JPH08222549A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣｕやＰｔ等、反応生成物の蒸気圧が小さい
難エッチング材料を実用的なエッチングレートで、残渣
をともなわずに均一に異方性エッチングする装置および
方法を提供する。 【構成】 被処理基板１を、プラズマ発生室５の平坦な
閉鎖端面５ａ上の光照射加熱手段１０で加熱しつつ、Ｒ
Ｆアンテナ６で励起した誘導結合プラズマによりプラズ
マ処理する。閉鎖端面５ａ内に接地電極１１を配設して
もよい。 【効果】 高密度プラズマと、短時間の基板加熱によ
り、再拡散や酸化等の素子劣化を伴うことなく、上記目
的が達成できる。基板ステージ加熱手段３により実プロ
セス温度以下に被エッチング基板を制御しておけば、こ
の効果は徹底される。プラズマＣＶＤに用いてもよい。

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の製造プロセ
ス等で使用するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方
法に関し、更に詳しくは、反応生成物の蒸気圧が小さい
難エッチング材料層のエッチング等に使用して好適なプ
ラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積度化が進
み、そのデザインルールがハーフミクロンからクォータ
ミクロンのレベルへと微細化されるにともない、内部配
線のパターン幅も縮小されつつある。従来より半導体装
置の内部配線材料として多結晶シリコンやＡｌ系金属が
多用されてきたが、かかる配線幅の縮小により、配線抵
抗の増大による信号伝播の遅延や各種マイグレーション
耐性の劣化が問題となっている。これを材料面から解決
する方法として、Ｃｕ金属やＡｌ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ合金等の低抵抗材料を採用する動向がある。

【０００３】また近年、次世代ＬＳＩに用いる誘電体材
料として、チタン酸鉛〔ＰｂＴｉＯ₃ 〕、ＰＺＴ〔Ｐｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃ 〕やＰＬＺＴ〔（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ₃ ）等の強誘電体薄膜を応用する提案がな
されている。すなわちこれら材料の強誘電性を利用しＤ
ＲＡＭのメモリセルとして、またＭＩＳトランジスタの
ゲート絶縁膜に用いたＭＦＳトランジスタとして、ある
いは分極反転のヒステリシスを利用した大容量不揮発性
メモリへの展開、さらには焦電性を利用した赤外線セン
サの作成等が報告されている。これら強誘電体デバイス
の実用化へは、特性にすぐれた強誘電体薄膜の形成方法
もさることながら、強誘電体薄膜への電極パターニング
方法についても検討の余地が大きい。従来より強誘電体
薄膜上の電極材料としては、特性の安定性の観点からＰ
ｔ金属を用いるのが一般的である。

【０００４】これらＣｕ系金属やＰｔ金属をパターニン
グして微細な電極や配線を形成する場合には、ハロゲン
系ガスを用いた反応性プラズマエッチングによる高選択
比、高異方性かつ低ダメージの加工を施すのであるが、
これら金属のハロゲン化物は蒸気圧が小さく、すなわち
エッチングレートも小さいので、難エッチング金属と呼
称されるほどである。

【０００５】これら難エッチング金属のハロゲン系反応
生成物の昇華を促進しエッチングレートを向上するた
め、例えばＣｕ金属層を有する被処理基板を加熱しつつ
加工する方法が第３６回応用物理学関係連合講演会（１
９８９年春期年会）講演予稿集ｐ５７０、講演番号１ｐ
−Ｌ−１に報告されている。すなわちヒータを内蔵した
基板ステージを有する平行平板型ＲＩＥ装置により、Ｃ
Ｃｌ₄ とＮ₂ との混合ガスを用いて、被エッチング基板
を３５０℃以上に加熱しながら反応性イオンエッチング
を行うことにより、残渣やアンダカットのない異方的エ
ッチングが達成されるとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記手法
による難エッチング金属層のパターニングによっても、
実用的なエッチングレートが充分に確保できない問題点
があった。また基板加熱を基板ステージに内蔵したヒー
タのみに依存しているので、昇温時間が長くかかり、エ
ッチング開始前からヒータ加熱を開始する必要があっ
た。このため反応生成物の昇華に必要とする時間以上の
長時間にわたり被エッチング基板を加熱することとな
る。この結果、予め半導体素子が形成された半導体基板
の不純物拡散領域の再拡散や、エッチングチャンバ内の
残留酸素による配線材料層の酸化等、デバイス劣化の問
題があらたに発生する。

