JP3326800B2 - Ａｌ系多層配線形成方法及び半導体装置 - Google Patents
Ａｌ系多層配線形成方法及び半導体装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ａｌ系多層配線形成方
法及び半導体装置に関する。本発明は特に、例えば、微
細化・集積化した電子材料の微細化されたコンタクトホ
ールにＡｌ系金属材料部分を形成して多層配線間の電気
的接続をとる技術として好適に用いることができるもの
である。
法及び半導体装置に関する。本発明は特に、例えば、微
細化・集積化した電子材料の微細化されたコンタクトホ
ールにＡｌ系金属材料部分を形成して多層配線間の電気
的接続をとる技術として好適に用いることができるもの
である。
【０００２】
【従来の技術】電子材料、例えば半導体装置の分野にお
いては、半導体集積回路の微細化・高集積化に伴い、多
層配線技術が重要になって来ている。そのためコンタク
トホールの埋め込み・平坦化が必須な技術となってい
る。コンタクトホール自体も微細に、かつアスペクト比
が大きくなるため、その良好な埋め込みや、埋め込み後
の平坦化も必ずしも容易ではなくなって来ているからで
ある。このような埋め込み・平坦化技術の中でも、５０
０℃程度に被処理材である半導体ウェハーを加熱しなが
らＡｌや、Ａｌ合金等のＡｌ系材料をスパッタ成膜する
技術が有望視されている。例えば、図５に示すＡｌやＡ
ｌ合金等のＡｌ系下層配線１上に形成した層間膜２にコ
ンタクトホールとして開孔部３を形成し、この開孔部３
にＡｌやＡｌ合金等のＡｌ系材料４を埋め込んでＡｌ系
材料部分を形成する高温スパッタ技術が注目されてい
る。なおこのスパッタＡｌ成膜時に、ウェハーへのＲＦ
バイアス印加が併用されることもある。ところで、この
方法は、ウェハーに５００℃位の高温加熱を必要とす
る。そのためＡｌの粒径は大きくなり、ＥＭ（エレクト
ロマイグレーション）耐性などのＡｌの信頼性が向上す
る。しかし、その一方、埋め込み特性がよいという性質
を利用してこの高温スパッタ技術を多層配線形成に利用
した場合、上層Ａｌ形成に高温スパッタを用いると、下
層にすでに形成したＡｌに、この高温スパッタ時に熱ス
トレスが加わり、ボイド（材料中に生ずる中空）の発生
を招いてしまうという欠点がある。このように、下層Ａ
ｌ系配線を形成後、上層配線やあるいはそれとの接続部
形成のために何らかの加熱処理工程を行うと、すでに形
成された下層Ａｌ系配線に悪影響が及ばされるという問
題点があったものである。
いては、半導体集積回路の微細化・高集積化に伴い、多
層配線技術が重要になって来ている。そのためコンタク
トホールの埋め込み・平坦化が必須な技術となってい
る。コンタクトホール自体も微細に、かつアスペクト比
が大きくなるため、その良好な埋め込みや、埋め込み後
の平坦化も必ずしも容易ではなくなって来ているからで
ある。このような埋め込み・平坦化技術の中でも、５０
０℃程度に被処理材である半導体ウェハーを加熱しなが
らＡｌや、Ａｌ合金等のＡｌ系材料をスパッタ成膜する
技術が有望視されている。例えば、図５に示すＡｌやＡ
ｌ合金等のＡｌ系下層配線１上に形成した層間膜２にコ
ンタクトホールとして開孔部３を形成し、この開孔部３
にＡｌやＡｌ合金等のＡｌ系材料４を埋め込んでＡｌ系
材料部分を形成する高温スパッタ技術が注目されてい
る。なおこのスパッタＡｌ成膜時に、ウェハーへのＲＦ
バイアス印加が併用されることもある。ところで、この
方法は、ウェハーに５００℃位の高温加熱を必要とす
る。そのためＡｌの粒径は大きくなり、ＥＭ（エレクト
ロマイグレーション）耐性などのＡｌの信頼性が向上す
る。しかし、その一方、埋め込み特性がよいという性質
を利用してこの高温スパッタ技術を多層配線形成に利用
した場合、上層Ａｌ形成に高温スパッタを用いると、下
層にすでに形成したＡｌに、この高温スパッタ時に熱ス
トレスが加わり、ボイド（材料中に生ずる中空）の発生
を招いてしまうという欠点がある。このように、下層Ａ
ｌ系配線を形成後、上層配線やあるいはそれとの接続部
形成のために何らかの加熱処理工程を行うと、すでに形
成された下層Ａｌ系配線に悪影響が及ばされるという問
題点があったものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】このため、Ａｌに５
％程度のＧｅを混入することにより、フロー温度を下
げ、低温でのリフロースパッタを可能ならしめ、これに
より高アスペクト比のコンタクトホールを埋め込む技術
が提案されている（１９９０年秋の応用物理学会予稿集
５５４頁の２６ａ−Ｅ−２（菊田ら）参照）。Ａｌ−Ｇ
ｅ系合金の共晶温度は４２４℃と低いため、これを用い
ると、３００℃でも埋め込み平坦化ができる（図６のＡ
ｌ−Ｇｅ二次元状態図を参照）。
％程度のＧｅを混入することにより、フロー温度を下
げ、低温でのリフロースパッタを可能ならしめ、これに
より高アスペクト比のコンタクトホールを埋め込む技術
が提案されている（１９９０年秋の応用物理学会予稿集
５５４頁の２６ａ−Ｅ−２（菊田ら）参照）。Ａｌ−Ｇ
ｅ系合金の共晶温度は４２４℃と低いため、これを用い
ると、３００℃でも埋め込み平坦化ができる（図６のＡ
ｌ−Ｇｅ二次元状態図を参照）。
【０００４】ところがこの技術を用いると、Ａｌ中のＧ
