(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にバリア絶縁膜および層間絶縁膜を順に形成する第１の工程と、
ヴィアパターン形状を有する第１の開口を前記層間絶縁膜に形成する第２の工程と、
前記層間絶縁膜の前記第１の開口を通してＣ4Ｆ8ガスを用いて前記バリア絶縁膜をエッチングして前記ヴィアパターン形状を有する第２の開口を前記バリア絶縁膜に形成する第３の工程と、
前記第３の工程の直後に実施され、水素ガスまたはアンモニアガスによって前記第３の工程のエッチングの際にその反応生成物として前記バリア絶縁膜に付着したフッ素化合物を除去し、前記フッ素化合物の除去と並行して、前記第１の開口と少なくともその一部が重なるように配線パターン形状を有する第３の開口を前記層間絶縁膜に形成する第４の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項２】
前記第４の工程は、前記第３の工程と同一のチャンバー内において実施されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置製造方法。
【請求項３】
前記バリア絶縁膜をプラズマＣＶＤ法によって形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置製造方法。
【請求項４】
前記第４の工程は、１００Ｗ以下のバイアスにより生成された水素ガスまたはアンモニアガスによるプラズマまたはダウンフロープラズマによって実施されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置製造方法。
【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製造方法に関し、特に、デュアルダマシン法による半導体装置製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の微細化に伴って配線の幅が狭くなり、しかも配線同士の間隔が狭くなってきている。このため、配線抵抗が増加するとともに配線による寄生容量が増加し、これが信号速度を遅延させることになり、スケーリング則に沿った半導体装置の高速化を妨げることになる。
【０００３】
このような状況から、配線間の寄生容量と配線抵抗を減少させるために、多層配線の形成方法と絶縁材料および金属配線材料の見直しが必要となっている。配線容量を小さくするには誘電率の小さい絶縁材料が有効であり、また、金属配線の材料の選択についても、配線抵抗を小さくするために、アルミニウム（Ａｌ）から抵抗率の低い銅（Ｃｕ）へと移行している。
【０００４】
銅膜の加工は、従来のドライエッチングを適用することが困難であることからダマシン法が用いられる。ダマシン法を大別するとシングルダマシン法とデュアルダマシン法がある。シングルダマシン法は、下側配線と上側配線の間を結ぶプラグ（ヴィア（ｖｉａ））の形成と配線の形成とを別々の工程とする方法であり、デュアルダマシン法は、配線とプラグを同時に形成する方法である。
【０００５】
半導体装置の配線層は微細化にともなって多層化が進んでおり、例えば、配線幅０．１８μｍ世代の半導体装置では配線数が６層におよぶ。この場合、シングルダマシン法では、例えば、類似した工程を１２回（配線形成６回とプラグ形成６回）繰り返して形成されるのに対して、デュアルダマシン法では、類似した工程を６回繰り返すだけで済む。
【０００６】
デュアルダマシン法がシングルダマシン法の半分の工程数で済むのは、上述したように配線とプラグを同時に形成できるためである。従って、生産コストを抑え、生産効率を高めるためには、デュアルダマシン法が有利である。更に、デュアルダマシン法は、下層の配線とこれに接続されるプラグとのコンタクト抵抗が低いために、それらの接触不良を回避することが容易であり、配線の信頼性がより高まる。
【０００７】
図１０〜図１４は、従来のデュアルダマシン法による半導体装置の製造方法を示す図である。先ず、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に基づいて、下側配線層の上に複数の絶縁膜および金属膜等を形成する。なお、下側配線層については、以下のような手続きで作成する。
【０００８】
先ず、シリコン基板２１の上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）２２、有機絶縁膜２３およびシリコン酸化膜２４を形成する。ここで、シリコン酸化膜２２とシリコン酸化膜２４はプラズマＣＶＤ法により、それぞれ、２００ｎｍの厚さと１００ｎｍの厚さに形成されている。
【０００９】
