JP2849194B2

JP2849194B2 - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2849194B2
Application number: JP23998190A
Authority: JP
Inventors: 繁幸松本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-09-12
Filing date: 1990-09-12
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JPH04120726A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は各種電子機器に搭載されるメモリー、光電変
換装置等の半導体装置およびその製造方法に関し、特に
電極の引出しと電極間の配線構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、半導体を用いた電子デバイスや集積回路素子に
おいて、電極や配線には主にアルミニウム（Al）もしく
はシリコンを含むアルミニウム（Al−Si）等が用いられ
てきた。ここで、Alは廉価で電気伝導度が高く、また表
面に緻密な酸化膜が形成されるので、内部が化学的に保
護されて安定化することや、Siとの密着性が良好である
ことなど、多くの利点を有している。

ところで、LSI等の集積回路の集積度が増大し、配線
の微細化や多層配線化などが近年特に必要とされ、配線
に対してこれまでにない厳しい要求が出されるようにな
ってきている。例えば4Mbitや16MbitのダイナミックRAM
などでは、Al等の金属を堆積しなければならない開孔
（ビアホール）のアスペクト比（開孔の深さ÷開孔の直
径）は1.0以上である。そして開孔の直径自体も１μｍ
以下となり、アスペクト比の大きい開孔にもAlを堆積で
きる技術が必要とされる。

しかも半導体集積回路装置に関して商業的に成功をお
さめるためには低コストで大量生産できるものでなくて
はならない。

従来、Al膜等の金属膜形成方法にはスパッタリング
法，トリメチルアルミニウム（TMA）を用いたCVD法等の
気相法によるものが知られている。とりわけ熱CVD（化
学蒸着）法は種々研究され、例えば有機アルミニウムを
キャリアガスに分散して加熱基板上へ輸送し、基体上で
ガス分子を熱分解して膜形成するという方法が使われて
いる。例えば「Journal of Electrochemical Society第
131巻2175ページ（1984年）」に記載されているよう
に、有機アルミニウムガスとしてトリイソブチルアルミ
ニウム（ｉ−C₄H₉）₃Al（TIBA）を用い、成膜温度260
℃，反応管圧力0.5Torrで成膜し、3.4μΩ・cmの膜を形
成している。

しかしながら、この方法ではAlの表面平坦性が悪く、
ステップカバレッジ、エレクトロマイグレーション等を
考慮すると良質な膜は得られていない。しかも開孔内の
Alは緻密なものとならない。

また、特開昭63−33569号公報には有機アルミニウム
を基体近傍において加熱することにより膜形成する方法
が記載されている。この方法では表面の自然酸化膜を除
去した金属または半導体表面上にのみ選択的にCVD法に
よるAlを堆積することができる。そして開孔を埋めた後
にスパッタ法として酸化膜上にAlを堆積させることが記
載されている。

しかしながら、この方法においても大前提となる開孔
内のAlの表面平滑性が十分でない為に、CVD法によるAl
膜とスパッタ法によるAl膜との界面の電気的接触性が悪
く抵抗率の増加を招く。

これを変形した例としては「Electrochemical Societ
y日本支部第２回シンポジウム（1989年７月７日）」予
稿集第75ページにはダブルウォールCVD法が記載されて
いる。この方法はTIBAガスを用いて金属や半導体上のみ
にAlを選択成長させることができるが、ガス温度と基体
表面温度との差を精度よく制御するのが困難であるだけ
でなく、ボンベと配管を加熱しなければならないという
欠点がある。

すなわちこれらを制御しようとすると装置が複雑であ
り、１回の堆積プロセスで１枚のウェハにしか堆積を行
うことのできない枚葉処理型とせざるを得ない。しかも
決して良質といえない膜が堆積速度が高々500Å／分の
堆積速度で得られるだけで、量産化に必要なスループッ
トを実現することができない。しかもこの方法による膜
といえどもある程度厚くしないと均一な連続膜にならな
い。膜の平坦性が悪い,Al選択成長の選択性が余り長い
時間維持できないなど再現性に乏しく量産に向かないよ
うな不十分なものであった。

