(57)【要約】【課題】  コンタクト形状の微細化と抵抗バラツキの抑制を両立した半導体装置及び当該半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  第１導電領域２０を半導体基板１０上の所定領域に形成後、第１絶縁膜１４及び第２絶縁膜２１を順次堆積し、第２絶縁膜２１を貫通して第１絶縁膜１４の上面を露出させるコンタクトホールを形成し、当該コンタクトホールの内側側壁に金属窒化膜３１を堆積する。その後、コンタクトホールの底部に形成された第１絶縁膜１４を除去して第１導電領域２０の上面を露出させ、コンタクトホール内部に生成されるポリマーをエッチング除去し、コンタクトホールの内側側壁に形成された金属窒化膜３１及びコンタクトホールの底部を被覆するようにバリアメタル層３２を堆積し、コンタクトホールの内部を導電性のコンタクト材料膜３３で充填して配線用コンタクト３５を形成する。【選択図】        図４
2008130931.tif 000002
【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性材料又は拡散層で構成される第１導電領域と、
前記第１導電領域の上層に形成される層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上部に形成される導電性材料で構成される第２導電領域と、
前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールに所定の材料が充填されて前記第１導電領域と前記第２導電領域とを電気的に接続する配線用コンタクトと、を有してなり、
前記配線用コンタクトが、
前記コンタクトホールの内側側壁を被覆する金属窒化膜と、
前記金属窒化膜及び前記コンタクトホールの底部に存する前記第１導電領域を被覆するバリアメタル層と、
前記コンタクトホール内の前記バリアメタル層の内側を充填する導電性のコンタクト材料膜と、を備えて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記金属窒化膜が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｕの少なくとも何れか一の金属の窒素化合物で構成されており、膜厚が０．１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記バリアメタル層が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｕの少なくとも何れか一の金属若しくはその窒素化合物、又はこれらの積層構造である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。
【請求項４】
前記コンタクト材料膜が、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌの少なくとも何れか一の金属を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
異なる層間に形成される第１導電領域と第２導電領域とを電気的に接続する配線用コンタクトを有する半導体装置の製造方法であって、
前記第１導電領域を半導体基板上の所定領域に形成する第１工程と、
前記第１工程終了後、第１絶縁膜及び第２絶縁膜を順次堆積する第２工程と、
前記第２工程終了後、前記第２絶縁膜を貫通して前記第１絶縁膜の上面を露出させるコンタクトホールを前記第１導電領域の上部領域に形成する第３工程と、
前記第３工程終了後、前記コンタクトホールの内側側壁に金属窒化膜を堆積する第４工程と、
前記第４工程終了後、前記コンタクトホールの底部に形成された前記第１絶縁膜を除去して前記第１導電領域の上面を露出させる第５工程と、
前記第５工程終了後、露出された前記第１導電領域の上面をエッチング処理により洗浄する第６工程と、
前記第６工程終了後、前記コンタクトホールの内側側壁に形成された前記金属窒化膜及び前記コンタクトホールの底部を被覆するようにバリアメタル層を堆積する第７工程と、
前記第７工程終了後、前記コンタクトホールの内部を導電性のコンタクト材料膜で充填することで前記配線用コンタクトを形成する第８工程と、
前記第８工程終了後、前記配線用コンタクトに接続するように前記第２導電領域を形成する第９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６】
