(57)【要約】【課題】コンタクトホール形成後における、金属表面の酸化物除去の際に生じるフッ化物の除去を可能にすることと、ＴｉＯＨが生成されるのを防ぐ半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することである。【解決手段】半導体のコンタクト表面の配線層間絶縁膜と酸化物を除去するためのフッ素系ガスを用いた処理チャンバと、絶縁膜を除去した後、コンタクト表面に残留するフッ素を除去するために前記半導体を搬送する搬送装置と、前記半導体を加熱処理するための加熱処理装置と、前記半導体を水素系のプラズマ処理をするためのプラズマ処理装置を用いる。【選択図】図１
2005005292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素系ガスを用いて電子デバイスに形成された金属配線の表面の酸化物を除去する第１の処理チャンバと、
酸化物を除去する際に前記金属配線表面に生成したフッ化物を水素系のプラズマを用いて除去する第２の処理チャンバと、
前記電子デバイスを搬送する搬送装置とを有することを特徴とする電子デバイス製造システム。
【請求項２】
前記搬送装置は前記電子デバイスを特殊雰囲気下で搬送することを特徴とする請求項１記載の電子デバイス製造システム。
【請求項３】
前記搬送装置は前記電子デバイスを真空中で搬送することを特徴とする請求項１記載の電子デバイス製造システム。
【請求項４】
前記第２の処理チャンバは、前記電子デバイスを加熱するための加熱処理手段を有していることを特徴とする請求項１記載の電子デバイス製造システム。
【請求項５】
前記加熱処理手段における加熱温度が２００度以上であることを特徴とする請求項１記載の電子デバイス製造システム。
【請求項６】
フッ素系ガスを用いて電子デバイスに形成された金属配線表面の酸化物を除去する酸化物除去工程と、
前記酸化物除去工程の際に、前記金属配線表面に生成したフッ化物を水素系のプラズマを用いて除去するフッ化物除去工程と、
前記電子デバイスを搬送する搬送工程とを有することを特徴とする電子デバイス製造方法。
【請求項７】
前記搬送工程は前記電子デバイスを特殊雰囲気下で搬送することを特徴とする請求項６記載の電子デバイス製造方法。
【請求項８】
前記搬送工程は前記電子デバイスを真空中で搬送することを特徴とする請求項６記載の電子デバイス製造方法。
【請求項９】
前記電子デバイスにはコンタクトホールが形成されており、前記搬送工程は、前記コンタクトホールに金属を埋め込む工程へ搬送する工程であることを特徴とする請求項７、または請求項８のいずれか１つに記載の電子デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンタクト表面の酸化物を除去する機能及び工程を有する電子デバイス製造システム及び電子デバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、電子デバイスの製造工程における層状に配置される金属配線間を結ぶためのコンタクト部形成の工程を示す。
まず、図６（ａ）は、下部金属配線６１の上にシリコンの酸化膜や窒化膜などの絶縁膜６２を形成し、その上に有機材料であるレジスト６３を塗布した後、露光・現像してパターニングを行なった状態を示している。下部配線６１は例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕを用いており、その表面にはバリアメタルとしてＴｉＮやＴｉが存在する。
【０００３】
次に、ＣＦ系及びＯ系ガスのプラズマによりパターニングされたレジスト６３をマスクにしてＲＩＥ（リアクティブ  イオン  エッチング）処理を行い、コンタクトホール６４を形成する（図６（ｂ）参照）。
次に不要となったレジスト６３は、コンタクトホール５４が形成された後にアッシング処理をおこない除去する（図６（ｃ）参照）。
【０００４】
レジスト６３のアッシング除去後、コンタクトホール６４にコンタクト部６５となる金属材料を埋め込み（図６（ｄ）参照）、最後に上部の金属配線６６を形成することで、下部金属配線６１と上部金属配線６６とがコンタクト部６５により接続された多層配線構造を形成する（図６（ｅ）参照）。この上記一連の過程において、図６（ｂ）に示すエッチング終了後には、コンタクトホール６４底部に下部金属配線６１が露出することになる。下部金属配線６１を露出したままアッシング処理等の作業をすると、下部金属配線６１表面が酸化されるため、コンタクト抵抗が上昇する。
【０００５】
このため従来においては、下部金属配線６１の表面に形成された酸化物を除去する目的で、金属材料の埋め込み前にコンタクトホール６４の底部のクリーニング処理を行ってきた。クリーニング処理は、例えばＣＦ４ガスをプラズマ化することで、下部金属配線６１表面の酸化物をエッチング処理により除去していた。
