JP2010050310A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用に伴う製造装置の性能劣化を抑えつつ、高品質の半導体装置を安定して製造する。
【解決手段】チャンバ内を水素を含むプラズマを用いて処理することによってクリーニングし（ステップＳ１）、クリーニングされたチャンバを用い、ウェーハにエッチングによりトレンチやビアホールを形成する等の加工を行う（ステップＳ２，Ｓ３）。チャンバ内のクリーニングに水素を含むプラズマを用いることにより、チャンバ内にＣｕ等の金属が含まれたポリマが付着していた場合でも、そのような付着物が効果的に除去されるようになる。それにより、付着物に起因した製造装置の性能劣化を抑えることが可能になり、高品質の半導体装置を安定して製造することが可能になる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、エッチングプロセスを有する半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置製造においては、様々なパターン形成にプラズマを用いたドライエッチングプロセスが採用されている。例えば、デュアルダマシン法による配線層形成では、予め形成されている銅（Ｃｕ）等の下層配線上に形成した層間絶縁膜にエッチングを行い、上下層配線を接続するためのビアホール、上層配線用のトレンチを形成する。形成されたビアホール及びトレンチにはＣｕ等の配線材料が埋め込まれ、ビア及び上層配線が形成される。

ところで、このような配線層形成では、エッチングを行う膜の種類やそのエッチングの条件等により、エッチング残渣や反応生成物といったポリマがエッチング装置のチャンバ内に付着する。また、表出した下層配線がエッチングに曝されると、下層配線の金属もエッチングされてチャンバ内に付着することがある。

チャンバ内のポリマ等の付着は、その後のエッチングに影響を及ぼす場合がある。そのため、適当なタイミングでチャンバ内のクリーニングが行われる。チャンバのクリーニング方法としては、これまで、酸素を含むガスをチャンバ内に導入する方法等が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。なお、チャンバ内の付着物のクリーニングは、このようなエッチング装置のほか、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等でも行われている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−２２００２１号公報 特開２００３−２９７８１７号公報

しかし、これまでのエッチング装置のチャンバ内のクリーニング方法は、付着物がポリマの場合にはその除去に一定の効果を示すものの、ポリマに更にＣｕ等の金属が含まれているような付着物の場合には、十分な除去効果が得られないという問題点があった。

例えば、エッチング装置のチャンバ内にＣｕ等の金属を含んだポリマが付着し、クリーニングを行っても除去しきれずにチャンバ内に残っていると、その後同チャンバではエッチングレートの低下が起こってしまう。このようなエッチングレート変動が上記のような配線層形成時の層間絶縁膜のエッチングで起こると、トレンチの幅が設計値からずれたり、ビアホールが下層配線まで貫通せずコンタクト不良が発生したりしてしまう。

このような金属を含んだ付着物が製造プロセスに及ぼす影響を抑える方法として、チャンバ内を洗浄する方法や、そのような付着物を被覆するように、金属を含まないポリマ等を上に付着させる方法（ダミー処理）等も提案されている。しかし、チャンバ内を洗浄すると、製造装置のダウンタイムが生じてしまう。また、ダミー処理を行うと、その処理自体に要する時間、ポリマ等を付着させることによる処理レートの低下等、処理の長時間化、処理能力の低下を招く。

本実施形態の一観点によると、半導体装置の製造方法は、表面に金属を表出する第１のウェーハをチャンバ内でプラズマ処理する第１のプラズマ処理工程及び、前記第１のウェーハを搬出した後に、前記チャンバ内を水素を含むプラズマにより処理する第２のプラズマ処理工程を有する。

開示の半導体装置の製造方法によれば、使用に伴う製造装置の性能劣化を抑えつつ、高品質の半導体装置を安定して効率的に製造することが可能になる。

以下、ドライエッチングプロセスを例に、図面を参照して詳細に説明する。
まず、ドライエッチングに用いるエッチング装置について説明する。
図１はエッチング装置の一例の要部断面模式図である。

図１に例示するエッチング装置２０では、天板２１が設けられたチャンバ２２内に、上部電極２３及び下部電極２４が対向して配置されている。上部電極２３は、天板２１の部分に配置され、その周囲は絶縁性の石英リング２５によって囲まれている。一方、下部電極２４には、上部電極２３との対向位置に、エッチングを行うウェーハＷが載置される静電チャック２６が配置されている。この静電チャック２６の周囲には、導電性のシリコンリング２７が配置され、さらにこのシリコンリング２７の周囲に絶縁性の石英リング２８が配置されている。

