(57)【要約】【課題】レジスト層のエッチングと窒化チタンのエッチングとを同時に行い、半導体装置の形成方法を簡素化する。【解決手段】第１配線層１６を形成する第１のステップと、さらに窒化チタン層１８を形成する第２のステップと、窒化チタン層１８上に絶縁層２０を形成する第３のステップと、絶縁層２０上にレジスト層２２を形成し、レジスト層２２をパターンニングしたうえで絶縁層２０をエッチングして窒化チタン層１８が露出する開口部を含むパターンを形成する第４のステップと、レジスト層２２を除去する第５のステップと、を備え、第５のステップは、四フッ化炭素を含むガスを用いて行われることによって開口部において露出している窒化チタン層１８をレジスト層２２と同時に除去する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料からなる第１配線層を形成する第１のステップと、
前記第１配線層上に窒化チタン層を形成する第２のステップと、
前記窒化チタン層上に絶縁層を形成する第３のステップと、
前記絶縁層上にレジスト層を形成し、前記レジスト層をパターンニングしたうえで前記絶縁層をエッチングして前記窒化チタン層が露出する開口部を含むパターンを形成する第４のステップと、
前記レジスト層を除去する第５のステップと、を備え、
前記第５のステップは、四フッ化炭素を含むエッチングガスを用いて行われることによって前記開口部において露出している前記窒化チタン層を前記レジスト層と同時にエッチングすることを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の形成方法であって、
前記第５のステップは、四フッ化炭素と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いて行われることを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の形成方法であって、
前記第５のステップは、四フッ化炭素と酸素との比が１：２５０から１：１０００の範囲で行われることを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の形成方法であって、
前記第５のステップは、エッチングガスを第１の圧力から、前記第１の圧力より高い第２の圧力へと変化させてエッチングすることを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の形成方法であって、
前記第５のステップは、前記第１の圧力の状態のときのエッチングガスに含まれる酸素に対する四フッ化炭素の比を、前記第２の圧力の状態のときのエッチングガスに含まれる酸素に対する四フッ化炭素の比よりも低くしてエッチングすることを特徴とする半導体装置の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線やコンタクトの形成を含む半導体装置の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロプロセッサや電荷結合素子（ＣＣＤ）等の半導体装置の集積化や高性能化に伴って、半導体装置の厚さ方向に多層に亘って配線を配置する多層配線構造が採用されている。
【０００３】
配線材料としては銅等を合金化させたアルミニウム合金が用いられている。まず、図４の素子断面図に示すように、主配線層となるアルミニウム合金膜７０、反射防止膜となる高融点金属膜である窒化チタン（ＴｉＮ）７２を順に形成し、フォトリソグラフィ技術等によりパターンニングして下層配線を形成する。次に、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）等を用いて下層配線を含む全面に層間絶縁層７４を堆積し、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法により表面を平坦化する。さらに、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等により層間絶縁層に下層配線の表面の一部を露出するビアホールを形成する。そのビアホールを埋め込むように、上層配線としてアルミニウム合金７６（必要に応じてさらに窒化チタン）を形成する。このような工程を繰り返すことによって多層配線構造を形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の多層配線構造では、ビアホールの領域における下層配線の窒化チタン７２が残されたまま上層配線のアルミニウム合金７６と接合する構造となっている。下層配線と上層配線との接合部における窒化チタン７２は多層配線における抵抗値を高くするため、除去することが望ましい場合がある。そこで、レジスト層をマスクとして層間絶縁層７４を除去した後に、四フッ化炭素（ＣＦ４）等を用いたエッチング工程を設けてビアホール内に露出された窒化チタン７２を除去する処理を行う場合がある。
【０００５】
