(57)【要約】【課題】プラズマイオンのスパッター現象及び撓み現象によって発生可能な側壁のアタックを防止することにより、半導体素子の収率及び信頼を向上させることが可能な半導体素子の金属配線層形成方法を提供する。【解決手段】半導体構造物上に、多数の導電層からなる金属配線層を蒸着する段階と、金属配線層上に感光物質を蒸着してパターニングする段階と、感光物質をマスクとして前記多数の導電層の少なくとも一つをエッチングする段階と、エッチングされた導電層の少なくとも一つの側壁に側壁酸化膜を形成する段階と、金属配線層を構成する導電層のうちエッチングされていない導電層をエッチングする段階とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体構造物上に多数の導電層からなる金属配線層を蒸着する段階と、
前記金属配線層上に感光物質を蒸着してパターニングする段階と、
前記感光物質をマスクとして前記多数の導電層の少なくとも一つをエッチングする段階と、
エッチングされた導電層の少なくとも一つの側壁に側壁酸化膜を形成する段階と、
前記金属配線層を構成する導電層のうちエッチングされていない導電層をエッチングする段階とを含むことを特徴とする半導体素子の金属配線層形成方法。
【請求項２】
前記導電層の少なくとも一つはＡｌからなることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の金属配線層形成方法。
【請求項３】
前記金属配線層は第１Ｔｉ／ＴｉＮ層、Ａｌ層及び第２Ｔｉ／ＴｉＮ層の順序の積層からなり、側壁酸化膜はＡｌ２Ｏ３膜であり、前記エッチングされていない導電層は最下層の第１Ｔｉ／ＴｉＮ層であることを特徴とする請求項２記載の半導体素子の金属配線層形成方法。
【請求項４】
前記Ｔｉ／ＴｉＮ層はＣｌ２／ＢＣｌ３／Ｎ２ガスで活性化されたプラズマを用いてドライエッチングすることを特徴とする請求項３記載の半導体素子の金属配線層形成方法。
【請求項５】
前記金属配線層の最上層と前記感光物質との間に、ハードマスクとしての絶縁膜をさらに形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子の金属配線層形成方法。
【請求項６】
前記絶縁膜は窒化膜からなり、前記金属配線層は第１Ｔｉ／ＴｉＮ層、Ａｌ層及び第２Ｔｉ／ＴｉＮ層の順序の積層からなることを特徴とする請求項５記載の半導体素子の金属配線層形成方法。
【請求項７】
前記絶縁膜はＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒの組合せまたはＣｘＦｙ（ｘ、ｙは自然数）／Ｏ２／Ａｒなどのガスからなる、活性化されたプラズマを用いてドライエッチング工程でエッチングすることを特徴とする請求項５記載の半導体素子の金属配線層形成方法。
【請求項８】
前記半導体構造物の最上層が酸化膜からなることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の金属配線層形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の金属配線層形成方法に係り、より具体的には、多数の導電層の少なくとも一つをエッチングし、エッチングされた導電層の一部の側壁に側壁酸化膜を形成した後、残りの導電層をエッチングすることにより、金属配線層を信頼性高く形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照して半導体素子の金属配線層形成方法を詳細に説明する。
【０００３】
図１（ａ）のように、下部酸化膜（図示せず）上に金属配線層１１０を蒸着させる。この際、金属配線素１１０は多層構造をもつことができる。図１（ａ）は金属配線層１１０が３つの層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃで形成された場合を示している。次に、感光物質１２０を塗布して所望の部位をオープンさせる。  
【０００４】
図１（ｂ）のように、パターニングされた感光物質１２０をマスクとして多層金属配線層１１０を順次ドライエッチングする。
【０００５】
ここで、多層の金属配線層１１０をドライエッチングする過程で、エッチング用プラズマイオンＡ、Ｂ、Ｃは様々な現象を示しながら進行する。
【０００６】
すなわち、直進性を示す場合（Ａ）、感光物質によって撓まされる場合（Ｂ）、エッチングが行われた底部からイオンがスパッターされる場合（Ｃ）などである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この場合、直進性を有するプラズマイオンを用いてパターニングすることは問題にならないが、前述したように撓まされる現象及びスパッターされる現象を示すイオンによってパターニングを行う場合には、金属配線層１１０の側壁がアタックを受ける。このような原因により、金属配線層１１０形成工程の信頼性が低下する。
【０００８】