【０００７】そこでさらに、平行平板型ＲＩＥ装置の上
部電極上から被処理基板に向けて赤外光を照射しつつＣ
ｌ₂ ガスを用いてＣｕ金属層をパターニングする方法が
第４１回応用物理学関係連合講演会（１９９４年春季年
会）講演予稿集ｐ６０７、講演番号３１ａ−ＺＦ−４に
提案された。この報告によれば、メカニズムは必ずしも
明確にされていないが、赤外光を照射することにより実
用的なエッチングレートが得られたとしている。

【０００８】ところで、平行平板型ＲＩＥ装置は使用圧
力領域が１０¹ Ｐａ台、磁界を併用したマグネトロンＲ
ＩＥ装置にっても１０⁰ Ｐａ台と比較的高い。このた
め、イオン等の活性種が被処理基板に入射する際の斜め
入射成分が多く、特に８インチ以上の大口径基板におい
てはマイクロローディング効果等により処理の不均一や
サイドエッチング等を招き易い。

【０００９】さらに、プラズマエッチング以外にもプラ
ズマＣＶＤの分野では堆積膜中に原料ガス中のカーボン
や塩素等の不純物が少なく、緻密で均一な膜質のＣＶＤ
膜が求められる。この目的のためには原料ガスの解離効
率がよく、効率的な基板加熱が必要である。

【００１０】本発明は上述した諸問題点を解決すること
を目的とし、ＣｕやＰｔ等ハロゲン元素との反応生成物
の蒸気圧が小さな難エッチング性の被処理層に対して
も、実用的なエッチングレートを確保しつつ微細なパタ
ーンを形成できるプラズマ処理装置およびプラズマ処理
方法を提供することを課題とする。

【００１１】本発明の他の課題は、被処理基板全面にわ
たり均一なプラズマ処理が得られるプラズマ処理装置お
よびプラズマ処理方法を提供することである。

【００１２】また本発明の別の課題は、エッチング残渣
やアンダーカットのない、異方性形状にすぐれた上記プ
ラズマ処理装置およびプラズ処理方法を提供することで
ある。

【００１３】さらに本実施例の別の課題は不純物含有量
が少なく、緻密で均一な膜質のプラズマＣＶＤ膜の形成
を可能とするプラズマ処理装置およびプラズ処理方法を
提供することである。

【００１４】さらにまた本発明の別の課題は、難エッチ
ング金属を電極配線材料として用いた半導体等のデバイ
スにおいて、不純物拡散層の再拡散や配線材料の酸化、
あるいは強誘電体材料の変質を防止し、各種特性の劣化
のないパターニングを可能とするプラズマ処理装置およ
びプラズマ処理方法を提供することである。本発明の上
記以外の課題は、本願明細書中の記載および添付図面の
説明により明らかにされる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は、上述の課題を解決するために発案したものであ
り、石英等の誘電体材料からなり、開放端面と略平坦な
閉鎖端面を両端に有する円筒の外周にＲＦアンテナを巻
回したプラズマ発生室と、このプラズマ発生室の開放端
面に連接するとともに被処理基板を載置した基板ステー
ジを内部に配設したプラズマ処理室を具備するプラズマ
処理装置であって、このプラズマ発生室の閉鎖端面外側
の被処理基板を臨む位置に、被処理基板への光照射加熱
手段を配設したことを特徴とするものである。この光照
射加熱手段としては、インコヒーレントな連続スペクト
ル光であるタングステンハロゲンランプ、輝線スペクト
ルを有するＸｅ−Ｈｇランプ、コヒーレント光であるレ
ーザ光やＳＲ光等を例示できるが、汎用性を考慮すると
ハロゲンランプを複数個使用し、被処理基板を一括照射
することが望ましい。単一波長光源を用いる場合には、
被処理基板への吸収係数の大きい波長の光源を選択する
ことが望ましい。またレーザ光源を用いる場合には、レ
ーザビームを移動あるいは走査して均一加熱することが
望ましい。レーザ光源の場合には被処理基板を局部的に
加熱して選択的プラズマ処理を施すことも可能である。

