JPH08162534A - 半導体集積回路装置およびその製造方法ならびにそれに用いる製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高信頼度でしかも電気特性の優れた配線層を
有する半導体集積回路装置と、それを容易に製作できる
製造方法および製造装置を提供する。 【構成】 減圧状態にできる各室すなわちロードロック
室２、前処理室３、スパッタリング室４、スパッタリン
グ室５および気相反応室６を有し、しかもそれらの各室
にゲートバルブ８を介して連結されており各室に必要に
応じてウエハ９を搬入すると共に搬出する機構部である
搬送室７を有している製造装置１を使用して、特に微細
加工を必要とする半導体集積回路装置を製造するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置お
よびその製造方法ならびにそれに用いる製造装置の技術
に関し、特に、高信頼度で電気特性の優れた多層配線層
を有する半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路装置においては、
集積度の向上に伴い半導体素子および配線層の微細化な
らびに配線層の多層化を伴う多層配線構造化が進められ
ている。

【０００３】また、配線層の微細化および多層化に伴っ
て、層間絶縁膜において、半導体素子と配線層あるいは
下層配線層と上層配線層との間を電気的に接続するため
に形成された接続孔の領域における電気接続の電気特性
および信頼性の向上とそれを形成する工程数の増加の抑
制との両立が求められている。

【０００４】ここで、半導体素子が形成されている半導
体基板などのウエハ上の層間絶縁膜などの絶縁膜に穿孔
されている接続孔内に配線層としての導電膜を埋め込む
技術としては、例えばブランケットタングステンＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition)法がある。その概要は以
下の通りである。

【０００５】すなわち、ウエハ上の絶縁膜に接続孔を形
成し、その接続孔により絶縁膜の下層の半導体素子のコ
ンタクト電極あるいはポリシリコンなどによる引出層ま
たは下層配線層の一部を露出した状態にする。

【０００６】その後、ウエハをスパッタリング装置にセ
ットし、接続孔内を含むウエハ上に例えばタングステン
（Ｗ）膜をスパッタリング法により形成する。これは、
後に続くＣＶＤ法により形成するタングステン膜の絶縁
膜上での密着性を確保すると共に、接続孔の底面で露出
した半導体素子のコンタクト電極または下層膜がＣＶＤ
法によりタングステン膜を形成する工程の際にその反応
ガスに触れることによりダメージを受けることを防ぐた
めのバリア層としての機能を有している。

【０００７】次に、ウエハをＣＶＤ装置に導入し、例え
ば六フッ化タングステン（ＷＦ₆)ガスと所定の反応ガス
との混合ガスの雰囲気中にウエハを収納し、接続孔内を
含むウエハ上にタングステン膜を成長させてそれにより
接続孔を埋め込む作業を行う。

【０００８】なお、半導体集積回路装置における配線層
の形成技術について記載されている文献としては、例え
ば（株）プレスジャーナル、平成元年１１月２日発行、
「’９０最新半導体プロセス技術」ｐ２６７〜ｐ２７３
に記載されているものがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した配
線層の形成技術においては、以下に述べるような諸問題
点があることを本発明者は見い出した。

【００１０】（１）接続孔内にＣＶＤ膜の形成中のガス
に対するバリア層をスパッタリング法によって形成する
場合、接続孔における底面の段差被覆性が低いことに起
因する問題点が発生する。

【００１１】すなわち、スパッタリング法ではその成膜
原理から微細で高アスペクト比の接続孔内での段差被覆
性が低くなってしまい、接続孔の底面でのスパッタリン
グ膜の膜厚が不足し、ＣＶＤ膜の形成中のガスがスパッ
タリング膜の中を透過し下層の例えばウエハにおけるシ
リコン（Ｓｉ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）合金など
の配線材料と反応し、接合リーク電流が増加してしまっ
たり、接触抵抗が増大してしまうという問題点がある。

【００１２】（２）前記（１）の問題点の改善のため
に、ターゲットとウエハの間にスパッタされた粒子の指
向性を高めるための製造装置を使用した場合、微細で高
アスペクト比の接続孔の底面でのスパッタリング膜の膜
厚は増加するものの、接続孔の側面特にその下部での膜
厚が不足し、この部分からＣＶＤ膜の形成中のガスがス
パッタリング膜の中を透過し下層の例えばウエハにおけ
るシリコンあるいはアルミニウム合金などの配線材料に
到達してそれと反応してしまうという問題点がある。

【００１３】（３）ブランケットタングステンＣＶＤ法
によって接続孔にタングステン膜を埋め込む場合、その
成膜条件によって下層膜との接触抵抗が大きく変化して
しまうという問題点がある。

【００１４】すなわち、接続孔の内部でのスパッタリン
グ膜の膜厚が十分でないため、ＣＶＤ膜を形成する時に
ガスが下層膜に到達してそれと反応し接触抵抗を増大さ
せるが、この接触抵抗の増大はＣＶＤ膜を形成する時の
条件に大きく依存し例えば成膜時の六フッ化タングステ
ンガスの分圧が高いほど接触抵抗の増大が著しいという
問題点が発生する。

【００１５】（４）例えばフッ化窒素（ＮＦ）ガスを用
いたプラズマエッチング法によってＣＶＤ装置における
反応室内に堆積したタングステンを除去するクリーニン
グプロセスを併用した場合、ＣＶＤ膜の形成時の初期に
おいて成膜開始までに時間遅れが発生するという問題点
がある。

【００１６】すなわち、ＣＶＤ装置における反応室内に
堆積し異物源となるタングステン膜を除去することにつ
いてはその効果を得ることができるが、タングステン膜
の成長の初期過程について十分な考慮がなされておら
ず、クリーニングの際に生成される副生成物によってウ
エハの表面が汚染されてしまい、それが原因となって成
膜開始までに時間遅れが発生するという問題点が発生す
る。

【００１７】（５）例えばスパッタリングをスパッタ装
置により行い、ＣＶＤ膜の形成をＣＶＤ装置により行っ
ていることよりそれぞれ別々の製造装置で行なう必要が
あることにより、特に枚葉式の製造装置を用いた場合ウ
エハ上にスパッタリング膜とＣＶＤ膜の重ね膜を形成す
るのに真空引き、ウエハの取り出しおよび各製造装置の
間の搬送を繰り返す必要があるために、それらの膜を形
成するのに長時間を要してしまうという問題点がある。

【００１８】本発明の目的は、高信頼度でしかも電気特
性の優れた配線層を有する半導体集積回路装置を提供す
ることにある。

【００１９】本発明の他の目的は、高信頼度でしかも電
気特性の優れた配線層を有する半導体集積回路装置を簡
単に製造できる製造方法を提供することにある。

【００２０】本発明のさらに他の目的は、高信頼度でし
かも電気特性の優れた多層配線層を有する半導集積回路
体装置を効率よく製造できる製造装置を提供することに
ある。

【００２１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明において開示され
る発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、以下
の通りである。

【００２３】（１）本発明の半導体集積回路装置は、半
導体素子が設けられている半導体基板上に設けられてい
る絶縁膜と、絶縁膜の選択的な領域に設けられている接
続孔および接続孔の近傍の絶縁膜の表面に設けられてい
る複数の導電膜からなる配線層とを有する半導体集積回
路装置であって、配線層を構成している複数の導電膜の
少なくとも１つの導電膜の接続孔内における膜厚は、接
続孔の近傍の絶縁膜の表面における膜厚よりも厚いもの
とする。

【００２４】（２）本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体素子を形成している半導体基板上に絶縁
膜を形成する工程と、絶縁膜の選択的な領域に接続孔を
形成する工程と、絶縁膜および接続孔の表面に第１の導
電膜を形成する工程と、半導体基板上に形成されている
第１の導電膜に対しガス雰囲気において熱処理を施す熱
処理工程またはプラズマ処理を施すプラズマ処理工程の
いずれか１つを行う工程と、第１の導電膜が形成されて
いる半導体基板上に第２の導電膜を形成する工程であっ
て、第２の導電膜の接続孔内における膜厚は接続孔の近
傍の絶縁膜の表面における膜厚よりも厚いように形成す
る工程とを有するものとし、第２の導電膜を形成する工
程としては、金属ハロゲン化物およびシリコンを含む還
元性ガスあるいは金属ハロゲン化物および還元ガスとし
て水素ガスを用いた化学的気相成長法によって前記第２
の導電膜を形成する工程とする。

【００２５】（３）本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、前記（２）に記載されている半導体集積回路装
置の製造方法において第１の導電膜を形成する工程は、
半導体基板を冷却した状態でのスパッタリング法、半導
体基板を高温の状態に保持した状態でのスパッタリング
法、半導体基板とターゲット材料との間にスパッタ粒子
の指向性を制御するための構造物を設けた製造装置によ
るスパッタリング法または金属ハロゲン化物または有機
金属および還元ガスを用いた化学的気相成長法によって
第１の導電膜を形成する工程とする。

【００２６】（４）本発明の半導体集積回路装置の製造
装置は、ロードロック室、ウエハの前処理を行う前処理
室、ウエハに対してスパッタリング処理を行うスパッタ
リング室およびウエハに対して気相成長処理を行う気相
反応室を有する半導体集積回路装置の製造装置であっ
て、前記各室にゲートバルブを介して連結されており各
室に必要に応じてウエハを搬入または搬出する機構部で
ある搬送室を備え、前記ロードロック室は前記ウエハを
製造装置に導入すると共に一連の処理が終了した前記ウ
エハを前記製造装置の外部に搬出するための機構部であ
り、前記ロードロック室の内部を減圧状態にすることが
できる真空ポンプが連結され、前記搬送室には、その内
部を減圧状態にできる真空ポンプが連結されているもの
である。

【００２７】（５）本発明の半導体集積回路装置の製造
装置においては、気相反応室は、ガスの減圧雰囲気下に
おける熱処理またはプラズマ処理のうち必要に応じて少
なくとも１つの処理を行なうことができる構造を有する
ものとすることができる。

【００２８】（６）本発明の半導体集積回路装置の製造
装置において、気相反応室は、チャンバ内の側面にチャ
ンバ内の状況を観察するための覗き窓を有し、覗き窓に
おけるチャンバに面する側をハロゲン系のガスに対する
耐食性の高い材料からなる透明膜によって被覆したもの
とすることができる。

