JP2002151517A - 半導体デバイスの製造方法及び半導体デバイス - Google Patents

半導体デバイスの製造方法及び半導体デバイス

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JP2002151517A
JP2002151517A JP2000340872A JP2000340872A JP2002151517A JP 2002151517 A JP2002151517 A JP 2002151517A JP 2000340872 A JP2000340872 A JP 2000340872A JP 2000340872 A JP2000340872 A JP 2000340872A JP 2002151517 A JP2002151517 A JP 2002151517A
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semiconductor device
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film
forming
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浩 佐藤
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CMP法による基板の研磨工程を必要とせ
ず、従来に比べて生産性の向上を図ることのできる半導
体デバイスの製造方法及び半導体デバイスを提供する。 【解決手段】 下地層2上に、Cu膜3、Cu膜3上に
フォトレジスト層4を形成し、フォトレジスト層4を所
定形状のマスクパターンに成形した後、イオンビーム5
を照射して、フォトレジスト層4の開口部に相当するC
u膜3の部位にイオンを打ち込み、酸化して酸化銅3a
とし、酸化銅3aの部分を、エッチングにより除去した
後、Cu膜3上のフォトレジスト層4をアッシングによ
り除去し、ウエット洗浄を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Cu又はCu合金
からなる金属配線を具備した半導体デバイスの製造方法
及び半導体デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、半導体デバイスにおいては、
半導体ウエハ等の基板上に形成された半導体素子等を配
線するための金属配線(コンタクト及び配線パターン)
として、Al(アルミニウム)またはAl合金からなる
Al系金属配線が多く使用されている。
【0003】このようなAl系金属配線の形成方法とし
ては、半導体ウエハ等の基板に形成された層間絶縁膜等
の上にまずAl系金属層を形成し、このAl系金属層上
にフォトレジストにより所定パターンのマスク層を形成
し、このマスク層を介して、エッチングによりAl系金
属層を所定形状にパターニングした後、マスク層をアッ
シング等により除去することによって所定形状にパター
ニングされたAl系金属配線を形成する方法が多く用い
られている。
【0004】ところが、最近では、半導体デバイスの高
速化等の要求から、上記Al系金属配線に代えて、より
低抵抗のCu(銅)またはCu合金からなるCu系金属
配線が用いられるようになってきている。
【0005】このようなCu系金属配線を形成する場
合、Cuをプラズマエッチング等によってパターニング
することが困難なため、所謂デュアルダマシン法等によ
って金属配線を形成することが行われている。
【0006】すなわち、このデュアルダマシン法では、
予め層間絶縁膜にコンタクトホール及び配線溝を形成し
ておき、基板全面にCu系金属をメッキ法等によって被
着させることによって、これらのコンタクトホール及び
配線溝内にCu系金属を充填し、この後、CMP法(化
学機械研磨法)によって、コンタクトホール及び配線溝
内のCu系金属のみを残して不要な部分のCu系金属を
除去することにより、Cu系金属配線を形成するもので
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術においては、CMP法(化学機械研磨法)
による基板の研磨工程を必要とするため、かかる工程を
実施するための装置が必要になるとともに、かかる工程
の最適な処理条件を設定するために、多くの時間と経費
が必要になるという問題がある。
【0008】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、CMP法(化学機械研磨法)による基板
の研磨工程を必要とせず、従来に比べて生産性の向上を
図ることのできる半導体デバイスの製造方法及び半導体
デバイスを提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
所定形状にパターニングされた金属配線を具備する半導
体デバイスの製造方法であって、Cu又はCu合金から
なる金属層を形成する工程と、前記金属層の上に所定形
状のマスク層を形成する工程と、前記マスク層を介して
前記金属層の露出部分にイオンを注入し、酸化する工程
と、酸化された部分の前記金属層をエッチングにより除
去して前記金属層を所定形状の金属配線にパターニング
する工程とを有することを特徴とする。
【0010】請求項2の発明は、請求項1記載の半導体
デバイスの製造方法において、前記マスク層をフォトレ
ジストにより形成し、前記金属層を所定形状にパターニ
ングした後、前記マスク層をアッシングにより除去する
工程を具備したことを特徴とする。
【0011】請求項3の発明は、請求項2記載の半導体
デバイスの製造方法において、前記マスク層をアッシン
グにより除去する工程の後、前記金属層の表面を液体を
用いて洗浄する工程を具備したことを特徴とする。
