JP4646346B2

JP4646346B2 - Manufacturing method of electronic device

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Publication number: JP4646346B2
Application number: JP2000019552A
Authority: JP
Inventors: 智幸佐々木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: JP2001210648A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を含む電子デバイスの製造方法に係り、特に、配線パターンの精度向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置を含む電子デバイスにおいて、素子の高集積化に伴って半導体装置を構成する各部のパターンの微細化がますます進んでいる。例えば、マイクロコンピューター用のＬＳＩチップ等では特にメタル配線層の微細化が高集積化のカギを握っているといわれている。このメタル配線層を形成する際に用いられるフォトリソグラフィーでは、微細化を実現させるためにフォトレジスト膜の薄膜化が必要となってきている。しかしながら、一般に、フォトレジストマスクを用いて配線材料であるアルミニウム膜（ＳｉやＣｕが添加されたアルミニウム合金膜を意味する）をエッチングする際に、アルミニウムとフォトレジストとの選択比はあまり大きく確保することができないために、フォトレジストマスクを薄くすると、アルミニウム配線のパターニング精度が悪化するおそれがある。そこで、この不具合を回避する方法として、アルミニウム膜上に形成した絶縁膜をエッチングマスク（ハードマスク）として用いるドライエッチングが行われるようになってきた。
【０００３】
図１２（ａ）〜（ｄ）は、上述のハードマスクを用いた従来のメタル配線層を形成するための製造工程を示す断面図である。
【０００４】
まず、図１２（ａ）に示す工程で、基板（図示せず）上に形成されているシリコン酸化膜１０１（例えば基板上の層間絶縁膜あるいは素子分離用絶縁膜）の上に、反応性スパッタリング法及び通常のスパッタリング法により、膜厚が約５０ｎｍのＴｉＮ膜１０２と、膜厚が約０．４５μｍのアルミニウム膜１０３と、膜厚が約３０ｎｍのＴｉＮ膜１０４とを順次堆積させる。そして、このＴｉＮ膜１０４の上に、プラズマＣＶＤ法により、膜厚が約２００ｎｍのシリコン酸化膜１０５を堆積する。
【０００５】
その後、シリコン酸化膜１０５の上に化学増幅型フォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、ＫｒＦエキシマレーザーによるリソグラフィー技術を用いて、膜厚０．７μｍのフォトレジストマスク１０６を形成する。
【０００６】
次に、図１２（ｂ）に示す工程で、フォトレジストマスク１０６をエッチングマスクとして用い、かつ、ドライエッチャーとして例えばＢＣｌ₃ を用いたドライエッチングによりシリコン酸化膜１０５をパターニングして、メタル用ハードマスク１０８を形成する。このとき、オーバーエッチングによってＴｉＮ膜１０４も部分的にエッチングされる。
【０００７】
次に、図１２（ｃ）に示す工程で、アッシング及び洗浄を行ない、フォトレジストマスク１０６を除去する。アッシングは、マイクロ波を用いたダウンストリーム法によって行なわれ、洗浄液にはフッ化アンモン系の洗浄液が用いられる。
【０００８】
その後、図１２（ｄ）に示す工程で、メタル用ハードマスク１０８をエッチングマスクとして用いて、メタル用ドライエッチャーにより、下地のメタル積層膜１１５（ＴｉＮ膜１０４，アルミニウム膜１０３及びＴｉＮ膜１０２の積層膜）をエッチングし、メタル配線パターン１０９を形成する。
【０００９】
このように、ＴｉＮ膜１０４，アルミニウム膜１０３及びＴｉＮ膜１０２の積層膜からメタル配線パターン１０９を構成することにより、アルミニウム膜１０３の耐エレクトロマイグレーション特性、耐ストレスマイグレーション特性が向上し、信頼性の高い配線構造を有する電子デバイスが形成される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の製造工程において、以下のような不具合がある。
【００１１】
まず、図１２（ｂ）に示すように、メタル配線パターンの形成工程において、メタル用ハードマスク１０８を形成するためのエッチングが行なわれた後に、ＴｉＮ膜１０４の上に異物として堆積物１０７が局所的に成長することがわかった。これらの反応生成物は比較的不安定な状態で存在するが、堆積物１０７を残した状態で下地層であるメタル積層膜１１５のエッチングを行なうと、図１２（ｄ）に示すごとく、堆積物１０７がマイクロマスクとなるので、メタル積層膜１１５をパターニングして得られるメタル配線パターン１０９中には、エッチング残部１１０（パターン欠陥）が含まれることになる。また、この堆積物１０７が存在している状態でウエハーを大気中に露出させると、その後、アッシングや洗浄を行なっても、堆積物１０７を除去することは困難であることがわかった。
【００１２】
また、図１２（ｃ）での洗浄工程において、ＴｉＮ膜１０４の上の堆積物１０７を洗浄により除去した直後に新たな堆積物を生じることがわかった。この堆積物は、洗浄液であるフッ化アンモンのフッ素とＴｉＮ膜１０４との反応によるＴｉＦ_x 系の化合物であると考えられる。
【００１３】
本発明の目的は、ハードマスクを用いて配線パターンを形成する際に、上述のような堆積物を有効に除去し、あるいは堆積物の成長を抑制する手段を講ずることにより、パターン欠陥のないメタル配線パターンを有する電子デバイスの製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の電子デバイスの製造方法は、基板上に最上部が窒化チタン膜によって構成される下地層を形成する工程（ａ）と、上記下地層の上に絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、上記絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程（ｃ）と、上記レジストパターンをマスクとするエッチングにより、上記絶縁膜をパターニングしてハードマスクを形成する工程（ｄ）と、上記工程（ｄ）の後に、上記下地層及びハードマスクの露出部分を、フッ素を含まない無機酸，有機酸及び有機アルカリのうち少なくともいずれか１種類を含む洗浄液を用いて洗浄する工程（ｅ）と、上記工程（ｅ）の後に、上記ハードマスクを用いて上記下地層をエッチングする工程（ｆ）とを含んでいる。
【００１５】
この方法により、工程（ｄ）において絶縁膜をエッチングする際に堆積物が生じても、その後にフッ酸を含まない洗浄液を用いて洗浄することにより、堆積物が効果的に除去されるとともに、フッ素とチタンとの反応生成物が生じることがないので、新たな堆積物の発生が抑制される。したがって、窒化チタン膜などから形成される下地層パターンのパターン欠陥が少ない電子デバイスを製造することができる。
【００１６】
上記工程（ａ）では、上記下地層として、窒化チタン膜の下方にアルミニウム膜と窒化チタン膜とが上方から順に設けられた下地層を形成することにより、窒化チタン膜で挟まれた耐マイグレーション特性の高い配線構造を有する電子デバイスを製造することができる。
【００１７】
上記工程（ｄ）では、上記絶縁膜のエッチャントとしてフッ素を含むガスを用いることにより、エッチングレート及びエッチング選択比の高い条件でハードマスクを形成することができる。
【００１８】
上記工程（ｅ）では、洗浄液として発煙硝酸を用いて洗浄することにより、新たな堆積物を生ぜしめることなく、工程（ｄ）で生じた堆積物を効果的に除去することができる。
【００１９】
本発明の第２の電子デバイスの製造方法は、基板上に最上部が窒化チタン膜によって構成される下地層を形成する工程（ａ）と、上記下地層の上に絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、上記絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程（ｃ）と、上記レジストパターンをマスクとするエッチングにより、上記絶縁膜をパターニングしてハードマスクを形成する工程（ｄ）と、上記工程（ｄ）の後に、上記下地層及びハードマスクの露出部分を洗浄する工程（ｅ）と、上記工程（ｅ）の後に、基板全体を加熱処理する工程（ｆ）と、上記工程（ｆ）の後に、上記ハードマスクを用いて上記下地層をエッチングする工程（ｇ）とを含んでいる。
【００２０】
この方法により、工程（ｄ）において絶縁膜をエッチングする際に堆積物が生じ、その後工程（ｅ）で例えばフッ酸を含む洗浄液を用いて洗浄することによりさらに堆積物が生じたとしても、その後に加熱処理をすることにより、堆積物が効果的に除去される。したがって、窒化チタン膜などから形成される下地層パターンのパターン欠陥が少ない電子デバイスを製造することができる。
【００２１】
本発明の第３の電子デバイスの製造方法は、基板上に最上部が窒化チタン膜によって構成され、かつその下方がアルミニウム膜によって構成される下地層を形成する工程（ａ）と、上記下地層の上に絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、上記絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程（ｃ）と、上記レジストパターンをマスクとするエッチングにより、上記絶縁膜及び窒化チタン膜をパターニングしてハードマスクを形成する工程（ｄ）と、上記工程（ｄ）の後に、上記下地層及びハードマスクの露出部分を洗浄する工程（ｅ）と、上記工程（ｅ）の後に、上記ハードマスクを用いて上記アルミニウム膜をエッチングする工程（ｆ）とを含んでいる。
【００２２】
この方法により、工程（ｄ）において、窒化チタン膜をパターニングすることで、チタンとフッ素との反応生成物が生じても窒化チタン膜のうちフォトレジスト膜で覆われていない部分がすべて除去されるに伴って、反応生成物も除去されて堆積物が残らない。したがって、下地層から形成される下地層パターンのパターン欠陥が少ない電子デバイスを製造することができる。
【００２３】
本発明の第４の電子デバイスの製造方法は、基板上に最上部が窒化チタン膜によって構成され、かつその下方がアルミニウム膜によって構成される下地層を形成する工程（ａ）と、上記下地層の上に絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、上記絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程（ｃ）と、上記レジストパターンをマスクとするエッチングにより、上記絶縁膜をパターニングしてハードマスクを形成する工程（ｄ）と、上記工程（ｄ）の後に、上記下地層及びハードマスクの露出部分を洗浄する工程（ｅ）と、上記工程（ｅ）の後に、上記ハードマスクを用いて上記下地層の窒化チタン膜を上記工程（ｄ）におけるよりも圧力が高い反応ガスを用いたドライエッチングによりエッチングする工程（ｆ）とを含んでいる。
【００２４】
この方法により、工程（ｄ）及び（ｅ）でチタンとフッ素との反応生成物が生じても、工程（ｆ）において、反応ガス圧力が高くなることで、窒化チタン膜を下地層のアルミニウム膜に対して高いエッチング選択比となる条件でエッチングが行なわれ、堆積物が効果的に除去される。したがって、窒化チタン上に生成した反応生成物によるアルミニウム膜のパターン欠陥発生を未然に防止し、パターン欠陥が少ない電子デバイスを製造することができる。
【００２５】
本発明の第５の電子デバイスの製造方法は、基板上に最上部が窒化タンタル膜，タンタル膜及びタングステン膜のうち少なくともいずれか１つによって構成される下地層を形成する工程（ａ）と、上記下地層の上に絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、上記絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程（ｃ）と、上記レジストパターンをマスクとするエッチングにより、上記絶縁膜をパターニングしてハードマスクを形成する工程（ｄ）と、上記工程（ｄ）の後に、上記下地層及びハードマスクの露出部分を洗浄する工程（ｅ）と、上記工程（ｅ）の後に、上記ハードマスクを用いて上記下地層をエッチングする工程（ｆ）とを含んでいる。
【００２６】
この方法により、下地層の最上部が窒化タンタル膜，タンタル膜，タングステン膜窒化等によって構成されているので、チタン膜を最上部に有する場合のごとく、工程（ｄ），（ｅ）でチタンとフッ素の反応生成物のような反応生成物による堆積物が生じることがない。したがって、下地層から形成される下地層パターンのパターン欠陥が少ない電子デバイスを製造することができる。
【００２７】
本発明の第６の電子デバイスの製造方法は、基板上に最上部がアルミニウム膜アルミニウム膜，ＴａＮ膜，Ｔａ膜及びＷ膜のうちによって構成され、かつその下方に窒化チタン膜が設けられた下地層を形成する工程（ａ）と、上記下地層の上に絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、上記絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程（ｃ）と、上記レジストパターンをマスクとするエッチングにより、上記絶縁膜をパターニングしてハードマスクを形成する工程（ｄ）と、上記工程（ｄ）の後に、上記下地層及びハードマスクの露出部分を洗浄する工程（ｅ）と、上記工程（ｅ）の後に、上記ハードマスクを用いて上記下地層のアルミニウム膜及び窒化チタン膜をエッチングする工程（ｆ）とを含んでいる。
