(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタック内の銅構造の下のバリア膜を開口する方法であって、
ドライプラズマ処理チャンバ内に前記スタックを配置する工程と、
パルス化されたガスを前記ドライプラズマ処理チャンバ内に供給する工程であって、
Ｈ2高流量期間を有するようにパルス化されたＨ2含有ガスを供給する工程と、
ハロゲン含有ガス高流量期間を有するようにパルス化されたハロゲン含有ガスを供給する工程とを含み、
前記パルス化されたＨ2含有ガスおよび前記パルス化されたハロゲン含有ガスは、異なる位相でパルス化され、前記Ｈ2高流量期間は、前記ハロゲン含有ガス高流量期間よりも長い工程と、
前記パルス化されたガスをプラズマ化する工程と、
前記銅構造および前記バリア膜を前記プラズマに暴露させて、前記プラズマが前記バリア膜をエッチングする工程と
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記パルス化されたガスをプラズマ化する工程は、
前記パルス化されたガスを前記ドライプラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、一定なＲＦ電力信号を供給する工程と、
前記パルス化されたガスを前記ドライプラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、一定なバイアス電力を供給する工程と
を含む方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、さらに、前記パルス化されたガスを前記ドライプラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、一定流量の不活性搬送ガスを備える方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記パルス化されたハロゲン含有ガスは、ＨＢｒ、ＢＣｌ3、Ｃｌ２、ＣＦ4、または、ＮＦ3の内の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記Ｈ2高流量期間と前記ハロゲン含有ガス高流量期間との比は、２：１から２０：１の間（境界も含む）である方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記Ｈ2含有ガスおよびハロゲン含有ガスは、完全に逆位相でパルス化される方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、さらに、前記パルス化されたガスを前記ドライプラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、一定流量の不活性搬送ガスを備える方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記バリア膜は、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、または、ＴｉＮの内の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記パルス化されたガスをプラズマ化する工程は、
前記パルス化されたガスを前記ドライプラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、パルス化されたＲＦ電力信号を供給する工程と、
前記パルス化されたガスを前記ドライプラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、パルス化されたバイアス電力を供給する工程と
を含む方法。
【請求項１０】
スタック内の銅構造の下のＣｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、または、ＴｉＮの内の少なくとも１つを含むバリア膜を開口する方法であって、
ドライプラズマ処理チャンバ内に前記スタックを配置する工程と、
一定流量の不活性搬送ガスを供給する工程と、
パルス化されたガスを前記ドライプラズマ処理チャンバ内に供給する工程であって、
Ｈ2高流量期間を有するようにパルス化されたＨ2含有ガスを供給する工程と、
ハロゲン含有ガス高流量期間を有するようにパルス化されたハロゲン含有ガスであって、ＨＢｒ、ＢＣｌ3、Ｃｌ2、ＣＦ4、または、ＮＦ3の内の少なくとも１つを含むパルス化されたハロゲン含有ガスを供給する工程とを含み、
前記パルス化されたＨ2含有ガスおよび前記パルス化されたハロゲン含有ガスは、異なる位相でパルス化され、前記Ｈ2高流量期間と前記ハロゲン含有ガス高流量期間との比は、２：１から２０：１の間（境界も含む）である工程と、
前記一定流量のおよび前記パルス化されたガスをプラズマ化する工程であって、
前記一定流量のガスおよび前記パルス化されたガスを前記ドライプラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、２００から１０００ワットの間のＲＦ電力信号を供給する工程と、
前記一定流量のガスおよび前記パルス化されたガスを前記ドライプラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、５０から５００ボルトの間のバイアス電力を供給する工程とを含む工程と、
前記銅構造および前記バリア膜を前記プラズマに暴露させて、前記プラズマが前記バリア膜をエッチングする工程と
を備える方法。
【請求項１１】
銅構造の下のバリア膜を開口する方法であって、少なくとも１サイクルのウェット処理およびドライ処理を提供する工程を備え、各サイクルは、
前記銅構造の下の前記バリア膜のウェット処理を提供する工程と、
前記銅構造の下の前記バリア膜のドライプラズマスパッタリングを提供する工程と
前記ウェット処理および前記ドライ処理を提供する工程の後に、ドライハロゲン含有エッチングを提供する工程と、
を連続的に含み、
前記ドライハロゲン含有エッチングは、
