JPH01283936A

JPH01283936A - 表面処理方法および装置

Info

Publication number: JPH01283936A
Application number: JP11411488A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Misawa; 三沢　豊; Shigeru Kawamata; 川又　繁; Atsushi Numata; 敦沼田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Haramachi Electronics Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Priority date: 1988-05-11
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1989-11-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は表面処理方法および装置に係り、特に、半導体
装置の製造に好適な表面処理方法および装置に関する。

（従来の技術）従来の表面処理方法としては、ホトレジストをマスクと
して薬品で溶解するウェットエツチングハロゲン系のガ
スに高周波電力を加えて低温ガスプラズマを作り、その
中で化学反応をさせてエツチングを行うガスプラズマエ
ツチング、あるいはアルゴンなどの重い不活生ガスをイ
オン化して電界によって加速街突させ、物理的にエツチ
ングさせるスパッタエツチング、イオンミリング等があ
った。

（発明が解決しようとする課題）上記従来技術は、それぞれ以下のような長所、短所を有
していた。

（１）ウェットエツチングでは、被エツチング部とその
他の部分とのエツチング比を大きくすることができるが
、深さ方向と同時に横方向もエツチングされるために微
細パターンの加工には適さない。

（２）プラズマエツチングは、パターンシフトが少ない
ために半導体の微細加工等に有効であるが、エツチング
のための媒質がガスであるために管理、使い勝手等が難
しく、さらに、被エツチング材が、室温で蒸気圧の高い
化合物に限られるという欠点がある。

（３）イオンミリング法は、被エツチング材に限定もな
く微細加工にも適しているが、被エツチング部分とその
他の部分とのエツチング比が小さく終点判定が難しい事
や、被エツチング材の下に形成されている半導体基板等
の対象物に損傷を与える等の欠点がある。

一方、近年のＬＳＩの高集積化に伴う配線の微細化によ
る配線抵抗の増加は、ＬＳＩを高速化するうえでの大き
な障害となっている。

このため、最近では従来のＡ１配線に代わって、低抵抗
のＣｕ配線が利用されている。

ところが、Ｃｕのハロゲン化合物であるＣ　ｕ　Ｃ１２
は室温での蒸気圧が低いために、ＡＩ配線において用い
られていた反応性ドライエツチングが使用できない。

また、エツチング中にＣｕの蒸気圧が高くなる程度にま
で対象物を加熱すると、対象物が損傷を受けるばかりで
なくマスクも損傷を受けるために微細な加工を行うこと
が難しい。したがって、従来のＣｕ配線の加工において
は、過硫酸アンモニウムによるウェットエツチング、あ
るいはイオンミリングが用いられていた。

ところが、Ｃｕのウェットエツチングでは加工寸法の限
界値が３μｍであり、ＬＳＩには適用できない。また、
イオンミリングでは、前記したように対象物に与える損
傷が大きいうえに終点判定が難しく、微細加工を行うこ
とはできなかった。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、
エツチング部分と非エツチング部分とのエツチング比が
大きく、かつ微細加工に適した表面処理方法および装置
を提供することにある。

（課題を解決するための手段）前記の問題点を解決するために、本発明は、エツチング
すべき対象物の被処理部分以外をマスキングし、後に該
対象物を適宜の手段によってエツチングした場合に、被
処理部分とその他の部分とのエツチング比が大きくなる
ように該被処理部分を改質し、該改質された被処理部分
を前記適宜のエツチング手段によって除去するようにし
た点に特徴がある。

（作用）以上のような構成によれば、被処理部分の改質をプラズ
マ処理等のドライエツチングで行い、該改質部分の除去
をウェットエツチングで行うことができるようになる。

したがって、パターンシフトの小さい正確な微細加工を
短時間で行うことができるようになる。

さらに、プラズマ処理時の被処理物の加熱時間が短くな
るので被処理物に与える損傷が少なくなる。

（実施例）以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

［第１実施例］第１図は本発明の一実施例であるエツチング方法を説明
するための図である。

同図において、被処理物はシリコン基板１の表面に酸化
膜２およびＣｕ薄膜３が形成された半導体基板である。

同図において、はじめに該Ｃｕ薄膜３゛の被エツチング
領域５以外の部分を、ホトレジスト、ポリイミド等の有
機塗布膜、あるいは酸化膜等の無機薄膜から成るマスク
４を用いてマスキングする。

本実施例ではホトレジストをマスクとして使用した［同
図（ａ）］。

次に、該半導体基板に対してＣＣｌ４ガス中でプラズマ
処理を施すことによって、被エツチング領域５のＣｕ薄
膜３を塩化化合物であるＣ　ｕ　Ｃ１２に改質する［同
図（ｂ）］。

