JPH11243070A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アスペクト比の高い微細コンタクトホールを
より容易にしかもより確実に埋め込むことである。 【解決手段】表面に溝または開口が形成された基板を準
備する工程と、スパッタ法を用いて、前記表面および前
記溝または前記開口の内表面上に、第１金属膜を形成す
る工程と、スパッタ法を用いて、前記第１金属膜上に、
第２金属膜を形成する工程と、スパッタ法を用いて前記
第２金属膜上に第３金属膜の形成する工程であって、該
基板の昇温開始とともに、該膜形成を開始し、該膜形成
終了時において該基板温度を少なくとも前記第３金属膜
のリフロー温度以上とする第３金属膜を形成する工程と
を有し、前記第２金属膜と前記第３金属膜が、主成分を
同一とする金属膜であり、前記第１金属膜と前記第２金
属膜とが、少なくとも前記第３金属膜のリフロー温度よ
り低い温度で、両金属膜界面に、反応生成物層を形成す
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、半導体装置の製造
方法およびその方法で製造される半導体装置に関し、特
に溝や開口を有する基板に埋め込み配線を形成する半導
体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の集積度の増大に伴い、コン
タクトホールの開口径も次第に小さくなる傾向にある。
また、同時にコンタクトホールのアスペクト比（開口径
に対する深さの比率）も高くなりこれに対応した埋め込
み技術が求められている。

【０００３】例えば、開口径が１μｍ以下の微細ホール
にアルミ配線（Ａｌ配線）を形成する場合、通常のスパ
ッタ法を用いたのではコンタクトホールの底や側壁のＡ
l膜厚が薄くなり、必要な配線のコンタクトが十分得ら
れないことが多い。このようなコンタクトホールでの接
続不良は、半導体装置の信頼性を落とし、歩留まりを低
下させる。

【０００４】そこで、微細なコンタクトホールにＡｌ配
線を形成する際は、加熱した半導体基板上にＡｌ膜をス
パッタで形成して、コンタクトホール内へＡｌを拡散移
動させることにより、埋め込みと平坦化を同時に行うＡ
ｌリフロー技術が用いられている。

【０００５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、従来使用され
ているＡｌリフロー技術を用いた埋め込み配線形成方法
を説明する各工程におけるコンタクトホールの部分断面
図である。以下、この図を参考に、従来の埋め込み配線
形成方法について説明する。

【０００６】埋め込みを必要とするコンタクトホール
は、種々の場合が考えられるが、ここでは、図５（ａ）
に示すように、半導体基板１１上に絶縁膜１２が形成さ
れ、この絶縁膜１２にアスペクト比が１．５以上で、１
μｍ以下の微細開口径を有するコンタクトホール１３が
形成されているような場合を例にとって説明する。な
お、このような場合としては、同図中の半導体基板１１
が、シリコン（Ｓｉ）基板表面領域に形成されるＭＯＳ
トランジスタのソース／ドレイン領域に相当するｐ型も
しくはｎ型の不純物拡散層である場合が挙げられる。

【０００７】まず、図５（ａ）に示すように、絶縁膜１
２の平坦部表面およびコンタクトホール１３内表面に、
スパッタ法を用いて、バリアメタル１４としてチタンお
よび窒化チタン（Ｔi／ＴiＮ）層を形成する。なお通
常、コンタクトホールのアスペクト比が１．５を越える
場合は、ホール底の堆積膜厚を確保するために、基板へ
垂直に飛来するスパッタ粒子の数が多い異方性スパッタ
法が用いられる。スパッタ成膜したバリアメタル４は、
さらに、バリア性を向上させるため、窒素（Ｎ₂）中６
００℃で焼鈍を施される。

