(57)【要約】【課題】Ａｌ合金配線における積層構造部への異物の発生を抑え、微細な間隔の配線間ショートを防止する半導体製造装置、半導体装置の製造方法及びこれを利用した半導体装置を提供する。【解決手段】アッシングチャンバ１１においてアッシング処理に関係するＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏそれぞれのガス供給系１２が設けられている。ガス供給系１２は、少なくともアッシングチャンバ１１内へのガスの供給制御として、Ｈ２Ｏ単独供給とそれ以外のガス供給とに分けられる。このように制限されるガス供給によってプラズマアッシング処理がなされる。Ｈ２Ｏプラズマはコロージョン対策として利用される。その反面、異物の成長を促すので、Ｈ２Ｏを除いたアッシング処理を設ける。これにより、異物の成長を抑えるアッシング条件が可能になる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライエッチング装置内に装備されたアッシングチャンバと、そのアッシングチャンバにおいてアッシング処理に関係するＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏそれぞれのガス供給系と、を具備し、
少なくとも前記アッシングチャンバ内へのガス供給制御がＨ２Ｏ単独供給とそれ以外のガス供給とに分けられることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
半導体基板上の集積回路におけるアルミニウムを主成分とする配線層のパターニング加工後のアッシングに関し、
アッシング工程を少なくとも２つに分け、第１にＨ２Ｏプラズマ処理、第２にＯ２又はＮ２単独、あるいはＯ２／Ｎ２混合のプラズマ処理を実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板上の集積回路におけるアルミニウムを主成分とする配線層のパターニング加工後のアッシングに関し、
アッシング工程を少なくとも３つに分け、第１にＯ２又はＮ２単独、あるいはＯ２／Ｎ２混合のプラズマ処理、第２にＨ２Ｏプラズマ処理、第３にＯ２又はＮ２単独、あるいはＯ２／Ｎ２混合のプラズマ処理を実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のプラズマ処理条件は、Ｏ２：８００〜３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２：２００〜４００ｓｃｃｍ、処理時間：１０〜６０ｓｅｃとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記請求項２〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板は前記アッシング工程後、薬液洗浄工程に移行することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれかに記載の半導体製造装置または半導体装置の製造方法を用いて形成されることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造に係り、Ａｌ合金の配線層におけるパターンエッチング処理後においてエッチングと同一装置内のアッシングを伴う半導体製造装置、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌを主成分とし、ＣｕやＳｉ等を含有するＡ１合金配線は、バリアメタルとして例えばＴｉ／ＴｉＮ積層膜（またはＴｉＮ単層膜）を下地に形成する。
また、Ａｌ合金配線上部は反射防止腹として例えばＴｉＮ膜（またはＴｉ／ＴｉＮ積層膜）を設ける。Ａｌ合金配線のパターニングには異方性エッチング工程が不可欠である。
【０００３】
例えばＡｌ合金配線層はフォトリソグラフィ工程を経て形成されるフォトレジスト層等をマスク領域にし、ＨＣｌ系を含むガスにより所定の配線形状にエッチングされる。エッチング直後、バターニング側面はＴ１膜／Ａｌ合金配線／Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜が露出している。
このような異種金属の積層構造が空気中に露出した部分は特に、エッチング反応の生成物、エッチングガスの分解生成物（主に塩素あるいは塩素化合物）が付着することにより、腐食（アフターコロージョン）が問題となる。
【０００４】
