半導体装置の製造方法
【課題】金属層の損傷を抑制した半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】Ｃｕ配線２上に酸化膜３を堆積する工程と、前記酸化膜３をドライエッチングして、前記Ｃｕ配線２に通達するビアホールＨを形成する工程と、前記ビアホールＨ内にＤＩＷを供給する工程と、前記ＤＩＷを供給した後に、前記ビアホールＨ内に燐酸アンモニウムを供給する工程と、前記燐酸アンモニウムを供給した後に、前記ビアホールＨ内に導電材料５を埋め込む工程とを含む。
【解決手段】Ｃｕ配線２上に酸化膜３を堆積する工程と、前記酸化膜３をドライエッチングして、前記Ｃｕ配線２に通達するビアホールＨを形成する工程と、前記ビアホールＨ内にＤＩＷを供給する工程と、前記ＤＩＷを供給した後に、前記ビアホールＨ内に燐酸アンモニウムを供給する工程と、前記燐酸アンモニウムを供給した後に、前記ビアホールＨ内に導電材料５を埋め込む工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチングを使用して絶縁膜に孔を形成する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体装置の製造工程においては、例えば金属層上に堆積された絶縁膜をドライエッチングして、該金属層に通達する孔を形成した後、該孔に導電材料を埋め込むことがある。ドライエッチングのエッチングガスにＯ2が含まれていると、孔底に露出する金属層の表面に、該金属層の酸化物などが形成される。金属層の表面に形成される酸化物は、コンタクト抵抗を低下させる原因となる。そのため、孔に導電材料を埋め込む前に、例えば燐酸（Ｈ3ＰＯ4）と水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）の混合溶液などの薬液を供給して、酸化物を除去している。
【０００３】
孔底に露出する金属層の表面酸化物を除去する技術としては、例えば孔内に酸性の薬液とアルカリ性の薬液を順番に供給する手法が知られている。本手法によれば、酸性の薬液が表面酸化物を除去して、アルカリ性の薬液が表面酸化物の自然成長を抑制する（例えば、下記引用文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００２−２７５６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、金属層の表面に形成された酸化物を除去するために、燐酸と水酸化アンモニウムの混合溶液などの薬液を供給すると、金属層の表面に、例えば溶出などの損傷が発生することがある。溶出などの損傷は、コンタクト抵抗の低下など、種々の問題の原因となる。そこで本発明は、金属層の損傷を抑制した半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によれば、金属層上に絶縁膜を堆積する工程と、前記絶縁膜をドライエッチングして、前記金属層に通達する孔を形成する工程と、前記孔内に第１の薬液を供給する工程と、前記第１の薬液を供給した後に、前記孔内に第２の薬液を供給する工程と、前記第２の薬液を供給した後に、前記孔内に導電材料を埋め込む工程とを含み、前記第１の薬液は、前記第２の薬液に比べて、前記孔を形成するときに前記金属層上に形成される前記金属層の酸化物の溶解レートが低い半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、半導体装置の製造方法において、絶縁膜に形成された孔底に露出する金属層の損傷を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（第１の実施形態）
以下、半導体装置の製造工程の中でも、特に多層配線に含まれるビアＶの形成工程について詳細に説明する。図１−図６は本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図である。先ず、図１に示す構造を用意する。本構造は、以下のように作製される。すなわち、例えばシリコン基板（図示しない）上の酸化膜１に形成された溝内に、例えばメッキ法により、Ｃｕ配線（金属層）２を埋め込む。酸化膜１としては、例えばＳｉＯ2などを用いる。そして、酸化膜１及びＣｕ配線２上に、例えばＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長法）により、酸化膜３を形成する。酸化膜３としては、例えばＳｉＯＣなどを用いる。酸化膜３の膜厚は、例えば２００ｎｍである。そして、酸化膜３上に、例えばフォトリソグラフィー法により、レジストパターン４を形成する。
【０００８】
次に、図２に示すように、レジストパターン４をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより、酸化膜３に、Ｃｕ配線２に通達するビアホールＨを形成する。エッチングガスとしては、例えばＣ4Ｆ6、Ｏ2、Ｎ2、及びＡｒを含むガスを用いる。Ｃ4Ｆ6の流量は、例えば５ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば５ｓｃｃｍである。Ｎ2の流量は、例えば８０ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば５００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば５０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１２００Ｗである。本エッチングを実施すると、エッチングガスに含まれるＯ2により、Ｃｕ配線２の表面にＣｕＯ（酸化物）が形成される。さらに、プラズマ中のイオンや電子がＣｕ配線２に突入して、該Ｃｕ配線２が帯電する。
【０００９】
次に、図３に示すように、例えばアッシングにより、レジストパターン４を灰化して除去する。アッシングのガスとしては、例えばＯ2を含むガスを用いる。Ｏ2の流量は、例えば６００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば２０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば３００Ｗである。本アッシングを実施しても、前述と同様に、Ｃｕ配線２の表面にＣｕＯが形成され、Ｃｕ配線２が帯電する。
【００１０】
次に、図４に示すように、ビアホールＨ内に、導電性を有するＤＩＷ（ｄｉｓｔｉｌｌｅｄ ｉｏｎ ｗａｔｅｒ；イオン化蒸留水）を供給して、Ｃｕ配線２に蓄積された電荷を放電される。ＤＩＷを供給するときに、スピンコータを使用すれば、ＤＩＷの使用量を減らすことができる。
【００１１】
次に、図５に示すように、ビアホールＨ内に、例えば燐酸と水酸化アンモニウムの混合溶液（以下、燐酸アンモニウムとする）などを供給して、ビアホールＨ底に形成されたＣｕＯなどを溶解して除去する。燐酸アンモニウムなどを供給するときに、スピンコータを使用しても良い。
【００１２】
次に、図６に示すように、例えばメッキ法により、ビアホールＨ内に、例えば導電材料５を埋め込み、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；化学的機械的研磨）により、酸化膜３上に形成された導電材料５を除去する。こうしてビアＶが完成する。導電材料５としては、例えばＣｕなどを用いる。
【００１３】
以上のような手順でビアホールＨを形成すると、ビアホールＨ底のＣｕ配線２が溶出しないことが確認された。これは、燐酸アンモニウムを供給する前にＤＩＷを供給することで、Ｃｕ配線２の表面を露出させることなく、Ｃｕ配線２に蓄積された電荷を放電できたためと推測される。すなわち、Ｃｕ配線２の表面全体をＣｕＯで被覆したまま、Ｃｕ配線２に蓄積された電荷を放電できたためと推測される。以下、推測されるＣｕ配線２の溶出防止のメカニズムを説明する。
【００１４】
従来のように、ＤＩＷを供給することなく、燐酸アンモニウムだけを供給すると、ＣｕＯの薄い部分が真先に除去され、Ｃｕ配線２の表面が局所的に露出する。このため、Ｃｕ配線２に蓄積された電荷は、Ｃｕ配線２の露出部分から集中的に放電され、Ｃｕ配線２に局所的な電流（以下、局所電流とする）が流れる。これにより、Ｃｕ配線２が過度に加熱され、Ｃｕ配線２が溶出していたと推測される。
【００１５】
これに対し、ＤＩＷは、燐酸アンモニウムよりもＣｕＯの溶解レートが低い。具体的には、燐酸アンモニウムによるＣｕＯの溶解レートが５０ｎｍ／ｍｉｎ程度であるのに対し、ＤＩＷによるＣｕＯの溶解レートは、０．４ｎｍ／ｍｉｎ〜０．５ｎｍ／ｍｉｎ程度である。すなわち、ＤＩＷの溶解レートは、燐酸アンモニウムの溶解レートの１／１００以下である。このため、ビアホールＨ内にＤＩＷを供給しても、Ｃｕ配線２を放電させている最中に、Ｃｕ配線２が露出することがない。これにより、前述したような局所電流が発生せず、Ｃｕ配線２が溶出しなかったと推測される。
【００１６】
燐酸アンモニウムよりもＣｕＯの溶解レートが低い薬液としては、ＤＩＷのほかに、例えばＩＰＡ（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；イソプロピルアルコール）などが存在する。したがって、ＩＰＡなどを使用しても、Ｃｕ配線２の溶出を防止できると推測される。尚、ＩＰＡによるＣｕＯの溶解レートは、ＤＩＷによるＣｕＯの溶解レートよりも低い。