このＣｕ　Ｃ１２は、高温での蒸気圧は高いが室温での
蒸気圧は低いために、そのままでは昇華しない。そこで
、レーザビーム、ハロゲンランプ等の照射、あるいはニ
クロム線等を用いた抵抗加熱等によって該Ｃｕ　Ｃ１２
を短時間加熱して昇華させる［同図（Ｃ）］。

本実施例によれば、従来イオンミリングでしか加工する
ことができなかったＣｕ薄膜３を、プラズマ処理による
改質およびその後の加熱処理によってエツチングできる
ようになるので、パターンシフトの少ない微細なパター
ン形成をＣｕ薄膜に対しても容易に行うことができるよ
うになる。

さらに本実施例によれば、被エツチング領域を昇華させ
るための加熱が行われる以前に被エツチング領域が蒸気
圧の高い物質に改質されているので、従来のプラズマ処
理とは異なって被エツチング領域を昇華させるための加
熱時間を短くすることができる。

すなわち、従来のプラズマ処理においては、被エツチン
グ領域をプラズマ処理の間中加熱しなければならなかっ
たが、本実施例によれば、改質中は加熱する必要が無く
、該改質したＣ　ｕ　Ｃ１２を昇華させるときだけ加熱
すれば良いので、その時間を、ハロゲンランプ、抵抗加
熱等であれば数秒〜数十秒、レーザビームであれば１０
ナノ秒程度に短縮することができる。

また、本実施例によれば、改質した物質を加熱するとき
にはマスクが不要となるため、マスクの耐熱性に左右さ
れずに加熱処理を行うことができるようになる。

［第２実施例］前記と同様の半導体基板に対して、Ｓ０２ガス中でプラ
ズマ処理を施すことによって、前記被エツチング部分５
のＣｕ薄膜を硫化化合物であるＣｕ　Ｓ　Ｏ４に改質し
、その後にエツチングする第２の実施例について説明す
る。

このＣｕ　Ｓ　Ｏ４は、数百℃の高温においても蒸気圧
が低いために、前記Ｃｕ　Ｃ１２とは異なって加熱処理
によってはエツチングすることができないが、該Ｃｕ　
Ｓ　Ｏ４は水に溶解しやすいので、水に浸漬することに
よってエツチングできる。

本実施例によれば、前記同様、被エツチング物質である
Ｃｕ薄膜の改質をプラズマ処理によって行うことができ
るので、微細パターンの加工が容易になると共にエツチ
ングが水によって行われるので半導体基板に与える損傷
が全くなくなる。

［第３実施例コＡｕ薄膜をエツチングする第３の実施例について説明す
る。

はじめに、被エツチング領域以外の部分をホトレジスト
を用いてマスキングし、その後Ｃ１２ガス中でプラズマ
処理を施すことによって、前記Ａｕ薄膜を塩化化合物で
あるＡ　ｕ　Ｃ１２に改質する。

このＡｕＣ１も、前記Ｃｕ　Ｃ１２同様、室温での蒸気
圧が低いためにそのままでは昇華しないが、前記同様、
レーザビームあるいはノーロゲンランブ等を用いて２０
０℃以上に加熱すると該Ａ　ｕ　Ｃ１２は昇華する。

本実施例によれば、被エツチング物質であるＡｕ薄膜の
改質がプラズマ処理によって行われるために、パターン
シフトの小さい微細パターンの加工を正確に行うこなう
ことができるようになる。

また、エツチングのための加熱時間を短かくスルことが
できるので、半導体基板に与える損傷が小さい。

［第４実施例］Ａｇ薄膜をエツチングする第４の実施例について説明す
る。

前記同様、はじめに被エツチング領域以外の部分をホト
レジストを用いてマスキングし、その後Ｃ１２ガス中で
プラズマ処理を施すことによって選択的に前記Ａｇ薄膜
を塩化化合物であるＡｇＣ１２に改質する。

この人ｇＣ１２は、かなりの高温においても蒸気圧が低
いために、前記Ｃｕ　Ｃｌ　２とは異なって加熱処理に
よってはエツチングすることができないが、該ＡｇＣｌ
　　はＮＨ３水に溶解しやすいので、ＮＨ３水に浸漬す
ることによって該ＡｇＣ１２を選択的に取り除く。

本実施例においても、前記同様、被エツチング物質であ
るＡｇ薄膜の改質がプラズマ処理によって行われるため
に、パターンシフトの小さい微細パターンの加工を正確
に行うこなうことができる。

