JP3031314B2 - 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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- JP3031314B2 JP3031314B2 JP9258594A JP25859497A JP3031314B2 JP 3031314 B2 JP3031314 B2 JP 3031314B2 JP 9258594 A JP9258594 A JP 9258594A JP 25859497 A JP25859497 A JP 25859497A JP 3031314 B2 JP3031314 B2 JP 3031314B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の配線
用アルミニウム膜の製造方法に関する。
用アルミニウム膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの高集積化、高速化のために、Ｌ
ＳＩの設計ルールは微細化している。これに従い、コン
タクトホールやスルーホールの径は微細化し、アスペク
ト比は高くなっている。このようなコンタクトホールや
スルーホールをアルミニウムで埋め込む方法として、19
96 Symposium on VLSI Technology, Digest of Technic
al Papers 42頁に記載の方法がある。この方法によるア
ルミニウム膜の形成方法を図２に示す。図２（ａ）にお
いて、１’はＳｉ基板、２’は絶縁膜である。絶縁膜
２’に微細で高アスペクト比のコンタクトホールを開口
する。続いて、スパッタリングでＴｉを堆積（図示せ
ず）した後、真空を保ちながらスパッタリングで第１の
アルミニウム膜３’を堆積する（図２（ｂ））。する
と、Ｔｉの上のスパッタリングで形成したアルミニウム
は（１１１）に強く配向した膜となる。さらに、真空を
保ったまま気相化学成長法を用いて、第２のアルミニウ
ム膜６’を堆積する。スパッタリングで堆積した第１の
アルミニウム膜３’が（１１１）配向しているので、こ
の上に堆積する第２のアルミニウム膜の配向も揃う。一
般に気相化学成長では堆積速度は下地の配向に依存する
ので、配向の揃った下地を用いることにより、第２のア
ルミニウム膜の平坦性が向上し、微細なコンタクトホー
ルをボイドなく埋め込むことが可能となる。
ＳＩの設計ルールは微細化している。これに従い、コン
タクトホールやスルーホールの径は微細化し、アスペク
ト比は高くなっている。このようなコンタクトホールや
スルーホールをアルミニウムで埋め込む方法として、19
96 Symposium on VLSI Technology, Digest of Technic
al Papers 42頁に記載の方法がある。この方法によるア
ルミニウム膜の形成方法を図２に示す。図２（ａ）にお
いて、１’はＳｉ基板、２’は絶縁膜である。絶縁膜
２’に微細で高アスペクト比のコンタクトホールを開口
する。続いて、スパッタリングでＴｉを堆積（図示せ
ず）した後、真空を保ちながらスパッタリングで第１の
アルミニウム膜３’を堆積する（図２（ｂ））。する
と、Ｔｉの上のスパッタリングで形成したアルミニウム
は（１１１）に強く配向した膜となる。さらに、真空を
保ったまま気相化学成長法を用いて、第２のアルミニウ
ム膜６’を堆積する。スパッタリングで堆積した第１の
アルミニウム膜３’が（１１１）配向しているので、こ
の上に堆積する第２のアルミニウム膜の配向も揃う。一
般に気相化学成長では堆積速度は下地の配向に依存する
ので、配向の揃った下地を用いることにより、第２のア
ルミニウム膜の平坦性が向上し、微細なコンタクトホー
ルをボイドなく埋め込むことが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した半導体装置の
製造方法では、下地の表面に自然酸化膜や汚染層が形成
されないようにしなければ平坦性に優れた、気相化学成
長で堆積されるアルミニウム膜を形成できない。すなわ
ち、スパッタリングでＴｉを堆積してからスパッタリン
グでアルミニウムを堆積するまでの間、およびスパッタ
リングでアルミニウムを堆積してから気相化学成長でア
ルミニウムを堆積するまでの間をいずれも高真空に保つ
必要がある。このためには高度に真空度の管理された複
数のチャンバを有する大型の成膜装置が必要となる。し
たがって半導体装置の製造設備の建設費が上昇し、それ
を用いて製造される半導体装置のコストも上昇するとい
う欠点がある。この発明の目的は、このような欠点のな
い半導体装置の製造方法を提供することにある。
製造方法では、下地の表面に自然酸化膜や汚染層が形成
されないようにしなければ平坦性に優れた、気相化学成
