JPH06204191A - 金属プラグ形成後の表面処理方法 - Google Patents
金属プラグ形成後の表面処理方法Info
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- JPH06204191A JPH06204191A JP23240993A JP23240993A JPH06204191A JP H06204191 A JPH06204191 A JP H06204191A JP 23240993 A JP23240993 A JP 23240993A JP 23240993 A JP23240993 A JP 23240993A JP H06204191 A JPH06204191 A JP H06204191A
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- H01L21/02041—Cleaning
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、金属プラグを形成した後、アフタ
ーコロージョンを発生させる要因を除去することで、金
属プラグに接続する配線の品質の向上を図る。 【構成】 絶縁膜13に設けたコンタクト孔14内に金
属プラグ17を形成した後、金属プラグ17の表面や絶
縁膜13の表面を、水素原子を含む還元性のガスとし
て、例えば水素ガスまたはアンモニアガスをプラズマ化
した雰囲気、あるいは水をプラズマ化した雰囲気にさら
すことによって、それぞれの表面に付着した不要物21
を除去する方法である。または、希ガスをプラズマ化し
てそれぞれの表面をスパッタリングすることによって、
不要物を除去する方法である。上記各表面処理におい
て、基板を50℃以上650℃以下の温度に加熱するこ
とも可能である。
ーコロージョンを発生させる要因を除去することで、金
属プラグに接続する配線の品質の向上を図る。 【構成】 絶縁膜13に設けたコンタクト孔14内に金
属プラグ17を形成した後、金属プラグ17の表面や絶
縁膜13の表面を、水素原子を含む還元性のガスとし
て、例えば水素ガスまたはアンモニアガスをプラズマ化
した雰囲気、あるいは水をプラズマ化した雰囲気にさら
すことによって、それぞれの表面に付着した不要物21
を除去する方法である。または、希ガスをプラズマ化し
てそれぞれの表面をスパッタリングすることによって、
不要物を除去する方法である。上記各表面処理におい
て、基板を50℃以上650℃以下の温度に加熱するこ
とも可能である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に適用される方法に関し、特に金属プラグ形成後の表面
処理方法に関するものである。
に適用される方法に関し、特に金属プラグ形成後の表面
処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の設計ルールの微細化にとも
なって、コンタクト孔の径も小さくなってきている。と
ころが絶縁耐圧を確保するための層間絶縁膜の膜厚はほ
とんど変わっていない。この結果、コンタクト孔のアス
ペクト比が大きくなっている。このため、アルミニウム
膜のみで配線を形成した場合には、コンタクト孔の段差
部におけるアルミニウム膜の被覆性がよくないので、コ
ンタクト孔で導通不良を生じ、半導体装置の信頼性を低
下させる。
なって、コンタクト孔の径も小さくなってきている。と
ころが絶縁耐圧を確保するための層間絶縁膜の膜厚はほ
とんど変わっていない。この結果、コンタクト孔のアス
ペクト比が大きくなっている。このため、アルミニウム
膜のみで配線を形成した場合には、コンタクト孔の段差
部におけるアルミニウム膜の被覆性がよくないので、コ
ンタクト孔で導通不良を生じ、半導体装置の信頼性を低
下させる。
【0003】また別の配線形成方法として、コンタクト
孔を形成した後、例えば六フッ化タングステン(W
F6 )の還元反応を利用して、コンタクト孔の内部のみ
にタングステン(W)膜を形成する、いわゆる選択タン
グステン−CVD(化学的気相成長)法が提案されてい
る。この方法では、全てのコンタクト孔に、タングステ
ンを完全に選択成長させることが困難であり、また深さ
の異なるコンタクト孔を同時に埋め込むことができない
という原理的な課題を有している。
孔を形成した後、例えば六フッ化タングステン(W
F6 )の還元反応を利用して、コンタクト孔の内部のみ
にタングステン(W)膜を形成する、いわゆる選択タン
グステン−CVD(化学的気相成長)法が提案されてい
る。この方法では、全てのコンタクト孔に、タングステ
ンを完全に選択成長させることが困難であり、また深さ
の異なるコンタクト孔を同時に埋め込むことができない
という原理的な課題を有している。
【0004】上記課題を解決する方法として、いわゆる
ブランケットタングステン−CVD法が提案されてい
る。この方法は、コンタクト孔を形成した後に、コンタ
クト孔の内部とともにコンタクト孔を形成した絶縁膜上
にもタングステン膜を形成する。その後タングステン膜
をエッチバックして、コンタクト孔の内部のみにタング
ステン膜を残すものである。この方法では、上記説明し
た選択タングステン−CVD法よりも容易に膜形成がで
き、しかも深さの異なるコンタクト孔を同時に埋め込む
ことが可能になる。
ブランケットタングステン−CVD法が提案されてい
る。この方法は、コンタクト孔を形成した後に、コンタ
クト孔の内部とともにコンタクト孔を形成した絶縁膜上
にもタングステン膜を形成する。その後タングステン膜
をエッチバックして、コンタクト孔の内部のみにタング
ステン膜を残すものである。この方法では、上記説明し
た選択タングステン−CVD法よりも容易に膜形成がで
き、しかも深さの異なるコンタクト孔を同時に埋め込む
ことが可能になる。
【0005】上記ブランケットタングステン−CVD法
では、絶縁膜である酸化シリコン(SiO2 )膜との密
着性を向上させるための窒化酸化チタン(TiON)層
