(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定金属を被覆する絶縁膜を選択的にプラズマエッチングする工程であって、前記エッチング工程においてエッチングレートの変動に影響を与える特定金属の少なくとも一部が露出する過程が含まれる半導体装置の製造方法において、前記エッチングの開始前の前処理として、前記特定金属をプラズマエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
上記前処理が、ダミー基板上に設けた上記特定金属をプラズマエッチングする工程であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
特定金属を被覆する絶縁膜を選択的にプラズマエッチングする工程であって、前記エッチング工程においてエッチングレートの変動に影響を与える特定金属の少なくとも一部が露出する過程が含まれる半導体装置の製造方法において、前記エッチングの開始前の前処理として、前記特定金属を含有するガスをエッチング反応室に導入する工程を含む処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
上記前処理において、上記特定金属を含有するガスをエッチング反応室に導入したのち、プラズマを発生させることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
上記露出対象となる特定金属と、上記前処理における特定金属とが、同じ金属であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
上記露出対象となる特定金属と、上記前処理における特定金属とが、異なった金属であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
上記特定金属が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌのいずれかであることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
上記前処理を、エッチング装置のクリーニング工程と、上記エッチング工程との間に行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
上記前処理を、複数回のエッチング工程の間に行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
上記プラズマエッチング工程が、高密度プラズマエッチング工程であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
上記高密度プラズマエッチングが、誘導結合型プラズマエッチング、電子サイクロトロン共鳴エッチング、マグネトロン反応性イオンエッチング、或いは、ＶＨＦエッチングのいずれかであることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
上記前処理後に、上記プラズマエッチング工程を複数回行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【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方法に関するものであり、例えば、ポリイミド層等の層間絶縁膜を選択エッチングする際のエッチングレートの変動を防止するための前処理工程に特徴のある半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスでの高集積化の進展に伴いパターンの高精度化の要求が高まっており、この様な要請に応えるために更なる高精度で安定したドライエッチング技術が求められている。
【０００３】
ここで、図４を参照して、従来のエッチング工程を説明するが、ここでは、ＩＣＰエッチング装置を用いた層間絶縁膜のエッチング工程として説明する。
図４（ａ）参照
まず、エッチングを行うＩＣＰエッチング装置をクリーニングしたのち、ダミーウェハを用いてランニングを行う。
【０００４】
このＩＣＰエッチング装置は、プレーナコイル４３を支持する石英板４２及び観察用ポートを構成する石英窓４４を備えたエッチング反応室４１を備えており、このエッチング反応室４１の内部には試料を載置する電極を兼ねるステージ４５が収容されている。
このエッチング反応室４１は接地されるとともに、プレーナコイル４３には励起用ＲＦ電源４７からプラズマ励起用の高周波電力が印加され、一方、ステージ４５にはバイアス用ＲＦ電源４６からバイアス電力が印加される。
【０００５】
このランニング工程においては、ダミーウェハとして目的とするエッチング工程におけるエッチング対象と同じポリイミド層４９を設けたダミーウェハ４８を用い、エッチング反応室４１内にＯ２  ガスを導入し、励起用ＲＦ電力によりプラズマ化してポリイミド層４９のエッチングを行う。
【０００６】
図４（ｂ）参照
次いで、ダミーウェハ４８を取り出したのち、エッチング対象となる半導体ウェハをステージ４５上に装着して層間絶縁膜のポリイミド層５９を選択的にエッチングしてコンタクトホール６１を形成する。
【０００７】
