JP3505411B2 - プラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法 - Google Patents
プラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法Info
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Description
(interconnect)の製造方法に関し、特に、プラグの腐
蝕を防止する内部配線の製造方法に関する。
バイスの微小寸法(Critical Dimension = CD)もます
ます微細になり、金属内部配線を作製する時、回路レイ
アウト(layout)のニーズに対応するために、誘電膜中
の金属プラグを部分的に露出させる必要があった。例え
ば、図1(a)に示したような内部配線構造において、
ビアホール100を誘電膜102中に形成するととも
に、このビアホール100中のタングステン金属を金属
プラグとして、基板(あるいは金属配線)104と配線
106との電気的な接続を行っていた。
gn rule)の縮小により、レイアウトニーズに対応する
ために、配線106がビアホール100を完全に被覆し
なくなり、タングステン金属108を部分的に露出させ
ていた。そして、フォトレジスト110により配線10
6をパターニングする工程において、フォトレジスト1
10の除去が100%の酸素または酸素含有量が大きな
プラズマ雰囲気でのアッシング(ashing)により行われ
ると、露出された金属タングステン108が容易に酸素
プラズマからイオンを吸収して電荷を帯びるので、電荷
112が露出された金属タングステン108の表面に集
中していた。
表面には高分子重合体(polymer)など不必要な物質が
残留するので、フォトレジスト110を除去した後で、
チップに対する湿式洗浄(wet cleaning)を行って残留
した重合体などを除去する必要があったが、この湿式洗
浄が一般にはアルカリ溶液により行われ、そのアルカリ
性溶液のpH値が10〜12にも達していた。しかしな
がら、アルカリ性(alkaline)溶液で湿式洗浄を行った
場合、タングステン金属108中の電荷112の蓄積さ
れた部位が、電圧差の存在により電気分解(electrolys
is)に類似した電気化学(electrochemical)反応によ
り、タングステン金属108を電解物質の供給源として
消費するので、図1(b)に示したように、タングステ
ン金属108の腐蝕(erosion)を引き起こしていた。
れるタングステン金属108の腐蝕は等方性の(isotro
pic)腐蝕であり、配線106の下方にあるタングステ
ン金属108も侵蝕されるので、配線106とタングス
テン金属108とのコンタクト面積も小さくなり、コン
タクト抵抗(contact resistance)値が増大し、デバイ
ス性能が低下していた。また、腐蝕現象が著しい場合に
は、配線の下方においてタングステン金属108が完全
に侵蝕されて、配線106とタングステン金属108と
が電気接続できなくなるので、ビアホール100中の金
属プラグ100aが電気接続という機能を果たせなくな
り、デバイス自体が無効になっていた。
ン金属108が露出されるという現象は、配線106を
パターニングする時にアライメント誤差があった場合に
も発生する可能性があり、同様に、上述したようなタン
グステン金属108の腐蝕が発生してデバイス性能の低
下ないしは失効を引き起こしていた。
において、露出した金属プラグの腐蝕を防止することに
より、デバイス性能の低下もしくは失効という問題を解
決することを目的とする。
所望の目的を達成するために、この発明にかかる金属内
部配線の製造方法は、プラグの腐蝕を防止する製造方法
にかかり、金属プラグ上にフォトレジストで配線をパタ
ーニングする工程において、フォトレジストを除去する
時に、酸素プラズマ中に不純物を添加するとともに、そ
の酸素含有量を不純物量よりも少なくして、プラズマア
ッシングによりフォトレジストを除去してから、アルカ
リ性溶液で基板に対する湿式洗浄を行う。
ズマ成分中に水蒸気のような不純物を添加することで、
露出した金属プラグ上に蓄積した電荷を減少させること
ができるので、湿式洗浄において金属プラグの腐蝕によ
る損失を低減させることができ、従来技術においてコン
タクト抵抗値が増大していた現象を改善することができ
る。また、この発明は、酸素プラズマでフォトレジスト
を除去した後で、さらに純水蒸気プラズマによりプラズ
マ処理することによっても、金属プラグの腐蝕を防止す
ることができる。
介したフォトリソグラフィーにより行う必要があり、1
00%の酸素または酸素含有量が大きなプラズマでフォ
トレジストを除去する工程において、金属プラグが配線
のパターニングの必要もしくはアライメント誤差により
露出された時、露出された金属プラグが電荷の蓄積によ
って後続の洗浄工程において腐蝕されることで、金属プ
ラグの損失を引き起こし、配線と金属プラグとのコンタ
クト抵抗が増大するので、デバイス性能の低下をもたら
していた。この発明は、従来技術に見られた金属プラグ
の腐蝕が発生する機会を低減して、金属プラグが洗浄工
程で腐蝕されることを防止する。
明に実施の形態を図面に基づいて説明する。図2(a)
において、デバイス構造(図示せず)を有する基板20
0上に誘電膜202、例えば化学気相堆積(CVD)に
よる二酸化シリコン膜を堆積し、この誘電膜202中に
ビアホール204を形成して、さらに、このビアホール
204中に金属膜、例えばCVDで形成するタングステ
ンを堆積してから化学機械研磨(CMP)またはエッチ
バック(etch back)により平坦化して、金属プラグ2
