JPH0897288A - リフロー方法及びリフロー装置 - Google Patents

リフロー方法及びリフロー装置

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JPH0897288A
JPH0897288A JP25460194A JP25460194A JPH0897288A JP H0897288 A JPH0897288 A JP H0897288A JP 25460194 A JP25460194 A JP 25460194A JP 25460194 A JP25460194 A JP 25460194A JP H0897288 A JPH0897288 A JP H0897288A
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JP
Japan
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reflow
wafer
film
chamber
front surface
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JP25460194A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Hoshino
和弘 星野
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 リフロー温度が低くてもリフロー膜の流動性
を高くして、微細でアスペクト比の高い凹部でもリフロ
ー膜で良好に埋め込むことができる様にする。 【構成】 ウェハ21の周辺部が仕切り板23のOリン
グ24に押圧されるまでステージ25を上昇させて、ウ
ェハ21の表面と裏面とを気密状態で分離し、ウェハ2
1の表面に臨む空間を真空にした状態で、ウェハ21の
表面上に形成されている金属膜等のリフロー膜をリフロ
ーさせる。このため、リフローに際してリフロー膜の表
面を清浄な状態に保持することができ、リフロー温度が
低くてもリフロー膜の流動性が高い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願の発明は、半導体装置の配線
等を形成するために用いられるリフロー方法及びリフロ
ー装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴って、半導体
基板と配線との間の電気的接続を得るためのコンタクト
ホールや、多層配線同士の間の電気的接続を得るための
ビアホールも微細化しており、0.25μmルールでは
これらの接続孔のアスペクト比が2を超えるまでになっ
てきている。
【0003】このため、配線等を形成するための金属膜
を通常のスパッタリング法で形成すると、シャドウイン
グ効果が顕著に表れて、接続孔の内部にボイドが形成さ
れたり、接続孔の底部近くの内側面における金属膜の膜
厚が十分には厚くならなかったりする問題が生じてい
る。
【0004】そこで、形成した金属膜を真空中で加熱す
ることによって接続孔内へ金属膜を流動させるリフロー
法が開発されている。そして、リフローのための加熱方
法としては、ヒータで昇温させたArガス等の不活性ガ
スをウェハの裏面に供給し、ガスからの熱伝導でウェハ
を加熱する方法が一般的に採用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ガスでウェ
ハを加熱しようとすると、1×10-3Torr程度の真
空度しかリフロー中に得ることができない。このため、
加熱用のガス自体に含まれている不純物や、加熱された
チャンバからの脱ガスである酸素等によって、スパッタ
リング直後は清浄であった金属膜の表面が汚染される。
この結果、金属膜の流動性が低下して埋め込み性が劣化
するので、従来は、微細でアスペクト比の高い接続孔等
を金属膜で良好に埋め込むことが困難であった。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1のリフロー方法
は、ウェハ21の表面と裏面とを気密状態で分離し、前
記表面に臨む空間を真空にした状態で、前記表面上に形
成されているリフロー膜36をリフローさせることを特
