半導体素子の配線形成方法

【課題】残留物除去時に別途の設備、追加処理が不要で、配線のパターン形状も良好に維持でき、工程時間も短縮できる半導体素子の配線形成方法を提供すること。
【解決手段】絶縁層２１上に形成された障壁層２２、アルミニウム又はアルミニウム合金層２３および反射防止膜２４をパターニングし、さらにクリーニングした後、クリーニング時に発生した残留物２５ａをフッ素を含有するガスと酸素とが混合されたプラズマを用いて除去する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の配線形成方法に係り、特にクリーニング工程で発生した残留物を除去する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、配線をアルミニウムで形成する場合には、アルミニウムを蒸着し食刻した後、アルミニウムの腐食を防止するための後処理工程が必要である。この後処置工程としては、塩素プラズマでアルミニウムを食刻した後、直ちに純粋な水（Ｄ．ＩＷａｔｅｒ）に浸けて残留の塩素を除去することにより腐食を防止している。腐食を防止するための他の一方法としては、その場でＨ₂Ｏベーパープラズマを用いて残留の塩素を除去している。
【０００３】ところで、大部分のアルミニウム食刻装置は食刻チャンバとＨ₂Ｏベーパークリーニング／灰化チャンバとで構成される。よって、食刻後に真空破壊せずＨ₂Ｏベーパープラズマを形成して腐食を防止できる。しかし、Ｈ₂Ｏベーパープラズマクリーニング時に、Ｈ、Ｏ、ＯＨイオンにより、食刻マスクとしての感光膜が除去される問題が発生する。また、感光膜の物質変化が発生して、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる配線上にひどいポリマー性残留物が発生するようになる。この残留物はＯ₂灰化処理をしても除去されない。よって、前記残留物は、アミン（ａｍｉｎｅ）基を含む溶液（例えば、ＡＣＴ、ＥＫＣ等）又は強酸性溶液で湿式処理を行って除去した。
【０００４】以上のような従来の半導体素子の配線形成方法を添付図面に基づき説明する。図３および図４は、従来の半導体素子の配線形成方法を示す工程断面図である。従来の方法では、まず図３（ａ）に示すように、絶縁層１１上に障壁層１２を形成する。さらに、障壁層１２上に配線形成のためのアルミニウム又はアルミニウム合金層（以下アルミニウム層と言う）１３を形成する。さらに、アルミニウム層１３上に反射防止膜１４を形成する。次いで、反射防止膜１４上の全面にフォトレジスト１５を塗布した後、露光、現像工程でフォトレジスト１５をパターニングする。
【０００５】次に、図３（ｂ）に示すように、パターニングされたフォトレジスト１５をマスクとして用いて塩素を含むプラズマで反射防止膜１４、アルミニウム層１３および障壁層１２を食刻する。そして、その場でＨ₂Ｏベーパープラズマクリーニング及びＯ₂灰化を実施する。このとき、露出された絶縁層１１が図３（ｂ）に示すように所定の深さに除去される。さらに、図４（ａ）に示すように、フォトレジスト１５が除去されるとともに、反射防止膜１４上に残留物１５ａが生成される。
【０００６】次いで、残留物１５ａを図４（ｂ）に示すように除去するために、硫酸、硝酸などを含む強酸性溶液又はアミン（ａｍｉｎｅ）基を含む化学溶液を使用して湿式処理を行う。しかし、このような化学処理を行うと、残留物１５ａは除去されるが、反射防止膜１４とその下部のアルミニウム層１３との食刻速度が互いに相違し、アルミニウム層１３が過度食刻される。また、アルミニウム層１３の下部の障壁層１２も過度食刻されて、全体的にパターン形状が不良となる。また、化学処理の後には、純粋な水（Ｄ．ＩＷａｔｅｒ）による洗浄工程、スピンドライ工程及びＮ₂ブローイング工程を必要とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、上記のような従来の半導体素子の配線形成方法では、以下のような問題点があった。第１に、残留物の除去のために化学溶液を使用するため、処理槽など別途の設備が必要であり、洗浄などの追加処理も必要となる。第２に、化学溶液を用いた湿式処理では配線の過度食刻がひどくなり、工程時間も長くなる。本発明は上記の点に鑑みなされたもので、別途の設備、追加の処理を必要とせず、工程時間を短縮し、配線のパターン形状を良好に維持できる半導体素子の配線形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解決するために、次のような半導体素子の配線形成方法とする。まず、下地上に障壁層、配線層、反射防止膜を順次に形成する。次に、前記反射防止膜、配線層および障壁層をパターニングし、さらにクリーニングする。その後、前記クリーニング工程時に発生した残留物をフッ素を含有するガスと酸素とが混合されたプラズマを用いて除去する。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明による半導体素子の配線形成方法の実施の形態を詳細に説明する。図１および図２は、本発明の半導体素子の配線形成方法の実施の形態を示す工程断面図である。本発明の実施の形態では、まず、図１（ａ）に示すように、絶縁層（下地層）２１上に障壁層２２を形成する。ここで、障壁層２２の物質としては、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔｉ／ＴｉＮ、ＴｉＷ等を使用する。次に、障壁層２２上に配線層としてのアルミニウム又はアルミニウム合金層（以下アルミニウム層と言う）２３を形成し、さらにアルミニウム層２３上に反射防止膜２４を形成する。このとき、反射防止膜２４としてはＴｉＮを使用する。その後、反射防止膜２４上にフォトレジスト２５を塗布した後、露光及び現像工程を実施してフォトレジスト２５をパターニングする。
