JP3460101B2 - 気相化学反応を用いたエッチング方法 - Google Patents
気相化学反応を用いたエッチング方法Info
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- JP3460101B2 JP3460101B2 JP02008895A JP2008895A JP3460101B2 JP 3460101 B2 JP3460101 B2 JP 3460101B2 JP 02008895 A JP02008895 A JP 02008895A JP 2008895 A JP2008895 A JP 2008895A JP 3460101 B2 JP3460101 B2 JP 3460101B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は気相化学反応を用いたエ
ッチング方法に関するものであり、特に、電極形成前の
前処理工程におけるエッチング方法及び電極形成後にお
けるＣＶＤ装置の反応室内のエッチング方法に関するも
のである。
ッチング方法に関するものであり、特に、電極形成前の
前処理工程におけるエッチング方法及び電極形成後にお
けるＣＶＤ装置の反応室内のエッチング方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程において、
金属電極のオーミック性を高めるために金属電極形成前
に行っている金属電極表面の自然酸化膜の除去等の前処
理としては、ＲＦ電力によってプラズマ化したＡｒガス
を利用した逆スパッタ法が広く用いられているが、この
逆スパッタ法は半導体基板表面に与えるダメージが大き
いため、第１層目の配線工程にはほとんど用いられてい
なかった。
金属電極のオーミック性を高めるために金属電極形成前
に行っている金属電極表面の自然酸化膜の除去等の前処
理としては、ＲＦ電力によってプラズマ化したＡｒガス
を利用した逆スパッタ法が広く用いられているが、この
逆スパッタ法は半導体基板表面に与えるダメージが大き
いため、第１層目の配線工程にはほとんど用いられてい
なかった。
【０００３】また、金属電極形成工程においては、スパ
ッタ法を用いて金属電極膜を堆積することが一般的であ
るが、スパッタ装置においては１０-7Ｔｏｒｒ程度の高
真空度が要求され、高性能の排気系を必要としていた。
ッタ法を用いて金属電極膜を堆積することが一般的であ
るが、スパッタ装置においては１０-7Ｔｏｒｒ程度の高
真空度が要求され、高性能の排気系を必要としていた。
【０００４】このような高真空度を必要としないＣＶＤ
法を用いて金属電極を形成しようとすると、高真空度の
逆スパッタ装置と低真空度の化学気相堆積装置（ＣＶＤ
装置）とをクラスター化（モジュール化）しようとする
場合に、問題があった。
法を用いて金属電極を形成しようとすると、高真空度の
逆スパッタ装置と低真空度の化学気相堆積装置（ＣＶＤ
装置）とをクラスター化（モジュール化）しようとする
場合に、問題があった。
【０００５】図４は、逆スパッタ法による前処理装置と
金属電極を堆積させるためのＣＶＤ装置とをクラスター
化した場合の概略的構成図を表すものであり、図４を参
照してクラスター化の際の問題点を説明する。
金属電極を堆積させるためのＣＶＤ装置とをクラスター
化した場合の概略的構成図を表すものであり、図４を参
照してクラスター化の際の問題点を説明する。
【０００６】図４参照逆スパッタ法による前処理装置２
８と金属電極を堆積させるためのＣＶＤ装置２９とをク
ラスター化する場合には、両者の間で被処理基板である
半導体ウェハ３１の搬入・搬出を行うためにトランスフ
ァーチャンバー３０を設けることになるが、前処理装置
２８とＣＶＤ装置２９との間の真空度の整合性が悪いた
め所謂クロスコンタミネーションが発生する問題があ
る。
８と金属電極を堆積させるためのＣＶＤ装置２９とをク
ラスター化する場合には、両者の間で被処理基板である
半導体ウェハ３１の搬入・搬出を行うためにトランスフ
ァーチャンバー３０を設けることになるが、前処理装置
２８とＣＶＤ装置２９との間の真空度の整合性が悪いた
め所謂クロスコンタミネーションが発生する問題があ
る。
【０００７】即ち、１０-7Ｔｏｒｒ程度の真空度の前処
理装置２８との気圧整合を取るためにトランスファーチ
ャンバー３０の真空度も１０-5Ｔｏｒｒ程度の真空度に
なっているが、ＣＶＤ装置２９の真空度は１０-2〜１０
-5Ｔｏｒｒ程度と比較的低真空度であるので、ＣＶＤ装
置２９内の半導体ウェハ３１をトランスファーチャンバ
ー３０へ搬出する場合、ＣＶＤ装置２９の反応室内に残
留する反応ガスや反応生成物の一部がトランスファーチ
ャンバー３０に流入し、汚染が発生する。
理装置２８との気圧整合を取るためにトランスファーチ
ャンバー３０の真空度も１０-5Ｔｏｒｒ程度の真空度に
なっているが、ＣＶＤ装置２９の真空度は１０-2〜１０
-5Ｔｏｒｒ程度と比較的低真空度であるので、ＣＶＤ装
置２９内の半導体ウェハ３１をトランスファーチャンバ
ー３０へ搬出する場合、ＣＶＤ装置２９の反応室内に残
留する反応ガスや反応生成物の一部がトランスファーチ
ャンバー３０に流入し、汚染が発生する。
【０００８】一方、このような高真空度を必要とせず、
ＣＶＤ装置との整合性の良い気相化学反応による前処理
も種々提案されており、例えば、ＨＣｌやＳＦ6 を用い
た前処理（特開昭６２−７２１３１号公報参照）、ＮＦ
