(57)【要約】【課題】コンタクトホールの埋め込み不良を容易に検出することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基板１０上の絶縁膜１５を貫通するコンタクトホール１６の内部及び絶縁膜１５上にタングステン膜２０を形成する工程と、基板１０をフッ化水素を含む溶液に浸漬させる工程と、基板１０をアンモニアを含む溶液に浸漬させる工程と、タングステン膜２０をエッチバックする工程と、を備え、タングステン膜２０の埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａがある場合には、フッ化水素を含む溶液に浸漬させる工程において、不良なコンタクトホール１６ａの底面に基板１０を露出させ、アンモニアを含む溶液に浸漬させる工程において、露出させた基板１０をエッチングする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の絶縁膜を貫通するように形成されたコンタクトホールの内部にタングステン膜を埋め込むとともに、前記絶縁膜上に前記タングステン膜を形成する工程と、
前記タングステン膜が形成された前記基板を、フッ化水素を含む溶液に浸漬させる工程と、
前記フッ化水素を含む溶液に浸漬させた前記基板を、アンモニアを含む溶液に浸漬させる工程と、
前記アンモニアを含む溶液に浸漬させた前記基板の前記タングステン膜をエッチバックする工程と、
を備え、
前記タングステン膜を形成する工程において、前記タングステン膜の埋め込みが不良な前記コンタクトホールがある場合には、
前記フッ化水素を含む溶液に浸漬させる工程において、前記不良なコンタクトホールの底面に前記基板を露出させ、
前記アンモニアを含む溶液に浸漬させる工程において、露出させた前記基板をエッチングする、
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関するものであり、例えば、基板上の絶縁膜に形成されたコンタクトホールの内部及び絶縁膜上に導電膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、絶縁膜を貫通して形成されたコンタクトホールをタングステン・プラグで埋め込み、かつ絶縁膜上にブランケット・タングステン膜を形成するタングステン成膜工程と、基板面に直交する方向に所定深さまでブランケット・タングステン膜をエッチバックする第１エッチバック工程と、ブランケット・タングステン膜上に配線層を形成する工程と、レジスト膜のマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを使用して配線層をエッチングする配線層エッチング工程と、同じマスクパターンを使用してブランケット・タングステン膜をエッチバックする第２エッチバック工程と、を備えた半導体装置の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−００８１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置の製造方法においては、画像検査や目視検査によって、コンタクトホールへの埋め込み不良を精度よく検出することができない。埋め込み正常品と、埋め込み異常品とを判別できず、正常品を異常品と判別することがあるため、製品歩留まりを向上させることができない。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、コンタクトホールへの埋め込み不良を容易に検出することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、基板上の絶縁膜を貫通するように形成されたコンタクトホールの内部にタングステン膜を埋め込むとともに、前記絶縁膜上に前記タングステン膜を形成する工程と、前記タングステン膜が形成された前記基板を、フッ化水素を含む溶液に浸漬させる工程と、前記フッ化水素を含む溶液に浸漬させた前記基板を、アンモニアを含む溶液に浸漬させる工程と、前記アンモニアを含む溶液に浸漬させた前記基板の前記タングステン膜をエッチバックする工程と、を備え、前記タングステン膜を形成する工程において、前記タングステン膜の埋め込みが不良な前記コンタクトホールがある場合には、前記フッ化水素を含む溶液に浸漬させる工程において、前記不良なコンタクトホールの底面に前記基板を露出させ、前記アンモニアを含む溶液に浸漬させる工程において、露出させた前記基板をエッチングする。このような構成により、コンタクトホールへの埋め込み不良を容易に検出することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、コンタクトホールへの埋め込み不良を容易に検出することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、コンタクトホールへの埋め込みが正常な場合を示す。
【図２】実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示したフローチャート図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、コンタクトホールへの埋め込みが不良な場合を示す。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、コンタクトホールへの埋め込みが不良な場合を示す。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、比較例に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１０】
