CN104916652A - 金属布线的形成方法以及固体摄像装置的制造方法 - Google Patents

金属布线的形成方法以及固体摄像装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

实施方式所涉及的金属布线的形成方法包括：在半导体基板上依次层叠金属层和有机膜的工序；在所述有机膜的表面上，形成含有碳的抗蚀剂图案的工序；使用不含有氧的氟类的第1气体对从所述抗蚀剂图案之间露出的所述有机膜进行蚀刻的工序；在使用所述第1气体的蚀刻工序中，在所述抗蚀剂图案的侧壁形成第1侧壁膜的工序；以及对从形成有所述第1侧壁膜的所述抗蚀剂图案之间露出的所述金属层进行蚀刻的工序。

Description

金属布线的形成方法以及固体摄像装置的制造方法
相关申请的交叉引用
本申请享受2014年3月14日提出的日本专利申请号2014－052000的优先权的利益，该日本专利申请的全部内容引用于本申请中。
技术领域
本发明的实施方式涉及金属布线的形成方法以及固体摄像装置的制造方法。
背景技术
例如包括CMOS晶体管、固体摄像装置等的各种半导体装置中设有例如由铝等的金属构成的金属布线。一般，如以下这样制造该金属布线。
首先，在半导体基板上经由绝缘膜分别均匀地形成金属层、有机类防反射膜以及抗蚀剂层。接着，通过对抗蚀剂层进行曝光、显影，在有机类防反射膜上形成抗蚀剂图案。接着，利用含有氧的例如氟类蚀刻气体对从所形成的抗蚀剂图案露出的有机类防反射膜进行蚀刻，接着例如利用氯类蚀刻气体对金属层进行蚀刻。由此，抗蚀剂图案转印到金属层上，形成金属布线。
随着具有这样形成的金属布线的各种半导体装置的近年来的微细化，金属布线的布线宽度以及金属布线间的距离变短。对抗蚀剂图案的间隔而言，有抗蚀剂层的膜厚越厚则抗蚀剂图案的间隔越宽的趋向，因此随着半导体装置的微细化，需要使抗蚀剂层的膜厚变薄。其结果，有在金属层的蚀刻结束之前，抗蚀剂图案通过蚀刻而消失的问题。其结果，所形成的金属布线的一部分上产生缺口等的形状的劣化，难以形成可靠性优良的金属布线。因此，可靠性优良的半导体装置的制造也变得困难。
发明内容
本发明要解决的问题是提供可靠性优良的金属布线的形成方法以及固体摄像装置的制造方法。
一个实施方式的金属布线的形成方法，其特征在于，在半导体基板上依次层叠金属层和有机膜；在所述有机膜的表面上，形成含有碳的抗蚀剂图案；使用不含有氧的氟类的第1气体对从所述抗蚀剂图案之间露出的所述有机膜进行蚀刻；在使用所述第1气体的蚀刻工序中，在所述抗蚀剂图案的侧壁形成第1侧壁膜；对从形成有所述第1侧壁膜的所述抗蚀剂图案之间露出的所述金属层进行蚀刻。
其他实施方式的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，在半导体基板的表面形成光电二极管层、电荷蓄积层以及漂移扩散层，在所述半导体基板上形成栅极电极，从而形成像素部；在形成有所述像素部的所述半导体基板的表面上，形成绝缘膜；在所述绝缘膜的表面上，依次层叠金属层和有机类防反射膜；在所述有机类防反射膜的表面上，形成含有碳的抗蚀剂图案；使用不含有氧的氟类的第1气体对从所述抗蚀剂图案之间露出的所述有机类防反射膜进行蚀刻；在使用所述第1气体的蚀刻工序中，在所述抗蚀剂图案的侧壁形成第1侧壁膜；对从形成有所述第1侧壁膜的所述抗蚀剂图案之间露出的所述金属层进行蚀刻，从而形成金属布线。
根据上述结构的金属布线的形成方法以及固体摄像装置的制造方法，能够提供可靠性优良的金属布线以及固体摄像装置。
附图说明
图1是示意地表示具有通过实施例所涉及的金属布线的形成方法形成的金属布线的半导体装置的部分截面图。