徴としている。
【0007】請求項2のリフロー方法は、請求項1のリ
フロー方法において、前記空間の真空度を1×10-6
orr以下にすることを特徴としている。
【0008】請求項3のリフロー方法は、請求項1また
は2のリフロー方法において、前記リフロー膜36がA
l、Cu、Ag、Auまたはこれらを主成分とする合金
の何れかから成っている金属膜であることを特徴として
いる。
【0009】請求項4のリフロー装置は、内周壁から突
出している仕切り板23を有するリフローチャンバ17
と、表面上にリフロー膜36が形成されているウェハ2
1の周辺部を前記仕切り板23に押圧して前記ウェハ2
1の前記表面と裏面とを気密状態で分離する押圧手段2
5と、前記気密状態で前記リフローチャンバ17のうち
で前記表面側の空間を真空にする真空ポンプとを具備す
ることを特徴としている。
【0010】請求項5のリフロー装置は、請求項4のリ
フロー装置において、前記真空ポンプが1×10-6To
rr以下の真空度を得ることができることを特徴として
いる。
【0011】請求項6のリフロー装置は、請求項5のリ
フロー装置において、昇温させたガスを前記裏面に供給
することによって前記ウェハ21を加熱する加熱手段2
5を具備することを特徴としている。
【0012】請求項7のリフロー装置は、請求項4〜6
の何れかのリフロー装置において、前記リフロー膜36
をスパッタリングするためのスパッタリングチャンバ1
6と前記リフローチャンバ17とを少なくとも含むマル
チチャンバ構造を有していることを特徴としている。
【0013】
【作用】請求項1〜3のリフロー方法では、ウェハ21
の表面と裏面とを気密状態で分離し、ウェハ21の表面
に臨む空間を真空にした状態で、ウェハ21の表面上に
形成されているリフロー膜36をリフローさせているの
で、リフローに際してリフロー膜36の表面を清浄な状
態に保持することができる。このため、リフロー温度が
低くてもリフロー膜36の流動性が高い。
【0014】請求項4〜6のリフロー装置では、ウェハ
21の表面と裏面とを気密状態で分離し、ウェハ21の
表面に臨む空間を真空にした状態で、ウェハ21の表面
上に形成されているリフロー膜36をリフローさせるこ
とができるので、リフローに際してリフロー膜36の表
面を清浄な状態に保持することができる。このため、リ
フロー温度が低くてもリフロー膜36の流動性が高い。
【0015】請求項7のリフロー装置では、スパッタリ
ングチャンバ16とリフローチャンバ17とを少なくと
も含むマルチチャンバ構造を有しているので、スパッタ
リング16で形成したリフロー膜36を外気に触れさせ
ることなく引き続いてリフローを行うことができるの
で、リフローに際してリフロー膜36の表面を更に清浄
な状態に保持することができる。このため、リフロー温
度が更に低くてもリフロー膜36の流動性が更に高い。
【0016】
【実施例】以下、金属膜のリフローに適用した本願の発
明の実施例を、図1〜3を参照しながら説明する。図2
が、リフロー装置の実施例の全体を示している。このリ
フロー装置11はマルチチャンバ構造を有しており、搬
送チャンバ12の周囲にロードロックチャンバ13、ソ
フトエッチングチャンバ14、第1のスパッタリングチ
ャンバ15、第2のスパッタリングチャンバ16及びリ
フローチャンバ17が順次に配置されている。
【0017】搬送チャンバ12には、ウェハ21を各チ
ャンバ13〜17間で搬送するためのアーム12aが設
けられている。ロードロックチャンバ13では、25枚
のウェハ21を装填したカセット22がロード及びアン
ロードされ、また、ウェハ21の方位を揃えるためのオ
リエンテーションフラット合せ室13aも設けられてい
る。
【0018】図1は、図2に示したリフロー装置11の
うちのリフローチャンバ17を示している。リフローチ
ャンバ17の内周壁からは、円形またはそれに近い形状
の開口23aを有する仕切り板23が突出している。仕
切り板23のうちで開口23aに近い部分の下面にはO
リング24が配置されており、また、仕切り板23のう
ちでOリング24に近い部分には水冷管23bが埋設さ
れている。
【0019】リフローチャンバ17内には、昇降可能な
ステージ25が設けられている。そして、ガス導入管2
