DE60016423T2

DE60016423T2 - Ätzmethode und plasmabehandlungsmethode

Info

Publication number: DE60016423T2
Application number: DE60016423T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Hagihara; Koichiro Nirasaki-shi Inazawa; Wakako Nirasaki-shi Naito
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-08-24
Also published as: DE60016423D1; TW457582B; EP1207550A4; US6780342B1; EP1207550A1; US20050000939A1; KR20020027588A; JP2001068454A; EP1207550B1; US7211197B2; WO2001017007A1; KR100739909B1; JP4471243B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ätzverfahren und ein Plasmaverarbeitungsverfahren.
STAND DER TECHNIK
Mit der zunehmenden ultrahohen Integration von Halbleitervorrichtungen innerhalb der letzten Jahre wurde die Herstellung von äußerst feinen Metallverdrahtungen, die strenge Gestaltungsregeln erfüllen, zu einer entscheidenden technischen Voraussetzung. Wenn die üblicherweise im Stand der Technik verwendeten Aluminiumverdrahtungen, die aus Al oder einer Al-Legierung bestehen, miniaturisiert werden, erhöht sich der elektrische Widerstand erheblich, was schnell zu einer Verdrahtungsverzögerung führt, die die Betriebsgeschwindigkeit der Halbleitervorrichtung herabsetzt. Als eine Lösung wurde in den letzten Jahren die Anwendung von Cu mit einem geringeren Wert des elektrischen Widerstands als Al als Verdrahtungsmaterial erwogen. Cu oxidiert jedoch schneller als Al. Demgemäß wird während des Prozesses zur Herstellung von Halbleitern eine Cu-Verdrahtungsschicht mit einer Schicht bedeckt, die aus einem Material besteht, das kein O₂ enthält, z. B. einer SiN_x-Schicht, um die Oxidation der Cu-Verdrahtungsschicht dadurch zu verhindern, daß ein Kontakt mit O₂ sicher verhindert wird.
Beim Verbinden einer Cu-Verdrahtung mit einer anderen Verdrahtung der Halbleitervorrichtung, wobei eine mehrschichtige Verdrahtungsstruktur erreicht wird, muß die SiN_x-Schicht geätzt und in der SiN_x-Schicht ein Verbindungsloch, wie ein Kontaktloch, ausgebildet werden, durch das die Cu-Verdrahtungsschicht freigelegt wird. Während des Plasmaätzprozesses, in dem die SiN_x-Schicht geätzt wird, wird jedoch üblicherweise ein CF-Prozeßgas (Fluorkohlenstoff) verwendet, das O₂ enthält. Folglich wird die Oberfläche der freigelegten Cu-Verdrahtungsschicht durch O₂ oder eine Sauerstoffverbindung, die während des Ätzprozesses an der Cu-Verdrahtungsschicht gebildet wird, oxidiert. Ein derartiges Reaktionsprodukt erhöht den Wert des elektrischen Widerstands in dem Bereich, in dem die Cu-Verdrahtung mit der anderen Verdrahtung verbunden ist, und schafft somit ein Problem, da sich die Vorrichtungseigenschaften der Halbleitervorrichtung verschlechtert haben.
Die Druckschrift EP 1 041 614 A1 , die erst nach dem Prioritätsdatum und nach dem Anmeldedatum der vorliegenden Erfindung veröffentlicht wurde, betrifft ein Plasmareinigungsverfahren für Öffnungen, die in einer oder mehreren Isolierschichten mit niedriger Dielektrizitätskonstante von mit Kupfer metallisierten integrierten Schaltungsstrukturen ausgebildet sind. Diese Schrift offenbart ein Ätzen einer Siliziumnitrid-Schicht, die auf einem Isoliermaterial mit niedriger Dielektrizitätskonstante abgeschieden ist, unter Verwendung von CHF₃- und O₂-Plasma und einen weiteren Ätzschritt zum Ätzen des Isoliermaterials mit niedriger Dielektrizitätskonstante unter Verwendung von CF₄- und H₂-Plasma oder CF₄-, C₄F₈- und Argonplasma.
Der Artikel "Low Resistance Copper Via Technology" von K. Ueno et al., Proceedings of Advanced Interconnects and Contacts, San Fransisco, Ca, USA, April 5–7, 1995, offenbart mehrere Reinigungsschritte nach dem Ätzen einer SiN-Schicht durch eine Cu-Oberfläche unter Verwendung von CHF₃-Plasma.
