(57)【要約】【課題】層間絶縁層のコンタクトホールに埋め込まれたコンタクトプラグを介して上層側の金属配線層と下層側の金属配線層とを電気的に接続する際の接続抵抗を低減する。【解決手段】第２の層間絶縁層の上に少なくともコンタクトホールを形成する位置に開口部を有するレジスト層を形成する工程Ｓ１−４と、レジスト層を用いて第２の層間絶縁層をパターニングすることによって、第２の層間絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成する工程Ｓ１−５と、コンタクトホールの内部に付着したポリマーを含む残渣をスチーム酸化によって除去する工程Ｓ１−７とを有する。【選択図】図１
2011155202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に第１の層間絶縁層を形成する工程と、
前記第１の層間絶縁層の上に第１の金属配線層を形成する工程と、
前記第１の金属配線層を覆う第２の層間絶縁層を形成する工程と、
前記第２の層間絶縁層の上に少なくともコンタクトホールに対応した位置に開口部を有するレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層を用いて前記第２の層間絶縁層をパターニングすることによって、前記第２の層間絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールの内部に付着したポリマーを含む残渣をスチーム酸化によって除去する工程と、
前記コンタクトホールに導電材料を埋め込み形成することによって、前記第１の金属配線層と電気的に接続されるコンタクトプラグを形成する工程と、
前記第２の層間絶縁層の上に前記コンタクトプラグと電気的に接続される第２の金属配線層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の金属配線層の上面がタングステンからなり、タングステンの酸化反応を抑制し、且つ、還元反応を強くした雰囲気で、前記スチーム酸化を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記スチーム酸化を７００〜９００℃の範囲で行うと共に、その際の水蒸気分圧と水素分圧との比率（Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧）を１／１００〜１の範囲とすることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記スチーム酸化を４００〜９００℃の範囲で行うと共に、その際の水蒸気分圧と水素分圧との比率（Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧）を１／１００〜１／１５の範囲とすることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。 
【請求項５】
前記レジスト層を形成する工程の前に、前記第２の層間絶縁層の上にマスク層を形成する工程を有し、
前記マスク層の上に少なくともコンタクトホールを形成する位置に開口部を有するレジスト層を形成した後、当該レジスト層を用いて前記マスク層をパターニングし、パターニングされたマスク層を用いて、前記第２の層間絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記コンタクトホールを形成する工程と、前記スチーム酸化を行う工程の間に、酸素ガスを用いたプラズマアッシングを行う工程を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の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、コンタクトプラグを有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置では、所定の回路を形成するための金属配線層（配線パターン）として、例えばタングステン（Ｗ）やアルミニウム（Ａｌ）などが用いられている。特に、タングステンは、耐熱性を備えているため、半導体装置の形成の途中工程で用いられることが多い。さらに、タングステン酸化膜が形成された基板を還元性雰囲気中で熱処理することによってタングステン膜とする方法も提案されている。（例えば、特許文献１を参照。）
【０００３】
また、層間絶縁層を挟んだ下層側の金属配線層と上層側の金属配線層とを電気的に接続（層間接続）するためのコンタクトプラグは、層間絶縁層を貫通するコンタクトホールに導電材料を埋め込むことによって形成される。
【０００４】
ところで、このようなコンタクトプラグを有する半導体装置では、層間絶縁層に形成されるコンタクトホールの内部に、主にカーボンとフッ素を含有するポリマーが付着することが知られている（例えば、特許文献２，３を参照。）。
【０００５】
