JP6844083B2 - アフターコロージョン抑制処理方法 - Google Patents
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Description
Cl2→2Cl*
BCl3→BCl2+Cl*
塩素のラジカルCl*は容易にAlと反応し、塩化アルミニウムを生成する。
Al+3Cl→AlCl3
Al+Cl→AlCl
生成した塩化アルミニウムを真空排気することでAl(アルミ配線)のエッチングが行われる。
AlCl3+H2O→Al(OH)3+3HCl
Al+3HCl→AlCl3
アフターコロージョンはアルミ配線間の短絡を引き起こし、半導体デバイス製品の不具合の原因となる。
a) エッチング処理後のアルミ配線半導体基板を収容した処理室内にアルゴンガスを導入してアルゴンプラズマを生成する工程と、
b) 前記アルゴンプラズマが安定した以後に、該アルゴンプラズマ中にH2Oを導入することによりAr-H2Oプラズマとする工程と、
を含むことを特徴とする。
前記アルゴンプラズマ中にH2Oを導入した後でありかつH2Oの導入を停止する前に、前記処理室内へのアルゴンガスの導入を停止する
ことを特徴とする。
もっとも、アルゴンプラズマ中に導入するH2Oの形態として特に好ましいのは、水蒸気である。水蒸気の形態としておくことにより、H2Oがより迅速にかつ完全にプラズマによって分解されるようになり、ここで導入するH2Oがアフターコロージョンの原因となる可能性を低減することができるからである。
図1はプラズマ処理装置10の概略構成図である。この図から明らかなように、この実施の形態では、誘導結合型反応性イオンプラズマ処理装置(ICP-RIE)を用いる。
図2はプラズマ処理装置10で行われる処理の流れの一例を示す図である。以下の説明では、処理対象となる基板15は、アルミニウムを成膜したサファイア基板の表面に、フォトマスクのパターンが転写されたレジストを形成したアルミ半導体基板であるとする。
基板15に対するエッチング処理(ステップS1)は、次のように行われる。すなわち、まず、ロードロック23を開け、下部電極16上に基板15を載置して、静電チャック等で基板15を下部電極16に固定する。ロードロック23を閉じて筐体12を密閉した後、排気口32に接続した真空ポンプ(図示せず)で処理室11内を排気し、十分な真空度に達したら、高周波コイル13に高周波電力を供給し、下部電極16にバイアス高周波電圧を印加する。続いて、ガス導入口31からエッチングガスを処理室11内に供給する。ここでは、エッチングガスとして、例えば、塩素(Cl2)と窒素(N2)とを用いる。これにより、基板15の上部にエッチングガスのプラズマが生成し、それにより生じた反応性イオン(ここでは、塩素のラジカルCl*等)により基板15表面のアルミニウムがエッチングされる。エッチングガスのプラズマが生成されてから定められた時間が経過した時点で、エッチングガスの供給が停止される。これによってエッチング処理が完了する。
図3は、アフターコロージョン抑制処理の流れの一例を示す図である。また、図4は、アフターコロージョン抑制処理を説明するためのタイミングチャートである。アフターコロージョン抑制処理(ステップS2)は、次のように行われる。
処理室11内に供給された水蒸気は、高周波コイル13から供給される高周波電力によりプラズマ化する。これにより、基板15の上部にAr-H2Oプラズマが生成される。処理室11内にアルゴンプラズマを予め形成せずにはじめからH2Oプラズマ単独を形成する場合、H2Oを導入開始してからH2Oプラズマが安定するまでの間、H2Oの解離が十分に行われない。これに対し、ここでは、処理室11内にアルゴンプラズマを予め形成しておき、そこにH2Oを導入するため、H2Oプラズマが安定するまでの間、アルゴンプラズマでH2Oを解離させることができる。したがって、解離していないH2Oが基板15に付着しにくい。解離していないH2Oの基板15への付着は、アフターコロージョンの一因となってしまう。すなわち、基板15に解離していないH2Oが付着し、残存してしまうと、これが先に行われたエッチング処理の残存付着物の成長を促して、アフターコロージョンを発生させてしまう。ここでは、解離していないH2Oが基板15に付着することを抑制できるので、これに起因するアフターコロージョンの発生を抑制できる。
なお、処理室11内にH2Oを供給する間、併せて別のガス(例えば、酸素)をさらに供給してもよい。また、H2Oの供給を開始する際に、プラズマ条件を変更してもよい。具体的には、例えば、H2Oの供給を開始する際に、高周波コイル13に供給する高周波電力を上げてもよい。また、処理室11内へのH2Oの供給開始時期は、アルゴンプラズマが安定するのと同時とするのが望ましい。アルゴンプラズマが安定すると同時にH2Oを供給することにより、基板15がアルゴンプラズマ単独に長時間さらされることによって基板15が高温状態(基板15がダメージを受けるほどの高温状態)となってしまうことを回避できる。
以下に、上述したアフターコロージョン抑制処理に係る実施例とその評価について説明する。ただし、以下の各実施例および比較例では、基板15に対するエッチング処理は、次のような共通条件で行った。すなわち、エッチング処理においては、高周波コイル13には180Wの高周波電力を供給し、下部電極16には30Wのバイアス高周波電圧を印加した。また、エッチングガスとして、塩素ガスおよび窒素ガスを用いた。処理室11内への塩素ガスの供給流量は25sccm(「sccm」は、毎分標準(すなわち、標準状態の圧力および温度(ここでは、0℃、1atm)での)立方センチメートルである。以下も同様)とし、処理室11内への窒素ガスの供給流量は5sccmとした。また、処理室11内の圧力は、0.5Paとなるように調整し、下部電極16の温度は25℃に調整した。また、エッチング処理の時間は、2分間とした。
