JPH06314690A

JPH06314690A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06314690A
Application number: JP10458893A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Iguchi; 知之井口; Toshihiko Katsura; 敏彦桂; Takeshi Kubota; 剛久保田; Kazuo Yabe; 一生矢部; Hisatoshi Kerakawachi; 久利螻川内
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】高温スパッタリング法、レーザメルト法によ
り、空孔などを発生させずに導電層上のホールを埋め込
む。【構成】導電層上のホール１３内には、バリアメタル層
として、第一層にチタン１４、第二層に窒化チタン１
５、第三層にチタン１６が形成されている。第三層のチ
タン１６上には、アルミ合金１７が形成されている。こ
のアルミ合金１７は、高温スパッタリング法により埋め
込まれる際、下地のチタン１６と相互拡散を起こすた
め、当該チタン１６に対して密着性がよく、空孔（ヴォ
イド）なくホール１３を埋め込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微細なコンタクトホー
ルやビアホールなどに電極材料を埋め込む技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、微細なコンタクトホールやビアホ
ールなどに電極材料を埋め込む技術には、高温スパッタ
リング法及びレーザメルト法が知られている。まず、高
温スパッタリング法について説明する。この方法は、例
えばコンタクトホール内に、バリアメタル層としてチタ
ン（Ｔｉ）層及び窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成する。
この後、当該コンタクトホールが形成される基板を４６
０℃以上の温度に保ちつつ、当該基板上の全面に、アル
ミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム合金を堆積し、当該
コンタクトホールを埋め込むという方法である。この方
法によれば、基板の温度を２５０℃以下にする通常のス
パッタリング法に比べ、コンタクトホール内でのアルミ
ニウム又はアルミニウム合金のガバレージが改善され
る。

【０００３】次に、レーザメルト法について説明する。
この方法は、通常のスパッタリング法を用いて、コンタ
クトホール内に、チタン（Ｔｉ）層、窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）層、アルミニウム層（又はアルミニウム合金層）を
形成する。この後、当該コンタクトホールが形成される
基板を４００℃程度の温度に保ちつつ、例えばエネルギ
ー密度が２．５Ｊ／ｃｍ² 程度のＸｅＣｌレーザ光をア
ルミニウム層に照射することで、当該アルミニウム層を
流動状態にし、当該アルミニウム層をコンタクトホール
内へ流し込むという方法である。この方法によれば、レ
ーザ光によりアルミニウム層を溶融しない場合に比べ
て、コンタクトホール内でのアルミニウム又はアルミニ
ウム合金のガバレージが改善される。

【０００４】しかしながら、近年における半導体装置の
高集積化に伴い、コンタクトホールやビアホールなどの
ホールの径が縮小してきた。このため、当該ホールが完
全に埋め込まれかったり、例えば図２２に示すように、
コンタクトホールの底部に空孔（ヴォイド）２３が形成
されるなどの欠点が生じている。なお、図２２におい
て、１１は、半導体基板、１２は、絶縁膜、１３は、コ
ンタクトホール、１４は、チタン、１５は、窒化チタ
ン、１７は、アルミ合金である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は、
コンタクトホールやビアホールなどのホールの径が縮小
してきたことにより、高温スパッタリング法やレーザメ
ルト法によっても、ホールを完全に埋め込むことが困難
となっている。

【０００６】本発明は、上記欠点を解決すべくなされた
もので、その目的は、他に悪影響を与えることなく、コ
ンタクトホールやビアホールなどのホールを完全に埋め
込むことができる高温スパッタリング法及びレーザメル
ト法の改良方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願第１の発明である半導体装置は、導電層上に形
成されたホールに埋め込まれる電極材料が、２層以上の
バリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成される
金属層とから構成され、前記バリアメタル層の最上層が
高融点金属であるものである。前記ホールの側壁部にお
ける前記高融点金属の厚さは、０．０２〜０．１μｍの
範囲に含まれている。

【０００８】本願第１の発明の半導体装置に係わる製造
方法は、まず、導電層上のホール内に、最上層が高融点
金属である２層以上のバリアメタル層を形成する。次
に、温度が４６０℃以上の高温スパッタリング法によ
り、前記バリアメタル層上に金属層を形成するというも
のである。

【０００９】本願第２の発明である半導体装置の製造方
法は、まず、導電層上のホール内に高融点金属層を形成
する。次に、前記高融点金属層上に高融点金属の窒化物
層を形成し、続けて大気にさらすことなく窒素ガス雰囲
気中においてアニールを行う。次に、前記高融点金属の
窒化物層上に金属層を形成するというものである。

【００１０】本願第２の発明である半導体装置の製造方
法は、まず、導電層上のホール内に、最上層が高融点金
属の窒化物である２層以上の第１のバリアメタル層を形
成し、続けて大気にさらすことなく窒素ガス雰囲気中に
おいてアニールを行う。次に、前記第１のバリアメタル
層上に、最上層が高融点金属である１層以上の第２のバ
リアメタル層を形成する。次に、前記第２のバリアメタ
ル層上に金属層を形成するというものである。

【００１１】本願第２の発明である半導体装置の製造方
法において、窒素ガス雰囲気中のアニールは、５５０℃
以上の温度で行うのが最も効果的である。また、金属層
は、温度が４６０℃以上の高温スパッタリング法により
形成されても、又は、高温スパッタリング法により形成
されない場合には、金属層を形成する工程の後に、レー
ザメルト法により前記金属層を溶融して当該金属層をホ
ールに埋め込む工程をさらに具備するのがよい。

【００１２】本願第３の発明である半導体装置の製造方
法は、まず、温度が４６０℃以上の高温スパッタリング
法により導電層上のホールに金属層を埋め込む。次に、
不活性ガスを吹き付けて当該金属層の温度を２５０℃以
下に冷却した後、当該金属層の形成された半導体装置を
大気に取り出すというものである。

【００１３】本願第４の発明である半導体装置は、導電
層上に形成されたホールに埋め込まれる電極材料が、２
層以上のバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形
成される金属層とから構成され、前記バリアメタル層の
最上層が高融点金属であるものであり、上記第１の発明
に相当する。

【００１４】本願第５の発明である半導体装置の製造方
法は、まず、導電層上のホール内に、最上層が高融点金
属である２層以上のバリアメタル層を形成する。次に、
前記バリアメタル層上に金属層を形成する。次に、レー
ザメルト法により、前記金属層を溶融して当該金属層を
前記ホールに埋め込むというものである。

【００１５】本願第６の発明である半導体装置の製造方
法は、まず、導電層上のホール内に金属層を形成する。
次に、前記金属層の表面をエッチングする。次に、レー
ザメルト法により、前記金属層を溶融して当該金属層を
前記ホールに埋め込むというものである。本願第６の発
明である半導体装置の製造方法において、金属層の表面
のエッチングは、０．０１μｍを越える量だけ行うのが
最も効果的である。

