(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜上に前記第１絶縁膜よりもエッチング剤に対するエッチング選択性が高い第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜にゲート電極配線となる所定の配線パターンに応じた溝を形成し、前記第１絶縁膜の表面を露出させる工程と、
前記溝に基づき前記配線パターンの欠陥を検査する工程と、
前記第１絶縁膜に前記配線パターンに応じた溝を形成し、前記ゲート絶縁膜を露出させる工程と、
前記ゲート絶縁膜が露出された溝に導電膜を埋め込む工程と、
を有し、
前記検査において前記欠陥が発見された場合に、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜を除去し、前記配線パターンに応じた溝を形成し直すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、熱酸化法を用いてゲート絶縁膜を形成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】
前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜を除去することは、ウェットエッチングにより除去する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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に配線層の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ）〜図４（ｅ）は、従来の配線層の製造方法を示す概略的な工程図である。同図に示すように、従来例えばゲート電極配線を形成する場合は、図４（ａ）に示すように、基板１１０上にゲート酸化膜１２０を形成した後に、図４（ｂ）に示すように、ＬＰ−ＣＶＤ法等を用いてポリシリコン膜等の導電膜１３０を基板表面全面に形成する。この後、図４（ｃ）に示すように、導電膜１３０上にレジスト膜１４０を塗布し、露光、現像工程を経て、所定の配線パターンに相当するレジストパターンを形成する。この後、図４（ｄ）に示すように、レジストパターンをエッチングマスクとして導電膜１３０をエッチングした後、不要なレジストを除去し、所定のゲート電極配線パターンを得ていた。ゲート電極に限らず、一般の配線パターンについても同様な工程で形成されていた。
【０００３】
また、配線パターン完成後、設計通りの配線パターンが形成されているかどうかの検査を行い、パターンずれやパターン欠陥等が発見された場合は、図４（ｅ）に示すように、基板上の導電膜１３０およびゲート酸化膜１２０をエッチング除去し、再度ゲート酸化膜１２０の形成から配線形成工程をやり直していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述するように、従来の配線形成方法によれば、図４（ｅ）に示すように、配線形成が終了した後にパターン検査を行い、パターン欠陥が発見された場合は、配線層である導電膜１３０のみをエッチング除去するだけでなく、配線層の下のゲート酸化膜１２０をもエッチング除去し、ゲート酸化膜の形成工程から配線形成のやり直しを行っていた。
【０００５】
ゲート酸化膜の膜質はトランジスタの特性を左右するものであるが、一旦ゲート酸化膜表面に配線層が形成されたり、工程途中で表面が露出する過程があると、ゲート酸化膜表面の膜質が変質し、初期の良好な膜質を維持できていない虞れが高いためである。
【０００６】
ゲート酸化膜は緻密な酸化膜とする必要があるため、成膜方法として一般に熱酸化法が用いられる。よって、配線パターニングのやり直しを行う場合にも熱酸化法を用いてゲート酸化膜を形成することとなる。
【０００８】
熱酸化法は、９００℃〜１１００℃程度の高温条件を必要とするが、この温度条件は、基板に形成されている不純物拡散層中の不純物イオンが熱拡散する条件でもある。このため、ゲート酸化膜を再形成する際に不純物拡散層内の不純物イオンの外方拡散が再度生じ、トランジスタ特性に変動を与える虞れがある。
【０００９】
本発明の目的は、上述する課題に鑑み、デバイス特性の変動を伴わず、しかも簡易な工程で配線の再形成が可能な半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上に第１絶縁膜を形成する工程と、第１絶縁膜上に第１絶縁膜よりもエッチング剤に対するエッチング選択性が高い第２絶縁膜を形成する工程と、第２絶縁膜にゲート電極配線となる所定の配線パターンに応じた溝を形成し、第１絶縁膜の表面を露出させる工程と、溝に基づき配線パターンの欠陥を検査する工程と、 第１絶縁膜に配線パターンに応じた溝を形成し、ゲート絶縁膜を露出させる工程と、ゲート絶縁膜が露出された溝に導電膜を埋め込む工程とを有し、検査において欠陥が発見された場合に、第１絶縁膜及び第２絶縁膜を除去し、配線パターンに応じた溝を形成し直す半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【００１１】
