半導体装置の製造方法
【課題】コンタクトの抵抗値のばらつきを抑え、歩留りを安定させることが可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板上に形成された導電層上に、絶縁膜を形成し、ハロゲンガスを含む第1のガスを用いて絶縁膜をドライエッチングして、導電層の表面を露出させ、露出した導電層に対しハロゲンガスを還元可能な第2のガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、露出した導電層に対しC元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まない第3のガスを用いて、第2のプラズマ処理を行う。
【解決手段】半導体基板上に形成された導電層上に、絶縁膜を形成し、ハロゲンガスを含む第1のガスを用いて絶縁膜をドライエッチングして、導電層の表面を露出させ、露出した導電層に対しハロゲンガスを還元可能な第2のガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、露出した導電層に対しC元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まない第3のガスを用いて、第2のプラズマ処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置に用いられる多層配線において、上層、下層の導電層間を導通するためのコンタクトが設けられる。
【0003】
このようなコンタクトは、例えば、半導体基板上に、Niサリサイド層などの導電層を形成し、SiN膜、SiO2膜などの絶縁膜が成膜された後、フォトリソグラフィ、ドライエッチングなどにより、導電層に到達するコンタクトホールが形成され、その内部に金属が埋め込まれることにより形成される。コンタクトホールに金属が埋め込まれる際、通常、予め硫酸と過酸化水素水との混合液(以下SH液と記す)などによりウェット処理される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2002−15187号公報(請求項10、段落[0018]など)
【特許文献2】特開2009−194195号公報(段落[0051]など)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の場合には、コンタクトの抵抗値がばらつき、歩留りが安定しないという問題がある。
【0006】
本発明は、コンタクトの抵抗値のばらつきを抑え、歩留りを安定させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態によれば、半導体基板上に形成された導電層上に、絶縁膜を形成し、ハロゲンガスを含む第1のガスを用いて絶縁膜をドライエッチングして、導電層の表面を露出させ、露出した導電層に対しハロゲンガスを還元可能な第2のガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、露出した導電層に対しC元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まない第3のガスを用いて、第2のプラズマ処理を行う、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【0008】
また、半導体基板上に形成された金属シリサイド層上に、絶縁膜を形成し、ハロゲンガスを含むガスを用いたドライエッチングにより、絶縁膜に、導電層に到達する所定パターンの開口部を形成し、開口部が形成された半導体基板に対し、N2/H2混合ガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、開口部が形成された半導体基板に対し、CO/O2混合ガスを用いて第2のプラズマ処理を行う、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1B】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1C】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1D】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1E】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1F】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1G】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1H】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1I】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程のフローチャートである。
【図3】本発明の一実施形態に係るRIE処理装置の構成を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る半導体装置の歩留りを示す図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る大気中放置時間による半導体装置の歩留りの変動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【0011】
(第1の実施形態)
