JPH05152248A - アルミニウム系配線材料の埋込み方法 - Google Patents

アルミニウム系配線材料の埋込み方法

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JPH05152248A
JPH05152248A JP30963391A JP30963391A JPH05152248A JP H05152248 A JPH05152248 A JP H05152248A JP 30963391 A JP30963391 A JP 30963391A JP 30963391 A JP30963391 A JP 30963391A JP H05152248 A JPH05152248 A JP H05152248A
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JP
Japan
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film
connection hole
aluminum
wiring material
wiring
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JP30963391A
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English (en)
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Kazuhide Koyama
一英 小山
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 配線用接続膜側にAlと反応し易い膜を被着
させ、高温スパッタによるAl系膜の埋込みを確実にし
て、信頼性の高い配線を得んとするものである。 【構成】 シリコン基板21上の絶縁膜22にコンタク
トホールを開口し、Tiスパッタ粒子を基板に略垂直に
入射させて、コンタクトホール側壁に良好な膜厚のTi
膜23を被着させる。Tiスパッタ粒子の入射方向の制
御手段は、スノコ状のコリメータを用い、斜め方向から
のスパッタ粒子を阻止し、略垂直方向のスパッタ粒子の
みを基板側へ通過させる。このようにして、コンタクト
ホール側壁にTi膜23を所定膜厚以上の厚さに被着す
ることにより、後工程のAl高温スパッタによるAl系
膜の埋込み特性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウム系配線
材料の埋込み方法に関し、更に詳しくは、高温スパッタ
法を用いたアルミニウム配線の形成方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】デバイスの高集積化に伴い、半導体プロ
セスの寸法ルールは微細化し、その内部配線プロセスに
おいては、狭くて深い(アスペクト比の高い)コンタク
トホール,スルーホール等の接続孔を配線材料で埋め込
むことが重要な課題になっている。しかし、従来のスパ
ッタ法によるAl系金属の成膜では、Al系金属のスパ
ッタ粒子が配線用接続孔の側壁の影になって接続孔内部
に入射しずらくなるシャドウイング効果のため、接続孔
内でのAl系金属のガバレッジが悪くなり、接続孔底部
近くでの断線や接続不良が発生し易くなっている。図5
は、半導体基板1上に形成した絶縁膜2にコンタクトホ
ール3を開設し、このコンタクトホール3へのAl合金
膜4の埋め込みをスパッタ法で行なった状態を示すもの
であり、Al合金膜4のカバレッジの低下がコンタクト
ホール3の底部で見られる。そのため、このような配線
用接続孔内部を配線材料で埋め込むプロセス技術が必要
不可欠になってきている。
【0003】このような問題の解決手段としては、より
量産レベルでの実用化に近い技術として、基板を高温で
加熱しながらAl合金をスパッタ成膜する高温スパッタ
法が検討されている。この方法は、Al合金を約400
℃以上融点以下まで加熱して、軟化したAl合金を接続
孔内に流れ込ませるようにしたものである。そして、こ
のようなAl合金の流動の仕方は、下地表面の材料によ
って大きく変わることが知られている。具体的には、下
地がAlと反応し易いチタン(Ti)のような物質の場
合には、Alは下地と反応しながら表面全体の拡がり易
い(濡れが良い)のに対し、下地がSiO2,TiON
のようにAlと反応しにくい物質の場合には、Alは下
地表面で小さく丸まってしまう。そして、接続孔側壁部
分での濡れの善し悪しが、Al系配線材料の接続孔埋込
み特性に大きく影響を与える。即ち、濡れが良い場合に
は、接続孔側壁に沿ってAlが接続孔側壁表面の材料と
反応しながら拡がって孔内に入っていくのに対し、濡れ
が悪い場合には、接続孔上部でAlが丸まってしまい、
孔内に入らない(図6)。なお、図6中5は下地膜であ
り、TiON膜,SiO2膜などのAlと反応しにくい
膜を示している。上記した報告は、第40回集積回路シ
ンポジウム予稿集第19頁に記載されている。
【0004】そして、実際に同一形状の接続孔に、同一
条件(下記)でAl−1%Siを高温スパッタ成膜して
も、下地(接続孔側壁表面)がTiの場合に埋まり、S
iO2の場合には埋まらない場合のあることが確認され
ている。
【0005】 (Al−1%Siの高温スパッタ条件例) ○プロセスガス Ar=100SCCM ○圧力…0.4Pa ○成膜パワー…10kW ○基板加熱温度…500℃ ○成膜速度…0.6μm/分
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、高温スパ
ッタ法を用いてAl系配線材料を接続孔に埋め込む際
に、接続孔側壁にTi等のAlと反応し易い物質を付着
させることによって、良好な埋込み特性が得られるが、
この側壁に形成させるAlとの濡れ改善材料には、ある
程度の厚さが必要であることが明らかになっている。
【0007】例えば、上記した条件で高温スパッタを行
なった場合、非常にアスペクト比の高い接続孔(ホール
径0.25μm,深さ0.8μm,アスペクト比3.
