JPH0334317A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に微細加工
技術に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and particularly to microfabrication technology.
従来、MOSトランジスタやBip)ランジスタ等の集
積回路における配線材料としては、一般にアルミニウム
(AI;りが用いられてきた。集積回路の製造における
Afflのエツチング工程では、従来の化学薬品を用い
たウェットエツチング法に代り、例えばECj2.等の
反応性ガスのグロー放電を利用したプラズマエツチング
、すなわちドライエツチング法が用いられている。Conventionally, aluminum (AI) has generally been used as a wiring material in integrated circuits such as MOS transistors and BIP transistors.In the Affl etching process in the manufacture of integrated circuits, wet etching using conventional chemicals is used. Instead of the etching method, for example, a plasma etching method using glow discharge of a reactive gas such as ECj2, that is, a dry etching method is used.
しかし、近年集積回路の集積化、高速化、微細化が進む
につれて、電極材としてAAを用いる場合に種々の問題
点が生じている。そのうち最大の問題点の1つに挙げら
れるのが、Afflがエレクトロマイグレーション耐性
が弱いという点である。However, in recent years, as integrated circuits have become more integrated, faster, and smaller, various problems have arisen when using AA as an electrode material. One of the biggest problems is that Affl has poor electromigration resistance.
さらにAI!のエツチング工程で言えばドライエツチン
グ終了後、大気にさらすとAβの腐食現象が起こり、こ
れは素子のオーブン不良の原因となることが多く、この
コロ−ジョン問題は大きな問題点の1つとなっている。Even more AI! In the etching process, Aβ corrosion occurs when exposed to the atmosphere after dry etching, and this often causes device failure in the oven, and this corrosion problem is one of the major problems. There is.
これらの問題点を解決し、また集積回路の高速化を図る
ために、最近では金あるいは白金などの低抵抗金属を配
線材として用いるようになってきている。したがって、
これら金属の微細加工技術が必要となっている。In order to solve these problems and increase the speed of integrated circuits, low-resistance metals such as gold or platinum have recently been used as wiring materials. therefore,
Microfabrication technology for these metals is required.
一般に金、白金などの貴金属のエツチングは、それら金
属のエツチングによる反応生成物の蒸気圧が非常に低い
ため、リアクティブイオンエツチング(RI E)法に
よる加工は困難であり、アルゴンガスを用いたイオンミ
リングによる場合が一般的である。これは、例えば10
−’Torr台の真空容器の中でカソードフィラメント
から放出された熱電子が、アノードに到達する間にアル
ゴン分子と衝突し、プラズマを作る。アルゴンイオンは
200〜2000Vのエネルギで加速されて、グリッド
から基板に向けて照射されるため、被エツチング物は、
このアルゴンイオンのスパッタリングによってエツチン
グされることになる。以下図面を用いて説明する。Generally, when etching precious metals such as gold and platinum, it is difficult to process them using the reactive ion etching (RIE) method because the vapor pressure of the reaction products from etching these metals is very low. This is generally done by milling. This is, for example, 10
-'Thermionic electrons emitted from the cathode filament in the vacuum chamber of the Torr platform collide with argon molecules while reaching the anode, creating plasma. Argon ions are accelerated with an energy of 200 to 2000 V and irradiated from the grid toward the substrate, so the object to be etched is
This argon ion sputtering causes etching. This will be explained below using the drawings.
第4図は、チタン層をマスクとして金をイオンミリング
する工程を説明するための半導体チッソの断面図である
。FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor Nisso for explaining the process of ion milling gold using a titanium layer as a mask.
まず、第4図(a)に示すように、シリコン基板101
上にシリコン酸化膜102を成長する。次にチタン層1
03をスパッタ法により形成し、さらにこの上に金層4
04を同じくスパッタ法により形成する。次に、チタン
層103と同質のチタン層103Aをスパッタ法で形成
し、更にこの上に微細なホトレジストのパターン106
を形成する。なお、ここで、先のチタン層゛103は、
下層配線とのバリア性、下地層間膜との密着性の向上を
目的としている。First, as shown in FIG. 4(a), a silicon substrate 101
A silicon oxide film 102 is grown thereon. Next, titanium layer 1
03 is formed by sputtering, and a gold layer 4 is further formed on this.
04 is similarly formed by the sputtering method. Next, a titanium layer 103A having the same quality as the titanium layer 103 is formed by sputtering, and a fine photoresist pattern 106 is further formed on this.
form. In addition, here, the previous titanium layer 103 is
The purpose is to improve the barrier properties with the underlying wiring and the adhesion with the underlying interlayer film.
