JPH05304148A

JPH05304148A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH05304148A
Application number: JP4109550A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ito; 眞宏伊藤; Norio Hirashita; 紀夫平下; Masao Okihara; 将生沖原
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1993-11-16
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: JP3270512B2

Abstract

(57)【要約】【目的】多層配線において配線間を電気的に接続する
際に、第１の配線層の表面の自然酸化膜の形成を抑制
し、コンタクト抵抗を低減する。【構成】第１の配線層１３の表面に自然酸化膜１５が
形成されるので、その自然酸化膜１５を通してイオン注
入法で不純物Ｉを第１の配線層１３に導入する。真空中
で熱処理を行い、不純物Ｉを第１の配線層１３表面に析
出させて安定層１６を形成する。この安定層１６の形成
によって第１の配線層１３表面への自然酸化膜の形成が
抑制される。その後、第２の配線層１７を形成すれば、
第１と第２の配線層１３，１７間のコンタクト抵抗が小
さく、良好な電気的接続が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイナミック・ランダ
ム・アクセス・メモリ（以下、ＤＲＡＭという）、相補
型ＭＯＳトランジスタ（以下、ＣＭＯＳという）等の半
導体装置の製造方法、特に導体配線を絶縁膜を介して多
層に渡り形成した多層配線構造における各導体配線等を
接続するコンタクト形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２（ａ），（ｂ）は、従来の半導体装
置の多層配線構造における配線間の接続方法を示す製造
工程図である。この方法では、Ａｌの第１と第２の配線
層の接続の例が示されている。この製造方法では、図２
（ａ）に示すように、Ｓ_i基板１上に、化学的気相成長
法（以下、ＣＶＤ法という）等で第１の絶縁膜２を形成
し、その上に、スパッタ法等を用いてＡｌからなる下層
の配線層材料を付着した後、ホトリソエッチング技術を
用いて１層目の第１の配線層３として加工する。そし
て、ＣＶＤ法等を用いて第２の絶縁膜４を堆積し、ホト
リソエッチング技術で第１の配線層３上の第２の絶縁膜
４の一部を選択的に除去して開口部４ａを形成する。

【０００３】次に、図２（ｂ）に示すように、スパッタ
法等を用いてＡｌからなる上層の配線層材料Ａｌを付着
した後、ホトリソエッチング技術を用いて２層目の第２
の配線層５として加工する。これにより、第１と第２の
配線層３，５は、開口部４ａを通してコンタクト部（接
触部）６で電気的に接続される。この種の多層配線構造
では、第２の配線層５を形成するとき、開口部４ａ内の
第１の配線層３の表面に自然酸化膜が形成される。この
自然酸化膜は、配線層材料がＡｌのときにはＡｌ₂Ｏ₃
という絶縁物となり、これが第１と第２の配線層３，５
の界面のコンタクト部６に存在すると、両者の電気的接
続抵抗を大きなものとし、電気特性を劣化させる。Ａｌ
以外の他の大多数の配線金属においても、その金属酸化
物が絶縁物あるいは半絶縁物となるので、それらが配線
層間の界面に存在すると、電気的接続抵抗を大きくして
しまう。

【０００４】そこで、これを避けるために、従来種々の
方法が提案されており、そのうち最も簡便な方法として
逆スパッタ法がある。逆スパッタ法は、スパッタ法を用
いて２層目の配線層材料を形成する直前に、その配線層
材料をスパッタするのではなく、基板側をＡ_r ⁺等によ
ってスパッタし、自然酸化膜を除去する方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
逆スパッタ法を用いて自然酸化膜を除去する方法では、
次のような課題があった。（１）図３（ａ）〜（ｃ）は、従来の第１の問題点を
説明するための接続界面付近の拡大図である。図３
（ａ）は、第１の配線層３の表面に自然酸化膜７が形成
された様子を示している。この自然酸化膜７は、一般に
常温で形成されるので、その膜厚がほぼ一定であるが、
組成的な面内ばらつきが生じる。この状態で、図３
（ｂ）に示すように、Ａ_r ⁺を用いた逆スパッタを行っ
て自然酸化膜７を除去すると、スパッタレートの早いと
ころと遅いところが発生し、スパッタレートの遅いとこ
ろには自然酸化膜７の残渣７ａが残り、該自然酸化膜７
を完全に除去することが難しい。このような残渣７ａが
残ると、その後、図３（ｃ）に示すように、第２の配線
層５を形成すると、その第１と第２の配線層３，５間に
該残渣７ａが残り、電気特性が劣化する。これを防止す
るため、図３（ｂ）の工程において、自然酸化膜７を完
全に除去するまで逆スパッタを行うことも考えられる。
しかし、完全に除去するまで逆スパッタを行うと、第１
の配線層３における配線層材料の多くの部分をスパッタ
してしまうことになり、該第１の配線層３の膜厚の減少
等の不都合が生じる。

