(57)【要約】【課題】スルーホール抵抗の増大を招くことのない半導体装置と、該装置の製造方法とを提供する。【解決手段】層間絶縁膜１７を介して互いに対向する下層配線１６および上層配線２１を電気的に接続するためのプラグ２０を形成するためのスルーホール１８内に、前記プラグを前記層間絶縁膜に密着させるための密着層１９を、前記スルーホールの径寸法に対する該スルーホールの深さ寸法の比で示される所定のアスペクト比に基づいて形成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間絶縁膜を介して互いに対向する下層配線および上層配線を電気的に接続するプラグを形成するためのスルーホール内に、前記プラグを前記層間絶縁膜に密着させるための密着層を、前記スルーホールの径寸法に対する該スルーホールの深さ寸法の比で示される所定のアスペクト比に基づいて、スパッタリングにより形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
スルーホール内の前記密着層を、該スルーホールの側壁のみに形成す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】
前記下層配線上の密着層の厚さ寸法を、腐食性を有するガスの浸透可能な厚さ寸法に形成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。
【請求項４】
前記下層配線および前記上層配線を、アルミニウム合金層上にキャップ金属層を設けた積層構造に形成す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５】
前記アルミニウム合金層を形成するに先立ち、該アルミニウム合金層の形成すべき位置に、高融点金属層を形成することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記アルミニウム合金層を、アルミニウムおよび銅から成る合金を用いて形成することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記キャップ金属層を、窒化チタンおよびチタンの積層、または窒化チタンのみの層で形成することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記高融点金属層を、窒化チタンおよびチタンの積層、または窒化チタンのみの層で形成することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記下層配線の長さ寸法を、長尺に形成す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１０】
前記下層配線を、半導体素子を有する半導体基板上の第１番目の配線として形成す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１１】
前記下層配線を、半導体素子を有する半導体基板と直接的に接続されてないフローティング状態に形成す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１２】
前記プラグを、タングステンを用いて形成す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１３】
前記密着層を、窒化チタンを用いて形成す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１４】
前記スパッタリングを、該スパッタリングにより前記層間絶縁膜上に堆積する堆積物の厚さ寸法と、前記アスペクト比との関係が、アスペクト比が２．５以上３未満のとき、堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、アスペクト比が３以上３．５未満のとき、堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、アスペクト比が３．５以上４未満のとき、堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下になるように行う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１５】
前記スパッタリングは、スパッタリングすべき対象に対し、５度以上の入射角で全ての方位から行う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１６】