【００２９】

【作用】

（１）前記した本発明の半導体集積回路装置によれば、
絶縁膜に設けられている接続孔および接続孔の近傍の絶
縁膜の表面に設けられている複数の導電膜からなる配線
層とを有する半導体集積回路装置であって、配線層を構
成している複数の導電膜の少なくとも１つの導電膜の接
続孔内における膜厚は、接続孔の近傍の絶縁膜の表面に
おける膜厚よりも厚いものであることにより、配線層を
接続孔に完全に埋め込むことができるために接続孔の領
域における配線層の電気接続の信頼度が高くなると共に
電気特性が優れたものとなる。

【００３０】また、配線層を構成している複数の導電膜
の少なくとも１つの導電膜の接続孔内における膜厚は、
接続孔の近傍の絶縁膜の表面における膜厚よりも厚いも
のであることにより、その導電膜の製造工程の後に例え
ばＣＶＤ法によって導電膜を形成する場合において接続
孔の底面に露出している半導体素子のコンタクト電極ま
たは下層の導電膜がＣＶＤ法に使用する反応ガスに触れ
ることによりダメージを受けることを防ぐためのバリア
膜としての機能を有するものとできるので、接続孔の領
域における配線層とその下の半導体素子のコンタクト電
極または下層の導電膜との電気接続の信頼度が高くなる
と共に電気特性が優れたものとなる。

【００３１】さらに、配線層を構成している複数の導電
膜の少なくとも１つの導電膜の接続孔内における膜厚
は、接続孔の近傍の絶縁膜の表面における膜厚よりも厚
いものであることにより、その導電膜の抵抗値が比較的
高いものであっても絶縁膜の表面に設けられているその
導電膜の膜厚を薄くすることができるので、接続孔内と
配線層としての導電膜とを同時に形成する場合において
も配線層における複数の導電膜の積層された状態での合
成の抵抗値の増大を抑制することができる。

【００３２】（２）前記した本発明の半導体集積回路装
置の製造方法によれば、絶縁膜および接続孔の表面に第
１の導電膜を形成する工程と、半導体基板上に形成され
ている第１の導電膜に対しガス雰囲気において熱処理を
施す熱処理工程またはプラズマ処理を施すプラズマ処理
工程のいずれか１つを行う工程とを有することにより、
第２の導電膜に対して下地密着膜としての第１の導電膜
の表面に吸着した不純物原子や分子を除去し、清浄表面
を露出することができる。

【００３３】また、第１の導電膜の表面に吸着した不純
物原子や分子を除去すると共にダングリングボンドを生
成し、第１の導電膜の表面を活性化することができる。

【００３４】また、第１の導電膜の表面が雰囲気中の物
質と反応して形成された表面変質層を除去することがで
きたりあるいは表面変質層が形成されていない元の状態
の第１の導電膜に戻すことができる。

【００３５】また、第１の導電膜とその下にある例えば
半導体素子や下層膜などの導電体の材料とを反応させ、
例えばシリコンの上のタングステンであればタングステ
ンシリサイドのような新規の反応層をその界面に形成す
ることができる。

【００３６】（３）前記した本発明の半導体集積回路装
置の製造方法によれば、第１の導電膜を形成する工程
は、半導体基板を冷却した状態でのスパッタリング法、
半導体基板を高温の状態に保持した状態でのスパッタリ
ング法、半導体基板とターゲット材料との間にスパッタ
粒子の指向性を制御するための構造物を設けた製造装置
によるスパッタリング法または金属ハロゲン化物または
有機金属および還元ガスを用いた化学的気相成長法によ
って第１の導電膜を形成する工程とすることにより、そ
の後の第２の導電膜を形成するＣＶＤ膜に使用するガス
が第１の導電膜としてのスパッタ膜中を透過し、下層の
シリコンあるいはアルミニウム合金などの配線材料と反
応することを防止することができる。

【００３７】すなわち、半導体基板を冷却した状態での
スパッタリングを行なうことにより、半導体基板に入射
するターゲット粒子の半導体基板上での結晶成長を防止
し、粒子の結晶成長に付随する結晶粒の凝集を防止し、
結晶粒と結晶粒との間に隙間が開くことを防止すること
ができる。

【００３８】また、半導体基板を高温の状態に保持した
状態でのスパッタリングを行うことにより、半導体基板
に入射するターゲット粒子を半導体基板上でその下にあ
る半導体素子または下層膜とを反応させ、例えばシリコ
ンの上のタングステンであればタングステンシリサイド
のような新規の反応層をその界面に形成することもでき
る。

【００３９】また、前記した半導体基板の冷却した状態
に加え、ターゲット材料と半導体基板との間にスパッタ
粒子の指向性を制御するための構造物を設けた製造装置
によるスパッタリング法とすることにより、接続孔内の
全体に必要十分な厚さの第１の導電膜を堆積することが
可能となる。

【００４０】また、金属ハロゲン化物または有機金属お
よび還元ガスを用いた化学的気相成長法によって例えば
チタンナイトライド膜などの第１の導電膜を形成する工
程とすることにより、微細高アスペクト比の接続孔内に
十分な厚さの第１の導電膜を堆積することが可能とな
る。

【００４１】（４）前記した本発明の製造装置によれ
ば、各室にゲートバルブを介して連結されており各室に
必要に応じてウエハを搬入すると共に搬出する機構部で
ある搬送室を有し、搬送室はその内部を減圧状態にでき
る真空ポンプが連結されていると共にロードロック室は
その内部を減圧状態にすることができる真空ポンプが連
結されていることにより、スパッタリング室において第
１の導電膜を形成した後に気相反応室において第１の導
電膜の表面に第２の導電膜を形成する工程および各室に
ウエハを搬入したり各室からウエハを搬出する際に減圧
状態において行い、大気開放することなしに行うことが
できるために、第２の導電膜の形成前の第１の導電膜の
表面に不純物が吸着することを防止できる。

【００４２】また、第１の導電膜および第２の導電膜な
どの異種の導電膜の間の界面は、大気に含まれている酸
素または窒素の影響で不均一に反応することを防止でき
る。

【００４３】（５）前記した本発明の製造装置によれ
ば、前述した（４）に記載されている製造装置において
気相反応室は、ガスの減圧雰囲気下における熱処理また
はプラズマ処理のうち必要に応じて少なくとも１つの処
理を行なうことができる構造を有するものとすることに
より、例えば水素を１０％以上含む１torr〜５００torr
の減圧雰囲気下における熱処理を行なうことにより、減
圧下での気体分子の熱運動で下地密着膜としての第１の
導電膜の表面に吸着した不純物原子や分子を除去し、清
浄な表面を露出することができる。

【００４４】また、例えば下地密着膜としての第１の導
電膜がタングステンの場合、その表面や粒界に水素を解
離吸着させることが可能となると共に接続孔の底面に形
成された酸化タングステンを水素により還元しタングス
テンに戻すことが可能となるなどの第１の導電膜の表面
における酸化変質層の還元が可能となる。

【００４５】また、例えばヘリウムやアルゴンなどの希
ガスの１torr〜５００torrの減圧雰囲気下における熱処
理を行なうことにより、新たに化学反応による表面の改
質を伴うことなく、減圧下での気体分子の熱運動で下地
密着膜としての第１の導電膜の表面に吸着した不純物原
子や分子を効率よく除去でき、清浄な表面を露出させる
ことができる。

【００４６】また、例えば窒素または酸素の１torr〜５
００torrの減圧雰囲気下における熱処理を行なうことに
より、減圧下での気体分子の熱運動で下地密着膜として
の第１の導電膜の表面に吸着した不純物原子や分子を効
率よく除去でき、清浄な表面を露出させることができ
る。

【００４７】また、例えば下地密着膜としての第１の導
電膜としてチタンナイトライド膜を使用した場合、導入
した窒素または酸素により第１の導電膜の遊離チタンを
窒化してより完全なチタンナイトライドとすることがで
きたり、あるいはその表面全体を酸化しＴｉＮＯという
チタン化合物の表面層を形成することができる。

【００４８】（６）前記した本発明の製造装置によれ
ば、気相反応室におけるチャンバ内の側面にチャンバ内
の状況を観察するための覗き窓におけるチャンバに面す
る側をハロゲン系のガスに対する耐食性の高い材料から
なる透明膜によって被覆したことにより、覗き窓の石英
が気相反応室を清浄化するためにハロゲン系のガスを用
いてプラズマクリーニング処理した際にエッチングされ
るのを防止することができる。すなわち、覗き窓がエッ
チングされたことに起因する反応副生成物の発生を防止
することが可能となる。

【００４９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。なお、実施例を説明するための全図におい
て同一機能を有するものは同一の符号を付し、重複説明
は省略する。

【００５０】図１は、本発明の一実施例である製造装置
の上部を取り除いた構造を示す概略平面図である。図２
は、本発明の一実施例である製造装置におけるスパッタ
リング室を示す断面図である。

【００５１】図１および図２を用いて、本発明の一実施
例である製造装置について説明する。

【００５２】本実施例の製造装置１は、特に微細加工を
必要とする半導体集積回路装置の製造工程に適用するこ
とにより高信頼度でしかも優れた電気特性を有する半導
体集積回路装置を簡単な製造プロセスにより製造できる
ものである。

【００５３】製造装置１は、ロードロック室２、前処理
室３、スパッタリング室４、スパッタリング室５および
気相反応室６を有し、しかもそれらの各室にゲートバル
ブ８を介して連結されており各室に必要に応じてウエハ
９を搬入すると共に搬出する機構部である搬送室７を有
している。

【００５４】ウエハ９は、例えばシリコン単結晶の材料
からなる半導体基板またはＳＯＩ（Silicon on Insulat
or）型の基板などの薄板状のものを包括して示している
ものである。

【００５５】ロードロック室２は、ウエハ９を製造装置
１内に搬入するための機構部であり、複数枚のウエハ９
を整列した状態で収容しているウエハカセットを装填す
ることが可能な構造になっている。

【００５６】また、ロードロック室２は、処理前のウエ
ハ９を製造装置１に導入すると共に一連の処理が終了し
たウエハ９を製造装置１の外部に搬出するための機構部
であり、図示を省略している真空ポンプに連結されてお
りロードロック室２の室内を減圧状態にすることができ
る。そして、この真空ポンプにより後述する搬送室７内
の圧力を両室の間のゲートバルブ８を開けた状態におい
ても良好な真空度に保つことができるようになってい
る。

