JPH08241923A

JPH08241923A - 配線形成方法およびこれに用いる配線形成装置

Info

Publication number: JPH08241923A
Application number: JP4270495A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】開口径が微細でアスペクト比の大きい接続孔
の内部を高圧リフロー法によりＡｌ系配線膜で埋め込む
際に、配線膜表面の酸化を防止して埋め込み特性を改善
する。【構成】予め層間絶縁膜に接続孔を開口したウェハＷ
をスパッタリング装置１００に搬入し、スパッタリング
・ユニット６，７内でコンフォーマルなバリヤメタルと
該接続孔内に空洞部を残した状態のＡｌ系配線膜を順次
成膜する。次に、ウェハＷをプラズマ処理ユニット８に
送り、Ｈ₂Ｓ等のイオウ系化合物を放電解離させたプラ
ズマ中からＳ（イオウ）を堆積させてＡｌ系配線膜の表
面をパッシベートする。次にウェハＷを大気搬送して高
圧リフロー装置１０１へ搬入し、加熱ユニット１１でＳ
を昇華除去した後、高圧リフロー・ユニット１３内で高
圧リフローを行い、Ａｌ系配線膜を接続孔内に押し込
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイス等の微細
素子の製造に適用される配線形成方法とこれに用いられ
る高圧リフロー装置に関し、特にアスペクト比の高い微
細な接続孔を配線膜で均一に埋め込むことを可能とする
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＶＬＳＩ，ＵＬＳＩといった近年の高集
積化半導体装置では、数ｍｍ角のチップ上に数百万個以
上もの素子を集積させることが必要とされる。しかし、
かかる高集積化に二次元的な素子の微細化で対応するこ
とは、もはや困難である。このため、素子分離，容量素
子，トランジスタ等の構造部へトレンチを応用したり、
あるいは多層配線を採用するなど、デバイス構造の三次
元化が進められている。このような三次元構造において
は、トレンチや配線間スペースのアスペクト比が優に１
を超えており、しかも配線パターンの信頼性やフォトリ
ソグラフィの解像度を確保する観点から、ＣＭＰ（化学
的機械研磨法）等の手法により基板全面にわたって層間
絶縁膜が平坦化（グローバル平坦化）される傾向にあ
る。しかしながら、かかる平坦化は必然的に層間絶縁膜
の局部的な膜厚増大を招いており、この層間絶縁膜に開
口される接続孔の中にはアスペクト比が４〜５に達する
ものも現れている。

【０００３】かかる接続孔の高アスペクト比化に伴い、
この接続孔内を配線膜で埋め込む技術の重要度も増して
おり、これまでに選択タングステンＣＶＤ法、あるいは
ブランケットタングステンＣＶＤ法とエッチバックの組
み合わせにより接続孔を平坦に埋め込む、いわゆるメタ
ルプラグ形成法が提案されてきた。しかし、選択タング
ステンＣＶＤ法には選択性の中途破綻や、過剰成長部の
エッチバックが追加工程として必要となること等の問題
があり、一方のブランケット・タングステンＣＶＤ法に
は工程増やエッチバックの終点判定精度等の問題があ
る。さらに、いずれの方法にしても原料ガスであるＷＦ
₆ガスが高価であり、このことが工程数増加、あるいは
工程の複雑化とあいまって半導体装置のコストを押し上
げる原因となっている。

【０００４】このようにコストのかかるメタルプラグ形
成法に代わり、接続孔を直接アルミニウム（Ａｌ）系配
線膜で埋め込むリフロー法が提案されている。これは、
ＡｌまたはＡｌ系合金の再結晶温度より高く融点より低
い温度域で基板を加熱することにより、基板上でＡｌ膜
またはＡｌ系合金膜をｉｎ−ｓｉｔｕに流動（リフロ
ー）させながら成膜を行い、平坦性を改善する方法であ
る。

【０００５】さらに、このリフローを数十〜百数十気圧
程度の不活性ガス雰囲気中で行う、高圧リフロー法も１
９９４年ＩＥＤＭ抄録集，ｐ．１０５〜１０８に提案さ
れている。この方法によれば、成膜直後には接続孔の開
口端近傍でＡｌ膜またはＡｌ系合金膜が癒合して接続孔
の内部に空洞部が発生した状態であっても、接続孔内部
へ膜を押し込んで最終的には接続孔を完全に埋め込むと
共に、基体表面を平坦化することができる。通常は、基
板上にＡｌ膜またはＡｌ系合金膜をスパッタ成膜した
後、スパッタリング装置から基板を搬出し、この基板を
高圧リフロー装置へ搬入して高圧リフローを行うといっ
た手順で作業が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記高圧リ
フロー法による接続孔埋め込みのメカニズムは必ずしも
明らかではないが、Ａｌ膜またはＡｌ系合金膜の表面に
自然酸化膜が成長していると加熱流動が円滑に進行しな
いことが、経験的に知られている。この問題を、図８お
よび図９を参照しながら説明する。

