ホーム > 特許ランキング > 東京エレクトロン株式会社
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6584022
(24)【登録日】2019年9月13日
(45)【発行日】2019年10月2日
(54)【発明の名称】不動態化を使用する銅の異方性エッチング
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20190919BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 104C
【請求項の数】16
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2017-521053(P2017-521053)
(86)(22)【出願日】2015年6月4日
(65)【公表番号】特表2017-520938(P2017-520938A)
(43)【公表日】2017年7月27日
(86)【国際出願番号】US2015034259
(87)【国際公開番号】WO2016003596
(87)【国際公開日】20160107
【審査請求日】2018年5月11日
(31)【優先権主張番号】14/320058
(32)【優先日】2014年6月30日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100091214
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 進介
(72)【発明者】
【氏名】チェン，リー
(72)【発明者】
【氏名】ジャーン，イーン
【審査官】
長谷川 直也
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０４−２４３１３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０００−０６４０４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−０５４３０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００５／０２２４４５６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／３０２、２１／２８５、２１／３０６５、２１／４６１、
Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６、
Ｃ２３Ｆ １／００− ４／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｃｕ含有層内のフィーチャを異方性エッチングする方法であって、：
Ｃｕ含有層及び前記Ｃｕ含有層の上に形成されたパターン化エッチングマスクを有する基板を提供するステップであって、それにより、露出したＣｕ含有層は、前記パターン化エッチングマスクを介して処理に曝される、ステップと；
前記Ｃｕ含有層の後記第１の表面の上の不動態化ガスに基づいた不動態化層を形成することにより、前記露出したＣｕ含有層の第１の表面を不動態化するステップであって、前記不動態化層は堆積層及び成長層のうち少なくとも一方を包含するステップと；
処理チャンバ内に指向性イオンを導入することによって、前記Ｃｕ含有層の第２の表面の不動態化を抑制するステップであって、前記指向性イオンは、前記不動態化ガスによって形成された前記不動態化層を除去するために、前記第２の表面に衝突するステップと；
処理チャンバ内に反応性ガスを導入することによって、前記Ｃｕ含有層の前記第２の表面の上でＣｕ化合物を形成するステップと；
前記Ｃｕ含有層内のフィーチャを異方性エッチングするため、処理チャンバ内に還元性ガスを導入することによって、前記Ｃｕ含有層の前記第２の表面から前記Ｃｕ化合物を除去するステップであって、前記Ｃｕ化合物を除去するため、前記還元性ガスは還元反応を起こすステップと；
を含む、方法。
Ｃｕ含有層及び前記Ｃｕ含有層の上に形成されたパターン化エッチングマスクを有する基板を提供するステップであって、それにより、露出したＣｕ含有層は、前記パターン化エッチングマスクを介して処理に曝される、ステップと；
前記Ｃｕ含有層の後記第１の表面の上の不動態化ガスに基づいた不動態化層を形成することにより、前記露出したＣｕ含有層の第１の表面を不動態化するステップであって、前記不動態化層は堆積層及び成長層のうち少なくとも一方を包含するステップと；
処理チャンバ内に指向性イオンを導入することによって、前記Ｃｕ含有層の第２の表面の不動態化を抑制するステップであって、前記指向性イオンは、前記不動態化ガスによって形成された前記不動態化層を除去するために、前記第２の表面に衝突するステップと；
