(57)【要約】【課題】金属配線の微細加工を実現するとともに、配線ショートの発生を抑制することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】導電層１９２と導電層１９２上のバリアメタル層１９３とを有する積層膜を形成する工程と、バリアメタル層１９３上にハードマスク層２０を形成する工程と、ハードマスク層２０上にレジスト３３をパターニングする工程と、パターニングされたレジスト３３をマスクとしてハードマスク層２０をドライエッチングしパターニングする工程と、ハードマスク層２０のパターニング後、バリアメタル層１９３の表面を洗浄液で洗浄する工程と、パターニングされたハードマスク層２０をマスクとして積層膜をドライエッチングする工程とを有し、ハードマスク層２０のパターニングでは、バリアメタル層１９３がプロセスガスに曝された状態においては、プロセスガスの総流量に対する酸化ガスの流量の比率を１％未満とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを主成分とする導電層と、前記導電層上に形成されたバリアメタル層とを有する積層膜を形成する工程と、
前記バリアメタル層上にハードマスク層を形成する工程と、
前記ハードマスク層上にレジストをパターニングする工程と、
パターニングされた前記レジストをマスクとして前記ハードマスク層をドライエッチングし、前記ハードマスク層をパターニングする工程と、
前記ハードマスク層をパターニングする工程の後、前記バリアメタル層の表面を洗浄液で洗浄する工程と、
前記バリアメタル層の表面を洗浄する工程の後、パターニングされた前記ハードマスク層をマスクとして前記積層膜をドライエッチングする工程と
を有し、
前記ハードマスク層をパターニングする工程では、前記バリアメタル層がプロセスガスに曝された状態においては、前記プロセスガスの総流量に対する酸化ガスの流量の比率を１％未満としてドライエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ハードマスク層をパターニングする工程では、前記バリアメタル層が前記プロセスガスに曝された状態においては、前記プロセスガスの総流量に対する前記酸化ガスの流量の前記比率を０％としてドライエッチングすることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記バリアメタル層の表面を洗浄する工程の後、前記積層膜をドライエッチングする工程の前に、前記バリアメタル層の表面を二流体洗浄により洗浄する工程を有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。
【請求項４】
前記酸化ガスは酸素ガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記バリアメタル層の表面を前記洗浄液で洗浄する工程では、前記洗浄液により前記バリアメタル層の一部をウェットエッチングすることを特徴とする請求項１乃至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】
前記レジストをパターニングする工程の前に、前記バリアメタル層上に反射防止層を形成する工程を有し、
前記レジストをパターニングする工程では、前記反射防止層上に形成された前記レジストをパターニングし、
前記レジストをパターニングする工程の後、前記ハードマスク層をパターニングする工程の前に、前記反射防止層をドライエッチングする工程を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記反射防止層の厚さをＡ（ｎｍ）、前記反射防止層のエッチングレートをＢ（ｎｍ／分）としたとき、前記反射防止層をドライエッチングする工程を行う時間Ｃ（分）は、Ｃ≧（Ａ／Ｂ）×１．５を満足することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記反射防止層をドライエッチングする工程では、酸素ガスを用いて前記反射防止層をドライエッチングすることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記積層膜をドライエッチングする工程の後、前記積層膜上に前記ハードマスク層を残したまま、前記積層膜を含む表面上に層間絶縁層を形成する工程を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ハードマスク層をパターニングする工程では、ＣＦ４、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のうちの少なくとも１つを含むガスを前記プロセスガスに用いて、前記ハードマスク層をドライエッチングすることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
アルミニウムを主成分とする導電層と、前記導電層上に形成されたバリアメタル層とを有する金属配線と、
前記バリアメタル層上に形成されたハードマスク層とを有し、
前記ハードマスク層の下面の幅が、前記バリアメタル層の上面の幅よりも広く、
前記バリアメタル層の下面の幅が、前記バリアメタル層の上面の幅よりも広いことを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
前記バリアメタル層の下面の幅が、前記ハードマスク層の下面の幅よりも広いことを特徴とする請求項１１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層構造の金属配線を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩ等に用いる半導体装置では、アルミニウムを用いた積層構造の金属配線を微細加工することで、金属配線におけるライン＆スペースの縮小が行われてきた。微細加工の方法としては、ハードマスクをマスクとして金属配線となる積層膜のドライエッチングを行うハードマスクプロセスが知られている。
【０００３】
しかしながら、ハードマスクプロセスにおける不具合として、ハードマスクを形成する際に生じるパターン欠陥が問題となっている。このパターン欠陥は、上記ハードマスクの形成時に、本来ハードマスクが形成されない領域に堆積物や反応生成物が形成されることにより生じるものである。これら堆積物や反応生成物は、被エッチング材料である積層膜のエッチングを妨げるため、形成される金属配線における配線ショートの原因となる。その原因となる堆積物や反応生成物は、ハードマスクのエッチングやその後の洗浄工程にて生じるものと考えられている。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、ハードマスクを形成する工程の後に、最上部が窒化チタン層により構成される下地層及びハードマスクの露出部分を、フッ素を含まない洗浄液を用いて洗浄する工程を有する電子デバイスの製造方法が記載されている。特許文献１によれば、フッ素を含まない洗浄液を用いて洗浄することにより、窒化チタン層中のチタンとフッ素との反応生成物からなる堆積物の発生を抑制することが可能であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１０６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１によれば、チタンとフッ素との反応生成物を低減させることができるとしても、一方で、特許文献１では、その他の反応生成物について言及されていない。