【0012】請求項4の発明は、請求項1〜3いずれか
1項記載の半導体デバイスの製造方法において、前記金
属層をメッキ法により形成することを特徴とする。
【0013】請求項5の発明は、請求項1〜4いずれか
1項記載の半導体デバイスの製造方法において、酸化さ
れた部分の前記金属層をプラズマを用いたエッチングに
より除去することを特徴とする。
【0014】請求項6の発明は、請求項1〜5いずれか
1項記載の半導体デバイスの製造方法により形成した金
属配線を具備することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を、実施の形
態について図面を参照して説明する。
【0016】図1は、本発明の実施の形態に係る半導体
デバイスの製造方法を模式的に示すもので、図において
1は、シリコン基板、2はシリコン基板1上に形成され
た下地層を示している。この下地層2は、例えば、Si
O2 、FSG(SiOF)等からなる層間絶縁膜からな
り、シリコン基板1上には、図示しないトランジスタ及
び容量セル等の素子が形成されている。
【0017】本実施の形態では、上記下地層2上に、C
u配線(Cu配線パターン)を形成する場合に本発明を
適用した例について説明する。
【0018】まず、図1(a)に示されるように、上記
下地層2上に、Cu膜3を形成し、このCu膜3上にフ
ォトレジスト層4を形成する。このCu膜3は、例え
ば、メッキ法、スパッタ法、CVD法等従来から知られ
ている各種の方法を使用して形成することができる。ま
た、フォトレジスト層4は、従来から多く使用されてい
るスピンコーティング法等によって形成することができ
る。
【0019】次に、上記フォトレジスト層4に、所定パ
ターンのマスク(レチクル)を介しての露光及び現像を
行い、図1(b)に示されるように、フォトレジスト層
4を、所定形状のマスクパターンに成形する。これらの
露光及び現像工程は、半導体デバイスの製造工程におけ
る通常の露光装置及び現像装置等を用いて行うことがで
きる。
【0020】この後、図1(c)に示されるように、所
定形状のフォトレジスト層4をマスクとして、酸素イオ
ンからなるイオンビーム5を照射して、フォトレジスト
層4の開口部に相当するCu膜3の部位に酸素イオンを
打ち込み、この部分のCu膜3を選択的に酸化して酸化
銅(CuO又はCuO2 )3aとする。このイオンを打
ち込む工程は、半導体デバイスの製造工程における通常
のイオン注入装置等によって行うことができる。
【0021】しかる後、酸化銅3aの部分を、エッチン
グにより除去し、図1(c)に示されるように、Cu膜
3を、所定形状の金属配線パターンにパターニングす
る。このエッチング工程は、例えば、フッ化炭素系のガ
ス等を使用した周知のプラズマエッチング装置等を使用
して行うことができる。
【0022】そして、最後に、Cu膜3上のフォトレジ
スト層4を、アッシングにより除去し、必要に応じてウ
エット洗浄を行い、Cu膜3からなる所定形状の金属配
線パターンを得る。
【0023】なお、上記アッシング工程は、酸素あるい
はオゾンを使用した周知のアッシング装置を用いて行う
ことができる。また、上記ウエット洗浄を行う理由は、
エッチング工程においてスパッタされた酸化銅が、フォ
トレジスト層4の側壁部分等に付着し、アッシングでは
除去されずに表面に残さとして残る場合があるからであ
る。この場合は、例えば、0.1%程度の薄いフッ酸と
界面活性剤の混合液等によるウエット洗浄を行うが、前
述したエッチングの条件等により、かかる残さが残らな
い場合は、ウエット洗浄工程は省略することができる。
【0024】以上説明した半導体デバイスの製造方法に
よれば、デュアルダマシン法等によってCu配線を形成
する場合等のように、CMP法(化学機械研磨法)によ
る基板の研磨工程を必要とせず、従来のAl系金属配線
の場合と同様なエッチング工程を用いてCu配線を形成
することができる。
【0025】したがって、CMPのための装置を必要と
せず、CMP工程の最適な処理条件を設定する必要もな
いので、これらのために多くの時間と経費を費やす必要
もない。
【0026】また、デュアルダマシン法では、予めコン
タクトホールと配線溝を形成しておくため、下層の配線
部分とコンタクトホールとの精密なアライメントが困難
になるという問題や、アスペクト比が高くなるため、コ
ンタクトホールの底や側壁にレジスト残さが生じこれが
原因で導電不良を起こす場合があるという問題も生じる
が、本実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法によ
れば、従来のAl系金属配線の場合と同様に、コンタク
トと配線パターンとを別々に形成することができるの
で、デュアルダマシン法の場合に比べてアライメントを
容易かつ精密に行うことができ、さらに、導電不良の発
生可能性も低減することができる。
【0027】なお、本発明は、コンタクトと配線パター
ンとを別々に形成する場合に限定されるものではなく、
デュアルダマシン法のように、コンタクトと配線パター
ンに相当する部分にCuを充填し、この後、表層のCu
層をパターニングする場合について適用可能なことは勿
論である。
【0028】図2は、本発明の実施の形態に係る半導体
デバイスの要部構成を模式的に示すものである。
【0029】同図に示すように、Si基板10には、ゲ
ート電極11、ゲート絶縁膜12、ソース領域13、ド
レイン領域14等からなる素子が形成されており、これ
らの上には、第1の層間絶縁膜15と、第2の層間絶縁
膜16がこの順で順次形成されている。なお、第1の層
間絶縁膜15、第2の層間絶縁膜16は、例えば、Si
O2 、FSG(SiOF)等から構成されている。
【0030】また、第1の層間絶縁膜15には、この第
