(57)【要約】【課題】有機シロキサン系絶縁膜にアッシャによるダメージを与えることがなく、かつ形状劣化や異物の問題を起こすことのない、有機シロキサン系絶縁膜の高精度な孔溝加工プロセスを提供する。【解決手段】有機シロキサン系絶縁膜に上に、第２の絶縁膜と溶解液に可溶な無機薄膜を形成する。この無機薄膜をハードマスクとして有機シロキサン系絶縁膜を加工する。加工後のハードマスクは溶解液により除去する。【選択図】  図６
2004158821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
溶解液に可溶な無機薄膜を前記第２の絶縁膜の上に形成する工程と、
前記無機薄膜の上にレジストパタンを形成する工程と、
ドライエッチングにより前記レジストパタンを前記無機薄膜に転写する工程と、
前記レジストパタンを除去する工程と、
ドライエッチングにより前記無機薄膜のパタンを前記第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜に転写する工程と、
前記無機薄膜を溶液に溶解することにより除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
無機薄膜を前記第２の絶縁膜の上に形成する工程と、前記無機薄膜の上に第１のレジストパタンを形成する工程と、
ドライエッチングにより前記第１のレジストパタンを前記無機薄膜に転写する工程と、
前記第１のレジストパタンを除去する工程と、
前記無機薄膜の上に第２のレジストパタンを形成する工程と、
ドライエッチングにより前記第２のレジストパタンを少なくとも前記第２の絶縁膜に転写する工程と、
前記無機薄膜を溶液に溶解することにより除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１のレジストパタンが配線パタン、第２のレジストパタンが接続孔パタンであ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】
前記第１のレジストパタンが接続孔パタン、第２のレジストパタンが配線パタンであ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】
前記無機薄膜が、金属酸化物あるいは金属酸窒化物であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記無機薄膜が、酸化アルミニウムあるいは酸窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記無機薄膜をスパッタリング法あるいは反応性スパッタリング法で形成することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記溶解液が、少なくともフッ素を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記溶解液中のフッ素濃度が、０．０００５％以上０．５％以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の絶縁膜が、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素、炭窒化珪素のいずれかであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の絶縁膜が、炭化珪素の上に酸化ケイ素を形成した積層膜であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の絶縁膜が、有機シロキサン系絶縁膜であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の絶縁膜が、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素、炭窒化珪素のいずれかの上に有機シロキサン系絶縁膜を形成した積層膜であることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記可溶性薄膜に前記レジストパタンを転写する工程に、少なくとも塩素を含むガスによるドライエッチングを用いることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記可溶性薄膜に前記レジストパタンを転写する工程のドライエッチングガスが、少なくともＣｌ２あるいはＢＣｌ３を含むことを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記レジストパタンを形成する工程に、ＡｒＦリソグラフィを用いることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記無機薄膜を除去した後に、少なくともＣｕを含む金属膜を形成すること特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