【０００６】（２）図４（ａ），（ｂ）は、従来の第
２の問題点を説明する接続界面付近の拡大図である。Ａ
_r ⁺によるスパッタは、材料によるスパッタレートの差
が非常に少ない。第２の絶縁膜４を例えばＢＰＳＧで形
成し、その第２の絶縁膜４の開口部４ａ内における第１
の配線層３上の自然酸化膜７を逆スパッタ法で除去しよ
うとすると、該第２の絶縁膜４の開口部４ａの側壁や表
面をスパッタしてしまう。そのため、第２の絶縁膜４の
材料ＢＰＳＧからＳ_iＯ_xが飛び出して第１の配線層３
上に再度付着し、その付着物４ｂが開口部４ａ周辺の界
面に残ってしまい、前記と同様に電気特性が劣化すると
いう問題が生じる。従って、技術的に充分満足のゆくコ
ンタクト形成方法を得ることが困難であった。本発明
は、前記従来技術が持っていた課題として、半導体装置
のコンタクを形成する際に、そのコンタクト部における
自然酸化膜の残渣や、第２の絶縁膜の再付着物によって
該コンタクト部の電気特性が劣化する等の点について解
決した半導体装置の製造方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、前記課題
を解決するために、基板上に形成された第１の配線層上
に絶縁膜を被着し、前記絶縁膜の一部を選択的に除去し
て開口部を形成し、前記絶縁膜及び開口部上に第２の配
線層を形成して該第２の配線層を該開口部を通して前記
第１の配線層と電気的に接続する半導体装置の製造方法
において、次のような工程を施す。即ち、前記第１の配
線層の表面に形成される自然酸化膜を通してイオン注入
法で不純物を該第１の配線層に注入するイオン注入工程
と、真空中で熱処理を行い、前記不純物を前記第１の配
線層の表面に析出させて安定層を形成する安定層形成工
程とを、施した後に前記第２の配線層を形成するように
している。

【０００８】第２の発明によれば、第１の発明のイオン
注入工程及び安定層形成工程を同一の製造装置内で連続
的に行う。第３の発明によれば、第１の発明において、
熱処理を行う真空度を１×１０^-7Torr以下とし、温度を
前記第１の配線層材料の絶対温度における融点の１／２
程度とする。第４の発明によれば、第１の発明におい
て、基板の温度を前記第１の配線層材料の絶対温度にお
ける融点の１／２程度にしながら、前記第１の配線層の
表面に形成される自然酸化膜を通してイオン注入法で不
純物を該第１の配線層に注入し、その注入した不純物を
該第１の配線層の表面に析出させて安定層を形成するイ
オン注入・安定層形成工程を施した後に、前記第２の配
線層を形成する。

【０００９】第５の発明によれば、第１の発明の第１の
配線層は、結晶質であり、かつ固溶限以下の不純物を有
する材料で形成されている。そして、前記第１の配線層
の表面下を非晶質化して非晶質層を形成する非晶質化工
程と、熱処理を行い、前記非晶質層を再結晶化させなが
ら、前記不純物を偏析させて前記第１の配線層表面下に
偏析物層を形成する第１の熱処理工程とを、施す。さら
に、前記第１の配線層中の不純物に対して充分な固溶限
を有する材料の前記第２の配線層を、前記絶縁膜及び開
口部上に形成する第２の配線層形成工程と、熱処理を行
い、前記第１と第２の配線層の界面において前記偏析し
た不純物を拡散させる第２の熱処理工程とを、順に施し
て前記第２の配線層を前記第１の配線層に電気的に接続
するようにしている。

