JP2739829B2 - 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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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に配線に用いる金属膜および配線の形成方法に
関する。
関し、特に配線に用いる金属膜および配線の形成方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の構造の微細化及び高密度化
は依然として精力的に推し進められている。微細化につ
いては、現在では０．２５μｍ寸法で形成された半導体
素子が用いられ、この寸法を設計基準にした２５６メガ
ビットＤＲＡＭが開発試作されている。高密度化につい
ては、微細化による平面的な高密度化と共に半導体素子
の３次元化による方法が検討され、その中で一部は既に
実用に供されている。事実、この半導体素子の３次元化
は、電極配線の多層構造化あるいは拡散層の多重構造化
と共に、現在では半導体素子の中でキャパシタのような
受動素子でも実用化され、製品レベルの半導体装置にお
いて具現化されている。そして現在ではこの３次元化
は、トランジスタ等の能動素子でも開発レベルで検討さ
れている。
は依然として精力的に推し進められている。微細化につ
いては、現在では０．２５μｍ寸法で形成された半導体
素子が用いられ、この寸法を設計基準にした２５６メガ
ビットＤＲＡＭが開発試作されている。高密度化につい
ては、微細化による平面的な高密度化と共に半導体素子
の３次元化による方法が検討され、その中で一部は既に
実用に供されている。事実、この半導体素子の３次元化
は、電極配線の多層構造化あるいは拡散層の多重構造化
と共に、現在では半導体素子の中でキャパシタのような
受動素子でも実用化され、製品レベルの半導体装置にお
いて具現化されている。そして現在ではこの３次元化
は、トランジスタ等の能動素子でも開発レベルで検討さ
れている。
【０００３】このように微細化と３次元化は、半導体装
置の高集積化、高速化等による高性能化あるいは多機能
化にとって最も効果的な手法であり、今後の半導体装置
の製造にとって必須となっている。
置の高集積化、高速化等による高性能化あるいは多機能
化にとって最も効果的な手法であり、今後の半導体装置
の製造にとって必須となっている。
【０００４】一方で、このような微細化と３次元化のた
めに、半導体素子の平坦性が悪くなり、前記の多層配線
の形成がその必要性にも拘らず益々難しくなってきてい
る。これは、３次元化と共に、半導体素子の横寸法に比
べ縦寸法がより増大し、半導体素子のあるところとない
ところでの段差が大きくなるためである。このために、
半導体基板表面の拡散層と配線間あるいは多層配線間の
層間絶縁膜の膜厚は増大し、この層間絶縁膜に形成され
るコンタクト孔のアスペクト比が増大する。そしてこの
コンタクト孔への金属の充填が難しくなる傾向にある。
そしてこの傾向は微細な半導体素子ほどより顕著に表れ
る。
めに、半導体素子の平坦性が悪くなり、前記の多層配線
の形成がその必要性にも拘らず益々難しくなってきてい
る。これは、３次元化と共に、半導体素子の横寸法に比
べ縦寸法がより増大し、半導体素子のあるところとない
ところでの段差が大きくなるためである。このために、
半導体基板表面の拡散層と配線間あるいは多層配線間の
層間絶縁膜の膜厚は増大し、この層間絶縁膜に形成され
るコンタクト孔のアスペクト比が増大する。そしてこの
コンタクト孔への金属の充填が難しくなる傾向にある。
そしてこの傾向は微細な半導体素子ほどより顕著に表れ
る。
【０００５】この拡散層と配線間あるいは多層配線間を
接続する方法及びコンタクト孔への導電体材の充填方法
については、アルミ金属膜等のＣＶＤ（化学的気相成
長）法（以下、アルミＣＶＤ法と呼称する）による金属
膜の成膜方法が、コンタクト孔への導電体材の埋設と金
属の配線とを同時に行うために最も有望視されてきてい
る。
接続する方法及びコンタクト孔への導電体材の充填方法
については、アルミ金属膜等のＣＶＤ（化学的気相成
長）法（以下、アルミＣＶＤ法と呼称する）による金属
膜の成膜方法が、コンタクト孔への導電体材の埋設と金
属の配線とを同時に行うために最も有望視されてきてい
る。
【０００６】以下、このアルミＣＶＤ法を用いた従来の
配線の形成方法について説明する。図５はこの従来技術
を示した工程順の断面図である。図５（ａ）に示すよう
にシリコン基板２１の所定の領域に拡散層２２が形成さ
れる。このようにした後、シリコン基板の全面を被覆す
る層間絶縁膜２３が堆積される。次に、コンタクト孔２
