり、接続孔の内部にボイドが
生じるのを防止できる。

【００５０】また、接続孔以外の領域の導電膜の膜厚を
薄く形成できるので、後工程で形成する層間絶縁膜の平
坦化が困難になるなどの波及的な問題は生じない。

【００５１】更に、ＷプラグのようにＡｌ／Ｗ／Ａｌと
いった異なる金属の直列接続によっては配線は形成され
ていなので、工程数の増加を防止でき、そして、原子の
流れ方に不連続性が生じることがなく、ＥＭ耐性の劣化
も防止できる。しかも、アスペクト比が１を越えても接
続孔の内面に厚めの導電膜を形成できるので、ＳＭ耐性
も劣化しない。

【００５２】また、第２の半導体装置の製造方法によれ
ば、上記第１の製造方法と同様の作用効果の他に、以下
のような作用効果が生じる。

【００５３】すなわち、本製造方法によれば、スパッタ
リングガスが導入された導電膜を形成しているので、ス
パッタリングガスが導入されていない導電膜を用いた場
合に比べて、より低温で導電膜の流動が生じる。このた
め、接続孔の側部および底部の導電膜の凝集をさらに抑
制することができ、より高いアスペクト比の接続孔にも
配線を形成できるようになる。

【００５４】導電膜中または配線中に含まれるスパッタ
リングガスは、それぞれ、配線を形成する前または後の
基板加熱により導電膜または配線から抜けるので、結晶
粒径が成長しない等の問題は改善される。したがって、
スパッタリングガスによる配線の劣化を防止できる。

【００５５】また、第３の半導体装置の製造方法によれ
ば、スパッタリング法により導電膜を前記基板上に形成
した後、基板をプラズマに晒して前記導電膜の表面をス
パッタエッチングしている。

【００５６】このため、スパッタエッチングされた導電
膜を構成する原子が接続孔の内面に再付着し、アスペク
ト比が１を越える接続孔の側部および底部を厚めの導電
膜で確実に被覆できる。

【００５７】したがって、第１の半導体装置の製造方法
と同様な作用効果が生じる他、バイアススパッタリング
法を用いずに、導電膜の成膜を行なうことができるの
で、より膜質が改善される。

【００５８】また、第４の半導体装置の製造方法によれ
ば、スパッタリング法により導電膜を基板上に形成した
後、第１のイオンエネルギーを有する荷電粒子（第１の
荷電粒子）により導電膜の表面をスパッタエッチングし
ているので、第３の半導体装置の製造方法と同様な作用
効果が生じる。

【００５９】さらに、本製造方法によれば、以下のよう
な作用効果が生じる。

【００６０】本製造方法では、第２のイオンエネルギー
を有する荷電粒子（第２の荷電粒子）を導電膜に照射す
るとともに、前記基板を加熱して前記導電膜を前記接続
孔に流動せしめて埋め込んでいる。

【００６１】このとき、第２のイオンエネルギーは第１
のイオンエネルギーよりも小さいため、第２の荷電粒子
は、導電膜をスパッタエッチングすることなく、導電膜
の表面の原子の拡散を増速させる。

【００６２】したがって、本製造方法によれば、第３の
半導体装置の製造方法に比べて、より低温の基板加熱に
より、接続孔に導電膜を埋め込むことができる。

【００６３】本発明者等の研究によれば、接続孔の内面
における最低膜厚が２０ｎｍ以上となる導電膜を全面に
形成して基板を加熱すれば、接続孔の内部で段切れが生
じないという新事実が見出された。

【００６４】したがって、このような知見に基づいた第
５、第６の半導体装置の製造方法によれば、接続孔の底
部での段切れ等による配線の信頼性の低下を防止でき
る。

【００６５】また、第７の半導体装置の製造方法によれ
ば、荷電粒子により、導電膜をスパッタエッチングせず
に、導電膜の表面の原子の拡散を増速させているので、
第４の半導体装置の製造方法の場合と同様に、低温の基
板加熱により、接続孔に導電膜を埋め込むことができ
る。

【００６６】また、第８の半導体装置の製造方法によれ
ば、導電膜の形成前に、接続孔の内面に導電性被覆膜
（例えば、バリアメタル）を形成しているので、導電膜
が絶縁膜に直接コンタクトすることがなくなるので、上
記第５の製造方法の作用効果の他に、導電膜が素子活性
層に与える悪影響（例えば、後工程の基板加熱により導
電膜中の原子が素子活性層中に拡散すること）を防止で
きるという作用効果も得られる。

【００６７】更に、本発明者等の研究によれば、吸着ガ
スの除去を行なえば、接続孔内壁における導電膜の凝集
を防止できることが分かった。

【００６８】したがって、第８の製造方法によれば、接
続孔に導電膜を容易に流動せしめて埋め込むことができ
るようになる。

【００６９】また、第１１の半導体装置の製造方法によ
れば、接続孔の側部および底部に吸着しているガスを除
去しているので、第８の半導体装置の製造方法の場合と
同様に、接続孔に導電膜を容易に流動せしめて埋め込む
ことができるようになる。

【００７０】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。

【００７１】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例に係るＡｌ配線の形成方法を示す工程断面図である。

【００７２】まず、図１（ａ）に示すように、単結晶シ
リコンからなり、面方位が（１００）のシリコン基板１
１上に、厚さ０．８μｍの酸化膜１２をプラズマＣＶＤ
法により形成する。次いでシリコン基板１１に形成され
た配線層あるいは素子活性層（不図示）上の酸化膜１２
に、光露光法とＲＩＥ法とを用いて、開孔径が０．３〜
１．０μｍでアスペクト比が１を越える接続孔１３を形
成する。

【００７３】ここで、ＲＩＥ法の条件としては、例え
ば、エッチングガスとしてはＣＦ₄とＨ₂との混合ガス
を用い、エッチング時の圧力を４０ｍＴｏｒｒに制御
し、エッチング時の投入パワーを８００Ｗとする。この
ような条件で接続孔１３を形成した場合、そのテーパー
角は８０〜９０°の角度領域に収まる。

【００７４】この後、接続孔１３の形成の際に用いたレ
ジストを酸素プラズマ中で灰化し、そして、硫酸と過酸
化水素との混合液中で洗浄する。

【００７５】次に図１（ｂ）に示すように、Ｔｉ膜とＴ
ｉＮ膜との積層膜１４を直流マグネトロンスパッタリン
グ法により全面に形成する。上記Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜の膜
厚は例えばそれぞれ２０ｎｍ、７０ｎｍとする。この
後、このような構造が形成されたシリコン基板１１に対
して、６００℃、３０分間、Ｎ₂常圧雰囲気中の電気炉
による加熱処理を施す。

【００７６】ここで、上記Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜の積層膜の
成膜は例えば以下のように行なう。すなわち、まず、９
９．９９９９％のＴｉターゲットを用い、Ａｒを４０ｓ
ｃｃｍの流量で導入し、０．５Ａの印加電流を流してＴ
ｉ膜を形成する。

【００７７】この後、Ｔｉ膜とは別の成膜室でＴｉＮ膜
を形成する。このとき、Ｔｉ膜が大気に晒されることが
無いように真空雰囲気で連続的に形成する。また、ター
ゲットとしてはＴｉ膜の場合と同様に９９．９９９９％
のＴｉターゲットを用い、そして、Ａｒを２０ｓｃｃｍ
とＮ₂を２０ｓｃｃｍの流量で混合するとともに、１Ａ
の印加電流を流して化成スパッタリング法によりＴｉＮ
膜を形成する。

【００７８】なお、各々の成膜室の到達真空度は例えば
１０^-5Ｐａ台とし、スパッタリング中の真空度は例えば
２．７×１０^-1Ｐａとする。

【００７９】次に図１（ｃ）に示すように、シリコン基
板１１に、例えば、−１００〜−２５０Ｖの直流電圧を
印加しながら直流マグネトロンスパッタリング法により
（バイアススパッタリング法）、全面にＡｌ配線膜１５
を無加熱で形成する。ここで、Ａｌ配線膜１５の接続孔
１３内の最低膜厚が２０ｎｍ以上になるようにする。

