JP4077241B2

JP4077241B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4077241B2
Application number: JP2002138610A
Authority: JP
Inventors: 和志川口; 幸一中川; 和弘三輪
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: JP2003332313A

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その製造装置に関し、特に、ドライエッチング後のレジストおよびエッチングにより生じたポリマー残渣の除去に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の小型化および半導体素子の高密度化に伴い、配線の多層化が進んでいる。また、半導体集積回路の集積化および小型化と同時に、高速化も必要とされている。高密度化のために配線幅や配線間隔を狭小化すると、配線抵抗（Ｒ）および配線容量（Ｃ）の増加によりＲＣ遅延が生じる。半導体素子の速度が向上するなかで、半導体集積回路の全体の回路遅延のうちＲＣ遅延が問題となっている。
【０００３】
ＲＣ遅延改善のため、配線抵抗を低減するため配線材料にＣｕを用いたデュアルダマシンプロセス（Ｃｕｄｕａｌｄａｍａｓｃｅｎｅｐｒｏｃｅｓｓ）の開発が進んでいる。このデュアルダマシンプロセスは、レジストパターニングをして、ドライエッチングにより、層間絶縁層に配線用の溝と層間導通用のコンタクトホールを一体に形成して、これらの溝とコンタクトホールをＣｕで埋めるように金属層を堆積する。低抵抗で原子量の大きいＣｕを使うことにより、配線抵抗が低減されると同時に、エレクトロマイグレーションが抑制される。
【０００４】
コンタクトホールを形成する工程では、ドライエッチング後、ドライアッシング処理及びアミン系薬液を用いたウエット処理により、レジストを除去していた。
【０００５】
図１は、半導体装置のコンタクトホールを形成する製造工程を示す図である。図１（Ａ）を参照するに、ＳｉＯ_２膜２０１Ａを担持する基板２０１上にポリＳｉ膜２０２を形成し、その上にコバルトシリサイド（ＣｏＳｉ_２）などの導電層２０３を形成し、その上に、ＳｉＯ_２の層間絶縁膜２０４を形成する。図１（Ｂ）を参照するに、層間絶縁膜２０４上にレジスト２０５を均一に塗布した後、パターン露光を行い、現像して、パターンが転写されたレジスト２０５を形成する。図１（Ｃ）を参照するに、このレジスト２０５をマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングにより層間絶縁膜２０４をエッチングし、コンタクトホール２０４−１を形成する。図１（Ｄ）を参照するに、次に、レジスト２０５と、図１（Ｃ）のドライエッチングによりレジスト２０５が分解、変質したポリマー残渣２０５−１を、酸素プラズマによるドライアッシング処理およびアミン系薬液を用いたウエット処理により除去する。
【０００６】
また、図２は、半導体装置の金属配線構造を形成する製造工程を示す図である。図２（Ａ）を参照するに、基板２１１上にＳｉＯ_２などの絶縁膜２１２を形成し、その上にＡｌやＷなどの金属膜２１３を形成する。図２（Ｂ）を参照するに、金属膜２１３上にレジスト２１４を形成する。図２（Ｃ）を参照するに、パターニングしたレジスト２１４をマスクとして、ＲＩＥなどにより金属膜２１３をエッチングし、金属配線パターンを形成する。図２（Ｄ）を参照するに、次に、図２（Ｃ）のドライエッチングによりレジストが分解、変質したポリマー残渣２１４−１を、酸素プラズマによるドライアッシング処理およびアミン系薬液を用いたウエット処理により、除去する。
【０００７】
ドライアッシング処理は、Ｏ_２プラズマ、Ｈ_２Ｏプラズマ、高密度プラズマ源を用いて、レジストおよびポリマー残渣をＣＯ_２およびＨ_２Ｏに変化させる。一方、アミン系薬液を用いたウエット処理は、例えば、ヒドロキシアミン類などのアルカリ系アミン類と、水溶性有機溶媒と、防食剤および水などからなる剥離剤を用いて浸漬法、シャワー法などによりレジストおよびポリマー残渣を溶解し、基板表面から除去する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１（Ｄ）および図２（Ｄ）を参照するに、これらの処理のレジスト２０５、２１４およびポリマー残渣２０５−１、２１４−１の除去能力は完全ではなく、層間絶縁膜２０４、コンタクトホールの底面の導電層２０３、または金属膜２１３の表面に、その一部が残留してしまうことがある。特にドライアッシング処理の条件のばらつきやウエット処理の薬剤の劣化等の原因により、ポリマー残渣が残留し易く、これによって表面の清浄性が著しく損なわれる場合が生ずる。このような場合、コンタクト抵抗の増加、配線の短絡や断絶などが発生し、生産歩留まりを低下させ、半導体装置の生産性を著しく低下させてしまう。さらには半導体装置の動作信頼性が著しく損なわれてしまう。
【０００９】
