JP2009526399A - プラズマに面する壁の水蒸気不動態化 - Google Patents

Abstract

水素ラジカルでバイアホールにバリヤ層をコーティングする前に、低ｋ誘電体の水素プラズマ洗浄に特に有用なチャンバ不動態化法が遠隔プラズマ源（６０）から提供される。各ウエハについて、水素プラズマの点火前に遠隔プラズマ源を通過した水蒸気（８６）（又はプラズマ対向壁上により多く化学吸収された他のガス）でチャンバが不動態化される。遠隔プラズマ源のアルミナや石英部分のような壁（７８、７９）上に水蒸気が吸収され、水素プラズマの生成で壁を保護するのに充分な長さを耐える保護単層を形成する。それによって、特にアルミナのような誘電体の、プラズマ対向壁がエッチングから保護される
【選択図】 図２

Description

発明の分野

本発明は、一般的には、集積回路の製造方法におけるプラズマ洗浄に関する。特に、本発明は、誘電体層のパターン形成エッチングと堆積の間で行われるプラズマ洗浄に関する。

先端的集積回路、例えば、４５ｎｍノードに企図されるものは、二つのレベルの配線に相互接続する中間誘電体層のための特別な低ｋ誘電率（電気的絶縁）物質の使用を必要とする。３.９（二酸化ケイ素の値）より多少低い誘電率を持つ低ｋ誘電率物質は、既に量産に入っている。しかしながら、より低い誘電率、例えば２.５未満が将来必要とされるであろう。この物質の一例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓから市販されているＢｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ^ＴＭII（ＢＤII）誘電体である。Ｌｉが米国特許出願第２００３／０１９４４９５号に記載されているこの誘電物質は、１０ａｔ％を超える炭素割合を持つ炭素でドープされた酸化シリコン（オキシ炭化シリコンとも呼ばれる）として確認することができる。改良には、ＵＶ硬化され且つ３０％の多孔率を持つのがよいＢＤＩＩｘ誘電体と、電子で硬化されるＢＤＩＩｅｂｅａｍ誘電体が含まれる。他の炭素含有低ｋ誘電体も既知であり、ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌから入手できるＳｉｌｋ(登録商標)やＣｙｃｌｏｔｅｎｅ(登録商標)（ベンゾシクロブテン）誘電物質が挙げられる。これらの物質の多くは、有機誘導体又はポリマー誘電体として確認される。

中間相互接続の構成において原型的な構造を、図１の断面図に示す。下の誘電体層１０は、その表面に形成された導電性特徴部１２を含む。先端的中間接続部のための導電性特徴部１２は、典型的には、銅から構成されるが、同様の形は、シリコン基板の活性半導体領域と接触させることにもあてはまる。超低ｋ誘電物質の上の誘電体層１４は、下の誘電体層１０と導電性特徴部の上に堆積される。ホール１６は、フォトリソグラフィー的に画成され、上の誘電体層１４を通って導電性特徴部１４までエッチングされる。銅メタライゼーションに用いられる典型的なデュアルダマシンについては、ホール１６は、導電性特徴部１２への縦の接続部を形成する狭い下のバイアと集積回路の異なる部分の間に水平の接続部を形成する幅の広い上のトレンチから構成される。デュアルダマシン構造については、導電性特徴部１２は、より下のレベルの誘電体１０に形成される銅充填トレンチの一部であってもよい。ホールをエッチングした後、例えば、Ｔａ／ＴａＮの薄いほぼ等角のバリヤ層が、典型的には、ホール１６の側面にだけでなく上の誘電体層１４のフィールド領域の上にマグネトロンスパッタすることによって被覆される。その後、薄いほぼ等角の銅シード層が、典型的にはマグネトロンスパッタすることによってバリヤ層の上に堆積される。その後、銅が、ホール１６へフィールド領域の上に電気めっきされる。最後に、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を用いてホール１６の外側の銅を除去する。

フォトレジストアッシング後でさえ、フォトリソグラフィーエッチングステップによって、有利には高度異方性エッチングを達成するために用いられるが、エッチングの停止後も保たれる、ホール１６の側面上に炭素又はフッ化炭素ポリマー層１８が残る。また、エッチング化学の副生成物の炭素とシリコンと窒素の組み合わせであってもよい、トレンチの底部にエッチング残渣２０が残ることがある。更に、導電性特徴部１２のさらされた銅は、酸化銅に酸化したと思われる。なお更に、アッシング残渣２２は、ホール１６のふちに形成する傾向がある。ホール１６の底部のエッチング残渣２０と酸化銅は、メタライゼーション堆積前にバリヤ堆積の前に除去されない場合には、接触抵抗を増大させる。ポリマーコーティング１８とアッシング残渣２２は、バリヤ層１６と誘電体層１４との結合を妨害するので、バリヤ層と銅バイア構造が製造の間又は動作の間に剥離することがあり、その結果かなりの信頼性の問題が生じる。従って、バリヤ堆積が始まる前に残渣１８、２０、２２と酸化銅を取り除くことは大いに望ましいことである。

