半導体装置の製造方法及び製造装置
【目的】 Ａｌ系材料を良好に埋め込んで、信頼性高い配線を得るようにした半導体装置の製造方法及び製造装置を提供する。
【構成】 Ａｌ系配線との接続をとる接続孔２を埋め込んでＡｌ系配線を形成する際、バイアス・スパッタ法あるいは基板冷却下でのスパッタ法により少なくとも膜が途切れること無くＡｌ系膜３を形成する半導体装置及びその製造方法。
【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、及びこれに用いることができる半導体装置の製造装置に関する。本発明は、微細接続孔埋め込みを要する半導体装置について、更に高信頼性配線を得る技術として利用することができる。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】超ＬＳＩの高集積化に伴い、基板と配線間の電気的接続を得るコンタクトホールや、多層配線間の接続を得るビアホール等の接続孔も微細化し、アスペクト比は１は越えるまでになって来ている。配線金属材料を通常のスパッタリング法で形成する際、このような高アスペクト比の接続孔ではシャドウイング効果によって接続孔内部にボイドを生じたり、接続孔底部近くの側壁に十分な膜厚を形成することができないという問題が生じている。
【０００３】また、近年スパッタ中に基板を５００℃程度に加熱する高温スパッタ法が埋め込みに適用されている例もあるが、この方法ではＡｌ（Ａｌ系材料を代表してＡｌで説明する）の表面荒れが生じ易く、部分的に膜が薄い所が発生し、配線に加工した際この薄い部分で電流密度が上がりエレクトロマイグレーションが生じやすくなるため信頼性を確保することが難しい。加えて、この高温スパッタ法による埋め込みでは、下地膜が酸化されている場合には、濡れ性が悪くなり、埋め込み不良が生じ易いという問題もある。
【０００４】高温スパッタに代わるＡｌ埋め込み技術として最近、Ａｌリフローが注目されている。この技術は初めにＡｌを１００℃程度の低温で形成し、その後５００〜６００℃程度の温度で真空中でＡｌを溶融状態またはそれに近い状態にしてホール内部にＡｌを埋め込む技術である（１９９３年春季応用物理学会予稿集、３０ａ−ＺＹ−７、及び３０ａ−ＺＹ−８参照）。このＡｌリフローを用いれば、Ａｌの表面荒れが抑制されるという利点がある。しかしながら、高アスペクト比のホールでは、リフロー前のＡｌがホール内部で途切れるという問題が生じ、リフローを行ってもホール内部にＡｌが埋まらないという問題を生じる（この問題については、後に、本発明の作用との対比において詳述する）。
【０００５】
【発明の目的】本発明は上記従来技術の問題点を解決して、Ａｌ系材料を良好に埋め込んで、信頼性高い配線を得るようにした半導体装置の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本出願の請求項１の発明は、第１層Ａｌ系配線と半導体基板に形成した素子との電気的接続孔もしくは第１層Ａｌ系配線と第２層配線または更にその上層配線との電気的接続孔を備える半導体装置の製造方法において、バイアス・スパッタ法あるいは基板冷却下でのスパッタ法により少なくとも膜が途切れること無くＡｌ系膜を形成する工程と、スパッタ法（通常のスパッタ法でよい）で所定の厚さにＡｌ系膜を形成する工程と、真空を破ること無く基板を加熱し、Ａｌ系材料をリフローさせる工程とにより接続孔を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法であって、これにより上記目的を達成するものである。
【０００７】本明細書中、「Ａｌ系」の語は、純Ａｌ、Ａｌ合金（ＡｌＳｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｇｅ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｇｅその他）及びこれらを主成分とするものを総称するために用いる。
