(57)【要約】【課題】  配線を微細化するためにハードマスクを用いて銅を含有するアルミニウム導電膜を蝕刻する半導体装置の製造方法において、ショートの原因となる銅析出物が配線間に残るのを防止する。【解決手段】  半導体基板１上に設けられた絶縁膜２の上に銅を含有するアルミニウム導電膜３を形成する工程と、アルミニウム導電膜３上に前記銅が析出しない温度でハードマスク層４を成膜し、ハードマスクパターン４ａを形成する工程と、ハードマスクパターン４ａをマスクとしてアルミニウム導電膜３を蝕刻する工程とを行う。ハードマスクパターン４ａの形成を低温化したことで、アルミニウム導電膜３中の銅の析出を抑制することができ、蝕刻によって形成される配線パターン３ａ間に銅析出物が配置されることはない。【選択図】  図１
2005236054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた絶縁膜の上に銅を含有するアルミニウム導電膜を形成する工程と、前記アルミニウム導電膜上に前記銅が析出しない温度でハードマスク層を成膜し、ハードマスクパターンを形成する工程と、前記ハードマスクパターンをマスクとして前記アルミニウム導電膜を蝕刻する工程とを行う半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ハードマスク層として、酸化膜または窒化膜を堆積する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
ハードマスク層を、液状ガラスを塗布しアニールすることにより成膜する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
ハードマスク層を、液状ガラスを塗布しＵＶ光を照射することにより成膜する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板上に設けられた絶縁膜の上に銅を含有するアルミニウム導電膜を形成する工程と、前記アルミニウム導電膜上に前記銅が析出し得る温度でハードマスク層を成膜し、ハードマスクパターンを形成する工程と、前記ハードマスクパターンをマスクとして前記アルミニウム導電膜を蝕刻する工程と、前記ハードマスクパターンを形成する工程で析出し蝕刻後のパターン間に残留した銅析出物を除去する工程とを行う半導体装置の製造方法。
【請求項６】
ハードマスク層として、酸化膜または窒化膜を堆積する請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
配線パターン間に残留した銅析出物を硝酸ガスまたは硫酸ガスによるドライエッチングで除去する請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
配線パターン間に残留した銅析出物を硝酸または硫酸によるウエットエッチングで除去する請求項５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関し、特にハードマスクを用いて銅を含有するアルミニウム導電膜を蝕刻する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造において、アルミニウム配線層を蝕刻により形成するためにフォトレジストが用いられてきた。しかしアルミニウムを含有する金属膜（以下、アルミニウム導電膜という）は、フォトレジストとの蝕刻選択比がよくないため、フォトレジストの膜厚を大きくする必要があり、その膜厚のコントロールは難しいことから、半導体素子の高集積化のために要求される配線層の線幅減を効率よく行えない。一方で、半導体素子の高速動作のためにアルミニウム導電膜も厚くする必要があり、そのような厚いアルミニウム導電膜の蝕刻には腐食性の強い蝕刻液が要求されるため、使用された腐食性の強い蝕刻液が厚いフォトレジスト膜に吸収され、配線層に侵食を発生させる原因となっている。
【０００３】
近年、半導体装置の微細化が益々進むなか、フォトレジストを使用する蝕刻の問題点を解消すべく、ハードマスクを使用する蝕刻方法が提案されている(例えば特許文献１参照)。
【０００４】
ハードマスクを使用する蝕刻方法のフローを図５を用いて説明する。図示および説明を簡略化するために、半導体基板の直上の絶縁膜の上にアルミニウム配線層を形成するものとする。
【０００５】
半導体基板１１上に絶縁膜１２を堆積し（図５（ａ））、その上にアルミニウム導電膜１３を形成し（図５（ｂ））、その上に酸化膜や窒化膜などのハードマスク層１４を形成する（図５（ｃ））。さらにその上に写真工程によりフォトレジストパターンを形成し（図示せず）、これを蝕刻マスクとしてハードマスク層１４をパターニングして、ハードマスクパターン１４ａを形成する（図５（ｄ））。そしてフォトレジストパターンを除去した後、ハードマスクパターン１４ａを蝕刻マスクとして蝕刻ガスで導電膜１３を蝕刻することにより、配線パターン１３ａを形成する（図５（ｅ））。