Die Druckschrift GB 2 333 268 A offenbart ein Ätzen einer Siliziumnitridfolie, die auf einer Siliziumoxidfolie, einer Polysiliziumfolie und einer Siliziumfolie abgeschieden ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die durch das Angehen der vorstehend besprochenen Probleme des Stands der Technik abgeschlossen wurde, ist die Bereitstellung eines neuen und verbesserten Ätzverfahrens und eines neuen und verbesserten Plasmaverarbeitungsverfahrens, das das vorstehende Problem und andere Probleme löst.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem ersten Aspekt der Erfindung ein Ätzverfahren nach Anspruch 1 bereitgestellt wird.
In dem Ätzprozeß, der durch Verwendung des erfindungsgemäßen aus C, H und F gebildeten Gases ausgeführt wird, wird die freigelegte Oberfläche der Cu-Schicht nicht schnell oxidiert. Darüber hinaus wird die Wirkung ungeachtet der Gegenwart oder Abwesenheit von O₂ aufrechterhalten. Aus diesem Grund erhöht sich der Wert des elektrischen Widerstands im Verbindungsbereich auch dann nicht, wenn eine Verdrahtung beispielsweise mit der freigelegten Oberfläche der Cu-Schicht verbunden wird. Weiterhin ermöglicht das Hinzufügen von O₂ zu dem aus C, H und F gebildeten Gas eine noch wirksamere Verhinderung der Oxidation der Cu-Schicht.
Das aus C, H und F gebildete Gas sollte CH₂F₂, CH₃F oder CHF₃ sein.
Darüber hinaus ist die Zugabe eines inerten Gases zu dem Prozeßgas wünschenswert. Wenn dem Prozeßgas ein inertes Gas hinzugefügt wird, kann der Gehalt des aus C, H und F und O₂ gebildeten Gases nach Bedarf so verändert werden, daß er den spezifischen Prozeßanforderungen entspricht und daß gleichzeitig die Menge an Prozeßgas, das mit einem vorbestimmten Niveau in die Prozeßkammer eingeführt wird, auf einem vorbestimmten Niveau gehalten wird.
Außerdem kann das Verfahren einen Schritt, in dem die SiN_x-Schicht unter Verwendung einer Photoresist-Schicht mit einem darin ausgebildeten spezifischen Muster geätzt wird, einen nach dem Ätzschritt ausgeführten Schritt, bei dem die Photoresist-Schicht verascht wird, und einen nach dem Veraschungsschritt ausgeführten Schritt, bei dem durch Herstellung eines Plasmas aus H₂, das in die Prozeßkammer eingeführt wurde, ein Plasmaprozeß an der freigelegten Cu-Schicht durchgeführt wird, umfassen.
Es sei bemerkt, daß die freigelegte Oberfläche der Cu-Schicht auch während des Veraschungsschritts oxidiert werden kann. Falls ein CF-Gas während des Ätzschritts als Prozeßgas verwendet wird, können darüber hinaus C (Kohlenstoffatome) und F (Fluoratome) in die freigelegte Oberfläche der Cu-Schicht eingeschossen werden. Demgemäß wird die Oberfläche der Cu-Schicht nach dem Ätzschritt und dem Veraschungsschritt mit H₂-Plasma behandelt, um das oxidierte Cu zu reduzieren und C und F zu entfernen. Das führt dazu, daß ein Ansteigen des Werts des elektrischen Widerstands an der Verbindungsfläche, an der die Cu-Verdrahtung mit der anderen Verdrahtung verbunden ist, noch wirksamer verhindert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine skizzenhafte Schnittansicht der Plasmaverarbeitungsvorrichtung zur Anwendung der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt skizzenhafte Schnittansichten eines Wafers vor und nach der Ausführung eines Prozesses mittels Anwendung des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens;
3 zeigt graphische Darstellungen zur besseren Erklärung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens und
4 zeigt graphische Darstellungen zur besseren Erklärung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
Es folgt eine ausführliche Erklärung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens und Plasmaverarbeitungsverfahrens unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
(1) Ätzverfahren
Zuerst wird das in der Ausführungsform angewendete Ätzverfahren erklärt.
