(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子を含む半導体基板の上に形成された層間絶縁層にスルーホールを形成する工程、
前記層間絶縁層および前記スルーホールの表面にバリア層を形成する工程、および
前記バリア層の上に配線層を形成する工程、を含み、
前記バリア層を形成する工程は、以下の工程（ａ）〜（ｅ）を含む、半導体装置の製造方法。
（ａ）前記バリア層を構成するための金属層を形成する工程、
（ｂ）窒素雰囲気中で熱処理することにより、金属層の少なくとも表面に、金属窒化物層を形成する工程、
（ｃ）酸素を含む雰囲気中で、前記金属窒化物層と酸素とを接触させる工程、および
（ｄ）窒素雰囲気中で熱処理することにより、金属酸化物層を形成し、かつ前記金属窒化物層を緻密化する工程、
（ｅ）酸素プラズマ処理をする工程。
【請求項２】
素子を含む半導体基板の上に形成された層間絶縁層にスルーホールを形成する工程、
前記層間絶縁層および前記スルーホールの表面にバリア層を形成する工程、および
前記バリア層の上に配線層を形成する工程、を含み、
前記バリア層を形成する工程は、以下の工程（ａ）〜（ｄ）を含み、
前記バリア層は、
該バリア層を構成する金属の酸化物からなる第１の金属酸化物層、
該バリア層を構成する金属の窒化物からなる金属窒化物層、および
該バリア層を構成する金属の酸化物からなる第２の金属酸化物層、を含む、半導体装置の製造方法。
（ａ）前記バリア層を構成するための金属層を形成する工程、
（ｂ）窒素雰囲気中で熱処理することにより、金属層の少なくとも表面に、金属窒化物層を形成する工程、
（ｃ）酸素を含む雰囲気中で、前記金属窒化物層と酸素とを接触させる工程、および
（ｄ）窒素雰囲気中で熱処理することにより、金属酸化物層を形成し、かつ前記金属窒化物層を緻密化する工程。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記工程（ｂ）において、前記熱処理は６００〜９００℃で行われる、半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記工程（ｃ）において、前記酸素を含む雰囲気は、少なくとも酸素が１０〜３０％含まれる、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記工程（ｄ）において、前記熱処理は６００℃以上で行われる、半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記工程（ｄ）において、前記窒素雰囲気は常圧状態である、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記バリア層を形成するための金属は、チタン、コバルト、ルテニウム、モリブデン、ハフニウム、ニオブ、バナジウム、タンタルおよびタングステンから選択される少なくとも１種を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記バリア層を形成するための金属層は、その膜厚が５０〜２００ｎｍである、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかにおいて、
前記配線層は、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、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に微細化されたコンタクト部においてバリア性に優れた半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
ＬＳＩの素子の微細化、高密度化および多層化に伴い、微細でアスペクト比の大きいスルーホールでの配線材料の埋め込み技術が重要な課題となっている。従来、例えば、０．５μｍ以下の口径サイズおよびアスペクト比が２以上のコンタクト部においては、スルーホールにタングステンプラグを挿入して、スルーホールを塞ぐとともに配線層のアルミニウムとシリコン基板のシリコンとの反応を防止している。しかし、このコンタクト構造では、タングステンの電気的抵抗が大きいこと、エレクトロマイグレーション耐性の劣化が生じやすいこと、および工程が複雑なことから生ずる歩留まりの低下などの問題がある。そこで、電気的抵抗が小さく、タングステンプラグのように複雑な埋め込み工程を必要としない、スルーホールへのアルミニウムの埋め込み技術の導入が検討されている。
【０００３】
しかし、アルミニウムを用いたコンタクト部では、アルミニウムとシリコン基板のシリコンとの反応によるジャンクションリークの対策を完璧に行なう必要があり、バリア層のバリア性が高いことが要求される。
【０００４】
バリア層としては、例えば、窒素雰囲気中での反応性スパッタ法で形成された、窒化チタンなどの高融点金属の窒化物層が用いられている。このようなバリア層は、以下のような問題を有している。
【０００５】
▲１▼窒素雰囲気中での反応性スパッタ法で形成された窒化チタン層は、カバレッジ性が不十分であることから、微細で高いアスペクト比のスルーホールの底部でのカバレッジが十分でないこと。
【０００６】
▲２▼窒素雰囲気中での反応性スパッタ法で形成された窒化チタン層は、膜のストレスが大きいため、マイクロクラックが生じやすく、その結果、配線材料のアルミニウムが拡散してジャンクションリークが発生しやすいこと。
【０００７】
▲３▼窒素雰囲気中での反応性スパッタ法により形成された窒化チタン層は、柱状組織のため、結晶粒界を介してアルミニウムが拡散してジャンクションリークが生じやすいこと。
【０００８】
▲４▼窒化チタン層の配向によりアルミニウム層の〈１１１〉配向が決定されるが、窒化チタンの結晶配向が必ずしも均一でないことからアルミニウム層の〈１１１〉配向の面方位の違いにより、アルミニウム層の表面荒れが生じ、のアライメントが困難となること。
