JPH10233444A

JPH10233444A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH10233444A
Application number: JP3489497A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujiwara; 浩志藤原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】上層配線と下層配線間に配置されるコンタク
トの形成段階において、コンタクトホール開口後、バリ
アメタル層を成膜する際、層間絶縁膜から放出されるガ
スのため、コンタクト内にボイドを生じ、コンタクトホ
ールの精度の良い埋め込みが困難であった。【解決手段】この発明によれば、コンタクトホール１
１を開口後、熱処理を行い、バリアメタル層７を形成し
た後、コンタクトを形成するチャンバー１３内にて、コ
ンタクトを構成する導電物質の成膜温度と同じ温度で熱
処理を行い、層間絶縁膜５からガス１２を排出させた
後、同じチャンバー１３内にて、連続的にコンタクトを
構成するタングステン膜を積層し、コンタクトホール１
１を完全に導電物質で埋設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造方法に関し、特に下層金属配線上に位置する層間絶縁
膜内に形成される開口部（ビアホール）への導電物質の
埋め込み技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】次に、従来の技術による半導体装置の配
線間の接続部の断面構造及びその製造方法について説明
する。図１０において、符号１００は半導体基板、１０
１は半導体基板１００上にパターニングされたＡｌから
なる下層金属配線（以下、下層配線１０１とする。）、
１０２は下層配線１０１の表面に積層された反射防止
膜、１０３、１０４、１０５は下層配線１０１形成後に
順次所定の膜厚となるように積層された層間絶縁膜、１
０６は下層配線１０２に当接するように層間絶縁膜１０
３、１０４、１０５を部分的にエッチングすることで形
成されたビアホール、１０７はビアホール１０６の内壁
および層間絶縁膜１０５の表面に付着して形成されたバ
リアメタル層、１０８はビアホール１０６内に埋め込ま
れた金属からなる接続部、１０９はビアホール１０６内
に金属が十分に充填されずに生じたボイド、１１０は層
間絶縁膜１０５上にバリアメタル層１０７を介して積層
されたＡｌからなる上層金属配線（以下、上層配線１１
０とする。）、１１１はＡｌからなる上層配線１１０上
に積層された反射防止膜をそれぞれ示している。

【０００３】次に、図１０に示す半導体装置の製造方法
について、図１１〜１４を参照して説明する。まず、図
１１に示すように、半導体基板１００上に、表面に反射
防止膜１０２を有し、Ａｌからなる下層配線１０１をパ
ターニングし、Ｐ−ＣＶＤ法（plasma−ＣＶＤ、ＣＶ
Ｄ：chemical vapor deposition）によって層間絶縁膜
１０３を積層し、さらにＳＯＧ膜からなる層間絶縁膜１
０４を積層し、さらにＰ−ＣＶＤ法で層間絶縁膜１０５
を積層する。次に、下層配線１０１に当接するように、
層間絶縁膜１０３、１０４、１０５に対し、選択的に異
方性エッチングを行い、所定の開口径を有するビアホー
ル１０６を形成する。

【０００４】その後、熱処理が可能なチャンバーを設け
たスパッタリング装置を用いて、層間絶縁膜１０３、１
０４、１０５を２５０〜３５０℃の温度に保ち、脱ガス
処理を行う。この脱ガス処理により、層間絶縁膜１０
３、１０４、１０５の内部のガス１１２、即ち水分や水
素ガスを排出させる。

【０００５】次に、図１２に示すように、被処理基板
（半導体基板１００を含む、未完成の半導体装置を以
下、被処理基板と称する。）を、同じスパッタリング装
置内の別のチャンバーに移動させる。この別のチャンバ
ー内において、被処理基板の表面、即ちビアホール１０
６の内壁及び層間絶縁膜１０５の表面に対し、スパッタ
リング法によってＴｉＮ／Ｔｉ膜からなるバリアメタル
層１０７を成膜する。

【０００６】なお、このときのチャンバー内の温度は、
一般的には１００〜２００℃程度であり、ここで成膜さ
れたＴｉＮ／Ｔｉ膜はバリアメタル層１０７としてだけ
ではなく、密着層として作用するものである。

【０００７】その後、図１３に示すように、ビアホール
１０６の内部を、導電物質、例えばタングステン膜１０
８ａをＣＶＤ法によって積層することで埋め込む。この
タングステン膜１０８ａを積層する際には、脱ガス処
理、バリアメタル層１０７の成膜処理よりも高温（４０
０〜４５０℃）で処理を行うため、主に層間絶縁膜１０
４から、新たに水素を含んだガス１１２がバリアメタル
層１０７を介してビアホール１０６から排出される。