図1A〜Iに、本実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図を、図2にそのフローチャートを示す。
【0012】
図1Aに示すように、先ず、Si基板などの半導体基板11上に、導電層であるNiシリサイド層12を形成し(Step1)、絶縁膜13として、SiN膜13a、SiO2膜13bを順次成膜する(Step2)。導電層であるNiシリサイド層12は、例えば、トランジスタのゲート電極上や、拡散層上等に設けられる。さらに、図1Bに示すように、レジスト膜を塗布により形成し、所定のパターンで露光することにより、レジストパターン14を形成する(Step3)。
【0013】
次いで、半導体基板11上にレジストパターン14などが形成されて得られたウェーハwを、例えば、図3に示すRIE(Reactive Ion Etching)処理が行われるチャンバ31に導入する(Step4)。
【0014】
図3に示すように、チャンバ31において、上部電極32と、これと対向配置され下部電極となるとともにウェーハwを載置するためのウェーハステージ33が設置され、それぞれ高周波電圧を印加するための高周波電源34、35が接続されている。チャンバ31には、その上方に、所定のガス種、流量のプロセスガスを導入するためのマスフローコントローラなどを備えたプロセスガス供給機構36が接続されている。また、その下方には、余剰なプロセスガス、反応副生成物などを排出し、チャンバ31内を所定の圧力に制御するための真空ポンプ、排気量調整バルブなどから構成される排気機構37が設けられている。
【0015】
ウェーハwがウェーハステージ33上に載置された後、プロセスガス供給機構36により、チャンバ31内に、ハロゲンガスであるC4F8/C4F6ガスと、O2、Arの混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源34、35より所定の電力が供給される。そして、図1Cに示すように、レジストパターン14をマスクとして、RIEにより上層絶縁膜であるSiO2膜13bが所定のパターンに加工される(Step5−1)。
【0016】
次いで、チャンバ31に、プロセスガス供給機構36によりO2ガスが導入され、図1Dに示すように、レジストパターン14がアッシングされることにより除去される(Step5−2)。
【0017】
次いで、プロセスガス供給機構36により、チャンバ31内に、ハロゲンガスであるCH2F2ガスと、O2、Arの混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源34、35より所定の電力が供給される。そして、図1Eに示すように、所定パターンのSiO2膜13bをマスクとして、RIEによりSiN膜13aが所定のパターンに加工される。このようにして、導電層であるNiシリサイド層12が露出され、絶縁膜13にコンタクトホール15が形成される(Step5−3)。なお、本実施形態では、SiO2膜13bのエッチングストップ層としてSiN膜13aを設けているが、必ずしも設ける必要はない。また、SiO2膜13bとエッチングの選択比が取れ、ハロゲン系のエッチングガスでエッチングを行うような膜にかえても構わない。
【0018】
このようにしてコンタクトホール15が形成されたウェーハwについて、2段階のプラズマ処理による後処理が行われる。
【0019】
先ず、チャンバ31内に、プロセスガス供給機構36により、ハロゲンガスを還元可能なガスであるN2/H2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御され、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、図1Fに示すように、導電層であるNiシリサイド層12の表面にN2/H2プラズマ処理が行われる(Step6−1)。これにより、導電層であるNiシリサイド層12の表面のハロゲン元素の除去を行う。
【0020】
次いで、チャンバ31内に、プロセスガス供給機構36により、C元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まないガスであるCO/O2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、図1Gに示すように、CO/O2プラズマ処理が行われる(Step6−2)。
【0021】
このようにして、コンタクトホール15が形成された後、N2/H2、CO/O2を用いたシーケンシャルプラズマ処理の行われたウェーハwは、チャンバ31より搬出される。そして、図1Hに示すように、SH液により洗浄される(Step7)。そして、図1Iに示すように、金属層であるTiN層16a/W層16bが順次形成されることにより、コンタクトホール15が埋め込まれ、コンタクト16が形成される(Step8)。
【0022】
このようにして得られるコンタクトについて、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前まで11.5時間、大気中に放置したときのコンタクト抵抗値を測定し、歩留り(抵抗値が規格値以下となる割合)を求めた。求められた歩留り(相対値)を図4に示す。比較例として、N2/H2プラズマ処理後に、C元素を含まないO2ガスを用いてシーケンシャルにプラズマ処理を行ったもの、N2/H2プラズマ処理を行わないで、O2ガスを用いてプラズマ処理を行ったものの歩留りを、併せて示す。さらに、参考値として、O2ガスのみを用いてプラズマ処理を行ったものを3.5時間、大気中に放置したときの歩留りを併せて示す。
