JPH02148722A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路装置の製造方法に関し、とくに
アルミニウムあるいはアルミニウム合金膜からなる配線
金属を形成するための製造方法に関する。

〔従来技術とその課題〕

半導体集積回路装置における接続穴を介しての不純物拡
散領域と配線金属との接続の従来例を第４図を用いて説
明する。

第４図［ａ）に示すように、半導体基板４８の所定領域
にこの半導体基板４８の導電型と同導電型もしくは逆導
電型の不純物を導入して、不純物拡散領域５０を形成す
る。その後全面に例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜
５２を形成し、さらにホトエツチングを行ない接続穴５
４を設ける。その後不純物拡散領域５０と接続するアル
ミニウム、あるいはアルミニウムーシリコン、アルミニ
ウムーシリコン−銅などのアルミニウム合金＠（以下ア
ルミニウム、アルミニウム合金膜を総称して配線金属５
６と記載する）をスパッタリング法で形成する。この配
線金属５６の形成工程において、接続穴５４開口の大き
さが１．５μｍ以下のような微細な大きさになると、ス
パッタリング粒子が接続穴５４内に充分供給された（な
る。この結果第４図［ａ）に示すように、配線金属５６
は接続穴５４内および接続穴５４開口端における段差被
覆性が悪（なり、配線金属５６が接続穴５４段差部にお
いて断線するという問題点が発生する。

そこでバリアメタル５８上に配線金属５６をスパッタリ
ング法で形成し、その後レーザー光照射により配線金属
５６を溶融あるいは軟化させて、接続穴５４段差部にお
ける段差被覆性を改善する方法が、例えば第３５回応用
物理学関係連合講演会　講演予稿集　２９ｐ−Ｖ−１５
ｐ、６４４（１９８８年３月）に記載されている。しか
しながらこの配線金属５６形成後に、レーザー光照射に
より配線金属５６の段差被覆性を改善する方法では、次
に記す点での対応は充分でない。すなわち接続穴５４開
口端における配線金属５６が、この接続穴５４開口の大
きさが微細なために第４図＋ａ）に示すように、オーパ
ーツ・ング状に形成され、さらに配線金属５６は表面か
ら加熱される。この結果配線金属５６は、前述のオーバ
ーハング状に形成されることと、表面から加熱されるこ
ととの相乗効果により第４図（ｂｔに示すように、接続
穴５４領域において、配線金属５６中に気体が閉じ込め
られた気泡６０が形成される。この結果温度変化により
この気泡６０中の気体が膨張して、配線金属５６にクラ
ックや破裂を引き起こし、配線金属５６の信頼性が低下
する。

上記課題を解決して微細な大きさの接続穴においても、
気泡の発生しない信頼性の高い配線金属を形成するため
の製造方法を提供することが本発明の目的である。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明においては下記記載の製
造方法により配線金属を形成する。

プラズマを発生するプラズマビーム源と、このプラズマ
ビーム源に対して正の電圧が印加されかつプラズマビー
ム源に対して対向配置する対向電極と、この対向電極の
プラズマビーム源に対向する面に設げる高融点金属板と
、プラズマを薄い板状のプラズマ領域に整形するための
手段と、接地電位に対して負の電圧が印加されかつプラ
ズマビーム源と対向電極との間に形成するプラズマ領域
から離れた位置に配置するターゲットと、プラズマ領域
を介してターゲットに対して対向配置する試料基板と、
この試料基板を回転するための手段と、排気系とを備え
た反応室内の試料基板上に半導体基板を配置して、反応
室内を排気系により真空排気後、プラズマビーム源と対
向電極との間にプラズマ領域を形成し、対向電極近傍に
高温領域を形成し、さらにターゲットに所定の電圧を印
加することにより半導体基板表面に配線金属を形成する
。

〔実捲例〕

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図（ａｌおよび第１図（ｂ）は本発明における配線
金属形成に用いる装置を示し、第１図（ａｌは装置要部
の側面配置を示す断面図、第１図（ｂ）は装置要部の平
面配置を示す断面図である。さらに第２図は本発明の配
線金属形成に用いるプラズマビーム源を示す断面図であ
る。以下第１図［ａ）と第１図（ｂｌと第２図とを交互
に参照して説明する。

