JPH06333874A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、微細ホ−ルの底部にボイドが生じ
ることを抑制することにより、微細ホ−ルにおける金属
膜のマイグレ−ション信頼性を向上させる。 【構成】シリコン基板31の表面上に熱酸化膜32を設け、
熱酸化膜32にコンタクトホ−ル32a を設け、コンタクト
ホ−ル32a の内および熱酸化膜32の上にバリアメタル33
を形成し、バリアメタル33の上に圧力が数ｍｍＴｏｒｒ
の雰囲気でスパッタリング法によりＡｌ合金膜34を形成
する。この際、Ａｌ合金膜34をコンタクトホ−ル32a の
上でブリッジングさせる。次に、シリコン基板31を、図
示せぬレ−ザ・メルト装置におけるプロセス室に入れ、
このプロセス室内の圧力を０．８Ｔｏｒｒ以上の雰囲気
とし、前記Ａｌ合金膜34にレ−ザ光を照射し、前記Ａｌ
合金膜34をコンタクトホ−ル32a 内に埋め込む。従っ
て、微細ホ−ルの底部にボイドが生じることを抑制でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法に係わり、特に多層配線技術におけるコンタクトホ−
ル又はビアホ−ルへのレ−ザ・メルト法による主配線材
料埋込みに使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】図４及び図５は、従来の半導体装置の製
造方法、即ちレ−ザ・メルト法による微細ホ−ルへの主
配線材料埋込み方法を示す断面図である。シリコン基板
１１の上には厚さが１．０μｍ程度の熱酸化膜１２が形
成され、この熱酸化膜１２には底部の径１２ｂが０．７
μｍの微細ホ−ル１２ａが設けられる。この微細ホ−ル
１２ａは、底部に対するホ−ル１２ａ側壁の傾きの角度
が８２°とされている。この微細ホ−ル１２ａの内およ
び熱酸化膜１２の上には下層が例えば２００オングスト
ロ−ム程度のＴｉ膜、上層が例えば１０００オングスト
ロ−ム程度のＴｉＮ膜からなるバリアメタル１３がスパ
ッタリング法により形成される。この後、このバリアメ
タル１３の上にはスパッタリング法により主配線材料、
即ち厚さが８０００オングストロ−ム程度のＡｌ−（１
％）Ｓｉ−（０．５％）ＣｕからなるＡｌ合金膜１４が
形成される。

【０００３】次に、図５に示すように、前記シリコン基
板１１は、図示せぬレ−ザ・メルト装置におけるレ−ザ
光を照射するプロセス室に入れられる。このプロセス室
内は真空排気され、加熱温度が例えば４００℃程度とさ
れている。このプロセス室内において、前記シリコン基
板１１上に形成されたＡｌ合金膜１４表面に、エネルギ
−密度が２．５Ｊ／ｃｍ² のＸｅＣｌ等のレ−ザ光が照
射される。これにより、前記Ａｌ合金膜１４は、微細ホ
−ル１２ａ内に流動、即ちリフロ−されることによって
埋め込まれる。

【０００４】図６は、上記のレ−ザ・メルト法により微
細ホ−ル内に主配線材料が埋込まれた半導体装置を示す
断面図であり、図５と同一部分には同一符号を付し、異
なる部分について説明する。

