JP4181293B2 - 電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイスの製造方法に関し、特に、導電膜又は絶縁膜等の被加工膜に対してドライエッチングを行なって該被加工膜をパターニングした後に、形成されたパターンの壁面等に付着した反応生成物を除去する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子デバイスの製造においては、例えば、絶縁膜にビアホールを形成するために絶縁膜に対してドライエッチング技術を用いる場合、又は、導電膜から配線パターンを形成するために導電膜に対してドライエッチング技術を用いる場合が多い。このとき、形成されたビアホール又は配線パターン等の被エッチングパターンの壁面に、エッチングガス、フォトレジスト又は被加工膜等に起因して反応生成物(側壁保護膜又はポリマー残さ等)が付着することが知られている。このような反応生成物が、例えば絶縁膜に形成されたビアホールの底面に付着すると、接合不良、ビアコンタクト抵抗の増大、又は配線パターン(下層配線)の腐食等が生じて、電子デバイスの信頼性が著しく損なわれる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記の反応生成物を除去するために、有機溶剤の水溶液に、絶縁膜に対してエッチング作用を有するフッ素化合物が添加された洗浄液(以下、従来の洗浄液と称する)が用いられている(特開平7−201794、特開平10−55993参照)。
【0004】
ところで、近年、電子デバイスの高度な微細化に伴ってエッチング選択比を増大させるため、新たなレジスト材料が導入されてきていると共に、環境問題に配慮して、地球温暖化係数の小さい新たなエッチングガス(C5F8等)が導入されてきている。このため、ドライエッチング時に、従来とは異なる成分を有する反応生成物が従来よりも大量に生じるようになったので、該反応生成物を従来の洗浄液を用いて除去することが困難になっている。
【0005】
前記に鑑み、本発明は、被エッチングパターンの壁面等に付着した反応生成物を確実に除去できるようにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本件発明者らは、前記の目的を達成するために、洗浄液に含まれるフッ素化合物の量と、反応生成物の除去能力との関係を検討した。
【0007】
以下、第1の比較例に係る電子デバイスの製造方法について、配線上に形成された絶縁膜に対してドライエッチングを行なってビアホールを形成した後、フッ素化合物の含有量が相対的に少ない洗浄液、言い換えると、絶縁膜に対するエッチング力が相対的に弱い洗浄液を用いてビアホールの壁面等に付着した反応生成物を除去する場合を例として、図3(a)〜(c)を参照しながら説明する。
【0008】
まず、図3(a)に示すように、基板1上に、第1の窒化チタン膜2A、アルミニウム合金膜3及び第2の窒化チタン膜2Bからなる積層構造を有する下層配線4を形成した後、該下層配線4上に絶縁膜5を形成し、その後、絶縁膜5上に、ビアホール形成領域に開口部を有するレジストパターン6を形成した。
【0009】
次に、レジストパターン6をマスクとして絶縁膜5及び第2の窒化チタン膜2Bに対して順次ドライエッチングを行なって、図3(b)に示すように、ビアホール7を形成した後、プラズマアッシングによりレジストパターン6を除去した。このとき、ビアホール7の壁面及び底面等に反応生成物8が付着した。
【0010】
次に、フッ素化合物の含有量が相対的に少ない洗浄液として、例えば三菱瓦斯化学株式会社製ELM−C30−A01(以下、洗浄液Aと称する)を室温(23℃)で10〜20分間用いてビアホール7の内部を洗浄した後、該ビアホール7の内部を水洗し、その後、基板1を乾燥した。
【0011】
その結果、図3(c)に示すように、反応生成物8におけるビアホール7の底面上の部分が除去できなかったため、後の工程においてビアホール7に導電膜を埋め込んでビアコンタクトを形成すると共に該ビアコンタクトを介して下層配線4と接続される上層配線を形成したときに、該上層配線と下層配線4との間で接合不良が生じた。このため、ビアコンタクトの抵抗値を測定することはできなかった。
【0012】
すなわち、洗浄液に含まれるフッ素化合物の含有量が相対的に少ないと、反応生成物の除去能力が、洗浄液に含まれる有機溶剤の反応生成物に対する溶解能力に主として依存するため、反応生成物の除去に要する時間が増大すると共に反応生成物を完全に除去することが困難になる。
【0013】
以下、第2の比較例に係る電子デバイスの製造方法について、配線上に形成された絶縁膜に対してドライエッチングを行なってビアホールを形成した後、フッ素化合物の含有量が相対的に多い洗浄液、言い換えると、絶縁膜に対するエッチング力が相対的に強い洗浄液を用いてビアホールの壁面等に付着した反応生成物を除去する場合を例として、図4(a)〜(c)を参照しながら説明する。尚、第2の比較例における図4(a)、(b)に示す工程については、第1の比較例における図3(a)、(b)に示す工程と同一であるので説明を省略する。
【0014】
第2の比較例においては、フッ素化合物の含有量が相対的に多い洗浄液として、例えば三菱瓦斯化学株式会社製ELM−C30−A10(以下、洗浄液Bと称する)を室温(23℃)で10〜20分間用いてビアホール7の内部を洗浄した後、該ビアホール7の内部を水洗し、その後、基板1を乾燥した。洗浄液Bのフッ素化合物の含有量は、洗浄液Aのフッ素化合物の含有量の8倍程度であり、洗浄液Bの絶縁膜に対するエッチング力、例えば同一時間に同一種類の絶縁膜をエッチングする量は、洗浄液Aの絶縁膜に対するエッチング力の50〜200倍程度である。
【0015】
その結果、図4(c)に示すように、反応生成物8が完全に除去される一方、反応生成物8と共に絶縁膜5におけるビアホール7の近傍部分も除去されてしまった。尚、図4(c)において、ビアホール7が所定の寸法で形成された場合における、ビアホール7の壁面又は底面の位置を破線で示している。
【0016】
ところで、洗浄液Bを用いてビアホール7の内部を洗浄した後、該ビアホール7の内部を水洗すると、該水洗時に水により希釈された洗浄液Bは、下層配線4を構成する導電膜、具体的にはアルミニウム合金膜3を腐食させる力を生じる。具体的には、水洗時に洗浄液Bがアルミニウム合金膜3を腐食させる力、つまり洗浄液Bのアルミニウム合金膜3に対する水洗時腐食力は、洗浄液Aのアルミニウム合金膜3に対する水洗時腐食力(最大値)の3倍程度である。
