(57)【要約】【課題】  半導体製造プロセス中に相互接続配線を作るために用いられる金属、例えば銅の光誘導の腐蝕及び再堆積を減少する方法を提供すること。【解決手段】  金属の光誘導の腐蝕及び再堆積は、光電池効果を生じるＰＮ接合の光への露光によって生じる。本発明では、ＰＮ接合の光への露出の量を減少するために、光子阻止層１３が用いられる。本発明のこの光子阻止層１３は、半導体製造設備に使用される一般的な光源のエネルギースペクトルの低い端より小さい（一般に１.７ｅＶより小さい）バンドギャップエネルギーを有する直接バンドギャップである。これにより、金属の光誘導の腐蝕及び再堆積を減少することができる。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体物質の金属フィーチャの光誘導による腐蝕及び再堆積を減少する方法であって、
前記半導体物質に光子阻止層を含むことによって前記半導体物質のバンドギャップエネルギーに等しいか、またはそれより大きなエネルギーを有する光に前記半導体物質の露光を制限するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
半導体ウエハであって、
ダイオードとトランジスタを含む第１の領域と、
前記第１の領域上に形成された光子阻止層と、
金属の相互接続を含む前記光子阻止層上に形成される第２の領域と、
を有する半導体ウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハにおける光子誘導金属の腐蝕及び再堆積に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ内に配置された光子（ホトン）阻止層の使用によって、光子誘導金属の腐蝕及び再堆積を最小にすることができる。本発明のいろいろな特徴が適用例を参照にして説明される。本発明を充分理解するために、多くの特定の詳細な説明、関係及び方法が述べられる。しかし、この分野の当業者は、本発明が1つまたはそれ以上の特定の詳細な説明を行なうことなく又は他の方法で実施されることができることを容易に理解するであろう。他の例において、既知の構造または動作は、本発明を不明りょうにすることを避けるために、詳細には示されない。
【０００３】
図面を参照すると、図１は、シリコンウエハに形成された一般的な集積回路の部分２を示している。ウエハ部分２は、多くのドープされた半導体領域を含む。これらのドープされた領域は、デバイスのソース３または４、ドレイン３または４、及びウエル１７と１８を画定するＮ-型３と１７、及びＰ-型４と１８の領域を含む。この構造の結果として、ウエハ部分２に配置された多くのＰ-Ｎ接合がある。“ＳＴＩ(Shallow Trench Isolation: トレンチ分離)”５と呼ばれるウエハ部分２の領域は、電気的絶縁の領域を示す。更に、“ゲート”６と呼ばれるウエハ部分２の領域は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲートを示す。
【０００４】
ウエハ部分２のコンタクト及び第１の層の金属の相互接続も図１に示されている。特に、“Ｗ”及び“Ｃｕ”は、タングステン及び銅からそれぞれ作られる導電性物質を示す。この導電性物質は、例示のデバイスをウエハ部分２の他のデバイス（図示せず）と接続するために用いられる複数のコンタクト及び第１の層の金属相互接続を与える。
【０００５】
ウエハ部分２は、一般に製造プロセスにおけるいろいろな段階で光に曝される。ＰＮ接合の、光への露出は、光誘導の金属の腐蝕及び再堆積を生じる光電池事象を誘導する。
【０００６】
光誘導の金属腐蝕及び堆積の概略が図２に示されている。この例に対して、誘電体１内に形成される金属の相互接続として銅が用いられる。光、特に光９に存在する光子がＰ-Ｎ接合を打つと、電子/ホールのペア（対）が形成される。これらの電子とホールは、ディプレーション領域１１に形成された電界によって、いろいろな方向にＰ-Ｎ接合を横切ってスイープされる。正電荷（ホール）と負電荷（電子）の分離によって、接合１０にわたって電圧降下が起き、Ｐ-Ｎ接合１０での光電池現象を生じる。
