(57)【要約】【課題】加工部側壁や底部の付着物を効率よく、確実に除去できる層間絶縁膜の穴部清掃方法および、簡便で、コスト低減を図ることができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】層間絶縁膜に穴部を形成し、穴部を含めて層間絶縁膜表面に、実質的に極性基を有しない樹脂よりなる膜を形成し、ついで樹脂膜を剥離して穴部から付着物を除去する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間絶縁膜に穴部を形成し、
当該穴部を含めて当該層間絶縁膜表面に、実質的に極性基を有しない樹脂よりなる膜を形成し、
ついで当該樹脂膜を剥離して当該穴部から付着物を除去する、
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記層間絶縁膜が多孔層間絶縁膜である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記の実質的に極性基を有しない樹脂が炭化水素系樹脂である、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の層間絶縁膜の穴部清掃技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置は微細化が日々進み、特に微細加工に関してはその加工の困難さに加え、その加工時に発生する付着物による歩留まり低下が大きな問題となってきている。
【０００３】
加工時のエッチングにおける付着物を除去する方法としては、酸素プラズマアッシングやウェット剥離などの技術が使われているが、特に、半導体装置の微細化に対応するために採用される低誘電率膜などの中には、酸素プラズマアッシングやウェット剥離などに弱いものが多く、これまで付着物除去に有効であった方法も半導体装置の微細化と共に採用が困難になってきている。
【０００４】
以下に従来の半導体装置の製造工程の一部を図１，２を用いて例示する。まず、図１に示すようにトランジスタなどを含む半導体基板（図示せず）に第１のメタル配線１を形成する。次にその上にＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）による有機塗布ガラス（たとえば有機シリコーン）などの材質の層間絶縁膜２を形成し、平坦化のためにＣＭＰ（化学的機械研磨）を行う。続いてフォトレジスト３をパターニングし、そのフォトレジスト３をマスクにして、層間絶縁膜に、図２に示すような穴４を設ける加工を行う。なお、本発明において、「穴」とは円形や方形の断面を有するものに限られず、スリット状、溝状のものを含めどのような断面形状のものをも意味し得る。また、層間絶縁膜を貫通するものも貫通していないものも含まれる。
【０００５】
その後、酸素プラズマにより残ったマスク用のフォトレジストを除去する。このとき、層間絶縁膜の加工された穴の側壁や底部には、付着物５が大量に形成される。
【０００６】
この付着物５は、リン酸アンモニウム溶液などを用いたウェット剥離による処理により除去される。このとき、完全に除去できなかった付着物は、その後のビア抵抗不良などを引き起こす原因となる。
【０００７】
付着物を完全に除去するためにウェット剥離を高温で長時間行ったり、酸素プラズマアッシングなどを行うと、層間絶縁膜が破損したり削られたりし、誘電率が上昇したり、パターン形状が広がったりする場合がある。
【０００８】
この問題を解決するために、たとえば付着物と付着性のある微粒子を穴に埋設してからエアロゾルで吹き飛ばして洗浄する方法が開示されている（たとえば特許文献１参照。）が、微粒子であるがために微細な穴に万遍なく入れるのが難しく、また付着物との接着力が小さいと洗浄効果がなく、大きいと穴壁に付着してかえって汚染となる場合もあり、これを無理に除去しようとすると層間絶縁膜を破損することになり得る。
【０００９】
また、パターン形成後に樹脂膜を形成してその後樹脂膜を除去することによる付着物除去方法が開示されている（たとえば特許文献２参照。）が、主にアセチルセルロースなどの高極性樹脂を、主にアセトンなどの高極性溶媒に溶解して塗布するというものであり、層間絶縁膜に吸湿させる原因となり、誘電率が上昇する危険性が高い。
【００１０】
このため、酸素プラズマアッシングやウェット剥離や上記例示方法などに代わる半導体装置層間絶縁膜の穴部清掃技術の開発が待望されている。
【００１１】
