JP2004172617A - Photon inhibition layer - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウエハにおける光子誘導金属の腐蝕及び再堆積に関する。 The present invention relates to photon-induced metal corrosion and redeposition on semiconductor wafers.
半導体ウエハ内に配置された光子(ホトン)阻止層の使用によって、光子誘導金属の腐蝕及び再堆積を最小にすることができる。本発明のいろいろな特徴が適用例を参照にして説明される。本発明を充分理解するために、多くの特定の詳細な説明、関係及び方法が述べられる。しかし、この分野の当業者は、本発明が1つまたはそれ以上の特定の詳細な説明を行なうことなく又は他の方法で実施されることができることを容易に理解するであろう。他の例において、既知の構造または動作は、本発明を不明りょうにすることを避けるために、詳細には示されない。 The use of photon (photon) blocking layers located in semiconductor wafers can minimize photon-induced metal corrosion and redeposition. Various features of the invention will be described with reference to application examples. For a full understanding of the present invention, numerous specific details, relationships, and methods are set forth. However, one of ordinary skill in the art will readily appreciate that the present invention may be practiced without one or more of the specific details or in other ways. In other instances, well-known structures or operations have not been shown in detail in order to avoid obscuring the present invention.
図面を参照すると、図1は、シリコンウエハに形成された一般的な集積回路の部分2を示している。ウエハ部分2は、多くのドープされた半導体領域を含む。これらのドープされた領域は、デバイスのソース3または4、ドレイン3または4、及びウエル17と18を画定するN-型3と17、及びP-型4と18の領域を含む。この構造の結果として、ウエハ部分2に配置された多くのP-N接合がある。“STI(Shallow Trench Isolation: トレンチ分離)”5と呼ばれるウエハ部分2の領域は、電気的絶縁の領域を示す。更に、“ゲート”6と呼ばれるウエハ部分2の領域は、電界効果トランジスタ(FET)のゲートを示す。
Referring to the drawings, FIG. 1 shows a
ウエハ部分2のコンタクト及び第1の層の金属の相互接続も図1に示されている。特に、“W”及び“Cu”は、タングステン及び銅からそれぞれ作られる導電性物質を示す。この導電性物質は、例示のデバイスをウエハ部分2の他のデバイス(図示せず)と接続するために用いられる複数のコンタクト及び第1の層の金属相互接続を与える。
The contacts of the
ウエハ部分2は、一般に製造プロセスにおけるいろいろな段階で光に曝される。PN接合の、光への露出は、光誘導の金属の腐蝕及び再堆積を生じる光電池事象を誘導する。
光誘導の金属腐蝕及び堆積の概略が図2に示されている。この例に対して、誘電体1内に形成される金属の相互接続として銅が用いられる。光、特に光9に存在する光子がP-N接合を打つと、電子/ホールのペア(対)が形成される。これらの電子とホールは、ディプレーション領域11に形成された電界によって、いろいろな方向にP-N接合を横切ってスイープされる。正電荷(ホール)と負電荷(電子)の分離によって、接合10にわたって電圧降下が起き、P-N接合10での光電池現象を生じる。
A schematic of light induced metal corrosion and deposition is shown in FIG. For this example, copper is used as the metal interconnect formed in dielectric 1. When a photon, especially a photon present in
P-N接合が、相互接続金属として用いられた銅に接続されると、銅の相互接続に電位差が形成される。もし、電解質12(すなわち、化学機械研磨に用いられたスラリー)が銅の表面上に存在すると、露出されたP-N接合は、バッテリーとして働き、銅の電気化学反応を起こす。P-型領域に接続された銅の配線8に対して、酸化作用が加速され、銅は電解質に溶解され、それによって光子誘導の銅の腐蝕を生じる。N-型領域に接続された銅の配線に対して、還元作用がおき、銅は再堆積され、それによって光子誘導の銅の再堆積を生じる。要約すれば、回路の一方の側において光子誘導の溶解(腐蝕、穴あき)及び回路の他方の側において光子誘導の付着(再堆積)が同時に起きる。
When the PN junction is connected to copper used as the interconnect metal, a potential difference is created in the copper interconnect. If the electrolyte 12 (ie, the slurry used for chemical mechanical polishing) is present on the surface of the copper, the exposed PN junction acts as a battery, causing the electrochemical reaction of the copper. For the
