JPH09107032A - 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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JPH09107032A
JPH09107032A JP28925195A JP28925195A JPH09107032A JP H09107032 A JPH09107032 A JP H09107032A JP 28925195 A JP28925195 A JP 28925195A JP 28925195 A JP28925195 A JP 28925195A JP H09107032 A JPH09107032 A JP H09107032A
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JP
Japan
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film
aluminum
semiconductor device
based film
conductive
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JP28925195A
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English (en)
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Yasuo Kasagi
泰男 笠置
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミ系膜の流動化によるコンタクト孔の埋
め込みを既存の設備で行って、アルミ系膜の信頼性が高
い半導体装置を低コストで製造する。 【解決手段】 アルミ系膜15とTi膜16とを真空中
で連続的に形成し、Ti膜16の除去とアルミ系膜15
の流動化とを同一のチャンバー内で行う。このため、T
i膜16の形成後に半導体基板11を大気に曝しても、
アルミナがアルミ系膜15の表面に形成されず、アルミ
系膜15を十分に流動化させることができる。さらに、
Ti膜16の除去とアルミ系膜15の加熱とは既存の設
備でも同一のチャンバー内で行うことができる。

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
方法に関し、特に、アルミニウムを含有する導電膜の流
動化によってコンタクト孔の埋め込みを行う半導体装置
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の金属配線としてはアルミ系
配線が最も一般的に用いられているが、アルミ系膜のコ
ンタクト孔部分での段差被覆性は元々良くない。このた
め、半導体装置の微細化に伴ってコンタクト孔のアスペ
クト比が高くなってきていることと相まって、アルミ系
膜をスパッタ法で形成するだけでは、コンタクト孔にお
けるアルミ系膜の段差被覆性が悪く、アルミ系配線の導
通不良や断線を引き起こして、半導体装置の歩留りや信
頼性が低くなってしまう。
【0003】そこで、このような問題を解決するため
に、アルミ系膜をスパッタ法で形成した後に、半導体基
板を500℃前後に加熱してアルミ系膜を流動化させる
ことによって、コンタクト孔をアルミ系膜で埋め込むい
わゆるアルミリフロー法が行われるようになってきてい
る。
【0004】図2は、半導体基板に形成された不純物拡
散層とアルミ系配線とを電気的に接続すべく、コンタク
ト孔に対してアルミリフロー法を用いる半導体装置の製
造方法の一従来例を示している。
【0005】この一従来例では、まず、図2(a)に示
すように、不純物がドープされた多結晶シリコン膜やシ
リコン半導体基板に形成された不純物拡散層のような下
地導電層21上に、シリコン酸化膜などからなる層間絶
縁膜22を形成する。そして、下地導電層21に達する
コンタクト孔23を層間絶縁膜22に形成した後、バリ
アメタル膜24を全面に形成する。
【0006】次に、図2(b)に示すように、バリアメ
タル膜24上にアルミ系膜25をスパッタ法で形成す
る。このとき、コンタクト孔23におけるアルミ系膜2
5の段差被覆性が良くないので、コンタクト孔23の開
孔部においてアルミ系膜25がオーバハング状態にな
る。
【0007】次に、高真空状態で基板を500℃前後に
加熱してアルミ系膜25を流動化させることによって、
図2(c)に示すように、コンタクト孔23をアルミ系
膜25で埋め込む。その後、アルミ系膜25をアルミ系
配線のパターンに加工し、さらに、従来公知の工程を実
行して、この半導体装置を完成させる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、アルミ系膜
25をスパッタ法で形成した状態の下地導電層21を大
気に曝すと、アルミ系膜12の表面にアルミニウムの酸
化物であるアルミナが形成される。しかも、アルミ系膜
25に対するアルミナのエッチング選択比が低いので、
アルミ系膜25の表面からアルミナのみを選択的に除去
することが困難である。そして、このアルミナはアルミ
系膜25の流動性を低下させるので、熱処理を施しても
図2(c)に示したようにコンタクト孔23をアルミ系
膜25で十分には埋め込むことができなくて、アルミ系
配線の信頼性が低下してしまう。
【0009】このため、上述の従来例では、アルミ系膜
25をスパッタ法で形成した後、高真空状態を維持した
まま基板を加熱チャンバーへ搬送してアルミ系膜25を
流動化させるための加熱を行うことができるように、ス
パッタ装置と加熱チャンバーとが一体化された装置を新
たに導入していた。
