JPH02308538A - 半導体装置の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要］ 半導体装置の製造方法に関し、 段差被覆性がすぐれたアルミニウム配線形成法を提供す
ることを第１の目的とし、眉間絶縁膜形成工程で平坦化
処理を必要としないアルミニウム配線形成法を提供する
ことを第２の目的とし、上記配線形成法を実施するに適
した装置を提供することを第３の目的とし、 第１の目的を達成するために、段差部を有する半導体基
板上にアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする
合金の配線層を形成した後、処理基板を成膜後大気解放
する事なしに基板をその時形成した配線の組成の絶対温
度で示した融点の２／３以上の温度まで高めるように構
成し、この構成の段差部を配線抜きパターンで形成する
ことにより第２の目的を達成し、第３の目的を達成する
ために、スパッタもしくは蒸着によりアルミニウムまた
はアルミニウムを主成分とする合金の配線層を成膜する
チャンバーと、このチャンバーに連設されたウェハーの
加熱チャンバーとを含んでなり、該加熱チャンバーは、
真空ポンプに連通ずるとともに配線層を形成したウェハ
ーを支持する支持部とウェハーの加熱手段とを具備し、
前記加熱チャンバー内の圧力を前記成膜チャンバーとは
独立して制御可能にする仕切り部を両チャンバーの境界
部に設けかつ該仕切り部を開閉自在にして、成膜された
ウェハーを大気に解放することなく加熱チャンバーに搬
送可能に構成する。

［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、とりわけ段差部
を有する下地基板上へアルミニウムまたはその合金の配
線層を形成する方法及びその装置に関する。

［従来の技術］ 現在、ＬＳＩ配線材料としてアルミニウム又はアルミニ
ウム合金（１％ＳＬ、２％Ｃｕその他）が用いられ、そ
の薄膜形成方法としては蒸着法とスパッタ法が多く用い
られている。

しかしながら、素子のｖ１細化及び配線構造の多層化に
より配線を行なうべき下地基板の段差形状がより厳しい
ものとなってきている。このため、良好な段差被覆性（
ｓｔｅｐ　ｃｏｖｅｒａｇｅ）をもつ配線を形成するこ
とが困難になってきている。現在ではこのような問題を
克服するためスパッタ成膜中の基板温度を高温（融点付
近）にして成膜を行なうことで被覆性及び平坦性を改善
している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、スパッタ中に基板温度を正確に再現良く
高温に上げるためには、スパッタ用チャック等に加熱装
置を組込むなど装置的にかなり複雑な機構を必要とする
。またスパッタ中の基板の温度を正確に知ることが困難
であるので、温度の設定等のスパッタ成膜の条件設定を
経験的見地から行なっている場合が多いため、プロセス
の不安定要素になるなどの問題点がある。

場合によっては基板にバイアスをかけるなどの平坦化方
法もとられているが、Ｖｏｉｄの発生やエレクトロマイ
グレーションの問題があるとの報告がある（ＶＬＳＩ製
造技術、日経ＢＰ社、１９８９年１月１４日発行、第１
７８頁）。

また仮に現在の技術で配線層の平坦化が実現しても、バ
ターニングされた配線のカバー膜または多層配線におけ
る眉間絶縁膜形成の工程でさらに絶縁膜平坦化の技術を
必要とする。

したがって、本発明は段差被覆性がすぐれたアルミニウ
ム（合金）配線形成法を提供することを第一の目的とし
、眉間絶縁膜形成工程で平坦化処理を必要としないアル
ミニウム（合金）配線形成法を提供することを第二の目
的とし、上記配線形成法を実施するに適した装置を提供
することを第三の目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の第一は、上記問題点を解決するために、アルミ
ニウム又はアルミニウムを主成分とする合金の配線層を
スパッタ法で形成した後、処理基板を成膜後大気解放す
る事なしに基板をその時形成した配線の組成の絶対温度
で示した融点の２／３以上の温度まで高める工程を有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法である。

本発明の第二は、予め配線パターンの抜きパターンを形
成した半導体基板上にアルミニウムまたはアルミニウム
を主成分とする合金配線層を形成した後、処理基板を成
膜後大気解放する事なしに基板をその時形成した配線の
組成の絶対温度で示した融点の２／３以上の温度まで高
める工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方
法である。

