JPH0719773B2 - 表面処理方法およびその装置 - Google Patents

表面処理方法およびその装置

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JPH0719773B2
JPH0719773B2 JP24359787A JP24359787A JPH0719773B2 JP H0719773 B2 JPH0719773 B2 JP H0719773B2 JP 24359787 A JP24359787 A JP 24359787A JP 24359787 A JP24359787 A JP 24359787A JP H0719773 B2 JPH0719773 B2 JP H0719773B2
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英治 井川
秀和 岡林
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電子デバイス等の製造プロセスに使用される
表面処理方法およびその装置に関する。
[従来の技術] 従来、AlおよびSiやCuを添加したAl合金薄膜、すなわち
アルミニウム系(以下、これもAlと略称する)薄膜の表
面には、自然酸化膜が形成され、多層のAl配線では、こ
の絶縁層のために、上層と下層との間のコンタクト抵抗
が増加したりしていた。これに対処する従来の技術とし
ては、前記Alの表面酸化膜を除去するため、イオンによ
る物理スパッタリングを行っていた。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記従来の方法で、Arイオンによる物理
スパッタリングでは、Al酸化物中の酸素がAl内部にノッ
クオンし、結果的にコンタクト部の抵抗を高めることに
なる。
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたもの
で、自然酸化膜の発生しない保護膜を形成し、必要に応
じてその保護膜を低温かつ低損傷で除去し得る表面処理
方法およびその装置を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、アルミニウム系薄膜表面に酸化膜を有する試
料を、エッチング可能な条件のハロカーボンガスもしく
は該ガスを含む混合ガスの放電にさらして表面酸化膜を
エッチングし、次に同一チャンバー内もしくは真空中で
連結されたチャンバー内で、前記条件を表面保護膜とな
る炭素を含有する層が堆積可能な条件に変え、引続き前
記試料を放電にさらすことを特徴とする表面処理方法、
およびアルミニウム系薄膜表面に酸化膜を有する試料を
エッチング可能な条件のハロカーボンガスもしくは該ガ
スを含む混合ガスの放電にさらして表面酸化膜をエッチ
ングし、次に同一チャンバー内もしくは真空中で連結さ
れたチャンバー内で、前記条件を表面保護膜となる炭素
を含有する層が堆積可能な条件に変え、引続き前記試料
を放電にさらすことにより保護膜を形成し、次いで光エ
ッチング可能なガスを導入し、前記保護膜に光を照射し
て該保護膜をエッチング除去した後、同一チャンバー内
もしくは真空中で連結されたチャンバー内で次工程に移
行させてなることを特徴とする表面処理方法であり、そ
の処理に用いる装置としては、真空チャンバー内でガス
プラズマを発生させる電源および電極を備えた表面処理
装置であって、ガス圧力を所定の時間毎に2段階以上自
動的に変化させる制御手段を備える表面処理装置、もし
くは該表面処理装置と、光分解によりハロゲンを発生す
るガスのガス導入口と、表面保護膜をエッチングする紫
外光の光源と、紫外光を透過する窓と、真空排気手段と
を備え、かつ同一チャンバー内もしくは真空中で連結さ
れたチャンバー内に所望の成膜装置が配設された第2の
表面処理装置とを備えてなる表面処理装置とするもので
ある。
[作用] 本発明では、例えばドライエッチング後、エッチングマ
スクとなるレジストを除去する工程でAl表面に酸化膜が
形成されるので、その試料を所定の条件でCCl4等のハロ
カーボンガスもしくは該ガスを含む混合ガスのプラズマ
