JPH07193045A

JPH07193045A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH07193045A
Application number: JP30831393A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Suzuki; 克典鈴木
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】安定したエッチング条件でＡ１合金配線の露出
を防止してスルーホールを形成できる半導体装置の製造
方法を提供する。【構成】シリコン基板１０の表面積に対して１０％程度
の開口率になるようにフォトレジスト層２４を形成す
る。このフォトレジスト層２４をマスクにして反応性イ
オンエッチングによって層間絶縁膜２０にスルーホール
２２を形成する。ダミー配線パターンがあるので、レジ
ストマスクの開口率は大きくなる。この結果、ＴｉＮ膜
１６のエッチング速度は遅くなるので、ＴｉＮ膜１６は
エッチングのストッパーとして作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特に多層配線構造を備えた半導体装置を製造す
るのに好適な半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化等を目的として露光
光の反射を防止する反射防止膜を利用した配線パターン
形成方法が知られている。この反射防止膜を利用した配
線パターン形成方法とは、Ａｌ合金配線パターンを形成
するためのＡｌ合金配線膜の上に反射防止膜を形成し、
この反射防止膜の上にレジスト膜を形成し、このレジス
ト膜を所定のパターンに露光してレジストマスクを形成
する方法である。このように反射防止膜をＡｌ合金配線
膜の上に形成すると、反射率の高いＡｌ合金配線膜で露
光光が反射、散乱されないためレジストマスクを高精度
で形成できる。これにより、配線間隔の短い配線パター
ンを高精度で形成できることになり、半導体装置の微細
化を達成できる。反射防止膜としてはＴｉＮやＴｉＯＮ
等のＴｉ化合物やアモルファスシリコン（α−Ｓｉ、非
晶質Ｓｉ）等が用いられている。特に、Ｔｉ化合物から
なる反射防止膜は反射率が低いので広く使用されてい
る。

【０００３】また、半導体装置の高速化・高集積化等を
達成するために、ＳｉＯ₂ からなる層間絶縁膜を使って
形成された多層配線構造が知られている。多層配線構造
では、上下の配線同士を接続するために層間絶縁膜にス
ルーホールが形成される。このスルーホールを形成する
に当たっては、層間絶縁膜の上に所定のパターンのレジ
ストマスクを形成して層間絶縁膜をエッチングする。層
間絶縁膜のエッチング工程では、エッチング速度が大き
く、スルーホール形状の制御性に優れると共に下地であ
るＡｌ合金との選択性も見込めるＣＦ₄ ガス、Ｃ₂ Ｆ₆
ガス、ＣＨＦ₃ガス等のフロロカーボン系（フッ化炭素
系）ガスと、ＡｒガスやＨｅガス等の希バスとを混合し
た混合ガスが使用され、プラズマ雰囲気中で反応性イオ
ンエッチングが行われる。

【０００４】さらに半導体装置を微細化・高集積化する
ために、上記の反射防止膜と多層配線構造の両者を備え
た半導体装置が製造されている。この半導体装置を製造
するに当たっては、Ａｌ合金配線の上に反射防止膜が形
成され、この反射防止膜の上に層間絶縁膜が形成され
る。その後、上下の配線同士を接続するためのスルーホ
ールを形成する。その際、スルーホール形成用のレジス
ト膜を形成するが、このときもＡｌ合金配線上の反射防
止膜があるので、配線パターンに段差があっても露光光
の反射、散乱が抑えられ、径がサブミクロン以下のスル
ーホール形成用レジストマスクを高精度で形成できるこ
ととなる。

【０００５】スルーホールは反応性イオンエッチングで
形成されるが、層間絶縁膜には１μｍ程度の膜厚差があ
るので、層間絶縁膜が薄いところでは反射防止膜を含む
配線表面へのエッチングが長時間行われることになる。
通常Ｔｉ化合物はフッ素系ガスのプラズマ中ではエッチ
ングされやすく、フロロカーボン系ガスのプラズマに長
時間さらされることにより反射防止膜であるＴｉ化合物
は除去される。反射防止膜がエッチングされ除去される
と、Ａｌ合金配線が露出しエッチングされる。この結
果、Ａｌを含む残渣がスルーホール側壁やＡｌ合金配線
の表面に付着し、配線信頼性が低下する。また、長時間
フロロカーボン系ガスのプラズマにＡｌ合金表面がさら
されると、Ａｌ合金表面がフッ化し高抵抗の変質層にな
るという問題もある。さらにＡｌ合金配線が露出してい
ると、後工程のウエット洗浄時にＡｌ合金の電池効果に
よってＡｌ合金配線にマイクロコロージョンが発生し、
配線信頼性が低下する。これらの問題はスルーホールが
微細化するにつれ一層深刻になる。この理由は、Ａｌを
含む残渣はスルーホールのアスペクト比が１以上となる
微細孔で顕著になるからであり、また、Ａｌ合金表層の
フッ化やＡｌ合金配線のマイクロコロージョンの問題
は、スルーホール径の縮小に伴い接続不良の原因となる
確率が著しく高まるからである。

【０００６】そこで、Ａｌを含む残渣を除去する方法と
して、次の（１）の方法が提案されている。（１）層間絶縁膜にテーパ付きのスルーホールを形成
し、スルーホール形成後にスルーホール内部をイオン衝
撃して残渣を除去する（ＳｉＯ₂ テーパドエッチン
グエンプロイングマグネトロンディスチャージ
ドライプロセス１９９０年１０５頁（Ｏｈｉｗａｅ
ｔａｌ． “ＳｉＯ₂ ＴａｐｅｒｅｄＥｔｃｈｉ
ｎｇＥｍｐｌｏｙｉｎｇＭａｇｎｅｔｒｏｎＤｉ
ｓｃｈａｒｇｅ” １９９０ＤｒｙＰｒｏｃｅｓｓ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，ｐ１０５）参照）。

【０００７】また、後工程のウエット洗浄時にＡｌ合金
の電池効果によるＡｌ合金配線上のマイクロコロージョ
ンを抑えるためには、次の（２）〜（３）のような方法
が提案されている。（２）水洗工程前にＡｌ合金表面に不動態被膜を形成す
る（特開平４−３５６９２７号公報参照）、（３）超純水に脱酸素処理を施し水洗する（特開平４−
５１５２１号公報参照）。

