JPH06196441A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH06196441A
JPH06196441A JP24245292A JP24245292A JPH06196441A JP H06196441 A JPH06196441 A JP H06196441A JP 24245292 A JP24245292 A JP 24245292A JP 24245292 A JP24245292 A JP 24245292A JP H06196441 A JPH06196441 A JP H06196441A
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film
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aluminum
sputtering
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Kuniko Miyagawa
邦子 宮川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンタクトホールを形成し、そこにAl合金
を半溶融状態にして埋め込む際、500℃より低い温度
でも良好に埋め込みを行うことができるようにして信頼
性を向上させる。 【構成】 径0.15〜0.8μm、深さ約1.1μm
下地にポリシリコン膜を敷いたコンタクトホールを形成
した基板をスパッタ装置内に入れ、10- 1 0 Torr
まで真空排気し、プロセスガスであるArを精製装置を
通して水、炭化水素等の不純物ガスの濃度をppm以下
にする。ターゲットである純Alも酸素濃度をppm以
下にし、スパッタを行う。Al膜中へ水や酸素などの不
純物ガスが取り込まれないので、基板温度を500℃よ
り低い470℃にしてもAlは酸化されず充分な流動性
を持ち、コンタクトホールを良好に埋め込むことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、配線形成工程におけるAl合金の
スパッタによる埋め込みは、ベースプレッシャーが10
- 8 Torrの装置で、成膜中の不純物ガス圧を制御す
ることなく、基板温度を500℃以上にあげて、Al−
SiまたはAl−Si−Cuの合金をスパッタ法で成膜
し、埋め込みを行っていた。しかしこの方法では、成膜
中に表面が酸化されるため、Al合金を半溶融状態にし
てホールを埋め込むことの妨げとなる。不純物ガス濃度
が高い状態で埋め込みを行うためには、成膜中のAl合
金の流動性を上げる必要があるため、基板温度を500
℃以上の温度にする必要があった。
【0003】Al−Si−Cu等Al合金を電極や配線
に用いた場合、基板加熱温度が500℃を越えると、微
細な配線中にSiの塊が析出しその部分が非常に高抵抗
になってしまう。特に0.2μm程度の幅の微細配線で
は、基板加熱温度が500℃を越えると大きく析出した
Siが信頼性を低下させる。
【0004】また、反応性スパッタでTiNを堆積する
際、チャンバ中に存在する水蒸気はじゃまになるのでこ
れを制御するために、水素を感知して水蒸気量を定量化
し、水蒸気量が増加した場合それに応じて反応性ガス
(N2 )の分圧を増加させるという方法がある(特開昭
63−60277号公報)。しかしこの方法では、水蒸
気量の絶対値を減少させてはおらず、コンタクトホール
の埋め込みに応用した場合成膜中にAl表面が酸化され
てしまい、流動性が悪くなってしまうので、やはり基板
温度を500℃以上にする必要があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】プロセスガス中の不純
物ガスはAl合金と反応して膜中に取り込まれるか、ま
たはそのまま膜中に取り込まれる。特に水の分圧や、酸
素分圧が高いと、成膜中にAl合金は酸化されて、融点
の非常に高い酸化被膜を作るため、Al合金が半溶融状
態になりにくく、ホールの埋め込みが困難になるという
問題がある。たとえ、水蒸気量を感知してプロセスガス
量を調整しても、プロセスガス中の不純物ガスの絶対量
を減少させなければ、不純物の膜中取り込みや、表面酸
化が起こって埋め込みは困難である。埋め込みを確実に
するために、従来のように基板温度を500℃以上の高
温にすると、Al合金が水、酸素などの不純物ガスと反
応し表面荒れを起こす上に、特に多層配線構造の場合に
は下層配線に影響を与え、電気特性が不安定になる問題
があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、ホールを形成
した半導体装置上にAlまたはAl合金を半溶融状態に
してホールを埋め込む方法において、不純物濃度をpp
m以下にしたプロセスガス及びAl合金を使用し、成膜
雰囲気の不純物濃度をppm以下に設定することを特徴
とする半導体装置の製造方法である。
【0007】
【作用】不純物をガス圧をppm以下に抑えることによ
り、スパッタ中に膜への不純物取り込みがなくなり、ま
た表面酸化を抑えることができる。これにより高温スパ
ッタによる埋め込みでAlの流動性を阻害するものがな
