JPH10326830A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH10326830A JP9150408A JP15040897A JPH10326830A JP H10326830 A JPH10326830 A JP H10326830A JP 9150408 A JP9150408 A JP 9150408A JP 15040897 A JP15040897 A JP 15040897A JP H10326830 A JPH10326830 A JP H10326830A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】フッ素化アモルファスカーボンを形成するとき
に、酸化膜上に直接付くことによる密着不良を改善し、
配線のオープン不良やショート不良の発生を抑え、高歩
留りの半導体装置を得る製造方法の提供。 【解決手段】アルミニウム配線を選択的にエッチングし
た後に、前記アルミニウム配線の下層の酸化膜の表面を
改質し、その後、フッ素化アモルファスカーボンを形成
する工程を有している。酸化膜の表面を改質する方法と
しては、例えば、アルミニウムのエッチング後にCF4
を含むガスを用いて酸化膜表面をプラズマ処理する方
法、フッ素化アモルファスカーボン形成前にシリコンを
イオン注入する方法がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、非晶質炭化フッ素を含む膜を配線層
間絶縁膜に用いた半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置は、近年、その小型化、高速
化が要求され、集積度が向上し、0.25μm以下の設
計ルールの素子がシリコン基板上に形成されるようにな
ってきた。
【0003】半導体装置を小型化、高速化するために
は、単に個別素子の寸法を微細化するだけでなく、素子
間を結ぶ配線を多層化することが重要である。配線を多
層化するためには、配線間を絶縁膜で分離する必要があ
る。
【0004】素子寸法が微細化されると、半導体装置の
小型化のため、配線寸法や配線間隔も微細化されてい
く。例えば、現在製品化されている最も微細な0.35
μm設計ルールの場合、配線ピッチは、約1.5μmで
あるが、次世代の0.25μmルールの場合は、配線ピ
ッチは0.8〜1.0μmが、0.18μmルールの場
合は、約0.4〜0.6μmが要求されている。
【0005】配線寸法、配線間隔が小さくなってくる
と、配線容量が大きくなり、回路の動作速度や消費電力
が大きくなってしまう、という問題点(欠点)が生じ
る。この問題点を補うために、配線層間材料としては、
従来の酸化膜系のものよりも低誘電率の材料を用いる必
要がある。
【0006】このような低誘電率膜の候補として、例え
ば特開平5−74960号公報には、比誘電率が約2.
5と低い、炭素とフッ素からなる絶縁膜(以下、「フッ
素化アモルファス・カーボン」と略記する)の製造方法
が開示されている。この従来の半導体装置の製造方法に
ついて、図5(A)〜図5(C)を用いて説明する。
【0007】図5(A)〜図5(C)は、従来の半導体
装置の製造方法(「従来例1」という)を製造工程順に
示す工程断面図である。
【0008】まず、図5(A)に示すうに、シリコン基
板401上に、アルミニウムからなる第1の配線層41
6(膜厚1μm)を形成する。
【0009】次いで、図5(B)に示すように、原料ガ
スとしてC24を用いたプラズマ重合によりフッ素化ア
モルファスカーボン408を約1μmの膜厚に堆積す
る。このときの条件は、流量250sccm、圧力0.
