(57)【要約】      （修正有）【課題】被処理体の銅層をエッチングする方法を提供する。【解決手段】銅層上には当該銅層に転写されるパターンを有するマスクが設けられている。一実施形態の方法は、水素ガスを含有する第１のガスのプラズマを用いて銅層をエッチングする工程（ａ）と、水素ガス及び被処理体に対する堆積性を有するガスを含有する第２のガスのプラズマを用いて被処理体を処理する工程（ｂ）と、を含み、第１のガスのプラズマを用いて銅層をエッチングする工程（ａ）と第２のガスのプラズマを用いて被処理体を処理する工程（ｂ）とが交互に繰り返される。【選択図】図１
2014086500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の銅層をエッチングする方法であって、前記銅層上には該銅層に転写されるパターンを有するマスクが設けられており、該方法は、
水素ガスを含有する第１のガスのプラズマを用いて前記銅層をエッチングする工程と、
水素ガス及び前記被処理体に対する堆積性を有するガスを含有する第２のガスのプラズマを用いて前記被処理体を処理する工程と、
を含み、
前記第１のガスのプラズマを用いて前記銅層をエッチングする前記工程と前記第２のガスのプラズマを用いて前記被処理体を処理する前記工程とが交互に繰り返される、方法。
【請求項２】
前記銅層上に設けられた窒化シリコン又は酸化シリコン製の第１層及び該第１層上に設けられたＴｉＮ製の第２層から構成された積層体をエッチングして前記マスクを作成する工程を更に含み、
前記マスクの前記パターンを形成する工程は、
塩素含有ガスのプラズマを用いて前記第２層をエッチングする工程と、
フルオロカーボン系ガスのプラズマを用いて前記第１層をエッチングする工程と、
を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マスクの前記第２層上には、炭素を含有する別のマスクが設けられており、
前記マスクを形成する前記工程は、前記塩素含有ガスのプラズマを用いて前記第２層をエッチングする前記工程と前記フルオロカーボン系ガスのプラズマを用いて前記第１層をエッチングする前記工程との間に、酸素を含有するガスのプラズマに前記別のマスクを曝して該別のマスクを除去する工程を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
堆積性を有する前記ガスはメタンガスである、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
銅層のエッチングに用いられるマスクであって、
前記銅層上に設けられる窒化シリコン又は酸化シリコン製の第１層から形成される第１マスク部と、
前記第１層上に設けられたＴｉＮ製の第２層から形成される第２マスク部と、
を含むマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、銅層をエッチングする方法、及び銅層のエッチングに採用され得るマスクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、相互接続ラインやコンタクトといった配線を形成するプロセスが行われる。このプロセスとしては、従来からダマシンプロセスと呼ばれるプロセスが用いられている。ダマシンプロセスでは、エッチングによって層間絶縁膜に溝や穴といった形状を形成し、形成した溝や穴に金属材料を埋め込む処理が行われる。しかしながら、近年の配線の微細化に伴い、ダマシンプロセスでは、微細な穴や溝に対する金属材料の埋込みが困難になってきているといった種々の問題が発生している。
【０００３】
上述したダマシンプロセスの問題に対処するため、銅層を成膜した後に、当該銅層をエッチングすることで、微細な銅配線を形成するプロセスが提案されている。このようなプロセスについては、下記の非特許文献１に記載されている。非特許文献１に記載されたプロセスでは、水素ガスとアルゴンガスを含有する処理ガスのプラズマに銅層が曝されることにより、銅層がエッチングされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｆａｎｇｙｕ  Ｗｕ他、”Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｅｔｃｈｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｕ  ｂｙ  Ｈｙｄｏｒｇｅｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｐｌａｓｍａｓ”、  ＡＣＳ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＆  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥＳ,  ２０１０，  Ｖｏｌ．  ２、Ｎｏ．８、ｐ．２１７５−２１７９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水素ガスとアルゴンガスを含有する処理ガスのプラズマによるエッチングでは、銅配線の側面の垂直性を確保できないという問題がある。
【０００６】