【0010】しかし、スパッタ装置と加熱チャンバーと
が一体化された装置は高価であるので、アルミリフロー
法を用いる上述の一従来例では、低コストで半導体装置
を製造することが困難であった。
【0011】そこで、本発明の目的は、コンタクト孔を
アルミリフロー法で十分に埋めることができてアルミ系
配線の信頼性が高い半導体装置を、低コストで製造する
ことができる半導体装置の製造方法を提供することであ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、下地導電層上の
絶縁膜に形成されたコンタクト孔部分に、アルミニウム
を含有する導電膜と、前記導電膜に対するエッチング選
択性を有する被覆膜とを連続的に形成する工程と、エッ
チングによる前記被覆膜の除去と、前記導電膜を流動化
させることによる前記接続孔の埋め込みとを同一のチャ
ンバー内で連続的に行う工程とを具備する。
【0013】本発明の一態様においては、前記被覆膜
は、前記導電膜に対するエッチング選択比が100以上
のものである。
【0014】本発明の一態様においては、前記被覆膜
は、Ti膜、W膜、TiW膜および非晶質シリコン膜か
らなる群より選択されたいずれかである。
【0015】本発明では、アルミニウムを含有する導電
膜とその被覆膜とを連続的に形成しているので、被覆膜
を形成する前に導電膜の表面にアルミナが形成されるの
を防止することができる。しかも、導電膜を被覆膜で被
覆しているので、被覆膜の除去および導電膜の流動化を
行うためのチャンバーへ搬送する際に半導体基板を大気
に曝しても、導電膜の表面にアルミナが形成されるのを
防止することができる。
【0016】また、被覆膜の除去および導電膜の流動化
を同一のチャンバー内で連続的に行っているので、被覆
膜を除去した後に導電膜の表面にアルミナが形成される
のを防止することができる。従って、導電膜の流動性を
低下させるアルミナが導電膜の表面に形成されるのを完
全に防止し、導電膜を十分に流動化させて、導電膜でコ
ンタクト孔を十分に埋め込むことができる。
【0017】しかも、導電膜に対する被覆膜のエッチン
グ選択比を100以上と非常に高くした場合には、被覆
膜をエッチングで除去しても導電膜は実質的にエッチン
グされず、形成当初の導電膜の膜厚を実質的に維持する
ことができる。
【0018】さらに、被覆膜の除去および導電膜の流動
化を同一のチャンバー内で行うためには、加熱チャンバ
ーにプラズマ印加機構が備っている必要があるが、例え
ば現状の殆どのプラズマCVD装置がこの要件を満たし
ているので、既存の設備を利用することができて、新た
な設備を導入する必要がない。
【0019】また、被覆膜をTi(チタン)膜、W(タ
ングステン)膜、TiW(チタンタングステン)膜また
は非晶質シリコン(アモルファスシリコン)膜とした場
合には、導電膜に対する被覆膜のエッチング選択比が実
質的に無限大であり、被覆膜をエッチングで除去しても
導電膜は全くエッチングされないので、形成当初の導電
膜の膜厚を完全に維持することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明を一実施形態につき
図1を参照して説明する。
【0021】本実施形態は、シリコン半導体基板の表面
部に形成された不純物拡散層と電気的に接続されるアル
ミ系配線を有する半導体装置の製造に、本発明を適用し
たものである。
【0022】本実施形態では、まず、図1(a)に示す
ように、シリコン半導体基板11に不純物をイオン注入
するなどして不純物拡散層17を形成する。そして、こ
の半導体基板11上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁
膜12を形成した後、不純物拡散層17に達するコンタ
クト孔13を層間絶縁膜12に形成する。
【0023】次に、図1(b)に示すように、膜厚10
〜30nm程度のTi膜をスパッタ法で形成し、引き続
き、膜厚100〜200nm程度のTiN膜を反応性ス
パッタ法で形成することによって、Ti膜上にTiN膜
が積層されたバリアメタル膜14をコンタクト孔13内
面を含む全面に形成する。
【0024】なお、バリアメタル膜14中のTi膜は、
コンタクト孔13内で露出している半導体基板11の表
面における自然酸化膜を還元してオーミック接続を得る
ためのものである。また、バリアメタル膜14中のTi
N膜は、後に形成するアルミ系膜15中のアルミが半導
体基板11中に拡散して半導体基板11と反応すること
によるアロイスパイクの防止を主な目的にしている。
【0025】次に、図1(c)に示すように、膜厚30
0〜800nm程度で約0.5%のCu(銅)が添加さ
れているアルミ系膜15と、膜厚20〜50nm程度の
Ti膜16とを、同一のチャンバー内におけるスパッタ
法で連続的に形成して、アルミ系膜15をTi膜16で
被覆する。このときも、コンタクト孔13の開孔部にお
いてアルミ系膜15がオーバハング状態になる。なお、
このときチャンバー内は、アルミ系膜15の表面にアル
ミナが形成されるのを防止するために高真空状態である
ことが好ましく、具体的には5×10-8Torr〜1×
10-7Torr程度の圧力とすることが好ましい。
【0026】なお、アルミ系膜15中のCuは、アルミ
系膜15中におけるアルミの粒界拡散を抑制して、アル
ミ系配線のストレスマイグレーション耐性およびエレク
トロマイグレーション耐性を向上させるために添加され
ている。
【0027】次に、大気中を経由して、プラズマ印加機
構を備えている加熱チャンバーへ半導体基板11を搬送
し、図1(d)に示すように、フルオロカーボン系のガ
スでTi膜16を選択的にエッチング除去する。この搬
送の際にも、アルミ系膜15がTi膜16で被覆されて
