JP2017017278A

JP2017017278A - 金属パターンの製造方法

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Publication number: JP2017017278A
Application number: JP2015135271A
Authority: JP
Inventors: 泰志清永; Yasushi Kiyonaga
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2035-07-06
Also published as: JP6519364B2

Abstract

【課題】ハロゲンガスを用いたエッチング工程を備える金属パターンの製造方法において、メタル材料の腐食を抑制する。【解決手段】上面にマスク２が形成されたエッチング対象膜１１を用意する工程と、エッチング対象膜１１をマスク２で覆った状態で、エッチング対象膜１１に対し、ハロゲンガスを用いてドライエッチングを行うエッチング工程と、エッチング工程の後に、マスク２が残るように、マスク２のうちハロゲンガスの成分が残留する表面層２１をガスを用いて除去するアフターコロージョン処理工程と、アフターコロージョン処理工程の後に、ハロゲンガスが雰囲気中から除去された状態においてマスク２を除去する工程と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ハロゲンガスを用いたエッチング工程を備える金属パターンの製造方法に関するものである。

メタル材料をプラズマドライエッチングする場合に、Ｃｌ等のハロゲンガスを含む環境で加工すると、ハロゲンガスによりメタル材料が腐食損傷を受ける。特に、メタル材料がＦｅ、ＮｉＦｅ等の磁性材料である場合、これらの材料は、Ａｌ等とは異なり腐食しやすいため、Ｃｌ等のハロゲンガスにより大きく腐食損傷を受け、磁気特性が劣化してしまう。

これについて、例えば特許文献１では、ハロゲンガスによる腐食損傷を防止するために、アフターコロージョン処理に対する耐腐食性対策が不要なドライエッチング方法が提案されている。この方法では、エッチングガスとして水酸基を少なくとも一つ以上持つメタノール（ＣＨ_３ＯＨ）等のアルコ−ルを用い、このエッチングガスのプラズマを形成し、非有機系材料からなるマスク材を用いて磁性材料をドライエッチングする。

特開２００５−４２１４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、一般的なＡｌ等のメタルエッチング装置で使用されるハロゲンガスとのクロスコンタミネーションを避けるため、ハロゲンガスを用いる一般的なＡｌ等のドライエッチング装置とは別に、アルコ−ルを用いる磁性材料専用の装置を用意する必要がある。そのため、設備投資による高コスト化の問題が生じている。

このような高コスト化を避けるためには、ハロゲンガスを用いる一般的なドライエッチング装置によりドライエッチングを行う場合においてメタル材料の腐食を抑制するアフターコロージョン処理工程が必要である。

本発明は上記点に鑑みて、ハロゲンガスを用いたエッチング工程を備える金属パターンの製造方法において、メタル材料の腐食を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、上面にマスク（２）が形成されたエッチング対象膜（１１）を用意する工程と、エッチング対象膜をマスクで覆った状態で、エッチング対象膜に対し、ハロゲンガスを用いてドライエッチングを行うエッチング工程と、エッチング工程の後に、マスクが残るように、マスクのうちハロゲンガスの成分が残留する表面層（２１）をガスを用いて除去するアフターコロージョン処理工程と、アフターコロージョン処理工程の後に、ハロゲンガスが雰囲気中から除去された状態においてマスクを除去する工程と、を備えることを特徴としている。

これによれば、アフターコロージョン処理工程において、マスクのうちハロゲンガスが残留する表面層が除去され、また、マスクが残されるため、エッチング対象膜の腐食を抑制することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる金属パターンの製造方法が適用される半導体装置の断面図である。第１実施形態にかかる金属パターンの製造方法を示す断面図である。アフターコロージョン処理工程におけるマスクの後退量とエッチング対象膜の腐食との関係を示す図である。エッチング対象膜の腐食を抑制するためのマスクの後退量と膜厚の条件を示すグラフである。比較例を示す断面図である。図５のVI矢視図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。ここでは、本実施形態の金属パターンの製造方法を用いて、磁気センサや電流センサに用いられる半導体装置１を製造する方法について説明する。

図１に示すように、半導体装置１は、基板１０と、エッチング対象膜１１とを備える。基板１０は、ここでは、Ｓｉ基板と、このＳｉ基板の表面に形成された絶縁層により構成されている。また、この絶縁層は、ＢＰＳＧで構成されている。

