JP2006319151A - エッチング残渣除去方法及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチング残渣の剥離性の向上、処理時間の短縮、及び剥離液使用量の低減を図る。
【解決手段】エッチング残渣除去方法の洗浄シーケンスでは、第１の水洗処理１１、第１の乾燥処理１２、剥離液処理１３、リンス処理１４、第２の水洗処理１５、及び、第２の乾燥処理１６を行う。第１の水洗処理１１では、絶縁膜及びこの上のメタル配線を純水により水洗いする。第１の乾燥処理１２では、絶縁膜及びメタル配線を例えば常温の窒素雰囲気中で乾燥する。剥離液処理１３では、絶縁膜及びメタル配線に付着したエッチング残渣を例えばアミン系剥離液で剥離する。リンス処理１４では、絶縁膜及びメタル配線を例えばリンス液ＩＰＡにより濯ぐ。第２の水洗処理１５では、絶縁膜及びメタル配線を純水により水洗いする。その後、第２の乾燥処理１６では、絶縁膜及びメタル配線を例えば常温の窒素雰囲気中で乾燥する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造方法の配線形成工程において、レジストパタンをマスクにしてエッチングによりメタル膜をエッチング（メタルエッチング）してメタル配線を形成し、不必要になったレジストパタンを除去した後に残存するエッチング残渣を除去するエッチング残渣除去方法とそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。

特開２００２−１５８２０６号公報（図８）

半導体装置の製造方法における配線形成工程では、基板等の上に絶縁膜を介してメタル膜（アルミニュウム等の金属膜）を形成し、この上にレジスト膜を塗布し、ホトリソグラフィ技術により、レジスト膜をパターニングしてレジストパタンを形成し、このレジストパタンをマスクにしてプラズマドライエッチング等によりメタル膜をメタルエッチングしてメタル配線を形成した後、不必要になったレジストパタンをアッシングにより除去（剥離）している。

メタルエッチング終了と共に不必要になったレジストパタンを除去する方法には、熱有機酸等の剥離液を用いる方法や、アッシングによる方法等が知られている。

アッシングによる方法は、剥離液を用いる方法よりも簡便であるが、レジストパタン中にメタル等の不純物が多いとレジストパタン除去後もエッチング残渣が残り、素子に悪影響を与える場合がある。そこで、メタルエッチング後の洗浄シーケンスを実施して、エッチング残渣除去方法により、エッチング残渣を除去することが行われている。

本願発明者等は、エッチング残渣除去方法として、下記に示すように、エッチング残渣をアミン系剥離液（例えば、ヒドロキシルアミン、カテコール等の混合液、商品名「ＳＳＴ−３」）により剥離する剥離液処理と、絶縁膜及びこの上のメタル配線をリンス液［例えば、成分が２プロパノールのイソプロピルアルコール（以下「ＩＰＡ」という。）］で濯ぐリンス処理と、絶縁膜及びこの上のメタル配線を純水により水洗いする水洗処理と、絶縁膜及びこの上のメタル配線を乾燥する乾燥処理とを行っている（この方法を以下「現状方法」という）。

（現状方法の例）
現状方法の例は、図４に示されている。
使用装置；剥離液等を噴射するスプレーノズルを有するバッチ式スプレー処理装置、この装置１台で複数枚のウェハに対する剥離液処理、リンス処理、水洗処理、及び乾燥処理が行える。
剥離液処理；スプレーノズルからの吐出量１５Ｌ（リットル）／ｍｉｎ（分）、商品名ＳＳＴ−３のアミン系剥離液、使用量３７５Ｌ、処理時間１５分
リンス処理；吐出量６Ｌ／分、リンス液ＩＰＡ、使用量１Ｌ、処理時間１０ｓｅｃ（秒）
水洗処理；純水使用、処理時間４分３０秒
乾燥処理；処理時間３分
合計処理時間；２２分４０秒

この現状方法に関連する従来のエッチング残渣除去方法として、例えば、特許文献１の図８に示す方法がある。このエッチング残渣除去方法では、下記に示すように、基板上のエッチング残渣をフッ素系剥離液で剥離する剥離液処理と、基板をリンス液（ＩＰＡと水の混合液）で濯ぐリンス処理と、基板を水洗いする水洗処理と、基板を乾燥する乾燥処理とからなる洗浄シーケンスを、連続して少なくとも２回以上繰り返している。

