JP2000077385A - Via forming method with high reliability for semiconductor device - Google Patents
Via forming method with high reliability for semiconductor deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体装置の高信頼性を有するビア形成方法
に関する。
【解決手段】 上部金属配線と下部導電層とをビアに連
結する半導体装置の製造方法において、前記上部金属配
線をパターニングした後、前記ビアを埋め込んでいる金
属プラグの表面に電荷が蓄積されることを防止するため
に無プラズマ(plasmaless)オゾンアッシングを実施す
る。無プラズマオゾンアッシングにより上部金属配線に
対して、ミスアラインされて露出したビアを埋め込んで
いる金属プラグの表面を酸化させると共に陽電荷を吸収
することによって、露出した金属プラグが電気化学的反
応により腐食されないので、ビアの信頼性を向上させる
ことができる。
(57) Abstract: A method for forming a via of a semiconductor device having high reliability. SOLUTION: In a method of manufacturing a semiconductor device in which an upper metal wiring and a lower conductive layer are connected to a via, after the upper metal wiring is patterned, electric charges are accumulated on a surface of a metal plug filling the via. Plasma-less ozone ashing is carried out to prevent the occurrence of ozone ashing. Non-plasma ozone ashing oxidizes the surface of the metal plug that fills the misaligned and exposed via with respect to the upper metal wiring and absorbs positive charges, so that the exposed metal plug is not corroded by an electrochemical reaction. Therefore, the reliability of the via can be improved.
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
方法に係り、特に、多層配線構造において、上部の金属
配線をパターニングした後、後続の段階で、プラズマに
よりビアプラグ(via plug)に電荷が蓄積されて、電気
化学的(electrochemical)に腐食(corrosion)される
ことを防止することができる半導体装置の製造方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing accumulated and electrochemical corrosion.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の小型化及び軽量化により、
そのデザインルール(design-rule)が縮小され、配線
によるRC遅延が動作速度を決定する重要な要因になっ
た。これによって、多層配線構造が実用化されており、
マイクロプロセッサのような高集積回路素子の場合、要
求される金属配線層の数が、既存の2〜3層から4〜6
層に増加されており、今後、より高い高集積回路素子の
場合には、その以上の配線層の使用が予想される。この
ような多層配線構造を有する半導体装置においては、金
属配線を連結するビア(via)の特性が一層重要視され
る。さらに、金属配線の最小線幅(デザインルール)の
縮小により、ビアの大きさも縮小されることになった。
これによって、不良発生の抑制と共に低いコンタクト抵
抗の確保が重要な問題になった。2. Description of the Related Art As semiconductor devices become smaller and lighter,
The design rules were reduced, and the RC delay due to wiring became an important factor in determining the operation speed. As a result, a multilayer wiring structure has been put into practical use,
In the case of a highly integrated circuit device such as a microprocessor, the required number of metal wiring layers is reduced from existing 2-3 layers to 4-6 layers.
In the case of a higher integrated circuit device, it is expected that a higher wiring layer will be used in the future. In a semiconductor device having such a multilayer wiring structure, characteristics of vias connecting metal wirings are more important. Further, the size of the via is also reduced due to the reduction of the minimum line width (design rule) of the metal wiring.
As a result, it has become an important problem to suppress the occurrence of defects and to ensure a low contact resistance.
【0003】優れた電子移動抵抗(Electromigration r
esistance;EM)特性及び低い非抵抗値を有するタン
グステン(W)が、ビアを埋め込む材料として広く用い
られている。[0003] Excellent electron transfer resistance (Electromigration r)
Tungsten (W) having an esistance (EM) characteristic and a low non-resistance value is widely used as a material for filling a via.
【0004】図1は従来の方法による半導体装置のビア
形成方法を説明するための断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a conventional method of forming a via of a semiconductor device.
