JPH04130632A - 半導体装置の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造工程において、半導体表面に金属
パターンを形成する方法に関し、特に。

半導体表面に、不活性ガスイオンの照射量を調整して照
射することで、目的とする領域に金属配線を形成するの
に最適な方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体表面に金属パターンを形成する技術は、特開昭５
８−１５８９１６号公報、特開昭５９−１４６３５号公
報。

もしくは特開昭５９−７２１３１号公報に記載されてい
るように、真空中で金属を蒸気化して半導体表面に堆積
する真空蒸着法や、イオンを形成すべき金属のターゲッ
トに打ち付け、スパッタ蒸発したターゲット金属を半導
体表面に沈着させて薄膜を形成するスパッタ蒸着法等の
ＰＶＤ法、または、加熱された試料台に、半導体の基板
を設置して反応ガスを流入し、化学反応あるいは熱分解
によって、生成物を薄膜として半導体表面に形成するＣ
ＶＤ法を用いて、半導体表面の全体に、形成すべき金属
パターンの薄膜を成膜した後、その薄膜の表面上に、酸
化膜やホトレジストを形成し、エツチングを行ない目的
とする金属パターンを形成する技術などがある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、ＰＶＤ法およびＣＶＤ法のようなドラ
イ法によりパターンを形成している。

このドライ法は１次の■〜■の問題がある。

■金属の形成を真空中で行わなければならないので、装
置が複雑となり、かつ、処理に時間を要する。

■処理槽内の汚染が大きい。

■上記従来技術は、半導体表面の全面に、−様に、金属
膜を成膜した後、エツチングによって金属パターンを形
成するので、半導体表面の全面に金属膜を形成すること
なく、半導体表面の任意の部分に２選択的に、所望の量
を正確に形成することができない。

■上記従来技術では、部分的な蒸着及び沈着量の制御も
非常に困難であるので、−様に形成された金属表面上に
、ホトレジストを塗布する写真蝕刻法などを用いなけれ
ば配線形成が出来ない。

また、ウェット処理法を用いて半導体表面に金属パター
ンを形成する場合においては、特に、Ｃｕによる配線の
とき、マスクを用いても、半導体表面の任意の部分に正
確で微細なパターン形成が難しく１例えば、ｌ（Ｆ溶液
中でシリコンウェハ表面にＣｕを形成させるときは、結
晶方位の違いによりＣｕの析出状態が異なり、−様に成
長させ形成することができない。

本発明は、半導体表面の全面に金属膜を形成することな
く、ウェット処理法を用いて、半導体表面上の目的とす
る領域にだけ、金属パターンを形成する方法および装置
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、不活性ガスイオンを発生させて、半導体に
照射するガスイオン発生手段と、不活性ガスが照射され
た半導体に、この半導体よりも標準電極電位が大きい金
属を析出させるための金属析出手段とを備えて構成され
ることを特徴とする半導体装置の製造装置により達成で
きる。

また、半導体に不活性ガスイオンビームを照射する工程
と、この不活性ガスイオンビームが照射された半導体を
、この半導体よりも標準電極電位が大きい金属を含む溶
液に浸漬する工程とを含んで構成される半導体装置の製
造方法により達成できる。

［作用］ 半導体表面上の目的とする領域だけに、不活性ガスイオ
ンを照射し、この半導体の表面に不活性ガスイオンを注
入することによって、半導体表面近傍の膜質が変わる。

このとき、注入された不活性ガスイオンが一定量以下の
ときは、半導体表面近傍には欠陥が形成される。

その後、この半導体よりも標準電極電位が大きい金属の
イオンが溶解−している溶液中へ、この不活性ガスイオ
ンが注入された半導体を浸漬すると。

上記の欠陥が核となって、不活性ガスイオンが注入され
ている領域に金属が緻密に析出し、金属パターンが形成
される。

一方、注入された不活性ガスイオンが一定量以上のとき
は、半導体表面近傍には欠陥も形成されるが、不活性ガ
スイオンによって生成された高いプラス電位が形成され
る。

その後、この半導体よりも標準電極電位が大きい金属の
イオンが溶解している溶液中へ、この不活性ガスイオン
が注入された半導体を浸漬すると、このプラス電位の影
響の方が、欠陥による影響より大きいので、一定量以上
の不活性ガスイオンが注入された領域には金属の析出が
ない。