このポリマーは、コンタクトホールを形成する際のドラエッチングに起因して堆積するものであり、コンタクトプラグを介して電気的に接続される金属配線層間の接続抵抗の上昇を引き起こすことから、コンタクトホールを形成した後に除去する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１４５０６７号公報
【特許文献２】特開平８−２９８２８７号公報
【特許文献３】特開平９−３３０９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、コンタクトホールの内部に堆積したポリマーは、酸素ガスをプラズマ化して用いるアッシング法によって除去していた。しかしながら、近年の微細化の進展によって、コンタクトホールの開口サイズも縮小し、アスペクト比が大きくなったことにより、コンタクトホールの底部近傍に付着しているポリマーをアッシングにより除去することが困難になってきている。
【０００８】
例えば、設計ルール５０ｎｍ世代のＤＲＡＭでは、メモリセルに使用するキャパシタの高さを高くして静電容量を確保するため、層厚２μｍ程度の層間絶縁層を設ける必要がある。この場合、そのような分厚い層間絶縁層を貫通して形成されたコンタクトホールでは、アスペクト比が１０以上となり、コンタクトホールの底部近傍に堆積したポリマーを除去することは困難である。
【０００９】
このため、従来の半導体装置の製造方法では、タングステンからなる金属配線層上に、接続抵抗の上昇を抑えてコンタクトプラグを形成することは困難であった。また、ポリマーを除去するため、薬液を使用した洗浄を行うこともできるが（特許文献２を参照）、特別な薬液が必要なため、容易に実施できなかった。さらに、使用する薬液の種類によっては、層間絶縁層もエッチングされてしまい、コンタクトホールが所望のサイズ以上に拡大してしまうという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の上に第１の層間絶縁層を形成する工程と、第１の層間絶縁層の上に第１の金属配線層を形成する工程と、第１の金属配線層を覆う第２の層間絶縁層を形成する工程と、第２の層間絶縁層の上に少なくともコンタクトホールを形成する位置に開口部を有するレジスト層を形成する工程と、レジスト層を用いて第２の層間絶縁層をパターニングすることによって、第２の層間絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成する工程と、コンタクトホールの内部に付着したポリマーを含む残渣をスチーム酸化によって除去する工程と、コンタクトホールに導電材料を埋め込み形成することによって、第１の金属配線層と電気的に接続されるコンタクトプラグを形成する工程と、第２の層間絶縁層の上にコンタクトプラグと電気的に接続される第２の金属配線層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明に係る半導体装置の製造方法では、コンタクトホールの内部に付着したポリマーを含む残渣をスチーム酸化によって適切に除去することが可能である。特に、第２の層間絶縁層にアスペクト比の大きいコンタクトホールを形成した場合でも、このコンタクトホールの底部近傍に付着しているポリマーを含む残渣を除去することが可能である。したがって、本発明よれば、この第２の層間絶縁層のコンタクトホールに埋め込まれたコンタクトプラグを介して第１の金属配線層と第２の金属配線層とを電気的に接続する際の接続抵抗を低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示すフローチャートである。
【図２】第１の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図３】第１の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図４】第１の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図５】第１の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図６】第１の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図７】第１の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図８】第１の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図９】第１の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図１０】第１の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図１１】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示すフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図１３】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