JP2004200284A

JP2004200284A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004200284A
Application number: JP2002365022A
Authority: JP
Inventors: Junya Taura; 淳也田浦; Hisaaki Kurihara; 久明栗原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】窒素を含有する光反射防止層を形成する工程及びフッ素反応ガスによるエッチングを行う工程を実施した場合であっても、その後に形成した金属層に欠陥が生じ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。
【解決手段】図１（ｃ）のように、レジスト層４に形成した接続孔パターンをマスクとして、反応性イオンエッチング法により光反射防止層３をエッチングし、更に、レジスト層４及び光反射防止層３に形成した接続孔パターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたプラズマエッチング法によって、絶縁層２にコンタクトホール５を開設する。そして、図１（ｅ）のように、化学機械研磨法により、又は反応性イオンエッチング法により、絶縁層２上にあるレジスト層４及び光反射防止層３を除去する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＶＬＳＩ又はＵＬＳＩ等の半導体装置を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＬＳＩ又はＵＬＳＩ等、半導体装置の高集積化、多層化に伴い、これら半導体装置の製造プロセスにおいは、配線、及び基板と外部電極とを接続するコンタクトホール又は複数の配線層間を接続するビアホールといったプラグ等の微細化が要求されている。
【０００３】
この要求に対応すべく、下地層上に堆積したレジスト層にフォトリソグラフィ法を用いて所定のパターンを形成する場合、露光時の下地層からの反射光にて生じるハレーションによってパターン精度が低下することを防止するため、下地層とレジスト層との間に窒素含有酸化物を介装して光反射防止層を形成している。
【０００４】
一方、得られたパターンをマスクとして下地層をエッチングする場合、異方性エッチング能が高いフッ素系ガスを使用する方法が用いられている。
【０００５】
そして、レジストを除去した後、下地層の上方にＴｉ又はＡｌ等の金属層を積層することによって、半導体装置を製造していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、配線及びプラグ等の微細化を更に高精度に実現すべく、下地層とレジスト層との間に窒素含有酸化物による光反射防止層を形成してパターンニングを行った後、フッ素系ガスを用いて下地層をエッチングし、次いで、下地層の上方に金属層を積層した場合、積層された金属層に、隆起、亀裂又は剥がれ等の欠陥が発生し、後工程に不具合を招来するという問題が生じた。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、窒素を含有する光反射防止層を形成する工程及びフッ素反応ガスによるエッチングを行う工程を実施した場合であっても、その後に形成した金属層に欠陥が生じ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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、基板に設けた下地層上に、窒素を含有する光反射防止層を積層する光反射防止層積層工程と、この光反射防止層をマスクとしてフッ素を含有する反応ガスを用いたエッチングを行って前記下地層に所要のパターンを形成するパターン形成工程と、前記光反射防止層を除去する除去工程と、パターンを形成した下地層上に金属層を形成する金属層形成工程とをこの順に実施することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の本発明は、基板に設けた下地層上に、窒素を含有する光反射防止層を積層する光反射防止層積層工程と、この光反射防止層をマスクとして適宜な反応ガスを用いたエッチングを行って前記下地層に所要のパターンを形成するパターン形成工程と、前記光反射防止層を除去する除去工程と、フッ素を含有する反応ガスを用いたエッチングを行うエッチング工程と、パターンを形成した下地層上に金属層を形成する金属層形成工程とをこの順に実施することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