放電にさらし、まずAl表面の酸化膜をエッチング除去
し、そのまま同一チャンバー内もしくは真空中で連結さ
れたチャンバー内で、上記とは別な条件でハロカーボン
ガスのプラズマにさらし、その際表面に炭素を含有する
ポリマー層を堆積する。さらに、上記のポリマー層を堆
積した後、必要に応じてハロゲンガス等および光によっ
てハロゲンラジカルを発生させる手段を設けた第2の表
面処理装置に試料を入れ、上記のポリマー層を除去する
と共に、コンタクトホールエッチング時、即ちSiO2のエ
ッチング時に混入したドライエッチング汚染層をも除去
したのち、同一チャンバー内もしくは真空中で連結され
たAl成膜チャンバー内に試料を配置し、Al成膜を行う。
上記の結果、ドライエッチング汚染層もなく、かつ本発
明の炭素を含有したポリマー層には大気搬送中の酸素も
残らないので酸化層もなく、清浄なAl表面を次の工程で
使用することができる。このプラズマ処理は異方的であ
るために、寸法変化もない。
上記の表面処理は、所定の設定時間内を2段階以上に放
電ガス圧力を自動可変の制御手段を備えた装置により実
現される。すなわち、最初の放電でAl表面の酸化膜をエ
ッチングし、続いて放電圧力を変え、炭素を含有したポ
リマー層が表面に堆積する条件で、表面保護膜を成長さ
せる。
さらに好適な装置としては、Al成膜工程で成膜前に、ハ
ロゲンガス中での光照射で上記表面保護膜を光エッチン
グする装置を真空中でAl成膜装置と連結させておくとよ
い。
[実施例] 以下、本発明を実施例とその図面を参照して詳細に説明
する。
第1図は、本発明の方法を2層Al配線に用いた場合を示
す縦断面図である。まず図(a)において、Si基板11上
にn+Si層12があり、その上に層間絶縁膜の一層目SiO213
のコンタクトホールを介して、n+Si層12と電気的に導通
する一層目Al配線14がある。コンタクトホールは、層間
絶縁膜の二層目SiO215に開口されているが、この際レジ
ストマスクを用いると、これを除去する際に1層目Al配
線14のコンタクト露出部が酸化され、Al酸化層16が形成
されてしまう。このまま、二層目のAlを成膜した場合、
コンタクト抵抗が増加し、また、従来のようにArイオン
等でイオンスパッタしてもAl酸化膜中の酸素等がノック
オンされて、コンタクト抵抗が増加する。
そこで本発明では、CCl4プラズマによって、このAl酸化
層16を除去し、かつ、Al酸化層16が除去された後、放電
圧力を増加させ、カーボンポリマー層を堆積する。本実
施例では、平行平板型電極の高周波放電を用いており、
Al酸化層16の除去に約30〜60秒、その後50〜100Åのポ
リマー層堆積に約60秒を要する。このエッチングからポ
リマー層堆積への反応の変化は、圧力増加によって、イ
オンエネルギーが低下し、過剰の炭素が表面をおおうこ
とで説明される。このエッチングから堆積への反応変化
の圧力は、本実施例では、80mTorrであった。そこで本
実施例では、70mTorr近くでAl酸化層16をエッチング
し、80mTorr以上、本実施例では150mTorrの放電でカー
ボンポリマー層を堆積した。これは図(b)に示される
表面保護膜17で、この表面保護膜17は、大気中に露出し
ても酸化物が残らない。これは、COやCO2の形で酸素が
除去されるためである。
本発明の表面処理装置は、上記説明の如くAl酸化膜のエ
ッチングと炭素を含んだポリマー層の堆積を自動的に行
うもので、第2図は、その一例を示す構成図である。第
2図において、表面処理装置は、真空チャンバー21と、
その真空排気を行う排気ポンプ22と、前記真空チャンバ
ー21にガスを導入するガス導入口23と、真空チャンバー
21内に載置された試料38を挟んで対向する一対の電極24
と、その電極24に放電を発生させる高周波電源25とから
概略構成される。真空チャンバー21には、チャンバー内
の放電圧力を計測する圧力ゲージ26が取付けられ、また
真空チャンバー21から排気ポンプ22への排気路には、流
量を調節するコンダクタンスバルブ27が配設され、いず
れも制御手段であるプロセッサ28に連結されている。所
望の放電圧力は、時間と共に、予めプロセッサ28に設定
