JPH0246731A - 半導体装置の製造方法 - 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 本発明は半導体装置の製造方法に関するものであり、特
に低い抵抗と高い信頼性を持つ金属配線を備えた、集積
度の高い半導体装置の製造方法に関する。

従来の技術 従来の半導体装置の製造方法を用いて半導体装置を製造
する場合、金属配線は、抵抗が低く加工が容易なアルミ
ニウム（以下ＡＩと記す）もしくはＡ１合金の薄膜を加
工することによって作製されるのが通例であった。また
ＡＩもしくはＡ１合金薄膜の堆積はスパッタ法を用いて
行われるのが通例であった。

ただしこのような金属配線には微細化された場合に信頼
製が劣化するという問題点があり、その改善のために、
タングステン（以下Ｗと記す）、モリブデン、タンタル
などの高融点金属もしくはタングステンシリサイドなど
の高融点金属合金と組み合わせた構造の使用が提案され
ている。　（１）ＡＩ薄膜もしくはＡ１合金薄膜と、高
融点金属もしくは高融点金属合金の薄膜とを積層した金
属薄膜を細線に加工した金属配線（例えば、Ｄ、　　Ｓ
。

Ｇ　　ａ　　ｒ　　ｄ　　ｎ　　ｅ　　ｒ　　　他、　
アイ　イイ　トラン号°クション　オン　エレクトロン
　テ°ハ゛イス　（ＩＥＥＥ　　Ｔａｎ５ａｃｔｉｏｎ
　　ｏｎ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　　Ｄｅｖｌｃｉｓ）　
　　ｖｏｌ、　　　　　３２、　１９８５、　　ｐ、　
　　１７４）、（２）Ａ１合金薄膜を細線に加工した後
にその上面および側面に高融点金属薄膜もしくは高融点
金属合金薄膜を堆積した金属配線（例えば、Ｈ，Ｐ。

Ｗ、　　　Ｈｅ　　ｙ　他、　　１　９　８　　Ｂ　イ
ンシーナショナル　エレクトロン　テ°バイス　ミーテ
ィンク゛　（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　　　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ　　　Ｄｅｖｉｃｅ　　　Ｍｅｅｔｉｎｇ）
、　　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｄｉｇｅｓｔｌ　１）、
５０）などがその例である。

なおこれらの高融点金属薄膜や高融点金属合金薄膜はス
パッタ法で堆積される場合とｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａ
ｐｏｒ　　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（以下ＣＶＤと略記す
る）法で堆積される場合とがあった。この−例を以下に
示す。

従来例工 第１４図には従来の方法によって製造した半導体装置の
第１の例の断面図を、第１５図には従来の方法によって
半導体装置を製造する工程の一例の断面図をそれぞれ示
す。

まずＳｉウェハ１の表面に下地絶縁膜３を・堆積し、必
要な位置にコンタクト孔４を開孔する（第６図（ａ））
。次に第１の金属薄膜としてＡ１合金薄膜５をスパッタ
法で堆積する。このＡ１合金薄膜表面にはスパッタ装置
から取り出して大気にさらすことにより表面酸化膜６が
形成されている（第１５図（ｂ））。またコンタクト孔
４側壁においてＡ１合金薄膜５はオーバーハング形状を
なす。

次にアルゴン（図中にはＡｒと記す）イオンによるスパ
ッタエッチを行い、Ａ１合金薄膜５の表面酸化膜６を除
去する（第１５図（Ｃ））。この処理は基板主面に対し
て８０″程度以上の角度を持つ表面に対しては効果を持
たないため、フンタクト孔４内の垂直に近い角度を持つ
表やオーバーハング形状をなした表面においては表面酸
化膜６が残留する。

続いて上記の処理を行った半導体基板表面を大気にさら
すことなく、例えばＷＦｓと水素を含む雰囲気中でＣＶ
Ｄを行いＡ１合金薄膜５表面にＷ薄膜９を堆積する（第
１５図（ｄ））。この時コンタクト孔４の部分のＡ１合
金薄膜６表面に表面酸化Ｍ６が残留しているため、Ｗ薄
膜堆積の遅れ時間が長くなり、Ｗ薄膜９の膜厚が他の部
分に比較して薄くなる。極端な場合にはＷ薄膜９はこの
部分に全く堆積しない。

このあとＡ１合金薄膜５とＷ薄膜９とが積層した金属薄
膜を配線形杖に加工するいとによって第１４図の構造の
半導体装置を得る。しかし第１４図の半導体装置の金属
導線は、特にコンタクト孔４の部分において、Ａ１合金
薄膜５およびＷ薄膜９が薄くなっているため、低い信頼
性しか持たない。

