(57)【要約】【課題】ヨウ素を主体として反応性イオンエッチング時に、Ｃｕ層及び下地層を一回の処理でエッチングできるようにする。【解決手段】基板１の表面に形成したＣｕ層３上に、形成すべきＣｕ配線に対応したマスクを構成するフォトレジストパターン４を設ける。ＨＩにＣｌ２及びまたはＨＢｒを添加した反応性ガスを用い、該反応性ガスをプラズマで分解し、ヨウ素をマスクで覆われていないＣｕ層と反応させてＣｕｌｘを生成させる。生成したＣｕｌｘの反応生成物を水洗処理によって除去した後、フォトレジストを除去する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成したＣｕ層上に、形成すべきＣｕ配線に対応したマスクを構成するフォトレジストパターンを設け、該マスクで覆われていないＣｕ層をエッチング処理により除去し、フォトレジストを除去して所定のＣｕ配線を形成するＣｕ配線形成方法において、
前記エッチング処理は、プラズマでヨウ素を含む反応性ガスであってＣｌ２及びＨＢｒの少なくとも一方を添加したものを分解してヨウ素とＣｕとを反応させてＣｕｌｘを生成させ、該Ｃｕｌｘを洗浄処理により除去するものであることを特徴とするＣｕ配線形成方法。
【請求項２】
前記Ｃｌ２を０〜７５容積％及び前記ＨＢｒを０〜７５容積％の割合で添加したことを特徴とする請求項１記載のＣｕ配線形成方法。
【請求項３】
前記反応性ガスに、０〜８０容積％の割合で不活性ガスを混合したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のＣｕ配線形成方法。
【請求項４】
前記基板の温度を４０℃以上１４０℃以下の温度範囲に制御してヨウ素とＣｕとを反応させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＣｕ配線形成方法。
【請求項５】
前記洗浄処理は水洗処理であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のＣｕ配線形成方法。
【請求項６】
前記洗浄処理は弱アルカリ水処理であることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載のいずれか１項にＣｕ配線形成方法。
【請求項７】
超音波でアシストして前記洗浄処理を行うことを特徴とする請求項５または請求項６記載のＣｕ配線形成方法。
【請求項８】
前記洗浄処理の後、乾燥処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のＣｕ配線形成方法。
【請求項９】
前記基板とＣｕ層との間に、基板及びＣｕ層相互の密着性を高める下地層を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のＣｕ配線形成方法。
【請求項１０】
前記下地層は、Ｃｕ合金、Ｃｒ、ＴｉまたはＭｏのいずれかであることを特徴とする請求項９記載のＣｕ配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体集積回路の配線、フラットパネルディスプレイや磁気ヘッド等の磁気素子からの記録信号用に使用される配線等をＣｕを用いて形成するためのＣｕ配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路では、その微細化、高集積化に伴い、より低抵抗でかつエレクトロマイグレーション耐性に優れた金属であるＣｕにより配線を形成することが検討されている。
【０００３】
従来、ダマシンプロセスによりＣｕ配線を形成することが提案されている。この場合、Ｃｕ配線は、例えば基板上に形成した絶縁膜に配線パターンを溝として形成し、該溝に、例えばメッキ法やスパッタリング法によりＣｕを埋め込み、溝以外のＣｕ薄膜部分をＣＭＰ（化学機械研磨）により除去して形成される。
【０００４】
ところが、上記プロセスでは、ＣＭＰの際、硬度の高いアルミナ等の砥粒を含む研磨液を用いて研磨していたので、例えば、配線が密集した部分で削れ過ぎる場合があり、また、砥粒発塵によりクリーンルームのクリーン度が低下し、製品歩留まりを高く保持できないという問題があった。
