JP4771783B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、配線の表面にホイスカが残留するのを抑制する製造方法に関する。

図６は、一般的な半導体装置の製造方法の一例を説明するための工程図である。

半導体装置は、図６に示す工程を経ることによって製造される（例えば、特許文献１参照）。すなわち、まず、図６（Ａ）に示すように、ウェハ５０の上に形成されたシリコン基板１００に、素子１０５を形成する。次に、図６（Ｂ）に示すように、シリコン基板１００の上に、スパッタリング法により、メタル膜１１０を成膜する。このメタル膜１１０は、下側の配線（以下、下層配線と称する）となる。このようにして形成された構造体は、下地１１２として用いられる。なお、スパッタリングするメタルの材料としては、アルミニュウム（Ａｌ）またはアルミ系合金を用いるのが一般的である。次に、図６（Ｃ）に示すように、この下層配線１１０の上に、絶縁膜１１５を成膜する。この絶縁膜１１５は、下層配線１１０と後述する上層配線１２５との間の層間絶縁膜となる。次に、図６（Ｄ）に示すように、この層間絶縁膜１１５に、下層配線１１０へのコンタクトホール１２０を形成する。次に、図６（Ｅ）に示すように、層間絶縁膜１１５の上およびコンタクトホール１２０の内に、スパッタリング法により、メタル膜１２５を成膜する。なお、このメタル膜１２５の成膜は、下地１１２を加熱した状態でメタルをスパッタリングすることによって行われる。これにより、スパッタリングされたメタルは、層間絶縁膜１１５の上およびコンタクトホール１２０の内に付着した後、下地１１２の温度によって溶融し、コンタクトホール１２０に流れ込む。その結果、スパッタリングされたメタルは、コンタクトホール１２０を充満する。このメタル膜１２５は、上側の配線（以下、上層配線と称する）となる。最後に、図６（Ｆ）に示すように、この上層配線１２５の上に、絶縁膜１５０を成膜する。この絶縁膜１５０は、上層配線１２５を塵等から保護する絶縁保護膜となる。

なお、ここでは、上層配線１２５を最上層の配線として説明するが、上層配線１２５の上に、層間絶縁膜や別の上層配線を形成することも可能である。

ところで、上層配線１２５を形成するに際して（図６（Ｅ）参照）、上述したように、下地１１２を加熱している。このとき、下地１１２の温度が低いと、スパッタリングしたメタルが溶融しないため、または、メタルが溶融しても流動しないため、メタルが埋め込まれていない領域（以下、未充填領域と称する）が、コンタクトホール１２０内に発生することがある。このような未充填領域が生じると、半導体装置は、設計値通りの特性を得ることができないため、信頼性が低下する。

したがって、上層配線１２５を形成するに際しては、メタルをコンタクトホール１２０内に確実に埋め込む必要がある。そこで、通常は、上層配線１２５の形成は、下地１１２を高温に加熱した状態でメタルをスパッタリングすることによって行われる。以下、下地１１２を高温に加熱した状態でメタルをスパッタリングすることを、高温スパッタリング処理と称する。なお、高温とは、層間絶縁膜１１５の上およびコンタクトホール１２０の内に付着したメタルが溶融しかつコンタクトホール１２０に流れ込んでこのコンタクトホール１２０を充満する程度に流動する温度を意味する。具体的には、メタルの材料をＡｌとする場合に、約４２０℃以上の温度となる。

しかしながら、下地１１２を高温に加熱した状態でメタルをスパッタリングすると、層間絶縁膜１１５の上およびコンタクトホール１２０の内に付着したメタルは、表面が内部よりも先に固まり、その後に内部が固まる。

このとき、内部のメタルが表面に噴き出す。その結果、ヒゲ状の結晶生成物であるホイスカ（ｗｈｉｓｋｅｒ）１５５が、上層配線１２５の表面に発生する。

以下、図７、図８および図９を参照して、このホイスカ１５５により生じる問題につき説明する。図７は、上層配線の表面の状態を説明するための顕微鏡写真図である。図８は、ホイスカの発生の説明に供する模式図である。図９は、研磨された上層配線の表面の状態を説明するための顕微鏡写真図である。

図７と図８に示すように、ホイスカ１５５は、上層配線１２５の厚さを厚く設定すると、上層配線１２５からの放熱量に応じて、大きく（すなわち、太さが太く、高さが高く）成長する傾向にある。特に、上層配線１２５の厚さが７０００Å以上になる場合に、ホイスカ１５５は、上層配線１２５の表面に純水を吐き出す等の方法では除去できないほどに、大きく成長する場合がある。