くなるために、従来よりも基板温度を低くしてホールを
埋め込むことが可能となり、デバイスの信頼性が向上す
る。
【0008】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。
【0009】使用したスパッタ装置はベースプレッシャ
ーが1×10- 1 0 Torrまで排気できる超真空スパ
ッタ装置である。この装置には主たる排気用クライオポ
ンプの他にクライオポンプの設定温度を70K程度にし
て、スパッタ中にプロセスガスであるArは排気しない
が、他の水などの沸点の高い不純物ガスは排気できるク
ライオポンプが設置してあり、スパッタ中の不純物ガス
の分圧をさげられるようになっている。
【0010】プロセスガスであるArは精製装置を通
し、その出口では水、炭化水素類、窒素などがppm以
下になるように設定してある。使用したターゲットは純
Alで、従来の物に比べターゲット中の酸素濃度が低い
ものを用いた。
【0011】スパッタ中のガス分析は差動排気系によ
り、水、窒素、酸化炭素類、炭化水素類をppbレベル
まで同時にモニターした。
【0012】純Alの高温スパッタによる埋め込みは上
記条件のもとで行った。基板温度は400〜500℃で
あり、スパッタパワーは10kwである。埋め込むホー
ルは深さが約1.1μm、ホール径は0.15〜0.8
μmで、下地膜としてポリシリコンが500A敷いてあ
るものを検討した。このポリシリコンは高温スパッタ中
に純Al中にとけ込んでAl−Si合金となる。また、
不純物ガス濃度をppm以下まで低くした場合と、そう
でない場合を比べるために、不純物ガスを多く含む実験
はボンベから直接供給されたArガスを使用した。図1
に精製装置を通したときのArガス中の不純物である水
蒸気の分圧図1(a)と、直接ボンベから供給されたA
rガス中の同じく水蒸気の分圧図1(b)を測定した結
果を示す。(a)と(b)で水の分圧は約2桁の差があ
ることがわかる。Arの中に水が含まれているため
(b)ではArの分圧の変化に追随して水の分圧も変化
している。また他に炭化水素類もボンベからの直接供給
では、精製装置を通したガスに比べ高くなっている。こ
の2種のガスを用いて埋め込み実験を行った。図2にそ
れぞれのガスで基板温度470℃で埋め込みを行った結
果を示す。Si基板20上に酸化膜21を形成しそこに
前述のコンタクトホールを開口し、ポリシリコンをうす
く敷き(図示せず)純アルミ22をスパッタ形成した。
不純物ガス圧をppm以下まで抑えた精製装置を通した
Arガスを用いた場合、スパッタ中に不純物ガスの膜中
への取り込みや酸化が行われないため、Alは半溶融状
態になりホールは埋め込まれる(図2(a))が不純物
ガスを多く含むと、同じ基板温度でもAlの流動性は阻
害され、ボイド23が生じ良好な埋め込みは行われない
(図2(b))。
【0013】この現象は、Al−Si−Cu,Al−S
iなど他のAl合金を使用しても、また、シリサイド、
ナイトライド等種々のバリアメタルなどの下地膜を利用
した場合でも同じである。
【0014】
【発明の効果】本発明を用いれば、従来とプロセス整合
性のよいスパッタによるメタル埋め込みを、従来よりも
低い温度で行うことができ信頼性の向上につながる上、
コストの低減もできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の一実施例の説明するため
に行ったガス分析の測定結果である。(a)はガス精製
装置を通した場合、(b)はボンベから直接供給した場
合である。
【図2】(a)は不純物ガス圧をppm以下に抑えた精
製ガスを使用したときのホールの埋め込み結果、(b)
はボンベからの直接供給ガスによる埋め込み結果を示す
図である。
【符号の説明】
20 Si基板 21 酸化膜 22 アルミ 23 ボイド

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホールを形成した半導体装置の上にAl
    またはAl合金を半溶融状態にしてホールを埋め込む方
    法において、不純物濃度をppm以下にしたプロセスガ
    ス及びAl合金を使用し、成膜雰囲気の不純物濃度もp
    pm以下に設定することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
JP4242452A 1992-09-11 1992-09-11 半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JP2757705B2 (ja)

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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0853136A4 (en) * 1996-07-05 1999-04-21 Japan Energy Corp CATHODE SPRAYING TARGET IN ALUMINUM OR ALUMINUM ALLOY

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