(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１の絶縁膜に埋め込まれるように、配線を形成する工程（ａ）と、
前記第１の絶縁膜及び前記配線の上に、第２の絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、
前記第２の絶縁膜の上に、前記第２の絶縁膜を露出させる開口部を有する第３の絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、
前記第３の絶縁膜の上に前記開口部を埋め込むように化学増幅型レジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を用いて配線溝用のレジストパターンを形成する工程（ｄ）と、
前記レジストパターンを用いたエッチングにより前記開口部と連通する配線溝を形成し、さらに前記開口部に露出する前記第２の絶縁膜をエッチング除去して前記配線を露出させる工程（ｅ）とを備え、
前記工程（ｂ）よりも後であって且つ前記工程（ｃ）よりも前に、前記工程（ｂ）の際に発生する、前記レジストパターンを構成する前記化学増幅型レジストの化学反応を阻害する塩基を酸との中和によって除去する工程（Ｘ）を更に備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記工程（Ｘ）は、
前記第２の絶縁膜の表面に、塩基除去用化学増幅型レジストを塗布し、前記塩基除去用化学増幅型レジストを露光した後、更に、前記塩基除去用化学増幅型レジストを現像し、前記塩基除去用化学増幅型レジストを除去する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記工程（Ｘ）は、
酸性の液体を用いて、前記第２の絶縁膜の表面を洗浄する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記工程（Ｘ）は、
酸化性のガス中に、前記第２の絶縁膜の表面を曝す工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の絶縁膜は、Ｎを含有する膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２の絶縁膜は、少なくとも２以上の膜が積層されてなる積層膜であり、前記積層膜のうちの少なくとも１つの膜は、Ｎを含有する膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜のうちの少なくとも１つの膜は、比誘電率が３以下の膜であることを特徴とする請求項１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、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、ダマシン構造を有する半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、配線構造の微細化及び多層化が進行しており、これに伴って、半導体集積回路装置の高集積化が進行している。高密度な配線構造又は多層配線構造を実現する方法として、ビアホール・配線溝の内部に、例えば、Ｃｕ等の埋め込みを行い、化学的機械的研磨法（Ｃhemical Ｍechanical Ｐolishing 法：ＣＭＰ法）による平坦化を行うことにより、ビア・配線の形成を行うダマシン法が、一般的に用いられている。
【０００３】
しかしながら、配線構造の高密度化に伴って、配線間に発生する寄生容量が増大することにより、配線遅延が発生するので、高速動作が可能な半導体集積回路装置を実現するためには、配線間に発生する寄生容量を低減させることが非常に重要である。
【０００４】
配線間に発生する寄生容量を低減させる方法として、層間絶縁膜及び配線間絶縁膜を構成する材料として、比誘電率の低い材料を用いることが検討されている。
【０００５】
このため、従来では、配線間絶縁膜を構成する材料として、シリコン酸化膜（化学式：ＳｉＯ2 ，比誘電率：３．９〜４．２）が一般的に用いられてきたのに対し、近年では、配線間に発生する寄生容量を低減させるために、配線間絶縁膜を構成する材料として、フッ素を含有するシリコン酸化膜（化学式：ＳｉＯＦ，比誘電率：３．５〜３．８）が用いられており、更には、配線間に発生する寄生容量をより一層低減させるために、配線間絶縁膜を構成する材料として、炭素を含有するシリコン酸化膜（化学式：ＳｉＯＣ，比誘電率：３．０以下）を用いることが提案されている。
【０００６】
以下に、配線間絶縁膜を構成する材料としてＳｉＯＣを用いて構成された半導体装置について、図７を参照しながら説明する。図７は、従来の半導体装置の構造を示す断面図である。
【０００７】
図７に示すように、シリコン（Ｓｉ）よりなる基板（図示せず）上には、ＳｉＯＣよりなる第１の絶縁膜（層間絶縁膜）７０が形成されている。第１の絶縁膜７０には、窒化タンタル（ＴａＮ）よりなるバリアメタル７１ａを介して、銅（Ｃｕ）よりなる導電膜７１ｂが埋め込まれてなる第１の金属配線７１が形成されている。
【０００８】
第１の絶縁膜７０上には、第１の金属配線７１を覆うように、金属拡散防止膜として機能する、炭素及び窒素を含む酸化シリコン（ＳｉＯＣＮ）よりなる第２の絶縁膜（エッチングストッパ膜：ＥＳ膜）７２が形成されている。第２の絶縁膜７２上には、ＳｉＯＣよりなる第３の絶縁膜（配線間絶縁膜）７３、及びＳｉＯ2 よりなる第４の絶縁膜７４が下から順に形成されている。
【０００９】
第２の絶縁膜７２及び第３の絶縁膜７３には、ＴａＮよりなるバリアメタル７６を介して、Ｃｕよりなる導電膜７７が埋め込まれてなるビア７８が形成されていると共に、第３の絶縁膜７３及び第４の絶縁膜７４には、ＴａＮよりなるバリアメタル７６を介して、Ｃｕよりなる導電膜７７が埋め込まれてなる第２の金属配線７９が形成されている。このように、第１の金属配線７１と第２の金属配線７９とは、ビア７８を介して電気的に接続されている。
【００１０】
次に、従来例に係る半導体装置の製造方法について、図８(a) 〜(d) を参照しながら説明する。図８(a) 〜(d) は、従来例に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【００１１】
まず、図８(a) に示すように、フォトリソグラフィ法により、基板（図示せず）上に形成されたＳｉＯＣよりなる第１の絶縁膜（層間絶縁膜）６０上に、所望の形状を有する第１の配線溝用レジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、第１の配線溝用レジストパターンをマスクとして、第１の絶縁膜６０に対して、ドライエッチングを選択的に行うことにより、第１の絶縁膜６０に第１の配線溝を形成する。