【００８０】具体的には、例えば、図２に示すように、
絶縁物からなる支持台１上にシリコン基板１１を載置
し、シリコン基板１１の外周をクランプ２で固定し、可
変直流電圧源３によりクランプ２に直流電圧を印加する
ことにより、シリコン基板１１に直流電圧を印加し、そ
して、純度９９．９９９９％のＡｌに１重量％のＳｉと
０．５重量％のＣｕとを添加したスパッタリングターゲ
ット４に１０ｋＷのパワーを可変直流電圧源５により投
入し、そして、スパッタリングガスであるＡｒ６を導入
するとともに、到達真空度を１０^-6Ｐａにして、厚さ
０．４μｍのＡｌ配線膜１５を形成する。

【００８１】このスパッタリングで形成される配線膜
は、Ａｌの他にＳｉやＣｕを含むが単にＡｌ配線膜とい
う（他の実施例も同様）。なお、図２において、参照番
号７は絶縁物材を示している。なお、シリコン基板１１
に交流電圧を印加したバイアススパッタリング法を用い
ても良い。

【００８２】さらに、このバイアススパッタリング法に
よって形成されたＡｌ配線膜には、負バイアス電圧（基
板電圧）によって引き込まれたＡｒガスが含まれてい
る。また、このバイアススパッタリング法は無加熱で行
なわれるため、基板温度は、引き込まれたＡｒガスが外
部に放出される温度にまでは到達しない。したがって、
Ａｌ配線膜の形成時に、Ａｌ配線膜中のＡｒガスが外部
に放出されることはない。

【００８３】次にシリコン基板１１を大気に晒すこと無
く加熱室へ搬送した後、スパッタリングと同一真空中で
３分間ほどシリコン基板１１を加熱することにより、図
１（ｄ）に示すように、接続孔１３内にＡｌ配線膜１５
を埋め込む。

【００８４】ここで、シリコン基板の温度は５００℃未
満にし、また、シリコン基板１１の加熱方法としては、
例えば、予め４２０℃に加熱しておいたセラミックヒー
ター上にシリコン基板１１を静電チャックにより固定す
る方法を用いる。この加熱方法によるシリコン基板１１
の到達温度は４４０℃程度である。

【００８５】次にシリコン基板１１を大気に晒すことな
く、さらに基板温度を５２０℃まで上昇させ、Ａｌ配線
膜中に含まれるＡｒガスを放出させるために１０分程度
の加熱を行なう。

【００８６】最後に、図１（ｅ）に示すように、光露光
法とＲＩＥ法とを用いて積層膜１４およびＡｌ配線膜１
５をパターニングしてＡｌ配線が完成する。

【００８７】なお、Ａｌ配線の形成後に、Ａｒガスの放
出を行なっても良い。この場合、Ａｌ配線の体積に対す
るＡｌ配線の表面積の割合が大きいので、Ａｒガスの放
出を効果的に行なうことができる。

【００８８】図３は、従来法を用いた場合（基板電圧を
印加しない場合）のＡｌ配線膜の埋め込まれかたを示す
図である。また、図４は、本実施例の形成方法を用いた
場合のＡｌ配線膜の埋め込まれかたを示す図である。こ
こで、接続孔の開孔径は０．５μｍ、アスペクト比は
１．６である。

【００８９】従来法の場合、Ａｌ配線膜１５ａは、段差
被覆性に乏しいため、接続孔の内壁全体を膜状に覆うこ
とができず、図３（ａ）に示すように、接続孔の底では
島状のＡｌ配線膜１５ａが形成される。言い換えれば、
段切れが生じる。

【００９０】このような成膜初期形状を有するＡｌ配線
膜１５ａが形成されたシリコン基板１１に到達温度４４
０℃、３分間の加熱処理を施すと、図３（ｂ）に示すよ
うに、Ａｌ配線膜１５ａが凝集を起こし、接続孔へ埋め
込むことはできなくなる。

【００９１】特に開孔径が微細化されている場合、図３
（ｃ）に示すように、凝集して接続孔の上方に競り上が
ったＡｌ配線膜１５ａ同士が密着し、表面エネルギー的
に安定な構造となってしまい、接続孔内に空胴（ボイ
ド）１６が形成され、後工程で埋め込むことはできなく
なってしまう。

【００９２】一方、本実施例の方法の場合には、基板電
圧によって引き込まれたＡｒイオンによるＡｌ配線膜１
５の再スパッタリングにより、入射Ａｌ原子の見込み角
の減少が抑制され、更に、再スパッタリングされたＡｌ
原子が接続孔の内面に再付着するため、図４（ａ）に示
すように、接続孔の内面全体に厚めのＡｌ配線膜１５が
形成される。すなわち、従来法のように段切れは生じな
い。

【００９３】Ａｌ配線膜の膜厚と凝集温度とには相関が
あり、膜厚が薄いほど凝集温度は低くなる。しかし、本
実施例のように、シリコン基板１１に電圧を印加しなが
らスパッタリングを行なえば、接続孔の内面には十分厚
いＡｌ配線膜が形成され、到達温度４４０℃、３分間の
加熱によっても凝集は起こらないことが分かった。した
がって、Ａｌ配線膜１５のＡｌ原子は、図４（ｂ）に示
すように、接続孔の内面に形成されたＡｌ配線膜１５の
表面あるいは内部を移動し、表面エネルギーの低い状態
に遷移することができ、図４（ｃ）に示すように、ボイ
ドが形成されることなく、接続孔にＡｌ配線膜１５が埋
め込まれる。

【００９４】図１４は、基板温度とＡｒガスを含むＡｌ
配線膜からのＡｒの放出量との関係を示す特性図であ
る。図１４から、Ａｌ配線膜中のＡｒガスは、基板温度
が約５００℃以上となると、Ａｌ配線膜から放出される
ことが分かる。

【００９５】したがって、Ａｒガスを含むＡｌ配線膜は
流動性が高いため、本実施例のように、５００℃未満と
いう比較的低温の基板温度でも、Ａｌ配線膜を接続孔に
埋め込むことができる。

【００９６】しかし、接続孔へのＡｌ配線膜の埋め込み
が終了した後、Ａｌ配線膜中のＡｒガスは、結晶粒の成
長を妨げ、信頼性低下の原因となる。

【００９７】したがって、本実施例のように、埋め込み
が終了した後、基板温度を５００℃以上に上昇して、Ａ
ｌ配線膜中のＡｒを外部に放出させることにより、Ａｒ
ガスに起因する信頼性低下を防止できる。

【００９８】以上述べたように、本実施例によれば、バ
イアススパッタリング法を用いているので、アスペクト
比が１を越える接続孔１３の側部および底部を厚めのＡ
ｌ配線膜１５で確実に被覆できる。このため、シリコン
基板１１を加熱してもＡｌ配線膜１５の凝集が起こら
ず、シリコン基板１１の加熱によりＡｌ配線膜１５を構
成するＡｌ原子の移動が接続孔１３の内面に形成された
Ａｌ配線膜１５を介して行なわれる。したがって、段切
れやボイドを防止でき、配線の信頼性を向上できる。

【００９９】更に、接続孔１３以外の領域のＡｌ配線膜
１５を薄く形成できるので、後工程で形成する層間絶縁
膜の平坦化が困難になるなどの波及的な問題は生じな
い。

【０１００】更にまた、ＷプラグのようにＡｌ／Ｗ／Ａ
ｌといった異なる金属の直列接続によっては配線は形成
されていないので、工程数の増加を防止でき、そして、
Ａｌ原子の流れ方に不連続性が生じることがなく、ＥＭ
耐性の劣化も防止できる。しかも、アスペクト比が１を
越えても接続孔１３の内面に厚めのＡｌ配線膜１５を形
成できるのでＳＭ耐性も劣化しない。

