JP3456392B2

JP3456392B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3456392B2
Application number: JP33930497A
Authority: JP
Inventors: 幸男両角; 通雄朝比奈; 英司鈴木; 和己松本; 直弘守屋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JPH1174353A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特にハーフミクロン以下の微細化
が可能であって、層間絶縁膜を有する半導体装置および
その製造方法に関する。

【０００２】

【背景技術】ＬＳＩなどの半導体装置においては、素子
の微細化，高密度化および多層化に伴い、層間絶縁膜の
成膜温度の低温下並びに平坦化と、金属配線の形成技術
とが重要な課題となっている。

【０００３】層間絶縁膜は、例えば、素子が形成された
基板上に、まず低温で化学気相成長法によってシリコン
酸化膜を成長させ、その後、シラン化合物、酸素あるい
はオゾンと、リンあるいはホウ素などの不純物を含むガ
スを気相反応させてＢＰＳＧ膜を数百ｎｍ〜１μｍ程度
の厚みで成膜する。その後、窒素雰囲気中で高温でアニ
ールする、いわゆる高温フローにより、ＢＰＳＧ膜を流
動化させてその平坦化を行う。このようにして形成され
た層間絶縁膜にスルーホール（コンタクトホール）を形
成し、チタンやチタンナイトライドからなるバリア層を
形成した後、金属配線層を形成する。

【０００４】このようなＢＰＳＧ膜を用いた層間絶縁膜
の平坦化は、ＢＰＳＧ膜の高温フロー特性を利用して行
われ、ＢＰＳＧ膜中の不純物濃度とアニール温度が高い
ほど、平坦化は進む。そして、ＢＰＳＧ膜が十分な平坦
性と緻密性を得るためには、アニール温度は８５０℃以
上であることが要求される。

【０００５】しかし、微細化されたＭＯＳトランジスタ
のパンチスルーの発生を防止するためには、アニールよ
る過剰なソース，ドレイン不純物層の広がりを抑制する
ことが重要であり、例えばそのためには８５０℃以下で
処理することが望まれる。また、ＭＯＳトランジスタを
構成するソース，ドレイン不純物層の表面にチタンなど
のシリサイド層を形成する場合には、高温アニールで
は、シリサイド層の領域が必要以上に拡大し、接合特性
を劣化させる要因になっている。このような理由から、
層間絶縁膜を低温で形成する技術の開発が要求されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
のＢＰＳＧ膜を用いた層間絶縁膜に比べて低温での成膜
が可能であり、平坦性に優れ、かつ信頼性の高いコンタ
クト構造の形成が可能な、半導体基板上の層間絶縁膜を
含む半導体装置およびその製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、素子を含む半導体基板の上に層間絶縁膜を形
成する工程、前記層間絶縁膜にスルーホールを形成する
工程、前記層間絶縁膜および前記スルーホールの表面に
バリア層を形成する工程、および前記バリア層の表面に
導電膜を形成する工程を含み、前記層間絶縁膜を形成す
る工程は、少なくとも以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む
ことを特徴とする。

【０００８】（ａ）シリコン化合物、および酸素および
酸素を含む化合物の少なくとも１種を化学気相成長法に
よって反応させてベース層となる第１のシリコン酸化膜
を形成する工程、（ｂ）シリコン化合物と過酸化水素と
を化学気相成長法によって反応させて第２のシリコン酸
化膜を形成する工程、（ｃ）６００〜８５０℃の温度で
アニール処理を行う工程。

【０００９】この半導体装置の製造方法によれば、前記
工程（ａ）において、シリコン化合物、および酸素およ
び酸素を含む化合物の少なくとも１種を化学気相成長法
によって反応させて、ベース層となる第１のシリコン酸
化膜を形成する。このベース層は、その下層であるシリ
コン基板に第２のシリコン酸化膜から水分や余分な不純
物が移動しないパッシベーション機能、およびシリコン
基板と第２のシリコン酸化膜との密着性を高める機能を
有する。

【００１０】前記工程（ｂ）において、シリコン化合物
と過酸化水素とを化学気相成長法によって反応させて第
２のシリコン酸化膜を形成することにより、平坦性の優
れた層を形成することができる。すなわち、この工程
（ｂ）で形成される第２のシリコン酸化膜は、それ自体
で高い流動性を有し、優れた自己平坦化特性を有する。
そのメカニズムは、シリコン化合物と過酸化水素とを化
学気相成長法によって反応させると、気相中においてシ
ラノールが形成され、このシラノールがウエハ表面に堆
積することにより流動性のよい膜が形成されることによ
ると考えられる。

【００１１】例えば、シリコン化合物としてモノシラン
を用いた場合には、下記式（１），（１）’などで示さ
れる反応でシラノールが形成される。

【００１２】式（１）ＳｉＨ₄＋２Ｈ₂Ｏ₂ → Ｓｉ（ＯＨ）₄＋２Ｈ₂ 式（１）’ ＳｉＨ₄＋３Ｈ₂Ｏ₂ → Ｓｉ（ＯＨ）₄＋２Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂ そして、式（１），（１）’で形成されたシラノール
は、下記式（２）で示される重縮合反応で水が脱離する
ことにより、シリコン酸化物となる。

【００１３】式（２）Ｓｉ（ＯＨ）₄ → ＳｉＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ前記シリコン化合物としては、例えばモノシラン、ジシ
ラン、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＦ₄などの無機シラン化合
物、およびＣＨ₃ＳｉＨ₃、トリプロピルシラン、テトラ
エトキシシランなどの有機シラン化合物などを例示する
ことができる。

【００１４】また、前記工程（ｂ）の成膜工程は、前記
シリコン化合物が無機シリコン化合物の場合には、０〜
２０℃の温度条件下で、前記シリコン化合物が有機シリ
コン化合物の場合には、１００〜１５０℃の温度条件下
で、減圧化学気相成長法によって行われることが望まし
い。この成膜工程で、温度が前記上限値より高いと、前
記式（２）の重縮合反応が進みすぎることにより、第２
のシリコン酸化膜の流動性が低くなり、良好な平坦性が
得られにくい。また、温度が前記下限値より低いと、チ
ャンバー内での分解水分の吸着およびチャンバー外での
結露が発生し、成膜装置のコントロールが困難となる不
都合がある。

【００１５】前記工程（ｂ）で形成される第２のシリコ
ン酸化膜は、シリコン基板表面の段差を十分にカバーで
きる程度の膜厚で形成されることが望ましい。第２のシ
リコン酸化膜の膜厚は、その下限値は素子を含むシリコ
ン基板表面の凹凸の高さに依存するが、好ましくは３０
０〜１０００ｎｍである。第２のシリコン酸化膜の膜厚
が前記上限値を超えると、膜自体のストレスでクラック
を生ずることがある。

【００１６】前記工程（ｃ）で、６００〜８５０℃の温
度でアニール処理を行うことにより、前記工程（ｂ）で
形成された第２のシリコン酸化膜は緻密化され、絶縁性
ならびに耐湿性が向上する。

【００１７】つまり、第２のシリコン酸化膜についてみ
ると、このアニール処理の初期において、前述した式
（２）による重縮合反応が完了し、この反応に伴って生
じる水や水素は外部に放出され、第２のシリコン酸化膜
は、十分にガス化成分が除去された状態で緻密に形成さ
れる。

