JP2003124195A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- 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
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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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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体装置の製造方法に関し、エッチングレ
ートの変動を防止して再現性の良好なエッチングを行
う。 【解決手段】 プラズマエッチングの開始から終了まで
の間に、エッチングレートの変動に影響を与える特定金
属の露出段階が含まれ、且つ、エッチング初期には特定
金属が露出していない表面に対してエッチングを行う際
に、エッチングの開始前の前処理として、特定金属４を
プラズマエッチングする。
ートの変動を防止して再現性の良好なエッチングを行
う。 【解決手段】 プラズマエッチングの開始から終了まで
の間に、エッチングレートの変動に影響を与える特定金
属の露出段階が含まれ、且つ、エッチング初期には特定
金属が露出していない表面に対してエッチングを行う際
に、エッチングの開始前の前処理として、特定金属４を
プラズマエッチングする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関するものであり、例えば、ポリイミド層等の層間
絶縁膜を選択エッチングする際のエッチングレートの変
動を防止するための前処理工程に特徴のある半導体装置
の製造方法に関するものである。
法に関するものであり、例えば、ポリイミド層等の層間
絶縁膜を選択エッチングする際のエッチングレートの変
動を防止するための前処理工程に特徴のある半導体装置
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスでの高集積化の進
展に伴いパターンの高精度化の要求が高まっており、こ
の様な要請に応えるために更なる高精度で安定したドラ
イエッチング技術が求められている。
展に伴いパターンの高精度化の要求が高まっており、こ
の様な要請に応えるために更なる高精度で安定したドラ
イエッチング技術が求められている。
【０００３】ここで、図４を参照して、従来のエッチン
グ工程を説明するが、ここでは、ＩＣＰエッチング装置
を用いた層間絶縁膜のエッチング工程として説明する。 図４（ａ）参照 まず、エッチングを行うＩＣＰエッチング装置をクリー
ニングしたのち、ダミーウェハを用いてランニングを行
う。
グ工程を説明するが、ここでは、ＩＣＰエッチング装置
を用いた層間絶縁膜のエッチング工程として説明する。 図４（ａ）参照 まず、エッチングを行うＩＣＰエッチング装置をクリー
ニングしたのち、ダミーウェハを用いてランニングを行
う。
【０００４】このＩＣＰエッチング装置は、プレーナコ
イル４３を支持する石英板４２及び観察用ポートを構成
する石英窓４４を備えたエッチング反応室４１を備えて
おり、このエッチング反応室４１の内部には試料を載置
する電極を兼ねるステージ４５が収容されている。この
エッチング反応室４１は接地されるとともに、プレーナ
コイル４３には励起用ＲＦ電源４７からプラズマ励起用
の高周波電力が印加され、一方、ステージ４５にはバイ
アス用ＲＦ電源４６からバイアス電力が印加される。
イル４３を支持する石英板４２及び観察用ポートを構成
する石英窓４４を備えたエッチング反応室４１を備えて
おり、このエッチング反応室４１の内部には試料を載置
する電極を兼ねるステージ４５が収容されている。この
エッチング反応室４１は接地されるとともに、プレーナ
コイル４３には励起用ＲＦ電源４７からプラズマ励起用
の高周波電力が印加され、一方、ステージ４５にはバイ
アス用ＲＦ電源４６からバイアス電力が印加される。
【０００５】このランニング工程においては、ダミーウ
ェハとして目的とするエッチング工程におけるエッチン
グ対象と同じポリイミド層４９を設けたダミーウェハ４
８を用い、エッチング反応室４１内にＯ2 ガスを導入
し、励起用ＲＦ電力によりプラズマ化してポリイミド層
４９のエッチングを行う。
ェハとして目的とするエッチング工程におけるエッチン
グ対象と同じポリイミド層４９を設けたダミーウェハ４
８を用い、エッチング反応室４１内にＯ2 ガスを導入
し、励起用ＲＦ電力によりプラズマ化してポリイミド層
４９のエッチングを行う。
【０００６】図４（ｂ）参照
次いで、ダミーウェハ４８を取り出したのち、エッチン
グ対象となる半導体ウェハをステージ４５上に装着して
層間絶縁膜のポリイミド層５９を選択的にエッチングし
てコンタクトホール６１を形成する。
グ対象となる半導体ウェハをステージ４５上に装着して
層間絶縁膜のポリイミド層５９を選択的にエッチングし
てコンタクトホール６１を形成する。
【０００７】この場合の半導体ウェハとしては、半絶縁
性ＧａＡｓ基板上にｉ型ＡｌＧａＡｓバッファ層を介し
て、ｉ型ＩｎＧａＡｓ電子走行層（いずれも、図示を省
略）、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層５１、ｎ型ＧａＡｓ
キャップ層５２を順次エピタキシャル成長させたのち、
ＡｕＧｅ層５４及びＡｕ層５５からなるソース・ドレイ
ン電極５３を形成し、次いで、ゲートリセス領域を形成
したのち、Ｐｔ層５７及びＡｕ層５８からなるＴ型ゲー
ト電極５６を形成し、次いで、全面に層間絶縁膜として
ポリイミド層５９を設けた半導体ウェハを用いる。
性ＧａＡｓ基板上にｉ型ＡｌＧａＡｓバッファ層を介し
て、ｉ型ＩｎＧａＡｓ電子走行層（いずれも、図示を省