このような構成を有するエッチング装置２０を用いたエッチングでは、まず、チャンバ２２から排気口２２ａを通じて内部のガスを排気する。そして、例えば、上部電極２３を接地し、下部電極２４を高周波電源に接続して、静電チャック２６にウェーハＷの裏面を吸着させ、チャンバ２２内に導入口２２ｂから所定エッチングガスを導入する。エッチングガスは、上部電極２３及び下部電極２４間に印加される高周波電圧によってプラズマ化され、プラズマ化されたエッチング種がウェーハＷの表面に到達することで、エッチングが進行する。石英リング２５，２８及びシリコンリング２７は、プラズマ化されたエッチング種をウェーハＷの表面に均一性良く到達させる目的で設けられている。エッチングの進行に伴って生成されるエッチング残渣や反応生成物は、排気口２２ａを通じてチャンバ２２から排気されるようになっている。

ところが、生成した一部のエッチング残渣や反応生成物は、ポリマとして、上部電極２３、石英リング２５，２８、シリコンリング２７のほか、チャンバ２２の内壁面に付着する。チャンバ２２内に付着したポリマは、エッチングレートの変動等、その後のエッチングに影響を及ぼす場合があるため、適当なタイミングでクリーニングする必要がある。しかしながら、例えば、デュアルダマシン法による配線層形成において、層間絶縁膜をエッチングしてウェーハＷの表面にＣｕ等の下層配線を表出させるようなときには、チャンバ２２内にＣｕ等を含んだポリマが付着する場合がある。その場合、Ｃｕ等を含まないポリマの除去には一定の効果を示すクリーニング方法をそのまま用いたとしても、十分な除去効果は得られない。

そこで、以下、そのようなチャンバ２２内に付着した、Ｃｕ等の金属を含んだポリマを、効果的に除去可能なクリーニング方法に関し、詳細に説明する。
図２はエッチングプロセスフローの一例の説明図である。

まず、エッチング装置による前回のウェーハのエッチング後（例えば層間絶縁膜にトレンチやビアホールといった凹部を形成するエッチング後）、別のウェーハについて新たに行うエッチング前に、そのチャンバ内に付着している付着物を除去するクリーニングを行う（ステップＳ１）。クリーニングは、例えばチャンバ内に新たにエッチングを行うウェーハをセットしない状態で、チャンバ内に所定のガスを所定の条件で導入して行う。そして、クリーニング後のチャンバ内に新たにエッチングを行うウェーハを搬入し（ステップＳ２）、エッチング装置によるそのウェーハのエッチング、例えば層間絶縁膜にトレンチやビアホールといった凹部を形成する加工を所定の条件で行う（ステップＳ３）。エッチング後は、そのウェーハをチャンバから搬出する（ステップＳ４）。このようなステップＳ１〜Ｓ４の処理が、所定枚数のウェーハについて繰り返し実施される。

クリーニングの際には、水素ガスを用い、それをチャンバ内にプラズマ化して導入する。クリーニングには、水素単ガス、又は水素ガスと窒素やアルゴン等の不活性ガスとの混合ガスを用いることができる。このように水素ガスを用いて行うクリーニング（水素系クリーニング）により、チャンバ内の付着物に配線材料であるＣｕ等の金属が含まれている場合でも、そのような付着物がその後のエッチングに及ぼす影響を抑えることが可能になる。水素系クリーニングを行うことで、付着物に含まれるＣｕ等の金属が還元され、ポリマの除去及び金属の除去が行われやすくなっているものと考えられる。

クリーニングの際には、このような水素系クリーニングのほかに、酸素原子を含んだガス（酸素含有ガス）をチャンバ内にプラズマ化して導入するクリーニング（酸素系クリーニング）を行うことが好ましい。例えば、水素系クリーニング後に酸素系クリーニングを行う、又は酸素系クリーニング後に水素系クリーニングを行う。なお、酸素含有ガスとしては、例えば、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素等の酸素原子を組成に含む単ガス、又はそれらと窒素やアルゴン等の不活性ガスとの混合ガスを用いることができる。

酸素系クリーニングは、エッチング後にチャンバ内に付着したエッチング残渣や反応生成物等のポリマの除去に一定の効果を示す。水素系クリーニングと酸素系クリーニングとを組み合わせることにより、チャンバ内に付着したＣｕ等の金属を含んだポリマを効果的に除去することが可能になる。

但し、水素系クリーニングによっても、酸素系クリーニングに比べるとより長時間を要する場合があるものの、ポリマの除去を行うことは可能である。従って、クリーニングとして水素系クリーニングを単独で行った場合であっても、チャンバ内に付着したＣｕ等の金属を含んだポリマを除去することは可能である。

ここで、まず、クリーニングとして酸素系クリーニングを単独で行った場合に、そのクリーニングがその後のエッチングに及ぼす影響について説明する。
酸素系クリーニングの条件としては、次のような条件（条件１）を適用することができる。