処理チャンバ内に反応性ガスを導入することによって、前記Ｃｕ含有層の前記第２の表面の上でＣｕ化合物を形成するステップと；
前記Ｃｕ含有層内のフィーチャを異方性エッチングするため、処理チャンバ内に還元性ガスを導入することによって、前記Ｃｕ含有層の前記第２の表面から前記Ｃｕ化合物を除去するステップであって、前記Ｃｕ化合物を除去するため、前記還元性ガスは還元反応を起こすステップと；
を含む、方法。
【請求項2】
前記不動態化ガスが、フッ素含有ガス、炭化水素ガス、フルオロカーボンガス、及びハイドロフルオロカーボンガスのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記の不動態化層を形成するステップは、前記Ｃｕ含有層の前記第１の表面の上に炭化水素又はフルオロカーボンを堆積するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記の不動態化層を形成するステップは、前記Ｃｕ含有層の前記第１の表面の上に、前記不動態化ガスと前記Ｃｕ含有層との間の反応に基づき、Ｃｕフッ化物を成長させるステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項5】
前記不動態化を抑制するステップは、前記Ｃｕ含有層の前記第２の表面から不動態化材料を除去するため、前記Ｃｕ含有層の前記第２の表面を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）すること、又はイオンアシストエッチングすることのうち少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記のＣｕ化合物を形成するステップは、前記Ｃｕ含有層の前記第２の表面に、Ｏ２ニュートラル及びＯイオンのうち少なくとも一方を供給することにより、前記Ｃｕ含有層の前記第２の表面の上でＣｕｘＯを形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記Ｃｕ化合物を除去するステップは、前記Ｃｕ含有層内のフィーチャを異方性エッチングするため、前記第２の表面から前記Ｃｕ化合物の、異方性自発エッチング（ＳＡＥ）及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のうち少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
基板の上のＣｕ含有層をエッチングする方法であって、：
プラズマ源と基板ホルダとを有するプラズマ処理チャンバ内に基板をロードするステップであって、前記基板は、Ｃｕ含有層とその上に形成されたパターン化エッチングマスクとを有する、ステップと；
前記プラズマ処理チャンバ内に不動態化ガスを導入するステップであって、前記不動態化ガスは、前記Ｃｕ含有層の露出した表面の上に不動態化層を形成する、ステップと；
前記プラズマ処理チャンバ内に反応性ガスを導入するステップであって、前記反応性ガスは、前記Ｃｕ含有層中に形成されたフィーチャの露出した表面の上に第１のＣｕ含有化合物を形成する、ステップと；
前記プラズマ処理チャンバ内に還元性ガスを導入するステップであって、前記還元性ガスは、揮発性のＣｕ含有化合物を形成するため、前記第１のＣｕ含有化合物と反応する、ステップと；
前記プラズマ源に、ＤＣ、ＲＦ、又はマイクロ波電力の少なくとも１つを適用することにより、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを付勢するステップと；
前記基板ホルダにＲＦバイアスを印加するステップと；
前記Ｃｕ含有層内にパターンを形成するため、前記プラズマ処理チャンバから前記揮発性のＣｕ含有化合物をポンピングするステップと；
を含む、方法。
プラズマ源と基板ホルダとを有するプラズマ処理チャンバ内に基板をロードするステップであって、前記基板は、Ｃｕ含有層とその上に形成されたパターン化エッチングマスクとを有する、ステップと；
前記プラズマ処理チャンバ内に不動態化ガスを導入するステップであって、前記不動態化ガスは、前記Ｃｕ含有層の露出した表面の上に不動態化層を形成する、ステップと；
前記プラズマ処理チャンバ内に反応性ガスを導入するステップであって、前記反応性ガスは、前記Ｃｕ含有層中に形成されたフィーチャの露出した表面の上に第１のＣｕ含有化合物を形成する、ステップと；
前記プラズマ処理チャンバ内に還元性ガスを導入するステップであって、前記還元性ガスは、揮発性のＣｕ含有化合物を形成するため、前記第１のＣｕ含有化合物と反応する、ステップと；
前記プラズマ源に、ＤＣ、ＲＦ、又はマイクロ波電力の少なくとも１つを適用することにより、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを付勢するステップと；