上記アフターコロージョン対策としてアッシングを行う技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１では、アッシングガスとして、酸素を主体とする気体に１分子中に水素原子を２個以上含むフッ化炭化水素ガスを１〜５０体積％添加した混合気体が使用される。これにより、レジスト層の除去と同時にウェハの表面もしくは積層構造部に残留する塩素あるいは塩素化合物が蒸発除去され、アフターコロージョンが防止される。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８０５６４１号公報（第５，６頁、第３図、第４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の半導体装置は、メモリ等半導体集積回路素子の微細化により配線幅及び配線ピッチは狭められる一方である。また、Ａｌ合金配線のパターニングにもシリコン酸化膜系のハードマスクを利用したエッチングにより、精度の高い微細形状の実現を図っている。
【０００７】
上述のような、コロージョン対策としてのアッシングも行なわれる。ここでのアッシングは、例えばＨ２○プラズマによるアッシングを含んでアッシング処理が終えられる上記アッシング後、フッ化アンモニア系の薬液洗浄処理を行うが、この薬液洗浄処理前に時間を置くと、Ａｌ合金配線の側部に異物が成長する現象が見られる。
【０００８】
異物はＡｌ合金配線における積層構造部の特にＴｉＮ層露出部に付帯し、成分は特定できない。成長した異物は、隣り合う配線間のショートを招く原因となる。成長異物は、薬液洗浄処理時に破壊されることも多々あるが完全には除去できないためショートの懸念は必ずしも解消されない。
本発明は、上記のような事情を考慮してなされたもので、Ａｌ合金配線における積層構造部への異物の発生を抑え、微細な間隔の配線間ショートを防止する半導体製造装置、半導体装置の製造方法及びこれを利用した半導体装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
〔発明１〕
上記課題を解決するために発明１に係る半導体製造装置は、
ドライエッチング装置内に装備されたアッシングチャンバと、そのアッシングチャンバにおいてアッシング処理に関係するＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏそれぞれのガス供給系と、を具備し、
少なくとも前記アッシングチャンバ内へのガス供給制御がＨ２Ｏ単独供給とそれ以外のガス供給とに分けられることを特徴とするものである。
【００１０】
この半導体製造装置によれば、アッシング工程においてＨ２Ｏのみか、Ｈ２Ｏを除いた他のガスで行われるか少なくとも２種類に分けられる。Ｈ２○プラズマはコロージョン対策として利用される。その反面、異物の成長を促すので、Ｈ２０を除いたアッシング処理が重要である。これにより、異物の成長を抑えるアッシング条件が設定可能になる。
【００１１】
〔発明２〕
本発明に係る半導体装置の製造方法は、
半導体基板上の集積回路におけるアルミニウムを主成分とする配線層のパターニング加工後のアッシングに関し、
アッシング工程を少なくとも２つに分け、第１にＨ２Ｏプラズマ処理、第２にＯ２又はＮ２単独、あるいはＯ２／Ｎ２混合のプラズマ処理を実施することを特徴とするものである。
【００１２】
これにより、発明１と同様に、異物の成長を抑えるアッシング条件が設定可能になり、デザインルールが厳しい微細なピッチでＡｌ合金配線が形成されたとしても、異物によるショートは起こらない。
この結果、異物対策として、エッチング条件の変更、薬液の変更、配線構造の変更等、煩わしい変更を一切しなくても、異物の発生は確実に抑えられ、微細ピッチのＡｌ合金配線を容易に製造することができる。
【００１３】
〔発明３〕
また、発明３に係る半導体装置の製造方法は、
半導体基板上の集積回路におけるアルミニウムを主成分とする配線層のパターニング加工後のアッシングに関し、
アッシング工程を少なくとも３つに分け、第１にＯ２又はＮ２単独、あるいはＯ２／Ｎ２混合のプラズマ処理、第２にＨ２Ｏプラズマ処理、第３にＯ２又はＮ２単独、あるいはＯ２／Ｎ２混合のプラズマ処理を実施することを特徴とするものである。
【００１４】
これにより、発明２に加えてさらに、異物の成長を抑制できるため、煩わしい変更を一切しなくても、微細ピッチのＡｌ合金配線を容易に製造することができる。
〔発明４〕
また、発明４に係る半導体装置の製造方法は、
前記請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のプラズマ処理条件は、Ｏ２：８００〜３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２：２００〜４００ｓｃｃｍ、処理時間：１０〜６０ｓｅｃとすることを特徴とするものである。
【００１５】
これにより、より確実に異物の成長を抑制でき、しかも、その後の第２及び第３のプラズマ処理を簡素化することが可能となる。
〔発明５〕
また、発明５に係る半導体装置の製造方法は、
