JPH09115875A

JPH09115875A - 半導体装置の製造方法及びこの方法に用いる処理液

Info

Publication number: JPH09115875A
Application number: JP29773795A
Authority: JP
Inventors: Hideto Goto; 日出人後藤; Koichi Mizobuchi; 孝一溝渕
Original assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Current assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【構成】シリコン基板１上に形成したＢＰＳＧ層２を
レジストマスク３によって所定パターンにドライエッチ
ングで加工してＢＰＳＧ層２にコンタクトホール２ａを
形成し、前記ドライエッチング後にレジストマスク３を
除去した状態で、前記ドライエッチングによる加工領域
（特に、前記ドライエッチングに用いるエッチングガス
とレジストマスク３とＢＰＳＧ層３とにより生じた堆積
物（例えば堆積ポリマー）と、レジストマスク３の除去
時にシリコン基板１の表面に生じた酸化物（例えば自然
酸化膜）と）を、15重量％〜40重量％のフッ化アンモニ
ウムと0.04重量％〜0.3 重量％のフッ化水素酸（フッ
酸）とを含有するバッファードフッ酸によって処理す
る、半導体装置の製造方法、及び上記処理液。【効果】コンタクトホールやバイアホールの如きホー
ルの拡張を防止して設定通りのサイズに形成しつつ、堆
積ポリマーや自然酸化膜を十二分に除去でき、コンタク
ト抵抗の減少、配線間の短絡防止、配線の被着性、設備
の汚染防止等を実現できる半導体装置の製造方法と、こ
の製造方法に用いる処理液を提供することができる。

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製造方法及
びこの方法に用いる処理液に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置、例えば超大規模集積回路
（ＵＬＳＩ）にあっては、回路素子の形成のために要求
される加工寸法が 0.5μｍオーダーという極めて微細で
厳しい値になってきている。

【０００３】このような微細なパターニングにおいて、
ウエットエッチングを採用した場合、パターニングすべ
き層の表面にレジスト膜を所定形状に形成してエッチン
グする際に等方性エッチング特性を示すため、深さ方向
のエッチングと同時に横方向にもエッチングが進行し、
いわゆるアンダーカットが生じてしまう。このため、所
定寸法を得ることが困難であり、目的とする加工精度を
実現できないことがある。

【０００４】これに対し、ドライエッチングでは、パタ
ーニングすべき層の深さ方向のエッチング量に比べて横
方向のエッチング量が極めて僅かであるので、上記のよ
うな厳しい加工精度が要求される微細なパターニングに
好適である。

【０００５】ところが、ドライエッチングでは、エッチ
ングの進行に伴い、エッチングに用いるガスの成分をは
じめ、レジストを含む被パターニング層の構成成分やエ
ッチング装置の構成部品の金属成分（例えば、鉄、クロ
ム、ニッケル等）を含む堆積物（以下、堆積ポリマー又
は堆積保護層という。）が生成され、これがエッチング
領域、例えばコンタクトホール及びその周囲に堆積す
る。

【０００６】このような堆積ポリマーは、耐エッチング
性があるため、コンタクトホール等に堆積すると、コン
タクトホールはもはやエッチングされることはなく、そ
の拡大が防止される。即ち、堆積ポリマーを利用した異
方性エッチングが可能となり、コンタクトホールの加工
精度が保持されることになる。この異方性エッチングに
ついて図14で説明する。

【０００７】まず、図14（ａ）に示すように、半導体基
板81上の被エッチング層（例えばノンドープＣＶＤ(Che
mical vapor deposition：化学気相成長）酸化膜層：Ｍ
ＴＯ（Middle Temperature Oxide）層14やボロン及びリ
ンドープドシリケートガラス層：ＢＰＳＧ層）82上にレ
ジストマスク83を形成する。次いで、同図（ｂ）に示す
ように、レジストマスク83上からエッチングガス８をプ
ラズマ雰囲気中で矢印のように供給する。これによっ
て、レジストマスク83の開口部83ａ下の被エッチング層
82の領域をエッチングし、エッチングガスの垂直方向成
分８ａにより、同図（ｃ）を経て同図（ｄ）のように被
エッチング層82及び14をパターニングし、例えば半導体
基板81上にてコンタクトホール82ａを形成する。

【０００８】そして、このエッチングの過程で、被エッ
チング層82及び14のエッチング領域（コンタクトホー
ル）82ａの側壁面に堆積ポリマー層９が図14（ｃ）のよ
うに生成する。この堆積ポリマー層９は、エッチング領
域の側壁に作用しようとするエッチングガスの横方向成
分８ｂに対して障壁（即ち、耐エッチング膜）として機
能し、これによって、エッチング領域の水平方向への拡
大が阻止されるから、パターニングが高精度でなされる
ことになる。

【０００９】図14（ｄ）のように被エッチング層82及び
14のパターニングが終了した後、プラズマアッシング及
び硫酸／過酸化水素水でレジストマスク83を除去し、同
図（ｅ）に示すようにパターニングが完了する。なお、
このとき、堆積ポリマー層９は、コンタクトホール82ａ
の側壁に９ａとして残存し、付着すると共に、その上部
９ｂは被エッチング層82上に付着する。

【００１０】このように、堆積ポリマー層９を利用して
異方性エッチングが可能であるが、エッチング後には堆
積ポリマーは不要なものとなり、十二分に除去する必要
がある。

【００１１】従来、堆積ポリマーを除去するために、プ
ラズマアッシングや、硫酸／過酸化水素水混合液（濃硫
酸と30％過酸化水素水とを約３：１に混合した洗浄液）
では、上記の堆積ポリマーは除去できず、残存してしま
う。