【０００８】本出願の請求項１の発明は、第１層Ａｌ配線と半導体基板に形成した素子との電気的接続孔もしくは第１層Ａｌ配線と第２層配線または更にその上層配線との電気的接続孔について、バイアス・スパッタ法により、あるいは基板冷却下でのスパッタ法により、少なくとも膜が途切れること無くＡｌ膜を形成する工程と、通常のスパッタ法で所定の厚さにＡｌ膜を形成する工程と、真空を破ること無く基板を３００℃以上の温度で加熱し、Ａｌをリフローさせる工程により接続孔を埋め込む態様で実施することができる。
【０００９】本出願の請求項２の発明は、加熱工程によるＡｌ系材料と下地（Ｓｉ等）との反応を防止するためにＴｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｐｄ及びその窒化物，ホウ化物，酸化物，炭化物から成る化合物群から任意に選択されるいずれかから成る膜、もしくはこれらの積層膜を拡散防止層としてＡｌ系材料と下地との間に挟む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であって、これにより上記目的を達成するものである。
【００１０】本出願の請求項２の発明は、第１層Ａｌ配線と半導体基板に形成した素子との電気的接続孔を形成する場合に、３００℃以上の加熱工程によるＡｌと下地Ｓｉの反応を防止するためにＴｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ及びその窒化物，ホウ化物，酸化物，炭化物のいずれか、もしくはこれらの積層膜をＡｌとＳｉの間に挟む態様で実施することができる。
【００１１】本出願の請求項３の発明は、バイアス・スパッタ法によりＡｌ系膜を形成する工程と、スパッタ法（通常のスパッタ法でよい）によりＡｌ系膜を形成する工程と、真空を破ることなく基板を３００℃以上の温度で加熱する工程と、必要に応じて行うＡｌ系材料と下地（Ｓｉ等）の拡散防止層を形成する工程とが全て同一真空系において行われ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であって、これにより上記目的を達成するものである。
【００１２】本出願の請求項３の発明は、ＡｌとＳｉの拡散防止層を形成する工程と、バイアス・スパッタ法によりＡｌ膜を形成する工程と、通常のスパッタ法によりＡｌ膜を形成する工程と、Ａｌ膜形成後、真空を破ることなく基板を３００℃以上の温度で加熱する工程とが全て同一真空系で結合されている態様で実施することができる。
【００１３】本出願の請求項４の発明は、接続孔を有する半導体基板上に、少なくともスパッタ当初において０℃以下に基板を冷却しながらＡｌ系材料をスパッタ法により形成する手段と、該Ａｌ系膜形成後、真空を破ることなく基板を３００℃以上の温度で加熱する工程により接続孔を埋め込む手段を有することを特徴とする半導体装置の製造装置であって、これにより上記目的を達成するものである。
【００１４】本出願の請求項４の発明は、接続孔を有する基板上に、少なくともスパッタ当初において０℃以下に基板を冷却しながらＡｌ合金をスパッタ法により形成する工程と、該Ａｌ合金膜形成後、真空を破ることなく基板を３００℃以上の温度で加熱する工程により接続孔を埋め込む態様で実施することができる。
【００１５】本出願の請求項５の発明は、基板を冷却しながらＡｌ系材料をスパッタ法により形成する際の該基板を支持しているステージ内部に液体窒素を流す構造とした請求項３に記載の半導体装置の製造装置であって、これにより上記目的を達成するものである。
【００１６】本出願の請求項６の発明は、Ａｌ系材料と下地との拡散防止層を形成する手段を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置であって、これにより上記目的を達成するものである。
