JPH02219231A - 半導体集積回路内の移動性イオン汚染を低減するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮血分Ｍ 本発明は、誘電体層内の移動性イオン汚染を低減するス
テップを含む半導体集積回路製造法に関する。

発１■とｉ！ 半導体集積回路デバイス及びこれらの用途かますます複
雑になってきているために、一つの金属レベルを用いて
、集積回路内のデバイスへの及びこれらの間の全ての電
気接続を行なうのは非常に困難になってきている。複数
レベルの相互接続金属層の必要性は、幾つかの理由で集
積回路の製造を一層困難なものにしている。

例えば、一般に、比較的滑らかな表面からパターニング
　ステップを開始することが要求される。これは、滑ら
かな表面は、正確なパターン転写を助け、又、この上に
金属パターンの連続した部分を形成することを助けるた
めである。不幸にして、二つ或はそれ以上の金属レベル
を持つ構造は、典型的には、複雑なトポクラフィーの表
面、つまり、平坦てない表面を持つ。この非平坦性の悪
影響を改善するために、集積回路製造シーケンスは、典
型的には、例えば、誘電体の滑らかな表面を提供するス
テップを含む。典型的なこのシーケンスは、比較的非平
坦なトポグラフィ−に順応する誘電体層、例えば、ガラ
スを堆積し、その後、これをフローするか、或はエッチ
　ハックして、比較的滑らかな表面を形成するステップ
を含む。

上に述べたシーケンスは比較的平坦な表面を製造するが
、通常、他の問題か発生する。例えば、このシーケンス
は、回路の性能に悪影響を与える恐れのある多くの汚染
物を導入する可能性を持ち、特に厄介な悪影響は誘電体
層内に移動性イオン、典型的には、ナトリウム　イオン
を生成する汚染物の存在によって起こされる。不幸にし
て、半導体集積回路製造の際に移動性イオンの多くの潜
在的なソースか存在し、これらは簡単には排除できない
。当業者には容易に理解てきるように、この移動性イオ
ンの汚染は、しばしば、結果として、非常に多数の集積
回路の故障或は不満足な性能を与えるのに十分な高レベ
ルに達する。

今日に至るまてに、汚染の影響を低減するための幾つか
のアプローチが試みられている。一つのアプローチは汚
染された誘電体層内にゲッタリング剤を使用する。この
ゲッタリング剤は、汚染物質をトラップし、これらを安
定した電荷的に中性の化合物の形式にて保持することに
よって、汚染物の悪影響を低減するためには、誘電体層
を十分に高い温度、典型的には、約８００℃に加熱する
ことを必要とする。この方法は、通常、第一のレベルの
金属層の前に堆積されたリンを含む誘電体層に対して使
用される。この誘電体は、典型的には、約８００°Ｃか
６１０００℃の間のレンジ内の温度にてフローする。

これら温度においては、この誘電体層内に存在するリン
がその中に存在する移動性イオンに対するゲッタリング
剤となる。

今日の集積回路製造においては、複数のレベルの金属層
が堆積され、典型的には、各々の堆積ステップの後にパ
ターク描写が行なわれる。但し、第一のレベルの金属層
の材料特性は、典型的には、その後のプロセス　シーケ
ンスの際に第一のレベルの金属層の保全性を破壊するこ
となく越えることができない温度を規定し、例えば、ア
ルミニウムの場合、これは約４５０℃である。不幸にし
て、この上限温度は、初期フローイング或はゲッタリン
グ　プロセスに要求される８００°Ｃから１０００℃よ
りもかなり低い。

多くの移動性イオン汚染源か、第一の金属層を形成した
後の処理ステップにおいて必然的に起こることが理解で
きる。つまり、第一のレベルの金属層の材料特性によっ
た課せられる最高温度に対する制約のために、第一のレ
ベルの金属層を形成する前に第一のレベルの誘電体から
の汚染を中和するために使用される上に説明のゲッタリ
ング　ステップは、通常、その後堆積された誘電体層か
ら移動性イオンを除去するために使用することはできな
い。

良隻Ω１刀 本発明の一例としての実施態様によると、半導体集積回
路の製造において、堆積された誘電体層内の移動性イオ
ン汚染が、この誘電体層を移動性イオン汚染源に晒す処
理ステップを遂行した後に、この層の表面部分のみ、典
型的には、およそ層の最も五個１１００ｎ以下のみを除
去することによって低減される。

好ましい実施態様においては、表面上に複数の第一のレ
ベルの金属部分を持つ第一の誘電体層の上に堆積された
第二の誘電体層の表面から４０ｎｍ以下が除去される。

ここで、これら金属部分は、二つの層の間の界面の所に
置かれる。この除去は、例えば、第二の誘電体層を移動
性イオン汚染源に晒す処理ステップ、例えば、反応性イ
オン　エツチングの後に、湿式エツチングによって達成
される。典型的には、本発明の方法によって除去される
移動性イオン汚染物質は主にナトリウム　イオンである
。