【００１６】本発明のプラズマ処理装置のプラズマ発生
室の閉鎖端面は、略平坦な形状のため、耐圧の観点から
は閉鎖端面部を肉厚に形成することが望ましい。略平坦
という語の意義は、完全な平面形状の他に、極くゆるや
かな曲面で形成する場合も包含するものとする。すなわ
ち、光照射加熱手段の光線の屈折が被処理基板の均一加
熱に悪影響を及ぼさない限り、閉鎖端面は極くゆるやか
な曲面であってもよい。

【００１７】本発明のプラズマ処理装置は、光照射加熱
手段に加えて基板ステージの加熱手段を補助的に有する
ことが望ましい。

【００１８】また本発明のプラズマ処理装置は、ＲＦア
ンテナの外周に隣接して、さらに磁界発生手段を有して
もよい。

【００１９】さらに本発明のプラズマ処理装置は、プラ
ズマ発生室の閉鎖端面内側に沿って、赤外線照射光の少
なくとも一部が透過しうる接地電極を配設してもよい。
この接地電極は、光透過率を向上するためにメッシュ状
に形成することが望ましい。メッシュ状という語の意義
は、グリッド状、パンチングメタル状あるいはハニカム
コア状の形状を含むものであってもよい。

【００２０】本発明のプラズマ処理方法は、上述したプ
ラズマ処理装置を用いて被処理基板の少なくとも被処理
面を光照射加熱しつつ、プラズマ処理を施すことを特徴
とするものである。

【００２１】

【作用】本発明のプラズマ処理装置のポイントは、誘導
結合プラズマ処理装置あるいはこれに磁界を併用したヘ
リコン波プラズマ処理装置の装置構造に着眼し、これら
装置に光照射加熱手段を具備させた点にある。

【００２２】従来より提案されている誘導結合プラズマ
処理装置あるいはヘリコン波プラズマ処理装置は、ドー
ム状の石英べルジャの周囲にＲＦアンテナを巻回したプ
ラズマ発生室構造を有するので、光照射加熱手段の設置
スペース、とりわけ複数個のタングステンハロゲンラン
プの設置スペースはこのドーム曲面が邪魔して確保が困
難であった。また石英べルジャのドーム部分のレンズ作
用により、照射光が屈折されて均一な被処理基板加熱が
妨げられる場合があった。本発明においては、プラズマ
発生室を開放端面と略平坦な閉鎖端面を有する円筒形状
とし、この平坦な閉鎖端面の外側に光照射加熱手段を配
設することにより、この光照射加熱手段の設置スペース
を確保するとともに、照射光の屈折を抑えた均一な光照
射加熱を可能としたのである。

【００２３】光照射加熱手段による被処理基板の加熱
は、被処理面側からの急速加熱が可能なため、不要な長
時間の基板加熱は防止でき、被処理基板の変質を回避で
きる。その上に基板ステージの加熱手段を併用し、被処
理基板が変質しない程度の温度に予備加熱しておけば、
実際のプラズマ処理温度における基板加熱時間はさらに
短縮できる。

【００２４】本発明のプラズマ処理装置は、基本的には
誘導結合プラズマ処理装置、ないしはこれに磁場を併用
したヘリコン波プラズマ処理装置であるので、１０^-1Ｐ
ａ台の高真空領域下での高密度プラズマ処理が可能であ
る。このため被処理基板への入射イオンの斜め入射成分
が低減し、マイクロローディング効果やサイドエッチン
グのない均一なプラズマ処理が可能であるとともに、実
用的なエッチングレートの確保が可能である。

【００２５】プラズマ発生室の略平坦な閉鎖端面にの内
側に沿って、接地電極を配設することにより、基板バイ
アスを印加する基板ステージに対して接地電位位置を明
確にとることが可能となり、これも被処理基板に対する
垂直イオン入射成分の増加に寄与する。接地電極は、光
照射加熱手段の光を可及的に効率よく透過する必要があ
るので、例えばメッシュ状電極とすることが望ましい。
接地電極全体の外形は、電界強度分布の観点から平板状
が望ましいが、本発明のプラズマ処理装置のプラズマ発
生室の閉鎖端面は略平板状であるので、かかる平板状の
接地電極の配設には好適である。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照しながら説明する。

