JPH05152268A

JPH05152268A - レジスト残渣物の除去方法

Info

Publication number: JPH05152268A
Application number: JP31776891A
Authority: JP
Inventors: Itaru Sugano; 至菅野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体装置の製造工程におけるレジスト残渣
物の除去処理において、純水洗浄時に生じる配線膜の腐
食を防止する。【構成】有機溶剤、酸アルカリ薬液による洗浄の後、
酸素ガスやオゾンガスの酸化剤を混入した純水による洗
浄を行い、その後乾燥を行う。【効果】配線膜の表面に形成されたアルミ酸化膜が配
線膜の腐食を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば多層配線構造
を有する半導体装置において、その絶縁膜にコンタクト
ホールを形成する際に生じるレジスト残渣物を除去する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】先ず、この種多層配線構造を有する半導
体装置の構成を図３について説明する。図において、１
はシリコン単結晶などからなる半導体基板（以下、単に
基板と称する）、２はこの基板１上に形成された素子分
離のための分離酸化膜、３は分離酸化膜２を含む基板１
上の全面に形成された第１の絶縁膜、４ａ，４ｂは第１
の絶縁膜３上に選択的に形成された第１の配線膜、５は
第１の配線膜４ａ，４ｂを絶縁被覆するためこれら第１
の配線膜４ａ，４ｂを含む第１の絶縁膜３上の全面に形
成された第２の絶縁膜、６ａ，６ｂは第２の絶縁膜５上
に選択的に形成された第２の配線膜で、この第２の配線
膜６ｂは第２の絶縁膜５に選択的に形成されたコンタク
トホール７を通じてその下層の第１の配線膜４ｂと接続
されている。

【０００３】８は第２の配線膜６ａ、６ｂを絶縁被覆す
るためこれら第２の配線膜６ａ、６ｂを含む第２の絶縁
膜５上の全面に形成された第３の絶縁膜、９ａ、９ｂは
第３の絶縁膜８上に選択的に形成された第３の配線膜
で、各第３の配線膜９ａ，９ｂはそれぞれ第３の絶縁膜
８に選択的に形成されたコンタクトホール１０ａ、１０
ｂを通じて各下層の第２の配線膜６ａ、６ｂと接続され
ている。

【０００４】図４は同じく多層配線構造を有する半導体
装置で、図中、各符号はそれぞれ図３に示す同一符号の
部分に相当する。但し、ここでは、基板１の表面近傍に
選択的に不純物領域１１を形成しており、この不純物領
域１１と第２の配線膜６ｃとは第１の絶縁膜３および第
２の絶縁膜５に選択的に形成されたコンタクトホール１
２を通じて接続されている。また、図３の場合と同様、
第３の配線膜９ｃは第３の絶縁膜８に選択的に形成され
たコンタクトホール１０ｃを通じてその下層の第２の配
線膜６ｃと接続されている。

【０００５】以上のように、多層配線構造の半導体装置
では配線膜間を接続するためその間の絶縁膜に選択的に
コンタクトホールを形成する必要がある。次に、このコ
ンタクトホールを形成する要領について図５により説明
する。

【０００６】図５は第２の配線膜６とその上層の第３の
配線膜９とを接続するため、その間の第３の絶縁膜８に
選択的にコンタクトホール１０を形成するもので、各構
成部分である第２の配線膜６は、アルミニウム（Ａｌ）
もしくはアルミニウム合金、例えばアルミシリコン銅
（ＡｌＳｉＣｕ）やアルミ銅（ＡｌＣｕ）などのＡｌ系
材料で構成されている。また、第３の絶縁膜８は、プラ
ズマまたは常在ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜やシラノ
ール（Ｓｉ(ＯＨ)₄）をアルコール溶媒に溶かして得ら
れるＳＯＧ（Ｓｐｉｎｏｎｇｌａｓｓ）溶液を塗
布、焼成してなる絶縁膜を多層に組み合わせて形成され
ている。