４が公知のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング
技術で拡散層２２上に形成される。そして、このコンタ
クト孔２４および層間絶縁膜２３表面にチタン金属層２
５と窒化チタン金属層２６とが積層して形成される。こ
こで、チタン金属層２５あるいはバリアメタルである窒
化チタン金属層２６はそれぞれスパッタ法で成膜され
る。
配線の形成方法について説明する。図５はこの従来技術
を示した工程順の断面図である。図５（ａ）に示すよう
にシリコン基板２１の所定の領域に拡散層２２が形成さ
れる。このようにした後、シリコン基板の全面を被覆す
る層間絶縁膜２３が堆積される。次に、コンタクト孔２
４が公知のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング
技術で拡散層２２上に形成される。そして、このコンタ
クト孔２４および層間絶縁膜２３表面にチタン金属層２
５と窒化チタン金属層２６とが積層して形成される。こ
こで、チタン金属層２５あるいはバリアメタルである窒
化チタン金属層２６はそれぞれスパッタ法で成膜され
る。
【０００７】次に、図５（ｂ）に示すようにアルミＣＶ
Ｄ法でアルミ金属膜２７が成膜される。ここで、このア
ルミＣＶＤの反応ガスとしてヂメチルアルミハイドライ
ド（ＤＭＡＨ）等のアルキル金属のソースガスが、雰囲
気ガスとしてＡｒあるいはＨ2 ガスがそれぞれ用いられ
る。また、この成膜の温度は１００〜２００℃に設定さ
れる。
Ｄ法でアルミ金属膜２７が成膜される。ここで、このア
ルミＣＶＤの反応ガスとしてヂメチルアルミハイドライ
ド（ＤＭＡＨ）等のアルキル金属のソースガスが、雰囲
気ガスとしてＡｒあるいはＨ2 ガスがそれぞれ用いられ
る。また、この成膜の温度は１００〜２００℃に設定さ
れる。
【０００８】以上の従来の技術の説明では、拡散層に電
気接続する配線の形成について説明した。ここで、拡散
層に代えた多層配線の下層の配線と上層の配線を電気接
続する場合も同様に形成される。
気接続する配線の形成について説明した。ここで、拡散
層に代えた多層配線の下層の配線と上層の配線を電気接
続する場合も同様に形成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の配線の
形成方法では、バリアメタルとＣＶＤ法で形成する金属
膜との接着性は悪く、アルミＣＶＤ法でアルミ金属膜を
成膜後に図５（ｂ）に示すような金属膜膨れ２８が局所
的に生じる。これは、先述したチタン金属層２５および
窒化チタン金属層２６に含まれる水素がこのチタン金属
層から離脱しアルミ金属膜の一部を押上げるために生じ
る。このような金属膜膨れは、微細配線を形成するため
の微細加工性を著しく損なうとともに、配線のハガレあ
るいは凹凸を生じさせる。
形成方法では、バリアメタルとＣＶＤ法で形成する金属
膜との接着性は悪く、アルミＣＶＤ法でアルミ金属膜を
成膜後に図５（ｂ）に示すような金属膜膨れ２８が局所
的に生じる。これは、先述したチタン金属層２５および
窒化チタン金属層２６に含まれる水素がこのチタン金属
層から離脱しアルミ金属膜の一部を押上げるために生じ
る。このような金属膜膨れは、微細配線を形成するため
の微細加工性を著しく損なうとともに、配線のハガレあ
るいは凹凸を生じさせる。
【００１０】さらに、従来のＣＶＤ法で形成されたアル
ミ金属膜には多量の水素が含有され、このアルミ金属膜
で形成された配線の信頼性が著しく低下する。特に配線
のエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性が劣化す
る。
ミ金属膜には多量の水素が含有され、このアルミ金属膜
で形成された配線の信頼性が著しく低下する。特に配線
のエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性が劣化す
る。
【００１１】本発明の目的は、上述のような問題点を解
決し信頼性の高い微細な多層配線の形成を容易にするも
のである。
決し信頼性の高い微細な多層配線の形成を容易にするも
のである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】このために本発明の半導
体装置の製造方法は、半導体基板の表面に形成された層
間絶縁膜上にバリアメタルを形成する工程と、前記バリ
アメタルを１０-5Ｔｏｒｒ以下の圧力の高真空中で第１
の熱処理する工程と、前記第１の熱処理の工程後に前記
第１の熱処理の施されたバリアメタル上に化学的気相成
長法により金属膜を堆積させる工程とを含む。
体装置の製造方法は、半導体基板の表面に形成された層
間絶縁膜上にバリアメタルを形成する工程と、前記バリ
アメタルを１０-5Ｔｏｒｒ以下の圧力の高真空中で第１