图2是用于说明包括实施例所涉及的金属布线的形成方法的半导体装置的制造方法的相当于图1的截面图。
图3是用于说明包括实施例所涉及的金属布线的形成方法的半导体装置的制造方法的相当于图1的截面图。
图4是用于说明包括实施例所涉及的金属布线的形成方法的半导体装置的制造方法的相当于图1的截面图。
图5是用于说明包括实施例所涉及的金属布线的形成方法的半导体装置的制造方法的相当于图1的截面图。
图6是用于说明包括实施例所涉及的金属布线的形成方法的半导体装置的制造方法的相当于图1的截面图。
图7是用于说明包括实施例所涉及的金属布线的形成方法的半导体装置的制造方法的相当于图1的截面图。
图8是用于说明包括实施例所涉及的金属布线的形成方法的半导体装置的制造方法的相当于图1的截面图。
图9是示意地表示具有通过实施例所涉及的金属布线的形成方法形成的金属布线的固体摄像装置的主要部分的部分截面图。
具体实施方式
实施方式所涉及的金属布线的形成方法，包括：在半导体基板上依次层叠金属层和有机膜的工序；在所述有机膜的表面上形成含有碳的抗蚀剂图案的工序；使用不含有氧的氟类的第1气体对从所述抗蚀剂图案之间露出的所述有机膜进行蚀刻的工序；在使用所述第1气体的蚀刻工序中，在所述抗蚀剂图案的侧壁形成第1侧壁膜的工序；以及对从形成有所述第1侧壁膜的所述抗蚀剂图案之间露出的所述金属层进行蚀刻的工序。
其他实施方式所涉及的固体摄像装置的制造方法，包括：在半导体基板的表面形成光电二极管层、电荷蓄积层以及漂移扩散层，并且在所述半导体基板上形成栅极电极，从而形成像素部的工序；在形成有所述像素部的所述半导体基板的表面上形成绝缘膜的工序；在所述绝缘膜的表面上依次层叠金属层和有机类防反射膜的工序；在所述有机类防反射膜的表面上形成含有碳的抗蚀剂图案的工序；使用不含有氧的氟类的第1气体对从所述抗蚀剂图案之间露出的所述有机膜进行蚀刻的工序；在使用所述第1气体的蚀刻工序中，在所述抗蚀剂图案的侧壁形成第1侧壁膜的工序；以及对从形成有所述第1侧壁膜的所述抗蚀剂图案之间露出的所述金属层进行蚀刻，从而形成金属布线的工序。
以下，详细说明实施例所涉及的金属布线的形成方法以及固体摄像装置的制造方法。
图1是示意地表示具有通过实施例所涉及的金属布线的形成方法形成的金属布线的半导体装置的一例的部分截面图。另外，图1所示的半导体装置是CMOS晶体管。图1所示的半导体装置10中，在例如由硅构成的p型半导体基板(或者设置于半导体基板的p型阱)11的表面的一部分，设有作为n型杂质层的沟道层12，在该沟道层12的表面，设有作为p型杂质层的漏极13d以及源极13s。并且，在漏极13d与源极13s之间的沟道层12的表面上，隔着例如硅氧化膜等氧化膜14而设有栅极电极15。这样形成了pMOS晶体管16。
此外，半导体基板11的表面中的、pMOS晶体管16的附近，设有作为n型杂质层的漏极17d以及源极17s。并且，在漏极17d与源极17s之间的半导体基板11的表面上，隔着氧化膜14而设有栅极电极18。这样形成了nMOS晶体管19。
在像这样形成有各种杂质层等的半导体基板11的表面上，例如由SiO2构成的绝缘膜20隔着氧化膜14而覆盖栅极电极15、18。在该绝缘膜20，设有贯通绝缘膜20且与pMOS晶体管16的漏极13d以及源极13s、nMOS晶体管19的漏极17d以及源极17s连接的多个贯通电极21。
并且，在绝缘膜20的表面上，以与多个贯通电极21各自的上端连接的方式形成有例如由铝构成的金属布线22。另外，在金属布线22的表面，可以设有由例如TiN等构成的阻挡金属。
在该金属布线22的表面上，形成有例如由氮氧化硅(SiON)构成的作为有机膜的有机类防反射膜23。另外，该膜23是为了补充形成抗蚀剂图案24时的抗蚀剂层的膜厚不足而设置的，所述抗蚀剂图案24是形成金属布线22所需的。有机类防反射膜23还起着在对抗蚀剂层进行曝光时，防止曝光光漫反射而抗蚀剂图案24的尺寸精度恶化的作用。