を形成した後でも、コンタクト孔内をタングステン膜で
埋め込むことが可能である。この場合には、窒化酸化チ
タン層がバリア層として機能することと、タングステン
の融点が3380℃であることもあり、比較的高温で成
膜しても、例えばシリコン基板中へのタングステンの侵
入が抑制されるので、良好な電気特性が得られる。
では、絶縁膜である酸化シリコン(SiO2 )膜との密
着性を向上させるための窒化酸化チタン(TiON)層
を形成した後でも、コンタクト孔内をタングステン膜で
埋め込むことが可能である。この場合には、窒化酸化チ
タン層がバリア層として機能することと、タングステン
の融点が3380℃であることもあり、比較的高温で成
膜しても、例えばシリコン基板中へのタングステンの侵
入が抑制されるので、良好な電気特性が得られる。
【0006】次に、ブランケットタングステン−CVD
法とエッチバック技術とによって、コンタクト孔の内部
にタングステンプラグを形成する方法を、図5によって
説明する。
法とエッチバック技術とによって、コンタクト孔の内部
にタングステンプラグを形成する方法を、図5によって
説明する。
【0007】図5の(1)に示すように、シリコン基板
41の上層には、拡散層42が形成されている。また上
記シリコン基板41の上面には酸化シリコン(Si
O2 )よりなる層間絶縁膜43が成膜されている。まず
通常のホトリソグラフィー技術とエッチングとによっ
て、上記拡散層42上の上記層間絶縁膜43にコンタク
ト孔44を形成する。
41の上層には、拡散層42が形成されている。また上
記シリコン基板41の上面には酸化シリコン(Si
O2 )よりなる層間絶縁膜43が成膜されている。まず
通常のホトリソグラフィー技術とエッチングとによっ
て、上記拡散層42上の上記層間絶縁膜43にコンタク
ト孔44を形成する。
【0008】次いで図5の(2)に示すように、例えば
反応性スパッタ法によって、コンタクト孔44の内壁と
層間絶縁膜43の表面とに、チタン(Ti)膜45aと
窒化酸化チタン(TiON)45bとを順次積層した膜
45を成膜する。なお窒化酸化チタン膜の代わりに窒化
チタン(TiN)膜等を用いることも可能である。その
後、例えばコールドウォール型のCVD装置を用いて、
チタン膜45aと窒化酸化チタン45bとを順次積層し
た膜45の表面にタングステン膜46を堆積する。
反応性スパッタ法によって、コンタクト孔44の内壁と
層間絶縁膜43の表面とに、チタン(Ti)膜45aと
窒化酸化チタン(TiON)45bとを順次積層した膜
45を成膜する。なお窒化酸化チタン膜の代わりに窒化
チタン(TiN)膜等を用いることも可能である。その
後、例えばコールドウォール型のCVD装置を用いて、
チタン膜45aと窒化酸化チタン45bとを順次積層し
た膜45の表面にタングステン膜46を堆積する。
【0009】その後図5の(3)に示すように、フッ素
を含むガスとして、例えば六フッ化イオウ(SF6 )よ
りなるエッチングガスを用いたエッチングにより、上記
タングステン膜46をエッチバックして、図の2点鎖線
で示す部分を除去する。そして、コンタクト孔44の内
部にタングステン膜46よりなるタングステンプラグ4
7を形成する。また上記エッチバック時に、層間絶縁膜
43上のチタン膜45aと窒化酸化チタン45bとを順
次積層した膜45もエッチバックして除去する場合に
は、上記六フッ化イオウよりなるエッチングガスの代わ
りに、例えば六フッ化イオウに塩素を含むガスとして、
例えば塩素(Cl2 )を添加したエッチングガスを用い
て、エッチバックを行えばよい。
を含むガスとして、例えば六フッ化イオウ(SF6 )よ
りなるエッチングガスを用いたエッチングにより、上記
タングステン膜46をエッチバックして、図の2点鎖線
で示す部分を除去する。そして、コンタクト孔44の内
部にタングステン膜46よりなるタングステンプラグ4
7を形成する。また上記エッチバック時に、層間絶縁膜
43上のチタン膜45aと窒化酸化チタン45bとを順
次積層した膜45もエッチバックして除去する場合に
は、上記六フッ化イオウよりなるエッチングガスの代わ
りに、例えば六フッ化イオウに塩素を含むガスとして、
例えば塩素(Cl2 )を添加したエッチングガスを用い
て、エッチバックを行えばよい。
【0010】さらに金属配線層を形成するには、図6に
示すように、タングステンプラグ47上と層間絶縁膜4
3上とに、チタン(Ti)膜48と窒化酸化チタン(T
iON)膜49とを成膜する。さらにアルミニウム−シ
リコン(Al−Si)膜50を成膜する。
示すように、タングステンプラグ47上と層間絶縁膜4
3上とに、チタン(Ti)膜48と窒化酸化チタン(T
iON)膜49とを成膜する。さらにアルミニウム−シ
リコン(Al−Si)膜50を成膜する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記タ
ングステンプラグを形成する方法では、エッチバックを
行ったタングステン膜上および層間絶縁膜上に、エッチ
バックで用いたフッ素(F),塩素(Cl)またはエッ
チバック時に生成された反応生成物等の不要物が付着す
る。不要物が付着した状態で、上記説明したような金属
配線層を形成した場合には、タングステンプラグとチタ
ン膜との間に不要物が取り込まれた状態になる。このた
め、Al−Si膜を加工した後、例えば不要物として残
留している塩素の影響によって、アフターコロージョン
と呼ばれるアルミニウムの腐食が発生する。
ングステンプラグを形成する方法では、エッチバックを
行ったタングステン膜上および層間絶縁膜上に、エッチ
バックで用いたフッ素(F),塩素(Cl)またはエッ
チバック時に生成された反応生成物等の不要物が付着す
る。不要物が付着した状態で、上記説明したような金属
配線層を形成した場合には、タングステンプラグとチタ
ン膜との間に不要物が取り込まれた状態になる。このた
め、Al−Si膜を加工した後、例えば不要物として残
留している塩素の影響によって、アフターコロージョン
