JP3123553B2 - Semiconductor device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に微細化が可能であって、かつアルミニウムを用
いたコンタクト構造を有する半導体装置に関する。The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device which can be miniaturized and has a contact structure using aluminum.

【０００２】[0002]

【背景技術】ＬＳＩなどの半導体装置においては、素子
の微細化，高密度化および多層化に伴い、アスペクト比
の大きい接続用スルーホール、すなわちコンタクトホー
ルおよびビアホールが必要とされている。このような接
続用スルーホールへの配線材料の埋め込みは難しく、近
年、重要な技術的課題となっている。ところで、配線材
料として有用なアルミニウムあるいはアルミニウム合金
によって接続用スルーホール内を埋め込むことが試みら
れている。2. Description of the Related Art In a semiconductor device such as an LSI, a through hole for connection having a large aspect ratio, that is, a contact hole and a via hole is required with miniaturization, high density, and multi-layering of elements. It is difficult to embed a wiring material into such connection through-holes, and in recent years it has become an important technical problem. By the way, attempts have been made to fill the through holes for connection with aluminum or aluminum alloy which is useful as a wiring material.

【０００３】そのための技術として、例えば、特開昭６
４−７６７３６号公報に開示された技術がある。この技
術においては、まず、１５０℃以下の温度においてアル
ミニウムあるいはアルミニウム合金を堆積させ、次いで
アルミニウムまたはアルミニウム合金をバイアススパッ
タによって堆積させ、２ステップでアルミニウム膜を接
続用スルーホールに埋め込む製造方法が開示されてい
る。As a technique for achieving this, for example, Japanese Patent Application Laid-Open
There is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-76736. In this technique, a manufacturing method is disclosed in which aluminum or an aluminum alloy is first deposited at a temperature of 150 ° C. or less, then aluminum or an aluminum alloy is deposited by bias sputtering, and an aluminum film is embedded in a through hole for connection in two steps. ing.

【０００４】この技術によれば、第１層目のアルミニウ
ム膜を比較的均一に堆積させることができ、カバレッジ
性がかなり改善されるものの、ボイドなどの発生により
接続用スルーホール内の導電部において断線部が発生す
る問題については十分に改善されたとはいえない。According to this technique, the first aluminum film can be deposited relatively uniformly, and the coverage is considerably improved. However, voids are generated in the conductive portion in the connection through hole. It cannot be said that the problem of disconnection has been sufficiently improved.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、接続
用スルーホール、特にビアホール内の導電物質としてア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金を用い、ボイドや
断線などの発生がなく、ステップカバレッジが優れたコ
ンタクト構造を有する半導体装置を提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a contact structure in which aluminum or an aluminum alloy is used as a conductive material in connection through-holes, in particular, via holes, free of voids and disconnections and has excellent step coverage. It is to provide a semiconductor device having:

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、素子を含む半導体基板および多層の配線領域を有す
る半導体装置であって、第２層以上の配線領域の少なく
とも１層は、熱処理によってガス化成分が除去された、
酸化シリコンからなる層間絶縁膜、前記層間絶縁膜に形
成されたビアホール、および、前記層間絶縁膜および前
記ビアホールの表面に形成された、アルミニウムあるい
はアルミニウムを主成分とする合金からなるアルミニウ
ム膜、を含み、前記層間絶縁膜と前記アルミニウム膜と
の間に、チタン、ケイ素および酸素のアモルファス層が
存在することを特徴とする。さらに、本発明に係る半導
体装置は、素子を含む半導体基板および多層の配線領域
を有する半導体装置であって、第２層以上の配線領域の
少なくとも１層は、熱処理によってガス化成分が除去さ
れた、酸化シリコンからなる層間絶縁膜、前記層間絶縁
膜に形成されたビアホール、および、前記層間絶縁膜お
よび前記ビアホールの表面に形成された、アルミニウム
あるいはアルミニウムを主成分とする合金からなるアル
ミニウム膜、を含み、前記層間絶縁膜と前記アルミニウ
ム膜との間に、チタン、ケイ素および酸素のアモルファ
ス層と、Ａｌ ₃ ＴｉおよびＡｌＴｉの混合反応層とが存
在することを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a semiconductor substrate including elements and a multi-layer wiring region, wherein at least one of the second and higher wiring regions is subjected to heat treatment. Gasification components have been removed,
An interlayer insulating film made of silicon oxide, a via hole formed in the interlayer insulating film, and aluminum or aluminum formed on the surface of the interlayer insulating film and the via hole.
Is aluminum made of an alloy containing aluminum as a main component
And an amorphous layer of titanium , silicon and oxygen exists between the interlayer insulating film and the aluminum film. Further, the semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate including an element and a multilayer wiring region.
A semiconductor device having a wiring region of a second layer or higher.
At least one layer has a gasified component removed by heat treatment.
Insulating film made of silicon oxide, said interlayer insulating film
Via holes formed in the film, and the interlayer insulating film and the
And aluminum formed on the surface of the via hole
Alternatively, an aluminum alloy composed mainly of aluminum
An aluminum film, and the interlayer insulating film and the aluminum film.
Titanium, silicon and oxygen amorphous
Layer and a mixed reaction layer of Al ₃ Ti and AlTi exist.
It is characterized by being present.

【０００７】この半導体装置においては、熱処理によっ
てガス化成分が除去された層間絶縁膜を有することによ
り、後の製造方法の脱ガス工程で詳述するように、良好
なステップカバレッジのアルミニウム膜からなるコンタ
クト部を有する。This semiconductor device has an interlayer insulating film from which gasification components have been removed by heat treatment, so that the semiconductor device is made of an aluminum film having good step coverage, as will be described in detail in a degassing step of a later manufacturing method. It has a contact portion.

【０００８】さらに、後に述べる製造方法の冷却工程で
ウエハが所定の条件で冷却されることで、前記層間絶縁
膜と前記アルミニウム膜との境界領域に、前記ウェッテ
ング層を構成する物質、ケイ素および酸素を含むアモル
ファス層が形成される。このような構造は、ガス化成分
が十分に除去されて形成される。その結果、ビアホール
内のアルミニウム膜とこのアルミニウム膜より下の金属
配線層とは、強固に密着して形成される。したがって、
ビアホール内のアルミニウム膜と、前記金属配線層と
は、低くて安定した接触抵抗で接続される。Further, by cooling the wafer under a predetermined condition in a cooling step of a manufacturing method described later, a material constituting the wetting layer, silicon and oxygen are formed in a boundary region between the interlayer insulating film and the aluminum film. Is formed. Such a structure is formed when gasification components are sufficiently removed. As a result, the aluminum film in the via hole and the metal wiring layer below this aluminum film are firmly adhered. Therefore,
The aluminum film in the via hole and the metal wiring layer are connected with a low and stable contact resistance.

【０００９】前記境界領域には、さらに、前記ウェッテ
ング層を構成する物質とアルミニウムとの反応層が存在
する。この反応層は、具体的には、前記ウェッテング層
とアルミニウム膜との境界領域に存在する。[0009] In the boundary region, there is further a reaction layer between the material constituting the wetting layer and aluminum. This reaction layer is specifically present in a boundary region between the wetting layer and the aluminum film.

【００１０】前記ウェッテング層は、チタンまたはジル
コニウムからなることが望ましく、特にチタンからなる
ことが望ましい。[0010] The wetting layer is preferably made of titanium or zirconium, particularly preferably titanium.

【００１１】前記ウェッテング層がチタンからなる場合
には、前記アモルファス層は、チタン、ケイ素および酸
素を含む。また、この場合、前記反応層は、Ａｌ₃Ｔｉ
とＡｌＴｉとの混合反応層である。When the wetting layer is made of titanium, the amorphous layer contains titanium, silicon and oxygen. In this case, the reaction layer is made of Al ₃ Ti
And a mixed reaction layer of AlTi.

【００１２】さらに、本発明におけるビアホールは、異
方性のドライエッチングによって形成されたものの他
に、等方性のウエットエッチングと異方性のドライエッ
チングとを組み合わせてビアホールの上端部を適度にテ
ーパ状に形成させたものであってもよい。例えば、この
タイプのビアホールであって、下部の異方性のドライエ
ッチングによって形成された部分の口径が０．５〜０．
８μｍで、アスペクト比が０．５〜３の場合には、第２
のアルミニウム膜を３００〜３５０℃で成膜できるた
め、高温仕様でない一般的なスパッタ装置を使用できる
ので、実用上きわめて有用である。Further, in addition to the via hole formed by anisotropic dry etching, the upper end of the via hole is appropriately tapered by combining isotropic wet etching and anisotropic dry etching. It may be formed in a shape. For example, in a via hole of this type, the diameter of a portion formed by anisotropic dry etching of the lower portion is 0.5 to 0.5 mm.
8 μm and the aspect ratio is 0.5 to 3, the second
Can be formed at a temperature of 300 to 350 ° C., so that a general sputtering apparatus which does not have a high temperature specification can be used, which is extremely useful in practical use.

【００１３】本発明の半導体装置は、以下の製造方法で
作成できる。この製造方法は、素子を含む半導体基板お
よび多層の配線領域を有する半導体装置の製造方法であ
って、第２層以上の配線領域の少なくとも１層は、以下
の工程（ａ）ないし（ｆ）を含むことができる。 （ａ）基体の上に形成された層間絶縁膜にビアホールを
形成する工程、（ｂ）減圧下において、３００〜５５０
℃の基板温度で熱処理することにより、前記層間絶縁膜
に含まれるガス化成分を除去する脱ガス工程、（ｃ）前
記層間絶縁膜および前記ビアホールの表面にウェッテン
グ層を形成する工程、（ｄ）基板温度を１００℃以下に
冷却する工程、（ｅ）前記ウェッテング層の上に、２０
０℃以下の温度で、アルミニウムあるいはアルミニウム
を主成分とする合金からなる第１のアルミニウム膜を形
成する工程、および、（ｆ）前記第１のアルミニウム膜
の上に、３００℃以上の温度で、アルミニウムあるいは
アルミニウムを主成分とする合金からなる第２のアルミ
ニウム膜を形成する工程。The semiconductor device of the present invention can be manufactured by the following manufacturing method. This manufacturing method is a method of manufacturing a semiconductor device having a semiconductor substrate including an element and a multilayer wiring region, wherein at least one of the second and higher wiring regions includes the following steps (a) to (f). Can be included. (A) a step of forming a via hole in an interlayer insulating film formed on a substrate, and (b) a step of forming a via hole under reduced pressure by 300 to 550.
A degassing step of removing a gasification component contained in the interlayer insulating film by performing a heat treatment at a substrate temperature of ° C., (c) forming a wetting layer on the surface of the interlayer insulating film and the via hole, and (d). (E) cooling the substrate temperature to 100 ° C. or less;
Forming a first aluminum film made of aluminum or an alloy containing aluminum at a temperature of 0 ° C. or less, and (f) forming a first aluminum film on the first aluminum film at a temperature of 300 ° C. or more, Forming a second aluminum film made of aluminum or an alloy containing aluminum as a main component;

【００１４】この半導体装置の製造方法における特徴の
ひとつは、工程（ｂ）において特定の条件下で前記層間
絶縁膜に含まれるガス化成分を除去する工程（脱ガス工
程）を含むことにある。この脱ガス工程を経ることによ
り、後の工程、例えば、３００℃以上の高温条件下で行
われる第２のアルミニウム膜の形成工程などにおいて、
層間絶縁膜に含まれる水、窒素、水素あるいは酸素など
のガスの発生を抑制することができる。ここで、層間絶
縁膜は特に限定されるものではないが、例えば、シラン
化合物としてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用い
た化学気相成長（ＣＶＤ）膜、ＴＥＯＳのＣＶＤ膜，Ｓ
ＯＧ膜およびＴＥＯＳのＣＶＤ膜を積層した多層膜、シ
リコン化合物と過酸化水素の重縮合反応によって得られ
るシリコン酸化膜などを例示できる。One of the features of this method of manufacturing a semiconductor device is that the step (b) includes a step of removing gasification components contained in the interlayer insulating film under specific conditions (degassing step). Through this degassing step, in a subsequent step, for example, a step of forming a second aluminum film performed under a high temperature condition of 300 ° C. or higher,
Generation of a gas such as water, nitrogen, hydrogen, or oxygen contained in the interlayer insulating film can be suppressed. Here, the interlayer insulating film is not particularly limited. For example, a chemical vapor deposition (CVD) film using tetraethoxysilane (TEOS) as a silane compound, a CVD film of TEOS,
Examples include a multilayer film in which an OG film and a TEOS CVD film are stacked, a silicon oxide film obtained by a polycondensation reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide, and the like.

【００１５】本願発明者らによれば、このような層間絶
縁膜から発生するガスは、ウェッテング層に吸収され、
かつビアホール内のアルミニウム膜には吸収されないこ
とが確認されている。従って、工程（ｂ）により層間絶
縁膜に含まれるガス化成分をアルミニウム膜の成膜前に
予め除去することにより、このようなガスがウェッテン
グ層と第１のアルミニウム膜との間に存在することによ
る、ウェッテング層の濡れ性の低下やボイドの発生を確
実に抑制することができる。その結果、ビアホール内に
カバレッジが良好で低抵抗のアルミニウム膜からなるコ
ンタクト部を形成することができる。According to the present inventors, gas generated from such an interlayer insulating film is absorbed by the wetting layer,
Further, it is confirmed that the aluminum film in the via hole does not absorb light. Therefore, such a gas is present between the wetting layer and the first aluminum film by removing in advance the gasification component contained in the interlayer insulating film before the formation of the aluminum film in the step (b). Accordingly, it is possible to reliably suppress a decrease in the wettability of the wetting layer and the generation of voids. As a result, a contact portion made of an aluminum film having good coverage and low resistance can be formed in the via hole.

