(57)【要約】      （修正有）【課題】  レジストの密着性をより強固にし、良好なテーパ・エッチングの制御を可能とする半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体基板における配線層１１上に酸化膜系の層間絶縁膜、例えばＢＰＳＧ膜１２を形成し、その上に窒化膜１３を形成してからレジスト１４を塗布、リソグラフィ工程を経てレジストパターンＲＰ１を形成する。レジストパターンＲＰ１に従って窒化膜１３及びその下のＢＰＳＧ膜１２の少なくとも一部を除去する異方性エッチング工程と、ＢＰＳＧ膜１２の少なくとも上部をレジストパターンＲＰ１の開口より広く除去する等方性エッチング工程を含み、コンタクトホール１５を形成する。その後、レジスト１４及び窒化膜１３を除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板における導電領域を有する所定層上に酸化膜系の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に窒化膜を形成する工程と、
前記窒化膜上に、少なくとも前記導電領域上方を開口する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に従って前記窒化膜及びその下の前記層間絶縁膜の少なくとも一部を除去する異方性エッチング工程と、
前記層間絶縁膜の少なくとも上部を前記レジストパターンの開口より広く除去する等方性エッチング工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
前記窒化膜を除去する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記異方性エッチング工程は、前記レジストパターンの開口に応じた前記導電領域が露出するまで前記層間絶縁膜を除去する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記等方性エッチング工程は、前記レジストパターンの開口に応じた前記導電領域が露出するまで前記層間絶縁膜を除去する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板における導電領域を有する所定層上に酸化膜系の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に窒化膜を形成する工程と、
前記窒化膜上に、少なくとも前記導電領域上方を開口する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に従って前記窒化膜を除去する第１の異方性エッチング工程と、
前記層間絶縁膜の少なくとも上部を前記レジストパターンの開口より広く除去する等方性エッチング工程と、
前記レジストパターンに従って前記導電領域が露出するまで前記層間絶縁膜を除去する第２の異方性エッチング工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
前記窒化膜を除去する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記窒化膜除去後、前記層間絶縁膜には前記導電領域へ達するコンタクトホールが互いに隣り合うように複数配列され、前記複数のコンタクトホールに埋め込まれる配線部材を形成する請求項１〜４いずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記窒化膜は少なくとも前記レジストパターンの密着層として機能し得る厚さを有する請求項１〜５いずれか一つ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、半導体装置製造に係り、特に半導体基板に設けられた絶縁膜上のリソグラフィ工程におけるレジストパターンの形成に適用される半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいて、レジストのパターン形成は、リソグラフィ工程、エッチング工程を経る上で重要である。レジストには、設計に適うレジスト寸法制御やエッチング耐性が必要で、さらに低コスト、高スループットが要求される。
【０００３】
レジストパターンは、下層との密着性不良により縁部が剥離され易い。フォトリソグラフィ工程での現像液の沁み込みでレジスト剥離が生じる場合がある。また、ウェットエッチングにより剥離する恐れもある。例えば、コンタクトホールのパターンからエッチング液が沁み込む。これにより、剥離が促進され、微細化のデザインルールに適合することができないパターンとなってしまう懸念がある。
