JP3748068B2 - プラズマエッチング処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，プラズマ処理装置に係り，特に半導体製造工程における微細なパターンを形成するのに好適なプラズマエッチング処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の配線抵抗を低減するために銅が配線材料として検討されている。
【０００３】
配線材料に銅を用いた際のアッシング処理、あるいはエッチング処理時の酸化、フッ化を抑制する技術としては、従来特開２００１−１１０８９５号公報、特開２００１−１７６８４２号公報が開示されている。これら従来技術には、一方では酸素とフッ素を含むガスで第１の処理を行ない、次に酸素を含みフッ素を含まないガスを用いてアッシング処理する方法で銅配線の酸化や腐食の進行の防止を図る技術、また、ＣＦ４とＣＨＦ３あるいはＣＦ４とＣＨ２Ｆ２やＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２等のガスを用いた銅配線上のシリコン窒化膜のエッチング方法が示され、ガス種の組み合わせやイオンエネルギーを１０００Ｖ以下に制限することで銅配線のフッ化を抑制する技術が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明ではバリア膜のエッチング処理時において、エッチング終点後に銅配線が露出した状態でプラズマにさらされた際の、エッチングガスによる銅配線の酸化、フッ化を抑制しようとするものである。また、エッチング時のイオンエネルギーを５００Ｖ以下とすることによりイオンエネルギーによる銅成分のスパッタ量を低減しようとするものでもある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく検討した結果、銅配線上のバリア膜のエッチング処理時に塩素あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスと還元性ガスを含むガスをエッチングガスとして用いることにより、銅配線のフッ化を防止し、酸化を抑制できることを見出した。ここで、塩素成分あるいは臭素成分を含むガスは主にバリア膜のエッチング種として、酸素ガスはバリア膜のエッチング特性を維持したままハードマスクのエッチング速度を抑制し、対マスク選択比を確保することに、また、還元性ガスは酸素ガスによる銅の酸化を抑制するために用いる。
【０００６】
さらに、銅配線露出後の銅成分のスパッタ量を低減するためにエッチング時のイオンエネルギーを５００Ｖ以下とした。
【０００７】
また、バリア膜のオーバーエッチング時に塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量を半減し、水素ガスによりバリア膜のオーバーエッチング時に銅配線上や低誘電率膜の側壁に付着する塩素成分、臭素成分を低減する。
【０００８】
本発明は、銅配線上のバリア膜のエッチング処理における、オーバーエッチング処理時にエッチングガスにフッ素成分を含まないため、銅配線のフッ化を防止できるとともに酸素ガスによる銅配線の酸化に対しても還元性ガスにより酸化作用を大幅に抑制することができる。また、エッチング時のイオンエネルギーを５００Ｖ以下とすることによりイオンエネルギーによる銅成分のスパッタ量を低減できる。
【０００９】
さらに、バリア膜のオーバーエッチング時に塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量を半減し、バリア膜オーバーエッチング時に銅配線膜上や低誘電率膜の側壁に付着する塩素成分、臭素成分を水素ガスにより塩化水素、塩化臭素として排気し低減する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
このような銅配線構造を有するエッチング工程の例を図１を用いて説明する。図１において、１０１はレジストマスク、１０２はＣＶＤ製膜のＳｉＯ２膜、１０３は有機低誘電率膜、１０４はＣＶＤ製膜のバリア膜、１０５は銅配線膜、１０６は絶縁膜、１０７は基板を示す。
【００１１】
エッチング前の試料を図１（ａ）に示す。基板１０７上に絶縁膜１０６、銅配線１０５、ＣＶＤ製膜のバリア膜１０４、有機低誘電率膜１０３、ＣＶＤ製膜ＳｉＯ２（膜厚１２０ｎｍ）１０２が形成され、その上にレジストマスクがパターニングされている。バリア膜としてはＣＶＤ製膜のＳｉＣを主成分とする膜（膜厚７０ｎｍ）、有機低誘電率膜としてはポリアリールエーテル膜（膜厚４００ｎｍ）等が用いられている。
以下，本発明のエッチング処理方法について，説明する。
【００１２】
