JP2003303811A - プラズマエッチング処理方法 - Google Patents

プラズマエッチング処理方法

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JP2003303811A
JP2003303811A JP2002107255A JP2002107255A JP2003303811A JP 2003303811 A JP2003303811 A JP 2003303811A JP 2002107255 A JP2002107255 A JP 2002107255A JP 2002107255 A JP2002107255 A JP 2002107255A JP 2003303811 A JP2003303811 A JP 2003303811A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチング終点後に銅配線が露出した状態で
プラズマにさらされる、バリア膜のオーバーエッチング
時のエッチングガスによる銅配線の酸化、フッ化を抑制
する。また、エッチング時のイオンエネルギーを500
eV以下とすることによりイオンエネルギーによる銅成
分のスパッタ量を低減を図る。 【解決手段】 銅配線105上のバリア膜104のエッ
チング処理時に塩素あるいは臭素成分を含むガスと酸素
ガスと還元性ガスを含むガスをエッチングガスとして用
いることにより、銅配線105のフッ化を防止し、酸化
を抑制できることを見出した。ここで、塩素成分あるい
は臭素成分を含むガスは主にバリア膜のエッチング種と
して、酸素ガスはバリア膜のエッチング特性を維持した
ままハードマスクのエッチング速度を抑制し、対マスク
選択比を確保すること、また、還元性ガスは酸素ガスに
よる銅の酸化を抑制するために用いる。さらに、銅配線
露出後の銅成分のスパッタ量を低減するためにエッチン
グ時のイオンエネルギーを500eV以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,プラズマ処理装置
に係り,特に半導体製造工程における微細なパターンを
形成するのに好適なプラズマエッチング処理方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体素子の配線抵抗を低減する
ために銅が配線材料として検討されている。
【0003】配線材料に銅を用いた際のアッシング処
理、あるいはエッチング処理時の酸化、フッ化を抑制す
る技術としては、従来特開2001−110895号公
報、特開2001−176842号公報が開示されてい
る。これら従来技術には、一方では酸素とフッ素を含む
ガスで第1の処理を行ない、次に酸素を含みフッ素を含
まないガスを用いてアッシング処理する方法で銅配線の
酸化や腐食の進行の防止を図る技術、また、CFとC
HFあるいはCFとCHやCHF,CH
等のガスを用いた銅配線上のシリコン窒化膜のエッ
チング方法が示され、ガス種の組み合わせやイオンエネ
ルギーを1000V以下に制限することで銅配線のフッ
化を抑制する技術が示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明ではバリア膜の
エッチング処理時において、エッチング終点後に銅配線
が露出した状態でプラズマにさらされた際の、エッチン
グガスによる銅配線の酸化、フッ化を抑制しようとする
ものである。また、エッチング時のイオンエネルギーを
500V以下とすることによりイオンエネルギーによる
銅成分のスパッタ量を低減しようとするものでもある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく検
討した結果、銅配線上のバリア膜のエッチング処理時に
塩素あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスと還元性ガ
スを含むガスをエッチングガスとして用いることによ
り、銅配線のフッ化を防止し、酸化を抑制できることを
見出した。ここで、塩素成分あるいは臭素成分を含むガ
スは主にバリア膜のエッチング種として、酸素ガスはバ
リア膜のエッチング特性を維持したままハードマスクの
エッチング速度を抑制し、対マスク選択比を確保するこ
とに、また、還元性ガスは酸素ガスによる銅の酸化を抑
制するために用いる。
【0006】さらに、銅配線露出後の銅成分のスパッタ
量を低減するためにエッチング時のイオンエネルギーを
500V以下とした。
【0007】また、バリア膜のオーバーエッチング時に
塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量
を半減し、水素ガスによりバリア膜のオーバーエッチン
グ時に銅配線上や低誘電率膜の側壁に付着する塩素成
分、臭素成分を低減する。
【0008】本発明は、銅配線上のバリア膜のエッチン
グ処理における、オーバーエッチング処理時にエッチン
グガスにフッ素成分を含まないため、銅配線のフッ化を