【0005】図1を参照すれば、所定の回路パターンが
形成されている半導体基板(図示せず)の上部に、アル
ミニウム(Al)膜及びチタニウムナイトライド(Tita
niumNitride;以下、‘TiN’と称する。)膜を順に
スパッタリングし、これをフォトリソグラフィー工程で
パターニングすることによって、下部金属配線12及び
第1キャッピング層14を形成する。次に、前記結果物
の上部に酸化膜を化学気相蒸着(CVD)方法により蒸
着して層間絶縁膜(intermetal dielectric film;IM
D)16を形成した後、フォトリソグラフィー工程で前
記層間絶縁膜16を食刻して下部金属配線12を露出さ
せるビア18を形成する。前記結果物の上部にチタニウ
ム(Titanium;以下、‘Ti’と称する。)やTi/T
iNを化学気相蒸着(CVD)方法により蒸着してバリ
ヤ金属層(barrier metal layer;図示せず)を形成し
た後、その上部にタングステン膜を化学気相蒸着(CV
D)方法により、前記ビア18を十分に埋め込むことが
できるほどの厚さで蒸着する。次に、化学物理的研磨
(CMP)方法により、前記層間絶縁膜16の表面が露
出するまでタングステン膜を食刻することにより、前記
ビアを埋め込むタングステンプラグ20を形成する。前
記結果物の上部にTi膜、アルミニウム(Al)膜及び
TiN膜を順にスパッタリングした後、フォトリソグラ
フィー工程で前記膜をパターニングすることによって、
オミック層22、上部金属配線24及び第2キャッピン
グ層26を形成する。Referring to FIG. 1, an aluminum (Al) film and a titanium nitride (Titanium nitride) are formed on a semiconductor substrate (not shown) on which a predetermined circuit pattern is formed.
niumNitride; hereinafter, referred to as 'TiN'. A) The lower metal wiring 12 and the first capping layer 14 are formed by sequentially sputtering the film and patterning the film in a photolithography process. Next, an oxide film is deposited on the resultant structure by a chemical vapor deposition (CVD) method to form an intermetal dielectric film (IM).
D) After the formation of 16, the interlayer insulating film 16 is etched by a photolithography process to form a via 18 exposing the lower metal wiring 12. Titanium (hereinafter referred to as “Ti”) or Ti / T is formed on the resultant product.
After a barrier metal layer (not shown) is formed by depositing iN by a chemical vapor deposition (CVD) method, a tungsten film is formed thereon by chemical vapor deposition (CV).
By the method D), vapor deposition is performed to a thickness enough to bury the via 18 sufficiently. Next, a tungsten plug 20 for filling the via is formed by etching the tungsten film until the surface of the interlayer insulating film 16 is exposed by a chemical physical polishing (CMP) method. After sequentially sputtering a Ti film, an aluminum (Al) film and a TiN film on the resultant product, the film is patterned by a photolithography process.
The ohmic layer 22, the upper metal wiring 24, and the second capping layer 26 are formed.
【0006】半導体装置のデザインルールの縮小によ
り、金属配線の線幅が縮小され、これによって金属配線
を連結するビアの大きさも縮小される。しかし、蒸着条
件の埋め込み限界及びコンタクト抵抗の増加などによる
種々の制限条件により、ビアの大きさを縮小するのに限
界がある。従って、0.35μm以下のデザインルール
を有する半導体装置においては、ビアの大きさに比べて
金属配線の大きさが若干大きいか、ほぼ同一であるの
で、ビアと金属配線との間のオーバラップマージンがほ
ぼなくなる。従って、フォトレジスト膜を用いて、上部
金属配線をパターニングする時、写真工程のマージン限
界により、ビアに対するミスアライン(図1の‘a’参
照)が発生すると、ビアを埋め込んでいるビアプラグの
表面の一部が露出する。特に、ビアプラグをタングステ
ンで形成する場合、上部金属配線をパターニングした
後、フォトレジスト膜を酸素(O2)プラズマでアッシ
ング(ashing)すると、プラズマによりタングステンプ
ラグに電荷が蓄積される。このように電荷が蓄積された
タングステンプラグが後続の湿式ストリップ(strip)
工程において、有機ストリッパ(stripper)に露出する
と、タングステンプラグが電気化学的反応を起こして腐
食するる問題が発生する。[0006] As the design rule of the semiconductor device is reduced, the line width of the metal wiring is reduced, whereby the size of the via connecting the metal wiring is also reduced. However, there is a limit in reducing the size of the via due to various restrictions such as an embedding limit of deposition conditions and an increase in contact resistance. Therefore, in a semiconductor device having a design rule of 0.35 μm or less, the size of the metal wiring is slightly larger or almost the same as the size of the via, so that the overlap margin between the via and the metal wiring is reduced. Is almost gone. Therefore, when the upper metal wiring is patterned using a photoresist film, if a misalignment (refer to 'a' in FIG. 1) occurs with respect to the via due to a margin limit of a photographic process, one of the surfaces of the via plug embedding the via is removed. The part is exposed. In particular, when the via plug is formed of tungsten, if the photoresist film is ashed with oxygen (O 2 ) plasma after patterning the upper metal wiring, electric charges are accumulated in the tungsten plug by the plasma. The tungsten plugs with the accumulated charges are connected to a subsequent wet strip.
