(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上部に第１層間絶縁膜を形成し、下部金属配線マスクを利用したフォトエッチング工程で前記第１層間絶縁膜の下部金属配線に予定される部分にトレンチを形成し、該トレンチを埋め込むように下部金属配線用金属層を全体表面の上部に形成し、該下部金属配線用金属層に対し平坦化工程を実施し下部金属配線を形成する工程と、
全体表面の上部に拡散防止膜を形成する工程と、前記拡散防止膜の上部に犠牲導電層を形成する工程と、
前記犠牲導電層を、上部金属配線マスクを利用したフォトエッチング工程で犠牲導電層パターンに形成する工程で、前記犠牲導電層パターンの下部側壁が、該犠牲導電層と前記拡散防止膜のエッチング選択比の差により誘発されるノッチング現象により側面エッチングされた“Ｔ”字型犠牲導電層パターンを形成する工程と、
全体表面の上部に前記“Ｔ”字型犠牲導電層パターンのアンダーカット部も埋め込まれるように第２層間絶縁膜を形成し、該第２層間絶縁膜を前記犠牲導電層パターンが露出するまで平坦化する工程と、
前記犠牲導電層パターンを除去して露出された拡散防止膜をエッチングし、前記下部金属配線を露出させることによりビアコンタクホールとトレンチを同時に形成する工程と、
前記ビアコンタクホールとトレンチを埋め込み、前記下部金属配線と接続される上部金属配線を形成する工程とを有することを特徴とする半導体素子の導電配線形成方法。
【請求項２】
前記犠牲導電層は、シリコン層で形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の導電配線形成方法。
【請求項３】
前記犠牲導電層は、５０〜３００℃の温度でＰＥＣＶＤ方法、又はＣＶＤ方法で５０００〜１２０００Åの厚さで形成された非晶質シリコン層であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の導電配線形成方法。
【請求項４】
前記犠牲導電層は、３００〜８５０℃の温度でＰＥＣＶＤ方法、又はＣＶＤ方法で５０００〜１２０００Åの厚さで形成された多結晶シリコン層であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の導電配線形成方法。
【請求項５】
前記拡散防止膜は、前記犠牲導電層とのエッチング選択比が１：５〜５００であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の導電配線形成方法。
【請求項６】
前記拡散防止膜は、Ｓｉ３Ｎ４膜又はＳｉＣ膜で形成されることを特徴とする請求項５記載の半導体素子の導電配線形成方法。
【請求項７】
前記犠牲導電層のフォトエッチング工程は、主エッチングガスとしてハロゲン族元素を用いたＣｘＦｙガス、Ｃｌ２ガス及びＨＢｒガスでなる群から選択される一つ以上の主エッチングガスと、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ及びＫｒからなる群から選択される一つ以上の補助エッチングガスとを用いて乾式方法で行われることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の導電配線形成方法。
【請求項８】
前記第２層間絶縁膜は、水素又はフッ素を含む酸化膜、又は、粘度及び誘電率が低い有機化学的物質で形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の導電配線形成方法。
【請求項９】
前記犠牲導電層パターンは、前記第２層間絶縁膜に対しエッチング選択比の差を有するＣｘＦｙガス、Ｃｌ２ガス、及びＨＢｒでなる群から任意に選択される一つのガス又はこれらのガスの組合せを利用した乾式方法で除去されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の導電配線形成方法。
【請求項１０】
前記犠牲導電層パターンは、前記第２層間絶縁膜に対しエッチング選択比の差を有する酢酸や硝酸を利用した湿式方法で除去されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の導電配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の導電配線形成方法に関し、より詳しくは多結晶シリコンのノッチング（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）現象を利用して半導体素子の特性向上及び高集積化を可能にする導電配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造技術の最大目標は、半導体素子の高集積化と高性能化にある。高集積化と高性能化を実現するため、最近最も大きい関心事として浮上する技術は銅配線技術である。
