(57)【要約】【課題】安価なリフロープロセスを用いて、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーションの防止に関する信頼性を確保することができる半導体装置が求められている。【解決手段】半導体装置は、コンタクトホールを有する層間絶縁層と、前記コンタクトホール内に形成される第１合金部と、前記層間絶縁層の一面を覆う第２合金部と、第１材料から形成され、前記第１合金部および前記第２合金部を覆うよう延在する第１材料部と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンタクトホールを有する層間絶縁層と、
前記コンタクトホール内に形成される第１合金部と、
前記層間絶縁層の一面を覆う第２合金部と、
第１材料から形成され、前記第１合金部および前記第２合金部を覆うよう延在する第１材料部と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記第１合金部は多結晶から形成され、
前記第１合金部の周囲および内部の結晶粒界に前記第１材料ないしそれに含まれる金属が充填される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記コンタクトホール内で、前記第１材料部と前記層間絶縁層の間に形成されるバリア層を更に備える、請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記バリア層は、前記コンタクトホール内外に亘って延在するよう形成され、前記コンタクトホール外で前記層間絶縁層の前記一面と前記第２合金部との間に配置される、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２合金部は、前記層間絶縁層の前記一面から、前記コンタクトホール内の前記第１合金部および前記第１材料ないしそれを構成する金属を覆うよう延在する、請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記コンタクトホールは、開口側に向かって内径が徐々に拡大する開口を有する、請求項１〜５のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１および第２合金部は、前記第１材料に含まれる第１金属と、第２金属との合金から主として形成される、請求項１〜６のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１金属はアルミニウムである、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２金属はチタンである、請求項７又は８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記バリア層は、前記層間絶縁層と接する下層部と、少なくとも前記第１合金部と接する上層部と、を有する、請求項３又は４に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記上層部分は窒化チタンから主として形成され、前記下層部分はチタンから主として形成される、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記層間絶縁層の他面と接する下層導電層を更に備え、
前記コンタクトホールは前記下層導電層の一部を露出させ、
前記バリア層は前記下層導電層の露出部分を覆う、請求項３、４および１０のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項１３】
コンタクトホールを有する層間絶縁層と、
第１および第２金属を含み、前記コンタクトホール内に形成される合金部と、
前記第１金属を含み、前記合金部の周囲を囲む第１材料と、を備える半導体装置。
【請求項１４】
前記合金部は多結晶から形成され、
前記合金部の周囲および内部の結晶粒界に前記第１金属ないし前記第１材料が充填される、請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記開口内で、前記層間絶縁層の側面上を覆うバリア層を更に備える請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記合金部は、前記層間絶縁層の一面を更に覆い、