【０００８】次に、図５（ｂ）に示すように、半導体基
板１１を無加熱あるいは加熱の状態で異方性スパッタ法
を用いてチタン（Ｔi）膜１５を形成する。この後、基
板を、大気に晒さないように次のスパッタ成膜室に搬送
する。そこで、異方性スパッタ法を用い、基板加熱を行
わない状態で、最初のＡｌ膜を形成する。なお、この後
に形成するＡｌ膜と区別するため、最初に形成するこの
Ａｌ膜を第１Ａｌスパッタ膜１６と呼ぶ。加熱を行わず
に形成された第１Ａｌスパッタ膜１６は、通常コンタク
トホール内表面のＴｉ膜１５上のほぼ全面に連続膜とし
て形成される。

【０００９】さらに、基板を次のスパッタ成膜室に搬送
し、そこで基板を約４５０℃まで加熱昇温する。この加
熱昇温過程において、図５（ｃ）に示すように、第１Ａ
ｌスパッタ膜１６とその下層のＴｉ膜１５が両膜界面で
反応し、該界面にＡｌ₃Ｔｉ等のＡｌ−Ｔｉ金属間化合
物１７が形成される。

【００１０】Ａｌ膜は通常２００℃以上に加熱すると丸
まり易くなり、それまでの連続膜が島状化する傾向があ
るが、このようなＡｌ−Ｔｉ金属間化合物１７を形成す
ることで、Ａｌ膜の島状化を防ぎ、Ａｌ膜の連続性を維
持する効果を有する。また、新たにできた第１Ａｌスパ
ッタ膜１６とＡｌ−Ｔｉ金属間化合物１７間の界面に
は、結晶構造の違い等によりできた格子欠陥が存在し、
これがＡｌの拡散経路として有効に働くことになる。

【００１１】続いて、図５（ｄ）に示すように、基板温
度を４５０℃に維持したまま、スパッタ法を用いて、第
２Ａｌスパッタ膜１８を形成する。このような高温条件
でスパッタされるＡｌ膜は、熱エネルギーに加え、飛来
するスパッタ粒子のエネルギーにより高い自己拡散性を
有する。このスパッタ粒子のエネルギーと第１Ａｌスパ
ッタ膜１６とＡｌ−Ｔｉ金属間化合物１７間の界面にで
きた拡散経路とによりＡｌの自己拡散は進行し、埋め込
みと同時に、コンタクトホール開口部表面のＡｌ膜の平
坦化も図られる。

【００１２】このように、従来のＡｌリフロー技術を用
いた埋め込み配線形成方法では、あらかじめ、コンタク
トホール内表面にＡｌ膜と金属間化合物を形成するＴｉ
のような金属膜を形成した後、低温スパッタと高温スパ
ッタの二段階でＡｌ膜の形成を行っていた。即ち、Ａｌ
の高温スパッタを行う前工程において、高温スパッタに
必要な基板温度までの基板昇温過程で、低温スパッタで
形成したＡｌとＴｉとの界面に、金属間化合物層を形成
していた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法を用いても、必ずしもＡｌによるコンタク
トホールの埋め込みが満足に行われてはいなかった。

【００１４】例えば、アスペクト比の高いコンタクトホ
ールの埋め込みの際には、異方性スパッタ法を用いて
も、コンタクトホール側壁に形成される第１Ａｌスパッ
タ膜１６は、他の部位に較べると薄くなりがちである。
この後に行う基板昇温過程で、この薄いＡｌ層の部分で
は、Ａｌが全てＡｌ₃Ｔｉ等のＡｌ−Ｔｉ金属間化合物
１７となってしまうことがある。こうなると、コンタク
トホール内表面に形成した第１Ａｌスパッタ膜１６の連
続性がここでとぎれてしまうとともに、Ａｌの拡散経路
としての効果を有する第１Ａｌスパッタ膜１６とＡｌ−
Ｔｉ金属間化合物１７間の界面の間隙自体もここでは消
滅する。