基板１０の表面には、エッチング対象膜１１が形成されている。エッチング対象膜１１は、例えばＦｅ、ＮｉＦｅ等の磁性材料で構成されており、エッチング対象膜１１の厚みは、ここでは５００Åとされている。エッチング対象膜１１は、所望の形状に加工されている。

このような半導体装置１は、基板１０の表面にスパッタリング等によりエッチング対象膜１１を形成し、フォトリソグラフィーおよびエッチングによりエッチング対象膜１１を所望の形状に加工することで製造できる。

エッチング対象膜１１の加工にはハロゲンガスによるドライエッチングを用いるが、エッチング対象膜１１を構成する磁性材料は腐食しやすいため、エッチング対象膜１１の腐食を抑制するアフターコロージョン処理が必要である。

以下、半導体装置１の製造方法のうち、エッチング対象膜１１を加工する際のアフターコロージョン処理方法について説明する。エッチング対象膜１１の加工およびアフターコロージョン処理は、ロードロック室と、ドライエッチング用のチャンバーと、アッシング用のチャンバーを備えたマルチチャンバー装置を用いて行われる。

ドライエッチング用のチャンバーは、Ａｌ配線の形成等のために用いられる一般的なドライエッチング装置であり、エッチングガスとしてハロゲンガスが用いられる。

図２（ａ）に示す工程では、エッチング対象膜１１のうち、後述する図２（ｂ）に示す工程で除去せずに残す部分の上面に厚みａのマスク２を形成する。マスク２は、例えばレジストにより構成される。

そして、表面にエッチング対象膜１１が形成された基板１０を、マルチチャンバー装置のロードロック室に入れる。そして、ロードロック室の内部を真空引きし、大気圧より減圧した後、基板１０をドライエッチング用のチャンバーへ移動させ、図２（ｂ）に示す工程を行う。

図２（ｂ）に示す工程では、エッチング対象膜１１をマスク２で覆った状態で、エッチング対象膜１１に対し、Ｃｌ等のハロゲンガスを用いてプラズマドライエッチングを行う。
これにより、エッチング対象膜１１のうち上面にマスク２が形成されていない部分が除去される。ここでは、エッチングガスとしてＡｒ／Ｃｌ_２を用いる。

また、図２（ｂ）に示す工程では、マスク２の一部が除去され、厚みが小さくなる。つまり、エッチングによるマスク２の後退量をｂとすると、マスク２の厚みはａ−ｂとなる。本実施形態では、マスク２の厚みａ−ｂを約５０００Åとした。

また、図２（ｂ）に示す工程では、一部が除去された後のマスク２の表面層２１にＣｌ等のハロゲンガスの成分が残留する。マスク２のうち、ハロゲンガスの成分が残留する表面層２１の厚みをｃとする。

プラズマドライエッチングの後、図２（ｃ）に示す工程では、フッ素系化合物を含む構成とされたガスを用いて、マスク２のうちハロゲンガスの成分が残留する表面層２１を除去するアフターコロージョン処理を行う。具体的には、エッチングに用いたハロゲンガスをチャンバーの内部から除去し、フッ素系化合物を含む構成とされたガスをチャンバー内に入れ、Ｃｌ等のハロゲンガスの成分が残留する部分をＦラジカルで置換し、Ｃｌ等の成分を除去する防食処理を行う。

このように、本実施形態では、エッチング工程とアフターコロージョン処理工程とを同一のチャンバーで行う。また、本実施形態では、アフターコロージョン処理に用いるガスにＯ_２を添加し、ＳＦ_６／Ｏ_２を用いた防食処理により表面層２１を除去する。また、防食時間を６０秒とする。

防食処理により、図２（ｃ）の矢印Ａ１で示すように、マスク２の一部が除去され、厚みが小さくなる。図２（ｃ）に示すように、アフターコロージョン処理工程におけるマスク２の後退量ｄは、表面層２１の厚みｃ以上である。また、アフターコロージョン処理工程では、マスク２が完全には除去されず、マスク２の一部がエッチング対象膜１１の上面に残されている。つまり、後退量ｄは、防食処理を行う前のマスク２の厚みａ−ｂよりも小さい。防食処理後のマスク２の厚みをｅとする。

