JP2005260060A - レジスト除去装置及びレジスト除去方法、並びにそれを用いて製造した半導体装置 - Google Patents
レジスト除去装置及びレジスト除去方法、並びにそれを用いて製造した半導体装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 水素ガスを用いたレジスト除去において、低誘電率絶縁膜の比誘電率の低減とレジスト除去速度の増大を可能にする。
【解決手段】 チャンバ２１内の回転テーブル２２上にウエハ３１を載置し、ガス導入口３２より水素混合ガスを放電管２５に導入し、μ波２７を導波管２８を通して放電管２５内に供給し上記混合ガスをプラズマ励起させ水素活性種を生成する。そして水素原子あるいは水素分子の中性ラジカル（水素ラジカル）をガス輸送管２３からチャンバ２１内に導入させウエハ３１表面のレジストマスクを除去する。ここで、回転テーブル２２を加熱し温度制御する基板加熱系３４によりウエハ３１の温度を２００℃〜４００℃の範囲に設定しておく。このレジスト除去後の処理ガスはガス排出口３３から排気系３０によりチャンバ２１外に排出する。
【選択図】 図２
【解決手段】 チャンバ２１内の回転テーブル２２上にウエハ３１を載置し、ガス導入口３２より水素混合ガスを放電管２５に導入し、μ波２７を導波管２８を通して放電管２５内に供給し上記混合ガスをプラズマ励起させ水素活性種を生成する。そして水素原子あるいは水素分子の中性ラジカル（水素ラジカル）をガス輸送管２３からチャンバ２１内に導入させウエハ３１表面のレジストマスクを除去する。ここで、回転テーブル２２を加熱し温度制御する基板加熱系３４によりウエハ３１の温度を２００℃〜４００℃の範囲に設定しておく。このレジスト除去後の処理ガスはガス排出口３３から排気系３０によりチャンバ２１外に排出する。
【選択図】 図２
Description
本発明は、レジスト除去装置及びレジスト除去方法、並びにそれを用いて製造した半導体装置に係り、詳しくは、低誘電率の絶縁膜材料で成る層間絶縁膜上に形成したレジスト膜マスクを除去する場合に、上記層間絶縁膜の誘電率が上昇するのを防止することのできるレジスト除去装置及びレジスト除去方法、並びにそれを用いて製造した半導体装置に関する。
近年の半導体装置、特にシリコン基板上に形成する超ＬＳＩの製造においては、半導体素子の微細化と共に素子間を接続する配線の多層化が不可欠である。そして、半導体装置の動作の低電圧化、高速化などに伴い、多層配線間の層間絶縁膜の低誘電率化が必要になってくる。特に、ロジック系の半導体装置では、微細配線による抵抗上昇や配線間の寄生容量の増加が半導体装置の動作速度の低下につながるため、低誘電率の絶縁膜材料を層間絶縁膜に適用した多層配線が必須となる。ここで、低誘電率の絶縁膜とは二酸化シリコン膜の比誘電率４以下の絶縁膜のことをいう。
このような低誘電率の絶縁膜として、シロキサン骨格を有する絶縁膜あるいは有機高分子を主骨格とした絶縁膜、更にこれらを多孔質化した絶縁膜がある。上記シロキサン骨格を有する絶縁膜では、シルセスキオキサン類の絶縁膜のようなＳｉ−ＣＨ３結合、Ｓｉ−Ｈ結合、Ｓｉ−Ｆ結合のうち少なくとも１つの結合を含むシリカ膜、あるいは炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）が比誘電率３以下になり、有機高分子を主骨格とした絶縁膜では、全般にシロキサン骨格を有する絶縁膜よりその比誘電率は小さくなり、有機ポリマーで成るＳｉＬＫ（登録商標）がよく知られている。ここで、シルセスキオキサン類の絶縁膜としてよく知られた絶縁材料には、メチルシルセスキオキサン(ＭＳＱ：Methyl Silsesquioxane)、ハイドロゲンシルセスキオキサン（ＨＳＱ：Hydrogen Silsesquioxane)、メチレーテッドハイドロゲンシルセスキオキサン（ＭＨＳＱ：Methylated Hydrogen Silsesquioxane）等がある。なお、上記絶縁膜を多孔質化すればその比誘電率は容易に２〜３程度になる。
しかし、これ等の低誘電率の絶縁膜を上記層間絶縁膜として用いる場合にはその加工が必要になる。例えば、多層配線間を接続するためのヴィアホールの形成あるいは埋め込み配線（ダマシン配線あるいはデュアルダマシン配線）における絶縁膜への配線用溝の形成等が必要になる。以下、図７を参照して上記低誘電率の絶縁膜にヴィアホールを形成する場合の工程について概略説明する。ここで、図７は半導体装置のヴィアホールを有する層間絶縁膜の形成工程順の模式的断面図である。
