JPH0697172A - 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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JPH0697172A
JPH0697172A JP24616492A JP24616492A JPH0697172A JP H0697172 A JPH0697172 A JP H0697172A JP 24616492 A JP24616492 A JP 24616492A JP 24616492 A JP24616492 A JP 24616492A JP H0697172 A JPH0697172 A JP H0697172A
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JP
Japan
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wiring layer
semiconductor device
cleaning
oxide film
washing
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JP24616492A
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English (en)
Inventor
Naoki Kitano
野 直 樹 北
Hisashi Habutsu
恒 土生津
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】Cuを含むAl合金からなる配線層が露出する
橋歩に、水洗時のピット形成を完全に抑制することがで
き、ピット発生に起因する導通不良を防止することがで
き、また水洗を充分に行うことができるので残留有機物
やパーティクルも除去でき、歩留りの向上に有効な半導
体装置の洗浄方法の提供。 【構成】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であって、剥離液処理および
リンス処理を行った後、前記配線層の表面に保護酸化膜
を形成し、水洗を行う工程を有する半導体装置の洗浄方
法。

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
に関し、特に、Cuを含むAl合金からなる配線層が露
出した半導体装置の洗浄方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において、配線層
として、Al合金からなる膜が多用されている。このA
l合金からなる配線層を有する半導体装置の製造工程の
途中において、Al合金からなる配線層が露出したまま
で洗浄を行うと、配線層に欠陥が生起され、これが歩留
りの低下の原因となることがあった。このAl合金から
なる配線が露出した半導体装置の洗浄工程における問題
を、図3(A)〜(C)に示すビアホール形成プロセス
における洗浄工程を例にとって説明する。このビアホー
ル形成プロセスは、第一Al合金配線層11上に形成さ
れた層間絶縁膜12に、第一Al合金配線層11と、次
段の工程で層間絶縁膜12上に形成する第二Al合金配
線層とを接続するためのビアホール14を形成する工程
である。このプロセスでは、まず、通常のフォトエッチ
ング法によって、層間絶縁膜12の所定の箇所にビアホ
ール14を開口する。このフォトエッチングにおいて、
使用したレジストとエッチングガス、さらに下地の第一
Al合金配線層11からスパッタされたものが主成分と
なって、図3(A)に示すように、ビアホール14の側
壁15にポリマー状の付着物16が形成される。このポ
リマー状の付着物16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、側壁15に残存する。こ
のポリマー状の付着物16が残存すると、ビアホール1
4の開口に続いて行う第二Al合金配線層を形成するた
めのAl合金のスパッタの際に、ビアホール内におい
て、第一Al合金配線層11と第二Al合金配線層との
間に正常な界面が形成するのを妨げられ、導通不良の原
因となる。
【0003】そこで、このポリマー状の付着物16を除
去するために、従来、第一Al合金配線層の上に層間絶
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、まず、加熱した剥離
液にウェーハを浸し、側壁に残存した付着物16やレジ
ストの除去が行われる(図3(B))。この有機洗浄の
工程では、付着物16の除去効果を向上させるために剥
離液としてアミンを主成分とするものが使用されること
が多い。このアミンを含む剥離液と水とが混合すると、
強アルカリ性となり、金属が腐食される。そのため、剥
離液による処理後、IPA(イソプロピルアルコール)
等のリンス液で剥離液を除去してから、水洗・乾燥が行
われる。水洗にはQDR(クイックダンプリンス,Quic
k DumpRinse )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る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、素子
の微細化、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
になってきている。そのため、配線用金属材料として、
Al−Si合金に代わり、よりマイグレーション耐性の
高い、Al−Cu合金や、Al−Si−Cu合金等のよ
うに銅を含むAl合金が用いられるようになってきてい
