JP3230182B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JP3230182B2 JP3230182B2 JP04322896A JP4322896A JP3230182B2 JP 3230182 B2 JP3230182 B2 JP 3230182B2 JP 04322896 A JP04322896 A JP 04322896A JP 4322896 A JP4322896 A JP 4322896A JP 3230182 B2 JP3230182 B2 JP 3230182B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal wiring
- contact hole
- lower metal
- treatment
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関する。更に詳しくは、本発明は、2層以上の金
属配線を有し、ECRプラズマCVD法により形成され
た酸化シリコン膜を金属配線間の絶縁膜に使用した半導
体装置におけるコンタクトホールの形成技術に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a technique for forming a contact hole in a semiconductor device having two or more layers of metal wiring and using a silicon oxide film formed by ECR plasma CVD as an insulating film between metal wirings.
【0002】[0002]
【従来の技術】層間絶縁膜に設けられたコンタクトホー
ルを介して上層金属配線と下層金属配線を電気的に接続
する場合、層間絶縁膜に含まれる水分は金属配線を腐食
し、その抵抗を増大させることから、低減させることが
望まれている。低減の方法として、金属配線の加工後、
酸化膜を形成し、その表面に耐水性の処理を行う方法が
知られている。しかし、その処理までの間に吸湿する可
能性がある。またケミカルメカニカルポリッシング(C
MP)技術を使用する場合、表面の処理だけでは不十分
で、内部にわたり耐水性をもたせる必要がある。ここ
で、一般にECRプラズマCVD酸化膜(以下、ECR
−SiO2 膜と称する)は他の方法で形成した酸化膜に
比べて、膜中にSi−H結合が多数存在するので、水分
の拡散バリアとして有効である。このため、金属配線間
の層間絶縁膜にはECR−SiO2 膜が優れている。2. Description of the Related Art When an upper metal wiring and a lower metal wiring are electrically connected via a contact hole provided in the interlayer insulating film, moisture contained in the interlayer insulating film corrodes the metal wiring and increases its resistance. Therefore, reduction is desired. As a method of reduction, after processing metal wiring,
There is known a method of forming an oxide film and performing a water-resistant treatment on its surface. However, moisture may be absorbed before the treatment. Chemical mechanical polishing (C
When using the MP) technique, surface treatment alone is not sufficient, and it is necessary to provide water resistance throughout the inside. Here, generally, an ECR plasma CVD oxide film (hereinafter, ECR)
—SiO 2 film) is more effective as a moisture diffusion barrier because it has more Si—H bonds than an oxide film formed by other methods. Therefore, an ECR-SiO 2 film is excellent as an interlayer insulating film between metal wirings.
【0003】金属配線間の絶縁膜にECR−SiO2 膜
を用いて、CMP技術によって平坦化した後に、上下金
属配線間の接続孔(以下、コンタクトホールと称する)
を形成する場合の概略工程断面を図2に示す。図2中、
11は半導体基板、12はシリコン酸化膜、13は下層
金属配線、14はECR−SiO2 膜、15はフォトレ
ジスト、16はコンタクトホール、18は上層金属配線
を示す。[0003] insulating film between metal wires using ECR-SiO 2 film, after planarizing by CMP technique, the connection between the upper and lower metal wiring hole (hereinafter, referred to as a contact hole)
FIG. 2 shows a schematic process cross section in the case of forming. In FIG.
11 denotes a semiconductor substrate, 12 denotes a silicon oxide film, 13 denotes a lower metal wiring, 14 denotes an ECR-SiO 2 film, 15 denotes a photoresist, 16 denotes a contact hole, and 18 denotes an upper metal wiring.
【0004】図2(a)〜(c)の工程断面図に示され
る通り、図2(c)でフォトレジスト15を用いてパタ
ーニングした後、ドライエッチング技術を用いてコンタ
クトホールが形成される。その後、このフォトレジスト
15は、酸素プラズマ又はオゾンによってアッシング
(灰化)処理され、続いてアルミ系合金のスパッター
(バリアメタルがある場合には、スパッター又はCVD
法でアルミ系合金の下にバリアメタルが形成される)で
金属配線を形成している。As shown in the process sectional views of FIGS. 2A to 2C, after patterning using a photoresist 15 in FIG. 2C, a contact hole is formed by using a dry etching technique. Thereafter, the photoresist 15 is subjected to ashing (ashing) treatment with oxygen plasma or ozone, and subsequently, sputtering of an aluminum alloy (sputtering or CVD if a barrier metal is present).
A barrier metal is formed under an aluminum alloy by a method) to form metal wiring.
【0005】ところが、図2(c)及び(d)の工程
で、フォトレジストのアッシング処理により、ECR−
SiO2 膜の表面及びコンタクトホールの側壁のSi−
H基が酸化されてSi−OH基に変換され、水分吸着が
増大化する。その結果ECR−SiO2 膜の水分バリア
能力が劣化する。この水分は金属配線を腐食し、その部
分で抵抗を増大させる。ここで、特にコンタクトホール
の直径が小さくなると、コンタクトホールの抵抗が無視
できないほど増大するという問題があった。そのため何
らかの改善策が望まれていた。However, in the steps shown in FIGS. 2C and 2D, the ECR-
Si— on the surface of the SiO 2 film and the side wall of the contact hole
The H group is oxidized and converted into a Si—OH group, and moisture adsorption increases. As a result, the moisture barrier capability of the ECR-SiO 2 film deteriorates. This moisture corrodes the metal wiring and increases the resistance at that portion. Here, in particular, when the diameter of the contact hole is reduced, there is a problem that the resistance of the contact hole increases so as not to be ignored. Therefore, some improvement measures were desired.
