JP2000311889A - プラズマエッチングを特長とする腐食防止表面のエッチング後の処理方法 - Google Patents

プラズマエッチングを特長とする腐食防止表面のエッチング後の処理方法

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JP2000311889A
JP2000311889A JP2000074450A JP2000074450A JP2000311889A JP 2000311889 A JP2000311889 A JP 2000311889A JP 2000074450 A JP2000074450 A JP 2000074450A JP 2000074450 A JP2000074450 A JP 2000074450A JP 2000311889 A JP2000311889 A JP 2000311889A
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イ ヤン
Zuao Shaoie
ヅァオ シャオイェ
She Shan-Rin
シェ シャン−リン
Ten Shen-Chan
テン シェン−チャン
Tou Wan-Chan
トゥ ワン−チャン
Tsuu Chun-Fu
ツゥ チュン−フ
Diana Xiaobing Ma
シャオビン マ ダイアナ
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    • H10P70/00—Cleaning of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P70/20—Cleaning during device manufacture
    • H10P70/27—Cleaning during device manufacture during, before or after processing of conductive materials, e.g. polysilicon or amorphous silicon layers
    • H10P70/273—Cleaning during device manufacture during, before or after processing of conductive materials, e.g. polysilicon or amorphous silicon layers the processing being a delineation of conductive layers, e.g. by RIE

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチングされた金属含有特徴部の表面腐食
を大幅に低減又は除去する方法。 【解決手段】 エッチング後の処理の一部として、当該
表面から腐食を引き起こす汚染物の除去処理を行う前
に、高真空を使用すること、不活性で、水分のないパー
ジガスを使用すること、及び、水分が揮発する十分に高
い温度に基板の温度を維持することによって、水分の形
成の防止を促進する。また、エッチングされた金属の表
面が銅であって腐食を引き起こす汚染物の除去処理を行
う前に当該表面上に水分が形成される場合、エッチング
された該表面を囲んでいる周囲に存在している汚染物、
特に、炭酸銅、及び/又は硫酸銅を形成しうる汚染物
と、該表面とが接触することを防止することは重要であ
る。エッチング後の処理方法には、反応性の水素含有種
の少なくとも１つを含むプラズマ、又は、反応性の水素
含有種を少なくとも１つ含むガスと、エッチングされた
特徴部とを接触させることを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製
造、及び、エッチングされた金属含有表面をエッチング
後に処理をしてエッチングされた該表面の腐食を防止す
る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の半導体装置に使用される多層金属
被覆構造では、電気相互接続線や接点の構成材料として
アルミニウムが一般的に使用されている。アルミニウム
は、製造しやすいという点で多くの利点を有するが、集
積回路の設計者が、トランジスタのゲート速度と電気相
互接続線の伝送時間に注目しているので、次世代の電気
相互接続線と接点に選択される材料が、銅であることは
明らかである。銅の電気抵抗率（比抵抗）は、約１．４
μΩｃｍであって、アルミニウムの電気抵抗率のおよそ
半分にすぎない。
【０００３】銅を使用できるように研究している材料開
発者や製造方法開発者が、競合する２つの主要な技術に
ついて評価を行っている。第１の技術は、ダマシン技法
として知られている。その技術において、０．５μｍ
（ミクロン）以下の範囲の該表面サイズを有する多層構
造を製造する代表的な製造方法は、誘電材料をブランケ
ット堆積すること、開口部を形成するために誘電材料を
パターン加工すること、拡散バリア層、及び場合によっ
ては、開口部の境界を決めるウエット層を堆積するこ
と、基板に銅形成層を、開口部を十分充填できるほどの
厚さに堆積すること、化学機械研磨（ＣＭＰ）技法を使
用して、過剰の導電性材料を基板の表面から除去するこ
とを含んでいる。ダマシン処理については、C.Steinbru
chel、「Patterning of copper for multilevel metalliz
ation: reactive ion etching and chemical-mechanica
l polishing」、Applied Surface Science １９９５年９
１号ｐｐ１３９―１４６において、詳細に説明されてい
る。
【０００４】ダマシン処理に伴う独特の問題は、ＣＭＰ
技法では堆積の問題が起った後で誘電体表面から過剰の
銅を除去していたことにある。銅は研磨中に層の表面全
域に傷が付く傾向がある柔らかい材料である。研磨中に
銅の表面に「凹み(dishing)」ができることがある。凹
みができる結果、導電性の重要特性に変動が生じる。化
学機械研磨処理中に使用されるスラリーの粒子が、銅の
配線(lines)と接点の周辺の銅と他の材料の表面に埋め
込まれることがある。スラリー内にある化学物質は、銅
を腐食することがあって、電気抵抗の増加をきたし、ま
た、ワイヤ配線の厚さ全体にわたる腐食さえ起こすこと
がある。ダマシン処理には解決すべき多くの問題がある
にもかかわらず、エッチング処理中及びそれに続くエッ
チング後の処理中の何れにおいても銅の腐食を防止する
ことがむつかしいが故に銅のパターンエッチングより
も、ダマシン処理方法が好ましいものと産業界では見な
されてきた。
【０００５】第２の競合する技術は、銅形成層のパター
ンエッチングを含むものである。その技術では、必要な
基板（通常、その表面にバリア層を有する誘電体の材
料）上に銅形成層を堆積させる工程と、銅形成層上にパ
ターン加工されたハードマスク、又はフォトレジストを
重ねる工程と、ウエットエッチング技法、又はドライエ
ッチング技法を使用して、銅形成層をパターンエッチン
グする工程と、様々な集積回路を形成する導電性の配線
と接点を絶縁するするために、パターン加工された銅形
成層の表面に誘電体材料を堆積させる工程とが含まれる
のが通常である。パターンエッチング処理の利点は、当
業界においてよく知られているスパッタリング技法を使
用して銅形成層を重ねることができることである。ダマ
シン処理で通常使用されている堆積法又はＣＶＤ法（化
学堆積法）よりもはるかに高速の堆積速度と、ＣＶＤ法
よりもはるかにクリーンで高品質の銅のフィルムが、銅
のスパッタリングによって得られる。更に、微細なパタ
ーンを銅の表面にエッチングして、それらのパターンの
上に絶縁層を堆積させる方が、パターン加工された絶縁
フィルムの上面にある小さい特徴部の開口部にバリア層
の材料と銅を流れ込ませるよりも容易である。
【０００６】しかしながら、銅フィルムの化学的、物理
的性質のため、銅形成層のパターンエッチングは、アル
ミニウム層をパターンエッチングするよりは困難であ
る。例えば、銅はアルミニウムと同じように低い温度で
塩素と反応するが、反応生成物は、アルミニウムとの反
応による生成物ほど揮発性はない。従って、アルミニウ
ムをエッチングするときに使用される条件に似た条件の
下では、銅のフィルムをエッチングするというよりもむ
しろ腐食させる。望ましくない反応が銅形成層の内部に
容易に広がることができる。事実、銅の特徴である滑ら
かな側壁は外側から観察出来るが、その内部は腐食され
ていることが観察されている。パターンエッチングされ
た銅フィルムの内部の腐食を防止するために、まず始め
に、エッチングされた銅の表面をエッチング処理中に保
護する方法が開発された。それらの方法は、Ｙｅほかが
１９９７年７月９日出願した米国特許出願第０８／８９
１４１０号「Patterned Copper Etch For Micron And Su
bmicron Features Using Enhanced Bombardment」と、Ｙ
ｅほかが１９９７年８月１３日出願した米国特許出願第
０８／９１１８７８号「Copper Etch Using HCl and HBr
Chemistry」と、Ｙｅほかが１９９８年３月１３日出願
した米国特許出願第０９／０４２１４６号「Process For
Copper Etch Back」と、Ｙｅほかが１９９８年８月７日
出願した米国特許出願第０９／１３０８９３号「Method
of Etching Copper For SemiconductorDevices」に記載
されている。それらの特許出願の趣旨はそのまま本明細
書に援用されている。
【０００７】エッチング処理が終了した時点では腐食が
最小、又はまったく腐食を示さないでエッチングされた
銅を得ることができたが、その後のデバイス処理ステッ
プにおいて腐食が起きうることが発見された。良好な電
気的重要特性（ＥＣＤ）の制御と、電気的移動（ＥＭ）
制御とを実現するためには、エッチングされた銅は、酸
化の防止を含んで腐食が起らないように保つ必要があ
る。通常、パターンエッチングステップに続く後の処理
ステップにおいて、保護層又は保護被覆を銅の表面に形
成するまで、エッチングされた銅の表面を保護する最良
の方法を求める作業が開始された。
【０００８】エッチング後 銅の表面を処理して、腐食
を起こすと見られている汚染物を銅の表面から除去する
よう、パターンエッチングの後に銅の表面を処理する様
々な方法が業界内で試みられてきた。Harold F. Winter
sは、論文「The etching of Cu(100) with C12」、J. Vac.