【００１５】この場合、高温スパッタにより第２Ａｌス
パッタ膜１８を形成しても、コンタクトホール内表面の
Ａｌ膜が不連続であるため、Ａｌ膜の拡散移動がスムー
ズに起こらず、Ａｌの拡散は、第１Ａｌスパッタ膜１６
が連続に存在しているコンタクトホール上部領域までに
とどまってしまう。その結果、コンタクトホール底部ま
で、Ａｌの自己拡散が到達せず、図５（ｄ）に示すよう
に、コンタクトホール底部にボイド１９が形成されてし
まう。一旦ボイド１９が形成されると、さらにスパッタ
を続けてもボイド１９を埋めることはできず、図５
（ｅ）に示すように、必要な膜厚の形成が終了した後も
ボイド１９が残り、コンタクトホールの接続不良が発生
する。このように、Ａｌの配線埋め込みが不完全となる
と、半導体装置の信頼性を著しく損なう結果となる。

【００１６】本発明はこの様な課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、アスペクト比の高い微細コンタ
クトホール等の基板上に形成された微細な溝をより容易
にしかもより確実に埋め込むことの可能な半導体製造方
法とその製造方法により製造する半導体装置を提供する
ことである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の半導体
装置の製造方法の特徴は、表面に溝または開口が形成さ
れた基板を準備する工程と、基板表面および前記溝また
は前記開口の内表面上に、第１金属膜を形成する工程
と、前記第１金属膜上に、連続的な第２金属膜を形成す
る工程と、前記第２金属膜上に、前記第２金属膜と同一
主成分を有する第３金属膜を形成する工程であって、前
記第３金属膜形成途中で前記第１金属膜と前記第２金属
膜との界面において反応生成物層を形成するとともに前
記第２、第３金属膜のリフローを行う第３金属膜形成工
程とを有することである。

【００１８】請求項２に記載の半導体装置の製造方法の
特徴は、表面に溝または開口が形成された基板を準備す
る工程と、スパッタ法を用いて、前記表面および前記溝
または前記開口の内表面上に第１金属膜を形成する工程
と、スパッタ法を用いて、前記第１金属膜上に、連続的
な第２金属膜を形成する工程と、スパッタ法を用いて、
前記第２金属膜上に第３金属膜を形成する工程であっ
て、前記基板の昇温開始とともに、前記第３金属膜の形
成を開始し、前記第３金属膜形成終了時において前記基
板温度を少なくとも前記第２、第３金属膜のリフロー温
度以上とする第３金属膜を形成する工程とを有し、前記
第２金属膜と前記第３金属膜が、主成分を同一とする金
属膜であり、前記第１金属膜と前記第２金属膜とが、少
なくとも前記第３金属膜のリフロー温度より低い温度
で、両金属膜界面に反応生成物層を形成することであ
る。

【００１９】請求項３に記載の半導体装置の製造方法の
特徴は、表面に溝または開口が形成された基板を準備す
る工程と、前記基板を第１真空室に搬送する工程と、前
記第１真空室内において、異方性スパッタ法を用いて前
記基板表面および前記溝または開口の内表面上に第１金
属膜を形成する工程と、前記基板を前記第１真空室から
第２真空室に大気に晒さない状態で搬送する工程と、前
記第２真空室内において、異方性スパッタ法を用いて、
前記第１金属膜上に連続的な第２金属膜を形成する工程
と、前記基板を前記第２真空室から第３真空室に大気に
晒さない状態で搬送する工程と、前記第３真空室内にお
いて、前記第２金属膜上に前記第２金属膜と同一主成分
を有する第３金属膜を形成する工程とを有し、前記第３
金属膜を形成する工程が、前記第３真空室内に備えた加
熱手段によって、前記基板を昇温開始すると同時に前記
第３金属膜の形成を開始し、前記第３金属膜形成終了時
における前記基板温度が前記第３金属膜のリフロー温度
以上であり、前記第３金属膜形成途中に前記第１金属膜
と前記第２金属膜が両金属膜界面に反応生成物層を形成
することである。

