JPH0444249A - 多層配線構造の半導体装置製造方法 - 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】 〈発明の概要〉 本発明は多層配線構造の半導体装置を製造する工程中に
、Ｃｕ１ｉ、線に生じた自然酸化膜を除去する工程を設
けたものである。

〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体装置の製造方法、特に多層配線構造の半
導体装置を製造するに際して、Ｃｕ配線の自然酸化膜を
除去する工程を設けた製造方法に関する。

〈従来の技術〉 ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の微細化及び半導体装置自体の高集
積化が進むに従い、ＡＭ材に代わる配線材料としてＣｕ
材か着目されている。すなわちＣｕ材は比較的加工か困
難（特にドライプロセス）ではあるか、Ａｎ材と比較す
れば電気抵抗か低く、その為配線材料として用いればデ
バイス動作の高速化に対応できるからである。しかしそ
の反面、単一組成のＣｕ材は化学的活性に富み、その表
面は自然酸化膜によって覆われ易い。Ｃｕ材の表面が自
然酸化膜で覆われると、配線抵抗は増大し、又電気容量
の減少を招く場合かあった。

その為特開昭５２−２９０１５０号公報及び同６３−７
３６４５号公報に開示された如く、Ｃｕ配線の表面にＣ
ｕ−Ａ！ｌ化合Ｔｈ層を形成したり、ＴｉＮ、Ｗ又はＴ
ｉＷ等のバリアメタル層にて包囲する酸化防止手段か施
される。

一方半導体基板上の各絶縁膜居間に配線を積層する所謂
多層配線構造の半導体装置を製造する場合は、第２図（
ａ）に示す如く半導体基板４１上に設けた下位絶縁膜４
２上・に下層配線４３を形成し、次いで上位絶縁膜４４
を形成するとともに上位絶縁膜４４にコンタクトホール
４５を穿孔して、同図（ｂ）に示す如く下層配線４３上
に上層配線４６を積層する。更に上部の絶縁膜４７にコ
ンタクトホール４８を穿孔し、この上層配線４５上に図
示しない上層配線を更に積層してゆく。

〈発明が解決しようとする課題） 斯かる半導体装置の製造工程において、下層配線４３上
に上位絶縁膜４４を形成し、これにコンタクトホール４
５を穿孔するに際して、下層配線４３かＣｕ材てあれば
その上面には自然酸化膜Ｓ１か生しる（第２図（ａ））
、特にプラズマＣＶＤ法によって上位絶縁膜４４を形成
する場合は高温下で処理される為、自然酸化ＭＳ、の成
長も著しい。よって下層配線４３上に電極である上層配
線４６か形成されると、これ等下層配線４３と上層配線
４６間に自然酸化膜Ｓｌか介在して、両氏線間の電気抵
抗か増大する。同様にして上層配線４６かＣｕ配線てあ
れば、上部の絶縁膜４７を形成し、これにコンタクトホ
ール４８を穿孔する工程中、上層配線４６の上面にも自
然酸化膜Ｓ２か生じ、その上部に積層される図示しない
上層配線との間の電気抵抗か増大する。

その為前記工程巾着しくは予め各配線（Ｃｕ配線）に対
して酸化防止手段を施しておかなければならない。

しかしながら、例えば上述の酸化防止手段（特開昭６２
−２９０１５０号、同６３−７３６４５号公報）を上記
製造工程中に組み入れることは、いたずらに工程が増加
しかつ複雑化する。しかも製造コストの高騰を招くこと
にもなる。

本発明の半導体製造方法は、上記した多層配線構造の半
導体装置を製造するに際し、上層に金属配線を配置した
下層のＣｕ配線に生ずる自然酸化膜を、当該製造工程中
において効率良く除去しようとするものである。

〈課題を解決するための手段〉 よって本発明の製造方法は、半導体基板上の下位絶縁膜
と上位絶縁膜との間に下層配線を形成し１次いでこの上
位絶縁膜とその上部の絶縁膜との間で、かつ上位絶縁膜
に穿孔したコンタクトホールを介して前記下層配線上に
上層配線を形成する製造方法において、前記下層配線を
Ｃｕ材にて形成し、上層に金属配線を形成する際は、前
記上位絶縁膜にコンタクトホールを穿孔する工程と前記
下層配線を形成する工程との間に、前記下層配線の上面
に生じた自然酸化膜を除去する工程を設けるものである
。