半導体デバイスの製造中に、光子誘導の金属の腐蝕及び再堆積が生じる多くのステージ(段階)がある。例えば、銅の化学機械研磨(cupper chemical mechanical polishing: CuCMP)、CuCMP後のクリーニング、プローブ後のクリーニングプロセス中、及びCuCMP後に大気中にウエハの保存中にも光子誘導の金属の腐蝕及び再堆積は起きる。上述のプロセス中に用いられた化学溶液及び大気中の湿気さえもが電解質として働き、導電路を与える。半導体製造設備に存在する一般的な光は、1.7〜4.0eVの範囲を有する可視領域に集中されたスペクトルを有する。従って、その光は、室温でバンドギャップが〜1.12eVであるシリコンウエハ上に光電池効果を容易に生成することができる。 During the manufacture of semiconductor devices, there are many stages in which photon-induced metal corrosion and redeposition occurs. For example, photon-induced metal corrosion and redeposition during cupper chemical mechanical polishing (CuCMP), post-CMP cleaning, post-probe cleaning processes, and storage of wafers in air after CuCMP. Get up. The chemical solution used during the process described above and even atmospheric moisture can act as an electrolyte and provide a conductive path. Typical light present in semiconductor manufacturing facilities has a spectrum centered in the visible region having a range of 1.7-4.0 eV. Thus, the light can easily generate a photovoltaic effect on a silicon wafer with a band gap of ~ 1.12 eV at room temperature.
光誘導の銅の再堆積は、図1に示された例とは全く異なるデバイス構造を有するウエハにおいても生じることが留意されるべきである。更に、光誘導の腐蝕及び再堆積の問題は、将来は銅に置き換わり得るが、腐蝕に敏感でもある他の金属または合金に対しても存在することが予測される。 It should be noted that light-induced copper redeposition also occurs on wafers with device structures that are quite different from the example shown in FIG. Further, the problem of light induced corrosion and redeposition is expected to exist for other metals or alloys that may replace copper in the future, but are also sensitive to corrosion.
従って、本発明の目的は、光誘導の金属の腐蝕及び再堆積を減少または除去することである。 Accordingly, it is an object of the present invention to reduce or eliminate light induced metal corrosion and redeposition.
光誘導の金属の腐蝕及び再堆積の問題は、P-N接合と金属の相互接続間に光子阻止層を形成することによって減少または除去することができる。P-N接合と金属の相互接続間のあらゆる場所に光子阻止層を置くことは本発明の範囲内である。 The problem of light induced metal corrosion and redeposition can be reduced or eliminated by forming a photon blocking layer between the PN junction and the metal interconnect. It is within the scope of the present invention to place a photon blocking layer everywhere between the PN junction and the metal interconnect.
本発明の1つの実施例によると、光誘導の銅の堆積は、図3に示されるように、半導体ウエハ14上に光子阻止層13を形成することによって、減少または除去することができる。光子阻止層13は、窒化シリコンのコンタクトエッチング停止層15の上に、しかし、ポリ金属誘電体 (Poly-Metal Dielectric: PMD) 層16の下に堆積される。(コンタクトエッチング停止層は、パターン化するプロセス中にコンタクトとアクティブ領域のミスアライメントによって起こされるリーク電流を減少するためにも作用する、PMDのエッチング速度と比較して、低いコンタクトエッチング層を有する層である。)
According to one embodiment of the present invention, light induced copper deposition can be reduced or eliminated by forming a
光誘導の銅の腐蝕及び再堆積を効果的に防ぐために、光子阻止層13は、シリコンのバンドギャップ(1.12eV)より大きな光子エネルギーを吸収する物質から形成されなければならない。許容できるバンドギャップエネルギーを有する全ての物質またはそれらの組み合わせを使用することは本発明の範囲内である。例えば、光子阻止層を有する物質は、以下の何れかであることができる:a-SiGe:H、a-SiGe、SiGe、SiC、GaAs、C60、a-Si、Ge、InP、CdSe、CdTe、PbS、PbTe、B、Se、AlSb、Bi2S3、Zn3As2、GaTe、GaN、ZnS、及びC。直接バンドギャップを有する物質は、間接バンドギャップのカウンタパートより効率よく光子を吸収することが留意されるべきである。
To effectively prevent light induced copper corrosion and redeposition, the
半導体の製造設備に使用される一般的な光源は、約1.7〜4.0eVのエネルギースペクトルを有することも留意すべきである。したがって、光源の光子を効果的に阻止するためには、光子阻止層は、(半導体製造設備に用いられる代表的な光源のエネルギースペクトルの低い端の値である)1.7eVより小さいエネルギーギャプを有することが必要である。 It should also be noted that typical light sources used in semiconductor manufacturing facilities have an energy spectrum of about 1.7-4.0 eV. Therefore, to effectively block the photons of the light source, the photon blocking layer should have an energy gap of less than 1.7 eV (which is the low end of the energy spectrum of typical light sources used in semiconductor manufacturing facilities). It is necessary to have.
