JP2003528467A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、例えばシリコンを含む基板(1)と、基板(1)の上に設けられ少なくとも有機材料を含む有機材料層(2,4)とを備え、基板(1)上に有機材料層(2,4)を貫通してその平面に対しほぼ垂直な側壁(7,9)を有するホール(6,8)が形成された半導体装置に関する。基板(1)の少なくともホール(6,8)に隣接する部分上に金属層(11)が設けられ、ホール(6,8)の側壁(7,9)を形成する有機材料層(2,4)は酸化物ライナ(12)によって被覆され、ホール(6,8)内に金属(14)が充填される。本発明に従い、酸化物ライナ(12)とホール(6,8)を満たす金属(14)との間にTiまたはTaを含む金属ライナ(13)が設けられる。これにより本装置は有機材料層(2,4)と相互接続金属(14)との間に良好なバリヤを持つことになり、有機材料層(2,4)が種々の処理ステップ中に良好な保護機能を達成する。
Description
【0001】
本発明は、基板と、この基板の上に設けられ少なくとも有機材料を含む有機材
料層とを備え、基板上に有機材料層を貫通してその平面に対しほぼ垂直な側壁を
有するホールが形成され、基板の少なくともホールに隣接する部分上に金属層が
設けられ、ホールの側壁を形成する有機材料層は酸化物ライナによって被覆され
、ホール内に金属が存在する半導体装置に関する。
料層とを備え、基板上に有機材料層を貫通してその平面に対しほぼ垂直な側壁を
有するホールが形成され、基板の少なくともホールに隣接する部分上に金属層が
設けられ、ホールの側壁を形成する有機材料層は酸化物ライナによって被覆され
、ホール内に金属が存在する半導体装置に関する。
【0002】
本発明はまた、基板上に金属層を設けるステップと、金属層上に少なくとも有
機材料を含む有機材料層を設けるステップと、有機材料層にホールを形成するス
テップと、有機材料層にこれを貫通しその平面に対しほぼ垂直な側壁を有するホ
ールを形成する部分にCVD法によって酸化物ライナを付着するステップと、有
機材料層に形成されたホールに金属を充填するステップとを備える半導体装置の
製造方法にも関する。
機材料を含む有機材料層を設けるステップと、有機材料層にホールを形成するス
テップと、有機材料層にこれを貫通しその平面に対しほぼ垂直な側壁を有するホ
ールを形成する部分にCVD法によって酸化物ライナを付着するステップと、有
機材料層に形成されたホールに金属を充填するステップとを備える半導体装置の
製造方法にも関する。
【0003】
このような半導体装置は特開平10−284600号公報から公知である。公
知の装置では、基板上に有機材料層が設けられ、コンタクト開口および相互接続
溝が、いわゆるデュアルダマスカス法によって形成され(「デュアルダマスカス
構造」)、その開口および溝にAlまたはCuのような導電性相互接続材料が充
填される。コンタクト開口および接続溝の両方の有機材料層の側壁上に無機保護
層が備えられている。保護層をなす材料は例えばSiO2である。この層は、金
属がダマスカス構造(メタライゼーション)中への付着中に有機材料を貫通し、
傷つけることを防止する必要がある。
知の装置では、基板上に有機材料層が設けられ、コンタクト開口および相互接続
溝が、いわゆるデュアルダマスカス法によって形成され(「デュアルダマスカス
構造」)、その開口および溝にAlまたはCuのような導電性相互接続材料が充
填される。コンタクト開口および接続溝の両方の有機材料層の側壁上に無機保護
層が備えられている。保護層をなす材料は例えばSiO2である。この層は、金
属がダマスカス構造(メタライゼーション)中への付着中に有機材料を貫通し、
傷つけることを防止する必要がある。
【0004】
例えばCuを充填したダマスカス構造を使用した場合、時が経つにつれてCu
が有機材料中に拡散することが分かった。相互接続材料としてAlが使用される
場合、Alが保護層と反応する問題が生じるので、相互接続溝およびコンタクト
開口の十分な均一充填を得ることができない。
が有機材料中に拡散することが分かった。相互接続材料としてAlが使用される
場合、Alが保護層と反応する問題が生じるので、相互接続溝およびコンタクト
開口の十分な均一充填を得ることができない。
【0005】