連続的な不活性ガスを供給する工程と、
パルス化されたＨ2ガスを供給する工程と、
前記パルス化されたＨ2ガスと異なる位相で、パルス化されたハロゲン含有ガスを供給する工程と、
残りのバリア膜をエッチングするプラズマを形成する工程と
を含み、
前記サイクルは、少なくとも３回繰り返され、
前記ウェット処理を提供する工程は、酸、緩衝剤、または、キレート剤の浴、もしくは、アセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン、または、過酸化水素の内の少なくとも１つを含む浴を供給し、
前記バリア膜は、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、または、ＴｉＮの内の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、さらに、
前記ウェット処理およびドライ処理を提供する工程の後かつ残りのバリア膜の前記ドライハロゲン含有エッチングの前に、前記銅構造に対して炭素、ＳｉＮ、または、アルミニウムの蒸着を提供する工程を備える方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、前記ドライハロゲン含有エッチングを提供する工程は、
Ｈ2およびハロゲンを含むエッチングガスを供給する工程と、
前記エッチングガスをプラズマ化する工程と
を含む方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であって、前記ドライプラズマスパッタリングは、ハロゲンを用いない方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法であって、前記ドライプラズマスパッタリングは、Ｃｕ腐食を引き起こさないような低いハロゲン含有量を有する方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方法であって、さらに、５０から４００ボルトのバイアスを供給する工程を備え、前記プラズマを形成する工程は、２００から１０００ワットのＲＦ電力を供給する工程を含む方法。
【請求項１７】
銅構造の下のバリア膜を開口する方法であって、少なくとも１サイクルを含むウェットおよびドライ処理を提供する工程を備え、各サイクルは、
前記銅構造の下の前記バリア膜のウェット処理を提供する工程と、
前記銅構造の下の前記バリア膜のドライプラズマスパッタリングを提供する工程と
前記ウェット処理および前記ドライ処理を提供する工程の後に、ドライハロゲン含有エッチングを提供する工程と、
を連続的に含み、
前記ドライハロゲン含有エッチングは、
連続的な不活性ガスを供給する工程と、
パルス化されたＨ2ガスを供給する工程と、
前記パルス化されたＨ2ガスと異なる位相で、パルス化されたハロゲン含有ガスを供給する工程と、
残りのバリア膜をエッチングするプラズマを形成する工程と
を含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、さらに、
前記ウェットおよびドライ処理を提供する工程の後かつ残りのバリア膜の前記ドライハロゲン含有エッチングの前に、前記銅構造に対して炭素、ＳｉＮ、または、アルミニウムの蒸着を提供する工程を備える方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法であって、前記ドライハロゲン含有エッチングを提供する工程は、
Ｈ2およびハロゲンを含むエッチングガスを供給する工程と、
前記エッチングガスをプラズマ化する工程と
を含む方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法であって、前記ドライプラズマスパッタリングは、ハロゲンを用いない方法。
【請求項２１】
請求項１７に記載の方法であって、前記ドライプラズマスパッタリングは、Ｃｕ腐食を引き起こさないような低いハロゲン含有量を有する方法。
【請求項２２】
請求項１７に記載の方法であって、さらに、５０から４００ボルトのバイアスを供給する工程を備え、前記プラズマを形成する工程は、２００から１０００ワットのＲＦ電力を供給する工程を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照：
本願は、米国特許法第１１９条の下、２０１４年１０月９日出願の米国仮特許出願第６２／０６１，７７４号「ＮＯＶＥＬ  ＭＥＴＨＯＤ  ＴＯ  ＥＴＣＨ  ＣＯＰＰＥＲ  ＢＡＲＲＩＥＲ  ＦＩＬＭ」の優先権を主張し、この仮出願は、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、半導体ウエハ上に半導体デバイスを形成する方法に関し、特に、半導体デバイスを形成する際の銅パターニングに関する。
【発明の概要】
【０００３】
本発明によれば、スタック内の銅構造の下のバリア膜を開口する方法が提供されている。スタックは、ドライプラズマ処理チャンバ内に配置される。パルスガスが、プラズマ処理チャンバ内に供給され、パルスガスを供給する工程は、パルスＨ2含有ガスを供給する工程と、パルスハロゲン含有ガスを供給する工程とを含み、パルスＨ2含有ガスおよびパルスハロゲン含有ガスは、異なる位相でパルス化され、パルスＨ2含有ガスは、Ｈ2高流量期間を有し、パルスハロゲン含有ガスは、ハロゲン含有ガス高流量期間を有し、Ｈ2高流量期間は、ハロゲン含有ガス高流量期間よりも長い。パルスガスは、プラズマ化される。銅構造およびバリア膜をプラズマに暴露されて、プラズマがバリア膜をエッチングする。
【０００４】