【０００８】また、層間絶縁膜をエッチングする際にＡ
ｌ合金配線の露出を防止するためには、次の（４）〜
（６）のような方法が提案されている。（４）Ａｌ合金配線と反射防止膜（ＴｉＮ膜）との間に
Ｗ膜を挾んだＴｉＮ／Ｗ／Ａｌ配線構造を形成し、この
Ｗ膜をエッチングストッパとして用いて、Ａｌ合金配線
の露出を防止する（ハイリーリライアブルマルチレ
ベルインターコネクションプロセスフォー０．
６μｍＣＭＯＳデバイスビミックコンファレンス
１９９１年６月１１−１２１３項（Ｔａｋａｔａ
ｅｔａｌ．“ＡＨｉｇｈｌｙＲｅｌｉａｂｌｅＭ
ｕｔｉｌｅｖｅｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ
ＰｒｏｃｅｓｓＦｏｒ０．６μｍＣＭＯＳＤｅ
ｖｉｃｅｓ” Ｊｕｎｅ１１−１２，１９９１，
ＶＭＩＣＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐ１３）参照）。

【０００９】（５）アモルファスシリコンを反射防止膜
として用いると共にエッチングストッパとしても利用し
て、Ａｌ合金配線の露出を防止する（特開平２−２７０
３４７号公報参照）。（６）Ｔｉ化合物を反射防止膜として用いると共にエッ
チングストッパとしても利用して、Ａｌ合金配線の露出
を防止する（特開平３−２９２７５７号公報参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記（１）
の方法では、層間絶縁膜に膜厚差や段差があると、テー
パ付きスルーホールの仕上り寸法を一定に制御すること
が困難となる。また、層間絶縁膜の膜厚が厚くなるとＡ
ｌ合金配線までスルーホールを到達させるためにスルー
ホールの上部を拡げるので、微細化を達成できないとい
う問題がある。しかもテーパ付きスルーホールを形成し
てエッチング残渣を除去しても、Ａｌ合金配線は露出し
たままであるので、上述したように、後工程のウエット
洗浄の際にＡｌ合金の電池効果によってＡｌ合金配線に
マイクロコロージョンが発生し、このため配線信頼性が
低下するという問題を解決できない。

【００１１】上記（２）〜（３）の方法では、Ａｌ合金
配線の表面を不動態化するために何らかの改質を施す工
程が増えるので、スループットが低下するという問題が
ある。また、超純水に脱酸素処理を施すためには、設備
の改造や新装置の導入を余儀無くされるので、コストが
上昇する等の問題がある。さらにこれ等の方法だけで
は、Ａｌ配線合金のマイクロコロージョンは防げても、
スルーホールエッチング後に発生するＡｌの残渣を除去
することはできないという問題もある。

【００１２】上記（４）〜（５）の方法では、Ａｌを含
む残渣の発生とＡｌ配線合金のマイクロコロージョンの
抑止を共に達成できるが、（４）の方法ではＷ膜を形成
する工程が増えるのでスループットが低下するという問
題がある。また、配線構造が積層化することにより配線
パターンのドライエッチング時の困難性が増すなどの問
題もある。（５）の方法では、アモルファスシリコンの
反射率はＴｉ化合物の反射率に比べ高いので、Ｔｉ化合
物を用いた場合に比べレジストマスクを高精度で形成で
きないという問題がある。また、スルーホールの形成後
にアモルファスシリコンを選択除去する工程が増えるの
でスループットが低下するという問題もある。

【００１３】上記（６）の方法では反射防止膜であるＴ
ｉ化合物がエッチングストッパを兼ねるので、工程の増
加や、配線パターン形成時のドライエッチング時の困難
性といった問題は回避できる。しかし、この方法には以
下のような問題がある。通常、スルーホール形成には、
層間絶縁膜をエッチングした後、引き続き行われるオー
バーエッチング時に、配線パターンを構成するメタルの
エッチングが進行する。このメタルが従来までのＡｌ合
金であればＡｌのフッ化物の蒸気圧が低いため、ほとん
どエッチングは進行しない。一方、前述したとおり、Ｔ
ｉ化合物の場合、Ｔｉのフッ化物の蒸気圧は比較的高
く、オーバーエッチング時にエッチングが容易に進行す
る。そのためＴｉ化合物のエッチングを抑える工夫が必
要になる。この場合、一般的には、フロロカーボン系の
プラズマにより生成されるＣｘＦｙ（但し、ｘ、ｙは整
数）の組成をもつポリマーをＴｉ化合物上に堆積させて
エッチング速度を小さくする手法が用いられる。ただ
し、この方法ではポリマーが生成しやすいエッチング条
件のために、スルーホール形状にテーパ角がつくこと、
マイクロローディング効果が発生することなど、層間絶
縁膜自体のエッチングが不安定になるという問題があ
る。別の手段として、Ｔｉ化合物を１０００オングスト
ローム程度に厚膜化する場合もある。しかし、ＴｉＮ等
の反射率はその膜厚により変動することが知られおり、
反射率が最も低いのは、膜厚２００〜５００オングスト
ロームである。このためＴｉ化合物を厚膜化してしまう
と、充分な反射防止効果が得られないという問題があ
る。

【００１４】本発明は、上記事情に鑑み、安定したエッ
チング条件でＡｌ合金配線の露出を防止してスルーホー
ルを形成できる半導体装置の製造方法を提供することを
第１の目的とする。また、スルーホールにＴｉ含有ポリ
マーが堆積しても、スルーホール形成後にこのＴｉ含有
ポリマーを除去できる半導体装置の製造方法を提供する
ことを第２の目的とする。

【００１５】さらに、スルーホール形成のためのエッチ
ング時にＴｉ含有ポリマーの堆積を防止できる半導体装
置の製造方法を提供することを第３の目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るための本発明の第１の半導体装置の製造方法は、下層
のＡｌ合金配線との間にＴｉ化合物からなる反射防止膜
を挾んだ層間絶縁膜に、レジストマスクを用いてスルー
ホールを形成する工程を含む半導体装置の製造方法にお
いて、スルーホール形成時にＴｉ化合物上にＴｉ含有ポ
リマーを堆積する工程を含むことを特徴とするものであ
る。

