JP2000100799A - 半導体素子の金属配線形成方法及びそのシステム - Google Patents

半導体素子の金属配線形成方法及びそのシステム

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JP2000100799A JP11268612A JP26861299A JP2000100799A JP 2000100799 A JP2000100799 A JP 2000100799A JP 11268612 A JP11268612 A JP 11268612A JP 26861299 A JP26861299 A JP 26861299A JP 2000100799 A JP2000100799 A JP 2000100799A
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Baik-Soon Choi
百洵 崔
Zaisei Ri
在生 李
Eun-Hee Shin
銀姫 辛
Sung-Bum Cho
聖範 趙
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はアルミニウム配線ラインで発生され
る腐食不良を抑制することができる半導体素子の金属配
線形成工程及びシステムに関するものである。 【解決手段】 フォトレジストパターンが金属配線物質
層上に形成されている半導体ウェーハをエッチングチャ
ンバー７６ａ、７６ｂ内にローディングする段階と、エ
ッチングチャンバー７６ａ、７６ｂ内の雰囲気を安定化
させる段階と、エッチングチャンバー７６ａ、７６ｂ内
にクロリンを含有したエッチングガスを供給してフォト
レジストパターンをエッチングマスクとして金属配線物
質層をエッチング終末点まで主エッチングする段階と、
エッチング終末点を過ぎてから所定の期間、過エッチン
グして金属配線パターンを形成する段階と、過エッチン
グ段階の後、エッチングチャンバー内をパージする段階
と、エッチング工程が遂行されたウェーハをエッチング
チャンバーからアンローディングする段階を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の金属配
線形成方法及びこれを実現するためのシステムに関する
もので、より詳しくはアルミニウム配線ラインから発生
する腐食不良を抑制することができる半導体素子の金属
配線形成方法及びこれを実現するためのシステムに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の製造における金属配線工程
は、半導体基板上に形成された多数の素子を電気的に連
結するためのもので、半導体基板上の特定層上に金属配
線物質層を蒸着させて、金属配線物質層上にフォトレジ
ストをコーティングした後、フォトレジストを好む金属
配線を考慮してすでに設計された特定のパターンによっ
て露光及び現像することでフォトレジストパターンを形
成し、フォトレジストパターンをエッチングマスクにし
て金属配線物質層をエッチングした後、フォトレジスト
パターンを除去することで好ましい最終の金属配線パタ
ーンを形成するものである。図１は金属配線を形成する
ための金属配線物質層をエッチングし、前記フォトレジ
ストパターンを除去する一連の工程が遂行される従来の
マルチチャンバー型乾式エッチングシステムを概略的に
示した図面で、ＡＭＴ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉ
ａｌs Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）社の製品（モデル名；Ｃ
ｅｎｔｕｒａ）である。
【０００３】図１を参照すると、中央部にはウェーハ移
送用ロボット１４が配置され、ポンプ（図示しない）に
よって一定の真空度に維持されるトランスファーモジュ
ール（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｕｌｅ）１２が形成さ
れ、トランスファーモジュール１２を囲んで複数個のチ
ャンバーがそれぞれスリットバルブ１９を通じて連結さ
れている。工程遂行のためにウェーハが待機し工程が遂
行されたウェーハが待機するロードロックチャンバー１
０ａ，１０ｂ、工程遂行のためのウェーハのフラットゾ
ーンを整列するためのフラットゾーンアライナー２０、
金属配線のためのエッチング工程が遂行されるエッチン
グチャンバー１６ａ，１６ｂ、エッチング工程が遂行さ
れた後に残留するフォトレジストパターンをストリップ
（ｓｔｒｉｐ）し、パッシベーション（ｐａｓｓｉｖａ
ｔｉｏｎ）するアシング（ａｓｈｉｎｇ）チャンバー１
８ａ，１８ｂ、及び冷却チャンバー２２がトランスファ
ーモジュール１２を囲んで配置されている。各チャンバ
ーには必要によって各種ユーティリティー（ｕｔｉｌｉ
ｔｙ）ラインが連結されている。
【０００４】図２は、図１で金属配線のためのエッチン
グ工程が遂行されるエッチングチャンバー１６ａ、１６
ｂに対応するエッチングチャンバー構造を示す図面で、
ＭＥＲＩＥ（Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒ
ｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈ）方式の乾式エッチン
グチャンバーを示している。この方式は、低圧の反応性
イオンエッチングのためのプラズマを形成するために高
周波電源（ＲＦ Ｐｏｗｅｒ）を使用する外にもチャン
バー内部３０の側壁に沿ってマグネチックコイル３８を
追加に使用する方式である。
【０００５】このようにチャンバー内部３０の側壁に沿
ってマグネチックコイル３８を使用することは、チャン
バー内部３０内のウェーハ４２上に供給される工程ガス
に対して高周波電源の印加によるチャンバー内部３０に
形成される電場に発生するプラズマに対して磁場を形成
させることでチャンバー内部３０の側壁からイオンを除
去してこれらをチャンバー内部３０中央に形成されてい
るプラズマに送るので反応性イオンの密度が増加され
る。従って、高密度のプラズマを形成させることができ
るし、これらプラズマ状態をより長く維持させることが
できるので高いエッチング速度（ｅｔｃｈ ｒａｔｅ）
を得ることができるという長所がある。
