JP3652145B2 - プラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属内部配線（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。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造技術の進歩にともなって、デバイスの微小寸法（Critical Dimension＝ＣＤ）もますます微細なものとなり、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、ビアホール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２（ａ）に示したような内部配線構造において、ビアホール１００を誘電体膜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１０８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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
デザインルール（design 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を完全に被覆するものでなくなり、タングステン金属１０８を部分的に露出させるものとなった。そして、フォトレジスト１１０により配線１０６をパターニングする工程において、フォトレジスト１１０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たものとなるので、電荷１１２が露出された金属タングステン１０８の表面に集中するものとなっていた。
【０００４】
また、配線をエッチングする時に、チップ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性溶液により行われ、そのアルカリ性溶液のｐＨ値が１０〜１２にも達するものとなっていた。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（electrolysis）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２（ｂ）に示したように、タングステン金属１０８の腐蝕（erosion)を引き起こすものとなっていた。
【０００５】
そして、この湿式洗浄によって引き起こされるタングステン金属１０８の腐蝕は等方性の（isotropic)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なものとなって、コンタクト抵抗（contact resistance）値が増大し、デバイス性能が低下するものとなっていた。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なものとなっていた。
【０００６】
さらに、ビアホール１００中でタングステン金属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すものとなっていた。
【０００７】
そこで、本発明の主要な目的は、内部配線の製造プロセスにおいて、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にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、所望の目的を達成するために、本発明の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係るものであり、フォトレジストを酸素プラズマでアッシングした後で、かつ湿式洗浄を行う前に、熱酸化または熱源照射あるいは化学処理により露出されたプラグの表面に保護膜を形成するものであって、この保護膜により露出されたプラグを被覆することによりプラグが湿式洗浄のアルカリ性溶液と接触することを回避させ、プラグの損失による接触抵抗の増大でデバイス性能が低下するという問題を解決する。
【０００９】
配線のパターニングは、フォトレジストを介したフォトリソグラフィーにより行う必要があり、主要には酸素プラズマでフォトレジストを除去する工程において、金属プラグが配線パターニングの必要性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。本発明は、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するために、露出された金属プラグ上に保護膜を形成して、金属プラグが洗浄工程のアルカリ性溶液中にさらされることを回避し、腐蝕損失することを防止する。
【００１０】
【実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）において、デバイス構造（図示せず）を有する基板２００上に誘電体膜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、この誘電体膜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２０６を形成する。また、誘電体膜２０２と金属プラグ２０６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の誘電体膜２０２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の誘電体膜２０２または基板２００に対する付着性（adhesion）を向上させる。
【００１１】
図１（ｂ）において、誘電体膜２０２上に配線２１０をパターニングするが、誘電体膜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と誘電体膜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。
【００１２】
次に、金属膜２１２上に反射防止（anti-reflection)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。
【００１３】
そして、フォトレジスト２１８の除去を行う。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したものである。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Ｈ2 Ｏ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２０６の表面へ容易に進入し、電荷の蓄積によって金属プラグに電圧差を生じさせるので、後続する湿式洗浄において、しばしば金属プラグ２０６を腐蝕させるものとなり、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。
【００１４】
従って、金属プラグ２０６の損失を防止する方法としては、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２０６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った。本発明においては、フォトレジスト２１８を除去した後で、図１（ｃ）に示したように、露出した金属プラグ２０６上に保護膜２２２、例えば酸化物膜を形成する。酸化物膜からなる保護膜２２２は、短時間熱処理（ＲＴＰ）により金属プラグ２０６を熱酸化して形成する。また、保護膜２２２は、酸素雰囲気において基板２００を約２５０℃の温度とするとともに、基板２００の上方に例えばランプのような熱源を置いて、露出された金属プラグ２０６上に酸化物膜である保護膜２２２を形成することもできる。さらには、露出した金属プラグ２０６の表面を例えばクロム燐酸（chromium phosphorous acid)で化学処理（chemical treatment）して金属プラグ２０６との反応により酸化物膜を形成することで保護膜２２２とすることもできる。