本発明の別の態様では、スタック内の銅構造の下のＣｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、または、ＴｉＮの内の少なくとも１つを含むバリア膜を開口する方法が提供されている。スタックは、ドライプラズマ処理チャンバ内に配置される。一定流量の不活性搬送ガスが供給される。パルスガスがプラズマ処理チャンバ内に供給され、パルスガスを供給する工程は、パルスＨ2含有ガスを供給する工程と、ＨＢｒ、ＢＣｌ3、Ｃｌ2、ＣＦ4、または、ＮＦ3の内の少なくとも１つを含むパルスハロゲン含有ガスを供給する工程とを含み、パルスＨ2含有ガスおよびパルスハロゲン含有ガスは、異なる位相でパルス化され、パルスＨ2含有ガスは、Ｈ2高流量期間を有し、パルスハロゲン含有ガスは、ハロゲン含有ガス高流量期間を有し、Ｈ2高流量期間とハロゲン含有ガス高流量期間との比は、２：１から２０：１の間（境界も含む）である。パルスガスはプラズマ化され、その工程は、パルスガスをプラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、２００から１０００ワットの間のＲＦ電力信号を供給する工程と、パルスガスをプラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、５０から５００ボルトの間のバイアス電力を供給する工程とを含む。銅構造およびバリア膜をプラズマに暴露されて、プラズマがバリア膜をエッチングする。
【０００５】
本発明の別の態様では、銅構造の下のバリア膜を開口する方法が提供されている。少なくとも１サイクルを含むウェットおよびドライ処理が提供され、各サイクルは、銅構造の下のバリア膜のウェット処理を提供する工程と、銅構造の下のバリア膜のドライプラズマスパッタリングを提供する工程とを連続的に含む。
【０００６】
本発明の別の態様では、銅構造の下のＣｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、または、ＴｉＮの内の少なくとも１つを含むバリア膜を開口する方法が提供されている。少なくとも３サイクルを含むウェットおよびドライ処理が提供され、各サイクルは、酸、緩衝剤、または、キレート剤の浴、もしくは、アセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン、または、過酸化水素の内の少なくとも１つを含む浴を供給することにより、銅構造の下のバリア膜のウェット処理を提供する工程と、銅構造の下のバリア膜のドライプラズマスパッタリングを提供する工程とを連続的に含む。ウェットおよびドライ処理を提供する工程の後に、炭素の蒸着が銅構造に対して提供される。炭素の蒸着を供給する工程の後に、ドライハロゲン含有エッチングが提供される。
【０００７】
添付の図面を参照しつつ行う本発明の詳細な説明において、本発明の上述の特徴およびその他の特徴を詳述する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
添付の図面では、限定ではなく例示を目的として本発明を図示する。なお、これらの添付図面においては、同様の構成要素には同様の符号が付されている。
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の概略的な製造工程図。
【００１０】
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す断面図。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す断面図。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す断面図。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す断面図。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す断面図。
【図２Ｆ】本発明の一実施形態に従って処理されたスタックを示す断面図。
【００１１】
【図３】本発明の別の実施形態の概略的な製造工程図。
【００１２】
【図４】本発明の一実施形態で利用されるプラズマ処理システムを示す概略図。
【００１３】
【図５】本発明の一実施形態で利用可能なコンピュータシステムを示す概略的なブロック図。
【００１４】
【図６】パルス処理の一例の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、添付図面に例示されたいくつかの好ましい実施形態を参照しつつ、本発明の詳細な説明を行う。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理工程および／または構造については、詳細な説明を省略した。
【００１６】
現在のデュアルダマシンスキームでは、小形状（＜Ｌ１０）でのＣｕ抵抗が、銅粒子サイズの制約により増大する。Ｃｕ抵抗を低減するために、Ｃｕエッチングを無くすことが、先進技術ノード（＜Ｌ７）用のＢＥＯＬ相互接続のために研究されてきた。プラズマエッチングによるＣｕパターニングには著しい進歩があるが、Ｃｕ膜の下のバリア膜の開口が、最大の課題になっている。Ｃｕバリアには、通例、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｔａ、および、ＴａＮなどの材料が利用されており、ハロゲンプラズマが、従来の膜スタック内のＴａ／ＴａＮ膜をエッチングするための一般的な化学的選択である。しかしながら、Ｃｕが含まれると、ハロゲン化学がＣｕ膜を腐食させ、パターンの歪みおよび膜の劣化を引き起こす。イオンスパッタリング法（非ハロゲン）を用いたバリア膜の除去は、先細ないし先太のプロファイルを持つ低誘電率トレンチ領域へのＴａ／ＴａＮ再蒸着を引き起こして、ライン間の分離の失敗を起こしうる。したがって、Ｃｕエッチングスキーム作業を行うために、側壁への金属蒸着なしにバリアを除去する新しい方法、および、より良好な底部のＣＤ制御を見つけることが非常に求められている。
【００１７】
本発明の理解を促すために、図１は、本発明の一実施形態のハイレベルフローチャートを示す。銅構造の下にバリア膜を備えたスタックが準備される（工程１０４）。少なくとも１サイクルの循環処理（工程１０８）が、バリア膜のウェット処理（工程１１２）およびバリア膜のドライスパッタリング（工程１１６）を提供する。炭素層が、銅構造の上に蒸着される（工程１２０）。ハロゲン含有ドライエッチング処理を用いて、バリア膜のエッチングを完了させる（工程１２４）。
