JPH0613380A - Ａｌ系材料形成方法、Ａｌ系配線構造、半導体装置の製造方法、及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 下地材料上にＡｌ系材料４を形成するＡｌ
系材料形成方法において、ＴｉＯＮ等を含む酸素含有バ
リアメタル構造７を形成し、該バリアメタル構造上にＰ
ｔ等の酸化防止材料６及びＡｌ系材料とぬれ性の良い金
属系材料５（これは酸化防止材料を兼ねても可）を形成
し、その上にＡｌ系材料を形成する。酸素を含む下地
材料上の開口部にＡｌ系材料を埋め込む場合、下地上に
Ａｌ系材料の酸化防止用ブランケットタングステン膜を
形成し、開口部の側壁部以外の該ブランケットＷ膜を除
去した後、Ａｌ系材料を埋め込む。 【効果】 バリアメタル構造にＴｉＯＮの如き酸素含
有材料を用いた場合においても、良好なＡｌ系材料の形
成を可能とする。酸素を含む下地材料上の開口部にＡ
ｌ系材料を埋め込む場合も、良好にＡｌ系材料が形成で
き、高アスペクト比開口も良好に埋め込める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ａｌ系材料形成方法、
Ａｌ系配線構造、半導体装置の製造方法、及び半導体装
置に関する。本発明は、例えば、Ａｌ系材料を用いた各
種電子材料について利用することができ、また各種の半
導体装置の分野で利用することができる。

【０００２】

【発明の背景及び解決しようとする問題点】Ａｌ系材料
を利用する分野、例えば半導体装置の分野にあっては、
ＬＳＩ等の素子の微細化に伴い、微細接続孔へのメタル
埋め込み技術が重要になってきている。この１つの方法
として、高温スパッタによるＡｌ系材料の埋め込みが検
討されている。この技術は、基板を例えば数百度（例え
ば５００℃）に高温加熱した状態でＡｌもしくはＡｌ合
金等をスパッタ成膜することにより、Ａｌ系材料を流動
状態、もしくはそれに近い状態にして、Ａｌ系材料を接
続孔内に充填しかつ平坦化する技術である（このような
技術を本明細書中、高温Ａｌスパッタ法と称する）。こ
の場合、図３に示すように、Ａｌ系材料４である例えば
Ａｌの下地として、例えばＴｉ５ａなどＡｌと反応し易
い材料を用いると、成膜中のＡｌと下地Ｔｉとの界面反
応の進行により、両者の間のぬれ性が良くなり、Ａｌが
拡がって良好な埋め込みが行えることが知られている。

【０００３】ところで、高温スパッタリング法によるＡ
ｌ埋め込みは、Ａｌの下地材料によって埋まる場合と埋
まらない場合がある。埋まる場合は、図３に示したよう
な上記下地とＡｌとの濡れ性が良い場合である。Ｔｉは
Ａｌと濡れ性が良い材料であり、下地材料として用いる
とＡｌの表面流動性が高まりアスペクト比の高いコンタ
クトホールを埋め込むことができる。

【０００４】しかし、この技術には、以下に示すような
問題点がある。図３に示した構造は、絶縁材料３２上の
下層配線４１（Ａｌ下層配線等）と上層配線であるＡｌ
系材料４との接続をとる場合（３１は層間絶縁膜、２は
そこに形成した接続孔を示す）であるが、この技術を図
４に示すような、基板１のＳｉ拡散層１１との電気的接
続を図る接続孔２（コンタクトホール）に適用する場
合、Ａｌ系材料４のＡｌがＳｉ基板１に突き抜けること
を防止するために、Ａｌ系材料４の下地に、ＴｉＯＮ等
のバリアメタル７１が必要となる。実際には半導体拡散
層１１との良好なコンタクト特性を得るために、バリア
メタル７１であるＴｉＯＮの下に更にＴｉ７２が必要で
あるため、成膜構造はＡｌ上層配線側からＡｌ／ＴｉＯ
Ｎ／Ｔｉのようにする必要がある。通常これらの各層
は、枚葉式マルチチャンバースパッタ装置により真空中
で連続成膜される。しかしながら、このようにＡｌ系材
料４の下地がＴｉＯＮであると、下地がＴｉの場合に比
べ埋め込み特性が極端に悪くなり、例えば図４に符号１
３で示すように、埋め込み不良が生ずるという問題が起
こる。これは、ＡｌとＴｉＯＮが互いに反応しにくく、
両者間のぬれ性が悪い材料だからである。

【０００５】これを改善するため、ＴｉＯＮの上にＴｉ
を形成した構造、即ちＡｌ／Ｔｉ／ＴｉＯＮ／Ｔｉと
し、図５の如くＡｌ系材料４との接触層をＴｉ７３とし
た場合では、上記のＡｌがＴｉＯＮに直接接触する場合
に比べると、埋め込み特性は改善されるが、それでもＴ
ｉ単層の場合程には改善されない。これは以下の理由に
よる。Ａｌ系材料４の成膜時に、基板が数百度に加熱さ
れた際にＴｉＯＮ層７１中の酸素は、上層Ｔｉ膜７３中
に拡散する。そしてこの拡散する距離は、通常のＡｌ高
温スパッタ条件に近い例えば５００℃で３０秒間の場
合、３０ｎｍ以上に及ぶ。従って、この酸素は、特に接
続孔２１，２２（ホール）の側壁の下部等Ｔｉの膜厚が
薄くなった部分ではＴｉ表面にまで到達するため、この
部分のＴｉ表面は酸化され、Ａｌとの反応性が劣化し、
埋め込み特性が悪くなるのである。