【００５７】前処理室３は、例えば加熱処理あるいはス
パッタエッチング処理などのウエハ９の前処理を行なう
ための処理部であり、例えばウエハ９上に絶縁膜を有
し、その絶縁膜に形成されている接続孔を有するウエハ
９に対してスパッタリング処理の前に必要に応じて加熱
処理あるいはスパッタエッチング処理を行なうことがで
きる処理部である。

【００５８】スパッタリング室４は、スパッタリング処
理を行うことができる処理部である。例えば気相反応室
６においてＣＶＤ法により成長させる導電膜の下地密着
膜としてウエハ９上に導電膜としてのタングステン膜を
ＣＶＤ法により成長させることができる処理部である。
なお、他の態様としては、タングステンに替えて例えば
チタンナイトライドまたはチタンタングステンなどの他
の金属を使用する態様を採用することができる。

【００５９】また、図２に示すように、スパッタリング
室４におけるウエハ９は、ウエハステージ４ａの上に載
置されている。ウエハステージ４ａには、ウエハ９の温
度を調節できる温度調節機構（図示を省略している）が
設置されている。

【００６０】ウエハステージ４ａには温度調節機構と連
結しているガス導入管４ｂが設置されている。したがっ
て、ウエハステージ４ａの裏面から温度調節機構を使用
してウエハ９の冷却用のアルゴンガスをガス導入管４ｂ
を通じて供給しながら、アルゴンプラズマを生成しスパ
ッタリングを行なうことができる。

【００６１】温度調節機構を用いてウエハステージ４ａ
の温度を低下させることにより、スパッタリング成膜処
理中のウエハ９を冷却することができるので、スパッタ
粒子の結晶成長を防止し、表面張力により結晶粒が丸ま
り、粒界に空隙ができるのを抑制することができるなど
の効果がある。

【００６２】さらに、図２に示すように、スパッタリン
グ室４は、ウエハ９とターゲット４ｃの間にウエハ９に
対してほぼ垂直な方向に貫通孔を有する構造物４ｄを必
要に応じて配置させることができる。

【００６３】構造物４ｄに開口された貫通孔の形状は、
最大開口長が３ｃｍ以下、深さ／最大開口長の比が0.９
以下である。この構造物４ｄを設けることにより、高ア
スペクト比の接続孔の側壁と底面の両方に平坦部に比べ
１０％以上の段差被覆性を確保することができる。

【００６４】スパッタリング室５は、スパッタリング処
理を行うことができる処理部であり、前述したスパッタ
リング室４と同様な構造を有するものである。スパッタ
リング室５に設置されているターゲット４ｃとは異なる
ターゲットおよびスパッタリング処理の条件を異なった
態様にすることにより、ウエハ９に対して異なるスパッ
タリング処理を施すことができるものである。

【００６５】気相反応室６は、気相反応を行うための処
理部である。気相反応室６は、主として例えばタングス
テンのような金属をウエハ９上にブランケット成長させ
ることができる処理部である。

【００６６】また、気相反応室６は、以下に述べる２つ
の処理のうち必要に応じて少なくとも１つの処理を行な
うことが可能な構造となっている。

【００６７】第１は、水素などのガスの減圧雰囲気下に
おける熱処理である。これは、後述するように例えば配
線膜などにおける下地密着膜としての導電膜の表面に吸
着した原子または分子を除去すると共に導電膜の表面に
水素原子をあらかじめ解離吸着させるための処理を行う
ことができる。

【００６８】第２は、水素プラズマ処理などのプラズマ
処理である。これは、後述するようにブランケットＣＶ
Ｄ膜の形成後の気相反応室６内を清浄化するための処理
を行うことができる。

【００６９】また、気相反応室６においては、チャンバ
６ｄ内の側面に覗き窓６ａが設置されている。覗き窓６
ａは、例えばブランケットＣＶＤ膜の形成時におけるチ
ャンバ６ｄ内の状況を観察するための窓である。

【００７０】覗き窓６ａは、主として石英などのような
透明膜６ｂからなるが、本実施例においては覗き窓６ａ
においてチャンバ６ｄに面する側を透明膜６ｃによって
被覆している。この透明膜６ｃは、例えばサファイア
（Ａｌ₂ Ｏ₃)などフッ素（Ｆ）系のガスによってエッチ
ングされない材料からなる透明膜である。なお、透明膜
６ｃの他の態様としては、ハロゲン系のガスによってエ
ッチングされない材料からなる透明膜を適用することが
できる。

【００７１】この透明膜６ｃを設けていることにより、
後述するようにチャンバ６ｄに対してフッ素系のガスを
用いてプラズマクリーニング処理を行なう際に、覗き窓
６ａを構成する透明膜６ｂにおける石英がエッチングさ
れることに起因して、例えば窒素酸化物（ＮＯ）やシリ
コンフッ化物（ＳｉＦ₄)などのような反応生成物が発生
する現象を抑制することができる効果を有する。

【００７２】ここで、覗き窓６ａがサファイアなどの透
明膜６ｃによって被覆されていない場合に、チャンバ６
ｄに対してフッ素系のガスを用いてプラズマクリーニン
グ処理を行なった際、チャンバ６ｄに残留する窒素酸化
物のガス濃度と、タングステン膜の成膜遅れ時間（ラグ
タイム）との関係を図１１に示す。

【００７３】図１１に示すように、タングステンの成膜
時間の遅れは、残留窒素酸化物のガス濃度が多いときに
増加する傾向がある。

【００７４】すなわち、本実施例の場合、フッ素系を用
いたプラズマクリーニング処理の際に覗き窓６ａがエッ
チングされることを透明膜６ｃにより防止しているため
に、フッ素系を用いたプラズマクリーニング処理の際に
覗き窓６ａがエッチングされることに起因してタングス
テンの成長を阻害する反応生成物が発生する現象を防止
することができるので、その反応生成物に起因する成膜
時間の遅れ現象を防止することができる。

【００７５】搬送室７は、ウエハ９を搬送するための機
構部である。搬送室７は、それぞれの各室にウエハ９の
搬送を約３０秒で行なうウエハ９の搬送アーム７ａを備
えている。

【００７６】そして搬送室７は、真空ポンプ（図示して
いない）に連結されて減圧状態にできるようになってお
り、ロードロック室２と搬送室７の間のゲートバルブ８
を開けた直後の短時間を除き常時５×１０^-8torr以下の
圧力つまり真空度に保たれている。

【００７７】搬送室７を減圧状態にしている必要性につ
いて説明すると次の通りである。ウエハ９がシリコンの
場合の表面原子密度は、例えば１×１０¹⁵atoms ／cm²
程度である。また、例えば２０℃、１×１０^-6torrの酸
素の場合の入射分子流γは、例えば4.１５×１０¹⁴mole
cules ／cm² ・s 、原子に換算すると8.３０×１０¹⁴mo
lecules ／cm² ・s となり、ほとんどのウエハ９の表面
原子密度は、例えば１×１０¹⁵atoms ／cm² に近い値と
なる。

【００７８】ここで、搬送室７における真空度が５×１
０^-8torrでは、汚染分子が例えば３０秒程度でウエハ９
上に単分子層で形成される。実際には、ウエハ９上に到
達した汚染分子がすべて表面に留まることはないが、酸
素による表面の酸化あるいは物理吸着した汚染分子によ
る界面不純物層の形成を防止する必要がある。そのため
にウエハ９の表面の清浄度を保つ必要があり、真空度を
保持することが必要となるものである。

【００７９】なお、ロードロック室２および搬送室７を
減圧状態に保持しているが、同様の効果を得ることがで
きる他の態様として高純度の不活性ガスで充填した状態
の態様とすることもできる。

【００８０】次に、本発明の一実施例である半導体集積
回路装置の製造方法を図面を用いて説明する。

【００８１】図３〜図９は、本発明の一実施例である半
導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である。

【００８２】図１０は、本発明の一実施例である半導体
集積回路装置の製造工程における配線層を形成する製造
工程を示すプロセス図である。

【００８３】まず、図３に示すように、例えばｐ型シリ
コン単結晶からなる半導体基板などのウエハ９を用意
し、ｐ型のウエル領域１０およびｎ型のウエル領域１１
を形成した後、その表面の（１００）面における選択的
な領域に素子分離用絶縁膜となるフィールド絶縁膜１２
を形成した後、フィールド絶縁膜１２に囲まれているｎ
型のウエル領域１０およびｐ型のウエル領域１１におけ
る素子形成領域に例えばＭＯＳＦＥＴを形成する。この
ＭＯＳＦＥＴは例えばＤＲＡＭ（Dynamic RandomAccess
Memory）のメモリセルなどの種々の態様の半導体集積
回路装置における半導体素子として適用できる。

【００８４】フィールド絶縁膜１２は例えば二酸化ケイ
素（ＳｉＯ₂)からなり、その厚さは例えば４００〜６０
０nm程度である。

【００８５】ＭＯＳＦＥＴは先行技術を使用して形成で
きるものであり、ゲート絶縁膜１３、その表面に形成さ
れているゲート電極１４およびソースおよびドレインと
なる拡散層１５を有している。

【００８６】拡散層１５は例えばヒ素（Ａｓ）などのｎ
型の不純物をｐ型のウエル領域１０にイオン打ち込みし
て形成されている。ゲート絶縁膜１３は、例えば酸化シ
リコン膜からなり、その厚さは例えば６〜１５nm程度で
ある。

【００８７】ゲート電極１４は例えば多結晶シリコン膜
からなり、その厚さは例えば２００〜３００nm程度であ
る。

【００８８】ゲート電極１４は例えば以下に述べる製造
工程により形成される。

【００８９】まず、例えば減圧ＣＶＤ法によって多結晶
シリコン膜をウエハ９上に堆積した後、その多結晶シリ
コン膜に低抵抗化のために所定の不純物を導入する。次
に、熱処理を施した後その多結晶シリコン膜をフォトリ
ソグラフィ技術およびドライエッチング技術などによっ
てパターニングすることによりゲート電極１４を形成す
る。

【００９０】なお、ゲート電極１４の周囲に形成された
サイドウォール１６は、例えばＨＬＤ（High Temperat
ure Low pressure Deposition)法によって形成された酸
化シリコン膜を使用している。