【０００８】新たに発生したガスのため、ビアホール１
０６内は、タングステン膜１０８ａによって完全に埋設
されず、最終的に、中央にボイド１０９が形成される。
また層間絶縁膜１０５上にはバリアメタル層１０７を介
して接続部１０８を構成する物質と同じタングステン膜
１０８ａが所定の膜厚に積層される。

【０００９】その後、図１４に示すように、層間絶縁膜
１０５上にバリアメタル層１０７を介して積層されたタ
ングステン膜１０８ａに対して上方からドライエッチン
グを行い、ビアホール１０６内に埋設された接続部１０
８となるタングステン膜１０８ａのみを残し、他のタン
グステン膜１０８ａを除去する。

【００１０】次に、スパッタリング法によってＡｌから
なる上層配線１１０、反射防止膜１１１をそれぞれ構成
する物質を積層し、パターニングを行うことによって所
定の形状とし、図１０に示す構造の半導体装置を得るも
のである。

【００１１】以上、示したような半導体装置の製造方法
によっては、層間絶縁膜１０４内から発し、ビアホール
１０６を通って排出されるガス１１２のため、ビアホー
ル１０６内にはボイド１０９が生じ、最終的に形成され
る半導体装置の接続部１０８の役割を十分に果たすこと
ができなくなり、上層配線１１０と下層配線１０２との
電気的接続を十分に行えず、また、余分なタングステン
膜１０８ａのエッチング時に、ボイド１０９を介してエ
ッチングガスが下層配線１０１に触れて、エッチングダ
メージを与えてしまい、所望の電気特性が得られなくな
るという問題があった。この問題は、ビアホール径が
０．３５μｍ以下のデバイスにおいて、特に顕著であ
る。

【００１２】さらに、特開昭６１−２２８６２３号公報
には、シリコン基板を超高真空下で加熱しながら脱ガス
処理を行い、シリコン基板上にタングステン膜を積層す
る技術が開示されているが、半導体装置の配線間の接続
部における、脱ガス処理については、この文献中では開
示されていない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、ボイドを
生じさせることなく、ビアホール内に導電物質を充填
し、良好な構造の接続部とする半導体装置の製造方法を
得ることを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に下層金属配
線を形成する工程、上記半導体基板の表面上に層間絶縁
膜を積層する工程、上記層間絶縁膜に対して選択的に異
方性エッチングを行い、上記下層金属配線の表面の少な
くとも一部を表出させるビアホールを形成する工程、上
記層間絶縁膜を加熱し、脱ガス処理を行う工程、上記ビ
アホールの内壁及び上記層間絶縁膜の表面にバリアメタ
ル層を付着形成する工程、上記層間絶縁膜を上記ビアホ
ール内を埋設する導電物質の成膜温度に加熱し、脱ガス
処理を行う工程、上記バリアメタル層上に上記導電物質
を積層することで、少なくとも上記ビアホール内を上記
導電物質で埋設し、接続部を得る工程、上記接続部に接
する上層金属配線を形成する工程を含むものである。

【００１５】また、この発明の請求項２に係る半導体装
置の製造方法は、半導体基板上に下層金属配線を形成す
る工程、上記下層金属配線上及び上記半導体基板の表面
上に層間絶縁膜を積層する工程、上記層間絶縁膜に対し
て選択的に異方性エッチングを行い、上記下層金属配線
の表面の少なくとも一部を表出させるビアホールを形成
する工程、上記層間絶縁膜を加熱し、脱ガス処理を行う
工程、上記ビアホールの内壁及び上記層間絶縁膜の表面
にバリアメタル層を付着形成する工程、温度調整可能な
第一のチャンバー内において、上記ビアホール内に埋設
する導電物質の成膜温度よりも高温で、上記層間絶縁膜
を加熱し、脱ガス処理を行う工程、上記第一のチャンバ
ーと互いに真空連続であり、上記導電物質の成膜温度に
調整された第二のチャンバー内において、上記バリアメ
タル層上に上記導電物質を積層することで、少なくとも
上記ビアホール内を上記導電物質で埋設し、接続部を得
る工程、上記接続部に接する上層金属配線を形成する工
程を含むものである。