長で堆積されるアルミニウム膜を形成できない。すなわ
ち、スパッタリングでＴｉを堆積してからスパッタリン
グでアルミニウムを堆積するまでの間、およびスパッタ
リングでアルミニウムを堆積してから気相化学成長でア
ルミニウムを堆積するまでの間をいずれも高真空に保つ
必要がある。このためには高度に真空度の管理された複
数のチャンバを有する大型の成膜装置が必要となる。し
たがって半導体装置の製造設備の建設費が上昇し、それ
を用いて製造される半導体装置のコストも上昇するとい
う欠点がある。この発明の目的は、このような欠点のな
い半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は次のようである。 １．基板上に絶縁膜を堆積する工程と、前記絶縁膜にコ
ンタクトホールまたはスルーホールを開口する工程と、
物理気相成長法でアルミニウムまたはアルミニウム合金
を堆積する工程と、塩素または塩素化合物ガスを吸着さ
せる工程と、続いて真空を破らずに気相化学成長法によ
りアルミニウムまたはアルミニウム合金を堆積する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２．塩素化合物がＢＣｌ3 ，ＣＣｌ4 ，およびＨＣｌか
らなる群から選ばれたものである上記１に記載の製造方
法。 ３．気相化学成長法により堆積するアルミニウムの原料
が、アルキルアルミニウム，アルキルアルミニウムハイ
ドライドおよびアルミニウムハイドライドアミンアダク
ツからなる群から選ばれたものである上記１に記載の製
造方法。 ４．気相化学成長法により堆積するアルミニウム原料が
ジメチルアルミニウムハイドライドである前記３に記載
の製造方法。 ５．気相化学成長法によるアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金を堆積するときの真空度（Ｔｏｒｒ）と、塩素
または塩素化合物を吸着させてから前記アルミニウムま
たはアルミニウム合金を堆積するチャンバに搬送するま
での時間（ｓｅｃ）との積が１×１０-3以下である前記
１ないし４に記載の製造方法。
明は次のようである。 １．基板上に絶縁膜を堆積する工程と、前記絶縁膜にコ
ンタクトホールまたはスルーホールを開口する工程と、
物理気相成長法でアルミニウムまたはアルミニウム合金
を堆積する工程と、塩素または塩素化合物ガスを吸着さ
せる工程と、続いて真空を破らずに気相化学成長法によ
りアルミニウムまたはアルミニウム合金を堆積する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２．塩素化合物がＢＣｌ3 ，ＣＣｌ4 ，およびＨＣｌか
らなる群から選ばれたものである上記１に記載の製造方
法。 ３．気相化学成長法により堆積するアルミニウムの原料
が、アルキルアルミニウム，アルキルアルミニウムハイ
ドライドおよびアルミニウムハイドライドアミンアダク
ツからなる群から選ばれたものである上記１に記載の製
造方法。 ４．気相化学成長法により堆積するアルミニウム原料が
ジメチルアルミニウムハイドライドである前記３に記載
の製造方法。 ５．気相化学成長法によるアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金を堆積するときの真空度（Ｔｏｒｒ）と、塩素
または塩素化合物を吸着させてから前記アルミニウムま
たはアルミニウム合金を堆積するチャンバに搬送するま
での時間（ｓｅｃ）との積が１×１０-3以下である前記
１ないし４に記載の製造方法。
【０００５】
【発明の実施の形態】配向の揃ったアルミニウムを堆積
後大気に曝し自然酸化膜が形成された基板を、気相化学
成長装置に設置し、ＢＣｌ3 ガスとＡｒを用いたプラズ
マで処理し、続いて真空を破らずに気相化学成長を行う
と前記アルミニウムの上にエピタキシャル成長のように
配向の揃ったアルミニウム膜を形成できた。この成長過
程を分析すると、ＢＣｌ3 ガスを用いたプラズマ処理に
より自然酸化膜が除去されるとともにアルミニウム膜上
には塩素が吸着され、これが自然酸化膜や汚染層の形成
を阻止し、かつ気相化学成長の初期において吸着された
塩素ガスはアルミニウムの原料ガスと反応して気相中に
脱離することが明らかとなった。このように、塩素の吸
着層が保護膜の役割を果たすことにより、膜形成工程間
の搬送時の真空度が１桁程度低下しても平坦性のよいア
ルミニウム膜が気相化学成長法で形成できる。しかも、
吸着された塩素は原料ガスとの反応によって脱離するの
で、腐食を起こすこともない。以上アルミニウムを用い
た場合を説明したが、公知のアルミニウム合金例えばア
ルミニウム−シリコン−銅合金、アルミニウム−シリコ
ン合金等の場合にも本発明の製造方法が適用できる。
後大気に曝し自然酸化膜が形成された基板を、気相化学
成長装置に設置し、ＢＣｌ3 ガスとＡｒを用いたプラズ