の熱処理する工程と、前記第１の熱処理の工程後に前記
第１の熱処理の施されたバリアメタル上に化学的気相成
長法により金属膜を堆積させる工程とを含む。
【００１３】ここで、前記バリアメタルがチタン金属薄
膜上に積層して形成された窒化チタン薄膜であり、前記
熱処理の温度は３５０℃以上で且つ８００℃以下に設定
される。
膜上に積層して形成された窒化チタン薄膜であり、前記
熱処理の温度は３５０℃以上で且つ８００℃以下に設定
される。
【００１４】あるいは、前記の化学的気相成長法による
金属膜の堆積後に、前記金属膜に１０ −５ Ｔｏｒｒ以下
の圧力の高真空中での第２の熱処理を施す。
金属膜の堆積後に、前記金属膜に１０ −５ Ｔｏｒｒ以下
の圧力の高真空中での第２の熱処理を施す。
【００１５】ここで、前記化学的気相成長法で堆積する
金属膜がアルミ金属膜であり、前記アルミ金属膜の堆積
後引き続いて１０ −５ Ｔｏｒｒ以下の圧力の高真空中で
３００℃以上で且つ６００℃以下である第２の熱処理が
施される。
金属膜がアルミ金属膜であり、前記アルミ金属膜の堆積
後引き続いて１０ −５ Ｔｏｒｒ以下の圧力の高真空中で
３００℃以上で且つ６００℃以下である第２の熱処理が
施される。
【００１６】さらには、前記金属膜がアルミニウムと銅
との合金あるいは銅の薄膜が用いられる。
との合金あるいは銅の薄膜が用いられる。
【００１７】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の実施例の半導体装置の製造方法を説
明するための工程順の断面図である。図１（ａ）に示す
ように、シリコン基板１の表面の所定領域に拡散層２が
形成される。このようにした後、層間絶縁膜３が形成さ
れる。ここで、この層間絶縁膜３はＣＶＤ法で堆積され
るシリコン酸化膜あるいはＢＰＳＧ膜（ボロンガラスと
リンガラスを含むシリコン酸化膜）である。次に、公知
のフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術
でコンタクト孔４が形成される。例えば、このコンタク
ト孔の口径寸法は０．３μｍに設定される。
る。図１は本発明の実施例の半導体装置の製造方法を説
明するための工程順の断面図である。図１（ａ）に示す
ように、シリコン基板１の表面の所定領域に拡散層２が
形成される。このようにした後、層間絶縁膜３が形成さ
れる。ここで、この層間絶縁膜３はＣＶＤ法で堆積され
るシリコン酸化膜あるいはＢＰＳＧ膜（ボロンガラスと
リンガラスを含むシリコン酸化膜）である。次に、公知
のフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術
でコンタクト孔４が形成される。例えば、このコンタク
ト孔の口径寸法は０．３μｍに設定される。
【００１８】次に、チタン金属層５がコリメーテッドス
パッタ法で成膜される。ここで、このチタン金属層５の
膜厚は２０〜４０ｎｍに設定される。このようにした
後、通常のスパッタ法あるいはＣＶＤ法で窒化チタン金
属層６が形成される。この窒化チタン金属層６の膜厚は
５０〜１００ｎｍである。ここで、ＣＶＤ法により窒化
チタン金属層６を成膜する場合には、反応ガスとしてＴ
ｉＣｌ4 とＮＨ3 の混合ガスが用いられ、雰囲気ガスと
してＮ2 あるいはＨ2 ガスが用いられる。なお、この成
膜の温度およびガス圧力はそれぞれ５００〜６００℃、
１〜１０Ｔｏｒｒで設定される。
パッタ法で成膜される。ここで、このチタン金属層５の
膜厚は２０〜４０ｎｍに設定される。このようにした
後、通常のスパッタ法あるいはＣＶＤ法で窒化チタン金
属層６が形成される。この窒化チタン金属層６の膜厚は
５０〜１００ｎｍである。ここで、ＣＶＤ法により窒化
チタン金属層６を成膜する場合には、反応ガスとしてＴ
ｉＣｌ4 とＮＨ3 の混合ガスが用いられ、雰囲気ガスと
してＮ2 あるいはＨ2 ガスが用いられる。なお、この成
膜の温度およびガス圧力はそれぞれ５００〜６００℃、
１〜１０Ｔｏｒｒで設定される。
【００１９】次に、図１（ａ）状態になったシリコン基
板を真空アニールする。この真空アニールはランプ加熱
部を具備し真空度を１０−５〜１０−８Ｔｏｒｒにでき
る真空系を有する真空アニール装置で行われる。ここ
で、真空アニールの条件は加熱の温度が３５０℃で真空
度が１０−７Ｔｏｒｒになるように設定される。そし
て、３０秒間真空アニールされる。この真空アニールに
より、図１（ｂ）に示すように脱ガス７が発生する。こ
の脱ガス７は後述するようにＨ ２ ガスである。
板を真空アニールする。この真空アニールはランプ加熱
部を具備し真空度を１０−５〜１０−８Ｔｏｒｒにでき
る真空系を有する真空アニール装置で行われる。ここ
で、真空アニールの条件は加熱の温度が３５０℃で真空
