JPH0774177A

JPH0774177A - 半導体装置の製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JPH0774177A
Application number: JP23890593A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hoshino; 和弘星野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1995-03-17

Abstract

(57)【要約】【目的】Ａｌ系材料を良好に埋め込んで、信頼性高い
配線を得るようにした半導体装置の製造方法及び製造装
置を提供する。【構成】Ａｌ系配線との接続をとる接続孔２を埋め込
んでＡｌ系配線を形成する際、バイアス・スパッタ法あ
るいは基板冷却下でのスパッタ法により少なくとも膜が
途切れること無くＡｌ系膜３を形成する半導体装置及び
その製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法、
及びこれに用いることができる半導体装置の製造装置に
関する。本発明は、微細接続孔埋め込みを要する半導体
装置について、更に高信頼性配線を得る技術として利用
することができる。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】超ＬＳＩの高集積化に伴
い、基板と配線間の電気的接続を得るコンタクトホール
や、多層配線間の接続を得るビアホール等の接続孔も微
細化し、アスペクト比は１は越えるまでになって来てい
る。配線金属材料を通常のスパッタリング法で形成する
際、このような高アスペクト比の接続孔ではシャドウイ
ング効果によって接続孔内部にボイドを生じたり、接続
孔底部近くの側壁に十分な膜厚を形成することができな
いという問題が生じている。

【０００３】また、近年スパッタ中に基板を５００℃程
度に加熱する高温スパッタ法が埋め込みに適用されてい
る例もあるが、この方法ではＡｌ（Ａｌ系材料を代表し
てＡｌで説明する）の表面荒れが生じ易く、部分的に膜
が薄い所が発生し、配線に加工した際この薄い部分で電
流密度が上がりエレクトロマイグレーションが生じやす
くなるため信頼性を確保することが難しい。加えて、こ
の高温スパッタ法による埋め込みでは、下地膜が酸化さ
れている場合には、濡れ性が悪くなり、埋め込み不良が
生じ易いという問題もある。

【０００４】高温スパッタに代わるＡｌ埋め込み技術と
して最近、Ａｌリフローが注目されている。この技術は
初めにＡｌを１００℃程度の低温で形成し、その後５０
０〜６００℃程度の温度で真空中でＡｌを溶融状態また
はそれに近い状態にしてホール内部にＡｌを埋め込む技
術である（１９９３年春季応用物理学会予稿集、３０ａ
−ＺＹ−７、及び３０ａ−ＺＹ−８参照）。このＡｌリ
フローを用いれば、Ａｌの表面荒れが抑制されるという
利点がある。しかしながら、高アスペクト比のホールで
は、リフロー前のＡｌがホール内部で途切れるという問
題が生じ、リフローを行ってもホール内部にＡｌが埋ま
らないという問題を生じる（この問題については、後
に、本発明の作用との対比において詳述する）。

【０００５】

【発明の目的】本発明は上記従来技術の問題点を解決し
て、Ａｌ系材料を良好に埋め込んで、信頼性高い配線を
得るようにした半導体装置の製造方法及び製造装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【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、第１層Ａｌ系配線と半導体基板に形成した素子と
の電気的接続孔もしくは第１層Ａｌ系配線と第２層配線
または更にその上層配線との電気的接続孔を備える半導
体装置の製造方法において、バイアス・スパッタ法ある
いは基板冷却下でのスパッタ法により少なくとも膜が途
切れること無くＡｌ系膜を形成する工程と、スパッタ法
（通常のスパッタ法でよい）で所定の厚さにＡｌ系膜を
形成する工程と、真空を破ること無く基板を加熱し、Ａ
ｌ系材料をリフローさせる工程とにより接続孔を埋め込
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。

【０００７】本明細書中、「Ａｌ系」の語は、純Ａｌ、
Ａｌ合金（ＡｌＳｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｇｅ，
Ａｌ−Ｓｉ−Ｇｅその他）及びこれらを主成分とするも
のを総称するために用いる。