マで処理し、続いて真空を破らずに気相化学成長を行う
と前記アルミニウムの上にエピタキシャル成長のように
配向の揃ったアルミニウム膜を形成できた。この成長過
程を分析すると、ＢＣｌ3 ガスを用いたプラズマ処理に
より自然酸化膜が除去されるとともにアルミニウム膜上
には塩素が吸着され、これが自然酸化膜や汚染層の形成
を阻止し、かつ気相化学成長の初期において吸着された
塩素ガスはアルミニウムの原料ガスと反応して気相中に
脱離することが明らかとなった。このように、塩素の吸
着層が保護膜の役割を果たすことにより、膜形成工程間
の搬送時の真空度が１桁程度低下しても平坦性のよいア
ルミニウム膜が気相化学成長法で形成できる。しかも、
吸着された塩素は原料ガスとの反応によって脱離するの
で、腐食を起こすこともない。以上アルミニウムを用い
た場合を説明したが、公知のアルミニウム合金例えばア
ルミニウム−シリコン−銅合金、アルミニウム−シリコ
ン合金等の場合にも本発明の製造方法が適用できる。
【０００６】
［実施例１］次に本発明の半導体装置の製造方法の実施
例について図面を参照して説明する。図１は本発明の半
導体装置の製造方法の主要工程の一例を半導体装置の一
連の断面図で示す。本実施例ではシリコン集積回路にお
ける配線工程に適用した場合を例示する。図１（ａ）は
標準的な集積回路製作方法を用いて形成した、コンタク
トホール形成後の半導体装置の断面構造を示す。図にお
いて、１はＳｉ基板、２はＳｉＯ2膜である。次にＴｉ
膜をスパッタリングで形成する。スパッタリングはＴｉ
のターゲットを用い、Ａｒ ５−２０ｓｃｃｍ、周波数
１３．５６ＭＨｚ、電力０．３−２ｋＷ、圧力１−１０
ｍＴｏｒｒで行った。続いて、図１（ｂ）に示すよう
に、アルミニウムのターゲットを用い、Ａｒ １０−３
０ｓｃｃｍ、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力２−２０ｋ
Ｗで第１のアルミニウム膜３を堆積させた。Ｔｉ堆積後
からアルミニウム堆積までの搬送中の真空度は１×１０
-8Ｔｏｒｒ以下に保ち、搬送時間は３０秒以下にした。
こうすることによって、Ｔｉの表面には自然酸化膜や汚
染層は形成されなかった。次に、基板を大気中に取り出
し、気相化学成長装置に搬送した。この間、アルミニウ
ム膜上には自然酸化膜が形成された。次に、図１（ｃ）
に示すようにＢＣｌ3 プラズマ４を用いてドライエッチ
ングを行った。エッチング条件は、ＢＣｌ3 流量１０−
５０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量１００−５００ｓｃｃｍ、圧力
０．３−３Ｔｏｒｒ、電力０．１−１ｋＷである。ＢＣ
ｌ3 プラズマ４を基板に照射することによって、第１の
アルミニウム膜３上に形成されていた自然酸化膜が除去
された。エッチング終了後には塩素の吸着層５ができ
た。次に、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒの雰囲気下で１分
以内に気相化学成長チャンバに搬送した。ジメチルアル
ミニウムハイドライド（ＣＨ３）2 ＡｌＨを用いて気相
化学成長を行うと、平坦性に優れた第２のアルミニウム
膜６が堆積し、コンタクトホールがアルミニウムで埋め
込まれた。気相化学成長中の気相のガス成分を四重極質
量分析器で調べると、アルミニウムの堆積初期にだけＨ
Ｃｌが観測された。また、堆積したアルミニウム膜を２
次イオン質量分析で分析した結果、アルミニウム膜中に
塩素は検出されなかった。このことから、吸着層５の塩
素はジメチルアルミニウムハイドライド（ＣＨ３）2 Ａ
ｌＨと反応してＨＣｌとなり、気相中に脱離したものと
考えられ残留塩素によるアルミニウムの腐食は全く懸念
する必要がないことがわかった。
例について図面を参照して説明する。図１は本発明の半
導体装置の製造方法の主要工程の一例を半導体装置の一
連の断面図で示す。本実施例ではシリコン集積回路にお
ける配線工程に適用した場合を例示する。図１（ａ）は
標準的な集積回路製作方法を用いて形成した、コンタク
トホール形成後の半導体装置の断面構造を示す。図にお
いて、１はＳｉ基板、２はＳｉＯ2膜である。次にＴｉ
膜をスパッタリングで形成する。スパッタリングはＴｉ
のターゲットを用い、Ａｒ ５−２０ｓｃｃｍ、周波数
１３．５６ＭＨｚ、電力０．３−２ｋＷ、圧力１−１０
ｍＴｏｒｒで行った。続いて、図１（ｂ）に示すよう
に、アルミニウムのターゲットを用い、Ａｒ １０−３
０ｓｃｃｍ、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力２−２０ｋ
Ｗで第１のアルミニウム膜３を堆積させた。Ｔｉ堆積後
からアルミニウム堆積までの搬送中の真空度は１×１０
-8Ｔｏｒｒ以下に保ち、搬送時間は３０秒以下にした。