【０１０１】図１３に、本実施例で行なわれた加熱によ
るシリコン基板の温度プロファイルの１例を示す。この
温度プロファイルで加熱した場合には、アスペクト比が
約１．８の接続孔までであれば、厚さ０．４μｍのＡｌ
配線膜で接続孔が埋め込まれることを確認した。

【０１０２】（実施例２）図６は、本発明の第２の実施
例に係るＡｌ配線の形成方法を示す工程断面図である。

【０１０３】先ず、先の実施例と同様な方法により、図
６（ａ）に示すように、シリコン基板２１上に、アスペ
クト比が１を越える接続孔２３を有する絶縁膜２２を形
成した後、全面にＴｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜２４を形
成する。

【０１０４】次に図６（ｂ）に示すように、積層膜２４
上に厚さ０．６μｍのＡｌ配線膜２５を直流マグネトロ
ンスパッタリング法を用いて無加熱で形成する。

【０１０５】次にシリコン基板２１を予め２００℃に加
熱したセラミックヒーター上に搬送して固定する。そし
て、固定と同時に基板側に周波数１３．５６ＭＨｚのＲ
Ｆ電力を１００Ｗ印加してプラズマ放電を起こさせる。
シリコン基板２１が収容された処理室の到達真空度は１
０^-6Ｐａ台で、この処理室にはＡｒが予め５５ｓｃｃｍ
の流量で流され、０．８Ｐａの圧力に維持されている。

【０１０６】このプラズマ放電で生じたＡｒイオンによ
ってＡｌ配線膜２５の表面が叩かれるので、Ａｌ配線膜
２５の表面が０．２μｍエッチングされるとともに、シ
リコン基板２１が加熱される。この結果、接続孔の側部
および底部に厚めのＡｌ配線膜２５が形成されるととも
に、図６（ｃ）に示すように、基板温度が上昇してＡｌ
配線膜２５が接続孔２３に埋め込まれる。

【０１０７】本実施例では、スパッタリングするガスと
してＡｒを用いたが、スパッタ速度を遅くするために、
水素（Ｈ）等のような質量の小さい原子を用いても良
い。特にイオン化した水素は還元性が高く、真空下でさ
えも形成してしまうＡｌ配線膜の表面の自然酸化膜物の
除去に効果がある。自然酸化膜の除去は、Ａｌ原子の表
面拡散を増加させ、埋め込み効率を向上させることが可
能である。

【０１０８】最後に、先の実施例と同様に積層膜２４と
Ａｌ配線膜２５とをパターニングして、Ａｌ配線が完成
する。

【０１０９】本実施例によれば、通常のスパッタリング
法によりＡｌ配線膜２５をシリコン基板２１上に形成し
た後、このシリコン基板２１をプラズマに晒してＡｌ配
線膜２５の表面をスパッタエッチングしているので、バ
イアススパッタリング法を用いなくても、アスペクト比
が１を越える接続孔２３の側部および底部を厚めのＡｌ
配線膜２５で確実に被覆できる。したがって、先の実施
例と同様な効果が得られる。更に、バイアススパッタリ
ング法を用いずにＡｌ配線膜２５の形成を行なうことが
できるので、Ａｌ配線膜２５中へのＡｒガスの混入を抑
制することが可能となり、膜質の向上が達成される。

【０１１０】（実施例３）次に本発明の第３の実施例に
係るＡｌ配線の形成方法について説明する。

【０１１１】これはシリコン基板に直流電圧あるいは高
周波電圧を印加することなく、接続孔の側面および底面
に配線膜を連続的に形成した後、シリコン基板を加熱す
ることにより接続孔内にＡｌ配線膜を埋め込む方法であ
る。

【０１１２】先ず、第１の実施例と同様に、シリコン基
板上に、アスペクト比が１を越える接続孔を有する絶縁
膜を形成した後、全面にＴｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜を
形成する。

【０１１３】次に接続孔の内面に従来のスパッタリング
法で形成する場合に比べて厚いＡｌ配線膜を形成するた
めに、シリコン基板を傾斜かつ回転させる方法を用い
る。

【０１１４】すなわち、まず、シリコン基板をカソード
（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕターゲット）面と平行なステージ上
に設置する。このステージは上記方法を達成できるよう
に、カソード面に対して±６０°の傾斜を制御すること
が可能となっており、且つステージ上のシリコン基板を
回転できるようになっている。更に、カソードとシリコ
ン基板との距離は４００ｍｍ離れており、ターゲットか
ら飛来する原子の方向をカソード垂直方向に揃えるよう
にしてある。

【０１１５】次に基板傾斜角を−３０°から＋３０°ま
で変化させ１分間に３０周期させるようにし、且つ基板
回転数を６０ｒｐｍとして厚さ０．４μｍのＡｌ配線膜
を形成する。この方法により、接続孔のアスペクト比が
１．５の場合で、厚さ約５０ｎｍのＡｌ配線膜を接続孔
の内面に形成できる。

【０１１６】このように本実施例によれば、シリコン基
板に直流電圧や高周波電圧を印加することなく、Ａｌ配
線膜を接続孔内に埋め込むことができる。これは第１の
実施例でも説明したように、接続孔の内面全体がＡｌ配
線膜で被覆されているからである。すなわち、接続孔の
内面全体をＡｌ配線膜で覆うことができれば、どのよう
な成膜手段でＡｌ配線膜を形成しても本発明の効果が得
られる。

【０１１７】以上述べた第１〜第３の実施例の方法は、
特に接続孔の深さが配線となる導電膜の膜厚よりも大き
い場合に有効である。

【０１１８】以下に第１、第２、第３の実施例の変形例
について説明する。

【０１１９】第１の実施例では、バイアススパッタリン
グ法によりＡｌ配線膜１５を形成したが、スパッタリン
グによる基板表面のエッチングやダメージを低減するた
めに、通常のスパッタリングでまずある程度の厚さのＡ
ｌ配線膜１５を形成した後、バイアススパッタリング法
によりＡｌ配線膜１５を形成しても良い。

【０１２０】また、シリコン基板１１の加熱温度が接続
孔１３の内面に形成中のＡｌ配線膜１５を凝集せしめな
い温度範囲である場合には、シリコン基板１１を加熱す
る工程をＡｌ配線膜１５を形成する工程と同時もしくは
前に始めても問題はない。

【０１２１】また、Ａｌ配線膜１５を形成した後、シリ
コン基板１１を大気に晒さずに、すなわち、Ａｌ原子の
流動がスムーズに行なわれるように、Ａｌ配線膜１５の
表面に自然酸化膜が形成されるのを抑制した状態でシリ
コン基板１５を加熱することが望ましいが、自然酸化膜
の影響がない場合に限ってはシリコン基板１１を大気に
晒した後に加熱しても問題はない。

【０１２２】また、第２の実施例では、プラズマ放電で
生じたＡｒイオンにより、Ａｌ配線膜２５の表面をエッ
チングする工程と、シリコン基板２１を加熱する工程と
を同時に行なっているが、エッチング後に加熱しても良
い。

【０１２３】また、第１、第２、第３の実施例におい
て、シリコン基板上にＡｌ配線膜を形成する際にＡｌ配
線膜の凝集を起こさせない温度範囲であればシリコン基
板を予め加熱しておいても問題はない。

【０１２４】次に上述した多結晶構造の導電膜からなる
配線に対して２回以上の昇降温過程を繰り返すという本
発明の加熱方法（熱処理方法）について説明する。

【０１２５】本発明の熱処理方法は以下のような知見に
基づいている。

【０１２６】すなわち、結晶の成長過程を時間を追って
観察した結果、粒径成長のほとんどは熱処理の昇温過程
で生じていることを見出した。そこで、同一温度の熱処
理で、高温での熱処理時間を長くした場合と、高温での
熱処理時間は同一でも一度低温にして再度高温にすると
いう処理を繰り返した場合の結晶粒径を比較すると、繰
り返し熱処理の場合の方が平均結晶粒径も大きく、しか
も小結晶粒がほとんど無くなることを見い出した。この
結果、配線中の粒界構造は完全なバンブ―構造になり、
配線信頼性が大幅に向上することが分かった。