【００２８】
この方法により、工程（ｄ），（ｅ）で窒化チタン膜が露出されていないので、チタンとフッ素の反応生成物による堆積物が生じることがない。したがって、下地層から形成される下地層パターンのパターン欠陥が少ない電子デバイスを製造することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子デバイスの製造方法の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る電子デバイス（半導体装置）の製造方法について、図１（ａ）〜（ｅ）及び図２を参照しながら説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【００３１】
まず、図１（ａ）に示す工程で、基板上のシリコン酸化膜１１（例えば基板上の層間絶縁膜あるいは素子分離用絶縁膜）の上に、反応性スパッタリング法及び通常のスパッタリング法により膜厚が約５０ｎｍのＴｉＮ膜１２と、膜厚が約０．４５μｍのアルミニウム膜１３（ＳｉやＣｕが添加されたアルミニウム合金膜を意味する）と、膜厚が約３０ｎｍのＴｉＮ膜１４とを順次堆積させる。そして、このＴｉＮ膜１４の上に、プラズマＣＶＤ法により膜厚が約２００ｎｍのシリコン酸化膜１５を堆積する。
【００３２】
その後、シリコン酸化膜１５の上に化学増幅型フォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、ＫｒＦエキシマレーザーによるリソグラフィー技術を用いて、約０．７μｍの膜厚を有するフォトレジストマスク１６を形成する。
【００３３】
次に、図１（ｂ）に示す工程で、フォトレジストマスク１６をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、シリコン酸化膜１５をパターニングして、ＴｉＮ用ハードマスク１７を形成する。その際には、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスとしてＣＨＦ₃ とＯ₂ とを、流量ＣＨＦ₃ ／Ｏ₂ ≒０．１／０．０１（ｓｌｍ），ガス圧力が約１００Ｐａの条件で流し、上下の両電極間に高周波電力約４００Ｗを印加してエッチングを行う。このとき、オーバーエッチングによってＴｉＮ膜１４も部分的にエッチングされる。
【００３４】
このエッチング後に、ＴｉＮ膜１４の上に異物として堆積物１８が局所的に成長する。この堆積物１８は、ＴｉＮ膜１４中のＴｉとエッチングガス中のＦとが反応して、局所的にチタンのフッ化物が生成され、これが成長して形成されたものと思われる。ＴｉとＦとが反応すると、気体のＴｉＦ₃ と固体のＴｉＦ₃ とが生成されることが一般的に知られていることから、この堆積物１８は、固体であるＴｉＦ₃ などであると考えられる。
【００３５】
次に、図１（ｃ）に示す工程で、アッシングを行ない、フォトレジストマスク１６を除去する。アッシングは、マイクロ波を用いたダウンストリーム法によって行なう。
【００３６】
次に、図１（ｄ）に示す工程で、発煙硝酸を用いて２５℃で５分間ウエハーを洗浄し、その後純水でリンスする。その結果、ＴｉＮ膜１４の上に存在していた堆積物１８はほぼ除去されている。また、新たな堆積物１８の発生は認められていない。
【００３７】
その後、図１（ｅ）に示す工程で、ＴｉＮ用ハードマスク１７をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、下地のメタル積層膜２０（ＴｉＮ膜１４，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜）をパターニングして、メタル配線パターン１９を形成する。その際、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスとしてＢＣｌ₃ とＣｌ₂ とを、流量ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ≒０．０３／０．０４（ｓｌｍ），ガス圧力が約１０Ｐａの条件で流し、上下の電極間に高周波電力約２５０Ｗを印加してエッチングを行う。
【００３８】
このように、ＴｉＮ膜１４，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜からメタル配線パターン１９を構成することにより、アルミニウム膜１３の耐エレクトロマイグレーション特性、耐ストレスマイグレーション特性が向上し、信頼性の高い配線構造を有する電子デバイスが形成される。
【００３９】
図２は、シリコン酸化膜をエッチングした後の発煙硝酸での洗浄時間とメタル積層膜２０をエッチングして形成されるメタル配線パターン１９のパターン欠陥数との関係を示す図である。図２において、横軸は洗浄時間（秒）を表し、縦軸は８インチウエハ当たりのパターン欠陥数（個）を表している。図２に示すように、フッ化アンモン系の洗浄液を用いた場合に比べ、発煙硝酸を用いた洗浄を行なった場合には、パターン欠陥数が減少している。このことから、フッ素を含まない洗浄液である発煙硝酸による洗浄によって堆積物１８が効果的に除去され、かつ、新たな堆積物の発生が抑制されていることがわかる。
【００４０】
上述のように、従来のフッ化アンモニウムの水溶液を用いた洗浄液では、ＴｉＮ膜の上の異物である堆積物を除去することができたとしても、フッ化アンモン系の洗浄液の残留フッ素によってＴｉＮ膜とフッ素が反応し新たな堆積物がＴｉＮ膜上に残るおそれがあった。
【００４１】
それに対し、本実施形態によれば、シリコン酸化膜１５をエッチングした後に、ＴｉＮ膜１４上に成長した堆積物１８をフッ素を含まない洗浄液である発煙硝酸よる洗浄をすることにより、メタル積層膜２０をエッチングして形成されるメタル配線パターン１９のパターン欠陥の発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、発煙硝酸による洗浄時間が長いほど、より効果的にパターン欠陥数を低減することができる。具体的に、発煙硝酸による洗浄時間は、５０秒以上であればフッ化アンモン系の洗浄液による洗浄（１８０秒）よりもパターン欠陥数を低減することができるが、より効果的にパターン欠陥数を低減するためには、発煙硝酸による洗浄時間が９０秒以上であることが好ましい。
【００４３】
なお、本実施形態では堆積物を除去するためのフッ素を含まない洗浄液として発煙硝酸を用いたが、発煙硝酸以外にも、過酸化水素や、硝酸，硫酸等の無機酸や、クエン酸，酢酸，酒石酸等の有機酸や、アンモニア，アミン類などの有機塩基物を洗浄液として用いても、本実施形態とほぼ同様の効果を発揮することができる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、ＴｉＮ用ハードマスク１７をシリコン酸化膜から形成したが、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜からＴｉＮ用ハードマスクを形成しても本実施形態と同様の効果が得られる。
【００４５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る電子デバイス（半導体装置）の製造方法について、図３（ａ）〜（ｄ）及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル積層膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【００４６】
まず、図３（ａ）に示す工程で、基板上のシリコン酸化膜１１（例えば基板上の層間絶縁膜あるいは素子分離用絶縁膜）の上に、反応性スパッタリング法及び通常のスパッタリング法により膜厚が約５０ｎｍのＴｉＮ膜１２と、膜厚が約０．４５μｍのアルミニウム膜１３（ＳｉやＣｕが添加されたアルミニウム合金膜を意味する）と、膜厚が約３０ｎｍのＴｉＮ膜１４とを順次堆積させる。そして、このＴｉＮ膜１４の上に、プラズマＣＶＤ法により膜厚が約２００ｎｍのシリコン酸化膜１５を堆積する。
【００４７】
その後、シリコン酸化膜１５の上に化学増幅型フォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、ＫｒＦエキシマレーザーによるリソグラフィー技術を用いて、約０．７μｍの膜厚を有するフォトレジストマスク１６を形成する。
【００４８】
次に、図３（ｂ）に示す工程で、フォトレジストマスク１６をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、シリコン酸化膜１５をパターニングして、ＴｉＮ用ハードマスク１７を形成する。その際には、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスとしてＣＨＦ₃ とＯ₂ とを、流量ＣＨＦ₃ ／Ｏ₂ ≒０．１／０．０１（ｓｌｍ），ガス圧力が約１００Ｐａの条件で流し、上下の両電極間に高周波電力約４００Ｗを印加してエッチングを行う。このとき、オーバーエッチングによってＴｉＮ膜１４も部分的にエッチングされる。
【００４９】
以上の工程は、第１の実施形態と同様であるので、このエッチング後に、上記第１の実施形態と同様に、ＴｉＮ膜１４の上に異物として堆積物１８が局所的に成長する。
【００５０】
次に、図３（ｃ）に示す工程で、アッシング及び洗浄を行ない、フォトレジストマスク１６を除去する。アッシングは、マイクロ波を用いたダウンストリーム法によって行い、洗浄液には一般的に広く用いられているフッ化アンモン系の水溶液を用いた。
【００５１】
このようなフッ化アンモニウムの水溶液を用いた洗浄液では、従来の製造方法と同様に、ＴｉＮ膜１４の上の異物である堆積物１８を除去したとしても、さらにフッ化アンモン系の洗浄液の残留フッ素によってＴｉＮ膜１４とフッ素が反応し、新たな堆積物がＴｉＮ膜１４上に生じやすい。
【００５２】
そこで、本実施形態においては、フッ化アンモン系の洗浄液を用いた洗浄と純水によるリンスとを行なった後、ウエハーを大気にさらす前に窒素雰囲気でウエハーを加熱処理する。
【００５３】
その後、図３（ｄ）に示す工程で、ＴｉＮ用ハードマスク１７をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、下地のメタル積層膜２０（ＴｉＮ膜１４，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜）をパターニングして、メタル配線パターン１９を形成する。その際、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスとしてＢＣｌ₃ とＣｌ₂ とを、流量ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ≒０．０３／０．０４（ｓｌｍ），ガス圧力が約１０Ｐａの条件で流し、上下の電極間に高周波電力約２５０Ｗを印加してエッチングを行う。
【００５４】
このように、ＴｉＮ膜１４，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜からメタル配線パターン１９を構成することにより、アルミニウム膜１３の耐エレクトロマイグレーション特性、耐ストレスマイグレーション特性が向上し、信頼性の高い配線構造を有する電子デバイスが形成される。
【００５５】
図４は、シリコン酸化膜をエッチングした後のフッ化アンモン系洗浄液後の加熱処理とメタル積層膜２０をエッチングして形成されるメタル配線パターン１９の８インチウエハ当たりのパターン欠陥数との関係を示す図である。図４に示すように、加熱処理をすることによりパターン欠陥数が減少している。このことから、加熱処理によってフッ化アンモン系洗浄液の残留フッ素による堆積物の発生が効果的に抑制されていることがわかる。
【００５６】
上述のように、本実施形態によれば、シリコン酸化膜１５をエッチングした後に、ＴｉＮ膜１４上に成長した堆積物１８をフッ化アンモン系洗浄液で洗浄した後加熱処理することにより、メタル積層膜２０をエッチングして形成されるメタル配線パターン１９のパターン欠陥の発生を抑制することができる。
【００５７】
なお、加熱処理温度が高いほど、また、加熱処理時間が長いほど、より効果的にパターン欠陥数を低減することができる。具体的に、効果的にパターン欠陥数を低減するためには、加熱温度６０℃以上で、加熱時間が１分間以上であることが好ましい。
【００５８】
なお、本実施形態においては、ＴｉＮ用ハードマスク１７をシリコン酸化膜から形成したが、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜からＴｉＮ用ハードマスクを形成しても本実施形態と同様の効果が得られる。
【００５９】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る電子デバイス（半導体装置）の製造方法について、図５（ａ）〜（ｄ）及び図６を参照しながら説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル積層膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【００６０】
まず、図５（ａ）に示す工程で、基板上のシリコン酸化膜１１（例えば基板上の層間絶縁膜あるいは素子分離用絶縁膜）の上に、反応性スパッタリング法及び通常のスパッタリング法により膜厚が約５０ｎｍのＴｉＮ膜１２と、膜厚が約０．４５μｍのアルミニウム膜１３（ＳｉやＣｕが添加されたアルミニウム合金膜を意味する）と、膜厚が約３０ｎｍのＴｉＮ膜１４とを順次堆積させる。そして、このＴｉＮ膜１４の上に、プラズマＣＶＤ法により膜厚が約２００ｎｍのシリコン酸化膜１５を堆積する。
【００６１】
その後、シリコン酸化膜１５の上に化学増幅型フォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、ＫｒＦエキシマレーザーによるリソグラフィー技術を用いて、約０．７μｍの膜厚を有するフォトレジストマスク１６を形成する。