従来例２ 第１θ図には従来の方法によって製造した半導体装置の
第２の例の断面図を示す。

本例ではＡ１合金薄膜５の表面処理を全く行わずにＷ薄
膜９を堆積した例を示す。このため第１５図の場合とは
異なり、Ａ１合金薄膜６の表面酸化膜６の厚さは試料全
体においてほぼ同一であり、従ってＷ薄膜９堆積の際の
遅れ時間もほぼ同一であったために、コンタクト孔４の
部分にもＷ薄膜９はほぼ同一の厚さに堆積した。しかし
詳細に見れば表面酸化膜厚は不均一性を持ち、その影響
によってＷ薄膜９の膜厚均一性は良くない。またＡ１合
金薄膜５とＷ薄膜９との界面に絶縁性の表面酸化膜６が
存在しているため、コンタクト抵抗その他の電気特性も
本発明の方法を用いて作製した半導体装置に比較して劣
っている。

発明が解決しようとする課題 半導体装置の微細化が進行するにつれて、例えばコンタ
クト孔部やゲート電極側部の様に急峻な段差を有する基
板上に金属配線を形成することが必要になってきている
。ところがスパッタ法で堆積したＡｌ薄膜やＡ１合金薄
膜は段差被覆性に乏しいため、段差部分で膜厚が極めて
薄くなり、配線を形成した場合の断面積が極めて小さく
なる。

このためこの部分で断線が生じたり、エレクトロマイグ
レーシロンやストレスマイグレーション等に対する信頼
性が劣化したりする可能性が大きくなる。この問題の改
善のために高融点金属や高融点金属合金の利用が提案さ
れているのであるが、しかし高融点金属薄膜や高融点金
属合金薄膜もスパッタ法で堆積したのではやはり段差被
覆性に乏しく十分な効果を得ることができない。このた
め微細化された半導体装置においては、段差被覆性に優
れたＣＶＤ法で堆積した高融点金属薄膜や高融点金属合
金薄膜を利用して信頼性を向上させることが必要になる
。

ところがＣＶＤ法には基板表面状態の影響を強く受ける
問題がある。例えばＡｌ薄膜やＡ１合金薄膜の表面には
、堆積後大気にさらすことによって極めて短時間の内に
アルミナ（ＡｌａＯａの化学式で表記される）を主体と
する厚さ２２−３層程度の表面酸化膜が成長する。この
表面上にＣＶＤ法で高融点金属膜や高融点金属合金薄膜
を堆積した場合、例えば原料ガス供給後もある遅れ時間
の間は堆積がまったく生じない（以下この時間を堆積遅
れ時間と記述する）という問題が発生する。

しかも表面酸化膜厚には不均一性が大きく、試料間の再
現性にも乏しい。このため、堆積された高融点金属薄膜
や高融点金属合金薄膜の膜厚均一性や再現性が悪化する
という問題が発生する。さらに電導性に乏しい酸化膜が
界面に残留するため、電気特性も悪化する。ＡＩもしく
はＡ１合金以外の金属薄膜上にも同様に表面酸化膜が成
長するこため、その上に高融点金属薄膜や高融点金属合
金薄膜を堆積する場合にも以上のような問題は同様に発
生する。

従ってＣＶＤ法で高融点金属や高融点金属合金薄膜を均
一にかつ再現性よく堆積するためには、基板表面の酸化
膜を除去する処理を行うことが重要である。

そのために従来−膜内に行われていた方法の一つとして
弗酸溶液によるエツチングがある。しかしこの方法では
エツチング後の表面を大気にさらしたときに再び表面酸
化膜が形成されるため、顕著な効果は得られない（例え
ば鴨志１）他、１９８２年、応物学会、１８ａ−Ｄ−９
）。その上、Ａｌ薄膜もしくはＡ１合金薄膜が侵され、
断線不良発生にいたる可能性も大きい。

またアルゴンイオンを用いたスパッタエツチング法も、
例えば２層の金属配線層間を接続する層間コンタクト形
成においては検討されている（日経マイクロデバイス、
１９８８年６月、ｐ、５８）。

ところがこの方法では物理的なスパッタ作用によって表
面酸化膜の除去を行うため、基板主面に対して８０°程
度以上の傾斜を持つ表面に対してはほとんど効果を持た
ない。従って、アルゴンスパッタエツチングは信頓性改
善の目的で高融点金属薄膜や高融点金属合金薄膜を堆積
する場合の表面処理方法としては適さない。ＡＩ薄膜や
Ａ１合金薄膜の表面は、段差を持った基板上にスパッタ
法で堆積した場合、その段差被覆性の乏しさのために基
板表面よりもさらに急峻な段差を持ち、オーバーハング
形状をとることも頻繁に生じるのに対して、アルゴンス
パッタエツチングはそのような部分に対してまったく効
果を持たないからである。