1の層間絶縁膜15を貫通するように、第1のコンタク
ト17が複数形成されており、これらの第1のコンタク
ト17に対応して、第1の層間絶縁膜15上には、第1
の配線パターン18が形成されている。
【0031】さらに、第2の層間絶縁膜16には、この
第2の層間絶縁膜16を貫通し、かつ、上記した第1の
配線パターン18に対応して、第2のコンタクト19が
複数形成されており、これらの第2のコンタクト19に
対応して、第2の層間絶縁膜16上には、第2の配線パ
ターン20が形成されている。
【0032】そして、本実施の形態に係る半導体デバイ
スにおいては、上記した第1のコンタクト17、第1の
配線パターン18、第2のコンタクト19、第2の配線
パターン20の少なくともいずれか1つが、前述した方
法によって形成されたCu配線から構成されている。
【0033】なお、Cu配線以外の金属配線としては、
例えば、Al系金属配線等を使用することができ、全て
Cu配線とする場合以外は、適宜これらを混在させて使
用する。
【0034】このように構成された半導体デバイスで
は、Al系金属配線より低抵抗なCu配線を有するの
で、半導体デバイスの高速化等の要求に対応することが
でき、また、その製造にあたっては、デュアルダマシン
法等によってCu配線を形成する場合等のように、CM
P法(化学機械研磨法)による基板の研磨工程を必要と
せず、従来のAl系金属配線の場合と同様なエッチング
工程を用いて製造することができるので、より信頼性の
高い半導体デバイスを生産性良く製造することができ
る。
【0035】なお、本発明は、図2に示される構成の半
導体デバイスに限定されるものではなく、金属配線を有
する半導体デバイスであれば、あるゆる構造の半導体デ
バイスに適用可能なことは、勿論である。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体デ
バイスの製造方法及び半導体デバイスによれば、CMP
法(化学機械研磨法)による基板の研磨工程を必要とせ
ず、従来に比べて生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体デバイスの製造方法の実施の形
態を示す図。
【図2】本発明の半導体デバイスの実施の形態を示す
図。
【符号の説明】
1……シリコン基板 2……下地層 3……Cu膜 4……フォトレジスト層 5……イオンビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F004 DA00 DA01 DA02 DA03 DA15 DA16 DB13 EA38 EB02 FA02 FA08 5F033 HH08 HH11 JJ11 KK01 KK08 KK11 MM02 PP06 PP15 PP27 PP28 QQ07 QQ12 QQ59 QQ63 QQ89 QQ91 RR04 RR11 XX33

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定形状にパターニングされた金属配線
    を具備する半導体デバイスの製造方法であって、 Cu又はCu合金からなる金属層を形成する工程と、 前記金属層の上に所定形状のマスク層を形成する工程
    と、 前記マスク層を介して前記金属層の露出部分にイオンを
    注入し、酸化する工程と、 酸化された部分の前記金属層をエッチングにより除去し
    て前記金属層を所定形状の金属配線にパターニングする
    工程とを有することを特徴とする半導体デバイスの製造
    方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体デバイスの製造方
    法において、 前記マスク層をフォトレジストにより形成し、前記金属
    層を所定形状にパターニングした後、前記マスク層をア
    ッシングにより除去する工程を具備したことを特徴とす
    る半導体デバイスの製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体デバイスの製造方
    法において、 前記マスク層をアッシングにより除去する工程の後、前
    記金属層の表面を液体を用いて洗浄する工程を具備した
    ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3いずれか1項記載の半導体
    デバイスの製造方法において、 前記金属層をメッキ法により形成することを特徴とする
    半導体デバイスの製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4いずれか1項記載の半導体
    デバイスの製造方法において、 酸化された部分の前記金属層をプラズマを用いたエッチ
    ングにより除去することを特徴とする半導体デバイスの
    製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5いずれか1項記載の半導体
    デバイスの製造方法により形成した金属配線を具備する
    ことを特徴とする半導体デバイス。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107615452A (zh) * 2015-06-17 2018-01-19 株式会社尼康 布线图案的制造方法、晶体管的制造方法、以及转印用部件
CN108710267A (zh) * 2018-05-21 2018-10-26 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于光刻和化学机械抛光的薄膜微光学结构的制备方法

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