【０００８】本出願の請求項１の発明は、第１層Ａｌ配
線と半導体基板に形成した素子との電気的接続孔もしく
は第１層Ａｌ配線と第２層配線または更にその上層配線
との電気的接続孔について、バイアス・スパッタ法によ
り、あるいは基板冷却下でのスパッタ法により、少なく
とも膜が途切れること無くＡｌ膜を形成する工程と、通
常のスパッタ法で所定の厚さにＡｌ膜を形成する工程
と、真空を破ること無く基板を３００℃以上の温度で加
熱し、Ａｌをリフローさせる工程により接続孔を埋め込
む態様で実施することができる。

【０００９】本出願の請求項２の発明は、加熱工程によ
るＡｌ系材料と下地（Ｓｉ等）との反応を防止するため
にＴｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｐｄ及びその窒化物，
ホウ化物，酸化物，炭化物から成る化合物群から任意に
選択されるいずれかから成る膜、もしくはこれらの積層
膜を拡散防止層としてＡｌ系材料と下地との間に挟むこ
とを特徴とする請求項１に記載の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。

【００１０】本出願の請求項２の発明は、第１層Ａｌ配
線と半導体基板に形成した素子との電気的接続孔を形成
する場合に、３００℃以上の加熱工程によるＡｌと下地
Ｓｉの反応を防止するためにＴｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚ
ｒ及びその窒化物，ホウ化物，酸化物，炭化物のいずれ
か、もしくはこれらの積層膜をＡｌとＳｉの間に挟む態
様で実施することができる。

【００１１】本出願の請求項３の発明は、バイアス・ス
パッタ法によりＡｌ系膜を形成する工程と、スパッタ法
（通常のスパッタ法でよい）によりＡｌ系膜を形成する
工程と、真空を破ることなく基板を３００℃以上の温度
で加熱する工程と、必要に応じて行うＡｌ系材料と下地
（Ｓｉ等）の拡散防止層を形成する工程とが全て同一真
空系において行われることを特徴とする請求項１に記載
の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。

【００１２】本出願の請求項３の発明は、ＡｌとＳｉの
拡散防止層を形成する工程と、バイアス・スパッタ法に
よりＡｌ膜を形成する工程と、通常のスパッタ法により
Ａｌ膜を形成する工程と、Ａｌ膜形成後、真空を破るこ
となく基板を３００℃以上の温度で加熱する工程とが全
て同一真空系で結合されている態様で実施することがで
きる。

【００１３】本出願の請求項４の発明は、接続孔を有す
る半導体基板上に、少なくともスパッタ当初において０
℃以下に基板を冷却しながらＡｌ系材料をスパッタ法に
より形成する手段と、該Ａｌ系膜形成後、真空を破るこ
となく基板を３００℃以上の温度で加熱する工程により
接続孔を埋め込む手段を有することを特徴とする半導体
装置の製造装置であって、これにより上記目的を達成す
るものである。

【００１４】本出願の請求項４の発明は、接続孔を有す
る基板上に、少なくともスパッタ当初において０℃以下
に基板を冷却しながらＡｌ合金をスパッタ法により形成
する工程と、該Ａｌ合金膜形成後、真空を破ることなく
基板を３００℃以上の温度で加熱する工程により接続孔
を埋め込む態様で実施することができる。

【００１５】本出願の請求項５の発明は、基板を冷却し
ながらＡｌ系材料をスパッタ法により形成する際の該基
板を支持しているステージ内部に液体窒素を流す構造と
した請求項３に記載の半導体装置の製造装置であって、
これにより上記目的を達成するものである。

【００１６】本出願の請求項６の発明は、Ａｌ系材料と
下地との拡散防止層を形成する手段を有することを特徴
とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置であっ
て、これにより上記目的を達成するものである。

【００１７】本出願の請求項６の発明は、Ａｌと下地で
ある例えばＳｉの拡散防止層として、Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，
Ｈｆ，Ｚｒ，Ｐｄ及びその窒化物，ホウ化物，酸化物，
炭化物のいずれか、もしくはこれらの積層膜を用いる態
様で実施することができる。