また、半導体表面の場所により、結晶方位が異なる場合
は、結晶方位によって欠陥密度が相違するので、半導体
をなんら処理をせずに、この半導体よりも標準電極電位
が大きい金属のイオンが溶解している溶液中へ浸漬する
と、金属は不均一に析出する。

この場合、上記溶液中へ浸漬する前に、欠陥密度が低く
、金属が析出し難い結晶方位を有する領域へ、一定量の
不活性ガスイオンを照射することによって、欠陥密度を
増加させれば、金属析出の核を形成することができるの
で、金属が析出し難い結晶方位を有する領域であっても
、金属の緻密な析出を得られる。

〔実施例〕

次に、図面を用いて、本発明の詳細な説明する。

第１図〜第６図を用いて、本発明の第１実施例について
説明する。

第１図は、シリコンウェハ４などの半導体表面上に、イ
オンなどの不活性ガスイオンを注入するためのＡｒイオ
ン注入装Ｍ２０についての説明図である。

第１図に示すように、このＡｒイオン注入装置２０は、
Ａｒイオンを発生させる＾ｒイオン発生器１と、この発
生したＡｒイオンビーム２を、シリコンウェハ４の目的
とする領域だけに照射させるためのスリット３などの遮
蔽板とを備えて祷成されている。

なお、このＡｒイオン注入装置２０内は１図示していな
い真空排気手段によって、真空排気可能となっている。

シリコンウェハへ注入するＡｒイオン量は、Ａｒイオン
ビームの照射電流および照射時間を調整して決定する。

本実施例においては、照射時間によってＡｒイオン注入
量を制御しており、真空度Ｉ　Ｘ　１０”−’Ｔｏｒｒ
。

照射イオン電流０．８５μＡの場合、シリコンウェハへ
注入するＡｒイオン量を１０１４個／ｄとするときには
照射時間を３分とし、１０”個／ｄとするには照射時間
を３０分とした。

シリコンウェハ表面上の目的とする領域に、このシリコ
ンウェハよりも標準電極電位が大きいＣｕなどの金属を
析出させるには、上記のＡｒイオン注入装置２０の他に
、Ｃｕイオンが溶解している溶液が必要である。

本実施例においては、約１００ｐｐｍのＣｕイオンが溶
解された）ＨＦ溶液を用いた。

次に、本実施例に係るＡｒイオン注入装置２０と上記Ｈ
Ｆ溶液とを用いて、シリコンウェハ４表面上に目的の金
属パターンを形成する方法について説明する。

まず、第１図に示すＡｒイオン注入装置２０により、所
定の注入量に調整したＡｒイオンビーム２を、真空中で
固定されたシリコンウェハ４上に向かって照射する。

この照射されるＡｒイオンビーム２は、スリット３等の
遮蔽板によって、ある領域に限定されて照射される。

この結果、シリコンウェハ４上の目的とする領域にだけ
、所定量のＡｒイオンビーム２が注入される。

なお、遮蔽板を用いずに、Ａｒイオンビーム２の径を充
分に小さくして、このＡｒイオンビーム２をシリコンウ
ェハ４上で走査させるが、あるいは。

このＡｒイオンビーム２を固定し、シリコンウェハ４を
移動させて、　Ａｒイオンビーム２を照射することによ
っても上記と同様の結果が得られる。

上記のようにして、所定のＡｒイオンを注入したシリコ
ンウェハを、上記した約１００ｐｐｍのＣｕイオンが溶
解されたＨＦ溶液に所定の時間浸漬する。

上記の方法を用いて得られた金属パターンについて、第
２〜６図を用いて説明する。

第２図は、シリコンウェハ４表面上の特定領域に、Ａｒ
イオン２を１０１′個／ｄ注入した後、このシリコンウ
ェハ４を、約１００ｐｐ層のＣｕイオンを溶解したＨＦ
溶液中に浸漬して、シリコンウェハ４上にＣｕを析出し
たときの（１００）面及び（ｉｔｉ）面の平面図を示す
。

