JP3460417B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法、特にマルチチャンバ内の一つのチャンバ内にてＡ
ｌ系配線膜上に組成比の異なる複数種の膜からなるＴｉ
Ｎ系反射防止膜を途中で供給ガスを切り換える、チタン
をターゲットとするスパッタリング法により形成する半
導体装置の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体装置の配線材料として最も一般的
に用いられるのはＡｌ系配線膜であり、具体的にはアル
ミニウムあるいはアルミニウムに銅を例えば０．５体積
％程度添加したものあるいは１％程度のシリコンを添加
したものが用いられる。バリアメタルによる相互拡散を
防止する技術の発達により、最近はシリコンを添加した
ものより銅を添加したアルミニウムを用いてより低抵抗
化を図る傾向にある。 【０００３】そして、Ａｌ系の配線を形成する場合、そ
の膜を形成する前にその下地としてバリアメタルを成す
チタンナイトライド( ＴｉＮ）膜及びチタン（Ｔｉ）膜
を形成し、また、Ａｌ系膜の形成後には反射防止膜を成
すチタンナイトライド膜を形成する。この反射防止膜は
Ａｌ系膜のパターニングのための露光の際における露光
光線の反射防止のために形成するものである。 【０００４】図４はそのようなＡｌ系配線を主たる配線
材料として用いた半導体装置の一例の概略を示す断面図
である。同図において、１は半導体基板、２は選択酸化
によるフィールド絶縁膜、３はゲート絶縁膜、４は例え
ばタングステンポリサイドからなるゲート電極、５は層
間絶縁膜、６はコンタクトホール、７はコンタクトホー
ル６を埋めるタングステン、８は第１層目のＡｌ系配線
膜、９は第２層目の層間絶縁膜、１０はスルーホール、
１１は該スルーホール１０を埋めるタングステン、１２
は第２層目のＡｌ系配線膜、１３は第３層目の層間絶縁
膜、１４はスルーホール、１５はスルーホール１０を埋
めるタングステン、１６は第３層目のＡｌ系配線膜、１
７はパシベーション膜である。 【０００５】図５は上記Ａｌ系配線膜の具体的な断面構
造を示す図である。同図において、１８はチタン膜、１
９はバリアメタルであるチタンナイトライド膜、８はＡ
ｌ系配線膜、２０は例えば数あるいは十数ｎｍ程度の極
薄いチタン膜、２１は反射防止膜である。本例では、Ａ
ｌ系配線膜８（あるいは１２、１６）の表面に反射防止
膜２１を直接形成するのではなくその間にチタン膜２０
を形成している。このようにするのは、チタンナイトラ
イドのスパッタリングによりＡｌ系配線膜の表面が窒化
されてそれの上層配線とのコンタクト抵抗が高くなるの
を防止するためである。 【０００６】即ち、Ａｌ系配線膜の表面に直接チタンナ
イトライド膜を反応性スパッタリングで成膜しようとす
ると、ガス中の窒素Ｎ₂ がＡｌ系配線膜の表面に作用
し、配線膜表面が窒化されてしまう。そして、アルミニ
ウムの窒化物ＡｌＮは抵抗が大きいので、Ａｌ系配線膜
とその上に形成される上層配線との間のコンタクト抵抗
が大きくなる。従前においてはこれが許容されたが、素
子の微細化に伴う、寄生抵抗の低減の必要性が強まる傾
向にあるので、徐々に許容されなくなりつつある。そこ
で、Ａｌ系配線膜の形成後、その表面にチタンをスパッ
タリングにより形成し、更にチタンナイトライド膜をス
パッタリングにより形成するのである。チタンとチタン
ナイトライド膜の形成は、同じマルチチャンバ内におけ
る別のチャンバで行う場合もあれば、同じチャンバ内で
連続的に行う場合もある。後者の場合は、供給するガス
として加えるべき窒素を最初の何秒間加えずアルゴンの
みをガスとして供給することとするのである。即ち、チ
ャンバ内に供給するガスを当初はアルゴンガスのみと
し、その後アルゴンガスと窒素ガスの混合ガスとするの
であり、途中で供給ガスを切り換えるわけであるが、従
来においては、その切り換えるときにはスパッタリング
の電源（パワー）をオフしていた。 【０００７】このようにスパッタリングの途中で供給ガ
スの切換を行うようにすることにより、Ａｌ系配線膜表
面にはターゲットのチタンが窒化されることなくそのま
ま堆積し、その後、供給ガス中に窒素を加える。する
と、窒化したチタン、即ちチタンナイトライド膜がＡｌ
