JP2011243680A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体装置に用いられる多層配線において、上層、下層の導電層間を導通するためのコンタクトが設けられる。 In a multilayer wiring used for a semiconductor device, a contact is provided for electrical conduction between upper and lower conductive layers.
このようなコンタクトは、例えば、半導体基板上に、Niサリサイド層などの導電層を形成し、SiN膜、SiO2膜などの絶縁膜が成膜された後、フォトリソグラフィ、ドライエッチングなどにより、導電層に到達するコンタクトホールが形成され、その内部に金属が埋め込まれることにより形成される。コンタクトホールに金属が埋め込まれる際、通常、予め硫酸と過酸化水素水との混合液(以下SH液と記す)などによりウェット処理される。 For example, such a contact is formed by forming a conductive layer such as a Ni salicide layer on a semiconductor substrate and forming an insulating film such as a SiN film or a SiO 2 film, and then performing photolithography, dry etching, or the like. A contact hole reaching the layer is formed, and a metal is embedded in the contact hole. When a metal is embedded in the contact hole, it is usually wet-treated with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide (hereinafter referred to as SH solution) in advance.
従来の場合には、コンタクトの抵抗値がばらつき、歩留りが安定しないという問題がある。 In the conventional case, there is a problem that the resistance value of the contact varies and the yield is not stable.
本発明は、コンタクトの抵抗値のばらつきを抑え、歩留りを安定させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of suppressing variations in contact resistance values and stabilizing the yield.
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態によれば、半導体基板上に形成された導電層上に、絶縁膜を形成し、ハロゲンガスを含む第1のガスを用いて絶縁膜をドライエッチングして、導電層の表面を露出させ、露出した導電層に対しハロゲンガスを還元可能な第2のガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、露出した導電層に対しC元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まない第3のガスを用いて、第2のプラズマ処理を行う、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to one embodiment of the present invention, an insulating film is formed on a conductive layer formed on a semiconductor substrate, and the insulating film is formed using a first gas containing a halogen gas. Is dry-etched to expose the surface of the conductive layer, and the exposed conductive layer is subjected to a first plasma treatment using a second gas capable of reducing halogen gas, and the exposed conductive layer is subjected to C element and There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that a second plasma treatment is performed using a third gas containing an O element and no halogen element.
また、半導体基板上に形成された金属シリサイド層上に、絶縁膜を形成し、ハロゲンガスを含むガスを用いたドライエッチングにより、絶縁膜に、導電層に到達する所定パターンの開口部を形成し、開口部が形成された半導体基板に対し、N2/H2混合ガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、開口部が形成された半導体基板に対し、CO/O2混合ガスを用いて第2のプラズマ処理を行う、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 In addition, an insulating film is formed on the metal silicide layer formed on the semiconductor substrate, and an opening having a predetermined pattern reaching the conductive layer is formed in the insulating film by dry etching using a gas containing a halogen gas. The first plasma treatment is performed on the semiconductor substrate in which the opening is formed using the N 2 / H 2 mixed gas, and the CO / O 2 mixed gas is used in the semiconductor substrate on which the opening is formed. A semiconductor device manufacturing method is provided, wherein the second plasma treatment is performed.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1A〜Iに、本実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図を、図2にそのフローチャートを示す。
(First embodiment)
1A to 1I are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment, and FIG. 2 is a flowchart thereof.