【００１２】しかも、上記したレジストマスクを除去す
るのに、これまでは、堆積ポリマーの除去と同様にプラ
ズマアッシングや硫酸と過酸化水素水とからなる混酸洗
浄液によるレジスト除去方法が採用されているが、上記
したように堆積ポリマーが残存することに加えて、コン
タクトホールの底部に露出したシリコン基板（或いはポ
リシリコン）の表面に、レジスト除去工程時に図14
（ｅ）に示す如くに自然酸化膜84が生成してしまう。

【００１３】このような堆積ポリマーや自然酸化膜が残
ったままデバイスを作製すると、次の（１）〜（５）に
示す問題点が生じてしまう。

【００１４】（１）図15に示すように、加工されたＢＰ
ＳＧ層82及びＭＴＯ層14のコンタクトホール82ａの側壁
に堆積ポリマー層９が残存していると、コンタクトホー
ル82ａを含む領域に配線83を被着した場合、基板81と配
線83のコンタクト部83ａとの接触面積が堆積ポリマー層
９の分に相当して小さくなり、接触抵抗が増大し、信頼
性が低下する。この高抵抗化に加えて、また、コンタク
ト部83ａと基板81との間が、破線の矢印で示すように、
幾分導電性のある堆積ポリマー層９ａを介して導通し、
抵抗が変化し易くなる。

【００１５】図９（Ａ）には、プラズマアッシング後の
コンタクトホールの顕微鏡写真のスケッチを示す（ここ
では、下地はシリコン基板、コンタクトホールでのコン
タクトホール径は 0.4μｍ）が、黒っぽく見えるコンタ
クトホールの周囲に白っぽく見える堆積ポリマー９ｂ
（又は９ａ）が環状に残存していることが分かる。図９
（Ｂ）は、濃硫酸と過酸化水素水との混合液で洗浄処理
したときの上記と同様のスケッチを示すが、堆積ポリマ
ーがコンタクトホールの側壁に不規則に付着した状況が
分かる。

【００１６】図11（Ａ）には、プラズマアッシング後の
絶縁層のバイアホールの顕微鏡写真のスケッチを示す
（ここでは、下地はタングステン膜、バイアホール径は
0.5μｍ）が、黒っぽく見えるバイアホールの周囲に堆
積ポリマー９ｂ（又は９ａ）が局在化して残存している
ことが分かる。図11（Ｂ）は、有機アミン系と芳香族系
との混合液で洗浄したときの上記と同様の顕微鏡写真を
示すが、やはり堆積ポリマーがバイアホールの周囲に局
在化して残存した状況が分かる。

【００１７】（２）堆積ポリマー層のうち、上部９ｂが
隣接するコンタクトホールの堆積ポリマー層に連なる
と、両者間（即ち、隣接する配線間）が電気的に短絡し
てしまい、層間絶縁層（例えばＢＰＳＧ層82やその上の
絶縁層）による絶縁が不確実になり、これも信頼性低下
を助長する。

【００１８】（３）絶縁層に対する配線材料の被着性が
悪くなる。コンタクトホール又はバイアホールの上部周
囲に堆積ポリマーが残っているために、それらのホール
を介して下地との導通する配線層を絶縁層上に被着する
際、上記残存ポリマーによって両者間の密着性が不良と
なることがある。

【００１９】（４）堆積ポリマー層中に金属成分が含ま
れていると、上記パターニング後の後処理工程において
堆積ポリマー中の金属成分が放出され、例えば電気炉や
洗浄装置等の生産設備が汚染されることがある。

【００２０】（５）レジスト除去工程によって自然酸化
膜84が30Å程度の厚さに成長することが判明したが、こ
の状態を放置すると、配線83と基板81との接触が不十分
となり、抵抗が増大するおそれがある（図６参照）。

【００２１】上記した理由から、堆積ポリマーや自然酸
化膜は十二分に除去する必要があるが、使用する洗浄液
の洗浄力（例えはエッチング速度）及び処理時間等を慎
重に選択しなければならない。例えは低濃度フッ酸を用
いると、十二分に除去はされても、コンタクトホールや
バイアホールの側壁も洗浄除去され、それらのホールが
設定されたサイズよりも拡張を生じてしまう（図１及び
図２参照）。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した問題点を解消し、コンタクトホールやバイアホール
の如きホールの拡張を防止して設定通りのサイズに形成
しつつ、堆積ポリマーや自然酸化膜を十二分に除去で
き、コンタクト抵抗の減少、配線間の短絡防止、配線の
被着性、設備の汚染防止等を実現できる半導体装置の製
造方法と、この製造方法に用いる処理液を提供すること
にある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討を
重ねた結果、フッ化アンモニウムとフッ化水素酸（フッ
酸）とを基本成分とする処理液において、これらの成分
の配合比を特定範囲に選択すれば、これを用いて例えば
約20℃の液温で洗浄することによって、上記した本発明
の目的を達成できることを見出し、本発明に到達したも
のである。

【００２４】即ち、本発明は、下層（例えばシリコン基
板）上に形成した被加工層（例えばＢＰＳＧ層等の絶縁
層や配線材料層）をマスク（例えばレジストマスク）に
よって所定パターンにドライエッチングで加工し、この
ドライエッチング後の前記被加工層を残す工程を含み、
前記ドライエッチング後に前記マスクを除去した状態
で、前記ドライエッチングによる加工領域（特に、前記
ドライエッチングに用いるエッチングガスとレジストマ
スクと前記被加工層）とにより生じた堆積物（例えば堆
積ポリマー）と、前記レジストマスクの除去時に前記下
層の表面に生じた酸化物（例えば自然酸化膜）とを、15
重量％〜40重量％のフッ化アンモニウムと0.04重量％〜
0.3 重量％のフッ化水素酸（フッ酸）とを含有する処理
液によって処理する、半導体装置の製造方法、及び上記
処理液に係るものである。