また、有機絶縁膜２３は、例えば、低誘電率絶縁材料であるアライドシグナル社製の商品名ＦＬＡＲＥ２．０をスピンコートにより４００ｎｍの厚さに形成したものである。商品名ＦＬＡＲＥ２．０は芳香族系のポリマーであり、その誘電率は２．８であってシリコン酸化膜の誘電率４．１よりも低く、しかも耐熱性は４００℃以上である。ここでは、有機絶縁膜２３としてＦＬＡＲＥ２．０を用いたが、ダウケミカル社製の炭化水素系ポリマーである商品名ＳｉＬＫなどを用いることも可能である。また、有機絶縁膜２３としてその他の炭化水素含有樹脂、フッ素含有樹脂などを用いてもよい。
【００１０】
このようにして形成された有機絶縁膜２３とシリコン酸化膜２４に対して、第１の配線層を形成するために、先ず、シリコン酸化膜２４に感光性ポリマーであるフォトレジスト膜を塗布し、露光および現像プロセスにより配線パターン用の窓を形成する。そして、この窓を通じてシリコン酸化膜２４にプラズマエッチング法等によるエッチングにより配線パターン形状の開口を作成する。次に、有機絶縁膜２３のうちシリコン酸化膜２４の配線用開口から露出している部分をプラズマエッチング法により除去して配線パターン形状の開口を形成する。なお、有機絶縁膜２３のエッチングは、Ｏ2ガスとＡｒガスを導入した雰囲気において行なわれる。この場合のエッチャントは酸素であるために、有機絶縁膜２３とフォトレジスト膜はシリコン酸化膜２２，２４に対して選択的にエッチングされ、シリコン酸化膜２４はエッチングされない。しかし、フォトレジスト膜は酸素によってエッチングされるので、有機絶縁膜２３のエッチングに並行してフォトレジスト膜を除去することができる。
【００１１】
以上のようなパターニング処理によって形成されたシリコン酸化膜２４の開口と有機絶縁膜２３の開口とによって第１の配線層の配線溝が構成される。有機絶縁膜２３の開口とその上のシリコン酸化膜２４の開口は上下に重なっているので、これらは第１の配線層の配線溝となる。
【００１２】
次に、以上のようにして形成された配線溝の内面とシリコン酸化膜２４の上面に、高融点金属としてＴｉＮ又はＴａＮよりなるバリアメタル膜２５をスパッタリングにより５０ｎｍの厚さで成膜し、続いて、バリアメタル膜２５上に銅（Ｃｕ）膜２６を同様にスパッタリングにより８００ｎｍの厚さで成膜する。
【００１３】
その銅膜２６の上面には凹凸が生じるので、これを平坦化するために、０．１Ｔｏｒｒ圧力の水素ガス雰囲気で、４００℃、５分間の条件でアニール処理を行う。このアニール処理後には、配線溝内には銅膜２６が完全に埋め込まれた状態となる。
【００１４】
続いて、化学機械的研磨法（ＣＭＰ法）を用いて銅膜２６を研磨し、配線溝内のみに銅膜２６を残し、これを第１の配線層とする。
以上の処理により、図１０（Ａ）に示す構造を得る。
【００１５】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、銅膜２６およびシリコン酸化膜２４の上に次に述べるような複数の絶縁膜、金属膜などを形成する。即ち、銅膜２６とシリコン酸化膜２４の上に、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜３０、膜厚６００ｎｍのシリコン酸化膜３１をそれぞれプラズマＣＶＤ法により形成する。また、シリコン酸化膜３１の上に有機絶縁膜３２をスピンコートにより４００ｎｍの厚さに形成する。この場合、有機絶縁膜３２として、有機絶縁膜２３に用いられる上記した材料のいずれかを選択する。
【００１６】
続いて、有機絶縁膜３２上にプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜３３を１００ｎｍの厚さに形成する。更に、シリコン酸化膜３３の上に膜厚１００ｎｍの窒化シリコン膜３４をプラズマＣＶＤ法により形成する。
【００１７】
以上のような膜の形成を終えた後に、図１０（Ｃ）に示すように、窒化シリコン膜３４の上にフォトレジスト３５を塗布し、これを露光し、現像して窓を形成する。そして、フォトレジスト３５をマスクとして用いるフォトリソグラフィー法により窒化シリコン膜３４に第２の配線層に相当する形状を有する配線用開口３４ａを形成する（図１１（Ｄ）参照）。
【００１８】
次に、フォトレジスト３５を酸素プラズマによってアッシングし、これを除去する。そして、図１１（Ｅ）に示すように、窒化シリコン膜３４の上とその開口３４ａの中にフォトレジスト膜３６を塗布し、これを露光、現像することにより、配線用開口３４ａの中にあって第１の配線層の一部に対向する窓をフォトレジスト膜３６に形成する。その窓はコンタクトヴィアに相当する形状を有している。続いて、図１１（Ｆ）に示すように、フォトレジスト膜３６の窓を通してシリコン酸化膜３３をエッチングし、これによりコンタクトヴィアに相当する形状の開口３３ａを形成する。
【００１９】
エッチングを終えた状態で、図１２（Ｇ）に示すように、酸素とアルゴンを用いた異方性のプラズマエッチングによって、開口３３ａを通して有機絶縁膜３２をエッチングしてそこに開口３２ａを形成する。このエッチングの際にはフォトレジスト膜３６が並行してエッチングされ、除去される。従って、フォトレジスト膜３６を独立して除去する工程は不要になり、しかも、有機絶縁膜３２が不必要にエッチングされることはない。