従来のシリカ誘電体において、パターン形成ウエハをスパッタエッチングして残渣を除去することによってエッチングステップと堆積ステップの間にウエハを乾式洗浄することは共通している。このようなスパッタエッチングは、典型的には、高エネルギーイオンを必要とし、これは、比較的硬質であるシリカ誘電体層にほとんど影響を与えない。しかしながら、低ｋ誘電体層は、比較的軟質である傾向がある。それ故、スパッタエッチングは、不利にエッチングするとともに低ｋ誘電体層を劣化する傾向がある。ウエハに隣接した洗浄チャンバ内に生成される酸素プラズマ、即ち、インサイチュプラズマを用いてより軟質の化学エッチングを行うことができる。この洗浄プロセスは、約３.７の誘電率ｋを持ち且つ多孔性でない初期の低ｋ誘電率の形に満足なものであった。しかしながら、インサイチュ酸素プラズマは、約２.５のｋ値を持ち且つ１０％を超える多孔率を持つ最も最近の超低ｋ膜に満足なものではない。酸素プラズマは、プラズマにさらされたフローティングボディ上に生じる負の自己バイアスに引き付けられる高割合の酸素原子を含むと考えられる。その後、酸素イオンは、損傷を与えるのに十分なエネルギーで超低ｋ膜に衝突する。従って、Ｗｏｏｄらの米国特許出願公開第２００４／０２１９７８９号に開示されているように、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）から生成される酸素プラズマでパターン形成されたウエハを洗浄するという実施が開発された。遠隔で生成された酸素プラズマは、電気的に中性なラジカルが強調されるが、プラズマが処理空間に達したときに依然としてイオンのままであり、インサイチュプラズマは、処理空間内で又は処理空間近くで生成される荷電したイオンが強調される。遠隔で生成された酸素プラズマは、酸化するとともに種々の残渣と化学的に反応させてそれらを除去する、多くの中性酸素ラジカルと低エネルギー酸素ラジカルをウエハに突出させる。

しかしながら、励起された酸素は、超低ｋ誘電物質に満足なものではない。誘電率の低下は、誘電物質における高多孔性によってしばしば得られる。ＢＤＩＩの誘電体層は、１０％を超える、３０％を超えるものさえ多孔性を持つのがよい。それ故、非常に軟質であるだけでなく、酸化乾式洗浄にも非常に反応性である。更に、誘電体に組み込まれた酸素は、シリコンと炭素の結合よりより分極可能な結合を生じる、即ち、誘電率を高める傾向がある。その結果、還元化学に基づく乾式洗浄は、例えば、ＮＨ_３（Ｋｒｏｐｅｗｎｉｃｋｉらの米国特許第６４４０,８６４号を参照のこと）又は比較的高いＨ_２圧の遠隔で生成されるプラズマを用いて開発された。水素方法が主流であるが、結果は全体としてはまだ満足なものではなかった。水素プラズマの中のごく少量の水蒸気でさえも、多孔性の低ｋ誘電率膜の疎水特性を著しく減少させ、それによって誘電率が増加する傾向がある。純粋な水素プラズマでさえも、低ｋ物質を劣化する傾向がある。更に、適度なエッチング速度でさえも、チャンバ圧の増加によって達成されるが、高圧を続けるために電源の容量が必要である。また、より高い水素圧で、イオン化され且つ洗浄チャンバへ漏れる遠隔プラズマ源からの水素の割合が増加する。水素イオンは、ウエハにエネルギー的に引き付けられる傾向があり、多孔性低ｋ物質を損傷すると我々は考える。