【特許文献１】特開平１１−２１４３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アルミ配線パターン１３ａの信頼性を高めるために、アルミニウム導電膜１３中に銅を含有させることは必須であり、そのためハードマスク層１４の成膜時に、図示したように導電膜１３中の銅１５が析出する。しかし析出した銅１５は、一般にアルミニウムの蝕刻ガスとして用いられている塩素含有ガスに対して耐性を有することから、析出位置によっては配線パターン１３ａ間のショートの原因となり、歩留り低下を招くという問題点がある。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するもので、配線を微細化するためにハードマスクを用いて銅を含有するアルミニウム導電膜を蝕刻する際に、銅の析出に起因する配線間のショートを防止できる半導体装置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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に設けられた絶縁膜の上に銅を含有するアルミニウム導電膜を形成する工程と、前記アルミニウム導電膜上に銅が析出しない温度でハードマスク層を成膜し、ハードマスクパターンを形成する工程と、前記ハードマスクパターンをマスクとして前記アルミニウム導電膜を蝕刻する工程とを行うことを特徴とする。これによれば、蝕刻（エッチング）によって形成される配線間に銅が析出することはなく、それに起因する配線間のショートを防止できる。
【０００９】
ここで、銅を含有するアルミニウム導電膜は、銅を含有するＡｌ膜やＡｌ合金膜などを言う。同アルミニウム導電膜の蝕刻は、塩素系蝕刻ガスなどを用いて行うことができる。
またハードマスクパターンは、ハードマスク層を形成し、その上にフォトレジストパターンを形成し、このフォトレジストパターンを用いて前記ハードマスク層を蝕刻することにより形成できる。この一連の工程で最も高温になる工程、すなわちハードマスク層を形成する工程を、アルミニウム導電膜中の銅が析出しない温度、たとえば２００℃以下の温度に維持することが重要である。
【００１０】
このようなハードマスク層の形成方法としては、酸化膜または窒化膜を堆積すること、たとえば低温ＣＶＤ法を用いることが挙げられる。また、液状ガラスを塗布し、アニールすることが挙げられる。また、液状ガラスを塗布し、ＵＶ光を照射することが挙げられる。
【００１１】
本発明の第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に設けられた絶縁膜の上に銅を含有するアルミニウム導電膜を形成する工程と、前記アルミニウム導電膜上に銅が析出し得る温度でハードマスク層を成膜し、ハードマスクパターンを形成する工程と、前記ハードマスクパターンをマスクとして前記アルミニウム導電膜を蝕刻する工程と、前記ハードマスクパターンを形成する工程で析出し蝕刻後のパターン間に残留した銅析出物を除去する工程とを行うことを特徴とする。これによれば、蝕刻によって形成される配線間に銅析出物が存在することはなく、それに起因する配線間のショートを防止できる。
【００１２】
アルミニウム導電膜中の銅が析出し得る温度はたとえば２００℃より高い温度である。このような温度でハードマスク層を形成する方法としては、酸化膜または窒化膜を堆積すること、たとえばプラズマＣＶＤもしくは熱ＣＶＤ法等を用いることが挙げられる。
【００１３】
配線パターン間に残留した銅析出物は、硝酸ガスまたは硫酸ガスによるドライエッチングで除去することができる。また、硝酸または硫酸によるウエットエッチングで除去することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法は、ハードマスクパターンを形成する温度を従来よりも低くして導電膜中の銅の析出を抑えるようにしたため、配線パターンの蝕刻後に銅が残留することはなく、配線間のショートを防止できる。
【００１５】
また本発明の半導体装置の製造方法は、ハードマスクパターンを導電膜中の銅が析出する温度で形成し、配線パターンの蝕刻後に残留した銅を別途の蝕刻工程で除去するようにしたため、配線間のショートを防止できる。
【００１６】
したがって、いずれの方法でも、配線間のショートによる歩留り低下を軽減することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法について、図面を用いて具体的に説明する。
(実施の形態1)
図１は本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。図示および説明を簡略化するために、半導体基板の直上の絶縁膜の上にアルミニウム配線層を形成するものとして説明するが、これに限定されず、たとえば半導体基板と絶縁膜との間にトランジスタ、キャパシタ、Ｓｉ系配線等が介在していてもよい。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、半導体基板１上にＳｉ酸化膜からなる絶縁膜２を形成する。
そして、図１（ｂ）に示すように、絶縁膜２上に２００℃以下の温度で、銅を１から５％程度含有するアルミニウム膜からなるアルミニウム導電膜３を成膜する。
【００１９】
次に、図１（ｃ）に示すように、アルミニウム導電膜３上に２００℃以下の温度で、ＣＶＤ法によりハードマスク層４を５０ｎｍから３００ｎｍの膜厚にて形成する。この際には例えば、ＴＥＯＳ(tetraethoxysilane)を用い、Ｈｅ流量を増加させてステージ温度を下げることで２００℃以下の温度で成膜する（低温ＣＶＤ法）。
【００２０】
図１（ｄ）に示すように、ハードマスク層４をフッ素系ガスにより蝕刻してハードマスクパターン４ａを形成する。
そして、図１（ｅ）に示すように、ハードマスクパターン４ａをマスクとして、ＢＣｌ３、Ｃｌ等の塩素系ガスでアルミニウム導電膜３を蝕刻して、配線パターン３ａを形成する。
【００２１】
上記のようにすることにより、アルミニウム導電膜３が２００℃を超えることはなく、したがってアルミニウム導電膜３中の銅が析出することはなく、ハードマスクパターン４ａをマスクとしたアルミニウム導電膜３の蝕刻で、蝕刻残りのない良好な形状の配線パターン３ａを形成できる。よって銅析出物に起因するショートが発生する恐れはない。
