JPH06169018A - 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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JPH06169018A
JPH06169018A JP4319551A JP31955192A JPH06169018A JP H06169018 A JPH06169018 A JP H06169018A JP 4319551 A JP4319551 A JP 4319551A JP 31955192 A JP31955192 A JP 31955192A JP H06169018 A JPH06169018 A JP H06169018A
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    • H10W20/031—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】層間絶縁膜に形成されたコンタクト孔へのAl
膜の埋め込み性を向上させると共に、ジャンクションリ
ークの発生をなくす。 【構成】半導体基板1上の層間絶縁膜2にコンタクト孔
3を形成する。次にスパッタチャンバー内でTiN/T
i膜4とAl膜5をスパッタ法により形成する。次に基
板をリフローチャンバーに移す。この時Al膜5上に自
然酸化膜6が形成される。この自然酸化膜6をArガス
のプラズマにより除去したのち、基板を加熱しAl膜を
リフローさせる。

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、特に、Alによってコンタクト孔を埋設する半導
体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、Al膜やSiやCuを含むAl合
金膜(以下単にAl膜という)をコンタクト孔等へ埋め
込む方法としては、バイアススパッタ法、高温スパッタ
法、スパッタ後リフロー法等が提案されている。バイア
ススパッタ法はAlターゲットをスパッタして半導体基
板上にAlを成膜すると同時に、半導体基板側にRF電
圧をかけ、Arイオンで成膜されたAlをスパッタエッ
チングすることにより、Alを流動化(リフロー)さ
せ、コンタクト孔内に埋め込む方法である。高温スパッ
タ法は、スパッタ法によりAlを成膜すると同時に基板
をヒータにより高温に加熱し、Alをコンタクト孔内に
埋め込む方法である。
【0003】スパッタ後リフロー法としては、例えば、
C.S.パーク(Park)等によりプロシーディング
エイス VLSI マルチレベル インターコネクシ
ョンカンフアレンス(Proceeding 8th
VLSI Multilevel Interconn
ection Conference),326頁(1
991年)に報告されている。この方法は図5に示すよ
うに、ガス導入管17を有するスパッタチャンバー11
とリフローチャンバー13Aとゲートバルブ16を有す
る搬送チャンバー12を用いるものである。尚18A〜
18Cは排気管である。
【0004】まずスパッタチャンバー11上に半導体基
板1をセットし、Alターゲット14により低温で層間
絶縁膜上にAl膜を形成したのち、搬送チャンバー12
を介して半導体基板をリフローチャンバー13A中の高
温加熱機構付き支持台15B上に送り、基板を450〜
480℃に加熱してAlをリフローさせ、コンタクト孔
を埋め込むものである。
【0005】これらの技術のうち、バイアススパッタ法
では、ターゲットのスパッタと基板のスパッタエッチン
グを同時に行う為、基板に対するバイアスを適当な値に
設定するのが難しく、Arイオンを膜中に取込んでしま
い、膜質が劣化し、エレクトロマイグレーション耐性が
劣化する。また、表面モフォロジーも悪く、加工性やア
ライメント性に問題がある。高温スパッタ法ではArの
膜中への取込や、それにともなう膜質の劣化はないが、
表面モフォロジーは悪く、バイアススパッタと同様の問
題を抱えている。また、スパッタ成膜中の温度制御は難
しく、再現性に乏しいという問題点も有する。
【0006】一方、スパッタ後リフロー法では、上記2
つの技術の抱える問題点が解決される。すなわち、この
方法によると、基板にバイアスを掛けていない為にAr
の膜中への取込はなく、膜質や信頼性の劣化はない。リ
フローを成膜後に行っている為に、温度制御も容易で、
再現性がある。更に、表面モフォロジーも滑らかで、加
工やアライメントも問題無い。表面モフォロジーが良い
理由は、高温スパッタ等では、高温中で成膜する為に、
スパッタ雰囲気中のO2 や水分等の不純物を取込みやす
いのに対し、この方法では成膜は低温で行う為、こうし
た不純物の取込が無い為と考えられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
スパッタ後リフロー法では他の埋め込み方法に比べ有利
な点が多いが、スパッタとリフローを別々に行う為、プ
ロセス時間が長くなるという問題点がある。スループッ
トを向上させる為には、スパッタとリフローを別のチャ
ンバーで行い、1枚目の基板をリフローしている間に2
枚目の基板にスパッタ成膜する方法が考えられるが、ス
