JP2558738B2 - 表面処理方法 - Google Patents
表面処理方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体集積回路素子の配線などに用いられ
るアルミニウムなどの金属の表面に存在する酸化物等を
除去する表面処理方法に関する。
るアルミニウムなどの金属の表面に存在する酸化物等を
除去する表面処理方法に関する。
（従来の技術） 半導体集積回路素子の製造工程において一般に素子間
の配線形成には第２図に示すような工程が用いられる。
すなわち、第２図（ａ）に示すようにシリコン等の基板
（21）上にアルミニウムなどの金属薄膜（22）を堆積し
た後、第２図（ｂ）に示す如く、その上に所望のレジス
トパターン（23）を形成する。次に、第２図（ｃ）の如
く、このパターン（23）をマスクとして反応性イオンエ
ッチング（RIE）等を用いた微細加工によって金属薄膜
にパターンを転写する。その後、プラズマ灰化によりレ
ジスト（23）を除去する。レジスト除去後の金属薄膜
（24）表面には、第２図（ｄ）に示すように残存した金
属薄膜の端から垂直に立った残留物が形成されている。
これは、RIEの際にイオン衝撃のためにスパッタされた
アルミニウムがレジストの側壁に再付着したものが残存
したものであり、レジスト中の炭素やプラズマ灰化の雰
囲気ガスの酸素と反応して安定な化合物を形成してい
る。このような残留物は脆くはがれやすいため工程が進
むにつれウエハ全体に再付着したゴミとなり集積回路素
子の特性を著しく悪化させる原因となる。
の配線形成には第２図に示すような工程が用いられる。
すなわち、第２図（ａ）に示すようにシリコン等の基板
（21）上にアルミニウムなどの金属薄膜（22）を堆積し
た後、第２図（ｂ）に示す如く、その上に所望のレジス
トパターン（23）を形成する。次に、第２図（ｃ）の如
く、このパターン（23）をマスクとして反応性イオンエ
ッチング（RIE）等を用いた微細加工によって金属薄膜
にパターンを転写する。その後、プラズマ灰化によりレ
ジスト（23）を除去する。レジスト除去後の金属薄膜
（24）表面には、第２図（ｄ）に示すように残存した金
属薄膜の端から垂直に立った残留物が形成されている。
これは、RIEの際にイオン衝撃のためにスパッタされた
アルミニウムがレジストの側壁に再付着したものが残存
したものであり、レジスト中の炭素やプラズマ灰化の雰
囲気ガスの酸素と反応して安定な化合物を形成してい
る。このような残留物は脆くはがれやすいため工程が進
むにつれウエハ全体に再付着したゴミとなり集積回路素
子の特性を著しく悪化させる原因となる。
また、多層配線工程では、アルミニウムなどの第一層
の配線を第４図（ａ）のように形成した後、第４図
（ｂ）のように酸化シリンコンなどを層間絶縁膜（43）
として形成した後、コンタクトホール（45）を形成し、
さらに第４図（ｃ）のように第二層目の配線材料（44）
を堆積させる。その際、下地のアルミニウム表面に存在
する自然酸化膜が配線抵抗を増大させる原因となってい
る。
の配線を第４図（ａ）のように形成した後、第４図
（ｂ）のように酸化シリンコンなどを層間絶縁膜（43）
として形成した後、コンタクトホール（45）を形成し、
さらに第４図（ｃ）のように第二層目の配線材料（44）
を堆積させる。その際、下地のアルミニウム表面に存在
する自然酸化膜が配線抵抗を増大させる原因となってい
る。
従ってこれらのを酸化物や炭化物は、なんらかの洗浄
工程で除去する必要がある。従来、その除去方法として
用いられているのは、希ふっ酸等の溶液を使って溶かす
方法である。しかしアルミニウム自身は酸化物や炭化物
よりいっそう酸に溶解しやすく一部が腐食される問題が
あった。とくに配線の寸法が微細になると洗浄の際の流
水圧との相乗効果のため配線がはがれる問題があった。
また塩素や三塩化硼素などハロゲンを含むガスをグロー
放電や光照射によって活性化してドライエッチングによ
り除去する方法も考えられるが、残留化合物とガスのあ
いだの反応生成物である塩化アルミニウムの常温におけ
る蒸気圧が小さいため加熱が必要となる。又、酸化物や
炭化物よりハロゲンと反応しやすいアルミニウム自身が
特にこのような高温では急速に腐食されるため実用的で
はない。またアルゴンなどの不活性ガスイオンを用いて
スパッタ除去する方法も試みられているが、下地の素子
に強い電界がかかるため特性が劣化する問題があった。
工程で除去する必要がある。従来、その除去方法として
用いられているのは、希ふっ酸等の溶液を使って溶かす
方法である。しかしアルミニウム自身は酸化物や炭化物
よりいっそう酸に溶解しやすく一部が腐食される問題が
