(57)【要約】【課題】本発明は、コンタクトホール底部表面に残留するハロゲン化物を確実に除去し、界面抵抗の上昇を抑制して接触抵抗の安定化および配線信頼性の向上化を得られる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】シリコン基板１上に層間絶縁膜３を形成する工程と、層間絶縁膜に対し有機物系マスクＲを用いてハロゲンを含むエッチングガスによりドライエッチングし、層間絶縁膜の所定部位にコンタクトホールｈを形成する工程と、前記有機物系マスク材を剥離除去する工程と、前記コンタクトホールを含む層間絶縁膜上に、ＯＨまたはＨを含むレジスト８を塗布したうえで酸素プラズマによりアッシングする工程と、前記コンタクトホール内に導電材を埋め込む工程とを有する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の所定の位置に導電領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に対し、マスクを用いて、ハロゲンを含むエッチングガスによりドライエッチングを行い、その所定の部位に、前記導電領域と電気的に接続するように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面上に、ＯＨまたはＨを含む有機材料膜を形成する工程と、
前記ＯＨまたはＨを含む有機材料膜を、酸素プラズマにより、アッシングする工程と、
前記コンタクトホール内に導電材を埋め込む工程と
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】
半導体基板の所定の位置に導電領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に対し、マスクを用いて、ハロゲンを含むエッチングガスによりドライエッチングを行い、その所定の部位に、前記導電領域と電気的に接続するように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面上に、ＯＨまたはＨを含む有機材料膜を形成する工程と、
前記ＯＨまたはＨを含む有機材料膜を、酸素プラズマによりアッシングする工程と、
前記アッシング処理の後、前記コンタクトホール内において、希フッ酸水溶液によるウエットエッチング処理、もしくはアルゴン（Ａｒ）による逆スパッタリング処理をなす工程と、
前記コンタクトホール内に導電材を埋め込む工程と
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３】
前記マスクは有機物系の材料を有し、このマスクを酸素プラズマによりアッシング処理した後に、前記コンタクトホールの内面上に、ＯＨまたはＨを含む有機材料膜を形成する工程をなすことを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記コンタクトホールを形成する工程がなされた後、前記コンタクトホールの内面上には、フッ化物が形成されていることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜は、窒化シリコン膜と、この窒化シリコン膜上に形成されたシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれか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、半導体装置の製造方法に係り、特にドライエッチング後のコンタクトホール底部表面に残留するハロゲン化物を除去する後処理工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板上に形成した絶縁膜に対し有機物系マスクを用いてドライエッチングし、コンタクトホールを形成する半導体装置の製造方法が多用されている。特に、微細加工をなすにあたって、プラズマ中で、たとえばリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）が行われている。これは、フッ素、塩素、および臭素などのハロゲンを含むエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマ中で生成したハロゲン系のラジカル（活性なガス）による化学反応を利用する。
【０００３】
一方、拡散層と配線層を接続するコンタクトホールのアスペクト比は増大化傾向にあり、近年ではアスペクト比が５を超えるまでに至った。このようなアスペクト比が高い要求下でのコンタクトホール加工は、レジストマスクと層間絶縁膜とのエッチング選択比を大きくとる必要がある。  
