JPH11176791A

JPH11176791A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置

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Publication number: JPH11176791A
Application number: JP33683097A
Authority: JP
Inventors: Isato Iwamoto; 勇人岩元
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 1999-07-02
Anticipated expiration: 2017-12-08
Also published as: JP3932636B2

Abstract

(57)【要約】【課題】層間絶縁膜に形成されたコンタクトホール内
に残存している有害な副生成物、主としてフッ素Ｆを除
去する。【解決手段】レジスト膜５を除去するためのＯ₂ プラ
ズマによるアッシング処理を行った半導体基板１に対し
て、有機剥離液による洗浄処理を行う前に、アルコール
による洗浄処理を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法、特に層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した後
に、そのコンタクトホール内に残存する有害な副生成物
を除去する半導体装置の製造方法と、その実施に用いる
半導体装置の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩで代表される半導体装置の製造で
は、半導体装置の微細化に伴って多層配線構造が採用さ
れており、微細な配線パターンを精度良く形成するため
に、種々の構造が提案されている。その一つとして、ボ
ーダーレスコンタクト構造があげられる。このボーダー
レスコンタクト構造は、下層のメタル配線に、いわゆる
座布団を形成せずにコンタクトをとる手法であるため
に、配線ピッチを縮小することが可能であるという利点
がある。したがって、このボーダーレスコンタクト構造
は、半導体装置を微細化するために有効な手段になりつ
つある。

【０００３】図４（Ａ）乃至（Ｃ）は、そのようなボー
ダーレスコンタクト構造を採用した従来の半導体装置の
製造方法の一例を工程順に示す断面図である。

【０００４】まず、図４（Ａ）に示すように、予めトラ
ンジスタ等の必要な素子を形成した例えばＳｉ単結晶な
どからなる半導体基板２１上にＳｉＯ₂ などを含む第１
の層間絶縁膜２２を形成した後、この第１の層間絶縁膜
２２上にＡｌなどのメタル配線２３を形成する。次に、
メタル配線２３を覆うようにＳＯＧ（スピン・オン・グ
ラス）系膜、Ｏ₃ （オゾン）−ＴＥＯＳ（テトラエトキ
シシラン）系膜等からなる第２の層間絶縁膜２４を形成
し、ＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシング）技
術を用いてその表面を平坦化する。続いて、メタル配線
２３に達するコンタクトホールを形成すべく、第２の層
間絶縁膜２４上にフォトレジストを塗布し、所定形状に
パターニングしてレジスト膜２５を形成する。

【０００５】次に、図４（Ｂ）に示すように、半導体基
板２１に対してレジスト膜２５を形成した状態で、例え
ばＣ₂ Ｆ₆ 、ＣＨＦ₃ などを用いたＲＩＥ（リアクティ
ブ・イオン・エッチング）法によりドライエッチング処
理を行って、第２の層間絶縁膜２４を選択的に除去して
メタル配線２３に達するコンタクトホール２６を形成す
る。このとき、コンタクトホール２６内にドライエッチ
ング処理における副生成物としてＦ（フッ素）を含むポ
リマー２７が堆積することが多い。

【０００６】次に、図４（Ｃ）に示すように、半導体基
板２１に対してＯ₂ プラズマを主としてアッシング処理
を行って、レジスト膜２５を昇華させて除去する。続い
て、レジスト残渣とポリマー２７の除去を目的として、
半導体基板２１をアミン系有機溶剤などを用いた有機剥
離液による洗浄処理を行う。これによって、第２の層間
絶縁膜２４にはメタル配線２３に達するコンタクトホー
ル２６が形成されるので、このコンタクトホール２６内
に他の配線材料を堆積することにより、メタル配線２３
と導通した上層配線を形成することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の半導
体装置の製造方法では、Ｏ₂ プラズマを主としたアッシ
ング処理によっても除去されないでコンタクトホール２
６内に残存しているフッ素Ｆやポリマー２７に含まれて
いるフッ素Ｆが、その後の有機剥離液による洗浄処理の
際に洗浄液を介してＨＦ（フッ酸）と同じような有害な
働きをするので、メタル配線２３の一部を侵蝕（腐食）
するという問題がある。２８はその侵蝕された部分を指
す。

【０００８】即ち、図４（Ｃ）に示すように、そのよう
な侵蝕によってメタル配線２３の一部に溝２８が形成さ
れる現象が生ずる。この結果、コンタクト抵抗の増加
や、メタル配線の信頼性の低下等の不都合が発生するよ
うになる。