【００２０】上記請求項１〜３に記載の各半導体装置の
製造方法の特徴によれば、予め、基板表面および溝また
は開口の内表面に、第１金属膜を介して連続な第２金属
膜を形成したうえに、第２金属膜と同一主成分を有する
第３金属膜を形成するため、連続な第２、第３金属膜を
得やすい。また、第２または第３金属膜が連続に形成さ
れることにより、第３金属膜が、溝や開口の底部までス
ムーズに拡散移動し易く、良好な埋め込みが可能とな
る。また、リフローの効果により第３金属膜表面は良好
な平坦性を得ることができる。一方、第３金属膜形成中
に第１金属膜と第２金属膜の界面に反応生成物層が形成
されるので、この反応生成物層と第１金属膜との新たな
界面の間隙が、第３金属膜の拡散経路となり、第３金属
膜の拡散を促進し、溝や開口の埋め込み特性をさらに改
善する。スパッタ法を用いた場合は、該反応生成物層の
形成が第３金属膜形成途中でなされることにより、拡散
経路の確保による第３金属膜の拡散促進効果とスパッタ
の飛来エネルギーによる拡散推進効果とが同時に働くた
め、溝や開口部の埋め込みが効果的に行われる。

【００２１】なお、このような第２、第３金属膜として
は、ＡｌまたはＡｌを主成分に含む金属膜を用いること
ができる。また、さらに第１金属膜としてＴｉまたはＴ
ｉ合金膜を用いれば、さらにＡｌのリフロー温度より低
い温度でＡｌ膜と反応生成物層であるＡｌ₃Ｔｉを形成
することで、２００℃以上でホール側壁のＡｌが凝集す
るのを抑制すると同時に、Ａｌ膜とＡｌ₃Ｔｉ膜との界
面を形成して拡散経路の確保ができる。

【００２２】なお、第２、第３金属膜としてＡｌまたは
Ａｌを主成分とする金属膜を用いる場合は、第３金属膜
形成時の基板到達温度を４００℃以上とすれば、この第
３金属膜をより確実にリフロー状態にすることができ
る。

【００２３】また、第２金属膜としてＡｌまたはＡｌを
主成分とする金属膜を用いる場合は、第２金属膜形成時
の基板温度を２００℃より低い温度で形成すれば、ホー
ル側壁でのＡｌの凝集が起こらず、連続性のあるＡｌ膜
を形成しやすい。

【００２４】上述の方法で製造した半導体装置は、良好
なコンタクトホール等の埋め込み特性を有するため、接
続不良等の発生が少ない信頼性の高い装置となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、コンタク
トホールやビアホールなどの種々の溝や開口を有する基
板に埋め込み配線を形成する際に用いられる。ここで
は、図１（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板表
面領域に形成されるＭＯＳトランジスタのソース／ドレ
イン領域であるｐ型またはｎ型の不純物拡散層に相当す
る半導体基板１上に絶縁膜２が形成され、この絶縁膜２
に、アスペクト比２、開口径０．５μｍの微細なコンタ
クトホール３が形成され、このコンタクトホール３にＡ
ｌ膜を用いて埋め込み配線を形成する場合を例にとり説
明する。

【００２６】本発明の実施の形態における埋め込み配線
形成方法の主な特徴は、従来独立した工程として行って
いた低温Ａｌスパッタ工程後に行う基板の昇温によるＡ
ｌ−Ｔｉ金属間化合物形成工程と、高温Ａｌスパッタ工
程とを同時に行う点である。

【００２７】図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本実施の形態
における各工程のコンタクトホールとその周囲の様子を
示した部分断面図であり、図２は、本実施の形態におけ
る工程の流れを示すフローチャートである。以下、これ
らの図を参照しながら、本実施の形態について説明す
る。