上記構造を有する試料のエッチング処理では、例えばＣＶＤ製膜のＳｉＯ２膜のエッチング処理ではアルゴン、Ｃ４Ｆ８、酸素等の混合ガスを用いてエッチング処理を行ない（図１（ｂ）参照）、続いて水素と窒素の混合ガス等で有機低誘電率膜のエッチング処理が行なわれる。この際、ホトレジストマスクも同時にエッチング除去される。（図１（ｃ）参照）その後、ＣＶＤ製膜のバリア膜のエッチング処理がハロゲン系のガスで行なわれる。（図１（ｄ）参照）
【００１３】
本実施例ではＣＶＤ製膜によるＳｉＣを主成分とするバリア膜のエッチング処理に塩素ガスと酸素ガスと水素ガスの混合ガスを用いた。
【００１４】
エッチング条件としては塩素ガス９６ｃｃ／ｍｉｎ、酸素ガス４ｃｃ／ｍｉｎ、水素ガス５０ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを使用して、エッチング圧力０．４Ｐａ、ＵＨＦ電力４００Ｗ、基板バイアス電力６０Ｗ（イオンエネルギー４９０ｅＶ）の条件で９０秒間エッチング処理を行なった。その後、直ちに純水洗浄と乾燥処理をおこなった。
【００１５】
以上のエッチング処理を行なうことで銅配線に対してフッ化を防止するとともに酸化を抑制できるエッチング処理が可能となった。
【００１６】
また、他の実施例では、ＣＶＤ製膜によるＳｉＣを主成分とするバリア膜のエッチング処理に臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスの混合ガスを用いた。
【００１７】
エッチング条件としては臭化水素ガス９６ｃｃ／ｍｉｎ、酸素ガス４ｃｃ／ｍｉｎ、水素ガス５０ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを使用して、エッチング圧力０．４Ｐａ、ＵＨＦ電力４００Ｗ、基板バイアス電力４５Ｗ（イオンエネルギー３９０ｅＶ）の条件で１２０秒間エッチング処理を行なった。その後、直ちに純水洗浄と乾燥処理をおこなった。
【００１８】
以上のエッチング処理を行なうことで前述の実施例と同様に銅配線に対してフッ化を防止するとともに酸化を抑制できるエッチング処理が可能となった。
【００１９】
また、その他の実施例では、ＣＶＤ製膜によるＳｉＣを主成分とするバリア膜のエッチング処理に塩素ガスと臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスの混合ガスを用いた。
【００２０】
エッチング条件としては塩素ガス２０ｃｃ／ｍｉｎ、臭化水素ガス８０ｃｃ／ｍｉｎ、酸素ガス４ｃｃ／ｍｉｎ、水素ガス５０ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを使用して、エッチング圧力０．４Ｐａ、ＵＨＦ電力４００Ｗ、基板バイアス電力４５Ｗ（イオンエネルギー３８０ｅＶ）の条件で１２０秒間エッチング処理を行なった。その後、直ちに純水洗浄と乾燥処理をおこなった。
【００２１】
以上のエッチング処理を行なうことで前述の実施例と同様に銅配線に対してフッ化を防止するとともに酸化を抑制できるエッチング処理が可能となった。
【００２２】
また、さらに他の実施例では、ＣＶＤ製膜によるＳｉＣを主成分とするバリア膜のエッチング処理に塩素ガスと臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスの混合ガスを用い、バリア膜のオーバーエッチング時に塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量を半減した。
【００２３】
エッチング条件としては塩素ガス２０ｃｃ／ｍｉｎ、臭化水素ガス８０ｃｃ／ｍｉｎ、酸素ガス４ｃｃ／ｍｉｎ、水素ガス５０ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを使用して、エッチング圧力０．４Ｐａ、ＵＨＦ電力４００Ｗ、基板バイアス電力４５Ｗ（イオンエネルギー３８０ｅＶ）の条件で９０秒間エッチング処理を行ない、その後塩素ガス１０ｃｃ／ｍｉｎ、臭化水素ガス４０ｃｃ／ｍｉｎ、酸素ガス２ｃｃ／ｍｉｎ、水素ガス５０ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを使用して、エッチング圧力０．４Ｐａ、ＵＨＦ電力４００Ｗ、基板バイアス電力４５Ｗ（イオンエネルギー３９０ｅＶ）の条件で３０秒間エッチング処理を行なった。その後、純水洗浄と乾燥処理を行なった。
【００２４】
以上のエッチング処理を行なうことで前述の実施例と同様に銅配線に対してフッ化を防止するとともに酸化を抑制できるエッチング処理が可能となる。また、バリア膜のオーバーエッチング時には、銅配線膜上や有機低誘電率膜の側壁に付着する塩素成分や臭素成分を水素ガスにより塩化水素、臭化水素として排気できるので前述までの実施例に比較して塩素成分や臭素成分の付着量を低減できる。
【００２５】