すなわち、ドライエッチングに用いられるエッチングガスとして、Ｃ４  Ｆ８  、Ｃ５  Ｆ８  、Ｃ４  Ｆ６  等のＣ／Ｆ比が高いフルオロカーボンガスを用いた、高いイオンエネルギーによるプロセスである。
【０００４】
そのため、レジスト表面やコンタクトホール周壁と底部表面には、フルオロカーボンポリマー等のフッ化物（Ｆ）が堆積することが避けられない。前記フッ化物は、ドライエッチング後のアッシング処理や洗浄工程で処理されるはずである。そのあと、コンタクトホールはチタン（Ｔｉ）および窒化チタン（ＴｉＮ）等のバリアメタルで被覆され、タングステン（Ｗ）、あるいはポリシリコンからなる導電性材料が埋め込まれる。  
しかしながら、コンタクトホール加工後の特に底部表面にフッ化物が残留していると、前記導電性材料と半導体基板であるシリコン基板との界面でのコンタクト抵抗の上昇を引き起こし、接続（オーミック接続）が不安定となる。特に、ホールサイズが１０ｎｍ以下になると、界面不純物による抵抗上昇の影響が無視できなくなる。  
そこで、［特許文献１］や［特許文献２］には、界面不純物による抵抗上昇を抑制するため、エッチング副生成物によりコンタクトホールの底部表面に残留するフッ化物の除去について記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２３３４５３号公報
【特許文献２】特開２００２−１２４４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
［特許文献１］の技術は、半導体基板上の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、拡散層と層間絶縁膜上にチタン膜を堆積してから、半導体基板をアルゴン雰囲気下で高温加熱し、拡散層表面にチタンシリサイド膜を形成する。そのあと窒化チタン層を堆積させ、コンタクトホールにタングステン膜を埋込み、配線層を形成するようになっている。  
すなわち、上述の技術では高温の熱処理によりチタンシリサイド膜を形成してから化学的気層成長法を用いて窒化チタン層を堆積させ、チタンシリサイド膜の形成阻害や窒化チタン膜中の欠陥の発生を図っている。しかしながら、熱処理をもってコンタクトホール底部表面のフッ化物を完全に除去するには困難であり、半導体基板や層間絶縁膜自体が受ける熱的悪影響の発生の虞れがある。
【０００６】
［特許文献２］の技術は、処理室内で、半導体基板上に形成された凹部底面のコンタクト領域または拡散層領域に対しアルゴンプラズマ処理を行うことにより、コンタクト領域または拡散層の表面に存在する絶縁膜を除去する工程を有する。前記アルゴンプラズマ処理は、高周波電力を印加してアルゴンプラズマを励起し、半導体基板に印加されるセルフバイアス電圧の絶対値を１００Ｖ以上にして行うようになっている。  
すなわち、上述の技術ではイオン化された金属粒子が半導体基板に対し方向性を持って入射し、高アスペクト比に形成されるコンタクトホール底面の自然酸化膜を除去する。しかしながらその反面、イオン化された金属粒子は層間絶縁膜のコンタクトホール開口周部までを削ってしまう虞れがあり、コンタクトホールの変形化と、開口径の拡大による信頼性低下がある。
【０００７】
本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、半導体基板であるシリコン基板表面の絶縁膜上にコンタクトホールを形成した後のエッチング面、特にコンタクトホール底部表面に残留するハロゲン化物を確実に除去し、界面抵抗の上昇を抑制して接触抵抗の安定化および配線信頼性の向上化を得られる半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を満足するため本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の所定の位置に導電領域を形成する工程と、前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に対しマスクを用いてハロゲンを含むエッチングガスによりドライエッチングを行い、その所定の部位に導電領域と電気的に接続するように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面上にＯＨまたはＨを含む有機材料膜を形成する工程と、前記ＯＨまたはＨを含む有機材料膜を酸素プラズマによりアッシングする工程と、前記コンタクトホール内に導電材を埋め込む工程とを有する。
【０００９】
