JPH1027787A - メタル残留物防止のためのプラズマを用いないハロゲン化ガスフロー - Google Patents

メタル残留物防止のためのプラズマを用いないハロゲン化ガスフロー

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JPH1027787A
JPH1027787A JP9081310A JP8131097A JPH1027787A JP H1027787 A JPH1027787 A JP H1027787A JP 9081310 A JP9081310 A JP 9081310A JP 8131097 A JP8131097 A JP 8131097A JP H1027787 A JPH1027787 A JP H1027787A
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halogen
gas
chamber
metal
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ガナヤム スティーヴ
Coli Morris
コリ モリス
Mahajani Maitoriii
マハジャニ マイトリイー
Rajagoparan Lavi
ラジャゴパラン ラヴィ
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハのスループットに大きな影響を与えず
に残留物の形成を排除する。 【解決手段】 半導体製造工程におけるメタルのエッチ
ングの後に残る残留物の制限を、ハロゲン含有ガスを注
入することにより、プロセスチャンバ内にプラズマを生
成せずに行うための装置及び方法を提供する。次いで、
ウエハにメタル層を堆積する前に、チャンバ内にあるハ
ロゲン含有ガスの残余にウエハを曝露する。この曝露
は、メタル堆積と同じチャンバで行ってもよく、あるい
は別のチャンバで行ってもよい。曝露及び堆積の後のエ
ッチングのためには、ウエハをそのチャンバ内に残して
もよく、あるいは、別のチャンバに移動させてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体処理システ
ムにおいて半導体基板上にメタルを堆積する技術に関
し、特に、メタルのエッチング後に残る残留物の排除に
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップを形成するためのステップ
の１つに、半導体ウエハ上のデバイス同士の間にメタル
インターコネクションを形成する工程が挙げられる。代
表的には、この工程は、まず最初にウエハ全体にタング
ステン等のメタル（金属）を堆積することから始められ
る。このプロセスでは、タングステンの堆積には、抵抗
ヒータ上に載置されるウエハの上方で、タングステンを
含むＷＦ6 とＨ２又はシランとを、高温下で反応させて
行うことがある（抵抗ヒータの代わりに、ランプ等の他
の方法を用いてウエハの加熱を行ってもよい）。このプ
ロセス温度は典型的には４７５℃である。続いて、メタ
ルインターコネクションを残すことが望まれる領域以外
に対して、タングステンをエッチングにより取り去る。
この操作は、同じチャンバ内で行ってもよく、あるい
は、ウエハを別のチャンバに移してもよい。
【０００３】ウエハのエッチングを後から施す際にタン
グステンがウエハ上に残留し、これがインターコネクト
に短絡を生じさせ得ることが、特定のプロセス条件にお
いて見いだされている。このプロセスは完全にわかって
いないが、タングステンはウエハの特定のスポットに優
先的に成長することがあると考えられる（このようなス
ポットは、その前の処理ステップの結果形成されたもの
である）。この優先的に成長するタングステンは、メタ
ルタングステン層の他の領域とは異なる相を有している
ことがある。タングステンの相が相違するため係る領域
をエッチングで取り去る速度が異なることがあり、エッ
チングステップ後にインターコネクトがあってはならな
い領域にタングステンが残ることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この残留物の発生を排
除する１つのアプローチとして、メタル層を堆積するチ
ャンバをウエハの処理毎にクリーニングすることが挙げ
られる。これを行う代表的方法としては、ウエハを取り
除き、ＮＦ3 から構成されるプラズマを点火し、次いで
水素プラズマを発生させ、その後アルゴンガスによりパ
ージを行う。このクリーニングのステップを行った後
は、エッチバック後にタングステンをさほど存在させず
に、次のウエハをタングステン層の堆積のためにチャン
バ内に入れることができる。このプラズマクリーニング