したがって、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、基板表面のレジストおよびポリマー残渣を除去可能な、そして、半導体装置の生産歩留まりの向上および生産性の安定化が可能な半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１に記載の如く、基板上にパターニングされたレジストをマスクとしてドライエッチングを行った後に、前記レジストを除去するレジスト除去工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記レジスト除去工程において、１７２ｎｍ，１８５ｎｍ，および２５４ｎｍよりなる群より選択される波長の紫外線を前記基板の表面に照射して、その後、プラズマを用いたドライアッシングまたはレジスト剥離液を用いたウエット処理をして、前記レジストを除去することにより達成される。
また、上記目的は請求項２に記載の如く、基板上にパターニングされたポジ型のレジストをマスクとしてドライエッチングを行った後に、前記レジストを除去するレジスト除去工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記レジスト除去工程において、前記基板の表面に波長が２８０ｎｍの紫外線を照射して、その後、アルカリ可溶性となった前記レジストを除去することにより達成される。
また、上記目的は請求項３に記載の如く、基板上にパターニングされたレジストをマスクとしてドライエッチングを行った後に、前記レジストを除去するレジスト除去工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記レジスト除去工程において、前記基板上に生成された有機物からなる残渣に紫外線を照射し、該残渣を有機化合物のフリーラジカル又は励起状態の分子にし、該紫外線の照射により発生したオゾン及び酸素ラジカルと該有機化合物のフリーラジカル又は励起状態の分子とを結合し、揮発させて、その後、プラズマを用いたドライアッシングまたはレジスト剥離液を用いたウエット処理をして、前記残渣を除去することにより達成される。
【００１１】
請求項１、２又は３記載の発明によれば、基板の表面に紫外線を照射することによって、基板表面のレジストおよびポリマー残渣を構成する有機物の結合を開裂し、例えば、有機化合物のフリーラジカルや励起状態の分子にすることができる。また、紫外線の照射により発生・生成するオゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊が、有機化合物のフリーラジカルや励起状態の分子と結合して、ＣＯ_２やＨ_２Ｏのような物質になって揮発させることができ、また、基板表面を有機化合物の親水基に改質し、この後のレジスト除去を行う処理において、このような有機化合物を除去しやすくすることができる。したがって、基板表面のレジストおよびポリマー残渣を除去して清浄化することができる。
さらに、請求項１又は３記載の発明によれば、紫外線照射により除去しやすくなった基板表面のレジストおよびポリマー残渣を、ドライアッシングまたはウエット処理により、容易に除去することができる。
【００１２】
また、請求項４に記載される如く、請求項１から３のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法において、前記レジストは、化学増幅レジストである構成とすることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、化学増幅レジストに紫外線を照射すると、アルカリ可溶性となり、この後のレジスト除去を行う処理において、除去しやすくなる。したがって、基板表面のレジストおよびポリマー残渣を除去して清浄化することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載される如く、請求項１から４のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法において、前記レジスト除去工程は、前記基板を加熱しながら紫外線を照射する構成とすることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、基板を加熱することにより、オゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊が、有機化合物のフリーラジカルや励起状態の分子と結合する反応を促進することができる。また、化学増幅レジストでは、加熱することにより、アルカリ可溶性となる反応を促進することができる。したがって、基板表面のレジストおよびポリマー残渣をより一層除去し易くすることができる。
【００１８】
また、請求項６に記載される如く、請求項１から５のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法において、前記紫外線は、オゾンを発生させる波長帯と、酸素ラジカルを生成する波長帯とを含む構成とすることができる。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、このような紫外線により、オゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊の発生・生成する量やその割合を調整することができ、基板表面のレジストおよびポリマー残渣を除去する条件を最適化できると共に、基板表面の損傷を抑制することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００２１】
