JP2757705B2 - 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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- JP2757705B2 JP2757705B2 JP4242452A JP24245292A JP2757705B2 JP 2757705 B2 JP2757705 B2 JP 2757705B2 JP 4242452 A JP4242452 A JP 4242452A JP 24245292 A JP24245292 A JP 24245292A JP 2757705 B2 JP2757705 B2 JP 2757705B2
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- gas
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- semiconductor device
- sputtering
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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
関するものである。
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、配線形成工程におけるＡｌ合金の
スパッタによる埋め込みは、ベースプレッシャーが１０
- 8 Ｔｏｒｒの装置で、成膜中の不純物ガス圧を制御す
ることなく、基板温度を５００℃以上にあげて、Ａｌ−
ＳｉまたはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕの合金をスパッタ法で成膜
し、埋め込みを行っていた。しかしこの方法では、成膜
中に表面が酸化されるため、Ａｌ合金を半溶融状態にし
てホールを埋め込むことの妨げとなる。不純物ガス濃度
が高い状態で埋め込みを行うためには、成膜中のＡｌ合
金の流動性を上げる必要があるため、基板温度を５００
℃以上の温度にする必要があった。
スパッタによる埋め込みは、ベースプレッシャーが１０
- 8 Ｔｏｒｒの装置で、成膜中の不純物ガス圧を制御す
ることなく、基板温度を５００℃以上にあげて、Ａｌ−
ＳｉまたはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕの合金をスパッタ法で成膜
し、埋め込みを行っていた。しかしこの方法では、成膜
中に表面が酸化されるため、Ａｌ合金を半溶融状態にし
てホールを埋め込むことの妨げとなる。不純物ガス濃度
が高い状態で埋め込みを行うためには、成膜中のＡｌ合
金の流動性を上げる必要があるため、基板温度を５００
℃以上の温度にする必要があった。
【０００３】Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等Ａｌ合金を電極や配線
に用いた場合、基板加熱温度が５００℃を越えると、微
細な配線中にＳｉの塊が析出しその部分が非常に高抵抗
になってしまう。特に０．２μｍ程度の幅の微細配線で
は、基板加熱温度が５００℃を越えると大きく析出した
Ｓｉが信頼性を低下させる。
に用いた場合、基板加熱温度が５００℃を越えると、微
細な配線中にＳｉの塊が析出しその部分が非常に高抵抗
になってしまう。特に０．２μｍ程度の幅の微細配線で
は、基板加熱温度が５００℃を越えると大きく析出した
Ｓｉが信頼性を低下させる。
【０００４】また、反応性スパッタでＴｉＮを堆積する
際、チャンバ中に存在する水蒸気はじゃまになるのでこ
れを制御するために、水素を感知して水蒸気量を定量化
し、水蒸気量が増加した場合それに応じて反応性ガス
（Ｎ2 ）の分圧を増加させるという方法がある（特開昭
６３−６０２７７号公報）。しかしこの方法では、水蒸
気量の絶対値を減少させてはおらず、コンタクトホール
の埋め込みに応用した場合成膜中にＡｌ表面が酸化され
てしまい、流動性が悪くなってしまうので、やはり基板
温度を５００℃以上にする必要があった。
際、チャンバ中に存在する水蒸気はじゃまになるのでこ
れを制御するために、水素を感知して水蒸気量を定量化
し、水蒸気量が増加した場合それに応じて反応性ガス
（Ｎ2 ）の分圧を増加させるという方法がある（特開昭
６３−６０２７７号公報）。しかしこの方法では、水蒸
気量の絶対値を減少させてはおらず、コンタクトホール
の埋め込みに応用した場合成膜中にＡｌ表面が酸化され
てしまい、流動性が悪くなってしまうので、やはり基板
温度を５００℃以上にする必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】プロセスガス中の不純
物ガスはＡｌ合金と反応して膜中に取り込まれるか、ま