このように、従来法では、絶縁膜に対して部分的に露
出したコンタクトホール部分等の金属による埋め込みが
十分でなかったら、埋め込まれた金属そのものが良質の
ものとは言えず、配線抵抗の増大、断線等の原因とな
り、それを防ぐためには、Al膜厚，層間絶縁膜厚の増大
をまねき、微細化，高集積化のために必要な平坦化の方
向と逆行するものであった。このことが、しいては、半
導体装置の性能はもちろん製造歩留まりに多大な悪影響
を及ぼしていた。

さらに、埋め込まれた金属が良質で、かつ選択性良く
埋め込まれたとしても、埋め込まれた引き出し電極間を
結ぶ配線材料がアルミニウムまたはアルミニウムを主成
分とする合金などのアルミニウム系材料であると、スト
レスマイグレーションまたはエレクトロマイグレーショ
ンによって配線特性の劣化が生ずるので、その改善が求
められていた。またアルミニウム系金属よりもさらに抵
抗の低い配線材料が望まれていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、従来のCVD法では、半導体集積回路装
置を低コストで大量生産するためにかかせない堆積速度
の向上およびスループットの向上が望めないばかりか、
Alの選択成長がうまくいかないとう問題点があった。仮
りに良好な、Alの選択成長が得られたとしても平坦性，
純度およびステップカバリッジや、コンタクトホール内
の緻密なAlの埋め込み等に問題が残り再現性に乏しいも
のであった。すなわち、高集積化のためには改善すべき
余地が多分にあった。

本発明の目的は、上述した技術的課題を解決し、高堆
積速度でかつ高スループットで金属膜の形成が可能な金
属膜形成法を提供することにある。

本発明の他の目的は選択性に優れ、アスペクト比の大
きい開孔内に金属膜を形成することが可能な金属膜形成
法を提供することにある。

さらに本発明の他の目的は、選択性に優れた成膜法に
より開孔内に良質のAl系金属を堆積させた後、非選択性
の成膜方法により全面にAl系以外の金属を堆積させるこ
とにより、まず開孔内に堆積した導電性、平坦性に優れ
た金属とその後堆積する金属膜との接触性が良好とな
り、抵抗率が低く、エレクトロマイグレーションおよび
ストレスマイグレーションに強い半導体装置の電極およ
び配線構造および優れた金属膜を形成することができる
金属膜形成法による電極構造、配線構造を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するために、本発明による半導
体装置は、半導体基体と該半導体基体の主面に形成され
開孔を有する絶縁層と、該開孔内に設けられたアルミニ
ウム単結晶のみからなる電極と、前記絶縁膜上および前
記電極上に設けられた銅または金を主成分とする金属の
層を含む配線とを有することを特徴とする。

本発明による製造方法は、半導体基体の表面に絶縁層
を形成する工程と、該絶縁層にコンタクトホールを形成
して前記基体の表面を露出させる工程と、該露出された
表面上にジメチルアルミニウムハイドライドを用いたCV
Dにより、アルミニウムを選択的に堆積して該コンタク
トホール内にアルミニウム単結晶のみからなる電極を形
成する工程と、前記絶縁層上および前記電極上に銅また
は金を主成分とする金属の層を含む配線を形成する工程
とを有することを特徴とする。

〔作用〕

コンタクトホール内に選択的に堆積するAlが良質な単
結晶材料となり、表面平坦性に優れ緻密な膜となる。ま
た、その上に基体を外気にさらすことなく連続的に選択
堆積／非選択堆積を行うことができる。選択堆積を行う
時のDMAHとH₂ガスとによる低温での表面反応に基づき、
Alがコンタクトホール内に選択的に堆積する。このAlは
非常に選択性に優れた良質のAl膜であるために半導体装
置の電極材料としてすぐれている。さらに絶縁層上にも
第２の金属膜を全面的に形成し、多層配線可能とする。
ここで、コンタクトホール内に堆積したAl膜は表面平坦
性に優れた単結晶であることが判明した。このような単
結晶Al表面を含む絶縁膜表面であれば、スパッタリング
あるいはCVD法による第２の金属膜を形成しても、コン
タクトホール内の選択的に堆積したAl系膜と良好な接続
性を維持でき、これにより比抵抗の小さい配線が得られ
る。

