JPH0529251A - 半導体集積回路用配線金属膜の製造方法 - Google Patents
半導体集積回路用配線金属膜の製造方法Info
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Abstract
板に至るコンタクトホール8を形成し、コンタクトホー
ル底部のSi面上にTiW10またはTiNの膜を積層
し、TiW10またはTiNの膜の上にAl系合金を堆
積し、高圧不活性ガス雰囲気下、超音波振動3させなが
らAl系合金の融点を超える温度で加熱することからな
る半導体集積回路用配線金属膜の製造方法。 【効果】 コンタクトホール内における金属配線の断線
が発生せず、0.5μmプロセスデバイスである将来の
超LSI配線のコンタクト部の充分な埋込みと同時に完
全な平坦性を得られると期待できる。
Description
微細なコンタクトホール上に形成する配線金属の形成方
法に関する。
われる段階に入っているが、超LSIを製造するのに、
従来利用されているスパッター法は、生成するスパッタ
ー金属膜のステップカバレージ(段差被覆性)が不充分
で、特に開口径が0.5μm以下で、コンタクトホール
の開口幅に対する段差、いわゆるアスペクト比が1以上
である垂直形状のコンタクトホールでは金属配線の断線
が起こり易い。
ホールを金属膜で埋める方法が開発されつつある。すな
わち、Si基板の上に形成した層間絶縁膜にコンタクト
ホールを設け、コンタクトホールの底部のSi面にのみ
選択的に金属膜を、特にW膜を成長させる方法が開発さ
れつつある。しかしこの方法は、1)開口幅が異なるコ
ンタクトホールが同一の回路素子内に存在すると、成長
したW膜の深さがコンタクトホールの大きさによって異
なったり、2)Si面上に自然酸化膜があったときは、
Wの成長が阻害され、および3)抵抗率の高い −W膜
が異常成長するなど問題点が多い。
すなわち、まずコンタクトホールの底部のAl層(Si
基板上にスパッター法で形成)の上にTiWまたはTi
Nの膜を形成した後に、CVD法によってW膜を厚く堆
積し、ドライエッチングによってコンタクトホールの段
差以上に堆積した膜厚分だけ除去するいわゆるエッチバ
ック法を組合わせた“ブランケットタングステン膜”を
形成する方法である。しかし、この方法はW膜形成温度
が高いため、底部の面のAlに対する熱的ダメージが大
きいこと、コンタクトホールの直径の大きさを揃える必
要があるなど不利な点が多い。
ホールを完全に埋めるために、コンタクトホールの底部
のSi面上にAl膜をスパッター法で形成させると、こ
のままでは、ステップカバレージが不充分でコンタクト
ホールの側壁の下部で断線が生じやすい。これは、コン
タクトホールにむかうAl粒子がコンタクトホールの側
壁のため影を生じる(シャドーイング)ことと、スパッ
タ膜自体に特有な側壁とコンタクトホール底部の境界付
近にマイクロクラックが発生するためである。この問題
を解消する方法として、コンタクトホール内でAl粒子
を容易に移動させるいわゆるマイグレーション効果を助
長するために、スパッタ中に加熱温度を上げて成膜する
方法が最近発表された(依田孝他、第37回応用物理学
会講演予稿集(1990年春)562頁)。しかしスパ
ッタ中の加熱は、真空槽側壁、サンプルホルダーなどか
らの不純物が脱離、蒸発するため、金属膜が汚染する危
険がある。
上記の問題点を改善するためになされたものであり、
(a)Si基板上に形成された層間絶縁膜にSi基板に
至るコンタクトホールを形成し、コンタクトホール底部
のSi面上にTiWまたはTiNの膜を積層し、(b)
TiWまたはTiNの膜の上にAl系合金を堆積し、
(c)高圧不活性ガス雰囲気下、超音波で振動させなが
らAl系合金の融点を超える温度で加熱することからな
る半導体集積回路用配線金属膜の製造方法を提供するも
のである。
知の方法で作製される。P(100)Si基板上に層間
絶縁膜(例えばBPSG/NSG積層膜)をCV法によ
り連続して形成し、次いで微細加工してコンタクトホー
ルを形成する。勿論、コンタクトホール内のSiには金
属膜とオーミックコンタクトを形成可能なN+又はP+拡
散層を形成しておく。
TiNの膜を2000〜3000Åの厚みで堆積し、コ
ンタクトホール底部のSi部分を被覆する。なお、スパ
ッターはAr圧2mmTorr〜5mmTorr,DCバイ
アス300V〜700Vの条件で運転される。次に上記