一方、半導体装置の微細化に対応するために採用される、多孔層間絶縁膜は、微細空孔を絶縁膜内に保有し、空気の比誘電率が約１と低いことを利用して低誘電率化を実現するものであり、現在主流となりつつある。しかし、機械的強度が不足するという欠点があり、また表面積が増大するため吸湿しやすく、このため誘電率が上昇しやすいという特徴を有している。このような性質を有する多孔層間絶縁膜は、上記のいずれの方法でも層間絶縁膜を破損する懸念が大きく、また吸湿の懸念も大きい。
【００１２】
比誘電率の要求値は２００４年には２．２（実効誘電率２．７）とされており（２００１  ＩＴＲＳ  ロードマップ）、今後ますます多孔層間絶縁膜の需要性が増大するものと考えられている。従って、特に、多孔層間絶縁膜に適用する穴部清掃技術の開発が待望されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−２６９３３１号公報（特許請求の範囲）
【００１４】
【特許文献２】
特開平０１−２７６７２０号公報（ｐ．２）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決し、新規な層間絶縁膜の穴部清掃方法、半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的としている。本発明のさらに他の目的および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、層間絶縁膜に穴部を形成し、当該穴部を含めて当該層間絶縁膜表面に、実質的に極性基を有しない樹脂よりなる膜を形成し、ついで当該樹脂膜を剥離して当該穴部から付着物を除去する穴部清掃方法が提供される。本発明に係る層間絶縁膜の穴部清掃方法によれば、加工部側壁や底部の付着物を効率よく、確実に除去できる。
【００１７】
層間絶縁膜が多孔層間絶縁膜であること、実質的に極性基を有しない樹脂が炭化水素系樹脂であることが好ましい。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、上記穴部清掃方法による付着物除去処理を含む半導体装置の製造方法やこのような製造方法によって製造された層間絶縁膜を有する半導体装置が提供される。本発明に係る半導体装置の製造方法は簡便で、コスト低減を図ることができる。また、本発明に係る半導体装置は高い信頼性を与える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。なお、図中、同一の符号は同一の要素を表す。
【００２０】
本発明の穴部清掃方法によれば、層間絶縁膜に穴部を形成し、当該穴部を含めて当該層間絶縁膜表面に、実質的に極性基を有しない樹脂よりなる膜を形成し、ついで当該樹脂膜を剥離して当該穴部から付着物を除去する。
【００２１】
この穴部清掃方法を含む半導体装置の製造方法の一例を図３〜７を用いて説明する。まず、図３のように、トランジスタなどを含む半導体基板（図示されず）に第１のメタル配線１を形成する。次にその上に多孔有機塗布ガラスなどの層間絶縁膜２を形成し、平坦化のためにＣＭＰを行う。続いてフォトレジストをパターニングし、そのフォトレジスト３をマスクにして、層間絶縁膜を加工し、穴を形成する。
【００２２】
その後、図４のように、酸素プラズマにより残ったマスク用のフォトレジストを除去する。この操作により、フォトレジストは除去されるが、層間絶縁膜２の加工された穴４の側壁や底部には、付着物５が大量に形成されている。
【００２３】
この状態において、図５に示すように、層間絶縁膜表面に穴部を含めて、実質的に極性基を有しない樹脂よりなる膜６を形成し、その後、図６に示すようにこの樹脂膜を剥離すると、付着物５が樹脂膜６とともに剥離し、図７に示すように付着物５のない穴４が得られ、付着物除去に特に有効であることが見いだされた。付着物５が樹脂膜６とともに剥離したかどうかは、清掃後の穴を顕微鏡等で観察すれば容易に確認することができる。なお、図６における矢印は樹脂膜の剥離される方向を表す。
【００２４】
極性基を有しない樹脂よりなる膜は、一般的に層間絶縁膜との親和性が少なく、剥がれやすいため、層間絶縁膜の破損を防止でき、層間絶縁膜の誘電率が上昇したり、穴のパターン形状が広がったりすることが少ない。その一方、付着物は適切に除去される。また、吸湿性が少なく、層間絶縁膜の吸湿による誘電率の上昇を防止できる。特に、機械的強度が小さく、吸湿の懸念も大きい多孔層間絶縁膜に適する技術と言える。
【００２５】
なお、実質的に極性基を有しないかどうかは、必要とする洗浄レベル等の実状により、任意に定めることができる。
【００２６】
実質的に極性基を有しない樹脂としては、本発明の目的にかなう限りどのようなものでもよいが、一般的に実質的に炭素と水素とよりなる炭化水素系の樹脂が好ましい。ポリオレフィンやポリスチレンを例示することができる。
【００２７】
