JPH1079428A - 電極配線の製造方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高アスペクト比の接続孔部に簡単な処理で金
属層を埋め込む信頼性の高い接続孔配線の形成方法を提
供する。 【解決手段】 下地絶縁膜３２に、多結晶シリコン電極
２２と接続するための接続孔４１を設けた後、Ｃｕ膜２
４／ＴｉＮ膜２３の積層膜を形成する。この状態で基板
１１を不図示の油圧処理室内に搬送し、加熱した液体媒
体５１により基板に対して所定時間、等方性の圧縮応力
を加える。 【効果】 高アスペクト比の接続孔内に空洞を残さずに
配線系の金属層を埋め込むことができる。

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用に好適
な電極配線の製造方法及び処理装置に係り、特に高アス
ペクト比の縦方向の接続孔配線を形成できる電極配線の
製造方法及び処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化に対応するため、
配線では多層化という方法が採用されている。この多層
配線における層間の接続孔や、半導体基板内に形成され
た能動部分との接続電極との接続孔は、集積度の増加と
ともにアスペクト比（深さ／孔径の比）が高くなってい
る。現在の代表的な金属膜形成法であるスパッタ法で
は、このようにアスペクト比の高い接続孔に十分な被覆
率を有する膜を形成することが困難であり、幾つかの新
しい方法もしくは従来法を改良した方法が検討され、適
用され始めている。その代表的なものを挙げれば、次の
通りである。

【０００３】ＣＶＤ法によるブランケットＷ（もしく
はＴｉＮ、Ａｌ、Ｃｕ）膜の形成、 選択ＣＶＤ法によるプラグ電極配線の形成（Ｗもしく
はＡｌ）、 バイアスもしくは高温スパッタ法による凹部の埋込
（Ａｌ合金、Ｃｕ）、 膜形成後の高温処理による凹部の埋込（Ａｌ合金、Ｃ
ｕ）、 膜形成後の加圧処理による凹部の埋込（Ａｌ合金）。 このうち、〜の方法はスパッタ法を前提にしてお
り、制御が比較的容易といえる。特に、の方法はアス
ペクト比の高い微細な凹部に空隙を残さず完全に金属層
を埋め込むことが可能である。この方法に関しては、例
えば特開平３−２２５８２９号公報や特開平６−７７３
３４号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たの方法は、基本的には膜を形成した基板を等方的に
加圧して凹部へＡｌ合金を押し込むものであるが次のよ
うな課題が残っている。

【０００５】すなわち、形成した膜が連続で気密状態で
ないと押し込まれないし、膜が変形して破断するとそれ
以上埋め込まれないといった問題点や、深い凹部の埋め
込みには実際必要以上の厚さのＡｌ合金膜を形成して一
旦埋め込んだ後、一部を除去する等のプロセスが必要に
なる難点がある。気体を圧力媒体とする等方加圧法とな
るため、装置の危険度（爆発等）が高い。しかし、圧力
を下げるには高温が必要になり、やはり危険度が高くな
る。

