JPS61170050A - 低抵抗接点の形成方法 - 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】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ、従来技術 Ｃ０発明が解決しようとする問題点 り０問題点を解決するための手段 Ｅ、実施例 Ｆ０発明の効果 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、半導体集積回路の２つの金属層間に低抵抗
接点を形成するための方法に関するものである。

Ｂ、従来技術 アルミニウム金属層を半導体技術に使用する場合、１つ
のレベルの金属層から他のレベルの金属層に良好な接点
を形成することにはきわめて問題がある。というのは、
アルミニウムが空気にさらされると、アルミニウムの酸
素に対する高い化合性によって、アルミニウムの表面に
、固着性の強い薄い酸化膜が形成されるからである０回
路の集積密度が低く開孔の数が比較的少なく、またその
開孔の面積が比較的広いような回路においては。

金属線と次の金属線との接続をはかる前に、半導体基板
を希釈したフッ化水素酸液でエツチングするという簡単
な方法でその問題を解決することができる。その結果、
接点孔には、薄い非連続的なアルミニウム酸化膜が形成
される。こうして処理された基板に金属ラインを付着し
約４００℃で熱処理を行うことにより、接点開口内でも
との金属間の界面にアルミニウムの自己拡散と再結晶化
が生じる。このようにして、有用な低抵抗接点が得られ
る。

ＩＢＭテクニカル・ディスクロージャ・プルティン（Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅ
ｔｉｎ：ＴＤＢ）Ｖｏｌ。

１９、Ｎｎ、１，１９７６には、ウェーハを硫酸スズの
フッ化水素酸溶液中に浸すことにより、前もって予め清
浄化された金属表面上にスズの被覆を形成することが示
されている。このウェーハは次に約２００〜２５０℃ま
で加熱され、そこで金属が付着される。金属の付着に続
いて、ウェーハは約３０分間、約３５０℃の温度で不活
性ガス中で加熱される。

その結果、スズ原子が近傍の金属層に外方拡散して低抵
抗の接点が得られる。

また、第１と第２の金属層間にチタンからなる中間層を
使用することも提案されている。このチタン膜は開孔領
域の酸化アルミニウムを低減し。

２つの導体層間の接触抵抗を低くする働きがある。

しかし、この方法の欠点は、制御が困難であることと、
それによって達成される接点抵抗の低下が小さい（直径
５μｍ以下）開孔に対しては不十分であることである。

開孔の直径がきわめて小さく、また、その個数がきわめ
て多いような高集積密度集積回路においては、上記のよ
うな従来の方法は最早適用できない、それゆえ、開孔を
清浄化するための有効な処理を見出すことが必要となっ
てきた。そこで、カソード・スパッタリングを用いた清
浄化処理が開発された（ＩＢＭ−ＴＤＢ　　Ｖｏｌ、２
０．＆２，１９７？、ｐｐ。

５７４〜５７６）　、これにおいては、第２の金属層を
蒸着する前に、カソード・スパッタリング、すなわち低
圧アルゴン・ガスの雰囲気中でウェーハの保持体に高周
波電圧を加えることにより第１の金属層レベルの表面が
清浄化される。カソード・スパッタリングの条件は、約
Ｉｏｎ諷のアルミニウムが除去される程度である。この
処理により、その接触抵抗は実質的にゼロにまで低減さ
れる。この方法の有効性は、ウェーハを真空システム中
でカソード・スパッタリングにより清浄化し、そのあと
次の金属レベルを蒸着する前に数分間空気にさらしたウ
ェーハを、真空を中断することなくカソード・スパッタ
リングにより清浄化したウェーハと比較したとき特に明
らかである。真空を中断した場合には、アルミニウムが
素早く酸化され、約１゜５〜２．Ｏｎ閣の厚さの酸化物
障壁を形成することを実証することができる。それゆえ
、真空を中断することなくウェーハの保持体に高周波電
圧を加えるカソード・スパッタリングによる清浄化処理
は高い歩どまりをもたらすという点で特に有利である。