有機シロキサン系絶縁膜上に、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素、炭窒化珪素のいずれかからなる第一の絶縁膜を形成する工程と、
前記第一の絶縁膜上に、酸化アルミニウムあるいは酸窒化アルミニウムからなる無機薄膜を形成する工程と、
前記有機シロキサン系絶縁膜を露出させること無く、前記無機薄膜の一部を除去して前記第一の絶縁膜を露出する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
有機シロキサン系絶縁膜上に、酸化珪素と炭化珪素の積層膜からなる第一の絶縁膜を形成する工程と、
前記第一の絶縁膜上に、酸化アルミニウムあるいは酸窒化アルミニウムからなる無機薄膜を形成する工程と、
前記有機シロキサン系絶縁膜を露出させること無く、前記無機薄膜の一部を除去して前記第一の絶縁膜を露出する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
フッ素濃度が、０．０００５％以上０．５％以下である液を用いて、少なくともＣｕが露出した構造から酸化アルミニウムあるいは酸窒化アルミニウムを選択的に除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
酸化アルミニウムあるいは酸窒化アルミニウムを除去した後に少なくともＣｕを含む金属膜を形成すること特徴とする請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
有機シロキサン系絶縁膜上に、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素、または炭窒化珪素のいずれかからなる第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に、酸化アルミニウムあるいは酸窒化アルミニウムからなる無機薄膜を形成する工程と、
前記有機シロキサン系絶縁膜を露出させること無く、前記無機薄膜の一部を除去して前記第１の絶縁膜を露出する工程と、
前記露出された第１の絶縁膜および前記無機薄膜を覆うように少なくともＳｉを１０％以上含む犠牲膜を形成する工程と、
前記有機シロキサン系絶縁膜を露出させること無く、前記犠牲膜の一部を除去して前記第１の絶縁膜を露出する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
有機シロキサン系絶縁膜上に、酸化珪素と炭化珪素の積層膜からなる第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に、酸化アルミニウムあるいは酸窒化アルミニウムからなる無機薄膜を形成する工程と、
前記有機シロキサン系絶縁膜を露出させること無く、前記無機薄膜の一部を除去して前記第１の絶縁膜を露出する工程と、
前記露出された第１の絶縁膜および前記無機薄膜を覆うように少なくともＳｉを１０％以上含む犠牲膜を形成する工程と、
前記有機シロキサン系絶縁膜を露出させること無く、前記犠牲膜の一部を除去して前記第１の絶縁膜を露出する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記犠牲膜が水素シロキサン系絶縁膜であることを特徴とする請求項２２または２３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記犠牲膜がＳｉを１０％以上含む水素シロキサン系絶縁膜であることを特徴とする請求項２２または２３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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法、特に高速動作・低消費電力用の半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の微細化により、Ｃｕ配線の寄生容量がトランジスタ自体の入出力容量と同等の大きさになり、素子動作の律速要因となっている。そこで、従来の酸化ケイ素（比誘電率〜４）より比誘電率が低い絶縁膜を導入する検討が盛んに行われている。