図１４】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図１５】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図１６】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図１７】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図１８】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図１９】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図２０】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図２１】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図２２】第２の実施形態における半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図２３】本発明を適用して製造される半導体装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した半導体装置の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１４】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態として図１に示すフローチャートに従って半導体装置を製造する場合について説明する。
本発明を適用した半導体装置の製造方法は、基板の上に第１の層間絶縁層を形成する工程Ｓ１−１と、第１の層間絶縁層の上に第１の金属配線層を形成する工程Ｓ１−２と、第１の金属配線層を覆う第２の層間絶縁層を形成する工程Ｓ１−３と、第２の層間絶縁層の上に少なくともコンタクトホールを形成する位置に開口部を有するレジスト層を形成する工程Ｓ１−４と、レジスト層を用いて第２の層間絶縁層をパターニングすることによって、第２の層間絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成する工程Ｓ１−５と、第２の層間絶縁層の上からレジスト層を除去する工程Ｓ１−６と、コンタクトホールの内部に付着したポリマーを含む残渣をスチーム酸化によって除去する工程Ｓ１−７と、コンタクトホールに導電材料を埋め込み形成することによって、第１の金属配線層と電気的に接続されるコンタクトプラグを形成する工程Ｓ１−８と、第２の層間絶縁層の上にコンタクトプラグと電気的に接続される第２の金属配線層を形成する工程Ｓ１−９とを有している。
【００１５】
具体的に、先ず、図１に示す工程Ｓ１−１においては、図２に示すように、例えばシリコン等からなる半導体基板１の上に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる第１の層間絶縁層２を形成する。
【００１６】
次に、図１に示す工程Ｓ１−２においては、図３に示すように、第１の層間絶縁層２の上に、例えばタングステン（Ｗ）等からなる第１の金属配線層３を形成する。この第１の金属配線層３は、タングステンの単層膜に限定されるものではなく、少なくとも最上層がタングステンからなる積層膜であってもよい。また、積層膜としては、例えば、窒化タングステン（ＷＮ）や窒化チタン（ＴｉＮ）等の上に、タングステンを積層したものを用いることができる。
【００１７】
次に、図１に示す工程Ｓ１−３においては、図４に示すように、酸化シリコン等を用いて、第１の金属配線層３を覆う第２の層間絶縁層４を形成する。
【００１８】
次に、図１に示す工程Ｓ１−４においては、図５に示すように、第２の層間絶縁層４の上に、レジストを塗布した後、このレジストを、例えばフォトリソグラフィー技術などを用いてパターニングすることによって、第１の金属配線層３に臨む位置に開口部５ａを有するレジスト層５を形成する。
【００１９】
次に、図１に示す工程Ｓ１−５においては、図６に示すように、レジスト層５の開口部５ａを通して第２の層間絶縁層４を異方性ドライエッチングにより選択的に除去することによって、この第２の層間絶縁層４を貫通するコンタクトホール６を形成する。この異方性ドライエッチングの際には、例えば、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６等のガスを用いることができる。
【００２０】
次に、図１に示す工程Ｓ１−６においては、図７に示すように、酸素ガス（Ｏ２）を用いたプラズマアッシングによって、第２の層間絶縁層４の上に残存しているレジスト層５を除去する。
【００２１】