前記第１材料ないし前記第１金属は、前記コンタクトホール内外に亘って延在して、前記コンタクトホール内外で前記合金部を覆う、請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記バリア層は、前記コンタクトホール内の前記層間絶縁層の側面上から、前記層間絶縁層の前記一面上へ亘って延在する請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記バリア層は、前記層間絶縁層の前記側面及び前記一面と接する下層部と、前記第１材料と接する上層部と、を有する、請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
第１および第２金属を含む合金から形成されるコンタクトプラグと、
前記コンタクトプラグの側面を囲む層間絶縁層と、
前記第１および第２金属を含む合金から形成され、前記層間絶縁層上に配置される合金層と、
前記第１金属を含む材料から形成され、前記コンタクトプラグ上から前記合金層上まで連続して覆う配線層と、を備える半導体装置。
【請求項２０】
前記コンタクトプラグと前記層間絶縁層の間に、さらにバリア層を備える、請求項１９に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体基板上の層間絶縁層内に形成されたコンタクトホールを有する半導体装置において、層間絶縁層上に、第１Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜および第２Ｔｉ膜を異方性スパッタリングにより順番に形成し、次に、第２Ｔｉ膜上に第１Ａｌ膜を異方性スパッタリングにより形成し、続いて、半導体基板を約４５０℃に加熱して、第２Ａｌ膜を高温スパッタリングにより形成し、コンタクトホール内をＡｌによって埋めると共に、この加熱によって第１および第２Ａｌ膜からリフローＡｌ配線層を形成する半導体装置が開示されている。
【０００３】
上記特許文献１では、高温スパッタリングを行うための加熱を利用して、Ａｌ配線層のリフローによる形成、すなわち、リフロースパッタリングを行っている。また、コンタクトホール内に埋設されるコンタクトプラグは、Ａｌから形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。特許文献１の半導体装置によれば、コンタクトホール内にＡｌ（単金属）から形成されたコンタクトプラグを埋設しているため、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーション耐性に関する信頼性が不足している。
【０００６】
かくして、安価なリフロープロセスを用いて、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーションの防止に関する信頼性を確保することができる半導体装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の視点によれば、半導体装置は、コンタクトホールを有する層間絶縁層と、前記コンタクトホール内に形成される第１合金部と、前記層間絶縁層の一面を覆う第２合金部と、第１材料から形成され、前記第１合金部および前記第２合金部を覆うよう延在する第１材料部と、を備えている。
【０００８】
第２の視点によれば、半導体装置は、コンタクトホールを有する層間絶縁層と、第１および第２金属を含み、前記コンタクトホール内に形成される合金部と、前記第１金属を含み、前記合金部の周囲を囲む第１材料と、を備えている。
【０００９】
第３の視点によれば、半導体装置は、第１および第２金属を含む合金から形成されるコンタクトプラグと、前記コンタクトプラグの側面を囲む層間絶縁層と、前記第１および第２金属を含む合金から形成され、前記層間絶縁層上に配置される合金層と、前記第１金属を含む材料から形成され、前記コンタクトプラグ上から前記合金層上まで連続して覆う配線層と、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安価なリフロープロセスを用いて、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーション耐性に関する信頼性を確保することができる半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１の半導体装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示したコンタクトホールの諸元を説明するための図である。
