(57)【要約】【課題】コンタクトの抵抗値のばらつきを抑え、歩留りを安定させることが可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板上に形成された導電層上に、絶縁膜を形成し、ハロゲンガスを含む第１のガスを用いて絶縁膜をドライエッチングして、導電層の表面を露出させ、露出した導電層に対しハロゲンガスを還元可能な第２のガスを用いて第１のプラズマ処理を行い、露出した導電層に対しＣ元素及びＯ元素を含みハロゲン元素を含まない第３のガスを用いて、第２のプラズマ処理を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された導電層上に、絶縁膜を形成し、
ハロゲンガスを含む第１のガスを用いて前記絶縁膜をドライエッチングして、前記導電層の表面を露出させ、
露出した前記導電層に対し前記ハロゲンガスを還元可能な第２のガスを用いて第１のプラズマ処理を行い、
露出した前記導電層に対しＣ元素及びＯ元素を含みハロゲン元素を含まない第３のガスを用いて、第２のプラズマ処理を行う、
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２のガスは、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ４のいずれかを含む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】
前記第３のガスは、ＣＯ又はＣＯ２を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記導電層は、金属層又は金属シリサイド層を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板上に形成された金属シリサイド層上に、絶縁膜を形成し、
ハロゲンガスを含むガスを用いたドライエッチングにより、前記絶縁膜に、前記導電層に到達する所定パターンの開口部を形成し、
前記開口部が形成された半導体基板に対し、Ｎ２／Ｈ２混合ガスを用いて第１のプラズマ処理を行い、
前記開口部が形成された半導体基板に対し、ＣＯ／Ｏ２混合ガスを用いて第２のプラズマ処理を行う、
ことを特徴と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】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に用いられる多層配線において、上層、下層の導電層間を導通するためのコンタクトが設けられる。
【０００３】
このようなコンタクトは、例えば、半導体基板上に、Ｎｉサリサイド層などの導電層を形成し、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜などの絶縁膜が成膜された後、フォトリソグラフィ、ドライエッチングなどにより、導電層に到達するコンタクトホールが形成され、その内部に金属が埋め込まれることにより形成される。コンタクトホールに金属が埋め込まれる際、通常、予め硫酸と過酸化水素水との混合液（以下ＳＨ液と記す）などによりウェット処理される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５１８７号公報（請求項１０、段落［００１８］など）
【特許文献２】特開２００９−１９４１９５号公報（段落［００５１］など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の場合には、コンタクトの抵抗値がばらつき、歩留りが安定しないという問題がある。
【０００６】
本発明は、コンタクトの抵抗値のばらつきを抑え、歩留りを安定させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態によれば、半導体基板上に形成された導電層上に、絶縁膜を形成し、ハロゲンガスを含む第１のガスを用いて絶縁膜をドライエッチングして、導電層の表面を露出させ、露出した導電層に対しハロゲンガスを還元可能な第２のガスを用いて第１のプラズマ処理を行い、露出した導電層に対しＣ元素及びＯ元素を含みハロゲン元素を含まない第３のガスを用いて、第２のプラズマ処理を行う、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
