(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部構造物上にアルミニウムを含む導電層を形成する段階と、
前記導電層上に絶縁層を形成する段階と、
開口部の形成される領域の前記絶縁層を表面に露出させるフォトレジストパターンを前記絶縁層上に形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを蝕刻マスクとする湿式蝕刻によって前記絶縁層の一部を等方性蝕刻することで、前記開口部の上部を形成する段階と、
前記開口部の前記上部の下に残された前記絶縁層を、Ｏ2／ＣＨＦ3混合ガスを使用したＲＩＥ方法によりテーパ蝕刻することで、下部に行くほど直径が小さくなる前記開口部の下部を形成する段階と、
前記導電層が前記開口部により露出されることを保障するために、ＣＦ4／Ｏ2混合ガスを使用して前記テーパ蝕刻の結果物をオーバエッチングする段階と、
前記オーバエッチングの結果物に対し、Ｏ2／ＣＨＦ3混合ガスを使用したＲＩＥ方式のスパッタリングを行う段階とを含むことを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
【請求項２】
前記ＲＩＥ方式のスパッタリング段階は、前記スパッタリングに対する前記絶縁層の蝕刻率よりフォトレジストの蝕刻率が大きい条件下で遂行されることを特徴とする請求項１項記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項３】
前記絶縁層は酸化シリコンで形成されたことを特徴とする請求項１項記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項４】
前記ＲＩＥ方式のスパッタリング段階は、ＲＦ電力が１５００〜２０００Ｗの範囲で遂行されることを特徴とする請求項１項から３項のいずれか一項記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項５】
前記ＲＩＥ方式のスパッタリング段階は、Ｏ2の含有量を７０％以上にするＯ2／ＣＨＦ3混合ガスを使用して遂行されることを特徴とする請求項１項から３項のいずれか１項記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項６】
前記オーバエッチング段階は、テーパ効果を増大させるために前記絶縁層に対するフォトレジストの蝕刻選択比が１：１以下の条件下で遂行されることを特徴とする請求項１項記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項７】
前記導電層の形成段階以後に、前記導電層上にＴiN層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１項記載の半導体装置の配線形成方法。
【請求項８】
前記ＲＩＥ方式のスパッタリング段階後に、Ｏ2プラズマを利用したアッシング段階、湿式蝕刻によるストリップ段階および前記アッシング段階及び前記ストリップ段階の結果物上に導電物質を塗布して第２導電層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１項記載の半導体装置の配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体装置の配線形成方法に係り、特にＡｌを含む導電層上に形成された絶縁層に開口部を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＬＳＩあるいはＶＬＳＩ技術の発展に従い、半導体装置は多層構造の導電層を有するのが一般的になった。導電層を多層構造として形成する場合、上下導電層の間の絶縁層にコンタクト通路となるブァイアホールを形成して下部導電層と上部導電層とを連結する。
【０００３】
図１Ａ〜図２Ｅは、Ａｌを含む物質からなる導電層上にブァイアホールを形成する一般的な方法を示す断面図である。
図１Ａは下部導電層１１およびフォトレジストパターン１３を形成する工程を示したものであり、半導体基板（図示せず）上に形成された下部構造物１０上にＡｌを含む導電性物質、すなわちＡｌやＡｌ合金などを蒸着して下部導電層１１を形成する工程と、下部導電層１１上にＳｉＯ２  のような絶縁物質を塗布して絶縁層１２を形成する工程、および絶縁層１２上にフォトレジスト膜を塗布した後、通常の写真工程で前記フォトレジスト膜をパターニングすることにより、ブァイアホールの形成される領域の絶縁層１２を表面に露出させる窓が部分的に形成されたフォトレジストパターン１３を形成する工程が行われる。
【０００４】