【0017】
図5(a)は、第2の比較例に係る電子デバイスの製造方法においてビアホールの内部を水洗しているときの該ビアホールの内部における水流の強さを示している。尚、図5(a)において、矢印a〜eはビアホール7の内部の各部分における水流を表し、矢印a〜eの長さは各水流の強さを模式的に表している。
【0018】
図5(b)は、第2の比較例に係る電子デバイスの製造方法においてビアホールの内部を水洗しているときの該ビアホールの内部における洗浄液Bの濃度変化を示している。尚、図5(b)において、図5(a)の矢印a〜eで表された各水流と対応させて洗浄液Bの濃度変化を示している。
【0019】
図5(a)に示すように、ビアホール7の底面に近づくに伴って、水流の強さは弱くなる。これは、ビアホール7の内部における水流の強さが、ビアホール7の上方における水流の拡散速度に依存していることが原因と考えられる。このため、図5(b)に示すように、ビアホール7の底面に近づくに伴って、洗浄液Bの濃度が低下しにくくなるので、アルミニウム合金膜3におけるビアホール7に露出する部分が、洗浄液Bに長時間さらされることになる。従って、図4(c)に示すように、残存する反応生成物8が除去される一方、アルミニウム合金膜3の露出部分が腐食されて溶解してしまうので、絶縁膜5の下側に空洞部9が形成される。このとき、アルミニウム合金膜3における空洞部9の近傍部分等に水酸化物が形成される結果、ビアホール7に導電膜を埋め込むことにより形成されたビアコンタクトに対して加速試験、具体的には200℃の高温下で1000時間の高温保存抵抗上昇率試験を行なったところ、ビアコンタクトの抵抗値の上昇率(以下、ビア抵抗上昇率と称する)は10%を越えた。
【0020】
すなわち、洗浄液に含まれるフッ素化合物の含有量が相対的に多いと、反応生成物の下地である絶縁膜に対してエッチングが行なわれて、反応生成物の除去が容易になる一方、絶縁膜に形成されたビアホールの寸法が拡大してしまうと共に、下層配線を構成する導電膜におけるビアホールに露出する部分が腐食されてしまう。
【0021】
本発明は、前記の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係る第1の電子デバイスの製造方法は、基板上に形成された導電パターン上に絶縁膜を形成する第1の工程と、レジストパターンをマスクとして絶縁膜に対してドライエッチングを行なって、絶縁膜に開口部を形成する第2の工程と、開口部の壁面又は底面に付着した反応生成物を除去する第3の工程と、反応生成物が除去された開口部の内部を水洗する第4の工程とを備え、第3の工程は、フッ素化合物の含有量が相対的に少ない第1の洗浄液を用いた相対的に洗浄時間の長い第1ステップと、フッ素化合物の含有量が相対的に多い第2の洗浄液を用いた相対的に洗浄時間の短い第2ステップとにより、反応生成物を除去する工程を含み、第1の洗浄液及び第2の洗浄液は、それぞれ同一の有機溶剤を含み、第2の洗浄液の絶縁膜に対するエッチング力は、第1の洗浄液の絶縁膜に対するエッチング力の50〜200倍である。
【0022】
第1の電子デバイスの製造方法によると、絶縁膜に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液、及び絶縁膜に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液を順次用いることにより、絶縁膜に形成された開口部の壁面又は底面に付着した反応生成物を除去する。このため、反応生成物を第1の洗浄液により部分的に除去した後、残存する反応生成物を第2の洗浄液により除去することができる。従って、第2の洗浄液のみを用いて反応生成物を除去する場合と比べて、第2の洗浄液を使用する時間を短縮でき、それによって絶縁膜に対するエッチング量を低減できるので、開口部の寸法拡大を招くことなく、反応生成物を確実に除去することができる。
【0023】
第1の電子デバイスの製造方法において、第1の洗浄液及び第2の洗浄液は、それぞれ同一の有機溶剤を含むことが好ましい。
【0024】
このようにすると、各洗浄液に対して個々に廃液ラインを設置する必要がなくなって、廃液ラインを一元化することができる。
【0025】
第1の電子デバイスの製造方法において、第1の洗浄液及び第2の洗浄液は、それぞれ同一の洗浄チャンバーにおいて用いられることが好ましい。
【0026】
このようにすると、反応生成物の除去に要する時間を短縮することができる。
【0027】
第1の電子デバイスの製造方法において、第3の工程と第4の工程との間に、第4の工程において導電パターンを腐食させる力が第2の洗浄液よりも弱い第3の洗浄液を用いることにより、反応生成物が除去された開口部の内部を洗浄する工程をさらに備えていることが好ましい。
【0028】
このようにすると、第2の洗浄液を用いて反応生成物を除去した後、開口部の内部を水洗する前に、該開口部の内部に残存する第2の洗浄液を第3の洗浄液と置換することができる。従って、第2の洗浄液を用いた直後に開口部の内部を水洗する場合と比べて、水洗時に導電パターンが腐食される量を低減できるので、絶縁膜の下側に形成される空洞部の大きさを小さくすることができる。
【0029】
第3の洗浄液を用いる場合、第3の洗浄液は、絶縁膜に対するエッチング力が相対的に弱いことが好ましい。
【0030】
このようにすると、絶縁膜に対するエッチング量を低減できるので、開口部の寸法拡大を防止することができる。
【0031】
第3の洗浄液を用いる場合、第3の洗浄液は、第1の洗浄液と同一の洗浄液であることが好ましい。
【0032】
このようにすると、洗浄工程で用いられる洗浄液の種類を低減することができる。
【0033】
第3の洗浄液を用いる場合、第3の洗浄液は、絶縁膜に対するエッチング力が実質的にないと共に第4の工程において導電パターンを腐食させる力が実質的にないことが好ましい。
【0034】
このようにすると、開口部の寸法拡大を確実に防止しつつ、水洗時に導電パターンが腐食されることを確実に回避することができる。
【0035】