【００１０】第６の発明によれば、第１、第２、第３又
は第４の発明の不純物は、前記第１の配線層材料と同属
の元素、又は７属元素としている。第７の発明によれ
ば、第４の発明の不純物の注入は、真空度が少なくとも
１×１０^-7Torr以下で行う。第８の発明によれば、第５
の発明の非晶質層は、前記第１の配線層の表面に形成さ
れる自然酸化膜を通してイオン注入法で他の不純物を該
第１の配線層に注入して形成する。第９の発明によれ
ば、第５の発明の第１の配線層材料はＡｌとし、不純物
として主としてＳ_iが含まれるものを用い、前記第２の
配線層材料はＳ_iを含まないＡｌ合金を用いるようにし
ている。

【００１１】

【作用】第１の発明によれば、以上のように半導体装置
の製造方法を構成したので、イオン注入工程で第１の配
線層に導入した不純物に対し、安定層形成工程で熱処理
を行えば、該第１の配線層内の不純物が表面に析出され
て安定層が形成されると共に、イオン注入中に自然酸化
膜がノックオンもしくはイオン結合（ＩｏｎＭｉｘｉ
ｎｇ）によって該第１の配線層中に導入されて表面から
除去される。この安定層によって第１の配線層の表面に
おける自然酸化膜の形成が抑制され、第１と第２の配線
層間のコンタクトの低抵抗化が図れる。第２の発明によ
れば、イオン注入工程と安定層形成工程を同一の製造装
置内で連続的に行うことにより、イオン注入後から熱処
理を行うまでに、大気中に放置されることによって自然
酸化膜が再度形成されることを抑制できる。第３の発明
によれば、熱処理を行う真空度を１×１０^-7Torr以下と
し、温度を第１の配線層材料の絶対温度における融点の
１／２程度とすることにより、不純物の表面への析出が
速やかに進行する。

【００１２】第４の発明によれば、基板温度を所定温度
にしながら、イオン注入法によって不純物を第１の配線
層に導入すれば、イオン注入と安定層形成の処理を同時
に行え、イオン注入から安定層形成までの処理効率が向
上する。第５の発明によれば、非晶質化工程で第１の配
線層表面下を非晶質化して非晶質層を形成し、第１の熱
処理工程によって熱処理を行えば、該非晶質層が再結晶
化され、さらに第１の配線層内の不純物が偏析して該第
１の配線層表面下に偏析物層が形成される。この偏析物
層によって第１の配線層表面への自然酸化物の形成が抑
制される。その後、第１の配線層上に第２の配線層を形
成し、第２の熱処理工程を行えば、第１と第２の配線層
の界面に存在する偏析した不純物が拡散され、該第１と
第２の配線層間の良好な導電性が得られる。第６の発明
によれば、不純物を第１の配線層材料と同属の元素、あ
るいは７属の元素とすることにより、その不純物のイオ
ン注入中において第１の配線層表面の自然酸化膜の除去
を効率良く行える。

【００１３】第７の発明によれば、真空度が１×１０^-7
Torr以下の真空中で不純物のイオン注入を行うことによ
り、効率の良いイオン注入が行える。第８の発明によれ
ば、イオン注入法で非晶質層を形成することにより、該
イオンの入射角を制限することによって第１の配線層表
面への絶縁膜の再付着の阻止が行える。第９の発明によ
れば、第１の配線層材料をＡｌとし、それに含まれる不
純物をＳ_iとし、第２の配線層材料としてＳ_iを含まな
いＡｌ合金を用いることにより、第１の配線層表面にＳ
_iの偏析物層が形成され、それが自然酸化膜の形成を抑
制する。さらに、第１の配線層上に第２の配線層を形成
し、第２の熱処理を行えば、第１と第２の配線層の界面
において偏析した不純物Ｓ_iが効率良く拡散され、その
界面の導電性の向上が図れる。従って、前記課題を解決
できるのである。

【００１４】

【実施例】第１の実施例図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施例を示すコ
ンタクト形成方法を含む半導体装置の製造工程図であ
り、その製造方法を以下説明する。（ｉ）図１（ａ）の工程例えば、Ｓ_i基板１１上にＣＶＤ法等で第１の絶縁膜１
２を堆積する。第１の絶縁膜１２上に、スパッタ法等を
用いてＡｌ等の配線層材料を付着した後、ホトリソエッ
チング技術を用いて１層目の第１の配線層１３として加
工する。この第１の配線層１３を形成した後、その配線
層１３上には図示しない自然酸化膜が形成される。次
に、ＣＶＤ法等を用いて第１の配線層１３上にＢＰＳＧ
等の材料の第２の絶縁膜１４を堆積した後、第１の配線
層１３上の該第２の絶縁膜１４の一部をホトリソエッチ
ング技術を用いて選択的に除去し、コンタクト用の開口
部１４ａを形成する。開口部１４ａを形成後、第１の配
線層１３の表面に前記と同様な自然酸化膜１５が形成さ
れる。