こうすることによって、Ｔｉの表面には自然酸化膜や汚
染層は形成されなかった。次に、基板を大気中に取り出
し、気相化学成長装置に搬送した。この間、アルミニウ
ム膜上には自然酸化膜が形成された。次に、図１（ｃ）
に示すようにＢＣｌ3 プラズマ４を用いてドライエッチ
ングを行った。エッチング条件は、ＢＣｌ3 流量１０−
５０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量１００−５００ｓｃｃｍ、圧力
０．３−３Ｔｏｒｒ、電力０．１−１ｋＷである。ＢＣ
ｌ3 プラズマ４を基板に照射することによって、第１の
アルミニウム膜３上に形成されていた自然酸化膜が除去
された。エッチング終了後には塩素の吸着層５ができ
た。次に、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒの雰囲気下で１分
以内に気相化学成長チャンバに搬送した。ジメチルアル
ミニウムハイドライド（ＣＨ３）2 ＡｌＨを用いて気相
化学成長を行うと、平坦性に優れた第２のアルミニウム
膜６が堆積し、コンタクトホールがアルミニウムで埋め
込まれた。気相化学成長中の気相のガス成分を四重極質
量分析器で調べると、アルミニウムの堆積初期にだけＨ
Ｃｌが観測された。また、堆積したアルミニウム膜を２
次イオン質量分析で分析した結果、アルミニウム膜中に
塩素は検出されなかった。このことから、吸着層５の塩
素はジメチルアルミニウムハイドライド（ＣＨ３）2 Ａ
ｌＨと反応してＨＣｌとなり、気相中に脱離したものと
考えられ残留塩素によるアルミニウムの腐食は全く懸念
する必要がないことがわかった。
【０００７】上述した実施例では、塩素化合物ガスとし
てＢＣｌ3 を用いた場合を例示したが、Ｃｌ2 単体およ
びＣＣｌ4 などの塩素を含む化合物を用いても同様の効
果が得られる。また、アルミニウムの原料ガスとしてジ
メチルアルミニウムハイドライドを用いた場合を示した
が、トリイソブチルアルミニウムのようなアルキルアル
ミニウムやアルミニウムハイドライドアミンアダクツを
用いても同様の効果が得られる。
てＢＣｌ3 を用いた場合を例示したが、Ｃｌ2 単体およ
びＣＣｌ4 などの塩素を含む化合物を用いても同様の効
果が得られる。また、アルミニウムの原料ガスとしてジ
メチルアルミニウムハイドライドを用いた場合を示した
が、トリイソブチルアルミニウムのようなアルキルアル
ミニウムやアルミニウムハイドライドアミンアダクツを
用いても同様の効果が得られる。
【０００８】Ｔｉやアルミニウムのスパッタリング条
件、アルミニウムの気相化学成長条件は、上述した以外
にもこれらの膜が堆積する範囲内で任意に選べば、同様
の効果が得られることは言うまでもない。
件、アルミニウムの気相化学成長条件は、上述した以外
にもこれらの膜が堆積する範囲内で任意に選べば、同様
の効果が得られることは言うまでもない。
【０００９】プラズマ処理後に気相化学成長チャンバま
での搬送では、真空度（Ｔｏｒｒ）と搬送時間（ｓｅ
ｃ）の積を１×１０-3Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ以下好ましくは
１×１０ー6Ｔｏｒｒ／ｓｅｃ以下とすると同様の効果が
得られる。上記積の値より大きい場合は、表面酸化が進
行する場合がある。なお、プラズマ処理と気相化学成長
を同一チャンバ内で行えば搬送時間を０とすることがで
き、積の値も０となることは言うまでもない。
での搬送では、真空度（Ｔｏｒｒ）と搬送時間（ｓｅ
ｃ）の積を１×１０-3Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ以下好ましくは
１×１０ー6Ｔｏｒｒ／ｓｅｃ以下とすると同様の効果が
得られる。上記積の値より大きい場合は、表面酸化が進
行する場合がある。なお、プラズマ処理と気相化学成長
を同一チャンバ内で行えば搬送時間を０とすることがで
き、積の値も０となることは言うまでもない。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、塩素の吸
着層を自然酸化膜や汚染層に対する保護膜として用いる
ことにより、簡単な装置を用いて平坦性の高いアルミニ
ウム膜を堆積させることが可能となり、半導体装置の製
造コストを低減できる。
着層を自然酸化膜や汚染層に対する保護膜として用いる
ことにより、簡単な装置を用いて平坦性の高いアルミニ
ウム膜を堆積させることが可能となり、半導体装置の製
造コストを低減できる。
【図１】本発明の半導体装置の製造方法の主要工程の一
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
【図２】従来の半導体装置の製造方法の主要工程を示す
断面図である。
断面図である。