本発明の第三は、スパッタもしくは蒸着によリアルミニ
ウムまたはアルミニウムを主成分とする合金の配線層を
成膜するチャンバーと、このチャンバーに連設されたウ
ェハーの加熱チャンバーとを含んでなり、該加熱チャン
バーは、真空ポンプに連通ずるとともに配線層を形成し
たウェハーを支持する支持部とウェハーの加熱手段とを
具備し、前記加熱チャンバー内の圧力を前記成膜チャン
バーとは独立して制御可能にする仕切り部を両チャンバ
ーの境界部に設けかつ該仕切り部を開閉自在にして、成
膜されたウェハーを大気に解放することなく加熱チャン
バーに搬送可能にしたことを特徴とする半導体装置の製
造装置である。

合金組成の融点の２／３の温度以上では金属原子が移動
するのに十分なエネルギーをもち移動性が増す、この性
質を利用した本発明の第一においては表面張力の作用に
より段差部でのアルミニウムが十分に流動し段差被覆性
が改善される。しかもこの方法で、使用している金属の
融点付近まで温度を上げれば、段差部での被覆性は著し
く改善され平坦化が実現されるほどである。

アルミニウム配線層の融点はその組成によって異なり、
例えば、純アルミニウムは９３３Ｋ（６６０℃）、Ａｌ
２−１％Ｓｉ合金は８７３Ｋ（６００℃）、Ａｌ２−２
％Ｃｕでは８９３Ｋ（６２０℃）である。

配線層の成膜後大気解放を行なうとアルミニウムの表面
酸化が起こって、加熱時の流動性が低下するので、成Ｍ
ｔｌｔ大気解放することなく加熱を行なうことが必要で
ある。

また、本発明の第二においては、本発明の第一と同様に
高温での原子の移動を利用するとともに、配線の抜きパ
ターンが形成する段差の高さに対してスパッタ等で形成
する金属配線層の膜厚をコントロールすることによって
、高温で移動するアルミニウムは配線パターンの溝に集
結し、同時に配線の抜きパターンを形成している絶縁物
上のアルミニウムは無くなり、平坦化と同時に必要とす
る配線パターンが形成される。　　。

本発明の第三は、成膜後大気に解放することなくウェハ
ーを加熱する方法を実施するための好適な手段として、
成膜チャンバーとは別個のウェハー加熱チャンバーを設
け、両者の間に設けた仕切によって成膜中に加熱チャン
バーを減圧可能とする構成とする。好ましくは成膜後直
ちに加熱を行なうように成膜中に予め加熱を行なうため
にも仕切り部を役立てる。

［作用］ 本発明においては、配線層の加熱を行なう専用チャンバ
ーを設けたので、スパッタや蒸着チャンバーでの加熱が
不要となる。また、配線層の加熱は成膜後大気にさらす
ことなく行なうためにアルミニウムの流動が十分に起こ
って、所望の被覆性や平坦化が達成される。

さらに、本発明では成膜され結晶粒が構成された配線材
料が加熱されることになるため、粒成長が十分に起こり
、下地の影響も緩和され、この結果、結晶粒が大きくか
つ配向性が良好な配線が得られる。これに対して成膜中
に加熱を行なうと、下地の影響をうけつつアルミニウム
の堆積が起こり、またスパッタによる機械的エネルギが
粒成長に複雑な影響を及ぼすので、粒成長のコントロー
ルが容易でない。

以上のように、本発明はスパッタなどの成長中に加熱を
行なう方法に比較して段差被覆性および平坦化の面にお
いてすぐれている。

（実施例） 第１図に本発明の第三に係る装置の全体の構成を示す。

まず、ウェハーは基板の脱ガスのためにスパッタ前予備
加熱室１０にて２４０〜２６０℃に加熱する。

次にスパッタ処理チャンバー１１にて成膜を行ない、そ
の後ウェハー加熱チャンバー１２にてアルミニウム合金
の融点に応じて加熱する。各チャンバー１０．１１．１
２間には開閉自在であってかつ各チャンバーを圧力的に
独立させる仕切り部１３．１４を設けている。