のTiWまたはTiNの膜の上にスパッターによってA
l系合金膜を0.2〜1.0μm堆積させる。このAl
系合金としては、Al、Al−Si、Al−Si−C
u、Al−Si−Pdなどがある。スパッターの運転条
件は一般にAr圧3mmTorr,DCバイアス500V
であるがAl系合金の種類によって適宜選択される。な
おTiWまたはTiNの膜はAl系合金と比べてステッ
プカバレージが良好であるためSi部を被覆しやすい。
またこのTiWまたはTiNの膜は、後の加熱工程でA
lとSiが共晶を生じさせないという作用がある(共晶
点573°C)。
素、アルゴンなど)の雰囲気下、500〜600°Cの
温度で、850KHz−1MHzの超音波で振動させな
がら加熱を行う。この加熱は一般に3〜10分間行い、
加熱後Al系合金膜に応力が発生するのを避けるため例
えば10〜50°C/minの速度で緩やかに室温まで
降温させる。上記の加熱は例えば図1に概略説明図とし
て示すランプアニーラーを用いて行う(図1には、半導
体装置を特に拡大して示してある)。
ルへのAl系合金の堆積と加熱を別個に行い、またこの
加熱法には次のような特有の作用がある。 (1)堆積したAl系合金膜を高速加熱でAl系合金の
融点以上の温度にしてAl系合金膜をコンタクトホール
内に溶かし込む。 (2)溶融状態のAl系合金に高圧を加えて、Al系合
金の蒸発と体積膨張を抑制するとともにコンタクトホー
ル内へのAlの流入を促進し、かつコンタクトホールを
埋めてコンタクトホール以外のフィールド部に堆積した
Al系合金を平坦にする。 (3)溶解状態のAl系合金に超音波を照射して振動さ
せて、コンタクトホール内へのAl系合金の流入を促進
する。 上記のように、この発明によれば高純度のAl系合金膜
でコンタクトホールを完全に埋めこみかつ平坦なAl系
合金膜を形成することができる。
が、この発明を限定するものではない。
G積層膜を常法で積層し、微細加工して、開口径0.5
μm、アスペクトル比1.5で底面がSi基板面のコン
タクトホールを作製した。 次にスパッターを用い、A
r圧16mmTorr,DCバイアス350Vの条件下で
約1500Å厚のTiW膜を堆積させてコンタクトホー
ル底部のSi部を被覆する。次にスパッターを用いAr
圧3mmTorr,DCバイアス500Vの条件下で約1
μm厚のAl−Si合金膜を堆積する。
を、高圧ランプアニーラー2内の超音波振動板3上のス
テージ4の上に導入する。不活性ガス入口5から窒素ガ
スを入れ不活性ガス出口6から放出しながら、超音波振
動板3を850KHZの振動数の超音波で振動させ、ハ
ロゲンランプ7を点灯してアニーラー内の温度を500
°Cまで昇温する。500°Cで5分間保持し、次いで約
20°C/minの速度で室温まで降温した。なお図1
中の8はコンタクトホール部、9はAl−Si合金層、
10はTiW膜である。この加熱処理工程を図2に示
す。
−Si合金膜はコンタクトホールを完全に埋めかつフィ
ールド部上のAl−Si膜も含めて平坦度の高い配線膜
が形成された。
デバイスである16MDRAM、4MSRAM以後の将
来のULSI配線のコンタクト部の充分な埋込みと同時
に完全な平坦性を得ることができる。
プアニーラーの概略説明図である。
ラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 (a)Si基板上に形成された層間絶縁
膜にSi基板に至るコンタクトホールを形成し、コンタ
クトホール底部のSi面上にTiWまたはTiNの膜を
積層し、 (b)TiWまたはTiNの膜の上にAl系合金を堆積
し、 (c)高圧不活性ガス雰囲気下、超音波で振動させなが
らAl系合金の融点を超える温度で加熱することからな
る半導体集積回路用配線金属膜の製造方法。
Priority Applications (3)
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JP3177017A JP2718842B2 (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 半導体集積回路用配線金属膜の製造方法 |
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-
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