JPH0864676A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0864676A
JPH0864676A JP19338194A JP19338194A JPH0864676A JP H0864676 A JPH0864676 A JP H0864676A JP 19338194 A JP19338194 A JP 19338194A JP 19338194 A JP19338194 A JP 19338194A JP H0864676 A JPH0864676 A JP H0864676A
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JP
Japan
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film
plasma cvd
semiconductor device
forming
deposited
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Application number
JP19338194A
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English (en)
Inventor
Takashi Akahori
孝 赤堀
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好なステップカバレッジにて段差部分にA
lを形成することが可能な半導体装置の製造方法の提供 【構成】 コンタクトホール2aが形成されたSi基板1
上にバリアメタルとしてのTiN膜3(500Å) を形成
し、Ti膜4(300Å) をECRプラズマCVD法によ
り、成膜ガスをTiCl4 :10sccm,H2 :26sccm,A
r:75sccmとし、マイクロ波パワー 2.8kW,基板温度
500℃,成膜圧力 3.0mTorr の成膜条件で成膜する。E
CRプラズマCVD法で形成したTi膜上のAlの接触
角(23度)は、反応性スパッタ法で形成したTi膜上
のAlの接触角(38度)と有意的な差異があり良好な
濡れ性が得られる。

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
に関し、詳しくはホールが形成された部分への薄膜の形
成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIの微細化,高集積化に伴い
コンタクトホールのアスペクト比が増大しており、配線
として使用される金属(Al)のコンタクトホールへの
埋め込み特性が問題となっている。コンタクトホールの
埋め込みが不完全である場合は、その部分において信号
が伝わらず、そのデバイスは不良品となり、歩留りを低
下させる。従って通常数万個あるコンタクトホールが完
全に埋め込まれていなければならない。
【0003】そこで絶縁膜(例えばSiOX 膜)上に形
成したAl層を高温( 500℃程度)で熱処理する、Al
のコンタクトホールへの流し込み(Alリフロープロセ
ス)が行われている。このAlリフロープロセスは、工
程が煩雑化されることなく、またこれによりコストもあ
まり増大しないという利点がある。しかしながら高温で
の熱処理によりAlスパイク,Si析出等の問題が生じ
る虞があるため、高バリア性を有する拡散防止膜(バリ
アメタル)を形成する必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このバリアメタルとし
ては、従来から高バリア性を有するTiN膜が使用され
ており、通常、反応性スパッタ法にて成膜されている。
しかしながら反応性スパッタ法にて成膜されたTiN膜
はステップカバレッジ(段差被覆性)が悪く、コンタク
トホール底部にはほとんどTiN膜が形成されないとい
う欠点がある。そこで反応性スパッタ法に代えてプラズ
マCVD法、中でも指向性に優れた電子サイクロトロン
共鳴励起(ECR)プラズマCVD法を使用することに
より、コンタクトホール底部まで十分にTiN膜を形成
する方法が採用されている。この方法は次世代のULS
Iのバリアメタルとして有望視されている。
【0005】本発明者らは、特開平5-47707号公報に
て、マイクロ波による電界及び励磁コイルによる磁界と
の作用を使用し、Ar,H2 ,N2 ガスに加え、金属系
ガスをプラズマ生成室に導入して金属窒化膜を形成する
方法を開示している。また特開平5−211134号公報にお
いて本発明者は、有磁場プラズマCVD法によりAr,
2 ,TiCl4 ガスを使用してTi膜を形成すること
により、バリヤ性が高く低抵抗なコンタクトを、歩留り
及び再現性良く得る方法を開示している。
【0006】またAlを高温にて流し込むAlリフロー
プロセスを行う場合、下地がTiN膜であると、Alが
はじかれ、所謂濡れ性(なじみ易さ)が悪く、十分に流
れ込まないことがある。この濡れ性を向上させるために
TiN膜上にTi膜を成膜し、その上にAl層を形成し
た後、高温の熱処理を施す方法がある。この方法では高
温熱処理によりAlとTiが反応して合金化するので、
十分な濡れ性が得られる。ここでTi膜も反応性スパッ
タ法にて成膜しているため、Ti膜のステップカバレッ
ジが悪い。従ってAlがコンタクトホール内に十分に流