図７（ａ）に示すように、シリコン基板１０１の表面部に、通常、薄いシリコン酸化膜（不図示）を介し、周知のスピンオン塗布法を用いたＭＳＱ膜１０２の成膜を行う。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用いこのＭＳＱ膜１０２表面にレジスト開口部１０３を有するレジストマスク１０４を形成する。
次に、図７（ｂ）に示すように、レジストマスク１０４をエッチングマスクとした反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、例えばＣ４Ｆ８とＯ２の混合ガスを用いてＭＳＱ膜１０２をドライエッチングしヴィアホール１０５を形成する。
続いて、プラズマ処理によるレジストマスク１０４の除去を行う。ここで、図７（ｃ）に示すように、このプラズマ処理において窒素（Ｎ２）あるいは水素（Ｈ２）のプラズマ１０６照射によりレジストマスク１０４のエッチングが進行し最終的にレジスト除去される。そして、図７（ｄ）に示すように、シリコン基板１０１上にヴィアホール１０５を有する層間絶縁膜１０７を形成する。このようにした後、図示しないが、ヴィアホール１０５に充填する導電体材料（ヴィアプラグ）とそれに接続する配線層を形成することになる。
上述したレジストマスク１０４の除去は、図８に模式的に示すようなプラズマ処理装置を用いて行う（例えば、特許文献１参照）。図８は、通常よく使用されている容量結合型プラズマ生成方式によるプラズマ処理装置の模式的な略断面図である。
このプラズマ処理装置２００は、その基本構成として、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる円筒形状に成形されたチャンバ２０１、チャンバ２０１内の底部に取り付けられた基板支持テーブル２０２（下部電極）とチャンバ２０１内の上部に取り付けられた対向電極２０３（上部電極）、基板支持テーブル２０２に接続する高周波電源２０４、そしてアッシングのための原料ガスをチャンバ２０１内に供給するガス供給系２０５と反応後のアッシングガスをチャンバ２０１外に排出する排気系２０６を有している。
上述したプラズマ処理によるレジストマスク１０４の除去では、基板支持テーブル２０２上にシリコン基板であるウエハ２０７を載置し、ガス導入口２０８より窒素（Ｎ２）あるいは水素（Ｈ２）をレジスト除去用の原料ガスとしてチャンバ２０１内に導入し、高周波電源２０４から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し上記原料ガスをプラズマ励起する。そして、チャンバ２０１内にプラズマＰＺを生成させ、ウエハ２０７上にあるレジストマスクをプラズマエッチング処理して除去する。なお、レジスト除去用の原料ガスの導入は上部電極２０３に取り付けるいわゆるシャワーヘッドを通して行ってもよい。このエッチング反応後の処理ガスはガス排出口２０９から排気系２０６によりチャンバ２０１外に排出される。
特開２００１−１１８８３０号公報（段落［００１３］〜［００１７］、図１）
半導体装置の製造においては、フォトリソグラフィ技術で形成したレジストマスクをエッチングマスクに用い、各種の絶縁体膜、半導体膜あるいは導電体膜をドライエッチング技術で微細加工処理することが必須である。また、上記レジストマスクをイオン注入マスクに用い、各種の導電型不純物を半導体基板表面にドーピング処理することも必要となる。そして、上記処理が終わった後、従来の技術では上記レジストマスクは主に上述したようなプラズマ処理装置を用いたプラズマアッシング等で除去してきた。ここで、これまで、このプラズマアッシングに用いる原料ガスは酸素（Ｏ２）ガスあるいはハロゲン化合物ガスを添加した混合ガスが用いられてきたが、膜組成が［ＣＨ３ＳｉＯ３／２］ｎであるＭＳＱ膜のような有機成分を含有した低誘電率の絶縁膜を層間絶縁膜に用いる場合には、上記原料ガスを用いたプラズマアッシングでは、アッシング後に膜質が変化し、その比誘電率の増大することが生じる。これについて図９を参照して説明する。図９は、酸素プラズマによるアッシングでＭＳＱ膜が変質する様子を示す模式的な構造図である。上記プラズマアッシングにおいて、ＭＳＱ膜の表面に酸素イオンあるいは酸素ラジカルのような酸化力の強い活性種がプラズマ照射されると、図９（ａ）に示したＳｉ−ＣＨ３ の結合が図９（ｂ）に示すようにＳｉ−Ｏの結合に変わる。このようにして、ＭＳＱ膜表面が組成的に変化して二酸化シリコン（ＳｉＯ３）膜が変質層として部分的に形成され、膜の比誘電率が大幅に増加する。この酸素プラズマアッシングによる膜変質は、上述した低誘電率の絶縁膜において全般に生じてくることである。