【0006】上記問題を解決する技術として、特開平3
−124048号公報に記載の技術が挙げられる。この
公報では層間絶縁膜としてSOGを使用している。より
具体的には、SOGを用いた層間絶縁膜にコンタクトホ
ールを形成し、シリル化処理を行って、コンタクトホー
ル側壁のむきだしになっているSOG表面を疎水性にす
ることにより、SOGから放出される水分でコンタクト
ホールの抵抗が増大することを抑えている。As a technique for solving the above problem, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
The technology described in JP-A-124048 is exemplified. In this publication, SOG is used as an interlayer insulating film. More specifically, a contact hole is formed in an interlayer insulating film using SOG, and a silylation process is performed to make the exposed SOG surface of the side wall of the contact hole hydrophobic, thereby releasing the SOG from the SOG. This suppresses the increase in the resistance of the contact hole due to the excessive moisture.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SOG
はもともとその材料に起因又は焼成反応で副生した水分
が膜中に含有されており、この水分がコンタクトホール
の底面の金属表面を酸化することによって、コンタクト
ホール抵抗が増大する。従って、この公報によるシリル
化の効果は、SOG内部の水分の外部への拡散バリアと
して作用している点にある。つまり、SOGに含有され
た水分が、トランジスタ領域に達すると、トランジスタ
のホットキャリア耐性が劣化する等の諸問題が発生する
ので、例えば別途SiN膜のような水分バリアの導入が
不可欠となる。更に、アルミ合金系金属の表面(コンタ
クトホール表面)にも抵抗を上げるシリル基が残るた
め、抵抗を下げるための改善が必要となる。SUMMARY OF THE INVENTION However, SOG
Originally, the film originally contains moisture caused by the material or by-produced by the firing reaction, and the moisture oxidizes the metal surface on the bottom surface of the contact hole, thereby increasing the contact hole resistance. Therefore, the effect of silylation according to this publication is that it acts as a diffusion barrier for the moisture inside the SOG to the outside. In other words, when the moisture contained in the SOG reaches the transistor region, various problems such as deterioration of hot carrier resistance of the transistor occur. Therefore, it is indispensable to separately introduce a moisture barrier such as a SiN film. Further, since a silyl group that increases the resistance remains on the surface of the aluminum alloy-based metal (contact hole surface), an improvement for reducing the resistance is required.
【0008】また、ECR法以外のCVD法によりBP
SGやPSGを層間絶縁膜として用いる場合、吸湿しな
いようヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理を行う
ことが、特開平4−73953号及び特開平6−169
021号公報に開示されている。しかし、これら公報で
は、水分はいずれかの工程で層間絶縁膜に吸湿され、吸
湿によるホットキャリア耐性の劣化は改善されていな
い。Further, BP is formed by a CVD method other than the ECR method.
When SG or PSG is used as an interlayer insulating film, it is possible to perform hexamethyldisilazane (HMDS) treatment so as not to absorb moisture, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-79353 and 6-169.
No. 021. However, in these publications, moisture is absorbed by the interlayer insulating film in any of the steps, and deterioration of hot carrier resistance due to moisture absorption is not improved.
【0009】特に、特開平4−73953号公報では、
HMDSは塗布されている。そのため、この塗布工程と
コンタクトホール等の加工工程は別の装置で行う必要が
ある。従って、生産工程ではこの処理間の待機時間で層
間絶縁膜が水分を吸収してしまう恐れがあった。また、
この公報でのCVD法で形成された層間絶縁膜は、水分
を分子吸着しているのでコンタクトホール内の下層金属
配線の酸化を防ぐことが困難である。[0009] In particular, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-79353,
HMDS is applied. Therefore, it is necessary to perform this coating step and the processing step of forming contact holes and the like using different apparatuses. Therefore, in the production process, the interlayer insulating film may absorb moisture during the waiting time between the processes. Also,
The interlayer insulating film formed by the CVD method described in this publication adsorbs molecules of water, so it is difficult to prevent oxidation of the lower metal wiring in the contact hole.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記従来技術では、EC
R−SiO2 膜はコンタクトホールのエッチング後のレ
ジスト除去工程において、アッシング処理に使用される
酸素プラズマ又はオゾンにより膜中のSi−H基が酸化
されてSi−OH基に変換されている。このことは水分
バリア能力の低下を意味しており、大気中の水分の吸着
によって、素子特性の低下が懸念される。これに対し
て、本発明の発明者は、アッシング処理によってECR
−SiO2 膜表面のSi−H基がSi−OH基に変換さ
れた場合であっても、ECR−SiO2 膜への水分の吸
着を防止し、最終的に半導体装置のホットキャリア耐性
劣化などの素子特性の劣化を防止しうる製造方法を見い
だし本発明に至った。In the above prior art, the EC
In the R-SiO 2 film, in a resist removing step after etching of the contact hole, Si—H groups in the film are oxidized by oxygen plasma or ozone used for ashing and converted to Si—OH groups. This means a decrease in the moisture barrier capability, and there is a concern that the adsorption of moisture in the air may cause a decrease in device characteristics. On the other hand, the inventor of the present invention has performed the ECR by the ashing process.