【００２７】実施例１ 本実施例は、まず本発明の請求項１、２および４を適用
したプラズマ処理装置の構成例につき、図１に示す概略
断面図を参照して説明する。この装置は誘導結合プラズ
マによるプラズマ発生室と、タングステンハロゲンラン
プによる光照射加熱手段を具備した構成を有する。上記
誘導結合プラズマ発生源は、石英またはアルミナ等誘電
体材料からなり、一例として３５０ｍｍ径の円筒状プラ
ズマ発生室５をを巻回するＲＦアンテナ６、このＲＦア
ンテナ６にマッチングボックス８を介して電力を供給す
るＲＦ電源７等から成る。プラズマ発生室５の開放端面
５ｂには、被処理基板１を載置した基板ステージ２を内
部に配設したプラズマ処理室９を連接する。基板ステー
ジ２は、抵抗加熱等による基板加熱手段３を内蔵し、基
板バイアス電源４を接続する。

【００２８】本プラズマ処理装置の特徴の一つは、プラ
ズマ発生室５の閉鎖端面５ａが肉厚で略平坦な形状を有
し、この閉鎖端面の外側であって被処理基板１を臨む位
置に光照射加熱手段１０を有する点である。光照射加熱
手段１０は、複数個、例えば４個のタングステンハロゲ
ンランプと光反射板により構成する。複数個のタングス
テンハロゲンランプは、均一加熱の観点から被処理基板
１の中心軸に対し、軸対象に配列することが望ましい。
なおプラズマ発生室５の閉鎖端面５ａは光照射窓の機能
を持たせるものであるから、プラズマによる粗面化や堆
積物による内面の曇りを防止するため、開閉可能なシャ
ッタや不活性ガスブロー手段、窓加熱手段等を別途付加
してもよい。これらは発光分光分析等における光透過窓
の曇り防止手段として公知であるので、詳細な説明は省
略する。

【００２９】同プラズマ処理装置の他の特徴は、プラズ
マ発生室５の閉鎖端面５ａの内側に沿って、接地電極１
１を配設した点である。接地電極１１は光照射加熱手段
１０からの照射光が透過できるように例えばメッシュ状
に形成するとともに、その外形は平板状あるいは円板状
に形成する。なお同図においてはエッチングガス導入
孔、真空ポンプ、ゲートバルブ等の装置細部は図示を省
略する。

【００３０】かかる構成をとることにより、被処理基板
１を基板加熱手段３でプロセス温度以下の比較的低温に
予備加熱するとともに、光照射加熱手段１０による一括
照射により急速かつ均一に加熱することができる。また
接地電極１１を配設したことにより、基板ステージ２に
印加する基板バイアスに対し明確な接地電位位置を確保
でき、被処理基板１に対する垂直入射イオン成分を増加
することが可能である。また大型のＲＦアンテナ６によ
り、プラズマ発生室５内に高密度プラズマを発生し被処
理基板に対し均一で高いレートのプラズマ処理を施すこ
とができる。

【００３１】つぎに本発明のプラズマ処理方法につき、
上述のプラズマ処理装置を用いたＰｔ金属層のプラズマ
エッチングを例にとり、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して
説明する。

【００３２】本実施例で採用した試料は、図３（ａ）に
示すようにシリコン等の半導体基板２１上にＰＬＺＴ等
の強誘電体材料層２２をスパッタリングにより形成し、
さらにＰｔ金属層２３、ＳｉＯ₂ 等からなる無機系材料
マスク層２４およびレジストマスク２５をこの順に順次
形成したものである。半導体基板２１上に下層の電極層
等が形成されていてもよい。なおＰｔ金属層２３の厚さ
は例えば７００ｎｍ、無機系材料マスク層２４の厚さは
１００ｎｍであり、ともにスパッタリングで形成する。
またレジストマスク２５はノボラック系ポジ型レジスト
とｉ線ステッパ露光でパターニングし、そのパターン幅
は０．５μｍである。