と呼ばれるアルミニウムの腐食が発生する。
【0012】またブランケットタングステン−CVD法
によってタングステン膜を成膜した場合には、タングス
テン膜がコンタクト孔の底面側と側壁側とより形成され
るために、コンタクト孔の内部における当該タングステ
ン膜には、タングステン膜が成長して接触した部分が継
ぎ目となる。この継ぎ目は、十分に密な状態で成膜され
ていないので脆弱になっている。このため、エッチバッ
ク時に、この継ぎ目のエッチング速度が早くなって、継
ぎ目にわずかではあるがスリット状の隙間が形成され
る。また層間絶縁膜に段差が形成されている場合には、
段差部におけるエッチング残りを生じないように、通常
オーバエッチングを行う。このとき、継ぎ目がエッチン
グされて、その部分が凹状のくぼみになる。
によってタングステン膜を成膜した場合には、タングス
テン膜がコンタクト孔の底面側と側壁側とより形成され
るために、コンタクト孔の内部における当該タングステ
ン膜には、タングステン膜が成長して接触した部分が継
ぎ目となる。この継ぎ目は、十分に密な状態で成膜され
ていないので脆弱になっている。このため、エッチバッ
ク時に、この継ぎ目のエッチング速度が早くなって、継
ぎ目にわずかではあるがスリット状の隙間が形成され
る。また層間絶縁膜に段差が形成されている場合には、
段差部におけるエッチング残りを生じないように、通常
オーバエッチングを行う。このとき、継ぎ目がエッチン
グされて、その部分が凹状のくぼみになる。
【0013】上記のようにスリット状の隙間や凹状のく
ぼみを生じた状態で、不要物を除去するためのウェット
エッチングを行った場合には、スリット状の隙間や凹状
のくぼみに、エッチング液やエッチング後の洗浄時に用
いた水等が侵入して残留する。この状態でアルミニウム
膜を成膜した場合には、残留していたエッチング液とア
ルミニウム、もしくは残留していた水とアルミニウムと
が反応して、アルミニウム膜を腐食する。この結果、配
線の信頼性が低下し、半導体装置の品質が落ちる。
ぼみを生じた状態で、不要物を除去するためのウェット
エッチングを行った場合には、スリット状の隙間や凹状
のくぼみに、エッチング液やエッチング後の洗浄時に用
いた水等が侵入して残留する。この状態でアルミニウム
膜を成膜した場合には、残留していたエッチング液とア
ルミニウム、もしくは残留していた水とアルミニウムと
が反応して、アルミニウム膜を腐食する。この結果、配
線の信頼性が低下し、半導体装置の品質が落ちる。
【0014】本発明は、金属プラグに接続する配線を信
頼性高く形成するための金属プラグ形成後の表面処理方
法を提供することを目的とする。
頼性高く形成するための金属プラグ形成後の表面処理方
法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた金属プラグ形成後の表面処理方法
である。すなわち、基板上の絶縁膜に設けたコンタクト
孔内と絶縁膜上とに金属膜を形成した後、金属膜をエッ
チバックすることによりコンタクト孔内のみに金属膜を
残して金属プラグを形成し、その後金属プラグの表面お
よび絶縁膜の表面に付着した不要物を、水素原子を含む
還元性のガスをプラズマ化した雰囲気にさらすことによ
って除去する方法である。例えば、還元性のガスには水
素ガスまたはアンモニアガスを用いる。
成するためになされた金属プラグ形成後の表面処理方法
である。すなわち、基板上の絶縁膜に設けたコンタクト
孔内と絶縁膜上とに金属膜を形成した後、金属膜をエッ
チバックすることによりコンタクト孔内のみに金属膜を
残して金属プラグを形成し、その後金属プラグの表面お
よび絶縁膜の表面に付着した不要物を、水素原子を含む
還元性のガスをプラズマ化した雰囲気にさらすことによ
って除去する方法である。例えば、還元性のガスには水
素ガスまたはアンモニアガスを用いる。
【0016】または、水をプラズマ化した雰囲気に不要
物をさらすことによって、当該不要物を除去することも
可能である。もしくは、希ガスをプラズマ化してスパッ
タリングすることによって、不要物を除去することも可
能である。
物をさらすことによって、当該不要物を除去することも
可能である。もしくは、希ガスをプラズマ化してスパッ
タリングすることによって、不要物を除去することも可
能である。
【0017】また、上記表面処理方法によって表面処理
を行った後、その表面処理方法とは異なる表面処理方法
として、水素原子を含む還元性のガスをプラズマ化した
雰囲気にさらす表面処理方法、水素ガスもしくはアンモ
ニアガスよりなる還元性のガスをプラズマ化した雰囲気
にさらす表面処理方法、水をプラズマ化した雰囲気にさ
らす表面処理方法、および希ガスをプラズマ化してスパ
ッタリングする表面処理方法のうちの少なくとも一つの
表面処理方法によって表面処理を行う。
を行った後、その表面処理方法とは異なる表面処理方法
として、水素原子を含む還元性のガスをプラズマ化した
雰囲気にさらす表面処理方法、水素ガスもしくはアンモ
ニアガスよりなる還元性のガスをプラズマ化した雰囲気
にさらす表面処理方法、水をプラズマ化した雰囲気にさ
らす表面処理方法、および希ガスをプラズマ化してスパ
ッタリングする表面処理方法のうちの少なくとも一つの
表面処理方法によって表面処理を行う。
【0018】上記表面処理時には基板を50℃以上65
0℃以下の温度に加熱することが望ましい。さらに金属
膜は、タングステン,モリブデン,プラチニウム,銅,
シリサイド化合物またはアルミニウムを含むもので形成
することも可能である。
0℃以下の温度に加熱することが望ましい。さらに金属
膜は、タングステン,モリブデン,プラチニウム,銅,
シリサイド化合物またはアルミニウムを含むもので形成
することも可能である。
【0019】
【作用】上記表面処理方法では、水素原子を含む還元性
のガスをプラズマ化した雰囲気に、金属プラグの表面お
よび絶縁膜の表面に付着した不要物をさらすことによっ
て、当該不要物を除去する。そのため、金属膜の継ぎ目
の部分にエッチング液や水等が残留することがなくなる
