(57)【要約】【課題】半導体基板のコンタクトホールまたは溝内にアルミニウム配線を選択的に形成する方法を提供する。【解決手段】コンタクトホールまたは溝の内面上部と半導体基板の主表面上部とに窒素を含有する層間膜を形成する（３０１）。半導体基板の主表面上部に位置する層間膜の第１表面部位に保護膜を形成するために、プラズマ処理をする（３０２）。続いて、中間に真空ブレークなしにアルミニウム膜をコンタクトホールまたは溝の内面上部に位置する層間膜の第２表面部位にのみ化学気相蒸着する（３０３）。層間膜の第１表面部位のプラズマ処理は層間膜の第１表面部位上部におけるアルミニウム膜１１０の化学気相蒸着を抑制する。したがって、金属蒸着防止膜に絶縁膜を追加的に蒸着することが不必要であり、工程中間に真空ブレークなしに進行するので、アルミニウム配線工程の生産性を向上させることができる。【選択図】      図９
2004179605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上部主表面と前記上部主表面下に延びる内面により画定されるコンタクトホールまたは溝とを含む半導体基板における前記コンタクトホールまたは溝内のアルミニウム配線形成方法において、
前記半導体基板の主表面上部と前記コンタクトホールまたは溝の内面上部とに窒素を含有する層間膜を形成する段階と、
前記半導体基板の前記主表面上部に位置する前記層間膜の第１表面部位をプラズマ処理して前記層間膜の前記第１表面部位に保護膜を形成する段階と、
前記層間膜の前記第１表面部位の前記プラズマ処理は前記層間膜の前記第１表面部位の上部におけるアルミニウム（Ａｌ）膜の化学気相蒸着を抑制するものであって、前記コンタクトホールまたは溝の前記内面上部に位置する前記層間膜の第２表面部位上部にのみアルミニウム膜を化学気相蒸着する段階と、を含み、
前記プラズマ処理及び前記化学気相蒸着は、中間に真空ブレーク（ｖａｃｕｕｍ  ｂｒｅａｋ）なしに実施することを特徴とするアルミニウム配線形成方法。
【請求項２】
前記層間膜形成、前記プラズマ処理及び前記化学気相蒸着は中間に真空ブレークなしに実施することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項３】
前記プラズマ処理及び前記化学気相蒸着は同一の反応チャンバ内で実施することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項４】
前記層間膜はＴｉＮ膜、ＴａＮ膜、Ｔａ／ＴａＮ膜、Ｔｉ／ＴａＮ膜及びＴａ／ＴｉＮ膜より構成される群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項５】
前記層間膜はＴｉ／ＴｉＮ膜であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項６】
前記プラズマは窒素（Ｎ２）プラズマであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項７】
前記窒素（Ｎ２）プラズマはチャンバ内にアルゴン（Ａｒ）及び窒素（Ｎ２）を導入して収得することを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項８】
前記アルゴン（Ａｒ）及び窒素（Ｎ２）は０．１〜５ｔｏｒｒの圧力で導入され、アルゴン（Ａｒ）流速が５０〜１０００ｓｃｃｍ、また、窒素（Ｎ２）流速が５０〜１０００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項９】
プラズマパワーは５０〜３００ｗａｔｔａであることを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項１０】
前記プラズマはアンモニア（ＮＨ３）プラズマであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項１１】
前記プラズマはアルゴン（Ａｒ）プラズマであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項１２】
前記アルミニウム膜はＭＰＡ（ｍｅｔｈｙｌ  ｐｙｒｒｏｒｉｄｉｎｅ  ａｌａｎｅ）、ＤＭＥＡＡ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ｅｔｈｙｌ  ａｍｉｎｅ  ａｌａｎｅ）またはＤＭＡＨ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｈｙｄｒｉｄｅ）を前駆体（Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）として使用して化学気相蒸着により蒸着することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項１３】
