JPH04164329A - 配線形成工程におけるプラズマ処理方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の配線形成工程におけるプラズマ処
理方法に関し、特に配線材料がアルミもしくはアルミ合
金による配線の配線形成工程におけるプラズマ処理方法
に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体装置の配線材料として従来使用されていた
純アルミやアルミシリコン合金に替わり、銅を含んだア
ルミ合金や高融点金属もしくは高融点金属のシリサイド
とアルミもしくはアルミ合金との積層膜などが多く使用
されるようになってきた。

第５図は従来の技術を説明する″ための加工された配線
部分を拡大して示す図である。これらの配線材に於いて
は、必ず異種金属の接する境界部分が存在することにな
る。例えば銅を含んだアルミ合金などの場合でも、一般
に合金中の銅がアルミニュームの結晶粒界に偏析するこ
とが知られており、図５に示すように、配線パターンの
側面に同１１ａとアルミニュームｌｌａの境界部分がで
きる。一般に、アルミニュームもしくはアルミ合金のエ
ツチングを行なう時は、塩素を含むガスを使用して行な
うため、半導体基板のエツチング面に塩素分が残留して
いる。

第６図は従来の技術を説明するための加工された配線部
の断面図である。このような状態で、半導体基板を大気
中に取り出すと、例えば、第６図に示すように、大気中
の水分で、塩化物が潮解してできた電解質１３と、アル
ミニューム層１１内に偏析した銅１２により、局所的電
池が形成され、配線材であるアルミニューム層１の腐食
が急激に進行する。このため、後工程で、この腐食部分
が欠落したり、著しきは断線するなどの不良を発生しや
すかった。また、直接不良とは成らないまでも半導体装
置の信頼性を著しく劣化する原因になっていた。このよ
うな不都合の原因となる残留塩素紙を除去するために、
従来から半導体基板を大気中に取り比す前に、フロン−
１４、フロン−２３等の塩素を含まない弗素系ガスのプ
ラズマ処理により塩素分を弗素、弗化物と置換すること
、もしくは、酸素プラズマによるフォトレジストの灰化
処理を兼ねて、酸素、酸化物と置換することが行なわれ
ていた。また、このプラズマ処理時間は、塩素分が充分
置換される時間を実験的に求めることにより決定されて
いた。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したように、塩素系ガスのプラズマ処理による従来
の配線工程におけるプラズマ処理方法は、一般に酸化膜
に対しても大きなエツチング速度を持つことが多く、過
度に行なうと、配線下の眉間絶縁膜が多くエツチングさ
れ、平坦性が悪くなる、著しきは下層の配線層が露出し
配線層間リークの原因になるなどの不都合な点がある。

また、酸素プラズマによる処理の場合でも、過度に行な
うと、アルミ表面の酸化物層が厚くなり、多層配線を行
なうとき配線層間の接続に支障をきたすことがある。さ
らに、パッケージに組み立てる時のワイヤボンディング
も困難になる。

一方、プラズマ処理を過度に行なうということは。処理
時間の増大を招くことになる。しかし、このプラズマ処
理時間は、従来実験的に決定されており、また、エツチ
ング面に残留する塩素分の量にはバラツキが大きいため
、量産上プラズマ処理時間が不足することの無いように
マージンをとるためには、過度の処理時間を設定せざる
を得ない場合が多かった。