【0023】
図4に示すように、本実施形態により得られたコンタクトの歩留りは、比較例のものより明らかに高くなっている。そして、O2ガスのみを用いてプラズマ処理を行ったものについては、放置時間が長くなると大幅に歩留りが低下することがわかる。
【0024】
また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前までの大気中放置時間を変動させたときの、コンタクト抵抗値の測定結果に基づく歩留り(相対値)の変動を図5に示す。比較例として、いずれもN2/H2プラズマ処理を行わないで、CO/O2ガスを用いてプラズマ処理を行ったもの、O2ガスを用いてプラズマ処理を行ったものの歩留り変動を、併せて示す。
【0025】
図5に示すように、本実施形態により得られたコンタクトの歩留りは、比較例のものより高く、その大気中放置時間による変動が抑えられる。
【0026】
このように、本実施形態によれば、エッチングによるコンタクトホール形成後に、後処理として、エッチングガスをN2/H2、CO/O2を変動させて2段階のプラズマ処理を行うことにより、良好なコンタクト抵抗が得られ、歩留りを向上させることができる。また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前までの大気中放置時間によるコンタクト抵抗のばらつきが抑えられ、歩留りを安定させることができる。
【0027】
このような効果は、以下のメカニズムによるものと考えられる。
【0028】
すなわち、Fなどのハロゲン元素を含むガスを用いたエッチングによりコンタクトホールが形成される際に、ハロゲンがコンタクトホール内に残存して、露出した導電層中の金属元素(例えば、Ni)と反応する。そして、このまま大気暴露すると、NiFなどのハロゲン化金属が、空気中の水分と反応する。この反応生成物は、後工程のSH洗浄では除去できず、コロージョンの原因となる。そこで、第1段として、還元性のガスを用いたプラズマ処理により、残存ハロゲンを除去する。
【0029】
従って、第1段のプラズマ処理に用いられるガスは、ハロゲンガスを還元することができるガスである必要があり、例えば、H2、N2、NH4を含むものを用いることができる。
【0030】
さらに、露出した導電層表面がプラズマによりダメージを受けることにより不安定な金属元素(例えば、導電層がNiシリサイド層である場合、Ni)が生じ、これが空気中の水分と反応し、放置時間の経過とともにコンタクト抵抗を上昇させる。そこで、第2段として、C元素、O元素を含むガスを用いたプラズマ処理により、蒸気化して、除去する。このとき、Fなどのハロゲン元素が存在すると、金属元素とC元素、O元素を含むガスとの反応の進行が抑えられるため、還元性ガスによりハロゲンを除去した後に、処理が行われる必要がある。
【0031】
従って、第2段のプラズマ処理に用いられるガスは、ハロゲン元素を含まず、金属元素と反応して、蒸気化することが可能なガスである必要があり、比較的低温(例えば300℃以下)で蒸気化が可能なCO、CO2などのCO系ガスや、これにO2を混合したガスの他、CH4/O2ガスなどを用いることができる。
【0032】
(第2の実施形態)
本実施形態において、コンタクトホールの形成までの行程と、プラズマ処理後のコンタクト形成工程は、第1の実施形態と同様であるが、N2/H2プラズマ処理の後、一旦大気暴露されて、CO/O2プラズマ処理が行われる点で異なっている。
【0033】
第1の実施形態と同様に、コンタクトホールが形成された後、チャンバ31内に搬入され、ウェーハステージ33上に載置される。次いで、プロセスガス供給機構36により、ハロゲンガスを還元可能なガスであるN2/H2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。そして、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、N2/H2プラズマ処理が行われる(Step6)。
【0034】
次いで、一旦ウェーハwをチャンバより搬出した後、再度チャンバ31に搬入され、ウェーハステージ33上に載置される。そして、第1の実施形態と同様に、チャンバ31内に、プロセスガス供給機構36により、C元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まないガスであるCO/O2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御され、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、CO/O2プラズマ処理が行われる(Step6−2)。
【0035】
このようにして、プラズマ処理の行われたウェーハwは、チャンバより搬出され、第1の実施形態と同様に、SH液により洗浄される(Step8)。そして、TiN層/W層などの金属層が形成されることにより、コンタクトホールが埋め込まれ、コンタクトが形成される(Step9)。
【0036】
そして、得られたコンタクトについて、第1の実施形態と同様の評価を行ったところ、同様の結果を得ることができた。
【0037】
このように、本実施形態によれば、エッチングによるコンタクトホール形成後に、後処理として、第1段のN2/H2プラズマ処理後に、一旦ウェーハを大気暴露してから第2段のCO/O2プラズマ処理を行った場合でも、プラズマ処理をシーケンシャルに行った場合と同様に、良好なコンタクト抵抗が得られ、歩留りを向上させることができる。また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前までの大気中放置時間によるコンタクト抵抗のばらつきが抑えられ、歩留りを安定させることができる