この場合の半導体ウェハとしては、半絶縁性ＧａＡｓ基板上にｉ型ＡｌＧａＡｓバッファ層を介して、ｉ型ＩｎＧａＡｓ電子走行層（いずれも、図示を省略）、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層５１、ｎ型ＧａＡｓキャップ層５２を順次エピタキシャル成長させたのち、ＡｕＧｅ層５４及びＡｕ層５５からなるソース・ドレイン電極５３を形成し、次いで、ゲートリセス領域を形成したのち、Ｐｔ層５７及びＡｕ層５８からなるＴ型ゲート電極５６を形成し、次いで、全面に層間絶縁膜としてポリイミド層５９を設けた半導体ウェハを用いる。
【０００８】
エッチングに際しては、ポリイミド層５９上に設けたコンタクトホール６１に対応する開口部を有するレジストパターン６０をマスクとし、エッチング反応室４１内にＯ２  ガスを導入して、発生したプラズマによってポリイミド層５９を選択的にエッチングすることによってソース・ドレイン電極５３に達するコンタクトホール６１を形成する。
【０００９】
以降は、バリアメタルとしてのＴｉＷ層及びメッキベース層としてのＡｕ層をスパッタによって形成したのち、レジストパターンからなるメッキフレームを利用してＡｕ配線層を選択メッキで形成することになるが、詳細な説明は省略する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この様なエッチング装置で層間絶縁膜のエッチング回数を重ねると、エッチング回数の初期に急激にエッチングレートが変化し、安定なエッチングが困難になるという問題があるので、この事情を図５を参照して説明する。
【００１１】
図５（ａ）参照
図５（ａ）は、図４（ｂ）に示した様なエッチング工程を繰り返した場合のエッチングレートのエッチング回数依存性を示した図であり、初期においてエッチングレートが急減に変化し、その後安定領域に入ることが観測された。
なお、この図は、エッチングを１回につき１分行った場合の結果を示したものであり、エッチング回数が１０回目で、エッチングレートが初期のエッチングレートの約１／２程度となっている。
【００１２】
図５（ｂ）参照
図５（ｂ）は、比較のためにソース・ドレイン電極の表面のＡｕ層等が露出しないポリイミド層のエッチング工程を繰り返した場合のエッチングレートのエッチング回数依存性を示した図であり、エッチングレートの変動は殆どみられない。
【００１３】
この図５（ａ）と図５（ｂ）の比較から、エッチングレートの急激な変動は、初期のエッチング工程におけるＡｕ層５５の露出が原因であると考えられる。
即ち、コンタクトホール６１の形成工程において、Ａｕ層５５が露出し、この露出時にＡｕの一部がエッチング反応室４１内に飛散することがエッチングレートの低下の原因と考えられる。
また、この様なエッチングレートの変動は、露出する金属が、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌの場合にも、Ａｕと同様の傾向が見られる。
【００１４】
したがって、本発明は、エッチングレートの変動を防止して再現性の良好なエッチングを行うことを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
ここで図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）上述の課題を解決するために、本発明においては、特定金属を被覆する絶縁膜を選択的にプラズマエッチングする工程であって、前記エッチング工程においてエッチングレートの変動に影響を与える特定金属の少なくとも一部が露出する過程が含まれる半導体装置の製造方法において、エッチングの開始前の前処理として、特定金属４をプラズマエッチングすることを特徴とする。
【００１６】
この様に、前処理として、特定金属４をプラズマ５を用いてプラズマエッチングすることによって、特定金属４をエッチング反応室２内に飛散させることができ、それによって、エッチング工程における特定金属の露出による飛散の影響を緩和してエッチングレートを安定化することができるので、再現性の高いエッチングが可能になる。
なお、本発明におけるプラズマエッチングとは、Ａｒ等のガスをプラズマ化して行うイオンミリングも含むものである。
【００１７】
（２）また、本発明は、上記（１）において、前処理が、ダミー基板３上に設けた特定金属４をプラズマエッチングする工程であることを特徴とする。
【００１８】
この様に、前処理として特定金属を設けたダミー基板３を用いることにより、従来のランニング工程と同じ工程で特定金属４を飛散させることができ、製造工程を増やすことなくエッチングレートの安定化が可能になる。
【００１９】
（３）また、本発明は、特定金属を被覆する絶縁膜を選択的にプラズマエッチングする工程であって、前記エッチング工程においてエッチングレートの変動に影響を与える特定金属の少なくとも一部が露出する過程が含まれる半導体装置の製造方法において、エッチングの開始前の前処理として、特定金属を含有するガスをエッチング反応室２に導入する工程を含む処理を行うことを特徴とする。
【００２０】
この様に、エッチング反応室２内への特定金属の飛散は、特定金属を含有するガスを用いて行っても良く、それによって、特別のダミーウェハを用意する必要はなくなる。
【００２１】