しかし、この方法は、感温性のフォトレジスト物質を用
いる処理には適用することができない。

というのは、イオンの衝突によってひき起こされた高温
により清浄化の間にフォトレジストの一部が重合し、基
板から除去し得なくなるからである。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、カソード・スパッタリングにより、
感温性のレジスト物質で被覆された半導体基板を清浄化
するための方法を提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明の上記目的は、次のことにより特徴づけられる方
法によって達成される： （ａ）清浄化すべき基板を、真空チェンバの基板保持体
中に配置する。

（ｂ）チェンバは排気され、希ガスが導入される。

（ｃ）補助電極でガス・プラズマが発生される。

（ｄ）その後、基板保持体に高周波電圧を加えることに
よって開孔領域でカソード・スパッタリングにより半導
体基板が清浄化される。

Ｅ、実施例 半導体デバイス内の接点孔は、絶縁層に設けられた小さ
い開孔であり、金属で充填されている。

接点孔の機能は、絶縁層の上下の導電層を電気的に接続
することにある。

第１図には、不規則な表面形状をもつ典型的な半導体基
板１が示されている。半導体基板１の表面には絶縁層２
が配置されている。絶縁層２の表面には金属層３が付着
され、金属層３の表面は絶縁層３で覆われている。フォ
トレジスト５は、周知の方法でフォトレジスト・パター
ンを現像するために使用される。第１図に示すように、
絶縁層４には接点孔７が形成されている。そして、第２
の金属層（図示しない）を付着するために、フォトレジ
スト５には溝６が設けられている。第２の金属層を付着
する前に、溝６の領域内の絶縁層４の表面と、接点孔７
の領域内の金属層３の表面とが清浄化されなくてはなら
ない。

本発明の基本的な技術思想を具現化し、第２の金属層の
付着手段をも有する清浄装置が第３図に図式的に示され
ている。この装置は、特に溝及び接点孔をもつ半導体の
表面を清浄化するためのカソード・スパッタリング・シ
ステムを備えている。

この装置においては、真空を維持しつつ、金属。

例えばアルミニウム、またはアルミニウム鋼を蒸着する
ことができる０作業チェンバ１２と、蒸着源１３をもつ
蒸着チェンバ１１とは１個別の装置として設けられてお
り、その両チェンバの間には、作業チェンバ１２の蒸着
チェンバ１１からの分離を可能とする分離バルブ１４が
配置されている。

蒸着に必要とされる真空Ｉは、拡散ポンプ１５によりつ
くり出され、チェンバ１１．１２内で維維される。一方
、管１゛６を介して別の拡散ポンプ（図示しない）が作
業チェンバ１２に接続され、これにより作業チェンバ１
２中で、カソード・スパッタリングによる清浄工程の間
に必要とされる真空が生成される。このチェンバ１２に
ガス、例えばアルゴンを送り込むために、入口１７が設
けられている。また、シリコン・ウェーハ１９を保持す
るために、電気的に絶縁された基板保持体１８がチェン
バ１２内に回転可能に配置されている。

そして、回転可能に支持された高周波導管２１を介して
、モータが基板保持体１８の回転に影響を及ぼす。高周
波導管２１はまた。整合回路網２２を介して、電圧発生
器（図示しない）によって発生された高周波電圧を基板
保持体１８に加えるためにも使用される。

本発明によって開示される方法を実行するためにチェン
バ１２には、第３図に示すように、チェンバ１２の壁面
から、少くとも３３離隔して同心的に形成され、その壁
面とは電気的に絶縁された補助アルミニウム電極２０が
さらに設けられている。基板保持体１８と同様に、補助
電極２０には別の交流または直流電源（図示しない）が
接続されている。

第４図は、補助電極２０の他の実施例を示す図であり、
この場合、補助電極２０は、基板保持体１８に一致する
球面状である。第３図の環状の補助電極と同様に、この
球面状のセグメントもアルミニウムからなり、チェンバ
の壁面とは電気的に絶縁されている。この球面状のセグ
メント、すなわち補助電極２０から電圧源への電気的接
続は、第３図における補助電極２０への接続に対応する
。