In the process, when exposed to an organic stripper, there is a problem that the tungsten plug causes an electrochemical reaction and is corroded.
【0007】図2は化学溶液のペーハー指数(以下、
‘pH’と称する。)に従うタングステンの電気化学的
電位(electrochemical potential;以下‘E(V)’
と称する。)の値を示したグラフである。FIG. 2 shows the pH index of a chemical solution (hereinafter, referred to as “pH index”).
Called 'pH'. ), The electrochemical potential of tungsten (hereinafter referred to as 'E (V)')
Called. 4) is a graph showing the values of FIG.
【0008】図2を参照すれば、E(V)の値が0以上
である領域(即ち、E(V)≧0)では、pHが約4以
下である化学溶液で処理時、タングステン膜の表面にW
O3膜が形成されて腐食に対する抵抗性を有することが
示されている。しかし、pHが4以上である化学溶液に
対しては、タングステン膜の腐食反応が生じる。一般的
に広く用いられている有機ストリッパは、大部分pHが
4以上であるので、上部金属配線がビアに対してミスア
ラインされる場合、露出したタングステンプラグが後続
のストリップ工程中に腐食される。Referring to FIG. 2, in a region where the value of E (V) is equal to or greater than 0 (that is, E (V) ≧ 0), the tungsten film is treated with a chemical solution having a pH of approximately 4 or less. W on the surface
It has been shown that an O 3 film is formed and has resistance to corrosion. However, a corrosion reaction of the tungsten film occurs for a chemical solution having a pH of 4 or more. Generally, the widely used organic stripper has a pH of 4 or more, so that when the upper metal line is misaligned with the via, the exposed tungsten plug is corroded during the subsequent stripping process.
【0009】一般的に、タングステン膜が腐食するため
には、電気化学的反応が強く行わなければならなく、こ
のために十分な電荷が供給されなければならない。従っ
て、タングステン膜の腐食は、十分な電荷が供給されな
いと、その速度が速くないので、表面にピッティング
(pitting)が発生するほどですむことがある。しか
し、プラズマを用いる工程、例えば、乾式食刻工程やア
ッシング工程を経ると、金属配線内に陽電荷が蓄積され
る。特に、酸素プラズマを用いるアッシング工程時、陽
電荷の蓄積が増加され、金属配線に連結されたビアプラ
グにも陽電荷が蓄積されるようになり、シリコン基板に
対してフロティングされている金属配線の場合には、陽
電荷の蓄積が一層深化される。このようにビアプラグを
含んで陽極化された金属配線(polarized metal line)
が後続の化学溶液の処理工程、例えば、ストリップ工程
を経ると、露出したビアプラグ、即ち、陽極化されたタ
ングステンプラグの表面で強い電気化学的反応が生じ、
タングステンプラグの腐食が増進されて、激しい場合、
ビアの下部でタングステンプラグがすべて溶解してコン
タクト不良が発生する。Generally, in order for a tungsten film to corrode, a strong electrochemical reaction must be performed, and a sufficient charge must be supplied for this purpose. Therefore, the corrosion of the tungsten film may not be so fast unless sufficient charge is supplied, so that pitting may occur on the surface. However, after a process using plasma, for example, a dry etching process or an ashing process, positive charges are accumulated in the metal wiring. In particular, during the ashing process using oxygen plasma, the accumulation of positive charges is increased, and the positive charges are also stored in the via plugs connected to the metal wiring. In some cases, the accumulation of positive charges is further deepened. Anodized metal wiring including the via plug in this way (polarized metal line)
After a subsequent chemical solution treatment step, for example, a stripping step, a strong electrochemical reaction occurs on the surface of the exposed via plug, that is, the anodized tungsten plug,
If the corrosion of the tungsten plug is enhanced and severe,
At the bottom of the via, the tungsten plug is completely melted and a contact failure occurs.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来の方法による問題点を解決するために、多層配
線構造において、上部の金属配線をパターニングした
後、後続の段階でプラズマによりビアプラグに電荷が蓄
積して電気化学的に腐食されることを防止することがで
きる半導体装置の製造方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the conventional method by patterning an upper metal wiring in a multilayer wiring structure, and then forming a via plug by plasma in a subsequent stage. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, which can prevent electric charges from accumulating in a semiconductor device and electrochemically corroding.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明は、上部金属配線層と下部導電(conductive)
層とをビアに埋め込まれた金属プラグで連結する半導体
装置の製造方法において、前記金属プラグの第一上部を
露出し、前記金属プラグの第二上部を被覆してなる前記
上部金属配線層を設け、さらに電気化学的な腐食を防止
するために無プラズマ(plasmaless)オゾンアッシング
処理により前記金属プラグの第一上部を酸化する段階と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供
する。In order to achieve the above object, the present invention provides an upper metal wiring layer and a lower conductive layer.
