JPH09275139A

JPH09275139A - 半導体装置の配線形成方法及びスパッタ装置

Info

Publication number: JPH09275139A
Application number: JP10837896A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Koyama; 一英小山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1996-04-04
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】配線形成に要する全体の時間が長くなることな
く、確実に絶縁層に対する脱ガス処理を施し得る、半導
体装置の配線形成方法を提供する。【解決手段】半導体装置の配線形成方法は、（イ）基体
１０，１１上に絶縁層１２を形成する工程と、（ロ）絶
縁層１２を加熱して、絶縁層の脱ガス処理を行う工程
と、（ハ）絶縁層１２上にスパッタ法にて配線材料層１
７を形成する工程と、（ニ）絶縁層１２上の該配線材料
層１７をパターニングして配線を形成する工程から成
り、前記工程（ロ）において、脱ガス処理中に雰囲気の
特定のガスのガス濃度を検出し、ガス濃度が規定値以下
になったならば脱ガス処理を終了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の配線
形成方法及びスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴い、寸法ルー
ルが微細化し、半導体装置に形成される配線に対して、
高い信頼性、特に高いエレクトロマイグレーション耐性
が求められている。中でも、一般に配線材料として使用
されているアルミニウム及びアルミニウム合金（以下、
これらを総称してアルミニウム系合金と呼ぶ場合があ
る）の場合、エレクトロマイグレーション耐性は、形成
されたアルミニウム系合金薄膜の結晶の（１１１）面へ
の配向、あるいは結晶粒径に強く依存していることが知
られている。

【０００３】また、配線の微細化に伴い、配線が絶縁層
から受けるストレスによって断線するストレスマイグレ
ーションも大きな問題となっている。このストレスマイ
グレーションに対しては、アルミニウム系合金から成る
配線の下に、予め、高い降伏応力値を有するＴｉやＴｉ
Ｎ等の高融点金属層若しくは高融点金属化合物層を形成
し、あるいは又、導電性の金属層若しくは金属化合物層
を形成し、これらの層の冗長効果によって配線全体の断
線を防止する、所謂積層メタル構造を採用することが一
般的な対策となっている。このような冗長効果を、図９
の配線等の模式的な一部断面図に示す。尚、アルミニウ
ム系合金から成る配線の下に形成された高融点金属層等
を、以下、総称して下地金属層と呼ぶ。

【０００４】アルミニウム系合金の結晶配向性は、下地
金属層の配向性や表面状態に大きく依存する。また、ア
ルミニウム系合金の結晶配向性及び結晶粒径は、アルミ
ニウム系合金を成膜する際の雰囲気中の不純物、特に、
窒素、酸素、水分やガス状の炭化水素や有機系化合物に
も大きく影響される。従って、アルミニウム系合金から
成り、そして高い信頼性、特に、高いエレクトロマイグ
レーション耐性を有する配線を得るためには、不純物が
アルミニウム系合金の成膜雰囲気中に混入することを防
止する必要がある。それと共に、下地金属層の配向性や
表面状態を良好なものとするために、不純物が下地金属
層の成膜雰囲気中に混入することも防止する必要があ
る。

【０００５】下地金属層がＴｉ又はＴｉＮから成る場
合、下地金属層の成膜前に所謂スパッタエッチクリーニ
ングを行うことによって下地金属層の結晶配向性が向上
することが、文献 "INFLUENCE OF UNDER-METAL PLANES
ON Al(111) CRYSTAL ORIENTATION IN LAYERED Al CONDU
CTORS", H. Shibata, et al., 1991 VLSI Symp. pp.33-
34 から知られている。下地金属層の結晶配向性の向上
の度合は、スパッタエッチクリーニンの雰囲気にも依存
すると考えられる。従って、不純物がスパッタエッチク
リーニン雰囲気中に混入することをも防止する必要があ
る。

【０００６】一方、寸法ルールの微細化に伴い、配線間
を電気的に接続するコンタクトホールやビヤホール（以
下、総称して接続孔と呼ぶ）のアスペクト比が大きくな
っている。接続孔は、通常、下層配線層上やソース・ド
レイン領域上に絶縁層を形成した後、下層配線層やソー
ス・ドレイン領域の上方の絶縁層に開口部を形成し、か
かる開口部をアルミニウム系合金等の配線材料で埋め込
むことによって成形される。それ故、開口部をアルミニ
ウム系合金等の配線材料で確実に埋め込む技術が、極め
て重要な技術となっている。

【０００７】然るに、従来のスパッタ法によるアルミニ
ウム系合金の成膜では、アルミニウム系合金のスパッタ
粒子が開口部の側壁の影になっている開口部の底部や底
部近傍の側壁に多く入射しない、所謂シャドウイング効
果により、開口部内でのアルミニウム系合金のカバレッ
ジが悪くなる。その結果、開口部の底部近傍で断線不良
が発生し易いという問題がある。そのため、開口部内部
を配線材料で確実に埋め込むプロセス技術が強く要望さ
れている。

【０００８】このような技術の１つに、半導体基板を高
温に加熱しておき、アルミニウム系合金から成る配線材
料を絶縁層上に成膜する高温スパッタ法がある。この高
温スパッタ法においては、絶縁層上に成膜されつつある
配線材料は流動状態となり、開口部内に流れ込み、その
結果、アルミニウム系合金で開口部が埋め込まれる。あ
るいは又、このような技術の１つに、アルミニウム系合
金から成る配線材料を絶縁層上に成膜した後、不活性ガ
ス雰囲気中でアルミニウム系合金の再結晶温度以上、融
点以下の温度に配線材料を加熱することで配線材料を流
動状態として開口部内に流し込む、所謂リフロー法が開
発されている。更には、この不活性ガス雰囲気を高圧に
する、所謂高圧リフロー法も開発されている。尚、これ
らの高温スパッタ法、リフロー法や高圧リフロー法にお
いても、アルミニウム系合金から成る配線材料を絶縁層
上に成膜する前に、Ｔｉ及び／又はＴｉＮから成る下地
金属層を形成する。下地金属層を形成する目的は、配線
材料の酸化を防止し、且つ、配線材料の濡れ性を改善
し、配線材料のリフロー特性を向上させることにある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の高温スパッタ法、リフロー法や高圧リフロー法におい
ては、成膜時のアルミニウム系合金への不純物、特に、
窒素、酸素、水分の混入や、アルミニウム系合金の酸化
が、絶縁層上に成膜されたアルミニウム系合金の流動化
を妨げ、あるいは又、アルミニウム系合金の軟化による
リフローを妨げる。それ故、先にアルミニウム系合金か
ら成る配線の信頼性の向上の対策で説明したと同様に、
不純物がアルミニウム系合金の成膜雰囲気中に混入する
ことを防止すると共に、不純物が下地金属層の成膜雰囲
気中に混入することをも防止する必要がある。

【００１０】しかしながら、通常絶縁層として用いられ
るＳｉＯ₂系の絶縁層においては、図１１に示すよう
に、絶縁層を２００゜Ｃ程度の温度に加熱すると、大気
中で絶縁層の表面に吸着した水分が脱ガス（放出）され
始める。また、絶縁層を４００゜Ｃ程度の温度に加熱す
ると、絶縁層の内部からＯＨ基の脱水縮合によって生成
した水分が脱ガス（放出）され始める。このような水分
の脱ガスは、微妙な成膜条件や大気中での放置時間にも
依存するので、制御や管理が極めて難しい。尚、図１１
に示したＴＤＳ法による分析例においては、プラズマＣ
ＶＤ法によって形成されたＴＥＯＳ−ＳｉＯ₂から成る
絶縁層を用いた。