【０００６】図２を参照してより詳しく説明すると、チ
ャンバー内部３０の中央にはウェーハ４２を安着する静
電チャック（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃ
ｋ）４６がキャソード４８上に設置され、ウェーハ４２
の下部にはプラズマ集中のためのフォーカスリング４４
が形成されている。
【０００７】キャソード４８とフォーカスリング４４に
は高周波電源がそれぞれ与えられ、チャンバー内部３０
の上側にはチャンバーライナー３２が形成され、その中
央部にはウェーハ４２の上側にエッチングガスを供給す
るためのガス分散板３４がガス供給管３６を通じて連結
されている。
【０００８】チャンバー内部３０の側壁にはエッチング
終末点を測定するためのディテクタ４０が形成されてい
るし、チャンバー内部３０の底にはチャンバー内部３０
を好む真空度に維持するためのターボ分子ポンプ５０に
連結された排気口が形成されている。
【０００９】図２のエッチングチャンバー内では、半導
体基板上の特定絶縁膜上に金属配線物質層が形成されて
おり、その上側に所望の金属配線パターンを形成するた
めのフォトレジストパターンが形成されているウェーハ
がチャンバー内部３０の静電チャック４６上に安着され
た後、エッチングガスを供給しながらエッチング工程が
遂行され、特に金属配線の材料として主に使用されるア
ルミニウムに対してエッチングガスとしてはＣｌ2ガス
とＢＣｌ3ガスが主に使用される。
【００１０】しかし、前記のようにクロリン（Ｃｈｌｏ
ｒｉｎｅ）を含むエッチングガスを使用してアルミニウ
ム配線工程を遂行する場合、アルミニウムを腐食させる
ガスが金属配線ライン内に腐食（ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）
不良を誘発するようになるという問題点があった。
【００１１】図３は、従来のアルミニウム配線ラインに
発生した腐食不良を図式化した平面図である。図３は、
半導体基板上の特定絶縁膜６０上に金属配線ライン６２
が形成され、アルミニウムの金属配線ライン６２の一部
が腐食されて腐食部分６９が発生したことを表す。この
ような腐食部分６９は拡張されて、金属配線ライン６２
が切断されて半導体素子間の電気的連結不良になって収
率低下の要因となる。
【００１２】このようなアルミニウム配線の腐食不良
は、フォトレジスト及びチャンバー内部の側壁に形成さ
れたコーティング内のクロリン成分またはエッチング副
産物であるＡｌＣｌ3が水蒸気と反応してＨＣｌを形成
することから発生すると知られている。しかし、このよ
うなアルミニウム配線の腐食不良に対して様々な評価が
行われているが、今まで正確な原因の糾明と改善が行わ
れていない実情である。
【００１３】特に、アメリカ合衆国特許第５，５４５，
２８９号にはこのような腐食不良を改善するために金属
配線物質層に対してエッチング工程を遂行した後、残留
するフォトレジストパターンを除去するためのアシング
ステップでパッシベーション工程とストリップ工程を反
復遂行する方法が開示されているが、根本的な改善が行
われないという問題点があった。従って、半導体素子の
収率及び信頼性を低下させるアルミニウム配線の腐食不
良を減少させるためのシステム的改善及び工程的改善が
要求されることに至った。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
配線で発生する腐食不良を抑制するために、金属配線の
ためのエッチング工程が進行されるエッチングチャンバ
ー内で腐食不良の誘発要因が抑制される半導体素子の金
属配線形成方法を提供することにある。
【００１５】本発明の他の目的は金属配線で発生される
腐食不良を抑制するために、金属配線のためのエッチン
グ工程の前後ウェーハが移送または待機するトランスフ
ァーモジュール及びロードロックチャンバーで腐食不良
の誘発要因が抑制される半導体素子の金属配線形成方法
を提供することにある。本発明のまた他の目的は金属配
線で発生される腐食不良の誘発要因を抑制させる半導体
素子の金属配線形成システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、本発明の半導体素子の金属配線形成方法は、特
定形態のフォトレジストパターンが、エッチングしよう
とする金属配線物質層上に形成されている半導体ウェー
ハをエッチングチャンバー内にローディングする段階
と、エッチングチャンバー内の雰囲気を安定化させる段
階と、エッチングチャンバー内にクロリン（Ｃｈｌｏｒ
ｉｎｅ）を含有したエッチングガスを供給してフォトレ
ジストパターンをエッチングマスクにして金属配線物質
層をエッチング終末点まで主エッチングする段階と、エ
ッチング終末点を過ぎてから所定の期間中、過エッチン
グして金属配線パターンを形成する段階と、前記過エッ
チング段階の後、前記エッチングチャンバー内をパージ
する段階と、エッチング工程が遂行されたウェーハをエ
ッチングチャンバーからアンローディングする段階を含
む。
【００１７】エッチングしようとする金属配線物質層は
アルミニウムを含み、エッチングガスとしてはＢＣｌ3
及びＣｌ2を使用することができ、エッチングチャンバ
ー内にＰＮ2（Ｐｕｒｉｆｉｅｄ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）ガ
スを供給しながらエッチングチャンバーをパージするよ
うになる。
【００１８】本発明の他の目的を達成するために、本発
明による他の形態の半導体素子の金属配線形成方法は、
特定形態のフォトレジストパターンが、エッチングしよ
うとする金属配線物質層に形成されている半導体ウェー
ハをロードロックチャンバー内に投入する段階と、ロー
ドロックチャンバーが所定の真空度を維持するようにポ
ンピング及びパージする段階と、ロードロックチャンバ
ー内にあるウェーハを所定の真空度が維持され、パージ
されるトランスファーモジュールを経由してエッチング
チャンバー内に移送する段階と、フォトレジストパター
ンをエッチングマスクとし、クロリン（Ｃｈｌｏｒｉｎ
ｅ）を含有するエッチングガスを供給して金属配線物質
層をエッチングして金属配線を形成する段階と、エッチ
ング段階の後、エッチングチャンバー内をパージする段