のアプローチの欠点は、それぞれのウエハの処理と処理
の間に多くの時間を要することである。プラズマの頻度
をもっと少なくするというアプローチも可能である。し
かし、プラズマクリーニングをウエハ２５枚毎に行って
も、残留物の形成が生じるために、これでは十分ではな
いことがわかっている。
【０００５】従って、タングステンの堆積とエッチバッ
クの後にウエハのスループットに大きな影響を与えずに
残留物の形成を排除するための、改良されたプロセスを
提供することが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体製造工
程におけるメタルのエッチングの後に残る残留物の制限
を、ハロゲン含有ガスを注入することにより、プロセス
チャンバ内にプラズマを生成せずに行うための装置及び
方法を提供する。次いで、ウエハにメタル層を堆積する
前に、チャンバ内にあるハロゲン含有ガスの残余にウエ
ハを曝露する。この曝露は、メタル堆積と同じチャンバ
で行ってもよく、あるいは別のチャンバで行ってもよ
い。曝露及び堆積の後のエッチングのためには、ウエハ
をそのチャンバ内に残してもよく、あるいは、別のチャ
ンバに移動させてもよい。
【０００７】好ましい具体例の１つではハロゲン含有ガ
スはＮＦ3 であるが、Ｃ2Ｆ6、ＣＦ4 、ＣｌＦ3 やＣｌ
2 など、別のガスを用いてもよい。好ましくは、ハロゲ
ンガスの注入は、３０秒間未満、流量１０〜２０００ｓ
ｃｃｍ（更に好ましくは１０〜１５０ｓｃｃｍ）、圧力
５０ミリトール（ｍＴ）〜９０トール（Ｔ）（更に好ま
しくは５０ｍＴ〜１０Ｔ）で行われる。好ましい具体例
の１つでは、弗素含有ガス又は塩素含有ガスのいずれか
を用いる。
【０００８】本発明により、プラズマ点火の必要性が排
除され、高いガス流量の必要性が排除され、また、ハロ
ゲン含有ガスの注入の前にウエハを取り出す必要性が随
意排除される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の本質及び利点を更に理解
するため、添付した図面を参照しつつ詳細に説明を行
う。
【００１０】図１には、本発明を遂行するための適切な
システムの１例が示され、これは半導体基板処理システ
ム１０の線図であり、ＣＶＤチャンバ１２の部分的に模
式的な断面図が含まれている。図示のように、基板１４
はヒータマウント１６の上に載置されている。チャンバ
内への基板の搬送は、チャンバ側壁のスリットバルブの
中を通るロボットブレード（図示せず）により行われ
る。チャンバ１２は、中央移送チャンバに接続する複数
のプロセスチャンバを有する真空処理システムの一部で
あってもよい。ヒータマウント１６は、モータ１８を用
いることにより、垂直方向に移動可能である。ヒータマ
ウント１６がスリットバルブと反対側の第１のポジショ
ンにあるときに、基板１４はチャンバ内に搬送される。
はじめは、ヒータマウント１６を貫通する１組のピン２
０により、基板１４は支持されている。ヒータマウント
１６が上昇して処理のポジションに至れば、ウエハが持
ち上がりピンから離れる。ガス散布板２２により、プロ
セスガスがチャンバ１２内に与えられる。ガスはガス供
給混合システム２４から供給される。排気システム２６
により、副生成物や未反応ガスが排出される。
【００１１】処理中は、ウエハ１４はヒータマウントに
埋め込まれた抵抗コイル２８により加熱される。コイル
２８は、図１の底部のところでヒータマウント１６から
外に出て、外部の電源（図示せず）に接続する。また、
図１の底部には、ヒータマウント１６の温度測定のため
の熱電対接続部３０が示される。また真空ライン３２が
図示されているが、これは、ウエハ１４を適所に保持す
るため、ヒータマウント１６の頂部のリセス（図示せ
ず）に接続する。
【００１２】パージガスを供給するための１対のパージ
ライン３４及び３６が図示される。パージガスライン３
４は、パージガスを供給し、これはヒータマウント１６
のエッジの周囲を通ってパージガイド３８を通過する。
パージガイド３８は、処理のポジションにあるときはそ
れ自身とウエハの間に小さなギャップを形成する。この
パージガスにより、ウエハ１４の裏側やエッジへのタン
グステンの堆積が防止される。もう１つのパージライン
３６は、機械機構とチャンバ内部との間のバリアとなる
ステンレスベローズ４０の周りへの残留物の集積を防止
するために用いられる。
【００１３】チャンバ１２内で行われるプロセスは、Ｃ
ＶＤプロセスであってもよく、あるいはプラズマ励起Ｃ
ＶＤ（ＰＥＣＶＤ:plasma enhanced chemical vapor de
position）であってもよい。ＰＥＣＶＤプロセスではＲ