ホイスカ１５５は、図８に点線円で囲んで示すように、絶縁保護膜１５０の厚さ以上の高さに成長すると、絶縁保護膜１５０がホイスカ１５５を覆いきれなくなる。その結果、ホイスカ１５５の一部が絶縁保護膜１５０の表面から露出する。このことは、上層配線１２５の一部が、外部に露出することを意味する。このような半導体装置は、短絡などの不具合が発生し易くなるため、信頼性が低下する。

そこで、ホイスカ１５５が純水を吐き出す等の方法では除去できないほどに大きく成長した場合は、機械的なブラシスクラブ等の方法で上層配線１２５の表面を研磨することにより、ホイスカ１５５を除去する必要がある。

しかしながら、研磨された上層配線１２５の表面は、図９に示すように、多数の傷１５７が生じる。そのため、この方法は、適用が好ましくない。
特開平５−１３４１１号公報（段落７〜段落９、図１）

上述した従来の半導体装置の製造方法には、厚さの厚いメタル膜を配線として成膜する場合に、配線の表面に、純水を吐き出す等の方法では除去できないほどに、大きなホイスカが発生する場合があるという課題があった。このようなホイスカは、特に、配線の厚さが７０００Å以上になる場合に、発生し易かった。

そこで、この発明は、配線の表面にホイスカが残留するのを抑制することができる、半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

配線（主に、上層配線）の表面にホイスカが発生する原因は、高温スパッタリング処理により形成された配線が冷える際に、大量の熱が配線の内部から外部に放出される点にある。

そこで、この発明に係る半導体装置の製造方法は、前述の課題を解決するために、配線を第１メタル膜と第２メタル膜の２層によって構成し、第１メタル膜を高温スパッタリング処理により成膜した後、第２メタル膜を低温スパッタリング処理により成膜する。なお、低温スパッタリング処理とは、下地を低温に加熱した状態でメタルをスパッタリングすることを意味する。また、低温とは、高温よりも低くかつ第１メタル膜の上に付着したメタルが溶融しても流動しない程度に抑制された温度を意味する。

具体的には、この製造方法は、下地に支持された絶縁膜にコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、絶縁膜の上およびコンタクトホールの内に付着するメタルが溶融しかつコンタクトホールに流れ込んでこのコンタクトホールを充満する程度に流動する第１温度に下地を加熱した状態で、スパッタリング法により、絶縁膜の上およびコンタクトホールの内に第１メタル膜を成膜する第１メタル膜成膜工程と、さらに、第１温度よりも低くかつ第１メタル膜の上に付着するメタルが溶融しても流動しない程度に抑制された第２温度に下地を加熱した状態で、スパッタリング法により、第１メタル膜の上に、第１メタル膜の表面に発生したホイスカを埋め込むまで第２メタル膜を成膜する第２メタル膜成膜工程とを用いる。

なお、第１温度は、具体的には、スパッタリングするメタルとしてＡｌまたはＡｌ系合金を用いる場合に、４２０℃以上の温度とする。この第１温度は、好ましくは、４４０℃以上にするとよい。また、第２温度は、具体的には、スパッタリングするメタルとしてＡｌまたはＡｌ系合金を用いる場合に、１６０〜２４０℃の温度とする。この第２温度は、好ましくは、約２００℃にするとよい。

この発明の製造方法によれば、高温スパッタリング処理により第１メタル膜を成膜した後、低温スパッタリング処理により第２メタル膜を成膜する。すなわち、この製造方法によれば、配線を第１メタル膜と第２メタル膜の２層によって構成している。

この製造方法では、第１メタル膜は、配線全体の一構成要素にすぎない。そのため、当然ながら、第１メタル膜の厚さは、配線全体の厚さよりも薄く、また、第１メタル膜からの放熱量は、配線全体からの放熱量よりも小さい。

ホイスカは、メタル膜からの放熱量に応じて、大きく成長する傾向にある。しかしながら、この製造方法では、第１メタル膜からの放熱量が小さいため、第１メタル膜の表面に発生するホイスカは、純水を吐き出す等の方法で除去できる程度の大きさにしか成長しない。

したがって、この製造方法によれば、第１メタル膜の表面に発生するホイスカの成長を、従来例のものよりも小さく抑えることができる。そのため、この製造方法によれば、第１メタル膜の表面に発生するホイスカを、純水を吐き出す等の方法で容易に除去することができる。

