(57)【要約】【課題】　コンタクトホールまたはビアホールのようなリセスを有する基板上に金属膜を形成するための方法を提供する。【解決手段】　リセスを有する基板１０上に障壁金属膜１４を連続的に積層する。これにより、基板１０の表面、リセスの底面及び側面に障壁金属膜１４が連続的に形成される。また、基板１０の表面上にのみ第１金属膜を形成した後、第１金属膜を窒素プラズマに処理して第１金属膜を、窒素を含む絶縁膜で形成する。続いて、リセス内の障壁金属膜１４の底面及び側面にのみ第２金属膜を連続的に積層してライナーを形成した後、リセス及び絶縁膜を有する基板１０上に第３金属膜を積層してリセスを完全に充填させる。【選択図】　　　　　　図４
2004111924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　（ａ）リセスを有する基板上に障壁金属膜を連続的に積層することにより、前記基板の表面、前記リセスの底面、及び側面に前記障壁金属膜を連続的に形成する段階と、
　（ｂ）前記基板の表面上にのみ第１金属膜を形成する段階と、
　（ｃ）前記第１金属膜を窒素プラズマによって処理して前記第１金属膜に窒素を含む絶縁膜を形成する段階と、
　（ｄ）前記リセス内の障壁金属膜の底面及び側面にのみ第２金属膜を連続的に積層してライナーを形成する段階と、
　（ｅ）前記リセス及び絶縁膜を有する基板上に第３金属膜を積層して前記リセスを完全に充填させる段階とを含むことを特徴とする金属膜形成方法。
【請求項２】
　前記基板の表面上にのみ第１金属膜を形成する段階は、１２０〜１６０℃の温度、及び３９９．９６６〜１３３３．２２Ｐａの圧力に１乃至１０秒間の雰囲気中で形成することを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
【請求項３】
　前記第１金属膜を窒素プラズマによって処理して前記第１金属膜に窒素を含む絶縁膜を形成する段階は、１２０〜１６０℃の温度、１３３．３２２〜１３３３．２２Ｐａの圧力、及び５０〜５００ｗａｔｔのプラズマパワーにより１〜６０秒間実施することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
【請求項４】
　前記第２金属膜を連続的に積層してライナーを形成する段階は、１２０〜１６０℃の温度、及び２６．６６４４〜６６．６６１Ｐａの圧力により３０〜１８０秒間の雰囲気中で形成することを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
【請求項５】
　前記第１金属膜は、ジメチルエチルアミネアレーン、メチルピロリジンアレイン、及びジメチルアルミニウムヒドリドにより構成されるグループから選択される少なくともいずれか一つを第１ソースガスに使用する化学気相蒸着により形成され、
　前記第２金属膜は、ジメチルエチルアミネアレーン、メチルピロリジンアレイン、及びジメチルアルミニウムヒドリドにより構成されるグループから選択された少なくともいずれか一つを第２ソースガスに使用する化学気相蒸着により形成されることを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
【請求項６】
　前記第２ソースガスは前記第１ソースガスより８倍〜１２倍多く使用することを特徴とする請求項５に記載の金属膜形成方法。
【請求項７】
　前記第２金属膜は前記第１金属膜より３〜１０倍厚く形成されることを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
【請求項８】
　前記（ｂ）乃至（ｄ）の段階はインサイチュで実施することを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
【請求項９】
　前記第１金属膜、第２金属膜、及び第３金属膜はアルミニウム膜であることを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
【請求項１０】
　前記第３金属膜はスパッタリング及びリフローを連続的に実施することにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
【請求項１１】
　前記障壁金属膜は、チタン膜、窒化チタン膜、またはこれらが順次に積層される多層膜であることを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
【請求項１２】
　前記第１金属膜のステップカバーレージは前記第２金属膜のステップカバーレージに比べて劣ることを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
【請求項１３】
　（ａ）リセスを有する基板上に障壁金属膜を連続的に積層することにより、前記基板の表面、前記リセスの底面及び側面に前記障壁金属膜を連続的に形成する段階と、
　（ｂ）窒素プラズマ処理により前記基板の表面上にのみ窒素を含む絶縁膜を形成する段階と、