【０００７】図８は、下層配線２１上に積層された層間
絶縁膜２２に接続孔２３が開口され、該層間絶縁膜２２
の全面を被覆してＴｉ膜２４およびＴｉＮ膜２５の積層
膜であるバリヤメタル２６が形成され、さらにこの上に
Ａｌ系配線膜２７が形成された状態を示している。ここ
で、上記接続孔２３の開口径は約０．３μｍと小さく、
かつアスペクト比は約４と大きいため、上記Ａｌ系配線
膜２７は該接続孔２３の内部に空洞部２８を残したま
ま、開口端付近でブリッジ状に繋がっている。また、こ
のＡｌ系配線膜２７の表面には自然酸化膜３０が成長し
ている。

【０００８】この状態のウェハについて高圧Ａｒ雰囲気
中で高圧リフローを行っても、Ａｌ系配線膜２７の加熱
流動は一定レベル以上には進行せず、図９に示されるよ
うに空洞部２８は解消されないまま残ってしまう。

【０００９】上記自然酸化膜３０は、Ａｌ膜またはＡｌ
系合金膜の成膜を終了した基板を高圧リフロー装置へ搬
入するために一旦大気開放した際に生じたものである。
したがって、配線膜の表面における自然酸化膜の成長を
効果的に抑制できるか否かは、高圧リフロー法の成否を
決定する重要な鍵となる。

【００１０】自然酸化膜の成長を抑制するためには、基
体表面を一時的に大気から遮断するためのパッシベーシ
ョンを行うことが有効である。このための手法として、
従来よりフルオロカーボン系ガスの放電解離で生成する
ポリマーを用いて基体表面を被覆する、いわゆるポリマ
ー・パッシベーションが知られている。しかしながらこ
の手法には、次工程の直前にたとえばＣｌ₂を用いたＵ
Ｖアシスト・エッチングを行うなど、ポリマー被膜を除
去するための工程を余分に要すること、およびカーボン
汚染が生じ易いこと等の欠点がある。

【００１１】そこで本発明は、上述の問題を解決し、ア
スペクト比の高い微細な接続孔を配線膜で均一に埋め込
むことを可能とする配線形成方法およびこれに用いる配
線形成装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達するために提案されるものである。まず、本発明の配
線形成方法は、層間絶縁膜に開口された接続孔をその開
口プロファイルに倣ってバリヤメタルで被覆する工程
と、前記バリヤメタル上に配線膜を成膜する工程と、前
記配線膜の表面をイオウもしくは窒化イオウ系化合物の
少なくとも一方よりなる保護膜で被覆する工程と、基体
を加熱することにより前記保護膜を除去する工程と、除
去後、直ちに前記配線膜を高圧リフロー法により前記接
続孔に埋め込む工程とを経るものである。

【００１３】ここで、前記保護膜は、Ｓ₂Ｆ₂，Ｓ
Ｆ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ₂Ｃｌ₂，Ｓ
Ｃｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂，Ｈ₂Ｓか
ら選ばれる少なくとも１種類のイオウ系化合物を含むガ
スを放電解離させたプラズマ中に生成するイオウ
（Ｓ）、あるいはこれらのイオウ系化合物と窒素系化合
物とを含む混合ガスを放電解離させたプラズマ中に生成
する窒化イオウ系化合物を堆積させることにより形成す
ることができる。

【００１４】上記イオウ系化合物のうち、Ｈ₂Ｓ以外は
ハロゲン化イオウである。ただし、本発明で用いるハロ
ゲン化イオウは、従来よりエッチング・ガスとして広く
利用されている六フッ化イオウ（ＳＦ₆）とは異なり、
Ｓ／Ｘ比〔分子内のＳ原子数とＸ（ハロゲン）原子数と
の比〕が小さく、放電解離条件下でプラズマ中に遊離の
イオウを放出することができる。Ｈ₂Ｓも同様にイオウ
を放出することができる。このイオウは、その昇華温度
より低い温度に維持された基板上に堆積する。

【００１５】このプラズマ中に、窒素系化合物に由来す
るＮ系化学種が存在すると、イオウとＮ系化学種との反
応により窒化イオウ系化合物が生成する。最も単純に
は、まずＳとＮとの反応によりチアジル（Ｎ≡Ｓ）が形
成される。このチアジルは、酸素類似体である一酸化窒
素（ＮＯ）の構造から類推すると不対電子を持ってお
り、容易に重合して（ＳＮ）₂を生ずる。（ＳＮ）₂は
３０℃付近で分解する化合物であるが、２０℃付近では
容易に重合して（ＳＮ）₄，さらにはポリチアジル（Ｓ
Ｎ）_xを生成する。本発明において窒化イオウ系化合物
の主体をなすと考えられるのは、このポリチアジルであ
る。

【００１６】ポリチアジルは、米国化学会誌（Ｊ．Ａ
ｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．）第２９巻，ｐ．６３５８〜６
３６３（１９７５年）に詳述されているように、常圧下
では２０８℃，減圧下では１４０〜１５０℃付近まで安
定に存在する導電性ポリマーである。その結晶を室温状
態で１気圧の乾燥Ｏ₂雰囲気、もしくは湿潤Ｏ₂雰囲気
中に６日間放置しても変化を来さないことから、酸化に
対して極めて安定であり、本発明のパッシベーション膜
として極めて好適である。