そこで、本技術分野において、銅層をエッチングすることで形成される銅配線の側面の垂直性を向上させることが必要となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一側面においては、被処理体の銅層をエッチングする方法が提供される。銅層上には当該銅層に転写されるパターンを有するマスクが設けられている。この方法は、水素ガスを含有する第１のガスのプラズマを用いて銅層をエッチングする工程（ａ）と、水素ガス及び被処理体に対する堆積性を有するガス（以下、「堆積性ガス」という。）を含有する第２のガスのプラズマを用いて被処理体を処理する工程（ｂ）と、を含み、第１のガスのプラズマを用いて銅層をエッチングする工程（ａ）と第２のガスのプラズマを用いて被処理体を処理する工程（ｂ）とが交互に繰り返されることを特徴とする。一形態においては、堆積性ガスは、炭素を含有するガスであり、例えば、メタンガスである。
【０００８】
上記方法では、第１のガスのプラズマによって銅層をエッチングする処理と、第２のガスのプラズマによって被処理体の表面に、堆積性ガスに由来する保護膜を形成する工程とが交互に繰り返される。本方法によれば、保護膜がマスクに堆積することにより、マスクの角部が過剰に削れることを抑制することができる。その結果、銅配線の側面の垂直性が向上され得る。また、保護膜によって銅層の下地を保護することも可能である。さらに、第２のガスには堆積性ガスに加えて水素ガスが含まれているので、過剰な保護膜の堆積を抑制することも可能である。
【０００９】
上記方法の一形態は、銅層上に設けられた窒化シリコン又は酸化シリコン製の第１層及び当該第１層上に設けられたＴｉＮ製の第２層から構成された積層体をエッチングして前記マスクを作成する工程（ｃ）を更に含み、工程（ｃ）は、塩素含有ガスのプラズマを用いて第２層をエッチングする工程（ｄ）と、フルオロカーボン系ガスのプラズマを用いて第１層をエッチングする工程（ｅ）とを含むことを特徴とし得る。
【００１０】
水素ガスを含有する第１のガスのプラズマは、ＴｉＮ製の第２層よりも、銅層を選択的にエッチングする。即ち、第１のガスのプラズマにより、銅層はエッチングされるが、ＴｉＮ製の第２層は実質的にエッチングされない。一方、ＴｉＮ製の第２層は、塩素含有ガスのプラズマによってエッチングされるが、当該塩素含有ガスのプラズマは銅層を腐食させる。上記形態の方法は、ＴｉＮ製の第２層の下に塩素ガスのプラズマによる腐食を実質的に受けない窒化シリコン又は酸化シリコン製の第１層を設け、当該第１層及び第２層から構成されるマスクを用いて、水素ガスのプラズマにより銅層をエッチングする。したがって、マスク形成時の銅層の腐食を防止することができ、且つ、銅層のエッチング時における当該銅層のマスクに対するエッチングの選択性を向上させることが可能である。
【００１１】
上記方法の一形態では、マスクの第２層上には、炭素を含有する別のマスクが設けられており、工程（ｃ）は、塩素含有ガスのプラズマを用いて第２層をエッチングする工程（ｄ）とフルオロカーボン系ガスのプラズマを用いて第１層をエッチングする工程（ｅ）との間に、酸素を含有するガスのプラズマに前記別のマスクを曝して当該別のマスクを除去する工程（ｆ）を更に含むことを特徴とし得る。この形態によれば、第１層をエッチングした後に、前記別のマスクを除去しているので、銅層のエッチング用のマスクの形成後に炭素に基づく堆積物が残されることを防止することができる。
【００１２】
また、別の一側面においては、銅層のエッチングに用いられるマスクが提供される。このマスクは、銅層上に設けられる窒化シリコン又は酸化シリコン製の第１層から形成される第１マスク部と、第１層上に設けられたＴｉＮ製の第２層から形成される第２マスク部と、を含む。このマスクによれば、上述したように、銅配線の側面の垂直性を向上させることが可能であり、且つ、銅層を選択的にエッチングすることが可能なマスクが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び形態によれば、銅層をエッチングすることで形成される銅配線の側面の垂直性が向上される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係る銅層をエッチングする方法Ｍ１を示す流れ図である。
【図２】一実施形態のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
【図３】バルブ群、流量制御器群、及びガスソース群の一例を詳細に示す図である。
【図４】方法Ｍ１の各工程を説明するための図である。
【図５】方法Ｍ１の各工程を説明するための図である。
【図６】方法Ｍ１の各工程を説明するための図である。
【図７】別の実施形態に係る銅層をエッチングする方法を示す流れ図である。
【図８】方法Ｍ２の各工程を説明するための図である。
【図９】実験例１の条件を示す表である。
【図１０】実験例１及び比較実験例１の処理後のウエハＷの断面の状態を表わす図である。
【図１１】実験例２の条件を示す表である。
【図１２】実験例２の処理後のウエハＷの断面の状態を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１６】