【０００６】即ち、Ａｌの下地にＴｉを用いた場合で
も、例えばアスペクト比が１以上の領域ではカバレージ
の低下によって、平坦部に対して側壁に十分な厚さのＴ
ｉを形成できなくなり、Ａｌの埋め込みが不安定にな
る。接続孔において酸素を含む絶縁膜や合金膜がＴｉと
接した構造の場合に、Ｔｉと酸素がＡｌ成膜時の高温で
反応し、酸化チタン（ＴｉＯ_x ）を形成する。Ｔｉ厚さ
が十分あればＴｉ層の表面に酸素が拡散することはない
が、Ｔｉが非常に薄い場合には酸素がＴｉ表面にまで拡
散し、ＴｉＯ_x となる。Ａｌ高温スパッタの際、下地が
ＴｉＯ_x になっているとＡｌの反応性が低下しＡｌをホ
ール内に埋め込むことができなくなるからである。

【０００７】この対策の一つとして、ＴｉＯＮ上のＴｉ
を厚くする方法も考えられ、それなりの効果がもたらさ
れるが、図６に示すように、接続孔２の径が小さくなる
と、やはり孔２底部近くでのＴｉ７２のカバレッジを確
保することが難しくなり、また接続孔２の入り口部分が
Ｔｉによって狭められてしまい、その後Ａｌが孔内に入
るのを妨げることになってしまう。

【０００８】また、バリアメタルとしてＴｉＯＮの代わ
りにＴｉＮを用いれば、上記の埋め込み不良の問題は解
決できる。しかし、ＴｉＮはＴｉＯＮに比べてバリア性
が不十分であり、高温スパッタもしくはＡｌシンター等
その後の加熱プロセスによりＡｌ突き抜けが起こる。従
って、Ａｌ高温スパッタをコンタクトホールに適用する
ために、ＴｉＯＮを用いた場合でも良好な埋め込みを行
うための改善方法が必要とされている。

【０００９】

【発明の目的】本発明は上述した問題点を解決して、バ
リアメタル構造にＴｉＯＮの如き酸素含有材料を用いた
場合においても、良好なＡｌ系材料の形成が可能で、例
えば高アスペクト比コンタクトホールへの高温スパッタ
によるＡ埋め込みが可能となり、低抵抗でかつ良好なバ
リア性を有するコンタクトを形成できるＡｌ系材料の形
成方法、Ａｌ系配線構造、及びこのような半導体装置の
製造方法、及び半導体装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】また本発明は、酸素を含む下地材料上の開
口部にＡｌ系材料を埋め込む場合においても、良好なＡ
ｌ系材料の形成が可能で、例えば高アスペクト比コンタ
クトホールへの高温スパッタによるＡｌ埋め込みが可能
となり、低抵抗でかつ良好なコンタクトを形成できるＡ
ｌ系材料の形成方法、Ａｌ系配線構造、及びこのような
半導体装置の製造方法、及び半導体装置を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【問題点を解決するための手段】本出願の請求項１の発
明は、下地材料上にＡｌ系材料を形成するＡｌ系材料形
成方法において、酸素含有バリアメタル構造を形成し、
該バリアメタル構造上に酸化防止材料及びＡｌ系材料と
ぬれ性の良い金属系材料を形成し、もしくは酸化防止を
兼ねるＡｌ系材料とぬれ性の良い金属材料を形成し、そ
の上にＡｌ系材料を形成することを特徴とするＡｌ系材
料形成方法であって、これにより上記目的を達成するも
のである。

【００１２】本出願の請求項２の発明は、下地材料上に
Ａｌ系材料により配線を形成したＡｌ系配線構造におい
て、下地材料が、Ａｌ系材料とぬれ性の良い金属系材料
及び酸化防止材料、もしくは酸化防止を兼ねるＡｌ系材
料とぬれ性の良い金属系材料と、酸素含有バリアメタル
構造とを備えることを特徴とするＡｌ系配線構造であっ
て、これにより上記目的を達成するものである。

【００１３】本出願の請求項３の発明は、バリアメタル
構造が、Ａｌ系材料の側から、ＴｉＯＮ／Ｔｉ構造であ
る請求項２に記載のＡｌ系配線構造であって、これによ
り上記目的を達成するものである。

【００１４】本出願の請求項４の発明は、Ａｌ系材料は
ぬれ性の良い金属系材料が、Ｔｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕの
少なくともいずれかである請求項２または３に記載のＡ
ｌ系配線構造であって、これにより上記目的を達成する
ものである。

【００１５】本出願の請求項５の発明は、酸化防止材料
が、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕの少なくともいずれかである請求
項２ないし４のいずれかに記載のＡｌ系配線構造であっ
て、これにより上記目的を達成するものである。