また、第１メタル膜に発生するホイスカは、従来例のものよりも小さいため、第２メタル膜によって倒されたり、第２メタル膜によって覆われたりする。

さらに、第２メタル膜は、低温スパッタリング処理により成膜されるため、その表面にはホイスカが発生しにくい。なお、仮に、ホイスカが発生したとしても、第２メタル膜からの放熱量が小さいため、第２メタル膜の表面に発生するホイスカの成長を小さく抑えることができる。そのため、この製造方法によれば、第２メタル膜の表面に発生するホイスカを、純水を吐き出す等の方法で容易に除去することができる。

したがって、この製造方法によれば、これらの要因により、配線の表面（すなわち、第２メタル膜の表面）にホイスカが残留するのを抑制することができる。

以下、図を参照してこの発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさおよび配置関係を、この発明を理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、この発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。また、各工程図は、各工程段階で得られた要部の断面の切り口を示している。

なお、この発明は、以下の実施例に限定されることなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や変形をおこなうことができる。

図１（Ａ）〜（Ｇ）は、この発明に係る半導体装置の製造方法の一例を説明するための工程図である。なお、この製造方法は、図６を参照して説明した従来例の上層配線の形成工程（すなわち、図６（Ｅ）に示す工程）を、高温と低温の２段階のスパッタリング処理（すなわち、図１（Ｅ）に示す工程と図１（Ｆ）に示す工程）による形成工程に置き換えた点に特徴を有している。なお、この製造方法は、これ以外の点では従来例と同様である。すなわち、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）に示す工程は図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に示す工程に相当し、図１（Ｇ）に示す工程は図６（Ｆ）に示す工程に相当する。ただし、ここでは、この発明により形成された上層配線に対し、従来例の上層配線１２５と区別するために、符号として１２７を付与している（以下、同様）。

半導体装置は、図１に示す工程を経ることによって製造される。すなわち、まず、図１（Ａ）に示すように、ウェハ５０の上に形成されたシリコン基板１００に、素子１０５を形成する。なお、素子１０５は、トランジスタのような能動素子や、抵抗、コンデンサ、または、配線の受動素子等の導電性要素を含めた総称である。

次に、図１（Ｂ）に示すように、シリコン基板１００の上に、スパッタリング法により、メタル膜１１０を成膜する。このメタル膜１１０は、下側の配線（以下、下層配線と称する）となる。このようにして形成された構造体を下地１１２として用いる。なお、スパッタリングするメタルの材料としては、アルミニュウム（Ａｌ）またはアルミ系合金を用いるのが一般的である。

次に、図１（Ｃ）に示すように、この下層配線１１０の上に、絶縁膜１１５を成膜する。この絶縁膜１１５は、下層配線１１０と上層配線１２７との間の層間絶縁膜となる。次に、図１（Ｄ）に示すように、この層間絶縁膜１１５に、下層配線１１０へのコンタクトホール１２０を形成する。

次に、図１（Ｅ）に示すように、層間絶縁膜１１５の上およびコンタクトホール１２０の内に、高温スパッタリング処理により、第１メタル膜１３０を成膜する。この第１メタル膜１３０は、上層配線１２７（図１（Ｆ）参照）の下地側の配線層部分を構成する。

次に、図１（Ｆ）に示すように、第１メタル膜１３０の上に、低温スパッタリング処理により、第２メタル膜１３５を成膜する。この第２メタル膜１３５は、上層配線１２７の表面側の配線層部分を構成する。

最後に、図１（Ｇ）に示すように、上層配線１２７の上、すなわち、第２メタル膜１３５の上に、絶縁膜１５０を成膜する。この絶縁膜１５０は、上層配線１２７を塵等から保護する絶縁保護膜となる。なお、ここでは、上層配線１２７を最上層の配線として説明するが、上層配線１２７の上に層間絶縁膜や別の上層配線を形成することも可能である。

上述したように、この発明の製造方法によれば、高温スパッタリング処理により第１メタル膜１３０を成膜した後、低温スパッタリング処理により第２メタル膜１３５を成膜する。すなわち、この製造方法によれば、上層配線１２７を第１メタル膜１３０と第２メタル膜１３５の２層によって構成している。

この製造方法では、第１メタル膜１３０は、上層配線１２７の一構成要素にすぎない。そのため、上層配線１２７の厚さを従来例の上層配線１２５の厚さと同じ厚さにした場合に、当然ながら、第１メタル膜１３０の厚さは、従来例の上層配線１２５の厚さよりも薄く、また、第１メタル膜１３０からの放熱量は、従来例の上層配線１２５からの放熱量よりも小さい。

