JPH0341728A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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】 （概　要〕 半導体装置の製造方法に関し、更に詳しく言えば、ドラ
イエンチングにより形成された＾Ｉ膜又はＡｌ合金膜か
らなる配線層のアフタコロ−ジョンを防止するための半
導体装置の製造方法に関し、特に、＾ＬＣｕ含Ｃｕから
なる配線層のアフタコロ−ジョンの防止に有効な半導体
装置の製造方法を提供することを目的とし、 半導体基板上のＡｌ膜又はＡｌ合金膜を塩素系の反応ガ
スによりドライエツチングする工程と、前記半導体基板
を減圧雰囲気中で水茶気にさらす工程とを含み構成する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、更に詳しく言
えば、ドライエツチングにより形成されたＡｌ膜又はＡ
ｌ合金膜からなる配線層のアフタコロ−ジョンを防＋ｈ
するための半導体装置の！ｌＩ造方法に関する。

エレクトロマイグレーションの発生を防止するため、半
導体装置の配線層としてＡｌ合金膜、特にＡｌ−Ｃｕ合
金膜が用いられている。

これを用いて配線層を形成する場合、この合金膜を半導
体基板上に堆積し、この合金膜を塩素系の反応ガスによ
りドライエツチングしている。この場合にもアフタコロ
−ジョンを防止することが要望されている。

（従来の技術） Ａｌ−Ｃｕ合金膜を塩素系の反応ガスによりドライエン
チングした後では、 八ｌ＋ｃＩ”　　−＋ＡｌＣｌ３ Ｃｕ＋ＣＩ’″−＋Ｃｕ、Ｃ１ｙ 配線層の周囲に残るＡｌＣｈやＣｕ、ＣＩ、と大気中の
水分とが反応して、 ＡｌＣｌ３＋１１．Ｏ→Ａｌ（０１１）　＋ＨＣｌＣｌ
１．ＣＩ、　＋１ＩＺＯ−＊Ｃｕ（０１１）　＋４１Ｃ
Ｉ塩酸（ＨＣＩ）が生じ、これがＡｌ−Ｃｕ合金膜と反
応することによりアフタコロージョンが発生することが
多い。

従来、このアフタコロ−ジョンを防止する方法として、
合金膜のエツチング後、 ■減圧状態を破らずに連続して、ダウンフローアッシン
グにより、合金膜のパターニングのためのマスクとして
用いられたレジスト膜を除去し、反応ガスと塩素とを反
応させて塩素を除去する。

■純水リンス、又はアルカリ洗浄を行い、ＩＩｃＩ、Ｋ
Ｃｌ、Ｎａｃｌ等の塩素化合物を作り塩素を除去する。

■フッ素系ガスによりフッ素と塩素とを置換して塩素を
除去する。

■フッ素系ガスにより合金膜の表面を被覆し、ｌｌＣｌ
と合金ｊ漠との反応を防止してコロ−ジョンを防ぐ。

■ホントプレートにより加熱して、ＩＩｃＩ　を蒸発さ
せる。

等の方法がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の方法を用いた場合でも、■ＣｕＸＣ１，
は渾気圧が低く除去が困雑である。

■アルカリによる汚染、又は）ＩＣＩが完全に除去でき
ない。

■ＣｕＸＣ１，の結合が比較的強固であるため、フッ素
と塩素との置換が不十分である。

■被覆が完全ではない。

■（ＩＣ１を十分に蒸発させることができない。

等、塩素の除去が不十分である。

このため、第５図に示すように、Ａｌ−Ｃｕ合金膜のエ
ンチング後に、残存するＡｌＣｌ３やＣｕ　ＸＣｌ　、
の塩素と大気中の水分（１１，０）との反応により塩酸
（ＨＣＩ　）が生じ、形成されたＡｌ−Ｃｕ配線３のコ
ロ−ジョンが発生する。そして、時間の経過とともにコ
ロ−ジョン部４が大きくなり、Ａｌ−Ｃｕ配Ｍ３が細く
なって抵抗が増大したり、最悪の場合、断線が起こった
りするという問題がある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、Ａｔ合金膜、特に＾１．−Ｃｕ合金膜からなる配線の
アフターコロ−ジョンの防止に有効な半導体装置の製造
方法を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記＆！！！題は、半導体基板上のＡｌ膜又は＾１合金
賎を塩素系の反応ガスによりドライエツチングする工程
と、前記半導体基板を減圧雰囲気中で水蒸気にさらす工
程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法に
よって解決される。