発明２〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板は前記アッシング工程後、薬液洗浄工程に移行することを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、残留レジスト、エッチング残留堆積物の完全除去が達成されて良質な半導体装置が得られる。
〔発明６〕
発明６の半導体装置は、
前記発明１〜５のいずれかに記載の半導体製造装置または半導体装置の製造方法を用いて形成されることを特徴とするものである。
【００１７】
これにより、微細な配線ピッチにおいても信頼性が確保された半導体装置の提供が実現される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体製造装置の要部を示すブロック図である。
図中１０はドライエッチング装置であり、その内部には、アッシングチャンバ１１が装備されている。
【００１９】
このアッシングチャンバ１１は、ドライエッチング装置１０内のエッチングチャンバが、使用されるガス系を切り替えて用いられる併用型が考えられる。また、アッシングチャンバ１１は、ドライエッチング装置１０内のマルチチャンバにおいて設けられるチャンバの一つとしてもよい。
また、このアッシングチャンバ１１には、アッシング処理に関係する○２、Ｎ２、Ｈ２Ｏそれぞれのガス供給系１２が設けられている。
【００２０】
ガス供給系１２は、少なくともアッシングチャンバ１１内へのガス供給制御として、Ｈ２Ｏ単独供給とそれ以外のガス供給が可能となっている。
このように制限されるガス供給によってプラズマアッシング処理がなされる。
上記実施形態の構成によれば、アッシング工程においてＨ２０のみか、Ｈ２０を除いた他のガスで行われるか少なくとも２種類に分ける。
【００２１】
Ｈ２Ｏプラズマはコロージョン対策として利用される。その反面、異物の成長を促すので、Ｈ２Ｏを除いたアッシング処理が重要である。これにより、異物の成長を抑えるアッシング条件が設定可能になる。
図２は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法であり、前記図１のアッシングチャンバ１１におけるアッシング処理の流れ図である。
【００２２】
半導体基板上の集積回路におけるＡｌを主成分とするＡｌ合金配線のパターニング加工後のアッシングに関する。
被処理基板におけるＡｌ合金配線は、バリアメタルとして例えばＴｉ／ＴｉＮ積層膜（またはＴｉＮ単層膜）が下地に形成される。
また、Ａｌ合金配線上部は反射防止膜として例えばＴｉＮ膜（またはＴｉ／ＴｉＮ積層膜）が設けられる。上部にはＳｉＯ２ハードマスク及びレジストマスクが形成されている（図４参照）。
【００２３】
第１ステップＳ１１としてＨ２○プラズマ処理を行う。
このＨ２○プラズマ処理はパッシベーションステップとも呼ばれるコロージョン対策である。Ｃｌ２系ガスによりエッチングされた配線層に対し、残留する塩素化合物をＨＣｌで揮発させると共に、露出側面に耐蝕性の高いＡｌ２Ｏ３等の被膜下地を形成する。
【００２４】
続いて、第２ステップＳ１２としてＯ２プラズマ処理を行う。
これにより、レジスト層のアッシングが主に行われると共に、耐蝕性の被膜が強化される。尚、このＯ２ガスにさらにＮ２ガスを加えても良く、また、Ｎ２ガス単独でも良い。
このようなアッシング処理の後、被処理基板はフッ化アンモニア系の薬液洗浄工程に移行する。これにより、残留レジスト、エッチング残留堆積物の完全除去が達成される。
【００２５】
上記実施形態の方法によれば、Ｏ２（またはＮ２ガス単独、あるいはＯ２／Ｎ２混合ガス）のプラズマ処理で終えることにより、その後の薬液洗浄処理前に時間を置いても、Ａｌ合金配線の側部に異物が成長しなくなった。
このような一連のアッシング処理により、異物は発生しないか、発生してもＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）レベルでは発見できないほど小さいものとなる。
【００２６】
これにより、デザインルールが厳しい微細なピッチでＡｌ合金配線が形成されたとしても、異物によるショートは起こらないと考えられる。
そして、このようなアッシング処理を適用することにより、異物対策としてエッチング条件の変更、薬液の変更、配線構造の変更等、煩わしい変更を一切しなくても、異物の発生は確実に抑えられる。
【００２７】
次に、図３は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法であり、前記図１のアッシングチャンバにおけるアッシング処理の流れ図である。
半導体基板上の集積回路におけるＡｌを主成分とするＡｌ合金配線のパターニング加工後のアッシングに関する。
本実施の形態は第２実施形態と同じく、Ａｌ合金配線は、バリアメタルとして例えばＴｉ／ＴｉＮ積層膜（またはＴｉＮ単層膜）が下地に形成される。また、Ａｌ合金配線上部は反射防止膜として例えばＴｉＮ膜（またはＴｉ／ＴｉＮ積層膜）が設けられる。上部にはＳｉ○２ハードマスク及びレジストマスクが形成されている（図４参照）。