【００３３】次にレジストマスク２５をマスクに無機系
材料マスク層２４をエッチングして無機系材料マスク層
２４パターンを形成し、レジストマスク２５をアッシン
グないしはウェット剥離して除去する。無機系材料マス
ク層２４は薄いので、０．５μｍ幅のパターン転写は正
確におこなわれる。図３（ｂ）に示すこの段階まで形成
した試料を被処理基板とする。

【００３４】この被処理基板１を図１に示す誘導結合プ
ラズマ処理装置の基板ステージ２上に載置し、一例とし
て下記条件によりＰｔ金属層２３のプラズマエッチング
をおこなう。 Ｓ₂ Ｃｌ₂ ２０ ｓｃｃｍ ＮＨ₃ １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１３ Ｐａ ＲＦ電源パワー ２５００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板バイアス電源パワー ３００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板ステージ加熱温度 ４００ ℃ 光照射加熱手段電源パワー ５００ Ｗ なお光照射加熱手段電源パワーは、４個のタングステン
ハロゲンランプの合計パワーである。

【００３５】Ｐｔの塩化物は難昇華性ではあるが、上記
エッチング過程においてはＣｌ^* とＰｔとの反応生成物
ＰｔＣｌ_x がＣｌ⁺ 、ＳＣｌ_x ⁺ やＮＨ⁺ 等の高密度の
イオン照射を受けてスパッタ除去される。これは、詳細
なエッチング機構は不明ではあるが、光照射を受ける被
処理基板１の表面温度は、基板ステージ２の加熱温度４
００℃より高くなるので、ＰｔＣｌ_x はスパッタの効果
との相乗効果により速やかに昇華除去されるものと考え
られる。また同時にＳ₂ Ｃｌ₂ の解離によりプラズマ中
に生成するイオウとＮＨ₃ との反応生成物でるＮＨ₄ Ｓ
がパターン側壁に付着して（図示せず）ラジカルのアタ
ックから側壁を防御し、サイドエッチングを防止する。
接地電極１１の存在も異方性加工に寄与する。この結
果、基板ステージ加熱手段のみにより被エッチング基板
を４００℃に加熱する従来のプロセスに比較しても、２
倍以上のエッチングレートである１００ｎｍ／ｍｉｎの
異方性エッチングが被処理基板１全面に均一に達成され
る。エッチング終了後のＰｔ金属層２３パターンは、図
３（ｃ）に示すようにＰｔ金属の残渣は観察されなかっ
た。

【００３６】本実施例によれば、光照射加熱手段１０と
接地電極１１およびプラズマ発生室閉鎖端面５ａが略平
坦な誘導結合プラズマ処理装置との相乗効果により、従
来困難であったＰｔ金属層の異方性加工が高エッチング
レートで達成された。

【００３７】実施例２ 本実施例は本発明の請求項１、２および３を適用したプ
ラズマエッチング装置により、Ｃｕ金属層をパターニン
グした例である。まず本実施例によるプラズマ処理装置
の概略構成例につき図２を参照して説明する。

【００３８】図２に示すプラズマ処理装置は、基本的な
装置構成は図１に示した誘導結合プラズマ処理装置と類
似しているので、同一構成要素には同一の参照番号を付
してその説明は一部省略し、主な相違点のみを説明す
る。本プラズマ処理装置が先に説明した誘導結合プラズ
マ処理装置と相違する部分は、ＲＦアンテナ６の更に外
周には磁界発生手段としてのソレノイドコイルアッセン
ブリ１２を、プラズマ処理室９の周囲にはマルチポール
磁石１３をそれぞれ配設した点である。この構成をとる
ことにより、ＲＦアンテナ６により励起される電界とソ
レノイドコイルアッセンブリ１２による磁界との相互作
用によりプラズマ発生室５にはヘリコン波が発生し、被
処理基板１に対する高密度プラズマ処理が可能となる。
なおソレノイドコイルアッセンブリ１２はヘリコン波の
伝播に寄与する内周コイルと、発生したヘリコン波プラ
ズマの輸送に寄与する。マルチポール磁石１３はプラズ
マ処理室９内の発散磁界を制御するものである。本プラ
ズマ処理装置のプラズマ発生室５の直径は、一例として
２５０ｍｍである。