【０００６】また、アスペクト比が２程度までの接続孔
については、上記従来例に開示されているように、数１
００気圧以下の圧力で埋め込みが可能であり、温度を５
００℃まで高くすることにより、ほとんど加圧無しでも
埋め込むことができる場合もある。しかし、アスペクト
比が２〜３を越えて高くなると埋込みは急激に困難にな
り、より高圧力を印加できる液体を用いた加圧方法が有
力となってくる。上記した特開平６−７７３３４号公報
においても提案されているが、液体媒体として通常の耐
熱オイルを用いる場合は、２００℃程度以上の高温では
押し込もうとするアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）と
いった金属膜と反応層を形成してしまう。この反応層が
存在すると、引き続く製造プロセスにより絶縁膜を形成
する際や、絶縁膜形成後にこの金属膜と接続する配線を
形成する際の障害になるという問題点がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記のような問
題を解決し、プロセスが簡単で制御性が良く、かつ埋込
特性が良い電極配線の製造方法を提供することにある。
また、このような電極配線の製造方法に好適に使用でき
る基板処理装置を提供することも目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る電極配線の製造方法では、電極配線に
用いるＡｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の延性の高い金属膜の
形成工程と、それに引き続く液体を圧力媒体とする加圧
処理により基板表面に形成した接続孔凹部へ、電極配線
を埋設形成することを特徴とするものである。液体を圧
力媒体として用いることで、気体の場合に比べ、低温で
高圧の処理が容易に実現できる。これはプロセスコスト
を低減し、スループットを向上させる。特に変形速度の
大きい、いわゆる「塑性変形領域」での押し込みを実現
する現実的な圧力媒体は気体では困難で液体が適してい
る。ただし、処理後、圧力媒体として用いた液体（例え
ば、耐熱シリコンオイル）を基板表面から取り除く洗浄
工程が必要になる。本発明に係る上記電極配線の製造方
法で用いる基板処理装置では、この洗浄工程をも一環と
して取り込み、それを考慮した装置とすることにより、
前後の工程と整合性の良いプロセスを構築することがで
きる。また、圧力媒体が気体の場合に比べて、液体は熱
容量が大きいため、加熱部と加圧部とを離して形成でき
るため、基板処理装置は安定なものが作れる利点もあ
る。

【０００９】また、加圧媒体である液体により金属膜表
面と反応して形成される変質層の対策については、幾通
りかの方法があるが、アルミニウムや銅の表面を反応し
にくい材料で覆う、或いは形成された変質層を除去した
後、次の工程に進む等の方法が好適である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係る電極配線の製造方法
の好適な実施の形態は、下地絶縁膜に接続孔を形成する
工程と、接続孔に充填して配線系の電極配線として用い
るＡｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の延性の高い金属膜を形成
する工程と、それに引き続く液体を圧力媒体として加圧
処理して金属膜を接続孔に押し込む工程と、加圧処理に
よる押し込みで付着した圧力媒体を取り除く工程を少な
くとも有する方法である。上記押し込み工程により、基
板表面の下地絶縁層に形成した接続孔へ空洞を残さずに
電極配線を埋設形成することができる。液体を圧力媒体
として用いることで、従来の気体を圧力媒体とする場合
に比べ、より低温で高圧の処理を容易に実現することが
できる。これはプロセスコストを低減し、スループット
を向上させる利点がある。特に、電極配線として用いる
金属材料の変形速度の大きい、いわゆる「塑性変形領
域」での押し込みを実現する現実的な圧力媒体は気体で
は困難であり、液体が適している。加圧処理後、圧力媒
体として用いた液体（例えば、耐熱シリコンオイル）を
基板表面から取り除く洗浄工程が必要になるが、本発明
に係る上記電極配線の製造方法で用いる処理装置では、
この洗浄工程をも一環として取り込み、それを考慮した
装置とすることにより、前後の工程と整合性の良いプロ
セスを構築することができる。

【００１１】また、加圧媒体である液体により金属膜表
面と反応して形成される変質層の対策については、幾通
りかの方法があるが、アルミニウムや銅の表面を反応し
にくい高融点金属材料、例えばＭｏ，Ｗ，ＴｉＮ等で覆
う、或いは形成された変質層をエッチバックもしくはＣ
ＭＰ（化学的機械研磨）法により除去した後、次の工程
に進む等の方法を用いることができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明に係る電極配線の製造方法及び
処理装置の更に具体的な実施例につき、添付図面を参照
しながら以下詳細に説明する。

【００１３】＜実施例１＞図１〜図４は、本発明に係る
電極配線の製造方法の一実施例を示すシリコン半導体装
置の配線系の各製造工程における断面図である。この配
線系は、次のような通常のシリコン半導体素子製造工程
および本発明の電極配線の製造工程とで作成した。

