JP2012124351A - 集積回路装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属部材の劣化を抑えた集積回路装置の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る集積回路装置の製造方法は、ハロゲンを含むガスを用いて金属部材をエッチングする工程と、エッチングされた前記金属部材を大気に曝すことなく、前記金属部材のエッチング面を覆うようにシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜を除去する工程と、を備える。
【選択図】図５
【解決手段】実施形態に係る集積回路装置の製造方法は、ハロゲンを含むガスを用いて金属部材をエッチングする工程と、エッチングされた前記金属部材を大気に曝すことなく、前記金属部材のエッチング面を覆うようにシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜を除去する工程と、を備える。
【選択図】図５
Description
本発明の実施形態は、集積回路装置の製造方法に関する。
従来より、集積回路装置を製造する際には、基板上に金属膜を形成し、この金属膜をハロゲン系のエッチングガスを用いてドライエッチングすることにより、所望の形状に加工することが多い。例えば、３次元メモリであるＲｅＲＡＭ（Resistance Random Access Memory：抵抗変化型メモリ）を製造する際には、金属膜、シリコン膜、金属膜をこの順に堆積させて積層体を形成する工程と、この積層体をハロゲン系ガスを用いたドライエッチングによりピラー状に加工する工程とを、繰り返し実施する。
ハロゲン系ガスを用いてドライエッチングを行うと、ハロゲン元素が被加工材に吸着したり、被加工材を構成する元素と反応したりして、エッチング面にハロゲン元素が残留する。そして、ハロゲン元素が残留した状態で、被加工材を大気に曝すと、ハロゲン元素が大気中の水分と反応して、金属部材が腐食されてしまう。このため、被加工材を大気に曝す前に、残留しているハロゲン元素を除去する必要がある。従来は、被加工材を加熱しながら、酸素(Ｏ２）放電又は窒素と水素の混合ガス（Ｎ２／Ｈ２）放電に曝すことにより、残留したハロゲン元素を除去してきた。しかしながら、このような放電処理を行うと、金属膜が酸化又は窒化されてしまい、特性が劣化してしまう。例えば、金属膜が配線又は電極に加工されている場合には、これらの配線又は電極の電気抵抗値が増加してしまう。
本発明の実施形態の目的は、金属部材の劣化を抑えた集積回路装置の製造方法を提供することである。
実施形態に係る集積回路装置の製造方法は、ハロゲンを含むガスを用いて金属部材をエッチングする工程と、エッチングされた前記金属部材を大気に曝すことなく、前記金属部材のエッチング面を覆うようにシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜を除去する工程と、を備える。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１〜図６は、本実施形態に係る集積回路装置の製造方法を例示する工程断面図である。
本実施形態において製造しようとする集積回路装置の種類は特に限定されないが、例えば、ＲｅＲＡＭである。
図１〜図６は、本実施形態に係る集積回路装置の製造方法を例示する工程断面図である。
本実施形態において製造しようとする集積回路装置の種類は特に限定されないが、例えば、ＲｅＲＡＭである。
先ず、図１に示すように、下地膜１１上にポリシリコン膜１２を形成する。下地膜１１は、例えばシリコン基板であってもよく、導電膜、半導体膜又は絶縁膜であってもよい。ポリシリコン膜１２は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法によってシリコン（Ｓｉ）を堆積させることにより形成する。次に、例えばＣＶＤ法又はＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理気相成長）法によってタングステン（Ｗ）又はチタン（Ｔｉ）等の金属を堆積させることにより、ポリシリコン膜１２上に金属膜１３を形成する。
次に、例えば、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）を原料としたＣＶＤ法によってシリコン酸化物を堆積させることにより、金属膜１３上にハードマスク膜１４を形成する。このようにして、下地膜１１上に、ポリシリコン膜１２、金属膜１３及びハードマスク膜１４がこの順に積層された積層膜を形成する。次に、ハードマスク膜１４上にレジスト膜を塗布し、このレジスト膜をリソグラフィー法によってパターニングすることにより、レジストパターン１５を形成する。
次に、図２に示すように、レジストパターン１５（図１参照）をマスクとした異方性エッチングを施し、ハードマスク膜１４を選択的に除去する。これにより、レジストパターン１５のパターンをハードマスク膜１４に転写する。その後、酸素（Ｏ２）放電等を行い、レジストパターン１５を除去する。
