JPH0621031A

JPH0621031A - 洗浄方法及びその洗浄装置

Info

Publication number: JPH0621031A
Application number: JP17121192A
Authority: JP
Inventors: Keiji Shinohara; 啓二篠原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1994-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】有機系ポリマー層で被覆されたウエハー等の被
処理材に形成した配線パターンを酸化させることなく洗
浄を行なう洗浄装置及び洗浄方法を提供する。【構成】被処理材表面１９に形成された有機系ポリマー
層６を、還元性エッチングガスの供給とプラズマ処理に
より除去する工程と、上記被処理材表面１９を薬液で洗
浄する工程と、上記被処理材表面１９に付着した薬液を
洗浄する工程と、上記被処理材表面１９を還元する工程
と、上記被処理材表面１９に、有機系ポリマー層８を形
成する工程を含み、且つこれらの工程を連続して行な
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置におけるウ
エハー等の被処理材表面の洗浄方法及び洗浄装置に係
り、特にウエハー上に形成されるＣｕ系材料配線パター
ンの酸化防止に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等にみられる
ように、半導体装置の高集積化及び高性能化が進むに伴
い、金属配線のデザインルールにもサブミクロンあるい
はクォーターミクロンに微細化が進もうとしている。

【０００３】従来、半導体装置における金属配線は、ア
ルミニウム（Ａｌ）系材料によるものが主流である。し
かし、Ａｌ系の金属配線ではデザインルールが０．５μ
ｍよりも微細になるとエレクトロマイグレーション等に
より配線の信頼性が劣化する上に、抵抗値を低く維持す
る必要からアスペクト比が１〜２と大きくなり、その後
の絶縁膜形成や、平坦化等の一連のプロセスが実施困難
となる。

【０００４】そこで、銅（Ｃｕ）系の金属材料による配
線形成が注目されている。Ｃｕはエレクトロマイレーシ
ョン耐性が高い上、電気抵抗率が約１．４μΩｃｍと低
く、Ａｌの電気抵抗率の半分程度に過ぎない。従って、
信頼性を損なうことなく、金属配線層を薄膜化すること
が可能となり、アスペクト比も軽減される。

【０００５】しかし、Ｃｕ系材料のエッチングについて
は、まだその可能性が研究レベルで模索されている段階
であり、実用化を目指すには技術的に解決すべき課題は
多い。

【０００６】まず、Ｃｕ系材料の耐酸化性の向上は、上
記課題の一つである。Ｃｕは極めて酸化され易い金属で
ある上、例えば塩素系ガスを用いてエッチングした場合
の反応生成物である、蒸気圧の低いＣｕＣｌｘを揮発除
去するために、通常２００〜４００℃程度の温度にウエ
ハー加熱を必要とする。従って、Ｃｕ層の表面は微量の
酸素の存在下でも、常に酸化銅被覆が形成され易い状態
にある。しかし、酸化銅被覆がエッチング時のイオン入
射面に形成されていると、エッチング速度を低下させる
原因となる。

【０００７】そこで、特開平１−２３４５７８号公報に
は、エッチングガスに数％の水素を添加して、上記酸化
銅被覆を純Ｃｕに還元しながらエッチングを行なう技術
が提案されいる。

【０００８】また、酸化銅被覆がＣｕ系材料からなる配
線パターン表面に形成されている場合には抵抗が著しく
増大し、上記配線パターンの配線として信頼性が損なわ
れる。これは、Ｃｕパターンの表面に存在する酸素は配
線パターンの内部にまで拡散し、Ａｌ系材料層の表面に
形成される酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）が緻密な組織
を有する安定な不動態を形成するのとは対照的に、酸化
銅は不動態被覆としての役割を果たさないのである。

【０００９】そこで、特開昭６４−７１１５１号公報に
は、Ｃｕ膜とその下のバリアメタルとをエッチング室内
でパターニングした後、ウエハーを該エッチング室から
ＣＶＤ室へ真空搬送し、ウエハーの全面をＰＳＧ（リン
シリケートガラス）膜で被覆する技術が提案されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開昭６
４−７１１５１号公報の提案においては、Ｃｕ膜のエッ
チングにおいてＰＳＧ膜がエッチングのマスクとして使
用され、エッチング中にスパッタリングされＰＳＧ膜に
含まれている酸素がエッチング室内に放出される。放出
された酸素は活性化されたＣｕ膜の表面に容易に結合
し、配線パターンの側壁部等に酸化膜を形成し、この状
態でウエハーの全面をＰＳＧ膜で被覆してしまうと、も
はや上記酸化膜を除去することは出来ず、配線の信頼性
を劣化させることになり問題となる。

【００１１】そこで、本発明者は、銅配線材料層のエッ
チングを行なって所定のパターンを形成し、次にパター
ン側壁を還元した後、全面を有機系ポリマー層で被覆
し、銅配線パターンの酸化を防止する発明を提案した。
しかし、本提案においても本ウエハーの表面洗浄を行な
うべく、表面の有機系ポリマーを酸素（Ｏ₂）を主とす
るガス系の放電によって除去すると、図４に示すよう
に、Ｃｕ配線層３の側壁が酸化され酸化銅７が形成され
問題である。なお、図４において１９はウエハー、２は
絶縁層、４はエッチングマスクを示す。

【００１２】そこで、本発明は有機系ポリマー層で被覆
されたウエハー等の被処理材上に形成された配線パター
ンを酸化させることなく洗浄する洗浄方法及びその洗浄
装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、被処理材表面に形成された有機系ポリマー層を、エ
ッチングガスの供給とプラズマ処理により除去する工程
と、被処理材表面を薬液で洗浄する工程と、被処理材表
面に付着した薬液を洗浄する工程と、被処理材表面を還
元する工程と、被処理材表面に有機系ポリマー層を形成
する工程を含み、且つこれらの工程を連続して行なうこ
とを特徴とする洗浄方法によって解決される。

【００１４】また、上記課題は、本発明によれば、有機
系ポリマー層を除去するためのエッチングガスが酸素を
含まない還元性ガスであることを特徴とする洗浄方法に
よって解決される。

【００１５】また、上記課題は、本発明によれば、有機
系ポリマー層を除去するためのエッチングガスが、Ｎ₂
又はＮＨ₃又はＨ₂を含むことを特徴とする洗浄方法によ
って好適に解決される。

【００１６】また、上記課題は、本発明によれば、有機
系ポリマー層を形成するためのガスがＣ及びＨを含むこ
とを特徴とする洗浄方法によって好適に解決される。

【００１７】更に、上記課題は、本発明によれば、有機
系ポリマー層を形成するためのガスがＣＨＦ₃又はＣＨ₂
Ｆ₂又はＣＨ₃Ｆ又はＣＨ₄であることを特徴とする洗浄
方法によって好適に解決される。

【００１８】更に、上記課題は、本発明によれば、被処
理材表面に形成された有機系ポリマー層を除去するため
の、エッチングガス供給手段を有するプラズマエッチン
グ装置と、プラズマエッチング装置と連結され、前記被
処理材表面を薬液で洗浄するための第１表面洗浄装置
と、第１表面洗浄装置と連結され、前記被処理材表面に
付着した薬液を洗浄するための第２表面洗浄装置と、第
２表面洗浄装置と連結され、前記被処理材表面に有機系
ポリマー層を形成するための、堆積ガス供給手段を有す
る有機系ポリマー形成装置とを具備することを特徴とす
る洗浄装置によって解決される。