【００１７】本出願の請求項６の発明は、Ａｌと下地である例えばＳｉの拡散防止層として、Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｐｄ及びその窒化物，ホウ化物，酸化物，炭化物のいずれか、もしくはこれらの積層膜を用いる態様で実施することができる。
【００１８】本出願の請求項７の発明は、基板を３００℃以上の温度で加熱する際の該基板を支持しているステージにヒーターを組み込み、このヒーターにより加熱を行い、かつヒーターと基板の間に不活性ガス（Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ等）を流すことにより基板を加熱する手段を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置であって、これにより上記目的を達成するものである。
【００１９】本出願の請求項７の発明は、基板を３００℃以上の温度で加熱する方式において、ステージに組み込んだヒーターにより加熱を行い、ヒーターと基板の間にＡｒ等の不活性ガスを流すことにより基板を加熱する態様で実施することができる。
【００２０】
【作 用】本発明によれば、半導体基板の微細なコンタクトホールについても、以下に述べる作用によって、精度良くその埋め込みが実現できる。
【００２１】通常のスパッタリング法では初期過程で島状に付着した粒子がマイグレートし合体しながら成長するが、ホールの底部付近では十分に粒子が飛散しないため、図２（ａ）に示すように膜が途切れ途切れになる。このようなＡｌ膜を５００℃程度に加熱しＡｌリフローを行うと図２（ｂ）に示すように、表面張力によりホール側壁のＡｌが上部に吸収されコンタクトホールにボイド２′を生じてしまう。なお図２中、１はＳｉ基板１ａと層間絶縁膜１ｂ（ＳｉＯ2 ）から成る基体、２は接続孔（コンタクトホール）、３はＡｌ系膜である。
【００２２】しかしながら、Ａｌ埋め込みプロセスにおいて、初めに従来の基板温度に比べて非常に低い液体窒素温度近辺の温度に基板を冷却すると、スパッタリングによりターゲットから飛行してきた粒子は基板上でマイグレートが抑制される。この結果、スパッタリング中の結晶粒の成長は抑制され、また、粒と粒の合体も殆ど生ぜず、図１（ａ）に例示するようにＡｌ系膜３は接続孔２（コンタクトホール）内に膜厚の分布はあるものの膜が途切れること無く付着する。（図中１は基体、１ａは基板、１ｂは絶縁膜である）。従来は、ＳｉＮなど、Ａｌが成膜しやすいサイドウォールなどを用いていたが、本発明では必ずしもそのようなものを特につけなくても、Ａｌ系膜をホール内面に付着できる。
【００２３】続いて、加熱チャンバーに基板を真空搬送し、３００℃以上の温度で加熱すると、図１（ｂ）に示すようにＡｌがリフローしコンタクトホール内に流れ込む。なお、ここでホール内部にＡｌ膜が途切れ途切れになっていると、従来の如くコンタクトホールにボイドを生じる。
【００２４】また、バイアス・スパッタ法により、接続孔のホール底部まで膜が少なくとも途切れること無く形成すれば、その後通常スパッタ法で所定の厚さにＡｌを積んだ際、シャドウイング効果によりホール底部に殆ど膜が付かなくとも、もしくはホール内に巣を生じても、その後Ａｌリフローによりコンタクトホールに完全にＡｌを流動させ埋め込むことが可能となる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。但し、当然のことではあるが、本発明は以下の実施例により限定されるものではない。
【００２６】実施例１本実施例では、Ａｌ系膜形成時にバイアス・スパッタ法を用いて集積化された半導体装置を得る。図１を参照する。
【００２７】初めに図３に示すように、シリコン基板１ａの所定の領域にイオン注入法により拡散層１２を形成する。次に、絶縁膜１ｂとしてＳｉＯ2 層を７００ｎｍの厚さに形成し、所定の箇所に接続孔２であるコンタクトホールを開孔する。