ビーム状のプラズマを発生するプラズマビーム源１２と
、永久出方６２と、さらにこのプラズマビーム源１２に
対して対向配置する対向電極１４とを、反応室２２の壁
面に設ける。この対向電極１４はプラズマビーム源１２
に対して正の電圧を印加する。対向電極１４は水冷し、
さらにプラズマビーム源１２に対向する面に、タングス
テン、モリブデンなどからなる高融点金属板１６を、機
械的な方法により取り付ける。このプラズマビーム源１
２と対向電極１４との間にプラズマを発生させる。対向
電極１４の裏面には、図示はしないが対向電極用永久磁
石を配置して、この対向電極用永久磁石と反応室２２外
に設けた複数の集束コイル６０との磁界により、発生し
たプラズマを対向電極１４に集束させる。さらにプラズ
マビーム源１２出口と反応室２２人口との間に、磁石の
同極を対向配置した一対の永久磁石６２を配置して、こ
の永久磁石６２の反撥磁界によってプラズマの厚さを圧
縮して、広がりをもつ薄い板状に整形した破線２８で示
す高密度のプラズマ領域２６を形成する。すなわちプラ
ズマを薄い板状のプラズマ領域２６に整形するための手
段としては、反応室２２外に設けた複数の集束コイル６
０と、プラズマビーム源１２出口と反応室２２人口との
間に配置する一対の永久磁石６２とから構成する。なお
この集束コイル６０は反応室２２内に配置しても良い。

ターゲット２０は板状のプラズマ領域２６とほぼ平行に
、このプラズマ領域２６から離れた位置に配置する。こ
のターゲット２０は接地電位に対して負の電圧を印加す
る。このターゲット２０に印加する電圧は、プラズマビ
ーム源１２と対向電極１４との間に印加する電圧と独立
に制御する。なおターゲット２０は温度上昇を抑えるた
め水冷する。半導体基板４８を配置する試料基板１８は
、板状のプラズマ領域２６を間に挾んで、ターゲット２
０とほぼ平行に対向配置する。さらにこの試料基板１８
は回転できるように構成する。

ビーム秋のプラズマを発生するプラズマビーム源１２は
第２図に示すように、水冷ボックス４４の中心部を貫通
してガス導入口を兼ねるタンクルパイプからなる補助陰
極６６と、円板状のランタンへキサボロイド（Ｌ、Ｂ６
）からなる主陰極６８と、タングステンからなる円盤状
の熱板４０と、モリブデンからなる外筒４６およびキャ
ップ４２と、中間電極６６とから構成する。

プラズマの発生はまず反応室２２内の圧力を、排気系２
４により真空度１０　　Ｔ　ｏｒ　ｒ程度に真空排気し
た後、プラズマビーム源１２を構成する補助陰極６６を
通して不活性ガス例えばアルゴンを導入して、補助陰極
３６と対向電極１４との間で導入した不活性ガスを放電
させる。このとき反応室２２内の王カは、ＩＱ−３Ｔｏ
ｒｙ〜１０−’Ｔ、、ｒの真空度に保持する。この放電
によって主陰極３８のランタンへキサボロイドがボンバ
ードされることにより、主陰極３８が加熱されて高温に
なると、次に主陰極３８と対向電極１４との間の放電に
移行する。このとき中間電極６４では磁界によりプラズ
マを細く絞り込み、さらにこの中間電極３４の開口部を
内径数ｍｍ程度と小さ（しているため、反応室２２は高
真空であるにもかかわらず、主陰極３８近傍では低真空
に保持される。このため高温の主陰極６８から多量の熱
電子が放出され続け、大放電電流が維持される。この熱
電子放出源としては、円板状の主陰極の代りにコイル状
のランタンへキサボロイドを用いても良い。

第１図［ａ）および第１図ｔｂ）に示す複数の集束コイ
ル６０と、対向電極１４の裏面に配置する対向電極用永
久磁石と、プラズマビーム源１２出口に配置する永久磁
石３２とにより形成される磁場の作用によって、プラズ
マビーム源１２と対向電極１４との間に、高密度でしか
も広がりを持つ板状のプラズマ領域２６が形成される。

前述のように対向電極１４は水冷しているが、この対向
電極１４に取り付けた高融点金属板１６は充分に水冷さ
れない。このためこの高融点金属板１６はプラズマによ
り加熱され、対向電極１４近傍は配線金属の融点の６６
０　’Ｃ以上になる。この対向電極１４近傍の高温領域
の温度は、プラズマビーム源１２と対向電極１４間の電
流値、すなわちプラズマ放電電流により幅広（自由にか
つ精度良（制御することができる。