前記基板ホルダにＲＦバイアスを印加するステップと；
前記Ｃｕ含有層内にパターンを形成するため、前記プラズマ処理チャンバから前記揮発性のＣｕ含有化合物をポンピングするステップと；
を含む、方法。
【請求項9】
前記還元性ガスは酸を含むか、又はＣＨ３ＣＯＯＨを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記反応性ガスはＯ２を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
前記反応性ガスは、不活性ガスをさらに含むか、又はＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、及びＸｅのうち少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項12】
前記不動態化ガスは、フッ素含有ガス、炭化水素ガス、フルオロカーボンガス、及びハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項13】
前記不動態化層は、前記Ｃｕ含有層内に形成されたフィーチャの、底面上の側壁上に優先的に形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項14】
前記不動態化ガス、反応性ガス、及び還元性ガスは、前記プラズマ処理チャンバ内に、単一ステッププロセスで同時に導入されるか、又は前記プラズマ処理チャンバ内に、マルチステッププロセスで順次に導入される、請求項８に記載の方法。
【請求項15】
前記プラズマ源及び基板ホルダは、前記プラズマ処理チャンバの反対側の両端に配置され、
前記不動態化ガス及び反応性ガスは、前記プラズマ源に直接(proximate)導入され、及び
前記還元性ガスは前記基板ホルダに直接(proximate)導入される、
請求項８に記載の方法。
前記不動態化ガス及び反応性ガスは、前記プラズマ源に直接(proximate)導入され、及び
前記還元性ガスは前記基板ホルダに直接(proximate)導入される、
請求項８に記載の方法。
【請求項16】
チャンバ洗浄の方法であって、：
プラズマ源と基板ホルダとを有するプラズマ処理チャンバを提供するステップであって、前記プラズマ処理チャンバの内部表面は、その上に堆積されたＣｕ含有層を有する、ステップと；
前記プラズマ処理チャンバ内に反応性ガスを導入するステップであって、前記反応性ガスは、前記内部表面上の前記Ｃｕ含有層中に第１のＣｕ含有化合物を形成する、ステップと；
前記プラズマ処理チャンバ内に有機化合物ガスを導入するステップであって、前記有機化合物ガスは、揮発性のＣｕ含有化合物を形成するため、前記第１のＣｕ含有化合物と反応するステップであって、ここでは、前記有機化合物は、有機化合物を気化させることにより前記有機化合物ガスを生成する有機化合物ガス供給ユニットを介して供給されるステップと；
前記プラズマ源に、ＤＣ、ＲＦ、又はマイクロ波電力のうち少なくとも１つを適用することにより、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを付勢するステップと；
前記内部表面から前記Ｃｕ含有層を除去するため、前記プラズマ処理チャンバから前記揮発性のＣｕ含有化合物をポンピングするステップと；
を含む、方法。
プラズマ源と基板ホルダとを有するプラズマ処理チャンバを提供するステップであって、前記プラズマ処理チャンバの内部表面は、その上に堆積されたＣｕ含有層を有する、ステップと；
前記プラズマ処理チャンバ内に反応性ガスを導入するステップであって、前記反応性ガスは、前記内部表面上の前記Ｃｕ含有層中に第１のＣｕ含有化合物を形成する、ステップと；
前記プラズマ処理チャンバ内に有機化合物ガスを導入するステップであって、前記有機化合物ガスは、揮発性のＣｕ含有化合物を形成するため、前記第１のＣｕ含有化合物と反応するステップであって、ここでは、前記有機化合物は、有機化合物を気化させることにより前記有機化合物ガスを生成する有機化合物ガス供給ユニットを介して供給されるステップと；
前記プラズマ源に、ＤＣ、ＲＦ、又はマイクロ波電力のうち少なくとも１つを適用することにより、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを付勢するステップと；
前記内部表面から前記Ｃｕ含有層を除去するため、前記プラズマ処理チャンバから前記揮発性のＣｕ含有化合物をポンピングするステップと；
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、銅（Ｃｕ）をエッチングするための、方法及び装置に関し、より具体には不動態化(passivation)を使用する銅の異方性エッチングに関する。