【０１２７】以下、多結晶構造の導電膜としてＡｌ膜を
用い、電気炉を用いて熱処理を行なう場合について具体
的に説明する。

【０１２８】図７には、本発明の熱処理方法と従来の熱
処理方法との違いを示す特性図が示されている。

【０１２９】従来法では、４５０℃程度で５〜３０分間
の熱処理をＡｌ膜に実施していた。すなわち、一定温度
の熱処理を１回だけ行なう。

【０１３０】一方、本発明では、図中の実線で示すよう
に、熱処理を複数回繰り返す。すなわち、昇温工程と降
温工程とからなる熱処理を２回以上繰り返す。この場
合、降温工程で室温まで熱処理温度を下げる必要はな
く、対象とする導電膜の再結晶温度程度以下で良い。Ａ
ｌの場合は２００℃程度である。

【０１３１】結晶の成長は大部分が昇温過程で生じるの
で、本発明の高温での熱処理時間は長くとる必要はな
く、所定の熱処理温度に達したら直ちに冷却を始めても
本発明の効果は得られる。

【０１３２】図８は、本発明の熱処理後の粒径分布結果
を従来法のそれと比較した結果である。

【０１３３】従来の熱処理方法では点線で示したような
粒径分布を示していた。これはランプなどによる高温短
時間熱処理を行なっても基本的に変わり無く、平均結晶
粒径は大きい方にシフトするが小結晶粒が少なからず残
存していた。その結果、配線の初期不良により低寿命で
あった。

【０１３４】一方、本発明の熱処理方法で得られた粒径
分布は図中の実線で示すように、平均結晶粒径が大きく
なるばかりでなく、小粒径結晶のピ―クが無くなってい
るような正規分布を示した。

【０１３５】また、配線中の粒界構造を調べたところ、
粒界構造には以下のような違いがあった。

【０１３６】すなわち、本発明の熱処理を施したＡｌ配
線には、図９（ａ）に示すように、３重点粒界は無く、
完全なバンブ―粒界構造３０が形成されていた。

【０１３７】一方、従来法の熱処理を施したＡｌ配線中
には、図９（ｂ）に示すように、小結晶粒の存在に起因
する３重点粒界３１が存在していた。このような３重点
粒界３１は低寿命初期不良の原因となる。

【０１３８】図１０は、本発明の熱処理を施したＡｌ配
線の配線寿命分布を従来法の場合のそれと比較した結果
である。

【０１３９】従来例では、平均配線寿命も短く、初期不
良が存在している。一方、本発明の繰り返し熱処理法で
得られた配線の寿命分布は試験時間に対し、完全に対数
正規分布に従っており初期不良が低寿命側に片寄ること
がなくなっている。

【０１４０】このように本発明の熱処理方法は、昇温・
降温工程を複数回繰り返すことにより、小結晶粒を大粒
径化もしくは他の大粒径結晶粒に吸収させて完全に無く
し、配線中の粒界構造がバンブ―粒界だけで構成される
ようにして、ＥＭ耐性等を大幅に改善し、配線の高信頼
化を実現するものである。

【０１４１】本発明の熱処理方法の効果は、Ａｌ配線の
構造に関係なく得られ、Ａｌ単層配線、バリアメタル上
のＡｌ配線、Ａｌ配線上に他のメタルあるいは反射防止
膜がある場合などのような構造のＡｌ配線に対しても有
効である。

【０１４２】また、本発明の熱処理を行なう段階は、Ａ
ｌ配線膜を配線状に加工する前および加工した後（例え
ば、配線パシベ―ション膜の形成後）のどちらの段階で
も良い。

【０１４３】更に、配線材料としてはＡｌ以外のＣｕ、
Ａｕなど他のどんな導電材料にたいしても本発明の熱処
理方法は有効である。

【０１４４】更にまた、電気炉以外に、ランプアニ―
ル、レ―ザ―アニ―ルなど他のどんな熱処理方法を用い
ても有効である。

【０１４５】なお、本発明の熱処理方法は以下のような
従来技術を背景に生まれたものである。

【０１４６】従来より、半導体集積回路の高密度化、高
速化は主として素子の微細化および配線の多層化によっ
て実現されてきた。素子寸法の微細化および配線化にと
もなって大きい問題の一つになってきたものに、金属配
線の信頼性劣化がある。半導体装置の微細化した金属配
線の不良発生モ―ドは多くあり、例えば、エレクトロマ
イグレ―ション、ストレスマイグレ―ションの配線断線
モ―ドや、ヒロック発生による層間・線間ショ―トやそ
れに起因する配線腐食などである。これらの信頼性劣化
現象は現状主として使用されているＡｌ配線において顕
著である。その理由は低融点であるため熱、応力などの
ストレスによって容易にＡｌ原子が移動、拡散し易いた
めである。

【０１４７】この中でも特にエレクトロマイグレ―ショ
ンは素子スピ―ドを上げる為に配線中の電流密度が増大
する傾向となっており、解決すべき一番大きな課題とな
っている。この信頼性劣化機構は金属原子の粒界拡散が
大きな要因を占めていることがわかっている。そこでエ
レクトロマイグレ―ション対策として配線中の粒界を減
少させる目的で、多結晶金属配線の平均粒径を大きくし
て、粒界密度を減らす熱処理方法がいくつか提案されて
いる。

【０１４８】例えば、ランプやレ―ザ―による高温短時
間加熱、配線金属上に寄与する赤外線を吸収しやすいカ
―ボンなどの反射防止膜を設けて熱処理するなどの方法
が提案されている。

【０１４９】しかしながら、現状ではそれらの従来方法
では配線の信頼性向上効果は十分ではない。その原因は
配線中に少ないながらも小粒径の結晶粒が残ってしま
い、３重点粒界が形成されて、そこからボイドが形成・
成長して配線の断線が生じるからである。

【０１５０】このような問題を解決するために、本発明
では、上述した熱処理方法により、小結晶粒を大粒径化
もしくは他の大粒径結晶粒に吸収させて完全に無くし、
配線中の粒界構造がバンブ―粒界だけで構成されるよう
にして、配線の高信頼化を実現している。

【０１５１】（実施例４）図１１は、本発明の第４の実
施例に係るＡｌ配線の形成方法を示す工程断面図であ
る。

【０１５２】まず、図１１（ａ）に示すように、シリコ
ン基板４１上に、ソースとしてＴＥＯＳとＯ₂との混合
ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、厚さ０．８μｍ
のＳｉＯ₂膜４２を形成する。このような成膜法によ
り、水分が十分に少ないＳｉＯ ₂膜４２が得られる。し
たがって、ＳｉＯ₂膜４２に対する脱ガス工程を除くこ
とも可能である。

【０１５３】次いで光露光法とＲＩＥ法とを用いて、開
孔径が０．３〜１．０μｍのアスペクト比が１を越える
接続孔４０を開孔する。このとき、ＲＩＥ条件を適当に
選ぶことにより、接続孔４０の形状が８０°〜８５°の
テーパー角を持つテーパー形状となるようにする。この
後、接続孔４０の形成の際に用いたレジストを酸素プラ
ズマ中で灰化し、硫酸と過酸化水素水との混合液中で洗
浄する。

【０１５４】次いでバリアメタル（導電性保護膜）とし
てのＴｉ膜４３とＴｉＮ膜４４との積層膜を直流マグネ
トロンスパッタリング法により全面に形成する。Ｔｉ膜
４３の膜厚、ＴｉＮ膜４４の膜厚は、例えば、それぞ
れ、２０ｎｍ、７０ｎｍとする。このようなバリアメタ
ルを設けることにより、後工程で形成するＡｌ配線膜中
のＡｌが後工程の熱処理等により素子活性層にアロイス
パイクを発生させることを防止できるようになる。