【０００９】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、層間絶縁膜に形成されたコンタクト
ホール内に残存している有害な副生成物、例えばフッ素
Ｆを除去することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の半導体装置の
製造方法は、プラズマによるアッシング処理によりレジ
スト膜を除去した後、有機剥離液により洗浄処理する前
に、アルコールによる洗浄処理を施すことを特徴とす
る。

【００１１】従って、請求項１の半導体装置の製造方法
によれば、コンタクトホール内、例えば内壁面に残存す
るフッ素Ｆをアルコールによる洗浄処理により除去する
ことができ、延いてはフッ素Ｆによりメタル配線が侵蝕
されるのを未然に防止することができる。

【００１２】請求項４の半導体装置の製造装置は、第１
のアルコール洗浄手段と、該洗浄手段により洗浄された
半導体基板を有機剥離液により洗浄する有機剥離液洗浄
手段と、該洗浄手段により洗浄された上記半導体基板を
アルコールにより洗浄処理する第２のアルコール洗浄手
段と、該洗浄手段により洗浄された上記半導体基板を純
水により洗浄処理する一又は複数の純水洗浄手段と、該
洗浄手段により洗浄された上記半導体基板を乾燥する乾
燥手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１３】従って、請求項４の半導体装置の製造装置
によれば、メタル配線を覆う層間絶縁膜にレジスト膜を
マスクとしてメタル配線に達するコンタクトホールを形
成した後に、該レジスト膜を除去するためのプラズマに
よるアッシング処理を行った半導体基板を第１のアルコ
ール洗浄手段により洗浄処理してフッ素Ｆ等を除去する
ことができ、有機剥離液洗浄手段によりレジスト残渣や
ポリマーを除去することができる。そして、該半導体基
板を第２のアルコール洗浄手段によりアルコールリンス
し、一又は複数の純水洗浄手段により純水リンスするこ
とができ、乾燥手段により乾燥して、次の工程に送り、
或いは次の工程前の保管をすることができる。依って、
後洗浄シーケンスの全部を一つの半導体装置の製造装置
により行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に形成された層間絶縁膜にドライエッチン
グ処理を行ってコンタクトホールを形成する際にマスク
として用いたレジスト膜をプラズマによるアッシング処
理を行って除去した後、半導体基板に対して有機剥離液
による洗浄処理を行う前にアルコールによる洗浄処理を
施すが、用いるアルコールは一般にはアルコールなら何
でも良いと一応は言える。しかし、ＩＰＡ（イソプロピ
ルアルコール）若しくはエタノールを用いることがより
好ましい。というのは、半導体に利用できる高純度な
（不純物を含まない）アルコールだからである。アルコ
ールによる処理時間は数十秒〜数分程度であり、例えば
１分間程度が最適といえる。この程度の時間でフッ素Ｆ
は充分に除去することができ、時間が長すぎると、折角
除去したフッ素が半導体ウェハに悪影響を与えるおそれ
がある。

【００１５】アルコールによる洗浄処理の後、有機系剥
離液により洗浄処理を施すが、この有機系剥離液による
洗浄処理は、その前の洗浄処理によるアルコールが付着
したままで行って良く、完全にアルコールを切ってから
行うことは必要ではない。そして、有機系剥離液による
洗浄処理が終わると、アルコールリンスと純水リンスを
経て乾燥処理を施すことが好ましい。

【００１６】本発明半導体装置の製造方法は、第１のア
ルコール洗浄手段と、有機剥離液洗浄手段と、第２のア
ルコール洗浄手段と、一又は複数の純水洗浄手段と、乾
燥手段を有する。第１のアルコール洗浄手段から純水洗
浄手段までの各洗浄手段は、液槽により構成しても良い
し、洗浄液吐出部により構成しても良い。

【００１７】そして、各洗浄手段及び乾燥手段を洗浄等
の処理順に一方向に直線上に配列するようにしても良い
し、半導体基板を回転可能に支持し、その支持部の周辺
部上方に洗浄液吐出部及び乾燥部を配設し、順次各洗浄
液吐出部から回転する半導体基板表面上に洗浄液を供給
し、乾燥部により乾燥するようにしても良い。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を図示実施の実施例に従って詳
細に説明する。図１（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明半導体
装置の製造方法を工程順に示す断面図である。