5aがステージ25を貫通してその上面にまで達してお
り、光ファイバ温度計26がステージ25中を通ってス
テージ25の上面近傍にまで達している。また、ステー
ジ25は、ガス導入管25aを介して導入されるガスを
加熱するガス加熱機構を有している。
【0020】一方、リフローチャンバ17のうちで仕切
り板23よりも上側の壁面に設けられている排気口27
には、クライオポンプ(図示せず)が接続されており、
リフローチャンバ17の底面に設けられている排気口2
8には、ターボ分子ポンプ(図示せず)が接続されてい
る。
【0021】図3は、図2に示したリフロー装置11を
用いてAlSiCu膜をリフローさせ、リフローさせた
AlSiCu膜でコンタクトホールを埋め込む実施例を
示している。この実施例では、図3(a)に示す様に、
所定の素子を形成したウェハ21上に、膜厚が700n
mのBPSG膜31を形成し、ウェハ21に達するコン
タクトホール32をBPSG膜31に開孔する。
【0022】その後、リフロー装置11のロードロック
チャンバ13及び搬送チャンバ12を介して、ウェハ2
1をソフトエッチングチャンバ14に装填し、コンタク
トホール32の底部におけるウェハ21の表面に形成さ
れた自然酸化膜(図示せず)を希フッ酸で除去する。な
お、搬送チャンバ12内は1×10-8Torrの真空度
に保たれている。
【0023】そして、搬送チャンバ12を介して、ウェ
ハ21を第1のスパッタリングチャンバ15に装填し、
次に形成するAlSiCu膜の下地金属膜として、膜厚
が30nmのTi膜33と、膜厚が70nmのTiN膜
34と、膜厚が30nmのTi膜35とを、直流マグネ
トロンスパッタリング法で連続的に形成する。このとき
の条件は、下記の通りである。
【0024】 Ti形成条件 :ガス=Ar 直流電力=7kW 圧力=0.4Pa ウェハ温度=100℃ TiN形成条件 :ガス=Ar−60%N2 直流電力=8kW 圧力=0.4Pa ウェハ温度=100℃
【0025】次に、搬送チャンバ12を介して、ウェハ
21を第2のスパッタリングチャンバ16に装填し、図
3(b)に示す様に、1%のSiと0.5%のCuとを
含み膜厚が400nmであるAlSiCu膜36を形成
する。このときの条件は、下記の通りである。 AlSiCu形成条件:ガス=Ar 直流電力=10kW 圧力=0.4Pa ウェハ温度=100℃
【0026】次に、搬送チャンバ12を介して、ウェハ
21をリフローチャンバ17のステージ25上に装填す
る。そして、ウェハ21の周辺部が仕切り板23のOリ
ング24に押圧されるまでステージ25を上昇させて、
ウェハ21の表面と裏面とを気密状態で分離する。
【0027】その後、ウェハ21の表面側の空間と裏面
側の空間とを排気口27、28を介して別系統で排気し
た状態で、AlSiCu膜36をリフローさせる。この
ときの条件は、下記の通りである。なお、Oリング24
は水冷管23bで冷却されて熱変形を防止されているの
で、ウェハ21の表面と裏面とはリフロー中も気密状態
で分離されている。
【0028】リフロー条件 ウェハ表面側 真空度=2×10-8Torr ウェハ裏面側 ヒータ温度=500℃ ガス=Ar 2
0SCCM 圧力=8Torr リフロー時間=180秒 ウェハ実温=450℃±5℃
【0029】以上の様なリフローの結果、図3(c)に
示す様に、AlSiCu膜36がコンタクトホール32
内へ流動して、コンタクトホール32の埋め込みが完了
する。その後、搬送チャンバ12及びロードロックチャ
ンバ13を介して、ウェハ21をリフロー装置11外へ
搬出する。
【0030】次に、リフローさせたCu膜でコンタクト
ホールを埋め込む実施例を説明する。この実施例でも、
Ti膜35を形成するまでは、上述の実施例と実質的に
同様の工程を実行する。この実施例では、その後、Cu
膜を形成するが、そのときの条件は、下記の通りであ
る。 Cu形成条件 :ガス=Ar 直流電力=8kW 圧力=0.4Pa ウェハ温度=100℃
【0031】その後、再び上述の実施例と実質的に同様
の工程を実行して、リフローチャンバ17内でCu膜を
リフローさせる。このときの条件は、下記の通りであ
る。 リフロー条件 ウェハ表面側 真空度=2×10-8Torr ウェハ裏面側 ヒータ温度=550℃ ガス=Ar 2
