(57)【要約】【課題】化学増幅型レジストの反応阻害物質によるレジストポイゾニングの発生を抑え、信頼性が高い配線構造を有する半導体装置を実現できるようにする。【解決手段】半導体装置の製造方法は、基板の上に第１の絶縁膜２１を堆積する工程と、第１の絶縁膜２１に溝部を形成した後、形成した溝部に導電性材料を埋め込むことにより第１の配線２２を形成する工程と、第１の絶縁膜２１の上に第２の絶縁膜２３を形成する工程と、第２の絶縁膜２３に対して加熱状態で紫外線を照射する工程と、第２の絶縁膜２３の上に第３の絶縁膜２５を形成する工程と、第３の絶縁膜２５の上にレジストパターン３１を形成する工程とを備えている。【選択図】図１
2007220998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に第１の絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
前記第１の絶縁膜に溝部を形成した後、形成した溝部に導電性材料を埋め込むことにより配線を形成する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）よりも後で前記第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、
前記第２の絶縁膜に対して加熱状態で紫外線を照射する工程（ｄ）と、
前記第２の絶縁膜の上に第３の絶縁膜を形成する工程（ｅ）と、
前記第３の絶縁膜の上にレジストパターンを形成する工程（ｆ）とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板の上に第１の絶縁膜を堆積する工程（ａ）と、
前記第１の絶縁膜に溝部を形成した後、形成した溝部に導電性材料を埋め込むことにより第１の配線を形成する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）よりも後で前記第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、
前記第２の絶縁膜に対して加熱状態で電子線を照射する工程（ｄ）と、
前記第２の絶縁膜の上に第３の絶縁膜を形成する工程（ｅ）と、
前記第３の絶縁膜の上にレジストパターンを形成する工程（ｆ）とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記工程（ｄ）は、前記工程（ｃ）よりも後で且つ前記工程（ｅ）よりも前に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記工程（ｄ）は、前記工程（ｅ）よりも後で且つ前記工程（ｆ）よりも前に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の絶縁膜及び第３の絶縁膜のうちの少なくとも一方は、比誘電率が３以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項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、窒素を含有する膜であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項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。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路は、配線構造の微細化及び多層化によりますます高集積化が進められている。高密度な配線パターンや多層配線構造を形成する方法として、配線材料に銅（Ｃｕ）を用い、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により平坦化して配線を形成するダマシンプロセスが一般的に用いられている。また、配線パターンの高密度化にともない、配線間に生じる寄生容量を低減する必要が生じており、配線間絶縁膜及び層間絶縁膜として低誘電率膜の利用が進められている。
【０００３】
ダマシンプロセスにおいては、ビアホールと接続する配線パターンを形成する必要があり、層間絶縁膜及びエッチングストッパ膜の堆積と配線パターンの形成とを繰り返し行う必要がある。配線パターンの形成の際にはフォトレジストによるマスクの形成が必要となり、フォトレジストには化学増幅型レジストが一般に用いられている。化学増幅型レジストは感光により水素イオンを発生し、これを触媒としてレジスト樹脂を化学反応させてパターンを解像させる仕組みを持つ。従って、わずかな光によって連鎖的にレジスト樹脂の化学反応が進行するため極めて高い感度が得られる。
【０００４】
一方、ダマシンプロセスにおいて、層間絶縁膜及びエッチングストッパ膜がプラズマに曝された際等に、化学反応型レジストの化学反応を阻害する物質が生成する。生成した阻害物質は、層間絶縁膜とエッチングストッパ膜との界面等に滞留してしまう。滞留した反応阻害物質が上層の層間絶縁膜等の上に塗布した化学増幅型レジスト中に拡散すると、配線パターンが正常に解像しないレジストポイゾニング現象が発生する。特に、配線間の寄生容量を低減するために配線間絶縁膜及び層間絶縁膜の低誘電率化が進むと、これら膜の密度が低下し、化学増幅型レジストの反応阻害物質が膜中を透過しやすくなり、レジストポイゾニングがますます発生しやすくなるものと予想される。