【００２８】図１（ａ）に示すように、絶縁膜２平坦部
表面およびコンタクトホール３内表面に、異方性スパッ
タ法を用いて、バリアメタル４を形成する。このバリア
メタル４としては例えばチタンおよび窒化チタン（Ｔｉ
／ＴｉＮ）からなる積層等が用いられる。このバリアメ
タル４は、この後の工程で上層に形成するＡｌ膜からＡ
ｌ原子が半導体基板１に拡散するのをブロックする効果
がある。スパッタ成膜したバリアメタル４は、さらに、
バリア性を向上させるため、Ｎ₂中６００℃で焼鈍を施
される。ここまでの工程は、従来の一般的なコンタクト
ホール埋め込み工程と同様な手順で行われる。なお、こ
こまでの工程は、図２のフローチャートにおいて、ステ
ップ０（Ｓ０）のコンタクトホール形成済み基板の準備
工程に相当する。

【００２９】後続する工程では、第１、第２、第３の３
つの真空チャンバと各チャンバ間の基板搬送を行う搬送
機構を有するいわゆるマルチチャンバ型の半導体製造装
置を用いて行う。

【００３０】まず、搬送機構を用いて、基板を第１真空
チャンバ内に搬入する（図２中ステップ１（Ｓ１））。
この第１真空チャンバ内で、異方性スパッタ法を用い
て、室温でコンタクトホール内表面および、絶縁膜表面
にＴｉ膜５を形成する（図２中ステップ２（Ｓ２））。
図１（ｂ）に示すように、コンタクトホール３の内表面
および絶縁膜２平坦部表面のバリアメタル４の上に平坦
部膜厚２００〜５００ÅのＴｉ膜５が形成される。

【００３１】次に、Ｔｉ膜表面が酸化しないように、大
気に晒すことなく、即ち大気フリーの状態で、搬送機構
を用いて基板を第１真空チャンバから第２真空チャンバ
に搬送する（図２中ステップ３（Ｓ３））。

【００３２】第２真空チャンバ内では、異方性スパッタ
法を用いて、室温で第１Ａｌスパッタ膜６を形成する
（図２中ステップ４（Ｓ４））。図１（ｂ）に示すよう
に、Ｔｉ膜５上に平坦部膜厚約４０００Å〜６０００Å
の第１Ａｌスパッタ膜６が形成される。低温条件で形成
された第１Ａｌスパッタ膜６は、コンタクトホール内表
面および基板平坦部表面に連続的な膜として形成され
る。なお、基板を室温以上に加熱しても良いが、２００
℃以上に加熱すると、ホール側壁の薄いＡｌ膜は丸まり
易くなり、島状の不連続な膜となってしまうため好まし
くない。

【００３３】なお、この第１Ａｌスパッタ膜６および後
の工程で形成する第２Ａｌスパッタ膜８としては、例え
ばＡｌを主成分とし、０．５％程度銅（Ｃｕ）を添加し
たものを用いる。また、さらに１％程度のＳｉを添加物
として含むものでもよく、あるいは全く添加物を含まな
いＡｌ膜を用いることもできる。

【００３４】この後、搬送機構を用いて、大気に晒すこ
となく、即ち大気フリーの状態で基板を第２真空チャン
バから第３真空チャンバ内に搬送する（図２中ステップ
５（Ｓ５））。

【００３５】第３真空チャンバでは、チャンバ内に備え
た基板加熱手段を用いて、Ａｌのリフロー温度である約
４５０℃まで基板の加熱昇温を行う。また、基板昇温開
始とともに、Ａｌのスパッタを開始し、第１Ａｌスパッ
タ膜６上に第２Ａｌスパッタ膜８を形成する。基板温度
が約３５０℃程度に達すると、Ｔｉ膜５と第１Ａｌスパ
ッタ膜６との反応が起こり、両膜の界面にＡｌ−Ｔｉ金
属間化合物７が形成され始める。また、基板温度が４０
０℃以上となると、Ａｌのリフローも始まる（図２中ス
テップ６（Ｓ６））。