【０００６】
クリーニング処理後のコンタクトホール６４には金属材料が埋め込まれるが、前のエッチング工程から埋め込む工程を行う位置へ搬送するには大気中を搬送していた。
【特許文献１】特開平１０−３２６７７１号公報（第４頁、図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記クリーニング処理をすると、下部金属配線６１表面の酸化物はある程度除去可能であるが、その替わりにフッ化物が生成される。これは処理ガスとして用いたＣＦ４ガスに含まれるフッ素が、下部金属配線６１表面のダングリングボンドと結合するためである。下部金属配線６１表面にフッ化物が生成されると、コンタクトホール５４に埋め込まれる金属材料と下部金属配線６１の密着性が低下し、これが原因で下部金属配線６１とコンタクト部５５間のコンタクト抵抗が高くなる、もしくは不安定になるという第１の問題点を生じる。
さらに、クリーニング処理後のコンタクトホール５４に金属材料を埋め込む工程へ移動させるために電子デバイスを搬送する際、大気中を搬送していたが、大気に触れることにより、コンタクト抵抗を上昇させるＴｉＯＨが下部金属配線６１表面に生成されてしまっていたという第２の問題点があった。
【０００８】
本発明は、コンタクトホール形成後において、下部金属配線６１表面に形成された酸化膜を除去する際に付着するフッ化物の除去が可能であるという、第１の問題点に対する電子デバイス製造システム及び電子デバイス製造方法と、また金属配線表面にＴｉＯＨが生成されるのを防ぐために電子デバイスを搬送する際に大気に触れないように行う、という第２の問題点を解決する電子デバイス製造システム及び電子デバイス製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明の電子デバイス製造システムは、フッ素系ガスを用いて電子デバイスに形成された金属配線の表面の酸化物を除去する第１の処理チャンバと、酸化物を除去する際に前記金属配線表面に生成したフッ化物を水素系のプラズマを用いて除去する第２の処理チャンバと、前記電子デバイスを搬送する搬送装置とを有すること、そして搬送の際は特殊雰囲気下または真空中で搬送することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の電子デバイス製造方法は、フッ素系ガスを用いて電子デバイスに形成された金属配線表面の酸化物を除去する酸化物除去工程と、前記酸化物除去工程の際に、前記金属配線表面に生成したフッ化物を水素系のプラズマを用いて除去するフッ化物除去工程と、前記電子デバイスを搬送する搬送工程とを有すること、そして搬送工程において特殊雰囲気下または真空中で搬送することを特徴としている。
第２の目的を達成するために、前記搬送装置は前記電子デバイスを特殊雰囲気下、もしく真空中で搬送することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態にかかる、電子デバイス製造システム及び電子デバイス製造方法に関し、図１乃至図５を参照しながら説明する。図１は、電子デバイス製造システムの全体構成図、図２は、金属配線表面に生成されたフッ化物のエッチング除去後、及びフッ化物をダウンフロープラズマにより除去した後の金属配線表面の分析図、図３、図４はフッ化物除去処理時における被処理物（例えばウエハ）の温度とフッ素残留量との関係図である。図５は、電子デバイスの製造工程における層状に配置される金属配線間を結ぶためのコンタクト部形成の工程を示しており、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）と前記図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）はそれぞれ同じ内容である。図５と図６の違いは図５（ｃ‘）である。図５（ｃ’）では酸化物を除去する際（図５（ｃ））に金属配線表面に生成したフッ化物を水素系のプラズマを用いて除去する作業が行われる。
【００１２】
図１は、本実施の形態にかかる、コンタクトホール底のクリーニング、及び真空搬送可能かつダウンフローの処理が可能な装置を示す電子デバイス製造システムの全体構成図で、図中１は、コンタクトホール５４により露出した下部金属配線５１表面に形成された酸化膜を除去するための例えば平行平板型である第１のプラズマ処理チャンバであり、図中のＰ／Ｃ１の概略を拡大して示している。また、請求項中の搬送装置に関する記述で真空中とは気圧の上限が１０−６×１０１３２５／７６０Ｐａであること、特殊雰囲気下とは上記真空中の状態に加え、不活性ガス（例えばキセノンガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、酸素ガス中の少なくとも１種類）を含むことを示している。