【００１６】本願第７の発明である半導体装置の製造方
法は、まず、導電層上のホール内に第１の金属層を形成
する。次に、前記ホール部及びその周辺部の前記第１の
金属層上にのみ第２の金属層を形成する。次に、レーザ
メルト法により、レーザ光を照射して前記第１及び第２
の金属層を溶融して前記ホールを埋め込む。なお、前記
第２の金属層は、前記第１の金属層よりも前記レーザ光
のエネルギーの吸収率が大きいというものである。

【００１７】

【作用】上記構成及び方法によれば、高温スパッタリン
グ法及びレーザメルト法により、コンタクトホールやビ
アホールなどのホールを完全に埋め込むことができる。
しかも、コンタクトホール底部における空孔、コンタク
ト抵抗値の増大やコンタクトホール部以外における配線
材料の消失などの問題も生じることがない。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の一実施
例について詳細に説明する。図１は、本願第１の発明に
係わる半導体装置を示している。本願第１の発明は、高
温スパッタリング法により形成される電極を有する半導
体装置に関する。

【００１９】図１において、半導体基板１１上には、例
えば厚さが１．０μｍ程度の絶縁膜（例えばＳｉＯ₂ ）
１２が形成されている。絶縁膜１２には、例えば直径が
１．０μｍ程度のホール１３が形成されている。半導体
基板１１上には、ホール１３を完全に埋め込む積層電極
が形成されている。

【００２０】この積層電極は、四層構造を有している。
第一層（最下層）は、チタン（Ｔｉ）１４から構成され
ている。このチタン１４は、基板１１と接触し、バリア
メタルとしての役割を果たす。第二層は、窒化チタン
（例えばＴｉＮ）１５から構成されている。この窒化チ
タン１５は、チタン１４上に形成され、バリアメタルと
しての役割を果たす。第三層は、チタン（Ｔｉ）１６か
ら構成されている。このチタン１６は、窒化チタン１５
上に形成され、バリアメタルとしての役割を果たす。第
四層は、アルミニウム（Ａｌ）合金１７から構成されて
いる。このアルミニウム合金１７は、チタン１６上に形
成される。なお、第四層は、アルミニウムから構成され
ていてもよい。

【００２１】この発明は、第三層にチタン１６を利用し
た点に特徴がある。即ち、アルミニウム合金１７は、チ
タン１６に対して密着性がよいため、ホール１３の底部
に空孔を生じさせることなく、当該ホール１３を完全に
埋め込むのに効果的だからである。具体的には、アルミ
ニウムは、チタンとの相互拡散により、アルミーチタン
合金（例えばＡｌ₃ Ｔｉ）を形成するからである。

【００２２】従って、第三層の厚さは、少なくともアル
ミーチタン合金を形成できる程度の膜厚が必要である。
また、ホール（微細化されたもの）１３の直径を考慮す
れば、第三層の厚さは、現実的には、０．０２μｍ（２
００オングストローム）以上、０．１μｍ（１０００オ
ングストローム）以下となる。つまり、ホール１３の直
径の２〜１０％の範囲が最も効果的である。但し、層の
厚さは、最も薄くなる部分（具体的にはホール側壁での
最小厚）を基準とする。

【００２３】上記第１の発明に係わる半導体装置につい
て行った実験結果は、以下のとうりである。［実験サンプル］シリコンウェハ（６インチ）上に、Ｃ
ＶＤ法によりＳｉＯ₂ 膜を１．０μｍ程度堆積し、ＲＩ
Ｅ法により複数のホールを形成する。ホールのパターン
は、図２に示すように、直径が１．０μｍのホールを
２．０μｍ間隔（ホールの中心を基準とする）で配置さ
れるようにする。

【００２４】［評価方法］ウェハ中央部に位置する５０
個のホール、及び当該ウェハのエッジ部から５μｍ程度
の位置にある５０個のホールの計１００個について、断
面ＳＥＭにより、電極材料の埋め込み状態の評価を行
う。

【００２５】［サンプル条件］電極の形成に際しては、
第一層にチタン０．０１μｍ、第二層に窒化チタン０．
０３μｍ、第三層にチタンｘμｍ、第四層にアルミニウ
ム０．８μｍをそれぞれ形成する。なお、各層の厚さ
は、最も薄くなる部分（ホール側壁での最小厚）を基準
としている。アルミニウムは、温度約５００℃において
形成する。

【００２６】つまり、バリアメタル層（第一〜第三層）
の最上層（アルミニウムと接触する層）のチタンの層厚
ｘをパラメータとし、電極材料の埋め込み状態を評価す
る。なお、埋め込み率は、以下のように定義する。［実験結果］図３に示す結果が得られた。同図からわか
るように、バリアメタル層の最上層を構成するチタン
（Ｔｉ）の層厚が、０．０２００μｍ（２００オングス
トローム）〜０．１０００μｍ（１０００オングストロ
ーム）、即ちホール直径の２〜１０％の範囲において、
空孔の発生がなく、良好な電極材料の埋め込みが行え
た。

【００２７】なお、第１の発明においては、バリアメタ
ル層の最上層（第三層）をチタンとしたが、これ以外の
高融点金属、例えばタングステン（Ｗ）においても同様
の効果が得られることがわかっている。また、バリアメ
タル層の第一層も同様に、高融点金属層であれば足り、
また、第二層も、高融点金属の窒化物層であれば足り
る。次に、本願第２の発明に係わる半導体装置の製造方
法について説明する。本願第２の発明は、高温スパッタ
リング法によりホールに電極材料を埋め込む方法の改良
に関する。

【００２８】例えば、図１に示す半導体装置を形成する
場合、まず、ホール上にバリアメタル層（例えばチタン
／窒化チタン／チタン）を形成する。この後、高温スパ
ッタリング法により、アルミニウム合金を形成し、当該
ホールを完全に埋め込む。

【００２９】このような方法によれば、第１の発明にお
いて説明したように、アルミとチタンの相互拡散によ
り、アルミニウム合金のチタン上への密着性が良くな
り、空孔なくホールを埋め込むことが可能となる。

【００３０】しかし、高温スパッタリング法を用いる場
合、第二層の窒化チタンの層厚が十分でないと、バリア
メタル層（第一〜第三層）のバリア性が劣化し、アルミ
ニウムが半導体基板に突き抜けてしまうという欠点が生
じる。

【００３１】そこで、本願第２の発明は、高温スパッタ
リング法により電極材料をホールへ埋め込む際に、バリ
アメタル層のバリア性の劣化による電極材料の半導体基
板への突き抜けを防止する技術を提供するものである。

