半導体装置の製造方法
【課題】レジストポイズニングによる微細パターンの解像不良を低減して高品質な半導体装置を歩留まり良く提供することである。
【解決手段】 下層絶縁層を設ける工程と、前記下層絶縁層上に上層絶縁層を設ける工程と、前記上層絶縁層上にレジスト層を設ける工程と、前記レジスト層を所定パターンに形成し、該所定パターンのレジスト層を用いて絶縁層を所定パターンに形成する工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記下層絶縁層と前記上層絶縁層との境界領域に、Ｎ−Ｈ結合を有する物質とＣ−Ｈ結合を有する物質とを共に有することは無い中間層が形成される工程を有する。
【解決手段】 下層絶縁層を設ける工程と、前記下層絶縁層上に上層絶縁層を設ける工程と、前記上層絶縁層上にレジスト層を設ける工程と、前記レジスト層を所定パターンに形成し、該所定パターンのレジスト層を用いて絶縁層を所定パターンに形成する工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記下層絶縁層と前記上層絶縁層との境界領域に、Ｎ−Ｈ結合を有する物質とＣ−Ｈ結合を有する物質とを共に有することは無い中間層が形成される工程を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関する。特に、レジストポイズニングによる微細パターンの解像不良を低減して高品質な半導体装置を歩留まり良く提供できる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路は、益々、集積度が高くなり、又、集積回路を構成するトランジスタ等の半導体デバイスは、益々、小型化されている。この小型化により、半導体素子の動作速度は向上する。しかしながら、集積度の向上に伴って配線量が増大する為、配線の遅延時間が大規模集積回路の動作速度を律するようになっている。配線の遅延時間は、配線抵抗と配線容量とに依存しており、配線抵抗と配線容量との低減が求められている。配線抵抗の低抵抗化は、配線の主材料をＡｌから更に低抵抗率のＣｕに変更することが行われている。尚、配線材料によるこれ以上の低抵抗化は今日では困難である。
【０００３】
ところで、更なる微細化の進行により、集積度を上げ、半導体１チップに搭載する半導体素子の数を増加させると、これら多数の半導体素子を結線し、動作させる為の信号を伝達する信号配線ばかりか、電源を供給する為の電源配線も増加し、配線総数が急速に増加して行く。こうした配線の高密度化により、配線容量は、益々、増加せざるを得ない状況にある。
【０００４】
従って、配線の遅延時間を短縮し、所期の性能を確保する為には、配線容量を低減することが要求されており、層間絶縁膜や配線間絶縁膜として比誘電率がより低い材料を用いることが求められている。そして、低誘電率絶縁膜材料（所謂、Ｌｏｗ−ｋ材料）の研究開発、及びデバイスへの適用が鋭意推し進められている。さて、今日、配線容量の低減を目的として、誘電率が小さな絶縁膜（層間絶縁膜や配線間絶縁膜）の使用が推奨されている。誘電率を小さくする為の手法として、絶縁膜中に空孔（ホール）を形成することが提案されている。すなわち、多孔質性材料で絶縁膜を構成することが提案されている。つまり、ポーラス性の材料、所謂、Ｌｏｗ−ｋ材料の使用が提案されている。ところで、この種のＬｏｗ−ｋ材料の膜、即ち、Ｌｏｗ−ｋ膜は密着性や機械的強度に劣る。このようなことから、プラズマ処理を施すことが提案されたりしている。しかしながら、このような処理を施すと、Ｌｏｗ−ｋ膜にダメージ(誘電率の上昇)が生ずる。
【０００５】
又、半導体デバイスにおける配線形成プロセスでは、溝型に加工した配線膜上にメッキにより銅を埋め込んだ後、配線以外の余分な銅をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により除去するダマシン法の採用が一般的である。例えば、トレンチファースト法、ビアファースト法、或いはデュアルハードマスク法が提案されている。これらの中でも、特に、上・下配線間を接続する孔（ビア）と上層配線溝を同時に加工するデュアルダマシン法は、プロセスの簡略化、ビアの低抵抗化を実現できる為に広く用いられている。又、デュアルダマシン法の中でも、上層配線と下層配線とを結ぶビアを下層配線の上に加工した後に上層配線を加工するビアファーストデュアルダマシン法は、リソグラフィプロセスの重ね合せ誤差のビア抵抗変動に与える影響が小さいことから、普及している。
【０００６】
ところで、上記ダマシン法では、特に、ビアファーストデュアルダマシン法では、上層配線加工時のリソグラフィ工程でレジストポイズニングが発生し、配線精度の低下が懸念されている。尚、レジストポイズニングとは、フォトリソグラフィ工程において、例えば化学増幅型ポジレジストを用いてレジストマスクを形成する為、前記レジスト材にＡｒＦエキシマレーザを照射した後に現像を行うと、トレンチ(溝)開口領域のレジストが十分解像されずに生ずる現像不良を意味する。そして、このような解像不良(現像不良)が生じた状態でエッチングを行うと、エッチングストッパ膜まで達しないトレンチが形成されたり、ビアホール外周に沿ったクラウン状のフェンスが形成され易くなる。すなわち、これらの微細配線構造形成における不具合はレジストポイズニングに起因している。従って、微細な高精度配線構造を形成するためには、レジストマスク形成に生ずるポイズニング現象を抑制する必要がある。
【０００７】
ところで、これまで、レジストポイズニングを抑制する為には、通常、ビアを形成した後、加熱処理、薬液におる洗浄処理、ＵＶ処理、或いはプラズマ処理等の工程を追加し、フォトレジスト解像を阻害する不純物を除去したり、中和する手法が提案されている。又、フォトレジスト解像を阻害する不純物が発生しないようなプロセスガスを使用したエッチングや絶縁膜形成手法が提案されている。
【特許文献１】ＵＳ２００２／００９０８２２Ａ１
【特許文献２】ＵＳ２００２／０１２７８７６Ａ１
【特許文献３】ＵＳ２００２／０１１１０１７Ａ１
【特許文献４】特開２００３−２２９４８１
【特許文献５】特開２００４−２２１４３９
【特許文献６】特開２００６−１２８５４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、上記提案の特許文献の技術は、レジストポイズニングの抑制がそれなりに図られている。
【０００９】
しかしながら、これ等の提案の技術では、脆弱な低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）の表面が、直接、薬液、紫外線、プラズマに曝される為、絶縁膜の誘電率が上昇したり、絶縁性が劣化する等の弊害が有る。又、ポイズニング発生因子である塩基性物質を除去するには、相当の処理時間、例えば、加熱処理では２５０℃以上で３０〜６０分程度の時間が必要で有る。従って、生産性が悪くなる。
【００１０】
又、これ等の提案のものでは、一旦、発生した塩基性物質（ポイズニング発生因子）を完全に除去することが困難である。又、レジストポイズニングの要因となる塩基性物質が出来ないようなプロセスガスの選択においても、レジストポイズニングを抑制することが可能では有るものの、エッチングや絶縁膜プロセス条件が大きく限定され、微細配線や絶縁膜の低誘電率化に対応することが困難となっている。
【００１１】
従って、本発明が解決しようとする課題は、上記問題点を解決することである。すなわち、レジストポイズニングによる微細パターンの解像不良を低減して高品質な半導体装置を歩留まり良く提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決する為の検討が、鋭意、推し進められて行った。
図１は、直径φ９０ｎｍの微細ビアホールチェーンにおけるレジストポイズング発生率と上層膜種依存性をパターン寸法値で示したものである。すなわち、上層膜として、（１） Ｎ−Ｈ結合を持つＮＨ３ガスとＣ−Ｈ結合を持つアルキルシラン［ＴＭＳ：（ＣＨ３）４Ｓｉ］ガスとを用いてＳｉＣＮ膜を堆積させた場合、（２） 下地膜と同じアルキルシランガスと酸素（Ｏ２）ガスとを用いてＳｉＯＣ膜を堆積させた場合、（３） シラン（ＳｉＨ４：ＳｉｎＨ２ｎ＋２）ガスとＮ２Ｏガスとを用いてＳｉＯ膜を堆積させた場合について、ポイズニング現象の発生率がパターンエッジからセンターに向けて如何に変化するかを調べた。尚、下地膜は、Ｃ−Ｈ結合を持つアルキルシラン［ＴＭＳ：（ＣＨ３）４Ｓｉ］ガスと酸素（Ｏ２）ガスとを用いてＣＶＤ（Chemical Vaper Deposition）により成膜されたＳｉＯＣ膜である。
【００１３】
これによれば、ポイズニングは、ビアチェーンパターンのエッジで発生し易く、パターン中心に向けて低減する傾向が有る。又、上層膜がＳｉＣＮ膜やＳｉＯ膜の場合に、ポイズニング現象が発生し、ＳｉＯＣ膜の場合には発生していない。更に、ＳｉＣＮ膜の場合の方がＳｉＯ膜より発生し易い。
【００１４】
このようなことから、−ＣＨ３基と−ＮＨ基との反応によるメチルアミンの発生がポイズニング現象の大きな要因であろうことが推測できる。すなわち、ＳｉＯ膜の場合には、ＳｉＨ４ガスからのＨとＮ２ＯガスからのＮとの反応により−ＮＨ基が発生し、この−ＮＨと−ＣＨ３とが反応して塩基性物質が出来、この塩基性物質がレジストポイズニングを引き起こしているであろうことが考えられた。このことは、−ＮＨを有するＮＨ３ガスを用いて成膜したＳｉＣＮ膜と、ＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガスを用いて成膜したＳｉＯ膜とを比べた場合、前者の方が、ＮＨ量が多い為に、レジストポイズニングの発生率が高いことからも裏付けられる。
【００１５】
このような知見を基にして更なる検討が、鋭意、推し進められて行った。その結果、レジストポイズンング現象を引き起こす要因である塩基性物質を、一旦、熱処理、薬液処理、プラズマ処理などにて中和（排除）する方法では、完全な除去が不可能であり、かつ、脆弱なＬｏｗ−ｋ膜（低誘電率膜）にダメージを与える可能性が高く、従来の手法では、やはり、満足できないことが判った。そして、レジストポイズンング現象を避ける為には、基本的に、塩基性物質を発生させないようにするべきと考えるに至った。
【００１６】
そして、このことを基にして更なる検討が推し進められて行った結果、ＳｉＯＣ膜やＳｉＯ膜などが持つ−ＣＨ３基と−ＮＨ基とが反応し、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン等の塩基性物質が発生してレジストポイズニングが引き起こされることから、この−ＣＨ３基と−ＮＨ基とが反応することが無いよう、即ち、両者が共に同時に存在することは無い状態を形成してやれば良いであろうと考えるに至った。
【００１７】
例えば、下層絶縁膜がＳｉＯＣ膜で上層絶縁膜がＳｉＣＮ膜（又はＳｉＯ膜）の場合、（１） 下層絶縁膜の表面層（上層：成膜終了近傍の時点で成膜された層）に−ＣＨ３基が存在しない（存在しても、僅か）状態にしておくこと、又は（２） 上層絶縁膜の下層（成膜開始近傍の時点で成膜された層）に−ＮＨ基が存在しない（存在しても、僅か）状態にしておくことが考えられた。又、下層絶縁膜がＳｉＣＮ膜（又はＳｉＯ膜）で上層絶縁膜がＳｉＯＣ膜の場合、（３） 下層絶縁膜の表面層（上層：成膜終了近傍の時点で成膜された層）に−ＮＨ基が存在しない（存在しても、僅か）状態にしておくこと、又は（４） 上層絶縁膜の下層（成膜開始近傍の時点で成膜された層）に−ＣＨ３基が存在しない（存在しても、僅か）状態にしておくことが考えられた。
【００１８】
このような知見を基にして本発明がなされたものである。
すなわち、前記の課題は、
下層絶縁層を設ける工程と、前記下層絶縁層上に上層絶縁層を設ける工程と、前記上層絶縁層上にレジスト層を設ける工程と、前記レジスト層を所定パターンに形成し、該所定パターンのレジスト層を用いて絶縁層を所定パターンに形成する工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記下層絶縁層と前記上層絶縁層との境界領域に、Ｎ−Ｈ結合を有する物質とＣ−Ｈ結合を有する物質とを共に有することは無い中間層が形成される工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１９】
例えば、上記中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の下層絶縁層が形成された後に、前記アルキルシラン系ガスの供給が抑制されてＳｉＯ系層が形成される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。或いは、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガスとが供給されてＳｉＣＮ系の下層絶縁層が形成された後に、前記Ｎ，Ｈを有するガスの供給が抑制されてＳｉＣ系層が形成される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。又は、Ｓｉ，Ｈを有するシラン系ガスとＮ，Ｏを有するガスとが供給されてＳｉＯ系の下層絶縁層が形成された後に、前記Ｎ，Ｏを有するガスの供給が抑制されてＳｉＯ系層が形成される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００２０】
又、上記中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、前記アルキルシラン系ガスの供給に先んじて前記酸素ガスが供給される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。若しくは、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガスとが供給されてＳｉＣＮ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、前記Ｎ，Ｈを有するガスの供給に先んじて前記アルキルシラン系ガスが供給される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。又は、Ｓｉ，Ｈを有するシラン系ガスとＮ，Ｏを有するガスとが供給されてＳｉＯ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、Ｎ，Ｏを有するガスの供給に先んじて前記シラン系ガスが供給される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、−ＮＨ基と−ＣＨ３基との反応によるメチルアミンと言った塩基性物質の発生が防止される。その結果、レジストの解像不良が低減され、高精度パターンの形成が可能となる。すなわち、高品質な半導体装置が歩留まり良く得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は半導体装置の製造方法である。特に、下層絶縁層を設ける工程と、前記下層絶縁層上に上層絶縁層を設ける工程と、前記上層絶縁層上にレジスト層を設ける工程と、前記レジスト層を所定パターンに形成し、該所定パターンのレジスト層を用いて絶縁層を所定パターンに形成する工程とを有する半導体装置の製造方法である。絶縁層（下層絶縁層や上層絶縁層）としては、Ｃｕ等のメタル配線用絶縁膜、ビア層用絶縁膜、ＣＭＰ保護膜、メタル配線用バリア絶縁膜、エッチングストッパ膜などが挙げられる。従って、メタル配線用絶縁膜やビア層用絶縁膜が下層絶縁層の場合には、ＣＭＰ保護膜が上層絶縁層となる。又、メタル配線用バリア絶縁膜やエッチングストッパ膜が下層絶縁層の場合、メタル配線用絶縁膜やビア層用絶縁膜が上層絶縁層となる。又、ＣＭＰ保護膜が下層絶縁層の場合、バリア絶縁膜やエッチングストッパ膜が上層絶縁層となる。そして、下層絶縁層上に上層絶縁層を設ける場合、下層絶縁層と上層絶縁層との境界領域に、Ｎ−Ｈ結合を有する物質とＣ−Ｈ結合を有する物質とを共に有することは無い中間層が形成されるようにする。尚、本明細書において、中間層とは、下層絶縁層−中間層（中間絶縁層）−上層絶縁層と言った三層が明確に設けられた場合における中間層のみを意味するだけでは無く、下層絶縁層の上層領域における組成が下層絶縁層の下から中間領域における組成と異なる場合、この下層絶縁層の上層領域は中間層であると見做しており、又、同様に、上層絶縁層の下層領域における組成が上層絶縁層の中間から上層領域における組成と異なる場合、この上層絶縁層の下層領域は中間層であると見做している。すなわち、下層絶縁層や上層絶縁層の一部が中間層であると見做される場合が有る。尚、上記中間層が形成される工程を具体的に述べると、次のような場合が挙げられる。Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン（ＳｉｎＲ２ｎ＋２：ｎは１以上の整数。Ｒは炭化水素基または水素原子。但し、全てのＲがＨであることは無い。尚、全てのＲは同一でも異なっていても良い。）系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の下層絶縁層が形成される場合、下層絶縁層の形成終了近傍時に前記アルキルシラン系ガスの供給を抑制（供給停止）し、表面にＳｉＯ系層が形成される工程である。Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガス（例えば、アンモニアガス）とが供給されてＳｉＣＮ系の下層絶縁層が形成される場合、下層絶縁層の形成終了近傍時に前記Ｎ，Ｈを有するガス（例えば、アンモニアガス）の供給を抑制（供給停止）し、表面にＳｉＣ系層が形成される工程である。Ｓｉ，Ｈを有するシラン（ＳｉｎＨ２ｎ＋２：ｎは１以上の整数。但し、一部のＨが他の元素で置換されていても良い。）系ガスとＮ，Ｏを有するガス（例えば、Ｎ２Ｏガス）とが供給されてＳｉＯ系の下層絶縁層が形成される場合、下層絶縁層の形成終了近傍時に前記Ｎ，Ｏを有するガス（例えば、Ｎ２Ｏガス）の供給を抑制（供給停止）し、表面にＳｉＯ系層が形成される工程である。或いは、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の上層絶縁層が形成される場合、上層絶縁層の形成開始時に、先ず、アルキルシラン系ガスの供給に先んじて酸素ガスが供給される工程である。Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガス（例えば、アンモニアガス）とが供給されてＳｉＣＮ系の上層絶縁層が形成される場合、上層絶縁層の形成開始時に、先ず、Ｎ，Ｈを有するガス（例えば、アンモニアガス）の供給に先んじてアルキルシラン系ガスが供給される工程である。Ｓｉ，Ｈを有するシラン系ガスとＮ，Ｏを有するガス（例えば、Ｎ２Ｏガス）とが供給されてＳｉＯ系の上層絶縁層が形成される際、上層絶縁層の形成開始時に、先ず、Ｎ，Ｏを有するガス（例えば、Ｎ２Ｏガス）の供給に先んじてシラン系ガスが供給される工程である。すなわち、下層絶縁層の形成終了時期に、成膜用ガスの一部のガスの供給を制御し、−ＣＨ３基または−ＮＨ基を含まない絶縁層を形成するようにする。又は、上層絶縁層の形成開始時期に、成膜用ガスの一部のガスの供給を制御し、−ＣＨ３基または−ＮＨ基を含まない絶縁層を形成するようにする。すなわち、下層絶縁層と上層絶縁層との境界領域に、Ｎ−Ｈ結合を有する物質とＣ−Ｈ結合を有する物質とを共に有することは無い中間層が形成されるように成膜用ガスの一部のガス（ＣＨ３基を持つガスやＮＨ基を持つガス）の供給を制御（停止）する。尚、上記絶縁層は、例えばＣＶＤ等の気相成長方法で成膜される。
【００２３】
以下、更に具体的に説明する。
図２はデュアルダマシン法にてＣｕ配線が設けられた半導体装置の断面図、図３はレジストポイズニングが起きる恐れが有る領域を点線で囲んで示した断面図である。尚、これ等の図中、１はＳｉ基板、２はＳｉＯ膜、３はエッチングストッパ膜、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは配線層間絶縁膜、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄはＳｉＯ膜と言ったＣＭＰ保護膜、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄはＳｉＣＮ膜と言ったバリア膜、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはＣｕ配線膜、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄはＴａＮ／Ｔａと言ったメタルバリア膜である。そして、図３中、点線で囲まれる領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、ＳｉＣＮ膜とＳｉＯＣ膜との境界領域にレジストポイズニング要因である塩基性物質が発生する恐れが有る領域を示す。点線で囲まれる領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、ＳｉＯＣ膜とＳｉＯ膜との境界領域にレジストポイズニング要因である塩基性物質が発生する恐れが有る領域を示す。点線で囲まれる領域１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、ＳｉＯ膜とＳｉＣＮ膜との境界領域にレジストポイズニング要因である塩基性物質が発生する恐れが有る領域を示す。
【００２４】
本発明は、上述した通り、成膜プロセスにおいて、供給ガスの制御によって行なわれる。すなわち、−ＣＨ３基を有するＳｉＯＣ膜（下層絶縁層）上に−ＮＨ基を有するＳｉＣＮ膜（上層絶縁層）を成膜する場合、図４（ａ）に示される通り、下層絶縁層の形成終了近傍の時点で、先ず、ＴＭＳの供給を停止し、暫く、Ｏ２ガス及びＨｅガスのみを供給する。これによって、−ＣＨ３基を有するＳｉＯＣ膜に酸素プラズマガスが照射され、−ＣＨ３基が除去される。すなわち、ＳｉＯ状膜が形成される。この後で、図４（ｂ）に示される通り、上層絶縁層（ＳｉＣＮ膜）の成膜に際して、その開始時にあっては、先ず、ＴＭＳガスのみを供給し、ＳｉＣ状膜（−ＮＨを持たない膜）を成膜し、そして暫くしてからアンモニアガスも供給し、ＳｉＣＮ膜を成膜する。このようにして絶縁層を構成すれば、下層絶縁層と上層絶縁層との境界領域には、−ＣＨ３基を持つ物質や−ＮＨ基を持つ物質の双方が共に存在することは起きなくなる。勿論、片方のみが存在しないのみでも良いが、本件の場合には双方が共に存在しない。従って、レジストポイズニングの原因となる塩基性物質が生ずる恐れが無い。
【００２５】
又、−ＮＨ基を有するＳｉＣＮ膜（下層絶縁層）上に−ＣＨ３基を有するＳｉＯＣ膜（上層絶縁層）を成膜する場合、図５（ａ）に示される通り、下層絶縁層の形成終了近傍の時点で、先ず、アンモニアガスの供給を停止し、暫く、ＴＭＳガス及びＨｅガスのみを供給する。これによって、表層に、−ＮＨ基を持たないＳｉＣ状膜が形成される。この後、図５（ｂ）に示される通り、上層絶縁層（ＳｉＯＣ膜）の成膜に際して、その開始時にあっては、先ず、酸素ガス及びＨｅガスのみを供給し、ＳｉＯ状膜を形成した後、暫くしてからＴＭＳガスも供給し、ＳｉＯＣ膜を成膜する。このようにして絶縁層を構成すれば、下層絶縁層と上層絶縁層との境界領域には、−ＣＨ３基を持つ物質や−ＮＨ基を持つ物質の双方が共に存在することは起きなくなる。勿論、片方のみが存在しないのみでも良いが、本件の場合には双方が共に存在しない。従って、レジストポイズニングの原因となる塩基性物質が生ずる恐れが無い。
【００２６】
又、−ＣＨ３基を有するＳｉＯＣ膜（下層絶縁層）上に−ＮＨ基を有するＳｉＯ膜（上層絶縁層）を成膜する場合、図６（ａ）に示される通り、下層絶縁層の形成終了近傍の時点で、先ず、ＴＭＳの供給を停止し、暫く、酸素ガス及びＨｅガスのみを供給する。これによって、表層に、−ＣＨ３基を持たないＳｉＯ状膜が形成される。この後、図６（ｂ）に示される通り、上層絶縁層（ＳｉＯ膜）の成膜に際して、その開始時にあっては、先ず、シランガス及びＨｅガスのみを供給し、Ｓｉ状膜を形成した後、暫くしてからＮ２Ｏガスも供給し、ＳｉＯ膜を成膜する。或いは、図６（ｃ）に示される通り、上層絶縁層（ＳｉＯ膜）の成膜に際して、その開始時にあっては、先ず、Ｎ２Ｏガスを供給しないで、シランガス及びＨｅガスのみを供給し、暫くしてから、今度は、逆に、シランガスの供給を停止すると共にＮ２Ｏガスを供給し、その後、暫くしてから、ＳｉＨ４ガス、Ｎ２Ｏガス及びＨｅガスを供給する。このようにして絶縁層を構成すれば、下層絶縁層と上層絶縁層との境界領域には、−ＣＨ３基を持つ物質や−ＮＨ基を持つ物質の双方が共に存在することは起きなくなる。勿論、片方のみが存在しないのみでも良いが、本件の場合には双方が共に存在しない。従って、レジストポイズニングの原因となる塩基性物質が生ずる恐れが無い。
【００２７】
以下、更に具体的に説明する。
［実施例１］
デュアルダマシン２層配線におけるミドルエッチングストッパ膜としてＳｉＣＮを用いた場合において、下層絶縁層が−ＣＨ３基を持つＳｉＯＣ膜で、上層絶縁層がＳｉＣＮ膜の場合を説明する。
【００２８】
図７は、本発明の実施に際して用いられたＣＶＤ装置の概略である。本装置は、プロセスガスをシャワ状に噴出させることが可能な上部電極１４とＳｉウエハ１２を載せるステージである下部電極１３とを有する。そして、上部電極１４は周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ（高周波）電圧を印加でき、下部電極１３は接地電位としている。処理室にはプロセスガスを導入するガス供給系を有しており、ＭＦＣ(マスフローコントローラ)１７ａ，１７ｂ，１７ｃにてガス流量を制御する機構となっている。そして、処理室内の下部電極１３上にＳｉウエハ１２を載せた後、一旦、１〜２Ｅ−５Ｐａの圧力以下まで真空引きする。この後、堆積する膜種に対応したプロセスガスを導入し、制御バルブにて所定圧力にする。そして、上部電極１４にＲＦ電圧を印加し、所望の膜をウエハ１２上に堆積させる。尚、プロセスガスとしては、ＴＭＳ等のアルキルシランガス、アンモニアガス、及びＨｅガスを用いる。従来では、プロセスガスは同時に処理室に導入され、ＲＦ電圧が印加されて成膜が行なわれるが、本発明では、プロセスガスの導入タイミングが従来の場合と異なる。即ち、プロセスガスの一つであるＮＨ３ガスをＴＭＳやＨｅガスより後で導入する。この結果、膜の堆積初期にはＮＨ３ガスが無い状態であり、ＴＭＳとＨｅガスとによるプラズマにて成膜が行なわれる。そして、成膜開始の数秒後にＮＨ３ガスを導入し、通常のプロセスガスを使用した膜の堆積に移行する（図４（ｂ）参照）。
【００２９】
このように、ＮＨ３ガスを他ガスに対して後出しすることにより、成膜初期の段階で-ＮＨ基が無い中間層を３〜１０ｎｍ厚程度に亘って成膜でき、下層絶縁層が、仮に、−ＣＨ３基を持つ場合でも、レジストポイズニングの要因である塩基性物質の生成を防止できる。
【００３０】
図８は前記方法にてレジストポイズニングの発生について確認したものである。すなわち、従来の同時ガス出しの場合とＮＨ３ガスが後出しの場合とについて、φ９０ｎｍのビアチェーンの完成寸法について示したものである。従来の同時ガス出しの場合は、図１にも示された通り、ビアチェーンパターンのエッジ近傍で寸法小があり、ポイズニング現象が発生している。これに対して、ＮＨ３ガスの後出しの場合は、寸法小の発生が見られず、ポイズニング現象の発生していないことが判る。
【００３１】
［実施例２］
図９は、実施例１と同様に、下層絶縁膜が−ＣＨ３基を持つＳｉＯＣ膜で、このＳｉＯＣ膜上に−ＮＨ基を持つＳｉＯ膜を成膜した場合のレジストポイズニングの発生について確認したものである。すなわち、プロセスガスとしてＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガスを使用してＳｉＯ膜を堆積する場合である。従来では、プロセスガスは同時にガス出しを行ない、そしてＲＦ電圧印加によるプラズマにて成膜する。しかしながら、本発明では、Ｎ２Ｏガスを後出し、成膜初期の段階で−ＮＨ基が無い中間層を３〜１０ｎｍ厚程度に亘って成膜したものである。
従来の同時ガス出しの場合は、ビアチェーンパターンのエッジ近傍で寸法小があり、ポイズニング現象が発生している。これに対して、Ｎ２Ｏガスの後出しの場合は、寸法小の発生が見られず、ポイズニング現象の発生していないことが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】レジストポイズング発生率と上層膜種との関係を示すグラフ
【図２】デュアルダマシン法にて形成した銅配線構造図
【図３】レジストポイズニングが起きる可能性が有る箇所を示す説明図
【図４】ＳｉＯＣ膜上にＳｉＣＮ膜を成膜する場合の本発明の説明図
【図５】ＳｉＣＮ膜上にＳｉＯＣ膜を成膜する場合の本発明の説明図
【図６】ＳｉＯＣ膜上にＳｉＯ膜を成膜する場合の本発明の説明図
【図７】本発明の実施に用いられるＣＶＤ装置の概略図
【図８】本発明の効果（レジストポイズング発生せず）を示す説明図
【図９】本発明の効果（レジストポイズング発生せず）を示す説明図 特許出願人 次世代半導体材料技術研究組合 代 理 人 宇 高 克 己
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関する。特に、レジストポイズニングによる微細パターンの解像不良を低減して高品質な半導体装置を歩留まり良く提供できる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路は、益々、集積度が高くなり、又、集積回路を構成するトランジスタ等の半導体デバイスは、益々、小型化されている。この小型化により、半導体素子の動作速度は向上する。しかしながら、集積度の向上に伴って配線量が増大する為、配線の遅延時間が大規模集積回路の動作速度を律するようになっている。配線の遅延時間は、配線抵抗と配線容量とに依存しており、配線抵抗と配線容量との低減が求められている。配線抵抗の低抵抗化は、配線の主材料をＡｌから更に低抵抗率のＣｕに変更することが行われている。尚、配線材料によるこれ以上の低抵抗化は今日では困難である。
【０００３】
ところで、更なる微細化の進行により、集積度を上げ、半導体１チップに搭載する半導体素子の数を増加させると、これら多数の半導体素子を結線し、動作させる為の信号を伝達する信号配線ばかりか、電源を供給する為の電源配線も増加し、配線総数が急速に増加して行く。こうした配線の高密度化により、配線容量は、益々、増加せざるを得ない状況にある。
【０００４】
従って、配線の遅延時間を短縮し、所期の性能を確保する為には、配線容量を低減することが要求されており、層間絶縁膜や配線間絶縁膜として比誘電率がより低い材料を用いることが求められている。そして、低誘電率絶縁膜材料（所謂、Ｌｏｗ−ｋ材料）の研究開発、及びデバイスへの適用が鋭意推し進められている。さて、今日、配線容量の低減を目的として、誘電率が小さな絶縁膜（層間絶縁膜や配線間絶縁膜）の使用が推奨されている。誘電率を小さくする為の手法として、絶縁膜中に空孔（ホール）を形成することが提案されている。すなわち、多孔質性材料で絶縁膜を構成することが提案されている。つまり、ポーラス性の材料、所謂、Ｌｏｗ−ｋ材料の使用が提案されている。ところで、この種のＬｏｗ−ｋ材料の膜、即ち、Ｌｏｗ−ｋ膜は密着性や機械的強度に劣る。このようなことから、プラズマ処理を施すことが提案されたりしている。しかしながら、このような処理を施すと、Ｌｏｗ−ｋ膜にダメージ(誘電率の上昇)が生ずる。
【０００５】
又、半導体デバイスにおける配線形成プロセスでは、溝型に加工した配線膜上にメッキにより銅を埋め込んだ後、配線以外の余分な銅をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により除去するダマシン法の採用が一般的である。例えば、トレンチファースト法、ビアファースト法、或いはデュアルハードマスク法が提案されている。これらの中でも、特に、上・下配線間を接続する孔（ビア）と上層配線溝を同時に加工するデュアルダマシン法は、プロセスの簡略化、ビアの低抵抗化を実現できる為に広く用いられている。又、デュアルダマシン法の中でも、上層配線と下層配線とを結ぶビアを下層配線の上に加工した後に上層配線を加工するビアファーストデュアルダマシン法は、リソグラフィプロセスの重ね合せ誤差のビア抵抗変動に与える影響が小さいことから、普及している。
【０００６】
ところで、上記ダマシン法では、特に、ビアファーストデュアルダマシン法では、上層配線加工時のリソグラフィ工程でレジストポイズニングが発生し、配線精度の低下が懸念されている。尚、レジストポイズニングとは、フォトリソグラフィ工程において、例えば化学増幅型ポジレジストを用いてレジストマスクを形成する為、前記レジスト材にＡｒＦエキシマレーザを照射した後に現像を行うと、トレンチ(溝)開口領域のレジストが十分解像されずに生ずる現像不良を意味する。そして、このような解像不良(現像不良)が生じた状態でエッチングを行うと、エッチングストッパ膜まで達しないトレンチが形成されたり、ビアホール外周に沿ったクラウン状のフェンスが形成され易くなる。すなわち、これらの微細配線構造形成における不具合はレジストポイズニングに起因している。従って、微細な高精度配線構造を形成するためには、レジストマスク形成に生ずるポイズニング現象を抑制する必要がある。
【０００７】
ところで、これまで、レジストポイズニングを抑制する為には、通常、ビアを形成した後、加熱処理、薬液におる洗浄処理、ＵＶ処理、或いはプラズマ処理等の工程を追加し、フォトレジスト解像を阻害する不純物を除去したり、中和する手法が提案されている。又、フォトレジスト解像を阻害する不純物が発生しないようなプロセスガスを使用したエッチングや絶縁膜形成手法が提案されている。
【特許文献１】ＵＳ２００２／００９０８２２Ａ１
【特許文献２】ＵＳ２００２／０１２７８７６Ａ１
【特許文献３】ＵＳ２００２／０１１１０１７Ａ１
【特許文献４】特開２００３−２２９４８１
【特許文献５】特開２００４−２２１４３９
【特許文献６】特開２００６−１２８５４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、上記提案の特許文献の技術は、レジストポイズニングの抑制がそれなりに図られている。
【０００９】
しかしながら、これ等の提案の技術では、脆弱な低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）の表面が、直接、薬液、紫外線、プラズマに曝される為、絶縁膜の誘電率が上昇したり、絶縁性が劣化する等の弊害が有る。又、ポイズニング発生因子である塩基性物質を除去するには、相当の処理時間、例えば、加熱処理では２５０℃以上で３０〜６０分程度の時間が必要で有る。従って、生産性が悪くなる。
【００１０】
又、これ等の提案のものでは、一旦、発生した塩基性物質（ポイズニング発生因子）を完全に除去することが困難である。又、レジストポイズニングの要因となる塩基性物質が出来ないようなプロセスガスの選択においても、レジストポイズニングを抑制することが可能では有るものの、エッチングや絶縁膜プロセス条件が大きく限定され、微細配線や絶縁膜の低誘電率化に対応することが困難となっている。
【００１１】
従って、本発明が解決しようとする課題は、上記問題点を解決することである。すなわち、レジストポイズニングによる微細パターンの解像不良を低減して高品質な半導体装置を歩留まり良く提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決する為の検討が、鋭意、推し進められて行った。
図１は、直径φ９０ｎｍの微細ビアホールチェーンにおけるレジストポイズング発生率と上層膜種依存性をパターン寸法値で示したものである。すなわち、上層膜として、（１） Ｎ−Ｈ結合を持つＮＨ３ガスとＣ−Ｈ結合を持つアルキルシラン［ＴＭＳ：（ＣＨ３）４Ｓｉ］ガスとを用いてＳｉＣＮ膜を堆積させた場合、（２） 下地膜と同じアルキルシランガスと酸素（Ｏ２）ガスとを用いてＳｉＯＣ膜を堆積させた場合、（３） シラン（ＳｉＨ４：ＳｉｎＨ２ｎ＋２）ガスとＮ２Ｏガスとを用いてＳｉＯ膜を堆積させた場合について、ポイズニング現象の発生率がパターンエッジからセンターに向けて如何に変化するかを調べた。尚、下地膜は、Ｃ−Ｈ結合を持つアルキルシラン［ＴＭＳ：（ＣＨ３）４Ｓｉ］ガスと酸素（Ｏ２）ガスとを用いてＣＶＤ（Chemical Vaper Deposition）により成膜されたＳｉＯＣ膜である。
【００１３】
これによれば、ポイズニングは、ビアチェーンパターンのエッジで発生し易く、パターン中心に向けて低減する傾向が有る。又、上層膜がＳｉＣＮ膜やＳｉＯ膜の場合に、ポイズニング現象が発生し、ＳｉＯＣ膜の場合には発生していない。更に、ＳｉＣＮ膜の場合の方がＳｉＯ膜より発生し易い。
【００１４】
このようなことから、−ＣＨ３基と−ＮＨ基との反応によるメチルアミンの発生がポイズニング現象の大きな要因であろうことが推測できる。すなわち、ＳｉＯ膜の場合には、ＳｉＨ４ガスからのＨとＮ２ＯガスからのＮとの反応により−ＮＨ基が発生し、この−ＮＨと−ＣＨ３とが反応して塩基性物質が出来、この塩基性物質がレジストポイズニングを引き起こしているであろうことが考えられた。このことは、−ＮＨを有するＮＨ３ガスを用いて成膜したＳｉＣＮ膜と、ＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガスを用いて成膜したＳｉＯ膜とを比べた場合、前者の方が、ＮＨ量が多い為に、レジストポイズニングの発生率が高いことからも裏付けられる。
【００１５】
このような知見を基にして更なる検討が、鋭意、推し進められて行った。その結果、レジストポイズンング現象を引き起こす要因である塩基性物質を、一旦、熱処理、薬液処理、プラズマ処理などにて中和（排除）する方法では、完全な除去が不可能であり、かつ、脆弱なＬｏｗ−ｋ膜（低誘電率膜）にダメージを与える可能性が高く、従来の手法では、やはり、満足できないことが判った。そして、レジストポイズンング現象を避ける為には、基本的に、塩基性物質を発生させないようにするべきと考えるに至った。
【００１６】
そして、このことを基にして更なる検討が推し進められて行った結果、ＳｉＯＣ膜やＳｉＯ膜などが持つ−ＣＨ３基と−ＮＨ基とが反応し、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン等の塩基性物質が発生してレジストポイズニングが引き起こされることから、この−ＣＨ３基と−ＮＨ基とが反応することが無いよう、即ち、両者が共に同時に存在することは無い状態を形成してやれば良いであろうと考えるに至った。
【００１７】
例えば、下層絶縁膜がＳｉＯＣ膜で上層絶縁膜がＳｉＣＮ膜（又はＳｉＯ膜）の場合、（１） 下層絶縁膜の表面層（上層：成膜終了近傍の時点で成膜された層）に−ＣＨ３基が存在しない（存在しても、僅か）状態にしておくこと、又は（２） 上層絶縁膜の下層（成膜開始近傍の時点で成膜された層）に−ＮＨ基が存在しない（存在しても、僅か）状態にしておくことが考えられた。又、下層絶縁膜がＳｉＣＮ膜（又はＳｉＯ膜）で上層絶縁膜がＳｉＯＣ膜の場合、（３） 下層絶縁膜の表面層（上層：成膜終了近傍の時点で成膜された層）に−ＮＨ基が存在しない（存在しても、僅か）状態にしておくこと、又は（４） 上層絶縁膜の下層（成膜開始近傍の時点で成膜された層）に−ＣＨ３基が存在しない（存在しても、僅か）状態にしておくことが考えられた。
【００１８】
このような知見を基にして本発明がなされたものである。
すなわち、前記の課題は、
下層絶縁層を設ける工程と、前記下層絶縁層上に上層絶縁層を設ける工程と、前記上層絶縁層上にレジスト層を設ける工程と、前記レジスト層を所定パターンに形成し、該所定パターンのレジスト層を用いて絶縁層を所定パターンに形成する工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記下層絶縁層と前記上層絶縁層との境界領域に、Ｎ−Ｈ結合を有する物質とＣ−Ｈ結合を有する物質とを共に有することは無い中間層が形成される工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１９】
例えば、上記中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の下層絶縁層が形成された後に、前記アルキルシラン系ガスの供給が抑制されてＳｉＯ系層が形成される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。或いは、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガスとが供給されてＳｉＣＮ系の下層絶縁層が形成された後に、前記Ｎ，Ｈを有するガスの供給が抑制されてＳｉＣ系層が形成される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。又は、Ｓｉ，Ｈを有するシラン系ガスとＮ，Ｏを有するガスとが供給されてＳｉＯ系の下層絶縁層が形成された後に、前記Ｎ，Ｏを有するガスの供給が抑制されてＳｉＯ系層が形成される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００２０】
又、上記中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、前記アルキルシラン系ガスの供給に先んじて前記酸素ガスが供給される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。若しくは、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガスとが供給されてＳｉＣＮ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、前記Ｎ，Ｈを有するガスの供給に先んじて前記アルキルシラン系ガスが供給される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。又は、Ｓｉ，Ｈを有するシラン系ガスとＮ，Ｏを有するガスとが供給されてＳｉＯ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、Ｎ，Ｏを有するガスの供給に先んじて前記シラン系ガスが供給される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、−ＮＨ基と−ＣＨ３基との反応によるメチルアミンと言った塩基性物質の発生が防止される。その結果、レジストの解像不良が低減され、高精度パターンの形成が可能となる。すなわち、高品質な半導体装置が歩留まり良く得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は半導体装置の製造方法である。特に、下層絶縁層を設ける工程と、前記下層絶縁層上に上層絶縁層を設ける工程と、前記上層絶縁層上にレジスト層を設ける工程と、前記レジスト層を所定パターンに形成し、該所定パターンのレジスト層を用いて絶縁層を所定パターンに形成する工程とを有する半導体装置の製造方法である。絶縁層（下層絶縁層や上層絶縁層）としては、Ｃｕ等のメタル配線用絶縁膜、ビア層用絶縁膜、ＣＭＰ保護膜、メタル配線用バリア絶縁膜、エッチングストッパ膜などが挙げられる。従って、メタル配線用絶縁膜やビア層用絶縁膜が下層絶縁層の場合には、ＣＭＰ保護膜が上層絶縁層となる。又、メタル配線用バリア絶縁膜やエッチングストッパ膜が下層絶縁層の場合、メタル配線用絶縁膜やビア層用絶縁膜が上層絶縁層となる。又、ＣＭＰ保護膜が下層絶縁層の場合、バリア絶縁膜やエッチングストッパ膜が上層絶縁層となる。そして、下層絶縁層上に上層絶縁層を設ける場合、下層絶縁層と上層絶縁層との境界領域に、Ｎ−Ｈ結合を有する物質とＣ−Ｈ結合を有する物質とを共に有することは無い中間層が形成されるようにする。尚、本明細書において、中間層とは、下層絶縁層−中間層（中間絶縁層）−上層絶縁層と言った三層が明確に設けられた場合における中間層のみを意味するだけでは無く、下層絶縁層の上層領域における組成が下層絶縁層の下から中間領域における組成と異なる場合、この下層絶縁層の上層領域は中間層であると見做しており、又、同様に、上層絶縁層の下層領域における組成が上層絶縁層の中間から上層領域における組成と異なる場合、この上層絶縁層の下層領域は中間層であると見做している。すなわち、下層絶縁層や上層絶縁層の一部が中間層であると見做される場合が有る。尚、上記中間層が形成される工程を具体的に述べると、次のような場合が挙げられる。Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン（ＳｉｎＲ２ｎ＋２：ｎは１以上の整数。Ｒは炭化水素基または水素原子。但し、全てのＲがＨであることは無い。尚、全てのＲは同一でも異なっていても良い。）系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の下層絶縁層が形成される場合、下層絶縁層の形成終了近傍時に前記アルキルシラン系ガスの供給を抑制（供給停止）し、表面にＳｉＯ系層が形成される工程である。Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガス（例えば、アンモニアガス）とが供給されてＳｉＣＮ系の下層絶縁層が形成される場合、下層絶縁層の形成終了近傍時に前記Ｎ，Ｈを有するガス（例えば、アンモニアガス）の供給を抑制（供給停止）し、表面にＳｉＣ系層が形成される工程である。Ｓｉ，Ｈを有するシラン（ＳｉｎＨ２ｎ＋２：ｎは１以上の整数。但し、一部のＨが他の元素で置換されていても良い。）系ガスとＮ，Ｏを有するガス（例えば、Ｎ２Ｏガス）とが供給されてＳｉＯ系の下層絶縁層が形成される場合、下層絶縁層の形成終了近傍時に前記Ｎ，Ｏを有するガス（例えば、Ｎ２Ｏガス）の供給を抑制（供給停止）し、表面にＳｉＯ系層が形成される工程である。或いは、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の上層絶縁層が形成される場合、上層絶縁層の形成開始時に、先ず、アルキルシラン系ガスの供給に先んじて酸素ガスが供給される工程である。Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガス（例えば、アンモニアガス）とが供給されてＳｉＣＮ系の上層絶縁層が形成される場合、上層絶縁層の形成開始時に、先ず、Ｎ，Ｈを有するガス（例えば、アンモニアガス）の供給に先んじてアルキルシラン系ガスが供給される工程である。Ｓｉ，Ｈを有するシラン系ガスとＮ，Ｏを有するガス（例えば、Ｎ２Ｏガス）とが供給されてＳｉＯ系の上層絶縁層が形成される際、上層絶縁層の形成開始時に、先ず、Ｎ，Ｏを有するガス（例えば、Ｎ２Ｏガス）の供給に先んじてシラン系ガスが供給される工程である。すなわち、下層絶縁層の形成終了時期に、成膜用ガスの一部のガスの供給を制御し、−ＣＨ３基または−ＮＨ基を含まない絶縁層を形成するようにする。又は、上層絶縁層の形成開始時期に、成膜用ガスの一部のガスの供給を制御し、−ＣＨ３基または−ＮＨ基を含まない絶縁層を形成するようにする。すなわち、下層絶縁層と上層絶縁層との境界領域に、Ｎ−Ｈ結合を有する物質とＣ−Ｈ結合を有する物質とを共に有することは無い中間層が形成されるように成膜用ガスの一部のガス（ＣＨ３基を持つガスやＮＨ基を持つガス）の供給を制御（停止）する。尚、上記絶縁層は、例えばＣＶＤ等の気相成長方法で成膜される。
【００２３】
以下、更に具体的に説明する。
図２はデュアルダマシン法にてＣｕ配線が設けられた半導体装置の断面図、図３はレジストポイズニングが起きる恐れが有る領域を点線で囲んで示した断面図である。尚、これ等の図中、１はＳｉ基板、２はＳｉＯ膜、３はエッチングストッパ膜、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは配線層間絶縁膜、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄはＳｉＯ膜と言ったＣＭＰ保護膜、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄはＳｉＣＮ膜と言ったバリア膜、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはＣｕ配線膜、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄはＴａＮ／Ｔａと言ったメタルバリア膜である。そして、図３中、点線で囲まれる領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、ＳｉＣＮ膜とＳｉＯＣ膜との境界領域にレジストポイズニング要因である塩基性物質が発生する恐れが有る領域を示す。点線で囲まれる領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、ＳｉＯＣ膜とＳｉＯ膜との境界領域にレジストポイズニング要因である塩基性物質が発生する恐れが有る領域を示す。点線で囲まれる領域１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、ＳｉＯ膜とＳｉＣＮ膜との境界領域にレジストポイズニング要因である塩基性物質が発生する恐れが有る領域を示す。
【００２４】
本発明は、上述した通り、成膜プロセスにおいて、供給ガスの制御によって行なわれる。すなわち、−ＣＨ３基を有するＳｉＯＣ膜（下層絶縁層）上に−ＮＨ基を有するＳｉＣＮ膜（上層絶縁層）を成膜する場合、図４（ａ）に示される通り、下層絶縁層の形成終了近傍の時点で、先ず、ＴＭＳの供給を停止し、暫く、Ｏ２ガス及びＨｅガスのみを供給する。これによって、−ＣＨ３基を有するＳｉＯＣ膜に酸素プラズマガスが照射され、−ＣＨ３基が除去される。すなわち、ＳｉＯ状膜が形成される。この後で、図４（ｂ）に示される通り、上層絶縁層（ＳｉＣＮ膜）の成膜に際して、その開始時にあっては、先ず、ＴＭＳガスのみを供給し、ＳｉＣ状膜（−ＮＨを持たない膜）を成膜し、そして暫くしてからアンモニアガスも供給し、ＳｉＣＮ膜を成膜する。このようにして絶縁層を構成すれば、下層絶縁層と上層絶縁層との境界領域には、−ＣＨ３基を持つ物質や−ＮＨ基を持つ物質の双方が共に存在することは起きなくなる。勿論、片方のみが存在しないのみでも良いが、本件の場合には双方が共に存在しない。従って、レジストポイズニングの原因となる塩基性物質が生ずる恐れが無い。
【００２５】
又、−ＮＨ基を有するＳｉＣＮ膜（下層絶縁層）上に−ＣＨ３基を有するＳｉＯＣ膜（上層絶縁層）を成膜する場合、図５（ａ）に示される通り、下層絶縁層の形成終了近傍の時点で、先ず、アンモニアガスの供給を停止し、暫く、ＴＭＳガス及びＨｅガスのみを供給する。これによって、表層に、−ＮＨ基を持たないＳｉＣ状膜が形成される。この後、図５（ｂ）に示される通り、上層絶縁層（ＳｉＯＣ膜）の成膜に際して、その開始時にあっては、先ず、酸素ガス及びＨｅガスのみを供給し、ＳｉＯ状膜を形成した後、暫くしてからＴＭＳガスも供給し、ＳｉＯＣ膜を成膜する。このようにして絶縁層を構成すれば、下層絶縁層と上層絶縁層との境界領域には、−ＣＨ３基を持つ物質や−ＮＨ基を持つ物質の双方が共に存在することは起きなくなる。勿論、片方のみが存在しないのみでも良いが、本件の場合には双方が共に存在しない。従って、レジストポイズニングの原因となる塩基性物質が生ずる恐れが無い。
【００２６】
又、−ＣＨ３基を有するＳｉＯＣ膜（下層絶縁層）上に−ＮＨ基を有するＳｉＯ膜（上層絶縁層）を成膜する場合、図６（ａ）に示される通り、下層絶縁層の形成終了近傍の時点で、先ず、ＴＭＳの供給を停止し、暫く、酸素ガス及びＨｅガスのみを供給する。これによって、表層に、−ＣＨ３基を持たないＳｉＯ状膜が形成される。この後、図６（ｂ）に示される通り、上層絶縁層（ＳｉＯ膜）の成膜に際して、その開始時にあっては、先ず、シランガス及びＨｅガスのみを供給し、Ｓｉ状膜を形成した後、暫くしてからＮ２Ｏガスも供給し、ＳｉＯ膜を成膜する。或いは、図６（ｃ）に示される通り、上層絶縁層（ＳｉＯ膜）の成膜に際して、その開始時にあっては、先ず、Ｎ２Ｏガスを供給しないで、シランガス及びＨｅガスのみを供給し、暫くしてから、今度は、逆に、シランガスの供給を停止すると共にＮ２Ｏガスを供給し、その後、暫くしてから、ＳｉＨ４ガス、Ｎ２Ｏガス及びＨｅガスを供給する。このようにして絶縁層を構成すれば、下層絶縁層と上層絶縁層との境界領域には、−ＣＨ３基を持つ物質や−ＮＨ基を持つ物質の双方が共に存在することは起きなくなる。勿論、片方のみが存在しないのみでも良いが、本件の場合には双方が共に存在しない。従って、レジストポイズニングの原因となる塩基性物質が生ずる恐れが無い。
【００２７】
以下、更に具体的に説明する。
［実施例１］
デュアルダマシン２層配線におけるミドルエッチングストッパ膜としてＳｉＣＮを用いた場合において、下層絶縁層が−ＣＨ３基を持つＳｉＯＣ膜で、上層絶縁層がＳｉＣＮ膜の場合を説明する。
【００２８】
図７は、本発明の実施に際して用いられたＣＶＤ装置の概略である。本装置は、プロセスガスをシャワ状に噴出させることが可能な上部電極１４とＳｉウエハ１２を載せるステージである下部電極１３とを有する。そして、上部電極１４は周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ（高周波）電圧を印加でき、下部電極１３は接地電位としている。処理室にはプロセスガスを導入するガス供給系を有しており、ＭＦＣ(マスフローコントローラ)１７ａ，１７ｂ，１７ｃにてガス流量を制御する機構となっている。そして、処理室内の下部電極１３上にＳｉウエハ１２を載せた後、一旦、１〜２Ｅ−５Ｐａの圧力以下まで真空引きする。この後、堆積する膜種に対応したプロセスガスを導入し、制御バルブにて所定圧力にする。そして、上部電極１４にＲＦ電圧を印加し、所望の膜をウエハ１２上に堆積させる。尚、プロセスガスとしては、ＴＭＳ等のアルキルシランガス、アンモニアガス、及びＨｅガスを用いる。従来では、プロセスガスは同時に処理室に導入され、ＲＦ電圧が印加されて成膜が行なわれるが、本発明では、プロセスガスの導入タイミングが従来の場合と異なる。即ち、プロセスガスの一つであるＮＨ３ガスをＴＭＳやＨｅガスより後で導入する。この結果、膜の堆積初期にはＮＨ３ガスが無い状態であり、ＴＭＳとＨｅガスとによるプラズマにて成膜が行なわれる。そして、成膜開始の数秒後にＮＨ３ガスを導入し、通常のプロセスガスを使用した膜の堆積に移行する（図４（ｂ）参照）。
【００２９】
このように、ＮＨ３ガスを他ガスに対して後出しすることにより、成膜初期の段階で-ＮＨ基が無い中間層を３〜１０ｎｍ厚程度に亘って成膜でき、下層絶縁層が、仮に、−ＣＨ３基を持つ場合でも、レジストポイズニングの要因である塩基性物質の生成を防止できる。
【００３０】
図８は前記方法にてレジストポイズニングの発生について確認したものである。すなわち、従来の同時ガス出しの場合とＮＨ３ガスが後出しの場合とについて、φ９０ｎｍのビアチェーンの完成寸法について示したものである。従来の同時ガス出しの場合は、図１にも示された通り、ビアチェーンパターンのエッジ近傍で寸法小があり、ポイズニング現象が発生している。これに対して、ＮＨ３ガスの後出しの場合は、寸法小の発生が見られず、ポイズニング現象の発生していないことが判る。
【００３１】
［実施例２］
図９は、実施例１と同様に、下層絶縁膜が−ＣＨ３基を持つＳｉＯＣ膜で、このＳｉＯＣ膜上に−ＮＨ基を持つＳｉＯ膜を成膜した場合のレジストポイズニングの発生について確認したものである。すなわち、プロセスガスとしてＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガスを使用してＳｉＯ膜を堆積する場合である。従来では、プロセスガスは同時にガス出しを行ない、そしてＲＦ電圧印加によるプラズマにて成膜する。しかしながら、本発明では、Ｎ２Ｏガスを後出し、成膜初期の段階で−ＮＨ基が無い中間層を３〜１０ｎｍ厚程度に亘って成膜したものである。