【００１８】本出願の請求項７の発明は、基板を３００
℃以上の温度で加熱する際の該基板を支持しているステ
ージにヒーターを組み込み、このヒーターにより加熱を
行い、かつヒーターと基板の間に不活性ガス（Ａｒ，Ｈ
ｅ，Ｎｅ等）を流すことにより基板を加熱する手段を有
することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製
造装置であって、これにより上記目的を達成するもので
ある。

【００１９】本出願の請求項７の発明は、基板を３００
℃以上の温度で加熱する方式において、ステージに組み
込んだヒーターにより加熱を行い、ヒーターと基板の間
にＡｒ等の不活性ガスを流すことにより基板を加熱する
態様で実施することができる。

【００２０】

【作用】本発明によれば、半導体基板の微細なコンタ
クトホールについても、以下に述べる作用によって、精
度良くその埋め込みが実現できる。

【００２１】通常のスパッタリング法では初期過程で島
状に付着した粒子がマイグレートし合体しながら成長す
るが、ホールの底部付近では十分に粒子が飛散しないた
め、図２（ａ）に示すように膜が途切れ途切れになる。
このようなＡｌ膜を５００℃程度に加熱しＡｌリフロー
を行うと図２（ｂ）に示すように、表面張力によりホー
ル側壁のＡｌが上部に吸収されコンタクトホールにボイ
ド２′を生じてしまう。なお図２中、１はＳｉ基板１ａ
と層間絶縁膜１ｂ（ＳｉＯ₂）から成る基体、２は接続
孔（コンタクトホール）、３はＡｌ系膜である。

【００２２】しかしながら、Ａｌ埋め込みプロセスにお
いて、初めに従来の基板温度に比べて非常に低い液体窒
素温度近辺の温度に基板を冷却すると、スパッタリング
によりターゲットから飛行してきた粒子は基板上でマイ
グレートが抑制される。この結果、スパッタリング中の
結晶粒の成長は抑制され、また、粒と粒の合体も殆ど生
ぜず、図１（ａ）に例示するようにＡｌ系膜３は接続孔
２（コンタクトホール）内に膜厚の分布はあるものの膜
が途切れること無く付着する。（図中１は基体、１ａは
基板、１ｂは絶縁膜である）。従来は、ＳｉＮなど、Ａ
ｌが成膜しやすいサイドウォールなどを用いていたが、
本発明では必ずしもそのようなものを特につけなくて
も、Ａｌ系膜をホール内面に付着できる。

【００２３】続いて、加熱チャンバーに基板を真空搬送
し、３００℃以上の温度で加熱すると、図１（ｂ）に示
すようにＡｌがリフローしコンタクトホール内に流れ込
む。なお、ここでホール内部にＡｌ膜が途切れ途切れに
なっていると、従来の如くコンタクトホールにボイドを
生じる。

【００２４】また、バイアス・スパッタ法により、接続
孔のホール底部まで膜が少なくとも途切れること無く形
成すれば、その後通常スパッタ法で所定の厚さにＡｌを
積んだ際、シャドウイング効果によりホール底部に殆ど
膜が付かなくとも、もしくはホール内に巣を生じても、
その後Ａｌリフローによりコンタクトホールに完全にＡ
ｌを流動させ埋め込むことが可能となる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。但
し、当然のことではあるが、本発明は以下の実施例によ
り限定されるものではない。

【００２６】実施例１本実施例では、Ａｌ系膜形成時にバイアス・スパッタ法
を用いて集積化された半導体装置を得る。図１を参照す
る。

【００２７】初めに図３に示すように、シリコン基板１
ａの所定の領域にイオン注入法により拡散層１２を形成
する。次に、絶縁膜１ｂとしてＳｉＯ₂層を７００ｎｍ
の厚さに形成し、所定の箇所に接続孔２であるコンタク
トホールを開孔する。

【００２８】続いて、図４に示すようにスパッタ法によ
り基板にＴｉ４ｂを３０ｎｍ、ＴｉＮ４ａを７０ｎｍ
で、連続形成する（ＴｉＮ４ａ／Ｔｉ４ｂ積層膜を符号
４′で示す）。この時の成膜条件は後掲の表１に示す。