図１（ｃ）は金属配線層１１０が全てエッチングされた後の概略的な模式図である。金属配線層１１０の最下層１１０ａまでエッチングが完了すると、側壁のアタックが激しくなって非所望の部位へエッチングされ、激しい場合には「Ｉ」字状になることもあり、さらに激しい場合にはパターンが崩れる現象まで発生する。
【０００９】
特に、中間層１１０ｂがＡｌ層からなる場合は、このような現象がさらに激しくなる可能性がある。また、金属配線層１１０の線幅が小さくなり、金属配線層間の間隔が狭いほど、このような現象はさらに激しくなる可能性がある。また、上述した問題点により、後続工程の層間絶縁膜を蒸着させる際、Ｄ部位にボイドが発生するおそれがある。
【００１０】
したがって、金属配線層の形成工程において、安定性を確保するための対策が切実に要求されているのが実情である。
【００１１】
本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、半導体素子の金属配線層形成工程において安定的な工程条件を確保することにある。 
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の一側面は、半導体構造物上に、多数の導電層からなる金属配線層を蒸着する段階と、金属配線層上に感光物質を蒸着してパターニングする段階と、感光物質をマスクとして前記多数の導電層の少なくとも一つをエッチングする段階と、エッチングされた導電層の少なくとも一つの側壁に側壁酸化膜を形成する段階と、金属配線層を構成する導電層のうちエッチングされていない導電層をエッチングする段階とを含む、半導体素子の金属配線層形成方法を提供する。
【００１３】
ここで、「多数の導電層」はそれぞれ異なる物質で構成された２つ以上の導電層が含まれていることを意味する。これらの２つ以上の導電層の少なくとも一つをまずエッチングし、エッチングされた導電層の少なくとも一つの側壁に酸化膜を形成する。そして、残った金属配線層をエッチングする。
【００１４】
一方、導電層の少なくとも一つはＡｌからなることができ、好ましくは金属配線層はＴｉ／ＴｉＮ層、Ａｌ層及びＴｉ／ＴｉＮ層の順序で積層される。
【００１５】
また、Ｔｉ／ＴｉＮ層はＣｌ２／ＢＣｌ３／Ｎ２ガスで活性化されたプラズマを用いてドライエッチングすることができ、Ａｌ層の側壁は酸化してＡｌ２Ｏ３膜になることができる。
【００１６】
また、半導体構造物の最上層は酸化膜であることができる。
【００１７】
一方、金属配線層の最上層と前記感光物質との間に、ハードマスクとしての絶縁膜をさらに形成することもできる。絶縁膜は酸化膜または窒化膜である。
【００１８】
絶縁膜はＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒの組合せまたはＣｘＦｙ（ｘ、ｙは自然数）／Ｏ２／Ａｒなどのガスからなる、活性化されたプラズマを用いてドライエッチング工程でエッチングすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、多数の導電層の少なくとも一つをエッチングし、エッチングされた導電層の一部の側壁に酸化膜を形成して残りエッチング導電層をエッチングすることにより、プラズマイオンのスパッター現象及び撓み現象によって発生しうる側壁のアタックを防止して半導体素子の収率及び信頼性を向上させるという効果がある。したがって、金属配線層の間隔が狭い場合にもよくパターニングされるようにする効果がある。
【００２０】
一方、従来の技術の如く「Ｉ」形状にパターニングされないため、ボイド形状が発生する可能性が減少する。
【００２１】
一方、金属配線層のエッチングにおいて感光物質との選択比の不足によって金属配線層に損失が発生しうるという問題点をハードマスクを用いて防止することにより、素子の信頼性をさらに向上させるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施例に係る金属配線層の形成方法を詳細に説明する。本発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形実施が可能である。これらの実施例は発明の開示を完全にし、当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明の範疇をより完全に知らせるために提供されるものである。 
【００２３】
次に、図２（ａ）〜図２（ｄ）を参照して本発明の好適な実施例に係る半導体素子の金属配線層形成方法を詳細に説明する。
【００２４】
図２（ａ）を参照すると、半導体構造物（図示せず）上に金属配線層２１０を蒸着する。「半導体構造物」とは、半導体基板上に、半導体工程で使用される各種絶縁膜、導電膜などをパターニングして製造した構造物を呼ぶ総称である。半導体構造物の内部にはコンタクトプラグなどが設けられていることもある。この半導体構造物の最上層には酸化膜が形成できる。
【００２５】
金属配線層２１０は、多数の導電層からなることができ、本例においては第１、第２及び第３導電層からなる。好ましくは、第２導電層２１０ｂはＡｌからなり、第１導電層２１０ａ及び前記第３導電層２１０ｃはＴｉ／ＴｉＮの二重層からなることができる。