まず、以下に、本発明による半導体装置の製造方法の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本実施形態は、半導体装置のコンタクトを有する配線構造を形成するものである。
【００２２】
図３（Ａ）〜（Ｅ）は、本実施形態の半導体装置１０の製造工程を示す図である。
【００２３】
図３（Ａ）を参照するに、例えば、Ｓｉウェハーなどよりなる基板１１に、例えば、厚さ１６０ｎｍのポリＳｉ膜１２を、ＣＶＤ法により形成する。その上に、ポリＳｉ膜１２とオーミックコンタクトを形成する、例えば厚さ５ｎｍのＣｏＳｉ_２膜１３を、スパッタ法、蒸着法などにより形成する。その上に、例えば厚さ７００ｎｍのＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜１４を、ＣＶＤ法、スパッタ法などにより形成する。
【００２４】
図３（Ｂ）を参照するに、次に、コンタクトホールを形成するために、例えば厚さ７３０ｎｍのレジスト１５を層間絶縁膜１４上にスピンコータなどにより塗布する。レジスト１５は、例えば、化学増幅型レジストが用いられる。次にオーブン炉などによりプリベーク後、ステッパによりマスク露光を行い、パターンを転写する。次に現像して、例えばポジ型のレジスト１５では感光部が除去され、マスクが形成される。
【００２５】
例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２５９ｎｍ）のリソグラフィで用いられるポジ型の化学増幅型レジストは、この光が露光されると、酸を発生させ、その酸によりアルカリ可溶性基を保護していた保護基を脱離させ、極性基であるアルカリ可溶性基を出現させる。そして、露光部分は、ヒドロキシアミン類などのアルカリ系アミン類と、水溶性有機溶媒と、防食剤および水などからなる現像液により溶解され、除去される。
【００２６】
図３（Ｃ）を参照するに、パターニングされたレジスト１５をマスクとして、異方性を有するドライエッチングにより、コンタクトホール１４−１を形成する。ドライエッチングは、例えば、平行平板型ＲＩＥ装置により、ＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜１４に対しては、ＣＦ_４ガスを用いて行う。チャンバー内では、プラズマ放電により、Ｆ^＊、ＣＦ^＊などのラジカルが発生し、ＳｉＯ_２が分解され、ＳｉＦ_４などになってチャンバー外に排出され、コンタクトホール１４−１が形成される。一方、マスクであるレジスト表面は、プラズマや熱にさらされ、レジストが変質または分解され、ポリマー残渣１５−１が生じ、ＳｉＯ_２などのエッチング残渣とともにコンタクトホール１４−１の側壁あるいは底面に付着する。
【００２７】
図３（Ｄ）を参照するに、次に、このような基板表面に紫外線を照射する。紫外線の波長は、例えば、３００ｎｍ以下の遠紫外線が選択される。このような波長の遠紫外線が照射すると、レジスト１５を構成する有機物の結合を開裂し、例えば、有機化合物のフリーラジカルや励起状態の分子にすることができる。この反応は、レジスト表面１５−１のみならず、レジスト１５の内部、例えば、層間絶縁膜１４との界面のレジストでも起きるので、この後のドライアッシング処理などにより、レジストが容易に除去することができるようになる。このような遠紫外線を発生する光源としては、例えば、紫外線ランプがある。また、光源の出力は、例えば、１００ｍＷ／ｃｍ^２から１０００ｍＷ／ｃｍ^２の範囲に設定される。
【００２８】
また、紫外線は、例えば、約２８０ｎｍの遠紫外線が選択される。この遠紫外線が照射されると、ポジ型の化学増幅型レジストの場合は、酸を発生し、この酸がアルカリ可溶性基を保護していた保護基を脱離させる。そして、レジストはアルカリ可溶性となり、後述するウエット処理により、除去しやすくなる。光源の出力は、例えば、１００ｍＷ／ｃｍ^２から１０００ｍＷ／ｃｍ^２の範囲に設定される。さらに、紫外線を照射しながら、ホットプレートなどで基板を加熱すると、より容易にレジストを除去し易くなる。加熱温度は、例えば、２０℃から２００℃の範囲から選択される。
【００２９】
また、紫外線は、例えば、１８５ｎｍおよび２５４ｎｍの遠紫外線が選択される。酸素を含む雰囲気中で、１８５ｎｍの遠紫外線が照射されると、Ｏ_２→Ｏ（^３Ｐ）＋Ｏ（^３Ｐ）、Ｏ（^３Ｐ）＋Ｏ_２→Ｏ_３の反応がおこり、オゾンＯ_３が発生する。２５４ｎｍの遠紫外線が照射されると、Ｏ_３→Ｏ^＊＋Ｏ_２の反応がおこり、酸素ラジカルＯ^＊が発生する。オゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊は、強力な酸化力を持ち、ポリマー残渣やレジストを分解し、上述した有機化合物のフリーラジカルや励起状態の分子と結合して、ＣＯ_２やＨ_２Ｏのような揮発性の物質に変化させる。また、レジストやポリマー残渣は、揮発されないまでも、カルボニル基やカルボキシル基などの有機化合物の親水基となって、水に対する濡れ性が向上し、後述するウエット処理により、除去されやすくなる。
