(57)【要約】【課題】レジスト膜のアッシング条件に依存せず、かつコロージョンの発生を抑制する洗浄方法が望まれている。【解決手段】  半導体基板上に、アルミニウムを含む導電膜(45)を形成する。導電膜の上に、レジストパターン(48)を形成する。レジストパターンをマスクとして、ハロゲンを含むガスを用いて導電膜をエッチングすることにより、配線(45a,45b)を形成する。配線の形成後、レジストパターンを除去する。レジストパターンの除去後、配線が形成されている表面を薬液(62)で処理することにより、レジストパターン除去後の残渣物を除去する。薬液による処理後、４０℃以上の温水(63)を用いて、基板表面を水洗する。【選択図】  図１−２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、アルミニウムを含む導電膜を形成する工程と、
前記導電膜の上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、ハロゲンを含むガスを用いて前記導電膜をエッチングすることにより、配線を形成する工程と、
前記配線の形成後、前記レジストパターンを除去する工程と、
前記レジストパターンの除去後、前記配線の表面及び該配線が形成されている基板表面を薬液で処理することにより、レジストパターン除去後の残渣物を除去する工程と、
前記薬液による処理後、４０℃以上の温水を用いて、前記配線及び該配線が形成されている基板表面を水洗する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記薬液が、フッ化アンモニウムを含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記水洗する工程において、前記半導体基板を回転させながら、前記配線が形成されている表面に前記温水を供給する請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記レジストパターンを除去する工程において、酸素を含み、フッ素を含まないガスのプラズマを用いて、前記レジストパターンをアッシングする請求項１乃至３のいずれか１項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、アルミニウムを含む導電膜をパターニングした後に、その表面を洗浄する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム（Ａｌ）を含む導電膜を、Ｃｌ２やＢＣｌ３等のハロゲン系ガスを用いてエッチングすると、レジスト膜を除去した後も、導電パターンの表面に、塩素系残留物が残存する。塩素系の残留物は、コロージョンの原因になる。レジスト膜のアッシング時に、Ｏ２とＣＦ４との混合ガスを用いると、Ａｌのハロゲン化物が、水溶性のＡｌフッ化物に変換される。レジスト膜を除去した後、水洗することにより、Ａｌフッ化物を除去することができる（特許文献１）。
【０００３】
Ａｌ系の導電膜と、Ｔｉ系の導電膜とが積層された配線を形成する場合、Ｏ２ガスとフッ素系ガスとを用いてレジスト膜をアッシング除去した後、冷水と温水とを順次用いて水洗する方法が公知である（特許文献２）。冷水によってＴｉフッ化物が除去され、温水によってＡｌフッ化物が除去される。
【０００４】
また、密着層等に用いられるＴｉＮ膜を、四塩化チタンとアンモニアとを用いたＣＶＤで成膜した後、純水洗浄を行う場合がある（特許文献３）。この純水洗浄により、ＴｉＮ膜に含まれる塩素を除去することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−８４８４０号公報
【特許文献２】特開２０００−２３２０９６号公報
【特許文献３】特開２００１−１０２４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レジスト膜のアッシング条件に依存せず、かつコロージョンの発生を抑制する洗浄方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に、アルミニウムを含む導電膜を形成する工程と、