ホイスカ１５５は、メタル膜からの放熱量に応じて、大きく成長する傾向にある。しかしながら、この製造方法では、第１メタル膜１３０からの放熱量が従来例のものよりも小さいため、第１メタル膜１３０の表面に発生するホイスカ１５５は、純水を吐き出す等の方法で除去できる程度の大きさにしか成長しない。

したがって、この製造方法によれば、第１メタル膜１３０の表面に発生するホイスカ１５５を、従来例のものよりも小さくすることができる。そのため、この製造方法によれば、第１メタル膜１３０の表面に発生するホイスカ１５５を、純水を吐き出す等の方法で容易に除去することができる。

また、第１メタル膜１３０に発生するホイスカ１５５は、従来例のものよりも小さいため、第２メタル膜１３５によって倒されたり、第２メタル膜１３５によって覆われたりする。

さらに、第２メタル膜１３５は、低温スパッタリング処理により成膜されるため、その表面にはホイスカ１５５が発生しにくい。なお、仮に、ホイスカ１５５が発生したとしても、第２メタル膜１３５からの放熱量が小さいため、そのホイスカ１５５は、純水を吐き出す等の方法で除去できる程度の大きさにしか成長しない。そのため、この製造方法によれば、第２メタル膜１３５の表面に発生するホイスカ１５５を、純水を吐き出す等の方法で容易に除去することができる。

したがって、この製造方法によれば、これらの要因により、上層配線１２７の表面（すなわち、第２メタル膜１３５の表面）にホイスカ１５５が残留するのを抑制することができる。

図２は、上層配線の表面の状態を説明するための顕微鏡写真図である。図２は、この発明により、上層配線１２７の表面（すなわち、第２メタル膜１３５の表面）におけるホイスカ１５５の残留が抑制されていることを示している。

［実施例］
以下に、図３（Ａ）および（Ｂ）と図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、この発明の半導体装置の製造方法の一実施例につき詳細に説明する。なお、図３（Ａ）はこの実施例の製造方法に用いる製造装置の概略を示す図であり、図３（Ｂ）はこの実施例を説明するための工程図である。なお、図３（Ｂ）に示す工程は、図１（Ｄ）〜図１（Ｆ）に示す工程に相当する。また、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、この実施例を説明するための工程図である。

図３（Ａ）に示すように、この製造装置２００は、左（Ｌ）側に３つのチャンバＬ１〜Ｌ３を備え、右（Ｒ）側に３つのチャンバＲ１〜Ｒ３と、これらのチャンバＲ１〜Ｒ３およびＬ１〜Ｌ３間でウェハ５０を搬送するオートローダ２０５とを備えている。

図１（Ｃ）に示す工程の後、製造装置２００は、オートローダ２０５によりチャンバＲ１〜Ｒ３およびＬ１〜Ｌ３間でウェハ５０を搬送し、ウェハ５０に対して、図３（Ｂ）に示す工程の処理を行う。

すなわち、まず、製造装置２００は、ＳＴＥＰ１で、ウェハ５０を、室温が予熱温度に加熱されたチャンバＲ１に搬送して、ウェハ５０に対して予熱処理を行う。なお、予熱温度は、高温スパッタリング処理の温度よりも高い温度で行う。これにより、製造装置２００は、ウェハ５０に対して脱ガスを行う。この処理は、図１には示されていない工程である。

次に、製造装置２００は、ＳＴＥＰ２で、ウェハ５０をチャンバＬ１に搬送して、ウェハ５０に対して高周波（ＲＦ）プラズマエッチング処理を行って、層間絶縁膜１１５にコンタクトホール１２０を形成する。この処理は、図１（Ｄ）に示す工程に相当する。

次に、製造装置２００は、ＳＴＥＰ３で、ウェハ５０をチャンバＬ２に搬送して、ウェハ５０に対してＴｉスパッタリング処理を行う。なお、この処理は、図１には示されていない工程である。

次に、製造装置２００は、ＳＴＥＰ４で、ウェハ５０を、室温が高温に加熱されたチャンバＲ３に搬送する。これにより、ウェハ５０は、高温に加熱される。なお、高温とは、層間絶縁膜１１５の上およびコンタクトホール１２０の内に付着したメタルが溶融しかつコンタクトホール１２０に流れ込んでこのコンタクトホール１２０を充満する程度に流動する温度を意味する。具体的には、メタルの材料をＡｌとする場合に、約４２０℃以上の温度となる。製造装置２００は、ウェハ５０をチャンバＲ３に搬送した後、ターゲットとしてＡｌを用い、高温に加熱されたウェハ５０に対して、このＡｌターゲットをスパッタリングして、第１メタル膜１３０を成膜する。以下、この処理を、高温Ａｌスパッタリング処理と称する。この処理は、図１（Ｅ）に示す工程に相当する。