しかし、銅配線は一般的なエッチング物質を用いても殆どエッチングされない。そのため、層間絶縁膜をエッチングしてトレンチを形成し、そこを銅で埋め込んだ後、平坦化するダマシーン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）工程が用いられている。
ダマシーン工程を利用して銅配線を形成させる方法は非常に多様である。その中で代表的な方法は銅配線が形成される部分にトレンチを形成し、銅配線が下部配線と連結されるプラグ部分にビアコンタクトホールを磁気整列的に形成する方法である。
【０００３】
しかし、上記方法は露光装置の重ね合わせ（ｏｖｅｒｌａｙ）精度調節の能力に多くの問題があるため、０．１３μｍ以下のデザインルール（ｄｅｓｉｇｎ  ｒｕｌｅ）を有する高性能半導体素子の金属配線工程では多くの問題点が発生する。
先ず、０．１３μｍ級での金属配線とビアコンタクトホール部分の積層工程は、デザインルール上では０．０１μｍ以下のアライメント精度が求められる工程であるが、露光装置においてはアライメント精度を０．０３μｍ以下に制御することが難しい。さらに、実際の半導体素子の製造工程では、蒸着膜の厚さの均一度のバラツキや、露光装置状態によるアライメントの許容誤差範囲が０．０７μｍ以上であるため、ミスアライメントによる素子不良の発生が予想されるので、ダマシーン工程を行うのに制約を受ける。
また、上記のような製造工程上の問題を除いても、露光装置自体が有している重ね合わせ能力の限界により、ホールとトレンチのミスアライメントが必ず発生する。
これらにより、銅配線が埋め込まれるトレンチを形成するため層間絶縁膜をエッチングする工程で幾多の制約を受けることになる。
【０００４】
以下、図面を参照して従来の技術に対し説明する。
図１は、従来技術の第１実施例に係る半導体素子の導電配線形成方法でトレンチを形成した後、ビアコンタクトホールを形成する工程を示す断面図である。
先ず、半導体基板１１上部に所定の下部構造物を形成した後、全体表面の上部に第１層間絶縁膜１３を形成する。
その次に、第１層間絶縁膜１３で下部金属配線に予定されている部分を露出させる下部金属配線マスクをエッチングマスクとして、第１層間絶縁膜１３をエッチングしてトレンチを形成した後、前記構造の全表面に下部金属配線用金属層を形成する。この際、下部金属配線用金属層には銅膜が用いられる。
その次に、前記下部金属配線用金属層を化学的機械的研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ，以下ＣＭＰという）工程で平坦化し、下部金属配線１５を形成する。
【０００５】
次に、全体表面の上部に拡散防止膜１７を所定厚さに形成する。この際、拡散防止膜１７にはＳｉ３Ｎ４膜又はＳｉＣ膜が用いられる。
その次に、拡散防止膜１７上部に第２層間絶縁膜１９を形成する。
次に、上部金属配線に予定される部分を露出させる上部金属配線マスクをエッチングマスクとして、第２層間絶縁膜１９を所定厚さエッチングしてトレンチ２３を形成する。
その次に、第２層間絶縁膜１９上部にビアコンタクトに予定される部分を露出させる感光膜パターン２１を形成する。
この時、感光膜パターン２１は、ミスアライメントによりトレンチ２３を外れた部分も露出させ形成される。
【０００６】
図２は、従来技術の第２実施例に係る半導体素子の導電配線形成方法でビアコンタクトホールを形成した後、トレンチを形成する工程を示す断面図であり、図１の第２層間絶縁膜１９形成までの工程を行い、ビアコンタクトマスクをエッチングマスクとして第２層間絶縁膜１９をエッチングしてビアコンタクトホール２５を形成した後、第２層間絶縁膜１９の上部に上部金属配線に予定される部分を露出させる感光膜パターン２１を形成したものである。
この時、感光膜パターン２１がビアコンタクトホール２５の内部に埋め込まれ、後続工程の際、拡散防止膜１７が除去されないので、下部金属配線１５が露出されない現象が起きることがある。
【０００７】
一方、図３乃至図５は、従来技術に係る半導体素子の導電配線形成方法による問題点を示したＳＥＭ写真である。