【００２９】続いて、図５に示すように、基板を一たん
大気に開放し、電気炉にて表１に示す条件で熱処理を行
う。なお、この熱処理はＴｉＮ４ａのバリア性を高める
ために行うものである処理後の積層膜を符号４で示す。

【００３０】続いて、スパッタ法でＴｉ３０ｎｍを形成
する。次に真空を破ること無く、基板をＡｌスパッタチ
ャンバーに運ぶ。ここではバイアス・スパッタ法を用い
てＡｌ−１％Ｓｉ膜３１を２００ｎｍ形成する。

【００３１】バイアス・スパッタ法は、基板に負電圧を
印加しつつ、スパッタを行うものである。図８にバイア
ス・スパッタの原理を示す。接続孔２（コンタクトホー
ル）の内部ではターゲット２１から飛来してきたＡｌ粒
子２２は、図９にで示すように、一たん接続孔２（コ
ンタクトホール）の上部付近に付着するが、基板に負電
位があるため基板にで示すようにＡｒ粒子２６が衝突
し、いくらかのＡｌ粒子は、で示す如くたたき出され
て再び接続孔２（コンタクトホール）の底部に付着す
る。この運動を繰り返して接続孔２（コンタクトホー
ル）の内部に膜が途切れること無くＡｌ膜が形成され
る。

【００３２】なお図８中、２３は基板ウェーハ、２４は
ステージ、２５は負電位を示す。

【００３３】その後、基板側の電圧を切り通常のスパッ
タによりＡｌ膜３２を３００ｎｍで形成する。これで、
Ａｌ膜のトータル厚さは５００ｎｍとなる。これにより
図６の構造が得られる。

【００３４】バイアス・スパッタでは成膜速度が低下す
るため、本実施例では必要なＡｌ厚さのみバイアスを掛
け、残りのＡｌは通常のスパッタ法で形成する方法をと
った。

【００３５】続いて、真空を破ること無く基板をリフロ
ーチャンバーに運ぶ。ここで、基板を５００℃に加熱
し、２分間の熱処理を行うと、図７に示すような形状で
コンタクトホールが埋め込める。

【００３６】本実施例によれば、Ａｌ系膜形成時にバイ
アス・スパッタ法を用いることによって接続孔２（コン
タクトホール）内に膜を途切れること無く形成でき、そ
の後Ａｌリフローを行うことでホール内部に精度良くＡ
ｌを埋め込むことができる。

【００３７】ここで形成したＡｌ配線は、Ａｌリフロー
により結晶粒が粗大化しているため優れたエレクトロマ
イグレーション耐性を示し、信頼性の高いデバイスを製
造でき、工業的に見て非常に有用である。

【００３８】

【表１】○Ｔｉ膜形成条件Ａｒ９０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力３０００Ｗ基板温度１５０℃ ○ＴｉＮ膜形成条件Ａｒ５０ＳＣＣＭ＋Ｎ₂ ６０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力６５００Ｗ基板温度１５０℃ ○ＴｉＮアニール条件Ｎ₂ １００％，４５０℃，３０分 ○バイアス・スパッタＡｌＳｉ膜形成条件Ａｒ９０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力６５００Ｗ基板温度２００℃ 基板圧力 −１００Ｖ ○通常スパッタＡｌＳｉ膜形成条件Ａｒ９０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力６５００Ｗ基板温度２００℃ ○Ａｌリフロー条件Ａｒ３０ＳＣＣＭ圧力１ｍＴｏｒｒ，基板温度５００℃，１２０秒

【００３９】実施例２本実施例では、Ａｌ膜形成時にコリメータ・スパッタ法
を用いた。即ち本実施例は、コリメータ・スパッタを用
いるとともに、更にバイアス・スパッタ法を用いること
によって、より微細な高アスペクト比のコンタクトホー
ルにＡｌリフローを適用したものである。

【００４０】以下、図１１ないし図１６を用いてこの実
施例２を説明する。初めに図１１に示すように、シリコ
ン基板１ａの所定の領域にイオン注入法により拡散層１
２を形成する。