【０００７】
Ｐ-Ｎ接合が、相互接続金属として用いられた銅に接続されると、銅の相互接続に電位差が形成される。もし、電解質１２（すなわち、化学機械研磨に用いられたスラリー）が銅の表面上に存在すると、露出されたＰ-Ｎ接合は、バッテリーとして働き、銅の電気化学反応を起こす。Ｐ-型領域に接続された銅の配線８に対して、酸化作用が加速され、銅は電解質に溶解され、それによって光子誘導の銅の腐蝕を生じる。Ｎ-型領域に接続された銅の配線に対して、還元作用がおき、銅は再堆積され、それによって光子誘導の銅の再堆積を生じる。要約すれば、回路の一方の側において光子誘導の溶解（腐蝕、穴あき）及び回路の他方の側において光子誘導の付着（再堆積）が同時に起きる。
【０００８】
半導体デバイスの製造中に、光子誘導の金属の腐蝕及び再堆積が生じる多くのステージ（段階）がある。例えば、銅の化学機械研磨（cupper chemical mechanical polishing: ＣuＣＭＰ）、ＣuＣＭＰ後のクリーニング、プローブ後のクリーニングプロセス中、及びＣuＣＭＰ後に大気中にウエハの保存中にも光子誘導の金属の腐蝕及び再堆積は起きる。上述のプロセス中に用いられた化学溶液及び大気中の湿気さえもが電解質として働き、導電路を与える。半導体製造設備に存在する一般的な光は、１.７〜４.０ｅＶの範囲を有する可視領域に集中されたスペクトルを有する。従って、その光は、室温でバンドギャップが〜１.１２ｅＶであるシリコンウエハ上に光電池効果を容易に生成することができる。
【０００９】
光誘導の銅の再堆積は、図１に示された例とは全く異なるデバイス構造を有するウエハにおいても生じることが留意されるべきである。更に、光誘導の腐蝕及び再堆積の問題は、将来は銅に置き換わり得るが、腐蝕に敏感でもある他の金属または合金に対しても存在することが予測される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、光誘導の金属の腐蝕及び再堆積を減少または除去することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
光誘導の金属の腐蝕及び再堆積の問題は、Ｐ-Ｎ接合と金属の相互接続間に光子阻止層を形成することによって減少または除去することができる。Ｐ-Ｎ接合と金属の相互接続間のあらゆる場所に光子阻止層を置くことは本発明の範囲内である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の１つの実施例によると、光誘導の銅の堆積は、図３に示されるように、半導体ウエハ１４上に光子阻止層１３を形成することによって、減少または除去することができる。光子阻止層１３は、窒化シリコンのコンタクトエッチング停止層１５の上に、しかし、ポリ金属誘電体 (Poly-Metal Dielectric: PMD) 層１６の下に堆積される。（コンタクトエッチング停止層は、パターン化するプロセス中にコンタクトとアクティブ領域のミスアライメントによって起こされるリーク電流を減少するためにも作用する、ＰＭＤのエッチング速度と比較して、低いコンタクトエッチング層を有する層である。）
【００１３】
光誘導の銅の腐蝕及び再堆積を効果的に防ぐために、光子阻止層１３は、シリコンのバンドギャップ（１.１２ｅＶ）より大きな光子エネルギーを吸収する物質から形成されなければならない。許容できるバンドギャップエネルギーを有する全ての物質またはそれらの組み合わせを使用することは本発明の範囲内である。例えば、光子阻止層を有する物質は、以下の何れかであることができる：ａ-ＳiＧe：Ｈ、ａ-ＳiＧe、ＳiＧe、ＳiＣ、ＧaＡs、Ｃ６０、ａ-Ｓi、Ｇe、ＩnＰ、ＣdＳe、ＣdＴe、ＰbＳ、ＰbＴe、Ｂ、Ｓe、ＡlＳb、Ｂi2Ｓ3、Ｚn3Ａs2、ＧaＴe、ＧaＮ、ＺnＳ、及びＣ。直接バンドギャップを有する物質は、間接バンドギャップのカウンタパートより効率よく光子を吸収することが留意されるべきである。