【００１８】
一実施形態のさらに具体的な例において、銅構造の下にバリア膜を備えたスタックが準備される（工程１０４）。図２Ａは、銅構造２１２の下に蒸着されたバリア膜２０８の下に基板２０４を備えたスタック２００を示す概略断面図である。この実施形態では、マスク２１６が、銅構造２１２の上にある。様々な実施形態において、マスク２１６は、１または複数の層によって形成されてもよいし、１または複数の層が、マスク２１６と銅構造２１２との間に配置されてもよい。さらに、１または複数の層が、バリア膜２０８と銅構造２１２との間、または、バリア膜２０８と基板２０４との間に配置されてもよい。
【００１９】
この実施形態において、銅構造２１２は、純銅である。別の実施形態において、銅構造は、銅合金である。バリア膜２０８は、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｐｔ、Ｗ、または、ＴａＮの内の少なくとも１つである。
【００２０】
少なくとも１サイクルの循環処理が、バリア膜をエッチングするために提供される（工程１０８）。各サイクルは、バリア膜のウェット処理（工程１１２）およびバリア膜のドライスパッタリング（工程１１６）を含む。この実施形態において、ウェット処理は、バリア膜２０８のエッチングに効果的でありつつ、銅構造２１２をエッチングも劣化もさせない浴を含む。バリア膜２０８が、Ｃｏ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、または、ＴａＮである場合、ウェット処理浴は、酸、緩衝剤、キレート剤であるか、または、アセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトンを含む。酸浴は、酢酸またはギ酸の一方を含んでよく、緩衝剤は、酢酸またはギ酸と共に水酸化アンモニウム緩衝剤を含んでよく、キレート剤は、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ピリジン−２，３−ジカルボン酸、メソ−２，３−ジメルカプトコハク酸、および、２，３−ジメルカプト−１−プロパノールを含んでよい。バリア膜２０８が、ＴａまたはＴａＮである場合、ウェット処理浴は、過酸化水素およびＣｕ腐食防止剤（＜１０重量％の腐食防止剤）と混合された有機溶媒を含む。有機溶媒の例は、メタノール、エタノール、プロパノール、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、アセトン、エチレングリコール、酢酸エチル、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）などである。好ましいＣｕ腐食防止剤は、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）であり、腐食防止剤は、１）３−アミノ−１，２，４−トリアゾール（ＡＴＡ）、テトラゾール（ＴＴＡ）などのアゾール、２）Ｎ−フェニル−１，４−フェニレンジアミン（ＮＰＰＤ）などのアミン、３）システインおよびトリプトファンなどのアミノ酸、４）ベンゼンチオールおよび置換ベンゼンチオールなどのチオール基クーポンであってもよい。具体的なレシピは、３１重量％のＨ2Ｏ2と、４０重量％ＤＭＳＯ、０．４重量％ＢＴＡの半水溶液との１：１体積混合物であってよい。１０ｎｍのＴａＮ膜が、１５分間６０℃のこの混合物に暴露されることによって除去されうる。
【００２１】
この実施形態において、バリア膜のドライスパッタリング（工程１１６）は、腐食を起こさないＣｕバリア後ドライエッチングを提供し、これは、Ｈ2などのハロゲン捕捉種と共に、低濃度のハロゲン化学物質（ＢＣｌ3、ＨＢｒ、ＣＦ4、ＮＦ3、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＨＩ、ＣＨＦ3を含むが、これらに限定されない）を用いることによって達成される。Ｈ2流量とハロゲン流量との比を調整することにより、Ｃｕ腐食を避けつつ、バリア層を化学的にドライエッチングすることができる。ドライスパッタリングは、少量のハロゲン（この実施形態においては、２０ｓｃｃｍ以下のハロゲン）と、５００ｓｃｃｍのＨ2とを含むスパッタリングガスを提供する。好ましくは、この実施形態は、Ｈ2とハロゲンとの流量比が５：１から２００：１の範囲にあるスパッタリングガスを提供する。Ｈ2とハロゲンとの流量比は、５：１から５０：１の間であることがより好ましい。プラズマ電源は、５０Ｗ〜１０００Ｗの励起電力、２ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒのチャンバ圧、２０Ｖ〜６００Ｖｂのバイアス電圧、および、１０℃〜１２０℃の静電チャックの温度を提供する。バイアスは、１００Ｖ〜５００Ｖの間であることがより好ましい。バイアスは、２００Ｖ〜４００Ｖの間であることが最も好ましい。
【００２２】
このアプローチにおいて、バリア膜は、最初に膜をほぐした後に光ドライスパッタリングエッチングで異方性プロファイルを形成するために、ウェット化学処理される。図２Ｂは、ウェット処理（工程１１２）を施した後のスタック２００の概略断面図である。バリア膜２０８の上面は、波打った線で示すように、ウェット処理によってほぐれている。図２Ｃは、ドライスパッタリング処理（工程１１６）を施した後のスタック２００の概略断面図である。異方性プロファイル２２４が形成されている。図２Ｄは、ウェット処理（工程１１２）およびドライスパッタリング（工程１１６）の複数サイクル後のスタック２００の概略断面図である。この例において、バリア膜２０８は、実質的にエッチングされているが、完全にはエッチングされていない。
【００２３】
別の実施形態において、ウェットおよびドライサイクル（工程１０８）は、最初に光ドライスパッタリングで始まり、その後、損傷を受けた膜のウェット除去（工程１１２）に進んでよい。この手順は、所望の効果を達成するために複数回繰り返されてよく、化学的にバリア膜を除去してバリアをトレンチ内にスパッタリングしないように、Ｃｕ膜の完全性を守ることが重要である。