【図３】図１に示した半導体装置の製造方法の概略を説明する工程図である。
【図４】図３に続く工程図である。
【図５】図４に続く工程図である。
【図６】図５に続く工程図である。
【図７】図６に続く工程図である。
【図８】図７に続く工程図である。
【図９】図８に続く工程図である。
【図１０】実施形態２の半導体装置およびその製造方法の概略構成を示す図である。
【図１１】実施形態３の半導体装置の概略構成を示す図である。
【図１２】実施形態４の半導体装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態の概要について図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００１３】
図１を参照すると、一実施形態の半導体装置は、コンタクトホール１を有する層間絶縁層２と、コンタクトホール１内に形成される第１合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７ａと、層間絶縁層２の一面を覆う第２合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７ｂと、第１材料（Ａｌ−Ｃｕ合金）から形成され、第１合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７ａおよび第２合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７ｂを覆うよう延在する第１材料部（配線層、Ａｌ−Ｃｕ（Ｃ））８と、を備えている。なお、第１材料部８には、シード層（Ａｌ−Ｃｕ（Ｂ））６を含んでもよい。
【００１４】
この半導体装置によれば、コンタクトホール１内に第１合金部７ａ、すなわち、合金化されたコンタクトプラグ７ａが形成されていること、好ましくは、層間絶縁層２上に第２合金部７ｂが形成されていることによって、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーション耐性が向上されている。
【００１５】
第１および第２合金部７ａ，７ｂは、安価なリフロープロセスを用いて、下記に例示するような工程で形成することができる：バリア層（ＴｉＮ（Ｂ）／Ｔｉ（Ｃ））（４，３）上に下地層（Ｔｉ（Ｄ））５を形成し（図５参照）、下地層（Ｔｉ（Ｄ））５上にシード層６および配線層８、或いは配線層１８（図１０参照）を、加熱処理を伴って形成する。
【００１６】
本発明者らの知見によると、上記した加熱処理時、Ａｌが、コンタクトホール１外から、下地層（Ｔｉ（Ｄ））５ないし第２合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７ｂを通じて、コンタクトホール１内へ拡散し、この結果、コンタクトホール１内における、ＡｌとＴｉの合金化反応が促進され、コンタクトホール１内に、第１合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７ａが十分に形成されることがわかった。
【００１７】
さらに、０．２μｍ以下の径を有する微細なコンタクトホール１の場合、又は、十分な層間容量を確保するために層間絶縁層２が厚くされてコンタクトホール１が深くなっている場合であっても、上記した拡散と合金化によって、コンタクトホール１内を、マイグレーション耐性の高い合金部（Ｔｉ―Ａｌ合金等）によって十分に埋設できることもわかった。
【００１８】
以上より、Ａｌによるコンタクトホール１内のカバレッジが乏しい状態であっても、コンタクトホール１外から内へのＡｌの拡散によって、コンタクトホール１内で十分な合金化反応が発生し、マイグレーション耐性が向上することがわかった。
【００１９】
好ましくは、第１合金部７ａが多結晶から形成される場合、第１合金部７ａの周囲および内部の結晶粒界に第１材料（Ａｌ−Ｃｕ合金）ないしそれに含まれる金属（Ａｌ）が充填される。
【００２０】
好ましくは、上記半導体装置は、コンタクトホール１内で、第１材料部８と層間絶縁層２の間に形成されるバリア層（３，４）を更に備えている。
【００２１】