Even if the Si-H group -SiO 2 film surface has been converted to Si-OH group to prevent adsorption of moisture to the ECR-SiO 2 film, finally the semiconductor device of the hot carrier resistance deterioration such as The present inventors have found a manufacturing method capable of preventing the deterioration of the device characteristics of the present invention, and have reached the present invention.
【0011】かくして本発明によれば、少なくとも下層
金属配線、層間絶縁膜、上層金属配線、及び下層金属配
線と上層金属配線とを接続するためのコンタクトホール
を有する半導体装置の製造方法であって、下層金属配線
上にECRプラズマCVD法により酸化シリコン膜から
なる層間絶縁膜を形成し、フォトレジストをマスクとし
てエッチングによりコンタクトホールを形成し、フォト
レジストを酸素プラズマ又はオゾンで処理して除去し、
シリル化剤により処理してコンタクトホール内の下層金
属配線と層間絶縁膜の表面にシリル化層を形成し、次い
でコンタクトホール内の下層金属配線の表面のシリル化
層を加熱下での水素ガス処理又は水素プラズマ処理によ
り除去した後、層間絶縁膜上に上層金属配線を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。Thus, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having at least a lower metal wiring, an interlayer insulating film, an upper metal wiring, and a contact hole for connecting the lower metal wiring and the upper metal wiring, ECR plasma CVD method to form an interlayer insulating film made of a silicon oxide film on the lower metal interconnect, a contact hole is formed by etching using a photoresist as a mask, is removed by treating the photoresist with oxygen plasma or ozone,
Treating with a silylating agent to form a silylated layer on the surface of the lower metal wiring in the contact hole and the surface of the interlayer insulating film, and then treating the silylated layer on the surface of the lower metal wiring in the contact hole with hydrogen gas under heating Or by hydrogen plasma treatment
And forming an upper metal wiring on the interlayer insulating film after removal.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】まず、本発明の半導体装置は通常
半導体基板上に形成される。本発明に使用できる半導体
基板としては、シリコンだけでなく、AsGa等の化合
物半導体等が挙げられる。この半導体基板上には、素子
分離領域、ソース・ドレイン領域、ゲート電極等が予め
形成されていてもよい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a semiconductor device of the present invention is usually formed on a semiconductor substrate. The semiconductor substrate that can be used in the present invention includes not only silicon but also a compound semiconductor such as AsGa. An element isolation region, a source / drain region, a gate electrode, and the like may be formed in advance on the semiconductor substrate.
【0013】次に、下層金属配線に使用できる材料は、
特に限定されず、当該分野で通常使用される金属が使用
できる。具体的には、アルミニウム、アルミニウム合金
等が挙げられる。また、下層金属配線の形成方法は、特
に限定されず、例えば、スパッター法、CVD法等が挙
げられる。更に、下層金属配線は、所望の形状にパター
ンニングされていてもよい。パターンニングは公知のフ
ォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いる
ことにより行うことができる。なお、本発明は、下層金
属配線にアルミ合金を使用し、塩素系ガスでエッチング
する場合、アルミ合金表面に付着又は導入されるエッチ
ング種Clに起因するアルミ合金の腐食を低減すること
ができるという効果を有している。Next, materials that can be used for the lower metal wiring are as follows:
There is no particular limitation, and metals commonly used in the art can be used. Specific examples include aluminum and aluminum alloy. The method for forming the lower metal wiring is not particularly limited, and examples thereof include a sputtering method and a CVD method. Further, the lower metal wiring may be patterned into a desired shape. Patterning can be performed by using a known photolithography technique and a dry etching technique. It should be noted that the present invention can reduce the corrosion of the aluminum alloy caused by the etching species Cl attached or introduced to the surface of the aluminum alloy when etching is performed using a chlorine-based gas using an aluminum alloy for the lower metal wiring. Has an effect.
【0014】次いで、下層金属配線上には、ECRプラ
ズマCVD法により酸化シリコン膜(ECR−SiO2
膜)からなる層間絶縁膜が形成される。このECR−S
iO 2 膜は、そのまま使用してもよいが、後の工程にお
ける段差被覆性を改善するために、平坦化しておくこと
が好ましい。平坦化の方法としては、例えば、ケミカル
メカニカルポリッシング(CMP)技術が挙げられる。
なお、ECR−SiO 2 膜は、平坦化後において、0.
1〜0.6μmの厚さを有することが好ましい。Next, an ECR plug is placed on the lower metal wiring.
Silicon oxide film (ECR-SiO) by plasma CVDTwo
) Is formed. This ECR-S
iO TwoAlthough the membrane may be used as it is,
Flattening to improve step coverage
Is preferred. As a method of flattening, for example, a chemical
Mechanical polishing (CMP) technology may be used.
In addition, ECR-SiO TwoAfter planarization, the film is
It preferably has a thickness of 1 to 0.6 μm.
【0015】ECR−SiO2 膜形成のために、以下の
条件が挙げられる。まず、原料は、SiH4 、Si
F4 、Si2 H6 、Si2 F6 等の水素又はハロゲンを
含むシリコン化合物と、酸素との組み合わせが使用でき
る。また、ECRプラズマCVD法は、マイクロ波出力
1500〜2500w、バイアス出力500〜1500
W、ガス圧0.5〜5mTorr、温度50〜100℃
で行うことができる。The following conditions are required for forming an ECR-SiO 2 film. First, the raw materials are SiH 4 , Si
A combination of oxygen and a silicon compound containing hydrogen or halogen such as F 4 , Si 2 H 6 , or Si 2 F 6 can be used. The ECR plasma CVD method has a microwave output of 1500 to 2500 watts and a bias output of 500 to 1500 watts.