さらに、上記目的を満足するため本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の所定の位置に導電領域を形成する工程と、前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に対しマスクを用いてハロゲンを含むエッチングガスによりドライエッチングを行い、その所定の部位に導電領域と電気的に接続するように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面上にＯＨまたはＨを含む有機材料膜を形成する工程と、前記ＯＨまたはＨを含む有機材料膜を酸素プラズマによりアッシングする工程と、前記アッシング処理の後、前記コンタクトホール内において希フッ酸水溶液によるウエットエッチング処理、もしくはアルゴン（Ａｒ）による逆スパッタリング処理をなす工程と、前記コンタクトホール内に導電材を埋め込む工程とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンタクトホール底部表面に残留するハロゲン化物を確実に除去し、界面抵抗の上昇を抑制して接触抵抗の安定化と配線信頼性の向上化を得られる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態を、図面にもとづいて説明する。  
図１（Ａ）〜（Ｃ）および図２（Ａ）〜（Ｄ）は、第１の実施の形態での主要な工程段階における半導体装置の一部断面を示している。  
図１（Ａ）に示すように、先ず、半導体基板であるシリコン（Ｓｉ）基板１上の選択された部分に、ＭＯＳトランジスターのソース電極およびドレイン電極を構成する拡散層２を形成する工程をなす。ここでは、前記拡散層２の形成は、公知のリソグラフィー技術およびイオン注入技術を用いて行うことができる。  
つぎに、化学的気層成長法によりシリコン基板１および拡散層２上に、層間絶縁膜３を形成する工程をなす。前記層間絶縁膜３の材料としては、シリコン酸化系の膜で、たとえば溶融性をもつＢＰＳＧ膜（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ膜）が用いられる。  
さらに、層間絶縁膜３の表面に、有機物系マスクの一例であるレジストＲを塗布して被覆する。そして、このレジストＲに対してリソグラフィー技術によりゲート電極形成予定部位にパターンを形成する工程をなす。
【００１２】
図１（Ｂ）に示すように、パターニングされたレジストＲをマスクとし、ドライエッチング技術を用いて層間絶縁膜３にコンタクトホールｈを加工形成する工程を行う。ここでは、ドライエッチング技術として、エッチングガスにフッ素系（ＣＦｘ）ガスを用いるリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）処理をなす。たとえば、ＣＦ４  単独または、ＣＦ４  ＋Ｏ２  、ＣＦ４  ＋Ｈ２  等をエッチングガスとして用いることができる。  
このとき、コンタクトホールｈの底部ａに露出したシリコン基板１とエッチングガス（ＣＦ４  ）との反応によるＳｉＦｘが生成される。また、コンタクトホールｈの周壁ｂおよび底部ａにはエッチングガス（ＣＦ４  ）とレジストＲとの反応によるフルオロカーボンポリマー（ＣＦｘ）が堆積される。
【００１３】
つぎに、Ｏ２  プラズマにより生成したＯラジカルで、レジストＲを剥離除去するアッシング処理の工程をなす。同時に、コンタクトホールｈの周壁ｂおよび底部ａに堆積しているＣＦｘはＯラジカルにより除去されるとともに、ＣはＣＯあるいはＣＯ２  として除去される。しかしながら、ＳｉＦｘは残留してしまう。  
そのあと、硫酸と過酸化水素水の混合液を用いて層間絶縁膜３の表面を清浄化する工程をなす。このことにより、前述したアッシング処理で除去されなかったレジストＲおよびＣＦｘが除去される。しかしながら、コンタクトホールｈの底部ａ表面には依然として、ＳｉＦｘが残留しており、これを除去するのは困難である。
【００１４】
なお、層間絶縁膜３表面に対して希フッ酸水溶液などを用いるウエットエッチング処理によって酸化させ前記ＳｉＦｘを除去することは可能であるが、同時に層間絶縁膜３もエッチングにより後退し、コンタクトホールｈの直径が拡大してしまう。したがって、ＳｉＦｘを除去するためのウエットエッチング処理は行うことができない。  
そこで、コンタクトホールｈの底部ａに残留するハロゲン化物であるＳｉＦｘを除去する工程を介在させる。すなわち、図１（Ｃ）に示すように、先ず、前記コンタクトホールｈが埋まるように、全面に亘って酸化水素（ＯＨ）や水素（Ｈ）を含むレジスト８を塗布し、その状態で、Ｏ２  プラズマにより生成したＯラジカルで、レジスト８を除去する酸素プラズマアッシング処理をなす。
【００１５】
