JP3886854B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明に関する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関するものであり、詳しくはアルミ系配線の防食処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体装置の製造に用いるアルミ配線層の腐食防止処理（以下、防食処理と記す）として、アルミ配線層のエッチングに用いる塩素系ガスの残留付着物を除去する目的で、アルミ配線層のエッチング直後に水素成分、酸素成分を含むプラズマ雰囲気にて処理する方法がとられていた。
【０００３】
以下、従来の半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図１６および図１７は、従来の半導体装置の製造方法におけるアルミエッチング時の防食処理およびアルミ配線層形成用マスクとして用いたフォトレジストの除去に関する工程フロー図である。
【０００５】
図１６は、アルミ配線層のエッチングとアルミ配線層の防食処理を連続工程として処理し、別工程としてフォトレジストの除去（アッシング）を行うものである。まず、アルミ配線層を形成するため、フォトマスクを用いて塩素系ガスによるアルミエッチング処理６０１ａを行う。続いて、同一ブロック内連続処理６０１として、水素、酸素系プラズマによるアルミニウムの防食処理６０１ｂを行う。次に、別工程として、アルミ配線層の形成に用いたフォトレジストを酸素系プラズマによってアッシング６０２して除去する。
【０００６】
図１７は、アルミ配線層のエッチングからフォトレジストの除去までを連続工程として処理するものである。まず、アルミ配線層を形成するため、フォトマスクを用いて塩素系ガスによるアルミエッチング処理７０１ａを行う。続いて、同一ブロック内の連続処理７０１として、水素、酸素系プラズマによるアルミニウムの防食処理７０１ｂを行い、更に続けて、アルミ配線層の形成に用いたフォトレジストを酸素プラズマによりアッシング７０１ｃして除去する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の構成は、塩素系ガスによるアルミ配線層のエッチングで生じる塩素系残留物を除去することを目的としており、アルミ配線層のエッチングとは連続しない別工程において、アルミ配線層の上層膜をエッチングすることで再度アルミ配線層が露出した際に発生する残留物によってあらたに腐食が発生するという課題を防止できるものではなかった。
【０００８】
例えば、近年開発が盛んになっている強誘電体メモリ装置においては、強誘電体材料が水素で容易に還元され強誘電体キャパシタとしての特性が劣化する一方で、周辺トランジスタの特性維持のために水素雰囲気での熱処理が必要であるという問題がある。
【０００９】
これを解決するために、容量絶縁膜のリーク電流増加や絶縁耐圧の低下を防止しつつ周辺トランジスタの特性を維持するためのひとつの手段として、強誘電体キャパシタ領域を含む全領域を一度窒化珪素膜で覆った後、強誘電体キャパシタ領域のみをドライエッチングにより開口して熱処理を施し、窒化珪素膜から発生する水素を強誘電体キャパシタに影響を及ぼさないようにして周辺トランジスタに供給するという方法がとられている。
【００１０】
ところが、一般的に窒化珪素膜のドライエッチングには弗素系のガスを用いることが多く、この方法では、アルミ配線層が再露出した領域でエッチングガスの弗素原子と窒化珪素膜のドライエッチングによって放出された窒素原子や水素原子とが化学反応して、弗化アンモニウム等を形成する。これらはエッチング残留物としてアルミ配線層の表面、特に配線側壁部に付着してアルミ配線層の腐食原因となり、更に空気中の水分吸着によって腐食が加速されるという欠点があった。
【００１１】
ここで、図１８において、強誘電体メモリ装置を搭載する半導体装置の製造方法について一連の工程断面図を示し、アルミ配線層の腐食発生メカニズムを説明する。
【００１２】
まず、図１８（ａ）に示すように、シリコン基板８０１上に形成した下層の層間絶縁膜８０２の上に強誘電体キャパシタ８０３を形成し、上層の絶縁膜８０４で覆った後、アルミ配線層８０５を形成する。次に、図１８（ｂ）に示すように、アルミ配線層８０５およびシリコン基板８０１の全域を窒化珪素膜８０６で覆う。次に、図１８（ｃ）に示すように、窒化珪素膜８０６の不要部分（強誘電体キャパシタ上およびその近傍）を除去するため、所望の形状となるレジスト８０７で窒化珪素膜の一部領域を覆う。続いて、図１９（ａ）に示すように、弗素、酸素系の混合ガスを用いたプラズマ雰囲気で窒化珪素膜８０６をドライエッチングし、所望の形状の窒化珪素膜８０６ａを得る。
【００１３】
この時、窒化珪素膜８０６ａの端部８０６ｂからは、膜の構成元素である窒素原子Ｎや水素原子Ｈが放出され、エッチングガスの成分に含まれる弗素原子Ｆとともにアルミ配線パターンの周辺に残留する。その後、これら原子の一部が弗化アンモニウムＮＨ4 Ｆとしてアルミ配線層の側壁に付着し、図１９（ｂ）に示すアルミ腐食８０８を引き起こす。
【００１４】
