(57)【要約】【課題】プラズマ酸化および酸化材料の除去【解決手段】導電層をエッチングする方法は、導電層の少なくとも一部を転換し、導電層の転換部分を実質的に除去し、残存表面を露出させるために、導電層をエッチングすることを含む。残存表面は、約１０ｎｍ未満の平均表面粗さを有する。導電層をエッチングするための方法も開示される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層をエッチングする方法であって、
前記導電層の少なくとも一部を転換し、
前記導電層の前記転換部分を実質的に除去し、約１０ｎｍ未満の平均表面粗さを有する残存表面を露出させるために、前記導電層をエッチングすることと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層は、銅層または銅合金層を含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の少なくとも一部の転換は、前記導電層の前記少なくとも一部を酸化することを含む、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の少なくとも一部の転換は、前記導電層の前記少なくとも一部を窒化することを含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層は、下位層の上に形成され、前記下位層は、基板の上に形成される、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
前記下位層は、障壁層である、方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、
前記導電層の少なくとも一部の転換は、前記導電層のほぼ全体を転換することと、および前記下位層の少なくとも一部を転換することを含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の少なくとも一部の転換、前記導電層の前記転換部分を実質的に除去するための前記導電層のエッチングとは、ほぼ同時に生じる、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の少なくとも一部の転換と、前記導電層の前記転換部分を実質的に除去するための前記導電層のエッチングとは、その場（in-situ）で生じる、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の前記転換部分を実質的に除去するための前記導電層のエッチングは、ＢＣｌ3によってエッチングすることを含む、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の少なくとも一部の転換は、塩素および酸素を含む酸化用混合物によって前記導電層の前記少なくとも一部を酸化することを含む、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の少なくとも一部の転換は、アルゴンおよび酸素を含む酸化用混合物によって前記導電層の前記少なくとも一部を酸化することを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の少なくとも一部の転換は、摂氏約２００度を超える温度で前記導電層の前記少なくとも一部を転換することを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の少なくとも一部の転換は、前記導電層の前記少なくとも一部をプラズマの中で転換することを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の前記転換部分を実質的に除去するための前記導電層のエッチングは、摂氏約１５０度未満の温度で前記導電層をエッチングすることを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の前記転換部分を実質的に除去するための前記導電層のエッチングは、動的液体メニスカスを用いてエッチングすることを含む、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法において、
前記導電層の前記転換部分を実質的に除去するための前記導電層のエッチングは、前記導電層をプラズマの中でエッチングすることを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法において、
前記残存表面の平均表面粗さは、前記導電層の前記転換部分の厚さの約０．０４倍未満である、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
前記導電層の少なくとも一部の転換と、前記導電層の前記転換部分を実質的に除去するための前記導電層のエッチングとは、ほぼ同時に生じる、方法。
【請求項２０】
銅層をエッチングする方法であって、
プラズマ室内で摂氏約２００度を越える温度で第１のプラズマによって前記銅層の少なくとも一部を酸化し、
前記銅層の前記酸化部分を実質的に除去し、約１０ｎｍ未満の平均表面粗さを有する残存表面を露出させるために、前記プラズマ室内で摂氏約１００度未満の温度で第２のプラズマによって前記銅層をエッチングする、前記銅層は、こと、
を備える方法。
【請求項２１】
導電層をエッチングするためのシステムであって、
基板を封入することができるプラズマ室であって、前記基板は、導電材料の露出層を有し、摂氏約２００度を超える温度で第１のプラズマを、摂氏約１００度未満の温度で第２のプラズマを維持することができる、プラズマ室と、