次に、図３に示すように、下地膜１１上にポリシリコン膜１２、金属膜１３及びハードマスク膜１４が積層された被加工材を、プロセスチャンバー（図示せず）内に装入する。そして、ハードマスク膜１４をマスクとし、ハロゲンを含むガス、例えば、臭化水素ガス（ＨＢｒ）又は塩素ガス（Ｃｌ２）をエッチングガスとして、ドライエッチングを施す。これにより、金属膜１３及びポリシリコン膜１２が選択的に除去されて、加工される。このとき、被加工材のエッチング面上には、臭素（Ｂｒ）又は塩素（Ｃｌ）等のハロゲン元素が、被加工材に吸着又は被加工材と反応した状態で残留する。以下、このようなハロゲン元素を「残留ハロゲン」という。図３及び図４においては、図示の便宜上、残留ハロゲンを白丸（○）によって模式的に示し、符号「１６」を付している。
次に、真空搬送により、被加工材をプロセスチャンバーから成膜チャンバー（図示せず）まで移動させて、成膜チャンバー内に装入する。この移動は、連続した真空雰囲気中で行う。
次に、図４に示すように、成膜チャンバー内において、常温にて、四塩化珪素と酸素の混合ガス（ＳｉＣｌ４／Ｏ２）又は四フッ化珪素と酸素の混合ガス（ＳｉＦ４／Ｏ２）を原料としたＣＶＤ法によって、シリコン酸化物を堆積させる。これにより、被加工材のエッチング面を覆うようにシリコン酸化膜１７を形成する。このとき、残留ハロゲン１６はシリコン酸化膜１７中に取り込まれる。シリコン酸化膜１７の組成は、ＳｉＯｘと表記することができる。ｘの値は、シリコン酸化膜１７全体としては０より大きく２より小さい値とすることが好ましいが、局所的には０又は２以上の値をとってもよい。シリコン酸化膜１７全体において、ｘの値を２未満の値とすることにより、シリコン酸化膜１７にはシリコンの未結合手が含まれる。
これにより、図５に示すように、例えば以下の化学反応により、残留ハロゲン１６はシリコン酸化膜１７中のシリコンと反応して、ハロゲンシリコン化合物１８となる。ハロゲンシリコン化合物１８は、例えば、臭化シリコン（ＳｉＢｒ）又は塩化シリコン（ＳｉＣｌ）である。
Ｓｉ＋Ｂｒ→ＳｉＢｒ↑
Ｓｉ＋Ｃｌ→ＳｉＣｌ↑
Ｓｉ＋Ｂｒ→ＳｉＢｒ↑
Ｓｉ＋Ｃｌ→ＳｉＣｌ↑
図５においては、図示の便宜上、ハロゲンシリコン化合物１８を黒丸（●）によって模式的に示している。ハロゲンシリコン化合物１８は蒸気圧が低いため、その一部が昇華して、シリコン酸化膜１７から排出される。また、ハロゲンシリコン化合物１８の残部は、シリコン酸化膜１７中に固定される。
次に、図６に示すように、被加工材をウェット処理装置（図示せず）内に装入し、例えばフッ酸を用いて、ウェット処理を施す。具体的には、シリコン酸化膜１７（図５参照）をフッ酸に溶解させることにより、シリコン酸化膜１７を除去する。このとき、シリコン酸化膜１７中に取り込まれたハロゲンシリコン化合物１８（図５参照）も、シリコン酸化膜１７と共に除去される。この結果、残留ハロゲンが除去される。このとき、ハードマスク膜１４の一部又は全部が除去される場合がある。このようにして、下地膜１１上に、パターニングされたポリシリコン膜１２及び金属膜１３が設けられた構造体が作製される。その後、必要な工程を経て、集積回路装置が製造される。なお、例えば、本実施形態がＲｅＲＡＭの製造方法である場合には、パターニングされたポリシリコン膜１２及び金属膜１３は、それぞれ、ＲｅＲＡＭのメモリセルを構成するダイオード及び電極となる。
本実施形態によって製造された集積回路装置においては、パターニングされた金属膜１３の側面（エッチング面）は実質的に酸化及び窒化されておらず、従って、金属膜１３から酸化層及び窒化層を除去する必要もないため、金属膜１３の側面とポリシリコン膜１２の側面との境界には段差が形成されない。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、図４に示す工程において、被加工材のエッチング面を覆うようにシリコン酸化膜１７を形成している。これにより、残留ハロゲン１６がシリコン酸化膜１７中に取り込まれ、シリコン酸化膜１７中のシリコンと反応してハロゲンシリコン化合物１８となる。そして、図５に示すように、ハロゲンシリコン化合物１８の一部は昇華して排出され、残りはシリコン酸化膜１７中に固定される。また、図６に示す工程において、シリコン酸化膜１７をフッ酸によって除去することにより、シリコン酸化膜１７中に固定されたハロゲンシリコン化合物１８も除去される。このようにして、被加工材から残留ハロゲン１６を除去することができる。この結果、その後この被加工材を大気に曝しても、残留ハロゲンに起因して金属膜１３が腐食されることがない。従って、金属部材である金属膜１３が劣化することがない。
本実施形態においては、図４に示す工程において、被加工材のエッチング面を覆うようにシリコン酸化膜１７を形成している。これにより、残留ハロゲン１６がシリコン酸化膜１７中に取り込まれ、シリコン酸化膜１７中のシリコンと反応してハロゲンシリコン化合物１８となる。そして、図５に示すように、ハロゲンシリコン化合物１８の一部は昇華して排出され、残りはシリコン酸化膜１７中に固定される。また、図６に示す工程において、シリコン酸化膜１７をフッ酸によって除去することにより、シリコン酸化膜１７中に固定されたハロゲンシリコン化合物１８も除去される。このようにして、被加工材から残留ハロゲン１６を除去することができる。この結果、その後この被加工材を大気に曝しても、残留ハロゲンに起因して金属膜１３が腐食されることがない。従って、金属部材である金属膜１３が劣化することがない。