Ｆ電源によって、ガス散布板２２とヒータマウント１６
の間にＲＦ電力を印加する。代表的には、ヒータマウン
ト１６は接地され、ガス散布板２２のための支持板には
正電圧がストラップにより印加される。ＲＦ電源４２
は、チャンバ１２内に導入される反応性種の分解を促進
するため、単一又は混合のＲＦ電力を供給することが可
能である。
【００１４】チャンバの動作、特にＲＦ電源とガス供給
混合システム２４の動作は、プロセッサ４４により制御
される。このプロセッサは、システムの動作に対する指
示を有するプログラムを格納するメモリ４６を用いてい
る。更に、このプロセッサは、ガス混合システム２４を
介してガス注入のソースを制御することが可能である。
また、このプロセッサは、パージラインと、ウエハ保持
のための真空ラインに接続する真空ポンプと、真空排気
システムとを制御することが可能である。また、プロセ
ッサは、熱電対３０からの信号を受容し、コイル２８に
接続する電源の制御のためのフィードバックを与え、抵
抗加熱に対する望ましい温度を与える。更に、プロセッ
サ４４は、ロボットアーム（図示せず）に加え、ヒータ
マウント１６を所望の如く移動させるためのモータ１８
を制御することができる。
【００１５】図２は、図１のチャンバに用いられる本発
明を例示するフローチャートである。ここで、これとは
別のチャンバやシステムを本発明に用いてもよいことが
理解されるべきである。先ず、プロセッサ４４からガス
供給混合システム２４の適切なガス供給バルブにコマン
ドを送り、チャンバにハロゲン含有ガスを流入させる
（ステップＡ）。続いて、プロセッサによる制御の下、
ロボットアームによりウエハをチャンバ内に入れる（ス
テップＢ）。次いで、メタル層、好ましくはタングステ
ン層をウエハの上に堆積する（ステップＣ）。次にウエ
ハをエッチングするが、これは同じチャンバで行って
も、別のチャンバで行っても、別のシステムで行っても
よい（ステップＤ）。
【００１６】図３は、本発明の好ましい具体例のさらに
詳細なフローチャートである。チャンバ内でウエハにメ
タルの堆積を行った後（ステップＥ）、このウエハを取
り出す（ステップＦ）。次いで、ガス供給混合システム
のバルブをプロセッサで制御することにより、ＮＦ3 を
流量約３０ｓｃｃｍで流入させる（ステップＧ）。ある
いは、プロセッサ４４により実行されるメモリ４６内の
指示により、流量は１０〜２０００ｓｃｃｍ以上として
もよく、好ましくは１０〜１５０ｓｃｃｍとしてもよ
い。
【００１７】この流入中は、プロセッサに設定された圧
力に制御する真空バルブをステップモータをフィードバ
ック制御して、チャンバ圧力を好ましい値、約１００ｍ
Ｔに制御する（ステップＨ）。あるいは、プログラムメ
モリの指示により指示させて、圧力を５０ｍＴ〜９０
Ｔ、更に好ましくは５０ｍＴ〜１０Ｔとしてもよい。フ
ィードバック制御を行うには、所望の圧力を与えるよう
な流量で導入ガスを排出するよう、真空システムのサー
ボバルブを制御することにより行われる。
【００１８】約１０秒後、ＮＦ3 の流入を停止する（ス
テップＩ）。あるいは、プログラムメモリに指示させ
て、ＮＦ3 の流入を２〜３０秒間維持してもよい。次い
で、次のウエハをチャンバ内に導入し（ステップＪ）、
メタルを堆積する（ステップＫ）。続いて、エッチング
プロセスを行う（ステップＬ）。
【００１９】あるいは、ＣｌＦ3、Ｃ2Ｆ6、ＣＦ4、Ｃｌ
2等の他の弗素化ガスや塩素化ガスを用いてもよい。更
に、同じチャンバ内又は別のチャンバ内でウエハをエッ
チングしてもよく、ＮＦ3ガスの注入はチャンバ内にウ
エハがあるときに行ってもよく、あるいはウエハがチャ
ンバの外にあるときに行ってもよい。
【００２０】タングステン層の堆積の前にウエハをＮＦ
3 に曝露することにより、その後のエッチングのステッ
プの後に残留物が残ることを防止する。正確なメカニズ
ムはわかっていないが、表面においてタングステンが優
先的に成長する特定のサイトにＮＦ3 が吸収されるので
はないかと考えられている。
【００２１】ウエハ表面に吸収されるＮＦ3の残留物
は、処理しようとするこの特定のウエハ上に相の異なる
タングステンの成長を防止すると考えられる。このよう
に、本発明のＮＦ3注入のステップにより、チャンバ内
に続いて導入されるウエハが残留物により影響を受ける
ことが防止される。
【００２２】また、本発明の別の具体例も可能である。
例えば、ウエハ毎にハロゲンガス流入させる代わりに、
プロセッサを用いてガス供給混合しを制御し、ウエハ枚
数が２枚、３枚、４枚、５枚、あるいはその他の枚数毎
（又はその枚数の前）に、ハロゲンガスを注入してもよ
い。本発明のＮＦ3の流入に加えて、ある程度のウエハ
枚数の処理後（例えば２５枚）、プロセッサの制御によ