本発明の第１の実施例としてスパッタ処理チャンバー１
１にて第２図に示すように段差部の高さ１μｍ、開口部
の幅０．５μｍの段差部を有する下地基板１上にＡρ−
１％Ｓｉ配線層２をスパッタ法で１μｍ堆積させた。

この方法により得られた配線層２を第３図に示す、第３
図より分かるように配線層２の段差被覆性は非常に悪い
。

一方、スパッタ法での堆積終了後ただちに（大気解放前
に）第１図のウェハー加熱チャンバー１２により基板を
５８０℃に加熱し４分間保持した。

この本発明の第三の実施例の場合、スパッタ処理中に予
めウェハー加熱チャンバー１２を減圧しておき、スパッ
タが完了と同時に仕切り１４を解放して、ウェハー１１
をスライダー（図示せず）でウェハー加熱チャンバー１
２に移動させた。その後直ちに、仕切り１４を閉じて減
圧を続けながらウェハー１１の加熱を行なった。

第４図に本発明の第三の実施例に係るウェハー加熱チャ
ンバー１２の構造を示す、なお、第４図は第１図のＩＶ
−ＩＶ線の断面図である。

図中、１５はウェハー１６の支持部であって、内部にア
ルゴンガスを流す中空部を有する。

ウェハー支持部１５の中心にはアルゴンガス送入バイブ
１７が取り付けられ、チャンバー内のガス雰囲気を不活
性にするためのアルゴンガスを供給する。このパイプ１
７はチャンバー１２の壁体１２′に固定され、ウェハー
支持部１５を壁体１２°に保持する。１８は支持部２３
に支持されたカートリッジヒーターである。２１はウェ
ハーの温度を測定する熱電対であって、ウェハ−１６自
体の温度を測定できるよう、ウェハー１６の近傍まで伸
びている。熱電対２１およびカートリッジヒーター１８
とそれぞれ導線２２．１９を介して接続されたし−タコ
ントローラ２０が基板１６の温度を所定温度に制御する
。２４はコンダクタンスバルブであって、チャンバー１
２内の圧力のコントロールに使用される。本実施例にお
いてはウェハー支持部１５の中空体のアルゴン圧力が１
ｔｏｒｒであった。チャンバー１２のウェハ−１６上部
での圧力は１ｍｍｔｏｒｒとなるよう圧力をコントロー
ルした。この圧力は、アルミニウムの蒸発と酸化防止を
達成するように定める。すなわち、圧力が低すぎかつ温
度が融点に近いとアルミニウムの蒸発が起こるおそれが
あり、一方圧力が高くチャンバー中に酸素が残存してい
ると酸化のおそれがある。これらを避けるように圧力を
適宜コントロールする。

こうして得られた段差部での配線層の被覆形状のＳＥＭ
　（走査型電子顕微鏡）のスケッチ図を第５図に示す。

第５図からも分かるとおりスパッタ後の膜を加熱するこ
とにより被覆性が改善され平坦化も実現されている。こ
うしで得られたアルミニウム配線層は配向性も良く結晶
粒径の大きい膜であり、４５０〜４８０℃の熱処理（７
二−Ａ、ＣＶＤ工程等）にも安定であり、突起、陥没な
どの表面異常は見られない。