前記コンタクトホールまたは溝を埋めるために、前記保護膜上部及び前記アルミニウム膜上部に追加アルミニウム膜を蒸着する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項１４】
前記追加アルミニウム膜は物理気相蒸着（ＰＶＤ）方法及びリフロー工程により蒸着することを特徴とする請求項１３に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項１５】
前記コンタクトホールの直径が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項１６】
前記コンタクトホールのアスペクト比（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ）が２以上であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項１７】
半導体基板の上部主表面と前記上部主表面下に延びる内面により画定されるコンタクトホールまたは溝とを含む半導体基板における前記コンタクトホールまたは溝内のアルミニウム配線形成方法において、
前記半導体基板の前記主表面の上部と前記コンタクトホールまたは溝の内面上部とに窒素を含有する層間膜を形成する段階と、
前記半導体基板の前記主表面上部に位置する前記層間膜の第１表面部位をプラズマ処理して前記層間膜の前記第１表面部位に保護膜を形成する段階と、
前記層間膜の前記第１表面部位の前記プラズマ処理は前記層間膜の前記第１表面部位の上部における前記アルミニウム（Ａｌ）膜の化学気相蒸着を抑制するものであって、前記コンタクトホールまたは溝の前記内面上部に位置する前記層間膜の第２表面部位の上部にのみアルミニウム膜を化学気相蒸着する段階と、
前記保護膜の上部と前記アルミニウム膜の上部とに追加アルミニウム膜を蒸着して前記コンタクトホールまたは溝を埋める段階と、を含み、
前記層間膜形成、前記プラズマ処理及び前記化学気相蒸着−アルミニウム蒸着は中間に真空ブレークなしに実施することを特徴とするアルミニウム配線形成方法。
【請求項１８】
前記層間膜形成、前記プラズマ処理、前記化学気相蒸着及び前記追加アルミニウム蒸着は、中間に真空ブレークなしに実施することを特徴とする請求項１７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項１９】
前記プラズマ処理及び前記化学気相蒸着は、同一の反応チャンバ内で実施することを特徴とする請求項１７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項２０】
前記層間膜はＴｉＮ膜、ＴａＮ膜、Ｔａ／ＴａＮ膜、Ｔｉ／ＴａＮ膜及びＴａ／ＴｉＮ膜より構成される群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項２１】
前記層間膜はＴｉ／ＴｉＮ膜であることを特徴とする請求項１７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項２２】
前記プラズマは窒素（Ｎ２）プラズマであることを特徴とする請求項１７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項２３】
前記追加アルミニウム膜は物理気相蒸着（ＰＶＤ）方法及びリフロー工程により蒸着することを特徴とする請求項１７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項２４】
前記コンタクトホールの直径が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項２５】
前記コンタクトホールのアスペクト比（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ）が２以上であることを特徴とする請求項１７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項２６】
半導体基板の上部主表面と前記上部主表面下に延びる内面により画定されるコンタクトホールまたは溝とを含む半導体基板における前記コンタクトホールまたは溝内のアルミニウム配線形成方法において、
前記半導体基板の前記主表面上部と前記コンタクトホールまたは溝の内面上部とに第１層間膜を形成する段階と、
前記第１層間膜の上部に窒素を含有する第２層間膜を形成する段階と、
前記半導体基板上の前記主表面上部に位置する前記第２層間膜の第１表面部位をプラズマ処理して前記第２層間膜の第１表面部位に保護膜を形成する段階と、
前記第２層間膜の前記第１表面部位の前記プラズマ処理は前記第２層間膜の前記第１表面部位の上部におけるアルミニウム（Ａｌ）膜の化学気相蒸着を抑制するものであって、前記コンタクトホールまたは溝の前記内面上部に位置する前記第２層間膜の第２表面部位上部にのみアルミニウム膜を化学気相蒸着する段階と、
前記保護膜の上部と前記アルミニウム膜の上部とに追加アルミニウム膜を蒸着して前記コンタクトホールまたは溝を埋める段階と、を含み、