【０１５５】この後、シリコン基板４１に対して、６０
０℃、３０分間〜３時間、Ｎ₂常圧雰囲気中の電気炉に
よる加熱を施す。この加熱処理によりバリアメタル（Ｔ
ｉ膜４３、ＴｉＮ膜４４）のデンシファイが行なわれ、
良質なバリアメタルが得られるようになる。

【０１５６】次いでシリコン基板４１を到達真空度１×
１０^-6Ｐａの基板導入室、搬送室、異方性スパッタ室、
加熱室および基板取り出し室からなるマルチチャンバー
中へ設置する。この後、シリコン基板４１を導入室から
搬送室を介して異方性スパッタリング室に搬送する。

【０１５７】次に図１１（ｂ）に示すように、上記異方
性スパッタリング室において、異方性スパッタリング法
により、厚さ０．４μｍのＡｌ配線膜４６を形成する。
この異方性スパッタリング法は、例えば、シリコン基板
４１とＡｌターゲットとの間の距離を通常のスパッタリ
ング法よりも長くして（例えば、１００〜３００ｍ
ｍ）、図１１（ｅ）に示すように、シリコン基板４１に
対して垂直にＡｌ原子４５を飛来させる方式のものや、
シリコン基板４１とＡｌターゲットとの間にコリメータ
と呼ばれる障壁板を設けてシリコン基板４１に対して垂
直にＡｌ原子４５を飛来させる方式（いわゆるコリメー
ションスパッタリング法）のものであることが望まし
い。ここで、スパッタ開始時の基板温度は１５０℃以下
の低温に保たれていることが望ましい。

【０１５８】本実施例の場合、ＳｉＯ₂膜４２に形成し
た接続孔４０はテーパー形状を有しているので、接続孔
４０の側壁への付着量が増加する。したがって、本実施
例のように、異方性スパッタリング法により、厚さ０．
４μｍのＡｌ配線膜を形成すれば、接続孔内壁のＡｌ配
線膜の最低膜厚を容易に２０ｎｍ以上とすることができ
る。

【０１５９】また、異方性スパッタリング法で形成され
るＡｌ配線膜は、純粋（Al100%）なものである必要なな
く、例えば、Ａｌ−Ｓｉ1wt%−Ｃｕ0.5wt%のように、Ａ
ｌの他に、ＳｉやＣｕを含むものでも良い。

【０１６０】次にシリコン基板４１を搬送室を介して加
熱室に搬送し、シリコン基板４１を５００℃、３分間加
熱することにより、図１１（ｃ）に示すように、接続孔
をＡｌ配線膜４６で埋め込む。

【０１６１】ここで、シリコン基板４１の加熱方法とし
ては、例えば、セラミックヒーター上にシリコン基板４
１を機械的に固定するか、あるいは静電力で固定し、基
板裏面から熱伝導用のガスを導入する方法を用いる。

【０１６２】次いで基板加熱によるＡｌ配線膜４６の埋
め込み工程が終了したシリコン基板４１を搬送室を介し
て基板取り出し室に搬送し、マルチチャンバー外部に取
り出す。

【０１６３】最後に、図１１（ｄ）に示すように、光露
光法とＲＩＥ法とを用いてＴｉ膜４３、ＴｉＮ膜４４の
積層膜およびＡｌ配線膜４６をパターニングしてＡｌ配
線が完成する。

【０１６４】本実施例では、上述したように、到達真空
度１×１０^-6Ｐａの基板導入室、搬送室、異方性スパッ
タリング室、加熱室および基板取り出し室からなるマル
チチャンバーを用いて、Ａｌ配線膜の形成および接続孔
へのＡｌ配線膜の埋め込みを高真空中で連続的に行なっ
た。

【０１６５】このような高真空度の雰囲気中での連続処
理が必要な理由は、残留酸化性ガスによりＡｌ配線膜４
６の表面が酸化され、Ａｌの表面拡散が抑制されること
を防ぐためである。そして、本発明者等の研究によれ
ば、５×１０^-5Ｐａ以上の高真空下であれば、上記の如
きの酸化による悪影響を受けずに、Ａｌ配線膜４６の埋
め込みを行なえることが分かった。

【０１６６】図１２（ａ）は、テーパー角が９０°の接
続孔に等方性スパッタリング法を用いてＡｌ配線膜を形
成した第１の比較例の断面形状、図１２（ｂ）は、テー
パー角が９０°の接続孔に異方性スパッタリング法を用
いてＡｌ配線膜を形成した第２の比較例の断面形状、図
２（ｃ）は、テーパー角が８０°の接続孔に従来のスパ
ッタリング法を用いてＡｌ配線膜を形成した第３の比較
例の断面形状、図１２（ｄ）は、テーパー角が８０°の
接続孔に異方性スパッタリング法を用いてＡｌ配線膜を
形成した本実施例の断面形状である。

【０１６７】図１２（ａ）から、等方性スパッタリング
法を用いた第１の比較例では、Ａｌ原子の入射方向が定
まっていないため、接続孔部近傍にはＡｌ原子が多く付
着するものの、接続孔底部では見込み角が狭く、接続孔
底部でのＡｌ配線膜厚が著しく低下することが分かる。

【０１６８】したがって、接続孔以外の部分の膜厚を
０．４μｍとした場合には、接続孔底部において２０ｎ
ｍ以上のＡｌ配線膜厚を確保することは難しくなる。こ
のため、後工程の加熱の際にＡｌの凝集が起こり、接続
孔を埋め込むことができない場合がある。

【０１６９】また、図１２（ｂ）から、異方性スパッタ
リング法を用いた第２の比較例では、Ａｌ原子の入射方
向は基板鉛直方向となるため、接続孔底部での見込み角
が狭くても、Ａｌ原子は接続孔底部に進入することが可
能になることが分かる。

【０１７０】しかし、テーパー角９０°の接続孔では、
接続孔側面へのＡｌ原子の付着確率が低くなり、接続孔
側面でのＡｌ配線膜厚は著しく低下する。

【０１７１】したがって、接続孔以外の部分の膜厚を
０．４μｍとした場合に、テーパー角が８０°の場合と
比べて、接続孔側面において２０ｎｍ以上のＡｌ配線膜
厚を容易に確保することは難しくなる。このため、後工
程の加熱の際にＡｌの凝集が起こり、接続孔を埋め込む
ことができない場合がある。

【０１７２】また、図１２（ｃ）から、接続孔に８０°
のテーパーを付けた第３の比較例では、見込み角が広が
るため、等方性スパッタリング法を用いても、接続孔底
部でのＡｌ配線膜厚を厚くすることが可能となることが
分かる。

【０１７３】しかし、接続孔底部での見込み角は、Ａｌ
配線膜の成膜が進むに従って狭くなるため、接続孔以外
の部分のＡｌ配線膜厚を０．４μｍとした場合に、接続
孔側面において２０ｎｍ以上のＡｌ配線膜厚を確保する
のは困難である。

【０１７４】したがって、後工程の加熱により接続孔底
部においてＡｌの凝集が起こり、接続孔を埋め込むこと
はできない。

【０１７５】一方、図１２（ｄ）から、本実施例のよう
に異方性スパッタリング法を用い、且つ接続孔に８０°
のテーパー角を付けると、接続孔の側面および底部のＡ
ｌ配線膜厚の両方が増加する。

【０１７６】したがって、接続孔以外の部分の膜厚を
０．４μｍとした場合でも、接続孔側面において２０ｎ
ｍ以上のＡｌ配線膜厚を確保でき、後工程の加熱によっ
てもＡｌの凝集は起こらず、アスペクト比（接続孔深さ
／開孔径）１を越える接続孔はもちろんのこと、アスペ
クト比２以上の接続孔でも埋め込むことが容易になる。
以上述べたように本実施例によれば、Ｔｉ膜４３とＴｉ
Ｎ膜４４との積層膜からなるバリアメタルを形成した後
にＡｌ配線膜４６を形成しているので、Ａｌ配線膜中の
ＡｌがＳｉＯ₂膜４２に拡散して信頼性が低下するのを
防止できる。