【００１６】ここにおいて、「ガス化成分」とは、減圧
下において、基板温度が３００℃以上の時に、堆積層、
すなわち層間絶縁膜あるいはウェッテング層から発生す
る水、水素、酸素あるいは窒素などのガス成分をいう。
また、「減圧下」とは、好ましくは２．６Ｐａ以下、よ
り好ましくは１．３Ｐａ以下の気圧をいう。Here, the “gasification component” means that when the substrate temperature is 300 ° C. or more under reduced pressure,
That is, it refers to a gas component such as water, hydrogen, oxygen, or nitrogen generated from the interlayer insulating film or the wetting layer.
Further, "under reduced pressure" refers to an air pressure of preferably 2.6 Pa or less, more preferably 1.3 Pa or less.

【００１７】また、本発明においては、前記工程（ｄ）
において、基板温度を１００℃以下、好ましくは常温〜
５０℃に冷却する。この工程（ｄ）で基板温度を冷却す
ることにより、第１のアルミニウム膜を成膜する前に基
板温度を十分に下げることができる。前記工程（ｂ）の
脱ガス工程で基板温度を３００℃以上の高温にするた
め、この工程（ｄ）で基板温度を確実に低下させること
により、以後の工程（ｅ）での温度調節を確実に行うこ
とができる。また、この工程を経ることにより、第１の
アルミニウム膜を成膜する際に、層間絶縁膜およびウエ
ッティング層、さらにウエハ全面から放出されるガス量
を極力少なくすることができる。その結果、ウエッティ
ング層と第１のアルミニウム膜との界面に吸着する、カ
バレッジ性や密着性に有害なガスの影響を防ぐことがで
きる。Also, in the present invention, the step (d)
, The substrate temperature is 100 ° C. or less, preferably room temperature to
Cool to 50 ° C. By cooling the substrate temperature in this step (d), it is possible to sufficiently lower the substrate temperature before forming the first aluminum film. In order to raise the substrate temperature to 300 ° C. or more in the degassing step of the step (b), the temperature of the substrate is surely lowered in the step (d), so that the temperature adjustment in the subsequent step (e) is ensured. Can be done. Further, by performing this step, when forming the first aluminum film, the amount of gas released from the interlayer insulating film, the wetting layer, and the entire surface of the wafer can be reduced as much as possible. As a result, it is possible to prevent the gas adsorbed at the interface between the wetting layer and the first aluminum film from being harmful to the coverage and adhesion.

【００１８】そして、前記工程（ｅ）において、前記ウ
ェッテング層の上に、２００℃以下、好ましくは３０〜
１００℃の温度で、第１のアルミニウム膜を形成するこ
とにより、前記層間絶縁膜およびウェッテング層に含ま
れるガス化成分をガス化させることを抑制でき、ウェッ
テング層から外部に発生するガスによるウェッテング層
の濡れ性の低下を防止することができる。その結果、第
１のアルミニウム膜をウェッテング層に対して良好に密
着させることができ、ステップカバレッジの良い成膜が
可能である。In the step (e), a temperature of 200 ° C. or less, preferably 30 ° C. or less, is formed on the wetting layer.
By forming the first aluminum film at a temperature of 100 ° C., the gasification components contained in the interlayer insulating film and the wetting layer can be suppressed from being gasified, and the wetting layer formed by the gas generated from the wetting layer to the outside can be suppressed. Can be prevented from lowering. As a result, the first aluminum film can be satisfactorily adhered to the wetting layer, and a film with good step coverage can be formed.

【００１９】そして、この第１のアルミニウム膜がある
ことにより、基板の温度が上がったとしても、第１のア
ルミニウム膜より下層の層間絶縁膜およびウェッテング
層からのガスの発生を抑制することができるため、第２
のアルミニウム膜の成膜工程（ｆ）において、比較的高
い温度、すなわちアルミニウムあるいはアルミニウム合
金が流動拡散できる程度の高い温度、具体的には３００
℃以上、好ましくは３５０〜４５０℃で第２のアルミニ
ウム膜を形成することができる。The presence of the first aluminum film makes it possible to suppress generation of gas from the interlayer insulating film and the wetting layer below the first aluminum film even when the temperature of the substrate rises. Because the second
In the step (f) of forming an aluminum film, a relatively high temperature, that is, a high temperature at which aluminum or an aluminum alloy can flow and diffuse, specifically 300
The second aluminum film can be formed at a temperature higher than or equal to ° C, preferably 350 to 450 ° C.

【００２０】このように、工程（ｅ）において比較的低
温の温度で第１のアルミニウム膜を形成する工程、およ
び工程（ｆ）において比較的高い温度で第２のアルミニ
ウム膜を形成することにより、ボイドの発生がなく良好
なステップカバレッジのビアホールへの埋め込みが可能
となる。さらに、本発明の製造方法は、０．６μｍ以下
のビアホールに適用できることが確認されている。Thus, by forming the first aluminum film at a relatively low temperature in the step (e) and forming the second aluminum film at a relatively high temperature in the step (f), It is possible to embed good step coverage into the via hole without generating voids. Furthermore, it has been confirmed that the manufacturing method of the present invention can be applied to via holes of 0.6 μm or less.

【００２１】前記工程（ｅ）および（ｆ）におけるアル
ミニウム膜の成膜は、スパッタ法が望ましく、さらに第
１のアルミニウム膜および第２のアルミニウム膜は同一
チャンバ内で連続的に行われることが望ましい。このよ
うにアルミニウム膜の成膜を同一チャンバ内で連続的に
行うことにより、基板温度のコントロールが容易である
と共に、雰囲気の制御なども正確にすることができ、第
１のアルミニウム膜の表面に酸化膜が形成されるなどの
不都合を回避することができる。そして、基板温度は、
基板が載置されるステージの温度を制御することにより
設定される。The formation of the aluminum film in the steps (e) and (f) is preferably performed by a sputtering method, and the first aluminum film and the second aluminum film are preferably formed continuously in the same chamber. . By continuously forming the aluminum film in the same chamber as described above, the control of the substrate temperature is easy and the control of the atmosphere and the like can be performed accurately. Inconvenience such as formation of an oxide film can be avoided. And the substrate temperature is
It is set by controlling the temperature of the stage on which the substrate is placed.

【００２２】また、前記工程（ｄ）、（ｅ）および
（ｆ）は、減圧状態が保たれている複数のチャンバを有
する同一の装置内で連続的に行われることが好ましい。
これにより、基板の移動、設置の工程の減少が図られ、
その結果、工程の簡便化および基板の汚染を防止するこ
とができる。Further, it is preferable that the steps (d), (e) and (f) are successively performed in the same apparatus having a plurality of chambers maintained in a reduced pressure state.
As a result, the number of steps for moving and setting the substrate is reduced,
As a result, the process can be simplified and contamination of the substrate can be prevented.

【００２３】[0023]

【発明の実施の形態】図１（Ａ）〜（Ｃ）および図２
（Ａ），（Ｂ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法
および半導体装置の一実施の形態を説明するための概略
断面図である。図１（Ａ）〜（Ｃ）は第１層の配線領域
Ｌ１を、図２（Ａ），（Ｂ）は第２層の配線領域Ｌ２を
製造するための工程を示す。1 (A) to 1 (C) and FIG.
1A and 1B are schematic cross-sectional views for explaining a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 1A to 1C show steps for manufacturing a first-layer wiring area L1, and FIGS. 2A and 2B show steps for manufacturing a second-layer wiring area L2.

【００２４】以下に、半導体装置の製造方法の一例を示
す。An example of a method for manufacturing a semiconductor device will be described below.

【００２５】（Ａ）図１（Ａ）に示す工程について説明
する。(A) The step shown in FIG. 1A will be described.

【００２６】（素子の形成）まず、一般的に用いられる
方法によって、シリコン基板１１にＭＯＳ素子が形成さ
れる。具体的には、例えば、シリコン基板１１上に選択
酸化によってフィールド絶縁膜１２が形成され、アクテ
ィブ領域にゲート酸化膜１３が形成される。チャネル注
入により、しきい値電圧を調整した後、ＳｉＨ₄を熱分
解して成長させたポリシリコン膜の上にタングステンシ
リサイドがスパッタされ、さらにシリコン酸化膜１８を
積層し所定パターンにエッチングすることにより、ゲー
ト電極１４が形成される。このとき、必要に応じて、フ
ィールド絶縁膜１２上にポリシリコン膜およびタングス
テンシリサイド膜からなる配線層３７が形成される。(Formation of Element) First, a MOS element is formed on the silicon substrate 11 by a generally used method. Specifically, for example, a field insulating film 12 is formed on a silicon substrate 11 by selective oxidation, and a gate oxide film 13 is formed in an active region. After adjusting the threshold voltage by channel injection, tungsten silicide is sputtered on the polysilicon film grown by thermally decomposing SiH ₄ , and a silicon oxide film 18 is further laminated and etched into a predetermined pattern. , A gate electrode 14 is formed. At this time, a wiring layer 37 made of a polysilicon film and a tungsten silicide film is formed on the field insulating film 12 as needed.

【００２７】次いで、リンをイオン注入することにより
ソース領域あるいはドレイン領域の低濃度不純物層１５
が形成される。次いで、ゲート電極１４のサイドにシリ
コン酸化膜からなる側壁スペーサ１７が形成された後、
ヒ素をイオン注入し、ハロゲンランプを用いたアニール
処理によって不純物の活性化を行うことにより、ソース
領域あるいはドレイン領域の高濃度不純物層１６が形成
される。Then, the low concentration impurity layer 15 in the source region or the drain region is implanted by ion implantation of phosphorus.
Is formed. Next, after a sidewall spacer 17 made of a silicon oxide film is formed on the side of the gate electrode 14,
Arsenic is ion-implanted, and impurities are activated by annealing using a halogen lamp, whereby the high-concentration impurity layer 16 in the source region or the drain region is formed.

【００２８】次に、１００ｎｍ以下の気相成長シリコン
酸化膜を成長させ、ＨＦとＮＨ₄Ｆの混合水溶液で選択
的にエッチングすることにより、所定のシリコン基板領
域を露出させる。続いて、例えばチタンを３０〜１００
ｎｍ程度の膜厚でスパッタし、酸素を５０ｐｐｍ以下に
制御した窒素雰囲気中において６５０〜７５０℃の温度
で数秒〜６０秒程度の瞬間アニールを行うことにより、
開口したシリコン基板表面にチタンのモノシリサイド層
が、シリコン酸化膜１８上にはチタンリッチのＴｉＮ層
が形成される。次いで、ＮＨ₄ＯＨとＨ₂Ｏ₂の混合水溶
液中に浸漬すると、前記ＴｉＮ層はエッチング除去され
てシリコン基板表面のみにチタンのモノシリサイド層が
残る。さらに、７５０〜８５０℃のランプアニールを行
って、前記モノシリサイド層をダイシリサイド化させ
て、高濃度不純物層１６の表面に自己整合的にチタンシ
リサイド層１９が形成される。Next, a silicon oxide film having a thickness of 100 nm or less is grown and selectively etched with a mixed aqueous solution of HF and NH ₄ F to expose a predetermined silicon substrate region. Then, for example, 30 to 100 titanium
Sputtering with a film thickness of about nm and performing instantaneous annealing for about several seconds to about 60 seconds at a temperature of 650 to 750 ° C. in a nitrogen atmosphere in which oxygen is controlled to 50 ppm or less,
A monosilicide layer of titanium is formed on the surface of the opened silicon substrate, and a titanium-rich TiN layer is formed on the silicon oxide film 18. Next, when the substrate is immersed in a mixed aqueous solution of NH ₄ OH and H ₂ O ₂ , the TiN layer is removed by etching, leaving a monosilicide layer of titanium only on the surface of the silicon substrate. Further, lamp annealing at 750 to 850 ° C. is performed to convert the monosilicide layer into a disilicide, and a titanium silicide layer 19 is formed on the surface of the high-concentration impurity layer 16 in a self-aligned manner.

【００２９】なお、ゲート電極１４をポリシリコンのみ
で形成して選択エッチングで露出させた場合には、ゲー
ト電極とソース，ドレイン領域の両者が側壁スペーサで
分離されたチタンサリサイド構造になる。When the gate electrode 14 is formed only of polysilicon and is exposed by selective etching, a titanium salicide structure in which both the gate electrode and the source and drain regions are separated by a sidewall spacer.

【００３０】（Ｂ）次に、図１（Ｂ）に示す工程につい
て説明する。(B) Next, the step shown in FIG. 1B will be described.