　（ｃ）前記リセス内の障壁金属膜の底面及び側面にのみ第１金属膜を連続的に積層してライナーを形成する段階と、
　（ｄ）前記リセス及び絶縁膜を有する基板上に第２金属膜を積層して前記リセスを完全に充填させる段階とを含むことを特徴とする金属膜形成方法。
【請求項１４】
　前記窒素プラズマ処理は１２０〜１６０℃の温度、３９９．９６６〜１３３３．２２Ｐａの圧力、及び５０〜５００ｗａｔｔのプラズマパワーにより１〜１０秒間実施することを特徴とする請求項１３に記載の金属膜形成方法。
【請求項１５】
　前記第１金属膜は１２０〜１６０℃の温度及び２６．６６４４〜６６．６６１Ｐａの圧力により３０〜１８０秒間の雰囲気中で形成することを特徴とする請求項１３に記載の金属膜形成方法。
【請求項１６】
　前記絶縁膜はジメチルエチルアミネアレーン、メチルピロリジンアレイン及びジメチルアルミニウムヒドリドにより構成されるグループから選択される少なくともいずれか一つを第１ソースガスに使用する化学気相蒸着により形成し、前記第１金属膜はジメチルエチルアミネアレーン、メチルピロリジンアレイン及びジメチルアルミニウムヒドリドにより構成されるグループから選択された少なくともいずれか一つを第２ソースガスに使用する化学気相蒸着により形成することを特徴とする請求項１３に記載の金属膜形成方法。
【請求項１７】
　前記第２ソースガスは前記第１ソースガスより８倍〜１２倍多く使用することを特徴とする請求項１６に記載の金属膜形成方法。
【請求項１８】
　前記第１金属膜は前記絶縁膜より３〜１０倍厚く形成されることを特徴とする請求項１３に記載の金属膜形成方法。
【請求項１９】
　前記（ｂ）乃至（ｄ）はインサイチュで実施することを特徴とする請求項１３に記載の金属膜形成方法。
【請求項２０】
　前記第２金属膜はスパッタリング及びリフローを連続的に実施することにより形成されることを特徴とする請求項１３に記載の金属膜形成方法。
【請求項２１】
　前記絶縁膜のステップカバーレージは前記第１金属膜のステップカバーレージに比べて劣ることを特徴とする請求項１３に記載の金属膜形成方法。
【請求項２２】
　基板に形成されているリセスの底面及び側面上に形成された障壁金属膜と、
　前記リセスを除外したその他の基板表面上に形成された絶縁膜と、
　前記障壁金属膜上に形成された第１金属膜と、
　前記基板上に形成された第２金属膜と、
　を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２３】
　前記絶縁膜は金属膜を窒素プラズマで処理することにより形成されたものであることを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置。
【請求項２４】
　前記障壁金属膜は前記リセスを含む基板上に全体的に形成されていることを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置。
【請求項２５】
　前記第２金属膜は前記リセス及び前記絶縁膜を含む基板上に全体的に形成されていることを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置。
【請求項２６】
　基板に形成されているリセスの底面及び側面上に障壁金属膜を形成する段階と、
　前記リセスを除外したその他の基板表面上に絶縁膜を形成する段階と、
　前記障壁金属膜上に第１金属膜を形成する段階と、
　前記基板上に第２金属膜を形成する段階とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
　前記絶縁膜は金属膜を窒素プラズマ処理することにより形成されたものであることを特徴とする請求項２６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
　前記第２金属膜は前記リセス及び前記絶縁膜を含む基板上に全体的に形成されていることを特徴とする請求項２６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は金属膜形成方法、半導体装置、および半導体装置の製造方法に関するものであり、より詳細には、コンタクトホールまたはビアホール（ｖｉａ　ｈｏｌｅ）のようなリセス（ｒｅｃｅｓｓ）を有する基板上に金属膜を形成するための金属膜形成方法、この金属膜形成方法を用いて製造された半導体装置、およびこの半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　近来、コンピュータのような情報機器の急速な普及により、半導体装置は飛躍的に発展している。その機能面において、半導体装置は高速で動作すると同時に大容量の貯蔵能力を有することが要求される。これにより、半導体装置は、集積度、信頼度および応答速度などを向上させる方向に製造技術が発展している。
【０００３】