【００４１】次に、絶縁膜１ｂとしてＳｉＯ₂層を７０
０ｎｍの厚さに形成し、所定の箇所に接続孔２（コンタ
クトホール）を開孔する。

【００４２】続いて、図１２のようにスパッタ法により
基板にＴｉ４ａ３０ｎｍ、ＴｉＮ４ｂ７０ｎｍから成る
積層膜４′を連続形成する。この時の成膜条件は後掲の
表２に示す。

【００４３】続いて、図１３に示すように、基板を一た
ん大気に開放し、電気炉にて表１に示した条件で熱処理
を行う。なお、この熱処理はＴｉＮ４ａのバリア性を高
めるために行うものである。処理後の積層膜を符号４で
示す。

【００４４】続いて、図１４のようにスパッタ法でＴｉ
３１を３０ｎｍで形成する。

【００４５】続いて真空を破ること無く、コリメータ・
スパッタ法とバイアス・スパッタ法を併用してＡｌＳｉ
３２を２００ｎｍ形成する。

【００４６】コリメート・スパッタ法は、図１６に略示
するように、ターゲット２１と被処理基板の間にすのこ
状のフィルター（コリメータ２８）を介在させることで
ターゲット２１から飛散する粒子の方向を揃える技術で
ある。このコリメータ・スパッタ中に基板に負電圧を印
加することによって、ホール径０．３μｍ、アスペクト
比２〜３のコンタクトホールにＡｌが途切れることなく
付着する。（なおコリメータ・スパッタについては、月
刊ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＷｏｒｌｄ１９９２年
１２月（９０頁〜）、高山「コリメーションスパッタに
よるＴｉＮ膜の形成」参照）。

【００４７】続いて、真空を破ること無く基板をリフロ
ーチャンバーに運ぶ。ここで、基板を５００℃に加熱
し、２分間の熱処理を行うと、図１５に示すような形状
でＡｌ系配線３により微細高アスペクト比の接続孔２
（コンタクトホール）が埋め込める。

【００４８】本実施例によれば、Ａｌ系膜形成時にコリ
メート・スパッタとバイアス・スパッタを併用すること
により、更に微細なホールを埋め込むことができた。

【００４９】

【表２】○コリメートＡｌＳｉ形成条件（バイアス・ス
パッタ）Ａｒ９０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力６５００Ｗ基板温度２００℃ 基板側電圧 −１００Ｖコリメータのアスペクト比１：２

【００５０】実施例３次に実施例３を説明する。以下図１７ないし図２１を参
照して説明を行う。

【００５１】初めに図１７に示すように、シリコン基板
１ａの所定の領域にイオン注入法により拡散層１２を形
成する。

【００５２】次に、絶縁層１ｂであるＳｉＯ₂層を７０
０ｎｍの厚さに形成し、所定の箇所にコンタクトホール
（接続孔２）を開孔する。これにより図１７の構造とす
る。

【００５３】続いて、図１８に示すようにスパッタ法に
より基板にＴｉ４ｂを３０ｎｍ、ＴｉＮ４ａを７０ｎｍ
で連続形成する。この時の成膜条件は後掲の表３に示
す。

【００５４】続いて、図１９に示すように、基板を一た
ん大気に開放し、電気炉にて表３に示す条件で熱処理を
行う。なお、この熱処理はＴｉＮ４ａのバリア性を高め
るために行うものである。処理後の積層膜を符号４で示
す。

【００５５】続いて、図２０に示すようにスパッタ法で
Ｔｉ４０及びＡｌＳｉ３を連続形成する。ここで、Ａｌ
Ｓｉ膜の形成時、基板は液体窒素を用いた冷却方式（図
１０参照）によりマイナス１９０℃に冷却される。この
極低温でスパッタを行うとターゲットから飛来したスパ
ッタ粒子は基板に付着した瞬間、マイグレートせずその
位置に留まる。即ち作用の所で述べたようにＡｌ膜は途
切れることなく接続孔２であるコンタクトホール内部を
覆う。

【００５６】続いて、真空を破ること無く基板をリフロ
ーチャンバーに運ぶ。ここで、基板を５００℃に加熱
し、２分間の熱処理を行うと、図２１に示すような形状
で接続孔２（コンタクトホール）が埋め込まれ、Ａｌ系
配線３が形成される。