さらに、配線材料としての第２の金属膜は、比抵抗が
低く、かつマイグレーション耐性が強いため、微細な電
極、配線構造が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施態様例について説明する。

第１図は本発明による半導体装置の一例を示す模式的
断面図である。

半導体基体101上に設けられた絶縁膜102には基体表面
が露出する様にコンタクトホールが形成され、コンタク
トホールを埋めてアルミニウムまたはアルミニウムを主
成分とする合金103が堆積されている。このアルミニウ
ムまたはアルミニウムを主成分とする合金103は半導体
基体101に形成されたMOSトランジスタ，バイポーラトラ
ンジスなどの引出し電極を構成する。電極103は後に詳
述するアルキルアルミニウムハイドライドと水素を用い
たCVDによって、半導体基体上に選択的に堆積される。
電極103を結んで配線104が形成され、その上を絶縁膜10
5が覆っている。配線104はアルミニウムを主成分としな
い第２の金属からなる。絶縁層105に配線層104に達する
スルーホールを形成して、その上にアルミニウムを選択
的に堆積し、その上に第２の金属による配線層を設けて
多層配線構造とすることも可能である。本発明は以下に
述べる実施例に限定することはなく、本発明の目的が達
成できる構成であればよい。

本発明は、アルミルアルミニウムハイドライドのガス
と水素ガスとを用いて、基体上にAl系膜を形成する際
に、この基体表面を抵抗加熱またはランプ等により直接
加熱して熱CVDによって金属の堆積膜を形成するもので
ある。本発明により形成可能な電極用のアルミニウムま
たはアルミニウムを主成分とする合金膜（以下Al系膜と
いう）は、Al,Al−Si,Al−CuまたはAl−Tiからなる膜で
ある。配線を構成する第２の金属は具体的にはCu,Ti,Au
またはそれらを主成分とする合金である。これら、第２
の金属は通常のCVD法あるいはスパッタ法によって堆積
される。

Al選択堆積の際の基体の表面温度としてはアルキルア
ルミニウムハイドライドの分解温度以上450℃未満が好
ましいが、より好ましくは260℃以上440℃以下がよい。

特に、原料ガスとしてモノメチルアルミニウムハイド
ライド（MMAH）またはジメチルアルミニウムハイドライ
ド（DMAH）を用い、反応ガスとしてH₂ガスを用い、これ
らの混合ガスの下で基体表面をランプ加熱するようにす
れば、高堆積速度で良質のAl膜を形成することができ
る。

この場合には、Al膜形成時の基体表面温度としてより
一層好ましく260℃〜440℃とすることにより抵抗加熱の
場合よりも3000〜5000Å／分という高堆積速度で良質な
膜が得られるのである。

本発明に適用可能な直接加熱（加熱手段からのエネル
ギーが直接基体に伝達されて基体自体を加熱する）の方
法としては、例えばハロゲンランプ，キセノンランプ等
によるランプ加熱があげられる。また、抵抗加熱として
は、堆積膜を形成すべき基体を支持するための堆積膜形
成用の空間に配設された基体支持部材に設けられた発熱
体等である。

上述した方法により開孔内に堆積されたAlは単結晶構
造となっており、（１）ヒルロックの発生確率の低減（２）アロイスパイク発生確率の低減に優れた特性をもっている。そして上述した方法は選択
性に優れた堆積方法であるので、次の堆積工程として非
選択性の堆積方法を適用し、上述の選択堆積した第１の
Al系膜および絶縁膜であるSiO₂等の上にも第２の金属膜
を形成することにより、半導体装置の配線として好適な
金属膜を得ることができる。

