(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイス上に金属層を形成し、該金属層の複数の部分上にレジストを設け、該デバイス上にパターン形成された金属と金属汚染されたレジストとが残るように該金属をエッチングし、Ｏ２ガスを使用して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プラズマアッシングプロセスを室温で行って、該金属汚染されたレジストの少なくとも一部をアッシングし、そして該ＲＩＥアッシングプロセスの後に、ハロゲン含有Ｏ２ガスを使用してダウンストリーム型マイクロ波プロセス及びＲＦプラズマプロセスを室温で同時に行って、レジスト残渣を水溶性にすることを特徴とする半導体デバイスの加工方法。
【請求項２】
上記ＲＩＥプラズマアッシングプロセスとダウンストリーム型マイクロ波プロセスとを、それぞれ、熱を加えることなく行うことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの加工方法。
【請求項３】
上記エッチングが塩素ベースのプラズマエッチングであることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの加工方法。
【請求項４】
上記ＲＩＥプラズマアッシングプロセスを、ハロゲン含有ガスも使用して行うことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの加工方法。
【請求項５】
上記ハロゲン含有ガスがＮＦ３であることを特徴とする請求項４記載の半導体デバイスの加工方法。
【請求項６】
上記エッチングの後であって、上記ＲＩＥプラズマアッシングプロセスを行う前に、高温で水蒸気パッシベーションを行うことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの加工方法。
【請求項７】
上記エッチングの後であって、上記ＲＩＥプラズマアッシングプロセスを行う前に、脱イオン水中でリンスすることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの加工方法。
【請求項８】
湿式溶媒を使用することなく、金属汚染されたレジストを除去するために、室温で、Ｏ２ガスを使用してＲＩＥプラズマアッシングプロセスを行う工程の後に、室温で、ハロゲン含有Ｏ２ガスを使用してダウンストリーム型マイクロ波アッシングプロセスおよびＲＦプラズマプロセスを同時に行う工程とを含むことを特徴とする金属エッチング後のストリッピング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の加工方法、製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の製造工程において、電気接続用の金属導線が形成される。この金属導線を形成するためには、金属層を蒸着し、レジストをパターニングして、該導線を形成するために維持されるべき金属の領域を覆うようにし、次いで、プラズマエッチングにより、該金属層の複数の未被覆部分を除去して、金属線を残すようにする。プラズマ金属エッチングの間に、金属面上のレジストに起因するサイドウオールポリマー(sidewall polymer)が形成される。このサイドウオールポリマーは、隣接する金属導線間での電流漏れを零にすることを請け合うために完全に除去されるべきである。
【０００３】
通常、重金属汚染物質があるために、アミンベースの溶媒のような活性な化学溶媒を用いて、サイドウオールポリマーをクリーニングする。デザインルールが縮小するにつれ、また、チップサイズ(die size)を最小化するために金属導線の重なり合いを積極的に零にするにつれ、金属導線とバイアプラグ(via plugs)との間におけるある程度のアライメントの不良は避けられない。しかしながら、湿式化学物質ベースの、エッチング後のクリーニングは問題が多い。というのは、アライメント不良の金属導線が存在しうるとともに、湿式化学物質が部分的に露出したバイアプラグを浸食するからである。さらに、化学溶媒は入手に非常にコストがかかるとともに、環境規制基準のためにその廃棄にコストがかかる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許第5,174,856号(Hwang)明細書には、高温（２４５℃までの温度）で多段階マイクロ波プラズマ工程を含むプロセスであって、その工程にフルオロカーボンガスを使用する工程を備えたプロセスが開示されている。そのような高温では、ストレスが生じ、窒化チタン（ＴｉＮ）層のような反射防止膜（ＡＲＣ）が浸食され、そして追加の時間と電力が必要になる。