【００９１】次に、図４に示すように、ウエハ９上に絶
縁膜１７を形成する。絶縁膜１７は、例えば厚さ1.２μ
m 程度のＢＰＳＧ（Boro Phospho Silicate Glass)膜か
らなる絶縁膜１７をＣＶＤ法などにより堆積した後、絶
縁膜１７の上面の平坦化処理としてウエハ９に対して例
えば８００℃程度の熱処理を施すことにより絶縁膜１７
の上面を平坦化して形成されているものである。

【００９２】次に、絶縁膜１７に拡散層１５の表面が露
出するように接続孔１８を形成する。接続孔１８の形成
は、絶縁膜１７の選択的な領域をフォトリソグラフィ技
術およびドライエッチング技術などを使用して穿孔す
る。接続孔１８の直径は例えば0.５μm 程度である。

【００９３】次に、図５および図９に示すように、ウエ
ハ９上に例えば厚さ２００nm程度のタングステンまたは
タングステンシリサイドなどからなる第１の導電膜とし
ての導電膜１９をスパッタリング法などによって堆積す
る。

【００９４】次に、その導電膜１９上に例えば厚さ２０
０〜３００nm程度のタングステンなどからなる第２の導
電膜としての導電膜２０を例えば六フッ化タングステン
（ＷＦ₆)および水素の反応ガスを用いたブランケットＣ
ＶＤ法などによって堆積する。

【００９５】なお、図９は、図５における接続孔１８の
近傍を拡大して示す断面図である。図９に示すように、
後述する理由により第２の導電膜としての導電膜２０に
おける接続孔１８内に形成された導電膜２０の膜厚は、
絶縁膜１７上の平坦部に形成された導電膜２０の膜厚よ
りも厚いものとすることができる。

【００９６】次に、接続孔１８が形成されているウエハ
９を、例えばＨＦとＨＮＯ₃ との混合率がＨＦ：ＨＮＯ
₃ ＝１：１００であるエッチング液などを使用してウエ
ットエッチング処理を行なうことにより接続孔１８の底
部に無作為的に形成されている自然酸化物膜などの不導
体を除去する。

【００９７】本実施例における配線層における第１の導
電膜としての導電膜１９および第２の導電膜としての導
電膜２０の製造工程は、図１に示している製造装置１を
使用して行うものであり、具体的には次の通りである。

【００９８】まず、ウエットエッチング処理の終わった
複数枚のウエハ９が収容されたウエハカセットを製造装
置１のロードロック室２に装填した後、ロードロック室
２を真空ポンプにより真空引きして減圧状態として所望
の圧力にする（図１０に示す工程１００）。

【００９９】次に、ロードロック室２のゲートバルブ８
を開き、ロードロック室２内のウエハ９を搬送室７のウ
エハ搬送アーム７ａによって１枚取り出し、そのウエハ
９を搬送室７に収容する。

【０１００】その後、搬送室７内のウエハ９を前処理室
３に移送する。前処理室３においてはウエハ９に対して
例えばハロゲンランプを用いて到達温度を例えば１５０
℃〜４００℃、加熱時間を例えば１分間程度の処理条件
にてランプ加熱処理を施す（図１０に示す工程１０
１）。

【０１０１】この前処理室３による前処理によりウエハ
９に付着していた大気成分や水分などの吸着原子および
分子などを脱離させることができる。

【０１０２】このため、導電膜１９としての例えばタン
グステンなどの堆積に際して、絶縁膜１７の上面での密
着性を向上させることができるばかりでなく接続孔１８
の底面に存在する不要な不純物が除去されることにより
良好なＳｉ−Ｗ界面を得ることができる。

【０１０３】次に、前処理を行った後、ウエハ９を前処
理部３から搬送室７を介してスパッタリング室４に移送
する。この場合、搬送室７内をウエハ９が通過するのに
要する時間は例えば３０秒、搬送室７内の真空度は例え
ば１×１０^-8torrである。

【０１０４】次に、スパッタリング室４において、ウエ
ハ９上に導電膜１９としての例えば厚さ２００nm程度の
タングステン膜をスパッタリング法によって堆積して形
成する（図１０に示す工程１０２）。

【０１０５】スパッタリング室４における工程では、ウ
エハ９を保持するウエハステージ４ａの裏面から、温度
調節機構を使用してウエハ９の冷却用のアルゴンガスを
ガス導入管４ｂを通じて供給しながらアルゴンプラズマ
を生成した状態においてスパッタリングを行なう。

【０１０６】これにより、プラズマによるウエハ９の加
熱が抑制され、ウエハ９の温度の上昇が抑制されるた
め、ウエハ９上でのタングステン膜の結晶粒成長が抑制
され、表面張力による結晶粒の丸まりが起こらないため
に、結晶粒間に隙間が発生することがなくなる。

【０１０７】このため、その後のブランケットＣＶＤ処
理の際に反応ガスであるフッ化タングステンが隙間を透
過して下地の拡散層１５におけるシリコンに到達するこ
とを防止することができる。

【０１０８】タングステンのスパッタリング処理を行い
導電膜１９を形成した後、ウエハ９をスパッタリング室
４から搬送室７を介し気相反応室６に移送する。この場
合、搬送室７内をウエハ９が通過するのに要する時間
は、例えば３０秒、搬送室７内の真空度は例えば１×１
０^-8torrである。

【０１０９】このように減圧状態にすることにより、ス
パッタリング室４と気相反応室６の間を良好な真空度に
保持することができる。すなわち、吸着不純物による導
電膜１９と導電膜２０の界面への不純物層の形成などを
防止するためには、前述した真空度を保持することが必
要である。

【０１１０】気相反応室６においては、図１０に示す工
程１０３〜工程１０５にしたがって処理を行なう。な
お、図１０における破線により囲まれている工程は、同
一の気相反応室６において行なわれることを示している
ものである。

【０１１１】まず、気相反応室６におけるチャンバ６ｄ
内に例えば水素のようなガスを供給しながらウエハ９に
対して熱処理を施す。これによりスパッタリングにより
堆積した導電膜１９の表面に吸着した不純物の除去、接
続孔１８の側壁および底部に形成されたＷＯ_x などの酸
化物膜（図示せず）の還元および導電膜１９への水素の
解離吸着を行なう（図１０に示す工程１０３）。

【０１１２】この場合の処理条件としては、水素ガスの
流量は例えば１０００sccm程度、その際の全圧力は例え
ば２０torrである。また、熱処理温度は例えば４００℃
程度である。熱処理時間は例えば２分間である。

【０１１３】図１２は、前述した熱処理条件における熱
処理の有無に対する接続孔１８のアスペクト比とコンタ
クトチェーンの導通歩留まりの関係を示すグラフ図であ
る。なお、この場合、接続孔１８には後述する製造工程
を使用して導電膜２０を埋め込んでいる。

【０１１４】図１２からも明らかのように、水素による
熱処理を行なわない場合、アスペクト比が2.０以上の接
続孔１８においてコンタクトチェーンの導通歩留まりは
急激に低下してしまい結果として０％となってしまう。
しかし、水素による熱処理を施すと、アスペクト比が2.
３までの接続孔１８においてコンタクトチェーンの導通
歩留まりは低下せず１００％が達成されていることがわ
かる。

【０１１５】また、この熱処理により、後述する気相反
応によるタングステン膜の堆積処理の初期にスパッタリ
ングによる導電膜１９の表面に主に導電膜１９の粒界に
沿って優先的に気相反応膜が不均一に成長することがわ
かった。このことから、この熱処理の際のコンタクトチ
ェーンの導通歩留まりの向上のメカニズムは以下に説明
する通りである。

【０１１６】すなわち、上記粒界では、表面積が大きい
ため粒界以外の部分に比べ多量の水素が解離吸着し、そ
の後の気相反応処理時にこの反応が反応ガスであるフッ
化タングステンの供給律速であることにより、粒界部の
多量の水素によりフッ化タングステンが消費されてしま
い、導電膜１９の粒界に沿って優先的に気相反応膜が不
均一に成長するものである。この優先的な反応により、
フッ化タングステンの透過する通路となる導電膜１９の
粒界が補強され、フッ化タングステンの透過が抑制され
るためにコンタクトチェーンの導通歩留まりが向上す
る。

【０１１７】次に、気相反応室６内に例えば水素とフッ
化タングステンとの反応ガスを用いて接続孔１８を含む
ウエハ９の表面にタングステンなどのような導電膜２０
を堆積させる。ここで還元用ガスにシラン（ＳｉＨ₄)で
はなく水素を用いるのは、接続孔１８の内部も段差被覆
性よく導電膜２０を埋め込むためである（図１０に示す
工程１０４）。

【０１１８】なお、前述した条件により形成する導電膜
２０としてのタングステン膜の膜厚は接続孔１８の内部
において例えば１０nmとなっている。

【０１１９】この場合の処理条件としては、水素の流量
は例えば１０００sccm程度、フッ化タングステンの流量
は例えば１０sccm程度である。この時の全圧は例えば１
torrである。気相反応室６内の温度は例えば４００℃で
ある。

【０１２０】これにより、前述した成膜条件で処理を行
なっている最中に導電膜１９の粒界に沿って過剰フッ化
タングステンが拡散層１５におけるシリコンに到達し、
接続孔１８におけるコンタクトチェーンの導通歩留まり
を低下させることを防止すると共に本処理の初期に導電
膜１９の粒界に沿って気相反応膜である導電膜２０を優
先的に成長させることができる。

【０１２１】したがって、スパッタリング膜である導電
膜１９を構成する結晶粒の粒径は平坦部に比べて小さい
接続孔１８の内部では気相反応による導電膜２０として
のタングステン膜を絶縁膜１７上の平坦部に対して優先
的に成長させることができ、接続孔１８の内部での気相
反応膜として形成されている導電膜２０の膜厚が絶縁膜
１７上の平坦部に比べて厚い構造にすることができる。

【０１２２】次に、気相反応室６内に例えば水素とフッ
化タングステンとの反応ガスを用いて接続孔１８を含む
ウエハ９の表面にタングステンなどの導電膜（図示を省
略している）を堆積させる（図１０に示す工程１０
５）。

【０１２３】この場合の処理条件としては、水素の流量
は例えば１０００sccm程度、フッ化タングステンの流量
は例えば３０sccm程度である。この時の全圧は例えば８
０torrである。気相反応室６内の温度は例えば４００℃
である。これにより、処理工程１０４で成長させるタン
グステン膜に比べて十分に速い成長速度でのタングステ
ン膜などの導電膜の形成が可能となる。ただし、成長速
度が問題とならない場合または厚い膜厚が必要とされな
い場合には図１０に示す工程１０５を必要に応じて省略
することができる。

