JPH08162425A - 半導体集積回路装置の製造方法および製造装置 - Google Patents

半導体集積回路装置の製造方法および製造装置

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JPH08162425A
JPH08162425A JP6302377A JP30237794A JPH08162425A JP H08162425 A JPH08162425 A JP H08162425A JP 6302377 A JP6302377 A JP 6302377A JP 30237794 A JP30237794 A JP 30237794A JP H08162425 A JPH08162425 A JP H08162425A
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integrated circuit
semiconductor integrated
circuit device
wiring
cleaning
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English (en)
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Shigeru Harada
繁 原田
Takashi Yamashita
貴司 山下
Akimasa Fujiki
謙昌 藤木
Tsutomu Tanaka
努 田中
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体集積回路装置の配線構造の形成工程に
おいて、配線要素にダメージを与えることなく、異物な
いしは残渣を除去することができ、もって配線欠陥の発
生を防止して半導体集積回路装置の品質レベルを高める
ことができる手段を提供することを目的とする。 【構成】 製造途上にある半導体集積回路装置102
は、配線形成工程終了後あるいはプラグ構造形成工程終
了後において、チャック101によって回転させられな
がら、中性溶液供給機構103から供給される酸化剤を
含む中性溶液、例えば過酸化水素水106等によって洗
浄される。また、純水供給機構107から供給される純
水108によってリンスされる。酸化剤を含む中性溶液
のエッチング作用は露出面積の小さいものほど強いの
で、上記洗浄により配線要素にダメージを与えることな
く異物ないしは残渣が除去され、上記目的が達成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体集積回路装置
の製造方法および製造装置に関するものである。より詳
しくは、半導体集積回路装置に配線構造を形成する際の
配線の欠陥の発生を低減して配線の品質レベルひいては
半導体集積回路装置の品質レベルを向上させるととも
に、配線材料の歩留まりを向上させて半導体集積回路装
置の生産性を高めるようにしたものに関する。
【0002】
【従来の技術】
<技術的背景>半導体集積回路装置においては、通常、
半導体基板上にトランジスタ等の半導体素子が形成さ
れ、さらにこれらの半導体素子相互間、あるいは半導体
素子と外部回路との間を電気的に接続するための配線構
造が半導体基板上に形成されている。
【0003】従来より、このような配線構造としては、
多結晶シリコン膜、高融点金属膜、高融点金属シリサイ
ド膜、高融点金属ポリサイド膜、アルミニウム膜、アル
ミニウム合金膜等からなる配線パターンを組み合わせた
ものが広く用いられている。このうち、タングステン配
線(W配線)に代表される高融点金属配線は、多結晶シリ
コン配線や高融点金属ポリサイド配線に比べて低抵抗で
あり、通常、化学気相成長法(以下、これをCVD法と
いう)で堆積するこれらの高融点金属膜のステップ・カ
バレッジが良好であり、アルミ配線に比べエレクトロ・
マイグレーション耐量などの信頼性に優れているなどと
いった理由により最近広く用いられてきている。
【0004】また、ある配線パターンと半導体基板ない
しは下層の配線パターンとを接続する微細な接続部とし
ては、該接続部の接触抵抗値を低減したり、あるいは該
接続部の信頼性の向上を図るなどといった目的で、半導
体基板ないしは下層の配線パターンにつながる接続孔
を、上述のステップ・カバレッジ性に優れたCVD法に
よる高融点金属膜で埋め込むことによって形成されるプ
ラグ構造が広く用いられている。そして、かかるプラグ
構造と上記配線パターンとの組み合わせでもって全体の
配線構造が構成されているものが広く用いられている。
他方、半導体集積回路装置の高集積化・高機能化を達成
するためには配線密度を高めることが必須である。この
ため、配線ピッチは可能な限り小さくすることが要求さ
れる。かくして、実質的な配線密度を飛躍的に高める方
法として、配線の多層構造化も用いられている。
【0005】なお、このような従来の半導体集積回路装
置の配線構造は、例えば、1988年に発刊された「V
MIC会報(VMIC Conference)」の13〜20頁に
記載されたT.ドアンら(T.Doan et.al.)による論
文「両レベルに対して2μmのピッチを有する2重レベル
の金属化システム(A Double Level MetallizationSy
stem Having 2μm Pitch for Both Level)」、あ
るいは1988年に発刊された「VMIC会報(VMIC
Conference)」の21〜28頁に記載されたC.カン
タら(C.Kaanta et. al.)による論文「タングステンお
よび平坦化を用いた極微細配線技術( SUBMICRON WIRIN
G TECHNOLOGY WITH TUNGSTEN ANDPLANARIZATION)」
に開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
<解決すべき問題点>しかしながら、このような従来の
配線構造の製造方法においては、その形成工程において
発生する異物や残渣がしばしば配線欠陥を引き起こすこ
とが多く、このため配線の品質レベルひいては半導体集
積回路装置の品質レベルが低下したり、配線材料の歩留
まりが低下するなどといった問題があった。なお、この
ような問題は、上述のように配線ピッチがさらに小さく
なり、かつ多層配線構造を用いることが必須となる今後
の半導体集積回路装置においては益々重要となってくる
ものと考えられる。
【0007】<従来技術の問題点のさらに具体的な説明
>以下、添付の図面を参照しつつ、従来の半導体集積回
路装置の製造技術およびその問題点についてさらに具体
的に説明する。図16は、従来の半導体集積回路装置に
おける配線構造の一例を示す縦断面構造図である。この
図16には、第1層配線305(ゲート電極303)が高
融点金属ポリサイド配線からなり、第2層配線4が高融
点金属配線からなり、第3層配線7および第4層配線1
0がそれぞれアルミ配線からなる4層式の配線構造が示
されている。
【0008】図16に示すように、この従来の半導体集
積回路装置においては、シリコン基板1(シリコン半導
体基板)の上に半導体素子2(トランジスタ2)が形成さ
れている。ここで、半導体素子2のゲート電極303を
構成するタングステンポリサイド層(Wポリサイド層、
WSi2/poly-Si)は第1層配線305の一部をなして
いる。この半導体素子2(トランジスタ2)の上には、S
iO2あるいはBPSG(Boro-Phosphorous Silicate G
lass)等からなる下地絶縁膜3が堆積され、この下地絶
縁膜3には、シリコン基板1上に形成された不純物拡散
層304あるいは第1層の配線305と電気的接続を行
うためのコンタクト・ホール306,307が形成(開
孔)されている。
【0009】また、この下地絶縁膜3の上にはタングス
テンからなる第2層配線4(タングステン配線)が設けら
れている。タングステン膜(W膜)は、通常、CVD法で
堆積されるが、ステップ・カバレッジに優れているた
め、図16から明らかなようにコンタクト・ホール30
6,307はタングステン膜で埋め込まれた構造となっ
ている。また、この第2層配線4(タングステン配線)の
上には、平坦化された第1の層間絶縁膜5が形成されて
おり、この第1の層間絶縁膜5には、第2層配線4と電
気的接続を行うための複数の第1のヴィア・ホール31
3が形成(開孔)されている。なお、図16から明らかな
ように、この第1のヴィア・ホール313にはタングス
テン膜で埋め込まれてプラグ構造6が形成されている。
【0010】さらに、この上にアルミニウムからなる第
3層配線7(アルミ配線)が形成されている。同様に、第
3層配線7(アルミ配線)上に、第2の層間絶縁膜8と、
第3層配線7と電気的接続を行うためのタングステンか
らなるプラグ構造9が形成された複数の第2のヴィア・
ホール321と、アルミニウムからなる第4層配線10
(アルミ配線)と、第4層配線10上を覆う保護絶縁膜1
1とが形成されている。
【0011】以下、図17〜図28を参照しつつ、従来
の半導体集積回路装置の配線構造の製造方法を各工程に
従って説明する。まず、図17に示すように、シリコン
基板1の表面に半導体素子2(トランジスタ2)を形成す
る。この半導体素子2(トランジスタ2)は、素子分離用
酸化膜301と、ゲート酸化膜302と、多結晶シリコ