（作　用） 本発明の半導体装置の製造方法においては、Ａｔ膜やＡ
ｌ合金膜、例えば＾トＣυ合金膜のエンチングの後、減
圧雰囲気中で水蒸気にさらしている。

一般に、金属の塩素化合物、例えばＭＸＣｌｙは水分と
反応して加水分解し易く、金属の水酸化物と塩酸を生成
する。

従って、エツチングの際生した＾ＩｃＩ　）やＣｕＸＣ
１ｙは水分と容易に反応し、 ＾１ｃＩ、　＋Ｈ，Ｏ→Ａ　Ｉ　（ＯＨ）　＋ＩＩｃ　
ｌＣｕ＋＋ＣＩｙ　＋　ＨｇＯ−＋Ｃｕ（ＯＨ）　＋　
ＩＩｃＩＡｌ（ＯＨ）、　Ｃｕ（０１１）、　ＨＣＩが
生じる。

しかし、減圧雰囲気中では、これらの反応生成物は半導
体基板の表面から直ちに蒸発・離脱し、除去される。

このため、大気中と異なり、ＨＣＩが半導体基板の表面
にいつまでも残存することはないので、Ａｌ膜やＡｌ合
金膜のコロ−ジョンを防止できる。

以上のことを確認するため、本願発明者は本発明の方法
により処理されたサンプルを用いてコロ−ジョンの加速
試験を行った。

サンプルとして、Ｓｉ基板上のＳｉＯ□膜の上に幅２ｕ
ｍ’−厚さ０．８　μｍのＡｌ−Ｃｕ　　（含有率４％
）からなる配ｙＡ層を形成した後、波圧雰囲気中で水草
系にさらす処理を行ったものを用いた。なお、比較のた
め、従来例のフッ素被覆処理を行ったサンプルについて
も同時に試験した。

試験は、常温で、飽和水草気圧を有する雰囲気中にサン
プルを放置することにより行った。そして、１日毎に配
線層の表面を観察した。

実験結果は、次のようであった。

即ち、従来例のフッ素被覆処理が行われたサンプルでは
、工日でコロ−ジョンが発生し、断線に至ったが、本発
明の方法により処理されたサンプルでは、１週間以上経
過してもコロ−ジョンが発生しなかった。

このように、本発明の製造方法によれば、Ａｌ膜や６１
合金膜からなる配線層のコロ−ジョンの発生を十分に防
止できることが実験によって［ｌｉ　Ｌｐされた。

（実施例） 次に、本発明の実施例について図を参照しながら具体的
に説明する。

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明のアフタコロ−ジョン
防止方法をＡｔ−Ｃｕ合金膜からなる配線層を形成する
場合に適用した実施例を説明する断面図で、第２図はこ
の実施例に用いる製造装置の構成図である。

第２図において、９はＡｌ−Ｃｕ合金膜のエンチング室
、１０はエツチング室９に反応ガスをいれるためのガス
導入口、１工はエンチング室９の排気口、１２はレジス
ト膜のアッシング室、１３はアッシング室１２に反応ガ
スをいれるためのガス導入口、１４はアッシング室１２
のＩＪＦ気口、１５は入口側ロードロック室、１６は人
口側ロードロック室１５の排気口、１７はエツチング室
９とアッシング室１２との間のロードロック室、１日は
ロードロック室１７の排気口、１９は出口側ロードロッ
ク室、２０は出口側ロードロング室１９の排気口、２１
は出口側ロードロック室１９への水祭気導入口である。

第１図（ａ）は、Ａｌ−Ｃｕ合金膜のバターニングのた
めにレジスト膜が形成された後のＳｉ基板の断面図で、
Ｓ【基板（ウェハ）５上に膜厚４０００人の５ｉ０２膜
６／膜厚／膜厚８０００ｌ−Ｃｕ　　（含有率４％）合
金膜７／レジスト膜８が順次形成されている。