略）、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層５１、ｎ型ＧａＡｓ
キャップ層５２を順次エピタキシャル成長させたのち、
ＡｕＧｅ層５４及びＡｕ層５５からなるソース・ドレイ
ン電極５３を形成し、次いで、ゲートリセス領域を形成
したのち、Ｐｔ層５７及びＡｕ層５８からなるＴ型ゲー
ト電極５６を形成し、次いで、全面に層間絶縁膜として
ポリイミド層５９を設けた半導体ウェハを用いる。
【０００８】エッチングに際しては、ポリイミド層５９
上に設けたコンタクトホール６１に対応する開口部を有
するレジストパターン６０をマスクとし、エッチング反
応室４１内にＯ2 ガスを導入して、発生したプラズマに
よってポリイミド層５９を選択的にエッチングすること
によってソース・ドレイン電極５３に達するコンタクト
ホール６１を形成する。
上に設けたコンタクトホール６１に対応する開口部を有
するレジストパターン６０をマスクとし、エッチング反
応室４１内にＯ2 ガスを導入して、発生したプラズマに
よってポリイミド層５９を選択的にエッチングすること
によってソース・ドレイン電極５３に達するコンタクト
ホール６１を形成する。
【０００９】以降は、バリアメタルとしてのＴｉＷ層及
びメッキベース層としてのＡｕ層をスパッタによって形
成したのち、レジストパターンからなるメッキフレーム
を利用してＡｕ配線層を選択メッキで形成することにな
るが、詳細な説明は省略する。
びメッキベース層としてのＡｕ層をスパッタによって形
成したのち、レジストパターンからなるメッキフレーム
を利用してＡｕ配線層を選択メッキで形成することにな
るが、詳細な説明は省略する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この様なエッ
チング装置で層間絶縁膜のエッチング回数を重ねると、
エッチング回数の初期に急激にエッチングレートが変化
し、安定なエッチングが困難になるという問題があるの
で、この事情を図５を参照して説明する。
チング装置で層間絶縁膜のエッチング回数を重ねると、
エッチング回数の初期に急激にエッチングレートが変化
し、安定なエッチングが困難になるという問題があるの
で、この事情を図５を参照して説明する。
【００１１】図５（ａ）参照
図５（ａ）は、図４（ｂ）に示した様なエッチング工程
を繰り返した場合のエッチングレートのエッチング回数
依存性を示した図であり、初期においてエッチングレー
トが急減に変化し、その後安定領域に入ることが観測さ
れた。なお、この図は、エッチングを１回につき１分行
った場合の結果を示したものであり、エッチング回数が
１０回目で、エッチングレートが初期のエッチングレー
トの約１／２程度となっている。
を繰り返した場合のエッチングレートのエッチング回数
依存性を示した図であり、初期においてエッチングレー
トが急減に変化し、その後安定領域に入ることが観測さ
れた。なお、この図は、エッチングを１回につき１分行
った場合の結果を示したものであり、エッチング回数が
１０回目で、エッチングレートが初期のエッチングレー
トの約１／２程度となっている。
【００１２】図５（ｂ）参照
図５（ｂ）は、比較のためにソース・ドレイン電極の表
面のＡｕ層等が露出しないポリイミド層のエッチング工
程を繰り返した場合のエッチングレートのエッチング回
数依存性を示した図であり、エッチングレートの変動は
殆どみられない。
面のＡｕ層等が露出しないポリイミド層のエッチング工
程を繰り返した場合のエッチングレートのエッチング回
数依存性を示した図であり、エッチングレートの変動は
殆どみられない。
【００１３】この図５（ａ）と図５（ｂ）の比較から、
エッチングレートの急激な変動は、初期のエッチング工
程におけるＡｕ層５５の露出が原因であると考えられ
る。即ち、コンタクトホール６１の形成工程において、
Ａｕ層５５が露出し、この露出時にＡｕの一部がエッチ
ング反応室４１内に飛散することがエッチングレートの
低下の原因と考えられる。また、この様なエッチングレ
ートの変動は、露出する金属が、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌの場
合にも、Ａｕと同様の傾向が見られる。
エッチングレートの急激な変動は、初期のエッチング工
程におけるＡｕ層５５の露出が原因であると考えられ
る。即ち、コンタクトホール６１の形成工程において、
Ａｕ層５５が露出し、この露出時にＡｕの一部がエッチ
ング反応室４１内に飛散することがエッチングレートの
低下の原因と考えられる。また、この様なエッチングレ
ートの変動は、露出する金属が、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌの場
合にも、Ａｕと同様の傾向が見られる。
【００１４】したがって、本発明は、エッチングレート
の変動を防止して再現性の良好なエッチングを行うこと
を目的とする。
の変動を防止して再現性の良好なエッチングを行うこと
を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】ここで図１を参照して本
発明における課題を解決するための手段を説明する。 図１参照 （１）上述の課題を解決するために、本発明において
は、プラズマエッチングの開始から終了までの間に、エ
ッチングレートの変動に影響を与える特定金属の露出段
階が含まれ、且つ、エッチング初期には特定金属が露出
していない表面に対してエッチングを行う工程を有する
半導体装置の製造方法において、エッチングの開始前の
前処理として、特定金属４をプラズマエッチングするこ
とを特徴とする。
発明における課題を解決するための手段を説明する。 図１参照 （１）上述の課題を解決するために、本発明において
は、プラズマエッチングの開始から終了までの間に、エ
ッチングレートの変動に影響を与える特定金属の露出段