我々の２００６年1月１７日出願の米国特許出願第１１／３３４,８０３号には、純粋な水素ガスか又は水素ガスとヘリウムガスの混合物の遠隔で生成されたプラズマを用いて多孔性低ｋ誘電体の前洗浄方法が記載され、この開示内容は本明細書に援用されている。プラズマは、遠隔プラズマ源で生成され、イオンは、ソース出力からろ過されるので水素ラジカルのみがウエハに達する。チャンバ洗浄のための遠隔で生成されたラジカルの使用とこのような遠隔プラズマ源の一例は、Ｃｈｅｎらの“Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎ ＲｅｍｏｔｅＰｌａｓｍａ ＳｏｕｒｃｅｓＦｏｒ Ｃｌｅａｎｉｎｇ３００ ｍｍａｎｄ ＦｌａｔＰａｎｅｌ ＣＶＤＳｙｓｔｅｍｓ,”Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｇａｚｉｎｅ, ２００３年８月, ６ｐｐに記載されている。洗浄性能は、例えば、純粋な水素については１５０ミリトール未満、好ましくは３０ミリトール未満の水素の低分圧で作動させることによって改善される。洗浄性能が全く良好であることが見出されたが、高価な遠隔プラズマ源は故障する前に寿命が短かった。水素プラズマがプラズマ源のアルミナ壁を攻撃し且つエッチングすると考えられる。アルミナ壁と化学的に類似のアルミナ壁のような陽極酸化アルミニウム壁が、水素プラズマ内で劣化することが見出される。アルミナ壁を石英壁に置き換えると、ある程度まで寿命が長くなる。しかしながら、石英内張りプラズマ源は、より高価でさえあり、石英が水素プラズマ内で劣化することが見出された。同様のエッチング作用も、プラズマ源とイオンフィルタの間のアルミナライナ内で見出された。

発明の概要

プラズマ処理チャンバを、処理ガスのプラズマの点火前に励起されていない水蒸気、例えば、エッチングガス又は洗浄ガス、特に水素のように還元するもので不動態化する。不動態化は、好ましくは各基板処理サイクルのために行われる。

本発明は、水素又は水素とヘリウムの混合物がプラズマに遠隔で生成され、水素ラジカルの励起されたガスを供給するようにイオンがろ過される、誘電体壁による遠隔プラズマ源を持つプラズマ前洗浄チャンバに特に有用である。このような水蒸気不動態化が組込まれた洗浄プロセスは、多孔性で軟質の低ｋ誘電体を効果的に洗浄する。

マスフローコントローラから下流に約１トール圧の水蒸気は、室温で液体の水から自然に生成され、２０トール以下の圧力に真空ポンプで排気される。同一の蒸気源は、非常に低い圧力、例えば、１ミリトール未満の分圧で水蒸気を供給するために用いることができる。

好適な実施形態の詳細な説明

引用された特許出願第１１／３３４,８０３号に記載された水素前洗浄プロセスは、有利には、多孔性低ｋ誘電体の誘電率の劣化を避けるように洗浄プラズマの水成分を不要にする。しかしながら、ここで、水蒸気を含む従来のプラズマはアルミナと他の誘電体壁にある保護を与えると考えられる。引用された特許出願のプラズマ前洗浄プロセスは、好ましくは、水素を含有するが水を含有しないプラズマの点火前に、遠隔プラズマ源と他のプラズマ対向壁をプラズマに励起されていない水蒸気で不動態化することによって改善され得る。

図２の断面図に示された遠隔プラズマ洗浄チャンバ３０は、ヒンジの周りで開放されてもよいリッド３４を含む真空プロセスチャンバ３２を含み、真空ポンプシステム３６によって排気される。チャンバ３２内のペデスタル３８は、多数のアパーチャ４４を通ってプロセスガスを供給するガスシャワーヘッド４１の反対側で洗浄すべきウエハ４０を支持する。ペデスタル３８は、所望のエッチング又は前洗浄温度までウエハ４０の温度を上げるヒータ電源４８から電流で選択的に供給される抵抗ヒータ４６を含む。

前洗浄のためのプロセスガスは、水素ガス源５０からマスフローコントローラ５２を通って選択的に供給される純粋な水素ガス（Ｈ_２）か、又はヘリウムガス源５４から他のマスフローコントローラ５６を通って選択的に供給される水素とヘリウム（Ｈｅ）の混合物である。所望のヘリウム割合の単一Ｈ_２／Ｈｅガス源は、置き換えられてもよい。リッド３４上に取り付けられる遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）６０は、供給ライン６２からプロセスガスを受け取り、プラズマに励起させる。遠隔プラズマ源６０は、種々の種類であってもよい。図３に概略図で示した例示的なＲＦ誘導遠隔プラズマ源６０は、周りに誘導コイル６８が巻かれた誘電体管６６を含む。ＲＦ電源７０は、コイルを電気的に出力させ、管６６に流れるガスをプラズマに励起させるように管６４の穴へＲＦエネルギーを誘導結合させる。本発明において、水素ガスＨ_２は、荷電した水素イオンＨ^＋と中性水素ラジカルＨ^＊を含むプラズマに励起させる。先端的プラズマ源は、例えば、トロイダル励起管によって、より複雑になる傾向があり、他の種類のプラズマ発生器も可能である。励起されたガスは、シャワヘッド４２の後ろのガスマニホールド７４に供給管７２を通って分配される。