06を形成する。また、誘電膜202と金属プラグ20
6との間には、前もってバリヤー膜(barrier layer)
208、例えばスパッター(sputter)により形成する
チタン/窒化チタン(Ti/TiN)膜を形成しているが、こ
のバリヤー膜208により金属プラグ206の誘電膜2
02または基板200に対するエレクトロマイグレーシ
ョン(electromigration)を防止するとともに、金属プ
ラグ206の誘電膜202または基板200に対する付
着性(adhesion)を向上させる。
線210をパターニングするが、誘電膜202およびビ
アホール204上に金属膜212を形成して配線210
の主要構造とする。金属膜212の材料は、例えばアル
ミニウムとする。アルミニウムは、その電気抵抗が極め
て低く、かつ二酸化シリコンに対する付着性に優れてい
るので、配線210の主要構造とすることができるが、
アルミニウムはシリコン基板に対してアロイスパイク
(alloy spike)現象を発生させる可能性があるから、
金属膜212と誘電膜201および基板200との間に
バリヤー膜214、例えばTi/TiN膜を形成してア
ロイスパイクが発生する機会を減少させる。
eflection)膜216、例えばTi/TiN膜を形成し
て、後続のフォトリソグラフィー工程でパターン転写に
誤差が発生することを防止する。配線210上にフォト
レジスト218を形成して、フォトレジスト218によ
り配線210をパターニングしてから、例えば反応性イ
オンエッチング(RIE)により配線210のエッチン
グを行う。
う。フォトレジスト218の除去は、プラズマにより行
うが、従来技術によるフォトレジスト除去は、周波数
(RF)エネルギーの励起によりO+,O2 +,O2,
O2 −またはOなどの原子が充満した酸素プラズマを利
用する。また、フォトレジスト218の材料は炭化水素
化合物であるから、フォトレジスト218は酸素原子を
含む雰囲気では気相のCO,CO2またはH2Oを形成
してアッシング(ashing)される。酸素プラズマが発生
させる高エネルギー電荷が、露出された金属プラグ20
6の表面へ容易に進入し、電荷の蓄積によって金属プラ
グ206と基板200のその他の部位との間に電圧差が
生じるので、後続する湿式洗浄において、しばしば金属
プラグ206の腐蝕速度を増大させ、金属プラグ206
と配線210との間のコンタクト抵抗値を増大させてい
た。
る方法としては、電荷が金属プラグ206に蓄積するこ
とを防止するため、湿式洗浄を行う前に、金属プラグ2
06中の電荷を放出(discharge)させるか、あるいは
湿式洗浄の溶剤を変更する等のやり方がある。この発明
においては、フォトレジスト218を除去する時に、同
様に酸素プラズマ220を利用するが、エッチング反応
室(図示せず)に不純物、例えば水蒸気(H2O)を導
入して、不純物の存在によりプラズマを希釈あるいは電
荷の蓄積を低減させて、露出した金属プラグ206中に
堆積した電荷を減少させるものであって、酸素プラズマ
220の酸素と水蒸気との比率を金属プラグ206を腐
蝕させない程度、すなわち約1:1、または水蒸気の含
有量のほうが多い程度に調整して、湿式洗浄時に金属プ
ラグ206の腐蝕現象が発生することを未然に防止す
る。また、フォトレジスト218を除去する工程におい
て、反応室内で100%の酸素または酸素含有量が大き
なプラズマでフォトレジストを除去した後、さらに、純
水蒸気プラズマ処理することによっても、同様に金属プ
ラグ206表面に蓄積した電荷を減少させて、湿式洗浄
を行う際の金属プラグ206の腐蝕現象を防止すること
ができ、その純水蒸気プラズマの流量を約300〜50
0sccm、処理時間を約20〜30秒とすることができ
る。
湿式洗浄を行うが、例えばEKC256またはACT9
35(いずれも商品名)などのアルカリ性溶液で配線2
10をエッチングする時に基板200表面に付着した高
分子重合体などを除去する。かくして、内部配線の製造
プロセスを完了するが、露出した金属プラグ206中に
多くの電荷が蓄積することがないので、金属プラグ20
6の腐蝕による損失を防止することができる。
より開示したが、当業者であれば容易に理解できるよう
に、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更
ならびに修正が当然なされうるから、その特許権保護の
範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基
準として定めなければならない。
る内部配線の製造方法は、フォトレジストをアッシング
するプラズマの組成を改善することならびにプラズマ処
理の順序を改善することにより、露出された金属プラグ
206に蓄積する電荷を減少させる。このため湿式洗浄
時に金属プラグの腐蝕が発生することを防止し、コンタ
クト抵抗値を良好にすることができ、ひいてはデバイス
性能を向上させることができる。
属プラグの腐蝕発生を説明する要部断面図である。
配線の製造方法を説明する要部断面図である。
Claims (11)
- 【請求項1】誘電膜中にビアホールを形成し、そのビア
ホール中にタングステンプラグを形成する方法におい
て、 前記した誘電膜およびタングステンプラグが形成された
ビアホール上にフォトレジストで配線をパターニングす
るとともに、前記タングステンプラグを部分的に露出す
るステップと、 酸素プラズマで前記フォトレジストを除去するものであ
って、少なくとも水蒸気を含んで前記酸素プラズマを希
釈し、前記した水蒸気ならびに酸素プラズマの酸素比率
を調整して、前記金属プラグの腐蝕を防止するステップ
と、アルカリ性溶液で前記基板に対する湿式洗浄を行うステ
ップと を具備するプラグの腐蝕を防止する内部配線の製
造方法。 - 【請求項2】タングステンプラグを有する基板を提供す