Sci. Technol.A3（３）、１９８５年５月／６月、ｐｐ．
７８６−７９０において、Ｃｌ2のＣｕ（１００）との
相互作用のための、エッチング生成物と、表面化学と、
生成物脱着機構とについて記載している。支配的なエッ
チング生成物は、基板温度が約５８０℃より低いとき
は、Ｃｕ3Ｃｌ3であり、基板温度が６５０℃より高いと
きはＣｕＣｌであるといわれている。１５０℃より低い
温度でＣｕ（１００）をＣｌ2に曝すと、暴露が約１０
００ラングミュア(langmuirs)よりも大きい場合、その
厚さが時間と共に線形的に増加する塩化銅形成層が成長
するといわれている。その塩化物の層の成長速度は、温
度が上昇するに従って低減する。塩化物は、零次動力学
によってＣｕ3Ｃｌ3として脱着するといわれている。零
次動力学によると、多量の塩素を使い果たすまで表面直
上の塩素の量は一定のままである。その著者(Harold F.
Winters）の結論によると、エッチングは、単なる「化
合物の成長」−蒸発反応である。イオン衝撃によってエ
ッチング速度が抑制されるといわれ、Ｃｕ3Ｃｌ3のイオ
ン解離の、また、おそらく表面領域での塩素の濃縮が低
減したことの結果であると考えられる。
【０００９】腐食を防ぐ銅の表面処理の例が、１９８６
年２月２８日公開された日本国公開特許公報第６１０４
１７７５Ａ号の特許出願明細に提供されている。その出
願の要約によれば、銅イオンと、キレート物質と、還元
剤と、水酸化物イオンと、少なくとも１つのジルコニア
及び／又はビスマス化合物とを含む水溶液を使用した銅
の表面処理が開示されている。
【００１０】導電層のエッチングの後残存している塩化
物とフッ化物を除去する処理方法の別の例が、１９８７
年５月２６日発行Mocklerほかによる米国特許第４６６
８３３５号に記載されている。Mocklerほかの特許では、
アルミニウムと、アルミニウム銅と、アルミニウム銅シ
リコンの合金のエッチングに関する好ましい実施形態が
記載されている。エッチングステップの後、加工物（ウ
ェーハ）が強酸性溶液に浸され、次に、アルミニウム銅
合金をエッチングした後、弱塩基性溶液に浸されて、エ
ッチングされた表面に残っている残余の塩化物とフッ化
物を除去する。
【００１１】エッチングされた表面から腐食性材料を除
去する更に別の例が、Latchfordほかによる１９９３年４
月６日発行の米国特許第５２０００３１号に記載されて
いる。Latchfordによるその特許では、塩素含有残渣を除
去、又は不活性にする、１つ以上の金属エッチングステ
ップを終了した後に残っているフォトレジストを除去
し、残っている金属の腐食を少なくとも２４時間の間抑
制する処理方法が記載されている。エッチングされた金
属層は、アルミニウム、チタン、タングステンなどで構
成されているといわれている。両処理にあたって同じチ
ャンバを使用しなければならないということがなけれ
ば、集積回路構造体（ウェーハ）は、金属エッチングチ
ャンバから真空ストリッピングチャンバに移されるとい
われている。ウェーハの温度は、金属エッチングチャン
バから出されたとき、約１００℃と記載されている。ス
トリッピング処理中のウェーハの温度は、約１００℃〜
約４００℃、好ましくは、約２００℃〜約３００℃に維
持される。ストリッピング処理前のウェーハの温度が１
００℃であって、ストリッピング処理をより高い温度で
実施したいとき、第１のストリッピングステップが実施
されているときに、ウェーハの温度を約１０℃／秒で必
要な温度に引き上げることができる。第１のストリッピ
ングステップにおいて、マイクロ波プラズマ発生器を経
由して加工物を含むストリッピングチャンバにアンモニ
アガスを流す。第２のストリッピングステップでは、マ
イクロ波プラズマ発生器を経由してストリッピングチャ
ンバに酸素ガス（場合によっては、アンモニアガスも共
に）を流す。
【００１２】Ohtsukaほかによる１９９３年９月１４日
発行の米国特許５２４４５３５号には、半導体装置を製
造するための方法が記載されている。その方法では、半
導体基板に付着された導電層の上面に絶縁層を形成する
ことと、絶縁層をフッ素ベースのガスによってエッチン
グすることによってコンタクトホールを形成すること
と、窒素を含むガスをプラズマに変換し、得られたプラ
ズマを使って、少なくとも前述のコンタクトホールを処
理することを含む。特に、導電層はアルミニウム合金
（２％銅を含む）であって、窒素ガスプラズマを使っ
て、約１２℃の温度で約１５秒間、導電層表面のプラズ
マエッチング後の処理を実施し、その後、基板を空気に
曝す。
【００１３】Cathey. Jrによる１９９４年４月１２日発
行の米国特許第５３０２２４１号では、半導体装置のエ
ッチング後の処理方法が記載されている。半導体装置を
エッチングした後で、エッチング領域からエッチングさ
れた半導体を除去する前に、四弗化ケイ素を含むをエッ
チング領域に導入する。不動態物質は、半導体に関連す
るいかなる反応化学化合物とも反応して、半導体装置の
腐食を抑制する。通常、気体相である、抑制された反応
性化学成分は、エッチング領域からポンプで除去され
る。好ましい実施形態はアルミニウム、又はアルミニウ
ム合金層であり、その腐食液は、ハロゲン含有物質、好
ましくは、塩素ガス、又は塩化水素であって、エッチン
グ領域からアルミニウムを取り除いた後アルミニウムの
腐食を引き起こすといわれている。不動態物質は、ガス
状の四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）プラズマである。塩化
生成物を置き換えて、抑制された反応性化学成分を形成
して、側壁の不動態化を行う。次に、不動態反応の副産
物がエッチング領域から除去される。エッチング後の処
理中の基板温度については言及されていない。
【００１４】１９９３年２月２日に公表された日本国公
開特許公報第９３１５１１９Ａ号の特許出願明細ｓので
は、塩化フッ化炭素化合物ガスによるプラズマ処理が続
く真空貯蔵処理を組み込む超大型集積回路（ＶＬＳＩ）
作成に使用される半導体装置製造方法が記載されてい
る。
【００１５】Andreas Berzほかは、論文「Effects of the
biasing frequency on RIE of Cuin a Cl2-based disc
harge」、Elsevier Applied Surface Science ９１−（１
９９５）ｐｐ．１４７−１５１において、マスク材料と
銅表面との間の界面におけるリム状の銅腐食に打ち勝つ
手段として、腐食ソースガス内にメタンなどの添加剤を
形成する側壁の利用を記載している。しかしながら、
側壁不動態添加剤として僅か４ｓｃｃｍのメタンを添加
するだけで、表面を覆う薄いフィルムの堆積のために、
エッチング速度をかなり低減させるといわれている。
【００１６】エッチングされた銅の特徴部の腐食を低減
させるエッチング後の処理については、従来技術に記載
されたように多くの方法があるにもかかわらず、当業者
が、半導体装置内のパターン加工された銅特徴部を形成
する処理方法としてダマシン技法を選択しようと考える
ほど腐食の問題が解決されずに残っている。本発明によ
るエッチング後の処理によれば、プラズマエッチングさ
れた銅特徴部の表面上の腐食問題が低減又は解消され
る。従って、プラズマエッチングが、パターン加工され
た銅の半導体特徴部を製造する好ましい方法になる。更
に、必ずしも限定するわけではないが、アルミニウム、
タングステン、チタン酸ジルコン酸塩ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚ
ｒ1-x→Ｔｉx）Ｏ3）、及びＢＳＴ（Ｂａ、Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3などの他のプラズマエッチングされた金属含有特徴
部に関連する腐食を低減するために、本発明の方法は有
効である。
【００１７】
【発明の概要】プラズマエッチングされた金属含有を特
徴とする表面をエッチング後に処理することによって、
エッチングされた該表面の腐食を大幅に低減又は除去す
る方法が発見された。エッチング後の処理方法の一部と
して、当該表面から腐食を引き起こす汚染物を除去する
明確な処理を行う前に、当該表面上に水分が形成される
ことを防止することが特に重要であることが確認されて
いる。 水分は、腐食を引き起こす汚染物と接触すると
酸を形成する。酸が存在すると、腐食モードの数を増加
させる副作用を生じる可能性があり、且つ多くの場合腐
