(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を覆う絶縁膜の上にＡｌ系導電膜及びＴｉ系導電膜を順次に重ねた積層を形成する工程と、
所定の配線パターンに従って前記積層の上にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をマスクとし且つハロゲン系ガスを用いるドライエッチングにより前記積層をパターニングして前記積層の残存部からなる配線層を形成する工程であって、前記配線層の側壁に側壁保護膜を形成しつつ前記ドライエッチングを行なう工程と、
前記配線層を形成した後、酸素を含むガスにフッ素系ガスを添加したガスのプラズマにより前記レジスト層をアッシングして除去する工程と、
前記レジスト層を除去した後、３０℃以上の温水及び３０℃より低温の冷水を順次に用いる水洗処理により前記配線層から前記側壁保護膜及びハロゲン系残留物を除去する工程と
を含む配線形成法。
【請求項２】
基板を覆う絶縁膜の上に第１のＴｉ系導電膜、Ａｌ系導電膜及び第２のＴｉ系導電膜を順次に重ねた積層を形成する工程と、
所定の配線パターンに従って前記積層の上にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をマスクとし且つハロゲン系ガスを用いるドライエッチングにより前記積層をパターニングして前記積層の残存部からなる配線層を形成する工程であって、前記配線層の側壁に側壁保護膜を形成しつつ前記ドライエッチングを行なう工程と、
前記配線層を形成した後、酸素を含むガスにフッ素系ガスを添加したガスのプラズマにより前記レジスト層をアッシングして除去する工程と、
前記レジスト層を除去した後、３０℃より低温の冷水、３０℃以上の温水及び３０℃より低温の冷水を順次に用いる水洗処理により前記配線層から前記側壁保護膜及びハロゲン系残留物を除去する工程と
を含む配線形成法。
【請求項３】
前記冷水の温度を２０℃以下とすると共に前記温水の温度を６０℃以上とする請求項１または２記載の配線形成法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ａｌ（アルミニウム）系導電膜とＴｉ（チタン）系導電膜とを含む積層からなる配線の形成法に関し、特にレジストアッシングの後冷水洗浄によりＴｉのフッ化物を除去すると共に温水洗浄によりＡｌのフッ化物及びハロゲン系残留物を除去することにより側壁保護膜除去とコロージョン（配線腐食）防止とを共に達成可能としたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ａｌ系（Ａｌ又はＡｌ合金）配線の形成法としては、レジスト層をマスクとする選択的ドライエッチングによりＡｌ系配線材層をパターニングして配線層を形成した後、レジスト層をアッシングして除去するものが知られている。
【０００３】
このような配線形成法において、選択的ドライエッチング工程では、エッチングマスクとしてのレジスト層の寸法及び形状に忠実に配線層を形成するために、異方性が高いエッチング技術が求められる。このようなエッチング技術としては、Ｃｌ2、ＢＣｌ3等のハロゲン系ガスをエッチングガスとして用いて配線層の側壁に側壁保護膜を形成しつつドライエッチング（例えば反応性イオンエッチング）を行なう方法が用いられる。側壁保護膜は、被エッチング材であるＡｌ等を含むもので、配線層の側壁でのエッチング進行を抑制するように作用する。
【０００４】
エッチングガスとしてハロゲン系ガスを用いた場合、レジスト層を除去した後も配線層の表面にＣｌ等のハロゲン系残留物が存在する。Ｃｌ等の残留物は、コロージョンを引き起こすので、除去する必要がある。従来、コロージョン防止策としては、次の（ａ）〜（ｅ）のような方法が知られている。
【０００５】
（ａ）選択的エッチングの後、基板を大気にさらすことなくレジストアッシングを行なう方法（例えば、特開平３−８３３３７号公報、特開平４−１５９１９号公報、特開平６−８４８４０号公報等参照）。
【０００６】
（ｂ）レジストアッシングの前又は後にＨ（水素）成分を含むプラズマによりＣｌ等の残留物をＨＣｌの形で除去する方法（例えば特開平３−８３３３７号公報、特開平４−１５９１９号公報等参照）。
【０００７】
（ｃ）レジストアッシングの際にＯ（酸素）成分及びＨ成分を含むプラズマを用いることによりレジスト除去と同時にＣｌ等の残留物をＨＣｌの形で除去する方法（例えば、特開平３−８３３３７号公報、特開平６−８４８４０号公報等参照）。