In a method of manufacturing a semiconductor device in which a layer is connected to a metal plug embedded in a via, a first upper portion of the metal plug is exposed and an upper metal wiring layer covering a second upper portion of the metal plug is provided. Oxidizing the first upper portion of the metal plug by a plasmaless ozone ashing process to prevent electrochemical corrosion.
【0012】好適には、前記無プラズマオゾンアッシン
グ処理は、300〜400℃の温度で実施する。Preferably, the non-plasma ozone ashing is performed at a temperature of 300 to 400 ° C.
【0013】また、前記目的を達成するために本発明
は、半導体基板上に下部導電層を形成する段階と、前記
下部導電層上に層間絶縁膜を形成する段階と、前記層間
膜をエッチングすることによって前記下部導電層が露出
した層間膜にビアを形成する段階と、前記ビアを金属プ
ラグで埋め込む段階と、前記層間絶縁膜と金属プラグの
上部に金属配線層を形成する段階と、前記上部金属配線
層上にフォトレジスト膜パターンを形成後、前記上部金
属配線層をパターニングする段階と、さらに前記フォト
レジスト膜パターン上に無プラズマオゾンアッシング処
理を行う段階とを備えることを特徴とする半導体装置の
製造方法を提供する。According to another aspect of the present invention, a lower conductive layer is formed on a semiconductor substrate, an interlayer insulating film is formed on the lower conductive layer, and the interlayer film is etched. Forming a via in the interlayer film where the lower conductive layer is exposed, filling the via with a metal plug, forming a metal wiring layer on the interlayer insulating film and the metal plug, A semiconductor device comprising a step of patterning the upper metal wiring layer after forming a photoresist film pattern on the metal wiring layer; and a step of performing plasma-free ozone ashing on the photoresist film pattern. And a method for producing the same.
【0014】好適には、金属プラグはタングステン製で
ある。[0014] Preferably, the metal plug is made of tungsten.
【0015】好適には、さらに、化学溶液で前記フォト
レジスト膜パターンをストリップする。Preferably, the photoresist film pattern is further stripped with a chemical solution.
【0016】好適には、無プラズマオゾンアッシング処
理は、300〜400℃の温度で実施する。Preferably, the non-plasma ozone ashing process is performed at a temperature of 300 to 400.degree.
【0017】好適には、無プラズマオゾンアッシング処
理により前記金属プラグの露出表面を酸化し、酸化した
層は前記金属プラグの露出した表面に電荷が蓄積するこ
とを防止する。Preferably, the exposed surface of the metal plug is oxidized by plasma-free ozone ashing, and the oxidized layer prevents the accumulation of electric charges on the exposed surface of the metal plug.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の望ましい実施例を詳細に説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
【0019】図3は本発明の好適な実施例を示したフロ
ーチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a preferred embodiment of the present invention.
【0020】図3を参照すれば、上部金属配線をパター
ニングした後、前記パターニング工程時、食刻マスクに
用いられたフォトレジスト膜パターンを無プラズマオゾ
ンでアッシングして、上部金属配線に対してミスアライ
ンされて露出したビアを埋め込んでいるビアプラグ、例
えば、タングステンプラグの表面を酸化させる。次に、
化学溶液を用いたストリップ(strip)及び洗浄工程を
実施する。Referring to FIG. 3, after the upper metal wiring is patterned, the photoresist film pattern used as the etching mask is ashed with no plasma ozone during the patterning process, thereby misaligning the upper metal wiring. The surface of a via plug, for example, a tungsten plug, which buries the exposed via, is oxidized. next,
Perform strip and wash steps with chemical solution.