第二の誘電体層の表面部分のみを除去することによる移
動性イオン汚染の低減効果には驚くべきものがあるか、
これは、今日に至るまで、反応性イオンエツチングのよ
うな処理ステップが移動性イオン汚染のかなりの量のソ
ースであること、及びこれら移動性イオンが露出された
誘電体の最も上の部分に主に集中しているということが
知られてなかうたためである。従来は、当分野における
研究者らは、移動性イオン汚染がこれら汚染を生成する
ステップにおいて使用される処理パラメータ、典型的に
は、電圧及び温度のために、誘電体層を通じて比較的均
一に分散しているものと考えた。但し、反応性イオン　
エ・ンチング、或は他の処理ステップにおいて加えられ
るバイアス及び温度は、明らかに、これら移動性イオン
を誘電体層内にさらに導くのには十分な強さではない。

事実、現在では、この誘電体の最も上側の領域か穏やか
なゲッタリング　エージェント（ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ　
ａｇｅｎｔ　）として作用し、これによって移動性イオ
ンが表面付近に保持されるものと考えられる。

１縄ム暑１ 本発明の一例としての実施態様が典型的な集積回路デバ
イス製造シーケンスとの関連で詳細に説明される。この
説明を読んだ後、当業者においては、このシーケンス及
び集積回路デバイスの両方において修正が可能であるこ
とは明白である。

図面に示される従来のデバイスは基板ｌ：第一の誘電層
３（典型的には、−最内に使用されるシランをベースと
した低圧化学蒸着によって製造されるホウ素−リン−ケ
イ酸塩−ガラス、ＢＰＳＧ）、第一のレベルの金属部分
５、及び第二の誘電層７を含む。図面には更に、ＭＯＳ
トランジスタのソース９及びドレン１１領域、並びに、
典型的には、ゲート酸化物領域１３ａ及びポリシリコン
１３ｂを含むゲート構造１３か示される。

誘電層７はフィントウ２３を含むが、これは第一のレベ
ルの金属部分５と通じ、これを通じて、通常層７の表面
上の第二のレベルの金属（図示無し）か第一のレベルの
金属部分５とコンタクトする。ソース及びトレイン領域
は、誘電層３内のウィンドウ２１を通して、当分野にお
いて周知の方法によって、物理的に伸び電気的にこのソ
ース及びトレイン領域にコンタクトする選択された第一
のレベルの金属部分５によりてコンタクトされる。ゲー
ト構造１３を覆い、これから離された金属部分５ａは、
単にもう一つの金属部分５であり、これは単に他のデバ
イス（図示無し）を相互接続する導電性ラナーであるこ
とも、或はこの断面図には示されないデバイスの部分の
所でゲート　ポリシリコン１３ｂに接続されることもあ
るか、これらの方法は当分野において周知である。

ここでは、用語“基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　）　”は
、典型的には、シリコンを含む全て当業者において周知
の様々な構造及び材料を指すことに注意する。一部分の
みしか示されてないが、典型的には、この集積回路デバ
イス内に複数のデバイスが存在することは容易に理解て
きることである。第一のレベルの金属部分５の形成を通
しての上に説明の構造の製造は当業者において周知の技
術に従うものであり、ここては、更に詳細に説明する必
要はない。

第二の誘電層７は、典型的には、ＰＥＴＥＯ３と慣習的
に呼ばれる層を製造するためにプラズマ促進ＴＥＯＳプ
ロセスによって形成される。ＰＥＴＥＯ３層７は、典型
的には、かなり厚く、例えば、２５００ｎｍに形成され
、次に、比較的平坦で滑らかな最終層７を得るために“
エッチ　ハック（ｅｔｃｈｅｄｂａｃｋ　）　”される
が、これは約６００ｎｍより厚い、典型的には、公称８
００ｎｍの最終的な厚さを持つ。図示されるごとく、第
二の誘電層７が次にランイートウ２３を開けるようにパ
ターン化されるが、これは、第一の金属及び第一の誘電
体の選択された部分を露出する。このパターン化は、典
型的には、反応性イオン　エツチングあるいは別の形式
のプラズマ　エツチングのような異方性エツチングによ
って達成される。上に述べたエッチバックを含むこれら
タイプのエツチング、並びに従来のフオトレジスト及び
これらプロセスを遂行するために典型的に装置内に含ま
れる物質は、誘電層内にかなりの量の移動イオン汚染を
導入することか知られている。