【００１４】図１において参照符号１１はシリコン基板
を示し、このシリコン基板１１の表面中に能動部分を作
成した後、絶縁膜層を介して多結晶シリコンの電極２０
と窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）３０と多結晶シリコンの電極２１
とからなる積層容量を形成する。尚、ここではシリコン
基板１１の表面中に形成した能動部分については、通常
のシリコン半導体素子と同様であるので図示は省略し、
配線系だけを示している。また、参照符号１０は、ゲー
ト配線の多結晶シリコン層である。層間絶縁膜（例え
ば、ＳｉＯ₂）３１を介してタングステン配線２２を形
成後、本実施例の電極配線の製造方法を適用する配線系
の下地絶縁膜（例えば、ＳｉＯ₂）３２を形成し、下層
の電極配線２２との接続孔４１を開口した。引き続き、
Ｃｕ膜２４／ＴｉＮ膜２３（上層／下層）積層膜をスパ
ッタ法で形成した。膜厚はＣｕ膜２４を３００ｎｍ、Ｔ
ｉＮ膜２３を５０ｎｍとした。孔底での被覆率は低い
が、ＴｉＮ膜２３は接続孔４１の内面全面に連続膜とし
て形成できた。被覆率を改善するには、ＣＶＤ法でＴｉ
Ｎ膜２３を形成してもよい。下層のＴｉＮ膜２３は必須
ではないが上層のＣｕ膜２４と下地絶縁膜３２との接着
性を良くするために設けたもので、この目的にかなう限
り他の物質でもよく、さらに問題がなければ下層がなく
ても良い。

【００１５】Ｃｕ膜２４もスパッタ法では段差被覆率が
低いため、図１に示したように接続孔４１の内部は埋ま
らずに空洞４０が残った。Ｃｕ膜２４を段差被覆率の高
いＣＶＤ法で形成しても、接続孔４１の深さが直径より
深い場合には空洞４０を完全に無くすことは難しい。特
に、孔が深く、孔径が小さいほどその傾向が激しくな
る。尚、ここではＣｕ膜２４で説明したが、Ａｌ合金を
用いても同様である。

【００１６】次の図２に示す工程を歩留まり良く進める
ためには、上記Ｃｕ膜２４の形成を、初期には接続孔４
１の孔底への到達量を増やすように、末期には空洞４０
を形成しても空洞４０とＣｕ膜２４の表面とがつながら
ず閉じ込められた形になるように制御することが望まし
い。今回は、スパッタ中のアルゴンガスの圧力を、初期
は１ｍＴｏｒｒの低圧に保ち、途中から２０ｍＴｏｒｒ
の高圧に変えた。基板温度もこれと対応させて変え、初
期は室温〜２００℃程度の比較的低温に、途中から３０
０℃程度よりも高温になるように昇温した。このように
してＣｕ膜２４を形成した基板１１を、図６及び図７に
示した処理装置を用いて処理し、接続孔部にＣｕが押し
込まれた基板１１を回収した。ここで用いた処理装置の
詳細については後述する。

【００１７】処理内容は、図２に示すように、基板１１
を図６及び図７で後述する油圧処理室１１０内にセット
し、所望の温度に加熱した耐熱オイル５１を循環させて
基板１１を加熱した。引き続き、油圧処理室１１０外部
の加圧ポンプから耐熱オイル５１を圧力媒体として等方
的な圧縮圧力を印加し（白抜き矢印で表示）、所定の時
間保った後減圧し、今度は冷却した耐熱オイル５１を循
環させて基板１１の温度を下げた。油圧処理室１１０か
ら基板１１を取り出し、洗浄室１２０に搬送した。洗浄
室では、有機溶媒洗浄により付着している耐熱オイル５
１を完全に除去した。洗浄室１２０から取り出した基板
１１は、そのままで次の処理工程のエッチングやＣＭＰ
工程へ進ませることが出来る。尚、耐熱オイル５１とし
ては、耐熱性シリコンオイルが好適に使用できる。この
状態で基板１１の断面を観察すると、接続孔部にあった
空洞４０は消滅し、接続孔４１はＣｕで満たされてい
た。