＜条件１＞
チャンバ内圧力：１００ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ，
ＲＦパワー：１００Ｗ〜１０００Ｗ，
酸素：５００ｓｃｃｍ〜３０００ｓｃｃｍ，
時間：１５ｓｅｃ〜６０ｓｅｃ
このような酸素系クリーニングがエッチングに及ぼす影響を調査するため、ここでは、酸素系クリーニングを、次の図３〜図９に例示するようなデュアルダマシンプロセスにおいて適用する。まず、図３〜図９に示すプロセスの流れについて説明する。

図３はビアホール形成工程の要部断面模式図である。
図３では、例えば酸化シリコンの層間絶縁膜１に、ダマシン法により下層Ｃｕ配線２が形成されている。このような下層Ｃｕ配線２を有する配線層は、トランジスタ等が形成された半導体基板１００の上に形成される。ここでは、素子分離領域１００ａで画定された素子領域に、ゲート絶縁膜１０１ａを介してゲート電極１０１ｂが形成され、その側壁にサイドウォール１０１ｃ、及びゲート電極１０１ｂ両側の半導体基板１００内にソース・ドレイン領域１０１ｄが形成されたＭＯＳトランジスタ１０１を例示している。例えば、このようなトランジスタ１０１の上に層間絶縁膜１０２、ソース・ドレイン領域１０１ｄに接続されたプラグ１０３、及びキャップ膜１０４が形成され、さらに層間絶縁膜１が形成されて、プラグ１０３と接続されるように、下層Ｃｕ配線２が形成される。

層間絶縁膜１及び下層Ｃｕ配線２の上には、例えば炭化シリコンのキャップ膜３が形成されている。キャップ膜３上には、例えば所謂Ｌｏｗ−ｋ材料である炭化酸化シリコンの層間絶縁膜４が形成され、さらにその上には、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いて形成された絶縁膜５が形成されている。

このような積層構造に対し、まずフォトリスグラフィ技術を用いて最上層の絶縁膜５上にビアホール６形成用の開口部を有する所定のレジストパターン１０が形成され、それをマスクにしてキャップ膜３に達するまでエッチングが行われる。エッチング後、レジストパターン１０は除去される。これにより、まずキャップ膜３に達するビアホール６が形成される。

ビアホール６の形成に続き、上層Ｃｕ配線用のトレンチの形成が行われる。ここでは、多層レジストを用いてトレンチの形成を行う場合について例示する。
図４は上層レジストのパターニング工程の要部断面模式図、図５は中間層・下層レジストのパターニング工程の要部断面模式図、図６は層間絶縁膜のエッチング工程の要部断面模式図、図７は下層レジストの除去工程の要部断面模式図である。また、図８はキャップ膜のエッチング工程の要部断面模式図である。

図３に示したようなビアホール６の形成後、図４に示すように、下層レジスト７ａ、中間層７ｂ及び上層レジスト７ｃが順に積層され、多層レジストが形成される。下層レジスト７ａ及び上層レジスト７ｃには、例えば、有機系材料が用いられ、中間層７ｂには、例えば、ＴＥＯＳを用いて形成された絶縁膜が用いられる。下層レジスト７ａは、形成したビアホール６内に充填されるように形成され、その上に中間層７ｂ及び上層レジスト７ｃが形成される。そして、図４に示したように、まず上層レジスト７ｃに対し、フォトリスグラフィ技術を用いてトレンチ形成用の開口部７ｄを有するレジストパターンが形成される。

次いで、図５に示すように、開口部７ｄを形成した上層レジスト７ｃをマスクにして中間層７ｂのエッチングが行われ、その中間層７ｂをマスクにして下層レジスト７ａのエッチングが行われる。このように、上層レジスト７ｃのパターンが中間層７ｂ及び下層レジスト７ａに転写されていく。ビアホール６内には下層レジスト７ａが一部残るようになる。

そして、パターニングされた中間層７ｂ及び下層レジスト７ａをマスクにして絶縁膜５及び層間絶縁膜４のエッチングが行われ、図６に示すように、トレンチ８が形成される。トレンチ８の形成時には、絶縁膜５及び層間絶縁膜４と共に、図５に示した中間層７ｂ及び下層レジスト７ａもエッチングされ、エッチング後には図６に示したように下層レジスト７ａだけが一部残るようになる。残った下層レジスト７ａは、アッシング等によって除去され、これにより図７に示すような状態が得られる。

下層レジスト７ａの除去後は、図８に示すように、キャップ膜３のエッチングが行われ、下層Ｃｕ配線２が表出される。これにより、トレンチ８、及び下層Ｃｕ配線２に達するビアホール６が形成される。このエッチングの際には、下層Ｃｕ配線２もエッチングに曝されるようになる。