実施例1では、アフターコロージョン抑制処理は、次の条件で行った。すなわち、高周波コイル13に供給する高周波電力は500Wとした。また、アルゴンガスの供給流量は100sccmとし、水蒸気の供給流量は30sccmとした。また、アルゴンプラズマ単独の形成時間(すなわち、アルゴンガスの供給を開始してから水蒸気の供給を開始するまでの時間)は、10秒間とした。また、Ar-H2Oプラズマの形成時間(すなわち、水蒸気の供給を開始してからアルゴンガスの供給を停止するまでの時間)は5秒間とした。また、H2Oプラズマ単独の形成時間(すなわち、アルゴンガスの供給を停止してから水蒸気の供給を停止するまでの時間)は5分間とした。したがって、アフターコロージョン抑制処理に要した時間は、5分15秒間であった。また、処理が行われる間、処理室11内の圧力が9.0Paとなるように調整し、下部電極16の温度は25℃に調整した。
〔実施例2〕
実施例2では、水蒸気の供給流量を100sccmとした。それ以外の条件は、実施例1と同じとした。
〔実施例3〕
実施例3では、水蒸気の供給流量を15sccmとし、水蒸気を供給する間、併せて酸素を15sccmで供給した。それ以外の条件は、実施例1と同じとした。
〔実施例4〕
実施例4では、水蒸気の供給流量を5sccmとし、水蒸気を供給する間、併せて酸素を25sccmで供給した。それ以外の条件は、実施例1と同じとした。
〔比較例1〕
比較例1では、エッチング処理のみを行い、アフターコロージョン抑制処理を行わなかった。
〔比較例2〕
比較例2では、アフターコロージョン抑制処理において、アルゴンガスの供給を行わなかった。つまり、エッチング処理後の基板に対して、直ちに水蒸気の吹きつけを行って、H2Oプラズマ処理を施した。
図5に示されるように、比較例1では、アフターコロージョンが発生している。また、比較例2では、比較例1に比べると少ないものの、やはりアフターコロージョンが発生している。これは、解離しなかったH2Oが基板のアルミニウム表面に付着したことが原因と考えられる。
一方、実施例1では、アフターコロージョンは発生していない。また、実施例2、実施例3および実施例4でも、アフターコロージョンは、ほぼ発生していない。このように、実施例1〜4では、アフターコロージョンの発生が十分に抑制されていることがわかる。これは、上述したとおり、H2Oの供給に先立って処理室内に生成されていたアルゴンプラズマが、解離しきれなかった水分子が基板に付着することを抑制しているためと考えられる。
上記の実施の形態に係るアフターコロージョン抑制処理においては、途中でアルゴンガスの供給を停止していた(ステップS23)が、アルゴンガスの供給は必ずしも停止しなくてもよい。すなわち、ステップS23の処理は行わなくともよい。また例えば、アルゴンガスの供給を開始してから定められた時間が経過した時点で、アルゴンガスの流量を十分小さな(ただし、ゼロより大きい)値に下げてもよい。アルゴンガスの供給を停止しない場合、基板15に対するH2Oプラズマ処理は、処理室11内にアルゴンプラズマが存在する状況下で進行することになる。この場合、アルゴンプラズマの存在によって、基板の温度低下が抑制されるので、解離していないH2O(水滴)が基板15に付着しにくいという利点がある。
11 処理室
12 筐体
13 高周波コイル
14 窓
15 基板
16 下部電極
18 上部高周波電源
19 ブロッキングコンデンサ
21 下部高周波電源
24 制御部
31 ガス導入口
32 排気口
38 アルゴンガス供給源
41 H2O導入口
43 ヴェーパライザ
44 水供給源
Claims (5)
- アルミ配線半導体基板のH2Oプラズマによるアフターコロージョン抑制処理方法であって、
a) エッチング処理後のアルミ配線半導体基板を収容した処理室内にアルゴンガスを導入してアルゴンプラズマを生成する工程と、
b) 前記アルゴンプラズマが安定した以後に、該アルゴンプラズマ中にH2Oを導入することによりAr-H2Oプラズマとする工程と、
を含み、前記アルゴンプラズマ中にH 2 Oを導入した後でありかつH 2 Oの導入を停止する前に、前記処理室内へのアルゴンガスの導入を停止する、アフターコロージョン抑制処理方法。 - 請求項1に記載のアフターコロージョン抑制処理方法であって、
前記アルゴンプラズマ中に導入するH2Oが水蒸気である、
アフターコロージョン抑制処理方法。 - 請求項1または2に記載のアフターコロージョン抑制処理方法であって、
前記アルゴンプラズマが安定すると同時にH2Oを導入する、
アフターコロージョン抑制処理方法。 - 請求項1から3のいずれかに記載のアフターコロージョン抑制処理方法であって、
前記アルゴンプラズマ中にH2Oを導入する間、前記処理室内に酸素を導入する、
アフターコロージョン抑制処理方法。 - 請求項1から4のいずれかに記載のアフターコロージョン抑制処理方法であって、
前記エッチング処理が、アルミニウムが成膜された半導体基板を前記処理室でプラズマエッチングすることによって行われる、
アフターコロージョン抑制処理方法。
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