(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成する半導体装置の電極用金属膜の上に無機質絶縁膜を層間膜として備えた半導体装置の製造方法において、
電極部窓開け工程と電極部窓に配線用金属を堆積する工程を有し、
前記電極部窓開け工程が、前記無機質絶縁膜上に前記電極部窓開け用の開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンの前記開口部のレジストの端部の断面をテーパー形状になるまで熱処理する工程と、
前記無機質絶縁膜を前記レジストパターンに基づいて、
ドライエッチングにより前記電極用金属膜が露出した開口を形成するまでエッチングを行う第１のエッチング工程と、
前記レジストパターンの前記電極部窓開け用の開口部の面積が所定の面積に広がるまで前記開口部のレジスト端部をドライエッチングによりエッチングを行う第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程により、前記所定の面積に広げた前記開口部により露出した無機質絶縁膜に所定の幅のテラスを持つ段差部をドライエッチングで形成する第３のエッチング工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
を含み、
少なくとも１回ずつの前記第２のエッチング工程と前記第３のエッチング工程を行い、
前記テラスの幅が前記配線用金属の堆積厚さと同程度の幅となるように前記段差部が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１のエッチング工程のドライエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行われ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】
前記第２のエッチング工程のドライエッチングは、Ｏ2アッシングにより行われ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４】
前記第３のエッチング工程のドライエッチングは、反応性イオンエッチングにより行われ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５】
前記無機質絶縁膜は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であ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。
【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、マイクロガスレートセンサ等の電極用金属膜の上に無機質絶縁膜を層間膜として備えた、電極部窓開け工程を必要とする半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板上に形成する半導体装置の電極用金属膜の上に保護膜としての層間膜である厚い無機質絶縁膜を必要とするガスレートセンサ等の半導体装置の製造プロセスにおいて、下層の電極用金属膜との接合窓（コンタクトウィンドウ）を形成する工程、すなわち、電極部窓開け工程は、次のようにして行われていた。
【０００３】
図１０は、従来の電極部窓開け工程を示す流れ図である。図１１は、電極部窓開け工程の各工程での半導体基板の断面図である。電極部窓開け工程は、レジストパターニング工程（ＳＴ１０１）とエッチング工程（ＳＴ１０２）とレジスト剥離工程（ＳＴ１０３）から成っている。
【０００４】
レジストパターニング工程（ＳＴ１０１）では、まず、図１１（ａ）で示す、半導体基板（例えばＳｉ基板）１００上に形成した無機質絶縁膜１０１、例えば窒化けい素（ＳｉＮｘ）上に電極用金属膜１０２、例えば白金（Ｐｔ）を堆積し、その上に無機質絶縁膜１０３、例えば窒化けい素（ＳｉＮｘ）が形成された積層構造１０４（ＳｉＮｘ／Ｐｔ／ＳｉＮｘ積層構造）の上にレジスト１０５をスピンコータなどにより、均一に塗布する（図１１（ｂ））。次に、電極部の窓開けを行う部分が光を通すようになっているマスクを積層構造１０４上のレジスト１０５に密着させ、レジスト１０５が反応する波長の光により露光し、その後、現像液に浸けることによりレジストの露光された部分が溶け、開口部１０６を形成する。そして、リンス液により現像液を洗浄する（図１１（ｃ））。
【０００５】