前記スパッタリングは、前記アスペクト比と、前記入射角との関係が、アスペクト比が１以上１．５未満のときの入射角は４５度以上であり、アスペクト比が１．５以上２未満のときの入射角は２６度以上であり、アスペクト比が２．５以上３未満のときの入射角は１８度以上であることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
層間絶縁膜に設けたスルーホールを介して互いに対向する下層配線および上層配線と、前記スルーホール内で前記下層配線および前記上層配線を電気的に接続するためのプラグと、前記スルーホール内に前記プラグを前記層間絶縁膜に密着させるための密着層とを有する半導体装置において、
前記密着層は、前記スルーホールの径寸法に対する該スルーホールの深さ寸法の比で示される所定のアスペクト比に基づいて、スパッタリングにより形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１８】
スルーホール内の前記密着層は、該ホールの側壁のみに形成されていることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記下層配線上の密着層の厚さ寸法は、腐食性を有するガスの浸透可能な厚さ寸法に形成されていることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記下層配線および前記上層配線は、アルミニウム合金層上にキャップ金属層を設けた積層構造であることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記下層配線および前記上層配線は、前記アルミニウム合金層下に高融点金属層を有することを特徴とする請求項２０記載の半導体装置。
【請求項２２】
前記アルミニウム合金層は、アルミニウムおよび銅から成る合金であることを特徴とする請求項２０記載の半導体装置。
【請求項２３】
前記キャップ金属層は、窒化チタンおよびチタンの積層、または窒化チタンのみの層で形成されていることを特徴とする請求項２０記載の半導体装置。
【請求項２４】
前記高融点金属層は、窒化チタンおよびチタンの積層、または窒化チタンのみの層で形成されていることを特徴とする請求項２１記載の半導体装置。
【請求項２５】
前記下層配線の長さ寸法は、長尺に形成されていることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置。
【請求項２６】
前記下層配線は、半導体素子を有する半導体基板上の第１番目の配線であることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置。
【請求項２７】
前記下層配線は、半導体素子を有する半導体基板と直接的に接続されてないフローティング状態の配線であることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置。
【請求項２８】
前記プラグは、タングステンプラグであることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置。
【請求項２９】
前記密着層は、窒化チタンを用いて形成されていることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置。
【請求項３０】
前記密着層は、前記スパッタリングで形成される前記層間絶縁膜上の堆積物の厚さ寸法と、前記アスペクト比との関係が、アスペクト比が２．５以上３未満のとき堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、アスペクト比が３以上３．５未満のとき堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、アスペクト比が３．５以上４未満のとき堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるように形成されていることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置。
【請求項３１】
前記密着層は、指向性を有するスパッタリングにより形成されており、該スパッタリングすべき対象に対し、５度以上の入射角で全ての方位からスパッタリングが施されていることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置。
【請求項３２】
