JPH04324634A - アルミニウムのスパッタリング方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の金属配線を
アルミニウムを主成分とする配線材料をスパッタリング
して形成するアルミニウムのスパッタリング方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の金属配線としてはア
ルミニウムを主成分とする配線材料が最も一般的に用い
られており、その成膜にはスパッタリング方法が広く採
用されている。

【０００３】例えば、ＶＬＳＩの配線には、シリコンを
含有するアルミニウムまたはシリコンおよび銅を含有す
るアルミニウムをスパッタリングしてアルミニウムを主
成分とする金属配線を成膜している。このようなアルミ
ニウムの配線をスパッタリングで成膜する際、第１層の
配線の場合には、下地のシリコン基板（ソース、ドレイ
ン）との接合部において、また第２層以上の配線の場合
には下地のアルミニウム配線との接合部においてコンタ
クト不良が見られることがある。

【０００４】このようなコンタクト不良が発生するメカ
ニズムは、アルミニウム配線の下側にある絶縁膜、例え
ばＢＰＳＧ膜、Ｐ−ＳｉＯ膜、ＳＯＧ膜などからの脱ガ
スによって前記の接合部において酸化アルミニウムが形
成され、コンタクト抵抗が高くなるためである。

【０００５】このようなコンタクト不良を防止するため
に、アルミニウムのスパッタリング装置内に逆スパッタ
チャンバを設け、アルミニウムのスパッタリングを行う
前に半導体基体を逆スパッタチャンバ内に入れて加熱し
た後、コンタクトホールを介して露出している下地の表
面をエッチングすることが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、アル
ミニウムをスパッタリングする以前に逆スパッタチャン
バ内で加熱することにより、コンタクトホールをあけた
絶縁膜からの脱ガスによるコンタクト不良をある程度は
解決することができるが、ウエファによるばらつきがき
わめて大きい欠点がある。特に、絶縁膜としてＳＯＧ膜
が用いられている場合にはコンタクト不良が発生する恐
れが大きいことを確かめた。ＳＯＧ膜を用いる場合には
、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）　の熱分解によって酸
化シリコンと水が生成され、この水がアルミニウムと反
応して酸化アルミニウムが形成されるのでコンタクト抵
抗が著しく高くなるためである。

【０００７】本発明の目的は上述した従来の欠点を解消
し、安定して低いコンタクト抵抗が得られ、したがって
半導体装置製造の歩留りを向上することができるアルミ
ニウムのスパッタリング方法を提供しようとするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタリング
方法は、半導体装置の金属配線をアルミニウムを主成分
とする配線材料をスパッタリングして形成するに当たり
、絶縁膜に形成したコンタクトホールの底部に露出して
いる下地の表面をエッチングする逆スパッタリングを行
う以前に半導体基体を加熱して前記絶縁膜からの脱ガス
成分を検出し、所定の脱ガス成分が所定の量よりも低下
した後に、逆スパッタリングを行い、その後半導体基体
をスパッタチャンバに入れてアルミニウムを主成分とす
る配線材料をスパッタリングすることを特徴とするもの
である。

【０００９】本発明によるスパッタリング方法の好適な
実施例においては、半導体基体の加熱を加熱チャンバ内
で行い、脱ガス成分を自動的に測定し、予め決めた脱ガ
ス成分が１〜５ｐｐｍの予め決めたレベル以下となった
ときに半導体基体を逆スパッタチャンバ内に自動的に搬
送して逆スパッタリングを行い、次に半導体基体をアル
ミニウムのスパッタチャンバ内に自動的に搬送してアル
ミニウムのスパッタリングを行うようにする。このよう
にして、アルミニウムのスパッタリングを自動的に行う
ことができ、生産性を向上することができる。

【００１０】

【作用】従来の方法では、逆スパッタリング行う以前の
半導体基体の加熱は一定の時間で管理していたため、各
々のウエファの脱ガス量のばらつきによってコンタクト
抵抗が一定とならなかったと云う事実を確かめ、本発明
においてはウエファ１枚毎に逆スパッタリング前の加熱
時間を制御し、所定の脱ガス成分が所定の量よりも少な
くなるまで加熱を行うことによってコンタクト抵抗を一
定の低い値とすることができ、したがって歩留りを改善
することができる。

