(57)【要約】【課題】アルミニウム系配線上にヒロックの無い半導体装置を提供する。【解決手段】アルミニウム系配線形成後に大気巻き込みステップを有する水素シンター処理を施すことでアルミニウム系配線の表面に１１ｎｍ以上のアルミナ膜を形成することでヒロックの発生を抑制する。また、半導体製造装置は巻き込む大気の供給口を設ける構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にアルミニウム系配線を有する半導体装置の製造方法であって、前記アルミニウム系配線のための、大気巻き込みステップを有する水素シンター処理工程を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記大気巻き込みステップは、プロセスガスを供給せずにウェハボートを入炉させるステップと、ウェハボートは入炉後に炉口を開口するステップとからなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記大気巻き込みステップは、さらに、ウェハボートの搬出速度を低速とするステップを有し、その速度は４０ｍｍ／ｍｉｎ以下であ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。
【請求項４】
縦型拡散炉タイプの半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は炉体と、炉体上部のプロセスガス供給口と、炉体下端の炉口と、前記炉口をドーナツリング状に囲む大気供給口とからなり、前記大気供給口から炉口に対し大気を吹き出す構成であることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
半導体基板上にアルミニウム系配線を有する半導体装置であって、前記アルミニウム系配線の表面が１１ｎｍ以上の膜厚であるアルミナ膜で被覆されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置のアルミヒロックを抑制する製造方法、半導体装置、および半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体集積回路装置の配線材料として純アルミニウム又はアルミニウムに僅かのシリコンを含ませたＡｌ−Ｓｉ合金が広く用いられている。半導体集積回路装置の微細化に伴い、このようなアルミニウム系金属からなる配線も微細にパターン化されるようになっている。その際、微細化された配線においては、熱サイクルが加わると横方向のアルミヒロックが発生しやすくなり、このヒロックの発生によって相隣接する配線間で電気的ショートが発生し、場合によっては重大なデバイス特性不良となり得る。
【０００３】
図３に従来の条件で処理したときに発生したヒロックのＳＥＭ像を示す。アルミ系金属１３の表面に保護膜１７を被覆した後に従来の水素シンター処理を行ったものであるが、アルミ系金属１３の側壁にヒロック１６が成長しているのが確認できる。これがさらに成長すると配線間スペースを埋めで相隣接する配線とショートするのである。
【０００４】
アルミニウム系配線をもつ半導体装置のアルミヒロックを抑制する方法として、配線全面にＴｉＮやＴｉＷなどの金属膜をキャップメタル層として形成する方法や金属配線形成後の熱処理を低温化するなどの方法が報告されている。（例えば、特許文献１を参照のこと。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−３６６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、配線全面にＴｉＮやＴｉＷなどのメタル膜をキャップメタル層として形成する方法では、配線形成後にキャップメタル層をスパッタリング法で堆積し、その後、エッチバックするという方法であるため、追加される工程が長いうえに下地段差部にキャップメタル層が残ったりする不具合もある。また、メタル配線形成後の熱処理を低温化する方法でも完全にはヒロックを抑制することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡便な方法でヒロックを防止する方法を提供することにある。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置のヒロックを抑制した製造方法においては、以下のような手段を用いた。
【０００９】
アルミニウム系配線形成後のバッチ式水素シンター処理時において、隣接する配線間の上面及び側面に発生するヒロックを抑制する事を可能とする。具体的には、水素シンター処理（炉体処理時）のウェハを炉内へ導入する際（ウェハロード時）と処理後炉内からウェハを搬出する際（ウェハアンロード時）に、処理装置内に積極的に大気の巻き込みを行う事とした。また、ウェハアンロード時のウェハ搬出スピードを遅くするという手段をとる。
【００１０】
また、クリーンな大気を炉内に巻き込むために炉体の下部周辺にドーナツリング状の大気供給口を有する半導体製造装置を用いて上記のヒロック抑制方法を実施した。
【発明の効果】
【００１１】
上記説明した半導体装置のヒロックを抑制した製造方法を用いることにより、配線の上面および側面でのヒロックを抑制することができ、アルミ配線から横方向に成長したヒロックによる配線間ショートが無くなり、収率良く半導体装置を製造できる。また、ヒロックの成長した配線は、半導体装置の初期の電気特性測定においては合格であったとしても信頼性は低く、長年の使用により配線間ショートに至ることもある。上記手段を用いることで信頼性の高い半導体装置を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の要部を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体製造装置を示す模式図である。