（特許文献１のエッチング残渣除去方法）
使用装置；処理漕に浸積するディップ処理装置、又はスプレー処理装置、この装置１台で剥離液処理、リンス処理、及び水洗処理が行える。乾燥処理は乾燥処理装置を使用。
剥離液処理；フッ素系剥離液（フッ化アンモニウム）、処理時間３分２０秒
リンス処理；リンス液（ＩＰＡと水の混合液、体積比４：１）、処理時間２分２０秒
水洗処理；純水使用、処理時間２分２０秒
乾燥処理；温度２３℃、窒素雰囲気中で乾燥、処理時間７分１５秒
合計処理時間；上記処理時間１５分１５秒×２回以上＝３０分３０秒以上

しかしながら、従来のエッチング残渣除去方法及びそれを用いた半導体装置の製造方法では、次のような課題があった。
（Ａ） 現状方法の課題
レジストのＫｒＦ化（レジスト選択比が低下する）や、配線ピッチの微細化に伴い、メタルエッチングにデポジション系のガス（メタル配線を形成する上で必要不可欠な例えばＢｃｌ３、Ｃｌ２等のガス）を使用する傾向に進んでいる。デポジション系のガスを使用すると、エッチング後のデポジション残渣（エッチングガス、レジスト、及び被エッチング膜の複合物）の剥離性が低下する。そこで、本願発明者等は、図４に示す現状方法において、残渣残りによる配線ショートの発生や、剥離性を向上させるために、剥離液処理時間を長くしている（例えば、２５分）。しかし、剥離液処理時間を長くすると、洗浄シーケンスの処理時間が長くなり（例えば、３２分４０秒）、生産性を落としてしまう等の弊害が生じている。

（Ｂ） 特許文献１の方法の課題
特許文献１の方法では、洗浄シーケンスを連続して少なくとも２回以上繰り返すので、合計処理時間が長くなり（例えば、３０分３０秒以上）、生産性を落としてしまう。又、フッ素系剥離液を使用しているので、メタル配線を痛めるといった課題があった。
従って、未だ技術的に十分満足できるエッチング残渣除去方法及びそれを用いた半導体装置の製造方法を実現できなかった。

上記課題を解決するために、本発明のエッチング残渣除去方法では、絶縁膜上に形成されたメタル配線の上のレジストパタンを除去した後に残存するエッチング残渣を除去するエッチング残渣除去方法において、前記絶縁膜及び前記メタル配線を水洗いする第１の水洗処理と、前記絶縁膜及び前記メタル配線を乾燥する第１の乾燥処理と、前記絶縁膜及び前記メタル配線に付着した前記エッチング残渣を剥離液で剥離する剥離液処理と、前記絶縁膜及び前記メタル配線をリンス液で濯ぐリンス処理と、前記絶縁膜及び前記メタル配線を水洗いする第２の水洗処理と、前記絶縁膜及び前記メタル配線を乾燥する第２の乾燥処理とを行っている。

又、本発明の半導体装置の製造方法では、基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上にメタル膜を形成する工程と、前記メタル膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜をパターニングしてレジストパタンを形成する工程と、前記レジストパタンをマスクにして前記メタル膜をエッチングしてメタル配線を形成する工程と、前記レジストパタンを除去する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、前記レジストパタンの除去後に残存するエッチング残渣を前記エッチング残渣除去方法を用いて除去している。

本発明では、剥離液処理を行う前に第１の水洗処理を行っているので、エッチング残渣が膨潤して後の剥離液処理において剥離し易くなると考えられる。これにより、後の剥離液処理、リンス処理、第２の水洗処理、及び第２の乾燥処理を行うことにより、エッチング残渣の剥離性を向上できる。更に、剥離性の向上により、剥離液処理時間を短縮できるので、洗浄シーケンスの処理時間を短縮できると共に、剥離液使用量を減少できる。その上、第１の水洗処理の後に第１の乾燥処理を行っているので、後の剥離液処理において水と剥離液が混ざる瞬間に生じるメタル配線へのダメージを事前に防止できる。