【００１８】このアニール処理において、温度を６００
℃以上とすることにより、第２のシリコン酸化膜を十分
に緻密にすることができるとともに、例えばＭＯＳ素子
を構成するソース，ドレイン拡散層の不純物の活性化を
十分に行うことができる。また、アニール温度を８５０
℃以下とすることにより、従来のＢＰＳＧ膜で必要とさ
れている温度よりも低い温度で層間絶縁膜の平坦化が可
能であるとともに、第２のシリコン酸化膜を十分に緻密
化できる。また、アニール温度を８５０℃を越える温度
で行うと、ソース，ドレイン拡散層が必要以上に拡大し
てパンチスルー等の問題を起こし、素子の微細化が困難
となる。

【００１９】前記工程（ｃ）におけるアニール処理は、
第２のシリコン酸化膜にクラックが生ずることをより確
実に防止するために、窒素雰囲気中で連続的もしくは断
続的に温度を上昇させるランピングアニールによって行
われることが望ましい。ランピングアニールでは、少な
くとも、常温から４００℃付近までは５℃／分より小さ
い昇温速度で処理することが望ましい。

【００２０】また、本発明に係る製造方法においては、
上述した製造方法で得られた層間絶縁膜において、上端
部から底部に向かって徐々に口径が小さくなるテーパ状
のスルーホールが得られる。つまり、前記第２のシリコ
ン酸化膜は、第１のシリコン酸化膜より多少エッチング
速度が大きいので、適度な直線状テーパを有するスルー
ホールが形成される。このようなテーパ状のスルーホー
ルでは、例えばスパッタによってアルミニウム膜あるい
はアルミニウム合金膜を埋め込むことができ、導電性が
優れたコンタクト構造を形成することができる。

【００２１】前記スルーホールは、異方性のドライエッ
チングによって形成されたものの他に、等方性のウエッ
トエッチングと異方性のドライエッチングとを組み合わ
せてスルーホールの上端部をさらに湾曲したテーパ状に
形成させたものであってもよい。

【００２２】また、前記スルーホール内には、まず、２
００℃以下の温度で、アルミニウムあるいはアルミニウ
ムを主成分とする合金からなる第１のアルミニウム膜を
形成し、その後、３００℃以上の温度で、アルミニウム
あるいはアルミニウムを主成分とする合金からなる第２
のアルミニウム膜を形成することが望ましい。

【００２３】前記アルミニウムを主成分とする合金とし
ては、銅、シリコン、ゲルマニウム、マグネシウム、コ
バルト、ベリリウムなどから選択される少なくとも１種
との、２元あるいは３元以上の合金を例示することがで
きる。

【００２４】以上の製造方法によって形成された半導体
装置は、素子を含む半導体基板、前記半導体基板の上に
形成された層間絶縁膜、前記層間絶縁膜に形成されたス
ルーホール、前記層間絶縁膜および前記スルーホールの
表面に形成されたバリア層、および前記バリア層の上に
形成された導電膜を含み、前記層間絶縁膜は、ベース層
を構成する第１のシリコン酸化膜、およびシリコン化合
物と過酸化水素との重縮合反応によって形成された第２
のシリコン酸化膜、を含む。

【００２５】また、アルカリイオンに対するゲッタリン
グ効果が必要な場合には、第１のシリコン酸化膜中にリ
ンなどの不純物を１〜６重量％添加する手段、あるいは
第１のシリコン酸化膜と第２のシリコン酸化膜との間
に、例えばリンを１〜６重量％含むＰＳＧ膜を形成する
手段を採用することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１〜図４は、本発明に係る半導
体装置の製造方法および半導体装置の一実施の形態を説
明するための概略断面図である。図１（Ａ）〜（Ｃ）お
よび図２（Ａ），（Ｂ）は第１層の配線領域Ｌ１を、図
３（Ａ），（Ｂ）および図４（Ａ），（Ｂ）は第２層の
配線領域Ｌ２を製造するための工程を示す。

【００２７】以下に、半導体装置の製造方法の一例を示
す。

【００２８】（Ａ）図１（Ａ）に示す工程について説明
する。

【００２９】（素子の形成）まず、一般的に用いられる
方法によって、シリコン基板１１にＭＯＳ素子が形成さ
れる。具体的には、例えば、シリコン基板１１上に選択
酸化によってフィールド絶縁膜１２が形成され、アクテ
ィブ領域にゲート酸化膜１３が形成される。チャネル注
入により、しきい値電圧を調整した後、ＳｉＨ₄を熱分
解して成長させたポリシリコン膜の上にタングステンシ
リサイドをスパッタし、さらにシリコン酸化膜１８を積
層し、さらに所定パターンにエッチングすることによ
り、ゲート電極１４が形成される。このとき、必要に応
じて、フィールド絶縁膜１２上にポリシリコン膜および
タングステンシリサイド膜からなる配線層３７が形成さ
れる。

【００３０】次いで、リンをイオン注入することにより
ソース領域あるいはドレイン領域の低濃度不純物層１５
が形成される。次いで、ゲート電極１４のサイドにシリ
コン酸化膜からなる側壁スペーサ１７が形成された後、
ヒ素をイオン注入し、ハロゲンランプを用いたアニール
処理によって不純物の活性化を行うことにより、ソース
領域あるいはドレイン領域の高濃度不純物層１６が形成
される。

【００３１】次に、１００ｎｍ以下の気相成長シリコン
酸化膜を形成し、該膜をＨＦとＮＨ₄Ｆの混合水溶液で
選択的にエッチングすることにより、所定のシリコン基
板領域を露出させる。続いて、例えばチタンを３０〜１
００ｎｍ程度の膜厚でスパッタし、酸素を５０ｐｐｍ以
下に制御した窒素雰囲気中において６５０〜７５０℃の
温度で数秒〜６０秒程度の瞬間アニールを行うことによ
り、開口したシリコン基板表面にチタンのモノシリサイ
ド層が、シリコン酸化膜１８上にはチタンリッチのチタ
ンナイトライド（ＴｉＮ）層が形成される。次いで、Ｎ
Ｈ₄ＯＨとＨ₂Ｏ₂の混合水溶液中に浸漬すると、前記チ
タンナイトライド層はエッチング除去されてシリコン基
板表面のみにチタンのモノシリサイド層が残る。さら
に、７５０〜８５０℃のランプアニールを行って、前記
モノシリサイド層をダイシリサイド化させて、高濃度不
純物層１６の表面に自己整合的にチタンシリサイド層１
９が形成される。

【００３２】なお、ゲート電極１４をポリシリコンのみ
で形成して選択エッチングで露出させた場合には、ゲー
ト電極とソース，ドレイン領域の両者が側壁スペーサで
分離されたチタンサリサイド構造になる。

【００３３】なお、サリサイド構造は、チタンシリサイ
ドの代わりに、タングステンシリサイド、モリブデンシ
リサイドから構成されていてもよい。

【００３４】（Ｂ）次に、図１（Ｂ）に示す工程につい
て説明する。

【００３５】（第１の層間絶縁膜Ｉ１の形成）第１の層
間絶縁膜Ｉ１は、３層のシリコン酸化膜、つまり、下か
ら順に、第１のシリコン酸化膜２０、第２のシリコン酸
化膜２２および第３のシリコン酸化膜２６から構成され
ている。