図９はビア及び上層配線の形成工程の要部断面模式図である。
トレンチ８及びビアホール６の形成後は、図９に示すように、それらにＣｕ等の配線材料が埋め込まれ、下層Ｃｕ配線２にＣｕビア９ａを介して上層Ｃｕ配線９ｂが接続された構造が得られる。

このようなプロセスにおける、図５〜図８に示した加工は、チャンバ内で連続的に行うことができる。図５〜図８に示した加工には、例えば、次のようなエッチャント（条件２）が用いられる。

＜条件２＞
中間層７ｂのエッチング：テトラフルオロメタン，
下層レジスト７ａのエッチング：酸素／窒素／一酸化炭素，
絶縁膜５及び層間絶縁膜４のエッチング：テトラフルオロメタン／トリフルオロメタン／酸素，
下層レジスト７ａの除去：酸素，
キャップ膜３のエッチング：テトラフルオロメタン／アルゴン
そして、上記条件１の酸素系クリーニングを行ったチャンバ内に、図４に示した工程後のウェーハをセットし、上記条件２を用いて図５〜図８に示したウェーハの加工が行われる。

このような酸素系クリーニングとウェーハ加工を１ロット分（ウェーハ２０枚〜２５枚）の各ウェーハについて行い、トレンチ８の幅のロット内変動を調査した。処理は、チャンバ内の酸素系クリーニングに続き、ウェーハのチャンバへのセット及び加工を行った後、そのウェーハを取り出し、酸素系クリーニング、別のウェーハのセット及び加工を行い、加工後、そのウェーハを取り出す、という流れで行った。そして、処理後の複数ウェーハについて、形成されたトレンチ８の幅を測定した。

図１０はトレンチ幅のロット内変動の一例を示す図である。
図１０には、各ウェーハ上に比較的狭いピッチで配置されたトレンチ８のパターン（密パターン）と、より広いピッチで配置されたトレンチ８のパターン（疎パターン）との、各ＣＤ（Critical Dimension）値の測定結果を示している。

図１０より、密パターンと疎パターンのいずれの場合も、ウェーハ処理の回数が増加していくのに伴い、ＣＤ値が徐々に減少していく傾向が見られ、１ロット内で１０ｎｍ以上のＣＤ値の変動が認められた。

図１１はロット処理前後でのエッチングレート変動率の一例を示す図である。
図１１には、１ロット分のウェーハの加工（ロット処理）を行う場合に、そのロット処理前後のチャンバを用いて所定の酸化膜及びレジストをエッチングしたときの、それぞれのエッチングレートの測定結果を示している。

なお、チャンバには、洗浄により付着物を除去したものを用いている。ロット処理では、その１ロット分の各ウェーハについて図５〜図８に示したような加工を行い、その際、各ウェーハの加工前には酸素系クリーニングを行っている。また、ロット処理前後のエッチングレートの測定には、基板全面に酸化膜又はレジストを形成した試料を用いている。

図１１より、ロット処理前における酸化膜及びレジストのエッチングレートをそれぞれ基準（０％）としたとき、ロット処理後には酸化膜及びレジストのいずれのエッチングレートも減少する傾向が認められた。

図５〜図８に示した加工例では、層間絶縁膜４等がエッチングされ、最終的にはビアホール６の底のキャップ膜３がエッチングされて、下層Ｃｕ配線２が表出される。その際、キャップ膜３だけでなく、下層Ｃｕ配線２もエッチングに曝されることで、チャンバ内にはＣｕを含んだポリマが付着するようになる。このようにＣｕを含んだポリマが、各ウェーハの加工前に行われる酸素系クリーニング処理では効果的に除去されず、トレンチ８の幅変動やエッチングレートの低下を引き起こしているものと考えられる。

そこで、次に、各ウェーハの加工前に行うクリーニングに水素ガスを用いる場合について説明する。
クリーニングの条件としては、次のような条件（条件３）を適用することができる。ここでは、水素系クリーニング（ｓｔｅｐ１）と、それに続けて酸素系クリーニング（ｓｔｅｐ２）を行う。

＜条件３＞
（ｓｔｅｐ１）
チャンバ内圧力：１００ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ，
ＲＦパワー：１００Ｗ〜１０００Ｗ，
水素：１００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ，
窒素：５００ｓｃｃｍ〜２０００ｓｃｃｍ，
時間：１５ｓｅｃ〜６０ｓｅｃ
（ｓｔｅｐ２）
チャンバ内圧力：１００ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ，
ＲＦパワー：１００Ｗ〜１０００Ｗ，
酸素：５００ｓｃｃｍ〜２０００ｓｃｃｍ，
時間：１５ｓｅｃ〜６０ｓｅｃ
そして、上記条件３のｓｔｅｐ１，２のクリーニング（水素系・酸素系クリーニング）をこの順で行ったチャンバに、例えば、図４に示した工程後のウェーハをセットし、上記条件２を用いて図５〜図８に示した加工を実施する。