前記プラズマ室に結合された転換種ソースと、
前記プラズマ室に結合されたエッチング種ソースと、
前記プラズマ室に結合され、前記プラズマ室に入る前記転換種および前記エッチング種の流れを制御することができるコントローラであって、レシピを含むコントローラと、
を備えるシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムにおいて更に、
動的液体メニスカスエッチングプロセス室を備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、デュアルダマシン半導体製造プロセスに関し、より具体的には、半導体製造プロセスにおける、特徴および層の平坦化と、表面粗さの制御とを目的とした方法ならびにシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造では、デュアルダマシン製造プロセスが、ますます一般化している。代表的なデュアルダマシン製造プロセスでは、半導体基板または半導体基板上に形成された膜の中に形成された、予めパターン形成されたトレンチおよびビアの中に、１種類または複数種類の導電材料が堆積される。導電材料の超過部分、すなわち過剰部は、除去されることが多い。導電材料の過剰部は、不要で望ましくない部分であり、ダマシン特徴の作成、および後続処理に備えた均一で且つ平坦な表面の提供のために、除去する必要がある。
【０００３】
導電材料の過剰部は、一般に、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセス、電解研磨（ＥＣＰ）（例：エッチング）プロセス、およびＣＭＰとＥＣＰプロセスとを組み合わせたプロセスを通して半導体基板から除去される。これらの各プロセスは、深刻な欠点を有する。例えば、ＥＣＰは、一般に、スループットが比較的低く、均一性に乏しく、尚且つ非導電材料を効果的に除去することができない。
【０００４】
ＣＭＰは、物理的接触プロセスを必要とし、一般に、導電性の残留物を残し、様々な材料の腐食を引き起こし、除去を非均一にする結果となるうえ、相互接続および層間絶縁膜（ＩＬＤ）の上層を適切に平坦化することができない。ＣＭＰは、また、残存する相互接続およびＩＬＤ構造に対し、応力に関連した損傷（例：層間剥離、剥がれ）を与える可能性もある。ＣＭＰによって引き起こされた応力損傷は、最近使用される材料の持つ非常に乏しい層間接着性という特徴によって、更に増幅される。ＣＭＰプロセスの物理的力を低減させ、物理的応力の低下を図ると、スループットが許容不可能なレベルまで低下し、他のプロセス性能パラメータの悪化を招くことが多い。
【０００５】
以上からわかるように、残存する特徴（feature）に対する物理的応力を最小限に抑えつつ、層の少なくとも一部を除去し、ほぼ滑らかな表面を提供するための、改良されたシステムならびに方法が必要とされている。改良されたシステムおよび方法は、半導体製造での使用に適しており、デュアルダマシンプロセスまたは他の半導体製造プロセス等のプロセスに適用可能であることが望ましい。
【発明の開示】
【０００６】
概して、本発明は、導電層をエッチングするためのシステムおよび方法を提供することによって、これらの必要性を満たす。なお、本発明は、プロセス、装置、システム、コンピュータ可読媒体、またはデバイスを含む数多くの形態で実現可能であることを理解されるべきである。以下では、本発明のいくつかの実施形態が説明される。
【０００７】
一実施形態は、導電層をエッチングする方法であって、導電層の少なくとも一部を転換し、導電層の転換部分を実質的に除去し、残部表面を露出させるために、導電層をエッチングすることを備える方法を提供する。残部表面は、約１０ｎｍ未満の平均表面粗さを有する。
【０００８】
導電層は、銅層または銅合金層を含むことができる。導電層の少なくとも一部の転換は、導電層の少なくとも一部を酸化することを含むことができる。導電層の少なくとも一部の転換は、導電層の少なくとも一部を窒化することを含むことができる。
【０００９】
導電層は、下位層の上に形成することができる。下位層は、基板の上に形成することができる。下位層は、障壁層であることが可能である。導電層の少なくとも一部の転換は、導電層のほぼ全体を転換すること、および下位層の少なくとも一部を転換することを含むことができる。
【００１０】
導電層の少なくとも一部の転換は、導電層の転換部分を実質的に除去するための導電層のエッチングと、ほぼ同時に生じることができる。
【００１１】
導電層の少なくとも一部の転換は、導電層の転換部分を実質的に除去するための導電層のエッチングと、その場（in-situ）で生じることができる。
【００１２】
導電層の転換部分を実質的に除去するための導電層のエッチングは、ＢＣｌ3によってエッチングすることを含むことができる。導電層の少なくとも一部の転換は、塩素および酸素を含む酸化用混合物によって導電層の少なくとも一部を酸化することを含むことができる。
【００１３】
導電層の少なくとも一部の転換は、アルゴンおよび酸素を含む酸化用混合物によって導電層の少なくとも一部を酸化することを含むことができる。導電層の少なくとも一部の転換は、摂氏約２００度を超える温度で導電層の少なくとも一部を転換することを含むことができる。導電層の少なくとも一部の転換は、導電層の少なくとも一部をプラズマの中で転換することを含むことができる。
【００１４】
導電層の転換部分を実質的に除去するための導電層のエッチングは、摂氏約１５０度未満の温度で導電層をエッチングすることを含むことができる。導電層の転換部分を実質的に除去するための導電層のエッチングは、動的液体メニスカスを用いたエッチングを含むことができる。導電層の転換部分を実質的に除去するための導電層のエッチングは、導電層をプラズマの中でエッチングすることを含むことができる。