【００１２】
次に、第１の配線溝の底部及び側壁、並びに第１の絶縁膜６０の上面に、ＴａＮよりなるバリアメタル６１ａを形成した後、第１の配線溝の内部に、Ｃｕよりなる導電膜６１ｂを埋め込む。続いて、ＣＭＰ法により、第１の絶縁膜６０の表面が露出するまで、バリアメタル６１ａ及び導電膜６１ｂにおける第１の配線溝からはみ出している部分を選択的に除去することにより、第１の絶縁膜６０に、バリアメタル６１ａを介して、第１の配線溝内に導電膜６１ｂが埋め込まれてなる第１の金属配線６１を形成する。
【００１３】
次に、図８(b) に示すように、ＣＶＤ法により、第１の絶縁膜６０上に、第１の金属配線６１を覆うように、金属拡散防止膜として機能する、膜厚が５０ｎｍであってＳｉＣＯＮよりなる第２の絶縁膜（ＥＳ膜）６２を形成する。続いて、ＣＶＤ法により、第２の絶縁膜６２上に、膜厚が５００ｎｍであってＳｉＯＣよりなる第３の絶縁膜（配線間絶縁膜）６３を形成した後、ＣＶＤ法により、第３の絶縁膜６３上に、膜厚が５０ｎｍであってＳｉＯ2 よりなる第４の絶縁膜６４を形成する。
【００１４】
次に、図８(c) に示すように、フォトリソグラフィ法により、第４の絶縁膜６４上に、所望の形状を有するビアホール用レジストパターン（図示せず）を形成した後、ビアホール用レジストパターンをマスクとして、第４の絶縁膜６４及び第３の絶縁膜６３に対して、ドライエッチングを選択的に行うことにより、第３の絶縁膜６３及び第４の絶縁膜６４に、これらを貫通し第２の絶縁膜６２を露出させるビアホール６５を形成する。
【００１５】
次に、図８(d) に示すように、第４の絶縁膜６４上に、ビアホール６５内を埋め込むように、第２の配線溝用化学増幅型レジスト（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィ法により、所望の形状を有する第２の配線溝用化学増幅型レジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、第２の配線溝用化学増幅型レジストパターンをマスクとして、第４の絶縁膜６４及び第３の絶縁膜６３に対して、ドライエッチングを選択的に行うことにより、第３の絶縁膜６３及び第４の絶縁膜６４に、ビアホール６５と連通する第２の配線溝を形成した後、引き続き、ビアホール６５に露出する第２の絶縁膜６２に対して、ドライエッチングを選択的に行うことにより、ビアホール６５に第１の導電膜６１ｂを露出させる。
【００１６】
次に、ビアホール６５の側壁、第２の配線溝の底部及び側壁、並びに第４の絶縁膜６４の上面に、ＴａＮよりなるバリアメタル６６を形成した後、ビアホール６５及び第２の配線溝の内部に、Ｃｕよりなる導電膜６７を埋め込む。続いて、ＣＭＰ法により、第４の絶縁膜６４の表面が露出するまで、バリアメタル６６及び導電膜６７における第２の配線溝からはみ出している部分を選択的に除去する。これにより、第２の絶縁膜６２及び第３の絶縁膜６３に、バリアメタル６６を介して、ビアホール６５内に導電膜６７が埋め込まれてなるビア６８を形成すると共に、第３の絶縁膜６３及び第４の絶縁膜６４に、バリアメタル６６を介して、第２の配線溝内に導電膜６７が埋め込まれてなる第２の金属配線６９を形成する。
【００１７】
しかしながら、従来例に係る半導体装置の製造方法では、以下に示す問題があった。
【００１８】
従来例に係る半導体装置の製造方法では、図８(b) に示す工程において、第２の絶縁膜（ＥＳ膜）６２の形成の際に、第１の絶縁膜（層間絶縁膜）６０を構成する材料であるＳｉＯＣにおける、Ｓｉ−Ｏ−ＣＨ3 結合及びＳｉ−ＣＨ3 結合が、ＣＶＤ法による第２の絶縁膜６２の形成の際に発生するプラズマによって破壊されて、塩基（例えば、ＯＨ- 及びＣＨ3 - 等の塩基）が生成されるので、第１の絶縁膜６０と第２の絶縁膜６２との界面には、塩基（例えば、ＯＨ- 及びＣＨ3 - 等の塩基）が滞留している。また、図８(b) に示す工程において、第２の絶縁膜６２の形成の際に、第２の絶縁膜６２を構成する材料である、窒素（Ｎ）と大気中の水分（Ｈ2 Ｏ）とが反応して、ＮＨ2 - 等の塩基が生成されるので、第２の絶縁膜６２中には、ＮＨ2 - 等の塩基が滞留している。
【００１９】
このため、従来例に係る半導体装置の製造方法では、図８(d) に示す工程において、第２の配線溝用化学増幅型レジストパターン（図示せず）の形成の際に、第４の絶縁膜６４上に、ビアホール６５内を埋め込むように、第２の配線溝用化学増幅型レジスト（図示せず）を塗布するので、ビアホール６５に露出する第２の絶縁膜６２と第２の配線溝用化学増幅型レジストとの接触部分を通じて、第１の絶縁膜６０と第２の絶縁膜６２との界面に滞留している塩基（例えば、ＯＨ- 及びＣＨ3 - 等の塩基）、又は第２の絶縁膜６２中に滞留している塩基（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）が、第２の配線溝用化学増幅型レジスト中へ拡散される。
【００２０】
一般に、化学増幅型レジストは、感光剤として酸発生剤を含んでおり、露光されて水素イオンを発生することにより、水素イオンを触媒として、レジストの化学反応を誘起させて、レジストパターンを所望の形状に解像させる。
【００２１】
このため、従来例に係る半導体装置の製造方法では、第２の配線溝用化学増幅型レジストパターンの形成の際に、露光により第２の配線溝用化学増幅型レジスト中に発生する水素イオンが、第２の配線溝用化学増幅型レジスト中へ拡散された塩基（例えば、ＯＨ- 、ＣＨ3 - 、及びＮＨ2 - 等の塩基）と反応することによって消費されるため、レジストの化学反応が阻害されるので、第２の配線溝用化学増幅型レジストパターンを所望の形状に解像させることができない、すなわち、レジストポイゾニング現象が発生するという問題があった。
【００２２】
更には、配線間の寄生容量の低減を図るために、第１の絶縁膜（層間絶縁膜）６０及び第３の絶縁膜（配線間絶縁膜）６３として低誘電率膜（例えば、ＳｉＯＣよりなる膜）を用いた場合、第１の絶縁膜６０及び第３の絶縁膜６３の低誘電率化が進行するに従い、第１の絶縁膜６０及び第３の絶縁膜６３の密度は低下するため、レジストの化学反応を阻害する物質（例えば、ＯＨ- 、ＣＨ3 - 及びＮＨ2 - 等の塩基）が、ビアホール６５に露出する第２の絶縁膜６２と第２の配線溝用化学増幅型レジストとの接触部分を通じて、第２の配線溝用化学増幅型レジスト中へ拡散されるだけでなく、更には、低い密度を有する第３の絶縁膜６０中を透過して、化学増幅型レジスト中へ拡散されるので、レジストポイゾニング現象の発生頻度が増大するという問題もあった。