【００３２】本願第２の発明に係わる半導体装置の製造
方法について説明する。まず、半導体基板上に、例えば
厚さが１．０μｍ程度の絶縁膜（例えばＳｉＯ₂ ）を形
成する。当該絶縁膜に、例えば直径が１．０μｍ程度の
ホールを形成する。この後、半導体基板上に、高融点金
属、例えばチタンを０．０１μｍ程度形成する。当該高
融点金属上に、高融点金属の窒化物層、例えば窒化チタ
ンを０．０３μｍ程度形成する。続けて、半導体基板を
大気にさらすことなく、Ｎ₂ ガス雰囲気中において５５
０℃以上のアニールを行う。さらに続けて半導体基板を
大気にさらすことなく、半導体基板上に、高融点金属、
例えばチタンを０．０１μｍ程度形成する。この後、高
温スパッタリング法により、アルミニウム合金を０．８
μｍ程度形成し、ホールを完全に埋め込む。

【００３３】なお、上記方法に変えて、高融点金属の窒
化物層、例えば窒化チタンを比較的薄く（０．０１μｍ
程度）に形成し、Ｎ₂ ガス雰囲気中において５５０℃以
上のアニールを行い、さらに高融点金属の窒化物層、例
えば窒化チタンを形成した後、高融点金属、例えばチタ
ンを０．０１μｍ程度形成してもよい。

【００３４】この発明は、バリアメタル層を構成する高
融点金属の窒化物層の形成方法に特徴がある。即ち、バ
リアメタル層が、少なくともチタンから構成される第一
層と、窒化チタンから構成される第二層と（必要に応じ
てチタンから構成される第三層を備えていてもよい）か
らなる場合に、第二層の窒化チタンのバリア性を向上さ
せるために、Ｎ₂ ガス雰囲気中において５５０℃以上の
アニールを行うというものである。

【００３５】上記第２の発明に係わる半導体装置につい
て行った実験結果は、以下のとうりである。［実験サンプル］シリコンウェハ（６インチ）上に、Ｃ
ＶＤ法によりＳｉＯ₂ 膜を１．０μｍ程度堆積し、ＲＩ
Ｅ法により行列状のホールを形成する。ホールのパター
ンは、図４（ｂ）に示すように、直径が１．０μｍのホ
ール１３を４．０μｍ間隔（ホールの中心を基準とす
る）で、１００個×１００個だけ形成する。また、図４
（ａ）に示すように、各ホール１３の断面形状は、底部
の直径が０．９μｍ程度であり、基板（ウェハ）表面に
対するホール１３のテーパ角は、８５°としてある。

【００３６】［評価方法］所定のバリアメタル構造（後
述のサンプル条件で示す）に対し、高温スパッタリング
（温度５００℃）によりアルミニウム合金の埋め込みを
行った後、ウェハ中央部に位置する５０個のホール、及
び当該ウェハのエッジ部から５μｍ程度の位置にある５
０個のホールの計１００個について、断面ＳＥＭによ
り、当該アルミニウム合金の埋め込み状態の評価を行
う。

【００３７】［評価１］以下に示す５つの方法（Ａ〜
Ｅ）により、積層構造のバリアメタル層を形成したウェ
ハをそれぞれ用意し、各ウェハについて埋め込み率を評
価する。

【００３８】Ａ．ＴｉＮ（０．０３μｍ）／Ｔｉ（０．０１μｍ）Ｂ．Ｎ₂ アニール／ＴｉＮ（０．０３μｍ）／Ｔｉ
（０．０１μｍ）Ｃ．Ｔｉ（０．０１μｍ）／ＴｉＮ（０．０３μｍ）
／Ｔｉ（０．０１μｍ）Ｄ．ＴｉＮ（０．０１μｍ）／Ｎ₂ アニール／ＴｉＮ
（０．０３μｍ）／Ｔｉ（０．０１μｍ）Ｅ．Ｔｉ（０．０１μｍ）／ＴｉＮ（０．０１μｍ）
／Ｎ₂ アニール／ＴｉＮ（０．０２μｍ）／Ｔｉ（０．
０１μｍ）なお、上記Ａ〜Ｅにおいて、バリアメタル層の製造プロ
セスは、右側から左側へ進行する。従って、右側が下層
を示し、左側が上層を示す。また、Ｎ₂ アニールとは、
大気にさらすことなく、窒化チタンをＮ₂ ガス雰囲気中
でアニールする処理である。括弧内の数字は、ホール側
壁部における最小層厚を示している。なお、埋め込み率
は、以下のように定義する。［評価１の結果］図５に示す結果が得られた。同図から
は、Ｃ及びＥのケースが埋め込み率が良いことが分か
る。即ち、前提条件として、バリアメタル層の最上層
（第三層）がチタンでなければならないことが判明し
た。なお、最上層をチタンにする発明は、既に述べてあ
る（上記第１の発明参照）。

【００３９】［評価２］評価１におけるＣ，Ｅのバリア
メタル層を形成したウェハについて、今度は、第二層の
窒化チタンの層厚を変えた４種類のウェハを用意し、各
ウェハについてアルミニウムの突き抜け率を評価する。

【００４０】Ｃ１．Ｔｉ（０．０１μｍ）／ＴｉＮ
（０．０３μｍ）／Ｔｉ（０．０１μｍ）Ｃ２．Ｔｉ（０．０１μｍ）／ＴｉＮ（０．０２μ
ｍ）／Ｔｉ（０．０１μｍ）Ｅ１．Ｔｉ（０．０１μｍ）／ＴｉＮ（０．０１μ
ｍ）／Ｎ₂ アニール／ＴｉＮ（０．０２μｍ）／Ｔｉ
（０．０１μｍ）Ｅ２．Ｔｉ（０．０１μｍ）／ＴｉＮ（０．０１μ
ｍ）／Ｎ₂ アニール／ＴｉＮ（０．０１μｍ）／Ｔｉ
（０．０１μｍ）なお、上記Ｃ１，Ｃ２，Ｅ１，Ｅ２において、バリアメ
タル層の製造プロセスは、右側から左側へ進行する。従
って、右側が下層を示し、左側が上層を示す。また、Ｎ
₂ アニールとは、大気にさらすことなく、窒化チタンを
Ｎ₂ ガス雰囲気中でアニールする処理である。括弧内の
数字は、ホール側壁部における最小層厚を示している。
なお、アルミの突き抜け率は、以下のように定義する。［評価２の結果］図６に示す結果が得られた。同図から
は、Ｃ１，Ｃ２のケースが、Ｅ１，Ｅ２のケースに比
べ、ホール底部におけるアルミニウムの基板への突き抜
け率が大きいことが分かる。Ｅ１，Ｅ２のケースでは、
アルミニウムの基板への突き抜け率は０％を達成してお
り、窒化チタンを形成した後にＮ₂ アニールを行うこと
が、アルミニウムの基板への突き抜け防止に効果的であ
ることが判明した。