食速度が増す。高真空を使用すること、不活性で、水分
のないパージガスを使用すること、及び、水分を揮発さ
せるのに十分な高い温度に基板の温度を維持することに
よって、水分が形成されることを防止することが促進さ
れる。
【００１８】また、腐食を引き起こす汚染物を取り除く
ための処理の以前に水分が該表面に形成される場合、エ
ッチングをされた表面を囲む周囲に存在している汚染物
と該表面が接触することを防止することが非常に重要で
あることがまた発見されている。周囲を高真空にするこ
とは有効であり、また、不活性なパージガスを特徴部の
表面に常時吹き付けて処理環境に存在する汚染物がエッ
チングされた表面と接触することを防止することも有効
である。 汚染物が該表面と接触することを防止する
と、他のすべての要素が一定であれば、エッチングステ
ップが終了してからエッチング後の明確な処理を開始す
るまでの許容時間が長くなる。
【００１９】プラズマを利用するエッチング後の処理
は、、エッチングされた金属を含有する該表面を、エッ
チングされた銅の表面上に残されたハロゲン含有残渣と
の反応を可能にする動的状態にある十分な量の水素に曝
すことを含み、この間エッチングされた該表面は活性化
水素種とハロゲン含有残渣との間の反応による副産物の
揮発が促進されるような温度に保たれている。そして、
揮発した副産物は、エッチングされた該表面に隣接した
気化空間から除去される。 通常、この除去は、不活性
のドライガス（又は、他の不動態ガス）を該表面上全域
に十分流すことによって揮発した副産物をチャンバから
引き出し、エッチング後の処理チャンバを真空状態に保
つ事によって達成される。
【００２０】好ましい実施形態では、エッチングされる
金属含有材料は、銅である。エッチング後の明確な処理
方法には、プラズマの使用を含み、望ましくはエッチン
グを終了した後、可及的速やかにエッチングされた該表
面にプラズマを作用させる。
【００２１】エッチング後の処理以前には、エッチング
された表面上に水分が形成されることを最小限に抑え、
可能であれば、単分子層の水分さえ形成されないこと、
また、炭素と酸素を供給する最低でも１つの源にエッチ
ングされた表面を曝すことを防止することが重要な要因
である。（エッチングされた表面が露出しないようにす
るときに理解しておかなければならないのは、エッチン
グされた表面の周辺環境にはどんな形にせよ有害な炭素
及び酸素がそれぞれ存在する可能性があり、またそこで
はエッチングされた表面上又はその周辺環境下にある炭
素と酸素からその両者を含有する種が生成されうるとい
うことである。）エッチングされた表面と接触する周囲
に一酸化炭素と二酸化炭素が存在することは特に有害で
ある。また、硫黄の酸化物が存在することも有害であ
る。
【００２２】エッチング後の該処理は、該エッチングが
実施されたチャンバと同じ処理チャンバで実施されるの
が望ましい。この「本来の」エッチング後の処理は、エ
ッチングが終了してからエッチング後の処理を開始する
までの時間を低減させ、エッチング後の処理より前に腐
食が発生する可能性を低減させる。また、エッチングさ
れた該表面上に形成される水分が最小であり、且つ、一
酸化炭素、二酸化炭素、及び他の汚染物を含む周囲の空
気とエッチングされた該表面との接触を最小に出来るな
らば、エッチング後の処理を別の不動態チャンバで実施
することもできる。また、エッチング後の処理の前に、
ヘリウム、アルゴン、クリプトン、窒素などの不活性の
ドライガスをエッチングされた該表面に流すことも有効
である。
【００２３】一般に、エッチング後の処理用プラズマソ
ースガスは、水素ガス、又は水素含有化合物を含む。必
ずしも制限しているわけではないが、例えば、アンモニ
ア、又は、ｘが１又は２で、ｙが２以上のＣxＨyなどの
化合物が推奨される。エッチングされた該表面が銅を含
む場合、プラズマソースガスは、銅を腐食することがで
きる酸素種のソースを含まないことが特に重要である。
上記を考慮すると、水素含有化合物は、例えば、水
素、アンモニア、メタンなど、毒性がない、又は毒性が
少なく、揮発性があることが最も好ましい。該表面の金
属含有成分によっては、該表面に高分子保護材料を形成
するために、処理が終了する頃に、メタンをプラズマソ
ースガスに添加することも可能である。
【００２４】水素含有プラズマソースガスは、水素含有
化合物の解離を促進することのできる希釈剤として、少
なくとも１つの希ガス、又は、化学的に不活性であるガ
スを含むことができる。そのようなガスの例としては、
アルゴン、キセノン、ヘリウム、クリプトン、及びネオ
ンを含む。また、水素含有化合物の解離を促進する希釈
剤として、窒素を使用することもできる。プラズマソー
スガスに供給される電力の最小量は、水素、又は水素含
有化合物を反応性水素種に解離させるのに十分な量であ
る。通常、いかなるバイアス電力も基板には供給され
ず、そして、いかなる場合でも、バイアス電力は十分低
く、基板の表面に加えられる電圧は、約１００ｅＶ未満
であって、エッチングされた該表面のさらなるエッチン
グを防止する。 通常、プラズマソースガスの流量は、
反応性水素種を供給することばかりではなく、反応性水
素種と、エッチングされた該表面に存在するハロゲン含
有残渣との反応によって形成された副産物を除去するよ
う設計される。
【００２５】半導体特徴部のエッチングされた金属含有
表面の腐食を低減又は防止する方法は、（ａ） 該表面
に施されるエッチングの実質的終了の後に引き続いて、
そのエッチングされた該表面上にある残渣を除去するエ
ッチング後の明確な処理の前に、エッチングされた該表
面に腐食を誘発する種が形成されることを防止するステ
ップと、（ｂ）そのエッチングされた該表面上にある残
余のハロゲン含有残渣との反応を可能にする動的状態に
ある少なくとも１種の水素含有種を有するプラズマを、
そのエッチングされた該表面とを接触させるステップ
と、（ｃ）そのエッチングされた該表面からステップ
（ｂ）の反応生成物を除去するステップとを含む。
【００２６】上記のステップ（ｃ）に引き続いて、
（ｄ）そのエッチングされた該表面を脱イオン水ですす
ぎ洗いするステップを追加のステップとして含むことが
できる。
【００２７】上記のステップ（ａ）は、エッチングされ
た該表面上に水分が形成されることを防止することを通
常含む。エッチングされた該表面を囲む周囲によって
は、ステップ（ａ）において、周囲の汚染物がエッチン
グされた表面に接触することを防止するために、エッチ
ングされた該表面上全域に不活性なパージガスを流すこ
とが必要となる場合がある。
【００２８】第２の実施形態では、エッチング後の処理
は、エッチングを終了後適当な速さで、プラズマを使用
せずに、エッチングされた該表面を処理ガスと接触させ
ることを含む。エッチングされた該表面が保たれる温度
は、エッチングされた金属含有該表面上にある残余のハ
ロゲン含有残渣との反応を可能にするような動的状態に
処理ガスから供給された水素を保つために必要な温度
（通常、約２００℃よりも高い温度）である。また、該
表面の温度は、水素含有試薬とハロゲン含有残渣との間
の反応による副産物を揮発させることができる適度な温
度でなければならない。 次に、揮発した副産物は、エ
ッチングされた該表面に隣接したベーパースペースから
除去される。さらにまた、この除去は不活性のドライガ
スを該表面上全域に十分流すことによって、揮発した副
産物をチャンバから抜き出し、エッチング後の処理チャ
ンバを真空に保つことによって達成される。
【００２９】第１の実施形態に関連して記載したよう
に、エッチング後の処理は、望ましくは、該エッチング
が実施されたチャンバと同じ処理チャンバで実施され
る。ただし、エッチングされた該表面上に形成される水
分が防止され、周囲の大気との接触及び類似の汚染物質
との接触が避けられるなら、エッチング後の処理を別の
不動態チャンバで実施することもできる。本実施形態で
は、エッチングされた該表面の温度を、表面に接触する
いかなる水分も蒸発させることができる適切な温度に保
つことが特に有効である。
【００３０】ソースガス内の水素は、水素ガス、又は水
素含有化合物でもよい。水素含有化合物は、炭素を含ま
ないことが望ましい。必ずしも限定せずに、例えば、ア
ンモニア、ヨウ化水素、ヒドロキシルアミン、及びそれ
らの組み合わせた化合物が推奨される。エッチング後の
処理状態にあるときに、化合物が分解して遊離酸素種を
供給しない限り、水などの酸素含有化合物を使用するこ