たはそのまま膜中に取り込まれる。特に水の分圧や、酸
素分圧が高いと、成膜中にＡｌ合金は酸化されて、融点
の非常に高い酸化被膜を作るため、Ａｌ合金が半溶融状
態になりにくく、ホールの埋め込みが困難になるという
問題がある。たとえ、水蒸気量を感知してプロセスガス
量を調整しても、プロセスガス中の不純物ガスの絶対量
を減少させなければ、不純物の膜中取り込みや、表面酸
化が起こって埋め込みは困難である。埋め込みを確実に
するために、従来のように基板温度を５００℃以上の高
温にすると、Ａｌ合金が水、酸素などの不純物ガスと反
応し表面荒れを起こす上に、特に多層配線構造の場合に
は下層配線に影響を与え、電気特性が不安定になる問題
があった。
物ガスはＡｌ合金と反応して膜中に取り込まれるか、ま
たはそのまま膜中に取り込まれる。特に水の分圧や、酸
素分圧が高いと、成膜中にＡｌ合金は酸化されて、融点
の非常に高い酸化被膜を作るため、Ａｌ合金が半溶融状
態になりにくく、ホールの埋め込みが困難になるという
問題がある。たとえ、水蒸気量を感知してプロセスガス
量を調整しても、プロセスガス中の不純物ガスの絶対量
を減少させなければ、不純物の膜中取り込みや、表面酸
化が起こって埋め込みは困難である。埋め込みを確実に
するために、従来のように基板温度を５００℃以上の高
温にすると、Ａｌ合金が水、酸素などの不純物ガスと反
応し表面荒れを起こす上に、特に多層配線構造の場合に
は下層配線に影響を与え、電気特性が不安定になる問題
があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、高温スパッタ
法により、Ａｌ又はＡｌ合金を半溶融状態にして流動さ
せ、半導体基板上に形成されたホールをＡｌ又はＡｌ合
金で埋め込む半導体装置の製造方法において、プロセス
ガスは排気しないが不純物ガスは排気できる副排気系を
有するスパッタ装置を使用し、精製装置により不純物濃
度をｐｐｍ以下にしたプロセスガスと低酸素濃度のＡｌ
又はＡｌ合金を使用して、基板加熱温度を４００〜５０
０℃とすることを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。
法により、Ａｌ又はＡｌ合金を半溶融状態にして流動さ
せ、半導体基板上に形成されたホールをＡｌ又はＡｌ合
金で埋め込む半導体装置の製造方法において、プロセス
ガスは排気しないが不純物ガスは排気できる副排気系を
有するスパッタ装置を使用し、精製装置により不純物濃
度をｐｐｍ以下にしたプロセスガスと低酸素濃度のＡｌ
又はＡｌ合金を使用して、基板加熱温度を４００〜５０
０℃とすることを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。
【０００７】
【作用】不純物をガス圧をｐｐｍ以下に抑えることによ
り、スパッタ中に膜への不純物取り込みがなくなり、ま
た表面酸化を抑えることができる。これにより高温スパ
ッタによる埋め込みでＡｌの流動性を阻害するものがな
くなるために、従来よりも基板温度を低くしてホールを
埋め込むことが可能となり、デバイスの信頼性が向上す
る。
り、スパッタ中に膜への不純物取り込みがなくなり、ま
た表面酸化を抑えることができる。これにより高温スパ
ッタによる埋め込みでＡｌの流動性を阻害するものがな
くなるために、従来よりも基板温度を低くしてホールを
埋め込むことが可能となり、デバイスの信頼性が向上す
る。
【０００８】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。
する。
【０００９】使用したスパッタ装置はベースプレッシャ
ーが１×１０- 1 0 Ｔｏｒｒまで排気できる超真空スパ
ッタ装置である。この装置には主たる排気用クライオポ
ンプの他にクライオポンプの設定温度を７０Ｋ程度にし
て、スパッタ中にプロセスガスであるＡｒは排気しない
が、他の水などの沸点の高い不純物ガスは排気できるク
ライオポンプが設置してあり、スパッタ中の不純物ガス
の分圧をさげられるようになっている。
ーが１×１０- 1 0 Ｔｏｒｒまで排気できる超真空スパ
ッタ装置である。この装置には主たる排気用クライオポ
ンプの他にクライオポンプの設定温度を７０Ｋ程度にし
て、スパッタ中にプロセスガスであるＡｒは排気しない
が、他の水などの沸点の高い不純物ガスは排気できるク
ライオポンプが設置してあり、スパッタ中の不純物ガス
の分圧をさげられるようになっている。
【００１０】プロセスガスであるＡｒは精製装置を通
し、その出口では水、炭化水素類、窒素などがｐｐｍ以
下になるように設定してある。使用したターゲットは純
Ａｌで、従来の物に比べターゲット中の酸素濃度が低い
ものを用いた。
し、その出口では水、炭化水素類、窒素などがｐｐｍ以
下になるように設定してある。使用したターゲットは純
Ａｌで、従来の物に比べターゲット中の酸素濃度が低い
ものを用いた。
【００１１】スパッタ中のガス分析は差動排気系によ