【００３１】（第１の層間絶縁膜の形成）第１の層間絶
縁膜Ｉ１として、まず、テトラエトキシラン（ＴＥＯ
Ｓ）と酸素とをプラズマ反応させることにより、膜厚１
００〜２００ｎｍのシリコン酸化膜２０が形成される。
このシリコン酸化膜２０は、シリサイド層１９の酸化や
カスピングもなく、ＳｉＨ₄から成長させた膜より絶縁
性も高くフッ化水素の水溶液に対するエッチング速度も
遅く、緻密な膜となる。(Formation of First Interlayer Insulating Film) First, tetraethoxysilane (TEO) is used as the first interlayer insulating film I1.
By causing a plasma reaction between S) and oxygen, a film thickness of 1
A silicon oxide film 20 having a thickness of 00 to 200 nm is formed.
This silicon oxide film 20 is a dense film having no oxidation or caspging of the silicide layer 19, having a higher insulating property than a film grown from SiH ₄ , and having a lower etching rate with respect to an aqueous solution of hydrogen fluoride.

【００３２】ここでは、チタンシリサイド層１９上に直
接シリコン酸化膜を形成させるが、このときの成膜温度
が高いと成膜初期に酸化性ガスとチタンシリサイドとが
簡単に反応してクラックや剥離を生じ易いため、処理温
度は好ましくは６００℃以下、より好ましくは２５０〜
４００℃で行うことが望ましい。そして、シリコン酸化
膜がチタンシリサイド層１９上に１００ｎｍ程度の膜厚
で前述した比較的低温で形成された後は、水蒸気以外の
酸化雰囲気にさらされるアニールや気相酸化処理であれ
ば、温度を９００℃位まで上げても問題とならない。Here, a silicon oxide film is formed directly on the titanium silicide layer 19, but if the film formation temperature is high at this time, the oxidizing gas and titanium silicide easily react with each other at the initial stage of film formation to cause cracking or peeling. The processing temperature is preferably 600 ° C. or lower, more preferably 250 to
It is desirable to carry out at 400 ° C. After the silicon oxide film is formed on the titanium silicide layer 19 with a thickness of about 100 nm at the above-mentioned relatively low temperature, if the annealing or the gas phase oxidation treatment is performed by exposing to an oxidizing atmosphere other than water vapor, the temperature is reduced. There is no problem even if the temperature is raised to about 900 ° C.

【００３３】次に、第１の層間絶縁膜Ｉ１として、前記
シリコン酸化膜２０上に、ＳｉＨ₄あるいはＴＥＯＳな
どのシラン化合物と、酸素やオゾン等と、リンおよびホ
ウ素とを含むガスを気相反応させることにより、膜厚数
百ｎｍ〜１μｍ位のＢＰＳＧ膜３０が形成される。その
後、窒素雰囲気中で８００〜９００℃のアニールを行
い、高温フローによる平坦化を行う。なお、ＢＰＳＧ膜
３０の高温フローを行う代わりに、一般的に用いられる
ＳＯＧ膜を用いて平坦化を行うこともできる。Next, as a first interlayer insulating film I1, a gas containing a silane compound such as SiH ₄ or TEOS, a gas containing oxygen, ozone, and phosphorus and boron is formed on the silicon oxide film 20 by a gas phase reaction. As a result, the BPSG film 30 having a thickness of several hundred nm to about 1 μm is formed. Thereafter, annealing is performed at 800 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere, and flattening is performed by a high temperature flow. Instead of performing the high-temperature flow of the BPSG film 30, it is also possible to perform planarization using a commonly used SOG film.

【００３４】（コンタクトホールの形成）次いで、ＣＨ
Ｆ₃とＣＦ₄とを主ガスとした反応性イオンエッチャーで
層間絶縁膜を構成するＢＰＳＧ膜３０およびシリコン酸
化膜２０を選択的に異方性エッチングすることにより、
口径が０．２〜０．５μｍのコンタクトホール３２が形
成される。(Formation of Contact Hole) Next, CH
By selectively anisotropically etching the BPSG film 30 and the silicon oxide film 20 constituting the interlayer insulating film with a reactive ion etcher using F ₃ and CF ₄ as main gases,
A contact hole 32 having a diameter of 0.2 to 0.5 μm is formed.

【００３５】（Ｃ）次に、図１（Ｃ）に示す工程につい
て説明する。(C) Next, the step shown in FIG. 1C will be described.

【００３６】（脱ガス処理）まず、本発明が特徴とする
脱ガス工程を含む熱処理ついて説明する。(Degassing Treatment) First, a heat treatment including a degassing step which is a feature of the present invention will be described.

【００３７】ランプチャンバで、１×１０^-4Ｐａ以下の
ベース圧力、１５０〜２５０℃の温度で３０〜６０秒間
のランプ加熱（熱処理Ａ）を施す。次いで、別のチャン
バで０．１〜１．０Ｐａの圧力でアルゴンガスを導入
し、３００〜５５０℃の温度で、３０〜１２０秒間の熱
処理（脱ガス工程；熱処理Ｂ）を行うことによって、脱
ガス処理を行う。In the lamp chamber, lamp heating (heat treatment A) is performed at a base pressure of 1 × 10 ⁻⁴ Pa or less and a temperature of 150 to 250 ° C. for 30 to 60 seconds. Then, an argon gas is introduced into another chamber at a pressure of 0.1 to 1.0 Pa, and a heat treatment (a degassing process; heat treatment B) is performed at a temperature of 300 to 550 ° C. for 30 to 120 seconds. Perform gas treatment.

【００３８】この工程においては、まず、熱処理Ａにお
いて、主として、ウエハの裏面および側面を含むウエハ
全体を加熱処理することにより、ウエハに付着している
水分などを除去できる。In this step, first, in the heat treatment A, the entire wafer, including the back surface and side surfaces of the wafer, is subjected to a heat treatment, whereby moisture or the like adhering to the wafer can be removed.

【００３９】さらに、熱処理Ｂにおいて、主として、第
１の層間絶縁膜Ｉ１を構成するＢＰＳＧ膜３０中のガス
化成分（Ｏ，Ｈ，Ｈ₂Ｏ，Ｎ）を除去することができ
る。その結果、次工程のバリア層およびアルミニウム膜
の形成時に、ＢＰＳＧ膜からのガス化成分の発生が防止
できる。Further, in the heat treatment B, gasification components (O, H, H ₂ O, N) in the BPSG film 30 constituting the first interlayer insulating film I1 can be mainly removed. As a result, at the time of forming the barrier layer and the aluminum film in the next step, generation of gasification components from the BPSG film can be prevented.

【００４０】本実施の形態においては、バリア層３３
は、バリア機能を有するバリア膜と、導電膜とからなる
多層膜によって構成される。導電膜は、高抵抗のバリア
膜とシリコン基板に形成された不純物拡散層、つまりソ
ース領域あるいはドレイン領域との導電性を高めるため
に、バリア膜と不純物拡散層との間に形成される。バリ
ア膜としては、一般的な物質、例えばチタン，コバルト
などのナイトライドを好ましく用いることができる。ま
た、導電膜としては、チタン，コバルトなどの高融点金
属を用いることができる。これらのチタンおよびコバル
トは基板を構成するシリコンと反応してシリサイドとな
る。In the present embodiment, the barrier layer 33
Is composed of a multilayer film including a barrier film having a barrier function and a conductive film. The conductive film is formed between the barrier film and the impurity diffusion layer in order to increase the conductivity between the high resistance barrier film and the impurity diffusion layer formed on the silicon substrate, that is, the source region or the drain region. As the barrier film, a general substance, for example, a nitride such as titanium or cobalt can be preferably used. Further, as the conductive film, a high melting point metal such as titanium or cobalt can be used. These titanium and cobalt react with silicon constituting the substrate to form silicide.

【００４１】バリア層、例えばＴｉＮ膜／Ｔｉ膜は数十
原子％のガス化成分（Ｏ，Ｈ，Ｈ₂Ｏ，Ｎ）を固溶する
ことから、これらの膜を形成する前に、層間絶縁膜Ｉ１
のＢＰＳＧ膜３０中のガス化成分を除去することが、コ
ンタクトホール内でのアルミニウム膜の成膜を良好に行
う上で、極めて有効である。バリア層の下位のＢＰＳＧ
膜中のガス化成分を十分に除去しておかないと、バリア
層の形成時の温度（通常、３００℃以上）で、ＢＰＳＧ
膜中のガス化成分が放出され、このガスがバリア層中に
取り込まれる。さらに、このガスがアルミニウム膜の成
膜時にバリア層から離脱してバリア層とアルミニウム膜
との界面に出てくるため、アルミニウム膜の密着性や流
動性に悪影響を与える。Since a barrier layer, for example, a TiN film / Ti film dissolves several tens of atomic% of gasification components (O, H, H ₂ O, N), an interlayer insulating film is formed before these films are formed. Membrane I1
It is extremely effective to remove the gasification component in the BPSG film 30 in order to form the aluminum film in the contact hole satisfactorily. BPSG below the barrier layer
If gasification components in the film are not sufficiently removed, BPSG may not be obtained at the temperature (usually 300 ° C. or higher) at the time of forming the barrier layer.
Gasification components in the film are released, and this gas is taken into the barrier layer. Further, since this gas is separated from the barrier layer and comes out at the interface between the barrier layer and the aluminum film during the formation of the aluminum film, the gas adversely affects the adhesion and the fluidity of the aluminum film.

【００４２】（バリア層の成膜）スパッタ法により、バ
リア層３３を構成する導電膜として、チタン膜を２０〜
７０ｎｍの膜厚で形成し、次いで、別のチャンバで、バ
リア膜としてＴｉＮ膜を３０〜１５０ｎｍの膜厚で形成
する。スパッタの温度は、膜厚に応じて、２００〜４５
０℃の範囲で選択される。(Formation of Barrier Layer) As a conductive film constituting the barrier layer 33, a titanium film having a thickness of 20 to
Next, a TiN film is formed in a thickness of 30 to 150 nm as a barrier film in another chamber. The temperature of the sputtering is 200 to 45 depending on the film thickness.
It is selected in the range of 0 ° C.

【００４３】次に、１０〜１００Ｐａの圧力で酸素プラ
ズマ中に１０〜１００秒間さらし、４５０〜７００℃の
窒素または水素雰囲気中で１０〜６０分間にわたってア
ニール処理することにより、バリア層中に酸化チタンを
島状に形成することができる。この処理によりバリア層
のバリア性を向上させることができることを確認してい
る。Next, the barrier layer is exposed to oxygen plasma at a pressure of 10 to 100 Pa for 10 to 100 seconds, and annealed in a nitrogen or hydrogen atmosphere at 450 to 700 ° C. for 10 to 60 minutes to form titanium oxide in the barrier layer. Can be formed in an island shape. It has been confirmed that the barrier property of the barrier layer can be improved by this treatment.

【００４４】また、このアニール処理は、少なくとも数
百ｐｐｍ〜数％の酸素を含むランプアニール炉における
４００〜８００℃の熱処理によっても行うことができ、
同様にバリア層のバリア性を向上させることができる。This annealing treatment can also be performed by a heat treatment at 400 to 800 ° C. in a lamp annealing furnace containing at least several hundred ppm to several percent of oxygen.
Similarly, the barrier properties of the barrier layer can be improved.

【００４５】（アルミニウム膜の成膜前の熱処理）ま
ず、ウエハの冷却を行う前に、ランプチャンバ内におい
て、１×１０^-4Ｐａ以下のベース圧力、１５０〜２５０
℃の温度で３０〜６０秒間の熱処理（熱処理Ｃ）を行
い、基板に付着した水などの物質を除去する。(Heat Treatment Before Forming Aluminum Film) First, before cooling the wafer, a base pressure of 1 × 10 ⁻⁴ Pa or less, 150 to 250 mm is set in the lamp chamber.
A heat treatment (heat treatment C) is performed at a temperature of ° C. for 30 to 60 seconds to remove substances such as water attached to the substrate.

【００４６】（ウエハの冷却）アルミニウム膜を成膜す
る前に、基板温度を１００℃以下、好ましくは常温〜５
０℃の温度に下げる。この冷却工程は、上記熱処理によ
り上昇した基板温度を下げるために重要なものである。(Cooling of Wafer) Before forming the aluminum film, the substrate temperature is set to 100 ° C. or less,
Reduce temperature to 0 ° C. This cooling step is important for lowering the substrate temperature raised by the heat treatment.

【００４７】このように、ウエハの冷却を行うことによ
り、第１のアルミニウム膜を成膜する際に、ＢＰＳＧ膜
３０およびバリア層３３、さらにウエハ全面から放出さ
れるガス量を極力少なくすることができる。その結果、
バリア層３３と第１のアルミニウム膜３４との界面に吸
着する、カバレッジ性や密着性に有害なガスの影響を防
ぐことができる。As described above, by cooling the wafer, it is possible to minimize the amount of gas released from the BPSG film 30 and the barrier layer 33 and from the entire surface of the wafer when the first aluminum film is formed. it can. as a result,
It is possible to prevent the influence of a gas harmful to the coverage and adhesion, which is adsorbed on the interface between the barrier layer 33 and the first aluminum film 34.

【００４８】この冷却工程は、アルミニウム膜を成膜す
るための同一の構成のチャンバを複数有するスパッタ装
置を兼用して行われることが望ましい。例えばスパッタ
装置内における水冷機能を有するステージ上に基板を載
置して該基板温度を所定温度まで下げることが望まし
い。以下に、この冷却工程について詳述する。This cooling step is desirably performed using a sputtering apparatus having a plurality of chambers having the same configuration for forming an aluminum film. For example, it is desirable to place a substrate on a stage having a water-cooling function in a sputtering apparatus and lower the substrate temperature to a predetermined temperature. Hereinafter, this cooling step will be described in detail.