【００２４】
炭素層が、銅構造上に蒸着される（工程１２０）。この保護層は、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、ＣＨ3Ｆ、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ4Ｆ8、および、Ｃ4Ｆ6などの化学物質（ただし、これらに限定されない）で形成されてよい。さらに、ウエハにわたる保護層の均一性を制御するために、Ｈ2およびＮ2などの他のガス（ただし、これらに限定されない）が、化学物質に追加されてもよい。図２Ｅは、炭素層２３２が蒸着された（工程１２０）後のスタック２００の概略断面図である。
【００２５】
ハロゲンを用いたドライエッチング処理（工程１２４）が、バリア膜２０８のエッチングを完了させるために用いられる。この実施形態ではて、Ｈ2／ハロゲンを用いたエッチング処理が提供される。上述したようなＨ2／ハロゲンを用いたエッチング処理が用いられてよい。図２Ｆは、ハロゲンを用いたドライエッチング処理（工程１２４）後のスタック２００の概略断面図である。この実施形態において、バリア膜２０８は完全にエッチングされており、その下にある基板２０４は部分的にエッチングされている。
【００２６】
この実施形態は、ドライまたはウェットのみでは所望の結果に達することができない場合に、ドライおよび化学作用を組み合わせた相互作用によってバリア膜の除去を強化する。各層におけるドライプラズマ処理と正しいウェット化学物質との相互作用は、プロファイル、側壁蒸着、および、Ｃｕ膜統合制御の最適な結果を得るために調整できる。
【００２７】
この実施形態は、Ｃｕエッチングバリア開口処理の課題を解決できる。この実施形態は、ウェット処理のみの場合に起きるテーパ状のプロファイルおよび短絡を引き起こす低トレンチ領域における金属蒸着を防ぐ。この実施形態は、ウェット処理のみの場合に起きるＣｕ膜への攻撃およびバリア膜の等方性アンダーカットも防ぐ。この実施形態のドライおよびウェット除去の組み合わせは、トレンチ内に金属を蒸着することなしにバリア膜の異方性除去を達成するように、処理を調整することができる。プラズマ条件は、弱いウェット化学物質が、Ｃｕ膜に影響を与えずに、損傷した膜を除去できるように、損傷したバリア層を作るように調整されてよい。複数工程の繰り返しが、バリア材料の異なる膜スタックを除去するために適用されてよい。
【００２８】
炭素膜蒸着は、マスクを侵食から、Ｃｕラインを腐食から保護するのに役立つ。
【００２９】
別の実施形態において、ドライスパッタリングは、ハロゲンを用いない処理である。別の実施形態においては、炭素蒸着処理は、ＳｉＮまたはＡｌＯｘ（酸化アルミニウム）の蒸着に置き換えられてもよく、それにより、スペーサ蒸着を用いて、Ｃｕラインおよびマスクを保護してよい。
【００３０】
別の実施形態において、循環処理は、バリア膜２０８を完全に除去する。かかる実施形態では、炭素蒸着工程およびハロゲンエッチングは利用されない。一実施形態において、ウェットおよびドライ処理は、少なくとも３サイクル繰り返される。
【００３１】
図３は、本発明の別の実施形態のハイレベルフローチャートである。銅構造の下にバリア膜を備えたスタックが、プラズマ処理チャンバ内に配置される（工程３０４）。連続ガスおよびパルスガスが、プラズマ処理チャンバに流される（工程３０８）。連続ガスおよびパルスガスは、プラズマ化される（工程３１２）。プラズマを用いて、銅構造を損傷することなしにバリア膜を完全にエッチングする（工程３１６）。エッチングが完了すると、連続ガスおよびパルスガスの流れが停止される（工程３２０）。完全にエッチングされたスタックが、プラズマ処理チャンバから取り出される（工程３２４）。
【００３２】
図４は、本発明のこの実施形態で利用可能なプラズマ処理ツール４０１を含むプラズマ処理システム４００の概略図である。プラズマ処理ツール４０１は、誘導結合プラズマエッチングツールであり、プラズマ処理チャンバ４０４を有するプラズマリアクタ４０２を備える。変成器結合電力（ＴＣＰ）コントローラ４５０およびバイアス電力コントローラ４５５が、それぞれ、プラズマ処理チャンバ４０４内で生成されるプラズマ４２４に影響を与えるＴＣＰ電源４５１およびバイアス電源４５６を制御する。
【００３３】
ＴＣＰコントローラ４５０は、ＴＣＰ整合回路網４５２によって調整された１３．５６ＭＨｚの高周波信号をプラズマ処理チャンバ４０４の近くに位置するＴＣＰコイル４５３に供給するよう構成されたＴＣＰ電源４５１のための設定点を設定する。ＴＣＰコイル４５３をプラズマ処理チャンバ４０４から隔離しつつ、エネルギがＴＣＰコイル４５３からプラズマ処理チャンバ４０４に伝わることを可能にするために、ＲＦ透過窓４５４が設けられる。
【００３４】
バイアス電力コントローラ４５５は、バイアス整合回路網４５７によって調整されたＲＦ信号を、プラズマ処理チャンバ４０４内に配置されたチャック電極４０８に供給して、処理される基板２０４を受けるよう適合された電極４０８上で直流（ＤＣ）バイアスを生成するよう構成されたバイアス電源４５６のための設定点を設定する。
【００３５】
ガス供給機構すなわちガス供給源４１０が、ガスマニホルド４１７を介して取り付けられた１または複数のガス源を備えており、処理に必要となる適切な化学物質をプラズマ処理チャンバ４０４の内部に供給する。この例では、ガス源４１６は、少なくとも、Ｈ2ガス源４８１と、Ｈｅガス源４８２と、ハロゲンガス源４８３とを含む。ガス排出機構４１８が、圧力制御バルブ４１９と排出ポンプ４２０とを備えており、プラズマ処理チャンバ４０４内から粒子を除去して、プラズマ処理チャンバ４０４内を特定の圧力に維持する。
【００３６】