具体的には、特許文献１では、ハードマスクのドライエッチングに酸素を含む反応ガスを用いており、また、窒化チタン層が露出してからのオーバーエッチング量についても言及がない。したがって、チタンと酸素との反応生成物が生じる場合があると考えられる。チタンと酸素との反応生成物が生じた場合も、金属配線となる積層膜のエッチングが反応生成物により妨げられ、これにより、配線ショートが発生するおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、金属配線の微細加工を実現するとともに、配線ショートの発生を抑制することができる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明の一観点による半導体装置の製造方法は、アルミニウムを主成分とする導電層と、前記導電層上に形成されたバリアメタル層とを有する積層膜を形成する工程と、前記バリアメタル層上にハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層上にレジストをパターニングする工程と、パターニングされた前記レジストをマスクとして前記ハードマスク層をドライエッチングし、前記ハードマスク層をパターニングする工程と、前記ハードマスク層をパターニングする工程の後、前記バリアメタル層の表面を洗浄液で洗浄する工程と、前記バリアメタル層の表面を洗浄する工程の後、パターニングされた前記ハードマスク層をマスクとして前記積層膜をドライエッチングする工程とを有し、前記ハードマスク層をパターニングする工程では、前記バリアメタル層がプロセスガスに曝された状態においては、前記プロセスガスの総流量に対する酸化ガスの流量の比率を１％未満としてドライエッチングすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の他の観点による半導体装置は、アルミニウムを主成分とする導電層と、前記導電層上に形成されたバリアメタル層とを有する金属配線と、前記バリアメタル層上に形成されたハードマスク層とを有し、前記ハードマスク層の下面の幅が、前記バリアメタル層の上面の幅よりも広く、前記バリアメタル層の下面の幅が、前記バリアメタル層の上面の幅よりも広いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、金属配線の微細加工を実現するとともに、配線ショートの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置における金属配線を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法における第１の金属配線の形成工程を示すフローチャートである。
【図７】ハードマスク層のパターニング後における反応生成物を示す概略断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法における第１の金属配線の形成工程を示すフローチャートである。
【図９】ウェットエッチングにより反応生成物が十分にリフトオフされていない状態を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるＢＡＲＣを除去する工程を説明する概略断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置における金属配線を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る半導体装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及び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。第１乃至第５の実施形態の各実施形態で説明する半導体装置は例えば固体撮像装置であるが、本発明の半導体装置は、固体撮像装置に限定されるものではなく、金属配線を有する半導体装置であればよい。なお、本発明の半導体装置の一例である固体撮像装置の画素配列領域及び周辺領域を含む全体構成については後述する。
【００１３】
まず、本実施形態に係る半導体装置の断面構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る半導体装置を示す概略断面図である。図２は、本実施形態に係る半導体装置における金属配線を示す概略断面図である。
【００１４】
図１に示すように、半導体基板である例えばシリコン基板１１には、素子領域を画定する、ＳＴＩやＬＯＣＯＳなどの絶縁体からなる素子分離部１２が形成されている。素子領域のシリコン基板１１内には、ウェル拡散層１３が形成されている。
【００１５】
シリコン基板１１のウェル拡散層１３が形成された領域上には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極１４が形成されている。ゲート電極１４は、例えばポリシリコンよりなるポリシリコンゲートである。また、ゲート電極１４の両側のウェル拡散層１３内には、フォトダイオードを構成するフォトダイオード拡散層１５、及びソース／ドレイン拡散層１６がそれぞれ形成されている。
【００１６】
シリコン基板１１上には、層間絶縁層１７が形成されている。層間絶縁層１７には、ソース／ドレイン拡散層１６に達するコンタクトホールが形成されており、このコンタクトホールには、ソース／ドレイン拡散層１６に電気的に接続されたコンタクトプラグ１８が埋め込まれている。
【００１７】
層間絶縁層１７上には、第１の金属配線１９が形成されている。第１の金属配線１９は、積層構造を有し、例えば、バリアメタル層１９１と、導電層１９２と、バリアメタル層１９３とが順次積層されてなる積層膜により構成されている。バリアメタル膜１９１は、例えば、チタン層と窒化チタン層とが順次積層されてなる積層膜により構成されている。また、導電層１９２はアルミニウムを主成分としており、例えば、アルミニウム層又はＡｌＣｕ合金層等のアルミニウム合金層により構成されている。また、導電層上のバリアメタル層１９３は、例えば、チタン層と窒化チタン層とが順次積層されてなる積層膜により構成されている。なお、バリアメタル層１９１、１９３は、チタン層を含まず、窒化チタン層により構成されていてもよい。バリアメタル層１９１、１９３は、アルミニウム層又はアルミニウム合金層により構成される導電層１９２の材料が周囲の部材、例えばコンタクトプラグ１８やビアプラグ２２に拡散するのを抑制するためのものである。
【００１８】
第１の金属配線１９は、コンタクトプラグ１８を介して、ソース／ドレイン拡散層１６に電気的に接続されている。第１の金属配線１９のバリアメタル層１９３上には、ハードマスクとして機能する絶縁層であるハードマスク層２０が形成されている。なお、バリアメタル層上のハードマスク層２０は、後述するように、第１の金属配線１９をパターニングするためのドライエッチングにおいてハードマスクとして用いられたものである。
【００１９】
第１の金属配線１９が形成された層間絶縁層１７上には、層間絶縁層２１が形成されている。層間絶縁層２１及びハードマスク層２０には、第１の金属配線１９に達するスルーホールが形成されており、このスルーホールには、第１の金属配線１９に電気的に接続されたビアプラグ２２が埋め込まれている。
【００２０】