前記第２層間膜形成、前記プラズマ処理及び前記化学気相蒸着は中間に真空ブレークなしに実施することを特徴とするアルミニウム配線形成方法。
【請求項２７】
前記第２層間膜形成、前記プラズマ処理、前記化学気相蒸着及び前記追加アルミニウム蒸着は、中間に真空ブレークなしに実施することを特徴とする請求項２６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項２８】
前記プラズマ処理及び前記化学気相蒸着は、同一の反応チャンバ内で実施することを特徴とする請求項２６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項２９】
前記第１層間膜はＴｉ、Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｔａ、Ｔａ／ＴａＮ、Ｔｉ／ＴａＮ、Ｔａ／ＴｉＮ、Ｔａ／Ｔｉ、Ｔｉ／Ｔａより構成される群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項２６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項３０】
前記第２層間膜はＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａ／ＴａＮ、Ｔｉ／ＴａＮ及びＴａ／ＴｉＮ膜より構成される群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項２６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項３１】
前記第２層間膜はＴｉ／ＴｉＮ膜であることを特徴とする請求項２６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項３２】
前記プラズマは窒素（Ｎ２）プラズマであることを特徴とする請求項２６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項３３】
前記追加アルミニウム膜は物理気相蒸着（ＰＶＤ）方法及びリフロー工程により蒸着することを特徴とする請求項２６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項３４】
前記コンタクトホールの直径が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項２６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項３５】
前記コンタクトホールのアスペクト比（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ）が２以上であることを特徴とする請求項２６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項３６】
前記第１層間膜形成と前記第２層間膜形成との間の中間に真空ブレークを実施することを特徴とする請求項２６に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項３７】
半導体基板の上部主表面と前記上部主表面下に延びる内面により画定されるコンタクトホールまたは溝とを含む半導体基板における前記コンタクトホールまたは溝内のアルミニウム配線形成方法において、
前記半導体基板の前記主表面上部と前記コンタクトホールまたは溝の内面上部とに窒素を含有する層間膜を形成する段階と、
前記層間膜を部分的にエッチングして部分的にエッチングされた層間膜を収得する段階と、
前記半導体基板の前記主表面上部に位置する前記部分的にエッチングされた層間膜の第１表面部位をプラズマ処理して前記部分的にエッチングされた層間膜の前記第１表面部位に保護膜を形成する段階と、
前記部分的にエッチングされた層間膜の前記第１表面部位の前記プラズマ処理は前記部分的にエッチングされた層間膜の前記第１表面部位の上部における前記アルミニウム（Ａｌ）膜の化学気相蒸着−アルミニウム（Ａｌ）蒸着を抑制するものであって、前記コンタクトホールまたは溝の前記内面上部に位置する前記部分的にエッチングされた層間膜の第２表面部位の上部にのみアルミニウム膜を化学気相蒸着する段階と、
前記保護膜の上部と前記アルミニウム膜の上部とに追加アルミニウム膜を蒸着して前記コンタクトホールまたは溝を埋める段階と、を含み、
前記部分的にエッチングされた前記層間膜形成、前記プラズマ処理及び前記化学気相蒸着は、中間に真空ブレークなしに実施することを特徴とするアルミニウム配線形成方法。
【請求項３８】
前記層間膜の前記エッチング、前記プラズマ処理、前記化学気相蒸着及び前記追加アルミニウム膜の蒸着は、中間に真空ブレークなしに実施することを特徴とする請求項３７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項３９】