(a) Gesamtstruktur der Ätzvorrichtung
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 kurz eine Plasmaverarbeitungsvorrichtung 100 erklärt, in der das mit der Ausführungsform erreichte Ätzverfahren angewendet werden kann. In einem luftdichten Prozeßbehälter 104 ist eine Prozeßkammer 102 ausgebildet. Um den Prozeßbehälter 104 ist ein Magnet 106 angeordnet, sodaß im Inneren der Prozeßkammer 102 ein rotierendes Magnetfeld gebildet wird. Darüber hinaus ist im Inneren der Prozeßkammer 102 eine untere Elektrode 108 bereitgestellt, auf der ein Werkstück, wie ein Halbleiterwafer W (nachstehend als ein "Wafer" bezeichnet) angeordnet werden kann. Eine obere Elektrode 110 wird bereitgestellt, die der Montageoberfläche einer unteren Elektrode 108 in der Prozeßkammer 102 gegenüberliegt.
An der oberen Elektrode 110 sind zahlreiche Gasauslaßöffnungen 110a ausgebildet. Die Gasauslaßöffnungen 110a sind über ein erstes ~ drittes Schaltventil 112, 114 und 116 und ein erstes ~ drittes Strömungsregelventil 118, 120 und 122 mit einer ersten ~ dritten Gasversorgungsquelle 124, 126 bzw. 128 verbunden. CH₂F₂, O₂ und Ar, aus denen das in dieser Ausführungsform verwendete Prozeßgas besteht, sind jeweils in der ersten ~ dritten Gasversorgungsquelle 124, 126 und 128 gelagert. Diese Struktur ermöglicht, daß das Prozeßgas, das aus CH₂F₂, O₂ und Ar besteht, deren vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit individuell eingestellt wird, über Gasauslaßöffnungen 110a in die Prozeßkammer 102 eingeführt wird. Es sei bemerkt, daß der unter Verwendung des Prozeßgases ausgeführte Ätzprozeß nachstehend ausführlich erklärt ist.
Darüber hinaus wird das Prozeßgas, das in die Prozeßkammer 102 eingeführt wird, in Plasma umgewandelt, sobald eine hochfrequente Ausgangsspannung einer Hochfrequenzquelle 130 über ein Anpaßglied 123 an der unteren Elektrode 108 angelegt. Das Gas in der Prozeßkammer 102 wird über ein Prallblech 134, das um die untere Elektrode 108 angeordnet ist, und ein Evakuierungsrohr 136 evakuiert. Es sei bemerkt, daß die Plasmaverarbeitungsvorrichtung 100 eine Struktur annimmt, die die Durchführung eines Veraschungsprozesses und einer Oberflächenbehandlung einer Cu-Schicht 204, die nachstehend ausführlich beschrieben sind, sowie des Ätzprozesses ermöglicht.
(b) Ätzprozeß
Als nächstes folgt eine ausführliche Erklärung des Ätzprozesses unter Bezugnahme auf 1 und 2, der auf dem Wafer W unter Verwendung des Prozeßgases der Ausführungsform ausgeführt wird. Es sei bemerkt, daß 2(a) eine skizzenhafte Schnittansicht des Wafers W im Zustand vor dem Ätzen einer SiN_x-Schicht 206 darstellt. 2(b) stellt eine skizzenhafte Schnittansicht des Wafers W im Zustand nach dem Ätzen der SiN_x-Schicht 206 dar.
Wie aus 2(a) hervorgeht, wird die Cu-Schicht (Cu-Verdrahtungsschicht) 204 auf einer ersten SiO₂-Schicht 200 über eine TaN-Schicht 202 ausgebildet, die als eine Trennmetallschicht dient. Darüber hinaus wird auf der Cu-Schicht 204 zur Verhinderung der Oxidation der Cu-Schicht 204 die SiN_x-Schicht 206 ausgebildet, die dem Ätzprozeß der Ausführungsform unterworfen wird. Über der SiN_x-Schicht 206 werden in Folge eine zweite SiO₂-Schicht 208, die als Schichtisolierfolie verwendet wird, und eine Photoresist-Schicht 210 mit einem darauf ausgebildeten spezifischen Muster laminiert.