実質的に極性基を有しない樹脂よりなる膜は、絶縁膜上に樹脂溶液、たとえばポリオレフィンの一つであるポリプロピレンのキシレン溶液を塗布して、たとえばホットプレート６０℃で２分間加熱処理することにより、容易に形成することができる。樹脂溶液の粘度を適切に選択すれば、樹脂膜は微細穴に万遍なく入り込み、付着物に付着、または包み込むような形となる。
【００２８】
樹脂溶液を作成するための溶媒の種類については特に制限はないが、層間絶縁膜を損傷したり、その吸湿性を高めるものは避けるべきである。一般的には炭化水素系溶媒が好ましい。例示したキシレンは好ましい溶媒の一例である。溶媒としては、このほか、トルエン、ｎ−ヘキサン、アニソール等のいわゆる無極性または低極性の溶媒を挙げることができる。
【００２９】
なお、上記樹脂は、その種類によっては、溶液としなくても、樹脂そのものを溶融し、そのまま塗布することも可能である。しかし、取り扱いの容易さなどから炭化水素系溶媒を使用して溶液として塗布することが望ましい。
【００３０】
その後、この樹脂膜を剥離することによって付着物も樹脂膜に付着し、または包含された状態で除去される。樹脂膜を剥離するときも、本発明に係る樹脂膜は、層間絶縁膜との間の接着力がきわめて弱く、層間絶縁膜が破損されるおそれが少ない。特にオレフィン類は、柔軟であるため、層間絶縁膜を破損することが少ない。検討の結果を見ると、アンダーカットがあってもうまく剥離できるようである。
【００３１】
このような、付着物を付着または包含する能力が高く、かつ、層間絶縁膜との間の接着力が低いという本発明の特徴は、パターンが微細になればなるほど効果を発揮するものと考えられる。
【００３２】
なお、樹脂膜を剥離する方法は、窒素ブローによる方法、粘着性テープを樹脂膜上に張り付けて剥がす方法等があり、いずれも有効である。
【００３３】
本発明に係る層間絶縁膜を形成する材料としては特に制限はなく、多孔膜であるもの、ないものを含め、どのような材質のものでも、本発明が適用可能であると考えられる。たとえば、低誘電率の層間絶縁膜用としては、ダウコーニング社製の商品名ＳｉＬＫ、ＳｉＯＦまたはＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ  Ｇｌａｓｓ）、ＨＳＱ−ＳＯＧ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）。ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）を挙げることができる。
【００３４】
また、多孔膜としては、多孔有機塗布ガラス以外にもプラズマＳＩＯＣやＳｉＬＫなどのベンゼン環を含む有機絶縁膜などでも多孔系が開発されており、いずれにも本特許は有効である。
【００３５】
上記のごとく、本発明に係る層間絶縁膜の穴部清掃方法によれば、加工部側壁や底部の付着物を効率よく、確実に除去できる。このため、本発明に係る半導体装置の製造方法は簡便で、コスト低減を図ることができる。また、本発明に係る半導体装置は高い信頼性を与えるものとなる。
【００３６】
【実施例】
次に本発明の実施例および比較例を詳述する。
【００３７】
［実施例１］
メチルイソブチルケトン３９．６ｇに、テトラエトキシシラン２０．８ｇ（０．１モル）を溶解させた。濃度４００重量ｐｐｍの硝酸水１６．２ｇ（０．９モル）を１０分間で滴下し、滴下終了後２時間の熟成反応を行った。テトラエトキシシランが共重合し、球状シロキサン樹脂を生成した。
【００３８】
続いてトリメチルエトキシシラン１１．８ｇ（０．１モル）を１０分間で滴下し、滴下終了後２時間の熟成反応を行い、先に合成した球状シロキサン樹脂の残存エトキシ基、またはシラノール基をシリル化し、化学的に安定な球状シロキサン樹脂を得た。
【００３９】
次に、硝酸マグネシウム５ｇを添加し、過剰の水分を除去した。固形物を取り除いた後、ロータリエバポレータを用いて反応溶液を除去し、さらに１，４−ジオキサンを使用して凍結乾燥を行った。
【００４０】
合成した球状シロキサン樹脂をメチルイソブチルケトンに溶解させ、固形分濃度１７．５重量％の溶液を得た。
【００４１】
次に、上記樹脂溶液を用いて、多孔層間絶縁膜を形成した。樹脂溶液を、シリコンウエハ表面にスピンコートした。回転数は３０００ｒｐｍであり、塗布時間は２０秒であった。スピンコート後、２００℃で溶剤を蒸発させた。酸素濃度１００体積ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で、４００℃、３０分間の熱処理を行った。この熱処理により、シロキサン樹脂が架橋し、層間絶縁膜が形成した。
【００４２】
以上によって比誘電率２．４、膜厚４００ｎｍの多孔層間絶縁膜を形成した。