なお、この高温Ａｌスパッタリング処理では、スパッタリングにより成膜されるＡｌ膜、すなわち、第１メタル膜１３０の厚さとして、コンタクトホール１２０を下から上まで充満させて埋め込むのに必要な厚さを、製造装置２００に設定しておく必要がある。具体的には、上層配線１２７の厚さを約７０００Åとし、コンタクトホール１２０の深さを約２０００Åとする場合に、第１メタル膜１３０の厚さを約２０００〜５０００Åに設定する。この第１メタル膜１３０の厚さは、従来例の上層配線１２５の厚さよりも薄い。そのため、この第１メタル膜１３０は、チャンバＲ３の室温によって加熱されるが、その蓄熱量は、従来例の上層配線１２５の蓄熱量よりも小さくなる。その結果、この第１メタル膜１３０からの放熱量は、従来例の上層配線１２５からの放熱量よりもの小さくなる。したがって、この第１メタル膜１３０の厚さを設定することにより、製造装置２００は、第１メタル膜１３０の表面に発生するホイスカ１５５の大きさを小さく抑えることが可能となる。

また、この高温Ａｌスパッタリング処理に供するチャンバＲ３は、高温スパッタリング処理を行えるように、室温を約４２０℃以上の温度に加熱することができる高温仕様にしておく必要がある。

次に、製造装置２００は、ＳＴＥＰ５で、ウェハ５０をチャンバＬ３に搬送して、ウェハ５０に対して、冷却処理を行う。ここでは、冷却時間として、例えば６０秒以上の時間を、製造装置２００に設定しているものとする。この冷却処理により、製造装置２００は、ウェハ５０の温度を下げる。なお、この処理は、図１には示されていない工程である。

次に、製造装置２００は、ＳＴＥＰ６で、ウェハ５０を、室温が低温に加熱されたチャンバＲ２に搬送する。これにより、ウェハ５０は、低温に加熱される。なお、低温とは、高温よりも低くかつ第１メタル膜１３０の上に付着したメタルが溶融しても流動しない程度に抑制された温度を意味する。具体的には、メタルの材料をＡｌとする場合に、約１６０〜２４０℃の温度となる。製造装置２００は、ウェハ５０をチャンバＲ２に搬送した後、ターゲットとしてＡｌを用い、低温に加熱されたウェハ５０に対して、このＡｌターゲットをスパッタリングして、第２メタル膜１３５を成膜する。以下、この処理を、低温Ａｌスパッタリング処理と称する。この処理は、図１（Ｆ）に示す工程に相当する。

なお、この低温Ａｌスパッタリング処理では、スパッタリングにより成膜されるＡｌ膜、すなわち、第２メタル膜１３５の厚さとして、形成する上層配線１２７の厚さから高温Ａｌスパッタリング処理により成膜された第１メタル膜１３０の厚さを差し引いた厚さを、製造装置２００に設定しておく必要がある。具体的には、上層配線１２７の厚さを約７０００Åとし、第１メタル膜１３０の厚さを約２０００Åとする場合に、第２メタル膜１３５の厚さを約５０００Åに設定する。

以上により、製造装置２００は、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６の処理を行う。なお、上述の処理は、複数の装置で行うこともできるが、少なくとも、上述のＳＴＥＰ４〜６の処理については、同一装置内で、かつ、真空状態で、行うことが好ましい。

ところで、上述のＳＴＥＰ４〜６の処理（すなわち、高温Ａｌスパッタリング処理と冷却処理と低温Ａｌスパッタリング処理）では、ホイスカ１５５は、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように変化する。

すなわち、ＳＴＥＰ４の高温Ａｌスパッタリング処理では、第１メタル膜１３０の表面が固まっていないため、図４（Ａ）に示すように、ホイスカ１５５は発生しておらず、第１メタル膜１３０の表面は平滑な状態となっている。

ところが、ＳＴＥＰ５の冷却処理では、第１メタル膜１３０の表面が固まり、内部のメタルが表面に噴き出すため、図４（Ｂ）に示すように、ホイスカ１５５が第１メタル膜１３０の表面に発生し、第１メタル膜１３０の表面は凹凸が生じた状態となる。