図1Aに示すように、先ず、Si基板などの半導体基板11上に、導電層であるNiシリサイド層12を形成し(Step1)、絶縁膜13として、SiN膜13a、SiO2膜13bを順次成膜する(Step2)。導電層であるNiシリサイド層12は、例えば、トランジスタのゲート電極上や、拡散層上等に設けられる。さらに、図1Bに示すように、レジスト膜を塗布により形成し、所定のパターンで露光することにより、レジストパターン14を形成する(Step3)。
As shown in FIG. 1A, a
次いで、半導体基板11上にレジストパターン14などが形成されて得られたウェーハwを、例えば、図3に示すRIE(Reactive Ion Etching)処理が行われるチャンバ31に導入する(Step4)。
Next, the wafer w obtained by forming the
図3に示すように、チャンバ31において、上部電極32と、これと対向配置され下部電極となるとともにウェーハwを載置するためのウェーハステージ33が設置され、それぞれ高周波電圧を印加するための高周波電源34、35が接続されている。チャンバ31には、その上方に、所定のガス種、流量のプロセスガスを導入するためのマスフローコントローラなどを備えたプロセスガス供給機構36が接続されている。また、その下方には、余剰なプロセスガス、反応副生成物などを排出し、チャンバ31内を所定の圧力に制御するための真空ポンプ、排気量調整バルブなどから構成される排気機構37が設けられている。
As shown in FIG. 3, in the
ウェーハwがウェーハステージ33上に載置された後、プロセスガス供給機構36により、チャンバ31内に、ハロゲンガスであるC4F8/C4F6ガスと、O2、Arの混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源34、35より所定の電力が供給される。そして、図1Cに示すように、レジストパターン14をマスクとして、RIEにより上層絶縁膜であるSiO2膜13bが所定のパターンに加工される(Step5−1)。
After the wafer w is placed on the
次いで、チャンバ31に、プロセスガス供給機構36によりO2ガスが導入され、図1Dに示すように、レジストパターン14がアッシングされることにより除去される(Step5−2)。
Next, O 2 gas is introduced into the
次いで、プロセスガス供給機構36により、チャンバ31内に、ハロゲンガスであるCH2F2ガスと、O2、Arの混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源34、35より所定の電力が供給される。そして、図1Eに示すように、所定パターンのSiO2膜13bをマスクとして、RIEによりSiN膜13aが所定のパターンに加工される。このようにして、導電層であるNiシリサイド層12が露出され、絶縁膜13にコンタクトホール15が形成される(Step5−3)。なお、本実施形態では、SiO2膜13bのエッチングストップ層としてSiN膜13aを設けているが、必ずしも設ける必要はない。また、SiO2膜13bとエッチングの選択比が取れ、ハロゲン系のエッチングガスでエッチングを行うような膜にかえても構わない。
Next, a mixed gas of CH 2 F 2 gas, which is a halogen gas, and O 2 and Ar is introduced into the
このようにしてコンタクトホール15が形成されたウェーハwについて、2段階のプラズマ処理による後処理が行われる。
The wafer w on which the
先ず、チャンバ31内に、プロセスガス供給機構36により、ハロゲンガスを還元可能なガスであるN2/H2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御され、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、図1Fに示すように、導電層であるNiシリサイド層12の表面にN2/H2プラズマ処理が行われる(Step6−1)。これにより、導電層であるNiシリサイド層12の表面のハロゲン元素の除去を行う。
First, a N 2 / H 2 mixed gas, which is a gas capable of reducing halogen gas, is introduced into the
次いで、チャンバ31内に、プロセスガス供給機構36により、C元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まないガスであるCO/O2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、図1Gに示すように、CO/O2プラズマ処理が行われる(Step6−2)。
Next, a CO / O 2 mixed gas, which is a gas containing a C element and an O element and not containing a halogen element, is introduced into the
このようにして、コンタクトホール15が形成された後、N2/H2、CO/O2を用いたシーケンシャルプラズマ処理の行われたウェーハwは、チャンバ31より搬出される。そして、図1Hに示すように、SH液により洗浄される(Step7)。そして、図1Iに示すように、金属層であるTiN層16a/W層16bが順次形成されることにより、コンタクトホール15が埋め込まれ、コンタクト16が形成される(Step8)。
In this way, after the
このようにして得られるコンタクトについて、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前まで11.5時間、大気中に放置したときのコンタクト抵抗値を測定し、歩留り(抵抗値が規格値以下となる割合)を求めた。求められた歩留り(相対値)を図4に示す。比較例として、N2/H2プラズマ処理後に、C元素を含まないO2ガスを用いてシーケンシャルにプラズマ処理を行ったもの、N2/H2プラズマ処理を行わないで、O2ガスを用いてプラズマ処理を行ったものの歩留りを、併せて示す。さらに、参考値として、O2ガスのみを用いてプラズマ処理を行ったものを3.5時間、大気中に放置したときの歩留りを併せて示す。
For the contacts obtained in this way, the contact resistance value was measured when left in the atmosphere for 11.5 hours from the time when the contact was carried out after the plasma treatment until before cleaning with the SH liquid, and the yield (resistance value was the standard value). The following ratio) was obtained. The obtained yield (relative value) is shown in FIG. As a comparative example, after
図4に示すように、本実施形態により得られたコンタクトの歩留りは、比較例のものより明らかに高くなっている。そして、O2ガスのみを用いてプラズマ処理を行ったものについては、放置時間が長くなると大幅に歩留りが低下することがわかる。 As shown in FIG. 4, the contact yield obtained by this embodiment is clearly higher than that of the comparative example. Then, it can be seen that the yield of the sample that has been subjected to plasma processing using only O 2 gas is greatly reduced as the standing time is increased.