図１Ｂはブァイアホールの上部１４を形成する工程を示したものであり、フォトレジストパターン１３を蝕刻マスクとし、絶縁層１２を蝕刻対象物とした湿式蝕刻を行って絶縁層１２を一定の厚さまで等方性蝕刻することにより、ブァイアホールの上部１４を形成する。
図１Ｃはブァイアホールの下部１５を形成する工程を示したものであり、例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）方式のような異方性蝕刻工程で下部導電層１１の上表面が外部に露出されるまで残された前記絶縁層を蝕刻することによりブァイアホールの下部１５を形成する工程、および下部導電層１１が完全に表面に露出されるのを保障するために、下部導電層１１を蝕刻対象物としたオーバエッチングを行う工程が行われる。
【０００５】
図２Ｄはフォトレジストパターンを除去する工程を示したものであり、通常の方法で前記フォトレジストパターン（図１Ｃの参照符号１３）を除去する工程、およびＯ２プラズマを利用したアッシング（Ａｓｈｉｎｇ）と化学溶液を使用したストリップ工程が行われる。
図２Ｅは結果物上に導電物質を蒸着することにより、上部導電層１８を形成する工程を示す。
【０００６】
半導体装置が高集積化されるにつれ、ブァイアホールの大きさは小さくなり、そのアスペクト比は高くなる。このため、ブァイアホールに蒸着される導電物質の段差塗布性が悪くなり、ボイドが形成するなどのさまざまな問題点が生じる。
したがって、ブァイアホールのアスペクト比を低めるための方法として、前述したブァイアホールの形成方法で説明したように、ブァイアホールの上部は等方性蝕刻で形成し、その下部は異方性蝕刻で形成して、ブァイアホールの上部の直径を下部の直径より大きくしている。
【０００７】
また、半導体装置の集積度が増加するほど、下部構造物により発生する下部導電層のトポグラフィーの不均一性はさらに著しくなるため、その上部に形成される絶縁層の厚さは部位別に差を有する。
上下導電層を互いに接続させるためのブァイアホールを形成するにおいて、特定部位に配置された下部導電層上に形成された絶縁層の厚さが他の部位に配置された下部導電層上に形成された絶縁層の厚さより相対的に薄い場合、上下部導電層の接続を信頼性よく保障するために、前記ブァイアホール形成のための蝕刻工程は絶縁層が厚く形成された部位にその基準を合わせて行うべきである。したがって、絶縁層の厚さの薄い部位に形成されるブァイアホールは相対的にその厚さの厚い絶縁層に形成されるブァイアホールに比べてオーバエッチされる。絶縁層の厚さの薄い部位のブァイアホールが完成されたのちにも、絶縁層の厚さの厚い部位のブァイアホールは未だ完成されていない段階なので蝕刻工程が行われ続けねばならない。このため、絶縁層の厚さの薄い部位に形成されている下部導電層の表面を一定量蝕刻する。
【０００８】
一方、ブァイアホール形成のための蝕刻工程には、一般にＣＦ４やＣＨＦ３などのようなフルオロカーボン系のガスを使用する。これらのガスは絶縁層の蝕刻時に絶縁層を構成する物質と相互反応してＣＦＸ（Ｘ＝２，３，４）のような構造式を有するポリマーを生成し、特にオーバエッチング時には外部に露出される導電層の表面の活性化されたＡｌと反応してＡｌＦ３のような不揮発性の副産物を生成する。このような不揮発性の副産物の生成量はオーバエッチングが増加するにつれて増える。
【０００９】
絶縁層の蝕刻過程で生成するポリマーは後続する工程で容易に除去されるが、Ａｌと反応して生成された不揮発性の副産物は後続する工程であるアッシングとストリップ工程でも完全に除去されずブァイアホール内の導電層の表面に固着して残るようになるために、後続する配線工程で電気的な接続を妨げて半導体装置の不良率を高めて信頼性を低下させる。
【００１０】
図１Ｃ〜図２Ｅにおいて、参照符号１６は主に絶縁層の蝕刻過程で生成するポリマーからなる副産物を示し、参照符号１７は主にオーバエッチング工程時に生成する不揮発性の副産物を示す。
このような不揮発性の副産物は、下部導電層をＡｌを含む金属物質のみで形成せず、このＡｌを含む金属物質の上部に他の金属層を蒸着してブァイアホール形成時にオーバエッチに対してＡｌを含む金属物質を直接に蝕刻させないことにより、その生成を防止することができる。例えば、米国特許第４，９４８，４５９号（発明の名称；ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＥＮＡＢＬＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ  ＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ  ＴＯ  Ａ  ＳＵＢＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＦＯＲＭＩＮＧ  ＰＡＲＴ  ＯＦ  ＡＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥ  、発明者；Ｊｏｓｅｐｈｕｓ  Ｍ．  