1Torr、電力300W、時間は10分である。
【0010】次いで、図5(C)に示すように、フォト
リソグラフィー法によりフッ素化アモルファスカーボン
408にヴァイア(VIA)・ホール409を形成し、
アルミニウムを用い、第2の配線層420を形成し、パ
ターニングする。この条件で得られたフッ素化アモルフ
ァスカーボン408の比誘電率は、2.4である。
【0011】しかしながら、この従来の半導体装置の製
造方法においては、フッ素化アモルファスカーボンを酸
化膜上に形成するときに、密着性が悪く、剥がれやす
い、という問題点がある。なお、上記特開平5−749
60号公報には、この問題点の改善に関する記載はな
く、単に、フッ素化アモルファスカーボンをシリコン基
板上に形成する例が実施例として記載されているのみで
ある。
【0012】なお、後の説明で明らかとされるように、
本発明は、酸化膜上にフッ素化アモルファスカーボを形
成する際の密着性を良くすることを目的としたものであ
り、下層の酸化膜の表面をAlエッチングの際に改質す
ることにより成し遂げる半導体装置の製造方法を提案す
るものである。
【0013】次に、表面を改質する従来技術について以
下に説明する。
【0014】まず特開平2−278731号公報に示さ
れている従来技術(「従来例2」という)では、ドライ
エッチングによりAl膜をパターニングし、Al配線を
形成する際に、パターニング後Al表面をドライエッチ
ング法又はウェット・エッチング法により清浄とするこ
とにより、Al表面の残留ガスイオンの存在による、ヴ
ァイア・ホール部における接触抵抗増大を防ぐ方法が示
されている。
【0015】この従来の半導体装置の製造方法を、図6
(A)乃至図7(E)に示した工程断面図を用いて説明
する。なお、図6および図7は、単に図面作成の都合の
みで分図されたものである。
【0016】まず、図6(A)に示すように、半導体基
板501上にアルミニウム504及び反射防止用のシリ
コン膜511を形成する。
【0017】次に、図6(B)に示すように、フォト・
レジスト506を塗布し、選択的に露光してマスクを形
成し、Alのエッチングガスにてシリコン膜511、及
びアルミニウム504を選択的にエッチングする。
【0018】次に、図6(C)に示すように、フォト・
レジスト506を剥離した後、シリコン膜511のエッ
チングガスでシリコン膜511をエッチング除去する。
【0019】つづいて図7(D)に示すように、アルミ
ニウム504上に存在する残留ガスイオン513を、A
r等の不活性ガス514を用いるプラズマエッチング法
により除去する。
【0020】次に図7(E)に示すように、プラズマC
VD法によりSiNx膜515を形成し、SiNx膜51
5にヴァイア・ホール509を形成したのち、第2の配
線層516を形成する。
【0021】次に、特開昭63−287036号公報に
示されている半導体装置の製造方法(「従来例3」とい
う)について、図8(A)乃至図9(D)を用いて説明
する。なお、図8および図9は、単に図面作成の都合の
みで分図されたものである。
【0022】まず、図8(A)に示すように、半導体基
板601上に第1の層間絶縁膜602、アルミニウム6
04、反射防止用のシリコン膜611を形成し、フォト
・リソグラフィー工程及び反応性イオンエッチングを用
いてシリコン膜611、アルミニウム604を選択的に
エッチングする。
【0023】次に、図8(B)に示すように、シリコン
膜611をエッチング除去する。次に、図8(C)に示
すように、アルミニウム604、及び下地となる第1の
層間絶縁膜615の表面を、アルゴン・ガスを用いたR
Fスパッタ・エッチングの処理を行う。
【0024】その後、次に図9(D)に示すように、第
2の層間絶縁膜618を堆積し、ヴァイア・ホール61
9、第2のアルミニウム604Aを形成し、選択的にエ
ッチングを行い、第2の配線層を形成する。この従来例
では、第2の層間絶縁膜618を堆積する前に、堆積さ
れる下地となるアルミニウム膜表面に付着したエッチン
グ反応生成物をエッチングして除去することにより、ア
ルミニウム膜とその上の層間絶縁膜との密着力を強くし
ている。
【0025】これらの従来の製造方法では、アルミニウ
ム配線とその上の層間絶縁膜の密着性を良好にすること
を目的としており、層間膜間の密着性については考慮さ
れていない。また、これらの方法は、酸化膜上にフッ素
化アモルファスカーボンを形成する際に用いても、効果
はない。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
アモルファスカーボンを用いた層間形成法では、酸化膜
上にアモルファスカーボンが直接付くために、密着性が
悪く、剥がれやすいという問題があった。
【0027】したがって、本発明は、上記問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的は、フッ素化アモル
ファスカーボンを形成するときに、酸化膜上に直接付く
ことによる密着不良を改善し、配線のオープン不良やシ
ョート不良の発生を抑え、高歩留りの半導体装置を得る
ようにした半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
【0028】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、(a)アルミニ
ウム配線を選択的にエッチングする工程と、(b)前記
アルミニウム配線の下層の酸化膜の表面を改質する工程
と、(c)有機系層間膜を形成する工程と、を含むこと
を特徴とする。
【0029】本発明においては、前記酸化膜の表面を改