3 を用いた前処理（特開昭６２−２１６２２４号公報、
特開平１−１３４９３０号公報、特開平１−３１９６７
９号公報参照）、或いは、ＮＦ3 ＋Ｈ2 混合ガスを用い
た前処理（特開平２−７７１２４号公報参照）等が提案
されている。
ＣＶＤ装置との整合性の良い気相化学反応による前処理
も種々提案されており、例えば、ＨＣｌやＳＦ6 を用い
た前処理（特開昭６２−７２１３１号公報参照）、ＮＦ
3 を用いた前処理（特開昭６２−２１６２２４号公報、
特開平１−１３４９３０号公報、特開平１−３１９６７
９号公報参照）、或いは、ＮＦ3 ＋Ｈ2 混合ガスを用い
た前処理（特開平２−７７１２４号公報参照）等が提案
されている。
【０００９】これらの気相化学反応を用いた前処理は、
プラズマ反応を利用しているものであり、金属表面の自
然酸化膜や半導体表面の自然酸化膜の除去に有効である
以外、コンタクトホール形成の際のＣＦ4 等を用いたプ
ラズマエッチングに起因して半導体基板との界面近傍に
発生する残留物（カーボンのポリマー）の除去にも効果
がある。
プラズマ反応を利用しているものであり、金属表面の自
然酸化膜や半導体表面の自然酸化膜の除去に有効である
以外、コンタクトホール形成の際のＣＦ4 等を用いたプ
ラズマエッチングに起因して半導体基板との界面近傍に
発生する残留物（カーボンのポリマー）の除去にも効果
がある。
【００１０】また、これらの気相化学反応は、ＣＶＤ装
置の反応室の内壁のエッチング、即ち、クリーニングに
も有効であり、特に、ＮＦ3 プラズマを用いたクリーニ
ングは、その効率の良さから広く用いられている。
置の反応室の内壁のエッチング、即ち、クリーニングに
も有効であり、特に、ＮＦ3 プラズマを用いたクリーニ
ングは、その効率の良さから広く用いられている。
【００１１】なお、このクリーニングは、何枚かの成膜
を行った場合に、ＣＶＤ装置の反応室の内壁やヒーター
周辺にも不所望なＣＶＤ膜の堆積が生じ、堆積したＣＶ
Ｄ膜が剥がれて次の成膜工程におけるゴミの原因となる
ので、この不所望なＣＶＤ膜を除去するために行うもの
である。
を行った場合に、ＣＶＤ装置の反応室の内壁やヒーター
周辺にも不所望なＣＶＤ膜の堆積が生じ、堆積したＣＶ
Ｄ膜が剥がれて次の成膜工程におけるゴミの原因となる
ので、この不所望なＣＶＤ膜を除去するために行うもの
である。
【００１２】さらに、最近では、ＣｌＦ3 を用いた気相
化学反応によるエッチング方法が注目を集めており、こ
れは、ＣｌＦ3 が熱だけで分解してＦラジカルを発生
し、このＦラジカルを用いて各種のエッチング処理が可
能となるためであり、また、ＣＶＤ装置の反応室のクリ
ーニング法の選択肢を増やすものとしても注目を集めて
いる。なお、ＣｌＦ3 の熱分解反応は、ＣｌＦ3 →Ｃｌ
Ｆ2 ＋Ｆ、或いは、ＣｌＦ3→ＣｌＦ＋Ｆ2 のようにな
るものと考えられており、Ｆラジカルは発生しても、Ｃ
ｌラジカルは容易には発生しない。
化学反応によるエッチング方法が注目を集めており、こ
れは、ＣｌＦ3 が熱だけで分解してＦラジカルを発生
し、このＦラジカルを用いて各種のエッチング処理が可
能となるためであり、また、ＣＶＤ装置の反応室のクリ
ーニング法の選択肢を増やすものとしても注目を集めて
いる。なお、ＣｌＦ3 の熱分解反応は、ＣｌＦ3 →Ｃｌ
Ｆ2 ＋Ｆ、或いは、ＣｌＦ3→ＣｌＦ＋Ｆ2 のようにな
るものと考えられており、Ｆラジカルは発生しても、Ｃ
ｌラジカルは容易には発生しない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＮＦ3 等のプ
ラズマ反応を用いた気相化学反応によるエッチング方法
は、半導体表面の自然酸化膜或いは金属表面の自然酸化
膜等の各種の被膜の除去が可能なＡｒを用いた逆スパッ
タ法とは異なり、前処理の内容、即ち、被エッチング部
材の種類によってエッチングガスを変える必要があり、
また、プラズマ発生機構を必要とするために、エッチン
グ系が複雑化・大型化する欠点がある。
ラズマ反応を用いた気相化学反応によるエッチング方法
は、半導体表面の自然酸化膜或いは金属表面の自然酸化
膜等の各種の被膜の除去が可能なＡｒを用いた逆スパッ
タ法とは異なり、前処理の内容、即ち、被エッチング部
材の種類によってエッチングガスを変える必要があり、
また、プラズマ発生機構を必要とするために、エッチン
グ系が複雑化・大型化する欠点がある。
【００１４】例えば、Ｗ（タングステン）表面の自然酸
化膜を除去する場合には、Ｗのフッ化物はＷの塩化物よ
りも蒸気圧が高いためＮＦ3 等のフッ素系のガスを用意
する必要があり、一方、ＴｉＮ等のように塩化物の方が
蒸気圧が高い対象に対しては塩素系のガスが必要である
ので、被エッチング部材によって最低２種類のガスを用
意する必要があった。
化膜を除去する場合には、Ｗのフッ化物はＷの塩化物よ
りも蒸気圧が高いためＮＦ3 等のフッ素系のガスを用意
する必要があり、一方、ＴｉＮ等のように塩化物の方が
蒸気圧が高い対象に対しては塩素系のガスが必要である
ので、被エッチング部材によって最低２種類のガスを用
意する必要があった。
【００１５】もし、仮に、フッ素系ガス或いは塩素系の
ガスのみでエッチングを行った場合には、反応生成物の
蒸気圧が低い場合には、蒸気圧をより高めるためにエッ
チングの際の基板温度を高くする必要があり、前処理装
置に対する負荷になる。
ガスのみでエッチングを行った場合には、反応生成物の
蒸気圧が低い場合には、蒸気圧をより高めるためにエッ