第２図ないし第７図に本発明を適用するに好適な金属
膜連続形成装置を示す。

この金属膜連続形成装置は、第２図に示すように、ゲ
ートバルブ10によって互いに連続外気遮断下で連通可能
に連接されているロードロック室11,CVD反応室（第１の
成膜室）12,Rfエッチング室13,スパッタ室（第２の成膜
室）14,ロードロック室15とから構成されており、各室
はそれぞれ排気系16a〜16eによって排気もしくは減圧さ
れるように構成されている。前記ロードロック室11は、
スループット性を向上させるために堆積処理前の基体雰
囲気を排気後にH₂雰囲気に置き換える室である。次のCV
D反応室12は基体上に常圧または減圧下で選択堆積を行
う室であり、抵抗加熱体（200〜430℃に加熱）17を有す
る基体ホルダ18が内部に設けられるとともに、CVD用ガ
ス導入ライン19によって室内にCVD用ガスが導入される
ように構成されている。次のRfエッチング室13は選択堆
積後の基体表面のクリーニング（エッチング）をAr雰囲
気下で行う室であり、内部には100℃〜250℃に加熱され
る基体ホルダ20とRfエッチング用電極ライン21とが設け
られるとともに、Arガス供給ライン22が接続されてい
る。次のスパッタ室14は基体表面にAr雰囲気下でスパッ
タリングにより金属膜を非選択的に堆積する室であり、
内部に200℃〜250℃に加熱される基体ホルダ23とスパッ
タターゲット材24aを取りつけるターゲット電極24とが
設けられるとともに、Arガス供給ライン25が接続されて
いる。最後のロードロック室15は金属膜堆積完了後の基
体を外気中に出す前の調整室であり、雰囲気をN₂に置換
するように構成されている。

上記構成の金属膜連続形成装置は、実際的には、第３
図に示すように、搬送室26を中継室として前記ロードロ
ック室11,CVD反応室12,Rfエッチング室13,スパッタ室1
4,ロードロック室15が相互に連結された構造となってい
る。この構成ではロードロック室11はロードロック室15
を兼ねている。前記搬送室26には、図に示すように、AA
方向に正逆回転可能かつBB方向に伸縮可能なアーム（搬
送手段）27が設けられており、このアーム27によって、
第４図中に矢印で示すように、基体を工程に従って順次
ロードロック室11からCVD室12,Rfエッチング室13,スパ
ッタ室14,ロードロック室15へと、外気にさらすことな
く連続的に移動させることができるようになっている。

第５図は金属膜連続形成装置の他の構成例を示してお
り、前述の第２図と同じものについては同一符号とす
る。第５図の装置が第２図の装置と異なる点は基体表面
を加熱する手段としてハロゲンランプ30を用いて直接加
熱する点である。このように直接加熱することで堆積速
度をより一層向上させることができるのである。また、
直接加熱を行うために基体ホルダ12には基体を浮かした
状態で保持するツメ31が配設されている。

第６図は、同一成膜室において、第１の金属である電
極を形成するAl系膜と、第２の金属である配線材を連続
的に気相化学反応により堆積する成膜装置である。

第７図は第２図に示した連続成膜装置の第２成膜室が
気相化学反応により第２の金属を堆積する様構成された
連続成膜装置である。

以下、上記第２図（抵抗加熱）および第５図（直接加
熱）に示した装置を用いて行った実施例（１〜５）を示
す。実施例１〜４はより好ましい直接加熱方式を用いた
装置（第５図）を用いて行ったものであり、実施例５は
抵抗加熱方式を用いた装置（第２図）を用いて行ったも
のである。

実施例６は、第６図に示した装置を用いて行なったも
のであり、実施例７は第７図に示した装置を用いて行な
ったものである。

（実施例１）まず基体の用意をする。基体としては、例えば、Ｎ型
単結晶Siウェハ上に熱酸化により、厚さ8000ÅのSiO₂を
形成したサンプルを用意する。これはSiO₂に0.25μｍ×
0.25μｍ角〜100μｍ×100μｍ角の各種口径の開孔をパ
ターニングし、下地のSi単結晶を露出させたものであ
る。第８図（Ａ）はこの基体の一部分を示す模式図であ
る。ここで、１は伝導性基体としての単結晶シリコン基
体、２は絶縁膜（層）としての熱酸化シリコン膜であ
る。これをサンプル１−１とする。VH1およびVH2は開孔
（露出部）であり、それぞれ直径が異なる。

基体１上へのAl成膜の手順は次の通りである。

まず、基体１をロードロック室11に配置する。このロ
ードロック室11には前記したように水素が導入されて水
素雰囲気とされる。そして、排気系10により反応室12内
をほぼ１×10^-8Torrに排気する。