本発明に係る第2の電子デバイスの製造方法は、基板上に形成された下地膜上に被加工膜を形成する第1の工程と、マスクパターンを用いて被加工膜に対してドライエッチングを行なって被エッチングパターンを形成する第2の工程と、被エッチングパターンの壁面に付着した反応生成物を除去する第3の工程と、反応生成物が除去された被エッチングパターン又はその周辺部を水洗する第4の工程とを備え、第3の工程は、フッ素化合物の含有量が相対的に少ない第1の洗浄液を用いた相対的に洗浄時間の長い第1ステップと、フッ素化合物の含有量が相対的に多い第2の洗浄液を用いた相対的に洗浄時間の短い第2ステップとにより、反応生成物を除去する工程を含み、前記第1の洗浄液及び第2の洗浄液は、それぞれ同一の有機溶剤を含み、前記第2の洗浄液の前記被加工膜に対するエッチング力は、前記第1の洗浄液の前記被加工膜に対するエッチング力の50〜200倍である。
【0036】
第2の電子デバイスの製造方法によると、被加工膜に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液、及び被加工膜に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液を順次用いることにより、被エッチングパターンの壁面に付着した反応生成物を除去する。このため、反応生成物を第1の洗浄液により部分的に除去した後、残存する反応生成物を第2の洗浄液により除去することができる。従って、第2の洗浄液のみを用いて反応生成物を除去する場合と比べて、第2の洗浄液を使用する時間を短縮でき、それによって被加工膜に対するエッチング量を低減できるので、被エッチングパターンの寸法変化を招くことなく、反応生成物を確実に除去することができる。
【0037】
第2の電子デバイスの製造方法において、第1の洗浄液及び第2の洗浄液は、それぞれ同一の有機溶剤を含むことが好ましい。
【0038】
このようにすると、各洗浄液に対して個々に廃液ラインを設置する必要がなくなって、廃液ラインを一元化することができる。
【0039】
第2の電子デバイスの製造方法において、第1の洗浄液及び第2の洗浄液は、それぞれ同一の洗浄チャンバーにおいて用いられることが好ましい。
【0040】
このようにすると、反応生成物の除去に要する時間を短縮することができる。
【0041】
第2の電子デバイスの製造方法において、第3の工程と第4の工程との間に、第4の工程において下地膜を腐食させる力が第2の洗浄液よりも弱い第3の洗浄液を用いることにより、反応生成物が除去された被エッチングパターン又はその周辺部を洗浄する工程をさらに備えていることが好ましい。
【0042】
このようにすると、第2の洗浄液を用いて反応生成物を除去した後、被エッチングパターン又はその周辺部を水洗する前に、被エッチングパターン又はその周辺部の上に残存する第2の洗浄液を第3の洗浄液と置換することができる。従って、第2の洗浄液を用いた直後に被エッチングパターン又はその周辺部を水洗する場合と比べて、水洗時に下地膜が腐食される量を低減することができる。
【0043】
第3の洗浄液を用いる場合、第3の洗浄液は、被加工膜に対するエッチング力が相対的に弱いことが好ましい。
【0044】
このようにすると、被加工膜に対するエッチング量を低減できるので、被エッチングパターンの寸法変化を防止することができる。
【0045】
第3の洗浄液を用いる場合、第3の洗浄液は、第1の洗浄液と同一の洗浄液であることが好ましい。
【0046】
このようにすると、洗浄工程で用いられる洗浄液の種類を低減することができる。
【0047】
第3の洗浄液を用いる場合、第3の洗浄液は、被加工膜に対するエッチング力が実質的にないと共に第4の工程において下地膜を腐食させる力が実質的にないことが好ましい。
【0048】
このようにすると、被エッチングパターンの寸法変化を確実に防止しつつ、水洗時に下地膜が腐食されることを確実に防止できる。
【0049】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態に係る電子デバイスの製造方法について、図1(a)〜(d)を参照しながら説明する。
【0050】
まず、図1(a)に示すように、基板11上に、第1の窒化チタン膜12A、アルミニウム合金膜13及び第2の窒化チタン膜12Bからなる積層構造を有する下層配線14を形成した後、該下層配線14上に絶縁膜15を形成し、その後、絶縁膜15上に、ビアホール形成領域に開口部を有するレジストパターン16を形成する。
【0051】
次に、レジストパターン16をマスクとして絶縁膜15及び第2の窒化チタン膜12Bに対して順次ドライエッチングを行なって、図1(b)に示すように、ビアホール17を形成した後、プラズマアッシングによりレジストパターン16を除去する。
【0052】
このとき、ビアホール17の壁面又は底面等に反応生成物18が付着する。
【0053】
次に、反応生成物18を除去するため、絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液、具体的には、フッ素化合物の含有量が相対的に少ない洗浄液、例えば三菱瓦斯化学株式会社製ELM−C30−A01(以下、洗浄液Aとする)を室温、例えば23℃で10〜20分間程度用いてビアホール17の内部を洗浄する。
【0054】
このようにすると、第1の洗浄液の絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に弱いため、図1(c)に示すように、ビアホール17の寸法拡大を招くことなく、反応生成物18におけるビアホール17の底面の近傍部分以外の他の部分が除去される。
【0055】
次に、残存する反応生成物18を除去するため、第1の洗浄液を用いた洗浄チャンバー(図示省略)において、絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液、具体的には、フッ素化合物の含有量が相対的に多い洗浄液、例えば三菱瓦斯化学株式会社製ELM−C30−A10(以下、洗浄液Bとする)を室温、例えば23℃で30秒〜5分間程度用いてビアホール17の内部を洗浄する。尚、洗浄液Bのフッ素化合物の含有量は、洗浄液Aのフッ素化合物の含有量の8倍程度であり、洗浄液Bの絶縁膜15に対するエッチング力、例えば同一時間に同一種類の絶縁膜をエッチングする量は、洗浄液Aの絶縁膜15に対するエッチング力の50〜200倍程度である。
【0056】
このようにすると、絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液を用いて反応生成物18を部分的に除去した後、残存する反応生成物18を、絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液を用いて除去しているため、第2の洗浄液を使用する時間を、第2の洗浄液のみを用いて反応生成物18を除去する場合と比べて短縮できる。このため、図1(d)に示すように、絶縁膜15に対するエッチング量を低減できるので、ビアホール17の寸法拡大を招くことなく、反応生成物18を確実に除去することができる。