図１は、一実施形態に係る銅層をエッチングする方法を示す流れ図である。図１に示す方法Ｍ１では、水素ガスを含有する第１のガスのプラズマを用いて銅層をエッチングする工程Ｓ３と、水素ガス及び銅層を含む被処理体に対する堆積性を有するガス（以下、「堆積性ガス」という。）を含有する第２のガスのプラズマを用いて被処理体を処理する工程Ｓ４とが交互に繰り返される。
【００１７】
以下、図１に示す方法Ｍ１の実施に用いることができるプラズマ処理装置について説明する。図２は、一実施形態のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図２には、プラズマ処理装置１０の断面構造が概略的に示されている。プラズマ処理装置１０は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば、その表面は陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。
【００１８】
処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された円筒上の支持部１４が配置されている。この支持部１４は、その内壁面において、下部電極１６を支持している。下部電極１６は、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状を有している。
【００１９】
下部電極１６には、整合器ＭＵ１を介して第１の高周波電源ＨＦＳが接続されている。第１の高周波電源ＨＦＳは、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。整合器ＭＵ１は、第１の高周波電源ＨＦＳの出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。また、下部電極１６には、整合器ＭＵ２を介して第２の高周波電源ＬＦＳが接続されている。第２の高周波電源ＬＦＳは、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波電力（高周波バイアス電力）を発生して、当該高周波バイアス電力を下部電極１６に供給する。高周波バイアス電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚである。整合器ＭＵ２は、第２の高周波電源ＬＦＳの出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
【００２０】
下部電極１６上には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、下部電極１６と共に被処理体（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）Ｗ（以下、「ウエハＷ」という）を支持するための載置台を構成している。静電チャック１８は、導電膜である電極２０を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。電極２０には、直流電源２２が電気的に接続されている。この静電チャック１８は、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着保持することができる。
【００２１】
下部電極１６の上面であって、静電チャック１８の周囲には、フォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、被エッチング層の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、シリコン、又は石英から構成され得る。
【００２２】
下部電極１６の内部には、冷媒室２４が設けられている。冷媒室２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａ，２６ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。このように循環される冷媒の温度を制御することにより、静電チャック１８上に載置されたウエハＷの温度が制御される。
【００２３】
また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック１８の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
【００２４】
また、処理容器１２内には、上部電極３０が設けられている。この上部電極３０は、下部電極１６の上方において、当該下部電極１６と対向配置されており、下部電極１６と上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と下部電極１６との間には、ウエハＷにプラズマエッチングを行うための処理空間Ｓが画成されている。
【００２５】
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面しており、複数のガス吐出孔３４ａを画成している。この電極板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。
【００２６】
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６にはガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