Der Ätzprozeß wird in der Ausführungsform nach Ausbildung eines Kontaktlochs 212, das die SiN_x-Schicht 206 erreicht, in der zweiten SiO₂-Schicht 208 mittels eines speziellen Ätzprozesses wie in 2(a) dargestellt ausgeführt. Genauer gesagt wird das Prozeßgas, das zum Ätzen der zweiten SiO₂-Schicht 208 in die Prozeßkammer 102 eingeführt wird, zunächst auf das aus CH₂F₂, O₂ und Ar bestehende Prozeßgas, das diese Ausführungsform kennzeichnet, umgestellt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten (CH₂F₂/O₂/Ar) von CH₂F₂, O₂ und Ar auf beispielsweise 10 sccm ~ 30 sccm / 10 sccm ~ 30 sccm / 100 sccm 200 sccm eingestellt. Der Druck im Inneren der Prozeßkammer 102 kann beispielsweise auf 30 mTorr ~ 100 mTorr eingestellt sein. Dann wird an der unteren Elektrode 108 eine hochfrequente Spannung mit einer Frequenz von beispielsweise 13,56 MHz, die eine Leistung von 300 W ~ 1000 W erreicht, angelegt.
Das Anlegen einer so hochfrequenten Spannung verursacht eine Dissoziierung des Prozeßgases unter Bildung von Plasma. Das führt dazu, daß die SiN_x-Schicht 206 durch das Plasma geätzt und die obere Oberfläche der Cu-Schicht 204 am unteren Ende des Kontaktlochs 212 freigelegt wird, wie aus 2(b) hervorgeht. Da die SiN_x-Schicht 206 unter Verwendung des aus CH₂F₂, O₂ und Ar bestehenden Prozeßgases geätzt wurde, wird die Oberfläche der Cu-Schicht 204 während dieses Prozesses kaum oxidiert, wie nachstehend unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele erklärt wird.
(c) Ausführungsbeispiel
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 und 4 ein Beispiel einer tatsächlichen Ausführung der Ausführungsform erklärt. Es sei bemerkt, daß 3(a) und (b) sowie 4(a) und (b) jeweils skizzenhaft das Verhältnis der Tiefen, die von der Oberfläche der Cu-Schicht 204 aus gemessen werden, und dem Gehalt der in der Cu-Schicht 204 enthaltenen Elemente an der fraglichen Tiefe darstellen. Die Cu-Schicht 204 wurde allmählich durch Sprühen von Ar mit einem vorbestimmten Druck auf die freigelegte Oberfläche der Cu-Schicht 204 geätzt.
Im Ausführungsbeispiel wurde die SiN_x-Schicht 206 des in 2(a) dargestellten Wafers W durch Verwendung der vorstehend erklärten Plasmaverarbeitungsvorrichtung 100 geätzt. Das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der Bestandteile des Prozeßgases wurde auf CH₂F₂/O₂/Ar = 20 sccm/10 sccm/100 sccm eingestellt. Darüber hinaus wurde der Druck im Inneren der Prozeßkammer 102 auf 50 mTorr eingestellt. An der unteren Elektrode 108 wurde eine hochfrequente Spannung mit einer Frequenz von 13,56 MHz, die eine Leistung von 500 W erreichte, angelegt. Die in 3(a) dargestellten Ergebnisse wurden durch Ätzen des Wafers unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen erzielt. Wie aus 3(a) hervorgeht, wurde die Cu-Schicht 204 kaum oxidiert, während der Prozeß unter Verwendung des aus CH₂F₂, O₂ und Ar bestehenden Prozeßgases ausgeführt wurde, und es wurde fast kein C- und F-Einschuß beobachtet. Daraus können wir also schließen, daß das Prozeßgas eine Beschädigung der Cu-Schicht 204 wirksam verhindert.
Als nächstes wurde als Beispiel, das einen Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bietet, ein Ätzprozeß unter Verwendung eines aus CF₄ und Ar bestehenden Prozeßgases ausgeführt und die in 3(b) dargestellten Ergebnisse erzielt. Es sei bemerkt, daß das aus CF₄ und Ar bestehende Prozeßgas normalerweise in einem Ätzprozeß verwendet wird, der auf der SiO₂-Schicht 208 oder der SiN_x-Schicht 206 ausgeführt wird. Das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der Bestandteile des Prozeßgases wurde auf CF4/Ar = 20 sccm/100 sccm eingestellt. Ansonsten wurde der Prozeß unter denselben Prozeßbedingungen wie vorstehend beschrieben durchgeführt. Wie aus 3(b) hervorgeht, wurde die Cu-Schicht 204 bei Verwendung des aus CF4 und Ar bestehenden Prozeßgases verglichen mit dem Oxidationsausmaß und dem beobachteten C/F-Einschuß bei dem vorstehend beschriebenen Ätzprozeß, der unter Verwendung des aus CH2F2, O₂ und Ar bestehenden Prozeßgases ausgeführt wurde, tiefer oxidiert und es wurde ein höheres Ausmaß an C- und F-Einschuß beobachtet. Daraus kann man also schließen, daß die Cu-Schicht 204 eher beschädigt wird, wenn das aus CF₄ und Ar bestehende Prozeßgas verwendet wird.