図4に示された最良の実施形態において、プラズマ増強された窒化物コンタクトのエッチング停止層は、光子阻止層13によって置き換えられる。この例において、光子阻止層13は、a-SiGe:Hから作られる。a-SiGe:Hの光子阻止層は、光を吸収することができるばかりでなく、コンタクトエッチング停止層としても働く。何故ならば、それはコンタクトエッチングプロセス中に良好な選択性を与えるからである。光子阻止層13は、製造中にPN接合への光の伝送を効果的に阻止する。その結果、光誘導の銅の再堆積を減少または除去する。
In the preferred embodiment shown in FIG. 4, the etch stop layer of the plasma enhanced nitride contact is replaced by a
上述したように本発明のいろいろな変更は、請求項に記載された発明の範囲内である。例として、シリコンベースの半導体デバイスに本発明を使用する代わりに、本発明は、他の半導体物質、例えば、ヒ化ガリウムによって作られたデバイスにも同様に応用可能である。更に、本発明は、いろいろな絶縁技術、ウエルや基板技術、ドーパント型、及びトランジスタを有する半導体ウエハ及び金属型または配置にも応用可能である。更に、本発明は、他の半導体技術、例えばBiCMOS、バイポーラ、SOI、歪シリコン(strained silicon)、マイクロ電気機械システム(microelectrical mechanical system: MEMS)、SiGe、または他のダイオードを用いる構造にも応用可能である。 As noted above, various modifications of the invention are within the scope of the invention as set forth in the appended claims. By way of example, instead of using the invention for a silicon-based semiconductor device, the invention is equally applicable to devices made of other semiconductor materials, for example gallium arsenide. In addition, the present invention is applicable to a variety of insulating technologies, well and substrate technologies, dopant types, and semiconductor wafers and metal types or arrangements with transistors. Further, the invention is applicable to structures using other semiconductor technologies, such as BiCMOS, bipolar, SOI, strained silicon, microelectrical mechanical systems (MEMS), SiGe, or other diodes. It is.
本発明のいろいろな実施例を説明したけれども、それらは例示のためにのみ示され、限定のためでないことを理解すべきである。本発明は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、ここでの開示に従って、開示された実施例の多くの変更を行なうことができる。本発明の範囲は、請求項及びそれらの均等物に従って定められるべきである。 While various embodiments of the present invention have been described, it should be understood that they have been presented by way of example only, and not limitation. The present invention may be modified in many ways in accordance with the disclosure herein without departing from the spirit or scope of the invention. The scope of the invention should be determined according to the claims and their equivalents.
以上の開示に関連して、以下の各項を開示する。
(1)半導体物質の金属フィーチャの光誘導の腐蝕及び再堆積を現象する方法であって、
前記半導体物質に光子阻止層を組みこむことによって前記半導体物質のバンドギャップエネルギーに等しいか、またはそれより大きなエネルギーを有する光に前記半導体物質の露出を制限するステップを有することを特徴とする方法。
(2)前記光子阻止層は、不連続であることを特徴とする前記(1)項に記載の方法。
(3)前記光子阻止層は、直接バンドギャップを有する物質から構成されることを特徴とする前記(1)項に記載の方法。
(4)前記光子阻止層は、SiGeであることを特徴とする前記(1)項に記載の方法。
(5)前記光子阻止層は、a-SiGeであることを特徴とする前記(1)項に記載の方法。
(6)前記光子阻止層は、a-SiGe:Hであることを特徴とする前記(1)項に記載の方法。
(7)前記光子阻止層は、コンタクトエッチング停止層であることを特徴とする前記(1)項に記載の方法。
(8)前記光子阻止層は、a-SiGe:H、a-SiGe、SiGe、SiC、GaAs、C60、a-Si、Ge、InP、CdSe、CdTe、PbS、PbTe、B、Se、AlSb、Bi2S3、Zn3As2、GaTe、GaN、ZnS、及びCから成るグループから選択されることを特徴とする前記(1)項に記載の方法。
(9)前記金属フィーチャは、銅を含むことを特徴とする前記(1)項に記載の方法。
(10)CMPプロセスは、前記半導体物質上で行なわれることを特徴とする前記(1)項に記載の方法。
(11)CMPクリーニングプロセスは、前記半導体物質上で行なわれることを特徴とする前記(1)項に記載の方法。
(12)前記光子阻止層は、半導体製造設備に用いられる光源のエネルギースペクトルの低い端の値より小さいバンドギャップエネルギーを有する物質から成ることを特徴とする前記(1)に記載の方法。
In connection with the above disclosure, the following items are disclosed.