本発明は、湿式化学溶媒を使用することなく、かつ高温にすることもなく、金属汚染されたレジスト及びサイドウオールポリマーを半導体デバイス、特に、金属導線から除去できる方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明では、金属エッチング後に残る重金属で汚染された残渣をクリーニングする方法を含んでいる。この方法は、室温でＯ２ガスを使用して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）プラズマアッシングプロセスと、これに続くダウンストリーム型マイクロ波プロセス及びＲＦプラズマプロセスとを組合わせて行われ、汚染されたフォトレジストをアッシングし、残渣（この時点で、残渣は全て水溶性である）をクリーニングする。湿式化学ストリッパー、すなわち溶媒は不要となる。これにより、化学溶媒に関連する、高コスト及び環境や安全性の問題が解消される。
【０００６】
このプロセスに続いて、通常、脱イオン（ＤＩ）水中で生成化合物をリンスして除く。この方法は、室温で行われるので、ウェハーに対するストレスは小さい。
【０００７】
金属短絡歩留まり、金属導通及び電気的限界寸法（ＣＤ）は全て、湿式化学溶媒で処理された対照ウェハーと同等か、それよりも良好であった。従って、本発明の方法によれば、湿式化学クリーニングに伴う金属浸食の問題が避けられ、湿式クリーニング方法よりも低コストであり、さらに安全でかつ環境にもやさしいものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＲＩＥプラズマアッシングプロセスとダウンストリーム型マイクロ波アッシングプロセスとの両方を組合わせた方法であって、化学的に変質しかつダメージを受けたフォトレジスト及びサイドウオールポリマーをストリップする方法を含んでいる。
【０００９】
図１及び図２を参照すれば、金属層１０が基板１２上に形成され、そして金属エッチングの後に残留させるべき金属の領域を保護するために、選択された領域がレジスト１４によって覆われている。例えば、図１には、金属導線の範囲を定めるレジストの多数の線が示されている。金属は単層或いは多層に形成され、純金属、合金或いは金属化合物である。
【００１０】
図２と図３を参照すれば、塩素ベースのプラズマエッチングのような既知の金属エッチング技術を使用して、レジスト１４で覆われていない金属層１０がエッチング除去されている。この金属エッチングの後に、汚染されたレジスト１８及びサイドウオールポリマー２０が残る。金属導線の輪郭を制御しているサイドウオールポリマーは、使用する特定の金属や使用するエッチングプロセスにもよるが、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ及びＣｕのような金属残渣を複合形態で有している。
【００１１】
金属残渣を酸化させることなく、レジスト１８と汚染されたサイドウオールポリマー２０とを除去するためには、低温法を用い、好ましくは熱を加えることなく室温で処理する（ＲＩＥプロセスはある程度の熱を発生させる）。先ず、ＲＩＥプラズマアッシングプロセスを用いて、プラズマにより硬化された外側層を除去するか、または少なくとも分解する。次いで、該金属含有化合物を揮発性或いは水溶性にするために、少量のハロゲン、例えば約５％のＮＦ3（或いはその他のハロゲン）を使用して、ダウンストリーム型マイクロ波アッシングプロセスを行う。ウェハーを脱イオン水中でリンスして生成化合物を除去し、それによって、ウェハーをクリーニングする。
【００１２】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）分析により、この乾式プロセスによれば金属導線からポリマー残渣の全てを除去できることが分かった。また、実験によれば、最初のＲＩＥプロセスを行わずに、ダウンストリーム型マイクロ波プロセスのみを行うと、プラズマで変性した表面層を低温では通常除去できないことが分かったという点にも注目すべきである。そうであるけれども、場合によっては、ＲＩＥプラズマアッシングプロセスとダウンストリーム型マイクロ波プロセスとを同時に行うことで残渣を十分に除去できる。
【００１３】
このプロセスには、ＴｉＮ、ＡｌまたはＴｉを含む他の層を侵さないという利点がある。温度が５０℃を超えると、フッ素ラジカルがＴｉＮを急速に侵すために、低温処理が有利である。
【００１４】
金属腐食を避けるために、アッシングプロセス及びクリーニングプロセスの前であって、金属エッチングの後に、プラズマプロセスを行うことなく、高温で水蒸気パッシべーションプロセスを行うこと、及び／又は周囲温度もしくは高温で脱イオン水リンスを行うことが望ましい。このパッシべーションプロセス及び／または脱イオン水リンス処理は別個のチャンバーで行う。
【００１５】
図４には本発明の方法が示されている。金属を物理蒸着法或いは化学蒸着法のような既知の技術で蒸着する（１００）。レジストを、既知のフォトリソグラフィー技術により該金属面上にパターン形成する（１０２）。レジストで覆われていない金属部分を、既知の塩素ベースのエッチングプロセスにより除去する（１０４）。次いで、ウェハーをパッシべーション処理及び／又はリンス処理する（１０６）。ＲＩＥアッシングプロセスを周囲温度で行い（１０８）、次ぎにダウンストリーム型マイクロ波アッシングプロセスを周囲温度で行う（１１０）。そのようなプロセスの実施例を以下に示す。
【００１６】
【実施例】
実施例１