【００２５】この製造方法及び処理液によれば、上記の
堆積物と酸化物とを除去するのに、15〜40重量％のフッ
化アンモニウムと0.04〜0.3 重量％のフッ化水素酸とを
含有する処理液（以下、本発明のバッファードフッ酸と
称する。）を使用しているので、コンタクトホールやバ
イアホール等の加工時に堆積ポリマーを十分に除去でき
ると同時に、それらのホールサイズの拡張を極力制御で
き（仮に拡張が生じても、その損失量は線幅で0.02μｍ
以下にできる。）、上記の堆積物と酸化物とを同時にか
つ十二分に除去することができる。換言すれば、本発明
のバッファードフッ酸１つで、自然酸化膜の除去と堆積
ポリマーの除去とホール拡張防止の３点を同時に満足す
ることがはじめて可能になったのである。

【００２６】このバッファードフッ酸は、フッ化水素酸
の濃度を0.04〜0.3 重量％と特定していることが大きな
特徴である。即ち、そうした濃度範囲によって、図１に
示すように数分以内と短時間内（30秒以上であればよ
い。）にホール内の自然酸化膜を除去することができ、
かつ、図２及び図３に示すように熱酸化膜に対するＢＰ
ＳＧのエッチングレート比（エッチング選択比）が10：
１以下（特に３：１以下）と小さめに抑えられたものと
なり、酸化膜除去時に堆積ポリマーの除去を十分に行え
ると共にＢＰＳＧのコンタクトホールの拡張も抑制でき
ることが明らかである。このフッ化水素酸の濃度は0.06
〜0.2 重量％とするのがよく、更には0.08〜0.15重量％
が望ましい。

【００２７】これに反し、フッ化水素酸の濃度が0.04重
量％未満であると、自然酸化膜の除去に要する時間が著
しく長くなり、上記エッチング選択比も急に大きくなり
易いので、コンタクトホールの拡張量が大きくなってし
まう。また、フッ化水素酸の濃度が 0.3重量％を超える
と、自然酸化膜の除去は迅速に実現できる（図１参
照）。

【００２８】しかし、例えば被エッチング層を半導体基
板上に、ノンドープＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜中の不純
物を半導体基板に拡散させないための堆積膜、例えばＭ
ＴＯ（Middle Temperature Oxide）膜等）、ＢＰＳＧ膜
の順に堆積し、その後に所定の方法によりコンタクトホ
ールを形成し、バッファードフッ酸を用いてコンタクト
ホール内を処理する場合、フッ化水素酸の濃度が 0.3重
量％を超えると、ＭＴＯのエッチングレートがＢＰＳＧ
のエッチングレートを上回ることとなり、コンタクトホ
ール下部にアンダーカットが生じ、次工程での成膜に支
障を来す原因を発生させることとなる（図４参照）。

【００２９】そして、本発明のバッファードフッ酸は、
フッ化水素酸を上記範囲に特定しているだけでなく、緩
衝剤としてのフッ化アンモニウムの濃度も特定し、15〜
40重量％に限定していることも大きな特徴である。即
ち、図５に示すように、フッ化アンモニウムの濃度を15
〜40重量％と特定することによって、フッ化水素酸によ
るエッチングレートを抑制し、堆積ポリマーを十分に除
去できると共にコンタクトホールの拡張量を 200Å以下
と小さく抑えることができる。これはまた、フッ化水素
酸の濃度によっても左右され、ここではフッ化水素酸を
0.3重量％以下とするのがよく、0.06〜0.2 重量％で更
に効果があり、特に0.08〜0.15重量％が望ましいことが
分かる。いずれの場合も、フッ化アンモニウムの濃度は
15〜40重量％、更には25〜40重量％、特に35〜40重量％
とするのが望ましい。

【００３０】これに反し、フッ化アンモニウムの濃度が
15重量％未満であると、コンタクトホールの拡張量が急
に増加する（図５、図３、図２参照）。

【００３１】本発明の製造方法においては、上記のバッ
ファードフッ酸による効果を発揮する上で加工領域（特
に下地層の表面）に化学的ドライエッチング（ＣＤＥ）
を行った後に、バッファードフッ酸による処理を行うこ
とが望ましい。

【００３２】図６には、コンタクトホールやバイアホー
ルでのコンタクト抵抗を未洗浄、洗浄処理、化学的ドラ
イエッチング（ＣＤＥ）後の洗浄処理の各場合で示した
ものであるが、加工領域をまずドライエッチングし、し
かる後にバッファードフッ酸による洗浄処理を行う方が
コンタクト抵抗を一層減らせることが分かる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００３４】以下の実施例はいずれも、例えば64ＭＢの
ダイナミックＲＡＭを組み込んだ超ＬＳＩの如き半導体
装置に本発明を適用したものである。

【００３５】図８は、単結晶シリコン基板１上のＢＰＳ
Ｇ層２にコンタクトホール２ａを形成して半導体装置を
製造する方法を主要工程順に示すものである。

【００３６】まず、図８（ａ）に示すように、シリコン
基板１上に厚さ 0.1μｍのノンドープＣＶＤ酸化膜層
（ＭＴＯ層）14及び厚さ１μｍのＢＰＳＧ層２を通常の
成膜技術によって形成し、その上にノボラック樹脂から
なるレジスト層３を通常のレジスト塗布方法によって形
成した後、レジスト層３をプロジェクション法等で所定
のパターンに露光後、通常の現像処理によって開口４ａ
を形成する。