また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前までの大気中放置時間を変動させたときの、コンタクト抵抗値の測定結果に基づく歩留り(相対値)の変動を図5に示す。比較例として、いずれもN2/H2プラズマ処理を行わないで、CO/O2ガスを用いてプラズマ処理を行ったもの、O2ガスを用いてプラズマ処理を行ったものの歩留り変動を、併せて示す。 Further, FIG. 5 shows the variation in yield (relative value) based on the measurement result of the contact resistance value when the standing time in the atmosphere from the time when the plasma treatment is carried out to the time before the cleaning with the SH liquid is varied. As comparative examples, none of the N 2 / H 2 plasma treatment was performed, and the yield fluctuations of the plasma treatment using CO / O 2 gas and the plasma treatment using O 2 gas were combined. Show.
図5に示すように、本実施形態により得られたコンタクトの歩留りは、比較例のものより高く、その大気中放置時間による変動が抑えられる。 As shown in FIG. 5, the contact yield obtained according to the present embodiment is higher than that of the comparative example, and fluctuation due to the standing time in the atmosphere is suppressed.
このように、本実施形態によれば、エッチングによるコンタクトホール形成後に、後処理として、エッチングガスをN2/H2、CO/O2を変動させて2段階のプラズマ処理を行うことにより、良好なコンタクト抵抗が得られ、歩留りを向上させることができる。また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前までの大気中放置時間によるコンタクト抵抗のばらつきが抑えられ、歩留りを安定させることができる。 As described above, according to the present embodiment, after the contact hole is formed by etching, the post-treatment is performed by changing the etching gas to N 2 / H 2 and CO / O 2 and performing two-stage plasma treatment. Contact resistance can be obtained, and the yield can be improved. In addition, variation in contact resistance due to the standing time in the atmosphere from when the plasma treatment is carried out to the chamber before the cleaning with the SH liquid is suppressed, and the yield can be stabilized.
このような効果は、以下のメカニズムによるものと考えられる。 Such an effect is considered to be due to the following mechanism.
すなわち、Fなどのハロゲン元素を含むガスを用いたエッチングによりコンタクトホールが形成される際に、ハロゲンがコンタクトホール内に残存して、露出した導電層中の金属元素(例えば、Ni)と反応する。そして、このまま大気暴露すると、NiFなどのハロゲン化金属が、空気中の水分と反応する。この反応生成物は、後工程のSH洗浄では除去できず、コロージョンの原因となる。そこで、第1段として、還元性のガスを用いたプラズマ処理により、残存ハロゲンを除去する。 That is, when a contact hole is formed by etching using a gas containing a halogen element such as F, halogen remains in the contact hole and reacts with a metal element (for example, Ni) in the exposed conductive layer. . And if it exposes to air | atmosphere as it is, metal halides, such as NiF, will react with the water | moisture content in air. This reaction product cannot be removed by the subsequent SH cleaning, and causes corrosion. Therefore, as the first stage, residual halogen is removed by plasma treatment using a reducing gas.
従って、第1段のプラズマ処理に用いられるガスは、ハロゲンガスを還元することができるガスである必要があり、例えば、H2、N2、NH4を含むものを用いることができる。 Therefore, the gas used for the first stage plasma treatment needs to be a gas capable of reducing the halogen gas, and for example, a gas containing H 2 , N 2 , and NH 4 can be used.