【０００７】コンタクトホールを形成するための最初の
工程として、先ず、第３の絶縁膜８上の全面にレジスト
膜１３ａを形成し、これをホトリソグラフィ技術により
パターン化してレジストパターン１３を形成する（図５
(ａ)）。次に、レジストパターン１３をマスクに反応性
イオンエッチング（以下、ＲＩＥと称す）を施し、第３
の絶縁膜８にコンタクトホール１０を形成する（図５
（ｂ））。このとき、コンタクトホール１０およびレジ
ストパターン１３の内壁にはＲＩＥによってスパッタさ
れたＡｌやレジスト、あるいはＲＩＥで使用されるＣＨ
Ｆ₃，Ｏ₂等のガス成分が混合して堆積し、アッシング法
等によってレジストパターン１３を除去した後もこれら
が完全に除去されず、レジスト残渣物１４として残留す
る（図５(ｄ)）。

【０００８】以下は、これらレジスト残渣物１４を除去
する従来の処理フローを示す。 (1)先ず、有機溶剤もしくは酸アルカリ薬液によるディ
ップ処理またはシャワー処理（スピン処理）を行う。 (2)有機溶剤処理の場合は、次にイソプロピルアルコー
ル（以下、ＩＰＡと称す）等のアルコール系溶剤による
薬液置換のためのディップ処理またはシャワー処理を行
う。但し、酸アルカリ薬液処理の場合はアルコール系溶
剤処理は行わない。(3)次に、上記の薬液（アルコール
系溶剤、酸アルカリ薬液）を洗い流すための水洗処理
（ディップ処理またはシャワー処理）を行う。 (4)最後に、スピン乾燥もしくはＩＰＡ等を使用した蒸
気乾燥を行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
レジスト残渣物の除去方法においては、ウエハに付着し
ている薬液を除去するため水洗処理を行うが、図６に示
すようにこの水洗処理によって、第２の配線膜６がその
水と接触している部分から腐食して腐食孔１５が形成さ
れる。この腐食孔１５は、水洗条件や半導体装置の構造
によってその大きさは異なるが、場合によっては第２の
配線膜６を突き抜けて第２の絶縁膜５にまで達すること
があり、コンタクトホールにおける上層配線膜と下層配
線膜とのミキシング不良の原因となり半導体装置の歩留
り低下や信頼性を劣化させる原因となっていた。

【００１０】以下にこの腐食孔形成のメカニズムを図７
を参照して説明する。図において、１６は配線膜６中で
析出した銅（Ｃｕ）である。ＡｌＳｉＣｕやＡｌＳｉと
いったＡｌ合金、またはその他の合金中では、膜形成時
や熱履歴などによってＣｕやＳｉが偏析する場合が多
い。この析出したＣｕは、水中ではその周りのＡｌとの
化学的作用により電池を形成し、Ｃｕはカソード、Ａｌ
はアノードとなる。そしてカソード（Ｃｕ）側では次式
の化学反応を生じる。２Ｈ⁺＋２ｅ→Ｈ₂ Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４ｅ→４ＯＨ^- また、アノード（Ａｌ）側ではＡｌ→Ａｌ³⁺＋３ｅの反応が生じ、Ａｌが水中に溶け出していく。つまり、
ＣｕとＡｌとの電池効果によりＡｌが部分的に腐食され
る訳である。

【００１１】図４に示した構造のように、第２の配線膜
６ｃが直接基板１内の不純物領域１１と接触、あるいは
電気的に接続されている場合には、不純物領域１１と基
板１との相互作用により上記したＡｌの腐食が促進され
る。また、光が照射されている場合には、不純物領域１
１と基板１との接合により起電力が生じて配線膜６に電
流が供給されＡｌの腐食が促進される。また、水洗時の
水温も影響し、水温が高い場合（３０℃以上）腐食が促
進される。

【００１２】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、配線膜を腐食させることなくレ
ジスト残渣物を除去せんとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレジスト
残渣物の除去方法で請求項１のものは、有機溶剤、酸ア
ルカリ薬液による洗浄の後、酸化剤を混入した純水によ
る洗浄を行い、その後乾燥を行うようにしたものであ
る。また、請求項２および３のものは、上記酸化剤とし
てそれぞれ酸素ガスおよびオゾンガスを用いるものであ
る。更に、請求項４は洗浄を０〜１０℃の低温下で行う
もの、請求項５は洗浄を、光を遮断した暗所下で行うも
のである。また、請求項６のものは、有機溶剤、酸アル
カリ薬液による洗浄の後、超音波を印加したアルコール
系溶剤中に浸漬し、その後アルコール蒸気乾燥を行うよ
うにしたものである。