【０００５】
レジストポイゾニング現象に対する解決方法として、ダマシンプロセスにおいて、ビアホールパターンを形成後に熱処理を行うことにより、レジストの化学反応を妨害する反応阻害物質を除去してレジストポイゾニングの発生を防止する例が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【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】
【０００６】
しかしながら、前記従来のレジストポイゾニングの発生を防止する方法においては、エッチングストッパ膜の上に低誘電率膜及びビアホールパターンを形成した後に熱処理を行っている。レジストポイゾニングが発生する主な原因は、低誘電率膜とエッチングストッパ膜との界面に滞留した反応阻害物質又はエッチングストッパ膜自身から発生する反応阻害物質である。従来の反応阻害物質の除去方法のように、エッチングストッパ膜の上に低誘電率膜及びビアホールパターンを形成した後に単純に熱処理を行う方法の場合には、反応阻害物質が発生源から低誘電率膜の表面まで長い距離を拡散しなければ積層された絶縁膜の外に放出されない。また、ビアホールパターンの密度によって反応阻害物質の抜け易さが変化する。その結果、レジストポイゾニングによる配線の信頼性不良の発生を十分に防止することができないという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題を解決し、化学増幅型レジストの反応阻害物質によるレジストポイゾニングの発生を抑え、信頼性が高い配線構造を有する半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明は半導体装置の製造方法を、エッチングストッパ膜を形成した後に紫外線等を照射することにより化学増幅型レジストの反応を阻害する物質を除去する処理を備える構成とする。
【０００９】
具体的に本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、基板の上に第１の絶縁膜を堆積する工程（ａ）と、第１の絶縁膜に溝部を形成した後、形成した溝部に導電性材料を埋め込むことにより第１の配線を形成する工程（ｂ）と、工程（ｂ）よりも後で第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、第２の絶縁膜に対して加熱状態で紫外線を照射する工程（ｄ）と、第２の絶縁膜の上に第３の絶縁膜を形成する工程（ｅ）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（ｆ）とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
第１の半導体装置の製造方法によれば、第２の絶縁膜に対して加熱状態で紫外線を照射する工程を備えているため、第２の絶縁膜中等に滞留した化学増幅型レジストの反応阻害物質を効率よく積層された絶縁膜から放出させることができる。従って、第２の絶縁膜の上側に形成された絶縁膜の上にレジストパターンを形成する際に、レジストポイゾニングが発生することを抑えることができるので、信頼性が高い配線構造を有する半導体装置を実現することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、基板の上に第１の絶縁膜を堆積する工程（ａ）と、第１の絶縁膜に溝部を形成した後、形成した溝部に導電性材料を埋め込むことにより第１の配線を形成する工程（ｂ）と、工程（ｂ）よりも後で第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、第２の絶縁膜に対して加熱状態で電子線を照射する工程（ｄ）と、第２の絶縁膜の上に第３の絶縁膜を形成する工程（ｅ）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（ｆ）とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
第２の半導体装置の製造方法によれば、第２の絶縁膜に対して加熱状態で電子線を照射する工程を備えているため、第２の絶縁膜中等に滞留した化学増幅型レジストの反応阻害物質を効率よく積層された絶縁膜から放出させることができる。従って、第２の絶縁膜の上側に形成された絶縁膜の上にレジストパターンを形成する際に、レジストポイゾニングが発生することを抑えることができるので、信頼性が高い配線構造を有する半導体装置を実現することが可能となる。
【００１３】
第１及び第２の半導体装置の製造方法において工程（ｄ）は、工程（ｃ）よりも後で且つ工程（ｅ）よりも前に行うことが好ましい。このような構成とすることにより、阻害物質の放出が第３の絶縁膜によって阻害されることがなく、阻害物質の除去効率を向上させるとができる。
【００１４】
また、工程（ｄ）は工程（ｅ）よりも後で且つ工程（ｆ）よりも前に行ってもよい。紫外線又は電子線照射は絶縁膜を透過するため、第２の絶縁膜の上に第３の絶縁膜が堆積されている場合にも、効率よく阻害物質を放出させることが可能である。
