JPH04225223A - 高密度集積回路用導電層又は構造物の製法及び装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板上に高密度
集積回路用の導電層又は構造物を多工程で製造する方法
並びにこの方法を実施する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロエレクトロニクスにおいて集積
回路を製造する場合、できる限り大きな集積密度を得る
ために、集積回路の個々の電気素子間の導電接続を上下
に存在する平面内に配設すること（いわゆる多層配線）
、また同時に一平面内の構造物の側方外寸を縮小するこ
とは公知である。この課題を技術的に実現するためには
、サクセナ（Ａ．　Ｓａｘｅｎａ）及びパラマニク（Ｄ
．　Ｐｒａｍａｎｉｋ）の論文「ソリッド・ステイト・
テクノロジー（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ）　」１９８６年１０月、第９５〜１００頁に
詳述されているように垂直な連続層が十分に平坦である
ことが必要である。この論文にはまた半導体基板、通常
シリコン基板上に導電性及び非導電性層及び構造物を製
造することができる、半導体表面を少なくとも部分的に
平坦化しこれにより多層配線を助成する公知技術に相応
するいくつかの方法も記載されている。

【０００３】すべての公知方法は、多層配線を助成する
導電接続を作るため数種の異なる方法を順次に実施しな
ければならない点で共通している。この事実を次に１つ
の例で説明する。

【０００４】導電路を製造するため通常アルミニウム又
はアルミニウム合金からなる層を吹き付け法により半導
体基板の表面に施す。こうして製造された層は幅の狭い
構造物、例えば接触孔の場合不良稜被覆を有し、その結
果半導体表面に存在する高度差は平坦化されず、むしろ
一層増幅される。従って吹き付けられたアルミニウム層
は後処理、例えば短時間加熱することによって流動化し
なければならないか、又は引続き非導電層を施して高度
差を補償する必要がある。前者の場合従来技術により不
可欠であるアルミニウムを空気に曝すことにより酸化ア
ルミニウムを含む不活性化層が生じ、これが流動化を困
難なものにし、また後者の場合平坦化する絶縁層を製造
するために費用のかさむいくつかの処理法を使用しなけ
ればならない（例えば二酸化珪素の析出、補助層の遠心
塗布及び加熱乾燥、補助層及び二酸化珪素層の再腐食、
二酸化珪素の新たな析出）。更にこの第二の方法は、次
の導電層の導電路を任意に配設することができないとい
う欠点を有する。特にそれぞれ２つの導電路面を接続す
る接触孔を上下に積み重ねることはできない。

【０００５】従って導電路の電気的信頼性の理由からま
た多層配線を助成するためにも、析出された導電層を一
層良好に稜被覆するように努められている。このために
気相から化学的に析出することにより（いわゆるＣＶＤ
法）、アルミニウム層を製造することは公知である。

【０００６】この場合出発物質としてトリイソブチル−
アルミニウム（ＴＩＢＡ）を使用することができるが、
この方法は著しい欠点を有する（ビーチ（Ｄ．Ｂｅａｃ
ｈ）　、ブルム（Ｓ．　Ｂｌｕｍ）及びルグエス（Ｆ．
　ＬｅＧｏｕｅｓ）　の論文「ジャーナル・オブ・ヴァ
キューム・サイエンス・アンド・テクノロジー（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ　ｏｆ　Ｖａｃｕｕｍ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎ
ｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　）」Ａ７（５）、１９８９
年、第３１１７〜１８頁参照）。すなわち出発化合物の
危険性と同時に僅かな変換率、５０℃以上の温度でのＴ
ＩＢＡの不安定性、アルミニウム合金を簡単に製造する
ことが不可能、多板装置（バッチシステム）の使用を必
要とする僅かな析出速度、構造化された表面でのその均
一性がほとんど保証されない、被覆すべき表面の成長処
理の必要性である。 総括的にこの方法は、正孔密度が高くまた電子移動抵抗
に欠陥のあるアルミニウム層を提供する技術的に極めて
困難な方法である。従って前記の論文にはＣＶＤ法で出
発物質としてトリメチルアミンアルミニウムを使用する
ことが提案されている。しかしこれによりアルミニウム
層を得るには同様に塩化チタンでの先行成長処理が必要
であり、またアルミニウム層の均一性は２００ｎｍの厚
さから初めて確実に得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題は
、公知方法の前記の諸欠点を有さない高密度集積回路用
導電路及び構造物の製法を提供することにある。この方
法により製造された層及び構造物は高密度集積回路に必
要な電気的及び機械的特性を有しまた下方に存在する層
に対して僅少な接触抵抗並びに良好な稜被覆を有するべ
きである。特にこれらの層及び構造物は多層配線を助成
するべきである。すなわち半導体表面を平坦化する別の
経費のかさむ方法は省略される。更にこの方法を実施す
ることのできる装置を提供するも本発明の課題である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題は請求項１記載
の方法及び請求項９記載の装置によって解決される。本
発明の他の実施態様は従属請求項の対象である。