【００１５】
残部表面の平均表面粗さは、導電層の転換部分の厚さの約０．０４倍未満である。導電層の少なくとも一部の転換と、導電層の転換部分を実質的に除去するための導電層のエッチングとは、ほぼ同時に生じる。
【００１６】
別の一実施形態は、銅層をエッチングする方法であって、プラズマ室内で摂氏約２００度を越える温度で第１のプラズマによって銅層の少なくとも一部を酸化することを備える方法を提供する。銅層は、銅層の酸化部分を実質的に除去し、残存表面を露出させるために、エッチングされる。残存表面は、約１０ｎｍ未満の平均表面粗さを有する。銅層は、プラズマ室内で摂氏約１００度未満の温度で第２のプラズマによってエッチングされる。
【００１７】
更に別の一実施形態は、導電層をエッチングするためのシステムを提供する。システムは、プラズマ室を備える。プラズマ室は、基板を封入することができ、基板は、導電材料の露出層を有する。プラズマ室は、摂氏約２００度を超える温度で第１のプラズマを、摂氏約１００度未満の温度で第２のプラズマを維持することができる。システムは、また、プラズマ室に結合された転換種ソースと、プラズマ室に結合されたエッチング種ソースと、を備える。システムは、また、プラズマ室に結合されたコントローラを備える。コントローラは、プラズマ室に入る転換種およびエッチング種の流れを制御することができる。コントローラは、また、レシピを含む。システムは、また、動的液体メニスカスエッチングプロセス室を、随意に備えることもできる。
【００１８】
本発明の原理を例として示した添付の図面と関連させた以下の詳細な説明から、本発明の他の態様および利点が明らかになる。
【００１９】
添付の図面と関連させた以下の詳細な説明によって、本発明が容易に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
銅層をエッチングするための改良されたシステムおよび方法に関するいくつかの代表的な実施形態が説明される。当業者ならば、本明細書で定められた具体的な詳細の一部または全部を特定しなくても本発明が実施可能であることが明らかである。
【００２１】
半導体製造プロセスの導電材料として、銅および銅合金が広く使用されるようになっている。例えば、半導体内に形成されたデバイス間の相互接続を形成するために、多くの導電性のトレースおよびビアが使用されている。このような銅製および銅合金製の相互接続は、ダマシンおよびデュアルダマシンの構造内に形成されることが多い。
【００２２】
第１の層は、一般に、トレンチおよびビアホールを中に形成されている。次いで、それらのトレンチおよびビアホールの中と上とに、導電材料が満たされる。結果、導電材料のかなりの部分は、トレンチおよびビアホールの上に不均等に分布された過剰部を形成する。後続の半導体プロセスに備え、望ましくない短絡を回避すると共にほぼ平坦な表面を提供するためには、過剰部を除去する必要がある。
【００２３】
一般に、過剰部は、ＣＭＰプロセスまたは類似の機械的手段によって除去される。上述されたように、ＣＭＰは、あいにく、半導体構造に過剰な応力を及ぼすことによって、相互接続構造および下位層を損傷させる可能性がある。
【００２４】
エッチングおよび無応力平坦化のための様々な方法は、パターン形成された半導体基板を受け取り、パターン内の複数の特徴は、導電性の相互接続材料によって満たされ、導電性の相互接続材料は、非均一性を有する過剰部を有し、過剰部の上に追加層を形成し、複数の特徴に機械的応力を及ぼすことなく追加層および過剰部を平坦化し、追加層は、平坦化プロセス中にほぼ全体を除去されることを含む。過剰部の上への追加層の形成は、過剰部の上面および上部を化学転換することを含むことができる。過剰部の上面および上部の化学転換は、過剰部の上面を反応ガスに暴露することを含むことができる。反応ガスは、ハロゲンであることが可能である。追加層は、過剰部のハロゲン化反応生成物であることが可能である。追加層および過剰部の平坦化は、追加層と、過剰部の少なくとも一部とをエッチングすることを含むことができる。追加層および過剰部の平坦化は、追加層をエッチングすること、第２の追加層を形成すること、および第２の追加層をエッチングすることを含む、反復プロセスを含むことができる。反復プロセスは、その場（in-situ）で生じることができる。導電性の相互接続材料は、銅を含むことができる。
【００２５】
銅の超過層の除去および平坦化には、銅の超過層のエッチングを使用することができる。あいにく、従来の銅エッチングプロセスのほとんどは、銅エッチング面（すなわち、あとに残る銅表面）の表面粗さを過剰にする。過剰な表面粗さは、複数の経路を通じたデバイス故障の可能性を増大させる恐れがある。例えば、経路のほんの数例として、過剰な表面粗さは、ボイドの形成、障壁キャップまたは誘電体キャップの界面におけるエレクトロマイグレーション、抵抗率の変化、過剰な相互接続、およびビアの底における接触抵抗性等を促進することを挙げられる。電解研磨およびＣＭＰを含む他のエッチバック手法でも、同様の問題が生じる恐れがある。
【００２６】