【０００８】
（ｄ）Ｏ2＋ＣＦ4の混合ガスのプラズマによりレジスト層をアッシング除去した後、水洗処理によりＣｌ等の残留物を除去する方法（例えば、特開平６−８４８４０号公報に記載の「従来の技術」参照）。
【０００９】
（ｅ）選択的ドライエッチングの後、Ｆ（フッ素）原子源としてのＣＦ4＋Ｏ2の混合ガスにＨ2Ｏガスを添加したガスのプラズマによりレジスト層をアッシングして除去し、さらに基板を水洗する方法（例えば、S. Jimbo, K. Shimomura, T. Ohiwa, M. Sekine, H. Mori, K. Horioka and H. Okano, “Resist and Sidewall Film Removal after Al Reactive Ion Etching (RIE) Employing F + H2O Downstream Ashing", Jpn. J. Appl. Phys. Vol.32 (1993) pp.3045-3050参照）。この方法では、Ａｌのハロゲン化物をアッシングの際に水溶性のＡｌのフッ化物に変換した後、水洗処理によりＡｌのフッ化物を除去する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した（ａ）〜（ｅ）の方法によると、コロージョンの発生を低減可能である。しかしながら、上記（ａ）〜（ｄ）項で引用した文献では、側壁保護膜の形成乃至除去については特に言及されていない。
【００１１】
一方、上記（ｅ）項で引用した文献には、Ａｌの酸化物を水溶性のＡｌのフッ化物に変換して水洗処理により除去することで側壁保護膜の除去が可能になる旨記載されている。しかしながら、Ａｌ系導電膜及びＴｉ系導電膜を含む積層からなる配線の形成法に上記（ｅ）の方法を応用することについては何等記載されていない。
【００１２】
この発明の目的は、Ａｌ系導電膜及びＴｉ系導電膜を含む積層からなる配線を形成する際に側壁保護膜除去とコロージョン防止とを共に達成することができる新規な配線形成法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る配線形成法は、
基板を覆う絶縁膜の上にＡｌ系導電膜及びＴｉ系導電膜を順次に重ねた積層を形成する工程と、
所定の配線パターンに従って前記積層の上にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をマスクとし且つハロゲン系ガスを用いるドライエッチングにより前記積層をパターニングして前記積層の残存部からなる配線層を形成する工程であって、前記配線層の側壁に側壁保護膜を形成しつつ前記ドライエッチングを行なう工程と、
前記配線層を形成した後、酸素を含むガスにフッ素系ガスを添加したガスのプラズマにより前記レジスト層をアッシングして除去する工程と、
前記レジスト層を除去した後、３０℃以上の温水及び３０℃より低温の冷水を順次に用いる水洗処理により前記配線層から前記側壁保護膜及びハロゲン系残留物を除去する工程と
を含むものである。
【００１４】
この発明の配線形成法において、Ｔｉ系導電膜としては、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＯＮ膜又はＴｉ合金膜等を用いることができ、Ａｌ系導電膜としては、Ａｌ膜又はＡｌ合金膜等を用いることができる。ハロゲン系ガスとしては、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、Ｂｒ2等のガスを用いることができる。酸素（Ｏ）を含むガスとしては、Ｏ2ガス及び／又はＨ2Ｏガスを用いることができる。フッ素系ガスとしては、ＣＦ4ガス又はＣＨＦ3ガスを用いることができる。ハロゲン系残留物としては、Ｃｌ、Ｂｒ等が生成される。
【００１５】
この発明の配線形成法によれば、Ａｌ系導電膜にＴｉ系導電膜を重ねた積層をドライエッチングするので、側壁保護膜としては、Ｔｉ含有膜にＡｌ含有膜を重ねた積層膜が形成される。アッシング処理では、酸素を含むガスにフッ素系ガスを添加したガスのプラズマを用いるので、側壁保護膜中のＡｌのハロゲン化物及びＴｉのハロゲン化物は、それぞれＡｌのフッ化物及びＴｉのフッ化物に変換される。
【００１６】