0SCCM 圧力=8Torr リフロー時間=300秒 ウェハ実温=500℃±5℃
【0032】なお、以上の実施例では、ウェハ21の表
面側における真空度を2×10-8Torrにしたが、こ
の真空度は1×10-6Torr以下でもよい。また、以
上の実施例では、AlSiCu膜36をリフローさせた
が、Al膜、Cu膜、Ag膜、Au膜またはこれらを主
成分とする合金膜や非金属膜をリフローさせることもで
きる。
【0033】
【発明の効果】本願の発明によるリフロー方法及びリフ
ロー装置では、リフロー膜の流動性が高いので、リフロ
ー膜の埋め込み性が優れており、微細でアスペクト比の
高い凹部でもリフロー膜で良好に埋め込むことができ
る。しかも、リフロー温度が低くてもよいので、異なる
材料同士の反応によるボイドの形成を抑制して高い信頼
性で凹部をリフロー膜で埋め込むことができ、また、C
u、Ag、Au等をリフローさせて高信頼性及び低抵抗
の配線等を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の発明の実施例におけるリフローチャンバ
の断面図である。
【図2】本願の発明の実施例におけるリフロー装置の概
略図である。
【図3】本願の発明の実施例を工程順に示す断面図であ
る。
【符号の説明】
16 スパッタリングチャンバ 17 リフローチャンバ 21 ウェハ 23 仕切り板 25 ステージ 26 AlSiCu膜

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウェハの表面と裏面とを気密状態で分離
    し、前記表面に臨む空間を真空にした状態で、前記表面
    上に形成されているリフロー膜をリフローさせることを
    特徴とするリフロー方法。
  2. 【請求項2】 前記空間の真空度を1×10-6Torr
    以下にすることを特徴とする請求項1記載のリフロー方
    法。
  3. 【請求項3】 前記リフロー膜がAl、Cu、Ag、A
    uまたはこれらを主成分とする合金の何れかから成って
    いる金属膜であることを特徴とする請求項1または2記
    載のリフロー方法。
  4. 【請求項4】 内周壁から突出している仕切り板を有す
    るリフローチャンバと、 表面上にリフロー膜が形成されているウェハの周辺部を
    前記仕切り板に押圧して前記ウェハの前記表面と裏面と
    を気密状態で分離する押圧手段と、 前記気密状態で前記リフローチャンバのうちで前記表面
    側の空間を真空にする真空ポンプとを具備することを特
    徴とするリフロー装置。
  5. 【請求項5】 前記真空ポンプが1×10-6Torr以
    下の真空度を得ることができることを特徴とする請求項
    4記載のリフロー装置。
  6. 【請求項6】 昇温させたガスを前記裏面に供給するこ
    とによって前記ウェハを加熱する加熱手段を具備するこ
    とを特徴とする請求項5記載のリフロー装置。
  7. 【請求項7】 前記リフロー膜をスパッタリングするた
    めのスパッタリングチャンバと前記リフローチャンバと
    を少なくとも含むマルチチャンバ構造を有していること
    を特徴とする請求項4〜6の何れか1項に記載のリフロ
    ー装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002343863A (ja) * 2001-03-13 2002-11-29 Samsung Electronics Co Ltd ウェーハ処理装置及びこれを用いたウェーハ処理方法
WO2009066390A1 (ja) * 2007-11-22 2009-05-28 Canon Anelva Corporation スパッタ装置およびスパッタ方法
WO2009066389A1 (ja) * 2007-11-22 2009-05-28 Canon Anelva Corporation スパッタ装置およびスパッタ方法
JP2013143442A (ja) * 2012-01-10 2013-07-22 Ulvac Japan Ltd デバイスの製造方法および製造装置

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