JPH06208996A - 半導体装置の洗浄方法 - Google Patents

半導体装置の洗浄方法

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JPH06208996A
JPH06208996A JP279793A JP279793A JPH06208996A JP H06208996 A JPH06208996 A JP H06208996A JP 279793 A JP279793 A JP 279793A JP 279793 A JP279793 A JP 279793A JP H06208996 A JPH06208996 A JP H06208996A
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JP
Japan
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oxide film
semiconductor device
wiring
cleaning
protective oxide
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JP279793A
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English (en)
Inventor
Hisashi Habutsu
恒 土生津
Naoki Kitano
直樹 北野
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】Cuを含有したAl合金からなる配線層が露出
した半導体装置を洗浄した際に、前記配線層にピットが
発生することを抑制することができ、十分な水洗を行う
ことが可能な半導体装置の洗浄方法を提供する。 【構成】Cuを含むAl合金からなる配線層の露出表面
に、保護酸化膜9を形成した後、リンス処理や水洗処理
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の洗浄方法
に係り、特に、銅(Cu)を含有したアルミニウム(A
l)合金からなる配線層が露出した半導体装置を洗浄す
る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、半導体装置の配線を構成する
配線材料として、低抵抗で加工性に優れたAlやAl合
金が、広く一般的に使用されている。例えば、多層配線
構造を有する半導体装置では、一般的に、半導体基板上
に酸化膜を介して、前記AlやAl合金からなる下層配
線を形成した後、この下層配線上に層間絶縁膜を形成
し、この層間絶縁膜に、後に形成する上層配線との接続
を取るためのビアホールを開口して、前記下層配線の一
部を露出した後、前記スパッタ法により当該層間絶縁膜
上にAlやAl合金層を形成し、前記ビアホールを介し
て下層配線と接続する上層配線を形成している。
【0003】前記ビアホールの開口工程では、前記層間
絶縁膜上に、ビアホール開口用マスクとしてレジストパ
ターンを形成し、これをマスクとした異方性エッチング
を行うが、この時、前記レジストとエッチングガス、さ
らに下層配線からスパッタされた物質が主成分となっ
て、前記ビアホールの側壁にポリマー状の付着物が形成
される。この付着物は、レジスト除去のために行うアッ
シング処理では除去できず、その側壁に残存する。この
ポリマー状の付着物が残存すると、前記ビアホールの開
口に続いて行う上層配線形成のためのAl合金のスパッ
タの際に、当該ビアホール内において、下層配線と上層
配線との間に正常な界面が形成されることを妨げ、導通
不良の原因となるという問題があった。
【0004】そこで、従来から、このポリマー状の付着
物を除去するため、前記下層配線上に層間絶縁膜を形成
した後、有機洗浄と呼ばれる洗浄処理が行われている。
この有機洗浄工程では、先ず、加熱した剥離液に半導体
基板を浸し、前記ビアホールの側壁に残存した付着物や
レジストの除去が行われる。この洗浄工程で使用する剥
離液としては、前記付着物の除去効果が向上することか
ら、アミンを主成分とするものが広く使用されている。
【0005】しかしながら、前記アミンを含む剥離液と
水とが混合すると、強アルカリ性となるため、金属が腐
食されてしまう。このため、前記剥離液による剥離処理
後、IPA(イソプロピルアルコール)等のリンス液を
用いて、前記半導体基板から当該剥離液を除去した後、
水洗・乾燥処理を行っている。前記水洗には、QDR
(Quick Dump Rinse;クイックダンプリンス)やオーバ
ーフローリンス等が用いられ、乾燥は、スピンドライヤ
ー等で行われている。
【0006】また、近年では、素子の微細化及び高集積
化に伴い、エレクトロマイグレーション、ストレスマイ
グレーションによる配線の断線が問題となっている。こ
のため、配線材料として、よりマイグレーション耐性の
高い、Cuを含有したAl合金が使用されてきている。
さらには、前記Cuを含有したAl合金に、チタンナイ
トライド(TiN)やチタンタングステン(TiW)等
のバリアメタルを組み合わせた積層構造の配線が用いら