【００１５】
第１及び第２の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一方は比誘電率が３以下であることが好ましい。
【００１６】
第１及び第２の半導体装置の製造方法において、第２の絶縁膜は、窒素を含有する膜であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、化学増幅型レジストの反応阻害物質によるレジストポイゾニングの発生を抑え、信頼性が高い配線構造を有する半導体装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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面を参照して説明する。図１は一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示している。図１においては、配線部分についてのみ示している。
【００１９】
まず、図１（ａ）に示すように、基板（図示せず）の上に比誘電率が３以下の炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）からなる第１の絶縁膜２１を形成した後、第１の絶縁膜２１の上にレジストを塗布し、リソグラフィ法を用いて配線溝のレジストパターン（図示せず）を形成する。次に、このレジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行い溝部を形成した後、アッシングによりレジストを除去して、第１の絶縁膜２１に配線溝を形成する。続いて、配線溝に窒化タンタル（ＴａＮ）からなるバリアメタル２２ａをスパッタリングにより形成し、Ｃｕからなる導電膜２２ｂを電気メッキ法により埋め込む。その後、配線溝からはみ出した余分のバリアメタル２２ａ及び導電膜２２ｂを化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法により除去し、バリアメタル２２ａと導電膜２２ｂとからなる第１の金属配線２２を形成する。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜２１の上に第１の金属配線２２を覆うように、炭素と窒素を含有するＳｉＣＮからなる第２の絶縁膜２３を化学気相堆積（ＣＶＤ）法を用いて形成する。第２の絶縁膜２３は、第１の金属配線２２からの金属拡散を防止する金属拡散防止膜として機能する。また、後述するビアホールを形成する工程においては、エッチングストッパ膜として機能する。
【００２１】
第２の絶縁膜２３を形成した後、図１（ｃ）に示すように加熱状態で紫外線（ＵＶ）を照射するＵＶ照射熱処理を行う。これにより、例えば、第１の絶縁膜２１のＳｉ−Ｏ−ＣＨ3結合及びＳｉ−ＣＨ3結合が第２の絶縁膜２３を形成する際にプラズマにより破壊されて形成されたＯＨ-及びＣＨ3-等の塩基及び第２の絶縁膜中の窒素と大気中の水分とが反応して形成されたＮＨ3-等の塩基が、積層された絶縁膜から効率よく排出される。従って、第１の絶縁膜２１と第２の絶縁膜２３との界面及び第２の絶縁膜２３中にレジストポイゾニングが発生する原因となる化学増幅型レジストの反応阻害物質が滞留することを防止できる。ＵＶ照射熱処理は、例えば圧力が２．６Ｐａ（０．０２Ｔｏｒｒ）〜常圧の雰囲気において１０ｍＷ／ｃｍ2〜２００ｍＷ／ｃｍ2程度の照度でＵＶ照射を行いつつ、３５０℃〜４５０℃の温度に加熱する処理を行えばよい。
【００２２】
次に、図１（ｄ）に示すように第２の絶縁膜２３の上に、比誘電率が３以下のＳｉＯＣからなる第３の絶縁膜２５をＣＶＤ法により形成する。続いて、第３の絶縁膜２５の上に、Ｓｉ酸化膜からなる第４の絶縁膜２６を、同じくＣＶＤ法を用いて形成する。続いて、第４の絶縁膜２６の表面にレジストを塗布し、リソグラフィ法を用いてビアホールのレジストパターン３１を形成する。
【００２３】
次に、図１（ｅ）に示すようにレジストパターン３１をマスクとして用いてドライエッチングを行った後、アッシングを行い、第３の絶縁膜２５及び第４の絶縁膜２６を貫通するビアホール２８ａを形成する。第２の絶縁膜２３はビアホール２８ａを形成する際のエッチングストッパ膜としても機能する。さらに、再度第４の絶縁膜２６の表面にレジストを塗布し、リソグラフィ法を用いて配線溝のレジストパターン３２を形成する。本実施形態においては、ＵＶ照射熱処理を行っているため、第２の絶縁膜中に化学増幅型レジストの反応阻害物質がほとんど滞留していない。従って、レジストパターン３１及びレジストパターン３２を形成する際にレジストポイゾニングが発生することがない。
【００２４】
次に、図１（ｆ）に示すようレジストパターン３２をマスクとして用いてドライエッチを行った後、アッシングを行い、第３の絶縁膜２５及び第４の絶縁膜２６に配線溝を形成し、さらに第２の絶縁膜２３のビアホール２８ａから露出した部分を除去して第１の金属配線２２を露出させる。その後、配線溝にＴａＮからなるバリアメタル２７ａをスパッタリングにより形成した後、Ｃｕからなる導電膜２７ｂを電気メッキ法により形成する。続いて、配線溝からはみ出した余分なバリアメタル２７ａ及び導電膜２７ｂをＣＭＰ法により除去し、バリアメタル２７ａ及び導電膜２７ｂからなる第２の金属配線２７及びビア２８を形成する。第１の金属配線２２と第２の金属配線２７とは、ビア２８を介して電気的に接続される。