【００１６】さらに、この発明に３係る半導体装置の製
造方法は、上記のこの発明の請求項１若しくは請求項２
に係る半導体装置の製造方法に加え、さらに、層間絶縁
膜を、ビアホール内を埋設する導電物質の成膜温度、若
しくは上記導電物質の成膜温度以上の温度に加熱し、脱
ガス処理を行う工程において、上記脱ガス処理を行うチ
ャンバー若しくは第一のチャンバー内に不活性ガスを導
入後、上記チャンバー若しくは第一のチャンバー内のガ
スを排出する工程を繰り返し、上記層間絶縁膜から排出
されたガスを上記チャンバー若しくは第一のチャンバー
の外部に排出させるものである。

【００１７】また、この発明の請求項４に係る半導体装
置の製造方法は、上記の請求項１ないし３のいずれか一
項の半導体装置の製造方法に加え、層間絶縁膜はＳＯＧ
膜を含む、複数の層からなる膜とするものである。

【００１８】さらに、この発明の請求項５に係る半導体
装置の製造方法は、上記の請求項２に係る発明の半導体
装置の製造方法に加え、さらに導電物質の成膜温度より
も高温で脱ガス処理された半導体基板は、第一のチャン
バーから搬出され、真空連続な状態で移動用真空チャン
バーに収納され、上記移動用真空チャンバーを上記第二
のチャンバーまで移動させ、上記移動用真空チャンバー
から真空連続な状態で上記第二のチャンバーへ搬入させ
るものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．この発明の実施の形態１について説明す
る。図１はこの発明の半導体装置の製造方法によって形
成される半導体装置の断面図である。この図１におい
て、１は半導体基板、２は半導体基板１の表面にパター
ニングされたＡｌ合金からなる下層金属配線（以下、下
層配線２とする。）、３は下層配線２の表面に積層され
た反射防止膜、４は下層配線２をパターニング後、半導
体基板１の表面上にＣＶＤ法によって積層された層間絶
縁膜、５は層間絶縁膜４上に回転塗布によって形成され
た絶縁物質であり、平坦な表面を持つＳＯＧ膜からなる
層間絶縁膜、６は層間絶縁膜５上にＣＶＤ法によって積
層された絶縁膜からなる層間絶縁膜を示している。な
お、半導体基板１とは単結晶シリコンに限るものではな
く、ＳＯＩ（silicon on insulator）基板でも、その
他、半導体装置の基板となり得るものであればよい。

【００２０】さらに、符号７は、層間絶縁膜６、５、４
に対して選択的にエッチングを行い、下層配線２の表面
に当接するように形成されたビアホールの内壁及び層間
絶縁膜６の表面に積層されたＴｉＮ／Ｔｉ膜からなるバ
リアメタル層、８はビアホール内にバリアメタル層７を
介して埋設されたタングステン膜からなる接続部、９は
接続部８の上部に接し、バリアメタル層７を介して層間
絶縁膜６の表面に任意の形状にパターニングされたＡｌ
合金からなる上層金属配線（以下、上層配線９とす
る。）、１０は上層配線９の表面に積層された反射防止
膜を示している。

【００２１】また、図１に示した半導体装置の接続部８
の寸法（開口径）は、径が０．３５μｍ程度の、あるい
はそれ以下の大きさであり、その高さは層間絶縁膜４、
５、６の膜厚の合計と同程度である。その層間絶縁膜
４、５、６のうち、特に所定温度以上で水素を含むガス
を発生し、良好な形状の接続部の形成を阻害する主な原
因となる層間絶縁膜５の膜厚は例えば１８００Å程度と
する。また、層間絶縁膜４、６の膜厚は、例えば１６５
０Å、６５００Å程度とする。さらに、下層配線２、上
層配線９を構成す物質としては、Ａｌ合金が一般的であ
るが、同様の性質を持つ他の導電物質を用いることも可
能であり、他の構成部分についても、例示した物質の他
に同様の性質を有する異なる物質で構成することが可能
であることは言うまでもない。

【００２２】なお、この発明は、半導体装置全般に用い
ることが可能であり、例えば、半導体記憶装置の周辺回
路の第一金属配線−第二金属配線間、若しくは第二金属
配線−第三金属配線間を接続する接続部に適応すること
が可能である。また、この発明を、接続部８の径が０．
３５μｍ以下のデバイスに対して適応することが特に有
効である。

