JP2004165534A - Semiconductor device and its fabricating method - Google Patents
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Abstract
Description
【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および半導体装置に関し、特にAlを含む導電層とTiを含む導電層との上に形成された絶縁層に、導電層に達するヴィアホールを形成する方法およびそのヴィアホールを有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
多層配線の半導体装置において、上下2層配線間を電気的に接続するための導通路をヴィアホールという。通常、ヴィアホールは以下のように形成される。
【0003】
すなわち、Al(アルミニウム)配線膜上にTi(チタン)反射防止膜が形成され、その上に絶縁膜が形成される。そして絶縁膜上に選択して形成されたレジスト膜をマスクとして絶縁膜およびTi反射防止膜がエッチングされる。エッチングの際には絶縁膜の側壁がエッチングされるのを防止するために、ヴィアホール内に側壁保護膜が形成される。その後、アッシングによりレジスト膜および側壁保護膜が除去される。
【0004】
エッチング後のレジスト膜および側壁保護膜はAlやTiなどを含みポリマーとなっている。したがって、エッチング後に通常のアッシングを行なった場合には、このポリマーは酸化されたAlやTiなどを含んだポリマー残渣となり除去し難い。このため、酸化されたAlやTiを含んだポリマー残渣の除去については従来から様々な方法が提案されてきた。
【0005】
特開平6−37188号公報には、レジスト膜の表面をハ−フアッシングにより除去し、残りのレジスト膜およびAlを含んだ残渣を発煙硝酸により除去する方法が記載されている。
【0006】
また、特開平5−102108号公報には、O2(酸素)ガスとF(フッ素)を含むガスとの混合ガスでアッシングした後、有機系レジスト剥離剤を用いて洗浄処理することによりAlの残渣を除去する方法が記載されている。
【0007】
加えて、特開2001−7093号公報には、高流速酸素系プラズマによるフラッシュステップ後、O2ガスと、N(窒素)を含むガスと、H(水素)、C(炭素)、Fを含有する反応性ガスによるプラズマ処理を行ない、その後中流速酸素系プラズマによる洗浄ステップを行なうことによりAlの残渣を除去する方法が記載されている。
【0008】
さらに、特開平6−266119号公報には、Tiを含んだポリマー残渣を除去可能なものとして、ヒドロキシルアミン、アルカノールアミン、カテコールを含むレジスト用洗浄液が記載されている。
【0009】
【特許文献1】
特開平6−37188号公報
【0010】
【特許文献2】
特開平5−102108号公報
【0011】
【特許文献3】
特開2001−7093号公報
【0012】
【特許文献4】
特開平6−266119号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
近年、1枚のチップに様々な機能を盛り込んだシステムLSI(Large Scale Integrated circuit)が多くの分野で用いられており、メモリやロジック回路を混載するものや、パワーデバイスを混載するものもある。パワーデバイスとは、直流と交流との変換を行なったり電圧を変換するための装置であるが、特にパワーデバイスを混載したシステムLSIでは、微細化とともに大電流・高電圧への耐久性も要求されつつある。具体的には、従来のシステムLSIで扱われる電圧は数V程度であったが、将来的に数十V〜百数十Vの高電圧を扱うことが可能なパワーデバイスを混載したシステムLSIが求められつつある。パワーデバイスの高電圧への耐久性を向上させるためには、パワーデバイス中のヴィアホールの開口部を大きくし、流すことのできる電流を大きくする必要がある。
【0014】
しかし、ヴィアホールの開口部を大きくすれば、エッチングされるヴィアホールの面積が従来の10倍以上となる。これにより、エッチングされるTi反射防止膜の面積も大きくなるため、エッチング後のフォトレジストおよび側壁保護膜は大量のTiを含んだポリマーとなっている。特に、被エッチング面積がウェハ面積の1%以上となると、上記方法のいずれの場合にも以下の理由により大量のTiを含んだポリマーを完全には除去できないという問題があった。
【0015】
すなわち、特開平6−37188号公報記載の除去方法は、あくまでもAlを含んだ残渣の除去を目的とするものと考えられる。Tiを大量に含んだポリマーの除去に上記公報記載の除去方法を適用した場合、発煙硝酸がTiに対して発火性を有している等の問題を有しているので、大量のTiを含んだ残渣を除去するのには適していないと考えられる。
【0016】
特開平5−102108号公報記載の除去方法において洗浄液として用いられている有機系レジスト剥離剤は、金属酸化物を溶解しにくい性質を有している。一方、上記公報掲載の除去方法では、アッシング後のTiは酸化されてしまうので、有機系レジスト剥離剤によっては酸化Tiを除去することはできないと考えられる。なお、公報中で酸化Alを含んだ残渣を除去可能であったのは、酸化Alの割合が非常に少ない条件であったので、フォトレジストが除去される際に酸化Alがリフトオフされることにより除去可能となっていたと推測される。
【0017】
特開2001−7093号公報記載の除去方法では、H、C、Fを含有する反応性ガスで金属を含んだポリマーを分解し、金属を揮発させることで残渣を除去している。しかし、大量のTiを含んだポリマーを除去する場合には、ヴィアホール表面より奥の部分ではプラズマに接していないために金属の反応が起こりにくく、大量のTiを含んだポリマーを除去するのには適していないと考えられる。
【0018】
また、特開平6−266119号公報に記載の洗浄液は、Tiを除去可能なレジスト剥離剤として市販されているが、不安定な化合物であるため作成が困難であり、排液処理が困難であるという問題があった。
【0019】
