JP2006286802A - 埋込配線の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 下層の配線1を露出させるための開口を伴う配線溝孔エッチング後に、プラズマ励起により配線上の残渣5を剥離処理したのち、大気中に晒すことなく、気体状態の有機系ガス6により配線の露出部表面の清浄化処理を行う。
【選択図】 図1
Description
従来の清浄化処理では、パーティクル除去および薬液による除去が行われ、その後、付着している薬液除去のために純水洗浄が行われるが、この純水洗浄において、薬液が次第に除去されることによって洗浄水が酸性から中性に変化してpH値が高くなるに伴って埋込電極や埋込配線を形成している銅の浸食が起こるという問題点がある。
図1参照
上記課題を解決するために、本発明は、埋込配線の形成方法において、下層の配線1を露出させるための開口を伴う配線溝孔エッチング後に、プラズマ励起により配線上の残渣5を剥離処理したのち、大気中に晒すことなく、気体状態の有機系ガス6により配線の露出部表面の清浄化処理を行う工程を有することを特徴とする。
なお、カルボン酸の分子量が大きくなるほど反応がソフトになる。
,Cl)〕を用いて還元して清浄化される。
例えば、カルボン酸としてギ酸〔HCOOH:メタン酸(methanoic acid)〕を用いた場合、酸化銅(CuO)は反応式、
HCOOH+CuO→Cu+CO2 +H2 O
に基づいて、また、亜酸化銅(Cu2 O)は反応式、
HCOOH+Cu2 O→2Cu+CO2 +H2 O
に基づいて、それぞれ金属銅に還元される。
即ち、この還元反応は、金属銅を生成する方向に進行し易く、この方向に反応が進行する還元温度で処理を行うことにより、半導体装置の製造過程で電極や配線に生成した酸化銅あるいは亜酸化銅を還元することができるようになる。
酢酸〔CH3 COOH:エタン酸(ethanoic acid )〕
プロピオン酸〔C2 H5 COOH:プロパン酸(propanoic acid)〕 酪酸〔C3 H7 COOH:ブタン酸(butanoic acid )〕
などの比較的沸点の低いものを用いるのが好ましい。
図2参照
図2は本発明の実施に用いる処理装置の概念的構成図であり、アッシング工程における状態を示している。
この処理装置は、ガス導入口12及び排気口13を備えた処理チャンバー11、処理チャンバー11内に設けられたステージを兼ねる下部電極14、下部電極14と対向するように設けられたリング状上部電極15、リング状上部電極15の中央部に移動可能に嵌め込まれた有機系ガス噴出シャワーヘッド16、有機系材料を貯蔵する貯蔵槽19と有機系ガス噴出シャワーヘッド16との間に接続された有機系ガス供給用配管17、有機系ガス供給用配管17の途中に設けられ有機系材料を加熱して気化して有機系ガスとする気化器18、及び、ステージを兼ねる下部電極14の下部に配置されて被処理基板21を加熱するヒータ20によって構成される。
図3は清浄化処理工程における処理装置の概念的構成図であり、有機系ガス噴出シャワーヘッド16を下降させてリング状上部電極15の中央部に嵌め込んだ状態を示しており、この状態で有機系ガス噴出シャワーヘッド16から気化器18によって気化された有機系ガス23を噴出して、ヒータ20によって反応生成物が気体状態となる温度以上に加熱したアッシング処理後の被処理基板21を清浄化処理して、気体状の反応生成物及び未反応の有機系ガス23を排気口13からダウンフローで排出する。
図4参照
まず、p型シリコン基板31に素子分離絶縁膜32を形成したのち、ゲート絶縁膜33を介してゲート電極34を設け、このゲート電極34をマスクとしてn型不純物を導入することによってn型エクステンション領域35を形成し、次いで、サイドウォール36を形成したのち、再び、n型不純物を導入することによって、n型ソース・ドレイン領域37を形成する。
次いで、配線用溝53及びビアホール54を形成した被処理基板を上述の処理チャンバー内の下部電極14上に載置・固定したのち、ガス導入口から400sccmのO2 を導入して70Paとした状態で、ヒータ20によって80℃の基板温度に加熱して600Wの電力を印加して酸素プラズマ55を発生させ、この酸素プラズマ55中で60秒間のプラズマ処理を行って、エッチング処理に伴うレジスト残渣等のエッチング残渣をアッシングして除去する。
なお、バリア膜52,50,48となるSiCN膜の清浄化処理後の比誘電率を測定したところ、約40であり、処理前の約3.8に対して若干増大していたが、このバリア膜52,50,48は構造的に配線の寄生容量に対する影響は小さいので問題はない。
なお、この場合の基本的反応は、水素プラズマによる物理的なスパッタエッチングが主なものであるが、処理チャンバー11内に残留するO2 によるアッシングも生ずる。
また、清浄化処理後のポーラスシリカの被誘電率は約2.2であり、処理前の被誘電率の間に殆ど変化は見られなかった。
図6参照
まず、図示を省略するが、図4と全く同様にMOSFET及びn型ソース・ドレイン領域上に設けたCoシリサイド電極に接続するWプラグ44を形成したのち、プラズマCVD法を用いてSiOCからなる第1配線用絶縁膜45を堆積させたのち、Wプラグ44を露出する配線用溝を形成し、次いで、TaNからなるバリア膜46を介してCuを埋め込み、CMP法によって不要部を除去することによって第1Cu埋込配線47を形成する。
次いで、再び、ビアホール60をTaNからなるバリア膜63を介してCuで埋め込み、CMP法によって不要部を除去することによってCuビア64を形成する。