層間絶縁層２１上には、第２の金属配線２３が形成されている。第２の金属配線２３は、積層構造を有し、例えば、バリアメタル層２３１と、導電層２３２と、バリアメタル層２３３とが順次積層されてなる積層膜により構成されている。バリアメタル層２３１は、例えば、チタン層と窒化チタン層とが順次積層されてなる積層膜により構成されている。また、導電層２３２はアルミニウムを主成分としており、例えば、アルミニウム層又はＡｌＣｕ合金層等のアルミニウム合金層により構成されている。また、導電層上のバリアメタル層２３３は、例えば、チタン層と窒化チタン層とが順次積層されてなる積層膜により構成されている。なお、バリアメタル層２３１、２３３は、チタン層を含まず、窒化チタン層により構成されていてもよい。バリアメタル層２３１、２３３は、アルミニウム層又はアルミニウム合金層により構成される導電層２３２の材料が周囲の部材、例えばビアプラグ２２やビアプラグ２６に拡散するのを抑制するためのものである。
【００２１】
第２の金属配線２３は、ビアプラグ２２を介して、第１の金属配線１９に電気的に接続されている。第２の金属配線２３のバリアメタル層２３３上には、ハードマスクとして機能する絶縁層であるハードマスク層２４が形成されている。なお、バリアメタル層上のハードマスク層２４は、後述するように、第２の金属配線２３をパターニングするためのドライエッチングにおいてハードマスクとして用いられたものである。
【００２２】
第２の金属配線２３が形成された層間絶縁層２１上には、層間絶縁層２５が形成されている。層間絶縁層２５及びハードマスク層２４には、第２の金属配線２３に達するスルーホールが形成されており、このスルーホールには、第２の金属配線２３に電気的に接続されたビアプラグ２６が埋め込まれている。
【００２３】
層間絶縁層２５上には、第３の金属配線２７が形成されている。第３の金属配線２７は、アルミニウム層又はＡｌＣｕ合金層等のアルミニウム合金層により構成されている。なお、第３の金属配線２７は、第１及び第２の金属配線１９、２３と同様に、バリアメタル層を有する積層膜により構成されていてもよい。第３の金属配線２７は、ビアプラグ２６を介して、第２の金属配線２３に電気的に接続されている。
【００２４】
第３の金属配線２７が形成された層間絶縁層２５上には、層間絶縁層２８が形成されている。層間絶縁層２８には、第３の金属配線２７に達するスルーホールが形成されており、このスルーホールには、第３の金属配線２７に電気的に接続されたビアプラグ２９が埋め込まれている。
【００２５】
層間絶縁層２８上には、ボンディングパッドを含む第４の金属配線３０が形成されている。第４の金属配線３０は、アルミニウム層又はＡｌＣｕ合金層等のアルミニウム合金層により構成されている。なお、第４の金属配線３０は、第１及び第２の金属配線１９、２３と同様に、バリアメタル層を有する積層膜により構成されていてもよい。第４の金属配線３０は、ビアプラグ２９を介して、第３の金属配線２７に電気的に接続されている。
【００２６】
第４の金属配線３０が形成された層間絶縁層２８上には、保護絶縁膜３１が形成されている。保護絶縁膜３１には、第４の金属配線３０のボンディングパッドに達する開口部３２が形成されている。保護絶縁膜３１は窒化シリコンなどからなる。
【００２７】
なお、上記の層間絶縁層１７、ハードマスク層２０、２４、層間絶縁層２１、２５、２８としては、例えば、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）層、酸化シリコン層等の絶縁層を用いることができる。また、保護絶縁膜３１としては、例えば、窒化シリコン層や酸窒化シリコン層、酸化シリコン層等の単層または複層の絶縁膜を用いることができる。
【００２８】
続いて、本実施形態に係る半導体装置における金属配線の具体的構造について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る半導体装置における金属配線を示す概略断面図であり、具体的には、第１の金属配線１９の断面構造を示している。
【００２９】
図２に示すように、層間絶縁層１７上に形成された第１の金属配線１９は、バリアメタル層１９１と、バリアメタル層１９１上に形成された導電層１９２と、導電層１９２上に形成されたバリアメタル層１９３とを有している。また、第１の金属配線１９のバリアメタル層１９３上には、ハードマスク層２０が形成されている。
【００３０】
第１の金属配線１９の上側のバリアメタル層１９３は、少なくともその上部において上面側から下面側に向かって徐々に幅広となるテーパ形状を有している。また、バリアメタル層１９３上のハードマスク層２０も、少なくともその上部において上面側から下面側に向かって徐々に幅広となるテーパ形状を有している。
【００３１】
ここで、ハードマスク層２０の下面の幅をａ（ｎｍ）、バリアメタル層１９３の上面の幅をｂ（ｎｍ）、バリアメタル層１９３の下面の幅をｃ（ｎｍ）とする。ハードマスク層２０及びバリアメタル層１９３は、これらの幅ａ、ｂ、及びｃが次の大小関係を満足する構造的な特徴を有している。
ａ＞ｂ、かつｃ＞ｂ
【００３２】
すなわち、ハードマスク層２０の下面の幅ａが、バリアメタル層１９３の上面の幅ｂよりも広くなっている。さらに、バリアメタル層１９３の下面の幅ｃが、バリアメタル層１９３の上面の幅ｂよりも広くなっている。
【００３３】
上記図２に示す構造的な特徴は、ハードマスク層２０をパターニングするためのドライエッチング後のウェットエッチングの際に生じたものである。すなわち、この構造的な特徴は、ハードマスク層２０が除去されて露出したバリアメタル層１９３の上部の一部がウェットエッチングされて除去されるとともに、バリアメタル層１９３に対してサイドエッチングが入ることによるものである。後述するように、バリアメタル層１９３の上部の一部を除去することで、反応生成物やエッチング残渣を含む異物を効率よく除去することができ、配線工程における歩留りを改善することができる。
【００３４】
なお、図２には第１の金属配線１９の断面構造を示したが、第２の金属配線２３も、ハードマスク層２４及びバリアメタル層２３３に関し、第１の金属配線１９と同様の構造的な特徴を有している。
【００３５】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について図３乃至図６を用いて説明する。図３乃至図５は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図６は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における第１の金属配線の形成工程を示すフローチャートである。
【００３６】
なお、以下の説明においては、簡略化のために金属配線の製造方法の要部を中心に説明するが、記載のない部分については通常の固体撮像装置の製造方法により形成されるものとする。
【００３７】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１１に、素子分離部１２を形成し、素子分離部１２により素子領域を画定する。また、素子領域のシリコン基板１１内に、ウェル拡散層１３を形成する。また、ウェル拡散層１３が形成されたシリコン基板１１上に、ゲート絶縁層を介してゲート電極１４を形成する。また、ゲート電極１４の両側のウェル拡散層１３内に、フォトダイオード拡散層１５、ソース／ドレイン拡散層１６を形成する。次いで、シリコン基板１１上に、層間絶縁層１７を形成する。層間絶縁層１７には、ソース／ドレイン拡散層１６に達するコンタクトホールを開口した後、このコンタクトホールに埋め込まれたコンタクトプラグ１８を形成する。なお、これら図３（ａ）に示す各部の形成には、一般的な半導体装置の製造プロセスを用いることができる。