【0021】一般的に、オゾン(O3)は、強力な酸化
能力を有し、かつ、それ自体が不安定な分子であるの
で、すぐ分解し、ウェーハの表面に存在する電荷を消耗
させる反応を起こす。従って、前記ストリップ工程に用
いられる化学溶液は、そのpHが4以上であるが、オゾ
ンアッシングにより露出したタングステンプラグの表面
が酸化されているので、腐食に対する抵抗性を有する。
また、前記オゾンアッシングは、プラズマを用いずに実
施するので、金属配線及び露出したタングステンプラグ
の内部に陽電荷が蓄積されない。従って、後続のストリ
ップ工程時、露出したビアのタングステンプラグが電気
化学的反応により腐食されない。In general, ozone (O 3 ) has a strong oxidizing ability and is itself an unstable molecule, so it decomposes immediately and depletes the charge existing on the surface of the wafer. Cause Therefore, the chemical solution used in the stripping process has a pH of 4 or more, but has resistance to corrosion since the surface of the tungsten plug exposed by ozone ashing is oxidized.
In addition, since the ozone ashing is performed without using plasma, positive charges are not accumulated inside the metal wiring and the exposed tungsten plug. Therefore, during the subsequent stripping process, the exposed tungsten plug of the via is not corroded by the electrochemical reaction.
【0022】図4乃至図6は上述した本発明の好適な実
施例による半導体装置のビア形成方法を説明するための
断面図である。FIGS. 4 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of forming a via of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.
【0023】図4はビア108を形成する段階を示す。
所定の回路パターンが形成されている半導体基板(図に
示せず)の上部に絶縁層(図に示せず)を形成した後、
その上部に金属、例えば、アルミニウム(Al)を約6
000Åの厚さでスパッタリングして下部金属配線(下
部導電層ともいう)102を形成する。次に、前記下部
金属配線102の上部にTiNを約250Åの厚さでス
パッタリングして第1キャッピング層104を形成す
る。この時、前記第1キャッピング層104は、Tiを
約100Åの厚さでスパッタリングし、その上部にTi
Nを約400Åの厚さでスパッタリングして形成するこ
ともできる。FIG. 4 shows the step of forming the via 108.
After forming an insulating layer (not shown) on a semiconductor substrate (not shown) on which a predetermined circuit pattern is formed,
On top of this, a metal, for example, aluminum (Al)
A lower metal wiring (also referred to as a lower conductive layer) 102 is formed by sputtering with a thickness of 000 mm. Next, a first capping layer 104 is formed on the lower metal wiring 102 by sputtering TiN to a thickness of about 250 °. At this time, the first capping layer 104 is formed by sputtering Ti to a thickness of about 100 °
N can be formed by sputtering at a thickness of about 400 °.
【0024】次に、フォトリソグラフィー工程で前記第
1キャッピング層104及び下部金属配線102をパタ
ーニングした後、結果物の上部に絶縁物質、例えば、酸
化物を化学気相蒸着(CVD)方法により約10000
〜15000Åの厚さで蒸着して層間絶縁膜106を形
成する。フォトリソグラフィー工程で前記層間絶縁膜1
06及び第1キャッピング層104を食刻(エッチン
グ)して前記下部金属配線102の表面一部を露出させ
るビア108を形成した後、結果物の上部にTiやTi
/TiNを化学気相蒸着(CVD)方法により約800
Åの厚さで蒸着してバリヤ金属層(図に示せず)を形成
する。一般的には、ビアプラグを形成するためにタング
ステンを化学気相蒸着(CVD)方法で蒸着するときに
は、反応ガスであるWF6の反応性が非常に良いので、
場合によっては、アルミニウム(Al)やシリコン(S
i)のような下地層材料と易く反応し、望ましくない反
応生成物を形成させることによって、コンタクト抵抗の
増加や不良を誘発させることもある。従って、これを防
止するために、バリヤ金属層を形成した後、タングステ
ンを蒸着してWF6ガスに下地層が直接露出しないよう
にする方法が広く用いられている。また、前記バリヤ金
属層は、タングステンプラグとアルミニウム(Al)配
線との接着力を増進させる役割を果たす。このようなバ
リヤ金属層をスパッタ方式により蒸着すると、膜自体が
やや透く組織を有しているので、粒子間の境に沿ってW
F6ガスが拡散して下地層のシリコン、またはアルミニ
ウム(Al)と反応して望ましくない反応生成物を形成
することができる。従って、前記バリヤ金属層は、化学
気相蒸着(CVD)方法により蒸着するのが好適であ
る。Next, after the first capping layer 104 and the lower metal wiring 102 are patterned by a photolithography process, an insulating material, for example, an oxide is deposited on the resultant product by a chemical vapor deposition (CVD) method for about 10,000.