【０００３】
低誘電率膜として主に検討されているのは、有機シロキサン系絶縁膜である。有機シロキサン系絶縁膜は、Ｓｉ−Ｒ結合（Ｒは有機基）とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を主成分とする膜である。化学気相成長法（ＣＶＤ）あるいはスピン塗布法により形成される。Ｒとしては、耐熱性に優れたＣＨ３を用いるのが一般的である。その他の成分としてＳｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ−Ｓｉを含む場合もある。有機シロキサン系絶縁膜の比誘電率は通常２．８から３．３程度であるが、膜をポーラスにすることにより、比誘電率を２．５以下にすることもできる。
【０００４】
Ｃｕ配線形成方法としては、ダマシン法が一般的である。ダマシン法とは、先ず配線や接続孔に対応する溝や穴パタンを絶縁膜に形成し、ついでバリヤメタル及びＣｕをパタン内に埋め込み、さらにパタン外の不要なバリヤメタル及びＣｕを化学機械研磨（ＣＭＰ）で取り除く方法である。ダマシン法のうち、配線と接続孔のパタンの両者に同時にＣｕを埋め込む方法は、デュアルダマシン法と呼ばれている。
【０００５】
Ｃｕ配線に有機シロキサン系絶縁膜を適用するには、上記の溝や穴パタンの加工が必要である。有機シロキサン系絶縁膜への溝穴パタンの加工法としては、以下の２つがある。第一に、レジストパタンをマスクとして直接有機シロキサン系絶縁膜を加工するレジストマスク法である。第二に、レジストパタンを一度ハードマスクに転写しておき、レジストを除去した後に、このハードマスクを用いて下地の有機シロキサン系絶縁膜を加工するハードマスク法である。
【０００６】
ハードマスクとしては、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素、炭窒化珪素、あるいはこれらの積層膜が一般的に検討されている。また、下記の特許文献１には、酸化アルミニウムをハードマスクにする方法が開示されており、下記の特許文献２には、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ等のメタルやこれらの酸化膜、窒化膜、炭化膜をハードマスクにする方法が開示されている。
【０００７】
また、ハードマスクの下層に可溶性薄膜を形成しておき、有機シロキサン系絶縁膜の加工後に、溶解液を用いて可溶性薄膜を溶かし、ハードマスクをリフトオフして除去する方法が開示されている（例えば、特許文献３を参照）。ハードマスクとして、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃａ及び酸化アルミニウム等が挙げられ、可溶性薄膜として、酸化タングステン、酸化アルミニウム、等が挙げられている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２０８４４４号公報
【特許文献２】
特開２０００−１５０４６３号公報
【特許文献３】
特開２００１−１５４７９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
レジストマスク法の問題点は、以下の２つである。
第一に、レジスト除去時の有機シロキサン系絶縁膜の劣化である。レジストマスク法では、レジスト除去のためのアッシャ処理（酸素プラズマ処理）により、有機シロキサン系絶縁膜中の有機分が分解する。その結果、比誘電率の増大や耐圧劣化等の問題が生ずる。比誘電率２．８から３．３程度の有機シロキサン系絶縁膜中であれば、アッシャ処理の低圧化やアンモニアプラズマ処理等により、プラズマの酸化力を弱めて、ダメージを低減することも可能である。
【００１０】
しかし、比誘電率２．５以下のポーラス膜では、プラズマが膜内部に浸透しやすいため、ダメージは低減しない。第二の問題点は、９０ｎｍノード以降で用いられるＡｒＦリソグラフィ用レジストのドライエッチング耐性である。ＡｒＦリソグラフィ用レジストは、一般にフッ素系プラズマ耐性が弱い。ところがレジストマスク法では、有機シロキサン系絶縁膜をエッチングしている時間中、レジストがフッ素系プラズマに晒される。その結果レジストが形状劣化し、その形状が有機シロキサン系絶縁膜に転写されてしまう。
【００１１】
一方、ハードマスク法では、有機シロキサン系絶縁膜はアッシャ処理に晒されないため、ダメージの問題はない。問題点は、ハードマスク材料により異なる。
一般的に検討されているハードマスク材料（酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素、炭窒化珪素等）では、有機シロキサン系絶縁膜との選択比は高々２から６程度であり、高精度な加工ができない。