系配線膜表面に形成されるのである。Ａｌ系配線膜表面
のチタンはＡｌ系配線膜の窒化を阻むと同時に自身の比
抵抗の小ささによってコンタクト抵抗を小さくする役割
を果たす。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の方法のうち、チタン膜を形成するスパッタリング
と、チタンナイトライド膜を形成するスパッタリングと
を同じマルチチャンバ内の別のチャンバにて行う方法に
は、反射防止膜の成膜のために、チャンバを変えなけれ
ばならないので、スループットが悪いという問題があ
る。 【０００９】それに対して、同じチャンバ内でチタン膜
とチタンナイトライド膜を連続的に形成する方法にはス
ループットが悪いという問題はない。しかし、この方法
には、アルミニウムとチタンとの反応によりボイドがで
きるという問題がある。この問題は、チタン膜とチタン
ナイトライド膜を別のチャンバで行う方法にも存在して
いる。図６はその問題点を示す断面図であり、同図にお
いて、５は層間絶縁膜、１９はバリアメタルであるチタ
ンナイトライト膜、８はＡｌ系配線膜、２０は該Ａｌ系
配線膜８表面のチタン膜、２１は該チタン膜２０上のチ
タンナイトライド膜、２２はアルミニウムとチタンとの
反応により生じたボイドである。元来、アルミニウムと
チタンとは反応しやすく、２５０〜３００℃の温度で容
易に反応し、チタンがＡｌ系配線膜中に取り込まれて体
積収縮が生じ、ボイド２２が発生するということが起き
やすい。斯かるボイド２２の発生はＡｌ系配線膜の表面
を荒らし、局所的にコンタクトホールの接続不良を起こ
す原因になり、不良率を高める原因の一つになってい
た。 【００１０】従って、反射防止膜を形成するためのスパ
ッタリングは、あまり高い温度ではできなくなり、２５
０℃以下という温度に関する制約がある。しかし、Ａｌ
系配線膜のステップカバレッジを良くするには、Ａｌ系
配線膜のスパッタリング時に基板をある程度の温度に高
めることが必要である。従って、Ａｌ系配線膜のステッ
プカバレッジを良くしつつボイドの発生による不良を防
止するには、チタンナイトライド膜のスパッタリングは
例えば３００〜３５０℃というステップカバレッジを良
くするに充分な高さにし、その後の反射防止膜の形成は
２５０℃というボイドの発生しない比較的低い温度で行
わなければならない。 【００１１】しかし、高い温度でＡｌ系配線膜の成膜を
した後、スパッタリング法を低い温度で行うとなると、
Ａｌ系配線膜の成膜後冷却する必要が生じ、非常に処理
時間が長くなる。具体的には、例えばマルチチャンバ内
に冷却チャンバを設け、Ａｌ系配線膜のスパッタリング
の形成後、半導体ウェハをそのＡｌ系配線膜形成用チャ
ンバから出し、冷却チャンバに入れて反射防止膜形成に
好ましい温度まで冷却し、その後、反射防止膜形成用チ
ャンバに入れて反射防止膜を形成することが必要であ
る。尚、若し冷却チャンバによらないで冷却した場合に
は、冷却に要する時間がより長くなり、スループットが
より悪くなる。しかし、これは半導体装置の生産性の向
上、低価格化が要請されている昨今においてこれは看過
できない問題であり、実際上採用はできなくなりつつあ
る技術である。 【００１２】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、一つのチャンバ内にてＡｌ系配線膜
上に組成比の異なる複数種の膜からなるＴｉＮ反射防止
膜を途中で供給ガスを切り換える、チタンをターゲット
とするスパッタリング法により形成する半導体装置の製
造方法において、Ａｌ系配線膜の成膜後に行うＴｉＮ反
射防止膜の処理温度を高くしてもＡｌ系配線膜表面にボ
イドによる荒れが生じることのないようにして不良率を
低め、それと共に、ＴｉＮ反射防止膜形成前に行うＡｌ
系配線膜形成のときの加熱温度をステップカバレッジの
面から高めてもそれに引き続いて比較的短時間で反射防
止膜の成膜を為し得るようにしてスループットを高める
ことを目的とする。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本発明半導体装置の製造
方法は、当初のアルゴンのみからその後のアルゴンと窒
素の混合ガスへの供給ガスの切り換えを、スパッタリン