【００２８】続いて、図４に示すようにスパッタ法により基板にＴｉ４ｂを３０ｎｍ、ＴｉＮ４ａを７０ｎｍで、連続形成する（ＴｉＮ４ａ／Ｔｉ４ｂ積層膜を符号４′で示す）。この時の成膜条件は後掲の表１に示す。
【００２９】続いて、図５に示すように、基板を一たん大気に開放し、電気炉にて表１に示す条件で熱処理を行う。なお、この熱処理はＴｉＮ４ａのバリア性を高めるために行うものである処理後の積層膜を符号４で示す。
【００３０】続いて、スパッタ法でＴｉ３０ｎｍを形成する。次に真空を破ること無く、基板をＡｌスパッタチャンバーに運ぶ。ここではバイアス・スパッタ法を用いてＡｌ−１％Ｓｉ膜３１を２００ｎｍ形成する。
【００３１】バイアス・スパッタ法は、基板に負電圧を印加しつつ、スパッタを行うものである。図８にバイアス・スパッタの原理を示す。接続孔２（コンタクトホール）の内部ではターゲット２１から飛来してきたＡｌ粒子２２は、図９に
【００３２】なお図８中、２３は基板ウェーハ、２４はステージ、２５は負電位を示す。
【００３３】その後、基板側の電圧を切り通常のスパッタによりＡｌ膜３２を３００ｎｍで形成する。これで、Ａｌ膜のトータル厚さは５００ｎｍとなる。これにより図６の構造が得られる。
【００３４】バイアス・スパッタでは成膜速度が低下するため、本実施例では必要なＡｌ厚さのみバイアスを掛け、残りのＡｌは通常のスパッタ法で形成する方法をとった。
【００３５】続いて、真空を破ること無く基板をリフローチャンバーに運ぶ。ここで、基板を５００℃に加熱し、２分間の熱処理を行うと、図７に示すような形状でコンタクトホールが埋め込める。
【００３６】本実施例によれば、Ａｌ系膜形成時にバイアス・スパッタ法を用いることによって接続孔２（コンタクトホール）内に膜を途切れること無く形成でき、その後Ａｌリフローを行うことでホール内部に精度良くＡｌを埋め込むことができる。
【００３７】ここで形成したＡｌ配線は、Ａｌリフローにより結晶粒が粗大化しているため優れたエレクトロマイグレーション耐性を示し、信頼性の高いデバイスを製造でき、工業的に見て非常に有用である。
【００３８】
【表１】○Ｔｉ膜形成条件Ａｒ ９０ＳＣＣＭ圧力 ５ｍＴｏｒｒＤＣ電力 ３０００Ｗ基板温度 １５０℃○ＴｉＮ膜形成条件Ａｒ ５０ＳＣＣＭ ＋ Ｎ2 ６０ＳＣＣＭ圧力 ５ｍＴｏｒｒＤＣ電力 ６５００Ｗ基板温度 １５０℃○ＴｉＮアニール条件Ｎ2 １００％，４５０℃，３０分○バイアス・スパッタＡｌＳｉ膜形成条件Ａｒ ９０ＳＣＣＭ圧力 ５ｍＴｏｒｒＤＣ電力 ６５００Ｗ基板温度 ２００℃基板圧力 −１００Ｖ○通常スパッタＡｌＳｉ膜形成条件Ａｒ ９０ＳＣＣＭ圧力 ５ｍＴｏｒｒＤＣ電力 ６５００Ｗ基板温度 ２００℃○Ａｌリフロー条件Ａｒ ３０ＳＣＣＭ圧力 １ｍＴｏｒｒ，基板温度 ５００℃，１２０秒
【００３９】実施例２本実施例では、Ａｌ膜形成時にコリメータ・スパッタ法を用いた。即ち本実施例は、コリメータ・スパッタを用いるとともに、更にバイアス・スパッタ法を用いることによって、より微細な高アスペクト比のコンタクトホールにＡｌリフローを適用したものである。
【００４０】以下、図１１ないし図１６を用いてこの実施例２を説明する。初めに図１１に示すように、シリコン基板１ａの所定の領域にイオン注入法により拡散層１２を形成する。
【００４１】次に、絶縁膜１ｂとしてＳｉＯ2 層を７００ｎｍの厚さに形成し、所定の箇所に接続孔２（コンタクトホール）を開孔する。
【００４２】続いて、図１２のようにスパッタ法により基板にＴｉ４ａ３０ｎｍ、ＴｉＮ４ｂ７０ｎｍから成る積層膜４′を連続形成する。この時の成膜条件は後掲の表２に示す。
【００４３】続いて、図１３に示すように、基板を一たん大気に開放し、電気炉にて表１に示した条件で熱処理を行う。なお、この熱処理はＴｉＮ４ａのバリア性を高めるために行うものである。処理後の積層膜を符号４で示す。
【００４４】続いて、図１４のようにスパッタ法でＴｉ３１を３０ｎｍで形成する。
【００４５】続いて真空を破ること無く、コリメータ・スパッタ法とバイアス・スパッタ法を併用してＡｌＳｉ３２を２００ｎｍ形成する。