ただし反応室12内の真空度は１×10^-8Torrより悪くて
もAlは成膜する。

そして、不図示のガスラインからDMAHを供給する。DM
AHラインのキャリアガスはH₂を用いる。

不図示の第２のガスラインは反応ガスとしてのH₂用で
あり、この第２のガスラインからH₂を流し、不図示のス
ローリークバルブの開度を調整して反応室12内の圧力を
所定の値にする。この場合の典型的圧力は略々1.5Torr
とする。DMAHラインよりDMAHを反応管内へ導入する。全
圧は略々1.5Torrであり、DMAH分圧を略々5.0×10^-3Torr
とする。その後基体ホルダ18の抵抗発熱体17に通電しウ
ェハを直接加熱する。このようにしてAlを堆積させる。

所定の堆積時間が経過した後、DMAHの供給を一端停止
する。この過程で堆積されるAl膜の所定の堆積時間と
は、Si（単結晶シリコン基体１）上のAl膜の厚さが、Si
O₂（熱酸化シリコン膜２）の膜厚と等しくなるまでの時
間である。

このときの直接加熱による基体表面の温度は270℃と
した。以上を第１堆積工程と称する。ここまでの工程に
よれば第８図（Ｂ）に示すように開孔内に選択的にAl膜
３が堆積する。

上記Alの堆積終了後CVD反応室12は排気系10により５
×10^-3Torr以下の真空度に到達するまで排気される。同
時に、Rfエッチング室13は５×10^-6Torr以下に排気され
ている。両室が上記真空度に到達したことを確認した
後、ゲートバルブ10が開き、基体が搬送手段（アーム）
27を用いてCVD反応室12からRfエッチング室13へ移動さ
れ、ゲートバルブ10が閉じられる。

基体がRfエッチング室13に搬送されると、排気系10に
よりRfエッチング室13を10^-6Torr以下の真空度に達する
まで排気する。

その後Rfエッチング用アルゴン供給ライン22によりア
ルゴンが供給されRfエッチング室13は、10^-1〜10^-3Torr
のアルゴン雰囲気に保たれる。Rfエッチング用基体ホル
ダー20は200℃に保たれる。Rfエッチング用電極21へ100
WのRfが60秒間供給され、Rfエッチング室13内でアルゴ
ンの放電が生じ、基体の表面をアルゴンイオンによりエ
ッチングし、CVD堆積膜の表面層をとり除くことができ
る。この場合のエッチング深さは酸化物相当で約100Å
である。

なお、この説明では、Rfエッチング室でCVD堆積膜の
表面エッチングを行ったが、真空中を搬送される基体の
CVD膜の表面層は大気中の酸素等を含んでいないため、R
fエッチングを行わなくてもかまわない。その場合、Rf
エッチング室13は、CVD反応室12とスパッタ室14の温度
差が大きく異なる場合、温度変化を短時間で行うための
温度変更室として機能する。

Rfエッチング室13において、Rfエッチングが終了した
後、アルゴンの流入を停止し、Rfエッチング室13内のア
ルゴンを排気する。Rfエッチング室13が５×10^-6Torrま
で排気され、かつスパッタ室14が５×10^-6Torr以下に排
気された後、ゲートバルブ10が開く。その後、基体がア
ーム27を用いてRfエッチング室13からスパッタ室14へ移
動されゲートバルブ10を閉じる。

基体がスパッタ室14に搬送されるとRfエッチング室13
と同様に10^-1〜10^-3Torrのアルゴン雰囲気中で基体ホル
ダー23は、250℃に設定した。

本実施例DC 7KWのパワーでアルゴンの放電を行い、タ
ーゲット材Cuをアルゴンイオンで削りCuを基体上に1000
0Å／分の堆積速度で堆積を行った。この工程は非選択
的堆積工程である。

これを第２金属膜堆積工程と称する。

基体は5000ÅのCu膜の堆積を行った後、アルゴンの流
入およびDCパワーの印加を停止する。ロードロック室11
（15）が５×10^-3Torr以下に排気された後、ゲートバル
ブ10が開き、基体が移動する。ゲードバルブ10が閉じた
後、ロードロック室11（15）にはN₂ガスが大気圧に達す
るまで流入し、ゲートバルブ10を通って基体は装置の外
へ移動する。