【０００４】
特に、層間の絶縁膜として平坦性に有利なＢＰＳＧ（ボロン・リン珪化ガラス）膜上へのレジストの密着性は悪いことが知られている。従来、このようなレジストの密着性不良を解決するために、様々な手段が講じられてきた。例えば、レジスト膜の下層に密着性の改善されるモノシラン酸化物をプラズマＣＶＤ法により堆積させる技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１２１３０５（第３，４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モノシラン酸化物は、ＢＰＳＧ膜より密着性が良いという点で効果が得られるが、酸化膜系はレジストとの密着性は良い方ではない。
コンタクトホールが微細で、配線部材が埋め込み難いアスペクト比を有する場合、等方性エッチング（ウェットエッチング）によりホール間口を広くするテーパ・エッチングが有効である。しかし、隣り合うコンタクトホールが、小さい距離で複数配列されるような箇所では、上記テーパ・エッチングの制御が困難になる懸念がある。酸化膜系はレジストとの密着性は良い方ではないため、エッチング液の沁み込みが著しい箇所が生じるためである。
【０００６】
また、段差をより緩和する目的で層間の絶縁膜内にＳＯＧ（spin on glass）膜が含まれている場合、いっそうの注意が必要である。ＳＯＧ膜は通常の酸化膜に比べてエッチング速度が大きい。エッチング液の過剰な沁み込みで、層間の絶縁膜表層から下層のＳＯＧ膜へとエッチング液が浸入すると、局所的な異常エッチング部分が形成され兼ねない。
【０００７】
いずれにしても、層間の絶縁膜とレジストの密着性が良好に保てないと、テーパ・エッチングが過剰に起こる。これにより、レジストパターンの剥離が促進され、異常エッチング箇所を誘発するという問題がある。この結果、不必要な配線の短絡や断線不良を招く恐れがある。
【０００８】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、レジストの密着性をより強固にし、良好なテーパ・エッチングの制御を可能とす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】
【０００９】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板における導電領域を有する所定層上に酸化膜系の層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に窒化膜を形成する工程と、前記窒化膜上に、少なくとも前記導電領域上方を開口する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に従って前記窒化膜及びその下の前記層間絶縁膜の少なくとも一部を除去する異方性エッチング工程と、前記層間絶縁膜の少なくとも上部を前記レジストパターンの開口より広く除去する等方性エッチング工程と、前記レジストパターンを除去する工程と、前記窒化膜を除去する工程と、を含む。
【００１０】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、レジストパターンの下層には窒化膜が形成されている。窒化膜は、適当な厚さでもって、酸化膜系の層間絶縁膜よりレジストとの密着性が優れ、かつ、酸化膜系の層間絶縁膜との密着性も良好である。異方性エッチング工程で窒化膜と層間絶縁膜の少なくとも一部を除去し、レジストパターンの開口と同等な形状を実現する。その後の等方性エッチング工程では、窒化膜と層間絶縁膜との密着性がより均一であることから、レジストパターンの開口からレジストパターン下の横方向への偏った過剰なエッチングが抑えられ、等方性エッチングの制御が容易になる。
【００１１】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法において、レジストパターンの開口に応じたエッチング制御をするため次のような特徴を有する。
前記異方性エッチング工程は、前記レジストパターンの開口に応じた前記導電領域が露出するまで前記層間絶縁膜を除去する。