ｅの固溶度は３００℃で１．５％と小さいため、コンタ
クトホール中に埋め込まれたＡｌ−Ｇｅ系合金中のＧｅ
がコンタクトホール中に析出し、コンタクト抵抗が高く
なってしまうという問題がある。また、Ｇｅ入りＡｌ
は、粒径が小さくなってしまうため、ＥＭ耐性が劣化し
てしまうという問題がある。
ｅの固溶度は３００℃で１．５％と小さいため、コンタ
クトホール中に埋め込まれたＡｌ−Ｇｅ系合金中のＧｅ
がコンタクトホール中に析出し、コンタクト抵抗が高く
なってしまうという問題がある。また、Ｇｅ入りＡｌ
は、粒径が小さくなってしまうため、ＥＭ耐性が劣化し
てしまうという問題がある。
【０００５】本発明は上記問題点を解決して、低い温度
で埋め込み特性良く、良好な埋め込み平坦化を達成で
き、かつ、コンタクト抵抗も低く、ＥＭ耐性も良好であ
って配線の信頼性の高い接続部を有するＡｌ系多層配線
構造、及びこれを用いた半導体装置を提供することを目
的とする。
で埋め込み特性良く、良好な埋め込み平坦化を達成で
き、かつ、コンタクト抵抗も低く、ＥＭ耐性も良好であ
って配線の信頼性の高い接続部を有するＡｌ系多層配線
構造、及びこれを用いた半導体装置を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本出願の請求項1の発明
は、下層Ａｌ系配線上に層間膜を形成し、該層間膜に開
孔部を形成し、その後Ａｌ系材料部分を高温スパッタで
形成し、該Ａｌ系材料部分上に上層材料を形成し、該Ａ
ｌ系材料部分中の異種金属成分の少なくとも一部を該上
層材料中に吸収させ、前記開孔部にのみ該Ａｌ系材料部
分を選択的に残し、該開孔部に埋め込まれたＡｌ系材料
部分を含む層間膜上に上層Ａｌ系配線を形成する工程を
備えて、下層Ａｌ系配線と上層Ａｌ系配線との電気的接
続部を形成したことを特徴とするＡｌ系多層配線形成方
法であって、これにより上記目的を、達成するものであ
る。
は、下層Ａｌ系配線上に層間膜を形成し、該層間膜に開
孔部を形成し、その後Ａｌ系材料部分を高温スパッタで
形成し、該Ａｌ系材料部分上に上層材料を形成し、該Ａ
ｌ系材料部分中の異種金属成分の少なくとも一部を該上
層材料中に吸収させ、前記開孔部にのみ該Ａｌ系材料部
分を選択的に残し、該開孔部に埋め込まれたＡｌ系材料
部分を含む層間膜上に上層Ａｌ系配線を形成する工程を
備えて、下層Ａｌ系配線と上層Ａｌ系配線との電気的接
続部を形成したことを特徴とするＡｌ系多層配線形成方
法であって、これにより上記目的を、達成するものであ
る。
【０００７】本出願の請求項２の発明は、下層Ａｌ系配
線上に層間膜を形成し、該層間膜に開孔部を形成し、そ
の後Ａｌ系材料部分を高温スパッタで形成し、該Ａｌ系
材料部分上にＣｕからなる上層材料を形成し、該Ａｌ系
材料部分中の異種金属成分の少なくとも一部を該Ｃｕか
らなる上層材料中に吸収させる工程を備え、その後前記
開孔部に埋め込まれたＡｌ系材料部分を含む層間膜上に
上層Ａｌ系配線を形成する工程を備えて、下層Ａｌ系配
線と上層Ａｌ系配線との電気的接続部を形成したことを
特徴とするＡｌ系多層配線形成方法であって、これによ
り上記目的を、達成するものである。
線上に層間膜を形成し、該層間膜に開孔部を形成し、そ
の後Ａｌ系材料部分を高温スパッタで形成し、該Ａｌ系
材料部分上にＣｕからなる上層材料を形成し、該Ａｌ系
材料部分中の異種金属成分の少なくとも一部を該Ｃｕか
らなる上層材料中に吸収させる工程を備え、その後前記
開孔部に埋め込まれたＡｌ系材料部分を含む層間膜上に
上層Ａｌ系配線を形成する工程を備えて、下層Ａｌ系配
線と上層Ａｌ系配線との電気的接続部を形成したことを
特徴とするＡｌ系多層配線形成方法であって、これによ
り上記目的を、達成するものである。
【０００８】本出願の請求項３の発明は、下層Ａｌ系配
線上に層間膜を形成し、該層間膜に開孔部を形成し、そ
の後Ａｌ系材料部分を高温スパッタで形成し、該Ａｌ系
材料部分上に上層材料を形成し、該Ａｌ系材料部分中の
異種金属成分の少なくとも一部を該上層材料中に吸収さ
せ、その後該上層材料を該上層材料中に吸収させた前記
異種金属成分ごと除去し、さらに前記開孔部以外の前記
Ａｌ系材料部分を除去し、該開孔部に埋め込まれたＡｌ
系材料部分を含む層間膜上に上層Ａｌ系配線を形成する
工程を備えて、下層Ａｌ系配線と上層Ａｌ系配線との電
気的接続部を形成したことを特徴とするＡｌ系多層配線
形成方法であって、これにより上記目的を、達成するも
のである。
線上に層間膜を形成し、該層間膜に開孔部を形成し、そ
の後Ａｌ系材料部分を高温スパッタで形成し、該Ａｌ系
材料部分上に上層材料を形成し、該Ａｌ系材料部分中の
異種金属成分の少なくとも一部を該上層材料中に吸収さ
せ、その後該上層材料を該上層材料中に吸収させた前記
異種金属成分ごと除去し、さらに前記開孔部以外の前記
Ａｌ系材料部分を除去し、該開孔部に埋め込まれたＡｌ
系材料部分を含む層間膜上に上層Ａｌ系配線を形成する
工程を備えて、下層Ａｌ系配線と上層Ａｌ系配線との電
気的接続部を形成したことを特徴とするＡｌ系多層配線
形成方法であって、これにより上記目的を、達成するも
のである。
【０００９】本出願の請求項４の発明は、下層Ａｌ系配
線上に層間膜を形成し、該層間膜に開孔部を形成し、そ
の後Ａｌ系材料部分を高温スパッタで形成し、該Ａｌ系