【００１７】なお、プラズマ中にＦ^*（フッ素ラジカ
ル）が存在する系では上記（ＳＮ）_xのＳ原子上にＦ原
子が結合したフッ化チアジルが、またＨ^*（水素ラジカ
ル）が存在する系ではチアジル水素が生成し得る。さら
に、条件によっては分子内のＳ原子数とＮ原子数とが不
均衡な環状窒化イオウ化合物、あるいはこれら環状窒化
イオウ化合物のＮ原子上にＨ原子が結合したイミド型の
化合物も形成可能である。

【００１８】本発明の配線形成方法において基板上に堆
積させたイオウおよび／または窒化イオウ系化合物は、
基板を昇華温度より高い温度域に加熱するだけで容易に
昇華もしくは分解させることができる。したがって、基
板上に何らパーティクル汚染が残る虞れがない。

【００１９】本発明で用いられる配線膜は、従来公知の
いかなる配線膜であっても良いが、本発明は自然酸化膜
を生じ易いＡｌ系あるいは銅（Ｃｕ）系の配線膜に対し
て特に有効である。また、バリヤメタルは、従来公知の
材料膜で構成されたものとして良く、典型的にはＴｉ
膜，ＴｉＮ膜，ＴｉＯＮ膜，ＴｉＷ膜およびこれらの組
合せによる多層膜である。

【００２０】なお、Ａｌ系配線膜を用いる場合、残留塩
素や残留臭素によるアフターコロージョンを防止する観
点から、保護膜形成にはＨ₂Ｓ、あるいはフッ化イオウ
Ｓ₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀を用いることが特
に好適である。

【００２１】一方、本発明の配線形成装置は、加熱ユニ
ットと、内部に加圧雰囲気を生成可能な圧力容器と、該
圧力容器内で被処理基板を保持する基板保持手段と、該
基板を加熱する加熱手段とを備えた高圧リフロー・ユニ
ットと、前記加熱ユニットと前記高圧リフロー・ユニッ
トとの間で前記基板を大気から遮断された状態で搬送す
る搬送ユニットとを少なくとも有するものである。ここ
で、上記加熱ユニットは、内部に減圧雰囲気を生成可能
な減圧容器と、該減圧容器内で非処理基板を保持する基
板保持手段と、イオウもしくは窒化イオウ系化合物の基
板からの脱離温度よりも高い温度に該基板を加熱する加
熱手段とを備える。上記搬送ユニットの実用的な型式と
しては、通常のマルチチャンバ・システムに採用されて
いるセンタ・ハンドラが考えられる。

【００２２】上記搬送ユニットにはさらに、バリヤメタ
ル成膜用の成膜ユニットと、配線膜成膜用の成膜ユニッ
トと、保護膜形成用のプラズマ処理ユニットとを少なく
とも含む成膜装置が接続されていても良く、これにより
配線膜の成膜から高圧リフローまでを一貫して行うマル
チチャンバ型配線形成装置を構築することができる。

【００２３】上記成膜装置としては、近年ではマルチチ
ャンバ型の装置が一般的に用いられており、各チャンバ
が放射型配置をとる装置では多角形状のセンタ・ハンド
ラの各辺上にバリヤメタル成膜用の一ないし複数のユニ
ット、配線膜成膜用のユニット、必要に応じて反射防止
膜成膜用のユニット等が接続されている。上述した本発
明での配線形成方法では、保護膜の表面をイオウまたは
窒化イオウ系化合物からなる保護膜で一旦被覆するが、
この被覆は配線膜の成膜後直ちに行うことが望ましいの
で、この保護膜成膜用のユニットも成膜装置に含めるこ
とができる。したがって、かかる成膜装置のセンタ・ハ
ンドラと上記の搬送ユニットとを接続すれば、バリヤメ
タルの成膜→配線膜の成膜→保護膜の形成→保護膜の除
去→高圧リフローといった一連のプロセスを、基体を途
中で大気開放することなく行うことができる。

【００２４】以上は、放射型配置を有するマルチチャン
バ型配線形成装置の構成であるが、単一のライン型のセ
ンタ・ハンドラの両側にバリヤメタル成膜用ユニット、
配線膜成膜用ユニット、保護膜成膜ユニット、保護膜除
去用（前処理）ユニット、高圧リフロー・ユニットのす
べてが配列された直線配置を有する装置であっても良
い。

【００２５】ところで、上記配線形成装置では、減圧ユ
ニット（加熱ユニット）と高圧ユニット（高圧リフロ
ー）とを搬送ユニットを介して一体化することが必要で
ある。このように圧力の大きく異なるユニット間で基板
を搬送する際には、特に高圧ユニットから減圧ユニット
への内部雰囲気の拡散を防ぐため、前高圧リフロー・ユ
ニットと搬送ユニットとの間に圧力差を緩和するための
バッファ・ユニットを介在させると良い。