(実施の形態2)
図２は本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【００２２】
実施の形態１と同様にして、図２（ａ）に示すように、半導体基板１上に絶縁膜２を形成し、図２（ｂ）に示すように、絶縁膜２上に２００℃以下の温度で、銅を含有するアルミニウム膜からなるアルミニウム導電膜３を成膜する。
【００２３】
次に、図２（ｃ）に示すように、アルミニウム導電膜３上にＳＯＧなどの液状ガラス６をスピンコート法により塗布する。
そして、図２（ｄ）に示すように、上記各種膜を備えた半導体基板１を２００℃の温度に保たれている硬化炉７に３０分から１時間程度入れて、液状ガラス６を硬化（アニール）させ、図２（ｅ）に示すようなハードマスク層６ａを形成する。
【００２４】
その後に実施の形態１と同様にして、図２（ｆ）に示すように、ハードマスク層４を蝕刻してハードマスクパターン６ｂを形成し、図２（ｇ）に示すように、ハードマスクパターン６ｂをマスクとしてアルミニウム導電膜３を蝕刻して配線パターン３ａを形成する。
【００２５】
この実施の形態２の方法によっても、蝕刻残りのない良好な形状の配線パターン３ａを形成できる。
(実施の形態３)
図３は本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【００２６】
実施の形態１と同様にして、図３（ａ）に示すように、半導体基板１上に絶縁膜２を形成し、図３（ｂ）に示すように、絶縁膜２上に２００℃以下の温度で、銅を含有するアルミニウム膜からなるアルミニウム導電膜３を成膜する。
【００２７】
次に、図３（ｃ）に示すように、アルミニウム導電膜３上に液状ガラス６をスピンコート法により塗布する。液状ガラス６としては、ＵＶ光で硬化するＳＯＧを用いる。
そして、図３（ｄ）に示すように、塗布した液状ガラス６を、ＵＶ光８(波長３６０ｎｍから５００ｎｍ)を３０分から１時間照射することにより硬化させ、図３（ｅ）に示すようなハードマスク層６ａを形成する。
【００２８】
その後は実施の形態１と同様にして、図３（ｆ）に示すように、ハードマスク層４を蝕刻してハードマスクパターン６ｂを形成し、図３（ｇ）に示すように、ハードマスクパターン６ｂをマスクとしてアルミニウム導電膜３を蝕刻して配線パターン３ａを形成する。
【００２９】
この実施の形態３の方法によっても、蝕刻残りのない良好な形状の配線パターン３ａを形成できる。
(実施の形態４)
図４は本発明の実施の形態４における半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【００３０】
実施の形態１と同様にして、図４（ａ）に示すように、半導体基板１上に絶縁膜２を形成し、図４（ｂ）に示すように、絶縁膜２上に２００℃以下の温度で、銅を含有するアルミニウム膜からなるアルミニウム導電膜３を成膜する。
【００３１】
次に、図４（ｃ）に示すように、アルミニウム導電膜３上にプラズマＣＶＤもしくは熱ＣＶＤ法によりハードマスク層４を形成する。５はこの成膜工程でアルミニウム導電膜３中に析出した銅である。
【００３２】
その後に実施の形態１と同様にして、図４（ｄ）に示すように、ハードマスク層４を蝕刻してハードマスクパターン４ａを形成し、図４（ｅ）に示すように、ハードマスクパターン４ａをマスクとしてアルミニウム導電膜３を蝕刻して配線パターン３ａを形成する。
【００３３】
さらにその後に、図４（ｆ）に示すように、上記各種膜を備えた半導体基板１を槽（チャンバー）９に入れ、蝕刻流体１０としての濃度１０％程度の硝酸ガスを槽内に５分程度導入して、配線パターン３ａ間の銅５を蝕刻し、図４（ｇ）に示すような、間に残留物のない良好な形状の配線パターン３ａを得る。
【００３４】
この実施の形態４の方法によっても、蝕刻残りのない良好な形状の配線パターン３ａを形成できる。
なお、蝕刻流体１０として、硫酸ガス、硝酸、硫酸などを槽内に導入するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の半導体装置の製造方法は、銅含有アルミニウム導電膜の蝕刻に用いるハードマスクの作製工程で析出する銅を抑制あるいは除去するようにしたため、配線間のショートを防止できるものであり、配線の微細化を要する半導体装置の製造に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を説明する工程断面図
【図２】本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法を説明する工程断面図
【図３】本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法を説明する工程断面図
【図４】本発明の実施の形態４における半導体装置の製造方法を説明する工程断面図
【図５】従来の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図
【符号の説明】
【００３７】
１    半導体基板
２    絶縁膜
３    アルミニウム導電膜
3a    配線パターン
４    ハードマスク層
4a    ハードマスクパターン
５    銅
６    液状ガラス
6a    ハードマスク層
6b    ハードマスクパターン
７    硬化炉
８    ＵＶ光
９    槽
10    蝕刻流体
【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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