【０００５】
他方で、Ｃｕを埋め込みにメッキ法を利用する場合、薬品には有害なものが多く、作業の安全性の維持や廃液の公害防止に注意を払う必要があって煩わしい。
【０００６】
このため、例えばスパッタリングによりＣｕ層を形成し、次いで、マスクを構成するレジストパターンを形成した後、マスクで覆われていない部分を、加工エネルギが小さく、基板やＣｕ配線等に与える損傷を少ない反応性イオンエッチング（以下、「ＲＩＥ」という）によって除去することでＣｕ配線を形成することが行われている。
【０００７】
ここで、ＲＩＥ処理の際に、従来のようにＨＣｌ、Ｃｌ２やＨＢｒを反応性ガス
ＨＣｌ、Ｃｌ２やＨＢｒを反応性ガスとして使用するので、反応物除去レートが最大で２０ｎｍ／ｍｉｎ程度に止まり、Ｃｕ配線形成プロセスとして実用的でない。その上、反応性イオンエッチング処理の際、Ｃｕの揮発性ガスが生成される。
【０００８】
この場合、揮発性ガスの蒸気圧が低いので直ちに固体化しやすく、反応容器内が数枚のエッチング処理で汚染され、製品歩留まりを高く保持するには容器のクリーニングサイクルを早くする必要があった。他方で、排気温度を１４０℃以上に保持して揮発性ガスの蒸気圧を高めることも考えられるが、これではフォトレジストがダメージを受けるのでマスクとして使用できない。
【０００９】
このような問題の解決策として、ＲＩＥ処理の際、ＨＩを主体とする反応ガスを用い、該プラズマで反応性ガスを分解して、レジストパターンで覆われていないＣｕとヨウ素とを反応させてＣｕｌｘの反応生成物を生成させ、Ｃｕｌｘを洗浄処理により除去して行うことでエッチングする方法が提案される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記処理では、処理時にＣｕの揮発性ガスを生成せず、また、反応物除去速度を実用的なレベルまで高めることができるものの、水溶性反応生成物であるＣｕｌｘが生成してＣｕ層が覆われると、エッチングレートが低下する。
【００１１】
このため、この方法では、ＲＩＥ処理と水洗処理とを複数回繰り返して、レジストバターンで覆われていないＣｕ層のエッチングを行っており、一連処理を繰り返して実行するのは煩わしい。
【００１２】
そこで、本発明は、上記点に鑑み、Ｃｕ層（密着性を高めるべく、基板とＣｕ層との間に下地層が設けられている場合、その下地層も含む）を一度のエッチング処理で除去できるようにしたＣｕ配線形成方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のＣｕ配線形成方法は、基板の表面に形成したＣｕ層上に、形成すべきＣｕ配線に対応したマスクを構成するフォトレジストパターンを設け、該マスクで覆われていないＣｕ層をエッチング処理により除去し、フォトレジストを除去して所定のＣｕ配線を形成するＣｕ配線形成方法において、前記エッチング処理は、プラズマでヨウ素を含む反応性ガスであってＣｌ２及びＨＢｒの少なくとも一方を添加したものを分解してヨウ素とＣｕとを反応させてＣｕｌｘを生成させ、該Ｃｕｌｘを洗浄処理により除去するものであることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、先ず、シリコンウェハー等の基板上に、例えばスパッタリング法によりＣｕ層を形成する。そして、既知の方法によりフォトレジストを塗布した後、例えばＵＶにより露光して、該露光した部分のレジストを除去して所定のレジストパターンを得る。
【００１５】
次いで、エッチングの際、ＨＩにＣｌ２及びまたはＨＢｒを添加した反応性ガスを用いて、該反応性ガスをプラズマで分解し、ヨウ素をマスクで覆われていないＣｕ層を反応性させる。この場合、水溶性反応生成物であるＣｕｌｘが生成されるが、反応性ガスにＣｌ２及びＨＢｒの少なくとも一方を添加しているので、Ｃｕ層に対するエッチングレートがＨＩのみの場合に比べて２０〜３０％程度高くなった。
【００１６】