前述した如き金属層に欠陥が生じることを防止するという課題を解決すべく種々検討した結果、本発明者らは、次のような知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１１】
図３は、２次イオン質量分析装置を用いフッ素系反応ガスでエッチングした試料とフッ素を含まない反応ガスでエッチングした試料との深さ方向のフッ素の含有量を比較した結果を示すグラフであり、図中、（ａ）は前者の試料の深さ方向のフッ素の含有量を、（ｂ）は後者の試料の深さ方向のフッ素の含有量をそれぞれ示している。なお、試料は、基板上にＳｉＯＮ等の窒素含有酸化物からなる光反射防止層が形成し、該光反射防止層上にチタン層を積層したものを用いた。また、図３（ａ）及び（ｂ）のグラフは共に、縦軸はフッ素の含有量を、横軸は深さをそれぞれ示している。
【００１２】
図３（ｂ）から明らかな如く、窒素含有酸化物からなる光反射防止層が形成してある試料であっても、フッ素を含まない反応ガスでエッチングした場合は、光反射防止層のチタン層近傍の部分のフッ素の含有量の変化は僅かであった。これに対して、図３（ａ）から明らかな如く、窒素含有酸化物からなる光反射防止層が形成してある試料をフッ素系反応ガスでエッチングした場合、光反射防止層のチタン層近傍の図中円で囲んだ部分においてフッ素の含有量が大きく変化していた。なお、試料表面においてフッ素の含有量が大きく変化しているのは、測定時のノイズによるためである。
【００１３】
一方、図４は光反射防止層を窒素含有酸化物で形成した試料と、光反射防止層を窒素を含まない酸化物で形成した試料とをフッ素系反応ガスでそれぞれエッチングした場合の試料の深さ方向のフッ素の含有量を比較した結果を示すグラフであり、図中、（ａ）は前者の試料の深さ方向のフッ素の含有量を、（ｂ）は後者の試料の深さ方向のフッ素の含有量をそれぞれ示している。
【００１４】
図４（ｂ）から明らかな如く、フッ素系反応ガスでエッチングした場合であっても、窒素を含まない酸化物からなる光反射防止層が形成してある試料をエッチングした場合は、光反射防止層のチタン層近傍の部分のフッ素の含有量の変化は僅かであった。これに対して、図４（ａ）から明らかな如く、窒素含有酸化物からなる光反射防止層が形成してある試料をフッ素系反応ガスでエッチングした場合、光反射防止層のチタン層近傍の円で囲んだ部分においてフッ素の含有量が大きく変化していた。
【００１５】
これらの比較結果より、エッチングの際に、フッ素が窒素含有酸化物からなる光反射防止層に取り込まれ、このフッ素がチタン層を形成する際に光反射防止層内で局所的に析出するという現象が生じているものと考えられる。従って、このようなフッ素の局所的な析出によって、光反射防止層上に積層した金属層に前述した如き欠陥が発生するものと考えられる。
【００１６】
本発明では、基板に設けた下地層上に、窒素を含有する光反射防止層を積層する光反射防止層積層工程を実施した後、この光反射防止層をマスクとしてフッ素を含有する反応ガスを用いたエッチングを行って前記下地層に所要のパターンを形成するパターン形成工程を実施する。このように光反射によるハレーション防止すると共に、異方性エッチング能が高いエッチングを行って、微細なパターンを高精度に形成する。
【００１７】
そして、光反射防止層を除去する除去工程を実施した後に、下地層上に金属層を形成する金属層形成工程を実施する。このように、フッ素を取り込んだ光反射防止層を除去した後に、金属層を形成するため、金属層に前述した欠陥が生じることが防止される。
【００１８】
また、窒素を含有する光反射防止層をマスクとして適宜な反応ガスを用いたエッチングを行って前記下地層に所要のパターンを形成するパターン形成工程を実施した後、光反射防止層を除去する除去工程を実施する。その後、例えば、下地層のパターン形成によって露出した部分に自然発生する酸化膜を除去すべく、フッ素を含有する反応ガスを用いたエッチングを行うエッチング工程を所要の減圧状態で実施し、次いで、金属層形成工程を、好ましくは減圧状態で連続的に実施する。
【００１９】
このように、例えば、下地層のパターン形成によって露出した部分に自然発生する酸化膜を除去すべく、フッ素を含有する反応ガスを用いてエッチングを行う場合であっても、この工程を光反射防止層を除去した後に実施するため、フッ素が取り込まれず、これによって、金属層に欠陥が生じることが防止される。また、前述したエッチング工程と金属層形成工程とを連続的に実施することが可能となり、これにより半導体装置製造のスループットが向上する。