これに対して、高周波放電によって作製したハロゲン化
合物もしくは水素を含む活性種や、紫外光の照射によっ
て作製した水素の活性種によってＡＩもしくはその他の
金属の表面酸化膜除去が可能であることが報告されてい
る（例えば、　（１）小１）他、昭和５４年電子通信学
会総合全国大会、２−２８、　（２）山水　他、昭和５
７年電子通信学会総合全国大会、２−２３３、（３）入
京、公開特許公報、昭Ｅ！３−９９５３）。これらの方
法は活性種の化学的作用を利用しているため、段差上に
堆積した金属膜の表面に対しても効果を持つと期待でき
る。しかし、これらの方法を金属配線の信頼性を向上さ
せる目的で利用することが提案されたことはなかった。

また無水弗酸を利用した気相エツチングも有効な表面処
理方法として提案されている（例えば月刊Ｓｅｍ１ｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒ　　ＷｏｒｌｃＬ　　１９８８年３月、
ｐ、１２１）。これは化学的作用のみを利用するもので
あり、段差上に堆積した金属膜の表面に対しても効果を
持つと期待できる。

しかもこの方法で処理した表面は、少なくともシリコン
（以下Ｓｉと記す）表面においては、処理後大気にさら
した時の表面酸化膜の再成長が抑制されることが報告さ
れている。しかし、この方法を金属表面を処理する方法
として検討した例はなかうたＯ 本発明者は以上のような従来の半導体装置の製造方法の
諸欠点に鑑みて種々考案した結果、本発明を完成するに
至ったものである。

課題を解決するための手段 請求項１または２記載の半導体装置の製造方法では、段
差を有する基板上にスパッタ法で堆積されたＡＩ薄膜も
しくはＡ１合金薄膜から成る第１の金属薄膜表面は水素
、ハロゲンもしくはそれらの化合物の内の少なくとも一
種の活性種を含む雰囲気中で処理され、その後、基板表
面を大気にさらすことなく、高融点金属薄膜もしくは高
融点金属合金薄膜がＣＶＤ法で堆積されるものである。

請求項３または４記載の半導体装置の製造方法では、段
差を有する基板上にスパッタ法で堆積されたＡＩ薄膜も
しくはＡ１合金薄膜から成る第１の金属薄膜表面は無水
フッ酸ガスを含む雰囲気中で処理され、その後、高融点
金属薄膜もしくは高融点金属合金薄膜がＣＶＤ法で堆積
されるものである。

請求項５記載の半導体装置の製造方法では、段差を育す
る基板上にスパッタ法でＡＩ薄膜もしくはＡ１合金薄膜
から成る第１の金属薄膜が堆積された後、基板表面を大
気にさらすことなく、高融点金属薄膜もしくは高融点金
属合金薄膜がＣＶＤ法で堆積され、その後、第１の金属
薄膜と高融点金属薄膜もしくは高融点金属合金薄膜とが
積層きれた金属薄膜を配線形状に加工されるものである
。

作用 請求項１または２記載の半導体装置の製造方法では、Ａ
Ｉ薄膜もしくはＡ１合金薄膜から成る第１の金属薄膜表
面が水素、ハロゲンもしくはそれらの化合物の内の少な
くとも一種の活性種を含む雰囲気中で処理されるため、
段差上に堆積された、急峻な傾斜を基板表面に有する部
分においても表面酸化膜が除去される。しかもその後、
基板表面を大気にさらすことなく、表面酸化膜の存在し
ない状態を保ったままＣＶＤ法による高融点金属薄膜も
しくは高融点金属合金薄膜堆積が行われるため、段差上
においても均一性および再現性に優れた高融点金属薄膜
もしくは高融点金属合金薄膜が得られる。

請求項３または４記載の半導体装置の製造方法では、Ａ
Ｉ薄膜もしくはＡ１合金薄膜から成る第１の金属薄膜表
面が無水弗酸ガスを含む雰囲気中で処理されるため、段
差上に堆積された、急峻な傾斜を基板表面に存する部分
においても表面酸化膜が除去され、しかもその後、基板
表面を大気にさらした時の表面酸化膜の再成長も抑制さ
れる。