【００１４】

【作用】純水に酸化剤を混入することにより、水と接触
する配線膜の表面にアルミ酸化膜が形成され、これが配
線膜の腐食を抑制する。酸化剤として酸素ガスやオゾン
ガスを使用するのが適当で、特に後者はその効果が大き
い。洗浄を低温下、暗所下で行うことにより腐食の反応
が更に低減する。また、請求項６の場合には、腐食の要
因である純水洗浄工程が存在せず、これに替わる超音波
の印加による処理でレジスト残渣物の除去が行われる。

【００１５】

【実施例】実施例１図１はこの発明の実施例１における処理対象となる半導
体装置のコンタクトホール１０近傍を示す図で、従来の
図５に対応するものである。図において、５，６，８，
１０は従来の同一符号に相当するものであるが、１７は
この実施例における純水洗浄処理によって第２の配線膜
６の水との接触部分に形成されたアルミ酸化膜である。
そして、このアルミ酸化膜１７が配線膜６の腐食を防止
する。以下、これを定量的に評価するため実施した試験
結果につき説明する。

【００１６】図２は試験用サンプルの一部断面を示すも
ので、図において、２１は半導体基板、２２は基板２１
上に形成された絶縁膜、２３は絶縁膜２２上に選択的に
形成された下層配線膜、２４は下層配線膜２３を含む絶
縁膜２２の全面に形成された層間絶縁膜、２５は層間絶
縁膜２４に選択的に形成されたコンタクトホール、２６
は層間絶縁膜２４上に選択的に形成されコンタクトホー
ル２５を通じて下層配線膜２３と接続された上層配線膜
である。そして、図に示すように、両配線膜２３，２６
をコンタクトホール２５を介してチェーン状に接続し、
コンタクトホールの個数を１００万個としたものをサン
プル用チップとした。なお、両配線膜２３，２６はＡｌ
ＳｉＣｕを使用している。

【００１７】試験は、レジスト残渣物の除去処理の工程
の内純水による洗浄処理を、従来の方法で実施したも
の、および純水に酸素ガスやオゾンガスを混入して実施
したものにつき、それぞれ図２に示す構造に製造し、チ
ェーン状の配線膜の電気抵抗を測定する。そして、問題
の腐食が生じると両配線膜２３，２６間の接触抵抗が増
大するので、各処理条件毎に製造されたサンプルチップ
各１００個につきその抵抗値のバラツキから定まる歩留
りを比較することにより、この発明による腐食抑制効果
を検証した。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１はオゾンガスを混入して水洗処理を行
った場合を従来の場合と比較して示したもので、水洗時
間が長くなるにつれて配線膜の腐食が進行し歩留りが低
下していくが、全体としてオゾンガスの混入により歩留
りが向上していることが判る。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２は水洗後の腐食の状況を走査形電子顕
微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果を示し、ＡｌＳｉＣｕ膜
を配線パターンで形成したパターン付ウエハと、ＡｌＳ
ｉＣｕ膜をウエハ上全面に形成したベタ膜ウエハとを水
洗サンプルとしている。表２の結果から洗浄用の純水に
酸素ガスやオゾンガスを混入することによってＡｌＳｉ
Ｃｕ膜の腐食が抑制されることが判る。

【００２２】

【表３】

【００２３】表３は、ベタ膜ウエハサンプルを洗浄した
場合、そのＡｌＳｉＣｕ膜の表面に形成されるアルミ酸
化膜の特性を、透過形電子顕微鏡（ＴＥＭ）およびＡＲ
ＸＰＳで分析した結果を示す。従来の純水による場合と
オゾンガスを混入した場合とで形成される膜厚には差は
認められないが、オゾンガス混入時の方が相対密度や相
対酸素量が大きいことから、この発明の実施例１の場
合、従来に比較してより高密度の酸化膜が形成されてお
り、これが腐食の抑制に寄与しているものと考えられ
る。また、水洗時間を長くしても膜厚はあまり変化しな
い。