【００６２】
次に、図５（ｂ）に示す工程で、フォトレジストマスク１６をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、シリコン酸化膜１５をパターニングして、ＴｉＮ用ハードマスク１７を形成する。その際には、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスとしてＣＨＦ₃ とＯ₂ とを、流量ＣＨＦ₃ ／Ｏ₂ ≒０．１／０．０１（ｓｌｍ），ガス圧力が約１００Ｐａの条件で流し、上下の両電極間に高周波電力約４００Ｗを印加してエッチングを行う。
【００６３】
ここで、本実施形態においては、ＴｉＮ用ハードマスク１７を形成した後、さらに、エッチングを行なってＴｉＮ膜１４もパターニングする。その結果、ＴｉＮ膜１４のうちＴｉＮ用ハードマスク１７で覆われていない部分を除去することにより、堆積物の発生が抑制される。
【００６４】
次に、図５（ｃ）に示す工程で、アッシング及び洗浄を行ない、フォトレジストマスク１６を除去する。アッシングは、マイクロ波を用いたダウンストリーム法によって行い、洗浄液には一般的に広く用いられているフッ化アンモン系の水溶液を用いた。
【００６５】
その後、図５（ｄ）に示す工程で、ＴｉＮ用ハードマスク１７をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、下地のメタル積層膜２０（ＴｉＮ膜１４，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜）をパターニングして、メタル配線パターン１９を形成する。その際、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスとしてＢＣｌ₃ とＣｌ₂ とを、流量ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ≒０．０３／０．０４（ｓｌｍ），ガス圧力が約１０Ｐａの条件で流し、上下の電極間に高周波電力約２５０Ｗを印加してエッチングを行う。
【００６６】
このように、ＴｉＮ膜１４，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜からメタル配線パターン１９を構成することにより、アルミニウム膜１３の耐エレクトロマイグレーション特性、耐ストレスマイグレーション特性が向上し、信頼性の高い配線構造を有する電子デバイスが形成される。
【００６７】
図６は、シリコン酸化膜１５をパターニングする時に、ＴｉＮ膜１４をパターニングしたときと、ＴｉＮ膜１４をパターニングしなかったときの８インチウエハ当たりのパターン欠陥数を比較する図である。図６に示すように、図５（ｂ）に示す工程で、ＴｉＮ膜１４をパターニングせずにオーバーエッチングにより部分的にエッチングする程度でとどめた場合には、ＴｉＮ膜１４上に上述のような堆積物が生成するが、本実施形態のごとく図５（ｂ）に示す工程で、ＴｉＮ膜１４をパターニングした場合には、堆積物の発生が効果的に抑制されていることがわかる。
【００６８】
上述のように、本実施形態によれば、シリコン酸化膜１５とＴｉＮ膜１４を同時にパターニングすることにより、メタル積層膜２０をエッチングして形成されるメタル配線パターン１９のパターン欠陥の発生を抑制することができる。
【００６９】
なお、本実施形態においては、ＴｉＮ用ハードマスク１７をシリコン酸化膜から形成したが、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜からＴｉＮ用ハードマスクを形成しても本実施形態と同様の効果が得られる。
【００７０】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る電子デバイス（半導体装置）の製造方法について、図７（ａ）〜（ｅ）及び図８を参照しながら説明する。図７（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル積層膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【００７１】
まず、図７（ａ）に示す工程で、基板上のシリコン酸化膜１１（例えば基板上の層間絶縁膜あるいは素子分離用絶縁膜）の上に、反応性スパッタリング法及び通常のスパッタリング法により膜厚が約５０ｎｍのＴｉＮ膜１２と、膜厚が約０．４５μｍのアルミニウム膜１３（ＳｉやＣｕが添加されたアルミニウム合金膜を意味する）と、膜厚が約３０ｎｍのＴｉＮ膜１４とを順次堆積させる。そして、このＴｉＮ膜１４の上に、プラズマＣＶＤ法により膜厚が約２００ｎｍのシリコン酸化膜１５を堆積する。
【００７２】
その後、シリコン酸化膜１５の上に化学増幅型フォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、ＫｒＦエキシマレーザーによるリソグラフィー技術を用いて、約０．７μｍの膜厚を有するフォトレジストマスク１６を形成する。
【００７３】
次に、図７（ｂ）に示す工程で、フォトレジストマスク１６をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、シリコン酸化膜１５をパターニングして、ＴｉＮ用ハードマスク１７を形成する。その際には、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスの種類と流量とがＣＨＦ₃ ／Ｏ₂ ≒０．１／０．０１（ｓｌｍ），ガス圧力が約１００Ｐａ，高周波出力が約４００Ｗというエッチング条件のもとでエッチングを行う。このとき、オーバーエッチングによってＴｉＮ膜１４も部分的にエッチングされる。
【００７４】
このエッチング後に、ＴｉＮ膜１４の上に異物として堆積物１８が局所的に成長する。この堆積物１８は、ＴｉＮ膜１４中のＴｉとエッチングガス中のＦとが反応して、局所的にチタンのフッ化物が生成され、これが成長して形成されたものと思われる。ＴｉとＦとが反応すると、気体のＴｉＦ₃ と固体のＴｉＦ₃ とが生成されることが一般的に知られていることから、この堆積物１８は、固体であるＴｉＦ₃ などであると考えられる。
【００７５】
次に、図７（ｃ）に示す工程で、アッシング及び洗浄を行ない、フォトレジストマスク１６を除去する。アッシングは、マイクロ波を用いたダウンストリーム法によって行い、洗浄液にはフッ化アンモン系の洗浄液を用いた。ここでは、従来の製造工程と同様に、フッ化アンモニウムの水溶液を用いた洗浄を行なっているので、フォトレジストマスク１６を除去することはできてもＴｉＮ膜１４上の堆積物１８を効果的に除去することは困難であり、かつ、新たな堆積物が生じている可能性もある。
【００７６】
ここで、本実施形態においては、図７（ｄ）に示す工程で、ＴｉＮ用ハードマスク１７を用いて、下地のアルミニウム膜１３に対して十分選択比の高い条件でＴｉＮ膜１４をパターニングする。このとき、ＴｉＮ膜１４の十分なオーバーエッチングを行なうことにより、ＴｉＮ膜１４上の堆積物１８も同時に除去することができる。その際には、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用いて、例えば、反応ガスとしてＣＨＦ₃ とＯ₂ とを、流量ＣＨＦ₃ ／Ｏ₂ ≒０．１／０．０１（ｓｌｍ），ガス圧力が約２００Ｐａの条件で流し、上下の両電極間に高周波電力約４００Ｗを印加してエッチングを行う。
【００７７】
このとき、ガス圧力を変化させることによって、下地のアルミニウム膜１３とＴｉＮ膜１４とのエッチング選択比を調整することができる。つまり、低ガス圧になるほど物理的スパッタ成分が大きくなり両者の選択比を高くすることが困難になるが、２００Ｐａまでガス圧力を高めることにより、アルミニウム膜１３とＴｉＮ膜１４とのエッチング選択比を高く維持することができ、アルミニウム膜１３をあまりエッチングすることなく、ＴｉＮ膜１４のうちＴｉＮ用ハードマスク１７で覆われていない部分を除去することができる。
【００７８】
その後、図７（ｅ）に示す工程で、ＴｉＮ用ハードマスク１７をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、下地のメタル積層膜２０（ＴｉＮ膜１４，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜）をパターニングして、メタル配線パターン１９を形成する。その際、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスとしてＢＣｌ₃ とＣｌ₂ とを、流量ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ≒０．０３／０．０４（ｓｌｍ），ガス圧力が約１０Ｐａの条件で流し、上下の電極間に高周波電力約２５０Ｗを印加してエッチングを行う。
【００７９】
このように、ＴｉＮ膜１４，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜からメタル配線パターン１９を構成することにより、アルミニウム膜１３の耐エレクトロマイグレーション特性、耐ストレスマイグレーション特性が向上し、信頼性の高い配線構造を有する電子デバイスが形成される。
【００８０】
図８は、ＴｉＮ膜をエッチングするときのＴｉＮ膜１４とアルミニウム膜１３とのエッチング選択比と、メタル配線パターン１９の８インチウエハ当たりのパターン欠陥数との関係を示す図である。図８に示すように、エッチング選択比が大きいほど、下地のアルミニウム膜１３に対し十分オーバーエッチングをかけることが可能となり、ＴｉＮ膜１４上の堆積物１８の影響を排除することができ、パターン欠陥を未然に防ぐことができる。
【００８１】
上述のように、本実施形態によれば、シリコン酸化膜１５をパターニングしてＴｉＮ用ハードマスク１７を形成した後に、下地アルミニウム膜１３に対する十分なエッチング選択性を有する条件でＴｉＮ膜１４をエッチングすることにより、下地のアルミニウム膜１３をあまりエッチングすることなくオーバーエッチングをかけることが可能となる。したがって、ＴｉＮ膜１４上の堆積物１８の影響を排除でき、メタル積層膜２０をエッチングして形成されるメタル配線パターン１９のパターン欠陥の発生を抑制することができる。
【００８２】
なお、ＴｉＮ膜１４のアルミニウム膜１３に対するエッチング選択比が大きいほど、下地のアルミニウム膜１３に対し十分オーバーエッチングをかけることが可能となり、より効果的にパターン欠陥数を低減することができる。具体的に、アルミニウム膜とＴｉＮ膜との選択比としては、選択比３程度であればフッ化アンモン系の洗浄液（１８０秒）よりもパターン欠陥数を低減することができるが、より効果的にパターン欠陥数を低減するためには、選択比が５以上であることが好ましい。
【００８３】
なお、本実施形態においては、ＴｉＮ用ハードマスク１７をシリコン酸化膜から形成したが、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜からＴｉＮ用ハードマスクを形成しても本実施形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る電子デバイス（半導体装置）の製造方法について、図９（ａ）〜（ｄ）及び図１０を参照しながら説明する。図９（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル積層膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【００８５】
まず、図９（ａ）に示す工程で、基板上のシリコン酸化膜１１（例えば基板上の層間絶縁膜あるいは素子分離用絶縁膜）の上に、反応性スパッタリング法及び通常のスパッタリング法により膜厚が約５０ｎｍのＴｉＮ膜１２と、膜厚が約０．４５μｍのアルミニウム膜１３（ＳｉやＣｕが添加されたアルミニウム合金膜を意味する）と、膜厚が約２０ｎｍのＴａＮ膜２２とを順次堆積させる。そして、このＴａＮ膜２２の上に、プラズマＣＶＤ法により膜厚が約２００ｎｍのシリコン酸化膜１５を堆積する。
【００８６】
その後、シリコン酸化膜１５の上に化学増幅型フォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、ＫｒＦエキシマレーザーによるリソグラフィー技術を用いて、約０．７μｍの膜厚を有するフォトレジストマスク１６を形成する。
【００８７】
次に、図９（ｂ）に示す工程で、フォトレジストマスク１６をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、シリコン酸化膜１５をパターニングして、ＴａＮ用ハードマスク２４を形成する。その際には、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスとしてＣＨＦ₃ とＯ₂ とを、流量ＣＨＦ₃ ／Ｏ₂ ≒０．１／０．０１（ｓｌｍ），ガス圧力が約１００Ｐａの条件で流し、上下の両電極間に高周波電力約４００Ｗを印加してエッチングを行う。この時、ＴａＮ用ハードマスク２４を形成した後、さらに、オーバーエッチングを行なうので、ＴａＮ膜２２のうちＴａＮ用ハードマスク２４で覆われていない部分も部分的にエッチングされる。
【００８８】
ここで、本実施形態においては、上記各実施形態でＴｉＮ膜１４上に生じていような堆積物が生じていない。ＴａＮ膜２２の代わりにＴａ膜やＷ膜を用いた場合にも堆積物がみられなかった。これは、ＴｉＮ膜１４を用いた場合には、エッチングガス中のフッ素とＴｉＮとが反応し、潮解性のＴｉＦ_x （ｘ＝３，or４）が生じていたが、ＴａＮやＴａ，Ｗとフッ素とは潮解性の反応生成物を生ぜしめないからと考えられる。
【００８９】