Darüber hinaus wurde ein Ätzprozeß unter Verwendung eines aus CH₂F₂, N₂ und Ar bestehenden Prozeßgases ausgeführt, das durch Einmischen von N₂ anstatt O₂ erhalten wurde, um das Ausmaß des Einflusses des im Prozeßgas vorhandenen O₂ festzustellen, wobei die in 4(a) dargestellten Ergebnisse erzielt wurden. Es sei bemerkt, daß das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der Bestandteile des Prozeßgases, wie bei dem aus CH₂F₂, O₂ und Ar bestehenden Prozeßgas, auf CH₂F₂/N₂/Ar = 20 sccm/10 sccm/100 sccm eingestellt war. Das Verfahren wurde ausgeführt, indem die anderen Prozeßbedingungen wie vorstehend beschrieben eingestellt wurden. Wie aus 4(a) hervorgeht, wurde, verglichen mit dem Oxidationsausmaß und dem C/F-Einschuß, die in dem Verfahren, das unter Verwendung des aus CH₂F₂, O₂ und Ar bestehenden Prozeßgases ausgeführt wurde, und dem Verfahren, das unter Verwendung des aus CF₄ und Ar bestehenden Prozeßgases ausgeführt wurde, beobachtet wurden, die Cu-Schicht 204 unter Verwendung des aus CH₂F₂, N₂ und Ar bestehenden Prozeßgases noch tiefer oxidiert und es wurde ein noch größeres Ausmaß an C/F-Einschuß beobachtet. Dies zeigt, daß die Gegenwart von O₂ in dem aus CH₂F₂, O₂ und Ar bestehenden Prozeßgas die Cu-Schicht 204 nicht nachteilig beeinflußt, sondern die Cu-Schicht 204 vielmehr wirksam schützt.
Es sei bemerkt, daß die in 4(b) dargestellten Ergebnisse unter Durchführung einer ähnlichen Messung der Cu-Schicht 204, die der Atmosphäre ohne Ausführung des Ätzprozesses ausgesetzt war, erhalten wurden.
Wie vorstehend beschrieben, ist es durch Ätzen der die Cu-Schicht 204 bedeckenden SiN_x-Schicht 206 mit Plasma, das aus dem aus CH₂F₂, O₂ und Ar bestehenden Prozeßgas erzeugt wurde, möglich, das Ausmaß der Oxidation der freigelegten Cu-Schicht 204 auf ein Mindestmaß zu reduzieren und das Ausmaß, in dem der CH₂F₂ ausmachende C und F in die Cu-Schicht 204 eingeschossen wird, zu senken. Das bedeutet, daß der Wert des elektrischen Widerstands im Verbindungsbereich nicht ansteigt, auch wenn eine andere Verdrahtung an die freigelegte Oberfläche der Cu-Schicht 204 angeschlossen wird.
(2) Veraschungsverfahren
Als nächstes wird ein Verfahren beschrieben, das zur Ausführung eines Veraschungsprozesses auf der auf dem Wafer W ausgebildeten Photoresist-Schicht 210 angewendet werden kann. Während des Prozesses zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung wird ein Veraschungsprozeß normalerweise nach dem Ätzprozeß ausgeführt, um die als Ätzmaske verwendete Photoresist-Schicht 210 zu entfernen. Es besteht jedoch die Gefahr, daß die Cu-Schicht, die während des Ätzverfahrens nicht oxidiert wurde, während des Veraschungsprozesses, der durch Anwendung des bekannten Verfahrens ausgeführt wird, oxidiert wird. Demgemäß ist es wünschenswert, einen Veraschungsprozeß anhand des folgenden Verfahrens auf dem Wafer W auszuführen, der die Cu-Schicht 204 umfaßt.