【００２０】
次に、図１２（Ｈ）に示すように、窒化シリコン膜３４をマスクに使用して、フッ素系ガスを使用するプラズマエッチングにより開口３４ａを通してシリコン酸化膜３３を配線形状にエッチングして開口３３ｂを形成する。このエッチングの最中には有機絶縁膜３２はマスクとして使用され、有機絶縁膜３２の開口３２ａを通してその下のシリコン酸化膜３１もエッチングされ、これによりシリコン酸化膜３１には開口３１ａが同時に形成される。
【００２１】
続いて、窒化シリコン膜３４の開口３４ａを通して有機絶縁膜３２を酸素プラズマによってエッチングすると、有機絶縁膜３２は配線形状にパターニングされてそこには図１２（Ｉ）に示す配線用開口３２ｂが形成される。この有機絶縁膜３２の配線用開口３２ｂはシリコン酸化膜３３の配線用開口３３ｂとともに第２の配線層の配線溝として使用される。
【００２２】
次に、図１３（Ｊ）に示すように、シリコン酸化膜３１をマスクに使用し、Ｃ4Ｆ8ガスとＯ2ガスを用いるプラズマエッチングにより、開口３１ａの下の窒化シリコン膜３０をエッチングすることによりそこに開口３０ａを形成する。窒化シリコン膜３０の開口３０ａとシリコン酸化膜３１の開口３１ａは、コンタクトヴィアホールとして使用され、その下には第１の配線層の配線の一部が露出することになる。
【００２３】
次に、図１３（Ｋ）に示すように、以上のようにして形成された凹部の内壁面に、スパッタリングによりＴｉＮ又はＴａＮよりなるバリアメタル膜３７を５０ｎｍの厚さに形成する。
【００２４】
続いて、図１３（Ｌ）に示すように、スパッタリングにより銅膜３８の下半分を１００ｎｍの厚さに成膜した後、その上に電解メッキ法により銅膜３８の上半分を１５００ｎｍの厚さで成膜する。そして、銅膜３８を４００℃で３０分間、水素雰囲気でアニール処理を行う。なお、アニール処理は、銅膜３８内で粒子を成長させて配線の信頼性を高めるために行なわれる。
【００２５】
次に、図１４（Ｍ）に示すように、ＣＭＰ法により、銅膜３８を研磨し、これにより、銅膜３８を第２の配線層の配線溝とコンタクトヴィアホール内にのみ残す。そして、第２の配線溝内の銅膜（銅膜３８の上半分）を配線として用い、また、コンタクトヴィアホール内に残った銅膜（銅膜３８の下半分）をプラグとして使用する。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
デュアルダマシン法において発生する不具合の一つとして、銅膜３８の埋め込み不良によるものがある。このような不具合を防止する対策としては、バリアメタル膜３７のカバレッジ（被覆率）を向上させることが挙げられる。
【００２７】
ところで、バリアメタル膜３７のカバレッジは配線溝・接続孔の加工形状に左右される。例えば、窒化シリコン膜３０に、サイドエッチが発生すると、接続孔の底部がオーバーハング形状になり、銅膜３８形成時に、図１５に示すボイド４０が発生する。
【００２８】
窒化シリコン膜３０のサイドエッチ発生の原因は、窒化シリコン膜３０をエッチングする際の反応生成物（フッ素化合物：ＣＦX）と窒化シリコン膜３０との反応による浸食である。この浸食は窒化シリコン膜３０をエッチング後大気に放置すると、大気中の水分により反応が促進される。これは反応生成物ＣＦXのＦ（フッ素）と大気中の水分によりＨＦ（フッ化水素）が生成されて浸食が発生し、次工程のＷｅｔ洗浄により反応した変質層が除去されるためサイドエッチが形成されるためである。
【００２９】
図１６および図１７は、サイドエッチの発生の原因を説明するための図である。図１６（Ａ）に示すように、窒化シリコン膜３０のエッチングからＷｅｔ洗浄までの時間をＴＩＭＥ＃１とし、Ｗｅｔ洗浄から断面を確認、即ち測定を行うまでの時間をＴＩＭＥ＃２とし、窒化シリコン膜３０のエッチングから断面を確認するまでの時間をＴＩＭＥ＃３とする。
【００３０】
このような場合において、条件Ａでは、ＴＩＭＥ＃１、即ち窒化シリコン膜３０のエッチングからＷｅｔ洗浄までの時間を０時間（ｈｏｕｒ）、ＴＩＭＥ＃２、即ちＷｅｔ洗浄から断面確認までの時間を０時間に設定する。また、条件Ｂでは、ＴＩＭＥ＃１を０時間に、また、ＴＩＭＥ＃２を６時間に設定する。条件Ｃでは、ＴＩＭＥ＃１を６時間に、また、ＴＩＭＥ＃２を０時間に設定する。そして、最後の条件Ｄでは、ＴＩＭＥ＃１とＴＩＭＥ＃２とを任意とし、ＴＩＭＥ＃３を９時間に設定する。
【００３１】
このような場合に、各条件におけるサイドエッチの発生量を示したのが図１７である。この図に示すように、条件Ｃの場合にのみサイドエッチが観察され、その他の条件ではサイドエッチは観察されない。このことから、サイドエッチは、窒化シリコン膜３０のエッチングからＷｅｔ洗浄までの時間の長短に応じて発生することが分かる。
【００３２】