【００１０】次いで、パターニングされたフォトレジスト２５をマスクとして図１（ｂ）に示すように反射防止膜２４、アルミニウム層２３および障壁層２２を順次に食刻しパターニングする。この際、食刻工程は塩素プラズマ状態で実施し、食刻装置は、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）型、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）型、ヘリコン（ｈｅｌｉｃｏｎ）型の食刻装置うち１つを選択して使用する。このような塩素プラズマ状態で食刻工程が進むと、図１（ｂ）に示すように、障壁層２２の周囲の絶縁層２１も所定の深さに食刻される。このとき、障壁層２２下部の絶縁層２１非食刻部分は、障壁層２２の幅より広く台形状に残るが、障壁層２２との幅の差は、両側にそれぞれ約３００〜４００Å程度である。
【００１１】次いで、塩素プラズマ状態で食刻したその場でＨ₂Ｏベーパープラズマクリーニングを実施する。このとき、図２（ａ）に示すように、フォトレジスト２５が除去される。さらに、反射防止膜２４上にカーボン、酸素、アルミニウム、微量のシリコンで構成されて硬化した残留物２５ａが形成される。
【００１２】次に、フッ素を含むガス（例えば、ＣＦ₄又はＣＨＦ₃）と酸素( Ｏ₂）とが混合されたプラズマを使用して図２（ｂ）に示すように残留物２５ａを除去する。このとき、残留物２５ａは、ヘリコン型の高密度食刻装置を使用して除去し、そのときの工程条件は次の通りとする。残留物２５ａを除去するための食刻時間は６０秒以内とし、チャンバの圧力は６〜１０ｍＴの範囲にする。また、Ｏ₂と、フッ素（Ｆ）を含むガスとの流量比は８：１〜１０：１の範囲とする。さらに、ソースパワーは２３００〜２８００Ｗの範囲にし、バイアスパワーは３５０〜４５０Ｗの範囲にする。
【００１３】このような本発明の配線形成方法に従うと、フッ素を含むガスとＯ₂とが混合されたプラズマを使用して残留物２５ａを除去したので、従来技術のようにアルミニウム層２３及び障壁層２２が過度食刻される現象は表れない。これは、アルミニウム層２３がフッ素を含むガス等により食刻されないからである。そして、アルミニウム層２３及び障壁層２２が過度食刻されないため、パターン形状を良好に維持し得る。また、障壁層２２の下部の絶縁層２１の損失も最小化することができる。さらに、プラズマ処理によれば、パターニング時の食刻装置などを利用でき、別途の設備が不要となり、さらに洗浄などの追加処理も不要になる。
【００１４】なお、フッ素を含むガス（例えば、ＣＦ₄又はＣＨＦ₃）とＯ₂とが混合されたプラズマを使用して残留物２５ａを除去するとき、障壁層２２の下部の、障壁層２２より幅広な台形状の絶縁層２１非食刻部分の両端部は直角となる。また、アルミニウム層２３および障壁層２２を食刻するとき、食刻条件を適切に調節することにより、絶縁層２１が除去される量を調節することができる。
【００１５】なお、このような本発明の方法に関連する技術として特開昭６３−２４６８２４号公報がある。しかし、この公報技術は、ＷＮｘ膜を加工してゲート電極を形成するためにＣＦ₄とＯ₂ガスを使用する方法であり、本発明のようにアルミニウム配線形成時の残留物除去にフッ素を含むガスとＯ₂とが混合されたプラズマを使用する方法とは技術的に異なる。また、公報技術には、本発明で得られるような効果も記載されていない。
【００１６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の半導体素子の配線形成方法によれば、以下のような効果が得られる。第１に、残留物を除去するための別途の設備を必要とせず、かつ追加処理も不要で、経済的である。第２に、化学溶液を使用しないため配線が過度食刻されず、良好なパターンを維持することができ、しかも工程時間を短縮できる。第３に、絶縁層などの下地層の損失を最小化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体素子の配線形成方法の実施の形態を示す工程断面図。
【図２】同本発明の実施の形態を示し、図１に続く工程を示す工程断面図。
【図３】従来の半導体素子の配線形成方法を示す工程断面図。
【図４】同従来の方法を示す工程断面図。
【符号の説明】
２１絶縁層
２２障壁層
２３アルミニウム層
２４反射防止膜
２５フォトレジスト
２５ａ残留物

【特許請求の範囲】