【００１２】
金属ハードマスクでは、選択比は十分高くなる。第一の問題点は、金属表面の反射により下地が見えなくなり、リソグラフィ工程で位置合わせができなくなることである。第二に、隣接配線間の短絡防止のため、金属ハードマスクを加工後に除去する際に形状が劣化することある。
【００１３】
金属酸化物、窒化物等のハードマスクでも、選択比は十分高くなる。第一の問題点は、配線容量低減のため高誘電率の金属酸化物等を除去する必要があることである。特許文献１ではハードマスクは除去されておらず、特許文献２では除去する具体的方法が開示されていない。特許文献３では、リフトオフでハードマスクを除去する方法が開示されているが、リフトオフではハードマスク自体は溶解しないので、残渣が異物となって再付着しやすく、実用的でない。第二の問題点は、ハードマスクの加工時の下地との選択性である。金属酸化物等はエッチングされにくいため、エッチングには高バイアスが必要である。特許文献１、特許文献２に開示されているように、ハードマスクの下地が有機シロキサン系絶縁膜にすると、金属酸化物等に対する選択比が０．５以下である。特に、ポーラス材料では選択比は低く、ハードマスク加工のオーバーエッチによって深い溝が生じ、レジスト除去のアッシャ時に、レジストマスク使用時と同様のダメージの問題が発生する。
【００１４】
本発明の目的は、有機シロキサン系絶縁膜にアッシャによるダメージを与えることがなく、かつ形状劣化や異物の問題を起こすことのない、有機シロキサン系絶縁膜の高精度な孔溝加工プロセスを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、有機シロキサン系絶縁膜上に、第２の絶縁膜を形成し、その上に溶解液に可溶な可溶性無機薄膜を形成し、この可溶性薄膜をハードマスクとして有機シロキサン系絶縁膜を加工することにより解決できる。有機シロキサン系絶縁膜の加工後に、形状劣化を生じることなく、溶解液によりハードマスクを除去する。
【００１６】
可溶性無機薄膜は、金属酸化膜、酸窒化膜、窒化膜であれば、有機シロキサン系絶縁膜に対して十分高い選択性を得ることができる。なかでも、酸化アルミニウムと酸窒化アルミニウムが望ましい。これらは塗布法で形成することも可能であるが、より高選択比を得る為には、スパッタリング法あるいは反応性スパッタリング法で形成することが望ましい。また、酸窒化アルミニウムは紫外線吸収特性があるので、膜厚を調整することにより、リソグラフィ工程の反射防止膜をなくすことができるという利点がある。
【００１７】
酸化アルミニウムと酸窒化アルミニウムは、希フッ酸、フッ化アンモン等、フッ素が含まれている溶液に可溶である。下地Ｃｕや有機シロキサン系絶縁膜に影響を与えず、かつ実用的な溶解（除去）速度を得るには、溶解液のフッ素濃度は０．０００５％以上０．５％以下であることが望ましい。
【００１８】
第２の絶縁膜は、ハードマスクを加工している間のエッチング選択比が有機シロキサン系絶縁膜より高い、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素、炭窒化珪素のいずれかであることが望ましい。この内、選択比が一番高いのは酸化珪素である。一方、下地有機シロキサン系絶縁膜との接着性が一番高いのは炭化珪素である。したがって、炭化珪素上に酸化珪素を形成した積層膜がさらに望ましい。
【００１９】
また、有機シロキサン系絶縁膜を形成する際、下地にＣｕ配線あるいは接続孔が露出する場合は、Ｃｕと有機シロキサン系絶縁膜が直接接して信頼性の問題を生じないように、Ｃｕ拡散バリヤ性のある窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素、炭窒化珪素のいずれかを形成した後、有機シロキサン系絶縁膜を形成することが望ましい。
【００２０】
さらに、ハードマスクの加工には、Ｃｌ２あるいはＢＣｌ３等、少なくとも塩素を含むガス、を用いるのが望ましい。特にＡｒＦリソグラフィ用のレジストは、塩素プラズマ耐性が強いので、レジストの形状劣化を抑制できる。
【００２１】
また、ハードマスクを除去するのは、パタンにＣｕ等の金属を埋め込む前にしたほうが望ましい。ハードマスクがある状態で、金属の埋め込み及びＣＭＰを行い、その後に溶解液によりハードマスクを除去すると、段差が発生するからである。また、ＣＭＰ自体でハードマスクを除去することも可能ではあるが、ＣＭＰ時間の増大によりディッシングやエロージョンと呼ばれる段差が発生する。
【００２２】