加熱装置は第４図以外にも第６図のランプヒーター等の
方式を使ってもかわりない。

本発明の第二の実施例を第７図〜第９図を参照として説
明する。

第７図に示すように、ＳｉＯ２、ＰＳＧなどの絶縁物に
より形成した配線抜きパターン３０の段差部の高さは例
えば１．０μｍであり、開口部の幅は例えば０．５〜３
゜０μｍである。二のよ、うな段差部を有する下地基板
はシリコン基板３１の上を酸化膜３２が被覆したもので
ある０次に、第８図に示すように、Ａ２−１％Ｓｉ薄膜
層２を０．６μｍ堆積させた。堆積終了後ただちに（大
気解放前に）第４図のウェハー加熱装置により基板を５
８０℃に加熱し４分間保持した。こうして得られた段差
部での薄膜層のＳＥＭ　（走査型電子顕微鏡〉スケッチ
図を第９図に示す、なお、この図は溝部に埋め込まれた
配線の一部をエツチングにより除去して、その表面輪郭
が見えるようにした０図からも分かる通りスパッタ後の
薄膜を加熱することにより段差上部のアルミは完全に無
くなり抜きパターンはアルミで充たされ配線パターン３
３が完成し同時に平坦化も実現されている。この後カバ
ー膜または多層配線における眉間絶縁膜形成の工程とし
て上層に絶縁層を形成する、また、こうして得られたア
ルミニウム配線層は配向性も良く結晶粒径の大きい膜で
あり、４５０〜４８０℃の熱処理（アニール、ＣＶＤ工
程等）にも安定であり、突起、陥没などの表面異常は起
こらない。

［発明の効果］ 本発明の第一に係る方法を用いれば、段差部を有する下
地基板上への段差被覆性の改善ができ、平坦化も実現可
能である。

本発明の第二に係る方法を用いれば、従来の配線層のパ
ターニング工程なしで配線パターンを完成できるためエ
ツチングによるダメージの心配がなくなる。また配線側
壁と絶縁層は既にできており平坦化されているのでカバ
ー膜または眉間絶縁膜の形成による配線へのストレスを
軽減ししかも平坦化されているので後工程にも非常に有
利である。

また、本発明の第三に係る装置は、従来のスパッタ中基
板加熱装置のような複雑な機構をもつ加熱方式を使う必
要がなく、その温度制御も比較的正確に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置の製造装置の構成の概
略を示す図、 第２図は段差を有する半導体基板を示す斜視図、 第３図は段差部に通常のスパッタ法で成膜したアルミニ
ウムを示す図、 第４図は本発明のウェハー加熱チャンバの断面図、 第５図は本発明により配線層を平坦化した場合のＳＥＭ
像のスケッチ図、 第６図は加熱装置の一実施ｍ１を示す図、第７図は抜き
パターンの図、 第８図は抜きパターン上にアルミニウムを成膜した図、 第９図は本発明により配線層を形成しかつ同時に平坦化
した場合のＳＥＭ像のスケッチ図である。 １一段差、２−アルミニウム皮膜、１１−スパッタ処理
チャンバー、１２−ウェハー加熱チャンバー、１３．１
４−仕切り部、　１５−ウェハー支持部、１６−ウェハ
ー、１８−カートリッジヒータ 特許出願人　　　富士通株式会社 一■ 盪綬処理スバ・ソ７に！ 第１図 設差１シ阿する基板 第２図 第４図 Δ＼づ１８目り二より−Ｐｔ町乙で点Ｆ西己檀第５図 つり７″ヒータ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、段差部を有する半導体基板上にアルミニウムまたは
   アルミニウムを主成分とする合金の配線層を形成した後
   、処理基板を成膜後大気解放する事なしに半導体基板を
   その時形成した配線の組成の絶対温度で示した融点の２
   ／３以上の温度まで高める工程を有することを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。 ２、予め配線パターンの抜きパターンを形成した半導体
   基板上にアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とす
   る合金の配線層を形成した後、処理基板を成膜後大気解
   放する事なしに基板をその時形成した配線の組成の絶対
   温度で示した融点の２／３以上の温度まで高める工程を
   有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ３、スパッタもしくは蒸着によりアルミニウムまたはア
   ルミニウムを主成分とする合金の配線層を成膜するチャ
   ンバーと、このチャンバーに連設されたウェハーの加熱
   チャンバーとを含んでなり、該加熱チャンバーは、真空
   ポンプに連通するとともに配線層を形成したウェハーを
   支持する支持部とウェハーの加熱手段とを具備し、前記
   加熱チャンバー内の圧力を前記成膜チャンバーとは独立
   して制御可能にする仕切り部を両チャンバーの境界部に
   設けかつ該仕切り部を開閉自在にして、成膜されたウェ
   ハーを大気に解放することなく加熱チャンバーに搬送可
   能にしたことを特徴とする半導体装置の製造装置。