本発明の目的は、冒頭に記載の半導体装置において、有機材料層と相互接続金
属との間に改良されたバリヤを提供し、同時に有機材料層が種々の処理工程中に
保護されるように改良することである。
属との間に改良されたバリヤを提供し、同時に有機材料層が種々の処理工程中に
保護されるように改良することである。
【0006】
この目的を達成するために本発明による装置は、ホール内に存在する酸化物ラ
イナと金属との間にTiまたはTaを含む金属ライナが存在していることを特徴
とする。
イナと金属との間にTiまたはTaを含む金属ライナが存在していることを特徴
とする。
【0007】
TiまたはTaを含む金属ライナは、ダマスカス構造が充填される導電性相互
接続材料が有機材料層への拡散を防止する。Cuメタライゼーションの場合、バ
リヤとして役立つTaライナは、特にダマスカス構造においてCuの十分な密着
性をも保証する。Alが相互接続材料として使用される場合、金属ライナは、コ
ンタクト開口および内部接続溝の側壁に副作用を生じることなしにダマスカス構
造へのAlの均一な充填を保証する。
接続材料が有機材料層への拡散を防止する。Cuメタライゼーションの場合、バ
リヤとして役立つTaライナは、特にダマスカス構造においてCuの十分な密着
性をも保証する。Alが相互接続材料として使用される場合、金属ライナは、コ
ンタクト開口および内部接続溝の側壁に副作用を生じることなしにダマスカス構
造へのAlの均一な充填を保証する。
【0008】
コンタクト開口および相互接続溝の側壁にTiまたはTaを含む金属ライナを
備えることは米国特許第5904565号明細書により公知である。しかしなが
ら、この文献に記載された方法の目的は、Cuとそのすぐ下にある金属表面との
間の導通の最適化を行うことにある。保護されるべき有機層のことは全く議論の
対象とされていない。また導電性バリヤと酸化物ライナとの組み合わせは開示さ
れていないし示唆さえもされていない。
備えることは米国特許第5904565号明細書により公知である。しかしなが
ら、この文献に記載された方法の目的は、Cuとそのすぐ下にある金属表面との
間の導通の最適化を行うことにある。保護されるべき有機層のことは全く議論の
対象とされていない。また導電性バリヤと酸化物ライナとの組み合わせは開示さ
れていないし示唆さえもされていない。
【0009】
本発明の他の長所は、TiまたはTaを含む金属ライナの汚染が本発明による
装置では全く生じないということである。このライナを有機材料層に直接に接触
させる場合、そこで反応が生じ、金属ライナは有機材料層によって汚染され、そ
の結果として金属ライナはより高い抵抗を持つことになる。金属ライナおよび有
機材料層との間の酸化物の付着はこの問題を解決する。酸化物ライナは、スパッ
タリングエッチング処理によってすぐ下にある金属でのコンタクト表面のクリー
ニング中、有機材料層に対して十分な保護も行う。このスパッタリングエッチン
グ処理は、TiまたはTaを含む金属ライナが設けられる前に実行される。
装置では全く生じないということである。このライナを有機材料層に直接に接触
させる場合、そこで反応が生じ、金属ライナは有機材料層によって汚染され、そ
の結果として金属ライナはより高い抵抗を持つことになる。金属ライナおよび有
機材料層との間の酸化物の付着はこの問題を解決する。酸化物ライナは、スパッ
タリングエッチング処理によってすぐ下にある金属でのコンタクト表面のクリー
ニング中、有機材料層に対して十分な保護も行う。このスパッタリングエッチン
グ処理は、TiまたはTaを含む金属ライナが設けられる前に実行される。
【0010】
本発明による方法は、酸化物ライナを低温CVD法によって形成し、かつ酸化
物ライナの形成後、酸化物ライナ上に、TiまたはTaを含む金属ライナを設け
ることを特徴とする。
物ライナの形成後、酸化物ライナ上に、TiまたはTaを含む金属ライナを設け
ることを特徴とする。
【0011】
特開平10−284600号公報のものでは、酸化物ライナはプラズマCVD
法(当業者に公知である化学気相成長法)によって設けられる。しかしながら、
低温CVD法の使用は、酸化物ライナの厚さが全位置で同じになるように保証す
ることを可能にする。これはプラズマCVD法の使用では不可能である。
法(当業者に公知である化学気相成長法)によって設けられる。しかしながら、