【００２０】
ここで、前述した除去工程は、エッチングにより行う。これによって、マルチチャンバ等を用いて除去工程と金属層形成工程とを連続的に実施することができる。
【００２１】
一方、除去工程は、化学機械研磨により行うこともできる。これによって、下地層表面の平坦化も合わせて実施される。
【００２２】
以下、本発明の詳細な内容を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明に係る半導体装置製造手順を説明する説明図であり、基板と配線とをコンタクトホールを介して層間導通させた場合について示してある。図１（ａ）のように、基板１上に、絶縁層２及び光反射防止層３をこの順に積層する。この光反射防止層３は、例えば、ＳｉＯＮ等の窒素含有酸化物を含む材料を用いて形成する。
【００２３】
図１（ｂ）のように、光反射防止層３上に、レジスト層４を積層した後、フォトリソグラフィ法によって接続孔パターンを形成し、図１（ｃ）のように、該接続孔パターンをマスクとして、例えば、ＣＦ_４（テトラフルオロメタン）、Ｃ_２Ｆ_６（ヘキサフルオロエタン）、Ｃ_４Ｆ_８（オクタフルオロブテン）又はＣＨＦ_３（トリフルオロメタン）等の炭化水素のフッ素置換体ガスを用いた反応性イオンエッチング法により光反射防止層３をエッチングし、更に、レジスト層４及び光反射防止層３に形成した接続孔パターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたプラズマエッチング法によって、絶縁層２にコンタクトホール５を開設する。なお、エッチング終了後に外気との接触によって、基板１のコンタクトホール５開設による露出部分（以後、コンタクトホール５の底部という。）の表面に酸化膜６が自然形成されている。
【００２４】
前述したレジスト層４のエッチング条件は、例えば、Ａｒ／Ｏ₂＝４００／４０ｓｃｃｍ（standard cubic centimeter／minutes）のエッチングガス組成比として、圧力が１０Pa、ソース出力が５００Ｗ、ＲＦバイアスが２００Ｗ、ウェハー温度が０℃とし、光反射防止層３のエッチング条件は、例えば、Ａｒ／ＣＨＦ₃／ＣＦ_４／Ｏ_２＝４００／２０／３０／１０ｓｃｃｍのエッチングガス組成比として、圧力が２．０Ｐａ、ソース出力が１０００Ｗ、ＲＦバイアスが５０Ｗ、ウェハー温度が０℃とする。また、絶縁層２のエッチング条件は、例えば、Ａｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２＝４００／２０／１０ｓｃｃｍのエッチングガス組成比として、圧力が１０．０Ｐａ、ソース出力が２０００Ｗ、ＲＦバイアスが１０００Ｗ、ウェハー温度が０℃とする。
【００２５】
図１（ｄ）のように、残存するレジスト層４上にスピンコート法により更にレジストを塗布することによって、同時的にコンタクトホール５（図１（ｃ）参照）内へレジストを埋め込む。このとき、例えば、光反射防止層３上のレジスト層４の厚さが１．５μｍになるように新たなレジストを塗布する。
【００２６】
そして、図１（ｅ）のように、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polish）法により、又は反応性イオンエッチング法により、絶縁層２上にあるレジスト層４及び光反射防止層３を除去する。これによって、この除去工程より前にフッ素系のガスを用いたエッチングを実施していた場合であっても、また、前記除去工程より後にフッ素系のガスを用いたエッチングを実施する場合であっても、フッ素を取り込んだ又は取り込む光反射防止層３を除去してあるため、後述する金属層に亀裂又は剥離等の欠陥が生じることが回避され、その後の工程に不具合が生じることが防止される。一方、コンタクトホール５内にレジストが埋め込んであるため、化学機械研磨又はエッチングの際にコンタクトホール５の内周面に欠陥が生じることが防止される。
【００２７】
反応性イオンエッチング法によってレジスト層４及び光反射防止層３を除去する場合、前記（ｂ）及び（ｃ）で説明した条件と略同じ条件でエッチングを行う。一方、レジスト層４及び光反射防止層３を化学機械研磨法によって除去する場合は、例えば、次の条件で行う。すなわち、１４質量％のコロイダルシリカ粒子を含む水酸化カリウム溶液を用い、研磨圧力を0.2−0.4Ｎ／ｃｍ²とし、研磨時間を略６０秒とする。
【００２８】