好ましくは、バリア層（３，４）は、コンタクトホール１内外に亘って延在するよう形成され、コンタクトホール１外で層間絶縁層２の一面と第２合金部（Ｔｉ―Ａｌ合金部）７ｂとの間に配置されている。
【００２２】
好ましくは、第２合金部７ｂは、層間絶縁層２の一面から、コンタクトホール１内の第１合金部７ａおよび第１材料（Ａｌ―Ｃｕ合金）ないしそれを構成する金属（Ａｌ）を覆うよう延在している。例えば、第１および第２合金部７ａ，７ｂは、連続的に形成され、すなわち、延在している。
【００２３】
好ましくは、コンタクトホール１は、開口側に向かって内径が徐々に拡大する開口部１ａを有している。
【００２４】
好ましくは、第１および第２合金部７ａ，７ｂは、第１材料（Ａｌ―Ｃｕ合金）に含まれる第１金属と、第２金属との合金から主として形成されている。好ましくは、第１金属はＡｌであり、第２金属はＴｉである
【００２５】
好ましくは、バリア層（３，４）は、層間絶縁層２と接する下層部３と、第１合金部７ａと接する上層部４と、を有している。好ましくは、下層部３はチタンから主として形成され、上層部４は窒化チタンから主として形成されている。
【００２６】
好ましくは、層間絶縁層２の他面と接する下層導電層（９，１０，１１）を更に備え、コンタクトホール１は下層導電層（９−１１）の一部を露出させ、バリア層（３，４）は下層導電層（９−１１）の露出部分を覆っている。
【００２７】
第２の視点によれば、図１２を参照すると、一実施形態の半導体装置は、コンタクトホール１を有する層間絶縁層２と、第１金属Ａｌおよび第２金属Ｔｉを含み、コンタクトホール１内に形成される合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７と、第１金属Ａｌを含み、合金部７の周囲を囲む第１材料（Ａｌ−Ｃｕ合金）と、を備えている。
【００２８】
好ましくは、合金部７が多結晶から形成されている場合、合金部７の周囲および内部の結晶粒界に第１金属Ａｌないし第１材料（Ａｌ−Ｃｕ合金）が充填されている。
【００２９】
好ましくは、上記半導体装置は、コンタクトホール１内で、層間絶縁層２の側面上を覆うバリア層（３，４）を更に備えている。
【００３０】
好ましくは、合金部７（図１１参照）は、層間絶縁層２の一面を更に覆い、第１材料（Ａｌ−Ｃｕ合金）（８；配線層）ないし第１金属（Ａｌ）は、コンタクトホール１内外に亘って延在して、コンタクトホール１内外で合金部７を覆っている。
【００３１】
好ましくは、バリア層（３，４）は、コンタクトホール１内で層間絶縁層２の側面上から、層間絶縁層２の前記一面上へ亘って延在している。
【００３２】
好ましくは、バリア層（３，４）は、層間絶縁層２の側面及び上面と接する下層部（Ｔｉ（Ｃ））４と、第１材料（Ａｌ−Ｃｕ合金）と接する上層部（ＴｉＮ（Ｂ））３と、を有している（図５参照）。
【００３３】
第３の視点によれば、図１１を参照すると、一実施形態の半導体装置は、第１金属（Ａｌ）および第２金属（Ｔｉ）を含む合金（Ｔｉ―Ａｌ合金）から形成されるコンタクトプラグ７ａと、コンタクトプラグ７ａの側面を囲む層間絶縁層２と、第１金属（Ａｌ）および第２金属（Ｔｉ）を含む合金（Ｔｉ―Ａｌ合金）から形成され、少なくとも層間絶縁層２上に配置される合金層７ｂと、第１金属（Ａｌ）を含む材料（Ａｌ−Ｃｕ合金）から形成され、コンタクトプラグ７ａ上から合金層７ｂ上まで連続して覆う配線層（Ａｌ−Ｃｕ（Ｄ））８と、を備えている。
【００３４】
好ましくは、コンタクトプラグ７ａと層間絶縁層２の間に、さらにバリア層（３，４）が設けられる。
【００３５】
［実施形態１］
実施形態１について図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施形態１の半導体装置の概略構成を示す図である。図１中左側に、半導体装置の断面構造の説明図を示し、同図中右側に、コンタクトホール１の開口部１ａの好ましい諸元を示す。
【００３６】
図１を参照すると、一実施形態の半導体装置は、不図示の半導体基板上に形成される層間絶縁層２を有している。層間絶縁層２には、その一面から他面まで貫通するコンタクトンタクトホール１が配置されている。層間絶縁層２の他面上には、下層導電層（９，１０，１１）が配置されている。コンタクトホール１は下層導電層（９，１０，１１）の一部を露出させている。下層導電層（９，１０，１１）の露出部分は、後述するバリア層（３，４）で覆われている。
【００３７】