【００１８】以上の処理は基板を一枚づつ処理する、い
わゆる枚葉処理でも、複数枚同時に処理するバッチ処理
のどちらでもよく、処理装置の大きさやスループット等
を考慮して決めれば良い。

【００１９】接続孔部の空洞４１をＡｌ合金またはＣｕ
で満たすための最低圧力をそれぞれ図８及び図９に示し
た。同図中において、大丸は本実施例で説明した方法に
より埋め込みが出来たものを表し、小丸は気体を圧力媒
体とする従来法により埋め込みが出来たものを表し、バ
ツは埋め込みが出来なかったものを表わす。この最低圧
力は、加圧時間、素子の構造や膜厚、および合金の種類
にも依存するが、図８及び図９から分かるように、１５
０〜２００ＭＰａ以上の塑性変形域の圧力を印加すれ
ば、従来からの半導体装置製造工程中の多層配線工程に
おける最高温度である、４００〜５００℃以下で、基板
１枚当たり数分程度の実用的な時間で埋め込みが出来
た。

【００２０】この処理を施した基板１１の断面を実際に
走査電子顕微鏡で観察した結果、アスペクト比（孔深さ
／孔直径）が３程度の孔までＣｕが埋め込まれているこ
とを確認できた。なお、参考のため同条件の処理をＡｌ
合金（Ａｌ−１％Ｓｉ）に対して施したものは、さらに
アスペクト比の大きい孔まで埋め込まれていることが分
かった。

【００２１】図３は、エッチバックもしくはＣＭＰを行
うことにより、表面平坦部のＣｕ膜２４を取り去り、接
続孔４１内にのみＣｕを残してプラグを形成したもので
ある。引き続き図４に示すように、再びＣｕ膜２４’／
ＴｉＮ膜２３’（上層／下層）の積層膜をスパッタ法で
被着し、ホトエッチング法によりこの積層膜を所望の形
状にパターニングする。

【００２２】図２に示した押し込み工程を行なった後の
Ｃｕ膜２４の表面の平坦度が十分であれば、図３に示し
た工程を省略して、配線パターンをホトエッチング法で
形成すれば図５に示す形状を得ることができる。Ｃｕ膜
２４の表面の平坦度が十分でないときは、更に真空もし
くは不活性の気体中の熱処理を追加して平坦度を向上さ
せることも可能である。

【００２３】また、図１に示した膜被着工程の後、まず
ホトエッチング法によりＣｕ膜２４を所望の形状にパタ
ーニングし、その後図２に示した加圧処理を行いＣｕ膜
２４を押し込み、最終的に所望の形状を得ることも出来
る。その際は押し込むことによる膜厚の目減り分を考慮
し、パターン密度を勘案して、初期の膜厚を決めておけ
ば良い。

【００２４】本実施例では、金属配線材料としてＣｕを
用いて行なったが、純Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ（−Ｓｉ）合金
等ではより低温の３００℃程度、より低圧力の１５０Ｍ
Ｐａ程度の条件で、埋込及び洗浄ができる。また、Ａｌ
−Ｇｅ等の非常に低い共晶温度（４２４℃）を有する合
金では、上記の条件より更に低温で埋込みができる。こ
れらＣｕ及びＡｌ合金層の上下等に、例えばＷ、Ｍｏ、
或いはＴｉＮ等の高融点金属の層を設けた積層膜でも同
じ条件で埋込みが可能である。また、本実施例で埋め込
みに用いることが可能な金属配線材料としては、アルミ
ニウム、銅の他に延性に富んだ金属、例えば、銀、金、
白金、パラジウム、ニッケルもしくはそれらの合金でも
よく、以下の実施例でも同様である。