【００４１】［評価３］評価２におけるＥ２のバリアメ
タル層を形成したウェハについて、今度は、Ｎ₂ アニー
ルの温度をパラメータとしてアルミニウムの基板への突
き抜け率を評価する。

【００４２】［評価３の結果］図７に示す結果が得られ
た。即ち、Ｎ₂ アニールの温度が５５０℃以上の場合、
アルミニウムの基板への突き抜け率０％を達成できる。
次に、本願第３の発明に係わる半導体装置の製造方法に
ついて説明する。本願第３の発明は、高温スパッタリン
グ法によりホールに電極材料を埋め込む方法の改良に関
する。

【００４３】高温スパッタリング法を用いて、アルミニ
ウム合金を半導体基板上に堆積させ、コンタクトホール
やヴィアホールなどのホールを埋め込む場合において、
当該アルミニウム合金を堆積させた後、半導体基板は、
スパッタリング装置内の成膜室から取り出される。

【００４４】しかし、高温スパッタリング法では、当該
半導体基板は、４６０℃以上の温度に保持されている。
このため、アルミニウム合金の成膜後、直ちに半導体基
板をスパッタリング装置内の成膜室から取り出すと、当
該アルミニウム合金が高温状態のまま大気に触れること
により当該アルミニウム合金の表面に酸化膜（Ａｌ₂Ｏ₃
）が多量に形成される。この酸化膜の膜厚は、低温
（２５０℃以下）で成膜する場合に比べて２倍以上とな
る。

【００４５】従って、図８に示すような多層配線の半導
体装置の場合、第一層アルミ合金（下層配線）１７表面
に形成される酸化膜は、当該下層配線１７と第二層アル
ミ合金（上層配線）１８を連結するヴィアホールにおけ
る導通不良の原因となる。また、高温スパッタリング法
によりアルミ合金を形成した後、ＲＩＥ法により当該ア
ルミ合金を加工する際、Ａｌの結晶粒界に局部的に厚く
形成された酸化膜がエッチングマスクとなる。このた
め、当該アルミ合金をエッチングし、配線パターンを形
成する際にエッチング残渣が生じる欠点がある。

【００４６】そこで、本願第３の発明は、高温スパッタ
リング法により電極材料をホールへ埋め込んだ後、当該
電極材料の表面に多量の酸化膜が形成されるのを防止
し、下層配線と上層配線の導通不良や、アルミニウム合
金のエッチング残渣をなくす技術を提供するものであ
る。

【００４７】本願第３の発明に係わる半導体装置の製造
方法について、図９を参照しながら説明する。まず、半
導体基板３１上に、例えば厚さが１．０μｍ程度の絶縁
膜（例えばＳｉＯ₂ ）３２を形成する。当該絶縁膜３２
に、例えば直径が１．０μｍ程度のホール（図示せず）
を形成する。この後、当該半導体基板に、高温（４６０
℃以上）に加熱されたアルゴンガスを吹き付け、当該半
導体基板３１を加熱しながらアルミニウム合金（例え
ば、Ａｌ−１．０％、Ｓｉ−０．５％、Ｃｕ）３３を
１．０μｍ程度形成し、ホ−ルを埋め込む（高温スパッ
タリング法）。

【００４８】次に、当該半導体基板３１を、スパッタリ
ング装置内の取出室の保持台３５上に配置する。そし
て、当該半導体基板３１の裏面から常温のアルゴンガス
３４を吹き付け、アルミニウム合金３３が大気中におい
て異常に酸化されない程度の温度（２５０℃以下）まで
冷却する。なお、半導体基板３１の冷却は、スパッタリ
ング装置内の取出室に限られず、他のプロセス室で行っ
てもよい。但し、温度が２５０℃以下に冷却されるまで
は、半導体基板３１を大気に触れさせないことが条件と
なる。

【００４９】この発明は、高温スパッタリング法によ
り、電極材料（例えばアルミ合金）をホールに埋め込ん
だ後、アルゴンガス、ヘリウムガスや窒素ガスなどの不
活性ガスを半導体基板へ吹き付けて、当該電極材料を、
異常な酸化が起こらない程度の温度に冷却するというも
のである。

【００５０】上記第３の発明に係わる半導体装置につい
て行った実験結果は、以下のとうりである。なお、この
実験では、アルミニウム合金のＲＩＥ加工後のエッチン
グ残渣をパラメータにとってその特性を検討する。

【００５１】図１０（ａ），（ｂ）は、従来技術におけ
るＲＩＥ加工後の断面形状を示す。従来技術では、アル
ミニウム合金の表面にＡｌ₂ Ｏ₃ が多量に形成される。
特に、このＡｌ₂ Ｏ₃ は、Ａｌ粒界において厚く形成さ
れる。このため、アルミニウム合金のＲＩＥ加工時、当
該Ａｌ₂ Ｏ₃ がエッチングマスクとなりエッチング残渣
４５が生じるのである。また、このエッチング残渣を除
去するために、過剰なオーバーエッチングを行うと、配
線４３に細りが生じるため好ましくない。なお、４１
は、半導体基板、４２は、絶縁膜、４４は、レジストで
ある。

【００５２】図１０（ｃ）は、本発明におけるＲＩＥ加
工後の断面形状を示す。本発明によれば、半導体基板４
１を冷却した後、当該基板４１をスパッタリング装置か
ら取り出すため、アルミニウム合金の表面にＡｌ₂ Ｏ₃
が多量に形成されることもない。従って、配線４３に細
りを生じさせることなく、エッチング残渣を抑制するこ
とが可能である。

【００５３】図１１（ａ），（ｂ）は、本発明によるエ
ッチング残渣抑制効果の定量化データを示す。同図
（ａ）は、エッチング残渣の個数（一辺が１００μｍの
正方形中に存在する０．２μｍφ以上のエッチング残渣
の個数）のオーバーエッチング量依存性を示す。同図
（ｂ）は、オーバーエッチング量とアルミ合金の配線幅
の細り量ΔＷＥ（＝２ΔＷＥ´：ΔＷＥ´はマスク下へ
の食い込み量）との関係を示す。

【００５４】同図（ａ），（ｂ）からわかることは、従
来技術では、アルミ配線のエッチング残渣を完全に除去
するためにオーバーエッチング７５％を要しており、
０．３μｍの配線の細りが生じている。これに対し、本
発明では、アルミ配線のエッチング残渣はオーバーエッ
チング１２．５％程度で除去でき、配線の細りは、０．
０５μｍしか生じない。

