JP2010003807A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバー内に付着するＣｕによるエッチャントの失活を抑え、安定したエッチング特性を得ることが可能な半導体製造方法を提供する。
【解決手段】ウェハーをプラズマエッチング処理するチャンバー内に、第１のシーズニングガスを導入し、チャンバー内の部材表面に、第１のデポジッション膜を形成し、チャンバー内に第２のシーズニングガスを導入し、第１のデポジッション膜上に第２のデポジッション膜を形成して第１のデポジッション膜を被覆し、ウェハーをチャンバー内に搬入し、このウェハーをプラズマエッチング処理する
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばプラズマエッチング工程においてシーズニング処理が行われる半導体装置の製造方法に関する。

一般に、Ｃｕ配線を用いた半導体装置の製造工程において、ウェハー上にＣｕ配線を形成した後に、プラズマエッチングが施される。このとき、予めダミーウェハーを用いてチャンバーのクリーニングが行なわれた後、エッチング特性を安定させるために、シーズニング処理が行われている（例えば特許文献１など参照）。

そして、シーズニング処理後、プラズマエッチングが施されるが、このとき、先に処理されたウェハーのＣｕ配線に由来するＣｕがチャンバーの内壁などの部材に付着しており、チャンバー内に導入されるフッ素系のエッチングガスにより、酸化、還元、フッ化を繰り返す。そのため、エッチャントが失活し、エッチング特性が変動してしまう。

半導体素子の微細化に伴い、プラズマエッチングにおいてもより高い加工精度が要求されており、このようなエッチング特性の変動は、寸法ばらつきによる製品性能、信頼性の低下や、歩留まりの低下を引き起こす。しかしながら、チャンバー内に付着したＣｕ粒子をエッチングガスなどにより除去することは困難であるため、Ｃｕ粒子が付着した状態で、できるだけプロセスが安定するようにシーズニング処理を行う必要がある。

一般に、シーズニング処理により表面付着物の影響を抑える手法としては、例えばシランガスなどの成膜ガスを導入し、チャンバー内に酸化ケイ素系のシーズニング層を形成することにより、チャンバー内表面に吸収・捕捉されたフッ素を覆う手法が提案されている（例えば特許文献２など参照）。

一方、近年、プラズマ処理チャンバーのプラズマダメージを抑制するために、アルミナ基材で構成されるチャンバー内壁、パーツなどの部材表面をＹ_２Ｏ_３膜で被覆する技術が用いられている（例えば特許文献３など参照）。しかしながら、このようなＹ_２Ｏ_３膜を用いた場合、上述したような酸化ケイ素系や、炭化水素系のシーズニング層を形成すると、層中に含まれる水素によりＹ_２Ｏ_３膜が還元されることで、Ｙ_２Ｏ_３の還元・酸化反応が誘発される。その結果、Ｙのダストが発生するという問題が生じる。
特許第３５６８７４９号公報（［請求項１］など） 特開平１１−６７７４６号公報（［請求項１］、［００１０］、［００１１］など） 特開２００５−２２５７４５号公報（［請求項１］など）

本発明は、チャンバー内に付着するＣｕによるエッチャントの失活を抑え、安定したエッチング特性を得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様によれば、ウェハーをプラズマエッチング処理するチャンバー内に、第１のシーズニングガスを導入し、前記チャンバー内の部材表面に、第１のデポジッション膜を形成し、前記チャンバー内に第２のシーズニングガスを導入し、前記第１のデポジッション膜上に第２のデポジッション膜を形成して前記第１のデポジッション膜を被覆し、ウェハーを前記チャンバー内に搬入し、このウェハーをプラズマエッチング処理することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の一実施態様によれば、チャンバー内に付着するＣｕによるエッチャントの失活を抑え、安定したエッチング特性を得ることが可能となる。