　前記製造技術が発展することにより、金属配線に対する要求も厳しくなっている。金属配線は電気的抵抗が低くなければならず、かつ、経済的であり信頼性が高くなければならない。したがって、金属配線としてはアルミニウム配線が最も広く選択されている。また、最近、半導体装置は０．１５μｍ以下のデザインルールを必要とするために、高いアスペクト比（ａｓｐｅｃｔ　ｒａｔｉｏ）を有するコンタクトホールまたはビアホールでのプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に対する要求水準も高くなっている。これにより、アルミニウム配線をコンタクトホールまたはビアホール内に十分に充填させる工程技術も継続開発している。
【０００４】
　アルミニウム膜を充填させる一工程技術として、コンタクトホールまたはビアホールのようなリセスを有する基板上にアルミニウム膜を直接積層してリセスを充填させる方法がある。この方法はアルミニウムのリフロー特性を最大限活用した方法である。
【０００５】
　しかし、前記方法の場合には、リセスボイドが頻繁に発生する問題点がある。これは、リセスが高いアスペクト比を有する場合、リセスの入口部分にアルミニウム膜が速く積層されることにより、リセスの入口を塞ぐためである。
【０００６】
　また、アルミニウムを充填させる他の工程技術として、絶縁膜と障壁金属膜のような導電膜上にアルミニウムが選択的に積層される特性を利用してリセスにアルミニウム膜を充填させる方法がある。しかし、この方法はビアホールにのみ適用可能であるものとして、障壁金属膜のような導電膜を有するコンタクトホールの場合には適用されないという問題点がある。
【０００７】
　したがって、最近にはコンタクト抵抗及び配線抵抗を低下させることができ、コンタクトホール内に完全な充填が可能である金属膜を形成する方法を必要としている。この方法は基板上に選択的に金属蒸着防止膜（ａｎｔｉ−ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ；ＡＮＬ）を形成することにより達成される。金属蒸着防止膜の選択的形成により金属膜を充填する方法に対する例は［特許文献１］（ｉｓｓｕｅｄ　ｔｏ　Ｍｏｓｅｌｙ　ｅｔ　ａｌ）、［特許文献２］、［特許文献３］、及び［特許文献４］に開示されている。
【０００８】
　［特許文献２］によると、リセスを除外した基板上に金属蒸着防止膜を形成した後、リセスの底面及び側壁にアルミニウム膜を連続的に形成し、続けてリセスを有する基板上にスパッタリングを通じてアルミニウム膜を形成する。これにより、リセス内にアルミニウム膜が完全に充填される。ここで、金属蒸着防止膜は酸化性が強い金属膜を形成した後、金属膜を自然酸化させる方法により形成する。だから、前記方法は自然酸化のための別途の工程を進行しなければならない。したがって、前記方法は生産性が低下される欠陥がある。
【０００９】
　前記生産性の低下を克服するための方法が、［特許文献１］に開示されている。［特許文献１］によると、金属蒸着防止膜と、リセスの充填のためのアルミニウム膜の形成をインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）に実施する。
【００１０】
　［特許文献１］はプラズマを使用せずに、ジメチルアルミニウムヒドリド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｕｎｍｈｙｄｒｉｄｅ；ＤＭＡＨ）及び窒素ガスを使用して金属蒸着防止膜を形成する。しかし、プラズマを使用しない場合には、金属蒸着防止膜が容易に形成されない。
【００１１】
　また、リセスの充填のためのアルミニウム膜を化学気相蒸着により形成する。しかし、化学気相蒸着によりアルミニウム膜を形成する場合、リセス内にアルミニウム膜が完全に充填されないことが一般的である。即ち、化学気相蒸着により形成されるアルミニウム膜はリセスの底面及び側壁に連続的に積層されるライナー（ｌｉｎｅｒ）形態を有する。
【００１２】
　［特許文献１］は生産性の向上を図ることができるが、工程上において、いくつの欠陥の発生可能性がある。
【００１３】
　したがって、最近ではコンタクト抵抗及び配線抵抗を低下させることができ、コンタクトホール内に完全な充填が可能であり、生産性が高く、工程上の欠陥が発生しない金属配線の形成方法が要求されている。
【特許文献１】米国特許第６，００１，４２０号明細書
【特許文献２】大韓民国特許登録第２６９，８７８号明細書
【特許文献３】大韓民国特許公開第２００１−７３８２５号明細書
【特許文献４】特開２００１−１６８１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
　本発明の目的は、プラズマ処理により形成される金属積層防止膜としての絶縁膜をインサイチュで形成するための方法を提供することにある。
【００１５】
　本発明の他の目的は、金属積層防止膜としての絶縁膜及び金属膜をインサイチュで形成するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