【００２７】
ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介してガスソース群４０が接続されている。図３は、バルブ群、流量制御器群、及びガスソース群の一例を詳細に示す図である。図３に示すように、ガスソース群４０は、複数のガスソース４０１〜４０８を含んでいる。ガスソース４０１〜４０８はそれぞれ、Ｈ２ガス、Ａｒガス、ＣＨ４ガス、Ｏ２ガス、ＣＦ４ガス、Ｃｌ２ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、ＳｉＣｌ４ガスのソースである。流量制御器群４４は、複数の流量制御器４４１〜４４８を含んでいる。流量制御器４４１〜４４８はそれぞれ、ガスソース４０１〜４０８に接続されている。これら流量制御器４４１〜４４８の各々は、マスフローコントローラであり得る。バルブ群４２は、複数のバルブ４２１〜４２８を含んでいる。バルブ４２１〜４２８はそれぞれ、流量制御器４４１〜４４８に接続されている。
【００２８】
プラズマ処理装置１０では、ガスソース４０１〜４０８のうち選択されたガスソースからのガスが、対応の流量制御器及びバルブを介して、流量制御された状態で、ガス供給管３８に供給される。ガス供給管３８に供給されたガスは、ガス拡散室３６ａに至り、ガス通流孔３６ｂ及びガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓに吐出される。
【００２９】
また、プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状の接地導体であり、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
【００３０】
また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。また、デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
【００３１】
処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方において処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
【００３２】
また、処理容器１２の内壁には、導電性部材（ＧＮＤブロック）５６が設けられている。導電性部材５６は、高さ方向においてウエハＷと略同じ高さに位置するように、処理容器１２の内壁に取り付けられている。この導電性部材５６は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。
【００３３】
また、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示すことができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
【００３４】
このプラズマ処理装置１０では、ウエハＷを処理するために、ガスソース４０１〜４０８のうち選択された一以上のガスソースから処理容器１２内にガスが供給される。そして、下部電極１６にプラズマ生成用の高周波電力が与えられることにより、下部電極１６と上部電極３０との間に高周波電界が発生する。この高周波電界により、処理空間Ｓ内に供給されたガスのプラズマが生成される。そして、このように発生するガスのプラズマにより、ウエハＷの被エッチング層に対するエッチングといった処理が行われる。また、下部電極１６に高周波バイアス電力が与えられることによりイオンがウエハＷに引き込まれる。これにより、ウエハＷの被エッチング層のエッチングが促進される。
【００３５】
再び図１を参照する。以下、上述したプラズマ処理装置１０を用いて実施し得る方法Ｍ１について、図１に加えて図４、図５及び図６を参照して、より詳細に説明する。なお、図４〜図６においては、ウエハＷの一部分の断面が示されている。図１に示すように、方法Ｍ１では、マスクＭＫ２を作成する工程Ｓ１が行われる。このマスクＭＫ２は、ウエハＷの銅層をエッチングするためのマスクＭＫ１を作成する処理に用いられる。
【００３６】
工程Ｓ１は、工程Ｓ１ａ、工程Ｓ１ｂ、及び工程Ｓ１ｃを含んでいる。工程Ｓ１ａでは、レジストマスクの作成が行われる。ここで、図４の（ａ）に示すように、ウエハＷは、第１絶縁膜ＩＦ１、第２絶縁膜ＩＦ２、銅層ＭＴＬ、マスク層ＭＬ１、底層ＢＬ、及び、中間層ＩＭＬを有している。第１絶縁膜ＩＦ１は、層間絶縁膜であり、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮといった絶縁材料から構成され得る。第２絶縁膜ＩＦ２は、第１絶縁膜ＩＦ１上に設けられおり、例えば、ＳｉＣから構成される。第２絶縁膜ＩＦ２の上には、銅層ＭＴＬが設けられている。銅層ＭＴＬ上には、マスク層ＭＬ１が設けられている。マスク層ＭＬ１は、銅層ＭＴＬのエッチング用のマスクＭＫ１となる層であり、例えば、窒化シリコン又は酸化シリコンから構成される。マスク層ＭＬ１上には、底層ＢＬが設けられている。底層ＢＬは、後にマスク層ＭＬ１のエッチング用のマスクＭＫ２となる層であり、例えば、アモルファスカーボンから構成される。底層ＢＬ上には、中間層ＩＭＬが設けられている。中間層ＩＭＬは、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）又は反射防止膜であり得る。中間層ＩＭＬ上には、工程Ｓ１ａにおいて作成されるレジストマスクＲＭが設けられる。レジストマスクＲＭは、ＡｒＦレジストといったレジスト材料に対するフォトリソグラフィ技術により作成される。
