(57)【要約】【課題】微細配線を有する半導体装置を高信頼性及び高歩留まりで得る。【解決手段】この半導体装置の製造方法は、下層配線を形成する工程（ステップＳ１０１）と、下層配線上に絶縁膜を形成する工程（ステップＳ１０２）と、絶縁膜上にレジストを形成する工程（ステップＳ１０３）と、レジストをマスクとしてドライエッチングにより下層配線を露出する開口部を形成する工程（ステップＳ１０４）と、開口部を洗浄液を用いて洗浄する工程（ステップＳ１０５）と、洗浄した開口部をリンスする工程（ステップＳ１０６）と、含む。ステップＳ１０６では、リンス液と還元性ガスとを二流体ノズルから吐出して、開口部の底部をリンスする。【選択図】図１
2011151283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層配線を形成する工程と、
前記下層配線上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上にレジストを形成する工程と、
前記レジストをマスクとしてドライエッチングにより前記下層配線を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部を洗浄液を用いて洗浄する工程と、
洗浄した前記開口部をリンスする工程と、
含み、
リンスする前記工程において、リンス液と還元性ガスとを二流体ノズルから吐出して、前記開口部の底部をリンスする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記リンス液がアンモニア水であり、前記還元性ガスが水素ガスである、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
リンスする前記工程において、前記二流体ノズルの内部で前記リンス液と前記還元性ガスとを混合した後、得られた前記還元性ガス溶解リンス液を吐出させる、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】
前記下層配線が銅配線からなる、請求項１乃至３いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
リンスする前記工程の後に、リンスされた前記開口部に金属膜を埋めこみ、前記下層配線上に上層配線を形成する工程をさらに含む、請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【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。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の最小寸法が５０ｎｍ程度まで微細化されるに伴い、下層配線と上層配線とのコンタクト部分における残渣や配線の腐食が無視できなくなっている。
【０００３】
特許文献１には、レジストをマスクとしたドライエッチングによるビアの形成時にエッチング残渣が発生することが記載されている。また、このエッチング残渣を洗浄した後の水によるリンス条件下では、銅（Ｃｕ）配線が溶出及び酸化することが記載されている。そこで、特許文献１では、イソプロピルアルコールによりビアを洗浄することで、その後水によってリンスする際に、配線層を構成する金属がイオン化して溶出又は酸化されることを防止することができることが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、基板上の絶縁膜にコンタクトホールを形成した後の洗浄工程でリン酸アンモニウム水溶液を用い、その後水素水を用いて基板をリンスすることが記載されている。これにより、絶縁膜の過剰なエッチングを抑制しながら、ホール底部のレジスト残渣やポリマー等を確実に除去することができ、かつ、リフトオフされた残渣等が基板に再付着することを防止できることが記載されている。
【０００５】
また、非特許文献１には、酸化還元電位の低いリンス水をノズルからウェハに供給することで、洗浄条件下におけるビア内の銅配線のエッチング量を半分以下にすることができ、銅配線の腐食を抑制できることが記載されている。
【０００６】
なお、一般的な半導体ウェハの洗浄方法として、二流体ノズルを用いて処理液をウェハ表面に供給することで、ウェハ表面の異物を除去することが知られている（例えば、特許文献３乃至５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１２４３１６号公報
【特許文献２】特開２００５−８５９８１号公報
【特許文献３】特開２００８−１５３３２２号公報
【特許文献４】特開２００８−１０８８２９号公報