【００３８】
次に、次工程の第１の金属配線１９の形成工程について詳細に説明をする。説明に際しては、図６に示すフローチャートをさらに参照する。
【００３９】
まず、層間絶縁層１７上に、例えばスパッタリング法により、例えば厚さ約１０ｎｍのチタン層と、例えば厚さ約２０ｎｍの窒化チタン層とを順次成膜し、これらチタン層と窒化チタン層とが順次積層されてなるバリアメタル層１９１を形成する。
【００４０】
次いで、バリアメタル層１９１上に、例えばスパッタリング法により、例えばＣｕを約０．５ｗｔ％含んだＡｌＣｕよりなる厚さ約２３０ｎｍのアルミニウム合金層を約３００℃の成膜温度で成膜し、このアルミニウム合金層よりなる導電層１９２を形成する。
【００４１】
次いで、導電層１９２上に、例えばスパッタリング法により、例えば厚さ約３ｎｍのチタン層と、例えば厚さ約３０ｎｍの窒化チタン層とを順次成膜し、これらチタン層と窒化チタン層とが順次積層されてなるバリアメタル層１９３を形成する。
【００４２】
こうして、層間絶縁層１７上に、バリアメタル層１９１と導電層１９２とバリアメタル層１９３とを有し、第１の金属配線１９に加工される積層膜が形成される（図６：工程Ｓ１１）。
【００４３】
次に、バリアメタル層１９３上に、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、例えば厚さ約１００ｎｍ〜２００ｎｍのシリコン酸化層よりなるハードマスク層２０を形成する（図６：工程Ｓ１２）。ハードマスク層２０を構成するシリコン酸化層は、例えば、約３００〜４００℃の成膜温度で、ＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）とＯ２とをプラズマ状態で反応させることにより形成することができる。
【００４４】
次に、図３（ｂ）に示すように、ハードマスク層２０上に、フォトリソグラフィにより、レジスト３３をパターニングしてレジスト３３のマスクパターンを形成する（図６：工程Ｓ１３）。
【００４５】
次に、図３（ｃ）に示すように、ハードマスク層上のレジスト３３をマスクとして、例えばＣＦ４系のガスでシリコン酸化層よりなるハードマスク層２０をドライエッチングし、ハードマスク層２０をパターニングする（図６：工程Ｓ１４）。ドライエッチングとしては、例えば反応性イオンエッチング等を用いることができる。また、ドライエッチングのプロセスガスには、例えば、ＣＦ４、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のうちの少なくとも１つを含むガスを用いることができる。
【００４６】
ハードマスク層２０のドライエッチングでは、エッチングの進行に伴い、ハードマスク層２０の直下にあるバリアメタル層１９３の窒化チタン層が本エッチングプロセスの最中に露出してプロセスガスに曝された状態となる。窒化チタン層の一部が露出してプロセスガスに曝された状態となった後においても、ハードマスク層２０のエッチングを十分に行うため、ハードマスク層２０のオーバーエッチングが行われる。
【００４７】
本実施形態では、ハードマスク層２０のドライエッチングにおいて、バリアメタル層１９３の窒化チタン層が露出してプロセスガスに曝された状態においては、プロセスガスにおける酸化ガスの比率を１％未満とするプロセスガスの比率の制御を実施する。ここで、プロセスガスにおける酸化ガスの比率とは、ドライエッチングが行われるエッチング室に導入されるプロセスガスの総流量に対する酸化ガスの流量の比率を意味する。また、酸化ガスとは、酸化性を有するガスであり、例えば酸素ガスである。
【００４８】
プロセスガスにおける酸化ガスの比率が比較高い場合、ハードマスク層をパターニングする際に、露出したバリアメタル層中のチタンと酸化ガスと反応して酸化チタン等の反応生成物が生成されることがある。図７は、ハードマスク層のパターニング後における反応生成物を示す概略断面図である。
【００４９】
図７に示すように、仮に酸化ガスの比率が比較的高いと、ハードマスク層２０をパターニングする際に、露出したバリアメタル層１９３上に、バリアメタル層中のチタンと酸化ガスと反応して生成された酸化チタン等の反応生成物３５が形成される。このような反応生成物３５は、この後の洗浄工程におけるウェットエッチングのエッチングレートが低下する原因となる。なお、この洗浄工程は、バリアメタル層１９３上の反応生成物やエッチング残渣を含む異物を除去するためのものである。ウェットエッチングのエッチングレートが低下すると、異物をリフトオフすることが困難となり、その結果、配線ショートが発生して配線工程における歩留まりが低下することになる。
【００５０】
これに対し、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、上記のようにプロセスガスにおける酸化ガスの比率を１％未満に低く抑える。これにより、バリアメタル層１９３における窒化チタン層中のチタンと酸化ガスとが反応して生成される反応生成物の発生を低減することができる。なお、酸化ガスの比率を低減するほど、反応生成物の発生を抑制する効果が大きくなる。また、微小な異物であっても配線ショートを引き起こす微細な金属配線ほど、反応生成物の抑制による配線ショートの発生を抑制する効果が顕著になる。
【００５１】
上記本実施形態におけるハードマスク層２０のドライエッチングの条件は、適宜設定することができるが、例えば次のように設定することができる。
【００５２】
まず、ハードマスク層２０直下のバリアメタル層１９３が露出しておらずプロセスガスに曝されていない状態では、ドライエッチングの条件を次のように設定することができる。まず、エッチング室内の圧力を１０〜４０ｍＴｏｒｒに設定することができる。また、エッチング室内に導入するプロセスガスとして、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８、及びＡｒの混合ガスを用いることができる。また、ＣＦ４の流量を３０〜１２０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３の流量を１５〜６０ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８の流量を５〜２０ｓｃｃｍ、Ａｒの流量を２５０〜１０００ｓｃｃｍに設定することができる。
【００５３】
また、上記条件でエッチングが進行し、バリアメタル層１９３の窒化チタン層が露出してプロセスガスに曝された状態においては、オーバーエッチングとして行うドライエッチングの条件を次のように設定することができる。まず、エッチング室内の圧力を１５〜６０ｍＴｏｒｒに設定することができる。また、エッチング室内に導入するプロセスガスとして、Ｃ４Ｆ８及びＡｒの混合ガスを用いることができる。また、Ｃ４Ｆ８の流量を１５〜６０ｓｃｃｍ、Ａｒの流量を５００〜２０００ｓｃｃｍに設定することができる。
【００５４】
上記のいずれの状態においても、酸素ガスは導入しないものとし、プロセスガスにおける酸化ガスの比率を１％未満とすることができる。上記いずれの状態においても酸素ガスを導入しないことにより、窒化チタン層中のチタンの酸化による反応生成物の発生をさらに低減することができる。なお、バリアメタル層１９３が露出しておらずプロセスガスに曝されていない状態では、必ずしもプロセスガスにおける酸化ガスの比率を１％未満とする必要はない。