　上述した目的を達成するための本発明は、リセスを有する基板上に障壁金属膜を連続的に積層することにより、前記基板の表面、前記リセスの底面及び側面に前記障壁金属膜を連続的に形成する段階と、前記基板の表面上にのみ第１金属膜を形成する段階と、前記第１金属膜を窒素プラズマに処理して前記第１金属膜を、窒素を含む絶縁膜で形成する段階と、前記リセス内の障壁金属膜の底面及び側面にのみ第２金属膜を連続的に積層してライナーを形成する段階と、前記リセス及び絶縁膜を有する基板上に第３金属膜を積層して前記リセスを完全に充填させる段階とを含む。
【００１７】
　上述した他の目的を達成するための本発明は、リセスを有する基板上に障壁金属膜を連続的に積層することにより、前記基板の表面、前記リセスの底面及び側面に前記障壁金属膜を連続的に形成する段階と、窒素プラズマ処理により前記基板の表面上にのみ窒素を含む絶縁膜を形成する段階と、前記リセス内の障壁金属膜の底面及び側面にのみ第１金属膜を連続的に積層してライナーを形成する段階と、前記リセス及び絶縁膜を有する基板上に第２金属膜を積層して前記リセスを完全に充填させる段階とを含む。
【００１８】
　前記方法によると、金属積層防止膜としての絶縁膜を窒素プラズマ処理を実施して形成する。したがって、金属膜を選択的な領域上に形成する工程及びリセス内にライナーを形成する工程をインサイチュに実施することができる。これにより、金属膜を形成する時、工程上の欠陥なしに生産性を向上させることができる。特に、金属膜としてのアルミニウム膜を選択する場合、コンタクト抵抗及び配線抵抗を十分に低下させることができる。
【００１９】
　また、本発明は、基板に形成されているリセスの底面及び側面上に形成された障壁金属膜と、前記リセスを除外したその他の基板表面上に形成された絶縁膜と、前記障壁金属膜上に形成された第１金属膜と、前記基板上に形成された第２金属膜と、を含むことを特徴とする半導体装置である。
【００２０】
　また、本発明は、基板に形成されているリセスの底面及び側面上に障壁金属膜を形成する段階と、前記リセスを除外したその他の基板表面上に絶縁膜を形成する段階と、前記障壁金属膜上に第１金属膜を形成する段階と、前記基板上に第２金属膜を形成する段階とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
　本発明によると、高いアスペクト比を有するリセス内に金属膜を完全に充填させることができる。特に、ビアホールだけでなく、コンタクトホールにも前記方法を適用することができる。また、金属膜としてアルミニウム膜を形成するために、コンタクト抵抗及び配線抵抗を低下させることができる。また、インサイチュにより工程を実施することができるために、生産性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
　以下、図面を参照して本発明の望ましい一実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
　（実施形態１）
　基板はリセスを有する。リセスはコンタクトホールまたはビアホールを含む。コンタクトホールまたはビアホールは基板上に層間絶縁膜を形成した後、層間絶縁膜をパターニングすることにより形成される。したがって、基板はコンタクトホールまたはビアホールを含む層間絶縁膜パターンを有する。また、リセスがビアホールである場合には、従来の方法によっても金属膜の充填が十分に可能である。したがって、実施形態１ではリセスがコンタクトホールであることが望ましい。
【００２４】
　また、基板上に第１金属膜を直接接触するように形成する場合、基板と第１金属膜間には物質が移動される。したがって、物質移動を防止するために、基板上に障壁金属膜を形成することが望ましい。また、障壁金属膜は基板の表面、リセスの底面及び側壁に連続的で形成されることが望ましい。障壁金属膜の例としては、チタン膜、窒化チタン膜及びこれら順次に積層される多層膜などを挙げることができる。
【００２５】
　基板の表面上にのみ第１金属膜を積層する。ここで、第１金属膜は化学気相蒸着を通じてリセスを除外した領域の基板上にのみ選択的に積層することが望ましい。第１金属膜は電気的抵抗が低くなければならなく、経済的であり信頼性が高くなければならない。特に、第１金属膜は窒素プラズマ処理により容易に変換されなければならない。したがって、第１金属膜はアルミニウム膜であることが望ましい。
【００２６】
　第１金属膜がアルミニウム膜である場合、第１金属膜を形成するためのソースガスの例としては、ジメチルエチルアミネアレーン（Ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌａｍｉｎｅａｌａｎｅ；ＤＭＥＡＡ）、メチルピロリジンアレイン（Ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅａｌａｎｅ；ＭＰＡ）、ジメチルアルミニウムヒドリド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｕｎｍｈｙｄｒｉｄｅ；ＤＭＡＨ）などを挙げることができる。これらは単独に使用することが望ましいが、２個以上を混合して使用することもできる。また、ソースガスの種類により第１金属膜を形成するための工程条件は変更されることができる。