【００１５】（ii）図１（ｂ）のイオン注入工程イオン注入法を用い、不純物Ｉを自然酸化膜１５を通し
て第１の配線層１３へ導入する。注入する不純物Ｉとし
ては、第１の配線層１３の配線層材料と同属の元素で、
かつ原子量の大きなものを用いる。又、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ
等のような７属のハロゲン族元素でもよい。このような
不純物Ｉをイオン注入法によって第１の配線層１３に導
入するとき、自然酸化膜１５は該不純物Ｉのイオン注入
中にノックオンもしくはイオン結合によって第１の配線
層１３中に導入され、その表面から除去される。

【００１６】（iii) 図１（ｃ）の安定層形成工程真空度が１×１０^-7Torr程度あるいはそれ以下の真空中
において、第１の配線層１３の配線層材料の絶対温度に
おける融点の１／２程度の温度で、熱処理を行う。これ
により、第１の配線層１３中に導入された不純物Ｉは、
該第１の配線層１３の表面に析出し、安定層１６が形成
される。その後、全面にＡｌ等の配線層材料をスパッタ
法等で付着し、ホトリソエッチング技術を用いて２層目
の第２の配線層１７として加工する。これにより、第２
の配線層１７は、開口部１４ａを介して第１の配線層１
３の安定層１６と電気的に接続される。前記のイオン注
入後、熱処理を行うまでに大気中に放置されると、再
度、自然酸化膜が形成される可能性がある。そこで、イ
オン注入と同一装置内、もしくは真空中の搬送を行い、
真空中における熱処理を連続的に行うことが望ましい。
熱処理後は、第１の配線層１３の表面に安定層１６が形
成されているので、大気放置が可能である。

【００１７】この第１の実施例では、次のような利点を
有している。（１）第１の配線層１３の表面に安定層１６を形成
し、その上に第２の配線層１７を形成するようにしたの
で、開口部１４ａ内における第１の配線層１３の表面に
自然酸化膜が形成されず、それによって第１と第２の配
線層１３，１７間の良好な電気的接続状態が得られる。（２）イオン注入法によって不純物Ｉを第１の配線層
１３中に導入しているので、その不純物Ｉの入射角を制
限でき、開口部１４ａ内において第２の絶縁膜１４の再
付着による第１の配線層１３上の絶縁物の形成を防止で
き、良好な電気特性が得られる。（３）熱処理での真空度を１×１０^-7Torr程度あるい
はそれ以下とし、温度を第１の配線層１３の材料の絶対
温度における融点の１／２程度にすることにより、該第
１の配線層１３中の不純物Ｉの表面への析出が速やかに
進行する。

【００１８】第２の実施例図５（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施例を示す半
導体装置の製造工程図であり、第１の実施例を示す図１
中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この製造方法は、第１の配線層１３の配線層材料が比較
的低い融点の材料であるときの実施例であり、次のよう
な工程によって製造される。（ｉ）図５（ａ）の工程第１の実施例と同様に、Ｓ_i基板１１上に第１の絶縁膜
１２を形成し、その上に、比較的低い融点の材料の１層
目の第１の配線層１３を形成する。第１の配線層１３上
に、ＣＶＤ法等で第１の絶縁膜１４を堆積し、その第２
の絶縁膜１４の一部を選択的に除去して開口部１４ａを
形成する。開口部１４ａ内において、第１の配線層１３
の表面には自然酸化膜１５が形成される。

【００１９】（ii）図５（ｂ）のイオン注入・安定層
形成工程Ｓ_i基板１１の温度を、第１の配線層１３の配線材料の
絶対温度における融点の１／２程度にしながら、イオン
注入法により、不純物Ｉを自然酸化膜１５を介して第１
の配線層１３に導入する。ここで、Ｓ_i基板１１の温度
は、例えば第１の配線層１３をＡｌとした場合、Ａｌの
融点が６６０．２℃であり、それは絶対温度では９３
３．２°となる。その１／２が４６６．４°となり、こ
れは１９３．６℃となる。よって、Ａｌで第１の配線層
１３を形成した場合、Ｓ_i基板１１を２００℃程度まで
加熱する。この加熱処理は、現在のイオン注入装置にお
いて充分可能である。第１の配線層１３に導入する不純
物Ｉとしては、第１の実施例と同様に、第１の配線層１
３のＡｌと同属のＢ、Ｇ_a等の元素、もしくはＦ、Ｃ
ｌ、Ｂｒ等の７属の元素を使用する。