あった。とくに配線の寸法が微細になると洗浄の際の流
水圧との相乗効果のため配線がはがれる問題があった。
また塩素や三塩化硼素などハロゲンを含むガスをグロー
放電や光照射によって活性化してドライエッチングによ
り除去する方法も考えられるが、残留化合物とガスのあ
いだの反応生成物である塩化アルミニウムの常温におけ
る蒸気圧が小さいため加熱が必要となる。又、酸化物や
炭化物よりハロゲンと反応しやすいアルミニウム自身が
特にこのような高温では急速に腐食されるため実用的で
はない。またアルゴンなどの不活性ガスイオンを用いて
スパッタ除去する方法も試みられているが、下地の素子
に強い電界がかかるため特性が劣化する問題があった。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、反応性が高く腐食しやすいアルミニ
ウム等の金属配線を損なわずに、表面に付着した酸化物
や炭化物を除去する方法を提供することである。
ウム等の金属配線を損なわずに、表面に付着した酸化物
や炭化物を除去する方法を提供することである。
（問題点を解決するための手段） 本発明ではまず、金属もしくは表面の全体または一部
が金属薄膜で覆われた披処理基体を真空容器中に配置
し、すくなくともハロゲンを含む処理ガスを導入し放電
または光照射による化学反応促進手段を用いて該披処理
基体上に金属ハロゲン化物を一旦形成する。その際披処
理基体の温度は、該金属ハロゲン化物の蒸発または昇華
温度以下に保持し、反応が金属内部まで進行するのを防
止する。つぎに該処理ガスを排気したのち金属ハロゲン
化物を除去する事によって清浄な金属面を得るものであ
る。ここで、金属ハロゲン化物を除去する方法として
は、被処理基体を該金属ハロゲン化物の蒸発または昇華
温度以上に加熱し蒸発または昇華させるか、披処理基体
に紫外線等の放射線照射を行ない溶発させることにより
行なう。
が金属薄膜で覆われた披処理基体を真空容器中に配置
し、すくなくともハロゲンを含む処理ガスを導入し放電
または光照射による化学反応促進手段を用いて該披処理
基体上に金属ハロゲン化物を一旦形成する。その際披処
理基体の温度は、該金属ハロゲン化物の蒸発または昇華
温度以下に保持し、反応が金属内部まで進行するのを防
止する。つぎに該処理ガスを排気したのち金属ハロゲン
化物を除去する事によって清浄な金属面を得るものであ
る。ここで、金属ハロゲン化物を除去する方法として
は、被処理基体を該金属ハロゲン化物の蒸発または昇華
温度以上に加熱し蒸発または昇華させるか、披処理基体
に紫外線等の放射線照射を行ない溶発させることにより
行なう。
（作 用） 表面に酸化物や炭化物が付着した金属をハロゲンと反
応させることによってこれらは比較的蒸気圧の高い金属
ハロゲン化物に変化する。その際、金属自身もハロゲン
と反応するがその際の温度は、金属ハロゲン化物の蒸発
または昇華温度以下のため表面に残る金属ハロゲン化物
が反応が金属内部まで進行するのを防止する。次に金属
ハロゲン化物を除去する事によって清浄な金属面を得
る、この除去工程はハロゲンを排気した後に行なうので
腐食は生じない。
応させることによってこれらは比較的蒸気圧の高い金属
ハロゲン化物に変化する。その際、金属自身もハロゲン
と反応するがその際の温度は、金属ハロゲン化物の蒸発
または昇華温度以下のため表面に残る金属ハロゲン化物
が反応が金属内部まで進行するのを防止する。次に金属
ハロゲン化物を除去する事によって清浄な金属面を得
る、この除去工程はハロゲンを排気した後に行なうので
腐食は生じない。
（実施例） 本発明の実施例について図面を用いながら説明する。
第１図は本発明の一実施例で用いた表面処理装置の模式
図を示す。この装置には、真空容器（11）内には、ヒー
タ（13）を内蔵したサセプタ（12）が設けられ、前記容
器には、導入ガスを排気するための排気口管（14）と、
ガスを放電せしめる放電管（15）が取りつけられてい
る。ここで、前記放電管（15）と接続されたガス導入口
（16）より反応性ガスを導入しながら真空排気をおこな
う事により、所定の圧力が保持され、放電管（15）に導
波管（16）を介して周波数2.45GHzのマイクロ波を印加
することにより無電極放電を誘起してプラズマを誘起す
ることができる。放電部で生成したハロゲンを含むラジ
カルや原子などの活性種は真空容器（11）内に輸送され
サセプタ（12）上の試料（19）と反応する。
第１図は本発明の一実施例で用いた表面処理装置の模式
図を示す。この装置には、真空容器（11）内には、ヒー
タ（13）を内蔵したサセプタ（12）が設けられ、前記容
器には、導入ガスを排気するための排気口管（14）と、
ガスを放電せしめる放電管（15）が取りつけられてい