W, gas pressure 0.5-5 mTorr, temperature 50-100 ° C
Can be done with
【0016】次に、上記層間絶縁膜には、下層金属配線
と後に形成される上層金属配線とを接続するためのコン
タクトホールが形成される。コンタクトホールの形成方
法は、公知の方法を使用することができる。例えば、フ
ォトレジストを層間絶縁膜上に塗布し、コンタクトホー
ルを形成するべき領域のみを露光し、更に現像し、該領
域を除去することによりフォトレジストマスクを形成す
る。次いで、このフォトレジストマスクを使用してエッ
チングを行い、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成す
る。この後、酸素プラズマ又はオゾンでアッシングする
ことによりフォトレジストを除去すれば、コンタクトホ
ールの形成が終了する。Next, a contact hole for connecting a lower metal wiring and an upper metal wiring formed later is formed in the interlayer insulating film. A known method can be used as a method for forming a contact hole. For example, a photoresist is coated on the interlayer insulating film, only the area where the contact hole is to be formed is exposed, further developed, and the area is removed to form a photoresist mask. Next, etching is performed using this photoresist mask to form a contact hole in the interlayer insulating film. Thereafter, if the photoresist is removed by ashing with oxygen plasma or ozone, the formation of the contact hole is completed.
【0017】次いで、下層金属配線と層間絶縁膜はシリ
ル化剤により処理され、下層金属配線と層間絶縁膜の露
出面にシリル化層が形成される。本発明に使用できるシ
リル化剤としては、ヘキサメチルジシラザン(HMD
S)、トリメチルシリルアミン(CH3)3SiNH2、
トリメチルシラノール(CH3)3SiOH等が挙げられ
る。シリル化剤による処理は、例えばアッシング装置に
シリル化剤供給手段を接続し、半導体基板を大気に曝す
ことなく続けて80〜200℃のシリル化剤雰囲気下で
10〜60秒間曝すことが好ましい。Next, the lower metal wiring and the interlayer insulating film are treated with a silylating agent to form a silylation layer on the exposed surfaces of the lower metal wiring and the interlayer insulating film. As a silylating agent that can be used in the present invention, hexamethyldisilazane (HMD)
S), trimethylsilylamine (CH 3 ) 3 SiNH 2 ,
Trimethylsilanol (CH 3 ) 3 SiOH and the like. In the treatment with the silylating agent, for example, it is preferable to connect the silylating agent supply means to the ashing apparatus and continuously expose the semiconductor substrate to the silylating agent atmosphere at 80 to 200 ° C. for 10 to 60 seconds without exposing the semiconductor substrate to the air.
【0018】上記シリル化剤による処理は、以下の如き
作用を有する。即ち、ECR−SiO2 膜は、膜中にS
i−H基を有しており、次の反応により水分バリアとし
ての能力を示す。 Si−H + H2 O → Si−OH + H2 (1) Si−H + Si−OH → Si−O−Si + H2 (2) しかしながら、コンタクトホールのエッチング後のフォ
トレジスト除去の際に、酸素プラズマ又はオゾンでアッ
シング処理が施されると、ECR−SiO2 膜の表面及
びコンタクトホールの側壁のSi−H基がSi−OH基
に酸化される。そのため、ECR−SiO2 膜では、表
面で(1)式の反応が起こらない。よって、ECR−S
iO2 膜は大気中の水分を吸収し、ECR−SiO2 膜
の水分バリアとしての能力が劣化することとなる。この
ため本発明では、フォトレジスト除去後の半導体基板を
シリル化剤(例えばHMDS)で処理し、ECR−Si
O 2 膜の表面及びコンタクトホールの側壁のSi−OH
基を下記式のように疎水性基で被覆されたシリル化層を
形成することを特徴の1つとする。The treatment with the silylating agent is performed as follows.
Has an action. That is, ECR-SiOTwoThe film contains S in the film.
It has an iH group and becomes a moisture barrier by the following reaction.
Show their abilities. Si-H + HTwoO → Si-OH + HTwo (1) Si-H + Si-OH → Si-O-Si + HTwo (2) However, after etching of the contact hole,
When removing the photoresist, use oxygen plasma or ozone
When singing treatment is performed, ECR-SiOTwoSurface of membrane
Si-H group on the side wall of contact hole and contact hole
Is oxidized. Therefore, ECR-SiOTwoIn the membrane, the table
(1) does not occur on the surface. Therefore, ECR-S
iOTwoThe film absorbs atmospheric moisture and is ECR-SiOTwofilm
Will deteriorate its ability as a moisture barrier. this
Therefore, in the present invention, the semiconductor substrate after removing the photoresist is
Treated with a silylating agent (for example, HMDS),
O TwoSi-OH on the surface of the film and the side wall of the contact hole
A silylated layer in which the group is coated with a hydrophobic group as in the following formula:
Forming is one of the features.