次に第4図(b)に示すように、ホトレジスタパターン
106をマスクとして、リアクティブイオンエツチング
(RI E)法によりチタン層103Aをパターニング
し、その後ホトレジストを除去する。Next, as shown in FIG. 4(b), the titanium layer 103A is patterned by reactive ion etching (RIE) using the photoresist pattern 106 as a mask, and then the photoresist is removed.
次に第4図(c)に示すように、この微細なチタン51
03Aのパターンをマスクとして、下地の金層404を
イオンミリングにてパターニングする。Next, as shown in FIG. 4(c), this fine titanium 51
Using the pattern 03A as a mask, the underlying gold layer 404 is patterned by ion milling.
その後、第4図(d)に示すように、チタン層103A
及び下地のチタン層103を、RIE法により同時に除
去することで、微細な金/チタン層配線パターンが形成
される。この例の場合のイオンミリングにおいては、金
層404の方がチタン層103よりミリング速度が速い
ため、アルゴンガスを使用して、条件を適切化すること
で所望の垂直な金/チタン層配線パターンが得られる。After that, as shown in FIG. 4(d), the titanium layer 103A
By simultaneously removing the underlying titanium layer 103 by RIE, a fine gold/titanium layer wiring pattern is formed. In ion milling in this example, the gold layer 404 has a faster milling speed than the titanium layer 103, so by using argon gas and optimizing the conditions, the desired vertical gold/titanium layer wiring pattern can be obtained. is obtained.
しかしながら、上述した工程により金の配線パターンを
形成する場合、スパッタ工程を3回、ホトレジス) (
PR)工程を1回2エツチングを2回行なわなければな
らず、工程数が長くなってしまう。また、マスクとして
使用するチタン層の膜厚を厚くしなければならず、スル
ープットの点で問題点が生じてしまう。However, when forming a gold wiring pattern through the process described above, the sputtering process is performed three times (photoresist) (
PR) process must be performed once and etching must be performed twice, which increases the number of steps. Furthermore, the thickness of the titanium layer used as a mask must be increased, which poses a problem in terms of throughput.
これらの問題点を解決すべく考えられた工程を第5図を
用いて説明する。A process designed to solve these problems will be explained using FIG. 5.
まず第5図(a)に示すように、シリコン基板101上
に成長させたシリコン酸化膜102の上に、スパッタリ
ングによりチタン層103を堆積させる。次でその上に
ホトレジストパターンを形成した後にメツキ法により金
を成長させ、その後にホトレジストを除去することによ
りチタン層103上にマスク金104が形成される。First, as shown in FIG. 5(a), a titanium layer 103 is deposited on a silicon oxide film 102 grown on a silicon substrate 101 by sputtering. Next, after forming a photoresist pattern thereon, gold is grown by a plating method, and then the photoresist is removed to form a mask gold 104 on the titanium layer 103.
次に第5図(b)に示すように、このマスク金104を
マスクとしてチタンJ’1103のイオンミリングを行
う。イオンミリングはアルゴンガスを用い、その流量が
約20secm、圧力が1〜6×10−’Torr、イ
オン加速電圧400〜700eVの条件下で行い、被エ
ツチング物が置かれているステージはそれぞれ毎分2回
転の自転及び公転を伴なっている。また、イオンは、被
エツチング物に対して垂直に入射するも・のとする。Next, as shown in FIG. 5(b), ion milling of titanium J'1103 is performed using the gold mask 104 as a mask. Ion milling is performed using argon gas at a flow rate of about 20 sec, a pressure of 1 to 6 x 10-' Torr, and an ion acceleration voltage of 400 to 700 eV. It is accompanied by two rotations and two revolutions. It is also assumed that the ions are incident perpendicularly to the object to be etched.
この方法で、例えばイオン加速電圧を600 eVとし
た場合、ミリング速度は毎分金が約800人、チタンが
約200人となり、チタンが金を大きく上まわるため、
チタン層103の膜厚が厚くなると、マスク金104の
後退量が多くなってしまう。In this method, for example, if the ion acceleration voltage is 600 eV, the milling speed will be approximately 800 per minute for gold and approximately 200 per minute for titanium, and titanium greatly exceeds gold.
As the thickness of the titanium layer 103 increases, the amount of recession of the mask gold 104 increases.
これを防ぐためにはマスク金の膜厚を厚くする必要があ
るが、コストの面で実用的でない。In order to prevent this, it is necessary to increase the thickness of the mask gold, but this is not practical in terms of cost.