【００１１】そのため、同一条件の高温スパッタ法、リ
フロー法や高圧リフロー法で配線を形成する場合にあっ
ても、絶縁層からの脱ガスによる成膜雰囲気中への不純
物の混在により、配線の信頼性や配線材料の流動状態、
リフロー特性に変動が生じるといった問題がある。

【００１２】半導体基板上に形成された絶縁層からガ
ス、特に水分が放出されることによって開口部に対する
アルミニウム合金の埋め込み性が低下することを防止す
る技術が、特開平５−２３４９３９号公報から公知であ
る。この技術は、半導体基板を所定の温度に加熱した状
態で、半導体基板の絶縁層に設けられた開口部にスパッ
タ法にて金属配線材料を埋め込む半導体装置の配線形成
方法であって、スパッタ法にて金属配線材料を開口部に
埋め込む前に、この所定の温度以上の温度に半導体基板
を予備加熱する。

【００１３】この特開平５−２３４９３９号公報に開示
された技術は効果的ではあるが、絶縁層から放出される
ガスをモニターしていないので、半導体基板を予備加熱
した際に絶縁層からガスが十分放出される前にスパッタ
を開始する場合があるといった問題がある。一方、予備
加熱時間を十分長くして絶縁層からのガスの放出を確実
なものとする場合、配線形成に要する全体の時間が長く
なるという問題が生じる。また、スパッタ装置のチャン
バ内で半導体基板を予備加熱するため、場合によって
は、絶縁層から放出されたガスによってターゲットが汚
染される虞がある。更には、スパッタ装置のチャンバ内
で半導体基板を予備加熱するため、スループットが低下
するといった問題も有する。

【００１４】従って、本発明の第１の目的は、配線形成
に要する全体の時間が長くなることなく、確実に絶縁層
に対する脱ガス処理を施し得る、半導体装置の配線形成
方法を提供することにある。更に、本発明の第２の目的
は、第１の目的に加え、絶縁層から放出されたガスによ
ってスパッタ装置に配設されたターゲットが汚染される
ことの無い、半導体装置の配線形成方法を提供すること
にある。更には、本発明の第３の目的は、第１及び第２
の目的に加え、複数の半導体基板に対して配線を形成す
るときに、スループットを低下させること無く各半導体
基板に配線を形成し得る、半導体装置の配線形成方法を
提供することにある。

【００１５】更に、本発明の第４の目的は、本発明の半
導体装置の配線形成方法の実施に適したスパッタ装置を
提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的を達成
するための本発明の半導体装置の配線形成方法は、
（イ）基体上に絶縁層を形成する工程と、（ロ）絶縁層
を加熱して、絶縁層の脱ガス処理を行う工程と、（ハ）
絶縁層上にスパッタ法にて配線材料層を形成する工程
と、（ニ）絶縁層上の該配線材料層をパターニングして
配線を形成する工程、から成り、前記工程（ロ）におい
て、脱ガス処理中に雰囲気の特定のガスのガス濃度を検
出し、ガス濃度が規定値以下になったならば脱ガス処理
を終了することを特徴とする。

【００１７】特定のガスとしては、窒素、酸素、水分を
例示することができる。ガス濃度の検出法としては、四
重極質量分析計（四重子マスフィルター）や光イオン化
質量分析計（ＰＩ−ＭＳ）、真空計を用いた方法を挙げ
ることができる。このように、特定のガスのガス濃度を
検出することによって脱ガス処理の完了を制御するの
で、配線形成に要する全体の時間が長くなることがな
く、しかも絶縁層に対して確実に脱ガス処理を施すこと
ができる。

【００１８】本発明の半導体装置の配線形成方法におい
ては、前記工程（イ）において、基体上に絶縁層を形成
した後、該絶縁層に開口部を形成し、前記工程（ハ）に
おいて、該開口部内を含む絶縁層上にスパッタ法にて配
線材料層を形成した後、配線材料層を加熱することによ
って該開口部内を配線材料層で埋め込む各工程を含める
ことができる。この場合、加圧状態で、配線材料層を加
熱することが好ましい。

【００１９】あるいは又、本発明の半導体装置の配線形
成方法において、前記工程（イ）において、基体上に絶
縁層を形成した後、該絶縁層に開口部を形成し、前記工
程（ハ）において、該開口部内を含む絶縁層上にスパッ
タ法にて配線材料層を形成中に、配線材料層を加熱する
ことによって該開口部内を配線材料層で埋め込むことが
好ましい。

【００２０】また、本発明の半導体装置の配線形成方法
においては、前記工程（ロ）と工程（ハ）の間で、スパ
ッタ法にて配線材料層を形成する前に絶縁層の表面をよ
り清浄とするために、絶縁層の表面をエッチクリーニン
グすることが好ましい。

【００２１】前記工程（ロ）における絶縁層の加熱温度
は、前記工程（ハ）におけるスパッタ法にて配線材料層
を形成する際の絶縁層の温度よりも高いことが好まし
い。これによって、前記工程（ハ）においてスパッタ法
にて配線材料層を形成する際、絶縁層からガスが放出さ
れることを確実に防ぐことができる。尚、更に広く表現
すれば、工程（ロ）から後の工程における絶縁層の加熱
温度が、工程（ロ）における絶縁層の加熱温度を超える
ことがないことが好ましい。

【００２２】本発明の半導体装置の配線形成方法におい
ては、前記工程（ロ）の終了から前記工程（ハ）の開始
まで、基体を真空中に保持することが好ましい。これに
よって、絶縁層の表面に大気中の水分が吸着することを
防ぐことができる。

【００２３】本発明の半導体装置の配線形成方法におい
ては、上記の第２の目的を達成するために、前記工程
（ロ）の脱ガス処理を行うための脱ガス処理室、前記工
程（ハ）を行うためのスパッタ室、及び該脱ガス室と該
スパッタ室とを結ぶ搬送路を備えたスパッタ装置を用い
ることが好ましい。このように、脱ガス処理室とスパッ
タ室とを分離することによって、絶縁層から放出された
ガスによってスパッタ室内に配設されたターゲットが汚
染されることを防止することができる。この場合、搬送
路を介して脱ガス処理室とスパッタ室とを同時に連通さ
せることなく、脱ガス処理室から搬送路を経由してスパ
ッタ室へと基体を搬送することが好ましい。これによっ
て、絶縁層から放出されたガスが脱ガス処理室からスパ
ッタ室に流入し、その結果、スパッタ室等の内部（特
に、ターゲット）がガスによって汚染されることを一層
確実に防止することができる。更には、上記の第３の目
的を達成するために、脱ガス処理室内において、複数の
基体に形成された絶縁層に脱ガス処理を行う（即ち、枚
葉方式ではなく、バッチ方式を行う）ことが好ましい。
このように、脱ガス処理をバッチ方式にて行うことによ
って、スループットの低下を防ぐことができる。

【００２４】上記の第４の目的を達成するための本発明
のスパッタ装置は、（イ）基体上に形成された絶縁層を
加熱して絶縁層の脱ガス処理を行うための脱ガス処理
室、（ロ）絶縁層から放出されるガスを検出するため
の、該脱ガス室に配設された検出装置、（ハ）絶縁層上
にスパッタ法にて配線材料層を形成するためのスパッタ
室、（ニ）真空に保持された、該脱ガス室と該スパッタ
室とを結ぶ搬送路、及び、（ホ）該搬送路と脱ガス室と
の間、及び該搬送路とスパッタ室との間のそれぞれに配
設されたゲートバルブであって、一方のゲートバルブが
開状態のとき他方のゲートバルブは閉状態に制御される
ゲートバルブ、を備えたことを特徴とする。