【００２３】
上記の問題を解決する方法として、以下に示す方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００２４】
従来技術に係る半導体装置の製造方法では、まず、前述した図８(a) に示す工程と同様に、第１の絶縁膜（層間絶縁膜）６０に、バリアメタル６１ａを介して、第１の配線溝内に導電膜６１ｂが埋め込まれてなる第１の金属配線６１を形成した後、続いて、前述した図８(b) に示す工程と同様に、第１の絶縁膜６０上に、第２の絶縁膜（ＥＳ膜）６２、第３の絶縁膜（配線間絶縁膜）６３、及び第４の絶縁膜６４を下から順に形成する。
【００２５】
次に、前述した図８(c) に示す工程において、第３の絶縁膜６３及び第４の絶縁膜６４に、第２の絶縁膜６２を露出させるビアホール６５を形成した後、ホットプレートを用いて、３５０℃の窒素雰囲気の下、熱処理を施すことにより、第１の絶縁膜６０と第２の絶縁膜６２との界面に滞留している反応阻害物質、又は第２の絶縁膜６２中に滞留している反応阻害物質を、絶縁膜外へ放出させることによって除去する。
【００２６】
次に、前述した図８(d) に示す工程と同様に、第４の絶縁膜６４上に、第２の配線溝用化学増幅型レジストパターン（図示せず）を形成した後、第２の配線溝用化学増幅型レジストパターンをマスクとして、第３の絶縁膜６３及び第４の絶縁膜６４に、ビアホール６５と連通する第２の配線溝を形成する。続いて、第２の絶縁膜６２及び第３の絶縁膜６３に、バリアメタル６６を介して、ビアホール６５内に導電膜６７が埋め込まれてなるビア６８を形成すると共に、第３の絶縁膜６３及び第４の絶縁膜６４に、バリアメタル６６を介して、第２の配線溝内に導電膜６７が埋め込まれてなる第２の金属配線６９を形成する。
【００２７】
このように、従来技術に係る半導体装置の製造方法では、ビアホール６５の形成工程の後に、熱処理による反応阻害物質の除去処理工程を施すことにより、第１の絶縁膜６０と第２の絶縁膜６２との界面に滞留している反応阻害物質、又は第２の絶縁膜６２中に滞留している反応阻害物質を除去することができるので、第２の配線溝用化学増幅型レジストパターンの形成工程の際に、レジストポイゾニング現象が発生することを防止することが可能である。
【特許文献１】特開２００３−２２９４８１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
しかしながら、従来技術に係る半導体装置の製造方法では、以下に示す問題がある。
【００２９】
レジストポイゾニング現象は、前述したように、第２の絶縁膜６２の形成工程の際に、第１の絶縁膜６０（層間絶縁膜）と第２の絶縁膜６２（ＥＳ膜）との界面に発生する反応阻害物質、又は第２の絶縁膜６２の形成工程の際に、第２の絶縁膜６２（ＥＳ膜）中に発生する反応阻害物質に起因して発生するにもかかわらず、従来技術に係る半導体装置の製造方法では、前述したように、第２の絶縁膜６２の形成工程の後に、第３の絶縁膜６３の形成を行い、続いて、第４の絶縁膜６４の形成を行って、更には、ビアホール６５の形成工程を行った後に、熱処理による反応阻害物質の除去処理工程を行う。
【００３０】
このため、従来技術に係る半導体装置の製造方法では、第１の絶縁膜６０と第２の絶縁膜６２との界面に滞留している反応阻害物質、又は第２の絶縁膜６２中に滞留している反応阻害物質を、熱処理によって絶縁膜外へ放出させる際に、反応阻害物質は、第３の絶縁膜６３又は第４の絶縁膜６４中を通過しなければならないので、反応阻害物質を確実に除去することができないという問題が発生する。
【００３１】
更には、熱処理によって反応阻害物質が絶縁膜外へ放出される割合は、第３の絶縁膜６３又は第４の絶縁膜６４の密度に依存するため、第３の絶縁膜６３又は第４の絶縁膜６４の密度に応じて、熱処理を行う条件を適宜調整しなければならず、特に、第３の絶縁膜６３の低誘電率化が進行するに従って、第３の絶縁膜６３の密度は低下するため、第３の絶縁膜６３の低誘電率化に応じて、熱処理を行う条件を適宜調整しなければならないので、反応阻害物質を確実に除去することが困難であるという問題も発生する。
【００３２】
このため、従来技術に係る半導体装置の製造方法では、第２の配線溝用化学増幅型レジストパターン（図示せず）の形成工程の際に、第１の絶縁膜６０と第２の絶縁膜６２との界面に残留している反応阻害物質、又は第２の絶縁膜６２中に残留している反応阻害物質によって、第２の配線溝用化学増幅型レジストの化学反応が阻害されるため、第２の配線溝用化学増幅型レジストパターンを所望の形状に解像させることができない。更には、これにより、第３の絶縁膜６３及び第４の絶縁膜６４に、所望の形状を有する第２の配線溝を形成することができないので、高い信頼性を有する第２の金属配線６９を備える半導体装置を実現することができない。
【００３３】
前記に鑑み、本発明の目的は、レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質を確実に除去することにより、レジストパターンの形成の際に、所望の形状を有するレジストパターンを精度良く形成することによって、高い信頼性を有する配線を備える半導体装置を実現することができる、半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
前記の課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に形成された第１の絶縁膜に、配線を形成する工程（ａ）と、第１の絶縁膜及び配線の上に、第２の絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、第２の絶縁膜の上に、第２の絶縁膜を露出させる開口部を有する第３の絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、第３の絶縁膜の上に、レジストパターンを形成する工程（ｄ）とを備え、工程（ｂ）よりも後であって且つ工程（ｃ）よりも前に、工程（ｂ）の際に発生する、レジストパターンを構成するレジストの化学反応を阻害する物質を除去する工程（Ｘ）を更に備えることを特徴とする。
