JP3288010B2 - 半導体素子の金属配線形成方法 - Google Patents

半導体素子の金属配線形成方法

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JP3288010B2 JP17605698A JP17605698A JP3288010B2 JP 3288010 B2 JP3288010 B2 JP 3288010B2 JP 17605698 A JP17605698 A JP 17605698A JP 17605698 A JP17605698 A JP 17605698A JP 3288010 B2 JP3288010 B2 JP 3288010B2
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    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の金属配
線形成方法に関し、特に、開口を介し下部導電層にコン
タクトされる金属層を形成する際、CVDアルミニウム
膜、低温PVDアルミニウム合金膜、高温PVDアルミニウム
合金膜が積層されるようにする金属配線形成方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】参考に、本発明ではCVD(Chemical Vapo
r Deposition)方法で被着されたアルミニウム膜はCVD
アルミニウム膜と称し、PVD(Physical Vapor Depositi
on)方法で被着されたアルミニウム合金膜をPVDアルミ
ニウム合金膜と称する。一般に、素子間や素子と外部回
路の間を電気的に接続させるための半導体素子の配線
は、所定のコンタクトホール及びビアホールを介し下部
導電層と連結させ、配線材料で前記コンタクトホールに
埋め込まれる配線層を形成してパターニング工程を経て
形成され、特に、低い抵抗を必要とする所には金属配線
を用いる。前記金属配線はアルミニウム(A1)に少量の
シリコンや銅が含まれたり、シリコンと銅が全て含まれ
比抵抗が低いながらも加工性が優れたアルミニウム合金
膜を配線材料に利用し、前記アルミニウム合金膜はPVD
方法で被着することになる。前記PVD方法は、その過程
が化学的反応なく物理的器具、例えばスパッタリング装
置で被着がなされる。前記スパッタリング装置は、外部
印加電圧により低圧の気体をイオン化、即ちプラズマ化
させて気体イオンを形成し、前記気体イオンは電位差に
より加速されて陰極ターゲットを叩く。この時、前記気
体イオンの衝突によりターゲットの原子が飛び出して母
材表面で凝集、成長して薄膜を形成する。一般に、前記
低圧の気体はアルゴン(Ar)が用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ス
パッタリング方法はCVD方法に比べ物性、例えば膜の密
度が高く不純物濃度が少ないという利点があるが、層覆
い(stepcoverage)が悪いということと、低温でスパッ
タリング工程を行えば表面が粗くなって配線マスク作業
が容易でないという問題がある。
【0004】一方、前記CVD方法は金属薄膜内に欠陥の
増加で金属薄膜の比抵抗が高くなる問題があり、デザイ
ン ルールが小さくなるに従い金属配線の抵抗値が大き
くなり、金属薄膜にエレクトロ マイグレーション(E
M)現象のような信頼性側面とRCディレイ等のような素
子特性側面に良くない影響を与える。
【0005】従って、本発明の目的は、コンタクトホー
ルが絶縁膜にアルミニウム膜を被着する際、層覆いを増
大させアルミニウム合金膜の表面粗度を緩和させ得るよ
うにする半導体素子の金属配線形成方法を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め本発明は、導電層上部に絶縁膜が形成され、前記絶縁
膜に開口が備えられ、その上部に金属層が被着されて前
記開口を介し前記導電層にコンタクトされる半導体素子
製造方法において、前記開口が備えられた絶縁膜に拡散
ベリア膜を形成する段階と、前記拡散ベリア膜上部にCV
Dアルミニウム膜を形成する工程と、前記CVDアルミニウ
ム膜上部に20〜100℃でPVDアルミニウム合金膜を
5〜25kWパワー(power)で形成し、その上部に40
0〜550℃でPVDアルミニウム合金膜を0.1〜5kWパ
ワー(power)で順次形成する工程と、前記PVDアルミニ
ウム合金上部に反射防止膜を形成する工程を含む。
【0007】また、前記目的達成のための本発明は、導
電層上部に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜に開口が備え
られ、その上部に金属層が被着されて前記開口を介し前
記導電層にコンタクトされる半導体素子製造方法におい
て、前記絶縁膜に開口を形成した後、アウト ガッシン
グ(out−gassing)工程を進める工程と、開口底部にあ
る酸化膜を除去する工程と、Ti又はTa金属膜を形成する
工程と、前記金属膜上部にCVDアルミニウム膜を形成す
る工程と、前記CVDアルミニウム膜上部に20〜100
でPVDアルミニウム合金膜を5〜25kWパワー(powe
r)で形成し、その上部に400〜550℃でPVDアルミ
ニウム合金膜を0.1〜5kWパワー(power)で順次形成