なお、コンタクトホール６の内部には、上述したコンタクトホール６を形成する際（工程Ｓ２−５）のエッチングによって生じたポリマー等を含む残渣７が堆積している。また、ポリマーの主成分は、カーボンとフッ素であり、これらは酸化を行うことで除去することができる。したがって、このような残渣７の一部は、上記工程Ｓ１−６の酸素ガスを用いたプラズマアッシングによって除去される。しかしながら、本工程Ｓ１−６は、第２の層間絶縁層４上のレジスト層５を除去することを目的としたものである。したがって、上述した酸素ガスを用いたプラズマアッシングの終了後に、コンタクトホール６の内部に残渣７が残存していても構わない。
【００２２】
次に、図１に示す工程Ｓ１−７においては、図８に示すように、コンタクトホール６の内部（側面及び底面）に付着したポリマーを含む残渣７をスチーム酸化によって除去する。
【００２３】
このとき、コンタクトホール６の底面から露出している第１の金属配線層３（タングステン）の表面が酸化しない条件、すなわち、タングステンの酸化反応を抑制し、且つ、還元反応を強くした雰囲気で、スチーム酸化を行うことが好ましい。
【００２４】
ここで、タングステンを高温のスチーム、すなわち水蒸気（Ｈ２Ｏ）雰囲気中に曝したときの酸化反応は下記（１）式、還元反応は下記（２）式で表すことができる。
Ｗ＋３Ｈ２Ｏ → ＷＯ３＋３Ｈ２  …（１）  
Ｗ＋３Ｈ２Ｏ ← ＷＯ３＋３Ｈ２  …（２）  
【００２５】
したがって、スチーム酸化を行う際は、半導体基板１が曝される雰囲気の温度、及び、水蒸気分圧と水素分圧との比率（Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧）を適切に制御することによって、タングステンの還元反応を強くする一方、タングステンの酸化反応を抑制することが可能となる。すなわち、このような条件を設定することによって、コンタクトホール６の底面から露出している第１の金属配線層３の表面酸化を抑制しつつ、コンタクトホールの内部（側面及び底面）に付着した残渣７であるポリマーを選択的に酸化させて除去することが可能である。
【００２６】
また、ポリマーを含む残渣７を効率良く酸化させて除去するには、水蒸気分圧（Ｈ２Ｏ分圧）が大きい方が好ましい。具体的に、タングステンの酸化の抑制を考慮すると、温度は７００〜９００℃の範囲に設定することが好ましい。そして、この温度範囲においてタングステンの酸化を抑制しながら、残渣７であるポリマーを酸化させるには、水蒸気分圧と水素分圧との比率（Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧）を以下のように設定することが好ましい。
【００２７】
すなわち、温度が７００℃の場合は、Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧を１／１００〜１／２ の範囲とすることが好ましい。一方、温度が８００℃の場合は、Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧を１／１００〜１／１．５ の範囲とすることが好ましい。一方、温度が９００℃の場合は、Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧を１／１００〜１ の範囲とすることが好ましい。このように、スチーム酸化の温度を高くするに従って、水蒸気分圧（Ｈ２Ｏ分圧）が高くなるように設定することによって、タングステンの酸化反応を抑制することが可能である。
【００２８】
上述したように、スチーム酸化を７００〜９００℃の範囲で行うと共に、その際の水蒸気分圧と水素分圧との比率（Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧）を１／１００〜１の範囲とすることで、コンタクトホール６の底面から露出している第１の金属配線層３の表面酸化を抑制しつつ、コンタクトホール６の内部（側面及び底面）に付着した残渣７であるポリマーを選択的に酸化させて除去することが可能である。
【００２９】
なお、酸化されたポリマーの残渣７が残存している場合には、スチーム酸化を行った後に、純水又は硫酸過酸化水素水（ＳＰＭ）を洗浄液として用いた洗浄工程を設けて、このような残渣７を除去してもよい。
【００３０】
次に、図１に示す工程Ｓ１−８においては、図９に示すように、コンタクトホール６に導電材料として、バリアメタル８ａとプラグ材料８ｂとを順に埋め込み形成する。バリアメタル８ａとしては、例えばチタン（Ｔｉ）と窒化チタン（ＴｉＮ）との積層膜を用いることができる。プラグ材料８ｂとしては、例えばタングステンを用いることができる。
【００３１】
そして、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）によって第２の層間絶縁層４の表面が露出するまで研磨を行うことによって、コンタクトホール６に埋め込まれたコンタクトプラグ８を形成する。
【００３２】
次に、図１に示す工程Ｓ１−９においては、図１０に示すように、第２の層間絶縁層４の上にコンタクトプラグ８と電気的に接続される第２の金属配線層９を形成する。第２の金属配線層９の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）等を用いることができる。また、第２の金属配線層９は、その下層にバリアメタルを設けた積層構造としてもよい。