従来の同時ガス出しの場合は、ビアチェーンパターンのエッジ近傍で寸法小があり、ポイズニング現象が発生している。これに対して、Ｎ２Ｏガスの後出しの場合は、寸法小の発生が見られず、ポイズニング現象の発生していないことが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】レジストポイズング発生率と上層膜種との関係を示すグラフ
【図２】デュアルダマシン法にて形成した銅配線構造図
【図３】レジストポイズニングが起きる可能性が有る箇所を示す説明図
【図４】ＳｉＯＣ膜上にＳｉＣＮ膜を成膜する場合の本発明の説明図
【図５】ＳｉＣＮ膜上にＳｉＯＣ膜を成膜する場合の本発明の説明図
【図６】ＳｉＯＣ膜上にＳｉＯ膜を成膜する場合の本発明の説明図
【図７】本発明の実施に用いられるＣＶＤ装置の概略図
【図８】本発明の効果（レジストポイズング発生せず）を示す説明図
【図９】本発明の効果（レジストポイズング発生せず）を示す説明図 特許出願人 次世代半導体材料技術研究組合 代 理 人 宇 高 克 己
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層絶縁層を設ける工程と、前記下層絶縁層上に上層絶縁層を設ける工程と、前記上層絶縁層上にレジスト層を設ける工程と、前記レジスト層を所定パターンに形成し、該所定パターンのレジスト層を用いて絶縁層を所定パターンに形成する工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記下層絶縁層と前記上層絶縁層との境界領域に、Ｎ−Ｈ結合を有する物質とＣ−Ｈ結合を有する物質とを共に有することは無い中間層が形成される工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の下層絶縁層が形成された後に、前記アルキルシラン系ガスの供給が抑制されてＳｉＯ系層が形成される工程である
ことを特徴とする請求項１の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
中間層を形成する工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガスとが供給されてＳｉＣＮ系の下層絶縁層が形成された後に、前記Ｎ，Ｈを有するガスの供給が抑制されてＳｉＣ系層が形成される工程である
ことを特徴とする請求項１の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｈを有するシラン系ガスとＮ，Ｏを有するガスとが供給されてＳｉＯ系の下層絶縁層が形成された後に、前記Ｎ，Ｏを有するガスの供給が抑制されてＳｉＯ系層が形成される工程である
ことを特徴とする請求項１の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、前記アルキルシラン系ガスの供給に先んじて前記酸素ガスが供給される工程である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項６】
中間層を形成する工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガスとが供給されてＳｉＣＮ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、前記Ｎ，Ｈを有するガスの供給に先んじて前記アルキルシラン系ガスが供給される工程である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項７】
中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｈを有するシラン系ガスとＮ，Ｏを有するガスとが供給されてＳｉＯ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、Ｎ，Ｏを有するガスの供給に先んじて前記シラン系ガスが供給される工程である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項１】
下層絶縁層を設ける工程と、前記下層絶縁層上に上層絶縁層を設ける工程と、前記上層絶縁層上にレジスト層を設ける工程と、前記レジスト層を所定パターンに形成し、該所定パターンのレジスト層を用いて絶縁層を所定パターンに形成する工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記下層絶縁層と前記上層絶縁層との境界領域に、Ｎ−Ｈ結合を有する物質とＣ−Ｈ結合を有する物質とを共に有することは無い中間層が形成される工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の下層絶縁層が形成された後に、前記アルキルシラン系ガスの供給が抑制されてＳｉＯ系層が形成される工程である
ことを特徴とする請求項１の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
中間層を形成する工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガスとが供給されてＳｉＣＮ系の下層絶縁層が形成された後に、前記Ｎ，Ｈを有するガスの供給が抑制されてＳｉＣ系層が形成される工程である
ことを特徴とする請求項１の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｈを有するシラン系ガスとＮ，Ｏを有するガスとが供給されてＳｉＯ系の下層絶縁層が形成された後に、前記Ｎ，Ｏを有するガスの供給が抑制されてＳｉＯ系層が形成される工程である
ことを特徴とする請求項１の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスと酸素ガスとが供給されてＳｉＯＣ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、前記アルキルシラン系ガスの供給に先んじて前記酸素ガスが供給される工程である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項６】
中間層を形成する工程は、Ｓｉ，Ｃ，Ｈを有するアルキルシラン系ガスとＮ，Ｈを有するガスとが供給されてＳｉＣＮ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、前記Ｎ，Ｈを有するガスの供給に先んじて前記アルキルシラン系ガスが供給される工程である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項７】
中間層が形成される工程は、Ｓｉ，Ｈを有するシラン系ガスとＮ，Ｏを有するガスとが供給されてＳｉＯ系の上層絶縁層が形成される際、先ず、Ｎ，Ｏを有するガスの供給に先んじて前記シラン系ガスが供給される工程である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１５３６６８（Ｐ２０１０−１５３６６８Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３１５９２（Ｐ２００８−３３１５９２）
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（５０４３７１５９４）次世代半導体材料技術研究組合 (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（５０４３７１５９４）次世代半導体材料技術研究組合 (82)
【Ｆターム（参考）】
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