る。ここで、前記放電管（15）と接続されたガス導入口
（16）より反応性ガスを導入しながら真空排気をおこな
う事により、所定の圧力が保持され、放電管（15）に導
波管（16）を介して周波数2.45GHzのマイクロ波を印加
することにより無電極放電を誘起してプラズマを誘起す
ることができる。放電部で生成したハロゲンを含むラジ
カルや原子などの活性種は真空容器（11）内に輸送され
サセプタ（12）上の試料（19）と反応する。
第２図及び第３図を用いて本発明による一実施例を示
す。まず、前述したようにシリコンウエハ（21）上に厚
さ１μｍのアルミニウム薄膜（22）をスパッタ法等によ
り形成する第２図（ａ）。つぎに前記薄膜（22）上に形
成したフォトレジストを用いて配線パターンに対応した
マスク（23）を形成した。つぎに反応性イオンエッチン
グ（RIE）法によってアルミニウム薄膜（22）をエッチ
ングした第２図（ｂ）。エッチングにもちいたガスは塩
素（Cl2）であり、圧力は5Pa、カソード印加した高周波
電力の密度は1W/cm2である。次に酸素ガス中でプラズマ
灰化法によりレジストマスク（27）を除去すると、第２
図（ｄ）に示すようにアルミニウム配線の端部から垂直
に立った残存物（24）が残る。
す。まず、前述したようにシリコンウエハ（21）上に厚
さ１μｍのアルミニウム薄膜（22）をスパッタ法等によ
り形成する第２図（ａ）。つぎに前記薄膜（22）上に形
成したフォトレジストを用いて配線パターンに対応した
マスク（23）を形成した。つぎに反応性イオンエッチン
グ（RIE）法によってアルミニウム薄膜（22）をエッチ
ングした第２図（ｂ）。エッチングにもちいたガスは塩
素（Cl2）であり、圧力は5Pa、カソード印加した高周波
電力の密度は1W/cm2である。次に酸素ガス中でプラズマ
灰化法によりレジストマスク（27）を除去すると、第２
図（ｄ）に示すようにアルミニウム配線の端部から垂直
に立った残存物（24）が残る。
その後、このような残存物に対して本発明を適用した
例を第３図に示す。まず残存物（24）の生じたアルミニ
ウム配線（22）を有する試料を第１図の真空容器（11）
のサセプタ（12）にのせ、0.0001Paまで排気した。つぎ
にガス導入口（16）より三塩化ホウ素（BCl3）ガスを流
量50cc/minの割合で導入しながら真空容器内の圧力に設
定し、放電管（15）に導波管（16）を介して200Wのマイ
クロ波を印加して放電を発生させた。１分間の処理の
後、BCl3の供給をとめ、再び0.0001Paまで排気した。こ
の処理により酸化アルミニウム（アルミナ）などの残存
物（24）はつぎの反応により塩素との化合物の変化す
る。
例を第３図に示す。まず残存物（24）の生じたアルミニ
ウム配線（22）を有する試料を第１図の真空容器（11）
のサセプタ（12）にのせ、0.0001Paまで排気した。つぎ
にガス導入口（16）より三塩化ホウ素（BCl3）ガスを流
量50cc/minの割合で導入しながら真空容器内の圧力に設
定し、放電管（15）に導波管（16）を介して200Wのマイ
クロ波を印加して放電を発生させた。１分間の処理の
後、BCl3の供給をとめ、再び0.0001Paまで排気した。こ
の処理により酸化アルミニウム（アルミナ）などの残存
物（24）はつぎの反応により塩素との化合物の変化す
る。
Al2O3＋2Bcl3→B2O3＋2Alcl3 同時にアルミニウム自身もBcl3と反応するため最表面
にはAlcl3層が形成されるが同時にこれが保護膜となっ
て内部には反応は進まない第３図（ｂ）。次に、第１図
のヒータ（13）に通電して試料をAlcl3層が昇華する200
℃まで加熱した状態で３分間保持したのち室温に戻し試
料を真空容器（11）より取り出した。これを走査電子顕
微鏡で観察した所、残存物（24）が除去されていること
が確認された第３図（ｃ）。
にはAlcl3層が形成されるが同時にこれが保護膜となっ
て内部には反応は進まない第３図（ｂ）。次に、第１図
のヒータ（13）に通電して試料をAlcl3層が昇華する200
℃まで加熱した状態で３分間保持したのち室温に戻し試
料を真空容器（11）より取り出した。これを走査電子顕
微鏡で観察した所、残存物（24）が除去されていること
が確認された第３図（ｃ）。
次に本発明方法を多層配線工程に応用した例を先に用
いた第４図により説明する。まずさきの実施例と同様に
アルミニウム（42）の第一層の配線を第４図（ａ）のよ
うに形成した。つぎに化学気相成長法（CVD）を使って
酸化シリコン（43）を層間絶縁膜として堆積した後、RI
Eを用いてコンタクトホールをあけた第４図（ｂ）。つ
ぎに、第二層目の配線材料（44）を堆積させるまえに、