【0019】[0019]
【化1】 Embedded image
【0020】この処理により、水分バリア能力の低下し
たECR−SiO2 膜は、その能力を回復することとな
る。なお、シリル化剤で処理に代えて、水素ガスによる
熱処理又は水素プラズマ処理によって、Si−OH基を
Si−H基に還元することも考えられるが、この処理で
は表面の疎水性の程度が十分ではない。上記シリル化剤
での処理後、更にコンタクトホール内の下層金属配線に
形成されたシリル化層を除去する。シリル化層の除去方
法としては、スパッター処理、水素ガス等の還元性ガス
による加熱処理、水素プラズマ等によるプラズマ処理が
挙げられる。By this processing, the ECR-SiO 2 film having the reduced moisture barrier ability recovers the ability. In addition, instead of the treatment with the silylating agent, it is conceivable to reduce the Si—OH groups to Si—H groups by heat treatment with hydrogen gas or hydrogen plasma treatment. However, in this treatment, the degree of hydrophobicity of the surface is not sufficient. is not. After the treatment with the silylating agent, the silylation layer formed on the lower metal wiring in the contact hole is further removed. Examples of the method for removing the silylated layer include a sputtering process, a heating process using a reducing gas such as a hydrogen gas, and a plasma process using a hydrogen plasma or the like.
【0021】スパッター処理に使用されるガスは、アル
ゴン、水素、He等が挙げられる。一方、還元性ガスに
よる加熱処理は、400〜800℃、30〜90分間行
うことが好ましい。また、プラズマ処理は、350〜4
50℃、5〜15Torr、500〜1000W、1〜
30分間行うことが好ましい。The gas used for the sputtering process includes argon, hydrogen, He and the like. On the other hand, the heat treatment with the reducing gas is preferably performed at 400 to 800 ° C. for 30 to 90 minutes. In addition, the plasma processing is performed at 350 to 4
50 ° C., 5 to 15 Torr, 500 to 1000 W, 1 to
It is preferable to carry out for 30 minutes.
【0022】上記除去処理のうちダストが発生すること
による歩留りの低下を防止する観点から、水素ガス等の
還元性ガスによる加熱処理及び水素プラズマ等によるプ
ラズマ処理が好ましい。なお、本発明ではシリル化剤で
の処理を気相で行えるので、シリル化層を薄くすること
ができ、前記2方法でも十分除去を行うことができる。From the viewpoint of preventing a reduction in yield due to generation of dust in the above-described removal treatment, heat treatment with a reducing gas such as hydrogen gas and plasma treatment with hydrogen plasma or the like are preferable. In the present invention, since the treatment with the silylating agent can be performed in the gas phase, the silylated layer can be made thinner, and the two methods can be sufficiently removed.
【0023】上記シリル化層の除去は、以下の如き作用
を有する。即ち、シリル化剤での処理によりコンタクト
ホール内の下層金属配線の表面にも下記式の反応により
シリル化層が形成される。The removal of the silylated layer has the following effects. That is, a silylation layer is formed on the surface of the lower metal wiring in the contact hole by the treatment with the silylating agent by the following reaction.
【0024】[0024]
【化2】 Embedded image
【0025】(式中、Mは下層金属配線を構成する金属
元素を示す。) 上記のようにシリル化されたコンタクトホールの下層金
属配線の表面は、コンタクトホールの直径が大きい場
合、比較的影響が小さい。しかしながら、コンタクトホ
ールの直径が0.5μm以下となると、以下の問題を生
じることとなる。まず、下層金属配線と上層金属配線の
接触抵抗が大きくなる。更に、コンタクトホール内にお
いて、エレクトロマイグレーション耐性に劣化が生じる
こととなる。本発明では、コンタクトホール内の下層金
属配線表面のシリル化層を除去すると共に下層金属配線
表面の大気からの水分の吸着も防ぐので、これら欠点が
解消される。(In the formula, M represents a metal element constituting the lower metal wiring.) The surface of the lower metal wiring of the contact hole silylated as described above is relatively affected when the diameter of the contact hole is large. Is small. However, when the diameter of the contact hole is 0.5 μm or less, the following problem occurs. First, the contact resistance between the lower metal wiring and the upper metal wiring increases. Further, the electromigration resistance deteriorates in the contact hole. According to the present invention, since the silylated layer on the surface of the lower metal wiring in the contact hole is removed and the adsorption of moisture from the atmosphere on the surface of the lower metal wiring is prevented, these disadvantages are solved.
【0026】この後、半導体基板全面に上層金属配線が
積層される。この積層によりコンタクトホールも上層金
属配線で埋まるので、上層金属配線と下層金属配線間の
導通が得られる。上層金属配線は、特に限定されず、当
該分野で通常使用される金属が使用できる。具体的に
は、アルミニウム、アルミニウム合金、TiN等が挙げ
られる。なお、本発明は、上層金属配線にアルミ合金を
使用し、塩素系ガスでエッチングする場合、アルミ合金
表面に付着又は導入されるエッチング種Clに起因する
アルミ合金の腐食を低減することができるという効果を
有している。Thereafter, an upper metal wiring is laminated on the entire surface of the semiconductor substrate. Since the contact holes are filled with the upper metal wiring by this lamination, conduction between the upper metal wiring and the lower metal wiring is obtained. The upper metal wiring is not particularly limited, and a metal usually used in the art can be used. Specifically, aluminum, an aluminum alloy, TiN and the like can be mentioned. It should be noted that the present invention can reduce the corrosion of the aluminum alloy caused by the etching species Cl attached to or introduced to the aluminum alloy surface when using an aluminum alloy for the upper metal wiring and etching with a chlorine-based gas. Has an effect.