従って、浸食を防止するために、従来においては、窒化シリコン膜３０をエッチングした後からＷｅｔ洗浄処理を行うまでの間の時間管理を行ったり、乾燥Ｎ2（窒素）で満たされた容器中に半導体基板を保管したりする必要があり、煩雑であるという問題点があった。
【００３３】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであり、デュアルダマシン法による半導体装置製造方法において、サイドエッチの発生を防止し、銅膜３８の埋め込み不良を防止することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、半導体基板５０上にバリア絶縁膜５３および層間絶縁膜５４を順に形成する第１の工程（図１（Ａ））と、ヴィアパターン形状を有する第１の開口５４ａを前記層間絶縁膜５４に形成する第２の工程（図２（Ｅ））と、前記層間絶縁膜５４の前記第１の開口５４ａを通してＣ4Ｆ8ガスを用いて前記バリア絶縁膜５３をエッチングして前記ヴィアパターン形状を有する第２の開口５３ａを前記バリア絶縁膜５３に形成する第３の工程（図６（Ｊ））と、前記第３の工程の直後に実施され、水素ガスまたはアンモニアガスによって前記第３の工程のエッチングの際にその反応生成物として前記バリア絶縁膜５３に付着した前記フッ素化合物５３ｂを除去し、前記フッ素化合物５３ｂの除去と並行して、前記第１の開口５４ａと少なくともその一部が重なるように配線パターン形状を有する第３の開口５４ｂを前記層間絶縁膜５４に形成する第４の工程（図６（Ｋ））と、を有することを特徴とする半導体装置製造方法が提供される。
【００３５】
ここで、第１の工程（図１（Ａ））では、半導体基板５０上にバリア絶縁膜５３および層間絶縁膜５４が順に形成される。第２の工程（図２（Ｅ））では、ヴィアパターン形状を有する第１の開口５４ａを層間絶縁膜５４に形成する。第３の工程（図６（Ｊ））では、層間絶縁膜５４の第１の開口５４ａを通してＣ4Ｆ8ガスを用いてバリア絶縁膜５３をエッチングしてヴィアパターン形状を有する第２の開口５３ａがバリア絶縁膜５３に形成される。第４の工程（図６（Ｋ））は、第３の工程の直後に実施され、水素ガスまたはアンモニアガスによってバリア絶縁膜５３に付着したフッ素化合物５３ｂが除去され、そのフッ素化合物５３ｂの除去と並行して、第１の開口５４ａと少なくともその一部が重なるように配線パターン形状を有する第３の開口５４ｂが層間絶縁膜５４に形成される。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態の半導体装置製造方法の詳細を説明する図である。
【００３７】
先ず、図１（Ａ）では、半導体基板５０上に、銅膜５２が埋め込まれた絶縁膜５１、バリア絶縁膜５３、層間絶縁膜５４およびマスク膜５５を形成した後、開口５６ａを有するレジスト膜５６を形成する。
【００３８】
ここで、絶縁膜５１は、シリコン酸化膜および有機絶縁膜等によって構成されており、以下の方法によって、銅膜５２が埋め込まれる。
先ず、シリコン酸化膜はプラズマＣＶＤ法により形成される。また、有機絶縁膜は、例えば、低誘電率絶縁材料であるアライドシグナル社製の商品名ＦＬＡＲＥ２．０をスピンコートにより形成される。商品名ＦＬＡＲＥ２．０は芳香族系のポリマーであり、その誘電率は２．８であってシリコン酸化膜の誘電率４．１よりも低く、しかも耐熱性は４００℃以上である。ここでは、有機絶縁膜としてＦＬＡＲＥ２．０を用いる例を挙げたが、ダウケミカル社製の炭化水素系ポリマーである商品名ＳｉＬＫなどを用いることも可能である。また、有機絶縁膜としてその他の炭化水素含有樹脂、フッ素含有樹脂などを用いてもよい。
【００３９】
このようにして形成された絶縁膜５１に対して、銅膜５２を形成するために、先ず、絶縁膜５１に感光性ポリマーであるフォトレジスト膜を塗布し、露光および現像プロセスにより配線パターン用の窓を形成する。そして、この窓を通じて絶縁膜５１にプラズマエッチング法等によるエッチングにより配線パターン形状の開口を作成する。次に、絶縁膜５１の配線用開口から露出している部分をプラズマエッチング法により除去して配線パターン形状の開口を形成する。なお、絶縁膜５１のエッチングは、Ｏ2ガスとＡｒガスを導入した雰囲気において行なわれる。この場合のエッチャントは酸素であるために、絶縁膜５１とフォトレジスト膜が選択的にエッチングされる。その結果、絶縁膜５１のエッチングに並行してフォトレジスト膜を除去することができる。
【００４０】
以上のようなパターニング処理によって形成された絶縁膜５１の開口（配線溝）に対して高融点金属としてＴｉＮ又はＴａＮよりなるバリアメタル膜（図示せず）をスパッタリングにより５０ｎｍの厚さで成膜し、続いて、バリアメタル膜上に銅膜５２を同様にスパッタリングにより８００ｎｍの厚さで成膜する。
【００４１】
銅膜５２の上面には凹凸が生じるので、これを平坦化するために、０．１Ｔｏｒｒ圧力の水素ガス雰囲気で、４００℃、５分間の条件でアニール処理を行う。このアニール処理後には、配線溝内には銅膜５２が完全に埋め込まれた状態となる。