なお前記の各実施例は，いずれも有磁場電磁波放射放電方式のプラズマ処理装置の場合であったが，これ以外にもたとえば平行平板型の容量結合方式プラズマ処理装置や誘導結合型のプラズマ処理装置等の他の放電方式を利用したプラズマ処理装置にも適用できることはいうまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば，銅配線上のＣＶＤ製膜によるバリア膜のエッチング処理においてエッチングガスに塩素成分あるいは臭素成分と酸素ガスと還元性ガスを用いることで銅配線膜のフッ化を防止し、かつ酸化を大幅に抑制できるエッチング処理方法を提供できる。
【００２７】
また、エッチング時のイオンエネルギーを５００ｅＶ以下としたため、銅配線露出後の銅成分のスパッタ量を低減できる。
【００２８】
さらに、バリア膜のオーバーエッチング時に塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量を半減し、バリア膜のオーバーエッチング時に銅配線上や低誘電率膜の側壁に付着する塩素成分、臭素成分を水素ガスにより低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例になる，エッチング処理の工程図。
【符号の説明】
１０１…レジストマスク，１０２…ＳｉＯ２膜，１０３…有機低誘電率膜，１０４…バリア膜，１０５…銅配線，１０６…絶縁膜、１０７…基板
【発明の属する技術分野】
本発明は，プラズマ処理装置に係り，特に半導体製造工程における微細なパターンを形成するのに好適なプラズマエッチング処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の配線抵抗を低減するために銅が配線材料として検討されている。
【０００３】
配線材料に銅を用いた際のアッシング処理、あるいはエッチング処理時の酸化、フッ化を抑制する技術としては、従来特開２００１−１１０８９５号公報、特開２００１−１７６８４２号公報が開示されている。これら従来技術には、一方では酸素とフッ素を含むガスで第１の処理を行ない、次に酸素を含みフッ素を含まないガスを用いてアッシング処理する方法で銅配線の酸化や腐食の進行の防止を図る技術、また、ＣＦ４とＣＨＦ３あるいはＣＦ４とＣＨ２Ｆ２やＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２等のガスを用いた銅配線上のシリコン窒化膜のエッチング方法が示され、ガス種の組み合わせやイオンエネルギーを１０００Ｖ以下に制限することで銅配線のフッ化を抑制する技術が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明ではバリア膜のエッチング処理時において、エッチング終点後に銅配線が露出した状態でプラズマにさらされた際の、エッチングガスによる銅配線の酸化、フッ化を抑制しようとするものである。また、エッチング時のイオンエネルギーを５００Ｖ以下とすることによりイオンエネルギーによる銅成分のスパッタ量を低減しようとするものでもある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく検討した結果、銅配線上のバリア膜のエッチング処理時に塩素あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスと還元性ガスを含むガスをエッチングガスとして用いることにより、銅配線のフッ化を防止し、酸化を抑制できることを見出した。ここで、塩素成分あるいは臭素成分を含むガスは主にバリア膜のエッチング種として、酸素ガスはバリア膜のエッチング特性を維持したままハードマスクのエッチング速度を抑制し、対マスク選択比を確保することに、また、還元性ガスは酸素ガスによる銅の酸化を抑制するために用いる。
【０００６】
さらに、銅配線露出後の銅成分のスパッタ量を低減するためにエッチング時のイオンエネルギーを５００Ｖ以下とした。
【０００７】
また、バリア膜のオーバーエッチング時に塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量を半減し、水素ガスによりバリア膜のオーバーエッチング時に銅配線上や低誘電率膜の側壁に付着する塩素成分、臭素成分を低減する。
【０００８】
本発明は、銅配線上のバリア膜のエッチング処理における、オーバーエッチング処理時にエッチングガスにフッ素成分を含まないため、銅配線のフッ化を防止できるとともに酸素ガスによる銅配線の酸化に対しても還元性ガスにより酸化作用を大幅に抑制することができる。また、エッチング時のイオンエネルギーを５００Ｖ以下とすることによりイオンエネルギーによる銅成分のスパッタ量を低減できる。
【０００９】
さらに、バリア膜のオーバーエッチング時に塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量を半減し、バリア膜オーバーエッチング時に銅配線膜上や低誘電率膜の側壁に付着する塩素成分、臭素成分を水素ガスにより塩化水素、塩化臭素として排気し低減する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