【００５５】同図（ｃ）は、アルミ合金の高温スパッタ
リング後の冷却温度と、アルミ配線のエッチング残渣を
除去するために要するオーバーエッチング量との関係を
示すものである。同図（ｃ）に示すように、冷却温度を
２５０℃以下とすることにより、オーバーエッチング量
が１２．５％以下となる。

【００５６】図１２は、アルミ合金の高温スパッタリン
グ後の冷却温度とヴィアホール抵抗との関係を示すもの
である。本発明によれば、Ａｌ₂ Ｏ₃ の抑制によるヴィ
アホール導通不良の防止に効果がある。

【００５７】即ち、高温スパッタリング法を用いて、半
導体基板上に一層目配線を厚さ約１．０μｍで形成す
る。また、当該半導体基板を所定の温度まで冷却する。
この後、通常のフォトリソグラフィーとＲＩＥにより配
線加工を行う。プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂ を厚さ
約１．２μｍ形成する。ヴィアホール開孔後、酸化膜換
算で０．０２μｍの逆スパッタリングを行い、続けて一
層目配線上に二層目配線を厚さ約１．０μｍで形成す
る。この後、通常のフォトリソグラフィーとＲＩＥによ
り配線加工を行い、ヴィアホールのチェインを形成す
る。

【００５８】そして、ヴィアホールの平均抵抗値の測定
は、ホール径１．０μｍのヴィアホールが１万個直列に
並んだヴィアチェインにより、１００個のチップについ
て測定を行った。

【００５９】同図に示すように、冷却温度を２５０℃以
下にすることで、ヴィアホール抵抗の低減とバラツキの
抑制が可能である。なお、冷却ガスとしては、アルゴン
ガスに限られず、ヘリウムガスや窒素ガスなどの不活性
ガスを使用することができる。図１３は、本願第４の発
明に係わる半導体装置を示している。本願第４の発明
は、レーザメルト法により形成される電極を有する半導
体装置に関する。

【００６０】レーザメルト法は、バリアメタル層を形成
し、スパッタリング法によりアルミニウム合金を形成し
た後、例えば減圧雰囲気中においてエキシマレーザ光を
照射し、当該アルミニウム合金を溶融してコンタクトホ
ールを埋め込む技術である。しかし、従来技術では、バ
リアメタル層の最上層が高融点金属の窒化物、例えば窒
化チタンにより構成されている。また、窒化チタンとア
ルミニウム合金は濡れ性が悪い（疎水性を有する）た
め、当該アルミニウム合金がうまくホール内に流れ込ま
ない。

【００６１】従って、従来の技術では、空孔（ボイド）
なく埋め込めるホールの径は、０．６μｍφが限度であ
る。また、レーザ光の照射により溶融したアルミ合金が
再結晶化する時、当該アルミ合金中に含まれるシリコン
が析出するが、このシリコンとアルミ合金との冷却速度
が異なるため、シリコン析出部上部において微小ホール
が発生している。

【００６２】本願第４の発明は、レーザメルト法により
形成される電極を有する半導体装置において、直径が
０．６μｍ以下のホールを空孔や微小ホールなく完全に
埋め込める半導体装置を提供するものである。

【００６３】図１３において、半導体基板１１上には、
例えば厚さが１．０μｍ程度の絶縁膜（例えばＳｉＯ
₂ ）１２が形成されている。絶縁膜１２には、例えば直
径が１．０μｍ程度のホール１３が形成されている。半
導体基板１１上には、ホール１３を完全に埋め込む積層
電極が形成されている。

【００６４】この積層電極は、本願第１の発明における
半導体装置の積層電極と同様の構成を有している。つま
り、最上層（第四層）のアルミニウム合金１７がレーザ
ーメルト法により形成される積層電極であって、バリア
メタル層の最上層（アルミ合金１７の直下の第三層）に
高融点金属、例えばチタン１６を利用した点に特徴があ
る。即ち、アルミニウム合金１７は、チタン１６に対し
て密着性がよいため、ホール１３の底部に空孔を生じさ
せることなく、当該ホール１３を完全に埋め込むのに効
果的だからである。具体的には、アルミニウムは、チタ
ンとの相互拡散により、アルミ−チタン合金（例えばＡ
ｌ₃ Ｔｉ）を形成するからである。

【００６５】なお、第一層（最下層）は、高融点金属、
例えばチタン（Ｔｉ）１４から構成でき、第二層は、高
融点金属の窒化物、例えば窒化チタン（例えばＴｉＮ）
１５から構成することができる。また、第三層のチタン
の厚さは、少なくともアルミ−チタン合金を形成できる
程度の膜厚が必要である。また、ホール（微細化された
もの）１３の直径を考慮すれば、第三層の厚さは、０．
０２μｍ〜０．１μｍ（ホール１３の直径の２〜１０％
の範囲）が現実的である。但し、層の厚さは、最も薄く
なる部分（具体的にはホール側壁での最小厚）を基準と
する。図１４は、本願第５の発明に係わる半導体装置の
製造方法を示している。本願第５の発明は、レーザメル
ト法によりホールに電極材料を埋め込む方法の改良に関
する。

【００６６】本発明は、図１３に示す半導体装置を製造
する方法を提供するものである。まず、図１４（ａ）に
示すように、半導体基板１１上に、例えば厚さが１．０
μｍ程度の絶縁膜（例えばＳｉＯ₂ ）１２を形成する。
当該絶縁膜１２に、例えば直径が１．０μｍ程度のホー
ル１３を形成する。この後、半導体基板１１上に、高融
点金属、例えばチタン１４を０．０２μｍ程度形成す
る。当該チタン１４上に、高融点金属の窒化物層、例え
ば窒化チタン１５を０．１μｍ程度形成する。続けて、
同一の装置内において（即ち、半導体基板を大気にさら
すことなく）、半導体基板１１上に、高融点金属、例え
ばチタン１６を０．０２μｍ程度形成する。この後、ス
パッタリング法により、アルミニウム合金１７を０．８
μｍ程度形成する。

【００６７】この後、図１４（ｂ）に示すように、減圧
雰囲気中（例えば、１×１０^-4Ｐａ）において、半導体
基板１１を加熱しながらエキシマレーザ光１９を照射す
る。そして、アルミニウム合金１７を溶融させ、コンタ
クトホール１３に当該アルミニウム合金１７を流し込
み、当該コンタクトホール１３の埋め込みを行う。

【００６８】このような方法によれば、第４の発明にお
いて説明したように、アルミとチタンの相互拡散によ
り、アルミニウム合金のチタン上への密着性が良くなる
ため、アルミ合金の溶融により、空孔なくホールを埋め
込むことができる。