れるようになってきている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記有
機洗浄方法を、Cuを含有したAl合金からなる配線層
に適用すると、剥離液処理及びリンス処理後の水洗時
に、当該配線層の露出部分からAl2 Cuの析出による
電池効果によってAlが溶出し、当該配線層にピット
(窪み)が発生するという問題があった。そして、この
ピットの発生は、前記水洗方法や水洗時間、乾燥方法等
に大きく依存するため、水洗を短時間で行うことで、あ
る程度抑制することができる。
【0008】ところが、前記水洗時間を短くすると、十
分な洗浄効果を得ることが困難となり、半導体基板上に
有機物が残存したり、パーティクルが除去されずに後工
程での歩留りが低下する原因となるという問題があっ
た。また、前記Al2 Cuの析出を防ぐため、Cuの含
有量を減らすことも考えられるが、Cu濃度を減らすと
十分なマイグレーション耐性が得られず、微細な配線を
構成する配線材料として使用することが困難であるとい
う問題があった。
【0009】さらに、特開昭64−80045号公報に
開示されているように、下層配線上に、シリコンの含有
量がモル比で0以上2未満である高融点金属シリサイド
層を積層する方法も紹介されているが、この方法では、
高融点金属シリサイド層の成膜をスパッタ装置で行う必
要があるため、プロセスが複雑になり、製造コストがか
かると共に、下層配線と上層配線との間に形成されるシ
リサイド膜によってビア抵抗が変動し易いという問題が
あった。
【0010】本発明は、このような問題を解決すること
を課題とするものであり、Cuを含有したAl合金から
なる配線層が露出した半導体装置を洗浄した際に、前記
配線層にピットが発生することを抑制することができ、
十分な水洗を行うことが可能な半導体装置の洗浄方法を
提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、Cuを含むAl合金からなる配線層が露
出した半導体装置を洗浄する方法において、洗浄前のエ
ッチング残渣の剥離液処理の時、前記Al合金表面に保
護酸化膜を形成することを特徴とする半導体装置の洗浄
方法を提供するものである。
【0012】
【作用】本発明によれば、剥離液処理時に、前記Cuを
含むAl合金からなる配線層の表面に保護酸化膜形成す
ることで、この工程後に行うリンス処理時、水洗時に、
前記保護酸化膜がバリアの役割を果たし、前記配線層の
表面からAlが溶出することを防止することができる。
従って、前記配線層にピットが発生することを抑制する
ことができ、十分な水洗を行うことが可能となる。
【0013】そして、前記保護酸化膜の形成は、アルキ
ルヒドロキシベンゼン等を従来のアミン系剥離液に添加
することで行うことが望ましい。ここで、前記配線層表
面に保護酸化膜を形成可能な剥離液(本発明に係る剥離
液)で処理したAlと、従来の剥離液を用いて処理した
AlのXPSピークから求めたAl金属とAl酸化膜と
の比(Al金属/Al酸化膜)を表1に示す。
【0014】
【表1】
【0015】表1から、配線層表面に保護酸化膜を形成
可能な剥離液で処理したAlは、従来の剥離液を用いた
Alに比べ、Al酸化膜の存在比が高くなっていること
が確認できる。このAl酸化膜が、リンス処理時や水洗
時にバリアの役割を果たすため、Alにピットが発生す
ることを抑制することができる。
【0016】
【実施例】次に、本発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。 (実施例1)図1ないし図3は、本発明の実施例1に係
る半導体装置の洗浄工程を含む製造工程の一部を示す部
分断面図である。
【0017】図1に示す工程では、半導体基板1上に、
膜厚が6000Å程度の酸化膜2を形成する。次に、前
記酸化膜2上に、膜厚が500Å程度のTi膜3を形成
し、この上に膜厚が1000Å程度のTiN膜4を積層
する。次いで、前記TiN膜4上に、Cuを0.5%含
むAl合金をスパッタ法により堆積し、膜厚が6500
Å程度のCuを含むAl合金(以下、本実施例では、
『Cu−Al合金』という)層5を形成する。次に、前
記Cu−Al合金層5、TiN膜4及びTi膜3に所望
のパターニングを行い、三層構造を有する下層配線10
を形成する。次いで、前記酸化膜2上及び下層配線10
の表面に、半導体基板1側から順に、プラズマ酸化膜、
SOG(Spin on Glass )膜、プラズマ酸化膜からなる
層間絶縁膜6を10000Å程度の膜厚で形成する。次
に、前記層間絶縁膜6上に、フォトレジスト膜を塗布
し、当該フォトレジスト膜のビアホール(前記下層配線
10と後の工程で形成する上層配線との接続孔)開口部
に対応する部分を選択的に除去する。次いで、得られた
フォトレジストパターンをマスクとして、前記層間絶縁
膜6に異方性エッチングを行い、この部分の下層配線1
0を露出させてビアホール7を形成する。その後、酸素
(O2 )を原料ガスとして用いたアッシングを行い、前
記フォトレジストパターンを除去する。この時、前記ビ
アホール7の側壁に、ポリマー状の付着物8が残存し
た。
【0018】次に、図2に示す工程では、図1に示す工
程で残存したポリマー状の付着物8を除去するための有
機洗浄工程を行う。有機洗浄は、100℃のアミン系の