低温CVD法の使用は、酸化物ライナの厚さが全位置で同じになるように保証す
ることを可能にする。これはプラズマCVD法の使用では不可能である。
【0012】
本発明のこれらの実施の態様および他の実施の態様を、図面を参照してより詳
細に説明する。
細に説明する。
【0013】
図1の装置は、Si基板1を有し、そのSi基板1上に第1の有機材料層2を
備えている。第1の有機材料層2の上には第1の絶縁酸化物層3が形成されてい
る。第1の絶縁酸化物層3の上に第2の有機材料層4が備えられている。さらに
第2の有機材料層4の上に第2の絶縁酸化物層5が形成されている。層平面に対
して垂直な側壁7を有するホール6が、第2の絶縁酸化物層5および第2の有機
材料層4に、第1の絶縁酸化物層3のところまで延びるように形成される。また
、層平面に対してほぼ垂直な側壁9を有するホール8が、すぐ下にある基板1に
達するように第1の絶縁酸化物層3および第1の有機材料層2に形成される。第
1の絶縁酸化物層3および第1の有機材料層2に形成したホール8の底表面10
には基板1上に存在する形で金属層11が設けられている。このようにして得ら
れる構造体は「デュアルダマスカス」構造として公知である。この構造体は、挿
入バリヤ層なしでも直接金属相互接続によってICにおいて一方が他方の上にあ
る2つの金属層の相互接続を可能にする。ホール6は相互接続溝を形成し、ホー
ル8はすぐ下にある金属層11に設けるコンタクトのためのコンタクト開口を形
成する。
備えている。第1の有機材料層2の上には第1の絶縁酸化物層3が形成されてい
る。第1の絶縁酸化物層3の上に第2の有機材料層4が備えられている。さらに
第2の有機材料層4の上に第2の絶縁酸化物層5が形成されている。層平面に対
して垂直な側壁7を有するホール6が、第2の絶縁酸化物層5および第2の有機
材料層4に、第1の絶縁酸化物層3のところまで延びるように形成される。また
、層平面に対してほぼ垂直な側壁9を有するホール8が、すぐ下にある基板1に
達するように第1の絶縁酸化物層3および第1の有機材料層2に形成される。第
1の絶縁酸化物層3および第1の有機材料層2に形成したホール8の底表面10
には基板1上に存在する形で金属層11が設けられている。このようにして得ら
れる構造体は「デュアルダマスカス」構造として公知である。この構造体は、挿
入バリヤ層なしでも直接金属相互接続によってICにおいて一方が他方の上にあ
る2つの金属層の相互接続を可能にする。ホール6は相互接続溝を形成し、ホー
ル8はすぐ下にある金属層11に設けるコンタクトのためのコンタクト開口を形
成する。
【0014】
図2は、酸化物ライナ12を構造体全体の上に等方性をもって付着する、次の
段階の処理を示す。酸化物ライナ12は低温CVD法によって提供される。この
ために非常に適している化合物は、商品名ビットバス(bitbas)(登録商標)と
いう名で公知のバイターブチルアミノシラン:
段階の処理を示す。酸化物ライナ12は低温CVD法によって提供される。この
ために非常に適している化合物は、商品名ビットバス(bitbas)(登録商標)と
いう名で公知のバイターブチルアミノシラン:
【化1】
およびジメチルクロロシラン:
【化2】
である。
【0015】
低温CVD法は、十分高い圧力で温度≦450℃で実行することができる。こ
の処理は遅い処理であるので、均一に薄い酸化物ライナ12が得られる。酸化物
ライナ12の厚さは好ましくは10nmよりも薄く、典型的には5nm程度であ
る。
の処理は遅い処理であるので、均一に薄い酸化物ライナ12が得られる。酸化物
ライナ12の厚さは好ましくは10nmよりも薄く、典型的には5nm程度であ
る。
【0016】
図3では、酸化物ライナ12が側壁7および9上にだけ残存するように、公知
の異方性エッチング処理によって取り除かれる。このようにして第1および第2
の有機材料層2および4の露出された側壁9および7がそれぞれ酸化物ライナ1
2によって被覆される。
の異方性エッチング処理によって取り除かれる。このようにして第1および第2
の有機材料層2および4の露出された側壁9および7がそれぞれ酸化物ライナ1
2によって被覆される。
【0017】
図4は、メタライゼーションが完了された段階の装置を示す。酸化物ライナ1
2の付着およびエッチング後、金属層11を有するコンタクト表面(ホール8の
底表面10)は、スパッタリングエッチング処理でクリーニングされる。次に、