なお、必ずしもN2/H2プラズマ処理と同一のチャンバ31にてCO/O2プラズマ処理が行われる必要はなく、異なるチャンバにてCO/O2プラズマ処理が行われてもよい。
【0038】
これら実施形態において、導電層の一例として、Niシリサイドを挙げたが、導電層はこれに限定されるものではない。金属元素を含むものであればよく、具体的にはNiの他、Co、Cuなどの後期遷移金属元素を含む金属層や、これらのシリサイド層を用いることができる。
【0039】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【0040】
11…半導体基板
12…Niシリサイド層
13…絶縁膜
13a…SiN膜
13b…SiO2膜
14…レジストパターン
15…コンタクトホール
16…コンタクト
16a…TiN層
16b…W層
31…チャンバ
32…上部電極
33…ウェーハステージ
34、35…高周波電源
36…プロセスガス供給機構
37…排気機構
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置に用いられる多層配線において、上層、下層の導電層間を導通するためのコンタクトが設けられる。
【0003】
このようなコンタクトは、例えば、半導体基板上に、Niサリサイド層などの導電層を形成し、SiN膜、SiO2膜などの絶縁膜が成膜された後、フォトリソグラフィ、ドライエッチングなどにより、導電層に到達するコンタクトホールが形成され、その内部に金属が埋め込まれることにより形成される。コンタクトホールに金属が埋め込まれる際、通常、予め硫酸と過酸化水素水との混合液(以下SH液と記す)などによりウェット処理される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2002−15187号公報(請求項10、段落[0018]など)
【特許文献2】特開2009−194195号公報(段落[0051]など)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の場合には、コンタクトの抵抗値がばらつき、歩留りが安定しないという問題がある。
【0006】
本発明は、コンタクトの抵抗値のばらつきを抑え、歩留りを安定させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態によれば、半導体基板上に形成された導電層上に、絶縁膜を形成し、ハロゲンガスを含む第1のガスを用いて絶縁膜をドライエッチングして、導電層の表面を露出させ、露出した導電層に対しハロゲンガスを還元可能な第2のガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、露出した導電層に対しC元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まない第3のガスを用いて、第2のプラズマ処理を行う、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【0008】
また、半導体基板上に形成された金属シリサイド層上に、絶縁膜を形成し、ハロゲンガスを含むガスを用いたドライエッチングにより、絶縁膜に、導電層に到達する所定パターンの開口部を形成し、開口部が形成された半導体基板に対し、N2/H2混合ガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、開口部が形成された半導体基板に対し、CO/O2混合ガスを用いて第2のプラズマ処理を行う、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1B】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1C】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1D】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1E】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1F】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1G】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1H】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図1I】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程のフローチャートである。
【図3】本発明の一実施形態に係るRIE処理装置の構成を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る半導体装置の歩留りを示す図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る大気中放置時間による半導体装置の歩留りの変動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【0011】
(第1の実施形態)
図1A〜Iに、本実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図を、図2にそのフローチャートを示す。