そこで、現在では、プラズマによるレジスト除去の原料ガスとして酸素ガスに換えて窒素ガス、水素ガスあるいはこれらの混合ガスを用いることが精力的に検討されている。本発明者等は、上記レジストマスクのプラズマを用いた除去における低誘電率の絶縁膜の膜質の変化についてこれまで上記原料ガスを種々に変えて詳細な検討を加えてきた。ここで、原料ガスとして窒素ガスを用いる場合には、メチル基あるいはエチル基のような有機成分が窒素原子と置換し膜の比誘電率が僅かであるが増加することが判ってきた。また、原料ガスとして水素ガスを使用すると、この比誘電率の増加は抑制されるが、レジスト除去速度の低下は避けられないことが明らかになってきた。
上記レジスト除去速度の低下を回避する有効な手法は、水素のプラズマ密度を増大させることであるが、従来のプラズマ処理装置を用いそのプラズマ密度を増大させていくとレジストマスクの除去後の層間絶縁膜の比誘電率が増加するようになる。この場合の比誘電率の増加は、有機成分量を多くし、あるいは多孔質の度合いを大きくし低誘電率にするほどその増加度合いが顕著になる。このように、レジストマスクの除去においてプラズマ励起の原料ガスに水素を用いる場合に、レジスト除去速度の向上と、低誘電率の絶縁膜の比誘電率増加の防止と、の両立が非常に困難な課題として顕在化してきている。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、レジストマスクのプラズマによるレジスト除去において原料ガスに水素を用いる場合に、レジスト除去速度の向上と低誘電率の絶縁膜の比誘電率の増加防止とを可能にすることのできるレジスト除去装置及びレジスト除去方法、並びにそれを用いて製造した半導体装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、レジスト除去装置にかかる第１の発明は、水素ガスを含む原料ガスのプラズマ励起により生成する水素活性種を用い被処理基板上のレジスト膜をエッチング処理するレジスト除去装置において、前記水素ガスのプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部で発生した水素プラズマが前記被処理基板を照射しないように引き離して設けた処理室と、前記プラズマ発生部で生成した水素活性種を前記処理室に輸送する活性種輸送管と、を備えている。
そして、第２の発明は、水素ガスを含む原料ガスのプラズマ励起により生成する水素活性種を用い被処理基板上のレジスト膜をエッチング処理するレジスト除去装置において、前記水素ガスのプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部と一体構造に設けた前記被処理基板を載置する処理室と、前記プラズマ発生部と前記被処理基板との間に前記プラズマ発生部で発生した水素プラズマを遮蔽するように挿着した遮蔽板と、を備えている。
上記発明において、前記プラズマ発生部のプラズマ励起室の内壁にサファイアにより耐プラズマ部材が設けられており、また、前記プラズマ励起は、マイクロ波、ヘリコン波あるいは高周波を用いて行うようになっていることが好ましい。
上記レジスト除去装置を用いたレジスト除去方法の発明においては、前記原料ガスとして水素ガスと不活性ガスの混合ガスを用いて前記被処理基板上に形成したレジスト膜をエッチング除去する。あるいは、前記被処理基板の温度を２００℃〜４００℃の範囲に設定して前記被処理基板上に形成したレジスト膜をエッチング除去する。ここで、前記レジスト膜は前記被処理基板上に形成した比誘電率が３以下の低誘電率の絶縁膜の加工に用いたレジストマスクである。
上記レジスト除去方法を用いて製造した半導体装置の発明においては、比誘電率が３以下の前記低誘電率の絶縁膜が半導体素子間を接続する多層配線構造の層間絶縁膜となっている。あるいは、比誘電率が３以下の前記低誘電率の絶縁膜が半導体素子間を接続するダマシン配線構造の層間絶縁膜となっている。
本発明の水素ガスを用いたレジスト除去の方法により、半導体装置の配線構造に使用する低誘電率の層間絶縁膜が高い再現性の下に簡便にしかも高精度に形成できる。そして、この水素ガスを用いたレジスト除去においてレジスト除去速度が増大し、上記レジスト除去の方法が半導体装置の製造に適用できるようになる。