The interlayer insulating film 106 is formed by vapor deposition with a thickness of about 15000 °. In the photolithography process, the interlayer insulating film 1 is formed.
06 and the first capping layer 104 are etched (etched) to form a via 108 exposing a portion of the surface of the lower metal wiring 102, and then Ti or Ti is formed on the resultant structure.
/ TiN of about 800 by chemical vapor deposition (CVD)
A barrier metal layer (not shown) is formed by vapor deposition to a thickness of Å. Generally, when tungsten is deposited by a chemical vapor deposition (CVD) method to form a via plug, the reactive gas WF 6 has a very good reactivity.
In some cases, aluminum (Al) or silicon (S
It may easily react with the underlayer material as in i) to form an undesired reaction product, thereby increasing the contact resistance or causing a failure. Therefore, in order to prevent this, a method of forming a barrier metal layer and then depositing tungsten to prevent the underlying layer from being directly exposed to WF 6 gas is widely used. In addition, the barrier metal layer plays a role of increasing the adhesive strength between the tungsten plug and the aluminum (Al) wiring. When such a barrier metal layer is deposited by a sputtering method, the film itself has a slightly transparent structure.
The F 6 gas can diffuse and react with silicon or aluminum (Al) of the underlayer to form an undesirable reaction product. Accordingly, the barrier metal layer is preferably deposited by a chemical vapor deposition (CVD) method.
【0025】このようにバリヤ金属層を形成した後、結
果物の上部に金属、例えばタングステンを化学気相蒸着
(CVD)方法により、前記ビア108を十分に埋め込
むことができるほどの厚さで蒸着する。次に、化学物理
的研磨(CMP)方法により、前記層間絶縁膜106の
表面が露出するまでタングステン膜を食刻することによ
り、ビア108の内部にビアプラグ110を形成する。After the formation of the barrier metal layer, a metal, for example, tungsten is deposited on the resultant structure by a chemical vapor deposition (CVD) method to a thickness enough to bury the via 108. I do. Next, a via plug 110 is formed inside the via 108 by etching the tungsten film until the surface of the interlayer insulating film 106 is exposed by a chemical physical polishing (CMP) method.
【0026】ここで、または、ビアプラグ110は、半
導体基板上に形成された不純物ドープ層(図示せず)と
接触して上部金属配線層まで形成してもよい。Alternatively, the via plug 110 may be formed up to the upper metal wiring layer in contact with an impurity-doped layer (not shown) formed on the semiconductor substrate.
【0027】図5は上部金属配線114を形成する段階
を示す。前記のようにビアプラグ110を形成した後、
結果物の上部にTiを約150Åの厚さでスパッタリン
グしてオミック層112を形成する。次に、前記オミッ
ク層112の上部に金属、例えばアルミニウム(Al)
を約6000Åの厚さでスパッタリングして上部金属配
線114を形成する。次に、前記上部金属配線114の
上部にTiNを約250Åの厚さでスパッタリングして
第2キャッピング層116を形成する。この時、第2キ
ャッピング層116は、Tiを約100Åの厚さでスパ
ッタリングし、その上部にTiNを約400Åの厚さで
形成することもできる。FIG. 5 shows the step of forming the upper metal wiring 114. After forming the via plug 110 as described above,
An ohmic layer 112 is formed on the resultant structure by sputtering Ti to a thickness of about 150 °. Next, a metal such as aluminum (Al) is formed on the ohmic layer 112.
Is sputtered to a thickness of about 6000 ° to form the upper metal wiring 114. Next, a second capping layer 116 is formed on the upper metal interconnection 114 by sputtering TiN to a thickness of about 250 °. At this time, the second capping layer 116 may be formed by sputtering Ti with a thickness of about 100 ° and forming TiN thereon with a thickness of about 400 °.