Ｔｉのフッ化物は、冷水には溶解するものの、温水には溶けにくい。また、Ａｌのフッ化物やＣｌ等のハロゲン系残留物は、冷水より温水の方が除去効率が高い。そこで、この発明では、側壁保護膜中の上層を構成するＡｌフッ化物を温水洗浄により除去した後、側壁保護膜中の下層を構成するＴｉフッ化物を冷水洗浄により除去することにより側壁保護膜の効率的な除去を可能にしている。また、Ｃｌ等のハロゲン系残留物を温水洗浄に効率的に除去することによりコロージョン発生を防止している。
【００１８】
この発明の配線形成法において、積層形成工程では、第１のＴｉ系導電膜、Ａｌ系導電膜及び第２のＴｉ系導電膜を順次に重ねた積層を形成してもよい。この場合、側壁保護膜としては、第１のＴｉ含有膜、Ａｌ含有膜及び第２のＴｉ含有膜を順次に重ねた積層膜が形成されるので、水洗処理では、冷水洗浄、温水洗浄及び冷水洗浄の順に洗浄を行なう。このようにすると、側壁保護膜除去とコロージョン防止とを共に達成することができる。
【００１９】
この発明の配線形成法において、水洗処理では、冷水の温度を２０℃以下とすると共に温水の温度を６０℃以上とするのが好ましい。このようにすると、洗浄効率が一層向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜４は、この発明の一実施形態に係る配線形成法を示すもので、各々の図に対応する工程（１）〜（４）を順次に説明する。
【００２１】
（１）例えばシリコンからなる半導体基板の１０の表面にシリコンオキサイドからなる絶縁膜１２を形成する。絶縁膜１２の上には、配線材層１４を形成する。配線材層１４は、一例として、下から順にＴｉＮ膜、Ａｌ合金膜及びＴｉＮ膜を重ねた構成とする。配線材層１４の上には、周知のフォトリソグラフィ処理により所定の配線パターンに従ってレジスト層１６を形成する。
【００２２】
（２）レジスト層１６をマスクとし且つハロゲン系ガスを用いる選択的ドライエッチングにより配線材層１４をパターニングして層１４の残存部からなる配線層１４Ａを形成する。このとき、レジスト層１６及び配線層１４Ａの積層の側壁に側壁保護膜１８ａ，１８ｂを形成しつつドライエッチングを行なう。この結果、レジスト層１６のパターンに忠実なパターンを有する配線層１４Ａが得られる。
【００２３】
選択的ドライエッチングは、一例として図５に示すような誘導結合型プラズマエッチング装置を用いて行なった。図５の装置において、処理室２０の底部には、被処理ウエハＷとしての基板１０を保持する底部電極ＢＥが設けられている。処理室２０の上部開口は、誘電体プレートＤＰで閉じられており、誘電体プレートＤＰの近傍には誘導コイルＣＬが設けられている。誘導コイルＣＬには、第１の高周波電源ＲＦ１から１３．５６〔ＭＨｚ〕のプラズマ形成用高周波電力が供給され、底部電極ＢＥには、第２の高周波電源ＲＦ２から１３．５６〔ＭＨｚ〕のバイアス用高周波電力が供給される。処理室２０内において、被処理ウエハＷの上方には、プラズマＰが形成される。プラズマエッチング条件は、一例として、
圧力：１０〔ｍＴｏｒｒ〕
ＲＦ１のパワー：３５０〔Ｗ〕
ＲＦ２のパワー：１５０〔Ｗ〕
ガス流量：Ｃｌ２／ＢＣｌ３／ＣＨＦ３＝６０／６０／５〔ｓｃｃｍ〕
とした。
【００２４】
側壁保護膜１８ａ，１８ｂは、配線材層１４がＴｉ／Ａｌ合金／Ｔｉの３層構造であるため、Ｔｉ含有膜／Ａｌ含有膜／Ｔｉ含有膜の３層構造をなす。基板１０の配線形成面には、エッチングに用いたＣｌ等のガス成分が残留している。側壁保護膜１８ａ，１８ｂ及びＣｌ等のハロゲン系残留物は、図３のレジストアッシングの後、図４の水洗処理により除去される。
【００２５】
（３）Ｏ２ガス及び／又はＨ２ＯガスにＦ系ガスを添加したガスのプラズマによりレジスト層１６をアッシングして除去する。このアッシングは、コロージョンの発生を低減するため、図２のドライエッチングの後、基板１０を大気にさらすことなく行なうのが望ましい。
【００２６】
アッシングは、一例として図６に示すようなマイクロ被プラズマアッシング装置を用いて行なった。図６の装置において、処理室３０の底部には、ヒータを有するウエハホルダＷＨが設けられており、ウエハホルダＷＨ上には、被処理ウエハＷとしての基板１０が載置される。処理室３０の上部には、プラズマ発生部ＰＧが設けられている。プラズマ発生部ＰＧには、アッシングガスＧＳと２．４５〔ＧＨｚ〕のマイクロ波電力ＭＷとが供給される。処理室３０の下部に設けられた排気管ＥＮは、図示しない排気装置に接続される。プラズマ発生部ＰＧで発生されたプラズマは、被処理ウエハＷに向けて降下する。アッシング条件は、一例として、