図１Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、デュアルダマシンプロセスにおけるパターン形成後の半導体基板１００を示している。基板１００は、デュアルダマシン製造プロセス等の半導体製造プロセスの一環としてパターン形成されたものである。基板１００のパターン形成には、マスクを使用することができる。基板１００は、いくぶん隔離された大きな特徴１０２（例：トレンチ、ビア等など）と、いくぶん隔離された小さめの特徴１０４と、密集するいくつかの特徴１０６とを含む。また、障壁層１０８も含まれる。障壁層１０８は、一般に、基板１００とも導電性相互接続材料１２０とも異なる材料である。導電性相互接続材料１２０は、銅、銅合金、または他の適切な導電材料であることが可能である。
【００２７】
導電性相互接続材料１２０の過剰部１１０は、特徴１０２，１０４，１０６の上方に広がり、対応する過剰部１１０の厚さの局所的変化１２４，１１６，１１８を含む。図に示されるように、大きめの特徴１０２は、過剰部１１０の厚さの変化が僅かに小さい小さめの特徴１０４と比較して、対応する過剰部１１０の厚さの減少がいくぶん大きい。密集された特徴１０６では、過剰部１１０の厚さがいくぶん増大している。
【００２８】
代表的なエッチングプロセスは、導電性相互接続材料１２０の過剰部１１２を、ウエハ全域にわたってかなり均一な速度でエッチングするので、代表的なエッチングプロセスは、密集された特徴１０６に近い部分の障壁層１１０より前に、大きな特徴１０２に近い部分の障壁層１０８を露出させる。過剰部１１２は、上述のように、無応力平坦化プロセスで大部分を除去および平坦化することができる。
【００２９】
図１Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、半導体基板１００上の層１０８，１１０の断面図である。基板１００は、上に銅または銅合金の層１１０（銅層１１０）を形成された第１の下位層１０８（例：障壁層または基板）を有する。銅層１１０は、複数の結晶構造１１０Ａ〜１１０Ｄとして形成されている。各結晶構造１１０Ａ〜１１０Ｄは、方向の異なる複数種類の平行線模様で示されるように、異なる粒状構造を有する。結晶構造１１０Ａ〜１１０Ｄは、また、各結晶構造間に境界を形成することもできる。下位層１０８および銅層１１０は、合わせて厚さｈを有する。
【００３０】
図１Ｃおよび図１Ｄは、本発明の一実施形態にしたがった、代表的なエッチングプロセスを施された後の半導体基板１００上の層１０８，１１０の断面図である。先ず、図１Ｃに示されるように、銅層１１０はエッチングされ、このエッチングプロセスは、異なる結晶構造１１０Ａ〜１１０Ｄ間の境界に、かなりの大きさの谷１１２を形成した。例えば、銅層１１０の表面は深さｄまでエッチングされ、谷１１２は約ｄ’の深さを追加でエッチングされた。エッチングプロセスは、谷１１２を形成するべく境界を攻撃的にエッチングした。このため、残存銅層１１０の表面は、過剰に粗くなる可能性がある。
【００３１】
次に、図１Ｄに示されるように、銅層１１０がエッチングされた。このエッチングプロセスは、少なくとも一部には、エッチャント化学剤と結晶構造１１０Ａ〜１１０Ｄの配向との間における反応速度の違いゆえに、異なる結晶構造１１０Ａ〜１１０ｄを不均等にエッチングする結果となった。その結果、銅層１１０の表面は深さｄまでエッチングされ、谷１１４は約ｄ”の深さを追加でエッチングされた。谷１１４は、エッチャント化学剤と結晶構造１１０Ｂ，１１０Ｃとの間における第２のエッチングより速い、エッチャント化学剤と結晶構造１１０Ａとの間における第１のエッチング速度によって形成された。このため、残存銅層１１０の表面は、過剰に粗くなる可能性がある。
【００３２】
残存銅層１１０の過剰な粗面化は、また、境界をエッチングするエッチャント化学剤（すなわち、図１Ｃで説明されたようなもの）と、異なる結晶構造１１０Ａ〜１１０Ｄを不均等にエッチングするエッチャント化学剤との組み合わせによって生じる可能性もある。代表的な過剰な粗さは、従来のプラズマエッチバックプロセス後の段階で、約１０ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲である。所望の粗さは、約１０ｎｍ未満である。
【００３３】
プラズマ転換、およびその結果として得られる銅化合物の除去は、過剰な表面粗さを実質的に排除するために使用することができる。プラズマ転換および除去プロセスは、無応力のプロセスであるので、従来のＣＭＰで一般に遭遇されるような、障壁／誘電体の境界における剥離またはビアの引き出し等の応力関連の問題を排除する。
【００３４】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、半導体基板２００上に形成されえる層１０８，１１０の断面図である。図３は、本発明の一実施形態にしたがった、銅層１１０の一部を転換およびエッチングする方法工程３００のフローチャートである。図３Ａの工程３０５に示されるように、銅層１１０の表面の部分２０２は、より均一な材料に転換することができる。銅層１１０の表面の部分２０２は、上述のように、ハロゲン化生成物に転換することができる。
【００３５】
例えば、銅層１１０の表面の部分２０２は、酸化銅、窒化銅、またはそれらの混合に転換することができる。部分２０２の全体が、ほぼ均一な単一の材料からなるので、配向の異なる複数種類の結晶粒構造（例：上記の図１Ａ〜１Ｃの複数種類の結晶構造１１０Ａ〜１１０Ｄ）は存在しない。したがって、後続のエッチングプロセスは、より均一なエッチング速度およびより均一なエッチング結果を提供することができる。
【００３６】
再び図１Ａに示されるように、もし障壁層１０８が導電材料である場合は、障壁層１０８は、特徴１０２と特徴１０４との間に電気経路を提供する可能性がある。したがって、障壁層１０８を除去することが、しばしば望まれる。転換プロセス３０５は、また、下位層１０８の少なくとも一部を転換することを含むことができる。下位層１０８は、例えば、障壁層であることが可能である。障壁層１０８は、また、転換された銅層１１０全体および転換された障壁層１０８の両方を後続の単一のエッチングプロセスで除去可能にするために、酸化物または窒化物に転換することができる。あるいは、障壁層１０８は、銅層１１０の除去後に転換および除去することができる。