（４）また、本発明は、上記（３）において、前処理において、特定金属を含有するガスをエッチング反応室２に導入したのち、プラズマを発生させることを特徴とする。
【００２２】
この様に、特定金属を含有するガスをプラズマ化することによって、エッチング反応室２内への特定金属の飛散を簡単に行うことができる。
【００２３】
（５）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、露出対象となる特定金属と、前処理における特定金属とが、同じ金属であることを特徴とする。
【００２４】
（６）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、露出対象となる特定金属と、前処理における特定金属とが、異なった金属であることを特徴とする。
【００２５】
この様に、前処理する特定金属は、露出対象となる特定金属と同じであっても、異なっても同様なエッチングレートの安定化の効果が得られる。
【００２６】
（７）また、本発明は、上記（５）または（６）において、特定金属が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌのいずれかであることを特徴とする。
【００２７】
特定金属としては、エッチングレートの急激な変動が見られる金属全てを対象とするものであり、今後、新たなエッチング方法において同様の現象が見られた場合に適用されるものであるが、現在のところ、少なくとも、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、及び、Ａｌのプラズマエッチング工程において見られる現象である。
【００２８】
（８）また、本発明は、上記（１）乃至（７）のいずれかにおいて、前処理を、エッチング装置１のクリーニング工程と、エッチング工程との間に行うことを特徴とする。
【００２９】
この様に、同じロットを処理する場合には、エッチング工程に先立つクリーニング工程とエッチング工程との間に前処理を行うことが効果的である。
【００３０】
（９）また、本発明は、上記（１）乃至（７）のいずれかにおいて、前処理を、複数回のエッチング工程との間に行うことを特徴とする。
【００３１】
また、特定金属の露出段階を含まないロット或いは特定金属を含まないロットを、特定金属の露出段階を含むロットとを連続的に処理する場合、特定金属の露出段階を含まないロット或いは特定金属を含まないロットのエッチング工程と、特定金属の露出段階を含むロットのエッチング工程との間で前処理を行えば良い。
【００３２】
（１０）また、本発明は、上記（１）乃至（８）のいずれかにおいて、プラズマエッチング工程が、高密度プラズマエッチング工程であることを特徴とする。
【００３３】
（１１）また、本発明は、上記（１０）において、高密度プラズマエッチングが、誘導結合型プラズマエッチング、電子サイクロトロン共鳴エッチング、マグネトロン反応性イオンエッチング、或いは、ＶＨＦエッチングのいずれかであることを特徴とする。
【００３４】
この様なエッチングレートの急激な変動は、誘導結合型プラズマエッチング（ＩＣＰエッチング）、電子サイクロトロン共鳴エッチング（ＥＣＲエッチング）、マグネトロン反応性イオンエッチング（ＭＲＩＥ）、或いは、ＶＨＦ帯或いはＵＨＦ帯を用いたＶＨＦエッチング等の高密度プラズマエッチングにおいて顕著になるので、本発明の方法が有効となる。
【００３５】
（１２）また、本発明は、上記（１）乃至（１１）のいずれかにおいて、前処理後に、プラズマエッチング工程を複数回行うことを特徴とする。
【００３６】
前処理によって、エッチングレートは比較的長い間安定になるので、前処理後に複数回のプラズマエッチングを行っても再現性の良いエッチングが可能となる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
ここで、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態の製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、エッチングを行うＩＣＰエッチング装置をクリーニングしたのち、Ａｕ層１９を堆積させたダミーウェハ１８を用いてランニングを行う。
この場合のＩＣＰエッチング装置は、図４（ａ）に示したＩＣＰエッチング装置と同様であり、プレーナコイル１３を支持する石英板１２及び観察用ポートを構成する石英窓１４を備えたエッチング反応室１１を備えており、このエッチング反応室１１の内部には資料を載置する電極を兼ねるステージ１５が収容されている。
なお、このエッチング反応室１１の内容積は、例えば、約５０リットルであり、また、電極を兼ねるステージ１５の面積は８０ｃｍ２  である。
【００３８】
このエッチング反応室１１は接地されるとともに、プレーナコイル１３には励起用ＲＦ電源１７からプラズマ励起用の高周波電力が印加され、一方、ステージ１５にはバイアス用ＲＦ電源１６からバイアス電力が印加される。
【００３９】
このランニング工程において、励起用ＲＦ電源１７から例えば、１３．５６ＭＨｚで４００Ｗの高周波電力を印加するとともに、バイアス用ＲＦ電源１６から１３．５６ＭＨｚで５０Ｗのバイアス電力を印加し、エッチング反応室４１内にＯ２  ガスを導入して、例えば、２．０Ｐａの圧力下でプラズマを発生させ、一枚当たり６０秒間のプラズマエッチングを１０枚行う。