第４図は、その断面図を示す。

第２図（ａ）は、チョクラルスキー法を用いて製造した
Ｐ型シリコンの面指数（１００）のウェハ表面の平面図
であり、左側の６の領域に、　Ａｒイオンを１０１ｓ個
／ａＩ注入したときの、Ｃｕの析出状態を示す。

同（ｂ）は、チョクラルスキー法を用いて製造したＮ型
シリコンの面指数（１００）のウェハ表面の平面図であ
り、左側の６の領域に、　Ａｒイオンを１０”個／ｄ注
入したときの、Ｃｕの析出状態を示す。

同（Ｃ）は、チョクラルスキー法を用いて製造したＰ型
シリコンの面指数（１１１）のウェハ表面の平面図であ
り、左側の６の領域に、　Ａｒイオンを１０１ｓ個／ｄ
注入したときの、Ｃｕの析出状態を示す。

同（ｄ）は、チョクラルスキー法を用いて製造したＮ型
シリコンの面指数（１１１）のウェハ表面の平面図であ
り、左側の６の領域に、Ａｒイオンを１ｏｌｓ個／ｄ注
入したときの、Ｃｕの析出状態を示す。

第４図（ａ）は、第２図（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面
図である。

第４図（ｂ）は、第２図（ｃ）のＢ−Ｂ断面を示す断面
図である。

同図に示すように、シリコンウェハ４の結晶方向に関係
無く、シリコンウェハ４表面上のＡｒイオン２を１０１
ｓ個／ｄ注入した領域に、Ｃｕが析出しない領域６を形
成でき、Ａｒイオンを注入しない領域５だけにＣｕを析
出させることが可能となる。

なお、第２図（ｃ）および（ｄ）、第４図（ｂ）におい
て、Ｃｕは点在して析出している。

上記のように、Ａｒイオンを１０１５個／ｄ注入した領
域に、Ｃｕが析出しない理由について説明する。

Ａｒイオンビーム２を照射した結果、シリコンウェハ４
表面近傍には欠陥が形成されるとともに、Ａｒイオンに
より生成した高いプラス電位が形成される。

その後、シリコンよりも標準・電極電位が大きいＣｕイ
オンが溶解している希フッ溶酸液中へ、このＡｒイオン
が注入されたシリコンウェハ４を浸漬すると、このプラ
ス電位の影響の方が、欠陥による影響より大きいので、
一定量以上のＡｒイオンが注入された領域には金属の析
出がない。

次に、Ａｒイオンを照射して、積極的に金属を析出させ
る場合について、第３図を用いて説明する。

第３図は、シリコンウェハ４表面上に、Ａｒイオン２を
１０１４個／ｄ注入した後、このシリコンウェハ４を約
１００ρρｍのＣｕイオンが溶解されたＨＦ溶液中に浸
漬して、シリコンウェハ４上にＣｕを析出したときの（
１００）面及び（１１１）面の平面図である。

第５図は、その断面図を示す。

第３図（ａ）は、チョクラルスキー法を用いて製造した
Ｐ型シリコンの面指数（１００）のウェハ表面の平面図
であり、左の斜線部の領域７に。

Ａｒイオンを１０１４個／ａＪ注入したときの、Ｃｕの
析出状態を示す。

同（ｂ）は、チョクラルスキー法を用いて製造したＮ型
シリコンの面指数（１００）のウェハ表面の平面図であ
り、左の斜線部の領域７に、Ａｒイオンを１０１４個／
ａＩ注入したときの、　Ｃｕの析出状態を示す。

同（ｃ）は、チョクラルスキー法を用いて製造したＰ型
シリコンの面指数（１１１）のウェハ表面の平面図であ
り、左の斜線部の領域７に、Ａｒイオンを１０１４個／
ｄ注入したときの、Ｃｕの析出状態を示す。

同（ｄ）は、チョクラルスキー法を用いて製造したＮ型
シリコンの面指数（１１１）のウェハ表面の平面図であ
り、左の斜線部の領域７に、Ａｒイオンを１０１４個／
ｃｗｔ注入したときの、Ｃｕの析出状態を示す。を示す
。