【００３６】ａ．第１のシリコン酸化膜２０の形成まず、テトラエトキシラン（ＴＥＯＳ）と酸素とを３０
０〜５００℃でプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法で反
応させることにより、膜厚１００〜２００ｎｍの第１の
シリコン酸化膜２０が形成される。このシリコン酸化膜
２０は、シリサイド層１９の酸化やカスピングもなく、
ＳｉＨ₄から成長させた膜より絶縁性も高くフッ化水素
の水溶液に対するエッチング速度も遅く、緻密な膜とな
る。

【００３７】ここでは、チタンシリサイド層１９上に直
接シリコン酸化膜２０を形成させるが、このときの成膜
温度が高いと成膜初期に酸化性ガスとチタンシリサイド
とが反応してクラックや剥離を生じ易いため、処理温度
は好ましくは６００℃以下、より好ましくは２５０〜４
００℃で行うことが望ましい。そして、シリコン酸化膜
がチタンシリサイド層１９上に１００ｎｍ程度の膜厚で
前述した比較的低温で形成された後は、水蒸気以外の酸
化雰囲気にさらされるアニールや気相酸化処理であれ
ば、温度を９００℃位まで上げても問題とならない。

【００３８】ｂ．第２のシリコン酸化膜２２の形成次に、好ましくは２．５×１０²Ｐａ以下、より好まし
くは０．３×１０²〜２．０×１０²Ｐａの減圧下におい
て、窒素ガスをキャリアとして、ＳｉＨ₄およびＨ₂Ｏ₂
をＣＶＤ法により反応させることにより、第２のシリコ
ン酸化膜２２を形成する。第２のシリコン酸化膜２２
は、少なくとも、下層の第１のシリコン酸化膜２０の段
差より大きい膜厚を有し、つまり該段差を十分にカバー
する膜厚で成膜される。また、第２のシリコン酸化膜２
２の膜厚の上限は、該膜中にクラックが生じない程度に
設定される。具体的には、第２のシリコン酸化膜２２の
膜厚は、より良好な平坦性を得るために、下層の段差よ
り厚いことが望ましく、好ましくは３００〜１０００ｎ
ｍに設定される。

【００３９】第２のシリコン酸化膜２２の成膜温度は、
該膜の成膜時の流動性に関与し、成膜温度が高いと膜の
流動性が低下して平坦性を損なうので、成膜時の温度は
好ましくは０〜２０℃、より好ましくは０〜１０℃に設
定される。

【００４０】また、Ｈ₂Ｏ₂の流量は特に制限されない
が、Ｈ₂Ｏ₂の濃度は５５〜６５体積％で、ＳｉＨ₄の２
倍以上の流量であることが好ましく、膜の均一性並びに
スループットの点から、例えばガス換算で１００〜１０
００ＳＣＣＭの流量範囲に設定されることが望ましい。

【００４１】この工程で形成される第２のシリコン酸化
膜２２は、シラノールポリマーの状態にあり、流動性が
よく、高い自己平坦化特性を有する。また、第２のシリ
コン酸化膜２２は、多くの水酸基（−ＯＨ）を含むため
に吸湿性も高い状態にある。

【００４２】ｃ．アニール処理次に、窒素雰囲気中で、温度６００〜８５０℃でアニー
ル処理を行う。このアニール処理によって、前記第２の
シリコン酸化膜２２は緻密化され、良好な絶縁性並びに
耐水性を有する。すなわち、アニール温度を６００℃以
上に設定することにより、第２のシリコン酸化膜２２で
のシラノールの縮重合反応がほぼ完全に行われ、該膜中
に含まれる水および水素が十分に放出されて緻密な膜を
形成することができる。また、アニール温度を８５０℃
以下に設定することにより、ＭＯＳトランジスタを構成
するソース領域あるいはドレイン領域の拡散層にパンチ
スルーや接合リークなどの悪影響を与えることがなく、
素子の微細化を達成することができる。

【００４３】アニール処理においては、第２のシリコン
酸化膜２２に対する熱ひずみの影響を小さくするため
に、段階的にもしくは連続的にウエハの温度を上げる、
ランピングアニールを行うことが望ましい。ランピング
アニールでは、少なくとも、常温から４００℃付近まで
は５℃／分より小さい昇温速度で処理することが望まし
い。

【００４４】さらに、前記第２のシリコン酸化膜２２
は、アニール処理による重縮合反応が十分に進行するま
では膜自体が吸湿性を有するので、水分の存在しない状
態、例えば水分が２００ｐｐｍ以下の雰囲気中で保存さ
れることが望ましい。あるいは、前記工程ｂでの第２の
シリコン酸化膜２２の成膜工程に引き続いてアニール処
理を連続的に行うことが望ましい。

【００４５】例えば、水分が２００ｐｐｍ以下で、常温
の雰囲気中でウエハを保温した後、アニール温度（６０
０〜８５０℃）に連続的あるいは断続的に昇温すると、
第２のシリコン酸化膜２２にクラックが生じないことを
確認している。また、ウエハを連続的に昇温する場合に
は、昇温速度を３〜５℃／分程度とすることが望まし
い。

【００４６】また、アニール処理前で、かつ第２のシリ
コン酸化膜の形成後に、連続して３００〜５００℃、１
〜１００Ｐａの減圧下で３０〜１２０秒のアニール処理
を加えると、クラック耐性が更に向上する。

【００４７】ｄ．第３のシリコン酸化膜２６の形成次に、ＴＥＯＳと酸素とを用い、３５０〜４００℃でプ
ラズマＣＶＤ法により膜厚１０００〜１５００ｎｍの第
３のシリコン酸化膜２６を形成する。

【００４８】プラズマＣＶＤ法を用いたＴＥＯＳ−酸素
のシリコン酸化膜は、アニールを行わない場合でも、高
温アニールした前記第２のシリコン酸化膜２２と同程度
かあるいは少し速いドライエッチング速度を有してい
る。このことは、後述するコンタクトホールの形成にお
いてホール側面にくびれや段差を生ずることなく、良好
な形状のコンタクトホールを得る要因となる。

【００４９】（Ｃ）次に、図１（Ｃ）に示す工程につい
て説明する。

【００５０】（ＣＭＰによる平滑化）次いで、前記第３
のシリコン酸化膜２６、および必要に応じて第２のシリ
コン酸化膜２２を、ＣＭＰ法によって所定の膜厚を研磨
し、平滑化する。そして、前記第２のシリコン酸化膜２
２および第３のシリコン酸化膜２６は、研磨速度がほと
んど同じことから、研磨によって第２のシリコン酸化膜
２２の一部が表面に露出したとしても、平坦な表面を得
ることができ、したがって研磨量の管理が容易である。

【００５１】例えば、本発明者らの研究によれば、各シ
リコン酸化膜の研磨速度は以下の様であった。

【００５２】第２のシリコン酸化膜（アニール温度８００℃）；２５０ｎｍ／分第３のシリコン酸化膜（アニールなし）；２５０ｎｍ／分比較のためのＢＰＳＧ膜（アニール温度９００℃）；３５０ｎｍ／分（Ｄ）次に、図２（Ａ）に示す工程について説明する。

【００５３】（コンタクトホールの形成）次いで、ＣＨ
Ｆ₃とＣＦ₄とを主ガスとした反応性イオンエッチャーで
第１の層間絶縁膜Ｉ１を構成するシリコン酸化膜２０、
２２および２６を選択的に異方性エッチングすることに
より、口径が０．２〜０．５μｍのコンタクトホール３
２が形成される。