とも許される。水中の水素がエッチングされた表面上の
残渣と反応して、揮発性の化合物を生成することがある
が、これはエッチング後の処理中にエッチングされた表
面から除去される。好ましい水素含有化合物とは、毒性
のない、又は毒性の少ない、また、エッチング処理中に
使用される条件と類似の条件下において揮発性がある化
合物である。好ましい水素含有化合物は、必ずしも限定
しているわけではないが、水素、アンモニア、又はヒド
ロキシルアミンを含む。
【００３１】第２のプラズマを使用しないで該半導体の
エッチングされた金属含有表面の腐食を低減又は防止す
るための方法は、（ａ）該エッチングを実質的に終了し
た後引き続いて、しかし、エッチングされた該表面上に
ある残渣を除去するエッチング後に施される明確な処理
の前に、そのエッチングされた該表面に腐食を誘発する
種が形成されることを防止するステップと、（ｂ）その
エッチングされた該表面上にある残余のハロゲン含有残
渣との反応を可能にする処理状態下にある水素含有反応
種の少なくとも１つを含むガス成分と、そのエッチング
された該表面とを接触させるステップと、（ｃ）そのエ
ッチングされた該表面から水素と水素含有残渣との反応
生成物を除去するステップとを含む。
【００３２】上記のステップ（ｃ）に引き続いて、
（ｄ）そのエッチングされた該表面を脱イオン水で洗浄
するステップを追加のステップとして含むことができ
る。
【００３３】エッチングされた該表面が銅を含むとき、
エッチングが実質的に終了した後で、且つ、エッチング
後の明確な処理の前に、炭酸銅、又は硫酸銅を形成する
ことができる汚染物が銅を囲む周囲環境に確実にないよ
うにすることが重要である。
【００３４】上記に記載したエッチング後の処理方法の
１つを実施した後、パターン加工された該銅表面を約１
００％の相対湿度の大気環境に約３日曝しても、パター
ン加工された銅のエッチングステップに続く製造ステッ
プの実施に、又は製造された装置の性能に、悪影響を及
ぼすような表面腐食は外観上発生しない。
【００３５】
【実施形態の詳細な説明】本出願の「従来の技術」にお
いて参照した米国特許出願に、銅の表面がエッチング処
理中に腐食されることを防止する銅のパターンエッチン
グ方法がいくつか記載されている。約０．５μｍより小
さい該表面サイズにあって特に重要なのは極く限定され
た量の腐食要因でもエッチングされた銅の大部分を腐食
する可能性があるということである。エッチングされた
銅表面の内部において腐食要因として機能する反応種を
止めて置かないように、以下の何れかの方法でエッチン
グが行われている。即ち、銅表面に物理的な衝撃をあた
えてエッチングの主要手段とするか、又はハロゲン含有
化合物の堆積を防止して同表面を保護するためにエッチ
ング中に高濃度の水素を銅表面に供給するか、である。
水素が、銅の外面に吸着されて、また銅の外面内に吸収
される場合もあって、エッチングされた銅の表面上のハ
ロゲン含有種と反応することができる。
【００３６】腐食を低減させるべく提案された方法の１
つを使用してパターンエッチングのステップを終了する
と、エッチングされた銅の表面には、ハロゲン残渣など
の腐食を発生させる汚染物が比較的付着しない。しかし
ながら、銅の表面が、炭素と酸素とを供給する機能を有
する環境に曝されることになると、そのようなハロゲン
残渣がほんの僅かあっても、エッチングされた銅の表面
にかなりの腐食を引き起こすことが発見されている。
【００３７】Ｉ． 定義 詳細説明の前置きとして、下記の点に注意が必要であ
る。本明細書と付属する請求項とにおいて使用されると
きには、文脈上明確に他のもことを指示している場合を
除き、単数形は（「a」、「an」、「the」）は複数の指示物をも
包含する。従って、 例えば、用語「半導体（a semicon
ductor）」とは、半導体の挙動特性を有していることが
知られている様々に異なった材料を包含する。
【００３８】本発明の記載に特に重要な独特の用語を以
下に定義する。
【００３９】用語「アスペクト比」は、特定の特徴部の
幅寸法に対する高さ寸法の比を包含するが、それに限定
されない。例えば、多層間を貫通して通常管状に延びる
ビアホールには、高さと直径とがあり、 そのアスペク
ト比は、管の高さを直径で除したものとなる。アスペク
ト比について計算するのに通常使用されるのは、ある特
性の最小幅の寸法である。
【００４０】用語「バイアス電力」は、基板に供給され
る電力に関係し、通常、イオン衝撃エネルギと、基板に
向かうイオンの方向性とを制御する。
【００４１】用語「銅」は、銅と、合金の銅含有量が少
なくとも８０原子百分率（％）銅である銅の合金とを指
す。合金は、元素成分を３つ以上含んでもよい。
【００４２】用語「減結合プラズマソース」、又は「誘
導結合プラズマソース」は、プラズマソース生成器と基
板バイアス装置への電力入力を別々に制御するプラズマ
エッチング装置を指す。通常、プラズマソースコントロ
ーラは、プラズマ密度（プラズマソース電力）を決める
誘導結合高周波電力の供給を制御し、バイアスコントロ
ーラは、半導体基板の表面でバイアス電圧（バイアス電
力）を発生させるのに使用される、誘導結合高周波電
力、又はＤＣ電力の供給を制御する。
【００４３】用語「下流(downstream)プラズマ」は、基
板の表面直上以外の場所で生成するプラズマを指すが、
それに限定されない。そして、プラズマ内の反応種は、
プラズマが生成される場所の下流である基板の表面に運
ばれる。
【００４４】用語「特徴部」は、基板を構成する様々な
装置要素を指しているが、それに制限されない。半導体
の処理においては、特徴部は、基板表面の形状の特徴で
明示されることが多い。
【００４５】用語「グロー放電スパッタリング」は、自
己持続型のタイプのプラズマであるグロー放電によって
生成される高エネルギ粒子との衝突によって、スパッタ
リング被覆されるべき表面から原子を除去する機構を指
すが、それに限定されない。高エネルギ粒子は、エネル
ギ原子と、エネルギ分子であろう。
【００４６】用語「高密度プラズマ」は、通常、少なく
とも１０11ｅ―／ｃｍ3の電子密度を有するプラズマを
指すが、それに限定されない。
【００４７】用語「プラズマ」は、正負同数の電荷と、
若干の他の非イオン化ガス粒子とを有する部分的にイオ
ン化されたガスを指すが、それに限定されない。
【００４８】用語「ソース電力」は、エッチングチャン
バ内直接であれ、マイクロ波プラズマ生成器の場合のよ
うに遠隔であれ、イオンと中性種を生成させるのに使用
される電力を指す。
【００４９】用語「基板」は、半導体材料、ガラス、セ
ラミック、高分子材料、 及び半導体産業で使用される
ほかの材料を含む。
【００５０】ＩＩ． 発明を実施する装置 本明細書に記載された処理方法を実施することができれ
ば、いかなる設備も使用できるが、以下に記載された好
ましい実施形態の基板は、カリフォルニアのサンタクラ
ラのアプライドマテリアルズ社から入手できるＣＥＮＴ
ＵＲＡ（商標）Integrated Processing System におい
てエッチング後の処理をされた。そのシステムは、米国
特許第５１８６７１８号に図示記載されており、その開
示を本明細書内において参考として援用している。図１
は、完全に自動化された半導体製造システムであって、
単一ウェーハチャンバを複数有し、２００ｍｍウェーハ
を収容する設計のアプライドマテリアルズ社のＣＥＮＴ
ＵＲＡ（商標）エッチングシステムの概略横断面図を示
す。そのシステムは、本明細書に記載された処理方法を
実施するよう設計されたソフトウェアを実行するコンピ
ュータ制御の処理制御システムを有する。そのシステム
は、プラズマ生成ソースと、基板バイアス手段への電力
を別々に制御する減結合プラズマソースを有する。Yan
Yeほかは、減結合プラズマソースの使用について、The P
roceedings of The Eleventh International Symposium
of Plasma Processing （１９９６年５月７日）と、El
ectrochemical Society Proceedings （１９９６年 Ｖ
ｏｌｕｍｅ ９６−１２、ｐｐ２２２−２３３）に発表
している。
【００５１】図１に示すとおり、ＣＥＮＴＵＲＡ（商
標）ＤＰＳ（商標）エッチングシステムは、減結合プラ
ズマソースを有するプラズマ処理チャンバ１０２と、高
度ストリップ不動態（ＡＳＰ）チャンバ１０４と、ウェ
ーハ定位チャンバ１０６と、冷却チャンバ１０８と、個
別に操作される負荷ロックチャンバ１１０とを含む。コ