【００３０】
ここで、１８５ｎｍのオゾンを発生させる波長帯と２５４ｎｍの酸素ラジカル波長帯のパワーおよび、それぞれの波長帯の照射時間を制御することにより、オゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊の発生または生成量を調整することができる。例えば、２５４ｎｍの遠紫外線を照射する場合は、基板とランプの距離を４０ｍｍとして、遠紫外線のランプ出力を３０Ｊ、照射時間を、例えば、１０分から１６分の範囲に設定する。このような遠紫外線を発生するランプとしては、例えば、２５４ｎｍの波長を発光するように作製された特定波長発光用低圧水銀ランプがある。また、例えば、１８５ｎｍおよび２５４ｎｍの遠紫外線を照射する場合は、基板とランプの距離を３４ｍｍとして、遠紫外線のランプ出力を５０Ｊ、照射時間を、例えば、５分に設定する。このような遠紫外線を発生するランプとしては、例えば、１８５ｎｍおよび２５４ｎｍの波長を発光するように作製された特定波長発光用低圧水銀ランプがある。
【００３１】
また、さらに、紫外線は、例えば、１７２ｎｍの遠紫外線が選択される。酸素を含む雰囲気中で、１７２ｎｍ遠紫外線が照射されると、Ｏ_２から直接酸素ラジカルＯ^＊が生成され、またＯ_２からＯ_３を経てＯ^＊が生成される。このようなオゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊は、上述した１８５ｎｍおよび２５４ｎｍの遠紫外線と同様の作用を奏する。このような遠紫外線を発生する光源としては、例えば、エキシマバリアランプがある。また、光源の出力は、例えば、１００ｍＷ／ｃｍ^２から１０００ｍＷ／ｃｍ^２の範囲に設定される。
【００３２】
紫外線照射は、例えば、図４に示す装置により行う。図４は、シングルウェハー方式の紫外線照射装置の構成を示す断面図である。
【００３３】
図４を参照するに、紫外線照射装置１００は、減圧可能なチャンバー１１０内の上部に、下向きに紫外線が照射するように設けられた紫外線ランプ１０１と、紫外線ランプ１０１の直下に設けられ、所定の間隔で複数の穿孔を有する照射集光プレート１０２と、紫外線ランプ１０１を囲むように設けられ、下縁が照射集光プレート１０２の外縁と一体となった上部バッフル板１０３と、照射集光プレート１０２に延在し基板１１３を囲むように設けられた下部バッフル板１０５と、下部バッフル板１０５に設けられ、酸素ガスなどのプロセスガスを供給するガス導入部１０４と、基板１１３の供給搬出口の開閉を行うゲートバルブ１０６と、基板１１３を着脱する機構部１０７と、基板１１３を加熱する加熱部１０８と、ガスを排気する排気口１０９と、基板１１３を搬送する搬送機構部１１１と、基板１１３を支持する支持台１１２とにより構成されている。
【００３４】
紫外線ランプ１０１は、例えば、Ｘｅ_２充填ガスのエキシマバリアランプが用いられる。波長が１７２ｎｍの遠紫外線を発光することができる。
【００３５】
照射集光プレート１０２は、所定の間隔の穿孔を有する鏡面仕上げの部材により構成されている。照射集光プレート１０２は、図４に示す矢印のように、紫外線ランプ１０１から照射された遠紫外線の照射エネルギーを、基板１１３全体にわたって均一化し、照射エネルギーの効率化を図り、オゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊の反応を促進するために使用される。
【００３６】
上部バッフル板１０３は、照射集光プレート１０２と同様の材質からなり、鏡面仕上げの部材により構成されている。上部バッフル板１０３は、照射集光プレート１０２と共に、基板１１３全体にわたって遠紫外線の照射エネルギーを均一化し、特に基板１１３の外縁部の照射エネルギーを増加させるためのものである。
【００３７】
下部バッフル板１０５は、照射集光プレート１０２から延在する天板と、基板１１３などを取り囲むように設けられた側板とから構成されている。下部バッフル板には、酸素ガスなどを供給するガス導入部１０４が設けられている。ガス導入部から供給されたガスと遠紫外線との反応により、オゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊が発生・生成し、基板１１３表面に導入されるようになっている。
【００３８】
加熱部１０８は、例えば、抵抗加熱ヒータを備えている。加熱部１０８により基板１１３を加熱することで、オゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊と、基板１１３表面のレジストおよびポリマー残渣との反応を促進させることができる。
【００３９】
紫外線照射装置１００は、例えば後述するクラスター型の半導体製造装置と組み合わされ、ゲートバルブ１０６を介して、前後の工程のチャンバーと基板１１３の供給搬出が行われる。
【００４０】