前記密着層は、前記アスペクト比と、前記入射角との関係が、アスペクト比が１以上１．５未満のときの入射角は４５度以上であり、アスペクト比が１．５以上２未満のときの入射角は２６度以上であり、アスペクト比が２．５以上３未満のときの入射角は１８度以上で形成されていることを特徴とする請求項３１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置および該半導体装置の製造方法に関し、特に詳しくは、多層に配線が施された半導体装置と、その製造方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高度な集積が施された半導体装置は、多層に配線が形成されている。該半導体装置は、誘電率の低い層間絶縁膜を介して配線が多層に施されており、各層の各配線が層間絶縁膜に設けたスルーホールを介して電気的に接続されている。このような従来の半導体装置２００を図１０を用いて説明する。
半導体装置２００は、図示しない半導体素子が形成された半導体基板２１１と、該基板２１１上に形成された絶縁膜２１２と、該絶縁膜２１２上に形成された高融点金属層２１３、該金属層２１３上に形成されたアルミニウムおよび銅から成るアルミニウム合金層２１４および該合金層２１４上に形成されたキャップ金属層２１５から成る下層配線２１６と、該下層配線２１６を覆って前記絶縁膜２１２上に形成される層間絶縁膜２１７と、前記下層配線２１６上に位置する層間絶縁膜に設けたスルーホール２１８と、該スルーホール２１８内に設けられた密着層２１９と、該密着層２１９が形成されたスルーホール２１８に形成したプラグ２２０と、該プラグ２２０上に、前記下層配線２１６と電気的に接続される上層配線２２１とを有する。
【０００３】
次に、前記した従来の半導体装置２００の製造方法を説明する。
図示しない半導体素子が形成された半導体基板２１１上に、絶縁膜２１２を成膜する。その後、該絶縁膜２１２上に窒化チタン（ＴｉＮ）およびチタン（Ｔｉ）を積層した高融点金属の層を形成した後、該高融点金属の層上にアルミニウム（Ａｌ）および銅（Ｃｕ）から成るアルミニウム合金の層を形成し、さらにその上に窒化チタンおよびチタンの積層またはチタンのみの層をキャップ金属の層として形成する。これらの高融点金属の層、アルミニウム合金の層およびキャップ金属の層を所定の形状にパターニングして、高融点金属層２１３、アルミニウム合金層２１４およびキャップ金属層２１５から成る下層配線２１６を形成する。下層配線２１６の形成後、前記絶縁膜２１２上に下層配線２１６を覆って層間絶縁膜２１７を形成した後、該層間絶縁膜２１７上の表面から下層配線２１６へ達する凹状の孔をスルーホール２１８として形成する。
【０００４】
その後、スルーホールの底面２２２に対し、クリーニング処理を施し、スルーホール２１８の形成時に生じた残渣物を除去する。その後、スルーホール２１８の内壁に、窒化チタンを用いた密着層２１９を形成し、該密着層２１９を形成したスルーホール２１８内に、タングステンを用いたプラグ２２０を形成する。プラグ２２０を形成した後、前記した下層配線２１６の形成と同様な処理により上層配線２２１をプラグ２２０上に形成する。
【０００５】
前記した従来の半導体装置２００の他に、異種金属を用いることなく各層の各配線を電気的に接続して、スルーホール内の抵抗を低減する従来の半導体装置が知られている（特許文献１参照。）。
特許文献１における半導体装置のスルーホール内には、アルミニウム、シリコンおよび銅から成る合金をプラグとして形成しているが、スルーホールの径が０．５μｍ以下が主流の今日では、前記した合金を用いて微細化を行うことは困難である。従って、今日では前記した合金に代えて、タングステンを用いたプラグが形成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０５−０４７９４０号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した製造方法を用いて様々な仕様の半導体装置２００を製造した場合、動作不良の半導体装置が製造されることがあった。
このような動作不良を起こす半導体装置の不良原因を調べたところ、該半導体装置のスルーホールにおける抵抗の値（以降、スルーホール抵抗と称する）が大きいことが判明した。
従って、本発明の目的は、スルーホール抵抗の小さい半導体装置と、該装置の製造方法とを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した点を解決するために以下の構成を採用する。
層間絶縁膜を介して互いに対向する下層配線および上層配線を電気的に接続するプラグを形成するためのスルーホール内に、前記プラグを前記層間絶縁膜に密着させるための密着層を、前記スルーホールの径寸法に対する該スルーホールの深さ寸法の比で示される所定のアスペクト比に基づいて、スパッタリングにより形成することができる。