そこで、本発明は、大量のTiを含んだポリマーが除去可能であり、かつ洗浄液の作成および排液処理が容易な、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する。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を有している。Alを含む導電層を形成する。Alを含む導電層上にTiを含む導電層を形成する。Tiを含む導電層上に絶縁層を形成する。絶縁層上にフォトレジストパターンを形成する。フォトレジストパターンをマスクとしてエッチングすることにより、Alを含む導電層もしくはTiを含む導電層に達する孔を絶縁層に形成する。フォトレジストパターンをアッシングにより除去する。カルボン酸および過酸化水素水を含む酸性溶液で洗浄する。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1〜図4は、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。また、図5は、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【0022】
図1を参照して、半導体装置10の製造方法においては、Alを含む第1の導電層であるAl配線膜1が形成され、そのAl配線膜1上にTiを含む第2の導電層であるTi反射防止膜2が形成される。そして、そのTi反射防止膜2上に絶縁層である層間絶縁膜3が形成される。そしてAl配線膜1に達するヴィアホールを形成するために、層間絶縁膜3上にフォトレジスト4のパターンが選択的に形成される。
【0023】
図2を参照して、フォトレジスト4をマスクとして層間絶縁膜3およびTi反射防止膜2がエッチングされる(ステップS1:図5)。これにより、層間絶縁膜3およびTi反射防止膜2にAl配線膜1に達するヴィアホール7が形成される。また、ヴィアホール7の形成と同時に、ヴィアホール7の側壁部分に側壁保護膜5aが形成される。この側壁保護膜5aはTiを含むポリマーとして形成され、また側壁保護膜5aの形成とともにフォトレジスト4の上面にもTiを含むポリマー5bが形成される。
【0024】
ここでTi反射防止膜2は、写真製版処理の際にAl配線膜1の反射を防止し、パターンを形成しやすくするためのものである。Al配線膜1としては、たとえばAl−Si(シリコン)−Cu(銅)膜や、Al−Cu膜や、Al−Si膜が用いられる。また、Ti反射防止膜2としては、TiN膜、TiW膜などが用いられる。層間絶縁膜3としてはたとえばSiO2膜などが用いられる。
【0025】
なお、ヴィアホール7のエッチングには、パワーデバイスの微細化を実現するべく、サブミクロンからクォーターミクロン級の微細加工が可能なナローギャップタイプの平行平板型エッチング装置が用いられることが好ましい。具体的なエッチングの方法および条件は、たとえば以下の通りである。
【0026】
エッチャントを供給するためのCF4ガス50ccm(cubic centimeter per minute)と、側壁保護膜5aを形成するためのCHF3ガス50ccmと、これらのガスを希釈するためのAr(アルゴン)ガス500ccmとが混合されたものがナローギャップタイプの平行平板型エッチング装置内に充填される。そして平行平板電極に380kHzの高周波が印可されプラズマが発生する。このプラズマ中のイオンにより層間絶縁膜3およびTi反射防止膜2とエッチャントとの反応が促進され、層間絶縁膜3およびTi反射防止膜2は異方性エッチングされる。その他のエッチングの条件は、圧力は67Pa、RF(高周波)電力700W、基板温度−10℃である。
【0027】
次に、エッチングの際に側壁保護膜を形成する理由について述べる。
層間絶縁膜3はAl配線膜による凹凸を平坦にするため、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によって形成されたシリコン酸化膜の間にSOG(Spin On Glass)膜を挟んだサンドイッチ状の構造をとることが多い。SOG膜はシリコン酸化膜に比べてエッチングされやすい。したがって、ヴィアホール7の側壁部分がエッチングされるのを防ぐために、ヴィアホール7の側壁部分にCHF3ガスで側壁保護膜5aが形成される。側壁保護膜5aはヴィアホール7内の側壁面に形成される。
【0028】
側壁保護膜5aを強固に形成するために、エッチング時には基板温度は低温(0℃以下、好ましくは−5℃以下、より好ましくは−10℃以下)に保持される。このため、エッチングされたTi反応生成物の蒸気圧も低くなり、蒸発できないTiは側壁保護膜5aやフォトレジスト4内に入り込む。その結果、側壁保護膜5aとフォトレジスト4の上面5bとがTiを含んだポリマー5となる。
【0029】
上記エッチング(ステップS1:図5)の次に、フォトレジストを除去する工程であるアッシングが行なわれる(ステップS2:図5)。具体的なアッシングの条件は、O2ガス200ccm、圧力67Pa、電力500W、基板温度200℃である。
【0030】
図3を参照して、上記のアッシングによりフォトレジスト4およびポリマー5が除去され、Tiおよび酸化Tiを含んだポリマー残渣6がヴィアホール7内および層間絶縁膜3上に残存する。
【0031】
次に洗浄処理が行なわれる(ステップS3:図5)。この洗浄処理は、酢酸:過酸化水素水が1:170の体積比で混合された酸性溶液を用いて行なわれる。溶液の温度は50℃以上60℃以下が好ましい。さらに好ましくは53℃が望ましい。その後水洗および乾燥が行なわれる。この洗浄処理により、ポリマー残渣6が除去される。
【0032】
図4を参照して、上記洗浄処理の後に、ヴィアホール7を通じてAl配線膜1と電気的に接続するように、バリアメタル膜8およびAl配線膜11が形成される。
【0033】
なお、本実施の形態において、エッチング条件およびアッシング条件については上記の条件でなくともよい。また洗浄処理において酢酸と過酸化水素水とを含有した酸性溶液が用いられたが、カルボン酸と過酸化水素水とを含有した酸性溶液であればよく、溶液の混合比および温度範囲は上記に限定されない。
【0034】
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、洗浄処理において用いられる酢酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液が、Tiおよび酸化Tiを含むポリマー残渣6を溶解可能であるので、大量のTiを含んだポリマーが除去可能である。酢酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液がTiおよび酸化Tiを溶解可能であることは、過酸化水素水によりTiが酸化され、酢酸により酸性となった溶液によりTiが溶解されるという、Tiの電位−pH図に沿ったモデルにより説明される。また、酢酸と過酸化水素水とを混合することにより容易に洗浄液が作製可能であり、また排液処理も容易である。
【0035】
