JPH02306631A - 半導体装置の銅配線形成方法 - Google Patents
半導体装置の銅配線形成方法Info
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の配線形成方法に関し、特に銅によ
る高信頼性の微細配線の形成方法に関する。
る高信頼性の微細配線の形成方法に関する。
従来半導体装置の配線材料として利用されて来たアルミ
ニウムやアルミニウム系の合金材料は近年の半導体装置
の微細化や、高速度化に伴う配線を流れる電流密度の増
大により、耐エレクトロマイグレーション性や耐ストレ
スマイグレーション性のような信頼性の面で不十分な物
になって来ている。解決方法の１つとして、配線材料を
アルミニウム系の物からより高信頼性の材料に変えるこ
とが考えられる。特に、銅はその比抵抗が低く且比較的
低価格であることから非常に魅力のある材料である。し
かし銅を半導体装置の配線材料として使用しようとする
と、特に加工を行なう時に問題が出やすい。
ニウムやアルミニウム系の合金材料は近年の半導体装置
の微細化や、高速度化に伴う配線を流れる電流密度の増
大により、耐エレクトロマイグレーション性や耐ストレ
スマイグレーション性のような信頼性の面で不十分な物
になって来ている。解決方法の１つとして、配線材料を
アルミニウム系の物からより高信頼性の材料に変えるこ
とが考えられる。特に、銅はその比抵抗が低く且比較的
低価格であることから非常に魅力のある材料である。し
かし銅を半導体装置の配線材料として使用しようとする
と、特に加工を行なう時に問題が出やすい。
まず、従来鋼を配線に使用するために加工する時、１つ
の方法として第３図（ａ）に示す様に、銅膜３０２を被
着した半導体基板３０１にフォトレジスト３０４で配線
パターンを形成し塩素や弗素等のハロゲン元素を含んだ
ガスのプラズマ３１０によりドライエツチングを行なう
方法が有った。
の方法として第３図（ａ）に示す様に、銅膜３０２を被
着した半導体基板３０１にフォトレジスト３０４で配線
パターンを形成し塩素や弗素等のハロゲン元素を含んだ
ガスのプラズマ３１０によりドライエツチングを行なう
方法が有った。
しかし、銅のハロゲンか物は一般に蒸気圧が低く気相中
での反応で除去することが困難であり、エツチング面に
残渣３１１や堆積物として残りやすかった。
での反応で除去することが困難であり、エツチング面に
残渣３１１や堆積物として残りやすかった。
又、１つの方法として、第４図（ａ）に示す様に、フォ
トレジストにより配線のネガパターン４１３を形成して
から、第４図（ｂ）に示す様に、銅の鍍金を行なうこと
により銅配線４１４を形成する方法が有った。この場合
フォトレジストで配線のネガパターンを形成する時にい
わゆるイメージリバーサル法を用いて第５図に示す様な
逆テーパー形状のレジストパターン５１９を形成してか
ら鍍金を行なう応用も有る。
トレジストにより配線のネガパターン４１３を形成して
から、第４図（ｂ）に示す様に、銅の鍍金を行なうこと
により銅配線４１４を形成する方法が有った。この場合
フォトレジストで配線のネガパターンを形成する時にい
わゆるイメージリバーサル法を用いて第５図に示す様な
逆テーパー形状のレジストパターン５１９を形成してか
ら鍍金を行なう応用も有る。
以上述べた様に、従来鋼により配線を形成しようとする
時、ドライエツチングにより行なおうとすると、銅のハ
ロゲン化物は蒸気圧が低い為気相中で除去することが困
難であ、無理に除去しようとする時は、低圧、高パワー
でエツチングを行ないスパッター効果にり除去しなけれ
ばならなくなる為、下地の層間膜との選択比が得られず
製造マージンが非常に狭くなってしまいがちである。
時、ドライエツチングにより行なおうとすると、銅のハ
ロゲン化物は蒸気圧が低い為気相中で除去することが困
難であ、無理に除去しようとする時は、低圧、高パワー
でエツチングを行ないスパッター効果にり除去しなけれ
ばならなくなる為、下地の層間膜との選択比が得られず
製造マージンが非常に狭くなってしまいがちである。
又、マスクとして使用するフォトレジストとの選択比も
小さくなり配線寸法の変換差も大きくなってしまう。
小さくなり配線寸法の変換差も大きくなってしまう。
鍍金により配線を行なおうとすると、これは銅を使用す
る時に限らないが、通常のボ型フォトレジストを普通の
使い方でパターン形成を行なえばフォトレジストが順テ