2)について、下にバリアメタルとしてのTiを50n
m成膜すると、Alが接続孔の途中までしか入っていな
いが、Tiを100nm成膜した場合にはAlが孔の底
まで入り、接続孔内を完全に埋め込んでいる。
【0008】これは,接続孔のアスペクト比が高いため
に、Ti自体がシャドウイング効果によって孔内に入り
にくくなり、側壁の途中までしかAlの漏れの改善に必
要な厚さまでTi膜が形成されなかったためであると考
えられる。なお、図7は、アスペクト比が小さい場合を
示したものであり、Ti6のカバレッジの悪化は見られ
ないが、図8,図9に示すように、接続孔のアスペクト
比が高くなると、Ti6の膜厚はおろかカバレッジが悪
化し、それに伴ないAl合金膜4のカバレッジが悪化す
る問題がある。即ち、下地バリアメタルとしてのTiの
カバレッジが,高温スパッタAl合金の埋込み特性を、
アスペクト比の高い接続孔の場合に制限していると言え
る。
【0009】ところが、Tiを下地膜に用いる場合、そ
の融点が1680℃と高いため、高温スパッタによるカ
バレッジの改善は望めないという問題がある。
【0010】本発明は、このような従来の問題点に着目
して創案されたものであって、アスペクト比の高い接続
孔に対しても確実にAl系配線材料の埋込みを可能にす
るAl系配線材料の埋込み方法を得んとするものであ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、半導
体基板上に形成した絶縁膜に配線用接続孔を開設し、該
接続孔内アルミニウム系配線材料を高温スパッタ法によ
り堆積させるアルミニウム系配線材料の埋込み方法にお
いて、前記配線用接続孔を開設した後、少なくとも該接
続孔内面に、前記半導体基板に対して略垂直方向からス
パッタ粒子を入射させるように制御したスパッタ法を用
いて、Alと反応し易い高融点金属膜を被着させ、その
後前記配線用接続孔を高温スパッタ法によりアルミニウ
ム系配線材料で埋め込むことを、その解決方法としてい
る。
【0012】
【作用】半導体基板に対して、略垂直方向からスパッタ
粒子を入射させることにより、配線用接続孔の内側面及
び底面に、Alと反応し易い高融点金属系膜を所定の膜
厚以上となるように、確実に被着させることが可能とな
る。そして、このように、Alと反応し易い高融点金属
系膜をカバレッジ良く被着することにより、配線用接続
孔内はその後の高温スパッタによるAl系配線材料との
濡れ性が良くなり、Al系配線材料を確実に埋め込むこ
とが可能となる。
【0013】
【実施例】以下、本発明に係るアルミニウム系配線材料
の埋込み方法の詳細を図面に示す実施例に基づいて説明
する。
【0014】先ず、本実施例に用いたTiスパッタ装置
を図2〜図4を用いて説明する。図2は、マルチチャン
バ処理装置の1つのチャンバをなす枚葉式のスパッタ装
置の説明図である。図中10はスパッタ装置のチャンバ
であり、このチャンバ10内に対向して配置されるTi
ターゲット11と半導体基板であるウエハ12の間にコ
リメータ13を配設している。また、このチャンバ10
内には、アルゴンArを導入し、DC電源14,ヒータ
ーブロック15,クライオポンプ16が適宜設けられて
いる。
【0015】上記コリメータ13は、ウエハ12に対す
るスパッタ粒子を略垂直方向から入射させるように制御
する手段であり、図3及び図4に示すように、方向制御
板13bを網目状に構成したものであって、方向制御板
13bで囲まれた空隙13aをTiスパッタ粒子17が
通過するようになっている。このとき、斜め方向から入
射するTiスパッタ粒子17は、図4に示すように、方
向制御板13bで阻止され、略垂直方向の入射成分だけ
が、通過し得るようになっている。また、本実施例で
は、コリメータ13のセルの大きさを、空隙13aの径
に対する方向制御板13bの長さ(深さ)の比を1.7
3に設定し、Tiスパッタ粒子のウエハ12への入射方
向を±30°以内とした。なお、同比を5.67にすれ
ば入射方向は、±10°以内となる。
【0016】(実施例1)図1(A)に示すように、シ
リコン基板21上にSiO2で成る絶縁膜22を形成
し、この絶縁膜22に配設用接続孔であるコンタクトホ
ールを形成し、上記スパッタ装置を用いて、Ti膜23
の形成を行なう。
【0017】このTi膜23の成膜条件は、例えば、以
下に示す通りである。
【0018】 ○プロセスガス アルゴン(Ar)…100SCCM ○スパッタ圧力…0.4Pa ○成膜パワー…4kW ○基板加熱温度…150℃ ○成膜速度…0.03〜0.1μm/分 この場合、Ti膜23の膜厚は、コンタクトホール側壁