ここで、窒化珪素膜８０６のエッチ後経過時間とアルミ腐食発生率の関係を図２０に示す。図２０に示すように、窒化珪素膜８０６のドライエッチング直後から５％程度のアルミ腐食が発生し、１０時間後では約１０％、１００時間後では約５０％の腐食発生率にまで進行することがある。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するもので、アルミ配線層の上層膜をエッチングする際、アルミ配線層が再露出することで発生する、初期的或いは進行性のあるアルミ腐食を防止することのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
第１の半導体装置の製造方法は、基板上にアルミ薄膜を形成し、アルミ薄膜をパターンニングしてアルミ配線層とする工程と、窒素原子、水素原子およびシリコン原子を含む絶縁膜でアルミ配線層を被覆する工程と、絶縁膜の所定領域を、弗素を含む雰囲気でドライエッチングすることによりパターニングして、アルミ配線層の一部或いは全部を露出させる工程と、水素、酸素を含むプラズマ雰囲気でアルミ配線層の腐食防止処理を行う工程と、絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを含み、水素、酸素を含むプラズマ雰囲気でアルミ配線層の腐食防止処理を行う工程と絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを、基板が大気に触れない状態で連続して行うことを特徴とするものである。
【００２０】
第１の半導体装置の製造方法によれば、通常、弗化アンモニウム等のエッチング残留物が、微量でも付着した状態でアッシング処理を行うと、アルミ腐食の進行が更に加速されるが、このような構成によれば、アルミ腐食が進行する前に残留物を希釈、低減させることができ、アルミ配線層の防食効果を高めることが出来る。
このように、アルミ配線層の防食処理を施すことで、製造プロセスの途中、或いは完成後にアルミ配線層が腐食し、歩留まりの低下や半導体装置としての信頼性不良を引き起こすことのない、優れた半導体装置を実現することができる。
【００２１】
第２の半導体装置の製造方法は、基板上にアルミ薄膜を形成し、アルミ薄膜をパターンニングしてアルミ配線層とする工程と、窒素原子、水素原子およびシリコン原子を含む絶縁膜でアルミ配線層を被覆する工程と、絶縁膜の所定領域を弗素を含む雰囲気でドライエッチングすることによりアルミ配線層の一部或いは全部を露出させる工程と、酸素を含むプラズマ雰囲気でアルミ配線層の第１の腐食防止処理を行う工程と、水素、酸素を含むプラズマ雰囲気でアルミ配線層の第２の腐食防止処理を行う工程と、絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを含み、アルミ配線層の一部或いは全部を露出させる工程とアルミ配線層の第１の腐食防止処理を行う工程とを、基板が大気に触れない状態で連続して行い、アルミ配線層の第２の腐食防止処理を行う工程と絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを、基板が大気に触れない状態で連続して行うことを特徴とするものである。
【００２２】
第２の半導体装置の製造方法によれば、第１の半導体装置の製造方法を単独で適用した場合に比べ、更に防食効果を高めることができる。
【００２３】
第３の半導体装置の製造方法は、第１または第２の半導体装置の製造方法において、絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングする際、ステージ温度或いはチャンバ内温度が２００℃〜３００℃の範囲である。
【００２４】
第３の半導体装置の製造方法によれば、第１または第２の半導体装置の製造方法と同様な効果がある。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（第1の実施形態）
図１の連続処理工程ブロック１０１は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法に関する工程フロー図であり、図２から図４は、同じく工程断面図である。
【００２９】
図１の連続処理工程ブロック１０１は、アルミ系配線を被覆している上層の絶縁膜である窒化珪素膜のドライエッチングからアルミ防食処理Ａまでを示している。
【００３０】
ここで、窒化珪素膜のエッチング処理に引き続いて、空気中の水分吸着等、配線腐食の進行を促進する要素が加わらないよう、同一チャンバ内で酸素系プラズマによる防食処理Ａ１０１ｂを施す。尚、この時の処理温度は、アルミ腐食の進行を抑制するため低温であることが望ましく、通常、１００℃以下で処理する。
【００３１】
また、工程断面図としては、図２（ａ）に示すように、支持基板であるシリコン基板２０１上に形成した下層の層間絶縁膜２０２の上に強誘電体キャパシタ２０３を形成し、上層の絶縁膜２０４で覆った後、アルミ配線層２０５を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、アルミ配線層２０５およびシリコン基板２０１の全域を絶縁膜である窒化珪素膜２０６で覆う。次に、図２（ｃ）に示すように、窒化珪素膜２０６の不要部分を除去するため、所望の形状となる非強誘電体領域用マスクとしてレジスト２０７で窒化珪素膜２０６の一部領域を覆う。
【００３２】
続いて、図３（ａ）に示すように、弗素、酸素系の混合ガスを用いたプラズマ雰囲気で窒化珪素膜２０６をドライエッチングし、所望の形状にパターニングした窒化珪素膜２０６ａを得る。
【００３３】