【０００５】熱酸化膜１２には底部の径２２ｂが０．６
μｍの微細ホ−ル２２ａが設けられ、この微細ホ−ル２
２ａ内および熱酸化膜１２の上にはバリアメタル１３が
形成される。このバリアメタル１３の上にはＡｌ合金膜
１４が形成され、このＡｌ合金膜１４表面にはレ−ザ光
が照射される。これにより、Ａｌ合金膜１４は微細ホ−
ル２２ａ内に埋め込まれる。この際、微細ホ−ル２２ａ
の底部にはボイド１５が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
半導体装置の製造方法では、微細ホ−ルの底部の径が縮
小されるに伴い、微細ホ−ルの底部に微小なボイドが生
ずる。具体的には、図５に示すように、底部の径１２ｂ
が０．７μｍである微細ホ−ル１２ａ内にＡｌ合金膜１
４を埋め込む場合にはボイドが発生しない。しかし、図
６に示すように、底部の径２２ｂが０．６μｍである微
細ホ−ル２２ａ内にＡｌ合金膜１４を埋め込む場合には
ボイド１５が発生する。すなわち、底部の径が０．７μ
ｍ以上である微細ホ−ル内にＡｌ合金膜を埋め込む場合
にはボイドが発生しないが、底部の径が０．６μｍ以下
である微細ホ−ル内にＡｌ合金膜を埋め込む場合にはボ
イドが発生する。この結果、微細ホ−ルにおけるコンタ
クト抵抗値が増加し、微細ホ−ルにおけるＡｌ合金膜の
マイグレ−ション信頼性が劣化する。

【０００７】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、レ−ザ・メルト法によ
り微細ホ−ル内に金属膜を埋め込む際、微細ホ−ルの底
部にボイドが生じることを抑制することにより、微細ホ
−ルにおける金属膜のマイグレ−ション信頼性を向上さ
せた半導体装置の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するため、半導体基板の上に絶縁膜を設ける工程
と、前記絶縁膜に微細ホ−ルを設ける工程と、前記微細
ホ−ルの内および前記絶縁膜の上にバリアメタル及び主
配線材金属膜を設ける工程と、圧力が０．８Ｔｏｒｒ以
上の雰囲気で、前記主配線材金属膜にレ−ザ光を照射す
ることにより、前記主配線材金属膜によって前記微細ホ
−ル内を埋め込む工程とを具備することを特徴としてい
る。

【０００９】また、半導体基板の上に絶縁膜を設ける工
程と、前記絶縁膜に微細ホ−ルを設ける工程と、圧力が
数ｍｍＴｏｒｒの雰囲気で、前記絶縁膜の上にバリアメ
タルを設けた後に、主配線材金属膜を前記微細ホ−ルの
上にブリッジングさせた状態で設ける工程と、圧力が
０．８Ｔｏｒｒ以上の雰囲気で、前記主配線材金属膜に
レ−ザ光を照射することにより、前記主配線材金属膜に
よって前記微細ホ−ル内を埋め込む工程とを具備するこ
とを特徴としている。また、前記主配線材金属膜は、Ａ
ｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕのうちのいずれか
であることを特徴としている。

【００１０】

【作用】この発明は、半導体基板の上に絶縁膜を設け、
この絶縁膜に微細ホ−ルを設ける。次に、圧力が数ｍｍ
Ｔｏｒｒの雰囲気で、前記絶縁膜の上にバリアメタルを
形成後、主配線材金属膜を前記微細ホ−ルの上にブリッ
ジングさせた状態で設けている。この際、前記微細ホ−
ル内にボイドが生じ、このボイド内の圧力も数ｍｍＴｏ
ｒｒとなる。この後、圧力が０．８Ｔｏｒｒ以上の雰囲
気で、前記金属膜にレ−ザ光を照射する。これにより、
前記金属膜をリフロ−し、前記微細ホ−ル内を埋め込
む。この際、前記ボイド内と前記ボイド外の圧力差によ
り、このボイドは消滅する。したがって、微細ホ−ルの
底部にボイドが生じることを抑制することができる。こ
れにより、微細ホ−ルにおける金属膜のマイグレ−ショ
ン信頼性を向上させることができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例に
ついて説明する。図１は、この発明の実施例による半導
体装置の製造方法を示す断面図である。先ず、シリコン
基板３１の表面上には厚さが１．０μｍ程度の熱酸化膜
３２が設けられる。この熱酸化膜３２には底部の径４６
が０．４μｍのコンタクトホ−ル３２ａがフォト・リソ
グラフィ技術とＲＩＥ(Reactive Ion Etching)により設
けられる。このコンタクトホ−ル３２ａは、底部に対す
るコンタクトホ−ル３２ａ側壁の傾きの角度が８２°と
されている。