く作用〉 コンタクトホールを穿孔する工程の後て酸化膜の除去工
程か行われるのて上位絶縁膜の形成時に生じた自然酸化
膜を確実に除去できる。又除去工程の後に上層配線を形
成する工程か統〈ので下層配線と上層配線との間には新
たに酸化膜か生ずることなく、よって配線抵抗は増えな
い。

〈実施例） 本発明の製造工程を図面に基づき現用する。

第１図は、各製造工程を説明する模式側断面図である。

第１工程（第１図（ａ）） 半導体基板（Ｓｉ基板）１１上に下位絶縁膜（層聞納縁
膜）１２を形成する。この下位絶縁膜１２はＳｉＯ□を
化学気相成長（ＣＶＤ）法によって膜状に成長させたも
のである。そして当該下位絶縁膜１２の所定位置（後述
する配線パターニングの対応位置）にコンタクトホール
１３を穿孔し、下部の配線を表出する。

穿孔手段として、リアクティブイオンエツチング（ＲＩ
Ｅ）処理やスパッタエツチング処理によるリソグラフィ
手段か用いられる。

第２工程（第１図（ｂ）） 上述のコンタクトホール１３に対応して下位絶縁膜１２
上に配線Ｒ１４を形成する。この配線層１４は配線材を
蒸着法又はスパッタリング法により成長させる。配線材
としてＣｕ材を用いればＣｕ配線層かコンタクトホール
１３から下位絶縁膜１２上へと形成される。

第３工程（第１図（Ｃ）） 上記配線層１４に対し、ＲＩＥ処理やスパッタエツチン
グ処理によるリソグラフィ手段で所定の形状にパターニ
ングして下層配線１５を形成する。

上述の如く配線材としてＣｕ材を用しＡれば、この下層
配線１５はＣｕ配線となる。

第４工程（第１図（ｄ）） 次いて上記下層配線１５上に上位絶縁膜（Ｓｉ０２膜）
２１を成長させる。成長手段としては、上述した下位絶
縁Ｗ１２の成長と同様に、ＣＶＤ法が用いられる。

斯かる上位絶縁膜２１の成長工程中に、下層配線１５か
Ｃｕ配線てあれば、その上面１５ａには自然酸化膜Ｓ、
か生しる。この自然酸化膜Ｓ、はＣｕＯやＣｕ２Ｏが膜
状に混在したり、若しくはＣｕ。

０の上をＣｕＯが覆った状態となっている。

第５工程（第１図（ｅ）） 上記上位絶縁膜２１に対し、ＲＩＥ処理やスノくツタエ
ツチング処理によるリソグラフィ手段でコンタクトホー
ル２２を穿孔し、下層配線（Ｃｕ配線）１５を表出する
。しかし下層配線１５の上面１５ａは自然酸化膜Ｓ１に
覆われているのてコンタクトホール２２の穿孔工程の後
に自然酸化膜Ｓｌを除去する。

第６エ程（第１図（ｆ）） 除去工程はＸ−１部分を液相若しくは気相の酸内に収納
し、下層配線１５の上面１５ａを直接酸に抵触させる。

液相の酸に抵触させる具体例としては、例えばＨＣ文、
ＮＨ，、ＮＨ４Ｃ文、ＫＣＮ、Ｈ２ＳＯ，、ＨＮＯ３等
の水溶液槽に所定時間浸漬する。そのうちＣｕ、ＯはＨ
ＣＩの水溶液に又ＣｕＯは一般の酸に対し溶解され易く
、よって自然酸化膜ＳｌはＨＣＩ水溶液槽にて容易に溶
解される。

所定時間経過後水溶液槽から引揚げ、Ｘ−１部分を必要
に応し純水洗浄及び乾燥させる。液相の酸に抵触させる
上記の除去工程においては、除去した後の上面１５ａを
大気中に曝さない様、上記浸漬作業を行う必要かある。

従って上記浸漬作業を不活性雰囲気内で行い、連続して
後述する上層配線の形成工程を行う。

一方気相の酸に抵触させる除去工程としては、例えばＨ
ＣＩ系ガスの雰囲気中にＸ−１部分を収納し、ＨＣＩ系
ガスに下層配線１５の上面１５ａを抵触させる。又必要
に応して雰囲気中を加熱する。

通常この気相による除去工程は、製造装置の１っである
チャンバーを利用することて、自然酸化膜Ｓｌを除去し
た上面１５ａが酸化雰囲気中に曝されることなく、しか
もそのチャンバー内で後述する上層配線の形成工程に連
続させることかできる。