質する工程において、前記アルミニウム配線のエッチン
グ後に、CF4を含むガス中で、プラズマ処理を施す、
ことを特徴とする。
【0030】本発明においては、前記酸化膜の表面を改
質する工程において、前記アルミニウム配線のエッチン
グ後にシリコンをイオン注入する、ことを特徴とする。
【0031】本発明においては、前記有機系層間膜が、
フッ素化アモルファス・カーボンである、ことを特徴と
する。
【0032】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。本発明の半導体装置の製造方法は、その好
ましい実施の形態において、アルミニウム配線を選択的
にエッチングした後に、このアルミニウム配線の下層の
酸化膜の表面を改質し、その後、フッ素化アモルファス
カーボンを形成する工程を含むことを特徴としたもので
ある。
【0033】酸化膜の表面を改質する方法としては、例
えば、アルミニウムのエッチング後にCF4を含むガス
を用いて酸化膜表面をプラズマ処理する方法や、フッ素
化アモルファスカーボン形成前にシリコンをイオン注入
する方法がある。
【0034】本発明の半導体装置の製造方法は、その好
ましい実施の形態によれば、アルミニウム配線のエッチ
ング後に、アルミニウム配線の下層の酸化膜の表面を改
質し、これにより、酸化膜とフッ素化アモルファスカー
ボンの間の密着性が保たれ、フッ素化アモルファスカー
ボンより上層の層間膜や配線が剥がれ、配線のオープン
不良やショート不良の発生を抑えることができる。
【0035】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て以下に説明する。
【0036】図1(A)乃至図2(E)は、本発明の半
導体装置の製造方法の第1の実施例を説明するための図
であり、製造工程順に半導体装置の断面を模式的に示し
た工程断面図である。なお、図1及び図2は、単に図面
作成の都合で分図されたものである。
【0037】まず、図1(A)を参照して、半導体基板
1上に、例えばBPSG(Boronphosphosilicate glas
s)からなる第1の層間絶縁膜2を、約800nmの厚
さに形成し、コンタクト・ホール(図示せず)開口後、
バリア・メタル3、第1層配線となるアルミニウム4、
後工程のフォトリソグラフィー工程での反射防止用の窒
化チタン5をスパッタ法等により形成し、フォト・レジ
スト6を塗布し、通常のフォト・リソグラフィー工程に
よりフォト・レジスト6のパターニングを行った後、窒
化チタン5、アルミニウム4、バリア・メタル3を、例
えばCl2とN2の混合ガス(混合比は概ね4〜5:1)
で気圧約10mTorr、RFパワー約100Wの条件
で選択的にエッチングする。
【0038】次に、図1(B)に示すように、エッチン
グ・ガスをCF4に切り替えることにより、図1(C)
に示すように、バリア・メタル3のエッチング後に露出
した第1の層間絶縁膜2の表面に、ポーラスなダメージ
層7を形成する。CF4でのプラズマ処理条件は、例え
ば、CF4流量20sccm、RFパワー500W、気
圧20mTorrである。
【0039】次に、図2(D)に示すように、フォト・
レジスト6をO2プラズマにより剥離した後、フッ素化
アモルファス・カーボン8をプラズマCVD法により形
成する。
【0040】次に、図2(E)に示すように、ヴァイア
・ホール9を選択的に開口した後、第2のバリア・メタ
ル3Bをスパッタ法により形成し、タングステン17を
埋設し、第2のアルミニウム4B、反射防止用の第2の
窒化チタン5Bを全面にスパッタ法等で形成し、第2の
窒化チタン5B、第2のアルミニウム4B、及び第2の
バリア・メタル3Bをフォトリソグラフィー法及び反応
イオンエッチングによりパターニングし、シリコン窒化
膜等からなるカバー膜10を形成する。
【0041】次に、第1の実施例について、図3を参照
して、その作用効果について詳細に説明する。図3は、
6インチ・ウェハー1枚当たりの剥がれ発生箇所数を上
記した従来技術と比較して示した図である。図3には、
本発明の第1の実施例の作用効果が端的に表れている。
【0042】ウェハー上でのフッ素化アモルファスカー
ボンの剥がれが発生している場所の数は、従来例では1
00箇所以上に達しているのに対し、本実施例の場合
は、剥がれの発生はない。
【0043】次に、本発明の第2の実施例について、図
4を参照して説明する。図4は、本発明の半導体装置の
製造方法の第2の実施例を説明するための断面図であ
り、第1の実施例の説明で参照した工程断面図のうち図
1(B)に対応している。本発明の第2実施例では、ポ
ーラスなダメージ層の形成方法が異なっている点以外
は、前記第1の実施例と同じであるため、他の図は省略
してある。
【0044】この第2の実施例では、第1の層間絶縁膜
にSiイオン23を注入することにより表面にダメージ
層を形成している。Siイオン注入条件としては、例え
ば、エネルギー20keV乃至100keV、ドーズ量
1E16(=1×1016)cm-2乃至1E17(=1×
1017)cm-2である。
【0045】この方法によると、BPSG等の酸化膜系
の絶縁膜よりなる第1の層間絶縁膜表面にダメージ層が
できるだけでなく、表面にシリコンが多量に含まれる領
域ができるため、フッ素化アモルファスカーボン8と結
合しやすく、密着性がさらに改善できる。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
下層の酸化膜とフッ素化アモルファスカーボンの間の密
着性が保たれ、フッ素化アモルファスカーボンより上層