【0027】ここで、上層金属配線の積層方法がスパッ
ター法である場合、シリル化層の除去もスパッター処理
で行い、このスパッター処理を、同じスパッター装置内
で、アルゴン等の不活性ガスを用いて行い、続けて上層
金属配線を積層することが好ましい。また、上層金属配
線が、CVD法(特に、減圧CVD法)で積層されたT
iN(バリアメタルとしての機能も有する)等の場合、
同じCVD炉内で、水素ガス等の還元性ガスにより加熱
処理又はプラズマ処理を行い、コンタクトホール内の下
層金属配線表面のシリル化層を還元分解し、続けて上層
金属配線を積層することが好ましい。Here, when the method of laminating the upper metal wiring is a sputtering method, the removal of the silylated layer is also performed by a sputtering process, and this sputtering process is performed in the same sputtering apparatus using an inert gas such as argon. Then, it is preferable to continuously stack the upper metal wiring. In addition, the upper metal wiring is formed by a T
In the case of iN (which also has a function as a barrier metal),
In the same CVD furnace, it is preferable to perform a heat treatment or a plasma treatment with a reducing gas such as hydrogen gas to reduce and decompose the silylated layer on the surface of the lower metal wiring in the contact hole, and to subsequently stack the upper metal wiring. .
【0028】上記のように連続して処理することで(即
ち、in−situ処理)、大気中に半導体基板が曝さ
れないので、上層金属配線と下層金属配線間に接触抵抗
を大きくする物質が形成されることを防ぐことができる
のでより好ましい。なお、本発明における半導体装置
は、少なくとも下層金属配線、層間絶縁膜、上層金属配
線、及び下層金属配線と上層金属配線とを接続するため
のコンタクトホールからなる単位を有していればよい。
従って、これら単位が複数個形成されていてもよい。ま
た、上層金属配線をパターニングする際にも、本発明の
シリル化剤での処理及びシリル化層の除去処理を行うこ
とができる。By performing the processing continuously as described above (ie, in-situ processing), since the semiconductor substrate is not exposed to the air, a substance which increases the contact resistance between the upper metal wiring and the lower metal wiring is formed. This is more preferable because it can be prevented from being performed. The semiconductor device according to the present invention may have at least a unit including a lower metal wiring, an interlayer insulating film, an upper metal wiring, and a contact hole for connecting the lower metal wiring and the upper metal wiring.
Therefore, a plurality of these units may be formed. Also, when patterning the upper metal wiring, the treatment with the silylating agent of the present invention and the treatment for removing the silylated layer can be performed.
【0029】[0029]
実施例1 シリコンからなる半導体基板1上に素子を形成したの
ち、CVD法によりシリコン酸化膜2を形成し、その上
にアルミ合金からなる厚さ0.6μmの下層金属配線を
スパッター法により形成した。更に、公知のフォトリソ
グラフィー技術とドライエッチング技術を使用して、下
層金属配線を0.5μmの幅に加工した。SiH4 +O
2 の混合ガスを使用した高密度プラズマCVD法により
ECR−SiO2 膜4を厚さ2μmで堆積した(図1
(a)参照)。Example 1 After an element was formed on a semiconductor substrate 1 made of silicon, a silicon oxide film 2 was formed by a CVD method, and a lower metal wiring of an aluminum alloy having a thickness of 0.6 μm was formed thereon by a sputtering method. . Further, the lower metal wiring was processed to a width of 0.5 μm using a known photolithography technique and a dry etching technique. SiH 4 + O
An ECR-SiO 2 film 4 was deposited to a thickness of 2 μm by a high-density plasma CVD method using the mixed gas of FIG.
(A)).
【0030】次いで、CMP技術によりECR−SiO
2 膜4を厚さ0.6μmに平坦化加工した(図1(b)
参照)。次に、フォトレジスト5を厚さ1.1μmで塗
布し、コンタクトホールを形成する部分を露光し、現像
することによりエッチング用マスクを形成した。このマ
スクを使用して、フルオロカーボン/フルオロハイドロ
カーボン系のガスを使用してドライエッチングを行い、
下層金属配線上にコンタクトホール6を形成した(図1
(c)参照)。Next, ECR-SiO
2 The film 4 was flattened to a thickness of 0.6 μm (FIG. 1B)
reference). Next, a photoresist 5 was applied to a thickness of 1.1 μm, and a portion for forming a contact hole was exposed and developed to form an etching mask. Using this mask, perform dry etching using fluorocarbon / fluorohydrocarbon-based gas,
A contact hole 6 was formed on the lower metal wiring (FIG. 1).
(C)).
【0031】上記半導体基板1をエッチング装置内から
大気に曝すことなく、同一チャンバ又は別チャンバ内で
酸素プラズマ又はオゾン、或いはそれらとH2 Oとの混
合ガスによりフォトレジスト5をアッシングして除去し
た。続いて、半導体基板1を80〜100℃程度に加温
したまま、HDMS蒸気に30秒間曝すことにより表面
をシリル化した(図1(d)参照)。図1(d)中、7
はシリル化層を表す。The photoresist 5 was removed by ashing with oxygen plasma, ozone, or a mixed gas thereof with H 2 O in the same chamber or another chamber without exposing the semiconductor substrate 1 to the atmosphere from within the etching apparatus. . Subsequently, the surface was silylated by exposing the semiconductor substrate 1 to HDMS vapor for 30 seconds while the semiconductor substrate 1 was heated to about 80 to 100 ° C. (see FIG. 1D). In FIG. 1 (d), 7
Represents a silylated layer.
【0032】次いで、半導体基板1をスパッター装置に
置き、真空チャンバー内でArガスを用いてスパッター
処理し、コンタクトホール内の下層金属配線上及びEC
R−SiO2 膜4の表面(コンタクトホールの側壁面は
除く)のシリル化層7を除去した。この後、アルミ合金
からなる上層金属配線8を厚さ0.8μmでスパッター
法により形成した(図1(e)参照)。Next, the semiconductor substrate 1 is placed in a sputtering apparatus, and is sputtered using an Ar gas in a vacuum chamber.