【００２５】＜実施例２＞図６は本発明に係る電極配線
の製造方法で用いる基板処理装置の一実施例を示す全体
摸式図であり、図７は図６に示した油圧処理室の詳細模
式図である。図６に示すように、本発明に係る処理装置
は４つのモジュールで構成されている。すなわち、基板
装着室１００、油圧処理室１１０、洗浄室１２０、およ
びこれらの処理室間の基板搬送室１３０である。これら
の処理室間はゲートバルブ１０２で仕切られており、相
互に不純物汚染等が拡散しないようになっている。ま
た、これらの処理室１００，１１０，１２０，１３０内
は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスで満たされ
ており、不活性ガスを１気圧より高圧力に保つことによ
り、加圧液体の気化による減少や、外気の侵入による酸
化変質を防ぐことができるようにしている。なお、油圧
処理室１１０の周囲にはオイル漏れによる汚染防止のた
めの遮蔽壁１１９を設けてある。

【００２６】本処理装置の処理手順は、次の通りであ
る。基板装着室１００内の基板１０８は、ハンドル１０
４又は１０６により油圧処理室１１０に搬送セットさ
れ、押し込みの処理を受ける。なお、基板１０８を搬送
セットする際に、適宜それぞれのゲートバルブ１０２を
開閉操作することは勿論であり、以下の処理においても
同様である。押し込み処理終了後、基板１０８はハンド
ル１０４又１０６により洗浄室１２０へ移され、洗浄さ
れる。洗浄後、再び基板１０８はハンドルにより基板装
着室１００に戻される。基板搬送室１３０には、２種類
のハンドル１０４と１０６を備えており、オイル等付着
物の有無により使いわけている。本処理装置を制御する
コンピュータは、基板１０８の処理来歴を参照して自動
的にどちらのハンドルを使うか決めるようにしている。

【００２７】図７に示すように、油圧処理室１１０のモ
ジュールはゲートバルブ１０２との間が耐圧ゲートバル
ブ１１２により仕切られている。基板１０８を油圧処理
室１１０に装着後は、このゲートバルブ１１２を閉じ
る。オイル加熱冷却ユニット１１４で加熱されたオイル
を循環ポンプ１１３で油圧処理室１１０内へ循環し、基
板１０８の温度を所定の温度にする。これと同時に、基
板周囲にあった残留空気等の気体を取り除く。そして、
２つのオイルバルブ１１１を閉じ、オイルバルブ１１６
を開き加圧ポンプ１１５で所定の圧力まで加圧する。こ
の所定圧力を所定の時間保ったのち減圧し、オイルバル
ブ１１６を閉じ、２つのオイルバルブ１１１を開けて、
オイル加熱冷却ユニット１１４で冷却したオイルを循環
させて基板１０８を冷却し、処理を終了する。

【００２８】＜実施例３＞図１０及び図１１は、本発明
に係る電極配線の製造方法の別の実施例を示すシリコン
半導体装置の配線系の各製造工程における断面図であ
る。尚、図１０及び図１１において、実施例１で示した
構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号
を付してある。図１０、図１１の順に工程を経て金属配
線の領域を押し込みにより形成する。尚、押し込む接続
孔４１は、図に示したように３〜４以上と高アスペクト
比である。

【００２９】本実施例の配線系は、通常のシリコン半導
体素子製造工程を経た基板に、次のような処理を施して
形成した。シリコン基板１１の表面中に能動部分を形成
した後、絶縁膜層を介して多結晶シリコンの電極２０と
Ｓｉ₃Ｎ₄膜３０と多結晶シリコンの電極２１とからなる
積層容量を形成する。尚、ここではシリコン基板１１の
表面中に形成した能動部分については、通常のシリコン
半導体素子と同様であるので図示は省略し、配線系だけ
を示している。層間絶縁膜３１を介してタングステン配
線２２を形成後、本実施例の電極配線の製造方法を適用
する配線系の下地絶縁膜３２を形成し、下層の電極２２
との接続孔４１を開口した。引き続き、Ｃｕ膜２４／Ｔ
ｉＮ膜２３（上層／下層）からなる積層膜と、表面バリ
ア層となる被覆層２５をスパッタ法で形成した。ここで
は、被覆層２５をスパッタ法によるＴｉＮ膜で形成した
が、他に同様に反応性の低いＷ等の高融点金属やその窒
化物を用いても良い。膜厚はＣｕ膜２４を３００ｎｍ、
ＴｉＮ膜２３を５０ｎｍとした。被覆層２５として用い
るＴｉＮの膜厚は配線抵抗の点から薄いほど良いが、実
用的にはＣｕ膜２４の膜厚の３０％程度以下でないと低
抵抗配線としての利点が損なわれる。Ｃｕの代わりにＡ
ｌを用いる場合も、同様である。また、被覆層２５とし
てのＴｉＮ膜厚が薄すぎては連続膜にならず反応抑止効
果を発揮できない。すなわち、ＴｉＮ膜が表面バリア層
として働かないので、下限の厚さとし５ｎｍ程度以上は
必要である。