または、前記等方性エッチング工程は、前記レジストパターンの開口に応じた前記導電領域が露出するまで前記層間絶縁膜を除去する。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板における導電領域を有する所定層上に酸化膜系の層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に窒化膜を形成する工程と、前記窒化膜上に、少なくとも前記導電領域上方を開口する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に従って前記窒化膜を除去する第１の異方性エッチング工程と、前記層間絶縁膜の少なくとも上部を前記レジストパターンの開口より広く除去する等方性エッチング工程と、前記レジストパターンに従って前記導電領域が露出するまで前記層間絶縁膜を除去する第２の異方性エッチング工程と、前記レジストパターンを除去する工程と、前記窒化膜を除去する工程と、を含む。
【００１３】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、レジストパターンの下層には窒化膜が形成されている。窒化膜は適当な厚さでもって、酸化膜系の層間絶縁膜よりレジストとの密着性が優れ、かつ、酸化膜系の層間絶縁膜との密着性も良好である。第１の異方性エッチング工程でレジストパターンの開口と同等な形状で窒化膜をパターニング除去する。その後、レジストパターンの開口より広く除去する等方性エッチングがなされる。その際、窒化膜と層間絶縁膜との密着性がより均一であることから、レジストパターンの開口からレジストパターン横方向への偏った過剰なエッチングが抑えられ、等方性エッチングの制御が容易になる。次に、窒化膜マスク形状を伴い、レジストパターンの開口と同等な形状で第２の異方性エッチング工程がなされ、導電領域を露出させる。
【００１４】
上記したそれぞれ本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記窒化膜除去後、前記層間絶縁膜には前記導電領域へ達するコンタクトホールが互いに隣り合うように複数配列され、前記複数のコンタクトホールに埋め込まれる配線部材を形成する。
【００１５】
上記したそれぞれ本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記窒化膜は少なくとも前記レジストパターンの密着層として機能し得る厚さを有する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を工程順に示す断面図である。下地に存在する配線層１１は、半導体基板における所定層の配線層である。配線層１１は、例えばアルミニウムを主成分とする合金配線により所定のパターンを構成している。配線層１１は、図示しないが、例えばＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ合金／Ｔｉ／ＴｉＮ積層で構成されている。それぞれ、ＴｉＮはエレクトロマイグレーション耐性向上を含む下地バリア膜、Ａｌ−Ｃｕ合金は主配線部材、Ｔｉ／ＴｉＮは密着層（Ｔｉ）及びフォトリソグラフィ工程を経る配線パターニング時の反射防止を兼ねたバリア膜（ＴｉＮ）として主に機能する。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、配線層１１上を含め全面にＣＶＤ（化学気相成長）法によりＢＰＳＧ（ボロン・リン珪化ガラス）膜１２を形成する。ＢＰＳＧ膜１２のリフロー後、ＢＰＳＧ膜１２上に窒化膜１３を形成する。窒化膜１３の厚さは、少なくとも後述するレジストパターンの密着層として機能し得る厚さを有する。ここでは、窒化膜１３は５０〜１５０ｎｍの厚さで形成される。これにより、ＢＰＳＧ膜１２にストレスを与えず良好な密着性を保つ。次に、この窒化膜１３上にレジスト１４を塗布する。窒化膜１３はＢＰＳＧ膜１２に比べてレジスト（１４）との密着性にも優れる。その後、露光、現像を経るリソグラフィ工程を経て、レジストパターンＲＰ１を形成する。
【００１８】
次に、図１（ｂ）に示すように、異方性エッチング技術を利用し、レジストパターンＲＰ１の開口に従って、窒化膜１３及びその下のＢＰＳＧ膜１２の少なくとも一部、ここでは２／３〜３／４以上を選択的に除去する。異方性エッチングは、ここではＣＦ系のエッチングガスを含むドライエッチングによる時間制御で行う。その他、上記異方性エッチングによって、配線層１１が露出するまでＢＰＳＧ膜１２を除去し、レジストパターンＲＰ１に従ったホールを形成してもよい。