この時、窒化珪素膜２０６ａの端部２０６ｂからは、膜の構成元素である窒素原子や水素原子が放出され、エッチングガスの成分に含まれる弗素原子とともにアルミ配線パターンの周辺に存在し、一部が弗化アンモニウムとなりアルミ腐食の原因となる。ここで、図３（ｂ）に示す酸素系プラズマによる防食処理Ａを施すことで、腐食の原因となる弗化アンモニウム等を希釈低減させる。
【００３４】
最後に、図４（ａ）に示す酸素系プラズマによるレジスト２０７のアッシングを行なって図４（ｂ）のエッチング処理の完了となる。
【００３５】
次に、窒化珪素膜のエッチ後経過時間とアルミ腐食発生率の関係を図５に示す。
【００３６】
従来は、ドライエッチングの直後から５％程度のアルミ腐食が発生し、１０時間後では約１０％の腐食発生率にまで進行していたが、本防食処理Ａの工程を適用することで、ドライエッチング後１０時間までの腐食発生率を０％に抑えることができた。
【００３７】
尚、本実施形態では、図１における上層の層間膜のエッチング１０１ａと防食処理Ａ１０１ｂを同一チャンバ内の処理としているが、ロードロック機構により真空中搬送が可能であれば、別チャンバで処理しても同様の効果が得られる。
（第２の実施形態）
図６の連続処理工程ブロック１０２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法に関する工程フロー図、図７から図９は、同じく工程断面図である。
【００３８】
図６の連続処理工程ブロック１０２は、防食処理Ｂからレジストのアッシングまでを示している。
【００３９】
ここで、上層の層間膜のパターンニングに用いたレジストをアッシングにより除去する前に、アルミ配線層の防食処理Ｂ１０２ａとして、Ｈ2Ｏプラズマ雰囲気で処理する。尚、この時の処理温度は、防食効果を高めるため高温であることが望ましく、通常、配線材料やマスク材料が耐えうる２００〜３００℃の範囲で処理する。続いて行うアッシングについても、同様の理由から、ステージ温度あるいはチャンバ内温度は２００〜３００℃の範囲で処理するのが望ましい。
【００４０】
また、工程断面図としては、図７（ａ）に示すように、シリコン基板２０１上に形成した下層の層間絶縁膜２０２の上に強誘電体キャパシタ２０３を形成し、上層の絶縁膜２０４で覆った後、アルミ配線層２０５を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、アルミ配線層およびシリコン基板の全域を窒化珪素膜２０６で覆う。次に、図７（ｃ）に示すように、窒化珪素膜２０６の不要部分を除去するため、所望の形状となるレジスト２０７で窒化珪素膜の一部領域を覆う。
【００４１】
次に、図８に示すように、弗素、酸素系の混合ガスを用いたプラズマ雰囲気で窒化珪素膜２０６をドライエッチングし、所望の形状にパターニングした窒化珪素膜２０６ａを得る。
【００４２】
この時、窒化珪素膜２０６ａの端部２０６ｂからは、膜の構成元素である窒素原子や水素原子が放出され、エッチングガスの成分に含まれる弗素原子とともにアルミ配線パターンの周辺に存在し、一部が弗化アンモニウムとなりアルミ腐食の原因となる。ここで、図９（ａ）に示すＨ2Ｏプラズマによる防食処理Ｂを施すことで、腐食の原因となる弗化アンモニウム等を希釈低減させる。
【００４３】
続いて、空気中の水分吸着等、配線腐食の進行を促進する要素が加わらないよう、同一チャンバ内で、図９（ｂ）に示す酸素系プラズマによるレジストのアッシングを行なって図９（ｃ）のエッチング処理の完了となる。
【００４４】
次に、窒化珪素膜のエッチ後経過時間とアルミ腐食発生率の関係を図１０に示す。
【００４５】
従来は、ドライエッチングの直後から５％程度のアルミ腐食が発生し、１０時間後では約１０％の腐食発生率にまで進行していたが、本防食処理Ｂの工程を適用することで、ドライエッチング後１０時間までの腐食発生率を０％に抑えることができた。
【００４６】
尚、本実施形態では、図１における防食処理Ｂ１０２ａとレジストのアッシング１０２ｂを同一チャンバ内の処理としているが、ロードロック機構により真空中搬送が可能であれば、別チャンバで処理しても同様の効果が得られる。
【００４７】
（第３の実施形態）
図１１の連続処理工程ブロック１０１および１０２は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法に関する工程フロー図、図１２から図１４は、同じく工程断面図である。
【００４８】
第３の実施の形態は、上記第１および第２の実施形態とを合体させたものであり、これによって更に防食効果を高めることができる。各実施形態の詳細は、上記第１および第２の実施形態で説明しているので省略するが、工程図において図１２が図２および図７に相当し、図１３が図３に相当し、図１４が図９に相当し、図１２（ａ）から図１４（ｃ）まで順に工程が行われる。
【００４９】
第１および第２の実施の形態の相乗効果により、図１５に示すように窒化珪素膜のドライエッチング後１０００時間までアルミ腐食が発生しないことを確認した。
【００５０】
このように、本発明による防食処理を施すことで、窒化珪素膜のエッチング後放置によるアルミ配線層の腐食に至るまでの時間を伸長することができ、製造工程での時間的なマージンを確保することができる。
【００５１】
尚、本発明の実施の形態では、強誘電体メモリ装置における強誘電体キャパシタ領域のアルミ配線腐食について説明しているが、例えばコンタクトホールやボンディングパッドの開口工程のように、窒素原子、水素原子を含む絶縁膜を層間膜や表面保護膜として用い、絶縁膜の一部を弗素系のガスでドライエッチングしアルミ配線層を再露出させる工程を備えた工程であれば、同様の効果が期待できる。