【０００９】

【作用効果】高真空条件を維持して金属化に適した多処
理工程を直接連続して実施する本発明による多工程法に
よって、明らかに改善された電気的及び機械的特性を有
しかつ更に多層配線を特に良好に助成する導電層及び構
造物を製造することができる。半導体基板を高真空中に
永続的に留めまたこれと関連して各処理工程間において
も極く僅かな酸素又は水蒸気のような環境の影響から十
分に遮断することによって、特に −きれいに清浄された表面の再酸化を阻止し（これによ
り再生可能な低い接触抵抗が得られまた成長問題は避け
られる）、 −析出された層中の欠損密度を減少させ、−個々の層の
接着性を改善し、その機械的応力（ストレス）を少なく
し、 −自然酸化物を阻止することによって、析出したアルミ
ニウム層上に直ちに継続して合金成分を施しまた拡散さ
せることを可能とし、 −層上に自然の酸化物膜が生じるのを抑制することによ
ってその都度の成長を著しく容易にする、ことができる
。

【００１０】これらの改善された層特性は、半導体基板
に対する高真空条件を中断することなく同じ高真空装置
内でその直前又は直後に実施することのできる別の方法
を統合することを可能とする。これにより必要な処理時
間、加工すべき半導体基板の汚染危険性及び外部からの
影響による他の欠陥等は回避される。

【００１１】

【実施例】本発明による多工程法の実施は、少なくとも
２つの高真空処理室１〜６、少なくとも１つの高真空分
配室７及び少なくとも２つの高真空貯蔵室８、９からな
る図１に示した高真空装置で行う。すべての貯蔵室及び
処理室は、本実施例では中心に配置されている分配室７
に対し耐高真空性結合を有し、互いに高真空状態で絶縁
され、独立している。各室内には次に示す最大漏洩率（
単位：ｍバール×１×ｓｅｃ−１）で第２量として示し
た基礎圧（単位：ｍバール）を少なくとも得ることがで
きる：貯蔵室（５×１０−６／１×１０−６）：分配室
（５×１０−７／１×１０−７）：処理室（５×１０−
７／１×１０−７）。個々の処理室１〜６は特に各処理
用として設計され、容量に合わせて小さくすることもで
きる。部分的に仕上げられている集積回路を有する一般
に円板状の被加工シリコン基板を個々に、順次にまた停
滞することなく種々の処理室１〜６に通すか、又は通過
時間又は処理パラメータを同調させるため分配室７の中
間位置に滞留させる。種々の処理室内での各処理工程の
経過及び順番は（図示されていない）プロセスコンピュ
ータによって制御される。

【００１２】各処理室１〜６は例えば次のように構成さ
れていてよい。１：プラズマエッチング室、２：金属接
触層を吹き付ける室、３：ＣＶＤ処理室、例えば障壁と
して作用する層を析出させる室、４：導電路として作用
する層をＣＶＤ析出させる室、５：被覆層を吹き付ける
室、６：場合によっては光学的助成（ＲＯＡ）を伴う温
度工程（ＲＴＰ）用の室。この場合各室はその都度の処
理にとって周知の必要の装置、例えばガス導管、プラズ
マエッチング法用又はプラズマ助成析出法用電極、金属
ターゲット、加熱装置及び他のものを備えている。