【００２３】次に、図１に示す半導体装置の製造方法を
図２〜図６を用いて工程順に説明する。まず、図２に示
すように、半導体基板１上に下層配線２となる導電物質
及び反射防止膜３を積層後、所定の形状のレジストパタ
ーンをエッチングマスクとして用いるなどしてパターニ
ングを行い、下層配線２を得る。その後、Ｐ−ＣＶＤ法
によって層間絶縁膜４を、回転塗布によってＳＯＧ膜か
らなる層間絶縁膜５を、さらに、Ｐ−ＣＶＤ法によって
層間絶縁膜６を順次積層する。回転塗布によりＳＯＧ膜
を積層することで形成する層間絶縁膜５の表面は、下層
配線２の形成に起因する段差の影響を受けず、平坦な表
面を有するため、この上層に形成する層間絶縁膜６の表
面も平坦となる。

【００２４】層間絶縁膜６の表面上にビアホールの形状
の開口部を有するレジストパターンなどを形成し、これ
をエッチングマスクとして層間絶縁膜６、５、４及び反
射防止膜３に対して順次異方性エッチングを行い、下層
配線２の表面を少なくとも一部露出させるビアホール１
１を形成する。

【００２５】その後、熱処理が可能な保持台１４を備え
たチャンバー１３ａと、スパッタリング法による成膜が
可能なチャンバー１３ｂ、さらに、上記の２つのチャン
バー１３ａ、１３ｂの間を移動する移動用真空チャンバ
ーを設けたスパッタリング装置に被処理基板（半導体基
板１を含む、未完成の半導体装置を、以下、被処理基板
と称する。）を移動させ、チャンバー１３ａ内の保持台
１４上に半導体基板１を保持させる。この保持台１４
は、あらかじめ温度を２５０〜３５０℃に調整してお
き、保持台１４から発せられる熱源１５を層間絶縁膜
４、５、６に導電させて加熱し、層間絶縁膜４、５、６
内に含まれる水分、水素等のガス１２を排出させ、脱ガ
ス処理を行う。

【００２６】その後、チャンバー１３ａ内から被処理基
板の移動用に設けられた移動用真空チャンバー内に被処
理基板を移し、この移動用真空チャンバーを同スパッタ
リング装置内に設けられたスパッタリング法による成膜
が可能なチャンバー１３ｂまで移動させ、真空状態を保
ったままでチャンバー１３ｂ内に収納する。

【００２７】被処理基板をチャンバー１３ｂに移動させ
た後、図３に示すように、スパッタリング法によって、
ビアホール１１の内壁及び層間絶縁膜６の表面にＴｉＮ
／Ｔｉ層からなるバリアメタル層７を積層する。このバ
リアメタル層７はスパッタリング法によって形成するＴ
ｉＮ／Ｔｉ層に限らず、ＴｉＷ層で構成することも可能
であり、さらに、バリアメタル層７として熱ＣＶＤ法ま
たはプラズマＣＶＤ法によって形成するＴｉ層、ＴｉＮ
層等、バリア性を有する高融点金属を形成することが可
能であり、後に説明する実施の形態２、３のバリアメタ
ル層７についても同様である。ただし、ＣＶＤ法によっ
てバリアメタル層７を形成する場合は、チャンバー１３
ａ、１３ｂを備えた成膜装置はＣＶＤ装置となる。

【００２８】次に、図４に示すように、タングステンを
ＣＶＤ法によって成膜することが可能なチャンバー１３
ｃに被処理基板を移動させ、まず４００〜４５０℃の温
度に調整された保持台１４上に真空チャック方式で半導
体基板１の裏面を密着させる。保持台１４の熱源１５に
より、被処理基板をタングステン膜を成膜する温度と同
じ温度（４００〜４５０℃）に数分間保持し、ＳＯＧ膜
からなる層間絶縁膜５内のガス１２をバリアメタル層７
を介し、ビアホール１１から膜外に排出させ、十分に脱
ガス処理を行う。

【００２９】その後、図５に示すように、脱ガス処理に
続いて、同チャンバー１３ｃ内にてタングステン膜８ａ
を所定の膜厚となるように、ＣＶＤ法によって積層す
る。また、ここで成膜するタングステン膜８ａの代わり
に、ＴｉＮ膜、Ｔｉ膜、Ａｌ膜をＣＶＤ法で形成するこ
とも可能である。

【００３０】次に、図６に示すように、エッチング処理
が可能なチャンバー内に被処理基板を移動させ、上部か
らのドライエッチングにより、タングステン膜８ａのう
ち、ビアホール１１内に埋設された接続部８となる部分
のみを残し、他の、層間絶縁膜６の表面上に積層された
部分を選択的に除去する。また、ここでのエッチング処
理として、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）
法を用いたエッチングを行ってもよい。