なお、酢酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液は、Tiおよび酸化Tiを溶解することができるため、Ti反射防止膜2をも溶解し、エッチングしてしまう。このときのエッチング速度は約8nm/minであるので、酢酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液による洗浄時間はなるべく短いことが好ましい。したがって本実施の形態は、ウェハ面積に対する被エッチング面積の割合が1%前後のような比較的除去されるTiの量が少ない場合に特に適している。
(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【0036】
図6を参照して、本実施の形態のエッチング(ステップS1)までの工程については、図1および図2に示す実施の形態1の工程とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【0037】
本実施の形態においては、エッチングの次にハーフアッシングが行なわれる(ステップS2)。ハーフアッシングとは、通常のアッシング時間よりも短い時間で行なわれ、フォトレジスト4の一部(所定膜厚)のみが除去されるアッシングを意味する。具体的なハーフアッシングの条件は、O2ガス350ccm、圧力67Pa、電力500Wである。なお、効率のよいハーフアッシングを行なうために基板温度は100℃であることが望ましい。また、O2ガスとCF4のようなフッ素含有ガスとの混合ガスが用いられれば、さらに低温の60℃でも効率のよいハーフアッシングが可能である。
【0038】
図7および図8は、本発明の実施の形態2のハーフアッシング後の半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【0039】
図7を参照して、上記ハーフアッシングにより、層間絶縁膜3上のフォトレジスト4の一部のみが除去されるので、ヴィアホール7内のTiおよび酸化Tiを含んだ側壁保護膜5aが残り、ポリマー残渣6とフォトレジスト4の一部とが層間絶縁膜3上に存在している。
【0040】
次に洗浄処理1が行なわれる(ステップS3:図6)。洗浄処理1は有機系レジスト剥離剤により洗浄する工程であり、有機系レジスト剥離剤としては、たとえばアミン系有機溶剤、剥離剤105(東京応化製)、剥離剤106(東京応化製)、MS2001(富士ハント製)、リムーバー100(ヘキストジャパン製)、N370(長瀬産業製)、N380(長瀬産業製)などが用いられる。
【0041】
図8を参照して、上記の洗浄処理1により、ヴィアホール7内の側壁保護膜5aと、層間絶縁膜3上のフォトレジスト4とポリマー残渣6の一部とが除去される。
【0042】
次に、洗浄処理2が行なわれる(ステップS4:図6)。洗浄処理2は、酢酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液により洗浄する工程である。洗浄処理2はたとえば実施の形態1の洗浄処理と同じ条件で行なわれる。その後、水洗および乾燥が行なわれる。
【0043】
上記処理後に図4に示すようにヴィアホール7を通じてAl配線膜1と電気的に接続するようにバリアメタル膜8およびAl配線膜11が形成される。
【0044】
なお、本実施の形態において、エッチング条件は上記の条件でなくともよい。またハーフアッシングについては、少なくともO2を含むガスが用いられればよい。また、有機系レジスト剥離剤は上記に例示したもの以外でもよい。また洗浄処理2において酢酸と過酸化水素水とを含有した酸性溶液が用いられたが、カルボン酸と過酸化水素水とを含有した酸性溶液であればよく、溶液の混合比および温度範囲は上記に限定されない。
【0045】
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、ハーフアッシング後には、ヴィアホール7内のTiおよび酸化Tiを含んだ側壁保護膜5aが残り、ポリマー残渣6とフォトレジスト4の一部とが層間絶縁膜3上に存在している。そしてその後の洗浄処理1によって、フォトレジスト4とTiを含有した側壁保護膜5aとが有機系レジスト剥離剤により溶解されて除去される。通常、酸化Tiを含有した側壁保護膜5aおよびポリマー残渣6は有機系レジスト剥離剤に溶解しないが、フォトレジスト4とともにリフトオフされることにより、酸化Tiを含有した側壁保護膜5aおよびポリマー残渣6が除去可能となる。したがって、このリフトオフにより酸化Tiが除去される効果により、洗浄処理2において酢酸および過酸化水素水を含有した酸性溶液による洗浄時間を増やすことなく実施の形態1よりも大量のTiポリマーを除去することができる。本実施の形態は、ウェハ面積に対する被エッチング面積の割合が1%〜10%の場合に特に適している。
(実施の形態3)
図9は、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【0046】
図9を参照して、本実施の形態のエッチング(ステップS1)までの工程については、図1および図2に示す実施の形態1の工程とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【0047】
本実施の形態においては、エッチング(ステップS1)とハーフアッシング(ステップS2)との間は、半導体装置10が真空に保たれる。そして半導体装置10が真空に保たれた状態で、ハーフアッシングが行なわれる。具体的なハーフアッシングの方法および条件は、たとえば以下の通りである。
【0048】
CF4/(O2+CF4)=0.1となるように、O2ガス1125ccmと、CF4125ccmとが混合されたものがアッシング装置内に充填される。圧力が166Pa、電力が200Wに保たれる。また、基板温度は25℃以上100℃以下に設定され、好ましくは30℃以上70℃以下に設定される。
【0049】
図7を参照して、本実施の形態においては、エッチングとハーフアッシングとの間は半導体装置10が真空に保たれているので、ポリマー5(つまり、側壁保護膜5aおよびフォトレジスト4の上面5b)に含まれているTiは酸化していない点で実施の形態2とは異なる。ハーフアッシング後には、ヴィアホール7内のTiを含んだ側壁保護膜5aが残り、ポリマー残渣6とフォトレジスト4の一部とが層間絶縁膜3上に存在している。
【0050】
次に洗浄処理が行なわれる(ステップS3:図9)。洗浄処理は有機系レジスト剥離剤により洗浄する工程であり、有機系レジスト剥離剤としては、たとえば実施の形態2と同様のものが用いられる。この洗浄処理により、ヴィアホール7内の側壁保護膜5aと、層間絶縁膜3上のフォトレジスト4と、ポリマー残渣6とが除去される。