【００２６】

【作用】本発明の配線形成方法によれば、配線膜、特に
Ａｌ系配線膜を成膜後、その表面が高圧リフローを行う
直前まで保護膜によりパッシベートされるため、配線膜
の表面に自然酸化膜が成長する虞れがない。したがっ
て、高圧リフロー時の加熱流動を円滑に進行させ、アス
ペクト比の高い微細な接続孔を均一に埋め込むことが可
能となる。上記保護膜を構成するイオウおよび／または
窒化イオウ系化合物は、加熱するだけで容易に昇華もし
くは分解するので、ウェハ上にパーティクル汚染を残す
ことなく、クリーンなプロセスを実現することができ
る。

【００２７】また、本発明の配線形成装置を用いれば、
高圧リフローを行う直前に加熱ユニット内で基体表面の
保護膜が除去され、しかもこの基体を大気に曝すことな
く高圧リフロー・ユニットに搬入して高圧リフローを行
うことができるので、保護膜の除去に伴って露出した配
線膜の表面に自然酸化膜を成長させることなく、円滑な
リフローを進行させることができる。さらに、成膜装置
も一体化した配線形成装置によれば、バリヤメタルの成
膜→配線膜の成膜→保護膜の形成→保護膜の除去→高圧
リフローといった一連のプロセスを、基体を途中で大気
開放することなく行うことができるため、プロセスの均
一性や再現性が一層向上する。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２９】実施例１本実施例では、保護膜を加熱除去するための加熱ユニッ
トと配線膜の高圧リフローを行うための高圧リフロー・
ユニットとが搬送ユニットを介して一体化された高圧リ
フロー装置を含む配線形成装置について、図１を参照し
ながら説明する。なお、この配線形成装置の上記高圧リ
フロー装置の前段には、バリヤメタル，Ａｌ系配線膜，
および保護膜の形成までを行うスパッタリング装置が置
かれるので、本実施例ではこのスパッタリング装置につ
いても併せて説明する。

【００３０】図１中、向かって左側がスパッタリング装
置１００、右側が高圧リフロー装置１０１である。

【００３１】上記スパッタリング装置１００は、断面形
状５角形の搬送ユニット４の各辺上にプロセス開始前の
ウェハＷを収容するロード・ユニット１Ｌ、プロセス終
了後のウェハＷを収容するアンロード・ユニット１Ｕ、
バリヤメタル成膜用のスパッタリング・ユニット６、Ａ
ｌ系配線膜成膜用のスパッタリング・ユニット７、イオ
ウ保護膜もしくは窒化イオウ系化合物を保護膜として堆
積させるためのプラズマ処理ユニット８が、各々ゲート
・バルブ３を介して接続された構成を有する。

【００３２】上記ロード・ユニット１Ｌおよびアンロー
ド・ユニット１Ｕ内には、複数枚のウェハＷをセットす
るためのウェハ・カセットが収容される。また、このロ
ード・ユニット１Ｌおよびアンロード・ユニット１Ｕは
ウェハ・カセットの搬出入時に大気開放されるので、こ
の時のスパッタリング装置１００全体の真空度の低下を
防止するために、ゲート・バルブ３との間にバッファ室
２を設ける形で配置されている。

【００３３】上記バリヤメタル成膜用のスパッタリング
・ユニット６には、一例としてＴｉターゲットが設置さ
れており、スパッタリング・ガスとしてＡｒガスを用い
た通常のスパッタリングと、Ｎ₂等の窒素系ガスを含有
するガスを用いた反応性スパッタリングとを随時切り換
えることにより、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜の双方を成膜可能と
されている。なお、上記反応性スパッタリングでは、Ｎ
₂Ｏガスを用いることによりＴｉＯＮ膜を成膜すること
も可能である。スパッタリングの方式としては、ＤＣマ
グネトロン・スパッタリング、ＲＦスパッタリング、イ
オン・ビーム・スパッタリング等、従来公知のあらゆる
方式を適用することができるが、ここではＤＣマグネト
ロン・スパッタリングを採用した。

【００３４】上記Ａｌ系配線膜成膜用のスパッタリング
・ユニット７では、純Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ合金といった公知のＡｌ系材料からなるターゲ
ットをスパッタすることにより、Ａｌ系配線が成膜され
る。このスパッタリングの方式も上述したあらゆる方式
とされて良いが、これもＤＣマグネトロン・スパッタリ
ングとした。

【００３５】上記プラズマ処理ユニット８は、平行平板
型電極間でグロー放電プラズマを生成させるタイプ、あ
るいはＥＣＲプラズマ，ＩＣＰ（誘導結合プラズマ），
ヘリコン波プラズマといったような近年開発された高密
度プラズマを用いるタイプの中から適宜選択されるもの
である。ただし、ウェハＷを載置するステージには、ウ
ェハＷの温度をイオウまたは窒化イオウ系化合物の昇華
／分解温度未満に維持できる温度調節手段を備えている
ことが必要である。実用上は、プラズマ・エッチングに
用いられるプラズマ装置を転用しても良く、基板バイア
ス印加機構を有する装置についてはこれを無バイアス条
件下で使用すれば良い。本実施例では、ソフト・エッチ
ング用のＩＣＰユニットを採用した。