【００４９】図３（ａ）は、水冷機能を有するステージ
を含むスパッタ装置の一例の模式図を、図３（ｂ）は、
ステージの一例の平面図を示す。FIG. 3A is a schematic view of an example of a sputtering apparatus including a stage having a water cooling function, and FIG.
FIG. 2 shows a plan view of an example of a stage.

【００５０】このスパッタ装置は、同一の構成のチャン
バ５０を複数備えたものである。チャンバ５０内に、電
極をかねるターゲット５１およびステージをかねる電極
５２を有し、電極５２上には冷却される基板（ウエハ）
Ｗが設置されるように構成されている。チャンバ５０に
は、チャンバ内を真空にするための排気手段６０および
アルミニウムをスパッタリングする際にガスをチャンバ
内に供給する第１のガス供給路５３が設けられている。
電極５２は、ウエハＷを電極５２上に載置した際に、電
極５２とウエハＷとの間に所定の空間が生じるように、
具体的には図３（ｂ）のように、電極５２の上面の外周
部分に沿って、突起状の支持部５２ａが設けられてい
る。さらに、電極５２には、第２のガス供給路５４が接
続され、熱伝導媒体としてのガス、たとえばアルゴンガ
スは、第２のガス供給路５４から、電極５２とウエハＷ
との間の空間に供給される。また、電極５２は、ウエハ
Ｗを冷却するための冷却システムの役割も兼務してい
る。電極５２は、冷媒供給路５６から供給される冷媒、
たとえば水の還流により一定温度に調節される。電極５
２の上面は、たとえば図３（ｂ）に示すように、前記空
間に均一にガスを供給させるため、所定のパターンで溝
５８が形成され、溝が交差する部分に第２のガス供給路
の吹き出し口５４ａが設けられている。This sputtering apparatus has a plurality of chambers 50 having the same configuration. In the chamber 50, a target 51 serving as an electrode and an electrode 52 serving as a stage are provided, and a substrate (wafer) to be cooled is provided on the electrode 52.
W is installed. The chamber 50 is provided with an exhaust unit 60 for evacuating the chamber and a first gas supply path 53 for supplying a gas into the chamber when aluminum is sputtered.
The electrode 52 is configured such that when the wafer W is placed on the electrode 52, a predetermined space is generated between the electrode 52 and the wafer W.
Specifically, as shown in FIG. 3B, a protruding support portion 52a is provided along the outer peripheral portion of the upper surface of the electrode 52. Further, a second gas supply path 54 is connected to the electrode 52, and a gas as a heat conduction medium, for example, an argon gas is supplied from the second gas supply path 54 to the electrode 52 and the wafer W.
Is supplied to the space between. The electrode 52 also serves as a cooling system for cooling the wafer W. The electrode 52 is provided with a refrigerant supplied from a refrigerant supply path 56,
For example, it is adjusted to a constant temperature by refluxing water. Electrode 5
For example, as shown in FIG. 3B, a groove 58 is formed in a predetermined pattern on the upper surface of the second gas supply space so as to uniformly supply the gas to the space, and a second gas supply path is formed at the intersection of the grooves. An outlet 54a is provided.

【００５１】上記のスパッタ装置は以下のように動作し
て、ウエハを冷却する。The above-described sputtering apparatus operates as follows to cool the wafer.

【００５２】チャンバ内を排気手段６０により６×１０
^-6Ｐａ以下の真空にした状態において、電極５２の支持
部５２ａ上にウエハＷを載置する。電極５２とウエハＷ
間の熱伝導媒体としての役割を果たすガスを、第２のガ
ス供給路５４から、電極５２とウエハＷとの間の空間に
導入し、該空間の圧力を６００〜１０００Ｐａに保ち、
かつ、該空間からチャンバ内に漏出したガスを排気手段
６０で排気しながら、ウエハＷを冷却する。The inside of the chamber is evacuated by 6 × 10
^The wafer W is placed on the support 52a of the electrode 52 in a state where the vacuum is set to ^-6 Pa or less. Electrode 52 and wafer W
A gas serving as a heat transfer medium between the electrodes 52 and the wafer W is introduced from the second gas supply path 54 into the space between the electrode 52 and the wafer W, and the pressure in the space is maintained at 600 to 1000 Pa;
Further, the wafer W is cooled while the gas leaked from the space into the chamber is exhausted by the exhaust unit 60.

【００５３】ウエハＷを冷却をする際、冷却効率を保つ
ために電極５２とウエハＷとの間の空間に、ある程度の
圧力が必要である。つまり、ウエハＷの冷却効率を高め
るためには、電極５２とウエハＷとの間の熱コンダクタ
ンスを向上させる必要があり、この向上のためには、電
極５２とウエハＷとの間の空間のガス（熱伝導媒体）の
圧力を高める必要がある。When cooling the wafer W, a certain pressure is required in the space between the electrode 52 and the wafer W to maintain the cooling efficiency. That is, in order to increase the cooling efficiency of the wafer W, it is necessary to improve the thermal conductance between the electrode 52 and the wafer W. In order to improve this, the gas in the space between the electrode 52 and the wafer W is required. It is necessary to increase the pressure of the (heat transfer medium).

【００５４】基板の冷却方法として、真空チャンバにお
いて、チャンバ内の冷却機構を有するステージ上に基板
を載置して冷却を行う方法が考えられる。この冷却工程
によると、ステージと基板との間の空間に直接にガスを
供給するのではなく、該空間の圧力をチャンバ内の圧力
に依存させるため、ステージと基板との間の空間の圧力
を高めるためには、チャンバ内の圧力を高める必要があ
る。しかし、冷却効率を高めるために、チャンバ内の圧
力を高めると、それだけチャンバ内のガス分子が増すの
で、ウエハＷの上面がガス分子によって汚染され易くな
るという事態が生じ、それによりアルミニウムのリフロ
ーを害し、ボイドの発生および配線の高抵抗化につなが
ることがある。逆にウエハーの汚染を防止するため、チ
ャンバ内の圧力を低くすると、ウエハーとステージとの
間の空間の圧力も低下し、これによりウエハーとステー
ジとの間の熱コンダクタンスが低下し、その結果、冷却
効率に悪影響が及ぼされることになる。As a method for cooling the substrate, a method in which the substrate is placed on a stage having a cooling mechanism in the chamber and cooled in a vacuum chamber is considered. According to this cooling step, instead of supplying gas directly to the space between the stage and the substrate, the pressure in the space depends on the pressure in the chamber. To increase the pressure, it is necessary to increase the pressure in the chamber. However, if the pressure in the chamber is increased to increase the cooling efficiency, the gas molecules in the chamber increase accordingly, and the upper surface of the wafer W is likely to be contaminated by the gas molecules. This may lead to voids and increase the resistance of the wiring. Conversely, lowering the pressure in the chamber to prevent contamination of the wafer also reduces the pressure in the space between the wafer and the stage, thereby reducing the thermal conductance between the wafer and the stage, The cooling efficiency will be adversely affected.

【００５５】上記した本実施の形態の冷却工程によれ
ば、電極５２とウエハＷの離面との間にガスを流入さ
せ、それにより電極５２とウエハＷとの間の空間の圧力
を確保するため、該空間の圧力は、チャンバ内の圧力か
ら独立して制御できる。このため、基板とステージとの
間の熱伝導媒体の確保の観点から、チャンバ内の圧力
を、前記空間の圧力と独立して、圧力１×１０^-3〜０．
１Ｐａまで抑えることができる。これにより、ガス分子
による基板の上面の汚染を確実に防止することができ、
その結果、アルミニウムのリフロー性の向上および低抵
抗化がもたらされる。さらに、チャンバ内の圧力を高め
ることなく、前記空間の圧力を、６００〜１３００Ｐａ
の範囲に設定することができるために、熱コンダクタン
スが向上し、冷却効率を高めることができる。このよう
に、この冷却工程によれば、ウエハＷと電極５２との間
の空間の圧力を高めつつ、チャンバ内の圧力を下げるこ
とができるので、基板の汚染を防ぎながら、良好な冷却
効率を得ることができる。According to the above-described cooling step of the present embodiment, the gas is caused to flow between the electrode 52 and the separated surface of the wafer W, thereby securing the pressure in the space between the electrode 52 and the wafer W. Therefore, the pressure in the space can be controlled independently of the pressure in the chamber. For this reason, from the viewpoint of securing a heat conduction medium between the substrate and the stage, the pressure in the chamber is controlled independently from the pressure in the space to a pressure of 1 × 10 ^{−3 to} 0.
It can be suppressed to 1 Pa. This can reliably prevent contamination of the upper surface of the substrate by gas molecules,
As a result, the reflow property of aluminum is improved and the resistance is reduced. Furthermore, without increasing the pressure in the chamber, the pressure in the space is increased to 600 to 1300 Pa
, The thermal conductance can be improved, and the cooling efficiency can be increased. As described above, according to this cooling step, the pressure in the chamber can be reduced while increasing the pressure in the space between the wafer W and the electrode 52. Therefore, good cooling efficiency can be achieved while preventing contamination of the substrate. Obtainable.

【００５６】（アルミニウム膜の成膜）まず、２００℃
以下、より好ましくは３０〜１００℃の温度で、０．２
〜１．０重量％の銅を含むアルミニウムを膜厚１５０〜
３００ｎｍでスパッタによって高速度で成膜し、第１の
アルミニウム膜３４が形成される。続いて、同一チャン
バ内で基板温度４２０〜４６０℃に加熱して、同様に銅
を含むアルミニウムをスパッタにより低速度で成膜し、
膜厚３００〜６００ｎｍの第２のアルミニウム膜３５が
形成される。ここで、アルミニウム膜の成膜において、
「高速度」とは、成膜条件や製造されるデバイスの設計
事項によって一概に規定できないが、おおよそ１０ｎｍ
／秒以上のスパッタ速度を意味し、「低速度」とは、お
およそ３ｎｍ／秒以下のスパッタ速度を意味する。(Formation of Aluminum Film) First, at 200 ° C.
Below, more preferably at a temperature of 30 to 100 ° C, 0.2
Aluminum containing 1.0% by weight of copper to a thickness of 150
A first aluminum film 34 is formed by sputtering at a high speed at 300 nm. Subsequently, the substrate was heated to 420 to 460 ° C. in the same chamber, and aluminum containing copper was similarly formed at a low speed by sputtering.
A second aluminum film 35 having a thickness of 300 to 600 nm is formed. Here, in forming the aluminum film,
“High speed” cannot be unconditionally defined by the film formation conditions or the design items of the device to be manufactured, but is approximately 10 nm.
Per second or more, and "low speed" means a sputtering speed of about 3 nm / second or less.

【００５７】アルミニウムのスパッタは、前述のウエハ
の冷却の際に用いられたスパッタ装置内で行われる。こ
のように、真空雰囲気が保たれた同一の装置内で冷却工
程およびアルミニウムの成膜の工程を行うことにより、
基板の移動、設置の工程の減少が図られ、その結果、工
程の簡便化および基板の汚染を防止することができる。The aluminum is sputtered in the sputtering apparatus used for cooling the wafer. As described above, by performing the cooling step and the aluminum film forming step in the same apparatus maintained in a vacuum atmosphere,
The number of steps for moving and setting the substrate can be reduced, and as a result, the steps can be simplified and contamination of the substrate can be prevented.

【００５８】ここで、第１のガス供給路５３および第２
のガス供給路５４からは、いずれもアルゴンガスが供給
される。そして、第２のガス供給路５４から供給される
ガスによって、ウエハＷの温度が制御される。Here, the first gas supply path 53 and the second
Argon gas is supplied from any of the gas supply paths 54. The temperature of the wafer W is controlled by the gas supplied from the second gas supply path 54.

【００５９】このようなスパッタ装置を用いて基板温度
をコントロールした一例を図４に示す。図４において、
横軸は経過時間を示し、縦軸は基板（ウエハ）温度を示
す。また、図４において、符号ａで示すラインはスパッ
タ装置のステージ５２の温度を３５０℃に設定したとき
の基板温度変化を示し、符号ｂで示すラインは第２のガ
ス供給路５４を通して高温のアルゴンガスをチャンバ内
に供給することによってステージ５２の温度を高めてい
ったときの基板温度の変化を示している。FIG. 4 shows an example in which the substrate temperature is controlled by using such a sputtering apparatus. In FIG.
The horizontal axis indicates elapsed time, and the vertical axis indicates substrate (wafer) temperature. In FIG. 4, a line indicated by a represents a change in substrate temperature when the temperature of the stage 52 of the sputtering apparatus is set to 350 ° C., and a line indicated by b represents a high-temperature argon through the second gas supply path 54. This shows a change in the substrate temperature when the temperature of the stage 52 is increased by supplying gas into the chamber.

【００６０】例えば、基板の温度制御は以下のように行
われる。まず、ステージ５２の温度は、予め、第２のア
ルミニウム膜を形成するための温度（３５０〜５００
℃）に設定されている。第１のアルミニウム膜を形成す
る際には、第２のガス供給路５４からのガスの供給はな
く、基板温度はステージ５２による加熱によって、図４
の符号ａで示すように徐々に上昇する。第２のアルミニ
ウム膜を形成する際には、第２のガス供給路５４を介し
て加熱されたガスが供給されることによって図４の符号
ｂで示すように、基板温度は急激に上昇し、所定の温度
で一定になるように制御される。For example, the temperature control of the substrate is performed as follows. First, the temperature of the stage 52 is set in advance to a temperature (350 to 500) for forming the second aluminum film.
° C). When the first aluminum film is formed, no gas is supplied from the second gas supply path 54, and the substrate temperature is controlled by heating by the stage 52 as shown in FIG.
Gradually rises as shown by the symbol a. When the second aluminum film is formed, the heated gas is supplied through the second gas supply path 54, so that the substrate temperature rises sharply, as indicated by reference numeral b in FIG. It is controlled to be constant at a predetermined temperature.