【００１９】（Ａ）予めトランジスタ等の必要な素子を
形成したＳｉ単結晶等からなる半導体基板１上にＳｉＯ
₂ 等を含む第１の層間絶縁膜２を形成した後、この第１
の層間絶縁膜２上にＡｌなどのメタル配線３を形成す
る。次に、メタル配線３を覆うようにＳＯＧ系膜、Ｏ₃
−ＴＥＯＳ系膜等からなる第２の層間絶縁膜４を形成
し、ＣＭＰ技術を用いてその表面を平坦化する。

【００２０】続いて、メタル配線３に達するコンタクト
ホールを形成すべく、第２の層間絶縁膜４上にフォトレ
ジストを塗布し、所定形状にパターニングすることによ
りレジスト膜５を形成する。図１（Ａ）は該レジスト膜
５形成後の状態を示す。

【００２１】（Ｂ）次に、図１（Ｂ）に示すように、半
導体基板１に対してレジスト膜５を形成した状態で、例
えばＣ₂ Ｆ₆ 、ＣＨＦ₃ などを用いたＲＩＥ法によりド
ライエッチング処理を行って、第２の層間絶縁膜４を選
択的に除去してメタル配線３に達するコンタクトホール
６を形成する。このとき、コンタクトホール６内にドラ
イエッチング処理における副生成物としてフッ素Ｆを含
むポリマー７が形成される。

【００２２】（Ｃ）続いて、半導体基板１に対してＯ２
プラズマを主としてアッシング処理を行って、レジスト
膜５を昇華させて除去する。次に、アッシング処理後の
後洗浄シーケンスを行う。図１（Ｃ）はその洗浄シーケ
ンスが終了した状態を示す。

【００２３】この後洗浄シーケンスは、例えば図２に示
したような装置を用いて行う。この装置は、レジスト膜
５を除去するためのＯ₂ プラズマによるアッシング処理
を行った半導体基板１を洗浄処理する第１のアルコール
槽８と、その第１のアルコール槽８から取り出された半
導体基板１を洗浄処理する有機剥離液槽９と、その有機
剥離液槽９から取り出された半導体基板１を洗浄処理す
るアルコールを用いた第２のアルコール槽１０と、その
第２のアルコール槽１０から取り出された半導体基板１
を洗浄処理する純水を用いた第１の水洗槽１１及び第２
の水洗槽１２と、その第２の水洗槽１２から取り出され
た半導体基板１を乾燥する乾燥機１３とを備えている。
ここで、第１のアルコール槽８に入れる洗浄用アルコー
ルとしてはＩＰＡ又はエタノールを用いることが好まし
い。また、有機剥離液槽９にはアミン系有機溶剤などが
用いられる。

【００２４】後洗浄シーケンスは次のように行う。ま
ず、レジスト膜５を除去するためのＯ₂ プラズマによる
アッシング処理を行った半導体基板１を、半導体装置の
製造装置の入口部ＬＤより供給して、例えばＩＰＡ或い
はエタノールを用いた第１のアルコール槽８に約１分程
度浸漬する。これによって、コンタクトホール６内に形
成されていたＦを含むポリマー７は、図２（Ｃ）に示す
ように容易に除去される。この浸漬時間は、あまり長く
とると除去したフッ素Ｆが半導体基板１に対して悪影響
を与える可能性があるので、上記した時間で十分であ
る。

【００２５】次に、第１のアルコール槽８から取り出し
た半導体基板１をその表面にアルコールが付着している
状態で、アミン系有機溶剤などを用いた有機剥離液槽９
に浸漬する。これによって、半導体基板１からレジスト
残渣やポリマー７の除去を行う。アルコールを付着して
おくことにより、その除去が効率よく行われる。

【００２６】次に、有機剥離液槽９から取り出した半導
体基板１を、アルコールを用いた第２のアルコール槽１
０に浸漬して、アルコールによるリンスを行う。続い
て、第２のアルコール槽１０から取り出した半導体基板
１を、純水を用いた第１の水洗槽１１及び第２の水洗槽
１２に順次に浸漬して、純水によるリンスを行う。次
に、第２の水洗槽１２から取り出した半導体基板１を乾
燥機１３に晒して乾燥を行った後、出口部ＵＬＤから取
り出す。この後、さらに洗浄処理を行う事により、図２
（Ｃ）に示したようなポリマー７のない状態にできる。