【００５７】図１０に示すのが、本実施例で用いるＡｌ
スパッタチャンバーである。図に示すように、ステージ
２４内部は液体窒素が循環する配管が設けられている。
ステージ内部から、表面にガス吹き出し孔が有り、ここ
からＡｒが導入され、ステージと基板の間にガスが充填
され、これによって、基板が熱伝導で冷却される。符号
２７ａで液体窒素導入、２７ｂで同排出、２６でＡｒガ
ス導入を示す。リフロー時には、ステージ２４に内蔵し
たヒーターにより加熱を行うとともに、ヒーターと基板
との間に不活性ガス（Ａｒガス等）を流すことにより、
基板加熱を行うようにする。

【００５８】

【表３】○Ｔｉ膜形成条件Ａｒ９０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力３０００Ｗ基板温度１５０℃ ○ＴｉＮ膜形成条件Ａｒ５０ＳＣＣＭＮ₂ ６０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力６５００Ｗ基板温度１５０℃ ○ＴｉＮアニール条件Ｎ₂ １００％，４５０℃，３０分 ○ＡｌＳｉ膜形成条件Ａｒ９０ＳＣＣＭ（背面から３０ＳＣＣＭ，チ
ャンバーから６０ＳＣＣＭ）圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力５０００Ｗ基板温度 −１９０℃ ○リフロー条件Ａｒ３０ＳＣＣＭ圧力１ｍＴｏｒｒ基板温度５００℃，１２０秒

【００５９】本実施例によれば、Ａｌ系膜形成時に基板
を液体窒素温度付近に冷却することによってコンタクト
ホール内に膜を途切れること無く形成でき、その後のＡ
ｌリフローの際にホール内部にボイドを形成することが
無くなり、精度良くＡｌを埋め込むことができた。

【００６０】本実施例は、本発明を高密度デバイスの配
線形成工程に適用することによって、優れた段差被覆率
が達成でき、エレクトロマイグレーション耐性の良い、
信頼性の高いデバイスを製造できたものであって、工業
的に見て非常に有用である。

【００６１】実施例４本実施例は、実施例３について、実施例２と同様にＡｌ
膜形成時にコリメータ・スパッタ法を用いて更に微細な
高アスペクト比のコンタクトホールを埋め込むようにし
た例である。

【００６２】以下、図２２ないし図１６を用いて説明す
る。初めに図２２に示すように、シリコン基板１ａの所
定の領域にイオン注入法により拡散層１２を形成する。

【００６３】次に、絶縁膜１ｂとしてＳｉＯ₂層を７０
０ｎｍの厚さに形成し、所定の箇所に接続孔２（コンタ
クトホール）を開孔する。

【００６４】続いて、図２３のようにスパッタ法により
基板にＴｉ４ａ３０ｎｍ、ＴｉＮ４ｂ７０ｎｍを連続形
成する。この時の成膜条件は表３に示したのと同様にし
た。

【００６５】続いて、図２４に示すように、基板を一た
ん大気に開放し、電気炉にて表３に示した条件で熱処理
を行う。なお、この熱処理はＴｉＮ４ａのバリア性を高
めるために行うものである。処理後の積層膜を符号４で
示す。

【００６６】続いて、図２５のようにスパッタ法でＴｉ
４０を３０ｎｍで形成後、コリメータ・スパッタ法とバ
イアス・スパッタ法を併用してＡｌＳｉ３０を５００ｎ
ｍ形成する。コリメート・スパッタ法は、図１６を参照
して説明したのとほぼ同様にしたが、本実施例ではこの
コリメータ・スパッタ中に基板をマイナス１９０℃に冷
却する。この冷却の機構は実施例３と同様にした。極低
温でのコリメート・スパッタによってホール径０．４μ
ｍ，アスペクト比２〜３のコンタクトホールにＡｌ３０
が途切れることなく付着した構造が得られた。

【００６７】続いて、真空を破ること無く基板をリフロ
ーチャンバーに運ぶ。ここで、基板を５００℃に加熱
し、２分間に熱処理を行うと、図２６に示すような形状
で、Ａｌ系配線３により、微細高アスペクト比の接続孔
２（コンタクトホール）が埋め込める。