【００１７】スルーホールを形成時にＴｉ化合物上にＴ
ｉ含有ポリマーを堆積するためには、レジストマスクを
用いてスルーホールを形成する工程を含む半導体装置の
製造方法において、ウエハの表面積に対する開口率が１
％以上のレジストマスクを用いて反応性イオンエッチン
グにより前記層間絶縁膜にスルーホールを形成すればよ
い。

【００１８】ここで、ウエハのスクライブライン部に配
線パターンを形成することにより、前記開口率を１％以
上にすることが好ましい。さらに、開口率は１％以上１
０％以下の範囲内であることが好ましい。また、上記第
２の目的を達成するための本発明の第２の半導体装置の
製造方法は、ウエハに形成されたＡｌ合金配線にＴｉ化
合物からなる反射防止膜を形成する第１の工程と、前記
Ａｌ合金配線及び前記反射防止膜が形成されたウエハ上
の層間絶縁膜を形成する第２の工程と、前記層間絶縁膜
の上にレジストマスクを形成する第３の工程と、フロロ
カーボン系ガスを用いたプラズマ雰囲気中で反応性イオ
ンエッチングにより前記層間絶縁膜にスルーホールを形
成する第４の工程と、該スルーホールが形成されたウエ
ハを純水洗浄する第５の工程と、該純水洗浄されたウエ
ハをアッシング処理して前記レジストマスクを除去する
第６の工程とを含むことを特徴とするものである。

【００１９】ここで、前記第５の工程及び前記第６の工
程に代えて、前記第４の工程でスルーホールが形成され
たウエハを、酸素ガスとフッ素含有ガスとを混合した混
合ガスのプラズマ雰囲気中でアッシング処理してもよ
い。また、上記第３の目的を達成するための本発明の第
３の半導体装置の製造方法は、下層のＡｌ配線との間に
Ｔｉ化合物からなる反射防止膜を挾んだ層間絶縁膜に、
レジストマスクを用いてスルーホールを形成する工程を
含む半導体装置の製造方法において、前記工程が、前記
スルーホールに堆積するＴｉ含有ポリマーの脱離温度程
度に前記ウエハの表面温度を保持して、フロロカーボン
系ガスと希ガスとを混合した混合ガスのプラズマ雰囲気
中で反応性イオンエッチングにより前記層間絶縁膜にス
ルーホールを形成する工程であることを特徴とするもの
である。

【００２０】ここで、ウエハの表面積に対するレジスト
マスク開口部の面積の比で定義されるレジストマスクの
開口率Ｒ（％）とウエハ表面温度Ｔ（℃）とが、１０×ｌｏｇ（Ｒ）＋９０≧Ｔ≧１０×ｌｏｇ（Ｒ）＋
７０の条件で定められる領域内でエッチングを行うことが好
ましい。

【００２１】

【作用】本発明は、スルーホールを形成する際にＴｉ含
有ポリマーが発生する場合があり、さらにそのＴｉ含有
ポリマーがＴｉＮのエッチング速度に影響を与え、かつ
Ｔｉ含有ポリマーの発生がレジストマスクの開口率やエ
ッチング条件に依存するという現象を本発明者が見い出
したことによる。

【００２２】先ず、本発明の第１の半導体装置の製造方
法を見い出した経過を説明する。本発明者は、スルーホ
ールを形成する際に、Ｔｉ化合物上にＴｉ含有ポリマー
が堆積することにより、Ｔｉ化合物のエッチングが抑え
られるという現象を見い出し、本発明の第１の半導体の
製造方法を発明した。具体的には、Ｔｉ含有ポリマーの
発生がレジストマスクの開口率に依存する特性を利用す
ればよい。

【００２３】図１（ａ）は、反応性スパッタリングによ
り形成されたＴｉＮ膜に、ＣＦ₄ ガス、ＣＨＦ₃ ガス、
及びＡｒガスを混合した混合ガスを用いてＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）を行ったときの、ウエハの表面積
に対するレジストマスクの開口率とＴｉＮ膜エッチング
速度との関係を示すグラフである。図１に示されるよう
に、レジストマスク開口率が１％以上になると、ＴｉＮ
膜エッチング速度は小さくなり、レジストマスクの開口
率１０％のときにＴｉＮ膜エッチング速度は１００オン
グストローム／ｍｉｎ以下であることが判明した。ま
た、図１（ｂ）に、ＴｉＮ膜のエッチング速度に対する
プラズマ酸化膜のエッチング速度の比で定義されるＴｉ
Ｎ選択比を示す。プラズマ酸化膜のエッチング速度はレ
ジストマスクの開口率に依存せず一定であり、その結
果、ＴｉＮ選択比はレジストマスクの開口率１％以上で
２０以上になることが判明した。また、レジストマスク
の開口率が１％以上では、ＴｉＮ膜表面に約１００オン
グストローム程度のＴｉ含有ポリマー層が発生してい
る。よって、ＴｉＮエッチング速度の低下の原因は、開
口率を増加させることによりＴｉ反応生成物が増加し、
それが材料となってＴｉ含有ポリマーが発生し、このＴ
ｉ含有ポリマーがスルーホール底部に堆積することによ
りエッチングが抑制された、と説明できる。したがっ
て、エッチング速度を小さくするためにレジストマスク
の開口率を１％以上にすることが必要である。また、レ
ジストマスク開口率が１０％を超えると、ＴｉＮ膜エッ
チング速度は極端に低下する一方、Ｔｉ含有ポリマーの
堆積量が過剰に促進される。その結果、Ｔｉ含有ポリマ
ーがスルーホールを塞いでしまう。このような過剰なＴ
ｉ含有ポリマーは、従来行われているようなアッシング
やウエット洗浄の組み合わせでは除去できず、特殊な後
処理プロセスが必要となる。このためレジスト膜の開口
率は、１％以上１０％以下が好ましい。