【００１５】
図１（ｃ）において、基板２００に対する湿式洗浄を行うが、例えばＥＫＣ２５６またはＡＣＴ９３５（いずれも商品名）などのアルカリ性溶液で配線２１０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。この実施の形態では、保護膜２２２を形成して露出した金属プラグ２０６を被覆するので、金属プラグ２０６が酸素プラズマ雰囲気において表面に電荷を蓄積しても保護膜２２２により金属プラグ２０６とアルカリ性溶液との接触を回避できるから、金属プラグ２０６が腐蝕損失してコンタクト抵抗が増大または断線し、デバイス性能の低下あるいは無効となる従来技術に見られた現象を未然に防止することができる。
【００１６】
以上のごとく、本発明を好適な実施の形態により開示したが、当業者であれば容易に理解できるように、本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ものであるから、その保護の範囲は、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。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明した構成により、本発明にかかるプラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法は、保護膜を設けることにより、アルカリ性溶液で湿式洗浄を行う時に金属プラグが保護膜の被覆によってアルカリ性溶液との接触を回避することができるので、コンタクト抵抗値を良好なものとすることができ、デバイス性能を向上させるとともに、歩留りを向上させることができる。従って、産業上の利用価値を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる金属プラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法を説明する要部断面図である。
【図２】従来技術にかかる内部配線製造プロセスでの金属プラグの腐蝕発生を説明する要部断面図である。
【符号の説明】
２００ 基板
２０２ 誘電体膜
２０４ ビアホール
２０６ 金属プラグ
２０８ バリヤー膜
２１０ 配線
２１２ 金属膜
２１４ バリヤー膜
２１６ 反射防止膜
２１８ フォトレジスト
２２０ 酸素プラズマ
２２２ 保護膜（酸化物膜）
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属内部配線（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。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造技術の進歩にともなって、デバイスの微小寸法（Critical Dimension＝ＣＤ）もますます微細なものとなり、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、ビアホール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２（ａ）に示したような内部配線構造において、ビアホール１００を誘電体膜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１０８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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
デザインルール（design 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を完全に被覆するものでなくなり、タングステン金属１０８を部分的に露出させるものとなった。そして、フォトレジスト１１０により配線１０６をパターニングする工程において、フォトレジスト１１０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たものとなるので、電荷１１２が露出された金属タングステン１０８の表面に集中するものとなっていた。
【０００４】
また、配線をエッチングする時に、チップ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性溶液により行われ、そのアルカリ性溶液のｐＨ値が１０〜１２にも達するものとなっていた。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（electrolysis）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２（ｂ）に示したように、タングステン金属１０８の腐蝕（erosion)を引き起こすものとなっていた。
【０００５】
そして、この湿式洗浄によって引き起こされるタングステン金属１０８の腐蝕は等方性の（isotropic)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なものとなって、コンタクト抵抗（contact resistance）値が増大し、デバイス性能が低下するものとなっていた。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なものとなっていた。
【０００６】
さらに、ビアホール１００中でタングステン金属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すものとなっていた。
【０００７】
そこで、本発明の主要な目的は、内部配線の製造プロセスにおいて、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にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、所望の目的を達成するために、本発明の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係るものであり、フォトレジストを酸素プラズマでアッシングした後で、かつ湿式洗浄を行う前に、熱酸化または熱源照射あるいは化学処理により露出されたプラグの表面に保護膜を形成するものであって、この保護膜により露出されたプラグを被覆することによりプラグが湿式洗浄のアルカリ性溶液と接触することを回避させ、プラグの損失による接触抵抗の増大でデバイス性能が低下するという問題を解決する。
【０００９】
配線のパターニングは、フォトレジストを介したフォトリソグラフィーにより行う必要があり、主要には酸素プラズマでフォトレジストを除去する工程において、金属プラグが配線パターニングの必要性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。本発明は、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するために、露出された金属プラグ上に保護膜を形成して、金属プラグが洗浄工程のアルカリ性溶液中にさらされることを回避し、腐蝕損失することを防止する。
【００１０】
