(57)【要約】【課題】層間絶縁膜による配線間の寄生容量の低減を図り、且つ、配線の腐食の抑制を図り得る半導体装置の製造方法を提供することにある。【解決手段】下層配線１の上層にＦＳＧ膜３を成膜し、ＦＳＧ膜の上層にレジストパターン５を形成し、レジストパターン５の上からドライエッチングを行なう半導体装置の製造方法において、ＦＳＧ膜３の成膜時の堆積温度を４４０℃以上に設定する。更に、ドライエッチングをＣ４Ｆ８ガスを含むエッチングガスによって行ない、このときのＣ４Ｆ８のガス流量を１．２×１０−３Ｎｍ３／ｈ以上に設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弗素が添加された酸化珪素膜を成膜する工程と、前記酸化珪素膜の上層にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンの上からドライエッチングを行なう工程とを少なくとも有する半導体装置の製造方法であって、前記酸化珪素膜の成膜時の堆積温度を４４０℃以上に設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ドライエッチングがＣ４Ｆ８ガスを含むエッチングガスによって行なわれており、前記Ｃ４Ｆ８のガス流量が１．２×１０−３Ｎｍ３／ｈ以上である請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸化珪素膜が金属配線の上層に成膜されており、前記ドライエッチングが前記金属配線の一部が露出するように行なわれている請求項１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に関し、特には層間絶縁膜へのビアホールの形成工程に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体装置の内部には、トランジスタや配線を電気的に隔離するために、絶縁膜が設けられている。この絶縁膜としては、主にＳｉＯ２膜が用いられている。ＳｉＯ２膜は、ＳｉＨ２やテトラエトキシシラン（以下「ＴＥＯＳ」）等のガスを原料として、減圧又は常圧の化学気相成長（以下「ＣＶＤ」：ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成される。また、ＣＶＤ法には、他の薄膜形成法に比べ、反応ソースとして高純度のガスを用いることが多いので高品質の膜を得ることができるという利点がある。
【０００３】
特に、ＴＥＯＳとＯ２との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤでは、成膜時の温度が４００℃程度の低温であるため、ＳｉＯ２膜の形成にはこのプラズマＣＶＤによる形成方法が多用されている。なお、ＴＥＯＳとＯ２との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤで形成されたＳｉＯ２膜は、通常、「ＴＥＯＳ膜」と呼ばれている。
【０００４】
ところで、近年、半導体素子の微細化に伴って信号伝達の遅延が懸念されるようになっている。これは半導体素子の微細化が進行すると、それに伴って配線間隔が狭小化して、配線間の寄生容量が増大し、その結果、信号伝達の遅延が大きくなるからである。また、信号伝達の遅延は、半導体装置の性能向上を妨げる要因の一つである。そのため、配線間に存在する絶縁膜の誘電率をできるだけ低下させることが要求されている。
【０００５】
また、配線の多層化や高密度化が進む状況の下で、配線の断線防止及びフォーカスマージンの向上を図るには、高密度化された配線間を絶縁膜でボイドなしに埋め込み、更に絶縁膜の表面の段差を緩和することが必要とされている。このため、段差被覆性に優れた絶縁膜の形成方法の開発要求が高まっている。
【０００６】
これらの要求に対応するため、最近においては、弗素添加酸化珪素膜（以下「ＦＳＧ膜」）の開発が行われている。ＦＳＧ膜は、誘電率の低減と段差被覆性の向上とを図り得る絶縁膜として注目されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１５４９７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＦＳＧ膜には、弗素濃度が高くなるほど低誘電率化が進むが、同時に弗素濃度が高くなるほど吸湿性が大きくなるという問題がある。吸湿性が高くなると、膜の誘電率が増加するとともに、図５〜図７に示すように、弗化水素（ＨＦ）の遊離によって金属配線が腐食し、膜の剥がれや信頼性の低下が生じてしまう。