【背景技術】
【0002】
銅（Ｃｕ）は、多種多様な半導体用途における選択肢の金属として浮上してきている。改善されたエレクトロマイグレーション性能と相まって、低い電気抵抗率、及び増加したストレスマイグレーション耐性は、重要な材料特性である。相互接続ライン及びコンタクトにおけるアルミニウム（Ａｌ）の上にＣｕを使用するのに好都合である、重要な材料特性である。前記低い電気抵抗率は、ＲＣ時間遅延を減少させることによって、信号がより速く移動することを可能にする。エレクトロマイグレーションに対する優れた耐性、Ａｌラインにおける共通の信頼性問題、は、Ｃｕがより高い電力密度を扱うことができることを意味する。
【0003】
基板を異方性処理加工する(process)能力は、マスクされた上層の表面に対して実質的に垂直な側壁で、正確に規定された位置において、集積回路フィーチャの製造を可能にする。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるＡｌの異方性エッチングがよく発達している。例えば、エッチング反応の副生成物として塩化アルミニウムを形成するための塩化物の使用は、低温で良好な結果をもたらす。しかしながら、塩化アルミニウムよりもはるかに高い温度において、塩化銅が形成されるので、Ｃｕはエッチングするのは難しい。従って、多層配線(metallization)アーキテクチャへのＣｕの導入は、Ｃｕパターニングのための新たな処理加工(processing)方法、例えばダマシン(damascene)アプローチなど、につながった。
【0004】
ダマシンアプローチは、誘電体材料においてフィーチャをエッチングするステップ、
Ｃｕ金属でそのようなフィーチャを充填するステップ、
溝(grooves)内にＣｕだけを残しながら、ＣＭＰ方法を使用することにより、Ｃｕ薄膜を化学的及び物理的に研磨する(polishing)ステップ、
に基づく。デュアルダマシンスキームは、相互接続ライン及びコンタクトの両方を、単一の処理加工スキームに統合する(integrate)。しかしながら、ダマシン法は、それが困難な非常に微細なフィーチャを定義することを難しくする、複雑なプロセスを包含する。且つ、ＣＭＰは、引っ掻き、剥離、ディッシング(dishing)及び侵食の、収率を損なう問題に悩まされる。さらに、標準的なメッキ−ＣＭＰステップからの銅粒界における圧倒的な電子散乱は、ポスト〜１４ｎｍ世代技術におけるその結果として生じるＲＣ遅延に起因するトランジスタ速度に悪影響を及ぼす恐れがある（すなわち、３０ｎｍ未満の線幅レジーム）。従って、Ｃｕパターニングのためのダマシンプロセスの継続的な使用はありえない。且つ、（Ａｌの場合のように）次世代デバイス製造用改善された信頼性の高いＣｕエッチング技術を開発する必要がある。
【0005】
また、多数のウエハの動をドライエッチングの後、チャンバ条件がシビアに変わることがある。それ自体、チャンバ安定性が傷つくことが予想され、且つ、エッチング結果がドリフトすることが予想される。従って、チャンバ部品の表面上のＣｕ堆積物をきれいにする必要もあり、チャンバの適切なシーズニング条件を復元する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、集積回路に使用される純粋なＣｕ層とＣｕ含有層の異方性ドライエッチングのための方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る、上記及び他の目的は、Ｃｕ含有層におけるフィーチャを異方性エッチングするための方法を提供することにより、達成される。Ｃｕ含有層、及び前記Ｃｕ含有層の上に形成されたパターン化エッチングマスクを提供するステップであって、それにより、露出したＣｕ含有層は、前記パターン化エッチングマスクを介して処理に曝される、ステップと；
前記露出したＣｕ含有層の第１の表面を不動態化するステップと；
前記Ｃｕ含有層の第２の表面の不動態化を抑制するステップと；
を包含する。Ｃｕ化合物が、前Ｃｕ含有層の前記第２の表面の上で形成され、且つ、前記Ｃｕ含有層におけるフィーチャを異方性エッチングするため、前記Ｃｕ化合物は、前記Ｃｕ含有層の前記第２の表面から除去される。
【0008】
本発明の別の態様は、基板上にＣｕ含有層をエッチングするための方法である。当該方法は、プラズマ源と基板ホルダとを有するプラズマ処理チャンバ内に基板をロードするステップを包含し、前記基板はＣｕ含有層とその上に形成されたパターン化エッチングマスクとを有する。不動態化ガスは前記プラズマ処理チャンバ内に導入され、前記不動態化ガスは、前記Ｃｕ含有層の露出した表面上に不動態化層を形成し、且つ、反応性ガスは前記プラズマ処理チャンバ内に導入され、前記反応性ガスは、前記Ｃｕ含有層内に形成されたフィーチャの露出した表面上に第１のＣｕ含有化合物を形成する。当該方法は、前記プラズマ処理チャンバ内に還元性ガスを導入するステップであって、前記還元性ガスは、揮発性のＣｕ含有化合物を形成するため、前記第２のＣｕ含有化合物と反応する、ステップと、