【００３０】Ｃｕ膜２４もスパッタ法では段差被覆率が
低いため、図１０に示したように接続孔４１内部は埋ま
らずに、空洞４０が残った。この基板１１を実施例２の
図６及び図７で示した処理装置を用いて処理し、接続孔
４１内部にＣｕを押し込んだ後、基板１１を回収した。
処理装置の処理の内容は、以下の通りである。

【００３１】図１１に示すように、基板１１を図７に示
した油圧処理室１１０内にセットし、所望の温度に加熱
した耐熱オイル５１を循環させて基板１１を加熱した。
引き続き、油圧処理室１１０外部の加圧ポンプ１１５か
ら耐熱オイル５１を圧力媒体として等方的な圧縮圧力を
印加し、所定の時間保った後減圧し、今度はオイル加熱
冷却ユニット１１４により冷却した耐熱オイル５１を循
環させて基板１１の温度を下げた。油圧処理室１１０か
ら基板１１を取り出し、洗浄室１２０に搬送した。洗浄
室１２０から取り出した基板１１は、そのままで次の処
理工程のエッチングやＣＭＰ（化学的機械研磨）工程へ
進ませることができる。

【００３２】この状態で、基板１１の断面を観察する
と、接続孔４１内部にあった空洞４０は消滅し、接続孔
４１はＣｕで満たされていた。この処理後、実施例１で
述べた図３及び図４の工程、或いは図３及び図５の工程
を同様に施せば所望の配線系が得られる。

【００３３】＜実施例４＞図１２及び図１３は、本発明
に係る電極配線の製造方法のまた別の実施例を示すシリ
コン半導体装置の配線系の各製造工程における断面図で
ある。尚、図１２及び図１３において、実施例１で示し
た構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符
号を付してある。図１２、図１３の順に工程を経て金属
配線の領域を押し込みにより形成する。尚、押し込む接
続孔４１は、図に示したように３〜４以上と高アスペク
ト比である。

【００３４】本実施例の配線系は、通常のシリコン半導
体素子製造工程を経た基板に、次のような処理を施して
形成した。シリコン基板１１の表面中に能動部分を形成
した後、絶縁膜層を介して多結晶シリコンの電極２０と
Ｓｉ₃Ｎ₄膜３０と多結晶シリコンの電極２１とからなる
積層容量を形成する。尚、ここではシリコン基板１１の
表面中に形成した能動部分については、通常のシリコン
半導体素子と同様であるので図示は省略し、配線系だけ
を示している。層間絶縁膜３１を介してタングステン配
線２２を形成後、本実施例の電極配線の製造方法を適用
する配線系の下地絶縁膜３２を形成し、下層の電極２２
との接続孔４１を開口した。引き続き、Ｃｕ膜２４／Ｔ
ｉＮ膜２３（上層／下層）からなる積層膜をスパッタ法
で形成した。ここでは、膜厚はＣｕ膜２４を３００ｎ
ｍ、ＴｉＮ膜２３を５０ｎｍとした。

【００３５】Ｃｕ膜２４もスパッタ法では段差被覆率が
低いため、実施例１の図１と同様に接続孔４１内部は埋
まらずに、空洞４０が残った。この基板１１を実施例２
の図６及び図７で示した処理装置を用いて処理し、接続
孔４１内部にＣｕを押し込んだ後、基板１１を回収し
た。処理装置の処理の内容は、以下の通りである。