第７エ程（第１図（ｇ）） 次いて上記コンタクトホール２２を介して上位絶縁膜２
１上に新たな配線層を成長させ、これをリソグラフィ手
段によってパターニングする（第２゜第３工程参照）、
そして上部の絶縁膜（上位絶縁膜）３１を他の絶縁膜１
２．２１と同様の手段にて成長させる（第１．第４工程
参照）。

斯かる上部の絶縁膜３１か形成される際に、上位配線２
３かＣｕ配線であれば、その上面２３ａには自然酸化膜
Ｓ２か生じる。その為、前記同様絶縁膜３１にコンタク
トホール２３を穿孔する工程（第５工程参照）の後に、
自然酸化膜Ｓ２を除去する工程を行う、この除去工程も
前述の第６エ程と同様に、Ｘ−２部分を液相若しくは気
相内に収納し、上面２３ａを酸に抵触させて自然酸化膜
Ｓ２を除去する。そしてこの除去工程の後に、当該上層
配線（Ｃｕ配線）２３の上に、図示しない他の上層配線
を積層する。

尚上記の実施例中Ｃｕ配線上に金属配線として同様のＣ
ｕ配線を積層したか、本発明はこれに限定されることな
く、例えばコンタクトホール内に金属を選択成長させる
場合にも後述の効果を奏し得る。

何れにおいてもコンタクトホールを穿孔する工程−自然
酸化膜を除去する工程−上層配線を形成する工程を順次
連続させて行えば、自然酸化膜の除去効率向上と工程の
単純化が図られる。

次いて図示しない最上位の絶縁膜上にＰＳＧ膜等から成
る被覆絶縁膜を形成する工程を経て、多層配線構造の半
導体装置製造方法は終了する。

（発明の効果） 以上説明した如く、本願発明の製造方法によれば、自然
酸化膜を液相、気相の酸によって確実に除去できるとと
もに、コンタクトホールを穿孔する工程と自然酸化膜を
除去する工程と上層配線を形成する工程を連続的に行う
為、自然酸化膜の除去と製造工程とか一連の工程中に行
われることになり、電気的信頼性向上によるデバイスの
高速化及び製造歩留りの上昇、更には製造時間の短縮。

コストの低減か同時に達成できる。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）乃至第１図（ｇ）は、本願発明の製造工程
を説明する模式側断面図、 第２図（ａ）、（ｂ）は、従来の製造工程を説明する模
式側断面図である。 ＩＩ・・・半導体基板、　　　　　１２・・・下位絶縁
膜。 １３・・・コンタクトホール、　　１４・・・配線層。 Ｉ５・・・下層配線、１５ａ・・・上面、２１・−・上
位絶縁膜。 ２２・・・コンタクトホール、２３・・・上層配線。 ２３ａ・・・上面、　３１・・・上部の絶縁Ｍ（上位絶
縁膜）。 コ２・・・コンタクトホール。 Ｓ、、Ｓ２・・・自然酸化膜。 特許出願人　　　ソニー株式会社 代理人　　　　　　　弁理士　船橋　國　則製造工程を
説明する模式側断面図 第１図 ｂ 製凸工程を説明する模式側断面図 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上の下位絶縁膜と上位絶縁膜との間に
   下層配線を形成し、次いでこの上位絶縁膜とその上部の
   絶縁膜との間で、かつ上位絶縁膜に穿孔したコンタクト
   ホールを介して前記下層配線上に上層配線を形成する多
   層配線構造の半導体装置製造方法において、 前記下層配線をＣｕ材にて形成し、上層に金属配線を形
   成する際は、 前記上位絶縁膜にコンクタトホールを穿孔する工程と前
   記上層配線を形成する工程との間に、前記下層配線の上
   面に生じた自然酸化膜を除去する工程を設けた多層配線
   構造の半導体装置製造方法。
2. （２）前記自然酸化膜を除去する工程は、下層配線の上
   面を液相若しくは気相の酸に抵触させることを特徴とす
   る請求項１記載の多層配線構造の半導体装置製造方法。
3. （３）前記上位絶縁膜にコンタクトホールを穿孔する工
   程と前記自然酸化膜を除去する工程と前記上層配線を形
   成する工程とを連続して行うことを特徴とする請求項１
   記載の多層配線構造の半導体装置製造方法。