図２に戻ると、遠隔プラズマ源は、真空チャンバ３２の上流である。イオンフィルタは、いかなる水素イオンＨ^＋も除去するように遠隔プラズマ源６０とマニホールド７４の間の通路に沿って配置されるので、中性水素ラジカルＨ^＊だけがウエハ４０に達する。イオンフィルタは、管の内部全体に磁界Ｂを突出させて荷電した水素イオンをそらすか又は捕捉するように供給管７２全体の反対側に配置された磁石７６、７７を含むのがよい。取り外し可能な誘電体管ライナ７８は、供給管７２の内部に置かれてもよく、誘電チャンバライナ７９は、マニホールド７４の壁を覆ってもよく、それらを保護するとともに水素ラジカルの再結合を減少させる。一実施形態において、管ライナ７８は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）から構成され、マニホールドライナ７９とシャワヘッド４２は、石英（ＳｉＯ_２）から構成される。従って、励起されたガスは、シャワーヘッド４０を通って洗浄されるウエハ４０に一様に分配される。

本発明のこの実施形態において、液体の水のプール８２を含有する真空密封したアンプル８０がチャンバリッド３４に取り付けられ、マスフローコントローラ８４がアンプル８０から遠隔プラズマ源６０への水蒸気を測定する。室温での水の蒸気圧は約２０トールであり、遠隔プラズマ源６０が作動させる通常の真空レベルより充分に高い。従って、アンプル８０が逆にポンプで排気されると、圧力が約２０トールの水蒸気は、アンプル８０内の液体の水のプール８２の上のヘッドスペース８６に存在する。アンプル８０は、チャンバリッド３４のすぐ上に取り付けられ、水蒸気が凝結しやすい壁上で管類の長さを最短にし、ガス源５０、５４とそれらのマスフローコントローラ５２、５６は、典型的には、チャンバ３０とその遠隔プラズマ源までのいくぶん長い管８８で遠隔ガスパネルに取り付けられている。液体の水の単一電荷は、５ｓｃｃｍの水蒸気の８秒間の例示的手法が０.６６ｃｃの大気圧水蒸気、従って、約０.５４×１０^-３ｃｃの液体の水になる所見と一致する１００,０００ウエハを超えるサイクル続くことが見出された。しかし、水位センサは、有利には、水アンプル８０内に含まれる。

水蒸気供給システムのより完全な実施形態を、図４に概略図で示す。第一遮断弁９０は、マスフローコントローラ８４を水アンプル８０から分離し、第二遮断弁９２は、マスフローコントローラ８４を遠隔プラズマ源６０への供給ライン６２から分離する。更に、マスフローコントローラ８４の周りのバイパスライン９４は、第三遮断弁を含む。遮断弁は、水アンプル８０を逆にポンプで排気するのに、チャンバメンテナンスの間分離するのに、また、管から水の凝縮物を除去するのに有用である。

図２に示されるように、記録可能ミディアム１０２を受けるコンピュータ管理されたコントローラ１００は、ポンプシステム３６、ヒータ電源４８、遠隔プラズマ源６０、ガスマスフローコントローラ５２、５６、８４を制御する。フロッピーディスク又はＣＤのような磁気ディスク又は光ディスクであってもよい記録可能ミディアム１０２は、コントローラ１００が、チャンバ３０内の不動態化と前洗浄の動作の順序だけでなくチャンバ３０内外のウエハの搬送と必要とされる遮断弁９０、９２、９６の動作を制御するプロセス手法を含有する。