れ込まず、ボイドの発生を招来する。
【0007】本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたも
のであり、Alとの濡れ性が良好なTi膜を、ECRプ
ラズマCVD法にて形成することにより、ホール部に良
好なステップカバレッジにてAlを形成することが可能
な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1発明に係る半導体装
置の製造方法は、SiOX 膜に設けられたホール部にA
l層を形成する工程と、熱処理によりこのAlを溶融さ
せる工程とを含む半導体装置の製造方法において、EC
RプラズマCVD法にて前記ホール部にTi膜を形成す
る工程を含むことを特徴とする。
【0009】第2発明に係る半導体装置の製造方法は、
第1発明において、前記ECRプラズマCVD法で、T
iCl4 ,H2 ,Arを含むガスを使用することを特徴
とする。
【0010】第3発明に係る半導体装置の製造方法は、
第1又は第2発明において、前記Ti膜を形成した後、
大気暴露なしでAl層を形成することを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明にあっては、Ti膜をECRプラズマC
VD法にて形成することにより、その上に形成するAl
との良好な濡れ性が得られる。このときの濡れ性は、反
応性スパッタ法により形成されたTi膜の濡れ性と比較
して有意的な差異があるが、これはTi膜の構造の違い
によるものと考えられる。またECRプラズマCVD法
を使用した場合はステップカバレッジも良好であるの
で、コンタクトホールにおいてAlリフローを行っても
Alが側壁部で止まることなく良好な埋め込みが行え
る。さらにTi膜は大気暴露により表面が酸化し易く埋
め込み特性の劣化を招来するため、大気暴露なしに次工
程(Al層形成)を実施する方が良好な埋め込み特性が
得られる。
【0012】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図1は、本発明方法(図1(a))と
従来方法(図1(b),図1(c))とにおいて得られたコンタ
クトホールの成膜状態をSEM写真で撮影した結果を模
式的に示す断面図である。Si基板1上に、コンタクト
ホール2aが形成されたSiO2 膜2が積層されており、
この上にTiN膜3及びTi膜4が形成されている。コ
ンタクトホールのサイズは直径0.75μm , 深さ1μm で
ある。
【0013】図1(a) に示す成膜状態が得られる本発明
方法について説明する。まずコンタクトホール2aが形成
されたSi基板1上にバリアメタルとしてのTiN膜3
(500Å) 及びTi膜4(300Å) をECRプラズマCVD
法にて成膜する。以下にその成膜条件を示す。 〔TiN膜3〕 成膜ガス TiCl4 :10sccm,N2 :8sccm,H2
26sccm,Ar:75sccm マイクロ波パワー 2.8kW ,基板温度 500℃ ,成膜
圧力 3.0mTorr 〔Ti膜4〕 成膜ガス TiCl4 :10sccm,H2 :26sccm,Ar:
75sccm マイクロ波パワー 2.8kW ,基板温度 500℃ ,成膜
圧力 3.0mTorr
【0014】図1(b) に示すTiN膜3及びTi膜4の
成膜状態は、コリメータという多穴状のスパッタ粒子
の、試料に対する垂直成分を通過させるフィルターを使
用したコリメーションスパッタ法にて得られたものであ
る。ここでコリメータは、穴のアスペクト比(深さ/直
径)が2であるものを使用している。図1(c) に示すT
iN膜3及びTi膜4の成膜状態は、通常の反応式スパ
ッタ法にて得られたものである。
【0015】TiCl4 ,H2 を原料としたTi膜4成
膜時の反応は以下式にて表せる。 2TiCl4 + 4H2 → 2Ti + 8HCl↑ 通常、Ti膜の成膜は、CVD法では不可能であり、高
密度,高活性プラズマを実現できるECRプラズマCV
D法では可能であることは公知である(1993 Proceedin
gs Tenth international VLSI Multilevel interconnec
tion conference)。そしてECRプラズマCVD法はプ
ラズマの指向性が良好であり、微細なコンタクトホール
に対しても十分なステップカバレッジが得られる。従っ
てコンタクトホール2a内部(側面及び底面)におけるT
i膜4の成膜状態が、従来のコリメーションスパッタ法
(図1(b)),反応性スパッタ法(図1(c))に比較して格
段に向上していることが判る。
【0016】図2は、図1に示す状態のものに反応式ス
パッタ法にて8000ÅのAl層5を形成し、スパッタ装置
内にて大気開放せずに 550℃, 30分の熱処理によりAl
リフローを行った状態を示す、同じくSEM写真の模式
的断面図である。図2よりAlリフローにおける埋め込
み特性は、従来方法よりもECRプラズマCVD法の方
が優れていることが判る。
【0017】次にSi基板上に反応性スパッタ法及びE
CRプラズマCVD法により形成されたTi膜の、Al
に対する濡れ性を比較した結果について説明する。まず
Si基板上にTiN膜を反応性スパッタ法にて成膜し、
その上にTi膜を、反応性スパッタ法及びECRプラズ
マCVD法により形成する。以上を下地とする。そして
マスクを使用した蒸着法にてAl層を部分的に形成した