【００２７】
　ここで、メチルピロリジンアレインをソースガスに使用する場合の工程条件は次の通りである。メチルピロリジンアレインは１乃至１０ｓｃｃｍ程度に提供されることが望ましい。
【００２８】
　また、第１金属膜を１２０℃未満で形成する場合、メチルピロリジンアレインの分解が容易に成らない。また、第１金属膜を１６０℃超過で形成する場合、後続工程での温度調節が容易でない。したがって、第１金属膜は１２０乃至１６０℃の温度で形成することが望ましい。
【００２９】
　また、１２０℃乃至１６０℃の温度で第１金属膜を形成する時、３９９．９６６〜１３３３．２２Ｐａ（３乃至１０Ｔｏｒｒ）の圧力であることが望ましい。
【００３０】
　また、第１金属膜を形成する工程を１秒未満または１０秒を超過して実施する場合には、第１金属膜が所望である厚さで形成されない。したがって、第１金属膜を形成する工程は、１乃至１０秒間実施することが望ましい。
【００３１】
　また、第１金属膜は少し劣るステップカバーレージを有し、１００Å以下の厚さを有するように工程条件を調節することが望ましい。
【００３２】
　第１金属膜は窒素プラズマを使用して処理する。前記処理を実施することにより、第１金属膜は窒素を含む絶縁膜で形成される。即ち、Ｎ2またはＮＨ3プラズマを使用して処理する場合、第１金属膜は窒化アルミニウム膜に変換されるものである。ここで、窒化アルミニウム膜は金属蒸着防止膜の機能を有する。
【００３３】
　また、１２０℃未満または１６０℃超過の温度で窒素プラズマ処理を実施する場合、前・後工程での温度調節が容易でない。したがって、窒素プラズマ処理は１２０乃至１６０℃の温度雰囲気で実施することが望ましい。
【００３４】
　１２０乃至１６０℃の温度で窒素プラズマ処理を実施する場合、圧力は１３３．３２２〜１３３３．２２Ｐａ（１乃至１０Ｔｏｒｒ）であることが望ましい。
【００３５】
　また、窒素プラズマは５０乃至５００Ｗａｔｔのプラズマパワーを印加して形成することが望ましい。また、窒素プラズマ処理を１秒未満で実施する場合には、窒素プラズマ処理の効率が低下され、６０秒を超過して実施する場合には工程時間が長くなるために生産性が低下される。
【００３６】
　したがって、窒素プラズマ処理は１乃至６０秒間実施することが望ましい。このように、実施形態１では窒素プラズマ処理を通じて第１金属膜を金属蒸着防止膜としての絶縁膜で形成する。だから、実施形態１は、従来のようにプラズマ処理を実施しないことにより示される工程上の欠陥を克服することができる。
【００３７】
　このように、窒素プラズマ処理を実施することにより、基板の表面上には金属積層防止膜としての絶縁膜が形成され、リセスの底面及び側面には障壁金属膜が形成される。
【００３８】
　障壁金属膜が形成されているリセス内に第２金属膜を積層する。第２金属膜は化学気相蒸着を通じて形成することが望ましい。
【００３９】
　ここで、基板表面上には金属積層防止膜が形成されているために、リセス内にのみ第２金属膜がライナー形成のために積層される。第２金属膜も電気的抵抗が低くなければならなく、経済的であり信頼性が高くなければならない。したがって、第２金属膜はアルミニウム膜であることが望ましい。
【００４０】
　第２金属膜がアルミニウム膜である場合、第２金属膜を形成するためのソースガスの例としては、ジメチルエチルアミネアレーン（Ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌａｍｉｎｅａｌａｎｅ；ＤＭＥＡＡ）、メチルピロリジンアレイン（Ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅａｌａｎｅ；ＭＰＡ）、ジメチルアルミニウムヒドリド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｕｎｍｈｙｄｒｉｄｅ；ＤＭＡＨ）などを挙げることができる。これらは単独に使用することが望ましいが、２個以上を混合して使用することもできる。また、ソースガスの種類により第２金属膜を形成するための工程条件は変更されることができる。
【００４１】
　ここで、メチルピロリジンアレインをソースガスに使用する場合の工程条件は次の通りである。メチルピロリジンアレインは１０乃至１００ｓｃｃｍ程度に提供されることが望ましい。また、第２金属膜を１２０℃未満で形成する場合、メチルピロリジンアレインの分解が容易に成らない。また、第２金属膜を１６０℃超過で形成する場合、後続工程での温度調節が容易でない。したがって、第２金属膜は１２０乃至１６０℃の温度で形成することが望ましい。
【００４２】