アフターコロージョン処理工程の後、ハロゲンガスが雰囲気中から除去された状態において、マスク２を除去する。本実施形態では、エッチング工程およびアフターコロージョン処理工程を行ったチャンバーとは別のアッシング用のチャンバーに基板１０を移動させ、Ｈ_２Ｏによるプラズマアッシングを用いてマスク２を除去する。

そして、ロードロック室を通して、基板１０をマルチチャンバー装置から取り出す。なお、基板１０をロードロック室からドライエッチング用のチャンバーに移動させ、図２に示す工程およびアッシング工程を行って基板１０を再びロードロック室に入れるまでの間、マルチチャンバー装置の内部は真空引きされ、減圧されている。

防食処理におけるマスク２の後退量ｄは、防食時間により変化する。図３に示すように、防食時間を３０秒とした場合、後退量ｄは約５００Å、厚みｅは約４５００Åとなった。この場合、残留塩素を含むマスク２の表面層２１が十分に除去されず、アッシング工程の後にエッチング対象膜１１の表面に塩素成分がわずかに残り、エッチング対象膜１１の腐食が生じる。なお、図３において、○は腐食がないことを示し、×は腐食が発生したことを示す。また、−は腐食が発生したか否かの判定を行っていないことを示す。

また、防食時間を３００秒とした場合、後退量ｄは約５０００Å、厚みｅは０Åとなった。つまり、この場合、防食処理においてマスク２がすべて除去され、エッチング対象膜１１が露出し、チャンバー内の残留塩素にさらされる。そのため、エッチング対象膜１１の腐食が生じる。

図３に示すように、防食時間を４５秒、６０秒、７５秒、１３５秒、１８０秒とした場合、後退量ｄは、それぞれ、約７５０Å、約１０００Å、約１２５０Å、約２２５０Å、約３０００Åとなった。また、防食時間を４５秒、６０秒、７５秒、１３５秒、１８０秒とした場合、厚みｅは、それぞれ、約４２５０Å、約４０００Å、約３８５０Å、約２７５０Å、約２０００Åとなった。

防食時間を４５秒、６０秒、７５秒、１３５秒、１８０秒とした場合、マスク２の表面層２１が十分に除去される。そのため、ドライエッチングおよび防食処理を行ったチャンバーとは別のチャンバーでアッシング工程を行うことにより、塩素成分が含まれない雰囲気中でアッシングを行うことができる。これにより、塩素成分によるエッチング対象膜１１の腐食を抑制することができる。

また、防食時間を４５秒、６０秒、７５秒、１３５秒、１８０秒とした場合、防食処理においてマスク２が完全に除去されずに残る。そのため、ドライエッチング用のチャンバーにおいて、エッチング対象膜１１がチャンバー内の残留塩素にさらされることを抑制し、残留塩素によるエッチング対象膜１１の腐食を抑制することができる。

図３に示すように、防食時間を４５秒、６０秒、７５秒、１３５秒、１８０秒とした場合、２４時間後においても腐食は発生しなかった。防食時間を６０秒、１３５秒とした場合、４８時間後においても腐食が発生しなかった。本実施形態では、４８時間後においても腐食が発生しない２つの条件のうち、防食処理に必要な時間の短い方を採用し、防食時間を６０秒とした。

したがって、エッチング対象膜１１の腐食を抑制するためには、防食処理におけるマスク２の後退量ｄが、マスク２のうちハロゲンガスの成分が残留する表面層２１の厚みｃ以上であることが好ましい。また、後退量ｄが防食処理を行う前のマスク２の厚みａ−ｂよりも小さく、ｅ＞０となる、つまり、防食処理においてマスク２が残されることが好ましい。つまり、表面層２１の厚みｃと、後退量ｄが、図４に示す領域Ｒ１に含まれる値であることが好ましい。

このように、本実施形態の金属パターンの製造方法では、アフターコロージョン処理工程において、マスク２のうちハロゲンガスが残留する表面層２１を除去し、また、マスク２を完全には除去せずに残す。これにより、Ｃｌ等のハロゲンガスを用いてドライエッチングする場合に、エッチング対象膜１１の腐食損傷を抑制することができる。

また、エッチング対象膜１１が磁性材料で構成される場合に、エッチング対象膜１１の腐食損傷による磁気特性の劣化を抑制することができる。また、ハロゲンガスを用いる一般的なドライエッチング装置との共有化を図り、設備投資による高コスト化を抑制することができる。