【００３３】
以上のような工程Ｓ１−１〜Ｓ１−９を経ることよって、第２の層間絶縁層４のコンタクトホール６に埋め込まれたコンタクトプラグ８介して第１の金属配線層３と第２の金属配線層９とが層間接続された半導体装置を製造することができる。
【００３４】
以上のように、本発明を適用した半導体装置の製造方法では、コンタクトホール６の内部に付着したポリマーを含む残渣７をスチーム酸化によって適切に除去することが可能である。特に、第２の層間絶縁層４にアスペクト比の大きいコンタクトホール６を形成した場合でも、このコンタクトホール６の底部近傍に付着しているポリマーを含む残渣７を除去することが可能である。したがって、本発明よれば、この第２の層間絶縁層４のコンタクトホール６に埋め込まれたコンタクトプラグ８を介して第１の金属配線層３と第２の金属配線層９とを電気的に接続する際の接続抵抗を低減することが可能である。
【００３５】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として図１１に示すフローチャートに従って半導体装置を製造する場合について説明する。なお、以下の説明では、上記図１に示すフローチャートに従って製造される半導体装置と同等の部分については、図面において同じ符号を付すものとする。
【００３６】
本発明を適用した半導体装置の別の製造方法は、基板の上に第１の層間絶縁層を形成する工程Ｓ２−１と、第１の層間絶縁層の上に第１の金属配線層を形成する工程Ｓ２−２と、第１の金属配線層を覆う第２の層間絶縁層を形成する工程Ｓ２−３と、第２の層間絶縁層の上にマスク層を形成する工程Ｓ２−４と、マスク層の上に少なくともコンタクトホールを形成する位置に開口部を有するレジスト層を形成する工程Ｓ２−５と、レジスト層を用いてマスク層をパターニングする工程Ｓ２−６と、パターニングされたマスク層を用いて第２の層間絶縁層をパターニングすることによって、第２の層間絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成する工程Ｓ２−７と、第２の層間絶縁層の上からマスク層を除去する工程Ｓ２−８と、コンタクトホールの内部に付着したポリマーを含む残渣をスチーム酸化によって除去する工程Ｓ２−９と、コンタクトホールに導電材料を埋め込み形成することによって、第１の金属配線層と電気的に接続されるコンタクトプラグを形成する工程Ｓ２−１０と、第２の層間絶縁層の上にコンタクトプラグと電気的に接続される第２の金属配線層を形成する工程Ｓ２−１１とを有している。
【００３７】
具体的に、先ず、図１１に示す工程Ｓ２−１においては、図１２に示すように、例えばシリコン等からなる半導体基板１の上に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる第１の層間絶縁層２を形成する。
【００３８】
次に、図１１に示す工程Ｓ２−２においては、図１３に示すように、第１の層間絶縁層２の上に、例えばタングステン（Ｗ）等からなる第１の金属配線層３を形成する。この第１の金属配線層３は、タングステンの単層膜に限定されるものではなく、少なくとも最上層がタングステンからなる積層膜であってもよい。また、積層膜としては、例えば、窒化タングステン（ＷＮ）や窒化チタン（ＴｉＮ）等の上に、タングステンを積層したものを用いることができる。
【００３９】
次に、図１１に示す工程Ｓ２−３においては、図１４に示すように、酸化シリコン等を用いて、第１の金属配線層３を覆う第２の層間絶縁層４を形成する。
【００４０】
次に、図１１に示す工程Ｓ２−４においては、図１５に示すように、第２の層間絶縁層４の上にマスク層１０を形成する。このマスク層１０には、例えばカーボン（Ｃ）膜上に酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等からなる反射防止膜（ＡＲＬ）を積層したものを用いることができる。
【００４１】
次に、図１１に示す工程Ｓ２−５においては、図１６に示すように、マスク層１０の上に、レジストを塗布した後、このレジストを、例えばフォトリソグラフィー技術などを用いてパターニングすることによって、第１の金属配線層３に臨む位置に開口部５ａを有するレジスト層５を形成する。
【００４２】
次に、図１１に示す工程Ｓ２−６においては、図１７に示すように、レジスト層５の開口部５ａを通してマスク層１０を異方性ドライエッチングにより選択的に除去することによって、このマスク層１０を貫通する孔部１０ａを形成する。この異方性ドライエッチングの際には、例えば、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６等のガスを用いることができる。なお、レジスト層５は、上記孔部１０ａの形成に伴って、マスク層１０上から除去されるが、マスク層１０の上層に設けた反射防止膜がこのエッチングの際のマスクの一部として機能し、レジスト層５のパターンは崩れることなくマスク層１０に転写される。
【００４３】