【００６１】図４に示す例では、ステージ温度が３５０
℃に設定され、そして、基板温度が１２５〜１５０℃に
設定されている間に第１のアルミニウム膜３４が成膜さ
れ、その後すぐに第２のアルミニウム膜３５の成膜が行
われる。In the example shown in FIG.
The first aluminum film 34 is formed while the substrate temperature is set at 125 ° C. and the substrate temperature is set at 125 to 150 ° C., and immediately thereafter, the second aluminum film 35 is formed.

【００６２】アルミニウム膜の成膜においては、成膜速
度および基板温度制御とともに、スパッタ装置に印加さ
れるパワーの制御も重要である。つまり、成膜速度とも
関連するが、第１のアルミニウム膜３４の成膜は高いパ
ワーで行われ、第２のアルミニウム膜３５は低いパワー
で行われ、さらに高いパワーから低いパワーに切り換え
る際にパワーをゼロにしないことが重要である。パワー
をゼロにすると、減圧下においても第１のアルミニウム
膜の表面に酸化膜が形成され、第１のアルミニウム膜に
対する第２のアルミニウム膜の濡れ性が低下し、両者の
密着性が悪くなる。言い換えれば、パワーを常に印加す
ることにより、成膜中のアルミニウム膜の表面に活性な
アルミニウムを供給し続けることができ、酸化膜の形成
を抑制できる。なお、パワーの大きさは、スパッタ装置
や成膜条件などに依存し一概に規定できないが、例えば
図４に示す温度条件の場合、高パワーが５〜１０ｋＷ、
低パワーが３００Ｗ〜１ｋＷに設定されることが望まし
い。In forming an aluminum film, it is important to control the power applied to the sputtering apparatus in addition to controlling the film forming speed and the substrate temperature. In other words, although related to the film formation rate, the first aluminum film 34 is formed with a high power, the second aluminum film 35 is formed with a low power, and when the power is switched from a higher power to a lower power, the power is reduced. It is important not to set to zero. When the power is set to zero, an oxide film is formed on the surface of the first aluminum film even under reduced pressure, and the wettability of the second aluminum film to the first aluminum film is reduced, and the adhesion between the two is deteriorated. In other words, by constantly applying power, active aluminum can be continuously supplied to the surface of the aluminum film being formed, and the formation of an oxide film can be suppressed. The magnitude of the power depends on the sputtering apparatus and the film forming conditions, and cannot be specified unconditionally. For example, in the case of the temperature condition shown in FIG.
It is desirable that the low power be set between 300 W and 1 kW.

【００６３】このように、同一チャンバ内で第１のアル
ミニウム膜３４および第２のアルミニウム膜３５を連続
的に成膜することにより、温度およびパワーの制御を厳
密に行うことができ、従来よりも低温でかつ安定したア
ルミニウム膜を効率よく形成することが可能となる。As described above, by continuously forming the first aluminum film 34 and the second aluminum film 35 in the same chamber, the temperature and the power can be controlled more strictly, and the It is possible to efficiently form a low-temperature and stable aluminum film.

【００６４】前記第１のアルミニウム膜３４の膜厚は、
良好なステップカバレッジで連続層を形成することがで
きること、並びに該アルミニウム膜３４より下層のバリ
ア層３３および層間絶縁膜を構成するＢＰＳＧ膜３０か
らのガス化成分の放出を抑制できることなどを考慮し
て、適正な範囲が選択され、例えば２００〜４００ｎｍ
が望ましい。また、第２のアルミニウム膜３５は、コン
タクトホールの大きさ並びにそのアスペクト比などによ
って決定され、例えばアスペクト比が３程度で０．５μ
ｍ以下のホールを埋めるためには、３００〜１０００ｎ
ｍの膜厚が必要である。The thickness of the first aluminum film 34 is
Considering that a continuous layer can be formed with good step coverage, and that the release of gasification components from the BPSG film 30 constituting the barrier layer 33 and the interlayer insulating film below the aluminum film 34 can be suppressed. , An appropriate range is selected, for example, 200 to 400 nm
Is desirable. The second aluminum film 35 is determined by the size of the contact hole and the aspect ratio thereof.
m to fill holes less than 300 m
m is required.

【００６５】（反射防止膜の成膜）さらに、別のスパッ
タチャンバで、スパッタによりＴｉＮを堆積することに
より、膜厚３０〜８０ｎｍの反射防止膜３６が形成され
る。その後、Ｃｌ₂とＢＣｌ₃のガスを主体とする異方性
ドライエッチャーで前記バリア層３３、第１のアルミニ
ウム膜３４、第２のアルミニウム膜３５および反射防止
膜３６からなる堆積層を選択的にエッチングして、第１
の金属配線層４０のパターニングを行う。(Formation of Antireflection Film) Further, an antireflection film 36 having a thickness of 30 to 80 nm is formed by depositing TiN by sputtering in another sputtering chamber. Thereafter, the deposited layer composed of the barrier layer 33, the first aluminum film 34, the second aluminum film 35, and the antireflection film 36 is selectively formed by an anisotropic dry etcher mainly containing Cl ₂ and BCl ₃ gas. Etch first
Of the metal wiring layer 40 is performed.

【００６６】このようにして形成された金属配線層４０
では、アスペクト比が０．５〜３で、口径が０．２〜
０．８μｍのコンタクトホール内において、ボイドを発
生させることなく良好なステップカバレッジでアルミニ
ウムが埋め込まれることが確認された。The metal wiring layer 40 thus formed
Then, the aspect ratio is 0.5-3 and the aperture is 0.2-
It was confirmed that aluminum was buried in the 0.8 μm contact hole with good step coverage without generating voids.

【００６７】（Ｄ）次に、図２（Ａ）に示す工程につい
て説明する。(D) Next, the step shown in FIG. 2A will be described.

【００６８】（第２の層間絶縁膜の形成）第２の層間絶
縁膜Ｉ２として、前記第１の金属配線層４０が形成され
た基体、すなわち、ＭＯＳ素子が形成されたシリコン基
板１１ならびに第１の層間絶縁膜Ｉ１および第１の金属
配線層４０からなる第１の配線領域Ｌ１上に、３層のシ
リコン酸化膜からなる層間絶縁膜６０を形成する。層間
絶縁膜６０は、ＳｉＨ₄あるいはＴＥＯＳなどのシラン
化合物と、酸素やオゾン，Ｎ₂Ｏ等を含むガスを気相反
応させることにより形成された、膜厚１００〜２００ｎ
ｍの第１のシリコン酸化膜（ベース層）６０ａ、１００
Ｐａ以下の減圧下で窒素ガスをキャリアとして、ＳｉＨ
₄とＨ₂Ｏ₂とを反応させて形成された、膜厚５００〜８
００ｎｍの第２のシリコン酸化膜６０ｂ、および、前記
第１のシリコン酸化膜６０ａと同様にして形成された、
膜厚２００〜５００ｎｍの第３のシリコン酸化膜６０ｃ
からなる。(Formation of Second Interlayer Insulating Film) As the second interlayer insulating film I2, the base on which the first metal wiring layer 40 is formed, that is, the silicon substrate 11 on which the MOS element is formed and the first An interlayer insulating film 60 made of a three-layered silicon oxide film is formed on the first wiring region L1 consisting of the interlayer insulating film I1 and the first metal wiring layer 40. The interlayer insulating film 60 is formed by performing a gas phase reaction between a silane compound such as SiH ₄ or TEOS and a gas containing oxygen, ozone, N ₂ O, or the like, and has a thickness of 100 to 200 n.
m first silicon oxide films (base layers) 60a, 100
SiH under reduced pressure of Pa or less using nitrogen gas as a carrier
₄ and H ₂ O ₂ to form a film having a thickness of 500 to 8
The second silicon oxide film 60b having a thickness of 00 nm and the first silicon oxide film 60a are formed in the same manner as the first silicon oxide film 60a.
Third silicon oxide film 60c having a thickness of 200 to 500 nm
Consists of

【００６９】ここで、前記第２のシリコン酸化膜６０ｂ
は、モノシラン、ジシラン、ＳｉＨ ₂Ｃｌ₂、ＳｉＦ₄、
ＣＨ₃ＳｉＨ₃などの無機シラン化合物、およびトリプロ
ピルシラン、テトラエトキシシランなどの有機シラン化
合物から選択される少なくとも１種のシリコン化合物
と、過酸化水素とを、１０℃以下の温度で減圧ＣＶＤ法
によって反応させることにより形成することができる。
前記第２のシリコン酸化膜６０ｂは、それ自体で高い流
動性を有し、優れた自己平坦化特性を有する。Here, the second silicon oxide film 60b
Is monosilane, disilane, SiH _TwoCl_Two, SiF_Four,
CH_ThreeSiH_ThreeSuch as inorganic silane compounds, and tripro
Organic silanization such as pyrsilane and tetraethoxysilane
At least one silicon compound selected from compounds
And hydrogen peroxide at a temperature of 10 ° C. or less under reduced pressure CVD
By reacting with each other.
The second silicon oxide film 60b itself has a high flow rate.
It has mobility and has excellent self-planarization characteristics.

【００７０】（ビアホールの形成）次いで、ＣＨＦ₃と
ＣＦ₄とを主ガスとした反応性イオンエッチャーで第２
の層間絶縁膜６０（Ｉ２）および反射防止膜３６を選択
的に異方性エッチングすることにより、口径が０．２〜
０．５μｍのビアホール６２が形成される。(Formation of Via Hole) Next, a second reactive ion etcher using CHF ₃ and CF ₄ as main gases was used.
By selectively anisotropically etching the interlayer insulating film 60 (I2) and the antireflection film 36, the diameter of the interlayer insulating film 60 (I2) is 0.2 to 0.2.
A 0.5 μm via hole 62 is formed.

【００７１】（Ｅ）次に、図２（Ｂ）に示す工程につい
て説明する。(E) Next, the step shown in FIG. 2B will be described.

【００７２】（脱ガス処理）まず、本発明が特徴とする
脱ガス工程を含む熱処理ついて説明する。(Degassing Treatment) First, a heat treatment including a degassing step which is a feature of the present invention will be described.

【００７３】ランプチャンバで、１×１０^-4Ｐａ以下の
ベース圧力、１５０〜２５０℃の温度で３０〜６０秒間
のランプ加熱（熱処理Ｄ）を施す。次いで、別のチャン
バで０．１〜１．０Ｐａの圧力でアルゴンガスを導入
し、３００〜５５０℃の温度で、３０〜１２０秒間の熱
処理（脱ガス工程；熱処理Ｅ）を行うことによって、脱
ガス処理を行う。In the lamp chamber, lamp heating (heat treatment D) is performed at a base pressure of 1 × 10 ⁻⁴ Pa or less and a temperature of 150 to 250 ° C. for 30 to 60 seconds. Next, argon gas is introduced into another chamber at a pressure of 0.1 to 1.0 Pa, and a heat treatment (degassing step; heat treatment E) is performed at a temperature of 300 to 550 ° C. for 30 to 120 seconds to remove the gas. Perform gas treatment.

【００７４】この工程においては、まず、熱処理Ｄにお
いて、主として、ウエハの裏面および側面を含むウエハ
全体を加熱処理することにより、ウエハに付着している
水分などを除去できる。In this step, first, in the heat treatment D, the water and the like adhering to the wafer can be removed mainly by heating the entire wafer including the back and side surfaces of the wafer.

【００７５】さらに、熱処理Ｅにおいて、主として、第
２の層間絶縁膜Ｉ２中のガス化成分（Ｏ，Ｈ，Ｈ₂Ｏ，
Ｎ）を除去することができる。その結果、次工程のウェ
ッテング層およびアルミニウム膜の形成時に、層間絶縁
膜Ｉ２からのガス化成分の発生が防止できる。Further, in the heat treatment E, the gasification components (O, H, H ₂ O,
N) can be eliminated. As a result, at the time of forming the wetting layer and the aluminum film in the next step, generation of gasification components from the interlayer insulating film I2 can be prevented.

【００７６】本実施の形態においては、ウェッテング
層、例えばＴｉ膜は数原子％のガス化成分（Ｏ，Ｈ，Ｈ
2Ｏ，Ｎ）を固溶することから、この膜を形成する前
に、第２の層間絶縁膜Ｉ２中のガス化成分を除去するこ
とが、ビアホール内でのアルミニウム膜の成膜を良好に
行う上で、極めて有効である。ウェッテング層の下位の
層間絶縁膜Ｉ２中のガス化成分を十分に除去しておかな
いと、ウェッテング層の形成時に、層間絶縁膜Ｉ２中の
ガス化成分が放出され、このガスがウェッテング層中に
取り込まれる。さらに、このガスがアルミニウム膜の成
膜時にウェッテング層から離脱してウェッテング層とア
ルミニウム膜との界面に出てくるため、アルミニウム膜
の密着性や流動性に悪影響を与える。In the present embodiment, the wetting layer, for example, a Ti film has a gaseous component (O, H, H) of several atomic%.
Since 2O, N) forms a solid solution, it is necessary to remove the gasification component in the second interlayer insulating film I2 before forming this film so that the aluminum film can be satisfactorily formed in the via hole. Above is extremely effective. If the gasification component in the interlayer insulating film I2 below the wetting layer is not sufficiently removed, the gasification component in the interlayer insulating film I2 is released during the formation of the wetting layer, and this gas is introduced into the wetting layer. It is captured. Further, this gas is separated from the wetting layer and formed at the interface between the wetting layer and the aluminum film during the formation of the aluminum film, which adversely affects the adhesion and fluidity of the aluminum film.