【００１３】
第１のプラズマ処理チャンバ１は、上部電極１１と下部電極１３が対向する位置関係に設置されている。ガスを供給できる手段をもった上部電極１１からは、ＣＦ系のガスやＡｒガスが被処理物を載置することができる下部電極１３に向かって噴射される。この下部電極１３には、高周波発生装置１４がマッチングボックス１５を介して接続されている。高周波発生装置１４により高周波（例えば１３．５６ＭＨｚ）を発生させ、ＣＦ系のガスやＡｒガスがプラズマ化されて、下部電極１３に載置された被処理物の表面に形成された酸化膜をエッチングする。
【００１４】
図１中２は、第１のプラズマ処理チャンバ１において下部金属配線５１表面に形成された酸化膜をエッチングした際に生成したフッ化物を除去するための第２のプラズマ処理チャンバであり、図中のＰ／Ｃ２の概要を拡大している。
第２のプラズマ処理チャンバ２には、マイクロ波を導入するための導波管２１が上部に設置されており、その対向する位置に被処理物を載置することができるステージ２５が配置され、その下部には被処理物を例えば２５０度まで加熱可能なヒーター２６が設置されている。
【００１５】
また、プラズマ処理チャンバ２には、図示していないが、ガス供給手段が、例えばチャンバ側壁に接続されておりそこから水素系のガス（例えばＨ２Ｏガス）が供給できるようになっている。ガスは導波管２１から供給されるマイクロ波によりプラズマ化され、生成した水素ラジカルにより処理が行われる。その結果、被処理物表面に生成したフッ化物が除去される。
【００１６】
図１中７は、真空搬送チャンバを示しており、搬送ロボット７１を有している。この搬送ロボット７１は、プラズマ処理チャンバ１と、プラズマ処理チャンバ２、及びカセットチャンバ８との間を接続するものである。例えば搬送ロボット７１が本発明における未処理の所定のウエハをカセットチャンバ８から取り出し、プラズマ処理チャンバ１へ搬送する。プラズマ処理チャンバ１で処理が終わると搬送ロボット７１により処理済のウエハが搬出され、プラズマ処理チャンバ２へ搬入する。プラズマ処理チャンバ２での処理が終わると搬送ロボット７１により処理済のウエハが搬出され、カセットチャンバ８へ搬送される。
【００１７】
これらの記述においては、プラズマ処理チャンバ１は並行平板型のプラズマ処理チャンバ、プラズマ処理チャンバ２はダウンフロー型のプラズマ処理チャンバと設定されているが、他の形態のプラズマ処理チャンバを用いてもよい。
また、ここでは配線を形成する金属コンタクト表面を例に出しているが、シリコンと金属との化合物であるシリサイド表面（例えばＴｉＳｉ、ＣｏＳｉ、ＮｉＳｉ）にも使用可能であり、そこに電気を通す場合にも用いられる。
【００１８】
次に処理のフローについて説明する。被処理物を複数枚収納したカセット（図示しない）がカセットチャンバ（Ｃ／Ｃ）８内に設置される。カセットが搬入されるとカセットチャンバ８は真空排気され、真空搬送チャンバ７の搬送ロボット７１により、プラズマ処理チャンバ１での処理を施していないカセット内のウエハがプラズマ処理チャンバ１へ搬送される。
【００１９】
プラズマ処理チャンバ１では、被処理物の下部金属配線５１の表面上にある酸化物を、ＣＦ系プラズマによりエッチングして酸化物を除去する処理を行う。以下にその手順を挙げる。搬送ロボット７１により搬入されてきた未処理の被処理物が下部電極１３上に載置されると、プラズマ処理チャンバ１と真空搬送チャンバ７との間は遮断される。そして、プラズマ処理チャンバ１では、高周波発生装置１４により、処理ガス（ＣＦ系ガスやＡｒガス等）がプラズマ化されて酸化物のエッチングが行われる。
【００２０】
プラズマ処理チャンバ１内でのエッチング処理終了後（図５（ｃ）参照）、被処理物は搬送ロボット７１によりダウンフロー処理チャンバ２に搬送される。真空搬送チャンバ７内は真空状態（気圧の上限が１０−６×１０１３２５／７６０Ｐａ）に保たれているため、被処理物の下部金属配線５１の表面上にＴｉＯＨが形成されることを防ぐことができる。
【００２１】
プラズマ処理チャンバ２では、プラズマ処理チャンバ１内でエッチングにより酸化膜を処理した後、コンタクトホール５４底の下部金属配線５１に生じたフッ化物の除去を行う（図５（ｃ‘）参照）。真空搬送チャンバ７内の搬送ロボット７１により搬入されてきた被処理物がステージ２５に載置されると、プラズマ処理チャンバ２と真空搬送チャンバ７との間は遮断される。そして、プラズマ処理チャンバ２では、ヒーター２６によりステージ２５に載置された被処理物が加熱され、処理ガス（Ｈ２Ｏガス等）が導波管２１により伝搬されてきたマイクロ波によりプラズマ化される。それにより発生した水素ラジカルと下部金属配線５１表面に付着したフッ化物とが反応してＨＦが生成されることにより、フッ化物が除去される。