実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、コンタクトホールへの埋め込み不良を容易に検出する方法を含んでいる。まず、コンタクトホールへの埋め込みが正常な場合の半導体装置の製造方法を示す。その後、コンタクトホールへの埋め込みが不良な場合を示し、どのような過程を経て、埋め込み不良を検出することができるかを示す。
【００１１】
図１（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、コンタクトホールへの埋め込みが正常な場合を示す。図２は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示したフローチャート図である。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、半導体装置の製造方法においては、まず、基板１０にトレンチゲート１１を形成する。基板１０は、例えば、シリコン基板等の半導体基板である。なお、基板１０の材料は、シリコンを含むものに限らない。基板１０の材料は、アンモニアを含む溶液によりエッチングされる材料が好ましい。
【００１３】
トレンチゲート１１は、次のようにして形成する。すなわち、所定の領域に、所定の不純物を所定の濃度で導入させた基板１０を準備する。そして、基板１０上にハードマスク等を形成し、パターニングする。パターニングされたハードマスクを用いて、例えば、異方性ドライエッチングにより、複数のトレンチ１２を形成する。そして、ハードマスクを除去した後に、例えば、熱酸化等により、基板１０の表面及びトレンチ１２の内面に絶縁膜１３を形成する。次に、トレンチ１２の内部を埋め込むように、絶縁膜１３上に、例えば、ＣＶＤ等により、リンがドープされたポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）膜を形成する。そして、例えば、ドライエッチング等により、ポリシリコン膜をトレンチ１２の内部までエッチバックする。このようにして、トレンチ１２の内部をポリシリコン膜で埋め込み、トレンチゲート１１を形成する。なお、トレンチ１２内のポリシリコン膜上に絶縁膜１４を形成してもよい。
【００１４】
次に、基板１０の上面上に、例えば、ＣＶＤ等により、絶縁膜１５を形成する。絶縁膜１５は、例えば、酸化シリコンを含んだＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜等である。なお、絶縁膜１５としては、ＰＳＧ膜に限らない。絶縁膜１５は、基板１０よりも、アンモニアを含む溶液によるエッチング速度が遅いものが好ましい。同様に、絶縁膜１３も、アンモニアを含む溶液によるエッチング速度が遅いものが好ましい。
【００１５】
次に、絶縁膜１５にコンタクトホール１６を形成する。コンタクトホール１６は、絶縁膜１５上に形成したレジスト膜をパターニングし、パターニングされたレジスト膜を用いて、例えば、異方性ドライエッチング等により、形成する。コンタクトホール１６は、基板１０上の絶縁膜１５及び絶縁膜１３を貫通するように形成される。よって、コンタクトホール１６の底面には、基板１０の上面が露出する。絶縁膜１５上に形成されたレジスト膜は、アッシング等により除去する。このようにして、図１（ａ）に示す構造が形成される。
【００１６】
なお、半導体装置は、トレンチゲート１１を有するトレンチゲート構造に限らず、基板１０の上面に形成されたゲート絶縁膜上にゲートを有するプレーナ構造でもよい。また、コンタクトホール１６は、孔状のものに限らない。基板１０の上方から見て一方向に延びた溝状のコンタクトホール１６でもよい。
【００１７】
次に、図１（ｂ）及び図２のステップＳ１に示すように、コンタクトホール１６の内部及び絶縁膜１５上にタングステン膜２０を形成する。タングステン膜２０を形成する際には、例えば、スパッタリング、または、ＣＶＤ等により、コンタクトホール１６の内部にタングステン膜２０を埋め込むとともに、絶縁膜１５上にタングステン膜２０を形成する。なお、タングステン膜２０を形成する前に、コンタクトホール１６の内部及び絶縁膜１５上に密着層及びバリアメタル層として機能するＴｉ／ＴｉＮ膜１９を形成してもよい。その場合には、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１９をスパッタリング、または、ＣＶＤ等により絶縁膜１５上に形成し、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１９を覆うように、スパッタリング、または、ＣＶＤ等によりタングステン膜２０を形成する。Ｔｉ／ＴｉＮ膜１９は、チタン及び窒化チタンを含んでいる。
【００１８】
次に、図２のステップＳ２に示すように、タングステン膜２０が形成された基板１０を、フッ化水素を含む溶液に浸漬させる。フッ化水素を含む溶液は、例えば、フッ酸である。コンタクトホール１６への埋め込みが正常の場合には、基板１０の上面は、タングステン膜２０によって覆われている。タングステン膜２０は、フッ化水素を含む溶液に、ほとんど溶解しない。よって、コンタクトホール１６への埋め込みが正常の場合には、基板１０上の構造に対して悪影響を及ぼさない。フッ化水素を含む溶液に浸漬させた後は、基板１０を水洗し乾燥させる。これにより、基板１０からフッ化水素を含む溶液を除去する。
【００１９】