【００３５】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、第２の絶縁膜の形成工程よりも後であって、第３の絶縁膜の形成工程よりも前に、レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質の除去処理工程を行うので、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面に第２の絶縁膜の形成工程の際に発生する反応阻害物質（例えば、ＯＨ- 及びＣＨ3 - 等の塩基）、及び第２の絶縁膜中に第２の絶縁膜の形成工程の際に発生する反応阻害物質（ＮＨ2 - 等の塩基）を効果的に且つ確実に除去することができる。
【００３６】
このため、レジストパターンの形成工程の際に、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面に残留する反応阻害物質又は第２の絶縁膜中に残留する反応阻害物質によって、レジストの化学反応が阻害されることはないので、レジストポイゾニング現象を発生させることなく、所望の形状を有するレジストパターンを精度良く形成することができる。
【００３７】
したがって、本発明に係る半導体装置の製造方法では、所望の形状を有するレジストパターンをマスクとして、例えば、第３の絶縁膜に対してドライエッチングを選択的に行うことにより、第３の絶縁膜に、所望の形状を有する配線溝を形成することができるので、高い信頼性を有する配線を備える半導体装置を実現することができる。
【００３８】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（Ｘ）は、第２の絶縁膜の表面に、化学増幅型レジストを塗布し、化学増幅型レジストを露光した後、更に、化学増幅型レジストを現像し、化学増幅型レジストを除去する工程であることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、第２の絶縁膜の表面に塗布された化学増幅型レジストを露光することによって発生する酸を利用して、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面に滞留している反応阻害物質（例えば、ＯＨ- 及びＣＨ3 - 等の塩基）、及び第２の絶縁膜中に滞留している反応阻害物質（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）を中和することによって確実に除去することができるため、レジストパターンの形成工程の際に、レジストの化学反応が阻害されることはないので、レジストポイゾニング現象を発生させることなく、所望の形状を有するレジストパターンを精度良く形成することができる。
【００４０】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（Ｘ）は、酸性の液体を用いて、第２の絶縁膜の表面を洗浄する工程であることが好ましい。
【００４１】
このようにすると、例えば、ＨＮＯ3 又はＨ2 ＳＯ4 等の酸性の液体を用いて、第２の絶縁膜の表面を洗浄することにより、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面に滞留している反応阻害物質（例えば、ＯＨ- 又はＣＨ3 - 等の塩基）、及び第２の絶縁膜中に滞留している反応阻害物質（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）を中和することによって確実に除去することができるため、レジストパターンの形成工程の際に、レジストの化学反応が阻害されることはないので、レジストポイゾニング現象を発生させることなく、所望の形状を有するレジストパターンを精度良く形成することができる。
【００４２】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（Ｘ）は、酸化性のガス中に、第２の絶縁膜の表面を曝す工程であることが好ましい。
【００４３】
このようにすると、例えば、Ｏ2 又はＣＯ2 等の酸化性ガス中に、第２の絶縁膜の表面を曝すことにより、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面に滞留している反応阻害物質（例えば、ＯＨ- 又はＣＨ3 - 等の塩基）、及び第２の絶縁膜中に滞留している反応阻害物質（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）を中和することによって確実に除去することができるため、レジストパターンの形成工程の際に、レジストの化学反応が阻害されることはないので、レジストポイゾニング現象を発生させることなく、所望の形状を有するレジストパターンを精度良く形成することができる。
【００４４】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、第２の絶縁膜は、Ｎを含有する膜であることが好ましい。
【００４５】
このようにすると、Ｎを含有する膜は、レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）を生成し易い。このため、第２の絶縁膜としてＮを含有する膜を用いて構成されている半導体装置に対して、本発明を適用することにより、反応阻害物質の除去処理工程の際に、第２の絶縁膜中に滞留している反応阻害物質を効果的に除去することができるため、レジストパターンの形成工程の際に、レジストの化学反応が阻害されることはないので、レジストポイゾニング現象を発生させることなく、所望の形状を有するレジストパターンを精度良く形成することができる。
【００４６】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、第２の絶縁膜は、少なくとも２以上の膜が積層されてなる積層膜であり、積層膜のうちの少なくとも１つの膜は、Ｎを含有する膜であることが好ましい。
【００４７】
このようにすると、前述したように、Ｎを含有する膜は、レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）を生成し易い。このため、第２の絶縁膜としてＮを含有する膜を用いて構成されている半導体装置に対して、本発明を適用することにより、反応阻害物質の除去処理工程の際に、第２の絶縁膜中に滞留している反応阻害物質を効果的に除去することができるため、レジストパターンの形成工程の際に、レジストの化学反応が阻害されることはないので、レジストポイゾニング現象を発生させることなく、所望の形状を有するレジストパターンを精度良く形成することができる。
【００４８】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、第１の絶縁膜及び第３の絶縁膜のうちの少なくとも１つの膜は、比誘電率が３以下の膜であることが好ましい。
