JP4609616B2 - 半導体装置用洗浄剤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明はＬＳＩの製造工程で、エッチバック法によるタングステン配線の形成の際に、全面エッチバック時に発生する残渣物の除去に使用する半導体装置用洗浄剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩは、近年高集積度、超微細化が進み、製造工程中における金属膜、絶縁膜等の表面は極めて凹凸が激しくなっている。この凹凸部の段差部分を薄膜で覆う技術は極めて難しい。上記凹凸部の段差があまりにも大きいと次の様な問題が生じる。▲１▼薄膜を堆積させた時、段差部分では膜が極端に薄くなりステップカバレッジが低下する。▲２▼段差部の側面にエッチング残りが出やすい。▲３▼フォトリソ時にレジストの厚みが変わり、エッチングむらを生じる。▲４▼段差が大きくなると上下の差をレンズの焦点深度がカバーしきれなくなり、パターン形状が崩れるなどの種々の問題点が発生するため、出来るだけ表面を平坦にする技術が必要になる。上記ウエハー表面の凹凸部を平坦化するために種々の平坦化方法が採られているが、近年エッチバック法による平坦化が主に採用されている。
一般的なエッチバック法を図１〜３に示した。
図１は、シリコン基板１にＷ，Ａｌの様な下層配線２を加工し、更にＳｉＯ₂，ＳｉＮやＳＯＧの様な層間絶縁膜を形成した後の断面図である。図２は、層間絶縁膜上に、レジストの様な有機膜を形成した後の断面図である。図３は、レジスト表面からドライエッチングによりエッチングしてゆき、指定の厚み若しくは希望する表面パターンが出現した時点でエッチングをスットプした後の断面図である。図３のメタル配線、層間絶縁膜上にはドライエッチング後にレジスト、ドライエッチングガス成分あるいは下層配線、層間絶縁膜等が反応した微小な残渣が発生する。この微小な残渣物を除去するためには、通常ヒドロキルアミンを含有するアミン系剥離液で除去する方法が一般的に実施されている。
しかしながら、ヒドロキシルアミンを含有するアミン系剥離液は、安全性、環境の面で多くの問題点を有しており、さらに高温な条件下で使用しなければならない等の問題点も有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のエッチバック法によるタングステン配線形成後にタングステンおよび絶縁膜上に生じる微細な残渣物を完全に除去でき、また、安全で環境面でも優れた半導体装置用洗浄剤を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するため鋭意検討した結果、半導体装置用洗浄剤としてポリカルボン酸を含有する水溶液を使用することにより、タングステン配線形成後にタングステンおよび絶縁膜上に生じる微細な残渣物を完全に除去出来ることを見いだし、本発明に到達した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明に使用されるポリカルボン酸はシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカンニ酸、ドデカンニ酸等の飽和ジカルボン酸類、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、グルタコン酸等の不飽和ジカルボン酸が挙げられる。上記ポリカルボン酸の中で、特に好ましくは、シュウ酸である。
本発明に使用されるポリカルボン酸の濃度は、０．１〜１５重量％であり、０．１重量％以下では残渣の除去速度が遅く、１５重量％以上ではポリカルボン酸が析出する等の問題が発生するため好ましくない。
【０００６】
本発明の洗浄温度は、常温から９０℃であり残存している残渣の状態から判断して適宜、決定すれば良い。
本発明に使用するリンス液としては水で充分でありアルコールのような有機溶剤を使用する必要は無い。
本発明を実施するには、ポリカルボン酸の他、界面活性剤、キレート剤等を添加しても何等問題はなく残渣の組成、性質に応じて添加しても良い。
【０００７】
【実施例】
【０００８】
【実施例１】
本発明が適用される半導体装置の一例として、図４〜９に製造プロセスについて説明する。
図４に示すように、シリコン基板１上に下層配線２を形成した後、下層配線２を覆う状態にシリコン基板1上に層間絶縁膜３を堆積しその表面を平坦化する。
その後、図５に示すように層間絶縁膜３上に接続孔加工のために用いる開孔パターンを形成したレジスト膜４を形成する。
そして、そのレジスト膜４をマスクにして異方性ドライエッチングにより層間絶縁膜３に、下層配線２に通じる接続孔５を形成する。