ンピュータ制御の処理制御システム１１４は、本発明の
方法を実施するプログラムを記憶したハードディスクを
有することができる。又は、フロッピーディスク、光デ
ィスク、若しくは他のメディアの形式でソフトウェアを
受容するようシステムを設計することができる。
【００５２】ＣＥＮＴＵＲＡ（商標）ＤＰＳ（商標）エ
ッチングシステムに使用されている形式の金属エッチン
グチャンバ１０２の１つについて、３次元の概略図を図
２（ａ）に示す。金属エッチングチャンバ１０２は、セ
ラミックのドーム２０２と、通常の単極静電気チャック
（ＥＳＣ）２０４と、２．５４ｃｍ（１．０インチ）の
集束リング２０６とを含む。ドーム２０２は、処理の間
微粒子の形成を制御するために一定温度に維持される。
一様にガスを分布させるために４つのセラミックのガス
注入ノズル２０８を通してガスがチャンバに導入され
る。プランジャータイプの独特のスロットルバルブ２１
２を備える閉ループ圧力制御システム２１０によってチ
ャンバの圧力が制御される。
【００５３】エッチングチャンバ１０２は、高密度プラ
ズマ（即ち、少なくとも１０11ｅ―／ｃｍ3の電子密度
を有する）を生成して、持続するために、周波数が約２
ＭＨＺに調整された誘導プラズマソースを利用する。ウ
ェーハは、１３．５６ＭＨＺＲＦの電力ソースを使って
バイアスされる。プラズマソースの減結合性によって、
イオンエネルギとイオン密度が個別に制御され、ソース
電力と、バイアス電力と、圧力と、金属エッチングガス
の化学的性質の変化に対して広い処理幅を有する非常に
均一なプラズマ（偏差が５％より小さい）が得られる。
【００５４】誘電体であって、加工成形された天井部２
３０の外部に位置し、高周波（ＲＦ）電力発生器２２８
に接続されている誘導コイルアンテナセグメント２２２
を少なくとも１つ含むように構成されている１つの金属
エッチングチャンバ１０２の概略垂直断面図を図２
（ｂ）に示す。インピーダンス整合回路網２３４を経由
して高周波（ＲＦ）電力発生器２３２と、通常、高周波
電力が基板支持台２２６に供給される結果、基板２２４
に蓄積するオフセットバイアスのための電気接地２４４
として機能する導電性のチャンバ壁２４０とに接続され
ている基板（２２４）支持台２２６が処理チャンバの内
部にある。
【００５５】本発明によるエッチング後の処理の好まし
い実施形態の１つでは、銅の該表面のエッチング終了直
後に、金属のエッチングチャンバ１０２の中でエッチン
グ後の処理が実施される。上記の例では、エッチング後
の処理用の反応ガス、又はエッチング後の処理プラズマ
用のプラズマソースガスを構成し、エッチングを行うガ
ス成分を、注入ポート２３６から処理チャンバ１０２に
供給して、半導体基板２２４を支持台２２６の上に置い
ておく。エッチング後の処理を行うプラズマのために、
銅のエッチングステップを終了しても、ソースガスをエ
ッチングチャンバ１０２に供給してプラズマを消滅させ
ないでおくか、又は、エッチングステップが終了すると
プラズマを消滅させて、エッチング後の処理を開始する
ときに新しいプラズマを生成させることができる。プラ
ズマは、業界でよく知られている方法を使って処理チャ
ンバ１０２内で生成される。
【００５６】エッチング後の処理用の処理チャンバ１０
２内の圧力は、真空ポンプ（図示せず）と、処理チャン
バのガス排出管２３８に接続されたゲートバルブ２３９
と組み合わせて使用されるスロットルバルブ２３７とを
使用して制御される。エッチング後の処理用の処理チャ
ンバ壁の表面温度は、処理チャンバ１０２の壁内にある
液体を導く管（図示せず）を使って制御される。実験目
的のために、約２００℃超えて約４００℃未満の間に基
板温度を保持することが必要だったが、基板支持台２２
６の中に埋め込まれた抵抗加熱体によって実現された。
処理チャンバ１０２の内面は、前述の冷却管を使って約
８０℃に保持された。
【００５７】基板の表面に当たるときはイオンとなって
いるエッチング後の処理用のプラズマ種の割合を増加さ
せたい場合には、プラズマを生成させる誘導コイルを処
理チャンバの外部よりも内部に備えるよう前述の装置を
改変することができる。外部の誘導コイルを内部の誘導
コイルに置き換えたエッチングチャンバについては、Ya
n Yeほかが、１９９７年６月５日出願の米国特許出願第
０８／８６９７９８号「RF Plasma Etch Reactor With I
nternal Inductive Coil Antenna And Electrically Co
nductive Chamber Walls」に詳細に記載されている。更
に、１９９８年９月２２日出願の米国特許出願第０９／
１５８５６３号の一部継続出願に記載されている。両特
許出願とも本出願の譲受人に譲渡されており、それらの
特許出願を本明細書内において参考としてそのまま援用
している。特に、その装置は、導電性の壁と、チャンバ
の内部に面する壁の一部を構成する保護層とを備えるエ
ッチングチャンバを有する、高周波プラズマエッチング
反応装置である。保護層は、チャンバ内に生成されるプ
ラズマによるチャンバの壁の材料からの原子放出を防止
する。エッチング反応装置にも、誘導結合によってプラ
ズマを生成するのに使用されるエッチングチャンバ内に
配置された誘導コイルアンテナが備えられている。誘導
コイルアンテナは、チャンバの壁と同じように、アンテ
ナを構成する材料からプラズマによって原子が放出する
ことを防止するよう形成される。コイルアンテナは、冷
却流体が流れることを保持するのに使用される中空の内
部溝を備えた管状構造を有することができる。従って、
アンテナを一定の温度範囲内に維持することができる。
【００５８】図３は、生成にマイクロ波を利用する外部
のプラズマソースを有する１つのエッチング後の処理チ
ャンバの概略横断面図を示す。この処理チャンバは、図
１に関して記載した種類の高度ストリップパシベーショ
ン（ＡＰＳ）チャンバ１０４の代表例である。減結合プ
ラズマソースチャンバ１０２を使用する代わりに、ＡＰ
Ｓチャンバ１０４を使って、本発明のエッチング後の処
理を実施することができる。ＡＰＳチャンバ１０４は、
プラズマソースガスが供給される種注入管３０４を含
む。種注入管３０４内にプラズマ３０５を生成するため
に種注入管３０４周辺の領域にマイクロ波ソース３０６
を照射する。プラズマ３０５の反応種は、種注入管３０
４から、上部ガスプレート３０８と、下部ガスプレート
３１０とを有する種分配装置へ流れる。その下部ガスプ
レート３１０は開口部を有し、その開口部を通じて、処
理中は半導体基板（図示せず）が置かれる、加熱された
基板支持台３１４（加熱要素３１８によって加熱され
る）の表面上に反応種３１２を分布させる。使用済みの
処理ガスは、バルブ（図示せず）を有し、真空ポンプに
接続されている開口部３１６を通って排出される。ＡＰ
Ｓチャンバ１０４で実施されるエッチング後の処理は、
通常、減結合プラズマソースを含むエッチングチャンバ
１０２に関連して記載された後処理に通常似ているであ
ろうし、また、それと基本的に同じであることがある。
【００５９】ＩＩＩ． エッチングされた銅のフィルム
のエッチング後の処理 図４（ａ）〜４（ｃ）は、銅形成層をエッチングして配
線(lines)とスペースのパターン加工を行う一連の処理
ステップに従って、エッチングスタックの概略横断面図
を示す。図４（ａ）は、エッチングスタック４００を示
し、以下の各層から構成されている。銅形成層４０６が
重ねられる第１のＴａ／ＴａＮ／Ｔａ３層バリア、４０
４を有する二酸化ケイ素の基板４０２、４０６の上に重
ねられる第２のＴａ/ＴａＮ/Ｔａ３層バリア、４０８、
さらにその上に重なるシリコン酸化物のハードマスク層
４１０と、パターン加工されたフォトレジスト層４１２
からなっている。フォトレジスト層４１２のパターン
は、配線４１３とスペース４１４のパターンである。図
４（ｂ）は、パターン加工されたフォトレジスト層４１
２からシリコン酸化物のハードマスク層４１０にパター
ンを転写して、残留しているフォトレジスト層４１２全
てを除去した後のエッチングスタック４００を示す。図
４（ｃ）は、ハードマスク層４１０から、第２のバリア
３層４０８と、銅形成層４０６と、第１のバリア３層４
０４とを貫いて、シリコン酸化物の基板４０２の表面４
０５にパターンを転写した後のエッチングスタック４０
０を示す。腐食を引き起こすハロゲン種がエッチングさ
れた銅の配線４１６の内部に侵入することを避けるよ
う、また、配線４１６の表面４１７に残っているハロゲ