度が１０−７Ｔｏｒｒになるように設定される。そし
て、３０秒間真空アニールされる。この真空アニールに
より、図１（ｂ）に示すように脱ガス７が発生する。こ
の脱ガス７は後述するようにＨ ２ ガスである。
【００２０】次に、図１（ｃ）に示すようにアルミ金属
膜８がＣＶＤ法で形成される。ここで、このＣＶＤの反
応ガスとしてＤＭＡＨ等のアルキル金属のソースガス
が、雰囲気ガスとしてＨ2 ガスがそれぞれ用いられる。
そして、これらのガスの全圧力が１Ｔｏｒｒになるよう
に設定される。また、この成膜の温度は１００〜１５０
℃に設定される。このようにして、膜厚が５００ｎｍの
アルミ金属膜８が窒化チタン金属層６に被着し、コンタ
クト孔４を埋設するように堆積される。
膜８がＣＶＤ法で形成される。ここで、このＣＶＤの反
応ガスとしてＤＭＡＨ等のアルキル金属のソースガス
が、雰囲気ガスとしてＨ2 ガスがそれぞれ用いられる。
そして、これらのガスの全圧力が１Ｔｏｒｒになるよう
に設定される。また、この成膜の温度は１００〜１５０
℃に設定される。このようにして、膜厚が５００ｎｍの
アルミ金属膜８が窒化チタン金属層６に被着し、コンタ
クト孔４を埋設するように堆積される。
【００２１】以上のようにして、コンタクト孔４内に埋
設される導電体材と配線とになるアルミ金属膜が形成さ
れる。
設される導電体材と配線とになるアルミ金属膜が形成さ
れる。
【００２２】次に、図１（ｂ）に示した脱ガス７の分析
について説明する。この脱ガス分析は、昇温ガス脱離分
析方法により行われる。すなわち、この分析手法では、
測定する試料の温度を一定の昇温速度で上昇させ、試料
から放出する原子あるいは分子等の脱ガスが四重極質量
分析装置で分析されて、脱ガスの質量ごとにその脱ガス
の量が定量化される。ここで、昇温ガス脱離の条件は、
温度範囲１００〜７００℃、昇温速度１００℃／分、分
析装置内のバックグラウンドの圧力１×１０-9Ｔｏｒｒ
である。そして、分析ガスの質量範囲は、質量／電荷に
換算して２〜１００である。
について説明する。この脱ガス分析は、昇温ガス脱離分
析方法により行われる。すなわち、この分析手法では、
測定する試料の温度を一定の昇温速度で上昇させ、試料
から放出する原子あるいは分子等の脱ガスが四重極質量
分析装置で分析されて、脱ガスの質量ごとにその脱ガス
の量が定量化される。ここで、昇温ガス脱離の条件は、
温度範囲１００〜７００℃、昇温速度１００℃／分、分
析装置内のバックグラウンドの圧力１×１０-9Ｔｏｒｒ
である。そして、分析ガスの質量範囲は、質量／電荷に
換算して２〜１００である。
【００２３】図１（ａ）状態のシリコン基板を昇温ガス
脱離分析した結果が図２に示される。先述した脱ガス７
は、温度が３００℃付近から急激に増加し３５０℃でピ
ークになる。この脱ガスは前述の質量分析よりＨ2 であ
る。このＨ2 ガスは図１に示した窒化チタン金属層６あ
るいはチタン金属層５から離脱したものである。
脱離分析した結果が図２に示される。先述した脱ガス７
は、温度が３００℃付近から急激に増加し３５０℃でピ
ークになる。この脱ガスは前述の質量分析よりＨ2 であ
る。このＨ2 ガスは図１に示した窒化チタン金属層６あ
るいはチタン金属層５から離脱したものである。
【００２４】次に、この真空アニールの効果について説
明する。表１は、図１（ｂ）の工程で真空アニールの温
度条件を変え真空アニールして、図１（ｃ）の工程後の
アルミ金属膜８の堆積状態をまとめたものである。
明する。表１は、図１（ｂ）の工程で真空アニールの温
度条件を変え真空アニールして、図１（ｃ）の工程後の
アルミ金属膜８の堆積状態をまとめたものである。
【００２５】
【表１】
【００２６】ここで、真空アニールの真空度は１０-7Ｔ
ｏｒｒであり、アニール時間は３０秒である。
ｏｒｒであり、アニール時間は３０秒である。
【００２７】この表に示す水準４または５からも判るよ
うに、真空アニールの温度が３５０℃以上になるとアル
ミ金属膜の膨れは全く生じなくなり、更に、下層の窒化
チタン金属層との接着性は非常に向上する。
うに、真空アニールの温度が３５０℃以上になるとアル
ミ金属膜の膨れは全く生じなくなり、更に、下層の窒化
チタン金属層との接着性は非常に向上する。
【００２８】このアルミ金属膜の堆積状態は、真空アニ
ール温度の低下とともに悪くなる。水準１および２では
アルミ金属膜の膨れが生じその接着性は悪い。水準３で
は、アルミ金属膜の膨れは発生せずその接着度はそれほ
ど悪くないが不充分な状態である。なお、水準１は先述
した従来の技術の場合に相当している。
ール温度の低下とともに悪くなる。水準１および２では
アルミ金属膜の膨れが生じその接着性は悪い。水準３で
は、アルミ金属膜の膨れは発生せずその接着度はそれほ