また、半導体基板上に形成された金属シリサイド層上に、絶縁膜を形成し、ハロゲンガスを含むガスを用いたドライエッチングにより、絶縁膜に、導電層に到達する所定パターンの開口部を形成し、開口部が形成された半導体基板に対し、Ｎ２／Ｈ２混合ガスを用いて第１のプラズマ処理を行い、開口部が形成された半導体基板に対し、ＣＯ／Ｏ２混合ガスを用いて第２のプラズマ処理を行う、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１Ｅ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１Ｆ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１Ｇ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１Ｈ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１Ｉ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程のフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係るＲＩＥ処理装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体装置の歩留りを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る大気中放置時間による半導体装置の歩留りの変動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１Ａ〜Ｉに、本実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図を、図２にそのフローチャートを示す。
【００１２】
図１Ａに示すように、先ず、Ｓｉ基板などの半導体基板１１上に、導電層であるＮｉシリサイド層１２を形成し（Ｓｔｅｐ１）、絶縁膜１３として、ＳｉＮ膜１３ａ、ＳｉＯ２膜１３ｂを順次成膜する（Ｓｔｅｐ２）。導電層であるＮｉシリサイド層１２は、例えば、トランジスタのゲート電極上や、拡散層上等に設けられる。さらに、図１Ｂに示すように、レジスト膜を塗布により形成し、所定のパターンで露光することにより、レジストパターン１４を形成する（Ｓｔｅｐ３）。
【００１３】
次いで、半導体基板１１上にレジストパターン１４などが形成されて得られたウェーハｗを、例えば、図３に示すＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）処理が行われるチャンバ３１に導入する（Ｓｔｅｐ４）。
【００１４】
図３に示すように、チャンバ３１において、上部電極３２と、これと対向配置され下部電極となるとともにウェーハｗを載置するためのウェーハステージ３３が設置され、それぞれ高周波電圧を印加するための高周波電源３４、３５が接続されている。チャンバ３１には、その上方に、所定のガス種、流量のプロセスガスを導入するためのマスフローコントローラなどを備えたプロセスガス供給機構３６が接続されている。また、その下方には、余剰なプロセスガス、反応副生成物などを排出し、チャンバ３１内を所定の圧力に制御するための真空ポンプ、排気量調整バルブなどから構成される排気機構３７が設けられている。
【００１５】
ウェーハｗがウェーハステージ３３上に載置された後、プロセスガス供給機構３６により、チャンバ３１内に、ハロゲンガスであるＣ４Ｆ８／Ｃ４Ｆ６ガスと、Ｏ２、Ａｒの混合ガスが導入され、排気機構３７により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源３４、３５より所定の電力が供給される。そして、図１Ｃに示すように、レジストパターン１４をマスクとして、ＲＩＥにより上層絶縁膜であるＳｉＯ２膜１３ｂが所定のパターンに加工される（Ｓｔｅｐ５−１）。
【００１６】
次いで、チャンバ３１に、プロセスガス供給機構３６によりＯ２ガスが導入され、図１Ｄに示すように、レジストパターン１４がアッシングされることにより除去される（Ｓｔｅｐ５−２）。
【００１７】
次いで、プロセスガス供給機構３６により、チャンバ３１内に、ハロゲンガスであるＣＨ２Ｆ２ガスと、Ｏ２、Ａｒの混合ガスが導入され、排気機構３７により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源３４、３５より所定の電力が供給される。そして、図１Ｅに示すように、所定パターンのＳｉＯ２膜１３ｂをマスクとして、ＲＩＥによりＳｉＮ膜１３ａが所定のパターンに加工される。このようにして、導電層であるＮｉシリサイド層１２が露出され、絶縁膜１３にコンタクトホール１５が形成される（Ｓｔｅｐ５−３）。なお、本実施形態では、ＳｉＯ２膜１３ｂのエッチングストップ層としてＳｉＮ膜１３ａを設けているが、必ずしも設ける必要はない。また、ＳｉＯ２膜１３ｂとエッチングの選択比が取れ、ハロゲン系のエッチングガスでエッチングを行うような膜にかえても構わない。
【００１８】