以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

（実施形態１）
図１に本実施形態において用いられるプラズマエッチング装置の断面図を示す。図に示すように、ウェハーｗがプラズマエッチング処理されるチャンバー１１には、上部電極１２と、これと対向配置される下部電極１３が設置されている。下部電極１３は、チャンバー１１下部より支柱１４により支持されている。そして、上面にウェハーｗが載置されるサセプタ１５を有している。これら上部電極１２、下部電極１３には、それぞれ上部電極１２、下部電極１３に高周波電圧を印加する高周波電源１６、１７が接続される。

チャンバー１１の上部には、所定のガス種、流量のエッチングガスが導入されるガス導入口１８が設けられている。そして、下部には、真空ポンプなどと接続され、排気するためのガス排出口１９が設けられている。ガス排出口１９には、排気量調整バルブ（図示せず）が接続されており、チャンバー１１内を所定の圧力に制御することが可能となっている。

チャンバー１１は、図２に部分拡大断面図を示すように、アルミナからなる筐体部１１ａと、その表面にプラズマダメージを抑えるために形成されるＹ_２Ｏ_３膜１１ｂから構成されている。なお、その他チャンバー１１内部に設置されるサセプタ１５などの部材も同様に、アルミナおよびＹ_２Ｏ_３膜から構成されている。

このようなプラズマエッチング装置を用いて、以下のようにしてウェハーｗがプラズマエッチング処理される。

先ず、図３にフローチャートを示すように、分解・ウェット洗浄され、内表面にＣｕ粒子の存在しないチャンバー１１において、ガス導入口１８よりエッチングガスなどを導入して初期シーズニングを行う（Ｓｔｅｐ１）。

そして、先にメッキ法などにより下層Ｃｕダマシン配線が形成され、ＳｉＣＯＨ膜などの層間絶縁膜および所定のレジストパターンが形成された最初のウェハーｗをチャンバー１１内に搬入、サセプタ１５上に載置する。そして、ガス導入口１８よりエッチングガスとして例えばＣＦ_４を導入し、上部電極１２に高周波電源１６により高周波電圧を印加することにより、プラズマを発生させる。これを用いてプラズマエッチング処理を施すことにより、層間絶縁膜などに所定のパターン（開口部）が形成された後、最初のウェハーｗが搬出される（Ｓｔｅｐ２）。

このとき、開口部において下層Ｃｕダマシン配線が露出することから、チャンバー１１の内壁などの部材には、露出部分から脱落したＣｕ粒子が付着している。

次いで、ガス導入口１８よりＯ_２などのエッチングガスを導入してドライクリーニングを行うことにより、先のプラズマエッチング処理によりチャンバー１１内に堆積した反応副生成物を除去する（Ｓｔｅｐ３）。チャンバー１１の内壁などの部材に付着したＣｕ粒子は、このクリーニングにより、除去されず残存している。

そこで、先ず、第１段階のシーズニングを行う（Ｓｔｅｐ４）。チャンバー１１内にダミーウェハーを搬入、サセプタ１５上に載置する。そして、ガス導入口１８よりシーズニングガスとして、例えばＣＦ_４／ＣＨ_２Ｆ_２を含むガスを導入する。さらに、上部電極１２に高周波電源１６により高周波電圧を印加し、プラズマを発生させることにより、チャンバー１１の内壁などの部材表面に、フルオロカーボン系のデポジッション膜を形成する。このとき、例えばＣＦ_４：１５０ｓｃｍに対して、ＣＨ_２Ｆ_２：２０ｓｃｍ以上とするなど、ＣＨ_２Ｆ_２の比率をある程度大きくすることにより、積極的にデポジッションを加速することができる。

このときのチャンバー１１内壁の部分拡大断面図を図４に示す。図に示すように、チャンバー１１のアルミナからなる筐体部１１ａを被覆するＹ_２Ｏ_３膜１１ｂ表面に付着したＣｕ粒子２０は、デポジッション膜２１により被覆される。

そして、デポジッション膜２１を成膜後、必要に応じて、デポジッション膜２１の成膜状態をドライクリーニング時に用いられるＯＥＳ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）などにより、例えば０．５μｍ以上の十分な膜厚のデポジッション膜２１が形成されていることを確認する。