また、本実施形態においては、残留ハロゲンを除去するために、高温での酸素(Ｏ２）放電及び窒素と水素の混合ガス（Ｎ２／Ｈ２）放電を行っていない。このため、これらの放電により、金属膜１３が酸化及び窒化されることがなく、金属膜１３が劣化することがない。なお、アルカリ性水溶液を用いて残留ハロゲンを除去することも考えられるが、この場合は、金属膜１３がアルカリ性水溶液に溶出してしまう。これに対して、本実施形態においては、アルカリ性水溶液も用いていないため、この虞もない。
更に、本実施形態においては、図６に示す工程において、シリコン酸化膜１７を除去している。これにより、その後の工程及び集積回路装置の完成後において、シリコンの未結合手を含む化学的に不安定なシリコン酸化膜１７がポリシリコン膜１２及び金属膜１３等に影響を及ぼすことがない。この結果、ポリシリコン膜１２及び金属膜１３の劣化並びに短絡等の不具合を防止し、信頼性が高い集積回路装置を製造することができる。
更にまた、本実施形態においては、図３に示すハロゲン系ガスによるドライエッチング工程と、図４に示すシリコン酸化膜１７の形成工程との間において、被加工材をプロセスチャンバーから成膜チャンバーまで真空搬送によって移動させている。これにより、両工程の間において、被加工材が水分等を含有する大気雰囲気に曝されることがなく、残留ハロゲンが大気中の水分と反応することによる金属膜１３の腐食を抑制できる。
このように、本実施形態によれば、集積回路装置の製造に際して、残留ハロゲンに起因して金属膜１３が腐食したり、残留ハロゲンを除去するための処理に起因して金属膜１３が酸化したり、窒化することがない。このため、金属膜１３をドライエッチングで加工することによって形成された金属部材が劣化することがない。例えば、金属部材が配線及び電極等である場合に、これらの電気抵抗値が増大することがない。この結果、集積回路装置の設計の自由度が向上する。また、集積回路装置の高集積化を図ることができる。
なお、本実施形態においては、シリコン酸化膜１７をフッ酸を用いたウェット処理によって除去する例を示したが、これには限定されず、例えば、コリンを用いたウェット処理によってシリコン酸化膜１７を除去してもよい。すなわち、図６に示すシリコン酸化膜１７を除去する工程において、シリコン酸化膜１７をコリンに溶解させてもよい。
また、本実施形態においては、図３に示すドライエッチング工程をプロセスチャンバーによって行い、図４に示すシリコン酸化膜１７の形成工程を成膜チャンバーによって行う例を示したが、これには限定されない。例えば、１つのチャンバー内でドライエッチング工程及びシリコン酸化膜の形成工程を、両工程の間でチャンバーを大気開放することなく、続けて実施してもよい。なお、両工程の間の雰囲気は真空雰囲気には限定されず、例えば大気雰囲気と比較して水分の含有量が少ない雰囲気とすればよい。
更に、本実施形態においては、図４に示す工程において、シリコン酸化物を堆積させることによりシリコン酸化膜１７を形成する例を示したが、これには限定されない。例えば、シリコンを薄く堆積させて被加工材のエッチング面を薄いシリコン膜で覆った後、例えば大気に曝すことによりこのシリコン膜を酸化させて、シリコン酸化膜１７を形成してもよい。この場合は、図３に示すドライエッチング工程から、シリコン膜によってエッチング面を覆う工程までを、大気雰囲気に曝すことなく実施すればよい。
更にまた、本実施形態においては、集積回路装置としてＲｅＲＡＭを製造する例を示したが、これには限定されない。例えば、集積回路装置は、メタルゲートを備えた半導体装置であってもよく、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体素子）を含むロジック回路装置、又はＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）若しくはＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等の半導体記憶装置であってもよい。
以上説明した実施形態によれば、金属部材の劣化を抑えた集積回路装置の製造方法を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。
１１：下地膜、１２：ポリシリコン膜、１３：金属膜、１４：ハードマスク膜、１５：レジストパターン、１６：残留ハロゲン、１７：シリコン酸化膜、１８：ハロゲンシリコン化合物
Claims (5)
- ハロゲンを含むガスを用いて金属部材をエッチングする工程と、
エッチングされた前記金属部材を大気に曝すことなく、前記金属部材のエッチング面を覆うようにシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜を除去する工程と、
を備えたことを特徴とする集積回路装置の製造方法。 - 前記シリコン酸化膜を除去する工程は、前記シリコン酸化膜をフッ酸に溶解させる工程を有することを特徴とする請求項１記載の集積回路装置の製造方法。
- 前記シリコン酸化膜を除去する工程は、前記シリコン酸化膜をコリンに溶解させる工程を有することを特徴とする請求項１記載の集積回路装置の製造方法。
- 前記ハロゲンを含むガスとして、臭化水素ガス又は塩素ガスを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の集積回路装置の製造方法。
- 前記金属部材は、タングステン又はチタンを含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の集積回路装置の製造方法。
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