前記第６工程によって、前記第５工程の終了時までに副次的に前記コンタクトホール内部に生成されたポリマーがエッチング除去されることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記金属窒化膜が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｕの少なくとも何れか一の金属の窒素化合物で構成されており、膜厚が０．１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第６工程におけるエッチング処理に利用されるエッチング薬液に対する前記金属窒化膜のエッチング耐性が、前記第２絶縁膜のエッチング耐性と比較して１０倍以上であることを特徴とする請求項５〜請求項７の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第６工程におけるエッチング処理に利用されるエッチング薬液がフッ素系薬液であることを特徴とする請求項５〜請求項８の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第３工程終了後、前記第８工程開始前に、前記第２絶縁膜に対するエッチングレートの低い薬液を用いて前記コンタクトホール内部に生成されたポリマーをエッチング除去する第１０工程を更に有することを特徴とする請求項５〜請求項９の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１０工程におけるエッチング処理に利用されるエッチング薬液が水酸化アンモニウム及び過酸化水素を含む混合液であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第４工程が、
前記コンタクトホールの内部を完全に充填しない範囲内の膜厚で前記金属窒化膜を堆積した後、前記コンタクトホールの内側側壁に被覆された部分以外の前記金属窒化膜を不活性ガスを用いたスパッタリング法により除去する工程であることを特徴とする請求項５〜請求項１１の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第５工程が、プラズマエッチング法により前記第１絶縁膜を除去する工程であることを特徴とする請求項５〜請求項１２の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記バリアメタル層が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｕの少なくとも何れか一の金属若しくはその窒素化合物、又はこれらの積層構造であることを特徴とする請求項５〜請求項１３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記コンタクト材料膜が、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌの少なくとも何れか一の金属を含んで構成されることを特徴とする請求項５〜請求項１４の何れか１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、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、異なる層間に形成される導電領域相互間を電気的に接続する配線用コンタクトを有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）の高集積化が急速に進められており、高集積化を図るために、半導体基板と配線材料を電気的に接続する配線用コンタクト（以下、適宜「コンタクト」と略称する）の微細化が不可欠となっている。基板との接続に用いられる配線用コンタクトの形成は、シリコン基板上に絶縁膜を堆積した後、絶縁膜の上に所望のレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして絶縁膜に対してドライエッチングを行ってコンタクトホールを形成し、その後、このコンタクトホール内にコンタクト材料膜を埋め込んでコンタクトを形成する。
【０００３】
この際、良好なコンタクトを形成するために、プラズマエッチング法によりコンタクトホールを形成して半導体基板を露出させた後、洗浄工程を施すことによりコンタクトホール底部の半導体基板表面に形成された自然酸化膜とプラズマエッチング時に生成されたコンタクトホール内のポリマーの除去を行う。
【０００４】
以下、従来の半導体装置の製造方法を図６及び図７に示す断面構造図を用いて説明する。図６及び図７は従来構成の半導体装置の製造工程を示す概略断面構造図であり、図６（ａ）〜図６（ｃ）、及び図７（ａ）〜図７（ｃ）によって各工程順に示されている（紙面の都合上２図面に分かれている）。まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板１０上に、公知のフォトリソグラフィ技術、ドライエッチング技術、注入技術及び化学気相堆積（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術等を用いて、素子分離領域１１、高濃度拡散層１２、低濃度拡散層１５、ゲート絶縁膜１７、ゲート電極１８、及びサイドウォール絶縁膜１６の形成を行い、トランジスタやキャパシタ等の素子を作成する。このとき、低抵抗化のために高濃度拡散層１２の表面及びゲート電極１８の表面をシリサイド化して、それぞれシリサイド層１３、１９を形成する。その後、第１絶縁膜１４を膜厚１０〜１００ｎｍ程度で、第２絶縁膜２１を膜厚５００〜１５００ｎｍ程度で順にＣＶＤ法により堆積し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により平坦化を行う。例えば、プラズマＣＶＤを用いてＳｉＮ膜を温度４００℃で膜厚５０ｎｍ程度堆積して第１絶縁膜１４を形成し、プラズマＣＶＤを用いてＨＤＰ−ＳｉＯ２膜を温度４００℃で膜厚８００ｎｍ程度堆積して第２絶縁膜２１を形成する。