【００１２】この後、前記コンタクトホ−ル３２ａの内
および熱酸化膜３２の上には下層が例えば２００オング
ストロ−ム程度のＴｉ膜、上層が例えば１０００オング
ストロ−ム程度のＴｉＮ膜からなるバリアメタル３３が
スパッタリング法により形成される。次に、このバリア
メタル３３の上には圧力が数ｍｍＴｏｒｒの雰囲気でス
パッタリング法により主配線材料、即ち厚さが８０００
オングストロ−ム程度のＡｌ−（１％）Ｓｉ−（０．５
％）ＣｕからなるＡｌ合金膜３４が形成される。この
際、このＡｌ合金膜３４は、スパッタＡｌ粒子をシリコ
ン基板３１の表面に斜方入射させることにより、前記コ
ンタクトホ−ル３２ａの上でブリッジングされる。この
結果、前記コンタクトホ−ル３２ａ内にはボイド３５が
生じる。

【００１３】次に、前記シリコン基板３１は、図示せぬ
レ−ザ・メルト装置におけるプロセス室に入れられる。
このプロセス室内は圧力が１．０×１０^-4Ｐａ程度まで
真空排気される。この後、温度が例えば４００℃程度ま
でシリコン基板３１が加熱され、前記プロセス室内にＡ
ｒガスが導入され、前記プロセス室内の圧力が０．８Ｔ
ｏｒｒ以上の雰囲気とされる。この後、前記Ａｌ合金膜
３４にはレ−ザエネルギ−密度が２．７Ｊ／ｃｍ² のＸ
ｅＣｌ等のレ−ザ光が３０ｎｓｅｃ間、照射される。こ
れによって、前記Ａｌ合金膜３４は、コンタクトホ−ル
３２ａ内にリフロ−されることにより埋め込まれる。こ
の結果、前記ボイド３５は消失する。

【００１４】上記実施例によれば、バリアメタル３３の
上に圧力が数ｍｍＴｏｒｒの雰囲気でＡｌ合金膜３４を
コンタクトホ−ル３２ａの上においてブリッジングさせ
た状態で形成している。このため、コンタクトホ−ル３
２ａに生じたボイド３５内の圧力も数ｍｍＴｏｒｒにな
る。この結果、レ−ザ・メルト装置におけるプロセス室
内において、圧力が０．８Ｔｏｒｒの雰囲気でＡｌ合金
膜３４にレ−ザ光を照射することにより、前記ボイド３
５をＡｌ合金膜３４で埋めることができる。つまり、Ａ
ｌ合金膜３４にレ−ザ光を照射してＡｌ合金膜３４をリ
フロ−させると、０．８Ｔｏｒｒ以上の圧力によりボイ
ド３５を埋めることができる。したがって、レ−ザ・メ
ルト法によりコンタクトホ−ル３２ａ内にＡｌ合金膜３
４を埋め込む際、コンタクトホ−ル３２ａの底部にボイ
ドが生じることを抑制することができる。これにより、
コンタクトホ−ル２１ａにおけるＡｌ合金膜３４のマイ
グレ−ション信頼性を向上させることができる。

【００１５】尚、上記実施例では、主配線材料としてＡ
ｌ−（１％）Ｓｉ−（０．５％）ＣｕからなるＡｌ合金
膜３４を用いているが、主配線材料としてＡｌ膜、Ａｕ
膜、Ａｇ膜又はＣｕ膜を用いることも可能である。

【００１６】また、プロセス室内の雰囲気ガスにＡｒを
用いているが、Ｈｅを用いることも可能である。また、
シリコン基板３１の上に熱酸化膜３２を設け、この熱酸
化膜３２にコンタクトホ−ル３２ａを設け、このコンタ
クトホ−ル３２ａ内に主配線材料を埋め込んでいるが、
シリコン基板３１の上方に配線を設け、この配線の上に
絶縁膜を設け、この絶縁膜にビアホ−ルを設け、このビ
アホ−ル内に主配線材料を埋め込むことも可能である。