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態の幾つかを詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるレジスト除去方法を適用した半導体装置の製造を示す工程別素子断面図である。図2は、上記レジスト除去において用いるレジスト除去装置の模式的な略断面図である。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるレジスト除去方法を適用した半導体装置の製造を示す工程別素子断面図である。図2は、上記レジスト除去において用いるレジスト除去装置の模式的な略断面図である。
ｐ導電型のシリコン基板１の表面部にｎ導電型の拡散層２を形成し、シリコン基板１表面に例えば５０ｎｍ厚のシリコン酸化膜３を熱酸化で形成する。そして、シリコン酸化膜３に周知のスピンオン塗布法を用いて膜厚が1μｍ程度のＭＳＱ膜４を形成し、フォトリソグラフィ技術でこのＭＳＱ膜４上にレジストマスク５を形成する。ここで、レジストマスク５にはレジスト開口部６が形成してある（図１（ａ））。
次に、レジストマスク５をエッチングマスクにしたＲＩＥによるドライエッチングでＭＳＱ膜４とシリコン酸化膜３とを異方性エッチングし拡散層2に達するヴィアホール（コンタクト孔）７を形成する（図1（ｂ））。ここで、ドライエッチングの原料ガスとしては、例えばＣ４Ｆ８とＯ２の混合ガスを用いる。
このドライエッチングの後、本発明の図２に示すレジスト除去装置を用いてレジストマスク５を除去する。ここで、レジストマスク５は水素ラジカル８の照射によりエッチング除去される。そして、ヴィアホール７の設けられたＭＳＱ膜４が形成される（図１（ｃ））。
そして、シリコン酸化膜３とＭＳＱ膜４とで構成された層間絶縁膜９のヴィアホール７にタングステンのような導電体材料を充填してヴィアプラグ１０を設け、更にこのヴィアプラグ１０に接続する配線１１をアルミ・銅合金膜で形成する。
本発明でのレジストマスク５のレジスト除去は、図２に模式的に示すレジスト除去装置２０を用いて行う。図２は、本発明のレジスト除去装置の模式的な略断面図となっている。
このレジスト除去装置２０は、プラズマ発生部と反応室（処理室）とを切り離したいわゆるリモートプラズマ生成方式の一種となっており、その基本構造として、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたレジスト除去を行う処理室のチャンバ２１、チャンバ２１内の底部に取り付けられた回転テーブル２２、チャンバ２１内の上部に取り付けられた活性種輸送管であるガス輸送管２３、プラズマ発生部２４、そして水素あるいは不活性ガス（Ｈｅ、Ａｒ等）のガス供給系２９と反応後の処理ガスをチャンバ２１外に排出する排気系３０を備えている。
そして、上記プラズマ発生部２４は、例えば石英ガラスから成る放電管２５の内壁に耐プラズマ部材２６を設け、放電管２５は、この放電管２５の内部にμ波２７（例えば周波数；２．４５ＧＨｚ）を供給するための導波管２８が接続してある。また、ガス輸送管２３の内壁にも耐プラズマ部材２６を設けてもよい。ここで、耐プラズマ部材２６はサファイアで構成するのが好ましく、石英ガラスから成る放電管２５の内壁に化学気相成長（ＣＶＤ）によりサファイア膜を堆積させて容易に形成できる。
次に、上記レジスト除去装置の動作を簡単に説明する。レジスト除去装置２０による上述したレジストマスク５の除去では、回転テーブル２２上にシリコン基板であるウエハ３１を載置し一定速度で回転させる。ウエハ３１の回転は、ウエハ面内でのレジスト除去の均一性を向上させるために行う。そして、ガス導入口３２より水素ガスを不活性ガスで希釈した水素混合ガスを放電管２５に導入し、マグネトロンで発生させたμ波２７を導波管２８を通して放電管２５内に供給し、上記混合ガスをプラズマ励起させる。
そして、このプラズマ励起により水素の活性種を生成する。ここで、水素の活性種には水素プラズマを成すプロトン及び水素分子イオン、そして水素原子あるいは水素分子の中性ラジカル（まとめて水素ラジカルという）がある。この活性種のうち水素ラジカルの寿命は長く、ガス輸送管２３を通りチャンバ２１内に導入されて、図1（ｃ）でも説明した水素ラジカル８として回転テーブル２２上に載置したウエハ３１表面のレジストマスク５を除去する。なお、水素プラズマの一部はガス輸送管２３を流れる間に水素ラジカルに変化している。そして、このレジスト除去後の処理ガスはガス排出口３３から排気系３０によりチャンバ２１外に排出される。