【００３７】このパターニングが終了した時点で、レジ
ストマスク層３をマスクとしてドライエッチングを行
い、図８（ｂ）に示すように、開口４ａ下のノンドープ
ＣＶＤ酸化膜層14及びＢＰＳＧ層２にコンタクトホール
２ａを形成する。この場合、開口４ａ、コンタクトホー
ル２ａには、側壁面から上端周辺にかけて、エッチング
ガス８とレジストマスク層３とＢＰＳＧ層２とノンドー
プＣＶＤ酸化膜層14とにより生じた堆積ポリマー層９ａ
が付着する。

【００３８】次いで、図８（ｃ）に示すように、レジス
トマスク層３を従来と同様にプラズマアッシング及び硫
酸／過酸化水素水により剥離除去する。しかし、この除
去後には、コンタクトホール２ａの側面に堆積ポリマー
層９ａが残り、かつコンタクトホール２ａの上端、周囲
のＢＰＳＧ層２の表面にも堆積ポリマー層９ｂが付着す
る。そして、コンタクトホールの底部にはレジストマス
ク層の除去時に自然酸化膜84が生成する。

【００３９】これらの堆積ポリマー９ａ及び９ｂと自然
酸化膜84は、後述する洗浄処理によって図８（ｄ）に示
すように除去し、コンタクトホール２ａを形成する。

【００４０】次いで、図８（ｅ）に示すように、コンタ
クトホール２ａを含む全面に導電層10を成膜する。導電
層10は、エッチングによって所定パターンにパターニン
グし、所定の配線に加工する。

【００４１】図８（ｄ）に示す場合において、ＢＰＳＧ
層２の後記洗浄処理によるエッチング速度は30〜50Å/m
in程度、またノンドープＣＶＤ酸化膜層14については、
ＭＴＯの場合は15〜25Å/min程度であることが判った。
このようなエッチング速度から、洗浄処理作業の制御が
容易となり、膜厚損失を極力抑制できることが可能とな
った。

【００４２】コンタクトホール形成後のＢＰＳＧ層表面
を示すと、図７（ａ）及び図９（Ｃ）は図８（ｄ）の時
点（堆積ポリマー除去後）での走査型電子顕微鏡による
２次電子像の模式図とその２次電子像のスケッチを示
し、図７（ｂ）は図８（ｃ）の時点（堆積ポリマー除去
前）の同２次電子像の模式図を示している。

【００４３】図７（ｂ）、図９（Ａ）及び（Ｂ）では、
ＢＰＳＧ層２の表面に堆積ポリマー９ｂが付着している
のが観察されるのに対し、本発明に基づく洗浄処理後の
図７（ａ）、更には図９（Ｃ）では堆積ポリマーが認め
られない。従って、前記洗浄処理によって堆積ポリマー
が完全に除去されていることが理解できる。なお、図９
（Ａ）はプラズマアッシング後の状態、図９（Ｂ）は硫
酸／過酸化水素水による洗浄後の状態を示す。

【００４４】なお、上記したドライエッチングによるパ
ターニングで形成されるホール又は開口の側面は、ドラ
イエッチングの異方性により、パターニングする層の表
面からの傾斜が僅かであり、また、後述する洗浄処理に
よる堆積ポリマー９ａ及び９ｂ、自然酸化膜84の除去時
のコンタクトホール側壁面のエッチング量も僅かであ
る。従って、コンタクトホール２ａの径Ｄは、設計上の
径に比べて極めて僅かしか異なっておらず、64ＭＢの半
導体装置においては設計上の数値に対する配線の線幅損
失や、コンタクトホールの径（又は幅）の増大が0.02μ
ｍ以下という厳しい制約に対し、十分に対応することが
できる。

【００４５】上記したドライエッチングは、次の条件で
行うことができる。

【００４６】ドライエッチングは、指向性の強いリアク
ティブ・イオン・エッチングが好適であり、リアクティ
ブ・イオン・エッチング装置において、ＣＨＦ₃やＣＦ
₄をエッチングガスとして用い、ガス圧を1.33Paとし、
周波数13.56MHz、電力800Wで行う。エッチングに要する
時間は２分であってよい。

【００４７】このドライエッチングの過程では、図８
（ｃ）に示したように、ホール又は開口の側壁面に堆積
ポリマー層９が生成されるので、この堆積ポリマー層の
耐エッチング性によってコンタクトホールの径方向のエ
ッチングが阻止されてコンタクトホール２ａは高精度が
保たれた。堆積ポリマー層９は、Ｘ線による分析の結
果、Ｃ、Ｏ、Ｓｉ、Ｆの組成であった。

【００４８】次に、堆積ポリマー及び自然酸化膜の除去
は、次のようにして行うことができる。

【００４９】図８（ｃ）の状態で、まず化学的ドライエ
ッチング（ＣＤＥ）を次の条件で行う。即ち、ＣＦ₄と
Ｏ₂との混合ガス（ＣＦ₄／Ｏ₂＝1.0 ／1.7 ）をエッ
チングガスとして用い、ガス圧22Pa、温度25℃、周波数
2.5MHz、電力400Wでドライエッチングを行う。

【００５０】但し、この際、自然酸化膜84は実際には、
レジストマスクの除去時にシリコン基板の表面域に生じ
るＳｉＯ_X及びダメージ層の下部に通常は約30Åの厚み
に生成されるが、上記のドライエッチングでシリコン基
板を 100Å程度除去して、上記の表面域のＳｉＯ_X及び
ダメージ層をまず除去する。

【００５１】このドライエッチング後に、0.07重量％の
フッ化水素酸（ＨＦ）及び40重量％のフッ化アンモニウ
ム（ＮＨ₄Ｆ）を含有する洗浄処理液、即ち、本発明に
基づくバッファードフッ酸で 240秒間処理し、上記した
堆積ポリマー層９ａ及び９ｂと同時に、上記したＳｉＯ
_X及びダメージ層下の自然酸化膜84をウエットエッチン
グで除去する。

【００５２】こうして、化学的ドライエッチング（ＣＤ
Ｅ）に引き続いてバッファードフッ酸によるウエットエ
ッチングを行うことによって、図６（但し、コンタクト
ホール径は 0.4μｍ）に示すように、未洗浄のものに比
べてコンタクト抵抗が大幅に低下し、堆積ポリマー及び
自然酸化膜がそれぞれ十二分に除去されていることが明
らかである。また、化学的ドライエッチング（ＣＤＥ）
を行わないで、バッファードフッ酸によるウエットエッ
チングのみを行った場合でも、コンタクト抵抗は未洗浄
のものより減少することが分かる。

【００５３】但し、コンタクト抵抗の減少率の点で、化
学的ドライエッチング（ＣＤＥ）とバッファードフッ酸
によるウエットエッチングの双方を組み合わせて順次行
うことが望ましい。

【００５４】次に、図１〜図５について、上記バッファ
ードフッ酸の組成に応じて得られた性能評価を説明す
る。

【００５５】図１は、バッファードフッ酸のフッ化水素
酸の濃度による自然酸化膜の除去に要する時間をフッ化
アンモニウムの各種濃度毎に示すデータである。これに
よれば、バッファードフッ酸のフッ化水素酸の濃度を本
発明に基づいて0.04〜0.3 重量％と特定することによっ
て、数分以内と短時間内（30秒以上であれば工程制御が
可能である。）にホール内の自然酸化膜を除去すること
ができる。

【００５６】図２及び図３は、バッファードフッ酸のフ
ッ化水素酸の濃度によるエッチング選択比（ＢＰＳＧ／
熱酸化膜）及びコンタクトホール拡張量をフッ化アンモ
ニウムの各種濃度毎にそれぞれ示すデータである。これ
によれば、バッファードフッ酸のフッ化水素酸の濃度を
本発明に基いて0.04〜0.3 重量％と特定することによっ
て、熱酸化膜に対するＢＰＳＧのエッチングレート比
（エッチング選択比）が10：１以下（特に３：１以下）
と小さめに抑えられたものとなり、酸化膜除去時に堆積
ポリマーの除去を十分に行えると共にＢＰＳＧのコンタ
クトホールの拡張も抑制できることが明らかである。

【００５７】このフッ化水素酸の濃度は0.06〜0.2 重量
％とするのがよく、更に0.08〜0.15重量％が望ましい。

【００５８】これに反し、フッ化水素酸の濃度が0.04重
量％未満であると、自然酸化膜の除去に要する時間が著
しく長くなり、上記エッチング選択比も急に大きくなり
易いので、コンタクトホールの拡張量が大きくなってし
まう。また、フッ化水素酸の濃度が 0.3重量％を超える
と、自然酸化膜の除去は迅速に実現できる（図１参
照）。

【００５９】しかし、例えば、被エッチング層を半導体
基板上に、ノンドープＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜中の不
純物を半導体基板に拡散させないための堆積膜、例えば
ＭＴＯ膜等）、ＢＰＳＧ膜の順に堆積し、その後に所定
の方法によりコンタクトホールを形成し、バッファード
フッ酸を用いてコンタクトホール内を処理する場合、フ
ッ化水素酸の濃度が 0.3重量％を超えると、ＭＴＯのエ
ッチングレートがＢＰＳＧのエッチングレートを上回る
こととなり、コンタクトホール下部にアンダーカットが
生じ、次工程での成膜に支障を来す原因を発生させるこ
ととなる（図４参照）。

【００６０】図５は、バッファードフッ酸のフッ化アン
モニウムの濃度によるコンタクトホール拡張量を示すデ
ータである。これによれば、フッ化アンモニウムの濃度
を本発明に基づいて15〜40重量％と特定することによっ
て、フッ化水素酸によるエッチングレートを抑制し、堆
積ポリマーを十分に除去できると共にコンタクトホール
の拡張量を 200Å以下と小さく抑えることができる。こ
れはまた、フッ化水素酸の濃度によっても左右され、こ
こではフッ化水素酸を0.03重量％以下とするのがよく、
0.06〜0.2 重量％で効果があり、特に0.08〜0.15重量％
が望ましいことが分かる。いずれの場合も、フッ化アン
モニウムの濃度は15〜40重量％、更には25〜40重量％、
特に35〜40重量％とするのが望ましい。

【００６１】これに反し、フッ化アンモニウムの濃度が
15重量％未満であると、コンタクトホールの拡張量が急
に増加する（図５、図３及び図２参照）。

【００６２】従って、本発明に基づくバッファードフッ
酸は、10〜40重量％のフッ化アンモニウムと0.04〜0.3
重量％のフッ化水素酸とを含有するため、コンタクトホ
ールの加工時に生じた堆積ポリマーを十分に除去できる
と同時に、それらのホールサイズの拡張を極力抑制でき
（仮に拡張が生じても、その損失量は線幅で0.02μｍ以
下にできる。）、上記の堆積物と自然酸化膜とを同時に
かつ十二分に除去することができる。換言すれば、この
バッファードフッ酸１つで、自然酸化膜の除去と堆積ポ
リマーの除去とホール拡張防止の３点を同時に満足する
ことがはじめて可能になったのである。

【００６３】また、堆積ポリマー層が十分に除去される
ために、複数の配線10が隣接していても、これらが堆積
ポリマーにより短絡されることがなく、ＢＰＳＧ層２に
よる絶縁効果が確実なものとなる。しかも、ＢＰＳＧ層
２に対する配線10の被着性も良好となる。

【００６４】更に、堆積ポリマーが十分に除去されるの
で、堆積ポリマー層中に含有される金属成分により後処
理工程において電気炉や洗浄装置等の生産設備が汚染さ
れることがない。

【００６５】なお、上記のバッファードフッ酸に少量の
界面活性剤、例えば約100ppm以下のアニオン系界面活性
剤やカチオン系界面活性剤（例えばエステルやアミン）
を添加すると、表面張力が小さくなり、コンタクトホー
ル等の微細部の洗浄処理工程の制御が容易になることも
見出されている。

【００６６】図10及び図11は、酸化し難いタングステン
の層をパターニングしてなる配線上に被着した層間絶縁
層としてのプラズマＣＶＤ酸化膜（プラズマＴＥＯＳ：
テトラエトキシシラン膜）等やＳＯＧ（スピンオンガラ
ス）からなる層間絶縁膜にバイアホールを設ける例であ
る。図10について、バイアホールの形成工程を堆積ポリ
マーの除去の過程と共に説明する。

【００６７】まず、図10（ａ）に示すように、タングス
テン配線11上に厚さ 0.8μｍのプラズマＣＶＤ酸化膜
（プラズマＴＥＯＳ：テトラエトキシシラン膜）等やＳ
ＯＧ（スピンオンガラス）からなる層間絶縁膜85を形成
し、この上にバイアホールの形成用のレジストマスク13
を被着し、通常の現像方法によって開口13ａを設ける。

【００６８】次いで、図10（ｂ）に示すように、レジス
トマスク13上から上述した例におけると同様に、ドライ
エッチング装置を使用して反応ガス８を供給し、レジス
トマスクの開口13ａ下のプラズマＣＶＤ酸化膜（プラズ
マＴＥＯＳ：テトラエトキシシラン膜）等やＳＯＧ（ス
ピンオンガラス）からなる層間絶縁膜85にバイアホール
85ａを形成する。このとき、レジストマスク13の開口13
ａの側壁面下部とバイアホール14ａの側壁面とに堆積ポ
リマー層９が形成される。

【００６９】次いで、図10（ｃ）に示すように、レジス
トマスク13を上述したプラズマアッシングや硫酸／過酸
化水素水で剥離、除去する。しかし、バイアホール85ａ
の側壁面とプラズマＣＶＤ酸化膜（プラズマＴＥＯＳ：
テトラエトキシシラン膜）等やＳＯＧ（スピンオンガラ
ス）からなる層間絶縁膜85上には夫々堆積ポリマー９
ａ、９ｂが付着したままである。

【００７０】次いで、上述したと同様にＣＦ₄／Ｏ₂混
合ガスによる化学的ドライエッチングを行った後、0.07
重量％のフッ化水素酸（ＨＦ）及び40重量％のフッ化ア
ンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）からなる洗浄処理液（本発明に
基づくバッファードフッ酸）で洗浄処理し、図10（ｄ）
に示すように堆積ポリマーを除去する。この処理によっ
て堆積ポリマーは十二分に除去され、しかもプラズマＣ
ＶＤ酸化膜（プラズマＴＥＯＳ：テトラエトキシシラン
膜）等やＳＯＧ（スピンオンガラス）からなる層間絶縁
膜85の厚さも実質的に減少していない。

【００７１】次いで、図10（ｅ）に示すように、バイア
ホール85ａを含むプラズマＣＶＤ酸化膜（プラズマＴＥ
ＯＳ：テトラエトキシシラン膜）等やＳＯＧ（スピンオ
ンガラス）からなる層間絶縁膜85上に第二の配線材料と
してタングステンを成膜してパターニングし、上層のタ
ングステン配線15と下層のタングステン配線11とをバイ
アホール85ａを介して互いに接続させる。

【００７２】バイアホール形成後の表面を示すと、図11
（Ｃ）は図10（ｄ）の時点（堆積ポリマー除去後）での
走査型電子顕微鏡による２次電子像を示す。

【００７３】図11（Ａ）及び（Ｂ）では、酸化膜14の表
面に堆積ポリマー９ｂが付着しているのが観察されるの
に対し、本発明に基づく洗浄処理後の図11（Ｃ）では堆
積ポリマーが認められない。従って、前記洗浄処理によ
って堆積ポリマーが十分に除去されていることが理解で
きる。なお、図11（Ａ）はプラズマアッシング後の状
態、図11（Ｂ）は有機アミン系／芳香族系（フェノー
ル）による洗浄後の状態を示す。

【００７４】以上のように、バイアホールを高精度に形
成し、かつ堆積ポリマーを確実に除去することにより、
上下の配線間を十分なコンタクト性を以て接続できる。
バイアホールを高精度に形成可能であることは、図６の
データから明らかである（但し、化学的ドライエッチン
グの有無はあまり結果に影響がない）。

【００７５】図12の例は、熱酸化膜上に成膜された例え
ば配線材料としてのポリシリコンの層をパターニングす
る例である。

【００７６】まず、図12（ａ）は、熱酸化膜16上に成膜
された厚さ 0.1μｍのポリシリコンの層17上に、パター
ニング用のレジストマスク18を被着し、通常の現像方法
によって開口18ａを形成した状態を示している。

【００７７】次いで、図12（ｂ）に示すように、レジス
トマスク18上から上述した例におけると同様に反応ガス
８を供給し、ポリシリコン層17のうちレジストマスクの
開口18ａ下の領域をエッチングする。このとき、レジス
トマスクの開口18ａの側壁面下部とポリシリコン層17の
側壁面とに堆積ポリマー層９が付着する。

【００７８】次いで、上述したと同様にＣＦ₄／Ｏ₂混
合ガスによる化学的ドライエッチングを行った後、0.07
重量％のフッ化水素酸（ＨＦ）及び40重量％のフッ化ア
ンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）からなる洗浄処理液（本発明に
基づくバッファードフッ酸）で洗浄処理し、図12（ｄ）
に示すように堆積ポリマーを除去する。この処理によっ
て堆積ポリマーは十二分に除去され、しかもポリシリコ
ン層の厚さも実質的に減少していない。

【００７９】図13（ａ）及び図13（ｂ）は、上述した各
例で述べた各種の層を有するＣＵＢ（キャパシタ・アン
ダー・ビットライン）タイプのダイナミックＲＡＭにつ
いての一例を示すものである。

【００８０】このダイナミックＲＡＭは、シリコン基板
１上にメモリセルアレイ部ＭＡ（図13（ａ））と周辺回
路部ＰＣ（図13（ｂ））とが形成されたものである。

【００８１】メモリセル部ＭＡにおいては、Ｎ型拡散領
域１Ａ、１Ｂが形成され、これらのＮ型拡散領域とゲー
ト酸化膜22上のポリシリコンゲート電極23によってＭＯ
Ｓ電界効果トランジスタＴｒが構成されている。Ｎ型拡
散領域１Ｂは、ＢＰＳＧ及びＮＳＧ（ノンドープドガラ
ス）等からなる層間絶縁膜２に開口したコンタクトホー
ル２ａを介してビットラインＢＬに接続される。また、
Ｎ型拡散領域１Ａはスタック型キャパシタ電極ＣＡＰに
接続される。図中、24はフィールド酸化膜であり、各メ
モリセルを分離している。

【００８２】ビットラインＢＬの材料としては、ポリシ
リコン、ポリサイド（Ｔｉポリサイド、Ｗポリサイドな
ど）や金属材料（ＴｉＮ、Ｗ、Ａｌ合金など）が用いら
れる。

【００８３】一方、周辺回路部ＰＣにおいては、Ｎ⁺型
拡散領域１Ｃ、１Ｄ及びゲート酸化膜22、ポリシリコン
ゲート電極23からなるＮＭＯＳ電界効果トランジスタＴ
ｒ’及び、Ｎ^-型ウエル28内のＰ⁺型拡散領域１Ｅ、１
Ｆ及びゲート酸化膜22、ポリシリコンゲート電極23から
なるＰＭＯＳ電界効果トランジスタＴｒ”が構成され、
層間絶縁膜２に開口したコンタクトホール２ｂを介して
第１層金属配線25に接続される。

【００８４】第１層金属配線25は、プラズマＣＶＤ酸化
膜（プラズマＴＥＯＳ：テトラエトキシシラン膜）等や
ＳＯＧ（スピンオンガラス）からなる層間絶縁膜95に開
口したバイアホール95ａを介して、第２層金属配線30に
接続される。更に、設計上必要に応じて決められた層数
の上層金属配線40に対し、バイアホール31ａを介して接
続される。

【００８５】金属配線25、30、40は、それぞれＴｉ、Ｔ
ｉＮ、ＴｉＷ、Ｗなとのバリア・密着層とＷ、Ａｌ合金
などの主配線材料、ＴｉＮなどの反射防止膜等で構成さ
れる積層膜、または主配線材料単層からなる。

【００８６】最上層金属配線40の上部は、プラズマＣＶ
Ｄ酸化膜（ＳｉＯ₂）及び窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）からな
るパッシベーション膜41で覆われる。

【００８７】本発明の処理液が適用される場合、コンタ
クトホール２ａ、２ｂ及びバイアホール95ａ、31ａの下
地材は処理液に耐食性のある材質でなければならない。
従って、それらはＳｉ、Ｗシリサイド、ＴｉＮ、Ｔｉ
Ｗ、Ｗ等でなければならない。

【００８８】このように構成されたダイナミックＲＡＭ
では、上記のコンタクトホール２ａをはじめ、バイアホ
ール95ａ及び31ａを形成する工程において、本発明に基
づく洗浄液（バッファードフッ酸）で洗浄処理し、ホー
ル内又はその上端周辺の堆積ポリマーを十分に除去する
ことによって、コンタクト抵抗が小さく、短絡等の信頼
性低下もなく、しかも設計通りの加工が可能となって高
集積化に有利なものとなる。また、この洗浄の前段階
で、特に下地がシリコンであるコンタクトホール２ａの
場合には上述した化学的ドライエッチングを行うと、表
面のダメージ層等を除去でき、引き続くバッファードフ
ッ酸による自然酸化膜の除去を十分に行うことができ
る。

【００８９】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基いて種々変形するこ
とが可能である。

【００９０】例えば、本発明に基づくバッファードフッ
酸（望ましくは加工領域の化学的ドライエッチングとの
併用）は、上述した例のように加工領域にシリコン基板
が存在する場合以外にも、下地がポリシリコンである場
合にも同様に効果がある。また、加工される層はＢＰＳ
Ｇを主体とする絶縁層のみならず、ＰＳＧ（リンドープ
ドシリケートガラス）やＢＳＧ（ボロンドープドシリケ
ートガラス）等であってもよい。更には、ノンドープＣ
ＶＤ酸化膜、例えばＭＴＯやＴＥＯＳであってもよい。

【００９１】また、上述したドライエッチング（化学的
ドライエッチングも含む。）は、リアクティブ・イオン
・エッチングの他、円筒形プラズマ・エッチングやイオ
ンビーム・エッチングによってもよい。特にイオンビー
ム・エッチングは指向性が強いので、正確なパターニン
グを行うのに好適である。

【００９２】また、レジストマスクは単層であってよい
し、多層を使用することもできる。

【００９３】また、配線（導電層）や絶縁層を構成する
材料には、上述した実施例で用いたもの以外にも、適宜
の材料を使用できる。

【００９４】更に、本発明は、ＣＯＢ（キャパシタ・オ
ン・ビットライン）タイプのダイナミックＲＡＭに適用
可能であり、また他のメモリデバイスをはじめ、コンタ
クトホールやバイアホールの加工を要する種々の半導体
装置に適用可能である。

【００９５】

【発明の作用効果】本発明は、上述した如く、15〜40重
量％のフッ化アンモニウムと0.04〜0.3 重量％のフッ化
水素酸とを含有する処理液によって、ドライエッチング
による加工領域を処理しているので、コンタクトホール
等の加工時に生じた堆積物を十分に除去できると同時
に、それらのホールサイズの拡張を極力制御でき、堆積
物と酸化膜とを同時にかつ十二分に除去し、コンタクト
抵抗を減少させることができる。換言すれば、この処理
液１つで、酸化膜の除去と堆積物の除去とホール拡張防
止の３点を同時に満足することがはじめて可能になった
のである。

【００９６】また、上記の堆積物が十分に除去されるた
めに、複数の配線が隣接していても、これらが堆積物に
より短絡されることがなく、しかも配線自体の被着性も
良好となる。更に、堆積物が十分に除去されるので、堆
積物中に含有される金属成分により後処理工程において
電気炉や洗浄装置等の生産設備が汚染されることがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくバッファードフッ酸のフッ化水
素酸濃度による自然酸化膜除去時間の変化を示すグラフ
である。

【図２】同バッファードフッ酸のフッ化水素酸濃度によ
るエッチング選択比の変化を示すグラフである。

【図３】同バッファードフッ酸のフッ化水素酸濃度によ
るコンタクトホール拡張量の変化を示すグラフである。

【図４】同バッファードフッ酸中のフッ化アンモニウム
濃度を固定し、フッ化水素酸の濃度を変化させた場合の
ＢＰＳＧ及びＭＴＯのエッチングレートの変化を示すグ
ラフである。

【図５】同バッファードフッ酸のフッ化アンモニウム濃
度によるコンタクトホール拡張量の変化を示すグラフで
ある。

【図６】各種洗浄処理によるコンタクト抵抗の変化を比
較して示すグラフである。

【図７】本発明の実施例によってコンタクトホールを形
成した絶縁層表面の走査型電子顕微鏡による２次電子像
の模式図であり、同図（ａ）は堆積ポリマー除去後を、
同図（ｂ）は堆積ポリマー除去前を示す。

【図８】同コンタクトホールを形成する過程を示す拡大
断面図である。

【図９】各種処理による同コンタクトホール領域の走査
型電子顕微鏡による２次電子像を比較して示すスケッチ
である。

【図10】本発明の他の実施例によってバイアホールを形
成する過程を示す拡大断面図である。

【図11】各種処理による同バイアホール領域の走査型電
子顕微鏡写真による２次電子像を比較して示すスケッチ
である。

【図12】本発明の他の実施例によってコンタクトホール
を形成する過程を示す拡大断面図である。

【図13】本発明に基づくダイナミックＲＡＭの要部拡大
断面図である。

【図14】従来例によってコンタクトホールを形成する過
程を示す拡大断面図である。

【図15】同コンタクトホール領域の拡大断面図である。

【符号の説明】

１、81・・・シリコン基板２、82・・・ＢＰＳＧ層２ａ、82ａ・・・コンタクトホール３、13・・・レジストマスク８・・・エッチングガス９・・・堆積ポリマー層９ａ、９ｂ・・・堆積ポリマー 10、83・・・配線 11・・・タングステン層 14・・・ノンドープＣＶＤ酸化膜層（ＭＴＯ層等） 84・・・自然酸化膜 85、95・・・プラズマＣＶＤ酸化膜層（ＴＥＯＳ膜層）
及びＳＯＧ層 85ａ、95ａ・・・バイアホール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下層上に形成した被加工層をマスクによ
って所定パターンにドライエッチングで加工し、このド
ライエッチング後の前記被加工層を残す工程を含み、前
記ドライエッチング後に前記マスクを除去した状態で、
15重量％〜40重量％のフッ化アンモニウムと0.04重量％
〜0.3 重量％のフッ化水素酸とを含有する処理液によっ
て前記ドライエッチングによる加工領域を処理する、半
導体装置の製造方法。
【請求項２】ドライエッチングに用いるエッチングガ
スとレジストマスクと被加工層とにより生じた堆積物
と、前記レジストマスクの除去時に下層の表面に生じた
酸化物とを、処理液によって除去する、請求項１に記載
した製造方法。
【請求項３】 35重量％〜40重量％のフッ化アンモニウ
ムと0.06重量％〜0.2 重量％のフッ化水素酸とを含有す
る処理液を使用する、請求項１に記載した製造方法。
【請求項４】加工領域に化学的ドライエッチングを行
った後に、処理液による処理を行う、請求項１に記載し
た製造方法。
【請求項５】被加工層が絶縁層であり、この絶縁層の
パターニングによってコンタクト用の貫通孔を形成す
る、請求項１に記載した製造方法。
【請求項６】被加工層が導電層であり、この導電層を
エッチング後に配線として残す、請求項１に記載した製
造方法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載した
処理液。