【０００５】
次に、図６（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、第２絶縁膜２１と第１絶縁膜１４をエッチングし、半導体基板１０上にコンタクトホール３０を形成する。その後、半導体基板１０の表面上に形成された自然酸化膜、及びエッチング時にコンタクトホール３０内に形成されたポリマーの除去を行う。
【０００６】
次に、図６（ｃ）に示すように、コンタクトホール３０内の底部及び内側側壁を含む全面にＣＶＤ法及びスパッタリング法を用いてバリアメタル層３２を堆積させた後、図７（ａ）に示すように、コンタクト材料膜３３をＣＶＤ法により全面に堆積させてコンタクトホール３０を充填する（コンタクトホール３０は図７（ａ）では図示されていない）。その後、図７（ｂ）に示すように、ＣＭＰ法により、コンタクトホール３０内にのみ、バリアメタル層３２及びコンタクト材料膜３３を残し、コンタクト３５の形成と平坦化を行う。そして、図７（ｃ）に示すように、公知の多層配線形成技術を用いて多層配線構造４０を形成し、半導体装置１ａを形成する。
【０００７】
このとき、半導体基板１０上の自然酸化膜及びコンタクトホール３０内のポリマーを除去する洗浄工程において、第２絶縁膜２１の過剰なエッチングを抑制しながら、半導体基板１０上の自然酸化膜及びコンタクトホール３０内のポリマーの除去を可能にするための様々な薬液を用いた洗浄方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
又、洗浄工程前にコンタクトホール３０の内側側壁を被覆するシリコン窒化膜のサイドウォール層を形成することで、上記洗浄工程による第２絶縁膜２１の過剰なエッチングを防止しコンタクトホール３０の拡大を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１７２９４２号公報
【特許文献２】特開平１０−１４４７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１の方法に基づいて洗浄工程を行う場合、図８に示すように、半導体基板１０上の自然酸化膜及びコンタクトホール３０内のポリマーの除去性能を十分に確保できる条件で洗浄を行うと、当該洗浄で用いられる薬液に対して脆弱な第２絶縁膜２１が過剰にエッチングされ、コンタクトホール３０の孔幅が拡大し、場合によってはコンタクト間でショート不良が発生するという問題が生じる。一方、コンタクトホール３０の孔幅の拡大が抑制される条件で洗浄を行うと、半導体基板１０上の自然酸化膜及びコンタクトホール３０内のポリマーを十分に除去することができず、埋め込み不良や半導体基板とコンタクトとのショートにより、コンタクトの歩留りの低下を生じるという問題が生じる。特に、より微細化されたコンタクトホールを形成するために、第２絶縁膜２１のエッチング許容量が極めて少ないため、コンタクトホール３０の孔幅の拡大を抑制しつつ、半導体基板１０上の自然酸化膜及びコンタクトホール３０内のポリマーを除去することが困難であるという問題がある。
【００１１】
一方、上記特許文献２の方法を用いる場合、図９に示すように、コンタクトホール３０の内側側壁にシリコン窒化膜のサイドウォール層３６が形成されるが、プラズマＣＶＤ等により堆積させたシリコン窒化膜では薬液に対する耐性が不十分であるため、上記特許文献１の場合と同様にコンタクトホール３０の孔幅の拡大を抑制できない。又、薬液耐性を有するＬＰ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）ＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜のサイドウォール層３６を形成する場合、成膜時に高温での処理が必要となるため半導体基板１０上に形成される素子（例えばトランジスタ）特性の劣化が懸念される。