の層間膜や配線が剥がれ、配線のオープン不良やショー
ト不良の発生を抑えることができ、信頼性及び歩留まり
を特段に向上するという効果を奏する。
【0047】その理由は、本発明においては、アルミニ
ウム配線のエッチング後に、アルミニウム配線の下層の
酸化膜の表面をポーラスにしている、ことによる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(C)は本発明の半導体装置の製造方
法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図2】(D)〜(E)は本発明の半導体装置の製造方
法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図3】本発明の実施例の効果を説明するための図であ
り、6インチウェハーあたりの剥がれ発生箇所数を示す
グラフである。
【図4】本発明の半導体装置の製造方法の第2の実施例
を説明するための断面図である。
【図5】(A)〜(C)は第1の従来の半導体装置の製
造方法を説明するための工程断面図である。
【図6】(A)〜(C)は第2の従来の半導体装置の製
造方法を説明するための工程断面図である。
【図7】(D)〜(E)は第2の従来の半導体装置の製
造方法を説明するための工程断面図である。
【図8】(A)〜(C)は第3の従来の半導体装置の製
造方法を説明するための工程断面図である。
【図9】(D)は第3の従来の半導体装置の製造方法を
説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
1、501、601 半導体装置 401 シリコン基板 2、602 第1の層間絶縁膜 3、3B バリアメタル 4、4B、504、604、604A アルミニウム 5、5B 窒化チタン 6、506 フォト・レジスト 7 ダメージ層 8、408 フッ素化アモルファス・カーボン 9、409、509、609 ヴァイア・ホール 10 カバー膜 17 タングステン 21 Cl2イオン及びN2イオン 22 CF4イオン 23 Siイオン 511、611 シリコン膜 513 残留ガスイオン 514 不活性ガス 515 SiNx膜 516 第2アルミ破線 416 第1の配線層 420 第2の配線層 618 第2の層間絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05H 1/46 H01L 21/302 G // C23F 4/00 21/88 C

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)アルミニウム配線を選択的にエッチ
    ングする工程と、 (b)前記アルミニウム配線の下層の酸化膜の表面を改
    質する工程と、 (c)有機系層間膜を形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記酸化膜の表面を改質する工程におい
    て、 前記アルミニウム配線のエッチング後に、CF4を含む
    ガス中で、プラズマ処理を施す、 ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項3】前記酸化膜の表面を改質する工程におい
    て、 前記アルミニウム配線のエッチング後にシリコンをイオ
    ン注入する、 ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】前記有機系層間膜が、フッ素化アモルファ
    ス・カーボンである、ことを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】半導体基板上の絶縁膜上に形成された金属
    配線層を選択的にエッチングした後に、該エッチングで
    露出した前記絶縁膜の表面の改質処理を施し、その後、
    前記金属配線及び前記絶縁層を覆うようにして有機系層
    間膜を形成する、ことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  6. 【請求項6】前記金属配線層がアルミニウム配線層を含
    み、前記有機系層間膜がフッ素化アモルファスカーボン
    よりなることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の
    製造方法。
  7. 【請求項7】前記金属配線層のエッチング後に、CF4
    を含むガスを用いて前記絶縁膜表面をプラズマ処理する
    か、もしくはフッ素化アモルファスカーボン形成前にシ
    リコンをイオン注入することにより、前記絶縁膜の表面
    を改質する、ことを特徴とする請求項6記載の半導体装
    置の製造方法。
  8. 【請求項8】半導体基板上の絶縁膜上にアルミニウム配
    線層を形成しその上に塗布されパタン形成されたレジス
    トをマスクとして前記アルミニウム配線層をドライエッ
    チングした後、ガス系をCF4に変えることにより前記
    エッチングで露出した前記絶縁膜表面にダメージ層を設
    け、 その後、前記レジストを剥離して、全面に、フッ素化ア
    モルファス・カーボン膜を形成する、ことを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】前記アルミニウム配線のエッチング後にシ
    リコンをイオン注入する、ことを特徴とする請求項8記
    載の半導体装置の製造方法。
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