【００６８】

【表４】○コリメートＡｌＳｉ形成条件Ａｒ９０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力１５ｋＷ基板温度 −１９０℃ コリメータのアスペクト比１：２

【００６９】本実施例によれば、Ａｌ膜形成時にコリメ
ート・スパッタを用いて、液体窒素温度付近に冷却する
ことによって更に微細なホールを埋め込むことができ
た。

【００７０】実施例５本実施例では、図２７に示すクラスター・ツール（マル
チチャンバー）を用いて配線を形成し、半導体装置を得
た。

【００７１】図２７において、各チャンバーは真空搬送
で結ばれている。本装置は、ロードロック室３８、搬送
室３９ａ〜３９ｃ、ＲＦ放電によるエッチング前処理室
３１、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ａｌのそれぞれのスパッタ室３３
〜３５、Ａｌリフロー室３６、及びランプアニール室３
２から構成されている。

【００７２】初めに、エッチング室３１にてホール内部
の自然酸化膜を除去する。次に、Ｔｉ，ＴｉＮをそれぞ
れのスパッタ室３３，３４で形成後、基板をランプアニ
ール室３２に運ぶ。ここで例えば、窒素雰囲気で６００
℃，９０秒のアニール処理を行う。続いて、Ｔｉスパッ
タ室３３にて成膜を行う。次に、Ａｌスパッタ室３５に
て極低温下での成膜を行う。次に、Ａｌリフロー室３６
にて、Ａｌリフローを行う。図中、３７はウェーハカセ
ットを示す。

【００７３】以上のプロセスは全て、真空を破らずに行
う。また、各プロセス条件は、上述した以外は、実施例
３に示したものと同様とした。

【００７４】本実施例は装置をクラスターツール化して
適用することができたもので、これによって、従来、工
程間で行っていたウェット系の前処理・後処理を削除す
ることが可能となり、工程時間が短縮できた。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、Ａｌ系材料を良好に埋
め込んで、信頼性高い配線を得るようにした半導体装置
の製造方法及び製造装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法及び作用を示す図である。

【図２】従来の方法及び問題点を示す図である。

【図３】実施例１の工程を示す図である（１）。

【図４】実施例１の工程を示す図である（２）。

【図５】実施例１の工程を示す図である（３）。

【図６】実施例１の工程を示す図である（４）。

【図７】実施例１の工程を示す図である（５）。

【図８】実施例で用いたスパッタ装置を示す図である。

【図９】実施例の作用説明図である。

【図１０】実施例３の装置の説明図である。

【図１１】実施例２の工程を示す図である（１）。

【図１２】実施例２の工程を示す図である（２）。

【図１３】実施例２の工程を示す図である（３）。

【図１４】実施例２の工程を示す図である（４）。

【図１５】実施例２の工程を示す図である（５）。

【図１６】実施例２の装置の説明図である。

【図１７】実施例３の工程を示す図である（１）。

【図１８】実施例３の工程を示す図である（２）。

【図１９】実施例３の工程を示す図である（３）。

【図２０】実施例３の工程を示す図である（４）。

【図２１】実施例３の工程を示す図である（５）。

【図２２】実施例４の工程を示す図である（１）。

【図２３】実施例４の工程を示す図である（２）。

【図２４】実施例４の工程を示す図である（３）。

【図２５】実施例４の工程を示す図である（４）。

【図２６】実施例４の工程を示す図である（５）。

【図２７】実施例５の装置の説明図である。

【符号の説明】

１基体１ａ基板（Ｓｉ）１ｂ絶縁膜（ＳｉＯ₂）３Ａｌ系配線（材料）３１バイアススパッタＡｌ３２通常スパッタＡｌ２３ウェーハ（基板）２４ステージ２７ａ冷却用液体窒素導入２７ｂ冷却用液体窒素排出２８コリメータ３１エッチング室３２ランプアニール室３３〜３５スパッタ室３６リフロー室３９ａ〜３９ｃ搬送室

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１１月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】