ここで、水素混合ガスのプラズマ励起はマイクロ波で行うためにプラズマ密度が高くそれに伴い水素ラジカルの密度も高くなり、レジスト除去速度が増大する。また、回転テーブル２２を加熱し温度制御する基板加熱系３４によりウエハ３１の温度を２００℃〜４００℃の範囲に設定する。このようなウエハ温度は、従来のプラズマによるレジスト除去におけるウエハ温度が通常で１５０℃程度あるいはそれ以下になるのと比べると高い温度範囲である。このように従来技術の場合より高いウエハ温度にすることでレジスト除去速度が更に増大するようになる。
上記レジスト除去装置を用いたレジストマスク５の除去方法であると、レジスト除去後の層間絶縁膜の比誘電率は低いままに保持することができる。例えば、図1で説明した層間絶縁膜の形成において比誘電率が２．０の多孔質のＭＳＱ膜４を用いた場合について、従来技術の場合と比較して表１に示す。この比誘電率は１ＭＨｚで計測したキャパシタの容量値より算出したものである。ここで、従来技術は、特許文献1に示したような容量結合型プラズマ生成方式によるプラズマでレジスト除去したものである。なお、この場合も、レジスト除去のための原料ガスは本発明と同じ水素ガスの希釈ガスを用いている。
従来の技術の場合にはレジスト除去後のＭＳＱ膜の比誘電率は3以上になり、その比誘電率の増加率が５０％以上になるのに対して、この実施の形態の場合には、レジスト除去をした後のＭＳＱ膜の比誘電率は２とほとんど変化しない。レジスト時除去の処理を受けた後、上述したキャパシタの容量値は若干の増加傾向にあるが、測定誤差を考慮しても比誘電率の増加率は１％以下になる。
この実施の形態において、ＭＳＱ膜の比誘電率がほとんど変化しないのは、図３に示すようにレジスト除去においてＭＳＱ膜が水素ラジカル照射を受けても、メチル基（−ＣＨ３）がそのまま残存し膜質の変化がほとんどないからである。ここで、図３は、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）の測定結果を参考にしたＭＳＱ膜の模式的な構造図である。
これに対して、上述した従来の技術であるプラズマによるレジスト除去の場合には、プラズマ生成部と被処理基板のウエハとが同一のチャンバ内にあり、プラズマ励起で生成した水素プラズマが直接にＭＳＱ膜を照射するために、ＭＳＱ膜がその多孔性も含めて膜変質するようになる。更には、プラズマによるレジスト除去において、不活性ガスで希釈した水素ガスのプラズマでチャンバ内壁がスパッタリングされ、酸素イオンあるいは酸素ラジカルのような酸化力の強い活性種が微量であれ生じ、この活性種が図９で説明したのと全く同様にして、Ｓｉ−ＣＨ３の結合をＳｉ−Ｏの結合に変えるようになる。従来の技術の場合には、上述したＭＳＱ膜の変質により膜の比誘電率が増加するようになるものと思われる。
上述したように、この実施の形態の特徴は、低誘電率の絶縁膜を層間絶縁膜に用いる場合に、その加工に用いたレジストマスクの除去において、水素を含むガスをリモートプラズマ生成し水素ラジカルでレジスト除去するところにある。
この第１の実施の形態では、レジスト除去後の低誘電率絶縁膜の誘電率が増加をすることは無くなる。そして、半導体装置の配線構造において、低誘電率を有する層間絶縁膜が高い再現性の下に簡便にしかも高精度に形成できる。また、レジスト除去速度の低下は大幅に改善され、上記実施の形態のレジスト除去の方法は半導体装置の製造において充分に適用できるようになる。このようにして、半導体装置において比誘電率が３以下で寄生容量が小さな配線構造が容易に形成できるようになり、高速動作する高性能な半導体装置の実用化が促進される。
（実施の形態２）
図４，５は、本発明の第２の実施の形態にかかるレジスト除去方法を適用した半導体装置の製造を示す工程別素子断面図である。そして、図６は、上記レジスト除去において用いる別のレジスト除去装置の模式的な略断面図である。
図４，５は、本発明の第２の実施の形態にかかるレジスト除去方法を適用した半導体装置の製造を示す工程別素子断面図である。そして、図６は、上記レジスト除去において用いる別のレジスト除去装置の模式的な略断面図である。