【００１４】
半導体の製造設備に使用される一般的な光源は、約１.７〜４.０ｅＶのエネルギースペクトルを有することも留意すべきである。したがって、光源の光子を効果的に阻止するためには、光子阻止層は、（半導体製造設備に用いられる代表的な光源のエネルギースペクトルの低い端の値である）１.７ｅＶより小さいエネルギーギャプを有することが必要である。
【００１５】
図４に示された最良の実施形態において、プラズマ増強された窒化物コンタクトのエッチング停止層は、光子阻止層１３によって置き換えられる。この例において、光子阻止層１３は、ａ-ＳiＧe：Ｈから作られる。ａ-ＳiＧe：Ｈの光子阻止層は、光を吸収することができるばかりでなく、コンタクトエッチング停止層としても働く。何故ならば、それはコンタクトエッチングプロセス中に良好な選択性を与えるからである。光子阻止層１３は、製造中にＰＮ接合への光の伝送を効果的に阻止する。その結果、光誘導の銅の再堆積を減少または除去する。
【００１６】
上述したように本発明のいろいろな変更は、請求項に記載された発明の範囲内である。例として、シリコンベースの半導体デバイスに本発明を使用する代わりに、本発明は、他の半導体物質、例えば、ヒ化ガリウムによって作られたデバイスにも同様に応用可能である。更に、本発明は、いろいろな絶縁技術、ウエルや基板技術、ドーパント型、及びトランジスタを有する半導体ウエハ及び金属型または配置にも応用可能である。更に、本発明は、他の半導体技術、例えばＢiＣＭＯＳ、バイポーラ、ＳＯＩ、歪シリコン(strained silicon)、マイクロ電気機械システム(microelectrical mechanical system: MEMS)、ＳiＧe、または他のダイオードを用いる構造にも応用可能である。
【００１７】
本発明のいろいろな実施例を説明したけれども、それらは例示のためにのみ示され、限定のためでないことを理解すべきである。本発明は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、ここでの開示に従って、開示された実施例の多くの変更を行なうことができる。本発明の範囲は、請求項及びそれらの均等物に従って定められるべきである。
【００１８】
以上の開示に関連して、以下の各項を開示する。
（１）半導体物質の金属フィーチャの光誘導の腐蝕及び再堆積を現象する方法であって、
前記半導体物質に光子阻止層を組みこむことによって前記半導体物質のバンドギャップエネルギーに等しいか、またはそれより大きなエネルギーを有する光に前記半導体物質の露出を制限するステップを有することを特徴とする方法。
（２）前記光子阻止層は、不連続であることを特徴とする前記（１）項に記載の方法。
（３）前記光子阻止層は、直接バンドギャップを有する物質から構成されることを特徴とする前記（１）項に記載の方法。
（４）前記光子阻止層は、ＳiＧeであることを特徴とする前記（１）項に記載の方法。
（５）前記光子阻止層は、ａ-ＳiＧeであることを特徴とする前記（１）項に記載の方法。
（６）前記光子阻止層は、ａ-ＳiＧe：Ｈであることを特徴とする前記（１）項に記載の方法。
（７）前記光子阻止層は、コンタクトエッチング停止層であることを特徴とする前記（１）項に記載の方法。
（８）前記光子阻止層は、ａ-ＳiＧe：Ｈ、ａ-ＳiＧe、ＳiＧe、ＳiＣ、ＧaＡs、Ｃ６０、ａ-Ｓi、Ｇe、ＩnＰ、ＣdＳe、ＣdＴe、ＰbＳ、ＰbＴe、Ｂ、Ｓe、ＡlＳb、Ｂi2Ｓ3、Ｚn3Ａs2、ＧaＴe、ＧaＮ、ＺnＳ、及びＣから成るグループから選択されることを特徴とする前記（１）項に記載の方法。
（９）前記金属フィーチャは、銅を含むことを特徴とする前記（１）項に記載の方法。
（10）ＣＭＰプロセスは、前記半導体物質上で行なわれることを特徴とする前記（1）項に記載の方法。