第１段階のシーズニングに連続して、第２段階のシーズニングを行う（Ｓｔｅｐ５）。前段のシーズニングと同様に、ガス導入口１８よりシーズニングガスとして、例えばＣＨ_４／Ｏ_２を含むガスを導入する。さらに、同様に上部電極１２に高周波電源１６により高周波電圧を印加し、プラズマを発生させることにより、フルオロカーボン系のデポジッション膜表面にハイドロカーボン系のデポジッション膜を形成する。このとき、例えばＣＨ_４：２５０ｓｃｍに対して、Ｏ_２：７０ｓｃｍとするなど、Ｃ（カーボン）比を大きくすることにより、積極的にデポジッションを加速することができる。

このときのチャンバー１１内壁の部分拡大断面図を図５に示す。図に示すように、チャンバー１１のアルミナからなる筐体部１１ａを被覆するＹ_２Ｏ_３膜１１ｂ表面に付着したＣｕ粒子２０を被覆するデポジッション膜２１は、デポジッション膜２２により被覆される。

そして、デポジッション膜２２を成膜後、前段のシーズニングと同様に、必要に応じて、デポジッション膜２２の成膜状態を、ＯＥＳなどにより例えば０．５μｍ以上の十分な膜厚のデポジッション膜２２が形成されていることを確認する。

このようにして、２段階のシーズニングが行われた後、初期シーズニング後と同様に、先にメッキ法などにより下層Ｃｕダマシン配線が形成され、ＳｉＣＯＨ膜などの層間絶縁膜および所定のレジストパターンが形成されたウェハーｗをチャンバー１１内に搬入、サセプタ１５上に載置する。そして、同様に、ガス導入口１８よりエッチングガスとして例えばＣＦ_４を導入し、上部電極１２に高周波電源１６により高周波電圧を印加することにより、プラズマを発生させ、ウェハーｗにプラズマエッチング処理を施す。そして、ウェハーｗ上の層間絶縁膜などに所定のパターン（開口部）を形成した後、ウェハーｗを搬出する（Ｓｔｅｐ６）。

次いで、次のウェハーｗをプラズマエッチング処理する。先のプラズマエッチング処理において、チャンバー１１の内壁などの部材表面に形成されたハイドロカーボン系のデポジッション膜２２の一部は、導入されたエッチングガスにより除去されている。そして、同様に、ウェハーｗをプラズマエッチング処理することにより、開口部において下層Ｃｕダマシン配線が露出することから、チャンバー１１の内壁などの部材には、新たに露出部分から脱落したＣｕ粒子が付着している。

従って、再度同様に、チャンバー１１において、ドライクリーニング処理（Ｓｔｅｐ３）、第１段階のシーズニング（Ｓｔｅｐ４）、第２段階のシーズニング（Ｓｔｅｐ５）を行う。そして、同様に、チャンバー１１に次のウェハーｗを搬入、プラズマエッチング処理を施し、搬出する（Ｓｔｅｐ６）。このようにして、ウェハーｗの処理毎に２段階のシーズニングを行いながら、複数のウェハーｗにプラズマエッチング処理が施される。

そして、Ｃｕ粒子の除去の要否を判断し（Ｓｔｅｐ７）、ある程度チャンバー１１にＣｕ粒子が付着し、除去が必要であると判断された場合、分解・ウェット洗浄される（Ｓｔｅｐ８）。

本実施形態において、２段階のシーズニングは１枚のウェハーｗのプラズマエッチング処理毎に行われているが、Ｃｕ粒子によるチャンバー１１の汚染状況により、複数枚毎に行ってもよい。