防止できるとともに酸素ガスによる銅配線の酸化に対し
ても還元性ガスにより酸化作用を大幅に抑制することが
できる。また、エッチング時のイオンエネルギーを50
0V以下とすることによりイオンエネルギーによる銅成
分のスパッタ量を低減できる。
【0009】さらに、バリア膜のオーバーエッチング時
に塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流
量を半減し、バリア膜オーバーエッチング時に銅配線膜
上や低誘電率膜の側壁に付着する塩素成分、臭素成分を
水素ガスにより塩化水素、塩化臭素として排気し低減す
る。
【0010】
【発明の実施の形態】このような銅配線構造を有するエ
ッチング工程の例を図1を用いて説明する。図1におい
て、101はレジストマスク、102はCVD製膜のS
iO膜、103は有機低誘電率膜、104はCVD製
膜のバリア膜、105は銅配線膜、106は絶縁膜、1
07は基板を示す。
【0011】エッチング前の試料を図1(a)に示す。
基板107上に絶縁膜106、銅配線105、CVD製
膜のバリア膜104、有機低誘電率膜103、CVD製
膜SiO(膜厚120nm)102が形成され、その
上にレジストマスクがパターニングされている。バリア
膜としてはCVD製膜のSiCを主成分とする膜(膜厚
70nm)、有機低誘電率膜としてはポリアリールエー
テル膜(膜厚400nm)等が用いられている。以下,
本発明のエッチング処理方法について,説明する。
【0012】上記構造を有する試料のエッチング処理で
は、例えばCVD製膜のSiO膜のエッチング処理で
はアルゴン、C、酸素等の混合ガスを用いてエッ
チング処理を行ない(図1(b)参照)、続いて水素と
窒素の混合ガス等で有機低誘電率膜のエッチング処理が
行なわれる。この際、ホトレジストマスクも同時にエッ
チング除去される。(図1(c)参照)その後、CVD
製膜のバリア膜のエッチング処理がハロゲン系のガスで
行なわれる。(図1(d)参照)
【0013】本実施例ではCVD製膜によるSiCを主
成分とするバリア膜のエッチング処理に塩素ガスと酸素
ガスと水素ガスの混合ガスを用いた。
【0014】エッチング条件としては塩素ガス96cc
/min、酸素ガス4cc/min、水素ガス50cc
/minの混合ガスを使用して、エッチング圧力0.4
Pa、UHF電力400W、基板バイアス電力60W
(イオンエネルギー490eV)の条件で90秒間エッ
チング処理を行なった。その後、直ちに純水洗浄と乾燥
処理をおこなった。
【0015】以上のエッチング処理を行なうことで銅配
線に対してフッ化を防止するとともに酸化を抑制できる
エッチング処理が可能となった。
【0016】また、他の実施例では、CVD製膜による
SiCを主成分とするバリア膜のエッチング処理に臭化
水素ガスと酸素ガスと水素ガスの混合ガスを用いた。
【0017】エッチング条件としては臭化水素ガス96
cc/min、酸素ガス4cc/min、水素ガス50
cc/minの混合ガスを使用して、エッチング圧力
0.4Pa、UHF電力400W、基板バイアス電力4
5W(イオンエネルギー390eV)の条件で120秒
間エッチング処理を行なった。その後、直ちに純水洗浄
と乾燥処理をおこなった。
【0018】以上のエッチング処理を行なうことで前述
の実施例と同様に銅配線に対してフッ化を防止するとと
もに酸化を抑制できるエッチング処理が可能となった。
【0019】また、その他の実施例では、CVD製膜に
よるSiCを主成分とするバリア膜のエッチング処理に
塩素ガスと臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスの混合ガ
スを用いた。
【0020】エッチング条件としては塩素ガス20cc
/min、臭化水素ガス80cc/min、酸素ガス4
cc/min、水素ガス50cc/minの混合ガスを
使用して、エッチング圧力0.4Pa、UHF電力40
0W、基板バイアス電力45W(イオンエネルギー38
0eV)の条件で120秒間エッチング処理を行なっ
た。その後、直ちに純水洗浄と乾燥処理をおこなった。
【0021】以上のエッチング処理を行なうことで前述
の実施例と同様に銅配線に対してフッ化を防止するとと
もに酸化を抑制できるエッチング処理が可能となった。
【0022】また、さらに他の実施例では、CVD製膜
によるSiCを主成分とするバリア膜のエッチング処理
に塩素ガスと臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスの混合
ガスを用い、バリア膜のオーバーエッチング時に塩素成
分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量を半減
した。
【0023】エッチング条件としては塩素ガス20cc
/min、臭化水素ガス80cc/min、酸素ガス4
cc/min、水素ガス50cc/minの混合ガスを
使用して、エッチング圧力0.4Pa、UHF電力40
0W、基板バイアス電力45W(イオンエネルギー38