【特許文献５】特開２００８−１１２８３７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】第５５回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集、２００８年、今井正芳ら、８７３頁、２９ａ−ＺＫ−１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、配線がさらに微細化した半導体装置の製造プロセスにおいては、上記文献記載の技術では、下層配線と上層配線とのコンタクト部分に付着するレジストの残渣を除去することができなかった。すなわち、開口径が１００ｎｍを下回って微細化が進むことにより、絶縁膜内に形成された開口部に気泡が混入し、開口部の底部にまでリンス液が十分に到達できないという問題があった。そのため、洗浄工程においてリフトオフされたレジスト残渣の再付着を防止することができなかった。
【００１０】
また、非特許文献１の技術を半導体装置の製造プロセスに導入しようとすると、還元水の調製装置とノズルとの間の配管で空気に触れることにより、還元水が酸化されて劣化してしまうということがあった。そのため、銅配線の腐食を十分に防止することができなかった。
【００１１】
したがって、上記文献の技術では、微細配線を有する半導体装置を高信頼性及び高歩留まりで得ることが困難だった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、
下層配線を形成する工程と、
前記下層配線上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上にレジストを形成する工程と、
前記レジストをマスクとしてドライエッチングにより前記下層配線を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部を洗浄液を用いて洗浄する工程と、
洗浄した前記開口部をリンスする工程と、
含み、
リンスする前記工程において、リンス液と還元性ガスとを二流体ノズルから吐出して、前記開口部の底部をリンスする、半導体装置の製造方法
が提供される。
【００１３】
この発明によれば、二流体ノズルを用いてリンス液と還元性ガスとを吐出して開口部をリンスする。これにより開口部の底部に気泡が混入しにくくなるため、開口部の底部にまでリンス液を到達させて、洗浄液で除去されたレジストの残渣の再付着を防止することができる。また、開口部に供給する直前に調製された酸化還元電位の低いリンス液でリンスすることができるため、より確実に配線の腐食を防止することができる。したがって、微細な配線を有する半導体装置であっても、高信頼性かつ高歩留まりで得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高信頼性で高歩留まりの半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
【図３】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
【図４】実施の形態に係る半導体装置の製造方法で用いる二流体ノズルを示す模式的な断面図である。
【図５】実施例の結果を示す図である。
【図６】従来技術を説明する図である。
【図７】従来技術を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１７】
図１は、本実施形態の半導体装置の製造工程の一部を示すフローチャートである。本実施形態は、下層配線を形成する工程（ステップＳ１０１）と、下層配線上に絶縁膜を形成する工程（ステップＳ１０２）と、絶縁膜上にレジストを形成する工程（ステップＳ１０３）と、レジストをマスクとしてドライエッチングにより下層配線を露出する開口部を形成する工程（ステップＳ１０４）と、開口部を洗浄液を用いて洗浄する工程（ステップＳ１０５）と、洗浄した開口部をリンスする工程（ステップＳ１０６）と、含む。ステップＳ１０６では、リンス液と還元性ガスとを二流体ノズルから吐出して、開口部の底部をリンスする。
【００１８】
ついで、開口部を乾燥した後（ステップＳ１０７）、開口部に金属膜を埋めこみ、下層配線上に上層配線を形成する（ステップＳ１０８）。
【００１９】
以下、図１乃至３を用いて具体的に本実施形態の製造工程について説明する。まず、シリコンウェハ（図示しない）上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により層間絶縁膜２０１を成膜する（図２（ａ））。層間絶縁膜２０１は、たとえば、ＳｉＯＣ膜や多孔質膜等の低誘電率膜とする。低誘電率膜とは、比誘電率がＳｉＯ２膜（比誘電率３．９〜４．０）以下の絶縁膜であり、本実施形態では、たとえば、比誘電率膜が２．０〜３．０の絶縁膜とすることができる。