グのパワーをオンしたままの状態でＴｉＮ反射防止膜の
組成比が連続的に変化するように為すことを特徴とす
る。従って、本発明半導体装置の製造方法によれば、ア
ルゴンガスを導入し、パワーを印加することによりチタ
ン膜が形成され、そのパワーを切ることなくアルゴンガ
ス中に窒素を加えるとその窒素がチタンとアルミニウム
との反応を抑制するので、温度が高くても、例えば３０
０〜３５０℃でもボイドを発生させて表面を荒らすとこ
ろのアルミニウムとチタンとの反応は生じない。 【００１４】従来においては、アルゴンガスからアルゴ
ンと窒素の混合ガスからへの供給ガスの切り換え時にパ
ワーをオフしていたので、窒素がチタン膜を浸透してチ
タンとアルミニウムとの反応を抑制するということがで
きなかったのであるが、本発明によれば、供給ガスの切
り換え時に、即ちガス中に窒素が混じり始めたときにも
スパッタリング用のパワーはオン状態のままなのでその
窒素はチタン膜を浸透し、アルミニウムとチタンとの反
応を制約できるのである。従って、高い温度、例えば３
００〜３５０℃でＴｉＮ反射防止膜を形成するスパッタ
リングをすることができるのである。従って、高い温
度、例えば３００〜３５０℃でＴｉＮ反射防止膜を形成
するスパッタリングをすることができるのである。 【００１５】そして、ステップカバレッジを良くするた
めに高い温度でＡｌ系配線膜を形成したとしても著しく
冷却するということを要せず、Ａｌ系配線膜の形成に引
き続いてＴｉＮ反射防止膜の形成に移ることができるの
である。ちなみに、供給ガスの切り換え後において、当
初はチタンリッチ・窒素プアーなのでＴｉ2 Ｎができ、
その後ＴｉＮ、即ちチタンナイトライド膜ができ、該チ
タンナイトライド膜ＴｉＮとチタンとの間にＴｉ2 Ｎが
介在する。その間の組成比の変化は段階的ではなく連続
的である。このように、組成比が連続的に変化する膜が
形成されるようにするとボイドの発生を有効に防止する
ことができることが確認されている。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明を図示実施の形態に
従って詳細に説明する。図１は本発明半導体装置の製造
方法の第１の実施の形態を示すものである。本半導体装
置の製造方法は基板加熱温度が例えば３００〜３５０℃
に設定された一つのマルチチャンバ内の反射防止膜形成
用チャンバ（ターゲットはチタン）に、Ａｌ系配線膜の
形成を終えたばかりの半導体ウェハを入れ、セットす
る。該チャンバの基板加熱温度を３００〜３５０℃の温
度にするのは、Ａｌ系配線膜のステップカバレッジを良
くするために設定した同じマルチチャンバ内のＡｌ系配
線膜形成用チャンバにおける基板加熱温度に略同じにす
るためである。そして、そのように基板加熱温度を略同
じにするのは、Ａｌ系配線膜形成後Ａｌ系配線膜形成用
チャンバから冷却チャンバによる冷却をしなくてもすぐ
に反射防止膜形成用チャンバに移してＴｉＮ系反射防止
膜を形成できるようにしてスループットが低下しないよ
うにするためである。 【００１７】半導体ウェハを反射防止膜形成用チャンバ
内にセットすると、直ちにアルゴンガスＡｒを供給（供
給量例えば５０ＳＣＣＭ）すると共に、スパッタリング
用電源（パワー）をオンする。このアルゴンガスＡｒ供
給状態での電源オンにより、あるいは電源オン状態での
アルゴンガスの供給によりスパッタリングが開始され
る。ところで、当初は供給ガスがアルゴンＡｒのみで、
窒素ガスＮ2 の供給をしないので、半導体ウェハ表面に
形成されるのはチタン膜であり、チタンナイトライド膜
ではない。図３はＴｉＮ反射防止膜を形成後の状態を示
すが、同図おいて２０はそのチタン膜である。このスパ
ッタリングの成長速度は略１ｎｍ／ｓｅｃ程度である。 【００１８】スパッタリング開始から５〜６秒経過後、
即ち５〜６ｎｍ程度チタン膜２０が成長後、供給ガスを
アルゴンのみからアルゴンと窒素ガスの混合ガスに切り
換える。具体的には、例えば、アルゴンの供給量を略５
０ＳＣＣＭから略２５ＳＣＣＭに半減させると共に、窒
素ガスの供給量２５ＳＣＣＭの供給を開始する。そし
て、その切換にあたって従来行っていた電源オフ（図１
の破線参照）を行わない。即ち、スパッタリング中電源