【図３】従来条件にて発生した横方向ヒロックを示すＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の第１の実施形態を表１の水素シンター処理のプロセスレシピに基づいて説明する。
【００１４】
【表１】
2010182957.tif 000003
【００１５】
水素シンター処理は例えば、縦型拡散炉のような半導体製造装置を用いて、表１のようなレシピで処理される。本レシピはStep＃欄に示されるＳＴＥＰ０からＳＴＥＰ１２で構成される。ＳＴＥＰ１のStep NameであるＳＴＡＢＹは装置がスタンバイ状態、ＳＴＥＰ２のＷＦ＿ＬＤはウェハのボートへの移載、ＳＴＥＰ３のＴ＿ＷＡＩＴは保持を示している。
【００１６】
ここまでのＳＴＥＰでは炉内温度は４３０℃で、炉内には毎分１０Ｌの窒素が流れている。ＳＴＥＰ４のＬＯＡＤは炉体の炉口を開け、ウェハを搭載したボートを入炉させるステップである。通常、このステップでは窒素を流した状態であるが、本発明においては窒素を流さずに入炉させることにしている。次のＳＴＥＰ５のＷＡＩＴはウェハボートの入炉が完了した後に炉口を開口したまま保持するステップである。ＳＴＥＰ５も通常の水素シンタープロセスには含まれないステップである。ＳＴＥＰ４およびＳＴＥＰ５により炉内への大気の巻き込みが起こり、配線材料であるアルミニウム表面及び側壁に大気中の酸素が反応してアルミ表面及び側壁にアルミナが形成される。この表面のアルミナがヒロックの成長を抑制することになる。
【００１７】
ＳＴＥＰ６のＳＴＡＢにて炉口を閉めて再度窒素を炉内に流し、続くＳＴＥＰ７のＰＲＯＣＥＳＳで窒素に水素を添加してシンター処理を行う。ＳＴＥＰ８のＮ２ＰＵＲＧＥは窒素のみを流してシンター処理に使用した水素を排出するステップである。ＳＴＥＰ９のＵＮＬＯＡＤは炉口を開口してボートを炉外へ搬出するステップである。従来技術では本ステップで窒素ガスを流すが、本発明においてはガスを流さないこととしている。さらにボートの搬出速度も従来に比べ極めて遅く、従来の半分以下である４０ｍｍ／ｍｉｎにて搬出する。ＳＴＥＰ１０のＣＯＯＬにて炉外のウェハおよびボートは冷却され、ＳＴＥＰ１１のＷＦ＿ＵＬＤにてウェハボートから搬送キャリアへウェハを移載する。そして、ＳＴＥＰ１２のＥＮＤにて終了となる。
【００１８】
要点を絞って説明すると、通常の水素シンター処理プログラムと異なるステップはＳＴＥＰ４，５，９であって、いずれも大気の炉内への巻き込みを促進し、アルミ配線の表面にアルミナを形成する。図１は水素シンター処理後のアルミ配線の断面を示した図である。図１(a)は半導体基板１１上の絶縁膜１２の上にアルミニウム配線が形成されたもので、その配線はアルミ系金属１３配線の上面にＴｉＮなどの反射防止膜１４が予め積層されているためアルミ配線の側壁のみが酸化されアルミナ膜１５となっている。図１(b)のように反射防止膜の無い構造ではアルミ系金属１３の側面および上面が酸化されてアルミナ膜１５が形成されている。アルミ系金属は酸化しやすいため従来の水素シンター処理の場合でも表面に７ｎｍ程度のアルミナ膜が形成されるが、本発明の水素シンター処理プログラムを用いると膜厚が１１ｎｍ以上のアルミナ膜が形成される。
【００１９】
表１に示した水素シンター処理プログラムは一例であるが、様々に条件を設定したときのヒロックの発生状況を表２に示す。
【００２０】
【表２】
2010182957.tif 000004
【００２１】
ここで計測したヒロックは、半導体チップ７５個中に存在した0.1um以上の大きさのヒロックである。表２より、従来条件ではヒロックが９８個もあったが、ＳＴＥＰ４の窒素流量を０Ｌ（ゼロリットル）にして、その後の保持時間を５分としただけでも相当の効果があることが理解できる。（新条件２参照）。因みに、表１に示した水素シンター処理プログラム条件（新条件５）であれば、ヒロック数はゼロとなる。
【００２２】
水素シンター処理を行う半導体製造装置は、例えば図２に示すような縦型拡散炉構造である。炉体１の上部に水素や窒素を導入するプロセスガス供給口２があり、炉体１の下にはウェハ４を搭載したウェハボート３があり、炉体下端の炉口から出入りする。本発明の半導体製造装置では従来装置には無い新たな機能を有している。本実施形態の水素シンター処理プロセスレシピには大気を炉内に巻き込むステップを有するが、炉内へ取り込まれる大気がクリーンな状態でないと炉内およびウェハが汚染されてしまうので、この半導体製造装置においては大気がクリーン、すなわち高純度でパーティクルが極めて少ない大気を供給することができる構造になっている。図示していないが拡散炉本体下部にクリーンな窒素と酸素を混合する混合器を設け、炉口周辺には炉口をドーナツリング状に囲む大気供給口５が備わっている。混合器と大気供給口５は配管で連結され、混合器内で作られた大気を大気供給口へ導き吹き出すようにしている。なお、大気混合器の設置場所は炉体下部に限定されることはない。また、１台の混合器から複数の拡散炉へ供給するという形態でも構わない。
【００２３】
以上、説明した製造装置構造とすることにより、クリーンな大気が炉内へ取り込まれパーティクルが無く、高純度なアルミナ膜が形成され、その結果、ヒロックの成長が抑制された半導体装置を高収率で製造することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１    炉体
２    プロセスガス供給口
３    ボート
４    ウェハ
５    大気供給口
６    大気巻き込みを示す矢印
１１  半導体基板
１２  絶縁膜
１３  アルミ系金属
１４  反射防止膜
１５  アルミナ膜
１６  ヒロック
１７  保護膜
【図１】
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【図２】
2010182957.tif 000006
【図３】
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