また、上層配線パタンと接続孔パタンの形成した後に両者に同時にＣｕを埋め込むデュアルダマシン法を用いる際には、それぞれのパタンを可溶性無機薄膜とその上に形成した犠牲膜に形成してレジストを除去しておき、この積層膜パタンを有機シロキサン系絶縁膜上に転写してもよい。有機シロキサン系絶縁膜をアッシングに全くさらすことなく、デュアルダマシン法による配線・接続孔が形成できる。
【００２３】
この犠牲膜は、有機シロキサン系絶縁膜をパターニングしている間に同時に除去されることが必要である。このためには、Ｓｉを１０％以上含む膜であることが望ましい。また、犠牲膜はアッシングしたときの収縮による寸法変動が小さいことが必要であり、このためには、メチルシロキサン等の有機シロキサンよりも、収縮量の小さい水素化シロキサン系の材料が望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を用いて具体的に説明する。
＜実施例１＞
シングルダマシン法により半導体装置のＣｕ多層配線を作成した。
まず、トランジスタの形成された半導体基板０上に、ゲート上層間絶縁膜を１、コンタクト２を形成した（図１、図２）。ついでプラズマＣＶＤ法で比誘電率２．９の有機シロキサン系絶縁膜１１２を２５０ｎｍと酸化珪素膜１１３を８０ｎｍ形成し、反応性スパッタ法で酸化アルミニウム膜１２１を３０ｎｍ形成した。さらに反射防止膜１２２とＡｒＦレジスト１２３を形成し、ＡｒＦリソグラフィにより下層配線パタン１３２を形成した（図３）レジスト１２３をマスクに反射防止膜１２２と酸化アルミニウム１２１を加工した（図４）。酸化アルミニウムの加工には、ＢＣｌ３とＡｒの混合ガスによるドライエッチングを用いた。ＡｒＦレジストの形状劣化は小さかった。オーバーエッチによる酸化珪素１１３の凹みは１５ｎｍ以下で、下地の有機シロキサン系絶縁膜１１２は露出していなかった。酸素プラズマによりアッシングし、反射防止膜１２２とＡｒＦレジスト１２３を除去した（図５）。酸化アルミニウム１２１をハードマスクに、酸化珪素１１３と有機シロキサン系絶縁膜１１２を加工した（図６）。エッチングにはＣＨＦ３とＮ２の混合ガスを用いた。有機シロキサン系絶縁膜１１２と酸化アルミニウム１２１の選択比は２０であった。さらに市販のＮＨ４Ｆ含有の酸性洗浄液を用いて後洗浄し、エッチング残渣と共に酸化アルミニウム１２１を溶解し除去した（図７）。この洗浄液での酸化アルミニウム１２１の除去速度は８ｎｍ／分であった。次いで指向性スパッタ法とメッキ法、及びＣＭＰ法を組み合わせたダマシン法により、バリヤメタル１４３とＣｕ１４４をパタン内に形成し、下層配線とした（図８）。この状態での上面図を図９に示す。ＡＢ間の断面図が図８に対応する。
【００２５】
さらに、プラズマＣＶＤ法で、バリヤ絶縁膜の炭窒化珪素２１１を２０ｎｍ、有機シロキサン系絶縁膜２１２を２５０ｎｍと酸化珪素膜２１３を８０ｎｍ形成し、反応性スパッタ法で酸化アルミニウム膜２２１を３０ｎｍ形成した（図１０）。上記と同様の方法により、接続孔パタン２３１を形成し、ダマシン法により、バリヤメタル２４１とＣｕ２４２をパタン内に形成し、層間接続とした（図１１から図１５）。この状態での上面図を図１６に示す。ＡＢ間の断面図が図１５に対応する。
【００２６】
さらに、プラズマＣＶＤ法で、バリヤ絶縁膜の炭窒化珪素２１４を２０ｎｍ、有機シロキサン系絶縁膜２１５を２５０ｎｍと酸化珪素膜２１６を８０ｎｍ形成し、反応性スパッタ法で酸化アルミニウム膜を３０ｎｍ形成した。上記と同様の方法により、上層配線パタンを形成し、ダマシン法により、バリヤメタル２４３とＣｕ２４４をパタン内に形成し、上層配線とした（図１７）。この状態での上面図を図１８に示す。ＡＢ間の断面図が図１７に対応する。
配線の隣接配線間電気特性を評価したが、有機シロキサン系絶縁膜のダメージによる誘電率上昇や耐圧劣化は見られなかった。
【００２７】
この実施例において、バリヤ絶縁膜の炭窒化珪素２１４、２１１を、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素に替えて、基板上に再度２層配線を試作したが、同様に問題なく形成できた。
【００２８】
＜実施例２＞
上記の実施例１において、酸化アルミニウムの除去に用いた溶解液に替えて、希フッ酸液を適用した。図１９は希フッ酸濃度と、酸化アルミニウムの除去速度の関係を示す。フッ素濃度は０．０００５％以上において、実用的な除去速度３ｎｍ／ｍｉｎ以上が得られた。また、フッ素濃度が０．５％より高いと、下地Ｃｕが面荒れしたり、Ｃｕとバリヤ絶縁膜やバリヤメタルの界面がエッチングされる、という問題が生じた。０．０００５％以上０．５％以下の希フッ酸液を適用した配線は、実施例１と同等の特性を示した。酸化アルミニウムの除去に用いた溶解液に替えて、希フッ酸液を適用した。形成した配線の隣接配線間電気特性を評価したが、有機シロキサン系絶縁膜のダメージによる誘電率上昇や耐圧劣化は見られなかった。