【００２２】
次に、プラズマ処理チャンバ１とプラズマ処理チャンバ２における、被処理物表面における元素分析結果について説明する。
図２はコンタクトホール５４底の下部金属配線５１上の酸化膜をエッチングした後の金属表面と、このエッチング後に被処理物を真空で搬送し、ダウンフロープラズマ処理したあとの金属表面の分析結果について、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、Ｘ線光電子分光分析装置）を用いて分析した結果を示している。ＸＰＳとは、Ｘ線を被分析物表面にあて、励起され放出される電子を検出しエネルギー状態を分析することにより被分析物表面にどのような分子が存在しているかを調べるものである。
【００２３】
図２の縦軸は電子の検出量（単位は電子の個数）、横軸は結合の強さを示している。下のグラフは、プラズマ処理チャンバ１でフッ素系のプラズマを用いて酸化物のエッチング処理がなされた、被処理物のコンタクトホール５４底部にある、下部金属配線５１表面の元素分析結果である。グラフから明らかなようにフッ素の結合エネルギーを示す６８５（ｅＶ）付近で高い値を示している。つまり、下部金属配線５１表面にフッ化物が残留していることが分かる。
【００２４】
次に図２中の上のグラフであるが、これはプラズマ処理チャンバ２で水素ラジカル処理によりフッ化物が除去された後の、被処理物のコンタクトホール５４底部にある下部金属配線５１の表面の元素分析結果である。図２中の下のグラフが６８５（ｅＶ）付近で高い値を示していたのに対し、上のグラフではそのような様子はみられない。よってフッ化物は除去されていることが分かる。
【００２５】
さらに、第２のプラズマ処理チャンバ２におけるフッ化物除去処理を行う際のヒーター２６によるステージ２５上の被処理物の温度と、除去後のフッ素残留量との関係について説明する。図３（縦軸は電子の検出量（単位は電子の個数）、横軸は結合の強さ、図中のａｓＲＩＥは加熱前を示している）及び図４（縦軸は検出量（単位は任意で比率を示す）横軸はウエハの温度）を見ると、被処理物の表面温度が２００度以上になると、フッ素残留量がＸＰＳ分析の検出限界以下まで除去できていることが分かる。
【００２６】
これらの処理を行うことで、コンタクトホール５４底の下部金属配線５１表面に生じた酸化物が除去可能となり、さらには酸化物のエッチング処理後に残留するフッ化物も除去でき、加えて被処理物搬送時のＴｉＯＨの生成がされず、清浄な金属表面が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、金属表面の酸化物を自然酸化膜程度まで低減でき、かつフッ化物が除去され清浄な金属表面が得られることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子デバイス製造システムの配置図。
【図２】ダウンフロー処理後およびＣＦ４エッチング後におけるコンタクトホール底の金属配線表面のフッ素スペクトル図。
【図３】コンタクトホール底の金属配線上の絶縁膜をエッチングした後の表面の分析結果図。
【図４】ダウンフロープラズマ処理後における金属表面のフッ素の量と温度の関係図。
【図５】本発明のコンタクトホール形成フロー図。
【図６】従来のコンタクトホール形成フロー図。
【符号の説明】
１・・・プラズマ処理チャンバ、２・・・プラズマ処理チャンバ、７・・・真空搬送チャンバ、８・・・カセットチャンバ、１１・・・上部電極、１３・・・下部電極、１４・・・高周波発生装置、１５・・・マッチングボックス、２１・・・導波管、２５・・・ステージ、２６・・・ヒーター、５１・・・下部金属配線、５２・・・絶縁膜、５３・・・レジスト、５４・・・コンタクトホール、５５・・・コンタクト部、５６・・・上部金属配線、６１・・・下部金属配線、６２・・・絶縁膜、６３・・・レジスト、６４・・・コンタクトホール、６５・・・コンタクト部、６６・・・上部金属配線、７１・・・搬送ロボット
【図１】
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【図２】
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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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