【００３６】即ち、図１（ｃ）に示すように、基板温度
が３５０℃程度に達すると、Ｔｉ膜５と第１Ａｌスパッ
タ膜６との反応により、両膜の界面には、Ａｌ₃Ｔｉ等
のＡｌ−Ｔｉ金属間化合物７が形成され始める。これに
伴い、第１Ａｌスパッタ膜６とＡｌ−Ｔｉ金属間化合物
７との新たな界面に格子定数のミスマッチ等に起因した
間隙が形成され、この間隙がＡｌの自己拡散を促す拡散
経路となる。

【００３７】また、Ａｌ−Ｔｉ金属間化合物７の形成が
進行する一方で、第１Ａｌスパッタ膜６表面には第２Ａ
ｌスパッタ膜８の堆積が進行するため、Ａｌ−Ｔｉ金属
間化合物７がコンタクトホール内表面に露出することが
なく、Ａｌ膜の連続性は維持される。この結果、Ａｌの
自己拡散は、Ａｌ−Ｔｉ金属間化合物７と第１Ａｌスパ
ッタ膜６の界面にできた拡散経路及びＡｌ膜表面で起こ
り、コンタクトホールの底部までスムーズにＡｌの拡散
移動が進行する。よって、従来のようにコンタクトホー
ル底部にボイドが形成されることはなく、良好な埋め込
み特性を得ることが可能となる。

【００３８】また、Ａｌのリフロー性により、Ａｌ配線
に十分な膜厚をスパッタ形成した時点で、図１（ｄ）に
示すように、コンタクトホール内はＡｌで完全に埋め込
まれるとともに、コンタクトホール開口部表面では、Ａ
ｌ膜の平坦化が確保される。

【００３９】図３は、第３真空チャンバにおける基板温
度の操作とスパッタ操作との関係を示すグラフである。
横軸に基板昇温開始からの経過時間を、縦軸に基板温度
を示す。同図に示すように、従来は、基板温度が４５０
℃に達するのを待って第２Ａｌのスパッタ操作（Ｔ０）
を開始していたのに対し、本実施の形態においては、基
板昇温開始とともに第２Ａｌのスパッタ操作（Ｔｅｘ）
を開始している。

【００４０】なおこの際、基板温度を室温から４５０℃
まで昇温させる時間として２分から２０秒の間で３段階
（図４中、Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２）の昇温速度間で比較検討
したところ、昇温速度を最も早く設定した条件Ｒ２、即
ち２０秒で４５０℃まで昇温した場合において、最も良
好な埋め込み特性を得ることができた。特に、Ａｌ−Ｔ
ｉ金属間化合物７が形成される基板温度３５０℃以上に
おいて、昇温速度を早くすると埋め込み特性が良好にな
る。なお、本実施の形態において、スパッタ成膜速度は
約２０Å／ｓｅｃとした。

【００４１】また、図３のグラフより、本実施の形態に
おいて、基板昇温開始からスパッタ操作終了までの時間
が、従来より大幅に短縮されていることがわかる。

【００４２】なおここでは、到達基板温度を４５０℃と
しているが、これに限定する必要はなく、少なくともＡ
ｌが良好なリフローを示す４００℃以上の温度であれば
よい。

【００４３】第３真空チャンバでの第２Ａｌスパッタ膜
の形成が終了したら、基板搬送機構を用いて第３真空チ
ャンバから基板を搬出する（図２中ステップ７（Ｓ
７））。

【００４４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、従来の方
法および本実施の形態における方法のそれぞれを用い
て、開口径０．６５μｍ、アスペクト比２．５のコンタ
クトホールにＡｌ膜で埋め込み配線を形成した様子を示
すコンタクトホール断面のＳＥＭ写真である。図４
（ａ）に示すように、従来の方法を用いた場合は、コン
タクトホール底部に比較的大きいボイドの存在が明らか
に確認されたのに対し、図４（ｂ）に示すように、本実
施の形態における方法を用いた場合は、コンタクトホー
ル内にボイドは見あたらず、極めて良好なＡｌの埋め込
み層が形成されていることが確認できた。