【０００９】
スルーホール内の前記密着層を、該スルーホールの側壁のみに形成することができる。
前記下層配線上の密着層の厚さ寸法を、腐食性を有するガスの浸透可能な厚さ寸法に形成することができる。
前記下層配線および前記上層配線を、アルミニウム合金層上にキャップ金属層を設けた積層構造に形成することができる。
前記アルミニウム合金層を形成するに先立ち、該アルミニウム合金層の形成すべき位置に、高融点金属層を形成することができる。
前記アルミニウム合金層を、アルミニウムおよび銅から成る合金を用いて形成することができる。
前記キャップ金属層を、窒化チタンおよびチタンの積層、または窒化チタンのみの層で形成することができる。
【００１０】
前記高融点金属層を、窒化チタンおよびチタンの積層、または窒化チタンのみの層で形成することができる。
前記下層配線の長さ寸法を、長尺に形成することができる。
前記下層配線を、半導体素子を有する半導体基板上の第１番目の配線として形成することができる。
前記下層配線を、半導体素子を有する半導体基板と直接的に接続されてないフローティング状態に形成することができる。
前記プラグを、タングステンを用いて形成することができる。
前記密着層を、窒化チタンを用いて形成することができる。
【００１１】
前記スパッタリングを、該スパッタリングにより前記層間絶縁膜上に堆積する堆積物の厚さ寸法と、前記アスペクト比との関係が、アスペクト比が２．５以上３未満のとき、堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、アスペクト比が３以上３．５未満のとき、堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、アスペクト比が３．５以上４未満のとき、堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下になるように行うことができる。
【００１２】
前記スパッタリングは、スパッタリングすべき対象に対し、５度以上の入射角で全ての方位から行うことができる。
前記スパッタリングは、前記アスペクト比と、前記入射角との関係が、アスペクト比が１以上１．５未満のときの入射角は４５度以上であり、アスペクト比が１．５以上２未満のときの入射角は２６度以上であり、アスペクト比が２．５以上３未満のときの入射角は１８度以上となるように行うことができる。
【００１３】
層間絶縁膜に設けたスルーホールを介して互いに対向する下層配線および上層配線と、前記スルーホール内で前記下層配線および前記上層配線を電気的に接続するためのプラグと、前記スルーホール内に前記プラグを前記層間絶縁膜に密着させるための密着層とを有する半導体装置において、前記密着層は、前記スルーホールの径寸法に対する該スルーホールの深さ寸法の比で示される所定のアスペクト比に基づいて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【００１４】
スルーホール内の前記密着層は、該スルーホールの側壁のみに形成することができる。
前記下層配線上の密着層の厚さ寸法は、腐食性を有するガスの浸透可能な厚さ寸法に形成することができる。
前記下層配線および前記上層配線は、アルミニウム合金層上にキャップ金属層を設けた積層構造に形成することができる。
前記下層配線および前記上層配線に、前記アルミニウム合金層下に高融点金属層を有する構造に形成することができる。
前記アルミニウム合金層は、アルミニウムおよび銅から成る合金で形成することができる。
前記キャップ金属層は、窒化チタンおよびチタンの積層、または窒化チタンのみの層で形成することができる。
【００１５】
前記高融点金属層は、窒化チタンおよびチタンの積層、または窒化チタンのみの層で形成することができる。
前記下層配線の長さ寸法は、長尺に形成することができる。
前記下層配線は、半導体素子を有する半導体基板上の第１番目の配線として形成することができる。
前記下層配線は、半導体素子を有する半導体基板と直接的に接続されてないフローティング状態の配線として形成することができる。
前記プラグは、タングステンプラグで形成することができる。
【００１６】
前記密着層は、窒化チタンを用いて形成することができる。
前記密着層は、前記スパッタリングで形成される前記層間絶縁膜上の堆積物の厚さ寸法と、前記アスペクト比との関係が、アスペクト比が２．５以上３未満のとき堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、アスペクト比が３以上３．５未満のとき堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、アスペクト比が３．５以上４未満のとき堆積物の厚さ寸法は７．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるように形成することができる。