する工程と、前記PVDアルミニウム合金上部に反射防止
膜を形成する工程を含む。
【0008】これらの発明によれば、コンタクトホール
を有する絶縁層上部面に金属層を被着する時、CVDアル
ミニウム膜を1次に被着して段差被覆性を向上させ、そ
の上部に低温でPVDアルミニウム合金膜を被着し、その
上部に高温でPVDアルミニウム合金膜を被着してアルミ
ニウム合金膜の表面を滑らかにし、後続工程を容易に進
行可能にすることにより金属配線の質を向上させる。
【0009】以上の発明にあって、前記拡散ベリア膜
は、窒化膜やシリコン窒化膜の金属膜である方が好
ましい。また、前記拡散ベリア膜を形成した後、その表
面にTi又はTa膜を被着する工程を含む方が好ましい。ま
た、前記CVDアルミニウム膜は、100〜250℃程度
の温度で形成するものである方が好ましい。また、20
〜100℃でPVDアルミニウム合金膜を形成する際、
400〜550℃でPVDアルミニウム合金膜を形成す
る際、一つのチャンバで工程を進めるか、それぞれ温度
条件が異なる二つのチャンバで真空破壊なく進める方が
好ましい。また、前記拡散ベリア膜、Ti又はTa金属膜を
形成する工程からPVDアルミニウム合金膜を形成する工
程まで、真空破壊なく工程を進める方が好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明を詳細に説明する。図1乃至図4は、本発明の実施例
に係る半導体素子の金属配線形成方法を示した断面図で
ある。先ず、図1を参照しながら、導電層又は半導体基
板(1)上部に絶縁膜(2)を形成し、コンタクトホー
ルを形成した後、クリーニング工程又はアウト ガッシ
ング工程を経た後、拡散ベリア膜(3)を形成する。こ
の際、前記絶縁層(2)は酸化膜系統の膜であり、前記
拡散ベリア膜(3)はTi\TIN又はW\WN、Ti\TiSiN積
層膜、又はTiN、WN、TaNで窒化膜系列の化合物やシリコ
ン窒化膜系統の化合物で形成する。
【0011】図2を参照すれば、前記拡散ベリア膜
(3)上部にTi又はTa膜のような単一金属膜(4)を被
着し、その上部にCVDアルミニウム膜(5)を被着す
る。この際、前記単一金属膜は、金属ベリア膜(3)に
直接アルミニウム膜が被着される時、アルミニウム膜が
良く拡散せず、水玉模様に被着されるウェッ ティン
グ(Wetting)現象を防止し、前記金属ベリア膜(3)
とその下部からガスが放出されるアウト ガッシング(o
ut−gassing)防止膜に利用される。また、前記CVDアル
ミニウム膜(5)は、CVD方法を利用して100〜25
0℃程度の温度で400〜1000A程度の薄い厚さに
形成する。
【0012】図3を参照すれば、前記CVDアルミニウム
膜(5)上部に、例えば20〜100℃の低温でPVDア
ルミニウム合金膜(6)と400〜550℃の高温でPV
Dアルミニウム合金膜(7)を順次積層する。この際、
前記高温である400〜550℃温度は、コンタクトホ
ールの段差比(aspect ratio)に従い調節可能なもので
ある。前記CVDアルミニウム膜(5)と、前記低温PVDア
ルミニウム合金膜(6)及び高温PVDアルミニウム合金
膜(7)の形成工程は、真空破壊せず高真空で維持され
たスパッタリング チェンバで成り、前記低温PVDアルミ
ニウム合金膜(6)は、ウェーハの加熱なく5〜25kW
程度の高いパワー(power)で短時間で被着し、前記高
温PVDアルミニウム合金膜(7)は、前記ウェーハを十
分加熱し高温で0.1〜5kW以下の低い被着パワーによ
りアルミニウム合金膜を被着する。そのため、アルミニ
ウム合金の表面を滑らかにすることができる。また、前
記低温PVDアルミニウム合金(6)と高温PVDアルミニウ
ム合金(7)の被着工程は、一つのチャンバで形成する
こともでき、温度が調節された二つのチャンバを利用す
ることができる。
【0013】図4を参照すれば前記CVDアルミニウム膜
(5)、低温PVDアルミニウム合金(6)と高温PVDアル
ミニウム合金(7)でなるアルミニウム合金膜上部に反
射防止膜(9)を形成する。前記反射防止膜(9)はパ
ターニング工程の際、アルミニウム合金膜(8)の表面
で反射されることを極小化するためのもので、例えば窒
化膜系統の金属、又はシリコン窒化膜系統の金属が利用
される。
【0014】本発明の他の実施例は、導電層上部に絶縁
膜が形成され、前記絶縁膜に開口が備えられ、その上部
に金属層が被着されて前記開口を介し前記導電層にコン
タクトされる半導体素子を製造する際、前記絶縁膜に開
口を形成した後アウト ガッシング(out−gassing)工
程を進める工程と、開口底部に形成される酸化膜を除去
する工程と、ウェッティング(Wetting)防止又はアウ
ト ガッシング遮断用単一金属膜、例えばTi又はTa金属
膜を形成する工程と、前記金属膜上部にCVDアルミニウ
ム膜を形成する工程と、前記CVDアルミニウム膜上部に
低温でPVDアルミニウム合金膜を形成し、その上部に高
温でPVDアルミニウム合金膜を順次形成する工程と、前
記PVDアルミニウム合金上部に反射防止膜を形成する工
程を含む。前記CVDアルミニウム膜、前記PVDアルミニウ
ム合金膜を形成する工程は、前述の実施例のような条件
で行えば良い。
【0015】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明に係る半