このようにしてコンタクトホール１５が形成されたウェーハｗについて、２段階のプラズマ処理による後処理が行われる。
【００１９】
先ず、チャンバ３１内に、プロセスガス供給機構３６により、ハロゲンガスを還元可能なガスであるＮ２／Ｈ２混合ガスが導入され、排気機構３７により所定の圧力に制御され、高周波電源３４、３５より所定の電力が供給され、図１Ｆに示すように、導電層であるＮｉシリサイド層１２の表面にＮ２／Ｈ２プラズマ処理が行われる（Ｓｔｅｐ６−１）。これにより、導電層であるＮｉシリサイド層１２の表面のハロゲン元素の除去を行う。
【００２０】
次いで、チャンバ３１内に、プロセスガス供給機構３６により、Ｃ元素及びＯ元素を含みハロゲン元素を含まないガスであるＣＯ／Ｏ２混合ガスが導入され、排気機構３７により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源３４、３５より所定の電力が供給され、図１Ｇに示すように、ＣＯ／Ｏ２プラズマ処理が行われる（Ｓｔｅｐ６−２）。
【００２１】
このようにして、コンタクトホール１５が形成された後、Ｎ２／Ｈ２、ＣＯ／Ｏ２を用いたシーケンシャルプラズマ処理の行われたウェーハｗは、チャンバ３１より搬出される。そして、図１Ｈに示すように、ＳＨ液により洗浄される（Ｓｔｅｐ７）。そして、図１Ｉに示すように、金属層であるＴｉＮ層１６ａ／Ｗ層１６ｂが順次形成されることにより、コンタクトホール１５が埋め込まれ、コンタクト１６が形成される（Ｓｔｅｐ８）。
【００２２】
このようにして得られるコンタクトについて、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからＳＨ液による洗浄前まで１１．５時間、大気中に放置したときのコンタクト抵抗値を測定し、歩留り（抵抗値が規格値以下となる割合）を求めた。求められた歩留り（相対値）を図４に示す。比較例として、Ｎ２／Ｈ２プラズマ処理後に、Ｃ元素を含まないＯ２ガスを用いてシーケンシャルにプラズマ処理を行ったもの、Ｎ２／Ｈ２プラズマ処理を行わないで、Ｏ２ガスを用いてプラズマ処理を行ったものの歩留りを、併せて示す。さらに、参考値として、Ｏ２ガスのみを用いてプラズマ処理を行ったものを３．５時間、大気中に放置したときの歩留りを併せて示す。
【００２３】
図４に示すように、本実施形態により得られたコンタクトの歩留りは、比較例のものより明らかに高くなっている。そして、Ｏ２ガスのみを用いてプラズマ処理を行ったものについては、放置時間が長くなると大幅に歩留りが低下することがわかる。
【００２４】
また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからＳＨ液による洗浄前までの大気中放置時間を変動させたときの、コンタクト抵抗値の測定結果に基づく歩留り（相対値）の変動を図５に示す。比較例として、いずれもＮ２／Ｈ２プラズマ処理を行わないで、ＣＯ／Ｏ２ガスを用いてプラズマ処理を行ったもの、Ｏ２ガスを用いてプラズマ処理を行ったものの歩留り変動を、併せて示す。
【００２５】
図５に示すように、本実施形態により得られたコンタクトの歩留りは、比較例のものより高く、その大気中放置時間による変動が抑えられる。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、エッチングによるコンタクトホール形成後に、後処理として、エッチングガスをＮ２／Ｈ２、ＣＯ／Ｏ２を変動させて２段階のプラズマ処理を行うことにより、良好なコンタクト抵抗が得られ、歩留りを向上させることができる。また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからＳＨ液による洗浄前までの大気中放置時間によるコンタクト抵抗のばらつきが抑えられ、歩留りを安定させることができる。
【００２７】
このような効果は、以下のメカニズムによるものと考えられる。
【００２８】
すなわち、Ｆなどのハロゲン元素を含むガスを用いたエッチングによりコンタクトホールが形成される際に、ハロゲンがコンタクトホール内に残存して、露出した導電層中の金属元素（例えば、Ｎｉ）と反応する。そして、このまま大気暴露すると、ＮｉＦなどのハロゲン化金属が、空気中の水分と反応する。この反応生成物は、後工程のＳＨ洗浄では除去できず、コロージョンの原因となる。そこで、第１段として、還元性のガスを用いたプラズマ処理により、残存ハロゲンを除去する。
【００２９】
従って、第１段のプラズマ処理に用いられるガスは、ハロゲンガスを還元することができるガスである必要があり、例えば、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ４を含むものを用いることができる。
【００３０】