【0057】
ところで、第2の洗浄液つまり洗浄液Bを用いてビアホール17の内部を洗浄した後、引き続いてビアホール17の内部を水洗すると、該水洗時に水により希釈された洗浄液Bは、下層配線14を構成する導電膜、具体的にはアルミニウム合金膜13を腐食させる力を生じる。具体的には、水洗時に洗浄液Bがアルミニウム合金膜13を腐食させる力、つまり洗浄液Bのアルミニウム合金膜13に対する水洗時腐食力は、例えば、洗浄液Aのアルミニウム合金膜13に対する水洗時腐食力(最大値)の3倍程度である。
【0058】
そこで、第1の実施形態においては、第2の洗浄液を用いて反応生成物18を除去した後、ビアホール17の内部を水洗する前に、ビアホール17の内部に残存する第2の洗浄液つまり洗浄液Bを、アルミニウム合金膜13に対する水洗時腐食力が第2の洗浄液(洗浄液B)よりも弱い第3の洗浄液と置換する。具体的には、第1の洗浄液及び第2の洗浄液を用いた洗浄チャンバーにおいて、第3の洗浄液として、例えば第1の洗浄液と同一の洗浄液である洗浄液Aを、室温、例えば23℃で30秒〜10分間程度用いてビアホール17の内部を洗浄する。これにより、第2の洗浄液を用いた直後にビアホール17の内部を水洗する場合と比べて、水洗時にアルミニウム合金膜13が腐食される量を低減できる。その後、第1〜第3の洗浄液を用いた洗浄チャンバーにおいてビアホール17の内部を水洗した後、基板11を乾燥する。
【0059】
以上に説明したように、第1の実施形態によると、絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液、及び絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液を順次用いることにより、絶縁膜15に形成されたビアホール17の壁面又は底面等に付着した反応生成物18を除去する。このため、反応生成物18を第1の洗浄液により部分的に除去した後、残存する反応生成物18を第2の洗浄液により除去することができる。従って、第2の洗浄液のみを用いて反応生成物18を除去する場合と比べて、第2の洗浄液を使用する時間を短縮でき、それによって絶縁膜15に対するエッチング量を低減できるので、ビアホール17の寸法拡大を招くことなく、反応生成物18を確実に除去することができる。
【0060】
また、第1の実施形態によると、第1の洗浄液及び第2の洗浄液を用いて反応生成物18を除去した後、ビアホール17の内部を水洗する前に、下層配線14を構成するアルミニウム合金膜13に対する水洗時腐食力が第2の洗浄液よりも弱い第3の洗浄液を用いてビアホール17の内部を洗浄する。このため、ビアホール17の内部に残存する第2の洗浄液を第3の洗浄液と置換することができる。従って、第2の洗浄液を用いた直後にビアホール17の内部を水洗する場合と比べて、アルミニウム合金膜13が腐食される量を低減できるので、絶縁膜15の下側に形成される空洞部19の大きさを小さくすることができる。また、アルミニウム合金膜13における空洞部19の近傍部分等に形成される水酸化物の量を低減できるので、ビアホール17に導電膜を埋め込むことにより形成されたビアコンタクトに対して加速試験(高温保存抵抗上昇率試験)を行なった場合にも、該ビアコンタクトの抵抗値の上昇を抑制することができる。
【0061】
さらに、第1の実施形態によると、第3の洗浄液として、第1の洗浄液と同一の洗浄液であり且つ絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に弱い洗浄液Aを用いるため、洗浄工程で用いられる洗浄液の種類を低減できると共に、絶縁膜15に対するエッチング量を低減してビアホール17の寸法拡大を防止することができる。
【0062】
表1は、第1の実施形態に係る電子デバイスの製造方法、第1の比較例及び第2の比較例(「課題を解決するための手段」参照)を、反応生成物を除去する能力、ビアホールの寸法拡大を抑制する能力、空洞部の形成を抑制する能力、及び高温保存抵抗上昇率試験(200℃、1000時間)におけるビアコンタクトの抵抗値の上昇を抑制する能力について、それぞれ比較した結果を示している。
【0063】
【表1】
【0064】
表1に示すように、第1の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を用いることにより、ビアホール17の壁面又は底面等に付着した反応生成物18を完全に除去することができると共に、ビアホール17の寸法拡大を30nm未満に抑制することができた。その一方、相対的に小さな空洞部19の形成が認められると共に、高温保存抵抗上昇率試験におけるビア抵抗上昇率が2%以上10%未満程度であった。
【0065】
尚、第1の実施形態において、下層配線14を構成する導電膜として、第1の洗浄液又は第2の洗浄液に添加されたフッ素化合物に対して比較的耐食性の低い、言い換えると、該フッ素化合物により腐食されやすいアルミニウム合金膜13を含む積層膜を用いたが、これに限られず、アルミニウム合金膜の単層膜、アルミニウム膜の単層膜若しくは積層膜、又はフッ素化合物により腐食されにくい他の金属膜等を用いてもよい。
【0066】
また、第1の実施形態において、第1の洗浄液として、絶縁膜15に対してエッチング作用を有するフッ素化合物が相対的に少量添加された洗浄液Aを用いたが、これに限られず、絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に弱い他の洗浄液を用いてもよい。
【0067】
また、第1の実施形態において、第2の洗浄液として、絶縁膜15に対してエッチング作用を有するフッ素化合物が相対的に多量添加された洗浄液Bを用いたが、これに限られず、絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に強い他の洗浄液を用いてもよい。
【0068】