【０００９】
▲５▼さらに、窒素雰囲気中での反応性スパッタ法により形成された窒化チタン層は、その膜ストレスのため成膜中に剥離を生ずることがあり、パーティクルを生じやすく、このパーティクルによるウエハ表面の汚染によりパーティクルショートが生じ、歩留まりの低下の原因となっていること。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、例えばハーフミクロン以下の微細なコンタクト部での導電材料の埋め込みが良好に行なわれ、かつジャンクションリークがなく高いバリア性を有する、半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、
素子を含む半導体基板の上に形成された層間絶縁層にスルーホールを形成する工程、
前記層間絶縁層および前記スルーホールの表面にバリア層を形成する工程、および
前記バリア層の上に配線層を形成する工程、を含み、
前記バリア層を形成する工程は、以下の工程（ａ）〜（ｄ）を含む。
（ａ）前記バリア層を構成するための金属層を形成する工程、
（ｂ）窒素雰囲気中で熱処理することにより、金属層の少なくとも表面に、金属窒化物層を形成する工程、
（ｃ）酸素を含む雰囲気中で、前記金属窒化物層と酸素とを接触させる工程、および
（ｄ）窒素雰囲気中で熱処理することにより、金属酸化物層を形成し、かつ前記金属窒化物層を緻密化する工程。
【００１２】
本発明の製造方法によれば、工程（ａ）において、スパッタ法やＣＶＤ法などによって単一の金属層を形成し、その後、工程（ｂ）で金属窒化物層を形成するので、例えばスパッタ法で直接金属窒化物層を形成する場合に比べて、密着性およびスルーホール底部でのカバレッジが良好な成膜ができる。
また、本発明の製造方法によって得られるバリア層は、主として以下の二つのことが相俟ってバリア性が飛躍的に向上する。
（１）第１に、金属窒化物層が緻密化されていること。
（２）第２に、金属酸化物層が形成されていること。
【００１３】
また、本発明に係る前記バリア層を形成する工程は、工程（ｄ）の後、さらに、酸素プラズマ処理をする工程（ｅ）を含むことが好ましい。
【００１４】
この製造方法によれば、前記バリア層は、金属酸化物層および金属窒化物層を含んで形成され、さらに、前記バリア層は、
該バリア層を構成する金属の酸化物からなる第１の金属酸化物層、
該バリア層を構成する金属の窒化物からなる金属窒化物層、および
該バリア層を構成する金属の酸化物からなる第２の金属酸化物層、
を含んで形成される。
【００１５】
前記工程（ｂ）において、前記熱処理は６００〜９００℃で行われることが好ましい。この温度範囲で熱処理が行われることにより、さらに良好なバリア性を確保するのに十分な膜厚を有する金属窒化物層を形成することができる。
【００１６】
前記工程（ｃ）において、前記酸素を含む雰囲気は、少なくとも酸素が１０〜３０％含まれることが望ましい。この工程では、金属窒化物層の表面に酸素が接触すればよい。
【００１７】
前記工程（ｄ）において、前記熱処理は６００℃以上で行われることが望ましい。この温度範囲で熱処理が行われることにより、さらに良好に金属窒化物層を緻密化することができる。
そして、前記工程（ｄ）では、前記窒素雰囲気は常圧状態であることが望ましい。
【００１８】
前記バリア層を形成するための金属は、チタン、コバルト、ルテニウム、モリブデン、ハフニウム、ニオブ、バナジウム、タンタルおよびタングステンから選択される少なくとも１種を含むことが望ましい。
【００１９】
前記バリア層を形成するための金属層は、その後の工程で形成される金属窒化物層および金属酸化物層の膜厚を考慮すると、その膜厚が５０〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００２０】
前記配線層は、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ことが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１〜図６は、本発明に係る半導体装置の製造方法を示し、図７は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。
【００２２】
以下に、半導体装置の製造方法の一例を示す。
【００２３】
（素子の形成）
まず、図１に示すように、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層１２が形成され、アクティブ領域にゲート酸化層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、モノシラン（ＳｉＨ４）を熱分解して成長させたポリシリコン層１４の上にタングステンシリサイド層１５がスパッタされ、さらに所定パターンにエッチングすることにより、ゲート電極１９が形成される。
【００２４】
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１６が形成される。次いで、ゲート電極１９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１８が形成される。
【００２５】
（層間絶縁層の形成）
次に、図２に示すように、層間絶縁層２０のベース層として、まず、テトラエトキシラン（ＴＥＯＳ）と酸素とをプラズマ反応させることにより、膜厚１００〜２００ｎｍのシリコン酸化層（図示せず）が形成される。このシリコン酸化層は、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。
【００２６】