階が含まれ、且つ、エッチング初期には特定金属が露出
していない表面に対してエッチングを行う工程を有する
半導体装置の製造方法において、エッチングの開始前の
前処理として、特定金属４をプラズマエッチングするこ
とを特徴とする。
【００１６】この様に、前処理として、特定金属４をプ
ラズマ５を用いてプラズマエッチングすることによっ
て、特定金属４をエッチング反応室２内に飛散させるこ
とができ、それによって、エッチング工程における特定
金属の露出による飛散の影響を緩和してエッチングレー
トを安定化することができるので、再現性の高いエッチ
ングが可能になる。なお、本発明におけるプラズマエッ
チングとは、Ａｒ等のガスをプラズマ化して行うイオン
ミリングも含むものである。
ラズマ５を用いてプラズマエッチングすることによっ
て、特定金属４をエッチング反応室２内に飛散させるこ
とができ、それによって、エッチング工程における特定
金属の露出による飛散の影響を緩和してエッチングレー
トを安定化することができるので、再現性の高いエッチ
ングが可能になる。なお、本発明におけるプラズマエッ
チングとは、Ａｒ等のガスをプラズマ化して行うイオン
ミリングも含むものである。
【００１７】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、前処理が、ダミー基板３上に設けた特定金属４をプ
ラズマエッチングする工程であることを特徴とする。
て、前処理が、ダミー基板３上に設けた特定金属４をプ
ラズマエッチングする工程であることを特徴とする。
【００１８】この様に、前処理として特定金属を設けた
ダミー基板３を用いることにより、従来のランニング工
程と同じ工程で特定金属４を飛散させることができ、製
造工程を増やすことなくエッチングレートの安定化が可
能になる。
ダミー基板３を用いることにより、従来のランニング工
程と同じ工程で特定金属４を飛散させることができ、製
造工程を増やすことなくエッチングレートの安定化が可
能になる。
【００１９】（３）また、本発明は、プラズマエッチン
グの開始から終了までの間に、エッチングレートの変動
に影響を与える特定金属の露出段階が含まれ、且つ、エ
ッチング初期には特定金属が露出していない表面に対し
てエッチングを行う工程を有する半導体装置の製造方法
において、エッチングの開始前の前処理として、特定金
属を含有するガスをエッチング反応室２に導入する工程
を含む処理を行うことを特徴とする。
グの開始から終了までの間に、エッチングレートの変動
に影響を与える特定金属の露出段階が含まれ、且つ、エ
ッチング初期には特定金属が露出していない表面に対し
てエッチングを行う工程を有する半導体装置の製造方法
において、エッチングの開始前の前処理として、特定金
属を含有するガスをエッチング反応室２に導入する工程
を含む処理を行うことを特徴とする。
【００２０】この様に、エッチング反応室２内への特定
金属の飛散は、特定金属を含有するガスを用いて行って
も良く、それによって、特別のダミーウェハを用意する
必要はなくなる。
金属の飛散は、特定金属を含有するガスを用いて行って
も良く、それによって、特別のダミーウェハを用意する
必要はなくなる。
【００２１】（４）また、本発明は、上記（３）におい
て、前処理において、特定金属を含有するガスをエッチ
ング反応室２に導入したのち、プラズマを発生させるこ
とを特徴とする。
て、前処理において、特定金属を含有するガスをエッチ
ング反応室２に導入したのち、プラズマを発生させるこ
とを特徴とする。
【００２２】この様に、特定金属を含有するガスをプラ
ズマ化することによって、エッチング反応室２内への特
定金属の飛散を簡単に行うことができる。
ズマ化することによって、エッチング反応室２内への特
定金属の飛散を簡単に行うことができる。
【００２３】（５）また、本発明は、上記（１）乃至
（４）のいずれかにおいて、露出対象となる特定金属
と、前処理における特定金属とが、同じ金属であること
を特徴とする。
（４）のいずれかにおいて、露出対象となる特定金属
と、前処理における特定金属とが、同じ金属であること
を特徴とする。
【００２４】（６）また、本発明は、上記（１）乃至
（４）のいずれかにおいて、露出対象となる特定金属
と、前処理における特定金属とが、異なった金属である
ことを特徴とする。
（４）のいずれかにおいて、露出対象となる特定金属
と、前処理における特定金属とが、異なった金属である
ことを特徴とする。
【００２５】この様に、前処理する特定金属は、露出対
象となる特定金属と同じであっても、異なっても同様な
エッチングレートの安定化の効果が得られる。
象となる特定金属と同じであっても、異なっても同様な
エッチングレートの安定化の効果が得られる。
【００２６】（７）また、本発明は、上記（５）または
（６）において、特定金属が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或い
は、Ａｌのいずれかであることを特徴とする。
（６）において、特定金属が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或い
は、Ａｌのいずれかであることを特徴とする。
【００２７】特定金属としては、エッチングレートの急
激な変動が見られる金属全てを対象とするものであり、
今後、新たなエッチング方法において同様の現象が見ら
れた場合に適用されるものであるが、現在のところ、少
なくとも、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、及び、Ａｌのプラズマエ
ッチング工程において見られる現象である。
激な変動が見られる金属全てを対象とするものであり、
今後、新たなエッチング方法において同様の現象が見ら
れた場合に適用されるものであるが、現在のところ、少