ーパー状となるため、鍍金された配線は逆テーパー形状
４１６となる。いわゆるイメジリバーサル法によりフォ
トレジストの反転パターンを形成しても、パターンの裾
でくびれ５１７が入る事は避けられず配線上に堆積する
層間膜やパッシベーション膜の段差被覆性に悪影響を与
えていた。
る時に限らないが、通常のボ型フォトレジストを普通の
使い方でパターン形成を行なえばフォトレジストが順テ
ーパー状となるため、鍍金された配線は逆テーパー形状
４１６となる。いわゆるイメジリバーサル法によりフォ
トレジストの反転パターンを形成しても、パターンの裾
でくびれ５１７が入る事は避けられず配線上に堆積する
層間膜やパッシベーション膜の段差被覆性に悪影響を与
えていた。
本発明の半導体装置の銅配線の形成方法は、半導体基板
上に銅膜を被着させる工程と、前記銅膜上に配線パター
ンのマスクを形成する工程と、前記マスクに被われた領
域以外の銅膜の少なくとも 一部を銅酸化物に変換
する工程と、酸により処理をして前記銅酸化物を除去す
る工程とを含むというものである。
上に銅膜を被着させる工程と、前記銅膜上に配線パター
ンのマスクを形成する工程と、前記マスクに被われた領
域以外の銅膜の少なくとも 一部を銅酸化物に変換
する工程と、酸により処理をして前記銅酸化物を除去す
る工程とを含むというものである。
〔第１の実施例〕
以下に本発明の第１の実施例について図面を参照して説
明する。
明する。
第１図（ａ）〜第１図（ｊ）は、本発明の第１の実施例
を説明するための断面模式図である。
を説明するための断面模式図である。
まず、第１図（ａ）に示す様に、半導体基板１０１上に
銅膜１０２を約５０００人から１μｍ程度スパッタによ
り被着させる。
銅膜１０２を約５０００人から１μｍ程度スパッタによ
り被着させる。
次に、第１図（ｂ）に示す様に、窒化シリコン膜１０３
をプラズマＣＶＤ法により堆積させる。
をプラズマＣＶＤ法により堆積させる。
続いて、第１図（Ｃ）に示す様に、フォトレジスト１０
４を塗布してからリソグラフィーにより配線パターンを
形成する。
４を塗布してからリソグラフィーにより配線パターンを
形成する。
続いて、第１図（ｄ）に示す様に、フォトレジスト１０
４をマスクにして窒（［Ｚシリコン膜１０３のエツチン
グを行なった後にフォトレジス） １０４−を除去する
。
４をマスクにして窒（［Ｚシリコン膜１０３のエツチン
グを行なった後にフォトレジス） １０４−を除去する
。
続いて、第１図（ｅ）に示す様に、窒化シリコン膜１０
３をマスクにして酸素のイオン注入を行な続いて、第１
図ＣＤに示す様に、数百℃で熱処理を行ない酸素注入領
域を銅酸化物１０５にする。
３をマスクにして酸素のイオン注入を行な続いて、第１
図ＣＤに示す様に、数百℃で熱処理を行ない酸素注入領
域を銅酸化物１０５にする。
続いて、第１図（ｇ）に示す様に、希硫酸で処理して銅
酸化物１０５を除去する。一般に、銅は酸素が供給され
て溶液中の水素イオンが除去されなければ酸化性の無い
酸に溶ける事が無いのに対して、酸化銅はそれ自体が酸
素を含むため希硫酸や酢酸のような酸化性のない酸に対
しても容易に溶ける事が知られている。その為酸化銅の
みを除去することが可能である。
酸化物１０５を除去する。一般に、銅は酸素が供給され
て溶液中の水素イオンが除去されなければ酸化性の無い
酸に溶ける事が無いのに対して、酸化銅はそれ自体が酸
素を含むため希硫酸や酢酸のような酸化性のない酸に対
しても容易に溶ける事が知られている。その為酸化銅の
みを除去することが可能である。
以下、第１図（ｅ）〜第１図（ｇ）までの工程を任意回
数繰り返すことで、第１図（ｈ）に示す様に配線パター
ンを銅膜へ転写する。
数繰り返すことで、第１図（ｈ）に示す様に配線パター
ンを銅膜へ転写する。
以降は、更に多層の配線を行なうならば第１図（ｉ）に
示す様にスピンオングラス１０６を塗布して窒化シリコ
ン膜１０３を層間膜の１部として利用しても良いし、最
上層の配線ならば第１図（」）に示す様に窒化シリコン
膜１０３を除去してパッシベーション膜１０７の形成を
行なっても良い。
示す様にスピンオングラス１０６を塗布して窒化シリコ
ン膜１０３を層間膜の１部として利用しても良いし、最
上層の配線ならば第１図（」）に示す様に窒化シリコン
膜１０３を除去してパッシベーション膜１０７の形成を
行なっても良い。
〔第２の実施例〕
以下に本発明の第２の実施例について図面を参照して説
明する。
明する。