さらに、露出した導電層表面がプラズマによりダメージを受けることにより不安定な金属元素（例えば、導電層がＮｉシリサイド層である場合、Ｎｉ）が生じ、これが空気中の水分と反応し、放置時間の経過とともにコンタクト抵抗を上昇させる。そこで、第２段として、Ｃ元素、Ｏ元素を含むガスを用いたプラズマ処理により、蒸気化して、除去する。このとき、Ｆなどのハロゲン元素が存在すると、金属元素とＣ元素、Ｏ元素を含むガスとの反応の進行が抑えられるため、還元性ガスによりハロゲンを除去した後に、処理が行われる必要がある。
【００３１】
従って、第２段のプラズマ処理に用いられるガスは、ハロゲン元素を含まず、金属元素と反応して、蒸気化することが可能なガスである必要があり、比較的低温（例えば３００℃以下）で蒸気化が可能なＣＯ、ＣＯ２などのＣＯ系ガスや、これにＯ２を混合したガスの他、ＣＨ４／Ｏ２ガスなどを用いることができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
本実施形態において、コンタクトホールの形成までの行程と、プラズマ処理後のコンタクト形成工程は、第１の実施形態と同様であるが、Ｎ２／Ｈ２プラズマ処理の後、一旦大気暴露されて、ＣＯ／Ｏ２プラズマ処理が行われる点で異なっている。
【００３３】
第１の実施形態と同様に、コンタクトホールが形成された後、チャンバ３１内に搬入され、ウェーハステージ３３上に載置される。次いで、プロセスガス供給機構３６により、ハロゲンガスを還元可能なガスであるＮ２／Ｈ２混合ガスが導入され、排気機構３７により所定の圧力に制御される。そして、高周波電源３４、３５より所定の電力が供給され、Ｎ２／Ｈ２プラズマ処理が行われる（Ｓｔｅｐ６）。
【００３４】
次いで、一旦ウェーハｗをチャンバより搬出した後、再度チャンバ３１に搬入され、ウェーハステージ３３上に載置される。そして、第１の実施形態と同様に、チャンバ３１内に、プロセスガス供給機構３６により、Ｃ元素及びＯ元素を含みハロゲン元素を含まないガスであるＣＯ／Ｏ２混合ガスが導入され、排気機構３７により所定の圧力に制御され、高周波電源３４、３５より所定の電力が供給され、ＣＯ／Ｏ２プラズマ処理が行われる（Ｓｔｅｐ６−２）。
【００３５】
このようにして、プラズマ処理の行われたウェーハｗは、チャンバより搬出され、第１の実施形態と同様に、ＳＨ液により洗浄される（Ｓｔｅｐ８）。そして、ＴｉＮ層／Ｗ層などの金属層が形成されることにより、コンタクトホールが埋め込まれ、コンタクトが形成される（Ｓｔｅｐ９）。
【００３６】
そして、得られたコンタクトについて、第１の実施形態と同様の評価を行ったところ、同様の結果を得ることができた。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、エッチングによるコンタクトホール形成後に、後処理として、第１段のＮ２／Ｈ２プラズマ処理後に、一旦ウェーハを大気暴露してから第２段のＣＯ／Ｏ２プラズマ処理を行った場合でも、プラズマ処理をシーケンシャルに行った場合と同様に、良好なコンタクト抵抗が得られ、歩留りを向上させることができる。また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからＳＨ液による洗浄前までの大気中放置時間によるコンタクト抵抗のばらつきが抑えられ、歩留りを安定させることができる
なお、必ずしもＮ２／Ｈ２プラズマ処理と同一のチャンバ３１にてＣＯ／Ｏ２プラズマ処理が行われる必要はなく、異なるチャンバにてＣＯ／Ｏ２プラズマ処理が行われてもよい。
【００３８】
これら実施形態において、導電層の一例として、Ｎｉシリサイドを挙げたが、導電層はこれに限定されるものではない。金属元素を含むものであればよく、具体的にはＮｉの他、Ｃｏ、Ｃｕなどの後期遷移金属元素を含む金属層や、これらのシリサイド層を用いることができる。
【００３９】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１１…半導体基板
１２…Ｎｉシリサイド層
１３…絶縁膜
１３ａ…ＳｉＮ膜
１３ｂ…ＳｉＯ２膜
１４…レジストパターン
１５…コンタクトホール
１６…コンタクト
１６ａ…ＴｉＮ層
１６ｂ…Ｗ層
３１…チャンバ
３２…上部電極
３３…ウェーハステージ
３４、３５…高周波電源
３６…プロセスガス供給機構
３７…排気機構
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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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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