【００１６】本出願の請求項６の発明は、酸化防止を兼
ねるＡｌ系材料とぬれ性の良い金属材料が、Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｃｕの少なくともいずれかである請求項２に記載の
Ａｌ配線構造であって、これにより上記目的を達成する
ものである。

【００１７】上記発明において、Ａｌ系材料とぬれ性の
良い金属材料が、酸化防止材料を兼ねる場合、これがＰ
ｄ，Ｐｔ，Ｃｕの少なくともいずれかである構成を採る
ことができる。

【００１８】本出願の請求項７の発明は、下地材料上に
Ａｌ系材料により配線を形成したＡｌ系配線構造を有す
る半導体装置の製造方法において、酸素含有バリアメタ
ル構造を形成し、該バリアメタル構造上に酸化防止材料
及びＡｌ系材料とぬれ性の良い金属系材料を形成し、も
しくは酸化防止を兼ねるＡｌ系材料とぬれ性の良い金属
材料を形成し、その上にＡｌ系材料を形成することを特
徴とする半導体装置の製造方法であって、これにより上
記目的を達成するものである。

【００１９】本出願の請求項８の発明は、下地材料上に
Ａｌ系材料により配線を形成したＡｌ系配線構造を有す
る半導体装置において、下地材料が、Ａｌ系材料とぬれ
性の良い金属系材料及び酸化防止材料、もしくは酸化防
止を兼ねるＡｌ系材料とぬれ性の良い金属系材料と、酸
素含有バリアメタル構造とを備えるＡｌ系配線構造を有
することを特徴とする半導体装置であって、これにより
上記目的を達成するものである。

【００２０】本出願の請求項９の発明は、酸素を含む下
地材料上の開口部にＡｌ系材料を埋め込むＡｌ系材料形
成方法において、該下地上にＡｌ系材料の酸化防止用ブ
ランケットタングステン膜を形成し、エッチバック法に
より該開口部の側壁部以外の該ブランケットタングステ
ン膜を除去した後、Ａｌ系材料を該開口部に埋め込むこ
とを特徴とするＡｌ系材料形成方法であって、これによ
り上記目的を達成するものである。

【００２１】本出願の請求項１０の発明は、 バリアメ
タル構造を形成した下地上にＡｌ系材料の酸化防止用ブ
ランケットタングステン膜を形成することを特徴とする
請求項９に記載のＡｌ系材料形成方法であって、これに
より上記目的を達成するものである。

【００２２】本出願の請求項１１の発明は、Ａｌ系材料
を高温Ａｌスパッタ法により埋め込むことを特徴とする
請求項９または１０に記載のＡｌ系材料形成方法であっ
て、これにより上記目的を達成するものである。

【００２３】本出願の請求項１２の発明は、酸素を含む
下地材料上の開口部にＡｌ系材料を埋め込むことにより
配線を形成したＡｌ系配線構造において、該下地材料
が、該開口部の側壁に形成されたブランケットタングス
テン膜を含むことを特徴とするＡｌ系配線構造であっ
て、これにより上記目的を達成するものである。

【００２４】本出願の請求項１３の発明は、下地材料
が、バリアメタル構造と、開口部の側壁に形成されたブ
ランケットタングステン膜とを含むことを特徴とする請
求項１２に記載のＡｌ系配線構造であって、これにより
上記目的を達成するものである。

【００２５】本出願の請求項１４の発明は、酸素を含む
下地材料上の開口部にＡｌ系材料を埋め込むことにより
配線を形成したＡｌ系配線構造を有する半導体装置の製
造方法において、該下地上にＡｌ系材料の酸化防止用ブ
ランケットタングステン膜を形成し、エッチバック法に
より該開口部の側壁部以外の該ブランケットタングステ
ン膜を除去した後、Ａｌ系材料を該開口部に埋め込むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法であって、これに
より上記目的を達成するものである。

【００２６】本出願の請求項１５の発明は、酸素を含む
下地材料上の開口部にＡｌ系材料を埋め込むことにより
配線を形成したＡｌ系配線構造を有する半導体装置にお
いて、該下地材料が、該開口部の側壁に形成されたブラ
ンケットタングステン膜を含むＡｌ系配線構造を有する
半導体装置であって、これにより上記目的を達成するも
のである。

【００２７】上記請求項９ないし１５の発明にあって
は、半導体基体に設けた拡散層あるいは金属配線層上に
ある絶縁膜を、選択的に開孔した接続孔において、該接
続孔側壁にのみ選択的にＷ膜を残した後、スパッタリン
グ法で基板を加熱しながらＡｌ合金膜を形成することに
よって、接続孔内容にＡｌ合金を埋め込む構成を採るこ
とができる。