【０１７７】また、本実施例によれば、１×１０^-6Ｐａ
の高真空雰囲気中でＡｌ配線膜４５の形成および埋め込
みを行なっているので、Ａｌ配線膜４５の表面が酸化さ
れることによる悪影響、つまり、Ａｌ配線膜４６の流動
が抑制されることはない。したがって、接続孔にＡｌ配
線膜４６を容易に埋め込むことができる。

【０１７８】更に、本実施例によれば、テーパー形状の
接続孔４０を形成し、且つ異方性スパッタリング法によ
りＡｌ配線膜４６を形成しているので、後工程の加熱に
よってもＡｌの凝集は起こらず、アスペクト比（接続孔
深さ／開孔径）２以上の接続孔でも容易に埋め込むこと
ができるようになる。

【０１７９】（実施例５）次に本発明の第５の実施例に
係るＡｌ配線の形成方法について説明する。本実施例の
特徴は、基板表面に吸着したガス、特にＡｌ配線膜が形
成される領域の吸着ガスを除去した後、Ａｌ配線膜を形
成することにある。

【０１８０】ここで、基板とは、Ａｌ配線膜を形成する
前に基板に形成されたものを含む広い意味での基板であ
る。

【０１８１】まず、第４の実施例と同様な方法によりシ
リコン基板上に、アスペクト比が１を越える接続孔を有
する絶縁膜をＣＶＤ法により形成した後、続いて、ＣＶ
Ｄ法によりＴｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜を形成する。次
いでこのシリコン基板に対して、６００℃、３０分間、
Ｎ₂常圧雰囲気中の電気炉による加熱を施し、積層膜の
デンシファイを行なう。

【０１８２】次にこのシリコン基板を到達真空度１×１
０^-6Ｐａの基板導入室、搬送室、前処理室、異方性スパ
ッタリング室、加熱室および基板取り出し室からなるマ
ルチチャンバー中へ設置する。

【０１８３】次にこのシリコン基板を基板導入室から搬
送室を介して前処理室に搬送する。ここで、シリコン基
板は大気中から導入されるため、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜との
積層膜やシリコン基板の表面には大気中の水分などのガ
スが吸着している。

【０１８４】そこで、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜等の
表面に吸着したガスを除去するために、例えば、５００
℃、５分間のシリコン基板の加熱を前処理室内で行な
う。ここで、シリコン基板の加熱は、例えば、セラミッ
クヒーターによる加熱や、ハロゲンランプによる加熱に
より行なう。

【０１８５】このような吸着ガスの除去は、第１〜第４
の実施例および後述する第６、第７の実施例に対しても
有効である。

【０１８６】次にこのシリコン基板を大気に晒さずに異
方性スパッタリング室に搬送する。この異方性スパッタ
リング室の基板ステージを冷却することにより、搬送し
たシリコン基板を１５０℃以下の低温に冷却する。シリ
コン基板を冷却した後、全面に厚さ０．４μｍのＡｌ配
線膜を形成する。

【０１８７】最後に、第４の実施例と同様の方法によ
り、基板加熱によりＡｌ配線膜を接続孔に流動せしめた
後、Ａｌ配線膜等をパターニングしてＡｌ配線が完成す
る。

【０１８８】本実施例では、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜との積層
膜等の表面に吸着したガスを除去してからＡｌ配線膜を
形成している。これは吸着ガスがＡｌ配線膜等の金属膜
の凝集を促進する原因となるからである。この吸着ガス
による金属薄膜の凝集は本発明者等の研究により初めて
見いだされた現象である。

【０１８９】したがって、本実施例のように、金属配線
膜を流動化させて接続孔を埋め込む技術において、吸着
ガスの除去を行なって金属薄膜の凝集を抑えることは、
埋め込み特性の向上につながる。

【０１９０】一般に、ＬＳＩでは層間絶縁膜をＣＶＤ法
で形成する場合が多い。しかしながら、このようなＣＶ
Ｄ膜は吸着性を有し、加熱などの熱処理工程の際に水な
どのガスを放出する。この放出ガスは後工程で形成する
Ａｌ配線膜の流動性を劣化させる原因となるため、Ａｌ
配線膜を形成する前に放出ガスを除去する必要がある。

【０１９１】このため、本実施例では、放出ガスを除去
するために、Ａｌ配線膜を形成する前に、６００℃、３
０分間のＮ₂雰囲気下での熱処理をシリコン基板に施し
ている。なお、ここで、Ｎ₂雰囲気以外にＡｒ等の不活
性ガス雰囲気やＨ₂等の還元雰囲気を用いることが可能
である。

【０１９２】ここで、上記熱処理の後、シリコン基板を
大気に晒すと、大気中のＨ₂Ｏ、Ｎ ₂ガスなどが基板表
面に吸着してしまう。このため、吸着ガスの除去工程
は、例えば、真空中のような再吸着のない状態で、Ａｌ
配線膜の形成工程と連続的に行なう必要がある。したが
って、本実施例のように、真空中での熱処理により吸着
ガスの除去を行なう必要がある。更に、本発明者等の研
究によれば、本実施例のように、真空中での加熱により
吸着ガスの除去を行なえば、アスペクト比２以上の接続
孔にＡｌ配線膜を埋め込むことが可能となることを確認
した。

【０１９３】また、本実施例では、Ａｌ配線膜を形成す
る前に、シリコン基板を冷却している。何故ならば、シ
リコン基板が高温に保たれていると、シリコン基板に飛
来したＡｌ原子は基板表面で活発に拡散して島状に成長
し、膜のホモロジーが劣化するという問題が生じるから
である。

【０１９４】膜のホモロジーが劣化するということは、
膜厚に不連続性を生じるということであり、当然、薄い
部分で凝集を起こし易くなる。本発明者等の研究による
と、基板温度が１５０℃以下であれば、Ａｌ配線膜のホ
モロジーが劣化せず、埋め込み特性にも影響を及ぼさな
いことが確認できている。

【０１９５】しかし、吸着ガスの除去工程でシリコン基
板を高温に加熱しているため、基板温度が下がるまで放
置（自然冷却）するには時間が必要であり、工程にかか
る時間が長くなるという問題もある。したがって、本実
施例のように、Ａｌ配線膜の成長室には基板冷却機能を
有していることが望ましい。

【０１９６】（実施例６）次に本発明の第６の実施例に
係るＡｌ配線の形成方法について説明する。本実施例が
第５の実施例と主として異なる点は、イオン照射により
基板表面に吸着したガスを除去することにある。以下、
本実施例のＡｌ配線の形成方法を具体的に説明する。

【０１９７】まず、第４の実施例と同様な方法により、
シリコン基板上にアスペクト比が１を越える接続孔を有
する絶縁膜を形成した後、全面にＴｉ膜とＴｉＮ膜との
積層膜を形成する。次いでシリコン基板に対して、６０
０℃、３０分間、Ｎ₂常圧雰囲気中の電気炉による加熱
を施す。

【０１９８】次にシリコン基板を到達真空度１×１０^-6
Ｐａの基板導入室、搬送室、前処理室、異方性スパッタ
リング室、加熱室および基板取り出し室からなるマルチ
チャンバー中へ設置する。

【０１９９】次にシリコン基板を基板導入室から搬送室
を介して前処理室に搬送する。この前処理室内には、シ
リコン基板を設置するサセプタが設けられており、この
サセプタには、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力
が印加できるようになっている。ここで、シリコン基板
は大気中から基板導入室に導入されるため、基板表面に
は大気中の水分などのガスが吸着している。