るステップと、 前記基板上に金属膜を形成するステップと、 前記金属膜上にフォトレジストを形成し、前記フォトレ
ジストで前記金属膜をパターニングして配線を形成する
とともに、前記タングステンプラグを部分的に露出させ
るステップと、 酸素プラズマ中に水蒸気を導入して、前記フォトレジス
トをアッシングするステップと、アルカリ性溶液で 前記基板に対する湿式洗浄を行うステ
ップとを具備するプラグの腐蝕を防止する内部配線の製
造方法。 - 【請求項3】上記した水蒸気ならびに酸素の比率が、
1:1である請求項1または2記載のプラグの腐蝕を防
止する内部配線の製造方法。 - 【請求項4】上記水蒸気の含有量が、上記酸素の含有量
より多いことを特徴とする請求項1または2記載のプラ
グの腐蝕を防止する内部配線の製造方法。 - 【請求項5】上記金属膜が、アルミニウム金属を含むこ
とを特徴とする請求項2記載のプラグの腐蝕を防止する
内部配線の製造方法。 - 【請求項6】タングステンプラグを有する基板における
内部配線の製造方法であって、 プラズマにより配線をパターニングするフォトレジスト
を除去して、前記配線を前記基板およびタングステンプ
ラグ上に形成するとともに、前記タングステンプラグを
部分的に露出し、アルカリ性溶液で前記基板に対する湿
式洗浄を行うステップにおいて、前記プラズマを水蒸気
ならびに酸素の流量の比率が1:1となるように組成す
るプラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法。 - 【請求項7】タングステンプラグを有する基板に適用す
る内部配線の製造方法であって、 プラズマにより配線をパターニングするフォトレジスト
を除去して、前記配線を前記基板およびタングステンプ
ラグ上に形成するとともに、前記タングステンプラグを
部分的に露出し、アルカリ性溶液で前記基板に対する湿
式洗浄を行うステップにおいて、前記プラズマを水蒸気
の含有量を酸素の含有量よりも多くなるように組成した
ことを特徴とする、プラグの腐蝕を防止する内部配線の
製造方法。 - 【請求項8】誘電膜中にビアホールを形成し、そのビア
ホール中にタングステンプラグを形成する方法におい
て、 前記した誘電膜およびタングステンプラグが形成された
ビアホール上にフォトレジストで配線をパターニングす
るステップと、 酸素プラズマで前記フォトレジストを除去するステップ
と、 純水蒸気プラズマで前記基板に対するプラズマ処理を行
うステップとを具備するプラグのアルカリ性溶液洗浄工
程での腐蝕を防止する内部配線の製造方法。 - 【請求項9】上記酸素プラズマが、100%の酸素プラ
ズマを含むものである請求項8記載のプラグの腐蝕を防
止する内部配線の製造方法。 - 【請求項10】上記純水蒸気プラズマを形成するための
純水蒸気の流量が、300〜500sccmであり、処理時
間が20〜30秒である請求項8記載のプラグの腐蝕を
防止する内部配線の製造方法。 - 【請求項11】タングステンプラグを有する基板に適用
するものであって、 プラズマ処理により配線をパターニングするフォトレジ
ストを除去して、前記配線を前記基板上に形成するステ
ップにおいて、 前記プラズマ処理は、酸素を導入して酸素プラズマでフ
ォトレジストを除去した後に純水蒸気を導入して純水蒸
気プラズマを形成して前記タングステンプラグの露出す
る基板をプラズマ処理し、前記純水蒸気の流量を300
〜500sccm、処理時間を約20〜30秒とするもので
あるプラグのアルカリ性溶液洗浄工程での腐蝕を防止す
る内部配線の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32968198A JP3505411B2 (ja) | 1998-11-12 | 1998-11-19 | プラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法 |
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JP10-322549 | 1998-11-12 | ||
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2000208514A JP2000208514A (ja) | 2000-07-28 |
JP3505411B2 true JP3505411B2 (ja) | 2004-03-08 |
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Family Applications (1)
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JP32968198A Expired - Lifetime JP3505411B2 (ja) | 1998-11-12 | 1998-11-19 | プラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3505411B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4291811B2 (ja) * | 2005-10-24 | 2009-07-08 | 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1998
- 1998-11-19 JP JP32968198A patent/JP3505411B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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