【００３７】
次いで、方法Ｍ１では、図４の（ａ）に示すウエハＷがプラズマ処理装置１０の静電チャック１８上に載置され、図１に示すように工程Ｓ１ｂが行われる。この工程Ｓ１ｂでは、中間層ＩＭＬのエッチングが行われる。中間層ＩＭＬのエッチングでは、フルオロカーボン系ガス、例えば、ガスソース４０５から供給されるＣＦ４ガスのプラズマが生成され、当該プラズマにウエハＷが曝される。この工程Ｓ１ｂでは、処理容器１２内の圧力、高周波電源ＨＦＳからの高周波電力及びその周波数、高周波電源ＬＦＳの高周波バイアス電力及びその周波数、並びに、ガスの流量は、中間層ＩＭＬのエッチングが可能である限り、任意の値であり得る。また、工程Ｓ１ｂにおいては、フルオロカーボン系ガスに加えて不活性ガスといった他のガスが供給されてもよい。この工程Ｓ１ｂにより、図４の（ｂ）に示すように、レジストマスクＲＭのパターンが中間層ＩＭＬに転写される。
【００３８】
次いで、方法Ｍ１では、図１に示すように工程Ｓ１ｃが行われる。この工程Ｓ１ｃでは、底層ＢＬのエッチングが行われる。底層ＢＬのエッチングでは、ガスソース４０４から供給されるＯ２ガスのプラズマが生成され、当該プラズマに図４の（ｂ）に示すウエハＷが曝される。なお、工程Ｓ１ｃでは、ガスソース４０８からＳｉＣｌ４ガスが処理容器１２内に供給されてもよい。この工程Ｓ１ｃでは、処理容器１２内の圧力、高周波電源ＨＦＳからの高周波電力及びその周波数、高周波電源ＬＦＳの高周波バイアス電力及びその周波数、並びに、ガスの流量は、底層ＢＬのエッチングが可能である限り、任意の値であり得る。この工程Ｓ１ｃにより、図４の（ｃ）に示すように、中間層ＩＭＬのパターンが、底層ＢＬに転写され、これによって、底層ＢＬから形成されたマスクＭＫ２が作成される。なお、この工程では、酸素ガスのプラズマが用いられているので、レジストマスクＲＭは消失する。
【００３９】
次いで、方法Ｍ１では、図１に示すように、マスクＭＫ１を作成する工程Ｓ２が行われる。工程Ｓ２は、工程Ｓ２ａ及び工程Ｓ２ｂを含んでいる。工程Ｓ２ａでは、マスク層ＭＬ１のエッチングが行われる。マスク層ＭＬ１のエッチングでは、フルオロカーボン系ガス、例えば、ガスソース４０７から供給されるＣ４Ｆ８ガスのプラズマが生成され、当該プラズマに図４の（ｃ）に示すウエハＷが曝される。なお、工程Ｓ２ａでは、ガスソース４０４及びガスソース４０２からそれぞれ、Ｏ２ガス及びＡｒガスが処理容器１２内に供給されてもよい。この工程Ｓ２ａでは、処理容器１２内の圧力、高周波電源ＨＦＳからの高周波電力及びその周波数、高周波電源ＬＦＳの高周波バイアス電力及びその周波数、並びに、ガスの流量は、マスク層ＭＬ１のエッチングが可能である限り、任意の値であり得る。この工程Ｓ２ａにより、図４の（ｄ）に示すように、マスクＭＫ２のパターンが、マスク層ＭＬ１に転写され、これによって、マスク層ＭＬ１から形成されたマスクＭＫ１が作成される。
【００４０】
次いで、方法Ｍ１では、図１に示すように、工程Ｓ２ｂが行われる。工程Ｓ２ｂでは、アッシング処理が行われ、マスクＭＫ２が除去される。アッシング処理では、ガスソース４０４から供給されるＯ２ガスのプラズマが生成され、当該プラズマに図４の（ｄ）に示すウエハＷが曝される。この工程Ｓ２ｂでは、処理容器１２内の圧力、高周波電源ＨＦＳからの高周波電力及びその周波数、高周波電源ＬＦＳの高周波バイアス電力及びその周波数、並びに、ガスの流量は、マスクＭＫ２を除去可能である限り、任意の値であり得る。この工程Ｓ２ｂにより、ウエハＷは、図４の（ｅ）に示す状態となる。
【００４１】
次いで、方法Ｍ１では、図１に示すように、第１のガスのプラズマを用いて銅層をエッチングする工程Ｓ３と第２のガスのプラズマを用いてウエハＷを処理する工程Ｓ４が交互に繰り返される。工程Ｓ３では、ガスソース４０１から供給されるＨ２ガスが第１のガスに含められて処理容器１２内に供給される。そして、第１のガスのプラズマが生成される。なお、第１のガスには、ガスソース４０１のＡｒガスが含められてもよい。この工程Ｓ３では、図５の（ａ）に示すように、水素イオンにより銅層ＭＴＬがエッチングされる。また、第１のガスにＡｒガスが含められている場合には、Ａｒイオンによっても銅層ＭＴＬがエッチングされる。特に、下部電極１６に高周波バイアス電力が与えられると、水素イオン及びＡｒイオンが銅層ＭＴＬに引き込まれて当該銅層ＭＴＬの表面に衝突する。このような所謂スパッタ効果により、銅層ＭＴＬのエッチングが促進される。なお、図５及び図６において、円で囲まれた「Ｈ」が水素イオンを示しており、円で囲まれた「Ａｒ」がＡｒイオンを示している。
【００４２】