【０００９】
図５は、金属配線の腐食部分を示す図であり、図５（ａ）はビアホールの底面に露出した金属配線における腐食部分を示しており、図５（ｂ）は腐食部分が成長してビアホールから這い出した状態を示している。また、図６は、図５に示す金属配線の腐食部分における電子プローブ微小分析（ＥＰＭＡ）の結果を示す図である。図７は、腐食部分が生じていない金属配線における電子プローブ微小分析（ＥＰＭＡ）の結果を示す図である。
【００１０】
図６及び図７において、横軸はＸ線のエネルギー［ｋｅＶ］を示しており、縦軸は１秒間に観測されたＸ線のカウント数［ｃｏｕｎｔ／ｓｅｃ．］を示している。図６と図７との比較から、金属配線における腐食の原因は、弗素であることが確認できる。
【００１１】
また、この金属配線の腐食は、絶縁膜となる被エッチング膜の成膜、被エッチング膜上へのレジストパターンの形成、及び被エッチング膜へのドライエッチングを順次行なった場合に特に生じ易いと言える。
【００１２】
この点について図８及び図９を用いて説明する。図８は、従来からのパターン形成方法を示す断面図であり、図８（ａ）〜（ｃ）は連続した一連の工程を示している。図９は、パターン形成後に洗浄を行なった状態を示す断面図であり、図９（ａ）は洗浄液のエッチング力が弱い場合を示し、図９（ｂ）は洗浄液のエッチング力が強い場合を示している。
【００１３】
図８（ａ）に示すように、先ず、下層配線１１の上に、キャップ膜１２、第１の層間絶縁膜１３、第２の層間絶縁膜１４を順に形成する。図８（ａ）の例では、下層配線１１は、厚さ４３０ｎｍのＡｌ−Ｃｕ合金の金属層である。キャップ膜１２は、厚さ５０ｎｍのＴｉＮの金属膜と厚さ５ｎｍのＴｉの膜とを順に積層して形成されている。また、第１の層間絶縁膜１３は、厚さ６００ｎｍのＦＳＧ膜であり、第２の層間絶縁膜１４は、厚さ５００ｎｍのＴＥＯＳ膜である。
【００１４】
図８（ａ）の例では、第１の層間絶縁膜１３であるＦＳＧ膜は、ＨＤＰ−ＣＶＤ（高密度プラズマＣＶＤ）装置によって、上部電極ＲＦを９００Ｗ、バイアスＲＦを２３５０Ｗ、堆積温度を３８０℃、Ａｒガス流量ＳＩＤＥを２．８×１０−３Ｎｍ３／ｈ、Ａｒガス流量ＴＯＰを５．４×１０−４Ｎｍ３／ｈ、Ｏ２ガス流量ＳＩＤＥを５．０×１０−３Ｎｍ３／ｈ、Ｏ２ガス流量ＴＯＰを３．４×１０−４Ｎｍ３／ｈ、ＳｉＨ４ガス流量ＳＩＤＥを２．７×１０−３Ｎｍ３／ｈ、ＳｉＨ４ガス流量ＴＯＰを２．７×１０−４Ｎｍ３／ｈに設定して、成膜されている。
【００１５】
なお、上記で示す「ＳＩＤＥ」及び「ＴＯＰ」は、ＣＶＤ装置のチャンバーの上部に設けられたガス供給口、チャンバー側面に設けられたガス供給口をそれぞれ意味している。
【００１６】
次に、図８（ｂ）に示すように、第２の層間絶縁膜１４の上にレジストを塗布し、これをリソグラフィーにてパターニングして、レジストパターン１５を形成する。次いで、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン１５に従って、第２の層間絶縁膜１４、第１の層間絶縁膜１３、キャップ膜１２及び下層配線１１にドライエッチングを行ない、その後、レジストパターン１５を除去する。
【００１７】
図８（ｂ）の例では、ドライエッチングは、上部電極ＲＦを２０００Ｗ、下部電極ＲＦを１７００Ｗ、Ａｒガス流量を３．０×１０−３Ｎｍ３／ｈ、Ｃ４Ｆ８ガス流量を１．４×１０−３Ｎｍ３／ｈ、ＣＨ２Ｆ２ガス流量を９．０×１０−４Ｎｍ３／ｈ、Ｏ２ガス流量を４．２×１０−４Ｎｍ３／ｈ、ＣＯガス流量を５．４×１０−３Ｎｍ３／ｈ、圧力を２．０Ｐａに設定して行なっている。
【００１８】
このように、図８（ａ）〜（ｃ）に示す工程により、第１の層間絶縁膜１３及び第２の層間絶縁膜１４はパターニングされ、これらを貫通するビアホール１８が形成される。但し、このとき図８（ｃ）に示すように、ドライエッチング時に弗化水素（ＨＦ）が遊離して、ビアホール１８内に露出した下層配線１１に腐食が生じ、これが成長してしまう。１６は成長した腐食部分を示している。この腐食部分１６がビアホール１８の内部に残存したままにすると、接合不良や高抵抗化といった問題が生じてしまう。
【００１９】