また、この例でマスク金104と下地がチタンではなく
、タングステンやチタンタングステン合金である場合も
、チタンの場合と同様の結果が得られ、やはりマスク金
104の後退量が多くなってしまう。マスクとして白金
を用いても同様である。Furthermore, in this example, when the mask gold 104 and the base are not titanium but tungsten or a titanium-tungsten alloy, the same result as in the case of titanium is obtained, and the amount of recession of the mask gold 104 also increases. The same applies if platinum is used as a mask.
上述したように、配線形成の工程におけるアルゴンガス
を用いたチタンやタングステン、あるいはチタンタング
ステン合金のイオンミリングでは、チタンやタングステ
ン、あるいはチタンタングステン合金よりもマスク金あ
るいは白金のミリング速度が速いため、マスク金あるい
は白金の後退量が多くなってしまうという欠点を有する
。As mentioned above, in ion milling of titanium, tungsten, or titanium-tungsten alloy using argon gas in the wiring formation process, the milling speed of mask gold or platinum is faster than that of titanium, tungsten, or titanium-tungsten alloy. This has the disadvantage that the amount of gold or platinum that recedes becomes large.
本発明の半導体装置の製造方法は半導体基板上に、チタ
ン、タングステンまたはチタンタングステン合金からな
る第1の金属層を形成する工程と前記第1の金属層上に
金または白金からなる第2の金属層を形威しパターニン
グする工程とパターニングされた前記第2の金属層をマ
スクとして不活性ガスまたは不活性ガスを反応性ガスと
の混合ガスを用いて前記第1と金属層をイオンミリング
する半導体装置の製造方法において、前記不活性ガスと
してネオンをまた反応性ガスとしてフロン系ガスを用い
るものである。The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the steps of forming a first metal layer made of titanium, tungsten, or a titanium-tungsten alloy on a semiconductor substrate, and forming a second metal layer made of gold or platinum on the first metal layer. A step of shaping and patterning the layer, and ion milling the first and metal layers using an inert gas or a mixed gas of an inert gas and a reactive gas using the patterned second metal layer as a mask. In the method for manufacturing the device, neon is used as the inert gas and fluorocarbon gas is used as the reactive gas.
次に、本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described using the drawings.
第1図は本発明の第1の実施例を説明するための半導体
チップの断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor chip for explaining a first embodiment of the present invention.
まず第1図(a)に示すように、シリコン基板101上
に成長させたシリコン酸化膜102の上にチタン層10
3をスパッタリングにより堆積する。First, as shown in FIG. 1(a), a titanium layer 10 is placed on a silicon oxide film 102 grown on a silicon substrate 101.
3 is deposited by sputtering.
次に第1図(b)に示すように、チタン層103上にP
R工程を用いてメツキ法によりマスク金104を形成す
る。Next, as shown in FIG. 1(b), P is applied on the titanium layer 103.
Mask gold 104 is formed by plating using the R process.
次に第1図(c)に示すように、このマスク金104を
マスクとして、チタン層103をネオンガスを用いるイ
オンミリング法により加工する。Next, as shown in FIG. 1(c), using the gold mask 104 as a mask, the titanium layer 103 is processed by ion milling using neon gas.
第2図は、イオンミリングを行う際のイオンエネルギー
とミリング速度との関係を、ミリングに用いるガスがア
ルゴンの場合とネオンの場合を比較して示したものであ
る。なお、この際のイオン電流密度は約1mA/cnt
であり、イオンは試料面に対して垂直に入射するものと
する。FIG. 2 shows the relationship between ion energy and milling speed when performing ion milling, comparing the cases where the gas used for milling is argon and the case where neon is used. Note that the ion current density at this time is approximately 1 mA/cnt
It is assumed that the ions are incident perpendicularly to the sample surface.
第2図から明らかなように、チタンのミリング速度はア
ルゴンガスとネオンガスの場合で大差はないが、金のミ
リング速度はアルゴンガスの場合に比べてネオンガスの
場合が約2分の1となっている。したがって上記に説明
した試料をイオンミリングする場合、ミリングガスにネ
オンを用いた場合の方がアルゴンを用いた場合に比較し
てマスク金104のミリング量が少なくなる。As is clear from Figure 2, the milling speed for titanium is not much different between argon gas and neon gas, but the milling speed for gold is about half that when using neon gas than when using argon gas. There is. Therefore, when ion milling the sample described above, the amount of mask gold 104 milled is smaller when neon is used as the milling gas than when argon is used.