【００５５】
なお、上記ドライエッチングの条件をオーバーエッチングの条件に変更するタイミングの決定には、エッチング室内の発光強度に基づきエッチング終点を検出する終点検出装置を用いることができる。すなわち、終点検出装置によりエッチング室内の発光強度をモニタし、そのモニタ結果に基づき、オーバーエッチングの条件に変更するタイミングを決定することができる。
【００５６】
上記のようにして、ドライエッチングによりハードマスク層２０をパターニングした後、例えばアッシング法を用いて、マスクとして用いたレジスト３３を除去する（図６：工程Ｓ１５）。
【００５７】
次に、例えばアミン系の洗浄液を用いて洗浄を行い、洗浄液によりバリアメタル層１９３における窒化チタン層の露出した上部の一部をウェットエッチングする（図６：工程Ｓ１６）。ここでアミン系の洗浄液とは、エタノールアミン、トリエタノールアミン、ヒドロキシルアミンなどアミンを含むものをいい、ｐＨ７以上の中性またはアルカリ性のものを指す。ウェットエッチングの条件としては、例えばエッチングレートを１〜２Å／分、エッチング時間を１５〜６０分間、具体的には３０分間とすることができる。これにより、図４（ａ）に示すように、バリアメタル層１９３上に、パターニングされたハードマスク層２０が形成される。なお、ここでのウェットエッチングに用いるエッチング液としての洗浄液は、上記アミン系の洗浄液に限定されるものではなく、エッチングレート、選択比等を考慮して種々のエッチング液から適宜選択することができる。
【００５８】
本実施形態では、上述のように、バリアメタル層１９３における窒化チタン層中のチタンと酸化ガスとが反応して生成される反応生成物の発生を低減することができる。したがって、上記のウェットエッチングにおけるエッチングレートの低下を抑制することができ、バリアメタル層１９３上の反応生成物やエッチング残渣を含む異物を十分に除去することができる。
【００５９】
なお、上記ウェットエッチングでは、窒化チタン層のエッチング量、すなわち窒化チタン層がエッチングされる厚さを好ましくは例えば５０Å以上とすることができる。これにより、より効果的に反応生成物やエッチング残渣を含む異物を除去することができる。
【００６０】
次に、パターニングされたハードマスク層２０をエッチングマスクとして、例えばＣｌ２系のガスでバリアメタル層１９３、導電層１９２、及びバリアメタル層１９１を順次ドライエッチングする（図６：工程Ｓ１７）。ドライエッチングとしては、例えば反応性イオンエッチング等を用いることができる。これにより、バリアメタル層１９３、導電層１９２、及びバリアメタル層１９１をパターニングする。こうして、図４（ｂ）に示すように、バリアメタル層１９１と導電層１９２とバリアメタル層１９３との積層膜よりなる第１の金属配線１９が形成される。第１の金属配線１９は、ほぼ垂直に側面が形成される。このとき、ハードマスク層２０と第１の金属配線１９を構成する各層との選択比は十分に確保されている。このため、ハードマスク層２０の線幅はほぼ後退せずに、微細な第１の金属配線１９を形成することができる。
【００６１】
本実施形態によれば、第１の金属配線１９のパターンにおいて隣接する配線間のスペースの幅ｄ（図２参照）が例えば０．１〜０．２μｍ程度の非常に狭い箇所においても、配線間の短絡やリークの原因となりうる欠陥を十分に抑制できる。
【００６２】
なお、上記では、チタン層と窒化チタン層とが順次積層されてなるバリアメタル層１９１、１９３を用いているが、チタン層のない窒化チタン層よりなるバリアメタル層１９１、１９３を用いることもできる。
【００６３】
また、第１の金属配線１９の導電層１９２を構成するＡｌＣｕ合金層の配向を＜１１１＞方向に高めるように、ＡｌＣｕ合金層下のバリアメタル層１９１における窒化チタン層の配向を＜１１１＞方向に高めておいてもよい。これにより、ＡｌＣｕ合金層を有する第１の金属配線１９の配線信頼性を向上することができる。
【００６４】
次に、第１の金属配線１９が形成された層間絶縁層１７上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、厚さ約５００ｎｍのシリコン酸化層よりなる層間絶縁層２１を成膜する（図６：工程Ｓ１８）。層間絶縁層２１を構成するシリコン酸化層は、例えば、約３００〜４００℃の成膜温度で、ＳｉＨ４とＯ２とをプラズマ状態で反応させることにより成膜することができる。
【００６５】
なお、層間絶縁層２１は、第１の金属配線１９の積層膜上のハードマスク層２０を残したまま、第１の金属配線１９の積層膜を含む表面上に形成される。
【００６６】
次に、層間絶縁層２１及びハードマスク層２０に、第１の金属配線１９に達するスルーホールを開口する。次いで、このスルーホールが形成された層間絶縁層２１上に、例えばスパッタ法又はＣＶＤ法によりチタン層と窒化チタン層とが順次積層されてなるバリアメタル層を成膜し、続いて、例えばＣＶＤ法によりタングステン層を成膜する。次いで、層間絶縁層２１上のバリアメタル層及びタングステン層を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により除去し、スルーホール内にバリアメタル層及びタングステン層を埋め込む。こうして、図４（ｃ）に示すように、スルーホール内に、バリアメタル層及びタングステン層よりなるビアプラグ２２を埋め込む。
【００６７】
次に、層間絶縁層２１上に、第１の金属配線１９の場合と同様にして、第２の金属配線２３を形成する。第２の金属配線２３の場合も、第１の金属配線１９の場合と同様に、シリコン酸化層よりなるハードマスク層２４をマスクとして、ドライエッチングによりパターニングすることができる。また、第２の金属配線２３も、上記第１の金属配線１９と同様の構成を用いることができる。ハードマスク層２４のドライエッチングにおいても、バリアメタル層２３３の窒化チタン層が露出してプロセスガスに曝された状態においては、プロセスガスにおける酸化ガスの比率を１％未満とするプロセスガスの比率の制御を実施する。
【００６８】
次に、第２の金属配線２３が形成された層間絶縁層２１上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば厚さ約５００ｎｍのシリコン酸化層よりなる層間絶縁層２５を成膜する。層間絶縁層２５を構成するシリコン酸化層は、例えば、約３００〜４００℃の成膜温度で、ＳｉＨ４とＯ２とをプラズマ状態で反応させることにより成膜することができる。
【００６９】
次に、層間絶縁層２５及びハードマスク層２４に、第２の金属配線２３に達するスルーホールを開口する。次いで、このスルーホールが形成された層間絶縁層２５上に、例えばスパッタ法又はＣＶＤ法によりチタン層と窒化チタン層とが順次積層されてなるバリアメタル層を成膜し、続いて、例えばＣＶＤ法によりタングステン層を成膜する。次いで、層間絶縁層２５上のバリアメタル層及びタングステン層を例えばＣＭＰ法により除去し、スルーホール内にバリアメタル層及びタングステン層を埋め込む。こうして、図５（ａ）に示すように、スルーホール内に、バリアメタル層及びタングステン層よりなるビアプラグ２６を埋め込む。
【００７０】