材料部分上に上層材料としてＣｕを形成し、該Ａｌ系材
料部分中の異種金属成分であるＧｅを該上層材料中に吸
収させ、その後該上層材料の上に上層Ａｌ系配線を形成
する工程を備えて、下層Ａｌ系配線と上層Ａｌ系配線と
の電気的接続部を形成したことを特徴とするＡｌ系多層
配線形成方法であって、これにより上記目的を、達成す
るものである。
線上に層間膜を形成し、該層間膜に開孔部を形成し、そ
の後Ａｌ系材料部分を高温スパッタで形成し、該Ａｌ系
材料部分上に上層材料としてＣｕを形成し、該Ａｌ系材
料部分中の異種金属成分であるＧｅを該上層材料中に吸
収させ、その後該上層材料の上に上層Ａｌ系配線を形成
する工程を備えて、下層Ａｌ系配線と上層Ａｌ系配線と
の電気的接続部を形成したことを特徴とするＡｌ系多層
配線形成方法であって、これにより上記目的を、達成す
るものである。
【００１０】本出願の請求項５の発明は、下層Ａｌ系配
線上に層間膜を形成し、該層間膜に開孔部を形成し、該
開孔部内及び該層間膜上にＡｌ系材料部分を形成し、該
Ａｌ系材料部分上に、該Ａｌ系材料部分を形成するＡｌ
系材料中の異種金属成分であるＧｅを捕捉したＣｕとＧ
ｅの結合物層である異種金属捕捉層を形成して積層構造
とし、該積層構造上に上層Ａｌ系配線を形成して前記下
層Ａｌ系配線と前記上層Ａｌ系配線との電気的接続部を
形成してなる半導体装置であって、これにより上記目的
を、達成するものである。
線上に層間膜を形成し、該層間膜に開孔部を形成し、該
開孔部内及び該層間膜上にＡｌ系材料部分を形成し、該
Ａｌ系材料部分上に、該Ａｌ系材料部分を形成するＡｌ
系材料中の異種金属成分であるＧｅを捕捉したＣｕとＧ
ｅの結合物層である異種金属捕捉層を形成して積層構造
とし、該積層構造上に上層Ａｌ系配線を形成して前記下
層Ａｌ系配線と前記上層Ａｌ系配線との電気的接続部を
形成してなる半導体装置であって、これにより上記目的
を、達成するものである。
【００１１】本出願の請求項６の発明は、下層Ａｌ系配
線上に層間膜を形成し、該層間膜に開孔部を形成し、該
開孔部内及び該層間膜上にＡｌ系材料部分を形成し、該
Ａｌ系材料部分上に、該Ａｌ系材料部分を形成するＡｌ
系材料中の異種金属成分であるＧｅを捕捉したＣｕとＧ
ｅの結合物層である異種金属捕捉層を形成して積層構造
とし、該積層構造上に上層Ａｌ系配線を形成して前記下
層Ａｌ系配線と前記上層Ａｌ系配線との電気的接続部を
形成してなる半導体装置であって、これにより上記目的
を、達成するものである。
線上に層間膜を形成し、該層間膜に開孔部を形成し、該
開孔部内及び該層間膜上にＡｌ系材料部分を形成し、該
Ａｌ系材料部分上に、該Ａｌ系材料部分を形成するＡｌ
系材料中の異種金属成分であるＧｅを捕捉したＣｕとＧ
ｅの結合物層である異種金属捕捉層を形成して積層構造
とし、該積層構造上に上層Ａｌ系配線を形成して前記下
層Ａｌ系配線と前記上層Ａｌ系配線との電気的接続部を
形成してなる半導体装置であって、これにより上記目的
を、達成するものである。
【００１２】本発明において、「Ａｌ系」とは、純Ａｌ
であるか、Ａｌ合金（例えばＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｇｅそ
の他）であるか、あるいはＡｌ系化合物もしくはこれら
を主成分とすることを言う。
であるか、Ａｌ合金（例えばＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｇｅそ
の他）であるか、あるいはＡｌ系化合物もしくはこれら
を主成分とすることを言う。
【００１３】
【作用】本出願の各請求項に係る発明によれば、開孔部
中のＡｌ系材料部分と、上層配線とを別々に形成するよ
うにでき、開孔部中のＡｌ系材料部分は異種金属含有の
低融点のＡｌ合金で穴埋めにより形成容易にし、エッチ
バック等で、選択的にこれを開孔部内に残した後、上層
に信頼性を有する大粒径Ａｌの上層配線を形成するよう
に構成できる。
中のＡｌ系材料部分と、上層配線とを別々に形成するよ
うにでき、開孔部中のＡｌ系材料部分は異種金属含有の
低融点のＡｌ合金で穴埋めにより形成容易にし、エッチ
バック等で、選択的にこれを開孔部内に残した後、上層
に信頼性を有する大粒径Ａｌの上層配線を形成するよう
に構成できる。
【００１４】また、本出願の各請求項に係る発明によれ
ば、Ａｌ系材料部分中の異種金属成分が上層材料に析出
して捕捉されるので、低融点で良好な埋め込みが達成で
きるという異種金属含有Ａｌ系材料の利点を生かして、
しかも最終的に異種金属を析出させ、もって異種金属に
よる悪影響を防止して、信頼性の高いＡｌ系配線を形成
することができる。
ば、Ａｌ系材料部分中の異種金属成分が上層材料に析出
して捕捉されるので、低融点で良好な埋め込みが達成で
きるという異種金属含有Ａｌ系材料の利点を生かして、
しかも最終的に異種金属を析出させ、もって異種金属に
よる悪影響を防止して、信頼性の高いＡｌ系配線を形成
することができる。
【００１５】
【実施例】以下本出願の発明の実施例について説明す
る。但し当然のことではあるが、本出願の発明は、以下
に記す実施例によって限定されるものではない。
る。但し当然のことではあるが、本出願の発明は、以下
に記す実施例によって限定されるものではない。
【００１６】実施例１ 本実施例は、高度に集積化した半導体集積回路装置の製