【００５４】このコンタクトホール３２は、上端部から
底部に向かって直線的に口径が小さくなるテーパー状を
成す。テーパーの角度θは、エッチング条件などによっ
て一概には規定できないが、たとえば、５〜１５度の傾
斜を有する。このようなテーパー状のスルーホールが得
られる理由としては、第１に、シリコン酸化膜２０、２
２および２６は、基本的にはほぼ同じエッチング速度を
有し、さらに第２のシリコン酸化膜２２は第３のシリコ
ン酸化膜２６に比べてエッチング速度がわずかに小さい
こと、第２に、各シリコン酸化膜の界面が極めて良好に
密着していることにある。このようなテーパ状のコンタ
クトホール３２内では、後述するように、アルミニウム
膜の良好な堆積が可能である。

【００５５】以下に、本願発明者らが測定した各シリコ
ン酸化膜のドライエッチング速度を記載する。なお、ド
ライエッチングは、パワー；８００Ｗ、気圧；２０Ｐ
ａ、エッチャントガス；ＣＦ₄：ＣＨＦ₃：Ｈｅ＝１：
２：９の条件で行った。

【００５６】第１のシリコン酸化膜（アニール温度８００℃）；５００ｎｍ／分第２のシリコン酸化膜（アニール温度８００℃）；５２５ｎｍ／分第３のシリコン酸化膜（アニールなし）；５６５ｎｍ／分比較のためのＢＰＳＧ膜（アニール温度９００℃）；７５０ｎｍ／分（Ｅ）次に、図２（Ｂ）に示す工程について説明する。

【００５７】（脱ガス処理）まず、脱ガス工程を含む熱
処理ついて説明する。

【００５８】ランプチャンバで、１．５×１０^-4Ｐａ以
下のベース圧力、１５０〜３５０℃、好ましくは１５０
〜２５０℃の温度で３０〜６０秒間のランプ加熱（熱処
理Ａ）を施す。次いで、別のチャンバで１×１０^-1〜１
５×１０^-1Ｐａの圧力でアルゴンガスを導入し、１５０
〜５５０℃の温度で、３０〜３００秒間の熱処理（脱ガ
ス工程；熱処理Ｂ）を行うことによって、脱ガス処理を
行う。

【００５９】この工程においては、まず、熱処理Ａにお
いて、主として、ウエハの裏面および側面を含むウエハ
全体を加熱処理することにより、ウエハに付着している
水分などを除去できる。

【００６０】さらに、熱処理Ｂにおいて、主として、第
１の層間絶縁膜Ｉ１を構成する第２のシリコン酸化膜２
２中のガス化成分（Ｈ，Ｈ₂Ｏ）を除去することができ
る。その結果、次工程のバリア層およびアルミニウム膜
の形成時に、第１の層間絶縁膜Ｉ１からのガス化成分の
発生が防止できる。

【００６１】本実施の形態においては、バリア層３３
は、バリア機能を有するバリア膜と、導電膜とからなる
多層膜によって構成される。導電膜は、バリア膜とシリ
コン基板に形成された不純物拡散層、つまりソース領域
あるいはドレイン領域との導電性を高めるために、バリ
ア膜と不純物拡散層との間に形成される。バリア膜とし
ては、一般的な物質、例えばチタンナイトライドやチタ
ンタングステンを好ましく用いることができる。また、
導電膜としては、チタン，コバルト，タングステンなど
の高融点金属を用いることができる。これらのチタン，
コバルト，タングステンは基板を構成するシリコンと反
応してシリサイドとなる。

【００６２】バリア層、例えばＴｉＮ膜／Ｔｉ膜は数十
原子％のガス化成分（Ｏ，Ｈ，Ｈ₂Ｏ，Ｎ）を固溶する
ことから、これらの膜を形成する前に、第１の層間絶縁
膜Ｉ１中のガス化成分を除去することが、コンタクトホ
ール内でのアルミニウム膜の成膜を良好に行う上で、極
めて有効である。バリア層の下位の第１の層間絶縁膜Ｉ
１中のガス化成分を十分に除去しておかないと、バリア
層の形成時の温度（通常、３００℃以上）で、第１の層
間絶縁膜Ｉ１中のガス化成分が放出され、このガスがバ
リア層中に取り込まれる。さらに、このガスがアルミニ
ウム膜の成膜時にバリア層から離脱してバリア層とアル
ミニウム膜との界面に出てくるため、アルミニウム膜の
密着性や流動性に悪影響を与える。

【００６３】（バリア層の成膜）スパッタ法により、バ
リア層３３を構成する導電膜として、チタン膜を２０〜
７０ｎｍの膜厚で形成し、次いで、別のチャンバで、バ
リア膜としてＴｉＮ膜を３０〜１５０ｎｍの膜厚で形成
する。スパッタの温度は、膜厚に応じて、２００〜４５
０℃の範囲で選択される。

【００６４】次に、０．１×１０²〜１．５×１０²Ｐａ
の圧力で酸素プラズマ中に１０〜１００秒間さらし、４
５０〜７００℃の窒素または水素雰囲気中で１０〜６０
分間にわたってアニール処理することにより、バリア層
中に酸化チタンを島状に形成することができる。この処
理によりバリア層のバリア性を向上させることができる
ことを確認している。

【００６５】また、このアニール処理は、少なくとも数
百ｐｐｍ〜数％の酸素を含むランプアニール炉における
４００〜８００℃の熱処理によっても行うことができ、
同様にバリア層のバリア性を向上させることができる。

【００６６】なお、図示はしないが、バリア層３３の表
面に、後述するアルミニウム膜に対する濡れ性を向上さ
せる目的で、チタン、コバルト、シリコンなどで構成さ
れるウェッテング層を形成してもよい。このようなウェ
ッテング層を設けることにより、第１のアルミニウム膜
の流動性を上げることができる。ウェッテング層の膜厚
は、通常数十ｎｍ以上あればよい。

【００６７】（アルミニウム膜の成膜前の脱ガス処理お
よびウエハの冷却）まず、ウエハの冷却を行う前に、ラ
ンプチャンバ内において、１．５×１０^-4Ｐａ以下のベ
ース圧力、１５０〜２５０℃の温度で３０〜６０秒間の
熱処理（熱処理Ｃ）を行い、基板に付着した水などの物
質を除去する。その後、アルミニウム膜を成膜する前
に、基板温度を１００℃以下、好ましくは常温〜５０℃
の温度に下げる。この冷却工程は、上記熱処理Ｃにより
上昇した基板温度を下げるために重要なもので、例えば
水冷機能を有するステージ上にウエハを載置して該ウエ
ハ温度を所定温度まで下げる。

【００６８】このようにウエハの冷却を行うことによ
り、第１のアルミニウム膜を成膜する際に、第１の層間
絶縁膜Ｉ１およびバリア層３３、さらにウエハ全面から
放出されるガス量を極力少なくすることができる。その
結果、バリア層３３と第１のアルミニウム膜３４との界
面に吸着する、カバレッジ性や密着性に有害なガスの影
響を防ぐことができる。

【００６９】（アルミニウム膜の成膜）まず、２００℃
以下、より好ましくは３０〜１００℃の温度で、０．２
〜１．０重量％の銅を含むアルミニウムを膜厚１５０〜
３００ｎｍでスパッタによって高速度で成膜し、第１の
アルミニウム膜３４が形成される。続いて、同一チャン
バ内で基板温度４２０〜４６０℃に加熱して、同様に銅
を含むアルミニウムをスパッタにより低速度で成膜し、
膜厚３００〜６００ｎｍの第２のアルミニウム膜３５が
形成される。ここで、アルミニウム膜の成膜において、
「高速度」とは、成膜条件や製造されるデバイスの設計
事項によって一概に規定できないが、おおよそ１０ｎｍ
／秒以上のスパッタ速度を意味し、「低速度」とは、お
およそ３ｎｍ／秒以下のスパッタ速度を意味する。