【００４０】
図２（ｂ）参照
次いで、ダミーウェハ１８を取り出したのち、エッチング対象となる半導体ウェハをステージ１５上に装着して、コンタクトホール３１に対応する開口部を有するレジストパターン３０をマスクとし、エッチング反応室１１内にＯ２  ガスを導入して、発生したプラズマによってポリイミド層２９を選択的に異方性エッチングすることによってソース・ドレイン電極２３に達するコンタクトホール３１を形成する。
【００４１】
この場合の半導体ウェハとしては、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に厚さが、例えば、２００ｎｍのｉ型ＡｌＧａＡｓバッファ層を介して、厚さが、例えば、２５ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓ電子走行層（いずれも、図示を省略）、厚さが、例えば、２５ｎｍで、不純物濃度が２×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層２１、及び、厚さが、例えば、５０ｎｍで、不純物濃度が２×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＧａＡｓキャップ層２２を順次エピタキシャル成長させたのち、厚さが、例えば、３０ｎｍのＡｕＧｅ層２４及び厚さが、例えば、３００ｎｍのＡｕ層２５からなるソース・ドレイン電極２３を形成し、次いで、ゲートリセス領域を形成したのち、厚さが、例えば、１０ｎｍのＰｔ層２７及び厚さが、例えば、４００ｎｍＡｕ層２８からなるＴ型ゲート電極２６を形成し、次いで、全面に層間絶縁膜としてポリイミド層２９を設けた半導体ウェハを用いる。
【００４２】
以降は、バリアメタルとしてのＴｉＷ層及びメッキベース層としてのＡｕ層をスパッタによって形成したのち、レジストパターンからなるメッキフレームを利用してＡｕ配線層を選択メッキで形成し、次いで、Ａｕ配線層をマスクとして、ＴｉＷ層及びメッキベース層の露出部を除去することによってソースドレイン電極２３と電気的に接続する配線層パターンが形成される。
【００４３】
この本発明の第１の実施の形態においては、この様なコンタクトホール３１の形成工程を３０００枚程度行っても、エッチングの再現性に影響を与える程度のエッチングレートの急激な変動を見られなかった。
【００４４】
次に、図３を参照して、本発明の第２に実施の形態の製造工程を説明する。
図３（ａ）参照
まず、図２（ａ）に示したＩＣＰエッチング装置のエッチング反応室４１内に、Ｏ２  ＋Ｎ２  ガスからなるクリーニングガスにＴＭＡｕ（トリメチル金）を添加したガスを導入し、励起用ＲＦ電源１７から例えば、１３．５６ＭＨｚで４００Ｗの高周波電力を印加するとともに、バイアス用ＲＦ電源１６から１３．５６ＭＨｚで５０Ｗのバイアス電力を印加し、例えば、２．０Ｐａの圧力下で１０分間放電してプラズマを発生させる。
なお、この場合のガス流量比は、例えば、Ｏ２  ：Ｎ２  ：ＴＭＡｕ＝５０：５０：３である。
【００４５】
図３（ｂ）参照
以降は、図２（ｂ）の場合と全く同様に、同じ半導体ウェハを用いて、同じ条件でコンタクトホール３１を形成する。
【００４６】
この本発明の第２の実施の形態においても、この様なコンタクトホール３１の形成工程を３０００枚程度行っても、エッチングの再現性に影響を与える程度のエッチングレートの急激な変動を見られなかった。
【００４７】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の第１の実施の形態においては、コンタクトホールにおいて露出する金属がＡｕであるため、Ａｕ層を設けたダミーウェハを用いて前処理を行っているが、この様なエッチングレートに急激な変化は、露出する金属が、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの場合にも同様に見られるので、その場合には、Ｐｔ層、Ｃｕ層、或いは、Ａｌ層を設けたダミーウェハを前処理すれば良い。
【００４８】
さらに、前処理するダミーウェハに設ける金属は、エッチング工程において露出する金属と同じ金属である必要はなく、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの内のいずれか一つの金属を用いて前処理した場合にも、露出する金属がＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの内のいずれであっても、エッチングレートの急激な変動を抑制することができる。
【００４９】
また、上記第２の実施の形態においては、ＴＭＡｕを用いているが、ＴＭＡｌ等の他の金属を構成要素とする有機金属をバブリングして、エッチング反応室内に導入しても良いものである。
【００５０】
また、上記の各実施の形態においては、ＩＣＰエッチング工程として説明しているが、ＩＣＰエッチング工程に限られるものではなく、ＩＣＰエッチング工程と同様に高密度プラズマエッチング工程である、ＥＣＲエッチング工程、ＭＲＩＥエッチング工程、或いは、ＶＨＦエッチング工程等にも適用されるものである。
【００５１】