【００３７】
更に別の一代替形態では、工程３０５の転換プロセスは、障壁層１０８に対して選択的であることが可能である。例えば、導電層１１０は、銅で、障壁層１０８は、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、または他の適切な材料、またはそれらの化合物であることが可能である。工程３０５の転換プロセスは、銅層１１０を転換し、障壁層１０８に達すると停止する。これは、銅層を転換するために使用される転換用化学剤が、銅に対するのと比べて大幅に低いエッチング速度（例：約１０：１）を有するからである。
【００３８】
転換プロセス３０５は、銅層１１０を塩素と酸素との混合気に暴露することを含むことができる。例えば、塩素と酸素との混合気は、約５０％の塩素と約５０％の酸素とを含むことができる。あるいは、転換プロセス３０５は、銅層１１０を約５０％のアルゴンと約５０％の酸素との混合気に暴露することを含むことができる。あるいは、転換プロセス３０５は、銅層１１０を約５０％のアルゴンと約５０％の窒素との混合気に暴露することを含むことができる。転換プロセス３０５では、キセノン、水素（Ｈ2）、塩素（Ｃｌ2）、臭素（Ｂｒ2）、および塩酸（ＨＣｌ）のうちの１種または複数種を酸素に混合することもできる。更に別の一代替形態では、転換プロセス３０５は、銅層１１０を転換するために、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、および亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）のうちの１種または複数種に銅層１１０を暴露することを含むことができる。
【００３９】
転換プロセス３０５は、プラズマによって実施されてよい。あるいは、転換プロセス３０５は、プラズマを伴うことなく実施されてよい。転換プロセス３０５は、摂氏約−２０度未満から摂氏約３００度を超えるまでの温度で実施することができる。転換プロセス３０５は、任意の適切なプロセス室内で実施することができる。例えば、転換プロセス３０５は、約２ＭＨｚ未満から約２７ＭＨｚを超えるまでの周波数で動作する容量結合プラズマ室内または誘電結合プラズマ室内で実施することができる。転換プロセス３０５は、２００３年１２月２２日付けで出願された、Bailey IIIらによる米国特許出願第１０／７４４，３５５号「Small Volume Process Chamber with Hot Inner Surfaces（熱内面を有する小容量プロセス室）」に記載されるようなプラズマ室内で実施することができる。この文献は、引用によってその全体を本明細書に組み込まれるものとする。
【００４０】
転換プロセス３０５は、約１ミリトールから約１トールまでの圧力で実施されてよい。転換プロセス３０５は、約２０秒未満から約１分を超えるまでの時間を必要としてよい。転換プロセス３０５は、銅層１１０の上面を、約１００ｎｍ未満から約１５００ｎｍを超えるまでの範囲で転換することができる。
【００４１】
図２Ｂの工程３１０に示されるように、銅層１１０の表面の転換部分２０２は、エッチングプロセスで除去することができる。エッチングプロセス３１０は、銅層１１０のほぼ滑らかな表面２０４を残留させる（すなわち、表面２０４は、約１０ｎｍ未満の平均表面粗さを有する）。平均表面粗さは、表面２０４の３５ミクロン×３５ミクロンの領域における山と谷との間の平均差として定められる。エッチングプロセス３１０は、摂氏約ー２０度未満から摂氏約３００度を超えるまでの温度で実施することができる。
【００４２】
エッチングプロセス３１０は、ウェットエッチングまたはプラズマエッチングのいずれかであることが可能である。例えば、エッチングプロセス３１０は、転換プロセス３０５が実施されたのと同じプラズマ室内で、in-situで実施することができる。あるいは、エッチングプロセス３１０は、当該分野で周知のように、エッチングタンク内のウェットエッチングとして実施されるウェットエッチングであることが可能である。ウェットエッチングは、また、図４で後述されるように、動的液体メニスカスによって実施することもできる。
【００４３】
エッチングプロセス３１０は、下位にある導電層１１０の非転換部分に対して選択的であることが可能である。例えば、もし転換部分２０２が酸化銅に転換され、そのあとに銅層が残るならば、選択されたエッチャント化学剤は、残存銅を実質的にエッチングすることなく酸化銅を除去することができる。ＢＣｌ3を含むエッチング化学剤の、酸化銅対元素銅の選択性は、１０：１である。ＢＣｌ3を含むエッチング化学剤は、アルゴンとＢＣｌ3との混合を含むことができる。例えば、ＢＣｌ3を含むエッチング化学剤は、約４００ｎｍ／分から約７００ｎｍ／分までの速度で酸化銅をエッチングすることができ、元素銅に対するエッチング速度は、わずか約６０ｎｍ／分である。あるいは、エッチング化学剤は、障壁層１０８に対して選択性であることが可能である。
【００４４】
上述された１つまたは複数の実施形態では、残存表面の平均表面粗さは、導電層の転換部分の厚さの関数であることが可能である。例えば、もし、除去するべき導電層の所望の厚さが約２５０ｎｍであるならば、上述されたＡｒ／Ｏ2プロセスは、結果として、約１０ｎｍの表面粗さを有する表面をあとに残すことができる。繰り返し述べるが、Ａｒ／Ｏ2プロセスにおいて、平均表面粗さは、導電層の転換部分の厚さの約０．０４倍未満である。