ここで、このような水素系・酸素系クリーニングを行った場合と、上記のような酸素系クリーニングを単独で行った場合における、チャンバの状態を比較する。そのために、各クリーニングを行いながら実施したロット処理後のチャンバを用いて、エッチングレートの測定及び比較を行った。

図１２はエッチングレート変動率の一例を示す図である。
エッチングレートの測定は、まず、Ｃｕを含んだ付着物が付着していないチャンバ、例えば洗浄後のチャンバを用いて、所定の酸化膜及びレジストをエッチングし、それぞれのエッチングレートを測定した。なお、エッチングレートの測定には、基板全面に酸化膜又はレジストを形成した試料を用いた。

続いて、１ロット分のウェーハについて、図５〜図８に示したような加工を、各ウェーハの加工前に上記条件１の酸素系クリーニングを行いながら、実施した。即ち、まず、チャンバ内の酸素系クリーニングを行い、ウェーハのセット及び加工を行った後、そのウェーハを取り出す。そして、酸素系クリーニングを行い、別のウェーハのセット及び加工を行い、加工後、そのウェーハを取り出す。

このようにして酸素系クリーニングを行いながら１ロット分のウェーハを処理したロット処理後のチャンバを用い、所定の試料の酸化膜及びレジストをエッチングし、それぞれのエッチングレートを測定した。

続いて、先のロット処理のチャンバをそのまま用い、１ロット分のウェーハについて、図５〜図８に示したような加工を、各ウェーハの加工前に上記条件３のｓｔｅｐ１，２の水素系・酸素系クリーニングを行いながら、実施した。即ち、まず、チャンバ内の水素系・酸素系クリーニングを行い、ウェーハのセット及び加工を行った後、そのウェーハを取り出す。そして、水素系・酸素系クリーニングを行い、別のウェーハのセット及び加工を行い、加工後、そのウェーハを取り出す。

このようにして水素系・酸素系クリーニングを行いながら１ロット分のウェーハを処理したロット処理後のチャンバを用い、所定の試料の酸化膜及びレジストをエッチングし、それぞれのエッチングレートを測定した。

その後、同様に、上記条件１の酸素系クリーニングを行いながらロット処理を実施し、ロット処理後のチャンバを用いて、所定の試料の酸化膜及びレジストのエッチングレート測定を行った。さらに、それに続き、上記条件３のｓｔｅｐ１，２の水素系・酸素系クリーニングを行いながらロット処理を実施し、ロット処理後のチャンバを用いて、所定の試料の酸化膜及びレジストのエッチングレート測定を行った。

図１２には、最初のロット処理前（Ｒｅｆ）に測定されたエッチングレートを基準（０％）にしたときの、各ロット処理後（酸素系クリーニングのロット処理後、水素系・酸素系クリーニングのロット処理後）に測定されたエッチングレートの変動率を示している。

図１２より、１回目の酸素系クリーニングのロット処理後には、そのロット処理前（Ｒｅｆ）に比べて、酸化膜、レジスト共にエッチングレートの低下が認められた。そして、次の水素系・酸素系クリーニングのロット処理後には、酸化膜、レジスト共にエッチングレートの回復が認められた。その後の酸素系クリーニングのロット処理後には、再び酸化膜及びレジストのエッチングレートの低下が認められ、その次の水素系・酸素系クリーニングのロット処理後には、再び酸化膜及びレジストのエッチングレートの回復が認められた。

このように、エッチングによりＣｕを表出させるようなプロセスを含むロット処理時のクリーニングとして、上記条件１のような酸素系クリーニングを単独で行っても、チャンバ内の付着物は十分には除去されない。これに対し、そのようなロット処理時のクリーニングとして、上記条件３のような水素系・酸素系クリーニングを行った場合には、たとえチャンバ内の付着物にＣｕが含まれていても、それを効果的に除去することができる。

図１３は水素系・酸素系クリーニングを行うロット処理におけるトレンチ幅のロット内変動の一例を示す図である。
図１３には、図５〜図８に示したような各ウェーハの加工前に上記条件３のｓｔｅｐ１，２の水素系・酸素系クリーニングを行って得られた、密パターンと疎パターンのトレンチ８の各ＣＤ値の測定結果を示している。