厚さが０．２５ｍｍである２層の金属層のテストビヒクル(vehicle)は、パターン形成用遠紫外（ＤＵＶ）レジストを備えた、ＴｉＮ／ＡｌＣｕ／ＴｉＮ／Ｔｉからなる金属積層膜を有していた。該金属を、代表的なＢＣｌ3／Ｃｌ2化学薬品を用いてＴＣＰ（トランス結合プラズマ）反応装置内でエッチングした。金属エッチングの後、レジストとサイドウオールポリマーを、ＲＩＥプロセス、次いでダウンストリーム型マイクロ波プロセスによって除去した。それら両方のプロセスは、周囲温度で、即ち、ウェハーを支持する台に熱を加えることなく行なった。ＲＩＥプロセス及びマイクロ波プロセスのためのバラメータを以下に示す。ＲＩＥプラズマアッシング
ガス流量：Ｏ2、１０００ｓｃｃｍ
ＮＦ3、１４０ｓｃｃｍ
Ａｒ、１２０ｓｃｃｍ
Ｎ2Ｈ2、５０ｓｃｃｍ
圧力：０．５Ｔｏｒｒ
時間：３０〜９０秒
電力：２００〜３００Ｗ（ＲＦ）
ダウンストリーム型マイクロ波
ガス流量：Ｏ2、１０００ｓｃｃｍ
ＮＦ3、８０ｓｃｃｍ
Ｎ2Ｈ2、５０ｓｃｃｍ
圧力：０．５Ｔｏｒｒ
時間：１５〜６０秒
電力：１５００Ｗ（μＷ：マイクロ波）
これらの各プロセスは、周囲温度でかつウェハーに熱を加えることなく行われた。
【００１７】
対照ウェハーを、ダウンストリーム型Ｏ2マイクロ波アッシング装置内でストリップし、次いでヒドロキシルアミンベースの溶媒でクリーニングした。
【００１８】
金属についての乾式プロセスの後、光学式顕微鏡及び断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてウェハーを検査し、任意の腐食を検出するとともに、残留するサイドウオールポリマーを検査した。金属導線短絡及び金属導線導通のための電気的試験を、乾式処理されたデバイスのみならず、湿式溶媒で処理した対照グループについてもプロセス工程全体を通して行った。乾式プロセスは溶媒を用いた対照グループに比べて遜色がない。
【００１９】
ＲＩＥプロセス及びマイクロ波プロセスは、米国特許出願第08/731,612号の図１〜図４に示すように、シングル或いはダブルのカソード配置を有する単一のチャンバー内で行われることが好ましい。この出願の開示内容を、あらゆる目的のために引用として特に援用する。
実施例２
この実施例では、最初のＲＩＥプロセスは上記実施例１で述べたものと同じであり、マイクロ波プロセスのパラメータもまた実施例１のパラメータと本質的に同一であるが、ダウンストリーム型マイクロ波プロセスの間に、ＲＦバイアスを５０〜２００ＷのＲＦ電力で印加して、同時にＲＦプラズマ／マイクロ波プロセスを行った。従って、マイクロ波プロセスは、単一チャンバ内でＲＦプロセスと組合せて同時に行われた。熱を加えず、またプロセスを周囲温度で行うことができた。
実施例３
さらなる実施例におけるプロセスパラメータを以下に示す。
ＲＩＥプラズマアッシング
ガス流量：Ｏ2、５０〜１００ｓｃｃｍ
圧力：０．０５〜０．２Ｔｏｒｒ
時間：３０〜９０秒
電力：３００〜６５０Ｗ（ＲＦ）
ダウンストリーム型マイクロ波
ガス流量：Ｏ2、７００〜１５００ｓｃｃｍ
ＮＦ3、５０〜１５０ｓｃｃｍ
Ｎ2Ｈ2、０〜１００ｓｃｃｍ
圧力：０．３〜０．７Ｔｏｒｒ
時間：１５〜６０秒
電力：１５００Ｗ（μＷ：マイクロ波）
マイクロ波処理工程は、ＲＦバイアスをかけて、或いはかけずに行うことができ、また、パラメータは上記実施例１及び実施例２と同じである。ＲＩＥ工程では、圧力を低くし、電力を高くする一方で、ガスはＯ2のみを使用したという点に注目しなさい。
【００２０】
以上に実施例を示したが、該プロセスは、次の範囲内のパラメータ及びガス流量で行うことができる。
ＲＩＥプラズマアッシング
ガス流量：Ｏ2、７００〜１５００ｓｃｃｍ
ＮＦ3、１００〜２００ｓｃｃｍ
Ａｒ、０〜２００ｓｃｃｍ
Ｎ2Ｈ2、０〜１００ｓｃｃｍ
圧力：０．３〜０．７Ｔｏｒｒ
電力：１００〜４００Ｗ（ＲＦ）
ダウンストリーム型マイクロ波
ガス流量：Ｏ2、７００〜１５００ｓｃｃｍ
ＮＦ3、５０〜１５０ｓｃｃｍ
Ｎ2Ｈ2、０〜１００ｓｃｃｍ
圧力：０．３〜０．７Ｔｏｒｒ
従って、本発明は、プラズマエッチング後の金属汚染された残渣をクリーニングするために、ＲＩＥプロセスとダウンストリーム型マイクロ波プロセスとを組合せて行う乾式プロセスを含む。この乾式プロセスの後では、湿式ストリッパーは必要ではなく、それ故、湿式ストリッパーと関連する金属浸食の問題は解消される。さらに、コストの高い湿式溶媒処理工程がいらないので、ウェハーの加工コストは低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】パターン形成されたレジスト層を備えた金属層の平面図。
【図２】パターン形成されたレジスト層を備えた金属膜の断面図。
【図３】レジスト及びサイドウオールポリマーが残留したエッチング後の金属導線の断面図。
【図４】本発明の方法のフローチャート。
【符号の説明】
１０  金属層
１２  基板
１４、１８  レジスト
２０  サイドウオールポリマー
【図１】
0004435332.tif 000002
【図２】
0004435332.tif 000003
【図３】
0004435332.tif 000004
【図４】
0004435332.tif 000005