次いで、水洗処理によって、Ｃｕｌｘである反応生成物を洗い流す。この場合、Ｃｕｌｘは水溶性であるので、簡単に除去でき、その取扱いは容易である。また、水洗処理により生じた廃液は、メッキ法により生じた廃液に比べてその処理は容易であると共に再生も可能である。
【００１７】
その後、例えば既知のアッシング装置を使用してレジストをアッシングして除去すると、基板上に所定のパターンのＣｕ配線が形成される。
【００１８】
尚、Ｃｕ層に対するエッチングレートがＨＩのみの場合に比べて高くするには、例えば、前記Ｃｌ２を０〜７５容積％及び前記ＨＢｒを０〜７５容積％の割合で添加するのがよい。
【００１９】
また、反応物除去レートが低下しないように、キャリアガスとして、前記反応性ガスに、０〜８０容積％の割合で不活性ガスを混合するのがよい。
【００２０】
さらに、Ｃｕとヨウ素との反応を促進するため、前記基板の温度を４０℃以上１４０℃以下の温度範囲に制御するのがよい。
【００２１】
Ｃｕとヨウ素との反応生成物であるＣｕｌｘを除去する洗浄処理は、例えば、水洗処理または弱アルカリ水処理である。
【００２２】
この場合、Ｃｕｌｘである反応生成物の除去速度を高めるために、前記洗浄処理は超音波でアシストして行うのがよい。これにより、水洗処理の際に、反応生成物に振動が加えられ基板からの剥離が促進される。
【００２３】
尚、前記水洗や弱アルカリ水処理の後、基板を積極的に乾燥させるために、例えば乾燥処理を行うのがよい。
【００２４】
また、基板とＣｕ膜との密着性を高めるため、前記基板とＣｕ薄膜との間に下地層を形成してもよい。この場合、
【００２５】
この場合、前記下地層は、例えばＣｕ合金、Ｃｒ、ＴｉまたはＭｏのいずれかとすれば、エッチングレートを高めたことで、下地層を含め、Ｃｕのプラズマ処理で連続的に一括エッチング処理できるようになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照して、本発明のＣｕ配線形成方法の一実施の形態について説明する。基板１としてシリコンウェハーを使用しても、ガラスやポリイミドフィルム等を使用してもよい。該基板１上に、先ずスパッタリングによりＣｕ合金の下地層２を形成する。
【００２７】
次いで、下地層２上に、再度スパッタリングにより所定の膜厚のＣｕ層３を形成する。Ｃｕ層３上に、形成すべきＣｕ配線に対応するマスクを構成するフォトレジストパターン４を形成する。この場合、レジストパターン４は、既知の方法で次ぎのように形成される。
【００２８】
即ち、既知のスピンコーターを使用して基板を高速で回転させながら、ＵＶ光で性質が変化する既知のフォトレジストを回転塗布した後、基板１上に形成しようとする配線パターンを描いたガラスマスクを基板の上方で位置決めして設置し、既知のステッパーによりＵＶ光線を照射する。
【００２９】
そして、露光した部分のレジストを所定の溶剤によって溶かすと、図１（ａ）に示すように、未感光部がレジストパターン４として残留する。
【００３０】
次いで、所定のＣｕ配線を得るにはレジストパターン４で覆われていないＣｕ層３及び下地層２をエッチングする必要がある。この場合、従来のＲＩＥ処理のように、ＨＣｌ、Ｃｌ２やＨＢｒを反応性ガスとして使用するのではＣｕの揮発性ガスが生成され、種々の問題が生じる。また、実用的な反応物除去レートを得ることができない。
【００３１】
このため、ＨＩを主体とするガスを反応性ガスとして使用し、エッチング処理の際、プラズマで反応性ガスを分解してヨウ素とＣｕ層３とを反応させてＲＩＥ処理を行い、レジストバターン４相互間に水溶性反応生成物であるＣｕｌｘ３１を生成させ、水洗処理により該Ｃｕｌｘ３１を除去するエッチング方法が提案される。
【００３２】
この方法では、処理時にＣｕの揮発性ガスを生成せず、また、反応物除去速度を実用的なレベルまで高めることができるものの、ＲＩＥによって反応生成物であるＣｕｌｘが生成してＣｕ層が覆われると、エッチングレートが低下する。
【００３３】