又、剥離液として、例えば、アミン系剥離液を使用すれば、メタルに対するダメージが少ないので、第１の乾燥処理と相俟ってメタルへのダメージをより低減できる。

本発明の最良の実施形態のエッチング残渣除去方法では、第１の水洗処理、第１の乾燥処理、剥離液処理、リンス処理、第２の水洗処理、及び、第２の乾燥処理を行っている。

ここで、第１の水洗処理では、絶縁膜及びこの上のメタル配線を純水により水洗いする。第１の乾燥処理では、絶縁膜及びメタル配線を例えば常温の窒素雰囲気中で乾燥する。剥離液処理では、絶縁膜及びメタル配線に付着したエッチング残渣を例えばアミン系剥離液で剥離する。リンス処理では、絶縁膜及びメタル配線を例えばリンス液ＩＰＡにより濯ぐ。第２の水洗処理では、絶縁膜及びメタル配線を純水により水洗いする。その後、第２の乾燥処理では、絶縁膜及びメタル配線を例えば常温の窒素雰囲気中で乾燥する。

（半導体装置の製造方法における配線形成工程）
図２（Ａ）〜（Ｆ）は、半導体装置の製造方法における配線形成工程の一例を示す図である。
シリコン基板等のウェハ１に多数の半導体素子を形成する場合、例えば、図２（Ａ）において、ウェハ１上に、図示しないエッチング用マスクを形成し、このマスクの開口部を通して不純物イオンを打ち込み、不純物拡散層等を形成して多数の半導体素子を有する素子形成領域２を形成する。エッチング用マスクを除去等した後、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）等により、ウェハ１上にＳｉＯ２等の層間絶縁膜３を形成する。ホトリソグラフィ技術等により、素子形成領域２上の層間絶縁膜３に接続用開口部４を形成する。

図２（Ｂ）において、ＣＶＤ法等により、開口部４を含む層間絶縁膜３の全面にアルミニウム等のメタル膜５を形成する。このメタル膜５は、開口部４を通して素子形成領域２と電気的に接続される。

図２（Ｃ）において、メタル膜５の全面にレジスト膜を塗布し、ホトリソグラフィ技術により、そのレジスト膜をパターニングしてレジストパタン６を形成する。

図２（Ｄ）において、デポジション系のＢｃｌ３、Ｃｌ２等のガスを用いたプラズマドライエッチングにより、レジストパタン６をマスクにしてメタル膜５をメタルエッチングして所定パタンのメタル配線５ａを形成する。

図２（Ｅ）において、アッシングにより、不必要になったレジストパタン６を除去する。この際、レジストパタン６中にメタル等の不純物が多いと、レジストパタン除去後も、層間絶縁膜３及びメタル配線５ａ上にエッチング残渣６ａが残る。このエッチング残渣６ａは、エッチングガス、レジスト、及び被エッチング膜の複合膜であり、配線ショート等の悪影響を与える虞があるので、本発明の実施例１を示す図１のエッチング残渣除去方法の洗浄シーケンスにより、エッチング残渣６ａを除去する。

その後、図２（Ｆ）において、図示しないが、メタル配線５ａ上に電極等を形成して全面をＳｉＯ２、ＳｉＮ等の保護膜で覆うか、或いは、多層配線構造の場合は、層間絶縁膜を介して２層目のメタル配線等を形成し、この上に電極等を形成して全面を保護膜で覆い、ウェハ処理を終わる。ウェハ処理が終わると、素子の電気的試験等を行い、各素子形成領域間を切断して多数の半導体チップに分離等すれば、製造が終了する。

（エッチング残渣除去方法の洗浄シーケンス）
図１は、本発明の実施例１のエッチング残渣除去方法例を示す洗浄シーケンスの図である。図３（１）〜（６）は、図１の処理工程図である。

本実施例１のエッチング残渣除去方法では、例えば、バッチ式スプレー処理装置を用いて、下記の（１）第１の水洗処理１１、（２）第１の乾燥処理１２、（３）剥離液処理１３、（４）リンス処理１４、（５）第２の水洗処理１５、及び、（６）第２の乾燥処理１６を順に行う。

バッチ式スプレー処理装置は、これ１台で複数枚のウェハ１に対する水洗処理１１，１５、乾燥処理１２，１６、剥離液処理１３、及び、リンス処理１４を全て実施できる装置である。この処理装置では、複数枚のウェハ１を収納する処理チャンバ１０と、この処理チャンバ１０に取り付けられた図示しないスプレーノズルとを有し、このスプレーノズルから各処理工程毎に純水１１ａ，１５ａ、窒素ガス１２ａ，１６ａ、剥離液１３ａ、又はリンス液１４ａを処理チャンバ１０内に吐出（噴出）させて複数枚のウェハ１を同時に処理する構造になっている。