その後、レジスト膜４を除去した後図６に示すように、例えばマグネトロンスパッタリング装置を用いて逆スパッタリングを行う。そして接続孔５の内壁および層間絶縁膜３上に密着層６を成膜し、次いでＣＶＤ法によって接続孔５への埋め込み金属としてタングステン膜７を全面成膜する（図７）。
その後、反応性イオンエッチングによる全面エッチバック法を用い、層間絶縁膜３上の余分なタングステンおよび密着層６を除去して、タングステン膜から成る埋め込みプラグを形成する。この状態が図８であるが、全面エッチバックの際、層間絶縁膜３上、タングステンプラグ７上に微小な残渣物８が残存する。この残渣物８が残存すると次工程の層間絶縁膜３上および上記埋め込みプラグ７を覆う上層配線用の金属膜を成膜した場合、密着不良等の種々の問題点が発生する。
図８に示される基板を用いて、シュウ酸３．５重量％を含有する水溶液中に４０℃、１０分浸漬し、その後超純水によりリンスを行い，乾燥後走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）でタングステン膜７上、層間絶縁膜３上の観察を行ったが，残渣物８は全く観察されず、図９に示すように完全に除去されていることが確認された。
なお、洗浄後のタングステン膜７、層間絶縁膜３上はＳＥＭ観察の結果，平坦であることが観察された。
【０００９】
【実施例２】
実施例１で使用した基板を用いてシュウ酸３．５重量％を含有する水溶液である洗浄液中に５０℃、５分浸漬し，その後超純水でリンスを行い乾燥後ＳＥＭ観察を行ったが残渣物８は図９に示すように完全に除去されていることが観察された。 また、タングステン膜７、層間絶縁膜３上はＳＥＭ観察の結果平坦であることが確認された。
【００１０】
【実施例３】
実施例１で使用した基板を用いて、シュウ酸５．５重量％を含有する水溶液である洗浄液中に３５℃、１０分浸漬を行った。その後超純水によりリンスを行い、乾燥後ＳＥＭ観察を行ったが残渣物８は図９に示すように完全に除去されていることが確認された。 また、タングステン膜７、層間絶縁膜３上は平坦であることが観察された。
【００１１】
【比較例１】
実施例１で使用した基板を用いてクエン酸３．５重量％を含有する洗浄液中に５０℃、１０分浸漬を行った。その後、超純水でリンスを行い乾燥後 ＳＥＭ観察を行ったが、タングステン膜７上、層間絶縁膜３上の何れにおいても残渣物８は、殆ど減少は観察されなかった。
【００１２】
【比較例２】
実施例１で使用した基板を用いて酒石酸３．５重量％を含有する洗浄液中に５０℃、１０分浸漬を行った。その後、超純水でリンスを行い乾燥後ＳＥＭ観察を行ったが、タングステン膜７上，層間絶縁膜３上の残渣物８は殆ど減少は認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコン基板に、メタル配線を加工し、更にＳｉＯ₂，ＳｉＮやＳＯＧの様な層間絶縁膜を形成した後の断面図である。
【図２】図１の層間絶縁膜上に、レジスト膜を形成した後の断面図である。
【図３】図２のレジスト膜表面からドライエッチングによりエッチングしてゆき、指定の厚み若しくは希望する表面パターンが出現した時点でエッチングをスットプした後の断面図である。
【図４】シリコン基板上に下層配線を形成した後、下層配線を覆う状態にシリコン基板上に層間絶縁膜を堆積しその表面を平坦化した後の断面図である。
【図５】図４の層間絶縁膜上に接続孔加工のために用いる開孔パターンを形成したレジスト膜を形成した後の断面図である。
【図６】図５のレジスト膜を除去し、スパッタリングを行った後の断面図である。
【図７】図６の接続孔の内壁および層間絶縁膜上に密着層を成膜し、次いでＣＶＤ法によって接続孔への埋め込み金属としてタングステン膜を全面成膜した後の断面図である。
【図８】図７の層間絶縁膜上の余分なタングステンおよび密着層を除去して、タングステン膜から成る埋め込みプラグを形成した後の断面図である。
【図９】図８に示される基板を、シュウ酸３．５重量％を含有する水溶液で処理した後の断面図である。
【符号の説明】
１シリコン基板 ２メタル配線 ３層間絶縁膜 ４レジスト膜 ５プラズマ
６接続孔 ７密着層 ８タングステン膜 ９残渣物 １０下層配線

Claims (1)

1. 反応性イオンエッチングによる全面エッチバック法により半導体装置を製造する方法において、層間絶縁膜上のタングステンおよび密着層を除去してタングステン膜からなる埋め込みプラグを形成した後に、全面エッチバックの際に生じたタングステンプラグおよび絶縁膜上の残渣物を、シュウ酸を含有する水溶液により除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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