【００２５】検出装置としては、四重極質量分析計（四
重子マスフィルター）や光イオン化質量分析計（ＰＩ−
ＭＳ）、真空計を例示することができる。本発明のスパ
ッタ装置においては、絶縁層から放出されたガス濃度の
検出装置による検出結果に基づき、搬送路と脱ガス室と
の間に配設されたゲートバルブの開閉を制御することが
好ましい。あるいは又、本発明のスパッタ装置において
は、加圧状態で、絶縁層上に形成された配線材料層を加
熱するための高圧リフロー室を更に備えていることが好
ましい。また、絶縁層の表面をエッチクリーニングする
ためのスパッタエッチクリーニングチャンバーを更に備
えていることが望ましい。脱ガス室において、複数の基
体に形成された絶縁層の脱ガス処理を行うことも望まし
い。

【００２６】基体としては、トランジスタ素子や素子分
離領域、あるいは又、トランジスタ素子上に形成された
下層絶縁層、あるいは、トランジスタ素子上に形成され
た下層絶縁層及びかかる下層絶縁層上に形成された下層
配線層を例示することができる。絶縁層としては、Ｓｉ
Ｏ₂、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳ
Ｇ、ＳｂＳＧ、ＮＳＧ、ＳＯＧ、ＬＴＯ（Low Temperat
ure Oxide、低温ＣＶＤ−ＳｉＯ₂）、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ
等の公知の絶縁材料、あるいはこれらの絶縁材料を積層
したものを用いることができる。また、スパッタ法とし
ては、例えば、マグネトロンスパッタ法、直流スパッタ
法、直流マグネトロンスパッタ法、ＲＦスパッタ法、Ｅ
ＣＲスパッタ法、基体にバイアスを印加するバイアスス
パッタ法を挙げることができる。更に、配線材料層を構
成する材料として、純アルミニウム、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ
−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｌ−Ｓｉ−
Ｇｅ等の種々のアルミニウム合金、あるいは又、銅（Ｃ
ｕ）等の金属を例示することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態（以下、単に実施の形態と略す）及び実施例に
基づき本発明を説明する。

【００２８】（実施の形態１）先ず、本発明の半導体装
置の配線形成方法の実施に適した本発明のスパッタ装置
の実施の形態を、実施の形態１として説明する。このス
パッタ装置は、少なくとも４種類の処理が行えるマルチ
チャンバー形式のスパッタ装置である。尚、ランダムア
クセス可能なクラスターツール形式であってもよい。実
施の形態１においては、脱ガス処理を枚葉方式にて行
う。

【００２９】概念図を図１に示す実施の形態１における
スパッタ装置は、半導体基板を系内に搬入・搬出するた
めのローディングチャンバー３０Ａ，３０Ｂと、第１の
搬送路３１及び第２の搬送路３５から構成された搬送路
と、脱ガス室４０と、スパッタエッチクリーニングチャ
ンバー５０と、第１のスパッタ室６０及び第２のスパッ
タ室６３とから構成されている。第１の搬送路３１は、
ゲートバルブを介して、ローディングチャンバー３０
Ａ，３０Ｂ、脱ガス室４０及び第２の搬送路３５と連通
している。第１の搬送路３１にはターボ分子ポンプ３３
が配設されており、第１の搬送路３１内を高真空状態と
することができる。また、このターボ分子ポンプ３３
は、配管３４を介してローディングチャンバー３０Ａ，
３０Ｂ内を高真空状態とすることができる。第１の搬送
路３１内には冷却ステージ３２が配設されており、脱ガ
ス室４０内で脱ガス処理された半導体基板を直ちに冷却
することができる。

【００３０】第２の搬送路３５にはターボ分子ポンプ３
６が配設されており、第２の搬送路３５内を高真空状態
とすることができる。第２の搬送路３５は、ゲートバル
ブを介して、スパッタエッチクリーニングチャンバー５
０、第１のスパッタ室６０及び第２のスパッタ室６３と
連通している。スパッタエッチクリーニングチャンバー
５０にはターボ分子ポンプ５１が配設されており、スパ
ッタエッチクリーニングチャンバー５０内を高真空状態
とすることができる。第１のスパッタ室６０及び第２の
６３のそれぞれには、カソード６１，６４及びクライオ
ポンプ６２，６５が配設されている。

【００３１】脱ガス室４０の概念図を図２に示す。脱ガ
ス室４０内にはランプヒーター４４が配設されており、
ステージ４５に載置された半導体基板を加熱することに
よって絶縁層を加熱して、絶縁層の脱ガス処理を行うこ
とができる。尚、加熱方式はランプヒーター方式に限定
されない。半導体基板の温度を、図示しないパイロメー
ター等によってモニターすることが、脱ガス処理の制御
の上から好ましい。脱ガス室４０にはターボ分子ポンプ
４１が配設されており、脱ガス処理によって放出された
ガスを系外に排出することができる。脱ガス室４０に
は、更に、四重極質量分析計４２が取り付けられてお
り、脱ガス処理中に脱ガス室４０の雰囲気の特定のガス
のガス濃度を検出（分析）することができる。四重極質
量分析計４２にはターボ分子ポンプ４３が配設されてい
る。実施の形態１における脱ガス室４０内にあっては、
絶縁層の脱ガス処理を枚葉方式にて行う。脱ガス処理の
完了した半導体基板は、第１及び第２の搬送路３１，３
５を経由して、スパッタエッチクリーニングチャンバー
５０、第１のスパッタ室６０及び第２のスパッタ室６３
へと搬送される。また、配線材料層の形成が完了したな
らば、半導体基板は、第２の搬送路３５、第１の搬送路
３１を経由して、ローディングチャンバー３０Ａ，３０
Ｂから系外に搬出される。

【００３２】このようなスパッタ装置を用いることによ
って、脱ガス処理が行われた基体を、それ以降、真空中
に保持することができる。尚、脱ガス処理室４０と第１
のスパッタ室６０及び第２のスパッタ室６３（実施の形
態１においては、更にはスパッタエッチクリーニングチ
ャンバー５０）とを第１及び第２の搬送路３１，３５を
介して同時に連通させることなく、脱ガス処理室４０か
ら第１の搬送路３１及び第２の搬送路３５を経由して第
１のスパッタ室６０及び第２のスパッタ室６３（実施の
形態１においては、更にはスパッタエッチクリーニング
チャンバー５０）へと基体を搬送する。具体的には、こ
のような状態を実現できるように各ゲートバルブの開閉
を制御すればよい。即ち、例えば、第１の搬送路３１と
脱ガス室４０との間のゲートバルブが開状態のとき、第
２の搬送路３５と第１のスパッタ室６０や第２のスパッ
タ室６３との間のゲートバルブが必ず閉状態となるよう
に制御すればよい。これによって、脱ガス処理室４０か
らのガスがスパッタエッチクリーニングチャンバー５
０、第１のスパッタ室６０あるいは第２のスパッタ室６
３に流入し、絶縁層から放出されたガスによってスパッ
タ室等の内部が汚染されることを一層確実に防止するこ
とができる。即ち、クロスコンタミネーションの発生を
効果的に防止することができる。尚、絶縁層から放出さ
れたガス濃度の四重極質量分析計４２から成る検出装置
による検出結果に基づき、第１の搬送路３１と脱ガス室
４０との間に配設されたゲートバルブの開閉を制御する
ことが好ましい。即ち、四重極質量分析計４２によって
検出されたガス濃度が規定値以下となった後に、第１の
搬送路３１と脱ガス室４０との間に配設されたゲートバ
ルブを開くことが好ましい。

【００３３】（実施の形態２）概念図を図３に示す実施
の形態２におけるスパッタ装置においては、実施の形態
１と異なり、複数の基体に形成された絶縁層に脱ガス処
理を行う。即ち、枚葉方式ではなく、バッチ方式にて脱
ガス処理を行う。これによって、スループットの低下を
防ぐことができる。このスパッタ装置は、少なくとも５
種類の処理が行えるマルチチャンバー形式のスパッタ装
置である。尚、ランダムアクセス可能なクラスターツー
ル形式であってもよい。