ど悪くないが不充分な状態である。なお、水準１は先述
した従来の技術の場合に相当している。
【００２９】ここで、この真空アニールの温度は高い程
その脱ガスの効果は増大する。しかし、余り高温になる
と拡散層２の接合の深さが増大し浅接合の形成が困難に
なる。特に導電型がｐ型の拡散層の浅接合化が難しくな
る。そこで、この真空アニールの温度は８００℃以下に
設定されるのがよい。ここで、このアニール時の真空度
が１０-5Ｔｏｒｒ以上であれば真空アニールに要する時
間は１分間以下となり、前述のｐ型の拡散層の接合深さ
は全く変化せず、深さ０．１μｍ以下の接合が確保され
るようになる。
その脱ガスの効果は増大する。しかし、余り高温になる
と拡散層２の接合の深さが増大し浅接合の形成が困難に
なる。特に導電型がｐ型の拡散層の浅接合化が難しくな
る。そこで、この真空アニールの温度は８００℃以下に
設定されるのがよい。ここで、このアニール時の真空度
が１０-5Ｔｏｒｒ以上であれば真空アニールに要する時
間は１分間以下となり、前述のｐ型の拡散層の接合深さ
は全く変化せず、深さ０．１μｍ以下の接合が確保され
るようになる。
【００３０】本実施例の真空アニールが、マルチチャン
バーを備えた一の処理装置内で先述したバリアメタルの
成膜に引き続いて行われると、これらの配線の工程はよ
り簡便化される。ここで、この真空アニールの真空度は
１０-5Ｔｏｒｒ以上であれば１分程度のアニール時間で
先述したアニール効果が生じるようになる。
バーを備えた一の処理装置内で先述したバリアメタルの
成膜に引き続いて行われると、これらの配線の工程はよ
り簡便化される。ここで、この真空アニールの真空度は
１０-5Ｔｏｒｒ以上であれば１分程度のアニール時間で
先述したアニール効果が生じるようになる。
【００３１】
【００３２】次に本発明の第２の実施例について図３に
基づいて説明する。図３は本発明の半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図である。図３（ａ）に示すよう
に図１で説明したのと同様にして拡散層、層間絶縁膜お
よびバリアメタル等がシリコン基板上に形成される。す
なわち、初め、シリコン基板１の表面の所定領域に拡散
層２が形成される。そして層間絶縁膜３が形成される。
ここで、この層間絶縁膜３はＣＶＤ法で堆積されるシリ
コン酸化膜である。次に、公知のフォトリソグラフィ技
術およびドライエッチング技術でコンタクト孔４が形成
される。例えば、このコンタクト孔の口径寸法は０．２
μｍに設定される。
基づいて説明する。図３は本発明の半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図である。図３（ａ）に示すよう
に図１で説明したのと同様にして拡散層、層間絶縁膜お
よびバリアメタル等がシリコン基板上に形成される。す
なわち、初め、シリコン基板１の表面の所定領域に拡散
層２が形成される。そして層間絶縁膜３が形成される。
ここで、この層間絶縁膜３はＣＶＤ法で堆積されるシリ
コン酸化膜である。次に、公知のフォトリソグラフィ技
術およびドライエッチング技術でコンタクト孔４が形成
される。例えば、このコンタクト孔の口径寸法は０．２
μｍに設定される。
【００３３】次に、チタン金属層５がコリメーテッドス
パッタ法で成膜される。ここで、このチタン金属膜５の
膜厚は２０ｎｍ程度に設定される。このようにした後、
ＣＶＤ法で窒化チタン金属層６を形成する。この窒化チ
タン金属の膜厚は５０ｎｍ程度である。ここで、ＣＶＤ
法による窒化チタン金属の成膜では、反応ガスとしてＴ
ｉＣｌ4 またはアルキルＴｉとＮ2 Ｈ2 の混合ガスが用
いられ、雰囲気ガスとしてＮ2 あるいはＨ2 ガスが用い
られる。ここで、ガスの全圧力は１Ｔｏｒｒ程度に、成
膜の温度は４００℃程度にそれぞれ設定される。
パッタ法で成膜される。ここで、このチタン金属膜５の
膜厚は２０ｎｍ程度に設定される。このようにした後、
ＣＶＤ法で窒化チタン金属層６を形成する。この窒化チ
タン金属の膜厚は５０ｎｍ程度である。ここで、ＣＶＤ
法による窒化チタン金属の成膜では、反応ガスとしてＴ
ｉＣｌ4 またはアルキルＴｉとＮ2 Ｈ2 の混合ガスが用
いられ、雰囲気ガスとしてＮ2 あるいはＨ2 ガスが用い
られる。ここで、ガスの全圧力は１Ｔｏｒｒ程度に、成
膜の温度は４００℃程度にそれぞれ設定される。
【００３４】次に、図３（ｂ）に示すように、先述した
第１の実施例と同様にして真空アニールが施される。こ
こで、真空アニールの条件は加熱の温度が３５０℃で真
空度が１０-6Ｔｏｒｒになるように設定される。そし
て、３０秒間真空アニールされる。この真空アニールに
より、図３（ｂ）に示すように脱ガス７が発生する。
第１の実施例と同様にして真空アニールが施される。こ