Genauer gesagt und entsprechend dem vorstehend beschriebenen Ätzprozeß, wird die Temperatur des auf der unteren Elektrode 108 verbleibenden Wafers W auf 100 °C oder weniger und vorzugsweise auf 40 °C gehalten. Die Temperatur des Wafers W wird über einen Mechanismus zur Temperaturregelung (nicht dargestellt) eingestellt, der in der unteren Elektrode 108 vorgesehen ist. Darüber hinaus wird ein aus beispielsweise O₂ bestehendes Prozeßgas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 200 sccm in die Prozeßkammer 102 eingeführt. Dann wird an der unteren Elektrode 108 eine hochfrequente Spannung mit einer Frequenz von 13,56 MHz, die eine Leistung von 1000 W erreicht, angelegt. Durch das Anlegen der Spannung wird das Prozeßgas in Plasma umgewandelt und so die in 2(b) dargestellte Photoresist-Schicht 210 auf dem Wafer W entfernt.
Bei diesem Verfahren wird der Veraschungsprozeß ausgeführt, während die Temperatur des Wafers W auf 100 °C oder weniger gehalten wird, und das bedeutet, daß das Ausmaß, in dem die Cu-Schicht 204 oxidiert wird, auf ein Minimum beschränkt ist. Somit bleibt der Zustand der Cu-Schicht 204 nach dem Veraschungsprozeß verglichen mit dem Zustand nach dem Ätzprozeß im Wesentlichen unverändert.
(3) Verfahren zur Behandlung der Oberflächen der Cu-Schicht (H₂-Plasma-Prozeß)
Als nächstes wird ein Verfahren erklärt, das zur Oberflächenbehandlung der Cu-Schicht 204 angewendet werden kann. Es ist schwierig, eine Oxidation der Cu-Schicht 204 und das Eindringen von C und F vollständig zu verhindern, selbst wenn der Prozeß durch Anwendung des vorstehend beschriebenen Ätzverfahrens und Veraschungsverfahrens ausgeführt wird. Demgemäß ist es wünschenswert, die folgende Oberflächenbehandlung auf der Cu-Schicht 204 auszuführen.
Genauer gesagt wird das Prozeßgas, das nach dem vorstehend beschriebenen Ätzprozeß und Veraschungsprozeß in die Prozeßkammer 102 eingeführt wird, auf H₂ umgestellt, wobei der Wafer W weiterhin in der Prozeßkammer 102 verbleibt. Die Strömungsgeschwindigkeit von H₂ kann beispielsweise auf 200 sccm eingestellt sein. Darüber hinaus kann der Druck im Inneren der Prozeßkammer 102 beispielsweise auf 50 mTorr eingestellt sein. Dann wird im Inneren der Prozeßkammer 102 H₂-Plasma durch Anlegen einer hochfrequenten Spannung mit 1000 W, deren Frequenz beispielsweise auf 13,56 MHz eingestellt ist, an die untere Elektrode 108 erzeugt. Das so erzeugte H₂-Plasma reduziert die Cu-Schicht 204, die oxidiert worden war. Gleichzeitig wird die Cu-Schicht 204 einer Innenimplantation ausgesetzt ist, die C und F eliminiert, die während des Ätzprozesses in die Cu-Schicht 204 eingeschossen wurden. Das bedeutet, daß eine Cu-Schicht 204, die kein O (Sauerstoffatome), C und F enthält, ausgebildet werden kann.
Darüber hinaus wurde für die Cu-Schicht 204 das Verhältnis zwischen der Tiefe, die von der Oberfläche der Cu-Schicht 204 aus gemessen wurde, und dem Gehalt an O, C und F an der entsprechenden Tiefe der Cu-Schicht 204 vor und nach dem H₂-Plasma-Prozeß bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, daß der Gehalt an O, C und F bis zu einer Tiefe von 30 Å (1 Å = 0,1 mm) von der Oberfläche der Cu-Schicht 204 aus nach dem Prozeß erheblich geringer war.
Außerdem kann die Oberfläche der Cu-Schicht 204 unter Verwendung der Plasmaverarbeitungsvorrichtung 100 behandelt werden, die bei Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Ausführung des Ätzprozesses und des Veraschungsprozesses verwendet wurde. Das bedeutet, daß die Oberfläche der Cu-Schicht 204 nicht durch Verwendung einer anderen Verarbeitungsvorrichtung behandelt werden muß. Somit können die einzelnen Prozesse kontinuierlich in der Plasmaverarbeitungsvorrichtung 100 durchgeführt werden, wodurch eine Verbesserung des Durchsatzes und eine Senkung der Herstellungskosten erzielt wird.