まず、このＳｉ基牛反５上のレジスト膜８を幅２μＭに
バターニングし、レジストパターン８ａを形成する。

次いで、Ａｌ−Ｃｕ合金膜７をエツチングするため、第
２図に示す大気圧になっている人口側ロードロック室１
５にＳｉ基板５を入れた後、排気口１６よりこの室１５
内を減圧する。一定圧力に達した後、エツチング室９に
Ｓｉ基板５を搬入する。

続いて、流量１５０ｓｃｃ？ｌの５ｉＣ１４ガス／流量
２０ＳＣＣＭのＣｈガスの混合ガスをガス導入口１０よ
りエツチング室９に導入した後、室内の圧力を０．０１
Ｔ。

ｒｒに保つ。

次いで、第１図（ｂ）に示すように、パターニングされ
たレジストパターン８ａをマスクにして、５ｉＣ１ａ　
７ｃｌ□混合ガスを用いた反応性スパッタエツチング法
により、Ａｌ−Ｃｕ合金膜７をエツチングする。これに
より、幅が約２μｍのＡｌ−Ｃｕ配線７ａが形成される
。

このとき、 Ａｌ＋ＣＩ”→ＡｌＣｌ３ Ｃｕ＋Ｃ１”　−＋Ｃｕ、ｌＣ１゜ の反応によりＡｌＣＬ＋やＣｕ、ＣＩ、が発生し、レジ
ストパターン８ａ中及び表面に残存する。

その後、所定のエツチングが終了した後、減圧されたロ
ードロック室１７に搬入する。続いて、マスクとして用
いたレジストパターン８ａを除去するため、あらかしめ
減圧されているアッシング室１２に搬入する。

次に、ア・７シング室１２で行われるレジストパターン
８ａのアッシングについて第３図を参照しながら詳細に
説明する。

第３図において、２２はチャンバ、２３はアッシングの
行われる反応室、２４はマイクロ波により反応ガスを活
性化するプラズマ室、２５は活性化された反応ガス中の
イオン粒子を捕獲し、ラジカル粒子のみを反応室２３に
導入するためのパンチングボード、２６はマイクロ波発
振器、２７はマイクロ波発振器２６より発生したマイク
ロ波をプラズマ室２４に導くための導波管、２８はマイ
クロ波伝達板、２９はウェハ載置台、３０はウェハを加
熱するためのヒータである。

なお、符号５は第１図の符号で示すものと同一のものを
示し、符号１４は第２図の符号で示すものと同一のもの
を示す。

まず、この装置のウェハ載置台２９にウェハ（Ｓｉ基牟
反）５を′Ｒ置した後、流量５０３ＣＣＭのＣＦ、ガス
／　ｉ！ｌｔ１０００ｓｃｃＭの０□ガスをガス導入口
２０からプラズマ室２４に導入し、チャンバ２２内の圧
力をｔ　Ｔｏｒｒに保つ。

次に、ヒータ３０によりウェハ５を加熱し、温度を７０
°Ｃに保った後、マイクロ波発振器２６によりマイクロ
波を発生させ、導波管２７７マイクロ波伝達板２日を介
してプラズマ室２４に導く。

すると、反応ガスは活性化され、イオン粒子やラジカル
粒子が生成する。この反応ガスはガスの流れに従って反
応室２３に導かれる。このとき、イオン粒子は接地され
たパンチングボード２５により捕獲され、ラジカル粒子
のみが反応室２３に導かれる。

このラジカル粒子はウェハ５上のレジスト膜８ａと反応
し、その結果、レジストパターン８ａは除去される（第
１図（Ｃ））。

このとき、同時に、レジストパターン８ａ中及び表面、
５ｔｏｔ！１！６の表面、或いはＡｌ−Ｃｕ配線７ａ表
面に残存しているＡｌＣｈやＣｕｘＣｌｙの一部も反応
ガスと反応して除去される。

次に、ウェハ５をあらかじめ圧力Ｉ　Ｔｏｒｒに減圧さ
れている出口側ロードロック室１９に搬入する。

ここで、出口側ロードロック室１９内で行われる本発明
の実施例のアフタコロ−ジョン防止処理について第４図
を参照しながら詳細に説明する。

同図において、３１はチャンバ、２１は水蒸気をチャン
バ３１内に導入するための水蒸気導入口、２０はチャン
バ３１の排気口、３２はウェハ載置台、３３はウェハ５
を加熱するためのヒータである。