【００３１】その後、スパッタリング法によって、接続
部８に接するように、上層配線９となる導電物質を層間
絶縁膜６上にバリアメタル層７を介して積層し、さらに
上層に反射防止膜１０を積層する。その後、反射防止膜
１０上に上層配線９の形状のレジストパターン等からな
るエッチングマスクを形成し、これをエッチングマスク
として反射防止膜１０及び導電物質に対して異方性エッ
チングを行い、上層配線９を得、図１に示す構造の半導
体装置を得る。（図１の場合は上層配線９は断面に沿っ
た状態に配置された状態となっている。）

【００３２】このように形成された半導体装置は、ビア
ホール１１内をタングステン膜８ａで埋設する前に、タ
ングステン膜８ａを積層する際の温度と同じ温度で脱ガ
ス処理を行い、層間絶縁膜５に含まれるガスを十分に排
出させている。従って、タングステン膜８ａ積層の際に
は、新たにガスが層間絶縁膜５から排出することなく、
ボイドのない良好な形状の接続部８を形成することが可
能となる。

【００３３】実施の形態２．次に、この発明の半導体装
置の製造方法の実施の形態２について説明する。最終的
に得る半導体装置は、既に説明した実施の形態１の図１
に示したものと同じ構造のものである。実施の形態１に
おいては、タングステン膜８ａを積層する直前に行う脱
ガス処理と、タングステン膜８ａの積層は、異なるタイ
ミングで、タングステン膜８ａの成膜を行う温度に保っ
た同一のチャンバー１３ｃ内において行うものであると
述べた。

【００３４】この実施の形態２においては、互いに真空
連続であり、それぞれ温度調整が可能な複数のチャンバ
ーを有するＣＶＤ装置を用い、一方のチャンバーにおい
て、チャンバー内の温度をタングステン膜８ａの成膜温
度よりも高くなるように調整し、バリアメタル層７を成
膜した後に行う脱ガス処理を、タングステン膜８ａの成
膜温度よりも高温で行うことを特徴としている。

【００３５】次に、この実施の形態２の半導体装置の製
造方法を順を追って説明する。まず、実施の形態１の図
１〜図３に示す製造方法に従って同様の処理を行い、層
間絶縁膜４、５、６内に、ビアホール１１を形成し、こ
のビアホール１１の内壁及び層間絶縁膜６の表面にＴｉ
Ｎ／Ｔｉ層からなるバリアメタル層７を積層する。

【００３６】次に、図７に示すように、移動用真空チャ
ンバー１８を介して被処理基板を移動させることで真空
連続とすることが可能なチャンバー１６ａ、１６ｂを有
し、少なくともタングステン膜をＣＶＤ法によって積層
することが可能なタングステンＣＶＤ装置１７に被処理
基板を移動させる。

【００３７】まず、被処理基板をチャンバー１６ａ内に
搬入し、保持台１４ａの表面に半導体基板１の裏面を密
着させる。保持台１４ａはあらかじめタングステン膜を
成膜する際の温度よりも高温（４５１〜４８５℃）に調
整されており、このチャンバー１６ａ内に保持されてい
る数分間の間に、保持台１４ａから発せられる熱源１５
ａにより、層間絶縁膜５が加熱され、新たに層間絶縁膜
５からガス１２が膜外に排出され、脱ガス処理がなされ
る。

【００３８】十分な脱ガス処理を行った後、被処理基板
をチャンバー１６ａから移動用真空チャンバー１８の庫
内へ移動させ、被処理基板を収納したまま移動用真空チ
ャンバー１８をチャンバー１６ｂへと移動させる。次
に、移動用真空チャンバー１８内の被処理基板をチャン
バー１６ｂへと搬送し、チャンバー１６ｂ内において、
ＣＶＤ法により、被処理基板の表面にタングステン膜８
ａを積層し、ビアホール１１内の埋め込みを行う。この
とき、チャンバー１６ｂ内部の温度は、タングステン膜
８ａの成膜温度に適した４００〜４５０℃の温度に調整
されている。

【００３９】ＣＶＤ法によってビアホール１１内にタン
グステン膜８ａを埋設する際の処理温度（４００〜４５
０℃）が、既に行った脱ガス処理時の温度（４５１〜４
８５℃）よりも低温であるために、タングステン膜８ａ
の成膜時に新たに層間絶縁膜５中からガスが排出される
ことがなく、良好な埋め込みが可能となり、ボイドを形
成しない接続部を得ることが可能である。

