JP5497278B2 - 銅の異方性ドライエッチング方法および装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る銅の異方性ドライエッチング方法を示すフローチャート、図2および図3はその工程の工程断面図である。
(1)O2をプラズマによりプラスイオン化し、基板であるウエハWに負電位を印加して酸素イオンを引き込む。このような処理は、平行平板型のプラズマ処理装置によって行うことができる。
(2)O2をイオン注入する。
(3)中性酸素原子からなる異方性ビームにより酸素を注入する。
(4)ガスクラスターイオンビーム(GCIB)によりO2を注入する。
これらのうち、(2)〜(4)は酸化に必要な酸素量を供給するために多大の時間とエネルギーが必要なため、(1)の手法が好ましい。(1)の手法は、例えば平行平板型のプラズマ処理装置により行うことができる。
Cu2O+2HCOOH→2Cu(HCOO)↑+H2O↑ …(1)
・ウエハ温度:100〜400℃
・カルボン酸分圧:1Pa〜101.3kPa
・カルボン酸流量:1〜1000mL/min(sccm)
・エッチング時間:10〜600sec
図5は酸化処理ユニット21の概略構成を示す断面図である。この酸化処理ユニット21は、上述したように、Cu膜に対して異方性酸化処理を行うものであり、平行平板型のプラズマ処理装置として構成されている。この酸化処理ユニット21は、図5に示すように、略円筒状に形成されたチャンバ51を具備し、その内部の底部には、絶縁板53を介して、サセプタ55が配置されている。サセプタ55は下部電極を兼ねたものであり、その上面に静電チャック60を介してウエハWが載置されるようになっている。符号56はハイパスフィルタ(HPF)である。
・ウエハ温度:25〜50℃
・チャンバ内圧力:1〜100Pa
・酸素ガス流量 :10〜1000mL/min(sccm)
・第1の高周波電源
周波数:13.56〜100MHz
出力:10〜1000W
・第2の高周波電源
周波数:2〜60MHz
出力:10〜1000W
・酸化時間:10〜600sec
図6はエッチングユニット22の概略構成を示す断面図である。エッチングユニット22は、ウエハWを収容して真空保持可能なチャンバ101と、チャンバ101内に蟻酸蒸気を供給する蟻酸供給機構102と、希釈ガスとして例えば窒素ガスやアルゴンガスをチャンバ101内に供給する希釈ガス供給機構103と、チャンバ101内を真空排気する排気機構104とを備えている。
・ウエハ温度:150〜300℃
・チャンバ内圧力:10〜1000Pa
・蟻酸ガス流量 :10〜500mL/min(sccm)
・希釈ガス流量 :0〜5000mL/min(sccm)
・エッチング時間:10〜600sec
まず、搬入出室28の搬送装置36により、いずれかのフープFからウエハWを取り出し、ロードロック室26または27に搬送し、その中を真空雰囲気にした後、搬送室25の搬送装置32によりそのウエハWを取り出して、酸化処理ユニット21に搬入する。酸化処理ユニット21においては、ゲートバルブGを開いた状態で搬入出口85からチャンバ51内に搬入したウエハWをサセプタ55上の静電チャック60に載置した後、ゲートバルブGを閉じてチャンバ51内を密閉する。
図8は、そのような銅配線構造を形成する第1の手順のフローを説明する工程断面図である。
なお、本発明の銅の異方性エッチングを配線層の形成およびビア層の形成のいずれかだけに適用してもよい。また、バリア膜(バリアメタル)204のエッチングを行った後にバリア絶縁膜208の成膜を行うのではなく、バリア絶縁膜208の成膜の後にバリア膜(バリアメタル)204のエッチングを行ってもよい。
図9は第2の手順のフローを説明する工程断面図である。
図10は第3の手順のフローを説明するための工程断面図である。
図11は第4の手順のフローを説明するための工程断面図である。
上記第1の手順の図8(a)、(b)と同様にして、Cuバリア絶縁膜206および耐酸化性膜207からなるマスクを形成し、これをエッチングマスクとしてCu膜205に異方性エッチングを施し、配線パターンを形成する(図11(a))。
バリア膜(バリアメタル)223としては、上述したTa、TaN、Ti、TiN、Ru等の金属または金属化合物を用いることができる。バリア膜(バリアメタル)223の成膜にはCVDやALDを用いることができるが、この場合にはCuの腐食を防止する観点から原料としてハロゲンを含まないものを用いる必要がある。また、PVDによって成膜してもよい。バリア膜(バリアメタル)223を成膜する前に耐酸化性膜207、または耐酸化性膜207およびCuバリア絶縁膜206をエッチング除去しても構わない。ただし、Cuの腐食を防止する観点から、エッチャントとしてはハロゲンを含まない物質を用いる必要がある。なお、既に成膜されているバリア膜(バリアメタル)204とこのバリア膜(バリアメタル)223は同一材料であっても、異なる材料であってもよい。また、バリア膜(バリアメタル)223の成膜に先立って、既に成膜されているバリア膜(バリアメタル)204をエッチングにより除去してもよい。
12;Cuバリア絶縁膜
15;酸化銅膜
21;酸化処理ユニット
22;エッチングユニット
25;搬送室
26,27;ロードロック室
28;搬入出室
32,36;搬送装置
G;ゲートバルブ
W;半導体ウエハ
Claims (18)
- 基板に形成された銅膜を異方的にドライエッチングする銅の異方性ドライエッチング方法であって、
前記銅膜の表面にエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを介して前記銅膜に対して異方性酸化処理を施す工程と、
前記異方性酸化処理によって形成された酸化銅をハロゲンを含有しない有機酸によりドライエッチングする工程と
を含み、