Ｆ．  Ｇ．  ｖａｎ  Ｌａａｒｈｏｖｅｎ．  ｅｔ  ａｌ、出願日；１９８９．  １．  ４）にはアルミニウムを含有する第１導電層上にアルミニウムを含有しない物質、例えばＴｉ  やＷなどからなる第２導電層を形成させ、ブァイアホール形成工程時に第１導電層をプラズマに直接に露出させないことにより、副産物の生成を防止する方法が開示されている。しかしながら、これはさらに複雑な工程を必要とする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、アルミニウムを含有する導電層上の絶縁層にブァイアホールのような開口部を形成するにおいて、その蝕刻過程で生成するポリマーや不揮発性の副産物などのような副産物を完全に除去できる半導体装置の配線形成方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、段差塗布性に優れた半導体装置の配線形成方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために本発明は、下部構造物上にアルミニウムを含む導電層を形成する段階と、前記導電層上に絶縁層を形成する段階と、開口部の形成される領域の前記絶縁層を表面に露出させるフォトレジストパターンを前記絶縁層上に形成する段階と、前記フォトレジストパターンを蝕刻マスクとする湿式蝕刻によって前記絶縁層の一部を等方性蝕刻することで、前記開口部の上部を形成する段階と、
前記開口部の前記上部の下に残された前記絶縁層を、Ｏ2／ＣＨＦ3混合ガスを使用したＲＩＥ方法によりテーパ蝕刻（Taper etching)することで、下部に行くほど直径が小さくなる前記開口部の下部を形成する段階と、
前記導電層が前記開口部により露出されることを保障するために、ＣＦ4／Ｏ2混合ガスを使用して前記テーパ蝕刻の結果物をオーバエッチングする段階と、
前記オーバエッチングの結果物に対し、Ｏ2／ＣＨＦ3混合ガスを使用したＲＩＥ方式のスパッタリングを行う段階とを含むことを特徴とする半導体装置の配線形成方法を提供する。
【００１５】
本発明による半導体装置の配線形成方法の具体的な実施例によれば、前記オーバエッチング段階は、テーパ効果を増大させるために前記絶縁層に対するフォトレジストの蝕刻選択比が１：１以下の条件下で遂行されることをその特徴とする。
【００１６】
本発明による半導体装置の配線形成方法のさらに他の具体的な実施例によれば、前記導電層の形成段階以後に、前記導電層上にＴiN層を形成する段階をさらに含む。
本発明による半導体装置の配線形成方法のさらに他の具体的な実施例によれば、前記ＲＩＥ方式のスパッタリング段階は、前記スパッタリングに対する前記絶縁層の蝕刻率よりフォトレジストの蝕刻率が大きい条件下で遂行される。
【００１７】
より具体的には、前記絶縁層を酸化シリコンで形成し、ＲＦ電力が１５００〜２０００Ｗの範囲で、Ｏ2の含有量を７０％以上にするＯ2／ＣＨＦ3混合ガスを使用して遂行される。
本発明による半導体装置の配線形成方法のさらに他の具体的な実施例によれば、前記ＲＩＥ方式のスパッタリング段階後に、Ｏ2プラズマを利用したアッシング段階、湿式蝕刻によるストリップ段階および前記アッシング段階及び前記ストリップ段階の結果物上に導電物質を塗布して第２導電層を形成する段階をさらに含むことをその特徴とする。
【００１８】
【作用】
本発明による半導体装置の配線形成方法によると、フルオロカーボン系のガスを使用したＲＩＥ方式のスパッタリングを行うことにより、アルミニウムを含有した導電層上にブァイアホールのような開口部を形成する時に生成するポリマーや不揮発性の副産物などのような副産物を完全に除去することができる。また、開口部はテーパ形態の側壁を有するので、導電物質の段差塗布性が向上する。
【００１９】
【実施例】
以下、添付した図面に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
図３Ａ〜図４Ｆは本発明による半導体装置の配線形成方法の一実施例を示す断面図である。
図３Ａは下部導電層２１、絶縁層２２およびフォトレジストパターン２３を形成する工程を示したものであり、半導体基板（図示せず）上に形成された下部構造物２０上に、例えばスパッタリング方法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法でＡｌを含有した導電物質を蒸着させることにより、下部導電層２１を形成する第１工程、下部導電層２１上に、例えばＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法によって酸化シリコンや窒化シリコンのような絶縁物質を蒸着して絶縁層２２を形成する第２工程、および絶縁層２２上にフォトレジスト膜を形成したのちに、通常の写真工程によって前記フォトレジスト膜をパターニングすることにより、ブァイアホールのような開口部の形成される領域の絶縁層２２を表面に露出させるウインド２９の形成されたフォトレジストパターン２３を形成する第３工程が行われる。