【００４６】コリメート・スパッタ法は、図１６に略示するように、ターゲット２１と被処理基板の間にすのこ状のフィルター（コリメータ２８）を介在させることでターゲット２１から飛散する粒子の方向を揃える技術である。このコリメータ・スパッタ中に基板に負電圧を印加することによって、ホール径０．３μｍ、アスペクト比２〜３のコンタクトホールにＡｌが途切れることなく付着する。（なおコリメータ・スパッタについては、月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ１９９２年１２月（９０頁〜）、高山「コリメーションスパッタによるＴｉＮ膜の形成」参照）。
【００４７】続いて、真空を破ること無く基板をリフローチャンバーに運ぶ。ここで、基板を５００℃に加熱し、２分間の熱処理を行うと、図１５に示すような形状でＡｌ系配線３により微細高アスペクト比の接続孔２（コンタクトホール）が埋め込める。
【００４８】本実施例によれば、Ａｌ系膜形成時にコリメート・スパッタとバイアス・スパッタを併用することにより、更に微細なホールを埋め込むことができた。
【００４９】
【表２】○コリメートＡｌＳｉ形成条件（バイアス・スパッタ）
Ａｒ ９０ＳＣＣＭ圧力 ５ｍＴｏｒｒＤＣ電力 ６５００Ｗ基板温度 ２００℃基板側電圧 −１００Ｖコリメータのアスペクト比 １：２
【００５０】実施例３次に実施例３を説明する。以下図１７ないし図２１を参照して説明を行う。
【００５１】初めに図１７に示すように、シリコン基板１ａの所定の領域にイオン注入法により拡散層１２を形成する。
【００５２】次に、絶縁層１ｂであるＳｉＯ2 層を７００ｎｍの厚さに形成し、所定の箇所にコンタクトホール（接続孔２）を開孔する。これにより図１７の構造とする。
【００５３】続いて、図１８に示すようにスパッタ法により基板にＴｉ４ｂを３０ｎｍ、ＴｉＮ４ａを７０ｎｍで連続形成する。この時の成膜条件は後掲の表３に示す。
【００５４】続いて、図１９に示すように、基板を一たん大気に開放し、電気炉にて表３に示す条件で熱処理を行う。なお、この熱処理はＴｉＮ４ａのバリア性を高めるために行うものである。処理後の積層膜を符号４で示す。
【００５５】続いて、図２０に示すようにスパッタ法でＴｉ４０及びＡｌＳｉ３を連続形成する。ここで、ＡｌＳｉ膜の形成時、基板は液体窒素を用いた冷却方式（図１０１０参照）によりマイナス１９０℃に冷却される。この極低温でスパッタを行うとターゲットから飛来したスパッタ粒子は基板に付着した瞬間、マイグレートせずその位置に留まる。即ち作用の所で述べたようにＡｌ膜は途切れることなく接続孔２であるコンタクトホール内部を覆う。
【００５６】続いて、真空を破ること無く基板をリフローチャンバーに運ぶ。ここで、基板を５００℃に加熱し、２分間の熱処理を行うと、図２１に示すような形状で接続孔２（コンタクトホール）が埋め込まれ、Ａｌ系配線３が形成される。
【００５７】図１０に示すのが、本実施例で用いるＡｌスパッタチャンバーである。図に示すように、ステージ２４内部は液体窒素が循環する配管が設けられている。ステージ内部から、表面にガス吹き出し孔が有り、ここからＡｒが導入され、ステージと基板の間にガスが充填され、これによって、基板が熱伝導で冷却される。符号２７ａで液体窒素導入、２７ｂで同排出、２６でＡｒガス導入を示す。リフロー時には、ステージ２４に内蔵したヒーターにより加熱を行うとともに、ヒーターと基板との間に不活性ガス（Ａｒガス等）を流すことにより、基板加熱を行うようにする。
【００５８】
【表３】○Ｔｉ膜形成条件Ａｒ ９０ＳＣＣＭ圧力 ５ｍＴｏｒｒＤＣ電力 ３０００Ｗ基板温度 １５０℃○ＴｉＮ膜形成条件Ａｒ ５０ＳＣＣＭＮ2 ６０ＳＣＣＭ圧力 ５ｍＴｏｒｒＤＣ電力 ６５００Ｗ基板温度 １５０℃○ＴｉＮアニール条件Ｎ2 １００％，４５０℃，３０分○ＡｌＳｉ膜形成条件Ａｒ ９０ＳＣＣＭ（背面から３０ＳＣＣＭ，チャンバーから６０ＳＣＣＭ）