【０１２４】次に、気相反応処理を行った後、ウエハ９
を気相反応室６から搬送室７を介してスパッタリング室
５に移送する。この場合、搬送室７内をウエハ９が通過
するのに要する時間は例えば３０秒、搬送室７内の真空
度は例えば１×１０^-8torrである。

【０１２５】搬送室７内を減圧状態にし、その真空度を
例えば１×１０^-8torrとしていることの根拠は基本的に
前処理室３とスパッタリング室４の間を良好な真空度に
保持するのと同様の理由による。すなわち、吸着不純物
による導電膜２０とその後形成するスパッタリングによ
るアルミニウム合金導電膜などからなる導電膜２１の界
面への不純物層の形成などを防止するために、前述した
真空度を保持することが必要となる。

【０１２６】ここで、界面の不純物層はその後の製造工
程でウエハ９が曝される高温雰囲気において導電膜２０
と導電膜２１の界面での不均一な反応を助長する。

【０１２７】図１３は、タングステンとアルミニウム合
金の積層膜を熱処理した場合の熱処理時間と配線層抵抗
の上昇率との関係を示すグラフ図である。図１３より明
らかのように、界面に不純物を吸着させた場合、配線層
の抵抗値は急激に上昇することがわかる。これに対し、
界面に不純物層がない場合は、タングステンとアルミニ
ウム合金の反応が均一に起こり、タングステンとアルミ
ニウムの合金が界面に均一に形成されるためにそれ自身
がタングステンとアルミニウムの反応のバリア膜とな
り、反応層の成長が抑制されることにより、配線層の抵
抗の上昇を低減することができる。

【０１２８】一方、ウエハ９を気相反応室６から搬送部
７に移送した後、気相反応室６内において例えばフッ素
系のガスを用いたプラズマクリーニング処理などの気相
反応室６内のクリーニングを行なう。これにより、気相
反応室６内の残留タングステンなどを低減することがで
きる。

【０１２９】さらに、フッ素系のガスを用いたプラズマ
クリーニング処理に続いて水素ガスを気相反応室６に供
給した後、室内の電極（図示せず）に例えば１3.５６Ｍ
Ｈzの高周波を印加する。これにより、気相反応室６内
に水素プラズマを形成する。

【０１３０】この場合の処理条件は、水素ガスの流量が
例えば１００sccm程度、その時の全圧が例えば３００mt
orr である。また、気相反応室６内の温度は例えば４０
０℃程度である。

【０１３１】この処理により、覗き窓６ａを被覆したフ
ッ素系のガスにエッチングされない透明膜６ｃが部分的
に剥離した場合に発生する気相反応処理後の気相反応室
６の内に残存するＳｉＦ_x 、ＳｉＨ_x Ｆ_y およびＮＯ_x
などのような反応副生成物を低減することができる。

【０１３２】このため、その後ウエハ９を気相反応室６
に搬入した際に残留した反応副生成物がウエハ９の表面
に付着することに起因して、そのウエハ９に対して気相
反応処理を施した際に成膜開始までの時間遅れが発生し
てしまうのを抑制することができる。

【０１３３】図１４は、水素プラズマ処理を施した場合
と施さない場合における気相反応による成膜開始までの
成膜遅れ時間との関係を示すグラフ図である。

【０１３４】図１４からも明らかのように、水素プラズ
マ処理を施さない場合は、施した場合に比べてより長い
時間遅れが生じることがわかる。

【０１３５】前述したように本実施例の製造装置１にお
ける気相反応室６は、覗き窓６ａに透明膜６ｃを被覆し
ていることにより、フッ素系のガスを用いたプラズマク
リーニング処理の際に覗き窓６ａがエッチングされるこ
とに起因してタングステンの成長を阻害する反応副生成
物が発生する現象を防止することができる。

【０１３６】スパッタリング室５においては、スパッタ
リング法によりウエハ９の表面に例えばアルミニウム合
金膜などからなる導電膜２１を堆積する。導電膜２１の
厚さは、例えば６００nm程度である（図１０に示す工程
１０６）。

【０１３７】その後、ウエハ９をスパッタリング室５か
ら搬送室７を介してスパッタリング室４に移送する。

【０１３８】スパッタリング室４においては、スパッタ
リング法によりウエハ９上に例えばタングステン膜など
の導電膜２２を堆積させる。導電膜２２の厚さは例えば
１００nm程度である（図１０に示す工程１０７）。例え
ばタングステン膜からなる導電膜２２の形成の目的は、
その後に続くフォトリソグラフィ工程の際にハレーショ
ンによるパターン解像不良を防止することにある。

【０１３９】その後、ウエハ９をスパッタリング室４か
ら搬送室７を介してロードロック室２に移送した後、ロ
ードロック室２を開放し常圧の状態としてウエハ９を取
り出す（図１０に示す工程１０８）。

【０１４０】次に、図６に示すように、導電膜１９, ２
０, ２１および導電膜２２からなる積層膜をフォトリソ
グラフィ技術およびドライエッチング技術などによって
パターニングすることにより、導電膜１９, ２０, ２１
および導電膜２２からなる第１の配線層２３を形成す
る。

【０１４１】第１の配線層２３は、例えばＤＲＡＭの信
号線として使用する態様とすることができる。

【０１４２】次に、図７に示すように、ウエハ９上に例
えば厚さ５００nm程度の絶縁膜２４をプラズマＣＶＤ法
などによって堆積する。その後、その絶縁膜２４上に例
えば厚さ５００nm程度のＳＯＧ膜２５を堆積した後、ウ
エハ９の主面をドライエッチング法によって例えば７０
０nm程度エッチバックすることにより、ウエハ９の主面
における絶縁膜２４および絶縁膜２５を平坦化する。

【０１４３】次に、ウエハ９上に例えば厚さ７００nm程
度の絶縁膜２６をプラズマＣＶＤ法などによって堆積す
ることにより、絶縁膜２４, ２５および絶縁膜２６から
なる例えば厚さ１０００nm程度の層間絶縁膜２７を形成
する。

【０１４４】次に、層間絶縁膜２７に第１の配線層２３
の表面が部分的に露出するように直径0.５μm 程度の接
続孔２８および接続孔２９をフォトリソグラフィ技術お
よびドライエッチング技術などを使用して形成する。な
お、接続孔２８および接続孔２９の側面にはＳＯＧ膜２
５が露出しないように形成しており、ＳＯＧ膜２５と接
続孔２８または接続孔２９に形成される後述する配線層
とが接触してそれらの間に不都合な化学反応が発生しな
いようにしている。

【０１４５】その後、ウエハ９を製造装置１に収容し、
ウエハ９上に第２の配線層となる例えば次の４つの導電
膜をスパッタリング法およびブランケットＣＶＤ法によ
って、第１の配線層２３と同様に下層から順に連続的に
堆積する。

【０１４６】この場合、製造装置１を使用することによ
り、図３〜図６を用いて説明した第１の配線層２３の製
造工程における諸効果を得ることができる。

【０１４７】すなわち、図８に示すように、第２の配線
層における第１の導電膜３０は例えばスパッタリングに
より堆積したタングステンからなり、その厚さは例えば
５０nm程度である。第２の導電膜３１は例えばブランケ
ットＣＶＤ法により堆積したタングステンからなり、そ
の厚さは例えば２５０nm程度である。第３の導電膜３２
は例えばスパッタリングにより堆積したアルミニウム合
金からなり、その厚さは例えば６００nm程度である。第
４の導電膜３３は例えばブランケットＣＶＤ法により堆
積したタングステンからなり、その厚さは例えば１００
nm程度である。

【０１４８】次に、それらの導電膜からなる積層膜であ
る第２の配線層３４をフォトリソグラフィ技術およびド
ライエッチング技術などによってパターニングすること
により第２の配線層３４を形成する。

【０１４９】第２の配線層３４は例えばＤＲＡＭのワー
ド線として使用する態様とすることができる。

【０１５０】その後、ウエハ９上に例えば酸化シリコン
層と窒化シリコン層とを下層から順に積層することによ
り表面保護膜３５を形成する。

【０１５１】本発明の他の実施例としての半導体集積回
路装置およびその製造方法としては、第２の導電膜とし
ての導電膜２０を例えば六フッ化タングステンなどの金
属ハロゲン化物および例えばシラン、二フルオルシラ
ン、ジシラン、ジクロルシランなどのシリコンを含む還
元性ガスまたは金属ハロゲン化物および還元性ガスして
水素を用いたＣＶＤ法により形成することができる。

【０１５２】この場合、金属ハロゲン化物として六フッ
化タングステンを使用する際には、真空度を５torr以下
とし、六フッ化タングステンと還元性ガスとの流量比と
しては、還元性ガスとしてシランの際には１対0.４〜1.
５、二フルオルシランの際には１対0.１〜１０、水素の
際には１対１０〜３００とする。

【０１５３】また、第２の導電膜としての導電膜２０を
チタンまたはチタンシリサイドからなるものとし、例え
ばテトラジエトキシチタン（ＴＤＥＴ）、テトラジメチ
ルチタン（ＴＤＭＡＴ）などの有機金属および例えばア
ンモニア、水素などの還元性ガスを用いたＣＶＤ法によ
り形成することができる。

【０１５４】前述した本実施例の製造装置を使用して製
造した半導体集積回路装置およびその製造方法は、次に
述べるような諸特長および諸効果を有するものである。

【０１５５】（１）本実施例の半導体集積回路装置によ
れば、絶縁膜に設けられている接続孔および接続孔の近
傍の絶縁膜の表面に設けられている複数の導電膜からな
る配線層とを有する半導体集積回路装置であって、配線
層を構成している複数の導電膜の少なくとも１つの導電
膜の接続孔内における膜厚は、接続孔の近傍の絶縁膜の
表面における膜厚よりも厚いものであることにより、配
線層を接続孔に完全に埋め込むことができるために接続
孔の領域における配線層の電気接続の信頼度が高くなる
と共に電気特性が優れたものとなる。