【００１３】本発明による装置は非導電層、例えば導電
路面間の平坦化可能の絶縁層を製造する多工程法に対し
ても適している。この場合各処理室１〜６は必要に応じ
て構成することができる（例えばプラズマ補助ＣＶＤ法
、スパッタエッチング法、プラズマエッチング法、温度
処理用として）。本質的な利点は、各処理工程間で絶縁
層の湿気が増大するのを阻止し得ることであり、これに
より例えば通常は必要とされる層の加熱処理を省略する
ことができる。

【００１４】２つの処理室間を中央分配室７を介して移
転する時間が約２０秒と短いことから、機械的な影響又
は欠陥なしに通過量を高めることができる。貯蔵室８か
らのシリコン基板を加工している間に、他の貯蔵室９を
外部から新たなシリコン基板で負荷することができる。 これによりまた中央分配室を有する多室装置を使用する
ことによって、種々の方法を順次に永続して連続処理す
ることが可能である。これと関連する重要な経済性及び
仕上げ外観は装置多様化の削減、清浄空間での必要な面
の節約、及び僅かな通過時間の確保である。

【００１５】本発明方法の使用例は以下のとおりである
。

【００１６】１．アルミニウム導電路の製造この多工程
法は有利には次の処理工程ａ１　ないしａ６　からなる
。

【００１７】（ａ１）　　被覆すべき表面の清浄露出し
ているシリコン表面の自然酸化物を第１処理室で公知方
法により例えばエッチングガスとしてＣＦ４　を用いて
プラズマ補助エッチング法によって除去する。

【００１８】（ａ２）　　接触層の塗布下方に存在する
シリコン領域に対する電気接触を改良するため例えば接
触層として厚さ約１０〜１００ｎｍのチタン層を施す。 これは公知の吹き付け方又はＣＶＤ法により実施するこ
とができる。処理室２は所望の製造法に応じて相応して
構成されている。ＣＶＤ法を使用する場合、適当なチタ
ン含有出発化合物をキャリアガスにより又は吸込法に０
り処理室２に入れ、処理圧１ないし１００ｍバール及び
温度約２００〜４５０℃で熱的に励起する。付加的にプ
ラズマにより励起することもできる。

【００１９】（ａ３）　　障壁層の塗布アルミニウム及
びシリコンの相互拡散を阻止するため、障壁として作用
する窒化チタン層をもう１つの処理室３内で施すのが有
利である。下方に存在するチタン層を同時に窒化チタン
からなる障壁層用接着層として使用する。本発明では窒
化チタン層を製造するため、出発物質として窒素含有有
機チタン化合物（これは熱的、光学的及び／又はプラズ
マにより励起される）を使用するＣＶＤ法を使用し、純
粋な熱的励起の場合には還元剤を添加する。この方法は
２００〜５５０℃の範囲の処理温度で、特に有利な特性
例えば適合度、ストレス欠乏、極めて良好な稜被覆、高
い障壁作用、良好な導電性及びその他のような特性を有
する窒化チタン層を提供する。

【００２０】（ａ４）　　ＣＶＤアルミニウム層の塗布
ＣＶＤ−法によるアルミニウム層の塗布を２００〜４５
０℃の温度範囲で圧力０．１〜１００ｍバールで実施す
る。出発物質として有機アルミニウム化合物、例えばジ
メチルアルミニウムヒドリドＨＡｌ（ＣＨ３）２　、ト
リメチルアミンアルミニウムヒドリドＡｌＨ３　／Ｎ（
ＣＨ３）３又はトリエチルアルミニウムＡｌ（Ｅｔ）３
又は同様のものを使用する。これらの化合物は５〜１０
０℃の範囲の蒸発器温度を有し、キャリアガス又は吸引
法により処理室４に導入される。粒径又は粗面度のよう
なアルミニウムの特性は、出発成分を適当に選択するこ
とによってまた処理パラメータを変えることによって影
響を及ぼすことができる。