アルミニウム（42）表面に存在する自然酸化膜を除去す
るため、さきの実施例と同一の条件で処理をおこなっ
た。さらに大気中に取り出すと再び自然酸化膜が生じる
ため同一容器内で第２層目のアルミニウム（44）を堆積
し、第一層と第二層の配線の間の抵抗を測定した。その
結果、接触抵抗は0.1Ω/um2以下であった。これに対し
自然酸化膜の除去を行なわなった場合は２Ω/um2であり
この実施例により形成された配線の接触抵抗は1/20以下
に低減できることが確認された。
いた第４図により説明する。まずさきの実施例と同様に
アルミニウム（42）の第一層の配線を第４図（ａ）のよ
うに形成した。つぎに化学気相成長法（CVD）を使って
酸化シリコン（43）を層間絶縁膜として堆積した後、RI
Eを用いてコンタクトホールをあけた第４図（ｂ）。つ
ぎに、第二層目の配線材料（44）を堆積させるまえに、
アルミニウム（42）表面に存在する自然酸化膜を除去す
るため、さきの実施例と同一の条件で処理をおこなっ
た。さらに大気中に取り出すと再び自然酸化膜が生じる
ため同一容器内で第２層目のアルミニウム（44）を堆積
し、第一層と第二層の配線の間の抵抗を測定した。その
結果、接触抵抗は0.1Ω/um2以下であった。これに対し
自然酸化膜の除去を行なわなった場合は２Ω/um2であり
この実施例により形成された配線の接触抵抗は1/20以下
に低減できることが確認された。
このように本発明を用いれば金属自体の腐食を伴わず
に表面の薄い金属酸化物や炭化物を除去することができ
る。本発明を集積回路素子の製造に応用すればゴミの発
生量が低下して良品率が向上する、また多層配線の配線
間の抵抗が低減され素子の性能が向上する。
に表面の薄い金属酸化物や炭化物を除去することができ
る。本発明を集積回路素子の製造に応用すればゴミの発
生量が低下して良品率が向上する、また多層配線の配線
間の抵抗が低減され素子の性能が向上する。
本実施例では金属配線材料としてアルミニウムを用い
たが、タングステンやチタン、モリブデンなどあらゆる
金属および各種の合金に対しても有効である。また反応
ガスとしてBcl3以外に、塩素やフッ素などのハロゲンを
含む各種のガスが利用できるが、酸化物を有効にハロゲ
ン化するにはシボランなどホウ素を含むことが望まし
い。さらに反応ガスを活性化する手段としては、放電以
外に紫外線などの放射線を用いてもよい。またハロゲン
化金属化合物を除去する手段として加熱以外にエキシマ
レーザなどの系外線を照射して溶発させてもよい。
たが、タングステンやチタン、モリブデンなどあらゆる
金属および各種の合金に対しても有効である。また反応
ガスとしてBcl3以外に、塩素やフッ素などのハロゲンを
含む各種のガスが利用できるが、酸化物を有効にハロゲ
ン化するにはシボランなどホウ素を含むことが望まし
い。さらに反応ガスを活性化する手段としては、放電以
外に紫外線などの放射線を用いてもよい。またハロゲン
化金属化合物を除去する手段として加熱以外にエキシマ
レーザなどの系外線を照射して溶発させてもよい。
本発明により、金属自体の腐食を伴わずに表面の薄い
金属酸化物や炭化物を除去することができる。本発明を
集積回路素子の製造に応用すれば良品率の向上、素子の
性能向上が可能である。
金属酸化物や炭化物を除去することができる。本発明を
集積回路素子の製造に応用すれば良品率の向上、素子の
性能向上が可能である。
第１図は、本発明の実施例に適用される表面処理装置の
模式図、 第２図は、従来例を説明するための工程断面図、 第３図及び第４図は、本発明の実施例を説明するための
工程断面図である。 11……真空容器,12……サセプタ， 13……ヒータ,14……排気口， 15……放電管,16……ガス導入口， 17……導波管,18……マイクロ波電源， 19……蒸着源,21……シリコン基板， 22……アルミニウム,23……レジスト， 24……残存物,31……シリコン基板， 32……アルミニウム,33……残存物， 34……AIC13,41……シリコン基板， 42……アルミニウム,43……２酸化シリコン， 44……２層目のアルミニウム。
模式図、 第２図は、従来例を説明するための工程断面図、 第３図及び第４図は、本発明の実施例を説明するための
工程断面図である。 11……真空容器,12……サセプタ， 13……ヒータ,14……排気口， 15……放電管,16……ガス導入口， 17……導波管,18……マイクロ波電源， 19……蒸着源,21……シリコン基板， 22……アルミニウム,23……レジスト， 24……残存物,31……シリコン基板， 32……アルミニウム,33……残存物， 34……AIC13,41……シリコン基板， 42……アルミニウム,43……２酸化シリコン， 44……２層目のアルミニウム。