このビアホール内部に生じた腐食部分１６の除去は、洗浄によってある程度は可能である。しかしながら、洗浄液のエッチング力の調整が難しく以下の問題が生じる場合がある。例えば、洗浄液のエッチング力が弱い場合は、図９（ａ）に示すように、腐食部分１６の一部がビアホール１９内部に残ってしまうため、接合不良や高抵抗化の問題が依然として解決されないままとなる。一方、腐食部分２６が残らないように、洗浄液としてエッチング力が高い薬液を用いた場合は、図９（ｂ）に示すように、洗浄液が下層配線１１の一部を侵食してしまう。１７は、洗浄液によって侵食された部分を示している。
【００２０】
本発明の目的は、層間絶縁膜による配線間の寄生容量の低減を図り、且つ、配線の腐食の抑制を図り得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる半導体装置の製造方法は、弗素が添加された酸化珪素膜を成膜する工程と、前記酸化珪素膜の上層にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンの上からドライエッチングを行なう工程とを少なくとも有する半導体装置の製造方法であって、前記酸化珪素膜の成膜時の堆積温度を４４０℃以上に設定することを特徴とする。
【００２２】
上記本発明にかかる半導体装置の製造方法においては、前記ドライエッチングがＣ４Ｆ８ガスを含むエッチングガスによって行なわれており、前記Ｃ４Ｆ８のガス流量が１．２×１０−３Ｎｍ３／ｈ以上であるのが好ましい。また、前記酸化珪素膜が金属配線の上層に成膜されており、前記ドライエッチングが前記金属配線の一部が露出するように行なわれているのが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置の製造方法は、図５で示した弗素による金属配線の腐食を抑制することを目的とする。この目的達成のため、本発明では、絶縁膜の成膜時における堆積温度の最適化を行い、更にはＣ４Ｆ８ガスを含む混合ガスで絶縁膜をドライエッチする際におけるＣ４Ｆ８ガス流量の最適化を行なって、金属配線と反応する絶縁膜（ＦＳＧ膜）中の遊離弗素の低減を図る。
【００２４】
本発明の半導体装置の製造方法について、層間絶縁膜にビアホールを形成する工程を例にして図１を用いて説明する。図１は、本発明の半導体装置の製造方法における主な製造工程を示す断面図であり、図１（ａ）〜（ｃ）は連続した主な工程を示している。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、先ず、下層配線１の上に、キャップ膜２、ＦＳＧ膜３、ＴＥＯＳ膜４を順に形成する。ＦＳＧ膜３及びＴＥＯＳ膜４は層間絶縁膜となる。次に、図１（ｂ）に示すように、ＴＥＯＳ膜４の上にレジストを塗布し、これをリソグラフィーにてパターニングして、レジストパターン５を形成する。
【００２６】
次いで、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン５に従って、ＴＥＯＳ膜４、ＦＳＧ膜３、キャップ膜２及び下層配線１に、Ｃ４Ｆ８ガスを含む混合ガスでドライエッチングを行ない、その後、レジストパターン５を除去する。この結果、ＦＳＧ膜３及びＴＥＯＳ膜４はパターニングされ、これらを貫通するビアホール６が形成される。
【００２７】
図１の例では、図１（ａ）で示したＦＳＧ膜３の成膜時における堆積温度の最適化、及び図１（ｃ）の工程で示したドライエッチング時におけるＣ４Ｆ８ガス流量の最適化が行なわれる。ここで、図２及び図３を用いて、ＦＳＧ膜の成膜時における堆積温度の最適化と、Ｃ４Ｆ８ガス流量の最適化とについて説明する。
【００２８】
図２は、金属配線の腐食とＣ４Ｆ８ガス流量との関係を示す図である。図２において、縦軸はビアホールの底面に露出している金属配線に生じた腐食部分の単位面積当たりの個数（欠陥密度）を示しており、ＳＥＭ式欠陥検査装置を用いて検出されている。横軸はエッチングガスに含まれるＣ４Ｆ８ガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］を示している。また、図２に示す温度は、図１（ａ）の工程でＦＳＧ膜を成膜する際の堆積温度である。
【００２９】
図２から、ＦＳＧ膜の堆積温度が高く、ドライエッチング時のＣ４Ｆ８ガスの流量が少ないほど、金属配線の腐食が抑制される傾向にあることが分かる。これは、ＦＳＧ膜の堆積温度が高くなるほど膜中の遊離弗素が低減され、Ｃ４Ｆ８ガスの流量が少ないほど金属配線と反応するＦ成分が低減されるからと考えられる。
【００３０】