ここでは、レジスト８には、ＯＨまたはＨを含む有機材料系の膜であれば良く、たとえば、ノボラック樹脂膜（ＪＳＲ社製商品名：ＰＥＲ  ＩＸ３７０Ｇ）のような各種のレジスト膜を用いることができる。  
図１（Ｃ）に示す工程では、レジスト８を塗布することで、ハロゲン化物であるＳｉＦｘは、直接、それらのレジスト８の成分（ＯＨまたはＨ等）と反応し、また、酸素プラズマによるアッシング処理中に、レジスト８から揮発する酸化水素（ＯＨ）や水素（Ｈ）により、ＦであればＨＦとなって揮発して、除去されることとなる。
【００１６】
また、このとき、Ｓｉは、酸素（Ｏ）成分と結合(即ち、酸化)して、ＳｉＯｘ膜として残留するが、希フッ酸水溶液を塗布するウエットエッチング処理を行うことにより、ＳｉＯｘ膜はエッチング除去されて、コンタクトホールｈの底部ａ表面は清浄な面になる。このＳｉＯｘ層の除去方法については、フッ酸系の薬液処理を行う代りに、アルゴン（Ａｒ）逆スパッタリング法を用いてもよい。  
つぎに、図２（Ａ）に示すように、ＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて、コンタクトホールｈの周壁ｂおよび底部ａに、窒化チタン（ＴｉＮ）膜４およびチタン（Ｔｉ）膜５を成膜する工程を行う。  
その後、以上の処理をなしたシリコン基板１をアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程をなす。この熱処理工程中において、図２（Ｂ）に示すように、シリコン基板１の（Ｓｉ）成分とチタン膜５とが反応して、チタンシリサイド（ＴｉＳｘ）層６が形成される。
【００１７】
この結果、界面のＳｉＦｘ膜やＳｉＯｘ膜が除去され、導通時において、コンタクト抵抗が低減することになる。しかしながら、シリコン基板１のシリコン（Ｓｉ）成分とチタン（Ｔｉ）の界面の不純物が多い場合には、前述のシリサイド反応が阻害されるために、コンタクト抵抗がさほど低減しない。特に、コンタクトホールｈの径サイズが微細になると、不純物による抵抗上昇の影響が顕著になる。  
つぎに、図２（Ｃ）に示すように、ＷＦ６  ガスを用いたＣＶＤ法により、コンタクトホールｈを埋め込むようにして、窒化チタン膜４の上にタングステン（Ｗ）膜７を形成する。  
そして、図２（Ｄ）に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）法を用いて、層間絶縁膜３表面のタングステン（Ｗ）膜７と、チタン膜５および窒化チタン膜４を除去する。これにより、コンタクトホールｈの内部において、タングステン（Ｗ）膜７が埋め込まれ、金属プラグ９が形成された状態を得られる。
【００１８】
最後に、特に図示をしないが、金属プラグ９上に、これと導通する配線層を形成する。ここでは、アルミニウム合金膜を層間絶縁膜３およびタングステン膜７上に堆積し、リソグラフィー法およびドライエッチング法により所定の形状に加工することにより配線層を形成することができる。  
本実施の形態 においては、図１（Ｂ）で説明したように層間絶縁膜３にコンタクトホールｈをドライエッチング処理により形成し、かつ有機物系マスクであるレジストＲを剥離する工程の後で、コンタクトホールｈの底部ａに残留するハロゲン化物であるＳｉＦｘを除去する工程を介在させた。
【００１９】
すなわち、図１（Ｃ）に示すように、前記コンタクトホールｈが埋まるように、全面的に、酸化水素（ＯＨ）や水素（Ｈ）を含むレジスト（有機材料）８を塗布し被膜する。そして、Ｏ２  プラズマにより生成したＯラジカルで、レジスト８を除去する酸素プラズマアッシング処理をなす。  
このように、本実施の形態は、ドライエッチング後にアッシング処理して有機物系のマスクＲを剥離除去したあと、洗浄した層間絶縁膜３上にＯＨやＨを含むレジスト８を塗布し、その状態で、酸素プラズマによりアッシング処理をなし、さらにシリコン酸化膜（ＳｉＯ２  ）をウエットエッチングして、ドライエッチング後に付着した全てのフッ化物（Ｆ）を除去できる。
【００２０】
なお説明すると、ハロゲン化物が残留した層間絶縁膜３上にＯＨやＯを含むレジスト等の有機材料を塗布し、酸素プラズマによりアッシングすることで、アッシング中に発生するＯＨやＨとハロゲンが反応し、揮発する。したがってＳｉＦｘが除去され、Ｓｉは酸化される。さらに、ウエットエッチングあるいはＡｒの逆スパッタリング処理でシリコン酸化物を除去することで、界面抵抗の上昇を抑制できる  。
【００２１】
図３に、エッチング後、レジスト剥離後の表面状態をＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で分析した結果を示す。横軸に結合エネルギー（Ｂｉｎｄｉｎｇ  Ｅｎｅｒｇｙ）をとり、縦軸に電子カウント数（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｏｕｎｔｓ）をとっている。