また、第1の実施形態において、第2の洗浄液として、絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に強く且つ下層配線14を構成する導電膜に対する水洗時腐食力が相対的に強い洗浄液Bを用いたが、これに代えて、絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に強く且つ下層配線14を構成する導電膜に対する水洗時腐食力が相対的に弱い他の洗浄液を用いてもよい。このようにすると、第2の洗浄液を用いた直後にビアホール17の内部を水洗した場合にも、該水洗時に下層配線14を構成する導電膜が腐食される量を低減させることができる。従って、第3の洗浄液を用いる必要がないので、洗浄工程全体に要する時間を短縮することができる。
【0069】
また、第1の実施形態において、第2の洗浄液として、下層配線14を構成する導電膜に対する水洗時腐食力が相対的に強い洗浄液を用いる場合にも、製造対象の電子デバイスの性能上、下層配線14を構成する導電膜の劣化、又はビアホール17に導電膜を埋め込むことにより形成されるビアコンタクトの抵抗値の上昇等が問題にならなければ、第3の洗浄液を用いる工程を省略してもよい。このようにすると、洗浄工程全体に要する時間を短縮することができる。
【0070】
また、第1の実施形態において、第3の洗浄液として、第1の洗浄液と同一の洗浄液、具体的には洗浄液Aを用いたが、これに限られず、下層配線14を構成する導電膜に対する水洗時腐食力が第2の洗浄液よりも弱い他の洗浄液を用いてもよい。このとき、第3の洗浄液は、絶縁膜15に対するエッチング力が相対的に弱いことが好ましい。
【0071】
また、第1の実施形態において、第1の洗浄液又は第2の洗浄液を室温、具体的には23℃で用いたが、これに限られず、18〜25℃程度で用いてもよい。また、第1の洗浄液又は第2の洗浄液を18〜25℃程度で用いたときに反応生成物18の除去速度が著しく遅くなる場合には、第1の洗浄液又は第2の洗浄液を、例えば35〜60℃程度に加熱して用いてもよい。
【0072】
また、第1の実施形態において、第1〜第3の洗浄液をそれぞれ用いる洗浄温度及び洗浄時間は、反応生成物18の状態、又は下層配線14を構成する導電膜の種類等を考慮して適切に決定されることが好ましい。
【0073】
また、第1の実施形態において、第1〜第3の洗浄液は、それぞれ同一の有機溶剤を含むことが好ましい。このようにすると、各洗浄液に対して個々に廃液ラインを設置する必要がなくなって、廃液ラインを一元化することが可能になる。
【0074】
また、第1の実施形態において、第1〜第3の洗浄液を用いた洗浄方法としては、例えば基板11つまり被処理基板を洗浄液に浸漬することによって洗浄するバッチ式の洗浄方法、又は被処理基板に回転を加えながら被処理基板に対して洗浄液をシャワー状に噴霧したり、吐出したり、連続的若しくは間欠的に滴下したりすることによって洗浄する枚葉式若しくはバッチ式の洗浄方法等を用いることができる。
【0075】
また、第1の実施形態において、第1〜第3の洗浄液は全て同一の洗浄チャンバーにおいて用いられることが好ましい。このようにすると、洗浄工程全体に要する時間を短縮することができる。また、この場合、第1〜第3の洗浄液が用いられた洗浄チャンバーにおいてビアホール17の内部を水洗する工程を行なうと、洗浄工程全体に要する時間をさらに短縮することができる。
【0076】
また、第1の実施形態において、配線上に形成された絶縁膜に対してドライエッチングを行なってビアホールを形成した後、該ビアホールの壁面又は底面等に付着した反応生成物を除去する場合を対象としたが、これに限られず、例えば、MOSトランジスタのゲート電極の上に形成された絶縁膜に対してドライエッチングを行なってコンタクトホールを形成した後、該コンタクトホールの壁面又は底面等に付着した反応生成物を除去する場合、又は、絶縁膜上に形成された導電膜に対してドライエッチングを行なって配線パターンを形成した後、該配線パターンの壁面等に付着した反応生成物を除去する場合等を対象としてもよい。コンタクトホールの壁面又は底面等に付着した反応生成物を除去する場合、コンタクトホールが形成された絶縁膜に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液、及び該絶縁膜に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液を順次用いることにより、反応生成物を除去することが好ましい。また、配線パターンの壁面等に付着した反応生成物を除去する場合、配線パターンを構成する導電膜に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液、及び該導電膜に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液を順次用いることにより、反応生成物を除去することが好ましい。
【0077】
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態に係る電子デバイスの製造方法について、図2(a)〜(d)を参照しながら説明する。
【0078】
まず、図2(a)に示すように、基板21上に、第1の窒化チタン膜22A、アルミニウム合金膜23及び第2の窒化チタン膜22Bからなる積層構造を有する下層配線24を形成した後、該下層配線24上に絶縁膜25を形成し、その後、絶縁膜25上に、ビアホール形成領域に開口部を有するレジストパターン26を形成する。
【0079】
次に、レジストパターン26をマスクとして絶縁膜25及び第2の窒化チタン膜22Bに対して順次ドライエッチングを行なって、図2(b)に示すように、ビアホール27を形成した後、プラズマアッシングによりレジストパターン26を除去する。
【0080】
このとき、ビアホール27の壁面又は底面等に反応生成物28が付着する。
【0081】
次に、反応生成物28を除去するため、絶縁膜25に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液、具体的には、フッ素化合物の含有量が相対的に少ない洗浄液、例えば三菱瓦斯化学株式会社製ELM−C30−A01(以下、洗浄液Aとする)を室温、例えば23℃で10〜20分間程度用いてビアホール27の内部を洗浄する。
【0082】
このようにすると、第1の洗浄液の絶縁膜25に対するエッチング力が相対的に弱いため、図2(c)に示すように、ビアホール27の寸法拡大を招くことなく、反応生成物28におけるビアホール27の底面の近傍部分以外の他の部分が除去される。
【0083】