ので、配線に用いるアルミニウム系金属膜を形成した場
合に、そのアルミニウム系金属膜を腐食することがな
い。
のガスをプラズマ化した雰囲気に、金属プラグの表面お
よび絶縁膜の表面に付着した不要物をさらすことによっ
て、当該不要物を除去する。そのため、金属膜の継ぎ目
の部分にエッチング液や水等が残留することがなくなる
ので、配線に用いるアルミニウム系金属膜を形成した場
合に、そのアルミニウム系金属膜を腐食することがな
い。
【0020】また上記エッチングガスに水素ガスまたは
アンモニアガスを用いたことによって、不要物のうち、
フッ素等のハロゲン原子または分子は、蒸気圧が高い水
素化ハロゲンになる。このため、金属プラグの表面や絶
縁膜の表面より水素化ハロゲンは離脱し易くなる。さら
に上記水をプラズマ化した雰囲気に不要物をさらすこと
によっても、上記同様の作用が得られる。
アンモニアガスを用いたことによって、不要物のうち、
フッ素等のハロゲン原子または分子は、蒸気圧が高い水
素化ハロゲンになる。このため、金属プラグの表面や絶
縁膜の表面より水素化ハロゲンは離脱し易くなる。さら
に上記水をプラズマ化した雰囲気に不要物をさらすこと
によっても、上記同様の作用が得られる。
【0021】またさらに希ガスをプラズマ化した雰囲気
に不要物をさらすことによって、金属プラグの表面や絶
縁膜の表面がスパッタされる。このため、不要物はスパ
ッタ作用によって除去される。この際、金属プラグ表面
における化学作用は生じないので、金属プラグの継ぎ目
部分がエッチングされることはない。
に不要物をさらすことによって、金属プラグの表面や絶
縁膜の表面がスパッタされる。このため、不要物はスパ
ッタ作用によって除去される。この際、金属プラグ表面
における化学作用は生じないので、金属プラグの継ぎ目
部分がエッチングされることはない。
【0022】上記表面処理のうちいずれかの表面処理を
行った後、当該表面処理とは異なる表面処理方法のうち
の一つの方法によって表面処理を行うことにより、初め
の表面処理によって、金属プラグの継ぎ目部分をエッチ
ングすることなく不要物を除去し、次の表面処理によっ
て、金属プラグの継ぎ目部分をエッチングすることな
く、初めの表面処理時に生じた不要物を除去する。
行った後、当該表面処理とは異なる表面処理方法のうち
の一つの方法によって表面処理を行うことにより、初め
の表面処理によって、金属プラグの継ぎ目部分をエッチ
ングすることなく不要物を除去し、次の表面処理によっ
て、金属プラグの継ぎ目部分をエッチングすることな
く、初めの表面処理時に生じた不要物を除去する。
【0023】上記金属プラグ形成後の表面処理方法にお
いて、プラズマエッチング時における基板を50℃以上
650℃以下の温度に加熱することにより、プラズマエ
ッチングによって生成された反応生成物,ハロゲン原子
あるいは分子等が金属プラグの表面や絶縁膜の表面より
離脱し易くなる。
いて、プラズマエッチング時における基板を50℃以上
650℃以下の温度に加熱することにより、プラズマエ
ッチングによって生成された反応生成物,ハロゲン原子
あるいは分子等が金属プラグの表面や絶縁膜の表面より
離脱し易くなる。
【0024】また上記金属膜を、タングステン,モリブ
デン,プラチニウム,銅,シリサイド化合物またはアル
ミニウムを含むもので形成しても、上記説明したと同様
の作用が得られる。
デン,プラチニウム,銅,シリサイド化合物またはアル
ミニウムを含むもので形成しても、上記説明したと同様
の作用が得られる。
【0025】
【実施例】本発明の第1の実施例を、図1のプラグ形成
工程および表面処理の説明図によって説明する。
工程および表面処理の説明図によって説明する。
【0026】図1の(1)に示すように、通常のホトリ
ソグラフィー技術とエッチングとによって、基板11の
上層に設けられている拡散層12上でかつ基板11上に
成膜されている絶縁膜13にコンタクト孔14を形成す
る。
ソグラフィー技術とエッチングとによって、基板11の
上層に設けられている拡散層12上でかつ基板11上に
成膜されている絶縁膜13にコンタクト孔14を形成す
る。
【0027】次いで図1の(2)に示すように、例えば
反応性スパッタ法によって、コンタクト孔14の内壁と
絶縁膜13の表面とに密着層15を形成する。この密着
層15は、例えばチタン(Ti)系の材料である窒化酸
化チタン(TiON)膜で形成される。続いて例えばブ
ランケットタングステン−CVD法によって、上記コン
タクト孔14内部を埋め込む状態にして、上記密着層1
5の上面に、金属膜16を形成する。この金属膜16
は、例えばタングステン膜よりなる。上記ブランケット
タングステン−CVD法では、例えば、水素1に対して
六フッ化タングステン(WF6 )19の割合で混合した
反応ガスを用い、反応温度(基板温度)を400℃、反
応雰囲気の圧力を867Paに設定する。
反応性スパッタ法によって、コンタクト孔14の内壁と
絶縁膜13の表面とに密着層15を形成する。この密着
層15は、例えばチタン(Ti)系の材料である窒化酸
化チタン(TiON)膜で形成される。続いて例えばブ
ランケットタングステン−CVD法によって、上記コン
タクト孔14内部を埋め込む状態にして、上記密着層1
5の上面に、金属膜16を形成する。この金属膜16
は、例えばタングステン膜よりなる。上記ブランケット
タングステン−CVD法では、例えば、水素1に対して
六フッ化タングステン(WF6 )19の割合で混合した
反応ガスを用い、反応温度(基板温度)を400℃、反
応雰囲気の圧力を867Paに設定する。
【0028】続いて図1の(3)に示すように、上記金
属膜16の2点鎖線で示す部分をエッチバックすること
により、上記絶縁膜13上の当該金属膜16を除去す
る。そしてコンタクト孔14の内部に当該金属膜16よ
りなる金属プラグ17を形成する。上記エッチバックで
は、例えばエッチングガスに流量が50sccmの六フ
ッ化イオウ(SF6 )と流量が10sccmの塩素(C