【００４９】
このようにすると、第１の絶縁膜（層間絶縁膜）及び第３の絶縁膜（配線間絶縁膜）のうちの少なくとも１つの膜を構成する材料として、比誘電率が３以下の低誘電率膜を用いることにより、配線間に発生する寄生容量の低減を図ることができるため、配線遅延が発生することを防止することができるので、高速動作が可能な半導体装置を提供することができる。
【００５０】
また、このようにすると、比誘電率が３以下の低誘電率膜（例えば、ＳｉＯＣよりなる膜）は、レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質（例えば、ＯＨ- 及びＣＨ3 - 等の塩基）を生成し易い。このため、第１の絶縁膜として、比誘電率が３以下の低誘電率膜を用いて構成されている半導体装置に対して、本発明を適用することにより、反応阻害物質の除去処理工程の際に、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面に滞留している反応阻害物質を効果的に除去することができるため、レジストパターンの形成工程の際に、レジストの化学反応が阻害されることはないので、レジストポイゾニング現象を発生させることなく、所望の形状を有するレジストパターンを精度良く形成することができる。
【００５１】
更には、このようにすると、低誘電率膜の低誘電率化が進行するに従い、低誘電率膜の密度が低下するので、第３の絶縁膜として、比誘電率が３以下の低誘電率膜を用いた場合、レジストパターンの形成工程の際に、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面に滞留している反応阻害物質、又は第２の絶縁膜中に滞留している反応阻害物質が、低い密度を有する第３の絶縁膜中を透過して、第３の絶縁膜上に塗布されたレジスト中へ拡散されるおそれがある。
【００５２】
このため、第３の絶縁膜として、比誘電率が３以下の低誘電率膜を用いて構成されている半導体装置に対して、本発明を適用することにより、第２の絶縁膜の形成工程よりも後であって、第３の絶縁膜の形成工程よりも前に、反応阻害物質の除去処理工程を行うので、レジストパターンの形成工程の際に、反応阻害物質が、低い密度を有する第３の絶縁膜中を透過して、第３の絶縁膜上に塗布されたレジスト中へ拡散されることはない。
【発明の効果】
【００５３】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質を確実に且つ効果的に除去することができるため、所望の形状を有するレジストパターンを精度良く形成することにより、該レジストパターンを用いて、所望の形状を有する配線溝を精度良く形成することができるので、高い信頼性を有する配線を備える半導体装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５５】
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１(a) 〜(c) 及び図２(a) 〜(c) を参照しながら説明する。図１(a) 〜(c) 及び図２(a) 〜(c) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【００５６】
まず、図１(a) に示すように、基板（図示せず）上に、ＳｉＯＣよりなる第１の絶縁膜（層間絶縁膜）１０を形成する。続いて、第１の絶縁膜１０上に、第１の配線溝用レジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により、所望の形状を有する第１の配線溝用レジストパターンを形成する。続いて、第１の配線溝用レジストパターンをマスクとして、第１の絶縁膜１０に対して、ドライエッチングを選択的に行うことにより、第１の絶縁膜１０に第１の配線溝を形成した後、アッシングにより、第１の絶縁膜１０上に形成された第１の配線溝用レジストパターンを除去する。
【００５７】
次に、スパッタリング法により、第１の配線溝の底部及び側壁、並びに第１の絶縁膜１０の上面に、ＴａＮよりなるバリアメタル１１ａを形成した後、電気めっき法により、第１の配線溝の内部に、Ｃｕよりなる導電膜１１ｂを埋め込む。続いて、ＣＭＰ法により、第１の絶縁膜１０の表面が露出するまで、バリアメタル１１ａ及び導電膜１１ｂにおける第１の配線溝からはみ出している部分を選択的に除去することにより、第１の絶縁膜１０に、バリアメタル１１ａを介して、第１の配線溝内に導電膜１１ｂが埋め込まれてなる第１の金属配線１１を形成する。
【００５８】
次に、図１(b) に示すように、ＣＶＤ法により、第１の絶縁膜１０上に、第１の金属配線１１を覆うように、金属拡散防止膜として機能する、膜厚が５０ｎｍであってＳｉＣＮよりなる第２の絶縁膜（ＥＳ膜）１２を形成する。
【００５９】
このとき、ＣＶＤ法による第２の絶縁膜１２の形成の際に発生するプラズマによって、第１の絶縁膜１０を構成する材料であるＳｉＯＣおける、Ｓｉ−Ｏ−ＣＨ3 結合及びＳｉ−ＣＨ3 結合が破壊されて、第１の絶縁膜１０と第２の絶縁膜１２との界面には、ＯＨ- 及びＣＨ3 - 等の塩基が生成される。また、第２の絶縁膜１２を構成するＳｉＣＮにおける窒素（Ｎ）と大気中の水分（Ｈ2 Ｏ）とが反応して、第２の絶縁膜１２中には、ＮＨ2 - 等の塩基が生成される。
【００６０】
次に、図１(c) に示すように、第２の絶縁膜１２の表面に、例えば、アクリル系の化学増幅型レジスト１３を塗布した後、化学増幅型レジスト１３の全面を露光する。続いて、化学増幅型レジスト１３を現像した後、アッシングにより、第２の絶縁膜１２の表面に塗布された化学増幅型レジスト１３を除去する。
【００６１】
ここで、一般に、化学増幅型レジスト１３は、感光剤として酸発生剤を含んでおり、露光されて酸（水素イオン）を発生する。
【００６２】
このため、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１の絶縁膜１０と第２の絶縁膜１２との界面に滞留している塩基（例えば、ＯＨ- 及びＣＨ3 - 等の塩基）、及び第２の絶縁膜１２中に滞留している塩基（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）が、化学増幅型レジスト１３が露光されて発生する酸と反応することによって消費されるので、第１の絶縁膜１０と第２の絶縁膜１２との界面に滞留している塩基、及び第２の絶縁膜１２中に滞留している塩基を除去することができる。
【００６３】