圧力 ５ｍＴｏｒｒＤＣ電力 ５０００Ｗ基板温度 −１９０℃○リフロー条件Ａｒ ３０ＳＣＣＭ圧力 １ｍＴｏｒｒ基板温度 ５００℃，１２０秒
【００５９】本実施例によれば、Ａｌ系膜形成時に基板を液体窒素温度付近に冷却することによってコンタクトホール内に膜を途切れること無く形成でき、その後のＡｌリフローの際にホール内部にボイドを形成することが無くなり、精度良くＡｌを埋め込むことができた。
【００６０】本実施例は、本発明を高密度デバイスの配線形成工程に適用することによって、優れた段差被覆率が達成でき、エレクトロマイグレーション耐性の良い、信頼性の高いデバイスを製造できたものであって、工業的に見て非常に有用である。
【００６１】実施例４本実施例は、実施例３について、実施例２と同様にＡｌ膜形成時にコリメータ・スパッタ法を用いて更に微細な高アスペクト比のコンタクトホールを埋め込むようにした例である。
【００６２】以下、図２２ないし図１６を用いて説明する。初めに図２２に示すように、シリコン基板１ａの所定の領域にイオン注入法により拡散層１２を形成する。
【００６３】次に、絶縁膜１ｂとしてＳｉＯ2 層を７００ｎｍの厚さに形成し、所定の箇所に接続孔２（コンタクトホール）を開孔する。
【００６４】続いて、図２３のようにスパッタ法により基板にＴｉ４ａ３０ｎｍ、ＴｉＮ４ｂ７０ｎｍを連続形成する。この時の成膜条件は表３に示したのと同様にした。
【００６５】続いて、図２４に示すように、基板を一たん大気に開放し、電気炉にて表３に示した条件で熱処理を行う。なお、この熱処理はＴｉＮ４ａのバリア性を高めるために行うものである。処理後の積層膜を符号４で示す。
【００６６】続いて、図２５のようにスパッタ法でＴｉ４０を３０ｎｍで形成後、コリメータ・スパッタ法とバイアス・スパッタ法を併用してＡｌＳｉ３０を５００ｎｍ形成する。コリメート・スパッタ法は、図１６を参照して説明したのとほぼ同様にしたが、本実施例ではこのコリメータ・スパッタ中に基板をマイナス１９０℃に冷却する。この冷却の機構は実施例３と同様にした。極低温でのコリメート・スパッタによってホール径０．４μｍ，アスペクト比２〜３のコンタクトホールにＡｌ３０が途切れることなく付着した構造が得られた。
【００６７】続いて、真空を破ること無く基板をリフローチャンバーに運ぶ。ここで、基板を５００℃に加熱し、２分間に熱処理を行うと、図２６に示すような形状で、Ａｌ系配線３により、微細高アスペクト比の接続孔２（コンタクトホール）が埋め込める。
【００６８】
【表４】○コリメートＡｌＳｉ形成条件Ａｒ ９０ＳＣＣＭ圧力 ５ｍＴｏｒｒＤＣ電力 １５ｋＷ基板温度 −１９０℃コリメータのアスペクト比 １：２
【００６９】本実施例によれば、Ａｌ膜形成時にコリメート・スパッタを用いて、液体窒素温度付近に冷却することによって更に微細なホールを埋め込むことができた。
【００７０】実施例５本実施例では、図２７に示すクラスター・ツール（マルチチャンバー）を用いて配線を形成し、半導体装置を得た。
【００７１】図２７において、各チャンバーは真空搬送で結ばれている。本装置は、ロードロック室３８、搬送室３９ａ〜３９ｃ、ＲＦ放電によるエッチング前処理室３１、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ａｌのそれぞれのスパッタ室３３〜３５、Ａｌリフロー室３６、及びランプアニール室３２から構成されている。
【００７２】初めに、エッチング室３１にてホール内部の自然酸化膜を除去する。次に、Ｔｉ，ＴｉＮをそれぞれのスパッタ室３３，３４で形成後、基板をランプアニール室３２に運ぶ。ここで例えば、窒素雰囲気で６００℃，９０秒のアニール処理を行う。続いて、Ｔｉスパッタ室３３にて成膜を行う。次に、Ａｌスパッタ室３５にて極低温下での成膜を行う。次に、Ａｌリフロー室３６にて、Ａｌリフローを行う。図中、３７はウェーハカセットを示す。