【００２４】なお、上記で形成されるアルミ酸化膜１７
の成分はＡｌ₂Ｏ₃またはＡｌ₂Ｏ₃−Ｈ₂Ｏである。そし
て、このアルミ酸化膜１７は、コンタクトホール１０を
通じて第２の配線膜６と第３の配線膜９とを接合するに
おいて何ら問題とはならない。また、第３の配線膜９を
形成する前に行われるスパッタエッチング等の処理によ
り簡単に除去されるものである。

【００２５】以上のように、純水に酸素ガスやオゾンガ
スのような酸化剤を混入することにより、水洗による配
線膜の腐食が抑制されるが、この洗浄に０〜１０℃の低
温の純水を使用することによって、一層腐食が抑制され
る。また、光を遮断した暗所で洗浄を行うことにより、
光照射に基づく起電力で腐食が促進されるという恐れも
なくなる。

【００２６】実施例２これは、腐食の要因となる純水洗浄を行わないものであ
る。以下にその処理フローを示す。 (1)先ず、有機溶剤によるディップ処理、またはシャワ
ー処理を行う。これは従来と同様である。 (2)次に、メガソニック（1000KH_Z程度の超音波）を印加
しているＩＰＡ等のアルコール系溶剤中に浸漬するディ
ップ処理を行う。この処理によって、レジスト残渣物を
完全に除去してしまう。 (3)最後にＩＰＡ等を使用した蒸気乾燥を行う。スピン
乾燥を採用しないのは、スピンによる静電気の発生から
アルコール系溶剤への引火の危険性が考えられるからで
ある。この実施例２では、純水洗浄を行わないので、水による
配線膜の腐食はなくなり、配線膜特有の表面状態が得ら
れる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１ない
し５に係るレジスト残渣物の除去方法では、純水に酸素
ガスやオゾンガス等の酸化物を混入して洗浄するように
したので、配線膜の表面に形成されるアルミ酸化膜が配
線膜の腐食を抑制する。また、０〜１０℃の低温下、暗
所下で処理するようにすれば更に腐食は抑制される。ま
た、請求項６に係るレジスト残渣物の除去方法では、超
音波を印加したアルコール系溶剤中に浸漬して処理し、
純水による洗浄処理を行わないので、水による腐食は防
止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるレジスト残渣物の除
去方法の処理対象を示す半導体装置を示す断面図であ
る。

【図２】この発明の実施例１による効果を検証する試験
用サンプルを示す断面図である。

【図３】半導体装置の一例を示す断面図である。

【図４】半導体装置の図３とは異なる一例を示す断面図
である。

【図５】半導体装置でレジスト残渣物が生じる状況を説
明する図である。

【図６】従来のレジスト残渣物の除去方法によって処理
した場合の配線膜に生じる腐食の状況を説明する図であ
る。

【図７】配線膜における腐食のメカニズムを説明する図
である。

【符号の説明】

１半導体基板６第２の配線膜８第３の絶縁膜 10 コンタクトホール 17 アルミ酸化膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成された絶縁膜に、上
記絶縁膜の下層の配線膜に至るコンタクトホールを形成
する際に生じるレジスト残渣物を除去する方法におい
て、有機溶剤、酸アルカリ薬液による洗浄の後、酸化剤を混
入した純水による洗浄を行い、その後乾燥を行うように
したことを特徴とするレジスト残渣物の除去方法。
【請求項２】酸化剤として酸素ガスを用いることを特
徴とする請求項１記載のレジスト残渣物の除去方法。
【請求項３】酸化剤としてオゾンガスを用いることを
特徴とする請求項１記載のレジスト残渣物の除去方法。
【請求項４】酸化剤を混入した純水による洗浄を０〜
１０℃の低温下で行うことを特徴とする請求項１ないし
３のいずれかに記載のレジスト残渣物の除去方法。
【請求項５】酸化剤を混入した純水による洗浄を光を
遮断した暗所下で行うことを特徴とする請求項１ないし
４のいずれかに記載のレジスト残渣物の除去方法。
【請求項６】半導体基板上に形成された絶縁膜に、上
記絶縁膜の下層の配線膜に至るコンタクトホールを形成
する際に生じるレジスト残渣物を除去する方法におい
て、有機溶剤、酸アルカリ薬液による洗浄の後、超音波を印
加したアルコール系溶剤中に浸漬し、その後アルコール
蒸気乾燥を行うようにしたことを特徴とするレジスト残
渣物の除去方法。