TiまたはTaを含む金属ライナ13が、ホール6,8内の全面に設けられ、そ
の後、異方性をもってエッチング除去され、その結果、金属ライナ13は、第1
および第2の有機材料層2,4のそれぞれの側壁9,7上の酸化物ライナ12上
にだけ残存する。最後に、この構造体のホール6,8には、CuまたはAlのよ
うな導電性相互接続材料14が公知の方法で充填される。
2の付着およびエッチング後、金属層11を有するコンタクト表面(ホール8の
底表面10)は、スパッタリングエッチング処理でクリーニングされる。次に、
TiまたはTaを含む金属ライナ13が、ホール6,8内の全面に設けられ、そ
の後、異方性をもってエッチング除去され、その結果、金属ライナ13は、第1
および第2の有機材料層2,4のそれぞれの側壁9,7上の酸化物ライナ12上
にだけ残存する。最後に、この構造体のホール6,8には、CuまたはAlのよ
うな導電性相互接続材料14が公知の方法で充填される。
【0018】
図5は、金属ライナ13が異方性でエッチング除去されることなく、したがっ
て有機材料層2,4にほぼ平行な金属層表面10および15上になお存在する他
の実施形態を示すものである。これらの表面10,15はホール6,8内に存在
する。この実施形態は好ましくはCuメタライゼーションの場合に使用される。
したがって、好ましくはTaで作られる金属ライナ13は、相互接続材料14(
Cu)と有機材料層2,4との間のバリヤの役目を果たす。
て有機材料層2,4にほぼ平行な金属層表面10および15上になお存在する他
の実施形態を示すものである。これらの表面10,15はホール6,8内に存在
する。この実施形態は好ましくはCuメタライゼーションの場合に使用される。
したがって、好ましくはTaで作られる金属ライナ13は、相互接続材料14(
Cu)と有機材料層2,4との間のバリヤの役目を果たす。
【0019】
本発明による方法は、前述した実施形態にしか応用可能なものではない。本発
明による方法は、とりわけ、図1の構造と同じであるが、第2の有機材料層4お
よび第2の絶縁酸化物層5が存在しない、いわゆる単一ダマスカス構造で使用す
ることもできる。挿入された絶縁酸化物層3および5は本発明にとって本質的に
重要なものではない。金属層11が存在する基板1は、そのすぐ下にあるメタラ
イゼーション構造を含むことができる。前述の実施形態では、基板1はシリコン
から構成されるが、基板1も例えばGaAsのような他の適当な半導体材料から
構成することができる。この基板1も、絶縁材料の支持体の上に設けられた半導
体層によって形成されてもよい。
明による方法は、とりわけ、図1の構造と同じであるが、第2の有機材料層4お
よび第2の絶縁酸化物層5が存在しない、いわゆる単一ダマスカス構造で使用す
ることもできる。挿入された絶縁酸化物層3および5は本発明にとって本質的に
重要なものではない。金属層11が存在する基板1は、そのすぐ下にあるメタラ
イゼーション構造を含むことができる。前述の実施形態では、基板1はシリコン
から構成されるが、基板1も例えばGaAsのような他の適当な半導体材料から
構成することができる。この基板1も、絶縁材料の支持体の上に設けられた半導
体層によって形成されてもよい。
【図1】
基本構造が提供される段階における装置一実施形態の断面図を示す。
【図2】
図1の基本構造に酸化物ライナが付着された後の実施形態の断面図を示す。
【図3】
水平表面から酸化物ライナを除去した後の実施形態の断面図を示す。
【図4】
電極形成処理が完了した後の実施形態の断面図を示す。
【図5】
電極形成処理が完了した後の他の実施形態の断面図を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 コルネリス、エイ.エイチ.エイ.ムトシ
ールス
オランダ国5656、アーアー、アインドーフ
ェン、プロフ.ホルストラーン、6
Fターム(参考) 5F033 GG02 HH08 HH11 HH18 HH21
JJ01 JJ08 JJ11 JJ18 JJ21
MM02 MM10 MM12 MM13 NN05
NN06 NN07 QQ14 QQ16 QQ92
RR02 RR04 RR21 SS03 SS11
TT07 XX14 XX28
5F058 BA05 BC02 BF04 BF22 BF24
BF27 BJ02
