(57)【要約】【課題】半導体素子に金属パターンを形成する際の金属による乱反射を防止することにより感光膜パターンの不良の発生を抑制し、かつ、その製造工程を単純化することができる半導体素子の金属パターン形成方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る半導体素子の金属パターン形成方法は、金属パターン用の金属層（１２）が形成された半導体基板を提供するステップと、金属層（１２）上で酸化反応を起こす洗浄（１４）を実施し、金属層（１２）上に乱反射防止膜（１５）を形成するステップと、乱反射防止膜（１５）上に感光膜パターンを形成するステップと、感光膜パターンにより露出した乱反射防止膜（１５）及び金属層（１２）をエッチングして金属パターンを形成するステップとを含む。【選択図】図１
2008010873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属パターン用の金属層が形成された半導体基板を提供する第１ステップと、
前記金属層上で酸化反応が起きるように洗浄を実施し、前記金属層上に乱反射防止膜を形成する第２ステップと、
前記乱反射防止膜上に感光膜パターンを形成する第３ステップと、
前記感光膜パターンにより露出された前記乱反射防止膜及び前記金属層をエッチングして前記金属パターンを形成する第４ステップと
を含むことを特徴とする半導体素子の金属パターン形成方法。
【請求項２】
前記洗浄が、ＤＳＰケミカルを利用して行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の金属パターン形成方法。
【請求項３】
前記ＤＳＰケミカルが、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ２Ｏ２、脱イオン水、及びＨＦを混合したケミカルであることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の金属パターン形成方法。
【請求項４】
前記ＤＳＰケミカルの混合比率が、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：脱イオン水：ＨＦ＝１〜６：５０〜５００：１〜１０：１０〜５０であることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の金属パターン形成方法。
【請求項５】
前記乱反射防止膜が、金属酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の金属パターン形成方法。
【請求項６】
前記金属層が、タングステン又はアルミニウムで形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の金属パターン形成方法。
【請求項７】
前記乱反射防止膜が、タングステン酸化膜又はアルミニウム酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の金属パターン形成方法。
【請求項８】
前記金属層を形成した後に、
前記金属層上に、金属物質からなるＡＲＣ膜を形成する第５ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の金属パターン形成方法。
【請求項９】
前記ＡＲＣ膜が、Ｔｉ／ＴｉＮの積層膜、Ｔｉの単層膜、及びＴｉＮの単層膜からなる群の中から選択されるいずれか１つの膜であることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子の金属パターン形成方法。
【請求項１０】
前記金属層を形成する前に、
前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する第６ステップと、
前記層間絶縁膜上に拡散防止膜を形成する第７ステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の金属パターン形成方法。
【請求項１１】
前記拡散防止膜が、Ｔｉ／ＴｉＮの積層膜であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の金属パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造技術に関し、特に、半導体素子の金属パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の集積度が急速に増大するにつれ、半導体素子を構成するトランジスタ又はキャパシタ等の素子の大きさは非常に小さくなってきている。このため、これらの素子を互いに接続する金属パターンも、その大きさを小さく形成しなければならない。このような微細な金属パターンを平坦度のよくない部分に形成するときには、パターンの不良が頻繁に発生する。例えば、大きな段差が発生した部分の上に金属パターンを形成する場合、フォトリソグラフィーの際に、金属パターン用の金属層表面での深刻な乱反射により、感光膜パターンの不良が発生する。
【０００３】
このような感光膜パターンの不良の一例としては、ストライエーション（ｓｔｒｉａｔｉｏｎ）、パターン崩壊（ｐａｔｔｅｒｎ  ｃｏｌｌａｐｓｅ）、及びパターンラインの異常な線幅（ｌｉｎｅ  ｗｉｄｔｈ）変化、即ち、パターンラインが非常に細くなったり、太くなったりすることなどがある。したがって、近年は、このような乱反射の問題を解決するために、半導体素子の金属パターンを形成する際に、金属層上にＳｉＯＮ膜又はＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ）膜を追加的に形成する方法が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような方法によれば、ＳｉＯＮ膜又はＢＡＲＣ膜を形成する工程を別途に行わなければならないため、金属パターン形成の工程が複雑になるという問題がある。