【００２０】このような加熱状態でのイオン注入によ
り、第１の配線層１３の表面の自然酸化膜１５は、第１
の実施例と同様に、ノックオンもしくはイオン結合によ
って除去されつつ、導入された不純物Ｉが表面に析出し
て安定層１６が形成される。その後、第２の絶縁膜１４
上に２層目の第２の配線層１７を選択的に形成すれば、
該第２の配線層１７が開口部１４ａを通して第１の配線
層１３表面の安定層１６と電気的に接続され、第１の実
施例とほぼ同様の効果が得られる。なお、真空度が１×
１０^-7Torr程度あるいはそれ以下の真空中でイオン注入
を行えば、第１の実施例と同様に、不純物Ｉの表面への
析出が速やかに進行する。第３の実施例図６（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第３の実施例を示す半
導体装置の製造工程図であり、第１及び第２の実施例を
示す図１，図５中の要素と共通の要素には共通の符号が
付されている。この製造方法は、次のような工程によっ
て製造される。（ｉ）図６（ａ）の工程第１，第２の実施例と同様に、Ｓ_i基板１１上に第１の
絶縁膜１２を形成し、さらにその上に、配線層材料が結
晶質であり、かつ固溶限以下の不純物（例えば、Ｓ
_i等）を有するＡｌ等の材料の１層目の第１の配線層１
３を形成する。この第１の配線層１３上には、第１，第
２の実施例と同様に、ＣＶＤ法等で第２の絶縁膜１４を
堆積し、その第２の絶縁膜１４に開口部１４ａを選択的
に形成する。この開口部１４ａ内の第１の配線層１３の
表面には、第１，第２の実施例と同様に、自然酸化膜１
５が形成される。

【００２１】（ii）図６（ｂ）の非晶質化工程イオン注入法により、不純物Ｉ₂を自然酸化膜１５を通
して第１の配線層１３に導入する。このとき、Ｓ_i基板
１１の温度を低温に保つことにより、第１の配線層１３
の配線層材料が結晶質であるため、その第１の配線層１
３の表面からイオン注入加速電圧によって決まるある領
域までが、非晶質層１３ａとなる。この非晶質化工程に
おいて自然酸化膜１５が除去される。ここで、注入され
る不純物Ｉ₂は、非晶質化を行えるものであれば、どの
ようなものでもよい。

【００２２】（iii) 図６（ｃ），（ｄ）の第１の熱処
理工程窒素雰囲気中、あるいは不活性ガス雰囲気及び真空中等
において、熱処理を行う。この熱処理により、図６
（ｃ）に示すように、非晶質層１３ａが再結晶化してそ
の一部が回復層１３−１となる。回復層１３−１は、非
晶質層１３ａの下側から表面に向けて形成される。この
再結晶化に伴ない、回復層１３−１内にあった第１の配
線層材料の主成分でない不純物（例えば、Ｓ_i）は、回
復層１３−１と非晶質層１３ａとの界面において偏析物
層１３ｂとして形成される。このような現象は、例えば
大規模集積回路（ＬＳＩ）等において多く用いられ、第
１の配線層材料が例えばＡｌ−Ｓ_i−Ｃ_u合金のときに
生じる。この場合、第１の配線層材料（Ａｌ）の中に数
％の不純物（Ｓ_i）が含まれているが、このＳ_iが偏析
物層１３ｂの偏析物となる。その後、図６（ｄ）に示す
ように、熱処理を続けることにより、非晶質層１３ａが
なくなって回復層１３−１となる。このとき、偏析物層
１３ｂは表面に一様な膜厚となって存在する。そして、
大気放置により、その偏析物層１３ｂの表面には、偏析
物Ｓ_iの酸化物層１３ｃが形成される。