次に、エッチング工程（ＳＴ１０２）において、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、レジスト１０５の開口部１０６の無機質絶縁膜であるＳｉＮｘを除去し、コンタクトウィンドウ１０７を形成する（図１１（ｄ））。そして、レジスト剥離工程（ＳＴ１０３）において、レジストＯ2アッシングによりレジストを除去する（図１２（ｅ））。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の電極部窓開け工程は、一回の無機質絶縁膜をエッチングする工程と一回のレジストＯ2アッシングを行う工程によって行っていたため、図１１（ｅ）で示すように、コンタクトウィンドウの端の無機質絶縁膜１０３が形成する段差部（以後、コンタクトウィンドウ段差部と呼ぶ）１０８の断面形状は、急峻であった。
【０００７】
図１２は、そのようなコンタクトウィンドウ１０７に金属を堆積することにより形成した配線１０９の断面を示す。図１２で示すように、コンタクトウィンドウ段差部の断面形状は急峻であるため、配線の切れた部分１１０やカバレッジ不良の部分１１１が生じていることがある。また、保護膜として厚い無機質絶縁膜を必要とする半導体装置の製造プロセスでは、コンタクトウィンドウ段差部の高さは保護膜としての無機質絶縁膜の厚さによって決まってくる。
【０００８】
このように従来の電極部窓開け工程で形成したコンタクトウィンドウ段差部は、配線被覆性が悪く、配線の切断やカバレッジ不良などにより配線形成不良が生じるという問題点があった。
【０００９】
また、コンタクトウィンドウ段差部の配線被覆性を考慮するとコンタクトウィンドウ段差部の高さ以上の配線厚さが必要となるが、コストダウンや配線形成時の工数を削減する必要性を考慮すると、配線薄膜化が実現可能な形状を有するコンタクトウィンドウ段差部を得る必要があった。
【００１０】
上記課題を解決しようとする手段は、特開平１１−３４０１６１号公報に開示されており、それによると、コンタクトウィンドウを形成する方法として、第１段階として異方性エッチングを行い、第２段階として、等方性エッチングを行い、その後、第３段階として異方性エッチングを行う方法が開示されている。このような３段階のエッチング方法では、ウェットエッチングおよびドライエッチングを交互に行い、また、レジストパターニングを３回行う必要があり、工程が煩雑であると共に、コスト高であるという問題点がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、工程が煩雑でなく、コストが高くなく、また、配線形成不良が生ぜずに配線薄膜化が実現可能なコンタクトウィンドウ段差部が得られる電極窓開け工程を有する半導体装置の製造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および作用】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１３】
第１の半導体装置の製造方法（請求項１に対応）は、半導体基板上に形成する半導体装置の電極用金属膜の上に無機質絶縁膜を層間膜として備えた半導体装置の製造方法において、電極部窓開け工程と電極部窓に配線用金属を堆積する工程を有し、電極部窓開け工程が、無機質絶縁膜上に電極部窓開け用の開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンの開口部のレジストの端部の断面をテーパー形状になるまで熱処理する工程と、無機質絶縁膜をレジストパターンに基づいて、ドライエッチングにより電極用金属膜が露出した開口を形成するまでエッチングを行う第１のエッチング工程と、レジストパターンの電極部窓開け用の開口部の面積が所定の面積に広がるまで開口部のレジスト端部をドライエッチングによりエッチングを行う第２のエッチング工程と、第２のエッチング工程により、所定の面積に広げた開口部により露出した無機質絶縁膜に所定の幅のテラスを持つ段差部をドライエッチングで形成する第３のエッチング工程と、レジストパターンを除去する工程と、を含み、少なくとも１回ずつの第２のエッチング工程と第３のエッチング工程を行い、テラスの幅が配線用金属の堆積厚さと同程度の幅となるように段差部が形成されることで特徴づけられる。
【００１４】
第１の半導体装置の製造方法によれば、電極部窓開け工程が、無機質絶縁膜上に電極部窓開け用の開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンの開口部のレジストの端部の断面をテーパー形状になるまで熱処理する工程と、無機質絶縁膜をレジストパターンに基づいて、ドライエッチングにより電極用金属膜が露出した開口を形成するまでエッチングを行う第１のエッチング工程と、レジストパターンの電極部窓開け用の開口部の面積が所定の面積に広がるまで開口部のレジスト端部をドライエッチングによりエッチングを行う第２のエッチング工程と、第２のエッチング工程により、所定の面積に広げた開口部により露出した無機質絶縁膜に所定の幅のテラスを持った段差部をドライエッチングで形成する第３のエッチング工程と、レジストパターンを除去する工程と、から成るため、保護膜としての無機質絶縁膜のエッチングとレジストＯ２アッシングをそれぞれ２回以上に分けて行うことで、コンタクトウィンドウ段差部の形状を階段形状にすることにより、１段あたりの段差の高さが低くなり、配線の被覆性が向上し、断線やカバレッジ不良を低減できる。また、従来よりも配線の薄膜化が可能となり、低コスト化や作業時間の短縮も実現できる。