次に半導体基板４８表面への配線金属の形成方法を説明
する。

まず第３図（ａｌに示すように、半導体基板４８の所定
領域にこの半導体基板４８の導電型と同導電型もしくは
逆導電型を有する不純物を導入して、不純物拡散領域５
０を形成する。その後化学気相成長法により、酸化シリ
コン膜からなる絶縁膜５２を全面に形成し、ホトエツチ
ングにより不純物拡散領域５０上に接続穴５４を形成す
る。その後全面に高融点金属膜、高融点金属シリサイド
膜、高融点金属窒化膜などからなるバリアメタル５８を
、厚さ１０Ｑｎｍ〜２００ｎｍ形成する。このバリアメ
タル５８は半導体基板４８のシリコンが、後工程で形成
する配線金属を構成するアルミニウム中に固溶拡散する
ことによって半導体基板４８゜が食われる現象、いわゆ
るアロイスパイクを防止する働きをもっている。

次に第１図の本発明の配線金属形成に用いる装置に示す
ように、排気系２４により１０−’　Ｔｏ　ｒ　ｒ程度
の真空度に予備真空排気を行なう。プラズマビーム源１
２を構成する補助陰極６６から導入したアルゴンガスは
、プラズマ領域２６中で正の電荷をもったアルゴンイオ
ンとなる。このアルゴンイオンは対向電極１４に対して
負の電圧を印加したターゲット２０に衝突する。アルゴ
ンイオンの衝突によりターゲット２０はスパッタリング
され、このターゲット２０表面からターゲットの構成分
子や原子が叩き出され、第３図ｔｂ＋に示すように、半
導体基板４８上に配線金属５６が形成される。

本発明においては前述のように、プラズマビーム源１２
と対向電極１４との間に印加する電圧を調整して、半導
体基板４８の表面温度を配線金属５６すなわちアルミニ
ウムあるいはアルミニウム合金の融点６６０℃以上にな
るよう設定する。このため配線金属５６の構成分子や原
子は、半導体基板４８表面に到達すると直ちに溶融ある
いは軟化して、第３図（ｂ）に示すように、接続穴５４
段差部に配線金属５６が段差被覆性良く形成される。

なお本発明においては試料基板１８を回転させている。

このため複数の半導体基板４８表面温度がすべて一定に
保たれ、複数枚の半導体基板４８に同時に配線金属５６
を段差被覆性良く形成できる。

本発明では配線金属５６は、この配線金属５６の下層部
から加熱されるため、従来例における配線金属５６表面
から加熱されることを起因とする気泡の発生はない。

さらに配線金属５６の膜厚の半分程度が形成される時点
まで半導体基板４８表面温度が、配線金属５６融点近（
に維持されれば、配線金属５６下層部の段差被覆性が改
善されているので、その後形成される上層部の配線金属
５６は、段差被覆性が改善された下層部に倣って形成さ
れるため、全体として段差被覆性が劣化することはない
。

さらに本発明の配線金属の形成方法においては、高密度
でしかも均一なプラズマ領域２６で発生した均一な分布
をもつアルゴンイオンにより、ターゲット２０がスパッ
タリングされる。このため配線金属５６０半導体基板４
８内および半導体基板４８間の膜厚分布の均一性が高（
、そのうえ膜質の均一な配線金属５６が得られ、さらに
その５えターゲット２０が均一に消耗し、このターゲッ
ト２０の使用効率は極めて高（なる。

さらにプラズマビーム源１２からの多量の熱電子放出と
、このプラズマビーム源１２出口に配置した一対の永久
磁石３２の磁界により、プラズマを圧縮して高密度のプ
ラズマ領域２６を形成している。このため５ｍＡ／ｉ〜
２００ｍＡ／ｃｒｌという高いイオン電流値が得られ、
配線金属５６の膜形成速度が大きくなる。

さらにプラズマビーム源１２と対向電極１４との間の放
電電流値を制御することにより、アルゴンイオンのイオ
ン電流値を制御することが可能であり、ターゲット２０
に印加する電圧と、アルゴンイオンのイオン電流値とを
独立に制御することが可能である。ターゲット２０に印
加する電圧と、プラズマ状態を維持するためのプラズマ
ビーム源１２と対向電極１４との間に印加する電圧とが
、独立に制御することが可能であることから、低電圧ス
パッタリングによる配線金＠５６の形成が可能である。