図３（Ｅ）を参照するに、次に、ドライアッシングにより、レジストおよび遠紫外線処理により分解等したポリマー残渣を除去し、層間絶縁膜１４の表面、コンタクトホール１４−１の側壁、底面等を清浄にする。ドライアッシングは、例えば酸素プラズマによる平行平板型のプラズマアッシング装置、横型バレルプラズマアッシング装置などにより行う。ドライアッシングは、これらの装置のチャンバーに、酸素ガスを導入して、ＲＦ電源により酸素プラズマを発生させ、酸素プラズマにより残留しているレジストおよびポリマー残渣をＣＯ_２、Ｈ_２Ｏなどに変化させ、チャンバー外に排気することができる。
【００４１】
次に、ウエット処理により、層間絶縁膜１４の表面、コンタクトホール１４−１の側壁、底面等をさらに清浄にする。ウエット処理は、例えば、アルカリ系アミン類と、水溶性有機溶媒と、防食剤および水などからなる剥離剤を用いる。ウエット処理は、浸漬法、スプレー法などが用いられる。ウエット処理により、レジストおよび遠紫外線処理により分解等したポリマー残渣を除去することができる。また、表面に残留する酸を中和、除去することもできる。
【００４２】
次に、例えば、厚さ２μｍのＣｕ、ＡｌＣｕ合金よりなる金属配線膜１６を蒸着法、スパッタ法、メッキ法などにより堆積させる。さらに、金属配線膜１６の表面を化学的機械研磨（ＣＭＰ）により平坦にする。
【００４３】
以上により、図３（Ｅ）に示すように、コンタクト１６−１を有する半導体装置１０の配線構造が形成される。
【００４４】
以下、本実施形態にかかる実施例を説明する。
［第１実施例］
本実施例は、第１実施形態のコンタクトを有する半導体装置１０の製造方法の一例である。本実施例の構成は半導体装置１０と同様である。
【００４５】
８インチのＳｉウェハーよりなる基板１１に、厚さ１６０ｎｍのポリＳｉ膜１２を、ＣＶＤ法により形成する。その上に、厚さ５ｎｍのＣｏＳｉ_２膜１３を、スパッタ法により形成する。
【００４６】
次に、その上に、例えば厚さ７００ｎｍのＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜１４を、ＣＶＤ法により形成する。その上に、厚さ７３０ｎｍのＫｒＦリソグラフィ用のポジ型の化学増幅型レジストレジスト１５をスピンコータにより塗布する。プリベーク後、マスク露光を行い、パターンを転写する。次に現像して、感光部が除去され、ドライエッチングのためのマスクが形成される。
【００４７】
次に、レジストをマスクとして、ドライエッチングにより、層間絶縁膜１４の一部を除去してコンタクトホール１４−１を形成する。ドライエッチングの直後に、紫外線照射装置により２８０ｎｍから３３０ｎｍの波長の遠紫外線を、Ｎ_２ガスを流しながら５分間基板表面に照射した。次に酸素プラズマによる平行平板型のプラズマアッシング装置により、ＲＦパワーを７００Ｗ、酸素ガスの流量を１００００ｓｃｃｍ、基板温度を２５０℃、アッシングのプロセス時間を９０秒として、ドライアッシングを行った。次に、以下の配合のアミン系薬液を７５℃にして、浸漬法によりウエット処理を１６分間行った。次に、厚さ２μｍのＡｌＣｕ合金を蒸着し、ＣＭＰを行って、コンタクトを有する半導体装置１０を形成した。
【００４８】
ウエット処理後のサンプルを光散乱法により検査したところ、コンタクトホール１４−１、層間絶縁膜１４の表面は正常であることが確認できた。
【００４９】
以上により、本実施形態および本実施例によれば、ドライエッチング後に遠紫外線を照射することにより、レジストおよびポリマー残渣を除去し易くし、その後のドライアッシングおよびウエット処理により、層間絶縁膜１４の表面、コンタクトホール１４−１の、側壁、底面等を清浄化することができ、低コンタクト抵抗の配線構造を有する半導体装置を形成することができる。
（第２実施形態）
本実施形態は、半導体装置の金属配線構造を形成するものである。
【００５０】
図５（Ａ）〜（Ｅ）は、本実施形態の半導体装置２０の製造工程を示す図である。
【００５１】
図５（Ａ）を参照するに、例えば、Ｓｉウェハーなどよりなる基板２１に、例えば、厚さ５００ｎｍのＳｉＯ_２よりなる絶縁膜２２を、高密度ＣＶＤ法などにより形成する。その上に、例えば、厚さ５００ｎｍのＡｌＣｕ合金よりなる金属配線膜２３を、スパッタ法などにより形成する。
【００５２】
図５（Ｂ）を参照するに、次に、第１実施形態と同様にして、厚さ１３００ｎｍのレジスト２４を形成し、パターニングする。
【００５３】
図５（Ｃ）を参照するに、次に、パターニングされたレジスト２４をマスクとして、異方性を有するドライエッチングにより、金属配線膜２３の一部を除去し、金属配線を形成する。ドライエッチングは、例えばＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマエッチング装置により、ＡｌＣｕ合金よりなる金属配線膜２３に対して、ＣＣｌ_４ガスを用いて行う。チャンバー内では、プラズマ放電により、Ｃｌ^＊などのラジカルが発生し、ＡｌＣｕ合金が分解され、ＡｌＣｌ_３などになってチャンバー外に排出され、金属配線が形成される。一方、マスクであるレジスト表面２４−１は、プラズマや熱にさらされ、レジストが変質または分解され、ポリマー残渣が生じ、ＡｌＣｕ合金などのエッチング残渣とともに金属配線膜２３の側壁あるいは絶縁膜２２の表面に付着する。
【００５４】