前記第２金属膜堆積工程の成膜条件は以下の通りであ
る。ターゲットとしてCuを用いて、圧力の10^-1〜10^-3To
rrのAr雰囲気中で５〜10kWのDCパワーを付与して行っ
た。このときの基体温度は抵抗加熱により200℃とし
た。

以上の第２金属膜堆積工程によれば第８図（Ｃ）のよ
うに堆積速度10000Å／分でSiO₂膜２上にCu膜４を形成
することができた。比抵抗は1.8〜2.1μΩcmであった。

さらに、同じように準備した基体を再度用いて、今度
は直接加熱により基体表面温度を280℃〜480℃に設定し
第１堆積工程によりAl膜を形成した。ここで第１堆積工
程における他の成膜条件および第２堆積工程における成
膜条件は全て同じものとした。

また、第１堆積工程時の基体表面温度を200℃〜260℃
および490℃〜550℃と設定してAl膜を形成した。その結
果を表１に示す。

表１から判るように、直接加熱により基体表面温度が
260〜440℃の範囲ではAlが開孔内に、選択的に堆積速度
3000〜5000Å／分で堆積した。

基体表面温度が260〜440℃の範囲での開孔内のAl膜の
特性を調べてみると、炭素の含有はなく、抵抗率2.8〜
3.4μΩcm,反射率90〜95％,1μｍ以上のヒロック密度が
０〜10であり、スパイク（0.15μｍ接合の破壊確率）が
ほとんどない良好な特性であることが判明した。

もちろんその上のスパッタリングによるCu膜とのコン
タクトも下のAl膜の表面性がよいために良好なものとな
っていた。

これに対して基体表面温度が200℃〜250℃では、堆積
速度が1000〜1500Å／分と低く、スループットも７〜10
枚/Hと低下した。

また、基体表面温度が440℃を越えると、反射率が60
％以下、１μｍ以上のヒロック密度が10〜10⁴cm^-2スパ
イク発生が０〜30％となり、開孔内のAl膜の特性は低下
した。

次に上述した方法により以下に述べるような構成の基
体（サンプル）にAl膜を形成した。

第１の基体表面材料としての単結晶シリコンの上に、
第２の基体表面材料としてのCVD法による酸化シリコン
膜を形成し、フォトリソグラフィー工程によりパターニ
ングを行い、単結晶シリコン表面を部分的に吐出させ
た。

このときの熱酸化SiO₂膜の膜厚は7000Å、単結晶シリ
コンの露出部即ち開口の大きさは2.5μｍ×３μｍ〜10
μｍ×10μｍであった。このようにしてサンプル１−２
を準備した。（以下このようなサンプルを“CVD SiO
₂（以下SiO₂と略す）／単結晶シリコン”と表記するこ
ととする）。

サンプル１−３は常圧CVDによって成膜したボロンド
ープの酸化膜（以下BSGと略す）／単結晶シリコン、サンプル１−４は常圧CVDによって成膜したリンドー
プの酸化膜（以下PSGと略す）／単結晶シリコン、サンプル１−５は常圧CVDによって成膜したリンおよ
びボロンドープの酸化膜（以下BSPGと略す）／単結晶シ
リコン、サンプル１−６はプラズマCVDによって成膜した窒化
膜（以下Ｐ−SiNと略す）／単結晶シリコン、サンプル１−７は熱窒化膜（以下Ｔ−SiNと略す）／
単結晶シリコン、サンプル１−８は減圧DCVDによって成膜した窒化膜
（以下LP−SiNと略す）／単結晶シリコン、サンプル１−９はECR装置によって成膜した窒化膜
（以下ECR−SiNと略す）／単結晶シリコンである。さら
に以下に示す第１の基体表面材料と第２の基体表面材料
の全組み合わせによりサンプル１−11〜１−179を作成
した。第１の基体表面材料として単結晶シリコン（単結
晶Si），多結晶シリコン（多結晶Si），非晶質シリコン
（非晶質Si），タングステン（Ｗ），モリブデン（M
o），タンタル（Ta），タングステンシリサイド（WS
i），チタンシリサイド（TiSi），アルミニウム（A
l），アルミニウムシリコン（Al−Si），チタンアルミ
ニウム（Al−Ti），チタンナイトライド（Ti−Ｎ），銅
（Cu），アルミニウムシリコン銅（Al−Si−Cu），アル
ミニウムパラジウム（Al−Pd），チタン（Ti），モリブ
デンシリサイド（Mo−Si），タンタルシリサイド（Ta−
Si）を使用した。第２の基体表面材料としてはＴ−Si
O₂,SiO₂,BSG,PSG,BPSG,P−SiN,T−SiN,LP−SiN,ECR−Si
Nである。以上のような全サンプルについても良好なAl
膜を形成することができた。