このため表面酸化膜の存在しない表面上にＣＶＤ法によ
る高融点金属薄膜もしくは高融点金属合金薄膜堆積が行
われ、段差上においても均一性および再現性に優れた高
融点金属薄膜もしくは高融点金属合金薄膜が得られる。

請求項５記載の半導体装置の製造方法では、Ａ】薄膜も
しくはＡ１合金薄膜から成る第１の金属薄膜堆積後、基
板表面を大気にさらすことなく、酸化膜の存在しない表
面上にＣＶＤ法による高融点金属薄膜もしくは高融点金
属合金薄膜堆積が行われる。このため、段差上において
も均一性および再現性に優れた高融点金属薄膜もしくは
高融点金属合金薄膜が得られる。

実施例 以下図面に基づいて本発明についてさらに詳しく説明す
る。

実施例１ 第１図には本発明の特許請求の範囲第（１）項の方法に
よって製造した半導体装置の第１の例の断面図を示す。

ここでは第１の金属薄膜としてＡ１合金薄膜５を、第２
の金属薄膜としてＷ薄膜を使用した例を示した。この様
にＡ１合金薄膜とＷ薄膜とを組み合わせることにより、
信顆性が高（かつ抵抗が低い金属配線を得ることができ
る。なおＳｉウェハ１中には半導体装置として必要なさ
まざまな構造が形成されているが、第１図では拡散層２
のみを示した。

第２図には本発明の請求項１の方法によって半導体装置
を製造する工程の１例の断面図を示す。

まずＳｉウェハ１の表面に下地絶縁膜３を堆積し、必要
な位置にコンタクト孔４を開孔する（第２図（ａ））。

次に第１の金属薄膜としてＡ１合金薄膜５をスパッタ法
で堆積する。このＡ１合金薄膜表面にはスパッタ装置か
ら取り出して大気にさらすことにより表面酸化膜６が形
成されている（第２図（ｂ））。また、スパッタ法で堆
積した金属薄膜は段差被覆性に乏しく、かつ第２図では
コンタクト孔４側壁を垂直に加工したため、コンタクト
孔が微細化され直径２μｍ程度以下になった場合には、
第２図（ｂ）に示された様にコンタクト孔４側壁におい
てＡ１合金薄膜５はオーバーハング形状をなす。

次に活性水素ガスを含む雰囲気中での処理を行い、 Ａ　ｌ　＊Ｏｓ＋ｆ３　Ｈ→２　Ａ　Ｉ　＋　３　Ｈｓ
Ｏ↑の反応によってＡ１合金薄膜の表面酸化膜６を除去
する（第２図（Ｃ））。この反応は等方的に進行するた
め、コンタクト孔４側壁のオーバーハング形状をなした
表面におい°ても除去される。

続いて上記の処理を行った半導体基板表面を大気にさら
すことなく、例えば六弗化タングステン（以下ＷＦｓと
記す）と水素を含む雰囲気中でＣＶＤを行いＡ１合金薄
膜５表面にＷ薄膜９を堆積する（第２図（ｄ））。この
時Ａ１合金薄膜６表面に表面酸化膜６が存在しないため
Ｗ薄膜９は均一にかつ再現性よく堆積され、さらに電気
特性も良好になる。そして最後にＡ１合金薄膜５とＷ薄
膜９との積層金属薄膜を配線の形状に加工することによ
って第１図の構造の半導体装置を得る。

なお第１図および第２図にはには第１の金属薄膜として
Ａ１合金薄膜を使用した例のみを示したが、ＡＩ薄膜を
使用することも、ＡＩ薄膜もしくはＡ１合金薄膜と、高
融点金属薄膜もしくは高融点金属合金薄膜とを積層した
金属薄膜を使用することも可能である。また第１図およ
び第２図には第２の金属薄膜としてＷ薄膜を使用した例
のみを示した□が、他の高融点金属例えばモリブデン、
タンタル等の薄膜を使用することも、タングステンシリ
サイド、モリブデンシリサイド、窒化チタン等の高融点
金属合金薄膜を使用することも可能である。さらに第２
図にはＷ薄膜堆積をＷＦｓと水素とを含む雰囲気中で行
った例のみを示したが、ＷＦ６とシランとを含むガス中
で行うことにより堆積速度および生産性を向上させるこ
とが可能である。