ン含有残渣の量を低減させるよう、参照した上記の特許
出願に記載されたパターン加工された銅のエッチング方
法を、銅形成層４０６のパターンエッチングを実施する
のに使用することができる。
【００６０】図５（ａ）は、図４（ｃ）に示されている
ステップを使ってエッチングされた種類の配線とスペー
スのパターンを有するエッチングされた構造体５００の
概略横断面図を示す。基板５０２は、シリコン酸化物で
あり、第１のバリア層５０４は、前に記載したＴａ／Ｔ
ａＮ／Ｔａの３層であり、エッチングされた銅形成層５
０６は、エッチングされた銅の表面５１７を有する配線
５１６にパターン加工される。第２の３層バリア５０８
が銅の配線５１６に重ねられ、ハードマスクとなるシリ
コン酸化物の残渣５１０が第２の３層のバリア５０８に
重ねられる。エッチングされた構造体５００が周囲の状
況に曝されると、図５（ｂ）に示された種類の腐食性の
突起（樹枝状結晶）５０５が、エッチングされた銅の配
線５１６の表面５１７に形成し始める。図５（ｃ）は、
銅の配線５１６の表面５１７の断面の一部を拡大して、
樹枝状結晶を見やすくしている。それらの樹脂状結晶５
０５の中には、隣り合う、銅の配線５１６ａの表面５１
７ａと銅の配線５１６ｂの表面５１７ｂとの間の全幅
「ｄ」にわたって伸び、それらの２つ異なる銅の配線の
間に橋をかけているいるものもある。その橋は導電性の
材料からなっているので、そのような銅の配線の相互結
合構造体は、目的とする機能を果たすことができない。
図５（ｄ）は、図５（ｂ）に示された配線とスペースの
パターンの上面図であるが、シリコン酸化物のハードマ
スク材料５１０が除去されている。配線の上面は、第２
の３層のバリア５０８の上面である。シリコン酸化物の
基板５０２を背景として示されている樹枝状結晶５０５
が、３層のバリア５０８の下の銅の配線５０６から外側
に広がっている。図５（ｂ）〜５（ｄ）は、０．２５μ
ｍ幅の配線とスペースがあるパターンエッチングされた
銅のフィルムの実際の顕微鏡写真の概略である。パター
ンエッチングされたフィルムは、３０時間の間、周囲の
室温状況に曝されていた。
【００６１】図６（ａ）は、 図５（ａ）に示された種
類の配線とスペースのパターンを有するエッチングされ
た構造体６００の概略の横断面を示す。基板６０２は、
シリコン酸化物であって、第１のバリア層６０４は、前
に記載したＴａ／ＴａＮ／Ｔａの３層である。エッチン
グされた銅形成層６０６は、エッチングされた銅の表面
６１７を有する配線６１６にパターン加工される。第２
の３層バリア６０８は、銅の配線６１０に重ねられ、ハ
ードマスクシリコン酸化物６１０が第２の３層バリア６
０８に重ねられる。図６（ａ）に示されたエッチングさ
れた構造体が以下に記載されるようにエッチング後の処
理された。エッチング後の処理を終了後、エッチングさ
れた構造体を、２５℃の飽和水容器の中に、即ち、相対
湿度１００％の周囲空気の中に７０時間を超える長い時
間置いたが、銅の配線６１６の表面６１７には、図６
（ｂ）に示すように、いかなる腐食も観測されなかっ
た。図６（ｃ）に示されているエッチングされた構造体
の上面には、樹枝状突起は見られない。図６（ａ）〜図
６（ｃ）は、０．２５μｍ幅の配線とスペースにパター
ンエッチングされた銅フィルムの実際の顕微鏡写真の概
略である。
【００６２】図６（ａ）に示されたパターン加工された
構造体６００を、銅形成層６０６が銅の配線６１６とス
ペース６１４を形成するようパターンエッチングされた
同じ処理チャンバ内でエッチング後の処理した。エッチ
ング後の処理用ガスフロー（アンモニア１００ｓｃｃｍ
（標準状態で毎分立方センチメートル）と窒素１０００
ｓｃｃｍの）の処理チャンバへの流入が始まり、銅のエ
ッチングソース用ガスフロー（アルゴン１００ｓｃｃ
ｍ、塩酸５０ｓｃｃｍ、三塩化ホウ素５ｓｃｃｍ、及び
窒素２０ｓｃｃｍの）の流入が止められた。この間、パ
ターン加工された構造４００の温度を、約２００℃に保
持した。この切り換えは、約５秒の遷移時間の間に起っ
た。
【００６３】エッチング後の処理は、次のとおり行われ
た。アンモニア１００ｓｃｃｍと窒素１０００ｓｃｃｍ
のエッチング後の処理プラズマソースガスを用いて、よ
く知られている方法を使って、エッチングチャンバ内で
プラズマが生成された。図２（ｂ）において、外部の高
周波コイル２２２に対する電力へのプラズマソース電力
は、周波数約２ＭＨＺで１５００Ｗであった。基板支持
台２２６にバイアス電力を供給して、オフセットバイア
スを生成することは行わなかった。しかしながら、基板
（パターン加工された構造体４００）には、約１０ｅＶ
の自己バイアスはあった。エッチング後の処理チャンバ
内の圧力は、５０ｍＴであった。エッチング後の処理の
圧力はまだ最適値になっていないが、５０ｍＴが、１ｍ
Ｔ又は１００ｍＴの何れよりもより良い結果をもたらす
ことが分かっている。エッチング後の処理中の基板表面
の温度は、約２５０℃であった。（エッチング処理チャ
ンバの中で、即ち、本来の場所でエッチング後の処理が
行われるとき、基板の温度は、通常、銅のエッチングス
テップの終了時の温度となる。しかしながら、必要な
ら、基板の表面へのイオン衝撃、又は加熱ランプを使っ
て、基板の表面温度を急速に上昇させることが可能であ
る。）別の「パシベーションストリップ」チャンバ内
で、エッチングされた表面の後処理が行われる実施形態
では、そのチャンバに移動したときに、基板の温度を調
整できる。正確なチャンバの壁温度が重要であるという
わけではないが、通常、エッチング処理チャンバ壁の温
度は、基板温度よりも少なくとも５０度低いことが望ま
しいとされた。
【００６４】プラズマが、ＡＳＰチャンバで使用される
マイクロ波により生成される下流プラズマであるとき、
処理チャンバの圧力は高く、通常、約１Ｔｏｒｒから約
１０Ｔｏｒｒの範囲であろう。
【００６５】上記に提供された好ましい実施形態では、
特定の処理条件によって処理されたが、プラズマを利用
するエッチング後の処理に通常使用される一般的な範囲
は以下のとおりである。
【００６６】望ましくは、ＤＰＳ（商標）エッチングチ
ャンバである、エッチング後の処理チャンバにおいて生
成されたプラズマは、通常、約１０ｍＴと約１００ｍＴ
との間、より好ましくは、約２５ｍＴと約７５ｍＴとの
間の範囲のチャンバ圧力、更に好ましくは、約５０ｍＴ
のチャンバ圧力で生成される。前に記載したＣＥＮＴＵ
ＲＡ（商標）ＤＰＳ（商標）エッチングチャンバ内で生
成されるプラズマのためのプラズマソース電力は、好ま
しくは、約１０００Ｗから約３０００Ｗの範囲である。
一般には、バイアス電力を加えないか、又は、バイアス
電力が、約２００Ｗ未満である。プラズマソースのガス
フロー速度は、約１００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃ
ｍの範囲、好ましくは、約１００ｓｃｃｍと約５００ｓ
ｃｃｍの範囲である。処理中の基板温度は、通常約２０
０℃から約４００℃の範囲である。
【００６７】図３に示したように、プラズマが、例え
ば、マイクロ波で生成されたプラズマのような下流プラ
ズマであって、プラズマの核がエッチング後の処理チャ
ンバに供給されると、処理チャンバの圧力は、通常、約
１００ｍＴから約１０Ｔｏｒｒ、より一般的には、約１
Ｔｏｒｒと約１０Ｔｏｒｒの間である。マイクロ波の電
力は、約１５００Ｗから約３０００Ｗの範囲にある。約
８２００立方センチメートル（５００立方インチ）の体
積を有する処理チャンバの場合、プラズマガスの供給速
度は、約１０００ｓｃｃｍから約１００００ｓｃｃｍの
範囲、好ましくは、約１０００ｓｃｃｍから約５０００
ｓｃｃｍの範囲である。処理中の基板温度は、通常、約
２００℃から約３５０℃の範囲である。
【００６８】エッチング後の処理に代わる手段は、プラ
ズマ不在下での反応ガスの供給である。例えば、前に記
載したＣＥＮＴＵＲＡ（商標）エッチングチャンバの場
合、供給ガスの解離を補助し、処理チャンバを通る全体
としてフロー速度を増加させる不活性ガスと組み合わせ
て、約２０００ｓｃｃｍのアンモニア又は窒素のガス供
給が通常行われる。約２Ｔｏｒｒの圧力範囲に保持され
ている処理チャンバに、反応ガスを供給するガスが入
る。供給されたガスは、約２００℃から約４００℃の温
度範囲にあって、好ましくは、約３分間約２５０℃であ
る基板と接触する。次に、基板がガス処理チャンバから
除去されて、仕上げチャンバに入る。仕上げチャンバ
で、その基板は、脱イオン水ですすぎ洗いされ、脱水乾