【００６９】即ち、図１５に示すように、従来技術では
直径０．６μｍが限度であったホールの埋め込みが、本
発明によれば直径０．４μｍまで完全に埋め込めるよう
になる。また、アルミ合金の再結晶時に発生していたシ
リコンの析出についても、アルミとチタンの反応によ
り、アルミ合金中でのシリコンの析出が防止でき、当該
シリコンの析出が原因で発生していた微小ホールの抑制
に効果的である。図１７は、本願第６の発明に係わる半
導体装置の製造方法を示している。本願第６の発明は、
レーザメルト法によりホールに電極材料を埋め込む方法
の改良に関する。

【００７０】レーザメルト法によりアルミ合金を溶融
し、当該アルミ合金をコンタクトホール内へ流し込む
際、うまくアルミ合金がコンタクトホール内へ流れ込ま
ない場合がある。その原因の一つは、図１６に示すよう
に、スパッタリング法によりアルミ合金を形成した後、
当該アルミ合金の表面にＡｌ₂ Ｏ₃ ２０が形成されるこ
とにある。なお、２１は、バリアメタル層である。

【００７１】そこで、本願第６の発明は、レーザメルト
法により電極材料をホールへ埋め込む際に、電極材料の
表面に形成された酸化膜を除去することにより、空孔な
く、コントクトホールを埋め込む技術を提供するもので
ある。

【００７２】本願第６の発明に係わる半導体装置の製造
方法について説明する。まず、図１７（ａ）に示すよう
に、半導体基板１１上に、例えば厚さが１．０μｍ程度
の絶縁膜（例えばＳｉＯ₂ ）１２を形成する。当該絶縁
膜１２に、例えば直径が１．０μｍ程度のホール１３を
形成する。この後、スパッタリング法を用いて、半導体
基板１１上に、高融点金属、例えばチタンを０．０１μ
ｍ程度形成する。当該高融点金属上に、高融点金属の窒
化物層、例えば窒化チタンを０．０３μｍ程度形成す
る。なお、これらチタン及び窒化チタンによりバリアメ
タル層２１が構成される。また、スパッタリング法を用
いて、アルミ合金１７を０．８μｍ程度形成する。な
お、アルミ合金１７の表面上には、Ａｌ₂ Ｏ₃ ２０が形
成される。

【００７３】次に、図１７（ｂ）に示すように、アルゴ
ンガス流量が４０ＳＣＣＭ、圧力が０．３Ｐａの雰囲気
中において、基板電力を２００Ｗに設定して逆スパッタ
リングを行い、アルミ合金１７の表面に形成されている
Ａｌ₂ Ｏ₃ ２０を除去する。この後、真空室（１．０×
１０^-4Ｐａ）内において、半導体基板を４００℃に加熱
しながらエネルギー密度約２．５Ｊ／ｃｍ² のＸｅＣｌ
レーザを照射し、アルミ合金１７をコンタクトホール内
へ埋め込む。

【００７４】なお、この発明は、レーザメルト法により
アルミ合金を溶融する前に、当該アルミ合金１７の表面
に形成されているＡｌ₂ Ｏ₃ ２０を除去する点に特徴が
あるものである。

【００７５】上記第６の発明に係わる半導体装置につい
て行った実験結果は、以下のとうりである。［実験サンプル］シリコンウェハ上に、ＣＶＤ法により
ＳｉＯ₂ 膜を１．０μｍ程度堆積し、フォトリソグラフ
ィ及びＲＩＥ法により複数のコンタクトホールを形成す
る。各々のホールのホール径（底部の直径）は、図１８
のグラフの縦軸に示すように、０．４μｍ、０．５μ
ｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍの５種類であ
る。

【００７６】この後、スパッタリング法により、チタン
を０．０２μｍ、窒化チタンを０．１μｍ形成し、さら
にアルミ合金（Ａｌ−１％、Ｓｉ−１０．５％、Ｃｕ）
を０．８μｍ形成する。

【００７７】次に、アルゴンガス流量が４０ＳＣＣＭ、
圧力が０．３Ｐａの雰囲気中において、基板電力を２０
０Ｗに設定して逆スパッタリングを行い、アルミ合金の
表面に形成されているＡｌ₂ Ｏ₃ を除去する。この時の
エッチング量は、酸化膜換算で、それぞれ０．００５０
μｍ、０．０１００μｍ、０．０１５０μｍ、０．０２
００μｍ、０．０２５０μｍ、０．０３００μｍを用意
した。

【００７８】この後、真空室（１．０×１０^-4Ｐａ）内
において、半導体基板を４００℃に加熱しながらエネル
ギー密度約２．５Ｊ／ｃｍ² のＸｅＣｌレーザを照射
し、アルミ合金をコンタクトホール内へ埋め込んだ。

【００７９】［評価方法］上記のサンプルについて、断
面ＳＥＭにより、当該アルミニウム合金の埋め込み状態
の評価を行う。評価は、各ホールに対して、ウェハ中央
部に位置する２０個、及び当該ウェハのエッジ部から１
０μｍ程度の位置にある２０個を取り出して行う。

【００８０】［評価結果］図１８に示す結果が得られ
た。同図は、ボイドなく埋め込むことができたコンタク
トホールの最小径を、逆スパッタリングのエッチング量
をパタメータに示すものである。

【００８１】即ち、逆スパッタリングのエッチング量が
０．０１００μｍを越えると、ボイドなく埋め込むこと
ができるコンタクトホールの径が、当該エッチング量に
比例して縮小することがわかる。但し、この関係は、当
該エッチング量が０．０２００μｍまでであり、これ以
上エッチングを行っても効果がないことがわかる。

【００８２】つまり、従来技術では、ボイドなく埋め込
むことができるコンタクトホールの直径は、０．７μｍ
であったが、本発明によれば、レーザメルト法によりア
ルミ合金を溶融する前に、当該アルミ合金の表面を０．
０１００μｍを越えるエッチングを行うことにより、最
大でコンタクトホールの直径０．５μｍまで埋め込める
ことが確認できた。

【００８３】なお、本発明では、電極材料の表面に形成
される酸化膜の除去は、アルゴンガスによる逆スパッタ
リングに限られず、Ｃｌ₂ 系ガスによるＲＩＥ法により
行ってもよい。また、電極材料については、アルミ合金
の他、アルミニウムや銅などにも適用できる。

【００８４】図２０は、本願第７の発明に係わる半導体
装置の製造方法を示している。本願第７の発明は、レー
ザメルト法によりホールに電極材料を埋め込む方法の改
良に関する。

【００８５】従来、レーザメルト法において、コンタク
トホールの底部における空孔を防止するために、レーザ
照射時の基板加熱温度を高くする、レーザの照射エネル
ギー密度を大きくする、Ａｌ合金の膜厚を薄くするなど
といった手法が採用されている。