【００１１】本発明において検出すべき脱ガスの成分と
しては、コンタクト抵抗に影響があるＨ２，　Ｏ−Ｈ，
　Ｈ，　Ｈ２Ｏ　イオンなどがあり、これらの成分の検
出には１ｐｐｍの濃度まで検出が可能な質量分析計、通
常Ｑマスと呼ばれている四重極質量分析計（Ｑｕａｄｒ
ｕｐｏｌｅ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を
使用するのが好適であるが、勿論他の型式の質量分析計
を用いることもできる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明によるアルミニウムのスパッタ
リング方法を実施する装置の一例の全体の構成を線図的
に示す平面図であり、図２は同じくそのスパッタリング
装置内に設けられたウエファのハンドリングアームの構
成を示す斜視図である。

【００１３】図１において、スパッタリング装置は処理
すべきウエファ１を保持するオートローダ・アンローダ
部２と、中継チャンバ３と、加熱チャンバ４と、この加
熱チャンバの周囲に配置された逆スパッタチャンバ５と
、３つのスパッタチャンバ６、７、８とを具えている。 加熱チャンバ４の内部には加熱用のランプ９およびウエ
ファ１を加熱チャンバとその他のチャンバとの間で搬送
するためのハンドリングアーム１０が設けてある。 また、中央の加熱チャンバ４とその周囲に配設された各
チャンバ３、５〜８との間には開閉自在のシャッタが設
けられているが図１には示していない。

【００１４】ハンドリングアーム１０は図２に示すよう
に、第１のモータ１１によって回動される軸１２に一端
が取付られた第１アーム１３と、この第１アームの他端
に取り付けられた第２のモータ１４に連結された軸１５
に一端が取り付けられた第２のアーム１６とを具えてい
る。この第２のアーム１６の他端にはウエファ１を保持
する保持具１７が設けられている。このようなウエファ
ハンドリングアームは一例を示したものであり、他の任
意の構造のハンドリングアームを用いることもできる。

【００１５】本発明においては、図１に示すように、加
熱チャンバ４に連結してＱマス２０を設け、この加熱チ
ャンバ内でウエファ１を加熱しているときの脱ガス成分
を測定することができるように構成する。このＱマス２
０で検出した信号を処理装置２１で処理し、所定の脱ガ
ス成分が所定の量以下になったときに、スパッタリング
制御装置２２に信号を送り、スパッタリング装置の動作
を制御するようにする。

【００１６】次に、上述した装置を用いてアルミニウム
をスパッタリングする工程を説明する。先ず、ウエファ
１をオートローダ・アンローダ部２から中継チャンバ３
へ搬送する。中継チャンバ３のシャッタを開いてハンド
リングアーム１０を中継チャンバ内へ挿入し、その保持
具１７の上にウエファ１を載せ、加熱チャンバ４へ搬送
した後、中継チャンバ３のシャッタを閉じる。

【００１７】次に、加熱ランプ９を点灯し、ウエファ１
を加熱する。この際の加熱温度は、１５０〜３００°Ｃ
とするのが好適である。この加熱中、Ｑマス２０で脱ガ
ス成分の濃度を検出する。この加熱中にウエファ１に形
成された絶縁膜、例えばＢＰＳＧ膜、Ｐ−ＳｉＯ　膜、
ＳＯＧ　膜からの脱ガスの中からコンタクト抵抗に影響
を与える成分、例えばＨ２，　Ｏ−Ｈ，　Ｈ，Ｈ２Ｏ　
イオンなどの成分の濃度を検出する。この所定の脱ガス
成分の濃度が、例えば１〜５ｐｐｍ　、特に１〜３ｐｐ
ｍ　の範囲の中で予め決めた基準値以下となったことを
検出したら、処理装置２１は信号を制御装置２２へ送る
。制御装置２２はこの信号に応答して加熱ランプ９を消
灯し、逆スパッタチャンバ５のシャッタを開き、ハンド
リングアーム１０を操作してウエファ１を逆スパッタチ
ャンバ内に搬送する。

【００１８】逆スパッタチャンバ５内に搬送されたウエ
ファ１を下方から突き上げピンで保持具１７から持ち上
げた後、ハンドリングアーム１０を逆スパッタチャンバ
５から退避させ、そのシャッタを閉じ、逆スパッタリン
グを行って絶縁膜に形成されたコンタクトホールの底面
に露出している下地の表面をエッチングする。