以下，参照图2～图8详细说明包括图1所示的半导体装置10中形成的金属布线22的形成方法在内的半导体装置的制造方法。另外，图2～图8分别是用于说明包括实施例所涉及的金属布线22的形成方法在内的半导体装置的制造方法的相当于图1的截面图。
首先，如图2所示，在例如为硅基板的半导体基板(或者设置于半导体基板的p型阱)11上形成pMOS晶体管16以及nMOS晶体管19。关于pMOS晶体管16以及nMOS晶体管19，通过一般的形成方法形成即可，例如如以下那样形成。
首先，在由硅构成且在表面上设有氧化膜14的p型半导体基板11的表面上，通过离子注入形成n型的沟道层12。接着，在沟道层12上隔着氧化膜14形成栅极电极15，并且在除了沟道层12以外的半导体基板11上，隔着氧化膜14形成栅极电极18。这些栅极电极15、18例如通过构图来形成。然后，在沟道层12的表面形成p型的漏极13d以及p型的源极13s，在除了沟道层12以外的半导体基板11的表面上形成n型的漏极17d以及n型源极17s。这些漏极13d、17d以及源极13s、17s例如通过离子注入来形成。这样，形成pMOS晶体管16以及nMOS晶体管19。
接着，如图3所示，在形成有pMOS晶体管16以及nMOS晶体管19的半导体基板11的表面上，隔着氧化膜14形成例如由SiO2构成的绝缘膜20。接下来，以贯通该绝缘膜20以及氧化膜14、且与漏极13d、17d以及源极13s、17s的各自接触的方式形成多个贯通电极21。
接着，如图4所示，以与多个贯通电极21的上端接触的方式，在绝缘膜20的表面上，依次层叠之后成为金属布线22(图1)的金属层22′以及作为有机膜的有机类防反射膜23。本实施例中，金属层22′例如为铝(Al)层，有机类防反射膜23例如为氮氧化硅(SiON)膜。
在形成金属层22′以及有机类防反射膜23之后，如图5所示，在有机类防反射膜23的表面上形成抗蚀剂层，对该抗蚀剂层进行曝光、显影，从而形成抗蚀剂图案24。抗蚀剂图案24由至少含有碳(C)的感光性材料构成。另外，抗蚀剂图案24由于形成在有机类防反射膜23上，因此形成抗蚀剂图案24时的曝光光的漫反射得以抑制，高精度地形成。
接着，如图6所示，例如利用电容耦合等离子(CCP)装置或感应耦合等离子(ICP)装置，使用不含有氧(O2)的氟类蚀刻气体(以下，称为第1气体)，对从抗蚀剂图案24之间露出的有机类防反射膜23进行蚀刻。第1气体例如为以C4F8、CO以及Ar为主成分的混合气体。在使用这样的第1气体进行蚀刻的情况下，通过蚀刻而有机类防反射膜23消失的同时，在抗蚀剂图案24的侧壁形成由第1气体与抗蚀剂图案24以及有机类防反射膜23的反应生成物构成的第1侧壁膜即第1侧壁保护膜25。第1侧壁保护膜25在抗蚀剂图案24的侧壁中的、大致垂直的面上较厚地形成，在倾斜面上较薄地形成。该第1侧壁保护膜25例如由C－F、C－O、C－N等构成。
在如以往那样使用含有氧(O2)的氟类蚀刻气体(例如C4F8/CO/Ar/O2)对有机类防反射膜23进行蚀刻的情况下，也在抗蚀剂图案24的侧壁，如上述那样形成第1侧壁保护膜25。但是，所形成的第1侧壁保护膜25的膜厚不够。因此，在之后的金属层22′的蚀刻工序中，在金属层22′的蚀刻结束之前抗蚀剂图案24消失，在所形成的金属布线22的一部分上产生缺口等的形状的劣化。其结果，难以形成可靠性优良的金属布线22。
即，本实施例中，图6所示的工序是通过使用从以往的有机类防反射膜23的蚀刻工序中使用的蚀刻气体中除去氧(O2)后的第1气体，来促进第1侧壁保护膜25的生成的工序。