【００３９】本プラズマ処理装置の特徴は、プラズマ発
生室５の閉鎖端面５ａが肉厚で略平坦な形状を有し、こ
の閉鎖端面の外側であって被処理基板１を臨む位置に光
照射加熱手段１０を有する点である。なお本プラズマ処
理装置においては、被処理基板へのイオン入射角度はマ
ルチポール磁石１３によってもある程度制御可能である
ので接地電極は装備していないが、もちろんこれを装備
してもよい。

【００４０】以上の装置構成により、被処理基板１を基
板加熱手段３で比較的低温に予備加熱するとともに、光
照射加熱手段１０による一括照射により急速かつ均一に
加熱することができる。また大型のＲＦアンテナ６とソ
レノイドコイルアッセンブリ１２により、比較的高真空
下においてプラズマ発生室５内に高密度プラズマを発生
し、被処理基板１に対し均一で高いレートのプラズマ処
理を施すことができる。

【００４１】つぎに本発明のプラズマ処理方法につき、
上述のプラズマ処理装置を用いたＣｕ金属層のプラズマ
エッチングを例にとり、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して
説明する。

【００４２】本実施例で採用した試料は、図４（ａ）に
示すようにシリコン等の半導体基板（図示せず）上にＳ
ｉＯ₂ 等からなる層間絶縁膜２６をＣＶＤにより形成
し、さらにＴｉ／ＴｉＮからなる密着層兼バリアメタル
層２７、Ｃｕ金属層２８、ＳｉＯ₂ 等からなる無機系材
料マスク層２４およびレジストマスク２５をこの順に順
次形成したものである。層間絶縁膜２６には図示しない
接続孔が形成され、これも図示しない半導体基板に形成
された不純物拡散層等の能動層と密着層兼バリアメタル
層２７やＣｕ金属層がオーミックコンタクトを形成して
いる構造であってもよい。なお各層の厚さは密着層兼バ
リアメタル層２７は下層のＴｉと上層のＴｉＮは各々５
０ｎｍ、Ｃｕ金属そ２８は５００ｎｍ、無機系材料マス
ク層２４は１００ｎｍであり、いずれもスパッタリング
ないし反応性スパッタリングにより形成する。またレジ
ストマスク２５は化学増幅型レジストとＫｒＦエキシマ
レーザステッパでパターニングし、そのパターン幅は
０．３５μｍである。

【００４３】次にレジストマスク２５をマスクに無機系
材料マスク層２４をエッチングして無機系材料マスク層
２４パターンを形成し、レジストマスク２５をアッシン
グないしはウェット剥離して除去する。無機系材料マス
ク層２４は薄いので、０．３５μｍ幅のパターン転写は
正確におこなわれる。図４（ｂ）に示すこの段階まで形
成した試料を被処理基板とする。

【００４４】この被処理基板１を図２に示すヘリコン波
プラズマ処理装置の基板ステージ２上に載置し、一例と
して下記条件によりＣｕ金属層２８および密着層兼バリ
アメタル層２７を連続してパターニングする。 ＳｉＣｌ₄ ２０ ｓｃｃｍ Ｃｌ₂ ２０ ｓｃｃｍ Ｎ₂ ２０ ｓｃｃｍ ＮＨ₃ １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１３ Ｐａ ＲＦ電源パワー ２５００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板バイアス電源パワー １００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板ステージ加熱温度 ２００ ℃ 光照射加熱手段電源パワー ５００ Ｗ なお光照射加熱手段電源パワーは、４個のタングステン
ハロゲンランプの合計パワーである。