【００２３】（iV）図６（ｅ）の第２の配線層形成工
程スパッタ法等を用いて全面に配線層材料を付着した後、
ホトリソエッチング技術を用いて２層目の第２の配線層
１７を加工する。第２の配線層材料として、第１の配線
層材料中の不純物（偏析物）に対して固溶限が高い材料
を使用する。例えば、第１の配線層材料としてＡｌ−Ｓ
_i−Ｃ_u合金を用い、Ｓ_iを偏析させたときには、第２
の配線層材料としてＳ_iを含まないＡｌ−Ｃ_u等のＡｌ
合金を用いる。

【００２４】（ｖ）図６（ｆ），（ｇ）の第２の熱処
理工程熱処理を行うことにより、第１と第２の配線層１３，１
７の界面に偏析した偏析物層１３ｂ及びその酸化物層１
３ｃが第２の配線層１７内に溶解する。又、第１の配線
層１３でも、固溶限を下回るため、偏析物層１３ｂ及び
その酸化物層１３ｃの溶解が起こる。このように、第１
と第２の配線層１３，１７の界面に偏析した偏析物層１
３ｂ及びその酸化物層１３ｃが拡散すると、その第１と
第２の配線層１３，１７の界面には導電性を妨げるもの
がなくなるので、両者の良好な電気的接続が行える。従
って、第１及び第２の実施例とほぼ同様の効果が得られ
る。

【００２５】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。（ａ）上記実施例のＳ_i基板１１を他の材料の基板で
構成したり、配線層材料として上記実施例と異なる材料
を使用したり、あるいは加熱処理における真空度や温度
を上記実施例と異なる条件で実施してもよい。（ｂ）第３の実施例の図６（ｂ）に示す非晶質化工程
では、イオン注入法を用いて第１の配線層１３の表面を
非晶質化するようにしたが、イオン注入法以外の方法を
用いて非晶質化することも可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、イオン注入法を用いて表面を安定化するよう
な不純物を第１の配線層中に導入し、その導入した不純
物を熱処理を行うことによって表面に析出させて安定層
を形成した後、該第１の配線層上に第２の配線層を形成
するようにしたので、安定層によって第１の配線層表面
における自然酸化膜の形成が抑制され、第１と第２の配
線層間の接続抵抗を低減することができる。しかも、イ
オン注入法を用いて不純物を第１の配線層に導入してい
るので、その入射角を制限することにより、第２の配線
層上への絶縁膜の再付着による絶縁物の形成を防止で
き、第１と第２の配線層間の良好な電気的接続が可能と
なる。第２の発明によれば、イオン注入工程および安定
層形成工程を同一の製造装置内で連続的に行うようにし
たので、イオン注入後から熱処理を行うまでの間の再度
の自然酸化膜の形成を防止でき、それによって第１と第
２の配線層間の良好な電気的接続状態を得ることができ
る。第３の発明によれば、熱処理における真空度を１×
１０^-7Torr以下とし、温度を第１の配線層材料の絶対温
度における融点の１／２程度としたので、不純物の表面
への析出を速やかに進行させることができる。

【００２７】第４の発明によれば、基板温度を第１の配
線層材料の絶対温度における融点の１／２程度にしなが
ら、イオン注入法によって不純物を第１の配線層内に導
入するようにしたので、イオン注入から安定層の形成ま
でを短時間で、かつ効率よく行えるばかりか、イオン注
入後から熱処理を行うまでの再度の自然酸化膜の形成を
的確に防止でき、第１と第２の配線層間の良好な電気的
特性が得られる。第５の発明によれば、第１の配線層材
料として結晶質、かつ固溶限以下の不純物を有する材料
を用いて第１の配線層を形成した後、その第１の配線層
の表面下を非晶質化して非晶質層を形成し、第１の熱処
理工程によって該非晶質を再結晶化させながら、第１の
配線層内の不純物を偏析させて第１の配線層表面下に偏
析物層を形成する。そして、第２の配線層材料として第
１の配線層材料中の不純物に対して充分な固溶限を有す
る材料を用い、第１の配線層上に第２の配線層を形成し
た後、第２の熱処理工程によって第１と第２の配線層の
界面に偏析した不純物を拡散させるようにしている。そ
のため、第１と第２の配線層間には導電性を妨げるもの
がなく、低抵抗で良好な電気的特性を有する接続状態が
得られる。第６の発明によれば、イオン注入によって導
入する不純物を第１の配線層材料と同属の元素又は７属
の元素としたので、そのイオン注入中において第１の配
線層の表面に形成された自然酸化膜を該表面から効率よ
く除去できる。