第２図の工程の内Ａ１合金薄膜５表面の処理とＷ薄膜９
堆積は例えば第３図に示された様な構成を持つ装置を用
いて実施される。第２図（ｂ）の形状の半導体基板３２
はまず導入槽２１を通して表面処理槽２２の試料台３１
に装着される。この状態でガスシステム２９から表面処
理槽２２に水素（図中にはＨ２と記す）、アンモニア（
図中にはＮＨａと記す）等のガスが供給されるとともに
水銀ランプ２６を用いて紫外光が照射されることによっ
て作られた活性水素を含むガス雰囲気で、半導体基板３
２の表面が処理される。次に半導体基板３２はバルブ２
５を通してＷ堆積槽２３に移され試料台３１に装着され
る。この状態でハロゲンランプ２７を点灯し、赤外光に
よって半導体基板３２を３００℃程度に加熱し、ＷＦ６
、水素、シラン（図中には５ｉＨＡと記す）等を含むガ
ス雰囲気にさらしてＷ薄膜の堆積を行う。最後に取り出
し槽２４を通して第２図（ｄ）の形状に加工された半導
体基板を取り出す。

なお第３図には独立した表面処理槽とＷ堆積槽とを備え
た装置の例のみを示したが、表面処理およびＷ堆積を同
一の槽内で行うことも可能である。

また第３図には表面処理槽として水素を含むガスに紫外
光を照射して活性種を含むガス雰囲気を得るもののみを
示したが、例えば弗素ガス、塩素ガス等のハロゲンガス
もしくはフロン等のハロゲン化合物ガスに紫外光を照射
して得た活性ハロゲンもしくは活性ハロゲン化合物を含
むガス雰囲気を利用することも可能である。また例えば
第４図に示された様な構成の槽を第３図の表面処理槽２
２の位置に取り付けた装置を用いれば、水素ガスにプラ
ズマを印加することによって得た活性水素を含むガス雰
囲気中で処理を行うことも可能である。

第５図にはＡＩ合金薄膜上にＷ薄膜の堆積を行った際に
観測された堆積遅れ時間を、表面処理を行わなかった場
合および弗酸溶液もしくは活性水素による表面処理を行
った場合について比較したグラフを示す。ただしＷ堆積
はＷＦｓおよび水素ガスを用いたＣＶＤ法で行い、基板
温度は２８０°Ｃとした。

第５図から表面処理を行わなかった場合には１０分程度
の極めて長い堆積遅れ時間が存在することがわかる。こ
れはＡ１合金薄膜表面に酸化膜が存在することに由来す
る。この遅れ時間は試料内での不均一性が大きく、かつ
履歴によって変化する。しかも金属配線の信顆性を向上
させる目的で使用するＷ薄膜の膜厚は１１００ｎ程度以
下と薄いため、この現象はＷ薄膜厚の均一性や再現性を
極度に悪化させる。特にこの問題はＷＦｅとシランとを
含むガス雰囲気を用いて高い速度で堆積を行う場合に顕
著になる。

第５図からはまた、弗酸溶液処理を行った場合には、表
面処理を行わなかった場合に比較すると短縮されるもの
の、まだ５分以上の堆積遅れ時間が存在する場合がある
ことがわかる。これは弗酸溶液で表面層を除去したのち
に大気にさらした際に再成長した表面酸化膜がＡＩ合金
薄膜表面に存在することに由来する。このため弗酸溶液
による表面処理を行っても均一にかつ再現性よくＷ薄膜
を堆積することは困難である。

これに対して活性水素による表面処理を行った場合には
堆積遅れ時間が２分以下と極めて短くなることが第５図
かられかる。この結果は活性水素による処理を行ったＡ
Ｉ合金薄膜表面にはほとんど酸化膜が存在しないことを
示している。このため、活性水素による処理を行うこと
によってＷ薄膜堆積を均一にかつ再現性よく行うことが
可能になる。

なお第５図では省略したがアルゴンイオンによるスパッ
タエツチングを表面処理として行った場合には基板主面
に対して平行に近い表面においては、活性水素処理を行
った場合とほぼ同等の短い堆積遅れ時間が観察された。

しかしこの方法は当然、基板主面に対して高い角度を有
する表面に対しては有効ではない。スパッタ収率が極度
に低下するためである。実際、８０°程度以上の角度を
なす表面においては顕著な堆積遅れ時間短縮は観察され
なかった。

以上の結果から活性水素を用いた表面処理が金属薄膜表
面の酸化膜を除去する方法として極めて有効であること
、および本出願の請求項１または２記載の方法が高い信
頼性を持つ金属配線を備えた半導体装置を製造するため
に極めて有効であることは明かである。

実施例２ 第６図は本発明の請求項１の方法によって製造した半導
体装置の第２の例を示す断面図である。

ここでは第２図に示された工程によってＡ１合金薄膜５
とＷ薄膜θ−１とが積層された金属薄膜を配線形状に加
工したのちにもう一度Ｗ薄膜９−２を堆積することによ
って、上面のみではなく側面もＷ薄膜で被覆された金属
配線を備えた半導体装置を製造した例を示す。