前記プラズマ源に、ＤＣ、ＲＦ、又はマイクロ波電力の少なくとも１つを適用することにより、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを付勢するステップと、
前記基板ホルダにＲＦバイアスを印加するステップと、
を包含する。前記揮発性のＣｕ含有化合物は、前記Ｃｕ含有層内にパターンを形成するため、前記プラズマ処理チャンバからポンピングされる(pumped)。
【0009】
さらに別の態様は、チャンバ洗浄のための方法である。当該方法は、プラズマ源と基板ホルダとを有するプラズマ処理チャンバを提供するステップであって、前記プラズマ処理チャンバの内部表面は、その上に堆積されたＣｕ含有層を有する、ステップと、
前記プラズマ処理チャンバ内に反応性ガスを導入するステップであって、前記内部表面上の前記Ｃｕ含有層中に第１のＣｕ含有化合物を形成する、ステップと、
を包含する。前記プラズマ処理チャンバ内に還元性ガスが導入され、前記還元性ガスは、揮発性のＣｕ含有化合物を形成するため、前記第１のＣｕ含有化合物と反応する。前記プラズマ源に、ＤＣ、ＲＦ、又はマイクロ波電力の少なくとも１つを適用することにより、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマが付勢され、且つ、前記内部表面から前記Ｃｕ含有層を除去するため、前記プラズマ処理チャンバから前記揮発性のＣｕ含有化合物がポンピングされる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
添付の図面に関連して考慮される場合、以下の詳細な説明を参照することにより、より完全に理解されるように、本発明のより完全な理解及びより多くの付随する利点が容易に得られる。【図1】本発明の実施形態によるＣｕ含有層においてフィーチャをエッチングする方法を示すフローチャートである。
【図2】ＦＩＧ．２Ａ〜ＦＩＧ．２Ｄは、本発明の実施形態によるＣｕ含有層の異方性エッチングの概略的な断面表示を示す。
【図3】本発明の実施形態によるＣｕ含有層の異方性エッチングを可能にするエッチングプロセスの特性を図示する。
【図4】本発明の実施形態による拡散プラズマを生成するために使用され得るＲＬＳＡ（登録商標）プラズマ源の概略図である。
【図5】実施形態に係るＣｕ含有層をエッチングするためのプラズマ処理システムを示す。
【図6】実施形態に係るＣｕ−含有層をエッチングするための別の実施例のプラズマ処理システムを示す。
【図7】実施形態に係るＣｕ含有層をエッチングするため、磁場システムを包含するプラズマ処理システムを示す
【図9】実施形態に係るＣｕ含有層をエッチングするために、誘導コイルを包含する、プラズマ処理システムを示す。
【図10】実施形態に係るＣｕ含有層をエッチングするため、ホルダ基板にＲＦパワーを結合する(couple)ための第２のＲＦ発生器を包含するプラズマ処理システムを示す。
【図11】本発明の実施形態に係るＣｕ含有層をエッチングするための方法を示すフローチャートを提供する。
【図12】本発明の実施形態に従って使用され得る例示的有機化合物供給ユニットを示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
実施形態は、添付図面を参照しながら説明する。ここで、類似の参照符号は、図面を通して対応する又は同一の要素を指定する。
【0012】
背景で述べたように、Ｃｕ層のパターンエッチングのための信頼できる技術を開発する必要がある。エッチングプロセスは、一般的に（純Ｃｕ層を包含する）Ｃｕ含有層の上方にパターニングされたハードマスク又はフォトレジストを提供し、且つ、マスクを介してＣｕ含有層の露出部分をエッチングするステップを含む。
【0013】
フッ素−銅エッチングシステムを使用することができる。というのは、Ｆ−Ｃｕ化合物は安定であり、且つ、フッ化物膜厚は、非常に薄いレベルにおいて（例えば、〜１ｎｍ〜最大数ｎｍ）飽和する(saturates)ためである。さらに、後続のウエハ製造ステップの際、Ｃｕバルク内へのＦ拡散がない。しかしながら、本発明者らは、Ｆ−Ｃｕ化合物がＲＩＥベースのエッチングプロセスのためにあまりにも非揮発性であることを認識している。Ｃｌのような高ハロゲン化物（＞Ｆ）が、昇温ウエハ温度においてＲＩＥの場合揮発性であるが、本発明者らはまた、塩化物の非飽和性は、ＣｌのＣｕバルクへの拡散を可能にし、ＣｕのＣｌベースのエッチングが製造のためには非現実的にすることを認識した。