【００２８】本発明の好ましい一実施態様においては、
バリアメタル構造を上層から、即ちＡｌ系材料側からＴ
ｉ／Ｐｔ／ＴｉＯＮ／Ｔｉとする。

【００２９】本発明の好ましい一実施態様においては、
バリアメタル構造を同じくＴｉ／Ｐｄ／ＴｉＯＮ／Ｔｉ
とする。

【００３０】本発明の好ましい一実施態様においては、
バリアメタル構造を同じくＴｉ／Ｃｕ（またはＡｌ−Ｃ
ｕ）／ＴｉＯＮ／Ｔｉとする。

【００３１】本発明の好ましい一実施態様においては、
バリアメタル構造を同じくＰｔ／ＴｉＯＮ／Ｔｉとす
る。

【００３２】本発明の好ましい一実施態様においては、
バリアメタル構造を同じくＰｄ／ＴｉＯＮ／Ｔｉとす
る。

【００３３】本発明の好ましい一実施態様においては、
バリアメタル構造を同じくＣｕ／ＴｉＯＮ／Ｔｉとす
る。

【００３４】

【作用】本出願の請求項１ないし８の発明によれば、バ
リアメタル構造とＡｌ系材料の間に、Ａｌ系材料とぬれ
性の良い金属系材料及び酸化防止材料（両材料が単一材
料で兼ねられていてもよい）が介在するので、バリアメ
タル構造がＴｉＯＮの如き酸素含有の材料を備える酸素
含有バリアメタル構造であっても、その酸素の影響は酸
化防止材料によって阻止され、かつ、Ａｌ系材料はこれ
とぬれ性の良好な材料上に形成されることになるので、
そのカバレッジは良好となる。この結果、十分なバリア
性を維持しつつ、良好なＡｌ系材料形成を実現すること
ができる。

【００３５】本出願の請求項９ないし１５の発明によれ
ば、開口部側壁のみに、選択的にブランケットタングス
テン（以下適宜ＢｌＫ−Ｗと称することもある）膜を残
し、開口部側壁にカバレージ良く形成できるＢｌＫ−Ｗ
からなるサイドウォールスペーサーを形成しておく。Ｂ
ｌＫ−Ｗ ＣＶＤ法はスパッタ法の如きカバレージの劣
化がないので、どんな高アスペクト比のコンタクトホー
ルでも、酸化を防止できるだけの、充分な厚さのＷ膜の
形成が可能となり、従って、その後の例えば高温スパッ
タによるＡｌ合金膜も、酸化等による表面の反応性低下
がなく、充分良好な埋め込みを実現できる。

【００３６】この発明は、従来技術における高アスペク
ト比コンタクトホールでのＡｌ埋め込みが困難な理由
は、前述のようにＡｌの下地材料であるＴｉが側壁部に
薄くしかつかず、Ｔｉ層の表面まで酸素が拡散して、Ａ
ｌとの反応性が良いはずのＴｉがＴｉＯ_x になってしま
う点にある訳だから、コンタクトホール側壁部に、拡散
による表面の酸化を防止できるだけの充分な膜厚の金属
（Ａｌとの濡れ性の良いもの）を形成できれば良いとい
うことに着目し、ＢｌＫ−Ｗを採用する構成としたもの
である。

【００３７】なお、高温スパッタ等の際の酸素の拡散の
影響を抑制するだけであれば、ＢｌＫ−Ｗ膜をエッチバ
ック等でサイドウォール状に残さなくても、同様の効果
を期待できるが、この場合、成膜したＡｌ膜の下層にＢ
ｌＫ−Ｗが残ることになり、Ａｌエッチング時にＣｌ系
ガスでの下層Ｗの加工が難しいため、アフターコロージ
ョン等の問題を発生し易い。従って、サイドウォール状
にＷ膜を残すのが、後の工程も考慮すれば最も好まし
い。

【００３８】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。但し当然のことではあるが、本発明は実施
例により原形されるものではない。

【００３９】実施例１ この実施例は、本発明を、微細化・集積化したＬＳＩ装
置のＡｌ系配線構造及びその製造に適用したものであ
り、特に、アスペクト比の大きい接続孔をＡｌ系材料で
埋め込んで、下地基板のＳｉ部分との接続をとる場合に
具体化したものである。

【００４０】この実施例で得られたＡｌ系配線構造は、
図１（ｂ）に示すように、Ａｌ系材料４の下地材料が、
Ａｌ系材料とぬれ性の良い金属材料５（ここではＴｉ）
及び酸化防止材料６（ここではＰｔ）と、酸素含有バリ
アメタル構造７（ここではＴｉＯＮ／Ｔｉ構造）とを備
えている。

【００４１】本実施例においてこの構造を得るのに、酸
素含有バリアメタル構造７を形成し、該バリアメタル構
造７上に酸化防止材料６及びＡｌ系材料とぬれ性の良い
金属材料５を形成する方法を用いた。

【００４２】更に詳しくは、本実施例においては、Ｓｉ
基板１上にＰＳＧ等の層間絶縁膜３を形成し、通常のフ
ォトレジスト工程、及びＲＩＥ工程により、基板１のＳ
ｉ拡散層１１上に接続孔２を開口して、図１（ａ）の構
造とした。ここで層間絶縁膜３の膜厚は８００ｎｍ、接
続孔２の径は０．５μｍとした。

【００４３】次にスパッタ法により、基板１側から順次
Ｔｉ，ＴｉＯＮ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ（またはＡｌ合金）
成膜を行った。