次に、層間絶縁層２０の平坦化層として、前記シリコン酸化層上に、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層が形成される。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層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。
【００２７】
さらに、前記ＢＰＳＧ層の代わりに、本出願の出願人による特許願（たとえば特願平９−３１４５１８号）に記載された、シリコン化合物と過酸化水素とを化学気相成長法によって反応させて形成されるシリコン酸化層を用いてもよい。このシリコン酸化層は、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。そのメカニズムは、シリコン化合物と過酸化水素とを化学気相成長法によって反応させると、気相中においてシラノールが形成され、このシラノールがウエハ表面に堆積することにより流動性のよい膜が形成されることによると考えられる。
【００２８】
前記シリコン化合物としては、例えばモノシラン、ジシラン、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＦ４などの無機シラン化合物、およびＣＨ３ＳｉＨ３、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などを例示することができる。
【００２９】
また、このシリコン酸化層の成膜工程は、前記シリコン化合物が無機シリコン化合物の場合には、０〜２０℃の温度条件下で、前記シリコン化合物が有機シリコン化合物の場合には、１００〜１５０℃の温度条件下で、減圧化学気相成長法によって行われることが望ましい。
【００３０】
（スルーホールの形成）
次いで、図２に示すように、ＣＨＦ３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層２０を構成するＢＰＳＧ層（平坦化層）およびシリコン酸化層（ベース層）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、アスペクト比が２〜５のスルーホール２２が形成される。
【００３１】
（バリア層の成膜）
（ａ）金属層の形成
まず、図３に示すように、ターゲットとウエハとの距離が１５０〜３２０ｍｍの超ロングスロースパッタ装置で、層間絶縁層２０およびスルーホール２２の表面に膜厚５０〜２００ｎｍのチタン層２９を形成する。スルーホール２２の底部におけるチタン層２９の膜厚はおよそ１５〜１００ｎｍであり、また、チタン層２９のスルーホール２２でのカバレッジも良好で、スルーホールの上部におけるせり出しもほとんどない。このように超ロングスロースパッタによってチタン層２９を形成することにより、スルーホール上部で、ウエッティング層を構成する金属と埋め込み層を構成するアルミニウムとが反応して、スルーホールを塞いでしまうピンチオフ現象が生じにくい。
【００３２】
バリア層を形成するための金属としては、チタンの他に、コバルト、ルテニウム、モリブデン、ハフニウム、ニオブ、タンタル、タングステンなども用いることができる。
【００３３】
（ｂ）第１の熱処理
次いで、常圧の窒素雰囲気中で、６００〜９００℃、好ましくは７００〜８５０℃で、２０〜６０秒にわたって、ランプアニールによる熱処理を行なう。この熱処理により、図４に示すように、チタン層２９が窒化チタン層３３に変わる。また、チタン層２９とシリコン基板１１との境界領域では、チタンとシリコンとの反応が起こり、チタンシリサイド層３１が形成される。６００〜９００℃の範囲で熱処理を行うことにより、さらに良好なバリア性を確保するのに十分な膜厚を有する金属窒化物層を形成することができる。また、６００℃未満の温度で熱処理をすると、チタンとシリコンとの反応を良好に行うことができず、低抵抗のチタンシリサイド層３１を得ることができない。９００℃を越えると、チタンとシリコンとの反応が進みすぎ、ジャンクションでのリークや隣接するトランジスタのショート等が発生する。また、第１の熱処理は、０．１ｐｐｍ以下の酸素濃度の窒素雰囲気中で行われることが好ましい。
【００３４】
（ｃ）窒化チタン層の表面への酸素の吸着
次いで、ウエハを酸素を含む雰囲気、例えば大気中に置くことより、窒化チタン層３３と酸素とを接触させる。この工程により、窒化チタン層３３の表面に酸素が吸着される。
【００３５】
この工程では、ウエハを大気中に置く代わりに、酸素を１０〜３０％の濃度で含む雰囲気中に存在させてもよい。
【００３６】
（ｄ）第２の熱処理
次いで、窒素雰囲気中で、６００℃以上、好ましくは６００〜９００℃で２０〜６０分にわたって、炉においてアニールによる熱処理を行なうことにより、窒化シリコン層３３の緻密化と、チタンシリサイド層３１の低抵抗化とを行う。これとともに、酸化チタン層が形成される。図７に拡大して示すように、チタンシリサイド層３１と窒化チタン層３３との境界領域に第１の酸化チタン層（第１の金属酸化物層）３０が形成され、かつ、窒化チタン層３３の表面に第２の酸化チタン層（第２の金属酸化物層）３４が形成される。第１の酸化チタン層３０は、アモルファスの状態をなしていることが確認された。また、第２の酸化チタン層３４は、窒化チタン層３３の表面にランダムに形成され、やはりアモルファスの状態をなしていることが確認された。
【００３７】
以上のように、窒化シリコン層３３の緻密化と、第１および第２の酸化チタン層３０，３４により、バリア層は優れたバリア機能を有する。また、第１および第２の酸化チタン層３０，３４の膜厚などが制御されることにより、バリア層における導電性も十分に確保される。
【００３８】
以上の工程によって、バリア層は、少なくとも、第１の酸化チタン層３０、窒化チタン層３３および第２の酸化チタン層３４を有する。