本発明の態様によれば、少量の水蒸気が、プラズマの点火前に、遠隔プラズマ源６０に、従って、チャンバ３０にパルスされる。水蒸気は、すべての壁に薄い水のコーティングを形成する。水蒸気の噴射が停止し、チャンバがトール未満の範囲で操作圧力までポンプで排気された後、水のコーティングが大部分蒸発する。しかしながら、特に金属又はアルミナのような金属酸化物へ又は石英への化学吸収が、極めて薄い水層を壁上に形成させる。Ｒｅｄｈｅａｄの“Ｍｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅ ｐｕｍｐ-ｄｏｗｎ ｏｆ ａｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ａｄｓｏｒｂｅｄ ｐｈａｓｅ. Ｉ.Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ ａｎｄｓｕｂｍｏｎｏｌａｙｅｒ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｖｅｒ” Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＶａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅｏｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡ, Ｖｏｌ.１３（２）, １９９５, ｐｐ.４６７-４７５には、１ミリトール未満の水蒸気圧で膜が単層の水によって形成されることが開示されている。Ｏ-Ｈ結合が金属酸化物又は金属の未変性酸化物上に形成されると考えられる。Ｈａａｓらの“Ｔｈｅｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｏｎ ａｌｕｍｉｎａｓｕｒｆａｃｅｓ： Ｒｅａｃｔｉｏｎ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｆｒｏｍ ｆｉｒｓｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ,”Ｓｃｉｅｎｃｅ, Ｖｏｌ.２８３,１９９８年１０月９日, ｐｐ. ２６５-２６８には、水分子がＯ-Ｈ結合をアルミナ表面に形成されることが開示されている。Ｏ-Ｈ結合によってイオン水素がプラズマ対向壁から酸素か又はアルミナ中のアルミニウムのような金属を除去することを防止すると考えられる。最終的には、真空ポンプで排気して脱着し、水の単層を除去する。しかしながら、我々の所見は、水蒸気不動態化がウエハのサイクル毎に行われる場合には、プロセスのプラズマ段階を通して保護が続けられるというものである。

プラズマが従来の技術で実施されるように水成分を含有する場合には、同じ保護メカニズムが適用される。しかしながら、水のプラズマは、低ｋ誘電体に悪影響を及ぼす。水蒸気による不動態化は、ウエハ上に一部の水を堆積させるが、前洗浄は、通常、２０トールの水蒸気を持つクリーンルームの雰囲気から直近に挿入されたウエハで行われるので、一部の水コーティングは不可避であり、典型的には不動態化の間チャンバにパルスされる１トール未満の水蒸気と比較すべきである。更に、標準前洗浄プロセスは、ウエハを３００℃を超えるまで加熱する。水蒸気のパルス後にだけ加熱が開始する場合には、また、プラズマ点火が、加熱が完了した後数秒間遅れる場合には、プラズマ又は水素ラジカルの存在下ウエハ上にほとんど水が残っていない。

図３に示した流れ図は、ウエハサイクル毎に行われるプラズマ洗浄プロセスである。本発明はマルチウエハバッチチャンバ内で実施され得るが、好ましい洗浄プロセスは、図２に示されるような単一ウエハチャンバ内で行われる。ポンプアップステップ１１０において、チャンバ圧は、あまり制御されず、たいてい６.５トール未満に保たれる。このステップ１１０の一部で、中央の搬送チャンバから前洗浄チャンバ３０を分離するスリットバルブが開放されて、ロボットブレードがチャンバ内で既に前洗浄されたウエハを取り出すとともに処理されていないウエハに置き換える。好ましくは、スリットバルブを閉鎖した後、多量の水素とヘリウム、例えば、それぞれ２０００ｓｃｃｍをチャンバに流して、パージする。ポンプアップステップ１１０の終わりに、好ましくは、スリットバルブを閉鎖した後、水蒸気不動態化が行われる。例えば、５ｓｃｃｍの水蒸気が８秒間チャンバに流される。多量の水素とヘリウムにより、１トールのチャンバ圧が約１ミリトールの水蒸気の分圧になるので、１０ミリトール未満の水蒸気の分圧が明らかに効果的であることに留意されたい。遠隔プラズマ源が作動しないので、パージガスも水蒸気もプラズマに励起されず、励起されないガスとして遠隔プラズマ源を通ってチャンバに流れる。

加熱ステップ１１２において、ペデスタルの上に載っている処理されていないウエハは、動作中ペデスタル内に維持される温度まで、例えば、２５０〜３５０℃に加熱する。ヒータ電源をオンにして、所定の温度、例えば、３５０℃にペデスタルを加熱する。加熱ステップ１１２の間、水蒸気の供給は中断され、プロセスサイクルの休止の間は再開されない。水素流は続けられるが、ヘリウムの供給は停止する。チャンバ圧力は、加熱とチャンバの温度平衡を促進させるために比較的高い６.５トールに維持される。プラズマ点火の準備のアルゴンランプステップにおいて、かなりの量のアルゴン、例えば、１０００ｓｃｃｍが、多量の水素の連続する供給と共にチャンバに供給される。チャンバ圧は、６.５トールで高いままである。ポンプダウンステップ１１６において、プラズマ点火の準備にチャンバ圧が１トールに低下させる。同量のアルゴンが少量の水素と共に供給され、ヘリウムが洗浄に用いられる場合には、所望によりヘリウムと共に供給されてもよい。点火ステップ１１８において、最後に、遠隔プラズマ源へＲＦの供給をオンにして、ガス、ここでは主としてアルゴンをプラズマに点火する。転移ステップ１２０において、チャンバをプラズマ前洗浄のために好ましいチャンバ圧にポンプダウンし、水素とおそらくヘリウムの洗浄量を供給し、アルゴンの供給を部分的に減少させる。