【００７０】図５に、第１および第２のアルミニウム膜
３４，３５を成膜するためのスパッタ装置の一例を示
す。このスパッタ装置は、チャンバ５０内に、電極をか
ねるターゲット５１およびステージをかねる電極５２を
有し、電極５２上には処理される基板（ウエハ）Ｗが設
置されるように構成されている。チャンバ５０には、第
１のガス供給路５３が接続され、電極５２には、第２の
ガス供給路５４が接続されている。ガス供給路５３，５
４からは、いずれもアルゴンガスが供給される。そし
て、第２のガス供給路５４から供給されるガスによっ
て、ウエハＷの温度が制御される。なお、チャンバ５０
内のガスを排出するための手段は図示しない。

【００７１】このようなスパッタ装置を用いて基板温度
をコントロールした一例を図６に示す。図６において、
横軸は経過時間を示し、縦軸は基板（ウエハ）温度を示
す。また、図６において、符号ａで示すラインはスパッ
タ装置のステージ５２の温度を３５０℃に設定したとき
の基板温度変化を示し、符号ｂで示すラインは第２のガ
ス供給路５４を通して高温のアルゴンガスをチャンバ内
に供給することによってステージ５２の温度を高めてい
ったときの基板温度の変化を示している。

【００７２】例えば、基板の温度制御は以下のように行
われる。まず、ステージ５２の温度は、予め、第２のア
ルミニウム膜を形成するための温度（３５０〜５００
℃）に設定されている。第１のアルミニウム膜を形成す
る際には、第２のガス供給路５４からのガスの供給はな
く、基板温度はステージ５２による加熱によって、図６
の符号ａで示すように徐々に上昇する。第２のアルミニ
ウム膜を形成する際には、第２のガス供給路５４を介し
て加熱されたガスが供給されることによって図６の符号
ｂで示すように、基板温度は急激に上昇し、所定の温度
で一定になるように制御される。

【００７３】図６に示す例では、ステージ温度が３５０
℃に設定され、そして、基板温度が１２５〜１５０℃に
設定されている間に第１のアルミニウム膜３４が成膜さ
れ、その後すぐに第２のアルミニウム膜３５の成膜が行
われる。

【００７４】アルミニウム膜の成膜においては、成膜速
度および基板温度制御とともに、スパッタ装置に印加さ
れるパワーの制御も重要である。つまり、成膜速度とも
関連するが、第１のアルミニウム膜３４の成膜は高いパ
ワーで行われ、第２のアルミニウム膜３５は低いパワー
で行われ、さらに高いパワーから低いパワーに切り換え
る際にパワーをゼロにしないことが重要である。パワー
をゼロにすると、減圧下においても第１のアルミニウム
膜の表面に酸化膜が形成され、第１のアルミニウム膜に
対する第２のアルミニウム膜の濡れ性が低下し、両者の
密着性が悪くなる。言い換えれば、パワーを常に印加す
ることにより、成膜中のアルミニウム膜の表面に活性な
アルミニウムを供給し続けることができ、酸化膜の形成
を抑制できる。なお、パワーの大きさは、スパッタ装置
や成膜条件などに依存し一概に規定できないが、例えば
図６に示す温度条件の場合、高パワーが５〜１０ｋＷ、
低パワーが３００Ｗ〜１ｋＷに設定されることが望まし
い。

【００７５】このように、同一チャンバ内で第１のアル
ミニウム膜３４および第２のアルミニウム膜３５を連続
的に成膜することにより、温度およびパワーの制御を厳
密に行うことができ、従来よりも低温でかつ安定したア
ルミニウム膜を効率よく形成することが可能となる。

【００７６】前記第１のアルミニウム膜３４の膜厚は、
良好なステップカバレッジで連続層を形成することがで
きること、並びに該アルミニウム膜３４より下層のバリ
ア層３３および第１の層間絶縁膜Ｉ１からのガス化成分
の放出を抑制できることなどを考慮して、適正な範囲が
選択されるが、例えば２００〜４００ｎｍが望ましい。
また、第２のアルミニウム膜３５は、コンタクトホール
の大きさ並びにそのアスペクト比などによって決定され
るが、例えばアスペクト比が３程度で０．５μｍ以下の
ホールを埋めるためには、３００〜１０００ｎｍの膜厚
が必要である。

【００７７】（反射防止膜の成膜）さらに、別のスパッ
タチャンバで、スパッタによりＴｉＮを堆積することに
より、膜厚３０〜８０ｎｍの反射防止膜３６が形成され
る。その後、Ｃｌ₂とＢＣｌ₃のガスを主体とする異方性
ドライエッチャーで前記バリア層３３、第１のアルミニ
ウム膜３４、第２のアルミニウム膜３５および反射防止
膜３６からなる堆積層を選択的にエッチングして、第１
の金属配線層３０のパターニングを行う。

【００７８】このようにして形成された金属配線層３０
では、アスペクト比が０．５〜３で、口径が０．２〜
０．８μｍのコンタクトホール内において、ボイドを発
生させることなく良好なステップカバレッジでアルミニ
ウムが埋め込まれることが確認された。

【００７９】（Ｆ）次に、図３（Ａ）に示す工程につい
て説明する。

【００８０】（第２の層間絶縁膜Ｉ２の形成）第２の層
間絶縁膜Ｉ２は、基本的には前記第１の層間絶縁膜Ｉ１
と同様の構成を有する。すなわち、第２の層間絶縁膜Ｉ
２は、３層のシリコン酸化膜、つまり、下から順に、第
４のシリコン酸化膜７０、第５のシリコン酸化膜７２お
よび第６のシリコン酸化膜７６から構成されている。そ
して、これらのシリコン酸化膜７０，７２および７６
は、アニール処理以外は、前記シリコン酸化膜２０，２
２および２６と同様な方法で成膜される。以下に主要な
部分を説明するが、共通する事項については記載を省略
する。

【００８１】ａ．第４のシリコン酸化膜７０の形成まず、テトラエトキシラン（ＴＥＯＳ）と酸素とを３０
０〜５００℃でプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法で反
応させることにより、膜厚５０〜２００ｎｍの第４のシ
リコン酸化膜７０が形成される。

【００８２】ｂ．第５のシリコン酸化膜７２の形成次に、好ましくは２．５×１０²Ｐａ以下、より好まし
くは０．３×１０²〜２×１０²Ｐａの減圧下において、
窒素ガスをキャリアとして、ＳｉＨ₄およびＨ₂Ｏ₂を０
〜１０℃の温度でＣＶＤ法により反応させることによ
り、第５のシリコン酸化膜７２を形成する。第５のシリ
コン酸化膜７２は、前記第２のシリコン酸化膜２２と同
様に、少なくとも、下層の第４のシリコン酸化膜７０の
段差より大きい膜厚を有し、つまり該段差を十分にカバ
ーする膜厚で成膜される。また、第５のシリコン酸化膜
７２の膜厚の上限は、該膜中にクラックが生じない程度
に設定される。具体的には、第５のシリコン酸化膜７２
の膜厚は、より良好な平坦性を得るために、下層の段差
より厚いことが望ましく、好ましくは５００〜１０００
ｎｍに設定される。