【００５２】
また、アルミ配線層の露出は一部のみならず全部でもよい。
【００５５】
【発明の効果】
第１の半導体装置の製造方法によれば、通常、弗化アンモニウム等のエッチング残留物が、微量でも付着した状態でアッシング処理を行うと、アルミ腐食の進行が更に加速されるが、このような構成によれば、アルミ腐食が進行する前に残留物を希釈、低減させることができ、アルミ配線層の防食効果を高めることが出来る。
このように、アルミ配線層の防食処理を施すことで、製造プロセスの途中、或いは完成後にアルミ配線層が腐食し、歩留まりの低下や半導体装置としての信頼性不良を引き起こすことのない、優れた半導体装置を実現することができる。
【００５６】
第２の半導体装置の製造方法によれば、第１の半導体装置の製造方法を単独で適用した場合に比べ、更に防食効果を高めることができる。
【００５７】
第３の半導体装置の製造方法によれば、第１または第２の半導体装置の製造方法と同様な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る工程フロー図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る工程断面図である。
【図３】図２に続く工程断面図である。
【図４】図３に続く工程断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るアルミ腐食発生率を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る工程フロー図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る工程断面図である。
【図８】図７に続く工程断面図である。
【図９】図８に続く工程断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るアルミ腐食発生率を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る工程フロー図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る工程断面図である。
【図１３】図１２に続く工程断面図である。
【図１４】図１３に続く工程断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係るアルミ腐食発生率を示す図である。
【図１６】従来例における工程フロー図である。
【図１７】別の従来例における工程フロー図である。
【図１８】アルミ腐食発生メカニズムを示す工程断面図である。
【図１９】図１８に続く工程断面図である。
【図２０】従来例におけるアルミ腐食発生率を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 上層絶縁膜のエッチング〜防食処理Ａの連続処理ブロック
１０１ａ 上層絶縁膜のエッチングブロック
１０１ｂ 防食処理Ａブロック
１０２ 防食処理Ｂ〜アッシングの連続処理ブロック
１０２ａ 防食処理Ｂブロック
１０２ｂ アルミ配線用フォトレジストのアッシングブロック
２０１ シリコン基板
２０２ 下層の層間絶縁膜
２０３ 強誘電体キャパシタ
２０４ 上層の絶縁膜
２０５ アルミ配線層
２０６ 窒化珪素膜／上層の絶縁膜
２０６ａ パターンニングされた窒化珪素膜
２０６ｂ パターンニングされた窒化珪素膜の端部
２０７ レジスト
６０１ アルミエッチング〜防食処理の連続処理ブロック
６０１ａ アルミエッチングブロック
６０１ｂ アルミエッチング後防食処理ブロック
６０２ アルミ配線用フォトレジストのアッシングブロック
７０１ アルミエッチング〜アッシングの連続処理ブロック
７０１ａ アルミエッチングブロック
７０１ｂ アルミエッチング後防食処理ブロック
７０１ｃ アルミ配線用フォトレジストのアッシングブロック
８０１ シリコン基板
８０２ 下層の層間絶縁膜
８０３ 強誘電体キャパシタ
８０４ 上層の絶縁膜
８０５ アルミ配線層
８０６ 窒化珪素膜／上層の絶縁膜
８０６ａ パターンニングされた窒化珪素膜
８０６ｂ パターンニングされた窒化珪素膜の端部
８０７ レジスト
８０８ アルミ腐食発生箇所
【発明に関する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関するものであり、詳しくはアルミ系配線の防食処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体装置の製造に用いるアルミ配線層の腐食防止処理（以下、防食処理と記す）として、アルミ配線層のエッチングに用いる塩素系ガスの残留付着物を除去する目的で、アルミ配線層のエッチング直後に水素成分、酸素成分を含むプラズマ雰囲気にて処理する方法がとられていた。
【０００３】
以下、従来の半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図１６および図１７は、従来の半導体装置の製造方法におけるアルミエッチング時の防食処理およびアルミ配線層形成用マスクとして用いたフォトレジストの除去に関する工程フロー図である。
【０００５】
