JPH08506935A - アルミニウム・ゲルマニウム合金を用いる行路および接点の充填 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 サブミクロンバイアスをＡｌで充填する多段階方法に、約１５０℃の温度でスパッタリング蒸着される約１０００ÅのＡｌの初期蒸着が包含されている。次いで、１５０℃以下で約１０００ÅのＡｌ−Ｇｅ合金の層が蒸着される。Ｇｅを伴わないＡｌの第３層が、約１５０℃の温度で蒸着される。約１０００Åが蒸着される。全体で５０００〜１５０００ÅのＡｌを蒸着すべく４５０℃〜５００℃で行われる最終Ａｌ蒸着がこれに続く。１５０℃という比較的に低い温度でのＡｌの２つの蒸着は、Ｇｅが析出することを防止し、かつまた蒸着された金属の全体的な融点を上昇させる層内にＧｅが蒸着することを可能にさせるので、次の更に高い処理温度において、金属がバイアの表面でディウェッティングすることはない。

Description

【発明の詳細な説明】 アルミニウム・ゲルマニウム合金を用いる行路および接点の充填 発明の背景 集積回路の能動切換素子は、物理蒸着、化学蒸着および蒸発等の各種方法で蒸 着された金属線により相互連結される。一般に集積回路内に、クロスオーバ（絶 縁交差）を許容する幾つかのレベル（高さ水準）で金属線が用いられる。或る位 置では、異なるレベルの線間で導電接続が行われる。斯かる位置は、バイアス（ 垂直方向すなわち高さ方向での導電接続部）と称される。サブミクロン寸法への 集積回路の趨勢により、バイアスおよび接点が、極度のアスペクト比やサイズに なる。サブミクロンのバイアスおよび接点を導電金属で充填することは極めて困 難である。しかし、極度の注意を払わなければ空隙が残存し、ウェーハを廃棄し なければならなくなる。 相互連結するバイアスおよび接点を充填する材料として、アルミニウム（Ａｌ ）の利用が提案されている。スパッタリング蒸着されたＡｌを温度約４５０℃で 移動させるために表面拡散が用いられる。このことは、例えば米国特許第４９９ ４１６２号に開示されている。これには、拡散し続けるよう、続いて蒸着される 材料のため、連続的な高品質の拡散経路を提供する低温シード（種（たね）材） 層が用いられる。主要点への効率的な表面拡散を可能にさせる高温低蒸着速度段 階が、高温高蒸着速度段階に先立って採用される。 照準化された（collimated）Ａｌのスパッタリング蒸着は、例えば、米国特許 第４８２４５４４号、米国特許第４７１７４６２号および米国特許第４７２４０ ６０号に開示される如く周知である。前記特許第４７１７４６２号および同第４ ７２４０６０号は特に比較的に高いアスペクト比を有するバイアスを充填すべく 、スパッタリング蒸着されたＡｌの照準を用いている。 バイア（バイアスは複数のバイアから成る）充填のための機構としてのバルク 拡散もまた、１９９２年刊行のＶＭＩＣ会議録の中の、スガノ等による「クォー タ・ミクロン・ホール・フィリング・ウイズ・ＳｉＮ・サイドウォールズ・バイ ・Ａｌ・ハイ・テンペレチュア・スパッタリング（Quarter Micron Hole Fillin g With SiN Sidewalls By Al High Temperature Sputtering）」により提言され ている。スガノ・プロセスによれば、バイア充填に対する駆動力は、チタン（Ｔ ｉ）表層と蒸着されたＡｌとの間の界面である。このプロセスは、バイアの側壁 上に連続的かつ高品質のＴｉ表面層の存在を必要とする。 米国特許第４９７０１７６号には、最初の温度におけるＡｌの比較的に厚い層 の蒸着と、その後の、更に高い温度におけるＡｌの薄層の蒸着とが開示されてい る。その明細書には、温度上昇が、粒成長および再結晶によりＡｌをリフロー（ reflow）させるべく作用することが示されている。明細書に示される如く、バイ アの充填は、その底部から始まり、頂部に到る。本出願がなされた際、バイアス のサイズは通常１μより大きかった。 低温におけるスパッタリング蒸着Ａｌは段差部の被覆の信頼性を向上させるが 、それは、全体的な段階の適用範囲の徹底的損失の下においてである。これは、 ３００℃未満の温度における微々たるＡｌ流動性の結果である。より低い融点の Ａｌ合金は、かなりの流動性に必要な温度を低下させるために用いることができ る。しかし、この種の合金を用いることに伴い、幾つかの問題がある。