このため半導体基板４８へのラジエーションダメージが
少な（なり、半導体集積回路装置のダメージによる特性
劣化がなく、さらに反応室２２内壁がアルゴンイオンで
スパッタリングされることが少な（なり、反応室２２内
壁の構成分子や原子が配線金属５６中に取り込まれる不
純物汚染が抑えられ、高品質の配線金属５６が得られる
。

さらにプラズマ領域２６で発生したアルゴンイオンで叩
き出されるターゲット２０の構成分子や原子の数、すな
わちスパッタ収量をターゲット２０に印加する電圧によ
りプラズマ状態を変化させることなく調整することが可
能である。このことからターゲット２０に印加する電圧
を調整することにより、プラズマ状態を変化させること
な（、配線金属５６の膜形成速度を制御することができ
る。

さらに前述のように反応室２２内の真空度が、１Ｏ−３
Ｔｏｒｒ〜１０−’Ｔｏｒｒという高真空でもプラズマ
の発生を維持することができる。このため高真空雰囲気
中で配線金属５６の形成と、配線金属５６の溶融もしく
は軟化が行なわれるため、この配線金属５６の膜中への
酸素の混入がなく、高品質の配線金属５６が得られる。

以上の実施例においては、プラズマ領域２６は水平方向
に広がりをもつプラズマ領域２６を形成し、このプラズ
マ領域２６を介して半導体基板４８を配置した試料基板
１８とターゲット２０とを対向するよう上下に配置する
例で説明したが、垂直方向に広がりをもつプラズマ領域
２６を形成して、このプラズマ領域２６を介して垂直に
試料基板１８とターゲット２０とを対向するよう垂直に
配置しても良い。さらにプラズマビーム源１２と対向電
極１４とを上下方向に配置して、垂直方向に広がりを持
つ板状のプラズマ領域２６を形成しても良い。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように本発明の配線金属の形成方
法においては、配線金属は下層部から加熱されるため微
細な大きさの接続穴においても、気泡の発生がなく配線
金属の段差被覆性は良好となり信頼性の高い配線金属が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体集積回路装置の製造方法に用い
る装置を示し、第１図ｆａ）は装置要部の側面配置を示
す断面図、第１図［ｂ）は装置要部の平面配置を示す断
面図、第２図は本発明の半導体集積回路装置の製造方法
に用いるプラズマビーム源を示す断面図、第３図（ａ）
〜（ｂ）は本発明における半導体集積回路装置の製造方
法を工程順に示す断面図、第４図ｆａ）〜（ｂ）は従来
例における半導体集積回路装置の製造方法を工程順に示
す断面図である。 １２・・・・・・プラズマビーム源、 １４・・・・・・対向電極、 １６・・・・・・高融点金属板、 １８・・・・・・試料基板、 ２０・・・・・・ターゲット、 ４８・・・・・・半導体基板、 ５６・・・・・・配線金属、 ６０・・・・・・気泡。 第１図 １８゜ ２０゜ ２６゜ ７ラス゛マビーム源 ブ丁Ｐ）亀ην 高融金属板 試を組 タープ１．フト ブフス゛７４句欠＼ 第１図 ＠２図 第３図 不胱物瓜煎頒す或 紀球謄 液枕穴 配膚金属

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラズマを発生するプラズマビーム源と、該プラズマビ
   ーム源に対して正の電圧が印加されかつ前記プラズマビ
   ーム源に対して対向配置する対向電極と、該対向電極の
   前記プラズマビーム源に対向する面に設ける高融点金属
   板と、該プラズマを薄い板状のプラズマ領域に整形する
   ための手段と、接地電位に対して負の電圧が印加されか
   つ前記プラズマビーム源と前記対向電極との間に形成す
   る該プラズマ領域から離れた位置に配置するターゲット
   と、前記プラズマ領域を介して該ターゲットに対して対
   向配置する試料基板と、該試料基板を回転するための手
   段と、排気系とを備えた反応室内の前記試料基板上に半
   導体基板を配置して、該反応室内を該排気系により真空
   排気後、前記プラズマビーム源と前記対向電極との間に
   前記プラズマ領域を形成し、前記対向電極近傍に高温領
   域を形成し、さらに前記ターゲットに所定の電圧を印加
   することにより該半導体基板表面に配線金属を形成する
   ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。