しかしながら、この実施例で発生したホイスカ１５５は、大きさが従来例のものよりも小さい（すなわち、太さが細く、高さが低い）。

図１０は、従来例の説明図であり、従来例で発生したホイスカ１５５の状態を示している。なお、図１０では、従来例の上層配線１２５の厚さをＡとし、この実施例の第１メタル膜１３０の厚さをａとして示している。図１０に示すように、従来例で発生したホイスカ１５５は、従来例の上層配線１２５の厚さＡがこの実施例の第１メタル膜１３０の厚さａよりも厚いため、従来例の上層配線１２５からの放熱量が第１メタル膜１３０からの放熱量よりも大きい。そのため、従来例で発生したホイスカ１５５は、この実施例のものよりも大きく成長する。これに対して、この実施例で発生したホイスカ１５５は、図４（Ｂ）に示すように、第１メタル膜１３０の厚さａが従来例の上層配線１２５の厚さＡよりも薄いため、第１メタル膜１３０からの放熱量が従来例の上層配線１２５からの放熱量よりも小さい。そのため、この実施例で発生したホイスカ１５５は、従来例のものに比べて、第１メタル膜１３０の表面に純水を吐き出す等の方法で除去できる程度に、小さい。なお、図４（Ｂ）では、図１０と同様に、従来例の上層配線１２５の厚さをＡとし、この実施例の第１メタル膜１３０の厚さをａとして示している。

この後、ＳＴＥＰ６の低温Ａｌスパッタリング処理では、図４（Ｃ）に示すように、ＳＴＥＰ５の処理で発生したホイスカ１５５が第２メタル膜１３５によって埋め込まれる。このとき、この実施例で発生したホイスカ１５５は、大きさが従来例のものよりも小さい上に、第２メタル膜１３５によって倒されたり、第２メタル膜１３５によって覆われたりする。そのため、この実施例で発生したホイスカ１５５は、上層配線１２７（すなわち、第２メタル膜１３５）の表面から露出せず、上層配線１２７の表面は、平坦な状態となる。なお、図４（Ｃ）では、この実施例の上層配線１２７の厚さを従来例の上層配線１２５と同じＡとし、第２メタル膜１３５の厚さをｂとして示している。

なお、この後、ウェハ５０は、自然放熱して、温度が下がる。しかしながら、第２メタル膜１３５は、低温で成膜されているとともに、第２メタル膜１３５の厚さｂが従来例の上層配線１２５の厚さＡよりも薄いため、第２メタル膜１３５からの放熱量が従来例の上層配線１２５からの放熱量よりも小さい。

そのため、第２メタル膜１３５の表面には新たなホイスカ１５５は発生せず、第２メタル膜１３５の表面は平坦な状態のままとなる。

なお、この発明を実施するに当たり、実験によれば、以下の値で良好な結果を得られた。

（コンタクトホール条件）
実験では、コンタクトホール条件を以下のように製造装置２００に設定した。なお、実験装置２００としては、ＩＬＣ−１０６０（商品名、株式会社アネルバ製）を用いた。

・層間絶縁膜１１５の厚さ：約１０５００Å以下
・コンタクトホール１２０の直径：０．６μｍ以上

（スパッタリング条件）
上記コンタクトホール条件におけるスパッタリング処理では、製造装置２００は、スパッタリングするメタルの材料をＡｌとし、高温スパッタリング処理の温度を４４０℃以上とし、低温スパッタリング処理の温度を約２００℃とすると、上層配線１２７の厚さを７０００Å以上にした場合でも、図２に示すように、上層配線１２７を良好に形成することができた。すなわち、第２メタル膜１３５の表面にホイスカ１５５が発生することなく、上層配線１２７を形成することができた。

なお、この発明によれば、上層配線１２７の厚さ（すなわち、第１メタル膜１３０と第２メタル膜１３５の合計の厚さ）を、７０００Å以上にすることができる。しかしながら、第１メタル膜１３０の厚さは、好ましくは、コンタクトホール１２０の埋め込みに必要な厚さに設定するとよい。また、第２メタル膜１３５の厚さは、好ましくは、高温スパッタリング処理で発生したホイスカ１５５が埋め込まれる厚さ以上に設定するとよい。ただし、第２メタル膜１３５の厚さは、厚すぎると、ホトリソグラフィのアライメントが狂うので、その狂いが許容できる範囲内で設定することが好ましい。

［変形例］
ところで、この発明を実施するに当たり、高温スパッタリング処理と低温スパッタリング処理の間（厳密には、冷却処理と低温スパッタリング処理の間）に、ホイスカ１５５を研磨する研磨工程を行ってもよい。