接着，如图7所示，对从形成有第1侧壁保护膜25的抗蚀剂图案24之间露出的金属层22′进行蚀刻，在绝缘膜20上形成金属布线22。本实施例中，使用氯类蚀刻气体(以下，称为第2气体)对金属层22′进行蚀刻。第2气体例如是以Cl2、BCl3以及CH4为主成分的混合气体。另外，在金属层22′的表面上设有由例如TiN等构成的阻挡金属的情况下，使用氯类蚀刻气体(以下，称为第3气体)，对该阻挡金属进行蚀刻。第3气体例如是以Cl2、Ar以及CHF3为主成分的混合气体。
在该蚀刻工序中，抗蚀剂图案24也被蚀刻，但由于在抗蚀剂图案24的侧壁形成有第1侧壁保护膜25，因此从对金属层22′进行蚀刻的第2气体中保护抗蚀剂图案24，抑制抗蚀剂图案24因蚀刻而消失。其结果，在金属层22′的蚀刻结束的时刻，抗蚀剂图案24的抗蚀剂残膜得以确保。即，在金属层22′的蚀刻结束的时刻，能够使抗蚀剂图案24残存。因而，形成没有缺口等不良的、良好的形状的金属布线22。
另外，在该工序中，由第2气体与抗蚀剂图案24以及金属层22′的反应生成物构成的第2侧壁膜即第2侧壁保护膜25′，也堆积在金属布线22、有机类防反射膜23以及抗蚀剂图案24的侧壁。该第2侧壁保护膜25′也在金属布线22、有机类防反射膜23、抗蚀剂图案24的侧壁中的、大致垂直的面上较厚地形成，在抗蚀剂图案24的倾斜面上较薄地形成。该第2侧壁保护膜25′例如由Al－O、Al－Cl、Ti－Cl、C－O等构成。另外，第2侧壁保护膜25′还包括在图6的工序结束的时刻残存的第1侧壁保护膜25。
与此相对，在抗蚀剂图案24的侧壁形成有所需的膜厚以下的极薄的侧壁保护膜25的情况下，在金属层22′的蚀刻工序中，抗蚀剂图案24的蚀刻也不被抑制地进行，有在金属层22′的蚀刻结束之前抗蚀剂图案24消失的情况。其结果，在所形成的金属布线22上产生缺口等不良。
接着，如图8所示，例如通过灰化(Ashing)将残存的抗蚀剂图案24除去。此时，在抗蚀剂图案24的倾斜面上较薄地形成的侧壁保护膜25′也同时被除去。接下来，通过例如使用含氟水溶性无机化合物等的湿式蚀刻，将残存的第2侧壁保护膜25′除去。
经过以上的工序，制造如图1所示的包含金属布线22的半导体装置10。
上述的金属布线22的形成方法还能够适用于固体摄像装置的制造方法。图9是示意地表示具有通过实施例所涉及的金属布线的形成方法形成的金属布线的固体摄像装置的主要部分的部分截面图。
图9所示的固体摄像装置30是所谓CMOS传感器，图9放大表示了作为CMOS传感器的固体摄像装置30的像素部中的一个。实际的固体摄像装置30具有如图9所示的多个像素部，通过将多个像素部以二维排列来构成。
如图9所示，在该固体摄像装置30中，在例如由硅构成的p型半导体基板(或者设置于半导体基板的p型阱)31的表面的一部分，设有作为n型杂质层的光电二极管层32。进而，在光电二极管层32的表面的一部分，设有作为n+型杂质层的电荷蓄积层33。此外，在半导体基板31的表面中的、从光电二极管层32离开的位置，设有作为n+型杂质层的漂移扩散(Floating Diffusion)层34。
在光电二极管层32与漂移扩散层34之间的半导体基板31的表面上，隔着例如硅氧化膜等的氧化膜35设有传送栅极电极36。
在像这样形成有各种杂质层等的半导体基板31的表面上，隔着氧化膜35，以覆盖传送栅极电极36的方式设有例如由SiO2构成的绝缘膜37。在该绝缘膜37，设有贯通绝缘膜37、且与漂移扩散层34连接的贯通电极38。
在绝缘膜37的表面上，以与贯通电极38的上端连接的方式形成有例如由铝构成的金属布线39。金属布线39以不覆盖光电二极管层32的正上方的方式设置。另外，在金属布线39的表面，也可以设有例如由TiN等构成的阻挡金属。