The silylated layer 7 on the surface of the R-SiO 2 film 4 (excluding the side wall surface of the contact hole) was removed. Thereafter, an upper metal wiring 8 made of an aluminum alloy was formed with a thickness of 0.8 μm by a sputtering method (see FIG. 1E).
【0033】この後、公知の方法により上層金属配線8
を加工し、半導体装置を得た(図1(f)参照)。この
加工に用いたフォトレジストマスク(図示せず)の除去
を、アッシング装置で行い、アッシング後装置内から大
気にウェハを曝すことなく、再びHMDSで30秒処理
した。この処理により、上層金属配線8の表面及びEC
R−SiO2 膜4の露出面にシリル化層7が形成される
ので、表面が疎水性になりECR−SiO2 膜4の水分
バリア能力が回復した。Thereafter, the upper metal wiring 8 is formed by a known method.
To obtain a semiconductor device (see FIG. 1F). The photoresist mask (not shown) used for this processing was removed by an ashing apparatus, and after the ashing, the wafer was again processed by HMDS for 30 seconds without exposing the wafer from the inside to the atmosphere. By this processing, the surface of the upper metal wiring 8 and the EC
Since the silylated layer 7 was formed on the exposed surface of the R-SiO 2 film 4, the surface became hydrophobic, and the moisture barrier ability of the ECR-SiO 2 film 4 was restored.
【0034】上記実施例により、ECR−SiO2 膜4
の水分バリア能力の劣化が抑制され、半導体装置のホッ
トキャリア耐性等の特性劣化が防止できた。 実施例2 実施例1と同様にして図1(d)まで行った。続いて、
バリアメタルとしてのTiNを形成するために、半導体
基板をCVD装置内へ導入して、450℃で30分間加
熱した。この後、大気圧下で水素ガスで処理することに
より、コンタクトホール内の下層金属配線の表面に存在
するシリル化層を還元除去した。According to the above embodiment, the ECR-SiO 2 film 4
The deterioration of the moisture barrier ability of the semiconductor device was suppressed, and the deterioration of characteristics such as hot carrier resistance of the semiconductor device could be prevented. Example 2 The same procedure as in Example 1 was performed up to FIG. continue,
In order to form TiN as a barrier metal, a semiconductor substrate was introduced into a CVD apparatus and heated at 450 ° C. for 30 minutes. Thereafter, the silylated layer present on the surface of the lower metal wiring in the contact hole was reduced and removed by a treatment with hydrogen gas at atmospheric pressure.
【0035】次いで、減圧下で厚さ0.1μmのTiN
を堆積した。続いて、公知の方法によりタングステンの
プラグを形成した。次に、アルミ合金からなる上層金属
配線をスパッター法により形成した。この後実施例1と
同様の工程を経ることにより半導体装置を得た。上記実
施例により、水分による装置の電気的特性の劣化を抑制
することができた。Next, under reduced pressure, a 0.1 μm thick TiN
Was deposited. Subsequently, a tungsten plug was formed by a known method. Next, an upper metal wiring made of an aluminum alloy was formed by a sputtering method. Thereafter, the semiconductor device was obtained through the same steps as in Example 1. According to the above embodiment, deterioration of the electrical characteristics of the device due to moisture could be suppressed.
【0036】実施例3 シリル化層の除去を、390〜400℃、9〜10To
rr及び450〜500Wの条件で10〜30分間水素
プラズマ処理したこと以外は、実施例2と同様にして半
導体装置を製造した。この実施例によれば、ECR−S
iO2 膜4のSi−OHがSi−Hに戻るので、ECR
−SiO2 膜4本来の性質が回復していた。Example 3 The removal of the silylated layer was carried out at 390 to 400 ° C. and 9 to 10 To.
A semiconductor device was manufactured in the same manner as in Example 2, except that hydrogen plasma treatment was performed at rr and 450 to 500 W for 10 to 30 minutes. According to this embodiment, ECR-S
Since the Si—OH of the iO 2 film 4 returns to Si—H, the ECR
-The original properties of the SiO 2 film 4 were restored.
【0037】[0037]
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、以下の効果が得られる。 1.フォトレジストをアッシングする際の酸素プラズマ
で水分バリア能力が劣化したECR−SiO2 膜の水分
バリア能力を回復させることができる。従って、水分に
よる素子特性の劣化を防止できる。 2.アッシング直後にシリル化剤で処理するため、アッ
シングから次工程までの半導体基板の放置時間の管理の
制約が不要となる。 3.例えば、下層金属配線又は上層金属配線にアルミ合
金を使用し、塩素系ガスでエッチングする場合、アルミ
合金表面に付着又は導入されるエッチング種Clに起因
するアルミ合金の腐食を低減することができる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the following effects can be obtained. 1. The moisture barrier ability of the ECR-SiO 2 film whose moisture barrier ability has been deteriorated by oxygen plasma when ashing the photoresist can be recovered. Therefore, deterioration of element characteristics due to moisture can be prevented. 2. Since the treatment is performed with the silylating agent immediately after ashing, there is no need to restrict the management of the time during which the semiconductor substrate is left from ashing to the next step. 3. For example, when an aluminum alloy is used for the lower metal wiring or the upper metal wiring and etching is performed with a chlorine-based gas, corrosion of the aluminum alloy caused by the etching species Cl attached or introduced to the aluminum alloy surface can be reduced.