コンタクトホール１内（底面上および側面上）と、層間絶縁層２の一面上とは、バリア層（３，４）で覆われている。
【００３８】
コンタクトホール１内では、バリア層（３，４）上に、第１合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７ａが埋設されている。第１合金部７ａがコンタクトプラグ７ａとなる。コンタクトホール１外、すなわち、層間絶縁層２の一面上では、バリア層（３，４）上に、第２合金部（Ｔｉ―Ａｌ合金部）７ｂが配置されている。
【００３９】
コンタクトホール１内では、第１合金部７ａとバリア層（３，４）の間に、換言すると、第１合金部７ａの周囲に、後述する配線層８ないしシード層６を形成する第１金属（Ａｌ）ないし第１材料（Ａｌ―Ｃｕ合金）が充填されている。第１合金部７ａが多結晶構造を有する場合には、第１合金部７ａの内部の粒界にも、第１金属（Ａｌ）ないし第１材料（Ａｌ―Ｃｕ）が充填されている。
【００４０】
第１合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７ａおよび第２合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７ｂ上には、第１材料（Ａｌ−Ｃｕ合金）から形成されるシード層（Ａｌ−Ｃｕ（Ｂ））６と、配線層（Ａｌ−Ｃｕ層（Ｃ））８が配置されている。第１材料部は、シード層６ないし配線層８から形成される。
【００４１】
配線層８上には、反射防止膜（ＴｉＮ（Ｃ）層）１２が配置されている。
【００４２】
以上説明した半導体装置は、コンタクトホール１内に、第１合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金）が埋設されていることによって、マイグレーション耐性が向上されている。
【００４３】
次に、実施形態１の半導体装置の製造方法の一例を、図２〜図９に示した工程図を参照しながら説明する。この製造方法においては、所定の工程を実行する複数のチェンバを備え、複数のチェンバ間でワークを搬送する半導体装置の製造装置を用いて、図１に示した半導体装置を製造する。
【００４４】
［コンタクトホール形成工程］
図２は、コンタクトホール１の形成方法を説明する工程図であって、同図中左側に、半導体装置の断面構造の説明図を示し、同図中右側に、コンタクトホール１の開口部１ａの好ましい諸元を示す。
【００４５】
図２を参照すると、層間絶縁層２内に、リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、コンタクトホール１を形成する。
【００４６】
［脱ガス工程］
図３は、脱ガス処理工程を説明する工程図である。図３を参照すると、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置を用いる、後述のＡｒリスパッタリングの前処理として、加熱によりコンタクトホール１を通じて脱ガスを行い、コンタクトプラグ７ａ（図１参照）の形成不具合を予防する。
【００４７】
［コンタクトホール開口部形成工程］
図４は、コンタクトホール１の開口部１ａの形成工程を説明する工程図である。ＰＶＤ装置を用いて、Ａｒリスパッタリングにより、コンタクトホール１の開口部１ａを外側に向かって拡開した形状にする。Ａｒリスパッタリング量が少なすぎると、コンタクトホール１内にＴｉ−Ａｌ合金が流れ込みにくくなり、多すぎると、コンタクトホール１の底面上にＡｒリスパッタリングされた絶縁材料が堆積して、コンタクト抵抗が高くなる。よって、開口部１ａが図４中に示す諸元を有するよう、Ａｒリスパッタリング量を調整することが好ましい。
【００４８】
［バリア層および下地層形成工程］
図５は、バリア層（３，４）および下地層５の形成工程を説明する工程図である。図５中右側に、バリア層（３，４）および下地層５の好ましい膜厚および化合物の構成比を示す。
【００４９】
図５を参照すると、脱ガス処理されたワークを、高真空雰囲気下で、バリア層（３，４）および下地層５を形成するバリアチャンバ（不図示）に搬送する。このバリアチャンバにおいて、不図示の基板を冷却しながらのスパッタリング等により、コンタクトホール１内では、コンタクトホール１の底面上およびコンタクトホール１の側面上の層間絶縁層２上に、コンタクトホール１外では層間絶縁層２の一面上に、Ｔｉ（Ｃ）３、ＴｉＮ（Ｂ）４、Ｔｉ（Ｄ）（下地層）５を順次形成する。バリア層（３，４）は、下層部がＴｉ（Ｃ）３から形成され、上層部がＴｉＮ（Ｂ）４から形成される。
【００５０】
Ｔｉ（Ｃ），（Ｄ）３，５は、ＰＶＤ法、例えばＴｉターゲットを用いるスパッタリング法、又は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって形成することができる。ＴｉＮ（Ｂ）４は、ＰＶＤ法、例えばＴｉ板をターゲットとしてＡｒガス、Ｎ２ガスを用いる反応性スパッタリング、又は、ＴｉＣｌ４とＮＨ３を用いたＣＶＤ法あるいはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって形成することができる。
【００５１】
好ましくは、図５中右側に示したバリア層（３，４）および下地層５の好ましい条件に従うことによって、コンタクトホール１内に、マイグレーション耐性が高い第１合金部（コンタクトプラグ）７ａを十分に埋設することができる。
【００５２】
［シード層形成工程］
図６は、シード層（Ａｌ−Ｃｕ（Ｂ））６の形成工程を説明する工程図である。図６中右側に、好ましい成膜条件を示す。
【００５３】
図６を参照すると、バリア層（３，４）および下地層５が形成されたワークを、高真空雰囲気下で、不図示のシードＡｌチャンバに搬送する。このシードＡｌチャンバにおいて、Ａｌ基合金をターゲットとして用い、不図示の基板を冷却しながらの低温スパッタリングにより、下地層５上にシード層６を形成する。
【００５４】
［配線層およびコンタクトプラグ形成工程］
図７は、配線層８およびコンタクトプラグ７ａを形成するための高温スパッタリング工程を説明する工程図である。図７中右側に、好ましい成膜条件を示す。
【００５５】
図７を参照すると、シード層６が形成されたワークを、高真空雰囲気下で、不図示の高温Ａｌチャンバに搬送する。この高温Ａｌチャンバにおいて、Ａｌ基合金をターゲットとして用い、不図示の基板を加熱しながらの高温スパッタリングにより、シード層（Ａｌ−Ｃｕ（Ｂ））６上に、Ａｌ−Ｃｕ（Ｃ）を連続的に形成して、配線層８を形成する。
【００５６】
これとともに、上記加熱によって、図６に示した下地層（Ｔｉ（Ｄ））５とシード層（Ａｌ（Ｂ））６とは合金化反応する。これによって、コンタクトホール１内では、バリア層（３，４）上に、第１合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７ａが形成され、コンタクトホール１外（層間絶縁層２の一面の上方）では、バリア層（３，４）上に、第２合金部（Ｔｉ−Ａｌ合金部）７ｂが形成される。
【００５７】
また、第１合金部７ａの周囲および粒状な第１合金部７ａの内部（粒界）には、シード層６ないし配線層８を形成するＡｌ−Ｃｕ合金（第１材料）ないしその構成金属であるＡｌ（第１金属）が充填される。
【００５８】
好ましくは、図７中右側に示した成膜条件に従うことによって、コンタクトホール１内に、第１合金部（コンタクトプラグ）７ａを一層十分に形成できる。
【００５９】
［冷却工程］
図８は、冷却工程を説明する工程図である。図８中右側に、好ましい冷却条件を示す。図８を参照すると、配線層８および第１合金部（コンタクトプラグ）７ａが形成されたワークを、不図示の冷却チャンバに搬送し、冷却する。なお、冷却工程は、後工程のドライエッチングにより発生する残渣を減少させるために実行される。
【００６０】
［反射防止膜形成工程］
図９は、反射防止膜１２の形成工程を説明する工程図である。図９中右側に、好ましい成膜条件を示す。図９を参照すると、冷却されたワークを、不図示の反射防止膜形成用チャンバに搬送し、配線層８上に、反射防止膜（ＴｉＮ（Ｃ））１２を形成する。なお、反射膜形成工程は、後のリソグラフィ工程で、光の反射および分散による配線幅の精度低下を防止するために実行される。このようにして、図１に示した実施形態１の半導体装置を得ることができる。
【００６１】
以上の製造方法によれば、コンタクトホール１が微細な場合であっても、簡便なＡｌリフロープロセスを用いて、コンタクトホール１内にマイグレーション耐性の高い第１合金部（コンタクトプラグ）７ａを形成して、半導体装置における電気的接続の信頼性を高めることができる。その理由は、上述したように、コンタクトホール１が微細で、Ａｌによるコンタクトホール１内のカバレッジが乏しい状態であっても、配線層８形成時の加熱によって、コンタクトホール１外から内へＡｌ（第１金属）が拡散し、コンタクトホール１内で十分な合金化反応が発生して、Ｔｉ−Ａｌ合金から主として構成されるコンタクトプラグ７ａが十分に形成されるからである。