次に、図２のステップＳ３に示すように、フッ化水素を含む溶液に浸漬させた基板１０を、アンモニアを含む溶液に浸漬させる。アンモニアを含む溶液は、例えば、アンモニア水である。コンタクトホール１６への埋め込みが正常の場合には、基板１０の上面は、タングステン膜２０によって覆われている。タングステン膜２０は、アンモニアを含む溶液に、ほとんど溶解しない。よって、コンタクトホール１６への埋め込みが正常の場合には、基板１０上の構造に対して悪影響を及ぼさない。アンモニアを含む溶液に浸漬させた後は、基板１０を水洗し乾燥させる。これにより、基板１０からアンモニアを含む溶液を除去する。
【００２０】
次に、図１（ｃ）及び図２のステップＳ４に示すように、アンモニアを含む溶液に浸漬させた基板１０のタングステン膜２０をエッチバックする。例えば、ドライエッチング等により、タングステン膜２０及びＴｉ／ＴｉＮ膜１９を、絶縁膜１５の上面が露出するまでエッチバックする。これにより、コンタクトホール１６に埋め込まれたプラグ２１が形成される。なお、エッチバックは、絶縁膜１５の上面が露出するまで行わずに、所定の厚さまで行い、その後、所定の厚さで残留したタングステン膜２０をパターニングして配線に用いてもよい。
【００２１】
タングステン膜２０をエッチバックした後、プラグ２１に接続する配線等を形成する工程等、所定の工程を経て半導体装置が製造される。その後、製造された半導体装置について、電気特性の測定が行われる。コンタクトホール１６への埋め込みが正常の場合には、所定の電気特性値を得ることができる。
【００２２】
次に、コンタクトホール１６への埋め込みが不良な場合において、埋め込み不良を容易に検出する方法を説明する。
【００２３】
図３（ａ）〜（ｃ）及び図４（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、タングステン膜２０の埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａを含む場合を示す。
【００２４】
まず、図３（ａ）に示すように、基板１０にトレンチゲート１１を形成し、トレンチゲート１１を覆うように基板１０上に絶縁膜１５を形成する。そして、基板１０上に形成された絶縁膜１５にコンタクトホール１６を形成する。この工程は、上述の図１（ａ）における工程と同様であるので、説明を省略する。
【００２５】
次に、図２のステップ１及び図３（ｂ）に示すように、コンタクトホール１６の内部及び絶縁膜１５上にタングステン膜２０を形成する。なお、タングステン膜２０の形成前に、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１９を形成してもよい。タングステン膜２０を形成する際に、タングステン膜２０の埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａが形成される場合がある。本実施形態では、そのようなタングステン膜２０の埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａを、以下の工程で顕在化させる。
【００２６】
すなわち、図２のステップＳ２及び図３（ｃ）に示すように、フッ化水素を含む溶液に浸漬させる工程において、タングステン膜２０の埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａの底面に基板１０を露出させる。基板１０を、フッ化水素を含む溶液に浸漬させることによって、コンタクトホール１６ａの底面に形成されたＴｉ／ＴｉＮ膜１９を除去することができる。また、例えば、コンタクトホール１６ａの底面に酸化膜等が形成されている場合にも、フッ化水素を含む溶液に浸漬させることによって、酸化膜を除去することができる。このようにして、コンタクトホール１６ａの底面に基板１０を露出させることができる。フッ化水素を含む溶液に浸漬させた後は、水洗及び乾燥等を行い、基板１０からフッ化水素を含む溶液を除去する。
【００２７】
次に、図２のステップＳ３及び図４（ａ）に示すように、アンモニアを含む溶液に浸漬させる工程において、コンタクトホール１６ａの底面に露出させた基板１０をエッチングする。これにより、基板１０に、切込み状にエッチングされたエッチング部１７が形成される。なお、エッチング部１７の形状は、切込み状に限らない。
【００２８】
次に、図３のステップＳ４及び図４（ｂ）に示すように、タングステン膜２０をエッチバックする。例えば、ドライエッチング等により、タングステン膜２０及びＴｉ／ＴｉＮ膜１９を、絶縁膜１５の上面が露出するまでエッチバックする。これにより、埋め込みが正常のコンタクトホール１６の内部にプラグ２１を形成することができる。一方、埋め込みが不良のコンタクトホール１６ａでは、プラグ２１が形成されずに開口した開口部１８となる。開口部１８の下方には、基板１０がエッチングされたエッチング部１７が形成されている。
【００２９】
その後、所定の工程を経て、半導体装置が製造される。製造された半導体装置に対して、電気特性を測定する。埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａにおける開口部１８には、プラグ２１が形成されていない。また、エッチング部１７は、基板１０がエッチングされて形状が大きく変化している。よって、埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａを含んだ部分における電気特性値は、埋め込みが正常な部分の電気特性値から大きく変動する。
【００３０】