次に、図９（ｃ）に示す工程で、アッシング及び洗浄を行ない、フォトレジストマスク１６を除去する。アッシングは、マイクロ波を用いたダウンストリーム法によって行い、洗浄液には一般的に広く用いられているフッ化アンモン系の水溶液を用いた。
【００９０】
その後、図９（ｄ）に示す工程で、ＴａＮ用ハードマスク２４をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、下地のメタル積層膜２３（ＴａＮ膜２２，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜）をパターニングして、メタル配線パターン２５を形成する。その際、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスとしてＢＣｌ₃ とＣｌ₂ とを、流量ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ≒０．０３／０．０４（ｓｌｍ），ガス圧力が約１０Ｐａの条件で流し、上下の電極間に高周波電力約２５０Ｗを印加してエッチングを行う。
【００９１】
このように、ＴａＮ膜２２，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜からメタル配線パターン２５を構成することにより、アルミニウム膜１３の耐エレクトロマイグレーション特性、耐ストレスマイグレーション特性が向上し、信頼性の高い配線構造を有する電子デバイスが形成される。
【００９２】
図１０は、ＴｉＮ膜を最上部に設けたメタル積層膜から形成されるメタル配線パターンと、本実施形態のＴａＮ膜２２又はＴａ膜，Ｗ膜を最上部に設けたメタル積層膜から形成されるメタル配線パターンとの８インチウエハ当たりのパターン欠陥数を比較する図である。図１０に示すように、従来のＴｉＮ膜を用いている場合には、パターン欠陥数が５００個程度あったのに対し、本実施形態におけるＴａＮ膜や、Ｔａ膜，Ｗ膜を用いた場合には、同じ面積当たりで３０個以下まで低減されている。
【００９３】
よって、本実施形態によれば、シリコン酸化膜１５とＴｉＮ膜１４に代えてＴａＮ膜２２を用いることにより、高い耐マイグレーション特性を維持しつつ、メタル積層膜２４をエッチングして形成されるメタル配線パターン２５のパターン欠陥の発生を抑制することができる。
【００９４】
なお、本実施形態においては、ＴａＮ用ハードマスク２４をシリコン酸化膜から形成したが、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜からＴａＮ用ハードマスクを形成しても本実施形態と同様の効果が得られる。
【００９５】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係る電子デバイス（半導体装置）の製造方法について、図１１（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。図１１（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル積層膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【００９６】
まず、図１１（ａ）に示す工程で、基板上のシリコン酸化膜１１（例えば基板上の層間絶縁膜あるいは素子分離用絶縁膜）の上に、反応性スパッタリング法及び通常のスパッタリング法により膜厚が約５０ｎｍのＴｉＮ膜１２と、膜厚が約０．４５μｍのアルミニウム膜１３（ＳｉやＣｕが添加されたアルミニウム合金膜を意味する）と、膜厚が約３０ｎｍのＴａＮ膜１４と、膜厚が約３０ｎｍのアルミニウム薄膜２７（ＳｉやＣｕが添加されたアルミニウム合金薄膜を意味する）とを順次堆積させる。そして、このアルミニウム薄膜２７の上に、プラズマＣＶＤ法により膜厚が約２００ｎｍのシリコン酸化膜１５を堆積する。
【００９７】
その後、シリコン酸化膜１５の上に化学増幅型フォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、ＫｒＦエキシマレーザーによるリソグラフィー技術を用いて、約０．７μｍの膜厚を有するフォトレジストマスク１６を形成する。
【００９８】
次に、図１１（ｂ）に示す工程で、フォトレジストマスク１６をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、シリコン酸化膜１５をパターニングして、ＴｉＮ用ハードマスク２８を形成する。その際には、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスとしてＣＨＦ₃ とＯ₂ とを、流量ＣＨＦ₃ ／Ｏ₂ ≒０．１／０．０１（ｓｌｍ），ガス圧力が約１００Ｐａの条件で流し、上下の両電極間に高周波電力約４００Ｗを印加してエッチングを行う。この時、ＴｉＮ用ハードマスク２８を形成した後、さらに、オーバーエッチングを行なうので、アルミニウム薄膜２７のうちＴｉＮ用ハードマスク２８で覆われていない部分は相当の厚み分だけエッチングされる。
【００９９】
ここで、本実施形態においては、上記各実施形態でＴｉＮ膜１４上に生じていような堆積物が生じていない。これは、ＴｉＮ膜１４の上がアルミニウム薄膜２７で覆われているので、ＴｉＮ膜１４を用いた場合のとごく、エッチングガス中のフッ素とＴｉＮとの反応による潮解性のＴｉＦ_x （ｘ＝３，or４）が生じないからと考えられる。
【０１００】
次に、図１１（ｃ）に示す工程で、アッシング及び洗浄を行ない、フォトレジストマスク１６を除去する。アッシングは、マイクロ波を用いたダウンストリーム法によって行い、洗浄液には一般的に広く用いられているフッ化アンモン系の水溶液を用いた。
【０１０１】
その後、図１１（ｄ）に示す工程で、ＴｉＮ用ハードマスク２８をエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、下地のメタル積層膜３０（アルミニウム薄膜２７，ＴｉＮ膜１４，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜）をパターニングして、メタル配線パターン３１を形成する。その際、一般的な平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、例えば、反応ガスとしてＢＣｌ₃ とＣｌ₂ とを、流量ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ ≒０．０３／０．０４（ｓｌｍ），ガス圧力が約１０Ｐａの条件で流し、上下の電極間に高周波電力約２５０Ｗを印加してエッチングを行う。
【０１０２】
このように、アルミニウム薄膜２７，ＴｉＮ膜１４，アルミニウム膜１３及びＴｉＮ膜１２の積層膜からメタル配線パターン３１を構成することにより、アルミニウム膜１３の耐エレクトロマイグレーション特性、耐ストレスマイグレーション特性が向上し、信頼性の高い配線構造を有する電子デバイスが形成される。
【０１０３】
本実施形態によれば、メタル積層膜において、ＴｉＮ膜１４の上にさらにアルミニウム薄膜２７を設けることにより、図１１（ｂ）に示すＴｉＮ用ハードマスク２８形成時におけるフッ素とＴｉとの反応に起因する堆積物の発生を抑制することができ、よって、メタル積層膜３０をエッチングして形成されるメタル配線パターン３１のパターン欠陥の発生を抑制することができる。
【０１０４】
なお、アルミニウム薄膜２７に代えて、ＴａＮ膜，Ｔａ膜，Ｗ膜を形成しても同じ効果を発揮することができる。
【０１０５】
なお、本実施形態においては、ＴｉＮ用ハードマスク２８をシリコン酸化膜から形成したが、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜からＴｉＮ用ハードマスクを形成しても本実施形態と同様の効果が得られる。
【０１０６】
また、アルミニウム薄膜２７に代えて、Ｎｉ薄膜，Ｃｏ薄膜，Ｃｕ薄膜を用いても同様の効果を発揮することができる。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明に係る電子デバイスの製造方法によれば、窒化チタン上に発生する堆積物の影響を、フッ素を含まない洗浄液による洗浄や、加熱処理によるフッ素との反応防止、エッチングステップなどの変更により抑制するので、下地層であるアルミニウム膜をエッチングした後におけるパターン欠陥の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態において、シリコン酸化膜をエッチングした後の洗浄時間と、メタル配線パターンのパターン欠陥数との関係を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル積層膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【図４】第２の実施形態において、加熱処理とメタル配線パターンのパターン欠陥数との関係を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル積層膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【図６】シリコン酸化膜をパターニングする時におけるＴｉＮ膜のパターニングの有無によるパターン欠陥数を比較する図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル積層膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【図８】第４の実施形態において、ＴｉＮとアルミニウムとのエッチング選択比と、メタル配線パターンのパターン欠陥数との関係を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、第５の実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル積層膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【図１０】ＴｉＮ膜を最上部に設けた従来のメタル積層膜から形成されるメタル配線パターンと、本実施形態のＴａＮ膜又はＴａ膜，Ｗ膜を最上部に設けたメタル積層膜から形成されるメタル配線パターンとのパターン欠陥数を比較する図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、第６の実施形態におけるＴｉＮ膜の形成工程からメタル積層膜のパターニング工程までの各工程を示す断面図である。
【図１２】従来のメタル配線層を形成するための各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１１シリコン酸化膜
１２ＴｉＮ膜
１３アルミニウム膜
１４ＴｉＮ膜
１５シリコン酸化膜
１６フォトレジストマスク
１７ハードマスク
１８堆積物
１９メタル配線パターン
２０メタル積層膜
２２ＴａＮ膜
２３メタル積層膜
２４ハードマスク
２５メタル配線パターン
２７アルミニウム薄膜
２８ハードマスク
３０メタル積層膜
３１メタル配線パターン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an electronic device including a semiconductor device, and more particularly to an improvement in wiring pattern accuracy.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in electronic devices including a semiconductor device, the pattern of each part constituting the semiconductor device is increasingly miniaturized as the elements are highly integrated. For example, it is said that the miniaturization of the metal wiring layer holds the key to high integration especially in LSI chips for microcomputers. In photolithography used for forming this metal wiring layer, it is necessary to reduce the thickness of the photoresist film in order to realize miniaturization. However, in general, when etching an aluminum film (which means an aluminum alloy film to which Si or Cu is added) using a photoresist mask, the selectivity between aluminum and the photoresist is ensured to be too large. Therefore, if the photoresist mask is made thin, the patterning accuracy of the aluminum wiring may be deteriorated. Therefore, as a method for avoiding this problem, dry etching using an insulating film formed on an aluminum film as an etching mask (hard mask) has been performed.