以下、図５（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、研磨工程を行う変形例につき説明する。図５（Ａ）はＳＴＥＰ４の高温Ａｌスパッタリング処理工程を示す図であり、図５（Ｂ）はＳＴＥＰ５の冷却処理工程を示す図であり、図５（Ｃ）は研磨処理工程を示す図であり、図５（Ｄ）はＳＴＥＰ６の低温Ａｌスパッタリング処理工程を示す図である。

この変形例では、ホイスカ１５５は、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）に示すように変化する。

すなわち、ＳＴＥＰ４の高温Ａｌスパッタリング処理では、図５（Ａ）に示すように、ホイスカ１５５は発生せず、第１メタル膜１３０の表面は平滑な状態となっている。なお、図５（Ａ）は、図４（Ａ）と同じ状態の第１メタル膜１３０を示している。

ところが、ＳＴＥＰ５の冷却処理では、図５（Ｂ）に示すように、ホイスカ１５５が第１メタル膜１３０の表面に発生し、第１メタル膜１３０の表面は凹凸が生じた状態となる。なお、図５（Ｂ）は、図４（Ｂ）と同じ状態のホイスカ１５５を示している。

この後、研磨処理では、図５（Ｃ）に示すように、ＳＴＥＰ５の冷却処理で発生したホイスカ１５５は研磨され、第１メタル膜１３０の表面はほぼ平坦な状態となる。したがって、この変形例では、ホイスカ１５５は、第２メタル膜１３５の下に確実に埋め込まれることになる。そのため、この変形例は、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

なお、研磨は、様々な方法を適用することができるが、ここでは、一般的な化学的機械研磨法（ＣＭＰ法）によって行うものする。ただし、この研磨を行うに当たり、第１メタル膜１３０の表面に酸化膜が成膜されないように、真空下または酸素を除去した雰囲気下で行うことが好ましい。なお、この研磨により第１メタル膜１３０の表面には傷が生じているが、その傷は、第２メタル膜１３５によって埋め込まれるため、上層配線１２７の表面には影響を及ぼさない。

この後、ＳＴＥＰ６の低温Ａｌスパッタリング処理では、図５（Ｄ）に示すように、ホイスカ１５５が第２メタル膜１３５によって埋め込まれる。このとき、ホイスカ１５５は、研磨されているため、第２メタル膜１３５によって確実に覆われる。そのため、ホイスカ１５５は、上層配線１２７の表面、すなわち、第２メタル膜１３５の表面から露出せず、上層配線１２７の表面は、平坦な状態となる。

以上の通り、この製造方法によれば、第１メタル膜１３０からの放熱量は、従来例の配線１２５からの放熱量よりも小さい。そのため、この製造方法によれば、第１メタル膜１３０の表面に発生するホイスカ１５５を、従来例のものよりも小さくすることができる。これにより、第１メタル膜１３０の表面に発生するホイスカ１５５を、純水を吐き出す等の方法で容易に除去することができる。

また、第１メタル膜１３０に発生するホイスカ１５５は、従来例のものよりも小さいため、第２メタル膜１３５によって倒されたり、第２メタル膜１３５によって覆われたりする。

さらに、第２メタル膜１３５は、低温スパッタリング処理により成膜されるため、その表面にはホイスカ１５５が発生しにくい。なお、仮に、ホイスカ１５５が発生したとしても、第２メタル膜１３５からの放熱量が小さいため、そのホイスカ１５５は、純水を吐き出す等の方法で除去できる程度の大きさにしか成長しない。そのため、第２メタル膜１３５の表面に発生するホイスカ１５５を、純水を吐き出す等の方法で容易に除去することができる。

したがって、この製造方法によれば、これらの要因により、特に、上層配線１２７の厚さが７０００Å以上になる場合であっても、上層配線１２７の表面、すなわち、第２メタル膜１３５の表面にホイスカ１３５が残留するのを抑制することができる。また、これにより、設計値通りの厚さの上層配線１２７を半導体装置に確保することができる。

［付記］
上述した半導体装置の製造方法は、開口部を有する絶縁膜の、絶縁膜上および開口部内に第１の温度で第１の金属層を形成する工程と、第１の金属層上に第１の温度よりも低い第２の温度で第２の金属層を形成する工程とを含む。

したがって、この製造方法によれば、より埋め込み特性の良い温度で下層となる第１の金属層を形成し、さらに、その第１の金属層の上に、よりホイスカの発生し難い温度で上層となる第２の金属層を形成することができる。