第５図（ａ）は、第３図（ａ）のＣ−Ｃ断面を示す断面
図である。

同（ｂ）は、第３図（ｃ）のＤ−Ｄ断面を示す断面図で
ある。

同図に示すように、シリコンウェハ４の結晶方向に関係
無く、シリコンウェハ４表面上のＡｒイオン２を１０！
４個／ａｌ注入した領域だけに、Ｃｕの析出する領域７
を形成でき、Ａｒイオンを注入しない領域５には、Ｃｕ
を析出させないとすることが可能となる。

なお、第５図（ｂ）における領域５では、Ｃｕが点在し
て析出する。

このように、Ａｒイオンを注入した領域にだけに、Ｃｕ
を析出させることができるのは、注入されたＡｒイオン
が核となってＣｕの析出が促進されるからである。

次に、第６図を用いて、シリコンウェハ表面上に、Ａｒ
イオンを注入させて、表面上に均一にＣｕを析出させる
場合について説明する。

第６図（ａ）は、表面の結晶方位が（１１１）であるシ
リコンウェハ４表面上に、Ａｒイオン２を注入せずに、
Ｃｕイオンを含むＨＦ溶液中に浸漬させたときのＣｕの
析出状態８．および、同図（ｂ）は、Ａｒイオン２を１
０１４個／ｄ注入しときの、　Ｃｕの析出状態８を説明
する説明図である。

同図（ａ）に示すように、シリコンウェハの結晶面方向
が（１１１）面の場合には、Ｃｕの析出８ａが部分的に
点在して起こる。

このように、Ｃｕの析出が均一に生じないのは、結晶方
位によって、Ｃｕの析出の核となる欠陥の数が異なるか
らであると考えられる。

これに対し、シリコンウェハ４表面へ１０１４個／ｄの
Ａｒイオンを注入させることで、第６図（ｂ）に示すよ
うに均一で緻密なＣｕの析出８を生じさせることが可能
となる。

これは、均一に注入されたＡｒイオンが、Ｃｕの析出の
核となるからであると考えられる。

上記の技術により、シリコンウェハ表面上に、直接、　
Ａｒイオンを注入することによって、　Ｃｕを目的とす
る領域に析出させることができる。

しかし、上記技術では、Ａｒイオンビームのエツジ部分
での広がり等により注入量のバラツキが生じる可能性が
ある。

これを防止する方法について次に説明する。

上記の防止方法を、第７図を用いて、本発明の第２実施
例として説明する。

第７図は１本実施例に係るシリコンウェハ４表面上に微
細配線を行う方法を説明するための工程図である。

この方法は、基本的には、半導体表面上に、直接、不活
性ガスイオンを注入し、その後、この半導体を、この半
導体よりも標準電極電位が大きい金属のイオンを溶解し
た溶液に浸漬することによって、この金属を目的とする
領域に析出させるという上記第１実施例の原理と同じで
ある。

本実施例の特徴は、第１図に示すスリット３を用いずに
、ホトレジストとシリコン酸化膜とを用いた点にある。

まず、第７図（１）に示すように、シリコンウェハ４上
に酸化膜１０を形成して、その上にホトレジスト９を塗
布する。

次に、周知の技術を用いて、露光・現像を行い、まず、
ホトレジスト９により微細配線を形成する（同図（２）
）。

次に、ホトレジスト９をマスクにして酸化膜１０のエツ
チングを行う（同図（３））。

次に、ホトレジスト９を除去して（同図（４））、酸化
膜１０により形成された微細パターン上からシリコンウ
ェハ４に向けて１０１’　Ａｒイオン個／ａｉのＡｒイ
オン２を注入する（同図（５））。

次に、酸化膜１０を除去し、約１００ｐｐ＋ｉのＣｕイ
オンを溶解したＨＦ溶液中に、シリコンウェハ４を浸漬
する。

これにより、目的とする場所に、正確にＣｕの析出しな
い領域を形成することが出来る。

また、この微細パターン形成方法を用いて正確にＣｕの
析出した部分を形成するためには、上記方法と同様なマ
スクを作成してシリコンウェハ４上に１０１４＾ｒイオ
ン個／ａｌのＡｒイオン２を注入することで、ウェハ４
上に緻密なＣｕの析出７が起こり。