しかしながら、レジスト層のエッチング工程と窒化チタンのエッチング工程とを分けて行っているので、多層配線構造を含む半導体装置の製造工程が複雑化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑み、より簡素化された半導体装置の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、導電性材料からなる第１配線層を形成する第１のステップと、前記第１配線層上に窒化チタン層を形成する第２のステップと、前記窒化チタン層上に絶縁層を形成する第３のステップと、前記絶縁層上にレジスト層を形成し、前記レジストをパターンニングしたうえで前記絶縁層をエッチングして前記窒化チタン層が露出する開口部を含むパターンを形成する第４のステップと、前記レジスト層を除去する第５のステップと、を備え、前記第５のステップは、四フッ化炭素を含むエッチングガスを用いて行われることによって前記開口部において露出している前記窒化チタン層を前記レジスト層と同時にエッチングすることを特徴とする半導体装置の形成方法である。
【０００８】
ここで、前記第５のステップは、四フッ化炭素と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いて行われる。このとき、四フッ化炭素と酸素との比を１：２５０から１：１０００の範囲に設定することが好適である。
【０００９】
また、前記第５のステップは、エッチングガスを第１の圧力から、前記第１の圧力より高い第２の圧力へと変化させて行うことが好適である。このとき、前記第１の圧力の状態のときのエッチングガスに含まれる酸素に対する四フッ化炭素の比を、前記第２の圧力の状態のときのエッチングガスに含まれる酸素に対する四フッ化炭素の比よりも低くしてエッチングすることがより好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、レジスト層のエッチングと窒化チタンのエッチングとを同時に行うことが可能となり、より簡素化された半導体装置の形成方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態における多層配線やコンタクトの形成を含む半導体装置の形成方法は、図１に示すフローチャートに沿って実行される。以下、図２の各ステップにおける被処理基板の概念図を参照しつつ、本実施の形態における半導体装置の形成方法について説明する。
【００１２】
ステップＳ１０では、被処理基板１０の表面上に第一層目の絶縁層１２が形成される。被処理基板１０は、シリコン等の半導体基板であり、その表面領域にはトランジスタ、コンデンサ、受光素子、電荷転送素子等の素子が形成されている。その被処理基板１０の表面上に、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）等を用いて第一層目の絶縁層１２を形成する。ＴＥＯＳを用いた絶縁層の形成方法は既存のものであるのでここでの説明は省略する。
【００１３】
ステップＳ１２では、第１の主配線層１６を形成する。主配線層１６には、アルミニウムを含有するアルミニウム合金層が適用される。例えば、アルミニウムに所定の割合で銅を含有させた材料により主配線層１６を形成する。主配線層１６は、スパッタリングや蒸着等の既存の形成方法により形成することができる。
【００１４】
ステップＳ１４では、窒化チタン層１８を形成する。ステップＳ１２で形成された主配線層１６上に窒化チタン層１８を形成する。窒化チタン層１８は、スパッタリングや蒸着等の既存の形成方法により形成することができる。窒化チタン層１８は、反射防止膜等の役割を果たす。窒化チタン層１８の形成により、第一層目の配線層が完成する。
【００１５】
ステップＳ１６では、第二層目の絶縁層２０が形成される。第一層目の配線層の表面となる窒化チタン層１８の表面上に、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）等を用いて層間絶縁層となる第二層目の絶縁層２０を形成する。
【００１６】
ステップＳ１８では、絶縁層２０のエッチングのためのレジスト層２２が形成される。スピンコータ等を用いて、絶縁層２０の表面上にレジスト剤を塗布してレジスト層２２を形成する。さらに、マスクを用いたフォトリソグラフィ技術により、第一層目の配線層とコンタクトさせる領域のレジスト層２２を除去する。
【００１７】
ステップＳ２０では、絶縁層２０のエッチング処理を行う。絶縁層２０のエッチング処理には、フルオロカーボンガス（過フッ化炭化水素）を用いた反応性イオンエッチングやフッ化水素酸を用いたウエットエッチングを適用することができる。レジスト層２２の開口部の絶縁層２０が完全に除去され、第一層目の配線層の表面である窒化チタン層１８の表面が露出するとエッチングを停止する。
【００１８】
ステップＳ２２では、レジスト層２２の除去処理が行われる。ここでは、レジスト層２２の除去と同時に、絶縁層２０の開口部に露出されている窒化チタン層１８を除去する処理を行う。
【００１９】
レジスト剥離には、酸素ガスを高周波などによりプラズマ化させ、そのプラズマを利用してレジスト層２２を剥離するプラズマアッシングを用いる。レジスト層２２の除去処理には、図３に示すようなプラズマ装置１００を用いることができる。プラズマ装置１００は、チャンバ５０、基板ステージ５２、対向電極５４、電源５６、整合器５８、ガス供給手段６０及び排気ポンプ６２を含んで構成される。
【００２０】
チャンバ５０は、ステンレス等の真空槽であり、排気ポンプ６２によって内部を真空排気できるように構成されている。チャンバ５０内には、基板ステージ５２及び対向電極５４が設けられる。基板ステージ５２は、基板チャック手段や基板加熱手段を備え、被処理基板１０を載置するために用いられる。対向電極５４は、基板ステージ５２の基板載置面と対向するように配置される。対向電極５４には整合器５８を介して電源５６が接続され、基板ステージ５２は接地される。