【００４５】上記プラズマエッチング工程においては、
まずＣｕ金属層２８表面に存在する自然酸化膜（図示せ
ず）がＮＨ₃ の還元作用により除去される。Ｃｕの塩化
物は難昇華性ではあるが、Ｃｌ^* とＣｕとの反応生成物
であるＣｕＣｌ_x がＣｌ⁺ 、ＳｉＣｌ_x ⁺ やＮＨ⁺ 等の
高密度のイオン照射を受けてスパッタ除去される。これ
は、詳細なエッチング機構は不明ではあるが、光照射を
受ける被処理基板１の表面温度は、基板ステージ２の加
熱温度２００℃より高くなるので、ＣｕＣｌ_xはスパッ
タの効果との相乗効果により速やかに昇華除去されるも
のと考えられる。また同時にＳｉＣｌ₄ とＮ₂ との反応
生成物でるＳｉＣｌ_x Ｎ_y が形成されたパターン側壁に
付着して（図示せず）ラジカルのアタックから側壁を防
御し、サイドエッチングを防止する。この結果、基板ス
テージ加熱手段のみにより被エッチング基板を加熱する
従来のプロセスに比較しても、２倍以上のエッチングレ
ートが達成される。エッチング終了後のＣｕ金属層２８
パターンは、図４（ｃ）に示すようにＣｕ金属の残渣は
観察されなかった。なお無機系材料マスク層２４はこの
後に別途除去してもよいし、そのまま残して上層の層間
絶縁膜の一部として利用してもよい。

【００４６】本実施例によれば、光照射加熱手段１０
と、プラズマ発生室閉鎖端面５ａが略平坦なヘリコン波
プラズマ処理装置との相乗効果により、従来困難であっ
たＣｕ金属層の異方性加工が高エッチングレートでしか
も均一に達成された。

【００４７】以上、本発明を２例の実施例により説明し
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。

【００４８】例えば、光照射加熱手段としてタングステ
ンハロゲンランプを例示したが、メタルハライドランプ
やＸｅ−Ｈｇランプ、赤外線レーザ等を用いてもよい。
但し輝線スペクトルや単色光源、あるいはコヒーレント
光源よりは、インコヒーレントな連続スペクトル光源の
方が被エッチング基板の加熱の均一性はよい。

【００４９】基板ステージの加熱手段として抵抗加熱ヒ
ータを例示したが、シリコンオイル等熱媒体を循環して
加熱してもよい。Ｈｅ等熱伝導ガスを被エッチング基板
裏面に供給すれば熱交換効率や加熱の均一性の向上に寄
与する。

【００５０】プラズマ処理としてプラズマエッチングの
例を採り上げて説明を加えたが、プラズマＣＶＤとして
用いてもよい。例えば、ＴＥＯＳによるＳｉＯ₂ やＳｉ
ＯＦ等の形成、ＷＦ₆ によるＷ層の形成、ＴｉＣｌ₄ に
よるＴｉＮの形成、あるいはＳｉＨ₄ ／ＮＨ₃ やＳｉＨ
₂ Ｃｌ₂ ／ＮＨ₃ によるＳｉ₃ Ｎ₄ の形成が例示され
る。これらのプラズマＣＶＤにおいて、活性種や中間生
成物を制御することにより、膜質を緻密化したり、不純
物を低減することが可能である。

【００５１】またプラズマエッチングの対象としてＣｕ
金属とＰｔ金属を例示したが、他にＡｕ、Ａｇ、Ｐｄ、
Ｎｉ等ハロゲン化物の蒸気圧の小さな金属や、これら難
エッチング金属を含む合金や化合物、例えばＡｌ−Ｃｕ
合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金、Ｃｕ酸化物系高温超電導
材料、ＲｕＯ₂ 電極等のパターニングに用いて残渣のな
いエッチングが可能である。もちろん難エッチング材料
のみに限らず、通常の被エッチング層のパターニングに
用いてもよい。

【００５２】エッチングガスとしてＢＣｌ₃ 、ＣＣ
ｌ₄ 、ＨＣｌ、ＰＣｌ₃ 、Ｓ₃ Ｃｌ₂ 、ＳＣｌ₂ 等各種
Ｃｌ系ガスやＦ系ガス、Ｂｒ系ガス、Ｉ系ガスをエッチ
ング対象材料に応じて選択して用いることができる。ま
たこれらハロゲン系ガスにＨｅ、Ａｒ、Ｘｅ等希ガスや
Ｈ₂ やＣＯ、ＣＯ₂ 等を添加してもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、
反応生成物の蒸気圧が小さい難エッチング性金属を含む
材料層を実用的なエッチングレートで均一性よくパター
ニングすることができる。またエッチング残渣を発生す
ることがない。プラズマＣＶＤに適用した場合には、ソ
ースガスの解離効率が向上するので、活性種や中間生成
物の制御が可能となり、デポジションレートや膜質の向
上が達成される。