【００４４】ここでこれらの各膜は枚葉式スパッタ装置
により、真空中で連続的に成膜した。各層の膜厚は、バ
リアメタル構造７の下層７２をなす下層Ｔｉ３０ｎｍ、
バリアメタル構造の上層である酸素含有バリアメタル材
料７１であるＴｉＯＮ７００ｎｍ、酸化防止材料６であ
るＰｔ３０ｎｍ、Ａｌ系材料とぬれ性の良い金属材料５
である上層Ｔｉ３０ｎｍ、Ａｌ材料４であるＡｌ−１％
Ｓｉを５００ｎｍとした。ここでＴｉＯＮとＰｔ、Ｐｔ
と上層Ｔｉの間で基板を一度大気に曝したとしても、実
際の埋め込み特性及びコンタクト抵抗には殆ど影響を及
ぼさない。またＡｌ成膜に関しては、ここではＡｌＳｉ
を用いた例を示すが、純ＡｌまたはＡｌＣｕ、ＡｌＳｉ
Ｃｕ等他のＡｌ合金材料を用いることも可能である。以
下に成膜条件の一例を示す。

【００４５】 Ｔｉ，Ｐｔ成膜条件 ＤＣパワー ４ｋＷ プロセスガス Ａｒ１００ＳＣＣＭ スパッタ圧力 ３ｍＴｏｒｒ 基板加熱温度 １５０℃ ＴｉＯＮ成膜条件 ＤＣパワー ５ｋＷ プロセスガス Ａｒ／Ｎ₂ −６％Ｏ₂＝４０／７０ＳＣ
ＣＭ スパッタ圧力 ３ｍＴｏｒｒ 基板加熱温度 １５０℃ ＡｌＳｉ成膜条件 ＤＣパワー １０ｋＷ プロセスガス Ａｒ１００ＳＣＣＭ スパッタ圧力 ３ｍＴｏｒｒ 基板加熱温度 ５００℃

【００４６】なお、Ａｌスパッタ時に基板加熱のみでな
く、４００Ｖ程度の基板ＲＦバイアスを併用してもよ
い。

【００４７】以上の形成条件では、Ａｌ系材料とぬれ性
の良い金属材料５である上層Ｔｉと、酸化防止材料６で
あるＰｔの膜厚が重要であるが、上層Ｔｉは接続孔２の
側壁でＡｌと反応してぬれ性を良くするのに十分な厚
さ、Ｐｔも同じく孔側壁で酸素含有バリアメタル材料７
１であるＴｉＯＮ中の酸素が上層Ｔｉ中に拡散しない厚
さであればよく、何れも孔２の側壁で２〜３ｎｍ付着し
ていけばよい。従ってスパッタで成膜する膜厚は、ホー
ルのアスペクト比により違ってくるが、数ｎｍから数十
ｎｍが適当である。厚くしすぎて、その後のＡｌ埋め込
み特性を悪くするおそれを避けるため、ここではマージ
ンを考慮し３０ｎｍとした。

【００４８】本実施例により、十分なバリア性を維持し
つつ、良好なＡｌ埋め込みを実施することができた。

【００４９】実施例２ 本実施例は、実施例１におけるＡｌ直下層であるＡｌ系
材料とぬれ性の良い材料としてのＰｔの代わりに、同様
にＡｌ系材料とぬれ性の良いＰｄやＣｕを用いた例であ
る。この場合、バリアメタル構造はそれぞれ （上層）Ｐｄ／ＴｉＯＮ／Ｔｉ（下層） （上層）Ｃｕ／ＴｉＯＮ／Ｔｉ（下層） とする。

【００５０】何れも、表１に酸化物生成自由エネルギー
のデータで示すように、酸化物がＡｌ成膜温度までで形
成されにくい。かつ低抵抗で、Ａｌとぬれ性がよい金属
である。

【００５１】

【表１】

【００５２】実施例３ 本実施例は、Ａｌ系材料とぬれ性の良い金属材料と酸化
防止材料とを、単一層の材料で兼ねさせた例である。特
にその材料として、Ｐｔを用いた例である。

【００５３】更に詳しくは、本実施例においては、Ｓｉ
基板１上にＰＳＧ等の層間絶縁膜３を形成し、通常のフ
ォトレジスト工程、及びＲＩＥ工程により、基板１のＳ
ｉ拡散層１１上に接続孔２を開口して、図２（ａ）の構
造とした。ここで層間絶縁膜３の膜厚は８００ｎｍ、接
続孔２の径は０．５μｍとした。