シリコン基板（不図示）上にシリコン酸化膜で成る下層絶縁膜４１を形成し、下層絶縁膜４１上にチタン系の導電体材料で第１バリア層４２、アルミ・銅合金膜による下層配線４３、第２バリア層４４を積層構造に形成する。そして、スピンオン塗布法によりＭＳＱ膜となる塗布溶液を全面に塗布し、引続いて例えば１５０℃程度の温度で焼成し、更に拡散炉の中で４００℃程度の温度の熱処理を施して、膜厚５００ｎｍ程度の第１ＭＳＱ膜４５を形成する。続いて、この第１ＭＳＱ膜４５表面に膜厚５０ｎｍの炭化シリコン膜（ＳｉＣ膜）から成る第１保護絶縁膜４６を成膜し、その一部に選択エッチングで開口部４７を形成する。そして、上記スピンオン塗布法を用いて膜厚が1μｍ程度の第２ＭＳＱ膜４８および膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜から成る第２保護絶縁膜４９を積層して形成し、フォトリソグラフィ技術でこの第２保護絶縁膜４９上にレジストマスク５０を形成する。ここで、レジストマスク５０にはレジスト開口部５１が形成してある（図４（ａ））。
次に、レジストマスク５０をエッチングマスクにして、はじめに第２保護絶縁膜４９をＮ２ガスのプラズマ励起によるＲＩＥでエッチングし、続いて第２ＭＳＱ膜４８をＣ３Ｆ８ ガスとＯ２ ガスとＡｒガスの混合ガスのプラズマ励起によるＲＩＥでエッチングし、更に第１保護絶縁膜４６をエッチングストッパとして開口部４７下の第１ＭＳＱ膜４５をドライエッチングする。このようにして、第２ＭＳＱ膜４８と第２保護絶縁膜に配線溝５２を形成し、第１ＭＳＱ膜４５と第１保護絶縁膜４６にヴィアホール５３を形成する（図４（ｂ））。
上記連続したドライエッチングの後で、本発明の図６に示すレジスト除去装置を用いてレジストマスク５０を除去する。ここで、レジストマスク５０は主に水素ラジカル５４の照射によりエッチング除去されることになる。（図１（ｃ））。
次に、配線溝５２およびヴィアホール５３の内壁ならびに第２保護絶縁膜４９表面に第３バリア層５５を例えば膜厚が２０ｎｍ程度の窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成する。そして、膜厚が１μｍ程度のＣｕ膜５６を周知のメッキ法等を用いて形成する（図５（ａ））。
そして、周知の化学機械研磨（ＣＭＰ）法を用いて、第２保護絶縁膜４９上の不要なＣｕ膜５６および第３バリア層５５を研磨除去する。このＣＭＰの工程で、第２保護絶縁膜４９がＣＭＰ用ストッパ膜として機能し、第２ＭＳＱ膜４８をＣＭＰから保護する。以上のようにして、下層配線４３に接続するデュアルダマシン配線５７が出来上がる（図５（ｂ））。
この実施の形態でのレジストマスク５０のレジスト除去は、図６に模式的に示すようなレジスト除去装置６０を用いて行う。このレジスト除去装置６０は、プラズマ発生部と被処理基板であるウエハとの間にプラズマ遮蔽板を挿着させることを特徴にしており、その基本構造として、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたチャンバ６１、チャンバ６１内の底部に取り付けられた回転テーブル６２、チャンバ６１内の上部に取り付けられたプラズマ発生部６４、回転テーブル６２とプラズマ発生部６４の間のプラズマ遮蔽板６４、そして水素あるいは不活性ガスのガス供給系６５と反応後の処理ガスをチャンバ６１外に排出する排気系６６を備えている。
ここで、上記プラズマ遮蔽板６４はアルミ、ＳＵＳ等の穴の開いたプレートで構成され、チャンバ６１内にフローティング状態で取り付けてある。そして、プラズマ発生部６３には、ヘリコン波プラズマ源、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ源、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）プラズマ源のような装置が取り付けられて、高密度プラズマ（ＨＤＰ）を発生させるようになっている。なお、第１の実施の形態で説明したように、プラズマ発生部６３のプラズマ生成室の内壁にサファイアのような材料で耐プラズマ部材をコーティングしておくことがより好ましい。
次に、上記レジスト除去装置の動作を簡単に説明する。レジスト除去装置６０によるレジストマスク５０の除去では、図２で説明したように回転テーブル６２上にウエハ６７を載置し一定速度で回転させる。そして、ガス導入口６８より水素混合ガスをプラズマ発生部６３に導入し、上述したところの高密度プラズマ発生源により上記混合ガスをプラズマ励起させ水素の活性種を多量に生成させる。このようにして形成した水素の活性種はチャンバ６１内に拡散するが、この活性種のうち水素プラズマを成すプロトン、水素分子イオンは上記プラズマ遮蔽板６４でカットされ、図４（ｃ）で説明した水素ラジカル５４がウエハ６７表面のレジストマスク５０を除去する。そして、このレジスト除去後の処理ガスはガス排出口６９から排気系６６によりチャンバ６１外に排出する。