【００２８】
そして、第１ステップＳ２１としてＯ２プラズマ処理を行う。
ここで、Ｏ２ガスにＮ２ガスを加えたＯ２／Ｎ２混合ガスやＮ２ガス単独でもよいが、そのプラズマ処理条件としては、例えば、Ｏ２単独で行う場合は、Ｏ２：１０００ｓｃｃｍ、圧力：２Ｔｏｒｒ、Ｐｏｗｅｒ：１４００ｗ、処理時間：１０ｓｅｃ程度が好ましく、また、Ｏ２／Ｎ２混合ガスで行う場合は、Ｏ２／Ｎ２：１０００／３００ｓｃｃｍ、圧力：２Ｔｏｒｒ、Ｐｏｗｅｒ：１２５０ｗ、処理時間：２０ｓｅｃ程度が好ましい。尚、このＯ２／Ｎ２混合ガスで行う場合は、Ｏ２については８００〜３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２については２００〜４００ｓｃｃｍ、Ｐｏｗｅｒについては１０００〜１４００ｗ、時間については１０〜６０ｓｅｃ程度が望ましい。
【００２９】
これにより、レジスト層のアッシングが行われると共に、配線の露出側面に異物の発生を抑える耐蝕性の高いＡｌ２Ｏ３等の被膜下地を形成する。
続いて、第２ステップＳ２２としてＨ２Ｏプラズマ処理を行う。
前述した第２実施形態同様のパッシベーションステップであり、Ｃｌ２系ガスによりエッチングされた配線層に対し、残留する塩素化合物をＨＣｌで揮発させる。上記Ａｌ２Ｏ３等の被膜を形成する。
【００３０】
ここで、このＨ２Ｏプラズマ処理条件としては、例えば、Ｈ２Ｏ：５００ｓｅｃ、圧力：２Ｔｏｒｒ、Ｐｏｗｅｒ：１４００ｗ、処理時間：３０〜１５０ｓｅｃ程度が好ましい。
続いて、第３ステップＳ２３としてＯ２プラズマ処理を行う。ここでもＯ２ガスにＮ２ガスを加えてたＯ２／Ｎ２混合ガスやＮ２ガス単独でもよい。ここで、このＯ２プラズマ処理条件としては、例えば、Ｏ２／Ｎ２混合ガスを用いる場合は、Ｏ２／Ｎ２：３０００／２００ｓｅｃ、圧力：２Ｔｏｒｒ、Ｐｏｗｅｒ：１４００ｗ、処理時間：６０〜１２０ｓｅｃ程度が好ましい。
【００３１】
これにより、レジスト層のアッシングが主に行われると共に、耐蝕性の被膜が強化される。
このようなアッシング処理の後、被処理基板はフッ化アンモニア系の薬液洗浄工程に移行する。これにより、残留レジスト、エッチング残留堆積物の完全除去が達成される。
【００３２】
上記実施形態の方法によれば、第２実施形態と同様に○２（またはＮ２ガス添加）のプラズマ処理で終えることにより、その後の薬液洗浄処理前に時間を置いても、Ａｌ合金配線の側部に異物が成長しなくなった。
このような一連のアッシング処理により、異物は発生しないか、発生してもＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）レベルでは発見できないほど小さいものとなる。
【００３３】
これにより、デザインルールが厳しい微細なピッチでＡｌ合金配線が形成されたとしても、異物によるショートは起こらないと考えられる。
この結果、異物対策として、エッチング条件の変更、薬液の変更、配線構造の変更等、煩わしい変更を一切しなくても、異物の発生は確実に抑えられる。
図４は、以上の本発明の各実施形態でアッシング処理されるＡｌ合金配線のパターン例を示す断面図である。Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜のバリアメタル、Ｃｕが１％以下で含有されたＡｌ合金配線、上部のＴｉＮ膜の反射防止膜が形成されている。上部にはＳｉＯ２ハードマスク及びレジストマスクが形成されエッチング加工される。異物はＴｉＮ横に発生し易いが、上述の各実施形態でアッシング処理されるようにすれば、異物発生、もしくは発生してもその成長が抑えられ、異物による隣接間ショートは防止できる。これにより、半導体装置の信頼性は大幅に向上する。
【００３４】
以上説明したように、Ａｌ合金配線における積層構造部への異物の発生を抑え、微細な間隔の配線間ショートを防止する半導体製造装置、半導体装置の製造方法及びこれを利用した半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体製造装置の要部を示す図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の流れ図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法の流れ図。
【図４】アッシング処理されるＡｌ合金配線のパターン例を示す断面図。
【符号の説明】
１０…ドライエッチング装置、１１…アッシングチャンバ、１２…ガス供給系、Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１〜Ｓ２３…処理ステップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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