【００４５】このように、本実施の形態における方法で
は、従来独立に行っていた低温Ａｌスパッタ工程後に行
う基板の昇温によるＡｌ−Ｔｉ金属間化合物７形成工程
と、高温Ａｌスパッタ工程とを同時に行うことにより、
良好な埋め込み特性と平坦性とを備えた配線を形成でき
るとともに、従来より短時間で行うことが可能となる。

【００４６】なお、上述した実施の形態においては、コ
ンタクトホールの埋め込み配線の例を示したが、その他
にもビアホール等の埋め込みにおいても同様な方法を用
いることができる。

【００４７】また、上述した実施の形態においては、埋
め込み配線材料としてＡｌ若しくはＡｌを主成分として
含む材料を用いているが、この他にもＣｕ等を主成分と
する材料、あるいはそれ以外の配線材料を用いてもよ
い。

【００４８】また、配線層であるＡｌ層の下に形成する
金属膜は、Ｔｉ膜、Ｔｉ合金膜以外にも配線層との密着
性等がよく、配線層のリフロー温度より低い温度で、配
線層との間で化合物層を形成できる材料であれば用いる
ことができる。

【００４９】なお、上述した実施の形態においては、低
温Ａｌスパッタと高温Ａｌスパッタとを別々の真空チャ
ンバで行っているが、同一のチャンバを用いて、連続に
スパッタを行うことも可能である。

【００５０】また、第３真空チャンバが備える基板加熱
機構としては、例えば、静電チャック付きホットプレー
トであり、基板の温度をホットプレートにフィードバッ
クできるものを用いれば、スパッタ成膜によって基板温
度が所定温度以上に上昇することを防ぎ、基板温度の制
御性を向上させることができる。

【００５１】

【発明の効果】上述するように、本発明の半導体装置の
製造方法は、表面に溝または開口が形成された基板を準
備する工程と、基板表面および溝または開口の内表面上
に、第１金属膜を形成する工程と、この第１金属膜上
に、連続的な第２金属膜を形成する工程と、さらにこの
第２金属膜上に、第２金属膜と同一主成分を有する第３
金属膜を形成する工程であって、該第３金属膜形成途中
で第１金属膜と第２金属膜との界面において反応生成物
層を形成するとともに第３金属膜のリフローを行う第３
金属膜形成工程とを有する。

【００５２】従来、それぞれ独立に行っていた反応生成
物層形成工程と第３金属膜形成工程を重複して行うこと
により、この反応生成物層と第１金属膜との新たな界面
にできた拡散経路による第３金属膜の拡散促進効果と、
膜形成時のエネルギー、例えばスパッタ法を用いて膜形
成を行う場合には、スパッタ粒子の飛来エネルギー等に
よる第３金属膜の自己拡散の促進効果とが同時に得られ
るため、溝や開口内への埋め込み特性が改善される。ま
た、埋め込み工程に費やす時間を短縮することもでき
る。即ち、高いアスペクト比を有する微細なコンタクト
ホールやビアホールに対して、良好な埋め込み平坦化特
性を有する配線をより短時間で形成することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の製造
方法を示す各工程における装置の部分断面図である。

【図２】本発明の実施の形態における半導体装置の製造
方法を示す工程のフローチャートである。

【図３】本発明の実施の形態における第２Ａｌスパッタ
工程でのスパッタ操作と基板昇温操作の時間的関係を示
すグラフである。

【図４】従来の方法および本発明の実施の形態における
方法をそれぞれ用いて基板上に形成された微細なパター
ンを示す断面写真である。

【図５】従来の半導体装置の製造方法を示す各工程にお
ける装置の部分断面図である。

【符号の説明】 １ 半導体基板 ２ 絶縁膜 ３ コンタクトホール ４ バリアメタル ５，１０ Ｔi膜 ６，１１ 第１Ａlスパッタ膜 ７，１２ 第２Ａｌスパッタ膜 ８ Ａi−Ｔi金属間化合物 １９ ボイド