（１） 第１の水洗処理１１
図２に示すメタル配線５ａが形成されたウェハ１を複数枚、処理チャンバ１０内に収納する。スプレーノズルから純水１１ａを噴射してウェハ表面を洗浄する。処理時間は１分である。

（２） 第１の乾燥処理１２
チャンバ１０内を常温にしておいて、スプレーノズルから窒素ガス１２ａを噴射してウェハ表面を乾燥する。処理時間は３分である。

（３） 剥離液処理１３
剥離液１３ａとして、例えば、商品名ＳＳＴ−３のアミン系剥離液を使用する。吐出量１５Ｌ／分で、スプレーノズルから剥離液１３ａをウェハ表面へ噴射してエッチング残渣６ａを剥離する。処理時間は１５分、剥離液１３ａの使用量は２２５Ｌである。

（４） リンス処理１４
リンス液１４ａとして、例えば、ＩＰＡを使用する。吐出量６Ｌ／分で、スプレーノズルからリンス液１４ａをウェハ表面へ噴射して濯ぐ。処理時間は１０秒、リンス液１４ａの使用量は１Ｌである。

（５） 第２の水洗処理１５
リンス液１４ａを洗い流すために、スプレーノズルから純水１５ａを噴射してウェハ表面を洗浄する。処理時間は４分３０秒である。

（６） 第２の乾燥処理１６
チャンバ１０内を常温にしておいて、スプレーノズルから窒素ガス１６ａを噴射してウェハ表面を乾燥する。処理時間は３分である。

これにより洗浄シーケンスが終了する。剥離液１３ａの合計使用量は２２５Ｌ、合計処理時間は２６分４５秒である。

（本実施例１の効果）
図４は、現状方法と本実施例１のエッチング残渣除去方法との比較を示す図である。
本実施例１のエッチング残渣除去方法では、図４に示す現状方法に比べて、次の（ａ）〜（ｄ）のような効果がある。

（ａ） 剥離液処理１３を行う前に第１の水洗処理１１を行っているので、ウェハ表面のエッチング残渣６ａが膨潤して後の剥離液処理１３において剥離し易くなると考えられる。これにより、後の剥離液処理１３、リンス処理１４、第２の水洗処理１５、及び第２の乾燥処理１６を行うことにより、エッチング残渣６ａの剥離性を向上できる。

（ｂ） 剥離性の向上により、剥離液処理時間を短縮できるので（現状方法の２５分に対して１５分に短縮）、洗浄シーケンスの処理時間を短縮でき（現状方法の３２分４０秒に対して２６分４０秒に短縮）、しかも、剥離液使用量を減少できる（現状方法の３７５Ｌに対して２２５Ｌに減少）。

（ｃ） 第１の水洗処理１１の後に第１の乾燥処理１２を行っているので、後の剥離液処理１３において水と剥離液１３ａが混ざる瞬間に生じる図２のメタル配線５ａへのダメージを事前に防止できる。

（ｄ） 剥離液１３ａとして、アミン系剥離液を使用しているので、メタル配線５ａに対するダメージが少なく、第１の乾燥処理１２と相俟ってメタル配線５ａへのダメージをより低減できる。

又、本実施例１の方法は、従来の特許文献１の方法に比べて、剥離性の向上、処理時間の短縮、及び剥離液使用量の低減が図れる上に、次の（ｅ）、（ｆ）のような効果もある。

（ｅ） 最初に剥離液処理、リンス処理の工程がないことで、後述する図５の試料１〜３と比較して、最終的なエッチング残渣６ａが少なくなり、剥離性が向上する。

（ｆ） リンス液１４ａは、一度しか使わないので、リンス液使用量を削減できる。
なお、本実施例１ではバッチ式スプレー処理装置を使用しているが、ウェハを１枚ずつ処理する枚葉式スプレー処理装置を使用しても良い。枚葉式スプレー処理装置は、ウェハを載置したステージを回転させながら、スプレーノズルから純水等を噴射してエッチング残渣を除去する装置であるが、このような装置を使用しても、バッチ式スプレー処理装置とほぼ同様の作用、効果が得られる。