剥離液を満たした槽を2槽用意し、図1に示す工程で得
た半導体装置を各々の槽に5分間浸漬する。なお、剥離
液には、保護酸化膜を形成する目的で、アルキルヒドロ
キシベンゼンを添加し、この工程で下層配線10の表面
に保護酸化膜9が形成される。
【0019】次いで、この保護酸化膜9が形成された半
導体装置を、リンス液としてIPAを満たした2槽にそ
れぞれ5分間浸漬し、リンス処理を行った。次に、図3
に示す工程では、図2に示す工程で得た半導体装置に、
QDRとオーバーフローの組合せによる水洗を行い、残
留有機物、パーティクル等の除去を行なった後、スピン
ドライヤーを用いて、前記半導体装置を乾燥する。この
時の水洗時間(分)と、露出した下層配線10に発生し
たピット発生数(個)との関係を調査した。この結果を
図4に示す。
【0020】次いで、前記保護酸化膜9を逆スパッタで
除去する。次に、比較として、前記図1に示す工程終了
後の半導体装置に、従来のアミン系の剥離液を使用し、
図2に示す工程と同様の処理を行う。この時、前記下層
配線10の表面には、保護酸化膜9が形成されなかっ
た。その後、図3に示す工程を行い、残留有機物、パー
ティクル等の除去を行なう(従来品)。この時の水洗時
間(分)と、露出した下層配線10に発生したピット発
生数(個)との関係を調査した。この結果を図4に示
す。
【0021】図4から、本実施例で得た半導体装置は、
従来品に比べピット発生数が大幅に減少したことが立証
された。なお、本実施例では、下層配線10の一部が露
出した半導体装置を洗浄する場合について説明したが、
これに限らず、本発明に係る半導体装置の洗浄方法は、
Cuを含むAl合金からなる配線層が露出している半導
体装置であれば、パッドホール形成工程、配線形成工程
など、種々の工程に適用することができることは勿論で
ある。
【0022】また、本実施例で行った剥離液処理及びリ
ンス液処理は一例であり、本発明に係る半導体装置の洗
浄方法で行う剥離液処理及びリンス液処理は、通常行わ
れている方法に準じて行えばよい。そして、前記剥離液
としては、例えば、アルキルピロリドン及びトリエタノ
ールアミンを主成分とするもの、ジエチレングリコール
モノブチルエーテル及びモノエタノールアミンを主成分
とするもの、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)及
びジメチルスルホキシドを主成分とするもの等、が挙げ
られる。
【0023】また、前記リンス液としては、例えば、I
PA、メタノール、エタノール等が挙げられる。そして
また、本実施例では、保護酸化膜9が形成された半導体
装置に、QDRとオーバーフローの組合せによる水洗を
行ったが、これに限らず、例えば、QDRのみを使用し
た水洗、オーバーフローリンスによる水洗、25℃の純
水を使用した水洗等、種々の水洗方法やその組合せによ
る水洗を行うことができる。
【0024】さらにまた、本実施例では、前記水洗後
に、スピンドライヤーを用いた乾燥を行ったが、これに
限らず、IPAベーパーを用いた乾燥や、温水引き上げ
による乾燥等、種々の乾燥方法を行うことができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体装置の洗浄方法は、Cuを含むAl合金からなる配線
層の表面に、保護酸化膜形成した後、リンス処理や水洗
処理を行うため、当該リンス処理中や水洗処理中に、前
記保護酸化膜は、バリアの役目を果たすことができる。
従って、前記配線層の表面からAlが溶出することを防
止することができる。このため、前記配線層にピットが
発生することを抑制することができ、十分なリンス処理
や水洗処理を行うことが可能となる。この結果、高精度
で信頼性の高い半導体装置を効率良く製造することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る半導体装置の洗浄工程を
含む製造工程の一部を示す部分断面図である。
【図2】本発明の実施例に係る半導体装置の洗浄工程を
含む製造工程の一部を示す部分断面図である。
【図3】本発明の実施例に係る半導体装置の洗浄工程を
含む製造工程の一部を示す部分断面図である。
【図4】本発明の実施例における水洗時間とピット発生
数との関係、従来品の水洗時間とピット発生数との関係
を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 酸化膜 3 Ti膜 4 TiN膜 5 Cu−Al合金層 6 層間絶縁膜 7 ビアホール 8 ポリマー状の付着物 9 保護酸化膜 10 下層配線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅を含むアルミニウム合金からなる配線
    層が露出した半導体装置を洗浄する方法において、 洗浄前のエッチング残渣の剥離液処理の時、前記アルミ
    ニウム合金表面に保護酸化膜を形成することを特徴とす
    る半導体装置の洗浄方法。
JP279793A 1993-01-11 1993-01-11 半導体装置の洗浄方法 Pending JPH06208996A (ja)

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