[0003]
12A to 12D are cross-sectional views showing a manufacturing process for forming a conventional metal wiring layer using the hard mask described above.
[0004]
First, in the step shown in FIG. 12A, reactive sputtering is performed on a silicon oxide film 101 (for example, an interlayer insulating film or an element isolation insulating film on a substrate) formed on a substrate (not shown). The TiN film 102 having a film thickness of about 50 nm, the aluminum film 103 having a film thickness of about 0.45 μm, and the TiN film 104 having a film thickness of about 30 nm are sequentially deposited by the method and the normal sputtering method. Then, a silicon oxide film 105 having a thickness of about 200 nm is deposited on the TiN film 104 by plasma CVD.
[0005]
Thereafter, a chemically amplified photoresist is applied on the silicon oxide film 105 to form a photoresist film, and a 0.7 μm-thick photoresist mask 106 is formed using a lithography technique using a KrF excimer laser.
[0006]
Next, in the step shown in FIG. 12B, the photoresist mask 106 is used as an etching mask and, for example, BCl is used as a dry etcher. _Three The silicon oxide film 105 is patterned by dry etching using, thereby forming a metal hard mask 108. At this time, the TiN film 104 is also partially etched by overetching.
[0007]
Next, in the step shown in FIG. 12C, ashing and cleaning are performed, and the photoresist mask 106 is removed. Ashing is performed by a downstream method using microwaves, and an ammonium fluoride cleaning solution is used as the cleaning solution.
[0008]
Thereafter, in the step shown in FIG. 12D, using the metal hard mask 108 as an etching mask, the underlying metal laminated film 115 (lamination of the TiN film 104, the aluminum film 103, and the TiN film 102 is performed by a metal dry etcher. The metal wiring pattern 109 is formed by etching the film.
[0009]
As described above, by forming the metal wiring pattern 109 from the laminated film of the TiN film 104, the aluminum film 103, and the TiN film 102, the electromigration resistance and stress migration resistance of the aluminum film 103 are improved, and the reliability is high. An electronic device having a wiring structure is formed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional manufacturing process has the following problems.
[0011]
First, as shown in FIG. 12B, in the metal wiring pattern forming process, after the etching for forming the metal hard mask 108 is performed, the deposit 107 is locally deposited on the TiN film 104 as foreign matter. It turned out to grow up. Although these reaction products exist in a relatively unstable state, if the metal laminated film 115 as the underlayer is etched with the deposit 107 left, the deposit is formed as shown in FIG. Since 107 serves as a micromask, the metal wiring pattern 109 obtained by patterning the metal laminated film 115 includes an etching residue 110 (pattern defect). Further, it was found that if the wafer is exposed to the atmosphere in the presence of the deposit 107, it is difficult to remove the deposit 107 even if ashing or cleaning is performed thereafter.
[0012]
Further, in the cleaning process in FIG. 12C, it was found that a new deposit was generated immediately after the deposit 107 on the TiN film 104 was removed by cleaning. This deposit is TiF produced by a reaction between fluorine of ammonium fluoride as a cleaning liquid and the TiN film 104. _x It is considered to be a compound of the system.
[0013]
An object of the present invention is to form a metal having no pattern defect by effectively removing the deposits as described above or taking measures for suppressing the growth of deposits when forming a wiring pattern using a hard mask. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electronic device having a wiring pattern.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In the first method for manufacturing an electronic device of the present invention, a step (a) of forming an underlayer whose uppermost portion is made of a titanium nitride film on a substrate, and a step of forming an insulating film on the underlayer ( b), a step (c) of forming a resist pattern on the insulating film, a step (d) of forming a hard mask by patterning the insulating film by etching using the resist pattern as a mask, and the above steps After (d), a step (e) of cleaning the exposed portion of the base layer and the hard mask using a cleaning liquid containing at least one of an inorganic acid, an organic acid and an organic alkali not containing fluorine; After the step (e), a step (f) of etching the base layer using the hard mask is included.
[0015]
According to this method, even if a deposit is generated when the insulating film is etched in the step (d), the deposit is effectively removed by cleaning with a cleaning solution that does not contain hydrofluoric acid. Since a reaction product of fluorine and titanium does not occur, generation of new deposits is suppressed. Therefore, it is possible to manufacture an electronic device with few pattern defects in the underlying layer pattern formed from a titanium nitride film or the like.
[0016]
In the step (a), as the underlayer, an underlayer in which an aluminum film and a titanium nitride film are sequentially provided from above is formed below the titanium nitride film, whereby migration resistance characteristics sandwiched between the titanium nitride films. An electronic device having a high wiring structure can be manufactured.
[0017]
In the step (d), by using a gas containing fluorine as an etchant for the insulating film, a hard mask can be formed under conditions with a high etching rate and etching selectivity.
[0018]
In the step (e), the deposit generated in the step (d) can be effectively removed without generating new deposits by cleaning with fuming nitric acid as the cleaning liquid.
[0019]
In the second method for producing an electronic device of the present invention, a step (a) of forming a base layer whose uppermost portion is formed of a titanium nitride film on a substrate and a step of forming an insulating film on the base layer ( b), a step (c) of forming a resist pattern on the insulating film, a step (d) of forming a hard mask by patterning the insulating film by etching using the resist pattern as a mask, and the above steps After (d), the step (e) of cleaning the exposed portion of the underlayer and the hard mask, the step (f) of heating the entire substrate after the step (e), and the step (f) And (g) etching the base layer using the hard mask.
[0020]
By this method, a deposit is generated when the insulating film is etched in the step (d). Even if a deposit is further generated in the step (e) by using, for example, a cleaning solution containing hydrofluoric acid, By performing the heat treatment, deposits are effectively removed. Therefore, it is possible to manufacture an electronic device with few pattern defects in the underlying layer pattern formed from a titanium nitride film or the like.
[0021]
According to a third method of manufacturing an electronic device of the present invention, a step (a) of forming an underlayer in which a top part is formed of a titanium nitride film and a lower part thereof is formed of an aluminum film on a substrate; Patterning the insulating film and the titanium nitride film by a step (b) of forming an insulating film on the substrate, a step (c) of forming a resist pattern on the insulating film, and etching using the resist pattern as a mask. After the step (d) of forming the hard mask, the step (e) of cleaning the exposed portion of the base layer and the hard mask after the step (d), and the step (e), the hard mask is removed. And (f) etching the aluminum film.
[0022]
By this method, in the step (d), by patterning the titanium nitride film, even if a reaction product of titanium and fluorine is generated, all portions of the titanium nitride film that are not covered with the photoresist film are removed. As a result, the reaction product is also removed, leaving no deposit. Therefore, it is possible to manufacture an electronic device with few pattern defects in the base layer pattern formed from the base layer.
[0023]
According to a fourth method of manufacturing an electronic device of the present invention, there is provided a step (a) of forming an underlayer comprising a titanium nitride film on the substrate and an aluminum film below the upper layer, and the underlayer A step (b) of forming an insulating film on the substrate, a step (c) of forming a resist pattern on the insulating film, and a hard mask by patterning the insulating film by etching using the resist pattern as a mask. After the step (d) of forming, the step (e) of cleaning the exposed portion of the underlayer and the hard mask after the step (d), and the step of using the hard mask after the step (e). A step (f) of etching the underlying titanium nitride film by dry etching using a reactive gas having a higher pressure than in the step (d).
[0024]
By this method, even if a reaction product of titanium and fluorine is produced in steps (d) and (e), the reaction gas pressure is increased in step (f), so that the titanium nitride film becomes an underlayer aluminum film. Etching is performed under conditions that provide a high etching selectivity, and deposits are effectively removed. Therefore, generation of pattern defects in the aluminum film due to reaction products generated on titanium nitride can be prevented in advance, and an electronic device with few pattern defects can be manufactured.
[0025]
The fifth electronic device manufacturing method of the present invention includes a step (a) of forming a base layer, the uppermost part of which is composed of at least one of a tantalum nitride film, a tantalum film, and a tungsten film on a substrate; Patterning the insulating film by a step (b) of forming an insulating film on the underlayer, a step (c) of forming a resist pattern on the insulating film, and etching using the resist pattern as a mask. After the step (d) of forming a hard mask, the step (e) of cleaning the exposed portion of the base layer and the hard mask after the step (d), and using the hard mask after the step (e). And (f) etching the underlying layer.
[0026]
By this method, since the uppermost part of the underlayer is composed of a tantalum nitride film, a tantalum film, tungsten film nitridation, etc., as in the case of having a titanium film at the uppermost part, There is no deposit caused by reaction products such as fluorine reaction products. Therefore, it is possible to manufacture an electronic device with few pattern defects in the base layer pattern formed from the base layer.
[0027]
According to a sixth method of manufacturing an electronic device of the present invention, the uppermost portion is formed of an aluminum film, an aluminum film, a TaN film, a Ta film, and a W film on a substrate, and a titanium nitride film is provided therebelow. A step (a) of forming a base layer, a step (b) of forming an insulating film on the underlayer, a step (c) of forming a resist pattern on the insulating film, and using the resist pattern as a mask A step (d) of patterning the insulating film by etching to form a hard mask, a step (e) of cleaning the exposed portion of the base layer and the hard mask after the step (d), and the step ( (e) is followed by a step (f) of etching the underlying aluminum film and titanium nitride film using the hard mask.