チングの際の基板温度を高くする必要があり、前処理装
置に対する負荷になる。
【００１６】例えば、ＮＦ3 を用いて、塩化物の蒸気圧
よりもフッ化物の蒸気圧の低いＴｉＮ膜を除去する場合
には、蒸気圧を上げるために基板温度、即ち、反応室の
温度を上げる必要があるが、温度を上げると反応室に使
われているステンレス（ＳＵＳ）等の母材がエッチング
されてしまう問題がある。即ち、高温では、ステンレス
中のＮｉ、Ｃｒ、或いは、ＦｅがＦラジカルと反応し
て、反応室の腐食が発生する。
よりもフッ化物の蒸気圧の低いＴｉＮ膜を除去する場合
には、蒸気圧を上げるために基板温度、即ち、反応室の
温度を上げる必要があるが、温度を上げると反応室に使
われているステンレス（ＳＵＳ）等の母材がエッチング
されてしまう問題がある。即ち、高温では、ステンレス
中のＮｉ、Ｃｒ、或いは、ＦｅがＦラジカルと反応し
て、反応室の腐食が発生する。
【００１７】また、ＣＣｌ4 等の塩素系ガスのみを用い
てＷ等のフッ化物より塩化物の蒸気圧の低い被エッチン
グ部材をエッチングする場合には、やはり、蒸気圧を高
めるために処理温度を上げる必要があり、この場合の塩
素系ガスは、ＮＦ3 やＳＦ6等のフッ素系ガス以上に反
応室やヒーターの腐食に影響を及ぼす。
てＷ等のフッ化物より塩化物の蒸気圧の低い被エッチン
グ部材をエッチングする場合には、やはり、蒸気圧を高
めるために処理温度を上げる必要があり、この場合の塩
素系ガスは、ＮＦ3 やＳＦ6等のフッ素系ガス以上に反
応室やヒーターの腐食に影響を及ぼす。
【００１８】また、ＣＶＤ装置の反応室のクリーニング
においてＮＦ3 は広く用いられているものの、ＮＦ3 ガ
スは水に対して不溶性であるため排ガス処理が困難であ
る欠点があり、また、プラズマ反応を用いているため
に、プラズマが拡がらない領域の堆積被膜のエッチング
ができないという問題がある。
においてＮＦ3 は広く用いられているものの、ＮＦ3 ガ
スは水に対して不溶性であるため排ガス処理が困難であ
る欠点があり、また、プラズマ反応を用いているため
に、プラズマが拡がらない領域の堆積被膜のエッチング
ができないという問題がある。
【００１９】また、ＣＶＤ装置の反応室の内壁等に付着
した堆積被膜が塩化物の蒸気圧よりもフッ化物の蒸気圧
の低いＴｉＮ等であれば、前処理工程と同様に、反応室
の温度を上げる必要があり、そうすると反応室に使われ
ているステンレス等の母材の腐食が発生するという問題
がある。
した堆積被膜が塩化物の蒸気圧よりもフッ化物の蒸気圧
の低いＴｉＮ等であれば、前処理工程と同様に、反応室
の温度を上げる必要があり、そうすると反応室に使われ
ているステンレス等の母材の腐食が発生するという問題
がある。
【００２０】一方、ＣｌＦ3 を用いた気相化学反応によ
るエッチング方法は、プラズマ反応を用いることなく、
低温の熱分解を利用するものであるので、装置の小型化
が可能であり、また、プラズマを使用しないので、基板
にプラズマダメージが発生しない等の各種の利点があ
る。
るエッチング方法は、プラズマ反応を用いることなく、
低温の熱分解を利用するものであるので、装置の小型化
が可能であり、また、プラズマを使用しないので、基板
にプラズマダメージが発生しない等の各種の利点があ
る。
【００２１】しかし、ＣｌＦ3 はＦラジカルしか発生し
ないので、塩化物よりもフッ化物の蒸気圧の低いＴｉＮ
膜を除去する場合には、ＮＦ3 と同様に反応室の温度を
上げる必要があり、そうすると反応室に使われているス
テンレス等の母材の腐食が発生するという問題が同様に
発生する。
ないので、塩化物よりもフッ化物の蒸気圧の低いＴｉＮ
膜を除去する場合には、ＮＦ3 と同様に反応室の温度を
上げる必要があり、そうすると反応室に使われているス
テンレス等の母材の腐食が発生するという問題が同様に
発生する。
【００２２】したがって、本発明は、プラズマ反応を用
いることなく、且つ、処理温度を上げることなく、一つ
のエッチングガス系のみを用いて各種の被エッチング部
材を効率良くエッチングすることを目的とする。
いることなく、且つ、処理温度を上げることなく、一つ
のエッチングガス系のみを用いて各種の被エッチング部
材を効率良くエッチングすることを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明は、気相化学反応
を用いたエッチング方法において、エッチングガスとし
てＣｌＦ3 と、ＮＨ 3 、Ｂ 2 Ｈ 6 （ジボラン）、及び、
ＰＨ 3 （フォスフィン）の内の一つからなるＨ+ 源とな
るガスとの混合ガスを用いて被エッチング部材をエッチ
ングすることを特徴とする。
を用いたエッチング方法において、エッチングガスとし
てＣｌＦ3 と、ＮＨ 3 、Ｂ 2 Ｈ 6 （ジボラン）、及び、
ＰＨ 3 （フォスフィン）の内の一つからなるＨ+ 源とな
るガスとの混合ガスを用いて被エッチング部材をエッチ
ングすることを特徴とする。
【００２４】また、本発明は、被エッチング部材が金属
表面の自然酸化膜或いは半導体表面の自然酸化膜である
ことを特徴とする。また、本発明は、被エッチング部材
が化学気相堆積装置の反応室内に付着した堆積被膜であ
ることを特徴とする。
表面の自然酸化膜或いは半導体表面の自然酸化膜である
ことを特徴とする。また、本発明は、被エッチング部材
が化学気相堆積装置の反応室内に付着した堆積被膜であ
ることを特徴とする。
【００２５】また、本発明は、混合ガスを、Ｎ2 、Ａ