図１３より、密パターンと疎パターンのいずれの場合も、ロット内のＣＤ値の変動は５ｎｍ程度で、各ウェーハ加工前に酸素系クリーニングを単独で行った場合に比べ（図１０）、ＣＤ値の変動が小さく抑えられる傾向が認められた。

このように、各ウェーハ加工前にチャンバ内の水素系・酸素系クリーニングを行うと、チャンバ内の付着物を効果的に除去することができ、その後に行うエッチングの精度劣化を抑制することができる。それにより、トレンチ８の幅の設計値からのずれを抑えることが可能になる。また、ビアホール６を下層Ｃｕ配線２まで確実に貫通させ、Ｃｕ埋め込み後のコンタクト不良の発生を抑えることが可能になる。

以上、水素系・酸素系クリーニングをトレンチ８及びキャップ膜３のエッチングを含むウェーハ加工の際に適用した場合を例に説明した。このほか、水素系・酸素系クリーニングは、トレンチ８形成前に行うビアホール６形成の際にも適用することが可能である。即ち、水素系・酸素系クリーニングを行ったチャンバを用いて、図３に示したようなビアホール６の形成を行う。

例えば、上記条件３のｓｔｅｐ１，２の水素系・酸素系クリーニングを行ったチャンバに、最上層の絶縁膜５上にビアホール６形成用の開口部を有するレジストパターン１０を形成したウェーハをセットする。そして、そのレジストパターン１０をマスクにしてキャップ膜３に達するまで絶縁膜５及び層間絶縁膜４をエッチングし、ビアホール６を形成する。絶縁膜５及び層間絶縁膜４のエッチングの際には、例えば、メインエッチングとオーバーエッチングを行い、ビアホール６をキャップ膜３まで確実に貫通させる。ビアホール６の形成後は、マスクに用いたレジストパターン１０を除去する。レジストパターン１０の除去後、そのウェーハをチャンバから取り出し、再びチャンバの水素系・酸素系クリーニングを行い、次のウェーハについて同様にビアホール６の形成を行っていく。

このようなビアホール６の形成には、例えば、次のようなエッチャント（条件４）が用いられる。
＜条件４＞
絶縁膜５のエッチング：テトラフルオロメタン，
層間絶縁膜４のメインエッチング：ジフルオロメタン／オクタフルオロブタン／アルゴン／窒素，
層間絶縁膜４のオーバーエッチング：ヘキサフルオロブテン／アルゴン／窒素，
レジストの除去：酸素
このような下層Ｃｕ配線２を表出させないようなビアホール６の形成の際に水素系・酸素系クリーニングを行った場合にも、チャンバ内の付着物を効果的に除去することができ、それにより、ビアホール６のサイズの設計値からのずれや、コンタクト不良の発生を抑えることが可能になる。

なお、ビアホール６の形成は、単層レジストをエッチングのマスクに用いて行うほか、トレンチ８の形成の際に用いたような多層レジストをエッチングのマスクに用いて行うこともできる。

また、ここでは、キャップ膜３に達するようなビアホール６を形成する際に水素系・酸素系クリーニングを適用する場合を例にして述べたが、勿論、直接Ｃｕ配線に達するようなビアホールを形成する際にも適用可能である。この場合、表出するＣｕ配線がエッチングに曝されることで、チャンバ内の付着物にはＣｕが含まれる可能性があるため、水素系・酸素系クリーニングにより、一層効果的に付着物を除去することが可能になる。

なお、以上の説明では、クリーニングを、まず水素系クリーニングを行い、続いて酸素系クリーニングを行う、という２段階のステップで行うようにした。このほか、まず酸素系クリーニングを行い、続いて水素系クリーニングを行う、という２段階のステップを採用しても、Ｃｕを含んだチャンバ内の付着物を除去することが可能である。また、水素系クリーニングの１段階のクリーニングによってもＣｕを含んだチャンバ内の付着物が除去可能である。

また、以上の説明では、水素系クリーニングの例として、水素と窒素の混合ガスを用いた場合を示した。このほか、クリーニングを２段階或いは１段階で行う場合のいずれにおいても、水素系クリーニングには、水素単ガスや、水素とアルゴンの混合ガス等を用いることもでき、上記同様の効果を得ることができる。

また、以上の説明では、チャンバ内にウェーハをセットしていない状態でクリーニングを行う場合を例にして述べたが、チャンバ内にウェーハがセットされている状態でクリーニングを行うことも可能である。例えば、レジストの除去の際や、多層レジストにおける下層レジストのパターニングの際に、それらと共にクリーニングを行うことも可能である。