【００４２】
続いて、化学機械的研磨法を用いて銅膜５２を研磨し、配線溝内のみに銅膜５２を残し、これを第１の配線層とする。
次に、銅膜５２および絶縁膜５１の上に以下に述べるような複数の絶縁膜、金属膜などを形成する。即ち、銅膜５２と絶縁膜５１の上に、膜厚５０ｎｍのバリア絶縁膜（例えば、窒化シリコン膜）５３、シリコン酸化膜および有機絶縁膜等から構成される層間絶縁膜５４を、シリコン酸化膜についてはプラズマＣＶＤ法により、また、有機絶縁膜についてはスピンコートにより形成する。なお、有機絶縁膜としては、上記した材料のいずれかを選択する。
【００４３】
続いて、層間絶縁膜５４上に、プラズマＣＶＤ法によりマスク膜（例えば、窒化シリコン膜）５５を１００ｎｍの厚さに形成する。
このような膜の形成を終えた後に、マスク膜５５の上にレジスト膜５６を形成し、これを露光し、現像して開口５５ａを形成する。
【００４４】
以上の工程により、図１（Ａ）に示す構造体を得る。
次に、レジスト膜５６をマスクとして用いるフォトリソグラフィー法によりマスク膜５５に第２の配線層に相当する形状を有する配線用開口５５ａを形成する（図１（Ｂ）参照）。
【００４５】
次に、図１（Ｃ）に示すように、マスク膜５５を酸素プラズマによってアッシングし、これを除去する。
続いて、図２（Ｄ）に示すように、マスク膜５５の上とその開口５５ａの中にフォトレジスト膜５７を塗布し、これを露光、現像することにより、配線用開口５５ａの中にあって第１の配線層の一部に対向する窓５７ａをフォトレジスト膜５７に形成する。この窓５７ａはコンタクトヴィアに相当する形状を有している。
【００４６】
そして、図２（Ｅ）に示すように、フォトレジスト膜５７の窓５７ａを通して層間絶縁膜５４をエッチングし、これによりコンタクトヴィアに相当する形状の開口５４ａを形成する。
【００４７】
次に、図２（Ｆ）に示すように、酸素とアルゴンを用いた異方性のプラズマエッチングによって、フォトレジスト膜５７を除去する。
続いて、図３（Ｇ）に示すように、マスク膜５５をマスクに使用して、フッ素系ガスを使用するプラズマエッチングにより開口５５ａを通して層間絶縁膜５４を配線形状にエッチングして開口５４ｂを形成する。なお、この開口５４ｂは、配線層の配線溝として使用される。
【００４８】
続いて、図３（Ｈ）に示すように、層間絶縁膜５４をマスクに使用し、Ｃ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとＯ2ガスを用いるプラズマエッチングにより、開口５４ａの下のバリア絶縁膜５３をエッチングすることによりそこに開口５３ａを形成する。バリア絶縁膜５３の開口５３ａと層間絶縁膜５４の開口５４ａは、コンタクトヴィアホールとして使用され、その下には第１の配線層の配線の一部が露出することになる。
【００４９】
なお、このとき、開口５３ａの周辺部には、先のプラズマエッチングの際に生成されたＣＦX５３ｂが付着しており、従来は、これがサイドエッチの原因となっていた。
【００５０】
そこで、図３（Ｈ）に示す、バリア絶縁膜５３のエッチングが終了した直後に、図３（Ｉ）の工程において、水素原子を含むガス（例えば、Ｈ2またはＮＨ3）のプラズマによってこのようなＣＦX５３ｂを除去する処理を実行する。
【００５１】
図４は、バリア絶縁膜５３を構成する窒化シリコン（ＳｉＮ）を構成する各原子と、ＣＦX５３ｂを構成する各原子のそれぞれの結合エネルギーを示した図である。この図に示すように、フッ化水素（ＨＦ）の生成の原因となるフッ素（Ｆ）は、シリコン（Ｓｉ）との結合エネルギーが５５２ｋＪ／ｍｏｌであり、また、窒素（Ｎ）との結合エネルギーは３４３ｋＪ／ｍｏｌであり、水素（Ｈ）との結合エネルギー６４３ｋＪ／ｍｏｌよりも小さい。従って、水素原子を含むプラズマを用いて処理することにより、ＣＦXに含まれているフッ素を遊離させ、沸点の低いフッ化水素ガスに転換し、除去することができる。
【００５２】
なお、水素ガス以外にも、水素原子を含むガスであれば使用することができる。例えば、アンモニアガスＮＨ3を使用した場合には、水素原子がフッ素原子と結合した残りは、窒素ガスであり安定であるので、この遊離された窒素ガスによって不要な化学変化が生じることを防止できる。または、これらを含む混合ガスを使用することも可能である。
【００５３】
図５は、水素ガスまたはアンモニアガスを用いてエッチングを行った場合に生成されると予想される化合物の蒸気圧を示している。この例では、メタンガスＣＨ4、三フッ化窒素ＮＦ3、シアン化水素ＨＣＮおよびフッ化水素ＨＦを示してある。なお、エッチング処理は、１０Ｐａ（≒０．１Ｔｏｒｒ）、０℃程度の環境下において行われることから、このような条件下では、図５からも分かるように、これらの化合物は全て気体の状態である。従って、水素ガスによる処理によって発生した化合物は、気体となって速やかに除去されることから、その後のＷｅｔ処理においてバリア絶縁膜５３を浸食することを防止できる。