【0012】
図1Aに示すように、先ず、Si基板などの半導体基板11上に、導電層であるNiシリサイド層12を形成し(Step1)、絶縁膜13として、SiN膜13a、SiO2膜13bを順次成膜する(Step2)。導電層であるNiシリサイド層12は、例えば、トランジスタのゲート電極上や、拡散層上等に設けられる。さらに、図1Bに示すように、レジスト膜を塗布により形成し、所定のパターンで露光することにより、レジストパターン14を形成する(Step3)。
【0013】
次いで、半導体基板11上にレジストパターン14などが形成されて得られたウェーハwを、例えば、図3に示すRIE(Reactive Ion Etching)処理が行われるチャンバ31に導入する(Step4)。
【0014】
図3に示すように、チャンバ31において、上部電極32と、これと対向配置され下部電極となるとともにウェーハwを載置するためのウェーハステージ33が設置され、それぞれ高周波電圧を印加するための高周波電源34、35が接続されている。チャンバ31には、その上方に、所定のガス種、流量のプロセスガスを導入するためのマスフローコントローラなどを備えたプロセスガス供給機構36が接続されている。また、その下方には、余剰なプロセスガス、反応副生成物などを排出し、チャンバ31内を所定の圧力に制御するための真空ポンプ、排気量調整バルブなどから構成される排気機構37が設けられている。
【0015】
ウェーハwがウェーハステージ33上に載置された後、プロセスガス供給機構36により、チャンバ31内に、ハロゲンガスであるC4F8/C4F6ガスと、O2、Arの混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源34、35より所定の電力が供給される。そして、図1Cに示すように、レジストパターン14をマスクとして、RIEにより上層絶縁膜であるSiO2膜13bが所定のパターンに加工される(Step5−1)。
【0016】
次いで、チャンバ31に、プロセスガス供給機構36によりO2ガスが導入され、図1Dに示すように、レジストパターン14がアッシングされることにより除去される(Step5−2)。
【0017】
次いで、プロセスガス供給機構36により、チャンバ31内に、ハロゲンガスであるCH2F2ガスと、O2、Arの混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源34、35より所定の電力が供給される。そして、図1Eに示すように、所定パターンのSiO2膜13bをマスクとして、RIEによりSiN膜13aが所定のパターンに加工される。このようにして、導電層であるNiシリサイド層12が露出され、絶縁膜13にコンタクトホール15が形成される(Step5−3)。なお、本実施形態では、SiO2膜13bのエッチングストップ層としてSiN膜13aを設けているが、必ずしも設ける必要はない。また、SiO2膜13bとエッチングの選択比が取れ、ハロゲン系のエッチングガスでエッチングを行うような膜にかえても構わない。
【0018】
このようにしてコンタクトホール15が形成されたウェーハwについて、2段階のプラズマ処理による後処理が行われる。
【0019】
先ず、チャンバ31内に、プロセスガス供給機構36により、ハロゲンガスを還元可能なガスであるN2/H2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御され、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、図1Fに示すように、導電層であるNiシリサイド層12の表面にN2/H2プラズマ処理が行われる(Step6−1)。これにより、導電層であるNiシリサイド層12の表面のハロゲン元素の除去を行う。
【0020】
次いで、チャンバ31内に、プロセスガス供給機構36により、C元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まないガスであるCO/O2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。その後、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、図1Gに示すように、CO/O2プラズマ処理が行われる(Step6−2)。
【0021】
このようにして、コンタクトホール15が形成された後、N2/H2、CO/O2を用いたシーケンシャルプラズマ処理の行われたウェーハwは、チャンバ31より搬出される。そして、図1Hに示すように、SH液により洗浄される(Step7)。そして、図1Iに示すように、金属層であるTiN層16a/W層16bが順次形成されることにより、コンタクトホール15が埋め込まれ、コンタクト16が形成される(Step8)。
【0022】
このようにして得られるコンタクトについて、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前まで11.5時間、大気中に放置したときのコンタクト抵抗値を測定し、歩留り(抵抗値が規格値以下となる割合)を求めた。求められた歩留り(相対値)を図4に示す。比較例として、N2/H2プラズマ処理後に、C元素を含まないO2ガスを用いてシーケンシャルにプラズマ処理を行ったもの、N2/H2プラズマ処理を行わないで、O2ガスを用いてプラズマ処理を行ったものの歩留りを、併せて示す。さらに、参考値として、O2ガスのみを用いてプラズマ処理を行ったものを3.5時間、大気中に放置したときの歩留りを併せて示す。