図５（Ｄ）を参照するに、次に、第１実施形態と同様にして、このような基板表面に遠紫外線を照射する。例えば、３００ｎｍ以下の遠紫外線の照射により、レジスト２４を構成する有機物の結合を開裂し、例えば、有機化合物のフリーラジカルや励起状態の分子にすることができる。また、例えば、約２８０ｎｍの遠紫外線の照射により、ポジ型の化学増幅型レジストは、アルカリ可溶性になり、前記ウエット処理により、除去しやすくなる。さらに、紫外線を照射しながら、ホットプレートなどで基板を加熱すると、より容易にレジストを除去し易くなる。また、例えば、酸素を含む雰囲気中での１８５ｎｍおよび２５４ｎｍ、または１７２ｎｍの遠紫外線の照射により、オゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊が発生、生成され、強力な酸化力を持ち、ポリマー残渣やレジストを分解し、上述した有機化合物のフリーラジカルや励起状態の分子と結合して、ＣＯ_２やＨ_２Ｏのような物質になって揮発する。また、揮発されないまでも、カルボニル基やカルボキシル基などの親水基となって、水に対する濡れ性が向上し、後述するウエット処理により、除去しやすくなる。
【００５５】
図５（Ｅ）を参照するに、次に、第１実施形態と同様にして、ドライアッシングおよびウエット処理により、レジストおよび遠紫外線処理により分解等したポリマー残渣を除去し、金属配線膜２３の表面および側面、絶縁膜２２の表面を清浄にする。
【００５６】
次に、厚さ１μｍのＳｉＯ_２よりなる層間絶縁膜２５を、高密度ＣＶＤ法などにより形成する。次に層間絶縁膜２５の表面をＣＭＰにより平坦にする。
【００５７】
以上により、図５（Ｅ）に示すように、半導体装置２０の金属配線構造が形成される。
【００５８】
本実施形態によれば、ドライエッチング後に遠紫外線を照射することにより、レジストおよびポリマー残渣を除去し易くし、その後のドライアッシングおよびウエット処理により、金属配線膜２３の側壁あるいは絶縁膜２２の表面のレジストおよびポリマー残渣を除去して清浄にすることができ、配線の断絶や短絡ない配線構造を有する半導体装置を形成することができる。
【００５９】
以下、本発明の半導体装置の製造方法に使用可能な製造装置について説明する。具体的には、紫外線照射手段を備えたドライエッチング装置、紫外線照射手段を備えたウエット処理装置、および紫外線照射手段を備えたチャンバーを含むクラスター型の半導体製造装置である。
【００６０】
上述した、図４に示す紫外線照射装置１００は、チャンバー内に紫外線照射手段のみを有する。しかし、例えば、ドライエッチング装置に紫外線照射手段を設け、ドライエッチング後、同じチャンバー内で紫外線照射を行うことができる。
【００６１】
図６は、紫外線照射手段を備えたドライエッチング装置１２０の構成を示す断面図である。
【００６２】
図６を参照するに、ドライエッチング装置１２０は、減圧可能なチャンバー１３０内にＲＦ電源１２２が接続された上部電極１２１と、上部電極と対向して配置され、接地されている下部電極１２５と、プロセスガスを供給するガス導入部１２３と、チャンバー１３０内を排気するための真空ポンプなどが接続される排気口１２７と、紫外線ランプ１２９と、紫外線を透過し、ドライエッチング時に発生するラジカルから紫外線ランプ１２９を隔離するための光学窓１２８とにより構成されている。基板１２４は、回転駆動部１２６により回転可能となっている。
【００６３】
このドライエッチング装置１２０により、ドライエッチングおよび紫外線照射を行う手順について以下に説明する。まず、下部電極１２５に基板１２４を配置し、真空度が例えば１０^−６Ｐａ程度までチャンバー１３０内を排気する。次に、ＣＦ_４ガスなどのプロセスガスをガス導入部１２３より供給して、上部電極１２１と下部電極１２５に挟まれた空間に、かかる混合ガスをフローする。次にＲＦ電源１２２により、ＲＦ電圧を印加し、プラズマ放電をさせる。プラズマ放電により発生したプロセスガスのラジカルが基板１２４表面の例えば層間絶縁膜と反応し、基板１２４表面をエッチングする。エッチングは、発生したガスを排気しながら行う。次に、例えば、酸素ガスを含むＡｒガスをガス導入部１２３より供給して、基板１２４を回転させながら、紫外線ランプ１２９により紫外線を照射する。紫外線ランプの紫外線の波長、出力、照射時間などは、第１実施形態と同様にして選択される。
【００６４】
このドライエッチング装置１２０により、レジストとドライエッチングによって発生したポリマー残渣を、大気に曝露せずにすぐに、紫外線を照射することができる。そして、紫外線の照射により、レジストやポリマー残渣の有機物の結合を開裂でき、また、オゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊により、レジストやポリマー残渣を分解し、さらに親水基に改質すことができる。この結果、この後のドライアッシングまたはウエット処理において、これらのレジストやポリマー残渣を除去しやすくすることができる。
【００６５】
次に、ウエット処理装置に紫外線照射手段を設けた半導体製造装置について説明する。図７は、紫外線照射手段を備えたウエット処理装置１４０の構成を示す断面図である。図７を参照するに、ウエット処理装置１４０は、減圧可能でかつ枚葉式の基板キャリア１４４を供給、排出可能な扉１４３を有するチャンバー１５０内に、レジスト剥離剤などの薬液およびプロセスガスを供給するノズル１４２と、紫外線ランプ１４１と、回転機構部１４８およびローター１４６により回転可能な、基板１４５が配置される基板キャリア１４４と、薬液を廃棄し、紫外線照射により発生するガスを排気する排気・廃液口１４７とにより構成されている。