【００５４】
換言すると、水素ガスによる処理を行えば、バリア絶縁膜５３に発生したＣＦX５３ｂを確実に除却することが可能になり、サイドエッチの発生を確実に防止することができる。
【００５５】
なお、水素ガスによる処理は、図３（Ｈ）に示す処理が完了した後に、同一のチャンバー内において行うようにすれば、Ｗｅｔ洗浄処理を行うまでの間の時間管理を行ったり、乾燥Ｎ2で満たされた容器中に半導体基板を保管したりする必要がなくなり、好適である。
【００５６】
なお、図３（Ｉ）以降の処理は、従来の場合と同様であるので省略する。
以上の実施の形態によれば、ＣＦX５３ｂによってバリア絶縁膜５３が浸食され、ボイドが発生することを有効に防止することができるので、銅膜の埋め込み不良が発生することを予防できる。
【００５７】
特に、バリア絶縁膜５３がプラズマＣＶＤ法によって形成されている場合には、水素原子等の不純物を多く含むため、ＣＦX５３ｂとの間で化学変化を起こしやすく、上記の実施の形態を適用した場合に好適な結果を得ることができる。
【００５８】
更に、図３（Ｈ）に示す工程において、後述するように、バイアスを通常よりも低く設定するか、シリコン基板５０を載置するステージの温度を低く設定することにより、バリア絶縁膜５３がシリコン基板５０に向かって広がるテーパー形状（後述する図９参照）を有するように制御すれば、バリアメタル膜のカバレッジを向上させ、信頼性を向上させることが可能になる。
【００５９】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図６は、第２の実施の形態の半導体装置製造方法の詳細を説明する図である。なお、図２（Ｆ）までの工程は、第１の実施の形態の場合と同様であるのでその説明は省略する。
【００６０】
第２の実施の形態では、図２（Ｆ）に示すように、酸素とアルゴンを用いた異方性のプラズマエッチングによって、フォトレジスト膜５７を除去した後、図６（Ｊ）に示すように、層間絶縁膜５４をマスクに使用し、Ｃ4Ｆ8ガスとＯ2ガスを用いるプラズマエッチングにより、開口５４ａの下のバリア絶縁膜５３をエッチングすることによりそこに開口５３ａを形成する。バリア絶縁膜５３の開口５３ａと層間絶縁膜５４の開口５４ａは、コンタクトヴィアホールとして使用され、その下には第１の配線層の配線の一部が露出することになる。
【００６１】
なお、このとき、開口５３ａの周辺部には、プラズマエッチングの際に生成されたＣＦX５３ｂが付着する。
続いて、図６（Ｋ）に示すように、マスク膜５５をマスクに使用して、水素ガスを使用するプラズマエッチングにより開口５５ａを通して層間絶縁膜５４を配線形状にエッチングして開口５４ｂを形成する。なお、この開口５４ｂは、配線層の配線溝として使用される。なお、水素ガスの代わりにアンモニアガスを使用すると、層間絶縁層５４に有機絶縁膜が含まれている場合であっても、これを有効にエッチングすることができる。
【００６２】
このとき、水素ガスまたはアンモニアガスによって層間絶縁膜５４をエッチングを行うと、図６（Ｊ）に示す工程において生成されたＣＦX５３ｂを揮発性のガスに転換して、並行して除去することが可能になるので、第１の実施の形態に比較して、製造プロセスを１工程だけ削減することが可能になる。
【００６３】
なお、図６（Ｋ）以降の製造工程については、従来の場合と同様であるのでその説明は省略する。
以上に説明したように、第２の実施の形態によれば、バリア絶縁膜５３のエッチング処理を、開口５４ｂを形成するエッチング処理の前に行うようにしたので、開口５４ｂを形成するのと並行して、ＣＦX５３ｂを除去することが可能になり、製造工程を増やすことなく、サイドエッチの発生を防止することができる。
【００６４】
ところで、第１および第２の実施の形態において、水素ガスまたはアンモニアガス等を用いてプラズマエッチングする際に、バイアス電力を通常よりも低く設定することにより、配線溝またはヴィアホールが浸食されることを防止できる。なお、バイアスを低く設定した場合であっても、水素原子とフッ素原子との結合エネルギーは大きいので、ＣＦX５３ｂの除去効率にはさほど大きな影響は与えない。
【００６５】
実際の実験によれば、バイアス電力を１００Ｗに設定した場合には、配線溝肩後退量を５ｎｍ以下にすることができる。図７は、実際の配線溝の断面を示す図であり、丸で囲繞されている部分が一つの配線溝に該当する。図８は、図７において囲繞されている部分を模式的に描いた図である。この図に示すように、配線溝肩後退にはＡ方向と、Ｂ方向の２種類があるが、バイアス電力を１００Ｗに設定した場合には、これら双方の後退量を５ｎｍ以下に抑えることが実験により確認された。
【００６６】