【００２０】
この際、下部導電層２１を構成する導電物質は純粋なＡｌやＡｌ−Ｓｉ  −Ｃｕ  合金あるいはＡｌ  −Ｓｉ  −Ｔｉ  合金のようなＡｌ  合金である。下部導電層２１は、図３Ａに示すように板形に平らに形成することもでき、必要に応じてパターニングされ所定の形を有する導電層パターン（図示せず）に形成することもできる。また、図５に示すように、下部導電層２１上にＴｉＮを蒸着してＴｉＮ層２８を形成することもできる。これは下部導電層２１をパターニングするためのリソグラフィ工程時に、Ａｌを含む下部導電層２１の反射率を低下させてフォトレジストの解像度を向上させるためである。一方、ウインド２９は、上部側（フォトレジストパターン２３の上表面の側）の直径が下部側（フォトレジストパターン２３の下表面の側）より大きくなるように形成されるのが望ましい。
【００２１】
図３Ｂは開口部の上部２４を形成する工程を示したものであり、フォトレジストパターン２３を蝕刻マスクとした湿式蝕刻工程を行って絶縁層２２を所定量蝕刻する。
この際、前記湿式蝕刻工程に使用される蝕刻溶液は、例えばＨＦあるいはＢＯＦ（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｅｔｃｈａｎｔ）  などである。湿式蝕刻は等方性蝕刻の一種なので、これによって蝕刻された絶縁層２２の表面は半球状に陥没される。これは開口部の入口を広める役割を果して、結果的に開口部のアスペクト比を低くする。
【００２２】
図３Ｂにおいて、説明の便宜上１つの開口部を形成する場合のみ示したが、数個の開口部を同時に形成することも可能である。
図３Ｃは開口部の上部（図３Ｂの参照符号２４）の下に残された絶縁層２２をＲＩＥ方法によってテーパ蝕刻して、その直径が下部に行くほど小さくなる開口部の下部２５を形成する工程を示す。
【００２３】
前記テーパ蝕刻は、例えば絶縁層２２が酸化シリコンからなる場合には、Ｏ２の含有量が一般的なＯ２／ＣＨＦ３混合ガスより低いＯ２／ＣＨＦ３混合ガスを使用して、蝕刻終了点を下部導電層２１の上表面にして行われる。この際、Ｏ２のガス比率は１５％以下（Ｏ２とＣＨＦ３とのガスを合わせた全体量を１００とした時に、そのうちでＯ２ガスの量は１５％以下）とすることが望ましい。
【００２４】
テーパ状の開口部の側壁は、副産物を除去するために施されるＲＩＥ方式によるスパッタリング工程（図４Ｅ参照）において副産物を容易に除去することを可能とするだけでなく、上部導電層を形成するために導電物質で開口部を満たす後続する工程（図４Ｆ参照）において導電物質の段差塗布性を向上させる。
絶縁層を蝕刻してテーパ状の側壁を有する開口部を形成するテーパ蝕刻方法は既に公知である。例えば、米国特許第４，９７８，４２０号（発明の名称；SINGLE CHAMBER VIA ETCH THROUGH A DUAL-LAYER DIELECTRIC 、発明者；Valerie A.Bach, et al. 、出願日；1990. 1. 3）には酸化シリコン層と窒化シリコン層からなる二重の絶縁層を蝕刻してテーパ状の側壁を有するブァイアホールを形成する方法が開示されている。
【００２５】
テーパ状の側壁を有する開口部を形成するために、前記特許に開示された方法を本発明の実施例に適用することもできる。
図４Ｄは下部導電層２１の露出を保障するために、絶縁層２２の蝕刻のために使用されたＯ２／ＣＨＦ３混合ガスがＣＦ４／Ｏ２混合ガスに代わったのちに下部導電層２１をオーバエッチングする工程を示す。
【００２６】
図３Ｃで説明したテーパ蝕刻は、下部導電層上２１に形成された絶縁層２２の厚さが相対的に薄い部分をその基準として施される。よって、絶縁層２２の厚さの薄い部分に形成される開口部は前記テーパ蝕刻のみで十分に下部導電層２１を露出させることができるが、相対的に絶縁層２２の厚さの厚い部分に形成される開口部は、前記テーパ蝕刻を終了した後にも下部導電層２１を完全に露出させることができなくなる。前記オーバエッチングは、このような問題点を解決するためのものであり、半導体基板上に形成される所定個数の開口部が全て完全に形成されうるようにする。
【００２７】