【００１７】
前記密着層は、指向性を有するスパッタリングにより形成されており、該スパッタリングすべき対象に対し、５度以上の入射角で全ての方位からスパッタリングを施すことができる。
前記密着層は、前記アスペクト比と、前記入射角との関係が、アスペクト比が１以上１．５未満のときの入射角は４５度以上であり、アスペクト比が１．５以上２未満のときの入射角は２６度以上であり、アスペクト比が２．５以上３未満のときの入射角は１８度以上で形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明するのに先立ち、本発明の経緯を説明する。本発明者は、多層配線型の半導体装置において、該装置のスルーホール抵抗の値が、どのような仕様においてスルーホール抵抗値が大きいか、その仕様を特定すべく実験を繰返した。これにより、本発明者は、ある特定の配線パターンのとき、スルーホール抵抗の値が特に増大することを見出した。即ち、その配線パターンとは、半導体基板上の第１層目の配線が非常に長く、かつ前記半導体基板から浮いている、つまり前記半導体基板と直接的に接続されていない配線パターンであった。
【００１９】
次に、本発明者は、前記した配線パターンにおいて、配線を形成するときに配線全体が帯電してしまい、該配線上に形成されるスルーホールとの境目（以降、スルーホールの底面と称す）に、何らかの物質（以降、異物と称す）が付着し、又は形成され、その異物がスルーホール抵抗値の増大を招くのではないかと考えたが、その生成原因および組成を解明することはできなかった。
【００２０】
本発明者は、その後も繰返し実験を行い、次に示す実験で注目すべき結果を見出した。
その実験とは、図１１に示す試験用の配線パターンを用いて、スルーホールの底面に堆積する密着層（窒化チタン層）の厚さ寸法を０．７５ｎｍに設定した半導体装置と、同３ｎｍに設定した半導体装置とをそれぞれ作成し、該各半導体装置における各スルーホール抵抗の値を測定し、その結果を図１２に示すグラフにまとめた。
即ち、図１１の該試験配線パターン構造は、破線で囲われた範囲の配線を下層配線とする第１の配線Ｍ１と、上層配線としての第２の配線Ｍ２と、前記第１の配線Ｍ１および前記第２の配線Ｍ２を電気的に接続するプラグが形成されたスルーホールＶｉａと、前記した配線と測定装置とを電気的に接続するための測定用端子Ｐａｄとを有している。前記下層配線Ｍ１の長さ寸法は、１００ｍｍであり、該配線の幅寸法は、０．５２μｍである。また、スルーホールの径寸法は、０．２６μｍである。
【００２１】
前記した試験用配線パターンを用いて、スルーホールＶｉａの底面に、密着層用の窒化チタンを０．７５ｎｍの厚さ寸法で堆積させた半導体装置を作成し、そのスルーホール抵抗の値と、同３ｎｍの厚さ寸法で堆積させた半導体装置を作成し、そのスルーホール抵抗の値とを、それぞれ測定し、それらの測定結果を図１２のグラフにまとめた。図１２のグラフは、堆積させた窒化チタンの厚さ寸法が０．７５ｎｍのときのスルーホール抵抗値の分布を“＋”で、窒化チタンの厚さ寸法が３ｎｍのときのスルーホール抵抗値の分布を“○”で示した累積の正規分布図である。該図で示されているように、スルーホール底面の窒化チタンの厚さ寸法が薄いと、スルーホール抵抗値が低いことが判明した。
更に実験を重ねて、スルーホールの底面に密着層を形成しない半導体装置においては、スルーホール抵抗値を低くできることを見いだした。
【００２２】
以上の知見に基づいて、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
＜具体例１＞
図１は、具体例１の半導体装置１０を示す断面図である。
半導体装置１０は、図示しない半導体素子が形成された半導体基板１１と、該基板１１上に形成された絶縁膜１２と、該絶縁膜１２上の所定の位置に生成された高融点金属層１３、該高融点金属層１３上に生成されたアルミニウム合金層１４および該合金層１４上に生成されたキャップ金属層１５から成る下層配線１６と、配線を積層するために形成された層間絶縁膜１７と、前記下層配線１６上に位置する前記層間絶縁膜１７に形成されたスルーホール１８と、該スルーホール１８の内に形成された密着層１９と、該密着層１９が設けられたスルーホール内に形成されたプラグ２０と、該プラグ２０上に形成された上層配線２１とを有する。
【００２３】