【００２４】ここで、スクライブ部に配線パターンを形
成した場合は、配線パターン上のレジストマスクの開口
率を変えることができる。これにより、回路部のレジス
トマスクの開口率が小さくてもウエハの表面積に対する
レジストマスクの開口率を例えば１％〜１０％程度にで
きるので、ＴｉＮ膜をエッチングストッパとして利用で
きる。

【００２５】次に、本発明の第２の半導体装置の製造方
法の作用を説明する。本発明者は、第２の半導体装置の
製造方法を発明するに当たり、鋭意研究・実験を重ねた
結果、以下のような知見を見い出した。（１）層間絶縁膜にスルーホールを形成する際に、フロ
ロカーボン系のガスを使用すると、Ｔｉ化合物の表面あ
るいはレジストの表層にＴｉ含有ポリマーが堆積する。
このポリマー層に含まれるＴｉは、Ｔｉ−ＦやＴｉ−Ｏ
等の結合を持っている。このＴｉ含有ポリマーが約１０
０オングストローム程度の厚みであれば問題ないが、過
剰に発生した場合、通常のアッシング工程を連続的に行
うと、ポリマーに含まれているＴｉ反応生成物が全て酸
化され、強固な変質層となりウエット洗浄で剥離できな
くなる。

【００２６】（２）一方、アッシング以前に純水洗浄を
行うと、ＴｉＦｘ等の可溶性の成分が除去され、残った
ＣｘＦｙ成分はアッシングで容易に除去できる。（３）またエッチング直後に、酸素ガスとフッ素含有ガ
スとを混合した混合ガスのプラズマによりウエハをアッ
シングしてポリマー層を除去しても同様の効果がある。

【００２７】したがって、本発明によれば、レジストマ
スクの開口率を限定する必要がなくなる。Ｔｉ含有ポリ
マーが過剰に発生する条件（例えば、前記第１の半導体
装置の製造方法で述べたレジストマスク開口率１０％以
上のウエハ）を使用した場合、ＴｉＮエッチングレート
は一層小さくなる。このため、スルーホール形成の際の
エッチングストッパとして、Ｔｉ化合物からなる反射防
止膜をさらに効果的に用いることができる。

【００２８】また、Ｔｉ含有ポリマーの生成が過剰では
ない条件（たとえばレジスト開口率１〜１０％、あるい
はそれ以下）でエッチングを行う場合でも、残渣として
わずかに残るＴｉ含有ポリマーが除去されるので、従来
法に比べ安定したスルーホールが形成できる。次に、本
発明の第３の半導体装置の製造方法の作用を説明する。

【００２９】本発明の第３の半導体装置の製造方法によ
れば、フロロカーボン系ガスのプラズマ雰囲気中で、ウ
エハの表面温度をＴｉ含有ポリマー脱離温度程度に保持
して反応性イオンエッチングにより選択的にスルーホー
ルを形成する。このため、Ｔｉ含有ポリマーが過剰に発
生する条件（たとえば前記第１の半導体装置の製造方法
で述べたレジストマスク開口率１０％以上のウエハ）で
も、スルーホール内に堆積しようとする大部分のＴｉ含
有ポリマーを蒸発させて除去することができる。残渣と
なって残るわずかなＴｉ含有ポリマーは、従来のアッシ
ングおよびウエット洗浄の組み合わせにより除去でき
る。また、スルーホールが形成される層間絶縁膜のエッ
チング特性（エッチング速度、エッチングの均一性、形
成される層間絶縁膜のエッチング形状など）の劣化や選
択比が変化しないため、良好なエッチングを行うことが
できる。

【００３０】図２に示されるように、Ｔｉ含有ポリマー
の脱離温度はウエハの表面積に対するレジスト開口率に
依存する。ウエハ表面積に対するレジストマスク開口部
の面積の比で定義されるレジストマスクの開口率Ｒ
（％）とウエハ表面温度Ｔ（℃）とが、Ｔ≧１０×ｌｏｇ（Ｒ）＋７０の条件で定められる領域内でエッチングを行えば、Ｔｉ
含有ポリマー脱離温度以上となり、Ｔｉ含有ポリマーの
スルーホール内への堆積は抑止される。しかし、図２に
示されるように、Ｔ＞１０×ｌｏｇ（Ｒ）＋９０の条件で定められる領域はＴｉＮのエッチングが１００
０オングストローム／ｍｉｎ以上と急激に進行する領域
であるため、スルーホールエッチング時にＴｉ化合物が
エッチングされてしまい、反射防止膜であるＴｉ化合物
をエッチングストッパに用いることはできない。よっ
て、１０×ｌｏｇ（Ｒ）＋９０≧Ｔ≧１０×ｌｏｇ（Ｒ）＋
７０の条件はＴｉ含有ポリマーの堆積と脱離が均衡する領域
であり、この領域でエッチングすればＴｉＮのエッチン
グ速度を抑えたまま、Ｔｉ含有ポリマーの過剰な堆積も
防ぐことができる。従って、反射防止膜であるＴｉ化合
物をエッチングストッパに用いることができる。さらに
言えば、自動終点検出や光学式膜厚計を用いた工程膜厚
管理を簡単に行うこと、等を考慮し、レジストマスクの
開口率を１％〜１０％にすることが望ましく、よってウ
エハの表面を７０℃以上１００℃以下の温度範囲に保持
して反応性イオンエッチングを行えばよい。

【００３１】ここでは、ＴｉＮ膜の結果を示したが、他
のＴｉ化合物、例えばＴｉＯＮ膜などにおいてもほとん
ど同様の結果が得られる。

【００３２】

【実施例】

［実施例１］以下、図面を参照して本発明の半導体装置
の製造方法の実施例を説明する。図３は、本発明の第１
実施例を工程順に示す断面図である。回路部Ａにおい
て、シリコン基板１０の一面上に第１の層間絶縁膜１２
を形成し、さらに第１層配線１４としてＡｌ合金膜８０
００オングストロームをスパッタ法により形成し、この
第１層配線１４の上に反射防止膜としてＴｉＮ膜１６を
形成する。ＴｉＮ膜の反射率は膜厚が２００〜５００オ
ングストロームのとき最も低下するため、このＴｉＮ膜
１６の膜厚は５００オングストローム程度にした。その
後、通常フォトリソグラフィ技術により所定のパターン
のフォトレジスト層１８を形成する。同時に、ダミーパ
ターンとして用いる配線層を形成するために、スクライ
ブライン部Ｂにもフォトレジスト層１８ａを形成する
（図３（ａ））。