次いで、再び、配線用溝65を形成した被処理基板を上述の処理チャンバー内の下部電極14上に載置・固定したのち、ガス導入口から400sccmのO2 を導入して70Paとした状態で、ヒータ20によって80℃の基板温度に加熱して600Wの電力を印加して酸素プラズマ66を発生させ、この酸素プラズマ66中で60秒間のプラズマ処理を行って、エッチング処理に伴うレジスト残渣等のエッチング残渣をアッシングして除去する。
再び、図1参照
(付記1) 下層の配線1を露出させるための開口を伴う配線溝孔エッチング後に、プラズマ励起により前記配線1上の残渣5を剥離処理したのち、大気中に晒すことなく、気体状態の有機系ガス6により前記配線1の露出部表面の清浄化処理を行う工程を有することを特徴とする埋込配線の形成方法。
(付記2) 上記清浄化処理を、上記剥離処理を行った処理装置内において、プラズマ4を切った状態で引き続き行うことを特徴とする付記1記載の埋込配線の形成方法。
(付記3) 上記プラズマ励起による剥離処理工程において、プラズマ4を発生させるために酸素、水素、窒素、アンモニア、或いは、フロロカーボン系ガスの内の少なくとも1種のガスを用いることを特徴とする付記1または2に記載の埋込配線の形成方法。
(付記4) 上記プラズマ4を発生させるためのガスが水素であり、且つ、上記配線溝孔3を形成する絶縁膜2がSiを構成元素として含む有機系絶縁膜であることを特徴とする付記3記載の埋込配線の形成方法。
(付記5) 上記有機系ガス6がカルボン酸を有することを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の埋込配線の形成方法。
(付記6) 上記カルボン酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸或いは酪酸の内のいずれか1種であるであることを特徴とする付記5記載の埋込配線の形成方法。
(付記7) 上記有機系ガス6がアルコール類であることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の埋込配線の形成方法。
(付記8) 上記配線溝孔3を形成する絶縁膜2がSiを構成元素として含む有機系絶縁膜であることを特徴とする付記7記載の埋込配線の形成方法。
(付記9) 上記配線1が、銅或いは銅を含む合金であることを特徴とする付記1乃至8のいずれか1に記載の埋込配線の形成方法。
(付記10) プラズマ励起用電極、被処理基板を加熱する加熱手段、及び、有機系ガス6を多数の微小孔から供給する有機系ガス供給手段を内部に備えた処理チャンバー、及び、前記処理チャンバー内にプラズマ用ガスを供給するプラズマ用ガス供給用配管を少なくとも備えたことを特徴とする処理装置。
(付記11) 上記有機系ガス供給手段に有機系ガス6を供給する有機系ガス供給用配管の途中に有機系材料を気化して有機系ガス6とする気化器を備えたことを特徴とする付記10記載の処理装置。
2 絶縁膜
3 配線溝孔
4 プラズマ
5 残渣
6 有機系ガス
11 処理チャンバー
12 ガス導入口
13 排気口
14 下部電極
15 リング状上部電極
16 有機系ガス噴出シャワーヘッド
17 有機系ガス供給用配管
18 気化器
19 貯蔵槽
20 ヒータ
21 被処理基板
22 ガス種
23 有機系ガス
31 p型シリコン基板
32 素子分離絶縁膜
33 ゲート絶縁膜
34 ゲート電極
35 n型エクステンション領域
36 サイドウォール
37 n型ソース・ドレイン領域
38 Coシリサイド電極
39 Coシリサイド電極
40 SiO2 膜
41 BPSG膜
42 SiCN膜
43 バリア膜
44 Wプラグ
45 第1配線用絶縁膜
46 バリア膜
47 第1Cu埋込配線
48 SiCN膜
49 ビア形成用絶縁膜
50 SiCN膜
51 第2配線用絶縁膜
52 SiCN膜
53 配線用溝
54 ビアホール
55 酸素プラズマ
56 蟻酸ガス
57 バリア膜
58 Cuビア
59 第2Cu埋込配線
60 ビアホール
61 酸素プラズマ
62 蟻酸ガス
63 バリア膜
64 Cuビア
65 配線用溝
66 酸素プラズマ
67 蟻酸ガス
68 バリア膜
69 第2Cu埋込配線
Claims (5)
- 下層の配線を露出させるための開口を伴う配線溝孔エッチング後に、プラズマ励起により前記配線上の残渣を剥離処理したのち、大気中に晒すことなく、気体状態の有機系ガスにより前記配線の露出部表面の清浄化処理を行う工程を有することを特徴とする埋込配線の形成方法。
- 上記清浄化処理を、上記剥離処理を行った処理装置内において、プラズマを切った状態で引き続き行うことを特徴とする請求項1記載の埋込配線の形成方法。
- 上記プラズマ励起による剥離処理工程において、プラズマを発生させるために酸素、水素、窒素、アンモニア、或いは、フロロカーボン系ガスの内の少なくとも1種のガスを用いることを特徴とする請求項1または2に記載の埋込配線の形成方法。
- 上記有機系ガスがカルボン酸を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の埋込配線の形成方法。
- 上記有機系ガスがアルコール類であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の埋込配線の形成方法。
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