第２図は、本発明の一実施例である表面処理装置の断面
図である。

以下に、本表面処理装置を用いたエツチング方法を、前
記第１図に示した半導体基板の表面に形成されたＣｕ薄
膜３を被エツチング物として除去する場合を例にとって
説明する。

同図において、はじめにマスキングが施された半導体基
板１１をチャンバ１０内の下部電極６の上に載置し、そ
の後、排気口９より排気を行い、前記チャンバ１０内を
真空状態にする。

続いて、ガス導入口１２よりＣＣｌ４ガスを導入後、Ｒ
Ｆ（高周波）電源２１によって前記下部電極６と上部電
極７との間に高電圧を印加してチャンバ１０内にプラズ
マを発生させ、選択的に被エツチング領域５のＣｕ薄膜
３を塩化化合物であるＣ　ｕ　Ｃ１２に改質する。

続いて、前記高電圧の印加を停止し、ハロゲンランプ８
を照射することによって前記Ｃｕ　Ｃｌ　２加熱して昇
華させる。

なお、被エツチング膜が厚い場合には、上記したプラズ
マ処理と加熱処理とを交互に繰り返すことによって微細
なパターンを正確に加工することができる。

本実施例によれば、前記同様、被エツチング物質である
Ｃｕ薄膜３の改質がプラズマ処理によって行われるため
に、パターンシフトの小さい微細パターンの加工を正確
に行うこなうことができる。

しかも、エツチングのための加熱時間が短いので、半導
体基板１１に与える損傷を小さくできる。

さらに本実施例によれば、チャンバ１０が、被エツチン
グ膜を改質する改質屋と該改質した膜を除去する除去層
とを兼ねているので装置を小形化することができる。

なお、上記した実施例においては、プラズマ処理後に加
熱処理を行うものとして説明したが、プラズマ処理によ
る改質を行いながら加熱処理によるエツチングを行うよ
うにしても良い。ただし、この場合の加熱処理は、連続
的よりも間欠的かつ短時間行うことが望ましい。

第３図は、本発明のその他の実施例である表面処理装置
の断面図である。

本実施例では、被エツチング膜を改質する部屋と、該改
質した被エツチング膜を除去する部屋とが別々に設けら
れている点に特徴がある。

同図においては、半導体基板１１を供給するローディン
グ室１３と処理後の半導体基板１１をストックするアン
ローディング室１４とが装置の両端に設置されている。

さらに、半導体基板１１をローディング室１３から改質
室１６に搬送するための搬送室１５、半導体基板１１を
改質室１６から除去室１７に搬送するための搬送室１８
、半導体基板１１を除去室１７からアンローディング室
１４に搬送するための搬送室１９が設置されている。な
お、前記改質室１６および除去室１７の内部は、半導体
基板１１に水分が付着するのを防ぐために真空系２０に
よって吸引され真空に保たれる。改質室１６の内部には
、ＲＦ電源２１が接続された対向電極２２が設けられて
おり、ＲＦプラズマをその内部に発生させることができ
る様になっている。

以下に、本表面処理装置を用いたエツチング方法を、前
記第１図に示した半導体基板の表面に形成されたＣｕ薄
膜３を披エツチング物として除去する場合を例にとって
説明する。

シャッター２５が開いて、エツチング領域以外の部分に
マスキングが施された半導体基板１１が改質室１６にロ
ーディングされると、該シャッター２５が閉じた後にそ
の内部が真空系２０によって吸引されて真空状態になる
。

づづいて、反応ガス供給系（図示せず）から、該改質室
１６にＣＣｌ２が導入されて、対向電極２２に高周波電
圧が印加されると、その内部がプラズマ状態となり、被
エツチング領域５のＣｕ薄膜３がＣｕ　Ｃｌ　２に改質
される。

改質が終了すると、該半導体基板１１は搬送室１８を経
由して除去室１７に搬送されて支持台２４上に載置され
る。

該除去室１７にはハロゲンランプ２３が設置されており
、その内部が真空系２０によって吸引されて真空状態に
なると、ハロゲンランプ２３が点灯して半導体基板１１
の表面が加熱される。

前記したように、Ｃｕ　Ｃ１２は高温での蒸気圧が高い
ために、該ハロゲンランプ２３の熱によって昇華される
ことによって除去される。

なお、Ｃｕ薄膜が厚い場合には、半導体基板を上記改質
室１６と除去室１７との間で往復させ、前記した各処理
を繰り返すようにしても良い。

また、上記した実施例には示されていないが、改質室１
６と除去室１７との間、あるいは除去室１７とアンロー
ディング室１４との間に、前記マスキングのために用い
たマスクを取り除くための処理室を設けても良い。