【００２１】（ａ５）　　合金成分を提供する層の塗布
アルミニウム合金を形成させるため、銅、チタン、パラ
ジウム又はシリコン−含有層を吹き付けるか又はＣＶＤ
法により析出させる。その厚さは所望される合金状態に
よって決定する。この層の塗布はアルミニウム層を施す
前に行うこともできる。

【００２２】（ａ６）　　アルミニウム層の合金化温度
工程によって、例えば高速熱処理（ＲＴＰ）によって所
望のアルミニウム合金を形成させる。この場合合金成分
の拡散は５００℃以下の温度で、ヘリウム又は水素のよ
うな不活性雰囲気中で半導体基板を短時間加熱すること
によって（１０〜８０秒）行うのが有利である。この温
度工程は４５０℃までの温度で１０〜１２０秒間光学的
補助（高速光学合金化ＲＯＡ）により実施することもで
きる。

【００２３】本発明方法のこの実施例は、層自体を最も
幅の狭い構造物中に一致させてまた極めて良好な稜被覆
で析出することを可能とする。これは適当なＣＶＤ法又
は吹き付け法を選択することによってまた表面を制御さ
れた反応動力学の範囲内の析出パラメータによって並び
にＣＶＤ法で析出可能の層成分が唯一の出発分子中にす
でに存在するという事実によって可能とされる。その結
果この金属化法は特に多層配線に適している。

【００２４】窒素含有有機チタン化合物から窒化チタン
障壁層を析出させるためにＣＶＤ法を使用することによ
って特に良好な障壁層が提供され、従って粒子境界を酸
素で飽和する通常必要とされる処理を省くことができ、
また後続するアルミニウム析出との統合が可能である。 アルミニウム層を製造する方法は、危険であるか又は高
反応性の出発物質を使用しない。特に優れた点は、高真
空を中断することなく窒化チタンの析出と通常後続して
行われるアルミニウムの析出とが組み合わされる点にあ
る。なぜならこれにより予想外にもアルミニウム析出の
ための成長層が不要であるからである。酸化されなかっ
た窒化チタン表面上でアルミニウムは極めて均一にまた
その下に存在する物質とは無関係に析出される。その結
果従来公知のアルミニウム析出処理に比べて一層小さな
平均アルミニウム粒径、平坦な層及びアルミニウム層の
僅少な欠損密度が得られる。電子移動抵抗及び金属化の
信頼性は著しく改善され、更に例えばアルミニウム層内
の相応する中間層に又はこれから窒化チタン被覆層を施
すことによって一層高めることができる。また下層、中
間層又は被覆層としての銅又はチタンは、特に温度工程
と組み合わされた金属化の電気特性を一層改良させる作
用を有する。アルミニウム合金層の製造はその場でＣＶ
Ｄ法により適当な出発化合物を分解することによって（
例えばＡｌＨ３　／Ｎ（ＣＨ３）３　＋Ｓｉ２　Ｈ６　
）行うこともできる。

【００２５】上記金属化法の特に多層配線で重要なもう
１つの利点は、すべての析出工程を４５０℃以下の温度
で進めることができ、従ってすでにアルミニウム被覆を
有する半導体基板上でも行い得ることである。

【００２６】本発明による方法の簡単化された一実施例
は、処理工程（ａ３）及び（ａ４）への限縮である。半
導体基板に対する高真空条件の維持下に高真空装置内で
これらの両処理工程を統合することによって本発明で得
られる本質的な利点が達成される。