【0028】次に、写真工程を通じて前記第2キャッピ
ング層116の上部にフォトレジスト膜を塗布し、これ
を露光及び現像して上部金属配線領域を定義するフォト
レジスト膜パターン118を形成する。Next, a photoresist layer is coated on the second capping layer 116 through a photographic process, and is exposed and developed to form a photoresist layer pattern 118 defining an upper metal wiring region.
【0029】図6は無プラズマオゾンアッシングを実施
する段階を示す。前記フォトレジスト膜パターン118
を食刻マスクに用いて、その下部の第2キャッピング層
116、上部金属配線114及びオミック層112を乾
式食刻する。次に、前記フォトレジスト膜パターン11
8を削除するために、無プラズマオゾンアッシングを実
施して、前記上部金属配線114とミスアラインされて
露出したビア108を埋め込んでいるタングステンプラ
グ110の表面を酸化させる。FIG. 6 shows the stage of performing plasma-free ozone ashing. The photoresist film pattern 118
Is used as an etching mask to dry-etch the second capping layer 116, the upper metal wiring 114, and the ohmic layer 112 thereunder. Next, the photoresist film pattern 11
In order to remove 8, non-plasma ozone ashing is performed to oxidize the surface of the tungsten plug 110 buried in the via 108 exposed by misalignment with the upper metal wiring 114.
【0030】120はプラグの表面酸化膜であり、無プ
ラズマオゾンアッシングによりタングステンプラグ(1
10)の表面に生成された酸化膜を表す。Reference numeral 120 denotes a surface oxide film of the plug, which is made of tungsten plug (1) by plasma-free ozone ashing.
10) represents an oxide film formed on the surface.
【0031】好適には、前記無プラズマオゾンアッシン
グは、オゾン(O3)ガスの流速が10000±500
0sccm(standard cubic centimeter per minute)
であり、窒素(N2)のガス流速が500±200sc
cmであり、温度が350±50℃である条件で実施す
る。Preferably, in the plasma-free ozone ashing, the flow rate of ozone (O 3 ) gas is 10,000 ± 500.
0sccm (standard cubic centimeter per minute)
And the gas flow rate of nitrogen (N 2 ) is 500 ± 200 sc
cm and a temperature of 350 ± 50 ° C.
【0032】次に、所定の化学溶液を用いて、前記アッ
シングされたフォトレジスト膜をストリップした後、洗
浄工程を実施する。Next, the ashed photoresist film is stripped using a predetermined chemical solution, and then a cleaning process is performed.
【0033】以上、本発明の望ましい実施例を参照して
説明したが、本発明はこれらに限るものでなく、各種の
変形が当該技術分野における通常の知識を持つ者により
可能なのは明らかである。Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to these embodiments, and that various modifications can be made by those having ordinary skill in the art.
【0034】[0034]
【発明の効果】上述したように、本発明による半導体装
置の高信頼性を有するビア形成方法によると、フォトレ
ジスト膜パターンを用いて上部金属配線をパターニング
した後、無プラズマオゾンアッシングを実施することに
よって、前記上部金属配線に対して、ミスアラインされ
て露出したビアを埋め込んでいるビアプラグの表面を酸
化させると共に陽電荷を吸収する。従って、露出したビ
アプラグが電気化学的反応により腐食されないのでビア
の信頼性を向上させることができる。As described above, according to the method for forming a highly reliable via of a semiconductor device according to the present invention, plasma-free ozone ashing is performed after patterning an upper metal wiring using a photoresist film pattern. Accordingly, the surface of the via plug embedding the via which is misaligned and exposed to the upper metal wiring is oxidized and the positive charge is absorbed. Therefore, the exposed via plug is not corroded by the electrochemical reaction, so that the reliability of the via can be improved.
【図1】従来の方法による半導体装置のビア形成方法を
説明するための断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a via forming method of a semiconductor device according to a conventional method.
【図2】化学溶液のペーハー指数(pH)に関するタン
グステンの電気化学的電位値を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing electrochemical potential values of tungsten with respect to the pH index (pH) of a chemical solution.
【図3】本発明の一実施例を示したフローチャートであ
る。FIG. 3 is a flowchart showing an embodiment of the present invention.