【０２００】次に基板表面に吸着したガスを除去するた
めに、例えば、上記前処理室内に圧力４０ＰａのＡｒガ
スを導入するとともに、上記サセプタに高周波電力１０
０Ｗを印加することによりプラズマを発生させ、シリコ
ン基板にＡｒイオンを２０秒間照射する。基板表面のＴ
ｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜はバリアメタルとして用いて
いるため、上記積層膜がスパッタリングされない条件で
イオン照射を行なうことが望ましい。

【０２０１】次にシリコン基板を大気に晒さずに異方性
スパッタリング室に搬送した後、異方性スパッタリング
法により厚さ０．４μｍのＡｌ配線膜を全面に形成す
る。なお、吸着ガスを除去する際のイオン照射により基
板温度が上昇した場合は、この異方性スパッタリング室
内に設けられた基板ステージを冷却することにより、搬
送したシリコン基板を１５０℃以下の温度に冷却する。

【０２０２】最後に、第４の実施例と同様の方法によ
り、Ａｌ配線膜を接続孔へ埋め込んだ後、Ａｌ配線膜等
をパターニングしてＡｌ配線が完成する。

【０２０３】本実施例では、吸着ガスを除去するため
に、シリコン基板にイオンを照射している。吸着ガス
は、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜やシリコン基板等と化
学的に結合していないため、その吸着力は弱い。したが
って、上記積層膜やシリコン基板等をスパッタリングし
ない程度の弱いイオンエネルギーを持つイオンの衝突に
より、容易に吸着ガスを上記積層膜やシリコン基板等か
ら解離させることができ、上記積層膜やシリコン基板等
がダメージを受けるのを防止できる。

【０２０４】なお、本実施例ではイオン照射により吸着
ガスの除去を行なったが、紫外線照射により吸着ガスの
除去を行なっても良い。また、本実施例のイオン照射は
正イオンの照射であったが、負イオンや電子のように負
に帯電した粒子の照射であっても良い。

【０２０５】（実施例７）次に本発明の第７の実施例に
係るＡｌ配線の形成方法について説明する。

【０２０６】まず、第１の実施例と同様の方法により、
シリコン基板上にアスペクト比が１を越える接続孔を有
する絶縁膜を形成した後、全面にＴｉ膜とＴｉＮとの積
層膜を形成する。

【０２０７】次に上記積層膜上に厚さ０．６μｍのＡｌ
配線膜を直流マグネトロンスパッタリング法を用いて無
加熱で形成する。

【０２０８】次にＡｒガスを１０〜１０００ｓｃｃｍの
範囲の流量で流し、０．１〜１００Ｐａの範囲でコンダ
クタンスバルブ等で調整、維持され、基板に１３．５６
ＭＨｚのＲＦ電力を例えば１０〜１００Ｗ／ｃｍ²の範
囲で調整、印加してプラズマ放電を起こさせ、第１のイ
オンエネルギーを有するイオンをＡｌ配線膜に照射す
る。このとき、基板は無加熱とする。

【０２０９】この第１のイオンエネルギーを有するイオ
ンの照射により、第２の実施例と同様に、Ａｌ配線膜が
０．２μｍエッチングされるとともに、接続孔の内面の
最低膜厚が２０ｎｍ以上となるようにする。

【０２１０】次にシリコン基板を処理室に真空搬送し、
例えば、あらかじめ２００〜５００℃に加熱したセラミ
ックヒーター上に搬送して固定する。基板の固定は例え
ば静電チャックを用い、基板裏面にＡｒ等のガスを導入
して熱伝導効率を上げた加熱でも良い。

【０２１１】次にＡｒガスを１０〜１０００ｓｃｃｍの
範囲の流量で流し、０．１〜１００Ｐａの範囲でコンダ
クタンスバルブ等で調整、維持され、基板に１３．５６
ＭＨｚのＲＦ電力を例えば１〜１０Ｗ／ｃｍ²の範囲で
調整、印加してプラズマ放電を起こさせ、第２のイオン
エネルギーを有するイオンをＡｌ配線膜に照射する。こ
の処理室の到達真空度は１０^-6Ｐａ以上の高真空にす
る。

【０２１２】ここで、Ａｌ配線膜表面が第２のイオンエ
ネルギーを有するイオン照射によりほとんどエッチング
されないように、第２のイオンエネルギーを第１のイオ
ンエネルギーよりも小さい値に選ぶ。

【０２１３】このような第２のイオンエネルギーを有す
る荷電粒子の照射は、第１〜第６の実施例に対しても有
効である。

【０２１４】この第２のイオンエネルギーを有する荷電
粒子の照射により、基板加熱温度が低温であっても、Ａ
ｌ配線膜表面のＡｌ原子は衝突したＡｒイオンによりそ
の表面拡散が増速され、表面拡散したＡｌ原子は表面自
由エネルギーを低下させるように接続孔内へ移動し、接
続孔はＡｌ配線膜で埋め込まれる。

【０２１５】最後に、先の実施例と同様に積層膜とＡｌ
配線膜をパターニングしてＡｌ配線膜が完成する。

【０２１６】基板平坦部に比べ、接続孔内は入射Ａｒイ
オンの見込み角が減少するため、接続孔底部ほどＡｒイ
オンによるＡｌ原子拡散の増速は薄れ、かつ基板温度も
低く保たれるために、接続孔底部におけるＡｌ配線膜の
凝集は起こらない。したがって、本実施例ではアスペク
ト比が２を越える接続孔でも低温で埋め込まれることが
確認できた。

【０２１７】本実施例では、平行平板型（容量結合型）
のプラズマ放電を用いている。この方式ではイオン密度
とイオンエネルギーを個々に制御することが難しい。本
発明では、イオンエネルギーを下げてＡｌ配線膜のエッ
チングを抑え、かつイオン密度を高めてＡｌ表面に数多
くのイオンを照射してＡｌ原子の表面拡散を効率的に増
速させることが望ましい。

【０２１８】したがって、イオン密度とイオンエネルギ
ーを個々に制御できるＥＣＲプラズマやヘリコンプラズ
マのようなマイクロ波励起プラズマ放電を用いることも
考えられる。このようなマイクロ波励起プラズマでは、
放電ガス圧を低圧化できるため、処理室のポンプ排気速
度を低下させることなく放電を起こさせることが可能で
ある。ポンプの排気速度の低下がない場合、処理室の到
達真空度を高めることが可能であり、自然酸化膜によっ
て表面拡散が抑制されることなくＡｌ配線膜を接続孔に
埋め込むことができる。

【０２１９】本実施例では、放電中のガスにＡｒを用い
たが、Ａｌ配線膜をエッチングさせないために質量数の
小さい水素（Ｈ）等のような原子を用いても良い。特に
イオン化した水素原子は還元性が高く、高真空化でさえ
も形成してしまう金属表面の自然酸化膜を除去するのに
効果がある。この点から、ＡｒとＨ₂との混合ガスによ
る放電を用いても効果がある。また、イオンエネルギー
を低下した条件で、ＫｒやＸｅ等の質量数の大きい不活
性ガスを用いても良い。この場合、質量数が大きいた
め、Ａｌ配線膜中に進入せず、表面のＡｌ原子だけの表
面拡散を効率的に増速させることができる。

【０２２０】なお、第１〜第７の実施例において、Ａｌ
配線膜の表面に形成される自然酸化膜はＡｌ原子の表面
拡散を妨げる要因となるため、Ａｌ配線膜の形成時、シ
リコン基板の搬送時、およびシリコン基板の加熱時の雰
囲気をすべて表面自然酸化膜が形成されない非酸化雰囲
気あるいは高真空中にすることが望ましい。