次に、層間絶縁層２５上に、例えばスパッタリング法により、例えばＣｕを約０．５ｗｔ％含んだＡｌＣｕよりなる厚さ約３００ｎｍのアルミニウム合金層を約３００℃の成膜温度で成膜する。次いで、アルミニウム合金層上に、フォトリソグラフィによりレジストのマスクパターンを形成する。次に、レジストのマスクパターンをマスクとして、例えばＣｌ２系のガスでアルミニウム合金層をドライエッチングし、アルミニウム合金層をパターニングする。ドライエッチングとしては、例えば反応性イオンエッチング等を用いることができる。こうして、ほぼ垂直に側面が形成されたアルミニウム合金層よりなる第３の金属配線２７が形成される。上記により形成した第３の金属配線２７においては、最小となる線幅を例えば０．２５〜０．３μｍ程度とすることができる。
【００７１】
次に、第３の金属配線２７が形成された層間絶縁層２５上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば厚さ約５００ｎｍのシリコン酸化層よりなる層間絶縁層２８を成膜する。層間絶縁層２８を構成するシリコン酸化層は、例えば、約３００〜４００℃の成膜温度で、ＳｉＨ４とＯ２とをプラズマ状態で反応させることにより成膜することができる。
【００７２】
次に、層間絶縁層２８に、第３の金属配線２７に達するスルーホールを開口する。次いで、このスルーホールが形成された層間絶縁層２８上に、例えばスパッタ法又はＣＶＤ法によりチタン層と窒化チタン層とが順次積層されてなるバリアメタル層を成膜し、続いて、例えばＣＶＤ法によりタングステン層を成膜する。次いで、層間絶縁層２８上のバリアメタル層及びタングステン層を例えばＣＭＰ法により除去し、スルーホール内にバリアメタル層及びタングステン層を埋め込む。こうして、スルーホール内に、バリアメタル層及びタングステン層よりなるビアプラグ２９を埋め込む。
【００７３】
次に、層間絶縁層２８上に、例えばスパッタリング法により、例えばＣｕを約０．５ｗｔ％含んだＡｌＣｕよりなる厚さ約６００ｎｍのアルミニウム合金層を約３００℃の成膜温度で成膜する。次いで、アルミニウム合金層上に、フォトリソグラフィによりレジストのマスクパターンを形成する。次に、レジストのマスクパターンをマスクとして、例えばＣｌ２系のガスでアルミニウム合金層をドライエッチングし、アルミニウム合金層をパターニングする。ドライエッチングとしては、例えば反応性イオンエッチング等を用いることができる。こうして、ほぼ垂直に側面が形成されたアルミニウム合金層よりなる第４の金属配線３０が形成される。第４の金属配線３０には、ボンディングパッドが含まれる。上記により形成した第４の金属配線３０においては、最小となる線幅を例えば０．５〜１．０μｍ程度とすることができる。
【００７４】
次に、第４の金属配線３０が形成された層間絶縁層２８上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば厚さ約５００ｎｍのシリコン窒化層よりなる保護絶縁膜３１を成膜する。保護絶縁膜３１を構成するシリコン窒化層は、例えば、約４００〜４３０℃の成膜温度で、ＳｉＨ４、Ｎ２、ＮＨ３を含むガスをプラズマ状態で反応させることにより成膜することができる。
【００７５】
次いで、保護絶縁膜３１上に、フォトリソグラフィによりレジストのマスクパターンを形成する。次に、レジストのマスクパターンをマスクとして、例えばＣＦ４系のガスでシリコン窒化層よりなる保護絶縁膜３１をドライエッチングする。ドライエッチングとしては、例えば反応性イオンエッチング等を用いることができる。これにより、保護絶縁膜３１に、第４の金属配線３０のボンディングパッドに達する外部電極取り出し用の開口部３２を開口する。
【００７６】
こうして、図５（ｂ）に示すように、本実施形態に係る半導体装置が製造される。
【００７７】
このように、本実施形態によれば、ハードマスク層をドライエッチングする際に、バリアメタル層の窒化チタン層が露出してプロセスガスに曝された状態においては、プロセスガスにおける酸化ガスの比率を１％未満とする。これにより、窒化チタン層中のチタンと酸化ガスとが反応して生成される反応生成物の生成を抑制することができる。この結果、ハードマスク層のドライエッチング後に続く洗浄工程において、窒化チタン層上の異物をウェットエッチングによりリフトオフして効率よく除去することができ、異物に起因する配線ショートの発生を抑制することができる。こうして、配線工程における歩留まりを向上することができる。
【００７８】
以上のとおり、本実施形態によれば、ハードマスク層をマスクとして用いたドライエッチングにより金属配線の微細加工を実現するとともに、配線ショートの発生を抑制することができる。
【００７９】
ここで、本願発明者が行った実験により得られたハードマスク層のドライエッチング時の酸素ガス濃度と反応生成物の有無及び配線歩留まりとの関係の例を表１に示す。なお、上記酸素ガス濃度とは、ドライエッチング時のプロセスガスの総流量に対する酸素ガスの流量の比率を意味する。表１によれば、上記酸素ガス濃度を１％未満とすることにより、反応生成物の発生が低減されるとともに、配線歩留まりが改善されることが分かる。
【表１】
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【００８０】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。なお、上記第１の実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法と同一の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
【００８１】
上記第１の実施形態では、金属配線の形成に用いるハードマスク層のドライエッチングにおいて、バリアメタル層の窒化チタン層が露出してプロセスガスに曝された状態においては、プロセスガスにおける酸化ガスの比率を１％未満としていた。
【００８２】
これに対し、本実施形態は、ハードマスク層のドライエッチングにおいて、バリアメタル層の窒化チタン層が露出してプロセスガスに曝された状態においては、プロセスガスにおける酸化ガスの比率を特に０％とする点で、第１の実施形態とは異なる。
【００８３】
例えば、第１の金属配線１９の形成に用いるハードマスク層２０を形成する際に、第１の実施形態の場合と同様に、例えばＣＦ４系のガスでシリコン酸化層よりなるハードマスク層２０をドライエッチングし、ハードマスク層２０をパターニングする。その際、本実施形態では、バリアメタル層１９３の窒化チタン層が露出してプロセスガスに曝された状態においては、酸化ガスの比率を特に０％とするプロセスガスの比率の制御を実施する。
【００８４】
また、第２の金属配線２３の形成に用いるハードマスク層２４を形成する際にも同様に、バリアメタル層２３３の窒化チタン層が露出してプロセスガスに曝された状態においては、酸化ガスの比率を特に０％とするプロセスガスの比率の制御を実施する。
【００８５】
このように、本実施形態では、酸化ガスの比率を特に０％とすることより、窒化チタン層中のチタンと酸化ガスとが反応して生成される反応生成物の生成をさらに抑制することができ、配線ショートの発生をさらに抑制することができる。
【００８６】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図８及び図９を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法と同一の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
【００８７】