レジスト層４及び光反射防止層３を除去して絶縁層２を露出させた後、図１（ｆ）のように、Ｈ_２ＳＯ_４／Ｈ_２Ｏ_２（硫酸と過酸化水素水の混合液）といったレジスト剥離剤を用いた洗浄を行ってコンタクトホール５内に埋め込んだレジストを除去し、更に、図２（ｇ）のように、フッ素系ガスを用いたプラズマエッチング法によって、コンタクトホール５の底部に生じた酸化膜６を除去する。これによって、配線抵抗を低下させることができる。この場合のエッチング条件は、所要の真空度で、例えば、ＮＦ₃ガスを３ｓｃｃｍの流量で、またＨｅガスを４７ｓｃｃｍの流量でそれぞれ供給し、１３．５６ＭＨｚの高周波を１００Ｗで、２ＭＨｚの低周波を１００Ｗで出力する。
【００２９】
そして、適宜の真空度を維持したまま、図２（ｈ）のように、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて、コンタクトホール５の底部及び絶縁層２の表面に、金属層たるチタン層７をコンタクト層として形成し、熱ＣＶＤ法により、更に、図２（ｉ）のように、チタン層７の表面及びコンタクトホール５の内周面に、窒化チタン層８をのり層として形成した後、図２（ｊ）のように、コンタクトホール５の内部及び絶縁層２の上方に金属層たるタングステン層９を導電層として形成する。
【００３０】
チタン層７を形成する条件としては、例えば、四塩化チタンを１００〜５０ｍｇ/minの流量で気化供給し、基板温度を５８０℃とし、水素を３０００ｓｃｃｍの流量で供給し、１３．５６ＭＨｚの高周波を３００Ｗの出力で印加して、層厚が１０ｎｍとなるようにする。また、窒化チタン層８を形成する条件としては、例えば、四塩化チタンを５０〜７０ｍｇ/ｍinの流量で気化供給とし、アンモニアを５００ｓｃｃｍの流量で供給し、基板温度を６００〜６３０℃とし、層厚が２０ｎｍとなるようにする。また、タングステン層９を形成するには、例えば、ＷＦ₆／モノシラン／水素系を適用して行った。
【００３１】
そして、図２（ｋ）のように、絶縁層２の上方に堆積したタングステン層９、窒化チタン層８及びチタン層７を、絶縁層２の表面が露出するまで化学機械研磨法によって除去した後、図２（ｌ）のように、タングステン層９と接触するように金属層たるアルミニウム配線10を形成する。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、フッ素を取り込んだ光反射防止層を除去した後に、金属層を形成するため、金属層に前述した欠陥が生じることが防止される。
【００３３】
請求項２の発明によれば、フッ素を含有する反応ガスを用いてエッチングを行う場合であっても、この工程を光反射防止層を除去した後に実施するため、フッ素が取り込まれず、これによって、金属層に欠陥が生じることが防止される等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置製造手順を説明する説明図である。
【図２】本発明に係る半導体装置製造手順を説明する説明図である。
【図３】フッ素系反応ガスでエッチングした試料とフッ素を含まない反応ガスでエッチングした試料との深さ方向の強度を比較した結果を示すグラフである。
【図４】光反射防止層を窒素含有酸化物で形成した試料と、光反射防止層を窒素を含まない酸化物で形成した試料とをフッ素系反応ガスでそれぞれエッチングした場合の試料の深さ方向の強度を比較した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１基板
２絶縁層
３光反射防止層
４レジスト層
５コンタクトホール
６酸化膜
７チタン層
８窒化チタン層
９タングステン層
１０アルミニウム配線

Claims

基板に設けた下地層上に、窒素を含有する光反射防止層を積層する光反射防止層積層工程と、この光反射防止層をマスクとしてフッ素を含有する反応ガスを用いたエッチングを行って前記下地層に所要のパターンを形成するパターン形成工程と、前記光反射防止層を除去する除去工程と、パターンを形成した下地層上に金属層を形成する金属層形成工程とをこの順に実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
基板に設けた下地層上に、窒素を含有する光反射防止層を積層する光反射防止層積層工程と、この光反射防止層をマスクとして適宜な反応ガスを用いたエッチングを行って前記下地層に所要のパターンを形成するパターン形成工程と、前記光反射防止層を除去する除去工程と、フッ素を含有する反応ガスを用いたエッチングを行うエッチング工程と、パターンを形成した下地層上に金属層を形成する金属層形成工程とをこの順に実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。