【００１５】
第２の半導体装置の製造方法（請求項２に対応）は、上記の方法において、好ましくは第１のエッチング工程のドライエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行われることで特徴づけられる。
【００１６】
第２の半導体装置の製造方法によれば、第１のエッチング工程のドライエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行われるため、混合ガス比を変えることにより、無機質絶縁膜とレジストのエッチング速度比を変化させることができ、コンタクトウィンドウ段差部の断面形状を制御することができる。
【００１７】
第３の半導体装置の製造方法（請求項３に対応）は、上記の方法において、好ましくは第２のエッチング工程のドライエッチングは、Ｏ2アッシングにより行われることで特徴づけられる。
【００１８】
第３の半導体装置の製造方法によれば、第２のエッチング工程のドライエッチングは、Ｏ2アッシングにより行われるため、マスク材のレジストを薄膜化すると共に、コンタクトウィンドウの開口部の拡大を簡単に、また、清浄にさらに、安定に行うことができる。
【００１９】
第４の半導体装置の製造方法（請求項４に対応）は、上記の方法において、好ましくは第３のエッチング工程のドライエッチングは、反応性イオンエッチングにより行われることで特徴づけられる。
【００２０】
第４の半導体装置の製造方法によれば、第３のエッチング工程のドライエッチングは、反応性イオンエッチングにより行われるため、混合ガス比を変えることにより、無機質絶縁膜とレジストのエッチング速度比を変化させることができ、コンタクトウィンドウ段差部の断面形状を制御することができる。
【００２１】
第５の半導体装置の製造方法（請求項５に対応）は、上記の方法において、好ましくは無機質絶縁膜は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることで特徴づけられる。
【００２２】
第５の半導体装置の製造方法によれば、無機質絶縁膜がシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜であるため、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、スパッタ法により容易に形成することができる。また、基板との熱的安定性、緻密性、密着性、耐クラック性、基板構成物質の無機質絶縁膜中への拡散がない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法での電極部窓開け工程を示す流れ図である。図２と図５は、電極部窓開け工程の各工程での半導体基板の断面図である。電極部窓開け工程は、レジストパターニング工程（ＳＴ１０）と熱処理工程（ＳＴ１１）と第１のエッチング工程（ＳＴ１２）と第２のエッチング工程（ＳＴ１３）と第３のエッチング工程（ＳＴ１４）とレジストパターンを除去する工程（ＳＴ１５）から成っている。
【００２６】
レジストパターニング工程（ＳＴ１０）は、無機質絶縁膜上に電極部窓開け用の開口部を有するレジストパターンを形成する工程であり、まず、図２（ａ）において、半導体基板（例えばＳｉ基板）１０上に形成した無機質絶縁膜１１、例えば１．２μｍの膜厚の窒化けい素（ＳｉＮｘ）上に電極用金属膜１２、例えば０．４μｍの膜厚の白金（Ｐｔ）を堆積し、その上に無機質絶縁膜１３、例えば１．４μｍの膜厚の窒化けい素（ＳｉＮｘ）が形成された積層構造１４（ＳｉＮｘ／Ｐｔ／ＳｉＮｘ積層構造）の上にレジスト１５をスピンコータなどにより、面内で均一に塗布する。例えば、下層にレジストＡＺ−ＡＤを塗布後、上層にレジストＡＺ１５００を塗布する（図２（ｂ））。次に、電極部の窓開けを行う部分が光を通すようになっているマスクを積層構造１４上のレジスト１５に密着させ、レジスト１５が反応する波長の光により露光し、その後、現像液に浸けることによりレジストの露光された部分が溶け、開口部１６を形成する。そして、リンス液により現像液を洗浄する（図２（ｃ））。
【００２７】
熱処理工程（ＳＴ１１）は、レジストパターンの開口部１６のレジストの端部の断面を所定のテーパー形状になるまで熱処理する工程であり、レジストをポストベークすることにより、パターン肩部形状を図２（ｄ）の部分Ｇ，Ｈで示すように弛緩させる。これは、例えば、オーブン内で１２０℃の温度で２０分間保持することにより行われる。