ｒ、及び、Ｈｅの内の少なくとも１つのガスで希釈する
ことを特徴とする。
ｒ、及び、Ｈｅの内の少なくとも１つのガスで希釈する
ことを特徴とする。
【００２６】
【作用】気相化学反応を用いたエッチング方法におい
て、エッチングガスとしてＣｌＦ3 とＮＨ 3 、Ｂ
2 Ｈ 6 、及び、ＰＨ 3 の内の一つからなるＨ+ 源となる
ガスとの混合ガスを用いることによって、プラズマ反応
を用いることなく、且つ、処理温度を上げることなく、
各種の被エッチング部材を効率よくエッチングすること
が可能になる。
て、エッチングガスとしてＣｌＦ3 とＮＨ 3 、Ｂ
2 Ｈ 6 、及び、ＰＨ 3 の内の一つからなるＨ+ 源となる
ガスとの混合ガスを用いることによって、プラズマ反応
を用いることなく、且つ、処理温度を上げることなく、
各種の被エッチング部材を効率よくエッチングすること
が可能になる。
【００２７】即ち、酸化剤的に働くＣｌＦ3 と還元剤で
あり且つＨ+ 源となるガスであるＮＨ3 とを通常の状態
で混合させた場合には、激しく反応し、時には爆発を伴
うが、減圧ＣＶＤ法のような希薄な圧力下では特段の問
題は生ぜず、理想的には、 ４ＮＨ3 ＋３ＣｌＦ3 →２Ｎ2 ＋３ＨＣｌ＋９ＨＦ 但し、ΔＨ＝−２０６４．３ＫＪ／ｍｏｌ という反応が生じることになる。
あり且つＨ+ 源となるガスであるＮＨ3 とを通常の状態
で混合させた場合には、激しく反応し、時には爆発を伴
うが、減圧ＣＶＤ法のような希薄な圧力下では特段の問
題は生ぜず、理想的には、 ４ＮＨ3 ＋３ＣｌＦ3 →２Ｎ2 ＋３ＨＣｌ＋９ＨＦ 但し、ΔＨ＝−２０６４．３ＫＪ／ｍｏｌ という反応が生じることになる。
【００２８】この場合、前述のようにＣｌＦ3 の熱分解
ではＦラジカルしか発生しないことを考えると、塩酸
（ＨＣｌ）が生成される点が注目され、これは、塩化物
とフッ化物の両方を形成できることを意味している。即
ち、前記の化学反応式は、完全に燃焼が進行した場合の
理想的な場合を表すものであるので、減圧ＣＶＤ装置の
反応室内において、ガス同士が遭遇して完全な燃焼に至
るまでには、Ｆ及びＣｌの両方のラジカルが存在する過
程が推測されるものである。
ではＦラジカルしか発生しないことを考えると、塩酸
（ＨＣｌ）が生成される点が注目され、これは、塩化物
とフッ化物の両方を形成できることを意味している。即
ち、前記の化学反応式は、完全に燃焼が進行した場合の
理想的な場合を表すものであるので、減圧ＣＶＤ装置の
反応室内において、ガス同士が遭遇して完全な燃焼に至
るまでには、Ｆ及びＣｌの両方のラジカルが存在する過
程が推測されるものである。
【００２９】この場合、ＣｌＦ3 の分解によって生成さ
れるＣｌＦ或いはＣｌＦ2 がＮＨ3から供給されるＨ+
によって更に分解され、Ｃｌラジカルが生成されること
になる。
れるＣｌＦ或いはＣｌＦ2 がＮＨ3から供給されるＨ+
によって更に分解され、Ｃｌラジカルが生成されること
になる。
【００３０】したがって、ＣｌＦ3 とＮＨ3 との混合ガ
ス中には、ＦラジカルとＣｌラジカルの両方が存在する
ことになるので、ＣｌＦ3 とＮＨ3 の流量比を制御する
ことによって、フッ化物の蒸気圧の方が高い被エッチン
グ部材及び塩化物の蒸気圧の方が高い被エッチング部材
の両者を処理温度を上げることなく、効率良くエッチン
グすることができる。
ス中には、ＦラジカルとＣｌラジカルの両方が存在する
ことになるので、ＣｌＦ3 とＮＨ3 の流量比を制御する
ことによって、フッ化物の蒸気圧の方が高い被エッチン
グ部材及び塩化物の蒸気圧の方が高い被エッチング部材
の両者を処理温度を上げることなく、効率良くエッチン
グすることができる。
【００３１】例えば、塩化物の蒸気圧の方が高い被エッ
チング部材をエッチングする場合には、Ｃｌラジカルの
比率を多くするためにＮＨ3 の量をより多くすれば良
く、フッ化物の蒸気圧の方が高い被エッチング部材をエ
ッチングする場合には、Ｆラジカルの比率を多くするた
めにＮＨ3 の量をより少なくすれば良く、この場合のＮ
Ｈ3 はエッチング・レートを制御する作用がある。
チング部材をエッチングする場合には、Ｃｌラジカルの
比率を多くするためにＮＨ3 の量をより多くすれば良
く、フッ化物の蒸気圧の方が高い被エッチング部材をエ
ッチングする場合には、Ｆラジカルの比率を多くするた
めにＮＨ3 の量をより少なくすれば良く、この場合のＮ
Ｈ3 はエッチング・レートを制御する作用がある。
【００３２】また、前記の化学反応は常温でも生じてラ
ジカルが生成されるので、減圧下でも比較的低温で反応
が生ずることになり、反応室に腐食を生ずることなくエ
ッチング処理を行うことが可能になる。
ジカルが生成されるので、減圧下でも比較的低温で反応
が生ずることになり、反応室に腐食を生ずることなくエ
ッチング処理を行うことが可能になる。
【００３３】また、ＣｌＦ3 とＨ+ 源となるガスとの混
合ガスを用いることのみによって、各種の金属表面の自
然酸化膜や半導体表面の自然酸化膜の除去が可能にな
り、また、プラズマ反応を用いないのでコンタクトホー
ル形成工程への適用が可能になり、この場合には、半導
体基板にダメージを与えることなく半導体基板表面の自
然酸化膜を除去することができるので、ソース・ドレイ
ン電極等のオーミック性が向上する。
合ガスを用いることのみによって、各種の金属表面の自
然酸化膜や半導体表面の自然酸化膜の除去が可能にな
り、また、プラズマ反応を用いないのでコンタクトホー