また、アフターコロージョン処理方法として、添加ガスとしてＡｒを用い、ＳＦ_６／Ａｒ等により防食処理を行う方法では、Ａｒは不活性ガスであるため、レジストレートが例えば約２５０Å／ｍｉｎと小さく、マスク２のうちＣｌ成分が残留する表面層２１の除去に時間がかかる。また、防食処理にかける時間を長くしても、図５（ａ）に示すように、マスク２の表面層２１が十分に除去できず、Ｃｌ成分が残留する部分が残る場合がある。この場合、フルアッシングにより図５（ｂ）に示すようにマスク２を除去すると、マスク２の表面層２１に含まれていたハロゲンガスの成分がエッチング対象膜１１に付着し、図６に示すように、腐食損傷による黒点が生じる。

これに対し、本実施形態では、添加ガスとしてＯ_２を用い、ＳＦ_６／Ｏ_２により防食処理を行う。添加ガスとしてＯ_２を用いることにより、マスク２を構成するレジストに含まれるＣ成分がＣＯ_２となってマスク２から除去される。そのため、レジストレートが例えば約１０００Å／ｍｉｎと大きく、これは、添加ガスとしてＡｒを用いる場合の約４倍の値である。

このように、防食添加ガスをＡｒからＯ_２に変更することにより、Ｃｌ成分が打ち込まれたマスク２の表面層２１を効率的に取り除くことが可能となり、防食処理レジストレートを増大することができる。これにより、アフターコロージョン処理に必要な時間を短縮することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、エッチング対象膜１１を磁性材料以外の腐食しやすい材料で構成してもよい。また、エッチング対象膜１１を腐食しにくい材料で構成してもよい。例えば、エッチング対象膜１１をＡｌで構成してもよい。

また、アフターコロージョン処理工程の後、ハロゲンガスをチャンバーの内部から除去することにより、ハロゲンガスが雰囲気中から除去された状態を作り、ドライエッチング用のチャンバーにおいてアッシングを行ってもよい。

１０基板
１１エッチング対象膜
２マスク
２１表面層

Claims

上面にマスク（２）が形成されたエッチング対象膜（１１）を用意する工程と、
前記エッチング対象膜を前記マスクで覆った状態で、前記エッチング対象膜に対し、ハロゲンガスを用いてドライエッチングを行うエッチング工程と、
前記エッチング工程の後に、前記マスクが残るように、前記マスクのうち前記ハロゲンガスの成分が残留する表面層（２１）をガスを用いて除去するアフターコロージョン処理工程と、
前記アフターコロージョン処理工程の後に、前記ハロゲンガスが雰囲気中から除去された状態において前記マスクを除去する工程と、を備えることを特徴とする金属パターンの製造方法。
前記アフターコロージョン処理工程では、フッ素系化合物を含むガスを用いて前記表面層を除去することを特徴とする請求項１に記載の金属パターンの製造方法。
前記アフターコロージョン処理工程では、Ｏ_２が添加されたガスを用いて前記表面層を除去することを特徴とする請求項２に記載の金属パターンの製造方法。
前記マスクを除去する工程では、前記エッチング対象膜が形成された基板（１０）を、前記エッチング工程および前記アフターコロージョン処理工程を行ったチャンバーとは別のチャンバーに移動させて前記マスクを除去することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の金属パターンの製造方法。
前記マスクを除去する工程では、アッシングを用いて前記マスクを除去することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の金属パターンの製造方法。
前記マスクを除去する工程では、Ｈ_２Ｏによるプラズマアッシングを用いて前記マスクを除去することを特徴とする請求項５に記載の金属パターンの製造方法。
前記エッチング工程、前記アフターコロージョン処理工程、および、前記マスクを除去する工程は、減圧下で行われることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の金属パターンの製造方法。
前記エッチング対象膜を用意する工程では、前記エッチング対象膜を磁性材料で構成することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の金属パターンの製造方法。
前記エッチング工程では、Ｃｌ成分を含むハロゲンガスを用いてドライエッチングを行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の金属パターンの製造方法。
前記アフターコロージョン処理工程では、前記エッチング工程と同一のチャンバーで前記表面層を除去することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の金属パターンの製造方法。