Claims (7)
- 【請求項1】 基板(1)と、前記基板(1)の上に設けられ少なくとも有機材料を含む有機
材料層(2,4)とを備え、前記基板(1)上に前記層(2,4)を貫通してそ
の平面に対しほぼ垂直な側壁(7,9)を有するホール(6,8)が形成され、
前記基板(1)の少なくとも前記ホール(6,8)に隣接する部分上に金属層(
11)が設けられ、前記ホール(6,8)の前記側壁(7,9)を形成する前記
有機材料層(2,4)は酸化物ライナ(12)によって被覆され、前記ホール(
6,8)内に金属(14)が存在する半導体装置において、前記ホール(6,8
)内に存在する前記酸化物ライナ(12)と前記金属(14)との間にTiまた
はTaを含む金属ライナ(13)が存在していることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記基板(1)はシリコンを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置。 - 【請求項3】 前記金属ライナ(13)は、前記層(2,4)にほぼ平行に前記ホール(6,
8)内に存在する表面(10,15)上にも存在することを特徴とする請求項1
または2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 基板(1)上に金属層(11)を設けるステップと、 前記金属層(11)上に少なくとも有機材料を含む有機材料層(2,4)を設
けるステップと、 前記有機材料層(2,4)にホール(6,8)を形成するステップと、 前記有機材料層(2,4)にこれを貫通しその平面に対しほぼ垂直な側壁(7
,9)を有する前記ホール(6,8)を形成する部分にCVD法によって酸化物
ライナ(12)を付着するステップと、 前記有機材料層(2,4)に形成された前記ホール(6,8)に金属(14)
を充填するステップと を備える半導体装置の製造方法において、 前記酸化物ライナ(12)を低温CVD法によって形成し、かつ前記酸化物ラ
イナ(12)の形成後、前記酸化物ライナ(12)上に、TiまたはTaを含む
金属ライナ(13)を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 シリコンを含む基板(1)を使用することを特徴とする請求項4に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記低温CVD法を、バイターブチルアミノシランまたはジメチルクロロシラ
ンを用いて実行することを特徴とする請求項4または5に記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項7】 TiまたはTaを含む前記金属ライナ(13)は前記有機材料層(2,4)に
ほぼ平行である前記ホール(6、8)内の表面(10,15)上にも設けられて
いることを特徴とする請求項4または5に記載の半導体装置の製造方法。
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TWI462179B (zh) * | 2006-09-28 | 2014-11-21 | Tokyo Electron Ltd | 用以形成氧化矽膜之成膜方法與裝置 |
CN102376633A (zh) * | 2010-08-26 | 2012-03-14 | 中国科学院微电子研究所 | 一种半导体结构及其制造方法 |
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JPH10284600A (ja) | 1997-03-31 | 1998-10-23 | Sony Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
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-
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A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20080612 |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090911 |