パッタチャンバーからリフローチャンバーに搬送中に、
真空中とはいえ、Al膜表面が薄く酸化されてしまい、
これによりコンタクト孔への埋め込み性が劣化してしま
う。この対策としてAl膜のリフロー温度を高くする
と、バリアメタルを通して下地拡散層とAlが反応し、
アルミスパイクが発生し、ジャンクションリーク等が生
じ、半導体装置の信頼性及び歩留りが低下するという問
題点がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の発明の半導体装置
の製造方法は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜に
コンタクト孔を形成する工程と、このコンタクト孔を含
む全面にAl膜を形成する工程と、このAl膜の表面に
不活性ガスのプラズマを照射し表面の自然酸化膜を除去
する工程と、前記半導体基板を加熱し自然酸化膜が除去
された前記Al膜を流動化させ前記コンタクト孔を埋め
ると共に表面を平坦化する工程とを含むものである。
【0009】第2の発明の半導体装置の製造方法は、半
導体基板上に形成された層間絶縁膜にコンタクト孔を形
成する工程と、このコンタクト孔を含む全面にAl膜を
形成する工程と、100eV以下のイオンエネルギーを
有する不活性ガスのプラズマを前記Al膜の表面に照射
し表面の自然酸化膜を除去すると同時にこのAl膜を加
熱し流動化させ前記コンタクト孔を埋める工程とを含む
ものである。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0011】図1(a)〜(d)は本発明の第1の実施
例を説明するための工程順に示した半導体チップの断面
図、図2は実施例に用いる成膜装置の構成図である。
【0012】この成膜装置は、ガス導入管17Aと排気
管18Aを有するスパッタチャンバー11と、ガス導入
管17Bと排気管18Cとを有するリフローチャンバー
13と、ゲートバルブ16と排気管18Bとを有しスパ
ッタチャンバー11とリフローチャンバー13とを接続
する搬送チャンバー12とから主に構成されている。以
下、図1及び図2を用いて説明する。
【0013】まず図1(a)に示すように、シリコン等
の半導体基板1上に厚さ約1μmのBPSG膜等からな
る層間絶縁膜2を形成する。次でこの層間絶縁膜2に幅
約0.4μmのコンタクト孔3を形成したのちバリアメ
タルとして、TiN/Ti膜4をスパッタ法により約
0.1μmの厚さに成膜する。
【0014】次に図2に示したスパッタチャンバー11
の支持台15Aに基板をセットしたのち、Alターゲッ
ト14を用いるArスパッタ法にて図1(b)に示すよ
うに、厚さ0.5μmのAl膜5(又はAl合金膜)を
形成する。
【0015】次に、真空から出す事なく基板1を搬送チ
ャンバー12を介してリフローチャンバー13に搬送し
加熱機構付支持台15Bにセットする。この時、Al膜
5の表面が酸化され約0.5nmの厚さの自然酸化膜6
が形成される。基板がリフローチャンバー13に送られ
たのち、まず、ガス導入管17BよりArガスを導入
し、圧力を8mTorrとする。そして支持台15Bに
13.56MHzの高周波をかけプラズマを発生させ
る。この時の基板バイアスを300Vとする。イオン化
したArが基板表面に衝突する事により、図1(c)に
示すように、Al膜5の表面の自然酸化膜6は約10秒
間でスパッタされ除去される。
【0016】次に、高周波を切り、支持台15Bをヒー
タ等により加熱する。基板温度を450℃で90秒間保
持する事によりAlがリフローし、図1(d)に示すよ
うに、コンタクト孔3にAlが埋め込まれAl膜の表面
が平坦化される。
【0017】このように第1の実施例によれば、Al膜
5の表面に形成された自然酸化膜6をArのプラズマに
より除去したのち、Al膜を加熱してリフローさせてい
るため、コンタクト孔3への埋め込みが完全となり平坦
化される。
【0018】尚、上記実施例においては、自然酸化膜6
を除去したのち基板を加熱してAl膜をリフローさせる
場合について説明したが、自然酸化膜の除去と基板の加
熱を同時に行ってもよい。
【0019】次に、第2の実施例について説明する。
【0020】第2の実施例では、第1の実施例と同様
に、図1(b)における自然酸化膜6をArのプラズマ
により除去すると同時にAl膜5を加熱してリフローさ
せるものであるが、Al膜5の加熱に主にこのArのプ
ラズマを用いるものである。このためヒータによる基板
の加熱を低い温度で行うことができるため、加熱による
半導体素子への影響を少くできる。
【0021】ArイオンのエネルギーをAl膜の昇温に
利用する為には、イオンエネルギーを低くしてイオン密
度を高くする必要がある。イオンエネルギーが高いとA
l膜がスパッタされてしまう為である。金属のスパッタ
率とArのイオンエネルギーとの関係は図3に示すよう
に、イオンエネルギーが100eV以下ではスパッタ率
はイオンエネルギーの二乗に比例する。従ってスパッタ
率が10-2〜10-3程度のイオンエネルギーのArプラ
ズマを用いることが望ましい。本第2の実施例ではAr
のイオンエネルギーを30〜50eVとした。
【0022】低エネルギー、高密度イオンを発生させる