又、Ｎｉシリサイド等で構成されるシリサイド層１３、１９は、低温でのプロセス構築が要求されるため、高温処理を必要とする当該方法を利用する場合には低抵抗化のためのシリサイド層を形成することが困難となる場合がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑み、コンタクトホールの孔幅の拡大を抑制しつつ、基板上に形成された自然酸化膜およびコンタクトホール内のポリマーの除去を可能にすることで、抵抗バラツキを抑制した半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された導電性材料又は拡散層で構成される第１導電領域と、前記第１導電領域の上層に形成される層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の上部に形成される導電性材料で構成される第２導電領域と、前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールに所定の材料が充填されて前記第１導電領域と前記第２導電領域とを電気的に接続する配線用コンタクトと、を有してなり、前記配線用コンタクトが、前記コンタクトホールの内側側壁を被覆する金属窒化膜と、前記金属窒化膜及び前記コンタクトホールの底部に存する前記第１導電領域を被覆するバリアメタル層と、前記コンタクトホール内の前記バリアメタル層の内側を充填する導電性のコンタクト材料膜と、を備えて形成されていることを第１の特徴とする。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の上記第１の特徴構成によれば、コンタクトホールの内側側壁に金属窒化膜が形成されることより、金属窒化膜をコンタクトホール内側側壁に形成した後にコンタクトホール内部に生成されているポリマーの除去工程を行うことで、当該除去工程に利用される薬液によって金属窒化膜の外側に形成されている層間絶縁膜がエッチングされることがないため、コンタクトホールの孔幅を殆ど拡大することなく製造過程においてコンタクトホール内部に生成されたポリマーを十分に除去することができ、これによって配線用コンタクトの微細化と抵抗バラツキの抑制とを両立することができる。
【００１５】
又、本発明に係る半導体装置は、上記第１の特徴構成に加えて、前記金属窒化膜が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｕの少なくとも何れか一の金属の窒素化合物で構成されており、膜厚が０．１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲内であることを第２の特徴とする。
【００１６】
本発明に係る半導体装置の上記第２の特徴構成によれば、コンタクトホール形成時に生成されるポリマーの除去を行う際、金属窒化膜が当該除去工程で用いられる薬液による高いエッチング耐性を有するため、除去工程における薬液のエッチングによりコンタクトホールの孔幅が拡大するのを抑制することができる。
【００１７】
又、本発明に係る半導体装置は、上記第１又は第２の特徴構成に加えて、前記バリアメタル層が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｕの少なくとも何れか一の金属若しくはその窒素化合物、又はこれらの積層構造であることを第３の特徴とする。
【００１８】
又、本発明に係る半導体装置は、前記コンタクト材料膜が、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌの少なくとも何れか一の金属を含んで構成されることを第４の特徴とする。
【００１９】
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、異なる層間に形成される第１導電領域と第２導電領域とを電気的に接続する配線用コンタクトを有する半導体装置の製造方法であって、前記第１導電領域を半導体基板上の所定領域に形成する第１工程と、前記第１工程終了後、第１絶縁膜及び第２絶縁膜を順次堆積する第２工程と、前記第２工程終了後、前記第２絶縁膜を貫通して前記第１絶縁膜の上面を露出させるコンタクトホールを前記第１導電領域の上部領域に形成する第３工程と、前記第３工程終了後、前記コンタクトホールの内側側壁に金属窒化膜を堆積する第４工程と、前記第４工程終了後、前記コンタクトホールの底部に形成された前記第１絶縁膜を除去して前記第１導電領域の上面を露出させる第５工程と、前記第５工程終了後、露出された前記第１導電領域の上面をエッチング処理により洗浄する第６工程と、前記第６工程終了後、前記コンタクトホールの内側側壁に形成された前記金属窒化膜及び前記コンタクトホールの底部を被覆するようにバリアメタル層を堆積する第７工程と、前記第７工程終了後、前記コンタクトホールの内部を導電性のコンタクト材料膜で充填することで前記配線用コンタクトを形成する第８工程と、前記第８工程終了後、前記配線用コンタクトに接続するように前記第２導電領域を形成する第９工程と、を有することを第１の特徴とする。
【００２０】
本発明に係る半導体装置の製造方法の上記第１の特徴によれば、前記第６工程に係るエッチング処理を行う際、コンタクトホールの内側側壁には金属窒化膜が既に形成されているため当該金属窒化膜がエッチング保護膜として作用し、第６工程に係る洗浄工程で利用される薬液によって金属窒化膜の外側に形成されている第２絶縁膜がエッチングされることがない。従って、コンタクトホールの孔幅が大きく拡大されることなく製造時にコンタクトホール内部に生成されたポリマーを十分に除去することができ、これによって配線用コンタクトの微細化と抵抗バラツキの抑制とを両立した半導体装置を提供することができる。