【００６２】
［実施形態２］
続いて、実施形態２について図面を参照して詳細に説明する。実施形態２の半導体装置およびその製造方法と、実施形態１の半導体装置および製造方法との共通点に関しては、実施形態１の記載を適宜参照するものとし、以下の説明では、主として、両者の相違点について説明する。
【００６３】
図１０は、実施形態２の半導体装置およびその製造方法の概略構成を示す図である。図１０中右側に、実施形態２の半導体装置の断面構成の説明図を示し、同図中左側に実施形態２の製造方法の工程フローを示す。
【００６４】
図１０を参照して、実施形態２の製造方法においては、まず、ＰＶＤ１プロセスを実行する。このＰＶＤ１プロセスは、実施形態１の製造方法中、図２〜図８に示した［コンタクトホール開口部形成工程］から［冷却工程］までのプロセスと同様である。したがって、ＰＶＤ１プロセス完了後、コンタクトホール１内には、マイグレーション耐性が高い第１合金部（コンタクトプラグ）７ａが形成されている。
【００６５】
次に、上記ＰＶＤ１プロセスで形成された、配線層（Ａｌ−Ｃｕ（Ｃ））８およびシード層（Ａｌ−Ｃｕ（Ｂ））６（いずれも図８参照）と、第１下地層（図５の下地層５参照）と、バリア層（３，４）（図８参照）を、ＣＭＰ法（Chemical Mechanical Polishing）により除去し、洗浄を行う。
【００６６】
続いて、ＰＶＤ２プロセスを実行する。まず、図３に示したように脱ガスを行い、図４に示したようにＡｒリスパッタリングを行う。次に、少なくとも層間絶縁層２上に、第２下地層（Ｔｉ（Ｅ））１５を、図５に示したようなスパッタリングによって形成する。次に、配線層となるＡｌ−Ｃｕ（Ｄ）層１８をスパッタリングにより形成する。このとき、第２下地層（Ｔｉ（Ｅ））１５と配線層（Ａｌ−Ｃｕ（Ｄ））１８が合金化反応して、少なくとも層間絶縁層２上に、第２合金部（Ｔｉ−Ａｌ）７ｂが形成される。また、コンタクトホール１内では、コンタクトプラグ７ａの合金化がさらに進行する。
【００６７】
次に、図８に示したような冷却工程、続いて、図９に示したような反射防止膜（ＴｉＮ（Ｃ））１２の成膜工程を実行し、図１０左側に示したような実施形態２の半導体装置が得られる。
【００６８】
実施形態２による効果を下記に例示する：
（１）微細なコンタクトホール１内に、マイグレーション耐性の高い合金化されたコンタクトプラグ７ａを容易に形成することができる；
（２）ＣＭＰ法を用いることによって、バリア層（３，４）において発生するゴミが除去できる；
（３）配線層（Ａｌ−Ｃｕ（Ｄ））１８の比較的低温による形成が可能となり、後のフォトリソグラフィ工程におけるパターンの重ね合わせ精度が向上し、生産性が改善する。
【００６９】
［実施形態３］
実施形態３について図面を参照して詳細に説明する。実施形態３の半導体装置と、実施形態２の半導体装置との共通点に関しては、主として実施形態２の記載を適宜参照するものとし、以下の説明では、主として、両者の相違点について説明する。
【００７０】
図１０に示した実施形態２の半導体装置においては、コンタクトホール１上で、図中左右の第２合金部（Ｔｉ−Ａｌ）７ｂが分断されている。これに対して、図１１に示す実施形態３の半導体装置においては、合金層ないし第２合金部（Ｔｉ−Ａｌ）７ｂが連続して形成されている。すなわち、合金層ないし第２合金部（Ｔｉ−Ａｌ）７ｂは、コンタクトホール１を覆うよう（閉じるよう）、コンタクトホール１上および層間絶縁層２上を延在している。
【００７１】
実施形態３の半導体装置は、コンタクト抵抗がさらに減少すると共に、実施形態１および２の半導体装置と同種の効果を奏することができる。
【００７２】
［実施形態４］
実施形態４について図面を参照して詳細に説明する。実施形態４の半導体装置と、実施形態３の半導体装置との共通点に関しては、主として実施形態３の記載を適宜参照するものとし、以下の説明では、主として、両者の相違点について説明する。
【００７３】
図１１に示した実施形態３の半導体装置においては、コンタクトホール１内に、粒状の第１合金部（コンタクトプラグ）７ａが形成されている。これに対して、図１２に示す実施形態４の半導体装置においては、コンタクトホール１内およびその上、コンタクトホール１外の層間絶縁層２上に、粒界が実質的にない或いは少ない合金部（Ｔｉ―Ａｌ）７が連続的に形成されている。