【表１】○Ｔｉ膜形成条件Ａｒ９０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力３０００Ｗ基板温度１５０℃ ○ＴｉＮ膜形成条件Ａｒ５０ＳＣＣＭ＋Ｎ_２６０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力６５００Ｗ基板温度１５０℃ ○ＴｉＮアニール条件Ｎ_２１００％，４５０℃，３０分 ○バイアス・スパッタＡｌＳｉ膜形成条件Ａｒ９０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力６５００Ｗ基板温度２００℃ 基板バイアス −１００Ｖ ○通常スパッタＡｌＳｉ膜形成条件Ａｒ９０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力１３０００Ｗ基板温度２００℃ ○Ａｌリフロー条件Ａｒ３０ＳＣＣＭ圧力１ｍＴｏｒｒ，基板温度４５０℃，１２０秒

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】

【表２】○コリメートＡｌＳｉ形成条件（バイアス・ス
パッタ）Ａｒ９０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力１３０００Ｗ基板温度２００℃ 基板側電圧 −１００Ｖコリメータのアスペクト比１：２

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５８】

【表３】○Ｔｉ膜形成条件Ａｒ９０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力３０００Ｗ基板温度１５０℃ ○ＴｉＮ膜形成条件Ａｒ５０ＳＣＣＭＮ_２６０ＳＣＣＭ圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力６５００Ｗ基板温度１５０℃ ○ＴｉＮアニール条件Ｎ_２１００％，４５０℃，３０分 ○ＡｌＳｉ膜形成条件Ａｒ９０ＳＣＣＭ（背面から３０ＳＣＣＭ，チ
ャンバーから６０ＳＣＣＭ）圧力５ｍＴｏｒｒＤＣ電力５０００Ｗ基板温度 −１９０℃ ○リフロー条件Ａｒ３０ＳＣＣＭ圧力１ｍＴｏｒｒ基板温度４５０℃，１２０秒

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/90 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１層Ａｌ系配線と半導体基板に形成した
素子との電気的接続孔もしくは第１層Ａｌ系配線と第２
層配線または更にその上層配線との電気的接続孔を備え
る半導体装置の製造方法において、バイアス・スパッタ法あるいは基板冷却下でのスパッタ
法により少なくとも膜が途切れること無くＡｌ系膜を形
成する工程と、スパッタ法で所定の厚さにＡｌ系膜を形成する工程と、真空を破ること無く基板を加熱し、Ａｌ系材料をリフロ
ーさせる工程とにより接続孔を埋め込むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
【請求項２】加熱工程によるＡｌ系材料と下地との反応
を防止するためにＴｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｐｄ及
びその窒化物，ホウ化物，酸化物，炭化物から成る化合
物群から任意に選択されるいずれかから成る膜、もしく
はこれらの積層膜を拡散防止層としてＡｌ系材料と下地
との間に挟むことを特徴とする請求項１に記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項３】バイアス・スパッタ法によりＡｌ系膜を形
成する工程と、スパッタ法によりＡｌ系膜を形成する工
程と、真空を破ることなく基板を３００℃以上の温度で
加熱する工程と、必要に応じて行うＡｌ系材料と下地と
の拡散防止層を形成する工程とが全て同一真空系におい
て行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項４】接続孔を有する半導体基板上に、少なくと
もスパッタ当初において０℃以下に基板を冷却しながら
Ａｌ系材料をスパッタ法により形成する手段と、該Ａｌ
系膜形成後、真空を破ることなく基板を３００℃以上の
温度で加熱する工程により接続孔を埋め込む手段を有す
ることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項５】基板を冷却しながらＡｌ系材料をスパッタ
法により形成する際の該基板を支持しているステージ内
部に液体窒素を流す構造とした請求項３に記載の半導体
装置の製造装置。
【請求項６】Ａｌ系材料と下地との拡散防止層を形成す
る手段を有することを特徴とする請求項３に記載の半導
体装置の製造装置。
【請求項７】基板を３００℃以上の温度で加熱する際の
該基板を支持しているステージにヒーターを組み込み、
このヒーターにより加熱を行い、かつヒーターと基板の
間に不活性ガスを流すことにより基板を加熱する手段を
有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の
製造装置。