下層配線１６は、半導体基板１１上の第１番目の配線であり、該配線は、前記半導体基板と直接電気的に接続されておらず、その配線の長さ寸法は長く、数十ｍｍの長さ寸法を有する。更に、下層配線１６は、性能向上およびフォトリソグラフィー工程での反射防止を目的に、高融点金属層１３、アルミニウム合金層１４およびキャップ金属層１５から成る多層構造である。
【００２４】
次に、前記した半導体装置１０の製造方法を図１〜図４を用いて説明する。
先ず、図２に示すように、図示しない半導体素子を有する半導体基板１１上に絶縁膜１２を形成する。
次に、スパッタ法を用いて順次積層した下層配線１６を形成すべく、絶縁膜１１２上に、チタンの膜を２０ｎｍおよび窒化チタンの膜を２０ｎｍ形成した高融点金属層１３のための層を形成する。高融点金属層１３のための層を形成した後、該層１３上にアルミニウムおよび銅から成るアルミニウム合金層１４のための層を４００ｎｍ形成し、更に、該アルミニウム合金層１４のための層上に、チタンの膜を５ｎｍおよび窒化チタンの膜を５０ｎｍ形成したキャップ金属層１５のための層を形成する。次に、キャップ金属層１５のための層上に、図示しないレジスト膜を所定のパターンで配置した後、キャップ金属層１５のための層、アルミニウム合金層１４のための層および高融点金属層１３のための層に対しエッチングを施して、高融点金属層１３、アルミニウム合金層１４およびキャップ金属層１５から成る所定の配線パターンの下層配線１６を形成する。
【００２５】
下層配線１６を形成した後、例えば高密度プラズマ法により、絶縁膜１２上にシリコン酸化膜を層間絶縁膜１７として形成する。該層間絶縁膜１７は、下層配線１６を覆って、所定の厚さ寸法で形成される。次に、層間絶縁膜１７上に、図示しないレジスト膜を所定のパターンで配置した後、レジスト膜に覆われない層間絶縁膜に対しエッチングを施してスルーホール１８を形成する。
図２に示すように、該スルーホール１８の径寸法ａ（ａ＝１）に対する該スルーホール１８の深さ寸法ｂ（ｂ＝３．５）の比で示されるアスペクト比は、３．５である。このアスペクト比のスルーホール１８が、層間絶縁膜１７の厚さ寸法、スルーホール１８の径寸法および下層配線１６の高さ寸法を適宜調整して形成される。
スルーホール１８を形成した後、スパッタエッチング法により、スルーホールの底面２２をエッチングする。これにより、スルーホールの底面２２で露呈する下層配線１６のキャップ金属層１５の表面が５ｎｍ削られる。
【００２６】
その後、図３に示すように、スパッタ法により密着層１９のための窒化チタンの層２３を層間絶縁膜１７上およびスルーホール内に形成する。
この窒化チタン層２３は、スルーホールの底面２２で露呈する下層配線１６上にも堆積するが、その厚さ寸法は、層間絶縁膜１７上に堆積する層の厚さ寸法と比較して薄く設定されている。例えば、前記したアスペクト比３．５において、スパッタ法により層間絶縁膜上に１０ｎｍの厚さ寸法の窒化チタン層２３を形成すると、スルーホールの底面２２には、０．６ｎｍ程の厚さ寸法の窒化チタン層が形成される。この関係を図９に示す。図９は、互いに異なる３種類のスパッタ法による、アスペクト比とスルーホールの底面２２でのボトムカバレージとの関係を示している。これらのスパッタ法は、通常スパッタ、遠距離スパッタＢおよび遠距離スパッタＡの順に、ターゲットから対象物へ照射する粒子の直進性が高い。
【００２７】
一方、スルーホールの底面２２に堆積する窒化チタン層２３の厚さ寸法を薄膜化すべく、層間絶縁膜１７上に堆積する窒化チタン層２３の厚さ寸法を薄くしてみたが、層間絶縁膜１７上に堆積する窒化チタン層２３の厚さ寸法が７．５ｎｍ以下では、後述する密着層１９およびプラグ２０を形成した後に、プラグ２０と密着層１９、密着層１９とスルーホール１８の内壁またはその両方において剥がれが生じてしまい、十分な密着性が確保されないことが判明した。
【００２８】
次に、窒化チタン層２３の形成後、図４に示すように、六フッ化タングステンガス（ＷＦ６）を用いた化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、スルーホール１８内および窒化チタン層２３上にプラグ２０のためのタングステン（Ｗ）部およびタングステン層２４（３００ｎｍ乃至５００ｎｍの厚さ寸法）を形成する。タングステン層２４の形成後、図１に示すように、化学的機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）またはエッチバック法により、スルーホール内以外の余分な窒化チタン層２３およびタングステン層２４を取り除いた後、前記した下層配線１６と同様にして同一構造の上層配線２１を形成する。
【００２９】