【００３３】上記フォトレジスト層１８をマスクとし
て、ＢＣｌ₃ ガスとＣｌ₂ ガスとの混合ガスを用いた反
応性イオンエッチング法により、ＴｉＮ膜１６及びＡｌ
の第１配線層１４を選択的に除去し、Ａｌ配線パターン
を形成すると共に、スクライブライン部Ｂにもダミー配
線パターンを形成する（図３（ｂ））。酸素プラズマに
よるアッシングでフォトレジスト層１８、１８ａを除去
した後、プラズマ酸化膜を被着し、その後、塗布絶縁膜
（たとえばスピンオングラス）を利用したエッチバック
法など、よく知られた絶縁膜の平坦化処理を施し、膜厚
１００００オングストロームの第２の層間絶縁膜２０を
得る。次に、スルーホール２２を形成する部分に対応し
た開口２４ａが形成されたフォトレジスト層２４を形成
する。同時に、スクライブライン部Ｂのダミー配線パタ
ーン部のフォトレジスト層２４にも開口２４ｂを形成す
る（図３（ｃ））。この時、スクライブライン部Ｂの開
口面積を操作することで、レジストマスクの開口面積
を、ウエハの表面積に対して１〜１０％程度の開口率に
なるように形成する。次いでフォトレジスト層２４をマ
スクにして層間絶縁膜２０に、フロロカーボン系ガスの
プラズマを使用したＲＩＥ（反応イオンエッチング）に
よってスルーホール２２を形成する（図３（ｄ））。こ
の時、エッチング装置はアノードカップリング方式エッ
チャー５０（図４参照）を使用し、また、エッチング条
件は、たとえば、ウエハ表面温度、圧力、ＲＦパワー密
度、ＣＦ₄ ガスとＣＨＦ₃ ガスとＡｒの流量が、それぞ
れ６５℃、１．１Ｔｏｒｒ、４．８Ｗ／ｃｍ² 、２５ｓ
ｃｃｍ、２５ｓｃｃｍ、１２５０ｓｃｃｍなる条件を用
いた。なお、ウエハ表面温度はＴｉ含有ポリマーの発生
に影響を与えるが、ここでは充分な異方性形状が得られ
る６５℃程度に設定した。尚、図４に示されるように、
アノードカップリング方式エッチャー５０には、下部電
極５２と、上部電極５４、温度調整用冷媒５６が備えら
れており、ウエハ５１の裏面は、裏面冷却用ヘリウム５
３で冷却される。

【００３４】この結果、ＴｉＮ膜のエッチング速度に対
するプラズマ酸化膜のエッチング速度の比で定義される
ＴｉＮ選択比は２０以上になる。ＴｉＮ選択比が２０以
上であれば、スルーホール部の層間絶縁膜の膜厚差が１
μｍ程度あっても、ＴｉＮ膜１６は残存し、エッチング
ストッパとして作用する。またＴｉＮ膜１６が残ってい
るので、洗浄時においてもＡｌ合金の電池効果によるピ
ットが第１配線６４に発生しない。なお、ＴｉＮ膜表面
に約１００オングストローム程度のＴｉ含有ポリマー層
が発生するが、通常のアッシング、ウエット洗浄、およ
び、スパッタリングによる第２層配線２６を形成する直
前のスパッタエッチング工程によるスルーホール抵抗値
の異常はない。

【００３５】次に、図３（ｅ）に示されるように、Ａｌ
の第２層配線２６を全面に形成し、その後は通常工程通
り進める。または、スルーホール２２にタングステン２
８を直接埋め込んでも良い。なお、本実施例では第１層
配線１４と第２層配線２６との接続の場合について説明
したが、本発明はこれに限られるものではなく、第２層
配線と第３層配線の接続など、多層配線構造に用いられ
る配線同士の接続の全てに適用できる。［実施例２］次に、本発明の第２実施例を、図５を参照
して説明する。図５は第２実施例の半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図である。

【００３６】先ず、図５（ａ）に示されるように、シリ
コン基板６０の上に第１の層間絶縁膜６２を形成し、そ
の上に膜厚８０００オングストロームのＡｌ合金膜より
なる第１層配線６４をスパッタ法により形成し、さらに
第１層配線６４に反射防止膜として５００オングストロ
ームのＴｉＮ膜６６を反応性スパッタ法により形成す
る。その後、周知のレジストプロセスにより配線形成用
の第１のフォトレジストパターン６８を形成する。

【００３７】次に、図５（ｂ）に示されるように、第１
のフォトレジストパターン６８をマスクにして、ＢＣｌ
₃ ガスとＣｌ₂ ガスとの混合ガスを用いた反応性イオン
エッチング法により、ＴｉＮ膜６６、第１層配線６４を
同時にエッチングし配線パターン７０を形成し、その後
第１のフォトレジストパターン６８を酸素プラズマによ
りアッシングする。

【００３８】次に、図５（ｃ）に示されるように、配線
パターン７０の上に、プラズマ酸化膜を被着し、その
後、塗布絶縁膜（たとえばスピンオングラス）を利用し
たエッチバック法など、よく知られた絶縁膜の平坦化処
理を施し、膜厚１００００オングストロームの第２の層
間絶縁膜７２を形成する。その後、第２の層間絶縁膜７
２の上にスルーホール形成用マスクとしてのフォトレジ
スト膜を形成し、パターニングして第２のフォトレジス
トパターン７４を形成する。