【０２２１】また、第１〜第７の実施例において、Ａｌ
配線膜の塑性流動を低温化するためにＡｌ配線膜中に不
純物を添加しても良い。

【０２２２】また、第１〜第７の実施例において、シリ
コン基板の加熱はセラミックヒーターや電気炉を用いて
行なったが、ランプ加熱や誘導加熱等の他の手段を用い
ても良く、その場合の到達温度はＡｌ配線膜の融点以下
が望ましい。更にシリコン基板の加熱（Ａｌ配線膜の加
熱）は、配線となる導電膜が多結晶構造の場合には、後
述するようにＡｌ配線形成後に２回以上の昇降温過程を
繰り返すという本発明の加熱方法を用いることが好まし
く、この方法により結晶粒径を大きくすることが可能と
なる。

【０２２３】また、第１〜第７の実施例において、Ａｌ
配線膜を接続孔へ埋め込みの途中もしくは埋め込みが終
了した後に、埋め込みを補助する目的や膜厚を増加させ
る目的でＡｌ配線膜をさらに形成しても良い。

【０２２４】また、第１〜第７の実施例では、基板とし
てシリコン基板を用いた場合について説明したが、他の
基板を用いても良い。

【０２２５】また、第１〜第７の実施例では、ＡｌとＳ
ｉとＣｕとの合金のＡｌ配線膜の場合について説明した
が、本発明は純Ａｌの配線膜にも有効であり、更に、配
線材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の導電材料や、これ
ら導電材料の合金あるいはこれら導電材料とＡｌとの合
金を用いても良い。

【０２２６】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、第１〜第７の実施例では、Ａ
ｌ配線膜を接続孔へ埋め込む場合について説明したが、
接続孔に限らず絶縁膜表面に形成された凹部、例えば、
埋め込み型配線を形成するための配線状溝の埋め込みに
ついても本発明は有効である。

【０２２７】すなわち、埋込み型配線の場合、配線膜を
形成した後、この配線膜をケミカル・メカニカル・ポリ
ッシング法やエッチバック法等の加工法により、前記凹
部に選択的に埋め込めば良い。

【０２２８】更に、上記接続孔や凹部としては、開孔径
や溝幅が１μｍ以下、更には０．４μｍ以下のものに対
して本発明を有効に適用することが可能である。

【０２２９】更に、導電性被覆膜として、Ｔｉ膜とＴｉ
Ｎ膜との積層膜を用いたが、これに限定されず、高融点
金属膜、高融点金属窒化物膜、または高融点珪化物膜、
更にはこれらの積層膜、例えば、高融点金属膜と高融点
金属窒化物膜との積層膜、高融点金属珪化物膜と高融点
金属窒化物膜との積層膜を用いることができる。高融点
金属としては、Ｔｉ以外に、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ等が
あげられる。

【０２３０】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。

【０２３１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ア
スペクト比が１を越えるような接続孔内に段切れやボイ
ドがない配線層を形成できるので、配線の信頼性を改善
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るＡｌ配線の形成方
法を示す工程断面図

【図２】直流マグネトロンスパッタリング装置の概略構
成を示す模式図

【図３】従来法を用いた場合のＡｌ配線膜の埋め込まれ
方を示す図

【図４】第１の実施例の方法を用いた場合のＡｌ配線膜
の埋め込まれ方を示す図

【図５】第１のイオンエネルギーと第２のイオンエネル
ギーとの関係を示す図

【図６】本発明の第２の実施例に係るＡｌ配線の形成方
法を示す工程断面図

【図７】本発明の熱処理方法と従来の熱処理方法との違
いを説明するための図

【図８】本発明の熱処理後の粒径分布結果と従来法のそ
れとを示す特性図

【図９】本発明の熱処理後の粒界構造と従来法のそれと
を示す配線断面図

【図１０】本発明の熱処理を施したＡｌ配線の配線寿命
分布と従来法のそれとを示す特性図

【図１１】本発明の第４の実施例に係るＡｌ配線の形成
方法を示す工程断面図

【図１２】テーパー角および成膜法の違いによるＡｌ配
線膜の形状を説明する図

【図１３】シリコン基板の温度プロファイルを示す図

【図１４】基板温度とＡｒガスを含むＡｌ配線膜からの
Ａｒの放出量との関係を示す特性図

【符号の説明】

１…支持台２…クランプ３…可変直流電圧源４…スパッタリングターゲット５…可変直流電圧源６…Ａｒ（スパッタリングガス）７…絶縁部材１１…シリコン基板１２…酸化膜１３…接続孔１４…積層膜１５…Ａｌ配線膜１６…ボイド２１…シリコン基板２２…絶縁膜２３…接続孔２４…積層膜２５…Ａｌ配線膜３０…バンブ―粒界構造３１…３重点粒界

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が１を越える接続孔を形成す
る工程と、スパッタリング法により導電膜を前記基板上に形成する
工程と、前記基板をプラズマに晒して前記導電膜の表面をスパッ
タエッチングすることにより、前記接続孔の内面全体を
前記導電膜により被覆する工程と、前記導電膜を加工して配線を形成する工程とを有してな
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が１を越える接続孔を形成す
る工程と、スパッタリング法により導電膜を前記基板上に形成する
工程と、前記基板をプラズマに晒して前記導電膜の表面をスパッ
タエッチングすることにより、前記接続孔の内面全体を
前記導電膜により被覆するとともに、前記基板を加熱し
て前記導電膜を前記接続孔に流動せしめて埋め込む工程
と、前記導電膜を加工して配線を形成する工程とを有してな
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が１を越える接続孔を形成す
る工程と、スパッタリング法により導電膜を前記基板上に形成する
工程と、第１のイオンエネルギーを有する荷電粒子を前記導電膜
に照射して前記導電膜の表面をスパッタエッチングする
ことにより、前記基板を加熱せずに前記接続孔の内面全
体を前記導電膜により被覆する工程と、前記第１のイオンエネルギーよりも小さい第２のイオン
エネルギーを有する荷電粒子を前記導電膜に照射すると
ともに、前記基板を加熱して前記導電膜を前記接続孔に
流動せしめて埋め込む工程と、前記導電膜を加工して配線を形成する工程とを有してなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が１を越える接続孔を形成す
る工程と、前記接続孔の内面における最低膜厚が２０ｎｍ以上とな
る導電膜を全面に形成した後、前記基板を加熱して前記
導電膜を前記接続孔に流動せしめて埋め込む工程と、前記導電膜を加工して配線を形成する工程とを有してな
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が１を越え、開孔側に向かっ
て広がったテーパ形状の接続孔を形成する工程と、前記接続孔の内面における最低膜厚が２０ｎｍ以上とな
る導電膜を異方性スパッタリング法により全面に形成し
た後、前記基板を加熱して前記導電膜を前記接続孔に流
動せしめて埋め込む工程と、前記導電膜を加工して配線を形成する工程とを有してな
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記埋め込み工程における前記基板の加熱
の際に、荷電粒子を前記導電膜に照射し、前記荷電粒子
により、前記導電膜をスパッタエッチングせずに、前記
導電膜の表面の原子の拡散を増速させることを特徴とす
る請求項２、請求項４、請求項５のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項７】基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜にアスペクト比が１を越える接続孔を形成す
る工程と、前記接続孔の内面を被覆する導電性被覆膜を形成する工
程と、少なくとも前記導電性被覆膜の表面に吸着しているガス
を除去する工程と、導電膜を全面に形成するとともに、前記基板を加熱して
前記導電膜を前記接続孔に流動せしめて埋め込む工程
と、前記導電膜を加工して配線を形成する工程とを有してな
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記ガスの除去は、基板加熱、荷電粒子照
射または紫外線照射により行なうことを特徴とする請求
項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記ガスの除去後、前記導電膜の形成前
に、前記基板を冷却することを特徴とする請求項７に記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記導電膜の形成前に、少なくとも前記
接続孔の側部および底部に吸着しているガスを除去する
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記導電膜は多結晶構造であり、前記基
板の加熱は、全面に前記導電膜が形成された後、昇温工
程と降温工程とからなる加熱工程を２回以上繰り返すも
のであることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５、請求項７のいずれかに記載の半導体装置
の製造方法。