前記したように、所定のアスペクト比に基づいて、密着層１９を形成することにより、スルーホール１８の底面２２の密着層の厚さ寸法を薄くできることから、スルーホール抵抗値の低い半導体装置を製造することができる。従って、スルーホール抵抗値の増大で生じる動作不良を防ぐことができ、良好な半導体装置を得ることができる。
更に、特別な製造装置を用いることなく本発明の半導体装置を製造することができることから、設備投資を抑えることができ、経済的に本発明の半導体装置を製造することができる。
【００３０】
尚、スルーホール抵抗値が低くなる原因としては、スルーホールの底面に形成する密着層の厚さ寸法を薄くすることで、腐食性を有する六フッ化タングステンガスが前記密着層から浸透し、その浸透した六フッ化タングステンガスにより、異物が腐食して除去されたことが原因と考えられる。
【００３１】
＜具体例２＞
具体例１の密着層１９は、スルーホール１８内壁の上部から下部まで所定の厚さ寸法でほぼ均一に形成されたが、具体例２では、スルーホールの上部からスルーホールの下部へ向かうに従い、次第に厚さ寸法が低減する密着層３１の形成方法を示す。
【００３２】
図５は、具体例２の半導体装置３０を示す断面図である。
半導体装置３０は、図示しない半導体素子が形成された半導体基板１１と、該基板１１上に形成された絶縁膜１２と、該絶縁膜１２上の所定の位置に生成された高融点金属層１３、該高融点金属層１３上に生成されたアルミニウム合金層１４および該合金層１４上に生成されたキャップ金属層１５から成る下層配線１６と、該下層配線１６に配線を積層するために形成された層間絶縁膜１７と、前記下層配線１６上に位置する前記層間絶縁膜１７に形成されたスルーホール１８と、該スルーホール１８の内壁上部から該ホール１８の内壁下部へ向かうに従い、次第に厚さ寸法が低減する密着層３１と、該密着層３１が設けられたスルーホール内に形成されたプラグ２０と、該プラグ２０上に形成された上層配線２１とを有する。
【００３３】
次に、前記した半導体装置３０の製造方法を図６〜図８を用いて説明する。
先ず、前記した具体例１と同様に、半導体基板１１上の所定の位置に絶縁膜１２を形成した後、高融点金属層１３、アルミニウム合金層１４およびキャップ金属層１５から成る下層配線１６を形成する。
次に、絶縁膜１２上に、前記下層配線１６を覆ってシリコン酸化膜の層間絶縁膜１７を形成した後、フォトリソエッチングを施し、下層配線１６の表面が底面で露呈するスルーホール１８を形成する。スルーホール１８を形成した後、スパッタエッチング法により、スルーホールの底面２２で露呈する下層配線に対してエッチングを施し、該下層配線１６のキャップ金属層１５の表面を５ｎｍ削る。
【００３４】
次に、具体例２の特徴である密着層３１用の窒化チタン層を図６に示すスパッタ装置５０を用いて形成する。該スパッタ装置５０は、天井面から床面に対し垂直に窒化チタンの粒子を照射するターゲット５１と、前記した製造工程までの処理が施された複数の半導体基板１１から成るウエハ５２を載置するサセプター５３とを備える。前記サセプター５３は、前記ターゲット５１に対し所定の角度を有しており、ターゲット５１からウエハ５２に対し、窒化チタンがスパッタされるとき、所定の速度を維持しながら反時計周りに回転する。
前記した所定の角度は、実験を繰返すことで見出されており、スルーホールのアスペクト比で決まる。アスペクト比が１以上１．５未満のとき、ターゲット５１からの窒化チタンの入射角は４５度以上が好ましく、アスペクト比が１．５以上２未満のとき、ターゲット５１からの窒化チタンの入射角は２６度以上が好ましく、アスペクト比が２．５以上３未満のとき、ターゲット５１からの窒化チタンの入射角は１８度以上が好ましい。
【００３５】
前記したスパッタ装置５０を用いることにより、ターゲット５１から照射される窒化チタンの粒子が図７に示すように、所定の入射角度で層間絶縁膜１７およびスルーホール１８に照射され、図８に示すように、サセプター５３が所定の速度を維持しながら反時計周りに回転することにより、層間絶縁膜１７上に均一に窒化チタン層３２が形成され、該層間絶縁膜１７に設けられたスルーホール１８の内壁に、該内壁の上部から下部に向かって次第に厚さ寸法が低減する密着層用の窒化チタン層３２が形成される。
前記した密着層用の窒化チタン層３２は、実質的にスルーホール１８の底面に形成されない。
【００３６】
窒化チタン層３２の形成後、前記具体例１と同様にスルーホール１８内にプラグ２０のためのタングステン層を形成する。該タングステン層は、六フッ化タングステンガスＷＦ６を用いるＷ−ＣＶＤ法により形成される。