前記プラズマ処理及び前記化学気相蒸着は、同一の反応チャンバ内で実施することを特徴とする請求項３７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項４０】
前記第２層間膜はＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａ／ＴａＮ、Ｔｉ／ＴａＮ及びＴａ／ＴｉＮ膜より構成される群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項３７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項４１】
前記層間膜はＴｉ／ＴｉＮ膜であることを特徴とする請求項３７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項４２】
前記プラズマは窒素（Ｎ２）プラズマであることを特徴とする請求項３７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項４３】
前記追加アルミニウム膜は物理気相蒸着（ＰＶＤ）方法及びリフロー工程により蒸着することを特徴とする請求項３７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項４４】
前記コンタクトホールの直径が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項３７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項４５】
前記コンタクトホールのアスペクト比（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ）が２以上であることを特徴とする請求項３７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【請求項４６】
前記層間膜の形成と前記部分的にエッチングされた前記層間膜との間の中間に真空ブレークを実施することを特徴とする請求項３７に記載のアルミニウム配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体集積回路素子の製造に関するものであり、より詳細には、半導体集積回路素子の金属配線を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体素子の製造部分において、金属配線の適切な形成がますます重要になっている。金属配線の抵抗は、電気信号の速い伝送のためには可能な限り小さくなければならない。しかし、回路設計者は経済的な効率と素子の信頼性とに対して抵抗の水準を適切に調整しなければならない。これを考慮して比較的低い価格と低い抵抗の信頼性を維持する配線とに適合する物質として、アルミニウム膜を挙げることができる。これにより、アルミニウム膜が半導体素子の金属配線の形成において広く使用されて来た。
【０００３】
一方、半導体素子の集積度が増加するにつれて、金属配線の幅及び厚さはますます減少する。附随的に、半導体素子に形成されるコンタクトホール及び凹所、及び絶縁膜もますます減少して、結局アスペクト比が増加することになる。したがって、信頼性と増加したアスペクト比を有するホールを完全に埋める技術開発が、素子の集積度をさらに増加させることを実現化する能力のうち重要な要素になった。
【０００４】
アルミニウム−化学気相蒸着（Ａｌ−ＣＶＤ）は低い抵抗のアルミニウム物質を用いてコンタクトホールや凹所を埋めるのに使用される技術である。アルミニウム−化学気相蒸着工程は二つの類型に分類される。即ち、ブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）−アルミニウム蒸着工程及び選択的−アルミニウム蒸着工程である。ブランケット−アルミニウム蒸着工程は、アルミニウムがコンタクトホールを埋めるためにウェーハの全面に蒸着される技術であり、アルミニウムの優れたステップカバレージ特性を最大限利用するものである。しかし、アルミニウムが一定の厚さに蒸着された時、ウェーハ面に荒さが生じて、小さいコンタクトホールではホール内に空孔が生じるので、埋めることが困難になる。
【０００５】
一方、絶縁膜及び導電膜上の成長能力差異を利用する選択的−アルミニウム蒸着工程は、導電膜が露出したコンタクトホール基底からアルミニウムが伸びる工程を利用する。しかし、一般に下地膜である基板のシリコン原子とアルミニウム原子との反応を抑制するために、アルミニウム蒸着前にブランケット金属障壁膜が蒸着されるが、この時ブランケット金属障壁膜はコンタクトホールが形成された結果物の全面に形成される。従って、コンタクトホール内部にのみ選択的に金属配線を形成することが困難である。
【０００６】