l2 )との混合ガスを用い、エッチング雰囲気の圧力を
1.3Pa、マイクロ波パワーを1kW、高周波バイア
スを10Wに設定する。上記エッチバックでは、絶縁膜
13上の密着層15(1点鎖線で示す部分)もエッチバ
ックされて除去される。
属膜16の2点鎖線で示す部分をエッチバックすること
により、上記絶縁膜13上の当該金属膜16を除去す
る。そしてコンタクト孔14の内部に当該金属膜16よ
りなる金属プラグ17を形成する。上記エッチバックで
は、例えばエッチングガスに流量が50sccmの六フ
ッ化イオウ(SF6 )と流量が10sccmの塩素(C
l2 )との混合ガスを用い、エッチング雰囲気の圧力を
1.3Pa、マイクロ波パワーを1kW、高周波バイア
スを10Wに設定する。上記エッチバックでは、絶縁膜
13上の密着層15(1点鎖線で示す部分)もエッチバ
ックされて除去される。
【0029】上記エッチバックを行うと、図1の(4)
に示すように、フッ素や塩素等のエッチングガス種また
は塩化タングステンやフッ化チタン等の反応生成物より
なる不要物21が上記金属プラグ17の表面や上記絶縁
膜13の表面に付着する。
に示すように、フッ素や塩素等のエッチングガス種また
は塩化タングステンやフッ化チタン等の反応生成物より
なる不要物21が上記金属プラグ17の表面や上記絶縁
膜13の表面に付着する。
【0030】その後、上記不要物21を除去するための
表面処理を行う。表面処理では、例えば、流量を100
sccmに設定した4%の水素を含むアルゴンを放電ガ
スに用い、また放電雰囲気の圧力を1.3Paに設定
し、マイクロ波パワーを1kW、高周波バイアスを5W
に設定して、放電を行う。
表面処理を行う。表面処理では、例えば、流量を100
sccmに設定した4%の水素を含むアルゴンを放電ガ
スに用い、また放電雰囲気の圧力を1.3Paに設定
し、マイクロ波パワーを1kW、高周波バイアスを5W
に設定して、放電を行う。
【0031】放電によって、放電ガスが分解し、水素ラ
ジカル22を発生する。この水素ラジカル22と不要物
21のうちのフッ素や塩素とが反応して、蒸気圧が高い
フッ化水素や塩化水素等のガス23を生成する。このよ
うにして、金属プラグ17の表面や絶縁膜13の表面に
付着したフッ素や塩素を除去する。またアルゴンイオン
24のスパッタリング作用によって、不要物21のうち
の塩化タングステンやフッ化チタン等の反応生成物25
を金属プラグ17の表面や絶縁膜13の表面より除去す
る。
ジカル22を発生する。この水素ラジカル22と不要物
21のうちのフッ素や塩素とが反応して、蒸気圧が高い
フッ化水素や塩化水素等のガス23を生成する。このよ
うにして、金属プラグ17の表面や絶縁膜13の表面に
付着したフッ素や塩素を除去する。またアルゴンイオン
24のスパッタリング作用によって、不要物21のうち
の塩化タングステンやフッ化チタン等の反応生成物25
を金属プラグ17の表面や絶縁膜13の表面より除去す
る。
【0032】上記放電ガスには水素を混合したアルゴン
ガスを用いたが、例えばアンモニア(NH3 )を用いる
こともでき、またメタン(CH4 )等のハイドロカーボ
ンガス等の水素原子を含む還元性のガスを用いることも
可能である。
ガスを用いたが、例えばアンモニア(NH3 )を用いる
こともでき、またメタン(CH4 )等のハイドロカーボ
ンガス等の水素原子を含む還元性のガスを用いることも
可能である。
【0033】また上記表面処理時に、基板11を50℃
以上650℃以下に加熱すると、除去反応が促進され
る。なお、基板11の温度が50℃より低い場合には、
除去反応が抑制され、基板11の温度が650℃より高
い場合には、密着層15のバリアメタルとしての機能が
失われる。
以上650℃以下に加熱すると、除去反応が促進され
る。なお、基板11の温度が50℃より低い場合には、
除去反応が抑制され、基板11の温度が650℃より高
い場合には、密着層15のバリアメタルとしての機能が
失われる。
【0034】次に、第2の実施例を図2によって説明す
る。
る。
【0035】図に示すように、前記第1の実施例の図1
の(1)〜(3)で説明した工程を行うことによって、
絶縁膜13に設けたコンタクト孔14の内部に金属プラ
グ17を形成する。その後、例えば、流量が100sc
cmのアルゴンガス(キャリアガスとして作用)と流量
が30sccmのH2 Oとを混合したものを放電ガスに
用い、また放電雰囲気の圧力を1.3Paに設定し、マ
イクロ波パワーを1kW、高周波バイアスを5W、基板
11の温度を250℃に設定して、放電を行う。
の(1)〜(3)で説明した工程を行うことによって、
絶縁膜13に設けたコンタクト孔14の内部に金属プラ
グ17を形成する。その後、例えば、流量が100sc
cmのアルゴンガス(キャリアガスとして作用)と流量
が30sccmのH2 Oとを混合したものを放電ガスに
用い、また放電雰囲気の圧力を1.3Paに設定し、マ
イクロ波パワーを1kW、高周波バイアスを5W、基板
11の温度を250℃に設定して、放電を行う。
【0036】放電によって、H2 Oが分解して水素ラジ
カル22を発生する。この水素ラジカル22と不要物2
1のフッ素や塩素とが反応して、蒸気圧が高いフッ化水
素や塩化水素等のガス23を生成する。このようにし
て、金属プラグ17の表面や絶縁膜13の表面に付着し
たフッ素や塩素を除去する。またアルゴンイオン24の
スパッタリング作用によって、不要物21のうちの塩化
タングステンやフッ化チタン等の反応生成物25を金属
プラグ17の表面や絶縁膜13の表面より除去する。
カル22を発生する。この水素ラジカル22と不要物2
1のフッ素や塩素とが反応して、蒸気圧が高いフッ化水
素や塩化水素等のガス23を生成する。このようにし
て、金属プラグ17の表面や絶縁膜13の表面に付着し
たフッ素や塩素を除去する。またアルゴンイオン24の
スパッタリング作用によって、不要物21のうちの塩化
タングステンやフッ化チタン等の反応生成物25を金属
プラグ17の表面や絶縁膜13の表面より除去する。