１，１’ Ｓｉ基板 ２，２’ ＳｉＯ2 膜（絶縁膜） ３，３’ 第１のアルミニウム膜 ４ ＢＣｌ3 プラズマ ５ 塩素の吸着層 ６，６’ 第２のアルミニウム膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−163706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−230320（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−247064（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−239526（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−142479（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−99247（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−326620（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−50277（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−201938（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 301 H01L 21/285 H01L 21/3205
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に絶縁膜を堆積する工程と、前記
絶縁膜にコンタクトホールまたはスルーホールを開口す
る工程と、物理気相成長法でアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金を堆積する工程と、塩素または塩素化合物ガ
スを吸着させる工程と、続いて真空を破らずに気相化学
成長法によりアルミニウムまたはアルミニウム合金を堆
積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２】 塩素化合物がＢＣｌ3 ，ＣＣｌ4 ，およ
びＨＣｌからなる群から選ばれたものである請求項１記
載の製造方法。 - 【請求項３】 気相化学成長法により堆積するアルミニ
ウムの原料が、アルキルアルミニウム，アルキルアルミ
ニウムハイドライドおよびアルミニウムハイドライドア
ミンアダクツからなる群から選ばれたものである請求項
１記載の製造方法。 - 【請求項４】 気相化学成長法により堆積するアルミニ
ウム原料がジメチルアルミニウムハイドライドである請
求項３記載の製造方法。 - 【請求項５】 気相化学成長法によるアルミニウムまた
はアルミニウム合金を堆積するときの真空度（Ｔｏｒ
ｒ）と、塩素または塩素化合物を吸着させてから、前記
アルミニウムまたはアルミニウム合金を堆積するチャン
バに搬送するまでの時間（ｓｅｃ）との積が１×１０-3
以下である請求項１ないし４記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9258594A JP3031314B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9258594A JP3031314B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1197385A JPH1197385A (ja) | 1999-04-09 |
| JP3031314B2 true JP3031314B2 (ja) | 2000-04-10 |
Family
ID=17322442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9258594A Expired - Lifetime JP3031314B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3031314B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013143442A (ja) * | 2012-01-10 | 2013-07-22 | Ulvac Japan Ltd | デバイスの製造方法および製造装置 |
-
1997
- 1997-09-24 JP JP9258594A patent/JP3031314B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1197385A (ja) | 1999-04-09 |
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