【００２７】２．珪化物の製造 シリコン工学分野では、耐熱性の低抵抗導電路及び接触
部、特に自己調整接触部（いわゆるサリサイドを製造す
るために、珪化物が使用される。これに関しては例えば
ウィトマン（Ｄ．　Ｗｉｄｍａｎｎ）、マーダー（Ｈ．
　Ｍａｄｅｒ）及びフリードリッヒ（Ｈ．　Ｆｒｉｅｄ
ｒｉｃｈ）の著書「高密度集積回路技術（Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｉｅ　ｈｏｃｈｉｎｔｅｇｒ−ｉｅｒｔｅｒＳｃ
ｈａｌｔｕｎｇｅｎ　）」Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌ
ａｇ　出版、１９８８年、第９５〜９８頁に詳述されて
いる。珪化物及びサリサイドの製造１本発明方法で以下
の処理工程（ｂ１）〜（ｂ３）を使用して簡単に可能で
あり、更にもう１つの処理工程（ｂ４）によって通常引
続き、例えば接触孔を充填するための選択的な金属析出
を実施することもできる。

【００２８】（ｂ１）　　表面の前処理第１処理室１内
で被覆すべき表面を例えば低エネルギーのアルゴンイオ
ン（約１００ｅＶ）で照射することによって清浄し、そ
の際特に後の接触孔領域内でまたゲート接触部のポリシ
リコン上で自然の酸化物を除去する。表面のこの清浄と
同時にアルゴン原子を１ｃｍ３　当り約１０１３原子組
み込む。シリコンは予め非晶質化する。これにより層の
均一なシリコン化がドーピングとは無関係に達成される
。

【００２９】（ｂ２）　　金属層の吹き付け高真空装置
の別のまたは同じ室内で珪化物の形成に必要な金属層を
、真空条件を中断することなく最も純粋な金属ターゲッ
トから吹き付けることによって新しい清浄表面上に析出
させる。層厚は接触孔の形状、ドーピングプロフイル並
びに前処理とは無関係であり、典型的な場合４０〜８０
ｎｍである。

【００３０】（ｂ３）　　温度処理 珪化物の形成を急速熱処理または急速光合金化（ＲＴＰ
又はＲＯＡ）により、例えば６５０〜７００℃で窒素雰
囲気下に３０秒間高真空装置の１つの室内で実施する。 高真空条件を維持することによって（ｂ２）で析出した
金属層上に酸化物層が生じることはない。

【００３１】（ｂ４）　　選択的金属析出更に高真空を
中断することなく新鮮な珪化接触部上に、核化を遅らせ
ることなくまた優れた選択性を持ってＣＶＤ法により例
えばタングステン又はアルミニウムの選択的金属析出を
実施することができる。このため高真空装置のもう１つ
の室をまた公知技術に相当する選択的析出法を使用する
。

【００３２】３．選択的金属析出 本発明の別の実施例としてすでに記載した処理工程（ａ
１）及び（ｂ４）を組み合わせることができる。この多
工程法で例えばタングステン又はアルミニウムを新しい
清浄接触部上に選択的に金属析出する。これは下方に存
在するシリコン又は下方に存在する金属導電路に対する
接触部であってよい。接触部を完全に充填することによ
って表面の平坦化を得ることができる。

【００３３】それぞれの実施例とは無関係に本発明によ
る技術思想は半導体基板に対する高真空条件の保持下に
少なくとも２つの処理工程を組み合わせることにある。 すなわちその実施に当たっては本発明による多室高真空
装置が必要である。この場合個々の処理工程は公知の従
来技術により実施することができ、これは特に各実施例
で記載した処理工程（ａ１）、（ａ２）、（ａ５）、（
ａ６）、（ｂ１）〜（ｂ４）である。これに対し前記処
理工程（ａ４）は新規であり、また処理工程（ａ３）、
並びに（ａ３）と（ａ４）の組合せは新規で、発明に相
当するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の一実施例を示す略示図であ
る。