【００２７】続いて、このコンタクトホール５内に他の
配線材料を堆積することにより、メタル配線３と導通し
た上層配線を形成することができる。

【００２８】このように、本半導体装置の製造方法によ
れば、レジスト膜５を除去するためのＯ２プラズマによ
るアッシング処理を行った半導体基板１に対して、有機
剥離液による洗浄処理を行う前に、アルコールによる洗
浄処理を行うようにしたので、第２の層間絶縁膜４に形
成されたコンタクトホール６内に残存しているフッ素Ｆ
を含むポリマー７のような有害な副生成物を容易に除去
することができる。従って、フッ素Ｆによる侵食は抑制
されるので、メタル配線３の一部に溝が形成されること
はなくなる。この結果、コンタクト抵抗の増加や、メタ
ル配線の信頼性の低下などの不都合は発生しなくなる。
これにより、安定した製造プロセスが可能になる。

【００２９】また、本実施例の半導体装置の製造方法を
実施するために用いる半導体装置の製造装置は、特別に
複雑な構成にすることなく、周知のアルコール槽８や有
機剥離液槽９等を組み合わせた簡単な構成になっている
ので、コストアップを避けることができる。

【００３０】図３は本発明半導体装置の製造装置の第２
の実施例を示す構成図である。

【００３１】本装置は、レジスト膜５を除去するための
Ｏ₂ プラズマによるアッシング処理を行った半導体基板
１を収容するチャンバー１４と、そのチャンバー１４内
に設けられ半導体基板１を回転させる回転支持機構１５
と、チャンバー１４内の上方に設けられ半導体基板１に
対して例えばＩＰＡ又はエタノールを用いたアルコール
を吐出する第１のアルコール吐出ノズル１６と、チャン
バー１４内の上方に設けられ半導体基板１に対して有機
剥離液を吐出する有機剥離液吐出ノズル１７と、チャン
バー１４内の上方に設けられ半導体基板１に対してアル
コールを吐出する第２のアルコール吐出ノズル１８と、
チャンバー１４内の上方に設けられ半導体基板１に対し
て純水を吐出する純水吐出ノズル１９と、チャンバー１
４内の上方に設けられ半導体基板１を乾燥する乾燥機２
０とを備えている。

【００３２】図３の装置を用いた後洗浄シーケンスは次
のように行う。先ず、レジスト膜５を除去するためのＯ
₂ プラズマによるアッシング処理を行った半導体基板１
を、チャンバー１４内に収容してその回転支持機構１５
に支持させる。次に、半導体基板１を回転させて第１の
アルコール吐出ノズル１６の直下位置において、その第
１のアルコール吐出ノズル１６から半導体基板１に対し
てＩＰＡまたはエタノールを用いたアルコールを約３０
秒程度吐出する。これによって、コンタクトホール６内
に形成されていたフッ素Ｆを含むポリマー７は、図２
（Ｃ）に示すように容易に除去される。この浸漬時間
は、あまり長くとると除去したＦが半導体基板１に対し
て悪影響を与える可能性があるので、上記した時間で十
分である。

【００３３】次に、さらに半導体基板１を回転させて有
機剥離液吐出ノズル１７の直下位置において、その有機
剥離液吐出ノズル１７から半導体基板１に対してアミン
系有機溶剤液を吐出する。これによって、半導体基板１
からレジスト残渣やポリマー７が除去される。続いて、
更に半導体基板１を回転させて第２のアルコール吐出ノ
ズル１８の直下位置において、その第２のアルコール吐
出ノズル１８から半導体基板１に対してアミン系有機溶
剤液を吐出する。次に、更に半導体基板１を回転させて
純水吐出ノズル１９の直下位置において、その純水吐出
ノズル１９から半導体基板１に対して純水を吐出する。
続いて、さらに半導体基板１を回転させて乾燥機２０の
直下位置において、乾燥機２０に晒して乾燥を行った
後、チャンバー１４から取り出す。この後、さらに洗浄
処理を行うことにより、図２（Ｃ）に示したようなポリ
マー７のない状態になる。続いて、このコンタクトホー
ル５内に他の配線材料を堆積することにより、メタル配
線３と導通した上層配線を形成することができる。