【００４５】
転換プロセス３０５およびエッチングプロセス３１０は、連続する銅１１０の各部分を徐々に転換してエッチング除去するために、繰り返し使用することができる。
【００４６】
エッチングプロセス３１０は、１種類または複数種類の濃度のＢＣｌ3によって転換銅をエッチングすることを含むことができる。例えば、エッチングプロセス３１０中において、ＢＣｌ3は、ＢＣｌ3／アルゴン混合の約１０％から約１００％までであることが可能である。基板１００は、また、エッチングプロセス３１０中において、摂氏約３５０度を超える温度に加熱することができる。例えば、エッチングプロセス３１０中において、チャックによって、基板１００を支えると共に加熱することが可能である。エッチングプロセス３１０は、約１００ｎｍ／分から約７００ｎｍ／分までのエッチング速度を有することができる。
【００４７】
転換プロセス３０５およびエッチングプロセス３１０は、ほぼ同時的であることも可能である。例えば、約５０％のアルゴンと約５０％の酸素との混合気に、摂氏約２０度で銅層１１０を暴露すると、表面の転換およびエッチング除去が、ほぼ同時的に生じると考えられる。あるいは、アルゴンと酸素との混合気は、約２％から約１００％までの酸素と、約９８％から約０％までのアルゴンとを含む濃度範囲を含むことができる。転換プロセス３０５は、摂氏約−２０度未満から摂氏約３００度を超えるまでの範囲内で生じることができる。転換プロセスおよびエッチングプロセスのほぼ同時的な発生は、約１０ｎｍ／分から約２００ｎｍ／分までの速度で転換および除去を行うことができる。
【００４８】
転換プロセス３０５およびエッチングプロセス３１０は、異なる温度および圧力で、in-situで実施することができる。例えば、転換プロセス３０５は、摂氏約２００度を超える温度で施すことができ、エッチングプロセス３１０は、摂氏約１００度未満の温度で施すことができる。この温度のばらつきは、過剰部１１０の塊の除去後に残される極薄銅層における任意の銅凝集を大幅に低減させることができる。
【００４９】
エッチングプロセス３１０は、また、約５ｍＴから約１００ｍＴまでの圧力および摂氏約１００度未満の温度のもとで、約１０％から約１００％までのＢＣｌ3／アルゴン混合気を含むこともできる。プラズマは、約５００Ｗから約２０００Ｗまでの上部電源と、約１００Ｗから約１０００Ｗまでのチャックバイアスとによって生成することができる。
【００５０】
図４は、本発明の一実施形態にしたがった、動的液体メニスカス４１６を支えることができる近接ヘッド４２０を図示している。一実施形態において、近接ヘッド４２０は、洗浄、乾燥、エッチング、またはその他の処理操作を実施するために、ウエハ４００の上面４３０ａに近接した状態で移動する。なお、近接ヘッド４３０は、ウエハ４００の底面４３０ｂを処理する（例：洗浄、乾燥、エッチング等など）ために利用されてもよい点を理解されるべきである。一実施形態において、ウエハ４００は回転しているので、近接ヘッド４２０は、ウエハ４００の表面４３０ａを直線的に横断してよい。近接ヘッドが、ウエハ４００の表面４３０ａを横断するので、動的液体メニスカス４１６もまた、引っ張られて表面４３０ａを横断する。このようにして、動的液体メニスカス４１６は、ウエハ４００の表面４３０ａを横断することができる。動的液体メニスカス４１６が、ウエハ４００の表面４３０ａを横断することができるので、流体、粒子、および他の遊離物質は、ほぼ全て、表面４３０ａから引っ張られて除去される。このようにして、動的液体メニスカス４１６は、表面４３０ａを実質的に乾燥させる。
【００５１】
動的液体メニスカス４１６は、ウエハ４００の表面４３０ａと、近接ヘッド４２０との間の比較的狭い空間に形成される。動的液体メニスカス４１６は、ソース排出口４０４を通じた真空４１２と、ソース供給口４０６を通じた流体４１４（例：脱イオン水、エッチャント化学剤等など）とによって形成される。動的液体メニスカス４１６の形成を補助するために、供給ポート４０２を通じてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を追加することが可能である。ＩＰＡ４１０は、動的液体メニスカス４１６の縁を強化する。
【００５２】
動的液体メニスカス４１６は、いくつかのプロセスのうちの任意の１つまたは複数のプロセスに対応することができる。例えば、動的液体メニスカス４１６の形成にエッチング化学剤４１６が使用される場合には、動的液体メニスカスは、特定の位置に的を絞るおよび／または表面４３０ａ全体に実施することができるエッチングプロセスに対応することができる。同様に、動的液体メニスカス４１６の形成にすすぎ流体（例：脱イオン水）を使用し、１回の通過で表面４３０ａをすすぎ且つ乾燥するために使用することができる。
【００５３】
図５は、本発明の一実施形態にしたがった、導電層をエッチングするためのシステム５００の概略図である。システム５００は、第１のプロセス室５０２を含む。第１のプロセス室５０２は、上述のように、プラズマ室であることが可能である。システム５００は、また、プロセス室５０２に結合され、プロセス室５０２を制御することができる、コントローラ５１０を含む。コントローラ５１０は、レシピ５１２を含む。レシピ５１２は、第１のプロセス室５０２を動作させるために所望される、第１のプロセス室５０２用の全ての動作パラメータ（例：温度、圧力、流量、プロセスガス、タイミング、順序付け等など）を含む。例えば、レシピ５１２は、第１のプロセス室５０２に結合された１つまたは複数の転換種ソース５０４からの転換種（または種の組み合わせ）の流量および圧力を定めることができる。更に、レシピ５１２は、第１のプロセス室５０２に結合された１つまたは複数のエッチング種ソース５０６からのエッチング種（または種の組み合わせ）の流量および圧力を定めることができる。