本実施形態は、金属配線の形成に用いるハードマスク層のドライエッチング後に続くウェットエッチングによる洗浄工程の後、金属配線となる積層膜のドライエッチングの前に、二流体洗浄により、露出したバリアメタル層の表面を洗浄する工程をさらに有する。この点で、本実施形態は、第１の実施形態とは異なる。
【００８８】
図８は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における第１の金属配線の形成工程を示すフローチャートである。図８に示す工程Ｓ２１〜工程Ｓ２６は、それぞれ上述した図６に示す工程Ｓ１１〜工程Ｓ１６と同様である。
【００８９】
本実施形態においても、第１の実施形態の場合と同様に、例えばＣＦ４系のガスでハードマスク層２０をドライエッチングし（図８：工程Ｓ２４）、例えばアッシングによりレジスト３３を除去する（図８：工程Ｓ２５）。その後、例えばアミン系の洗浄液にてバリアメタル層１９３の窒化チタン層の一部をウェットエッチングする（図８：工程Ｓ２６）。
【００９０】
工程Ｓ２６のウェットエッチングにおいて、窒化チタン層のウェットエッチング量が少ないと、窒化チタン層中のチタンと酸化ガスとの反応により生成される反応生成物が十分にリフトオフされないことがある。図９は、ウェットエッチングにより反応生成物が十分にリフトオフされていない状態を示す概略断面図である。図示するように、バリアメタル層１９３の窒化チタン層の上部の一部がウェットエッチングにより除去されているものの、反応生成物３５がリフトオフされずに残存することがある。
【００９１】
そこで、本実施形態では、工程Ｓ２６のウェットエッチングの後、例えば純水や窒素を用いた二流体洗浄により、バリアメタル層１９３の窒化チタン層の表面を洗浄する（図８：工程Ｓ２７）。二流体洗浄による洗浄では、二流体ノズルにより、純水等の液体と窒素等の気体とを混合して微細霧として窒化チタン層の表面に噴射し、窒化チタン層の表面を洗浄する。
【００９２】
なお、二流体洗浄に用いる液体及び気体は、それぞれ純水及び窒素に限定されるものではなく、必要とされる洗浄性等に応じて適宜選定することができる。また、二流体洗浄における液体及び気体の供給流量、二流体洗浄による洗浄時間等の条件についても、必要とされる洗浄性等に応じて適宜設定することができる。
【００９３】
こうして、二流体洗浄により、工程Ｓ２６で窒化チタン層のウェットエッチング量が少なくリフトオフされずに残存する反応生成物３５を含む異物を効率的に除去することができる。これにより、異物に起因する配線ショートの発生を抑制し、配線工程における歩留まりを向上することができる。
【００９４】
二流体洗浄を行った後、上述した工程Ｓ１７と同様に、ハードマスク層２０をマスクとして、例えばＣｌ２系のガスでバリアメタル層１９３、導電層１９２、及びバリアメタル層１９１をドライエッチングする（図８：工程Ｓ２８）。これにより、第１の金属配線１９を形成する。
【００９５】
層間絶縁層２１を形成する工程（図８：工程Ｓ２９）以後は、第１の実施形態と同様である。
【００９６】
なお、第２の金属配線２３の形成に用いるハードマスク層２４を形成する際にも上記と同様に、ウェットエッチングによる洗浄工程の後、第２の金属配線２３となる積層膜のドライエッチングの前に、二流体洗浄による洗浄を行うことができる。
【００９７】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図１０を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法と同一の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
【００９８】
本実施形態では、金属配線の形成に用いるハードマスク層のドライエッチングのマスクとして用いるレジストの下に、反射防止層であるＢＡＲＣ（Bottom Anti Reflective Coating）が形成される。この点で、本実施形態は、第１の実施形態とは異なる。ＢＡＲＣを用いる本実施形態によれば、金属配線に加工される下地金属層による反射を抑えることでレジスト露光時のハレーションを抑制し、レジストのマスクパターンの精度を向上することができる。したがって、本実施形態によれば、マスクとして用いるハードマスク層の精度を向上することができ、さらに微細な配線加工を実現することができる。
【００９９】
さらに、本実施形態では、レジストのマスクパターンの形成後に露出したＢＡＲＣをドライエッチングにより除去する工程が設けられ、このドライエッチングによりＢＡＲＣを除去する工程を行う時間が特定の条件を満たすように規定されている。以下、本実施形態におけるＢＡＲＣを除去する工程について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態におけるＢＡＲＣを除去する工程を説明する概略断面図である。
【０１００】
本実施形態では、バリアメタル層１９３上にハードマスク層２０を形成した後、ハードマスク層２０上にＢＡＲＣ３６を塗布する。次いで、ＢＡＲＣ３６上にレジスト３３を塗布した後、フォトリソグラフィにより、レジスト３３をパターニングしてレジスト３３のマスクパターンを形成する。ＢＡＲＣ３６上すなわち反射防止層上に形成されたレジスト３３をフォトリソグラフィによりパターニングすることにより、下地金属層による反射が抑えられる結果、レジスト３３の露光時のハレーションが抑制される。このため、レジスト３３のマスクパターンの精度を向上することができる。
【０１０１】
次に、レジスト３３をマスクとして、例えばＣＦ４系のガスで、ＢＡＲＣ３６とシリコン酸化層よりなるハードマスク層２０とをドライエッチングする。ドライエッチングとしては、例えば反応性イオンエッチング等を用いることができる。このとき、仮にプロセスガスにおける酸素ガス等の酸化系ガスの比率を１％未満とすると、ＢＡＲＣ３６のエッチングレートが低下する。この結果、図１０（ａ）に示すように、ＢＡＲＣ３６が厚く形成されていたハードマスク層２０上の凹部に、ＢＡＲＣ３６のエッチング残り３６ａが発生する懸念がある。ＢＡＲＣ３６のエッチング残り３６ａは、後工程のドライエッチングにおいてマスクとなるため、配線ショートの一因となるものである。
【０１０２】
そこで、本実施形態では、ＢＡＲＣ３６をドライエッチングにより除去する工程を設ける。そして、ＢＡＲＣ３６の厚さをＡ（ｎｍ）、ＢＡＲＣ３６のエッチングレートをＢ（ｎｍ／分）としたとき、ＢＡＲＣ３６をドライエッチングにより除去する工程を行う時間Ｃ（分）を、次の関係を満足するように設定する。
Ｃ≧（Ａ／Ｂ）×１．５
【０１０３】
このように、本実施形態では、ＢＡＲＣ３６をドライエッチングにより除去する工程を十分な時間行う。これにより、図１０（ｂ）に示すように、ハードマスク層２０上の凹部におけるＢＡＲＣ３６のエッチング残り３６ａを除去又は低減することができる。
【０１０４】
なお、ＢＡＲＣ３６のドライエッチングには、酸素ガス等の酸化ガスを用いることができる。これにより、ＢＡＲＣ３６のエッチングレートの低下を抑制して、ＢＡＲＣを除去する処理時間を短縮することができる。
【０１０５】
ＢＡＲＣ３６のドライエッチングの条件は、例えば次のように設定することができる。まず、エッチング室内の圧力を５０〜２００ｍＴｏｒｒに設定することができる。また、エッチング室内に導入するプロセスガスとして、ＣＦ４及びＯ２の混合ガスを用いることができる。また、ＣＦ４の流量を７５〜３００ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を１０〜３５ｓｃｃｍに設定することができる。