本発明の目的は、かかる問題を解消する配線工程におけ
るプラズマ処理方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の配線形成工程におけるプラズマ処理方法は、半
導体基板に形成されるアルミニュームもしくはアルミニ
ューム合金層をリソグラフィ法により塩素を含むガス系
で選択的にドライエツチングした後、前記半導体基板を
大気に晒す前に、前記半導体基板に残留している塩素も
しくは塩素を含む任意の化合物を除去するためにプラズ
マ処理を行う際に、前記塩素もしくは塩素を含む任意の
化合物の発光スペクトルを監視することによりプラズマ
処理を行なう時間を決定することを特徴としている。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。第１図
（ａ）及び（ｂ）は本発明の配線形成処理におけるプラ
ズマ処理方法の一実施例を説明するためのエツチング装
置の模式断面図、第２図は第１図の発光スペクトルモニ
ターの概略を示す図、第３図は第２図の発光スペクトル
モニターの出力信号例を示すグラフである。この配線形
成工程におけるプラズマ処理方法では、第１図（ａ）及
び（ｂ）に示すバッチ型平行平板電極をエツチング装置
を使用することである。このエツチング装置は、２つの
電極板６ａと６ｂと、これら電極板６ａ、６ｂに電圧を
印加する高周波電源５と、電極板６ａ、６ｂ紐、電極板
３ｂに搭載された半導体基板１を収納する処理室２と、
この処理室２を所定の圧力下にする真空ポンプ４と、エ
ツチングガスを上部の電極板６ａを通じて導入するガス
導入管７とで構成されている。ここで、本発明の配線形
成工程におけるプラズマ処理方法では、このエツチング
装置に処理室２内の残留した塩素の発光スペクトルを検
知する発光スペクトルモニタ−３を処理室２に取付けた
ことである。

次に、このエツチング装置を使用して、配線形成工程に
おけるプラズマ処理方法を説明する。

まず、アルミニュームとシリコンの１重量に対して銅０
．５の重量比の合金で被着した半導体基板１を下部の電
極板６ｂに搭載する。次に、真空ポンプ４により、処理
室２を所定の真空度にする。

次に、エツチングガスを導入し高周波電源５により電極
板に電圧を印加する。

このことにより、プラズマが発生し、エツチングが進行
し始める。この時、エツチングカス及びエツチング条件
は状況に応じ各種考えられるが、基本的には、塩素を含
むガス系を使用していることには従来と変わりは無く、
塩素分がエツチング面に多量に残留する。次に、第１図
（ｂ）に示すように、エツチング終了後、処理室２をベ
ース圧力まで引いてからフロン−１４を処理室に導入し
てプラズマを発生させ、弗素及び弗化物と半導体基板１
の被エツチング面に残留した塩素分を置換することによ
り除去する。この時、第２図に示すような発光スペクト
ルモニター３を用いて、プラズマ発光を受光できるよう
に取り付け、例えば、塩素原子の発光スペクトルの７２
６ｎｍ、７７２ｎｍ、ｃｃｌの発光スペクトルの３０７
ｎｍ、４６０ｎｍを検出し、信号強度の総和を継続的に
監視する。この信号強度を経過時間を横軸にグラフ化す
ると、第３図に示す様な信号変化が観測され、これとフ
ロン−１４プラズマ中の塩素分の存在割合との間に対応
がつけられ、第３図のＡ点以後の信号変化の現われない
区間ではプラズマ中に塩素分が殆ど残っておらず、残留
塩素分の除去可能なものの除去が終了したことを示して
いる。そこでＡ点以後の適当な時点（例えばＢ点）でプ
ラズマ処理を終了させることで、必要十分なプラズマ処
理を加えることができる。

ここで、発光スペクトルモニターについて説明する。こ
の発光スペクトルモニターは、第２図に示すように、各
種のプラズマ光の波長光を選択的に透過させる光学フィ
ルター３ｂと、各波長のプラズマ光を検知する光センサ
−３ａと、それぞれの光センサ−３ａによる光電流を増
幅するアンプ３ｃと、各光電流を加算する加算器３ａと
アナログ値である光電流値をディジタル変換するＡ／Ｄ
変換器とから構成されている。そして、この発光スペク
トルモニターは各元素の発光するスペクトル光の強度を
測定し、監視する測定器である。