【００７７】（ウェッテング層の成膜）スパッタ法によ
り、ウェッテング層６３を構成する膜として、例えばチ
タン膜を２０〜７０ｎｍの膜厚で形成する。スパッタの
温度は、好ましくは１００℃以下、より好ましくは２５
℃以下である。(Formation of Wetting Layer) As a film constituting the wetting layer 63, for example, a titanium film is formed to a thickness of 20 to 70 nm by a sputtering method. The sputtering temperature is preferably 100 ° C. or less, more preferably 25 ° C.
It is below ° C.

【００７８】ウェッテング層６３の形成方法は、ビアホ
ール６２でのアルミニウム膜の埋込に極めて重大な影響
を与える。その理由は、以下のようである。ビアホール
６２内に形成される第２のアルミニウム膜６５は、４２
０〜４６０℃の高い温度でスパッタによって成膜され
る。その際に、ビアホールの上部でのウェッテング層が
厚いと、ウェッテング層を構成する物質とアルミニウム
とが反応して両者の化合物あるいは合金（例えば、ウェ
ッテング層がチタンからなるときは、アルミニウム−チ
タン合金）が形成されて、ビアホールの上端部がこの化
合物あるいは合金によって塞がれ、いわゆるピンチオフ
の状態を発生する。このピンチオフ状態では、第２のア
ルミニウム膜の成膜中にビアホールの内部へのアルミニ
ウムの流動が阻害されて、アルミニウム膜にボイドが発
生しやすい。The method of forming the wetting layer 63 has a very significant effect on the embedding of the aluminum film in the via hole 62. The reason is as follows. The second aluminum film 65 formed in the via hole 62
The film is formed by sputtering at a high temperature of 0 to 460 ° C. At that time, if the wetting layer above the via hole is thick, the material constituting the wetting layer reacts with aluminum to react with both compounds or alloys (for example, aluminum-titanium alloy when the wetting layer is made of titanium). Is formed, and the upper end of the via hole is closed by this compound or alloy, so that a so-called pinch-off state occurs. In this pinch-off state, the flow of aluminum into the via hole is inhibited during the formation of the second aluminum film, and voids are easily generated in the aluminum film.

【００７９】このようなボイドの発生を防止するには、
ウェッテング層６３の膜厚は、ビアホール６２のボトム
およびその付近では厚く、それ以外のビアホール６２の
上端部および側壁部では薄く形成されることが望まし
い。このように膜厚が制御されたウェッテング層６３を
形成するには、コリメータスパッタ法やロングスロース
パッタ法を採用することが好ましい。本願発明者らによ
れば、これらの方法によってウェッテング層を形成する
ことによって、口径が０．２μｍでアスペクト比が３以
上（３〜６）のビアホールで、ピンチオフおよびボイド
の発生がなく、良好なアルミニウム膜の成膜ができるこ
とを確認している。To prevent the generation of such voids,
The thickness of the wetting layer 63 is preferably thick at the bottom of the via hole 62 and the vicinity thereof, and thin at the upper end and side walls of the other via holes 62. In order to form the wetting layer 63 having a controlled film thickness, it is preferable to employ a collimator sputtering method or a long throw sputtering method. According to the inventors of the present invention, by forming a wetting layer by these methods, a via hole having a diameter of 0.2 μm and an aspect ratio of 3 or more (3 to 6) is free from pinch-off and voids, and is excellent. It has been confirmed that an aluminum film can be formed.

【００８０】（アルミニウム膜の成膜前の熱処理）ま
ず、ウエハの冷却を行う前に、ランプチャンバ内におい
て、１×１０^-4Ｐａ以下のベース圧力、１５０〜２５０
℃の温度で３０〜６０秒間の熱処理（熱処理Ｆ）を行
い、基板に付着した水などの物質を除去する。(Heat Treatment Before Forming Aluminum Film) First, before cooling the wafer, a base pressure of 1 × 10 ⁻⁴ Pa or less, 150 to 250 mm is set in the lamp chamber.
A heat treatment (heat treatment F) is performed at a temperature of ° C. for 30 to 60 seconds to remove substances such as water attached to the substrate.

【００８１】（アルミニウム膜の成膜前のウエハの冷
却）アルミニウム膜を成膜する前に、基板温度を１００
℃以下、好ましくは常温〜５０℃の温度に下げる。この
冷却工程は、ウェッテング層６３のスパッタ時に上昇し
た基板温度を下げるために重要なものである。(Cooling of Wafer Before Forming Aluminum Film) Before forming the aluminum film, the substrate temperature was set at 100 ° C.
° C or lower, preferably from room temperature to 50 ° C. This cooling step is important for reducing the substrate temperature that has increased during the sputtering of the wetting layer 63.

【００８２】このようにウエハの冷却を行うことによ
り、第１のアルミニウム膜６４を成膜する際に、第２の
層間絶縁膜Ｉ２およびウェッテング層６３、さらにウエ
ハ全面から放出されるガス量を極力少なくすることがで
きる。その結果、ウェッテング層６３と第１のアルミニ
ウム膜６４との界面に吸着する、カバレッジ性や密着性
に有害なガスの影響を防ぐことができる。By cooling the wafer in this manner, when forming the first aluminum film 64, the amount of gas released from the second interlayer insulating film I2, the wetting layer 63, and the entire surface of the wafer is minimized. Can be reduced. As a result, it is possible to prevent the influence of a gas harmful to the coverage and adhesion, which is adsorbed on the interface between the wetting layer 63 and the first aluminum film 64.

【００８３】この冷却工程は、この冷却後に行われるア
ルミニウム膜の成膜をするためのスパッタ装置を兼用し
て行われることが望ましい。また、この冷却工程におい
ても、図３（ａ）に示したようなスパッタ装置を用いる
ことができ、前述した、バリア層の表面にアルミニウム
を成膜する前に行われる冷却工程と同じ理由から、該工
程と同様な工程をとることが望ましい。これにより、ウ
エハＷと電極５２との間の空間の圧力を高めつつ、チャ
ンバ内の圧力を下げることができるので、基板の汚染を
防ぎながら、良好な冷却効率を得ることができる。This cooling step is desirably performed using a sputtering apparatus for forming an aluminum film after the cooling. Also in this cooling step, a sputtering apparatus as shown in FIG. 3A can be used, and for the same reason as the above-described cooling step performed before forming aluminum on the surface of the barrier layer, It is desirable to take a step similar to this step. Accordingly, the pressure in the chamber can be reduced while increasing the pressure in the space between the wafer W and the electrode 52, so that good cooling efficiency can be obtained while preventing contamination of the substrate.

【００８４】（アルミニウム膜の成膜）まず、２００℃
以下、より好ましくは３０〜１００℃の温度で、０．２
〜１．０重量％の銅を含むアルミニウムを膜厚１５０〜
３００ｎｍでスパッタによって高速度で成膜し、第１の
アルミニウム膜６４が形成される。続いて、同一チャン
バ内で基板温度４２０〜４６０℃に加熱して、同様に銅
を含むアルミニウムをスパッタにより低速度で成膜し、
膜厚３００〜６００ｎｍの第２のアルミニウム膜６５が
形成される。ここで、アルミニウム膜の成膜において、
「高速度」とは、成膜条件や製造されるデバイスの設計
事項によって一概に規定できないが、おおよそ１０ｎｍ
／秒以上のスパッタ速度を意味し、「低速度」とは、お
およそ３ｎｍ／秒以下のスパッタ速度を意味する。(Formation of Aluminum Film) First, at 200 ° C.
Below, more preferably at a temperature of 30 to 100 ° C, 0.2
Aluminum containing 1.0% by weight of copper to a thickness of 150
A first aluminum film 64 is formed at a high speed by sputtering at 300 nm. Subsequently, the substrate was heated to 420 to 460 ° C. in the same chamber, and aluminum containing copper was similarly formed at a low speed by sputtering.
A second aluminum film 65 having a thickness of 300 to 600 nm is formed. Here, in forming the aluminum film,
“High speed” cannot be unconditionally defined by the film formation conditions or the design items of the device to be manufactured, but is approximately 10 nm.
Per second or more, and "low speed" means a sputtering speed of about 3 nm / second or less.

【００８５】アルミニウムのスパッタは、アルミニウム
膜を成膜する前に行ったウエハの冷却の際に用いられた
スパッタ装置内で行われる。このように、同一の装置内
で冷却工程およびアルミニウムの成膜の工程を行うこと
により、基板の移動、設置の工程の減少が図られ、その
結果、工程の簡便化および基板の汚染を防止することが
できる。The aluminum sputtering is performed in the sputtering apparatus used for cooling the wafer before the formation of the aluminum film. As described above, by performing the cooling step and the aluminum film forming step in the same apparatus, the steps of moving and setting the substrate are reduced, and as a result, the process is simplified and the contamination of the substrate is prevented. be able to.

【００８６】ここで、第１のガス供給路５３および第２
のガス供給路５４からは、いずれもアルゴンガスが供給
される。そして、第２のガス供給路５４から供給される
ガスによって、ウエハＷの温度が制御される。Here, the first gas supply path 53 and the second gas
Argon gas is supplied from any of the gas supply paths 54. The temperature of the wafer W is controlled by the gas supplied from the second gas supply path 54.

【００８７】前記スパッタ装置の構成、ウェハの温度制
御およびスパッタ時のパワーについては、第１の金属配
線層４０の場合と同様なので、詳細な説明を省略する。The configuration of the sputtering apparatus, the temperature control of the wafer, and the power at the time of sputtering are the same as those of the first metal wiring layer 40, and therefore detailed description is omitted.

【００８８】同一チャンバ内で第１のアルミニウム膜６
４および第２のアルミニウム膜６５を連続的に成膜する
ことにより、温度およびパワーの制御を厳密に行うこと
ができ、従来よりも低温でかつ安定したアルミニウム膜
を効率よく形成することが可能となる。First aluminum film 6 in the same chamber
By continuously forming the fourth and second aluminum films 65, temperature and power can be strictly controlled, and a stable and low-temperature aluminum film can be efficiently formed. Become.

【００８９】前記第１のアルミニウム膜６４の膜厚は、
良好なステップカバレッジで連続層を形成することがで
きること、並びに該アルミニウム膜６４より下層のウェ
ッテング層６３および第２の層間絶縁膜Ｉ２からのガス
化成分の放出を抑制できることなどを考慮して、適正な
範囲が選択され、例えば２００〜４００ｎｍが望まし
い。また、第２のアルミニウム膜６５は、ビアホール６
２の大きさ並びにそのアスペクト比などによって決定さ
れ、例えばアスペクト比が３程度で０．５μｍ以下のホ
ールを埋めるためには、３００〜１０００ｎｍの膜厚が
必要である。The thickness of the first aluminum film 64 is
Considering that a continuous layer can be formed with good step coverage, and that the release of gasification components from the wetting layer 63 and the second interlayer insulating film I2 below the aluminum film 64 can be suppressed, A suitable range is selected, for example, 200 to 400 nm is desirable. Further, the second aluminum film 65 is formed in the via hole 6.
The thickness is determined by the size of 2 and the aspect ratio thereof. For example, in order to fill a hole having an aspect ratio of about 3 and 0.5 μm or less, a film thickness of 300 to 1000 nm is required.

【００９０】（反射防止膜の成膜）さらに、別のスパッ
タチャンバで、スパッタによりＴｉＮを堆積することに
より、膜厚３０〜８０ｎｍの反射防止膜６６が形成され
る。その後、Ｃｌ₂とＢＣｌ₃のガスを主体とする異方性
ドライエッチャーで前記ウェッテング層６３、第１のア
ルミニウム膜６４、第２のアルミニウム膜６５および反
射防止膜６６からなる堆積層を選択的にエッチングし
て、第２の金属配線層７０のパターニングを行う。(Formation of Antireflection Film) Further, TiN is deposited by sputtering in another sputtering chamber to form an antireflection film 66 having a thickness of 30 to 80 nm. Thereafter, the deposited layer composed of the wetting layer 63, the first aluminum film 64, the second aluminum film 65, and the antireflection film 66 is selectively formed by an anisotropic dry etcher mainly containing Cl ₂ and BCl ₃ gases. The second metal wiring layer 70 is patterned by etching.

【００９１】このようにして形成された金属配線層７０
では、アスペクト比が０．５〜６で、口径が０．２〜
０．８μｍのビアホール内において、ボイドを発生させ
ることなく良好なステップカバレッジでアルミニウムが
埋め込まれることが確認された。The metal wiring layer 70 formed as described above
Then, the aspect ratio is 0.5-6 and the aperture is 0.2-
It was confirmed that aluminum was buried in 0.8 μm via holes with good step coverage without generating voids.