また、実験によれば、第１および第２の実施の形態において、水素ガスまたはアンモニアガス等を用いてプラズマエッチングする際に、バイアス電力を通常よりも低く設定（例えば、１００Ｗに設定）するか、または、シリコン基板５０を載置するステージの温度を低く設定（例えば、０℃に設定）することにより、カバレッジを向上させることができることが分かった。
【００６７】
図９は、実験によって得られた実物の半導体装置の写真であって、銅膜５２およびバリア絶縁膜５３の境界付近を拡大して示した図である。この図に示すように、バリア絶縁膜５３をエッチングする際のプラズマのバイアス電力を１００Ｗ以下に設定することにより、バリア絶縁膜５３のテーパー角θを８５度以下にすることができ、その結果、バリアメタル膜のカバレッジを向上させることが可能になる。
【００６８】
また、配線溝後退量を抑制するとともに、銅膜５２の掘られを２０ｎｍ以下に抑えることができる。
なお、以上に示す第１および第２の実施の形態では、層間絶縁膜５４として、単一の部材から構成される場合を例に挙げて図示したが、複数の部材、例えば、シリコン酸化膜および有機絶縁膜から構成される場合においても適用可能であることはいうまでもない。
【００６９】
（付記１）  半導体基板上にバリア絶縁膜および層間絶縁膜を順に形成する第１の工程と、
ヴィアパターン形状を有する第１の開口を前記層間絶縁膜に形成する第２の工程と、
前記第１の開口と少なくともその一部が重なるように配線パターン形状を有する第２の開口を前記層間絶縁膜に形成する第３の工程と、
前記層間絶縁膜の前記第１の開口を通して前記バリア絶縁膜をエッチングして前記ヴィアパターン形状を有する第３の開口を前記バリア絶縁膜に形成する第４の工程と、
前記第４の工程の直後に実施され、水素原子を含むガスによって前記バリア絶縁膜に付着したフッ素化合物を除去する第５の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置製造方法。
【００７０】
（付記２）  前記第５の工程は、前記第４の工程と同一のチャンバー内において実行されることを特徴とする付記１記載の半導体装置製造方法。
（付記３）  前記水素原子を含むガスは、水素ガス、アンモニアガス、または、これらを含む混合ガスであることを特徴とする付記１記載の半導体装置製造方法。
【００７１】
（付記４）  前記バリア絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法によって形成されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置製造方法。
（付記５）  前記第５の工程は、水素原子を含むガスによるプラズマを用いて実施され、前記プラズマを生成する際のバイアスは、通常よりも低い電力に設定されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置製造方法。
【００７２】
（付記６）  前記第５の工程は、１００Ｗ以下のバイアスによって生成されたプラズマまたはダウンフロープラズマによって実施されることを特徴とする付記５記載の半導体装置製造方法。
【００７３】
（付記７）  前記第４の工程は、０℃以下に保たれたステージ上に前記半導体基板を載置して実行されることを特徴とする付記１記載の半導体装置製造方法。
（付記８）  前記第４の工程は、１００Ｗ以下のバイアスによって生成されたプラズマによって前記バリア絶縁膜をエッチングすることを特徴とする付記７記載の半導体装置製造方法。
【００７４】
（付記９）  前記層間絶縁膜は、複数の種類の絶縁膜によって形成されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置製造方法。
（付記１０）  半導体基板上にバリア絶縁膜および層間絶縁膜を順に形成する第１の工程と、
ヴィアパターン形状を有する第１の開口を前記層間絶縁膜に形成する第２の工程と、
前記層間絶縁膜の前記第１の開口を通して前記バリア絶縁膜をエッチングして前記ヴィアパターン形状を有する第２の開口を前記バリア絶縁膜に形成する第３の工程と、
前記第３の工程の直後に実施され、水素原子を含むガスによって前記バリア絶縁膜に付着したフッ素化合物を除去するとともに、前記第１の開口と少なくともその一部が重なるように配線パターン形状を有する第３の開口を前記層間絶縁膜に形成する第４の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置製造方法。
【００７５】
（付記１１）  前記第４の工程は、前記第３の工程と同一のチャンバー内において実施されることを特徴とする付記１０記載の半導体装置製造方法。
（付記１２）  前記水素原子を含むガスは、水素ガス、アンモニアガス、または、これらを含む混合ガスであることを特徴とする付記１０記載の半導体装置製造方法。
【００７６】
（付記１３）  前記バリア絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法によって形成されていることを特徴とする付記１０記載の半導体装置製造方法。