【００２０】
ついで、パターン２０ａを有するレジスト２０２を層間絶縁膜２０１上に形成し（図２（ｂ））、レジスト２０２をマスクとして、層間絶縁膜２０１をドライエッチングし、配線溝２０ｂを形成する（図２（ｃ））。
【００２１】
レジスト２０２をアッシングにより除去した後、配線溝２０ｂにタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等を含むバリア膜２０３を形成し、さらに、バリア膜２０３上に銅（Ｃｕ）膜を成膜する。ついで、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により配線溝２０ｂの内部以外に形成されたバリア膜及びＣｕ膜を除去しＣｕ配線２０（下層配線）を形成する（ステップＳ１０１、図２（ｄ））。なお、Ｃｕ配線２０は、銀（Ａｇ）や銅と銀との合金であってもよい。
【００２２】
その後、Ｃｕ配線２０を覆うように拡散防止膜２０４を形成する（図２（ｅ））。拡散防止膜２０４は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣ等で形成する。
【００２３】
図３に移り、拡散防止膜２０４上に層間絶縁膜３０１を形成する（ステップＳ１０２、図３（ａ））。層間絶縁膜３０１は、層間絶縁膜２０１と同様なものを用いることができる。
【００２４】
ついで、パターン３０ａを有するレジスト３０２を層間絶縁膜３０１上に形成し（ステップＳ１０３、図３（ｂ））、レジスト３０２をマスクとして、層間絶縁膜３０１をドライエッチングする（図３（ｃ））。その後、レジスト３０２をアッシングにより除去し、エッチバックにより拡散防止膜２０４を除去する。こうすることで、Ｃｕ配線２０を露出してビア３０ｂ（開口部）を形成する（ステップＳ１０４、図３（ｄ））。このとき、ビア３０ｂには、レジスト３０２由来のエッチング残渣（デポ）Ｄが付着している。なお、ビア３０ｂの底部の径は、６０ｎｍ程度以下である。
【００２５】
つづいて、洗浄液をビア３０ｂの内部、層間絶縁膜３０１の表面及びシリコン基板表面に供給して、デポＤを除去する。洗浄液には、一般的なレジスト剥離液を用いることができ、たとえば、Ｎ，Ｎ'−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等の有機アミン化合物又はジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等の硫黄化合物からなる水溶性有機溶剤を用いることができる。こうすることで、ビア３０ｂの内部が洗浄される（ステップＳ１０５）。
【００２６】
その後、リンス液と還元性ガスとを二流体ノズルから吐出して、ビア３０ｂの底部をリンスする（ステップＳ１０６）。
【００２７】
本実施形態において、リンス液とは、水を含む液体であればどのようなものであってもよいが、リンス液として、好ましくは、純水（ＤＩＷ）、アルカリ水等を用いることができる。具体的には、ｐＨ７〜１１の弱アルカリ水が好ましく、アンモニア水が特に好ましい。アンモニア水の濃度は、０．１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下が好ましい。また、還元性ガスとしては、たとえば、水素ガス、一酸化炭素ガス等を用いることができる。Ｃｕ配線２０の場合、アンモニア水と水素ガスとの組み合わせがＣｕ腐食を確実に防止できるため、特に好ましい。
【００２８】
二流体ノズルとしては、内部混合型（図４（ａ））及び外部混合型（図４（ｂ））のいずれも用いることができる。図４（ａ）で示すように、内部混合型では、二流体ノズルの内部でリンス液と還元性ガスとを混合し、還元性ガスが溶解した還元性ガス溶解リンス液を二流体ノズル内で調製することができる。そして、得られた還元性ガス溶解リンス液をノズル吐出口から吐出させることができる。一方、外部混合型では、図４（ｂ）で示すようにノズルの外部でリンス液と還元性ガスとを混合させることができる。外部混合型の場合、リンス液をポンプまたはタンクで加圧して送る圧力方式と還元性ガスの吸引効果を利用して送るサイフォン方式のいずれであってもよい。内部混合型がアンモニア水中の溶存酸素を十分に除去することができるためより好ましく、この場合、二流体ノズルから吐出する還元性ガス溶解リンス液の流量は、０．１Ｌ／分以上１．５Ｌ／分以下が好ましく、圧力は、１×１０−３ＭＰａ〜５ＭＰａが好ましい。なお、図４では、リンス液としてアンモニア水を用い、還元性ガスとして水素ガスを用いた二流体洗浄を例に挙げて示している。
【００２９】
