JPH11330241A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH11330241A
JPH11330241A JP13689798A JP13689798A JPH11330241A JP H11330241 A JPH11330241 A JP H11330241A JP 13689798 A JP13689798 A JP 13689798A JP 13689798 A JP13689798 A JP 13689798A JP H11330241 A JPH11330241 A JP H11330241A
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plasma
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barrier metal
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 異物発生のない安定したタングステンプラグ
の形成を安価実現できる半導体装置の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 タングステンエッチバックでタングステ
ンプラグ28を形成し、これにより生じたバリヤメタル
26表面の反応生成物29を残したまま、連続して同一
チャンバーにてO2プラズマ処理を行い、反応生成物2
9上を含むバリヤメタル26の表面に10nm以下の酸
化膜層30を形成する工程を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法、特にコンタクトにおける安定したタングステンプラ
グの形成を実現できる半導体装置の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置のパターン微細化に伴
い、コンタクトホールの高アスペクト化が進み、それに
対応してタングステンプラグ等を用いた埋め込み技術が
広く用いられており、以下、図面を参照しながら従来の
タングステンプラグ形成方法について説明する。
【0003】図3は従来の一般的なタングステンプラグ
形成方法の各工程における半導体装置の断面概略図であ
り、図中、1はSi基板、2はSi基板1上に形成され
た第1層間膜、3は第1層間膜上に形成された第1アル
ミ配線、4は第1アルミ配線上の第2層間膜、5は第1
アルミ配線3とその上にある後述の第2のアルミ配線を
接続するためのヴィアホール、6はTi/TiNからな
るバリアメタル、7はタングステン、8はタングステン
プラグ、9はタングステン7をエッチバックする際、オ
ーバーエッチ中にエッチングガスとバリアメタル6が反
応してできたTixy等の反応生成物、10は反応生成
物9と大気中の水分が反応して発生した異物、11は第
2アルミ配線である。
【0004】その製造工程としては、まず、図3(a)
に示すように、ヴァイアホール5を形成した基板にバリ
アメタル6としてチタンおよび窒化チタンをそれぞれ5
0ないし100nmの膜厚にスパッタリング法やCVD
法で形成する。更にタングステン7を例えばWF6のシ
ラン還元を用いるCVDにより約800nm堆積する。
次に図3(b)に示すように、異方性ドライエッチング
で全面エッチバックを行い、ホールを埋め込んだタング
ステン7のみを残した状態でエッチングを停止すること
によってタングステンプラグ8が形成される。エッチバ
ックは例えば、SF6=100sccm、圧力300m
Torr、13.56MHzの高周波電力2W/cmの
条件で30%オーバーエッチングするが、このときタン
グステン7をエッチングし、バリアメタル6は全部エッ
チングせずに残す。オーバーエッチング時にバリアメタ
ル6とエッチングガスから供給されるフッ素が反応し、
バリアメタル6上に付着し、TiFx等の反応生成物9
が形成される。この状態で大気中に放置した場合、図3
(c)に示すように、反応生成物9が大気中の水分と反
応し、Ti(OH)x等の水酸化物の異物になり、最終
的にTixy等の異物10となる。この異物10は図3
(d)に示す第2アルミ配線11の形成時にパターン不
良を引き起こし、配線の短絡あるいは断線等、歩留まり
低下の原因となる。
【0005】これを防ぐための手段として従来用いられ
ている方法は、例えば特開平8−306781号公報に
記載されているように、タングステンエッチバック後
に、エッチングチャンバとは別に備えたヒーティングチ
ャンバーに基板を移送した後、加熱して基板上に付着し
ているフッ素を除去する方法か、または、特開平7−5
8198号公報に記載されているように、タングステン
エッチバック後、直ちに過酸化水素水または純水で洗浄
を行う方法が一般的である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記タ
ングステンエッチバック後にヒーティングチャンバーで
加熱する方法では、別途ヒーティングチャンバーを備え
る必要があるため、設備仕様が制限されて不可能な場合
が多く、可能な場合でも設備コスト増加は避けられな
い。また、タングステンエッチバック後、直ちに洗浄を
行う方法ではタングステンエッチバックを行うドライエ
ッチング装置と、反応生成物除去専用のウエット洗浄設
備という処理内容も構造も全く異質な装置を隣接してレ
イアウトすることが困難であることから、一般の洗浄装