在金属布线39的表面上，形成有例如由氮氧化硅(SiON)构成的作为有机膜的有机类防反射膜40。
另外，虽然省略图示，但在金属布线39的上方设有滤色器层、微透镜等。
在这样的固体摄像装置30的像素部中，若光电二极管层32受光而产生电荷，则该电荷集中在电荷蓄积层33。向电荷蓄积层33移动的电荷暂时蓄积在电荷蓄积层33，但若向传送栅极电极36施加期望的电压，则蓄积在电荷蓄积层33中的电荷被向漂移扩散层34传送。若电荷传送至漂移扩散层34，则在漂移扩散层34产生与所传送的电荷的量相应的电压。产生的电压经由贯通电极38、金属布线39输出至像素部外。
以上说明的固体摄像装置30的制造方法如下。首先，在例如为硅基板的半导体基板(或者设置于半导体基板的p型阱)31形成像素部。关于像素部，通过一般的形成方法形成即可，例如如以下这样形成。
首先，在由硅构成、且在表面上设有氧化膜35的p型半导体基板31的表面，通过离子注入形成n型光电二极管层32。接着，在光电二极管层32上，隔着氧化膜35，例如通过构图形成传送栅极电极36。然后，在包括光电二极管层32的半导体基板31的表面，例如通过离子注入形成n+型电荷蓄积层33以及n+型漂移扩散层34。这样，形成像素部。
像这样形成像素部之后，通过与图3～图8所示的方法相同的方法，形成绝缘膜37、贯通电极38、金属布线39以及有机类防反射膜40。
这样，制造如图9所示的包含金属布线39的固体摄像装置30。
如以上说明的那样，本实施例所涉及的金属布线的形成方法、半导体装置的制造方法以及固体摄像装置的制造方法中，作为对有机类防反射膜23、40进行蚀刻时的蚀刻气体，使用不含有氧的氟类的蚀刻气体(第1气体)。其结果，在对有机类防反射膜23、40进行蚀刻时，可促进在抗蚀剂图案24的侧壁形成第1侧壁保护膜25。因而，可抑制在金属层22′的蚀刻结束之前抗蚀剂图案24消失，在金属层22′的蚀刻结束的时刻，可确保抗蚀剂图案24的抗蚀剂残膜。其结果，能够形成没有缺口等不良的良好的形状的金属布线22、39，能够形成可靠性优良的金属布线22、39。因此，能够制造可靠性优良的半导体装置10。或者，能够制造可靠性优良的固体摄像装置30。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例来提示的，并不是要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他多种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨，并且包含于权利要求书所记载的发明及其等效的范围中。

Claims (20)

1.一种金属布线的形成方法，其特征在于，
在半导体基板上，依次层叠金属层和有机膜；
在所述有机膜的表面上，形成含有碳的抗蚀剂图案；
使用不含有氧的氟类的第1气体对从所述抗蚀剂图案之间露出的所述有机膜进行蚀刻；
在使用所述第1气体的蚀刻工序中，在所述抗蚀剂图案的侧壁形成第1侧壁膜；
对从形成有所述第1侧壁膜的所述抗蚀剂图案之间露出的所述金属层进行蚀刻。
2.如权利要求1所述的金属布线的形成方法，其特征在于，
在对所述金属层进行蚀刻之后，将残存的所述抗蚀剂图案除去。
3.如权利要求1所述的金属布线的形成方法，其特征在于，
所述第1侧壁膜由所述第1气体与所述抗蚀剂图案以及所述有机膜的反应生成物构成。
4.如权利要求3所述的金属布线的形成方法，其特征在于，
所述第1气体是以C4F8、CO以及Ar为主成分的、不含有所述氧的混合气体。
5.如权利要求4所述的金属布线的形成方法，其特征在于，
所述有机膜是SiON膜。
6.如权利要求1所述的金属布线的形成方法，其特征在于，