【００１７】
尚、ＤＩＷに、例えばＣＯ2などを溶解して、ＰＨ（potential of hydrogen）を７未満に調整しても良い。ＰＨが７未満であれば、ＤＩＷを供給したときに、ビアホールＨ底に形成されるＣｕＯの膜厚が均一になる。これは、ＰＨを７未満に調整することで、ＤＩＷの酸化力が増加し、ＣｕＯの薄い箇所が増膜したことによると推測される。尚、ＣＯ2の濃度を０．０１ｐｐｍより高くすれば、ＰＨは７未満となる。
【００１８】
このように、ＤＩＷのＰＨを７未満に調整して、ビアホールＨ底に露出するＣｕＯの膜厚を均一にすれば、燐酸アンモニウムを供給したときに、Ｃｕ配線１１の表面全体が同時に露出することになる。すなわち、Ｃｕ配線１１が局所的に露出することがない。そのため、燐酸アンモニウムを供給する時点で、仮にＣｕ配線１１に電荷が残留していても、Ｃｕ配線１１の表面全体から均一に電流が流れるので、Ｃｕ配線２が溶出することがない。
【００１９】
尚、ＰＨを低下させると、ＤＩＷの比抵抗値が低下するので、Ｃｕ配線１１に蓄積した電荷の迅速な放電も可能となる。すなわち、ＰＨを７未満に調整すれば、迅速な放電と、効率的なＣｕＯの形成とを同時に実現できる。
【００２０】
ＤＩＷの代わりにＩＰＡを用いる場合、該ＩＰＡを例えば水で希釈してＰＨを７未満に調整すれば良い。尚、ＩＰＡのＰＨは７未満であるので、水で希釈すれば、ＰＨを７に近づくことになる。
【００２１】
尚、本実施形態においては、金属層として、Ｃｕ配線２を用いているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えばＡｌなどを含んでいても良い。
（第２の実施形態）
以下、半導体装置の製造工程の中でも、特に多層配線に含まれるビアＶと配線Ｗの形成工程について詳細に説明する。図７−図２８は本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図である。先ず、図７に示す構造を用意する。本構造は、以下のように作製される。すなわち、例えばシリコン基板（図示しない）上の酸化膜１０の溝内に、例えばメッキ法により、Ｃｕ配線（金属層）１１を形成する。酸化膜１０としては、例えばＳｉＯ2などを用いる。そして、酸化膜１０及びＣｕ配線１１上に、プラズマＣＶＤ法により、炭化膜１２を形成する。炭化膜１２としては、例えばＳｉＣなどを用いる。炭化膜１２の膜厚は、例えば５０ｎｍである。そして、炭化膜１２上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、酸化膜１３を形成する。酸化膜１３としては、例えばＳｉＯＣなどを用いる。酸化膜１３の膜厚は、例えば２００ｎｍである。そして、酸化膜１３上に、例えばＣＶＤ法により、酸化膜１４を形成する。酸化膜１４としては、例えば多孔質の低誘電率絶縁膜を用いる。酸化膜１４の比誘電率は、例えば２．２５程度である。酸化膜１４の膜厚は、例えば１５０ｎｍである。そして、酸化膜１４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、炭化膜１５を形成する。炭化膜１５としては、例えばＳｉＣなどを用いる。炭化膜１５の膜厚は、例えば５０ｎｍである。そして、炭化膜１５上に、例えばＣＶＤ法により、酸化膜１６を形成する。酸化膜１６としては、例えばＳｉＯ2などを用いる。酸化膜１６の膜厚は、例えば１５０ｎｍである。そして、酸化膜１６上に、例えばＣＶＤ法により、窒化膜１７を形成する。窒化膜１７としては、例えばＳｉＮなどを用いる。窒化膜１７の膜厚は、例えば７０ｎｍである。そして、窒化膜１７上にレジスト膜１８を形成する。レジスト膜１８の膜厚は、例えば３５０ｎｍである。そして、レジスト膜１８上に、例えばＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａ ｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏ ｓｉｌｉｃａｔｅ）を塗布して、酸化膜１９を形成する。酸化膜１９としては、例えばＳｉＯ2を用いる。酸化膜１９の膜厚は、例えば５０ｎｍである。そして、酸化膜１９上に、例えば塗布法により、反射防止膜２０を形成する。反射防止膜２０は、例えばＢＡＲＣ（ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）である。そして、反射防止膜２０上にＡｒＦレジストを塗布して、これに露光及び現像を施すことにより、ビアホールＨのパターンが形成されたレジストパターン２１を形成する。ビアホールＨの内径は、例えば７０ｎｍである。
【００２２】
次に、図８に示すように、レジストパターン２１をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより反射防止膜２０を除去する。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4及びＣＨ2Ｆ2を含むガスを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば２５ｓｃｃｍである。圧力は、例えば６０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば５００Ｗである。
【００２３】
次に、図９に示すように、レジストパターン２１をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜１９を除去する。これにより、酸化膜１９がビアホールＨのパターンにパターニングされる。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4、Ｃ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ6、ＣＨ2Ｆ2、及びＡｒを含むガスを用いる。具体的には、ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。Ｃ4Ｆ6の流量は、例えば６ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば１０ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば３０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば６０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば５００Ｗである。
【００２４】
次に、図１０に示すように、酸化膜１９をマスクとして、例えばプラズマエッチングによりレジスト膜１８を除去する。これにより、レジスト膜１８がビアホールＨのパターンにパターニングされる。このとき、レジストパターン２１及び反射防止膜２０も同時に除去される。エッチングガスとしては、例えばＮＨ3を含むガスを用いる。ＮＨ3の流量は、例えば２００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば６０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば２００Ｗである。
【００２５】
次に、図１１に示すように、酸化膜１９及びレジスト膜１８をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより窒化膜１７を除去する。これにより、窒化膜１７がビアホールＨのパターンにパターニングされる。このとき、酸化膜１９が除去されて、レジスト膜１８が露出することがある。エッチングガスとしては、例えばＣＨ2Ｆ2、Ｏ2、Ａｒを含むガスを用いる。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば３０ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば９ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば２０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば２００Ｗである。
【００２６】
次に、図１２に示すように、レジスト膜１８をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜１６を除去する。これにより、酸化膜１６がビアホールＨのパターンにパターニングされる。このとき、酸化膜１９も同時に除去される。エッチングガスとしては、例えばＣ4Ｆ6、Ｏ2、ＣＨ2Ｆ2、及びＡｒを含むガスを用いる。Ｃ4Ｆ6の流量は、例えば３２ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば３３ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば２８ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば４００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば３５ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１２００Ｗである。
【００２７】
次に、図１３に示すように、レジスト膜１８をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより炭化膜１５を除去する。これにより、炭化膜１５がビアホールＨのパターンにパターニングされる。エッチングガスとしては、例えばＣＨ2Ｆ2、Ｏ2、及びＮ2を含むガスを用いる。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば２６ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば５ｓｃｃｍである。Ｎ2の流量は、例えば７５ｓｃｃｍである。圧力は、例えば１８ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば４００Ｗである。
【００２８】
次に、図１４に示すように、レジスト膜１８をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜１４を除去する。これにより、酸化膜１４がビアホールＨのパターンにパターニングされる。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、及びＮ2を含むガスを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば８０ｓｃｃｍである。ＣＨＦ3の流量は、例えば９５ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば１６ｓｃｃｍである。Ｎ2の流量は、例えば１０ｓｃｃｍである。圧力は、７０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば６００Ｗである。
【００２９】
次に、図１５に示すように、レジスト膜１８をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜１３を除去する。これにより、酸化膜１３にビアホールＨが形成される。エッチングガスとしては、例えばＣ4Ｆ6、Ｏ2、Ｎ2、及びＡｒを含むガスを用いる。Ｃ4Ｆ6の流量は、例えば５ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば５ｓｃｃｍである。Ｎ2の流量は、例えば８０ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば５００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば５０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１２００Ｗである。
【００３０】
次に、図１６に示すように、例えばアッシングによりレジスト膜１８を灰化して除去する。アッシングのガスは、例えばＯ2を含むガスを用いる。Ｏ2の流量は、例えば６００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば２０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば３００Ｗである。
【００３１】
次に、図１７に示すように、レジスト材を塗布して、ビアホールＨ内及び窒化膜１７上にレジスト膜３０を形成する。レジスト膜３０の膜厚は、窒化膜１７の表面を基準として、例えば２８０ｎｍである。そして、レジスト膜３０上に、例えばＴＥＯＳを塗布して、酸化膜３１を形成する。酸化膜３１としては、例えばＳｉＯ2を用いる。酸化膜３１の膜厚は、例えば５０ｎｍである。そして、酸化膜３１上に、例えば塗布法により、反射防止膜３２を形成する。反射防止膜３２は、例えばＢＡＲＣである。そして、反射防止膜３２上にＡｒＦレジストを塗布して、これに露光及び現像を施すことにより、トレンチＴのパターンが形成されたレジストパターン３３を形成する。トレンチＴの内径は、例えば１００〜１２０ｎｍである。
【００３２】
次に、図１８に示すように、レジストパターン３３をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより反射防止膜３２を除去する。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4及びＣＨ2Ｆ2を含むガスを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば７ｓｃｃｍである。圧力は、例えば６０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば５００Ｗである。
【００３３】
次に、図１９に示すように、レジストパターン３３をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜３１を除去する。これにより、酸化膜３１がトレンチＴのパターンにパターニングされる。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4及びＣＨ2Ｆ2を含むガスを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば２４ｓｃｃｍである。圧力は、例えば６０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば５００Ｗである。
【００３４】
次に、図２０に示すように、酸化膜３１をマスクとして、例えばプラズマエッチングによりレジスト膜３０を除去する。これにより、レジスト膜３０がトレンチＴのパターンにパターニングされる。このとき、レジストパターン３３及び反射防止膜３２も同時に除去される。ここでは、レジスト膜３０を例えば２８０ｎｍだけ除去するので、ビアホールＨ内には、レジスト膜３０が残留している。エッチングガスとしては、Ｏ2及びＮ2を含むガスを用いる。Ｏ2の流量は、例えば１０ｓｃｃｍである。Ｎ2の流量は、例えば２９０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば４０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１５０Ｗである。
【００３５】
次に、図２１に示すように、レジスト膜３０をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより窒化膜１７を除去する。これにより、窒化膜１７がトレンチＴのパターンにパターニングされる。このとき、酸化膜３１も同時に除去される。エッチングガスとしては、例えばＣＨ2Ｆ2、Ｏ2、及びＡｒを含むガスを用いる。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば１５ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば３ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば５０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば１５ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば２００Ｗである。
【００３６】
次に、図２２に示すように、例えばアッシングによりレジスト膜３０を灰化して除去する。アッシングのガスは、例えばＯ2を含むガスを用いる。Ｏ2の流量は、例えば２５０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば８０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１５０Ｗである。本アッシングを実施すると、プラズマ中のイオンや電子がＣｕ配線１１に突入して、該Ｃｕ配線１１を帯電させる。
【００３７】
次に、図２３に示すように、窒化膜１７をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜１６を除去する。これにより、酸化膜１６がトレンチＴのパターンにパターニングされる。エッチングガスとしは、例えばＣ4Ｆ6、Ｏ2、及びＡｒを含むガスを用いる。Ｃ4Ｆ6の流量は、例えば１５ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば８ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば１８０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば３０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１５００Ｗである。本エッチングを実施すると、プラズマ中のイオンや電子がＣｕ配線１１に突入して、該Ｃｕ配線１１を帯電させる。さらに、炭化膜１２の膜厚が薄いので、エッチングガスに含まれるＯ2により、Ｃｕ配線１１の表面全体にＣｕＯが形成される。
【００３８】
次に、図２４に示すように、酸化膜１６をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより炭化膜１５を除去する。これにより、炭化膜１５がトレンチＴのパターンにパターニングされる。このとき、炭化膜１２も同時に除去されて、ビアホールＨ底からＣｕ配線１１が露出する。さらに、窒化膜１７も同時に除去される。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4を含むガスを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば５０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば３００Ｗである。本エッチングを実施すると、プラズマ中のイオンや電子がＣｕ配線１１に突入して、さらに該Ｃｕ配線１１を帯電させる。炭化膜１５を除去した後、ビアホールＨ底に炭化膜１２が残留していれば、例えば追加のプラズマエッチングにより炭化膜１２を除去しても良い。
【００３９】
次に、図２５に示すように、酸化膜１６及び炭化膜１５をマスクとして、プラズマエッチングにより酸化膜１４を除去する。これにより、酸化膜１４にトレンチＴが形成される。エッチングガスは、例えばＣＦ4、ＣＨＦ3、及びＡｒを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。ＣＨＦ3の流量は、例えば８５ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば１２０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば２５０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば６００Ｗである。
【００４０】
次に、図２６に示すように、トレンチＴ内及びビアホールＨ内にＤＩＷを供給して、Ｃｕ配線２に蓄積した電荷を放電させる。尚、本実施形態においては、ＤＩＷを用いているが、例えばＩＰＡなどを用いても良い。尚、ＤＩＷを供給するときに、スピンコータを用いても良い。
【００４１】
次に、図２７に示すように、トレンチＴ内及びビアホールＨ内に燐酸アンモニウムを供給して、Ｃｕ配線２の表面に形成されたＣｕＯなどを溶解して除去する。燐酸アンモニウムを供給するときには、Ｃｕ配線２に蓄積された電荷が放電されているので、Ｃｕ配線２が局所的に露出しても、前述したような局所電流が流れることがない。尚、燐酸アンモニウムを供給するときに、スピンコータを用いても良い。
【００４２】
そして、図２８に示すように、例えばメッキ法により、トレンチＴ内及びビアホールＨ内に、例えば導電材料３４を埋め込み、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；化学的機械的研磨）により、炭化膜１５上に形成された導電材料３４を研磨する。このとき、炭化膜１５は、ストッパ膜として機能する。導電材料３４としては、例えばＣｕなどを用いる。こうしてビアＶと配線Ｗが完成する。
【００４３】
尚、本実施形態においては、図２３に示すように、酸化膜１６をパターニングするときにＣｕＯが形成されている。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、図１５に示すように、酸化膜１３にビアホールＨを形成するとき、もしくは、図２２に示すように、レジスト膜３０を除去するときにもＣｕＯが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１）。
【図２】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その２）。
【図３】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その３）。
【図４】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その４）。
【図５】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その５）。
【図６】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その６）。
【図７】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１）。
【図８】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その２）。
【図９】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その３）。
【図１０】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その４）。
【図１１】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その５）。
【図１２】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その６）。
【図１３】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その７）。
【図１４】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その８）。
【図１５】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その９）。
【図１６】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１０）。
【図１７】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１１）。
【図１８】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１２）。
【図１９】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１３）。
【図２０】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１４）。
【図２１】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１５）。
【図２２】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１６）。
【図２３】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１７）。
【図２４】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１８）。
【図２５】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１９）。
【図２６】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その２０）。
【図２７】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その２１）。
【図２８】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その２２）。
【符号の説明】
【００４５】
２…Ｃｕ配線、３…酸化膜（絶縁膜）、５…導電材料、１１…Ｃｕ配線（金属層）、１３…酸化膜（絶縁膜）、１４…酸化膜（絶縁膜）、３４…導電材料、Ｈ…ビアホール（孔）、Ｔ…トレンチ、Ｖ…ビア、Ｗ…配線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチングを使用して絶縁膜に孔を形成する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体装置の製造工程においては、例えば金属層上に堆積された絶縁膜をドライエッチングして、該金属層に通達する孔を形成した後、該孔に導電材料を埋め込むことがある。ドライエッチングのエッチングガスにＯ2が含まれていると、孔底に露出する金属層の表面に、該金属層の酸化物などが形成される。金属層の表面に形成される酸化物は、コンタクト抵抗を低下させる原因となる。そのため、孔に導電材料を埋め込む前に、例えば燐酸（Ｈ3ＰＯ4）と水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）の混合溶液などの薬液を供給して、酸化物を除去している。
【０００３】
孔底に露出する金属層の表面酸化物を除去する技術としては、例えば孔内に酸性の薬液とアルカリ性の薬液を順番に供給する手法が知られている。本手法によれば、酸性の薬液が表面酸化物を除去して、アルカリ性の薬液が表面酸化物の自然成長を抑制する（例えば、下記引用文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００２−２７５６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、金属層の表面に形成された酸化物を除去するために、燐酸と水酸化アンモニウムの混合溶液などの薬液を供給すると、金属層の表面に、例えば溶出などの損傷が発生することがある。溶出などの損傷は、コンタクト抵抗の低下など、種々の問題の原因となる。そこで本発明は、金属層の損傷を抑制した半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によれば、金属層上に絶縁膜を堆積する工程と、前記絶縁膜をドライエッチングして、前記金属層に通達する孔を形成する工程と、前記孔内に第１の薬液を供給する工程と、前記第１の薬液を供給した後に、前記孔内に第２の薬液を供給する工程と、前記第２の薬液を供給した後に、前記孔内に導電材料を埋め込む工程とを含み、前記第１の薬液は、前記第２の薬液に比べて、前記孔を形成するときに前記金属層上に形成される前記金属層の酸化物の溶解レートが低い半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、半導体装置の製造方法において、絶縁膜に形成された孔底に露出する金属層の損傷を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（第１の実施形態）
以下、半導体装置の製造工程の中でも、特に多層配線に含まれるビアＶの形成工程について詳細に説明する。図１−図６は本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図である。先ず、図１に示す構造を用意する。本構造は、以下のように作製される。すなわち、例えばシリコン基板（図示しない）上の酸化膜１に形成された溝内に、例えばメッキ法により、Ｃｕ配線（金属層）２を埋め込む。酸化膜１としては、例えばＳｉＯ2などを用いる。そして、酸化膜１及びＣｕ配線２上に、例えばＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長法）により、酸化膜３を形成する。酸化膜３としては、例えばＳｉＯＣなどを用いる。酸化膜３の膜厚は、例えば２００ｎｍである。そして、酸化膜３上に、例えばフォトリソグラフィー法により、レジストパターン４を形成する。
【０００８】
次に、図２に示すように、レジストパターン４をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより、酸化膜３に、Ｃｕ配線２に通達するビアホールＨを形成する。エッチングガスとしては、例えばＣ4Ｆ6、Ｏ2、Ｎ2、及びＡｒを含むガスを用いる。Ｃ4Ｆ6の流量は、例えば５ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば５ｓｃｃｍである。Ｎ2の流量は、例えば８０ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば５００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば５０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１２００Ｗである。本エッチングを実施すると、エッチングガスに含まれるＯ2により、Ｃｕ配線２の表面にＣｕＯ（酸化物）が形成される。さらに、プラズマ中のイオンや電子がＣｕ配線２に突入して、該Ｃｕ配線２が帯電する。
【０００９】
次に、図３に示すように、例えばアッシングにより、レジストパターン４を灰化して除去する。アッシングのガスとしては、例えばＯ2を含むガスを用いる。Ｏ2の流量は、例えば６００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば２０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば３００Ｗである。本アッシングを実施しても、前述と同様に、Ｃｕ配線２の表面にＣｕＯが形成され、Ｃｕ配線２が帯電する。
【００１０】
次に、図４に示すように、ビアホールＨ内に、導電性を有するＤＩＷ（ｄｉｓｔｉｌｌｅｄ ｉｏｎ ｗａｔｅｒ；イオン化蒸留水）を供給して、Ｃｕ配線２に蓄積された電荷を放電される。ＤＩＷを供給するときに、スピンコータを使用すれば、ＤＩＷの使用量を減らすことができる。
【００１１】
次に、図５に示すように、ビアホールＨ内に、例えば燐酸と水酸化アンモニウムの混合溶液（以下、燐酸アンモニウムとする）などを供給して、ビアホールＨ底に形成されたＣｕＯなどを溶解して除去する。燐酸アンモニウムなどを供給するときに、スピンコータを使用しても良い。
【００１２】
次に、図６に示すように、例えばメッキ法により、ビアホールＨ内に、例えば導電材料５を埋め込み、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；化学的機械的研磨）により、酸化膜３上に形成された導電材料５を除去する。こうしてビアＶが完成する。導電材料５としては、例えばＣｕなどを用いる。
【００１３】
以上のような手順でビアホールＨを形成すると、ビアホールＨ底のＣｕ配線２が溶出しないことが確認された。これは、燐酸アンモニウムを供給する前にＤＩＷを供給することで、Ｃｕ配線２の表面を露出させることなく、Ｃｕ配線２に蓄積された電荷を放電できたためと推測される。すなわち、Ｃｕ配線２の表面全体をＣｕＯで被覆したまま、Ｃｕ配線２に蓄積された電荷を放電できたためと推測される。以下、推測されるＣｕ配線２の溶出防止のメカニズムを説明する。
【００１４】
従来のように、ＤＩＷを供給することなく、燐酸アンモニウムだけを供給すると、ＣｕＯの薄い部分が真先に除去され、Ｃｕ配線２の表面が局所的に露出する。このため、Ｃｕ配線２に蓄積された電荷は、Ｃｕ配線２の露出部分から集中的に放電され、Ｃｕ配線２に局所的な電流（以下、局所電流とする）が流れる。これにより、Ｃｕ配線２が過度に加熱され、Ｃｕ配線２が溶出していたと推測される。
【００１５】
これに対し、ＤＩＷは、燐酸アンモニウムよりもＣｕＯの溶解レートが低い。具体的には、燐酸アンモニウムによるＣｕＯの溶解レートが５０ｎｍ／ｍｉｎ程度であるのに対し、ＤＩＷによるＣｕＯの溶解レートは、０．４ｎｍ／ｍｉｎ〜０．５ｎｍ／ｍｉｎ程度である。すなわち、ＤＩＷの溶解レートは、燐酸アンモニウムの溶解レートの１／１００以下である。このため、ビアホールＨ内にＤＩＷを供給しても、Ｃｕ配線２を放電させている最中に、Ｃｕ配線２が露出することがない。これにより、前述したような局所電流が発生せず、Ｃｕ配線２が溶出しなかったと推測される。
【００１６】
燐酸アンモニウムよりもＣｕＯの溶解レートが低い薬液としては、ＤＩＷのほかに、例えばＩＰＡ（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；イソプロピルアルコール）などが存在する。したがって、ＩＰＡなどを使用しても、Ｃｕ配線２の溶出を防止できると推測される。尚、ＩＰＡによるＣｕＯの溶解レートは、ＤＩＷによるＣｕＯの溶解レートよりも低い。
【００１７】
尚、ＤＩＷに、例えばＣＯ2などを溶解して、ＰＨ（potential of hydrogen）を７未満に調整しても良い。ＰＨが７未満であれば、ＤＩＷを供給したときに、ビアホールＨ底に形成されるＣｕＯの膜厚が均一になる。これは、ＰＨを７未満に調整することで、ＤＩＷの酸化力が増加し、ＣｕＯの薄い箇所が増膜したことによると推測される。尚、ＣＯ2の濃度を０．０１ｐｐｍより高くすれば、ＰＨは７未満となる。
【００１８】
このように、ＤＩＷのＰＨを７未満に調整して、ビアホールＨ底に露出するＣｕＯの膜厚を均一にすれば、燐酸アンモニウムを供給したときに、Ｃｕ配線１１の表面全体が同時に露出することになる。すなわち、Ｃｕ配線１１が局所的に露出することがない。そのため、燐酸アンモニウムを供給する時点で、仮にＣｕ配線１１に電荷が残留していても、Ｃｕ配線１１の表面全体から均一に電流が流れるので、Ｃｕ配線２が溶出することがない。
【００１９】
尚、ＰＨを低下させると、ＤＩＷの比抵抗値が低下するので、Ｃｕ配線１１に蓄積した電荷の迅速な放電も可能となる。すなわち、ＰＨを７未満に調整すれば、迅速な放電と、効率的なＣｕＯの形成とを同時に実現できる。
【００２０】
ＤＩＷの代わりにＩＰＡを用いる場合、該ＩＰＡを例えば水で希釈してＰＨを７未満に調整すれば良い。尚、ＩＰＡのＰＨは７未満であるので、水で希釈すれば、ＰＨを７に近づくことになる。
【００２１】
尚、本実施形態においては、金属層として、Ｃｕ配線２を用いているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えばＡｌなどを含んでいても良い。
（第２の実施形態）
以下、半導体装置の製造工程の中でも、特に多層配線に含まれるビアＶと配線Ｗの形成工程について詳細に説明する。図７−図２８は本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図である。先ず、図７に示す構造を用意する。本構造は、以下のように作製される。すなわち、例えばシリコン基板（図示しない）上の酸化膜１０の溝内に、例えばメッキ法により、Ｃｕ配線（金属層）１１を形成する。酸化膜１０としては、例えばＳｉＯ2などを用いる。そして、酸化膜１０及びＣｕ配線１１上に、プラズマＣＶＤ法により、炭化膜１２を形成する。炭化膜１２としては、例えばＳｉＣなどを用いる。炭化膜１２の膜厚は、例えば５０ｎｍである。そして、炭化膜１２上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、酸化膜１３を形成する。酸化膜１３としては、例えばＳｉＯＣなどを用いる。酸化膜１３の膜厚は、例えば２００ｎｍである。そして、酸化膜１３上に、例えばＣＶＤ法により、酸化膜１４を形成する。酸化膜１４としては、例えば多孔質の低誘電率絶縁膜を用いる。酸化膜１４の比誘電率は、例えば２．２５程度である。酸化膜１４の膜厚は、例えば１５０ｎｍである。そして、酸化膜１４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、炭化膜１５を形成する。炭化膜１５としては、例えばＳｉＣなどを用いる。炭化膜１５の膜厚は、例えば５０ｎｍである。そして、炭化膜１５上に、例えばＣＶＤ法により、酸化膜１６を形成する。酸化膜１６としては、例えばＳｉＯ2などを用いる。酸化膜１６の膜厚は、例えば１５０ｎｍである。そして、酸化膜１６上に、例えばＣＶＤ法により、窒化膜１７を形成する。窒化膜１７としては、例えばＳｉＮなどを用いる。窒化膜１７の膜厚は、例えば７０ｎｍである。そして、窒化膜１７上にレジスト膜１８を形成する。レジスト膜１８の膜厚は、例えば３５０ｎｍである。そして、レジスト膜１８上に、例えばＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａ ｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏ ｓｉｌｉｃａｔｅ）を塗布して、酸化膜１９を形成する。酸化膜１９としては、例えばＳｉＯ2を用いる。酸化膜１９の膜厚は、例えば５０ｎｍである。そして、酸化膜１９上に、例えば塗布法により、反射防止膜２０を形成する。反射防止膜２０は、例えばＢＡＲＣ（ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）である。そして、反射防止膜２０上にＡｒＦレジストを塗布して、これに露光及び現像を施すことにより、ビアホールＨのパターンが形成されたレジストパターン２１を形成する。ビアホールＨの内径は、例えば７０ｎｍである。
【００２２】
次に、図８に示すように、レジストパターン２１をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより反射防止膜２０を除去する。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4及びＣＨ2Ｆ2を含むガスを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば２５ｓｃｃｍである。圧力は、例えば６０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば５００Ｗである。
【００２３】
次に、図９に示すように、レジストパターン２１をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜１９を除去する。これにより、酸化膜１９がビアホールＨのパターンにパターニングされる。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4、Ｃ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ6、ＣＨ2Ｆ2、及びＡｒを含むガスを用いる。具体的には、ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。Ｃ4Ｆ6の流量は、例えば６ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば１０ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば３０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば６０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば５００Ｗである。
【００２４】
次に、図１０に示すように、酸化膜１９をマスクとして、例えばプラズマエッチングによりレジスト膜１８を除去する。これにより、レジスト膜１８がビアホールＨのパターンにパターニングされる。このとき、レジストパターン２１及び反射防止膜２０も同時に除去される。エッチングガスとしては、例えばＮＨ3を含むガスを用いる。ＮＨ3の流量は、例えば２００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば６０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば２００Ｗである。
【００２５】
次に、図１１に示すように、酸化膜１９及びレジスト膜１８をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより窒化膜１７を除去する。これにより、窒化膜１７がビアホールＨのパターンにパターニングされる。このとき、酸化膜１９が除去されて、レジスト膜１８が露出することがある。エッチングガスとしては、例えばＣＨ2Ｆ2、Ｏ2、Ａｒを含むガスを用いる。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば３０ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば９ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば２０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば２００Ｗである。
【００２６】
次に、図１２に示すように、レジスト膜１８をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜１６を除去する。これにより、酸化膜１６がビアホールＨのパターンにパターニングされる。このとき、酸化膜１９も同時に除去される。エッチングガスとしては、例えばＣ4Ｆ6、Ｏ2、ＣＨ2Ｆ2、及びＡｒを含むガスを用いる。Ｃ4Ｆ6の流量は、例えば３２ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば３３ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば２８ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば４００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば３５ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１２００Ｗである。
【００２７】
次に、図１３に示すように、レジスト膜１８をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより炭化膜１５を除去する。これにより、炭化膜１５がビアホールＨのパターンにパターニングされる。エッチングガスとしては、例えばＣＨ2Ｆ2、Ｏ2、及びＮ2を含むガスを用いる。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば２６ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば５ｓｃｃｍである。Ｎ2の流量は、例えば７５ｓｃｃｍである。圧力は、例えば１８ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば４００Ｗである。
【００２８】
次に、図１４に示すように、レジスト膜１８をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜１４を除去する。これにより、酸化膜１４がビアホールＨのパターンにパターニングされる。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、及びＮ2を含むガスを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば８０ｓｃｃｍである。ＣＨＦ3の流量は、例えば９５ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば１６ｓｃｃｍである。Ｎ2の流量は、例えば１０ｓｃｃｍである。圧力は、７０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば６００Ｗである。
【００２９】
次に、図１５に示すように、レジスト膜１８をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜１３を除去する。これにより、酸化膜１３にビアホールＨが形成される。エッチングガスとしては、例えばＣ4Ｆ6、Ｏ2、Ｎ2、及びＡｒを含むガスを用いる。Ｃ4Ｆ6の流量は、例えば５ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば５ｓｃｃｍである。Ｎ2の流量は、例えば８０ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば５００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば５０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１２００Ｗである。
【００３０】
次に、図１６に示すように、例えばアッシングによりレジスト膜１８を灰化して除去する。アッシングのガスは、例えばＯ2を含むガスを用いる。Ｏ2の流量は、例えば６００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば２０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば３００Ｗである。
【００３１】
次に、図１７に示すように、レジスト材を塗布して、ビアホールＨ内及び窒化膜１７上にレジスト膜３０を形成する。レジスト膜３０の膜厚は、窒化膜１７の表面を基準として、例えば２８０ｎｍである。そして、レジスト膜３０上に、例えばＴＥＯＳを塗布して、酸化膜３１を形成する。酸化膜３１としては、例えばＳｉＯ2を用いる。酸化膜３１の膜厚は、例えば５０ｎｍである。そして、酸化膜３１上に、例えば塗布法により、反射防止膜３２を形成する。反射防止膜３２は、例えばＢＡＲＣである。そして、反射防止膜３２上にＡｒＦレジストを塗布して、これに露光及び現像を施すことにより、トレンチＴのパターンが形成されたレジストパターン３３を形成する。トレンチＴの内径は、例えば１００〜１２０ｎｍである。
【００３２】
次に、図１８に示すように、レジストパターン３３をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより反射防止膜３２を除去する。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4及びＣＨ2Ｆ2を含むガスを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば７ｓｃｃｍである。圧力は、例えば６０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば５００Ｗである。
【００３３】
次に、図１９に示すように、レジストパターン３３をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜３１を除去する。これにより、酸化膜３１がトレンチＴのパターンにパターニングされる。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4及びＣＨ2Ｆ2を含むガスを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば２４ｓｃｃｍである。圧力は、例えば６０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば５００Ｗである。
【００３４】
次に、図２０に示すように、酸化膜３１をマスクとして、例えばプラズマエッチングによりレジスト膜３０を除去する。これにより、レジスト膜３０がトレンチＴのパターンにパターニングされる。このとき、レジストパターン３３及び反射防止膜３２も同時に除去される。ここでは、レジスト膜３０を例えば２８０ｎｍだけ除去するので、ビアホールＨ内には、レジスト膜３０が残留している。エッチングガスとしては、Ｏ2及びＮ2を含むガスを用いる。Ｏ2の流量は、例えば１０ｓｃｃｍである。Ｎ2の流量は、例えば２９０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば４０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１５０Ｗである。
【００３５】
次に、図２１に示すように、レジスト膜３０をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより窒化膜１７を除去する。これにより、窒化膜１７がトレンチＴのパターンにパターニングされる。このとき、酸化膜３１も同時に除去される。エッチングガスとしては、例えばＣＨ2Ｆ2、Ｏ2、及びＡｒを含むガスを用いる。ＣＨ2Ｆ2の流量は、例えば１５ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば３ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば５０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば１５ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば２００Ｗである。
【００３６】
次に、図２２に示すように、例えばアッシングによりレジスト膜３０を灰化して除去する。アッシングのガスは、例えばＯ2を含むガスを用いる。Ｏ2の流量は、例えば２５０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば８０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１５０Ｗである。本アッシングを実施すると、プラズマ中のイオンや電子がＣｕ配線１１に突入して、該Ｃｕ配線１１を帯電させる。
【００３７】
次に、図２３に示すように、窒化膜１７をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより酸化膜１６を除去する。これにより、酸化膜１６がトレンチＴのパターンにパターニングされる。エッチングガスとしは、例えばＣ4Ｆ6、Ｏ2、及びＡｒを含むガスを用いる。Ｃ4Ｆ6の流量は、例えば１５ｓｃｃｍである。Ｏ2の流量は、例えば８ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば１８０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば３０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば１５００Ｗである。本エッチングを実施すると、プラズマ中のイオンや電子がＣｕ配線１１に突入して、該Ｃｕ配線１１を帯電させる。さらに、炭化膜１２の膜厚が薄いので、エッチングガスに含まれるＯ2により、Ｃｕ配線１１の表面全体にＣｕＯが形成される。
【００３８】
次に、図２４に示すように、酸化膜１６をマスクとして、例えばプラズマエッチングにより炭化膜１５を除去する。これにより、炭化膜１５がトレンチＴのパターンにパターニングされる。このとき、炭化膜１２も同時に除去されて、ビアホールＨ底からＣｕ配線１１が露出する。さらに、窒化膜１７も同時に除去される。エッチングガスとしては、例えばＣＦ4を含むガスを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。圧力は、例えば５０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば３００Ｗである。本エッチングを実施すると、プラズマ中のイオンや電子がＣｕ配線１１に突入して、さらに該Ｃｕ配線１１を帯電させる。炭化膜１５を除去した後、ビアホールＨ底に炭化膜１２が残留していれば、例えば追加のプラズマエッチングにより炭化膜１２を除去しても良い。
【００３９】
次に、図２５に示すように、酸化膜１６及び炭化膜１５をマスクとして、プラズマエッチングにより酸化膜１４を除去する。これにより、酸化膜１４にトレンチＴが形成される。エッチングガスは、例えばＣＦ4、ＣＨＦ3、及びＡｒを用いる。ＣＦ4の流量は、例えば１００ｓｃｃｍである。ＣＨＦ3の流量は、例えば８５ｓｃｃｍである。Ａｒの流量は、例えば１２０ｓｃｃｍである。圧力は、例えば２５０ｍＴｏｒｒである。ＲＦ電源パワーは、例えば６００Ｗである。
【００４０】
次に、図２６に示すように、トレンチＴ内及びビアホールＨ内にＤＩＷを供給して、Ｃｕ配線２に蓄積した電荷を放電させる。尚、本実施形態においては、ＤＩＷを用いているが、例えばＩＰＡなどを用いても良い。尚、ＤＩＷを供給するときに、スピンコータを用いても良い。
【００４１】
次に、図２７に示すように、トレンチＴ内及びビアホールＨ内に燐酸アンモニウムを供給して、Ｃｕ配線２の表面に形成されたＣｕＯなどを溶解して除去する。燐酸アンモニウムを供給するときには、Ｃｕ配線２に蓄積された電荷が放電されているので、Ｃｕ配線２が局所的に露出しても、前述したような局所電流が流れることがない。尚、燐酸アンモニウムを供給するときに、スピンコータを用いても良い。
【００４２】
そして、図２８に示すように、例えばメッキ法により、トレンチＴ内及びビアホールＨ内に、例えば導電材料３４を埋め込み、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；化学的機械的研磨）により、炭化膜１５上に形成された導電材料３４を研磨する。このとき、炭化膜１５は、ストッパ膜として機能する。導電材料３４としては、例えばＣｕなどを用いる。こうしてビアＶと配線Ｗが完成する。
【００４３】
尚、本実施形態においては、図２３に示すように、酸化膜１６をパターニングするときにＣｕＯが形成されている。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、図１５に示すように、酸化膜１３にビアホールＨを形成するとき、もしくは、図２２に示すように、レジスト膜３０を除去するときにもＣｕＯが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１）。
【図２】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その２）。
【図３】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その３）。
【図４】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その４）。
【図５】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その５）。
【図６】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その６）。
【図７】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１）。
【図８】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その２）。
【図９】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その３）。
【図１０】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その４）。
【図１１】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その５）。
【図１２】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その６）。
【図１３】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その７）。
【図１４】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その８）。
【図１５】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その９）。
【図１６】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１０）。
【図１７】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１１）。
【図１８】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１２）。
【図１９】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１３）。
【図２０】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１４）。
【図２１】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１５）。
【図２２】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１６）。
【図２３】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１７）。
【図２４】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１８）。
【図２５】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その１９）。
【図２６】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その２０）。
【図２７】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その２１）。
【図２８】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造工程の工程図（その２２）。
【符号の説明】
【００４５】
２…Ｃｕ配線、３…酸化膜（絶縁膜）、５…導電材料、１１…Ｃｕ配線（金属層）、１３…酸化膜（絶縁膜）、１４…酸化膜（絶縁膜）、３４…導電材料、Ｈ…ビアホール（孔）、Ｔ…トレンチ、Ｖ…ビア、Ｗ…配線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属層上に絶縁膜を堆積する工程と、
前記絶縁膜をドライエッチングして、前記金属層に通達する孔を形成する工程と、
前記孔内に第１の薬液を供給する工程と、
前記第１の薬液を供給した後に、前記孔内に第２の薬液を供給する工程と、
前記第２の薬液を供給した後に、前記孔内に導電材料を埋め込む工程とを含み、
前記第１の薬液は、前記第２の薬液に比べて、前記孔を形成するときに前記金属層上に形成される前記金属層の酸化物の溶解レートが低い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の薬液は、イオン化蒸留水もしくはイソプロピルアルコールを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２の薬液は、燐酸と水酸化アンモニウムの混合溶液もしくは弗酸と水酸化アンモニウムの混合溶液であ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】
前記孔を形成するとき、前記絶縁膜をプラズマによりドライエッチングすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記金属層は、Ｃｕを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載された半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記酸化物は、ＣｕＯを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の薬液は、ＰＨが７未満であることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
金属層上に絶縁膜を堆積する工程と、
前記絶縁膜をドライエッチングして、前記金属層に通達する孔を形成する工程と、
前記孔内に第１の薬液を供給する工程と、
前記第１の薬液を供給した後に、前記孔内に第２の薬液を供給する工程と、
前記第２の薬液を供給した後に、前記孔内に導電材料を埋め込む工程とを含み、
前記第１の薬液は、前記第２の薬液に比べて、前記孔を形成するときに前記金属層上に形成される前記金属層の酸化物の溶解レートが低い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の薬液は、イオン化蒸留水もしくはイソプロピルアルコールを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２の薬液は、燐酸と水酸化アンモニウムの混合溶液もしくは弗酸と水酸化アンモニウムの混合溶液であ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】
前記孔を形成するとき、前記絶縁膜をプラズマによりドライエッチングすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記金属層は、Ｃｕを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載された半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記酸化物は、ＣｕＯを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の薬液は、ＰＨが７未満であることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２００８−２５１７４１（Ｐ２００８−２５１７４１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８９７９７（Ｐ２００７−８９７９７）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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