さらに、露出した導電層表面がプラズマによりダメージを受けることにより不安定な金属元素(例えば、導電層がNiシリサイド層である場合、Ni)が生じ、これが空気中の水分と反応し、放置時間の経過とともにコンタクト抵抗を上昇させる。そこで、第2段として、C元素、O元素を含むガスを用いたプラズマ処理により、蒸気化して、除去する。このとき、Fなどのハロゲン元素が存在すると、金属元素とC元素、O元素を含むガスとの反応の進行が抑えられるため、還元性ガスによりハロゲンを除去した後に、処理が行われる必要がある。 Further, the exposed conductive layer surface is damaged by the plasma, resulting in an unstable metal element (for example, Ni when the conductive layer is a Ni silicide layer), which reacts with moisture in the air, Increase contact resistance over time. Therefore, as a second stage, the gas is vaporized and removed by plasma treatment using a gas containing C element and O element. At this time, if a halogen element such as F is present, the progress of the reaction between the metal element and the gas containing the C element and the O element is suppressed. Therefore, the treatment needs to be performed after the halogen is removed by the reducing gas. .
従って、第2段のプラズマ処理に用いられるガスは、ハロゲン元素を含まず、金属元素と反応して、蒸気化することが可能なガスである必要があり、比較的低温(例えば300℃以下)で蒸気化が可能なCO、CO2などのCO系ガスや、これにO2を混合したガスの他、CH4/O2ガスなどを用いることができる。 Therefore, the gas used for the second stage plasma treatment must be a gas that does not contain a halogen element, can react with a metal element, and can be vaporized, and has a relatively low temperature (eg, 300 ° C. or less). In addition to CO-based gas such as CO and CO 2 that can be vaporized, gas mixed with O 2 , CH 4 / O 2 gas, and the like can be used.
(第2の実施形態)
本実施形態において、コンタクトホールの形成までの行程と、プラズマ処理後のコンタクト形成工程は、第1の実施形態と同様であるが、N2/H2プラズマ処理の後、一旦大気暴露されて、CO/O2プラズマ処理が行われる点で異なっている。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, the process up to the formation of the contact hole and the contact formation process after the plasma treatment are the same as those in the first embodiment, but after the N 2 / H 2 plasma treatment, once exposed to the atmosphere, The difference is that the CO / O 2 plasma treatment is performed.
第1の実施形態と同様に、コンタクトホールが形成された後、チャンバ31内に搬入され、ウェーハステージ33上に載置される。次いで、プロセスガス供給機構36により、ハロゲンガスを還元可能なガスであるN2/H2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。そして、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、N2/H2プラズマ処理が行われる(Step6)。
Similar to the first embodiment, after the contact hole is formed, the contact hole is carried into the
次いで、一旦ウェーハwをチャンバより搬出した後、再度チャンバ31に搬入され、ウェーハステージ33上に載置される。そして、第1の実施形態と同様に、チャンバ31内に、プロセスガス供給機構36により、C元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まないガスであるCO/O2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御され、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、CO/O2プラズマ処理が行われる(Step6−2)。
Next, after the wafer w is once unloaded from the chamber, it is loaded again into the
このようにして、プラズマ処理の行われたウェーハwは、チャンバより搬出され、第1の実施形態と同様に、SH液により洗浄される(Step8)。そして、TiN層/W層などの金属層が形成されることにより、コンタクトホールが埋め込まれ、コンタクトが形成される(Step9)。 In this way, the plasma-treated wafer w is unloaded from the chamber and cleaned with the SH liquid as in the first embodiment (Step 8). Then, by forming a metal layer such as a TiN layer / W layer, the contact hole is buried and a contact is formed (Step 9).
そして、得られたコンタクトについて、第1の実施形態と同様の評価を行ったところ、同様の結果を得ることができた。 And when the same evaluation as 1st Embodiment was performed about the obtained contact, the same result was able to be obtained.