【００５４】
システム５００は、第２のプロセス室５２０を含むこともできる。第２のプロセス室５２０は、ウェットエッチングプロセス室等のエッチング室、または動的液体メニスカス用のプロセス室であることが可能である。第２のプロセス室５２０は、上述のように、プラズマエッチングを実施するための別個のプラズマ室であることも可能である。
【００５５】
１枚または複数枚の導電層（例：銅層および／または下位の障壁層）を転換およびエッチングする上記の実施形態は、代表的なものとして、銅エッチバックプロセスとの関連で説明された。しかしながら、パターンめっきプロセスおよびパターン形成プロセスに対しても、ほぼ同様のプロセスを施すことができる点が理解されるべきである。
【００５６】
図６Ａ〜６Ｅは、本発明の一実施形態にしたがった、パターンめっきプロセスに適用される転換およびエッチングのプロセスを示している。先ず、図６Ａに示されるように、基板６０２は、その上に第１の層６０４を形成されている。第１の層６０４の上には、種子層６０６が形成される。種子層は、図６Ｂに示されるようにパターン内に形成される材料（例:銅）の、比較的薄い層であることが可能である。パターン形成技術によって、パターン６０８が形成される。パターン６０８は、フォトレジスト材料で形成することができる。
【００５７】
次に、図６Ｂに示されるように、パターン６０８の中に銅の層６１０が堆積された。種子層は、銅層６１０の接着を助ける。図６Ｃに示されるように、パターン６０８は、除去された。パターン６０８は、任意の適切な方法によって除去することができる。例えば、パターン６０８を形成するフォトレジスト材料は、適切な波長の光にフォトレジストを暴露させ、次いで、すすぎ／洗浄プロセスで取り除くことによって、除去することができる。パターン６０８の除去は、銅層６１０の断片間に間隔６０８Ａのパターンを残留させる。フォトレジスト６０８が除去されたので、下位にある種子層６０６の部分が再び露出される。
【００５８】
次に、図６Ｄに示されるように、銅６１０の比較的薄い上層６１０Ａを転換（例：酸化または窒化）するために、上記の図２Ａ〜３で説明された転換プロセスを施すことができる。種子層６０６の露出部分６０６Ａもまた、上記の図２Ａ〜３で説明された転換プロセスによって転換（例：酸化または窒化）することができる。種子層６０６の露出部分６０６Ａは、銅６１０の比較的薄い上層６１０Ａが転換されるのとほぼ同時に転換することができる。
【００５９】
次に、図６Ｅに示されるように、エッチングプロセスは、比較的薄い上層６１０Ａと、種子層６０６の転換部分６０６Ａとを除去した。その結果、銅層６１０の断片間の間隔６０８Ｂのパターンが、第１の層６０４にまで達する。種子層６０６の転換部分６０６Ａの除去は、銅層６１０の断片間の、望ましくない導電性相互接続を除去する。
【００６０】
図７Ａ〜７Ｅは、本発明の一実施形態にしたがった、パターン形成プロセスに施される転換およびエッチングのプロセスを示している。先ず、図７Ａに示されるように、基板７０２は、その上に第１の層７０４を形成されている。第１の層７０４の上には、種子層７０６が形成される。種子層７０６の上には、導電層７０８が形成される。種子層７０６は、導電層７０８の材料（例:銅）の、比較的薄い層であることが可能である。種子層７０６は、他の任意の適切な材料であることも可能である。種子層７０６は、銅層７０８の接着を助ける。パターン形成技術によって、パターン７１０が形成される。パターン７１０は、ハードマスクであることが可能である。
【００６１】
次に、図７Ｂに示されるように、導電層７０８のうち、パターン７１０に覆われていない部分７０８Ａが、上記の図２Ａ〜３で説明されたように転換（例：酸化または窒化）される。図７Ｃに示されるように、パターン７１０は、除去された。パターン７１０は、任意の適切な方法によって除去することができる。例えば、パターン７１０を形成するハードマスク材料は、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって除去することができる。
【００６２】
次に、図７Ｄに示されるように、導電層７０８の転換（例：酸化または窒化）部分７０８Ａを除去するために、上記の図２Ａ〜３で説明されたエッチングプロセスを使用することができる。導電層７０８の転換部分７０８Ａの除去は、種子層７０６の部分を露出させることができる。
【００６３】
次に、図７Ｅに示されるように、種子層７０６の露出部分７０６Ａも、上記の図２Ａ〜３で説明された転換プロセスによって転換（例：酸化または窒化）することができる。種子層７０６の露出部分７０６Ａは、導電層７０８の転換部分７０８Ａが転換されるのとほぼ同時に転換することができる。種子層７０６の転換部分７０６Ａは、図６Ｅで説明されたように除去することができる。種子層７０６の転換部分７０６Ａの除去は、銅層７０８Ａの断片間の、望ましくない導電性相互接続を除去する。
【００６４】
本明細書で説明された、本発明を構成する任意の工程は、有用なマシン工程である。本発明は、また、これらの工程を実施するためのデバイスまたは装置にも関する。装置は、所要の目的のために特別に構築された装置であってもよいし、またはコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化される、もしくは構成される汎用コンピュータであってもよい。具体的に言うと、本明細書の教示内容にしたがって記述されたコンピュータプログラムと共に様々な汎用マシンが使用されてもよいし、または、所要の工程を実施するために、より専用の装置を構築するほうが好都合な場合もある。