【００６６】
このウエット処理装置１４０により、紫外線照射およびウエット処理を行う手順について以下に説明する。まず、基板キャリア１４４に基板１４５を配置し、扉１４３より、チャンバー内に基板キャリア１４４を配置する。次に、チャンバー内を一旦排気し、例えば、酸素ガスを含むＡｒガスをノズル１４２から供給して、基板１４５を回転させながら紫外線ランプ１４１により紫外線を照射する。次に、紫外線照射により発生したガスを排気した後、基板１４５を回転させながらノズル１４２より、図７に示す矢印のように、ウエット処理用の薬剤を噴射する。次に、基板１４５回転させながら、ノズル１４２よりリンス液を噴射し、基板１４５表面を中和、洗浄する。なお、紫外線ランプの紫外線の波長、出力、照射時間などは、第１実施形態と同様にして選択される。
【００６７】
このウエット処理装置１４０により、レジストとドライエッチングによって発生したポリマー残渣に紫外線を照射して、レジストやポリマー残渣の有機物の結合を開裂でき、また、オゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊により、レジストやポリマー残渣を分解し、さらに親水基に改質すことがでる。そしてすぐにウエット処理により基板表面から、レジストやポリマー残渣を除去することができるとともに、基板表面に生じた酸を中和できる。
【００６８】
次に、図４に示す紫外線照射装置を、他の処理装置と組み合わせたクラスター型の半導体製造装置について説明する。図８は、紫外線照射手段を備えたチャンバーを含むクラスター装置システム１６０の概略構成を示す平面図である。図８を参照するに、クラスター装置システム１６０は、基板を供給排出するＩＮ／ＯＵＴ室１６１と、紫外線照射処理をおこなう紫外線照射室１６２と、ドライアッシングを行うアッシング室１６３と、後処理を行う後処理室１６４と、基板表面の清浄度を検査する測定器室１６５と、基板の供給、排出をおこなう搬送ロボット１６７が設けられるロードロック室１６６とにより構成されている。
【００６９】
このクラスター装置システム１６０により、ＩＮ／ＯＵＴ室１６１から供給された基板について、レジストを除去する処理を連続して行うことができ、さらに測定器室１６５では、例えば接触角測定器を設けることにより、レジスト除去後の基板表面の清浄度を検査可能である。また、チャンバー毎に減圧雰囲気、例えば約４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）で処理を行うことができるので、紫外線照射処理のオゾンＯ_３および酸素ラジカルＯ^＊により派生して発生する副産物を、大気に解放することなく、排気口に排気処理装置を設けることにより、安全に処理することが可能である。図９は、このようなクラスター装置システムの排気を処理可能な排気処理装置１８０の構成を示す図である。図９を参照するに、排気処理装置１８０は、クラスター装置システムの排気口と接続される水を使用した液体エジェクターポンプ１８１と、エジェクターポンプ１８１の排気中の酸性ガスなどを吸着するトラップ１８２と、トラップ１８２に接続された各種ガスの処理設備１８３と、エジェクターポンプ１８１の酸排水を廃棄する廃棄口とにより構成されている。
【００７０】
この排気処理装置１８０により、液体エジェクターポンプ１８１は廃棄に含まれる酸性ガスに腐食されることなく、例えば、クラスター装置システムの排気をすることができ、かかる排気を安全に処理することができる。
【００７１】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、第１および第２実施形態では、紫外線照射処理後にドライアッシングおよびウエット処理を行う場合を説明したが、ドライアッシングまたはウエット処理のいずれか一方のみをおこなってもよい。また、ドライアッシング、紫外線照射処理、ウエット処理の順に行ってもよい。
【００７２】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）基板上にパターニングされたレジストをマスクとしてドライエッチングを行った後に、前記レジストを除去するレジスト除去工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記レジスト除去工程において、前記基板の表面に紫外線を照射して、その後、前記レジストを除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記２）前記レジストは、化学増幅レジストであることを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
（付記３）前記レジスト除去工程において、プラズマを用いたドライアッシングまたはレジスト剥離液を用いたウエット処理をして、前記レジストを除去することを特徴とする付記１または２記載の半導体装置の製造方法。