り、水、窒素、酸化炭素類、炭化水素類をｐｐｂレベル
まで同時にモニターした。
り、水、窒素、酸化炭素類、炭化水素類をｐｐｂレベル
まで同時にモニターした。
【００１２】純Ａｌの高温スパッタによる埋め込みは上
記条件のもとで行った。基板温度は４００〜５００℃で
あり、スパッタパワーは１０ｋｗである。埋め込むホー
ルは深さが約１．１μｍ、ホール径は０．１５〜０．８
μｍで、下地膜としてポリシリコンが５００Ａ敷いてあ
るものを検討した。このポリシリコンは高温スパッタ中
に純Ａｌ中にとけ込んでＡｌ−Ｓｉ合金となる。また、
不純物ガス濃度をｐｐｍ以下まで低くした場合と、そう
でない場合を比べるために、不純物ガスを多く含む実験
はボンベから直接供給されたＡｒガスを使用した。図１
に精製装置を通したときのＡｒガス中の不純物である水
蒸気の分圧図１（ａ）と、直接ボンベから供給されたＡ
ｒガス中の同じく水蒸気の分圧図１（ｂ）を測定した結
果を示す。（ａ）と（ｂ）で水の分圧は約２桁の差があ
ることがわかる。Ａｒの中に水が含まれているため
（ｂ）ではＡｒの分圧の変化に追随して水の分圧も変化
している。また他に炭化水素類もボンベからの直接供給
では、精製装置を通したガスに比べ高くなっている。こ
の２種のガスを用いて埋め込み実験を行った。図２にそ
れぞれのガスで基板温度４７０℃で埋め込みを行った結
果を示す。Ｓｉ基板２０上に酸化膜２１を形成しそこに
前述のコンタクトホールを開口し、ポリシリコンをうす
く敷き（図示せず）純アルミ２２をスパッタ形成した。
不純物ガス圧をｐｐｍ以下、すなわち図１（ａ）に示す
ように約１ｘ１０ -9 Ｔｏｒｒ以下ににまで水分圧を抑え
た精製装置を通したＡｒガスを用いた場合、スパッタ中
に不純物ガスの膜中への取り込みや酸化が行われないた
め、Ａｌは半溶融状態となりホールは埋め込まれる（図
２(ａ)）が不純物ガスを多く含む、たとえば図１（ｂ）
に示すように２ｘ１０ -7 Ｔｏｒｒの水分圧を持つと、同
じ基板温度でもＡｌの流動性は阻害され、ボイド２３が
生じ良好な埋め込みは行われない（図２(ｂ)）。
記条件のもとで行った。基板温度は４００〜５００℃で
あり、スパッタパワーは１０ｋｗである。埋め込むホー
ルは深さが約１．１μｍ、ホール径は０．１５〜０．８
μｍで、下地膜としてポリシリコンが５００Ａ敷いてあ
るものを検討した。このポリシリコンは高温スパッタ中
に純Ａｌ中にとけ込んでＡｌ−Ｓｉ合金となる。また、
不純物ガス濃度をｐｐｍ以下まで低くした場合と、そう
でない場合を比べるために、不純物ガスを多く含む実験
はボンベから直接供給されたＡｒガスを使用した。図１
に精製装置を通したときのＡｒガス中の不純物である水
蒸気の分圧図１（ａ）と、直接ボンベから供給されたＡ
ｒガス中の同じく水蒸気の分圧図１（ｂ）を測定した結
果を示す。（ａ）と（ｂ）で水の分圧は約２桁の差があ
ることがわかる。Ａｒの中に水が含まれているため
（ｂ）ではＡｒの分圧の変化に追随して水の分圧も変化
している。また他に炭化水素類もボンベからの直接供給
では、精製装置を通したガスに比べ高くなっている。こ
の２種のガスを用いて埋め込み実験を行った。図２にそ
れぞれのガスで基板温度４７０℃で埋め込みを行った結
果を示す。Ｓｉ基板２０上に酸化膜２１を形成しそこに
前述のコンタクトホールを開口し、ポリシリコンをうす
く敷き（図示せず）純アルミ２２をスパッタ形成した。
不純物ガス圧をｐｐｍ以下、すなわち図１（ａ）に示す
ように約１ｘ１０ -9 Ｔｏｒｒ以下ににまで水分圧を抑え
た精製装置を通したＡｒガスを用いた場合、スパッタ中
に不純物ガスの膜中への取り込みや酸化が行われないた
め、Ａｌは半溶融状態となりホールは埋め込まれる（図
２(ａ)）が不純物ガスを多く含む、たとえば図１（ｂ）
に示すように２ｘ１０ -7 Ｔｏｒｒの水分圧を持つと、同
じ基板温度でもＡｌの流動性は阻害され、ボイド２３が
生じ良好な埋め込みは行われない（図２(ｂ)）。
【００１３】この現象は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｓ
ｉなど他のＡｌ合金を使用しても、また、シリサイド、
ナイトライド等種々のバリアメタルなどの下地膜を利用
した場合でも同じである。
ｉなど他のＡｌ合金を使用しても、また、シリサイド、
ナイトライド等種々のバリアメタルなどの下地膜を利用
した場合でも同じである。
【００１４】
【発明の効果】本発明を用いれば、従来とプロセス整合
性のよいスパッタによるメタル埋め込みを、従来よりも
低い温度で行うことができ信頼性の向上につながる上、
コストの低減もできる効果がある。
性のよいスパッタによるメタル埋め込みを、従来よりも
低い温度で行うことができ信頼性の向上につながる上、
コストの低減もできる効果がある。
【図１】本発明の半導体装置の一実施例の説明するため
に行ったガス分析の測定結果である。（ａ）はガス精製