障壁金属膜の存在下に金属の相互接続構造を形成する選択的金属蒸着（Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｍｅｔａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；以下、ＰＭＤと称する）方法は、２００２年４月２３日に発行された特許文献１に記載されている。前記特許の内容は参照的に説明される。
【０００７】
図１に示すように、選択的金属蒸着（ＰＭＤ）工程の一実施形態は、誘電膜１００の上部表面上に、誘電膜１００内に形成されたコンタクトホール１０４の内面上にＴｉＮ／Ｔｉ膜１０２を蒸着することにより、部分的に特性化される。参照番号１０２ａはＴｉ膜を示し、１０２ｂはＴｉＮ膜を示す。続いて、物質膜１０６が前記ＴｉＮ／Ｔｉ膜１０２の上部表面の上部にのみ形成される。物質膜１０６の例はアルミニウム、チタン、タンタルである。物質膜１０６を備えた結果構造が空気または酸素プラズマに露出され、図２に示すように、物質膜１０６の少なくとも一部分で酸化が起こって金属蒸着防止膜（ａｎｔｉ  ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）１０８が形成される。金属蒸着防止膜１０８の例は、アルミニウム酸化膜、チタン酸化膜、タンタル酸化膜である。
【０００８】
図３に示すように、前記金属蒸着防止膜１０８を備えた結果構造にアルミニウムブランケット化学気相蒸着を適用する。しかし、アルミニウムは金属蒸着防止膜１０８の存在のために、誘電膜１００の上部表面の上部で化学気相蒸着が起こらずに、むしろアルミニウム膜１１０はコンタクトホール１０４の内面上にのみ選択的に形成される。
【０００９】
続いて、図４に示すように、物理気相蒸着（ＰＶＤ）方法により追加アルミニウムが蒸着され、リフロー工程が進行される。このようにして、誘電膜内にあるコンタクトホールがアルミニウム１１２によって完全に埋められる。
【００１０】
前記化学気相蒸着−アルミニウムの優れたステップカバレージ特性を利用してアスペクト比が大きなコンタクトホールにアルミニウムを埋めるためには、選択的金属蒸着（ＰＭＤ）工程を使用することになる。しかし、選択的金属蒸着（ＰＭＤ）工程における欠点の一つは、主に金属蒸着防止膜１０８のような絶縁膜を形成することに起因して発生する生産性低下にある。例えば、物質膜１０６の蒸着は附随的な工程ステップにより構成されているものである。その上に、金属膜を自然酸化させる目的で行われる真空ブレークのために、工程時間も増加している。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許第６，３７６，３５５号明細書
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、半導体基板上のコンタクトホールまたは溝内にアルミニウム配線を選択的に形成する方法で、既存の選択的金属蒸着（ＰＭＤ）工程を利用する場合、金属蒸着防止膜に絶縁膜を追加的に蒸着することを必要とし、工程中間において真空ブレークのために発生する工程時間の増加によるアルミニウム配線工程の生産性低下問題が起こっているが、これを解決するためにアルミニウム配線を選択的に形成する方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するための本発明によるアルミニウム配線は、半導体基板のコンタクトホールまたは溝内に選択的に形成される。窒素を含有する層間膜が半導体基板の主表面の上部と、コンタクトホールまたは溝の内面上部とに形成される。層間膜の第１表面部位に保護膜を形成するために半導体基板の主表面上部に位置する層間膜の第１表面部位がプラズマ処理される。続いて、アルミニウム膜が中間に真空ブレーク（ｖａｃｕｕｍ  ｂｒｅａｋ）なしに、即ち、インサイチュ工程により（以下、真空ブレークなしと称する）コンタクトホールまたは溝の内部上部に位置する層間膜の第２表面部位の上部にのみ化学気相蒸着される。層間膜の第１表面部位の上部にはプラズマ処理によりアルミニウム膜の化学気相蒸着が抑制される。
【００１４】
上述した他の目的を達成するための本発明によるアルミニウム配線は、半導体基板のコンタクトホールまたは溝内に選択的に形成される。窒素を含有する層間膜が半導体基板の主表面の上部と、コンタクトホールまたは溝の内面上部とに形成される。層間膜の第１表面部位に保護膜を形成するために半導体基板の主表面の上部に位置する層間膜の第１表面部位がプラズマ処理される。続いて、アルミニウム膜が中間に真空ブレークなしに、即ち、コンタクトホールまたは溝の内部上部に位置する層間膜の第２表面部位の上部にのみ化学気相蒸着される。層間膜の第１表面部位の上部にはプラズマ処理によりアルミニウム膜の化学気相蒸着が抑制される。続いて、中間に真空ブレークなしにコンタクトホールまたは溝を埋めるために、絶縁膜上部及びアルミニウム膜の上部に追加アルミニウム膜が蒸着される。
【００１５】