周知の如く、図面１に示される基板ｌのようなシリコン
基板を覆う誘電層内の移動イオンは、電圧及び温度の上
昇によって、例えば、ＢＰＳＧ誘電層３とＰＥＴＥＯＳ
誘電層７の間の界面に簡単に移動し、また、フィールド
酸化物隔離領域１５の下側に電流漏れ経路（図示無し）
を誘引する。この漏れ経路は、しばしば、デバイス間電
気絶縁に致命的な影響を与え、結果として、隣接するデ
バイス間の完全な短絡か簡単に起こる。

但し、今日に至るまで、上に説明の処理ては、説明の処
理ステップの結果として避けることがてきないかなりの
量の追加の移動イオンの汚染が起こり、この追加の汚染
は、この汚染を生成した処理ステップの直後においては
、層７の最も上の表面部分に集中するといこうとまては
知られていなかった。

第一に、二次イオン質量顕微鏡分析及びオーガースペク
トル分析の両方を通じて、上に説明のように形成された
最終的な８Ｏ０ｎｍのＰＥＴＥＯ３層に対しては、移動
イオン汚染の実質的に全て、つまり、約９５％以上か、
この汚染を生成した処理ステップの直後においては、こ
れまで当分野における研究者によって考えられていたよ
うにこの層の８Ｏ０ｎｍの全厚さを通じて比較的均一に
分散しているのではなく、この層の上側１１０−１Ｏ０
ｎ、典型的には、」二側１１０−１５ｎ内に集中するこ
とが発見された。

除去されなければならない汚染物質が実質的に誘電層７
の上側表面部分に集中していることが認識された結果、
更に、この汚染は、実質的にこれら表面部分のみを除去
するという簡単な方法にて除去できるという追加の認識
に達した。但し、又、これら部分をこの高い移動性イオ
ンのこの層全体への再分散を起こすのに十分な熱或はエ
ネルギーを伴うその後の処理ステップが遂行される前に
除去しなくてはならないことも確認された。単に、ウェ
ーハを室温に放置したたけでは、大きな再分散は起こり
そうもないか、但し、高温で行なわれる処理ステップ、
或はウェーハを高電圧或は他のエネルギーに晒すような
ステップ、例えば、イオン移入、反応性イオン　エツチ
ング、プラズマ　ストリッピング或は様々なタイプのフ
ォトレジスト展開ステップは、急速な再分散の原因とな
り得る。

汚染された誘電層、例えば、反応性イオン　エツチング
された誘電層７の最も上側表面部分を除去するためには
、当業者において明白なように、様々な方法の任意の一
つを使用することかできる。これら方法の簡単な一つの
方法は、この汚染を生成したステップの直後に湿式エツ
チングを行なう方法である。適当と考えられるエツチン
グは、約ｌ・００部の水及び１部のフッ化水素酸（ＨＦ
）から成る傘来の溶液を使用して室温にて約３分間エツ
チングする方法である。このエツチングは、約３３０−
４５ｎのＰＥＴＥＯ３誘電層７のみを除去し、移動イン
オ汚染の検出できる効果を回避するのに完全に有効であ
ることが発見された。移動イオン汚染は、典型的には、
層の上側１１０−１５ｎ内にのみ集中するが、プロセス
変動を考慮に入れ、これによってより完全な除去を保証
するために、約４０ｎｍ除去するのが好ましい。

別の方法として、誘電層の最も上側表面部分は、約８部
のエチレン　タリコールと１部の緩衝されたフッ化水素
酸（ＢＨＦ）を含む溶液内において、約１分間、約４０
ｎｍを除去するために湿式エツチングすることによって
も除去することがてきる。又、約３０部の過酸化水素、
５部の水酸化アンモニウム、及び６５部の水を含む溶液
内で約２０分湯式エツチングする方法も有効であること
が発見された。

本発明による除去は、等方向性エツチング剤１例えば、
前に説明のウェット　エツチング剤を使用しても達成で
きることに注意する。これは、上に説明のようなウェッ
トの化学エツチング剤の使用を可能とするために有利で
ある。つまり、これらエツチング剤は、比較的危険の少
ない形式にて楽に経済的に得ることができ、これは、要
求される除去を比較的簡単に、追加の有害な不純物或は
その他の有害な影響を４える可能性が殆どないような十
分に低い温度にて達成する。

勿論、エツチング　プロセス自体が多量の移動イオン汚
染を導入しないような十分な注意か払われることを前提
として、乾式プロセス、例えば、反応性イオン　エツチ
ングを含む他のタイプのエツチングを使用することも可
能である。但し、反応性イオンエツチング　ステップに
起因する移動イオン汚染の主なソースは、選択性エツチ
ング　ステップの際に遭遇されるフォトレジストからの
エツチング容器内に残留する塩素及び他の汚染物である
と理論的に見られている。これら残留物質は、完全な除
去か難しいことか発見されている。従って、多量の移動
イオン汚染を導入しないような方法にて反応性イオン　
エツチング　プロセスを遂行するための−っの方法は、
塩素を生成するようなフォトレジスト残留物、或は他の
移動イオン汚染を生成する残留物に露出されてないエツ
チング容器を提供し、様々な周知の乾式エツチング方法
を使用してこの容器内において汚染された最も上側部分
を除去することである。