(1) A method for causing light induced corrosion and redeposition of metal features of a semiconductor material,
Limiting the exposure of the semiconductor material to light having an energy equal to or greater than the bandgap energy of the semiconductor material by incorporating a photon blocking layer in the semiconductor material.
(2) The method according to the above (1), wherein the photon blocking layer is discontinuous.
(3) The method according to the above (1), wherein the photon blocking layer is made of a material having a direct band gap.
(4) The method according to the above (1), wherein the photon blocking layer is made of SiGe.
(5) The method according to the above (1), wherein the photon blocking layer is a-SiGe.
(6) The method according to the above (1), wherein the photon blocking layer is made of a-SiGe: H.
(7) The method according to the above (1), wherein the photon blocking layer is a contact etching stop layer.
(8) The photon blocking layer is made of a-SiGe: H, a-SiGe, SiGe, SiC, GaAs, C60, a-Si, Ge, InP, CdSe, CdTe, PbS, PbTe, B, Se, AlSb, Bi. The method according to (1), wherein the method is selected from the group consisting of 2 S 3 , Zn 3 As 2 , GaTe, GaN, ZnS, and C.
(9) The method according to (1), wherein the metal feature includes copper.
(10) The method according to the above (1), wherein a CMP process is performed on the semiconductor material.
(11) The method according to the above (1), wherein a CMP cleaning process is performed on the semiconductor material.
(12) The method according to (1), wherein the photon blocking layer is made of a material having a band gap energy smaller than a low end value of an energy spectrum of a light source used in a semiconductor manufacturing facility.
(13)半導体ウエハであって、
ダイオードとトランジスタを含む第1の領域と、
前記第1の領域上に形成された光子阻止層と、
金属の相互接続を含む前記光子阻止層上に形成される第2の領域と、
を有する半導体ウエハ。
(14)前記光子阻止層は、不連続であることを特徴とする前記(13)に記載の半導体ウエハ。
(15)前記光子阻止層は、直接バンドギャップを有する物質から構成されることを特徴とする前記(13)項に記載の半導体ウエハ。
(16)前記光子阻止層は、SiGeであることを特徴とする前記(13)項に記載の半導体ウエハ。
(17)前記光子阻止層は、a-SiGeであることを特徴とする前記(13)項に記載の半導体ウエハ。
(18)前記光子阻止層は、a-SiGe:Hであることを特徴とする前記(13)項に記載の半導体ウエハ。
(19)前記光子阻止層は、コンタクトエッチング停止層であることを特徴とする前記(13)項に記載の半導体ウエハ。
(20)前記光子阻止層は、a-SiGe:H、a-SiGe、SiGe、SiC、GaAs、C60、a-Si、Ge、InP、CdSe、CdTe、PbS、PbTe、B、Se、AlSb、Bi2S3、Zn3As2GaTe、GaN、ZnS、及びCから成るグループから選択されることを特徴とする前記(13)項に記載の半導体ウエハ。
(21)前記金属の相互接続は、銅を含むことを特徴とする前記(13)項に記載の方法。
(22)前記金属の相互接続は、CMPを用いて製造されることを特徴とする前記(13)項に記載の半導体ウエハ。
(23)前記金属の相互接続は、CMPクリーニングプロセス含むプロセスを用いて製造されることを特徴とする前記(13)項に記載の半導体ウエハ。
(24)前記光子阻止層は、半導体製造設備に用いられる光源のエネルギースペクトルの低い端の値より小さいバンドギャップエネルギーを有する物質から成ることを特徴とする前記(1)に記載の半導体ウエハ。
(13) A semiconductor wafer,
A first region including a diode and a transistor;
A photon blocking layer formed on the first region;
A second region formed on the photon blocking layer including a metal interconnect;
A semiconductor wafer having:
(14) The semiconductor wafer according to (13), wherein the photon blocking layer is discontinuous.