また、図２から、特に堆積温度を４４０℃以上に設定した場合は、エッチングガスに含まれるＣ４Ｆ８ガスの流量に依存することなく、金属配線の腐食が抑制されることも分かる。これは、堆積温度を４４０℃以上に設定することにより、ＦＳＧ膜中の遊離弗素が十分に低減され、Ｃ４Ｆ８ガスのＦ成分だけでは腐食部分を生じさせることができない状態になったからだと考えられる。
【００３１】
更に、図２からは、エッチングガスに含まれるＣ４Ｆ８ガスの流量を１．５×１０−３Ｎｍ３／ｈ以下とすれば、堆積温度が４４０℃より低温へシフトした場合でも、金属配線の腐食の抑制を図ることができるのが分かる。
【００３２】
図３は、ＦＳＧ膜の弗素ＴＤＳスペクトルを示す図である。図３において横軸は、昇温脱離分析（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ：  ＴＤＳ）時のサンプル表面温度を示している。縦軸は、弗素の質量イオン強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を示している。分析チャンバーバックグラウンドは、分析装置系が有する弗素成分のバックグラウンド値であり、図３中の３８０℃、４３０℃、４８０℃はＦＳＧ膜の堆積温度を示している。
【００３３】
図３から、ＦＳＧ膜の堆積温度を高く設定するほど、弗素の質量イオン強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が低下し、ＦＳＧ膜中の遊離弗素が低減されることが分かる。この結果は図２で示した傾向と一致しており、図３からも金属配線の腐食を抑制するには、ＦＳＧ膜の堆積温度を高く設定すれば良いと言える。
【００３４】
よって、図２及び図３に示す結果から、ＦＳＧ膜中の遊離弗素による金属配線の腐食を抑制するため、本発明においては、ＦＳＧ膜の成膜時における堆積温度は４４０℃以上であるのが好ましく、金属配線の信頼性を考慮すると、４４０℃〜５００℃であるのが特に好ましいと言える。
【００３５】
また、図４は、エッチング選択比とエッチングガス中のＣ４Ｆ８ガスの流量との関係を示す図である。図４に示すように、エッチングガス中のＣ４Ｆ８ガスの流量を１．２×１０−３Ｎｍ３／ｈ以上とすると、ＦＳＧ膜３とレジストパターン５とのエッチングレートの比（エッチング選択比（ＦＳＧ膜／レジストパターン））が４．５以上となる。この場合、ドライエッチングに使用するレジストの厚みを薄くすることが可能となり、微細な寸法制御が可能となる。
【００３６】
よって、図２及び図４に示すの結果から、ＦＳＧ膜の成膜時における堆積温度を４４０℃以上とした場合において、エッチングガス中のＣ４Ｆ８ガスの流量は、１．２×１０−３Ｎｍ３／ｈ以上に設定するのが好ましく、１．２×１０−３Ｎｍ３／ｈ〜１．５×１０−３Ｎｍ３／ｈに設定するのが特に好ましい。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。図１で示した工程に従って、実際に、下層配線、キャップ膜及び絶縁膜の積層体を形成し、この積層体にレジストパターンを設け、ドライエッチングを施して、ビアホールを形成した。以下の説明においては、図１を適宜参酌する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
本実施例１では、下層配線１は、厚みが４３０ｎｍのＡｌ−Ｃｕ合金の層で形成しており、キャップ膜２は、厚さ５０ｎｍのＴｉＮの金属膜と厚さ５ｎｍのＴｉの膜とを順に積層して形成している。
【００３９】
ＦＳＧ膜３は、ＨＤＰ−ＣＶＤ（高密度プラズマＣＶＤ）装置を用いて厚みが６００ｎｍになるまで成膜して形成した。その際の成膜条件は、上部電極ＲＦを９００Ｗ、バイアスＲＦを２３５０Ｗ、堆積温度を４４０℃、Ａｒガス流量ＳＩＤＥを２．８×１０−３Ｎｍ３／ｈ、Ａｒガス流量ＴＯＰを５．４×１０−４Ｎｍ３／ｈ、Ｏ２ガス流量ＳＩＤＥを５．０×１０−３Ｎｍ３／ｈ、Ｏ２ガス流量ＴＯＰを３．４×１０−４Ｎｍ３／ｈ、ＳｉＨ４ガス流量ＳＩＤＥを２．７×１０−３Ｎｍ３／ｈ、ＳｉＨ４ガス流量ＴＯＰを２．７×１０−４Ｎｍ３／ｈに設定した。
【００４０】
ＴＥＯＳ膜４は、Ｐ−ＣＶＤ（高密度プラズマＣＶＤ）装置を用いて厚みが５００ｎｍになるまで成膜して形成した。その際の成膜条件は、高周波ＲＦを５００Ｗ、低周波ＲＦを１２００Ｗ、Ｏ２ガス流量を１．１×１０−１Ｎｍ３／ｈ、ＴＥＯＳガス流量を２．１×１０−２Ｎｍ３／ｈ、チャンバー内部の圧力を４２５．６Ｐａ、堆積温度を３５０℃に設定した。