【０１５６】また、配線層を構成している複数の導電膜
の少なくとも１つの導電膜の接続孔の内における膜厚
は、接続孔の近傍の絶縁膜の表面における膜厚よりも厚
いものであることにより、その導電膜の製造工程の後に
例えばＣＶＤ法によって導電膜を形成する場合において
接続孔の底面に露出している半導体素子のコンタクト電
極または下層の導電膜がＣＶＤ法に使用する反応ガスに
触れることによりダメージを受けることを防ぐためのバ
リア膜としての機能を有するものとできるので、接続孔
の領域における配線層とその下の半導体素子のコンタク
ト電極または下層の導電膜との電気接続の信頼度が高く
なると共に電気特性が優れたものとなる。

【０１５７】さらに、配線層を構成している複数の導電
膜の少なくとも１つの導電膜の接続孔内における膜厚
は、接続孔の近傍の絶縁膜の表面における膜厚よりも厚
いものであることにより、その導電膜の抵抗値が比較的
高いものであっても絶縁膜の表面に設けられているその
導電膜の膜厚を薄くすることができるので、接続孔内と
配線層としての導電膜とを同時に形成する場合において
も配線層における複数の導電膜の積層された状態での合
成の抵抗値の増大を抑制することができる。

【０１５８】（２）本実施例の半導体集積回路装置の製
造方法によれば、絶縁膜および接続孔の表面に第１の導
電膜を形成する工程と、半導体基板上に形成されている
第１の導電膜に対しガス雰囲気において熱処理を施す熱
処理工程またはプラズマ処理を施すプラズマ処理工程の
いずれか１つを行う工程とを有することにより、第２の
導電膜に対して下地密着膜としての第１の導電膜の表面
に吸着した不純物原子や分子を除去し、清浄表面を露出
することができる。

【０１５９】また、第１の導電膜の表面に吸着した不純
物原子や分子を除去すると共にダングリングボンド（du
ng ring bond）を生成し、第１の導電膜の表面を活性化
することができる。

【０１６０】また、第１の導電膜の表面が雰囲気中の物
質と反応して形成された表面変質層を除去することがで
きたりあるいは表面変質層が形成されていない元の状態
の第１の導電膜に戻すことができる。

【０１６１】また、第１の導電膜とその下にある例えば
半導体素子が形成されている半導体基板や下層膜などの
導電体の材料とを反応させ、例えば半導体基板における
シリコン上のタングステンであればタングステンシリサ
イドのような新規の反応層をその界面に形成することが
できる。

【０１６２】また、下地密着膜としての第１の導電膜の
形成の時に結晶成長に伴う結晶粒の凝集を防止すること
ができる。また、下地密着膜としての第１の導電膜の形
成の時に例えば半導体基板などの下地の物質との反応を
起こさせ、新たな反応層を形成することができる。

【０１６３】さらに、接続孔内の全体にその後の気相反
応時に過剰な反応ガスが接続孔の下層の例えば半導体基
板または下層膜としての配線層などに到達することを抑
制するために適した膜種で必要十分な厚さの下地密着膜
としての第１の導電膜を形成することができる。

【０１６４】そのために、その後の導電膜をＣＶＤ法に
より形成する際の気相反応時に過剰な反応ガスが接続孔
の下層の例えば半導体基板または配線層などに到達する
ことを抑制し、コンタクト抵抗や接続孔内の配線層にお
ける抵抗の上昇を防止することができる。

【０１６５】また、熱処理工程あるいはプラズマ処理工
程において水素を使用することにより下地密着膜として
の第１の導電膜の表面および粒界部に水素を解離吸着さ
せることができる。これらにより、その後の気相反応時
に過剰な反応ガスが下層の半導体基板または配線層に到
達することを抑制し、コンタクト抵抗や接続孔内の配線
層の抵抗の上昇を防止することができる。

【０１６６】（３）本実施例の半導体集積回路装置の製
造方法によれば、第１の導電膜を形成する工程は、例え
ば半導体基板などのウエハ９を冷却した状態でのスパッ
タリング法、ウエハ９を高温の状態に保持した状態での
スパッタリング法、ウエハ９とターゲット材料との間に
スパッタ粒子の指向性を制御するための構造物を設けた
製造装置１によるスパッタリング法、半導体基板とター
ゲット材料との間隔を半導体基板の長径の１／２以上離
して配置した構造の製造装置によるスパッタリング法、
または金属ハロゲン化物または有機金属および還元ガス
を用いた化学的気相成長法によって第１の導電膜を形成
する工程とすることにより、その後の第２の導電膜を形
成するＣＶＤ膜に使用するガスが第１の導電膜としての
スパッタ膜中を透過し、下層のシリコンあるいはアルミ
ニウム合金などの配線材料と反応することを防止するこ
とができる。

【０１６７】すなわち、例えば半導体基板などのウエハ
９を冷却した状態でのスパッタリングを行なうことによ
り、ウエハ９に入射するターゲット粒子のウエハ９での
結晶成長を防止し、粒子の結晶成長に付随する結晶粒の
凝集を防止し、結晶粒と結晶粒との間に隙間が開くこと
を防止することができる。

【０１６８】また、ウエハ９を高温の状態に保持した状
態でのスパッタリングを行うことにより、ウエハ９に入
射するターゲット粒子をウエハ９においてその下にある
半導体基板または下層膜とを反応させ、例えばシリコン
上のタングステンであればタングステンシリサイドのよ
うな新規の反応層をその界面に形成することもできる。

【０１６９】また、前記したウエハ９の冷却した状態に
加え、ターゲット材料とウエハ９との間にスパッタ粒子
の指向性を制御するための構造物を設けた製造装置１に
よるスパッタリング法とするか、半導体基板とターゲッ
ト材料との間隔をウエハの半径以上離して配置した上に
スパッタ粒子の平均自由行程を半導体基板とターゲット
の距離の１／３以上に保持したままスパッタリングが可
能なスパッタリング法とすることにより、接続孔内の全
体に必要十分な厚さの第１の導電膜を堆積することが可
能となる。

【０１７０】また、金属ハロゲン化物または有機金属お
よび還元ガスを用いた化学的気相成長法によって例えば
チタンナイトライド膜などの第１の導電膜を形成する工
程とすることにより、微細でしかも高アスペクト比の接
続孔であってもその接続孔内に十分な厚さの第１の導電
膜を堆積することが可能となる。

【０１７１】（４）本実施例の半導体集積回路装置の製
造方法によれば、接続孔の形成に用いる比較的高抵抗の
金属膜などの導電膜の平坦部での膜厚を先行技術に比べ
て薄くすることが可能となり、接続孔と導電膜の同時形
成を行なった場合のその導電膜を有する配線層部での積
層膜の合成抵抗値の増大を抑制することができる。

【０１７２】また、化学的気相成長法に先立つ熱処理工
程あるいはプラズマ処理工程により下地密着膜としての
第１の導電膜の表面を清浄にすることが可能となり、そ
の後の気相反応時に緻密な膜を成長することができる。

【０１７３】さらに、下地密着膜としての第１の導電膜
が十分な膜厚を有しない場合においても、接続孔内にお
いて接続孔の下層の例えば半導体基板または配線層など
にダメージを与えることなく下地密着膜としての第１の
導電膜の上に十分な厚さの導電膜をＣＶＤ法により形成
することができるために、その後の気相反応時に過剰な
反応ガスが接続孔の下層の例えば半導体基板または配線
層に到達することを抑制し、コンタクト抵抗や接続孔の
中の配線層の抵抗の上昇を防止することができる。

【０１７４】（５）本実施例の製造装置１によれば、各
室にゲートバルブ８を介して連結されており各室に必要
に応じて半導体基板などのウエハ９を搬入すると共に搬
出する機構部である搬送室を有し、搬送室はその内部を
減圧状態にできる真空ポンプが連結されていると共にロ
ードロック室はその内部を減圧状態にすることができる
真空ポンプが連結されていることにより、スパッタリン
グ室において第１の導電膜を形成した後に気相反応室６
において第１の導電膜の表面に第２の導電膜を形成する
工程および各室にウエハ９を搬入したり各室からウエハ
９を搬出する際に減圧状態において行い、大気開放する
ことなしに行うことができるために、第２の導電膜の形
成前の第１の導電膜の表面に不純物が吸着することを防
止できる。

【０１７５】また、第１の導電膜および第２の導電膜な
どの異種の導電膜の間の界面は、大気に含まれている酸
素または窒素の影響で不均一に反応することを防止でき
る。

【０１７６】また、本実施例の製造装置１を適用して半
導体集積回路装置などを製造する場合には、接続孔と配
線層の同時形成が可能となり、プロセスの簡略化による
不安定要素の低減ができる。また、ＴＡＴ（Turn Aroun
d Time）の短縮に有効であり容易な製造工程を用いて種
々の態様の半導体集積回路装置を製造できる。

【０１７７】（６）本実施例の製造装置１によれば、導
電膜の積層配線構造を構成する配線層の形成工程を大気
に開放することなしに減圧状態あるいは不活性ガスの雰
囲気の搬送室で連結されている各室により行うものであ
ることにより、複数の導電膜の相互の導電膜が不均一に
反応することを防止することができるので、配線層の抵
抗の上昇および抵抗のばらつきを抑制することができ
る。

【０１７８】また、本実施例の製造装置１によれば、ス
パッタリング法とブランケットＣＶＤ法などの気相反応
法により導電膜を形成する際に、スパッタリング室と気
相反応室６を搭載した製造装置１において、ロードロッ
ク室２および搬送室７を減圧状態に保つことにより、酸
素による表面の酸化あるいは物理吸着した汚染分子によ
る界面不純物層の形成を防止し、スパッタリング膜の形
成後のウエハ９の表面の清浄度を保つことができる。

【０１７９】また、本実施例の製造装置１によれば、気
相反応処理後、ウエハ９を気相反応室６から搬送室を介
しスパッタリング室に移送するに際し、搬送室内を良好
な真空度に保持することにより吸着不純物による導電膜
とその後形成するスパッタリングによるアルミニウム合
金導電膜などの導電膜の界面への不純物層の形成などを
防止することができる。

【０１８０】また、本実施例の製造装置１によれば、気
相反応室６としては、ガスの減圧雰囲気下における熱処
理またはプラズマ処理のうち必要に応じて少なくとも１
つの処理を行なうことができる構造を有するものとする
ことにより、例えば水素を１０％以上含む１torr〜５０
０torrの減圧雰囲気下における熱処理を行なうことによ
り、減圧下での気体分子の熱運動で下地密着膜としての
第１の導電膜の表面に吸着した不純物原子や分子を除去
し、清浄な表面を露出することができる。