また、上述した目的を達成するための本発明によるアルミニウム配線は、半導体基板のコンタクトホールまたは溝内に選択的に形成される。第１層間膜が半導体基板の主表面の上部とコンタクトホールまたは溝の内面上部とに形成される。続いて、窒素を含有する第２層間膜が第１層間膜上部に形成される。前記層間膜の第１表面部位に絶縁膜を形成するために半導体基板の主表面の上部に位置する第２層間膜の第１表面部位がプラズマ処理される。続いて、アルミニウム膜が中間に真空ブレークなしに、コンタクトホールまたは溝の内面上部に位置する第２層間膜の第２表面部位の上部にのみ化学気相蒸着される。第２層間膜の第１表面部位の上部にはプラズマ処理によりアルミニウム膜の化学気相蒸着が抑制される。続いて、中間に真空ブレークなしにコンタクトホールまたは溝を埋めるために、絶縁膜の上部及びアルミニウム膜の上部に追加アルミニウム膜が蒸着される。
【００１６】
また、上述した他の目的を達成するための本発明によるアルミニウム配線は、半導体基板のコンタクトホールまたは溝内に選択的に形成される。窒素を含有する層間膜が半導体基板の主表面の上部と、コンタクトホールまたは溝の内面上部とに形成される。続いて、部分的にエッチングされた層間膜を収得するために層間膜が部分的にエッチングされる。部分的にエッチングされた層間膜の第１表面部位に保護膜を形成するために半導体基板の主表面の上部に位置する部分的にエッチングされた層間膜の第１表面部位がプラズマ処理される。続いて、アルミニウム膜が中間に真空ブレークなしに、コンタクトホールまたは溝の内面上部に位置する部分的にエッチングされた層間膜の第２表面部位の上部にのみ化学気相蒸着される。部分的にエッチングされた層間膜の第１表面部位の上部にはプラズマ処理によりアルミニウム膜の化学気相蒸着が抑制される。続いて、中間に真空ブレークなしにコンタクトホールまたは溝を埋めるために、絶縁膜の上部及びアルミニウム膜の上部に追加アルミニウム膜が蒸着される。
【００１７】
本発明は少なくとも部分的にコンタクトホール（または、凹所、溝など）の外部にウェッティングまたは障壁膜処理を、プラズマを利用した保護膜処理に変更実施することを特徴とする。保護膜は連続的な化学気相蒸着−アルミニウム工程進行中に、コンタクトホールの外部の処理された膜上にアルミニウムが蒸着するのを抑制するが、コンタクトホール内部に薄いアルミニウム膜が蒸着されることは抑制しない。このように、金属蒸着防止膜に絶縁膜を追加的に蒸着することが不必要である。その上に、保護膜処理と化学気相蒸着−アルミニウム工程との間に真空ブレークを避けることができる。この方法を利用する場合、生産性が増加する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい一実施例を詳細に説明する。
【００１９】
〈実施形態１〉
図５乃至図８は本発明の第１実施形態による金属蒸着工程を説明する断面図である。
【００２０】
窒素Ｎを含有する層間膜２０２（即ち、ウェッティング膜または障壁膜）を半導体基板２００の主表面の上部とコンタクトホールまたは溝（ｇｒｏｏｖｅ）２０４の内面上部とに形成する。この実施形態で、例えば層間膜２０２はＴｉＮ／Ｔｉ膜であり、半導体基板２００は半導体膜の表面上部に、または金属膜の表面上部に形成される誘電膜である。この場合、図５の参照番号２０２ａはＴｉ膜であり、参照番号２０２ｂはＴｉＮ膜を示す。
【００２１】
前述した特許文献１の選択的金属蒸着（ＰＭＤ）工程では、物質膜１０６は蒸着され、少なくとも表面部は金属蒸着防止膜１０８を収得するために酸化される。一方、図６に示すように、本実施形態によりＴｉ／ＴｉＮ膜２０２の上部表面部位に保護膜を形成するために、誘電膜２００の主表面の上部に位置するＴｉ／ＴｉＮ膜２０２の上部表面部位をプラズマ２１４処理する。プラズマ特性のために、コンタクトホール２０４内にあるＴｉ／ＴｉＮ膜２０２の内面部位は実際的にプラズマ処理されないので、効果的な保護膜が生じない。保護膜はＴｉ／ＴｉＮ膜２０２の上部表面に金属蒸着防止膜を形成して、連続的な化学気相蒸着−アルミニウム工程においてアルミニウムの蒸着が抑制される。したがって、図７に示すように、化学気相蒸着−アルミニウム工程を実施すると、コンタクトホール２０４内にのみＴｉ／ＴｉＮ膜２０２上にアルミニウム膜２１０が蒸着される。続いて、図８に示すように、追加アルミニウムを物理気相蒸着（ＰＶＤ）により蒸着する。その後に、リフロー工程を進行させ、アルミニウム２１２を用いて、誘電膜内のコンタクトホールを完全に埋める。
【００２２】
望ましくは、生産性を増加させるためにＴｉ／ＴｉＮ膜２０２の形成、プラズマ処理及び化学気相蒸着−アルミニウム蒸着を中間に真空ブレークなしに進行させる。また、望ましくは、プラズマ処理と化学気相蒸着−アルミニウム蒸着とを同一の反応チャンバで進行させる。
【００２３】
層間膜はＴｉ／ＴｉＮの外に、他の物質により構成することができるが、例としてＴｉＮ膜、ＴａＮ膜、Ｔａ／ＴａＮ膜、Ｔｉ／ＴａＮ膜及びＴａ／ＴｉＮ膜を使用することができる。
【００２４】