プラズマ点火の時間によって、水の単一層だけが壁とウエハを被覆することが予想される。水蒸気の噴射の停止後のチャンバ内の水蒸気の分圧を示す図６の図によって示されるように、過剰量の水蒸気が急速に排出され、水蒸気の分圧が３×１０^-６トール未満に低下する。極めて低い水の分圧が、軟質低ｋ誘電体からのフォトレジストと他の残渣の洗浄に関与するエッチング化学による最小限の妨害を確実にする。しかしながら、チャンバ壁上に残っている一時的な水の単層は、水素プラズマに対する保護をプラズマ対向壁に備えるのに充分であるように思われる。

図５に戻ると、プラズマエッチングステップ１２２において、ウエハは、ヘリウムを所望により含んでもよい水素の還元化学によるプラズマによって前洗浄される。アルゴンは、プラズマを維持するのに必要としない。二つの最適化された前洗浄手法が開発された。第一は、わずか４００ｓｃｃｍの水素を供給した６０ミリトールチャンバ雰囲気内で３０秒のエッチングを含む。第二は、４００ｓｃｃｍの水素と１２００ｓｃｃｍのヘリウムを供給した３５０ミリトールチャンバ雰囲気内で３０秒のエッチングを含む。他のエッチングパラメータが開発されてもよい。しかしながら、水蒸気不動態化は、エッチングプラズマが還元化学、特に水素ラジカル化学であり、ほとんど水又は酸素のような酸化物質を含まない場合に、特に有用であると思われる。プラズマエッチングステップ１２２は、ウエハの前洗浄を完了し、遠隔プラズマ源は、ステップ１２２の終わりにオフにされる。その後、動作は、他のウエハで同じプロセスを行うためにステップ１１０に戻る。

不動態化の多くの効果が、加熱ステップ又はおそらくアルゴンランプステップ１１４又はポンプダウンステップ１１６において、しかし、点火ステップ１１８の前に、遠隔プラズマ源に励起されていない水蒸気を供給することによって得られることは明らかである。Ｈ_２Ｏがポンプアップステップ１１０で形成される限り、以下のステップ１１２、１１４、１１６の流れを続けてもほとんど効果がないことが認められた。

水蒸気不動態化は、前洗浄ステップの性能を高めることが認められた。図７の棒グラフに示されるように、フォトレジストエッチング速度は、不動態化しない約１２０ｎｍ／分から水素プラズマの点火前に水蒸気不動態化した約２００ｎｍ／分に増加することが認められた。更に、洗浄に対する選択性が、約３０から約９０に増大することが認められ、ここで、選択性は、フォトレジストエッチング速度と洗浄される超低ｋ誘電体のエッチング速度の比として定義される。

不動態化は、遠隔プラズマ源の寿命を長くすることが認められた。不動態化しない洗浄プロセスは完全に移動し、フォトレジストエッチング速度は、チャンバが遠隔プラズマ源の動作の合計９００分で１８００以下のウエハを処理した後に最初の値の３０％より低下する。水蒸気プロセスにおいて、洗浄プロセスは、今まで試験したウエハの数に、特に遠隔プラズマ源の動作の５０００分に対応する１０,０００ウエハに劣化がない。

いかなる不動態化も含まない処理ウエハの他の連続の試験において、パーティクル加算器の数は、ウエハに対して０.１２μｍにわたって２００加算器まで増大することが認められた。その後、同じチャンバと遠隔プラズマ源において試験を続けた。加算器の数はすぐに３０未満に減少し、２０の追加ウエハのうち１０未満に減少し続けた。

水蒸気は、既に同様のチャンバで用いていることとコストが低いことと交換が容易であることから、本発明において有利に用いられる。しかしながら、ガスは、壁面、特にアルミナ面で化学吸収がより大きい水に置き換えることができる。このようなガスの例は、ＣＨ_４、ＣＯ、ＣＯ_２であり、例えば、ガスパネルに取り付けられたそれぞれのガスタンクから供給されるのがよい。不動態化に用いられる場合、これらのガスは、プラズマに励起されず、遠隔プラズマ源を通って又はそれらの励起されていないガス状態でチャンバに供給される。