【００３６】図１２に示すように、基板１１を図７に示
した油圧処理室１１０内にセットし、所望の温度に加熱
した耐熱オイル５１を循環させて基板１１を加熱した。
引き続き、油圧処理室１１０外部の加圧ポンプ１１５か
ら等方的な圧縮圧力を印加し、所定の時間保った後減圧
し、今度はオイル加熱冷却ユニット１１４により冷却し
た耐熱オイル５１を循環させて基板１１の温度を下げ
た。油圧処理室１１０から基板１１を取り出し、洗浄室
１２０に搬送した。洗浄室１２０では、有機溶媒洗浄に
より付着している耐熱オイル５１を完全に除去した。こ
の状態で基板１１の断面を観察すると、接続孔４１内部
にあった空洞４０は消滅し、接続孔４１内はＣｕで満た
されていた。

【００３７】洗浄室１２０から取り出した基板表面に
は、図１２に示したような変質層２６が形成されてい
た。耐熱オイル５１と反応してできた変質層２６は、高
抵抗を有するので配線には好ましくない。従って、この
変質層２６を取り除くためにＣＭＰ法により表面を約１
００ｎｍ除去し、図１３に示すような断面構造を得た。
尚、ＣＭＰ法の代わりにエッチバック法を用いても良
い。この処理後、実施例１で述べた図３及び図４の工
程、或いは図５の工程を同様に施せば所望の配線系が得
られる。

【００３８】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更
をなし得ることは勿論であり、例えば、Ｃｕ膜上に表面
バリア層を設ける代わりに、変質層が形成できないよう
圧力媒体としてベンゾトリアゾールを添加した水（ＢＴ
Ａ）を用いることも可能である。

【００３９】

【発明の効果】前述した実施例から明らかなように、本
発明に係る電極配線の製造方法によれば、高アスペクト
比の接続孔をＣｕ等、延性に富んだ金属により簡単な処
理で埋め込むことができ、接続孔配線の信頼性向上を実
現することができる。このため、集積密度の高い各種半
導体装置の実現に極めて有用である。

【００４０】また、本発明に係る処理装置によれば、所
定温度に昇温加熱すると共に加圧した耐熱オイルによ
り、高アスペクト比の接続孔に対してＣｕ等の電極配線
用金属を埋め込む処理工程を、基板搬入から搬出まで一
貫して自動的に処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電極配線の製造方法の一実施例を
示すシリコン半導体装置の配線系の製造工程における断
面図である。