【0037】また上記表面処理時には、基板11の温度
を250℃に加熱したが、例えば基板11を50℃以上
650℃以下に加熱した場合にも、同様に不要物21の
除去反応は促進される。なお、基板11の温度が50℃
より低い場合には、除去反応が抑制され、基板11の温
度が650℃より高い場合には、密着層15のバリアメ
タルとしての機能が失われる。
を250℃に加熱したが、例えば基板11を50℃以上
650℃以下に加熱した場合にも、同様に不要物21の
除去反応は促進される。なお、基板11の温度が50℃
より低い場合には、除去反応が抑制され、基板11の温
度が650℃より高い場合には、密着層15のバリアメ
タルとしての機能が失われる。
【0038】次に表面処理方法の第3の実施例を、図3
によって説明する。
によって説明する。
【0039】図に示すように、前記第1の実施例の図1
の(1)〜(3)で説明した工程を行うことによって、
絶縁膜13に設けたコンタクト孔14の内部に金属プラ
グ17を形成する。その後、例えば、流量が100sc
cmのアルゴンガスを放電ガスに用い、放電雰囲気の圧
力を1.3Paに設定し、マイクロ波パワーを1kW、
高周波バイアスを10W、基板11の温度を250℃に
設定して、放電を行う。
の(1)〜(3)で説明した工程を行うことによって、
絶縁膜13に設けたコンタクト孔14の内部に金属プラ
グ17を形成する。その後、例えば、流量が100sc
cmのアルゴンガスを放電ガスに用い、放電雰囲気の圧
力を1.3Paに設定し、マイクロ波パワーを1kW、
高周波バイアスを10W、基板11の温度を250℃に
設定して、放電を行う。
【0040】放電によって、アルゴンイオン24が発生
する。このアルゴンイオン24は高周波バイアスによっ
て基板11方向に加速され、金属プラグ17の表面や絶
縁膜13の表面に入射される。そして、フッ素や塩素等
のハロゲン原子やフッ化タングステンや塩化タングステ
ン等の反応生成物よりなる不要物21をスパッタリング
作用によって、金属プラグ17の表面や絶縁膜13の表
面より除去する。
する。このアルゴンイオン24は高周波バイアスによっ
て基板11方向に加速され、金属プラグ17の表面や絶
縁膜13の表面に入射される。そして、フッ素や塩素等
のハロゲン原子やフッ化タングステンや塩化タングステ
ン等の反応生成物よりなる不要物21をスパッタリング
作用によって、金属プラグ17の表面や絶縁膜13の表
面より除去する。
【0041】また上記表面処理時には、基板11の温度
を250℃に加熱したが、例えば基板11を50℃以上
650℃以下に加熱した場合にも、同様に不要物21の
除去反応は促進される。なお、基板11の温度が50℃
より低い場合には、除去反応が抑制され、基板11の温
度が650℃より高い場合には、密着層15のバリアメ
タルとしての機能が失われる。
を250℃に加熱したが、例えば基板11を50℃以上
650℃以下に加熱した場合にも、同様に不要物21の
除去反応は促進される。なお、基板11の温度が50℃
より低い場合には、除去反応が抑制され、基板11の温
度が650℃より高い場合には、密着層15のバリアメ
タルとしての機能が失われる。
【0042】次に表面処理方法の第4の実施例を、図4
によって説明する。
によって説明する。
【0043】図4の(1)に示すように、前記第1の実
施例の図1の(1)〜(3)で説明した工程を行うこと
によって、絶縁膜13に設けたコンタクト孔14の内部
に金属プラグ17を形成する。その後、例えば、流量が
100sccmのアルゴンガス(キャリアガスとして作
用)と流量が30sccmのH2 Oとを混合したものを
放電ガスに用い、また放電雰囲気の圧力を1.3Paに
設定し、マイクロ波パワーを1kW、高周波バイアスを
5W、基板11の温度を250℃に設定して、放電を行
う。
施例の図1の(1)〜(3)で説明した工程を行うこと
によって、絶縁膜13に設けたコンタクト孔14の内部
に金属プラグ17を形成する。その後、例えば、流量が
100sccmのアルゴンガス(キャリアガスとして作
用)と流量が30sccmのH2 Oとを混合したものを
放電ガスに用い、また放電雰囲気の圧力を1.3Paに
設定し、マイクロ波パワーを1kW、高周波バイアスを
5W、基板11の温度を250℃に設定して、放電を行
う。
【0044】放電によって、H2 Oが分解して水素ラジ
カル22を発生する。この水素ラジカル22と不要物2
1のフッ素や塩素とが反応して、蒸気圧が高いフッ化水
素や塩化水素等のガス23を生成する。このようにし
て、金属プラグ17の表面や絶縁膜13の表面に付着し
たフッ素や塩素を除去する。
カル22を発生する。この水素ラジカル22と不要物2
1のフッ素や塩素とが反応して、蒸気圧が高いフッ化水
素や塩化水素等のガス23を生成する。このようにし
て、金属プラグ17の表面や絶縁膜13の表面に付着し
たフッ素や塩素を除去する。
【0045】このとき、金属プラグ17と放電で未反応
のH2 Oとの反応によって、または金属プラグ17と放
電分解した酸素ラジカルとの反応によって、酸化チタン
(TiO2 )または酸化タングステン(WO2 )等が生
成され、不要物26となって残留する可能性がある。
のH2 Oとの反応によって、または金属プラグ17と放
電分解した酸素ラジカルとの反応によって、酸化チタン
(TiO2 )または酸化タングステン(WO2 )等が生
成され、不要物26となって残留する可能性がある。
【0046】このため図4の(2)に示すように、不要
物26が残留している場合にはその不要物26を除去す
る必要が生じる。上記不要物26の除去は、例えば、ア
ルゴンイオン24のスパッタリング作用によって行う。
その処理条件としては、例えば、流量が100sccm
のアルゴンガスを放電ガスに用い、放電雰囲気の圧力を
1.3Paに設定し、マイクロ波パワーを1kW、高周
波バイアスを10W、基板11の温度を250℃に設定
して、放電を行う。
物26が残留している場合にはその不要物26を除去す