を投入し続ける。 【００１９】このように、供給ガスを切り換えることに
より、当然に膜質が変化する。具体的には、供給ガスを
切り換えてもしばらく、例えば数秒はチタンの成長が続
くが成長速度は徐々に低下する。一方、供給ガスの切り
換えと共にチタンナイトライドの成長が始まり、例えば
数秒で成長速度が略ピークに達し、後は一定になる。従
って、その供給ガスの切換後数秒の間は、チタンＴｉと
チタンナイトライドＴｉＮが混在した膜が成長し、その
膜の組成比は最初はチタンがリッチで、チタンナイトラ
イドがプアーであるが、徐々にチタンの組成比が減少
し、チタンナイトライドの組成比が増加する。そして、
チタンナイトライドがリッチ、チタンがプアーとなり、
やがて、チタンナイトライドの組成比が１００％とな
る。これが反射防止の役割を果たす。 【００２０】従って、反射防止膜の深さ方向の組成比分
布は図２（Ａ）に示すようになる。このように、チタン
ＴｉとチタンナイトライドＴｉＮの混在する部分は実質
的にＴｉ₂ Ｎとなり、これがチタン膜２０とチタンナイ
トライド膜２１との境界２３を成している。この境界２
３はチタンとチタンナイトライドの組成比が連続的に変
化するので、図３において破線で曖昧に示したのであ
る。このように、組成比が連続的に変化する膜が形成さ
れるようにするとボイドの発生を有効に防止することが
できることが確認されている。このように、供給ガスの
切り換え時においてもスパッタリングの電源をオンし続
けるので、窒素Ｎ₂ の供給開始時においても窒素Ｎ₂ の
一部はチタン膜２を浸透し、Ａｌ系配線膜８とチタンと
の反応を抑制する。従って、従来において問題となって
いたボイド２２の発生が３００〜３５０℃の高温でも回
避することができるのであると推測される。 【００２１】ちなみに、従来における反射防止膜の深さ
方向の組成比分布を図２（Ｂ）に示す。従来において
は、供給ガスの切り換え時にはスパッタリングの電源を
オフするので、窒素ガスＮ₂ はその供給開始時において
はチタン膜２を浸透してＡｌ系配線膜８との境界までは
ほとんど達し得ず、従って、２５０℃以上の温度ではア
ルミニウムとチタンとの反応を阻止し得ず、ボイドの発
生を阻止することが難しかったのであると推測できる。 【００２２】尚、反射防止膜形成用チャンバにおける基
板加熱温度は、必ずしもチタンナイトライド膜形成用チ
ャンバにおける基板加熱温度と必ずしも同一である必要
ではなく、それより数十℃程度低くても良い。というの
は、チタンナイトライド膜形成用チャンバから半導体ウ
ェハを取り出して移動し、反射防止膜形成用チャンバに
入れるまでにある程度温度が低下するので、反射防止膜
形成用チャンバにおける基板加熱温度がその低下した温
度乃至それに近い温度であれば、すぐに反射防止膜の形
成を開始でき、スループットが低下しないからである。
本発明はアルミニウムを、あるいはアルミニウム合金を
主配線材料として用いてスパッタリングにより配線、特
に多層配線を形成した半導体装置の製造に適用すること
ができ、第１層目のＡｌ系配線膜であっても、第２層目
のＡｌ系配線膜であっても、第３層目のＡｌ系配線膜で
あっても、つまりどの層のＡｌ系配線膜であっても本発
明を駆使できる。 【００２３】 【発明の効果】本発明半導体装置の製造方法によれば、
アルゴンガスを導入し、パワーを印加することによりチ
タン膜が形成され、そのパワーを切ることなくアルゴン
ガス中に窒素を加えるとその窒素がチタンとアルミニウ
ムとの反応を抑制するので、温度が高くても、例えば３
００〜３５０℃でもボイドを発生させて表面を荒らすと
ころのアルミニウムとチタンとの反応は生じない。従っ
て、ステップカバレッジを良くするためにＡｌ系配線膜
のスパッタリング温度を高くしてもそれと同程度あるい
はそれに近似した従来よりも高い温度でＴｉＮ反射防止
膜を形成することにより、Ａｌ系配線膜の形成とＴｉＮ
反射防止膜の形成との間に冷却チャンバによる冷却をす
る必要がなく、スループットの低下を伴うことなくボイ
ドの発生の問題を回避することができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device in one chamber of a multi-chamber.