ル形成工程への適用が可能になり、この場合には、半導
体基板にダメージを与えることなく半導体基板表面の自
然酸化膜を除去することができるので、ソース・ドレイ
ン電極等のオーミック性が向上する。
【００３４】また、ＣｌＦ3 とＨ+ 源となるガスとの混
合ガスを用いることによって、化学気相堆積装置の反応
室内のプラズマが拡がらない領域に付着した堆積被膜を
低温で除去することが可能になる。
合ガスを用いることによって、化学気相堆積装置の反応
室内のプラズマが拡がらない領域に付着した堆積被膜を
低温で除去することが可能になる。
【００３５】また、ＣｌＦ3 とＨ+ 源となるガスとの混
合ガスをＮ2 、Ａｒ、及び、Ｈｅの内の少なくとも１つ
のガスで希釈することによってエッチングガスの分圧を
制御し、エッチング速度を簡単に制御することができ
る。
合ガスをＮ2 、Ａｒ、及び、Ｈｅの内の少なくとも１つ
のガスで希釈することによってエッチングガスの分圧を
制御し、エッチング速度を簡単に制御することができ
る。
【００３６】また、Ｈ+ 源として、ＮＨ3 を用いた場合
には前記の化学反応式に沿った安定は反応によってＦラ
ジカル及びＣｌラジカルの両方を発生させることがで
き、また、Ｂ2 Ｈ6 またはＰＨ3 をＨ+ 源として用いた
場合には、Ｂ2 Ｈ6 及びＰＨ3はシリコンプロセスにお
いて不純物源として常用されているので、入手及び排ガ
ス処理等が容易になる。
には前記の化学反応式に沿った安定は反応によってＦラ
ジカル及びＣｌラジカルの両方を発生させることがで
き、また、Ｂ2 Ｈ6 またはＰＨ3 をＨ+ 源として用いた
場合には、Ｂ2 Ｈ6 及びＰＨ3はシリコンプロセスにお
いて不純物源として常用されているので、入手及び排ガ
ス処理等が容易になる。
【００３７】
【実施例】まず、ＣｌＦ3 とＮＨ3 との混合ガスを用い
て金属配線層の形成前の前処理工程を行う第１の実施例
の製造工程を図１及び図２を参照して説明する。
て金属配線層の形成前の前処理工程を行う第１の実施例
の製造工程を図１及び図２を参照して説明する。
【００３８】図１（ａ）参照
まず、半導体基板１上に所定開口部を有する絶縁層（図
示せず）を介して、バリア層となる５０ｎｍのＴｉＮ膜
２、第１Ａｌ配線層３、及び、反射防止膜となる５０ｎ
ｍのＴｉＮ膜４からなる配線層を形成したのち、ＰＳＧ
膜からなる層間絶縁膜５を堆積させ、この層間絶縁膜５
の所定箇所をフォトレジスト６をマスクとしてＣＦ4 等
のフッ素系ガスからなるエッチングガス７によるプラズ
マエッチングを施すことによって、ビアホール８を形成
する。
示せず）を介して、バリア層となる５０ｎｍのＴｉＮ膜
２、第１Ａｌ配線層３、及び、反射防止膜となる５０ｎ
ｍのＴｉＮ膜４からなる配線層を形成したのち、ＰＳＧ
膜からなる層間絶縁膜５を堆積させ、この層間絶縁膜５
の所定箇所をフォトレジスト６をマスクとしてＣＦ4 等
のフッ素系ガスからなるエッチングガス７によるプラズ
マエッチングを施すことによって、ビアホール８を形成
する。
【００３９】図１（ｂ）参照
次いで、フォトレジストを除去したのち、流量２０ｓｃ
ｃｍのＣｌＦ3 、流量３０ｓｃｃｍのＮＨ3 、及び、流
量１０００ｓｃｃｍの希釈用Ｎ2 からなる混合ガス９を
反応室の真空度が１０-1Ｔｏｒｒになるように制御した
状態で、基板温度を２００℃にして２分間エッチング処
理を行う。この場合、エッチングに寄与するのは主にＣ
ｌラジカルであり、２分間で反射防止膜となるＴｉＮ膜
４表面が１０ｎｍ程度エッチングされ、ＴｉＮ膜４表面
に形成されている自然酸化膜が除去される。
ｃｍのＣｌＦ3 、流量３０ｓｃｃｍのＮＨ3 、及び、流
量１０００ｓｃｃｍの希釈用Ｎ2 からなる混合ガス９を
反応室の真空度が１０-1Ｔｏｒｒになるように制御した
状態で、基板温度を２００℃にして２分間エッチング処
理を行う。この場合、エッチングに寄与するのは主にＣ
ｌラジカルであり、２分間で反射防止膜となるＴｉＮ膜
４表面が１０ｎｍ程度エッチングされ、ＴｉＮ膜４表面
に形成されている自然酸化膜が除去される。
【００４０】図２（ｃ）参照
次いで、ＷＦ6 雰囲気１０を用いた選択ＣＶＤ法によっ
て、ビアホール８内にＷ埋込接続電極１１を形成する。
この場合、層間絶縁膜５の露出表面のダングリング・ボ
ンドは、ＣｌＦ3 とＮＨ3 との混合ガスの成分であるＦ
或いはＣｌからなるハロゲン元素と結合してターミネイ
トし、層間絶縁膜５の表面が不活性になっているので、
層間絶縁膜５表面へのＷ層の堆積が起きにくくなり、Ｗ
層の選択堆積性がより高まる。
て、ビアホール８内にＷ埋込接続電極１１を形成する。
この場合、層間絶縁膜５の露出表面のダングリング・ボ
ンドは、ＣｌＦ3 とＮＨ3 との混合ガスの成分であるＦ
或いはＣｌからなるハロゲン元素と結合してターミネイ
トし、層間絶縁膜５の表面が不活性になっているので、
層間絶縁膜５表面へのＷ層の堆積が起きにくくなり、Ｗ
層の選択堆積性がより高まる。
【００４１】図２（ｄ）参照
次いで、バリア層となる５０ｎｍのＴｉＮ膜１２、第２
Ａｌ配線層１３、及び、反射防止膜となる５０ｎｍのＴ
ｉＮ膜１４を順次堆積させ、パターニングすることによ
って、第２層目の配線層を形成する。この後、必要とす
る配線層の数に応じて、同様の工程を繰り返す。
Ａｌ配線層１３、及び、反射防止膜となる５０ｎｍのＴ
ｉＮ膜１４を順次堆積させ、パターニングすることによ
って、第２層目の配線層を形成する。この後、必要とす