【００３９】次に、図５（ｄ）に示されるように、アノ
ードカップリング方式エッチャー（図４参照）を使用
し、第２のフォトレジストパターン７４をマスクとして
第２の層間絶縁膜７２に反応性イオンエッチングを行
い、スルーホール７６を形成する。エッチングガスとし
てＣＦ₄ ガス、ＣＨＦ₃ ガス、及びＡｒガスを混合した
混合ガスを用る。またこの時、ＴｉＮ膜がエッチングさ
れる速度に対するプラズマ酸化膜がエッチングされる速
度の比（ＴｉＮ選択比）が２０以上となる条件を設定す
る。

【００４０】この比は、実施例１で示したようにレジス
トマスクの開口率に大きな影響を受ける。ＴｉＮ選択比
２０以上を得るために、ここではレジストマスクの開口
率１〜１０％程度を使用した。ここで、ＴｉＮ選択比を
２０という値にしたのは、ＴｉＮ膜６６をエッチングス
トッパとして用いるためであって、本発明のための必須
の数値ではないことを付記しておく。エッチングは、た
とえば、ウエハ表面温度、圧力、ＲＦパワー密度、ＣＦ
₄ ガスとＣＨＦ₃ ガスとＡｒの流量が、それぞれ６５
℃、１．１Ｔｏｒｒ、４．８Ｗ／ｃｍ² 、２５ｓｃｃ
ｍ、２５ｓｃｃｍ、１２５０ｓｃｃｍなる条件を用い
た。

【００４１】第２の層間絶縁膜７２がオーバーエッチン
グされ、ＴｉＮ膜６６がプラズマにさらされると、Ｔｉ
Ｎ膜６６の表面や第２のフォトレジストパターン７４の
表面にＴｉ含有ポリマー７５が堆積する。この段階にお
けるＴｉＮ膜６６の表面のＸＰＳスペクトルの特性の一
例を図６（ａ）に示す。図６（ａ）からＴｉＮ膜６６の
上にＦが検出され、Ｔｉ含有ポリマーに含まれているＦ
が残留していることが明らかである。

【００４２】次いで図５（ｄ）に示される状態のウエハ
を、スプレー式洗浄装置を用いて例えば９０秒間純水洗
浄する。これにより、図５（ｅ）に示されるように、Ｔ
ｉ反応生成物が溶出され、フロロカーボン系ポリマー７
８のみが残存する。その後、スピンドライで乾燥し、酸
素プラズマによるアッシングを行い、さらにアミン系の
剥離液によるウエット洗浄を施す。この結果、図５
（ｆ）に示されるように、エッチング残渣のないスルー
ホール７６が得られる。なお、スルーホール７６の底部
にはＴｉＮ膜６６が残っているので、洗浄時においても
Ａｌ合金の電池効果によるピット（マイクロコロージョ
ン）が第１配線６４に発生しない。

【００４３】この洗浄後のＴｉＮ膜６６の表面のＸＰＳ
スペクトルの特性の一例を図６（ｂ）に示す。図６
（ｂ）から、エッチング後と比べＦのピークが大幅に減
少していることがわかる。ここでＴｉのピークが下地の
ＴｉＮ膜から検出されるが、ＴｉＮ膜表面にＴｉ含有ポ
リマーがないことは走査型電子顕微鏡の観察によっても
確認できた。

【００４４】なお、本実施例では純水洗浄工程でスプレ
ー式洗浄装置を使用したが、本発明はこれに限らず、た
とえばＱＤＲ（ＱｕｉｃｋＤｕｍｐＲｉｎｓｅ）や
オーバーフローリンスによる水洗あるいは超音波を導入
した水洗等、種々の水洗方法やその組み合わせによる水
洗を行うことができる。さらに、本実施例では水洗後に
スピンドライにより乾燥したが、これに限らずたとえば
ＩＰＡ（ＩｓｏＰｒｏｐｙｌＡｌｃｏｈｏｌ）ペー
パを用いた乾燥や、温水引き上げによる乾燥等、種々の
乾燥方法を用いて行うことができる。［実施例３］次に、本発明の第３実施例を、図７を参照
して説明する。図７は第３実施例の半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図である。

【００４５】この第３の実施例は、第２の実施例の図５
（ｅ）に相当する工程を変えたものである。したがっ
て、それぞれの構成要素は第２実施例と同様であり、同
一の構成要素には同一符号を付す。また、本実施例では
図８に示される構成のエッチング装置を使用した。この
エッチング装置では第１および第２のエッチング室８
２，８４が連結されている。従って、ロードチャンバ８
６から搬出されてアンロードチャンバ８８に搬入される
までの間、ウエハを大気に暴露させることなく各室へ移
動できる。

【００４６】エッチング装置８０の第１のエッチング室
８２は図４の装置と構造であり、上部電極９０、下部電
極９２が設けられており、これらにＲＦ電源９４から高
周波電圧が印加される。また、ガスノズル９６を経由し
てＣＦ₄ ガス、ＣＨＦ₃ ガス、及びＡｒガスを混合した
混合ガスが吹きこまれる。また、第２のエッチング室８
４には電極９８とＲＦ電源１００からなる容量結合型Ｒ
Ｆ無電極放電装置１０２が配置されている。さらに、下
部にヒータ１０４が設けられており、またＣＦ ₄ ガスと
Ｏ₂ ガスが吹き込まれる。ポンプ１０６は、ロードチャ
ンバー８６とアンロードチャンバー８８を真空にするた
めのものであり、ポンプ１０８は第１及び第２のエッチ
ング室８２、８４を真空にするためのものである。

【００４７】図７（ａ）から図７（ｄ）までに示される
工程は、第１のエッチング室８２（図８参照）における
工程であり、これらの工程は第４の実施例における図５
（ａ）〜（ｄ）の工程とまったく同じである。従って、
図７（ｄ）に示されるように、スルーホール７６の底部
のＴｉＮ膜６６の表面や第２のフォトレジストパターン
の７４の表面にＴｉ含有ポリマー７５が堆積している。