図３は、ビアコンタクトホール形成のあと感光膜パターン除去工程等で用いられるＮ２ガス、又はＮＨ３ガスによる問題点を示したＳＥＭ写真であり、トレンチマスクに用いられる感光膜パターン形成工程の中で、アルカリ性現像液により感光膜の露光領域で発生した酸性Ｈ＋が中性Ｈ２Ｏとなって溶解されなければならないが、ビアコンタクトホール内に残留していたＮＨ＋、ＮＨ２＋、ＮＨ３＋等の酸性イオンによりビアコンタクトホールの上部まで溶解せず、茸状に残るポイズニング（ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ）現象が発生したものを示す。
【０００８】
図４は、金属配線間の犠牲誘電率を低めるため、エッチング停止膜を用いない状態でビアコンタクトホール及びトレンチを形成するための乾式エッチング工程を行う場合を示したＳＥＭ写真で、乾式エッチング工程の固有特性であるファセット（ｆａｃｅｔ）現象により、ビアコンタクトホール上部の縁が崩れたものを示す。
【０００９】
図５はビアコンタクトホールを形成し、ビアコンタクトホールを一部埋め込むトレンチ形成用感光膜を利用してトレンチをエッチングしたものを示したＳＥＭ写真で、ビアコンタクトホールとトレンチの幅が狭く、層間絶縁膜のトレンチエッチング工程時に発生するエッチング副産物が、ビアコンタクトホールを埋め込まれ感光膜周囲に付着する現象を示す。
【００１０】
上述のように従来技術に係る半導体素子の導電配線形成方法は、トレンチとビアコンタクトホール形成の際、パターニング工程でミスアライメントが発生し、図３乃至図５に示したような、ポイズニング現象、ファセット現象、及びエッチング副産物の再付着現象による素子の工程収率、及び信頼性の低下を引き起こすという問題点があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記従来の半導体素子の導電配線形成方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、多結晶シリコン層と下地膜間のエッチング選択比の差を利用して多結晶シリコン層をエッチングすることにより、ノッチング（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）現象を誘発させビアコンタクトプラグ及び金属配線に予定される部分に、下部が側面エッチングされた“Ｔ”字形態の多結晶シリコン層パターンを形成して、ミスアライメント誘発を防止し、素子の電気的特性を向上させる半導体素子の導電配線形成方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明に係る半導体素子の導電配線形成方法は、シリコン層と下地層のエッチング選択比の差により誘発されるノッチング現象を利用し、下部が側面エッチングされた“Ｔ”字形態のシリコン層パターンにて導電配線を形成することを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記目的を達成するためになされた本発明に係る半導体素子の導電配線形成方法は、半導体基板上部に第１層間絶縁膜を形成し、前記第１層間絶縁膜に下部金属配線を形成する工程と、全体表面の上部に拡散防止膜を形成する工程と、前記拡散防止膜の上部に犠牲導電層を形成する工程と、前記犠牲導電層を、上部金属配線マスクを利用したフォトエッチング工程で犠牲導電層パターンに形成する工程で、前記犠牲導電層パターンの下部側壁がノッチング現象により側面エッチングされた“Ｔ”字型犠牲導電層パターンを形成する工程と、全体表面の上部に前記犠牲導電層パターンが露出されるように平坦化された第２層間絶縁膜を形成する工程と、前記犠牲導電層パターンを除去して露出された拡散防止膜をエッチングし、前記下部金属配線を露出させることによりビアコンタクホールとトレンチを同時に形成する工程と、前記ビアコンタクホールとトレンチを埋め込み、前記下部金属配線と接続される上部金属配線を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記目的を達成するためになされた本発明に係る半導体素子の導電配線形成方法は、半導体基板上部に第１層間絶縁膜を形成し、下部金属配線マスクを利用したフォトエッチング工程で前記第１層間絶縁膜の下部金属配線に予定される部分にトレンチを形成し、該トレンチを埋め込むように下部金属配線用金属層を全体表面の上部に形成し、該下部金属配線用金属層に対し平坦化工程を実施し下部金属配線を形成する工程と、全体表面の上部に拡散防止膜を形成する工程と、前記拡散防止膜の上部に犠牲導電層を形成する工程と、前記犠牲導電層を、上部金属配線マスクを利用したフォトエッチング工程で犠牲導電層パターンに形成する工程で、前記犠牲導電層パターンの下部側壁が