りプラズマクリーニングの操作を行ってもよい。
【００２３】当業者に理解されるように、本発明の範囲
及び本質を離れることなく本発明を他の態様で具体化し
てもよい。例えば、抵抗加熱チャンバの代わりにランプ
加熱チャンバを用いてウエハの処理を行ってもよい。こ
のように、上述の説明は例示のものであり限定を意図す
るものではない。
【００２４】
【発明の効果】以上詳細に説明してきたように、本発明
により、ウエハのスループットに大きな影響を与えずに
残留物の形成を排除するための、改良されたプロセスが
提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの具体例に用いられる半導体処理
システムの線図である。
【図２】本発明の１つの具体例に従ったプロセスのフロ
ーチャートである。
【図３】図２のフローチャートの更に詳細な態様であ
る。
【符号の説明】
１０…半導体基板処理システム、１２…ＣＶＤチャン
バ、１４…基板、１６…ヒータマウント、１８…モー
タ、２０…ピン、２２…ガス散布板、２４…ガス供給混
合システム、２６…排気システム、２８…抵抗コイル、
３０…熱電対接続部、３２…真空ライン、３４，３６…
パージライン、４０…ベローズ、４２…ＲＦ電源、４４
…プロセッサ、４６…メモリ。
フロントページの続き (72)発明者 モリス コリ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， パロ アルト， ハミルトン コート 55 (72)発明者 マイトリイー マハジャニ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， グラナダ アヴェニュ ー 3475， ナンバー380 (72)発明者 ラヴィ ラジャゴパラン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェール， アヤラ ドライヴ 1124， ナンバー２

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体製造プロセスでメタルのエッチバ
    ック後の残留物形成を防止するためのプロセスであっ
    て、 プラズマを用いずプロセスチャンバ内に、ハロゲンを含
    有するハロゲン含有ガスを注入するステップと、 前記ハロゲン含有ガスの残余に前記ウエハを曝露するス
    テップと、 半導体ウエハ上にメタル層を堆積させるステップと、 前記メタル層をエッチングするステップとを有するプロ
    セス。
  2. 【請求項２】 前記ハロゲンが弗素と塩素のいずれかで
    ある請求項１に記載のプロセス。
  3. 【請求項３】 前記ハロゲン含有ガスがＮＦ3 を含有す
    る請求項１に記載のプロセス。
  4. 【請求項４】 前記ＮＦ3 が２〜３０秒間注入される請
    求項３に記載のプロセス。
  5. 【請求項５】 前記ＮＦ3 が１０〜２０００ｓｃｃｍの
    流量で注入される請求項３に記載のプロセス。
  6. 【請求項６】 前記ＮＦ3 が５０ミリトール〜９０トー
    ルの圧力で注入される請求項３に記載のプロセス。
  7. 【請求項７】前記ハロゲン含有ガスの注入が、前記プロ
    セスチャンバ内に前記ウエハを挿入する前に行われる請
    求項１に記載のプロセス。
  8. 【請求項８】 前記ＮＦ3 が前記プロセスチャンバ内に
    注入され、続いて前記プロセスチャンバ内で前記ウエハ
    上にメタルが堆積する請求項１に記載のプロセス。
  9. 【請求項９】 前記メタルがタングステンである請求項
    １に記載のプロセス。
  10. 【請求項１０】 半導体製造プロセスでメタルのエッチ
    バック後の残留物形成を防止するためのプロセスであっ
    て、 プラズマを用いずプロセスチャンバ内にＮＦ3 ガスを注
    入するステップであって、前記注入のステップは、 ＮＦ3 ガスを流量１０〜２０００ｓｃｃｍで注入する工
    程と、 ＮＦ3 ガスを２〜３０秒間注入する工程と、 ＮＦ3 ガスを圧力５０ミリトール〜９０トールで注入す
    る工程とを有する、前記注入のステップと、 前記ウエハを前記ＮＦ3 ガスの残余に曝露するステップ
    と、 半導体ウエハ上にタングステンの層を堆積させるステッ
    プと、 前記タングステン層をエッチングするステップとを有す
    るプロセス。
  11. 【請求項１１】 前記ＮＦ3 ガスが流量１０〜１５０ｓ
    ｃｃｍ、５０ミリトール〜１０トールで注入される請求
    項１０に記載のプロセス。
  12. 【請求項１２】 前記ＮＦ3 ガスの注入が、前記ウエハ