【0051】
上記処理後に図4に示すようにヴィアホール7を通じてAl配線膜1と電気的に接続するようにバリアメタル膜8およびAl配線膜11が形成される。
【0052】
なお、本実施の形態におけるハーフアッシングにおいて、ガス流量がCF4/(O2+CF4)=0.05〜0.15とされることが好ましく、0.1とされることがさらに好ましい。電力は100W〜500Wとされることが好ましく、200Wとされることがさらに好ましい。しかし、本実施の形態におけるハーフアッシングの条件は上記に限られるものではなく、O2ガスと、Fを含むガスとの混合ガスとを用いて行なわれ、基板温度が上記範囲であればよい。
【0053】
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、エッチングとアッシングとの間は半導体装置10が真空に保たれる。これにより、ポリマー5に含まれているTiが、エッチングとアッシングとの間に酸化することが防止される。
【0054】
また、本実施の形態におけるハーフアッシングでは、ポリマー5に含まれているTiが酸化することが抑止され、かつフォトレジスト4の一部が除去される。この理由は次の通りである。すなわちO2ガスとFを含むガスとの混合ガスの雰囲気中において、基板温度25℃以上ではフォトレジスト4がFと反応し除去される。また、特に基板温度30℃以上70℃以下の範囲では、さらにポリマー5に含まれているTiがFと反応し、揮発することによりTiが除去される。また、基板温度100℃以下ではTiは酸化されないと考えられる。これは、TiよりもO2との反応性が高いフォトレジスト4中のCが、100℃以下ではO2と反応しないので、このことからも推測される。
【0055】
したがって、本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、アッシング後においても側壁保護膜5aとポリマー残渣6とに含まれているTiは酸化していない。これにより、有機系レジスト剥離剤により容易に除去可能となる。また、有機系レジスト剥離剤によりフォトレジスト4が除去される際にリフトオフされることによってもTiが除去可能である。以上のことから、大量のTiを含んだポリマーが除去可能となる。
【0056】
また、本実施の形態における半導体装置の製造方法によれば、洗浄処理の際にカルボン酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液が用いられないので、Ti反射防止膜2までもがエッチングされることが抑止される。なお、本実施の形態は、ウェハ面積に対する被エッチング面積の割合が1%〜15%の場合に特に適している。
(実施の形態4)
図10は、本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【0057】
図10を参照して、本実施の形態の洗浄処理1(ステップS3)までの工程については、図1、図2、図7に示す実施の形態3の工程とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【0058】
図8を参照して、特にウェハ面積に対する被エッチング面積の割合が15%以上の場合には、実施の形態3における洗浄処理1(ステップ3:図9)後であっても、ポリマー残渣6および側壁保護膜5aが残っていることがある。したがって本実施の形態においては、このようにポリマー残渣6および側壁保護膜5aが残っている場合に、続いて洗浄処理2(ステップS4)が行なわれる。洗浄処理2は、酢酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液により洗浄する工程である。洗浄処理2はたとえば実施の形態1の洗浄処理と同じ条件で行なわれる。その後、水洗および乾燥が行なわれる。
【0059】
上記処理後に図4に示すようにヴィアホール7を通じてAl配線膜1と電気的に接続するようにバリアメタル膜8およびAl配線膜11が形成される。
【0060】
なお、洗浄処理において酢酸と過酸化水素水とを含有した酸性溶液が用いられたが、カルボン酸と過酸化水素水とを含有した酸性溶液であればよく、溶液の混合比および温度範囲は上記に限定されない。
【0061】
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、有機系レジスト剥離剤により洗浄後、さらに酢酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液により半導体装置10は洗浄されるので、実施の形態3よりもさらに大量のTiを含んだポリマーを除去することができる。本実施の形態は、ウェハ面積に対する被エッチング面積の割合が15%以上の場合に特に適している。
(実施の形態5)
図11は本発明の実施の形態5における半導体装置の断面図であり、Ti反射防止膜が洗浄処理により大きくサイドエッチングされた状態を示す図である。
【0062】
図11を参照して、Al配線膜1上にTi反射防止膜2が形成されており、Al配線膜1とTi反射防止膜2とを覆うように層間絶縁膜3が形成されている。Al配線膜1の表面が露出するように、ヴィアホール7がTi反射防止膜2および層間絶縁膜3に開口されている。ヴィアホール7のアスペクト比(縦/横)は0.9である。Ti反射防止膜2は、カルボン酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液による洗浄処理の際に、ヴィアホール7周囲部分が大きくサイドエッチングされて、空間部分9を有している。ヴィアホール7および層間絶縁膜3上に、バリアメタル膜8および上部のAl配線膜11が積層されている。高さh1はヴィアホール7の底面からヴィアホール7の底部に堆積されたAl配線膜11の上面までの高さである。またバリアメタル膜8は、Ti反射防止膜2のサイドエッチされている空間部分9で断線している。高さh2はヴィアホール7の底面から空間部分9の上面までの高さである。バリアメタル膜とは半導体と金属間に挟まれた金属薄膜で、異なる物質間の相互拡散や化学反応を阻止する役割をもつ。バリアメタル膜8としては、たとえばTi−Wや遷移金属の窒化物、炭化物、ホウ化物、シリサイドなどが用いられるが、これら以外のものでもよい。
【0063】