【００５４】被処理基板の基板加熱はタングステンハロ
ゲンランプ等により極く短時間で昇温できるので、昇温
時間が短縮される。このためスループットの向上が図れ
るのみならず、不純物拡散層の再拡散や、残留酸素によ
る酸化等によるデバイス劣化を防止できる。上記効果
は、基板ステージを抵抗加熱ヒータ等で実プロセス温度
より低い温度で、すなわちデバイス劣化のない範囲の温
度で加熱制御しておけば、より一層徹底される。

【００５５】上記効果により、低抵抗の電極や配線を有
する半導体装置や、強誘電体薄膜を用いるデバイスの電
極、あるいは緻密で不純物の少ない薄膜等を信頼性高く
製造することが可能となり、本発明が次世代電子デバイ
スの製造プロセスに与える寄与は大きい。本発明は薄膜
磁気ヘッドコイルや薄膜インダクタ等の製造に利用して
も多大の効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施例１によるプラズマ処理
装置の概略断面図である。

【図２】本発明を適用した実施例２によるプラズマ処理
装置の概略断面図である。

【図３】本発明を適用した実施例１のプラズマ処理方法
を示す概略断面図であり、（ａ）は半導体基板上に強誘
電体材料層、Ｐｔ金属層、無機系材料マスク層およびレ
ジストマスクを形成した状態、（ｂ）は無機系材料マス
ク層をパターニングした状態、（ｃ）はＰｔ金属をパタ
ーニングした状態である。

【図４】本発明を適用した実施例２のプラズマ処理方法
を示す概略断面図であり、（ａ）は層間絶縁膜上に密着
層兼バリアメタル層、Ｃｕ系金属層、無機系材料マスク
層およびレジストマスクを形成した状態、（ｂ）は無機
系材料マスクをパターニングした状態、（ｃ）はＣｕ系
金属層と密着層兼バリアメタル層をパターニングした状
態である。

【符号の説明】

１ 被エッチング基板 ２ 基板ステージ ３ 基板ステージ加熱手段 ５ プラズマ発生室 ５ａ 閉鎖端面 ５ｂ 開放端面 ６ ＲＦアンテナ ９ プラズマ処理室 １０ 光照射加熱手段 １１ 接地電極 １２ ソレノイドコイルアッセンブリ ２３ Ｐｔ金属層 ２４ 無機系材料マスク層 ２５ レジストマスク ２７ 密着層兼バリアメタル層 ２８ Ｃｕ金属層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｈ 1/46 9216−2Ｇ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ａ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体材料からなり、開放端面と、略平
   坦な閉鎖端面を有する円筒の外周にＲＦアンテナを巻回
   したプラズマ発生室と、 前記プラズマ発生室の前記開放端面に連接するととも
   に、被処理基板を載置した基板ステージを内部に配設し
   たプラズマ処理室を具備するプラズマ処理装置であっ
   て、 前記プラズマ発生室の前記閉鎖端面外側の前記被処理基
   板を臨む位置に、前記被処理基板への光照射加熱手段を
   配設したことを特徴とする、プラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 基板ステージには、基板ステージ加熱手
   段を更に有することを特徴とする、請求項１記載のプラ
   ズマ処理装置。
3. 【請求項３】 ＲＦアンテナの外周に隣接して、さらに
   磁界発生手段を有することを特徴とする、請求項１記載
   のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 プラズマ発生室の閉鎖端面内側に沿っ
   て、光照射加熱手段の照射光の少なくとも一部が透過し
   うる接地電極を配設することを特徴とする、請求項１記
   載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４いずれか１項記載のプ
   ラズマ処理装置により、被処理基板の少なくとも被処理
   面を光照射加熱しつつプラズマ処理を施すことを特徴と
   する、プラズマ処理方法。