このように上面および側面を高融点金属薄膜もしくは高
融点金属合金薄膜で被覆することによって、第１図に示
された半導体装置に備えられた上面のみを被覆した金属
配線に比較して、さらに信頼性の高い金属配線を得るこ
とが可能である。

実施例３ 第７図は本発明の請求項１の方法によって製造した半導
体装置の第３の例を示す断面図である。

ここではコンタクト孔４の上部に傾斜をつけ、さらにそ
の下部に埋め込みＷ膜１０を堆積し、Ａ１合金薄膜５堆
積の際の基板表面段差を減少させた例を示す。このため
第１図、第２図および第６図の場合とは異なって、Ａ１
合金薄膜５表面にはオーバーハングは形成されない。し
かしこの場合にも基板主面に対してほぼ垂直な部分が存
在し、例えばアルゴンスパッタエツチングを表面処理と
して用いることによってはＷ薄膜８を均一にかつ再現性
よ＜Ａ１合金薄膜５上に堆積することは困難である。そ
れに対して活性水素もしくは活性ハロゲンによる表面処
理を行った場合には基板主面に対してほぼ垂直な部分の
表面酸化膜も除去し、Ｗ薄膜８の堆積を均一かつ再現性
よく行うことができる。

実施例４ 第８図は本発明の請求項１の方法によって製造した半導
体装置の第４の例を示す断面図である。

ここでは本発明の方法を第二層目の金属配線を作製する
工程において適用した例を示す。

なお本発明の方法を３層以上の金属配線層を有する半導
体装置の製造に適用することも可能であることは言うま
でもない。

実施例５ 第９図には本発明の請求項２の方法によって半導体装置
を製造する工程の１例の断面図を示す。

まずＳｉウェハ１の表面に下地絶縁膜３を堆積し、必要
な位置にコンタクト孔４を開孔する（第９図（ａ））。

次に第１の金属薄膜としてＡ１合金薄膜５をスパッタ法
で堆積し、配線形状に加工してＡ１合金細線１４を得る
。Ａ１合金細線１４表面には表面酸化膜６が形成されて
いる（第９図（ｂ））。

次に活性水素ガスを含む雰囲気中での処理を行いＡ１合
金細線工４の表面酸化膜６を除去する（第９図（Ｃ））
。この反応は等方的に進行するため、コンタクト孔４側
壁のオーバーハング形状をなした表面においても、また
垂直に形成されたＡ１合金細線側面においても表面酸化
［８は除去される。

続いて上記の処理を行った半導体基板表面を大気にさら
すことなく、例えばＷＦａと水素を含む雰囲気中でＣＶ
Ｄを行いＡ１合金細線１４の上面および側面にＷ薄膜９
を堆積する（第９図（ｄ））。

この時Ａ１合金細線１４表面に酸化膜が存在しないため
Ｗ薄膜９は上面および側面上に均一にかつ再現性よく堆
積され、さらに電気特性も良好になる。

この様に垂直な側面上にに高融点金属薄膜もしくは高融
点金属合金薄膜を堆積する場合には、従来の方法で側面
上の表面酸化膜を除去することは極めて困難であり、法
２発明の方法が特に有効である。

実施例６ 第１０図には本発明の請求項３の方法によって半導体装
置を製造する工程の１例の断面図を示す。

まずＳｉウェハ１の表面に下地絶縁膜３を堆積し、必要
な位置にコンタクト孔４を開孔する（第１０図（ａ））
。次に第１の金属薄膜としてＡ１合金薄膜５をスパッタ
法で堆積する。このＡ１合金薄膜表面にはスパッタ装置
から取り出して大気にさらすことにより表面酸化膜６が
形成されている（第１０図（ｂ））。またコンタクト孔
４側壁においてＡ１合金薄膜５はオーバーハング形状を
なす。

次に無水弗酸ガスを含む雰囲気中での処理を行い、例え
ば Ａ　ｌ　ａ　Ｏａ　＋　６　ＨＦ　　→２　Ａ　Ｉ　＋
　３　ＨａＯ↑＋３Ｆ２↑の反応によってＡ１合金薄膜
５の表面酸化膜６を除去する（第１０図（Ｃ））。この
反応は等方向に進行するため、コンタクト孔４側壁のオ
ーバーハング形状をなした表面においても表面酸化膜８
は除去される。