に5nm以上となるようにする。例えば、図1(A)に
示す形状のコンタクトホールに対して、本実施例のよう
に、セル比が1.73のコリメータ13を用いると、約
60nmの成膜(絶縁膜22表面上)が必要であった。
このようにして得るられたTi膜23は、同図(A)に
示すように、コンタクトホール底部に到るまで、良好に
被着することが可能となった。なお、用いるコリメータ
13のセル比が高い程、成膜速度は遅くなる。
【0019】また、Tiスパッタ粒子が基板に到達する
までに、Arと衝突して散乱する(基板への入射方向が
乱れる)効果を抑えるために、スパッタ圧力はなるべく
低く設定するのが望ましい。
【0020】この後、真空を破らずに連続して他のチャ
ンバで、Al−1%Si合金を、例えば以下に示す条件
で高温スパッタすることにより、図1(B)に示すよう
に、Al−1%SiでなるAl膜(Al合金膜)24の
埋込みが達成された。
【0021】 (Al−1%Siの高温スパッタ条件例) ○プロセスガス Ar…100SCCM ○スパッタ圧力…0.4Pa ○成膜パワー…10kW ○基板加熱温度…500℃ ○成膜速度…0.6μm/分 なお、このAl−1%Siの高温スパッタにおいては、
コリメータ13は不要である。
【0022】(実施例2)本実施例は、上記実施例1で
用いたAlと反応し易い高融点金属系膜としてのTi膜
23に代えてTiN(酸素を殆ど含まない)膜を形成し
たものである。本実施例においても、上記実施例と同様
TiN膜のスパッタにおいてコリメータを用いた。
【0023】以下に、TiNのスパッタ条件を示す。
【0024】 ○プロセスガス Ar/N2=40/70SCCM ○スパッタ圧力…0.4Pa ○成膜パワー…5kW ○基板加熱温度…150℃ ○成膜速度…0.01〜0.04μm/分 なお、Al膜の高温スパッタ成膜条件は、上記実施例1
と同様とした。
【0025】本実施例においても、TiN膜をコンタク
トホール側壁に良好に被着することが達成された。
【0026】以上、実施例について説明したが、本発明
は、これら実施例に限定されるものではなく、各種の配
線用接続孔に適用可能であり、成膜条件も適宜変更可能
である。
【0027】また、上記両実施例においては、スパッタ
粒子の入射方向を制御する手段としてコリメータを用い
たが、これに限定されるものではない。
【0028】さらに、Alと反応し易い高融点金属系膜
も、上記実施例で用いた材料を用いてもよい。
【0029】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、配線用接続孔側壁にAlと反応し易い膜(濡
れ性改善層)を厚く被着させることが可能となり、その
結果、高アスペクト比の配線用接続孔でも、高温スパッ
タ法でAl系配線材料を確実に埋め込むことが可能とな
る。このため、信頼性の高い配線の形成が達成される効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A),(B)は本発明の実施例1の工程を示
す断面図。
【図2】実施例で用いたスパッタ装置の説明図。
【図3】実施例に用いたコリメータの平面図。
【図4】実施例に用いたコリメータの断面図。
【図5】従来例の断面図。
【図6】従来例の断面図。
【図7】従来例の断面図。
【図8】従来例の断面図。
【図9】従来例の断面図。
【符号の説明】
13…コリメータ、21…シリコン基板、22…絶縁
膜、23…Ti膜、24…Al膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/90 C 7353−4M

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成した絶縁膜に配線用
    接続孔を開設し、該接続孔内アルミニウム系配線材料を
    高温スパッタ法により堆積させるアルミニウム系配線材
    料の埋込み方法において、 前記配線用接続孔を開設した後、少なくとも該接続孔内
    面に、前記半導体基板に対して略垂直方向からスパッタ
    粒子を入射させるように制御したスパッタ法を用いて、
    Alと反応し易い高融点金属膜を被着させ、その後前記
    配線用接続孔を高温スパッタ法によりアルミニウム系配
    線材料で埋め込むことを特徴とするアルミニウム系配線
    材料の埋込み方法。
JP30963391A 1991-11-26 1991-11-26 アルミニウム系配線材料の埋込み方法 Pending JPH05152248A (ja)

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