続いて、リンスしたビア３０ｂを、例えば、窒素ガスを噴射することで乾燥させる（ステップＳ１０７）。その後、図２（ｄ）で説明した方法と同様に、ビア３０ｂにバリア膜を形成し、さらに、銅膜を埋め込み、ＣＭＰを経て、下層配線（Ｃｕ配線２０）上に上層配線を形成する（ステップＳ１０８）。
【００３０】
その後、通常の工程を経て半導体装置を完成させる。なお、層間絶縁膜３０１上にさらに層間絶縁膜を形成し、図２（ｅ）〜図３（ｄ）の工程を繰り返して多層配線を形成してもよい。
【００３１】
つづいて、本実施形態の効果について図３を用いつつ説明する。本実施形態によれば、二流体ノズルを用いてリンス液と還元性ガスとを吐出してビア３０ｂをリンスする。これによりビア３０ｂの底部に気泡が混入しにくくなるため、ビア３０ｂの底部にまでリンス液を到達させて、レジスト剥離液で除去されたレジストの残渣の再付着を防止することができる。また、ビア３０ｂに供給する直前に調製された酸化還元電位の低いリンス液でリンスすることができるため、より確実にＣｕ配線２０の腐食を防止することができる。したがって、微細な配線を有する半導体装置であっても、高信頼性かつ高歩留まりで得ることができる。
【００３２】
本発明者の知見によれば、径が６０ｎｍ程度以下の微細なビアの場合、従来の一流体ノズルによるリンスでは、図６で示すようにビア９０の底部に気泡が形成されてしまうという問題があった。そこで、図４で示すような二流体ノズルを用いることで、ビア内への気泡の混入を防止することができ、ビア内のデポを確実に除去できることが明らかとなった。
【００３３】
しかしながら、二流体ノズルでは、一流体ノズルよりも高速でリンス水とシリコンウェハＷとが衝突するため、図７で示すように、シリコンウェハＷ上で電荷（チャージ）が発生し、このチャージによりＣｕ配線の腐食が発生することが明らかとなった。したがって、純水やＣＯ２水のようなリンス液と窒素ガスとの二流体洗浄では、Ｃｕ配線の腐食を防止することができなかった。また、水素水のような酸化還元電位の低いリンス液（機能水）を用いることで、Ｃｕの腐食を防止することが期待されたが、機能水は、空気に触れることで劣化しやすいという問題があった。したがって、工業的な半導体プロセスで機能水を用いると、機能水生成装置と二流体ノズルＮとの間の配管内で空気に触れてしまうため、機能水が劣化しＣｕの腐食を防止することができなかった。
【００３４】
一方、本実施形態の方法によれば、二流体ノズルを用いることでリンス直前に機能水を調製することができるため、機能水の劣化を最小限に抑えることができる。したがって、ビア内のデポを確実に除去しつつ、Ｃｕ配線の腐食を防止することができる。よって、微細な配線を有する半導体装置であっても、高信頼性かつ高歩留まりで得ることができる。
【００３５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【実施例】
【００３６】
（実施例）
図１乃至３で説明した方法にしたがって、層間絶縁膜２０１としてＳｉＯＣ膜にＣｕ配線２０を作成し、層間絶縁膜３０１としてＳｉＯＣ膜に、６０ｎｍ程度以下のビア３０ｂを形成した。拡散防止膜２０４には、ＳｉＣＮ膜を用いた。レジスト剥離液を用いてビア３０ｂやシリコン基板表面等を洗浄した後、内部混合型の二流体ノズルを用いてアンモニア水（濃度１ｐｐｍ）と水素ガスとを混合し、流量１Ｌ／分、圧力５ＭＰａで吐出してビア３０ｂの内部をリンスした。その後、窒素ガスを０．５〜１分間噴霧して乾燥し、ビア３０ｂの内部を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。
【００３７】
ＳＥＭの観察結果を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）は、リンス前のビア３０ｂである。デポが除去されているのがわかる。Ｃｕ配線の腐食も認められなかった。
【符号の説明】
【００３８】
２０        Ｃｕ配線
２０ａ    パターン
２０ｂ    配線溝
３０ａ    パターン
３０ｂ    ビア
９０        ビア
２０１    層間絶縁膜
２０２    レジスト
２０３    バリア膜
２０４    拡散防止膜
３０１    層間絶縁膜
３０２    レジスト
Ｄ        デポ
Ｎ        二流体ノズル
Ｗ        シリコンウェハ
【図１】
2011151283.tif 000003
【図２】
2011151283.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011151283.tif 000006
【図５】
2011151283.tif 000007
【図６】
2011151283.tif 000008
【図７】
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