図１６は、アルミ配線層のエッチングとアルミ配線層の防食処理を連続工程として処理し、別工程としてフォトレジストの除去（アッシング）を行うものである。まず、アルミ配線層を形成するため、フォトマスクを用いて塩素系ガスによるアルミエッチング処理６０１ａを行う。続いて、同一ブロック内連続処理６０１として、水素、酸素系プラズマによるアルミニウムの防食処理６０１ｂを行う。次に、別工程として、アルミ配線層の形成に用いたフォトレジストを酸素系プラズマによってアッシング６０２して除去する。
【０００６】
図１７は、アルミ配線層のエッチングからフォトレジストの除去までを連続工程として処理するものである。まず、アルミ配線層を形成するため、フォトマスクを用いて塩素系ガスによるアルミエッチング処理７０１ａを行う。続いて、同一ブロック内の連続処理７０１として、水素、酸素系プラズマによるアルミニウムの防食処理７０１ｂを行い、更に続けて、アルミ配線層の形成に用いたフォトレジストを酸素プラズマによりアッシング７０１ｃして除去する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の構成は、塩素系ガスによるアルミ配線層のエッチングで生じる塩素系残留物を除去することを目的としており、アルミ配線層のエッチングとは連続しない別工程において、アルミ配線層の上層膜をエッチングすることで再度アルミ配線層が露出した際に発生する残留物によってあらたに腐食が発生するという課題を防止できるものではなかった。
【０００８】
例えば、近年開発が盛んになっている強誘電体メモリ装置においては、強誘電体材料が水素で容易に還元され強誘電体キャパシタとしての特性が劣化する一方で、周辺トランジスタの特性維持のために水素雰囲気での熱処理が必要であるという問題がある。
【０００９】
これを解決するために、容量絶縁膜のリーク電流増加や絶縁耐圧の低下を防止しつつ周辺トランジスタの特性を維持するためのひとつの手段として、強誘電体キャパシタ領域を含む全領域を一度窒化珪素膜で覆った後、強誘電体キャパシタ領域のみをドライエッチングにより開口して熱処理を施し、窒化珪素膜から発生する水素を強誘電体キャパシタに影響を及ぼさないようにして周辺トランジスタに供給するという方法がとられている。
【００１０】
ところが、一般的に窒化珪素膜のドライエッチングには弗素系のガスを用いることが多く、この方法では、アルミ配線層が再露出した領域でエッチングガスの弗素原子と窒化珪素膜のドライエッチングによって放出された窒素原子や水素原子とが化学反応して、弗化アンモニウム等を形成する。これらはエッチング残留物としてアルミ配線層の表面、特に配線側壁部に付着してアルミ配線層の腐食原因となり、更に空気中の水分吸着によって腐食が加速されるという欠点があった。
【００１１】
ここで、図１８において、強誘電体メモリ装置を搭載する半導体装置の製造方法について一連の工程断面図を示し、アルミ配線層の腐食発生メカニズムを説明する。
【００１２】
まず、図１８（ａ）に示すように、シリコン基板８０１上に形成した下層の層間絶縁膜８０２の上に強誘電体キャパシタ８０３を形成し、上層の絶縁膜８０４で覆った後、アルミ配線層８０５を形成する。次に、図１８（ｂ）に示すように、アルミ配線層８０５およびシリコン基板８０１の全域を窒化珪素膜８０６で覆う。次に、図１８（ｃ）に示すように、窒化珪素膜８０６の不要部分（強誘電体キャパシタ上およびその近傍）を除去するため、所望の形状となるレジスト８０７で窒化珪素膜の一部領域を覆う。続いて、図１９（ａ）に示すように、弗素、酸素系の混合ガスを用いたプラズマ雰囲気で窒化珪素膜８０６をドライエッチングし、所望の形状の窒化珪素膜８０６ａを得る。
【００１３】
この時、窒化珪素膜８０６ａの端部８０６ｂからは、膜の構成元素である窒素原子Ｎや水素原子Ｈが放出され、エッチングガスの成分に含まれる弗素原子Ｆとともにアルミ配線パターンの周辺に残留する。その後、これら原子の一部が弗化アンモニウムＮＨ4 Ｆとしてアルミ配線層の側壁に付着し、図１９（ｂ）に示すアルミ腐食８０８を引き起こす。
【００１４】
ここで、窒化珪素膜８０６のエッチ後経過時間とアルミ腐食発生率の関係を図２０に示す。図２０に示すように、窒化珪素膜８０６のドライエッチング直後から５％程度のアルミ腐食が発生し、１０時間後では約１０％、１００時間後では約５０％の腐食発生率にまで進行することがある。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するもので、アルミ配線層の上層膜をエッチングする際、アルミ配線層が再露出することで発生する、初期的或いは進行性のあるアルミ腐食を防止することのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
第１の半導体装置の製造方法は、基板上にアルミ薄膜を形成し、アルミ薄膜をパターンニングしてアルミ配線層とする工程と、窒素原子、水素原子およびシリコン原子を含む絶縁膜でアルミ配線層を被覆する工程と、絶縁膜の所定領域を、弗素を含む雰囲気でドライエッチングすることによりパターニングして、アルミ配線層の一部或いは全部を露出させる工程と、水素、酸素を含むプラズマ雰囲気でアルミ配線層の腐食防止処理を行う工程と、絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを含み、水素、酸素を含むプラズマ雰囲気でアルミ配線層の腐食防止処理を行う工程と絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを、基板が大気に触れない状態で連続して行うことを特徴とするものである。
【００２０】