このように、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第２の絶縁膜１２の形成工程の後に、化学増幅型レジスト１３の塗布／露光工程を行うことにより、レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質である塩基を予め除去することができるので、後工程である第２の配線溝用レジストパターンの形成工程の際に、反応阻害物質によって、レジストの化学反応が阻害されることを防止することができる。
【００６４】
次に、図２(a) に示すように、ＣＶＤ法により、第２の絶縁膜１２上に、膜厚が５００ｎｍであってＳｉＯＣよりなる第３の絶縁膜１４を形成した後、ＣＶＤ法により、第３の絶縁膜１４上に、膜厚が５０ｎｍであってＳｉＯ2 よりなる第４の絶縁膜１５を形成する。
【００６５】
次に、図２(b) に示すように、第４の絶縁膜１５上に、ビアホール用レジスト（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィ法により、所望の形状を有するビアホール用レジストパターンを形成する。続いて、ビアホール用レジストパターンをマスクとして、第４の絶縁膜１５及び第３の絶縁膜１４に対して、ドライエッチングを選択的に行うことにより、第３の絶縁膜１４及び第４の絶縁膜１５に、これらを貫通し第２の絶縁膜１２を露出させるビアホール１６を形成した後、アッシングにより、第４の絶縁膜１５上に形成されたビアホール用レジストパターンを除去する。
【００６６】
次に、図２(c) に示すように、第４の絶縁膜１５上に、ビアホール１６内を埋め込むように、第２の配線溝用レジスト（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィ法により、所望の形状を有する第２の配線溝用レジストパターン（図示せず）を形成する。
【００６７】
このとき、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法では、前述したように、第２の絶縁膜１２の形成工程の後に、反応阻害物質の除去処理工程である化学増幅型レジスト１３の塗布／露光工程を行うことにより、第１の絶縁膜１０と第２の絶縁膜１２との界面に滞留している反応阻害物質である塩基、及び第２の絶縁膜１２中に滞留している反応阻害物質である塩基を予め除去することができるので、第２の配線溝用レジストパターンの形成工程の際に、反応阻害物質によって、レジストの化学反応が阻害されることはないので、所望の形状を有する第２の配線溝用レジストパターンを精度良く形成することができる。
【００６８】
次に、第２の配線溝用レジストパターンをマスクとして、第４の絶縁膜１５及び第３の絶縁膜１４に対して、ドライエッチングを選択的に行うことにより、第３の絶縁膜１４及び第４の絶縁膜１５に、ビアホール１６と連通する第２の配線溝を形成した後、引き続き、ビアホール１６に露出する第２の絶縁膜１２に対して、ドライエッチングを選択的に行うことにより、ビアホール１６に導電膜１１ｂを露出させる。続いて、アッシングにより、第４の絶縁膜１５上に形成された第２の配線溝用レジストパターンを除去する。
【００６９】
次に、スパッタリング法により、ビアホール１６の側壁、第２の配線溝の底部及び側壁、並びに第４の絶縁膜１５の上面に、ＴａＮよりなるバリアメタル１７を形成した後、電気めっき法により、ビアホール１６及び第２の配線溝の内部に、Ｃｕよりなる導電膜１８を埋め込む。続いて、ＣＭＰ法により、第４の絶縁膜１５の表面が露出するまで、バリアメタル１７及び導電膜１８における第２の配線溝からはみ出している部分を選択的に除去する。これにより、第２の絶縁膜１２及び第３の絶縁膜１４に、バリアメタル１７を介して、ビアホール１６内に導電膜１８が埋め込まれてなるビア１９を形成すると共に、第３の絶縁膜１４及び第４の絶縁膜１５に、バリアメタル１７を介して、第２の配線溝内に導電膜１８が埋め込まれてなる第２の金属配線２０を形成する。このように、第１の金属配線１１と第２の金属配線２０とは、ビア１９を介して、電気的に接続されている。
【００７０】
ここで、本発明の効果を有効に説明するために、以下に示す評価を行うことにより、本発明に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置Ａについて、従来技術に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置Ｂ、及び従来例に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置Ｃと比較しながら説明する。
【００７１】
ここで、半導体装置Ａとは、第２の絶縁膜１２の形成工程の後に、第２の絶縁膜１２の表面に、化学増幅型レジスト１３を塗布／露光することにより、反応阻害物質の除去処理工程を行うことによって製造された半導体装置をいう。また、半導体装置Ｂとは、ビアホールの形成工程の後に、ホットプレートを用いて、３５０℃の窒素雰囲気の下、アニール処理を施すことにより、反応阻害物質の除去処理工程を行うことによって製造された半導体装置をいう。また、半導体装置Ｃとは、反応阻害物質の除去処理工程を行うことなく、製造された半導体装置をいう。
【００７２】
まず、各半導体装置（Ａ〜Ｃ）内に残留する反応阻害物質の量について評価を行った。以下に、各半導体装置（Ａ〜Ｃ）内に残留する反応阻害物質（例えば、ＮＨ2 - ）の量、すなわち、各半導体装置（Ａ〜Ｃ）からのＮＨ3 脱離量について、図３を参照しながら説明する。図３は、各サンプル（ａ〜ｃ）からのＮＨ3 脱離量について示す図である。
【００７３】
上記の測定は、各半導体装置（Ａ〜Ｃ）を所定の大きさに切り出して、各サンプル（ａ〜ｃ）を形成した後、ＴＤＳ法（Ｔhermal  Ｄesorption  Ｓpectroscpy法）により、各サンプル（ａ〜ｃ）からのＮＨ3（Ｍ／ｚ＝１７）の脱離量を測定することによって行う。尚、図３に示す縦軸の数値は、サンプルｃからのＮＨ3 脱離量を基準（すなわち、１．０）としたときの、サンプルａからのＮＨ3 脱離量及びサンプルｂからのＮＨ3 脱離量を相対的に示す数値である。
【００７４】
図３に示すように、反応阻害物質の除去処理工程が施されることによって製造されたサンプルａ及びサンプルｂからのＮＨ3 脱離量は、反応阻害物質の除去処理工程が施されることなく製造されたサンプルｃからのＮＨ3 脱離量と比較して大幅に減少しており、更には、本発明に係る反応阻害物質の除去処理方法を用いて製造されたサンプルａからのＮＨ3 脱離量は、従来技術に係る反応阻害物質の除去処理方法を用いて製造されたサンプルｂからのＮＨ3 脱離量と比較して大幅に減少していることが確認された。