【００１７】以下、この発明の製造方法により製造され
た半導体装置においてコンタクト抵抗値を測定した結果
を説明する。図２は、この発明の製造方法により製造さ
れたコンタクト・チェイン・パタ−ンを示す平面図であ
る。先ず、図示せぬシリコン基板には第１及び第２のＰ
⁺ 型の拡散層３１ａ、３１ｂが形成され、前記シリコン
基板の表面上には図示せぬ熱酸化膜が設けられる。この
熱酸化膜には前記第１及び第２のＰ⁺ 型の拡散層３１
ａ、３１ｂそれぞれの両端に位置し、底部の径が０．４
μｍの第１乃至第４のコンタクトホ−ル３２ｂ〜３２ｅ
が設けられる。

【００１８】この後、前記コンタクトホ−ル３２ｂ〜３
２ｅそれぞれの内および熱酸化膜の上には下層が例えば
２００オングストロ−ム程度のＴｉ膜、上層が例えば１
０００オングストロ−ム程度のＴｉＮ膜からなる図示せ
ぬバリアメタルがスパッタリング法により形成される。
次に、このバリアメタルの上にはスパッタリング法によ
り厚さが８０００オングストロ−ム程度のＡｌ合金膜３
４が形成される。

【００１９】次に、前記シリコン基板は、図示せぬレ−
ザ・メルト装置におけるプロセス室に入れられる。この
後、前記Ａｌ合金膜３４にはレ−ザ光が照射される。こ
の後、前記Ａｌ合金膜３４及びバリアメタルがパタ−ニ
ングされることにより、前記熱酸化膜の上には第１乃至
第３の配線３６〜３８が形成される。この第１の配線３
６は第１のコンタクトホ−ル３２ｂにより第１のＰ⁺ 型
の拡散層３１ａと電気的に接続される。前記第２の配線
３７は第２及び第３のコンタクトホ−ル３２ｃ、３２ｄ
それぞれにより第１及び第２のＰ⁺ 型の拡散層３１ａ、
３１ｂと電気的に接続される。前記第３の配線３８は第
４のコンタクトホ−ル３２ｅにより第２のＰ⁺ 型の拡散
層３１ｂと電気的に接続される。

【００２０】上述したような構造はコンタクト・チェイ
ン・パタ−ンである。このような構成が複数連なり、コ
ンタクトホ−ルは１万個形成されている。このコンタク
ト・チェイン・パタ−ンの両端は第１、第２のパッド３
９、４０に接続されている。

【００２１】次に、上記の製造方法により製造された半
導体装置を第１のサンプルとして、この第１のサンプル
の１個当りのコンタクト抵抗値が測定される。すなわ
ち、前記第１及び第２のパッド３９、４０相互間の電気
抵抗値が測定され、この電気抵抗値から１個当りのコン
タクトホ−ルにおけるコンタクト抵抗値が計算される。

【００２２】図３は、上記半導体装置の製造方法におけ
るレ−ザ光を照射するプロセス室内のＡｒ雰囲気圧力と
半導体装置におけるコンタクトホ−ルの１個当りのコン
タクト抵抗値との関係を示すものである。４１は、前記
第１のサンプルの抵抗値を示すものであり、前記レ−ザ
・メルト装置におけるプロセス室内のＡｒ雰囲気の圧力
を０．４Ｔｏｒｒとして製造されたものである。４２
は、上記の製造方法において、プロセス室内のＡｒ雰囲
気の圧力を０．６Ｔｏｒｒとして製造された半導体装置
である第２のサンプルの抵抗値を示すものである。４３
は、前記プロセス室内のＡｒ雰囲気の圧力を０．８Ｔｏ
ｒｒとして製造された半導体装置である第３のサンプル
の抵抗値を示すものである。４４は、前記プロセス室内
のＡｒ雰囲気圧力を１．０Ｔｏｒｒとして製造された半
導体装置である第４のサンプルの抵抗値を示すものであ
る。４５は、前記プロセス室内のＡｒ雰囲気圧力を１．
２Ｔｏｒｒとして製造された半導体装置である第５のサ
ンプルの抵抗値を示すものである。