[0028]
By this method, since the titanium nitride film is not exposed in the steps (d) and (e), deposits due to the reaction product of titanium and fluorine do not occur. Therefore, it is possible to manufacture an electronic device with few pattern defects in the base layer pattern formed from the base layer.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an electronic device manufacturing method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
(First embodiment)
A method of manufacturing an electronic device (semiconductor device) according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (e) and FIG. FIGS. 1A to 1E are cross-sectional views showing respective steps from a TiN film forming step to a metal film patterning step in the present embodiment.
[0031]
First, in the step shown in FIG. 1A, a film thickness is formed on a silicon oxide film 11 (for example, an interlayer insulating film or an element isolation insulating film on the substrate) on the substrate by a reactive sputtering method and a normal sputtering method. Sequentially deposit a TiN film 12 having a thickness of about 50 nm, an aluminum film 13 having a thickness of about 0.45 μm (meaning an aluminum alloy film to which Si or Cu is added), and a TiN film 14 having a thickness of about 30 nm. Let Then, a silicon oxide film 15 having a thickness of about 200 nm is deposited on the TiN film 14 by plasma CVD.
[0032]
Thereafter, a chemically amplified photoresist is applied onto the silicon oxide film 15 to form a photoresist film, and a photoresist mask 16 having a thickness of about 0.7 μm is formed by using a lithography technique using a KrF excimer laser. To do.
[0033]
Next, in the step shown in FIG. 1B, the silicon oxide film 15 is patterned by dry etching using the photoresist mask 16 as an etching mask to form a TiN hard mask 17. In that case, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used, for example, CHF as a reaction gas. _Three And O ₂ And flow rate CHF _Three / O ₂ Etching is carried out under conditions of ≈0.1 / 0.01 (slm) and a gas pressure of about 100 Pa, and high frequency power of about 400 W is applied between the upper and lower electrodes. At this time, the TiN film 14 is also partially etched by overetching.
[0034]
After this etching, a deposit 18 locally grows as a foreign substance on the TiN film 14. It is considered that this deposit 18 was formed by the reaction of Ti in the TiN film 14 with F in the etching gas to locally generate titanium fluoride, which grew. When Ti and F react, gaseous TiF _Three And solid TiF _Three It is generally known that this deposit 18 is a solid TiF _Three It is thought that.
[0035]
Next, in the step shown in FIG. 1C, ashing is performed and the photoresist mask 16 is removed. Ashing is performed by a downstream method using microwaves.
[0036]
Next, in the step shown in FIG. 1D, the wafer is washed with fuming nitric acid at 25 ° C. for 5 minutes, and then rinsed with pure water. As a result, the deposit 18 existing on the TiN film 14 is almost removed. Moreover, generation | occurrence | production of the new deposit 18 is not recognized.
[0037]
Thereafter, in the step shown in FIG. 1E, the underlying metal laminated film 20 (a laminated film of the TiN film 14, the aluminum film 13, and the TiN film 12) is formed by dry etching using the TiN hard mask 17 as an etching mask. The metal wiring pattern 19 is formed by patterning. At that time, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used, for example, BCl as a reactive gas. _Three And Cl ₂ And the flow rate BCl _Three / Cl ₂ Etching is performed under the condition of approximately 0.03 / 0.04 (slm) and a gas pressure of about 10 Pa, and applying high frequency power of about 250 W between the upper and lower electrodes.
[0038]
Thus, by forming the metal wiring pattern 19 from the laminated film of the TiN film 14, the aluminum film 13 and the TiN film 12, the electromigration resistance and stress migration resistance of the aluminum film 13 are improved, and the reliability is high. An electronic device having a wiring structure is formed.
[0039]
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the cleaning time with fuming nitric acid after etching the silicon oxide film and the number of pattern defects in the metal wiring pattern 19 formed by etching the metal laminated film 20. In FIG. 2, the horizontal axis represents the cleaning time (seconds), and the vertical axis represents the number of pattern defects (pieces) per 8-inch wafer. As shown in FIG. 2, the number of pattern defects is reduced when cleaning using fuming nitric acid is performed as compared with the case where an ammonium fluoride cleaning solution is used. This shows that the deposit 18 is effectively removed by cleaning with fuming nitric acid, which is a cleaning liquid not containing fluorine, and the generation of new deposits is suppressed.
[0040]
As described above, in the cleaning liquid using the conventional aqueous solution of ammonium fluoride, even if the deposits which are foreign matters on the TiN film can be removed, the residual fluorine of the ammonium fluoride cleaning liquid causes residual TiN film. As a result, fluorine may react and a new deposit may remain on the TiN film.
[0041]
On the other hand, according to the present embodiment, after the silicon oxide film 15 is etched, the deposit 18 grown on the TiN film 14 is cleaned with fuming nitric acid, which is a cleaning liquid that does not contain fluorine. Occurrence of pattern defects in the metal wiring pattern 19 formed by etching can be suppressed.
[0042]
The longer the cleaning time with fuming nitric acid, the more effectively the number of pattern defects can be reduced. Specifically, if the cleaning time with fuming nitric acid is 50 seconds or more, the number of pattern defects can be reduced more effectively than cleaning with an ammonium fluoride cleaning solution (180 seconds), but the number of pattern defects can be reduced more effectively. In order to reduce, it is preferable that the cleaning time with fuming nitric acid is 90 seconds or more.
[0043]
In this embodiment, fuming nitric acid is used as a cleaning solution that does not contain fluorine for removing deposits, but in addition to fuming nitric acid, inorganic acids such as hydrogen peroxide, nitric acid, sulfuric acid, citric acid, acetic acid are used. Even when an organic acid such as tartaric acid or an organic base such as ammonia or amines is used as the cleaning liquid, substantially the same effect as in this embodiment can be exhibited.
[0044]
In the present embodiment, the TiN hard mask 17 is formed from a silicon oxide film, but the same effect as in the present embodiment can be obtained by forming a TiN hard mask from a silicon nitride film or a silicon oxynitride film. .
[0045]
(Second Embodiment)
A method of manufacturing an electronic device (semiconductor device) according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (d) and FIG. 3A to 3D are cross-sectional views showing each process from the TiN film forming process to the metal laminated film patterning process in the present embodiment.
[0046]
First, in the step shown in FIG. 3A, a film thickness is formed on the silicon oxide film 11 (for example, an interlayer insulating film or element isolation insulating film on the substrate) on the substrate by a reactive sputtering method and a normal sputtering method. Sequentially deposit a TiN film 12 having a thickness of about 50 nm, an aluminum film 13 having a thickness of about 0.45 μm (meaning an aluminum alloy film to which Si or Cu is added), and a TiN film 14 having a thickness of about 30 nm. Let Then, a silicon oxide film 15 having a thickness of about 200 nm is deposited on the TiN film 14 by plasma CVD.
[0047]
Thereafter, a chemically amplified photoresist is applied onto the silicon oxide film 15 to form a photoresist film, and a photoresist mask 16 having a film thickness of about 0.7 μm is formed using a lithography technique using a KrF excimer laser. To do.
[0048]
Next, in the step shown in FIG. 3B, the silicon oxide film 15 is patterned by dry etching using the photoresist mask 16 as an etching mask to form a TiN hard mask 17. In that case, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used, for example, CHF as a reaction gas. _Three And O ₂ And flow rate CHF _Three / O ₂ Etching is carried out under conditions of ≈0.1 / 0.01 (slm) and a gas pressure of about 100 Pa, and high frequency power of about 400 W is applied between the upper and lower electrodes. At this time, the TiN film 14 is also partially etched by overetching.
[0049]
Since the above steps are the same as those in the first embodiment, the deposit 18 locally grows as foreign matter on the TiN film 14 after this etching, as in the first embodiment.
[0050]
Next, in the step shown in FIG. 3C, ashing and cleaning are performed, and the photoresist mask 16 is removed. Ashing was performed by a downstream method using microwaves, and an ammonium fluoride-based aqueous solution that was generally widely used was used as the cleaning liquid.
[0051]
In such a cleaning liquid using an aqueous solution of ammonium fluoride, even if the deposit 18 which is a foreign matter on the TiN film 14 is removed as in the conventional manufacturing method, the residual fluorine of the ammonium fluoride cleaning liquid is further reduced. As a result, the TiN film 14 reacts with fluorine, and a new deposit is likely to be generated on the TiN film 14.
[0052]
Therefore, in the present embodiment, after performing cleaning using an ammonium fluoride cleaning solution and rinsing with pure water, the wafer is heat-treated in a nitrogen atmosphere before the wafer is exposed to the atmosphere.
[0053]
Thereafter, in the step shown in FIG. 3D, the underlying metal laminated film 20 (a laminated film of the TiN film 14, the aluminum film 13, and the TiN film 12) is formed by dry etching using the TiN hard mask 17 as an etching mask. The metal wiring pattern 19 is formed by patterning. At that time, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used, for example, BCl as a reactive gas. _Three And Cl ₂ And the flow rate BCl _Three / Cl ₂ Etching is performed under the condition of approximately 0.03 / 0.04 (slm) and a gas pressure of about 10 Pa, and applying high frequency power of about 250 W between the upper and lower electrodes.
[0054]
Thus, by forming the metal wiring pattern 19 from the laminated film of the TiN film 14, the aluminum film 13 and the TiN film 12, the electromigration resistance and stress migration resistance of the aluminum film 13 are improved, and the reliability is high. An electronic device having a wiring structure is formed.
[0055]
FIG. 4 shows the relationship between the heat treatment after the ammonium fluoride cleaning solution after etching the silicon oxide film and the number of pattern defects per 8 inch wafer of the metal wiring pattern 19 formed by etching the metal laminated film 20. FIG. As shown in FIG. 4, the number of pattern defects is reduced by the heat treatment. From this, it can be seen that the heat treatment effectively suppresses the generation of deposits due to residual fluorine in the ammonium fluoride cleaning solution.
[0056]
As described above, according to the present embodiment, after the silicon oxide film 15 is etched, the deposit 18 grown on the TiN film 14 is washed with an ammonium fluoride cleaning solution and then subjected to heat treatment, whereby the metal laminated film is obtained. Generation of pattern defects in the metal wiring pattern 19 formed by etching 20 can be suppressed.
[0057]
Note that the higher the heat treatment temperature and the longer the heat treatment time, the more effectively the number of pattern defects can be reduced. Specifically, in order to effectively reduce the number of pattern defects, it is preferable that the heating temperature is 60 ° C. or higher and the heating time is 1 minute or longer.
[0058]
In the present embodiment, the TiN hard mask 17 is formed from a silicon oxide film, but the same effect as in the present embodiment can be obtained by forming a TiN hard mask from a silicon nitride film or a silicon oxynitride film. .
[0059]
(Third embodiment)
A method for manufacturing an electronic device (semiconductor device) according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (d) and FIG. 5A to 5D are cross-sectional views showing each process from the TiN film forming process to the metal laminated film patterning process in the present embodiment.
[0060]
First, in the step shown in FIG. 5A, a film thickness is formed on the silicon oxide film 11 (for example, an interlayer insulating film or element isolation insulating film on the substrate) on the substrate by a reactive sputtering method and a normal sputtering method. Sequentially deposit a TiN film 12 having a thickness of about 50 nm, an aluminum film 13 having a thickness of about 0.45 μm (meaning an aluminum alloy film to which Si or Cu is added), and a TiN film 14 having a thickness of about 30 nm. Let Then, a silicon oxide film 15 having a thickness of about 200 nm is deposited on the TiN film 14 by plasma CVD.