0eV)の条件で90秒間エッチング処理を行ない、そ
の後塩素ガス10cc/min、臭化水素ガス40cc
/min、酸素ガス2cc/min、水素ガス50cc
/minの混合ガスを使用して、エッチング圧力0.4
Pa、UHF電力400W、基板バイアス電力45W
(イオンエネルギー390eV)の条件で30秒間エッ
チング処理を行なった。その後、純水洗浄と乾燥処理を
行なった。
【0024】以上のエッチング処理を行なうことで前述
の実施例と同様に銅配線に対してフッ化を防止するとと
もに酸化を抑制できるエッチング処理が可能となる。ま
た、バリア膜のオーバーエッチング時には、銅配線膜上
や有機低誘電率膜の側壁に付着する塩素成分や臭素成分
を水素ガスにより塩化水素、臭化水素として排気できる
ので前述までの実施例に比較して塩素成分や臭素成分の
付着量を低減できる。
【0025】なお前記の各実施例は,いずれも有磁場電
磁波放射放電方式のプラズマ処理装置の場合であった
が,これ以外にもたとえば平行平板型の容量結合方式プ
ラズマ処理装置や誘導結合型のプラズマ処理装置等の他
の放電方式を利用したプラズマ処理装置にも適用できる
ことはいうまでもない。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば,銅配線上のCVD製膜
によるバリア膜のエッチング処理においてエッチングガ
スに塩素成分あるいは臭素成分と酸素ガスと還元性ガス
を用いることで銅配線膜のフッ化を防止し、かつ酸化を
大幅に抑制できるエッチング処理方法を提供できる。
【0027】また、エッチング時のイオンエネルギーを
500eV以下としたため、銅配線露出後の銅成分のス
パッタ量を低減できる。
【0028】さらに、バリア膜のオーバーエッチング時
に塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流
量を半減し、バリア膜のオーバーエッチング時に銅配線
上や低誘電率膜の側壁に付着する塩素成分、臭素成分を
水素ガスにより低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例になる,エッチング処理の工
程図。
【符号の説明】
101…レジストマスク,102…SiO膜,103
…有機低誘電率膜,104…バリア膜,105…銅配
線,106…絶縁膜、107…基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水村 通伸 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 Fターム(参考) 4K057 DA01 DB04 DD01 DE01 DE11 DG01 DG06 DG17 DJ01 DN01 5F004 AA06 CA06 DA00 DA04 DA24 DA26 EB01 EB02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅配線膜上に形成されたバリア膜をエッ
    チング処理する際にエッチングガスに塩素成分あるいは
    臭素成分を含むガスと酸素ガスと還元性ガスを含むこと
    を特徴とするバリア膜のプラズマエッチング処理方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において前記エッチングガスが
    塩素ガスと酸素ガスと水素ガスとから構成されることを
    特徴とするプラズマエッチング処理方法。
  3. 【請求項3】 請求項1において前記エッチングガスが
    臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスとから構成されるこ
    とを特徴とするプラズマエッチング処理方法。
  4. 【請求項4】 請求項1において前記エッチングガスが
    塩素ガスと臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスとから構
    成されることを特徴とするプラズマエッチング処理方
    法。
  5. 【請求項5】 前記バリア膜のエッチング終点付近から
    エッチング時のイオンエネルギーが500eV以下とな
    る条件でエッチング処理を行なうことを特徴とする請求
    項1から請求項4に記載のプラズマエッチング処理方
    法。
  6. 【請求項6】 前記バリア膜のエッチング終点付近から
    塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量
    を半減し、エッチング処理を行なうことを特徴とする請
    求項1から請求項5に記載のプラズマエッチング処理方
    法。
  7. 【請求項7】 前記バリア膜がCVD製膜のSiCを構
    成成分とすることを特徴とする請求項1から請求項6に
    記載のプラズマエッチング処理方法。
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