　また、１２０℃乃至１６０℃の温度で第２金属膜を形成する時、２６．６６４４〜６６．６６１Ｐａ（０．２乃至５．０Ｔｏｒｒ）の圧力であることが望ましい。また、第２金属膜を形成する工程を２０秒未満または１８０秒を超過して実施する場合には、第２金属膜が所望である厚さに形成されない。したがって、第２金属膜を形成する工程は２０乃至１８０秒間実施することが望ましい。また、第２金属膜は第１金属膜に比べて優れたステップカバーレージを有し、３００乃至１，０００Å程度の厚さを有するように工程条件を調節することが望ましい。
【００４３】
　ここで、実施形態１は化学気相蒸着によりアルミニウム膜を第２金属膜で形成する場合、リセス内にアルミニウム膜が完全に充填されないという工程特性を十分に利用する。これにより、基板の表面上には絶縁膜が形成されており、リセス内には第２金属膜がライナー形態で形成されている。
【００４４】
　特に、実施形態１では第１金属膜の形成、窒素プラズマ処理及び第２金属膜の形成をインサイチュに実施することができる。即ち、圧力条件のみ変化する工程条件を有するために、さらに容易にインサイチュ工程を実施することができる。
【００４５】
　結果物上にスパッタリングを通じて第３金属膜を積層する。第３金属膜はスパッタリングを通じて形成するために、アルミニウム膜であることが望ましい。このように、第３金属膜を形成する場合、リセス内に第３金属膜が十分に充填される。また、絶縁膜上にも第３金属膜が積層される。
【００４６】
　ここで、絶縁膜は核形成を防止する機能を有するために、スパッタリングによる積層は防止しない。また、第３金属膜を積層した後、４００乃至６００℃の温度にリフローを実施する。リフローを通じてリセス内に第３金属膜がさらに十分に充填される。
【００４７】
　また、化学気相蒸着により金属膜を積層することよりスパッタリングにより金属膜を積層する場合、さらに優れている均一度を有する。したがって、実施形態１のように第３金属膜を形成する場合、均一度に対する憂慮を無くすことができる。
【００４８】
　このように、本発明の実施形態１と同じ方法に金属膜を形成する場合、アルミニウム膜を使用するためにコンタクト抵抗及び配線抵抗を低くすることができる。また、金属膜を選択的に積層するためにリセス内に完全な充填が可能である。特に、障壁金属膜が形成されているコンタクトホールにもその適用が可能である。また、インサイチュにより工程を実施するために、生産性が高い。また、工程特性を十分に理解しているために、工程上の欠陥が発生しない。
【００４９】
　（実施形態２）
　実施形態２の基板は実施形態１と同一である。したがって、基板はリセスを有する。
【００５０】
　また、実施形態１と同じ方法を通じて障壁金属膜を形成する。これにより、障壁金属膜は基板の表面、リセスの底面及び側面に連続的で形成される。
【００５１】
　窒素プラズマ処理を通じて前記基板の表面上に金属積層防止膜としての機能を有する絶縁膜を形成する。絶縁膜は化学気相蒸着及び窒素プラズマ処理により形成されるために、窒素を含むことが望ましい。また、絶縁膜を形成する時使用されるソースガスの例としては、ジメチルエチルアミネアレーン（Ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌａｍｉｎｅａｌａｎｅ；ＤＭＥＡＡ）、メチルピロリジンアレイン（Ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅａｌａｎｅ；ＭＰＡ）、ジメチルアルミニウムヒドリド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｕｎｍｈｙｄｒｉｄｅ；ＤＭＡＨ）などを挙げることができる。これらは単独に使用することが望ましいが、２個以上を混合して使用することもできる。また、ソースガスの種類により絶縁膜を形成するための工程条件は変更されることができる。
【００５２】
　ここで、メチルピロリジンアレインをソースガスに使用する場合の工程条件は次の通りである。メチルピロリジンアレインは１乃至１０ｓｃｃｍ程度に提供されることが望ましい。また、金属膜を１２０℃未満で形成する場合、メチルピロリジンアレインの分解が容易に成らない。また、絶縁膜を１６０℃超過で形成する場合、後続工程での温度調節が容易でない。したがって、絶縁膜は１２０乃至１６０℃の温度で形成することが望ましい。
【００５３】
　また、１２０℃乃至１６０℃の温度で絶縁膜を形成する時、１３３．３２２〜１３３３．２２Ｐａ（１乃至１０Ｔｏｒｒ）の圧力であることが望ましい。また、絶縁膜を形成する工程を１秒未満または１０秒を超過して実施する場合には、絶縁膜が所望である厚さに形成されない。したがって、絶縁膜を形成する工程は１乃至１０秒間実施することが望ましい。
【００５４】
　また、絶縁膜は少し劣るステップカバーレージを有し、１００Å以下の厚さを有するように工程条件を調節することが望ましい。
【００５５】
　実施形態２はＮ2またはＮＨ3プラズマを使用するために金属を含むソースガスを使用しても金属膜ではない絶縁膜が形成される。したがって、窒素プラズマは５０乃至５００Ｗａｔｔのプラズマパワーが印加して形成することが望ましい。特に、実施形態２は直接絶縁膜を形成することとして、従来のようにプラズマ処理を実施しないことにより示される工程上の欠陥を十分に克服することができる。