（実施例２）本発明による実施例２は第４図に示す装置を使用し、
原料ガスとしてDMAHとを用い、反応ガスとして水素ガス
を用い、ハロゲンランプ30による基体表面の直接加熱を
行うことによってアルミニウム（Al）膜を形成するもの
である。

基体として実施例１同様に25μｍ角〜100μｍ角の各
種開口を複数有するSiO₂膜で被覆された単結晶シリコン
ウェハを用意した。この基体に対して以下に述べるCVD
法による第１のAl膜堆積工程，スパッタリング法による
第２のTi膜堆積工程を行い、電極・配線を形成した。

実施例１と同様の手順で、DMAHと水素とをCVD反応室1
2へ輸送して、Al堆積を行った。

第1 Al膜形成工程の条件は、全圧力1.5Torr,DMAH分圧
1.5×10^-4Torr,基体表面の温度は270℃とした。

以上の第1 Al堆積工程によれば各種孔径の開孔内にAl
が堆積速度3000〜5000Å／分で堆積し良好な選択性が得
られた。次にこの基体をスパッタリング室14内に配して
SiO₂および選択堆積したAlを含む全面にTiを5000Åの厚
さに堆積させた。このときの堆積速度は10000Å／分で
あった。

さらには同じ方法により、基体として実施例１と同じ
サンプル１−11〜１−179を用いてAl膜を形成した。ど
のサンプルにおいても第1,第２の堆積工程を通して良好
なAl膜を形成することができた。

以上は基体表面温度を270℃に設定したものである
が、この条件を200℃〜550℃まで10℃毎に変えていき、
Al膜を形成した。

以上各サンプルによる第１のAl堆積工程によるAl膜の
特性は表１に示したものと同様の結果が得られた。

（実施例３）実施例３は実施例１と同じ第１のAl堆積工程を行った
後、第２の堆積工程としてスパッタリングによりAu膜を
基体表面全面に形成するものである。基体としては実施
例１で用いたものと同じ構成（サンプル１−１）のもの
を用意した。

上記第１のAl堆積工程により開孔内に選択的にAlを堆
積させた後、その基体をスパッタリング室14内に配置し
た。スパッタリングの際の成膜条件は以下の通りであ
る。

ターゲットとしてAuを用い５×10^-3TorrのAr雰囲気中
でDCパワーを7kWとした。

本実施例における第２の堆積工程によれば、Au膜は堆
積速度10000Å／分で堆積し、その抵抗率は2.5〜2.9μ
Ωcmであり、耐マイグレーション性に優れた膜であっ
た。

上記実施例１〜３の評価結果と従来例とを比較して表
２に示す。

（実施例４）実施例４は、実施例１と同じ第５図に示した装置を用
いて、Al堆積工程時に、と設定することにより、第１の金属として、Al−Si（0.
5％）を堆積した後、第２の堆積工程としてスパッタリ
ングによりAl−Si−Cu膜を基体表面全面に形成するもの
である。基体としては実施例１で用いたものと同じ構成
（サンプル１−１）のものを用意した。

上記第１のAl−Si堆積工程により開孔内に選択的にAl
−Siを堆積させた後、その基体をスパッタリング室14内
に配置した。スパッタリングの際の成膜条件は以下の通
りである。ターゲットとしてCuを用い、Ar雰囲気中でDC
パワーを7kWとした。

本実施例における第２の堆積工程によれば、Cu膜は堆
積速度10000Å／分で堆積し、その抵抗率は1.8〜2.1μ
Ωcmであり、実施例１と同様耐マイグレーション性に優
れた膜であった。