造において、下層及び上層Ａｌ系配線を形成するととも
に、その上下両配線の電気的接続をとるために微細化し
た開孔部に接続構造を形成する場合に、本発明を適用し
たものである。
造において、下層及び上層Ａｌ系配線を形成するととも
に、その上下両配線の電気的接続をとるために微細化し
た開孔部に接続構造を形成する場合に、本発明を適用し
たものである。
【００１７】本実施例においては、下層Ａｌ系配線はＡ
ｌ配線（純Ａｌないしは１％程度のＳｉを含有するＡｌ
−Ｓｉ合金から成る配線）とし、上層Ａｌ系配線は、Ａ
ｌ−Ｇｅ合金を膜形成した後、この中のＧｅを上層材料
（ここではＣｕ膜を利用）により捕捉して該Ｇｅを合金
中から除いたものから構成するようにした。図１を参照
する。
ｌ配線（純Ａｌないしは１％程度のＳｉを含有するＡｌ
−Ｓｉ合金から成る配線）とし、上層Ａｌ系配線は、Ａ
ｌ−Ｇｅ合金を膜形成した後、この中のＧｅを上層材料
（ここではＣｕ膜を利用）により捕捉して該Ｇｅを合金
中から除いたものから構成するようにした。図１を参照
する。
【００１８】本実施例は、下層Ａｌ系配線１上にＳｉＯ
2 等により層間膜２を形成し、該層間膜２にコンタクト
ホール用の開孔部３を形成して図１（ａ）の構造とし、
次に、Ａｌ系材料部分４を高温スパッタで形成して図１
（ｂ）の構造とし、更に開孔部３にのみ該Ａｌ系材料部
分４を選択的に残すようにし図１（ｄ）に示す構造を得
る構成としたものである。開孔部３中に選択的に残され
たＡｌ系材料部分を符号４１で示す。
2 等により層間膜２を形成し、該層間膜２にコンタクト
ホール用の開孔部３を形成して図１（ａ）の構造とし、
次に、Ａｌ系材料部分４を高温スパッタで形成して図１
（ｂ）の構造とし、更に開孔部３にのみ該Ａｌ系材料部
分４を選択的に残すようにし図１（ｄ）に示す構造を得
る構成としたものである。開孔部３中に選択的に残され
たＡｌ系材料部分を符号４１で示す。
【００１９】本例では特に、開孔部３を埋め込んで電気
的接続部をとるためのＡｌ系材料としてＡｌ合金を用
い、特にＡｌ−Ｇｅ合金を使用した。かつ本例にあって
は、このＡｌ系材料部分４上に上層材料６としてＣｕ膜
を形成して、Ａｌ系材料部分４中の異種金属成分５（こ
こではＧｅ。図１（ｂ）参照）をこの上層材料５中に析
出させ、図１（ｃ）に示すように上層材料６であるＣｕ
と異種金属成分であるＧｅとが結合した異種金属捕捉膜
７（ここではＣｕ−Ｇｅ系膜）を形成させて、これによ
ってＡｌ中のＧｅを除去する。従ってこの結果、第１
（ｄ）に示す開孔部３中に残されたＡｌ材料部分４１
は、Ｇｅを含まない（あるいは含んでも僅かである）Ａ
ｌとなる。最後に上層Ａｌ系配線９（ここではバリアメ
タル８を介したＡｌ配線）を形成して、図１（ｅ）の構
造とする。
的接続部をとるためのＡｌ系材料としてＡｌ合金を用
い、特にＡｌ−Ｇｅ合金を使用した。かつ本例にあって
は、このＡｌ系材料部分４上に上層材料６としてＣｕ膜
を形成して、Ａｌ系材料部分４中の異種金属成分５（こ
こではＧｅ。図１（ｂ）参照）をこの上層材料５中に析
出させ、図１（ｃ）に示すように上層材料６であるＣｕ
と異種金属成分であるＧｅとが結合した異種金属捕捉膜
７（ここではＣｕ−Ｇｅ系膜）を形成させて、これによ
ってＡｌ中のＧｅを除去する。従ってこの結果、第１
（ｄ）に示す開孔部３中に残されたＡｌ材料部分４１
は、Ｇｅを含まない（あるいは含んでも僅かである）Ａ
ｌとなる。最後に上層Ａｌ系配線９（ここではバリアメ
タル８を介したＡｌ配線）を形成して、図１（ｅ）の構
造とする。
【００２０】本実施例では更に詳しくは、以下のような
（１）〜（６）の工程を備えて、Ａｌ系多層配線を形成
している。
（１）〜（６）の工程を備えて、Ａｌ系多層配線を形成
している。
【００２１】（１）下層Ａｌ系配線１であるＡｌ配線を
形成したシリコン半導体ウェハーについて、該下層Ａｌ
配線１上に層間膜２を形成し、開孔部３をＣＶＤ及びリ
ソグラフィー技術、ドライエッチング技術を用いて形成
する。これらは、通常のプロセスを用いる。本実施例で
は開孔部３は、０．４μｍ径とした。これにより図１
（ａ）の構造とする。
形成したシリコン半導体ウェハーについて、該下層Ａｌ
配線１上に層間膜２を形成し、開孔部３をＣＶＤ及びリ
ソグラフィー技術、ドライエッチング技術を用いて形成
する。これらは、通常のプロセスを用いる。本実施例で
は開孔部３は、０．４μｍ径とした。これにより図１
（ａ）の構造とする。
【００２２】（２）次に、Ａｌ系材料部分４を形成する
ためのＡｌ−Ｇｅを、例えば、３００℃の加熱を行いな
がら、開孔部３にスパッタ形成する。条件は、例えば、
次の２段階で行うことができる。 第１段階：Ａｌ−Ｇｅ ｎｏ ｈｅａｔ １０００Å形
成、Ａｒ＝１００ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、２２．
５ｋＷ 第２段階：Ａｌ−Ｇｅ ３００℃ ６０００Å形成、Ａ
ｒ＝１００ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、１０．５ｋＷ
ためのＡｌ−Ｇｅを、例えば、３００℃の加熱を行いな
がら、開孔部３にスパッタ形成する。条件は、例えば、
次の２段階で行うことができる。 第１段階：Ａｌ−Ｇｅ ｎｏ ｈｅａｔ １０００Å形