[0061]
Thereafter, a chemically amplified photoresist is applied onto the silicon oxide film 15 to form a photoresist film, and a photoresist mask 16 having a thickness of about 0.7 μm is formed by using a lithography technique using a KrF excimer laser. To do.
[0062]
Next, in the step shown in FIG. 5B, the silicon oxide film 15 is patterned by dry etching using the photoresist mask 16 as an etching mask to form a TiN hard mask 17. In that case, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used, for example, CHF as a reaction gas. _Three And O ₂ And flow rate CHF _Three / O ₂ Etching is carried out under conditions of ≈0.1 / 0.01 (slm) and a gas pressure of about 100 Pa, and high frequency power of about 400 W is applied between the upper and lower electrodes.
[0063]
Here, in this embodiment, after the TiN hard mask 17 is formed, the TiN film 14 is also patterned by etching. As a result, by removing the portion of the TiN film 14 that is not covered with the TiN hard mask 17, the generation of deposits is suppressed.
[0064]
Next, in the step shown in FIG. 5C, ashing and cleaning are performed, and the photoresist mask 16 is removed. Ashing was performed by a downstream method using microwaves, and an ammonium fluoride-based aqueous solution that was generally widely used was used as the cleaning liquid.
[0065]
Thereafter, in the step shown in FIG. 5D, the underlying metal laminated film 20 (the laminated film of the TiN film 14, the aluminum film 13, and the TiN film 12) is formed by dry etching using the TiN hard mask 17 as an etching mask. The metal wiring pattern 19 is formed by patterning. At that time, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used, for example, BCl as a reactive gas. _Three And Cl ₂ And the flow rate BCl _Three / Cl ₂ Etching is performed under the condition of approximately 0.03 / 0.04 (slm) and a gas pressure of about 10 Pa, and applying high frequency power of about 250 W between the upper and lower electrodes.
[0066]
Thus, by forming the metal wiring pattern 19 from the laminated film of the TiN film 14, the aluminum film 13 and the TiN film 12, the electromigration resistance and stress migration resistance of the aluminum film 13 are improved, and the reliability is high. An electronic device having a wiring structure is formed.
[0067]
FIG. 6 is a diagram comparing the number of pattern defects per 8-inch wafer when the TiN film 14 is patterned and when the TiN film 14 is not patterned when the silicon oxide film 15 is patterned. As shown in FIG. 6, in the step shown in FIG. 5B, when the TiN film 14 is only partially etched by over-etching without patterning, the above-described structure is formed on the TiN film 14 as described above. Although deposits are generated, it can be seen that when the TiN film 14 is patterned in the step shown in FIG. 5B as in this embodiment, the generation of deposits is effectively suppressed.
[0068]
As described above, according to the present embodiment, the silicon oxide film 15 and the TiN film 14 are simultaneously patterned, thereby suppressing the occurrence of pattern defects in the metal wiring pattern 19 formed by etching the metal laminated film 20. be able to.
[0069]
In the present embodiment, the TiN hard mask 17 is formed from a silicon oxide film, but the same effect as in the present embodiment can be obtained by forming a TiN hard mask from a silicon nitride film or a silicon oxynitride film. .
[0070]
(Fourth embodiment)
A method of manufacturing an electronic device (semiconductor device) according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 (a) to (e) and FIG. FIGS. 7A to 7E are cross-sectional views showing each process from the TiN film forming process to the metal laminated film patterning process in the present embodiment.
[0071]
First, in the step shown in FIG. 7A, a film thickness is formed on the silicon oxide film 11 (for example, an interlayer insulating film or element isolation insulating film on the substrate) on the substrate by a reactive sputtering method and a normal sputtering method. Sequentially deposit a TiN film 12 having a thickness of about 50 nm, an aluminum film 13 having a thickness of about 0.45 μm (meaning an aluminum alloy film to which Si or Cu is added), and a TiN film 14 having a thickness of about 30 nm. Let Then, a silicon oxide film 15 having a thickness of about 200 nm is deposited on the TiN film 14 by plasma CVD.
[0072]
Thereafter, a chemically amplified photoresist is applied onto the silicon oxide film 15 to form a photoresist film, and a photoresist mask 16 having a thickness of about 0.7 μm is formed by using a lithography technique using a KrF excimer laser. To do.
[0073]
Next, in the step shown in FIG. 7B, the silicon oxide film 15 is patterned by dry etching using the photoresist mask 16 as an etching mask to form a TiN hard mask 17. At that time, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used. For example, the type and flow rate of the reaction gas are CHF. _Three / O ₂ Etching is performed under etching conditions of approximately 0.1 / 0.01 (slm), a gas pressure of about 100 Pa, and a high frequency output of about 400 W. At this time, the TiN film 14 is also partially etched by overetching.
[0074]
After this etching, a deposit 18 locally grows as a foreign substance on the TiN film 14. It is considered that this deposit 18 was formed by the reaction of Ti in the TiN film 14 with F in the etching gas to locally generate titanium fluoride, which grew. When Ti and F react, gaseous TiF _Three And solid TiF _Three It is generally known that this deposit 18 is a solid TiF _Three It is thought that.
[0075]
Next, in the step shown in FIG. 7C, ashing and cleaning are performed, and the photoresist mask 16 is removed. Ashing was performed by a downstream method using microwaves, and an ammonium fluoride cleaning solution was used as the cleaning solution. Here, as in the conventional manufacturing process, since cleaning is performed using an aqueous solution of ammonium fluoride, the deposit 18 on the TiN film 14 is effectively removed even if the photoresist mask 16 can be removed. It is difficult to remove and new deposits may have formed.
[0076]
Here, in the present embodiment, in the step shown in FIG. 7D, the TiN film 14 is patterned using a TiN hard mask 17 under a condition having a sufficiently high selectivity with respect to the underlying aluminum film 13. At this time, the deposit 18 on the TiN film 14 can also be removed simultaneously by performing sufficient over-etching of the TiN film 14. At that time, using a general parallel plate type reactive ion etching apparatus, for example, CHF as a reactive gas. _Three And O ₂ And flow rate CHF _Three / O ₂ Etching is carried out under conditions of ≈0.1 / 0.01 (slm) and gas pressure of about 200 Pa, and high frequency power of about 400 W is applied between the upper and lower electrodes.
[0077]
At this time, the etching selectivity between the underlying aluminum film 13 and the TiN film 14 can be adjusted by changing the gas pressure. That is, the lower the gas pressure, the larger the physical sputter component becomes, and it becomes difficult to increase the selectivity between the two, but by increasing the gas pressure to 200 Pa, the etching selectivity between the aluminum film 13 and the TiN film 14 can be increased. The portion of the TiN film 14 that is not covered with the TiN hard mask 17 can be removed without much etching the aluminum film 13.
[0078]
Thereafter, in the step shown in FIG. 7E, the underlying metal laminated film 20 (the laminated film of the TiN film 14, the aluminum film 13, and the TiN film 12) is formed by dry etching using the TiN hard mask 17 as an etching mask. The metal wiring pattern 19 is formed by patterning. At that time, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used, for example, BCl as a reactive gas. _Three And Cl ₂ And the flow rate BCl _Three / Cl ₂ Etching is performed under the condition of approximately 0.03 / 0.04 (slm) and a gas pressure of about 10 Pa, and applying high frequency power of about 250 W between the upper and lower electrodes.
[0079]
Thus, by forming the metal wiring pattern 19 from the laminated film of the TiN film 14, the aluminum film 13 and the TiN film 12, the electromigration resistance and stress migration resistance of the aluminum film 13 are improved, and the reliability is high. An electronic device having a wiring structure is formed.
[0080]
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the etching selectivity between the TiN film 14 and the aluminum film 13 when the TiN film is etched and the number of pattern defects per 8 inch wafer of the metal wiring pattern 19. As shown in FIG. 8, the larger the etching selection ratio, the more overetching can be performed on the underlying aluminum film 13, and the influence of the deposit 18 on the TiN film 14 can be eliminated. Can be prevented in advance.
[0081]
As described above, according to the present embodiment, after the silicon oxide film 15 is patterned to form the TiN hard mask 17, the TiN film 14 is etched under a condition having sufficient etching selectivity with respect to the underlying aluminum film 13. As a result, overetching can be performed without much etching of the underlying aluminum film 13. Therefore, the influence of the deposit 18 on the TiN film 14 can be eliminated, and the occurrence of pattern defects in the metal wiring pattern 19 formed by etching the metal laminated film 20 can be suppressed.
[0082]
As the etching selectivity of the TiN film 14 to the aluminum film 13 is increased, the underlying aluminum film 13 can be sufficiently over-etched, and the number of pattern defects can be reduced more effectively. Specifically, the selection ratio between the aluminum film and the TiN film can reduce the number of pattern defects as compared with an ammonium fluoride cleaning solution (180 seconds) if the selection ratio is about 3, but more effectively. In order to reduce the number of pattern defects, the selection ratio is preferably 5 or more.
[0083]
In the present embodiment, the TiN hard mask 17 is formed from a silicon oxide film, but the same effect as in the present embodiment can be obtained by forming a TiN hard mask from a silicon nitride film or a silicon oxynitride film. .
[0084]
(Fifth embodiment)
A method for manufacturing an electronic device (semiconductor device) according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A to 9D and FIG. FIGS. 9A to 9D are cross-sectional views showing each process from the TiN film forming process to the metal laminated film patterning process in the present embodiment.
[0085]
First, in the step shown in FIG. 9A, a film thickness is formed on the silicon oxide film 11 (for example, an interlayer insulating film or element isolation insulating film on the substrate) on the substrate by a reactive sputtering method and a normal sputtering method. Sequentially deposit a TiN film 12 having a thickness of about 50 nm, an aluminum film 13 having a thickness of about 0.45 μm (meaning an aluminum alloy film to which Si or Cu is added), and a TaN film 22 having a thickness of about 20 nm. Let Then, a silicon oxide film 15 having a thickness of about 200 nm is deposited on the TaN film 22 by plasma CVD.
[0086]
Thereafter, a chemically amplified photoresist is applied onto the silicon oxide film 15 to form a photoresist film, and a photoresist mask 16 having a thickness of about 0.7 μm is formed by using a lithography technique using a KrF excimer laser. To do.
[0087]
Next, in the step shown in FIG. 9B, the silicon oxide film 15 is patterned by dry etching using the photoresist mask 16 as an etching mask to form a TaN hard mask 24. In that case, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used, for example, CHF as a reaction gas. _Three And O ₂ And flow rate CHF _Three / O ₂ Etching is carried out under conditions of ≈0.1 / 0.01 (slm) and a gas pressure of about 100 Pa, and high frequency power of about 400 W is applied between the upper and lower electrodes. At this time, after the TaN hard mask 24 is formed, overetching is further performed, so that the portion of the TaN film 22 that is not covered with the TaN hard mask 24 is also partially etched.