図１（ｂ）及び図１（ｃ）を参照して、本実施の形態では、ＨＩにＣｌ２及びＨＢｒの少なくとも一方を添加した反応性ガスを用い、該反応性ガスをプラズマを発生させて分解し、ヨウ素をレジストパターン４で覆われていないＣｕ層３と反応させてレジストバターン４相互間に水溶性反応生成物であるＣｕｌｘ３１を生成させ、水洗処理により該Ｃｕｌｘ３１を除去することとした。
【００３４】
ここで、エッチングレートが高くなるように、Ｃｌ２が０〜７５容積％の割合で、及びＨＢｒは０〜７５容積％の割合で反応性ガスに添加するのがよい。但し、Ｃｌ２及びＨＢｒの添加量が１００容積％にならないようにし、好ましくは、Ｃｌ２及びＨＢｒの少なくとも一方を添加する割合が、ＨＩを主体とする反応性ガスの７５容積％以下とするのがよい。
【００３５】
図３に示すように、エッチング処理を実行する装置５は、例えば、真空チャンバ５１を有し、真空チャンバ５１の上部には、ＨＩにＣｌ２及びＨＢｒのいずれか一方を所定の割合で添加した反応性ガスを導入するガス導入部５２が設けられている。
【００３６】
ガス導入部５２には、一端が混合器（図示せず）に接続されたガス管５３が接続され、混合器には、ガス流量を制御するマスフローを介してＨＩ、Ｃｌ２及びＨＢｒの各ガス源に接続されたガス管（図示せず）が接続されている。
【００３７】
ここで、キャリアガスとして、前記反応性ガスに、エッチングレートが低下しないように０〜８０容積％の割合でＡｒ等の不活性ガスを混合してもよい。この場合、一端がＡｒのガス源に接続されたガス管をマスフローを介して混合器に接続しておけばよい。
【００３８】
また、真空チャンバ５１の下部には、ＲＦバイアスを印加する高周波電源５４に接続された基板電極部５５が設けられ、該基板電極部５５上に、上記レジストパターンが形成された基板１が載置される。
【００３９】
そして、上記レジストパターン４が形成された基板１を載置して、ガス導入部５２から反応性ガスを所定の真空度の真空チャンバ５１に導入すると共に、高周波電源５４から高周波磁場を印加して基板電極部５５上の基板１のＣｕ層３及び下地層２をエッチングする。
【００４０】
この場合、水溶性反応生成物であるＣｕｌｘ３１が生成する。また、反応性ガスとしてＨＩを使用するＲＩＥ処理は、イオンエネルギーの付与でＣｕとヨウ素との反応が促進されるので、異方性エッチングに優れている。
【００４１】
また、ＨＩにＣｌ２及びＨＢｒの少なくとも一方を添加することで、Ｃｕ層３に対するエッチングレートがＨＩのみの場合に比べて高くなる。このため、Ｃｕｌｘ３１によってＣｕ層３が覆われる前に、一回のＲＩＥ処理でマスクで覆われていない所定膜厚のＣｕ層３及び下地層２を完全に除去できる。
【００４２】
尚、Ｃｕとヨウ素との反応を促進するため、前記基板１の温度を４０℃以上１４０℃以下の温度範囲に制御するのがよい。この場合、基板１温度を４０℃より低くすると、反応速度が著しく低下し、基板１温度を１４０℃より高くすると、レジストが熱的にダメージを受ける。
【００４３】
次いで、Ｃｕｌｘ３１を水洗処理によって除去する。この場合、Ｃｕｌｘ３１の除去速度を高めるために、前記水洗処理は、既知の超音波発生器を備えた容器内で行うのがよい。これにより、水洗処理の際、超音波によってＣｕｌｘ３１に振動が加えられ、その剥離が促進される。
【００４４】
尚、本実施の形態では、水洗処理によってＣｕｌｘ３１を除去することとしたが、例えば、東京応化社製のＳＴ−１０５、ＳＴ−１０６等のレジスト剥離剤を用いた弱アルカリ水で処理してもよい。
【００４５】
次いで、Ｃｕｌｘ３１が除去された基板１を乾燥器に入れて乾燥させた後、既知のアッシング装置を使用してレジストパターン４を除去する。これにより、基板１上に所望のＣｕ配線が残留する。
【００４６】
また、Ｃｕ配線を形成した後、Ｃｕの酸化による配線抵抗の増加を防止するため、Ｃｕ配線を、例えばＴｉＮのバリア層で被覆してもよい。さらに、本実施の形態では、基板１とＣｕ層３との密着性を高めるためＣｕ合金の下地層２を設けたが、該下地層２は、Ｃｒ，ＴｉまたはＭｏであってもよい。
【００４７】
【実施例】
次に、本発明のＣｕ配線形成方法の実施例を説明する。本実施例では、基板１としてシリコンウェハを使用してＣｕ配線を形成した。この場合、Ｌ＆Ｓ４μｍ、アスペクト比１のＣｕ配線３を得ることを目標とした。