次に、残存する反応生成物28を除去するため、第1の洗浄液を用いた洗浄チャンバー(図示省略)において、絶縁膜25に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液、具体的には、フッ素化合物の含有量が相対的に多い洗浄液、例えば三菱瓦斯化学株式会社製ELM−C30−A10(以下、洗浄液Bとする)を室温、例えば23℃で30秒〜5分間程度用いてビアホール27の内部を洗浄する。尚、洗浄液Bのフッ素化合物の含有量は、洗浄液Aのフッ素化合物の含有量の8倍程度であり、洗浄液Bの絶縁膜25に対するエッチング力、例えば同一時間に同一種類の絶縁膜をエッチングする量は、洗浄液Aの絶縁膜25に対するエッチング力の50〜200倍程度である。
【0084】
このようにすると、絶縁膜25に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液を用いて反応生成物28を部分的に除去した後、残存する反応生成物28を、絶縁膜25に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液を用いて除去しているため、第2の洗浄液を使用する時間を、第2の洗浄液のみを用いて反応生成物28を除去する場合と比べて短縮できる。このため、図2(d)に示すように、絶縁膜25に対するエッチング量を低減できるので、ビアホール27の寸法拡大を招くことなく、反応生成物28を確実に除去することができる。
【0085】
ところで、第2の洗浄液つまり洗浄液Bを用いてビアホール27の内部を洗浄した後、引き続いてビアホール27の内部を水洗すると、該水洗時に水により希釈された洗浄液Bは、下層配線24を構成する導電膜、具体的にはアルミニウム合金膜23を腐食させる力を生じる。具体的には、洗浄液Bのアルミニウム合金膜23に対する水洗時腐食力は、例えば、洗浄液Aのアルミニウム合金膜23に対する水洗時腐食力(最大値)の3倍程度である。
【0086】
そこで、第2の実施形態においては、第2の洗浄液を用いて反応生成物28を除去した後、ビアホール27の内部を水洗する前に、ビアホール27の内部に残存する第2の洗浄液つまり洗浄液Bを、絶縁膜25に対するエッチング力が実質的になく且つアルミニウム合金膜23に対する水洗時腐食力が実質的にない第3の洗浄液と置換する。具体的には、第1の洗浄液及び第2の洗浄液を用いた洗浄チャンバーにおいて、第3の洗浄液として、例えばN,N−ジメチルホルムアミド等の有機溶剤を1〜60質量%程度含む洗浄液(絶縁膜25に対してエッチング作用を有するフッ素化合物等は添加されていない)を室温、例えば23℃で30秒〜10分間程度用いてビアホール27の内部を洗浄する。これにより、第2の洗浄液を用いた直後にビアホール27の内部を水洗する場合と比べて、水洗時にアルミニウム合金膜23が腐食される量を確実に低減できる。その後、第1〜第3の洗浄液を用いた洗浄チャンバーにおいてビアホール27の内部を水洗した後、基板21を乾燥する。
【0087】
以上に説明したように、第2の実施形態によると、絶縁膜25に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液、及び絶縁膜25に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液を順次用いることにより、絶縁膜25に形成されたビアホール27の壁面又は底面等に付着した反応生成物28を除去する。このため、反応生成物28を第1の洗浄液により部分的に除去した後、残存する反応生成物28を第2の洗浄液により除去することができる。従って、第2の洗浄液のみを用いて反応生成物28を除去する場合と比べて、第2の洗浄液を使用する時間を短縮でき、それによって絶縁膜25に対するエッチング量を低減できるので、ビアホール27の寸法拡大を招くことなく、反応生成物28を確実に除去することができる。
【0088】
また、第2の実施形態によると、第1の洗浄液及び第2の洗浄液を用いて反応生成物28を除去した後、ビアホール27の内部を水洗する前に、下層配線24を構成するアルミニウム合金膜23に対する水洗時腐食力が実質的にない第3の洗浄液を用いてビアホール27の内部を洗浄する。このため、ビアホール27の内部に残存する第2の洗浄液を第3の洗浄液と置換することができ、それによって水洗時にアルミニウム合金膜23が腐食されることを防止できるので、絶縁膜25の下側に空洞部が形成される事態を回避することができる。また、アルミニウム合金膜23が実質的に腐食されないので、ビアホール27に導電膜を埋め込むことにより形成されたビアコンタクトに対して加速試験(高温保存抵抗上昇率試験)を行なった場合にも、該ビアコンタクトの抵抗値の上昇を確実に抑制することができる。
【0089】
さらに、第2の実施形態によると、第3の洗浄液として、絶縁膜25に対するエッチング力が実質的にない洗浄液を用いるため、絶縁膜25がエッチングされることがないので、ビアホール27の寸法拡大を確実に防止することができる。
【0090】
表2は、第2の実施形態に係る電子デバイスの製造方法、第1の比較例及び第2の比較例(「課題を解決するための手段」参照)を、反応生成物を除去する能力、ビアホールの寸法拡大を抑制する能力、空洞部の形成を抑制する能力、及び高温保存抵抗上昇率試験(200℃、1000時間)におけるビアコンタクトの抵抗値の上昇を抑制する能力について、それぞれ比較した結果を示している。
【0091】
【表2】
【0092】
表2に示すように、第2の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を用いることにより、ビアホール27の壁面又は底面等に付着した反応生成物28を完全に除去することができると共に、ビアホール27の寸法拡大を30nm未満に抑制することができた。また、空洞部の形成が実質的に認められないと共に、高温保存抵抗上昇率試験におけるビア抵抗上昇率が2%未満程度であった。
【0093】
尚、第2の実施形態において、下層配線24を構成する導電膜として、第1の洗浄液又は第2の洗浄液に添加されたフッ素化合物に対して比較的耐食性の低い、言い換えると、該フッ素化合物により腐食されやすいアルミニウム合金膜23を含む積層膜を用いたが、これに限られず、アルミニウム合金膜の単層膜、アルミニウム膜の単層膜若しくは積層膜、又はフッ素化合物により腐食されにくい他の金属膜等を用いてもよい。
【0094】