また、上記の各実施の形態においては、同じロットのエッチング工程を前提としているため、クリーニング工程とエッチング工程との間に前処理を行っているが、互いに異なったロットをエッチングする場合には、複数のエッチング工程の間に前処理を行っても良いものである。
【００５２】
例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの露出段階を含まないロット或いはＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌを含まないロットを、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの露出段階を含むロットと連続的に処理する場合、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの露出段階を含まないロット或いはＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌを含まないロットのエッチング工程と、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌの露出段階を含むロットのエッチング工程との間で前処理を行えば良い。
【００５３】
また、上記の各実施の形態においては、エッチング対象をポリイミド層としているが、この様な現象はポリイミドに限られるものではなく、エッチングレートの急激な変動が起こるエッチング工程に適用できるものであり、それに伴ってエッチングガスも適宜変更されるものである。
【００５４】
また、上記の各実施の形態においては、エッチング工程をコンタクトホールの形成工程として説明しているが、コンタクトホールの形成工程に限られるものではなく、エッチングの初期段階でＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌが露出することがなく、エッチングの終了までにＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、或いは、Ａｌが露出する工程を有するエッチング工程全般に適用されるものである。
【００５５】
また、上記各実施の形態においては、エッチング対象となる半導体ウェハをＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）を形成したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置として説明しているが、他のデバイスを形成したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置にも適用されるものであり、さらには、ＭＯＳＦＥＴ等を構成したシリコン半導体装置にも適用されるものである。
【００５６】
さらには、本発明は、半導体装置の製造工程に限られるものではなく、誘電体デバイス等の他の電子デバイスのエッチング工程或いは実装回路基板にも適用されるものである。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、特定金属が露出するエッチング工程に先立って、特定金属をエッチング反応室内に導入するための前処理を行っているので、特定金属の飛散に起因するエッチングレートの急激な変動を抑制することができ、再現性の良好な微細加工が可能になり、ひいては、半導体装置をはじめとする電子デバイスの高集積化及び信頼性の向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図４】従来のエッチング工程の説明図である。
【図５】従来のエッチング工程における問題点の説明図である。
【符号の説明】
１  エッチング装置
２  エッチング反応室
３  ダミー基板
４  特定金属
５  プラズマ
１１  エッチング反応室
１２  石英板
１３  プレーナコイル
１４  石英窓
１５  ステージ
１６  バイアス用ＲＦ電源
１７  励起用ＲＦ電源
１８  ダミーウェハ
１９  Ａｕ層
２１  ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層
２２  ｎ型ＧａＡｓキャップ層
２３  ソース・ドレイン電極
２４  ＡｕＧｅ層
２５  Ａｕ層
２６  Ｔ型ゲート電極
２７  Ｐｔ層
２８  Ａｕ層
２９  ポリイミド層
３０  レジストパターン
３１  コンタクトホール
３２  ＴＭＡｕガス
４１  エッチング反応室
４２  石英板
４３  プレーナコイル
４４  石英窓
４５  ステージ
４６  バイアス用ＲＦ電源
４７  励起用ＲＦ電源
４８  ダミーウェハ
４９  ポリイミド層
５１  ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層
５２  ｎ型ＧａＡｓキャップ層
５３  ソース・ドレイン電極
５４  ＡｕＧｅ層
５５  Ａｕ層
５６  Ｔ型ゲート電極
５７  Ｐｔ層
５８  Ａｕ層
５９  ポリイミド層
６０  レジストパターン
６１  コンタクトホール
【図１】
0003624376.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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