【００７５】
次に、各半導体装置（Ａ〜Ｃ）の歩留りについて評価を行った。以下に、各半導体装置（Ａ〜Ｃ）の歩留まりについて、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、各半導体装置（Ａ〜Ｃ）の歩留まりについて示す図である。また、図５は、歩留まりの測定に用いられた、半導体装置の構造を示す断面図である。
【００７６】
図５に示すように、基板（図示せず）上には、ビア３９を介して、第１の金属配線３１と第２の金属配線４０とが電気的に接続されてなるパターンが、複数形成されており、上記の測定では、基板（図示せず）上に５０個のパターンが形成された各半導体装置（Ａ〜Ｃ）を用いて、５０個のパターンの各々についての抵抗値を測定し、規定値以下の抵抗値を示す良品のパターンの個数に基づいて、各半導体装置（Ａ〜Ｃ）の歩留まりを算出した。
【００７７】
図４に示すように、反応阻害物質の除去処理工程が施されることなく製造された半導体装置Ｃでは、歩留りが２[％]であったのに対し、アニール処理による反応阻害物質の除去処理工程が施されることによって製造された半導体装置Ｂでは、歩留りが７０[％]にまで上昇し、更には、化学増幅型レジストの塗布／露光による反応阻害物質の除去処理工程が施されることによって製造された半導体装置Ａでは、歩留りが１００[％]にまで上昇することが確認された。
【００７８】
上記の評価により、図３に示すように、半導体装置ＣからのＮＨ3 脱離量は１．０であり、従来例に係る半導体装置の製造方法では、反応阻害物質の除去処理工程を施すことなく半導体装置Ｃを製造するため、第２の配線溝用レジストパターンの形成工程の際に、反応阻害物質（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）によって、レジストポイゾニング現象が引き起こされるので、第４の絶縁膜上に塗布された第２の配線溝用レジストに、所望のパターンを精度良く形成することができない、又は所望のパターンを全く形成することができない。このため、図４に示すように、半導体装置Ｃの歩留まりは２[％]であり、従来例に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置Ｃでは、規定値よりも高い抵抗値を示す不良品のパターンが多数発生していることが分かる。
【００７９】
一方、従来技術に係る半導体装置の製造方法では、反応阻害物質の除去処理工程を施すことによって半導体装置Ｂを製造するが、図３に示すように、半導体装置ＢからのＮＨ3 脱離量は０．４であり、反応阻害物質の除去処理工程の際に、反応阻害物質（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）を完全に除去することができないため、第２の配線溝用レジストパターンの形成工程の際に、残留する反応阻害物質によって、レジストポイゾニング現象が引き起こされるので、第４の絶縁膜上に塗布された第２の配線溝用レジストに、所望のパターンを精度良く形成することができない。このため、図４に示すように、半導体装置Ｂの歩留まりは７０[％]であり、従来技術に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置Ｂでは、規定値よりも高い抵抗値を示す不良品のパターンが発生していることが分かる。
【００８０】
更には、本発明に係る半導体装置の製造方法では、図３に示すように、半導体装置ＡからのＮＨ3 脱離量は０．１であり、反応阻害物質の除去処理工程の際に、反応阻害物質（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）を効果的に除去することができるため、第２の配線溝用レジストパターンの形成工程の際に、レジストポイゾニング現象が引き起こされることはないので、第４の絶縁膜上に塗布された第２の配線溝用レジストに、所望のパターンを精度良く形成することができる。このため、図４に示すように、半導体装置Ａの歩留まりは１００[％]であり、本発明に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置Ａでは、規定値よりも高い抵抗値を示す不良品のパターンが全く発生していないことが分かる。
【００８１】
以上のように、本発明に係る半導体装置の製造方法では、従来技術に係る半導体装置の製造方法と比較して、反応阻害物質の除去処理工程の際に、レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）を確実に除去することができるため、第２の配線溝用レジストパターンの形成の際に、所望の形状を有する第２の配線溝用レジストパターンを精度良く形成することができるので、高い信頼性を有する第２の金属配線を備える半導体装置を実現することができる。
【００８２】
尚、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法では、反応阻害物質の除去処理方法として、第２の絶縁膜１２の表面に塗布された化学増幅型レジスト１３を露光することによって発生する酸を利用して、レジストポイゾニング現象の発生要因となるＮＨ2 - 等の塩基である反応阻害物質を中和することによって除去したが、本発明はこれに限定されることはない。
【００８３】
第１に、例えば、ＨＮＯ3 又はＨ2 ＳＯ4 等の酸性の液体を用いて、第２の絶縁膜１２の表面を洗浄することにより、ＮＨ2 - 等の塩基である反応阻害物質を中和することによって除去しても良い。また、第２に、例えば、ＨＮＯ3 又はＨ2 ＳＯ4 等の酸性の液体が貯留された溶液中に、第２の絶縁膜１２の表面を浸漬することにより、ＮＨ2 - 等の塩基である反応阻害物質を中和することによって除去しても良い。また、第３に、例えば、Ｏ2 又はＣＯ2 等の酸化性ガス中に、第２の絶縁膜１２の表面を曝すことにより、ＮＨ2 - 等の塩基である反応阻害物質を中和することによって除去しても良い。
【００８４】
上記第１〜第３のいずれの方法においても、反応阻害物質を効果的に除去することができるので、前述した本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法では、反応阻害物質の除去処理工程の際に、アニール処理を行いながら、反応阻害物質の除去処理を行っても良い。このようにすると、第１の絶縁膜１０と第２の絶縁膜１２との界面に滞留している反応阻害物質、及び第２の絶縁膜１２中に滞留している反応阻害物質が、アニール処理によって第２の絶縁膜１２の表面へ放出されることを促進しながら、反応阻害物質を中和することによって除去することができるので、反応阻害物質をより一層効果的に除去することができる。