このような銅配線構造を有するエッチング工程の例を図１を用いて説明する。図１において、１０１はレジストマスク、１０２はＣＶＤ製膜のＳｉＯ２膜、１０３は有機低誘電率膜、１０４はＣＶＤ製膜のバリア膜、１０５は銅配線膜、１０６は絶縁膜、１０７は基板を示す。
【００１１】
エッチング前の試料を図１（ａ）に示す。基板１０７上に絶縁膜１０６、銅配線１０５、ＣＶＤ製膜のバリア膜１０４、有機低誘電率膜１０３、ＣＶＤ製膜ＳｉＯ２（膜厚１２０ｎｍ）１０２が形成され、その上にレジストマスクがパターニングされている。バリア膜としてはＣＶＤ製膜のＳｉＣを主成分とする膜（膜厚７０ｎｍ）、有機低誘電率膜としてはポリアリールエーテル膜（膜厚４００ｎｍ）等が用いられている。
以下，本発明のエッチング処理方法について，説明する。
【００１２】
上記構造を有する試料のエッチング処理では、例えばＣＶＤ製膜のＳｉＯ２膜のエッチング処理ではアルゴン、Ｃ４Ｆ８、酸素等の混合ガスを用いてエッチング処理を行ない（図１（ｂ）参照）、続いて水素と窒素の混合ガス等で有機低誘電率膜のエッチング処理が行なわれる。この際、ホトレジストマスクも同時にエッチング除去される。（図１（ｃ）参照）その後、ＣＶＤ製膜のバリア膜のエッチング処理がハロゲン系のガスで行なわれる。（図１（ｄ）参照）
【００１３】
本実施例ではＣＶＤ製膜によるＳｉＣを主成分とするバリア膜のエッチング処理に塩素ガスと酸素ガスと水素ガスの混合ガスを用いた。
【００１４】
エッチング条件としては塩素ガス９６ｃｃ／ｍｉｎ、酸素ガス４ｃｃ／ｍｉｎ、水素ガス５０ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを使用して、エッチング圧力０．４Ｐａ、ＵＨＦ電力４００Ｗ、基板バイアス電力６０Ｗ（イオンエネルギー４９０ｅＶ）の条件で９０秒間エッチング処理を行なった。その後、直ちに純水洗浄と乾燥処理をおこなった。
【００１５】
以上のエッチング処理を行なうことで銅配線に対してフッ化を防止するとともに酸化を抑制できるエッチング処理が可能となった。
【００１６】
また、他の実施例では、ＣＶＤ製膜によるＳｉＣを主成分とするバリア膜のエッチング処理に臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスの混合ガスを用いた。
【００１７】
エッチング条件としては臭化水素ガス９６ｃｃ／ｍｉｎ、酸素ガス４ｃｃ／ｍｉｎ、水素ガス５０ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを使用して、エッチング圧力０．４Ｐａ、ＵＨＦ電力４００Ｗ、基板バイアス電力４５Ｗ（イオンエネルギー３９０ｅＶ）の条件で１２０秒間エッチング処理を行なった。その後、直ちに純水洗浄と乾燥処理をおこなった。
【００１８】
以上のエッチング処理を行なうことで前述の実施例と同様に銅配線に対してフッ化を防止するとともに酸化を抑制できるエッチング処理が可能となった。
【００１９】
また、その他の実施例では、ＣＶＤ製膜によるＳｉＣを主成分とするバリア膜のエッチング処理に塩素ガスと臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスの混合ガスを用いた。
【００２０】
エッチング条件としては塩素ガス２０ｃｃ／ｍｉｎ、臭化水素ガス８０ｃｃ／ｍｉｎ、酸素ガス４ｃｃ／ｍｉｎ、水素ガス５０ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを使用して、エッチング圧力０．４Ｐａ、ＵＨＦ電力４００Ｗ、基板バイアス電力４５Ｗ（イオンエネルギー３８０ｅＶ）の条件で１２０秒間エッチング処理を行なった。その後、直ちに純水洗浄と乾燥処理をおこなった。
【００２１】
以上のエッチング処理を行なうことで前述の実施例と同様に銅配線に対してフッ化を防止するとともに酸化を抑制できるエッチング処理が可能となった。
【００２２】
また、さらに他の実施例では、ＣＶＤ製膜によるＳｉＣを主成分とするバリア膜のエッチング処理に塩素ガスと臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスの混合ガスを用い、バリア膜のオーバーエッチング時に塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量を半減した。
【００２３】