されていて、第1の放電圧力を圧力ゲージ26が読取る
と、プロセッサ28は前記コンダクタンスバルブ27の開口
率を決める。第2の圧力条件では、第1の放電時間終了
の信号をプロセッサ28が出力し、コンダクタンスバルブ
27の開口率を変え、プロセッサ28にプログラミングされ
た時間、例えば約1〜2秒おきに圧力ゲージ26の信号
と、コンダクタンスバルブ27の信号をプロセッサ28内で
処理することにより、最終的に第2の圧力が設定され
る。放電は、第1〜第2の圧力変化時も続けていて差支
えない。
次に、請求の範囲第2項に対応する別な実施例を説明す
る。この実施例では、請求の範囲第4項に対応する装置
が成膜工程に使用される。この装置は、上記した表面処
理装置を第1の処理装置とし、この装置に加えて、第2
の表面処理装置を有するものである。第3図は、その第
2の処理装置の一例を示す構成図である。第3図におけ
る表面処理装置は、真空チャンバー31と通常のAlスパッ
タ装置32をゲートバルブ33を介して真空中で連結したも
ので、真空中でCl2ガスまたはF2ガスを流しながらDeep
UV光を照射できる装置、例えばエキシマレーザ装置やHg
ランプ装置等があり、第1図(b)の状態の試料を真空
排気しながら、Cl2ガスを流し、圧力を600mTorrにしてD
eep UV光を照射すると、Cl2ガスがDeep UV光により分解
し、Clラジカルが発生する。発生したClラジカルは、容
易に表面保護膜をエッチングできる。光エッチングの速
度は、Cl2分圧の変化により可変であるが、炭素を含有
する表面保護膜の場合、通常1分間に約3400Åである。
第3図において、真空チャンバー31は、石英窓34と、そ
の石英窓34を通して紫外線を照射する紫外光源35と、放
電ガスのガス導入口36と、真空排気手段である排気ポン
プ37とを備えていて、表面保護膜を付着した試料38を真
空チャンバー31の内部に載置し、排気ポンプ37により排
気しながら、ガス導入口36よりCl2ガスを流し、石英窓3
4を通して紫外光を照射する。エッチング終了後は、ゲ
ートバルブ33を開け、真空中で、ウエハ搬送機構39によ
り、ウエハをAlスパッタ装置32へ送り、通常のAlスパッ
タ成膜を行う。光エッチング特性は前記実施例と同じ
で、第1図(c)に示すような形状になる。
上記の原理としては、一般にAl表面は酸化され易いが、
本発明のプラズマ処理によるカーボンポリマーからなる
表面保護膜は、酸化物が表面に残らないことがあげられ
る。カーボンを含有する層は光エッチングという低温,
低損傷のプロセスにおいて、下地Alに損傷を与えること
なく除去できるのである。
上記実施例では真空排気しながらCl2ガスを流し、Deep
UV光を照射したが、Cl2ガスを一旦チャンバー内に導入
し、真空排気を止め、Cl2雰囲気にしてDeep UV光を照射
しても表面保護膜を除去できる。
さらにCl2ガスをチャンバー内に導入し、試料表面に吸
着させてCl2ガスを排気し、この吸着ガスにDeep UV光を
照射してもよい。この場合はエッチング速度は低下する
がエッチング速度の制御性が良くなる。
本発明の表面保護膜の形成によって、これを大気中にさ
らしても、Alの表面に酸化膜が形成されることは防止さ
れた。次に、ケルビン法を用いて、第一層目と、第二層
目のAl配線のコンタクト抵抗率を求め、本発明の効果を
調べた。まず、層間絶縁膜のSiO2をドライエッチングで
エッチングし、コンタクトホール形成後、Alを成膜した
場合、10-4Ω・cm2以上の値であった。従来から広く用
いられている逆スパッタ法により、処理した表面にAl成
膜を行った場合には、10-5〜10-7Ω・cm2と値がばらつ
き、再現性がきわめて悪いが、これは表面の酸化物から
の酸素のノックオンの効果と考えられ、微細化の進むVL
SIプロセスでは抵抗値も高すぎて、使用できない。
そこで、本発明の方法および装置を用いて、第2層目の
Al成長を行うと、10-9Ω・cm2台ときわめて低いコンタ
クト抵抗率を示した。これを1μm角のコンタクトに用
いた場合、コンタクト1個当りの抵抗が、10-1Ωとな
り、MOSトランジスタのチャンネル抵抗値に比べて無視
できるほど小さい値にすることが可能となった。