る配線層の数に応じて、同様の工程を繰り返す。
【００４２】なお、本発明は、上記の数値範囲に限られ
るものではなく、例えば、真空度は５×１０-3〜１０1
Ｔｏｒｒであれば良く、また、基板温度はあまり高いと
エッチング・レートが大きく反応室やヒーターを腐食す
ることになるので２０℃〜４００℃であれば良く、さら
に、ＣｌＦ3 とＮＨ3 の流量比（ＣｌＦ3 ／ＮＨ3 ）は
０．１〜２．０の範囲であれば良い。
るものではなく、例えば、真空度は５×１０-3〜１０1
Ｔｏｒｒであれば良く、また、基板温度はあまり高いと
エッチング・レートが大きく反応室やヒーターを腐食す
ることになるので２０℃〜４００℃であれば良く、さら
に、ＣｌＦ3 とＮＨ3 の流量比（ＣｌＦ3 ／ＮＨ3 ）は
０．１〜２．０の範囲であれば良い。
【００４３】また、第１の実施例においては、希釈用ガ
スとしてＮ2 を用いているが、希釈用ガスはエッチング
ガスの分圧を制御してエッチング速度を制御するための
ものであるので、Ａｒ或いはＨｅ等の不活性ガスを用い
ても良い。
スとしてＮ2 を用いているが、希釈用ガスはエッチング
ガスの分圧を制御してエッチング速度を制御するための
ものであるので、Ａｒ或いはＨｅ等の不活性ガスを用い
ても良い。
【００４４】さらに、第１の実施例においては、Ｈ+ 源
としてＮＨ3 を用いているが、シリコンプロセスにおい
て不純物源として常用されているＢ2 Ｈ6 及びＰＨ3 も
化学反応においてＨ+ 源となることが知られているの
で、ＮＨ3 の代わりにＢ2 Ｈ6またはＰＨ3 を用いても
良い。
としてＮＨ3 を用いているが、シリコンプロセスにおい
て不純物源として常用されているＢ2 Ｈ6 及びＰＨ3 も
化学反応においてＨ+ 源となることが知られているの
で、ＮＨ3 の代わりにＢ2 Ｈ6またはＰＨ3 を用いても
良い。
【００４５】なお、第１の実施例は、第１層目の配線層
に対するビアホールの形成工程、即ち、第２層目の配線
形成工程を説明しているが、本発明はプラズマ反応を用
いていないので、半導体基板に直接コンタクトホールを
形成する工程に適用しても良いものである。
に対するビアホールの形成工程、即ち、第２層目の配線
形成工程を説明しているが、本発明はプラズマ反応を用
いていないので、半導体基板に直接コンタクトホールを
形成する工程に適用しても良いものである。
【００４６】次に、図３を参照して、ＣＶＤ装置の反応
室に付着した堆積被膜のエッチング方法に関する本発明
の第２の実施例の製造工程を説明する。 図３（ａ）参照 図に示す枚葉式の平行平板型減圧化学気相堆積装置法
（ＬＰＣＶＤ装置）１５は、原料ガス導入口２２及び排
気口２４を備えたステンレス製の反応室１６、上部電極
１７、及び、高周波電源２１に接続された下部電極１８
からなり、この下部電極１８は半導体ウェハ２０の載置
台を兼ねるものであり、且つ、半導体ウェハ２０を所定
温度に加熱するヒーター１９を備えている。
室に付着した堆積被膜のエッチング方法に関する本発明
の第２の実施例の製造工程を説明する。 図３（ａ）参照 図に示す枚葉式の平行平板型減圧化学気相堆積装置法
（ＬＰＣＶＤ装置）１５は、原料ガス導入口２２及び排
気口２４を備えたステンレス製の反応室１６、上部電極
１７、及び、高周波電源２１に接続された下部電極１８
からなり、この下部電極１８は半導体ウェハ２０の載置
台を兼ねるものであり、且つ、半導体ウェハ２０を所定
温度に加熱するヒーター１９を備えている。
【００４７】このＬＰＣＶＤ装置１５を用いて半導体ウ
ェハ２０に配線層のバリア層或いは反射防止膜を構成す
るＴｉＮ膜を堆積させる場合には、ヒーター１９によっ
て半導体ウェハ２０の温度を４００℃にした状態で、原
料ガス導入口２２からＴｉＣｌ4 及びメチルヒドラジン
（ＭＨ）からなる原料ガス２３をキャリアガスと共に反
応室１内に供給し、ＴｉＮ膜（ＭＨ−ＴｉＮ膜）を５０
ｎｍ堆積させる。なお、このＭＨ−ＴｉＮ膜の形成方法
は低温成膜が可能な方法であり、既に本発明者等によっ
て出願されている（特開平６−６１２２９号公報参
照）。
ェハ２０に配線層のバリア層或いは反射防止膜を構成す
るＴｉＮ膜を堆積させる場合には、ヒーター１９によっ
て半導体ウェハ２０の温度を４００℃にした状態で、原
料ガス導入口２２からＴｉＣｌ4 及びメチルヒドラジン
（ＭＨ）からなる原料ガス２３をキャリアガスと共に反
応室１内に供給し、ＴｉＮ膜（ＭＨ−ＴｉＮ膜）を５０
ｎｍ堆積させる。なお、このＭＨ−ＴｉＮ膜の形成方法
は低温成膜が可能な方法であり、既に本発明者等によっ
て出願されている（特開平６−６１２２９号公報参
照）。
【００４８】この場合、反応室１６の側壁温度を１００
〜１５０℃に保つことによって、側壁にはほとんど成膜
は起こらないものの、ヒーター１９近傍の温度は半導体
ウェハ２０の温度よりも高いためにＴｉＮ膜が厚く（５
０ｎｍ程度）堆積するので、一枚の半導体ウェハの処理
が終わったのち次の成膜工程に備えるため、処理済の半
導体ウェハを取り出し、反応室１６の内部をクリーニン
グすることによってＴｉＮからなる堆積被膜を除去する
必要がある。
〜１５０℃に保つことによって、側壁にはほとんど成膜
は起こらないものの、ヒーター１９近傍の温度は半導体
ウェハ２０の温度よりも高いためにＴｉＮ膜が厚く（５
０ｎｍ程度）堆積するので、一枚の半導体ウェハの処理
が終わったのち次の成膜工程に備えるため、処理済の半
導体ウェハを取り出し、反応室１６の内部をクリーニン