【００２３】この図から、前記プロセス室内のＡｒ雰囲
気の圧力を０．８Ｔｏｒｒ以上として製造した半導体装
置における１個当りのコンタクトホ−ルのコンタクト抵
抗値は４００Ω程度となることがわかる。これは、圧力
が０．８Ｔｏｒｒ以上の雰囲気でＡｌ合金膜にレ−ザ光
を照射すれば、コンタクトホ−ルの底部におけるボイド
の発生が抑制されるからであると考えられる。したがっ
て、前記プロセス室内のＡｒ雰囲気の圧力を０．８Ｔｏ
ｒｒ以上とすれば、前記ボイドの発生が抑制され、コン
タクト抵抗値が低下することが確認できた。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
レ−ザ・メルト法によって圧力が０．８Ｔｏｒｒ以上の
雰囲気で、バリアメタル上の金属膜にレ−ザ光を照射す
ることにより、前記金属膜によって微細ホ−ル内を埋め
込んでいる。したがって、微細ホ−ルの底部にボイドが
生じることを抑制することができる。これにより、微細
ホ−ルにおける金属膜のマイグレ−ション信頼性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による半導体装置の製造方法
を示す断面図。

【図２】この発明の製造方法により製造された半導体装
置、即ちコンタクト・チェイン・パタ−ンを示す平面
図。

【図３】この発明の半導体装置の製造方法におけるレ−
ザ光を照射するプロセス室内のＡｒ雰囲気圧力と半導体
装置におけるコンタクトホ−ルの１個当りのコンタクト
抵抗値との関係を示す図。

【図４】従来の半導体装置の製造方法、即ちレ−ザ・メ
ルト法による微細ホ−ルへの主配線材料埋込み方法を示
す断面図。

【図５】従来の半導体装置の製造方法を示すものであ
り、図４の次の工程を示す断面図。

【図６】従来の半導体装置の製造方法により微細ホ−ル
内に主配線材料が埋込まれた半導体装置を示すものであ
り、従来の半導体装置の製造方法の問題点を示す断面
図。

【符号の説明】

31…シリコン基板、31a …第１のＰ⁺ 型の拡散層、31b
…第２のＰ⁺ 型の拡散層、32…熱酸化膜、32a …コンタ
クトホ−ル、32b …第１のコンタクトホ−ル、32c …第
２のコンタクトホ−ル、32d …第３のコンタクトホ−
ル、32e …第４のコンタクトホ−ル、33…バリアメタ
ル、34…Ａｌ合金膜、35…ボイド、36…第１の配線、37
…第２の配線、38…第３の配線、39…第１のパッド、40
…第２のパッド、41…第１のサンプルの抵抗値、42…第
２のサンプルの抵抗値、43…第３のサンプルの抵抗値、
44…第４のサンプルの抵抗値、45…第５のサンプルの抵
抗値、46…底部の径

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の上に絶縁膜を設ける工程
   と、 前記絶縁膜に微細ホ−ルを設ける工程と、 前記微細ホ−ルの内および前記絶縁膜の上にバリアメタ
   ル及び主配線材金属膜を設ける工程と、 圧力が０．８Ｔｏｒｒ以上の雰囲気で、前記主配線材金
   属膜にレ−ザ光を照射することにより、前記主配線材金
   属膜によって前記微細ホ−ル内を埋め込む工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体基板の上に絶縁膜を設ける工程
   と、 前記絶縁膜に微細ホ−ルを設ける工程と、 圧力が数ｍｍＴｏｒｒの雰囲気で、前記絶縁膜の上にバ
   リアメタル及び主配線材金属膜を前記微細ホ−ルの上に
   ブリッジングさせた状態で設ける工程と、 圧力が０．８Ｔｏｒｒ以上の雰囲気で、前記主配線材金
   属膜にレ−ザ光を照射することにより、前記主配線材金
   属膜によって前記微細ホ−ル内を埋め込む工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記主配線材金属膜は、Ａｌ、Ａｌ合
   金、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕのうちのいずれかであること
   を特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造
   方法。