第１の半導体装置の製造方法によれば、通常、弗化アンモニウム等のエッチング残留物が、微量でも付着した状態でアッシング処理を行うと、アルミ腐食の進行が更に加速されるが、このような構成によれば、アルミ腐食が進行する前に残留物を希釈、低減させることができ、アルミ配線層の防食効果を高めることが出来る。
このように、アルミ配線層の防食処理を施すことで、製造プロセスの途中、或いは完成後にアルミ配線層が腐食し、歩留まりの低下や半導体装置としての信頼性不良を引き起こすことのない、優れた半導体装置を実現することができる。
【００２１】
第２の半導体装置の製造方法は、基板上にアルミ薄膜を形成し、アルミ薄膜をパターンニングしてアルミ配線層とする工程と、窒素原子、水素原子およびシリコン原子を含む絶縁膜でアルミ配線層を被覆する工程と、絶縁膜の所定領域を弗素を含む雰囲気でドライエッチングすることによりアルミ配線層の一部或いは全部を露出させる工程と、酸素を含むプラズマ雰囲気でアルミ配線層の第１の腐食防止処理を行う工程と、水素、酸素を含むプラズマ雰囲気でアルミ配線層の第２の腐食防止処理を行う工程と、絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを含み、アルミ配線層の一部或いは全部を露出させる工程とアルミ配線層の第１の腐食防止処理を行う工程とを、基板が大気に触れない状態で連続して行い、アルミ配線層の第２の腐食防止処理を行う工程と絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを、基板が大気に触れない状態で連続して行うことを特徴とするものである。
【００２２】
第２の半導体装置の製造方法によれば、第１の半導体装置の製造方法を単独で適用した場合に比べ、更に防食効果を高めることができる。
【００２３】
第３の半導体装置の製造方法は、第１または第２の半導体装置の製造方法において、絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングする際、ステージ温度或いはチャンバ内温度が２００℃〜３００℃の範囲である。
【００２４】
第３の半導体装置の製造方法によれば、第１または第２の半導体装置の製造方法と同様な効果がある。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（第1の実施形態）
図１の連続処理工程ブロック１０１は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法に関する工程フロー図であり、図２から図４は、同じく工程断面図である。
【００２９】
図１の連続処理工程ブロック１０１は、アルミ系配線を被覆している上層の絶縁膜である窒化珪素膜のドライエッチングからアルミ防食処理Ａまでを示している。
【００３０】
ここで、窒化珪素膜のエッチング処理に引き続いて、空気中の水分吸着等、配線腐食の進行を促進する要素が加わらないよう、同一チャンバ内で酸素系プラズマによる防食処理Ａ１０１ｂを施す。尚、この時の処理温度は、アルミ腐食の進行を抑制するため低温であることが望ましく、通常、１００℃以下で処理する。
【００３１】
また、工程断面図としては、図２（ａ）に示すように、支持基板であるシリコン基板２０１上に形成した下層の層間絶縁膜２０２の上に強誘電体キャパシタ２０３を形成し、上層の絶縁膜２０４で覆った後、アルミ配線層２０５を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、アルミ配線層２０５およびシリコン基板２０１の全域を絶縁膜である窒化珪素膜２０６で覆う。次に、図２（ｃ）に示すように、窒化珪素膜２０６の不要部分を除去するため、所望の形状となる非強誘電体領域用マスクとしてレジスト２０７で窒化珪素膜２０６の一部領域を覆う。
【００３２】
続いて、図３（ａ）に示すように、弗素、酸素系の混合ガスを用いたプラズマ雰囲気で窒化珪素膜２０６をドライエッチングし、所望の形状にパターニングした窒化珪素膜２０６ａを得る。
【００３３】
この時、窒化珪素膜２０６ａの端部２０６ｂからは、膜の構成元素である窒素原子や水素原子が放出され、エッチングガスの成分に含まれる弗素原子とともにアルミ配線パターンの周辺に存在し、一部が弗化アンモニウムとなりアルミ腐食の原因となる。ここで、図３（ｂ）に示す酸素系プラズマによる防食処理Ａを施すことで、腐食の原因となる弗化アンモニウム等を希釈低減させる。
【００３４】
最後に、図４（ａ）に示す酸素系プラズマによるレジスト２０７のアッシングを行なって図４（ｂ）のエッチング処理の完了となる。
【００３５】
次に、窒化珪素膜のエッチ後経過時間とアルミ腐食発生率の関係を図５に示す。
【００３６】
従来は、ドライエッチングの直後から５％程度のアルミ腐食が発生し、１０時間後では約１０％の腐食発生率にまで進行していたが、本防食処理Ａの工程を適用することで、ドライエッチング後１０時間までの腐食発生率を０％に抑えることができた。
【００３７】
尚、本実施形態では、図１における上層の層間膜のエッチング１０１ａと防食処理Ａ１０１ｂを同一チャンバ内の処理としているが、ロードロック機構により真空中搬送が可能であれば、別チャンバで処理しても同様の効果が得られる。
（第２の実施形態）
図６の連続処理工程ブロック１０２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法に関する工程フロー図、図７から図９は、同じく工程断面図である。
【００３８】