上記特徴によれば、層間絶縁層に所定の配線パターンに応じたパターンの溝を形成する工程において、まず前記第２絶縁膜のみに溝を形成し、この溝に基づき配線パターンの検査を行い、該配線パターンに欠陥がないことを確認の後に前記第１絶縁膜に配線パターンに応じた溝を形成することができる。パターン検査工程までにおいて、ゲート絶縁膜は第１絶縁膜により被覆されているため、膜質が維持されている。よって、パターン欠陥が見つかり配線形成のやり直しが必要な場合にも剥離しなくてよい。このため、第２絶縁膜と第１絶縁膜を剥離した後、ゲート絶縁膜はそのまま残して第１絶縁膜の形成以降の工程をやり直せばよい。ゲート絶縁膜の再形成に伴う高温工程が不要であるので、基板にすでに不純物拡散層が形成されている場合にも不純物イオンの熱拡散による各種デバイスの特性変動を防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
最近、素子の高集積化、微細化に伴い、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示した従来の配線形成工程に代えて、ダマシン法と呼ばれる配線形成方法が検討されている。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、一般に用いられているダマシン法による配線形成工程を示す概略的な工程図である。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る配線形成方法は、このダマシン法を応用した配線の再形成が容易に可能な新規な製造方法に係るものである。そこで、参考のためまず図５（ａ）〜図５（ｅ）を用いて一般的なダマシン法を用いた配線形成方法について説明する。なお、同一基板上には、配線形成と同時に必要なランジスタ等のデバイスが形成されるが、この工程については省略する。
【００１４】
なお、ここでは図５（ａ）に示すように、基板１０上に熱酸化法を用いて薄いゲート酸化膜２０が形成されているものとする。このゲート酸化膜２０上に一般的なダマシン法を用いて配線を形成する場合は、図５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜６０をゲート酸化膜２０上に形成する。この後、レジスト膜７０を層間絶縁膜６０上に塗布し、図５（ｃ）に示すように、露光現像工程を経て所定のレジストパターンを形成する。このレジストパターンをエッチングマスクとして、層間絶縁膜６０をエッチングする。これにより、配線形成を行おうとする部分に溝が形成される。不要となったレジスト膜７０は、この後除去する。
【００１５】
続けて、図５（ｄ）に示すように、リフロースパッタ等の方法を用いて、先の工程で形成した溝を埋めるのに十分な厚さの導電膜８０を形成する。
【００１６】
最後に、図５（ｅ）に示すように、基板成長表面をＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polish）法を用いて平坦化すれば、配線パターンが完成する。
【００１７】
ダマシン法を用いれば、従来法のようなエッチング工程を伴わずに配線パターンを形成できるので、一般に使用されるＡｌ合金等の他に最近注目されているＣｕ等のドライエッチングしにくい導電材料の配線形成等も容易になる。また、配線完成時に基板成長表面が平坦化されるため、多層配線を形成する際にも、高い精度でのパターン形成を行うことができる等のメリットがある。
【００１８】
次に、図１（ａ）〜図２（ｉ１）を参照しながら、本実施の形態に係る配線形成方法について説明する。本実施の形態に係る配線形成方法も、基本的には上述したダマシンプロセスを利用した配線形成方法である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、Ｓｉ等の半導体基板１表面には、酸化ガス中で９００℃〜１１００℃程度の高温に加熱する熱酸化法を用いて約百Å程度の薄いゲート酸化膜２が形成されているものとする。
【００２０】
このゲート酸化膜２の上に、図１（ｂ）に示すように、膜厚３００〜５００Å程度の第１絶縁膜３をゲート酸化膜２上に形成する。この第１絶縁膜３としては、エッチング耐性が高いチッ化シリコン（ＳｉＮｘ）膜等が好ましい。ＳｉＮｘは、例えばプラズマＣＶＤ等を用いて形成する。
【００２１】
この後、図１（ｃ）に示すように、第１絶縁膜３上に膜厚１０００〜３０００Å程度の第２絶縁膜４を形成する。この第２絶縁膜４は、下層の第１絶縁膜３よりエッチング選択性の高い膜とする。例えば第１絶縁膜３がＳｉＮｘ膜の場合、第２絶縁膜４としてＴＥＯＳ膜を形成する。
【００２２】
図１（ｄ）に示すように、第２絶縁膜４上にレジスト膜５を塗布形成し、露光現像工程を経てレジストパターンを形成する。このレジストパターンをエッチングマスクとして第２絶縁膜４をドライエッチングする。
【００２３】
図１（ｅ）に示すように、第２絶縁膜４は下層の第１絶縁膜３よりエッチング選択性が高いので、第２絶縁膜４のみが選択的にエッチングされた溝パターンが形成される。
【００２４】
本実施の形態における配線形成方法では、ここでパターニングの検査を行う。ここで形成された溝パターンは最終的に得られる配線パターンと一対一で対応するものであるため、このパターン検査をもって、配線パターン検査に置き換えることが可能となる。
【００２５】
このパターン検査の結果、規格外の欠陥が発見されなかった場合は、引き続き残りの配線形成工程を行う。即ち、図２（ｆ１）に示すように、レジスト膜５で形成したレジストパターンをエッチングマスクとして、さらに第１絶縁膜３をエッチングし、溝パターンの底部にゲート酸化膜２を露出させる。この後、図２（ｇ１）に示すように、残ったレジスト膜５を剥離除去する。
【００２６】
図２（ｈ１）に示すように、第２絶縁膜４および層間第１絶縁膜３に形成された溝を埋めるのに十分な厚みの導電膜６を形成する。例えば、導電膜材料としてポリシリコンを用いる場合は、ＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、膜厚２０００Å程度形成する。また、導電膜材料としてＷ等のメタル材料を用いる場合は、スパッタ法を用いて、膜厚２０００Å程度形成する。