例えば、図３に示したようなビアホール６の形成工程において、レジストパターン１０をマスクにした層間絶縁膜４等のエッチング後、水素ガス、又は水素ガスと酸素ガスとを用いて、そのレジストパターン１０をアッシングにより除去する。この除去時のガスによってチャンバ内のクリーニングも行う。或いは、図５に示したような中間層７ｂのパターニング後に下層レジスト７ａのパターニングを行う際に、水素ガス、又は水素ガスと酸素ガスとを用いて、下層レジスト７ａのパターニングを行う。このパターニング時のガスによりチャンバ内のクリーニングを行う。

また、ウェーハ未搬入の状態で水素ガスを用いたクリーニングを行い、さらにこのようなレジストパターンの除去や下層レジストのパターニングと共に水素ガスを用いたチャンバ内のクリーニングを行う場合には、クリーニング時間を短縮することが可能になる。

なお、このようにレジストの除去等と共にクリーニングを行う場合で、Ｃｕ配線が表出しているような場合には、その酸化を抑えるために、水素系クリーニングを単独で行う、或いは酸素系クリーニング後に水素系クリーニングを行うようにしてもよい。

また、以上の説明では、チャンバのクリーニングをそのチャンバ内にウェーハをセットした状態で行うかどうかを問わず、チャンバ内にセットするウェーハは、製品用のウェーハのほか、エッチング条件設定時等に用いるダミーウェーハであってもよい。

また、以上の説明では、チャンバ内の付着物にＣｕが含まれる場合を中心に述べたが、配線に他の金属が含まれ、付着物に他の金属が含まれるような場合であっても、上記のようなクリーニングを行うことにより、そのような付着物を除去することが可能である。

また、以上の説明では、エッチング装置のチャンバ内をクリーニングする場合を例にして述べたが、上記のようなクリーニングを、ＣＶＤ装置等、他の装置のチャンバ内のクリーニングに適用することも可能である。

以上説明した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 表面に金属を表出する第１のウェーハをチャンバ内でプラズマ処理する第１のプラズマ処理工程と、
前記第１のウェーハを搬出した後に、前記チャンバ内を水素を含むプラズマにより処理する第２のプラズマ処理工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

（付記２） 前記第２のプラズマ処理工程の前又は後に、前記チャンバ内を酸素原子を含むプラズマにより処理する第３のプラズマ処理工程を更に含むことを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記３） 前記第２のプラズマ処理工程の後に、前記チャンバ内に第２のウェーハを搬入する工程と、
搬入された前記第２のウェーハを加工する工程とを更に有し、
前記第２のウェーハは、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に形成された導体部と、前記第１の絶縁膜及び前記導体部上に形成された第２の絶縁膜とを備え、
前記第２のウェーハを加工する際には、エッチングにより前記第２の絶縁膜の前記導体部上方に凹部を形成することを特徴とする付記１又は２に記載の半導体装置の製造方法。

（付記４） 前記第２のウェーハは、前記第２の絶縁膜上に、前記凹部を形成する領域が開口されたレジストパターンを備え、
前記第２のウェーハを加工する際には、前記レジストパターンをマスクにしたエッチングにより前記凹部を形成し、前記凹部の形成に続けて、水素を含むプラズマを用いて前記レジストパターンを除去すると共に前記チャンバ内をクリーニングすることを特徴とする付記３記載の半導体装置の製造方法。

（付記５） 前記第２のウェーハは、前記第２の絶縁膜上にレジストを備え、
前記第２のウェーハを加工する際には、水素を含むプラズマを用いて前記レジストをパターニングすると共に前記チャンバ内をクリーニングし、パターニングされた前記レジストをマスクにしたエッチングにより前記凹部を形成することを特徴とする付記３記載の半導体装置の製造方法。

（付記６） 前記導体部がＣｕ又はＣｕを含む金属であることを特徴とする付記３から５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記７） 前記第１のウェーハを搬出した後に、前記チャンバ内に第２のウェーハを搬入する工程を有し、
前記第２のプラズマ処理工程は、前記チャンバ内に前記第２のウェーハが搬入された状態で行うことを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記８） 前記第２のウェーハは、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に形成された導体部と、前記第１の絶縁膜及び前記導体部上に形成された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成され、前記第２の絶縁膜の前記導体部上方に凹部を形成する領域が開口されたレジストパターンとを備え、
前記レジストパターンをマスクにしたエッチングにより前記第２の絶縁膜に前記凹部を形成し、前記凹部の形成に続けて、水素を含むプラズマを用いて前記レジストパターンを除去すると共に前記チャンバ内をクリーニングすることを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。

（付記９） 前記第２のウェーハは、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に形成された導体部と、前記第１の絶縁膜及び前記導体部上に形成された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成されたレジストとを備え、
水素を含むプラズマを用いて前記レジストをパターニングすると共に前記チャンバ内をクリーニングし、パターニングされた前記レジストをマスクにしたエッチングにより前記第２の絶縁膜の前記導体部上方に凹部を形成することを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。