【0023】
図4に示すように、本実施形態により得られたコンタクトの歩留りは、比較例のものより明らかに高くなっている。そして、O2ガスのみを用いてプラズマ処理を行ったものについては、放置時間が長くなると大幅に歩留りが低下することがわかる。
【0024】
また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前までの大気中放置時間を変動させたときの、コンタクト抵抗値の測定結果に基づく歩留り(相対値)の変動を図5に示す。比較例として、いずれもN2/H2プラズマ処理を行わないで、CO/O2ガスを用いてプラズマ処理を行ったもの、O2ガスを用いてプラズマ処理を行ったものの歩留り変動を、併せて示す。
【0025】
図5に示すように、本実施形態により得られたコンタクトの歩留りは、比較例のものより高く、その大気中放置時間による変動が抑えられる。
【0026】
このように、本実施形態によれば、エッチングによるコンタクトホール形成後に、後処理として、エッチングガスをN2/H2、CO/O2を変動させて2段階のプラズマ処理を行うことにより、良好なコンタクト抵抗が得られ、歩留りを向上させることができる。また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前までの大気中放置時間によるコンタクト抵抗のばらつきが抑えられ、歩留りを安定させることができる。
【0027】
このような効果は、以下のメカニズムによるものと考えられる。
【0028】
すなわち、Fなどのハロゲン元素を含むガスを用いたエッチングによりコンタクトホールが形成される際に、ハロゲンがコンタクトホール内に残存して、露出した導電層中の金属元素(例えば、Ni)と反応する。そして、このまま大気暴露すると、NiFなどのハロゲン化金属が、空気中の水分と反応する。この反応生成物は、後工程のSH洗浄では除去できず、コロージョンの原因となる。そこで、第1段として、還元性のガスを用いたプラズマ処理により、残存ハロゲンを除去する。
【0029】
従って、第1段のプラズマ処理に用いられるガスは、ハロゲンガスを還元することができるガスである必要があり、例えば、H2、N2、NH4を含むものを用いることができる。
【0030】
さらに、露出した導電層表面がプラズマによりダメージを受けることにより不安定な金属元素(例えば、導電層がNiシリサイド層である場合、Ni)が生じ、これが空気中の水分と反応し、放置時間の経過とともにコンタクト抵抗を上昇させる。そこで、第2段として、C元素、O元素を含むガスを用いたプラズマ処理により、蒸気化して、除去する。このとき、Fなどのハロゲン元素が存在すると、金属元素とC元素、O元素を含むガスとの反応の進行が抑えられるため、還元性ガスによりハロゲンを除去した後に、処理が行われる必要がある。
【0031】
従って、第2段のプラズマ処理に用いられるガスは、ハロゲン元素を含まず、金属元素と反応して、蒸気化することが可能なガスである必要があり、比較的低温(例えば300℃以下)で蒸気化が可能なCO、CO2などのCO系ガスや、これにO2を混合したガスの他、CH4/O2ガスなどを用いることができる。
【0032】
(第2の実施形態)
本実施形態において、コンタクトホールの形成までの行程と、プラズマ処理後のコンタクト形成工程は、第1の実施形態と同様であるが、N2/H2プラズマ処理の後、一旦大気暴露されて、CO/O2プラズマ処理が行われる点で異なっている。
【0033】
第1の実施形態と同様に、コンタクトホールが形成された後、チャンバ31内に搬入され、ウェーハステージ33上に載置される。次いで、プロセスガス供給機構36により、ハロゲンガスを還元可能なガスであるN2/H2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御される。そして、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、N2/H2プラズマ処理が行われる(Step6)。
【0034】
次いで、一旦ウェーハwをチャンバより搬出した後、再度チャンバ31に搬入され、ウェーハステージ33上に載置される。そして、第1の実施形態と同様に、チャンバ31内に、プロセスガス供給機構36により、C元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まないガスであるCO/O2混合ガスが導入され、排気機構37により所定の圧力に制御され、高周波電源34、35より所定の電力が供給され、CO/O2プラズマ処理が行われる(Step6−2)。
【0035】
このようにして、プラズマ処理の行われたウェーハwは、チャンバより搬出され、第1の実施形態と同様に、SH液により洗浄される(Step8)。そして、TiN層/W層などの金属層が形成されることにより、コンタクトホールが埋め込まれ、コンタクトが形成される(Step9)。
【0036】
そして、得られたコンタクトについて、第1の実施形態と同様の評価を行ったところ、同様の結果を得ることができた。
【0037】
このように、本実施形態によれば、エッチングによるコンタクトホール形成後に、後処理として、第1段のN2/H2プラズマ処理後に、一旦ウェーハを大気暴露してから第2段のCO/O2プラズマ処理を行った場合でも、プラズマ処理をシーケンシャルに行った場合と同様に、良好なコンタクト抵抗が得られ、歩留りを向上させることができる。また、プラズマ処理後にチャンバより搬出されてからSH液による洗浄前までの大気中放置時間によるコンタクト抵抗のばらつきが抑えられ、歩留りを安定させることができる