[0088]
Here, in this embodiment, the deposit which is generated on the TiN film 14 in each of the above embodiments is not generated. No deposit was observed when a Ta film or a W film was used instead of the TaN film 22. This is because when TiN film 14 is used, fluorine in the etching gas reacts with TiN, and deliquescent TiF. _x (X = 3, or4) was generated, but it is thought that TaN, Ta, W and fluorine do not produce a deliquescent reaction product.
[0089]
Next, in the step shown in FIG. 9C, ashing and cleaning are performed, and the photoresist mask 16 is removed. Ashing was performed by a downstream method using microwaves, and an ammonium fluoride-based aqueous solution that was generally widely used was used as the cleaning liquid.
[0090]
Thereafter, in the step shown in FIG. 9D, the underlying metal laminated film 23 (the laminated film of the TaN film 22, the aluminum film 13, and the TiN film 12) is formed by dry etching using the TaN hard mask 24 as an etching mask. The metal wiring pattern 25 is formed by patterning. At that time, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used, for example, BCl as a reactive gas. _Three And Cl ₂ And the flow rate BCl _Three / Cl ₂ Etching is performed under the condition of approximately 0.03 / 0.04 (slm) and a gas pressure of about 10 Pa, and applying high frequency power of about 250 W between the upper and lower electrodes.
[0091]
As described above, by forming the metal wiring pattern 25 from the laminated film of the TaN film 22, the aluminum film 13, and the TiN film 12, the electromigration resistance and stress migration resistance of the aluminum film 13 are improved, and the reliability is high. An electronic device having a wiring structure is formed.
[0092]
FIG. 10 shows a metal wiring pattern formed from a metal laminated film having a TiN film provided on the top, and a TaN film 22 or a Ta film and a W film of this embodiment formed from a metal laminated film provided on the top. It is a figure which compares the number of pattern defects per 8 inch wafer with a metal wiring pattern. As shown in FIG. 10, when the conventional TiN film is used, the number of pattern defects is about 500, whereas when the TaN film, Ta film, or W film in this embodiment is used. Are reduced to 30 or less per the same area.
[0093]
Therefore, according to the present embodiment, by using the TaN film 22 instead of the silicon oxide film 15 and the TiN film 14, the metal wiring formed by etching the metal laminated film 24 while maintaining high migration resistance characteristics. Generation of pattern defects in the pattern 25 can be suppressed.
[0094]
In the present embodiment, the TaN hard mask 24 is formed from a silicon oxide film, but the same effect as in the present embodiment can be obtained even if the TaN hard mask is formed from a silicon nitride film or a silicon oxynitride film. .
[0095]
(Sixth embodiment)
A method for manufacturing an electronic device (semiconductor device) according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11A to 11D are cross-sectional views showing each process from the TiN film forming process to the metal laminated film patterning process in the present embodiment.
[0096]
First, in the step shown in FIG. 11A, a film thickness is formed on the silicon oxide film 11 (for example, an interlayer insulating film or element isolation insulating film on the substrate) on the substrate by a reactive sputtering method and a normal sputtering method. A TiN film 12 having a thickness of about 50 nm, an aluminum film 13 having a thickness of about 0.45 μm (meaning an aluminum alloy film to which Si or Cu is added), a TaN film 14 having a thickness of about 30 nm, and a film thickness Are sequentially deposited with an aluminum thin film 27 of about 30 nm (meaning an aluminum alloy thin film to which Si or Cu is added). Then, a silicon oxide film 15 having a thickness of about 200 nm is deposited on the aluminum thin film 27 by plasma CVD.
[0097]
Thereafter, a chemically amplified photoresist is applied onto the silicon oxide film 15 to form a photoresist film, and a photoresist mask 16 having a thickness of about 0.7 μm is formed by using a lithography technique using a KrF excimer laser. To do.
[0098]
Next, in the step shown in FIG. 11B, the silicon oxide film 15 is patterned by dry etching using the photoresist mask 16 as an etching mask to form a hard mask 28 for TiN. In that case, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used, for example, CHF as a reaction gas. _Three And O ₂ And flow rate CHF _Three / O ₂ Etching is carried out under conditions of ≈0.1 / 0.01 (slm) and a gas pressure of about 100 Pa, and high frequency power of about 400 W is applied between the upper and lower electrodes. At this time, since the TiN hard mask 28 is formed and further overetching is performed, the portion of the aluminum thin film 27 that is not covered with the TiN hard mask 28 is etched by a considerable thickness.
[0099]
Here, in this embodiment, the deposit which has arisen on the TiN film | membrane 14 in each said embodiment is not produced. This is because the top of the TiN film 14 is covered with the aluminum thin film 27, and as with the TiN film 14, the deliquescent TiF due to the reaction between fluorine and TiN in the etching gas. _x It is considered that (x = 3, or4) does not occur.
[0100]
Next, in the step shown in FIG. 11C, ashing and cleaning are performed, and the photoresist mask 16 is removed. Ashing was performed by a downstream method using microwaves, and an ammonium fluoride-based aqueous solution that was generally widely used was used as the cleaning liquid.
[0101]
Thereafter, in the step shown in FIG. 11D, the underlying metal laminated film 30 (the aluminum thin film 27, the TiN film 14, the aluminum film 13, and the TiN film 12 is formed by dry etching using the TiN hard mask 28 as an etching mask. The metal wiring pattern 31 is formed by patterning the laminated film. At that time, a general parallel plate type reactive ion etching apparatus is used, for example, BCl as a reactive gas. _Three And Cl ₂ And the flow rate BCl _Three / Cl ₂ Etching is performed under the condition of approximately 0.03 / 0.04 (slm) and a gas pressure of about 10 Pa, and applying high frequency power of about 250 W between the upper and lower electrodes.
[0102]
Thus, by forming the metal wiring pattern 31 from the laminated film of the aluminum thin film 27, the TiN film 14, the aluminum film 13, and the TiN film 12, the electromigration resistance and stress migration resistance of the aluminum film 13 are improved. An electronic device having a highly reliable wiring structure is formed.
[0103]
According to the present embodiment, by providing the aluminum thin film 27 further on the TiN film 14 in the metal laminated film, it is caused by the reaction between fluorine and Ti when forming the TiN hard mask 28 shown in FIG. Therefore, the generation of pattern defects in the metal wiring pattern 31 formed by etching the metal laminated film 30 can be suppressed.
[0104]
Note that the same effect can be obtained even if a TaN film, a Ta film, or a W film is formed in place of the aluminum thin film 27.
[0105]
In the present embodiment, the TiN hard mask 28 is formed from a silicon oxide film, but the same effect as in the present embodiment can be obtained by forming a TiN hard mask from a silicon nitride film or a silicon oxynitride film. .
[0106]
Further, the same effect can be exhibited even when a Ni thin film, a Co thin film, or a Cu thin film is used in place of the aluminum thin film 27.
[0107]
【The invention's effect】
According to the method of manufacturing an electronic device according to the present invention, the influence of deposits generated on titanium nitride is suppressed by cleaning with a fluorine-free cleaning solution, preventing reaction with fluorine by heat treatment, and changing an etching step. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of pattern defects after etching the aluminum film that is the underlayer.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1E are cross-sectional views showing respective processes from a TiN film forming process to a metal film patterning process in the first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a cleaning time after etching a silicon oxide film and the number of pattern defects in a metal wiring pattern in the first embodiment.
FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views showing respective processes from a TiN film forming process to a metal laminated film patterning process in the second embodiment. FIGS.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between heat treatment and the number of pattern defects in a metal wiring pattern in the second embodiment.
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views showing respective processes from a TiN film forming process to a metal laminated film patterning process in the third embodiment. FIGS.
FIG. 6 is a diagram for comparing the number of pattern defects depending on whether or not a TiN film is patterned when a silicon oxide film is patterned.
7A to 7E are cross-sectional views showing respective processes from a TiN film forming process to a metal laminated film patterning process in the fourth embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the etching selectivity between TiN and aluminum and the number of pattern defects in the metal wiring pattern in the fourth embodiment.
FIGS. 9A to 9D are cross-sectional views showing respective processes from a TiN film forming process to a metal laminated film patterning process in the fifth embodiment.
FIG. 10 is formed from a metal wiring pattern formed from a conventional metal laminated film having a TiN film on the top, and a metal laminated film having the TaN film or Ta film or W film of the present embodiment provided on the top. It is a figure which compares the number of pattern defects with a metal wiring pattern.
FIGS. 11A to 11D are cross-sectional views showing respective processes from a TiN film forming process to a metal laminated film patterning process in the sixth embodiment. FIGS.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing each process for forming a conventional metal wiring layer.
[Explanation of symbols]
11 Silicon oxide film
12 TiN film
13 Aluminum film
14 TiN film
15 Silicon oxide film
16 photoresist mask
17 Hard mask
18 Sediment
19 Metal wiring pattern
20 Metal laminated film
22 TaN film
23 Metal laminated film
24 hard mask
25 metal wiring pattern
27 Aluminum thin film
28 hard mask
30 Metal laminated film
31 Metal wiring pattern

Claims

A step (a) of forming a base layer, the uppermost part of which is formed of a titanium nitride film on the substrate and the lower part of which is formed of an aluminum film;
Forming an insulating film on the underlayer (b);
Forming a resist pattern on the insulating film (c);
A step (d) of forming a hard mask by patterning the insulating film by etching using the resist pattern as a mask;
A step (e) of removing the resist pattern by ashing after the step (d);
After the step (e), a step (f) of washing an exposed portion of the underlayer and the hard mask with an aqueous ammonium fluoride solution;
After the step (f), before exposing the substrate to the atmosphere, the step (g) of heating the entire substrate at a heating temperature of 60 ° C. or more and a heating time of 1 minute or more;
After the said process (g), the process (h) which etches the said base layer using the said hard mask, The manufacturing method of an electronic device.

A step (a) of forming an underlayer on the substrate, the uppermost portion being composed of at least one of a tantalum nitride film, a tantalum film, and a tungsten film, and the lower portion being composed of an aluminum film;
Forming an insulating film on the underlayer (b);
Forming a resist pattern on the insulating film (c);
A step (d) of forming a hard mask by patterning the insulating film by etching using the resist pattern as a mask;
A step (e) of removing the resist pattern by ashing after the step (d);
After the step (e), a step (f) of washing an exposed portion of the underlayer and the hard mask with an aqueous ammonium fluoride solution;
After the step (f), a method (g) for etching the base layer using the hard mask, and a method for manufacturing an electronic device.

A base layer is formed on the substrate, the uppermost layer being composed of at least one of an aluminum film, TaN film, Ta film, and W film, and the lower layer being composed of an upper titanium nitride film and a lower aluminum film. Step (a) to perform,
Forming an insulating film on the underlayer (b);
Forming a resist pattern on the insulating film (c);
A step (d) of forming a hard mask by patterning the insulating film by etching using the resist pattern as a mask;
A step (e) of removing the resist pattern by ashing after the step (d);
After the step (e), a step (f) of washing an exposed portion of the underlayer and the hard mask with an aqueous ammonium fluoride solution;
After the step (f), a step (g) of etching the aluminum film and the titanium nitride film of the base layer using the hard mask is provided.