【００２６】
具体的な例として、金属配線層２１０は、第１Ｔｉ/ＴｉＮ層２１０ａ、Ａｌ層２１０ｂ及び第２Ｔｉ／ＴｉＮ層２１０ｃを含んでなることができる。第１Ｔｉ／ＴｉＮ膜２１０ａのＴｉ層は接着力を強化し、ＴｉＮ層は拡散防止膜の役割を行う。Ａｌ層２１０ｂは抵抗が低いため、主に電気的信号を伝達する役割を行い、第２Ｔｉ／ＴｉＮ膜２１０ｃのＴｉ層は接着力を強化し、ＴｉＮ層は感光物質のパターニング時に光を吸収して光の反射を減らす役割をする。下部酸化膜はＩＭＤ(Inter Metal Dielectric)またＰＭＤ(Poly Metal Dielectric)など特別に制限されず、様々な種類が可能である。
【００２７】
次に、上述した全体構造上にハードマスクの絶縁膜２１２を蒸着する。その後、絶縁膜２１２の上部に感光物質２２０を塗布しパターニングする。絶縁膜２１２は酸化膜、窒化膜など様々な種類で形成可能であるが、好ましくは窒化膜である。絶縁膜２１２は１００〜２０００Åの厚さに蒸着することができる。ハードマスクは後続工程の金属配線層のエッチング段階で感光物質との金属配線層のエッチング選択比の不足によって金属配線層に発生するおそれのある問題点を防止するために蒸着可能である。
【００２８】
図２（ｂ）を参照すると、所定の部位にパターニングされた感光物質２２０をマスクとして絶縁膜２１２、第２Ｔｉ／ＴｉＮ層２１０ｃ及びＡｌ層２１０ｂを順次エッチングする。この際、感光物質２２０をマスクとして、絶縁膜２１２はＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒの組合せからなる活性化プラズマを用いてドライエッチング工程を行う。他の方法としてはＣｘＦｙ（ｘ、ｙは自然数）／Ｏ２／Ａｒなど用いることができる。また、第２Ｔｉ／ＴｉＮ層２１０ｃ及びＡｌ層２１０ｂはＣｌ２／ＢＣｌ３／Ｎ２などで活性化されたプラズマを用いてドライエッチングを行うことができる。
【００２９】
Ａｌ層２１０ｂをドライエッチングする過程で、エッチング用プラズマイオンＡ、Ｂ、Ｃは直進性を示す場合（Ａ）、感光物質によって撓まされる場合（Ｂ）、エッチングが行われた底部からイオンがスパッターされる場合（Ｃ）など様々様相でエッチングが行われる。したがって、撓む現象及びスパッターされる現象を示すプラズマイオンによって金属配線層２１０の側壁がアタックを受けて図２（ｂ）のような形状を有する。下部にある第１Ｔｉ／ＴｉＮ層２１０ａはＡｌとは異なる性質をもつ物質なので、第１Ｔｉ／ＴｉＮ層２１０ａが露出される時点からプラズマイオンのスパッターが主に多く発生する傾向がある。
【００３０】
図２（ｃ）を参照すると、感光物質２２０を除去した後、オゾンＯ３と反応させてＡｌ層２１０ｂの側壁にＡｌ２Ｏ３膜（側壁酸化膜）２３０を成長させる。金属配線層を大気に長期間露出させる場合、Ａｌが腐食される現象が発生するという問題点が生ずるおそれがあるが、Ａｌ２Ｏ３膜２３０を予め成長させることにより、Ａｌの腐食現象を根本的に防止することができる。ここで、形成された金属の種類によって、酸化する膜の種類も異なることが可能なのは明らかなことである。
【００３１】
図２（ｄ）を参照すると、Ａｌ層２１０ｂの下部に第１Ｔｉ／ＴｉＮ層２１０ａを残留させた状態で、Ｃｌ２／ＢＣｌ３／Ｎ２などのガスからなる活性化プラズマで第１Ｔｉ／ＴｉＮ層２１０ａをドライエッチングする。この場合にも、プラズマイオンの撓み現象及びスパッター現象が起こるが、Ａｌの側壁に形成されたＡｌ２Ｏ３膜２３０によって、従来の技術の問題点であったボイド現象がなくなる。一方、第１Ｔｉ／ＴｉＮ層２１０ａのエッチングにおいて、Ｔｉ／ＴｉＮ層２１０ａとハードマスクは選択比に優れて（約１：３０）信頼性の高いエッチング工程を行うことが可能になる。
【００３２】
前述した本発明の技術的思想は好適な実施例で具体的に記述されたが、これらの実施例は本発明を説明するためのもので、制限するものではない。また、本発明の技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想の範囲から逸脱することなく様々な実施例が可能であることを理解すべきである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、半導体素子の金属配線層形成方法において、金属配線層を信頼性高く形成する際に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来の技術に係る半導体素子の金属配線層形成方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の好適な実施例に係る半導体素子の金属配線層形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１０、２１０…  金属配線層
１２０、２２０…  感光物質
２１２…  絶縁膜
２３０…  Ａｌ２Ｏ３膜
【図１】
2005039181.tif 000003
【図２】
2005039181.tif 000004