エッチング条件としては塩素ガス２０ｃｃ／ｍｉｎ、臭化水素ガス８０ｃｃ／ｍｉｎ、酸素ガス４ｃｃ／ｍｉｎ、水素ガス５０ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを使用して、エッチング圧力０．４Ｐａ、ＵＨＦ電力４００Ｗ、基板バイアス電力４５Ｗ（イオンエネルギー３８０ｅＶ）の条件で９０秒間エッチング処理を行ない、その後塩素ガス１０ｃｃ／ｍｉｎ、臭化水素ガス４０ｃｃ／ｍｉｎ、酸素ガス２ｃｃ／ｍｉｎ、水素ガス５０ｃｃ／ｍｉｎの混合ガスを使用して、エッチング圧力０．４Ｐａ、ＵＨＦ電力４００Ｗ、基板バイアス電力４５Ｗ（イオンエネルギー３９０ｅＶ）の条件で３０秒間エッチング処理を行なった。その後、純水洗浄と乾燥処理を行なった。
【００２４】
以上のエッチング処理を行なうことで前述の実施例と同様に銅配線に対してフッ化を防止するとともに酸化を抑制できるエッチング処理が可能となる。また、バリア膜のオーバーエッチング時には、銅配線膜上や有機低誘電率膜の側壁に付着する塩素成分や臭素成分を水素ガスにより塩化水素、臭化水素として排気できるので前述までの実施例に比較して塩素成分や臭素成分の付着量を低減できる。
【００２５】
なお前記の各実施例は，いずれも有磁場電磁波放射放電方式のプラズマ処理装置の場合であったが，これ以外にもたとえば平行平板型の容量結合方式プラズマ処理装置や誘導結合型のプラズマ処理装置等の他の放電方式を利用したプラズマ処理装置にも適用できることはいうまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば，銅配線上のＣＶＤ製膜によるバリア膜のエッチング処理においてエッチングガスに塩素成分あるいは臭素成分と酸素ガスと還元性ガスを用いることで銅配線膜のフッ化を防止し、かつ酸化を大幅に抑制できるエッチング処理方法を提供できる。
【００２７】
また、エッチング時のイオンエネルギーを５００ｅＶ以下としたため、銅配線露出後の銅成分のスパッタ量を低減できる。
【００２８】
さらに、バリア膜のオーバーエッチング時に塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量を半減し、バリア膜のオーバーエッチング時に銅配線上や低誘電率膜の側壁に付着する塩素成分、臭素成分を水素ガスにより低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例になる，エッチング処理の工程図。
【符号の説明】
１０１…レジストマスク，１０２…ＳｉＯ２膜，１０３…有機低誘電率膜，１０４…バリア膜，１０５…銅配線，１０６…絶縁膜、１０７…基板
Claims (4)
- 銅配線膜上に形成されたＣＶＤ製膜によるＳｉＣを主成分とするバリア膜をエッチング処理する際に、エッチングガスに塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスと水素ガスを含み、前記バリア膜のエッチング終点付近から塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと酸素ガスの流量を半減し、エッチング処理を行うことを特徴とするバリア膜のプラズマエッチング処理方法。
- 請求項１記載のプラズマエッチング処理方法において前記エッチングガスが塩素ガスと酸素ガスと水素ガスとから構成されることを特徴とするプラズマエッチング処理方法。
- 請求項１記載のプラズマエッチング処理方法において前記エッチングガスが臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスとから構成されることを特徴とするプラズマエッチング処理方法。
- 請求項１記載のプラズマエッチング処理方法において前記エッチングガスが塩素ガスと臭化水素ガスと酸素ガスと水素ガスとから構成されることを特徴とするプラズマエッチング処理方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002107255A JP3748068B2 (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | プラズマエッチング処理方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002107255A JP3748068B2 (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | プラズマエッチング処理方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003303811A JP2003303811A (ja) | 2003-10-24 |
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- 2002-04-10 JP JP2002107255A patent/JP3748068B2/ja not_active Expired - Fee Related
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