Ti composed of a plurality of types of films having different composition ratios on an l-type interconnect film
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device formed by a sputtering method using a titanium target by switching a supply gas in the middle of an N-type antireflection film. 2. Description of the Related Art Al-based wiring films are most commonly used as wiring materials for semiconductor devices, specifically, aluminum or aluminum obtained by adding about 0.5% by volume of copper to aluminum, or What added about 1% of silicon is used. Due to the development of technology for preventing interdiffusion due to barrier metal, recently, there has been a tendency to lower the resistance by using aluminum to which copper is added rather than silicon. In the case of forming an Al-based wiring, a titanium nitride (TiN) film and a titanium (Ti) film serving as a barrier metal are formed as bases before forming the Al-based wiring. Is formed, a titanium nitride film serving as an antireflection film is formed. This anti-reflection film is formed to prevent reflection of exposure light during exposure for patterning the Al-based film. FIG. 4 is a sectional view schematically showing an example of a semiconductor device using such an Al-based wiring as a main wiring material. 1, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate, 2 denotes a field insulating film formed by selective oxidation, 3 denotes a gate insulating film, 4 denotes a gate electrode made of, for example, tungsten polycide, 5 denotes an interlayer insulating film, 6 denotes a contact hole, and 7 denotes a contact hole. 6, tungsten for filling 6; 8 for an Al-based wiring film of the first layer; 9 for an interlayer insulating film of the second layer; 10 for a through hole;
11 is tungsten filling the through hole 10;
Is a second-layer Al-based wiring film, 13 is a third-layer interlayer insulating film, 14 is a through-hole, 15 is tungsten filling the through-hole 10, 16 is a third-layer Al-based wiring film,
7 is a passivation film. FIG. 5 is a view showing a specific cross-sectional structure of the Al-based wiring film. In the figure, 18 is a titanium film, 1
9 is a titanium nitride film as a barrier metal, 8 is A
The l-system wiring film, 20 is an extremely thin titanium film having a thickness of, for example, about several or several tens of nm, and 21 is an antireflection film. In this example, A
The anti-reflection film 21 is not directly formed on the surface of the l-system wiring film 8 (or 12, 16), but the titanium film 20 is
Is formed. The reason for this is to prevent the surface of the Al-based wiring film from being nitrided by the sputtering of titanium nitride to increase the contact resistance with the upper wiring. That is, when a titanium nitride film is to be formed directly on the surface of an Al-based wiring film by reactive sputtering, nitrogen N _{2 in} gas acts on the surface of the Al-based wiring film, and the surface of the wiring film is nitrided. Will be done. Since the aluminum nitride AlN has a large resistance, the contact resistance between the Al-based wiring film and the upper wiring formed thereon is increased. In the past, this was allowed, but the necessity of reducing the parasitic resistance along with the miniaturization of the element has been increasing, so that it is gradually becoming unacceptable. Therefore, after forming the Al-based wiring film, titanium is formed on the surface by sputtering, and a titanium nitride film is further formed by sputtering. The formation of the titanium and titanium nitride films may be performed in different chambers within the same multi-chamber, or may be performed continuously in the same chamber. In the latter case, only argon is supplied as a gas without adding nitrogen to be supplied as a supply gas for the first few seconds. That is, the gas supplied into the chamber is initially only argon gas, and then a mixed gas of argon gas and nitrogen gas, and the supply gas is switched on the way, but conventionally, when switching, the sputtering gas is used. The power was off. As described above, by changing the supply gas during the sputtering, the target titanium is deposited on the surface of the Al-based wiring film without being nitrided, and then nitrogen is added to the supply gas. Add. Then, the nitrided titanium, that is, the titanium nitride film becomes Al
It is formed on the surface of the system wiring film. Titanium on the surface of the Al-based wiring film serves to prevent nitriding of the Al-based wiring film and at the same time to reduce the contact resistance due to its low specific resistance. [0008] Among the above-mentioned conventional methods, sputtering for forming a titanium film and sputtering for forming a titanium nitride film are performed in separate chambers in the same multi-chamber. The method to be performed has a problem in that the chamber must be changed in order to form the antireflection film, so that the throughput is poor. On the other hand, the method of continuously forming a titanium film and a titanium nitride film in the same chamber does not have a problem of low throughput. However, this method has a problem that voids are formed by the reaction between aluminum and titanium. This problem also exists in a method in which a titanium film and a titanium nitride film are formed in different chambers. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the problem, in which 5 is an interlayer insulating film, 19 is a titanium nitride film as a barrier metal, 8 is an Al-based wiring film, and 20 is a surface of the Al-based wiring film 8. Is a titanium nitride film on the titanium film 20, and 22 is a void formed by a reaction between aluminum and titanium. Originally, aluminum and titanium easily react with each other, easily react at a temperature of 250 to 300 ° C., and the titanium is taken into the Al-based wiring film to cause a volume shrinkage, so that a void 22 is easily generated. . The formation of such voids 22 causes the surface of the Al-based wiring film to be roughened, causing local connection failure of the contact hole, and one of the causes of increasing the failure rate. Therefore, sputtering for forming an anti-reflection film cannot be performed at a very high temperature.