続いて例えばＷＦｓと水素を含む雰囲気中でＣｖＤを行
いＡ１合金薄膜５表面にＷ薄膜９を堆積する（第１０図
（ｄ））。この時Ａ１合金薄膜５表面に酸化膜が存在し
ないためＷ薄膜９は均一にかつ再現性よく堆積され、さ
らに電気特性も良好になる。そして最後にＡ１合金薄膜
５とＷ薄膜９との積層金属薄膜を配線の形状に加工する
ことによって第１図に示されたものと同様な構造を持つ
半導体装置を得る。

なお無水弗酸ガスによる処理を行ったＡＩ合金薄膜表面
には多量の弗素が存在しているために、処理後表面を大
気にさらしても再酸化はほとんど進行しない。このため
処理後半導体基板表面を大気にさらしてからＷ薄膜９堆
積を行っても、均一にかつ再現性よく堆積することが可
能である。また、処理後大気にさらすことなくＷ薄膜９
の堆積を行えば、さらに均一性および再現性を向上させ
ることが可能である。

第１０図の工程の内Ａ１合金薄膜５表面の処理工程は例
えば第１１図に示された様な構成の装置を用いて実施さ
れる。第１０図（ｂ）の形状の半導体基板３２は試料台
３１に装着される。この状態でガスシステム２９から無
水弗酸（図中にはＨＦと記す）および水蒸気（図中には
Ｈ２Ｏと記す）のガスが供給され、半導体基板３１の表
面処理が行われる。

実施例７ 第１２図には本発明の請求項４の方法によって半導体装
置を製造する工程の１例の断面図を示す。

まずＳｉウェハ１の表面に下地絶縁膜３を堆積し、必要
な位置にコンタクト孔４を開孔する（第１２図（ａ））
。次に第１の金属薄膜としてＡ１合金薄膜５をスパッタ
法で堆積し、配線形状に加工してＡ１合金細線１４を得
る。Ａ１合金細線１４表面には表面酸化Ｍ６が形成され
ている（第１２図（ｂ））。

次に無水弗酸ガスを含む雰囲気中での処理を行い、Ａ１
合金細線１４の表面酸化膜６を除去する（第１２図（Ｃ
））。この反応は等方向に進行するため、コンタクト孔
４側壁のオーバーハング形状をなした表面においても、
また垂直に形成されたＡＩ合金細線１４側面においても
表面酸化膜６は除去される。

続いて例えばＷＦａと水素を含む雰囲気中でＣＶＤを行
いＡ１合金薄膜５表面にＷ薄膜９を堆積する（第１２図
（ｄ））。この時Ａ１合金薄膜５表面に酸化膜が存在し
ないためＷ薄膜９は均一にかつ再現性よく堆積され、さ
らに電気特性も良好なる。

この様に垂直な側面上にに高融点金属薄膜もしくは高融
点金属合金薄膜を堆積する場合には、従来の方法で側面
上の表面酸化膜を除去することは極めて困難であり、本
発明の方法が特に宵効である。

実施例８ 第１３図には本発明の請求項５の方法によって半導体装
置を製造する工程の１例の断面図を示す。

まずＳｉウェハ１の表面に下地絶縁膜３を堆積し、必要
な位置にコンタクト孔４を開孔する（第１３図（ａ））
。次に第１の金属薄膜としてＡ１合金薄膜５をスパッタ
法で堆積する。続いて例えばＷＦａと水素を含む雰囲気
中でＣＶＤを行いＡｌ合金薄膜５表面にＷ薄膜９を堆積
する（第１３図（Ｃ））。この時Ａ１合金薄膜５表面に
酸化膜が存在しないためＷ薄膜９は均一にかつ再現性よ
く堆積され、さらに電気特性も良好になる。そして最後
にＡ１合金薄膜５とＷ薄膜９との積層金属薄膜を配線の
形状に加工することによって第１３図（ｄ）の半導体装
置を得る。

第３図の工程の内Ａ１合金薄膜５の堆積とＷ薄膜９堆積
は、例えばスパッタ堆積槽とＣＶＤ堆積槽とが移送槽を
通じて結合された装置を使用することによって実施する
ことが可能である。

発明の効果 本発明の半導体装置の製造方法は以上の様な構成による
ものであり、いずれの特許請求の範囲の方法を用いた場
合にも、スパッタ法を用いて堆積した第１の金属薄膜表
面上に、高融点金属もしくは高融点金属合金から成る第
２の金属薄膜を均一にかつ再現性よく堆積することが可
能であり、半導体装置の微細化が進行するにつれて深刻
になる金属配線の信頼性低下の問題を解決するために極
めて有効である。しかもその方法は容易なものであり、
生産性を大きく低下させることはない。