なくとも、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、及び、Ａｌのプラズマエ
ッチング工程において見られる現象である。
【００２８】（８）また、本発明は、上記（１）乃至
（７）のいずれかにおいて、前処理を、エッチング装置
１のクリーニング工程と、エッチング工程との間に行う
ことを特徴とする。
（７）のいずれかにおいて、前処理を、エッチング装置
１のクリーニング工程と、エッチング工程との間に行う
ことを特徴とする。
【００２９】この様に、同じロットを処理する場合に
は、エッチング工程に先立つクリーニング工程とエッチ
ング工程との間に前処理を行うことが効果的である。
は、エッチング工程に先立つクリーニング工程とエッチ
ング工程との間に前処理を行うことが効果的である。
【００３０】（９）また、本発明は、上記（１）乃至
（７）のいずれかにおいて、前処理を、複数回のエッチ
ング工程との間に行うことを特徴とする。
（７）のいずれかにおいて、前処理を、複数回のエッチ
ング工程との間に行うことを特徴とする。
【００３１】また、特定金属の露出段階を含まないロッ
ト或いは特定金属を含まないロットを、特定金属の露出
段階を含むロットとを連続的に処理する場合、特定金属
の露出段階を含まないロット或いは特定金属を含まない
ロットのエッチング工程と、特定金属の露出段階を含む
ロットのエッチング工程との間で前処理を行えば良い。
ト或いは特定金属を含まないロットを、特定金属の露出
段階を含むロットとを連続的に処理する場合、特定金属
の露出段階を含まないロット或いは特定金属を含まない
ロットのエッチング工程と、特定金属の露出段階を含む
ロットのエッチング工程との間で前処理を行えば良い。
【００３２】（１０）また、本発明は、上記（１）乃至
（８）のいずれかにおいて、プラズマエッチング工程
が、高密度プラズマエッチング工程であることを特徴と
する。
（８）のいずれかにおいて、プラズマエッチング工程
が、高密度プラズマエッチング工程であることを特徴と
する。
【００３３】（１１）また、本発明は、上記（１０）に
おいて、高密度プラズマエッチングが、誘導結合型プラ
ズマエッチング、電子サイクロトロン共鳴エッチング、
マグネトロン反応性イオンエッチング、或いは、ＶＨＦ
エッチングのいずれかであることを特徴とする。
おいて、高密度プラズマエッチングが、誘導結合型プラ
ズマエッチング、電子サイクロトロン共鳴エッチング、
マグネトロン反応性イオンエッチング、或いは、ＶＨＦ
エッチングのいずれかであることを特徴とする。
【００３４】この様なエッチングレートの急激な変動
は、誘導結合型プラズマエッチング（ＩＣＰエッチン
グ）、電子サイクロトロン共鳴エッチング（ＥＣＲエッ
チング）、マグネトロン反応性イオンエッチング（ＭＲ
ＩＥ）、或いは、ＶＨＦ帯或いはＵＨＦ帯を用いたＶＨ
Ｆエッチング等の高密度プラズマエッチングにおいて顕
著になるので、本発明の方法が有効となる。
は、誘導結合型プラズマエッチング（ＩＣＰエッチン
グ）、電子サイクロトロン共鳴エッチング（ＥＣＲエッ
チング）、マグネトロン反応性イオンエッチング（ＭＲ
ＩＥ）、或いは、ＶＨＦ帯或いはＵＨＦ帯を用いたＶＨ
Ｆエッチング等の高密度プラズマエッチングにおいて顕
著になるので、本発明の方法が有効となる。
【００３５】（１２）また、本発明は、上記（１）乃至
（１１）のいずれかにおいて、前処理後に、プラズマエ
ッチング工程を複数回行うことを特徴とする。
（１１）のいずれかにおいて、前処理後に、プラズマエ
ッチング工程を複数回行うことを特徴とする。
【００３６】前処理によって、エッチングレートは比較
的長い間安定になるので、前処理後に複数回のプラズマ
エッチングを行っても再現性の良いエッチングが可能と
なる。
的長い間安定になるので、前処理後に複数回のプラズマ
エッチングを行っても再現性の良いエッチングが可能と
なる。
【００３７】
【発明の実施の形態】ここで、図２を参照して、本発明
の第１の実施の形態の製造工程を説明する。 図２（ａ）参照 まず、エッチングを行うＩＣＰエッチング装置をクリー
ニングしたのち、Ａｕ層１９を堆積させたダミーウェハ
１８を用いてランニングを行う。この場合のＩＣＰエッ
チング装置は、図４（ａ）に示したＩＣＰエッチング装
置と同様であり、プレーナコイル１３を支持する石英板
１２及び観察用ポートを構成する石英窓１４を備えたエ
ッチング反応室１１を備えており、このエッチング反応
室１１の内部には資料を載置する電極を兼ねるステージ
１５が収容されている。なお、このエッチング反応室１
１の内容積は、例えば、約５０リットルであり、また、
電極を兼ねるステージ１５の面積は８０ｃｍ2 である。
の第１の実施の形態の製造工程を説明する。 図２（ａ）参照 まず、エッチングを行うＩＣＰエッチング装置をクリー
ニングしたのち、Ａｕ層１９を堆積させたダミーウェハ
１８を用いてランニングを行う。この場合のＩＣＰエッ
チング装置は、図４（ａ）に示したＩＣＰエッチング装
置と同様であり、プレーナコイル１３を支持する石英板
１２及び観察用ポートを構成する石英窓１４を備えたエ
ッチング反応室１１を備えており、このエッチング反応
室１１の内部には資料を載置する電極を兼ねるステージ
１５が収容されている。なお、このエッチング反応室１
１の内容積は、例えば、約５０リットルであり、また、
電極を兼ねるステージ１５の面積は８０ｃｍ2 である。
【００３８】このエッチング反応室１１は接地されると
ともに、プレーナコイル１３には励起用ＲＦ電源１７か
らプラズマ励起用の高周波電力が印加され、一方、ステ
ージ１５にはバイアス用ＲＦ電源１６からバイアス電力
が印加される。
ともに、プレーナコイル１３には励起用ＲＦ電源１７か
らプラズマ励起用の高周波電力が印加され、一方、ステ
ージ１５にはバイアス用ＲＦ電源１６からバイアス電力
が印加される。
【００３９】このランニング工程において、励起用ＲＦ
電源１７から例えば、１３．５６ＭＨｚで４００Ｗの高