【０００５】
したがって、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、半導体素子の金属パターン形成の際の金属による乱反射を防止することにより感光膜パターンの不良の発生を抑制し、かつ、その製造工程を単純化することができる半導体素子の金属パターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体素子の金属パターン形成方法は、金属パターン用の金属層が形成された半導体基板を提供するステップと、前記金属層上で酸化反応が起きるように洗浄を実施し、前記金属層上に乱反射防止膜を形成するステップと、前記乱反射防止膜上に感光膜パターンを形成するステップと、前記感光膜パターンにより露出された前記乱反射防止膜及び前記金属層をエッチングして前記金属パターンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る半導体素子の金属パターン形成方法は、フォトリソグラフィーを行う際の、金属による乱反射による感光膜パターンの不良の発生を防止するために、金属パターン用の金属層を形成した後、酸化反応を起こすように洗浄を実施し、金属層上に酸化膜系の絶縁物質からなる乱反射防止膜を洗浄と同時に形成する。特に、洗浄の際には、酸化反応を起こすために、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ２Ｏ２、脱イオン水（Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ  Ｗａｔｅｒ：ＤＩＷ）、及びＨＦを混合したＤＳＰケミカル（Ｄｉｌｕｔｅｄ  Ｓｕｌｆｕｒｉｃ  ａｃｉｄ  ａｎｄ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐｅｒｏｘｉｄｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ）を利用して、酸化膜系の絶縁物質からなる乱反射防止膜を形成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、フォトリソグラフィーを行う際の、金属による乱反射が抑制されるので、従来実施されていた乱反射防止用のＳｉＯＮ膜又はＢＡＲＣ膜を形成する別途の工程が不要になる。このことから、半導体素子の金属パターン形成のためのフォトリソグラフィーを行う際の、乱反射による感光膜パターンの不良の発生を防止し、工程を単純化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に説明する。
【００１０】
なお、各図面において、層及び領域の厚さは、明確性を期するために誇張されて示されている。また、本明細書において、特定の層が他の層又は基板上にあると記された場合、それは、その特定の層が他の層又は基板上に直接形成される場合に限らず、それらの間に第３の層が介在する場合をも含む意味である。
【００１１】
なお、本明細書及び図面全体にわたり、同じ符号（参照番号）を付された構成要素は、同じ構成要素を示している。
【００１２】
図１〜図３は、本発明の実施形態に係る半導体素子の金属パターン形成方法を説明するための断面図である。
【００１３】
まず、図１に示すように、例えばトランジスタ等の半導体素子の所定の製造工程が完了した半導体基板（図示せず）上に、層間絶縁膜１０を形成する。層間絶縁膜１０内には、半導体基板と、後続の工程において形成されるコンタクトプラグ（図示せず）とが含まれている。
【００１４】
続いて、層間絶縁膜１０上に拡散防止膜１１を形成する。例えば、拡散防止膜１１として、Ｔｉ／ＴｉＮの積層膜を形成する。その後、拡散防止膜１１上に金属層１２を形成する。例えば、金属層１２として、タングステン（Ｗ）又はアルミニウム（Ａｌ）を形成する。
【００１５】
続いて、金属層１２上にＡＲＣ（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ）膜１３を形成する。例えば、ＡＲＣ膜１３として、Ｔｉ／ＴｉＮの積層膜、Ｔｉの単層膜、又はＴｉＮの単層膜を形成する。このようなＡＲＣ膜１３を形成する工程は、必要によって省略することもできる。これは、ＡＲＣ膜１３が金属で形成されていることにより、ＡＲＣ膜１３による乱反射が発生する可能性があるからである。
【００１６】
続いて、酸化反応を起こす洗浄（図１中に矢印１４で示す）を実施して、間にＡＲＣ膜１３を含む金属層１２上に、例えば酸化物等の絶縁物質からなる乱反射防止膜１５を形成する。特に、このような洗浄１４を行う際には、酸化反応を起こすためにＤＳＰケミカルを用いなければならない。ＤＳＰケミカルは、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ２Ｏ２、脱イオン水及びＨＦが混合された混合ケミカルであって、次の混合比率で混合されていることが好ましい。
Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：脱イオン水：ＨＦ＝約１〜約６：約５０〜約５００：約１〜約１０：約１０〜約５０（ＤＳＰケミカルの混合比率）
【００１７】
具体的には、このような洗浄１４を行う際には、ＤＳＰケミカルに含まれるＨ２Ｏ２によって自動的に酸化反応が起こり、ＡＲＣ膜１３上に、又はＡＲＣ膜１３の形成工程を省略する場合には金属層１２上に、乱反射防止膜１５が洗浄と同時に形成される。このような乱反射防止膜１５は、金属物質ではなく、絶縁膜であるため、後続のフォトリソグラフィーの際に、従来問題となっていた金属による乱反射を抑制することができる。ここで、上記ＤＳＰケミカルによる乱反射防止膜１５の形成を化学反応式で表せば、下記の反応式１の通りである。ここでは、一例として金属層１２がタングステンである場合に限定している。