いるために、アルミ系膜15の表面にはアルミナが形成
されることはない。
【0028】このときのエッチングの代表的な条件とし
ては、平行平板型の高周波チャンバーで、圧力1Tor
r、C2 6 ガス流量500sccm、下部電極温度5
00℃、印加電力500Wである。この条件であれば、
アルミ系膜15に対するTi膜16のエッチング選択比
が実質的に無限大にとることができるので、Ti膜16
のみがエッチングされて、アルミ系膜15は全くエッチ
ングされない。
【0029】次に、Ti膜16のエッチングを行ったチ
ャンバー内で、平行平板型電極の下部電極の温度および
圧力をTi膜16のエッチング時のまま維持し、アルミ
系膜15を流動化させることによって、図1(e)に示
すように、コンタクト孔13をアルミ系膜15で埋め込
む。これにより、下地導電層である不純物拡散層17と
アルミ系膜15とをバリアメタル膜14を介して接続す
ることができる。この際、アルミ系膜15の表面にアル
ミナが形成されていないために、アルミ系膜15の流動
性が低下することがなく、コンタクト孔13は完全にア
ルミ系膜15で埋め込まれる。その後、アルミ系膜15
をアルミ系配線のパターンに加工し、さらに、従来公知
の工程を実行して、この半導体装置を完成させる。
【0030】なお、以上説明した実施形態では、アルミ
系膜15の被覆膜としてTi膜16を用いたが、W膜、
TiW膜または非晶質シリコン膜のいずれかをTi膜1
6の代わりに用いてもよい。これらの膜でも、アルミ系
膜15の流動化に先立つエッチングで、Ti膜16に対
するエッチングと同じ条件でこれらの膜のみがエッチン
グされて、アルミ系膜15は全くエッチングされない。
また、アルミ系膜15の被覆膜としては、Ti膜16な
どに限られず、アルミ系膜15に対するエッチング選択
比を有するものであれば本発明に適用することができ
る。ただし、アルミ系膜15が過度にエッチングされる
のを防止するためには、被覆膜としてアルミ系膜15に
対するエッチング選択比が100以上のものを用いるこ
とが好ましい。
【0031】また、以上の実施形態は半導体基板の拡散
層と電気的に接続されるアルミ系配線を有する半導体装
置の製造に本発明を適用したものであるが、例えば不純
物がドープされた多結晶シリコン膜からなる下層側の配
線と電気的に接続される上層側のアルミ系配線を有する
半導体装置の製造にも本発明を適用することができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法によると、導電膜の流動性を低下させるア
ルミナが導電膜の表面に形成されるのを完全に防止し、
導電膜を十分に流動化させて、導電膜でコンタクト孔を
十分に埋め込むことができ、しかも、形成当初の導電膜
の膜厚を実質的に維持することができ、さらに、既存の
設備を利用することができて、新たな設備を導入する必
要がない。従って、導電膜の信頼性が高い半導体装置を
低コストで製造することができる。
【0033】また、被覆膜をTi膜、W膜、TiW膜ま
たは非晶質シリコン膜とした場合には、導電膜に対する
被覆膜のエッチング選択比が実質的に無限大であり、被
覆膜をエッチングで除去しても導電膜は全くエッチング
されないので、形成当初の導電膜の膜厚を完全に維持す
ることができる。従って、導電膜の信頼性がさらに高い
半導体装置を低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を工程順に示す断面図であ
る。
【図2】従来例を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
11 半導体基板 12 層間絶縁膜 13 コンタクト孔 14 バリアメタル膜 15 アルミ系膜 16 Ti膜 17 不純物拡散層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下地導電層上の絶縁膜に形成されたコン
    タクト孔部分に、アルミニウムを含有する導電膜と、前
    記導電膜に対するエッチング選択性を有する被覆膜とを
    連続的に形成する工程と、 エッチングによる前記被覆膜の除去と、前記導電膜を流
    動化させることによる前記接続孔の埋め込みとを同一の
    チャンバー内で連続的に行う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。
  2. 【請求項2】 前記被覆膜は、前記導電膜に対するエッ
    チング選択比が100以上のものであることを特徴とす
    る請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記被覆膜は、Ti膜、W膜、TiW膜
    および非晶質シリコン膜からなる群より選択されたいず
    れかであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置の製造方法。
JP28925195A 1995-10-11 1995-10-11 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH09107032A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007266073A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007266073A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法

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Effective date: 20030107