【００４３】
これに、Ｚ−ＣＯＡＴ１００（日本ゼオン）を塗布し、膜厚１００ｎｍの塗布膜を形成した。Ｚ−ＣＯＡＴ１００はポリオレフィンのキシレン溶液で、本特許に使用するのにきわめて都合がよい。
【００４４】
塗布膜形成後窒素ブローにより簡単にはがれ、また比誘電率は２．４と、清掃前後で差がなかった。付着物であるエッチング残が除去されたことを光学顕微鏡で確認した。
【００４５】
［比較例１］
Ｚ−ＣＯＡＴ１００（日本ゼオン）に代えて、アセチルセルロース（関東化学）のアセトン溶液を用いた以外は実施例１と同様にした。窒素ブローを用いてもはがれずに残る部分があった。また比誘電率は２．７まで上昇していた。これは、極性樹脂と極性溶媒とよりなる溶液を塗布したため、吸湿したことに起因すると考えられる。付着物であるエッチング残の除去が不十分であることを光学顕微鏡で確認した。
【００４６】
［実施例２］
実施例１の層間絶縁膜をフッ化炭素系ガスでエッチングし、１５０ｎｍラインアンドスペースにパターニングしたものを準備した。穴部にはエッチング残があることを光学顕微鏡で確認した。
【００４７】
これにＺ−ＣＯＡＴ１００を、実施例１と同様に塗布し、剥離した。Ｚ−ＣＯＡＴ１００の塗布膜は簡単にはがれた。付着物であるエッチング残が除去されたことを光学顕微鏡で確認した。。
【００４８】
［比較例２］
Ｚ−ＣＯＡＴ１００に代えてアセチルセルロース（関東化学）のアセトン溶液を用いた以外は実施例２と同様にした。
【００４９】
塗布膜には簡単にははがれない部分があり、窒素ブローを続行したところ剥離することはできたが、光学顕微鏡による観察の結果、層間絶縁膜の一部に破損が見られた。これは、高極性樹脂であることにより層間絶縁膜との強い結合が発生したためと考えられる。付着物であるエッチング残の除去が不十分であることを光学顕微鏡で確認した。
【００５０】
なお、上記に開示した内容から、下記の付記に示した発明が導き出せる。
【００５１】
（付記１）  層間絶縁膜に穴部を形成し、
当該穴部を含めて当該層間絶縁膜表面に、実質的に極性基を有しない樹脂よりなる膜を形成し、
ついで当該樹脂膜を剥離して当該穴部から付着物を除去する、
半導体装置の製造方法。
【００５２】
（付記２）  前記層間絶縁膜が多孔層間絶縁膜である、付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【００５３】
（付記３）  前記の実質的に極性基を有しない樹脂が炭化水素系樹脂である、付記１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【００５４】
（付記４）  層間絶縁膜に穴部を形成し、当該穴部を含めて当該層間絶縁膜表面に、実質的に極性基を有しない樹脂よりなる膜を形成し、ついで当該樹脂膜を剥離して当該穴部から付着物を除去した層間絶縁膜を有する半導体装置。
【００５５】
（付記５）  前記層間絶縁膜が多孔層間絶縁膜である、付記４に記載の半導体装置。
【００５６】
（付記６）  前記の実質的に極性基を有しない樹脂が炭化水素系樹脂である、付記４または５に記載の半導体装置。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜の穴部加工部側壁や底部の付着物を効率よく、確実に除去でき、簡便で、コスト低減を図ることができる。また、本発明に係る半導体装置は高い信頼性を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体装置の製造工程の一部を例示する模式図である。
【図２】従来の半導体装置の製造工程の一部を図１に続いて例示する模式図である。
【図３】穴部清掃方法を含む半導体装置の製造方法の一例を示すモデル図である。
【図４】穴部清掃方法を含む半導体装置の製造方法の一例を図３に続いて示すモデル図である。
【図５】穴部清掃方法を含む半導体装置の製造方法の一例を図４に続いて示すモデル図である。
【図６】穴部清掃方法を含む半導体装置の製造方法の一例を図５に続いて示すモデル図である。
【図７】穴部清掃方法を含む半導体装置の製造方法の一例を図６に続いて示すモデル図である。
【符号の説明】
１  第１のメタル配線
２  層間絶縁膜
３  フォトレジスト
４  穴
５  付着物
６  樹脂膜
【図１】
2004288756.tif 000002
【図２】
2004288756.tif 000003
【図３】
2004288756.tif 000004
【図４】
2004288756.tif 000005
【図５】
2004288756.tif 000006
【図６】
2004288756.tif 000007
【図７】
2004288756.tif 000008