【０１８１】また、例えば下地密着膜としての第１の導
電膜がタングステンの場合、その表面や粒界に水素を解
離吸着させることが可能となると共に接続孔の底面に形
成された酸化タングステンを水素により還元しタングス
テンに戻すことが可能となるなどの第１の導電膜の表面
における酸化変質層の還元が可能となる。

【０１８２】また、例えばヘリウムやアルゴンなどの希
ガスの１torr〜５００torrの減圧雰囲気下における熱処
理を行なうことにより、新たに化学反応による表面の改
質を伴うことなく、減圧下での気体分子の熱運動で下地
密着膜としての第１の導電膜の表面に吸着した不純物原
子や分子を効率よく除去し、清浄な表面を露出すること
ができる。

【０１８３】また、例えば窒素または酸素の１torr〜５
００torrの減圧雰囲気下における熱処理を行なうことに
より、減圧下での気体分子の熱運動で下地密着膜として
の第１の導電膜の表面に吸着した不純物原子や分子を効
率よく除去し、清浄な表面を露出することができる。

【０１８４】また、例えば下地密着膜としての第１の導
電膜としてチタンナイトライド膜を使用した場合、導入
した窒素または酸素により第１の導電膜の遊離チタンを
窒化してより完全なチタンナイトライドとすることがで
きたり、あるいはその表面全体を酸化しＴｉＮＯという
チタン化合物の表面層を形成することができる。

【０１８５】（７）本実施例の製造装置１によれば、気
相反応室６におけるチャンバ内の側面にチャンバ内の状
況を観察するための覗き窓におけるチャンバに面する側
をハロゲン系のガスに対する耐食性の高い材料からなる
透明膜によって被覆されていることにより、覗き窓の石
英が気相反応室６を清浄化するためにハロゲン系のガス
を用いてプラズマクリーニング処理した際にエッチング
されるのを防止することができる。すなわち、覗き窓が
エッチングされたことに起因する反応副生成物の発生を
防止することが可能となる。

【０１８６】また、気相反応室６のクリーニングの際に
発生し、気相反応室６内に残留する成膜阻害物質が存在
している場合において、その成膜阻害物質の濃度を低減
することができることより、気相反応の際の成膜開始ま
でのラグタイム（lag time）を抑制し、膜厚のばらつき
の防止およびスループット（through put)の向上ができ
る。

【０１８７】（８）本実施例の製造装置１によれば、ス
パッタリング室において例えばタングステンをスパッタ
リングする際に、ウエハ９とターゲットとの間に構造物
を配置することにより、微細な接続孔の側壁と底面の両
方に平坦部に比べ１０％以上の段差被覆性を確保するこ
とが可能となる。

【０１８８】このため、平坦部でのスパッタ膜の膜厚を
必要最小限に保ったまま、接続孔の内部でのスパッタ膜
厚を連続膜にするために必要な成膜量を確保することが
できる。したがって、ブランケットＣＶＤ法により形成
したタングステン膜をウエハ９上に堆積する際に材料ガ
スであるフッ化タングステンが不連続膜の隙間を通して
下層のシリコンあるいはアルミニウム合金などの配線材
料に到達することを防止することができる。

【０１８９】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。具体的に
は、本発明は種々の態様の配線構造を有する半導体集積
回路装置およびその製造方法ならびにそれに使用する製
造装置に適用できる。また、本発明の製造装置１は、例
えば液晶などの微細加工品にも使用することができると
共に搬送室に必要に応じて種々の態様の処理室を連結す
る製造装置１とすることができる。

【０１９０】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【０１９１】（１）本発明の半導体集積回路装置によれ
ば、絶縁膜に設けられている接続孔および接続孔の近傍
の絶縁膜の表面に設けられている複数の導電膜からなる
配線層とを有する半導体集積回路装置であって、配線層
を構成している複数の導電膜の少なくとも１つの導電膜
の接続孔内における膜厚は、接続孔の近傍の絶縁膜の表
面における膜厚よりも厚いものであることにより、配線
層を接続孔に完全に埋め込むことができるために接続孔
の領域における配線層の電気接続の信頼度を高くできる
と共に電気特性を優れたものにできる。

【０１９２】また、配線層を構成している複数の導電膜
の少なくとも１つの導電膜の接続孔内における膜厚は、
接続孔の近傍の絶縁膜の表面における膜厚よりも厚いも
のであることにより、その導電膜の抵抗値が比較的高い
ものであっても絶縁膜の表面に設けられているその導電
膜の膜厚を薄くすることができるので、接続孔内と配線
層としての導電膜とを同時に形成する場合においても配
線層における複数の導電膜の積層された状態での合成の
抵抗値の増大を抑制することができる。

【０１９３】（２）本発明の半導体集積回路装置の製造
方法によれば、絶縁膜および接続孔の表面に第１の導電
膜を形成する工程と、半導体基板上に形成されている第
１の導電膜に対しガス雰囲気において熱処理を施す熱処
理工程またはプラズマ処理を施すプラズマ処理工程のい
ずれか１つを行う工程とを有することにより、第２の導
電膜に対して下地密着膜としての第１の導電膜の表面に
吸着した不純物原子や分子を除去し、清浄表面を露出す
ることができる。

【０１９４】また、第１の導電膜の表面に吸着した不純
物原子や分子を除去すると共にダングリングボンドを生
成し、第１の導電膜の表面を活性化することができる。

【０１９５】また、第１の導電膜の表面が雰囲気中の物
質と反応して形成された表面変質層を除去することがで
きたりあるいは表面変質層が形成されていない元の状態
の第１の導電膜に戻すことができる。

【０１９６】また、第１の導電膜とその下にある例えば
半導体素子が形成されている半導体基板や下層膜などの
導電体の材料とを反応させ、例えば半導体基板における
シリコン上のタングステンであればタングステンシリサ
イドのような新規の反応層をその界面に形成することが
できる。

【０１９７】また、下地密着膜としての第１の導電膜の
形成の時に結晶成長に伴う結晶粒の凝集を防止すること
ができる。また、下地密着膜としての第１の導電膜の形
成の時に例えば半導体基板などの下地の物質との反応を
起こさせ、新たな反応層を形成することができる。

【０１９８】さらに、接続孔内の全体にその後の気相反
応時に過剰な反応ガスが接続孔の下層の例えば半導体基
板または下層膜としての配線層などに到達することを抑
制するために適した膜種で必要十分な厚さの下地密着膜
としての第１の導電膜を形成することができる。

【０１９９】そのために、その後の導電膜をＣＶＤ法に
より形成する際の気相反応時に過剰な反応ガスが接続孔
の下層の例えば半導体基板または配線層などに到達する
ことを抑制し、コンタクト抵抗や接続孔内の配線層にお
ける抵抗の上昇を防止することができる。

【０２００】また、熱処理工程あるいはプラズマ処理工
程において水素を使用することにより下地密着膜として
の第１の導電膜の表面および粒界部に水素を解離吸着さ
せることができる。これらにより、その後の気相反応時
に過剰な反応ガスが下層の半導体基板または配線層に到
達することを抑制し、コンタクト抵抗や接続孔内の配線
層の抵抗の上昇を防止することができる。

【０２０１】（３）本発明の半導体集積回路装置の製造
方法によれば、第１の導電膜を形成する工程としては、
例えば半導体基板などのウエハを冷却した状態でのスパ
ッタリング法、ウエハを高温の状態に保持した状態での
スパッタリング法、ウエハとターゲット材料との間にス
パッタ粒子の指向性を制御するための構造物を設けた製
造装置によるスパッタリング法または金属ハロゲン化物
または有機金属および還元ガスを用いた化学的気相成長
法によって第１の導電膜を形成する工程とすることによ
り、その後の第２の導電膜を形成するＣＶＤ膜に使用す
るガスが第１の導電膜としてのスパッタ膜中を透過し、
下層のシリコンあるいはアルミニウム合金などの配線材
料と反応することを防止することができる。

【０２０２】すなわち、例えば半導体基板などのウエハ
を冷却した状態でのスパッタリングを行なうことによ
り、ウエハに入射するターゲット粒子のウエハでの結晶
成長を防止し、粒子の結晶成長に付随する結晶粒の凝集
を防止し、結晶粒と結晶粒との間に隙間が開くことを防
止することができる。

【０２０３】また、ウエハを高温の状態に保持した状態
でのスパッタリングを行うことにより、ウエハに入射す
るターゲット粒子をウエハにおいてその下にある半導体
基板または下層膜とを反応させ、例えばシリコン上のタ
ングステンであればタングステンシリサイドのような新
規の反応層をその界面に形成することもできる。

【０２０４】また、前記したウエハの冷却した状態に加
え、ターゲット材料とウエハとの間にスパッタ粒子の指
向性を制御するための構造物を設けた製造装置によるス
パッタリング法とすることにより、接続孔内の全体に必
要十分な厚さの第１の導電膜を堆積することが可能とな
る。

【０２０５】また、金属ハロゲン化物または有機金属お
よび還元ガスを用いた化学的気相成長法によって例えば
チタンナイトライド膜などの第１の導電膜を形成する工
程とすることにより、微細でしかも高アスペクト比の接
続孔であってもその接続孔内に十分な厚さの第１の導電
膜を堆積することが可能となる。

【０２０６】（４）本発明の半導体集積回路装置の製造
方法によれば、接続孔の形成に用いる比較的高抵抗の金
属膜などの導電膜の平坦部での膜厚を先行技術に比べて
薄くすることが可能となり、接続孔と導電膜の同時形成
を行なった場合のその導電膜を有する配線層部での積層
膜の合成抵抗値の増大を抑制することができる。

【０２０７】（５）本発明の半導体集積回路装置の製造
装置によれば、各室にゲートバルブを介して連結されて
おり各室に必要に応じて半導体基板などのウエハを搬入
すると共に搬出する機構部である搬送室を有し、搬送室
はその内を減圧状態にできる真空ポンプが連結されてい
ると共にロードロック室はその内を減圧状態にすること
ができる真空ポンプが連結されていることにより、スパ
ッタリング室において第１の導電膜を形成した後に気相
反応室において第１の導電膜の表面に第２の導電膜を形
成する工程および各室にウエハを搬入したり各室からウ
エハを搬出する際に減圧状態において行い、大気開放す
ることなしに行うことができるために、第２の導電膜の
形成前の第１の導電膜の表面に不純物が吸着することを
防止できる。