前記導電膜の上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、ハロゲンを含むガスを用いて前記導電膜をエッチングすることにより、配線を形成する工程と、
前記配線の形成後、前記レジストパターンを除去する工程と、
前記レジストパターンの除去後、前記配線の表面及び該配線が形成されている基板表面を薬液で処理することにより、レジストパターン除去後の残渣物を除去する工程と、
前記薬液による処理後、温水を用いて、前記配線及び該配線が形成されている基板表面を水洗する工程と
を有する。
【発明の効果】
【０００８】
水洗工程で、温水を用いることにより、コロージョンの発生を抑制することができる。また、残渣物は、薬液処理で除去されるため、レジストパターンの除去工程において、残渣物を除去容易にするような特殊な条件を採用する必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１Ａ〜図１Ｆに、第１の実施例による製造方法で製造される半導体装置の製造途中段階における断面図を示す。
【００１０】
図１Ａに示すように、シリコン等の半導体基板１０の表層部に素子分離絶縁膜１１が形成され、活性領域が画定されている。この活性領域内に、ＭＯＳトランジスタ１２が形成されている。ＭＯＳトランジスタ１２を覆うように、半導体基板１０の上に、層間絶縁膜１５が形成されている。層間絶縁膜１５を貫通する２つの導電プラグ１６、１７が、それぞれＭＯＳトランジスタ１２のソース及びドレインに接続されている。
【００１１】
層間絶縁膜１５の上に、２層目の層間絶縁膜１８が形成されている。層間絶縁膜１８に形成された凹部に、導電パターン１９、２０が充填されている。導電パターン１９、２０は、それぞれその直下に配置された導電プラグ１６、１７に接続される。
【００１２】
層間絶縁膜１８の上に、３層目の層間絶縁膜２５が形成されている。この層間絶縁膜２５内に、デュアルダマシン法で形成された配線２６、２７が配置されている。配線２６、２７は、それぞれ導電パターン１９、２０に接続されている。
【００１３】
層間絶縁膜２５の上に、４層目の層間絶縁膜３０が形成されている。層間絶縁膜３０には、例えば酸化シリコン等が用いられる。層間絶縁膜３０に形成されたビアホール内に、それぞれ導電プラグ３１、３２が充填されている。導電プラグ３１、３２は、それぞれ配線２６、２７に接続されている。導電プラグ３１、３２には、例えばタングステン（Ｗ）等が用いられる。
【００１４】
層間絶縁膜３０の上に導電膜４５を形成する。導電膜４５は、下側グルー膜４０、その上の配線膜４１、及びその上の上側グルー膜４２を含む。下側グルー膜４０は、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と厚さ３０ｎｍのＴｉＮ膜との２層を含む。配線膜４１は、ＡｌＣｕ合金で形成され、その厚さは例えば８００ｎｍである。上側グルー膜４２は、例えば厚さ７０ｎｍの１層のＴｉＮ膜を含む。なお、下側グルー膜４０を、Ｔｉ膜またはＴｉＮ膜のいずれか１層としてもよい。また、上側グルー膜４２を、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜との２層構造としてもよい。これらの膜は、例えばスパッタリングにより形成することができる。
【００１５】
図１Ｂに示すように、導電膜４５の上に、配線の平面形状に対応したレジストパターン４８を形成する。レジストパターン４８をエッチングマスクとして、導電膜４５をエッチングする。導電膜４５のエッチングには、ハロゲンを含むガス、例えばＢＣｌ３、Ｃｌ２、ＣＨＦ３、及びＡｒを含むエッチングガスのプラズマ６０を用いたドライエッチングが適用される。一例として、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、ＣＨＦ３、及びＡｒの流量を、それぞれ１５０ｓｃｃｍ、１５０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、及び６０ｓｃｃｍとする。