（付記４）前記レジスト除去工程は、前記基板を加熱しながら紫外線を照射することを特徴とする付記１から３のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
（付記５）前記紫外線は、オゾンを発生させる波長帯と、酸素ラジカルを生成する波長帯とを含むことを特徴とする付記１から４のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
（付記６）基板上にパターニングされたレジストをマスクとしてドライエッチングを行った後に、前記レジストを除去する半導体製造装置であって、チャンバー内を減圧する手段と、該チャンバー内に設けられ前記基板の表面に紫外線を照射する紫外線照射手段とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
（付記７）前記チャンバーは、ドライエッチング装置であることを特徴とする付記６記載の半導体製造装置。
（付記８）基板上にパターニングされたレジストをマスクとしてドライエッチングを行った後に、前記レジストを除去する半導体製造装置であって、ウエット処理手段と、前記基板の表面に紫外線を照射する紫外線照射手段とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、基板表面のレジストおよびポリマー残渣を除去して清浄化し、半導体装置の生産歩留まりの向上および生産性の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体装置のコンタクトホールを形成する製造工程を示す図である。
【図２】従来の半導体装置の金属配線構造を形成する製造工程を示す図である。
【図３】第１実施形態の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４】紫外線照射装置の構成を示す断面図である。
【図５】第２実施形態の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図６】紫外線照射手段を備えたドライエッチング装置の構成を示す断面図である。
【図７】紫外線照射手段を備えたウエット処理装置の構成を示す断面図である。
【図８】紫外線照射手段を備えたチャンバーを含むクラスター装置システムの概略構成を示す平面図である。
【図９】半導体製造装置に付帯する排気処理装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０、２０半導体装置
１１、２１基板
１２ポリＳｉ膜
１３ＣｏＳｉ_２膜
１４、２５層間絶縁膜
１５、２４レジスト
１６、２３金属配線膜
１６−１コンタクトホール
２２絶縁膜
１０１紫外線ランプ
１００紫外線照射装置

Claims

基板上にパターニングされたレジストをマスクとしてドライエッチングを行った後に、前記レジストを除去するレジスト除去工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記レジスト除去工程において、１７２ｎｍ，１８５ｎｍ，および２５４ｎｍよりなる群より選択される波長の紫外線を前記基板の表面に照射して、その後、プラズマを用いたドライアッシングまたはレジスト剥離液を用いたウエット処理をして、前記レジストを除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
基板上にパターニングされたポジ型のレジストをマスクとしてドライエッチングを行った後に、前記レジストを除去するレジスト除去工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記レジスト除去工程において、前記基板の表面に波長が２８０ｎｍの紫外線を照射して、その後、アルカリ可溶性となった前記レジストを除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
基板上にパターニングされたレジストをマスクとしてドライエッチングを行った後に、前記レジストを除去するレジスト除去工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記レジスト除去工程において、前記基板上に生成された有機物からなる残渣に紫外線を照射し、該残渣を有機化合物のフリーラジカル又は励起状態の分子にし、該紫外線の照射により発生したオゾン及び酸素ラジカルと該有機化合物のフリーラジカル又は励起状態の分子とを結合し、揮発させて、その後、プラズマを用いたドライアッシングまたはレジスト剥離液を用いたウエット処理をして、前記残渣を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記レジストは、化学増幅レジストであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
前記レジスト除去工程は、前記基板を加熱しながら紫外線を照射することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
前記紫外線は、オゾンを発生させる波長帯と、酸素ラジカルを生成する波長帯とを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。