【００３６】一方、上記高圧リフロー装置１０１は、断
面形状正方形の搬送ユニット９の各辺上に、プロセス開
始前のウェハＷを収容するロード・ユニット１５Ｌ、プ
ロセス終了後のウェハＷを収容するアンロード・ユニッ
ト１５Ｕ、前記保護膜を加熱除去するための加熱ユニッ
ト１２、配線膜をリフローさせるための高圧リフロー・
ユニット１３、プロセス終了後の前のウェハＷを収容す
るアンロード・ユニット１６が、各々ゲート・バルブ３
を介して接続された構成を有する。

【００３７】上記ロード・ユニット１５Ｌおよびアンロ
ード・ユニット１５Ｕ内には、複数枚のウェハＷをセッ
トするためのウェハ・カセットが収容される。また、こ
のロード・ユニット１５Ｌおよびアンロード・ユニット
１５Ｕはウェハ・カセットの搬出入時に大気開放される
ので、この時の高圧リフロー装置１０１全体の真空度の
低下を防止するために、ゲート・バルブ３との間にバッ
ファ室１２を設ける形で配置されている。

【００３８】上記加熱ユニット１１は、ヒータを内蔵す
るウェハ・ステージを収容し、かつ、ユニット内部を減
圧雰囲気に保つための排気系統に接続されている。上記
高圧リフロー・ユニット１３は、不活性ガスの高圧雰囲
気中でウェハを加熱するユニットである。１０気圧レベ
ルの耐圧仕様であれば、Ａｒ等の不活性ガスを含む高圧
ガス・ボンベに接続された円筒形の加圧チャンバの上下
面に石英ガラス窓を配し、この窓の外側に配設されたハ
ロゲン・ランプを用いてウェハＷを加熱することができ
る。また、１００気圧レベルの耐圧仕様であれば、ステ
ンレス鋼等の剛性材料からなる球形の加圧チャンバを用
い、ウェハＷはこれを載置するステージに内蔵されるヒ
ータを用いて加熱することができる。本実施例では、前
者の仕様を採用した。

【００３９】なお、この高圧リフロー・ユニット１３は
減圧雰囲気を有する加熱ユニット１１と異なり高圧ユニ
ットであるため、ゲート・バルブ３との間にバッファ室
１２を介在させる形で設置した。

【００４０】上記スパッタリング装置１００の各ユニッ
ト１Ｌ，１Ｕ，６，７，８に対するウェハＷの搬出入
は、搬送ユニット４に備えられたハンドラ５によってそ
の都度ゲート・バルブ３を開閉しながら行われる。

【００４１】また、上記高圧リフロー装置１０１のこれ
ら各ユニット１５Ｌ，１５Ｕ，１１，１３に対するウェ
ハＷの搬出入は、搬送ユニット９に備えられたハンドラ
１０によってその都度ゲート・バルブ３を開閉しながら
行われる。

【００４２】本実施例の配線形成装置を用いた一連の配
線形成プロセスは、概略以下の様になる。すなわち、ま
ずスパッタリング装置１００内において、ハンドラ５を
用いてロード・ユニット１Ｌ内のウェハ・カセットから
１枚ずつ取り出されたウェハＷは、ハンドラ５によりス
パッタリング・ユニット６，７およびプラズマ処理ユニ
ット８間を順次移送されながら、バリヤメタルの成膜、
Ａｌ系配線膜の成膜、および保護膜の堆積の各プロセス
を経る。保護膜でパッシベートされた状態のウェハＷは
アンロード・ユニット１Ｕ内のウェハ・カセットに収納
される。

【００４３】上記ウェハ・カセットが満杯になると、こ
れを一旦大気中へ搬出し、高圧リフロー装置１０１のロ
ード・ユニット１５Ｌへ搬入する。すると、今度はハン
ドラ１０を用いてウェハ・カセットからウェハＷが１枚
ずつ取り出され、ハンドラ１０により前処理ユニット１
１、高圧リフロー・ユニット１３間を順次移送されなが
ら、保護膜の除去およびＡｌ系配線膜のリフローを順次
経る。以上のプロセスをすべて終了した後、ウェハＷは
アンロード・ユニット１５Ｕに収容される。

【００４４】本実施例の配線形成装置では、スパッタリ
ング装置１００から高圧リフロー装置１０１へのウェハ
Ｗの大気搬送は、パッシベートされた状態で行われ、こ
のパッシベート状態は高圧リフローが行われる直前まで
継続される。したがって、Ａｌ系配線膜の表面に自然酸
化膜が成長する機会が極めて少なく、高圧リフローを円
滑に再現性良く行うことが可能となる。