【００４８】このＴｉ含有ポリマー７５が堆積した状態
で、ウエハを真空搬送により第１のエッチング室８２か
ら第２のエッチング室８４に移動させる。第２のエッチ
ング室８４では、容量結合型ＲＦ無電極放電装置１０２
を用いてプラズマ処理によりアッシングが行われる。こ
のアッシングではＣＦ₄ ガスとＯ₂ ガスとの混合ガスを
用いた。ＣＦ₄ ガスとＯ₂ ガスのガス比は、アッシング
速度が最大となるガス比１：１を採用し、オーバーアッ
シング時に若干ＴｉＮのエッチングが進行するようなパ
ラメータを設定することが好ましい。本実験ではＴｉＮ
のエッチングレートを５０オングストローム／ｍｉｎ程
度の値に設定した。

【００４９】第２のエッチング室８４での処理終了後の
断面を図７（ｅ）に示す。ＴｉＮ膜６６の表面のＴｉ含
有ポリマー７５は完全に除去されたことが走査型電子顕
微鏡により確認できた。なお、このときＴｉＮ膜６６に
若干の掘れ込みが生じることになる。しかし、第２のエ
ッチング室８４での処理におけるＴｉＮ膜６６のエッチ
ング速度は充分に小さいので、ＴｉＮ膜が完全に除去さ
れることはない。次にアミン系の剥離液によるウエット
洗浄を施すと、第４の実施例の図５（ｆ）で示した場合
と同様に、エッチング残渣のないスルーホール７６が得
られる。

【００５０】なお、本実施例においては、第２のエッチ
ング室８４でのエッチングガスとしてＣＦ₄ ガスを混合
した混合ガスを使用するとしたが、本発明はこれに限る
ものではなく、Ｆを含有したガスであればどのようなも
のでもＯ₂ ガスと組み合わせて使用できる。さらに、エ
ッチング室が一つの場合でも、通常のスルーホールエッ
チング後のＯとＦとを含有したガスプラズマエッチング
ステップを設ければ、同様な作用効果を得ることが可能
である。

【００５１】また、上記した第２および第３の実施例に
おいては、ＴｉＮ膜が露出したスルーホールを洗浄する
場合について説明したが、本発明はこれに限るものでは
なく、Ｔｉ化合物からなる配線層が露出している半導体
装置であれば、サイドウォール形成工程やパッドホール
形成工程、配線形成工程など種々の工程に適用すること
ができることはいうまでもない。［実施例４］次に、本発明の第４実施例を、図９〜図１
０を参照して説明する。図９〜図１０は第４実施例の半
導体装置の製造方法を示す断面図である。

【００５２】図９に示されるように、シリコン基板３０
上の素子分離領域にフィールド酸化膜３２を形成して素
子領域を形成した後、第一の層間絶縁膜３４を形成す
る。次に、この第一の層間絶縁膜３４上に膜厚８０００
オングストロームのＡｌ合金よりなる第１層配線３６を
形成し、その上に反射防止膜として膜厚５００オングス
トロームのＴｉＮ膜３８を形成する。

【００５３】次に、全面にプラズマ酸化膜よりなる層間
絶縁膜４０を形成する。その後、塗布絶縁膜（たとえば
スピンオングラス）を利用したエッチバック法など、よ
く知られた絶縁膜の平坦化処理を施し、層間絶縁膜４０
の表面段差を緩和する。このとき、後の工程でスルーホ
ール４２ａ，４２ｂが形成される部分の層間絶縁膜４０
の膜厚は、浅い部分で５０００オングストローム、深い
部分で１００００オングストロームである。次に、層間
絶縁膜４０上に、スルーホール形成用マスクとして、レ
ジストマスク４４を形成する。

【００５４】次に、図４に示されるアノードカップリン
グ方式エッチャー５０を使用し、レジストマスク４４を
用いて反応性イオンエッチングを行い、層間絶縁膜４０
にスルーホール４２ａ，４２ｂを形成する（図１０）。
この時、ウエハ表面に対するレジストマスクの開口率は
４０％程度のものを用いた。またエッチング条件として
は、ＣＦ₄ ガス、ＣＨＦ₃ ガス、及びＡｒガスを混合し
た混合ガスを使い、たとえばＣＦ₄ ガス、ＣＨＦ₃ ガ
ス、及びＡｒガスをそれぞれ２５ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃ
ｍ、１２５０ｓｃｃｍ流し、圧力を１．１Ｔｏｒｒ程度
とし、ＲＦパワー密度を４．８Ｗ／ｃｍ² 程度とした。
ただし、エッチング中のウエハの表面温度は下部電極５
２（図４参照）および温度調整用冷媒５６の制御により
９０℃に保持した。９０℃は、温度Ｔ（℃）、レジスト
マスク開口率Ｒ（％）としたときに、１０×ｌｏｇ（Ｒ）＋９０≧Ｔ≧１０×ｌｏｇ（Ｒ）＋
７０の領域内にある温度なので、前記反応性イオンエッチン
グ時に、フロロカーボン系ガスのプラズマ雰囲気中で、
Ｔｉ含有ポリマーの堆積と脱離が均衡する温度にウエハ
の表面を加熱してエッチングしていることとなる。ここ
で図１１に、ウエハ表面温度のプラズマ酸化膜エッチン
グ特性への影響を調べた結果を示す。この実験より、プ
ラズマ酸化膜のエッチング特性はウエハ表面温度６０℃
〜９０℃の範囲で変化はないことがわかる。

【００５５】エッチング時間は、深いスルーホール４２
ａに対し５０％のオーバーエッチング（層間絶縁膜４０
に換算してトータルエッチング量が１５０００オングス
トロームとなる）を行なったので、浅いスルーホール４
２ｂが形成された層間絶縁膜４０には２００％程度のオ
ーバーエッチングが行われたこととなる。この時の層間
絶縁膜４０のエッチング速度は、５２００オングストロ
ーム／ｍｉｎであり、エッチング速度の均一性は±４％
であった。また、レジスト膜のエッチング速度に対する
層間絶縁膜のエッチング速度の選択比（レジスト選択
比）は５であった。

【００５６】上記した条件で形成されたスルーホール
は、充分なＴｉＮ選択比をもつために、スルーホール部
の層間絶縁膜の膜厚差が１μｍ程度あっても、最も浅い
スルーホールの底部においてＴｉＮ膜の残りが認めら
れ、第１層配線３６の露出が全て抑止できた。またＴｉ
含有ポリマーがスルーホールに堆積することも防ぐこと
ができた。