続く工程Ｓ４では、Ｈ２ガス及び堆積性ガスを含有する第２のガスが、処理容器内に供給される。堆積性ガスは、一実施形態においては、炭素を含有するガスであり、例えば、メタン（ＣＨ４）ガスである。堆積性ガスとしては、その他に、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガスといったガスも利用可能である。堆積性ガスとしてメタンガスを用いる場合には、ガスソース４０１及びガスソース４０３からそれぞれ供給されるＨ２ガス及びＣＨ４ガスを含有する第２のガスが、処理容器１２内に供給される。そして、第２のガスのプラズマが生成される。この工程Ｓ４では、図５の（ｂ）に示すように、ウエハＷの表面上に堆積性ガスに由来する膜ＰＦが堆積する。堆積性ガスがメタンガスである場合には、メタンに由来する膜がウエハＷの表面上に堆積する。この膜ＰＦは、炭素を含有する膜であり、例えば、ポリエチレンから構成される。
【００４３】
そして、方法Ｍ１では、更に工程Ｓ３が行われることにより、図５の（ｃ）に示すように、銅層ＭＴＬが更にエッチングされ、その後に更に工程Ｓ４が行われる。方法Ｍ１では、図１に示すように、所定サイクル数の工程Ｓ３及び工程Ｓ４の繰り返しが行われたか否かが、判定される（図１の参照符号Ｓ５）。工程Ｓ３及び工程Ｓ４の繰り返しの回数が所定サイクル数に満たないときには、工程Ｓ３及び工程Ｓ４が更に行われる。一方、工程Ｓ３及び工程Ｓ４の繰り返しの回数が所定サイクル数行われている場合には、工程Ｓ６が行われる。工程Ｓ６の処理は、工程Ｓ３と同様である。この工程Ｓ６により、図６の（ａ）に示すように、銅層ＭＴＬが更にエッチングされる。
【００４４】
次いで、方法Ｍ１では、工程Ｓ７において、膜ＰＦを除去するためのアッシング処理が行われる。アッシング処理では、ガスソース４０４から供給されるＯ２ガスのプラズマが生成され、当該プラズマにウエハＷが曝される。この工程Ｓ７により、ウエハＷは、図６の（ｂ）に示す状態になる。これにより、銅層ＭＴＬから銅配線が作成される。
【００４５】
なお、工程Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６においては、処理容器１２内の圧力を、低圧、例えば、５〜２０ｍＴｏｒｒ（０．６６６〜２．６６６Ｐａ）の範囲の圧力に設定することができる。また、工程Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６においては、高周波電源ＨＦＳからの高周波電力及び高周波電源ＬＦＳの高周波バイアス電力を、例えば、２００〜１０００Ｗの電力に設定することができる。また、工程Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６それぞれの処理時間は、膜ＰＦの厚み、即ち堆積量に応じて任意に設定され得るものであり、例えば、５〜１５秒の範囲で設定され得る。また、工程Ｓ７の処理時間も、膜ＰＦの厚み、即ち堆積量に応じて任意に設定され得るものであり、例えば、１０〜６０秒の範囲で設定され得る。また、工程Ｓ３及び工程Ｓ４のサイクル数は、銅層ＭＴＬの厚みやこれら工程の処理時間に応じて設定されるものであり、銅層ＭＴＬの下地の層が露出するまで当該銅層ＭＴＬをエッチングするよう調整され得る。さらに、工程Ｓ３における水素ガスの流量及びアルゴンガスの流量、並びに、工程Ｓ４における水素ガスの流量及び堆積性ガスの流量、例えばメタンガスの流量は、それぞれ、所望の結果に応じて任意に調整され得るものであり、例えば１００〜６００ｓｃｃｍの範囲で、調整され得る。
【００４６】
以上説明した方法Ｍ１では、膜ＰＦがマスクＭＫ１の表面に堆積することにより、工程Ｓ３のエッチング中にマスクＭＫ１を保護する。したがって、マスクＭＫ１の削れ、特に、角部が過剰に削れることを抑制することができる。その結果、本方法Ｍ１で形成される銅配線の側面の垂直性が向上される。また、膜ＰＦによって銅層ＭＴＬの下地が保護されるので、工程Ｓ３により絶縁膜ＩＦ２の損傷が抑制される。さらに、第２のガスには堆積性ガスに加えてＨ２ガスが含まれているので、堆積性ガスの流量とＨ２ガスの流量を相対的に調整することにより、過剰な膜ＰＦの堆積を抑制することも可能である。
【００４７】
次に、別の実施形態に係る銅層をエッチングする方法について説明する。図７は、別の実施形態に係る銅層をエッチングする方法を示す流れ図である。図７に示す方法Ｍ２もプラズマ処理装置１０を用いて実施することができる。この方法Ｍ２は、方法Ｍ１の工程Ｓ２に代る工程Ｓ２０を含む点において、方法Ｍ１とは異なっている。以下、図７と共に図８を参照して、方法Ｍ２の複数の工程のうち工程Ｓ２０について説明する。なお、方法Ｍ２の工程のうち、方法Ｍ１の対応の工程と同様の工程についての説明については省略する。
【００４８】
まず、図８を参照して、方法Ｍ２の処理が適用されるウエハＷについて説明する。図８の（ａ）に示すウエハＷでは、マスク層（第１層）ＭＬ１上に第２層ＭＬ２が設けられている。即ち、第１層ＭＬ１と底層ＢＬとの間に第２層ＭＬ２が設けられている。第１層ＭＬ１は、上述したように、例えば、窒化シリコン又は酸化シリコン層である。第２層ＭＬ２は、ＴｉＮ層である。なお、図８の（ａ）に示すウエハＷでは、絶縁膜ＩＦ１の直上に銅層ＭＴＬが設けられている。しかしながら、銅層ＭＴＬの下層の絶縁膜の構成は、図４の（ａ）に示した構成と同様であってもよい。
【００４９】