次に、図１１に示す工程Ｓ２−７においては、図１８に示すように、パターニングされたマスク層１０の孔部１０ａを通して第２の層間絶縁層４を異方性ドライエッチングにより選択的に除去することによって、第２の層間絶縁層４を貫通するコンタクトホール６を形成する。この異方性ドライエッチングは、上記工程Ｓ２−６と連続して行うことができる。マスク層１０の上層に設けられていた反射防止膜は、このエッチングによって除去され、下層の膜（カーボン膜）のみが残存する。
【００４４】
微細なコンタクトホールを形成する際には、上記工程Ｓ２−５において、レジスト層５の形成膜厚を薄くすることで解像度を向上することが可能であるが、それによりエッチング耐性が低下する。そこで、本実施形態のように、レジスト層５のパターンをマスク層１０に転写してからエッチングを行うことで、マスク層１０の膜厚を厚くし、エッチング耐性を向上することができる。これにより、アスペクト比の大きいコンタクトホールを容易に形成することができる。
【００４５】
次に、図１１に示す工程Ｓ２−８においては、図１９に示すように、酸素ガス（Ｏ２）を用いたプラズマアッシングによって、第２の層間絶縁層４の上に残存しているマスク層１０を除去する。
【００４６】
なお、コンタクトホール６の内部には、上述したコンタクトホール６を形成する際（工程Ｓ２−７）のエッチングによって、ポリマーを含む残渣７が堆積している。また、ポリマーの主成分は、カーボンとフッ素であり、これらは酸化を行うことで除去することができる。したがって、このような残渣７の一部は、上記工程Ｓ２−８の酸素ガスを用いたプラズマアッシングによって除去される。しかしながら、本工程Ｓ２−８は、第２の層間絶縁層４上のマスク層１０を除去することを目的としたものである。したがって、上述した酸素ガスを用いたプラズマアッシングの終了後に、コンタクトホール６の内部に残渣７が残存していても構わない。
【００４７】
次に、図１１に示す工程Ｓ２−９においては、図２０に示すように、コンタクトホール６の内部（側面及び底面）に付着したポリマーを含む残渣７をスチーム酸化によって除去する。スチーム酸化を行う条件については、上記図１に示す工程Ｓ１−７の場合と同様である。すなわち、タングステンの酸化反応を抑制し、且つ、還元反応を強くした雰囲気で、スチーム酸化を行うことが好ましい。具体的に、温度が７００℃の場合は、Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧を１／１００〜１／２ の範囲とすることが好ましい。一方、温度が８００℃の場合は、Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧を１／１００〜１／１．５ の範囲とすることが好ましい。一方、温度が９００℃の場合は、Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧を１／１００〜１ の範囲とすることが好ましい。このように、スチーム酸化の温度を高くするに従って、水蒸気分圧（Ｈ２Ｏ分圧）が高くなるように設定することによって、タングステンの酸化反応を抑制することが可能である。
【００４８】
上述したように、スチーム酸化を７００〜９００℃の範囲で行うと共に、その際の水蒸気分圧と水素分圧との比率（Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧）を１／１００〜１の範囲とすることで、コンタクトホール６の底面から露出している第１の金属配線層３の表面酸化を抑制しつつ、コンタクトホール６の内部（側面及び底面）に付着した残渣７であるポリマーを選択的に酸化させて除去することが可能である。
【００４９】
なお、酸化されたポリマーの残渣７が残存している場合には、スチーム酸化を行った後に、純水又は硫酸過酸化水素水（ＳＰＭ）を洗浄液として用いた洗浄工程を設けて、このような残渣７を除去してもよい。
【００５０】
次に、図１１に示す工程Ｓ２−１０においては、図２１に示すように、コンタクトホール６に導電材料として、バリアメタル８ａとプラグ材料８ｂとを順に埋め込み形成する。バリアメタル８ａとしては、例えばチタン（Ｔｉ）と窒化チタン（ＴｉＮ）との積層膜を用いることができる。プラグ材料８ｂとしては、例えばタングステンを用いることができる。
【００５１】
そして、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）によって第２の層間絶縁層４の表面が露出するまで研磨を行うことによって、コンタクトホール６に埋め込まれたコンタクトプラグ８を形成する。
【００５２】
次に、図１１に示す工程Ｓ２−１１においては、図２２に示すように、第２の層間絶縁層４の上にコンタクトプラグ８と電気的に接続される第２の金属配線層９を形成する。第２の金属配線層９の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）等を用いることができる。また、第２の金属配線層９は、その下層にバリアメタルを設けた積層構造としてもよい。
【００５３】