【００２７】
先の工程で形成した溝は導電膜６によって埋められる。図２（ｉ１）に示すように、基板成長表面をＣＭＰ法を用いて平坦化すれば、配線パターンが完成する。
【００２８】
一方、図１（ｅ）に示す溝パターン形成工程後のパターン検査において、規格外のパターン欠陥が発見された場合は、それまでの工程をやり直すこととなる。即ち、図３（ｆ２）に示すように、残っているレジスト膜５を剥離除去し、さらに図３（ｇ２）、図３（ｈ２）に示すように、第２絶縁膜４と第１絶縁膜３を順にエッチング除去すればよい。パターン検査段階で導電膜６はまだ形成されていないため、導電膜６形成と剥離工程を省略することができる。
【００２９】
なお、第２絶縁膜４がＴＥＯＳ膜の場合はバッファードフッ酸によるウエットエッチングでこれを除去し、さらに第１絶縁膜３がＳｉＮ膜の場合はホットリン酸によるウエットエッチングで剥離除去することができる。各絶縁膜をＲＩＥ、ＣＤＥ等のドライエッチングを行う場合は、プラズマダメージにより下層のゲート酸化膜が破壊されたり残留エッチングガスによりゲート酸化膜の膜質が劣化したりする場合があるが、ウエットエッチングを使用すればその虞がない。
【００３０】
また、ここまでの工程において、基板表面に形成されたゲート酸化膜２自身は、第１絶縁膜３によって表面を被覆されているため、膜表面は初期の膜質を保持している。よって、従来のようにゲート酸化膜２まで剥離して再形成する必要はない。即ち、この実施の形態に係る配線形成方法によれば、上記ゲート酸化膜２を残したまま配線形成のやり直しを行うことができる。
【００３２】
図５（ａ）〜図５（ｅ）に示した一般的なダマシンプロセスによる配線形成方法においても図５（ｃ）に示す層間絶縁膜６０に形成した溝パターンで配線パターン欠陥の有無を検査することが可能である。しかし、ドライエッチング等の工程途中でゲート酸化膜表面が露出するため、表面膜質が変質している可能性が高いため、パターン欠陥が発見された場合は、図５（ｃ’）に示すように、層間絶縁膜６０およびゲート酸化膜２０をエッチング除去し、基板表面を露出させた後、再度熱酸化法を用いたゲート酸化膜の形成工程からダマシンプロセスをやり直す必要があるため、この問題を避けることはできない。
【００３３】
しかし、上述するように本実施の形態に係る配線形成方法を用いれば、配線工程をやり直す場合にも、ゲート酸化膜を再形成する必要がないため、再形成に伴う不純物拡散層内のイオンの外方拡散という問題を避けることができる。
【００３４】
このように、本実施の形態に係る配線形成方法は、配線パターンの欠陥に伴う配線のやり直しを比較的容易にしかもデバイス特性の変動等を伴わずにできるとともに、ダマシン工程を基礎とするため、種々の配線を高いパターン精度で形成することができる。
【００３５】
以上、実施の形態に沿って本発明について説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、配線の種類は、ゲート電極配線、多層配線、その他種々の配線に応用できる。また、基板上に形成されるデバイスは、ＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴのみならず種々のデバイスが考えられる。この他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００３６】
【発明の効果】
上述するように、本発明の特徴は、層間絶縁層に所定の配線パターンに応じたパターンの溝を形成し、さらにこの溝を導電膜で埋め込んだ後、この導電膜が形成された表面を平滑化するいわゆるダマシン法を用いた半導体製造方法において、層間絶縁層を形成する工程が、第１絶縁膜とを形成する工程と、この第１絶縁膜よりエッチング選択性の高い第２絶縁膜を形成する工程とを有することである。
【００３７】
第２絶縁膜のみに溝を形成した後に、この溝に基づき配線パターンの検査を行い、該パターンに欠陥がないことを確認の後に前記第１絶縁膜に配線パターンに応じた溝を形成すれば、配線のための導電膜形成を行う前に未然に配線パターン欠陥の有無を検出できるため、無駄な導電膜形成工程とパターニング工程を省略できる。
【００３８】
また、配線パターンの欠陥が発見された場合にも、第１絶縁膜下に形成されているゲート酸化膜を剥離することなく、配線パターンの再形成を行うことができる。よって、配線パターンの再形成に伴うデバイスの特性変動の虞が少なく、信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る配線形成方法を示す工程図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る配線形成方法を示す工程図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る配線形成方法を示す工程図である。
【図４】従来の配線形成方法を示す工程図である。
【図５】一般的なダマシン法による配線形成方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  ゲート酸化膜
３  第１絶縁膜
４  第２絶縁膜
５  レジスト膜
６  導電膜
【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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