方法Ｍ２では、第１層ＭＬ１及び第２層ＭＬ２の積層体ＭＬから、銅層のエッチングに用いられるマスクが作成される。このマスクの作成工程Ｓ２０の前に行われる工程Ｓ１は、図８の（ａ）〜（ｃ）に示すように、方法Ｍ１の対応の工程と同様である。
【００５０】
方法Ｍ２の工程Ｓ２０は、工程Ｓ２０ａ、工程Ｓ２０ｂ、及び工程Ｓ２０ｃを含む。工程Ｓ２０ａでは、第２層ＭＬ２のエッチングが行われる。第２層ＭＬ２のエッチングでは塩素含有ガス、例えば、ガスソース４０６から供給されるＣｌ２ガスのプラズマが生成され、図８の（ｃ）に示すウエハＷが当該プラズマに曝される。なお、工程Ｓ２０ａでは、ガスソース４０２からＡｒガスが処理容器１２内に供給されてもよい。この工程Ｓ２０ａでは、処理容器１２内の圧力、高周波電源ＨＦＳからの高周波電力及びその周波数、高周波電源ＬＦＳの高周波バイアス電力及びその周波数、並びに、ガスの流量は、中間層ＩＭＬのエッチングが可能である限り、任意の値であり得る。この工程Ｓ２０ａでは、図８の（ｄ）に示すように、塩素イオンといった塩素の活性種によりＴｉＮ製の第２層ＭＬ２がエッチングされ、第２層ＭＬ２にマスクＭＫ２のパターンが転写される。これにより、第２層ＭＬ２から、第２マスク部ＭＫＰ２が作成される。なお、図８の（ｄ）では、円で囲まれた「Ｃｌ」が塩素の活性種を示している。
【００５１】
次いで、方法Ｍ２では、工程Ｓ２０ｂが行われる。この工程Ｓ２０ｂでは、アッシング処理により、マスクＭＫ２が除去される。工程Ｓ２０ｂのアッシング処理では、ガスソース４０４から供給されるＯ２ガスのプラズマが生成され、当該プラズマに図８の（ｄ）に示すウエハＷが曝される。この工程Ｓ２０ｂにより、ウエハＷは、図８の（ｅ）に示す状態となる。なお、工程Ｓ２０ｂにおける処理容器１２内の圧力、高周波電源ＨＦＳからの高周波電力及びその周波数、高周波電源ＬＦＳの高周波バイアス電力及びその周波数、並びに、ガスの流量は、マスクＭＫ２の除去が可能である限り、任意の値であり得る。
【００５２】
次いで、方法Ｍ２では、工程Ｓ２０ｃが行われる。工程Ｓ２０ｃでは、第１層ＭＬ１のエッチングが行われる。工程Ｓ２０ｃの第１層のエッチングでは、フルオロカーボン系ガス、例えば、ガスソース４０７から供給されるＣ４Ｆ８ガスのプラズマが生成され、当該プラズマに図８の（ｅ）に示すウエハＷが曝される。ここで、「フルオロカーボン系」との語は、フルオロカーボン及びフルオロハイドロカーボンを示す。この工程Ｓ２０ｃでは、図８の（ｆ）に示すように、フッ素イオンといったフッ素の活性種（図中、円で囲まれた「Ｆ」がフッ素の活性種を示している）により、第１層ＭＬ１がエッチングされる。なお、工程Ｓ２０ｃでは、ガスソース４０４及びガスソース４０２からそれぞれ、Ｏ２ガス及びＡｒガスが処理容器１２内に供給されてもよい。この工程Ｓ２０ｃでは、処理容器１２内の圧力、高周波電源ＨＦＳからの高周波電力及びその周波数、高周波電源ＬＦＳの高周波バイアス電力及びその周波数、並びに、ガスの流量は、第１層ＭＬ１のエッチングが可能である限り、任意の値であり得る。この工程Ｓ２０ｃにより、第２マスク部ＭＫＰ２のパターンが、第１層ＭＬ１に転写される。これによって、第１層ＭＬ１から形成された第１マスク部ＭＫＰ１が作成され、第１マスク部ＭＫＰ１及び第２マスク部ＭＫＰ２を含むマスクＭＫ１が作成される。
【００５３】
第２層ＭＬ２を構成するＴｉＮは、塩素によってエッチングされるが、塩素は銅層ＭＴＬを腐食させる。方法Ｍ２では、第２層ＭＬ２と銅層ＭＴＬとの間に、塩素による腐食を実質的に受けない窒化シリコン又は酸化シリコン製の第１層ＭＬ１を介在させているので、第２層ＭＬ２の塩素を用いたエッチングによって銅層ＭＴＬが腐食することを防止することができる。また、第２層ＭＬ２を構成するＴｉＮは、水素イオンに対して実質的にエッチングされない。したがって、第２層ＭＬ２から形成されるマスク部ＭＰＫ２を有するマスクＭＫ１は、銅層ＭＴＬのエッチングに対する耐性に優れ、銅層ＭＴＬのエッチングの終点まで維持され得る。即ち、第１のガスを用いた銅層ＭＴＬのエッチングでは、マスクＭＫ１に対して銅層ＭＴＬを選択的にエッチングすることが可能となる。よって、マスクＭＫ１を用いた銅層ＭＴＬのエッチングによれば、銅層ＭＴＬから形成される銅配線の側面の垂直性が高められる。
【００５４】
また、方法Ｍ２では、第２層ＭＬ２のエッチング後且つ第１層ＭＬ１のエッチング前に、マスクＭＫ２を除去している。銅層ＭＴＬのエッチング用のマスクＭＫ１の形成後に炭素に基づく堆積物が残されることを防止することができる。
【００５５】
以下、上述した種々の実施形態の方法を用いた実験例について説明する。
【００５６】
（実験例１及び比較実験例１）
【００５７】
実験例１では、プラズマ処理装置１０を用いて方法Ｍ１を実施した。実験例１では、ウエハＷとして、図４の（ａ）に示すウエハＷを用いた。このウエハＷでは、第２絶縁膜ＩＦ２は５ｎｍ厚のＳｉＣ層であり、銅層ＭＴＬは３５ｎｍの厚みを有し、マスク層ＭＬ１は１０ｎｍ厚のＳｉＮ層であり、底層ＢＬは８０ｎｍのアモルファスカーボン層であり、中間層ＩＭＬは１３．５ｎｍ厚のＳＯＧ膜であり、レジストマスクＲＭはＡｒＦレジストから作成されたレジストマスクであった。
【００５８】