成、Ａｒ＝１００ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、２２．
５ｋＷ 第２段階：Ａｌ−Ｇｅ ３００℃ ６０００Å形成、Ａ
ｒ＝１００ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、１０．５ｋＷ
【００２３】このとき、Ａｌ−Ｇｅは融点が低いため、
充分に開孔部３への埋め込みを行うことができる。
充分に開孔部３への埋め込みを行うことができる。
【００２３】（３）次に例えば、ウェハー温度を３００
℃に維持したまま、処理装置として図２に示すような、
マルチチェンバー装置を用い、図３に示すようなヒータ
ー埋設の搬送アームを用いて、別のチェンバーに移送す
る。例えば、図の装置のＣＶＤ室１０１とエッチング室
１０２（両室はゲートバルブ１０５，１０６を介して連
設されており、両室間は搬送アーム１０ｂ２を有するト
ランスファールーム１０ａ２になっている）で図１
（ａ）の構造を形成して、更に、ゲートバルブ１０７を
介して、連設されたトランスファールーム１０ａ１を通
して、搬送アーム１０ｂ２，１０ｂ１を用い、スパッタ
室（１）１０３内に被処理ウェハーを移載してここで高
温スパッタを行って図１（ｂ）の構成とし、ここで更に
搬送アーム１０ｂ１によりウェハーをスパッタ室（２）
１０４に移して、次工程に入るようにすることができ
る。なお図２中、１０８，１０９はスパッタ室（１）
（２）１０３，１０４間のゲートバルブ、１００は被処
理材を載置して処理を行うサセプタ、１０ｃはロードロ
ック室、Ｓは被処理サンプルを示す。また、搬送アーム
１０ｂ１，１０ｂ２は、図３（ａ）（ｂ）に示す埋設さ
れた加熱手段１０ｄ（ヒーター）付きの構造になってい
る。
℃に維持したまま、処理装置として図２に示すような、
マルチチェンバー装置を用い、図３に示すようなヒータ
ー埋設の搬送アームを用いて、別のチェンバーに移送す
る。例えば、図の装置のＣＶＤ室１０１とエッチング室
１０２（両室はゲートバルブ１０５，１０６を介して連
設されており、両室間は搬送アーム１０ｂ２を有するト
ランスファールーム１０ａ２になっている）で図１
（ａ）の構造を形成して、更に、ゲートバルブ１０７を
介して、連設されたトランスファールーム１０ａ１を通
して、搬送アーム１０ｂ２，１０ｂ１を用い、スパッタ
室（１）１０３内に被処理ウェハーを移載してここで高
温スパッタを行って図１（ｂ）の構成とし、ここで更に
搬送アーム１０ｂ１によりウェハーをスパッタ室（２）
１０４に移して、次工程に入るようにすることができ
る。なお図２中、１０８，１０９はスパッタ室（１）
（２）１０３，１０４間のゲートバルブ、１００は被処
理材を載置して処理を行うサセプタ、１０ｃはロードロ
ック室、Ｓは被処理サンプルを示す。また、搬送アーム
１０ｂ１，１０ｂ２は、図３（ａ）（ｂ）に示す埋設さ
れた加熱手段１０ｄ（ヒーター）付きの構造になってい
る。
【００２４】（４）ここでは、Ａｌ中の異種金属成分５
であるＧｅを析出させ、捕捉する上層材料６であるＣｕ
膜を形成する。条件は、例えば Ｃｕ：３００℃ ｈｅａｔ １０００Å、Ａｒ＝１００
ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、１０ｋＷ を採用できる。成膜後、しばらく３００℃で加熱してお
く。するとＧｅは、Ａｌ中を拡散しＣｕと反応し、図１
（ｃ）に示すように異種金属捕捉膜７たるＣｕ3 Ｇｅが
できる。従って、コンタクト部のＧｅの析出が防止でき
る。
であるＧｅを析出させ、捕捉する上層材料６であるＣｕ
膜を形成する。条件は、例えば Ｃｕ：３００℃ ｈｅａｔ １０００Å、Ａｒ＝１００
ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、１０ｋＷ を採用できる。成膜後、しばらく３００℃で加熱してお
く。するとＧｅは、Ａｌ中を拡散しＣｕと反応し、図１
（ｃ）に示すように異種金属捕捉膜７たるＣｕ3 Ｇｅが
できる。従って、コンタクト部のＧｅの析出が防止でき
る。
【００２５】（５）その後、更にエッチバックチェンバ
ー（図２のエッチング室１０２）に移送し、膜７，６で
あるＣｕＧｅとＣｕをエッチバックする。条件は例え
ば、 エッチングガス：ＳｉＣｌ4 ／Ｎ2 ＝２０／１０ｓｃｃ
ｍ、 圧力：０．０２ｍＴｏｒｒ、 印加電力：０．２５Ｗ／ｃｍ2 とすることができる。この時、更にＡｌ系材料部分４で
あるＡｌ−Ｇｅを同じく、 エッチングガス：ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝６０／９０ｓｃｃ
ｍ、 圧力：０．０１５ｍＴｏｒｒ、 印加電力：０．２０Ｗ／ｃｍ2 のような条件でエッチバックし、開孔部３中にのみ、選
択的にＡｌ系材料（Ａｌ−Ｇｅ）４１を残す。これによ
り図１（ｄ）の構造を得る。
ー（図２のエッチング室１０２）に移送し、膜７，６で
あるＣｕＧｅとＣｕをエッチバックする。条件は例え
ば、 エッチングガス：ＳｉＣｌ4 ／Ｎ2 ＝２０／１０ｓｃｃ
ｍ、 圧力：０．０２ｍＴｏｒｒ、 印加電力：０．２５Ｗ／ｃｍ2 とすることができる。この時、更にＡｌ系材料部分４で
あるＡｌ−Ｇｅを同じく、 エッチングガス：ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝６０／９０ｓｃｃ