周波電力を印加するとともに、バイアス用ＲＦ電源１６
から１３．５６ＭＨｚで５０Ｗのバイアス電力を印加
し、エッチング反応室４１内にＯ2 ガスを導入して、例
えば、２．０Ｐａの圧力下でプラズマを発生させ、一枚
当たり６０秒間のプラズマエッチングを１０枚行う。
電源１７から例えば、１３．５６ＭＨｚで４００Ｗの高
周波電力を印加するとともに、バイアス用ＲＦ電源１６
から１３．５６ＭＨｚで５０Ｗのバイアス電力を印加
し、エッチング反応室４１内にＯ2 ガスを導入して、例
えば、２．０Ｐａの圧力下でプラズマを発生させ、一枚
当たり６０秒間のプラズマエッチングを１０枚行う。
【００４０】図２（ｂ）参照
次いで、ダミーウェハ１８を取り出したのち、エッチン
グ対象となる半導体ウェハをステージ１５上に装着し
て、コンタクトホール３１に対応する開口部を有するレ
ジストパターン３０をマスクとし、エッチング反応室１
１内にＯ2 ガスを導入して、発生したプラズマによって
ポリイミド層２９を選択的に異方性エッチングすること
によってソース・ドレイン電極２３に達するコンタクト
ホール３１を形成する。
グ対象となる半導体ウェハをステージ１５上に装着し
て、コンタクトホール３１に対応する開口部を有するレ
ジストパターン３０をマスクとし、エッチング反応室１
１内にＯ2 ガスを導入して、発生したプラズマによって
ポリイミド層２９を選択的に異方性エッチングすること
によってソース・ドレイン電極２３に達するコンタクト
ホール３１を形成する。
【００４１】この場合の半導体ウェハとしては、半絶縁
性ＧａＡｓ基板上に厚さが、例えば、２００ｎｍのｉ型
ＡｌＧａＡｓバッファ層を介して、厚さが、例えば、２
５ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓ電子走行層（いずれも、図示
を省略）、厚さが、例えば、２５ｎｍで、不純物濃度が
２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層２１、
及び、厚さが、例えば、５０ｎｍで、不純物濃度が２×
１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓキャップ層２２を順次エピ
タキシャル成長させたのち、厚さが、例えば、３０ｎｍ
のＡｕＧｅ層２４及び厚さが、例えば、３００ｎｍのＡ
ｕ層２５からなるソース・ドレイン電極２３を形成し、
次いで、ゲートリセス領域を形成したのち、厚さが、例
えば、１０ｎｍのＰｔ層２７及び厚さが、例えば、４０
０ｎｍＡｕ層２８からなるＴ型ゲート電極２６を形成
し、次いで、全面に層間絶縁膜としてポリイミド層２９
を設けた半導体ウェハを用いる。
性ＧａＡｓ基板上に厚さが、例えば、２００ｎｍのｉ型
ＡｌＧａＡｓバッファ層を介して、厚さが、例えば、２
５ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓ電子走行層（いずれも、図示
を省略）、厚さが、例えば、２５ｎｍで、不純物濃度が
２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層２１、
及び、厚さが、例えば、５０ｎｍで、不純物濃度が２×
１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓキャップ層２２を順次エピ
タキシャル成長させたのち、厚さが、例えば、３０ｎｍ
のＡｕＧｅ層２４及び厚さが、例えば、３００ｎｍのＡ
ｕ層２５からなるソース・ドレイン電極２３を形成し、
次いで、ゲートリセス領域を形成したのち、厚さが、例
えば、１０ｎｍのＰｔ層２７及び厚さが、例えば、４０
０ｎｍＡｕ層２８からなるＴ型ゲート電極２６を形成
し、次いで、全面に層間絶縁膜としてポリイミド層２９
を設けた半導体ウェハを用いる。
【００４２】以降は、バリアメタルとしてのＴｉＷ層及
びメッキベース層としてのＡｕ層をスパッタによって形
成したのち、レジストパターンからなるメッキフレーム
を利用してＡｕ配線層を選択メッキで形成し、次いで、
Ａｕ配線層をマスクとして、ＴｉＷ層及びメッキベース
層の露出部を除去することによってソースドレイン電極
２３と電気的に接続する配線層パターンが形成される。
びメッキベース層としてのＡｕ層をスパッタによって形
成したのち、レジストパターンからなるメッキフレーム
を利用してＡｕ配線層を選択メッキで形成し、次いで、
Ａｕ配線層をマスクとして、ＴｉＷ層及びメッキベース
層の露出部を除去することによってソースドレイン電極
２３と電気的に接続する配線層パターンが形成される。
【００４３】この本発明の第１の実施の形態において
は、この様なコンタクトホール３１の形成工程を３００
０枚程度行っても、エッチングの再現性に影響を与える
程度のエッチングレートの急激な変動を見られなかっ
た。
は、この様なコンタクトホール３１の形成工程を３００
０枚程度行っても、エッチングの再現性に影響を与える
程度のエッチングレートの急激な変動を見られなかっ
た。
【００４４】次に、図３を参照して、本発明の第２に実
施の形態の製造工程を説明する。 図３（ａ）参照 まず、図２（ａ）に示したＩＣＰエッチング装置のエッ
チング反応室４１内に、Ｏ2 ＋Ｎ2 ガスからなるクリー
ニングガスにＴＭＡｕ（トリメチル金）を添加したガス
を導入し、励起用ＲＦ電源１７から例えば、１３．５６
ＭＨｚで４００Ｗの高周波電力を印加するとともに、バ
イアス用ＲＦ電源１６から１３．５６ＭＨｚで５０Ｗの
バイアス電力を印加し、例えば、２．０Ｐａの圧力下で
１０分間放電してプラズマを発生させる。なお、この場
合のガス流量比は、例えば、Ｏ2 ：Ｎ2 ：ＴＭＡｕ＝５
０：５０：３である。
施の形態の製造工程を説明する。 図３（ａ）参照 まず、図２（ａ）に示したＩＣＰエッチング装置のエッ
チング反応室４１内に、Ｏ2 ＋Ｎ2 ガスからなるクリー
ニングガスにＴＭＡｕ（トリメチル金）を添加したガス
を導入し、励起用ＲＦ電源１７から例えば、１３．５６
ＭＨｚで４００Ｗの高周波電力を印加するとともに、バ
イアス用ＲＦ電源１６から１３．５６ＭＨｚで５０Ｗの
バイアス電力を印加し、例えば、２．０Ｐａの圧力下で
１０分間放電してプラズマを発生させる。なお、この場
合のガス流量比は、例えば、Ｏ2 ：Ｎ2 ：ＴＭＡｕ＝５
０：５０：３である。
【００４５】図３（ｂ）参照
以降は、図２（ｂ）の場合と全く同様に、同じ半導体ウ
ェハを用いて、同じ条件でコンタクトホール３１を形成
する。
ェハを用いて、同じ条件でコンタクトホール３１を形成
する。
【００４６】この本発明の第２の実施の形態において
も、この様なコンタクトホール３１の形成工程を３００
０枚程度行っても、エッチングの再現性に影響を与える
程度のエッチングレートの急激な変動を見られなかっ
た。
も、この様なコンタクトホール３１の形成工程を３００
０枚程度行っても、エッチングの再現性に影響を与える
程度のエッチングレートの急激な変動を見られなかっ
た。
【００４７】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載された構成・条件に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、上記の第１の実施の形態においては、コンタクトホ
ールにおいて露出する金属がＡｕであるため、Ａｕ層を
設けたダミーウェハを用いて前処理を行っているが、こ
の様なエッチングレートに急激な変化は、露出する金属
が、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの場合にも同様に見られ
るので、その場合には、Ｐｔ層、Ｃｕ層、或いは、Ａｌ
層を設けたダミーウェハを前処理すれば良い。
たが、本発明は各実施の形態に記載された構成・条件に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、上記の第１の実施の形態においては、コンタクトホ
ールにおいて露出する金属がＡｕであるため、Ａｕ層を
設けたダミーウェハを用いて前処理を行っているが、こ
の様なエッチングレートに急激な変化は、露出する金属
が、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの場合にも同様に見られ
るので、その場合には、Ｐｔ層、Ｃｕ層、或いは、Ａｌ
層を設けたダミーウェハを前処理すれば良い。
【００４８】さらに、前処理するダミーウェハに設ける
金属は、エッチング工程において露出する金属と同じ金
属である必要はなく、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌ
の内のいずれか一つの金属を用いて前処理した場合に
も、露出する金属がＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの
内のいずれであっても、エッチングレートの急激な変動
を抑制することができる。
金属は、エッチング工程において露出する金属と同じ金
属である必要はなく、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌ
の内のいずれか一つの金属を用いて前処理した場合に
も、露出する金属がＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの
内のいずれであっても、エッチングレートの急激な変動
を抑制することができる。
【００４９】また、上記第２の実施の形態においては、
ＴＭＡｕを用いているが、ＴＭＡｌ等の他の金属を構成
要素とする有機金属をバブリングして、エッチング反応
室内に導入しても良いものである。
ＴＭＡｕを用いているが、ＴＭＡｌ等の他の金属を構成
要素とする有機金属をバブリングして、エッチング反応
室内に導入しても良いものである。
【００５０】また、上記の各実施の形態においては、Ｉ
ＣＰエッチング工程として説明しているが、ＩＣＰエッ
チング工程に限られるものではなく、ＩＣＰエッチング
工程と同様に高密度プラズマエッチング工程である、Ｅ
ＣＲエッチング工程、ＭＲＩＥエッチング工程、或い
は、ＶＨＦエッチング工程等にも適用されるものであ
る。
ＣＰエッチング工程として説明しているが、ＩＣＰエッ
チング工程に限られるものではなく、ＩＣＰエッチング
工程と同様に高密度プラズマエッチング工程である、Ｅ
ＣＲエッチング工程、ＭＲＩＥエッチング工程、或い
は、ＶＨＦエッチング工程等にも適用されるものであ
る。
【００５１】また、上記の各実施の形態においては、同
じロットのエッチング工程を前提としているため、クリ
ーニング工程とエッチング工程との間に前処理を行って
いるが、互いに異なったロットをエッチングする場合に
は、複数のエッチング工程の間に前処理を行っても良い
ものである。
じロットのエッチング工程を前提としているため、クリ
ーニング工程とエッチング工程との間に前処理を行って
いるが、互いに異なったロットをエッチングする場合に
は、複数のエッチング工程の間に前処理を行っても良い
ものである。
【００５２】例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌ
の露出段階を含まないロット或いはＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、
或いは、Ａｌを含まないロットを、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、
或いは、Ａｌの露出段階を含むロットと連続的に処理す
る場合、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの露出段階を