グすることによってＴｉＮからなる堆積被膜を除去する
必要がある。
【００４９】図３（ｂ）参照
そこで、反応室１６から半導体ウェハを取り出したの
ち、原料ガス導入口２２から流量１０ｓｃｃｍのＣｌＦ
3 、流量３０ｓｃｃｍのＮＨ3 、及び、流量１００ｓｃ
ｃｍの希釈用Ｎ2 からなる混合ガス２６を反応室１６の
真空度が１０-1Ｔｏｒｒになるように制御して供給した
状態で、ヒーター１９近傍の温度を４００℃にして３０
秒処理して、主にＣｌラジカルによって約５０ｎｍの厚
さのＴｉＮからなる堆積被膜２７を全て除去する。
ち、原料ガス導入口２２から流量１０ｓｃｃｍのＣｌＦ
3 、流量３０ｓｃｃｍのＮＨ3 、及び、流量１００ｓｃ
ｃｍの希釈用Ｎ2 からなる混合ガス２６を反応室１６の
真空度が１０-1Ｔｏｒｒになるように制御して供給した
状態で、ヒーター１９近傍の温度を４００℃にして３０
秒処理して、主にＣｌラジカルによって約５０ｎｍの厚
さのＴｉＮからなる堆積被膜２７を全て除去する。
【００５０】なお、この場合も上記の数値範囲に限られ
るものではなく、例えば、真空度は５×１０-3〜１０1
Ｔｏｒｒであれば良く、また、基板温度は１００℃〜４
００℃であれば良く、さらに、ＣｌＦ3 とＮＨ3 の流量
比（ＣｌＦ3 ／ＮＨ3 ）は０．５〜５．０の範囲であれ
ば良い。
るものではなく、例えば、真空度は５×１０-3〜１０1
Ｔｏｒｒであれば良く、また、基板温度は１００℃〜４
００℃であれば良く、さらに、ＣｌＦ3 とＮＨ3 の流量
比（ＣｌＦ3 ／ＮＨ3 ）は０．５〜５．０の範囲であれ
ば良い。
【００５１】また、第２の実施例においても、希釈用ガ
スとしてＮ2 を用いているが、第１の実施例と同様にＡ
ｒ或いはＨｅ等の不活性ガスを用いても良く、Ｈ+ 源と
してＮＨ3 を用いているが、これも第１の実施例と同様
にＢ2 Ｈ6 またはＰＨ3 を用いても良いものである。
スとしてＮ2 を用いているが、第１の実施例と同様にＡ
ｒ或いはＨｅ等の不活性ガスを用いても良く、Ｈ+ 源と
してＮＨ3 を用いているが、これも第１の実施例と同様
にＢ2 Ｈ6 またはＰＨ3 を用いても良いものである。
【００５２】また、第２の実施例においては、平行平板
型ＰＬＣＶＤ装置のクリーニング法を説明しているが、
本発明の技術思想はこのような特定の装置のクリーニン
グ方法に限られるものではなく、各種の成膜装置のクリ
ーニングに適用できるものである。
型ＰＬＣＶＤ装置のクリーニング法を説明しているが、
本発明の技術思想はこのような特定の装置のクリーニン
グ方法に限られるものではなく、各種の成膜装置のクリ
ーニングに適用できるものである。
【００５３】また、第１及び第２の実施例においては、
Ｃｌラジカルを用いたエッチング方法を説明している
が、ＣｌＦ3 とＮＨ3 の流量比を変えることによってＦ
ラジカルを用いてＷ等のフッ化物の方が蒸気圧の高い物
質のエッチングにも用いることができ、その場合には、
ＮＨ3 の量によってＦラジカルの発生量、即ち、エッチ
ング・レートを制御するものである。
Ｃｌラジカルを用いたエッチング方法を説明している
が、ＣｌＦ3 とＮＨ3 の流量比を変えることによってＦ
ラジカルを用いてＷ等のフッ化物の方が蒸気圧の高い物
質のエッチングにも用いることができ、その場合には、
ＮＨ3 の量によってＦラジカルの発生量、即ち、エッチ
ング・レートを制御するものである。
【００５４】即ち、ＣｌＦ3 とＮＨ3 の流量比（ＣｌＦ
3 ／ＮＨ3 ）が５以上の場合にはＦラジカルが主になる
ので、Ｗ等のフッ化物の方が蒸気圧の高い物質をエッチ
ングする場合には、流量比（ＣｌＦ3 ／ＮＨ3 ）を５以
上にすれば良い。
3 ／ＮＨ3 ）が５以上の場合にはＦラジカルが主になる
ので、Ｗ等のフッ化物の方が蒸気圧の高い物質をエッチ
ングする場合には、流量比（ＣｌＦ3 ／ＮＨ3 ）を５以
上にすれば良い。
【００５５】また、第１及び第２の実施例において、Ｃ
ｌＦ3 とＮＨ3 とを反応させる励起方法としては、熱励
起法を用いているが、紫外線を用いた光励起法を用いて
も良く、或いは、熱励起法と光励起法とを組み合わせて
も良く、光励起法を用いた場合には、より低温処理化が
可能になる。
ｌＦ3 とＮＨ3 とを反応させる励起方法としては、熱励
起法を用いているが、紫外線を用いた光励起法を用いて
も良く、或いは、熱励起法と光励起法とを組み合わせて
も良く、光励起法を用いた場合には、より低温処理化が
可能になる。
【００５６】
【００５７】
【発明の効果】本発明によれば、ＣｌＦ3 とＮＨ3 との
混合ガスを用いてエッチング処理を行うので、プラズマ
反応を用いることなく低温処理が可能になり、半導体製
造工程の前処理工程に適用した場合には、半導体基板に
プラズマダメージを与えることがなく、且つ、前処理装
置に腐食等の損傷を与えることがなく、また、ＣＶＤ装
置等の成膜装置の反応室のクリーニングに適用した場合
には、プラズマが届かない領域のクリーニングが可能に
なり、且つ、反応室に腐食等の損傷を与えることがな
く、さらに、全体としても、プラズマ化のためのマッチ
ングボックス（バリアブルコンダクタ）を必要としない
ので、系全体を小型化することができる。
混合ガスを用いてエッチング処理を行うので、プラズマ
反応を用いることなく低温処理が可能になり、半導体製
造工程の前処理工程に適用した場合には、半導体基板に
プラズマダメージを与えることがなく、且つ、前処理装
置に腐食等の損傷を与えることがなく、また、ＣＶＤ装