（実験による評価結果）
図５は、従来のエッチング残渣除去方法、本実施例１のエッチング残渣除去方法、及び、これらの関連方法における実験による剥離性向上の評価結果を示すエッチング残渣除去後のウェハ表面のセンタ（中央）及びエッジ（縁部）の図である。

評価対象となる試料１は、図４に示される現状方法により、剥離液処理１５分→リンス処理→水洗処理→乾燥処理、を行ったものである。

試料２は、試料１の剥離液処理時間を１／２にして２回繰り返し処理を行ったものである（剥離液処理７分３０秒→リンス処理→水洗処理→乾燥処理⇒剥離液処理７分３０秒→リンス処理→水洗処理→乾燥処理）。

試料３は、本実施例１に関連する方法により、リンス処理→水洗処理→乾燥処理⇒剥離液処理１５分→リンス処理→水洗処理→乾燥処理、を行ったものである。

試料４は、本実施例１の方法により、水洗処理→乾燥処理⇒剥離液処理１５分→リンス処理→水洗処理→乾燥処理、を行ったものである。

試料２〜４は、現状方法の試料１に対して前処理を追加することで、剥離性の向上が見られる。しかも、１回の剥離液処理時間は短くて済むため、合計の処理時間の短縮と、剥離液使用量の削減が可能である。試料２〜４の全てについて、現状方法の試料１より剥離性の向上が確認された。又、試料１〜３から明らかなように、最初に剥離液処理、リンス処理の工程がないことで、本実施例１による試料４では、従来の特許文献１の方法に比べて、最終的なエッチング残渣６ａが少なくなり、剥離性が向上する。

なお、本発明は、上記実施例１に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、実施例１で使用する使用装置、使用材料、処理時間、使用量、処理条件等は、エッチング残渣６ａ、メタル配線５ａ、及び層間絶縁膜３の膜厚、成分等に応じて最適なものに変更することが可能である。又、本発明は、種々の半導体装置の製造方法において、メタル配線形成時のエッチング残渣以外に、不必要になったレジストを除去するレジスト残渣の除去に広く適用できる。

本発明の実施例１のエッチング残渣除去方法例を示す洗浄シーケンスの図である。 半導体装置の製造方法における配線形成工程の一例を示す図である。 図１の処理工程図である。 現状方法と本実施例１のエッチング残渣除去方法との比較を示す図である。 従来のエッチング残渣除去方法、本実施例１のエッチング残渣除去方法、及び、これらの関連方法における実験による剥離性向上の評価結果を示す図である。

符号の説明

１ ウェハ
５ メタル膜
５ａ メタル配線
６ レジストパタン
６ａ エッチング残渣
１０ 処理チャンバ
１１，１５ 第１、第２の水洗処理
１２，１６ 第１、第２の乾燥処理
１３ 剥離液処理
１４ リンス処理

Claims (5)

1. 絶縁膜上に形成されたメタル配線の上のレジストパタンを除去した後に残存するエッチング残渣を除去するエッチング残渣除去方法において、
   前記絶縁膜及び前記メタル配線を水洗いする第１の水洗処理と、
   前記絶縁膜及び前記メタル配線を乾燥する第１の乾燥処理と、
   前記絶縁膜及び前記メタル配線に付着した前記エッチング残渣を剥離液で剥離する剥離液処理と、
   前記絶縁膜及び前記メタル配線をリンス液で濯ぐリンス処理と、
   前記絶縁膜及び前記メタル配線を水洗いする第２の水洗処理と、
   前記絶縁膜及び前記メタル配線を乾燥する第２の乾燥処理と、
   を行うことを特徴とするエッチング残渣除去方法。
2. 前記剥離液として、アミン系の剥離液を使用することを特徴とする請求項１記載のエッチング残渣除去方法。
3. 前記リンス液として、イソプロピルアルコールを使用することを特徴とする請求項１又は２記載のエッチング残渣除去方法。
4. 前記第１及び第２の乾燥処理では、常温の窒素雰囲気中で乾燥を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエッチング残渣除去方法。
5. 基板上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜上にメタル膜を形成する工程と、
   前記メタル膜上にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜をパターニングしてレジストパタンを形成する工程と、
   前記レジストパタンをマスクにして前記メタル膜をエッチングしてメタル配線を形成する工程と、
   前記レジストパタンを除去する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、
   前記レジストパタンの除去後に残存するエッチング残渣を請求項１〜４のいずれか１項に記載のエッチング残渣除去方法を用いて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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