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の概略工程断面
図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a process in a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図2】従来の半導体装置の製造方法の概略工程断面図
である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a process in a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
1、11 半導体基板 2、12 シリコン酸化膜 3、13 下層金属配線 4、14 ECR−SiO2 膜 5、15 フォトレジスト 6、16 コンタクトホール 7 シリル化層 8、18 上層金属配線1,11 semiconductor substrate 2, 12 silicon oxide film 3, 13 lower metal interconnect 4,14 ECR-SiO 2 film 5,15 photoresist 6,16 contact hole 7 silylated layer 8 and 18 an upper metal wiring
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3205-21/3213 H01L 21/768
Claims (3)
上層金属配線、及び下層金属配線と上層金属配線とを接
続するためのコンタクトホールを有する半導体装置の製
造方法であって、 下層金属配線上にECRプラズマCVD法により酸化シ
リコン膜からなる層間絶縁膜を形成し、フォトレジスト
をマスクとしてエッチングによりコンタクトホールを形
成し、フォトレジストを酸素プラズマ又はオゾンで処理
して除去し、シリル化剤により処理してコンタクトホー
ル内の下層金属配線と層間絶縁膜の表面にシリル化層を
形成し、次いでコンタクトホール内の下層金属配線の表
面のシリル化層を加熱下での水素ガス処理又は水素プラ
ズマ処理により除去した後、層間絶縁膜上に上層金属配
線を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。At least a lower metal wiring, an interlayer insulating film,
A method of manufacturing a semiconductor device having an upper metal wiring and a contact hole for connecting the lower metal wiring to the upper metal wiring, wherein an interlayer insulating film made of a silicon oxide film is formed on the lower metal wiring by ECR plasma CVD. A contact hole is formed by etching using a photoresist as a mask, the photoresist is removed by treatment with oxygen plasma or ozone , and a treatment with a silylation agent is performed, and the surface of the lower metal wiring and the interlayer insulating film in the contact hole is formed. the silylated layer is formed, and then the hydrogen gas treatment or hydrogen plug under heating silylated layer on the surface of the lower metal wiring in the contact hole
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an upper metal wiring on an interlayer insulating film after removing by a plasma treatment .
あり、上層金属配線がCVD法により積層される請求項
1記載の半導体装置の製造方法。Wherein the silylating agent is hexamethyldisilazane, the manufacturing method of the upper layer metal wiring semiconductor device according to claim 1, wherein laminated by CVD.
る処理が、同一の装置内で連続で行われる請求項1又は
2記載の半導体装置の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the removal of the photoresist and the treatment with the silylating agent are performed continuously in the same apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04322896A JP3230182B2 (en) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04322896A JP3230182B2 (en) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | Method for manufacturing semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09237833A JPH09237833A (en) | 1997-09-09 |
| JP3230182B2 true JP3230182B2 (en) | 2001-11-19 |
Family
ID=12658064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04322896A Expired - Fee Related JP3230182B2 (en) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | Method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3230182B2 (en) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001118842A (en) | 1999-10-15 | 2001-04-27 | Nec Corp | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| CA2413592A1 (en) * | 2000-06-23 | 2002-01-03 | Nigel P. Hacker | Method to restore hydrophobicity in dielectric films and materials |
| JP4999454B2 (en) | 2003-01-25 | 2012-08-15 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | Repair and recovery of damaged dielectric materials and films |
| US7709371B2 (en) | 2003-01-25 | 2010-05-04 | Honeywell International Inc. | Repairing damage to low-k dielectric materials using silylating agents |
| US8475666B2 (en) | 2004-09-15 | 2013-07-02 | Honeywell International Inc. | Method for making toughening agent materials |
| JP4780276B2 (en) * | 2004-09-30 | 2011-09-28 | Jsr株式会社 | Surface hydrophobization method and semiconductor device manufacturing method |
| US7678712B2 (en) | 2005-03-22 | 2010-03-16 | Honeywell International, Inc. | Vapor phase treatment of dielectric materials |
| JP4657859B2 (en) * | 2005-09-09 | 2011-03-23 | ローム株式会社 | Porous thin film manufacturing method, porous thin film and semiconductor device using the same |
-
1996
- 1996-02-29 JP JP04322896A patent/JP3230182B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09237833A (en) | 1997-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3248492B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP3456391B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP4012381B2 (en) | Semiconductor element capable of suppressing peeling of conductive layer and method for manufacturing the same | |
| JP3193335B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP3509510B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2008529296A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JPH1116912A (en) | Semiconductor integrated circuit device manufacturing method and semiconductor integrated circuit device manufacturing device | |
| JPH10125782A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2000003958A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP3230182B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| US6319817B1 (en) | Method of forming viahole | |
| JPH06349950A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JPH0653337A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH06169021A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP3781729B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP3149739B2 (en) | Multilayer wiring formation method | |
| TWI539523B (en) | Semiconductor device manufacturing method and recording medium | |
| US6287948B1 (en) | Semiconductor device and method for making pattern data | |
| JP3333313B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH10256372A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP3104750B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH11111842A (en) | Multilayer wiring structure and method of manufacturing the same | |
| JPH08181214A (en) | Semiconductor device | |
| CN100453487C (en) | Method for enhancing stability of fluorosilicone glass layer | |
| JP3456392B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080914 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080914 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090914 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |