JPH08109474A - アルミニウム薄膜の処理方法 - Google Patents

アルミニウム薄膜の処理方法

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JPH08109474A
JPH08109474A JP24644694A JP24644694A JPH08109474A JP H08109474 A JPH08109474 A JP H08109474A JP 24644694 A JP24644694 A JP 24644694A JP 24644694 A JP24644694 A JP 24644694A JP H08109474 A JPH08109474 A JP H08109474A
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JP
Japan
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thin film
gas
aluminum thin
etching
chlorine
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JP24644694A
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English (en)
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Yasushi Higuchi
靖 樋口
Kenzo Nagano
賢三 長野
Takashi Komatsu
孝 小松
Kyuzo Nakamura
久三 中村
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム薄膜の抵抗値を上げることなく
アルミニウム薄膜中に含まれる残留塩素を除去する。 【構成】 アルミニウムを主成分とするアルミニウム薄
膜105の所望領域を、反応性の塩素を発生させるエッチ
ングガスでエッチングし、前記アルミニウム薄膜を大気
に曝さずにアンモニアガス雰囲気に置いて残留塩素の除
去を行なう。前記アンモニアガス雰囲気に置く際、前記
アルミニウム薄膜105を200℃以上の温度にすればよ
り効果的である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム薄膜の処理
方法に係り、特に、エッチング処理されたアルミニウム
薄膜中に含まれる塩素を除去するアルミニウム薄膜の処
理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウムを主成分とするアルミニウ
ム薄膜は、一般に、蒸着装置やスパッタ装置で成膜され
ており、半導体デバイスにおいて、素子間の配線材料と
して広く用いられている。このアルミニウム薄膜を加工
して配線にするためには、先ず半導体基板の全面にアル
ミニウム薄膜を成膜し、該アルミニウム薄膜上にレジス
トを塗布し、リソグラフィ工程を経て、レジストのパタ
ーニングを行い、アルミニウム薄膜の不要領域をエッチ
ングガスのプラズマでエッチング除去し、必要部分だけ
を配線として残す加工方法が広く行なわれている。
【0003】そのようなエッチングガスとしては、BC
3ガスやCl2ガス等の、エッチング過程において塩素
イオン(Cl-)や塩素ラジカル(Cl*)を発生させるガス
が使用されており、プラズマエッチング工程は、図1
(a)のように、反応性の塩素がレジスト106で保護さ
れていない窓開け部のアルミニウム薄膜105と反応
し、三塩化アルミニウム(AlCl3)102を生成さ
せ、該三塩化アルミニウム102を昇華させてガスとし
て除去して配線105を作るものである。
【0004】この三塩化アルミニウムの沸点は、大気圧
下でも約180℃であり、真空中では室温程度となるの
で、減圧雰囲気下でエッチングを行えば除去可能である
が、完全に除去するためには、エッチング後に200℃
〜400℃の高温アニールを行なうことが望ましいと言
われている。
【0005】また、塩素を反応性原子として含むガスで
アルミニウム薄膜を処理することは、アルミニウム配線
を製造する場合だけでなく、例えば、図1(b)のように
多層配線を行なう際、先ずアルミニウム薄膜で配線10
5を作っておき、この配線105の表面に層間絶縁膜1
07を成膜し、該層間絶縁膜107に開けた窓開け部
(ビアホール部)の底面に露出した前記配線105の表面
を前記エッチングガスで処理し、配線同間の接続抵抗を
減少させることが行なわれている。
【0006】しかしながら、反応性の塩素(塩素イオン
や塩素ラジカル等)がアルミニウムと充分反応しない場
合があり、塩素(Cl)単体、AlCl3-xや、アルミニ
ウムとエッチングガス成分中のホウ素や塩素、また、レ
ジストや絶縁膜成分であるケイ素や炭素や酸素との化合
物等から成る反応副製生物103が生じてしまう。
【0007】この反応副製生物103のうち、レジスト
106に付着したものはレジストともに除去されるが、
前記配線105に付着したものや、前記絶縁膜107の
側壁や表面に付着したものは除去されずに残ってしま
う。
【0008】そして、この反応副製生物103が付着し
たアルミニウム薄膜を大気中に取り出すと、反応副製生
物中に含まれる塩素と大気に含まれる水分とが反応し、
塩酸(HCl)が発生してしまう。この塩酸はアルミニウ
ム薄膜の腐食をひきおこすため、アルミニウム薄膜にコ
ロージョンを発生させ、配線特性の劣化や断線の原因に
なる。ただし、現段階では、コロージョンの発生過程に
は塩素が関与しているということを除き、まだ不明な点
も多いと言われている。
【0009】このような、反応副製生物に由来する塩酸
を除去するために、エッチング処理が施されたアルミニ
ウム薄膜を真空雰囲気に置き、該真空雰囲気内に積極的
に水(H2O)を導入して強制的に残留物から塩酸を生じ
させる方法がある。この場合、大気中で発生した塩酸は
膜表面に残ってしまうが、真空中で発生した塩酸は真空
蒸発するので除去することができ、アルミニウム薄膜の
腐食に対してはある程度の効果が期待できる。
【0010】しかしながら水を導入した場合、アルミニ
ウム薄膜自体が水と反応し、Al23が生成されてしま
う。このAl23は絶縁物であるため、アルミニウム薄
膜表面の抵抗値が高くなってしまう。そのため、層間配
線同士を接続する際に接続抵抗が大きくなってしまうと
いう不都合があり、満足な解決方法とは言えなかった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の不都合に鑑みて創作されたもので、その目的は、ア
ルミニウム薄膜の腐食を防止し、コロージョンの発生を
押さえるアルミニウム薄膜処理方法を提供することにあ
り、また、層間配線同士の接続抵抗を小さくするアルミ
ニウム薄膜処理方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、アルミニウム薄膜の処理方
法であって、アルミニウムを主成分とするアルミニウム
薄膜の所望領域を、塩素を組成元素として有するエッチ
ングガスでエッチングするエッチング工程と、前記エッ
チング工程の終了後、前記アルミニウム薄膜を大気に曝
さずにアンモニアガス雰囲気に置く残留塩素除去工程と
を有することを特徴とし、請求項2記載の発明は、請求
項1記載のアルミニウム薄膜の処理方法であって、前記
エッチングガスが、三塩化ホウ素ガス(BCl3)、塩素
ガス(Cl2)、塩化水素ガス(HCl)、四塩化シリコン
ガス(SiCl4)、三フッ化塩素ガス(ClF3)、塩化リ
ンガス(PCl3)、有機塩素ガスよりなる群の中から一
つ以上のガスを選んで成るガスを含むことを特徴とし、
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2のいずれ
か1項記載のアルミニウム薄膜の処理方法であって、前
記残留塩素除去工程は、前記アルミニウム薄膜を200
℃以上の温度に置いて行なうことを特徴とする。
【0013】
【作用】反応性の塩素を発生させるエッチングガスでエ
ッチングされたアルミニウム薄膜を大気に曝すことなく
アンモニアガス雰囲気下に置くと、アルミニウム薄膜の
表面付近に付着した反応副製生物中の塩素がアンモニア
と反応し、塩化アンモニウム(NH4Cl)が生成され
る。
【0014】この塩化アンモニウムは、大気中では約3
40℃で昇華し、減圧下では長時間放置により消滅し得
るが、前記塩化アンモニウムの完全除去とスループット
向上のためには、減圧下で200℃〜400℃でアニー
ルを行うことが望ましい。
【0015】なお、前記エッチングには、通常、プラズ
マエッチングには、三塩化ホウ素ガス(BCl3)、塩素
ガス(Cl2)、塩化水素ガス(HCl)、四塩化シリコン
ガス(SiCl4)、塩化リンガス(PCl3)、有機塩素ガスよ
りなる群の中から一つ以上のガスを選んで成るガスを含
むエッチングガスが使用され、また、プラズマエッチン
グでない場合には三フッ化塩素ガス(ClF3)が使用さ
れており、コロージョンの発生は、特に前記三塩化ホウ
素ガスが甚だしい。
【0016】
【実施例】本発明の実施例について図面を用いて説明す
る。
【0017】図2は、本実施例に用いた真空装置であ
り、該真空装置2は、中心に搬送室T/Cが配置され、そ
の周辺に、搬入室L/C、CVDチャンバーC/C、取出し室
UL/C、アニール室A/C、エッチングチャンバーE/Cが配置
されたクラスター型マルチチャンバー装置である。各チ
ャンバー間はゲートバルブによって区切られており、図
示していない排気機構によって、常時真空雰囲気に置か
れている。
【0018】8インチのウェハー上にアルミニウム薄膜
を成膜し、該ウェハーを、まず、この真空装置2の前記
搬入室L/Cに搬入し、次いで前記搬送室T/Cを通して前記
エッチングチャンバーE/Cに搬入した。
【0019】前記エッチングチャンバーE/Cには、平行
平板型RIEエッチングを行なうエッチング装置が組み
込まれており、図3に、このエッチングチャンバーE/C
の断面を示す。該エッチングチャンバーE/Cの真空容器
5の内壁上面にはガスシャワープレート6が設けられ、
前記ガスシャワープレート6と対向する位置の内壁底面
には、絶縁物7を介してカソード8が設けられており、
該エッチングチャンバーE/C内に搬入したウェハー10
を前記カソード8の上面に設けたウェハーステージ9上
に乗せた。
【0020】前記カソード8には交流電源11が接続さ
れており、前記ガスシャワープレート6と、真空容器5
とは、グラウンド電位に接地されている。
【0021】該真空容器5内を図示しない真空排気機構
により高真空状態に置いた後、三塩化ホウ素ガス(BC
3)を、前記真空容器5内の圧力が1×10-2Torr
になるまで導入し、前記交流電源11の起動により、前
記カソード8の電極面積に対して0.2〜0.3W/cm
2の密度でRF電力を供給し、プラズマを発生させて室
温でRIEエッチングを行なった。
【0022】RIEエッチングが終了すると、ウェハー
10を前記搬送室T/Cに搬出し、次いで大気に曝さずに
前記アニール室A/Cに搬入した。従って、反応副製生物
と大気中の水分とは反応せず、塩酸によりアルミニウム
薄膜が腐食することはない。
【0023】このアニール室A/Cは減圧雰囲気下に置か
れており、前記ウェハー10を加熱し、該アニール室A/
C内にアンモニアガスを導入し、残留塩素除去工程を実
行した。
【0024】この残留塩素除去工程でのアンモニアガス
処理条件を種々変化させた。
【0025】アンモニアガス圧力を0.1Torr(13.
3ハ゜スカル)とし、アンモニアガスでの処理時間を120秒
に固定して加熱温度T(℃)を種々変化させた処理条件1
と、加熱温度を300℃とし、アンモニアガス処理時間
を120秒に固定してアンモニアガス圧力P(Torr)を変
化させた処理条件2と、加熱温度を300℃とし、アン
モニアガス圧力を0.1Torr(13.3ハ゜スカル)に固定
し、アンモニアガスに曝している時間t(秒)を変えた処
理条件3の3つの条件で残留塩素を除去した。
【0026】前記各条件で処理したウェハーは、前記ア
ニール室A/Cから取出し室UL/Cに移動させ、該取出し室U
L/Cから大気中に取り出した。なお、ビアホールパター
ンが設けられたウェハーにホール埋込を行なう場合に
は、前記CVDチャンバーC/Cに移動させてホールの埋
込みを行なってから前記取出し室UL/Cに移動させて取り
出すことになる。
【0027】前記処理条件1から処理条件3で残留塩素
を除去したウェハー表面を顕微鏡にて観察し、コロージ
ョンの個数をカウントした。一般的にコロージョンはウ
ェハー内で均一に分布するものではなく、ある特定パタ
ーン周辺に集中して発生するため、ここでは100μm
2のアルミパッド1個当たりにカウントできる個数でコ
ロージョン数Nを表現することとし、前記処理条件1で
残留塩素を除去した場合のコロージョン数Nを図4(a)
のグラフに、前記処理条件2で残留塩素を除去した場合
のコロージョン数Nを図4(b)のグラフに、前記処理条
件3で残留塩素を除去した場合のコロージョン数Nを図
4(c)のグラフに示す。
【0028】加熱温度Tが高いほど、アンモニアガス圧
力Pが高いほど、またアンモニアガス処理時間tが長い
ほどコロージョンの数が低下することが分かる。
【0029】本実施例により、アルミニウム薄膜を20
0℃以上の温度に加熱した場合に実用的な塩素除去速度
が得られることが分かる。但し、200℃以下の温度に
おいてもアンモニアガスで処理する時間を長くすること
により、同様の効果は得られている。
【0030】本実施例ではエッチングとアニールとを別
のチャンバーで行ったが、エッチングチャンバーに設け
られたウェハーステージに加熱手段を設けておき、エッ
チング終了後に一度チャンバー内を真空状態にし、次い
でアンモニアガスを導入すると共にウェハーを加熱し
て、アルミニウム薄膜に付着している残留塩素をエッチ
ングチャンバー内で除去するようにしてもよい。
【0031】なお、本発明の残留塩素除去工程は、アン
モニアガスを導入する際にRF放電させ、発生したアン
モニアプラズマにより残留塩素を除去する場合も含まれ
る。
【0032】
【発明の効果】塩酸を発生させずに残留塩素を除去する
ことができるので、アルミニウム薄膜の腐食を防止し、
コロージョンを発生させない。
【0033】また、アルミニウム薄膜表面の抵抗値が大
きくなることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)コンタクトホールに反応副製生物が付着
する様子を説明するための図 (b)ビアホールに反応副
製生物が付着する様子を説明するための図
【図2】 本発明に用いた装置の配置を示す図
【図3】 エッチング室の断面図
【図4】 (a)加熱温度とコロージョン数の関係を示す
グラフ (b)アンモニアガス圧力とコロージョン数の関
係を示すグラフ (c)アンモニアガス処理時間とコロー
ジョン数の関係を示すグラフ
【符号の説明】
102……反応副製生物 103……残留物 105
……アルミニウム薄膜 T……温度(℃) P……圧力(Torr) t……時間
(秒) N……コロージョン数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 久三 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウムを主成分とするアルミニウム
    薄膜の所望領域を、塩素を組成元素として有するエッチ
    ングガスでエッチングするエッチング工程と、 前記エッチング工程の終了後、前記アルミニウム薄膜を
    大気に曝さずにアンモニアガス雰囲気に置く残留塩素除
    去工程とを有することを特徴とするアルミニウム薄膜の
    処理方法。
  2. 【請求項2】前記エッチングガスが、三塩化ホウ素ガス
    (BCl3)、塩素ガス(Cl2)、塩化水素ガス(HCl)、
    四塩化シリコンガス(SiCl4)、三フッ化塩素ガス(C
    lF3)、塩化リンガス(PCl3)、有機塩素ガスよりな
    る群の中から一つ以上のガスを選んで成るガスを含むこ
    とを特徴とする請求項1記載のアルミニウム薄膜の処理
    方法。
  3. 【請求項3】前記残留塩素除去工程は、前記アルミニウ
    ム薄膜を200℃以上の温度に置いて行なうことを特徴
    とする請求項1又は請求項2のいずれか1項記載のアル
    ミニウム薄膜の処理方法。
JP24644694A 1994-10-12 1994-10-12 アルミニウム薄膜の処理方法 Pending JPH08109474A (ja)

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