［反応式１］
Ｗ＋６Ｈ２Ｏ２→ＷＯ３＋６Ｈ２Ｏ
【００１８】
更に、反応式１の詳しい反応内容を説明すると、下記の反応式２の通りである。
［反応式２］
６Ｈ２Ｏ２＋６ｅ−→６Ｈ２Ｏ＋３Ｏ２−（Ｈ２Ｏ２の還元（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）反応）
Ｗ＋３Ｏ２−→ＷＯ３＋６ｅ−（Ｗの酸化（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）反応）
【００１９】
このように、金属層１２がタングステンからなる場合には、タングステン酸化膜からなる乱反射防止膜１５が形成される。同様に、金属層１２がアルミニウムからなる場合には、アルミニウム酸化膜からなる乱反射防止膜１５が形成される。
【００２０】
すなわち、本発明の実施形態によれば、酸化反応を起こす洗浄の際に、間にＡＲＣ膜１３を含む金属層１２上に、酸化膜系の絶縁物質からなる乱反射防止膜１５が洗浄と同時に形成されるようにすることによって、金属層１２及び金属からなるＡＲＣ膜１３による乱反射を抑制することができ、同時に、従来実施されていた、ＳｉＯＮ膜又はＢＡＲＣ膜を形成する別途の工程を省略することができる。これは、酸化膜系の乱反射防止膜１５が、金属による表面反射を低減させるＳｉＯＮ膜又はＢＡＲＣ膜の代わりにその役割を果たすからである。したがって、金属パターンを形成するための後続のフォトリソグラフィーを行う際に、感光膜パターンの不良の発生を防止し、かつ、金属パターン形成の工程を単純化することができる。例えば、感光膜パターンのストライエーション現象、パターン崩壊現象、パターンラインの異常な線幅変化、及びパターンのテール（ｔａｉｌ）現象などを防止して、感光膜パターンの不良の発生を防止することができる。
【００２１】
また、このような洗浄の際には、金属層１２上の表面の不純物の除去と同時に酸化反応が起こるため、金属層１２の界面に侵入する不純物を根本的に遮断することができ、金属層１２の抵抗特性を安定に確保することができる。例えば、金属層１２の形成の際には、結晶粒（ｇｒａｉｎ）が大きく形成されるので、このとき、半導体基板（ウェーハ）が強くストレスを受けると、結晶粒の影響によってウェーハ内にクラック（ｃｒａｃｋ）が発生する。しかし、本発明の実施形態によれば、上記酸化反応によって結晶粒の間の孔隙の部分が酸素充填（ｏｘｉｄｅ  ｓｔｕｆｆｉｎｇ）されることによってストレスが緩和されるため、ウェーハ内のクラックの発生を抑制することができる。
【００２２】
同時に、酸化反応を通じて金属層１２上に形成された乱反射防止膜１５によって、後に形成される感光膜パターンと金属層１２との間の直接的な接触を防止し、感光膜の炭素（ｃａｒｂｏｎ）に対する金属パターンの影響を排除することができる。
【００２３】
続いて、図２に示すように、乱反射防止膜１５上に、所定の形状を有する感光膜パターン１７を形成する。ここで、感光膜パターン１７は、金属パターンを画定するためのものであって、感光膜を塗布した後、所定のフォトマスクを利用して露光及び現像によって形成する。この露光の際には、上記した乱反射防止膜１５によって、ＡＲＣ膜１３及び金属層１２による乱反射が発生しない。
【００２４】
続いて、図３に示すように、感光膜パターン１７をマスク（ｍａｓｋ）として利用してエッチングを行い、乱反射防止膜１５、ＡＲＣ膜１３、金属層１２、及び拡散防止膜１１（図２参照）を順にパターニングし、パターニングされた乱反射防止膜１５Ａ、パターニングされたＡＲＣ膜１３Ａ、金属パターン１２Ａ、及びパターニングされた拡散防止膜１１Ａを形成する。以上によって、金属パターン１２Ａの形成を完了する。
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、金属パターン用の金属層を形成した後、酸化反応を起こす洗浄を行い、金属層上に、絶縁物質からなる乱反射防止膜を洗浄と同時に形成することによって、フォトリソグラフィーの際の金属による乱反射を抑制し、従来実施していた乱反射防止用ＳｉＯＮ膜又はＢＡＲＣ膜を形成する別途の工程を省略することができる。
【００２６】
これにより、半導体素子の金属パターン形成のためのフォトリソグラフィーを行う際に、乱反射による感光膜パターンの不良の発生を防止し、工程を単純化することができる。
【００２７】
尚、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体素子の金属パターン形成方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体素子の金属パターン形成方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体素子の金属パターン形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０      層間絶縁膜
１１      拡散防止膜
１２      金属層
１３      ＡＲＣ膜
１４      洗浄
１５      乱反射防止膜
１７      感光膜パターン
１１Ａ      パターニングされた拡散防止膜
１３Ａ      パターニングされたＡＲＣ膜
１５Ａ      パターニングされた乱反射防止膜
１２Ａ      金属パターン
【図１】
2008010873.tif 000003
【図２】
2008010873.tif 000004
【図３】
2008010873.tif 000005