図９に実験例１の条件を示す表１を示す。実験例１では、表１に示すように、工程Ｓ３及び工程Ｓ４の交互の繰り返しを１０サイクル行った。一方、比較実験例１では、実験例１と同様のウエハＷに対して、プラズマ処理装置１０を用いた処理を行った。具体的に、比較実験例１の条件は、工程Ｓ４を行わず工程Ｓ３を１００秒間連続して行った点において実験例１の条件と異ならせた。なお、表１において、「ＨＦ」は、高周波電源ＨＦＳが発生する周波数４０ＭＨｚの高周波電力のパワーであり、「ＬＦ」は、高周波電源ＬＦＳが発生する周波数３ＭＨｚの高周波バイアス電力のパワーである。
【００５９】
実験例１及び比較実験例１の処理後のウエハＷの断面のＳＥＭ写真を取得し、銅層ＭＴＬから形成された銅配線の断面の状態を観察した。図１０の（ａ）に、実験例１の処理後にＳＥＭ写真で観察されたウエハＷの断面の状態を線図で示し、図１０の（ｂ）に、比較実験例１の処理後にＳＥＭ写真で観察されたウエハＷの断面の状態を線図で示す。図１０の（ｂ）に示すように、比較実験例１の処理、即ち工程Ｓ４を行うことなく銅層ＭＴＬをエッチングする処理を適用したウエハＷでは、マスクＭＫ１の厚みが大きく減少しており、マスクＭＫ１の角部が削れていた。また、比較実験例１の処理を適用したウエハＷでは、銅層ＭＴＬから形成された銅配線の側面が大きく傾斜していた。さらに、比較実験例１の処理を適用したウエハＷでは、絶縁膜ＩＦ２もエッチングされていた。一方、図１０の（ａ）に示すように、実験例１の処理を適用したウエハＷでは、マスクＭＫ１の厚みが維持されており、また、マスクＭＫ１の角部の削れは小さかった。また、実験例１の処理を適用したウエハＷでは、銅層ＭＴＬから形成された銅配線の側面は、略垂直な面であった。さらに、実験例１の処理を行ったウエハＷでは、絶縁膜ＩＦ２の損傷は略抑制されていた。
【００６０】
（実験例２）
【００６１】
実験例２では、プラズマ処理装置１０を用いて方法Ｍ２を実施した。実験例２では、ウエハＷとして、図８の（ａ）に示すウエハＷを用いた。このウエハＷでは、絶縁膜ＩＦ１は４０ｎｍの厚みを有し、銅層ＭＴＬは３５ｎｍの厚みを有し、第１層ＭＬ１は１０ｎｍ厚のＳｉＮ層であり、第２層ＭＬ２は厚さ２０ｎｍのＴｉＮ層であり、底層ＢＬは８０ｎｍのアモルファスカーボン層であり、中間層ＩＭＬは１３．５ｎｍ厚のＳＯＧ膜であり、レジストマスクＲＭはＡｒＦレジストから作成されたレジストマスクであった。図１１に実験例２の条件を示す表２を示す。実験例２では、表１に示すように、工程Ｓ３及び工程Ｓ４の交互の繰り返しを６サイクル行った。なお、表２の表記方法は、表１の表記方法と同様である。
【００６２】
実験例２の処理後のウエハＷの断面のＴＥＭ写真を取得し、銅層ＭＴＬから形成された銅配線の断面の状態を観察した。図１２に、実験例２の処理後にＳＥＭ写真で観察されたウエハＷの断面の状態を線図で示す。図１２に示すように、実験例２の処理を適用したウエハＷでは、マスクＭＫ１の厚みが維持されていた。また、水平面に対して銅配線の側面がなす角度θの測定値は、８９．７６度であり、方法Ｍ２によれば、銅層ＭＴＬから形成された銅配線の側面は、略垂直な面となることが確認された。さらに、実験例２の処理を行ったウエハＷでは、絶縁膜ＩＦ１の損傷は略抑制されていた。
【００６３】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、方法Ｍ１及び方法Ｍ２の実施に用いるプラズマ処理装置は、上述したプラズマ処理装置１０に限定されるものではない。方法Ｍ１及び方法Ｍ２の実施には、上部電極にプラズマ生成用の高周波電力を供給し、下部電極に高周波バイアス電力を供給するタイプのプラズマ処理装置を用いることも可能である。また、平行平板型のプラズマ処理装置の他に、誘導結合型のプラズマ処理装置、又は、プラズマ源としてマイクロ波を用いるプラズマ処理装置を、方法Ｍ１及び方法Ｍ２の実施に用いることも可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１６…下部電極、ＨＦＳ…高周波電源（プラズマ生成用）、ＬＦＳ…高周波電源（高周波バイアス用）、１８…静電チャック、ＦＲ…フォーカスリング、３０…上部電極、３４ａ…ガス吐出孔、３８…ガス供給管、４０…ガスソース群、４２…バルブ群、４４…流量制御器群、４０１〜４０８…ガスソース、４２１〜４２８…バルブ、４４１〜４４８…流量制御器、５０…排気装置、Ｃｎｔ…制御部、Ｗ…被処理体（ウエハ）、ＩＦ１…第１絶縁膜、ＩＦ２…第２絶縁膜、ＭＴＬ…銅層、ＭＬ１…マスク層（第１層）、ＭＬ２…第２層、ＭＬ…積層体、ＢＬ…底層、ＩＭＬ…中間層、ＲＭ…レジストマスク、ＭＫ１，ＭＫ２…マスク、ＭＫＰ１…第１マスク部、ＭＫＰ２…第２マスク部、ＰＦ…保護膜、Ｍ１，Ｍ２…方法。
【図１】
2014086500.tif 000003
【図２】
2014086500.tif 000004
【図３】
2014086500.tif 000005
【図４】
2014086500.tif 000006
【図５】
2014086500.tif 000007
【図６】
2014086500.tif 000008
【図７】
2014086500.tif 000009
【図８】
2014086500.tif 000010
【図９】
2014086500.tif 000011
【図１０】
2014086500.tif 000012
【図１１】
2014086500.tif 000013
【図１２】
2014086500.tif 000014