【００２２】
今回測定したパターンは、コンタクトホール底部ではなく、１ｍｍ角のパターンを開口した穴底を測定した。なお、同図は、Ｆ１ｓのスペクトルを示している。  
図３に分析結果（ａ）で示すように、有機物系レジストＲで層間絶縁膜３をマスクし、ハロゲンを含むエッチングガスでドライエッチングしてコンタクトホールｈを形成した後で、前記レジストＲを剥離しない前のＦ１ｓのピークは、結合エネルギー６８８ｅＶ付近で検出された。このピークは、一般的にＣ４  ＦやＣＦｘに起因するピークであると考えられる。
【００２３】
図３に分析結果（ｂ）で示すように、コンタクトホールｈをエッチングにより形成し、かつレジストＲを剥離した後のＦ１ｓのピークは、結合エネルギー６８７ｅＶ付近で検出された。これは、Ｃ４  ＦやＣＦｘのピークとは異なり、ＳｉＦに起因したピークであると考えられる。このようにして、コンタクトホールｈを含む層間絶縁膜３表面からエッチング残渣（副生成物）が除去されていないことが分かる。  
図３に分析結果（ｃ）で示すように、コンタクトホールｈを含む層間絶縁膜３上にレジスト８を塗布し、Ｏ２  プラズマによるアッシング処理した工程の後では、Ｆ１ｓピークが見られない。  
すなわち、以上の分析結果から、たとえばノボラック樹脂膜を用いたレジスト８の塗布と、酸素プラズマによるアッシング処理により、ＣＦｘおよびＳｉＦｘの堆積物が確実に除去されると言える。
【００２４】
つぎに、本発明に係る第２の実施の形態について、図４（Ａ）（Ｂ）にもとづいて説明する。  
図４（Ａ）に示すように、前述した第１の実施の形態において層間絶縁膜が、シリコン酸化膜１０と窒化シリコン膜１１からなる構成に変更されている。具体的には、シリコン酸化膜１０の下地に窒化シリコン膜１１が形成されることになる。  
前記シリコン酸化膜１０にコンタクトホールｈを形成すべく、シリコン酸化膜１０に対してレジストである有機物系のマスクを用いて、ハロゲンガスを含むエッチングガスによりドライエッチングする。
【００２５】
このドライエッチング加工では、窒化シリコン（ＴｉＮ）はシリコン酸化膜１０に対して高い選択比を有するため、窒化シリコン膜１１の膜減りを抑制する。すなわち、窒化シリコン膜１１をエッチングストッパー層として機能させることができる。  
図４（Ｂ）に示すように、その後レジストを剥離し、シリコン酸化膜１０をマスクとして、窒化シリコン膜１１をドライエッチングにより加工する。ここでも、ハロゲンガスを含むエッチングガスが用いられる。
【００２６】
このようにして、コンタクトホールｈを形成する過程で、シリコン基板１、特に拡散層２に対する過渡なエッチングを抑制するようにする。そして、アッシングとウエットエッチング処理によりシリコン酸化膜１０の表面を清浄化したあと、コンタクトホールｈを含むシリコン酸化膜１０の表面を、ＯＨやＨを含む有機材料膜であるレジストで被覆する。さらに、酸素プラズマによりアッシング処理することで、コンタクトホールｈの底部ａ表面に残留しているＳｉＦｘを除去する。
【００２７】
このように、前述した第１の実施の形態において説明した層間絶縁膜が、シリコン酸化膜１０と窒化シリコン膜１１からなる構成に変更されている構成であっても、コンタクトホールｈの底部表面を覆うＳｉＦｘを除去し、界面抵抗の上昇を抑制できる。  
なお、今回の構造のプロセスにおいては、レジストマスクを用いてシリコン酸化膜１０と窒化シリコン膜１１を連続して開口し、その後、前記レジストマスクを剥離除去するようにしてもよい。  
本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明における第１の実施の形態に係る、半導体装置の製造工程を順に示す図。
【図２】同実施の形態に係る、図１（Ｃ）に引き続いて半導体装置の製造工程を順に示す図。
【図３】同実施の形態に係る、コンタクトホール清浄化処理前と処理後の表面状態をＸＳで分析した結果を示す図。
【図４】本発明における第２の実施の形態に係る、半導体装置の製造工程を順に示す図。
【符号の説明】
【００２９】
１…シリコン基板、２・・・拡散層、３…層間絶縁膜、Ｒ…レジスト、ｈ…コンタクトホール、４…窒化チタン膜、５…チタン膜、６…チタンシリサイド層、７…タングステン（Ｗ）膜、８…（ＯＨまたはＨを含む）レジスト、９…金属プラグ、１０…シリコン酸化膜、１１…窒化シリコン膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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