ウェハ４上の目的とする領域に、正確に微細配線１１を
形成することが出来る。

さらに、酸化膜１０の形成工程を省いて、直接、ホトレ
ジスト９上でパターンを形成し、レジスト９上から１０
１ｓ個／ｄのＡｒイオン２を注入し、Ｃｕの析出しない
領域を形成してもよい、また、同様に、レジスト９上か
ら、１ｏ１４個／ａＪのＡｒイオン２を注入し、目的と
する領域にＣｕを緻密に析出させ、微細配線１１形成し
てもよい。

また、以上のような方法により配線形成の可能な金属は
Ｃｕ以外に、Ｓｉよりも標準電極電位の大きな金属（例
えばＡｕ、Ｐｔ等）ならば同一条件で配線が形成可能で
ある。

シリコンウェハ表面上に、　Ａｒガスイオンの注入量を
調整して注入することで、シリコンウェハ上に適当な濃
度の結晶欠陥を形成することができ、これを核に、Ａｒ
ガスイオンを注入した部分に、より緻密なＣｕ配線を形
成することができる。この結果、Ｃｕ配線を形成すべき
シリコンウェハ表面上に、注入量を調整して、Ａｒガス
イオンを注入することで部分的にＣｕ配線の形成を阻止
したり、特に、緻密なＣｕ配線を形成させたりすること
が可能となり。

シリコンウェハ表面の任意の部分にＣｕの微細な配線が
出来る。また、注入量を調整したＡｒガスイオンを結晶
方位が異なりＣｕ配線の形成され難いシリコンウェハ表
面に注入することでＣｕ配線の形成され難い（１１１）
面上へも緻密な配線形成が選択的に可能となる。

なお、上記した方法は、対象物質にイオンを注入して、
この対象物質の特定領域に金属を析出させる場合にも利
用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体表面の目的とする領域に、照射
量を調整した不活性ガスイオンビームを照射して、半導
体表面上にこのイオンを注入し。