【００２９】
＜実施例３＞
実施例１において、有機シロキサン系絶縁膜を比誘電率２．５のポーラス有機シロキサン系絶縁膜に変更し、同様に２層配線を試作した。この際、０．００５％の希フッ酸液を適用した。形成した配線の隣接配線間電気特性を評価したが、有機シロキサン系絶縁膜のダメージによる誘電率上昇や耐圧劣化は見られなかった。
【００３０】
＜実施例４＞
デュアルダマシン法により半導体装置のＣｕ多層配線を作成した。
まず、図８の下層配線上に、プラズマＣＶＤ法で、バリヤ絶縁膜の炭窒化珪素２１１を２０ｎｍ、比誘電率２．９の有機シロキサン系絶縁膜２１２を５００ｎｍと酸化珪素膜２１３を８０ｎｍ形成し、反応性スパッタ法で酸化アルミニウム膜２１１を３０ｎｍ形成した。さらに反射防止膜２２２とＡｒＦレジスト２２３を形成し、ＡｒＦリソグラフィにより接続孔パタン２３１を形成した（図２０）レジスト２２３をマスクに反射防止膜２２２と酸化アルミニウム２２１を加工した（図２１）。酸化アルミニウムの加工には、ＢＣｌ３とＡｒの混合ガスによるドライエッチングを用いた。ＡｒＦレジストの形状劣化は小さかった。オーバーエッチによる酸化珪素２１３の凹みは１５ｎｍ以下で、下地の有機シロキサン系絶縁膜２１２は露出していなかった。酸素プラズマによりアッシングし、反射防止膜２２２とＡｒＦレジスト２２３を除去した（図２２）。酸化アルミニウム２２１をハードマスクに、酸化珪素２１３と有機シロキサン系絶縁膜２１２の一部を加工した（図２３）。エッチングにはＣＨＦ３とＮ２の混合ガスを用いた。有機シロキサン系絶縁膜２１２と酸化アルミニウム２２１の選択比は２０であった。
【００３１】
次いで、反射防止膜２２４とＡｒＦレジスト２２５を形成し、ＡｒＦリソグラフィにより上層配線パタン２３２を形成した（図２４）レジスト２２５をマスクに反射防止膜２２４と酸化アルミニウム２２１を加工した（図２５）。さらにアッシングし、反射防止膜２２４とＡｒＦレジスト２２５を除去した（図２６）。このアッシングには１０ｍＴｏｒｒの低圧酸素プラズマを用いて、有機シロキサン系絶縁膜２１２のダメージが最低限になるようにした。アルミニウム２２１をハードマスクに、酸化珪素２１３と有機シロキサン系絶縁膜２１２および炭窒化珪素膜２１１を加工した（図２７）。エッチングにはＣＨＦ３とＮ２の混合ガスを用いた。有機シロキサン系絶縁膜２１２と酸化アルミニウム２２１の選択比は２０であった。さらに市販のＮＨ４Ｆ含有の酸性洗浄液を用いて後洗浄し、エッチング残渣と共に酸化アルミニウム２２１を溶解し除去した（図２８）。この洗浄液での酸化アルミニウム２２１の除去速度は８ｎｍ／分であった。次いで指向性スパッタ法とメッキ法、及びＣＭＰ法を組み合わせたダマシン法により、バリヤメタル２４１とＣｕ２４２をパタン内に形成し、上層配線及び層間接続とした（図２９）。
配線の隣接配線間電気特性を評価したが、有機シロキサン系絶縁膜のダメージによる誘電率上昇や耐圧劣化は見られなかった。
【００３２】
この実施例において、バリヤ絶縁膜の炭窒化珪素２１１を、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素に替えて、基板上に再度２層配線を試作したが、同様に問題なく形成できた。
【００３３】
＜実施例５＞
デュアルダマシン法により半導体装置のＣｕ多層配線を作成した。
まず、図８の下層配線上に、プラズマＣＶＤ法で、バリヤ絶縁膜の炭窒化珪素２１１を２０ｎｍ、比誘電率２．９の有機シロキサン系絶縁膜２１２を５００ｎｍと酸化珪素膜２１３を８０ｎｍ形成し、反応性スパッタ法で酸化アルミニウム膜２１１を３０ｎｍ形成した。さらに反射防止膜２２４とＡｒＦレジスト２２５を形成し、ＡｒＦリソグラフィにより上層パタン２３２を形成した（図３０）レジスト２２５をマスクに反射防止膜２２４と酸化アルミニウム２２１を加工した（図３１）。酸化アルミニウムの加工には、ＢＣｌ３とＡｒの混合ガスによるドライエッチングを用いた。ＡｒＦレジストの形状劣化は小さかった。オーバーエッチによる酸化珪素２１３の凹みは１５ｎｍ以下で、下地の有機シロキサン系絶縁膜２１２は露出していなかった。酸素プラズマによりアッシングし、反射防止膜２２４とＡｒＦレジスト２２５を除去した（図３２）。
【００３４】