る必要が生じる。上記不要物26の除去は、例えば、ア
ルゴンイオン24のスパッタリング作用によって行う。
その処理条件としては、例えば、流量が100sccm
のアルゴンガスを放電ガスに用い、放電雰囲気の圧力を
1.3Paに設定し、マイクロ波パワーを1kW、高周
波バイアスを10W、基板11の温度を250℃に設定
して、放電を行う。
【0047】放電によって、アルゴンイオン24が発生
する。このアルゴンイオン24は高周波バイアスによっ
て基板11方向に加速され、金属プラグ17の表面や絶
縁膜13の表面に入射される。そして、上記不要物26
をスパッタリング作用によって、金属プラグ17の表面
や絶縁膜13の表面より除去する。
する。このアルゴンイオン24は高周波バイアスによっ
て基板11方向に加速され、金属プラグ17の表面や絶
縁膜13の表面に入射される。そして、上記不要物26
をスパッタリング作用によって、金属プラグ17の表面
や絶縁膜13の表面より除去する。
【0048】また上記表面処理時には、基板11の温度
を250℃に加熱したが、例えば基板11を50℃以上
650℃以下に加熱した場合にも、同様に不要物21,
26の除去反応は促進される。なお、基板11の温度が
50℃より低い場合には、除去反応が抑制され、基板1
1の温度が650℃より高い場合には、密着層15のバ
リアメタルとしての機能が失われる。
を250℃に加熱したが、例えば基板11を50℃以上
650℃以下に加熱した場合にも、同様に不要物21,
26の除去反応は促進される。なお、基板11の温度が
50℃より低い場合には、除去反応が抑制され、基板1
1の温度が650℃より高い場合には、密着層15のバ
リアメタルとしての機能が失われる。
【0049】上記説明した第4の実施例では、一例とし
て、初めにH2 Oを分解して得た水素ラジカル22によ
って不要物21を除去した後、アルゴンイオンのスパッ
タリング作用によって不要物26を除去したが、付着し
ている不要物の種類に合わせて、実施例1,2,3で説
明したいずれかの表面処理方法を二つ以上組み合わせて
行うことも可能である。そして、その組合せ方は、付着
している不要物の種類によって、適宜決定される。
て、初めにH2 Oを分解して得た水素ラジカル22によ
って不要物21を除去した後、アルゴンイオンのスパッ
タリング作用によって不要物26を除去したが、付着し
ている不要物の種類に合わせて、実施例1,2,3で説
明したいずれかの表面処理方法を二つ以上組み合わせて
行うことも可能である。そして、その組合せ方は、付着
している不要物の種類によって、適宜決定される。
【0050】上記各実施例における説明では、金属膜1
6にタングステン(W)膜を用いた場合を説明したが、
例えば、モリブデン,プラチニウム,銅,シリサイド化
合物またはアルミニウムを含む金属膜で形成した場合も
上記同様にして、不要物21,26を除去することが可
能である。
6にタングステン(W)膜を用いた場合を説明したが、
例えば、モリブデン,プラチニウム,銅,シリサイド化
合物またはアルミニウムを含む金属膜で形成した場合も
上記同様にして、不要物21,26を除去することが可
能である。
【0051】また上記表面処理を行える装置は、マイク
ロ波プラズマエッチング装置に限定されることはなく、
例えば平行平板型エッチング装置、マグネトロン反応性
イオンエッチング装置またはダウンフロータイプの処理
装置等、種々のエッチング装置を用いることが可能であ
る。
ロ波プラズマエッチング装置に限定されることはなく、
例えば平行平板型エッチング装置、マグネトロン反応性
イオンエッチング装置またはダウンフロータイプの処理
装置等、種々のエッチング装置を用いることが可能であ
る。
【0052】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
水素原子を含む還元性のガスとして、水素ガスまたはア
ンモニアガスをプラズマ化した雰囲気に、金属プラグの
表面および絶縁膜の表面に生成された不要物がさらされ
るので、不要物を除去することができる。また本処理は
ドライ処理なので、金属プラグに形成される継ぎ目の部
分には、配線となるアルミニウム膜を腐食する成分が残
留しない。したがって、信頼性の高い配線形成が可能に
なり、半導体装置の品質の向上が図れる。
水素原子を含む還元性のガスとして、水素ガスまたはア
ンモニアガスをプラズマ化した雰囲気に、金属プラグの
表面および絶縁膜の表面に生成された不要物がさらされ
るので、不要物を除去することができる。また本処理は
ドライ処理なので、金属プラグに形成される継ぎ目の部
分には、配線となるアルミニウム膜を腐食する成分が残
留しない。したがって、信頼性の高い配線形成が可能に
なり、半導体装置の品質の向上が図れる。
【0053】また水をプラズマ化した雰囲気に不要物を
さらして除去する場合、希ガスをプラズマ化してスパッ
タ作用により不要物を除去する場合にも、上記同様の効
果が得られる。
さらして除去する場合、希ガスをプラズマ化してスパッ
タ作用により不要物を除去する場合にも、上記同様の効
果が得られる。
【0054】上記表面処理方法のうちいずれかの表面処
理方法によって表面処理を行った後、当該表面処理方法
とは異なる表面処理方法のうちの一つの方法によって表
面処理を行うので、まず、初めの表面処理によって、金
属プラグの継ぎ目部分をエッチングすることなく不要物
を除去できる。そして次の表面処理によって、金属プラ
グの継ぎ目部分をエッチングすることなく、初めの表面
処理時に生じた不要物を除去することができる。
理方法によって表面処理を行った後、当該表面処理方法
とは異なる表面処理方法のうちの一つの方法によって表
面処理を行うので、まず、初めの表面処理によって、金
属プラグの継ぎ目部分をエッチングすることなく不要物
を除去できる。そして次の表面処理によって、金属プラ
グの継ぎ目部分をエッチングすることなく、初めの表面
処理時に生じた不要物を除去することができる。
【0055】表面処理時に、基板を50℃以上650℃