次に具体例について説明する。用いた試料は上記通り作
製したもので、マスク金104が約2μm、チタン層1
03が約2000人、シリコン酸化膜102が約1μm
である。イオンミリングの条件としては、引出し電圧5
00eV、ミリング時の圧力l〜6 X 10−’To
rr、ガスは、アルゴン、ネオンともに約20secm
であり、イオンは、試料面に対して垂直に入射させた。Next, a specific example will be explained. The sample used was prepared as described above, with the mask gold 104 having a thickness of approximately 2 μm and the titanium layer 1 having a thickness of approximately 2 μm.
03 is approximately 2000 people, silicon oxide film 102 is approximately 1 μm
It is. The conditions for ion milling are an extraction voltage of 5
00eV, pressure during milling l ~ 6 x 10-'To
rr, gas is about 20 seconds for both argon and neon
The ions were incident perpendicularly to the sample surface.
この時のイオン電流密度はそれぞれ約0.7mA/cr
flである。また、被エツチング物が置かれているステ
ージは毎分2回転の自転・公転を伴なっている。ミリン
グ時間は共に10分で行った。アルゴンガスの場合、ミ
リング速度は金が約2000人 min 、チタンが約
250人/ minとなり、ミリング終了後のマスク金
104の残膜厚は約1.2μmであった。それに対して
ネオンガスの場合、ミリング速度は金が約450人/
min 、チタンが約250人/ minとなり、ミリ
ング終了後のマスク金104の残膜厚は約1.6μmで
あった。したがって、ネオンガスの場合の方がアルゴン
ガスの場合に比較してマスク金の残膜厚が約0.4μm
も多くなった。The ion current density at this time is approximately 0.7 mA/cr.
It is fl. Furthermore, the stage on which the object to be etched is placed rotates and revolves at a rate of two revolutions per minute. Milling time was 10 minutes in both cases. In the case of argon gas, the milling speed was about 2000 people/min for gold and about 250 people/min for titanium, and the remaining film thickness of the mask gold 104 after milling was about 1.2 μm. On the other hand, in the case of neon gas, the milling speed is approximately 450 people per millimeter for gold.
min, titanium was approximately 250 people/min, and the remaining film thickness of the mask gold 104 after milling was approximately 1.6 μm. Therefore, when using neon gas, the remaining film thickness of the mask gold is approximately 0.4 μm compared to when using argon gas.
The number has also increased.
次に第2の実施例としてネオンガスとS F sガスを
用いる場合について説明する。Next, a case where neon gas and SFs gas are used will be described as a second embodiment.
使用した試料は、第1の実施例で用いたものと同−の試
料である。イオンミリングの条件としては、引き出し電
圧500eV、圧力が1〜6×10 ’Torrであり
、ガスはネオンを20secm、それに反応性ガスとし
てSF8を5 secm添加したものを用いた。この時
のイオン電流密度は約0.7m A / cIllであ
る。イオンは試料面に対して垂直入射とし、被エツチン
グ物が置かれているステージは、毎分2回転の自転及び
公転を伴なっている。The sample used was the same as that used in the first example. The ion milling conditions were an extraction voltage of 500 eV, a pressure of 1 to 6 x 10' Torr, and a gas containing 20 sec of neon and 5 sec of SF8 as a reactive gas. The ion current density at this time is about 0.7 mA/cIll. The ions are incident perpendicularly to the sample surface, and the stage on which the object to be etched is placed rotates and revolves at two revolutions per minute.
なお、ミリング時間は10分で行った。Note that the milling time was 10 minutes.
第3図に、イオンミリングを行う際に用いるガスがネオ
ン(20secm)のみの場合と、さらに反応性ガスと
してSFa (5secm)の場合のミリング速度の比
較を示す。FIG. 3 shows a comparison of milling speeds when only neon (20 sec) is used as the gas for ion milling and when SFa (5 sec) is used as the reactive gas.
第3図から明らかなように、金のミリング速度はSF、
を添加しても増大しないが、チタンのミリング速度はS
F eを添加すると大きく増大し、第3図の例ではS
F mを5 secm添加することでミリング速度は
金を大きく上まわる。したがって、このような条件の下
ではマスク金の後退量をより小さく抑えることができる
。第1の実施例に示した試料を用い、上記条件下でイオ
ンミリングを行った結果、ミリング速度は、金が約45
0人/山、チタンが約650人/ mmとなり、ミリン
グ時間を5分で行った場合、マスク金の残膜厚は約1.
8μmであり、ネオンのみのガスの場合より約0.2μ
m多くなった。As is clear from Figure 3, the gold milling speed is SF,
Although the milling speed of titanium does not increase with the addition of S
Adding Fe greatly increases the S
By adding 5 sec of F m, the milling speed greatly exceeds that of gold. Therefore, under such conditions, the amount of retreat of the mask gold can be suppressed to a smaller extent. As a result of performing ion milling under the above conditions using the sample shown in the first example, the milling speed was approximately 45 mm.