在所述金属层的蚀刻工序中，在所述抗蚀剂图案的侧壁形成第2侧壁膜。
7.如权利要求6所述的金属布线的形成方法，其特征在于，
在对所述金属层进行蚀刻之后，将残存的所述抗蚀剂图案除去；
在将所述抗蚀剂图案除去之后，将残存的所述第2侧壁膜除去。
8.如权利要求6所述的金属布线的形成方法，其特征在于，
所述第2侧壁膜由对所述金属层进行蚀刻时使用的第2气体与所述抗蚀剂图案以及所述金属层的反应生成物构成。
9.如权利要求8所述的金属布线的形成方法，其特征在于，
所述第2气体是以Cl2、BCl3以及CH4为主成分的混合气体。
10.如权利要求9所述的金属布线的形成方法，其特征在于，
所述金属层由铝构成。
11.一种固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
在半导体基板的表面形成光电二极管层、电荷蓄积层以及漂移扩散层，在所述半导体基板上形成栅极电极，由此形成像素部；
在形成有所述像素部的所述半导体基板的表面上，形成绝缘膜；
在所述绝缘膜的表面上，依次层叠金属层和有机类防反射膜；
在所述有机类防反射膜的表面上，形成含有碳的抗蚀剂图案；
使用不含有氧的氟类的第1气体对从所述抗蚀剂图案之间露出的所述有机类防反射膜进行蚀刻；
在使用所述第1气体的蚀刻工序中，在所述抗蚀剂图案的侧壁形成第1侧壁膜；
对从形成有所述第1侧壁膜的所述抗蚀剂图案之间露出的所述金属层进行蚀刻，从而形成金属布线。
12.如权利要求11所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
在形成所述金属布线之后，将残存的所述抗蚀剂图案除去。
13.如权利要求11所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
所述第1侧壁膜由所述第1气体与所述抗蚀剂图案以及所述有机类防反射膜的反应生成物构成。
14.如权利要求13所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
所述第1气体是以C4F8、CO以及Ar为主成分的、不含有所述氧的混合气体。
15.如权利要求14所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
所述有机类防反射膜是SiON膜。
16.如权利要求11所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
在所述金属层的蚀刻工序中，在所述抗蚀剂图案的侧壁形成第2侧壁膜。
17.如权利要求16所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
在对所述金属层进行蚀刻之后，将残存的所述抗蚀剂图案除去；
在将所述抗蚀剂图案除去之后，将残存的所述第2侧壁膜除去。
18.如权利要求16所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
所述第2侧壁膜由在对所述金属层进行蚀刻时使用的第2气体与所述抗蚀剂图案以及所述金属层的反应生成物构成。
19.如权利要求18所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
所述第2气体是以Cl2、BCl3以及CH4为主成分的混合气体。
20.如权利要求19所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
所述金属层由铝构成。
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