【００４５】実施例２本実施例では、高圧リフロー装置とスパッタリング装置
とが一体化された配線形成装置について、図２を参照し
ながら説明する。この装置は、中央の連結ユニット１６
より図中向かって左側がスパッタリング装置１０２、向
かって右側が高圧リフロー装置１０３とされており、該
連結ユニット１６が両装置１０２，１０３の各搬送ユニ
ット４，１７の一辺に接続された構成を有する。上記ス
パッタリング装置１０２の構成ユニットについては、ほ
ぼ実施例１で上述したとおりであるが、バッファ室２に
接続されているのはここではロード・ユニット１Ｌのみ
である。

【００４６】一方、上記高圧リフロー装置１０３の構成
ユニットもほぼ実施例１で上述したとおりであるが、こ
こでは搬送ユニット１７は断面形状が５角形とされ、ま
たバッファ室１４に接続されているのはアンロード・ユ
ニット１５Ｕのみである。

【００４７】両装置１０２，１０３間におけるウェハＷ
の搬送は、連結ユニット１６を介して行われる。この連
結ユニット１６には、ハンドラ５，１０との間でウェハ
Ｗの受渡しを行うためのウェハ載置台、あるいはウェハ
Ｗを能動的に搬送するための搬送機構が設けられてい
る。

【００４８】本実施例の配線形成装置を用いた一連の配
線形成プロセスは、概略以下の様になる。すなわち、ま
ずスパッタリング装置１０２内において、ハンドラ５を
用いてロード・ユニット１Ｌから１枚ずつ取り出された
ウェハＷは、ハンドラ５によりスパッタリング・ユニッ
ト６，７およびプラズマ処理ユニット８間を順次移送さ
れながら、バリヤメタルの成膜、Ａｌ系配線膜の成膜、
および保護膜の堆積の各プロセスを経る。保護膜でパッ
シベートされた状態のウェハＷは連結ユニット１６を介
して高圧リフロー装置１０３に送られる。ここで、ウェ
ハＷは今度はハンドラ１０を用いて加熱ユニット１１、
高圧リフロー・ユニット１３間を順次移送されながら、
保護膜の除去およびＡｌ系配線膜の高圧リフローを順次
経る。以上のプロセスをすべて終了した後、ウェハＷは
アンロード・ユニット１５Ｕに収容される。

【００４９】この説明からも明らかなように、一連の配
線形成プロセスはすべてウェハＷを大気から遮断した状
態で連続的に行われる。しかも、Ａｌ系配線膜の表面は
成膜後直ちに保護膜でパッシベートされ、この状態は高
圧リフローが行われる直前まで継続される。したがっ
て、Ａｌ系配線膜の表面に自然酸化膜が成長する機会が
ほとんど断たれ、高圧リフローを一層円滑に、かつ再現
性良く行うことが可能となる。

【００５０】実施例３本実施例では、実施例１で上述した配線形成装置を用い
て微細な接続孔を被覆するＡｌ系配線膜の成膜とその埋
め込みを行う際に、途中でＡｌ系配線膜の表面をＳ（イ
オウ）を用いてパッシベートした。本実施例のプロセス
を、図２ないし図６を参照しながら説明する。

【００５１】まず、下層配線２１上にたとえばＯ₃／Ｔ
ＥＯＳ混合ガスを常圧ＣＶＤによりＳｉＯ₂からなる層
間絶縁膜２２を約１．２μｍの厚さに形成し、化学増幅
系レジスト材料とＫｒＦエキシマ・レーザ・ステッパを
用いて図示されないレジスト・マスクを形成し、このマ
スクを介してＲＩＥを行うことにより、開口径約０．３
μｍ，アスペクト比約４の接続孔２３を形成した。ここ
で、上記下層配線２１は、Ｓｉ基板内に形成された不純
物拡散領域であっても、あるいはポリシリコン膜、ポリ
サイド膜、Ａｌ系配線膜等の公知の配線材料膜からなる
配線パターンであっても良く、これにより上記接続孔２
３もコンタクト・ホールあるいはビア・ホールのいずれ
かとなる。前述の配線形成装置のロード・ユニット１内
には、この状態のウェハＷが多数待機している。

【００５２】次に、このウェハＷを１枚ずつ取り出して
スパッタリング・ユニット６へ搬入し、一例として下記
の条件でＴｉ膜２４およびＴｉＮ膜２５を連続的に成膜
した。〔Ｔｉ膜２４の成膜条件〕Ａｒ流量１００ＳＣＣＭガス圧０．４ＰａＤＣパワー５ｋＷ成膜温度１５０ ℃ 〔ＴｉＮ膜２５の成膜条件〕Ａｒ流量３０ＳＣＣＭＮ₂流量８０ＳＣＣＭガス圧０．４ＰａＤＣパワー５ｋＷ成膜温度１５０ ℃ このスパッタリングにより、接続孔２３の内壁面を被覆
するごとく厚さ約３０ｎｍのＴｉ膜２４と厚さ約７０ｎ
ｍのＴｉＮ膜２５が順次形成され、厚さ計１００μｍの
バリヤメタル２６が成膜された。