【０１０６】
次に、第１の実施形態の場合と同様にして、レジスト３３をマスクとして、例えばＣＦ４系のガスでシリコン酸化層よりなるハードマスク層２０をドライエッチングし、ハードマスク層２０をパターニングする。ハードマスク層２０のドライエッチングの条件は、第１の実施形態の場合と同様の条件を用いることができ、ＢＡＲＣ３６のドライエッチングとは異なり、プロセスガスに酸素ガス等の酸化ガスを用いないものとすることができる。
【０１０７】
次に、例えばアッシング法により、レジスト３３及びＢＡＲＣ３６を除去する。
【０１０８】
以後、第１の実施形態の場合と同様にして、例えばアミン系の洗浄液を用いたウェットエッチングを行う。次いで、第１の実施形態の場合と同様にして、ハードマスク層２０をエッチングマスクとして、例えばＣｌ２系のガスでバリアメタル層１９３、導電層１９２、及びバリアメタル層１９１を順次ドライエッチングする。これにより、第１の金属配線１９を形成する。
【０１０９】
なお、第２の金属配線２３の形成に用いるハードマスク層２４を形成する際にも上記と同様に、ＢＡＲＣを用いることができる。
【０１１０】
このように、本実施形態によれば、ＢＡＲＣをドライエッチングにより除去する工程を十分な時間行うことにより、ハードマスク層の凹部等に残存するＢＡＲＣのエッチング残りを低減することができる。しかも、ＢＡＲＣのドライエッチングには酸素ガス等の酸化系ガスを用いることにより、ＢＡＲＣを除去する処理時間を短縮することができる。したがって、ハードマスク層のエッチング時にプロセスガスにおける酸化ガスの比率を１％未満としたことによりＢＡＲＣのエッチングレートが著しく小さくなる場合でも、ＢＡＲＣのエッチング残りがマスクになることを抑制することができる。これにより、配線ショートのリスクを軽減することができる。
【０１１１】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る半導体装置について図１１を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態に係る半導体装置と同一の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
【０１１２】
本実施形態は、ハードマスク層の下面の幅とバリアメタル層の下面の幅との関係の点で、第１の実施形態とは異なる。以下、本実施形態におけるハードマスク層の下面の幅とバリアメタル層の下面の幅との関係を含むハードマスク層及びバリアメタル層に関する構造的な特徴について説明する。
【０１１３】
図１１は、本実施形態に係る半導体装置における金属配線を示す概略断面図であり、具体的には、第１の金属配線１９の断面構造を示している。
【０１１４】
図１１に示すように、第１の金属配線１９の上側のバリアメタル層１９３は、少なくともその上部において上面側から下面側に向かって徐々に幅広となるテーパ形状を有している。また、バリアメタル層１９３上のハードマスク層２０も、少なくともその上部において上面側から下面側に向かって徐々に幅広となるテーパ形状を有している。
【０１１５】
ここで、ハードマスク層２０の下面の幅をａ（ｎｍ）、バリアメタル層１９３の上面の幅をｂ（ｎｍ）、バリアメタル層１９３の下面の幅をｃ（ｎｍ）とする。ハードマスク層２０及びバリアメタル層１９３は、これらの幅ａ、ｂ、及びｃが次の大小関係を満足する構造的な特徴を有している。
ｃ＞ａ＞ｂ
【０１１６】
すなわち、バリアメタル層１９３の下面の幅ｃが、ハードマスク層２０の下面の幅ａよりも広く、ハードマスク層２０の下面の幅ａが、バリアメタル層１９３の上面の幅ｂよりも広くなっている。
【０１１７】
上記図１１に示す構造的な特徴も、図２に示す構造的な特徴と同様、ハードマスク層２０をパターニングするためのドライエッチング後のウェットエッチングの際に生じたものである。すなわち、この構造的な特徴も、ハードマスク層２０が除去されて露出したバリアメタル層１９３の上部の一部がウェットエッチングされて除去されるとともに、バリアメタル層１９３に対してサイドエッチングが入ることによるものである。本実施形態による半導体装置も上記第１の実施形態による半導体装置と同様にして製造することができるが、ウェットエッチングの条件により、上記図１１に示すような構造的特徴が得られる。
【０１１８】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係る半導体装置について図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態に係る半導体装置を示す概略図である。本実施形態では、本発明の半導体装置の一例である固体撮像装置について、その画素配列領域及び周辺領域を含む全体構成について説明する。
【０１１９】
図１２に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置８００は、画素配列領域１００および周辺領域７００を有する。画素配列領域１００は、複数の画素が配列される領域である。周辺領域７００は、画素配列領域１００の周辺に配された領域で、複数の画素を制御するための複数の制御回路や読み出し経路となる回路が配される領域である。
【０１２０】
画素配列領域１００には、複数の画素６が行方向および列方向に配列されている。各画素６は、光電変換部１、転送トランジスタ２、電荷電圧変換部ＦＤ、リセット部３、出力部４および選択部５を含む。光電変換部１は、図１に示すフォトダイオード拡散層１５により構成される。また、転送トランジスタ２は、図１に示すゲート電極１４を有するトランジスタである。また、電荷電圧変換部ＦＤは、図１に示すソース／ドレイン拡散層１６に接続される不純物拡散層であるフローティングディフュージョンである。
【０１２１】
また、周辺領域７００には、複数の制御回路が配されている。複数の制御回路は、垂直走査回路５００及び水平走査回路６００を含む。また、複数の制御回路は、定電流源ブロック２００、列アンプブロック３００、保持容量ブロック４００、及び出力アンプブロック４５０を含む。定電流源ブロック２００は、画素配列領域１００における複数の列に接続された複数の列信号線ＰＶに対応して、複数の定電流源７を含む。列アンプブロック３００は、複数の列信号線ＰＶに対応して、複数の列アンプ部ＡＭを含む。保持容量ブロック４００は、複数の列アンプ部ＡＭに対応して、複数の列信号保持部８を含む。出力アンプブロック４５０は、出力アンプ９を含む。
【符号の説明】
【０１２２】
１１    シリコン基板
１４    ゲート電極
１５    フォトダイオード拡散層
１６    ソース／ドレイン拡散層
１７    層間絶縁層
１８    コンタクトプラグ
１９    第１の金属配線
１９１  バリアメタル層
１９２  導電層
１９３  バリアメタル層
２０    ハードマスク層
２１    層間絶縁層
２２    ビアプラグ
２３    第２の金属配線
２３１  バリアメタル層
２３２  導電層
２３３  バリアメタル層
２４    ハードマスク層
３３    レジスト
３５    反応生成物
３６    ＢＡＲＣ
【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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