（実施例５）第２図に示した金属膜連続形成装置を用いて、前記基
体に、抵抗加熱により200℃〜650℃の温度条件の下で、
実施例１と同様に成膜を行った。

その結果、160℃〜450℃の抵抗加熱による温度条件の
下では炭素の含有がなく、抵抗率が３μΩ・cm程度と小
さく、反射率の高い良質の膜が得られた。より好ましく
は260℃〜440℃で堆積速度が100〜800Åと高いものとな
り、かつ配線寿命も長いものであった。最も好ましかっ
たのは270℃〜350℃であり、この範囲ではヒロック密度
が極端に小さく、アロイスパイクの発生確率も低かっ
た。

なお、第２の金属で形成されたCu配線は、実施例１と
同様に比抵抗が低く、且つ耐マイグレーション性に優れ
たものであった。

（実施例６）第６図に示した金属膜形成装置を用いて実施例１と同
じ第１のAl堆積工程を行なった。その後、排気装置16b
によって成膜室12内を、高真空に到るまで排気した後、
CVD用ガス導入第２ライン32より材料ガスを導入し基体
をランプ30により直接加熱し、第２の金属膜堆積を行な
った。堆積条件を表３に示す。

本実施例によって形成された、第１の金属と第２の金
属により構成された、電極・配線構造は、実施例１と同
様に比抵抗が低く且つ耐マイグレーションに優れICを作
る上で優れた特性を有した。

（実施例７）第７図に示した金属膜連続形成装置を用いて、実施例
１と同様に第１のAl堆積工程を行ない、基体を装置内で
外気に接触することなく、第２の成膜室14へ移動させ
た。

そこで実施例６と同様に化学気相反応によりCu,Au,Ti
を第２の金属を堆積させた。

結果は実施例６と同様優れたものであった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては、基体にアル
ミニウムを選択的に堆積させた後、非選択的に金属膜を
堆積させる際に基体を外気にさらすことなく連続的に堆
積処理するようにしたので、ステップカバレッジ，エレ
クトロマイグレーション等の膜特性が優れた金属膜を高
堆積速度で形成することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体装置の実施例の模式的断面
図、第２図ないし第４図は本発明を実施するに好適な金属膜
連続形成装置の一例を示すもので、第２図は工程順に整列して示した模式図、第３図は概略平面構成図、第４図は基体の移動順序を矢印で付加した同概略平面構
成図、第５図ないし第７図はそれぞれ本発明を実施するに好適
な金属膜連続形成装置の他の例を示す模式図、第８図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本発明による金属膜形成法
を説明するための基体模式図である。１……基体、２……絶縁膜（層）、３……アルミニウム膜、４……金属膜、 10……ゲートバルブ、 11,15……ロードロック室、 12……CVD反応室、 13……Rfエッチング室、 14……スパッタリング室、 16a,16b,16c,16d,16e……排気系、 17……抵抗加熱体、 18……CVD用基体ホルダ、 19……CVD用ガス導入ライン、 20……Rfエッチング用基体ホルダ、 21……Rfエッチング用電極、 22……Rfエッチング用Ar供給ライン、 23……スパッタリング用基体ホルダ、 24……スパッタリング用ターゲット電極、 24a……スパッタリング用ターゲット材、 25……スパッタリング用Ar供給ライン、 26……搬送室、 27……アーム（搬送手段）、 30……ランプ（直接加熱源）、 31……ツメ。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/44 - 21/445 H01L 21/768 H01L 29/40 - 29/51

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基体と該半導体基体の主面に形成さ
れ開孔を有する絶縁層と、該開孔内に設けられたアルミ
ニウム単結晶のみからなる電極と、前記絶縁膜上および
前記電極上に設けられた銅または金を主成分とする金属
の層を含む配線とを有することを特徴とする半導体装
置。
【請求項２】半導体基体の表面に絶縁層を形成する工程
と、該絶縁層にコンタクトホールを形成して前記基体の表面
を露出させる工程と、該露出された表面上にジメチルアルミニウムハイドライ
ドを用いたCVDにより、アルミニウムを選択的に堆積し
て該コンタクトホール内にアルミニウム単結晶のみから
なる電極を形成する工程と、前記絶縁層上および前記電極上に銅または金を主成分と
する金属の層を含む配線を形成する工程とを有すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。