【図4】実施例による半導体装置のビア形成方法を説明
するための断面図ある。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a via forming method of the semiconductor device according to the embodiment.
【図5】実施例による半導体装置のビア形成方法を説明
するための断面図ある。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a via forming method of the semiconductor device according to the embodiment.
【図6】実施例による半導体装置のビア形成方法を説明
するための断面図ある。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a via forming method of the semiconductor device according to the embodiment.
12、102…下部金属配線 14、104…第1キャッピング層 16、106…層間絶縁膜 18、108…ビア 20、110…タングステンプラグ 22、112…オミック層 24、114…上部金属配線 26、116…第2キャッピング層 118…フォトレジスト膜パターン 12, 102: Lower metal wiring 14, 104: First capping layer 16, 106: Interlayer insulating film 18, 108: Via 20, 110: Tungsten plug 22, 112: Omic layer 24, 114 ... Upper metal wiring 26, 116 ... Second capping layer 118: photoresist film pattern
フロントページの続き (72)発明者 鄭 周 赫 大韓民国京畿道水原市長安區亭子洞 東信 アパート209棟1214號 (72)発明者 徐 泰 旭 大韓民国京畿道水原市勸善區勸善洞 碧山 アパート401棟804號Continuing on the front page (72) Inventor Zheng Zhou Hak South Korea, Gyeonggi-do, Suwon-si, Cheonan-gu, Dongdae-dong Dongshin Apartment 209 Building 1214 No. Wing 804
Claims (7)
埋め込まれた金属プラグで連結する半導体装置の製造方
法において、 前記金属プラグの第一上部を露出し、前記金属プラグの
第二上部を被覆してなる前記上部金属配線層を設け、さ
らに電気化学的な腐食を防止するために無プラズマオゾ
ンアッシング処理により前記金属プラグの第一上部を酸
化する段階とを備えることを特徴とする半導体装置の製
造方法。1. A method of manufacturing a semiconductor device in which an upper metal wiring layer and a lower conductive layer are connected by a metal plug embedded in a via, wherein a first upper portion of the metal plug is exposed and a second upper portion of the metal plug is exposed. Providing the upper metal wiring layer formed by covering the metal plug, and further oxidizing the first upper portion of the metal plug by plasma-free ozone ashing to prevent electrochemical corrosion. Device manufacturing method.
は、300〜400℃の温度で実施することを特徴とす
る請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the plasma-free ozone ashing is performed at a temperature of 300 to 400 ° C.
階と、 前記下部導電層上に層間絶縁膜を形成する段階と、 前記層間膜をエッチングすることによって前記下部導電
層が露出した層間膜にビアを形成する段階と、 前記ビアを金属プラグで埋め込む段階と、 前記層間絶縁膜と金属プラグの上部に金属配線層を形成
する段階と、 前記上部金属配線層上にフォトレジスト膜パターンを形
成後、前記上部金属配線層をパターニングする段階と、
さらに前記フォトレジスト膜パターン上に無プラズマオ
ゾンアッシング処理を行う段階とを備えることを特徴と
する半導体装置の製造方法。Forming a lower conductive layer on the semiconductor substrate; forming an interlayer insulating film on the lower conductive layer; and etching the interlayer film to expose the lower conductive layer. Forming a via in a via; filling the via with a metal plug; forming a metal wiring layer on the interlayer insulating film and the metal plug; forming a photoresist film pattern on the upper metal wiring layer After that, patterning the upper metal wiring layer,
Performing a non-plasma ozone ashing process on the photoresist film pattern.
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方
法。4. The method according to claim 3, wherein the metal plug is made of tungsten.
膜パターンをストリップすることを特徴とする請求項3
または請求項4に記載の半導体装置の製造方法。5. The method according to claim 3, further comprising stripping the photoresist film pattern with a chemical solution.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4.
は、300〜400℃の温度で実施することを特徴とす
る請求項3〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製
造方法。6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the plasma-free ozone ashing is performed at a temperature of 300 to 400 ° C.
より前記金属プラグの露出表面を酸化し、酸化した層は
前記金属プラグの露出した表面に電荷が蓄積することを
防止することを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項
に記載の半導体装置の製造方法。7. The non-plasma ozone ashing process oxidizes an exposed surface of the metal plug, and the oxidized layer prevents charges from being accumulated on the exposed surface of the metal plug. 7. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of items 1 to 6.
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