【００３４】実施の形態２におけるスパッタ装置は、半
導体基板を系内に搬入・搬出するためのローディングチ
ャンバー３０と、脱ガス室４０Ａと、第１の搬送路３７
及び第２の搬送路３９から構成された搬送路と、スパッ
タエッチクリーニングチャンバー５０と、第１のスパッ
タ室６０及び第２のスパッタ室６３と、高圧リフローチ
ャンバー（高圧リフロー室）７０とから構成されてい
る。脱ガス室４０Ａは、ゲートバルブを介して、ローデ
ィングチャンバー３０及び第１の搬送路３７と連通して
いる。第１の搬送路３７にはターボ分子ポンプ３３が配
設されており、第１の搬送路３７内を高真空状態とする
ことができる。第１の搬送路３７内には冷却ステージ３
８が配設されており、脱ガス室４０Ａ内で脱ガス処理さ
れた半導体基板を１枚ずつ、直ちに冷却することができ
る。第１の搬送路３７はゲートバルブを介してスパッタ
エッチクリーニングチャンバー５０と連通している。ス
パッタエッチクリーニングチャンバー５０にはターボ分
子ポンプ５１が配設されており、スパッタエッチクリー
ニングチャンバー５０内を高真空状態とすることができ
る。第１の搬送路３７と第２の搬送路３９とはゲートバ
ルブを介して連通している。

【００３５】第２の搬送路３９にはターボ分子ポンプ３
６が配設されており、第２の搬送路３９内を高真空状態
とすることができる。第２の搬送路３９は、ゲートバル
ブを介して、第１及び第２のスパッタ室６０，６３並び
に高圧リフローチャンバー７０と連通している。第１及
び第２のスパッタ室６０，６３のそれぞれには、カソー
ド６１，６４及びクライオポンプ６２，６５が配設され
ている。また、高圧リフローチャンバー７０にもターボ
分子ポンプ７１が配設されている。高圧リフローチャン
バー７０には、図示しない配管を介して高圧の不活性ガ
スを導入することができる。また、高圧リフローチャン
バー７０には、半導体基板を載置し加熱することができ
る基板載置ステージ（図示せず）が配設されている。

【００３６】脱ガス室４０Ａの概念図を図４に示す。脱
ガス室４０Ａの周囲にはヒーター４６が配設されてお
り、ウエハカセットに収納された複数の半導体基板を、
加熱用ガス導入口から脱ガス室４０Ａ内に導入された加
熱用ガスを介して、加熱することができる。こうして絶
縁層を加熱して、絶縁層の脱ガス処理をバッチ方式にて
行うことができるが、加熱方式はかかる方式に限定され
ない。脱ガス室４０Ａにはターボ分子ポンプ４１が配設
されており、脱ガス処理によって放出されたガスを系外
に排出することができる。脱ガス室４０Ａには、更に、
差動排気系を備えた四重極質量分析計４２が取り付けら
れており、脱ガス処理中に脱ガス室４０の雰囲気の特定
のガスのガス濃度を検出（分析）することができる。四
重極質量分析計４２にはターボ分子ポンプ４３が配設さ
れている。尚、このターボ分子ポンプ４１は、配管３４
を介してローディングチャンバー３０内を高真空状態と
することができる。

【００３７】このようなガス加熱方式を採用することに
よって、多数の半導体基板を同時にバッチ方式にて処理
することができ、しかも、脱ガス室４０を小型化するこ
とができる。尚、ガス加熱方式を採用した場合、脱ガス
室４０内には或る程度のガス圧が存在する。それ故、差
動排気系を採用した場合であっても、ガス検出（分析）
精度を向上させるために、規定時間、脱ガス処理を行っ
た後に、ターボ分子ポンプ４１で脱ガス室４０内の圧力
を下げてから、四重極質量分析計４２にて脱ガス室４０
内の雰囲気の特定のガスのガス濃度を検出（分析）する
といった方式を採用してもよい。

【００３８】脱ガス処理の完了した半導体基板は、１枚
ずつ、第１の搬送路３７、第２の搬送路３９、スパッタ
エッチクリーニングチャンバー５０、第１及び第２のス
パッタ室６０，６３、並びに高圧リフローチャンバー７
０へと順次搬送される。また、配線材料層の形成が完了
したならば、半導体基板は、第２の搬送路３９、第１の
搬送路３７を経由して、ウエハカセットに収納される。
全ての半導体基板の処理が完了したならば、ウエハカセ
ットはローディングチャンバー３０から系外に搬出され
る。

【００３９】このようなスパッタ装置を用いることによ
って、脱ガス処理が行われた基体を、それ以降、真空中
に保持することができる。尚、脱ガス処理室４０と第１
及び第２のスパッタ室６０，６３（実施の形態２におい
ては、更にはスパッタエッチクリーニングチャンバー５
０並びに高圧リフローチャンバー７０）とを第１の搬送
路３７及び第２の搬送路３９を介して同時に連通させる
ことなく、脱ガス処理室４０から第１の搬送路３７及び
第２の搬送路３９を経由して第１及び第２のスパッタ室
６０，６３（実施の形態２においては、更にはスパッタ
エッチクリーニングチャンバー５０並びに高圧リフロー
チャンバー７０）へと基体を搬送する。具体的には、こ
のような状態を実現できるように各ゲートバルブの開閉
を制御すればよい。即ち、例えば、第１の搬送路３７と
脱ガス室４０Ａとの間のゲートバルブが開状態のとき、
第２の搬送路３９と第１のスパッタ室６０や第２のスパ
ッタ室６３との間のゲートバルブが必ず閉状態となるよ
うに制御すればよい。これによって、脱ガス処理室４０
Ａからのガスが、スパッタエッチクリーニングチャンバ
ー５０や第１及び第２のスパッタ室６０，６３あるいは
高圧リフローチャンバー７０に流入し、絶縁層から放出
されたガスによってスパッタ室等の内部が汚染されるこ
とを一層確実に防止することができる。尚、絶縁層から
放出されたガス濃度の四重極質量分析計４２から成る検
出装置による検出結果に基づき、第１の搬送路３７と脱
ガス室４０Ａとの間に配設されたゲートバルブの開閉を
制御することが好ましい。即ち、四重極質量分析計４２
によって検出されたガス濃度が規定値以下となった後
に、第１の搬送路３７と脱ガス室４０Ａとの間に配設さ
れたゲートバルブを開くことが好ましい。

【００４０】尚、これらのスパッタ装置内には半導体基
板を搬送するための搬送ロボット等から成る搬送手段が
設けられているが、かかる搬送手段の図示は省略した。

【００４１】

【実施例】以下、基体等の模式的な一部断面図を参照し
て、本発明の半導体装置の配線形成方法を実施例に基づ
き説明する。

【００４２】（実施例１）実施例１においては、脱ガス
処理を行った後、スパッタ法にて配線材料層を形成する
前に、真空を破ること無く、絶縁層の表面をエッチクリ
ーニングする。また、絶縁層と配線材料層との間には、
Ｔｉ／ＴｉＮから成る下地金属層を形成する。配線材料
層はＡｌ−Ｃｕから成る。実施例１においては、絶縁層
に予め接続孔を形成しておき、絶縁層上に配線材料層を
形成するが、かかる配線材料層のリフロー処理は行わな
い。以下、基体等の模式的な一部断面図である図５及び
図６を参照して、実施例１の半導体装置の配線形成方法
を説明する。尚、実施例１においては、図１及び図２に
て説明したスパッタ装置を用いる。