【００７４】
実施形態４の半導体装置は、コンタクト抵抗がさらに減少すると共に、実施形態１〜３の半導体装置と同種の効果を奏することができる。
【００７５】
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。例えば、各図面に例示したマスクパターンは、本発明の理解を助けるための一例であり、これらの図面に示した構成に限定されるものではない。
【００７６】
なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
【００７７】
下記に、本開示に基づく付記を記載する。なお、付記に付与した図面参照符号は、理解を容易にするためのものであって、付記の態様を図示の態様に限定するためのものではない。
［付記１］
層間絶縁層（２）に、前記下層導電層（９，１０，１１）の一部が露出するよう、コンタクトホール（１）を形成する工程と、
前記コンタクトホール（１）の内面から前記層間絶縁層（２）の一面に亘って覆うバリア層（３，４）を形成する工程と、
前記バリア層（３，４）上に第１下地層（５）を形成する工程と、
前記第１下地層（５）上にシード層（６）を形成する工程と、
加熱により、前記シード層（６）と前記第１下地層（５）を前記コンタクトホール（１）内で合金化させると共に、前記シード層（６）を構成する合金（Ａｌ−Ｃｕ）ないし金属（Ａｌ）を前記コンタクトホール１外から内へ拡散させ、前記拡散した合金（Ａｌ−Ｃｕ）ないし金属（Ａｌ）を含んで生成された合金（７ａ）によって前記コンタクトホール（１）内を埋設する工程と、を備える半導体装置の製造方法。
［付記２］
前記シード層（６）上に、配線層（８）を形成する工程を更に備える付記１記載の半導体装置の製造方法。
［付記３］
前記配線層（８）の形成時の加熱によって前記合金化が促進される、付記２記載の半導体装置の製造方法。
［付記４］図１０参照
前記層間絶縁層（２）上に形成された、前記配線層（８）、前記シード層（６）、前記第１下地層（５）及び前記バリア層（３，４）を、ＣＭＰ法（Chemical Mechanical Polishing）により除去する工程と、
前記除去された部分（３−５，６および８）上に第２下地層（Ｔｉ（Ｅ））を形成する工程と、
前記第２下地層（Ｔｉ（Ｅ））上に別の配線層（１８）を高温スパッタリング法により形成しながら、前記別の配線層（１８）と前記第２下地層（Ｔｉ（Ｅ））を合金化させる工程と、
を備える付記２記載の半導体装置の製造方法。
［付記５］
準備工程として、下層導電層（９，１０，１１）上に前記層間絶縁層２を形成する工程を備える付記１〜４のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
［付記６］
前記コンタクトホール（１）は、前記層間絶縁層（２）に、前記下層導電層（９，１０，１１）の一部が露出するよう形成される、付記１〜５のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００７８】
Ａｌ  第１金属
Ｔｉ  第２金属
１  コンタクトホール（スルーホール）
１ａ  開口部（拡径部分）
２  層間絶縁層、ｐ−Ｏｘ
（３，４）  バリア層
３  バリア層の下層部分、Ｔｉ（Ｃ）
４  バリア層の上層部分、ＴｉＮ（Ｂ）
５  下地層、第１下地層、Ｔｉ（Ｄ）
６  シード層、Ａｌ−Ｃｕ（Ｂ）
７  合金部、Ｔｉ−Ａｌ
７ａ  コンタクトプラグ（スルーホールプラグ）、第１合金部、Ｔｉ−Ａｌ
７ｂ  層間絶縁層２上の合金部、第２合金部、Ｔｉ−Ａｌ、合金層
８  配線層、第１材料部、Ａｌ−Ｃｕ（Ｃ）
（９，１０，１１）  下部導電層
９  ＴｉＮ／Ｔｉ（Ｂ）
１０  ＴｉＮ（Ａ）
１１  Ａｌ−Ｃｕ（Ａ）
１２  反射防止膜、ＴｉＮ（Ｃ）
１５  第２下地層、Ｔｉ（Ｅ）
１８  配線層、Ａｌ−Ｃｕ（Ｄ）
ａ  コンタクトホール長径
ｂ  コンタクトホール短径
ｃ  コンタクトホール深さ
Ｓ  コンタクトホール開口面積
ｄ  コンタクトホールの拡径部分（１ａ）の深さ
ｅ  コンタクトホールの拡径部分（１ａ）の拡大長さ
【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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