第２図（ａ）〜第２図（ｊ）は、本発明の第２の実施例
を説明するための段面模式図である。
を説明するための段面模式図である。
まず、第２図（ａ）に示す様に、半導体基板２０１上に
銅膜２０２を約５０００人から１μｍ程度スパッタによ
り被着させる。
銅膜２０２を約５０００人から１μｍ程度スパッタによ
り被着させる。
次に、第２図（ｂ）に示す様に、プラズマＣＶＤ法によ
り窒化シリコン膜２０３を堆積する。
り窒化シリコン膜２０３を堆積する。
続いて、第２図（Ｃ）に示す様に、フォトレジスト２０
４を塗布してからリソグラフィーにより配線パターンを
形成する。
４を塗布してからリソグラフィーにより配線パターンを
形成する。
続いて、第２図（ｄ）に示す様に、フォトレジスト２０
４をマスクにして窒化シリコン膜２０３のエツチングを
行なった後にフォトレジスト２０４を除去する。
４をマスクにして窒化シリコン膜２０３のエツチングを
行なった後にフォトレジスト２０４を除去する。
続いて、第２図（ｅ）に示す様に、半導体チップ２０８
を平行平板電極２０９−１，２０９−２間に載置し半導
体チップを加熱しながら電極間に酸素プラズマを発生さ
せる事により、第２図（「）に示す様に、酸化する。
を平行平板電極２０９−１，２０９−２間に載置し半導
体チップを加熱しながら電極間に酸素プラズマを発生さ
せる事により、第２図（「）に示す様に、酸化する。
続いて、第２図（ｇ）に示す様に、酢酸で処理する事に
より銅酸化物２０５を除去する。以下、第２図（ｅ）か
ら第２図（ｆ）までの工程を任意回数繰り返すことで、
第２図（ｇ）に示す様に配線パターンを銅膜へ転写する
。
より銅酸化物２０５を除去する。以下、第２図（ｅ）か
ら第２図（ｆ）までの工程を任意回数繰り返すことで、
第２図（ｇ）に示す様に配線パターンを銅膜へ転写する
。
以降は、更に多層の配線を行なうならば第２図（ｉ）に
示す様にスピンオングラス２０６を塗布して窒化シリコ
ン膜２０３を層間膜の１部として利用しても良いし、最
上層の配線ならば第２図（Ｄに示す様に窒化シリコン膜
２０３を除去してパッシベーション膜２０７の形成を行
なっても良い。
示す様にスピンオングラス２０６を塗布して窒化シリコ
ン膜２０３を層間膜の１部として利用しても良いし、最
上層の配線ならば第２図（Ｄに示す様に窒化シリコン膜
２０３を除去してパッシベーション膜２０７の形成を行
なっても良い。
以上説明したように本発明は、銅膜を選択的に酸化した
のち、銅酸化物のみを酸による液相中での処理で除去す
るので、困難な気相中での銅の、エツチングを行なう必
要が無く、下地の層間膜の膜減りも無く、鍍金法を応用
した場合の様に逆テーパー形状やパターン下部でくびれ
るような形状にもならない良好な形状の配線を得ること
ができる。
のち、銅酸化物のみを酸による液相中での処理で除去す
るので、困難な気相中での銅の、エツチングを行なう必
要が無く、下地の層間膜の膜減りも無く、鍍金法を応用
した場合の様に逆テーパー形状やパターン下部でくびれ
るような形状にもならない良好な形状の配線を得ること
ができる。
第１図（ａ）〜第１図（Ｄは本発明の第１の実施例を説
明するための断面模式図、第２図（ａ）〜第２図ＣＤは
本発明の第２の実施例を説明するための段面模式図、第
３図、第４図（ａ）、 （ｂ）、第５図はそれぞれ従来
の技術を説明するための段面模式％式％ ・・・窒化膜、１０４・・・・・・フォトレジスト、１
０５・・・・・・銅の酸化物、１０６・・・・・・スピ
ンオングラス、１０７・・・・・・パッシベーション膜
、２０１・・・・・・半導体基板、２０２・・・・・・
銅、２０３・・・・・・窒化膜、２０４・・・・・・フ
ォトレジスト、２０５・・・・・・銅の酸化物、２０６
・・・・・・スピンオングラス、２０７・・・・・・パ
ッシベーション膜、２０８・・・・・・半導体チップ、
２０９・・・・・・平行平板電極、２１８・・・・・・
ヒータ、２１９・・・・・・真空容器、３０１・・・・
・・半導体基盤、３０２’・・・・・銅、３０４・・・
・・・フォトレジスト、３１０・・・・・・ハ四ゲン元
素を含んだガスのプラズマ、３１１・・・・・・残渣、
３１２・・・・・・堆積物、３１３・・・・・・フォト
レジストによる配線のネガパターン、３１４・・・・・
・銅の配線、３１５・・・・・・レジストパターン、３
１６・・・・・・逆テーパー形状、３１７・・・・・・
裾のくびれ。 代理人 弁理士 内 厚 晋 算３圀 第４図