    を前記プロセスチャンバ内に挿入する前に行う請求項１
    ０に記載のプロセス。
  13. 【請求項１３】 半導体製造プロセスでメタルのエッチ
    バック後の残留物形成を防止するための装置であって、 プラズマを用いずにプロセスチャンバ内にハロゲンを含
    有するハロゲン含有ガスを注入するための手段と、 前記ハロゲン含有ガスの残余に前記ウエハを曝露するた
    めの手段と、 半導体ウエハ上にメタルの層を堆積させるための手段
    と、 前記メタル層をエッチングするための手段とを備えた装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記ハロゲンが弗素と塩素のいずれか
    である請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記ハロゲン含有ガスがＮＦ3 を含有
    する請求項１３に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記ＮＦ3 が２〜３０秒間注入される
    請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記ＮＦ3 が１０〜２０００ｓｃｃｍ
    の流量で注入される請求項１５に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記ＮＦ3 が５０ミリトール〜９０ト
    ールの圧力で注入される請求項１５に記載の装置。
  19. 【請求項１９】半導体ウエハ製造装置であって、 プロセスチャンバと、 前記チャンバ内でウエハを保持するヒータと、 前記チャンバ内に載置されるガス流出ヘッドと、 前記ガス流出ヘッドに結合し前記チャンバ内に選択的に
    ガスを導入するガス散布システムと、 前記ガス散布システムを制御するためのコントローラ
    と、 前記コントローラに結合し前記チャンバ及び前記ガス散
    布システムの動作を指示するプログラムを格納するメモ
    リであって、前記プログラムは、ハロゲン含有ガスを前
    記チャンバ内に注入して、前記ウエハ上にメタル層を堆
    積後前記メタル層のエッチングの前に前記ウエハを前記
    ハロゲン含有ガスの残余に曝露するようにするための、
    １組の命令を有する、前記メモリとを備える装置。
  20. 【請求項２０】 前記ハロゲンが弗素と塩素のいずれか
    である請求項１９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記ハロゲン含有ガスがＮＦ3 を含有
    する請求項１９に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記プログラムが、前記ＮＦ3 を２〜
    ３０秒間注入させる命令を更に有する請求項２１に記載
    の装置。
  23. 【請求項２３】 前記プログラムが、前記ＮＦ3 を１０
    〜２０００ｓｃｃｍの流量で注入させる命令を更に有す
    る請求項２１に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記プログラムが、前記ＮＦ3 を５０
    ミリトール〜９０トールの圧力で注入させる命令を更に
    有する請求項２１に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記ハロゲン含有ガスを注入する前記
    命令が、前記ウエハを前記プロセスチャンバ内に挿入す
    る前に行われる請求項１９に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記メタルがタングステンである請求
    項１９に記載の装置。
JP9081310A 1996-03-29 1997-03-31 メタル残留物防止のためのプラズマを用いないハロゲン化ガスフロー Withdrawn JPH1027787A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/625,485 US5709772A (en) 1996-03-29 1996-03-29 Non-plasma halogenated gas flow to prevent metal residues
US08/625485 1996-03-29

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Publication Number Publication Date
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