【００２１】
又、前記エッチング保護膜としてシリコン窒化膜をコンタクトホールの内側側壁に堆積する従来方法のように高温処理を必要とせず、低温処理によって金属窒化膜の形成が可能であるため、高温処理による素子特性の劣化という問題が生じない。又、高温処理が必要とされないため、低温処理が要求されるシリサイド層を第１導電領域に形成することができ、これによってコンタクトと第１導電領域との間の抵抗値を低減することができる。
【００２２】
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第１の特徴に加えて、前記第６工程によって、前記第５工程の終了時までに副次的に前記コンタクトホール内部に生成されたポリマーがエッチング除去されることを第２の特徴とする。
【００２３】
本発明に係る半導体装置の製造方法の上記第２の特徴によれば、第６工程に係るエッチング処理によって、前記第１導電領域の上面の洗浄に加えて、前記コンタクトホール内部に生成されたポリマーの除去が併せて行われるため、少ない工程数で抵抗バラツキを抑制することが可能となり、これによって良好なコンタクト性能を実現することができる。
【００２４】
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第１又は第２の特徴に加えて、前記金属窒化膜が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｕの少なくとも何れか一の金属の窒素化合物で構成されており、膜厚が０．１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲内であることを第３の特徴とする。
【００２５】
本発明に係る半導体装置の製造方法の上記第３の特徴によれば、第６工程に係るエッチング処理を行う際、金属窒化膜が当該除去工程で用いられる薬液による高いエッチング耐性を有するため、除去工程における薬液のエッチングによるコンタクトホールの孔幅が大きく拡大するのを抑制することができる。
【００２６】
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第１〜第３の何れか一の特徴に加えて、前記第６工程におけるエッチング処理に利用されるエッチング薬液に対する前記金属窒化膜のエッチング耐性が、前記第２絶縁膜のエッチング耐性と比較して１０倍以上であることを第４の特徴とする。
【００２７】
本発明に係る半導体装置の製造方法の上記第４の特徴によれば、金属窒化膜がコンタクトホールの内側側壁に堆積されていない状況下で第６工程に係るエッチング処理を行う場合と比較して、当該ポリマー除去工程に伴って内側側壁がエッチングされることによるコンタクトホールの孔幅が拡大されるのを大きく抑制することができる。
【００２８】
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第１〜第４の何れか一の特徴に加えて、前記第６工程におけるエッチング処理に利用されるエッチング薬液がフッ素系薬液であることを第５の特徴とする。
【００２９】
本発明に係る半導体装置の製造方法の上記第５の特徴によれば、前記第６工程においてエッチング能力の高いフッ素系薬液によってエッチング処理が行われるため、前記第６工程開始時点までに前記第１導電領域の上面に形成されている変質物を効果的に除去することができ、かかる変質物に起因してコンタクトが高抵抗化するのを防止することができる。又、前記第６工程開始時点までに、前記コンタクトホールの内側側壁にエッチング保護膜となる前記金属窒化膜が堆積されているため、エッチング能力の高いフッ素系薬液を用いてエッチング処理を行った場合であっても、金属窒化膜の外側に形成されている第２絶縁膜がエッチングされることがないため、コンタクトホールの孔幅が大きく拡大されることない。
【００３０】
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第１〜第５の何れか一の特徴に加えて、前記第３工程終了後、前記第８工程開始前に、前記第２絶縁膜に対するエッチングレートの低い薬液を用いて前記コンタクトホール内部に生成されたポリマーをエッチング除去する第１０工程を更に有することを第６の特徴とする。
【００３１】
本発明に係る半導体装置の製造方法の上記第６の特徴によれば、前記コンタクトホール内部に生成されたポリマーの除去を行うことで、良好なコンタクト性能を実現することができる。又、別途前記第６工程において前記第１導電領域の上面の洗浄を行うため、前記第１０工程では前記第１導電領域の上面の洗浄性能を要求されず、当該工程で用いられるエッチング薬液は前記第２絶縁膜に対するエッチングレートの低いエッチング薬液を用いて前記コンタクト内部に生成されたポリマーの除去を行うことができる。即ち、当該工程を行う時点において前記コンタクトホールの内側側壁に金属窒化膜が堆積されていない場合であっても前記第２絶縁膜が大きくエッチングされるようなことはなく、コンタクトホールの孔幅が拡大することがない。