【００５４】次に、スパッタ法により、基板１側から順
次、Ｔｉ、ＴｉＯＮ、Ｐｔ、Ａｌ（または合金Ａｌ合
金）の成膜を行い、図２（ｂ）の構造を得た。

【００５５】ここでこれらの各膜は枚葉式スパッタ装置
により真空中で連続的に成膜した。各層の膜厚はバリア
メタル構造の下層７２であるＴｉ３０ｎｍ、同じく上層
であって酸素含有バリアメタル材料７１であるＴｉＯＮ
７０ｎｍ、酸化防止とＡｌ系材料とぬれ性の良い材料を
兼ねるＰｔ３０ｎｍ（符号５０で示す）、Ａｌ系材料４
であるＡｌ−１％Ｓｉを５００ｎｍとした。ここでＴｉ
ＯＮとＰｔの間で基板を一度大気に曝したとしても、実
際の埋め込み特性及びコンタクト抵抗には殆ど影響を及
ぼさない。またＡｌ成膜に関しては、ここではＡｌＳｉ
を用いた例を示すが、純Ａｌ又はＡｌＣｕ、ＡｌＳｉＣ
ｕ等他のＡｌ合金材料を用いることも可能である。以下
に成膜条件の一例を示す。

【００５６】 Ｔｉ，Ｐｔ成膜条件 ＤＣパワー ４ｋＷ プロセスガス Ａｒ１００ＳＣＣＭ スパッタ圧力 ３ｍＴｏｒｒ 基板加熱温度 １５０℃ ＴｉＯＮ成膜条件 ＤＣパワー ５ｋＷ プロセスガス Ａｒ／Ｎ₂ −６％Ｏ₂＝４０／７０ＳＣ
ＣＭ スパッタ圧力 ３ｍＴｏｒｒ 基板加熱温度 １５０℃ ＡｌＳｉ成膜条件 ＤＣパワー １０ｋＷ プロセスガス Ａｒ１００ＳＣＣＭ スパッタ圧力 ３ｍＴｏｒｒ 基板加熱温度 ５００℃ なお、Ａｌスパッタ時に基板加熱のみでなく、４００Ｖ
程度の基板ＲＦバイアスを併用することもできる。

【００５７】以上の形成条件で、酸化防止を兼ねるＡｌ
系材料とぬれ性の良い材料５０であるＰｔの膜厚は、接
続孔２の側壁で、バリアメタル構造７の酸素含有材料で
あるＴｉＯＮ71からの酸素の拡散を防止するのに十分な
厚さがあれば良く、孔側壁で２〜３ｎｍ付着していれば
よい。従ってスパッタで成膜する膜厚は、ホールのアス
ペクト比により違ってくるが、数ｎｍから数十ｎｍが適
当である。本例ではマージンを考慮し、３０ｎｍとし
た。酸化防止効果を狙うため不用意に厚くして、却って
その後のＡｌ埋め込み特性を悪くするおそれを避けるた
めである。

【００５８】以上の方法により、本実施例においては良
好なＡｌ埋め込みを行うことができ、かつ、バリア性も
十分なものであった。

【００５９】実施例４ 実施例２における酸化防止層兼Ａｌ系材料とぬれ性の良
い材料として、Ｐｔの代わりに、実施例２と同様にＰｄ
やＣｕを用いた。この場合、バリアメタルはそれぞれ、 （上層）Ｔｉ／Ｐｄ／ＴｉＯＮ／Ｔｉ（下層） （上層）Ｔｉ／Ｃｕ／ＴｉＯＮ／Ｔｉ（下層） となる。前記したとおり、表１に示した如く、何れも酸
化物がＡｌ成膜温度までで形成されにくい。かつ低抵抗
な金属であり、好ましい。

【００６０】実施例５ 以下の実施例は、本出願の請求項９以下の発明を具体化
したものである。本実施例においては、拡散層１１が形
成されたＳｉ基板１上の、層間膜３であるＳｉＯ₂ 膜に
接続孔が形成されて開口部２をなしている構造に、図７
のようにＴｉ／ＴｉＯＮよりなるバリアメタル層７を、
枚葉式クラスターツールのスパッタリングチェンバーに
て形成する。形成条件は、例えば、以下のようにした。 Ｔｉ ：ＤＣマグネトロンスパッタ法（ターゲット：
Ｔｉ） ガス ：Ａｒ＝４０ＳＣＣＭ 圧力 ：０．６７Ｐａ ＤＣ電力：４ｋＷ 基板温度：１５０℃ 膜厚 ：３０ｎｍ ＴｉＯＮ：ＤＣマグネトロンスパッタ法（ターゲット：
Ｔｉ） ガス ：Ａｒ−６０％ Ｎ₂ −４％ Ｏ₂ ＝５０ＳＣ
ＣＭ 圧力 ：０．６７Ｐａ ＤＣ電力：８ｋＷ 基板温度：１５０℃ 膜厚 ：７０ｎｍ

【００６１】次に、上記で得られた構造を、ＢｌＫ−Ｗ
形成ＣＶＤ用チェンバーに移して、ステップＩとして、
ＢｌＫ−Ｗ膜８を形成する。条件は以下のとおりとし
た。 （ステップＩ） ガス ：ＷＦ₆ ／ＳｉＨ₄ ＝２
５／１０ＳＣＣＭ 圧力 ：１０６４０Ｐａ ウェハー温度：４７５℃ 上記条件で核成長を行った後、次のステップIIの成膜を
行った。 （ステップII） ガス ：ＷＦ₆ ／Ｈ₂ ＝６０／
３６０ＳＣＣＭ 圧力 ：１０６４０Ｐａ ウェハー温度：４７５℃ この条件で、ＢｌＫ−Ｗ膜８を１００ｎｍ成膜し、図８
の構造を得た。