この製造方法は、異なる温度で第１および第２の金属層を形成するので、第１の金属層からの放熱量を小さくすることができる。

したがって、この製造方法によれば、第１の金属層の表面に発生するホイスカの成長を、従来例のものよりも小さく抑えることができる。そのため、この製造方法によれば、第１の金属層の表面に発生するホイスカを、純水を吐き出す等の方法で容易に除去することができる。

また、第１の金属層に発生するホイスカは、従来例のものよりも小さいため、第２の金属層によって倒されたり、第２の金属層によって覆われたりする。

さらに、第２の金属層は、低温で形成されるため、その表面にはホイスカが発生しにくい。なお、仮に、ホイスカが発生したとしても、第２の金属層からの放熱量が小さいため、第２の金属層の表面に発生するホイスカの成長を小さく抑えることができる。そのため、この製造方法によれば、第２の金属層の表面に発生するホイスカを、純水を吐き出す等の方法で容易に除去することができる。

したがって、この製造方法によれば、これらの要因により、配線の表面（すなわち、第の金属層の表面）にホイスカが残留するのを抑制することができる。

なお、この製造方法によれば、第１の温度は、第１の金属が流動する温度、具体的には４２０℃以上の温度にすることが好ましい。

また、この製造方法によれば、第１の金属層および第２の金属層は、アルミニュウムまたはアルミニュウム合金からなることが好ましい。

また、この製造方法は、第１の金属層を形成後、第１の金属層の表面に対して研磨処理を施した後に第２の金属層を形成することが好ましい。

（Ａ）〜（Ｇ）は、この発明に係る半導体装置の製造方法の一例を説明するための工程図である。 上層配線の表面の状態を説明するための顕微鏡写真図である。 （Ａ）は、実施例の製造方法に用いる製造装置の概略を示す図であり、（Ｂ）は、実施例を説明するための工程図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施例を説明するための工程図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、変形例を説明するための工程図である。 一般的な半導体装置の製造方法の一例を説明するための工程図である。 上層配線の表面の状態を説明するための顕微鏡写真図である。 ホイスカの発生の説明に供する模式図である。 研磨された上層配線の表面の状態を説明するための顕微鏡写真図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

５０ …ウェハ
１００ …シリコン基板
１０５ …素子
１１０ …メタル膜（下層配線）
１１２ …下地
１１５ …絶縁膜（層間絶縁膜）
１２０ …コンタクトホール
１２７ …メタル膜（上層配線）
１３０ …第１メタル膜
１３５ …第２メタル膜
１５０ …絶縁膜（絶縁保護膜）

Claims (7)

1. 下地に支持された絶縁膜にコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、
   前記絶縁膜の上および前記コンタクトホールの内に付着するメタルが溶融しかつ前記コンタクトホールに流れ込んで前記コンタクトホールを充満する程度に流動する第１温度に前記下地を加熱した状態で、スパッタリング法により、前記絶縁膜の上および前記コンタクトホールの内に第１メタル膜を成膜する第１メタル膜成膜工程と、
   さらに、前記第１温度よりも低くかつ前記第１メタル膜の上に付着したメタルが溶融しても流動しない程度に抑制された第２温度に前記下地を加熱した状態で、スパッタリング法により、前記第１メタル膜の上に、当該第１メタル膜の表面に発生したホイスカを埋め込むまで第２メタル膜を成膜する第２メタル膜成膜工程とを有し、
   前記第１温度を、最低でも４２０℃以上とし、前記第２温度を、１６０〜２４０℃とする
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１メタル膜成膜工程の後であって第２メタル膜成膜工程の前に６０秒以上の冷却処理を行う
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   さらに、前記第１メタル膜成膜工程と前記第２メタル膜成膜工程との間に、前記第１メタル膜を研磨する研磨工程を有する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 開口部を有する絶縁膜の、前記絶縁膜上および前記開口部内に第１の温度で第１の金属層を形成する工程と、
   前記第１の金属層上に前記第１の温度よりも低い第２の温度で、当該第１の金属層の表面に発生したホイスカを埋め込むまで第２の金属層を形成する工程とを含み、
   前記第１の温度を、最低でも４２０℃以上とし、前記第２の温度を、１６０〜２４０℃とする
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１の金属層を形成する工程の後であって前記第２の金属層を形成する工程の前に６０秒以上の冷却処理を行う
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１の金属層および前記第２の金属層は、アルミニュウムまたはアルミニュウム合金からなる
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１の金属層を形成後、前記第１の金属層の表面に対して研磨処理を施した後に前記第２の金属層を形成する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。