【００３２】
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第６の特徴に加えて、前記第１０工程におけるエッチング処理に利用されるエッチング薬液が水酸化アンモニウム及び過酸化水素を含む混合液であることを第７の特徴とする。
【００３３】
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第１〜第７の何れか一の特徴に加えて、前記第４工程が、前記コンタクトホールの内部を完全に充填しない範囲内の膜厚で前記金属窒化膜を堆積した後、前記コンタクトホールの内側側壁に被覆された部分以外の前記金属窒化膜を不活性ガスを用いたスパッタリング法により除去する工程であることを第８の特徴とする。
【００３４】
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第１〜第８の何れか一の特徴に加えて、前記第５工程が、プラズマエッチング法により前記第１絶縁膜を除去する工程であることを第９の特徴とする。
【００３５】
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第１〜第９の何れか一の特徴に加えて、前記バリアメタル層が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｕの少なくとも何れか一の金属若しくはその窒素化合物、又はこれらの積層構造であることを第１０の特徴とする。
【００３６】
又、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第１〜第１０の何れか一の特徴に加えて、前記コンタクト材料膜が、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌの少なくとも何れか一の金属を含んで構成されることを第１１の特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の構成によれば、露出された第１導電領域、即ちコンタクトホール底面を洗浄する工程においてコンタクトホールの内側側壁に金属窒化膜が堆積されているため、当該洗浄工程で利用される薬液が直接第２絶縁膜に接触するということがない。従って、洗浄工程で用いられるエッチング薬液を前記第１導電領域上面の洗浄性能が十分確保可能となるような条件のものとした場合においても、従来構成のように当該エッチング薬液によって第２絶縁膜が過剰にエッチングされるということがなく、これによってコンタクトホールの孔幅を所望の範囲内に維持することができる。即ち、コンタクト形状の微細化と抵抗バラツキの抑制とを両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下において、本発明に係る半導体装置（以下、適宜「本発明装置」と称する）、及びその製造方法（以下、適宜「本発明方法」と称する）の実施形態について図１〜図５を参照して説明する。図１〜図４は、本発明方法によって本発明装置を製造する際の製造工程を示す図であり、図１（ａ）〜図１（ｃ）、図２（ａ）〜図２（ｃ）、図３（ａ）〜図３（ｃ）、及び図４によって各製造工程順に概略断面構造図が示されている（紙面の都合上、４図面に分かれている）。又、図５は製造工程をフローチャートにしたものであり、以下の文中の各ステップは図５に示されるフローチャートの各ステップを表すものとする。
【００３９】
尚、図１〜図４に示される各概略断面構造図は、あくまで模式的に図示されたものであり、実際の構造の寸法の縮尺と図面の縮尺とは必ずしも一致するものではない。又、背景技術の項で図６〜図９を参照して上述した従来構成の半導体装置と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を一部簡略化する。
【００４０】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１０上に公知のフォトリソグラフィ技術、ドライエッチング技術、注入技術及びＣＶＤ技術等を用いて所定の素子（図１ではトランジスタ素子）を形成（ステップ＃１）後、第１絶縁膜１４を膜厚１０〜１００ｎｍ程度で、第２絶縁膜２１を膜厚５００〜１５００ｎｍ程度で順にＣＶＤ法により堆積し、ＣＭＰ法により平坦化を行う（ステップ＃２）。例えば、プラズマＣＶＤを用いてＳｉＮ膜を温度４００℃で膜厚５０ｎｍ程度堆積して第１絶縁膜１４を形成し、プラズマＣＶＤを用いてＨＤＰ−ＳｉＯ２膜を温度４００℃で膜厚８００ｎｍ程度堆積して第２絶縁膜２１を形成する。
【００４１】