温度コントローラ４８０が、冷却用電源４８４を制御することによって、チャック電極４０８内に設けられた冷却再循環システムの温度を制御する。プラズマ処理システムは、さらに、バイアス電力コントローラ４５５、ＴＣＰコントローラ４５０、温度コントローラ４８０、および、その他の制御システムを制御するために利用されてよい電子制御回路４７０を備える。プラズマ処理システム４００は、さらに、終点検出器を備えてもよい。かかる誘導結合システムの一例は、カリフォルニア州フレモントのＬａｍＲｅｓｅａｒｃｈ社製のＫｉｙｏであり、シリコン、ポリシリコン、および、導電層をエッチングするために用いられる。本発明の別の実施形態において、容量結合システムが用いられてもよい。
【００３７】
図５は、本発明の実施形態で用いられる制御回路４７０を実装するのに適切なコンピュータシステム５００を示すハイレベルブロック図である。コンピュータシステムは、集積回路、プリント基板、および、小型携帯デバイスから大型スーパコンピュータまで、多くの物理的形態を有してよい。コンピュータシステム５００は、１または複数のプロセッサ５０２を備えており、さらに、電子表示デバイス５０４（画像、テキスト、および、その他のデータを表示するためのもの）と、メインメモリ５０６（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、ストレージデバイス５０８（例えば、ハードディスクドライブ）と、リムーバブルストレージデバイス５１０（例えば、光学ディスクドライブ）と、ユーザインターフェースデバイス５１２（例えば、キーボード、タッチスクリーン、キーパッド、マウス、または、その他のポインティングデバイスなど）と、通信インターフェース５１４（例えば、無線ネットワークインターフェース）と、を備えてもよい。通信インターフェース５１４は、リンクを介してコンピュータシステム５００および外部デバイスの間でソフトウェアおよびデータを転送することを可能にする。システムは、さらに、上述のデバイス／モジュールが接続される通信インフラ５１６（例えば、通信バス、クロスオーバーバー、または、ネットワーク）を備えてもよい。
【００３８】
通信インターフェース５１４を介して転送される情報は、電子信号、電磁信号、光信号、または、信号を搬送する通信リンクを介して通信インターフェース５１４によって受信できるその他の信号など、信号の形態であってよく、電線すなわちケーブル、光ファイバ、電話回線、携帯電話リンク、無線周波リンク、および／または、通信チャネルを用いて実施されてよい。かかる通信インターフェースを用いて、１または複数のプロセッサ５０２は、上述の方法のステップを実行する際に、ネットワークから情報を受信、または、ネットワークに情報を出力しうることが想定される。さらに、本発明の方法の実施形態は、プロセッサだけで実行されてもよいし、インターネットなどのネットワークを介して、処理の一部を分担する遠隔プロセッサと協働で実行されてもよい。
【００３９】
「非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体」という用語は、一般に、メインメモリ、二次メモリ、リムーバブルストレージ、および、ストレージデバイスなどのメディア（ハードディスク、フラッシュメモリ、ディスクドライブメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、および、その他の形態の持続性メモリなど）を指すために用いられ、搬送波または信号など、一時的な対象を網羅すると解釈されるべきではない。コンピュータコードの例としては、コンパイラによって生成されたコードなどのマシンコードや、インタープリタを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含むファイルが挙げられる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、搬送波で具現化されたコンピュータデータ信号によって転送されると共にプロセッサが実行可能な一連の命令を表すコンピュータコードであってもよい。
【００４０】
図６は、パルス処理の一例の概略図である。線６０４は、Ｈｅガスの流量が一定に保たれて連続ガスを提供することを示している（工程３０８）。この例において、Ｈｅガスの流量は、２００〜１０００ｓｃｃｍの間である。ライン６０８は、Ｈ2ガスのパルス流を示す。この例において、Ｈ2ガスの流量は、１５〜３０秒の期間に高流量であり、１〜５秒の期間に低流量である。この例において、Ｈ2の高流量は、１００〜１０００ｓｃｃｍの間である。この例において、Ｈ2の低流量は、０〜９０ｓｃｃｍの間である。図に示すように、Ｈ2の流量は、タイムライン６２４で示されるように、ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、および、ｔ６後の期間で、高流量である。線６１２は、ハロゲン含有ガスのパルス流を示す。この例において、ハロゲン含有ガスの流量は、１〜５秒の期間に高流量であり、１５〜３０秒の期間に低流量である。この例において、ハロゲン含有ガスの高流量は、５００〜１０００ｓｃｃｍの間である。この例において、ハロゲン含有ガスの低流量は、０〜１００ｓｃｃｍの間である。図に示すように、ハロゲン含有ガスの流量は、ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、および、ｔ６後の期間で、低流量である。ハロゲン含有ガスは、ＨＢｒ、ＢＣｌ3、Ｃｌ２、ＣＦ4、または、ＮＦ3の内の少なくとも１つを含むことが好ましい。Ｈ2ガスの高流量は、ハロゲン含有ガスの低流量の間に起きるので、それらのガスは、異なる位相でパルス化される。ハロゲン含有ガスの高流量も、Ｈ2ガスの低流量の間だけに起きるので、それらのガスは、完全に逆位相でパルス化される。
【００４１】
線６１６は、この例において、ＴＣＰ電力が連続的かつ一定であることを示している。この例において、ＴＣＰ電力は、２００〜１０００ワットの範囲である。別の例において、ＴＣＰ電力は、パルス化されてもよい。線６２０は、この例において、バイアス電力が連続的かつ一定であることを示している。この例において、バイアス電力は、５０〜４００ボルトの範囲である。別の例において、バイアス電力は、パルス化されてもよい。ＴＣＰ電力は、連続ガスおよびパルスガスをプラズマ化する（工程３１２）。