ｍ、 圧力：０．０１５ｍＴｏｒｒ、 印加電力：０．２０Ｗ／ｃｍ2 のような条件でエッチバックし、開孔部３中にのみ、選
択的にＡｌ系材料（Ａｌ−Ｇｅ）４１を残す。これによ
り図１（ｄ）の構造を得る。
【００２６】（６）次に本例では、バリアメタル８とし
て、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯＮから少なくともひとつを選
び、３００〜１０００Å形成し、更に上層Ａｌ系配線９
としてＡｌ−Ｓｉを形成する。条件は、一例であるが、
Ｔｉ／Ａｌ−Ｓｉを形成するとして、 Ｔｉ：ｎｏ ｈｅａｔ ５００Å、Ａｒ＝１００ｓｃｃ
ｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、１０．５ｋＷ Ａｌ−Ｓｉ：３００℃ ８０００Å、Ａｒ＝１００ｓｃ
ｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、２０ｋＷ などを用いることができる。
て、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯＮから少なくともひとつを選
び、３００〜１０００Å形成し、更に上層Ａｌ系配線９
としてＡｌ−Ｓｉを形成する。条件は、一例であるが、
Ｔｉ／Ａｌ−Ｓｉを形成するとして、 Ｔｉ：ｎｏ ｈｅａｔ ５００Å、Ａｒ＝１００ｓｃｃ
ｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、１０．５ｋＷ Ａｌ−Ｓｉ：３００℃ ８０００Å、Ａｒ＝１００ｓｃ
ｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、２０ｋＷ などを用いることができる。
【００２７】これにより図１（ｅ）の構造が得られる
が、開孔部３中のＡｌ系材料部分４１には、異種金属
（ここではＧｅ）が入ってないので、大粒径のＡｌ膜が
形成でき、信頼性の高いＡｌ系多層配線を形成できる。
が、開孔部３中のＡｌ系材料部分４１には、異種金属
（ここではＧｅ）が入ってないので、大粒径のＡｌ膜が
形成でき、信頼性の高いＡｌ系多層配線を形成できる。
【００２８】上述したように本実施例は、プラグ部即ち
開孔部３中のＡｌ系材料部分１と、配線部（上層配線
９）を別々に形成するようにして、プラグ部はまず異種
金属含有の低融点のＡｌ合金で穴埋めにより形成し、エ
ッチバック等で、選択的にこれを開孔部内に残した後、
上層に信頼性を有する大粒径Ａｌの上層配線９を形成す
るものである。実施例を具体的にあげて説明する。
開孔部３中のＡｌ系材料部分１と、配線部（上層配線
９）を別々に形成するようにして、プラグ部はまず異種
金属含有の低融点のＡｌ合金で穴埋めにより形成し、エ
ッチバック等で、選択的にこれを開孔部内に残した後、
上層に信頼性を有する大粒径Ａｌの上層配線９を形成す
るものである。実施例を具体的にあげて説明する。
【００２９】このように本実施例では、フロー温度の低
い材料を用いるので、開孔部の穴埋めが低い温度で行
え、下層配線のボイド形成などが抑制でき、また、フロ
ー温度を下げるために添加した材料を穴埋め後、適当な
場所に析出させて除去するので、良好なコンタクトを得
ることができるという効果を有する。更に本実施例で
は、処理装置としてマルチチェンバープロセス装置を用
いるので、スループットを高くすることが可能である。
い材料を用いるので、開孔部の穴埋めが低い温度で行
え、下層配線のボイド形成などが抑制でき、また、フロ
ー温度を下げるために添加した材料を穴埋め後、適当な
場所に析出させて除去するので、良好なコンタクトを得
ることができるという効果を有する。更に本実施例で
は、処理装置としてマルチチェンバープロセス装置を用
いるので、スループットを高くすることが可能である。
【００３０】実施例２ 次にもうひとつの実施例を説明する。これは実施例１の
変形であり、ここでは、Ｃｕ−Ｇｅを残したまま配線形
成を行う。図４を参照する。
変形であり、ここでは、Ｃｕ−Ｇｅを残したまま配線形
成を行う。図４を参照する。
【００３１】本実施例は、実施例１と同様に、下層Ａｌ
系配線１上に層間膜２を形成し、該層間膜２に開孔部３
を形成して図４（ａ）のようにし、Ａｌ系材料部分４を
高温スパッタ形成して図４（ｂ）に示す構造を形成する
とともに、このＡｌ系材料部分４中の異種金属成分５の
少なくとも一部を上層材料６中に析出させ、図４（ｃ）
のように異種金属成分を捕捉し、更にここでは該上層材
料６を残したまま、この上に、上層Ａｌ配線９０を形成
して、図４（ｄ）の構造を得るものである。
系配線１上に層間膜２を形成し、該層間膜２に開孔部３
を形成して図４（ａ）のようにし、Ａｌ系材料部分４を
高温スパッタ形成して図４（ｂ）に示す構造を形成する
とともに、このＡｌ系材料部分４中の異種金属成分５の
少なくとも一部を上層材料６中に析出させ、図４（ｃ）
のように異種金属成分を捕捉し、更にここでは該上層材
料６を残したまま、この上に、上層Ａｌ配線９０を形成
して、図４（ｄ）の構造を得るものである。
【００３２】本実施例においては、更に具体的には、ま
ず実施例１の（１）と同様の工程で図４（ａ）の構造を
得る。次に下記（２）〜（５）工程を行う。