階と、エッチング工程が遂行されたウェーハをエッチン
グチャンバーから所定の真空度が維持されるトランスフ
ァーモジュールを経由してアシングチャンバーに移送す
る段階と、アシングチャンバー内で前記金属配線に対し
てアシング工程を遂行する段階及び、アシング工程が完
了されたウェーハをアンローディングして所定の真空度
が維持されるトランスファーモジュールを経由してパー
ジが行われているロードロックチャンバーに移送する段
階を含む。
【００１９】ロードロックチャンバー及びトランスファ
ーモジュール内の圧力は、エッチングチャンバー及びア
シングチャンバー内の残留ガスがロードロックチャンバ
ー及びトランスファーモジュール内に逆流することを防
止するように前記エッチングチャンバー及びアシングチ
ャンバー内の圧力より高く維持されることが好ましい。
特にアルミニウム配線エッチング工程時、エッチングチ
ャンバー内の圧力は５０乃至３００ｍＴｏｒｒであり、
ロードロックチャンバー及びトランスファーモジュール
内の圧力は少なくとも３００ｍＴｏｒｒ以上、好ましく
は４５０ｍＴｏｒｒに設定して遂行する。
【００２０】このようなトランスファーモジュール内の
圧力は、ロードロックチャンバーにＲＧＡ−ＱＭＳを設
置した後、トランスファーモジュール内の圧力を変更し
ながらロードロックチャンバー内の不純物の挙動を評価
して最適化することができる。
【００２１】一方、本発明のまた他の目的を達成するた
めに、本発明による半導体素子の金属配線形成システム
は、所定の真空下で継続的なパージが遂行され内部にウ
ェーハの移送用ロボットが設置されているトランスファ
ーモジュールと、トランスファーモジュールとスリット
バルブによって連結され、作業対象のウェーハが投入さ
れた後、所定の真空下で継続的なパージが遂行されるロ
ードロックチャンバーと、トランスファーモジュールス
リットバルブによって連結され、フォトレジストパター
ンをエッチングマスクとして金属配線のためのエッチン
グ工程が遂行されるエッチングチャンバーと、トランス
ファーモジュールとスリットバルブによって連結され、
フォトレジストパターンとエッチング副産物を除去する
ためのアシング工程が遂行されるアシングチャンバーと
を備えてなる。
【００２２】トランスファーモジュールとロードロック
チャンバーは単一のパージ供給ラインを利用してパージ
が遂行され、前記ロードロックチャンバーにはロードロ
ックチャンバー内の残留ガスに含まれた不純物の挙動を
モニタリングすることができるようにＲＧＡ−ＱＭＳ
（Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｇａｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ−Ｑｕａ
ｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）
を設置することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
添付した図面を参照に詳しく説明する。本発明の基本的
な意図は、金属配線で発生される腐食不良の誘発原因に
なる残留クロリンとＨＣｌの水準をエッチング工程が遂
行されるエッチングチャンバーの外にも工程が進行され
るウェーハの移送経路であるトランスファーモジュール
と、工程進行前あるいは工程進行後のウェーハが待機す
るロードロックチャンバーとで最大限抑制することがで
きるように設備を補強または改造することと、同時にエ
ッチングチャンバー内でのエッチング工程の工程レシピ
を最適化することである。
【００２４】これを達成するために本発明者は、基本的
にトランスファーモジュールの圧力を最適化させて、ロ
ードロックチャンバーに継続的なパージを遂行するよう
にし、エッチングチャンバー内で金属配線に対するエッ
チング工程時、過エッチング（Ｏｖｅｒｅｔｃｈ）の
後、エッチングチャンバー内をパージする段階を添加
し、これを実現することができるシステムを構成した。
【００２５】まず、本発明のシステムに関して、図４に
本発明の一実施例による半導体素子の金属配線を形成す
るためのシステムを示す。図１に表れた従来の金属配線
形成システムと比較すると、ロードロックチャンバーに
対するパージシステムとロードロックチャンバーでの不
純物挙動評価システムを備えた点以外には基本的に類似
のシステムである。
【００２６】図４を参照すると、中央部にはウェーハ移
送用ロボット７４が配置され、機械式ポンプ（図示しな
い）によって一定な真空に維持されるトランスファーモ
ジュール（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｕｌｅ）７２が形
成されている。前記トランスファーモジュール７２を囲
んで、複数個のチャンバーがそれぞれスリットバルブ７
９を通じてマルチチャンバー形式に連結されている。
【００２７】工程遂行のためにウェハーが待機し、工程
遂行が完了されたウェーハが待機するロードロックチャ
ンバー７０ａ，７０ｂ、工程遂行のためのウェーハのフ
ラットゾーンを整列させるための一つのフラットゾーン
アライナー８０、金属配線のためのエッチング工程がぞ
れぞれ同時にまたは一定の間隔をおいて遂行される二つ
のエッチングチャンバー７６ａ，７６ｂ、エッチング工
程が遂行された後、残留するフォトレジストパターンを
別途にまたは同時にストリップし、パッシベーションす
る二つのアシング（ａｓｈｉｎｇ）チャンバー７８ａ，
７８ｂ及び工程が遂行された後、ウェーハを一定の温度
まで冷却させるための一つの冷却チャンバー８２がトラ
ンスファーモジュール７２を囲んで配置されている。
【００２８】各チャンバーには図示しなかったが、必要
によってガスライン、ポンピングライン、電気ライン、
冷却水ライン等の各種ユーティリティーラインが連結さ
れている。
【００２９】一方、図１とは違って、本発明のシステム
ではロードロックチャンバー７０ａにサンプリングマニ
フォルド８４を設置した後、ＲＧＡ−ＱＭＳ８６を設置
してロードロックチャンバー７０ａ内のガスをインライ
ンにサンプリングしてロードロックチャンバー７０ａ内
の不純物の挙動を評価することができるように構成し
た。
【００３０】サンプリングマニフォルド８４はその内部
に特定の直径を有するオリピスを含むし、ＲＧＡ−ＱＭ