【００５３】次に、ウェハＷをスパッタリング・ユニッ
ト７に移送し、一例として下記の条件でＡｌ系配線膜を
成膜した。ターゲットＡｌ−２％ＣｕＡｒ流量１００ＳＣＣＭガス圧０．４ＰａＤＣパワー５ｋＷ成膜温度３００ ℃ このスパッタリングにより、厚さ約５００ｎｍのＡｌ系
配線膜２７を成膜した。ただし、接続孔２３の開口径が
小さく、アスペクト比が大きいため、上記Ａｌ系配線膜
２７は該接続孔２３の開口端付近でブリッジ状に繋がっ
ており、接続孔２３の内部には空洞部２８が残されてい
る。図２には、ここまでの状態が示されている。

【００５４】次に、ウェハＷをプラズマ処理ユニット８
に移送し、一例として下記の条件でプラズマ処理を行っ
た。Ｈ₂Ｓ流量３０ＳＣＣＭガス圧１Ｐａソース・パワー２ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ）堆積温度２０ ℃ このプラズマ処理においては、ウェハＷの温度が室温に
維持されているため、Ｈ₂ＳのＩＣＰ中に生成した遊離
のＳがＡｌ系配線膜２７の表面に堆積し、保護膜２９を
形成してこれをパッシベートした。パッシベーションを
終了したウェハＷは、アンロード・ユニット１Ｕ内のウ
ェハ・カセットへ収容した。

【００５５】次に、ウェハＷをウェハ・カセットごと装
置外へ取り出し（大気開放）、高圧リフロー装置１０１
のロード・ユニット１５Ｌへ搬入した。このウェハＷを
１枚ずつ加熱ユニット１１内に搬入し、１Ｐａの減圧下
でウェハＷを９０℃に加熱することにより、図５に示さ
れるように保護膜２９を昇華除去した。このとき、ウェ
ハＷ上でパーティクル汚染は検出されなかった。

【００５６】さらに、ウェハＷを高圧リフロー・ユニッ
ト１３に搬入し、一例としてＡｒ雰囲気下、加熱温度４
００℃，圧力１０⁶Ｐａの条件で高圧リフローを行っ
た。この結果、図６に示されるように空洞部２８が徐々
に縮小されるごとくＡｌ系配線膜２７のリフローが進行
した。本実施例では、上述のように途中でウェハＷを一
旦大気開放しているにもかかわらず、Ｓの保護膜２９に
よりＡｌ系配線膜２７の表面酸化が防止されたため、最
終的には図７に示されるように、接続孔２３の内部をＡ
ｌ系配線膜２７で埋め込むことができた。

【００５７】実施例４本実施例では、実施例２で上述した配線形成装置を用い
て微細な接続孔を被覆するＡｌ系配線膜の成膜とその埋
め込みを行う際に、途中でＡｌ系配線膜の表面をポリチ
アジル（ＳＮ）_xを用いてパッシベートした。以下、本
実施例のプロセスを説明するが、実施例３と共通する部
分については詳しい説明を省略する。

【００５８】まず、図２に示される配線形成装置の中の
スパッタリング装置１０２を用いて図３に示されるよう
なＡｌ系配線膜２７の成膜までを行った後、プラズマ処
理ユニット８内で一例として下記の条件で（ＳＮ）_xか
らなる保護膜２９を形成した。Ｈ₂Ｓ流量３０ＳＣＣＭＮ₂流量２０ＳＣＣＭガス圧１Ｐａソース・パワー２ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ）堆積温度２０ ℃ プラズマ処理においては、ウェハＷの温度が室温に維持
されているため、Ｈ₂Ｓ／Ｎ₂混合ガスのＩＣＰ中に生
成した（ＳＮ）_xがＡｌ系配線膜２７の表面に堆積し、
保護膜２９を形成してこれをパッシベートした。

【００５９】次に、パッシベーションを終了したウェハ
Ｗを、連結ユニット１６を介して高圧リフロー装置１０
３に搬送し、加熱ユニット１１内において１Ｐａの減圧
下でウェハＷを１５０℃に加熱することにより、図５に
示されるように保護膜２９を除去した。このとき、（Ｓ
Ｎ）_xは主としてＳとＮ₂に分解して除去され、ウェハ
Ｗ上に何らパーティクルを残すことはなかった。

【００６０】この後、実施例３と同様の高圧リフローを
行い、Ａｌ系配線膜２７を接続孔２３の内部に良好に埋
め込むことができた。本実施例では、Ｓよりもさらにパ
ッシベーション効果の高い（ＳＮ）_xを保護膜２９とし
て用い、しかも成膜から高圧リフローまでの工程中にウ
ェハＷを一度も大気開放しないため、極めて再現性と信
頼性に優れる接続孔埋め込みを行うことができた。