【００６２】次に、この構造をエッチバックチェンバー
に移して、以下の条件でエッチバックした（なお、エッ
チバックチェンバーはＥＣＲエッチャータイプを用い
た）。 ガス ：ＳＦ₆ ＝５０ＳＣＣＭ 圧力 ：１．３Ｐａ μ波電力 ：８５０Ｗ ＲＦバイアス：３０Ｗ（２ＭＨｚ） これによって、図９のように、Ｗ膜のサイドウォール８
０を残した。

【００６３】次に、図９の構造をスパッタチェンバーに
移し、Ａｌ系材料膜４（図１０参照）としてＡｌ合金膜
を以下の条件で高温スパッタした。 膜Ａｌ−１ｗｔ％Ｓｉ：ＤＣマグネトロンスパッタ法
（ターゲット：Ａｌ−１％Ｓｉ） ガス ：Ａｒ＝４０ＳＣＣＭ 圧力 ：０．６７Ｐａ ＤＣ電力 ：１０ｋＷ 基板温度 ：５００℃

【００６４】このとき、Ｗ膜サイドウォール８０が図１
０のように充分な厚さで形成されているため、高温スパ
ッタ時に層間膜３をなすＳｉＯ₂ からＯの拡散を生じて
も、Ｗ表面まで酸化される懸念は無く、Ａｌの流動性に
影響を与えることが無い。従って、高アスペクト比の開
口部２（コンタクトホール）を良好に埋め込むことがで
きた。

【００６５】ＢｌＫ−Ｗ膜をサイドウォール状に残すエ
ッチバック工程を行わないと、成膜したＡｌ系材料膜４
の下層にＢｌＫ−Ｗが残り、Ａｌエッチング時にＣｌ系
ガスで下層Ｗを加工することが難しく、アフターコロー
ジョン等の問題を発生し易いが、本実施例ではそのおそ
れはない。

【００６６】実施例６ ここでは、１層目のＡｌ上に開口部２（コンタクトホー
ル）を開口して、１層目のＡｌ合金膜を埋め込む工程と
して具体化した。図１１ないし図１５を参照する。

【００６７】層間絶縁膜３０の上に形成された１層目の
Ａｌ配線層４１上の層間絶縁膜３に、開口部２（コンタ
クトホール）形成されている図１１の構造に、実施例５
と同様の条件で、Ｔｉ／ＴｉＯＮよりなるバリアメタル
層７をスパッタ成膜した（図１１）。なお７０は下層バ
リアメタルである。

【００６８】次に、これも実施例５と同様の条件で、Ｂ
ｌＫ−Ｗ膜８をＣＶＤ法で成膜した（図１２）。

【００６９】次に、エッチバックで、ＢｌＫ−Ｗ膜８の
サイドウォールスペーサー８０を、第１層Ａｌ層４１上
のコンタクトホール側壁部に、実施例５と同様の条件で
形成した（図１４）。

【００７０】しかる後、得られた構造をスパッタチェン
バーに移して、実施例５同様の条件で、Ａｌ合金膜４２
を高温スパッタしたところ、図１５のように良好に埋め
込むことができた。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、バリアメタル構造にＴ
ｉＯＮの如き酸素含有材料を用いた場合においても、良
好なＡｌ系材料の形成が可能で、例えば高アスペクト比
コンタクトホールへの高温スパッタによるＡｌ埋め込み
が可能となり、低抵抗でかつ良好なバリア性を有するコ
ンタクトを形成できるＡｌ系材料の形成方法、Ａｌ系配
線構造、半導体装置の製造方法、及び半導体装置が提供
される。

【００７２】また本発明によれば、酸素含有材料から成
る下地上に形成された開口部にＡｌ系材料を埋め込む場
合においても、良好なＡｌ系材料の形成が可能で、例え
ば高アスペクト比コンタクトホールへの高温スパッタに
よるＡｌ埋め込みが可能となり、低抵抗でかつ良好なコ
ンタクトを形成できるＡｌ系材料の形成方法、Ａｌ系配
線構造、半導体装置の製造方法、及び半導体装置が提供
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す。