【００８６】しかし、かかる手法により、コンタクトホ
ールを空孔なしに埋め込むことができても、例えば図１
９（ａ）〜（ｃ）に示すように、当該コンタクトホール
以外の平坦部においてＡｌ合金１７が移動、凝集し、局
部的にＡｌ合金１７が消失する箇所が発生するという欠
点がある。従って、段差が１．０μｍのコンタクトホー
ルの場合、ホール底部の直径が０．６μｍ以下になる
と、Ａｌ合金の消失なしにコンタクトホールを埋め込む
ことが困難となる。

【００８７】そこで、本願第７の発明では、レーザメル
ト法によるコンタクトホール又はヴィアホールへのＡｌ
合金の埋め込みにおいて、コンタクトホール底部におけ
る空孔や、コンタクトホール以外の平坦部におけるＡｌ
合金の消失を起こすことのない埋め込み技術を提供する
ものである。

【００８８】本願第７の発明に係わる半導体装置の製造
方法について、図２０を参照しながら説明する。まず、
同図（ａ）に示すように、半導体基板１１上に、例えば
厚さが１．０μｍ程度の絶縁膜（例えばＳｉＯ₂ ）１２
を形成する。通常のフォトリソグラフィ技術及びＲＩＥ
法を用いて、当該絶縁膜１２に、例えば直径が１．０μ
ｍ程度のコンタクトホール１３を形成する。

【００８９】この後、スパッタリング法を用いて、半導
体基板上に、高融点金属、例えばチタンを０．０２μｍ
程度形成する。当該高融点金属上に、高融点金属の窒化
物層、例えば窒化チタンを０．１μｍ程度形成する。な
お、当該チタン及び窒化チタンによりバリアメタル層２
１が構成される。また、スパッタリング法を用いて、ア
ルミ合金１７を０．８μｍ程度形成する。

【００９０】次に、同図（ｂ）に示すように、アルミ合
金１７上に高融点金属、例えばチタン２２を０．０２μ
ｍ程度形成する。当該チタン２２をフォトリソグラフィ
技術及びＲＩＥ法により加工し、コンタクトホール部及
びその周辺部にのみ残存させる。

【００９１】この後、真空室（１．０×１０^-4Ｐａ）内
において、半導体基板１１を４００℃に加熱しながらエ
ネルギー密度約２．５Ｊ／ｃｍ² のＸｅＣｌレーザを照
射し、アルミ合金をコンタクトホール１３内へ埋め込
む。なお、コンタクトホール１３上のチタン２２は、ア
ルミ合金１７中に拡散して消失する。

【００９２】この発明は、レーザメルト法により電極材
料（例えばアルミ合金）を溶融する前に、コンタクトホ
ール部及びその周辺部の電極材料上に、当該電極材料よ
りもレーザ光のエネルギーを吸収し易い（吸収率の高
い）金属を形成する点に特徴があるものである。

【００９３】即ち、波長λが約４８０ｎｍのレーザ光に
対するアルミ合金（Ａｌ−１％、Ｓｉ−１０．５％、Ｃ
ｕ）の反射率は、約９２％であるのに対し、当該レーザ
光に対するチタンの反射率は、５２％である。従って、
表面にチタンが形成されるコンタクトホール部及びその
周辺部は、その他の平坦部よりもレーザ光のエネルギー
を多く吸収できる。つまり、コンタクトホール部及びそ
の周辺部のアルミ合金のみが溶融するような低い照射エ
ネルギー密度でレーザ光を照射すれば、コンタクトホー
ル部及びその周辺部以外の平坦部においてアルミ合金が
移動、凝集し、局部的に消失する事態なく、コンタクト
ホールにアルミ合金を埋め込むことができる。

【００９４】上記第７の発明に係わる半導体装置につい
て行った実験結果は、以下のとうりである。［実験サンプル］シリコンウェハ上に、ＣＶＤ法により
ＳｉＯ₂ 膜を１．０μｍ程度堆積し、フォトリソグラフ
ィ及びＲＩＥ法により複数のコンタクトホールを形成す
る。各々のホールのホール径（底部の直径）は、０．６
μｍ、０．８μｍ、１．０μｍの３種類を用意する。こ
の後、スパッタリング法により、チタンを０．０２μ
ｍ、窒化チタンを０．１μｍ形成し、さらにアルミ合金
（Ａｌ−１％、Ｓｉ−１０．５％、Ｃｕ）を０．８μｍ
形成する。次に、アルミ合金上にチタンを０．０２μｍ
程度形成する。当該チタンをフォトリソグラフィ技術及
びＲＩＥ法により加工し、コンタクトホール部及びその
周辺部にのみ残存させる。

【００９５】この後、真空室（１．０×１０^-4Ｐａ）内
において、半導体基板を４００℃に加熱しながらエネル
ギー密度約３．０Ｊ／ｃｍ² のＸｅＣｌレーザ（波長λ
＝３０８ｎｍ）を照射し、アルミ合金をコンタクトホー
ル内へ埋め込む。

【００９６】［評価方法］上記のサンプルについて、断
面ＳＥＭにより、当該アルミニウム合金の埋め込み状態
の評価を行う。評価は、各ホールに対して、ウェハ中央
部に位置する２０個、及び当該ウェハのエッジ部から１
０μｍ程度の位置にある２０個を取り出して行う。

【００９７】［評価結果］図２１に示す結果が得られ
た。同図（ａ）は、コンタクトホール上のアルミ合金上
にチタンを設けないで、レーザメルト法によりコンタク
トホールを埋め込む従来の方法により形成した半導体装
置について、コンタクトホールのホール径（ホール底部
における直径）と、レーザ光の照射エネルギー密度との
関係を示すものである。

【００９８】これによれば、ホールの径が０．６μｍの
場合、レーザ光の照射エネルギー密度が約４．３Ｊ／ｃ
ｍ² 未満では、コンタクトホールの底部に空孔が発生す
ることがわかる。一方、レーザ光の照射エネルギー密度
が約４．３Ｊ／ｃｍ² 以上では、Ａｌ配線部でのアルミ
合金の移動、凝集が発生し、局部的にアルミ合金が消失
することがわかる。従って、従来技術では、ホール径が
０．６μｍ以下のコンタクトホールの埋め込みを行うこ
とができない。

【００９９】同図（ｂ）は、コンタクトホール上のアル
ミ合金上にチタンを設け、レーザメルト法によりコンタ
クトホールを埋め込む本発明の方法により形成した半導
体装置について、コンタクトホールのホール径（ホール
底部における直径）と、レーザ光の照射エネルギー密度
との関係を示すものである。