また、第2の実施形態において、第1の洗浄液として、絶縁膜25に対してエッチング作用を有するフッ素化合物が相対的に少量添加された洗浄液Aを用いたが、これに限られず、絶縁膜25に対するエッチング力が相対的に弱い他の洗浄液を用いてもよい。
【0095】
また、第2の実施形態において、第2の洗浄液として、絶縁膜25に対してエッチング作用を有するフッ素化合物が相対的に多量添加された洗浄液Bを用いたが、これに限られず、絶縁膜25に対するエッチング力が相対的に強い他の洗浄液を用いてもよい。
【0096】
また、第2の実施形態において、第2の洗浄液として、絶縁膜25に対するエッチング力が相対的に強く且つ下層配線24を構成する導電膜に対する水洗時腐食力が相対的に強い洗浄液Bを用いたが、これに代えて、絶縁膜25に対するエッチング力が相対的に強く且つ下層配線24を構成する導電膜に対する水洗時腐食力が実質的にない他の洗浄液を用いてもよい。このようにすると、第2の洗浄液を用いた直後にビアホール27の内部を水洗した場合にも、該水洗時に下層配線24を構成する導電膜が腐食されることがない。従って、第3の洗浄液を用いる必要がないので、洗浄工程全体に要する時間を短縮することができる。
【0097】
また、第2の実施形態において、第2の洗浄液として、下層配線24を構成する導電膜に対する水洗時腐食力が相対的に強い洗浄液を用いる場合にも、製造対象の電子デバイスの性能上、下層配線24を構成する導電膜の劣化、又はビアホール27に導電膜を埋め込むことにより形成されるビアコンタクトの抵抗値の上昇等が問題にならなければ、第3の洗浄液を用いる工程を省略してもよい。このようにすると、洗浄工程全体に要する時間を短縮することができる。
【0098】
また、第2の実施形態において、第3の洗浄液に含まれる有機溶剤として、N,N−ジメチルホルムアミドを1〜60質量%程度用いたが、これに限られず、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、若しくはN−メチルピロリドン等のアミド類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、メタノール、エタノール、イソプロパノール、若しくはエチレングリコール等のアルコール類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、若しくは乳酸エチル等のエステル類、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、若しくはジエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル類、又はアセトニトリル、プロピオニトリル、若しくはブチロニトリル等のニトリル類を1〜60質量%程度、好ましくは5〜50質量%程度用いてもよい。
【0099】
また、第2の実施形態において、第1の洗浄液又は第2の洗浄液を室温、具体的には23℃で用いたが、これに限られず、18〜25℃程度で用いてもよい。また、第1の洗浄液又は第2の洗浄液を18〜25℃程度で用いたときに反応生成物28の除去速度が著しく遅くなる場合には、第1の洗浄液又は第2の洗浄液を、例えば35〜60℃程度に加熱して用いてもよい。
【0100】
また、第2の実施形態において、第1〜第3の洗浄液をそれぞれ用いる洗浄温度及び洗浄時間は、反応生成物28の状態、又は下層配線24を構成する導電膜の種類等を考慮して適切に決定されることが好ましい。
【0101】
また、第2の実施形態において、第1〜第3の洗浄液は、それぞれ同一の有機溶剤を含むことが好ましい。このようにすると、各洗浄液に対して個々に廃液ラインを設置する必要がなくなって、廃液ラインを一元化することが可能になる。
【0102】
また、第2の実施形態において、第1〜第3の洗浄液を用いた洗浄方法としては、例えば基板21つまり被処理基板を洗浄液に浸漬することによって洗浄するバッチ式の洗浄方法、又は被処理基板に回転を加えながら被処理基板に対して洗浄液をシャワー状に噴霧したり、吐出したり、連続的若しくは間欠的に滴下したりすることによって洗浄する枚葉式若しくはバッチ式の洗浄方法等を用いることができる。
【0103】
また、第2の実施形態において、第1〜第3の洗浄液は全て同一の洗浄チャンバーにおいて用いられることが好ましい。このようにすると、洗浄工程全体に要する時間を短縮することができる。また、この場合、第1〜第3の洗浄液が用いられた洗浄チャンバーにおいてビアホール27の内部を水洗する工程を行なうと、洗浄工程全体に要する時間をさらに短縮することができる。
【0104】
また、第2の実施形態において、配線上に形成された絶縁膜に対してドライエッチングを行なってビアホールを形成した後、該ビアホールの壁面又は底面等に付着した反応生成物を除去する場合を対象としたが、これに限られず、例えば、MOSトランジスタのゲート電極の上に形成された絶縁膜に対してドライエッチングを行なってコンタクトホールを形成した後、該コンタクトホールの壁面又は底面等に付着した反応生成物を除去する場合、又は、絶縁膜上に形成された導電膜に対してドライエッチングを行なって配線パターンを形成した後、該配線パターンの壁面等に付着した反応生成物を除去する場合等を対象としてもよい。コンタクトホールの壁面又は底面等に付着した反応生成物を除去する場合、コンタクトホールが形成された絶縁膜に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液、及び該絶縁膜に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液を順次用いることにより、反応生成物を除去することが好ましい。また、配線パターンの壁面等に付着した反応生成物を除去する場合、配線パターンを構成する導電膜に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液、及び該導電膜に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液を順次用いることにより、反応生成物を除去することが好ましい。
【0105】
【発明の効果】