【００２８】
第１のエッチング工程（ＳＴ１２）は、無機質絶縁膜をレジストパターンに基づいて、ドライエッチングにより電極用金属膜が露出した開口を形成するまでエッチングを行う。第１のエッチング工程（ＳＴ１２）は、例えば、図示しない反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置のエッチング室内に熱処理工程（ＳＴ１１）を行った後の図２（ｄ）で示す断面を持つ半導体基板を試料ホルダにセッティングし、所定の真空度に真空引きした後、反応ガスとしてＣＨＦ3とＯ2とＮ2をそれぞれ４５ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍの流量でエッチング室内に導入し、圧力を４０ｍＴｏｒｒにし、ＲＦ電力２５０Ｗで４０分間、エッチングを行う。
【００２９】
図３は、第１のエッチング工程（ＳＴ１２）でのエッチングのされ方を示した図である。第１のエッチングにより、無機質絶縁膜１３がエッチングされると同時にレジスト１５もエッチングされ、エッチング前の無機質絶縁膜とレジストの断面（ａ）は、エッチングの途中では、図３の（ｂ）で示される形状となる。その後、電極用金属膜１２が露出するまでエッチングしたとき、無機質絶縁膜とレジストの断面は、図３の（ｃ）で示すようになる。
【００３０】
このように、第１のエッチング工程（ＳＴ１２）では、レジストもエッチングされ、コンタクトウィンドウ段差部１７がテーパー形状に形成される（図２（ｅ））。通常のコンタクトウィンドウ段差部１７は、テーパー角度が約５０度で形成される。
【００３１】
図４は、コンタクトウィンドウ段差部１７を正面から観察したときの拡大図である。コンタクトウィンドウ１は、電極用金属膜１２とコンタクトウィンドウ段差部１７とレジスト上部１８とレジスト肩部１９と、平坦部２０から成っていることが分かる。
【００３２】
第２のエッチング工程（ＳＴ１３）では、レジストパターンの電極部窓開け用の開口部の面積が所定の面積に広がるまで開口部のレジスト端部をドライエッチングによりエッチングを行う。所定の面積とは、レジストパターンの開口部が広がった結果として形成される無機質絶縁膜の上部の平坦な部分の幅が、後工程で行う配線の厚さと同程度になるような幅を持つようにする面積である。この工程では、ドライエッチングとしてＯ２アッシングを行うことにより、マスク材のレジストを薄膜化すると共に、コンタクトウィンドウ部の開口部を拡大させる。
【００３３】
第２のエッチング工程（ＳＴ１３）では、例えば、第１のエッチング工程（ＳＴ１２）を行った後の図２（ｅ）で示す断面を持つ半導体基板を図示しないＯ2アッシング用のプラズマ装置内にセッティングし、Ｏ2ガスを５０ｓｃｃｍの流量でプラズマ装置内に導入し、圧力８００ｍＴｏｒｒ、ＲＦ電力２００Ｗの条件で５分間アッシングを行う。それにより、レジストマスク厚を減少させ、パターン弛緩部の膜厚の薄い部分から膜がなくなり、図５（ａ）で示す無機質絶縁膜の露出部２１が形成されコンタクトウィンドウ部の開口部の面積が拡大される。
【００３４】
第３のエッチング工程（ＳＴ１４）では、第２のエッチング工程により、所定の面積に広げた開口部により露出した無機質絶縁膜に所定の段差の形状をドライエッチングで形成する。第３のエッチング工程（ＳＴ１４）では、例えば、図示しない反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置のエッチング室内に第２のエッチング工程を行った後の図５（ａ）で示す断面を持つ半導体基板を試料ホルダにセッティングし、所定の真空度に真空引きした後、反応ガスとしてＣＨＦ3とＯ2とＮ2をそれぞれ４５ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍの流量でエッチング室内に導入し、圧力を４０ｍＴｏｒｒにし、ＲＦ電力２５０Ｗで１０分間、エッチングを行う。これにより、第１のエッチング工程で形成した段差の深さの半分でエッチングを止める（図５（ｂ））。
【００３５】
図６は、第３のエッチング工程（ＳＴ１４）でのエッチングのされ方を示した図である。第３のエッチングにより、無機質絶縁膜１３がエッチングされると同時にレジスト１５もエッチングされ、無機質絶縁膜の段差部の高さの半分までエッチングしたとき、無機質絶縁膜とレジストの断面は、図６の（ｂ）で示すようになる。
【００３６】
このように、第３のエッチング工程（ＳＴ１２）では、レジストもエッチングされ、所定の面積に広げた開口部により露出した無機質絶縁膜に所定の幅、すなわち、後工程で堆積する配線の厚さと同程度の幅のテラス２３を持つ段差部をドライエッチングで形成することができる。
【００３７】