【請求項１】下地上に障壁層、配線層、反射防止膜を順次に形成する工程と、前記反射防止膜、配線層および障壁層をパターニングし、さらにクリーニングする工程と、前記クリーニング工程時に発生した残留物をフッ素を含有するガスと酸素とが混合されたプラズマを用いて除去する工程とを備えることを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項２】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記障壁層は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔｉ／ＴｉＮ、ＴｉＷのうち１つを選択して使用することを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項３】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記配線層は、アルミニウム（Ａｌ）層、アルミニウム合金層のうち１つを選択して使用することを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項４】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記反射防止膜は、ＴｉＮで形成することを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項５】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記パターニング工程は、塩素（Ｃｌ）を含むガスで食刻することを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項６】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記クリーニング工程は、、Ｈ₂Ｏベーパープラズマクリーニングを実施することを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項７】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記フッ素を含むガスは、ＣＦ₄又はＣＨＦ₃であることを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項８】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記酸素と、前記フッ素を含むガスとの流量比は、８：１〜１０：１の範囲にすることを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項９】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記フッ素を含むガスと酸素とを混合したプラズマの使用時に、ソースパワーは２３００〜２８００Ｗの範囲にすることを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項１０】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記フッ素を含むガスと酸素とを混合したプラズマの使用時に、バイアスパワーは３５０〜４５０Ｗの範囲にすることを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項１１】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記フッ素を含むガスと酸素とを混合したプラズマの使用時に、チャンバの圧力は６〜１０ｍＴの範囲にすることを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項１２】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記フッ素を含むガスと酸素とを混合したプラズマの使用時に、残留物を除去するための食刻時間は６０秒以内にすることを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項１３】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記パターニング工程は、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）型、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）型、ヘリコン（ｈｅｌｉｃｏｎ）型の食刻装置のうち１つを選択して実施されることを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項１４】請求項１記載の半導体素子の配線形成方法において、前記残留物の除去は、ヘリコン型の高密度食刻装置を使用して行われることを特徴とする半導体素子の配線形成方法。

【図１】