【００１９】

【作用】本発明によれば、図１に示すように、被処理材
１９上に形成された有機系ポリマー層を除去するため、
エッチングガスの供給手段により供給されたエッチング
ガスがプラズマエッチング装置１０によりプラズマ状態
となり、このガスが被エッチング材料である有機系ポリ
マーと反応して揮発性の化合物を生成するので、有機系
ポリマー層を除去することができる。しかもエッチング
ガスに酸素の含まない還元性のガスを用いることによ
り、被処理材１９の表面を酸化させることなく有機系ポ
リマー層を除去することができる。

【００２０】次に、被処理材１９を第１表面洗浄装置２
０により、被処理材１９の表面に薬液を供給することに
より、被処理材１９の表面上に残存した有機系ポリマー
及びダストを除去することができる。この時、被処理材
１９の表面には薬液が残留するので、被処理材１９を第
２表面洗浄装置３０により被処理材１９の表面上に洗浄
液を供給することにより、薬液を除去することができ
る。

【００２１】次に、堆積ガス供給手段５０により供給さ
れたガスを有機系ポリマー形成装置４０によりプラズマ
状態にし、被処理材１９の表面上に有機系ポリマーを堆
積すると、下地材料が酸素や水と接触するのを断つこと
ができるので酸化防止ができる。しかも、堆積ガスに還
元ガス（Ｈ）を含むことにより、有機系ポリマーの下地
材料を還元しながら堆積することができる。

【００２２】また、各装置はそれぞれ連結されているの
で、各処理を連続的且つ並列的に行なうができる。

【００２３】従って、本発明によれば、有機系ポリマー
層を還元性ガスにて除去した上、被処理材１９の表面洗
浄を行い、さらに残留酸素を還元により除去した後に、
有機系ポリマー層で被覆し大気中の酸素との接触を断つ
ので、下地材料の酸化を効果的に防止しつつ、被処理材
１９の表面洗浄ができる。

【００２４】また、本発明によれば、エッチングガスが
ＮＨ₃又はＨ₂を含むので、被処理材１９上の有機系ポリ
マーを還元しながら好適に揮発、除去することができ
る。

【００２５】また、本発明によれば、有機系ポリマー層
を形成するためのガスがＣ及びＨを含んでいるので、下
地材料を還元しながら有機系ポリマー層を堆積すること
ができる。

【００２６】また、本発明によれば、有機系ポリマー層
を形成するためのガスがＣＨＦ₃又はＣＨ₂Ｆ₄又はＣＨ₃
Ｆ又はＣＨ₄であるので、被処理材１９上に好適に有機
系ポリマー層を形成することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２８】図１は本発明の一実施例を示すウエハー洗
浄装置の側面図である。

【００２９】図１に示す装置は、被処理材であるウエハ
ー表面に形成された有機系ポリマーとエッチングする平
行平板ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置１０、ウ
エハー表面を１枚ずつ洗浄するウエハー表面洗浄装置２
０と３０、およびウエハー表面上に有機系ポリマーを堆
積させるダウンフロー型プラズマ処理装置４０が、それ
ぞれゲートバルブ５３，５４，５５，５６，５７を介し
て直列的に接続されている。

【００３０】平行平板型ＲＩＥ装置１０は、エッチング
チェンバー１１内に対向配置された上部電極１２とウエ
ハー載置電極１３との間にＲＦ電極を印加し、低ガス圧
下でＲＦ放電により生成されるプラズマを用い、ウエハ
ー１９上の有機系ポリマー層をエッチングするためのも
のである。

【００３１】エッチングチェンバー１１の天井部には、
処理に必要なガスを図中矢印Ｂ1方向から供給するため
のガス供給管１５が開口している。また、エッチングチ
ェンバー１１の底面には、処理に伴って発生する反応生
成物を除去するための系内のガスを図中矢印Ａ1方向に
排気するための排気口１６が開口している。ウエハー載
置電極１３には直流成分を遮断するためのブロッキング
コンデンサ１７を介してＲＦ電源１８が接続され、カソ
ードカップリング型の構成となっている。

【００３２】ウエハー表面洗浄装置２０はウエハー１９
を支持する支持部２１及びそれを回転させるモータ部２
２を具備し、洗浄用チェンバー２３の天井部には薬液を
供給するノズル２４および、下部にはウエハー表面洗浄
液の薬液を排出するための排出口２５が開口している。
このウエハー表面洗浄装置２０と同一構造のウエハー表
面洗浄装置３０が具備されている。このウエハー表面洗
浄装置３０は、表面に残留する薬液成分を除去するため
のものである。

【００３３】ダウンフロー型プラズマ処理装置４０は、
マイクロ波発振器（図示せず）から発生するマイクロ波
を円形導波管４１及び矩形導波管４２を用いて導き、石
英製のマイクロ波導入窓４３を介してプラズマ生成室４
４へ供給し、該プラズマ生成室４４へ矢印Ｂ２方向によ
りガス供給管５０を通して供給されるガスをマイクロ波
放電により分解して生成するプラズマを用い、Ｃｕ配線
パターンの還元や、堆積性ガスを供給し、ウエハー１９
の表面にて、ラジカル重合反応を行なわせることによ
り、有機系ポリマーを形成する。プラズマ生成室４４と
ウエハー１９を載置しているウエハーステージ４７との
間にはメッシュ電極４５があり、荷電粒子をトラップす
る構造となっており、処理チェンバー４６側へはラジカ
ル等の中性活性種のみが下降流（ダウンフロー）となっ
て引き出されて、ダメージの少ない処理を行なうことが
できる。この処理チェンバー４６は排気口４９を通して
真空系統（図示せず）により高真空排気される。

【００３４】また、平行平板型ＲＩＥ装置１０の前段に
は、複数のウエハー１９を一括して収納するロード用カ
セット５１とウエハー搬送機構等（図示せず）を備えた
ロード室５２がゲートバルブ５３を介して接続されてい
る。また、上記平行平板型ＲＩＥ装置１０とウエハー表
面洗浄装置２０とはゲートバルブ５４、ウエハー表面洗
浄装置２０とウエハー表面洗浄装置３０とはゲートバル
ブ５５、ウエハー表面洗浄装置３０とダウンフロー型プ
ラズマ処理装置４０とはゲートバルブ５６を介して直線
的に接続されている。更に、ダウンフロー型プラズマ処
理装置４０の後段には複数のウエハー１９を一括して収
納するロード用カセット５８とウエハー搬送機構等（図
示せず）を備えたアンロード室５９がゲートバルブ５７
を介して接続されている。

【００３５】上記装置構成により、ウエハー１９をロー
ド室５２から平行平板ＲＩＥ装置１０へ搬入して、Ｃｕ
配線上に形成された有機系ポリマーの除去を行い、ウエ
ハー表面洗浄装置２０でウエハー表面のパーティクルを
除去し、ウエハー表面洗浄装置３０で洗浄薬液を除去
し、更にダウンフロー型プラズマ処理装置４０へ搬入し
て有機系ポリマーの堆積を行い、最後にアンロード室５
９へ搬出するという一連の操作を連続的且つ並列的に行
なうことができる。

【００３６】しかも、ウエハー表面洗浄装置２０，３０
のそれぞれのチェンバー２３，３３の天井部に設置した
ガス導入口６０，６１より酸素を含まないガス、例えば
窒素（Ｎ₂）を流すことによりウエハー表面のＣｕ配線
表面を酸化させることなく、上記の一連の操作を連続的
に行なうことができる。

【００３７】以下、本発明のウエハーの洗浄方法の一実
施例を上記ウエハー洗浄装置を用いて説明する。

【００３８】図２は本実施例を説明するためのプロセス
におけるウエハーの断面図である。

【００３９】本実施例では、まず図２（ａ）に示すよう
にウエハー１９上に、酸化シリコンからなる絶縁膜２を
形成した後に、スパッタリング等によりウエハー１９上
方全面にＣｕ層を被着形成する。次に、エッチングマス
クとしてプラズマＣＶＤ（化学気相成長）法により、Ｃ
ｕ層上にＳｉＮ膜を形成した後、Ｃｕ層の配線パターン
形成領域上にレジストパターン（図示せず）を形成し、
このレジストパターンをマスクとしてＳｉＮ膜をＣＦ₄
／Ｏ₂系混合ガスによりパターニングしエッチングマス
ク４を形成する。次に、レジストパターンを除去する。

【００４０】次に、エッチングマスク４をマスクとして
Ｃｕ層で異方性加工を行い、図２（ａ）に示すように、
Ｃｕ配線層３を形成する。このとき、絶縁膜（Ｓｉ
Ｏ₂）２の表面上に、異方性加工工程においてダスト５
が付着する。

【００４１】次に、Ｃｕ配線層３の酸化を防止するため
に、図２（ｂ）に示すように、ウエハー１９の上方に一
旦、有機系ポリマー層６を形成する。この時、図２
（ｂ）に示すようにダスト５が絶縁膜２上に付着したま
まの状態である。

【００４２】次に、これらダスト５の付着したウエハー
１９を処理するために、図１に示したロード室５２内の
ロード用カセット５１に収容し、一枚ずつ処理する。

【００４３】まず、ロード用カセット５１に収容された
ウエハー１９をエッチングチェンバー１１内に搬入し、
ウエハー載置電極１３に載置する。次に、ガス供給管１
５を通して、以下の条件にてアンモニア（ＮＨ₃）ガス
を供給し、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、有
機系ポリマー層６を除去する。

【００４４】ＮＨ₃＝１００sccm，１００mtorr，３００Ｗこの条件の下では、アンモニア（ＮＨ₃）は放電分解
し、Ｈ^*，ＮＨx^*（ｘ＝１〜２）によって有機系ポリマ
ー層６は還元され、揮発性物質となり除去される。

【００４５】次に、ウエハー１９をウエハー表面洗浄装
置２０内の支持部２１に載置し、供給ノズル２４より薬
液としてテトラフロルエチレン、アルキルベンゼンスル
ホン酸等の有機系の溶剤を供給し、モータ部２２により
ウエハー１９を回転し、遠心洗浄を行い、図２（ｄ）に
示すように表面に付着しているダスト５等の異物を除去
する。このとき、図２（ｄ）に示すように、有機系の溶
剤９がウエハー１９の表面上に残留する。

【００４６】次に、ウエハー１９をウエハー表面洗浄装
置３０の支持部３１に載置し有機系の溶剤９を洗浄する
ために、洗浄液、例えば水（Ｈ₂Ｏ）を供給ノズル３４
より供給し、有機系の溶剤９を図３（ａ）に示すように
除去する。

【００４７】次に、ウエハー１９をダウンフロー型プラ
ズマ処理装置４０内のウエハーステージ４７上に載置
し、以下の条件で図３（ｂ）に示すようにウエハー１９
の表面上に有機系ポリマー層８を形成する。

【００４８】ＣＨＦ₃＝１００sccm，１torr，μ波電流４００mＡこの時、供給するガスにＨが含まれるので、Ｃｕ配線層
３の側壁部を同時に還元することができる。

【００４９】上記のように、ウエハー１９表面の異物を
除去した後、有機系ポリマー層８を形成するので、Ｃｕ
配線層３と空気中の水分、酸素との接触が原理的に防止
可能で、Ｃｕ配線表面の酸化を防止することができ、配
線としての信頼性を低下させない。

【００５０】本発明の実施例では、有機系ポリマー層を
除去するガス系として、ＮＨ₃ガスを用いたが、Ｃｕ系
配線層を酸化させないＨ₂，Ｎ₂又は希ガスを添加してな
るガス系を用いることが可能である。