第４図（ａ）及び（ｂ）は本発明の多の配線形成工程に
おけるプラズマ処理方法の実施例を説明するためのエツ
チング装置の模式断面図である。

この配線形成工程におけるプラズマ処理方法は、第４図
に示すエツチング装置を使用することである。このエツ
チング装置は、第４図（ａ）及び（ｂ）に示すように、
半導体基板を一枚ずつ処理する枚葉式のエツチング装置
でエツチングを行う第１の処理室２ａと後処理を行う第
２の処理室２ｂとに分けたことである。また、この処理
室２ａと２ｂでの半導体基板１の受は渡しは、搬送装置
８で行うことになる。

次に、このエツチング装置を使用して、例えば、半導体
基板に被着したアルミとシリコン１重量％、銅３重量％
の合金をエツチングする場合を説明する。まず、アルミ
合金のエツチングは第１の処理室２ａで塩素を含むガス
系で行われる。次に半導体基板を真空中で搬送装置８で
第２の処理室２ｂに搬送し、酸素ガスを導入後プラズマ
を発生させ、残留塩素分の除去をマスクとしたフォトレ
ジストの灰化をかねて行う。通常、この後処理はフォト
レジストの灰化を主要な過程として考えられているため
、フォトレジストの灰化が終了した段階で後処理を終了
させることが多い。

しかし、本実施例のように銅の含有量が多いアルミ合金
のエツチングの場合、エツチング面に残留する銅の塩化
物の量も非常に多くなるため、フォトレジストの灰化終
了時点でプラズマ処理を終了させると、残留塩素分の除
去が不十分になつくなる。そこで第１の実施例と同様に
発光スペクトルモニターを第２の処理室に取り付けて、
塩素原子などの発光量の変化を監視することにより、必
要十分なプラズマ処理時間を決定することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、プラズマ処理中に塩素分の
量を監視しながら処理することによって配線下の眉間絶
縁膜のエツチング量およびアルミ表面の酸化物層の厚さ
を必要最小限にし、アルミの腐食を防止するために十分
かつ最小限のプラズマ処理時間を決定することができる
配線形成工程におけるプラズマ処理方法が得られるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の配線形成工程におけ
るプラズマ処理方法の一実施例を説明するためのエツチ
ング装置の模式断面図、第２図は第１図の発光スペクト
ルモニターの概略を示す図、第３図は第２図の発光スペ
クトルモニターの信号出力を示すグラフ、第４′図（ａ
）及び（ｂ）は本発明の配線形成工程におけるプラズマ
処理方法の他の実施例を説明するためのエツチング装置
を模式断面図、第５図は従来技術を説明するための加工
された配線部分を拡大した図、第６図は従来技術を説明
するための加工された配線部の断面図である。 １・・・半導体基板、２・・・処理室、２ａ・・・第１
の処理室、２ｂ・・・第２の処理室、３・・・発光スペ
クトルモニター、３ａ・・・光センサ−，３ｂ・・・光
学フィルタ、３ｃ・・・アンプ、３ｄ・・・加算器、３
ｅ・・・Ａ／Ｄ変換器、４・・・真空ポンプ、５・・・
高周波電源、６ａ、６ｂ・・・電極板、７・・・ガス導
入管、８・・・搬送装置、１０・・・レジスト、１１・
・・アルミニューム層、１１ａ・・・アルミニューム、
１２・・・銅、１３・・・電解質、１４・・・アルミの
結晶粒界。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板に形成されるアルミニュームもしくはアル
   ミニューム合金層をリソグラフィ法により塩素を含むガ
   ス系で選択的にドライエッチングした後、前記半導体基
   板を大気に晒す前に、前記半導体基板に残留している塩
   素もしくは塩素を含む任意の化合物を除去するためにプ
   ラズマ処理を行う際に、前記塩素もしくは塩素を含む任
   意の化合物の発光スペクトルを監視することによりプラ
   ズマ処理を行なう時間を決定することを特徴とする配線
   形成工程におけるプラズマ処理方法。