【００８３】第５のシリコン酸化膜７２の成膜温度は、
好ましくは０〜２０℃、より好ましくは０〜１０℃に設
定される。

【００８４】この工程で形成される第５のシリコン酸化
膜７２は、高い流動性を有し、平坦化特性に優れる。

【００８５】また、第５のシリコン酸化膜の形成後に、
連続して、１〜１００Ｐａの減圧下で３００〜５００℃
のアニール処理を加えると、クラック耐性が更に向上す
る。

【００８６】ｃ．アニール処理次に、温度３５０〜４５０℃でアニール処理を行う。こ
のアニール処理によって、前記第５のシリコン酸化膜７
２は緻密化され、良好な絶縁性並びに耐水性を有する。
すなわち、アニール温度を３５０℃以上に設定すること
により、第５のシリコン酸化膜７２でのシラノールの縮
重合反応がほぼ完全に行われ、該膜中に含まれる水分が
十分に放出されて緻密な膜を形成することができる。ま
た、アニール温度を４５０℃以下に設定することによ
り、第１の配線層３０を構成するアルミニウム膜に悪影
響を与えることがない。

【００８７】このアニール処理においては、段階的もし
くは連続的にウエハの温度を上げるランピングアニール
を行うことが望ましく、このランピングアニールは窒素
雰囲気中で５℃／分以下の昇温速度で行うことが望まし
い。

【００８８】ｄ．第６のシリコン酸化膜７６の形成次に、ＴＥＯＳと酸素とを用い、３５０〜４００℃でプ
ラズマＣＶＤ法により膜厚１０００〜１５００ｎｍの第
３のシリコン酸化膜７６を形成する。

【００８９】（Ｇ）次に、図３（Ｂ）に示す工程につい
て説明する。

【００９０】（ＣＭＰによる平滑化）前記第６のシリコ
ン酸化膜７６、および必要に応じて前記第５のシリコン
酸化膜７２を、ＣＭＰ法によって所定の膜厚で研磨し、
平滑化する。この平滑化処理により、研磨によって第５
のシリコン酸化膜７２の一部が表面に露出したとして
も、平坦な表面を得ることができ、したがって研磨量の
管理が容易である。

【００９１】（Ｈ）次に、図４（Ａ）に示す工程につい
て説明する。

【００９２】（ビアホールの形成）ＣＨＦ₃とＣＦ₄とを
主ガスとした反応性イオンエッチャーで第２の層間絶縁
膜Ｉ２および反射防止膜３６を選択的に異方性エッチン
グすることにより、口径が０．３〜０．５μｍのビアホ
ール６２が形成される。

【００９３】このビアホール６２は、前記コンタクトホ
ール３２と同様に、上端部から底部に向かって徐々に口
径が小さくなるテーパー状を成す。テーパーの角度θ
は、エッチング条件などによって一概には規定できない
が、たとえば、５〜１５度の傾斜を有する。

【００９４】（Ｉ）次に、図４（Ｂ）に示す工程につい
て説明する。

【００９５】（脱ガス処理）まず、脱ガス工程を含む熱
処理ついて説明する。

【００９６】ランプチャンバで、１．５×１０^-4Ｐａ以
下のベース圧力、１５０〜３５０℃、好ましくは１５０
〜２５０℃の温度で３０〜６０秒間のランプ加熱（熱処
理Ｄ）を施す。次いで、別のチャンバで１×１０^-1〜１
５×１０^-1Ｐａの圧力でアルゴンガスを導入し、３００
〜５００℃の温度で、３０〜３００秒間の熱処理（脱ガ
ス工程；熱処理Ｅ）を行うことによって、脱ガス処理を
行う。

【００９７】この工程においては、まず、熱処理Ｄにお
いて、主として、ウエハの裏面および側面を含むウエハ
全体を加熱処理することにより、ウエハに付着している
水分などを除去できる。

【００９８】さらに、熱処理Ｅにおいて、主として、第
２の層間絶縁膜Ｉ２中のガス化成分（Ｈ，Ｈ₂Ｏ）を除
去することができる。その結果、次工程のウェッテング
層およびアルミニウム膜の形成時に、第２の層間絶縁膜
Ｉ２からのガス化成分の発生が防止できる。

【００９９】本実施の形態においては、ウェッテング
層、例えばＴｉ膜は数十原子％のガス化成分（Ｏ，Ｈ，
Ｈ₂Ｏ，Ｎ）を固溶することから、この膜を形成する前
に、第２の層間絶縁膜Ｉ２中のガス化成分を除去するこ
とが、ビアホール内でのアルミニウム膜の成膜を良好に
行う上で、極めて有効である。ウェッテング層の下位の
第２の層間絶縁膜Ｉ２中のガス化成分を十分に除去して
おかないと、ウェッテング層の形成時の温度（通常、３
００℃以上）で、第２の層間絶縁膜Ｉ２中のガス化成分
が放出され、このガスがウェッテング層中に取り込まれ
る。さらに、このガスがアルミニウム膜の成膜時にウェ
ッテング層から離脱してウェッテング層とアルミニウム
膜との界面に出てくるため、アルミニウム膜の密着性や
流動性に悪影響を与える。

【０１００】（ウェッテング層の成膜）スパッタ法によ
り、ウェッテング層６３を構成する膜として、チタン膜
を２０〜７０ｎｍの膜厚で形成する。スパッタの温度
は、膜厚に応じて、２００〜４５０℃の範囲で選択され
る。

【０１０１】（アルミニウム膜の成膜前の脱ガス処理お
よびウエハの冷却）まず、ウエハの冷却を行う前に、ラ
ンプチャンバ内において、１．５×１０^-4Ｐａ以下のベ
ース圧力、１５０〜２５０℃の温度で３０〜６０秒間の
熱処理（熱処理Ｆ）を行い、基板に付着した水などの物
質を除去する。その後、アルミニウム膜を成膜する前
に、基板温度を１００℃以下、好ましくは常温〜５０℃
の温度に下げる。この冷却工程は、上記熱処理Ｆにより
上昇した基板温度を下げるために重要なもので、例えば
水冷機能を有するステージ上にウエハを載置して該ウエ
ハ温度を所定温度まで下げる。

【０１０２】このようにウエハの冷却を行うことによ
り、第１のアルミニウム膜を成膜する際に、第２の層間
絶縁膜Ｉ２およびウェッテング層６３、さらにウエハ全
面から放出されるガス量を極力少なくすることができ
る。その結果、ウェッテング層６３と第１のアルミニウ
ム膜６４との界面に吸着する、カバレッジ性や密着性に
有害なガスの影響を防ぐことができる。

【０１０３】（アルミニウム膜の成膜）まず、２００℃
以下、より好ましくは３０〜１００℃の温度で、０．２
〜１．０重量％の銅を含むアルミニウムを膜厚１５０〜
３００ｎｍでスパッタによって高速度で成膜し、第１の
アルミニウム膜６４が形成される。続いて、同一チャン
バ内で基板温度４２０〜４６０℃に加熱して、同様に銅
を含むアルミニウムをスパッタにより低速度で成膜し、
膜厚３００〜６００ｎｍの第２のアルミニウム膜６５が
形成される。