次いで、反射防止膜２２２とＡｒＦレジスト２２３を形成し、ＡｒＦリソグラフィにより接続孔パタン２３１を形成した（図３３）レジスト２２３をマスクに反射防止膜２２２と酸化珪素２１３及び有機シロキサン系絶縁膜２１２の一部を加工した（図３４）。さらにアッシングし、反射防止膜２２２とＡｒＦレジスト２２３を除去した（図３５）。このアッシングには１０ｍＴｏｒｒの低圧酸素プラズマを用いて、有機シロキサン系絶縁膜２１２のダメージが最低限になるようにした。酸化アルミニウム２２１をハードマスクに、酸化珪素２１３と有機シロキサン系絶縁膜２１２および炭窒化珪素膜２１１を加工した（図３６）。エッチングにはＣＨＦ３とＮ２の混合ガスを用いた。有機シロキサン系絶縁膜２１２と酸化アルミニウム２２１の選択比は２０であった。さらに市販のＮＨ４Ｆ含有の酸性洗浄液を用いて後洗浄し、エッチング残渣と共に酸化アルミニウム２２１を溶解し除去した（図３７）。この洗浄液での酸化アルミニウム２２１の除去速度は８ｎｍ／分であった。次いで指向性スパッタ法とメッキ法、及びＣＭＰ法を組み合わせたダマシン法により、バリヤメタル２４１とＣｕ２４２をパタン内に形成し、上層配線及び層間接続とした（図３８）。
配線の隣接配線間電気特性を評価したが、有機シロキサン系絶縁膜のダメージによる誘電率上昇や耐圧劣化は見られなかった。
【００３５】
この実施例において、バリヤ絶縁膜の炭窒化珪素２１１を、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素に替えて、基板上に再度２層配線を試作したが、同様に問題なく形成できた。
【００３６】
また、この実施例において、有機シロキサン系絶縁膜２１２を比誘電率２．５のポーラス有機シロキサン系絶縁膜に変更し、同様に２層配線を試作した。この際、０．００５％の希フッ酸液を適用した。さらに図３４の後、さらにアッシングする代わりに、ＣＦ４とＡｒの混合ガスを用いてエッチングした。この条件では、酸化アルミニウムに対するポーラス有機シロキサン系絶縁膜のエッチング選択比は５０であった。また、レジスト、反射防止膜、酸化珪素膜のポーラス有機シロキサン系絶縁膜に対するエッチング選択比は０．５であった。この条件を用いれば、酸化アルミニウム２２１をハードマスクに、レジスト２２３と反射防止膜２２２の除去と、酸化珪素膜２１３とポーラス有機シロキサン系絶縁膜２１２の加工を同時に行うことができ、図３４の状態から図３６の状態に直接いくことができた。アッシングにさらされないため、ポーラス有機シロキサン系絶縁膜のダメージによる誘電率上昇や耐圧劣化は見られなかった。
【００３７】
また、この実施例において、犠牲膜２２６として用いた水素化シロキサン系塗布膜（東京応化製ＯＣＤ−Ｔｙｐｅ１２）は２５％のＳｉを含んでいる。この犠牲膜２２６を２０％のＳｉを含む別の水素化シロキサン系塗布膜に変更しても、同様に問題なく２層配線を試作できた。また、この犠牲膜２２６を１０％、または１５％、または２０％のＳｉを含むＣＶＤ法または塗布法によって得られる有機シロキサン膜に変更した場合、犠牲膜２２６が水素化シロキサン系塗布膜であるときに比べて収縮による寸法変動が５％多かったが、実用上問題なく２層配線を試作できた。一方、この犠牲膜２２６を１％、または５％のＳｉを含む膜に変更した場合、酸化珪素２１３と有機シロキサン系絶縁膜２１２および炭窒化珪素膜２１１を加工する際（図３６）に、犠牲膜が残留する問題が発生した。これは、犠牲膜２２６に含まれるＳｉが減少すると、エッチングレートが低下するからである。
【００３８】
＜実施例６＞
デュアルダマシン法により半導体装置のＣｕ多層配線を作成した。
まず、実施例５と同様に、下層配線上の層間絶縁膜（２１１、２１２、２１３）と酸化アルミニウム膜２２１を形成し、上層配線パタン２３２を酸化アルミニウム薄膜２２１に転写した（図３２）。
次いで、犠牲膜２２６として水素化シロキサン系塗布膜（東京応化製ＯＣＤ−Ｔｙｐｅ１２（商標登録））を塗布した後、反射防止膜２２２とＡｒＦレジスト２２３を形成し、ＡｒＦリソグラフィにより接続孔パタン２３１を形成した（図３９）。ついで、レジスト２２３をマスクに反射防止膜２２２と犠牲膜２２６を加工した（図４０）。この際、ミスアライメントにより接続孔パタン２３１内に酸化アルミニウム膜２２１が露出していた場合は、酸化アルミニウム膜も除去した。さらにアッシングし、反射防止膜２２２とＡｒＦレジスト２２３を除去した（図４１）。このアッシンの際に犠牲膜２２６が収縮してパタン寸法が変動するのを防止するため、アッシングには１０ｍＴｏｒｒの低圧酸素プラズマを用いた。
【００３９】