【００３９】
上記工程（ａ）〜（ｄ）の後に、必要に応じて、酸素プラズマ処理を行うことができる。この酸素プラズマ処理は、０．１×１０２〜１．５×１０２Ｐａの圧力で酸素プラズマ中に１０〜１００秒間さらし、次いで、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行われる。この酸素プラズマ処理により、バリア層の窒化チタン層中に酸化チタンを島状に形成することができる。そして、この処理によりバリア層のバリア性をさらに向上させることができることを確認している。また、この処理により、配線層となる金属、たとえばアルミニウムをスルーホール内に埋め込む際、界面拡散による埋め込みが促進され、良好に金属を埋め込むことができる。
【００４０】
また、バリア層中に酸化チタンを島状に形成する方法としては、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さらに向上させることができる。
【００４１】
工程（ａ）〜（ｄ）により得られたバリア層は、主として以下の二つのことが相俟ってバリア性が飛躍的に向上する。
（１）第１に、金属窒化物層が緻密化されていること。
（２）第２に、金属酸化物層が形成されていること。
【００４２】
（脱ガス処理）
次に、脱ガス工程を含む熱処理ついて説明する。
【００４３】
まず、ランプチャンバで、１．５×１０−４Ｐａ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１×１０−１〜１５×１０−１Ｐａ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。
【００４４】
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。
【００４５】
さらに、熱処理Ｂにおいて、主として、層間絶縁層２０を構成するＢＰＳＧ層などの平坦化層中のガス化成分（酸素，水素，水，チッ素）を除去することができる。その結果、次工程のアルミニウム膜の形成時に、ＢＰＳＧ層からのガス化成分の発生が防止できる。
【００４６】
バリア層は数十原子％のガス化成分（酸素，水素，水，チッ素）を固溶することから、バリア層の形成後に、層間絶縁層２０中のガス化成分を除去することが、スルー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。バリア層の下位の平坦化層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、平坦化層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ことがある。
【００４７】
（ウェッティング層の形成）
さらに、必要に応じて、チタン、ニオブ、タングステンなどの金属を常温で２０〜５０ｎｍの膜厚で成膜し、ウェッティング層３５を形成する。
【００４８】
（アルミニウム層の成膜前の熱処理およびウエハの冷却）
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、１．５×１０−４Ｐａ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。その後、アルミニウム層を成膜する前に、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、上記熱処理Ｃにより上昇した基板温度を下げるために重要なもので、例えば水冷機能を有するステージ上にウエハを載置して該ウエハ温度を所定温度まで下げる。
【００４９】
このようにウエハの冷却を行うことにより、第１のアルミニウム層を成膜する際に、層間絶縁層２０およびバリア層、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、バリア層とアルミニウム層３６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。
【００５０】
この冷却工程は、同一の構成のチャンバを複数有する、アルミニウム層を成膜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。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。
【００５１】
図８（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８（ｂ）は、ステージの一例の平面図を示す。
【００５２】
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、チャンバ内を減圧状態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８（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が接続されている。そして、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５２の上面は、たとえば図８（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５４の吹き出し口５４ａが設けられている。
【００５３】
上記のスパッタ装置は、例えば以下のように動作して、ウエハを冷却する。
【００５４】
チャンバ５０内を排気手段６０により６×１０−６Ｐａ以下の減圧状態として、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。
【００５５】
（アルミニウム層の成膜）