カルボン酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液はTiおよび酸化Tiを溶解可能であるため、カルボン酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液による洗浄処理が長時間行なわれると、上記のようにTi反射防止膜2が大きくサイドエッチされる。Ti反射防止膜2が大きくサイドエッチされた場合には、バリアメタル膜8が断線することにより下部のAl配線膜1と上部のAl配線膜11の電気的接続が保たれない。このため、カルボン酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液による洗浄処理を行なう際のエッチング制御が困難であるという問題があった。
【0064】
ここで、高さh1が高さh2よりも大きければ、バリアメタル膜8が断線している場合であっても、下部のAl配線膜1と上部のAl配線膜11の電気的接続が確保される。
【0065】
本願発明者らは、ヴィアホール7のアスペクト比が0.9以下であれば、ヴィアホール7の開口がふさがれることなく、高さh1が高さh2よりも大きくなるようにAlを堆積可能であることを発見した。
【0066】
すなわち、Al配線膜11は、通常スパッタ法によりAlを堆積することにより形成されるが、Alの堆積量を増加させた場合には高さh1が増加するとともに、ヴィアホール7の開口部が減少する。ヴィアホール7のアスペクト比が0.9より大きいときには、高さh1が高さh2よりも大きくなる前にヴィアホール7の開口がAlによってふさがれてしまう。一方ヴィアホール7のアスペクト比が0.9以下であれば、ヴィアホール7の開口がAlによりふさがれる前に高さh1を高さh2よりも大きくすることができる。
【0067】
したがって、ヴィアホール7のアスペクト比が0.9以下であれば、ヴィアホール7の形成においてカルボン酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液による洗浄処理を行なう際のエッチング制御が容易となる。
【0068】
実施の形態1〜5において、Al配線膜1は上記の組成のものに限られるものではなく、Alを含んでいればよい。また、Ti反射防止膜2は上記の組成に限られるものではなく、Tiを含んでいればよい。層間絶縁膜3としては上記の組成に限られるものではなく、絶縁層であればよい。
【0069】
さらに、本実施の形態1〜5においてはAl配線膜1に達するヴィアホール7が形成される場合について示したが、本発明はこのような場合に限られるものではなく、たとえば図12に示すように、Ti反射防止膜2が厚く形成され、ヴィアホール7がAl配線膜1まで達せずTi反射防止膜2の途中まで形成されている場合においても適用可能である。
【0070】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【0071】
【発明の効果】
以上のように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、洗浄処理において用いられるカルボン酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液が、Tiおよび酸化Tiを含むポリマー残渣を溶解可能であるので、大量のTiを含んだポリマーが除去可能である。カルボン酸および過酸化水素水を含有する酸性溶液がTiおよび酸化Tiを溶解可能であることは、過酸化水素水によりTiが酸化され、カルボン酸により酸性となった溶液によりTiが溶解されるという、Tiの電位−pH図に沿ったモデルにより説明される。また、カルボン酸と過酸化水素水とを混合することにより容易に洗浄液が作成可能であり、また排液処理も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1〜4における半導体装置の製造方法の第一工程を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1〜4における半導体装置の製造方法の第二工程を示す断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第三工程を示す断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1〜4における半導体装置の断面図である。
【図5】本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【図6】本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【図7】本発明の実施の形態2〜4における半導体装置の製造方法の第三工程を示す断面図である。
【図8】本発明の実施の形態2および4における半導体装置の製造方法の第四工程を示す断面図である。
【図9】本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【図10】本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【図11】本発明の実施の形態5における半導体装置の断面図である。
【図12】本発明の実施の形態1〜4における半導体装置において、ヴィアホールがTi反射防止膜の途中まで形成されている場合を示す断面図である。
【符号の説明】
1,11 Al配線膜、2 Ti反射防止膜、3 層間絶縁膜、4,5b フォトレジスト、5 ポリマー、5a 側壁保護膜、6 ポリマー残渣、7 ヴィアホール、8 バリアメタル膜、9 空間部分、10 半導体装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device, and more particularly to a method of forming a via hole reaching a conductive layer in an insulating layer formed on a conductive layer containing Al and a conductive layer containing Ti, and a via thereof. The present invention relates to a semiconductor device having a hole.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor device having a multilayer wiring, a conductive path for electrically connecting upper and lower wirings is called a via hole. Usually, a via hole is formed as follows.