望ましくは、プラズマは窒素（Ｎ２）プラズマのように、窒素を含むプラズマやアンモニア（ＮＨ３）プラズマまたはアルゴン（Ａｒ）プラズマのような他のプラズマを使用することができる。望ましくは、窒素プラズマのプラズマパワーは５０〜３００ｗａｔｔｓ及び圧力０．１〜５ｔｏｒｒに用意されたチャンバ内に窒素（Ｎ２）及びアルゴン（Ａｒ）ガスを入れて得ることになる。ここで、アルゴンの流速は５０〜１０００ｓｃｃｍ、また、窒素（Ｎ２）の流速は５０〜１０００ｓｃｃｍである。
【００２５】
アルミニウム膜の化学気相蒸着−アルミニウム蒸着で使用される前駆体（Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）はＭＰＡ（ｍｅｔｈｙｌ  ｐｙｒｒｏｒｉｄｉｎｅ  ａｌａｎｅ）、ＤＭＥＡＡ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ｅｔｈｙｌ  ａｍｉｎｅ  ａｌａｎｅ）またはＤＭＡＨ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｈｙｄｒｉｄｅ）である。
【００２６】
激しく制限されないが、本発明では直径０．５μｍ以下及び／またはアスペクト比２以上を有するコンタクトホールを埋めることができる。
【００２７】
〈実施形態２〉
本発明の第２実施形態は図９のフローチャートを参照して説明する。
【００２８】
窒素を含有する層間膜を半導体基板の主表面の上部とコンタクトホールまたは溝の内面上部とに形成する（工程３０１）。たとえ、第１実施形態で分かるように他の物質膜を使用することができても、この例では、層間膜はＴｉ／ＴｉＮ障壁金属膜である。続いて、層間膜の第１表面部位に保護膜を形成するために半導体基板の主表面上部に位置する層間膜の上部表面部位をプラズマ処理する（工程３０２）。その後、アルミニウム膜をコンタクトホールまたは溝の内面部位の上部に位置するＴｉ／ＴｉＮ膜の内面部位上部にのみ化学気相蒸着−アルミニウム蒸着する（工程３０３）。第１実施形態のように、層間膜の第１表面部位の上部のプラズマ処理により、層間膜の上部表面の上部におけるアルミニウム膜の化学気相蒸着−アルミニウム蒸着が抑制される。次に、追加アルミニウムを物理気相蒸着（ＰＶＤ）により蒸着し、リフロー工程を進行させてアルミニウムを用いて、半導体基板内のコンタクトホールを完全に埋める（工程３０４）。
【００２９】
第２実施形態では、少なくともプラズマ処理と化学気相蒸着−アルミニウム蒸着とを中間に真空ブレークなしに進行させる。また、望ましくは図９の全ての工程３０１から３０４までは、中間に真空ブレークなしに進行させなければならない。また、望ましくはプラズマ処理と化学気相蒸着−アルミニウム蒸着とを同一反応チャンバで進行させる。
【００３０】
〈実施形態３〉
本発明の第３実施形態は図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００３１】
第１層間膜を半導体基板の主表面上部とコンタクトホールまたは溝の内面上部とに形成する（工程４０１）。たとえば、Ｔｉ、Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｔａ、Ｔａ／ＴａＮ、Ｔｉ／ＴａＮ、Ｔａ／ＴｉＮ、Ｔａ／Ｔｉ、Ｔｉ／Ｔａのような膜を使用することができるが、この例では、第１層間膜はＴｉ／ＴｉＮ障壁金属膜である。第２層間膜を第１層間膜の上部に形成する。この例では、第２層間膜は薄いＴｉＮ膜である（工程４０２）。しかし、他の膜も使用することができる。その後に薄いＴｉＮ膜の上部表面部位に保護膜を形成するために、半導体基板の主表面上部に位置する薄いＴｉＮ膜の上部表面部位をプラズマ処理する（工程４０３）。次にアルミニウム膜がコンタクトホールまたは溝の内面上部に位置する薄いＴｉＮ膜の内面上部にのみ化学気相蒸着−アルミニウム蒸着する（工程４０４）。第１実施形態のように、薄いＴｉＮ膜の上部表面部位のプラズマ処理により、薄いＴｉＮ膜の上部表面部位の上部におけるアルミニウム膜の化学気相蒸着−アルミニウム蒸着が抑制される。その後に、追加アルミニウムを物理気相蒸着（ＰＶＤ）により蒸着し、続いてリフロー工程を進行させてアルミニウムを用いて半導体基板内のコンタクトホールを完全に埋める（工程４０５）。
【００３２】
第３実施形態では、少なくともプラズマ処理、化学気相蒸着−アルミニウム蒸着を中間に真空ブレークなしに進行させる。望ましくは、図１０の工程４０２から４０５までは、中間に真空ブレークなしに進行させなければならない。また、望ましくは、少なくともプラズマ処理と化学気相蒸着−アルミニウム蒸着とを同一反応チャンバで進行させる。
【００３３】
〈実施形態４〉
本発明の第４実施形態は図１１のフローチャートを参照して説明する。
【００３４】