【０２０８】また、第１の導電膜および第２の導電膜な
どの異種の導電膜の間の界面は、大気に含まれている酸
素または窒素の影響で不均一に反応することを防止でき
る。

【０２０９】また、本発明の製造装置を適用して半導体
集積回路装置などを製造する場合には、接続孔と配線層
の同時形成が可能となり、プロセスの簡略化による不安
定要素の低減ができる。また、ＴＡＴの短縮に有効であ
り容易な製造工程を用いて種々の態様の半導体集積回路
装置を製造できる。

【０２１０】（６）本発明の半導体集積回路装置の製造
装置によれば、導電膜の積層配線構造を構成する配線層
の形成工程を大気に開放することなしに減圧状態あるい
は不活性ガスの雰囲気の搬送室で連結されている各室に
より行うものであることにより、複数の導電膜の相互の
導電膜が不均一に反応することを防止することができる
ので、配線層の抵抗の上昇および抵抗のばらつきを抑制
することができる。

【０２１１】また、本発明の製造装置によれば、スパッ
タリング法とブランケットＣＶＤ法などの気相反応法に
より導電膜を形成する際に、スパッタリング室と気相反
応室を搭載した製造装置１において、ロードロック室２
および搬送室７を減圧状態に保つことにより、酸素によ
る表面の酸化あるいは物理吸着した汚染分子による界面
不純物層の形成を防止し、スパッタリング膜の形成後の
ウエハの表面の清浄度を保つことができる。

【０２１２】（７）本発明の半導体集積回路装置の製造
装置によれば、気相反応室におけるチャンバ内の側面に
チャンバ内の状況を観察するための覗き窓におけるチャ
ンバに面する側をハロゲン系のガスに対する耐食性の高
い材料からなる透明膜によって被覆されていることによ
り、覗き窓の石英が気相反応室を清浄化するためにハロ
ゲン系のガスを用いてプラズマクリーニング処理した際
にエッチングされるのを防止することができる。すなわ
ち、覗き窓がエッチングされたことに起因する反応副生
成物の発生を防止することが可能となる。

【０２１３】また、気相反応室のクリーニングの際に発
生し、気相反応室内に残留する成膜阻害物質が存在して
いる場合において、その成膜阻害物質の濃度を低減する
ことができることより、気相反応の際の成膜開始までの
ラグタイムを抑制し、膜厚のばらつきの防止およびスル
ープットの向上を実現することができる。

【０２１４】（８）本発明の製造装置によれば、スパッ
タリング室において例えばタングステンをスパッタリン
グする際に、ウエハとターゲットとの間に構造物を配置
することにより、微細な接続孔の側壁と底面の両方に平
坦部に比べ１０％以上の段差被覆性を確保することが可
能となる。

【０２１５】このため、平坦部でのスパッタ膜の膜厚を
必要最小限に保ったまま、接続孔の内部でのスパッタ膜
厚を連続膜にするために必要な成膜量を確保することが
できる。したがって、ブランケットＣＶＤ法により形成
したタングステン膜をウエハ上に堆積する際に材料ガス
であるフッ化タングステンが不連続膜の隙間を通して下
層のシリコンあるいはアルミニウム合金などの配線材料
に到達することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である製造装置の上部を取り
除いた構造を示す概略平面図である。

【図２】本発明の一実施例である製造装置におけるスパ
ッタリング室を示す断面図である。

【図３】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造工程を示す断面図である。

【図４】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造工程を示す断面図である。

【図５】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造工程を示す断面図である。

【図６】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造工程を示す断面図である。

【図７】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造工程を示す断面図である。

【図８】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造工程を示す断面図である。

【図９】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造工程を示す断面図である。

【図１０】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
の製造工程において配線層を形成する製造工程を示すプ
ロセス図である。

【図１１】気相反応室の内に残留する窒素酸化物のガス
濃度とタングステン膜の成膜遅れ時間の関係を示すグラ
フ図である。

【図１２】気相反応処理前の水素熱処理の有無をパラメ
ータとした接続孔のアスペクト比とコンタクトチェーン
の導通歩留まりの関係を示すグラフ図である。

【図１３】タングステンとアルミニウム合金の積層膜を
熱処理した場合の熱処理時間と配線層抵抗の上昇率の関
係を示すグラフ図である。

【図１４】水素プラズマ処理を施した場合と施さない場
合における気相反応による成膜開始までの成膜遅れ時間
の関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 製造装置 ２ ロードロック室 ３ 前処理室 ４ スパッタリング室 ４ａ ウエハステージ ４ｂ ガス導入管 ４ｃ ターゲット ４ｄ 構造物 ５ スパッタリング室 ６ 気相反応室 ６ａ 覗き窓 ６ｂ 透明膜 ６ｃ 透明膜 ６ｄ チャンバ ７ 搬送室 ７ａ 搬送アーム ８ ゲートバルブ ９ ウエハ １０ ウエル領域 １１ ウエル領域 １２ フィールド絶縁膜 １３ ゲート絶縁膜 １４ ゲート電極 １５ 拡散層 １６ サイドウォール １７ 絶縁膜 １８ 接続孔 １９ 導電膜 ２０ 導電膜 ２１ 導電膜 ２２ 導電膜 ２３ 第１の配線層 ２４ 絶縁膜 ２５ ＳＯＧ膜 ２６ 絶縁膜 ２７ 層間絶縁膜 ２８ 接続孔 ２９ 接続孔 ３０ 導電膜 ３１ 導電膜 ３２ 導電膜 ３３ 導電膜 ３４ 第２の配線層 ３５ 表面保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｃ (72)発明者 大和田 伸郎 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 福田 直樹 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子が設けられている半導体基板
   と、前記半導体基板上に設けられている絶縁膜と、前記
   絶縁膜の選択的な領域に設けられている接続孔と、前記
   接続孔および前記接続孔の近傍の前記絶縁膜の表面に設
   けられている複数の導電膜からなる配線層とを有する半
   導体集積回路装置であって、前記配線層を構成している
   複数の前記導電膜の少なくとも１つの導電膜の前記接続
   孔の内における膜厚は、前記接続孔の近傍の前記絶縁膜
   の表面における膜厚よりも厚いことを特徴とする半導体
   集積回路装置。
2. 【請求項２】 半導体基板に半導体素子を形成する工程
   と、前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記
   絶縁膜の選択的な領域に接続孔を形成する工程と、前記
   絶縁膜および前記接続孔の表面に第１の導電膜を形成す
   る工程と、前記半導体基板上に形成されている前記第１
   の導電膜に対しガス雰囲気において熱処理を施す熱処理
   工程またはプラズマ処理を施すプラズマ処理工程のいず
   れか１つを行う工程と、前記第１の導電膜が形成されて
   いる前記半導体基板上に第２の導電膜を形成する工程で
   あって、前記第２の導電膜の前記接続孔の内における膜
   厚は前記接続孔の近傍の前記絶縁膜の表面における膜厚
   よりも厚いように形成する工程とを有することを特徴と
   する半導体集積回路装置の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体集積回路装置の製
   造方法において、前記第２の導電膜を形成する工程は、
   金属ハロゲン化物およびシリコンを含む還元性ガスある
   いは金属ハロゲン化物および還元ガスとして水素ガスを
   用いた化学的気相成長法によって前記第２の導電膜を形
   成する工程であることを特徴とする半導体集積回路装置
   の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の半導体集積回路
   装置の製造方法において、前記第１の導電膜を形成する
   工程は、前記半導体基板を冷却した状態でのスパッタリ
   ング法、前記半導体基板を高温の状態に保持した状態で
   のスパッタリング法、前記半導体基板とターゲット材料
   との間にスパッタ粒子の指向性を制御するための構造物
   を設けた製造装置によるスパッタリング法または金属ハ
   ロゲン化物または有機金属および還元ガスを用いた化学
   的気相成長法によって前記第１の導電膜を形成する工程
   であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
   法。
5. 【請求項５】 ロードロック室、ウエハの前処理を行う
   前処理室、ウエハに対してスパッタリング処理を行うス
   パッタリング室およびウエハに対して気相成長処理を行
   う気相反応室を有する半導体集積回路装置の製造装置で
   あって、 前記各室にゲートバルブを介して連結されており各室に
   必要に応じてウエハを搬入または搬出する機構部である
   搬送室を備え、 前記ロードロック室は前記ウエハを製造装置に導入する
   と共に一連の処理が終了した前記ウエハを前記製造装置
   の外部に搬出するための機構部であり、前記ロードロッ
   ク室の内部を減圧状態にすることができる真空ポンプが
   連結され、 前記搬送室には、その内部を減圧状態にできる真空ポン
   プが連結されていることを特徴とする半導体集積回路装
   置の製造装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の半導体集積回路装置の製
   造装置において、前記スパッタリング室は、前記ウエハ
   をセットできるウエハステージを有し、前記ウエハステ
   ージには前記ウエハの温度を調節できる温度調節機構が
   設置されていることを特徴とする半導体集積回路装置の
   製造装置。
7. 【請求項７】 請求項５または６記載の半導体集積回路
   装置の製造装置において、前記スパッタリング室は、前
   記ウエハとターゲットの間に前記ウエハに対してほぼ垂
   直な方向に貫通孔を有する構造物を必要に応じて配置さ
   せることができることを特徴とする半導体集積回路装置
   の製造装置。
8. 【請求項８】 請求項５、６または７記載の半導体集積
   回路装置の製造装置において、前記気相反応室は、ガス
   の減圧雰囲気の下における熱処理またはプラズマ処理の
   うち必要に応じて少なくとも１つの処理を行なうことが
   できる構造を有することを特徴とする半導体集積回路装
   置の製造装置。
9. 【請求項９】 請求項５、６、７または８記載の半導体
   集積回路装置の製造装置において、前記気相反応室は、
   チャンバ内の側面に前記チャンバ内の状況を観察するた
   めの覗き窓を有し、前記覗き窓における前記チャンバに
   面する側をハロゲン系のガスに対する耐食性の高い材料
   からなる透明膜によって被覆したことを特徴とする半導
   体集積回路装置の製造装置。