【００２５】
以下に、加熱状態で第２の絶縁膜２３の表面にＵＶ照射を行う処理の効果について説明する。
【００２６】
図２（ａ）及び（ｂ）は先に述べたようにして形成した第２の絶縁膜２３から脱離する反応阻害物質の量であり、（ａ）はＵＶ照射熱処理を行った後のサンプルからの反応阻害物質の脱離量を示し、（ｂ）はＵＶ照射熱処理を行う前のサンプルからの反応阻害物質の脱離量を示している。図２においてサンプルには、先に述べた方法により第２の絶縁膜２３の堆積を行った後、加熱状態でＵＶ照射を行う前後で、形成した絶縁膜の積層構造を所定の大きさに切り出したものを用いた。反応阻害物質の脱離量は、サンプルからのアンモニア（ＮＨ3）の脱離量をＴＤＳ（Thermal Desorption Spectroscpy）法により測定した。図２において縦軸はＴＤＳ装置の信号強度を示している。
【００２７】
図２（ｂ）に示すようにＵＶ照射熱処理を行う前のサンプルからはＮＨ3が大量に脱離している。一方、図２（ａ）に示すようにＵＶ照射熱処理を行った後のサンプルからはわずかな量のＮＨ3しか脱離しておらず、ＵＶ照射熱処理を行うことにより第２の絶縁膜２３に滞留するＮＨ3等の塩基の量を大幅に低減できることが明らかである。
【００２８】
これは、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面及び第２の絶縁膜中に滞留したＮＨ3等の反応阻害物質が、ＵＶ照射を行うことにより分解され、絶縁膜中から効率よく放出されることによると考えられる。すなわち、ＵＶ光の持つ高いエネルギーは反応阻害物質と絶縁膜材料との結合を切断したり、絶縁膜表面に吸着している反応阻害物質を脱離したりする効果を有している。このため、ＵＶ光の照射により反応阻害物質が絶縁膜中において移動しやすくなり、熱エネルギーによって絶縁膜中から容易に排出することが可能となる。従って、効率のよい反応阻害物質の除去効果が得られる。
【００２９】
本実施形態において、ＵＶ照射熱処理を第３の絶縁膜２５の成膜前に行ったが、第３の絶縁膜２５の成膜後に行ってもよい。ＵＶ光は第３の絶縁膜２５を透過し、その下の第２の絶縁膜２３に作用するので、第３の絶縁膜２５の成膜前にＵＶ照射熱処理を行った場合と同様な効果が得られる。
【００３０】
また、ＵＶ光に代えて同様なエネルギー帯域を持つＥＢ(Electron Beam)を照射しても同様な効果が得られる。ＥＢ照射を行う場合には例えば、圧力が２６０００Ｐａ〜２．６Ｐａの圧力で加速電圧を１０ｋＶ〜２０ｋＶとしてＥＢ照射を行いつつ３５０℃〜４５０℃の温度で熱処理を行えばよい。
【００３１】
また、第２の絶縁膜を少なくとも一つの膜が窒素を含有する２つ以上の膜の積層膜としてもよい。例えば、図３に示すように第２の絶縁膜として炭素及び窒素を含有するＳｉＯＣＮからなる下層膜２３ａ及び上層膜２３ｂをＣＶＤ法を用いて順次形成する。下層膜２３ａは、膜中の酸素原子（Ｏ）の原子百分率の値が窒素原子（Ｎ）の原子百分率の値と比べて低いＳｉＯＣＮからなる膜であり、上層膜２３ｂは、膜中のＯの原子百分率の値がＮの原子百分率の値と比べて高いＳｉＯＣＮからなる膜又はＳｉＮからなる膜とする。このような構成とすることにより、金属配線２２からの金属原子の拡散を防止し且つ第１の絶縁膜２１と第２の絶縁膜２３との界面において剥離が生じることを抑えることができる。
【００３２】
また、第１の絶縁膜２１及び第３の絶縁膜２５は共に低誘電率の絶縁膜としたが、シリコン酸化膜等の通常の絶縁膜の場合にも同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、化学増幅型レジストの反応阻害物質によるレジストポイゾニングの発生を抑え、信頼性が高い配線構造を有する半導体装置を実現でき、半導体装置の製造方法、特にダマシン構造を有する半導体装置の製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるＵＶ照射熱処理の効果を示し、（ａ）はＵＶ照射熱処理を行った後のサンプルからの反応阻害物質の脱離量を示すグラフであり、（ｂ）はＵＶ照射熱処理を行う前のサンプルからの反応阻害物質の脱離量を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体装置の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
２１    第１の絶縁膜
２２    第１の金属配線
２２ａ  バリアメタル
２２ｂ  導電膜
２３    第２の絶縁膜
２５    第３の絶縁膜
２６    第４の絶縁膜
２７    第２の金属配線
２７ａ  バリアメタル
２７ｂ  導電膜
２８    ビア
２８ａ  ビアホール
３１    レジストパターン
３２    レジストパターン
【図１】
2007220998.tif 000003
【図２】
2007220998.tif 000004
【図３】
2007220998.tif 000005