、犠牲導電層と前記拡散防止膜のエッチング選択比の差により誘発されるノッチング現象により側面エッチングされた“Ｔ”字型犠牲導電層パターンを形成する工程と、全体表面の上部に前記“Ｔ”字型犠牲導電層パターンのアンダーカット部も埋め込まれるように第２層間絶縁膜を形成し、該第２層間絶縁膜を前記犠牲導電層パターンが露出するまで平坦化する工程と、前記犠牲導電層パターンを除去して露出された拡散防止膜をエッチングし、前記下部金属配線を露出させることによりビアコンタクホールとトレンチを同時に形成する工程と、前記ビアコンタクホールとトレンチを埋め込み、前記下部金属配線と接続される上部金属配線を形成する工程とを有することを特徴とする。
ことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る半導体素子の導電配線形成方法の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図６乃至図１１は、本発明に係る半導体素子の導電配線形成方法を説明するための断面図である。
【００１６】
図６を参照すると、先ず、ワードライン、ビットライン、及びキャパシタ等の下部構造物が形成された半導体基板３１上部に第１層間絶縁膜３３を形成する。
その次に、下部金属配線マスクを利用したフォトエッチング工程で第１層間絶縁膜３３をエッチングし、下部金属配線に予定される部分を露出させるトレンチを形成する。
次に、トレンチに埋め込む下部金属配線用金属層を全体表面の上部に形成する。この際、下部金属配線用金属層は銅膜で形成する。
その次に、下部金属配線用金属層をＣＭＰ工程で平坦化させ、下部金属配線３５を形成する。
次に、全体表面の上部に拡散防止膜３７を所定の厚さに形成する。この際、拡散防止膜３７は、後続工程で形成される犠牲導電層をエッチングするためのエッチングガスに対し、拡散防止膜３７：犠牲導電層＝１：５〜１：５００のエッチング選択比の差を有するＳｉ３Ｎ４膜、又はＳｉＣ膜で形成されたものである。
【００１７】
その次に図７を参照すると、拡散防止膜３７の上部に犠牲導電層３９を形成する。この時、犠牲導電層３９は５０〜３５０℃の温度で５０００〜１２０００Åの厚さのシリコン層で形成し、ＰＥＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法、又はＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法で形成する。
ここで、犠牲導電層３９は、低い蒸着温度により結晶構造を有しない非晶質構造のシコリン層で形成される。
また、犠牲導電層３９は、３００〜８５０℃の温度でＰＥＣＶＤ方法、又はＣＶＤ方法を利用して多結晶シリコン層にて形成することもできる。
【００１８】
次に図８を参照すると、犠牲導電層３９上部に上部金属配線に予定される部分を保護する感光膜パターン４１を形成する。この時、感光膜パターン４１は上部金属配線マスクを利用した露光及び現像工程で形成するが、ビアコンタクトホールが形成される部分は上部金属配線のみ形成される部分より広く形成し、ドグボーン（ｄｏｇ  ｂｏｎｅ）形態に形成する。
【００１９】
その次に図９を参照すると、感光膜パターン４１をエッチングマスクとして犠牲導電層３９をエッチングし、上部金属配線及びビアコンタクトプラグの形態の犠牲導電層パターン４０を形成する。この時、エッチング工程は主エッチングガスとしてハロゲン族元素を用いたＣｘＦｙガス、Ｃｌ２ガス及びＨＢｒガスでなる群から選択される一つ以上のガスを用い、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ及びＫｒ等のプラズマ希釈ガスを補助エッチングガスとして用いる乾式エッチング工程で行われる。
ここで、犠牲導電層３９のエッチング選択比が下地膜である拡散防止膜３７に対し１０：１以上に大きく差が出るため、エッチングガスで発生したＣｌ、Ｂｒ等のラジカル（ｒａｄｉｃａｌ）により犠牲導電層３９の下部が側面エッチングされる。側面エッチングはノッチングを誘発し、犠牲導電層パターン４０はアンダーカットを有する“Ｔ”字型に形成される。
【００２０】
次に図１０を参照すると、感光膜パターン４１を除去して洗浄工程を進める。この時、感光膜パターン４１は、Ｏ２ガスにＣｘＦｙガスを添加した混合ガスを利用した乾式エッチング工程で除去する。この際、感光膜パターン４１が除去されるとともに、前工程で発生した側面ポリマも除去される。