この場合も、水素ラジカル密度は非常に高くなりレジスト除去速度は増大する。そして、回転テーブル６２を加熱し温度制御する基板加熱系７０によりウエハ６７の温度を２００℃〜４００℃の高温に設定することでレジスト除去速度が更に増大する。
また、上記レジスト除去装置を用いたレジストマスク５０の除去方法であると、第１の実施の形態で説明したのと同様に、レジスト除去後の層間絶縁膜の比誘電率は低いままに保持できる。例えば、図４，５で説明したデュアルダマシン配線構造における層間絶縁膜において、比誘電率が２．５の多孔質のＭＳＱ膜を用いた場合、レジスト除去後のその比誘電率は２．５のままである。
上述したように、第２の実施の形態の特徴は、低誘電率の絶縁膜を層間絶縁膜に用いる場合に、その加工に用いたレジストマスクの除去において、水素を含むガスのプラズマがウエハ上に照射するのをプラズマ遮蔽板で防止してレジスト除去を行うところにある。
この第２の実施の形態では、第１の実施の形態のように完全なリモートプラズマ生成方式ではなく、レジスト除去において一部に水素のイオンがウエハ上を照射する。そして、このイオンのスパッタリングで発生した酸素活性種がウエハ上に降り注いでいる。しかし、この実施の形態では、有機成分を含んだ低誘電率の絶縁膜表面に、水素プラズマ耐性あるいは酸素活性種耐性の高いＳｉＣのような保護絶縁膜を被覆させているために、レジスト除去後の低誘電率絶縁膜の誘電率が増加をすることはほとんど無くなる。そして、この場合には、第１の実施の形態の場合よりもレジスト除去速度が高くなるという効果が生まれる。これは、上記水素イオンあるいは酸素活性種が生じていることによる効果のためである。この実施の形態のレジスト除去の方法も半導体装置の製造において充分に適用できる。そして、この場合も、半導体装置において比誘電率が３以下の層間絶縁膜を用い寄生容量が小さな（デュアル）ダマシン配線構造が容易に形成できるようになり、高速動作し高性能な半導体装置の実用化が促進される。
以上、この発明の実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。上述した実施の形態では、低誘電率の絶縁膜である有機成分を含有するシロキサン骨格の絶縁膜の代表例とし、ＭＳＱ膜をドライエッチングし配線構造に用いる層間絶縁膜を形成する場合について説明しているが、それ以外のシルセスキオキサン類の絶縁膜あるいはＳｉＯＣ膜のような無機絶縁膜を用いて半導体装置の層間絶縁膜を形成する場合にも、本発明は全く同様にして適用できるものである。そして、本発明は、有機高分子を主骨格とした低誘電率の絶縁膜を用い層間絶縁膜を形成する場合には更に効果的に適用できる。
そして、本発明は、レジストマスクを用いてアルミ・銅合金膜のドライエッチングを行い、低誘電率の絶縁膜で成る層間絶縁膜上に配線を形成したときの上記レジストマスクを除去する場合にも同様に適用できるものである。
更に、本発明は、低誘電率の絶縁膜を用いた層間絶縁膜を通してシリコン基板内に不純物イオン注入をする場合に用いたレジストマスクを除去する場合にも、全く同様に適用できる。このような不純物イオン注入に用いるレジストマスクは、一個のＭＯＳＦＥＴで構成するＲＯＭ（含む多値機能）を搭載した半導体装置の製造に頻繁に使用されるものである。
更に、本発明は、シリコン基板上に半導体装置を形成する場合の他に、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板のような化合物半導体基板上に半導体装置を形成する場合にも同様に適用できる。そして、半導体装置の実装に使用する多層配線基板のプリプレグのような絶縁素材を形成する場合にも適用できる。このように、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態は適宜に変更されうるものである。
１ シリコン基板
２ 拡散層
３ シリコン酸化膜
４ ＭＳＱ膜
５，５０ レジストマスク
６，５１ レジスト開口部
７，５３ ヴィアホール
８，５４ 水素ラジカル
９ 層間絶縁膜
１０ ヴィアプラグ
１１ 配線