ず実施例１の（１）と同様の工程で図４（ａ）の構造を
得る。次に下記（２）〜（５）工程を行う。
【００３３】（２）本例では、Ａｌ系材料部分４を形成
すべく、Ａｌ−Ｇｅ系合金を、例えば、３００℃の加熱
を行いながら、開孔部３にスパッタ形成する。条件は、
本例では、下記のものを用いた。 第１段階：Ａｌ−Ｇｅ ｎｏ ｈｅａｔ １０００Å、
Ａｒ＝１００ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、２２．５ｋ
Ｗ 第２段階：Ａｌ−Ｇｅ ３００℃ ４０００Å、Ａｒ＝
１００ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、１０．５ｋＷ この時、Ａｌ−Ｇｅは融点が低いため、充分に埋め込め
る。ここではＡｌ系材料膜４の厚さを４０００Åとした
のは、０．４μｍ径の開孔部を埋め込むのに必要な膜厚
だからであり、ほぼ最小膜厚に近い。これにより図４
（ｂ）の構造を得る。
すべく、Ａｌ−Ｇｅ系合金を、例えば、３００℃の加熱
を行いながら、開孔部３にスパッタ形成する。条件は、
本例では、下記のものを用いた。 第１段階：Ａｌ−Ｇｅ ｎｏ ｈｅａｔ １０００Å、
Ａｒ＝１００ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、２２．５ｋ
Ｗ 第２段階：Ａｌ−Ｇｅ ３００℃ ４０００Å、Ａｒ＝
１００ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、１０．５ｋＷ この時、Ａｌ−Ｇｅは融点が低いため、充分に埋め込め
る。ここではＡｌ系材料膜４の厚さを４０００Åとした
のは、０．４μｍ径の開孔部を埋め込むのに必要な膜厚
だからであり、ほぼ最小膜厚に近い。これにより図４
（ｂ）の構造を得る。
【００３４】（３）次に、実施例１の（３）工程と同様
にして、図２，３の装置を用い、別チェンバーへの移送
を行う。
にして、図２，３の装置を用い、別チェンバーへの移送
を行う。
【００３５】（４）次に、上層材料６であるＣｕ膜を形
成する。これにより図４（ｃ）の構造を得る。条件は、
例えば以下のようにした。 Ｃｕ：３００℃ ｈｅａｔ １０００Å、Ａｒ＝１００
ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、１０ｋＷ 本例でも成膜後、しばらく３００℃で加熱しておく。す
るとＧｅは、Ｃｕと反応し、異種金属捕捉膜７であるＣ
ｕ3 Ｇｅができる。
成する。これにより図４（ｃ）の構造を得る。条件は、
例えば以下のようにした。 Ｃｕ：３００℃ ｈｅａｔ １０００Å、Ａｒ＝１００
ｓｃｃｍ、３．５ｍＴｏｒｒ、１０ｋＷ 本例でも成膜後、しばらく３００℃で加熱しておく。す
るとＧｅは、Ｃｕと反応し、異種金属捕捉膜７であるＣ
ｕ3 Ｇｅができる。
【００３６】（５）次に、本例ではこの異種金属捕捉膜
７であるＣｕ−Ｃｕ3 Ｇｅを残したまま、上層Ａｌ系配
線９０として、純Ａｌを形成する。純Ａｌを選んだの
は、できるだけ粒径を大きくするためである。本例で
は、上記工程（２）でＡｌ系材料部分４であるＡｌ−Ｇ
ｅの膜厚を可能な限り薄くしたので、このように異種金
属捕捉膜７を残すことが可能となった。また、Ｃｕ−Ｃ
ｕ3 Ｇｅ膜は、冗長性を持たせるための積層構造として
利用できる。上層Ａｌ系配線９０の形成条件としては、
下記を採用できる。 Ａｌ：３００℃ ３０００Å、Ａｒ＝１００ｓｃｃｍ、
３．５ｍＴｏｒｒ、１０．５ｋＷ これによって、図４（ｄ）の構造を得た。
７であるＣｕ−Ｃｕ3 Ｇｅを残したまま、上層Ａｌ系配
線９０として、純Ａｌを形成する。純Ａｌを選んだの
は、できるだけ粒径を大きくするためである。本例で
は、上記工程（２）でＡｌ系材料部分４であるＡｌ−Ｇ
ｅの膜厚を可能な限り薄くしたので、このように異種金
属捕捉膜７を残すことが可能となった。また、Ｃｕ−Ｃ
ｕ3 Ｇｅ膜は、冗長性を持たせるための積層構造として
利用できる。上層Ａｌ系配線９０の形成条件としては、
下記を採用できる。 Ａｌ：３００℃ ３０００Å、Ａｒ＝１００ｓｃｃｍ、
３．５ｍＴｏｒｒ、１０．５ｋＷ これによって、図４（ｄ）の構造を得た。
【００３７】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、低い温度で
埋め込み特性良く、良好な埋め込み平坦化を達成でき、
かつ、コンタクト抵抗も低く、ＥＭ耐性も良好であって
配線の信頼性の高い接続部を有するＡｌ系多層配線構
造、及びこれを用いた半導体装置を提供することができ
る。
埋め込み特性良く、良好な埋め込み平坦化を達成でき、
かつ、コンタクト抵抗も低く、ＥＭ耐性も良好であって
配線の信頼性の高い接続部を有するＡｌ系多層配線構
造、及びこれを用いた半導体装置を提供することができ
る。
【図１】実施例１の工程を示す図である。
【図２】実施例１で用いた処理装置（マルチチェンバー
１）の構成図である。
１）の構成図である。
【図３】同じく搬送アームの拡大図である。
【図４】実施例２の工程を示す図である。
【図５】従来技術を示す図である。
【図６】Ａｌ−Ｇｅ系合金の状態図である。
１ 下層Ａｌ配線 ２ 層間膜 ３ 開孔部 ４ Ａｌ系材料部分 ５ 異種金属成分 ６ 上層材料 ９，９０ 上層Ａｌ配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 - 29/51