上記発明が解決しようとする問題点のところで述べたよ
うに、フォトレジスト・マスクを被着した半導体基板は
カソード・スパッタリングにより清浄化できる。このマ
スクとは、例えば、ノボラック及びジアゾキノンをベー
スとする感温性のレジストであり、あるいは例えばポリ
メチル・メタクリレートまたはメチルメタクリレート・
メタクリル酸アンヒドライド共重合体からなる電子ビー
ム・レジスト・マスクである０本発明により開示される
方法は、フォトレジストを被着した半導体基板を、緩衝
的に清浄化するためにきわめて適している。

特定の実施例においては、負の傾斜角をもつ（第１図の
フォトレジスト・マスク５を参照）フォトレジスト・マ
スクを被着した半導体基板が使用される。負の傾斜角を
もつフォトレジスト・マスクは、いわゆるリフト・オフ
処理に従う金属パターンを形成するために特に有利であ
る。すなわち、リフト・オフ処理においては、負の傾斜
角をもつフォトレジスト・マスクが基板上に設けられ。

次に金属がブランケット蒸着される。そのあと、そのマ
スク上の金属がマスクとともにリフト・オフされ、基板
上には所定の金属パターンが残される。リフト・オフ処
理においては、フォトレジスト・マスクの負の傾斜角が
、精密に規定された分離ラインを与え、さらには金属パ
ターンの基板からの剥離が防止される。

負の傾斜角をもつレジスト構造を形成するためのマスク
の反転処理が第２図に示されており、これについて説明
する。この処理で使用されるノボラック樹脂及びジアゾ
キノンをベースとするポジ・レジストに対して、イミダ
ゾール、１−ハイドロキシエチル−２−アルチルイミダ
シリンまたはトリエタノラミンが添加剤として少量加え
られている。反転処理においては、このように変更を加
えられたレジストがマスクを介して露光され、露光後熱
により硬化され、ブランケット露光され最後に希釈され
たアルカリ水溶液中で現像され、こうして負の傾斜角を
もつ高品質のマスクのネガ影像が得られる。もしそのレ
ジストを紫外線光のみで露光し、アルカリ水溶液中で現
像したならば、ポジの影像が得られる。このマスク反転
処理は、第２図の右側の化学式で示される。しかし、こ
の改変されたフォトレジストのりフトオフ構造は、約１
１５℃で流れ始める、という欠点がある。このため、従
来のカソード・スパッタリングにより清浄化処理は上述
のレジストを被着したウェーハには使用することができ
なかった。というのは、カソード・スパッタリングによ
り接点孔を少くとも３．５分間清浄化すると、ウェーハ
の表面の温度が１８０℃までに達し、マスクの流れが生
じるからである。

さて、本発明で開示される方法に従う清浄化処理の間は
、清浄化すべきウェーハ１９は基板保持体１８に配置さ
れる。そして、チェンバ１２内を１．３３Ｘ１０−”ミ
リバール以下に減圧し、入口１７からアルゴン・ガスを
約１．３３Ｘ１０−”〜１．３３×１０−”ミリバール
の範囲で送り込んだあと、補助電極２０に約６００ボル
トの電圧を加えると、ガス・プラズマが生成される。こ
のガス・プラズマによって、その補助アルミニウム電極
からアルミニウムが分離され、これにより、チェンバ１
２内の酸素及び蒸気の分圧が化学吸着により低減され、
チェンバ１２内の真空度が改善される。

そして約５〜１０分の後、補助電極の電圧がオフに切換
えられ、基板保持体１８の高周波電圧がスイッチ・オン
される。この処理は、約０．２〜０゜３ワツト／ｄのエ
ネルギー密度で、０．５〜１分間行なわれる。