（付記１４）  前記第４の工程は、水素原子を含むガスによるプラズマを用いて実施され、前記プラズマを生成する際のバイアスは、通常よりも低い電力に設定されていることを特徴とする付記１０記載の半導体装置製造方法。
【００７７】
（付記１５）  前記第４の工程は、１００Ｗ以下のバイアスにより生成されたプラズマまたはダウンフロープラズマによって実施されることを特徴とする付記１４記載の半導体装置製造方法。
【００７８】
（付記１６）  前記第４の工程は、０℃以下に保たれたステージ上に前記半導体基板を載置して実施されることを特徴とする付記１０記載の半導体装置製造方法。
【００７９】
（付記１７）  前記第４の工程は、１００Ｗ以下のバイアスによって生成されたプラズマによって前記バリア絶縁膜をエッチングすることを特徴とする付記１６記載の半導体装置製造方法。
【００８０】
（付記１８）  前記層間絶縁膜は、複数の種類の絶縁膜によって形成されていることを特徴とする付記１０記載の半導体装置製造方法。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、半導体基板上にバリア絶縁膜および層間絶縁膜を順に形成する第１の工程と、ヴィアパターン形状を有する第１の開口を層間絶縁膜に形成する第２の工程と、層間絶縁膜の第１の開口を通してＣ4Ｆ8ガスを用いてバリア絶縁膜をエッチングしてヴィアパターン形状を有する第２の開口をバリア絶縁膜に形成する第３の工程と、第３の工程の直後に実施され、水素ガスまたはアンモニアガスによって第３の工程のエッチングの際にその反応生成物としてバリア絶縁膜に付着したフッ素化合物を除去し、フッ素化合物の除去と並行して、第１の開口と少なくともその一部が重なるように配線パターン形状を有する第３の開口を層間絶縁膜に形成する第４の工程と、を設けるようにしたので、製造工程を増加させることなく、サイドエッチを有効に防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施の形態の半導体装置製造方法を説明する図である。
【図２】  第１の実施の形態の半導体装置製造方法を説明する図である。
【図３】  第１の実施の形態の半導体装置製造方法を説明する図である。
【図４】  バリア絶縁膜を構成する各原子と、ＣＦXを構成する各原子とのそれぞれの結合エネルギーを示す図である。
【図５】  水素ガスまたはアンモニアガスによるプラズマ処理によって発生する化合物の蒸気圧を説明する図である。
【図６】  第２の実施の形態の半導体装置製造方法を説明する図である。
【図７】  水素ガスによるプラズマ処理の際に、バイアス電力を１００Ｗ以下に設定した場合に得られた実際の半導体装置を示す図である。
【図８】  配線溝後退量を説明するための図である。
【図９】  水素ガスによるプラズマ処理の前に、バリア絶縁膜エッチングのバイアス電力を１００Ｗ以下に設定した場合に得られた実際の半導体装置を示す図である。
【図１０】  従来における半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１１】  従来における半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１２】  従来における半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１３】  従来における半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１４】  従来における半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１５】  窒化シリコンに生じるボイドを説明するための図である。
【図１６】  図１６（Ａ）は、図１６（Ｂ）に示すＴＩＭＥ＃１〜＃３の定義を示す図であり、図１６（Ｂ）は、半導体装置の製造条件を示す図である。
【図１７】  図１６に示す各条件で製造した半導体装置のサイドエッチ量を示す図である。
【符号の説明】
２１  シリコン基板
２２  シリコン酸化膜
２３  有機絶縁膜
２４  シリコン酸化膜
２５  バリアメタル膜
２６  銅膜
３０  窒化シリコン膜
３１  シリコン酸化膜
３２  有機絶縁膜
３３  シリコン酸化膜
３４  窒化シリコン膜
３５  フォトレジスト膜
３６  レジスト膜
３７  バリアメタル膜
３８  銅膜
５０  シリコン基板
５１  絶縁膜
５２  銅膜
５３  バリア絶縁膜
５４  層間絶縁膜
５５  マスク膜
５６  レジスト膜
５７  レジスト膜
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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