本実施例においても、前記同様、パターンシフトの小さ
い微細パターンの加工を正確に行うことができると共に
、エツチングのための加熱時間が短じかくなるので、半
導体基板に与える損傷を小さくできる。。

さらに、第２図および第３図に示した実施例においては
、チャンバ１０あるいは改質室１６でプラズマを発生さ
せるための手段を高周波電圧として説明したが、マイク
ロ波を用いたマイクロ波プラズマ、あるいはグロー放電
プラズマであっても良い。

また、改質をプラズマ処理によって行うのではなく、Ｃ
１２ガス雰囲気中でのレーザビーム等の光照射、あるい
はＣＩイオン注入等の適当な手段によって行っても良い
。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によればつぎの
ような効果が達成される。

（１）被エツチング部分の改質をプラズマ処理等のドラ
イエツチングで行い、該改質部分の除去を加熱処理ある
いはウェットエツチング等で行うようにしたので、蒸気
圧が低いためにドライエツチングができなかった物質に
対しても、パターンシフトの小さい正確な微細加工を短
時間で行うことができるようになる。

（２）エツチング時の被対象物への加熱時間が短くなる
ので、被対象物に与える損傷が少なくなる。

（３）加熱処理時にはマスクが不要となるために、マス
クの耐熱性に左右されずに加熱処理を行うことができる
ようになる。

（４）チャンバが、披エツチング部分を改質する改質室
と該改質した披エツチング部分を除去する除去室とを兼
ねるようにすれば、装置を小形化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるエツチング方法を説明
するための図である。第２図は本発明の一実施例である表面処理装置の断面図
である。第３図は本発明のその他の実施例である表面処理装置の
断面図である。１・・・シリコン基板、２・・・酸化膜、３・・・Ｃｕ
薄膜、４・・・マスク、５・・・被エツチング領域、８
．２３・・・ハロゲンランプ、１１・・・半導体基板、
１６・・・改質室、１７・・・除去室

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対象物の被エッチング部分以外にマスクを形成す
るマスキング工程と、後に被エッチング部分を適宜の手段によつてエッチング
した場合に、被エッチング部分とその他の部分とのエッ
チング比が大きくなるような物質に被エッチング部分を
改質する工程と、該改質された被エッチング部分を前記適宜のエッチング
手段によって除去する工程とからなることを特徴とする
表面処理方法。
（２）前記改質工程は、被エッチング部分を高温で蒸気
圧の高い物質に改質する工程であり、前記除去工程は、
該改質された被エッチング部分を加熱して昇華させる工
程であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
表面処理方法。
（３）前記改質工程は、被エッチング部分を水溶性の高
い物質に改質する工程であり、前記除去工程は、該改質
された被エッチング部分を水で溶解する工程であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面処理方法
。
（４）前記改質工程は、被エッチング部分を所定の薬液
に対して溶解性の高い物質に改質する工程であり、前記
除去工程は、該改質された被エッチング部分を前記所定
の薬液で溶解する工程であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の表面処理方法。
（５）前記被エッチング部分の改質は、プラズマ処理に
よって行われることを特徴とする特許請求の範囲第１項
ないし第４項のいずれかに記載の表面処理方法。
（６）前記被エッチング部分の改質は、イオン注入によ
って行われることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
いし第４項のいずれかに記載の表面処理方法。
（７）前記被エッチング部分の改質は、所定の反応ガス
雰囲気中における光照射によって行われることを特徴と
する特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
載の表面処理方法。
（８）前記マスクを除去する工程を、前記改質工程と除
去工程との間に有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項ないし第７項のいずれかに記載の表面処理方法。
（９）前記被エッチング部分の改質と該改質部分の除去
とが同時に行われることを特徴とする特許請求の範囲第
１項ないし第７項のいずれかに記載の表面処理方法。
（１０）対象物の被エッチング部分を、後に被エッチン
グ部分を適宜の手段によってエッチングした場合に被エ
ッチング部分とマスクに覆われたその他の部分とのエッ
チング比が大きくなるように改質する改質室と、該改質された被エッチング部分を、前記適宜の手段によ
ってエッチングする除去室とを具備したことを特徴とす
る表面処理装置。
（１１）前記マスクを取り除く処理室を、前記改質室と
除去室との間にさらに具備したことを特徴とする特許請
求の範囲第１０項記載の表面処理装置。