【００９２】以後、必要に応じて、第２の配線領域Ｌ２
と同様にして第３、第４…の多層配線領域を形成するこ
とができる。Thereafter, if necessary, the second wiring region L2
, And the third, fourth,... Multilayer wiring regions can be formed.

【００９３】以上の方法によって、本発明に係る半導体
装置（図２（Ｂ）参照）を形成することができる。この
半導体装置は、ＭＯＳ素子を含むシリコン基板１１、前
記シリコン基板１１の上に形成された第１の配線領域Ｌ
１およびこの配線領域Ｌ１上に形成された第２の配線領
域Ｌ２を有する。By the above method, a semiconductor device according to the present invention (see FIG. 2B) can be formed. This semiconductor device includes a silicon substrate 11 including a MOS element, and a first wiring region L formed on the silicon substrate 11.
1 and a second wiring region L2 formed on the wiring region L1.

【００９４】第１の配線領域Ｌ１は、熱処理によってガ
ス化成分が除去されたＢＰＳＧ膜３０とシリコン酸化膜
２０からなる第１の層間絶縁膜Ｉ１、前記層間絶縁膜Ｉ
１に形成されたコンタクトホール３２、前記層間絶縁膜
Ｉ１および前記コンタクトホール３２の表面に形成され
たバリア層３３、および前記バリア層３３の上に形成さ
れた、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とす
る合金からなるアルミニウム膜３４，３５、を有する。
そして、前記アルミニウム膜３４は、バリア層３３を介
してチタンシリサイド層１９に接続されている。The first wiring region L1 is composed of a first interlayer insulating film I1 comprising the BPSG film 30 and the silicon oxide film 20 from which gasification components have been removed by heat treatment,
1, a barrier layer 33 formed on the surface of the interlayer insulating film I1 and the contact hole 32, and aluminum or an alloy containing aluminum as a main component formed on the barrier layer 33 Aluminum films 34 and 35 made of.
The aluminum film 34 is connected to the titanium silicide layer 19 via the barrier layer 33.

【００９５】第２の配線領域Ｌ２は、熱処理によってガ
ス化成分が除去されたシリコン酸化膜６０からなる第２
の層間絶縁膜Ｉ２、前記層間絶縁膜Ｉ２に形成されたビ
アホール６２、前記層間絶縁膜Ｉ２および前記ビアホー
ル６２の表面に形成されたウェッテング層６３、および
前記ウェッテング層６３の上に形成された、アルミニウ
ムあるいはアルミニウムを主成分とする合金からなるア
ルミニウム膜６４，６５、を有する。The second wiring region L2 is formed of a silicon oxide film 60 from which gasification components have been removed by heat treatment.
An interlayer insulating film I2, a via hole 62 formed in the interlayer insulating film I2, a wetting layer 63 formed on the surface of the interlayer insulating film I2 and the via hole 62, and aluminum formed on the wetting layer 63. Alternatively, it has aluminum films 64 and 65 made of an alloy containing aluminum as a main component.

【００９６】（実験例） （１）図５および図６に、第２の配線領域Ｌ２における
脱ガス工程の有無によってウエハから放出されるガスの
量（分圧）の相違を調べるために行った実験結果を示
す。(Experimental Example) (1) FIGS. 5 and 6 were used to examine the difference in the amount (partial pressure) of gas released from the wafer depending on the presence or absence of the degassing step in the second wiring region L2. The experimental results are shown.

【００９７】図５および図６において、横軸はアルミニ
ウム膜の形成前に行われる熱処理（熱処理Ｆ）から第２
のアルミニウム膜６５の成膜後に至るまでの処理のタイ
ミングを示し、縦軸はチャンバ内の残留ガスの分圧を示
している。図５および６において、符号Ａで示すライン
は、第２の層間絶縁膜Ｉ２の形成後に脱ガス工程を経た
場合、符号Ｂで示すラインは、第２の層間絶縁膜Ｉ２の
形成後に脱ガス工程を経ない場合、を示す。この実験例
では、脱ガス工程は、気圧０．２７Ｐａ、度４６０℃、
時間１２０秒で行われた。In FIG. 5 and FIG. 6, the horizontal axis represents the second heat treatment (heat treatment F) performed before the formation of the aluminum film.
The vertical axis indicates the partial pressure of the residual gas in the chamber. In FIGS. 5 and 6, the line indicated by reference numeral A indicates a degassing process after the formation of the second interlayer insulating film I2, and the line indicated by reference numeral B indicates a degassing process after the formation of the second interlayer insulating film I2. If not, indicate. In this experimental example, the degassing step was performed at a pressure of 0.27 Pa, a temperature of 460 ° C.,
The time was 120 seconds.

【００９８】各図において、横軸の符号ａおよびｂは、
アルミニウム膜の成膜前に行われる熱処理Ｆ（第１のチ
ャンバ）におけるタイミングを示し、符号ａは第１のチ
ャンバ内にウエハを入れた直後の時、符号ｂはランプ加
熱によってウエハを２５０℃で６０秒間加熱した時、を
示す。第１のチャンバでは、気圧は２．７×１０^-6Ｐａ
に設定されている。In each figure, the symbols a and b on the horizontal axis represent
The timing a in the heat treatment F (first chamber) performed before the formation of the aluminum film is indicated by the symbol a, immediately after the wafer is put in the first chamber, and the symbol b, the wafer is heated at 250 ° C. by lamp heating. When heated for 60 seconds. In the first chamber, the pressure is 2.7 × 10 ⁻⁶ Pa
Is set to

【００９９】符号ｃおよびｄは、ウエハの冷却工程（第
２のチャンバ）におけるタイミングを示し、符号ｃは第
２のチャンバ内にウエハを入れた直後の時、符号ｄはウ
エハの温度を２０℃まで冷却した時、を示す。第２のチ
ャンバでは、気圧は０．２７Ｐａに設定されている。そ
して、分圧を測定する際には、チャンバの気圧を２．７
×１０^-6Ｐａまで減圧した。Symbols c and d indicate the timing in the wafer cooling step (second chamber), symbol c indicates the time immediately after the wafer is put in the second chamber, and symbol d indicates the wafer temperature of 20 ° C. Indicates when cooled down. In the second chamber, the pressure is set at 0.27 Pa. When measuring the partial pressure, the pressure in the chamber is set to 2.7.
The pressure was reduced to × 10 ⁻⁶ Pa.

【０１００】符号ｅ、ｆおよびｇは、アルミニウム膜の
成膜工程（第３のチャンバ）におけるタイミングを示
し、符号ｅは第３のチャンバ内にウエハを入れた直後の
時、符号ｆは第１のアルミニウム膜を成膜した直後の
時、および符号ｇは第２のアルミニウム膜を成膜した直
後の時、を示す。第３のチャンバでは、気圧は０．２７
Ｐａに設定されている。そして、分圧を測定する際に
は、チャンバの気圧を２．７×１０^-6Ｐａまで減圧し
た。Symbols e, f and g indicate the timing in the step of forming the aluminum film (third chamber), symbol e indicates the time immediately after the wafer is placed in the third chamber, and symbol f indicates the first. The symbol g indicates the time immediately after the formation of the aluminum film, and the symbol g indicates the time immediately after the formation of the second aluminum film. In the third chamber, the pressure is 0.27
Pa is set. When measuring the partial pressure, the pressure in the chamber was reduced to 2.7 × 10 ⁻⁶ Pa.

【０１０１】図５および図６から、第２の層間絶縁膜Ｉ
２の成膜後であってウェッテング層６３の成膜前に脱ガ
ス処理を行うことにより、その後の熱処理およびアルミ
ニウム膜の成膜時に、水および窒素がほどんど発生しな
いことが確認された。これに対し、前記脱ガス工程を経
ない場合には、その後の熱処理、特に符号ｂで示す熱処
理Ｆの時に、水および窒素が共に多量に放出されている
ことがわかる。5 and 6 show that the second interlayer insulating film I
By performing the degassing process after forming the film No. 2 and before forming the wetting layer 63, it was confirmed that almost no water and nitrogen were generated during the subsequent heat treatment and the formation of the aluminum film. On the other hand, when the degassing step is not performed, it can be seen that a large amount of both water and nitrogen are released during the subsequent heat treatment, particularly, during the heat treatment F indicated by the symbol b.

【０１０２】なお、第１の配線領域Ｌ１においても、図
５および図６に示す結果とほぼ同じ実験結果を得てい
る。In the first wiring region L1, the same experimental results as those shown in FIGS. 5 and 6 are obtained.

【０１０３】（２）アルミニウム膜の成膜前における、
ウエハの冷却工程の有無によって、アルミニウムの成膜
にどのような影響がもたらされるかを調べるために実験
を行ったところ以下の知見が得られた。なお、アルミニ
ウムの成膜は、ビアホールのアスペクト比３．１８、層
間絶縁膜の膜厚１１４８ｎｍの条件において行った。(2) Before forming the aluminum film,
An experiment was conducted to investigate how the presence or absence of a wafer cooling step affects the aluminum film formation, and the following findings were obtained. The aluminum film was formed under the conditions of a via hole aspect ratio of 3.18 and an interlayer insulating film thickness of 1148 nm.

【０１０４】図８（ａ）は、ウエハを熱処理Ｆの温度１
２０℃から２０℃に冷却した後に、アルミニウムを成膜
した場合における、ウエハの断面の電子顕微鏡写真から
求めた図を示し、図８（ｂ）は、ウエハを冷却せずに、
１２０℃でアルミニウムを成膜した場合におけるウエハ
の断面の電子顕微鏡写真から求めた図を示す。FIG. 8A shows that the wafer is heated at a temperature 1 of the heat treatment F.
FIG. 8B shows a diagram obtained from an electron micrograph of a cross section of the wafer when aluminum was formed after cooling from 20 ° C. to 20 ° C. FIG.
The figure obtained from the electron micrograph of the cross section of the wafer in the case of forming an aluminum film at 120 ° C. is shown.

【０１０５】ウエハを冷却した場合のアルミニウムの成
膜後の基板と、冷却をしない場合のそれとを比較検討し
たところ、冷却をした場合においては、図８（ａ）に示
すように、ビアホールに第１および第２のアルミニウム
膜が極めて良好に埋め込まれていたのに対し、冷却をし
ない場合においては、ウエハ上の層間絶縁膜に設けられ
た全ビアホールのうち、３割程度のビアホールで、図８
（ｂ）に示すようにビアホールの底部にアルミニウム膜
が完全に埋め込まれず、空間（ボイド）１００が生じて
しまった。A comparison was made between the substrate after aluminum film formation when the wafer was cooled and that when no cooling was performed. When the substrate was cooled, as shown in FIG. While the first and second aluminum films were buried very well, when no cooling was performed, about 30% of all the via holes provided in the interlayer insulating film on the wafer had a via hole as shown in FIG.
As shown in (b), the aluminum film was not completely buried in the bottom of the via hole, and a space (void) 100 was generated.

【０１０６】ウエハの冷却が十分に行われた場合（図８
（ａ）参照）には、第２の層間絶縁膜とアルミニウム膜
との間に、約２０ｎｍのチタン，ケイ素および酸素のア
モルファス層と、Ａｌ₃ＴｉおよびＡｌＴｉの混合反応
層とが存在することが確認された。そして、この混合反
応層には水や水素などのガス化成分がほとんどないた
め、混合反応層は第１の金属配線層に強固に密着して形
成されている。その結果、ビアホール内のアルミニウム
膜（６４，６５）と、第１の金属配線層４０とは、低く
て安定した接触抵抗で接続される。When the wafer has been sufficiently cooled (FIG. 8)
In (a), an amorphous layer of about 20 nm of titanium, silicon and oxygen and a mixed reaction layer of Al ₃ Ti and AlTi exist between the second interlayer insulating film and the aluminum film. confirmed. Since the mixed reaction layer has almost no gasification components such as water and hydrogen, the mixed reaction layer is formed in tight contact with the first metal wiring layer. As a result, the aluminum film (64, 65) in the via hole and the first metal wiring layer 40 are connected with a low and stable contact resistance.

【０１０７】これに対し、ウエハの冷却が行われない場
合（図８（ｂ）参照）には、チタン，ケイ素および酸素
のアモルファス層が存在せず、Ａｌ₃Ｔｉ反応層が形成
される。この反応層にはガス化成分が多く含まれる。そ
の結果、第２のアルミニウム膜を成膜する際に、反応層
からガスが発生してボイドの原因となる。そして、ボイ
ドは、ビアホール内のアルミニウム膜と第１の金属配線
層との接触抵抗を大きくするだけでなく、エレクトロマ
イグレーションおよびストレスマイグレーションを発生
させ、半導体装置の信頼性に重大な悪影響を及ぼす。On the other hand, when the wafer is not cooled (see FIG. 8 (b)), there is no amorphous layer of titanium, silicon and oxygen, and an Al ₃ Ti reaction layer is formed. This reaction layer contains a large amount of gasification components. As a result, when the second aluminum film is formed, gas is generated from the reaction layer, which causes voids. The voids not only increase the contact resistance between the aluminum film in the via hole and the first metal wiring layer, but also cause electromigration and stress migration, and have a serious adverse effect on the reliability of the semiconductor device.