ン303aとタングステン・シリサイド(WSi2)303b
とからなるタングステン・ポリサイド構造(Wポリサイ
ド構造)のゲート電極303と、不純物拡散層304と
で構成されている。
【0012】また、ゲート電極303を構成するタング
ステンポリサイド層(WSi2/poly-Si)は、素子分離酸
化膜301上にも形成され、第1層配線305(305
a、305b)として用いられる。そして、これらの半導
体素子2(トランジスタ2)ないしは第1層配線305の
上に、シリコン酸化膜(SiO2)、ボロン(B)ないしはリ
ン(P)を含むドープド・シリコン酸化膜であるBPSG
(Boro-Phosphorous Silicate Glass)膜等からなる下
地絶縁膜3を堆積させる。
【0013】次に、図18に示すように、シリコン基板
1上に形成された不純物拡散層304ないしは第1層配
線305との電気的接続部を形成するために、写真製版
技術とドライエッチング技術とを用いて、下地絶縁膜3
の所定の部分にコンタクト・ホール306,307を形
成(開孔)する。次に、図19に示すように、下地絶縁膜
3上の全面にバリアメタル膜308を堆積させる。この
バリアメタル膜308は、通常スパッタ法で堆積される
が、該バリアメタル膜308には次のような性質が要求
される。 (a)シリコン基板1(不純物拡散層304)に対して、安
定でかつ低抵抗のコンタクトをとることができる。 (b)下敷膜として、上層に堆積するタングステン膜30
9の密着性を高めることができる(タングステン膜はシ
リコン酸化膜との密着性が弱いため)。 (c)CVD法によるタングステン膜309の堆積時に用
いられるWF6などのガスによりシリコン基板(不純物拡
散層)がダメージを受けるのを防止することができる。 なお、膜種としては、チタン(Ti)と窒化チタン(TiN)
の積層膜、チタン・タングステン(TiW)膜などがよく
用いられる。
【0014】バリアメタル膜308の堆積後、シリコン
基板1(不純物拡散層304)ないしは第1層配線305
に対して、安定でかつ低抵抗のコンタクトをとるため
に、600〜800℃で、数10秒〜数分程度の短時間
・熱処理を行う。この後、CVD法により、例えば、W
6、H2などのガスを用いて、膜堆積温度400〜50
0℃の条件で、バリアメタル膜308上の全面にタング
ステン膜309を堆積させる。このとき、タングステン
膜309はCVD法で形成されるためステップ・カバレ
ッジ性に優れており、このため図19から明らかなよう
にコンタクト・ホール部306,307はタングステン
膜309で埋め込まれた構造となっている。次に、図2
0に示すように、下地絶縁膜3上に堆積されたバリアメ
タル膜308とタングステン膜309とを、通常、写真
製版技術とドライエッチング技術を用いてパターニング
し、第2層配線4(タングステン配線)を形成する。
【0015】次に、図21に示すように、第2層配線4
(タングステン配線)の上に第1の層間絶縁膜5を形成す
る。この第1の層間絶縁膜5は、例えば、CVD法によ
り堆積されるシリコン酸化膜310と、無機塗布絶縁膜
311と、CVD法により堆積されるシリコン酸化膜3
12とが組み合わされてなる絶縁膜である。シリコン酸
化膜310は、通常、シランガス(SiH4)と酸素ガス
(O2)あるいは亜酸化窒素ガス(N2O)との混合ガスを用
いて、300〜450℃の膜堆積温度で熱あるいはプラ
ズマを利用したCVD法により堆積させる。また、ステ
ップ・カバレッジが良好であるTEOS(Tetra-Ethyl-O
rtho-Silicate)等の有機シラン系の材料を利用して堆積
したシリコン酸化膜も用いられる。
【0016】ここで、平坦化のために形成される無機塗
布絶縁膜311としては、シラノール(Si(OH)4)を主
成分とするものが一般的である。このシラノールを主成
分とする材料を回転塗布した後、400〜450℃の温
度でベーク処理を施してシリコン酸化膜化することによ
りCVD法で形成されたシリコン酸化膜310の表面を
平坦化する。そして、無機塗布絶縁膜311の上に、シ
リコン酸化膜310の堆積と同様の方法によりシリコン
酸化膜312を堆積させる。
【0017】次に、図22に示すように、第2層配線4
(タングステン配線)との電気的接続部を形成するため
に、写真製版技術とドライエッチング技術とを用いて、
第1の層間絶縁膜5の所定の部分に、複数の第1のヴィ
ア・ホール313を形成(開孔)する。
【0018】さらに、図23に示すように、第2層配線
4(タングステン配線)に対して、安定でかつ低抵抗のコ
ンタクトを得るために、アルゴン・イオン(Ar+)による
スパッタ・エッチング処理により第1のヴィア・ホール
313の底部のクリーニングを行った後、第1の層間絶
縁膜5上の全面に、第1のタングステンプラグ構造6の
下敷膜314を堆積させる。
【0019】この第1のタングステンプラグ構造6の下
敷膜314は、通常、スパッタ法で堆積させるが、該タ
ングステンプラグ構造6には次のような性質等が要求さ
れる。 (a)下層の配線(この場合は第2層のタングステン配
線)に対して、安定でかつ低抵抗のコンタクトをとるこ
とができる。 (b)下敷膜として、上層に堆積するタングステン膜3
15の密着性を高めることができる(タングステン膜は
シリコン酸化膜との密着性が弱いため)。 なお、膜種としてはバリアメタル膜308と同様に、チ
タン(Ti)と窒化チタン(TiN)の積層膜、チタン・タン
グステン(TiW)膜などがよく用いられる。この後、C
VD法により、第2層配線4(タングステン配線)と同様
の条件で下敷膜314上の全面にタングステン膜315
が堆積される。
【0020】次に、図24に示すように、例えばSF6
等のガスを用いたドライエッチングによりタングステン
膜315をエッチバックして、第1のヴィア・ホール3
13のまわりにのみタングステン膜を残したタングステ
ンプラグ構造6を形成する。このとき、タングステン膜
に比べて窒化チタン膜(TiN)のエッチング速度がはる
かに小さい(1/20〜1/50程度)条件が用いられる
ので、下敷膜314はタングステン・エッチバック時の
ストッパー膜として機能する。
【0021】次に、図25に示すように、製造途上の半
導体集積回路装置上の全面にアルミ合金膜316と反射
防止膜317とをスパッタ法により堆積させる。なお、
アルミ合金膜316としては、通常、Al-Si-Cuある
いはAl-Cuのように、アルミ配線の信頼性を高めるた
めにCuなどの不純物元素を添加したものが用いられ
る。他方、反射防止膜317は、第3層配線7(アルミ
配線)の写真製版マージンを高めるためのもので、通
常、i線やg線など写真製版する波長領域の反射率が低い
窒化チタン膜が用いられる。
【0022】そして、図26に示すように、タングステ
ンプラグ6の下敷膜314、アルミ合金膜316および
反射防止膜317を、通常、写真製版技術とドライエッ
チング技術とを用いてパターニングし、第3層配線7
(アルミ配線)を形成する。以下、同様に、CVD法によ
り堆積されるシリコン酸化膜318と、無機塗布絶縁膜
319と、CVD法により堆積されるシリコン酸化膜3
20とからなる第2の層間絶縁膜8を形成する。
【0023】次に、第3層配線7(アルミ配線)に対する
電気的接続部を形成するために、写真製版技術とドライ
エッチング技術とを用いて、第2の層間絶縁膜8の所定
の部分に複数の第2のヴィア・ホール321を形成(開
孔)する。そして、図27に示すように、第2のタング
ステンプラグ構造9の下敷膜であるチタン(Ti)と窒化
チタン(TiN)の積層膜322とを堆積させ、その上に
タングステン膜を堆積させた後、該タングステン膜を全
面エッチバックすることにより第2のタングステンプラ
グ構造9を形成する。さらに、その上に、Al-Si-Cu
あるいはAl-Cuなどのアルミ合金膜323と反射防止
膜としての窒化チタン膜324を堆積した後、写真製版
技術あるいはドライエッチング技術を用いてパターニン
グし、第4のアルミ配線10を形成することにより、図
27に示すような配線構造を得る。
【0024】最後に、図28に示すように、第4のアル
ミ配線10上に、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シ
リコン酸窒化膜、あるいはこれらを組合わせた構造の保
護絶縁膜11を形成する。
【0025】しかしながら、上述のような従来の半導体
集積回路装置における配線構造の製造方法の場合、その
形成工程において異物や残渣が発生し、そのまま残った
場合には、配線欠陥となってしまう。例えば、図16に
示すような4層式の配線構造の第2層配線(タングステ
ン配線)を形成する工程において、図29に示すように
膜形成工程でバリアメタル膜308の上に異物401が
付着しその上にタングステン膜309を堆積させた場合
を想定する。
【0026】この後、図30に示すように、写真製版技
術によりフォトレジスト・パターン402を形成し、ド
ライエッチング技術によりパターニングする際に、異物
401のまわりにはタングステンの残渣404やその下
に残存するバリアメタル膜の残渣405が残留する。他
方、ドライエッチング時に第2層配線4(タングステン
配線)やレジスト402の側壁には、タングステンを含
むポリマー403が付着する。
【0027】そして、図31に示すように、フォトレジ