If the milling time is 0 people/mm, titanium is about 650 people/mm, and the milling time is 5 minutes, the remaining film thickness of the mask gold is about 1.
8 μm, approximately 0.2 μm compared to the case of neon only gas.
m has increased.
なお上記実施例においては第1及び第2の金属として金
及びチタンを用いた場合について説明したが、第1の金
属として白金を、そして第2の金属としてタングステン
またはチタンタングステン合金を用ても同様の結果が得
られた。In the above embodiment, the case where gold and titanium were used as the first and second metals was explained, but the same effect can be achieved even if platinum is used as the first metal and tungsten or a titanium-tungsten alloy is used as the second metal. The results were obtained.
以上説明したように本発明は、半導体基板上に形成され
たチタン、タングステンまたはチタンタングステン合金
からなる第1の金属層を、金または白金からなる第2の
金属層からなるマススを用い、ネオンまたはネオンとフ
ロン系ガスを用いてイオンミリングすることにより第1
の金属層のミリング速度を増大させることができるので
、金または白金層の後退量を小さくできるという効果が
ある。As explained above, the present invention provides a first metal layer made of titanium, tungsten, or a titanium-tungsten alloy formed on a semiconductor substrate using a mass made of neon or platinum, and a second metal layer made of gold or platinum. The first step was achieved by ion milling using neon and fluorocarbon gases.
Since the milling speed of the metal layer can be increased, the amount of recession of the gold or platinum layer can be reduced.
第1図は、本発明の第1の実施例を説明するための半導
体チップの断面図、第2図は第1の実施例におけるイオ
ンミリングを行う際のイオンエネルギーとミリング速度
との関係を示した図、第3図は第2の実施例におけるS
F、添加におるミリング速度の比較を示した図、第4図
及び第5図は従来例を説明するための半導体チップの断
面図である。
101・・・・・・シリコン基板、102・・・・・・
シリコンa化膜、 103.103A・・・・・・チタ
ン層、1o4・・印・マスク金、106・・・・・・ホ
トレジストパターン、404・・・・・・金層。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor chip for explaining the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the relationship between ion energy and milling speed when performing ion milling in the first embodiment. Figure 3 shows the S in the second embodiment.
4 and 5 are cross-sectional views of a semiconductor chip for explaining a conventional example. 101...Silicon substrate, 102...
Silicon a film, 103.103A...Titanium layer, 1o4...Mark/mask gold, 106...Photoresist pattern, 404...Gold layer.
Claims (1)
グステン合金からなる第1の金属層を形成する工程と前
記第1の金属層上に金または白金からなる第2の金属層
を形成しパターニングする工程とパターニングされた前
記第2の金属層をマスクとして不活性ガスまたは不活性
ガスと反応性ガスとの混合ガスを用いて前記第1の金属
層をイオンミリングする半導体装置の製造方法において
、前記不活性ガスとしてネオンをまた反応性ガスとして
フロン系ガスを用いることを特徴とする半導体装置の製
造方法。A step of forming a first metal layer made of titanium, tungsten or a titanium-tungsten alloy on a semiconductor substrate, a step of forming and patterning a second metal layer made of gold or platinum on the first metal layer, and patterning. In the method for manufacturing a semiconductor device, the first metal layer is ion-milled using an inert gas or a mixed gas of an inert gas and a reactive gas using the second metal layer as a mask, wherein the inert gas is A method for manufacturing a semiconductor device characterized by using neon and a fluorocarbon gas as a reactive gas.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16945589A JPH0334317A (en) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16945589A JPH0334317A (en) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0334317A true JPH0334317A (en) | 1991-02-14 |
Family
ID=15886908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16945589A Pending JPH0334317A (en) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0334317A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7294574B2 (en) * | 2004-08-09 | 2007-11-13 | Applied Materials, Inc. | Sputter deposition and etching of metallization seed layer for overhang and sidewall improvement |
JP2010060337A (en) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Dainippon Printing Co Ltd | Mechanical quantity sensor and method for manufacturing laminated body |
-
1989
- 1989-06-29 JP JP16945589A patent/JPH0334317A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7294574B2 (en) * | 2004-08-09 | 2007-11-13 | Applied Materials, Inc. | Sputter deposition and etching of metallization seed layer for overhang and sidewall improvement |
JP2010060337A (en) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Dainippon Printing Co Ltd | Mechanical quantity sensor and method for manufacturing laminated body |
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