【０１０８】（３）図７は、セシウム１次イオンの照射
による２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）による測定結
果を示す。図７は、第２の金属配線層７０の膜構造（Ｔ
ｉＮ膜／Ａｌ膜／Ｔｉ膜）について求めたＳＩＭＳのデ
ータである。図７において、左側の縦軸は、Ａｌ膜にお
ける、シリコン、水素、窒素および酸素を定量的に示
し、右側の縦軸はＡｌ膜以外の層の２次イオン強度を示
している。(3) FIG. 7 shows the results of measurement by secondary ion mass spectrometry (SIMS) by irradiating cesium primary ions. FIG. 7 shows a film structure of the second metal wiring layer 70 (T
It is SIMS data obtained for (iN film / Al film / Ti film). In FIG. 7, the vertical axis on the left side quantitatively shows silicon, hydrogen, nitrogen and oxygen in the Al film, and the vertical axis on the right side shows the secondary ion intensity of layers other than the Al film.

【０１０９】図７から、Ａｌ膜中では、Ｈ，ＯおよびＮ
は、バックグラウンド・レベルであってＳＩＭＳでの限
界検出濃度以下であり、ほとんど固溶されないことが確
認された。FIG. 7 shows that H, O and N
Was a background level, which was lower than the limit detection concentration in SIMS, and it was confirmed that almost no solid solution was formed.

【０１１０】本発明において、上述したように、コンタ
クトホール３２およびビアホール６２に、第１および第
２のアルミニウム膜３４，３５ならびに第１および第２
のアルミニウム膜６４，６５がそれぞれ良好に埋め込ま
れた理由としては、以下のことが考えられる。In the present invention, as described above, the first and second aluminum films 34 and 35 and the first and second aluminum films 34 and 35 are formed in the contact hole 32 and the via hole 62, respectively.
The following are conceivable reasons why the aluminum films 64 and 65 are well embedded.

【０１１１】（ａ）脱ガス工程を行うことにより、各層
間絶縁膜Ｉ１、Ｉ２、特にＢＰＳＧ膜３０ならびにシリ
コン酸化膜６０に含まれる水や窒素をガス化して充分に
放出することにより、その後の第１のアルミニウム膜３
４および第２のアルミニウム３５、あるいは第１のアル
ミニウム膜６４および第２のアルミニウム６５の成膜に
おいて、ＢＰＳＧ膜３０およびバリア層３３、あるいは
シリコン酸化膜６０およびウェッテング層６３からのガ
スの発生を防止することができる。その結果、バリア層
３３と第１のアルミニウム膜３４、ならびにウェッテン
グ層６３と第１のアルミニウム膜６４との密着性を高
め、良好なステップカバレッジの成膜が可能である。(A) By performing a degassing step, water and nitrogen contained in each of the interlayer insulating films I1 and I2, particularly, the BPSG film 30 and the silicon oxide film 60 are gasified and sufficiently released, so that the subsequent First aluminum film 3
In forming the fourth and second aluminum 35, or the first aluminum film 64 and the second aluminum 65, generation of gas from the BPSG film 30 and the barrier layer 33, or the silicon oxide film 60 and the wetting layer 63 is prevented. can do. As a result, the adhesion between the barrier layer 33 and the first aluminum film 34 and the adhesion between the wetting layer 63 and the first aluminum film 64 are improved, and a good step coverage can be formed.

【０１１２】（ｂ）第１のアルミニウム膜３４および６
４の成膜において、基板温度を２００℃以下の比較的低
温に設定することにより、ＢＰＳＧ膜３０およびバリア
層３３、ならびにシリコン酸化膜６０およびウェッテン
グ層６３に含まれる水分や窒素を放出させないようにし
て、前記脱ガス工程の効果に加えて第１のアルミニウム
膜３４とバリア層３３との密着性、および第１のアルミ
ニウム膜６４とウェッテング層６３との密着性を高める
ことができる。(B) First aluminum films 34 and 6
In the film formation of No. 4, by setting the substrate temperature to a relatively low temperature of 200 ° C. or less, moisture and nitrogen contained in the BPSG film 30 and the barrier layer 33, and the silicon oxide film 60 and the wetting layer 63 are prevented from being released. Thus, in addition to the effect of the degassing step, the adhesion between the first aluminum film 34 and the barrier layer 33 and the adhesion between the first aluminum film 64 and the wetting layer 63 can be improved.

【０１１３】（ｃ）さらに、第１のアルミニウム膜３４
および６４自体が、基板温度が上がった場合に下層から
のガスの発生を抑制する役割を果たすため、次の第２の
アルミニウム膜３５および６５の成膜を比較的高い温度
で行うことができ、第２のアルミニウム膜の流動拡散を
良好に行うことができる。(C) Further, the first aluminum film 34
And 64 themselves serve to suppress the generation of gas from the lower layer when the substrate temperature rises, so that the next second aluminum films 35 and 65 can be formed at a relatively high temperature, The flow diffusion of the second aluminum film can be favorably performed.

【０１１４】以上のように、本発明によれば、アルミニ
ウム膜のスパッタ前に少なくとも脱ガス工程と冷却工程
を含み、さらに好ましくは同一チャンバ内で連続的にア
ルミニウム膜を成膜することにより、０．２μｍ程度ま
でのコンタクトホールおよびビアホールをアルミニウム
あるいはアルミニウム合金だけで埋め込むことが可能と
なり、信頼性および歩留まりの点で向上がはかれた。ま
た、コンタクト部を構成するアルミニウム膜における銅
等の偏析や結晶粒の異常成長もなく、マイグレーション
等を含めた信頼性の点でも良好であることが確認され
た。As described above, according to the present invention, at least the degassing step and the cooling step are performed before the aluminum film is sputtered, and more preferably, the aluminum film is continuously formed in the same chamber. Contact holes and via holes of up to about 2 μm can be filled with only aluminum or aluminum alloy, which improves reliability and yield. Further, it was confirmed that there was no segregation of copper or the like and abnormal growth of crystal grains in the aluminum film constituting the contact portion, and that the reliability including the migration was good.

【０１１５】なお、上記実施の形態では、２層の配線領
域を含む半導体装置について述べたが、本発明はもちろ
ん３層以上の配線領域を含む半導体装置にも適用でき、
また、Ｎチャネル型ＭＯＳ素子を含む半導体装置のみな
らず、Ｐチャネル型あるいはＣＭＯＳ型素子などの各種
の素子を含む半導体装置に適用することができる。In the above embodiment, a semiconductor device including a wiring region of two layers has been described. However, the present invention is of course applicable to a semiconductor device including a wiring region of three or more layers.
Further, the present invention can be applied to not only a semiconductor device including an N-channel MOS device but also a semiconductor device including various devices such as a P-channel or CMOS device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、本発明の半導
体装置の製造方法の一例を工程順に模式的に示す断面図
である。FIGS. 1A, 1B and 1C are cross-sectional views schematically showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.

【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示す工程に続い
て行われる半導体装置の製造方法の一例を工程順に模式
的に示す断面図である。FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views schematically illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor device performed after the step illustrated in FIG. 1 in the order of steps;

【図３】図３（ａ）は、本発明に係る実施の形態に用い
られるスパッタ装置の一例を模式的に示す図であり、図
３（ｂ）は、ステージの一例を示す平面図を示す。FIG. 3A is a diagram schematically illustrating an example of a sputtering apparatus used in an embodiment according to the present invention, and FIG. 3B is a plan view illustrating an example of a stage. .

【図４】図３（ａ）に示すスパッタ装置を用いて基板温
度を制御したときの、時間と基板温度との関係を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between time and substrate temperature when the substrate temperature is controlled using the sputtering apparatus shown in FIG.

【図５】本発明に係る半導体装置の製造方法における、
処理タイミングとチャンバ内の残留ガス（水）の分圧の
関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention;
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between processing timing and a partial pressure of a residual gas (water) in a chamber.

【図６】本発明に係る半導体装置の製造方法における、
処理タイミングとチャンバ内の残留ガス（窒素）の分圧
の関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention;
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between processing timing and a partial pressure of a residual gas (nitrogen) in a chamber.

【図７】第２の金属配線層構造におけるＳＩＭＳのデー
タを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing SIMS data in a second metal wiring layer structure.

【図８】図８（ａ）は、ウエハを冷却した後に、アルミ
ニウムを成膜した場合における、ウエハの断面の電子顕
微鏡写真の図を示し、図８（ｂ）は、ウエハを冷却せず
に、アルミニウムを成膜した場合におけるウエハの断面
の電子顕微鏡写真の図を示す。8 (a) shows an electron micrograph of a cross section of a wafer when aluminum is formed after cooling the wafer, and FIG. 8 (b) shows the image without cooling the wafer. FIG. 4 shows an electron micrograph of a cross section of a wafer when aluminum is formed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１１ シリコン基板 １２ フィールド絶縁膜 １３ ゲート酸化膜 １４ ゲート電極 １５ 低濃度不純物層 １６ 高濃度不純物層 １７ 側壁スペーサ １８，２０ シリコン酸化膜 １９ チタンシリサイド層 ３０ ＢＰＳＧ膜 ３２ コンタクトホール ３３ バリア層 ３４ 第１のアルミニウム膜 ３５ 第２のアルミニウム膜 ６０（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ） シリコン酸化膜 ６２ ビアホール ６３ ウェッテング層 ６４ 第１のアルミニウム膜 ６５ 第２のアルミニウム膜 Ｉ１ 第１の層間絶縁膜 Ｉ２ 第２の層間絶縁膜 Ｌ１ 第１層の配線領域 Ｌ２ 第２層の配線領域 Reference Signs List 11 silicon substrate 12 field insulating film 13 gate oxide film 14 gate electrode 15 low concentration impurity layer 16 high concentration impurity layer 17 sidewall spacer 18, 20 silicon oxide film 19 titanium silicide layer 30 BPSG film 32 contact hole 33 barrier layer 34 first Aluminum film 35 Second aluminum film 60 (60a, 60b, 60c) Silicon oxide film 62 Via hole 63 Wetting layer 64 First aluminum film 65 Second aluminum film I1 First interlayer insulating film I2 Second interlayer insulating film L1 First-layer wiring area L2 Second-layer wiring area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 和己 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/44 - 21/445 H01L 21/768 H01L 29/40 - 29/51 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazumi Matsumoto 3-5-5 Yamato, Suwa-shi, Nagano Seiko Epson Corporation (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name) H01L 21 / 28-21/288 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/44-21/445 H01L 21/768 H01L 29/40-29/51

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 素子を含む半導体基板および多層の配線
領域を有する半導体装置であって、第２層以上の配線領
域の少なくとも１層は、 熱処理によってガス化成分が除去された、酸化シリコン
からなる層間絶縁膜、 前記層間絶縁膜に形成されたビアホール、および、 前記層間絶縁膜および前記ビアホールの表面に形成され
た、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする
合金からなるアルミニウム膜、を含み、 前記層間絶縁膜と前記アルミニウム膜との間に、チタ
ン、ケイ素および酸素のアモルファス層が存在すること
を特徴とする半導体装置。1. A semiconductor device having a semiconductor substrate including an element and a multilayer wiring region, wherein at least one of the second and higher wiring regions is made of silicon oxide from which gasification components have been removed by heat treatment. An interlayer insulating film; a via hole formed in the interlayer insulating film; and aluminum or aluminum as a main component formed on the surface of the interlayer insulating film and the via hole.
Aluminum film made of an alloy, wherein the between the aluminum film and the interlayer insulating film, Chita
Down, wherein a the amorphous layer of silicon and oxygen is present. 【請求項２】 素子を含む半導体基板および多層の配線
領域を有する半導体装置であって、第２層以上の配線領
域の少なくとも１層は、 熱処理によってガス化成分が除去された、酸化シリコン
からなる層間絶縁膜、前記層間絶縁膜に形成されたビア
ホール、および、 前記層間絶縁膜および前記ビアホールの表面に形成され
た、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする
合金からなるアルミニウム膜、を含み、 前記層間絶縁膜と前記アルミニウム膜との間に、チタ
ン、ケイ素および酸素のアモルファス層と、Ａｌ ₃ Ｔｉ
およびＡｌＴｉの混合反応層とが存在することを特徴と
する半導体装置。 2. A semiconductor substrate including an element and a multilayer wiring.
A semiconductor device having a region, wherein a wiring region of a second layer or higher is formed.
At least one layer of the region is a silicon oxide, the gasified components of which have been removed by heat treatment.
Interlayer insulating film comprising: vias formed in the interlayer insulating film
Hole, and formed on the surface of the interlayer insulating film and the via hole.
Aluminum or aluminum-based
An aluminum film made of an alloy, wherein an interlayer is formed between the interlayer insulating film and the aluminum film.
An amorphous layer of silicon, silicon and oxygen, and Al ₃ Ti
And a mixed reaction layer of AlTi and AlTi.
Semiconductor device. 【請求項３】 請求項１または２において、前記アモルファス層および前記混合反応層は、ウェッテ
ング層として成膜されたチタンを含むことを特徴とす
る、半導体装置。 3. The method according to claim 1, wherein the amorphous layer and the mixed reaction layer are made of a wetted material.
Characterized by containing titanium formed as a coating layer.
Semiconductor devices. 【請求項４】 請求項３において、前記ウェッテング層は、その成膜時の膜厚が２０〜７０
ｎｍであることを特徴とする半導体装置 。 4. The wetting layer according to claim 3, wherein the wetting layer has a thickness of 20 to 70 when the film is formed.
a semiconductor device characterized in that the thickness of the semiconductor device is