これらの 合金は、その融点が低いため、次のプロセス段階の温度に耐えることができない 。また、Ａｌ・ゲルマニウム（Ｇｅ）合金中のＧｅは、抵抗の増大を促進する傾 向がある。 発明の要約 本発明は、Ａｌのスパッタリング蒸着によってバイアスおよび接点を効果的に 確実に充填することができるという認識を前提とするものである。 更に本発明には、低温での薄層Ａｌの最初の蒸着を含む多段階蒸着が用いられ ている。この後、薄層Ａｌ−Ｇｅ合金の蒸着が行われ、さらにまた低温での第２ 層Ａｌの蒸着が行われる。その後さらに、比較的に高い温度での最終Ａｌ蒸着が 行われ、それにより、蒸着されたＡｌの表面拡散が生じる。 この多層蒸着プロセスを用いることによりバイアや接点の表面のディウェッテ ィング（dewetting：それまで濡れていた面からロウ材等が退く現象）が回避さ れ、しかも、充填されたバイアや接点をもたらしつつ蒸着層の表面拡散が生起さ れる。 本発明の諸目的および諸利点は、次の詳細な説明にかんがみて更に理解される であろう。 詳細な説明 本発明は、特に、アスペクト比（即ち高さ／直径比）が約１〜約４のサブミク ロン直径を有するバイアス（行路）および接点を充填する方法である。本発明を 実施する場合は、１〜約０．１μ（一般には１〜約０．３μ）の直径を有するバ イアスおよび接点を充填することができる。本発明の目的のため、バイアスおよ び接点をまとめて、単にバイアスと称する。 本発明は４段階プロセスである。第１段階においては、Ａｌの薄層が低温でス パッタリング蒸着される。第２段階においては、Ａｌ−Ｇｅ合金層が、同じく低 温でスパッタリング蒸着される。次いで、Ａｌの第３層が同じく低温で蒸着され る。この後、高温でのＡｌの厚い層の蒸着が行われる。蒸着されたＡｌ層の表面 拡散およびその平坦化を可能にするため、最終温度は約５００℃に維持される。 本発明においてコーティングされるバイアスを含む基板には、けい素基板、三 ふっ化ほう素、ドーピングされたシリカ基板、石英基板および砒化ガリウム基板 が包含される。１００％のＡｌならびに、Ａｌ−Ｓｉ（１％）−Ｃｕ（０．５％ ）、Ａｌ−Ｃｕ（１％）およびＡｌ−Ｔｉ（０．１５％）でＡｌ層を形成するこ とができる。 Ａｌの薄層の最初の蒸着は１５０℃未満で行われ、約１０００Å以下が付加さ れる。 第２段階においてはＡｌ−Ｇｅ合金が蒸着される。Ａｌ−Ｇｅ合金は、１〜５ 重量％のＧｅを含有するＡｌ−Ｇｅ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｇｅ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｇ ｅを包含するものとする。このＡｌ−Ｇｅ合金は、同じく１５０℃以下の比較的 低温で蒸着される。約１０００ÅのＡｌ−Ｇｅ合金が蒸着される。 第３段階においては、同じく約１０００Å以下のＡｌまたは（Ｇｅを含まない ）Ａｌ合金が、約１５０℃の低速で蒸着される。約１０００Åの材料が蒸着され た後、温度が約５００℃に高められ、約５０００〜１５０００ÅのＡｌが蒸着さ れる。 最初の、Ａｌ層、Ａｌ−Ｇｅ層および後続Ａｌ層の３蒸着の場合には、これら の蒸着の全てを、コリメータ（collimator）の援助を必要とし若しくは必要とせ ずに行うことができる。Ａｌ層の間にＡｌ−Ｇｅ層を挟むと、Ｇｅの析出を低減 または除去することができる。更に、次のプロセス作用においてはＧｅがこれら のＡｌ層内に移動し、それによりその溶融温度が上昇し、Ａｌの連続蒸着が続く 際のディウェッティングの可能性が低減する。 本発明の多段階蒸着は、望ましくは、エッチング室と少なくとも３つのスパッ タリング室とを包含する多室スパッタリング・ユニット内で行われる。この種の １つの機構が、矢張り米国特許第４９９４１６２号に関連する、マティリアルズ ・リサーチ・コーポレイションにより販売されているエクリプス印のスパッタリ ング・システムである。商業的に入手可能なその他のシステムも同様に適してい る。 第１室においては、表面の不純物を除去するため、基板またはウェーハがＡｒ ガスで当初にエッチングされる。基板の加熱もまた、ガス発生の解消に役立つ。 これは選択自由であるが望ましい。次いで基板は第２室へ移送され、望むならば 、そこでバリヤ層を付加することができる。ＴｉやＷのみならず窒化Ｚｒや酸化 Ｒｕのバリヤ層もあるが、好適なバリヤ層は窒化チタンである。