There is a restriction on the temperature of 0 ° C. or less. However, Al
In order to improve the step coverage of the system wiring film, it is necessary to raise the temperature of the substrate to a certain level during sputtering of the Al system wiring film. Therefore, in order to improve the step coverage of the Al-based wiring film and prevent defects due to the generation of voids, the sputtering of the titanium nitride film is made, for example, at 300 to 350 ° C., a height sufficient to improve the step coverage, The antireflection film must be formed at a relatively low temperature of 250.degree. However, if the sputtering method is performed at a low temperature after forming the Al-based wiring film at a high temperature,
After the Al-based wiring film is formed, it is necessary to cool the film, and the processing time becomes extremely long. Specifically, for example, a cooling chamber is provided in a multi-chamber, and after forming an Al-based wiring film by sputtering, the semiconductor wafer is taken out of the Al-based wiring film forming chamber and put into a cooling chamber, which is preferable for forming an anti-reflection film. It is necessary to cool to a temperature and then to enter a chamber for forming an antireflection film to form an antireflection film. If cooling is performed without using the cooling chamber, the time required for cooling becomes longer, and the throughput becomes worse. However, this is a problem that cannot be overlooked in recent years in which improvement in productivity and cost reduction of semiconductor devices is demanded, and is a technology that is becoming practically impossible to adopt. The present invention has been made to solve such a problem, and a TiN antireflection film composed of a plurality of kinds of films having different composition ratios is formed on an Al-based wiring film in one chamber. In the method for manufacturing a semiconductor device formed by a sputtering method using titanium as a target, the supply gas is switched by the method described above, even if the processing temperature of the TiN antireflection film is increased after the formation of the Al-based wiring film, The defect rate is reduced by preventing the occurrence of roughness due to voids.
It is an object of the present invention to increase the throughput by increasing the heating temperature when forming a system wiring film from the viewpoint of step coverage and subsequently forming the antireflection film in a relatively short time. According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the switching of the supply gas from the initial argon only to the subsequent mixed gas of argon and nitrogen is performed while the power of sputtering is kept on. In this state, the composition ratio of the TiN antireflection film is changed continuously. Therefore, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a titanium film is formed by introducing an argon gas and applying power, and when nitrogen is added to the argon gas without turning off the power, the nitrogen becomes titanium and titanium. Since the reaction with aluminum is suppressed, even if the temperature is high, for example, 30
Even at 0 to 350 ° C., there is no reaction between aluminum and titanium, which generates voids and roughens the surface. Conventionally, the power is turned off when the supply gas is switched from argon gas to a mixed gas of argon and nitrogen, so that nitrogen permeates the titanium film and suppresses the reaction between titanium and aluminum. However, according to the present invention, when the supply gas is switched, that is, when the nitrogen gas starts to mix in the gas, the power for sputtering remains on, so that the nitrogen penetrates the titanium film. However, the reaction between aluminum and titanium can be restricted. Therefore, high temperatures, for example 3
Sputtering for forming a TiN antireflection film can be performed at 00 to 350 ° C. Therefore, sputtering for forming a TiN antireflection film at a high temperature, for example, 300 to 350 ° C. can be performed. Further, even if an Al-based wiring film is formed at a high temperature in order to improve the step coverage, it is not necessary to perform remarkable cooling. You can move. By the way, after the change of the supply gas, Ti2N is formed at first because it is titanium rich and nitrogen poor.