Die Erfindung wurde insbesondere mit Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt und für den Fachmann ist es offensichtlich, daß verschiedene Veränderungen bezüglich Form und Einzelheiten möglich sind, ohne dadurch von dem durch die Ansprüche bestimmten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Während vorstehend beispielsweise die Ausführungsform eines Beispiels, in dem CH₂F₂ als ein Bestandteil des Ätzprozeßgases verwendet wird, erklärt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt und die vorstehend beschriebenen Vorteile können auch unter Verwendung von CH₂F₂, CH₃F oder CHF₃ anstatt CH₂F₂ erzielt werden.
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung, während vorstehend die Ausführungsform eines Beispiels, in dem Ar zu dem Ätzprozeßgas hinzugefügt wird, erklärt ist, nicht auf dieses Beispiel beschränkt und sie kann wirksam unter Verwendung eines inerten Gases wie He anstatt Ar oder ohne die Zugabe eines inerten Gases ausgeführt werden.
Während vorstehend die Ausführungsform eines Beispiels, in dem eine einzige Plasmaverarbeitungsvorrichtung zur Ausführung des Ätzprozesses, des Veraschungsprozesses und der Oberflächenbehandlung der Cu-Schicht verwendet wird, erklärt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt und sie kann auch dann angewendet werden, wenn getrennte Plasmaverarbeitungsvorrichtungen zur Durchführung der vorstehend beschriebenen einzelnen Prozesse verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann die auf der Cu-Schicht ausgebildete SiN_x-Schicht geätzt werden, während das Ausmaß, in dem andere Elemente mit der Cu-Schicht vermischt werden, auf ein Mindestmaß beschränkt ist. Darüber hinaus können andere in der Cu-Schicht vorhandenen Elemente durch den unter Verwendung von H₂ ausgeführten Plasma-Prozeß eliminiert werden. Infolgedessen kann jede Verschlechterung der Cu-Schicht verhindert werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Wie vorstehend erklärt, kann die vorliegende Erfindung während des Prozesses zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen angewendet werden und ist insbesondere in einer Anwendung ideal, in der ein Plasma-Prozeß, wie Ätzen, auf einer SiN_x-Schicht ausgeführt wird, die auf einer Cu-Schicht ausgebildet ist.

Claims

Ätzverfahren zum Ätzen einer SiN_x-Schicht (206), die direkt auf einer auf einem Werkstück in einer Prozeßkammer (102) hergestellten Cu-Schicht (204) hergestellt ist, durch Erzeugen eines Plasmas mit einem in die Prozeßkammer (102) eingeführten Prozeßgas zum Ätzen der SiN_x-Schicht bis die Cu-Schicht (204) freigelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßgas O₂ und ein aus C, H und F gebildetes Gas enthält.
Ätzverfahren nach Anspruch 1, wobei das aus C, H und F gebildete Gas CH₂F₂ ist.
Ätzverfahren nach Anspruch 1, wobei das aus C, H und F gebildete Gas CH₃F ist.
Ätzverfahren nach Anspruch 1, wobei das aus C, H und F gebildete Gas CHF₃ ist.
Ätzverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein inertes Gas zum Prozeßgas hinzugefügt wird.
Plasmaverarbeitungsverfahren, aufweisend: – einen mit einem Ätzverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche unter Verwendung einer Photoresist-Schicht (210) mit einem darin ausgebildeten spezifischen Muster durchgeführten Ätzschritt; – einen nach dem Ätzschritt ausgeführten Veraschungsschritt, bei dem die Photoresist-Schicht (210) verascht wird; und – einen nach dem Veraschungsschritt durchgeführten H₂-Plasma-Prozeß-Schritt, bei dem H₂ in die Prozeßkammer (102) eingeführt und zur Herstellung eines Plasmas verwendet wird und ein H₂-Plasma-Prozeß an der freigelegten Cu-Schicht (204) durchgeführt wird.
Plasmaverarbeitungsverfahren nach Anspruch 6, wobei der Ätzschritt, Veraschungsschritt und H₂-Plasma-Prozeß-Schritt in einer einzigen Prozeßkammer (102) durchgeführt werden.