従って本発明の半導体装置の製造方法は、産業上極めて
価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１記載の半導体装置の製造方法によって
製造した半導体装置の断面図、第２図は同方法による半
導体装置製造工程の断面構成図、第３図は同工程で半導
体装置を製造するために使用される装置の構成概念図、
第４図は表面処理工程を実施するための装置の構成概念
図、第５図はＡＩ合金薄膜上にＷ薄膜の堆積を行った際
に観測された堆積遅れ時間と表面処理方法との関係を示
す特性図、第６図は本発明の方法によって製造した半導
体装置の第２の例の断面図、第７図は本発明の方法によ
って製造した半導体装置の第３の例の断面図、第８図は
本発明の方法によって製造した半導体装置の第４の例の
断面図、第９図は請求項２記載の半導体装置の製造方法
による製造工程断面図、第１０図は請求項３記載の半導
体装置の製造方法による製造工程断面図、第１１図は無
水弗酸ガスによる表面処理を行うための装置の構成概念
図、第１２図は請求項４の半導体装置の製造方法による
製造工程断面図、第１３図は請求項５記載の半導体装置
の製造方法による製造工程断面図、第１４図は従来の方
法によって製造した半導体装置の第１の例の断面図、第
１５図は従来の方法によって半導体装置を製造する工程
断面図、第１６図は従来の方法によって製造した半導体
装置の第２の例の断面図である。 １・・・Ｓｔウェハ、２・・・拡散層、３・・・下地絶
縁膜、４・・・コンタクト孔、５・・・Ａ１合金薄膜、
９・・・Ｗ薄膜。 第１図 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第 図 Ｚｑカスシステム ３４高高う皮電１９ヒ ３０′Ｆ９ト気口 区 訝 第 図 友面熟埋方示 第 図 第 図 弔 図 第１１図 第１３図 第１４図 第１６図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）段差を有する基板上に第１の金属薄膜を堆積する
   工程と、前記第１の金属薄膜表面を水素、ハロゲンもし
   くはそれらの化合物の内の少なくとも一種の活性種を含
   む雰囲気中で処理する工程と、前記第１の金属薄膜上に
   第２の金属薄膜を堆積する工程を含み、かつ第１の金属
   薄膜がスパッタ法を用いて堆積したアルミニウム薄膜も
   しくはアルミニウム合金薄膜であるか、またはそれらを
   含む積層薄膜であり、第２の金属薄膜がｃｈｅｍｉｃａ
   ｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法を用いて堆積した
   高融点金属薄膜もしくは高融点金属合金薄膜であり、か
   つ前記処理工程と第２の金属薄膜堆積工程との間に、基
   板表面を大気にさらす工程を含まないことを特徴とする
   半導体装置の製造方法。
2. （２）第１の金属薄膜を配線形状に加工した後に活性種
   を含む雰囲気中での処理工程を実施することを特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. （３）段差を有する基板上に第１の金属薄膜を堆積する
   工程と、前記第１の金属薄膜表面を無水弗酸ガスを含む
   雰囲気中で処理する工程と、前記第１の金属薄膜上に第
   ２の金属薄膜を堆積する工程とを含み、かつ第１の金属
   薄膜がスパッタ法を用いて堆積したアルミニウム薄膜も
   しくはアルミニウム合金薄膜であるか、またはそれらを
   含む積層薄膜であり、第２の金属薄膜がＣＶＤ（ｃｈｅ
   ｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い
   て堆積した高融点金属薄膜もしくは高融点金属合金薄膜
   であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. （４）第１の金属薄膜を配線形状に加工した後に無水フ
   ッ酸ガスによる処理工程を実施することを特徴とする請
   求項３記載の半導体装置の製造方法。
5. （５）段差を有する基板上に第１の金属薄膜を堆積する
   工程と、前記第１の金属薄膜上に第２の金属薄膜を堆積
   する工程と、前記第１および第２の金属薄膜が積層され
   た金属薄膜を配線形状に加工する工程とを含み、かつ第
   １の金属薄膜がスパッタ法を用いて堆積したアルミニウ
   ム薄膜もしくはアルミニウム合金薄膜であるか、または
   それらを含む積層薄膜であり、第２の金属薄膜がＣＶＤ
   （ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
   法を用いて堆積した高融点金属薄膜もしくは高融点金属
   合金薄膜であり、かつ前記第１の金属薄膜堆積工程と第
   ２の金属薄膜堆積工程との間に、基板表面を大気にさら
   す工程を含まないことを特徴とする半導体装置の製造方
   法。