【００７３】以上のプロセスは全て、真空を破らずに行う。また、各プロセス条件は、上述した以外は、実施例３に示したものと同様とした。
【００７４】本実施例は装置をクラスターツール化して適用することができたもので、これによって、従来、工程間で行っていたウェット系の前処理・後処理を削除することが可能となり、工程時間が短縮できた。
【００７５】
【発明の効果】本発明によれば、Ａｌ系材料を良好に埋め込んで、信頼性高い配線を得るようにした半導体装置の製造方法及び製造装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法及び作用を示す図である。
【図２】従来の方法及び問題点を示す図である。
【図３】実施例１の工程を示す図である（１）。
【図４】実施例１の工程を示す図である（２）。
【図５】実施例１の工程を示す図である（３）。
【図６】実施例１の工程を示す図である（４）。
【図７】実施例１の工程を示す図である（５）。
【図８】実施例で用いたスパッタ装置を示す図である。
【図９】実施例の作用説明図である。
【図１０】実施例３の装置の説明図である。
【図１１】実施例２の工程を示す図である（１）。
【図１２】実施例２の工程を示す図である（２）。
【図１３】実施例２の工程を示す図である（３）。
【図１４】実施例２の工程を示す図である（４）。
【図１５】実施例２の工程を示す図である（５）。
【図１６】実施例２の装置の説明図である。
【図１７】実施例３の工程を示す図である（１）。
【図１８】実施例３の工程を示す図である（２）。
【図１９】実施例３の工程を示す図である（３）。
【図２０】実施例３の工程を示す図である（４）。
【図２１】実施例３の工程を示す図である（５）。
【図２２】実施例４の工程を示す図である（１）。
【図２３】実施例４の工程を示す図である（２）。
【図２４】実施例４の工程を示す図である（３）。
【図２５】実施例４の工程を示す図である（４）。
【図２６】実施例４の工程を示す図である（５）。
【図２７】実施例５の装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 基体
１ａ 基板（Ｓｉ）
１ｂ 絶縁膜（ＳｉＯ2 ）
３ Ａｌ系配線（材料）
３１ バイアススパッタＡｌ
３２ 通常スパッタＡｌ
２３ ウェーハ（基板）
２４ ステージ
２７ａ 冷却用液体窒素導入
２７ｂ 冷却用液体窒素排出
２８ コリメータ
３１ エッチング室
３２ ランプアニール室
３３〜３５ スパッタ室
３６ リフロー室
３９ａ〜３９ｃ 搬送室
【特許請求の範囲】
【請求項１】第１層Ａｌ系配線と半導体基板に形成した素子との電気的接続孔もしくは第１層Ａｌ系配線と第２層配線または更にその上層配線との電気的接続孔を備える半導体装置の製造方法において、バイアス・スパッタ法あるいは基板冷却下でのスパッタ法により少なくとも膜が途切れること無くＡｌ系膜を形成する工程と、スパッタ法で所定の厚さにＡｌ系膜を形成する工程と、真空を破ること無く基板を加熱し、Ａｌ系材料をリフローさせる工程とにより接続孔を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】加熱工程によるＡｌ系材料と下地との反応を防止するためにＴｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｐｄ及びその窒化物，ホウ化物，酸化物，炭化物から成る化合物群から任意に選択されるいずれかから成る膜、もしくはこれらの積層膜を拡散防止層としてＡｌ系材料と下地との間に挟む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。
【請求項３】バイアス・スパッタ法によりＡｌ系膜を形成する工程と、スパッタ法によりＡｌ系膜を形成する工程と、真空を破ることなく基板を３００℃以上の温度で加熱する工程と、必要に応じて行うＡｌ系材料と下地との拡散防止層を形成する工程とが全て同一真空系において行われ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。