【００４３】［工程−１００］先ず、公知の方法に基づ
き、半導体基板にトランジスタ素子を形成した後、全面
に下層絶縁層１０を形成する。そして、下層絶縁層１０
上に下層配線層１１を形成する。次いで、全面にＳｉＯ
₂から成る絶縁層１２を形成する。実施例１において
は、下層絶縁層１０及び下層配線層１１が基体に相当す
る。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技
術によって、下層配線層１１の上方の絶縁層１２に開口
部１３を形成する。こうして、図５の（Ａ）に模式的な
一部断面図を示す構造を得ることができる。尚、図にお
いては、半導体基板及びトランジスタ素子の図示を省略
した。開口部１３のホール径を０．４０μｍ、アスペク
ト比を１．８とした。絶縁層１２のＴＥＯＳを用いたプ
ラズマＣＶＤ成膜条件を以下に例示する。使用ガス：Ｓｉ（Ｏ−Ｃ₂Ｈ₅）₄＝５０sccm ＲＦパワー：１９０Ｗ圧力：３．３×１０²Ｐａ基板加熱温度：４００゜Ｃ

【００４４】［工程−１１０］次に、好ましくは、開口
部１３の底部をスパッタエッチクリーニングした後、開
口部１３内にタングステンを埋め込み、接続孔（ビヤホ
ール）を形成する。そのために、先ず、ＴｉＮから成る
厚さ３０ｎｍの密着層１４をコリメートスパッタ法にて
開口部１３内を含む絶縁層１２上に成膜する。尚、コリ
メートスパッタ法とは、図１２に模式的に示すように、
ターゲットと半導体基板との間に多数の孔が設けられた
治具（コリメータ）を配設し、スパッタ粒子がこれらの
孔を通過することによってスパッタ粒子の指向性を高
め、基体に対するスパッタ粒子の垂直入射成分を多くす
るスパッタ法である。これによって、アスペクト比の高
い開口部内でのスパッタ粒子によるカバレッジを向上さ
せることができる。スパッタエッチクリーニングの条件
及び密着層１４の成膜条件を、以下に例示する。スパッタエッチクリーニング条件使用ガス：Ａｒ＝１００sccm 圧力：０．４ＰａＲＦバイアス：１０００Ｖ基板加熱温度：３００゜Ｃエッチング時間：１分密着層成膜条件使用ガス：Ａｒ／Ｎ₂＝３０／８０sccm 圧力：０．４ＰａＤＣパワー：５ｋＷ基板加熱温度：３００゜Ｃ

【００４５】次いで、ＣＶＤ法にて開口部１３内を含む
絶縁層１２上に厚さ０．４μｍのタングステン層を成膜
した後、絶縁層１２上のタングステン層及び密着層１４
をエッチバックする。これによって、開口部１３内にタ
ングステンから成る接続孔１５が形成される。この状態
を図５の（Ｂ）に示す。タングステン層の成膜条件及び
エッチバック条件を、以下に例示する。タングステン層の成膜条件使用ガス：ＷＦ₆／Ｈ₂／Ａｒ＝８０／５００／２８００
sccm 圧力：１．１×１０⁴Ｐａ基板加熱温度：４３０゜Ｃエッチバック条件使用ガス：ＳＦ₆／Ａｒ＝１１０／９０sccm 圧力：３５ＰａＲＦパワー：２７５Ｗ

【００４６】［工程−１２０］次に、絶縁層１２を加熱
して、絶縁層の脱ガス処理を行いながら（図６の（Ａ）
の模式図参照）、雰囲気中の特定のガスのガス濃度を検
出（分析）し、ガス濃度が規定値以下になったならば、
脱ガス処理を終了する。具体的には、搬送手段を用い
て、図１に示したスパッタ装置のローディングチャンバ
ー３０Ａ，３０Ｂから第１の搬送路３１を経由して、脱
ガス室４０へ半導体基板を１枚、搬入する。尚、半導体
基板の搬送中、ローディングチャンバー３０Ａ，３０
Ｂ、第１の搬送路３１及び脱ガス室４０を高真空に保持
する。脱ガス室４０内のステージ４５に半導体基板を載
置した後、第１の搬送路３１と脱ガス室４０との間のゲ
ートバルブを閉じ、ランプヒーター４４を動作させる。

【００４７】これによって、絶縁層１２を４５０゜Ｃに
加熱する。その結果、絶縁層１２からは、水分が脱ガス
（放出）される。この水分を特定のガスとして、四重極
質量分析計４２を用いてガス濃度（水分分圧）を検出
（分析）する。尚、この加熱温度は、種々の実験や経験
に基づき決定すればよい。そして、ガス濃度（水分分
圧）が規定値以下、例えば１０^-6Ｐａ以下となったと
き、脱ガス処理を終了する。尚、一般には、水分分圧が
１０^-6Ｐａ以下となったときの全圧は、１０^-5Ｐａオー
ダーである。ガス濃度の規定値も、種々の実験や経験に
基づき決定すればよい。

【００４８】［工程−１３０］次に、第１の搬送路３１
と脱ガス室４０との間のゲートバルブを開き、脱ガス室
４０から半導体基板を搬出する。そして、冷却ステージ
３２上に半導体基板を載置し、半導体基板を冷却する。
尚、第１の搬送路３１と、ローディングチャンバー３０
Ａ，３０Ｂ及び第２の搬送路３５との間のゲートバルブ
は閉じておく。その後、第１の搬送路３１と脱ガス室４
０との間のゲートバルブを閉じ、第１の搬送路３１と第
２の搬送路３５を結ぶゲートバルブを開く。そして搬送
手段を用いて半導体基板を第２の搬送路３５内に搬送す
る。次いで、第１の搬送路３１と第２の搬送路３５を結
ぶゲートバルブを閉じ、第２の搬送路３５とスパッタエ
ッチクリーニングチャンバー５０との間のゲートバルブ
を開き、半導体基板をスパッタエッチクリーニングチャ
ンバー５０内に搬入した後、第２の搬送路３５とスパッ
タエッチクリーニングチャンバー５０との間のゲートバ
ルブを閉じる。

【００４９】そして、絶縁層１２の表面を、［工程−１
１０］におけるスパッタエッチクリーニング条件と同様
の条件でエッチクリーニングする。尚、エッチクリーニ
ングを行うことは必須ではないが、次の工程で形成する
下地金属層及び配線材料層の配向性向上のために、実施
することが好ましい。ここで、エッチクリーニング時、
絶縁層１２の温度が、［工程−１２０］における絶縁層
１２の加熱温度を超えてはならない。

【００５０】［工程−１４０］次に、絶縁層上にスパッ
タ法にて配線材料層を形成する。具体的には、第２の搬
送路３５とスパッタエッチクリーニングチャンバー５０
との間のゲートバルブを開き、スパッタエッチクリーニ
ングチャンバー５０から半導体基板を第２の搬送路３５
に搬出し、第２の搬送路３５とスパッタエッチクリーニ
ングチャンバー５０との間のゲートバルブを閉じる。次
いで、第２の搬送路３５と第１のスパッタ室６０との間
のゲートバルブを開き、半導体基板を第１のスパッタ室
６０に搬入した後、第２の搬送路３５と第１のスパッタ
室６０との間のゲートバルブを閉じる。

【００５１】そして、厚さ２０ｎｍのＴｉ層及び厚さ５
０ｎｍのＴｉＮ層から成る下地金属層１６を、スパッタ
法にて順次、絶縁層１２上に成膜する。この下地金属層
１６を成膜する目的は、アルミニウム系合金から成る配
線材料層１７の配向性改善、及びストレスマイグレーシ
ョン耐性の向上にある。ＴｉＮ層の成膜条件は、［工程
−１１０］の密着層の成膜条件と同様とすることができ
る。Ｔｉ層のスパッタ条件を以下に例示する。尚、図に
おいては、下地金属層１６を１層で表した。Ｔｉ層のスパッタ条件使用ガス：Ａｒ＝１００sccm 圧力：０．４ＰａＤＣパワー：５ｋＷ基板加熱温度：３００゜Ｃ