【符号の説明】

１〜６　　高真空処理室 ７　　高真空分配室 ８、９　　高真空貯蔵室

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板に対して高真空条件を維持
   しながら高真空装置の少なくとも２つの室で直接連続し
   て実施される少なくとも２処理工程からなることを特徴
   とする半導体基板上の高密度集積回路用導電層又は構造
   物の製法。
2. 【請求項２】　　次の処理工程： （ａ３）　　半導体基板の表面に障壁層を施し、（ａ４
   ）　　障壁層に導電路層を施すを実施することを特徴と
   する請求項１記載の製法。
3. 【請求項３】　　別の処理工程： （ａ２）　　障壁層を施す前に接触層を施し、及び／又
   は（ａ１）　　障壁層又は接触層を施す前に半導体基板
   の表面を清浄し、及び／又は （ａ５）　　導電路層を施す前か後に又はその代わりに
   合金成分を生じる層を施し、及び／又は （ａ６）　　熱処理を行う、を実施することを特徴とす
   る請求項１又は２記載の製法。
4. 【請求項４】　　各処理工程を次の順序：（ａ１）　　
   プラズマエッチング処理で酸化物を除去し、（ａ２）　
   　厚さ１０〜１００ｎｍのチタン層を、吹き付け法によ
   ってか又は２００〜４５０℃の範囲の温度で気相からの
   化学的析出法（ＣＶＤ法）によって施し、（ａ３）　　
   窒化チタン層を、熱的及び／又は光学的及び／又はプラ
   ズマによって励起される窒素含有有機チタン化合物を使
   用して２００〜４５０℃の温度でＣＶＤ法により施し、 （ａ４）　　アルミニウム層又はアルミニウム合金層を
   、熱的及び／又は光学的及び／又はプラズマによって励
   起される有機アルミニウム化合物を使用して２００〜４
   ５０℃の温度でＣＶＤ法により施し、 （ａ５）　　銅、チタン、パラジウム及び／又はシリコ
   ンを含む金属層を、吹き付け法又はＣＶＤ法により所望
   の合金に必要な厚さで施し、 （ａ６）　　半導体基板を、合金を形成させるため不活
   性ガス雰囲気中で１０〜１２０秒間５００℃までの温度
   に短時間加熱する（ＲＴＰ又はＲＯＡ法）、で実施する
   ことを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の製法
   。
5. 【請求項５】　　処理工程： （ｂ１）　　半導体基板の被覆すべき表面を前処理し、
   （ｂ２）　　金属層を施し、 （ｂ３）　　温度処理するを実施することを特徴とする
   請求項１記載の製法。
6. 【請求項６】　　別の処理工程： （ｂ４）　　選択的に金属を析出させる、を実施するこ
   とを特徴とする請求項５記載の製法。
7. 【請求項７】　　処理工程（ａ１）と（ｂ４）を組み合
   わせることを特徴とする請求項１、３、４又は６のいず
   れか１つに記載の製法。
8. 【請求項８】　　各処理工程を次の順序：（ｂ１）　　
   アルゴンイオンで照射して酸化物を除去し、また半導体
   基板を非晶質化し、 （ｂ２）　　金属ターゲットから吹き付けることにより
   チタン又はコバルト層を施し、 （ｂ３）　　半導体基板を不活性ガス雰囲気中で７００
   ℃まで短時間加熱して（ＲＴＰ又はＲＯＡ）、珪化物を
   形成させ、 （ｂ４）　　露出しているシリコン、珪化物又は金属上
   にＣＶＤ法によりタングステン又はアルミニウムを選択
   的に析出させる、で実施することを特徴とする請求項５
   ないし７の１つに記載の製法。
9. 【請求項９】　　少なくとも２つの処理室（１〜６）、
   少なくとも２つの貯蔵室（８、９）及び各室を互いに結
   合する少なくとも１つの分配室（７）とからなり、その
   際すべての室（１〜９）及び各室間のすべての結合材が
   耐高真空性であり、半導体基板に対する高真空条件を中
   断することなく多数の異なる処理工程を組み合わせるこ
   とを特徴とする半導体基板上の高密度集積回路用導電層
   又は構造物の製造装置。
10. 【請求項１０】　　得られる基礎圧が貯蔵室（８、９）
    では１０−６ｍバール未満であり、また分配及び処理室
    （１〜７）では１０−７ｍバール未満であることを特徴
    とする請求項９記載の装置。