本発明は、遠隔プラズマ源の使用寿命を延長するのに特に有用である。しかしながら、誘電体にしても金属にしても、プラズマ又はそこから誘導されるラジカルにさらされた、分配管、シャワーヘッド、壁を持つプラズマリアクタの他のパーツを不動態化するのにも役に立つ。

前洗浄ガスの点火の前の遠隔プラズマ源の不動態化に関して本発明を記載してきたが、本発明はそのように限定されない。遠隔プラズマ源は、フォトレジストのバルクを除去する主なアッシングステップに用いられてもよい。また、他の種類のプラズマエッチングに用いられるチャンバ、より詳しくは還元化学を用いるエッチングは、遠隔プラズマを用いるにしてもインサイチュプラズマを用いるにしても本発明の使用から利益を得ることができる。

本発明は、シリコンウエハの処理に限定されず、ガラスや他の誘電体パネルのような他の種類の基板を処理するのに用いることができる。

例えば、金属又は非金属を含む異なる種類の基板上の腐食生成物の化学還元に、中性ラジカルとしても荷電イオンとしても、水素原子が有用である。例えば、歴史的や考古学的なアーチファクトの金属表面は、水素原子のビームで洗浄することができる。水素原子は、半導体産業に用いられる遠隔プラズマ源と同様にプラズマ発生器でしばしば製造される。同様の水素プラズマ発生器は、水素レーザの供給源として用いられる。これまで、一部には水素プラズマの連続する存在でプラズマ発生器の寿命が短いために、装置にコストがかかっていた。本発明は、ガス状水素を作動した又は活性化したプラズマ発生器にガス状水素を供給することとプラズマ発生器と下流の分配システムのプラズマ対向壁を一時的に不動態化するために作動していないプラズマ発生器に水蒸気を供給することを交互にすることによって、このような水素プラズ発生器に容易に適用することができる。上記データによって示されるように、不動態化の時間は、プラズマ生成時間よりかなり短くてもよいので、総洗浄処理能力は不利に影響しない。プラズマ発生器の出力ビームは、洗浄ステップと不動態化ステップの双方の間、基板に送られるのがよいが、一部の適用は、水蒸気が処理される基板から離れて又は水素プラズマの最終使用者から離れて進む場合には、利益を得ることができる。

従って、本発明は、処理能力や複雑性やシステムとその動作のコストにほとんど影響せずに洗浄プロセスを改善すると共にチャンバパーツや要素の寿命を長くする。

図１は、中間相互接続構造又はバイアの断面図である。 図２は、本発明において使用できる遠隔プラズマ源を用いた洗浄チャンバの断面図である。 図３は、遠隔プラズマ源の断面概略図である。 図４は、水蒸気供給システムのより詳細な配管図である。 図５は、水蒸気不動態化と遠隔水素プラズマ洗浄のためのプロセス流れ図である。 図６は、水蒸気噴射の停止後の真空チャンバの水蒸気分圧の低下を示すタイミング図である。 図７は、水蒸気不動態化の使用による洗浄性能の改善を示す棒グラフである。

符号の説明

１０…下の誘電体層、１２…導電性特徴部、１４…上の誘電体層、１６…ホール、１８…ポリマー層、２０…エッチング残渣、２２…アッシング残渣、３０…遠隔プラズマ洗浄チャンバ、３２…真空処理チャンバ、３４…リッド、３６…真空ポンプシステム、３８…ペデスタル、４０…ウエハ、４１…ガスシャワーヘッド、４４…アパーチャ、４６…抵抗ヒータ、４８…ヒータ電源、５０…水素ガス源、５２…マスフローコントローラ、５４…ガス源、５６…マスフローコントローラ、６０…遠隔プラズマ源、６２…供給ライン、６６…誘電体管、６８…誘導コイル、７０…ＲＦ電源、７２…供給管、７４…ガスマニホールド、７６…磁石、７７…磁石、７８…ライナ、７９…ライナ、８０…真空密封アンプル、８２…プール、８４…マスフローコントローラ、８６…ヘッドスペース、８８…管、９０…第一遮断弁、９２…第二遮断弁、９４…バイパスライン、９６…第三遮断弁、１００…コントローラ、１０２…記録可能ミディアム。

Claims (22)