る。さらにはTiNや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。
【0005】しかし、上述した従来の有機洗浄方法を、
銅を含むAl合金からなる配線層の洗浄工程に適用する
と、剥離液処理、リンス処理後の水洗時に銅を含むAl
合金表面にピット17が発生するという問題があった
(図3(c))。
【0006】このピットの発生は、水洗の方法、時間や
乾燥方法に大きく依存し、水洗を短時間で行うことで、
ある程度はピット発生を抑制することができる。ところ
が、水洗を短時間にすると、充分な洗浄効果が得られ
ず、ウェーハ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歩留りを低下させる原因となると
いう問題があった。
【0007】また、Al2 Cuの析出を防ぐためにCu
濃度を減らすことも考えられるが、Cu濃度を減らすと
充分なマイグレーション耐性が得られないので、微細な
配線材料としては不適当で使用できない。
【0008】また、第一配線層の上に、Siの合有量が
0より大きく2(モル比)未満の高融点金属シリサイド
層を積層する方法も開示されている。(特開昭64−8
0045号公報)しかし、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、コストがかかり、また、第
一配線層と第二配線層の間に形設されるシリサイド膜に
よってビア抵抗が不安定になりやすい、などの問題があ
る。
【0009】そこで、本発明の目的は、Cuを含むAl
合金からなる配線層が露出する橋歩に、水洗時のピット
形成を完全に抑制することができ、ピット発生に起因す
る導通不良を防止することができ、また水洗を充分に行
うことができるので残留有機物やパーティクルも除去で
き、歩留りの向上に有効な方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、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であって、剥離液処理およびリン
ス処理を行った後、前記配線層の表面に保護酸化膜を形
成し、水洗を行う工程を有する半導体装置の洗浄方法を
提供するものである。
【0011】前記保護酸化膜の形成を、O2 を含むガス
のプラズマ処理で行うと、好ましい。
【0012】以下、本発明の半導体装置の洗浄方法(以
下、「本発明の方法」という)について詳細に説明す
る。
【0013】本発明の方法は、半導体装置の製造工程に
おいて、Cuを含むAl合金からなる配線層が露出する
工程であれば、特に制限されず、いずれの工程にも適用
することができる。例えば、ビアホール形成プロセス、
パッドホール形成プロセス、配線形成プロセス等の工程
に適用することができる。
【0014】また、本発明の方法において、剥離液処理
およびリンス処理は、常法にしたがって行えばよく、特
に制限されない。例えば、半導体装置を、剥離液に80
〜100℃程度で、10分間程度、浸漬または剥離液を
シャワー状に吹きかけた後、リンス液に10分間程度浸
漬またはリンス液をシャワー状に吹きかけて行うことが
できる。
【0015】用いられる剥離液としては、例えば、アル
キルピロリドン+トリエタノールアミン、ジエチレング
リコールモノブチルエーテル+モノエタノールアミン等
を主成分とする剥離液、あるいはN−メチル−2−ピロ
リドン(NMP)+ジメチルスルホキシド等を主成分と
するものなどが挙げられる。
【0016】また、リンス液としては、例えば、イソプ
ロピルアルコール(IPA)、メタノール、エタノール
等が挙げられる。
【0017】また、本発明の方法において、以上のとお
り、剥離液処理およびリンス処理を施され、Cuを含む
Al合金からなる配線層が露出された半導体装置は、そ
の配線層に保護酸化膜が形成される。
【0018】この保護酸化膜は、厚さ20〜100Å程
度に形成され、好ましくは50〜80Å程度に形成され
る。
【0019】また、保護酸化膜の形成の方法は、熱酸化
による方法、O2 プラズマにより酸化膜を形成する方
法、O3 ガスを使用して酸化膜を形成する方法等のいず
れの方法にしたがっても行うことができる。O3 ガスを
使用して酸化膜を形成する場合は、O2 ガスを流した反
応容器内にウェーハを置き、低圧HgランプのようなU
V光を照射し、O3 を発生させる。このO3 の生成、消
滅過程で発生する原子状の酸素によりAl合金表面に保
護酸化膜を形成することができる。これらの方法の中で
も、O2 プラズマにより酸化膜を形成する方法が、緻密
で薄い保護酸化膜を形成し易い点で、好ましい。
【0020】本発明の方法において、Cuを含むAl合
金からなる配線層の上に保護酸化膜が形成された後、半
導体装置は、水洗される。水洗の処理は、25℃の純水
で8分間、QDR(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、
IPAベーパー、温水引き上げ等の方法にしたがって行
うことができる。
【0021】水洗後、保護酸化膜を除去して後段の工程
に付すことができる。例えば、ビアホール形成プロセス
において、本発明を適用した場合には、保護酸化膜の除
去後、第二配線層をスパッタ等により形成して、第一配
線層と第二配線層とが、ビアホールにおいて接続され
る。
【0022】保護酸化膜の除去は、逆スパッタによる方
法、プラズマエッチング等の方法にしたがって行うこと
ができる。特に、第一配線層と第二配線層を接続するた
めのビアホール形成時に、本発明を適用すると、第二配
線層をスパッタで形成する前に行う逆スパッタによって
第一配線層の表面の保護酸化膜を容易にスパッタ除去す
ることができ、安定な第一配線層と第二配線層の界面が
形成されるため、ビア抵抗を低く安定化させることがで
きる利点がある。
【0023】
【作用】本発明の方法においては、有機洗浄工程の水洗
前にCuを含むAl合金からなる配線層の表面に保護酸
化膜を形成する。この保護酸化膜がバリアとなり、水洗
時にピットが発生する原因であるAl2 CuとAlが局
所電池効果を形成するのを防止し、ピット発生を抑制す
ることができる、と考えられる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例により、本発明を具体
的に説明する。
【0025】(実施例)Siウェーハ1上に下地酸化膜
2(厚さ:6000Å)、ならびにその上にTi膜3
(厚さ:500Å)およびTiN膜4(厚さ:1000
Å)を積層した後、Al−0.5%Cu膜を5000A
の厚さにスパッタ蒸着し、フォト、エッチングプロセス
で配線パターンを成形して第一配線層5(厚さ:650
0Å)を形成した。次に、P−SiO/SOG/P−S
iOの膜(厚さ:10000Å)を積層して、層間絶縁
膜6を形成した後、フォトエッチング工程により、層間
絶縁膜6の所定の箇所に第一配線層5に達するビアホー
ル7を形成した。次に、O2を原料ガスとするアッシン
グによりレジストを除去したが、図1(a)に示すよう
に、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。
【0026】このポリマー状の付着物8を除去するため
に、ウェーハの有機洗浄を行った。有機洗浄はアミン系
の剥離液(富士ハントエレクトロニクステクノロジー社
製、MS2001(商品名))を満たした2槽にそれぞ
れ100℃で5分間浸漬して処理した後、IPAを満た
した2槽にそれぞれ浸漬して5分間リンス処理して行っ
た。
【0027】その後、O2 プラズマ処理を、枚葉式アッ
シャーを使用して、O2 流量:65sccm、圧力:
0.6Torr、マイクロ波パワー:800Wで60秒
処理を行い、図1(b)に示すように、Al−Cu表面
に保護酸化膜9を形成した。しかる後にQDRとオーバ
ーフローの組み合わせで水洗を行い、残留有機物、パー
ティクル除去を行いウェーハを乾燥した。保護酸化膜9
は、第二配線層をスパッタする前に行なう逆スパッタに
より除去した。
【0028】前記のウェーハを拡大倍率500倍の顕微
鏡で観察し、100μmφの視野の中に見られる第一配
線層の表面のピット数を測定した。また、比較のため
に、水洗前に保護酸化膜を形成せずに、水洗を行った場
合についてもピット数の測定を行った。その結果、従来
例では、水洗時間2分からピットが発生し、水洗4分で
は100個以上に達した。一方、本発明の実施例では、
水洗時間10分まではピット発生が完全に抑制され、1
2分以上の水洗でピットが発生した。
【0029】
【発明の効果】本発明の方法によれば、Cuを含むAl
膜の有機洗浄剥離液処理、リンス処理後の水洗前に酸素
プラズマ処理を行うことにより、水洗時のピット形成が
完全に抑制され10分間水洗を行ってもピットは発生し
ない。これにより、ピット発生に起因する第一配線層と
第二配線層の導通不良を防止することができ、また水洗
を充分に行うことができるので残留有機物やパーティク
ルも除去でき、歩留り低下が防げるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例における工程を順を追って
説明する模式断面図。
【図2】 水洗前にAl合金表面に保護酸化膜形成を行
わない従来例と水洗前に表面に保護酸化膜を形成する本
発明の方法でのピット発生数と水洗時間の関係を調べた
結果を示す図。
【図3】 従来例を示す模式断面図。
【符号の説明】
1 Siウェーハ 2 下地酸化膜 3 Ti膜 4 TiN膜 5 第一配線層 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 11 第一Al合金配線層 12 層間絶縁膜 14 ビアホール 15 ビアホール14の側壁 16 ポリマー状の付着物 17 ピット

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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であって、剥離液処理お
    よびリンス処理を行った後、前記配線層の表面に保護酸
    化膜を形成し、水洗を行う工程を有する半導体装置の洗
    浄方法。
  2. 【請求項2】前記保護酸化膜の形成を、O2 を含むガス
    のプラズマ処理で行う請求項1に記載の半導体装置の洗
    浄方法。
JP24616492A 1992-09-16 1992-09-16 半導体装置の洗浄方法 Withdrawn JPH0697172A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100369746B1 (ko) * 1998-11-26 2003-01-29 샤프 가부시키가이샤 반도체 장치의 제조방법
KR100415756B1 (ko) * 2001-07-11 2004-01-24 주식회사 한택 레이저를 사용하는 반도체소자의 제조방법
KR100431433B1 (ko) * 1997-06-19 2004-07-30 삼성전자주식회사 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법

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Effective date: 19991130