スト402(図30参照)を除去する際に完全に除去しき
れなかったポリマー406が残留したり、異物401の
まわりのタングステンやバリアメタル膜の残渣404,
405が配線間に残留する。これらは、しばしば配線間
のショートを引き起こしたり、あるいは上層に形成され
る配線の欠陥の原因となるという問題があった。
【0028】また、別の例として、図16に示すような
4層式の配線構造のプラグ構造6を形成する工程におい
て、図32に示すように下敷膜314の上に異物407
が付着しその上にタングステン膜315を堆積させた場
合を想定する。この場合は、図33に示すように、全面
にわたってタングステン膜315(図32参照)をエッチ
バックしたときに、異物407のまわりにタングステン
膜408が残留する。また、エッチバック・プロセスに
起因する単なるタングステンのエッチバック残渣409
が残ることもある。この上にアルミ合金膜315と反射
防止膜316とを堆積させた後、写真製版技術やドライ
エッチング技術により第3層配線7(アルミ配線)を形成
するわけであるが、図34に示すように上記の異物40
7やエッチバック残渣409のまわりで配線ショートが
発生するという問題があった。
【0029】このため、このような異物や残渣を除去す
るための方法が種々検討されてきたが、例えば1993
年11月に発刊された月刊誌「半導体世界(Semiconducte
r World)」の26〜28頁に掲載された大西らによる論
文「H2SO4/H22/HF溶液による多目的洗浄方法」
に示されているような、シリコン基板の洗浄等に用いる
ための、強酸や強アルカリの薬液を用いた洗浄能力が高
い従来の洗浄方法では、強酸や強アルカリの薬液により
配線自体が過激にエッチングされダメージを受けるの
で、上述のような配線構造形成工程における洗浄方法と
しては使用することができないといった問題があった。
【0030】従って、配線構造形成工程の洗浄方法とし
ては、従来より、薬液を用いずに純水のみを用いる物理
的な洗浄方法が一般的に用いられてきた。このような従
来より用いられてきた洗浄方法については、例えば、1
993年8月に発刊された月刊誌「半導体世界(Semicond
ucter World)」の138〜142頁に掲載された平井に
よる論文「The EQUIPMENT.洗浄装置」に開示
されている。上記論文にも開示されているように、純水
を用いた従来の物理的洗浄方法としては、次のような手
法がある。 (a)ブラシ洗浄 : 円筒型あるいはディスク型のブラシ
を洗浄面に押し付けながら、ブラシとウェハの両方を回
転させて洗浄する方法 (b)高圧ジェット洗浄 : 静電気の発生を防止するため
に微量のCO2を添加した純水を高圧でウェハに噴射し
て洗浄する方法 (c)超音波洗浄 : 1MHz程度の超音波を純水ノズル
部に印加し、純水に振動力を与えて、これをウェハに吹
き付けることにより洗浄する方法 (d)純水リンス : 純水を単にウェハに吹き付けること
により洗浄する方法 なお、これらの洗浄は、通常、ウェハを1枚ずつ送って
スピン処理する「スピン・スクラバー」と呼ばれる装置を
用いて行われる。
【0031】しかしながら、これらの従来の物理的洗浄
方法は、薬液による従来の洗浄方法に比べて洗浄能力が
乏しい。このため、ただ単に表面に載っているだけの異
物や残渣であれば洗浄できるものの、膜中に一部埋め込
まれている異物または強力に付着している異物もしくは
残渣に対しては十分な洗浄効果が得られない。これは、
高い洗浄効果を得るためには下地を微量エッチングする
ことが必要であるが、純水を用いた物理的洗浄方法では
これが原理的に不可能だからである。
【0032】以上のように、例えば、図16に示すよう
な半導体集積回路装置における配線構造の製造方法で、
配線構造形成工程で発生する異物や残渣による配線欠陥
を防止するには、配線構造自体に過激エッチングないし
はダメージを与えることなく、異物や残渣を洗浄(除去)
することができる新たな洗浄方法が必要である。
【0033】しかしながら、酸やアルカリ溶液を用いた
洗浄方法の場合、タングステン等の高融点金属からなる
配線パターン部やプラグ構造部は通常不純物拡散層に電
気的に接続されているため、この部分のPN接合の接合
電位に起因する電池作用や、タングステン層とバリアメ
タル膜など異種金属間の接触電位差に起因する電池作用
などが起こるため配線自体の過激なエッチングないしは
ダメージが避けられない。
【0034】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、半導体集積回路装置の配線
構造形成工程において、配線構造に過激なエッチングな
いしはダメージを生じさせることなく、異物ないしは残
渣を有効に除去することができる手段を提供することを
目的とする。
【0035】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、本発明ではまず、高融点金属、高融点金属シリサイ
ド、高融点金属化合物膜等からなる配線構造を対象とし
た洗浄(除去)において、洗浄(除去)に用いる溶液には酸
化剤を含むPH6〜8の中性溶液、例えば該酸化剤の水
溶液が用いられる。好ましくは酸化剤として過酸化水素
やオゾンなどの過酸化物を用いた中性水溶液が用いられ
る。これらの中性溶液は、中性であるため上述の電池作
用の影響を顕著には受けないという特徴がある。
【0036】また、このような酸化剤を含む中性溶液
は、従来は20〜40℃程度の比較的低温の領域ないし
は常温の領域では、高融点金属等をほとんどエッチング
しないものと考えられていたが、本願発明者が詳細に調
べた結果、平面視における幅ないしは径が数mm以上の大
面積の配線パターンにおけるエッチング速度は確かに小
さいものの、上記幅ないしは径がハーフミクロン・オー
ダーである微小な面積の異物に起因する残渣に対するエ
ッチング速度はかなり大きい(大面積パターンの100
倍以上)ことが判明した。
【0037】つまり、エッチング速度は被エッチング材
の大きさに顕著に依存し、比較的大面積の配線パターン
ではほとんどエッチングされない(ダメージが少ない)の
に対し、微小面積の異物や残渣に対するエッチング速度
は大きい。例えば、常温の過酸化水素水に対するタング
ステン膜のエッチング速度の面積依存性を図1に示す。
したがって、このようなエッチング特性をうまく活用す
ることによりタングステンなどの高融点金属からなる配
線パターンやプラグ構造自体にほとんどダメージを与え
ることなく微小な異物や残渣のみを選択的に除去するこ
とが可能となるわけである。
【0038】さらに、本願発明者は、上記のような酸化
剤を含む中性溶液による化学的洗浄作用に加えて、ブラ
シ、高圧ジェット、超音波、水や氷微粒子による物理的
洗浄作用を組合わせれば、両者の相互作用ないしは相乗
的作用によりさらに異物や残渣に対する洗浄(除去)効果
を高めることができることを見出だした。
【0039】かくして、具体的には、第1の発明は、半
導体素子と該半導体素子を相互に接続する配線構造とが
半導体基板上に配置された半導体集積回路装置の製造方
法が、上記配線構造を構成する各種配線要素が順次形成
される一連の配線要素形成工程と、上記一連の配線要素
形成工程中において、製造途上にある半導体集積回路装
置が、酸化剤を含む中性溶液を用いて洗浄される洗浄処
理工程とを含むことを特徴とする。
【0040】第2の発明は、第1の発明にかかる半導体
集積回路装置の製造方法において、上記酸化剤として過
酸化物が用いられることを特徴とする。
【0041】第3の発明は、第2の発明にかかる半導体
集積回路装置の製造方法において、上記過酸化物として
過酸化水素が用いられることを特徴とする。
【0042】第4の発明は、第2の発明にかかる半導体
集積回路装置の製造方法において、上記過酸化物として
オゾンが用いられることを特徴とする。
【0043】第5の発明は、第1〜第4の発明のいずれ
か1つにかかる半導体集積回路装置の製造方法におい
て、上記中性溶液の温度が20〜40℃の範囲内に保持
されることを特徴とする。
【0044】第6の発明は、第1〜第5の発明のいずれ
か1つにかかる半導体集積回路装置の製造方法におい
て、上記一連の配線要素形成工程に、半導体基板または
所定の配線要素と隣接する接続孔に導電膜が埋め込まれ
て、配線要素の1つであるプラグ構造が形成されるプラ
グ構造形成工程が含まれていて、上記洗浄処理工程が、
上記プラグ構造形成工程の次に実行されることを特徴と
する。
【0045】第7の発明は、第1〜第5の発明のいずれ
か1つにかかる半導体集積回路装置の製造方法におい
て、上記一連の配線要素形成工程に、配線要素の1つで
ある配線パターンが形成される配線パターン形成工程が
含まれていて、上記洗浄処理工程が、上記配線パターン
形成工程の次に実行されることを特徴とする。
【0046】第8の発明は、第6または第7の発明にか
かる半導体集積回路装置の製造方法において、上記プラ
グ構造または上記配線パターンが、高融点金属、高融点
金属シリサイドまたは高融点金属化合物で形成されてい
ることを特徴とする。
【0047】第9の発明は、第1〜第8の発明のいずれ
か1つにかかる半導体集積回路装置の製造方法におい
て、上記洗浄処理工程で、上記中性溶液による化学的な
洗浄に対して相乗的な洗浄作用を呈する物理的洗浄が併
用されることを特徴とする。
【0048】第10の発明は、第9の発明にかかる半導
体集積回路装置の製造方法において、上記物理的洗浄
に、ブラシによる洗浄、高圧ジェット洗浄、超音波洗
浄、水の微粒子による洗浄または氷の微粒子による洗浄
のうちの少なくとも1つが含まれることを特徴とする。
【0049】第11の発明は、半導体集積回路装置の製
造装置が、半導体集積回路装置を保持しつつ回転する保
持回転機構と、上記半導体集積回路装置上に酸化剤を含
む中性溶液を供給する中性溶液供給機構とを備えている
ことを特徴とする。
【0050】第12の発明は、半導体集積回路装置の製
造装置が、半導体集積回路装置を保持しつつ回転する保
持回転機構と、上記半導体集積回路装置上に酸化剤を含
む中性溶液を供給する中性溶液供給機構と、ブラシを半
導体集積回路装置上に押し付けて回転させるブラシ回転
機構とを備えていることを特徴とする。
【0051】第13の発明は、半導体集積回路装置の製
造装置が、半導体集積回路装置を保持しつつ回転する保
持回転機構と、上記半導体集積回路装置上に酸化剤を含
む中性溶液を高圧にして吹き付ける中性溶液供給機構と
を備えていることを特徴とする。
【0052】第14の発明は、半導体集積回路装置の製
造装置が、半導体集積回路装置を保持しつつ回転する保
持回転機構と、上記半導体集積回路装置上に酸化剤を含
む中性溶液を供給する中性溶液供給機構と、上記中性溶
液に超音波を印加する超音波印加機構とを備えているこ
とを特徴とする。
【0053】第15の発明は、半導体集積回路装置の製
造装置が、半導体集積回路装置を保持しつつ回転する保
持回転機構と、上記半導体集積回路装置上に酸化剤を含
む中性溶液を供給する中性溶液供給機構と、上記半導体
集積回路装置上に水の微粒子または氷の微粒子のうちの
少なくとも一方を吹き付ける微粒子供給機構とを備えて
いることを特徴とする。
【0054】第16の発明は、第11〜第15の発明の
いずれか1つにかかる半導体集積回路装置の製造装置
が、上記中性溶液供給機構を上記半導体集積回路装置の
表面に沿って走査させる走査機構を備えていることを特
徴とする。
【0055】第17の発明は、第11〜第16の発明の
いずれか1つにかかる半導体集積回路装置の製造装置
が、上記半導体集積回路装置上に純水を供給する純水供
給機構を備えていることを特徴とする。
【0056】第18の発明は、第11〜第17の発明の
いずれか1つにかかる半導体集積回路装置の製造装置に
おいて、上記酸化剤として過酸化物が用いられるように
なっていることを特徴とする。
【0057】第19の発明は、第18の発明にかかる半
導体集積回路装置の製造装置において、上記過酸化物と
して過酸化水素が用いられるようになっていることを特
徴とする。
【0058】第20の発明は、第18の発明にかかる半
導体集積回路装置の製造装置において、上記過酸化物と
してオゾンが用いられるようになっていることを特徴と
する。
【0059】第21の発明は、第11〜第20の発明の
いずれか1つにかかる半導体集積回路装置の製造装置
が、上記中性溶液の温度を20〜40℃に保持する温度
調節機構を備えていることを特徴とする。
【0060】
【作用】第1の発明によれば、各種配線要素が順次形成
される一連の配線要素形成工程中において、製造途上に
ある半導体集積回路装置が、酸化剤を含む中性溶液を用
いて洗浄される。かかる洗浄においては、中性溶液に対
する露出面積が比較的大きい配線要素に対するエッチン
グ速度が小さくなる一方、上記露出面積が比較的小さい
異物ないしは残渣に対するエッチング速度が大きくなる
といった現象(以下、便宜上、この現象を「露出面積依存
現象」という)が生じる。このため、配線要素形成工程中
の洗浄においては、配線パターン、プラグ構造等の配線
要素はほとんどエッチングされないが、異物ないしは残
渣は激しくエッチングされて除去される。
【0061】第2の発明によれば、第1の発明と同様の
作用が生じる。さらに、酸化剤として過酸化物が用いら
れるが、過酸化物については露出面積依存現象がとくに
顕著となるので、配線要素の過度なエッチングないしは
ダメージを招くことなく、異物ないしは残渣の除去が促
進される。
【0062】第3の発明によれば、第2の発明と同様の
作用が生じる。さらに、過酸化物として過酸化水素が用
いられるが、過酸化水素については露出面積依存現象が
さらに顕著となるので、配線要素の過度なエッチングな
いしはダメージを招くことなく、異物ないしは残渣の除
去が一層促進される。
【0063】第4の発明によれば、第2の発明と同様の
作用が生じる。さらに、過酸化物としてオゾンが用いら
れるが、オゾンについては露出面積依存現象がとくに顕
著となるので、配線要素の過度なエッチングないしはダ
メージを招くことなく、異物ないしは残渣の除去が一層
促進される。
【0064】第5の発明によれば、第1〜第4の発明の
いずれか1つと同様の作用が生じる。さらに、中性溶液
の温度が20〜40℃の範囲内に保持されるが、中性溶
液が高温の場合はそのエッチング作用が強まる。したが
って、中性溶液が上記温度範囲内にあるときには、配線
パターンの過度なエッチングが確実に防止される。
【0065】第6の発明によれば、第1〜第5の発明の
いずれか1つと同様の作用が生じる。さらに、洗浄処理
工程がプラグ構造形成工程の次に実行されるので、プラ
グ構造形成工程において製造途上の半導体集積回路装置
に付着した異物ないしは残渣が除去される。
【0066】第7の発明によれば、第1〜第5の発明の
いずれか1つと同様の作用が生じる。さらに、洗浄処理
工程が配線パターン形成工程の次に実行されるので、配
線パターン形成工程において製造途上の半導体集積回路
装置に付着した異物ないしは残渣が除去される。
【0067】第8の発明によれば、第6または第7の発
明と同様の作用が生じる。さらに、プラグ構造または配
線パターンが、高融点金属、高融点金属シリサイドまた
は高融点金属化合物で形成されているが、これらの材料
については露出面積依存現象がとくに顕著となるので、
プラグ構造または配線パターンの過度なエッチングない
しはダメージを招くことなく、異物ないしは残渣の除去
が一層促進される。
【0068】第9の発明によれば、第1〜第8の発明の
いずれか1つと同様の作用が生じる。さらに、中性溶液
による化学的な洗浄に対して相乗的な洗浄作用を呈する
物理的洗浄が併用されるので、異物ないしは残渣の除去
がなお一層促進される。
【0069】第10の発明によれば、第9の発明と同様
の作用が生じる。さらに、物理的洗浄作用の強い、ブラ
シによる洗浄、高圧ジェット洗浄、超音波洗浄、水の微
粒子による洗浄または氷の微粒子による洗浄のうちの少
なくとも1つが併用されるので、異物ないしは残渣の除
去がさらに促進される。
【0070】第11の発明によれば、保持回転機構によ
って回転させられている半導体集積回路装置に酸化剤を
含む中性溶液が供給され、半導体集積回路装置が上記中
性溶液で洗浄される。かかる洗浄においては、中性溶液
に対する露出面積が比較的大きい配線構造に対するエッ
チング速度が小さくなる一方、上記露出面積が比較的小
さい異物ないしは残渣に対するエッチング速度が大きく
なるといった露出面積依存現象が生じるので、プラグ構
造、配線パターン等の配線要素パターンはほとんどエッ
チングされないが、異物ないしは残渣はエッチングされ
て除去される。
【0071】第12の発明によれば、保持回転機構によ
って回転させられている半導体集積回路装置に酸化剤を
含む中性溶液が供給され、半導体集積回路装置が上記中
性溶液で洗浄されるとともにブラシで物理的に洗浄され
る。かかる洗浄においては、露出面積依存現象が生じる
ので、プラグ構造、配線パターン等の配線要素はほとん
どエッチングされないが、異物ないしは残渣はエッチン
グされて除去される。さらに、ブラシによる物理的洗浄
によって異物ないしは残渣の除去が促進される。
【0072】第13の発明によれば、保持回転機構によ
って回転させられている半導体集積回路装置に酸化剤を
含む中性溶液が高圧で吹き付けられ、半導体集積回路装
置が上記中性溶液で洗浄される。かかる洗浄において
は、露出面積依存現象が生じるので、プラグ構造、配線
パターン等の配線要素はほとんどエッチングされない
が、異物ないしは残渣はエッチングされて除去される。
【0073】第14の発明によれば、保持回転機構によ
って回転させられている半導体集積回路装置に、酸化剤
を含む中性溶液が超音波を印加された状態で供給され、
半導体集積回路装置が上記中性溶液で洗浄される。かか
る洗浄においては、露出面積依存現象が生じるので、プ
ラグ構造、配線パターン等の配線要素はほとんどエッチ
ングされないが、異物ないしは残渣はエッチングされて
除去される。さらに、超音波によって中性溶液に振動力
が与えられるので異物ないしは残渣の除去が促進され
る。
【0074】第15の発明によれば、保持回転機構によ
って回転させられている半導体集積回路装置に酸化剤を
含む中性溶液が供給され、半導体集積回路装置が上記中
性溶液で洗浄されるとともに水ないしは氷の微粒子の吹
き付けによって物理的に洗浄される。かかる洗浄におい
ては、露出面積依存現象が生じるので、プラグ構造、配
線パターン等の配線要素はほとんどエッチングされない
が、異物ないしは残渣はエッチングされて除去される。
さらに、水ないしは氷の微粒子の吹き付けによる物理的
洗浄によって異物ないしは残渣の除去が促進される。
【0075】第16の発明によれば、第11〜第15の
発明のいずれか1つと同様の作用が生じる。さらに、中
性溶液供給機構が半導体集積回路装置表面に沿って走査
させられるので、中性溶液が半導体集積回路装置表面に
まんべんなく供給され、洗浄作用が高められる。
【0076】第17の発明によれば、第11〜第16の
発明のいずれか1つと同様の作用が生じる。さらに、半
導体集積回路装置上に純水が供給されるので、中性溶液
がリンスされるとともに、半導体集積回路表面に単に滞
留している異物ないしは残渣が洗い流される。
【0077】第18の発明によれば、第11〜第17の
発明のいずれか1つと同様の作用が生じる。さらに、酸
化剤として過酸化物が用いられるが、過酸化物について
は露出面積依存現象がとくに顕著となるので、配線要素
の過度なエッチングないしはダメージを招くことなく、
異物ないしは残渣の除去が促進される。
【0078】第19の発明によれば、第18の発明と同
様の作用が生じる。さらに、過酸化物として過酸化水素
が用いられるが、過酸化水素については露出面積依存現
象がさらに顕著となるので、配線要素の過度なエッチン
グないしはダメージを招くことなく、異物ないしは残渣
の除去が一層促進される。
【0079】第20の発明によれば、第18の発明と同
様の作用が生じる。さらに、過酸化物としてオゾンが用
いられるが、オゾンについては露出面積依存現象がとく
に顕著となるので、配線要素の過度なエッチングないし
はダメージを招くことなく、異物ないしは残渣の除去が
一層促進される。
【0080】第21の発明によれば、第11〜第20の
発明のいずれか1つと同様の作用が生じる。さらに、中
性溶液の温度が20〜40℃の範囲内に保持されるが、
中性溶液が高温の場合はそのエッチング作用が強まる。
したがって、中性溶液が上記温度範囲内にあるときに
は、配線パターンの過度なエッチングが確実に防止され
る。
【0081】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
上述のような本発明にかかる酸化剤を含む中性溶液によ
る化学的な洗浄(除去)方法、あるいはこれにブラシなど
を利用した物理的洗浄を組合わせた洗浄方法を用いた、
高融点金属、高融点金属シリサイド、高融点金属化合物
膜からなる配線パターンあるいはプラグ構造を含む半導
体集積回路装置の洗浄方法の実施例を以下で具体的に説
明する。まず、配線パターン形成工程への適用・実施例
について述べる。
【0082】<第1実施例>例えば、図16に示すよう
な4層式の配線構造の第2層配線4(タングステン配線)
を形成する工程において、図2に示すように、膜形成工
程においてバリアメタル膜308の上に異物401が付
着し、その上にタングステン膜309を堆積させた場合
を想定する。この場合、図3に示すように、写真製版技
術によりフォトレジスト・パターン402を形成し、ド
ライエッチング技術によりパターニングするときに、異
物401のまわりにはタングステンの残渣404やその
下に残存するバリアメタル膜の残渣405が残る。他
方、ドライエッチング時にタングステン配線4やレジス
ト402の側壁には、タングステンを含むポリマー40
3が付着する。
【0083】そしてこの後、図4に示すように、フォト
レジストを除去したときに、完全に除去しきれなかった
ポリマー406が残存したり、異物401のまわりにタ
ングステンやバリアメタル膜の残渣404,405が配
線間に残る。ここで、例えば過酸化水素水(30wt%)を
用いて図6に示すような製造装置(洗浄装置)で、製造途
上にある半導体集積回路装置102(以下、これを単に
半導体集積回路装置102という)の表面全体を洗浄す
る。なお、過酸化水素水の濃度としては、z制御性の点
から5〜40%程度が望ましい。
【0084】図6に示すように、かかる洗浄処理工程に
おいては、半導体集積回路装置102は真空吸着機構
(図示せず)を有するチャック101(保持回転機構)によ
り保持される。そして、この半導体集積回路装置102
上に酸化剤を含む中性溶液104(この場合は30wt%
の過酸化水素水)を供給するためのノズルを有する中性
溶液供給機構103と、これを半導体集積回路装置10
2の表面に沿って走査させる走査機構105とが設けら
れ、回転している半導体集積回路装置102の表面は、
ノズルから吹き出す過酸化水素水106で洗浄される。
なお、過酸化水素水による洗浄が終わった後は、純水供
給機構107から純水108を半導体集積回路装置10
2表面に供給して該表面をリンスした後、半導体集積回
路装置102を高速回転させてスピン乾燥させる。
【0085】このとき、過酸化水素水に対するタングス
テンなどの高融点金属膜の実効エッチング速度は図1に
示すように、被エッチング材のサイズに顕著に依存す
る。このため、図5に示すように、第2層配線4(配線
パターンの1つ)に過激なエッチングないしはダメージ
を生じさせることなく、異物401自体あるいは該異物
401に起因して生じる残渣404,405およびポリ
マーの残渣406(図4参照)を選択的に除去することが
できる。なお、図示していないが、過酸化水素水10
4,106を20〜40℃の温度範囲に保持する温度調
節機構が設けられ、これによって配線要素の過剰なエッ
チングが確実に防止されるようになっている。
【0086】<第2実施例>前記の第1実施例では、異
物401あるいはこれに起因して生じる残渣404,4
05およびポリマー残渣406を除去する方法として、
図6に示すような酸化剤を含む中性溶液を半導体集積回
路装置102上に吹き付ける方法を用いたが、例えば図
7に示すように、ブラシを用いた物理的洗浄と組合わせ
ても良い。この場合、図7に示すように、半導体集積回
路装置102は真空吸着機構を有するチャック101に
より保持される。この半導体集積回路装置102上に酸
化剤を含む中性溶液112(この場合は30wt%の過酸
化水素水)を供給するためのノズルを有する中性溶液供
給機構111と、半導体集積回路装置102の表面を物
理的に洗浄するための回転機構を有するブラシ113
と、このブラシ113を走査するための走査機構114
とが設けられ、回転している半導体集積回路装置102
の表面にはノズルから過酸化水素水117が供給され、
該表面は回転および走査するブラシ部113によって洗
浄される。ブラシの材質としては、ナイロン、あるいは
中性溶液に対する耐性が考慮されたモヘアなどが使用可
能である。なお、過酸化水素水による洗浄が終わった後
は、純水116を供給する純水供給機構115より純水
118を半導体集積回路装置102の表面に供給してリ
ンスした後、半導体集積回路装置102を高速回転させ
てスピン乾燥させる。
【0087】<第3実施例>第2実施例と同様に酸化剤
を含む中性溶液による化学的洗浄作用と物理的洗浄作用
とを組合わせた実施例として、例えば図8に示すような
高圧ジェットを用いた物理的洗浄と組合わせたものも好
ましい。この場合、図8に示すように、半導体集積回路
装置102は真空吸着機構を有するチャック101によ
り保持される。この半導体集積回路装置102上に酸化
剤を含む中性溶液122(この場合は30wt%の過酸化
水素水)を高圧に加圧するための加圧機構123と、該
中性溶液132を半導体集積回路装置102上に供給す
るためのノズルを有する中性溶液供給機構121と、該
中性溶液供給機構121を半導体集積回路装置102の
表面に沿って走査させるための走査機構124とが設け
られ、半導体集積回路装置102の表面は回転しなが
ら、ノズルから吹き出る高圧の過酸化水素水のジェット
125で洗浄される。なお、過酸化水素水による洗浄が
終わった後は、純水127を供給する純水供給機構12
6より純水128を半導体集積回路装置102表面に供
給してリンスした後、半導体集積回路装置102を高速
回転させてスピン乾燥させる。
【0088】<第4実施例>また、第2実施例と同様に
酸化剤を含む中性溶液による化学的洗浄作用と物理的洗
浄作用を組合わせた他の実施例として、例えば図9に示
すような超音波を用いた物理的洗浄と組合わせたものも
好ましい。この場合、図9に示すように、半導体集積回
路装置102は真空吸着機構を有するチャック101に
より保持される。この半導体集積回路装置102上に酸
化剤を含む中性溶液132(この場合は30wt%の過酸
化水素水)を供給するための中性溶液供給機構131
と、ノズル部で上記中性溶液132に1MHz程度の超
音波を印加する超音波印加機構133と、該超音波印加
機構133を伴った中性溶液供給機構131を半導体集
積回路装置102の表面に沿って走査させる走査機構1
34とが設けられ、半導体集積回路装置102の表面は
回転しながら、ノズルから吹き出る超音波を印加された
過酸化水素水135で洗浄される。なお、過酸化水素水
135による洗浄が終わった後は、純水137を供給す
る純水供給機構136より純水138を半導体集積回路
装置102表面に供給してリンスした後、半導体集積回
路装置102を高速回転させてスピン乾燥させる。
【0089】<第5実施例>さらに、第2実施例と同様
に酸化剤を含む中性溶液による化学的洗浄作用と物理的
洗浄作用を組合わせた他の実施例として、例えば図10
に示すような水または氷の微粒子を用いた物理的洗浄と
組合わせたものも好ましい。図10に示すように、半導
体集積回路装置102は真空吸着機構を有するチャック
101により保持される。この半導体集積回路装置10
2上に酸化剤を含む中性溶液142(この場合は30wt
%の過酸化水素水)を供給するための中性溶液供給機構
141と、純水144から水あるいは氷の微粒子を生成
する微粒子生成機構145と、生成された水あるいは氷
の微粒子を半導体集積回路装置102上に供給する微粒
子供給機構143と、該微粒子供給機構143を半導体
集積回路装置102の表面に沿って走査させる走査機構
146とが設けられる。半導体集積回路装置102の表
面は回転しながら、ノズルから供給される過酸化水素水
148によって化学的に洗浄され、さらに他のノズルか
ら吹き出る水あるいは氷の微粒子147によって物理的
に洗浄される。なお、過酸化水素水による洗浄が終わっ
た後は、純水150を供給する純水供給機構149より
純水151を半導体集積回路装置102表面に流してリ
ンスした後、半導体集積回路装置102を高速回転させ
てスピン乾燥させる。
【0090】<第6実施例>前記の第1〜第5実施例は
いずれも、酸化剤を含む中性溶液として5〜40wt%程
度の過酸化水素水を用いたものであったが、他の中性溶
液としてオゾン水を用いても同様の効果がある。なお、
オゾン濃度としては、過酸化水素水の場合と同様に制御
性の点から1〜10mg/L程度の濃度が望ましい。この
ような例を図11に示す。この場合、図11に示すよう
に、半導体集積回路装置102は真空吸着機構を有する
チャック101により保持される。酸素ガス164から
オゾンを生成して純水163と混合させることによりオ
ゾン水162を生成するオゾン水生成機構165と、半
導体集積回路装置102上にオゾン水162(例えば5m
g/L程度の濃度のオゾン水)を供給するためのオゾン水
供給機構161と、該オゾン水供給機構161を半導体
集積回路装置102の表面に沿って走査させる走査機構
170とが設けられる。半導体集積回路装置102の表
面は回転しながら、ノズルから吹き出るオゾン水166
により洗浄される。
【0091】なお、オゾン水による洗浄が終わった後
は、純水168を供給する純水供給機構167より純水
169を半導体集積回路装置102表面に流してリンス
した後、半導体集積回路装置102を高速回転させてス
ピン乾燥させる。さらに、オゾン水を用いた洗浄におい
ても、ブラシ、高圧ジェット、超音波、水ないしは氷の
微粒子あるいはこれらを組合わせた物理的洗浄を併用す
ることにより、過酸化水素水を用いた場合と同様に洗浄
効果を高めることができるのはもちろんである。
【0092】<第7実施例>以下、本発明にかかる洗浄
手法をプラグ構造形成工程へ適用した場合の実施例を説
明する。例えば、図16に示すような4層式の配線構造
の第1のヴィア・ホール313にタングステンプラグ構
造6を形成する工程において、例えば図12に示すよう
に下敷膜314の上に異物407が付着し、その上にタ
ングステン膜315を堆積させた場合を想定する。この
場合、図13に示すように、全面のタングステン膜をエ
ッチバックしたときに異物407のまわりにはタングス
テン膜408も残る。また、エッチバック・プロセスに
起因する単なるタングステンの残渣409が残ることも
ある。
【0093】この後、例えば、第3実施例のように酸化
剤を含む中性溶液として過酸化水素水を用い、かつブラ
シによる物理的洗浄も組合わせた洗浄処理を行う。こう
すれば、第1実施例の場合と同じ理由により、図14に
示すように、タングステンプラグ部6に過剰なエッチン
グないしはダメージを生じさせることなく異物407や
残渣408,409(図13参照)を選択的に除去するこ
とができる。したがって、この上にアルミ合金膜315
と反射防止膜316とを堆積させた後、写真製版技術や
ドライエッチング技術により第3層配線7(アルミ配線)
を形成しても、図15に示すように配線のショートは発
生しない。なお、上記の洗浄方法の代わりに、第2実施
例、第4実施例、第5実施例、第6実施例に示されてい
るような洗浄方法を用いても同様の効果が得られる。
【0094】<第8実施例>上述の実施例では、主にタ
ングステンを用いた配線パターンやプラグ構造の形成工
程における異物や残渣を洗浄(除去)する手法について説
明したが、これらはMo(モリブデン)、Ti(チタン)、T
a(タンタル)などの他の高融点金属やこれらのシリサイ
ド膜、およびこれらの窒化膜や酸化膜等の化合物膜で構
成されている配線やプラグ構造・形成工程に用いても同
様の効果を奏する。
【0095】
【発明の効果】本発明によれば、高融点金属、高融点金
属シリサイド、高融点化合物膜を用いた配線パターンや
プラグ構造を形成する工程において、異物や残渣が発生
しても、配線パターンやプラグ構造に過激なエッチング
ないしはダメージを生じさせることなくこれらの異物や
残渣を選択的に、かつ、効率的に洗浄(除去)することが
できる。したがって、配線の欠陥を低減することがで
き、配線ひいては半導体集積回路装置の品質レベルを向
上させることができるとともに、配線材料の歩留まりも
向上でき生産性を高めることができる。
【0096】具体的には、第1の発明によれば、半導体
集積回路装置の配線要素形成工程中の洗浄においては、
中性溶液に対する露出面積が比較的大きい配線構造に対
するエッチング速度が小さくなる一方、上記露出面積が
比較的小さい異物ないしは残渣に対するエッチング速度
が大きくなるといった露出面積依存現象が生じ、プラグ
構造、配線パターン等の配線要素はほとんどエッチング
されないが、異物ないしは残渣はエッチングされて除去
されるので、半導体集積回路装置の配線欠陥の発生が低
減されて該半導体集積回路装置の品質レベルが高められ
るとともに、半導体材料の歩留まりが高められて生産性
が高められる。
【0097】第2の発明によれば、第1の発明と同様の
効果が得られる。さらに、酸化剤として過酸化物が用い
られるが、過酸化物については露出面積依存現象がとく
に顕著となるので、配線要素の過度なエッチングないし
はダメージを招くことなく、異物ないしは残渣の除去が
促進され、品質レベル向上効果と生産性向上効果とが一
層高められる。
【0098】第3の発明によれば、第2の発明と同様の
効果が得られる。さらに、過酸化物として過酸化水素が
用いられるが、過酸化水素については露出面積依存現象
がさらに顕著となるので、配線要素の過度なエッチング
ないしはダメージを招くことなく、異物ないしは残渣の
除去が一層促進され、品質レベル向上効果と生産性向上
効果とがなお一層高められる。
【0099】第4の発明によれば、第2の発明と同様の
効果が得られる。さらに、過酸化物としてオゾンが用い
られるが、オゾンについては露出面積依存現象がとくに
顕著となるので、配線要素の過度なエッチングないしは
ダメージを招くことなく、異物ないしは残渣の除去が一
層促進され、品質レベル向上効果と生産性向上効果とが
なお一層高められる。
【0100】第5の発明によれば、第1〜第4の発明の
いずれか1つと同様の効果が得られる。さらに、中性溶
液の温度が20〜40℃の範囲内に保持され、配線要素
の過度なエッチングが確実に防止されるので、生産性向
上効果がさらに高められる。
【0101】第6の発明によれば、第1〜第5の発明の
いずれか1つと同様の効果が得られる。さらに、洗浄処
理工程がプラグ構造形成工程の次に実行されるので、プ
ラグ構造形成工程において製造途上の半導体集積回路装
置に付着した異物ないしは残渣が除去され、品質レベル
向上効果と生産性向上効果とがより一層高められる。
【0102】第7の発明によれば、第1〜第5の発明の
いずれか1つと同様の効果が得られる。さらに、洗浄処
理工程が配線パターン形成工程の次に実行されるので、
配線パターン形成工程において製造途上の半導体集積回
路装置に付着した異物ないしは残渣が除去され、品質レ
ベル向上効果と生産性向上効果とはより一層高められ
る。
【0103】第8の発明によれば、第6または第7の発
明と同様の効果が得られる。さらに、プラグ構造または
配線パターンが、高融点金属、高融点金属シリサイドま
たは高融点金属化合物で形成されているが、これらの材
料については露出面積依存現象がとくに顕著となるの
で、配線パターンの過度なエッチングないしはダメージ
を招くことなく、異物ないしは残渣の除去が一層促進さ
れ、品質レベル向上効果と生産性向上効果とがさらに高
められる。
【0104】第9の発明によれば、第1〜第8の発明の
いずれか1つと同様の効果が得られる。さらに、中性溶
液による化学的な洗浄に対して相乗的な洗浄作用を呈す
る物理的洗浄が併用されるので、異物ないしは残渣の除
去がなお一層促進され、品質レベル向上効果と生産性向
上効果とがさらに高められる。
【0105】第10の発明によれば、第9の発明と同様
の効果が得られる。さらに、物理的洗浄作用の強い、ブ
ラシによる洗浄、高圧ジェット洗浄、超音波洗浄、水の
微粒子による洗浄または氷の微粒子による洗浄のうちの
少なくとも1つが併用されるので、異物ないしは残渣の
除去がさらに促進され、品質レベル向上効果と生産性向
上効果とがなお一層高められる。
【0106】第11の発明によれば、半導体集積回路装
置の洗浄処理工程において、中性溶液に対する露出面積
が比較的大きい配線構造に対するエッチング速度が小さ
くなる一方、上記露出面積が比較的小さい異物ないしは
残渣に対するエッチング速度が大きくなるといった露出
面積依存現象が生じ、プラグ構造、配線パターン等の配
線要素はほとんどエッチングされず、他方異物ないしは
残渣はエッチングされて除去されるので、半導体集積回
路装置の配線欠陥の発生が低減されて該半導体集積回路
装置の品質レベルが高められるとともに、半導体材料の
歩留まりが良くなり生産性が高められる。
【0107】第12の発明によれば、半導体集積回路装
置の洗浄処理工程において、半導体集積回路装置が中性
溶液で洗浄されるとともにブラシで物理的に洗浄され、
露出面積依存現象とブラシによる洗浄作用とにより、プ
ラグ構造、配線パターン等の配線要素はほとんどエッチ
ングされず、他方異物ないしは残渣はエッチングされて
除去されるので、半導体集積回路装置の配線欠陥の発生
が低減されて該半導体集積回路装置の品質レベルが高め
られるとともに、半導体材料の歩留まりが良くなり生産
性が高められる。
【0108】第13の発明によれば、半導体集積回路装
置の洗浄処理工程において、露出面積依存現象が生じ、
プラグ構造、配線パターン等の配線要素はほとんどエッ
チングされず、他方異物ないしは残渣はエッチングされ
て除去されるので、半導体集積回路装置の配線欠陥の発
生が低減されて該半導体集積回路装置の品質レベルが高
められるとともに、半導体材料の歩留まりが良くなり生
産性が高められる。
【0109】第14の発明によれば、半導体集積回路装
置の洗浄処理工程において、半導体集積回路装置が超音
波によって振動力を与えられた中性溶液で洗浄され、露
出面積依存現象が生じ、プラグ構造、配線パターン等の
配線要素はほとんどエッチングされず、他方異物ないし
は残渣はエッチングされて除去されるので、半導体集積
回路装置の配線欠陥の発生が低減されて該半導体集積回
路装置の品質レベルが高められるとともに、半導体材料
の歩留まりが良くなり生産性が高められる。
【0110】第15の発明によれば、半導体集積回路装
置の洗浄処理工程において、半導体集積回路装置が中性
溶液で洗浄されるとともに水ないしは氷の微粒子の吹き
付けによって物理的に洗浄され、露出面積依存現象によ
り、プラグ構造、配線パターン等の配線要素はほとんど
エッチングされず、他方異物ないしは残渣はエッチング
されて除去されるので、半導体集積回路装置の配線欠陥
の発生が低減されて該半導体集積回路装置の品質レベル
が高められるとともに、半導体材料の歩留まりが良くな
り生産性が高められる。
【0111】第16の発明によれば、第11〜第15の
発明のいずれか1つと同様の効果が得られる。さらに、
中性溶液供給機構が半導体集積回路装置表面に沿って走
査させられるので、中性溶液が半導体集積回路装置表面
にまんべんなく供給され、洗浄効果が高められ、品質レ
ベル向上効果と生産性向上効果とが一層高められる。
【0112】第17の発明によれば、第11〜第16の
発明のいずれか1つと同様の効果が得られる。半導体集
積回路装置上に純水が供給されるので、中性溶液がリン
スされるとともに半導体集積回路表面に単に滞留してい
る異物ないしは残渣が洗い流され、品質レベル向上効果
と生産性向上効果とが一層高められる。
【0113】第18の発明によれば、第11〜第17の
発明のいずれか1つと同様の効果が得られる。さらに、
酸化剤として過酸化物が用いられるが、過酸化物につい
ては露出面積依存現象がとくに顕著となるので、配線要
素の過度なエッチングないしはダメージを招くことな
く、異物ないしは残渣の除去が促進され、品質レベル向
上効果と生産性向上効果とが一層高められる。
【0114】第19の発明によれば、第18の発明と同
様の効果が得られる。さらに、過酸化物として過酸化水
素が用いられるが、過酸化水素については露出面積依存
現象がさらに顕著となるので、配線要素の過度なエッチ
ングないしはダメージを招くことなく、異物ないしは残
渣の除去が一層促進され、品質レベル向上効果と生産性
向上効果とがなお一層高められる。
【0115】第20の発明によれば、第18の発明と同
様の効果が得られる。さらに、過酸化物としてオゾンが
用いられるが、オゾンについては露出面積依存現象がと
くに顕著となるので、配線要素の過度なエッチングない
しはダメージを招くことなく、異物ないしは残渣の除去
が一層促進され、品質レベル向上効果と生産性向上効果
とがなお一層高められる。
【0116】第21の発明によれば、第11〜第20の
発明のいずれか1つと同様の効果が得られる。さらに、
中性溶液の温度が20〜40℃の範囲内に保持され、配
線要素の過度なエッチングが確実に防止されるので、配
線材料の歩留まりが良くなり、生産性向上効果がさらに
高められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる酸化剤を含む中性溶液を用い
て製造途上にある半導体集積回路装置の洗浄を行う場合
における、実行エッチング速度と被エッチング材のサイ
ズとの関係を示す図である。
【図2】 半導体集積回路装置の第2層配線の形成工程
において、フォトレジスタ・パターンが形成された後の
状態における半導体集積回路装置の縦断面説明図であ
る。
【図3】 半導体集積回路装置の第2層配線の形成工程
において、ドライエッチングによるパターニングが施さ
れた後の状態における半導体集積回路装置の縦断面説明
図である。
【図4】 半導体集積回路装置の第2層配線の形成工程
において、フォトレジスタ・パターンが除去された後の
状態における半導体集積回路装置の縦断面説明図であ
る。
【図5】 半導体集積回路装置の第2層配線の形成工程
終了後において、本発明にかかる酸化剤を含む中性溶液
を用いた洗浄処理が行われた後の状態における半導体集
積回路装置の縦断面説明図である。
【図6】 本発明の第1実施例にかかる半導体集積回路
装置の製造装置の模式図である。
【図7】 本発明の第2実施例にかかる半導体集積回路
装置の製造装置の模式図である。
【図8】 本発明の第3実施例にかかる半導体集積回路
装置の製造装置の模式図である。
【図9】 本発明の第4実施例にかかる半導体集積回路
装置の製造装置の模式図である。
【図10】 本発明の第5実施例にかかる半導体集積回
路装置の製造装置の模式図である。
【図11】 本発明の第6実施例にかかる半導体集積回
路装置の製造装置の模式図である。
【図12】 半導体集積回路装置のプラグ構造の形成工
程において、タングステン膜が形成された後の状態にお
ける半導体集積回路装置の縦断面説明図である。
【図13】 半導体集積回路装置のプラグ構造の形成工
程において、タングステン膜がエッチバックされた後の
状態における半導体集積回路装置の縦断面説明図であ
る。
【図14】 半導体集積回路装置のプラグ構造の形成工
程の終了後において、本発明にかかる酸化剤を含む中性
溶液を用いた洗浄処理が行われた後の状態における半導
体集積回路装置の縦断面説明図である。
【図15】 半導体集積回路装置の第3層配線の形成工
程において、第3層配線が形成された状態における半導
体集積回路装置の縦断面説明図である。
【図16】 4層式の配線構造を備えた従来の半導体集
積回路装置の縦断面説明図である。
【図17】 従来の半導体集積回路装置の第2層配線の
形成工程において、下地絶縁膜が形成された後の状態に
おける半導体集積回路装置の縦断面説明図である。
【図18】 従来の半導体集積回路装置の第2層配線の
形成工程において、コンタクト・ホールが形成された後
の状態における半導体集積回路装置の縦断面説明図であ
る。
【図19】 従来の半導体集積回路装置の第2層配線の
形成工程において、タングステン膜が形成された後の状
態における半導体集積回路装置の縦断面説明図である。
【図20】 従来の半導体集積回路装置の第2層配線の
形成工程が終了した状態における半導体集積回路装置の
縦断面説明図である。
【図21】 従来の半導体集積回路装置のプラグ構造の
形成工程において、第1の層間絶縁膜が形成された後の
状態における半導体集積回路装置の縦断面説明図であ
る。
【図22】 従来の半導体集積回路装置のプラグ構造の
形成工程において、第1のヴィア・ホールが形成された
後の状態における半導体集積回路装置の縦断面説明図で
ある。
【図23】 従来の半導体集積回路装置のプラグ構造の
形成工程において、タングステン膜が堆積された後の状
態における半導体集積回路装置の縦断面説明図である。
【図24】 従来の半導体集積回路装置のプラグ構造の
形成工程において、タングステン膜がエッチバックされ
た状態における半導体集積回路装置の縦断面説明図であ
る。
【図25】 従来の半導体集積回路装置の第3層配線の
形成工程において、アルミ合金膜および反射防止膜が形
成された後の状態における半導体集積回路装置の縦断面
説明図である。
【図26】 従来の半導体集積回路装置の第3層配線の
形成工程が終了した状態における半導体集積回路装置の
縦断面説明図である。
【図27】 従来の半導体集積回路装置の第4配線の形
成工程が終了した状態における半導体集積回路装置の縦
断面説明図である。
【図28】 完成後における従来の半導体集積回路装置
の縦断面説明図である。
【図29】 従来の半導体集積回路装置の第2層配線の
形成工程において、フォトレジスタ・パターンが形成さ
れた後の状態における半導体集積回路装置の縦断面説明
図である。
【図30】 従来の半導体集積回路装置の第2層配線の
形成工程において、ドライエッチングによるパターニン
グが施された後の状態における半導体集積回路装置の縦
断面説明図である。
【図31】 従来の半導体集積回路装置の第2層配線の
形成工程において、フォトレジスタ・パターンが除去さ
れた後の状態における半導体集積回路装置の縦断面説明
図である。
【図32】 従来の半導体集積回路装置のプラグ構造の
形成工程において、タングステン膜が形成された後の状
態における半導体集積回路装置の縦断面説明図である。
【図33】 従来の半導体集積回路装置のプラグ構造の
形成工程において、タングステン膜がエッチバックされ
た後の状態における半導体集積回路装置の縦断面説明図
である。
【図34】 従来の半導体集積回路装置の第3層配線の
形成工程において、第3層配線が形成された後の状態に
おける半導体集積回路装置の縦断面説明図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板、2 半導体素子、4 第2層配線、
6 プラグ構造、7第3層配線、9 プラグ構造、10
第4層配線、101 チャック、102半導体集積回
路装置、103 中性溶液供給機構、104 過酸化水
素水、105 走査機構、106 過酸化水素水、10
7 純水供給機構、108 純水、113 ブラシ、1
14 走査機構、111 中性溶液供給機構、112
過酸化水素水、115 純水供給機構、116 純水、
117過酸化水素水、118純水、121 中性溶液供
給機構、122 過酸化水素水、123 加圧機構、1
24 走査機構、125 過酸化水素水、126 純水
供給機構、127純水、128 純水、131 中性溶
液供給機構、132 過酸化水素水、133超音波印加
機構、134 走査機構、135 過酸化水素水、13
6 純水供給機構、137 純水、138 純水、14
1 中性溶液供給機構、142 過酸化水素水、143
微粒子供給機構、144 純水、146 走査機構、
147 微粒子、148 過酸化水素水、149 純水
供給機構、150 純水、151 純水、161 オゾ
ン水供給機構、162 オゾン水、165 オゾン水生
成機構、166 オゾン水、167 純水供給機構、1
68 純水、169純水、170 走査機構、303
ゲート電極、305 第1層配線、306コンタクトホ
ール、307 コンタクトホール、313 第1のヴィ
アホール、321 第2のヴィアホール。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/304 B N 21/3063 21/3213 (72)発明者 田中 努 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子と該半導体素子を相互に接続
    する配線構造とが半導体基板上に配置された半導体集積
    回路装置の製造方法において、 上記配線構造を構成する各種配線要素が順次形成される
    一連の配線要素形成工程と、 上記一連の配線要素形成工程中において、製造途上にあ
    る半導体集積回路装置が、酸化剤を含む中性溶液を用い
    て洗浄される洗浄処理工程とを含むことを特徴とする半
    導体集積回路装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記酸化剤として過酸化物が用いられる
    ことを特徴とする、請求項1に記載された半導体集積回
    路装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記過酸化物として過酸化水素が用いら
    れることを特徴とする、請求項2に記載された半導体集
    積回路装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 上記過酸化物としてオゾンが用いられる
    ことを特徴とする、請求項2に記載された半導体集積回
    路装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記中性溶液の温度が20〜40℃の範
    囲内に保持されることを特徴とする、請求項1〜請求項
    4のいずれか1つに記載された半導体集積回路装置の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 上記一連の配線要素形成工程に、半導体
    基板または所定の配線要素と隣接する接続孔に導電膜が
    埋め込まれて、配線要素の1つであるプラグ構造が形成
    されるプラグ構造形成工程が含まれていて、 上記洗浄処理工程が、上記プラグ構造形成工程の次に実
    行されることを特徴とする、請求項1〜請求項5のいず
    れか1つに記載された半導体集積回路装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 上記一連の配線要素形成工程に、配線要
    素の1つである配線パターンが形成される配線パターン
    形成工程が含まれていて、 上記洗浄処理工程が、上記配線パターン形成工程の次に
    実行されることを特徴とする、請求項1〜請求項5のい
    ずれか1つに記載された半導体集積回路装置の製造方
    法。
  8. 【請求項8】 上記プラグ構造または上記配線パターン
    が、高融点金属、高融点金属シリサイドまたは高融点金
    属化合物で形成されていることを特徴とする、請求項6
    または請求項7に記載された半導体集積回路装置の製造
    方法。
  9. 【請求項9】 上記洗浄処理工程で、上記中性溶液によ
    る化学的な洗浄に対して相乗的な洗浄作用を呈する物理
    的洗浄が併用されることを特徴とする、請求項1〜請求
    項8のいずれか1つに記載された半導体集積回路装置の
    製造方法。
  10. 【請求項10】 上記物理的洗浄に、ブラシによる洗
    浄、高圧ジェット洗浄、超音波洗浄、水の微粒子による
    洗浄または氷の微粒子による洗浄のうちの少なくとも1
    つが含まれることを特徴とする、請求項9に記載された
    半導体集積回路装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 半導体集積回路装置を保持しつつ回転
    する保持回転機構と、上記半導体集積回路装置上に酸化
    剤を含む中性溶液を供給する中性溶液供給機構とを備え
    ていることを特徴とする半導体集積回路装置の製造装
    置。
  12. 【請求項12】 半導体集積回路装置を保持しつつ回転
    する保持回転機構と、上記半導体集積回路装置上に酸化
    剤を含む中性溶液を供給する中性溶液供給機構と、ブラ
    シを半導体集積回路装置上に押し付けて回転させるブラ
    シ回転機構とを備えていることを特徴とする半導体集積
    回路装置の製造装置。
  13. 【請求項13】 半導体集積回路装置を保持しつつ回転
    する保持回転機構と、上記半導体集積回路装置上に酸化
    剤を含む中性溶液を高圧にして吹き付ける中性溶液供給
    機構とを備えていることを特徴とする半導体集積回路装
    置の製造装置。
  14. 【請求項14】 半導体集積回路装置を保持しつつ回転
    する保持回転機構と、上記半導体集積回路装置上に酸化
    剤を含む中性溶液を供給する中性溶液供給機構と、上記
    中性溶液に超音波を印加する超音波印加機構とを備えて
    いることを特徴とする半導体集積回路装置の製造装置。
  15. 【請求項15】 半導体集積回路装置を保持しつつ回転
    する保持回転機構と、上記半導体集積回路装置上に酸化
    剤を含む中性溶液を供給する中性溶液供給機構と、上記
    半導体集積回路装置上に水の微粒子または氷の微粒子の
    うちの少なくとも一方を吹き付ける微粒子供給機構とを
    備えていることを特徴とする半導体集積回路装置の製造
    装置。
  16. 【請求項16】 上記中性溶液供給機構を上記半導体集
    積回路装置の表面に沿って走査させる走査機構を備えて
    いることを特徴とする、請求項11〜請求項15のいず
    れか1つに記載された半導体集積回路装置の製造装置。
  17. 【請求項17】 上記半導体集積回路装置上に純水を供
    給する純水供給機構を備えていることを特徴とする、請
    求項11〜請求項16のいずれか1つに記載された半導
    体集積回路装置の製造装置。
  18. 【請求項18】 上記酸化剤として過酸化物が用いられ
    るようになっていることを特徴とする、請求項11〜請
    求項17のいずれか1つに記載された半導体集積回路装
    置の製造装置。
  19. 【請求項19】 上記過酸化物として過酸化水素が用い
    られるようになっていることを特徴とする、請求項18
    に記載された半導体集積回路装置の製造装置。
  20. 【請求項20】 上記過酸化物としてオゾンが用いられ
    るようになっていることを特徴とする、請求項18に記
    載された半導体集積回路装置の製造装置。
  21. 【請求項21】 上記中性溶液の温度を20〜40℃に
    保持する温度調節機構を備えていることを特徴とする、
    請求項11〜請求項20のいずれか1つに記載された半
    導体集積回路装置の製造装置。
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