まず、図６に示すように、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のアルミニウム層３６ａが形成される。この成膜工程では、ターゲットとウエハとの距離は１５０〜３２０ｍｍに設定されることが望ましい。続いて、同一チャンバ内で基板温度３５０〜４６０℃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のアルミニウム層３６ｂが形成される。この成膜工程では、ターゲットとウエハとの距離は、４５〜２００ｍｍに設定されることが望ましい。ここで、アルミニウム層３６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。
【００５６】
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、図８に示すスパッタ装置内で行われることが望ましい。このように、減圧状態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、基板の移動および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。
【００５７】
ここで、図８に示すスパッタ装置においては、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、アルミニウム層の成膜時の温度は、第２のガス供給路５４から供給されるガスによって制御されたウエハＷの温度（基板温度）を意味する。
【００５８】
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のアルミニウム層３６ｂを形成するための温度（３５０〜５００℃）に設定されている。第１のアルミニウム層を形成する際には、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、徐々に上昇する。第２のアルミニウム層を形成する際には、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。
【００５９】
同一チャンバ内で第１のアルミニウム層３６ａおよび第２のアルミニウム層３６ｂ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層を効率よく形成することが可能となる。
【００６０】
前記第１のアルミニウム層３６ａ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層３４より下層のバリア層および層間絶縁層２０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のアルミニウム層３６ｂは、スルー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程度で口径が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。
【００６１】
（反射防止膜の成膜）
さらに、別のスパッタチャンバで、スパッタにより窒化チタンを堆積することにより、膜厚３０〜８０ｎｍの反射防止膜３７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、アルミニウム層３６および反射防止膜３７からなる堆積層を選択的にエッチングして、金属配線層４０のパターニングを行う。
【００６２】
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のスルーホール内において、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。
【００６３】
上記実施の形態は、本発明の要旨を越えない範囲において、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す工程に引き続いて行なわれる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図３】図２に示す工程に引き続いて行なわれる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図４】図３に示す工程に引き続いて行なわれる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図４に示す工程に引き続いて行なわれる半導体装置の製造方法の工程を模式的に記す断面図である。
【図６】図５に示す工程に引き続いて行なわれる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の半導体装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の半導体の製造方法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、（ｂ）は、スパッタ装置のステージの一例を示す図である。
【符号の説明】
１１  シリコン基板
１２  フィールド絶縁層
１３  ゲート酸化層
１６  低濃度不純物層
１８  高濃度不純物層
１７  側壁スペーサ
１９  ゲート電極
２０  層間絶縁層
２２  スルーホール
３０  第１の金属酸化物層（酸化チタン層）
３１  金属シリサイド層（チタンシリサイド層）
３３  金属窒化物層（窒化チタン層）
３４  第２の金属酸化物層（酸化チタン層）
３６  アルミニウム層
３６ａ  第１のアルミニウム層
３６ｂ  第２のアルミニウム層
４０  金属配線層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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