本発明によると、被加工膜よりなる被エッチングパターンの壁面に付着した反応生成物を、被加工膜に対するエッチング力が相対的に弱い第1の洗浄液により部分的に除去した後、残存する反応生成物を、被加工膜に対するエッチング力が相対的に強い第2の洗浄液により除去することができる。従って、第2の洗浄液のみを用いて反応生成物を除去する場合と比べて、第2の洗浄液を使用する時間を短縮でき、それによって被加工膜に対するエッチング量を低減できるので、被エッチングパターンの寸法変化を招くことなく、反応生成物を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係る電子デバイスの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図2】(a)〜(d)は本発明の第2の実施形態に係る電子デバイスの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図3】(a)〜(c)は第1の比較例に係る電子デバイスの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図4】(a)〜(c)は第2の比較例に係る電子デバイスの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図5】(a)は第2の比較例に係る電子デバイスの製造方法においてビアホールの内部を水洗しているときの該ビアホールの内部における水流の強さを示す断面図であり、(b)は第2の比較例に係る電子デバイスの製造方法においてビアホールの内部を水洗しているときの該ビアホールの内部における洗浄液の濃度変化を示す図である。
【符号の説明】
1、11、21 基板
2A、12A、22A 第1の窒化チタン膜
2B、12B、22B 第2の窒化チタン膜
3、13、23 アルミニウム合金膜
4、14、24 下層配線
5、15、25 絶縁膜
6、16、26 レジストパターン
7、17、27 ビアホール
8、18、28 反応生成物
9、19 空洞部
Claims (12)
- 基板上に形成された導電パターン上に絶縁膜を形成する第1の工程と、
レジストパターンをマスクとして前記絶縁膜に対してドライエッチングを行なって、前記絶縁膜に開口部を形成する第2の工程と、
前記開口部の壁面又は底面に付着した反応生成物を除去する第3の工程と、
前記反応生成物が除去された前記開口部の内部を水洗する第4の工程とを備え、
前記第3の工程は、フッ素化合物の含有量が相対的に少ない第1の洗浄液を用いた相対的に洗浄時間の長い第1ステップと、フッ素化合物の含有量が相対的に多い第2の洗浄液を用いた相対的に洗浄時間の短い第2ステップとにより、前記反応生成物を除去する工程を含み、
前記第1の洗浄液及び第2の洗浄液は、それぞれ同一の有機溶剤を含み、
前記第2の洗浄液の前記絶縁膜に対するエッチング力は、前記第1の洗浄液の前記絶縁膜に対するエッチング力の50〜200倍であることを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 前記第1の洗浄液及び第2の洗浄液は、それぞれ同一の洗浄チャンバーにおいて用いられることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記第3の工程と前記第4の工程との間に、前記第4の工程において前記導電パターンを腐食させる力が前記第2の洗浄液よりも弱い第3の洗浄液を用いることにより、前記反応生成物が除去された前記開口部の内部を洗浄する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記第3の洗浄液は、前記絶縁膜に対するエッチング力が相対的に弱いことを特徴とする請求項3に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記第3の洗浄液は、前記第1の洗浄液と同一の洗浄液であることを特徴とする請求項3に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記第3の洗浄液は、前記絶縁膜に対するエッチング力が実質的にないと共に前記第4の工程において前記導電パターンを腐食させる力が実質的にないことを特徴とする請求項3に記載の電子デバイスの製造方法。
- 基板上に形成された下地膜上に被加工膜を形成する第1の工程と、
マスクパターンを用いて前記被加工膜に対してドライエッチングを行なって被エッチングパターンを形成する第2の工程と、
前記被エッチングパターンの壁面に付着した反応生成物を除去する第3の工程と、
前記反応生成物が除去された前記被エッチングパターン又はその周辺部を水洗する第4の工程とを備え、
前記第3の工程は、フッ素化合物の含有量が相対的に少ない第1の洗浄液を用いた相対的に洗浄時間の長い第1ステップと、フッ素化合物の含有量が相対的に多い第2の洗浄液を用いた相対的に洗浄時間の短い第2ステップとにより、前記反応生成物を除去する工程を含み、
前記第1の洗浄液及び第2の洗浄液は、それぞれ同一の有機溶剤を含み、
前記第2の洗浄液の前記被加工膜に対するエッチング力は、前記第1の洗浄液の前記被加工膜に対するエッチング力の50〜200倍であることを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 前記第1の洗浄液及び第2の洗浄液は、それぞれ同一の洗浄チャンバーにおいて用いられることを特徴とする請求項7に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記第3の工程と前記第4の工程との間に、前記第4の工程において前記下地膜を腐食させる力が前記第2の洗浄液よりも弱い第3の洗浄液を用いることにより、前記反応生成物が除去された前記被エッチングパターン又はその周辺部を洗浄する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項7に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記第3の洗浄液は、前記被加工膜に対するエッチング力が相対的に弱いことを特徴とする請求項9に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記第3の洗浄液は、前記第1の洗浄液と同一の洗浄液であることを特徴とする請求項9に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記第3の洗浄液は、前記被加工膜に対するエッチング力が実質的にないと共に前記第4の工程において前記下地膜を腐食させる力が実質的にないことを特徴とする請求項9に記載の電子デバイスの製造方法。
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