【００６１】以上、本発明を４例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上記実施例３ではスパッタリ
ング装置と高圧リフロー装置とが独立した配線形成装置
とＳによるパッシベーションとを組み合わせ、一方実施
例４では両装置が一体化された配線形成装置と（ＳＮ）
_xによるパッシベーションとを組み合わせたが、これら
の組み合わせは互いに交換しても構わない。また、バリ
ヤメタルやＡｌ系配線膜の成膜条件、パッシベーション
のためのプラズマ処理条件、高圧リフロー条件、ウェハ
Ｗの構成等の細部はいずれも適宜変更が可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば高圧リフロー時の加熱流動を円滑に進行さ
せ、アスペクト比の高い微細な接続孔の均一な埋め込み
をパーティクル汚染を招くことなく実現することができ
る。したがって、本発明は将来の半導体装置のデザイン
・ルールの微細化にも対応可能であり、半導体装置の高
集積化、微細化、高性能化、高信頼化に大きく貢献する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】互いに分離されたスパッタリング装置と高圧リ
フロー装置とを含む本発明の配線形成装置の一構成例を
示す模式的上面図である。

【図２】スパッタリング装置と高圧リフロー装置が一体
化された本発明の配線形成装置の他の構成例を示す模式
的上面図である。

【図３】本発明の配線形成方法を適用したプロセス例に
おいて、層間絶縁膜の表面にＡｌ系配線膜が成膜された
際に接続孔の内部に空洞部が残った状態を示す模式的断
面図である。

【図４】図４のＡｌ系配線膜の表面をイオウもしくは窒
化イオウ系化合物からなる保護膜でパッシベートした状
態を示す模式的断面図である。

【図５】図４の保護膜を加熱除去した状態を示す模式的
断面図である。

【図６】高圧リフローにより図５のＡｌ系配線膜を接続
孔に押し込んでいる途中状態を示す模式的断面図であ
る。

【図７】図６の接続孔がＡｌ系配線膜により完全に埋め
込まれた状態を示す模式的断面図である。

【図８】従来の配線形成方法において、Ａｌ系配線膜の
表面に自然酸化膜が成長した状態を示す模式的断面図で
ある。

【図９】図８のＡｌ系配線膜に対して高圧リフローを行
っても、接続孔の埋め込みが円滑に進行しない状態を示
す模式的断面図である。

【符号の説明】

３ゲート・バルブ４，９搬送ユニット６（バリヤメタル成膜用の）スパッタリング・ユニッ
ト７（Ａｌ系配線膜成膜用の）スパッタリング・ユニッ
ト８（保護膜成膜用の）プラズマ処理ユニット１１（保護膜除去用の）加熱ユニット１３高圧リフロー・ユニット２１下層配線２２層間絶縁膜２３接続孔２５バリヤメタル２７Ａｌ系配線膜２８空洞部２９保護膜（イオウまたは窒化イオウ系化合物）１００，１０２スパッタリング装置１０１，１０３高圧リフロー装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】層間絶縁膜に開口された接続孔をその開
口プロファイルに倣ってバリヤメタルで被覆する工程
と、前記バリヤメタル上に配線膜を成膜する工程と、前記配線膜の表面をイオウもしくは窒化イオウ系化合物
の少なくとも一方よりなる保護膜で被覆する工程と、基体を加熱することにより前記保護膜を除去する工程
と、前記保護膜を除去後、直ちに前記配線膜を高圧リフロー
法により前記接続孔に埋め込む工程とを有する配線形成
方法。
【請求項２】前記保護膜は、Ｓ₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ
₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ₂Ｃｌ₂，ＳＣｌ₂，Ｓ
₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂，Ｈ₂Ｓから選ばれる
少なくとも１種類のイオウ系化合物を含むガスを放電解
離させたプラズマ中に生成するイオウを堆積させること
により形成される請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】前記保護膜は、Ｓ₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ
₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₂Ｃｌ₂，ＳＣｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ
₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂，Ｈ₂Ｓから選ばれる少なくとも１
種類のイオウ系化合物と窒素系化合物とを含む混合ガス
を放電解離させたプラズマ中に生成する窒化イオウ系化
合物を堆積させることにより形成される請求項１記載の
配線形成方法。
【請求項４】前記配線膜としてアルミニウム系配線膜
を用いる請求項１記載の配線形成方法。
【請求項５】内部に減圧雰囲気を生成可能な減圧容器
と、該減圧容器内で非処理基板を保持する基板保持手段
と、イオウもしくは窒化イオウ系化合物の基板からの脱
離温度よりも高い温度に該基板を加熱する加熱手段とを
備えた加熱ユニットと、内部に加圧雰囲気を生成可能な圧力容器と、該圧力容器
内で被処理基板を保持する基板保持手段と、該基板を加
熱する加熱手段とを備えた高圧リフロー・ユニットと、前記前処理ユニットと前記高圧リフロー・ユニットとの
間で前記基板を大気から遮断された状態で搬送する搬送
ユニットとを少なくとも有する配線形成装置。
【請求項６】バリヤメタル成膜用の成膜ユニットと、
配線膜成膜用の成膜ユニットと、保護膜形成用のプラズ
マ処理ユニットとを少なくとも含む成膜装置が、前記搬
送ユニットに接続されてなる請求項５記載の配線形成装
置。
【請求項７】前記高圧リフロー・ユニットと前記搬送
ユニットとの間に前記加熱ユニットとの間の圧力差を緩
和するためのバッファ・ユニットが介在されてなる請求
項５記載の配線形成装置。