その間に、溝６内の絶縁層４の表面、及び接点開孔７内
の金属層３の表面（第１図）がカソード・スパッタリン
グにより清浄化される。すなわち、接点孔の領域で、ア
ルミニウムまたはアルミニウム鋼からなる金属層の表面
から酸化アルミニウムが除去される。カソード・スパッ
タリングの後、アルゴン・ガスが排出され、２つのチェ
ンバ１１及び１２を連結するために分離バルブ１４が矢
印２３の方向に移動され、真空状態を中断させることな
く第２のアルミニウムまたはアルミニウム銅レベルの蒸
着が開始される。カソード・スパッタリングによる上述
の清浄化により、第１と第２の金属層間の抵抗が低減さ
れる。すなわち、接点孔領域におけるその２つの金属間
界面の抵抗は実質的にゼロである。

カソード・スパッタリングによるウェーハの清浄の前に
補助アルミニウム電極で発生されたグロー放電が、高真
空技術で使用される方法に関してはそれ以外に不可能で
あるような手段により、アルゴン・プラズマ中の残存ガ
ス・スペクトルを変更することが分った。すなわち、例
えばマイスナ−（ｍｅｉｓｓｎｅｒ）　　トラップ、ク
ライオポンプ、またはチタン蒸発によるテストによって
も所望の真空度の改善をはかることができなかった。ま
た、電極物質としてのシート金属も残留ガスをゲッタリ
ング（ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）するために必要な効果を与
えなかった。これらすべての場合において、接点は抵抗
値の高い接点であった。また、電極物質としてのアルミ
ニウムは、カソード・スパッタリングによるアルミニウ
ムまたはアルミニウム銅接点の清浄化に特に重要である
ことが分かった。しかし、アルミニウムと同等のゲッタ
リング効果を有する他の金属として、チタン等を電極に
使用してもよいことを理解されたい。

Ｆ。発明の効果 従来技術に比較したとき、本発明の方法は、補助電極に
電圧を加え、次に基板保持体に電圧を加えることにより
分割されるようなプラズマを、作業チェンバ内に発生さ
せることを特徴とする。補助アルミニウム電極に電圧が
加えられている間に、そのチェンバ内の蒸気分圧が低減
される。カソード・スパッタリングによる実際の清浄化
処理は、基板保持体に高周波電圧が加えられたときに実
行される。プラズマを時間と空間に関連して分割するこ
とにより、カソード・スパッタリングによる実際の清浄
化処理に関する時間が縮減され、以って、感温性のレジ
ストを被着した基板の清浄化を有利に、すなわち感温性
レジストの硬化を招くことなく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、半導体基板上の接点構造の断面図、第２図１
．ｆｆ、ＩＩＩ、■はフォトレジストの処理の各段階と
、それに対応するフォトレジストの組成の変化をあられ
す化学式を示す図、第３図及び第４図は、各々１本発明
を実施するための清浄装置を示す図式的な断面図である
。 １・・・・半導体基板、３・・・・金属層、７・・・・
接点孔、１１．１２・・・・真空チェンバ、１８・・・
・基板保持体、２０・・・・補助電極。 ′ＪＩＩｌイ図 ■ １コ 清浄装置 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体集積回路基板の接点孔をカソード・スパッ
   タリングにより清浄化することにより、第１の金属層と
   第２の金属層の間に低抵抗の接点を形成する方法におい
   て、 （ａ）清浄化すべき基板を真空チエンバ内の基板保持体
   に配置し、 （ｂ）上記チエンバを排気して上記チエンバ内に希ガス
   を導入し、 （ｃ）補助電極でガス・プラズマを発生し、（ｄ）その
   後、上記基板保持体に高周波電圧を加えることによるカ
   ソード・スパッタリングによつて、上記接点孔の領域に
   おいて露出された半導体基板の面を清浄化する工程を含
   む低抵抗接点の形成方法。
2. （２）上記希ガスがアルゴンであり、上記チエンバにお
   けるその圧力が１．３３×１０＾−＾３ないし１．３３
   ×１０＾−＾２ミリバールである特許請求の範囲（１）
   項記載の方法。
3. （３）上記補助電極がアルミニウムである特許請求の範
   囲第（１）項または第（２）項記載の方法。
4. （４）上記補助電極がチタンである特許請求の範囲第（
   １）項または第（２）項記載の方法。