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に溝または開口が形成された基板を
   準備する工程と、 基板表面および前記溝または前記開口の内表面上に、第
   １金属膜を形成する工程と、 前記第１金属膜上に連続的な第２金属膜を形成する工程
   と、 前記第２金属膜上に前記第２金属膜と同一主成分を有す
   る第３金属膜を形成する工程であって、前記第３金属膜
   形成途中に前記第１金属膜と前記第２金属膜との界面に
   おいて反応生成物層を形成するとともに、前記第２、第
   ３金属膜のリフローを行う第３金属膜形成工程とを有す
   ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 表面に溝または開口が形成された基板を
   準備する工程と、 スパッタ法を用いて、前記表面および前記溝または前記
   開口の内表面上に、第１金属膜を形成する工程と、 スパッタ法を用いて、前記第１金属膜上に連続的な第２
   金属膜を形成する工程と、 スパッタ法を用いて、前記第２金属膜上に第３金属膜を
   形成する工程であって、前記基板の昇温開始とともに、
   前記第３金属膜の形成を開始し、前記第３金属膜形成終
   了時において前記基板温度を少なくとも前記第３金属膜
   のリフロー温度以上とする第３金属膜を形成する工程と
   を有し、 前記第２金属膜と前記第３金属膜が、主成分を同一とす
   る金属膜であり、 前記第１金属膜と前記第２金属膜とが、少なくとも前記
   第２、第３金属膜のリフロー温度より低い温度で、両金
   属膜界面に反応生成物層を形成することを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 表面に溝または開口が形成された基板を
   準備する工程と、 前記基板を第１真空室に搬送する工程と、 前記第１真空室内において、異方性スパッタ法を用い
   て、前記基板表面および前記溝または開口の内表面上に
   第１金属膜を形成する工程と、 前記基板を前記第１真空室から第２真空室に大気に晒さ
   ない状態で搬送する工程と、 前記第２真空室内において、異方性スパッタ法を用い
   て、前記第１金属膜上に連続的な第２金属膜を形成する
   工程と、 前記基板を前記第２真空室から第３真空室に大気に晒さ
   ない状態で搬送する工程と、 前記第３真空室内において、前記第２金属膜上に前記第
   ２金属膜と同一主成分を有する第３金属膜を形成する工
   程とを有し、 前記第３金属膜を形成する工程が、 前記第３真空室内に備えた加熱手段によって、前記基板
   を昇温開始すると同時に前記第３金属膜の形成を開始
   し、前記第３金属膜形成終了時における前記基板温度が
   前記第３金属膜のリフロー温度以上であり、前記第３金
   属膜形成途中で前記第１金属膜と前記第２金属膜が両金
   属膜界面に反応生成物層を形成することを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記第２金属膜と前記第３金属膜とが、
   ＡｌまたはＡｌを主成分として含む金属膜であることを
   特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の半導体
   装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記第１金属膜が、ＴｉまたはＴｉ合金
   膜であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置
   の製造方法。
6. 【請求項６】 前記第３金属膜のリフロー温度が、４０
   ０℃以上であることを特徴とする請求項４または５に記
   載の半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記第１金属膜と前記第２金属膜とが、
   ４００℃未満の温度で両金属膜界面に反応生成物層を形
   成することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の
   製造方法。
8. 【請求項８】 前記第２金属膜を形成する工程におい
   て、前記第２金属膜が、基板温度２００℃以下で形成さ
   れることを特徴とする請求項４から７のいずれか１に記
   載の半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 上記請求項１から８のいずれか１の半導
   体装置の製造方法を用いて製造されることを特徴とする
   半導体装置。