置を用いなければならず、エッチバック処理から洗浄処
理までの時間を管理して搬送、保管および処理を実行す
る必要がある。多数のロットでこれらの時間管理を行う
ことはCIM(computer integrate
d manufacturing)および作業者に対し
て多大な負担になるばかりか、上記搬送、保管中の局所
的な雰囲気の変化によっても、異物が発生する恐れがあ
る等いずれも多くの問題点がある。
【0007】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
であり、異物発生のない安定したタングステンプラグの
形成を安価に実現できる半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、タングステンエッチバックを終了した後、搬
送せず連続して同一チャンバー内で酸素プラズマ、窒素
プラズマなどのガスプラズマで処理を行い、ガスプラズ
マとバリヤメタル表面とを反応させて被膜を生成する工
程を備えたものである。
【0009】この発明によれば、異物発生のない安定し
たタングステンプラグを安価に形成することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。
【0011】図1は本発明の半導体装置の製造方法の一
実施の形態におけるタングステンプラグ形成方法の各工
程を説明するための半導体装置の断面概略図であり、図
中、21はSi基板、22はSi基板21上に形成され
た第1層間膜、23は第1層間膜上に形成された第1ア
ルミ配線、24は第1アルミ配線上の第2層間膜、25
はヴィアホール、26はTi/TiN2層構造のバリア
メタル、27はタングステン、28はタングステンプラ
グ、29はタングステン27をエッチバックする際、オ
ーバーエッチ中にエッチングガスとバリアメタル26が
反応してできたTixy等の反応生成物、30は酸化膜
層、31はタングステンプラグ28の形成後に形成した
第2アルミ配線である。
【0012】製造工程としては、まず、図1(a)に示
すように、ヴァイアホール25を形成した基板にバリア
メタルとしてチタンおよび窒化チタンをそれぞれ50〜
100nmの膜厚にスパッタリング法やCVD法で形成
する。更にタングステン27を例えばWF6のシラン還
元を用いるCVDにより約800nm堆積する。次に図
1(b)に示すように、異方性ドライエッチングで全面
エッチバックを行い、ホールを埋め込んだタングステン
のみを残した状態でエッチングを停止することによって
タングステンプラグ28が形成される。エッチバックは
例えば、SF6=100sccm、圧力300mTor
r、13.56MHzの高周波電力2W/cmの条件で
30%オーバーエッチングするのであるが、タングステ
ン27をエッチングし、バリアメタル26は残すように
する。ここでタングステン27のオーバーエッチング時
にバリアメタル26とエッチングガスから供給されるフ
ッ素が反応し、バリアメタル26上に付着し、反応生成
物29が形成される。
【0013】ここまでの工程は前記従来の方法と同様の
手段であるが、次に本発明の製造方法においては、エッ
チバック後に基板を別のチャンバーに搬送せず、連続し
て同一チャンバーにてO2プラズマ処理を行う。O2プラ
ズマ条件は例えばO2=100sccm、圧力300m
Torr、高周波電力100Wで10secである。こ
のO2プラズマ処理により、図1(c)に示すように、
反応生成物29上を含むバリヤメタル26の表面が酸化
され、酸化膜層30が形成される。その後、大気中に放
置しても酸化膜層30が被覆しているおかげで、反応生
成物29と大気中の水分が反応せず、従来のような異物
が形成されることはない。ここで酸化膜層30が厚すぎ
た場合、タングステンプラグ28と第2アルミ配線31
との間でヴィアコンタクト抵抗が高くなり、デバイス特
性が変化し、歩留まり低下の要因となる。
【0014】図2は本発明の半導体装置の製造方法の一
実施の形態におけるO2プラズマ処理工程の説明図であ
り、O2プラズマ時間とヴィアコンタクト抵抗の関係を
示すグラフである。図2に示すとおり、O2プラズマ時
間を延ばすとヴィアコンタクト抵抗が上昇することが理
解され、また、O2プラズマ処理時間が5sec以上で
異物は発生しなくなり、10secのプラズマ処理で
も、異物を発生させず、しかも十分低いヴィアコンタク
ト抵抗が得られた。O2プラズマを導入すれば、タング
ステンエッチバック後に大気中で1週間以上放置しても
全く異物発生がないことが確認されている。また、十分
低いヴィアコンタクト抵抗が得られる場合のこのO2
ラズマ処理による酸化被膜層の厚みは10nm以下であ
った。
【0015】このタングステン27のエッチバック後の
プラズマ処理は、酸素プラズマの他、窒素プラズマでも
可能である。この場合、例えばN2ガスのプラズマを発
生させて行うことによって、反応生成物29上を含むバ
リヤメタル26の表面が窒素プラズマと反応して窒化さ
れ、窒化物被膜で覆われる。この被膜が反応生成物29
と大気中の水分が反応して異物が形成されるのを防止す
るのである。バリヤメタル26がTi/TiNである場
合はTiN表面のフッ化チタン等の反応生成物29の表
面が窒化され、TiN膜に戻るという効果も存在する。
【0016】なお、この実施の形態においては酸素プラ
ズマおよび窒素プラズマの例を示したが、これら以外に
酸化性プラズマとしてCO2,N2O,O3等のガスプラ