また、本実施形態において、第１段階のシーズニングガスとして、フルオロカーボンガスを含むガスであるＣＦ_４／ＣＨ_２Ｆ_２を用いたが、チャンバー内の部材に対して不活性で、かつプラズマエッチング処理条件において、再解離してエッチャントとして働くデポジッション膜を形成可能なガスであればよい。また、形成される第１のデポジッション膜が、チャンバー内の部材に対して、完全に不活性である必要はなく、チャンバー内の部材が還元されてダストが生じることがなければよいことから、フッ素を含有することが好ましい。このようなフッ素を含むデポジッション膜は、高周波放電により再解離してＦラジカルを生成し、エッチャントとして働く。

このようなフッ素を含むデポジッション膜を形成するガスとして、フルオロカーボンガスを少なくとも１種類以上含むガスを用いることができる。このようなフルオロカーボンガスを少なくとも１種類以上含むガスとしては、ＣＦ_４／ＣＨ_２Ｆ_２の他、ＣＨ_３Ｆ／Ｎ_２、ＣＦ_４／Ｈ_２などを用いることができる。

そして、第２段階のシーズニングガスとして、ハイドロカーボンガスを含むガスであるＣＨ_４／Ｏ_２を用いたが、チャンバー内の部材に対して活性なデポジッション膜を形成するものであればよい。その他、Ｃ_２Ｈ₄などのハイドロカーボン系ガスを１種以上含むガスや、ＳｉＨ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２(ジクロロシラン)などのシラン系のガスを１種以上含むガスを用いることができる。このとき、Ｏ_２ガスを所定の流量比で含むことにより、ダストの発生を抑え、より安定してハイドロカーボン系、あるいはシリコン系のデポジッション膜を成膜することができる。そして、これらの第２のデポジッション膜は、ウェハーｗをプラズマエッチング処理する際に、一部が再解離するが、エッチャントとして働くことはなく、プロセスを安定させることができる。

いずれのシーズニングガスにおいても、デポジッション膜の成膜効率の観点では、Ｃ（カーボン）の比率が高い方が好ましい。なお、同じくデポジッション膜の成膜効率の観点では、温度は低い方がより好ましく、サセプタ１５内などに冷却機能を有する場合は、プラズマエッチング時と同様に駆動させることが好ましい。

また、本実施形態において、ＯＥＳなどによりデポジッション膜２１、２２の膜厚を確認したが、チャンバー１１内を一旦大気に晒し、チャンバー１１を分解して実際のデポジッション膜２１、２２の膜厚を測定して成膜状態を確認することで、デポジッション膜２１、２２の成膜条件だしを行なうことも可能である。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一態様によるプラズマエッチング装置の断面図。 本発明の一態様におけるプラズマエッチング装置におけるチャンバー内壁の部分拡大断面図。 本発明の一態様におけるプラズマエッチングのフローチャート。 本発明の一態様におけるプラズマエッチング装置におけるチャンバー内壁の部分拡大断面図。 本発明の一態様におけるプラズマエッチング装置におけるチャンバー内壁の部分拡大断面図。

符号の説明

ｗ…ウェハー、１１…チャンバー、１２…上部電極、１３…下部電極、１４…支柱、１５…サセプタ、１６、１７…高周波電源、１８…ガス導入口、１９…ガス排出口、２０…Ｃｕ粒子、２１、２２…デポジッション膜。

Claims (5)

1. ウェハーをプラズマエッチング処理するチャンバー内に、第１のシーズニングガスを導入し、前記チャンバー内の部材表面に、第１のデポジッション膜を形成し、
   前記チャンバー内に第２のシーズニングガスを導入し、前記第１のデポジッション膜上に第２のデポジッション膜を形成して前記第１のデポジッション膜を被覆し、
   ウェハーを前記チャンバー内に搬入し、このウェハーをプラズマエッチング処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記ウェハーは、Ｃｕ配線層を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第１のシーズニングガスは、フルオロカーボン系ガスを少なくとも1種以上含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第２のシーズニングガスは、ハイドロカーボン系ガスおよび／又はシラン系ガスを少なくとも1種以上含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第１のデポジッション膜は、前記プラズマエッチング処理の条件で再解離してエッチャントして働くことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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