含まないロット或いはＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌ
を含まないロットのエッチング工程と、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、或いは、Ａｌの露出段階を含むロットのエッチング
工程との間で前処理を行えば良い。
の露出段階を含まないロット或いはＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、
或いは、Ａｌを含まないロットを、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、
或いは、Ａｌの露出段階を含むロットと連続的に処理す
る場合、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの露出段階を
含まないロット或いはＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌ
を含まないロットのエッチング工程と、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、或いは、Ａｌの露出段階を含むロットのエッチング
工程との間で前処理を行えば良い。
【００５３】また、上記の各実施の形態においては、エ
ッチング対象をポリイミド層としているが、この様な現
象はポリイミドに限られるものではなく、エッチングレ
ートの急激な変動が起こるエッチング工程に適用できる
ものであり、それに伴ってエッチングガスも適宜変更さ
れるものである。
ッチング対象をポリイミド層としているが、この様な現
象はポリイミドに限られるものではなく、エッチングレ
ートの急激な変動が起こるエッチング工程に適用できる
ものであり、それに伴ってエッチングガスも適宜変更さ
れるものである。
【００５４】また、上記の各実施の形態においては、エ
ッチング工程をコンタクトホールの形成工程として説明
しているが、コンタクトホールの形成工程に限られるも
のではなく、エッチングの初期段階でＡｕ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、或いは、Ａｌが露出することがなく、エッチングの
終了までにＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌが露出する
工程を有するエッチング工程全般に適用されるものであ
る。
ッチング工程をコンタクトホールの形成工程として説明
しているが、コンタクトホールの形成工程に限られるも
のではなく、エッチングの初期段階でＡｕ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、或いは、Ａｌが露出することがなく、エッチングの
終了までにＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌが露出する
工程を有するエッチング工程全般に適用されるものであ
る。
【００５５】また、上記各実施の形態においては、エッ
チング対象となる半導体ウェハをＨＥＭＴ（高電子移動
度トランジスタ）を形成したIII-Ｖ族化合物半導体装置
として説明しているが、他のデバイスを形成したIII-Ｖ
族化合物半導体装置にも適用されるものであり、さらに
は、ＭＯＳＦＥＴ等を構成したシリコン半導体装置にも
適用されるものである。
チング対象となる半導体ウェハをＨＥＭＴ（高電子移動
度トランジスタ）を形成したIII-Ｖ族化合物半導体装置
として説明しているが、他のデバイスを形成したIII-Ｖ
族化合物半導体装置にも適用されるものであり、さらに
は、ＭＯＳＦＥＴ等を構成したシリコン半導体装置にも
適用されるものである。
【００５６】さらには、本発明は、半導体装置の製造工
程に限られるものではなく、誘電体デバイス等の他の電
子デバイスのエッチング工程或いは実装回路基板にも適
用されるものである。
程に限られるものではなく、誘電体デバイス等の他の電
子デバイスのエッチング工程或いは実装回路基板にも適
用されるものである。
【００５７】
【発明の効果】本発明によれば、特定金属が露出するエ
ッチング工程に先立って、特定金属をエッチング反応室
内に導入するための前処理を行っているので、特定金属
の飛散に起因するエッチングレートの急激な変動を抑制
することができ、再現性の良好な微細加工が可能にな
り、ひいては、半導体装置をはじめとする電子デバイス
の高集積化及び信頼性の向上に寄与するところが大き
い。
ッチング工程に先立って、特定金属をエッチング反応室
内に導入するための前処理を行っているので、特定金属
の飛散に起因するエッチングレートの急激な変動を抑制
することができ、再現性の良好な微細加工が可能にな
り、ひいては、半導体装置をはじめとする電子デバイス
の高集積化及び信頼性の向上に寄与するところが大き
い。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の製造工程の説明図
である。
である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の製造工程の説明図
である。
である。
【図４】従来のエッチング工程の説明図である。
【図５】従来のエッチング工程における問題点の説明図
である。
である。
１ エッチング装置
２ エッチング反応室
３ ダミー基板
４ 特定金属
５ プラズマ
１１ エッチング反応室
１２ 石英板
１３ プレーナコイル
１４ 石英窓
１５ ステージ
１６ バイアス用ＲＦ電源
１７ 励起用ＲＦ電源
１８ ダミーウェハ
１９ Ａｕ層
２１ ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層
２２ ｎ型ＧａＡｓキャップ層
２３ ソース・ドレイン電極
２４ ＡｕＧｅ層
２５ Ａｕ層
２６ Ｔ型ゲート電極
２７ Ｐｔ層
２８ Ａｕ層