燥されて、約１００℃の温度の不活性雰囲気下で、約５
分間焼き付けられる。
【００６９】腐食を防止するには、上記の種類のエッチ
ング後の処理を明確に行うことが必要であるばかりでは
なく、前述のように、エッチング処理が終了した後で且
つ、明確にエッチング後の処理を行う前に、基板を丁寧
に取り扱うことが要求される。
【００７０】電気接点と電気相互接続に用いられる、ア
ルミニウム、タングステン、及び他の金属よりも、銅は
容易に腐食される傾向がある。銅に関しては、（従来技
術によればエッチングされた表面に残留しているハロゲ
ンの量に比例して、金属含有プラズマによりエッチング
された表面の腐食が起るとされているのに反して）、ほ
んの僅かのハロゲンの残渣であってもかなりの腐食が生
じることがあり得ることが発見されている。この驚くべ
き発見を調査して、僅かに残留しているハロゲン化合物
が、エッチングされた表面のｐＨを変化させて、水分の
存在下、炭素化合物及び酸素化合物が周囲の空気から抽
出されて、金属を含有するエッチングされた該表面に炭
酸が形成されるとの結論が得られた。エッチングされた
該表面が銅であるとき、炭酸は、銅と反応して、前に記
載した樹脂状結晶の形式に見える炭酸銅ができる。本出
願人の観察では、エッチングされた銅の表面に水分がな
いように維持されると、腐食が生じない。腐食を注意し
て観察し、腐食化合物を分析すると、銅、炭素、及び酸
素が存在していることが分かる。炭酸銅の樹枝状結晶が
形成されることを防止するために、本発明によるエッチ
ング後の処理の終了まで、エッチングされた銅の表面に
水分がないようにすることが望まれる。エッチングされ
た銅の表面に単分子層の水分が形成されることを防止で
きないのであれば、エッチング後の処理の後まで炭素ソ
ース及び酸素ソースが存在しないようにすることが望ま
れる。残留しているハロゲン含有化合物を除去すると、
エッチングされた銅の表面を水分と空気に少なくとも７
０時間の間有害な結果をもたらすことなく曝すことがで
きるといって差し支えないことが本出願人のテストデー
タによって示されている。
【００７１】上記に記載した好ましい実施形態は、本発
明の範囲を制限することを意図したものではなく、本発
明の開示を見れば、本技術に通じた人であれば上記に記
載した好ましい実施形態を発展させて、本明細書の特許
請求の範囲で請求した本発明の項目に関連させることが
出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に有効な多チャンバエッチング後の処理
装置であるアプライドマテリアルズ社のＣＥＮＴＵＲＡ
（商標）エッチングシステムの概略横断面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示されたアプライドマテリア
ルズ社のＣＥＮＴＵＲＡ（商標）ＤＰＳ（商標）エッチ
ングシステムに使用されている形式の減結合プラズマソ
ースを有する金属エッチングチャンバの１つの詳細につ
いての３次元の概略図であり、金属含有該表面のエッチ
ングと、エッチングされた表面のエッチング後の処理の
両目的のためにその金属エッチングチャンバを使用でき
るものであり、（ｂ）は、図１に示された形式の金属エ
ッチング用減結合プラズマソースチャンバの１つについ
ての概略横断面図である。
【図３】生成にマイクロ波を利用する外部のプラズマソ
ースを有する１つのエッチング後の処理チャンバの１つ
についての概略横断面図である。この処理チャンバは、
図１に関して記載した種類の高度ストリップパシベーシ
ョンチャンバの代表例である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、エッチングして配線とスペ
ースのパターン加工を行う一連の処理ステップにおけ
る、従来技術の銅のエッチングスタックの概略横断面図
である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、図４（ｃ）のパターンエッ
チングのステップによって得られて、周囲の環境に曝さ
れた結果腐食されているパターンエッチングされた銅形
成層の概略横断面図であり、（ｃ）は、図５（ｂ）の腐
食されている、パターンエッチングされた銅形成層の拡
大側面図であり、図５（ｄ）は、図５（ｂ）の腐食され
ている、パターンエッチングされた銅形成層の概略の上
面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明によるエッチング後
の処理を施して、続いて周囲環境に３０時間の間曝した
後の、パターンエッチングされた銅の配線とスペースの
実際の顕微鏡写真の概略を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シャオイェ ヅァオ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， マウンテン ヴュー， カリフォルニア ストリート 1900， ナンバー６ (72)発明者 シャン−リン シェ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， ブレア アヴェニュー 833， ナンバー４ (72)発明者 シェン−チャン テン 中華人民共和国， ハンチャウ 310013, シシ ロード 356 (72)発明者 ワン−チャン トゥ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， マウンテン ヴュー， ウェスト ミドル フィールド ロード 777 (72)発明者 チュン−フ ツゥ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， ハンターストン プレイス 1098 (72)発明者 ダイアナ シャオビン マ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サラトガ， キルト コート 19600

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体の特徴部のエッチングされた金属
    含有表面の腐食を低減又は回避するエッチング後の処理
    方法であって、 （ａ）特徴部のエッチングの実質的な終了に引き続い
    て、前記エッチングされた特徴部表面上の残渣を除去し
    て明確なエッチング後の処理を施す前に、前記エッチン
    グされた表面に腐食を誘発する種が形成されることを低
    減又は防止するステップと、 （ｂ）前記エッチングされた特徴部表面上に残されたハ
    ロゲンを含有残渣との反応を可能にするような、動的状
    態にある水素含有種を少なくとも１つ有するプラズマ
    を、前記エッチングされた該特徴部表面に接触させるス
    テップと、 （ｃ）前記エッチングされた特徴部表面からステップ
    （ｂ）の反応生成物を除去するステップとを含む方法。
  2. 【請求項２】 ステップ（ｃ）に引き続いて、（ｄ）前
    記エッチングされた前記特徴部表面を脱イオン水で洗浄
    する追加のステップを含む請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記エッチングされた特徴部表面に水分
    が形成されることを低減又は防止することによって、腐
    食を誘発する種の前記形成を低減又は防止する請求項１
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記金属含有表面が銅含有表面である請
    求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 炭酸銅を形成する反応種が前記エッチン
    グされた特徴部表面に接触することを低減又は防止する
    ことによって、前記エッチングされた特徴部表面の前記
    腐食を更に低減又は防止する請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 硫酸銅を形成する反応種が前記エッチン
    グされた特徴部表面に接触することを低減又は防止する
    ことによって、前記エッチングされた特徴部表面の前記
    腐食を更に低減又は防止する請求項４に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記方法のステップ（ｃ）の前に、前記
    エッチングされた特徴部表面に水分が形成されることを