【００５２】次に、第２の搬送路３５と第１のスパッタ
室６０との間のゲートバルブを開き、半導体基板を第２
の搬送路３５に搬出する。そして、第２の搬送路３５と
第１のスパッタ室６０との間のゲートバルブを閉じ、第
２の搬送路３５と第２のスパッタ室６３との間のゲート
バルブを開き、半導体基板を第２のスパッタ室６３に搬
入した後、第２の搬送路３５と第２のスパッタ室６３と
の間のゲートバルブを閉じる。

【００５３】そして、下地金属層１６の上に、厚さ０．
５μｍのＡｌ−０．５％Ｃｕから成る配線材料層１７
を、以下に例示するスパッタ条件にて成膜する。配線材料層のスパッタ条件使用ガス：Ａｒ＝１００sccm 圧力：０．４ＰａＤＣパワー：２０ｋＷ基板加熱温度：３００゜Ｃ

【００５４】配線材料層１７のスパッタ法による成膜に
おいては、基板加熱温度が高い程、接続孔１５上の配線
材料層１７の平坦性を向上させることができる。但し、
下地金属層１６の成膜時及び配線材料層１７の成膜時、
絶縁層１２の温度が、［工程−１２０］における絶縁層
１２の加熱温度を超えてはならない。絶縁層１２の温度
が［工程−１２０］における絶縁層１２の加熱温度を超
えた場合、絶縁層１２からのガス放出が生じる虞がある
からである。上記の配線材料層１７の成膜条件において
は、絶縁層１２上に成膜されつつある配線材料層１７の
温度は４００゜Ｃ程度である。それ故、絶縁層１２の温
度が、［工程−１２０］における絶縁層１２の加熱温度
（実施例１においては４５０゜Ｃ）を超えることはな
い。

【００５５】配線材料層の形成後、第２のスパッタ室６
３から第２の搬送路３５、第１の搬送路３１を経由し
て、ローディングチャンバー３０Ａ，３０Ｂから半導体
基板を系外に搬出する。

【００５６】［工程−１５０］その後、絶縁層１２上の
配線材料層１７をパターニングして配線を形成する。即
ち、配線材料層１７上に、例えばＴｉＮから成る反射防
止膜（図示せず）をスパッタ法にて成膜した後、フォト
リソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき、配線材
料層１７及び下地金属層１６をパターニングして、絶縁
層１２上に配線を形成する。こうして、図６の（Ｂ）に
示す構造を得ることができる。

【００５７】実施例１によれば、［工程−１３０］以
降、絶縁層１２からのガス放出が無いので、高配向性、
高信頼性を有する配線を安定して形成することができ
る。

【００５８】（実施例２）実施例２においても、脱ガス
処理を行った後、スパッタ法にて配線材料層を形成する
前に、真空を破ること無く、絶縁層の表面をエッチクリ
ーニングする。実施例２においては、実施例１と異な
り、絶縁層に開口部を形成し、開口部内を含む絶縁層上
にスパッタ法にて配線材料層を形成した後、加圧状態で
配線材料層を加熱する、所謂高圧リフロー法を採用し
た。これによって、開口部内を配線材料層で埋め込み、
接続孔を形成する。絶縁層と配線材料層との間には、Ｔ
ｉ／ＴｉＮから成る下地金属層を形成する。配線材料層
はＡｌ−Ｃｕから成る。以下、基体等の模式的な一部断
面図である図７及び図８を参照して、実施例２の半導体
装置の配線形成方法を説明する。尚、実施例２において
は、図３及び図４にて説明したスパッタ装置を用いる。

【００５９】［工程−２００］先ず、実施例１の［工程
−１００］と同様にして、公知の方法に基づき、半導体
基板にトランジスタ素子を形成した後、全面に下層絶縁
層１０を形成する。そして、下層絶縁層１０の上に下層
配線層１１を形成する。次いで、全面にＳｉＯ₂から成
る絶縁層１２を形成する。実施例２においても、下層絶
縁層１０及び下層配線層１１が基体に相当する。その
後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によっ
て、下層配線層１１の上方の絶縁層１２に開口部１３を
形成する。こうして、図７の（Ａ）に模式的な一部断面
図を示す構造を得ることができる。

【００６０】［工程−２１０］次に、絶縁層１２を加熱
して、絶縁層の脱ガス処理を行いながら（図７の（Ｂ）
の模式図を参照）、雰囲気中の特定のガスのガス濃度を
検出し、ガス濃度が規定値以下になったならば、脱ガス
処理を終了する。具体的には、ウエハカセットに収納さ
れた複数の半導体基板を搬送手段を用いて、図３に示し
たスパッタ装置のローディングチャンバー３０から脱ガ
ス室４０Ａへ搬入する。尚、半導体基板の搬送中、脱ガ
ス室４０Ａと第１の搬送路３７との間のゲートバルブは
閉じておく。脱ガス室４０Ａへの半導体基板の搬入後、
ローディングチャンバー３０と脱ガス室４０との間のゲ
ートバルブを閉じる。そして、脱ガス室４０内をヒータ
ー４６で加熱しながら、脱ガス室４０内に加熱用ガスを
導入する。こうして、絶縁層１２を４８０゜Ｃに加熱す
る。これによって、絶縁層１２からは、水分が脱ガス
（放出）される。この水分を特定のガスとして、四重極
質量分析計４２を用いてガス濃度（水分分圧）を検出
（分析）する。尚、この加熱温度は、種々の実験や経験
に基づき決定すればよく、実施例１よりは３０゜Ｃ高
い。その理由は、配線材料層のリフロー処理を行う場
合、絶縁層１２の加熱温度を４００゜Ｃ程度とする必要
があるからである。そして、ガス濃度（水分分圧）が規
定値以下、例えば１０^-6Ｐａ以下となったとき、脱ガス
処理を終了する。

【００６１】［工程−２２０］次に、脱ガス室４０Ａと
第１の搬送路３７との間のゲートバルブを開き、脱ガス
室４０Ａから半導体基板を１枚、搬出する。そして、冷
却ステージ３８上に半導体基板を載置し、半導体基板を
冷却する。尚、第１の搬送路３７とスパッタエッチクリ
ーニングチャンバー５０との間のゲートバルブは閉じて
おく。その後、脱ガス室４０Ａと第１の搬送路３７及び
第２の搬送路３９との間のゲートバルブを閉じ、第１の
搬送路３７とスパッタエッチクリーニングチャンバー５
０との間のゲートバルブを開く。そして搬送手段を用い
て半導体基板をスパッタエッチクリーニングチャンバー
５０内に搬入し、第１の搬送路３７とスパッタエッチク
リーニングチャンバー５０との間のゲートバルブを閉じ
る。

【００６２】そして、スパッタ法にて配線材料層を形成
する前に、絶縁層１２の表面及び開口部１３の底部を、
［工程−１１０］におけるスパッタエッチクリーニング
条件と同様の条件でエッチクリーニングする。尚、エッ
チクリーニングを行うことは必須ではないが、次の工程
で形成する下地金属層２０及び配線材料層２１の配向性
向上のために、実施することが好ましい。ここで、エッ
チクリーニング時、絶縁層１２の温度が、［工程−２２
０］における絶縁層１２の加熱温度を超えてはならな
い。