こで、真空アニールの条件は加熱の温度が３５０℃で真
空度が１０-6Ｔｏｒｒになるように設定される。そし
て、３０秒間真空アニールされる。この真空アニールに
より、図３（ｂ）に示すように脱ガス７が発生する。
【００３５】次に、図３（ｃ）に示すようにアルミ金属
膜８が堆積される。ここで、このアルミ金属膜８の成膜
は第１の実施例で説明したと同様の方法で行われる。す
なわち、アルミ金属膜８はＣＶＤ法で形成される。この
ＣＶＤの反応ガスとしてＤＭＡＨ等のアルキル金属のソ
ースガスが、雰囲気ガスとしてＨ2 ガスがそれぞれ用い
られる。そして、これらのガスの全圧力が１Ｔｏｒｒに
なるように設定される。また、この成膜の温度は１００
〜１５０℃に設定される。このようにして、膜厚が５０
０ｎｍのアルミ金属膜８が窒化チタン金属層６に被着
し、コンタクト孔４を埋設するように堆積される。
膜８が堆積される。ここで、このアルミ金属膜８の成膜
は第１の実施例で説明したと同様の方法で行われる。す
なわち、アルミ金属膜８はＣＶＤ法で形成される。この
ＣＶＤの反応ガスとしてＤＭＡＨ等のアルキル金属のソ
ースガスが、雰囲気ガスとしてＨ2 ガスがそれぞれ用い
られる。そして、これらのガスの全圧力が１Ｔｏｒｒに
なるように設定される。また、この成膜の温度は１００
〜１５０℃に設定される。このようにして、膜厚が５０
０ｎｍのアルミ金属膜８が窒化チタン金属層６に被着
し、コンタクト孔４を埋設するように堆積される。
【００３６】このアルミ金属膜８の成膜後、再び高真空
アニールが施される。この高真空アニールにより再脱ガ
ス９が発生する。ここで、真空アニールの条件は加熱の
温度が３００〜３５０℃で真空度が１０-6Ｔｏｒｒにな
るように設定される。そして、３０秒間〜１分間の真空
アニールがなされる。
アニールが施される。この高真空アニールにより再脱ガ
ス９が発生する。ここで、真空アニールの条件は加熱の
温度が３００〜３５０℃で真空度が１０-6Ｔｏｒｒにな
るように設定される。そして、３０秒間〜１分間の真空
アニールがなされる。
【００３７】このようにして、図３（ｄ）に示すように
シリコン基板１上に形成された拡散層２に電気接続する
信頼性の高い配線が形成される。
シリコン基板１上に形成された拡散層２に電気接続する
信頼性の高い配線が形成される。
【００３８】次に、前述の再脱ガス９の分析結果につい
て説明する。図３（ｄ）状態のシリコン基板を昇温ガス
脱離分析した結果が図４に示される。先述した再脱ガス
９の量は、温度が２７０℃付近でＣＨ4 による１つのピ
ークになり、３４０℃付近でＨ2 によるピークになる。
ここで、これらのガスはアルミ金属膜８から離脱したも
のである。
て説明する。図３（ｄ）状態のシリコン基板を昇温ガス
脱離分析した結果が図４に示される。先述した再脱ガス
９の量は、温度が２７０℃付近でＣＨ4 による１つのピ
ークになり、３４０℃付近でＨ2 によるピークになる。
ここで、これらのガスはアルミ金属膜８から離脱したも
のである。
【００３９】この昇温ガス脱離分析の結果は、このよう
なアルミ金属膜８の真空アニールの温度を３００℃以上
にすれば再脱ガスの効果が充分に現れることを示してい
る。このようにアルミ金属膜を成膜後に真空アニールす
ると、配線の信頼性が更に向上する。すなわち、真空ア
ニールしない場合に比べＥＭ耐性は約３倍に向上する。
また、ストレスマイグレーション（ＳＭ）耐性も２倍強
に向上する。更に、ＣＶＤ法で形成したアルミ金属膜の
表面の平滑性が図３（ｃ）に示すように図１（ｃ）で示
す場合より向上する。
なアルミ金属膜８の真空アニールの温度を３００℃以上
にすれば再脱ガスの効果が充分に現れることを示してい
る。このようにアルミ金属膜を成膜後に真空アニールす
ると、配線の信頼性が更に向上する。すなわち、真空ア
ニールしない場合に比べＥＭ耐性は約３倍に向上する。
また、ストレスマイグレーション（ＳＭ）耐性も２倍強
に向上する。更に、ＣＶＤ法で形成したアルミ金属膜の
表面の平滑性が図３（ｃ）に示すように図１（ｃ）で示
す場合より向上する。
【００４０】この実施例の場合には、このアルミ金属膜
の真空アニールでの加熱温度は、アルミ金属膜の融点の
温度６６０℃以下に設定すればよい。しかし、多層配線
の場合に下層にアルミ金属による配線が形成されている
とこの加熱温度は６００℃以下に設定される必要が生じ
る。ここで真空アニールの温度が６００℃を超えるとこ
の下層の配線の形状変形が生じるためである。
の真空アニールでの加熱温度は、アルミ金属膜の融点の
温度６６０℃以下に設定すればよい。しかし、多層配線
の場合に下層にアルミ金属による配線が形成されている
とこの加熱温度は６００℃以下に設定される必要が生じ
る。ここで真空アニールの温度が６００℃を超えるとこ