Claims (5)
- 【請求項１】金属もしくは表面の全体または一部が金属
薄膜で覆われた披処理基体を真空容器中に配置したの
ち、該真空容器にすくなくともハロゲンを含む処理ガス
を導入し該披処理基体の温度を該金属と該ハロゲンの化
合物の蒸発または昇華温度以下に保持し、該処理ガスを
活性化して該披処理基体上の最表面の金属または金属化
合物と反応せしめ金属ハロゲン化物を形成する第一の工
程と、一旦該処理ガスを排気したのち該金属ハロゲン化
物を除去する第二の工程よりなる表面処理方法。 - 【請求項２】前記処理ガスを活性化する手段として放電
または光励起化学反応を用いることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の表面処理方法。 - 【請求項３】前記処理ガスは前記真空容器とは分離され
た領域で活性化されたのち前記真空容器中に導入される
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面処理
方法。 - 【請求項４】前記処理ガスとしてハロゲン化ホウ素また
は、すくなくともホウ素を含むガスとすくなくともハロ
ゲンを含むガスの混合ガス用いることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の表面処理方法。 - 【請求項５】前記金属ハロゲン化物を除去する手段とし
て前記披処理基体を該金属ハロゲン化物の蒸発または昇
華温度以上に加熱することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62238835A JP2558738B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62238835A JP2558738B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6482550A JPS6482550A (en) | 1989-03-28 |
| JP2558738B2 true JP2558738B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=17035981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62238835A Expired - Lifetime JP2558738B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2558738B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2861785B2 (ja) * | 1994-02-15 | 1999-02-24 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の配線の形成方法 |
| JP2923217B2 (ja) * | 1995-01-30 | 1999-07-26 | 株式会社日立製作所 | 試料処理方法 |
| JPH088236A (ja) * | 1995-01-30 | 1996-01-12 | Hitachi Ltd | 試料処理方法 |
| JP3040060B2 (ja) * | 1995-01-30 | 2000-05-08 | 株式会社日立製作所 | 試料処理方法 |
| KR102476262B1 (ko) * | 2017-12-14 | 2022-12-08 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 에칭 잔류물이 더 적게 금속 산화물들을 에칭하는 방법들 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS593927A (ja) * | 1982-06-29 | 1984-01-10 | Fujitsu Ltd | 薄膜のエツチング方法 |
| JPH0624190B2 (ja) * | 1984-12-21 | 1994-03-30 | 株式会社東芝 | 配線形成方法 |
-
1987
- 1987-09-25 JP JP62238835A patent/JP2558738B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6482550A (en) | 1989-03-28 |
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