為には、例えばリフローチャンバーとして図4に示すよ
うなチャンバー13Bが利用できる。
【0023】リフローチャンバー13Bには、高温加熱
機構付き支持台15Bとガス導入管17Bと排気管18
Cの他、周囲にプラズマ発生用RFコイル21を備えて
いる。そしてこのリフローチャンバー13Bは、図示し
ていないがRFコイル21をさけた部分で図2における
ゲートバルブ16を介して搬送チャンバー12に接続さ
れた構造になっている。
【0024】このリフローチャンバー13Bを用いる場
合、圧力を1mTorrとし、チャンバー周囲のプラズ
マ発生用RFコイル21に400kVの高周波を与えて
プラズマを発生させ、これとは別に高温加熱機構付支持
台15Bにバイアス用13.56MHzの高周波を与
え、この電圧によりArイオンを基板に衝突させる。プ
ラズマ発生用とバイアス用の高周波が別なので、イオン
エネルギーを低く抑えたままイオン密度を高くすること
ができる。
【0025】イオンエネルギーで充分にAl膜を加熱す
ることができれば、裏面からの基板加熱は必要無くな
る。基板の温度が低いままで、Alのみリフロー温度を
越えて、コンタクト孔に流れ込むと、コンタクト孔の底
部から基板に熱が逃げる為、Alと下地基板との反応は
抑制される。ここに示した方法の他にも、ECRを用い
ることにより、同様に低エネルギー、高密度イオンを得
ることができる。
【0026】尚、上記実施例においては不活性ガスとし
てArを用いた場合について説明したが、Ne等他の不
活性ガスを用いてもよい。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、Al膜
を加熱してリフローする直前に不活性ガスのプラズマで
表面の自然酸化膜を除去するので、リフロー性が向上
し、高アスペク比のコンタクト孔を容易に埋め込む事が
出来る。リフローの直前に表面酸化膜を除去するので、
スパッタとリフローを別チャンバーで行なう事が出来、
スループットを向上させる事が出来る。従来のスパッタ
後リフロー法と同様に、Al膜の形成を低温で行なう
為、膜中に不純物を取込む事が少なく、滑らかな表面モ
フォロジーが得られ、アライメントや加工性にも問題は
生じない。
【0028】またAl膜の表面に衝突する不活性ガスの
イオンからのエネルギーもAl膜の加熱に利用できるの
で、基板温度を低くしたままAl膜の温度を高くする事
が出来る。このため、従来発生していたコンタクト底部
での拡散層とAlの反応が抑制され、ジャンクションリ
ークの発生が無くなり、半導体装置の信頼性及び歩留り
を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の実施例を説明するための半導体チ
ップの断面図。
【図2】実施例に用いる成膜装置の構成図。
【図3】金属のスパッタ率とArイオンエネルギーとの
関係を示す図。
【図4】成膜装置を構成するリフローチャンバーの他の
例の構成図。
【図5】従来の成膜装置の一例の構成図。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 層間絶縁膜 3 コンタクト孔 4 TiN/Ti膜 5 Al膜 6 自然酸化膜 11 スパッタチャンバー 12 搬送チャンバー 13,13A,13B リフローチャンバー 14 Alターゲット 15A,15B 支持台 16 ゲートバルブ 17,17A,17B ガス導入管 18A〜18C 排気管 21 プラズマ発生用RFコイル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された層間絶縁膜に
    コンタクト孔を形成する工程と、このコンタクト孔を含
    む全面にAl膜を形成する工程と、このAl膜の表面に
    不活性ガスのプラズマを照射し表面の自然酸化膜を除去
    する工程と、前記半導体基板を加熱し自然酸化膜が除去
    された前記Al膜を流動化させ前記コンタクト孔を埋め
    ると共に表面を平坦化する工程と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】 不活性ガスのプラズマ照射により自然酸
    化膜を除去すると同時に半導体基板を加熱する請求項1
    記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に形成された層間絶縁膜に
    コンタクト孔を形成する工程と、このコンタクト孔を含
    む全面にAl膜を形成する工程と、100eV以下のイ
    オンエネルギーを有する不活性ガスのプラズマを前記A
    l膜の表面に照射し表面の自然酸化膜を除去すると同時
    にこのAl膜を加熱し流動化させ前記コンタクト孔を埋
    める工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
JP4319551A 1992-11-30 1992-11-30 半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JPH07105441B2 (ja)

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