オーバエッチングに用いられる前記ＣＦ４／Ｏ２混合ガスは、所定の蝕刻に対してフォトレジストに対する絶縁層の選択比の低い条件（ほぼ１：１）に調節して使用するのが望ましい。ＣＦ４／Ｏ２混合ガスを使用すれば、Ｏ２／ＣＨＦ３混合ガスを使用するよりポリマーや不揮発性の副産物などのような副産物の生成が少ない。また、前述したように、フォトレジストに対する絶縁層の選択比が低くなるようにその蝕刻率を調節することにより、オーバエッチングが進むうちにフォトレジストも同時に消耗されて開口部の側壁の角度を一層小さくする。図４Ｄにおいて、参照符号２６は主に絶縁層の蝕刻過程で生ずるポリマーからなる副産物を示し、参照符号２７は主にオーバエッチング工程時に生ずる不揮発性の副産物を示す。
【００２８】
図４Ｅはポリマーや不揮発性の副産物およびフォトレジストパターンを除去する工程を示したものであり、絶縁層２２に対するフォトレジストの蝕刻選択比が高くなるように（所定の蝕刻に対して前記絶縁層の蝕刻率を１とした時に、前記フォトレジストの蝕刻率は少なくとも５以上）工程条件の調節されたＲＩＥ方式によるスパッタリング工程を結果物の全面に行うことにより、エッチングやオーバエッチング工程で生成したポリマーや不揮発性の副産物などのような副産物２６、２７およびオーバエッチング工程で消耗されていないフォトレジストパターン２３ａを除去する。
【００２９】
この際、前記ＲＩＥ方式のスパッタリング工程は、具体的には、Ｏ2の含有量を高めたフルオロカーボン系のガスとＯ2との混合ガスを使用し、ＲＦ電力を高めて遂行される。より具体的には、絶縁層２２が、例えば酸化シリコンからなる場合には、Ｏ2の含有量を７０％以上にするＯ2／ＣＨＦ3混合ガスを使用するのが望ましく、ＲＦ電力は１５００〜２０００Ｗの範囲が望ましい。
【００３０】
前述したＲＩＥ方法の蝕刻（図３Ｃ参照）は、プラズマ内の活性化されたラジカルとイオンとを、下部膜（蝕刻対象物）にダングリングボンドされているイオンと反応させた後に揮発させる蝕刻方法であり、ここでのＲＩＥ方式のスパッタリングは、ラジカルによる化学的な反応なく物理的な打撃によって粒子をスパッタリングさせる方式である。該方式が通常の物理的なスパッタリングに比べて有利な点は、フォトレジストパターンを除去すると同時に副産物まで取り除けることである。
【００３１】
次いで、Ｏ２プラズマを利用したアッシングと湿式蝕刻とによるストリップ工程を遂行することにより、図４Ｅに示したように、ポリマーや不揮発性の副産物などが完全に除去された開口部が得られる。
図４Ｆは上部導電層３０を形成する工程を示したものであり、ポリマーや不揮発性の副産物などが完全に除去された結果物上にＡｌのような導電物質を蒸着することにより上部導電層３０を形成する。
【００３２】
図５は本発明による半導体装置の配線形成方法の他の実施例を示す断面図であり、アルミニウムを含む下部導電層２１上にＴｉＮのような導電物質を蒸着してＴｉＮ層２８を形成した場合を示す。
これは下部導電層２１をパターニングするためのリソグラフィー工程時、Ａｌを含む下部導電層２１の反射率を低めてフォトレジストの解像度を向上させるためである。
【００３３】
【効果】
以上説明したように、本発明による半導体装置の配線形成方法によれば、フルオロカーボン系のガスと酸素との混合ガスを使用してアルミニウムを含む導電層上の絶縁層を蝕刻することにより、ブァイアホールのような開口部を形成する際に生成するポリマーや不揮発性などのような副産物を完全に除去することができ、よって、半導体装置の収率と信頼性とを向上させるだけでなく、開口部がテーパ状の側壁をもつので段差塗布性が向上する。
【００３４】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲内において種々の改変をなし得ることは無論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術による半導体装置の配線形成方法を示す断面図である。
【図２】従来の技術による半導体装置の配線形成方法を示す断面図である。
【図３】本発明による半導体装置の配線形成方法の一実施例を示す断面図である。
【図４】本発明による半導体装置の配線形成方法の一実施例を示す断面図である。
【図５】本発明による半導体装置の配線形成方法の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
２０      下部構造物
２１      下部導電層（導電層）
２２      絶縁層
２３      フォトレジストパターン
２４      開口部の上部
２５      開口部の下部
２６      副産物
２７      副産物
２８      ＴｉＮ層
２９      ウインド
３０      上部導電層
【図１】
0003571784.tif 000002
【図２】
0003571784.tif 000003
【図３】
0003571784.tif 000004
【図４】
0003571784.tif 000005
【図５】
0003571784.tif 000006