図７は、コンタクトウィンドウ段差部２４を正面から観察したときの拡大図である。コンタクトウィンドウ１は、電極用金属膜１２とコンタクトウィンドウ段差部２４とレジスト上部２５とレジスト肩部２６と、平坦部２７から成っていることが分かる。そして、コンタクトウィンドウ段差部２４は、下部段差部２８と、テラス２３と、上部段差部２９が形成されていることが分かる。
【００３８】
レジストパターンを除去する工程（ＳＴ１５）では、例えば、第３のエッチング工程（ＳＴ１４）を行った後の図５（ｂ）で示す断面を持つ半導体基板を図示しないＯ2アッシング用のプラズマ装置内にセッティングし、Ｏ2ガスを５０ｓｃｃｍの流量でプラズマ装置内に導入し、圧力８００ｍＴｏｒｒ、ＲＦ電力２００Ｗの条件で５分間アッシングを行う。その後、ＫＰ２０１剥離液に浸し、８０℃の温度で２分間揺動し、ＩＰＡ置換を行い、純水でリンスし、スピン乾燥を行う。この工程によりレジストが剥離され、階段状の形状をもったコンタクトウィンドウ部ができあがる。
【００３９】
図８と図９は、以上のようにして形成されたコンタクトウィンドウに配線用の金属を堆積させたときの半導体基板の断面図と平面図である。図のように、堆積した配線３０には、従来の方法で作成されたコンタクトウィンドウに堆積した配線で見られるような断線やカバレッジ不良がないことが分かる。
【００４０】
このように、保護膜のエッチングとレジストＯ２アッシングの組み合わせを２回以上に分けて行うことで、コンタクトウィンドウの段差部を階段形状とすることにより、１段あたりの段差が小さくなり、配線の被覆性が向上し、断線やカバレッジ不良等を低減できる。また、従来よりも配線の薄膜化が可能となり、低コスト化や作業時間の短縮も実現できる。
【００４１】
なお、本実施形態においては、無機系絶縁層として、ＳｉＮｘ膜を用いて説明したが、無機系絶縁層としてＳｉＯ2を用いて行うこともできる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００４３】
電極部窓開け工程において、保護膜としての無機質絶縁膜のエッチングとレジストＯ２アッシングの組み合わせを２回以上に分けて行い、コンタクトウィンドウを形成することで、コンタクトウィンドウの段差部をテラスを有する階段形状とすることにより、１段あたりの段差が小さくなり、コンタクトウィンドウ段差部における配線の被覆性が向上し、断線やカバレッジ不良等を低減できる。また、従来よりも配線の薄膜化が可能となり、低コスト化や作業時間の短縮も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法における電極部窓開け工程を示す流れ図である。
【図２】電極部窓開け工程の各工程での半導体基板の断面図である。
【図３】第１のエッチング工程（ＳＴ１２）でのエッチングのされ方を示した図である。
【図４】コンタクトウィンドウ段差部を上部から観察したときの拡大平面図である。
【図５】電極部窓開け工程の各工程での半導体基板の断面図である。
【図６】第３のエッチング工程（ＳＴ１４）でのエッチングのされ方を示した図である。
【図７】コンタクトウィンドウ段差部を上部から観察したときの拡大平面図である。
【図８】コンタクトウィンドウに配線用の金属を堆積させたときの半導体基板の断面図である。
【図９】コンタクトウィンドウに配線用の金属を堆積させたときの半導体基板の平面図である。
【図１０】従来の半導体装置の製造方法における電極部窓開け工程を示す流れ図である。
【図１１】従来の電極部窓開け工程の各工程での半導体基板の断面図である。
【図１２】従来の電極部窓開け工程により形成したコンタクトウィンドウに配線を形成したときの半導体基板の断面図である。
【符号の説明】
１０              半導体基板
１１              無機質絶縁膜
１２              電極用金属膜
１３              無機質絶縁膜
１４              積層構造
１５              レジスト
１６              開口部
１７              コンタクトウィンドウ段差部
１８              レジスト上部
１９              レジスト肩部
２０              平坦部
２１              無機質絶縁膜露出部
ＳＴ１０          レジストパターニング工程
ＳＴ１１          熱処理工程
ＳＴ１２          第１のエッチング工程
ＳＴ１３          第２のエッチング工程
ＳＴ１４          第３のエッチング工程
ＳＴ１５          レジストパターンを除去する工程
【図１】
0003805686.tif 000002
【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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