次に、図１（ｂ）に示すように、所定のレジストパターンで形成されたフォトレジスト膜２２を堆積した後、公知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて第２絶縁膜２１の所定領域に孔幅５０〜３００ｎｍ程度、深さ４００〜１０００ｎｍ程度のコンタクトホール３０を形成し、第１絶縁膜１４の上面を露出する（ステップ＃３）。例えば、幅１５０ｎｍ、深さ６００ｎｍのコンタクトホール３０を形成する。
【００４２】
尚、ステップ＃３において形成されるコンタクトホール３０は、ステップ＃１における素子形成工程において基板１０上に形成された拡散層１２及びシリサイド層１３の上部領域の一部を少なくとも含む領域に形成されるものとする。尚、以下において、拡散層１２及びシリサイド層１３を合わせて適宜「第１導電領域２０」と称する。
【００４３】
次に、図１（ｃ）に示すように、残存していたプラズマアッシング法によりフォトレジスト膜２２を除去した後、エッチング時に生成されたコンタクトホール３０内ポリマーを水酸化アンモニウム／過酸化水素水混合液により除去する。例えば、第２絶縁膜２１に対してのエッチング量が極めて低く、コンタクトホール３０の内側側壁がエッチングされる問題を殆ど生じさせないＡＰＭ（２８％ＮＨ４ＯＨ／３０％Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ＝１：１：５）洗浄によりコンタクトホール３０内のポリマーを除去する。
【００４４】
次に、図２（ａ）に示すように、コンタクトホール３０内の内部側壁及び底部を含む面に堆積するように金属窒化膜３１をＣＶＤ法により膜厚０．１〜２０ｎｍの範囲内で堆積する（ステップ＃４）。例えば、プラズマＣＶＤ法を用いてＴｉＮを温度３５０℃下で膜厚１０ｎｍ程度堆積する。
【００４５】
尚、ステップ＃４において堆積する膜厚の下限値である０．１ｎｍは分子サイズの大きさであり、この値以下は存在しない。又、膜厚の上限値である２０ｎｍは、コンタクトホール３０の孔幅が１２０ｎｍ以下である場合に、側壁に金属窒化膜３１が堆積した状態で形成されるホールに対して後段のコンタクト材料膜充填工程での膜充填が可能な最大の値である。
【００４６】
又、金属窒化膜３１の材料としては、上記ＴｉＮの他、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｕの内の何れか一の金属の窒素化合物でも良い。これらの材料を利用する場合においても、ステップ＃４の金属窒化膜堆積工程において堆積する膜厚を０．１〜２０ｎｍ程度として良い。
【００４７】
次に、図２（ｂ）に示すように、不活性ガスを用いたスパッタリング法により、コンタクトホール３０の内側側壁以外に堆積した金属窒化膜３１を除去する（ステップ＃５）。例えば、Ａｒガスを用い、流量＝５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー＝３００Ｗ、時間＝１０ｓｅｃでスパッタリング法により、コンタクトホール３０の内側側壁以外に堆積した金属窒化膜３１を除去する。当該ステップ＃５により、コンタクトホール３０の底部に第１絶縁膜１４の上面が露出する。
【００４８】
次に、図２（ｃ）に示すように、リアクティブイオンエッチング法によりコンタクトホール３０の底部の第１絶縁膜１４を除去し、半導体基板１０上の第１導電領域２０を露出させる（ステップ＃６）。その後、ステップ＃１の素子形成工程において第１導電領域２０上面に形成された自然酸化膜等の変質物（金属系及びＳｉ系変質物）、及びステップ＃３のコンタクトホール形成工程においてコンタクトホール３０の内部に形成されたポリマーをフッ素系薬液（例えば、１００：１ＢＨＦ（４０％ＮＨ４Ｆ：５０％ＨＦ＝１００：１））により洗浄することで除去する（ステップ＃７）。
【００４９】
次に、図３（ａ）に示すように、内側側壁に金属窒化膜３１が堆積されたコンタクトホール３０内に、ＣＶＤ法及びスパッタリング法を用いて、バリアメタル層３２をコンタクトホール３０の内部が完全に充填しない範囲内の膜厚（例えば０．１〜２０ｎｍ程度）で堆積する（ステップ＃８）。例えば、プラズマＣＶＤ法と反応性スパッタリング法を用いて、ＴｉＮ／Ｔｉを厚さ１０ｎｍ堆積する。又、バリアメタル層３２の材料としては、上記ＴｉＮの他、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｕの少なくとも何れか一の金属若しくはその窒素化合物、又はこれらの積層構造を利用することができる。
【００５０】
次に、図３（ｂ）に示すように、少なくともコンタクトホール３０の内部を充填するようにコンタクト材料膜３３をＣＶＤ法により堆積する（ステップ＃９）。尚、コンタクト材料膜３３としては、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、又はＡｌ−Ｓｉ等のアルミ合金を利用することができる。
【００５１】