[0003]
That is, a Ti (titanium) antireflection film is formed on an Al (aluminum) wiring film, and an insulating film is formed thereon. Then, the insulating film and the Ti antireflection film are etched using the resist film selectively formed on the insulating film as a mask. At the time of etching, a sidewall protective film is formed in the via hole in order to prevent the sidewall of the insulating film from being etched. Thereafter, the resist film and the side wall protective film are removed by ashing.
[0004]
The resist film and the sidewall protective film after the etching are polymers containing Al, Ti, and the like. Therefore, when ordinary ashing is performed after the etching, this polymer becomes a polymer residue containing oxidized Al and Ti, and is difficult to remove. For this reason, various methods have been conventionally proposed for removing polymer residues containing oxidized Al and Ti.
[0005]
JP-A-6-37188 discloses a method in which the surface of a resist film is removed by half-ashing, and the remaining resist film and the residue containing Al are removed by fuming nitric acid.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-102108 discloses O. 2 A method is described in which ashing is performed with a mixed gas of an (oxygen) gas and a gas containing F (fluorine), and then a cleaning treatment is performed using an organic resist stripper to remove Al residues.
[0007]
In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-7093 discloses that after a flash step using a high-velocity oxygen-based plasma, O 2 Plasma treatment is performed using a gas, a gas containing N (nitrogen), and a reactive gas containing H (hydrogen), C (carbon), and F, and then performing a cleaning step using a medium-flow-rate oxygen-based plasma to remove Al. A method for removing residues is described.
[0008]
Further, JP-A-6-266119 describes a resist cleaning solution containing hydroxylamine, alkanolamine, and catechol, which can remove a polymer residue containing Ti.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-6-37188
[0010]
[Patent Document 2]
JP-A-5-102108
[0011]
[Patent Document 3]
JP 2001-7093 A
[0012]
[Patent Document 4]
JP-A-6-266119
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
2. Description of the Related Art In recent years, a system LSI (Large Scale Integrated circuit) incorporating various functions on a single chip has been used in many fields, and some include a memory and a logic circuit, and some include a power device. Power devices are devices that convert between direct current and alternating current or convert voltage. Particularly, in system LSIs incorporating power devices, durability to large currents and high voltages is required along with miniaturization. It is getting. Specifically, the voltage handled by the conventional system LSI is about several volts, but a system LSI incorporating a power device capable of handling a high voltage of several tens of volts to hundreds of tens of volts in the future will be used. It is being sought. In order to improve the durability of the power device to a high voltage, it is necessary to increase the opening of the via hole in the power device and increase the current that can flow.
[0014]
However, if the opening of the via hole is made large, the area of the via hole to be etched becomes ten times or more the conventional size. As a result, the area of the Ti anti-reflection film to be etched becomes large, so that the photoresist and the sidewall protective film after the etching are polymers containing a large amount of Ti. In particular, when the area to be etched is 1% or more of the wafer area, there is a problem that any of the above methods cannot completely remove the polymer containing a large amount of Ti for the following reasons.
[0015]
That is, it is considered that the removal method described in JP-A-6-37188 is intended only to remove the residue containing Al. When the removal method described in the above publication is applied to the removal of a polymer containing a large amount of Ti, fuming nitric acid has a problem that it has an ignitability for Ti, and therefore, contains a large amount of Ti. It is not considered suitable for removing waste residues.
[0016]
The organic resist stripping agent used as a cleaning solution in the removal method described in JP-A-5-102108 has a property of hardly dissolving a metal oxide. On the other hand, in the removal method described in the above publication, Ti after ashing is oxidized, and it is considered that Ti oxide cannot be removed by an organic resist stripping agent. In the publication, the residue containing Al oxide was removable under the condition that the ratio of Al oxide was very small. Therefore, when the photoresist was removed, the Al oxide was lifted off. It is presumed that removal was possible.
[0017]
In the removal method described in JP-A-2001-7093, a polymer containing a metal is decomposed by a reactive gas containing H, C, and F, and the residue is removed by volatilizing the metal. However, when removing a polymer containing a large amount of Ti, the metal reaction hardly occurs in the portion deeper than the via hole surface because it is not in contact with the plasma, so it is difficult to remove the polymer containing a large amount of Ti. Is not considered suitable.
[0018]
Further, the cleaning liquid described in JP-A-6-266119 is commercially available as a resist stripping agent capable of removing Ti, but is difficult to prepare because of an unstable compound, and it is difficult to perform a drainage treatment. There was a problem.