図６の連続処理工程ブロック１０２は、防食処理Ｂからレジストのアッシングまでを示している。
【００３９】
ここで、上層の層間膜のパターンニングに用いたレジストをアッシングにより除去する前に、アルミ配線層の防食処理Ｂ１０２ａとして、Ｈ2Ｏプラズマ雰囲気で処理する。尚、この時の処理温度は、防食効果を高めるため高温であることが望ましく、通常、配線材料やマスク材料が耐えうる２００〜３００℃の範囲で処理する。続いて行うアッシングについても、同様の理由から、ステージ温度あるいはチャンバ内温度は２００〜３００℃の範囲で処理するのが望ましい。
【００４０】
また、工程断面図としては、図７（ａ）に示すように、シリコン基板２０１上に形成した下層の層間絶縁膜２０２の上に強誘電体キャパシタ２０３を形成し、上層の絶縁膜２０４で覆った後、アルミ配線層２０５を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、アルミ配線層およびシリコン基板の全域を窒化珪素膜２０６で覆う。次に、図７（ｃ）に示すように、窒化珪素膜２０６の不要部分を除去するため、所望の形状となるレジスト２０７で窒化珪素膜の一部領域を覆う。
【００４１】
次に、図８に示すように、弗素、酸素系の混合ガスを用いたプラズマ雰囲気で窒化珪素膜２０６をドライエッチングし、所望の形状にパターニングした窒化珪素膜２０６ａを得る。
【００４２】
この時、窒化珪素膜２０６ａの端部２０６ｂからは、膜の構成元素である窒素原子や水素原子が放出され、エッチングガスの成分に含まれる弗素原子とともにアルミ配線パターンの周辺に存在し、一部が弗化アンモニウムとなりアルミ腐食の原因となる。ここで、図９（ａ）に示すＨ2Ｏプラズマによる防食処理Ｂを施すことで、腐食の原因となる弗化アンモニウム等を希釈低減させる。
【００４３】
続いて、空気中の水分吸着等、配線腐食の進行を促進する要素が加わらないよう、同一チャンバ内で、図９（ｂ）に示す酸素系プラズマによるレジストのアッシングを行なって図９（ｃ）のエッチング処理の完了となる。
【００４４】
次に、窒化珪素膜のエッチ後経過時間とアルミ腐食発生率の関係を図１０に示す。
【００４５】
従来は、ドライエッチングの直後から５％程度のアルミ腐食が発生し、１０時間後では約１０％の腐食発生率にまで進行していたが、本防食処理Ｂの工程を適用することで、ドライエッチング後１０時間までの腐食発生率を０％に抑えることができた。
【００４６】
尚、本実施形態では、図１における防食処理Ｂ１０２ａとレジストのアッシング１０２ｂを同一チャンバ内の処理としているが、ロードロック機構により真空中搬送が可能であれば、別チャンバで処理しても同様の効果が得られる。
【００４７】
（第３の実施形態）
図１１の連続処理工程ブロック１０１および１０２は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法に関する工程フロー図、図１２から図１４は、同じく工程断面図である。
【００４８】
第３の実施の形態は、上記第１および第２の実施形態とを合体させたものであり、これによって更に防食効果を高めることができる。各実施形態の詳細は、上記第１および第２の実施形態で説明しているので省略するが、工程図において図１２が図２および図７に相当し、図１３が図３に相当し、図１４が図９に相当し、図１２（ａ）から図１４（ｃ）まで順に工程が行われる。
【００４９】
第１および第２の実施の形態の相乗効果により、図１５に示すように窒化珪素膜のドライエッチング後１０００時間までアルミ腐食が発生しないことを確認した。
【００５０】
このように、本発明による防食処理を施すことで、窒化珪素膜のエッチング後放置によるアルミ配線層の腐食に至るまでの時間を伸長することができ、製造工程での時間的なマージンを確保することができる。
【００５１】
尚、本発明の実施の形態では、強誘電体メモリ装置における強誘電体キャパシタ領域のアルミ配線腐食について説明しているが、例えばコンタクトホールやボンディングパッドの開口工程のように、窒素原子、水素原子を含む絶縁膜を層間膜や表面保護膜として用い、絶縁膜の一部を弗素系のガスでドライエッチングしアルミ配線層を再露出させる工程を備えた工程であれば、同様の効果が期待できる。
【００５２】
また、アルミ配線層の露出は一部のみならず全部でもよい。
【００５５】
【発明の効果】
第１の半導体装置の製造方法によれば、通常、弗化アンモニウム等のエッチング残留物が、微量でも付着した状態でアッシング処理を行うと、アルミ腐食の進行が更に加速されるが、このような構成によれば、アルミ腐食が進行する前に残留物を希釈、低減させることができ、アルミ配線層の防食効果を高めることが出来る。
このように、アルミ配線層の防食処理を施すことで、製造プロセスの途中、或いは完成後にアルミ配線層が腐食し、歩留まりの低下や半導体装置としての信頼性不良を引き起こすことのない、優れた半導体装置を実現することができる。
【００５６】
第２の半導体装置の製造方法によれば、第１の半導体装置の製造方法を単独で適用した場合に比べ、更に防食効果を高めることができる。
【００５７】
第３の半導体装置の製造方法によれば、第１または第２の半導体装置の製造方法と同様な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る工程フロー図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る工程断面図である。
【図３】図２に続く工程断面図である。