タングステン層を形成した後、スルーホール内以外の余分な窒化チタン層３２およびタングステン層を取り除いた後、前記した具体例１と同様にして同一構造の上層配線２１を形成する。
【００３７】
前記したように、層間絶縁膜１７に所定のアスペクト比のスルーホール１８を形成し、該スルーホール１８に対して所定の入射角で全ての方位からスパッタを行うことにより、スルーホールの底面２２に堆積することなく、かつスルーホール１８の内壁には所望の厚さ寸法を有して密着層３１が形成されることから、プラグ２０および層間絶縁膜１７間の密着性が有り、かつ、スルーホール抵抗値の低い半導体装置３０を製造することができる。従って、動作不良の発生しない、良好な半導体装置３０を得ることができる。
【００３８】
更に、前記した密着層３１は、スルーホール１８のアスペクト比が２．５未満の場合にも形成することができ、アスペクト比の低い微細化された半導体装置の製造に活用できる。
また、前記した具体例１の密着層１９および具体例２の密着層３１を、密着層用の窒化チタン層（２３および３２）に対し、エッチング処理を行うことなく形成することができることから、製造工程の短縮化を図ることができ効率的である。
【００３９】
前記した具体例１では、アスペクト比が３．５のスルーホール１８を形成し、前記層間絶縁膜１７上に堆積する窒化チタン層２３の厚さ寸法を１０ｎｍ形成する例を示したが、これに限ることなく、次に示すアスペクト比と、スパッタリングで層間絶縁膜１７上に堆積する窒化チタン層２３の厚さ寸法との関係においても、スルーホール抵抗値の低い半導体装置を製造できることが実験により見出されている。
即ち、アスペクト比と、前記層間絶縁膜１７上に堆積する窒化チタン層２３の厚さ寸法との関係は、アスペクト比が２．５以上３未満のとき前記層間絶縁膜１７上に堆積する窒化チタン層２３の厚さ寸法を７．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下に、アスペクト比が３以上３．５未満のとき、前記層間絶縁膜１７上に堆積する窒化チタン層２３の厚さ寸法を７．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下に、アスペクト比が３．５以上４未満のとき、前記層間絶縁膜１７上に堆積する窒化チタン層２３の厚さ寸法を７．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下に形成することが好ましい。
前記した具体例２において、窒化チタン層３２は、コリメートスパッタ法、遠距離スパッタ法、イオンスパッタ法などで形成しても良く、いずれのスパッタ法も指向性を有するスパッタ法である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、前記したように、アスペクト比に基づいて密着層を形成することにより、スルーホールの底面に密着層を形成すること無く、若しくはスルーホールの底面の密着層の厚さ寸法を薄く形成することができ、スルーホール抵抗値の低い半導体装置を製造できる。従って、高いスルーホール抵抗値で生じる動作不良を招くことのない良好な半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】具体例１の半導体装置を示す断面図である。
【図２】アスペクト比とスルーホールとを示す断面図である。
【図３】密着層のための窒化チタン層を示す断面図である。
【図４】プラグのためのタングステン層を示す断面図である。
【図５】具体例２の半導体装置を示す断面図である。
【図６】具体例２で用いるスパッタ装置を示す断面図である。
【図７】層間絶縁膜およびスルーホールに照射される窒化チタン粒子を示す図である。
【図８】具体例２の窒化チタン層を示す断面図である。
【図９】スルーホールアスペクト比とスルーホールのボトムカバレージとの関係を示すグラフである。
【図１０】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図１１】試験用配線パターンを示す図である。
【図１２】スルーホール抵抗の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　半導体装置
１１　半導体基板
１２　絶縁膜
１３　高融点金属層
１４　アルミニウム合金層
１５　キャップ金属層
１６　下層配線
１７　層間絶縁膜
１８　スルーホール
１９　密着層
２０　プラグ
２１　上層配線
２２　スルーホールの底面
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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