このように、本実施形態によれば、エッチングによるコンタクトホール形成後に、後処理として、第1段のN2/H2プラズマ処理後に、一旦ウェーハを大気暴露してから第2段のCO/O2プラズマ処理を行った場合でも、プラズマ処理をシーケンシャルに行った場合と同様に、良好なコンタクト抵抗が得られ、歩留りを向上させることができる。また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前までの大気中放置時間によるコンタクト抵抗のばらつきが抑えられ、歩留りを安定させることができる
なお、必ずしもN2/H2プラズマ処理と同一のチャンバ31にてCO/O2プラズマ処理が行われる必要はなく、異なるチャンバにてCO/O2プラズマ処理が行われてもよい。
As described above, according to the present embodiment, after the contact hole is formed by etching, after the first-stage N 2 / H 2 plasma treatment, the wafer is once exposed to the atmosphere, and then the second-stage CO / O is formed. Even when the two plasma treatments are performed, a good contact resistance can be obtained and the yield can be improved as in the case where the plasma treatment is performed sequentially. Further, variation of contact resistance is suppressed by the standing time in the air from being carried out from the chamber after the plasma treatment before washing with SH solution, the yield can be stabilized Incidentally, same as always N 2 / H 2 plasma treatment the need not CO / O 2 plasma treatment is performed in the
これら実施形態において、導電層の一例として、Niシリサイドを挙げたが、導電層はこれに限定されるものではない。金属元素を含むものであればよく、具体的にはNiの他、Co、Cuなどの後期遷移金属元素を含む金属層や、これらのシリサイド層を用いることができる。 In these embodiments, Ni silicide is exemplified as an example of the conductive layer, but the conductive layer is not limited to this. Any metal element may be used as long as it contains a metal element. Specifically, in addition to Ni, a metal layer containing a late transition metal element such as Co or Cu, or a silicide layer thereof can be used.
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. Various other modifications can be made without departing from the scope of the invention.
11…半導体基板
12…Niシリサイド層
13…絶縁膜
13a…SiN膜
13b…SiO2膜
14…レジストパターン
15…コンタクトホール
16…コンタクト
16a…TiN層
16b…W層
31…チャンバ
32…上部電極
33…ウェーハステージ
34、35…高周波電源
36…プロセスガス供給機構
37…排気機構
11 ...
Claims (5)
ハロゲンガスを含む第1のガスを用いて前記絶縁膜をドライエッチングして、前記導電層の表面を露出させ、
露出した前記導電層に対し前記ハロゲンガスを還元可能な第2のガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、
露出した前記導電層に対しC元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まない第3のガスを用いて、第2のプラズマ処理を行う、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 An insulating film is formed on the conductive layer formed on the semiconductor substrate,
Dry etching the insulating film with a first gas containing a halogen gas to expose the surface of the conductive layer;
Performing a first plasma treatment on the exposed conductive layer using a second gas capable of reducing the halogen gas;
A second plasma treatment is performed on the exposed conductive layer using a third gas containing a C element and an O element and no halogen element.
A method for manufacturing a semiconductor device.
ハロゲンガスを含むガスを用いたドライエッチングにより、前記絶縁膜に、前記導電層に到達する所定パターンの開口部を形成し、
前記開口部が形成された半導体基板に対し、N2/H2混合ガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、
前記開口部が形成された半導体基板に対し、CO/O2混合ガスを用いて第2のプラズマ処理を行う、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an insulating film on the metal silicide layer formed on the semiconductor substrate;
By dry etching using a gas containing a halogen gas, an opening having a predetermined pattern reaching the conductive layer is formed in the insulating film,
A first plasma treatment is performed on the semiconductor substrate in which the opening is formed using a N 2 / H 2 mixed gas,
A second plasma treatment is performed on the semiconductor substrate in which the opening is formed using a CO / O 2 mixed gas.
A method for manufacturing a semiconductor device.
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---|---|---|---|
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Cited By (1)
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TWI805162B (en) * | 2017-04-18 | 2023-06-11 | 日商東京威力科創股份有限公司 | Apparatus of processing target object |
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- 2010-05-17 JP JP2010113103A patent/JP2011243680A/en active Pending
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