【００６５】
本発明は、また、コンピュータ可読媒体上にコンピュータ可読コードとして組み込むこともできる。コンピュータ可読媒体は、後ほどコンピュータシステムによって読み出されるデータを格納することができる任意のデータストレージデバイスである。コンピュータ可読媒体の例は、ハードドライブ、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、ならびに他の光学式および非光学式データストレージを含む。コンピュータ可読媒体は、また、コンピュータ可読コードが分散方式で格納および実行されるように、ネットワークに結合されたコンピュータシステムに分散されることが可能である。
【００６６】
更には、上記の図面に示された工程によって表される命令が、必ずしも示された順序で実施される必要はないこと、そして、工程によって表される必ずしも全ての処理が、本発明を実施するために必要とされるわけではないことが、理解されるべきである。更に、上記の任意の図面で説明されたプロセスは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、もしくはハードディスクドライブのうちの、任意の１つまたは組み合わせに格納されたソフトウェアとして実現することもできる。
【００６７】
以上では、理解を明確にする目的で、いくらか細部にわたって発明の説明がなされたが、添付の特許請求の範囲内で、特定の変更および修正が可能であることは明らかである。したがって、上述した実施形態は、例示を目的としたものであって、限定を目的としたものではなく、本発明は、上記の細部に限定されることはなく、添付した特許請求の範囲およびそれらのあらゆる等価形態の範囲内で変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、デュアルダマシンプロセスにおけるパターン形成後の半導体基板を示す説明図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、半導体基板上の層の断面図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態にしたがった、代表的なエッチングプロセスを施された後の半導体基板上の層の断面図である。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態にしたがった、代表的なエッチングプロセスを施された後の半導体基板上の層の断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、半導体基板上に形成されえる層の断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、半導体基板上に形成されえる層の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にしたがった、銅層の一部を転換およびエッチングする方法工程のフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態にしたがった、動的液体メニスカスを支えることができる近接ヘッド４２０を図示している。
【図５】本発明の一実施形態にしたがった、導電層をエッチングするためのシステムの概略図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、パターンめっきプロセスに適用される転換およびエッチングのプロセスを示す説明図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、パターンめっきプロセスに適用される転換およびエッチングのプロセスを示す説明図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態にしたがった、パターンめっきプロセスに適用される転換およびエッチングのプロセスを示す説明図である。
【図６Ｄ】本発明の一実施形態にしたがった、パターンめっきプロセスに適用される転換およびエッチングのプロセスを示す説明図である。
【図６Ｅ】本発明の一実施形態にしたがった、パターンめっきプロセスに適用される転換およびエッチングのプロセスを示す説明図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、パターン形成プロセスに適用される転換およびエッチングのプロセスを示す説明図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、パターン形成プロセスに適用される転換およびエッチングのプロセスを示す説明図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態にしたがった、パターン形成プロセスに適用される転換およびエッチングのプロセスを示す説明図である。
【図７Ｄ】本発明の一実施形態にしたがった、パターン形成プロセスに適用される転換およびエッチングのプロセスを示す説明図である。
【図７Ｅ】本発明の一実施形態にしたがった、パターン形成プロセスに適用される転換およびエッチングのプロセスを示す説明図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【国際調査報告】
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