【００８６】
また、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図１(b) に示すように、第１の絶縁膜１０上に、第２の絶縁膜１２を形成する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されることはない。
【００８７】
例えば、図６に示すように、ＣＶＤ法により、第１の絶縁膜５０上に、ＳｉＯＣＮよりなる第１の膜５２ａ及び第２の膜５２ｂが、下から順に積層されてなる第２の絶縁膜５２を形成しても良い。このとき、第１の膜５２ａは、酸素原子（Ｏ）の原子百分率の値が窒素原子（Ｎ）の原子百分率の値よりも小さい、ＳｉＯＣＮよりなる膜であり、第２の膜２３ｂは、Ｏの原子百分率の値がＮの原子百分率の値よりも大きい、ＳｉＯＣＮよりなる膜である。
【００８８】
このようにすると、第１の膜５２ａ及び第２の膜５２ｂが下から順に積層されてなる第２の絶縁膜５２は、Ｎを含有する膜であり、Ｎを含有する膜は、レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質（例えば、ＮＨ2 - 等の塩基）を生成し易い。このため、第２の絶縁膜としてＮを含有する膜を用いて構成されている半導体装置に対して、本発明を適用することにより、反応阻害物質の除去処理工程の際に、第２の絶縁膜中に滞留している反応阻害物質を効果的に除去することができる。
【００８９】
このように、本発明に係る半導体装置の製造方法では、第２の絶縁膜は、２以上の膜が積層されてなる積層膜であっても、積層膜のうちの少なくとも１つの膜が、窒素を含有する膜であれば、本発明を有効に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、ダマシン構造を有する半導体装置の製造方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】(a) 〜(c) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【図２】(a) 〜(c) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【図３】各半導体装置（Ａ〜Ｃ）が切り出された各サンプル（ａ〜ｃ）からのＮＨ3 脱離量について示す図である。
【図４】各半導体装置（Ａ〜Ｃ）の歩留まりについて示す図である。
【図５】歩留まりの測定に用いられた、半導体装置の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の一変形例に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【図７】従来の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図８】(a) 〜(d) は、従来例に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０、３０、５０                                第１の絶縁膜
１１ａ、３１ａ、５１ａ                          バリアメタル
１１ｂ、３１ｂ、５１ｂ                          導電膜
１１、３１、５１                                第１の金属配線
１２、３２、５２                                第２の絶縁膜
５２ａ                                          第１の膜
５２ｂ                                          第２の膜
１３                                            化学増幅型レジスト
１４、３４                                      第３の絶縁膜
１５、３５                                      第４の絶縁膜
１６                                            ビアホール
１７、３７                                      バリアメタル
１８、３８                                      導電膜
１９、３９                                      ビア
２０、４０                                      第２の金属配線
６０、７０                                      第１の絶縁膜
６１ａ、７１ａ                                  バリアメタル
６１ｂ、７１ｂ                                  導電膜
６１、７１                                      第１の金属配線
６２、７２                                      第２の絶縁膜
６３、７３                                      第３の絶縁膜
６４、７４                                      第４の絶縁膜
６５                                            ビアホール
６６、７６                                      バリアメタル
６７、７７                                      導電膜
６８、７８                                      ビア
６９、７９                                      第２の金属配線
【図１】
0004567554.tif 000002
【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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