次いで、この犠牲膜２２６と酸化アルミニウム膜２２１をハードマスクに、酸化珪素２１３と有機シロキサン系絶縁膜２１２および炭窒化珪素膜２１１を加工した（図３６）。エッチングにはＣＨＦ３とＮ２の混合ガスを用いた。有機シロキサン系絶縁膜２１２と犠牲膜２２６の選択比は１、有機シロキサン系絶縁膜２１２と酸化アルミニウム２２１の選択比は２０であった。さらに市販のＮＨ４Ｆ含有の酸性洗浄液を用いて後洗浄し、エッチング残渣と共に酸化アルミニウム２２１を溶解し除去した（図３７）。この洗浄液での酸化アルミニウム２２１の除去速度は８ｎｍ／分であった。次いで指向性スパッタ法とメッキ法、及びＣＭＰ法を組み合わせたダマシン法により、バリヤメタル２４１とＣｕ２４２をパタン内に形成し、上層配線及び層間接続とした（図３８）。
【００４０】
本実施例では有機シロキサン系絶縁膜はアッシングにさらされていないため、配線の隣接配線間電気特性を評価しても誘電率上昇や耐圧劣化は見られなかった。
この実施例において、バリヤ絶縁膜の炭窒化珪素２１１を、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素に替えて、基板上に再度２層配線を試作したが、同様に問題なく形成できた。
また、この実施例において、有機シロキサン系絶縁膜２１２を比誘電率２．５のポーラス有機シロキサン系絶縁膜に変更し、同様に２層配線を試作した。この際、０．００５％の希フッ酸液を適用した。アッシングにさらされないため、ポーラス有機シロキサン系絶縁膜のダメージによる誘電率上昇や耐圧劣化は見られなかった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、有機シロキサン系絶縁膜にアッシャによるダメージを与えることがなく、かつ形状劣化や異物の問題を起こすことのない、有機シロキサン系絶縁膜の高精度な孔溝加工プロセスが提供され、シングルダマシン法あるいはデュアルダマシン法によるＣｕ多層配線を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の工程説明図。
【図２】本発明の実施例１の工程説明図。
【図３】本発明の実施例１の工程説明図。
【図４】本発明の実施例１の工程説明図。
【図５】本発明の実施例１の工程説明図。
【図６】本発明の実施例１の工程説明図。
【図７】本発明の実施例１の工程説明図。
【図８】本発明の実施例１の工程説明図。
【図９】本発明の実施例１の工程説明図。
【図１０】本発明の実施例１の工程説明図。
【図１１】本発明の実施例１の工程説明図。
【図１２】本発明の実施例１の工程説明図。
【図１３】本発明の実施例１の工程説明図。
【図１４】本発明の実施例１の工程説明図。
【図１５】本発明の実施例１の工程説明図。
【図１６】本発明の実施例１の工程説明図。
【図１７】本発明の実施例１の工程説明図。
【図１８】本発明の実施例１の工程説明図。
【図１９】酸化アルミニウムの希フッ酸溶液への溶解速度。
【図２０】本発明の実施例４の工程説明図。
【図２１】本発明の実施例４の工程説明図。
【図２２】本発明の実施例４の工程説明図。
【図２３】本発明の実施例４の工程説明図。
【図２４】本発明の実施例４の工程説明図。
【図２５】本発明の実施例４の工程説明図。
【図２６】本発明の実施例４の工程説明図。
【図２７】本発明の実施例４の工程説明図。
【図２８】本発明の実施例４の工程説明図。
【図２９】本発明の実施例４の工程説明図。
【図３０】本発明の実施例５の工程説明図。
【図３１】本発明の実施例５の工程説明図。
【図３２】本発明の実施例５の工程説明図。
【図３３】本発明の実施例５の工程説明図。
【図３４】本発明の実施例５の工程説明図。
【図３５】本発明の実施例５の工程説明図。
【図３６】本発明の実施例５の工程説明図。
【図３７】本発明の実施例５の工程説明図。
【図３８】本発明の実施例５の工程説明図。
【図３９】本発明の実施例６の工程説明図。
【図４０】本発明の実施例６の工程説明図。
【図４１】本発明の実施例６の工程説明図。
【符号の説明】
０・・・半導体基板、１・・・ゲート上の層間絶縁膜、２・・・コンタクト電極、
１１２、２１２・・・オルガノシロキサン系絶縁膜、
１１３、２１３・・・酸化ケイ素膜、
２１１・・・炭窒化ケイ素膜、
１２１、２２１・・・酸化アルミニウム膜、
１２２、２２２、２２４・・・反射防止膜、
１２３、２２３、２２５・・・レジスト、
２３１・・・接続孔パタン、
１３２、２３２・・・配線パタン、
１４１、２４１・・・バリヤメタル、
１４２、２４２・・・銅、
２２６・・・犠牲膜。
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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