【００４０】タングステン膜８ａを積層後は、タングス
テンＣＶＤ装置１７から被処理基板を搬出し、ドライエ
ッチング装置内に搬入する。以降の処理は実施の形態１
に示した処理と同様であり、ビアホール１１内に埋設さ
れたタングステン膜８ａのみを接続部８として残し、他
の層間絶縁膜６の表面上に積層されたタングステン膜８
ａについてはドライエッチング処理によって除去する。
次に上層配線９と反射防止膜１０を積層し、パターニン
グする点についても実施の形態１と同様であるので説明
は省略する。

【００４１】上記のような方法によっても図１に示すよ
うな良好な形状の接続部を有する半導体装置を得ること
が可能である。

【００４２】この実施の形態２の半導体装置の製造方法
によれば、タングステンＣＶＤ装置１７が真空連続であ
る少なくとも２つのチャンバー１６ａ、１６ｂを持ち、
それぞれのチャンバーをタングステン成膜温度以上の温
度、タングステン成膜温度に保ち、タングステン成膜温
度以上の温度で脱ガス処理を行った後、タングステン膜
の成膜を行うため、良好な埋め込みを行うことができ
る。

【００４３】また、２つのチャンバー１６ａ、１６ｂ間
を移動用真空チャンバー１８を介して真空連続な状態と
し、それぞれ脱ガス処理、タングステン成膜処理を連続
して行えるようにしているため、効率の良い半導体装置
の製造が可能となる。

【００４４】また、実施の形態１の場合と同様に、接続
部８を構成する導電物質はタングステン膜８ａに限ら
ず、ＴｉＮ膜、Ｔｉ膜、Ａｌ膜をＣＶＤ法で形成して得
ることも可能であり、他の実施の形態についても同様の
置き換えが可能であることは言うまでもない。

【００４５】実施の形態３．次に、この発明の実施の形
態３について説明する。実施の形態１では、チャンバー
１３ｃ内において、バリアメタル層７成膜後の二度目の
脱ガス処理を行い、その後、同じ温度で、同じチャンバ
ー１３ｃ内で接続部８となるタングステン膜８ａの成膜
を行っていた。この実施の形態３においては、実施の形
態１に示したチャンバー１３ｃに少なくとも不活性ガス
を導入する機能を設けたチャンバー１３ｄを用いて二度
目の脱ガス処理及びタングステン膜８ａの成膜処理を順
次行うことを特徴としている。

【００４６】この実施の形態３の半導体装置の製造方法
によれば、実施の形態１の図２〜３の工程に従って同様
に処理を行い、ビアホール１１の内部及び層間絶縁膜６
の表面上にバリアメタル層７を積層する。次に、図８に
示すように、不活性ガスを導入することが可能であるタ
ングステンＣＶＤ装置内のチャンバー１３ｄ内に被処理
基板を搬入する。

【００４７】この図８において、符号１９は不活性ガス
導入口、２０は不活性ガス導入口１９からチャンバー１
３ｄ内に導入された不活性ガス、２１はチャンバー１３
ｄ内のガスを室外に排出するガス排出口をそれぞれ示し
ている。このチャンバー１３ｄ内には、被処理基板の半
導体基板１の裏面を真空チャック方式によって密着させ
て保持し、抵抗加熱方式のヒータ機能を備えた保持台１
４を有し、この保持台１４から発せられる熱源１５によ
って被処理基板の温度を調整することが可能である。

【００４８】チャンバー１３ｄ内の、タングステン膜の
成膜温度(４００〜４５０℃)に保持された保持台１４上
に、被処理基板を数分間置くことで少なくとも層間絶縁
膜５をタングステン膜の成膜温度に加熱し、脱ガス処理
を行う。これと同時に、不活性ガス２０を不活性ガス導
入口１９よりチャンバー１３ｄ内に導入し、チャンバー
１３ｄの庫内の気圧を上昇させ、一定の圧力に達した段
階で、ガス排出口２１からチャンバー１３ｄの内部のガ
ス（層間絶縁膜５から排出される水分及び水素ガスを含
んでいる）１２を排出し、庫内の気圧を所定の圧力とな
るまで低減させる。

【００４９】この不活性ガス２０の導入とチャンバー１
３ｄの内部のガスの排出を繰り返すことで、チャンバー
１３ｄの庫内に残存する、層間絶縁膜５から排出したガ
ス１２の絶対量を低減することができる。層間絶縁膜５
から排出されるガス１２である水分と水素ガスのうち、
特に水素ガスのチャンバー１３ｄ内での絶対量を低減す
ることで、タングステン膜８の成膜に用いるＷＦ₆ガス
との分圧比を、タングステン膜８ａの成膜に最適となる
ように調整でき、より良好な埋め込みを実現することが
可能となる。