【００２１】
レジスト除去処理時には、ガス供給手段６０により酸素ガス（Ｏ2）をチャンバ５０に導入する。酸素ガスの流量はガス供給手段６０に含まれる流量調整器により調整する。さらに、本実施の形態において窒化チタン層１８を除去する処理においては、酸素ガスに加えて四フッ化炭素（ＣＦ4）をチャンバ５０に導入する。四フッ化炭素の流量もガス供給手段６０に含まれる流量調整器により調整する。チャンバ５０内のガスの圧力は排気ポンプ６２に付設されている圧力調整器により調整する。
【００２２】
酸素ガス、又は、酸素ガス及び四フッ化炭素ガスがチャンバ５０内に導入された状態で、電源５６からラジオ波（ＲＦ）又はマイクロ波の高周波を対向電極５４に印加することによってチャンバ５０内にガスのプラズマを発生させる。このとき、整合器５８を用いて対向電極５４と基板ステージ５２との間の空間に電源５６からの電力が効率良く導入されるようにインピーダンスの整合を行う。
【００２３】
ここで、圧力は１０Ｐａから１０００Ｐａの範囲、プラズマ発生電力は１００Ｗから２０００Ｗの範囲に設定することが好適である。窒化チタン層１８を除去する場合、四フッ化炭素と酸素との流量比を１：２５０から１：１０００の範囲に設定することが好適である。なお、レジスト層２２のみを除去する場合には四フッ化炭素を導入する必要はない。また、処理時間は、上記条件の組み合わせに依るが、１０秒から５分程度にすればよい。
【００２４】
このようにして発生させたプラズマにより被処理基板１０の表面に形成されたレジスト層２２がエッチングされる。それと同時に、絶縁層２０の開口部に露出されている窒化チタン層１８も除去され、その下の第１の主配線層１６（アルミニウム合金層）が露出される。
【００２５】
このとき、処理を多段階に分けて行うことも好適である。すなわち、レジスト層２２の除去を主目的とするステップと窒化チタン層１８の除去を主目的とするステップとに分けて処理を行う。例えば、第１のステップではガスを第１の圧力に設定してレジスト層２２を主に除去し、第２のステップでは第１の圧力より高い第２の圧力へと変化させて窒化チタン層１８も含めて除去を行う。このとき、第１のステップにおける酸素に対する四フッ化炭素の比を、第２のステップにおける酸素に対する四フッ化炭素の比よりも低く設定することが好適である。
【００２６】
具体的には、次のように条件で処理を行うことができる。第１のステップでは、酸素のみを１０００ｓｃｃｍ導入し、チャンバ５０内の圧力を７０Ｐａに設定し、プラズマ発生電力を１０００Ｗとしてプラズマを発生させてレジスト層２２のみを除去する。処理時間は７０秒とする。第２のステップでは、酸素を９９８ｓｃｃｍ及び四フッ化炭素を２ｓｃｃｍ導入し、チャンバ５０内の圧力を４００Ｐａに設定し、プラズマ発生電力を１０００Ｗとしてプラズマを発生させてレジスト層２２と窒化チタン層１８の両方を除去する。処理時間は６０秒とする。もちろん、各ステップにおける処理条件はこれに限定されるものではない。また、ステップは２段階以下に限定されるものではなく、１段階又は３段階以上にしてもよい。
【００２７】
ステップＳ２４では、第２の主配線層２４を形成する。主配線層２４には、第１の主配線層１６と同様に、アルミニウムを含有するアルミニウム合金層が適用される。主配線層２４は、スパッタリングや蒸着等の既存の形成方法により形成することができる。
【００２８】
ステップＳ２６では、窒化チタン層２６を形成する。ステップＳ２４で形成された主配線層２４上に窒化チタン層２６を形成する。窒化チタン層２６は、スパッタリングや蒸着等の既存の形成方法により形成することができる。窒化チタン層２６は、反射防止膜等の役割を果たす。窒化チタン層２６の形成により、第二層目の配線層が完成する。
【００２９】
上記ステップＳ１６〜Ｓ２６を繰り返すことによって、多層配線構造を形成することができる。また、最上層の配線層を所望の形状に加工することによって電極等のパッドとすることもできる。このとき、本実施の形態によれば、レジスト層のエッチングと窒化チタンのエッチングとを同時に行うことが可能となり、多層配線構造や電極パッド等の形成方法をより簡素化されたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の形成方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置の形成方法の各ステップを模式的に示した図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるプラズマ装置の構成を示す図である。
【図４】従来の多層配線構造の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  被処理基板、１２  絶縁層、１４  レジスト層、１６  第１の主配線層、１８  窒化チタン層、２０  絶縁層、２２  レジスト層、２４  第２の主配線層、２６  窒化チタン層、５０  チャンバ、５２  基板ステージ、５４  対向電極、５６  電源、５８  整合器、６０  ガス供給手段、６２  排気ポンプ、１００  プラズマ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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