【請求項４】接続孔を有する半導体基板上に、少なくともスパッタ当初において０℃以下に基板を冷却しながらＡｌ系材料をスパッタ法により形成する手段と、該Ａｌ系膜形成後、真空を破ることなく基板を３００℃以上の温度で加熱する工程により接続孔を埋め込む手段を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項５】基板を冷却しながらＡｌ系材料をスパッタ法により形成する際の該基板を支持しているステージ内部に液体窒素を流す構造とした請求項３に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】Ａｌ系材料と下地との拡散防止層を形成する手段を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項７】基板を３００℃以上の温度で加熱する際の該基板を支持しているステージにヒーターを組み込み、このヒーターにより加熱を行い、かつヒーターと基板の間に不活性ガスを流すことにより基板を加熱する手段を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置。
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開平７−７４１７７
【公開日】平成７年（１９９５）３月１７日
【国際特許分類】
電気 | 基本的電気素子 | 半導体装置，他に属さない電気的固体装置 | 半導体装置または固体装置またはそれらの部品の製造または処理に特に適用される方法または装置 | 半導体装置またはその部品の製造または処理 | 少なくとも一つの電位障壁または表面障壁，例．ＰＮ接合，空乏層，キャリア集中層，を有する装置 | 不純物，例．ドーピング材料，を含むまたは含まない周期律表第ＩＶ族の元素またはＡ↓Ｉ↓Ｉ↓ＩＢ↓Ｖ化合物から成る半導体本体を有する装置［２，６，７］ | ２１／２０〜２１／２６に分類されない方法または装置を用いる半導体本体の処理 | 半導体本体上への絶縁層の形成，例．マスキング用またはフォトリソグラフィック技術の使用によるもの；これらの層の後処理；これらの層のための材料の選択 | 絶縁層へ非絶縁層，例．導電層，抵抗層，の付着
電気 | 基本的電気素子 | 半導体装置，他に属さない電気的固体装置 | 半導体装置または固体装置またはそれらの部品の製造または処理に特に適用される方法または装置 | 半導体装置またはその部品の製造または処理 | 少なくとも一つの電位障壁または表面障壁，例．ＰＮ接合，空乏層，キャリア集中層，を有する装置 | 不純物，例．ドーピング材料，を含むまたは含まない周期律表第ＩＶ族の元素またはＡ↓Ｉ↓Ｉ↓ＩＢ↓Ｖ化合物から成る半導体本体を有する装置［２，６，７］ | ２１／２０〜２１／２６８に分類されない方法または装置を用いる半導体本体上への電極の製造 | 電極用の導電または絶縁材料の析出 | 気体または蒸気からの析出，例．凝結
電気 | 基本的電気素子 | 半導体装置，他に属さない電気的固体装置 | 半導体装置または固体装置またはそれらの部品の製造または処理に特に適用される方法または装置 | １つの共通基板内または上に形成された複数の固体構成部品または集積回路からなる装置またはその特定部品の製造または処理；集積回路装置またはその特定部品の製造 | グループ２１／７０で限定された装置の特定部品の製造 | 装置内の別個の構成部品間に電流を流すため使用する相互接続を適用するもの
【出願番号】特願平５−２３８９０５
【出願日】平成５年（１９９３）８月３１日
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社
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