導体素子の金属配線形成方法は、コンタクトホールを有
する絶縁層上部面に金属層を被着する時、CVDアルミニ
ウム膜を1次に被着して段差被覆性を向上させ、その上
部に低温でPVDアルミニウム合金膜を被着し、その上部
に高温でPVDアルミニウム合金膜を被着してアルミニウ
ム合金膜の表面を滑らかにし、後続工程を容易に進行可
能にすることにより金属配線の質を向上させ、半導体素
子の信頼性を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、開口が形成された絶縁膜の表面に拡散
ベリア膜を形成した断面図である。
【図2】図2は、前記拡散ベリア膜上部にTi又はTa等の
単一金属層を被着したものを示した断面図である。
【図3】図3は、CVDアルミニウム膜を被着し、低温と
高温でPVDアルミニウム合金膜をそれぞれ積層した断面
図である。
【図4】図4は、反射防止膜を被着したものを示した断
面図である。
【符号の説明】 1 半導体基板 2 絶縁膜 3 拡散ベリア膜 4 単一金属層 5 CVDアルミニウム膜 6 PVDアルミニウム合金膜 7 PVDアルミニウム合金膜 9 反射防止膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−216133(JP,A) 特開 平9−139427(JP,A) 特開 平7−283318(JP,A) 特開 平8−213462(JP,A) 特開 平7−115073(JP,A) 特開 平6−124948(JP,A) 特開 平6−5722(JP,A) 特開 平7−45705(JP,A) 特開 平8−186084(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/321 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/43 H01L 29/47 H01L 29/872

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電層上部に絶縁膜が形成され、前記絶
    縁膜に開口が備えられ、その上部に金属層が被着されて
    前記開口を介し前記導電層にコンタクトされる半導体素
    子製造方法において、 前記開口が備えられた絶縁膜上部に拡散ベリア膜を形成
    する工程と、 前記拡散ベリア膜上部にCVDアルミニウム膜を形成する
    工程と、 前記CVDアルニミウム膜上部に20〜100℃でPVDアル
    ミニウム合金膜を5〜25kWパワー(power)で形成
    し、その上部に400〜550℃でPVDアルミニウム合
    金膜を0.1〜5kWパワー(power)で順次形成する工程
    と、 前記PVDアルミニウム合金上部に反射防止膜を形成する
    工程を含む半導体素子の金属配線形成方法。
  2. 【請求項2】 前記拡散ベリア膜は、窒化膜やシリコ
    ン窒化膜の金属膜であることを特徴とする請求項1記
    載の半導体素子の金属配線形成方法。
  3. 【請求項3】 前記拡散ベリア膜を形成した後、その表
    面にTi又はTa膜を被着する工程を含むことを特徴とする
    請求項1又は請求項2記載の半導体素子の金属配線形成
    方法。
  4. 【請求項4】 導電層上部に絶縁膜が形成され、前記絶
    縁膜に開口が備えられ、その上部に金属層が被着されて
    前記開口を介し前記導電層にコンタクトされる半導体素
    子製造方法において、 前記絶縁膜に開口を形成した後、アウト ガッシング(o
    ut−gassing)工程を進める工程と、 開口底部に形成される酸化膜を除去する工程と、 Ti又はTa金属膜を形成する工程と、 前記金属膜上部にCVDアルミニウム膜を形成する工程
    と、 前記CVDアルミニウム膜上部に20〜100℃でPVDアル
    ミニウム合金膜を5〜25kWパワー(power)で形成
    し、その上部に400〜550℃でPVDアルミニウム合
    金膜を0.1〜5kWパワー(power)で順次形成する工程
    と、 前記PVDアルミニウム合金上部に反射防止膜を形成する
    工程を含む半導体素子の金属配線形成方法。
  5. 【請求項5】 前記CVDアルミニウム膜は、100〜2
    50℃程度の温度で形成することを特徴とする請求項1
    又は請求項4記載の半導体素子の金属配線形成方法。
  6. 【請求項6】 20〜100℃でPVDアルミニウム合金
    膜を形成する際、及び400〜550℃でPVDアルミニ
    ウム合金膜を形成する際、一つのチャンバで工程を進め
    るか、それぞれ温度条件が異なる二つのチャンバでそれ
    ぞれ真空破壊なく進めることを特徴とする請求項1又は
    請求項4記載の半導体素子の金属配線形成方法。
  7. 【請求項7】 前記拡散ベリア膜、Ti又はTa金属膜を形
    成する工程からPVDアルミニウム合金膜を形成する工程
    まで、真空破壊なく工程を進めることを特徴とする請求
    項1又は請求項4記載の半導体素子の金属配線形成方
    法。
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