【００５１】また、有機系ポリマー層を形成するガス系
として、ＣＨＦ₃ガス以外に分子中に、Ｃ，Ｈ，Ｆを含
むガス系を用いることが可能で、例えばＣＨ₂Ｆ₂，ＣＨ
₃Ｆ，ＣＨ₄等を用いることができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
酸化し易いＣｕ系配線を形成したウエー表面を、Ｃｕ系
配線を酸化させることなく洗浄することができる。ま
た、Ｃｕ系配線を形成したウエハー表面上に有機系ポリ
マー層を形成したまま保持できるので、ウエハー保管中
においてもＣｕ配線表面の酸化を防止することができ
る。従って、Ｃｕ系配線の信頼性を低下させることを防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例によるウエハー洗浄装置側面図である。

【図２】実施例によるウエハー洗浄工程断面図（Ｉ）で
ある。

【図３】実施例によるウエハー洗浄工程断面図（II）で
ある。

【図４】従来例の問題点を説明する断面図である。

【符号の説明】

２絶縁膜（ＳｉＯ₂）３Ｃｕ配線層４エッチングマスク（ＳｉＮ）５ダスト６，８有機系ポリマー層７酸化銅９有機系の溶剤（薬液）１０平行平板ＲＩＥ装置（プラズマエッチング装置）１１エッチングチェンバー１２上部電極１３ウエハー載置電極１５ガス供給管（エッチングガス供給手段）１６排気口１７ブロッキングコンデンサ１８ＲＦ電源１９ウエハー（被処理材）２０ウエハー表面洗浄装置（第１表面洗浄装置）２１支持部２２モータ部２３洗浄用チェンバー２４ノズル２５排出口３０ウエハー表面洗浄装置（第２表面洗浄装置）３１支持部３２モータ部３３洗浄用チェンバー３４ノズル３５排出口４０ダウンフロー型プラズマ処理装置（有機系ポリマ
ー形成装置）４１円形導波管４２矩形導波管４３マイクロ波導入窓４４プラズマ生成室４６処理チェンバー５０ガス供給管（堆積ガス供給手段）５１，５８ロード用カセット５２ロード室５３，５４，５５，５６，５７ゲートバルブ５９アンロード室６０，６１ガス導入口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理材表面に形成された有機系ポリマ
ー層を、エッチングガスの供給とプラズマ処理により除
去する工程と、前記被処理材表面を薬液で洗浄する工程と、前記被処理材表面に付着した薬液を洗浄する工程と、前記被処理材表面を還元する工程と、前記被処理材表面に有機系ポリマー層を形成する工程を
含み、且つこれらの工程を連続して行なうことを特徴と
する洗浄方法。
【請求項２】前記有機系ポリマー層を除去するための
エッチングガスが酸素を含まない還元性ガスであること
を特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項３】前記有機系ポリマー層を除去するための
エッチングガスが、Ｎ₂又はＮＨ₃又はＨ₂を含むことを
特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項４】前記有機系ポリマー層を形成するための
ガスがＣ及びＨを含むことを特徴とする請求項１記載の
洗浄方法。
【請求項５】前記有機系ポリマー層を形成するための
ガスがＣＨＦ₃又はＣＨ₂Ｆ₂又はＣＨ₃Ｆ又はＣＨ₄であ
ることを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項６】被処理材表面に形成された有機系ポリマ
ー層を除去するための、エッチングガス供給手段を有す
るプラズマエッチング装置と、前記プラズマエッチング装置と連結され、前記被処理材
表面を薬液で洗浄するための第１表面洗浄装置と、前記第１表面洗浄装置と連結され、前記被処理材表面に
付着した薬液を洗浄するための第２表面洗浄装置と、前記第２表面洗浄装置と連結され、前記被処理材表面に
有機系ポリマー層を形成するための、堆積ガス供給手段
を有する有機系ポリマー形成装置とを具備することを特
徴とする洗浄装置。