本発明は、一部、特定の実施態様を細かく参照しながら
説明されたか、この詳細は、説明を意図するものであり
、限定を意図するものではない。当業者においては、本
発明の精神及び範囲から逸脱することなく、構造及び動
作のモードに様々な修正を加えることがてきることは明
白である。例えば、本発明は、ＰＥＴＥＯ３誘電体層を
採用する技術と共に使用することに限定されるものでは
なく、同様に、他の誘電体層、例えば、ＴＥ０１などの
ように二酸化シリコン及び他のシリコン酸化物を使用す
る技術に対しても有効である。更に、その後に形成され
る誘電体層、例えば、二つ以上の金属層のために追加の
挿入誘電体を提供するために形成される追加の層も、二
つ以上の金属層か形成されるとき明らかに本発明による
技術からの恩恵を受けることかできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の方法の一例としての実施態様を説明する
のに有効なデバイスの略断面図を含む。 〈主要部分の符号の説明〉 ｌ　・・・　基板 ３　・・・　第１の誘電層 ５　・・・　第１のレベルの金属部分 第２の誘電層 トランジスタのソース トランジスタのトレイン トランジスタのゲート 領域 テレグラフ カムバニ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体集積回路デバイスを製造するための方法にお
   いて、該方法が本体からシリコン基板上に置かれた誘電
   体層（７）の部分を下側の金属の部分（５）或は他の材
   料を誘電体層の残りの部分を貫通して露出するために選
   択的に除去するステップを含み、該方法が更に： 該選択的除去ステップを誘電体層（７）の表面を移動性
   イオン汚染源に晒す傾向を持つような方法にて遂行する
   ステップ；及び 該選択的除去ステップの後に、電気的に伝導性の材料を
   こうして晒された下側領域上に堆積する前に、該誘電層
   （７）の実質的に最も上側部分のみを非選択的に除去し
   、これによって、該誘電層（７）から実質的に全ての移
   動性イオン汚染を除去するステップが含まれることを特
   徴とする方法。 ２、請求項１に記載の方法において、該移動性イオン汚
   染を除去するステップが湿式化学エッチングを使用して
   遂行されることを特徴とする方法。 ３、請求項２に記載の方法において、該湿式化学エッチ
   ングステップが水及びフッ化水素酸を含む溶液を使用し
   て遂行されることを特徴とする方法。 ４、請求項３に記載の方法において、該溶液の濃度がお
   よそ１部のフッ化水素酸に対して約１００部の水の割合
   であることを特徴とする方法。 ５、請求項１に記載の方法において、該誘電体層（７）
   が約６００ｎｍ以上の厚さを持ち、該除去される最も上
   側部分が約１００ｎｍ以下であることを特徴とする方法
   。 ６、請求項５に記載の方法において、該除去される最も
   上側部分の量が約４０ｎｍ以下であることを特徴とする
   方法。 ７、請求項６に記載の方法において、該除去される最も
   上側部分の量が１０ｎｍから１５ｎｍの間のレンジてあ
   ることを特徴とする方法。 ８、請求項１に記載の方法において、該移動性イオン汚
   染を除去するステップが： フォトレジストからのかなりの量のナトリウムに晒され
   てない乾式エッチング容器を提供するステップ；及び 該最も上側部分を除去するために該容器内で乾式エッチ
   ング処理を遂行するステップを含むことを特徴とする方
   法。 ９、請求項１に記載の方法において、該誘電体層（７）
   がその上に第一のレベルの金属相互接続（５）が置かれ
   る第一の誘電体層の上に堆積された第二の誘電体層（３
   ）であり更に； 該選択的除去ステップが反応性イオンエッチングを含み
   ；そして 該移動性イオン汚染を非選択的に除去するステップが湿
   式化学エッチングを使用して遂行されることを特徴とす
   る方法。 １０、請求項９に記載の方法において、該第二の誘電体
   層（７）がＰＥＴＯＳであることを特徴とする方法。 １１、請求項９に記載の方法において、該第一のレベル
   の金属相互接続（５）がアルミニウムであり：該除去さ
   れる最も上側部分の量か約４０ｎｍ以下であることを特
   徴とする方法。 １２、請求項１０に記載の方法において、該除去される
   最も上側部分の量が１０ｎｍと１５ｎｍの間のレンジで
   あることを特徴とする方法。