【図２】実施例３を示す。

【図３】従来技術を示す。

【図４】従来技術の問題点を示す。

【図５】従来技術の問題点を示す。

【図６】従来技術の問題点を示す。

【図７】実施例５の工程を示す（１）。

【図８】実施例５の工程を示す（２）。

【図９】実施例５の工程を示す（３）。

【図１０】実施例５の工程を示す（４）。

【図１１】実施例６の工程を示す（１）。

【図１２】実施例６の工程を示す（２）。

【図１３】実施例６の工程を示す（３）。

【図１４】実施例６の工程を示す（４）。

【図１５】実施例６の工程を示す（５）。

【符号の説明】

１ 基板（Ｓｉ基板） １１ Ｓｉ拡散層 ２ 接続孔 ３ 層間絶縁膜 ４ Ａｌ系材料 ４１ Ａｌ系材料 ４２ Ａｌ系材料 ５ Ａｌ系材料とぬれ性の良い材料 ６ 酸化防止材料 ５０ 酸化防止材料を兼ねるＡｌ系材料とぬれ性の良
い材料 ７ バリアメタル構造 ７１ 酸素含有バリアメタル材料 ７２ バリアメタル構造の下層 ８ ブランケットＷ膜 ８０ サイドウォールＷ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下地材料上にＡｌ系材料を形成するＡｌ系
   材料形成方法において、 酸素含有バリアメタル構造を形成し、 該バリアメタル構造上に酸化防止材料及びＡｌ系材料と
   ぬれ性の良い金属系材料を形成し、もしくは酸化防止を
   兼ねるＡｌ系材料とぬれ性の良い金属材料を形成し、 その上にＡｌ系材料を形成することを特徴とするＡｌ系
   材料形成方法。
2. 【請求項２】下地材料上にＡｌ系材料により配線を形成
   したＡｌ系配線構造において、 下地材料が、Ａｌ系材料とぬれ性の良い金属系材料及び
   酸化防止材料、もしくは酸化防止を兼ねるＡｌ系材料と
   ぬれ性の良い金属系材料と、 酸素含有バリアメタル構造とを備えることを特徴とする
   Ａｌ系配線構造。
3. 【請求項３】バリアメタル構造が、Ａｌ系材料の側か
   ら、ＴｉＯＮ／Ｔｉ構造である請求項２に記載のＡｌ系
   配線構造。
4. 【請求項４】Ａｌ系材料はぬれ性の良い金属系材料が、
   Ｔｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕの少なくともいずれかである請
   求項２または３に記載のＡｌ系配線構造。
5. 【請求項５】酸化防止材料が、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕの少な
   くともいずれかである請求項２ないし４のいずれかに記
   載のＡｌ系配線構造。
6. 【請求項６】酸化防止を兼ねるＡｌ系材料とぬれ性の良
   い金属材料が、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕの少なくともいずれか
   である請求項２に記載のＡｌ配線構造。
7. 【請求項７】下地材料上にＡｌ系材料により配線を形成
   したＡｌ系配線構造を有する半導体装置の製造方法にお
   いて、 酸素含有バリアメタル構造を形成し、 該バリアメタル構造上に酸化防止材料及びＡｌ系材料と
   ぬれ性の良い金属系材料を形成し、もしくは酸化防止を
   兼ねるＡｌ系材料とぬれ性の良い金属材料を形成し、 その上にＡｌ系材料を形成することを特徴とする半導体
   装置の製造方法。
8. 【請求項８】下地材料上にＡｌ系材料により配線を形成
   したＡｌ系配線構造を有する半導体装置において、 下地材料が、Ａｌ系材料とぬれ性の良い金属系材料及び
   酸化防止材料、もしくは酸化防止を兼ねるＡｌ系材料と
   ぬれ性の良い金属系材料と、 酸素含有バリアメタル構造とを備えるＡｌ系配線構造を
   有することを特徴とする半導体装置。
9. 【請求項９】酸素を含む下地材料上の開口部にＡｌ系材
   料を埋め込むＡｌ系材料形成方法において、 該下地上にＡｌ系材料の酸化防止用ブランケットタング
   ステン膜を形成し、 エッチバック法により該開口部の側壁部以外の該ブラン
   ケットタングステン膜を除去した後、 Ａｌ系材料を該開口部に埋め込むことを特徴とするＡｌ
   系材料形成方法。
10. 【請求項１０】バリアメタル構造を形成した下地上にＡ
    ｌ系材料の酸化防止用ブランケットタングステン膜を形
    成することを特徴とする請求項９に記載のＡｌ系材料形
    成方法。
11. 【請求項１１】Ａｌ系材料を高温Ａｌスパッタ法により
    埋め込むことを特徴とする請求項９または１０に記載の
    Ａｌ系材料形成方法。
12. 【請求項１２】酸素を含む下地材料上の開口部にＡｌ系
    材料を埋め込むことにより配線を形成したＡｌ系配線構
    造において、 該下地材料が、該開口部の側壁に形成されたブランケッ
    トタングステン膜を含むことを特徴とするＡｌ系配線構
    造。
13. 【請求項１３】下地材料が、バリアメタル構造と、開口
    部の側壁に形成されたブランケットタングステン膜とを
    含むことを特徴とする請求項１２に記載のＡｌ系配線構
    造。
14. 【請求項１４】酸素を含む下地材料上の開口部にＡｌ系
    材料を埋め込むことにより配線を形成したＡｌ系配線構
    造を有する半導体装置の製造方法において、 該下地上にＡｌ系材料の酸化防止用ブランケットタング
    ステン膜を形成し、 エッチバック法により該開口部の側壁部以外の該ブラン
    ケットタングステン膜を除去した後、 Ａｌ系材料を該開口部に埋め込むことを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
15. 【請求項１５】酸素を含む下地材料上の開口部にＡｌ系
    材料を埋め込むことにより配線を形成したＡｌ系配線構
    造を有する半導体装置において、 該下地材料が、該開口部の側壁に形成されたブランケッ
    トタングステン膜を含むＡｌ系配線構造を有する半導体
    装置。