[0019]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device that can remove a polymer containing a large amount of Ti and that can easily prepare and drain a cleaning solution.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the following steps. A conductive layer containing Al is formed. A conductive layer containing Ti is formed over the conductive layer containing Al. An insulating layer is formed over the conductive layer containing Ti. A photoresist pattern is formed on the insulating layer. By etching using the photoresist pattern as a mask, holes reaching the conductive layer containing Al or the conductive layer containing Ti are formed in the insulating layer. The photoresist pattern is removed by ashing. Wash with an acidic solution containing carboxylic acid and aqueous hydrogen peroxide.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
1 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. FIG. 5 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
[0022]
Referring to FIG. 1, in a method of
[0023]
Referring to FIG. 2,
[0024]
Here, the
[0025]
In order to realize the miniaturization of the power device, it is preferable to use a narrow gap type parallel plate type etching apparatus capable of sub-micron to quarter-micron fine processing for etching the via
[0026]
CF for supplying etchant 4 Gas 50 ccm (cubic centimeter per minute) and CHF for forming the side wall
[0027]
Next, the reason for forming the sidewall protective film at the time of etching will be described.
The
[0028]
In order to form the sidewall
[0029]
After the above-described etching (Step S1: FIG. 5), ashing, which is a step of removing the photoresist, is performed (Step S2: FIG. 5). The specific ashing condition is O 2 The gas was 200 ccm, the pressure was 67 Pa, the power was 500 W, and the substrate temperature was 200 ° C.
[0030]
Referring to FIG. 3, photoresist 4 and
[0031]
Next, a cleaning process is performed (step S3: FIG. 5). This cleaning treatment is performed using an acidic solution in which acetic acid: aqueous hydrogen peroxide is mixed at a volume ratio of 1: 170. The temperature of the solution is preferably from 50 ° C to 60 ° C. More preferably, 53 ° C. is desirable. Thereafter, washing and drying are performed. By this washing treatment, the
[0032]
Referring to FIG. 4, after the above-described cleaning process,
[0033]
In this embodiment, the etching conditions and the ashing conditions do not have to be the above conditions. Further, in the cleaning treatment, an acidic solution containing acetic acid and hydrogen peroxide was used, but any acidic solution containing carboxylic acid and hydrogen peroxide may be used, and the mixing ratio of the solution and the temperature range are as described above. Not limited.
[0034]
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, the acidic solution containing acetic acid and hydrogen peroxide used in the cleaning treatment can dissolve the
[0035]
Since the acidic solution containing acetic acid and hydrogen peroxide can dissolve Ti and Ti oxide, it also dissolves and etches the
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
[0036]
Referring to FIG. 6, the steps up to the etching (step S1) of the present embodiment are almost the same as the steps of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and therefore description thereof will be omitted.
[0037]
In the present embodiment, half-ashing is performed after etching (step S2). The half ashing is an ashing that is performed in a time shorter than a normal ashing time and in which only a part (a predetermined film thickness) of the photoresist 4 is removed. The specific conditions for half ashing are O 2 The gas is 350 ccm, the pressure is 67 Pa, and the power is 500 W. Note that the substrate temperature is preferably 100 ° C. in order to perform efficient half ashing. Also, O 2 Gas and CF 4 When a mixed gas with a fluorine-containing gas is used, efficient half-ashing can be performed even at a lower temperature of 60 ° C.
[0038]
7 and 8 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device after half ashing according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.
[0039]
Referring to FIG. 7, only a part of photoresist 4 on
[0040]
Next, cleaning
[0041]
Referring to FIG. 8, by the above-described
[0042]
Next, a
[0043]
After the above processing, a
[0044]
In the present embodiment, the etching conditions need not be the above conditions. For half ashing, at least O 2 It is sufficient that a gas containing is used. Further, the organic resist stripping agent may be other than those exemplified above. In the
[0045]
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, after half ashing, sidewall
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
[0046]
Referring to FIG. 9, the steps up to the etching (step S1) of the present embodiment are almost the same as the steps of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and therefore description thereof will be omitted.
[0047]
In the present embodiment, the
[0048]
CF 4 / (O 2 + CF 4 ) = 0.1 so that O 2 1125 ccm of gas and CF 4 The mixture of 125 ccm is filled in the ashing device. The pressure is maintained at 166 Pa and the power at 200 W. Further, the substrate temperature is set at 25 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, preferably at 30 ° C. or higher and 70 ° C. or lower.
[0049]
Referring to FIG. 7, in the present embodiment, since
[0050]
Next, a cleaning process is performed (step S3: FIG. 9). The cleaning treatment is a step of cleaning with an organic resist stripping agent. As the organic resist stripping agent, for example, the same one as in the second embodiment is used. By this cleaning treatment, the side wall
[0051]
After the above processing, a
[0052]
In the half ashing in the present embodiment, the gas flow rate is CF 4 / (O 2 + CF 4 ) = 0.05 to 0.15, more preferably 0.1. The electric power is preferably set to 100 W to 500 W, and more preferably set to 200 W. However, the conditions for half ashing in the present embodiment are not limited to the above, and 2 It is performed using a mixed gas of a gas and a gas containing F, and the substrate temperature may be within the above range.
[0053]
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment,
[0054]
Further, in the half ashing in the present embodiment, oxidation of Ti contained in the
[0055]
Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, Ti included in sidewall
[0056]
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device in the present embodiment, since the acidic solution containing carboxylic acid and hydrogen peroxide solution is not used during the cleaning process, even the
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
[0057]
Referring to FIG. 10, the steps up to cleaning process 1 (step S3) according to the present embodiment are substantially the same as the steps according to the third embodiment shown in FIGS. Is omitted.