【００１９】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＢＰＳＧ膜１２の少なくとも上部を、レジストパターンＲＰ１の開口より広く除去する等方性エッチング工程を経る。ここでの等方性エッチングは、フッ酸（ＨＦ）を含むウェットエッチングによる時間制御で行う。このとき、ＢＰＳＧ膜１２が完全に除去され、配線層１１の接続領域を露出させる。これにより、適度に間口の広がったコンタクトホール１５が形成される。例えば、テーパ部分の領域とホール深さが略１：１、あるいは１：２など他の比率のコンタクトホール形状の制御も、より精度が増す。
【００２０】
次に、図１（ｄ）に示すように、レジスト１４をアッシング除去し、その後、残留している窒化膜１３を除去する。窒化膜１３の除去には例えば熱リン酸によるウェットエッチングを用いる。次に、コンタクトホール１５を埋める配線層１６を形成する。配線層１６は、図示しないが配線層１１と同様に、例えばＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ合金／Ｔｉ／ＴｉＮ積層で構成されている。配線層１６は、その後、図示しないがリソグラフィ工程、エッチング工程を経てパターニングされる。配線層１６は、コンタクトホール１５が互いに隣り合うように複数配列され（ホール連鎖）、複数のコンタクトホール１５に埋め込まれる配線部材を形成する構成が含まれる。
【００２１】
図２は、上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法で構成された、他の領域の断面図である。配線層１１は個々の配線パターン１１ａ，１１ｂとしてパターニングされている。ＢＰＳＧ膜１２に上記コンタクトホール１５と同等形状のコンタクトホール１５ａ，１５ｂを形成する。配線層１６は個々の配線パターン１６ａ，１６ｂとしてパターニングされ、それぞれ配線パターン１１ａ，１１ｂと接続される。間口の制御されたコンタクトホール１５によって、より狭ピッチの配線どうしでも短絡防止に寄与する。
【００２２】
上記それぞれ第１実施形態の方法によれば、レジストパターンＲＰ１の下層には窒化膜１３が形成されている。窒化膜１３は、適当な厚さでもって、酸化膜系の層間絶縁膜であるＢＰＳＧ膜１２よりレジスト１４との密着性が優れ、かつ、ＢＰＳＧ膜１２との密着性も良好である。異方性エッチング工程で窒化膜１３とＢＰＳＧ膜１２の少なくとも一部を除去し、レジストパターンＲＰ１の開口と同等な形状を実現する。その後の等方性エッチング工程では、窒化１３膜とＢＰＳＧ膜１２との密着性がより均一であることから、レジスト１４下への偏った過剰なエッチング液の沁み込みが抑えられる。従って、等方性エッチングの制御が容易になる。これにより、予定したテーパ・エッチングの形状が実現でき、不必要な配線の短絡や断線不良が防止できる。また、最終的な等方性エッチングの制御により、レジストパターンＲＰ１の開口径Ｄ１より大きい径Ｄ２のコンタクトホール１５も形成可能である。そこで、レジストパターンＲＰ１の開口を予め小さく見積もって形成することも考えられる。
【００２３】
図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を工程順に示す断面図である。第１実施形態と同様の箇所には同一の符号を付す。
図３（ａ）に示すように、配線層１１上を含め全面にＣＶＤ（化学気相成長）法によりＢＰＳＧ（ボロン・リン珪化ガラス）膜１２を形成する。ＢＰＳＧ膜１２のリフロー後、ＢＰＳＧ膜１２上に窒化膜１３を形成する。窒化膜１３の厚さは、少なくとも後述するレジストパターンの密着層として機能し得る厚さ（５０〜１５０ｎｍ）を有する。その後、レジスト１４を塗布し、露光、現像を経るリソグラフィ工程を経て、レジストパターンＲＰ２を形成する。異方性エッチング技術を利用し、レジストパターンＲＰ２に従って窒化膜１３を選択的に除去する（ＣＦ系のドライエッチング制御）。
【００２４】
次に、図３（ｂ）に示すように、ＢＰＳＧ膜１２の少なくとも上部を、レジストパターンＲＰ２の開口より広く除去する等方性エッチング工程を経る。ここでの等方性エッチングは、フッ酸（ＨＦ）を含むウェットエッチングによる時間制御で行う。その他、等方性のプラズマエッチングを利用することも考えられる。窒化膜１３がＢＰＳＧ膜１２と略均一に密着性していることから、窒化膜１３の開口周辺が均一に広げられた窪み２１が形成される。
【００２５】