【実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）において、デバイス構造（図示せず）を有する基板２００上に誘電体膜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、この誘電体膜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２０６を形成する。また、誘電体膜２０２と金属プラグ２０６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の誘電体膜２０２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の誘電体膜２０２または基板２００に対する付着性（adhesion）を向上させる。
【００１１】
図１（ｂ）において、誘電体膜２０２上に配線２１０をパターニングするが、誘電体膜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と誘電体膜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。
【００１２】
次に、金属膜２１２上に反射防止（anti-reflection)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。
【００１３】
そして、フォトレジスト２１８の除去を行う。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したものである。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Ｈ2 Ｏ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２０６の表面へ容易に進入し、電荷の蓄積によって金属プラグに電圧差を生じさせるので、後続する湿式洗浄において、しばしば金属プラグ２０６を腐蝕させるものとなり、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。
【００１４】
従って、金属プラグ２０６の損失を防止する方法としては、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２０６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った。本発明においては、フォトレジスト２１８を除去した後で、図１（ｃ）に示したように、露出した金属プラグ２０６上に保護膜２２２、例えば酸化物膜を形成する。酸化物膜からなる保護膜２２２は、短時間熱処理（ＲＴＰ）により金属プラグ２０６を熱酸化して形成する。また、保護膜２２２は、酸素雰囲気において基板２００を約２５０℃の温度とするとともに、基板２００の上方に例えばランプのような熱源を置いて、露出された金属プラグ２０６上に酸化物膜である保護膜２２２を形成することもできる。さらには、露出した金属プラグ２０６の表面を例えばクロム燐酸（chromium phosphorous acid)で化学処理（chemical treatment）して金属プラグ２０６との反応により酸化物膜を形成することで保護膜２２２とすることもできる。
【００１５】
図１（ｃ）において、基板２００に対する湿式洗浄を行うが、例えばＥＫＣ２５６またはＡＣＴ９３５（いずれも商品名）などのアルカリ性溶液で配線２１０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。この実施の形態では、保護膜２２２を形成して露出した金属プラグ２０６を被覆するので、金属プラグ２０６が酸素プラズマ雰囲気において表面に電荷を蓄積しても保護膜２２２により金属プラグ２０６とアルカリ性溶液との接触を回避できるから、金属プラグ２０６が腐蝕損失してコンタクト抵抗が増大または断線し、デバイス性能の低下あるいは無効となる従来技術に見られた現象を未然に防止することができる。
【００１６】
以上のごとく、本発明を好適な実施の形態により開示したが、当業者であれば容易に理解できるように、本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ものであるから、その保護の範囲は、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。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明した構成により、本発明にかかるプラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法は、保護膜を設けることにより、アルカリ性溶液で湿式洗浄を行う時に金属プラグが保護膜の被覆によってアルカリ性溶液との接触を回避することができるので、コンタクト抵抗値を良好なものとすることができ、デバイス性能を向上させるとともに、歩留りを向上させることができる。従って、産業上の利用価値を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる金属プラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法を説明する要部断面図である。
【図２】従来技術にかかる内部配線製造プロセスでの金属プラグの腐蝕発生を説明する要部断面図である。
【符号の説明】
２００ 基板
２０２ 誘電体膜
２０４ ビアホール
２０６ 金属プラグ
２０８ バリヤー膜
２１０ 配線
２１２ 金属膜
２１４ バリヤー膜
２１６ 反射防止膜
２１８ フォトレジスト
２２０ 酸素プラズマ
２２２ 保護膜（酸化物膜）
Claims (3)
- タングステンからなる金属プラグを有する基板を提供する第１ステップと、
前記基板上に金属膜を形成する第２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、前記金属プラグを部分的に露出させる第３ステップと、
酸素プラズマで前記フォトレジストをアッシングする第４ステップと、
前記金属プラグに対する熱酸化、酸素雰囲気においての前記金属プラグに対する熱源照射、前記金属プラグに対する化学処理のいずれかにより、露出された前記金属プラグ上に酸化物膜を形成する第５ステップと、
前記基板に対する湿式洗浄をアルカリ性溶液により行う第６ステップと
を少なくとも具備し、第１ステップから第６ステップを順次行う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。 - 前記熱源が、ランプであることを特徴とする請求項１記載のプラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法。
- 前記化学処理が、クロム燐酸により行われることを特徴とする請求項１記載のプラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP32692098A JP3652145B2 (ja) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | プラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法 |
| DE19853617A DE19853617B4 (de) | 1998-11-17 | 1998-11-20 | Verfahren zum Herstellen eines Metallkontakt-Teils |
Applications Claiming Priority (2)
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| JP32692098A Expired - Fee Related JP3652145B2 (ja) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | プラグの腐蝕を防止する内部配線の製造方法 |
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