その次に、全体表面の上部に第２層間絶縁膜４３を形成する。この時、第２層間絶縁膜４３は、粘度及び誘電率が低い有機化学物質や、あるいはＨＳＱ（ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）、Ｆｏｘ（ｆｌｏｗａｂｌｅ  ｏｘｉｄｅ）のように水素、又はフッ素が含まれる物質を用いて犠牲導電層パターン４０下部のアンダーカット部分が完全に埋め込まれるように形成する。
次に、第２層間絶縁膜４３を平坦化エッチングして犠牲導電層パターン４０を露出させる。
【００２１】
その次に図１１を参照すると、露出された犠牲導電層パターン４０と犠牲導電層パターン４０を除去して露出された拡散防止膜３７を除去し、下部金属配線３５を露出させるビアコンタクトホール４５とトレンチ４７を磁気整列的に形成する。この時、犠牲導電層パターン４０と拡散防止膜３７の除去工程は、第２層間絶縁膜４３に対しエッチング選択比の差を有するＣｘＦｙガス、Ｃｌ２ガス又はＨＢｒガスを利用した乾式エッチング工程で行うか、酢酸又は硝酸等を利用した湿式エッチング工程で行う。ここで、上記エッチング工程は装置に係りなく、０．５〜１５００ｍＴｏｒｒの圧力下で５０〜３０００Ｗのソースパワーと０〜２００Ｗのバイアスパワーを印加し、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ等のハロゲン族元素を含むガスを主エッチングガスとし、不活性ガスを補助ガスとして用いて行う。
【００２２】
【発明の効果】
以上で説明したように本発明に係る半導体素子の導電配線形成方法は、多結晶シリコン層が下地膜と１０：１以上のエッチング選択比の差を有する場合に発生されるノッチング現象を利用して金属配線等の導電配線を形成することにより工程を単純化して素子の動作特性及び信頼性を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の第１実施例に係る半導体素子の導電配線形成方法でトレンチを形成した後、ビアコンタクトホールを形成する工程を示す断面図である。
【図２】従来技術の第２実施例に係る半導体素子の導電配線形成方法でビアコンタクトホールを形成した後、トレンチを形成する工程を示す断面図である。
【図３】従来技術に係る半導体素子の導電配線形成方法による問題点を示す写真であり、ビアコンタクトホール形成のあと感光膜パターン除去工程等で用いられるＮ２ガス、又はＮＨ３ガスによる問題点を示したＳＥＭ写真である。
【図４】従来技術に係る半導体素子の導電配線形成方法による問題点を示す写真であり、金属配線間の犠牲誘電率を低めるため、エッチング停止膜を用いない状態でビアコンタクトホール及びトレンチを形成するための乾式エッチング工程を行う場合を示したＳＥＭ写真である。
【図５】従来技術に係る半導体素子の導電配線形成方法による問題点を示す写真であり、ビアコンタクトホールを形成し、ビアコンタクトホールを一部埋め込むトレンチ形成用感光膜を利用してトレンチをエッチングしたものを示したＳＥＭ写真である。
【図６】本発明の第１実施例に係る半導体素子の導電配線形成方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の第１実施例に係る半導体素子の導電配線形成方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の第１実施例に係る半導体素子の導電配線形成方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第１実施例に係る半導体素子の導電配線形成方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第１実施例に係る半導体素子の導電配線形成方法を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第１実施例に係る半導体素子の導電配線形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
３１        半導体基板
３３        第１層間絶縁膜
３５        下部金属配線
３７        拡散防止膜
３９        犠牲導電層
４０        犠牲導電層パターン
４１        感光膜パターン
４３        第２層間絶縁膜
４５        ビアコンタクトホール
４７        トレンチ
【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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