まず、搬入したウェハをウェハ載置台３２に載置した後
、ヒータ３３でウェハ５を加熱し、温度を１２０℃に保
持する。

次に、水蒸気導入口２１から流量１１００５ＣＣの水茎
気をチャンバ３１内に導入する（第１図（ｄ））このと
き、水蒸気はウェハ５表面に残存しているＡｌＣｈやＣ
ｕ、ＣＩ、と反応し、ＡｌＣｌ、やＣｕ、ＣＩ。

を容易に加水分解する。

ＡｌＣｌ＋　＋ＨｔＯ→Ａｌ（ＯＨ）　＋ＨＣｌＣｕ、
ＣＩ　、　＋　ＩＩｔＯ−Ｃｕ　（０）１）　＋　）Ｉ
ｃＩこのため、ウェハ５表面にはＩＩｃＩが生じるが、
減圧雰囲気中なので、このＨＣＩ　は直ちにウェハ５表
面から蒸発・離脱し、はぼ完全に除去される。

その後、この処理を３分間程度行った後、出口側ロード
ロック室１９を大気圧に戻す。続いて、ウェハ５を出口
側ロードロツタ室１つから大気中に取り出す。

このようにして配線層の形成が終了する。

本願発明者はこのように処理されたサンプルを用いてコ
ロ−ジョンの加速試験を行った。

試験は、常温で、飽和水蒸気圧を有する雰囲気中にサン
プルを放置することによりマ〒った。そして、１日毎に
配線層の表面を観察した。

なお、比較のため、従来例のフッ素被覆処理を行ったサ
ンプルについても同時に試験した。

その結果、従来例のフッ素被覆処理が行われたサンプル
では、１日でコロ−ジョンが発生し、断線に到ったが、
第１の発明の方法により処理されたサンプルでは、１週
間以上経過してもコロ−ジョンが発生しなかった。

このように、本発明の実施例の処理方法によれば、Ａｌ
−Ｃｕ合金膜からなる配線層のコロ−ジョンの発生を十
分に防止できることが実験によって確認された。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、＾１の合金膜、特にＡｌ
−Ｃｕ合金膜からなる配線層の形成後、減圧したチャン
バ内でウェハを水茎気にさらしているので、ウェハの表
面に残存するＡｌＣ１，やＣｕＸＣ１ｙを容易に加水分
解させることができ、かつ生成された塩酸を減圧雰囲気
中で直ちにウェハ表面から薫発・離脱させて、はぼ完全
に除去することができる。

これにより、Ａｌ−Ｃｕ配、線層のコロ−ジョンの発生
を防止できるので、半導体装置の信頼度の向上を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例のアフタコロ
−ジョン防止方法を説明する断面図、第２図は、本発明
の実施例に用いる製造装置の構成図、 第３図は、本発明の実施例に用いるレジストアッシング
装置断面図、 第４図は、本発明の実施例のアフタコロ−ジョン防止処
理に用いる出口側ロードロック室の断面図、 第５図は、従来例の問題点を説明する斜視図である。 （符号の説明） １　・・・Ｓｉ基＋反、 ２．６・・・ＳｉＯ２膜、 ３　、７　ａ　”・Ａｌ−Ｃｕ配線、 ４・・・コロ−ジョン部、 ５・・・ウェハ（Ｓｉ基板）、 ７・・・旧−Ｃｕ合金膜、 ８・・・レジスト膜、 ８ａ・・・レジストパターン、 ９・・・エンチング室、 １０．１３・・・ガス導入口、 １１　１４　１６．１８　２０ １２・・・アノソング室、 １５・・・入口側ロードロック室、 １７・・・ロードロソク室、 １９・・・出口側ロードロック室、 ２１・・・水蒸気導入口、 ２２．３１・・・チャンバ、 ２３・・・反応室、 ２４・・・プラズマ室、 ・・排気口、 ５・・・パンチングボード、 ６・・・マイクロ波発振器、 ７・・・導波管、 ８・・・マイクロ波伝達板、 ９．３２・・・ウェハ載置台、 ０．３３・・・ヒータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上のＡｌ膜又はＡｌ合金膜を塩素系の反応ガ
   スによりドライエッチングする工程と、前記半導体基板
   を減圧雰囲気中で水蒸気にさらす工程とを有することを
   特徴とする半導体装置の製造方法。