【００３４】このような、本実施例の半導体装置の製造
装置を用いた半導体装置の製造方法によれば、上記実施
例と同様に、レジスト膜５を除去するためのＯ₂ プラズ
マによるアッシング処理を行った半導体基板１に対し
て、有機剥離液による洗浄処理を行う前に、アルコール
による洗浄処理を行うようにしたので、第２の層間絶縁
膜４に形成されたコンタクトホール６内に残存している
フッ素Ｆを含むポリマー７のような有害な副生成物を容
易に除去することができる。

【００３５】また、本実施例の半導体装置の製造装置
は、チャンバー１４を用意してこの内部に一連の洗浄に
必要な構成手段を配置しているので、製造装置のコンパ
クト化を図ることができる。

【００３６】なお、本文中では第２の層間絶縁膜にコン
タクトホールを形成する例で説明したが、多層配線構造
であれば特定の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成す
る例に限らない。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に係る発明の半導体装置の製造
方法によれば、レジスト膜を除去するためのＯ₂ プラズ
マによるアッシング処理を行った半導体基板に対して、
有機剥離液による洗浄処理を行う前に、アルコールによ
る洗浄処理を行うようにしたので、層間絶縁膜に形成さ
れたコンタクトホール内に残存している有害な副生成
物、例えばフッ素Ｆを容易に除去することができる。

【００３８】請求項２に係る発明の半導体装置の製造方
法によれば、アルコールが半導体基板に付着している状
態で有機剥離液による洗浄処理を行うようにしたので、
有害な副生成物、例えばフッ素Ｆを効率よく除去するこ
とができる。

【００３９】請求項３に係る発明の半導体装置の製造方
法によれば、半導体に利用できる高純度な（不純物を含
まない）アルコールであるＩＰＡまたはエタノールを用
いて洗浄処理を行うようにしたので、有害な副生成物を
簡単且つ有効に除去することができる。

【００４０】請求項４に係る発明の半導体装置の製造装
置によれば、後洗浄シーケンスに必要な各処理を行う手
段が全部揃っているので、一つの装置で後洗浄シーケン
スの全部の処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明半導体装置の製造方法
の第１の実施例を工程順に示す断面図である。

【図２】本発明半導体装置の製造装置の第１の実施例を
示す構成図である。

【図３】本発明半導体装置の製造装置の第２の実施例を
構成図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は従来の半導体装置の製造方法
を工程順に従って示す断面図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…第１の層間絶縁膜、３…メタル配
線、４…第２の層間絶縁膜、５…レジスト膜、６…コン
タクトホール、７…フッ素を含むポリマー、８…第１の
アルコール槽、９…有機剥離液槽、１０…第２のアルコ
ール槽、１１…第１の水洗層、１２…第２の水洗槽、１
３…乾燥機、１４…チャンバー、１５…回転支持機構、
１６…第１のアルコール吐出ノズル、１７…有機剥離液
吐出ノズル、１８…第２のアルコール吐出ノズル、１９
…純水吐出ノズル、２０…乾燥機。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成した層間絶縁膜上に
メタル配線を形成し、該メタル配線を他の層間絶縁膜で
覆った後、該他の層間絶縁膜をレジスト膜をマスクとし
てドライエッチングをすることにより該層間絶縁膜に上
記メタル配線に達するコンタクトホールを形成し、Ｏ₂
プラズマにより上記レジスト膜に対するアッシング処理
を施し、更にレジスト残渣及びポリマー除去のために有
機系剥離液による洗浄を行う半導体装置の製造方法であ
って、上記プラズマによるアッシング処理により上記レジスト
膜を除去した後、上記有機剥離液により洗浄処理する前
に、アルコールによる洗浄処理を施すことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項２】上記有機剥離液による洗浄処理を、アル
コールによる洗浄処理に用いたアルコールが上記半導体
基板に付着している状態で行うことを特徴とする請求項
１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】上記アルコールによる洗浄処理を、ＩＰ
Ａ又はエタノールを用いて行うことを特徴とする請求項
１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】半導体基板をアルコールにより洗浄する
第１のアルコール洗浄手段と、上記第１のアルコール洗浄手段により洗浄された上記半
導体基板を有機剥離液により洗浄する有機剥離液洗浄手
段と、上記有機剥離液洗浄手段により洗浄された上記半導体基
板をアルコールにより洗浄処理する第２のアルコール洗
浄手段と、上記第２のアルコール槽から取り出された上記半導体基
板を純水により洗浄処理する一又は複数の純水洗浄手段
と、上記純水洗浄手段により洗浄された上記半導体基板を乾
燥する乾燥手段と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。