なお、必ずしもN2/H2プラズマ処理と同一のチャンバ31にてCO/O2プラズマ処理が行われる必要はなく、異なるチャンバにてCO/O2プラズマ処理が行われてもよい。
【0038】
これら実施形態において、導電層の一例として、Niシリサイドを挙げたが、導電層はこれに限定されるものではない。金属元素を含むものであればよく、具体的にはNiの他、Co、Cuなどの後期遷移金属元素を含む金属層や、これらのシリサイド層を用いることができる。
【0039】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【0040】
11…半導体基板
12…Niシリサイド層
13…絶縁膜
13a…SiN膜
13b…SiO2膜
14…レジストパターン
15…コンタクトホール
16…コンタクト
16a…TiN層
16b…W層
31…チャンバ
32…上部電極
33…ウェーハステージ
34、35…高周波電源
36…プロセスガス供給機構
37…排気機構
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板上に形成された導電層上に、絶縁膜を形成し、
ハロゲンガスを含む第1のガスを用いて前記絶縁膜をドライエッチングして、前記導電層の表面を露出させ、
露出した前記導電層に対し前記ハロゲンガスを還元可能な第2のガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、
露出した前記導電層に対しC元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まない第3のガスを用いて、第2のプラズマ処理を行う、
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2のガスは、H2、N2、NH4のいずれか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3のガスは、CO又はCO2を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記導電層は、金属層又は金属シリサイド層を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
半導体基板上に形成された金属シリサイド層上に、絶縁膜を形成し、
ハロゲンガスを含むガスを用いたドライエッチングにより、前記絶縁膜に、前記導電層に到達する所定パターンの開口部を形成し、
前記開口部が形成された半導体基板に対し、N2/H2混合ガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、
前記開口部が形成された半導体基板に対し、CO/O2混合ガスを用いて第2のプラズマ処理を行う、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項1】
半導体基板上に形成された導電層上に、絶縁膜を形成し、
ハロゲンガスを含む第1のガスを用いて前記絶縁膜をドライエッチングして、前記導電層の表面を露出させ、
露出した前記導電層に対し前記ハロゲンガスを還元可能な第2のガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、
露出した前記導電層に対しC元素及びO元素を含みハロゲン元素を含まない第3のガスを用いて、第2のプラズマ処理を行う、
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2のガスは、H2、N2、NH4のいずれか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3のガスは、CO又はCO2を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記導電層は、金属層又は金属シリサイド層を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
半導体基板上に形成された金属シリサイド層上に、絶縁膜を形成し、
ハロゲンガスを含むガスを用いたドライエッチングにより、前記絶縁膜に、前記導電層に到達する所定パターンの開口部を形成し、
前記開口部が形成された半導体基板に対し、N2/H2混合ガスを用いて第1のプラズマ処理を行い、
前記開口部が形成された半導体基板に対し、CO/O2混合ガスを用いて第2のプラズマ処理を行う、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図1H】
【図1I】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図1H】
【図1I】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【公開番号】特開2011−243680(P2011−243680A)
【公開日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−113103(P2010−113103)
【出願日】平成22年5月17日(2010.5.17)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年5月17日(2010.5.17)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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