【００５６】
　このように、窒素プラズマ処理からなる化学気相蒸着を実施することにより、基板の表面上には金属蒸着防止膜としての絶縁膜が形成され、リセスの底面及び側面には障壁金属膜が形成される。
【００５７】
　障壁金属膜が形成されているリセス内に第１金属膜を積層する。実施形態２の第１金属膜は実施形態１の第２金属膜を形成する方法と同一である。これにより、基板の表面上には絶縁膜が形成されており、リセス内には第１金属膜がライナー形態で形成される。ここで、第１金属膜のステップカバーレージは絶縁膜のステップカバーレージより優れている。
【００５８】
　特に、実施形態２では絶縁膜の形成及び第１金属膜の形成をインサイチュに実施することができる。即ち、圧力条件及びプラズマ処理条件のみ変化する工程条件を有するために、さらに容易にインサイチュ工程を実施することができる。
【００５９】
　前記結果物上にスパッタリングを通じて第２金属膜を積層する。実施形態２の第２金属膜は実施形態１の第３金属膜を形成する方法と同一である。
【００６０】
　このように、本発明の実施形態２と同じ方法に金属膜を形成する場合、アルミニウム膜を使用するためにコンタクト抵抗及び配線抵抗を低くすることができる。また、金属膜を選択的に積層するためにリセス内に完全な充填が可能である。特に、障壁金属膜が形成されているコンタクトホールにもその適用が可能である。また、インサイチュにより工程を実施するために、生産性が高い。また、工程特性を十分に理解しているために、工程上の欠陥が発生しない。
【００６１】
　以上のように本発明の金属膜形成方法によれば、金属膜を選択的に積層するためにリセス内に完全な充填が可能であるため、この方法を半導体装置の製造方法に用いることで、高いアスペクト比を有するコンタクトホールまたはビアホールをもつ半導体装置に十分に対応することが可能となる。
【実施例１】
【００６２】
　図１乃至図６は金属膜形成方法を示す。
【００６３】
　図１及び図２に示すように、基板１０上に層間絶縁膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程を実施してコンタクトホール１３を有する層間絶縁膜パターン１２を形成した。また、層間絶縁膜パターン１２を有する基板１０上にチタン膜及び窒化チタン膜を含む障壁金属膜１４を順次に形成した。その結果、障壁金属膜１４は層間絶縁膜パターン１２の表面、コンタクトホール１３の底面及び側面に連続的に形成されることが確認できた。
【００６４】
　図３に示すように、化学気相蒸着を通じて前記コンタクトホール１３を除外した領域の障壁金属膜１４の表面にのみアルミニウム膜１６を形成した。アルミニウム膜１６は１４０℃の温度及び５Ｔｏｒｒの圧力下で３秒間実施して形成した。また、ソースガスとしては５ｓｃｃｍ程度の流量に提供されるメチルピロリジンアレインを使用した。その結果、ステップカバーレージが劣り、１００Å以下の厚さを有するアルミニウム膜１６が形成されることが確認できた。
【００６５】
　図４に示すように、ソースガスの提供を停止させ、窒素プラズマ処理を実施した。その結果、障壁金属膜１４の表面上にのみ形成されているアルミニウム膜１６が窒化アルミニウム膜１７に形成されることが確認できた。窒化アルミニウム膜１７は金属蒸着防止膜の機能を有する。窒素プラズマ処理は１００Ｗａｔｔのプラズマパワーを印加し、１４０Åの温度及び６６６．６１Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）の圧力下で１０秒間実施した。
【００６６】
　図５に示すように、化学気相蒸着を通じて障壁金属膜１４を有するコンタクトホール１９内にアルミニウム膜１８を形成した。アルミニウム膜１８は１４０℃の温度及び１３３．３２２１Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の圧力下で６０秒間形成した。また、ソースガスとしては３０ｓｃｃｍ程度の流量に提供されるメチルピロリジンアレインを使用した。その結果、ステップカバーレージが優れて、５００Å程度の厚さを有するアルミニウム膜１８が形成されることが確認できた。特に、アルミニウム膜１８はコンタクトホール１９内の底面及び側面に連続的に形成されるライナー形態を有することが確認できた。
【００６７】
　図６に示すように、スパッタリングを通じて前記結果物上にアルミニウム膜２０を形成した。また、スパッタリングを実施した後、５００℃の温度雰囲気でリフローを実施した。その結果、アルミニウ膜２０がコンタクトホール１９内に十分に充填されると共に、結果物の表面上にも均一に形成されることが確認できた。
【実施例２】
【００６８】
　図７乃至図１１は金属膜形成方法を示す。
【００６９】