【０１０４】スパッタ装置としては、図５に示す装置と
同様のものを使用することができる。前記スパッタ装置
の構成、ウェハの温度制御およびスパッタ時のパワーに
ついては、第１の金属配線層３０の場合と同様なので、
詳細な説明を省略する。

【０１０５】同一チャンバ内で第１のアルミニウム膜６
４および第２のアルミニウム膜６５を連続的に成膜する
ことにより、温度およびパワーの制御を厳密に行うこと
ができ、従来よりも低温でかつ安定したアルミニウム膜
を効率よく形成することが可能となる。

【０１０６】前記第１のアルミニウム膜６４の膜厚は、
良好なステップカバレッジで連続層を形成することがで
きること、並びに該アルミニウム膜６４より下層のウェ
ッテング層６３および第２の層間絶縁膜Ｉ２からのガス
化成分の放出を抑制できることなどを考慮して、適正な
範囲が選択されるが、例えば１００〜３００ｎｍが望ま
しい。また、第２のアルミニウム膜６５は、ビアホール
６２の大きさ並びにそのアスペクト比などによって決定
されるが、例えばアスペクト比が３程度で０．５μｍ以
下のホールを埋めるためには、３００〜８００ｎｍの膜
厚が必要である。

【０１０７】（反射防止膜の成膜）さらに、別のスパッ
タチャンバで、スパッタによりＴｉＮを堆積することに
より、膜厚３０〜８０ｎｍの反射防止膜６６が形成され
る。その後、Ｃｌ₂とＢＣｌ₃のガスを主体とする異方性
ドライエッチャーで前記ウェッテング層６３、第１のア
ルミニウム膜６４、第２のアルミニウム膜６５および反
射防止膜６６からなる堆積層を選択的にエッチングし
て、第２の金属配線層６０のパターニングを行う。

【０１０８】このようにして形成された金属配線層６０
では、アスペクト比が０．５〜３で、口径が０．２〜
０．８μｍのビアホール内において、ボイドを発生させ
ることなく良好なステップカバレッジでアルミニウムが
埋め込まれることが確認された。

【０１０９】以後、必要に応じて、第２の配線領域Ｌ２
と同様にして第３、第４…の多層配線領域を形成するこ
とができる。

【０１１０】本実施の形態において、第１および第２の
層間絶縁膜Ｉ１，Ｉ２が優れた平坦性を有する理由とし
ては、以下のことが考えられる。

【０１１１】（ａ）図１（Ｂ）および図３（Ａ）に示す
工程で形成される第２のシリコン酸化膜２２および第５
のシリコン酸化膜７２は、シリコン化合物と過酸化水素
との反応によって形成される、シラノールを含む反応生
成物が高い流動性を有するため、ウエハ表面の凹凸がこ
れらの膜を形成した時点で高度に平坦化される。

【０１１２】（ｂ）第１および第２の層間絶縁膜Ｉ１，
Ｉ２を構成する各シリコン酸化膜、特に第２および第３
のシリコン酸化膜２２，２６ならびに第５および第６の
シリコン酸化膜７２，７６は、ＣＭＰにおいて同程度の
研磨速度を有するため、表面に異なったシリコン酸化膜
が部分的に共存した場合であっても、良好な平坦性が得
られる。

【０１１３】また、本実施の形態において、コンタクト
ホール３２およびビアホール６２に、第１および第２の
アルミニウム膜３４，３５ならびに第１および第２のア
ルミニウム膜６４，６５がそれぞれ良好に埋め込まれた
理由としては、以下のことが考えられる。

【０１１４】（ａ）脱ガス工程を行うことにより、各層
間絶縁膜Ｉ１、Ｉ２に含まれる水や窒素をガス化して充
分に放出することにより、その後の第１のアルミニウム
膜３４，６４および第２のアルミニウム３５，６５の成
膜において、層間絶縁膜Ｉ１，Ｉ２やバリア層３３ある
いはウェッテング層６３からのガスの発生を防止するこ
とで、バリア層３３と第１のアルミニウム膜３４、なら
びにウェッテング層６３と第１のアルミニウム膜６４と
の密着性を高め、良好なステップカバレッジの成膜が可
能であったこと。

【０１１５】（ｂ）第１のアルミニウム膜３４，６４の
成膜において、基板温度を２００℃以下の比較的低温に
設定することにより、層間絶縁膜Ｉ１，Ｉ２およびバリ
ア層３３ならびにウェッテング層６３に含まれる水分や
窒素を放出させないようにして、前記脱ガス工程の効果
に加えて第１のアルミニウム膜３４，６４の密着性を高
めたこと。

【０１１６】（ｃ）さらに、第１のアルミニウム膜３
４，６４自体が、基板温度が上がった場合に下層からの
ガスの発生を抑制する役割を果たすため、次の第２のア
ルミニウム膜３５，６５の成膜を比較的高い温度で行う
ことができ、第２のアルミニウム膜の流動拡散を良好に
行うことができること。

【０１１７】以上の方法によって、本発明に係る半導体
装置（図４（Ｂ）参照）を形成することができる。この
半導体装置は、少なくともＭＯＳ素子を含むシリコン基
板１１、および前記シリコン基板１１の上に形成された
第１の配線領域Ｌ１を有する。

【０１１８】前記第１の配線領域Ｌ１は、ベース層とな
る第１のシリコン酸化膜２０、シリコン化合物と過酸化
水素との重縮合反応によって形成された第２のシリコン
酸化膜２２、および前記第２のシリコン酸化膜２２の上
に形成され、ＣＭＰにより平坦化された第３のシリコン
酸化膜２６からなる第１の層間絶縁膜Ｉ１、前記層間絶
縁膜Ｉ１に形成されたコンタクトホール３２、前記層間
絶縁膜Ｉ１および前記コンタクトホール３２の表面に形
成されたバリア層３３、および前記バリア層３３の上に
形成された、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成
分とする合金からなるアルミニウム膜３４，３５、を有
する。そして、前記アルミニウム膜３４は、バリア層３
３を介してチタンシリサイド層１９に接続されている。

【０１１９】前記第１の配線領域Ｌ１上に形成された第
２の配線領域Ｌ２は、ベース層となる第４のシリコン酸
化膜７０、シリコン化合物と過酸化水素との重縮合反応
によって形成された第５のシリコン酸化膜７２、および
前記第５のシリコン酸化膜７２の上に形成され、ＣＭＰ
により平坦化された第６のシリコン酸化膜７６からなる
第２の層間絶縁膜Ｉ２、前記層間絶縁膜Ｉ２に形成され
たビアホール６２、前記層間絶縁膜Ｉ２および前記ビア
ホール６２の表面に形成されたウェッテング層６３、お
よび前記ウェッテング層６３の上に形成された、アルミ
ニウムあるいはアルミニウムを主成分とする合金からな
るアルミニウム膜６４，６５、を有する。

【０１２０】以上のように、本実施の形態によれば、シ
リコン化合物と過酸化水素との気相反応によって得られ
る、シラノールを含むシリコン酸化膜を形成し、さらに
最上層にＣＭＰによって平坦化されたシリコン酸化膜を
形成することにより、極めて良好な平坦性を有する層間
絶縁膜を形成することができる。特に、第１の層間絶縁
膜は、従来のＢＰＳＧ膜に比べてかなり低温で成膜する
ことができるため、パンチスルーや接合リークなどの点
で特性を改善することができ、したがって、素子の微細
化および信頼性の高いコンタクト構造を達成することが
でき、また製造プロセス上も有利である。また、層間絶
縁膜が高度な平坦性を有することから、配線層の加工な
どを含めたプロセスマージンを増加させ、品質および歩
留まりを向上させることができる。