【００５０】次に、図９に示すように、ＷＦ₆と水素ガ
スとの分圧比が、ＷＦ₆の反応律速領域にある状態でタ
ングステン膜８ａの成膜を行うことで、ボイドを形成す
ることなく良好なカバレッジのタングステン膜８ａを形
成することが可能である。タングステン膜８ａの成膜に
最適な調整とは、チャンバー１３ｄ内の雰囲気をＷＦ₆
の反応律速領域となるように保つことが必要である。逆
にＷＦ₆の供給律速領域となった場合には、カバレッジ
が悪化し、ボイドが生じる原因となる。

【００５１】上記のように、不活性ガスの導入が可能な
チャンバー１３ｄを用いることで、同じチャンバー１３
ｄ内において脱ガス処理後、タングステン膜８ａの成膜
を行っても、層間絶縁膜５から排出されたガス１２（特
に水素ガス）の残留量を低減し、タングステン膜８ａ成
膜のために必要なガスＷＦ₆との分圧比を最適化するこ
とで、ボイドを有しない良好な形状のタングステン膜を
成膜することが可能となる。また、実施の形態１の場合
と同様に、脱ガス処理とタングステン膜８ａの成膜処理
を同じ温度で行うため、タングステン膜８ａの成膜時
に、新たに層間絶縁膜５からガス１２が排出されること
がなく、埋め込み特性が良好となる。

【００５２】また、実施の形態２において示した図７の
タングステンＣＶＤ装置１７のチャンバー１６ａに、こ
の実施の形態３のチャンバー１３ｄと同様の機能を付加
することで、より効率的に脱ガス処理を行うことが可能
となることは言うまでもない。

【００５３】

【発明の効果】以下に、この発明の各請求項の効果につ
いて記載する。この発明の請求項１による半導体装置の
製造方法によれば、ビアホール内に導電物質の埋め込み
を行う前に、導電物質の成膜温度と同じ温度で脱ガス処
理を行うことで、導電物質の成膜時に層間絶縁膜内から
新たにガスが排出されることを抑制でき、埋め込み特性
が良くなり、ボイドが形成されていない良好な接続部を
得ることが可能となるという効果がある。

【００５４】また、この発明の請求項２による半導体装
置の製造方法によれば、ビアホールの内壁にバリアメタ
ル層を積層後、接続部を構成する導電物質の成膜が可能
な装置に搬入し、その装置内の第一のチャンバー内にお
いて、導電物質の成膜温度よりも高温で脱ガス処理を行
い、次に、真空連続状態にある第二のチャンバー内に半
導体基板を移動させ、ビアホール内に導電物質を埋設
し、接続部を形成するため、導電物質積層時に、同じチ
ャンバー内に層間絶縁膜から排出されたガスが少なく、
また、脱ガス処理を行った温度よりも低温で導電物質を
成膜するため新たにガスが排出されることがなく、埋め
込み特性が向上し、良好な接続部を得ることが可能とな
るという効果がある。

【００５５】さらに、この発明の請求項３による半導体
装置の製造方法によれば、請求項１の効果に加え、さら
に、バリアメタル層積層後の脱ガス処理を行うチャンバ
ー内に不活性ガス導入、チャンバー内のガスの排出を繰
り返し行うことで、チャンバー内に残留する、層間絶縁
膜から排出されたガスをチャンバー外に排出することが
でき、ビアホールの埋め込み特性を良好に行える雰囲気
とすることが可能となり、良好な形状の接続部が得られ
るという効果がある。

【００５６】また、この発明の請求項４による半導体装
置の製造方法によれば、層間絶縁膜がＳＯＧ膜を含む物
質から構成され、これを加熱した場合に水分、水素ガス
等のガスの発生が、ビアホール内への埋め込み特性に悪
影響を大きく与える場合においても、上記の請求項１、
２、３のいずれか一項に記載された製造方法を用いて接
続部の形成を行うことで、良好な形状の接続部を得るこ
とが可能になるという効果を奏するものである。

【００５７】さらに、この発明の請求項５に係る半導体
装置の製造方法によれば、請求項２の発明の効果に加
え、第一のチャンバーと第二のチャンバー間に移動用真
空チャンバーを設置することで、２つのチャンバー間を
真空連続な状態とでき、それぞれ脱ガス処理、タングス
テン成膜処理を連続して行えるため、効率の良い半導体
装置の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１の半導体装置を示す
ものである。