　図７及び図８に示すように、基板３０上に層間絶縁膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程を実施してコンタクトホール３３を有する層間絶縁膜パターン３２を形成した。また、層間絶縁膜パターン３２を有する基板３０上にチタン膜及び窒化チタン膜を含む障壁金属膜３４を順次に形成した。その結果、障壁金属膜３４は層間絶縁膜パターン３２の表面、コンタクトホール３３の底面及び側面に連続的に形成されることが確認できた。
【００７０】
　図９に示すように、窒素プラズマ処理からなる化学気相蒸着を通じて前記コンタクトホール３３を除外した領域の障壁金属膜３４の表面にのみ窒化アルミニウム膜３６を形成した。窒化アルミニウム膜３６は１４０℃の温度及び６６６．６１Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）の圧力下で３秒間実施して形成した。また、窒素プラズマの処理のために、１００Ｗａｔｔ程度のプラズマパワーを印加した。また、窒化アルミニウム膜３６を形成するためのソースガスとしては５ｓｃｃｍ程度の流量に提供されるメチルピロリジンアレインを使用した。その結果、ステップカバーレージが劣り、１００Å以下の厚さを有する窒化アルミニウム膜３６が形成されることが確認できた。
【００７１】
　図１０に示すように、化学気相蒸着を通じて障壁金属膜３４を有するコンタクトホール３９内にアルミニウム３８を形成した。アルミニウム３８は１４０℃の温度及び１３３．３２２１Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の圧力下で６０秒間形成した。また、ソースガスとしては３０ｓｃｃｍ程度の流量に提供されるメチルピロリジンアレインを使用した。その結果、ステップカバーレージが優れて、５００Å程度の厚さを有するアルミニウム膜１８が形成されることが確認できた。特に、アルミニウム膜３８はコンタクトホール３９内の底面及び側面に連続的に形成されるライナー形態を有することが確認できた。
【００７２】
　図１１に示すように、スパッタリングを通じて前記結果物上にアルミニウム膜４０を形成した。また、スパッタリングを実施した後、５００℃の温度雰囲気でリフローを実施した。その結果、アルミニウ膜４０がコンタクトホール３９内に十分に充填されると共に、結果物の表面上にも均一に形成されることが確認できた。
【００７３】
　以上、本発明の実施の形態を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明の実施例を修正または変更できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施例１による金属膜形成方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施例１による金属膜形成方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施例１による金属膜形成方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施例１による金属膜形成方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施例１による金属膜形成方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の実施例１による金属膜形成方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施例２による金属膜形成方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の実施例２による金属膜形成方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の実施例２による金属膜形成方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の実施例２による金属膜形成方法を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の実施例２による金属膜形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０、３０　　基板
１２、３２　　層間絶縁膜パターン
１３、１９、３３、３９　　コンタクトホール
１４、３４　　障壁金属膜
１６、１８、２０、３８、４０　　アルミニウム膜
１７、３６　　窒化アルミニウム膜
【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】
2004111924.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004111924.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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