Thereafter, TiN, that is, a titanium nitride film is formed, and Ti2N is interposed between the titanium nitride film TiN and titanium. The change in the composition ratio during this period is not stepwise but continuous. As described above, it has been confirmed that the formation of a film having a continuously changing composition ratio can effectively prevent the generation of voids. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. In the method of manufacturing the semiconductor device, the substrate heating temperature is, for example, 300 to 350 ° C.
The semiconductor wafer for which the Al-based wiring film has just been formed is placed in an anti-reflection film forming chamber (target is titanium) in one multi-chamber set as described above and set. The reason why the substrate heating temperature of the chamber is set to a temperature of 300 to 350 ° C. is substantially equal to the substrate heating temperature in the Al-based wiring film forming chamber in the same multi-chamber set to improve the step coverage of the Al-based wiring film. To make them the same. The reason why the substrate heating temperature is made substantially the same is that the Al-based wiring film is formed and then immediately transferred from the Al-based wiring film forming chamber to the anti-reflection film-forming chamber without cooling by the cooling chamber. This is because a TiN-based anti-reflection film can be formed so that the throughput does not decrease. As soon as the semiconductor wafer is set in the antireflection film forming chamber, the argon gas Ar is supplied (supply amount, for example, 50 SCCM) and the power supply for sputtering is turned on. The sputtering is started by turning on the power in the state of supplying the argon gas Ar or by supplying the argon gas in the state of turning on the power. By the way, initially, the supply gas is only argon Ar,
Since the nitrogen gas N2 is not supplied, the titanium film is formed on the surface of the semiconductor wafer, not the titanium nitride film. FIG. 3 shows a state after the formation of the TiN antireflection film. In FIG. 3, reference numeral 20 denotes the titanium film. The growth rate of this sputtering is about 1 nm / sec. After a lapse of 5 to 6 seconds from the start of sputtering,
That is, after the titanium film 20 is grown to about 5 to 6 nm, the supply gas is switched from only argon to a mixed gas of argon and nitrogen gas. Specifically, for example, the supply amount of argon is set to about 5
The supply of nitrogen gas is started at a supply rate of 25 SCCM while halving it from 0 SCCM to about 25 SCCM. Then, the power is turned off which is conventionally performed in the switching (FIG. 1).
Is not performed. That is, the power supply is kept turned on during the sputtering. As described above, by switching the supply gas, the film quality naturally changes. Specifically, even if the supply gas is switched, the growth of titanium continues for a while, for example, several seconds, but the growth rate gradually decreases. On the other hand, the growth of titanium nitride starts with the switching of the supply gas, and the growth rate substantially reaches a peak in a few seconds, for example, and becomes constant thereafter. Therefore, for several seconds after the switching of the supply gas, a film in which titanium Ti and titanium nitride TiN are mixed grows, and the composition ratio of the film is initially rich in titanium and poor in titanium nitride. The composition ratio of titanium gradually decreases, and the composition ratio of titanium nitride increases. And
Titanium nitride is rich, titanium is poor,
Eventually, the composition ratio of titanium nitride becomes 100%. This plays a role of antireflection. Therefore, the composition ratio distribution in the depth direction of the antireflection film is as shown in FIG. As described above, the portion where titanium Ti and titanium nitride TiN are mixed substantially becomes Ti ₂ N, which forms the boundary 23 between the titanium film 20 and the titanium nitride film 21. This boundary 2
In FIG. 3, since the composition ratio of titanium and titanium nitride changes continuously, it is vaguely indicated by a broken line in FIG. As described above, it has been confirmed that the formation of a film having a continuously changing composition ratio can effectively prevent the generation of voids. As described above, even when the supply gas is switched, the power of the sputtering is kept on, so that even when the supply of nitrogen N ₂ is started, a part of the nitrogen N ₂ permeates the titanium film 2 and the Al-based wiring film 8 and the titanium Suppresses the reaction with Therefore, it is presumed that the generation of the void 22 which has conventionally been a problem can be avoided even at a high temperature of 300 to 350 ° C. FIG. 2B shows a conventional composition ratio distribution of the antireflection film in the depth direction. Conventionally, since