【００４２】
水素ガスをパルス化して、ほとんどの時間その流量を高く維持しつつ、ハロゲン含有ガスの流量をオフにすることにより、より高いバリア膜エッチング速度が得られることがわかった。ハロゲン含有ガスは、短期間だけ流される。水素は、Ｃｕ腐食効果を低減するために用いられる。オンおよびオフの期間は、バリア開口エッチング深さおよびＣｕ腐食プロセスウィンドウのバランスを取るように調整されてよい。
【００４３】
完全なドライ処理でバリア膜を除去する能力は、銅構造を腐食することも損傷することもなく、単一チャンバ処理を提供する。かかる処理は、より単純になる。別の実施形態では、容量結合電力（ＣＣＰ）装置が用いられてもよい。遠隔プラズマ発生器など、他の装置が、プラズマを生成するために別の実施形態で用いられてもよい。別の実施形態において、連続ガスは、不活性搬送ガスである。連続ガスは、Ｈｅ、Ａｒ、または、Ｎｅなどの希ガスであることが好ましい。Ｈ2高流量期間とハロゲン含有ガス高流量期間との比は、２：１から２０：１の間（境界も含む）であることが好ましい。Ｈ2高流量期間とハロゲン含有ガス高流量期間との比は、３：１から１５：１の間（境界も含む）であることがより好ましい。
【００４４】
別の実施形態において、パルスガス処理は、少なくとも１回のウェットおよびドライサイクルの後に提供されてよい。
【００４５】
以上、いくつかの好ましい実施形態を参照しつつ本発明について説明したが、本発明の範囲内で、様々な代替物、置換物、および等価物が存在する。また、本発明の方法および装置を実施する他の態様が数多く存在することにも注意されたい。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内に含まれる代替物、置換物、および等価物の全てを網羅するものとして解釈される。例えば、本発明は、以下の適用例として実施可能である。
［適用例１］スタック内の銅構造の下のバリア膜を開口する方法であって、
ドライプラズマ処理チャンバ内に前記スタックを配置する工程と、
パルスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給する工程であって、
パルスＨ2含有ガスを供給する工程と、
パルスハロゲン含有ガスを供給する工程とを含み、
前記パルスＨ2含有ガスおよび前記パルスハロゲン含有ガスは、異なる位相でパルス化され、前記パルスＨ2含有ガスは、Ｈ2高流量期間を有し、前記パルスハロゲン含有ガスは、ハロゲン含有ガス高流量期間を有し、前記Ｈ2高流量期間は、前記ハロゲン含有ガス高流量期間よりも長い工程と、
前記パルスガスをプラズマ化する工程と、
前記銅構造および前記バリア膜を前記プラズマに暴露させて、前記プラズマが前記バリア膜をエッチングする工程と
を備える方法。
［適用例２］適用例１に記載の方法であって、前記パルスガスをプラズマ化する工程は、
前記パルスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、一定なＲＦ電力信号を供給する工程と、
前記パルスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、一定なバイアス電力を供給する工程と
を含む方法。
［適用例３］適用例２に記載の方法であって、さらに、前記パルスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、一定流量の不活性搬送ガスを備える方法。
［適用例４］適用例３に記載の方法であって、前記ハロゲン含有ガスは、ＨＢｒ、ＢＣｌ3、Ｃｌ２、ＣＦ4、または、ＮＦ3の内の少なくとも１つを含む、方法。
［適用例５］適用例１に記載の方法であって、前記Ｈ2高流量期間と前記ハロゲン含有ガス高流量期間との比は、２：１から２０：１の間（境界も含む）である方法。
［適用例６］適用例５に記載の方法であって、前記Ｈ2含有ガスおよびハロゲン含有ガスは、完全に逆位相でパルス化される方法。
［適用例７］適用例１に記載の方法であって、さらに、前記パルスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、一定流量の不活性搬送ガスを備える方法。
［適用例８］適用例１に記載の方法であって、前記バリア膜は、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、または、ＴｉＮの内の少なくとも１つを含む、方法。
［適用例９］適用例１に記載の方法であって、前記パルスガスをプラズマ化する工程は、
前記パルスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、パルス化されたＲＦ電力信号を供給する工程と、
前記パルスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、パルス化されたバイアス電力を供給する工程と
を含む方法。
［適用例１０］スタック内の銅構造の下のＣｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、または、ＴｉＮの内の少なくとも１つを含むバリア膜を開口する方法であって、
ドライプラズマ処理チャンバ内に前記スタックを配置する工程と、
一定流量の不活性搬送ガスを供給する工程と、
パルスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給する工程であって、
パルスＨ2含有ガスを供給する工程と、
ＨＢｒ、ＢＣｌ3、Ｃｌ2、ＣＦ4、または、ＮＦ3の内の少なくとも１つを含むパルスハロゲン含有ガスを供給する工程とを含み、
前記パルスＨ2含有ガスおよび前記パルスハロゲン含有ガスは、異なる位相でパルス化され、前記パルスＨ2含有ガスは、Ｈ2高流量期間を有し、前記パルスハロゲン含有ガスは、ハロゲン含有ガス高流量期間を有し、前記Ｈ2高流量期間と前記ハロゲン含有ガス高流量期間との比は、２：１から２０：１の間（境界も含む）である工程と、