次に、図３（ｃ）に示すように、窒化膜１３の開口パターンマスクを伴い、レジストパターンＲＰ２に従った異方性エッチングにより、配線層１１が露出するまでＢＰＳＧ膜１２を選択的に除去する。異方性エッチングは、ここではＣＦ系（Ｃ２Ｆ６等）のエッチングガスを含むドライエッチングによる時間制御で行う。これにより、適度に間口の広がったコンタクトホール１５が形成される。例えば、テーパ部分の領域とホール深さが略１：１、あるいは１：２など他の比率のコンタクトホール形状の制御も、より精度が増す。
【００２６】
次に、図３（ｄ）に示すように、レジスト１４をアッシング除去し、その後、残留している窒化膜１３を除去する。窒化膜１３の除去には例えば熱リン酸によるウェットエッチングを用いる。次に、コンタクトホール１５を埋める配線層１６を形成する。配線層１６は、図示しないが配線層１１と同様に、例えばＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ合金／Ｔｉ／ＴｉＮ積層で構成されている。配線層１６は、その後、図示しないがリソグラフィ工程、エッチング工程を経てパターニングされる。配線層１６は、コンタクトホール１５が互いに隣り合うように複数配列され（ホール連鎖）、複数のコンタクトホール１５に埋め込まれる配線部材を形成する構成が含まれる。
【００２７】
また、第２実施形態の方法においても、前記図２に係る断面図による構成に対応可能である。配線層１１は個々の配線パターン１１ａ，１１ｂとしてパターニングされている。ＢＰＳＧ膜１２に上記コンタクトホール１５と同等形状のコンタクトホール１５ａ，１５ｂを形成する。配線層１６は個々の配線パターン１６ａ，１６ｂとしてパターニングされ、それぞれ配線パターン１１ａ，１１ｂと接続される。間口の制御されたコンタクトホール１５によって、より狭ピッチの配線どうしでも短絡防止に寄与する。
【００２８】
上記それぞれ第２実施形態の方法においても、第１実施形態の方法と同様の効果が得られる。すなわち、レジストパターンＲＰ２の下層には、ＢＰＳＧ膜１２よりレジスト１４との密着性が優れ、かつ、ＢＰＳＧ膜１２との密着性も良好な窒化膜１３が存在する。異方性エッチング工程でレジストパターンＲＰ２の開口と同等な形状で窒化膜１３をパターニング除去する。その後、レジストパターンＲＰ２の開口より広く除去する等方性エッチングがなされる。その際、窒化膜１３とＢＰＳＧ膜１２との密着性がより均一であることから、レジスト１４下への偏った過剰なエッチングが抑えられ、等方性エッチングの制御が容易になる。次に、窒化膜１３のマスク形状を伴い、レジストパターンＲＰ２の開口と同等な形状で最終的な異方性エッチング工程がなされ、配線層１１を露出させる。これにより、予定したテーパ・エッチングの形状が実現でき、不必要な配線の短絡や断線不良が防止できる。
【００２９】
なお、上記各実施形態では層間の絶縁膜としてＢＰＳＧ膜１２を用いたが、これに限らない。ＰＳＧ（リン・珪化ガラス）膜や、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）酸化膜、あるいは、下層部にＳＯＧ膜を含む上記いずれかの層間の絶縁膜を構成して、本願発明の方法を用いたコンタクトホールを形成することができる。
【００３０】
以上説明したように本発明によれば、レジストパターンの下層には窒化膜が形成されている。窒化膜は、適当な厚さでもって、酸化膜系の層間絶縁膜よりレジストとの密着性が優れ、かつ、酸化膜系の層間絶縁膜との密着性も良好である。これにより、レジストパターンの開口を基にした等方性エッチング工程では、レジストパターンの開口からレジストパターン下の横方向への偏った過剰なエッチングが抑えられ、等方性エッチングの制御がし易い。この結果、レジストの密着性をより強固にし、良好なテーパ・エッチングの制御を可能とする半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を工程順に示す断面図。
【図２】第１実施形態の半導体装置の製造方法で構成された、他の領域の断面図。
【図３】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を工程順に示す断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１１，１６…配線層、１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ…配線パターン、１２…ＢＰＳＧ膜、１３…窒化膜、１４…レジスト、１５…コンタクトホール、２１…窪み、ＲＰ１，ＲＰ２…レジストパターン。
【図１】
2005303140.tif 000003
【図２】
2005303140.tif 000004
【図３】
2005303140.tif 000005