【００１６】
これにより、導電膜４５がパターニングされ、配線４５ａ、４５ｂが形成される。配線４５ａ、４５ｂは、それぞれその下の導電プラグ３１、３２に接続される。
【００１７】
図１Ｃに示すように、Ｏ２ガスとＨ２Ｏガスとを含むアッシングガスのプラズマ６１を用いて、レジストパターン４８をアッシングして除去する。これにより、配線４５ａ、４５ｂが露出する。このとき、導電膜４５のエッチングに用いられたガスに含まれる塩素及びフッ素がアルミニウム等と反応して、フッ化物または塩化物等の残渣が表面に残る。
【００１８】
図１Ｄに示すように、配線４５ａ、４５ｂの表面、及びこれらの配線が形成されている基板表面を、薬液６２で処理することにより、基板表面に残っている残渣を除去する。薬液には、フッ化アンモニウムを含む水溶液が用いられる。
【００１９】
図２Ａに、薬液処理に用いられるスピン洗浄乾燥装置の概略図を示す。底面と側壁とを有する容器１００内に、テーブル１０７が収容されている。テーブル１０７の上面に、真空チャックにより半導体基板１０が固定される。テーブル１０７は、真空チャックにより固定された半導体基板１０を回転させることができる。容器１００の底面に、排出口１０１が設けられている。
【００２０】
薬液用配管１０３から、半導体基板１０の表面に薬液６２が供給される。脱イオン水（純水）用配管１０４から、半導体基板１０の表面に純水が供給される。純水用配管１０４の上流側の端部は、温調槽１０５に接続されている。温調槽１０５内に加熱用ランプ１０８が装填されている。純水流入配管１０６から温調槽１０５内に純水が導入される。温調槽１０５内に導入された純水は、加熱用ランプ１０５により加熱され、温水になる。この温水が、純水用配管１０４内を経由して、半導体基板１０の表面に供給される。
【００２１】
容器１００の側壁の近傍に、昇降壁１０２が配置されている。昇降壁１０２は、外側の側壁１０２ａ、内側の側壁１０２ｂ、及び両者を接続する接続部１０２ｃを含む。外側の側壁１０２ａは、容器１００の側壁の外周面を取り囲むように配置され、両者の間に間隙が画定される。内側の側壁１０２ｂは、平面視において、容器１００の側壁よりもやや内側に配置される。外側の側壁１０２ａと内側の側壁１０２ｂとは、上側の縁において接続部１０２ｃにより相互に接続されている。外側の側壁１０２ａの下端は、内側の側壁１０２ｂの下端よりも低い位置まで伸びている。半導体基板１０は、容器１００の側壁の上端よりも高い位置に保持されている。
【００２２】
薬液処理時には、内側の側壁１０２ｂの下端が、半導体基板１０よりも高い位置に配置されるまで、昇降壁１０２を上昇させる。このとき、外側の側壁１０２ａの下端は、容器１００の側壁の上端よりも低い位置に配置されている。
【００２３】
半導体基板１０を回転させながら、薬液用配管１０３から半導体基板１０の表面に薬液を供給する。半導体基板１０の回転数は、例えば１２０ｒｐｍとする。遠心力により半導体基板１０の縁から外側に飛散した薬液は、昇降壁１０２の外側の側壁１０２ａに衝突し、容器１００の外側に排出される。
【００２４】
なお、フッ化物や塩化物の残渣を除去することができる他の薬液を用いてもよい。例えば、ヒドロキシルアミンを含む水溶液を用いてもよい。
【００２５】
図１Ｅ及び図２Ｂに示すように、薬液処理に用いたスピン洗浄装置と同じ装置を用い、薬液処理後の基板表面に、加熱された純水６３を供給し、純水洗浄を行う。
【００２６】
図２Ｂに示すように、純水洗浄時には、昇降壁１０２を、内側の側壁１０２ｂの下端が半導体基板１０よりも低くなるまで下降させる。半導体基板１０を回転させた状態で、純水用配管１０４から半導体基板１０の表面に、加熱された純水を供給する。半導体基板１０の回転数は、例えば３００ｒｐｍとし、純水の供給時間を５ｓ〜９０ｓの範囲内とする。純水の流量は、１０〜１００ｍＬ／ｍｉｎとする。純水の温度の好ましい範囲については、後に詳しく説明する。