（付記１０） 前記導体部がＣｕ又はＣｕを含む金属であることを特徴とする付記８又は９に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１） 前記チャンバ内を、水素を含むプラズマを用いてクリーニングする際には、水素単ガス、又は水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

エッチング装置の一例の要部断面模式図である。 エッチングプロセスフローの一例の説明図である。 ビアホール形成工程の要部断面模式図である。 上層レジストのパターニング工程の要部断面模式図である。 中間層・下層レジストのパターニング工程の要部断面模式図である。 層間絶縁膜のエッチング工程の要部断面模式図である。 下層レジストの除去工程の要部断面模式図である。 キャップ膜のエッチング工程の要部断面模式図である。 ビア及び上層配線の形成工程の要部断面模式図である。 トレンチ幅のロット内変動の一例を示す図である。 ロット処理前後でのエッチングレート変動率の一例を示す図である。 エッチングレート変動率の一例を示す図である。 水素系・酸素系クリーニングを行うロット処理におけるトレンチ幅のロット内変動の一例を示す図である。

符号の説明

１，４，１０２ 層間絶縁膜
２ 下層Ｃｕ配線
３，１０４ キャップ膜
５ 絶縁膜
６ ビアホール
７ａ 下層レジスト
７ｂ 中間層
７ｃ 上層レジスト
７ｄ 開口部
８ トレンチ
９ａ Ｃｕビア
９ｂ 上層Ｃｕ配線
１０ レジストパターン
２０ エッチング装置
２１ 天板
２２ チャンバ
２３ 上部電極
２４ 下部電極
２５，２８ 石英リング
２６ 静電チャック
２７ シリコンリング
１００ 半導体基板
１００ａ 素子分離領域
１０１ ＭＯＳトランジスタ
１０１ａ ゲート絶縁膜
１０１ｂ ゲート電極
１０１ｃ サイドウォール
１０１ｄ ソース・ドレイン領域
１０３ プラグ

Claims (8)

1. 表面に金属を表出する第１のウェーハをチャンバ内でプラズマ処理する第１のプラズマ処理工程と、
   前記第１のウェーハを搬出した後に、前記チャンバ内を水素を含むプラズマにより処理する第２のプラズマ処理工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第２のプラズマ処理工程の前又は後に、前記チャンバ内を酸素原子を含むプラズマにより処理する第３のプラズマ処理工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第２のプラズマ処理工程の後に、前記チャンバ内に第２のウェーハを搬入する工程と、
   搬入された前記第２のウェーハを加工する工程とを更に有し、
   前記第２のウェーハは、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に形成された導体部と、前記第１の絶縁膜及び前記導体部上に形成された第２の絶縁膜とを備え、
   前記第２のウェーハを加工する際には、エッチングにより前記第２の絶縁膜の前記導体部上方に凹部を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第２のウェーハは、前記第２の絶縁膜上に、前記凹部を形成する領域が開口されたレジストパターンを備え、
   前記第２のウェーハを加工する際には、前記レジストパターンをマスクにしたエッチングにより前記凹部を形成し、前記凹部の形成に続けて、水素を含むプラズマを用いて前記レジストパターンを除去すると共に前記チャンバ内をクリーニングすることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第２のウェーハは、前記第２の絶縁膜上にレジストを備え、
   前記第２のウェーハを加工する際には、水素を含むプラズマを用いて前記レジストをパターニングすると共に前記チャンバ内をクリーニングし、パターニングされた前記レジストをマスクにしたエッチングにより前記凹部を形成することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記第１のウェーハを搬出した後に、前記チャンバ内に第２のウェーハを搬入する工程を有し、
   前記第２のプラズマ処理工程は、前記チャンバ内に前記第２のウェーハが搬入された状態で行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記第２のウェーハは、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に形成された導体部と、前記第１の絶縁膜及び前記導体部上に形成された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成され、前記第２の絶縁膜の前記導体部上方に凹部を形成する領域が開口されたレジストパターンとを備え、
   前記レジストパターンをマスクにしたエッチングにより前記第２の絶縁膜に前記凹部を形成し、前記凹部の形成に続けて、水素を含むプラズマを用いて前記レジストパターンを除去すると共に前記チャンバ内をクリーニングすることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記第２のウェーハは、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に形成された導体部と、前記第１の絶縁膜及び前記導体部上に形成された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成されたレジストとを備え、
   水素を含むプラズマを用いて前記レジストをパターニングすると共に前記チャンバ内をクリーニングし、パターニングされた前記レジストをマスクにしたエッチングにより前記第２の絶縁膜の前記導体部上方に凹部を形成することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。

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