前記異方性酸化処理を施す工程および前記ドライエッチングする工程は、真空中で行われ、これら工程の間で大気暴露しないことを特徴とする銅の異方性ドライエッチング方法。 - 前記異方性酸化処理を施す工程と、前記ドライエッチングする工程とは、所定回数繰り返して行うことを特徴とする請求項1に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 前記エッチングマスクを形成する工程は、銅膜の表面に酸化銅が形成されないようにして行われることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 前記エッチングマスクは、前記銅膜上にマスク層を形成した後、真空中で所定パターンにエッチングして形成され、該エッチングにより前記銅膜表面を露出した後、大気に曝露せずに、真空に保持したまま前記異方性酸化処理を行って、エッチングマスクを形成する際に前記銅膜の表面に酸化銅が形成されないようにすることを特徴とする請求項3に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 前記銅膜を真空中で成膜した後、大気に曝露せずにエッチングマスクを形成して、エッチングマスクを形成する際に前記銅膜の表面に酸化銅が形成されないようにすることを特徴とする請求項3に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 銅膜表面の自然酸化銅膜を除去した後にエッチングマスクを形成して、エッチングマスクを形成する際に前記銅膜の表面に酸化銅が形成されないようにすることを特徴とする請求項3に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 前記異方性酸化処理は、酸素ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより銅を酸化することにより行うことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 前記異方性酸化処理は、平行平板型のプラズマ処理装置により酸素のプラズマを生成し、基板側に高周波バイアスをかけてプラズマ中のマイナスイオンを基板側に引き込むことにより行うことを特徴とする請求項7に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 前記異方性酸化処理は、酸素イオンまたは酸素原子を前記銅膜に注入することにより行われることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 前記異方性酸化処理を行う真空に保持された酸化処理ユニットと、前記エッチングを行う真空に保持されたエッチングユニットと、前記酸化処理ユニットおよび前記エッチングユニットが連結され、基板を搬送する搬送装置を備え、真空に保持された搬送室とを有する処理装置を用い、
前記酸化処理ユニットで基板に前記異方性酸化処理を施した後、その基板を前記搬送装置により前記エッチングユニットへ搬送し、前記エッチングユニットで基板に前記ドライエッチングを施すことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。 - 前記異方性酸化処理と前記ドライエッチングとを、同一の処理ユニットで行うことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 前記ドライエッチング処理は、前記有機酸を25〜100℃に加熱して有機酸蒸気を生成し、この有機酸蒸気を150〜400℃に加熱された基板に供給することにより行うことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 前記有機酸はカルボン酸であることを特徴とする請求項12に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 前記有機酸は蟻酸であることを特徴とする請求項13に記載の銅の異方性ドライエッチング方法。
- 銅膜を有する基板に対して真空中で異方性酸化処理を施す異方性酸化ユニットと、
前記酸化処理によって形成された酸化銅を真空中でハロゲンを含有しない有機酸によりドライエッチングするエッチングユニットと、
前記異方性酸化ユニットおよび前記エッチングユニットが連結され、基板を搬送する搬送装置を備え、真空に保持された搬送室と、
前記基板として、前記銅膜の表面にエッチングマスクを形成したものを前記異方性酸化ユニット内に配置させ、前記異方性酸化ユニットで前記エッチングマスクを介して前記銅膜を異方性酸化させて酸化銅を形成させた後、前記搬送装置により、前記搬送室を経て、大気暴露することなく前記基板を前記エッチングユニットに搬送させ、前記エッチングユニットで前記酸化銅をハロゲンを含有しない有機酸によりドライエッチングさせる制御部と
を具備することを特徴とする銅の異方性ドライエッチング装置。 - 銅膜を有する基板が搬入される真空に保持可能な処理室と、
前記処理室内で前記基板に対して異方性酸化処理を施す異方性酸化機構と、
前記処理室内で前記酸化処理によって形成された酸化銅をハロゲンを含有しない有機酸によりドライエッチングするエッチング機構と、
前記基板として、前記銅膜の表面にエッチングマスクを形成したものを前記処理室内に配置させ、前記処理室を真空に保持した状態で、前記異方性酸化機構で前記銅膜を異方性酸化させて酸化銅を形成させた後、前記エッチング機構で前記酸化銅をハロゲンを含有しない有機酸によりドライエッチングさせる制御部と
を具備することを特徴とする銅の異方性ドライエッチング装置。 - 前記エッチングマスクは、銅膜の表面に酸化銅が形成されないようにして形成されたものであることを特徴とする請求項15または請求項16に記載の銅の異方性ドライエッチング装置。
- コンピュータ上で動作し、銅のドライエッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項1から請求項14のいずれかの銅のドライエッチング方法が行われるようにコンピュータに前記銅のドライエッチング装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
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