（11）ＣＭＰクリーニングプロセスは、前記半導体物質上で行なわれることを特徴とする前記（1）項に記載の方法。
（12）前記光子阻止層は、半導体製造設備に用いられる光源のエネルギースペクトルの低い端の値より小さいバンドギャップエネルギーを有する物質から成ることを特徴とする前記（1）に記載の方法。
【００１９】
（13）半導体ウエハであって、
ダイオードとトランジスタを含む第１の領域と、
前記第１の領域上に形成された光子阻止層と、
金属の相互接続を含む前記光子阻止層上に形成される第２の領域と、
を有する半導体ウエハ。
（14）前記光子阻止層は、不連続であることを特徴とする前記（13）に記載の半導体ウエハ。
（15）前記光子阻止層は、直接バンドギャップを有する物質から構成されることを特徴とする前記（13）項に記載の半導体ウエハ。
（16）前記光子阻止層は、ＳiＧeであることを特徴とする前記（13）項に記載の半導体ウエハ。
（17）前記光子阻止層は、ａ-ＳiＧeであることを特徴とする前記（13）項に記載の半導体ウエハ。
（18）前記光子阻止層は、ａ-ＳiＧe：Ｈであることを特徴とする前記（13）項に記載の半導体ウエハ。
（19）前記光子阻止層は、コンタクトエッチング停止層であることを特徴とする前記（13）項に記載の半導体ウエハ。
（20）前記光子阻止層は、ａ-ＳiＧe：Ｈ、ａ-ＳiＧe、ＳiＧe、ＳiＣ、ＧaＡs、Ｃ６０、ａ-Ｓi、Ｇe、ＩnＰ、ＣdＳe、ＣdＴe、ＰbＳ、ＰbＴe、Ｂ、Ｓe、ＡlＳb、Ｂi2Ｓ3、Ｚn3Ａs2ＧaＴe、ＧaＮ、ＺnＳ、及びＣから成るグループから選択されることを特徴とする前記（13）項に記載の半導体ウエハ。
（21）前記金属の相互接続は、銅を含むことを特徴とする前記（13）項に記載の方法。
（22）前記金属の相互接続は、ＣＭＰを用いて製造されることを特徴とする前記（13）項に記載の半導体ウエハ。
（23）前記金属の相互接続は、ＣＭＰクリーニングプロセス含むプロセスを用いて製造されることを特徴とする前記（13）項に記載の半導体ウエハ。
（24）前記光子阻止層は、半導体製造設備に用いられる光源のエネルギースペクトルの低い端の値より小さいバンドギャップエネルギーを有する物質から成ることを特徴とする前記（1）に記載の半導体ウエハ。
【００２０】
（25）半導体ウエハであって、
ダイオードとトランジスタを含む第１の領域と、
前記第１の領域上に形成された光子阻止層と、
銅の相互接続を含む前記光子阻止層上に形成される第２の領域と、
を備え、
前記光子阻止層は、直接バンドギャップ及び１.７ｅＶに等しいか、またはそれより小さいバンドギャップエネルギーを有することを特徴とする半導体ウエハ。
（26）前記光子阻止層は、またコンタクトエッチング停止層でもあることを特徴とする前記（25）に記載の半導体ウエハ。
【００２１】
（27）本発明は、半導体製造プロセス中に相互接続配線を作るために用いられる金属、例えば銅の光誘導の腐蝕及び再堆積を減少する方法である。光誘導の腐蝕及び再堆積は、光電池効果を生じるＰＮ接合の光への露出によって生じる。本発明では、ＰＮ接合の光への露出の量を減少するために、光子阻止層１３が用いられる。本発明のこの光子阻止層１３は、半導体製造設備に使用される一般的な光源のエネルギースペクトルの低い端より小さい（一般に１.７ｅＶより小さい）バンドギャップエネルギーを有する直接バンドギャップである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術による、シリコンウエハに形成された一般の集積回路の一部を示す。
【図２】従来技術による、製造プロセス中に生じる光誘導の金属の腐蝕及び再堆積の現象を示す。
【図３】本発明の実施例によるシリコンウエハの一部を示す。
【図４】本発明の他の実施例によるシリコンウエハの一部を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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