【００６３】［工程−２３０］次に、絶縁層１２上にス
パッタ法にて配線材料層２１を形成する。具体的には、
第１の搬送路３７とスパッタエッチクリーニングチャン
バー５０との間のゲートバルブを開き、スパッタエッチ
クリーニングチャンバー５０から半導体基板を第１の搬
送路３７に搬出し、第１の搬送路３７とスパッタエッチ
クリーニングチャンバー５０との間のゲートバルブを閉
じる。次いで、第１の搬送路３７と第２の搬送路３９と
の間のゲートバルブを開き、第２の搬送路３９内に半導
体基板を搬入した後、第１の搬送路３７と第２の搬送路
３９との間のゲートバルブを閉じる。そして、第２の搬
送路３９と第１のスパッタ室６０との間のゲートバルブ
を開き、半導体基板を第１のスパッタ室６０に搬入した
後、第２の搬送路３９と第１のスパッタ室６０との間の
ゲートバルブを閉じる。

【００６４】そして、絶縁層１２上にスパッタ法にて配
線材料層２１を形成する。具体的には、先ず、厚さ２０
ｎｍのＴｉ層及び厚さ５０ｎｍのＴｉＮ層から成る下地
金属層２０を、スパッタ法にて順次、開口部１３内を含
む絶縁層１２上に成膜する。尚、この場合、コリメート
スパッタ法にて下地金属層２０を成膜することが好まし
い。この下地金属層２０を成膜する目的は、アルミニウ
ム系合金から成る配線材料層２１の配向性改善、ストレ
スマイグレーション耐性、リフロー処理時の濡れ性の向
上にある。Ｔｉ層及びＴｉＮ層の成膜条件は、実施例１
の［工程−１１０］の密着層成膜条件、及び［工程−１
４０］のＴｉＮ層の成膜条件と同様とすることができ
る。

【００６５】次に、第２の搬送路３９と第１のスパッタ
室６０との間のゲートバルブを開き、半導体基板を第２
の搬送路３９に搬出する。そして、第２の搬送路３９と
第１のスパッタ室６０との間のゲートバルブを閉じ、第
２の搬送路３９と第２のスパッタ室６３との間のゲート
バルブを開き、半導体基板を第２のスパッタ室６３に搬
入した後、第２の搬送路３９と第２のスパッタ室６３と
の間のゲートバルブを閉じる。

【００６６】そして、下地金属層２０の上に、厚さ０．
５μｍのＡｌ−０．５％Ｃｕから成る配線材料層２１を
スパッタ法にて成膜する（図８の（Ａ）参照）。配線材
料層２１のスパッタ条件を以下に例示する。尚、図にお
いては、下地金属層２０を１層で表した。配線材料層のスパッタ条件使用ガス：Ａｒ＝１００sccm 圧力：０．４ＰａＤＣパワー：２０ｋＷ基板加熱温度：４００゜Ｃ

【００６７】実施例２における基板加熱温度は実施例１
よりも高い。配線材料層２１に対して高圧リフロー処理
を行う場合、高圧ガスによって配線材料層２１を開口部
１３に押し込む。そのためには、図８の（Ａ）に示すよ
うに、成膜後の配線材料層２１の形状は、開口部１３内
にボイド２２が残り、配線材料層２１が開口部１３の上
部を塞ぐブリッジ形状となることが好ましい。もしも、
成膜後、配線材料層が図１０に示すような形状となって
いたのでは、高圧ガスによって配線材料層を確実に開口
部内に押し込むことができなくなる虞があるからであ
る。配線材料層２１の成膜時の基板加熱温度を高くし、
配線材料層２１を構成するアルミニウム系合金の表面張
力により配線材料層２１が変形することによって、この
ようなブリッジ形状を容易に得ることができる。

【００６８】［工程−２４０］配線材料層２１の成膜完
了後、高圧リフロー処理を実行する。具体的には、第２
の搬送路３９と第２のスパッタ室６３との間のゲートバ
ルブを開き、半導体基板を第２の搬送路３９に搬出す
る。そして、第２の搬送路３９と第２のスパッタ室６３
との間のゲートバルブを閉じ、第２の搬送路３９と高圧
リフローチャンバー７０との間のゲートバルブを開き、
半導体基板を高圧リフローチャンバー７０に搬入した
後、第２の搬送路３９と高圧リフローチャンバー７０と
の間のゲートバルブを閉じる。

【００６９】そして、加圧状態で配線材料層２１を加熱
する。これによって、開口部１３内を配線材料層２１で
埋め込み、接続孔２３を形成する（図８の（Ｂ）参
照）。高圧リフロー処理の条件を以下に例示する。雰囲気：アルゴンガス１０⁶Ｐａ以上基板加熱温度：４５０゜Ｃ加熱時間：２分

【００７０】下地金属層２０の成膜時、配線材料層２１
の成膜時、及び高圧リフロー処理時、絶縁層１２の温度
が、［工程−２１０］における絶縁層１２の加熱温度
（４８０゜Ｃ）を超えてはならない。絶縁層１２の温度
が［工程−２１０］における絶縁層１２の加熱温度を超
えた場合、絶縁層１２からのガス放出が生じる虞がある
からである。上記の配線材料層２１の成膜条件において
は、絶縁層１２上に成膜されつつある配線材料層２１の
温度は４８０゜Ｃを超えることはない。

【００７１】そして、高圧リフローチャンバー７０か
ら、第２の搬送路３９、第１の搬送路３７を経由して、
脱ガス室４０Ａ内に置かれたウエハカセットに半導体基
板を収納する。その後、ウエハカセット内に収納されて
いる全ての半導体基板に対して、［工程−２２０］〜
［工程−２４０］を繰り返す。これらの処理が完了した
ならば、ローディングチャンバー３０から半導体基板を
収納したウエハカセットを系外に搬出する。

【００７２】［工程−２５０］その後、絶縁層１２上の
配線材料層２１をパターニングして配線を形成する。即
ち、配線材料層２１上に、例えばＴｉＮから成る反射防
止膜をスパッタ法にて成膜した後、フォトリソグラフィ
技術及びエッチング技術に基づき、配線材料層２１及び
下地金属層２０をパターニングして、絶縁層１２上に配
線を形成することができる。

【００７３】実施例２によれば、［工程−２２０］以
降、絶縁層１２からのガス放出が無いので、高配向性、
高信頼性を有する配線を安定して形成することができ
る。更には、高圧リフロー法に基づき接続孔の形成を安
定して行うことができる。

【００７４】以上、本発明を、発明の実施の形態及び好
ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらに限
定されるものではない。発明の実施の形態にて説明した
本発明のスパッタ装置の構造は例示であり、適宜設計変
更することができる。実施例にて説明した各種の条件や
配線構造も例示であり、適宜変更することができる。

【００７５】例えば、実施例２においては高圧リフロー
法にて接続孔の形成を行ったが、配線材料の成膜時のス
パッタ条件における基板加熱温度を適切に設定すること
によって、リフロー法にて接続孔の形成を行うこともで
きる。また、高温スパッタ法にて接続孔を形成すること
もできる。即ち、実施例２の［工程−２３０］におい
て、半導体基板を適切な温度に加熱しておき、例えばＡ
ｌ−０．５％Ｃｕから成る配線材料層を下地金属層の上
にスパッタ法にて成膜することによって、絶縁層上（よ
り具体的には、下地金属層上）に成膜された配線材料層
は流動状態となり、開口部内に流れ込む。その結果、配
線材料層を構成するアルミニウム系合金で開口部が埋め
込まれ、接続孔が完成する。配線材料層の高温スパッタ
法によるスパッタ条件を以下に例示する。尚、この場
合、絶縁層の脱ガス処理を行うために、実施例２の［工
程−２１０］において、絶縁層を４８０゜Ｃに加熱す
る。配線材料層のスパッタ条件使用ガス：Ａｒ＝１００sccm 圧力：０．４ＰａＤＣパワー：２０ｋＷ基板加熱温度：４７０゜Ｃ