一般にバリヤ層 の厚さは約１０００Åであろう。 次にはウェーハが、望むならば、コリメータを包含し若しくは包含し得ない第 ３室へ移送される。コリメータが使用される場合、１〜２のアスペクト比を有す るものが好ましい。コリメータは矢張り、必要とされなくても望ましいものであ る。この段階では、Ａｌ、またはＧｅを包含しないＡｌ合金が、１５０℃未満の 温度でスパッタリング蒸着される。目標上に付加される電力は約１０〜１５ｋＷ であり、約１０００ÅのＡｌが蒸着されるまでこれが継続される。次いでウェー ハは、Ａｌ−Ｇｅ合金が蒸着される第３室へ移送される。蒸着は、目標上への１ ０〜１５ｋＷの付加電力を以て、同じく１５０℃未満で行われる。これは、望む ならば、コリメータを用いて行うこともできる。 １０００ÅのＡｌ−Ｇｅ合金が蒸着された後、ウェーハが第４室へ移送され（ または第１合金室へ戻され）、そこでＡｌ、またはＧｅ以外のものを包有するＡ ｌ合金が蒸着される。一般に、第３室におけるウェーハの初期温度は約１５０ ℃である。再び、１０〜１５ｋＷの付加電力により約１０００ÅのＡｌが蒸着さ れる。この初期蒸着の完了と同時に、最終Ａｌ蒸着が生起するにつれ、ウェーハ の温度が約４００〜５００℃まで上昇する。この温度は、背面ガスでの作用によ り増大される。一般にこの最終蒸着の場合、付加電力は矢張り５〜１５ｋＷとな る。望むならば３００〜４００Ｖのバイアス電圧を付加することができるが、必 要ではない。蒸着がいったん完了すると、平坦化のためのＡｌのバルク蒸着に備 えて、１〜２分の間、温度を４５０〜５００℃に維持することができる。ウェー ハは冷却することができ、バイアは効果的に充填される。ウェーハは、必要に応 じて更に処理される。 本発明によれば、Ａｌ合金、Ａｌ−Ｇｅ、およびＡｌ合金から成る極めて精密 な３重層が蒸着されるが、それはバイアの表面からディウェッティングしない。 ＡｌおよびＡｌ−Ｇｅ合金の多層蒸着は、Ｇｅが３層全体にわたる拡散によって 分配され、従って有害なこぶ状析出や高い抵抗率を低減することを可能にさせて いる。この再分配はまた、材料の溶融点を、半導体産業における在来のＡｌ合金 に見いだされるそれの更に近くまで上昇させる。 更にまた、Ａｌ−Ｇｅ合金を使用することにより、比較的に低い温度で、バイ アを最初に充填することができる。 ＧｅはＡｌ層を通して移行するので、Ａｌ−Ｇｅ合金のディウェッティングが 回避される。後続の熱処理によりＡｌのバルク拡散または表面拡散が生じ、それ によりＡｌ層の適切な平坦化が生じる。従って本発明によれば、ミクロンおよび サブミクロン級のバイアスおよび接点をＡｌで充填する、迅速で経済的かつ効果 的な方法が得られる。 これは、現在本発明者にとって既知の、本発明を実施する最良の形態に従った 本発明の説明である。ただし、本発明それ自体は、請求の範囲によってのみ定義 されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 半導体基板内のバイアスを充填する方法にして、 Ｇｅ以外のものを包有するＡｌの第１層を、前記バイアスを有する基板上に１ ５０℃未満の温度でスパッタリング蒸着させる段階、 Ａｌ−Ｇｅ合金の層を１５０℃未満の温度でスパッタリング蒸着する段階、 Ｇｅ以外のものを包有するＡｌ層の第２層が約１０００Åの厚さであり且つ１ ５０℃以下で蒸着される、前記第２層をスパッタリング蒸着する段階、および Ｇｅ以外のものを包有するＡｌの第３層を前記基板上へ４００〜５００℃の温 度で蒸着させる段階において、全ての前記層の全体の厚さが約５０００〜約１５ ０００Åとなる段階を含む方法。 ２． 前記Ｇｅを包含する合金が１〜約５％のＧｅを含む、請求の範囲第１項 に記載された方法。 ３． 前記のＡｌ−Ｇｅ合金が１０−１５ｋＷの付加電力により１５０℃未満 の温度で蒸着される、請求の範囲第１項に記載された方法。 ４． 前記第１層が約１０００Åの厚さとなる、請求の範囲第１項に記載され た方法。 ５． 前記のＡｌの最初の蒸着がコリメータを介して行われる、請求の範囲第 ２項に記載された方法。 ６． 前記のＡｌ−Ｇｅ合金の最初の蒸着がコリメータを介して行われる、請 求の範囲第５項に記載された方法。 ７． 前記第３層が蒸着された後、１〜２分の間、前記基板が４５０℃〜５０ ０℃の温度に維持される、請求の範囲第１項に記載された方法。