次に、図３（ｃ）に示すように、コンタクトホール３０内部以外に堆積されたコンタクト材料膜３３及びバリアメタル層３２をＣＭＰ法により平坦化することで除去する（ステップ＃１０）。これによって配線用コンタクト３５が形成される。
【００５２】
次に、図４に示すように、公知の多層配線形成技術を用いて、多層配線構造４０を形成する（ステップ＃１１）。具体的には、層間絶縁膜形成工程、ビアホール形成、及び上層配線溝形成工程、ビアホール及び上層配線溝を金属材料で充填するプラグ形成工程、を繰り返すことで多層配線構造４０が形成される。
【００５３】
このように構成されるとき、ステップ＃７における洗浄工程において、図２（ｃ）に示されるように、コンタクトホール３０の内側側壁に金属窒化膜３１が堆積されているため、フッ素系薬液が直接第２絶縁膜２１に接触するということがない。従って、ステップ＃７で用いられる薬液を洗浄性能が十分確保可能となるような条件のものとした場合においても、従来構成のように当該薬液によって第２絶縁膜２１が過剰にエッチングされるということがなく、これによってコンタクトホール３０の孔幅を所望の範囲内に維持することができる。
【００５４】
特に、ステップ＃７における洗浄工程時において、コンタクトホール３０の内側側壁に金属単体で構成される膜ではなく、金属窒化膜を堆積させることで、フッ素系薬液に対して高いエッチング耐性を有する保護膜を形成できるという効果を有する。
【００５５】
又、シリコン窒化膜をコンタクトホール３０の内側側壁に堆積する従来方法のように、ＬＰＣＶＤ法を用いる必要がなく、低温処理によって金属窒化膜３１の形成が可能であるため、高温処理による素子特性の劣化という問題が生じない。又、高温処理が必要とされないため、低温でのプロセス構築が要求されるシリサイド層の形成が可能であり、このためコンタクト３５と半導体基板１０上の拡散層１２及び１５との間をシリサイド層１３で接続することができ、コンタクト抵抗の低抵抗化を図ることができる。
【００５６】
本発明方法によれば、洗浄薬液による第２絶縁膜２１のエッチングによるコンタクトホール３０の孔幅拡大を懸念することなく、半導体基板１０上の自然酸化膜等の変質物及びコンタクトホール３０内のポリマーを除去できるため、抵抗バラツキを抑制した高アスペクト比のコンタクト３５を有する半導体装置の製造が可能である。
【００５７】
尚、上記実施形態では、第２絶縁膜２１に対するエッチング量が極めて低い水酸化アンモニウム／過酸化水素水混合液を用いて行うエッチング処理工程を金属窒化膜３１の堆積前に行うものとしたが、コンタクトホール３０を形成後、当該コンタクトホール３０内を充填するまでの間であれば、どのタイミングにおいて水酸化アンモニウム／過酸化水素水混合液によるエッチング処理工程を行うものとしても良い。但し、金属窒化膜３１を堆積後にかかるエッチング処理を施す場合には、金属窒化膜３１と第２絶縁膜２１との間に除去されないポリマーが一部残存することも想定されるため、上記実施形態のように金属窒化膜３１の堆積工程の前に前記エッチング処理工程を行うことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る半導体装置を製造する際の製造工程順に示した概略断面構造図（１）
【図２】本発明に係る半導体装置を製造する際の製造工程順に示した概略断面構造図（２）
【図３】本発明に係る半導体装置を製造する際の製造工程順に示した概略断面構造図（３）
【図４】本発明に係る半導体装置を製造する際の製造工程順に示した概略断面構造図（４）
【図５】本発明に係る半導体装置を製造する際の製造工程を示すフローチャート
【図６】従来構成の半導体装置を製造する際の製造工程順に示した概略断面構造図
【図７】従来構成の半導体装置を製造する際の製造工程順に示した概略断面構造図
【図８】従来の半導体装置の製造方法における一工程時点での概略断面構造図
【図９】従来の半導体装置の別の製造方法における一工程時点での概略断面構造図
【符号の説明】
【００５９】
１：    本発明に係る半導体装置
１ａ：    従来構成の半導体装置
１０：    半導体基板
１１：    素子分離領域
１２：    高濃度拡散層
１３：    シリサイド層
１４：    第１絶縁膜
１５：    低濃度拡散層
１６：    サイドウォール絶縁膜
１７：    ゲート絶縁膜
１８：    ゲート電極
１９：    シリサイド層
２０：    第１導電領域
２１：    第２絶縁膜
２２：    フォトレジスト膜
３０：    コンタクトホール
３１：    金属窒化膜
３２：    バリアメタル層
３３：    コンタクト材料膜
３５：    配線用コンタクト
３６：    サイドウォール層
４０：    多層配線構造
【図５】
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【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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