【図２】図１に示した製造工程の後の押し込み工程を示
す断面図である。

【図３】図２に示した製造工程の次のプラグ形成工程を
示す断面図である。

【図４】図３に示した製造工程の次の電極配線パターニ
ング工程を示す断面図である。

【図５】図４の工程を省略して図２に示した製造工程の
次に電極配線パターニング工程を行った場合の断面図で
ある。

【図６】本発明に係る処理装置の一実施例を示す全体摸
式図である。

【図７】図６に示した油圧処理装置の詳細摸式図であ
る。

【図８】電極配線材料にアルミニウムを用いて本発明に
係る製造方法を行う場合の処理条件を示すための説明図
である。

【図９】電極配線材料に銅を用いて本発明に係る製造方
法を行う場合の処理条件を示すための説明図である。

【図１０】本発明に係る電極配線の製造方法の別の実施
例を示すシリコン半導体装置の配線系の製造工程におけ
る断面図である。

【図１１】図１０に示した製造工程の後の押し込み工程
を示す断面図である。

【図１２】本発明に係る電極配線の製造方法のまた別の
実施例を示すシリコン半導体装置の配線系の製造工程に
おける断面図である。

【図１３】図１２に示した次の製造工程における表面変
質層の除去工程後を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…多結晶シリコン（ゲート配線）、１１…シリコン
基板、２０，２１…多結晶シリコン電極、２２…タング
ステン配線、２３，２３’…ＴｉＮ膜、２４，２４’…
Ｃｕ膜、２５…被覆層（ＷまたはＴｉＮ等の表面バリア
層）、２６…表面変質層、３０…窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）、
３１，３２…層間絶縁膜（ＳｉＯ２）、４０…空洞、４
１…接続孔、５１…耐熱オイル、１００…基板装着室、
１０２…ゲートバルブ、１０４，１０６…ハンドル、１
０８…基板、１１０…油圧処理室、１１１…オイルバル
ブ、１１２…耐圧ゲートバルブ、１１３…オイル循環ポ
ンプ、１１４…オイル加熱冷却ユニット、１１５…加圧
ポンプ、１１６…オイルバルブ、１１９…遮蔽壁、１２
０…洗浄室、１３０…基板搬送室。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】凹部を形成した基板上に金属膜の領域を形
   成する金属膜形成工程と、 液体を媒体として基板に等方性の圧縮応力を加えて金属
   膜の領域を変形させ凹部に金属を埋め込む埋込工程と、 基板の表面および裏面から媒体とした液体を除去する洗
   浄工程とを少なくとも有することを特徴とする電極配線
   の製造方法。
2. 【請求項２】前記金属膜形成工程において、前記金属膜
   の表面に液体媒体との反応を抑止するために、前記金属
   膜の膜厚の３０％以下で５ｎｍ以上の厚さの表面バリア
   層を更に形成してなる請求項１記載の電極配線の製造方
   法。
3. 【請求項３】前記金属膜形成工程の後に、金属膜を所定
   の形状にパターニングするパターン加工工程を更に追加
   してなる請求項１又は請求項２記載の電極配線の製造方
   法。
4. 【請求項４】前記凹部に金属を埋め込む埋込工程におい
   て、圧縮応力の印加時に基板を所定温度に昇温し、一定
   時間保持することを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   １項に記載の電極配線の製造方法。
5. 【請求項５】前記金属膜の領域を変形させる圧縮応力
   は、該金属膜の材料の塑性変形域にある剪断応力を生じ
   させる大きさである請求項１〜４のいずれか１項に記載
   の電極配線の製造方法。
6. 【請求項６】前記金属膜は、アルミニウム、銅、銀、
   金、白金、パラジウム、ニッケルもしくはそれらの合金
   からなる群から選択される１つである請求項１〜４のい
   ずれか１項に記載の電極配線の製造方法。
7. 【請求項７】前記表面バリア層は、ＴｉＮ膜である請求
   項２記載の電極配線の製造方法。
8. 【請求項８】凹部を被覆するように金属膜を形成した基
   板を装着する基板装着室モジュールと、 液体を加圧媒体にして基板に等方性の圧縮応力を印加し
   て金属膜を凹部に埋め込む加圧処理室モジュールと、 基板の表面及び裏面から加圧媒体とした液体を除去する
   洗浄室モジュールと、 前記基板装着室モジュール、加圧処理室モジュール、お
   よび洗浄室モジュールの各モジュール間で、基板の前歴
   に応じた方法で基板を搬送する機構を備えた基板搬送室
   モジュールとから構成されることを特徴とする基板処理
   装置。
9. 【請求項９】前記加圧処理室モジュールから加圧媒体の
   液体がもれないように周囲を囲繞する遮蔽壁を設けてな
   る請求項８記載の基板処理装置。
10. 【請求項１０】前記加圧処理室モジュールは、前記基板
    搬送室モジュールとの間を連結するゲートバルブと、該
    ゲートバルブと加圧処理室とを仕切る耐圧ゲートバルブ
    と、加圧媒体を加熱又は冷却する加熱冷却ユニットと、
    加圧媒体を加圧処理室内に循環させる循環ポンプと、加
    圧媒体を所定圧力に加圧する加圧ポンプと、前記加熱冷
    却ユニットと加圧処理室間を連結するオイルバルブと、
    循環ポンプと加圧処理室間を連結するオイルバルブと、
    加圧ポンプと加圧処理室間を連結するオイルバルブとを
    少なくとも備えた請求項８又は請求項９に記載の基板処
    理装置。