Ｓ８６の後端に設置された真空ポンプ８８と共にロード
ロックチャンバー７０ａの内部の圧力との差圧を利用し
てロードロックチャンバー７０ａの内部のガスをインラ
インにサンプリングすることができるように構成されて
いる。
【００３１】ＲＧＡ−ＱＭＳ８６は常用化されている残
留分析器で、一定の真空に維持される工程チャンバーや
工程チューブ内で使用中であるか残留したガスをサンプ
リングした後、加速された電子（例えば、７０ｅＶ）に
サンプリングされた気体分子を打ってイオン化させて、
四重極子質量分析器（ＱＭＳ）を利用して直流と交流を
一定に維持しながら電圧の大きさによって特定な質量対
電荷比（ｍ／ｚ）を有するイオンのみを通るようにする
ことでサンプリングされたガスのスペクトルを得るもの
で、この際得られるイオンの組成でガス相（ｇａｓ ｐ
ｈａｓｅ）のメカニズムを確認することができる装置で
ある。
【００３２】また、ロードロックチャンバー７０ａ，７
０ｂは従来のシステムと異なるように各パージガス供給
源９２と連結され、ウェーハがカセットに収容されてロ
ードロックチャンバー７０ａ，７０ｂに収容された後、
パージガスによって継続的なパージが行われるように構
成されている。パージガス供給ラインにはパージガスの
流量を調節するための流量調節器９０が設置されてい
る。
【００３３】パージガス供給源９２は、図４で見るよう
にトランスファーモジュール７２に供給されるパージガ
ス供給源と同一であることを使用することもできるが、
必要によってトランスファーモジュール７２とロードロ
ックチャンバー７０ａ，７０ｂにそれぞれ別個のパージ
ガス供給源を備えることもできる。一方、本発明の実施
例に使用されたエッチングチャンバー７６ａ，７６ｂは
基本的に図２のエッチングチャンバー１６ａのような構
成でなっている。
【００３４】次に、図６及び図７は本発明によってトラ
ンスファーモジュール内の圧力を最適化するための段階
を示すもので、従来には一定な値に設定されていないト
ランスファーモジュール７２内の圧力を金属配線の腐食
不良防止のために最適化するためのもので、図４で見ら
れるＲＧＡ−ＱＭＳ８６を利用してロードロックチャン
バー７０ａ内の不純物挙動評価を遂行した。
【００３５】図４のトランスファーモジュール７２とロ
ードロックチャンバー７０ａ，７０ｂは図示しない一つ
の機械式真空ポンプによって一定な真空が維持されるよ
うに構成されている。
【００３６】図６を参照すると、図４のロードロックチ
ャンバー７０ａにサンプリングマニフォルド８４を設置
した後、ＲＧＡ−ＱＭＳ８６を設置する（Ｓ１２）。続
いて、トランスファーモジュール７２とロードロックチ
ャンバー７０ａに連結された図示しない機械式真空ポン
プを稼動して真空を形成させる（Ｓ１４）。続いて、ト
ランスファーモジュール７２内の圧力を変更しながら前
記ＲＧＡ−ＱＭＳ８６を利用してロードロックチャンバ
ー７０ａ内の不純物挙動を評価する（Ｓ１６）。
【００３７】図１０は、図６によって遂行されたトラン
スファーモジュール内の圧力を変更しながら遂行された
ロードロックチャンバー内のＮ2とＨ2Ｏの挙動に対する
ＲＧＡ−ＱＭＳの測定結果グラフである。図１１は図６
によって遂行されたトランスファーモジュール内の圧力
を変更しながら遂行されたロードロックチャンバー内の
Ｈ2Ｏ、Ｃｌ、ＨＣｌの挙動に対するＲＧＡ−ＱＭＳの
測定結果グラフである。
【００３８】図１０及び図１１において、グラフの横軸
はＲＧＡ−ＱＭＳの測定周期を示すスキャン（Scan）の
数を示し、縦軸はサンプリングされたガスイオンの分圧
の大きさ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｏｆ ｐａｒｔｉａｌ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を示す。
【００３９】図１０及び図１１で、０から１００スキャ
ンまでは残留ガス分析器の基本値（ｂａｃｋｇｒｏｕｎ
ｄ ｖａｌｕｅ）を示すし、１００スキャンから３００
スキャンまではトランスファーモジュール７２内にＰＮ
2（Ｐｕｒｉｆｉｅｄ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）を５００ｓｃ
ｃｍ供給して圧力が５５０ｍＴｏｒｒが維持される場合
を、３００スキャンから５１５スキャンまではＰＮ2ガ
スを供給しなくトランスファーモジュール７２内の圧力
が７００ｍＴｏｒｒになる場合を、５１５スキャンから
７００スキャンまではＰＮ2ガスを７００ｓｃｃｍ供給
してトランスファーモジュール７２内の圧力が７００ｍ
Ｔｏｒｒに維持される場合を、７００スキャンから８５
５スキャンまではＰＮ2ガスを３５０ｓｃｃｍ供給して
トランスファーモジュール７２内の圧力が４５０ｍＴｏ
ｒｒに維持された場合を、８５５スキャン以後は測定が
完了された後の基本値をそれぞれ示す。
【００４０】図１０及び図１１の結果グラフから調べる
時、トランスファーモジュール７２の圧力をそれぞれ０
／４５０／５５０／７００ｍＴｏｒｒに設定してＨ
2Ｏ+、Ｃｌ+、ＨＣｌの挙動を比較して見ると、０ｍＴ
ｏｒｒでは他の圧力条件に比べてＨ2Ｏ+の変動の幅は少
ないがウェーハの移送を中断してロードロックチャンバ
ー７２ａとトランスファーモジュール７２を遮断する場
合（約４４０スキャン付近）Ｈ2Ｏ+が急激な増加を見せ
るし、５５０／７００／４５０ｍＴｏｒｒそれぞれの圧
力条件では不純物の水準は大きな変化なく一定な水準を
見せるがロードロックチャンバー７２ａとトランスファ
ーモジュール７２を遮断した場合（約８４０スキャン付
近）Ｈ2Ｏ+の変動幅が安定される。ロードロックチャン
バー７２ａの方への残留ガスの流れを考慮し、エッチン
グチャンバーの圧力（約３５０ｍＴｏｒｒ以下に維持）
を考慮すると、４５０ｍＴｏｒｒの圧力条件が好ましい
結果を見せる。しかし、このようなトランスファーモジ
ュール７２の圧力条件は必ずこのような数値に限定され
るものではなく、例えば、エッチングチャンバー内の圧
力条件等の工程条件を考慮して各工程条件ごとに最適化
することができる。
【００４１】一方、トランスファーモジュール７２内の
圧力を最適化するために、任意に設定されたそれぞれの
圧力条件でウェーハを２５枚以上進行した後、ベアーウ
ェーハをフラットゾーンアライナー８０に停滞させた
後、取り出して全反射蛍光分析器（Ｔｏｔａｌ Ｘ−ｒ
ａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：ＴＸＲＦ）と高性能
イオン分析器（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｉｏ
ｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ：ＨＰＩＣ）を利用
してウェーハ表面の金属汚染とイオン汚染などを分析す
ることで、ＲＧＡ−ＱＭＳ８６による不純物挙動評価と
共にトランスファーモジュール７２の最適の圧力を選定
することもできる。
【００４２】図１２は、トランスファーモジュール内の
圧力を４５０ｍＴｏｒｒに設定した後、トランスファー
モジュールを通じてロードロックチャンバーからウェー
ハを移送させながら遂行されたロードロックチャンバー
内の不純物挙動に対するＲＧＡ−ＱＭＳ測定結果のグラ
フである。
【００４３】図１２のグラフを参照すると、ロードロッ
クチャンバー内の重要な不純物はＨ 2Ｏ+、Ｎ2 +、Ｏ2 +、
Ｆ+、Ｃｌ+、ＨＣｌ等であることが分かる。また、ロー
ドロックチャンバー７０ａとトランスファーモジュール
７２の間に設置されたスリットバルブ７９が約１３５ス
キャン程度からウェーハをフラットゾーンアライナー８
０に移送するためにオープン／クローズされることによ
りこれら不純物が敏感に変動することが分かる。また、
１ラン（ｒｕｎ）でウェーハのスロット番号が増加され
てそれ以上フラットゾーンアライナー８０に移送される
ウェーハがなくなりスリットバルブ７９のオープン／ク
ローズがない約３５０スキャンから４２５スキャンまで
はそれぞれの不純物水準が増加される傾向を見せるが、
１ラン全体の分析結果ではそれぞれの不純物は大きな水
準の変化無しにある程度一定の水準を維持することが分
かる。
【００４４】図７は、本発明の実施例によって図６に示
す方法で、トランスファーモジュール７２内の圧力を最
適化した後、ロードロックチャンバーをパージ（ｐｕｒ
ｇｅ）する段階をさらに追加したことを示した図面であ
る。
【００４５】図７を参照すると、図４のロードロックチ
ャンバー７０ａにサンプリングマニフォルド８４を設置
した後、ＲＧＡ−ＱＭＳ８６を設置する（Ｓ２２）。続
いて、トランスファーモジュール７２とロードロックチ
ャンバー７０ａに連結された図示しない機械式真空ポン
プを稼動してＰＮ2パージガスを供給しながら図６で最
適化された圧力に設定して真空を形成させる（Ｓ２
４）。続いて、ロードロックチャンバー７０ａ内を、Ｐ
Ｎ2パージガスを利用して継続的にパージさせる（Ｓ２
６）。
【００４６】一方、ロードロックチャンバー７０ａを継
続的にパージさせながら図６で実施したようにトランス
ファーモジュール７２内の圧力を変更しながらＲＧＡ−
ＱＭＳ８６を利用してロードロックチャンバー７０ａ内
の不純物挙動を評価することもできる。
【００４７】具体的に説明すると、図１２で分かるよう
に、ウェーハの移送が中断された場合、ロードロックチ
ャンバー７０ａの内壁、ウェーハキャリアー及びウェー
ハ表面でのアウトガシング（ｏｕｔｇａｓｓｉｎｇ）に
よってロードロックチャンバー７０ａ内の圧力が増加さ
れるし、前述したようにＮ2 +は殆ど変化がなく一定な水
準を維持するが、Ｈ2Ｏ+、Ｏ2 +、Ｈ2 +、ＨＣｌ+、ＣＯ2
+、Ｃｌ+順に急激な増加を見せているし、一方、エッチ
ングチャンバー７６ａ、７６ｂ内の残留ガスがトランス
ファーモジュール７２を通じてロードロックチャンバー
７０ａに逆流が起きて拡散され得るのでロードロックチ
ャンバー７０ａ、７０ｂ内を継続的にパージさせる。
【００４８】この際パージガスは図４に基づいて前述し
たようにＰＮ2ガスを使用するし、トランスファーモジ
ュール７２に供給されるパージガス供給源９２を配管ラ
インを連結してそのまま使用するが別途のパージガス供
給ラインを設置して使用することもできる。
【００４９】次に、図８を参照してエッチングチャンバ
ー７６ａ，７６ｂ内での腐食不良誘発要因を抑制するこ
とができる方法に対して調べてみる。図８は本発明によ
ってエッチングチャンバー７６ａ，７６ｂ内で遂行され
る金属配線のエッチング工程を示した図面である。
【００５０】図８を参照すると、まずトランスファーモ
ジュール７２内のロボット７４によってフォトレジスト
パターンが形成されたウェーハをいずれか一つのエッチ
ングチャンバー７６ａ内にローディングする（Ｓ４
２）。続いて、エッチングチャンバー７６ａ内にエッチ
ングガスを一定に供給しながら工程条件を安定化させる
（Ｓ４４）。続いて、エッチングチャンバー内のウェー
ハ上にプラズマを形成させながら前記フォトレジストパ
ターンをエッチングマスクとして金属配線のための主エ
ッチング（ｍａｉｎ ｅｔｃｈ）工程を金属配線物質層
の下部物質層が検出されるエッチング終末点まで実施す
る（Ｓ４６）。続いて、前記主エッチング段階のような
エッチング条件を一定時間維持しながら過エッチング
（ｏｖｅｒｅｔｃｈ）を遂行する（Ｓ４８）。続いて、
エッチングチャンバー７６ａ内部に残留するエッチング
副産物や残留ガスを除去するためにＰＮ2パージガスに
よるパージを実施する（Ｓ５０）。十分なパージが行わ
れるとエッチングチャンバー７６ａからウェーハをアン
ローディングして後続工程のための場所に移送させる
（Ｓ５２）。
【００５１】前記アルミニウム金属配線のために実施し
たエッチング工程レシピを表１に具体的に表示する。
【表１】
【００５２】前記のように過エッチング段階後にＰＮ2
ガスを使用してエッチングチャンバー内をパージする場
合、前述したＲＧＡ−ＱＭＳをエッチングチャンバーに
設置してモニタリングした結果、残留するＣｌ+（３
５）、ＨＣｌ+（３６）の水準が急激に減少されたし、
エッチング工程後金属配線の側壁に形成されるポリマー
に対する金属汚染の水準を評価した結果、クロリン（Ｃ
ｌ）に対してパージ段階がない場合ＴＸＲＦによる場合
６３１Ｅ１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ2であったが、パージ段
階を遂行する場合４５８２Ｅ１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ2に
顕著に増加したし、ＨＰＩＣによる分析結果においても
パージ段階を遂行しない場合には８１０Ｅ１０ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ2であるが、パージ段階を遂行した場合、２０
７０Ｅ１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ2に顕著に増加されること
を示した。
【００５３】これはパージ段階でＰＮ2パージガスによ
って残留ガスであるＣｌ2 +（７０）、Ｃｌ+（３５）、
ＨＣｌ+（３６）等がウェーハ表面の金属配線側壁に形
成されたポリマーに吸着されないからであり、このよう
なポリマーは後続されるアシング工程で容易に除去され
得る。
【００５４】以上説明されたようにトランスファーモジ
ュール７２内の圧力を最適化させ、ロードロックチャン
バー７０ａを継続的にパージさせ、エッチングチャンバ
ー７６ａ内でエッチング工程が完了された後パージさせ
る段階を追加することでアルミニウム金属配線で発生さ
れる腐食不良を顕著に抑制することができる。以下図５
Ａ乃至図５Ｄ及び図９を参照して本発明による半導体素
子の金属配線形成方法を具体的かつ総合的に調べてみ
る。
【００５５】まず、ロードロックチャンバー７０ａにウ
ェーハを投入する（Ｓ６２）。このような投入段階はウ
ェーハを受容したカセットやキャリアーを作業者が手作
業によって実施する。この際ウェーハは半導体基板の特
定層、具体的にはＢＰＳＧ膜６０上にアルミニウム金属
配線物質層６２が形成されているし、アルミニウム金属
配線物質層６２上にはキャッピング層６４としてチタン
ナイトライド（ＴｉＮ）層が形成されるし、その上に一
定なフォトレジストパターン６６が形成されている。Ｂ
ＰＳＧ６０層と金属配線物質層６２の間には長壁層とし
てチタン／チタンナイトライド層がさらに形成され得
る。
【００５６】次に、ウェーハが投入した後、ドアー（図
示しない）を閉鎖した後、ロードロックチャンバー７０
ａをパージする（Ｓ６４）。これは前述した図７の説明
でのようにＰＮ2ガスを使用して遂行するし、この際に
はすでにトランスファーモジュール７２とロードロック
チャンバー７０ａに連結された真空ポンプが稼動されて
前記ロードロックチャンバー７０ａは一定の真空に維持
される。
【００５７】続いて、トランスファーモジュール７２内
のロボット７４によってロードロックチャンバー７０ａ
内のウェーハをフラットゾーンアライナー８０に移送及
び整列した後、エッチングチャンバー７６ａに移送させ
る（Ｓ６６）。
【００５８】続いて、エッチングチャンバー７６ａ内で
金属配線のためのエッチング工程を実施する（Ｓ６
８）。ここで、エッチング工程は表１の工程レシピによ
って遂行されるし、この際アルミニウムが大気中に露出
される時、アルミニウムの表面に形成される自然アルミ
ニウム酸化膜（ｎａｔｉｖｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉ
ｄｅ）を除去する。
【００５９】図５Ｂはエッチング工程が完了された状態
を示す断面図で、フォトレジストパターン６６及びエッ
チングされた金属配線パターンの側壁に反応副産物であ
るクロリン６８が吸着されたことを見せる。
【００６０】続いて、過エッチングが完了された後、エ
ッチングチャンバー７６ａ内をパージする（Ｓ７０）。
やはり表１でのような工程レシピに遂行する。続いて、
エッチングが終了されたウェーハをトランスファーモジ
ュール７２内のロボット７４にアンローディングしてア
シングチャンバー７８ａ、７８ｂの中のいずれかの一つ
に投入する（Ｓ７２）。続いて、アシングチャンバー７
８ａ内でアシング工程（ａｓｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓ
ｓ）を遂行する（Ｓ７４）。
【００６１】アシング工程は金属配線上に残留するフォ
トレジストパターン６６を除去し、金属配線の側壁に吸
着された残留物を除去することで、アルミニウムエッチ
ング工程時、残留するクロリン成分６８を除去するため
にＨ2Ｏを供給するＶＤＳ（Ｖａｐｏｒ Ｄｅｌｉｖｅｒ
ｙ Ｓｙｓｔｅｍ）を採用する。アシング工程の工程レ
シピを表２に示した。
【表２】
【００６２】フォトレジストストリップの間に水蒸気は
クロリンの除去源として使用されるし、酸素と窒素を供
給してフォトレジストストリップを遂行する。本発明は
前述した表２の工程レシピに限定されなく、パッシベー
ションとストリップを数回反復して遂行することもでき
るし、それぞれ別途の工程によってまたは同時に遂行す
ることもできる。
【００６３】図５Ｃは、まずフォトレジストパターン６
６がストリップされたものを示す断面図である。図５Ｄ
はパッシベーションが遂行され金属配線の側壁に蓄積さ
れていたクロリン成分６８が除去されたことを表す。
【００６４】続いて、アシング工程が完了されたウェー
ハはアシングチャンバー７８ａ、７８ｂからアンローデ
ィングされＳ７６、ロードロックチャンバー７０ａに移
送されるＳ７８。この際ウェーハは冷却チャンバー８２
を経由して冷却工程が遂行された後ロードロックチャン
バーに移送されることもできる。
【００６５】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、アルミ
ニウム配線の腐食不良がエッチングチャンバー、トラン
スファーモジュール、ロードロックチャンバーにわたっ
て抑制され、進んで工程の安定化が達成されて半導体素
子の収率及び生産性向上の効果がある。
【００６６】以上で本発明は記載された具体例に対して
のみ詳しく説明されたが、本発明の技術思想範囲内で多
様な変形及び修正が可能であることは当業者にとって明
白なことであり、このような変形及び修正が添付された
特許請求の範囲に属することは当然なことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の金属配線形成方法を遂行する乾式エッチ
ングシステムを示す模式図である。
【図２】図１のエッチングチャンバーを示す模式図であ
る。
【図３】従来の金属配線形成方法後、金属配線ラインの
腐食状態を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施例による金属配線形成方法を遂
行する乾式エッチングシステムを示す模式図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の一実施例による乾式
エッチングシステムで遂行される半導体装置の製造過程
を示した工程断面図である。
【図６】本発明によってトランスファーモジュール内の
圧力を最適化する過程を示した流れ図である。
【図７】本発明によってトランスファーモジュール内の
圧力を最適化した後、ロードロックチャンバーをパージ
する過程を示した流れ図である。
【図８】本発明によってエッチングチャンバー内で遂行
される金属配線のエッチング工程を示した流れ図であ
る。
【図９】本発明による乾式エッチングシステムで遂行さ
れる金属配線形成方法を示した流れ図である。
【図１０】ロードロックチャンバー内のＮ2とＨ2Ｏの挙
動に対するＲＧＡ−ＱＭＳ測定結果グラフである。
【図１１】ロードロックチャンバー内のＨ2Ｏ、Ｃｌ、
ＨＣｌの挙動に対するＲＧＡ−ＱＭＳ測定結果グラフで
ある。
【図１２】ロードロックチャンバー内の不純物挙動に対
するＲＧＡ−ＱＭＳ測定結果グラフである。
【符号の説明】
１０ａ、１０ｂ、７０ａ、７０ｂ ロードロックチャン
バー １２、７２ トランスファーモジュール １４、７４ ロボット １６ａ、１６ｂ、７６ａ、７６ｂ エッチングチャンバ
ー １８ａ、１８ｂ、７８ａ、７８ｂ アシングチャンバー １９、７９ スリットバルブ ２０、８０ フラットゾーンアライナー ２２、８２ 冷却チャンバー ３２ チャンバーライナー ３４ ガス分散板 ３６ ガス供給管 ３８ マグネチックコイル ４０ ディテクタ（ＥＰＤ） ４２ ウェーハ ４４ フォーカスリング ４６ 静電チャック（ＥＳＣ） ４８ キャソード ５０ ターボ分子ポンプ ６０ 絶縁膜 ６２ 金属配線物質層 ６４ キャップ層 ６６ フォトレジスト層 ６８ クロリン成分 ６９ 腐食部分 ８４ サンプリングマニフォルド ８６ ＲＧＡ−ＱＭＳ ８８ 真空ポンプ ９０ 流量調節器 ９２ パージガス供給源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辛 銀姫 大韓民国ソウル冠岳区新林５洞1430−31番 地 (72)発明者 趙 聖範 大韓民国京畿道水原市八達区罔浦洞298− ２番地世興アパート311号

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エッチングしようとする金属配線物質層
    上に特定形態のフォトレジストパターンが形成されてい
    る半導体ウェーハをエッチングチャンバー内にローディ
    ングする段階と、 前記エッチングチャンバー内の雰囲気を安定化させる段
    階と、 前記エッチングチャンバー内にクロリンを含有したエッ
    チングガスを供給し、前記フォトレジストパターンをエ
    ッチングマスクにして前記金属配線物質層をエッチング
    終末点まで主エッチングする段階と、 前記エッチング終末点を過ぎてから所定の期間、過エッ
    チングして金属配線パターンを形成する段階と、 前記過エッチング段階の後、前記エッチングチャンバー
    内をパージする段階と、 エッチング工程が遂行された前記ウェーハを前記エッチ
    ングチャンバーからアンローディングする段階と、 を含むことを特徴とする半導体素子の金属配線形成方
    法。
  2. 【請求項２】 前記エッチングしようとする金属配線物
    質層はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１に
    記載の半導体素子の金属配線形成方法。
  3. 【請求項３】 前記エッチングしようとする金属配線物
    質層と前記フォトレジストパターンの間にチタンナイト
    ライドキャッピング層がさらに形成されていることを特
    徴とする請求項１に記載の半導体素子の金属配線形成方
    法。
  4. 【請求項４】 前記エッチングガスはＢＣｌ3及びＣｌ2
    を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の
    金属配線形成方法。
  5. 【請求項５】 前記パージする段階は、前記エッチング
    チャンバー内にＰＮ 2ガスを供給しながら遂行されるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の金属配線
    形成方法。
  6. 【請求項６】 エッチングしようとする金属配線物質層
    上に特定形態のフォトレジストパターンが形成されてい
    る半導体ウェーハをロードロックチャンバー内に投入す
    る段階と、 前記ロードロックチャンバーが所定の真空を維持するよ
    うにポンピング及びパージする段階と、 所定の真空が維持されパージされるトランスファーモジ
    ュールを経由してエッチングチャンバー内に前記ロード
    ロックチャンバー内のウェーハを移送する段階と、 前記フォトレジストパターンをエッチングマスクにし、
    クロリンを含有するエッチングガスを供給して前記金属
    配線物質層をエッチングして金属配線を形成する段階
    と、 前記エッチング段階の後、前記エッチングチャンバー内
    をパージする段階と、 前記エッチングチャンバーから前記所定の真空が維持さ
    れるトランスファーモジュールを経由してアシングチャ
    ンバーに前記エッチング工程が遂行された前記ウェーハ
    を移送する段階と、 前記アシングチャンバー内で前記金属配線に対してアシ
    ング工程を遂行する段階と、 アシング工程が遂行された前記ウェーハをアンローディ
    ングして前記所定の真空が維持されるトランスファーモ
    ジュールを経由してパージが行われている前記ロードロ
    ックチャンバーに移送する段階と、 を含むことを特徴とする半導体素子の金属配線形成方
    法。
  7. 【請求項７】 前記エッチングしようとする金属配線物
    質層はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項６に
    記載の半導体素子の金属配線形成方法。
  8. 【請求項８】 前記エッチングガスはＢＣｌ3及びＣｌ2
    を含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体素子の
    金属配線形成方法。
  9. 【請求項９】 前記ロードロックチャンバー及びトラン
    スファーモジュール内の圧力は、前記エッチングチャン
    バー及びアシングチャンバー内の残留ガスが逆流するこ
    とを防止するように、前記エッチングチャンバー及びア
    シングチャンバー内の圧力より高く維持されることを特
    徴とする請求項６に記載の半導体素子の金属配線形成方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記トランスファーモジュール内の圧
    力は、前記ロードロックチャンバーにＲＧＡ−ＱＭＳを
    設置した後、前記トランスファーモジュール内の圧力を
    変更しながら前記ロードロックチャンバー内の不純物の
    挙動を評価して設定されることを特徴とする請求項９に
    記載の半導体素子の金属配線形成方法。
  11. 【請求項１１】 前記エッチングチャンバー内の圧力は
    ５０ｍＴｏｒｒ以上３００ｍＴｏｒｒ以下であり、前記
    ロードロックチャンバー及びトランスファーモジュール
    内の圧力は少なくとも３００ｍＴｏｒｒ以上に維持され
    ることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の金属
    配線形成方法。
  12. 【請求項１２】 前記エッチングチャンバー内の圧力は
    ５０ｍＴｏｒｒ以上３００ｍＴｏｒｒ以下であり、前記
    トランスファーモジュール内の圧力は４５０ｍＴｏｒｒ
    に設定されることを特徴とする請求項１１に記載の半導
    体素子の金属配線形成方法。
  13. 【請求項１３】 前記アシング工程は、前記金属配線上
    に残留するフォトレジストパターンを除去するストリッ
    プ工程、及び前記金属配線の側壁に形成されたクロリン
    成分を除去するパッシベーション工程を少なくとも１回
    以上遂行することを特徴とする請求項６に記載の半導体
    素子の金属配線形成方法。
  14. 【請求項１４】 前記エッチングチャンバー内で金属配
    線を形成する段階は、 前記エッチングチャンバー内の雰囲気を安定化させる段
    階と、 前記エッチングチャンバー内にクロリンを含有したエッ
    チングガスを供給し、前記フォトレジストパターンをエ
    ッチングマスクにして前記金属配線物質層をエッチング
    終末点まで主エッチングする段階と、 前記エッチング終末点を過ぎてから所定の期間、過エッ
    チングして金属配線パターンを形成する段階と、 を含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の
    金属配線形成方法。
  15. 【請求項１５】 前記ロードロックチャンバー、トラン
    スファーモジュール及びエッチングチャンバーで遂行さ
    れるパージは、ＰＮ2ガスを供給しながら遂行されるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の金属配線
    形成方法。
  16. 【請求項１６】 所定の圧力が維持されながらパージさ
    れるトランスファーモジュールを経由して前記エッチン
    グチャンバー内に前記ロードロックチャンバー内にある
    ウェーハを移送する段階以前に、前記ウェーハのフラッ
    トゾーンをアラインする段階をさらに遂行することを特
    徴とする請求項６に記載の半導体素子の金属配線形成方
    法。
  17. 【請求項１７】 前記アシングチャンバーでアンローデ
    ィングされたウェーハをクーリングチャンバーで冷却さ
    せた後、前記ロードロックチャンバーに移送することを
    特徴とする請求項６に記載の半導体素子の金属配線形成
    方法。
  18. 【請求項１８】 所定の真空下で継続的なパージが遂行
    され、内部にウェーハの移送用ロボットが設置されてい
    るトランスファーモジュールと、 前記トランスファーモジュールとスリットバルブによっ
    て連結され、作業対象のウェーハが投入された後、所定
    の真空下で継続的なパージが遂行されるロードロックチ
    ャンバーと、 前記トランスファーモジュールとスリットバルブによっ
    て連結され、フォトレジストパターンをエッチングマス
    クとして金属配線のためのエッチング工程が遂行される
    エッチングチャンバーと、 スリットバルブによって前記トランスファーモジュール
    と連結され、前記フォトレジストパターンとエッチング
    副産物を除去するためのアシング工程が遂行されるアシ
    ングチャンバーと、 を備えてなることを特徴とする半導体素子の金属配線形
    成システム。
  19. 【請求項１９】 前記トランスファーモジュールとロー
    ドロックチャンバーとは、単一のパージ供給ラインを利
    用してパージが遂行されることを特徴とする請求項１８
    に記載の半導体素子の金属配線形成システム。
  20. 【請求項２０】 前記エッチングチャンバーにはクロリ
    ンを含むエッチングガスの供給ラインが設置されている
    ことを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子の金属
    配線形成システム。
  21. 【請求項２１】 前記アシングチャンバーには、水蒸気
    供給ライン及び酸素ガス供給ラインが設置されているこ
    とを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子の金属配
    線形成システム。
  22. 【請求項２２】 前記ロードロックチャンバーには前記
    ロードロックチャンバー内の残留ガスに含まれた不純物
    の挙動をモニタリング可能なＲＧＡ−ＱＭＳが設置され
    ていることを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子
    の金属配線形成システム。
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