明するための断面模式図、第２図（ａ）〜第２図ＣＤは
本発明の第２の実施例を説明するための段面模式図、第
３図、第４図（ａ）、 （ｂ）、第５図はそれぞれ従来
の技術を説明するための段面模式％式％ ・・・窒化膜、１０４・・・・・・フォトレジスト、１
０５・・・・・・銅の酸化物、１０６・・・・・・スピ
ンオングラス、１０７・・・・・・パッシベーション膜
、２０１・・・・・・半導体基板、２０２・・・・・・
銅、２０３・・・・・・窒化膜、２０４・・・・・・フ
ォトレジスト、２０５・・・・・・銅の酸化物、２０６
・・・・・・スピンオングラス、２０７・・・・・・パ
ッシベーション膜、２０８・・・・・・半導体チップ、
２０９・・・・・・平行平板電極、２１８・・・・・・
ヒータ、２１９・・・・・・真空容器、３０１・・・・
・・半導体基盤、３０２’・・・・・銅、３０４・・・
・・・フォトレジスト、３１０・・・・・・ハ四ゲン元
素を含んだガスのプラズマ、３１１・・・・・・残渣、
３１２・・・・・・堆積物、３１３・・・・・・フォト
レジストによる配線のネガパターン、３１４・・・・・
・銅の配線、３１５・・・・・・レジストパターン、３
１６・・・・・・逆テーパー形状、３１７・・・・・・
裾のくびれ。 代理人 弁理士 内 厚 晋 算３圀 第４図
Claims (1)
- 半導体基板上に銅膜を被着させる工程と、前記銅膜上に
配線パターンのマスクを形成する工程と、前記マスクに
被われた領域以外の銅膜の少なくとも一部を銅酸化物に
変換する工程と、酸により処理をして前記銅酸化物を除
去する工程とを含む事を特徴とする半導体装置の銅配線
形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1129130A JP2518391B2 (ja) | 1989-05-22 | 1989-05-22 | 半導体装置の銅配線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1129130A JP2518391B2 (ja) | 1989-05-22 | 1989-05-22 | 半導体装置の銅配線形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02306631A true JPH02306631A (ja) | 1990-12-20 |
| JP2518391B2 JP2518391B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=15001842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1129130A Expired - Lifetime JP2518391B2 (ja) | 1989-05-22 | 1989-05-22 | 半導体装置の銅配線形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2518391B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5736002A (en) * | 1994-08-22 | 1998-04-07 | Sharp Microelectronics Technology, Inc. | Methods and equipment for anisotropic, patterned conversion of copper into selectively removable compounds and for removal of same |
| US6475909B2 (en) | 2000-01-25 | 2002-11-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of fabricating metal wiring on a semiconductor substrate using ammonia-containing plating and etching solutions |
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| JP2518391B2 (ja) | 1996-07-24 |
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