置等の成膜装置の反応室のクリーニングに適用した場合
には、プラズマが届かない領域のクリーニングが可能に
なり、且つ、反応室に腐食等の損傷を与えることがな
く、さらに、全体としても、プラズマ化のためのマッチ
ングボックス（バリアブルコンダクタ）を必要としない
ので、系全体を小型化することができる。
【図１】本発明の第１の実施例の途中までの製造工程の
説明図である。
説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例の図１以降の製造工程の
説明図である。
説明図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明する図である。
【図４】前処理装置及びＣＶＤ装置をクラスタ化した場
合の概略的構成図である。
合の概略的構成図である。
１ 半導体基板
２ ＴｉＮ膜
３ 第１Ａｌ配線層
４ ＴｉＮ膜
５ 層間絶縁膜
６ フォトレジスト
７ エッチングガス
８ ビアホール
９ ＣｌＦ3 ＋ＮＨ3 混合ガス
１０ ＷＦ6 雰囲気
１１ Ｗ埋込接続電極
１２ ＴｉＮ膜
１３ 第２Ａｌ配線層
１４ ＴｉＮ膜
１５ ＣＶＤ装置
１６ 反応室
１７ 上部電極
１８ 下部電極
１９ ヒーター
２０ 半導体ウェハ
２１ 高周波電源
２２ 原料ガス導入口
２３ 原料ガス
２４ 排気口
２５ 排気ガス
２６ ＣｌＦ3 ＋ＮＨ3 混合ガス
２７ 堆積被膜
２８ 前処理装置
２９ ＣＶＤ装置
３０ トランスファーチャンバー
３１ 半導体ウェハ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/302
H01L 21/205
Claims (4)
- 【請求項１】 気相化学反応を用いたエッチング方法に
おいて、エッチングガスとしてＣｌＦ3 と、ＮＨ 3 、Ｂ
2 Ｈ 6 、及び、ＰＨ 3 の内の一つからなるＨ+ 源となる
ガスとの混合ガスを用いて被エッチング部材をエッチン
グすることを特徴とする気相化学反応を用いたエッチン
グ方法。 - 【請求項２】 上記被エッチング部材が、金属表面の自
然酸化膜或いは半導体表面の自然酸化膜であることを特
徴とする請求項１記載の気相化学反応を用いたエッチン
グ方法。 - 【請求項３】 上記被エッチング部材が、化学気相堆積
装置の反応室内に付着した堆積被膜であることを特徴と
する請求項１記載の気相化学反応を用いたエッチング方
法。 - 【請求項４】 上記混合ガスを、Ｎ2 、Ａｒ、及び、Ｈ
ｅの内の少なくとも１つのガスで希釈することを特徴と
する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の気相化学反
応を用いたエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02008895A JP3460101B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 気相化学反応を用いたエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02008895A JP3460101B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 気相化学反応を用いたエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213367A JPH08213367A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3460101B2 true JP3460101B2 (ja) | 2003-10-27 |
Family
ID=12017359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02008895A Expired - Lifetime JP3460101B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 気相化学反応を用いたエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3460101B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5888906A (en) | 1996-09-16 | 1999-03-30 | Micron Technology, Inc. | Plasmaless dry contact cleaning method using interhalogen compounds |
| US20230085078A1 (en) * | 2021-09-16 | 2023-03-16 | Hitachi High-Tech Corporation | Etching processing method and etching processing apparatus |
-
1995
- 1995-02-08 JP JP02008895A patent/JP3460101B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08213367A (ja) | 1996-08-20 |
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