圧力：７００〔ｍＴｏｒｒ〕
マイクロ波電力：６００〔Ｗ〕
ガス流量：Ｏ２／ＣＦ４（又はＣＨＦ３）／Ｈ２Ｏ＝１３０／３０／４００〔ｓｃｃｍ〕
とした。
【００２７】
側壁保護膜１８ａ，１８ｂ中のＡｌの酸化物及びハロゲン化物は、アッシングの際に水溶性のＡｌのフッ化物に変換される。また、側壁保護膜１８ａ，１８ｂ中のＴｉのハロゲン化物は、アッシングの際に水溶性のＴｉのフッ化物に変換される。コロージョンの発生を低減するためには、レジストアッシングの後、基板１０を大気にさらすことなく図４の工程に移るのが好ましい。
【００２８】
（４）冷水、温水及び冷水を順次に用いる水洗処理により側壁保護膜１８ａ，１８ｂ及びＣｌ等のハロゲン系残留物を配線層１４Ａ及び基板上面から除去する。冷水は、主としてＴｉフッ化物を除去するためのもので、３０℃より低温であり、実用的な除去効率を得るには２０℃より低温とするのが好ましい。温水は主として、Ａｌのフッ化物及びＣｌ等のハロゲン化残留物を除去するためのもので、３０℃以上であり、実用的な除去効率を得るには６０℃以上とするのが好ましく、更に高い除去効率を得るには８０℃以上とするのが好ましい。水洗処理の後は、基板１０に乾燥処理を施す。
【００２９】
発明者の実験によれば、コロージョンの発生状況及びＴｉフッ化物の残留状況が洗浄水温に応じて次の表１に示すように変化することが判明した。
【００３０】
【表１】
0004123620.tif 000002
図４の工程では、１８ａ等の側壁保護膜がＴｉフッ化物含有膜／Ａｌフッ化物含有膜／Ｔｉフッ化物含有膜の３層構造になっていることに着目すると共に表１の実験結果に基づいて２０℃の冷水洗浄、８０℃の温水洗浄及び２０℃の冷水洗浄を順次に行なうことにより側壁保護膜１８ａ，１８ｂ及びＣｌ等のハロゲン化残留物を効率的に除去することができた。この結果、コロージョンの発生が低減され、高信頼の配線を歩留りよく形成可能となった。
【００３１】
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の改変形態で実施可能なものである。例えば、図１の工程で配線材層１４を形成する場合、配線材層１４としては、第１のＴｉ系導電膜、Ａｌ系導電膜及び第２のＴｉ系導電膜を順次に重ねた積層を形成することができる。第１のＴｉ系導電膜としては、ＴｉＮ（又はＴｉＯＮ）／Ｔｉ膜又はＴｉ／ＴｉＮ（又はＴｉＯＮ）／Ｔｉ膜等を形成することができる。第２のＴｉ系導電膜としては、ＴｉＮ（又はＴｉＯＮ）／Ｔｉ膜又はＴｉＯＮ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜等を形成することができる。ここで、Ａ／Ｂ／Ｃのような表記は、下から順にＣ膜、Ｂ膜及びＡ膜を重ねた積層であることを表わす。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、配線パターニング及びレジストアッシングの後、冷水洗浄によりＴｉのフッ化物を除去すると共に温水洗浄によりＡｌのフッ化物及びハロゲン系残留物を除去することにより側壁保護膜除去とコロージョン防止とを共に達成するようにしたので、Ａｌ系導電膜及びＴｉ系導電膜を含む積層からなる高信頼の配線を歩留りよく形成可能となる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態に係る配線形成法におけるレジストパターニング工程を示す基板断面図である。
【図２】  図１の工程に続く配線パターニング工程を示す基板断面図である。
【図３】  図２の工程に続くレジストアッシング工程を示す基板断面図である。
【図４】  図３の工程に続く水洗工程を示す基板断面図である。
【図５】  図２の工程で使用されるエッチング装置の一例として誘導結合型プラズマエッチング装置を示す断面図である。
【図６】  図３の工程で使用されるアッシング装置の一例としてマイクロ波プラズマアッシング装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０：半導体基板、１２：絶縁膜、１４：配線材層、１４Ａ：配線層、１６：レジスト層、１８ａ，１８ｂ：側壁保護膜、２０，３０：処理室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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