Claims (6)
- 【請求項１】下層Ａｌ系配線上に層間膜を形成し、該層
間膜に開孔部を形成し、その後Ａｌ系材料部分を高温ス
パッタで形成し、該Ａｌ系材料部分上に上層材料を形成
し、該Ａｌ系材料部分中の異種金属成分の少なくとも一
部を該上層材料中に吸収させ、前記開孔部にのみ該Ａｌ
系材料部分を選択的に残し、該開孔部に埋め込まれたＡ
ｌ系材料部分を含む層間膜上に上層Ａｌ系配線を形成す
る工程を備えて、下層Ａｌ系配線と上層Ａｌ系配線との
電気的接続部を形成したことを特徴とするＡｌ系多層配
線形成方法。 - 【請求項２】下層Ａｌ系配線上に層間膜を形成し、該層
間膜に開孔部を形成し、その後Ａｌ系材料部分を高温ス
パッタで形成し、該Ａｌ系材料部分上にＣｕからなる上
層材料を形成し、該Ａｌ系材料部分中の異種金属成分の
少なくとも一部を該Ｃｕからなる上層材料中に吸収させ
る工程を備え、その後前記開孔部に埋め込まれたＡｌ系
材料部分を含む層間膜上に上層Ａｌ系配線を形成する工
程を備えて、下層Ａｌ系配線と上層Ａｌ系配線との電気
的接続部を形成したことを特徴とするＡｌ系多層配線形
成方法。 - 【請求項３】下層Ａｌ系配線上に層間膜を形成し、該層
間膜に開孔部を形成し、その後Ａｌ系材料部分を高温ス
パッタで形成し、該Ａｌ系材料部分上に上層材料を形成
し、該Ａｌ系材料部分中の異種金属成分の少なくとも一
部を該上層材料中に吸収させ、 その後該上層材料を該上層材料中に吸収させた前記異種
金属成分ごと除去し、さらに前記開孔部以外の前記Ａｌ
系材料部分を除去し、該開孔部に埋め込まれたＡｌ系材
料部分を含む層間膜上に上層Ａｌ系配線を形成する工程
を備えて、下層Ａｌ系配線と上層Ａｌ系配線との電気的
接続部を形成したことを特徴とするＡｌ系多層配線形成
方法 - 【請求項４】下層Ａｌ系配線上に層間膜を形成し、該層
間膜に開孔部を形成し、その後Ａｌ系材料部分を高温ス
パッタで形成し、該Ａｌ系材料部分上に上層材料として
Ｃｕを形成し、該Ａｌ系材料部分中の異種金属成分であ
るＧｅを該上層材料中に吸収させ、その後該上層材料の
上に上層Ａｌ系配線を形成する工程を備えて、下層Ａｌ
系配線と上層Ａｌ系配線との電気的接続部を形成したこ
とを特徴とするＡｌ系多層配線形成方法。 - 【請求項５】下層Ａｌ系配線上に層間膜を形成し、該層
間膜に開孔部を形成し、該開孔部内及び該層間膜上にＡ
ｌ系材料部分を形成し、該Ａｌ系材料部分上に、該Ａｌ
系材料部分を形成するＡｌ系材料中の異種金属成分であ
るＧｅを捕捉したＣｕとＧｅの結合物層である異種金属
捕捉層を形成して積層構造とし、該積層構造上に上層Ａ
ｌ系配線を形成して前記下層Ａｌ系配線と前記上層Ａｌ
系配線との電気的接続部を形成してなる半導体装置。 - 【請求項６】下層Ａｌ系配線上に層間膜を形成し、該層
間膜に開孔部を形成し、該開孔部内及び該層間膜上にＡ
ｌ系材料部分を形成し、該Ａｌ系材料部分上に、該Ａｌ
系材料部分を形成するＡｌ系材料中の異種金属成分であ
るＧｅを捕捉したＣｕとＧｅの結合物層である異種金属
捕捉層を形成して積層構造とし、該積層構造上に上層Ａ
ｌ系配線を形成して前記下層Ａｌ系配線と前記上層Ａｌ
系配線との電気的接続部を形成してなる半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21147791A JP3326800B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | Ａｌ系多層配線形成方法及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21147791A JP3326800B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | Ａｌ系多層配線形成方法及び半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0684903A JPH0684903A (ja) | 1994-03-25 |
| JP3326800B2 true JP3326800B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=16606600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21147791A Expired - Fee Related JP3326800B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | Ａｌ系多層配線形成方法及び半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3326800B2 (ja) |
-
1991
- 1991-07-29 JP JP21147791A patent/JP3326800B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0684903A (ja) | 1994-03-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |