JP2001035833A - プラズマ処理性能強化方法 - Google Patents
プラズマ処理性能強化方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
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- H01J37/32339—Discharge generated by other radiation using electromagnetic radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
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- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
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- H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体ウェハのプラズマ処理を改善する方
法。 【解決手段】 ウェハの処理中に、ウェハ又はプラズマ
にフォトンを照射する。本方法の１実施例では、アルミ
ニウム層をエッチングし、エッチング中に、アルミニウ
ム層を含む半導体ウェハにフォトンを照射し、それが層
の表面から塩化銅を光脱着し、エッチングプロセスの性
能を改善する。
法。 【解決手段】 ウェハの処理中に、ウェハ又はプラズマ
にフォトンを照射する。本方法の１実施例では、アルミ
ニウム層をエッチングし、エッチング中に、アルミニウ
ム層を含む半導体ウェハにフォトンを照射し、それが層
の表面から塩化銅を光脱着し、エッチングプロセスの性
能を改善する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本出願は、1999年3月30日出
願の米国仮特許出願第60/126,837号に基づき、ここにそ
の全体を参照する。本出願はまた、上述の仮特許出願第
60/126,837号と同時に出願された、「プラズマ強化半導
体ウェハ処理システムにおける形態による帯電効果」と
いう題の1999年3月30日出願の米国特許出願第09/280,46
2号に関連し、ここにその全体を参照する。
願の米国仮特許出願第60/126,837号に基づき、ここにそ
の全体を参照する。本出願はまた、上述の仮特許出願第
60/126,837号と同時に出願された、「プラズマ強化半導
体ウェハ処理システムにおける形態による帯電効果」と
いう題の1999年3月30日出願の米国特許出願第09/280,46
2号に関連し、ここにその全体を参照する。
【０００２】本発明は、半導体ウェハ処理システムに関
し、より詳しくは、本発明は、プラズマ処理性能を改善
する方法に関する。
し、より詳しくは、本発明は、プラズマ処理性能を改善
する方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】半導体ウェハ上に作成される構造はより
小さくなり、ウェハがより大きくなったので、ウェハの
最適でない処理に寄与する要因が多くある。ウェハ処理
スループットを改善する（例えば、単位時間内に処理す
るウェハ数を増加させる）ため、例えば、さらにエッチ
ング速度を速くし、チャンバクリーニングの回数を減ら
し、チャンバクリーニングの時間を短くすることが望ま
しい。さらに、プロセスの結果が改善されるどのような
改善でも望ましい。例えば、電子シェーディングの改
善、フォトレジストの選択度の改善、フォトレジストの
条痕の減小、残留物の制御、チャンバの清浄度、アスペ
クト比によるエッチング、帯電による損傷の減小、ノッ
チングの緩和、プロファイル制御の向上、エッチング停
止の改善、マイクロローディングの減小、ギャップ充填
の困難性の緩和等である。
小さくなり、ウェハがより大きくなったので、ウェハの
最適でない処理に寄与する要因が多くある。ウェハ処理
スループットを改善する（例えば、単位時間内に処理す
るウェハ数を増加させる）ため、例えば、さらにエッチ
ング速度を速くし、チャンバクリーニングの回数を減ら
し、チャンバクリーニングの時間を短くすることが望ま
しい。さらに、プロセスの結果が改善されるどのような
改善でも望ましい。例えば、電子シェーディングの改
善、フォトレジストの選択度の改善、フォトレジストの
条痕の減小、残留物の制御、チャンバの清浄度、アスペ
クト比によるエッチング、帯電による損傷の減小、ノッ
チングの緩和、プロファイル制御の向上、エッチング停
止の改善、マイクロローディングの減小、ギャップ充填
の困難性の緩和等である。
【０００４】所望の改善の例として、半導体ウェハ上に
作成された構造は、フィーチャのサイズが減少するの
で、アルミニウムエッチング中の残留物制御が重要な課
題となった。幾つかのアルミニウム薄膜は、一般に少量
即ち0.5〜2％の銅を含み、その結果残留物が形成され、
そのため集積回路を完成させるのに必要な別の処理と干
渉する場合がある。アルミニウムエッチング処理中、ア
ルミニウムエッチング速度と副産物除去速度は、銅のそ
れよりずっと速い。それゆえ、銅残留物が特にアルミニ
ウム合金中に容易に形成され、一般的にはそこで銅の偏
析が起こる。アルミニウム合金の銅が多い領域に残留物
が形成される。銅誘導残留物が形成される機構は次の通
りである。アルミニウム銅合金中の銅は、エッチングす
るのにより硬く、合金中に必ずしも均一には分散してい
ない。銅の局部的集中は、エッチングしにくく、エッチ
ング速度、レジストの選択度、プロファイル制御を犠牲
にする。このような不均一なエッチングの結果、最終エ
ッチング製品のある領域が周りの領域と比較して隆起し
た領域となる。このような隆起した領域は「残留物」と
いわれる。残留物はその中に銅を全く含まなくても良い
が、アルミニウム内の銅がある結果である。
作成された構造は、フィーチャのサイズが減少するの
で、アルミニウムエッチング中の残留物制御が重要な課
題となった。幾つかのアルミニウム薄膜は、一般に少量
即ち0.5〜2％の銅を含み、その結果残留物が形成され、
そのため集積回路を完成させるのに必要な別の処理と干
渉する場合がある。アルミニウムエッチング処理中、ア
ルミニウムエッチング速度と副産物除去速度は、銅のそ
れよりずっと速い。それゆえ、銅残留物が特にアルミニ
ウム合金中に容易に形成され、一般的にはそこで銅の偏
析が起こる。アルミニウム合金の銅が多い領域に残留物
が形成される。銅誘導残留物が形成される機構は次の通
りである。アルミニウム銅合金中の銅は、エッチングす
るのにより硬く、合金中に必ずしも均一には分散してい
ない。銅の局部的集中は、エッチングしにくく、エッチ
ング速度、レジストの選択度、プロファイル制御を犠牲
にする。このような不均一なエッチングの結果、最終エ
ッチング製品のある領域が周りの領域と比較して隆起し
た領域となる。このような隆起した領域は「残留物」と
いわれる。残留物はその中に銅を全く含まなくても良い
が、アルミニウム内の銅がある結果である。
【０００５】ウェハをより高い温度に加熱して、銅エッ
チング副産物の除去と、より揮発性の副産物の除去を促
進することが出来る。しかし、約130℃以上の温度で
は、フォトレジストが網状になり、プロセス制御に最適
なより少し温度上昇しても、アルミニウムスタックのプ
ロファイル等のプロセスの要因は制御するのが困難にな
る。この問題を解決する他の従来の方法は、ウェハのイ
オンボンバートを増加することである。しかし、イオン
ボンバートを追加すると、レジストの選択度と、プロフ
ァイルのマイクロローディングが犠牲になる。
チング副産物の除去と、より揮発性の副産物の除去を促
進することが出来る。しかし、約130℃以上の温度で
は、フォトレジストが網状になり、プロセス制御に最適
なより少し温度上昇しても、アルミニウムスタックのプ
ロファイル等のプロセスの要因は制御するのが困難にな
る。この問題を解決する他の従来の方法は、ウェハのイ
オンボンバートを増加することである。しかし、イオン
ボンバートを追加すると、レジストの選択度と、プロフ
ァイルのマイクロローディングが犠牲になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、半導体ウェ
ハの処理を改善する方法の必要性があり、その例はアル
ミニウムエッチング中に生じる銅誘導残留物を減らすこ
とである。
ハの処理を改善する方法の必要性があり、その例はアル
ミニウムエッチング中に生じる銅誘導残留物を減らすこ
とである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従来技術の欠点は、本発
明のプラズマ処理に関連する影響を減少させる方法によ
り解決され、この方法はウェハ処理とその方法により作
成された構造の両方に影響を与える。この方法は、半導
体ウェハをプラズマ処理し、半導体ウェハ又はプラズマ
にフォトンを照射し、プロセスの改善を促進する。
明のプラズマ処理に関連する影響を減少させる方法によ
り解決され、この方法はウェハ処理とその方法により作
成された構造の両方に影響を与える。この方法は、半導
体ウェハをプラズマ処理し、半導体ウェハ又はプラズマ
にフォトンを照射し、プロセスの改善を促進する。
【０００８】
【発明の実施の形態及び実施例】本発明の教示は、添付
図面を参照して次の発明の詳細な説明を読めば分かるで
あろう。理解し易くするため、各図面を通じて同一の要
素には同一の参照番号を使用して示した。
図面を参照して次の発明の詳細な説明を読めば分かるで
あろう。理解し易くするため、各図面を通じて同一の要
素には同一の参照番号を使用して示した。
【０００９】図１は、プラズマ強化半導体ウェハ処理シ
ステム100の概略図である。ここに示すシステムは、誘
導結合したプラズマエッチングシステムの例示である。
しかし、本発明は、プラズマ蒸着チャンバ、容量結合し
たチャンバ、マグネトロン、へリコン、及びウェハにフ
ォトンを照射することにより改善できる他のプラズマ処
理システムにも同様に適用することが出来る。
ステム100の概略図である。ここに示すシステムは、誘
導結合したプラズマエッチングシステムの例示である。
しかし、本発明は、プラズマ蒸着チャンバ、容量結合し
たチャンバ、マグネトロン、へリコン、及びウェハにフ
ォトンを照射することにより改善できる他のプラズマ処
理システムにも同様に適用することが出来る。
【００１０】このシステム100は、処理チャンバ102と、
電源106と、バイアス電源108と、制御器104とを備え
る。処理チャンバ102は、ペデスタル120と、アンテナ11
0と、光源112と、ガス源134と、頂部128と円筒形側壁13
0と底部132により輪郭を定められる処理空間116とを備
える。電源106は、ＲＦ信号(例えば、2ＭＨｚ)をアンテ
ナ110に接続する。アンテナ110は、頂部128近くに複数
の巻を有し、ＲＦ磁場を生じ、それが空間116内の処理
ガス（例えば、塩素）又は複合ガスを励起し、プラズマ
136を生じる。処理するため、層138（例えば、アルミニ
ウム、酸化物、ポリシリコン等）を含む半導体ウェハ11
8が、ペデスタル120上に保持される。ウェハ118は、ウ
ェハ118上の材料、例えばアルミニウムの処理を容易に
するため、プラズマを照射される。ペデスタルとウェハ
は、バイアス電源108によりペデスタルに供給されるＲ
Ｆ信号（例えば、13.56ＭＨｚ）によりバイアスされ
る。
電源106と、バイアス電源108と、制御器104とを備え
る。処理チャンバ102は、ペデスタル120と、アンテナ11
0と、光源112と、ガス源134と、頂部128と円筒形側壁13
0と底部132により輪郭を定められる処理空間116とを備
える。電源106は、ＲＦ信号(例えば、2ＭＨｚ)をアンテ
ナ110に接続する。アンテナ110は、頂部128近くに複数
の巻を有し、ＲＦ磁場を生じ、それが空間116内の処理
ガス（例えば、塩素）又は複合ガスを励起し、プラズマ
136を生じる。処理するため、層138（例えば、アルミニ
ウム、酸化物、ポリシリコン等）を含む半導体ウェハ11
8が、ペデスタル120上に保持される。ウェハ118は、ウ
ェハ118上の材料、例えばアルミニウムの処理を容易に
するため、プラズマを照射される。ペデスタルとウェハ
は、バイアス電源108によりペデスタルに供給されるＲ
Ｆ信号（例えば、13.56ＭＨｚ）によりバイアスされ
る。
【００１１】光源112が、フォトン源を形成し、フォト
ンは空間116中に放射され、ウェハ118を衝撃する。光源
112は、紫外線又は赤外線を放射する１つ又はそれ以上
のランプである。紫外線源のランプは、水銀キャピラリ
ーランプである。十分なエネルギーのフォトン又は粒子
を生じる他の源（ソース、例えばランプ）も使用するこ
とが出来る。このようなランプの例には、キセノンラン
プと、タングステンフィラメントランプがある。フォト
ンは、電磁スペクトルの赤外線、可視線、紫外線、真空
紫外線のバンドでも良い。さらに、エネルギー即ちフォ
トン数は、特定のプロセス中のプロセス強化を最適にす
るように調整される。また、フォトン源を調節して、フ
ォトン又は粒子の強度、エネルギー、又は数を一時的に
変化させることも出来る。源は、特定の必要な波長を放
出する特定の化学物質をプラズマに加えて、プラズマ自
体から誘導することも出来る。
ンは空間116中に放射され、ウェハ118を衝撃する。光源
112は、紫外線又は赤外線を放射する１つ又はそれ以上
のランプである。紫外線源のランプは、水銀キャピラリ
ーランプである。十分なエネルギーのフォトン又は粒子
を生じる他の源（ソース、例えばランプ）も使用するこ
とが出来る。このようなランプの例には、キセノンラン
プと、タングステンフィラメントランプがある。フォト
ンは、電磁スペクトルの赤外線、可視線、紫外線、真空
紫外線のバンドでも良い。さらに、エネルギー即ちフォ
トン数は、特定のプロセス中のプロセス強化を最適にす
るように調整される。また、フォトン源を調節して、フ
ォトン又は粒子の強度、エネルギー、又は数を一時的に
変化させることも出来る。源は、特定の必要な波長を放
出する特定の化学物質をプラズマに加えて、プラズマ自
体から誘導することも出来る。
【００１２】例示の実施例では、例えば150Ｗ又はそれ
以上を生じる紫外線ランプ112が、紫外線光を透過する
窓114の近くのチャンバ102の頂部128に位置する。他の
実施例では、他の光源を使用しても、窓はその光源に対
して透明であるように選択する必要がある。この実施例
では、ウェハはアルミニウム層を含み、行うプロセスは
金属エッチングプロセスである。光の量は、処理する材
料とウェハサイズにより変化する。又は、ウェハはアル
ミニウム層の代りに、タングステン、珪化タングステ
ン、珪素、二酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、フォト
レジスト、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタ
ル、銅、及び集積回路を製造するのに使用する他の薄膜
材料等の他の半導体デバイス材料を含んでいても良い。
ランプ112からのフォトン（矢印140で示す）は、窓114
を通過して、空間116内へ入る。フォトンはウェハ表面
又はチャンバ壁を衝撃し、チャンバ壁128,130上、又は
ウェハ118上にある任意の塩化銅を光脱着する。後述す
るように、フォトンによりウェハを照明することによ
り、ウェハ処理の他の改善も容易になる。ランプ112
は、一般にプラズマ処理の全期間中、ウェハ118を照明
する。しかし、これはこの実施例に特有で、本発明に必
ずしも必要ではない（即ち、ウェハは処理の特定の期間
のみ、又はエッチング後又は蒸着後の処理として照明し
てもよい）。
以上を生じる紫外線ランプ112が、紫外線光を透過する
窓114の近くのチャンバ102の頂部128に位置する。他の
実施例では、他の光源を使用しても、窓はその光源に対
して透明であるように選択する必要がある。この実施例
では、ウェハはアルミニウム層を含み、行うプロセスは
金属エッチングプロセスである。光の量は、処理する材
料とウェハサイズにより変化する。又は、ウェハはアル
ミニウム層の代りに、タングステン、珪化タングステ
ン、珪素、二酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、フォト
レジスト、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタ
ル、銅、及び集積回路を製造するのに使用する他の薄膜
材料等の他の半導体デバイス材料を含んでいても良い。
ランプ112からのフォトン（矢印140で示す）は、窓114
を通過して、空間116内へ入る。フォトンはウェハ表面
又はチャンバ壁を衝撃し、チャンバ壁128,130上、又は
ウェハ118上にある任意の塩化銅を光脱着する。後述す
るように、フォトンによりウェハを照明することによ
り、ウェハ処理の他の改善も容易になる。ランプ112
は、一般にプラズマ処理の全期間中、ウェハ118を照明
する。しかし、これはこの実施例に特有で、本発明に必
ずしも必要ではない（即ち、ウェハは処理の特定の期間
のみ、又はエッチング後又は蒸着後の処理として照明し
てもよい）。
【００１３】制御器104が、システム100の自動化制御を
行う。制御器104は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）122を
備え、これはメモリー124及びサポート回路126に接続さ
れている。制御器104は、汎用コンピュータであり、メ
モリー124に記憶されているあるプログラムを実行する
とき、特定目的のコンピュータになる。メモリー124
は、ランダムアクセスメモリー、リードオンリーメモリ
ー、ディスクドライブ記憶装置、又はデジタルプログラ
ムを記憶するのに使用する任意の形の記憶装置又はこれ
らの組合せでも良い。サポート回路126は、コンピュー
タの良く知られている構成要素であり、キャッシュメモ
リー、電源、クロック回路、バス等を含む。本発明方法
は、メモリー104に記憶されたプログラム142の全体又は
一部で実現することが出来る。本発明をソフトウェアプ
ログラムの実施例として示すが、本発明方法は、ソフト
ウェア、ハードウェア又はこれらの組合せで実行するス
テップを備えても良い。
行う。制御器104は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）122を
備え、これはメモリー124及びサポート回路126に接続さ
れている。制御器104は、汎用コンピュータであり、メ
モリー124に記憶されているあるプログラムを実行する
とき、特定目的のコンピュータになる。メモリー124
は、ランダムアクセスメモリー、リードオンリーメモリ
ー、ディスクドライブ記憶装置、又はデジタルプログラ
ムを記憶するのに使用する任意の形の記憶装置又はこれ
らの組合せでも良い。サポート回路126は、コンピュー
タの良く知られている構成要素であり、キャッシュメモ
リー、電源、クロック回路、バス等を含む。本発明方法
は、メモリー104に記憶されたプログラム142の全体又は
一部で実現することが出来る。本発明をソフトウェアプ
ログラムの実施例として示すが、本発明方法は、ソフト
ウェア、ハードウェア又はこれらの組合せで実行するス
テップを備えても良い。
【００１４】図２は、本発明の実施例のルーチン200の
フローチャートを示す。この実施例では、ウェハにフォ
トンを照射し、塩化銅の光化学的脱着をおこす。しか
し、本発明は、半導体ウェハのプラズマ処理を妨げる多
くの材料の光化学的脱着をおこすのに使用することが出
来る。そして、エッチング反応器内の銅の脱着は、本発
明の多くの例の例示である。さらに、後述するように、
本発明のこの出願は、この方法が半導体ウェハ処理にも
たらす利益の例示にすぎない。
フローチャートを示す。この実施例では、ウェハにフォ
トンを照射し、塩化銅の光化学的脱着をおこす。しか
し、本発明は、半導体ウェハのプラズマ処理を妨げる多
くの材料の光化学的脱着をおこすのに使用することが出
来る。そして、エッチング反応器内の銅の脱着は、本発
明の多くの例の例示である。さらに、後述するように、
本発明のこの出願は、この方法が半導体ウェハ処理にも
たらす利益の例示にすぎない。
【００１５】ルーチンはステップ202で始まり、ステッ
プ204へ行き、そこでアルミニウムの層を含むウェハ
が、プロセスチャンバ内で励起された塩素ベースのプラ
ズマによりエッチングされる。処理チャンバ内でプラズ
マを励起するのに、即ち処理ガス（例えば、塩素）を供
給し、アンテナに電力を供給し、ペデスタルにバイアス
電力を供給する等の複数のステップがとられることを、
当業者は理解するであろう。これらのステップは、これ
以上説明しなくても当業者には分かる。
プ204へ行き、そこでアルミニウムの層を含むウェハ
が、プロセスチャンバ内で励起された塩素ベースのプラ
ズマによりエッチングされる。処理チャンバ内でプラズ
マを励起するのに、即ち処理ガス（例えば、塩素）を供
給し、アンテナに電力を供給し、ペデスタルにバイアス
電力を供給する等の複数のステップがとられることを、
当業者は理解するであろう。これらのステップは、これ
以上説明しなくても当業者には分かる。
【００１６】いったんプラズマが励起されると、ウェハ
はアルミニウム中の不純物から塩化銅を形成するように
エッチングされ始める。ステップ206で、ルーチン200
は、ウェハ処理期間を通じてフォトン源を励起し、例え
ば紫外線又は赤外線ランプがウェハに高エネルギーフォ
トンを照射する。フォトンは、チャンバ内とウェハ表面
の銅をガス相生成物の形で脱着する。Lawingらの提案す
る脱着（「The Mechanism of Copper Removal from a B
are Silicon Surface with Ultra-Violet Excited Chlo
rine」Electrochemical Society Proceedings, Vol.97-
35, pp.299-306）は、次式で表される。
はアルミニウム中の不純物から塩化銅を形成するように
エッチングされ始める。ステップ206で、ルーチン200
は、ウェハ処理期間を通じてフォトン源を励起し、例え
ば紫外線又は赤外線ランプがウェハに高エネルギーフォ
トンを照射する。フォトンは、チャンバ内とウェハ表面
の銅をガス相生成物の形で脱着する。Lawingらの提案す
る脱着（「The Mechanism of Copper Removal from a B
are Silicon Surface with Ultra-Violet Excited Chlo
rine」Electrochemical Society Proceedings, Vol.97-
35, pp.299-306）は、次式で表される。
【００１７】
【数１】 従って、脱着により生じるＣｕＣｌは、真空ポンプによ
りチャンバから容易に排気できるガスである。ステップ
208で、プロセスは停止し、ルーチンは、処理する次の
ウェハを待つ。
りチャンバから容易に排気できるガスである。ステップ
208で、プロセスは停止し、ルーチンは、処理する次の
ウェハを待つ。
【００１８】本発明の特定の実施例では、ランプは、ア
プライドマテリアル社の製造するＤＰＳエッチング反応
器のドームの中心にある窓に結合する。アルミニウムの
スタックをエッチングするのに使用するプロセス条件は
次の通りである。 チャンバ圧力 10ｍＴ バイアス電力 140Ｗ 電源電力 1400Ｗ 処理ガス Ｃｌ2／ＢＣｌ2／Ａｒ 全体のエッチングプロセス中にランプが起動されると
き、照射を使用すると、ウェハ上の銅誘導残留物の量が
かなり減少する。図３は、アルミニウムエッチングプロ
セス中にＵＶ光を照射されないウェハ上のオープン領域
の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。図４は、ア
ルミニウムエッチングプロセス中に3ｋＷの水銀キャピ
ラリーランプを照射されたウェハ上のオープン領域のＳ
ＥＭ画像である。ウェハは、約150Ｗの放射エネルギー
を受取る。図４において、銅誘導残留物（白いパッチ）
は、図３のＳＥＭと比較してかなり減少している。この
技術は又、チャンバから塩化銅を除去することにより、
銅のエッチングを改善する。
プライドマテリアル社の製造するＤＰＳエッチング反応
器のドームの中心にある窓に結合する。アルミニウムの
スタックをエッチングするのに使用するプロセス条件は
次の通りである。 チャンバ圧力 10ｍＴ バイアス電力 140Ｗ 電源電力 1400Ｗ 処理ガス Ｃｌ2／ＢＣｌ2／Ａｒ 全体のエッチングプロセス中にランプが起動されると
き、照射を使用すると、ウェハ上の銅誘導残留物の量が
かなり減少する。図３は、アルミニウムエッチングプロ
セス中にＵＶ光を照射されないウェハ上のオープン領域
の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。図４は、ア
ルミニウムエッチングプロセス中に3ｋＷの水銀キャピ
ラリーランプを照射されたウェハ上のオープン領域のＳ
ＥＭ画像である。ウェハは、約150Ｗの放射エネルギー
を受取る。図４において、銅誘導残留物（白いパッチ）
は、図３のＳＥＭと比較してかなり減少している。この
技術は又、チャンバから塩化銅を除去することにより、
銅のエッチングを改善する。
【００１９】銅誘導残留物を減少させるのに加えて、フ
ォトン源を使用することにより、エッチング速度が増加
する。このエッチング速度の増加は、アルミニウムエッ
チングプロセスを妨げる銅誘導残留物を除去したためで
あると考えられる。さらに、処理チャンバの内壁上に形
成されるであろう銅誘導残留物はまた、光脱着され、そ
の結果壁上の汚染物の蓄積が少なくなる。また、フォト
ンの導入が、チャンバの堆積物の量と特性に直接影響を
与えるかもしれない。チャンバ壁上の残留物の蓄積量が
減少するので、チャンバをクリーニングするまでの作動
時間が長くなり、チャンバのスループットが増加する。
フォトンは、チャンバ表面上に堆積するエッチング副産
物とクリーニング反応物の間に起こる光化学反応を助け
ることが出来る。そして、チャンバの清浄度と生産性が
改善される。
ォトン源を使用することにより、エッチング速度が増加
する。このエッチング速度の増加は、アルミニウムエッ
チングプロセスを妨げる銅誘導残留物を除去したためで
あると考えられる。さらに、処理チャンバの内壁上に形
成されるであろう銅誘導残留物はまた、光脱着され、そ
の結果壁上の汚染物の蓄積が少なくなる。また、フォト
ンの導入が、チャンバの堆積物の量と特性に直接影響を
与えるかもしれない。チャンバ壁上の残留物の蓄積量が
減少するので、チャンバをクリーニングするまでの作動
時間が長くなり、チャンバのスループットが増加する。
フォトンは、チャンバ表面上に堆積するエッチング副産
物とクリーニング反応物の間に起こる光化学反応を助け
ることが出来る。そして、チャンバの清浄度と生産性が
改善される。
【００２０】さらに、処理中にウェハにフォトンを照射
することは、アスペクト比によるエッチングを改善し、
帯電による損傷を減少させる。また、ノッチングを減ら
し、プロファイル制御を改善し、フォトレジストの選択
度及びマイクロローディングと、フォトレジストの条痕
と、ギャップ充填の困難さを改善する。そして、処理中
にウェハにフォトンを照射することにより、半導体ウェ
ハ処理の多くの態様が改善される。フォトンの強度、エ
ネルギー、数が最適化されて、これらの色々のプロセス
の態様が改善される。
することは、アスペクト比によるエッチングを改善し、
帯電による損傷を減少させる。また、ノッチングを減ら
し、プロファイル制御を改善し、フォトレジストの選択
度及びマイクロローディングと、フォトレジストの条痕
と、ギャップ充填の困難さを改善する。そして、処理中
にウェハにフォトンを照射することにより、半導体ウェ
ハ処理の多くの態様が改善される。フォトンの強度、エ
ネルギー、数が最適化されて、これらの色々のプロセス
の態様が改善される。
【００２１】さらに、酸化物薄膜をエッチングすると
き、本発明は、珪素と窒化珪素上の選択度を改善する。
一般に、ポリシリコンと酸化物を同時にエッチングする
とき、珪素と窒化珪素は、酸化物より容易にエッチング
される。Ｓｉ−ＳｉとＳｉ−Ｎの結合エネルギーは、Ｓ
ｉ−Ｏの結合エネルギーより低いからである。その結
果、珪素と窒化珪素に対する酸化物の選択度は、一般に
低く、珪素をエッチングされないように保護するには、
かなりの量のポリマーが必要である。その結果、処理の
窓が狭くなり、チャンバが汚くなる。しかし、エッチン
グ中にウェハをフォトンで照明することにより、フォト
ンは、珪素と窒化珪素のエッチング処理に対して、酸化
物エッチング処理を強化する。そして、珪素と窒化珪素
に対する酸化物の選択度が改善される。
き、本発明は、珪素と窒化珪素上の選択度を改善する。
一般に、ポリシリコンと酸化物を同時にエッチングする
とき、珪素と窒化珪素は、酸化物より容易にエッチング
される。Ｓｉ−ＳｉとＳｉ−Ｎの結合エネルギーは、Ｓ
ｉ−Ｏの結合エネルギーより低いからである。その結
果、珪素と窒化珪素に対する酸化物の選択度は、一般に
低く、珪素をエッチングされないように保護するには、
かなりの量のポリマーが必要である。その結果、処理の
窓が狭くなり、チャンバが汚くなる。しかし、エッチン
グ中にウェハをフォトンで照明することにより、フォト
ンは、珪素と窒化珪素のエッチング処理に対して、酸化
物エッチング処理を強化する。そして、珪素と窒化珪素
に対する酸化物の選択度が改善される。
【００２２】フォトレジスト材料を含むウェハをエッチ
ングするとき、本発明を使用することによるウェハ処理
の他の改善点は、フォトレジスト材料は、エッチング処
理が進むにつれて、フォトン照射によりさらに硬化する
（キュアする）ことである。要するに、本発明は、エッ
チングの進行につれて、「その場でのフォトレジストの
ベーキング」プロセスを提供する。このようなその場で
の硬化技術を使用すると、エッチングの選択度が改善さ
れ、酸化物薄膜をエッチングするとき、フォトレジスト
の条痕を改善する。
ングするとき、本発明を使用することによるウェハ処理
の他の改善点は、フォトレジスト材料は、エッチング処
理が進むにつれて、フォトン照射によりさらに硬化する
（キュアする）ことである。要するに、本発明は、エッ
チングの進行につれて、「その場でのフォトレジストの
ベーキング」プロセスを提供する。このようなその場で
の硬化技術を使用すると、エッチングの選択度が改善さ
れ、酸化物薄膜をエッチングするとき、フォトレジスト
の条痕を改善する。
【００２３】本発明を使用することによる他の改善は、
あるガス、例えば有機リガンドが、チャンバの雰囲気に
加えられ、フォトン、例えば紫外線を照射されるとき、
起こる。このようなガスは、光を照射されるとき、ウェ
ハ処理性能と、チャンバクリーニングプロセスを改善す
る。また、プラズマプロセス中に本発明を使用すると
き、ノッチングとして知られる現象も減少する。ノッチ
ングは、幾何学的外形によるウェハの帯電により起こ
る。幾何学的外形による帯電の１つの原因は、電子シェ
ーディングである。
あるガス、例えば有機リガンドが、チャンバの雰囲気に
加えられ、フォトン、例えば紫外線を照射されるとき、
起こる。このようなガスは、光を照射されるとき、ウェ
ハ処理性能と、チャンバクリーニングプロセスを改善す
る。また、プラズマプロセス中に本発明を使用すると
き、ノッチングとして知られる現象も減少する。ノッチ
ングは、幾何学的外形によるウェハの帯電により起こ
る。幾何学的外形による帯電の１つの原因は、電子シェ
ーディングである。
【００２４】電子シェーディングは、構造の帯電の主な
誘因である。電子シェーディングは、密集したラインパ
ターンを有し高アスペクト比の構造の形成と関連する。
電子シェーディングは、プラズマに含まれるイオンの非
等方的運動をするが、プラズマ処理中の処理チャンバ内
の電子は等方的運動することにより起こる。電子は、構
造の側壁と他の垂直な表面を衝撃し、構造を帯電させ
る。これらの構造の高アスペクト比により、プラズマに
近い上側部分が構造の「深い」部分と比較して、より多
くの電子により衝撃される。そして、深い部分の「シェ
ーディング」の結果、構造上に電圧差が出来る。このよ
うな構造の帯電は、ウェハを処理するのに任意のプラズ
マ処理を使用することにより起こる。その結果、多くの
プラズマ処理は、半導体ウェハ上の構造の幾何学的形態
による帯電損傷をおこすことが出来る。構造がエッチン
グされるとき、この不均一の帯電により、ノッチングが
起こる。ウェハにフォトン（又は、他の粒子）を照射す
ると、ウェハの帯電が減少し、ノッチングが減少する。
これは、米国特許出願第09/280,462号に記載されてい
て、この出願をここに参照する。
誘因である。電子シェーディングは、密集したラインパ
ターンを有し高アスペクト比の構造の形成と関連する。
電子シェーディングは、プラズマに含まれるイオンの非
等方的運動をするが、プラズマ処理中の処理チャンバ内
の電子は等方的運動することにより起こる。電子は、構
造の側壁と他の垂直な表面を衝撃し、構造を帯電させ
る。これらの構造の高アスペクト比により、プラズマに
近い上側部分が構造の「深い」部分と比較して、より多
くの電子により衝撃される。そして、深い部分の「シェ
ーディング」の結果、構造上に電圧差が出来る。このよ
うな構造の帯電は、ウェハを処理するのに任意のプラズ
マ処理を使用することにより起こる。その結果、多くの
プラズマ処理は、半導体ウェハ上の構造の幾何学的形態
による帯電損傷をおこすことが出来る。構造がエッチン
グされるとき、この不均一の帯電により、ノッチングが
起こる。ウェハにフォトン（又は、他の粒子）を照射す
ると、ウェハの帯電が減少し、ノッチングが減少する。
これは、米国特許出願第09/280,462号に記載されてい
て、この出願をここに参照する。
【００２５】本発明の教示を具体化した好適な実施例を
示し詳細に記述したが、当業者は、これらの教示を具体
化した他の色々の実施例を考えることが出来る。
示し詳細に記述したが、当業者は、これらの教示を具体
化した他の色々の実施例を考えることが出来る。
【図１】プラズマ強化半導体ウェハ処理システム100の
概略図。
概略図。
【図２】本発明の方法を表すフローチャート。
【図３】アルミニウムエッチングプロセス中にＵＶ光を
照射されないウェハ上のオープン領域の走査型電子顕微
鏡（ＳＥＭ）写真。
照射されないウェハ上のオープン領域の走査型電子顕微
鏡（ＳＥＭ）写真。
【図４】アルミニウムエッチングプロセス中に3000Ｗの
水銀キャピラリーランプを照射されたウェハ上のオープ
ン領域のＳＥＭ写真。
水銀キャピラリーランプを照射されたウェハ上のオープ
ン領域のＳＥＭ写真。
100 ウェハ処理システム 102 処理チャンバ 104 制御器 106 電源 108 バイアス電源 110 アンテナ 112 光源 114 窓 116 処理空間 118 半導体ウェハ 120 ペデスタル 122 ＣＰＵ 124 メモリー 126 サポート回路 128 頂部 130 側壁 132 底部 134 ガス源 136 プラズマ 138 層 140 フォトン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター レーヴェンハルト アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95123 サン ホセ ロスウッド ドライ ヴ 1862 (72)発明者 ジョン エム ヤマーティノ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 パロ アルト ウェバリー ストリート 385 (72)発明者 ヒュイ チェン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95051 サンタ クララ テューレイン ドライヴ 664 (72)発明者 ダイアナ シアオビング マ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95070 サラトガ キルト コート 19600
Claims (40)
- 【請求項１】 ウェハの処理を改善する方法において、 半導体ウェハをプラズマ処理し、 前記半導体ウェハ又はプラズマにフォトンを照射して、
プロセスの改善を促進することを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記フォトンは、赤外線、紫外線、真空
紫外線、可視光、又はこれらの組合せの周波数バンド内
の波長を有する請求項１に記載した方法。 - 【請求項３】 前記フォトンは、ランプにより生じる請
求項１に記載した方法。 - 【請求項４】 前記フォトンは、前記プラズマに化学物
質を加えることにより生じる請求項１に記載した方法。 - 【請求項５】 前記プラズマは、有機リガンドを含むガ
スから形成される請求項１に記載した方法。 - 【請求項６】 前記有機リガンドと反応したフォトン
が、プラズマ処理性能を改善する請求項５に記載した方
法。 - 【請求項７】 前記半導体ウェハが、更にアルミニウ
ム、タングステン、珪化タングステン、珪素、二酸化珪
素、窒化珪素、酸窒化珪素、フォトレジスト、チタン、
窒化チタン、タンタル、窒化タンタルからなる材料群か
ら選択された層を備える請求項１に記載した方法。 - 【請求項８】 前記照射するステップは、前記半導体ウ
ェハ上の層の処理と干渉する恐れのある材料の光化学的
脱着を促進する請求項１に記載した方法。 - 【請求項９】 前記処理の改善は、次の群から選択され
る、 レジストの選択度を増加させる、エッチング中の条痕を
減少させる、アスペクト比のエッチングを改善する、帯
電による損傷を実質的に減少させる、帯電による損傷に
より起こるプロファイルのノッチングを減少させる、プ
ロファイル制御を改善する、マイクロローディングを減
少させる、ギャップの充填の困難さを緩和する、エッチ
ング速度を改善する、珪素と窒化珪素に対する酸化物の
選択度を改善する、フォトレジストをその場で硬化す
る、クリーニングの間隔を長くする、銅誘導残留物を減
少させる、改善を含む請求項１に記載した方法。 - 【請求項１０】 フォトンの強度を調節する、フォトン
のエネルギーを調節する、又はフォトンの総数を調節す
るステップからなるステップ群から選択された１つ又は
それ以上のステップを備える請求項１に記載した方法。 - 【請求項１１】 前記照射するステップは、プラズマ処
理中に起こる請求項１に記載した方法。 - 【請求項１２】 前記照射するステップは、銅誘導残留
物をガスとして光脱着することを促進する請求項１に記
載した方法。 - 【請求項１３】 アルミニウムエッチングプロセス中に
銅誘導残留物を減少させる方法において、 主なアルミニウム層が上にある半導体ウェハをプラズマ
エッチングし、 前記半導体ウェハにフォトンを照射し、銅誘導残留物を
減小させることを特徴とする方法。 - 【請求項１４】 前記フォトンは、赤外線、紫外線、真
空紫外線、可視光、又はこれらの組合せの周波数バンド
内の波長を有する請求項１３に記載した方法。 - 【請求項１５】 前記フォトンは、ランプにより生じる
請求項１３に記載した方法。 - 【請求項１６】 前記フォトンは、前記プラズマに化学
物質を加えることにより生じる請求項１３に記載した方
法。 - 【請求項１７】 前記照射するステップは、プラズマエ
ッチング中に行われる請求項１３に記載した方法。 - 【請求項１８】 前記プラズマエッチングは、塩素ベー
スの化学作用により起こる請求項１３に記載した方法。 - 【請求項１９】 前記照射するステップは、塩化銅の光
脱着を促進する請求項１８に記載した方法。 - 【請求項２０】 前記塩化銅は、ガスとして脱着される
請求項１９に記載した方法。 - 【請求項２１】 フォトンの強度を調節する、フォトン
のエネルギーを調節する、又はフォトンの総数を調節す
るステップからなるステップ群から選択された１つ又は
それ以上のステップを備える請求項１３に記載した方
法。 - 【請求項２２】 前記処理の改善は、次の群から選択さ
れる、 レジストの選択度を増加させる、エッチング中の条痕を
減少させる、アスペクト比のエッチングを改善する、帯
電による損傷を実質的に減少させる、帯電による損傷に
より起こるプロファイルのノッチングを減少させる、プ
ロファイル制御を改善する、マイクロローディングを減
少させる、ギャップの充填の困難さを緩和する、エッチ
ング速度を改善する、珪素と窒化珪素に対する酸化物の
選択度を改善する、フォトレジストをその場で硬化す
る、クリーニングの間隔を長くする、銅誘導残留物を減
少させる、改善を含む請求項１３に記載した方法。 - 【請求項２３】 エッチングプロセス中に銅誘導残留物
を減少させる方法において、 塩化銅を形成する塩素ベースの化学物質を使用して、半
導体ウェハ上の層をエッチングし、 前記半導体ウェハに、塩化銅を光脱着するフォトンを照
射することを特徴とする方法。 - 【請求項２４】 前記塩化銅は、ガスとして脱着される
請求項２３に記載した方法。 - 【請求項２５】 前記フォトンは、赤外線、紫外線、真
空紫外線、可視光、又はこれらの組合せの周波数バンド
内の波長を有する請求項２３に記載した方法。 - 【請求項２６】 前記フォトンは、ランプにより生じる
請求項２３に記載した方法。 - 【請求項２７】 前記照射するは、プラズマエッチング
中に行われる請求項２３に記載した方法。 - 【請求項２８】 前記エッチングステップは、主なアル
ミニウム層をエッチングすることを含む請求項２３に記
載した方法。 - 【請求項２９】 前記エッチングステップは、主に銅層
をエッチングすることを含む請求項２３に記載した方
法。 - 【請求項３０】 前記処理の改善は、次の群から選択さ
れる、 レジストの選択度を増加させる、エッチング中の条痕を
減少させる、アスペクト比のエッチングを改善する、帯
電による損傷を実質的に減少させる、帯電による損傷に
より起こるプロファイルのノッチングを減少させる、プ
ロファイル制御を改善する、マイクロローディングを減
少させる、ギャップの充填の困難さを緩和する、エッチ
ング速度を改善する、珪素と窒化珪素に対する酸化物の
選択度を改善する、フォトレジストをその場で硬化す
る、クリーニングの間隔を長くする、銅誘導残留物を減
少させる、改善を含む請求項２３に記載した方法。 - 【請求項３１】 複数の命令を記憶したコンピュータで
読取り可能な媒体において、前記複数の命令は、コンピ
ュータにより実行されるとき、前記コンピュータが半導
体ウェハ処理チャンバを制御して、 半導体ウェハをプラズマ処理し、 前記半導体ウェハにフォトンを照射する、ステップを行
わせる命令を含むことを特徴とする媒体。 - 【請求項３２】 前記フォトンは、赤外線、紫外線、真
空紫外線、可視光、又はこれらの組合せの周波数バンド
内の波長を有する請求項３１に記載した媒体。 - 【請求項３３】 前記フォトンは、ランプにより生じる
請求項３１に記載した媒体。 - 【請求項３４】 前記照射するステップは、前記プラズ
マ中に有機リガンドを導入するステップを備える請求項
３１に記載した媒体。 - 【請求項３５】 前記有機リガンドと反応したフォトン
が、プラズマ処理性能を改善する請求項３４に記載した
媒体。 - 【請求項３６】 前記半導体ウェハが、更にアルミニウ
ム、タングステン、珪化タングステン、珪素、二酸化珪
素、窒化珪素、酸窒化珪素、フォトレジスト、チタン、
窒化チタン、タンタル、窒化タンタルからなる材料群か
ら選択された層を備える請求項３４に記載した媒体。 - 【請求項３７】 前記照射するステップは、前記半導体
ウェハ上の層の処理と干渉する恐れのある材料の光化学
的脱着を促進する請求項３１に記載した媒体。 - 【請求項３８】 前記材料は、ガスとして脱着される請
求項３７に記載した媒体。 - 【請求項３９】 前記処理の改善は、次の群から選択さ
れる、 レジストの選択度を増加させる、エッチング中の条痕を
減少させる、アスペクト比のエッチングを改善する、帯
電による損傷を実質的に減少させる、帯電による損傷に
より起こるプロファイルのノッチングを減少させる、プ
ロファイル制御を改善する、マイクロローディングを減
少させる、ギャップの充填の困難さを緩和する、エッチ
ング速度を改善する、珪素と窒化珪素に対する酸化物の
選択度を改善する、フォトレジストをその場で硬化す
る、クリーニングの間隔を長くする、銅誘導残留物を減
少させる、改善を含む請求項３１に記載した媒体。 - 【請求項４０】 前記照射するステップは、プラズマエ
ッチング中に行われる請求項３１に記載した媒体。
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