の下層の配線の形状変形が生じるためである。
【００４１】本実施例での一連の配線形成では、マルチ
チャンバーを備えた一の処理装置内で先述したバリアメ
タルの成膜に引き続いて真空アニールが、更にアルミ金
属膜の成膜に引き続いて再真空アニールがそれぞれ行わ
れると、これらの配線形成の工程はより簡便化される。
そして、形成された配線の信頼性は更に向上する。
チャンバーを備えた一の処理装置内で先述したバリアメ
タルの成膜に引き続いて真空アニールが、更にアルミ金
属膜の成膜に引き続いて再真空アニールがそれぞれ行わ
れると、これらの配線形成の工程はより簡便化される。
そして、形成された配線の信頼性は更に向上する。
【００４２】以上の第１および第２の実施例では、バリ
アメタルとしてタングステン等の高融点金属あるいはそ
の窒化物が用いられても同様の効果が生じる。また、ア
ルミＣＶＤでの原料ガスとしてＤＭＡＨを用いる場合に
ついて説明したが、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩ
ＢＡ）を原料ガスとして用いても同様の効果が得られる
ことに言及しておく。さらには、アルミ金属に変えてア
ルミ銅の合金をＣＶＤ法で形成する場合、あるいは銅を
ＣＶＤ法で形成する場合でも同様の効果が得られる。
アメタルとしてタングステン等の高融点金属あるいはそ
の窒化物が用いられても同様の効果が生じる。また、ア
ルミＣＶＤでの原料ガスとしてＤＭＡＨを用いる場合に
ついて説明したが、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩ
ＢＡ）を原料ガスとして用いても同様の効果が得られる
ことに言及しておく。さらには、アルミ金属に変えてア
ルミ銅の合金をＣＶＤ法で形成する場合、あるいは銅を
ＣＶＤ法で形成する場合でも同様の効果が得られる。
【００４３】なお、以上の第１あるいは第２の実施例で
説明した真空アニールの真空度は、１０-5以上であれば
そのアニール時間は１分間以下にでき、半導体装置の生
産上での問題は生じない。
説明した真空アニールの真空度は、１０-5以上であれば
そのアニール時間は１分間以下にでき、半導体装置の生
産上での問題は生じない。
【００４４】また、これらの実施例では拡散層に電気接
続する配線の形成について主に説明したが、多層配線に
おける下層の配線と上層の配線とを接続する場合でも同
様の効果が得られることにも言及しておく。
続する配線の形成について主に説明したが、多層配線に
おける下層の配線と上層の配線とを接続する場合でも同
様の効果が得られることにも言及しておく。
【００４５】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の半導体
装置の製造方法では、バリアメタルの成膜あるいはＣＶ
Ｄ法による金属膜の成膜後に真空アニールが施される。
これにより、ＣＶＤ法で成膜する金属膜に生じるこの金
属膜のバリアメタルからの局所的な膨れは抑制され、さ
らに、金属膜とバリアメタルとの接着度は大幅に向上す
るようになる。また、ＣＶＤ法で成膜した金属膜配線の
ＥＭあるいはＳＭ耐性を含めた信頼性も向上する。
装置の製造方法では、バリアメタルの成膜あるいはＣＶ
Ｄ法による金属膜の成膜後に真空アニールが施される。
これにより、ＣＶＤ法で成膜する金属膜に生じるこの金
属膜のバリアメタルからの局所的な膨れは抑制され、さ
らに、金属膜とバリアメタルとの接着度は大幅に向上す
るようになる。また、ＣＶＤ法で成膜した金属膜配線の
ＥＭあるいはＳＭ耐性を含めた信頼性も向上する。
【００４６】更には、金属膜の先述した膨れの防止ある
いは金属膜表面の平滑性の向上により、微細な配線パタ
ーンの形成が容易になる。
いは金属膜表面の平滑性の向上により、微細な配線パタ
ーンの形成が容易になる。
【００４７】以上のようにして本発明では、信頼性の高
い微細な多層配線の形成が容易になり、半導体装置の高
集積化あるいは高密度化が促進される。
い微細な多層配線の形成が容易になり、半導体装置の高
集積化あるいは高密度化が促進される。
【図１】本発明の第１の実施例を説明する工程順の略断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の第１の実施例の効果を説明する昇温ガ
ス脱離分析図である。
ス脱離分析図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明する工程順の略断
面図である。
面図である。
【図４】本発明の第２の実施例の効果を説明する昇温ガ
ス脱離分析図である。
ス脱離分析図である。
【図５】従来の技術を説明する工程順の略断面図であ
る。
る。