層間膜を半導体基板の主表面上部とコンタクトホールまたは溝の内面上部とに形成する（工程５０１）。第１実施形態で分かるように、たとえ、他の物質膜が使用されても、この例では層間膜はＴｉ／ＴｉＮ障壁金属膜である。続いて、層間膜に、エッチングされたＴｉ／ＴｉＮ障壁金属膜を画定するために、エッチングを適用する（工程５０２）。その後に、薄い膜の上部表面部位に保護膜を形成するために、半導体基板の主表面上部に位置するエッチングされたＴｉ／ＴｉＮ膜の上部表面部位をプラズマ処理する（工程５０３）。次に、アルミニウム膜をコンタクトホールまたは溝の内面上部に位置するエッチングされたＴｉ／ＴｉＮ膜の内面部位上部にのみ化学気相蒸着−アルミニウム蒸着する（工程５０４）。第１実施形態のように、薄いＴｉＮ膜の上部表面部位のプラズマ処理により、薄いＴｉＮ膜の上部表面部位の上部におけるアルミニウム膜の化学気相蒸着−アルミニウム蒸着が抑制される。次に、追加アルミニウムを物理気相蒸着（ＰＶＤ）により蒸着し、続いてリフロー工程を進行させてアルミニウムを用いて、半導体基板内のコンタクトホールを完全に埋める（工程５０５）。
【００３５】
第４実施形態では、少なくともプラズマ処理、化学気相蒸着−アルミニウム蒸着を中間に真空ブレークなしに進行させる。望ましくは、図１１の工程５０２から５０５までは、中間に真空ブレークなしに進行させなければならない。また、望ましくは、少なくともプラズマ処理と化学気相蒸着−アルミニウム蒸着とを同一反応チャンバで進行させる。
【００３６】
〈比較実験〉
本発明によりプラズマ処理をすることに起因する金属蒸着防止特性（ａｎｔ  ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を確認するために、いくつの連続試験工程を実施した。
【００３７】
いずれの方法であっても、発明の範囲に制限なしに、連続試験結果を次の表に示す。
【表１】
2004179605.tif 000003
【００３８】
前記の表１に示すように、中間に真空ブレークなしに連続的にＴｉＮ膜の蒸着及びプラズマ処理と化学気相蒸着−アルミニウム工程とを進行する場合に、プラズマ処理からなる部分でアルミニウム蒸着が抑制されることが確認され、プラズマ処理されたＴｉＮ膜の金属蒸着防止特性が確認された。
【００３９】
以上、本発明の実施例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。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によると、半導体基板上のコンタクトホールまたは溝内にアルミニウム配線を選択的に形成することにおいて、いろいろな実施形態により金属蒸着防止膜に絶縁膜を追加的に蒸着することが不必要であり、中間に真空ブレークなしに進行するので、アルミニウム配線工程の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】選択的金属蒸着工程を説明する断面図である。
【図２】選択的金属蒸着工程を説明する断面図である。
【図３】選択的金属蒸着工程を説明する断面図である。
【図４】選択的金属蒸着工程を説明する断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による金属蒸着工程を説明する断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による金属蒸着工程を説明する断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による金属蒸着工程を説明する断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による金属蒸着工程を説明する断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による工程手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態による工程手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第４実施形態による工程手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００、２００      誘電膜（半導体基板）
１０２、２０２      層間膜（ＴｉＮ／Ｔｉ膜）
１０４、２０４      コンタクトホール
１０６      物質膜
１０８      金属蒸着防止膜
１１０、２１０      アルミニウム膜
１１２、２１２      アルミニウム
２１４      プラズマ
【図１】
2004179605.tif 000004
【図２】
2004179605.tif 000005
【図３】
2004179605.tif 000006
【図４】
2004179605.tif 000007
【図５】
2004179605.tif 000008
【図６】
2004179605.tif 000009
【図７】
2004179605.tif 000010
【図８】
2004179605.tif 000011
【図９】
2004179605.tif 000012
【図１０】
2004179605.tif 000013
【図１１】
2004179605.tif 000014