装置を通した場合、（ｂ）はボンベから直接供給した場
合である。
に行ったガス分析の測定結果である。（ａ）はガス精製
装置を通した場合、（ｂ）はボンベから直接供給した場
合である。
【図２】（ａ）は不純物ガス圧をｐｐｍ以下に抑えた精
製ガスを使用したときのホールの埋め込み結果、（ｂ）
はボンベからの直接供給ガスによる埋め込み結果を示す
図である。
製ガスを使用したときのホールの埋め込み結果、（ｂ）
はボンベからの直接供給ガスによる埋め込み結果を示す
図である。
２０ Ｓｉ基板 ２１ 酸化膜 ２２ アルミ ２３ ボイド
Claims (1)
- 【請求項１】 高温スパッタ法により、Ａｌ又はＡｌ合
金を半溶融状態にして流動させ、半導体基板上に形成さ
れたホールを前記Ａｌ又はＡｌ合金で埋め込む半導体装
置の製造方法において、プロセスガスは排気しないが不
純物ガスは排気できる副排気系を有するスパッタ装置を
使用し、精製装置により不純物濃度をｐｐｍ以下にした
プロセスガスと低酸素濃度の前記Ａｌ又はＡｌ合金を使
用して、基板加熱温度を４００〜５００℃とすることを
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 |
|---|---|---|---|
| JP4242452A JP2757705B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4242452A JP2757705B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196441A JPH06196441A (ja) | 1994-07-15 |
| JP2757705B2 true JP2757705B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=17089313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4242452A Expired - Lifetime JP2757705B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2757705B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3755552B2 (ja) * | 1996-07-05 | 2006-03-15 | 株式会社日鉱マテリアルズ | アルミニウムまたはアルミニウム合金スパッタリングターゲット |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5957423A (ja) * | 1982-09-27 | 1984-04-03 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | 金属導体層の形成方法 |
| JPS60180117A (ja) * | 1984-02-28 | 1985-09-13 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体製造装置 |
| JPS6351918A (ja) * | 1986-08-22 | 1988-03-05 | Tadahiro Omi | 半導体製造装置用ガス精製器 |
| JPH034923A (ja) * | 1989-05-31 | 1991-01-10 | Daikin Ind Ltd | 液体分離装置 |
| JPH0314227A (ja) * | 1989-06-13 | 1991-01-22 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPH03271367A (ja) * | 1990-03-20 | 1991-12-03 | Fujitsu Ltd | スパッタリング装置 |
-
1992
- 1992-09-11 JP JP4242452A patent/JP2757705B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06196441A (ja) | 1994-07-15 |
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| JPH1140516A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19960305 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980210 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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