以下の温度に加熱する場合には、不要物の除去反応を促
進することができる。また金属膜を、タングステン,モ
リブデン,プラチニウム,銅,シリサイド化合物または
アルミニウムを含むもので形成しても、上記同様の効果
を得ることができる。
以下の温度に加熱する場合には、不要物の除去反応を促
進することができる。また金属膜を、タングステン,モ
リブデン,プラチニウム,銅,シリサイド化合物または
アルミニウムを含むもので形成しても、上記同様の効果
を得ることができる。
【図1】第1の実施例のプラグ形成工程および表面処理
の説明図である。
の説明図である。
【図2】第2の実施例における表面処理の説明図であ
る。
る。
【図3】第3の実施例における表面処理の説明図であ
る。
る。
【図4】第4の実施例における表面処理の説明図であ
る。
る。
【図5】従来例のタングステンプラグの形成工程図であ
る。
る。
【図6】従来例の金属配線層の説明図である。
11 基板 13 絶縁膜 14 コンタクト孔 16 金属膜 17 金属プラグ 21 不要物 26 不要物
Claims (7)
- 【請求項1】 基板上の絶縁膜に設けたコンタクト孔内
と当該絶縁膜上とに金属膜を形成した後、前記金属膜を
エッチバックすることによって前記コンタクト孔内のみ
に当該金属膜を残して金属プラグを形成し、その後前記
金属プラグの表面および前記絶縁膜の表面に付着した不
要物を除去する表面処理方法において、 前記不要物の除去を、水素原子を含む還元性のガスをプ
ラズマ化した雰囲気にさらすことによって行うことを特
徴とする金属プラグ形成後の表面処理方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の金属プラグ形成後の表面
処理方法において、 前記水素原子を含む還元性のガスが水素ガスまたはアン
モニアガスよりなることを特徴とする金属プラグ形成後
の表面処理方法。 - 【請求項3】 基板上の絶縁膜に設けたコンタクト孔内
と当該絶縁膜上とに金属膜を形成した後、前記金属膜を
エッチバックすることにより前記コンタクト孔内のみに
当該金属膜を残して金属プラグを形成し、その後前記金
属プラグの表面および前記絶縁膜の表面に付着した不要
物を除去する表面処理方法において、 前記不要物の除去を、水をプラズマ化した雰囲気にさら
すことによって行うことを特徴とする金属プラグ形成後
の表面処理方法。 - 【請求項4】 基板上の絶縁膜に設けたコンタクト孔内
と当該絶縁膜上とに金属膜を形成した後、前記金属膜を
エッチバックすることにより前記コンタクト孔内のみに
当該金属膜を残して金属プラグを形成し、その後前記金
属プラグの表面および前記絶縁膜の表面に付着した不要
物を除去する表面処理方法において、 前記不要物の除去を、希ガスをプラズマ化してスパッタ
リングすることによって行うことを特徴とする金属プラ
グ形成後の表面処理方法。 - 【請求項5】 請求項1,請求項2,請求項3または請
求項4に記載の金属プラグ形成後の表面処理方法におい
て、 前記表面処理方法によって表面処理を行った後、 当該表面処理方法とは異なる表面処理方法であって、水
素原子を含む還元性のガスをプラズマ化した雰囲気にさ
らす表面処理方法、水素ガスまたはアンモニアガスより
なる還元性のガスをプラズマ化した雰囲気にさらす表面
処理方法、水をプラズマ化した雰囲気にさらす表面処理
方法、および希ガスをプラズマ化してスパッタリングす
る表面処理方法のうちの少なくとも一つの表面処理方法
によって表面処理を行うことを特徴とする金属プラグ形
成後の表面処理方法。 - 【請求項6】 請求項1,請求項2,請求項3,請求項
4または請求項5に記載の金属プラグ形成後の表面処理
方法において、 前記表面処理時における前記基板を50℃以上650℃
以下の温度に加熱することを特徴とする金属プラグ形成
後の表面処理方法。 - 【請求項7】 請求項1,請求項2,請求項3,請求項
4,請求項5または請求項6に記載の金属プラグ形成後
の表面処理方法において、 前記金属膜は、タングステン,モリブデン,プラチニウ
ム,銅,シリサイド化合物またはアルミニウムを含むも
のよりなることを特徴とする金属プラグ形成後の表面処
理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23240993A JPH06204191A (ja) | 1992-11-10 | 1993-08-24 | 金属プラグ形成後の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4-326129 | 1992-11-10 | ||
JP32612992 | 1992-11-10 | ||
JP23240993A JPH06204191A (ja) | 1992-11-10 | 1993-08-24 | 金属プラグ形成後の表面処理方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06204191A true JPH06204191A (ja) | 1994-07-22 |
Family
ID=26530446
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23240993A Pending JPH06204191A (ja) | 1992-11-10 | 1993-08-24 | 金属プラグ形成後の表面処理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06204191A (ja) |
Cited By (13)
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1993
- 1993-08-24 JP JP23240993A patent/JPH06204191A/ja active Pending
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