【００１９】逆スパッタリングが終了したら、逆スパッ
タチャンバ５のシャッタを開いてハンドリングアーム１
０をその中に挿入し、その先端の保持具１７にウエファ
１を載せて逆スパッタチャンバから排出し、３つのアル
ミニウムスパッタチャンバ６〜８の内のいずれか、例え
ばスパッタチャンバ６のシャッタを開いてその中に搬送
する。

【００２０】次に、ウエファ１を搬入したスパッタチャ
ンバ６の中にウエファを残してハンドリングアーム１０
を退避させ、シャッタを閉じた後、アルミニウムをスパ
ッタリングする。このスパッタリング中の加熱温度は、
上述した加熱チャンバ４内での加熱温度よりも低い温度
とするが、特に１００〜２５０°Ｃの温度とするのが好
適である。

【００２１】このようにしてアルミニウムをスパッタリ
ングした後、スパッタチャンバ６のシャッタを開き、ハ
ンドリングアーム１０でウエファ１をスパッタチャンバ
６から中継チャンバ３へ搬送し、この中継チャンバから
さらにオートローダ・アンローダ部２へ搬送する。以上
の処理を順次のウエファに対して順次に行うことによっ
て、順次のウエファに対してアルミニウムをスパッタリ
ングすることができる。

【００２２】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変形が可能である。例えば、上述
した実施例では逆スパッタチャンバへのウエファの搬送
、逆スパッタチャンバからスパッタチャンバへのウエフ
ァの搬送などを自動的に行うとともに、脱ガス成分を検
出しながら行う逆スパッタリング前の加熱をも自動的に
行うようにしたが、脱ガス成分を検出すつＱマスの表示
を見ながら加熱時間を制御することもできる。さらに、
上述した実施例では脱ガス成分の検出にＱマスを利用し
たが、他の質量分析計を用いることもできるが、１ｐｐ
ｍ程度の検出精度を有するものを用いるのが望ましい。

【００２３】

【発明の効果】上述したように、本発明によるアルミニ
ウムのスパッタリング方法においては、逆スパッタリン
グを行う前の加熱を、脱ガス成分を検出しながら行うよ
うにしたので、ウエファ毎のばらつきに影響されること
なく、脱ガスを安定に行うことができ、したがってコン
タクト抵抗に悪影響を与えるガス成分を所定のレベル以
下とすることができ、その結果としてコンタクト不良を
有効に防止することができ、半導体装置の製造歩留りを
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明によるアルミニュームのスパッタ
リング方法を実施する装置の一例を示す線図的平面図で
ある。

【図２】図２は同じくそのハンドリングアームの構成を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１　　ウエファ ２　　オートローダ・アンローダ部 ３　　中継チャンバ ４　　加熱チャンバ ５　　逆スパッタチャンバ ６，７，８　　スパッタチャンバ ９　　加熱ランプ １０　　ハンドリングアーム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体装置の金属配線をアルミニウム
   を主成分とする配線材料をスパッタリングして形成する
   に当たり、絶縁膜に形成したコンタクトホールの底部に
   露出している下地の表面をエッチングする逆スパッタリ
   ングを行う以前に半導体基体を加熱して前記絶縁膜から
   の脱ガス成分を検出し、所定の脱ガス成分が所定の量よ
   りも低下した後に、逆スパッタリングを行い、その後半
   導体基体をスパッタチャンバに入れてアルミニウムを主
   成分とする配線材料をスパッタリングすることを特徴と
   するアルミニウムのスパッタリング方法。
2. 【請求項２】　　前記半導体基体の加熱を加熱チャンバ
   内で行い、脱ガス成分を自動的に測定し、予め決めた脱
   ガス成分が予め決めたレベル以下となったときに半導体
   基体を逆スパッタチャンバ内に自動的に搬送して逆スパ
   ッタリングを行い、次に半導体基体をアルミニウムのス
   パッタチャンバ内に自動的に搬送してアルミニウムのス
   パッタリングを行うことを特徴とする請求項１記載のア
   ルミニウムのスパッタリング方法。