the power supply for sputtering is turned off when the supply gas is switched, the nitrogen gas N ₂ penetrates the titanium film 2 and hardly reaches the boundary with the Al-based wiring film 8 at the start of the supply. Therefore, it can be assumed that at a temperature of 250 ° C. or higher, the reaction between aluminum and titanium could not be prevented, and it was difficult to prevent the generation of voids. The substrate heating temperature in the anti-reflection film forming chamber is not necessarily required to be the same as the substrate heating temperature in the titanium nitride film forming chamber, and may be lower by several tens of degrees. This is because the temperature of the semiconductor wafer is taken out of the chamber for forming a titanium nitride film, moved to a certain extent before being moved into the chamber for forming an anti-reflection film, so that the substrate heating temperature in the chamber for forming an anti-reflection film decreases. If the temperature is at or near the set temperature, the formation of the anti-reflection film can be started immediately, and the throughput does not decrease.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to the manufacture of a semiconductor device in which wiring, particularly multilayer wiring is formed by sputtering using aluminum or an aluminum alloy as a main wiring material. The present invention can be used irrespective of the second-layer Al-based interconnect film or the third-layer Al-based interconnect film, that is, any layer of the Al-based interconnect film. According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
By introducing argon gas and applying power, a titanium film is formed.If nitrogen is added to the argon gas without turning off the power, the nitrogen suppresses the reaction between titanium and aluminum, so the temperature is high. Also, for example, 3
Even at 00 to 350 ° C., no reaction occurs between aluminum and titanium, which generates voids and roughens the surface. Therefore, even if the sputtering temperature of the Al-based wiring film is increased to improve the step coverage, the TiN antireflection film is formed at a temperature similar to or higher than that of the conventional method, thereby forming the Al-based wiring film. And TiN
It is not necessary to perform cooling by the cooling chamber during the formation of the anti-reflection film, and the problem of generation of voids can be avoided without lowering the throughput.

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図である。 【図２】（Ａ）、（Ｂ）はＴｉＮ反射防止膜の深さ方向
におけるチタンとチタンナイトライドの組成分布を示
し、（Ａ）は第１の実施の形態の場合を、（Ｂ）は従来
の場合を示す。 【図３】第１の実施の形態により形成されたＴｉＮ反射
防止膜及びＡｌ系配線膜等を示す断面図である。 【図４】半導体装置の多層配線構造を示す断面図であ
る。 【図５】Ａｌ系配線膜の具体的な断面構造を示す断面図
である。 【図６】従来の問題点を示す断面図である。 【符号の説明】 ８ Ａｌ系配線膜 ２０ チタン膜 ２１ チタンナイトライド膜 ２３ チタン膜とチタンナイトライド膜の境界（Ｔｉ₂
Ｎ）BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. FIGS. 2A and 2B show the composition distribution of titanium and titanium nitride in the depth direction of a TiN antireflection film, FIG. 2A shows the case of the first embodiment, and FIG. This shows a conventional case. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a TiN antireflection film, an Al-based wiring film, and the like formed according to the first embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a multilayer wiring structure of the semiconductor device. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a specific cross-sectional structure of an Al-based wiring film. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional problem. [Description of Signs] 8 Al-based wiring film 20 Titanium film 21 Titanium nitride film 23 Boundary between titanium film and titanium nitride film (Ti ₂
N)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｒ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/43 H01L 29/47 H01L 29/872 H01L 21/3205 C23C 14/06 C23C 14/34 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ identification code FI H01L 21/88 R (58) Investigated field (Int.Cl. ⁷ , DB name) H01L 21/28-21/288 H01L 21 / 44-21/445 H01L 29/40-29/43 H01L 29/47 H01L 29/872 H01L 21/3205 C23C 14/06 C23C 14/34

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 一つのチャンバ内にてＡｌ系配線膜上の
Ｔｉ膜上に形成された組成比が連続的に変化するＴｉＮ
反射防止膜を、供給ガスを途中でアルゴンのみからアル
ゴンと窒素の混合ガスへ切り換える、チタンをターゲッ
トとするスパッタリング法により形成する半導体装置の
製造方法において、 スパッタリングのパワーをオンしたままの状態で上記供
給ガスの切り換えを行うことにより、ＴｉＮ反射防止膜
の組成比が連続的に変化するようにすることを特徴とす
る半導体装置の製造方法(57) [Claim 1] TiN in which a composition ratio formed on a Ti film on an Al-based wiring film continuously changes in one chamber.
The anti-reflection film, switching from argon alone in the middle feed gas to the argon and nitrogen mixed gas, in the manufacturing method of a semiconductor device is formed by a sputtering method using titanium as a target, the state of the remains on the power of the sputtering Offering
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the composition ratio of a TiN antireflection film is continuously changed by switching a gas supply.