【００２７】
半導体基板１０の縁から外側に向けて飛散した純水は、昇降壁１０２の内側の側壁１０２ｂに衝突し、容器１００内に滴下する。容器１００内の純水は、排出口１０１から容器外に排出される。純水洗浄後、半導体基板１０の回転数を４０００ｒｐｍまで上昇させる。この回転数を２０秒間維持することにより、基板表面を乾燥させる。
【００２８】
図１Ｄに示した薬液処理の後には、基板表面に、薬液が残っている。この薬液内に、基板から剥がれた残渣等が浮遊している。薬液処理後、加熱された純水で洗浄を行うことにより、基板上に滞留している薬液及び残渣を、基板上から除去することができる。
【００２９】
図１Ｆに示すように、純水洗浄後、配線４５ａ、４５ｂを覆うように、層間絶縁膜３０の上に、さらに層間絶縁膜５０を形成する。
【００３０】
図３Ａ１〜図３Ｆ２を参照して、純水洗浄に用いる純水の好適な温度について説明する。図３Ａ１及び図３Ａ２は、それぞれ室温の純水を用いて洗浄した後に異物が検出された箇所、及び代表的な異物の顕微鏡写真を示す。図３Ｂ１及び図３Ｂ２は、３０℃の純水を用いて洗浄を行った後、図３Ｃ１及び図３Ｃ２は、４０℃の純水を用いて洗浄を行った後、図３Ｄ１及び図３Ｄ２は、５０℃の純水を用いて洗浄を行った後、図３Ｅ１及び図３Ｅ２は、６０℃の純水を用いて洗浄を行った後、及び図３Ｆ１及び図３Ｆ２は、７０℃の純水を用いて洗浄を行った後に、異物が検出された箇所及び代表的な異物の顕微鏡写真を示す。なお、室温、５０℃、６０℃、及び７０℃の純水で洗浄した試料は、洗浄後５２時間放置して観察を行った。３０℃及び４０℃の純水で洗浄した試料は、洗浄後１１５時間放置して観察を行った。
【００３１】
室温（２０〜２５℃）の純水で洗浄した場合、及び３０℃の純水で洗浄した場合には、図３Ａ２及び図３Ｂ２に示すように、コロージョンが観察された。４０℃、５０℃、６０℃、７０℃の純水で洗浄した試料については、検出された異物はパーティクル等であり、コロージョンは観察されなかった。上記評価結果から、純水洗浄時の純水の温度を４０℃〜７０℃の範囲内にすることにより、コロージョンの発生を防止できることがわかる。なお、純水の温度を高めると、薬液や残渣の除去効果が高まる。従って、純水の温度を７０℃より高く、かつ水の沸点以下にしてもよいであろう。
【００３２】
上記第１の実施例では、図１Ｂに示したレジストパターン４８のアッシング時に、図１Ｃに示したＯ２ガスとＨ２Ｏガスとのプラズマ６１が用いられ、フッ素系のガスは用いられない。アッシング時にフッ素系のガスを用いると、微細なパターンの倒壊等が生じやすい。上記第１の実施例では、アッシング時にフッ素系のガスを用いる必要がないため、微細なパターンの倒壊等を抑制することができる。
【００３３】
図４Ａ及び図４Ｂを参照して、第２の実施例について説明する。第１の実施例では、純水洗浄時に、加熱した純水のみを用いたが、加熱された純水とガス、例えば窒素ガスとを用いた二流体洗浄を適用してもよい。
【００３４】
図４Ａ及び図４Ｂに、二流体ノズルの例を示す。図４Ａに示した二流体ノズル１１０では、Ｎ２ガスの流路に、側方から加熱された純水が供給される。図４Ｂに示した二流体ノズル１１１では、加熱された純水の流路に、側方からＮ２ガスが供給される。二流体洗浄を用いると、加熱された純水中に窒素ガスが気泡として混入し、高速で被洗浄物の表面に純水を供給することができる。このため、洗浄能力を高めることができる。
【００３５】
図５を参照して、第３の実施例について説明する。第１の実施例では、枚葉式の洗浄装置を用いたが、第３の実施例では、バッチ式の洗浄装置を用いる。
【００３６】