その後、この半導体よりも標準電極電位が大きい金属を
溶解したＨＦ溶液中に浸漬することにより。

任意の領域でＣｕの析出しない部分と緻密なＣｕの析出
した部分を作ることが出来る。

また、特に、シリコンウェハ表面上に、Ｃｕ析出が点在
して起こる（１１１）面に対しても、注入量を調製して
不活性ガスイオンを注入することで、面方位に関係なく
緻密なＣｕ析出を生じさせることができ、微細なＣｕ配
線の作成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１実施例による不活性ガスイオン注入方法
の説明図、第２図は１０１５個／ａＪのＡｒイオンを注
入したシリコンウェハをＣｕを溶解させたＨＦ溶液中に
浸漬したときのＣｕ析出状態を示す平面図。 第３図は１０”　’　Ａｒイオン個／ｄのＡｒイオンを
注入したシリコンウェハをＣｕを溶解させたｌ（Ｆ溶液
中に浸漬したときのＣｕ析出状態を示す平面図、第４図
は第２図のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ切断平面にだいたい沿っ
て切断した断面図、第５図は第３図のＣ−ＣおよびＤ−
Ｄ切断平面にだいたい沿って切断した断面図、第６図（
、）は表面の結晶方位が（１１１）であるシリコンウェ
ハ４表面上にＡｒイオン２を注入せずにＣｕイオンを含
むＨＦ溶液中に浸漬させたときのＣｕの析出状態を説明
する説明図、第６図（ｂ）はＡｒイオン２を１０１４個
／ｄ注入しときのＣｕの析出状態を説明する説明図、第
７図は第２実施例に係るシリコンウェハ４表面上に微細
配線を行う方法を説明するための工程図である。 １・・・Ａｒイオン発生器、２・・・Ａｒイオンビーム
、３・・・スリット、４・・・シリコンウェハ、５・・
・Ｃｕ析出領域、６・・・Ｃｕの析出がない領域、７・
・・Ｃｕの緻密な析出領域、８ａ・・・（１１１）面上
へのＣｕの点在した析出、９・・・ホトレジスト、１０
・・・シリコン酸化膜、１１・・・Ｃｕ微細配線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、不活性ガスイオンを発生させて、半導体に照射する
   ガスイオン発生手段と、不活性ガスイオンが照射された
   半導体に、この半導体よりも標準電極電位が大きい金属
   を析出させるための金属析出手段とを備えて構成される
   ことを特徴とする半導体装置の製造装置。 ２、ガスイオンを発生させて、半導体に照射するガスイ
   オン発生手段と、ガスイオンが照射された半導体に、こ
   の半導体よりも標準電極電位が大きい金属を析出させる
   ための金属析出手段とを備えて構成されることを特徴と
   する半導体装置の製造装置。 ３、上記ガスイオン発生手段から発生するガスイオンビ
   ームを、半導体の目的とする場所に照射するためのイオ
   ンビーム遮蔽手段を備えていることを特徴とする請求項
   １または２記載の半導体装置の製造装置。 ４、半導体に不活性ガスイオンビームを照射する工程と
   、この不活性ガスイオンビームが照射された半導体を、
   この半導体よりも標準電極電位が大きい金属を含む溶液
   に浸漬する工程とを含んで構成されることを特徴とする
   半導体装置の製造方法。 ５、半導体の目的とする領域に不活性ガスイオンを注入
   し、その後、この半導体よりも標準電極電位が大きい金
   属を含む溶液に、この半導体を浸漬することを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。 ６、半導体よりも標準電極電位が大きい金属を、この半
   導体の表面の一部に形成させる半導体装置の製造方法に
   おいて、 半導体表面上の特定領域に、不活性ガスイオンビームを
   照射させる工程と、この半導体を、この半導体よりも標
   準電極電位が大きい金属を含む溶液に浸漬する工程とを
   含んで構成されることを特徴とする半導体装置の製造方
   法。 ７、半導体よりも標準電極電位が大きい金属を、この半
   導体の表面の一部に形成させる半導体装置の製造方法に
   おいて、 半導体表面に不活性ガスイオンを照射し、このイオンを
   上記半導体へ注入する工程を含み、この注入するイオン
   量を目的に応じて変化させて、上記金属の形成領域を制
   御することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ８、半導体よりも標準電極電位が大きい金属を、この半
   導体の表面の一部に形成させる半導体装置の製造方法に
   おいて、 上記半導体表面上に薄膜を生成する工程と、この薄膜表
   面上にホトレジストを塗布する工程と、 このホトレジストを目的とするパターンに露光・現像す
   る工程と、 上記パターン化したホトレジストをマスクとして、上記
   薄膜をエッチングする工程と、 上記パターン化した薄膜をマスクとして、半導体表面に
   不活性ガスイオンを照射する工程と、この半導体よりも
   標準電極電位が大きい金属を上記半導体表面上の目的と
   する領域に析出させるための溶液に、上記半導体を浸漬
   する工程とを、含んで構成されることを特徴とする半導
   体装置の製造方法。 ９、半導体よりも標準電極電位が大きい金属を、この半
   導体の表面の一部に形成させる半導体装置の製造方法に
   おいて、 半導体表面へ不活性ガスイオンを照射し、このイオンを
   上記半導体へ注入する工程を含み、上記半導体の結晶方
   向に合わせて、上記イオンの照射量を変化させ、上記半
   導体表面に上記金属を形成させることを特徴とする半導
   体装置の製造方法。 １０、上記半導体はシリコンであり、かつ、上記ガスは
   アルゴンガスであり、かつ、上記金属は銅であることを
   特徴とする請求項１、２または３記載の半導体装置の製
   造装置。 １１、上記半導体はシリコンであり、かつ、上記不活性
   ガスはアルゴンガスであり、かつ、上記金属は銅であり
   、かつ上記溶液はＣｕ汚染させた希フッ酸またはフッ化
   アンモン等を含む希フッ酸溶液であることを特徴とする
   請求項４、５、６、７、８または９記載の半導体装置の
   製造方法。 １２、対象物質にイオンを注入して、この対象物質の特
   定領域に金属を析出させることを特徴とする金属析出方
   法。