    低減又は防止することによって、腐食を誘発する種の前
    記形成を低減又は防止する請求項２に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記金属含有表面が銅含有表面である請
    求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 炭酸銅を形成する反応種が前記エッチン
    グされた特徴部表面に接触することを低減又は防止する
    ことによって、前記エッチングされた特徴部表面の前記
    腐食を更に低減又は防止する請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 硫酸銅を形成する反応種が前記エッチ
    ングされた特徴部表面に接触することを低減又は防止す
    ることによって、前記エッチングされた特徴部表面の前
    記腐食を更に低減又は防止する請求項８に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記金属含有特徴部をエッチングする
    ために使用される処理チャンバと同じ処理チャンバ内
    で、前記エッチング後の処理方法が実施される請求項
    １、請求項３、請求項４、請求項５、又は請求項６の何
    れか１項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記金属含有特徴部の前記エッチング
    を終了した後、可及的速やかに、前記エッチング後の処
    理方法が実施される請求項１、又は請求項４の何れか１
    項に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記エッチングされた表面の温度を制
    御して、前記エッチングされた表面上への水分の前記形
    成を低減又は防止する請求項３に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 不活性で、非反応性の１つのパージガ
    スが前記エッチングされた表面上を流される請求項３、
    請求項９、請求項１０、又は請求項１３の何れか１項に
    記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記エッチング後の処理方法が実施さ
    れる１つの処理チャンバ内の圧力が約１００ｍＴ以下で
    ある請求項３、請求項９、請求項１０、又は請求項１３
    の何れか１項に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記エッチング後の処理方法が実施さ
    れる１つの処理チャンバ内の圧力が約１００ｍＴ以下で
    ある請求項１４に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記方法の各ステップを実行するよう
    プログラムされている１つの電子装置を含む請求項１、
    又は請求項３に記載の方法を実施するための装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１、又は請求項３に記載の方法
    を実施することを可能にするために使用されるデータを
    有する媒体。
  19. 【請求項１９】半導体のエッチングされた金属含有表面
    の腐食を低減又は回避するエッチング後の処理方法であ
    って、 （ａ）エッチングの実質的な終了に引き続いて、そのエ
    ッチングされた表面上にある残渣を除去して明確なエッ
    チング後の処理を施す前に、そのエッチングされた表面
    に腐食を誘発する種が形成されることを低減又は防止す
    るステップと、 （ｂ）前記エッチングされた表面上に残されたハロゲン
    を含有する残渣との反応を可能にするような動的状態に
    ある水素を含む少なくとも１つの反応種を、前記エッチ
    ングされた特徴部表面に接触させるステップと、 （ｃ）前記エッチングされた特徴部表面からステップ
    （ｂ）の反応生成物を除去するステップとを含む方法。
  20. 【請求項２０】 ステップ（ｃ）に引き続いて、 （ｄ）前記エッチングされた特徴部表面を脱イオン水で
    洗浄するステップを追加のステップとして含む請求項１
    ９に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記エッチングされた特徴部表面に水
    分が形成されることを低減又は防止することによって、
    腐食を誘発する種の前記形成を低減又は防止する請求項
    １９に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記金属含有表面が１つの銅含有表面
    である請求項２１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 炭酸銅を形成する反応種が前記エッチ
    ングされた特徴部表面に接触することを低減又は防止す
    ることによって、前記エッチングされた特徴部表面の前
    記腐食を更に低減又は防止する請求項２２に記載の方
    法。
  24. 【請求項２４】 硫酸銅を形成する反応種が前記エッチ
    ングされた特徴部表面に接触するの低減又は防止するこ
    とによって、前記エッチングされた特徴部表面の前記腐
    食を更に低減又は防止する請求項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 請求項１９、又は請求項２１に記載の
    方法を実施することを可能にするよう使用されるデータ
    を有する媒体。
  26. 【請求項２６】 前記金属含有特徴部をエッチングする
    ために使用される処理チャンバと同じ処理チャンバ内
    で、前記エッチング後の処理方法が実施される請求項１
    ９、又は請求項２１に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 エッチングを実質的に終了した後引き
    続いて、更に、前記表面上にあるエッチング残渣を除去
    する有効なエッチング後の処理の前に、そのエッチング
    された該表面上に腐食を誘発する種が形成されることを
    低減又は防止する方法であって、前記エッチング後の処
    理前に、前記表面上に水分が形成されることを防止する
    ことを含む方法。
  28. 【請求項２８】 前記特徴部の表面上に水分が形成され
    ることを防止するために十分な温度に前記表面の温度を
    維持することによって、又は前記表面上に１つの不活性
    ガスを通すことによって、又は表面の周辺を十分な真空
    状態に維持して前記表面に水分が形成されることを防止
    することによって、又はその表面の温度と、不活性ガス
    を表面上に通すことと、表面の周辺の真空状態との何れ
    かを組み合わせて、前記水分が形成されることを防止す
    る請求項２７に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記エッチングされた特徴部表面上に
    ある残余のハロゲン含有残渣との反応を可能にする１つ
    の動的状態にある水素を含有する反応種の少なくとも１
    つを含むプラズマと前記エッチングされた特徴部表面が
    接触して、前記表面と前記プラズマとの前記接触から生
    じる副産物を前記エッチングされた特徴部表面から除去
    することを含む１つのエッチング後の処理ステップが続
    く請求項２７に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記エッチングされた特徴部表面上に
    ある残りハロゲン含有残渣と水素との反応を可能にする
    １つの動的状態にある前記水素を含有する反応種の少な
    くとも１つと前記エッチングされた特徴部表面が接触し
    て、前記特徴部の表面が前記水素を含有する反応種の少
    なくとも１つとの前記接触から生じる副産物を前記エッ
    チングされた特徴部表面から除去することを含む１つの
    エッチング後の処理ステップが続く請求項２７に記載の
    方法。
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