図５に、バッチ式の洗浄装置の洗浄室内の概略図を示す。ウエハキャリア１２０に複数の被洗浄半導体ウエハ１０が、相互に平行に保持されている。固定バー１２１が、半導体ウエハ１０の縁に接触することにより、ウエハキャリア１２０から脱落しないように半導体ウエハ１０の位置を拘束する。ウエハキャリア１２０及び固定バー１２１が、半導体ウエハ１０の表面に垂直な仮想直線を回転中心として回転する。これにより、複数の半導体ウエハ１０が回転する。
【００３７】
保持されている半導体ウエハ１０の側方に、薬液用ノズル１３０及び純水用ノズル１３１が配置されている。薬液用ノズル１３０及び純水用ノズル１３１の各々は、半導体ウエハ１０が並ぶ方向に平行に配列した複数の噴出口を有する。これらの噴出口から、半導体ウエハ１０に向かって薬液または純水が噴射される。
【００３８】
純水用ノズル１３１に、図２Ａに示した温調槽１０５で加熱された純水を導入することにより、第１の実施例の場合と同様に、加熱された純水を用いた純水洗浄を行うことができる。このように、加熱された純水による洗浄を、バッチ式洗浄に適用することも可能である。
【００３９】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１−１】（１Ａ）〜（１Ｃ）は、第１の実施例による方法で製造される半導体装置の製造途中段階における断面図である。
【図１−２】（１Ｄ）〜（１Ｆ）は、第１の実施例による方法で製造される半導体装置の製造途中段階における断面図である。
【図２】（２Ａ）は、第１の実施例による方法で用いられる枚葉式洗浄装置の薬液処理時における状態を示す概略図であり、（２Ｂ）は純水洗浄時における状態を示す概略図である。
【図３−１】（３Ａ１）及び（３Ａ２）は、室温の純水で洗浄した場合の欠陥検出箇所を示す平面図、及び代表的な欠陥の顕微鏡写真であり、（３Ｂ１）及び（３Ｂ２）は、３０℃の純水で洗浄した場合の欠陥検出箇所を示す平面図、及び代表的な欠陥の顕微鏡写真であり、（３Ｃ１）及び（３Ｃ２）は、４０℃の純水で洗浄した場合の欠陥検出箇所を示す平面図、及び代表的な欠陥の顕微鏡写真である。
【図３−２】（３Ｄ１）及び（３Ｄ２）は、５０℃の純水で洗浄した場合の欠陥検出箇所を示す平面図、及び代表的な欠陥の顕微鏡写真であり、（３Ｅ１）及び（３Ｅ２）は、６０℃の純水で洗浄した場合の欠陥検出箇所を示す平面図、及び代表的な欠陥の顕微鏡写真であり、（３Ｆ１）及び（３Ｆ２）は、７０℃の純水で洗浄した場合の欠陥検出箇所を示す平面図、及び代表的な欠陥の顕微鏡写真である。
【図４】第２の実施例の純水洗浄工程で用いられる二流体ノズルの概略図である。
【図５】第３の実施例の純水洗浄工程で用いられるバッチ式洗浄装置の主要部の概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  半導体基板
１１  素子分離絶縁膜
１２  ＭＯＳトランジスタ
１５  １層目の層間絶縁膜
１６、１７  導電プラグ
１８  ２層目の層間絶縁膜
１９、２０  導電パターン
２５  ３層目の層間絶縁膜
２６、２７  配線
３０  ４層目の層間絶縁膜
３１、３２  導電プラグ
４０  下側グルー膜
４１  配線膜
４２  上側グルー膜
４５  導電膜
４５ａ、４５ｂ  配線
５０  層間絶縁膜
６０  エッチングガスのプラズマ
６１  アッシングガスのプラズマ
６２  薬液
６３  純水
１００  容器
１０１  排出口
１０２  昇降壁
１０３  薬液用配管
１０４  純水用配管
１０５  温調槽
１０６  純水流入配管
１０８  加熱用ランプ
１１０、１１１  二流体ノズル
１２０  ウエハキャリア
１２１  固定バー
１３０  薬液用ノズル
１３１  純水用ノズル
【図４】
2009277753.tif 000003
【図５】
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【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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