【０１２１】さらに、本実施の形態においては、アルミ
ニウム膜のスパッタ前に少なくとも脱ガス工程と冷却工
程を含み、さらに好ましくは同一チャンバ内で連続的に
アルミニウム膜を成膜することにより、０．２μｍ程度
までのコンタクトホールおよびビアホールをアルミニウ
ムあるいはアルミニウム合金だけで埋め込むことが可能
となり、信頼性および歩留まりの点で向上がはかれた。
また、コンタクト部を構成するアルミニウム膜における
銅等の偏析や結晶粒の異常成長もなく、マイグレーショ
ン等を含めた信頼性の点でも良好であることが確認され
た。

【０１２２】（他の実施の形態）本発明は上記実施の形
態に限定されず、その一部を以下の手段で置き換えるこ
とができる。

【０１２３】（ａ）前記実施の形態では、第１のシリコ
ン酸化膜２０として、プラズマＣＶＤによるＴＥＯＳを
用いたシリコン酸化膜を用いたが、これに代わり他のシ
リコン酸化膜を用いてもよい。例えば、このような第１
のシリコン酸化膜として、モノシランと一酸化二窒素を
用いた減圧熱ＣＶＤ法によって形成した膜でもよい。こ
のシリコン酸化膜は、下層のシリコン基板の表面形状に
忠実に成膜され、カバレッジ性がよいだけでなく、緻密
であるのでパッシベーション機能が高く、さらにアニー
ル処理において急激に昇温しても第２のシリコン酸化膜
２２にクラックが発生しにくい。また、熱ＣＶＤ法を用
いるため、プラズマダメージがない利点がある。

【０１２４】ただし、この方法による成膜は、ウエハ温
度を７５０〜８００℃程度に設定する必要があるため、
サリサイド構造としてチタンシリサイドのように酸化さ
れやすい膜を使用する場合には適用できず、タングステ
ンシリサイドあるいはモリブデンシリサイドを使用する
必要がある。

【０１２５】（ｂ）前記実施の形態では、第１の層間絶
縁膜Ｉ１は、３層のシリコン酸化膜から構成されている
が、これに限らず他のシリコン酸化膜を加えてもよい。
例えば、第１のシリコン酸化膜２０と第２のシリコン酸
化膜２２との間に、プラズマＣＶＤ法により形成され
た、膜厚１００〜３００ｎｍのＰＳＧ膜（リンの濃度；
１〜６重量％）を形成してもよい。このＰＳＧ膜を入れ
ることにより、可動イオンのゲッタリング機能がさらに
向上して、トランジスタのしきい値特性および静止電流
の変動が減少することが確認された。

【０１２６】（ｃ）さらに、上記実施の形態では、層間
絶縁膜Ｉ１，Ｉ２において、第３のシリコン酸化膜２
６，７６を形成し、これをさらにＣＭＰによって平坦化
している。しかし、第２のシリコン酸化膜２２，７２
は、それ自体で優れた平坦性を有するので、このシリコ
ン酸化膜２６，７６は必ずしも設けなくともよい。

【０１２７】なお、上記実施の形態では、２層の配線領
域を含む半導体装置について述べたが、本発明はもちろ
ん３層以上の配線領域を含む半導体装置にも適用でき、
また、Ｎチャネル型ＭＯＳ素子を含む半導体装置のみな
らず、Ｐチャネル型あるいはＣＭＯＳ型素子などの各種
の素子を含む半導体装置に適用することができる。

【０１２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、本発明の半導
体装置の製造方法の一例を工程順に模式的に示す断面図
である。

【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示す工程に続い
て行われる半導体装置の製造方法の一例を工程順に模式
的に示す断面図である。

【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、図２に示す工程に続い
て行われる半導体装置の製造方法の一例を工程順に模式
的に示す断面図である。

【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、図３に示す工程に続い
て行われる半導体装置の製造方法の一例を工程順に模式
的に示す断面図である。

【図５】本発明に係る実施の形態に用いられるスパッタ
装置の一例を模式的に示す図である。

【図６】図５に示すスパッタ装置を用いて基板温度を制
御したときの、時間と基板温度との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１シリコン基板１２フィールド絶縁膜１３ゲート酸化膜１４ゲート電極１５低濃度不純物層１６高濃度不純物層１７側壁スペーサ１８シリコン酸化膜１９チタンシリサイド層２０第１のシリコン酸化膜２２第２のシリコン酸化膜２６第３のシリコン酸化膜３０第１の金属配線層３２コンタクトホール３３バリア層３４第１のアルミニウム膜３５第２のアルミニウム膜６０第２の金属配線層６２ビアホール６３ウェッテング層６４第１のアルミニウム膜６５第２のアルミニウム膜７０第４のシリコン酸化膜７２第５のシリコン酸化膜７６第６のシリコン酸化膜Ｉ１，Ｉ２層間絶縁膜Ｌ１，Ｌ２配線領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松本和己長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者守屋直弘長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (56)参考文献特開平７−78788（ＪＰ，Ａ) 特開平９−153490（ＪＰ，Ａ) 特開平８−31810（ＪＰ，Ａ) 特開平９−51035（ＪＰ，Ａ) 特開平９−116011（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/768 H01L 21/316

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】素子を含む半導体基板の上に層間絶縁膜
を形成する工程、前記層間絶縁膜にスルーホールを形成
する工程、前記層間絶縁膜および前記スルーホールの表
面にバリア層を形成する工程、および前記バリア層の表
面に導電膜を形成する工程を含み、前記層間絶縁膜を形
成する工程は、少なくとも以下の工程（ａ）〜（ｃ）を
含む半導体装置の製造方法。（ａ）シリコン化合物、および酸素および酸素を含む化
合物の少なくとも１種を化学気相成長法によって反応さ
せてベース層となる第１のシリコン酸化膜を形成する工
程、（ｂ）シリコン化合物と過酸化水素とを化学気相成長法
によって反応させて第２のシリコン酸化膜を形成する工
程、（ｃ）６００〜８５０℃の温度でアニール処理を行う工
程。
【請求項２】請求項１において、前記工程（ｂ）で用いられるシリコン化合物は、無機シ
ラン化合物および有機シラン化合物から選択される少な
くとも１種である半導体装置の製造方法。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記工程（ｂ）は、前記シリコン化合物が無機シラン化
合物であって、０〜２０℃の温度条件下で減圧化学気相
成長法によって行われる半導体装置の製造方法。
【請求項４】請求項１または請求項２において、前記工程（ｂ）は、前記シリコン化合物が有機シラン化
合物であって、１００〜１５０℃の温度条件下で減圧化
学気相成長法によって行われる半導体装置の製造方法。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかにお
いて、前記工程（ｃ）におけるアニール処理は、連続的もしく
は断続的に温度を上昇することによって行われる半導体
装置の製造方法。
【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかにお
いて、前記スルーホールは、その上端部から底部に向かって徐
々に口径が小さくなるテーパ状である半導体装置の製造
方法。
【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれかにお
いて、前記導電膜は、２００℃以下の温度で、アルミニウムあ
るいはアルミニウムを主成分とする合金からなる第１の
アルミニウム膜を形成し、その後、３００℃以上の温度
で、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする
合金からなる第２のアルミニウム膜を形成する半導体装
置の製造方法。