(15) The semiconductor wafer according to (13), wherein the photon blocking layer is made of a material having a direct band gap.
(16) The semiconductor wafer according to the above (13), wherein the photon blocking layer is made of SiGe.
(17) The semiconductor wafer according to the above (13), wherein the photon blocking layer is made of a-SiGe.
(18) The semiconductor wafer according to the above (13), wherein the photon blocking layer is made of a-SiGe: H.
(19) The semiconductor wafer according to the above (13), wherein the photon blocking layer is a contact etching stop layer.
(20) The photon blocking layer is made of a-SiGe: H, a-SiGe, SiGe, SiC, GaAs, C60, a-Si, Ge, InP, CdSe, CdTe, PbS, PbTe, B, Se, AlSb, Bi. The semiconductor wafer according to item (13), wherein the semiconductor wafer is selected from the group consisting of 2 S 3 , Zn 3 As 2 GaTe, GaN, ZnS, and C.
(21) The method of (13), wherein the metal interconnect comprises copper.
(22) The semiconductor wafer according to the above (13), wherein the metal interconnection is manufactured by using CMP.
(23) The semiconductor wafer according to the above (13), wherein the metal interconnection is manufactured by using a process including a CMP cleaning process.
(24) The semiconductor wafer according to (1), wherein the photon blocking layer is made of a material having a band gap energy smaller than a low end value of an energy spectrum of a light source used in a semiconductor manufacturing facility.
(25)半導体ウエハであって、
ダイオードとトランジスタを含む第1の領域と、
前記第1の領域上に形成された光子阻止層と、
銅の相互接続を含む前記光子阻止層上に形成される第2の領域と、
を備え、
前記光子阻止層は、直接バンドギャップ及び1.7eVに等しいか、またはそれより小さいバンドギャップエネルギーを有することを特徴とする半導体ウエハ。
(26)前記光子阻止層は、またコンタクトエッチング停止層でもあることを特徴とする前記(25)に記載の半導体ウエハ。
(25) a semiconductor wafer,
A first region including a diode and a transistor;
A photon blocking layer formed on the first region;
A second region formed on the photon blocking layer including a copper interconnect;
With
A semiconductor wafer, wherein the photon blocking layer has a direct bandgap and a bandgap energy equal to or less than 1.7 eV.
(26) The semiconductor wafer according to (25), wherein the photon blocking layer is also a contact etching stop layer.
(27)本発明は、半導体製造プロセス中に相互接続配線を作るために用いられる金属、例えば銅の光誘導の腐蝕及び再堆積を減少する方法である。光誘導の腐蝕及び再堆積は、光電池効果を生じるPN接合の光への露出によって生じる。本発明では、PN接合の光への露出の量を減少するために、光子阻止層13が用いられる。本発明のこの光子阻止層13は、半導体製造設備に使用される一般的な光源のエネルギースペクトルの低い端より小さい(一般に1.7eVより小さい)バンドギャップエネルギーを有する直接バンドギャップである。
(27) The present invention is a method for reducing light-induced corrosion and redeposition of metals, such as copper, used to make interconnect wiring during a semiconductor manufacturing process. Light-induced corrosion and redeposition is caused by exposure of the PN junction to light, which produces a photovoltaic effect. In the present invention, a
Claims (2)
前記半導体物質に光子阻止層を含むことによって前記半導体物質のバンドギャップエネルギーに等しいか、またはそれより大きなエネルギーを有する光に前記半導体物質の露光を制限するステップを有することを特徴とする方法。 A method for reducing light induced corrosion and redeposition of metal features of a semiconductor material, comprising:
Limiting the exposure of the semiconductor material to light having an energy equal to or greater than the bandgap energy of the semiconductor material by including a photon blocking layer in the semiconductor material.
ダイオードとトランジスタを含む第1の領域と、
前記第1の領域上に形成された光子阻止層と、
金属の相互接続を含む前記光子阻止層上に形成される第2の領域と、
を有する半導体ウエハ。 A semiconductor wafer,
A first region including a diode and a transistor;
A photon blocking layer formed on the first region;
A second region formed on the photon blocking layer including a metal interconnect;
A semiconductor wafer having:
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JP2004282069A (en) * | 2003-03-12 | 2004-10-07 | Samsung Electronics Co Ltd | Semiconductor element having photon absorption film and its manufacturing method |
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