【図２】この発明の実施の形態１の製造フローを示す
ものである。

【図３】この発明の実施の形態１の製造フローを示す
ものである。

【図４】この発明の実施の形態１の製造フローを示す
ものである。

【図５】この発明の実施の形態１の製造フローを示す
ものである。

【図６】この発明の実施の形態１の製造フローを示す
ものである。

【図７】この発明の実施の形態２の製造フローを示す
ものである。

【図８】この発明の実施の形態３の製造フローを示す
ものである。

【図９】この発明の実施の形態３の製造フローを示す
ものである。

【図１０】従来の技術を示す図である。

【図１１】従来の技術を示す図である。

【図１２】従来の技術を示す図である。

【図１３】従来の技術を示す図である。

【図１４】従来の技術を示す図である。

【符号の説明】

１．半導体基板２．下層配線３、１０．反射防止膜４、５、６．層間絶縁膜７．バリアメタル層８．接続部８ａ．タングステン膜９．上層配線１１．ビアホール１２．ガス１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１６ａ、１６ｂ．チ
ャンバー１４、１４ａ．保持台１５、１５ａ．熱源１７．タングステンＣＶＤ装置１８．移動用真空チャンバー１９．不活性ガス導入口２０．不活性ガス２１．ガス排出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に下層金属配線を形成する
工程、上記下層金属配線上及び上記半導体基板の表面上
に層間絶縁膜を積層する工程、上記層間絶縁膜に対して
選択的に異方性エッチングを行い、上記下層金属配線の
表面の少なくとも一部を表出させるビアホールを形成す
る工程、上記層間絶縁膜を加熱し、脱ガス処理を行う工
程、上記ビアホールの内壁及び上記層間絶縁膜の表面に
バリアメタル層を付着形成する工程、上記層間絶縁膜を
上記ビアホール内を埋設する導電物質の成膜温度に加熱
し、脱ガス処理を行う工程、上記バリアメタル層上に上
記導電物質を積層することで、少なくとも上記ビアホー
ル内を上記導電物質で埋設し、接続部を得る工程、上記
接続部に接する上層金属配線を形成する工程を含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】半導体基板上に下層金属配線を形成する
工程、上記下層金属配線上及び上記半導体基板の表面上
に層間絶縁膜を積層する工程、上記層間絶縁膜に対して
選択的に異方性エッチングを行い、上記下層金属配線の
表面の少なくとも一部を表出させるビアホールを形成す
る工程、上記層間絶縁膜を加熱し、脱ガス処理を行う工
程、上記ビアホールの内壁及び上記層間絶縁膜の表面に
バリアメタル層を付着形成する工程、温度調整可能な第
一のチャンバー内において、上記ビアホール内に埋設す
る導電物質の成膜温度よりも高温で、上記層間絶縁膜を
加熱し、脱ガス処理を行う工程、上記第一のチャンバー
と互いに真空連続であり、上記導電物質の成膜温度に調
整された第二のチャンバー内において、上記バリアメタ
ル層上に上記導電物質を積層することで、少なくとも上
記ビアホール内を上記導電物質で埋設し、接続部を得る
工程、上記接続部に接する上層金属配線を形成する工程
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】層間絶縁膜を、ビアホール内を埋設する
導電物質の成膜温度、若しくは上記導電物質の成膜温度
以上の温度に加熱し、脱ガス処理を行う工程において、
上記脱ガス処理を行うチャンバー若しくは第一のチャン
バー内に不活性ガスを導入後、上記チャンバー若しくは
上記第一のチャンバー内のガスを排出する工程を繰り返
し、上記層間絶縁膜から排出されたガスを上記チャンバ
ー若しくは上記第一のチャンバーの外部に排出させるこ
とを特徴とする請求項１ないし２のいずれか一項記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項４】層間絶縁膜はＳＯＧ（spin on glass）
膜を含み、複数の層からなることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】導電物質の成膜温度よりも高温で脱ガス
処理された半導体基板は、第一のチャンバーから搬出さ
れ、真空連続な状態で移動用真空チャンバーに収納さ
れ、上記移動用真空チャンバーを上記第二のチャンバー
まで移動させ、上記移動用真空チャンバーから真空連続
な状態で上記第二のチャンバーへ搬入することを特徴と
する請求項２記載の半導体装置の製造方法。