【００２８】第７の発明によれば、イオン注入を真空度
１×１０^-7Torr以下で行うので、不純物の表面への析出
を効率良く進行させることができる。第８の発明によれ
ば、イオン注入法を用いて非晶質層を形成するようにし
たので、その入射角を制限することにより、第１の配線
層表面への絶縁膜の再付着による絶縁物の形成を防止で
き、第１と第２の配線層間の良好な電気的接触状態が得
られる。第９の発明によれば、第１の配線層材料をＡｌ
とし、そのＡｌ中にＳ_iが含まれ、第２の配線層材料を
Ｓ_iを含まないＡｌ合金としたので、第１と第２の配線
層の界面に偏析したＳ_iを効率良く拡散させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す半導体装置の製造
工程図である。

【図２】従来の半導体装置の製造工程図である。

【図３】従来の第１の問題点を説明するための製造工程
図である。

【図４】従来の第２の問題点を説明するための製造工程
図である。

【図５】本発明の第２の実施例を示す半導体装置の製造
工程図である。

【図６】本発明の第３の実施例を示す半導体装置の製造
工程図である。

【符号の説明】１１Ｓ_i基板１２，１４第１，第２の絶縁膜１３，１７第１，第２の配線層１３ａ非晶質層１３ｂ偏析物層１３ｃ偏析物の酸化物層１３−１回復層１４ａ開口部１５自然酸化膜１６安定層Ｉ，Ｉ₂ 不純物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された第１の配線層上に絶
縁膜を被着し、前記絶縁膜の一部を選択的に除去して開
口部を形成し、前記絶縁膜及び開口部上に第２の配線層
を形成して該第２の配線層を該開口部を通して前記第１
の配線層と電気的に接続する半導体装置の製造方法にお
いて、前記第１の配線層の表面に形成される自然酸化膜を通し
てイオン注入法で不純物を該第１の配線層に注入するイ
オン注入工程と、真空中で熱処理を行い、前記不純物を前記第１の配線層
の表面に析出させて安定層を形成する安定層形成工程と
を、施した後に前記第２の配線層を形成することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記イオン注入工程及び安定層形成工程
を同一の製造装置内で連続的に行う請求項１記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項３】前記熱処理を行う真空度を１×１０^-7To
rr以下とし、温度を前記第１の配線層材料の絶対温度に
おける融点の１／２程度とする請求項１記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項４】前記基板の温度を前記第１の配線層材料
の絶対温度における融点の１／２程度にしながら、前記
第１の配線層の表面に形成される自然酸化膜を通してイ
オン注入法で不純物を該第１の配線層に注入し、その注
入した不純物を該第１の配線層の表面に析出させて安定
層を形成するイオン注入・安定層形成工程を施した後
に、前記第２の配線層を形成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。
【請求項５】前記第１の配線層は、結晶質であり、か
つ固溶限以下の不純物を有する材料で形成され、前記第１の配線層の表面下を非晶質化して非晶質層を形
成する非晶質化工程と、熱処理を行い、前記非晶質層を再結晶化させながら、前
記不純物を偏析させて前記第１の配線層表面下に偏析物
層を形成する第１の熱処理工程と、前記第１の配線層中の不純物に対して充分な固溶限を有
する材料の前記第２の配線層を、前記絶縁膜及び開口部
上に形成する第２の配線層形成工程と、熱処理を行い、前記第１と第２の配線層の界面において
前記偏析した不純物を拡散させる第２の熱処理工程と
を、順に施して前記第２の配線層を前記第１の配線層に電気
的に接続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。
【請求項６】前記不純物は、前記第１の配線層材料と
同属の元素、又は７属元素とする請求項１、２、３又は
４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記不純物の注入は、真空度が少なくと
も１×１０^-7Torr以下で行う請求項４記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項８】前記非晶質層は、前記第１の配線層の表
面に形成される自然酸化膜を通してイオン注入法で他の
不純物を該第１の配線層に注入して形成する請求項５記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記第１の配線層材料はＡｌとし、不純
物として主としてＳ_iが含まれるものを用い、前記第２
の配線層材料はＳ_iを含まないＡｌ合金を用いる請求項
５記載の半導体装置の製造方法。