２０，６０ レジスト除去装置
２１，６１ チャンバ
２２，６２ 回転テーブル
２３ ガス輸送管
２４，６３ プラズマ発生部
２５ 放電管
２６ 耐プラズマ部材
２７ μ波
２８ 導波管
２９，６５ ガス供給系
３０，６６ 排気系
３１，６７ ウエハ
３２，６８ ガス導入口
３３，６９ ガス排出口
３４，７０ 基板加熱系
４１ 下層絶縁膜
４２ 第１バリア層
４３ 下層配線
４４ 第２バリア層
４５ 第１ＭＳＱ膜
４６ 第１保護絶縁膜
４７ 開口部
４８ 第２ＭＳＱ膜
４９ 第２保護絶縁膜
５２ 配線溝
５５ 第３バリア層
５６ Ｃｕ膜
５７ デュアルダマシン配線
２ 拡散層
３ シリコン酸化膜
４ ＭＳＱ膜
５，５０ レジストマスク
６，５１ レジスト開口部
７，５３ ヴィアホール
８，５４ 水素ラジカル
９ 層間絶縁膜
１０ ヴィアプラグ
１１ 配線
２０，６０ レジスト除去装置
２１，６１ チャンバ
２２，６２ 回転テーブル
２３ ガス輸送管
２４，６３ プラズマ発生部
２５ 放電管
２６ 耐プラズマ部材
２７ μ波
２８ 導波管
２９，６５ ガス供給系
３０，６６ 排気系
３１，６７ ウエハ
３２，６８ ガス導入口
３３，６９ ガス排出口
３４，７０ 基板加熱系
４１ 下層絶縁膜
４２ 第１バリア層
４３ 下層配線
４４ 第２バリア層
４５ 第１ＭＳＱ膜
４６ 第１保護絶縁膜
４７ 開口部
４８ 第２ＭＳＱ膜
４９ 第２保護絶縁膜
５２ 配線溝
５５ 第３バリア層
５６ Ｃｕ膜
５７ デュアルダマシン配線
Claims (9)
- 水素ガスを含む原料ガスのプラズマ励起により生成する水素活性種を用い被処理基板上のレジスト膜をエッチング処理するレジスト除去装置において、
前記水素ガスのプラズマ発生部と、
前記プラズマ発生部で発生した水素プラズマが前記被処理基板を照射しないように引き離して設けた処理室と、
前記プラズマ発生部で生成した水素活性種を前記処理室に輸送する活性種輸送管と、
を備えたことを特徴とするレジスト除去装置。 - 水素ガスを含む原料ガスのプラズマ励起により生成する水素活性種を用い被処理基板上のレジスト膜をエッチング処理するレジスト除去装置において、
前記水素ガスのプラズマ発生部と、
前記プラズマ発生部と一体構造に設けた前記被処理基板を載置する処理室と、
前記プラズマ発生部と前記被処理基板との間に前記プラズマ発生部で発生した水素プラズマを遮蔽するように挿着した遮蔽板と、
を備えたことを特徴とするレジスト除去装置。 - 前記プラズマ発生部のプラズマ励起室の内壁にサファイアにより耐プラズマ部材が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレジスト除去装置。
- 前記プラズマ励起は、マイクロ波、ヘリコン波あるいは高周波を用いて行うようになっていることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載のレジスト除去装置。
- 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレジスト除去装置を用いたレジスト除去方法であって、前記原料ガスとして水素ガスと不活性ガスの混合ガスを用いて前記被処理基板上に形成したレジスト膜をエッチング除去することを特徴とするレジスト除去方法。
- 前記被処理基板の温度を２００℃〜４００℃の範囲に設定して前記被処理基板上に形成したレジスト膜をエッチング除去することを特徴とする請求項５に記載のレジスト除去方法。
- 前記レジスト膜は前記被処理基板上に形成した比誘電率が３以下の低誘電率の絶縁膜の加工に用いたレジストマスクであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレジスト除去方法。
- 請求項７に記載のレジスト除去方法を用いて製造した半導体装置であって、前記低誘電率の絶縁膜が半導体素子間を接続する多層配線構造の層間絶縁膜となっていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項７に記載のレジスト除去方法を用いて製造した半導体装置であって、前記低誘電率の絶縁膜が半導体素子間を接続するダマシン配線構造の層間絶縁膜となっていることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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