１，２１ シリコン基板 ２，２２ 拡散層 ３，２３ 層間絶縁膜 ４，２４ コンタクト孔 ５，２５ チタン金属層 ６，２６ 窒化チタン金属層 ７ 脱ガス ８，２７ アルミ金属膜 ９ 再脱ガス ２８ 金属膜膨れ
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板の表面に形成された層間絶縁
膜上にバリアメタルを成膜する工程と、前記バリアメタ
ルを１０-5Ｔｏｒｒ以下の圧力の高真空中で第１の熱処
理する工程と、前記第１の熱処理の工程後に前記第１の
熱処理の施されたバリアメタル上に化学的気相成長法に
より金属膜を堆積させる工程とを含むことを特徴とした
半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記バリアメタルがチタン金属薄膜上に
積層して形成された窒化チタン薄膜であり、前記第１の
熱処理の温度が３５０℃以上で且つ８００℃以下である
ことを特徴とした請求項１記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３】 前記化学的気相成長法による前記金属膜
の成膜後に前記金属膜を１０ −５ Ｔｏｒｒ以下の圧力の
高真空中で第２の熱処理することを特徴とした請求項１
または請求項２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記化学的気相成長法で堆積する金属膜
がアルミニウムの薄膜であり、前記第２の熱処理の温度
が３００℃以上で且つ６００℃以下であることを特徴と
した請求項３記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記金属膜がアルミニウムと銅との合金
あるいは銅の薄膜であることを特徴とした請求項１、請
求項２または請求項３記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6327914A JP2739829B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6327914A JP2739829B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08186084A JPH08186084A (ja) | 1996-07-16 |
| JP2739829B2 true JP2739829B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=18204414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6327914A Expired - Lifetime JP2739829B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2739829B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11317452A (ja) * | 1997-08-29 | 1999-11-16 | Seiko Epson Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02181919A (ja) * | 1989-01-09 | 1990-07-16 | Seiko Epson Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPH04296020A (ja) * | 1991-03-25 | 1992-10-20 | Nec Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JPH06283440A (ja) * | 1993-03-29 | 1994-10-07 | Kawasaki Steel Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP3310397B2 (ja) * | 1993-07-07 | 2002-08-05 | 川崎マイクロエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1994
- 1994-12-28 JP JP6327914A patent/JP2739829B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08186084A (ja) | 1996-07-16 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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