このように、本発明の方法および装置を用いることによ
り、自然酸化膜による多層Al配線のコンタクト抵抗増加
という従来技術の大きな問題点を完全に改善した。
[発明の効果] 以上、説明したとおり、本発明によれば自然酸化膜の発
生しない保護膜を形成し、必要に応じてその保護膜を低
温かつ低損傷で除去することができるので、本発明によ
って多層Al配線を行った場合にはコンタクト抵抗が従来
に比べて低くなり、素子の微細化にも十分対応すること
ができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の表面処理方法の工程を示す縦断面図、
第2図は本発明の表面処理装置の一実施例を示す構成
図、第3図は本発明の表面処理装置の別な一実施例を示
す構成図である。 11……Si基板、12……n+Si層 13……一層目SiO2層、14……一層目Al配線 15……二層目SiO2層、16……Al酸化層 17……表面保護膜、18……二層目A1配線 21,31……真空チャンバー、22,37……排気ポンプ 23,36……ガス導入口、24……電極 25……高周波電源、26……圧力ゲージ 27……コンダクタンスバルブ 28……プロセッサ 32……Alスパッタ装置、33……ゲートバルブ 34……石英窓、35……紫外光源 38……試料、39……ウエハ搬送機構
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3205 8826−4M H01L 21/88 N 9274−4M 21/95 21/31 D

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム系薄膜表面に酸化膜を有する
    試料を、エッチング可能な条件のハロカーボンガスもし
    くは該ガスを含む混合ガスの放電にさらして表面酸化膜
    をエッチングし、次に同一チャンバー内もしくは真空中
    で連結されたチャンバー内で、前記条件を表面保護膜と
    なる炭素を含有する層が堆積可能な条件に変え、引続き
    前記試料を放電にさらすことを特徴とする表面処理方
    法。
  2. 【請求項2】アルミニウム系薄膜表面に酸化膜を有する
    試料をエッチング可能な条件のハロカーボンガスもしく
    は該ガスを含む混合ガスの放電にさらして表面酸化膜を
    エッチングし、次に同一チャンバー内もしくは真空中で
    連結されたチャンバー内で、前記条件を表面保護膜とな
    る炭素を含有する層が堆積可能な条件に変え、引続き前
    記試料を放電にさらすことにより保護膜を形成し、次い
    で光エッチング可能なガスを導入し、前記保護膜に光を
    照射して該保護膜をエッチング除去した後、同一チャン
    バー内もしくは真空中で連結されたチャンバー内で次工
    程の成膜工程に移行させてなることを特徴とする表面処
    理方法。
  3. 【請求項3】真空チャンバー内でガスプラズマを発生さ
    せる電源および電極を備えた表面処理装置であって、ガ
    ス圧力を所定の時間毎に2段階以上自動的に変化させる
    制御手段を備えてなることを特徴とする表面処理装置。
  4. 【請求項4】真空チャンバー内でガスプラズマを発生さ
    せる電源および電極を備えた表面処理装置であって、ガ
    ス圧力を所定の時間毎に2段階以上自動的に変化させる
    制御手段を備えた第1の表面処理装置と、光分解により
    ハロゲンを発生するガスのガス導入口と、表面保護膜を
    エッチングする紫外光の光源と、紫外光を透過する窓
    と、真空排気手段とを備え、かつ同一チャンバー内もし
    くは真空中で連結されたチャンバー内に所望の成膜装置
    が配設された第2の表面処理装置とを備えてなることを
    特徴とする表面処理装置。
JP24359787A 1987-09-30 1987-09-30 表面処理方法およびその装置 Expired - Lifetime JPH0719773B2 (ja)

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