【００４８】
先ず、基板１上に、ＤＣスパッタリング装置を使用して、Ａｒの流量５０ｓｃｃｍ、投入電力１ｋＷ、チャンバ内圧力０．６Ｐａの成膜条件で、３０秒間スパッタを行い、Ｃｕ合金の下地膜２を形成した。この場合、下地層２の膜厚は、４００ｎｍであった。
【００４９】
次いで、同じＤＣスパッタ装置を使用して、Ａｒの流量５０ｓｃｃｍ、投入電力１．５ｋＷ、チャンバ内圧力０．６Ｐａの成膜条件で１０分間スパッタを行い、Ｃｕ膜３を形成した。この場合、Ｃｕ層の膜厚は４μｍであった。
【００５０】
次いで、スピンコータを使用してＣｕ層３上にレジストを形成した。この場合、レジストとしては、東京応化社製のＯＦＰＲー８００を使用した。
【００５１】
次いで、基板１上に形成しようとする配線パターンを描いたガラスマスクを基板の上方で位置決めして設置し、既知のステッパーによりＵＶ光線を照射して露光した。そして、露光した部分のレジストを溶剤によって溶かした。この場合、溶剤としては、東京応化社製の現像液ＮＭＤ−３を使用した。これにより、未感光部がレジストパターン４として残った。
【００５２】
次いで、図３に示すＲＩＥ装置５を用いて、レジストパターン４で覆われていないＣｕ層３と下地層２とをエッチングした。この場合、基板バイアス高周波電源５４の電力を０．６Ｗ／ｃｍ２に設定し、ガス導入部５２から、ＨＩ７０容積％、Ｃｌ２１０容積％、ＨＢｒ１０容積％及びアルゴンガス１０容積％の反応性ガスを導入し、ステージ温度８０、チャンバ内圧力１．３〜５．３Ｐａで、６０ｓｅｃの間エッチングした。
【００５３】
この場合、レジストでジストパターンで覆われていないＣｕ層３及び下地層２が完全に反応し、レジストパターン４相互の間にＣｕｌｘ３１の反応生成物が生成した。
【００５４】
この場合のエッチングレートは、２２０〜８６０ｎｍ／ｍｉｎであり、ＨＩのみ場合に比較して１．２倍以上のエッチングレートが得られた。
【００５５】
ここで、図４に示した実線Ａは、真空チャンバ５１内の圧力を変化させてＣｕ膜３のエッチングレートを測定した結果である。この場合、比較例としてＨＩのみの場合のエッチングレートを点線Ｂで示す。これによると、真空チャンバ５１内の圧力を高く保持するとエッチングレートをさらに高めることができた。
【００５６】
また、本実施例では、１０容積％のＣｌ２及びＨＢｒをそれぞれ反応性ガスに添加したが、反応性ガスに、Ｃｌ２及びてＨＢｒのいずれか一方を２０容積％添加しても同等のエッチングレートが得られた。
【００５７】
次いで、８００Ｈｚの超音波が出力される水洗浄容器で、Ｃｕｌｘ３１が生成した基板を、６０秒間洗浄処理した。そして、基板を水中から上げると、Ｃｕｌｘ３１が除去されていた。
【００５８】
次いで、乾燥器内に、Ｃｕｌｘを除去した基板１を入れて、さらに水洗処理してＮ２ガスで水分を除去し、可能な限り早く乾燥させるためにＮ２雰囲気の下、８０℃で１０分間保持してもよい。特に、水分が除去できるのであれば、室温で５分保持するようにしてもよい。
【００５９】
最後に、既知のアッシング装置を使用してレジストをアッシング処理して除去すると、Ｌ＆Ｓ４μｍ、アスペクト比１の銅配線が得られた（図２参照）。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のＣｕ配線形成方法では、Ｃｕ層及び下地層を一度のエッチング処理で除去できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明のＣｕ配線形成方法を説明する図
【図２】本発明のＣｕ配線形成方法により形成されたＣｕ配線を示す図
【図３】ＲＩＥ装置を説明する図
【図４】本発明の方法を用いて測定したエッチングレートを示すグラフ
【符号の説明】
１　基板
２　下地層
３　Ｃｕ層
４　レジストパターン
５　ＲＩＥ装置
【図１】
2004006443.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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