【図４】図３に続く工程断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るアルミ腐食発生率を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る工程フロー図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る工程断面図である。
【図８】図７に続く工程断面図である。
【図９】図８に続く工程断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るアルミ腐食発生率を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る工程フロー図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る工程断面図である。
【図１３】図１２に続く工程断面図である。
【図１４】図１３に続く工程断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係るアルミ腐食発生率を示す図である。
【図１６】従来例における工程フロー図である。
【図１７】別の従来例における工程フロー図である。
【図１８】アルミ腐食発生メカニズムを示す工程断面図である。
【図１９】図１８に続く工程断面図である。
【図２０】従来例におけるアルミ腐食発生率を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 上層絶縁膜のエッチング〜防食処理Ａの連続処理ブロック
１０１ａ 上層絶縁膜のエッチングブロック
１０１ｂ 防食処理Ａブロック
１０２ 防食処理Ｂ〜アッシングの連続処理ブロック
１０２ａ 防食処理Ｂブロック
１０２ｂ アルミ配線用フォトレジストのアッシングブロック
２０１ シリコン基板
２０２ 下層の層間絶縁膜
２０３ 強誘電体キャパシタ
２０４ 上層の絶縁膜
２０５ アルミ配線層
２０６ 窒化珪素膜／上層の絶縁膜
２０６ａ パターンニングされた窒化珪素膜
２０６ｂ パターンニングされた窒化珪素膜の端部
２０７ レジスト
６０１ アルミエッチング〜防食処理の連続処理ブロック
６０１ａ アルミエッチングブロック
６０１ｂ アルミエッチング後防食処理ブロック
６０２ アルミ配線用フォトレジストのアッシングブロック
７０１ アルミエッチング〜アッシングの連続処理ブロック
７０１ａ アルミエッチングブロック
７０１ｂ アルミエッチング後防食処理ブロック
７０１ｃ アルミ配線用フォトレジストのアッシングブロック
８０１ シリコン基板
８０２ 下層の層間絶縁膜
８０３ 強誘電体キャパシタ
８０４ 上層の絶縁膜
８０５ アルミ配線層
８０６ 窒化珪素膜／上層の絶縁膜
８０６ａ パターンニングされた窒化珪素膜
８０６ｂ パターンニングされた窒化珪素膜の端部
８０７ レジスト
８０８ アルミ腐食発生箇所
Claims (3)
- 基板上にアルミ薄膜を形成し、前記アルミ薄膜をパターンニングしてアルミ配線層とする工程と、窒素原子、水素原子およびシリコン原子を含む絶縁膜で前記アルミ配線層を被覆する工程と、前記絶縁膜の所定領域を、弗素を含む雰囲気でドライエッチングすることによりパターニングして、前記アルミ配線層の一部或いは全部を露出させる工程と、水素、酸素を含むプラズマ雰囲気で前記アルミ配線層の腐食防止処理を行う工程と、前記絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを含み、前記水素、酸素を含むプラズマ雰囲気で前記アルミ配線層の腐食防止処理を行う工程と前記絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを、前記基板が大気に触れない状態で連続して行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 基板上にアルミ薄膜を形成し、前記アルミ薄膜をパターンニングしてアルミ配線層とする工程と、窒素原子、水素原子およびシリコン原子を含む絶縁膜で前記アルミ配線層を被覆する工程と、前記絶縁膜の所定領域を弗素を含む雰囲気でドライエッチングすることにより前記アルミ配線層の一部或いは全部を露出させる工程と、酸素を含むプラズマ雰囲気で前記アルミ配線層の第１の腐食防止処理を行う工程と、水素、酸素を含むプラズマ雰囲気で前記アルミ配線層の第２の腐食防止処理を行う工程と、前記絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを含み、前記アルミ配線層の一部或いは全部を露出させる工程と前記アルミ配線層の第１の腐食防止処理を行う工程とを、前記基板が大気に触れない状態で連続して行い、前記アルミ配線層の第２の腐食防止処理を行う工程と前記絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングにより除去する工程とを、前記基板が大気に触れない状態で連続して行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 絶縁膜のパターンニングに用いたマスク材料をアッシングする際、ステージ温度或いはチャンバ内温度が２００℃〜３００℃の範囲である請求項１または請求項２記載の半導体装置の製造方法。
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