前記一定流量のおよびガスパルスガスをプラズマ化する工程であって、
前記一定流量のガスおよびパルスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、２００から１０００ワットの間のＲＦ電力信号を供給する工程と、
前記一定流量のガスおよびパルスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給する工程中に、５０から５００ボルトの間のバイアス電力を供給する工程とを含む工程と、
前記銅構造および前記バリア膜を前記プラズマに暴露させて、前記プラズマが前記バリア膜をエッチングする工程と
を備える方法。
［適用例１１］銅構造の下のバリア膜を開口する方法であって、少なくとも１サイクルを含むウェットおよびドライ処理を提供する工程を備え、各サイクルは、
前記銅構造の下の前記バリア膜のウェット処理を提供する工程と、
前記銅構造の下の前記バリア膜のドライプラズマスパッタリングを提供する工程と
を連続的に含む方法。
［適用例１２］適用例１１に記載の方法であって、前記サイクルは、少なくとも３回繰り返される方法。
［適用例１３］適用例１２に記載の方法であって、ウェット処理を提供する工程は、酸、緩衝剤、または、キレート剤の浴、もしくは、アセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン、または、過酸化水素の内の少なくとも１つを含む浴を供給する方法。
［適用例１４］適用例１３に記載の方法であって、前記バリア膜は、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、または、ＴｉＮの内の少なくとも１つを含む、方法。
［適用例１５］適用例１４に記載の方法であって、さらに、前記ウェットおよびドライ処理を提供する工程の後に、ドライハロゲン含有エッチングを提供する工程を備える方法。
［適用例１６］適用例１５に記載の方法であって、さらに、
前記ウェットおよびドライ処理を提供する工程の後かつ残りのバリア膜の前記ドライハロゲン含有エッチングの前に、前記銅構造に対して炭素、ＳｉＮ、または、アルミニウムの蒸着を提供する工程を備える方法。
［適用例１７］適用例１６に記載の方法であって、前記ハロゲン含有エッチングを提供する工程は、
Ｈ2およびハロゲンを含むエッチングガスを供給する工程と、
前記エッチングガスをプラズマ化する工程と
を含む方法。
［適用例１８］適用例１７に記載の方法であって、前記ドライプラズマスパッタリングは、ハロゲンを用いない方法。
［適用例１９］適用例１７に記載の方法であって、前記ドライプラズマスパッタリングは、Ｃｕ腐食を引き起こさないような低いハロゲン含有量を有する方法。
［適用例２０］適用例１５に記載の方法であって、前記ドライハロゲン含有エッチングは、
連続的な不活性ガスを供給する工程と、
パルスＨ2ガスを供給する工程と、
前記パルスＨ2ガスと異なる位相で、パルスハロゲン含有ガスを供給する工程と、
残りのバリア膜をエッチングするプラズマを形成する工程と
を含む方法。
［適用例２１］適用例２０に記載の方法であって、さらに、５０から４００ボルトのバイアスを供給する工程を備え、前記プラズマを形成する工程は、２００から１０００ワットのＲＦ電力を供給する工程を含む方法。
［適用例２２］適用例１１に記載の方法であって、さらに、前記ウェットおよびドライ処理を提供する工程の後に、ドライハロゲン含有エッチングを提供する工程を備える方法。
［適用例２３］適用例２２に記載の方法であって、さらに、
前記ウェットおよびドライ処理を提供する工程の後かつ残りのバリア膜の前記ドライハロゲン含有エッチングの前に、前記銅構造に対して炭素、ＳｉＮ、または、アルミニウムの蒸着を提供する工程を備える方法。
［適用例２４］適用例２３に記載の方法であって、前記ハロゲン含有エッチングを提供する工程は、
Ｈ2およびハロゲンを含むエッチングガスを供給する工程と、
前記エッチングガスをプラズマ化する工程と
を含む方法。
［適用例２５］適用例２４に記載の方法であって、前記ドライプラズマスパッタリングは、ハロゲンを用いない方法。
［適用例２６］適用例２４に記載の方法であって、前記ドライプラズマスパッタリングは、Ｃｕ腐食を引き起こさないような低いハロゲン含有量を有する方法。
［適用例２７］適用例２２に記載の方法であって、前記ドライハロゲン含有エッチングは、
連続的な不活性ガスを供給する工程と、
パルスＨ2ガスを供給する工程と、
前記パルスＨ2ガスと異なる位相で、パルスハロゲン含有ガスを供給する工程と、
残りのバリア膜をエッチングするプラズマを形成する工程と
を含む方法。
［適用例２８］適用例２７に記載の方法であって、さらに、５０から４００ボルトのバイアスを供給する工程を備え、前記プラズマを形成する工程は、２００から１０００ワットのＲＦ電力を供給する工程を含む方法。
［適用例２９］銅構造の下のＣｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、または、ＴｉＮの内の少なくとも１つを含むバリア膜を開口する方法であって、
少なくとも３サイクルを含むウェットおよびドライ処理を提供する工程を備え、各サイクルは、
酸、緩衝剤、または、キレート剤の浴、もしくは、アセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン、または、過酸化水素の内の少なくとも１つを含む浴を供給することにより、前記銅構造の下の前記バリア膜のウェット処理を提供する工程と、
前記銅構造の下の前記バリア膜のドライプラズマスパッタリングを提供する工程と、
前記ウェットおよびドライ処理を提供する工程の後に、前記銅構造に対して炭素の蒸着を提供する工程と、
前記炭素の蒸着を供給する工程の後に、ドライハロゲン含有エッチングを提供する工程と
を連続的に含む方法。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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