一方、コンタクトホール１６への埋め込みが正常の場合には、所定の電気特性値を得ることができる。これにより、埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａを顕在化することができる。よって、電気特性を測定することにより、埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａを容易に検出することができる。
【００３１】
次に、実施形態の効果を説明する前に、比較例に係る半導体装置の製造方法を説明する。その後、比較例と対比させて、実施形態の効果を説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、比較例に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図である。
【００３２】
比較例においては、図５（ａ）に示すように、基板１０にトレンチゲート１１を形成し、トレンチゲート１１を覆うように基板１０上に絶縁膜１５を形成する。そして、基板１０上に形成された絶縁膜１５にコンタクトホール１６を形成する。この工程は、上述の図１（ａ）における工程と同様であるので、説明を省略する。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板１０上の絶縁膜１５上にタングステン膜２０を形成する。タングステン膜２０を形成する工程において、タングステン膜２０の埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａがある場合は、上述の図３（ｂ）と同様であるので、説明を省略する。
【００３４】
次に、図５（ｃ）に示すように、タングステン膜２０及びＴｉ／ＴｉＮ膜１９を、絶縁膜１５の上面が露出するまでエッチバックする。これにより、埋め込みが正常のコンタクトホール１６では、内部にプラグ２１が形成される。一方、埋め込みが不良のコンタクトホール１６ａでは、プラグ２１が形成されずに開口した開口部１１８となる。開口部１１８の下方の基板１０は、エッチングされていない。なお、開口部１１８の下方の基板１０は、露出せず、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１９で覆われている場合もある。また、開口部１１８の周囲が、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１９で囲まれている場合もある。
【００３５】
このように、比較例では、タングステン膜２０が形成された基板１０を、フッ化水素を含む溶液に浸漬させていない。また、アンモニアを含む溶液にも浸漬させていない。よって、埋め込みが不良のコンタクトホール１６ａの下方にエッチング部１７が形成されていない。したがって、比較例の方法で製造された半導体装置に対して電気特性を測定しても、電気特性値の変動を検出することが困難である。よって、埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａを検出するのが困難である。
【００３６】
また、比較例の製造工程の途中における基板１０、または、製造された半導体装置に対して、画像検査または目視検査を行っても、コンタクトホール１６の径は、１μｍ以下であり、微小であるので、埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａを検出することは困難である。さらに、埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａには、コンタクトホール１６ａが完全に埋め込まれていない状態もあれば、コンタクトホール１６ａが部分的に埋め込まれていない状態もある。したがって、埋め込みが不良な様々な状態が混在し、均一ではないので、埋め込みが正常か不良かを正確に判定することができない。よって、埋め込み正常品と、不良品とを判別できず、正常品を不良品と判定することがあり、製品歩留まりを向上させることができない。
【００３７】
次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態の半導体装置の製造方法は、比較例の製造方法と異なり、タングステン膜２０で覆われた基板１０を、フッ化水素を含む溶液に浸漬させる工程と、アンモニアを含む溶液に浸漬させる工程とを含んでいる。よって、タングステン膜２０の埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａの下方の基板１０が、大きくエッチングされる。これにより、半導体装置の電気特性値が大きく変動し、埋め込みが不良なコンタクトホール１６ａを顕在化させ、容易に検出することができる。
【００３８】
また、フッ化水素を含む溶液及びアンモニアを含む溶液は、タングステン膜２０をほとんど溶解しない。よって、タングステン膜２０の埋め込みが正常なコンタクトホール１６に対しては、フッ化水素を含む溶液に浸漬させる工程及びアンモニアを含む溶液に浸漬させる工程の影響が及ばない。これにより、埋め込みが正常なコンタクトホール１６を有する半導体装置を正常品として出荷することができる。
【００３９】
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  基板
１１  トレンチゲート
１２  トレンチ
１３、１４、１５  絶縁膜
１６、１６ａ  コンタクトホール
１７  エッチング部
１８、１１８  開口部
２０  タングステン膜
２１  プラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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