ズマ、窒化性プラズマとしてNH3等のガスプラズマも
可能であり、また、反応生成物29の表面に被膜を形成
する方法として炭素またはボロンを含むプラズマを使用
することも可能である。一般にバリヤメタルは高融点金
属あるいはその化合物からなっているが、炭素やボロン
を含むプラズマ処理をすると、バリヤメタル表面に高融
点金属のカーバイドやボロン化合物ができる。このカー
バイドやボロン化合物は比較的高い導電性を有している
ので、被膜の膜厚があまり厚くならないようにプラズマ
処理時間に注意を払う必要性が少なくなるという利点を
有するものである。更に、本実施の形態ではヴィアコン
タクト部分のタングステンプラグ形成工程における処理
について説明したが、基板とアルミ配線とのコンタクト
工程等のタングステンプラグ形成工程、MOSトランジ
スタのゲート電極上のコンタクト形成工程などタングス
テンプラグが必要なコンタクトすべてについて同様の効
果が得られることはいうまでもない。
【0017】以上のように本実施の形態によれば、タン
グステンプラグ形成時の、特にバリヤメタル上のフッ素
による反応生成物への水分吸着による異物発生を防ぐこ
とができ、従来の方法における反応生成物を除去するた
めのヒートアップチャンバー等は不要となり、また、前
記の異物発生がないので、その上に形成される配線のパ
ターン不良がなくなり、歩留まり低下のない安定した半
導体製造プロセスを安価に実現することができる。
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、バリヤメ
タル上の異物発生を防ぐことができるので、その上に形
成される配線のパターン不良がなくなり、歩留まり低下
のない安定した半導体製造プロセスを安価に実現できる
という有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の一実施の形態
におけるタングステンプラグ形成方法の各工程を説明す
るための半導体装置の断面概略図
【図2】本発明の半導体装置の製造方法の一実施の形態
におけるO2プラズマ処理工程の説明図
【図3】従来の一般的なタングステンプラグ形成方法の
各工程における半導体装置の断面概略図
【符号の説明】
21 Si基板 22 第1層間膜 23 第1アルミ配線 24 第2層間膜 25 ヴィアコンタクトホール 26 バリアメタル 27 タングステン 28 タングステンプラグ 29 反応生成物 30 酸化膜層 31 第2アルミ配線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上の高融点金属層または高融
    点金属化合物層上に形成された被エッチング層を容器中
    でフッ素を含むガスを用いてエッチングして前記高融点
    金属層または高融点金属化合物層が露出した時点でエッ
    チングを停止するエッチング工程と、前記工程に連続し
    て前記容器中でガスプラズマにより処理するプラズマ処
    理工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 プラズマ処理工程は、ガスプラズマと前
    記高融点金属層または高融点金属化合物層表面とを反応
    させて被膜を生成する工程であることを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 ガスプラズマは、少なくとも酸素、窒
    素、炭素またはボロンのいずれかを含むことを特徴とす
    る請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 高融点金属化合物層は窒化チタンであ
    り、被エッチング層はタングステンであることを特徴と
    する請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の半
    導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 高融点金属化合物層が窒化チタン、被エ
    ッチング層がタングステン、フッ素を含むガスが六フッ
    化硫黄、ガスプラズマが酸素プラズマであり、窒化チタ
    ン表面に形成される被膜が酸化チタン層で、その厚さが
    10nm以下であることを特徴とする請求項2記載の半
    導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100390038B1 (ko) * 1999-12-30 2003-07-04 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의 다층 배선 형성방법
US6872656B2 (en) * 2002-12-24 2005-03-29 Renesas Technology Corp. Semiconductor device and method of fabricating the same

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KR100390038B1 (ko) * 1999-12-30 2003-07-04 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의 다층 배선 형성방법
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