【００７６】あるいは又、実施例１の［工程−１１０］
において密着層１４をスパッタ法にて開口部１３内を含
む絶縁層１２上に成膜したが、その代わりに、以下に例
示する条件のＥＣＲ−ＣＶＤ法にてＴｉＮから成る密着
層を形成することができる。ＴｉＮのＥＣＲ−ＣＶＤ条件使用ガス：ＴｉＣｌ₄／Ｈ₂／Ｎ₂＝２０／２６
／８sccm マイクロ波パワー：２．８ｋＷ基板ＲＦバイアス：−５０Ｗ温度：４２０゜Ｃ圧力：０．１２Ｐａ

【００７７】

【発明の効果】本発明の半導体装置の配線形成方法にお
いては、特定のガスのガス濃度を検出することによって
脱ガス処理の完了を制御するので、配線形成に要する全
体の時間が長くなることがなく、しかも絶縁層に対して
確実に脱ガス処理を施すことができる。また、脱ガス処
理室とスパッタ室とが分離されたスパッタ装置を使用す
ることによって、絶縁層から放出されたガスによってス
パッタ室内に配設されたターゲットが汚染されることを
防止することができる。更には、搬送路を介して脱ガス
処理室とスパッタ室とを同時に連通させることなく、脱
ガス処理室から搬送路を経由してスパッタ室へと基体を
搬送することによって、絶縁層から放出されたガスが脱
ガス処理室からスパッタ室に流入し、その結果、スパッ
タ室等の内部（特に、ターゲット）がガスによって汚染
されることを一層確実に防止することができる。また、
脱ガス処理室内において、複数の基体に形成された絶縁
層に脱ガス処理を行う（即ち、枚葉方式ではなく、バッ
チ方式を行う）ことで、スループットの低下を防ぐこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態１におけるスパッタ装置の概
念図である。

【図２】発明の実施の形態１における脱ガス室の概念図
である。

【図３】発明の実施の形態２におけるスパッタ装置の概
念図である。

【図４】発明の実施の形態２における脱ガス室の概念図
である。

【図５】実施例１の半導体装置の配線形成方法を説明す
るための基体等の模式的な一部断面図である。

【図６】図５に引き続き、実施例１の半導体装置の配線
形成方法を説明するための基体等の模式的な一部断面図
である。

【図７】実施例２の半導体装置の配線形成方法を説明す
るための基体等の模式的な一部断面図である。

【図８】図７に引き続き、実施例２の半導体装置の配線
形成方法を説明するための基体等の模式的な一部断面図
である。

【図９】ストレスマイグレーションの対策である積層メ
タル構造を有する配線の模式的な一部断面図である。

【図１０】高圧リフロー法にて配線材料層を確実に開口
部内に押し込むことができなくなる場合の配線材料層の
模式的な一部断面図である。

【図１１】絶縁層を加熱したときの、絶縁層からの水分
の放出状態を示すチャートである。

【図１２】コリメートスパッタ法を説明するための、ス
パッタ装置の概念図及びコリメータの模式的な斜視図で
ある。

【符号の説明】

１０・・・下層絶縁層、１１・・・下層配線層、１２・
・・絶縁層、１３・・・開口部、１４・・・密着層、１
５，２３・・・接続孔、１６，２０・・・下地金属層、
１７，２１・・・配線材料層、２２・・・ボイド、３
０，３０Ａ，３０Ｂ・・・ローディングチャンバー、３
１，３５，３７，３９・・・搬送路、３２，３８・・・
冷却ステージ、３３，３６，４１，４３，５１，７１・
・・ターボ分子ポンプ、３４・・・配管、４０，４０Ａ
・・・脱ガス室、４２・・・四重極質量分析計、４４・
・・ランプヒーター、４５・・・ステージ、４６・・・
ヒーター、５０・・・スパッタエッチクリーニングチャ
ンバー、６０，６３・・・スパッタ室、６１，６４・・
・カソード、６２，６５・・・クライオポンプ、７０・
・・高圧リフローチャンバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）基体上に絶縁層を形成する工程と、（ロ）絶縁層を加熱して、絶縁層の脱ガス処理を行う工
程と、（ハ）絶縁層上にスパッタ法にて配線材料層を形成する
工程と、（ニ）絶縁層上の該配線材料層をパターニングして配線
を形成する工程、から成り、前記工程（ロ）において、脱ガス処理中に雰囲気の特定
のガスのガス濃度を検出し、ガス濃度が規定値以下にな
ったならば脱ガス処理を終了することを特徴とする半導
体装置の配線形成方法。
【請求項２】前記工程（イ）において、基体上に絶縁層
を形成した後、該絶縁層に開口部を形成し、前記工程（ハ）において、該開口部内を含む絶縁層上に
スパッタ法にて配線材料層を形成した後、配線材料層を
加熱することによって該開口部内を配線材料層で埋め込
むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線
形成方法。
【請求項３】加圧状態で、配線材料層を加熱することを
特徴とする請求項２に記載の半導体装置の配線形成方
法。
【請求項４】前記工程（イ）において、基体上に絶縁層
を形成した後、該絶縁層に開口部を形成し、前記工程（ハ）において、該開口部内を含む絶縁層上に
スパッタ法にて配線材料層を形成中に、配線材料層を加
熱することによって該開口部内を配線材料層で埋め込む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線形
成方法。
【請求項５】前記工程（ロ）と工程（ハ）の間で、絶縁
層の表面をエッチクリーニングすることを特徴とする請
求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項６】前記工程（ロ）における絶縁層の加熱温度
は、前記工程（ハ）におけるスパッタ法にて配線材料層
を形成する際の絶縁層の温度よりも高いことを特徴とす
る請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項７】前記工程（ロ）の終了から前記工程（ハ）
の開始まで、基体を真空中に保持することを特徴とする
請求項１に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項８】前記工程（ロ）の脱ガス処理を行うための
脱ガス処理室、前記工程（ハ）を行うためのスパッタ
室、及び該脱ガス室と該スパッタ室とを結ぶ搬送路を備
えたスパッタ装置を用いることを特徴とする請求項７に
記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項９】搬送路を介して脱ガス処理室とスパッタ室
とを同時に連通させることなく、脱ガス処理室から搬送
路を経由してスパッタ室へと基体を搬送することを特徴
とする請求項８に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１０】脱ガス処理室内において、複数の基体に
形成された絶縁層に脱ガス処理を行うことを特徴とする
請求項８に記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項１１】（イ）基体上に形成された絶縁層を加熱
して絶縁層の脱ガス処理を行うための脱ガス処理室、（ロ）絶縁層から放出されるガスを検出するための、該
脱ガス室に配設された検出装置、（ハ）絶縁層上にスパッタ法にて配線材料層を形成する
ためのスパッタ室、（ニ）真空に保持された、該脱ガス室と該スパッタ室と
を結ぶ搬送路、及び、（ホ）該搬送路と脱ガス室との間、及び該搬送路とスパ
ッタ室との間のそれぞれに配設されたゲートバルブであ
って、一方のゲートバルブが開状態のとき他方のゲート
バルブは閉状態に制御されるゲートバルブ、を備えたこ
とを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１２】絶縁層から放出されたガス濃度の前記検
出装置による検出結果に基づき、搬送路と脱ガス室との
間に配設された前記ゲートバルブの開閉を制御すること
を特徴とする請求項１１に記載のスパッタ装置。
【請求項１３】加圧状態で、絶縁層上に形成された配線
材料層を加熱するための高圧リフロー室を更に備えてい
ることを特徴とする請求項１１に記載のスパッタ装置。
【請求項１４】絶縁層の表面をエッチクリーニングする
ためのスパッタエッチクリーニングチャンバーを更に備
えていることを特徴とする請求項１１に記載のスパッタ
装置。
【請求項１５】前記脱ガス室において、複数の基体に形
成された絶縁層の脱ガス処理を行うことを特徴とする請
求項１１に記載のスパッタ装置。