【０１００】これによれば、例えばホールの径が０．６
μｍの場合、レーザ光の照射エネルギー密度が約２．２
〜３．８Ｊ／ｃｍ² の範囲において、空孔なく、コンタ
クトホールを埋め込むことができることが確認できる。
また、コンタクトホールの埋め込みに必要な最小の照射
エネルギー密度は、ホール径が０．８μｍのホールにに
対しては、従来では約２．６Ｊ／ｃｍ² であったのを本
発明では約１．２Ｊ／ｃｍ² に低減することができ、
又、ホール径が１．０μｍのホールにに対しては、従来
では約２．２Ｊ／ｃｍ² であったのを本発明では約０．
８Ｊ／ｃｍ² に低減することができる。

【０１０１】従って、コンタクトホールの埋め込みが可
能な照射エネルギー密度の範囲の拡大（正確には最小の
照射エネルギー密度の低下）を図ることができる。つま
り、従来よりも低い照射エネルギー密度のレーザ光でコ
ンタクトホールの埋め込みを行うことができる。

【０１０２】なお、レーザメルト法により溶融する電極
材料がアルミ合金の場合、当該アルミ合金上に形成する
レーザ光のエネルギーの吸収率が大きい材料としては、
上述したチタンの他、チタン合金、タングステン
（Ｗ）、タングステン合金、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）や
銀（Ａｇ）などが考えられる。また、当該レーザ光のエ
ネルギーの吸収率が大きい材料は、０．０２μｍ以下で
あるのがよい。

【０１０３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の半導体
装置及びその製造方法によれば、次のような効果を奏す
る。即ち、コンタクトホール底部における空孔、コンタ
クト抵抗値の増大やコンタクトホール部以外における配
線材料の消失などの悪影響を与えることなく、当該コン
タクトホールやビアホールなどのホールを完全に埋め込
むことができる高温スパッタリング法及びレーザメルト
法の改良方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願第１の発明の一実施例である半導体装置を
示す断面図。

【図２】本願第１の発明の効果を検討するためのサンプ
ルを示す図。

【図３】本願第１の発明の効果を示す図。

【図４】本願第２の発明の効果を検討するためのサンプ
ルを示す図。

【図５】本願第２の発明の効果を示す図。

【図６】本願第２の発明の効果を示す図。

【図７】本願第２の発明の効果を示す図。

【図８】本願第３の発明の目的を示す図。

【図９】本願第３の発明の概念を示す図。

【図１０】本願第３の発明の効果を示す図。

【図１１】本願第３の発明の効果を示す図。

【図１２】本願第３の発明の効果を示す図。

【図１３】本願第４の発明の一実施例である半導体装置
を示す断面図。

【図１４】本願第５の発明の一実施例である半導体装置
の製造方法を示す断面図。

【図１５】本願第５の発明の効果を示す図。

【図１６】本願第６の発明の目的を示す図。

【図１７】本願第６の発明の一実施例である半導体装置
の製造方法を示す断面図。

【図１８】本願第６の発明の効果を示す図。

【図１９】本願第７の発明の目的を示す図。

【図２０】本願第７の発明の一実施例である半導体装置
の製造方法を示す断面図。

【図２１】本願第７の発明の効果を示す図。

【図２２】従来の半導体装置を示す断面図。

【符号の説明】

１１，３１，４１ …半導体基板、１２，３２，４２ …絶縁膜、１３ …ホール、１４，１６，２２ …チタン、１５ …窒化チタン、１７，１８，３３，４３ …アルミ合金、１９ …レーザ光、２０ …酸化膜、２１ …バリアメタル層、２３ …空孔（ヴォイド）、３４ …アルゴンガス、３５ …基板保持台、４４ …レジスト、４５ …エッチング残渣。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/28 Ｌ 7376−4Ｍ (72)発明者矢部一生神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者螻川内久利神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝多摩川工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電層上に形成されたホールに埋め込ま
れる電極材料が、最上層が高融点金属である２層以上の
バリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成される
金属層とから構成されていることを特徴とする半導体装
置。
【請求項２】前記ホールの側壁部における前記高融点
金属の厚さが、０．０２〜０．１μｍの範囲に含まれて
いることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】導電層上のホール内に、最上層が高融点
金属である２層以上のバリアメタル層を形成する工程
と、温度が４６０℃以上の高温スパッタリング法によ
り、前記バリアメタル層上に金属層を形成する工程とを
具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】導電層上のホール内に高融点金属層を形
成する工程と、前記高融点金属層上に高融点金属の窒化
物層を形成し、続けて大気にさらすことなく窒素ガス雰
囲気中においてアニールを行う工程と、前記高融点金属
の窒化物層上に金属層を形成する工程とを具備すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】導電層上のホール内に、最上層が高融点
金属の窒化物である２層以上の第１のバリアメタル層を
形成し、続けて大気にさらすことなく窒素ガス雰囲気中
においてアニールを行う工程と、前記第１のバリアメタ
ル層上に、最上層が高融点金属である１層以上の第２の
バリアメタル層を形成する工程と、前記第２のバリアメ
タル層上に金属層を形成する工程とを具備することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】請求項４又は５に記載の半導体装置の製
造方法において、窒素ガス雰囲気中のアニールは、５５
０℃以上の温度で行うことを特徴とする半導体装置の製
造方法。
【請求項７】請求項４又は５に記載の半導体装置の製
造方法において、金属層は、温度が４６０℃以上の高温
スパッタリング法により形成されることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
【請求項８】請求項４又は５に記載の半導体装置の製
造方法において、金属層を形成する工程の後に、レーザ
メルト法により前記金属層を溶融して当該金属層をホー
ルに埋め込む工程をさらに具備することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
【請求項９】温度が４６０℃以上の高温スパッタリン
グ法により導電層上のホールに金属層を埋め込む工程
と、不活性ガスを吹き付けて当該金属層の温度を２５０
℃以下に冷却した後、当該金属層の形成された半導体装
置を大気中に取り出す工程とを具備することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
【請求項１０】導電層上のホール内に、最上層が高融
点金属である２層以上のバリアメタル層を形成する工程
と、前記バリアメタル層上に金属層を形成する工程と、
レーザメルト法により、前記金属層を溶融して当該金属
層を前記ホールに埋め込む工程とを具備することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】導電層上のホール内に金属層を形成す
る工程と、前記金属層の表面をエッチングする工程と、
レーザメルト法により、前記金属層を溶融して当該金属
層を前記ホールに埋め込む工程とを具備することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の半導体装置の製造
方法において、金属層の表面のエッチングは、０．０１
μｍを越える量だけ行うことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項１３】導電層上のホール内に第１の金属層を
形成する工程と、前記ホール部及びその周辺部の前記第
１の金属層上にのみ第２の金属層を形成する工程と、レ
ーザメルト法により、レーザ光を照射して前記第１及び
第２の金属層を溶融して前記ホールを埋め込む工程とを
備え、前記第２の金属層は、前記第１の金属層よりも前
記レーザ光のエネルギーの吸収率が大きいことを特徴と
する半導体装置の製造方法。