以上のような工程Ｓ２−１〜Ｓ２−１１を経ることよって、第２の層間絶縁層４のコンタクトホール６に埋め込まれたコンタクトプラグ８介して第１の金属配線層３と第２の金属配線層９とが層間接続された半導体装置を製造することができる。
【００５４】
以上のように、本発明を適用した半導体装置の製造方法では、コンタクトホール６の内部に付着したポリマーを含む残渣７をスチーム酸化によって適切に除去することが可能である。特に、第２の層間絶縁層４にアスペクト比の大きいコンタクトホール６を形成した場合でも、このコンタクトホール６の底部近傍に付着しているポリマーを含む残渣７を除去することが可能である。したがって、本発明よれば、この第２の層間絶縁層４のコンタクトホール６に埋め込まれたコンタクトプラグ８を介して第１の金属配線層３と第２の金属配線層９とを電気的に接続する際の接続抵抗を低減することが可能である。
【００５５】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記半導体装置は、図２３に示すように、上述した第１の金属配線層３と第２層間絶縁層４との間に、第１の金属配線層３を覆う絶縁膜１１を形成した構成であってもよい。
【００５６】
この場合、絶縁膜１１は、窒化シリコン等からなり、酸化シリコン等からなる第２の層間絶縁層３の上に、上述したコンタクトホール６を形成する位置に開口部５ａを有するレジスト層５や、孔部１０ａを有するマスク層１０を形成した後に、これら第２の層間絶縁層４及び絶縁膜１１を貫通するコンタクトホール６を形成する。
【００５７】
そして、酸素ガス（Ｏ２）を用いたプラズマアッシングによって、第２の層間絶縁層４の上に残存しているレジスト層５やマスク層１０を除去した後に、コンタクトホール６の内部（側面及び底面）に付着したポリマーを含む残渣７を本発明のスチーム酸化によって除去する。
【００５８】
これにより、コンタクトホール６の内部（側面及び底面）に付着した残渣７であるポリマーを選択的に酸化させて除去することが可能である。なお、図２３中に示す第１の金属配線層６は、その延在方向とは直交する方向の断面によって示されている。
【００５９】
また、上記窒化シリコン等からなる絶縁膜１１は、耐酸化性に優れているため、スチーム酸化の際に、例えば第２の層間絶縁層３よりも下層に位置する素子（ＭＯＳトランジスタ等）が酸化されるのを防止することが可能である。さらに、このような絶縁膜３は、第１の層間絶縁層の上面（第１の金属配線層の下面）に設けてもよい。
【００６０】
また、本発明では、上記第１の金属配線層３の形成前に、その下層にＭＯＳトランジスタ等の素子を形成した場合には、熱履歴を低減するため、７００℃よりも低い温度でスチーム酸化を行ってもよい。
【００６１】
具体的には、４００℃〜９００℃の範囲でスチーム酸化を行う場合には、Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧を１／１００〜１／１５の範囲に設定することが好ましい。一方、５００℃〜９００℃の範囲でスチーム酸化を行う場合には、Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧を１／１００〜１／５の範囲に設定することが好ましい。一方、６００℃〜９００℃の範囲でスチーム酸化を行う場合には、Ｈ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧を１／１００〜１／３の範囲に設定することが好ましい。
【００６２】
このように、スチーム酸化の温度を下げた場合には、水蒸気分圧（Ｈ２Ｏ分圧）も下げる必要があるため、コンタクトホール６の内部（側面及び底面）に付着した残渣７を酸化によって全て除去できるように、スチーム酸化を行う時間を調節する。
【００６３】
また、本発明では、製造する半導体装置（デバイス）の特性に与える熱履歴の影響を考慮して、スチーム酸化の温度を決定し、それに応じてＨ２Ｏ分圧／Ｈ２分圧の比率を設定してスチーム酸化を行えばよい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
なお、本発明は、層間絶縁層のコンタクトホールに埋め込まれたコンタクトプラグ介して上層側の金属配線層と下層側の金属配線層とが層間接続された半導体装置を製造する場合に幅広く適用することが可能であり、特に、層間絶縁層にアスペクト比の大きいコンタクトホールを形成した場合に好適に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１…基板  ２…第１の層間絶縁層  ３…第１の金属配線層  ４…第２の層間絶縁層  ５…レジスト層  ５ａ…開口部  ６…コンタクトホール  ７…残渣  ８…コンタクトプラグ  ８ａ…バリアメタル  ８ｂ…プラグ材料  ９…第２の金属配線層  １０…マスク層  １０ａ…孔部  １１…絶縁膜
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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