[0058]
Referring to FIG. 8, especially when the ratio of the area to be etched to the wafer area is 15% or more, even after cleaning process 1 (step 3: FIG. 9) in the third embodiment,
[0059]
After the above processing, a
[0060]
Although an acidic solution containing acetic acid and aqueous hydrogen peroxide was used in the cleaning treatment, any acidic solution containing carboxylic acid and aqueous hydrogen peroxide may be used, and the mixing ratio of the solution and the temperature range are as described above. It is not limited to.
[0061]
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, after cleaning with an organic resist stripper, the
(Embodiment 5)
FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, showing a state in which the Ti antireflection film has been largely side-etched by the cleaning process.
[0062]
Referring to FIG. 11, a
[0063]
Since the acidic solution containing carboxylic acid and aqueous hydrogen peroxide can dissolve Ti and Ti oxide, if the cleaning treatment with the acidic solution containing carboxylic acid and aqueous hydrogen peroxide is performed for a long time, The
[0064]
Here, if the height h1 is greater than the height h2, the electrical connection between the lower
[0065]
The present inventors can deposit Al so that the height h1 is larger than the height h2 without blocking the opening of the via
[0066]
That is, the
[0067]
Therefore, when the aspect ratio of the via
[0068]
In the first to fifth embodiments, the
[0069]
Further, in the first to fifth embodiments, the case where the via
[0070]
The embodiments disclosed above are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the embodiments described above, and is intended to include any modifications or variations within the meaning and range equivalent to the terms of the claims.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the acidic solution containing carboxylic acid and hydrogen peroxide used in the cleaning treatment can dissolve the polymer residue containing Ti and Ti oxide. The polymer containing a large amount of Ti can be removed. The fact that the acidic solution containing carboxylic acid and hydrogen peroxide solution can dissolve Ti and Ti oxide means that Ti is oxidized by hydrogen peroxide solution and Ti is dissolved by the solution acidified by carboxylic acid. , Ti potential-pH diagram. Further, by mixing the carboxylic acid and the hydrogen peroxide solution, a cleaning liquid can be easily prepared, and the drainage processing is also easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first step of a method for manufacturing a semiconductor device according to first to fourth embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing a semiconductor device in
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing a semiconductor device in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first to fourth embodiments of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing a semiconductor device in
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing a semiconductor device in
FIG. 9 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a case where a via hole is formed halfway in a Ti antireflection film in the semiconductor device according to the first to fourth embodiments of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,11 Al wiring film, 2 Ti antireflection film, 3 interlayer insulating film, 4,5b photoresist, 5 polymer, 5a sidewall protective film, 6 polymer residue, 7 via hole, 8 barrier metal film, 9 space portion, 10 Semiconductor device.
Claims (7)
前記第1の導電層上に、チタンを含む第2の導電層を形成する工程と、
前記第2の導電層上に、絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に、フォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンをマスクとしてエッチングすることにより、前記第1の導電層もしくは前記第2の導電層に達する孔を前記絶縁層に形成する工程と、
前記フォトレジストパターンをアッシングにより除去する工程と、
カルボン酸および過酸化水素水を含む酸性溶液で洗浄する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。Forming a first conductive layer containing aluminum;
Forming a second conductive layer containing titanium on the first conductive layer;
Forming an insulating layer on the second conductive layer;
Forming a photoresist pattern on the insulating layer;
Forming a hole in the insulating layer to reach the first conductive layer or the second conductive layer by etching using the photoresist pattern as a mask;
Removing the photoresist pattern by ashing;
Cleaning with an acidic solution containing carboxylic acid and aqueous hydrogen peroxide.
前記アッシング後に残存した前記フォトレジストパターンを有機系レジスト剥離剤による洗浄で除去する工程をさらに備えたことを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。The ashing is half ashing,
2. The method according to claim 1, further comprising a step of removing the photoresist pattern remaining after the ashing by washing with an organic resist stripper.
前記第1の導電層上に、チタンを含む第2の導電層を形成する工程と、
前記第2の導電層上に、絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に、フォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンをマスクとしてエッチングすることにより、前記第1の導電層もしくは前記第2の導電層に達する孔を前記絶縁層に形成する工程と、
25℃以上100℃以下の基板温度の条件で、酸素とフッ素とを含む混合ガスを用いて、前記フォトレジストパターンをハーフアッシングにより除去する工程と、
前記ハーフアッシング後に残存した前記フォトレジストパターンを有機系レジスト剥離剤による洗浄で除去する工程とを備え、
前記エッチングと前記ハーフアッシングとの間では、半導体装置は真空に保持される、半導体装置の製造方法。Forming a first conductive layer containing aluminum;
Forming a second conductive layer containing titanium on the first conductive layer;
Forming an insulating layer on the second conductive layer;
Forming a photoresist pattern on the insulating layer;
Forming a hole in the insulating layer to reach the first conductive layer or the second conductive layer by etching using the photoresist pattern as a mask;
Removing the photoresist pattern by half ashing using a mixed gas containing oxygen and fluorine at a substrate temperature of 25 ° C. or more and 100 ° C. or less;
Removing the photoresist pattern remaining after the half ashing by washing with an organic resist stripping agent,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is kept in a vacuum between the etching and the half ashing.
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- 2002-11-15 JP JP2002331697A patent/JP2004165534A/en not_active Withdrawn
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