後、 550℃, 30分の熱処理を施して接触角を測定し、濡
れ性を評価する。接触角は図3に示す如く、Alリフロ
ー(Al層形成後の熱処理)後の、その端部におけるA
lの接線と下地とがなす角度としている。通常下地との
濡れ性が良好であると接触角は小さく、濡れ性が悪いと
接触角は大きい。
【0018】測定の結果、Ti膜を反応性スパッタ法で
形成した場合の接触角は38度であったのに対し、EC
RプラズマCVD法で形成した場合の接触角は23度で
あった。これによりECRプラズマCVD法にて成膜し
たTi膜の方が、反応性スパッタ法にて成膜したTi膜
より濡れ性が良好であることが判る。これは前者と後者
とでは、Ti膜の構造が異なっているためであると考え
られる。
【0019】また前述した如く、通常数万個あるコンタ
クトホールが完全に埋め込まれていなければ、そのデバ
イスは不良品となる。従って埋め込み率 100%でないこ
とは製造プロセス上、大きな問題である。図4は、EC
RプラズマCVD法によりTiN膜3及びTi膜4を成
膜した後、大気暴露(大気中に30分放置)したもの
と、しないものとにおける、コンタクトホール内部埋め
込み率を示すグラフである。サンプルとして 100個のコ
ンタクトホールについて埋め込み率を調べ平均してい
る。
【0020】大気暴露したものでは、埋め込み率の平均
が89%である。上述の如くECRプラズマCVD法を使
用した本発明方法では、Al層形成後の熱処理において
コンタクトホール側面が断線することがあり、従来のス
パッタ法より悪くなる可能性が高い。しかしながら大気
暴露しないものでは 100%の埋め込み率が得られている
ことから、大気暴露なしで連続してAl層を形成する方
法が適当であるといえる。
【0021】なお本実施例では、Ti膜と絶縁膜(Si
2 膜)との間にTiN膜を形成しているが、TiW膜
等のバリア性に優れる他の膜を形成してもよい。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明に係る半導体装置の
製造方法は、Ti膜をECRプラズマCVD法にて形成
することにより、その上に形成するAlとの良好な濡れ
性が得られ、またステップカバレッジも良好であるの
で、その後のAlリフロー工程において良好な埋め込み
が行える等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法と従来方法とにおいて得られたコン
タクトホールの成膜状態を模式的に示す断面図である。
【図2】図1に示す状態のものにAl層を形成した状態
を示す模式的断面図である。
【図3】接触角を示す説明図である。
【図4】ECRプラズマCVD法によりTiN膜及びT
i膜を成膜した後、大気暴露したものと、しないものと
における、コンタクトホール内部埋め込み率を示すグラ
フである。
【符号の説明】
1 Si基板 2 SiO2 膜 2a コンタクトホール 3 TiN膜 4 Ti膜 5 Al層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiOX 膜に設けられたホール部にAl
    層を形成する工程と、熱処理によりこのAlを溶融させ
    る工程とを含む半導体装置の製造方法において、ECR
    プラズマCVD法にて前記ホール部にTi膜を形成する
    工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記ECRプラズマCVD法で、TiC
    4 ,H2 ,Arを含むガスを使用することを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記Ti膜を形成した後、大気暴露なし
    でAl層を形成することを特徴とする請求項1又は2記
    載の半導体装置の製造方法。
JP19338194A 1994-08-17 1994-08-17 半導体装置の製造方法 Pending JPH0864676A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0855452A1 (en) * 1997-01-24 1998-07-29 Applied Materials, Inc. Process and apparatus for depositing titanium layers
JPH11354637A (ja) * 1998-06-11 1999-12-24 Oki Electric Ind Co Ltd 配線の接続構造及び配線の接続部の形成方法
US6051286A (en) * 1997-02-12 2000-04-18 Applied Materials, Inc. High temperature, high deposition rate process and apparatus for depositing titanium layers
KR20010053894A (ko) * 1999-12-02 2001-07-02 박종섭 반도체소자의 배리어층 형성방법
KR100665401B1 (ko) * 2000-06-28 2007-01-04 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 티타늄 나이트라이드막 형성 방법

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