【００４１】
また、レジストパターン５は、ＴＥＯＳ膜４の上に厚みが７００ｎｍとなるようにフォトレジストを塗布し、リソグラフィー法にてパターニングを行なって形成した。ドライエッチングは、平行平板型反応性イオンエッチング装置を用いて行なった。エッチング条件は、上部電極ＲＦを２０００Ｗ、下部電極ＲＦを１７００Ｗ、Ａｒガス流量を３．０×１０−３Ｎｍ３／ｈ、Ｃ４Ｆ８ガス流量を１．４×１０−３Ｎｍ３／ｈ、ＣＨ２Ｆ２ガス流量を９．０×１０−４Ｎｍ３／ｈ、Ｏ２ガス流量を４．２×１０−４Ｎｍ３／ｈ、ＣＯガス流量を５．４×１０−３Ｎｍ３／ｈ、チャンバー内部の圧力を２．０Ｐａに設定した。
【００４２】
本実施例１で得られたビアホール６の内部に露出した金属配線における腐食部分の単位面積当たりの個数（欠陥密度）の検出を、ＳＥＭ式欠陥検査装置を用いて行なった。その結果、図２からも分かるように０（ゼロ）個／ｃｍ２であった。
【００４３】
（実施例２）
本実施例２では、ドライエッチング時のエッチングガスに含まれるＣ４Ｆ８ガスの流量を１．２×１０−３Ｎｍ３／ｈとした以外は、実施例１と同様にして、ビアホールの形成を行なった。また、本実施例２においても、実施例１と同様に、ビアホール６の内部に露出した金属配線における腐食部分の単位面積当たりの個数（欠陥密度）の検出を、ＳＥＭ式欠陥検査装置を用いて行なった。その結果、本実施例２においても、図２からも分かるように０（ゼロ）個／ｃｍ２であった。
【００４４】
（比較例１）
実施例１におけるＦＳＧ膜３の堆積温度を３８０℃に設定した以外は、実施例１と同様にしてビアホールの形成を行った。また、実施例１と同様に、ビアホール６の内部に露出した金属配線における腐食部分の単位面積当たりの個数（欠陥密度）の検出を、ＳＥＭ式欠陥検査装置を用いて行なった。その結果、図２からも分かるように９個／ｃｍ２であった。
【００４５】
（比較例２）
実施例１におけるＦＳＧ膜３の堆積温度を４１０℃、ドライエッチング時のＣ４Ｆ８ガス流量を１．５×１０−３Ｎｍ３／ｈに設定した以外は、実施例１と同様にしてビアホールの形成を行った。また、実施例１と同様に、ビアホール６の内部に露出した金属配線における腐食部分の単位面積当たりの個数（欠陥密度）の検出を、ＳＥＭ式欠陥検査装置を用いて行なった。その結果、図２からも分かるように１７個／ｃｍ２であった。
【００４６】
このように、上記実施例及び比較例から、本発明の半導体装置の製造方法によれば、ビアホール６の内部に露出した金属配線において腐食部分が発生するのを抑制することができるのが分かる。このことから、本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、ＦＳＧ膜中に含まれる弗化水素の遊離を抑制できると言える。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、金属配線の上に層間絶縁膜としてＦＳＧ膜が形成された半導体装置において、ＦＳＧ膜中に含まれる弗化水素が遊離して金属配線が腐食するのを抑制できる。このため、配線間に存在する絶縁膜の誘電率をできるだけ低下させつつ、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法における主な製造工程を示す断面図である。
【図２】金属配線の腐食とＣ４Ｆ８ガス流量との関係を示す図である。
【図３】ＦＳＧ膜の弗素ＴＤＳスペクトルを示す図である。
【図４】エッチング選択比とエッチングガス中のＣ４Ｆ８ガスの流量との関係を示す図である。
【図５】金属配線の腐食部分を示す図である。
【図６】図５に示す金属配線の腐食部分における電子プローブ微小分析（ＥＰＭＡ）の結果を示す図である。
【図７】腐食部分が生じていない金属配線における電子プローブ微小分析（ＥＰＭＡ）の結果を示す図である。
【図８】従来からのパターン形成方法を示す断面図である。
【図９】パターン形成後に洗浄を行なった状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  下層配線
２  キャップ膜
３  ＦＳＧ膜
４  ＴＥＯＳ膜
５  レジストパターン
６  ビアホール
【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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