２９ ポリイミド層
３０ レジストパターン
３１ コンタクトホール
３２ ＴＭＡｕガス
４１ エッチング反応室
４２ 石英板
４３ プレーナコイル
４４ 石英窓
４５ ステージ
４６ バイアス用ＲＦ電源
４７ 励起用ＲＦ電源
４８ ダミーウェハ
４９ ポリイミド層
５１ ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層
５２ ｎ型ＧａＡｓキャップ層
５３ ソース・ドレイン電極
５４ ＡｕＧｅ層
５５ Ａｕ層
５６ Ｔ型ゲート電極
５７ Ｐｔ層
５８ Ａｕ層
５９ ポリイミド層
６０ レジストパターン
６１ コンタクトホール
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フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F004 AA01 BA04 BA13 BA14 DA25
DA26 DB25 EA21 EB01 FA08
5F033 GG02 HH07 HH08 HH11 HH13
HH23 JJ13 JJ23 KK07 KK08
KK11 KK13 MM05 MM13 MM18
NN06 NN07 PP15 PP27 QQ08
QQ09 QQ12 QQ13 QQ14 QQ27
QQ37 RR22 XX00 XX03
5F102 FA00 GB01 GC01 GJ05 GK06
GL04 GM06 GN05 GQ01 GR04
GS01 GS04 GT03 GV05 HC01
HC15
Claims (12)
- 【請求項１】 プラズマエッチングの開始から終了まで
の間に、エッチングレートの変動に影響を与える特定金
属の露出段階が含まれ、且つ、エッチング初期には前記
特定金属が露出していない表面に対してエッチングを行
う工程を有する半導体装置の製造方法において、前記エ
ッチングの開始前の前処理として、前記特定金属をプラ
ズマエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項２】 上記前処理が、ダミー基板上に設けた上
記特定金属をプラズマエッチングする工程であることを
特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 プラズマエッチングの開始から終了まで
の間に、エッチングレートの変動に影響を与える特定金
属の露出段階が含まれ、且つ、エッチング初期には前記
特定金属が露出していない表面に対してエッチングを行
う工程を有する半導体装置の製造方法において、前記エ
ッチングの開始前の前処理として、前記特定金属を含有
するガスをエッチング反応室に導入する工程を含む処理
を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 上記前処理において、上記特定金属を含
有するガスをエッチング反応室に導入したのち、プラズ
マを発生させることを特徴とする請求項３記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項５】 上記露出対象となる特定金属と、上記前
処理における特定金属とが、同じ金属であることを特徴
とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項６】 上記露出対象となる特定金属と、上記前
処理における特定金属とが、異なった金属であることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項７】 上記特定金属が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或
いは、Ａｌのいずれかであることを特徴とする請求項５
または６に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 上記前処理を、エッチング装置のクリー
ニング工程と、上記エッチング工程との間に行うことを
特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項９】 上記前処理を、複数回のエッチング工程
の間に行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか
１項に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 上記プラズマエッチング工程が、高密
度プラズマエッチング工程であることを特徴とする請求
項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１１】 上記高密度プラズマエッチングが、誘
導結合型プラズマエッチング、電子サイクロトロン共鳴
エッチング、マグネトロン反応性イオンエッチング、或
いは、ＶＨＦエッチングのいずれかであることを特徴と
する請求項１０記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 上記前処理後に、上記プラズマエッチ
ング工程を複数回行うことを特徴とする請求項１乃至１
１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317667A JP3624376B2 (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 半導体装置の製造方法 |
| US10/270,239 US6723571B2 (en) | 2001-10-16 | 2002-10-15 | Semiconductor device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
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