【００５７】次に、レジストマスク４４を除去した後、
全面にＡｌ合金を堆積し、図６に示されるように、Ａｌ
合金をパターニングし、反射防止膜３８が形成された下
層の第１層配線３６と接続される上層の第２層配線４６
を形成する。その後、所望の工程を行い上層の第２層配
線４６と下層の第１層配線３６との間で良好な導通が得
られる半導体装置を製造した。

【００５８】以上示した１〜４までの実施例では、全て
図４に示されるアノードカップリング方式エッチャーを
使用したが、カソードカップリング方式エッチャー、あ
るは低圧で放電が可能な上下部電極に２分して電圧を印
加する方式のエッチャー（特開昭６１−２９５３８１号
公報参照）においても同様な効果が見られ、エッチング
装置に依存するものではない。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の半
導体装置の製造方法によれば、レジストマスクの開口率
を１％以上とすることによりＴｉＮ膜のエッチング速度
を小さくしたので、安定したエッチング条件でＡｌ合金
配線の露出を防止してスルーホールを形成できる。

【００６０】また、本発明の第２の半導体装置の製造方
法によれば、Ｔｉ含有ポリマーをスルーホール内から完
全に除去することができる。また、本発明の第３の半導
体装置の製造方法によれば、フロロカーボン系のプラズ
マ雰囲気中で、ウエハの表面温度を所定の温度範囲に保
持して反応性イオンエッチングにより選択的にスルーホ
ールを形成するので、下層のＡｌ合金配線上にＴｉ化合
物からなる反射防止膜が存在しても、スルーホール内に
堆積しようとするＴｉ含有ポリマーを蒸発させて除去す
ることができる。さらに、スルーホールが形成される層
間絶縁膜のエッチング特性の劣化や選択比が変化しない
ため、良好なエッチングを行うことができる。

【００６１】従って、本発明によれば、半導体装置の信
頼性及び歩留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】反応性スパッタリングにより形成されたＴｉＮ
膜に、ＣＦ₄ ガス、ＣＨＦ₃ ガス、及びＡｒガスを混合
した混合ガスを用いて反応性イオンエッチングを行った
ときの、（ａ）はウエハの表面積に対するレジストマス
クの開口率とＴｉＮ膜エッチング速度との関係を示し、
（ｂ）はレジストマスクの開口率と選択比との関係を示
すグラフである。

【図２】ポリマー堆積領域とエッチング可能領域とを示
すグラフである。

【図３】本発明の半導体装置の製造方法の第１実施例を
工程順に示す断面図である。

【図４】第２実施例に用いるエッチング装置を示す概要
構成図である。

【図５】本発明の半導体装置の製造方法の第４実施例を
工程順に示す断面図である。

【図６】ＴｉＮ膜表面のＸＰＳスペクトルを示すグラフ
であり、（ａ）はＣＦポリマーがＴｉＮ膜表面に堆積し
た状態、（ｂ）は洗浄した後の状態を示す。

【図７】本発明の半導体装置の製造方法の第５実施例を
工程順に示す断面図である。

【図８】第５実施例に用いるエッチング装置を示す概要
構成図である。

【図９】本発明の半導体装置の製造方法の第４実施例を
示す断面図である。

【図１０】図９に示された工程の次の工程を示す断面図
である。

【図１１】層間絶縁膜のエッチング特性とウエハ表面温
度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０シリコン基板１２絶縁膜１４第１層配線１６ＴｉＮ膜１８，１８ａフォトレジスト層２０層間絶縁膜２２スルーホール２４フォトレジスト層２６Ａ１の第２層配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/768

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下層のＡｌ合金配線との間にＴｉ化合物
からなる反射防止膜を挾んだ層間絶縁膜に、レジストマ
スクを用いてスルーホールを形成する工程を含む半導体
装置の製造方法において、前記スルーホールを形成する際に、前記Ｔｉ化合物上に
Ｔｉ含有ポリマーを堆積する工程を含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
【請求項２】下層のＡｌ合金配線との間にＴｉ化合物
からなる反射防止膜を挾んだ層間絶縁膜に、レジストマ
スクを用いてスルーホールを形成する工程を含む半導体
装置の製造方法において、前記工程が、ウエハの表面積に対するレジストマスク開
口部の面積の比で定義されるレジストマスクの開口率が
１％以上のレジストマスクを用いて、反応性イオンエッ
チングにより前記層間絶縁膜にスルーホールを形成する
工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記ウエハのスクライブライン部に配線
パターンを形成することにより前記開口率を１％以上に
することを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項４】ウエハに形成されたＡｌ合金配線にＴｉ
化合物からなる反射防止膜を形成する第１の工程と、前記Ａｌ合金配線及び前記反射防止膜が形成されたウエ
ハ上の層間絶縁膜を形成する第２の工程と、前記層間絶縁膜の上にレジストマスクを形成する第３の
工程と、フロロカーボン系ガスを用いたプラズマ雰囲気中で反応
性イオンエッチングにより前記層間絶縁膜にスルーホー
ルを形成する第４の工程と、該スルーホールが形成されたウエハを純水洗浄する第５
の工程と、該純水洗浄されたウエハをアッシング処理して前記レジ
ストマスクを除去する第６の工程とを含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記第５の工程及び前記第６の工程に代
えて、前記第４の工程でスルーホールが形成されたウエ
ハを、酸素ガスとフッ素含有ガスとを混合した混合ガス
のプラズマ雰囲気中でアッシング処理することを特徴と
する請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】下層のＡｌ配線との間にＴｉ化合物から
なる反射防止膜を挾んだ層間絶縁膜に、レジストマスク
を用いてスルーホールを形成する工程を含む半導体装置
の製造方法において、前記工程が、ウエハの表面積に対するレジストマスク開
口部の面積の比で定義されるレジストマスクの開口率Ｒ
（％）とウエハ表面温度Ｔ（℃）とが、１０×ｌｏｇ（Ｒ）＋９０≧Ｔ≧１０×ｌｏｇ（Ｒ）＋
７０の条件で定められる領域内でエッチングを行う工程であ
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。