1. プラズマ処理チャンバ内で基板を処理するための不動態化方法であって：
   該処理チャンバに不動態化ガスを、励起されていない状態で噴射するステップであって、該不動態化ガスが、少なくとも該処理チャンバの壁上に著しく化学吸収される程度の水蒸気である、前記ステップと；
   その後、該処理チャンバ内の該基板を処理ガスのプラズマ内で処理するステップと；
   を含む、前記方法。
2. 該不動態化ガスが、水蒸気である、請求項１に記載の不動態化方法。
3. 該不動態化ガスが、ＣＨ_４、ＣＯ、及びＣＯ_２からなる群より選ばれる、請求項１に記載の不動態化方法。
4. 該プラズマが、還元プラズマである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の不動態化方法。
5. 該処理ガスが、水素を含有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の不動態化方法。
6. 該処理ガスが、（１）水素及び（２）水素とヘリウムからなる群より選ばれる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の不動態化方法。
7. 該処理チャンバが、該処理チャンバの内部に接続された出力管を持つ遠隔プラズマ源を含み、該水蒸気と処理ガスが、該遠隔プラズマ源に噴射され、ここで、該遠隔プラズマ源が、該噴射ステップでほとんど活性化されず、該処理ステップで活性化されて、該処理ガスを該プラズマに励起させる、請求項６に記載の不動態化方法。
8. 前記処理チャンバが、更に、該遠隔プラズマ源と該不動態化ガスと該処理ガスが流れる該チャンバとの間に配置されたイオンフィルタを含む、請求項６に記載の不動態化方法。
9. 該処理チャンバが、該処理チャンバの内部に接続された出力を持つ遠隔プラズマ源を含み、ここで、該水蒸気と処理ガスが該リモートプラズマ源に噴射され、該遠隔プラズマ源が該噴射ステップでほとんど活性化されず、該処理ステップで活性化されて、該処理ガスを該プラズマに励起させる、請求項２に記載の不動態化方法。
10. 該処理ステップが、誘電体層を洗浄する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の不動態化方法。
11. 該処理ステップが、該誘電体層から残渣を除去する、請求項１０に記載の不動態化方法。
12. 該誘電体層が、多孔性であり、誘電率３.９未満を持つ、請求項１０に記載の不動態化方法。
13. 該噴射ステップが終わった後、該プラズマが励起される前に、該処理チャンバをポンプで排気して、該チャンバから水蒸気を除去するステップを更に含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の不動態化方法。
14. 複数の連続処理基板のそれぞれに行われるステップを含む、プラズマ処理方法であって：
    プラズマ処理チャンバに基板を挿入するステップであって、該基板を支持するためのペデスタルと、該ペデスタルに対向したガスシャワーヘッドと、該シャワーヘッドの後ろのマニホールドにその出力を接続している供給管を持つ遠隔プラズマ源と、を含む、前記ステップと；
    水蒸気を該遠隔プラズマ源に通過させるが該水蒸気を効果的なプラズマに励起させないステップと；
    その後、還元する処理ガスを該遠隔プラズマ源に通過させるとともにプラズマに励起させるステップと；
    その後、該プラズマを消滅させるとともに該基板を該プラズマ処理チャンバから取り出すステップと；
    を含む、前記方法。
15. 該還元する処理ガスが、水素を含み、ほとんど水蒸気も酸素も含まない、請求項１４に記載の方法。
16. 該基板が、それを通ってエッチングされたホールを持つ誘電体層を含む、請求項１４に記載の方法。
17. 該誘電体層が、３.９未満の誘電率を持つ、請求項１６に記載の方法。
18. 不動態化と処理の方法であって：
    励起されていない水蒸気を処理すべき基板を含有する真空処理チャンバに噴射するステップと；
    その後、該真空処理チャンバをポンプで排気して、そこから該水蒸気のかなりの量を除去するステップと；
    その後、処理ガスを、該真空処理チャンバ内で該基板を処理するためのプラズマに励起させるステップと；
    を含む、前記方法。
19. 該基板が、３.９未満の誘電率を持つ誘電体層を含有し、該処理ガスが、水素を含み、水と酸素をほとんど含まず、水素イオンが、該基板の上流で該プラズマからろ過される、請求項１８記載の方法。
20. 該水蒸気と該処理ガスを遠隔プラズマ源に流し、その出力を該プラズマ処理チャンバに分配し、ここで、該遠隔プラズマ源が、該噴射ステップでほとんど活性化されず、該励起ステップで活性化される、請求項１８又は１９に記載の方法。
21. 下記ステップの順序を繰り返す、水素プラズマ源を作動させる方法であって、
    水蒸気をプラズマ発生器に通過させ、該発生器が活性化されない、第一ステップと；
    水素ガスを該プラズマ発生器に通過させ、該発生器が活性化される、第二ステップと；
    を含む、前記方法。
22. 該第一ステップの時間が、該第二ステップの時間よりかなり短い、請求項２１に記載の方法。

Images