【0014】
二段階のプラズマエッチングプロセスはまた、Ｃｕのエッチングのために開発されてきた。例えば、第１のステップは、ＣｕをＣｕＣｌｘ化合物に変換するため、Ｃｌベースのプラズマを使用し、及び次いで、ＣｕＣｌ化合物を除去するための湿式化学溶液を使用するか［Ｙ． Ｋｕｏ ａｎｄ Ｓ． Ｌｅｅ， ＥＣＳ Ｐｒｏｃ． ９９−３０， ３２８， １９９９］、又は室温におけるＨ２プラズマ処理により、先ずＣｕＣｌ２を形成し、次いでＣｕ２Ｃｌ３として気化するためのＣｌ２プラズマ暴露を使用すること［Ｆａｎｇｙｕ Ｗｕ， Ｇａｉｉｔ Ｌｅｖｉｔｉｎ， ａｎｄ Ｄｅｎｎｉｓ Ｗ． Ｈｅｓｓ， Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ． Ｓｏｃ， Ｖｏｌ． １５７， ｉｓｓｕｅ ４， ｐｐ Ｈ４７４−Ｈ４７８ （２０１０）］のいずれかを包含する。これらの文書の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、技術ノードが深いｎｍレジーム(regime)に進むにつれて、Ｃｌ系プラズマエッチングでの主な問題は、限界寸法（ＣＤ）制御性やいわゆるラインエッジ／幅ラフネス（ＬＥＲもしくはＬＷＲ）の問題である。
【0015】
従来の塩素化学(chemistry)を使用してＣｕ含有層をエッチングする際に遭遇する前述の制限は、塩素系反応剤を含まない化学的手法を用いた半導体製造における新しい低温ドライエッチング法が必要であることを示す。
【0016】
一般に、本発明の実施形態は、集積回路の製造において、（純Ｃｕ層を含む）Ｃｕ含有層をエッチングするための方法及び装置に関する。
【0017】
図１は、本発明の実施形態によるＣｕ含有層におけるフィーチャをエッチングする方法を示すフローチャートである。見られるように、ステップ１０２は、Ｃｕ含有層及び前記Ｃｕ含有層の上に形成されたエッチングマスクを包含する基板を提供するステップであって、且つ、前記Ｃｕ含有層の一部を露出させる、ステップを包含する。ステップ１０４において、露出したＣｕ含有層の第１の表面を不動態化するのと同時に、ステップ１０６において、前記Ｃｕ含有層の第２の表面上の不動態化が抑制される。ステップ１０８において、Ｃｕ化合物は、Ｃｕ含有層の第２の表面上に形成される。銅化合物は、その後、ステップ１１０に見られるように、前記Ｃｕ含有う層を異方性エッチングするため、前記第２の表面から除去される。
【0018】
ＦＩＧ．２Ａ〜ＦＩＧ．２Ｄは、本発明の実施形態によるＣｕ含有層の異方性エッチングの概略的な断面表示を示す。ＦＩＧ．２Ａは、部分的に完成した集積回路を示す。セグメント２００は、基板２１０、Ｃｕ含有層２２０、及びハードマスク又はフォトレジスト材料２３０を含み、構造体を完成する。Ｃｕ含有層の異方性エッチングを達成するために、Ｃｕ含有層を覆うレジスト又はハードマスク材料は、Ｃｕ含有層上で行われるエッチングプロセスに耐性であることが要求される。ＦＩＧ．２Ａ中のセグメント２００は、ＦＩＧ．２Ｂにおけるパターニングされたマスク層２３０’を製造するため、当技術分野で公知の従来のパターニング方法を用いて処理される。さらに、本発明に係るＦＩＧ．２Ｂにおける構造の異方性エッチングは、Ｃｕ含有層２２０をエッチングすると同時に、マスクパターン２３０’により定義された構造の垂直ジオメトリ維持しながら、ＦＩＧ．２Ｃに示される構造２５０を形成する。当該技術分野において一般的であるように、継続した処理は、残りのフォトレジスト又はハードマスクパターン２３０’を除去することができ、ＦＩＧ．２Ｄに示すようにフィーチャ２６０を有するパターン化Ｃｕ−含有層が得られる。
【0019】
図３は、本発明の実施形態によるＣｕ含有層の異方性エッチングを可能にするエッチングプロセスの特性を図示する。図１に示すように、プロセスは、ステップ１０２において、マスクされたＣｕ含有層を有する基板を提供することにより、開始する。特に、基板は、異方性エッチング処理を行うプラズマ処理チャンバ内の基板ホルダー上に装填される。プラズマエッチャー(etcher)は、以下の図４〜１０で説明したもののような、基板ホルダーにバイアスを印加することができるいずれのタイプのものとすることができる。図３中のセグメント３００は、基板３１０を覆うＣｕ含有層３２０と、前記Ｃｕ含有層３２０を覆うマスクパターン３３０とを包含する、部分的に完成した集積回路を示す。一般的に、いずれの好適なマスク材料、例えば単純なハードマスク、が考えられる。
【0020】
図３中の構造の異方性エッチングは、フォトレジストパターン３３０によって定義された構造の垂直ジオメトリを維持しながら、Ｃｕ含有層３２０を除去する。
【0021】
図１における不動態化ステップ１０４は、プラズマ処理チャンバ内に不活性ガスを導入することによって行われる。図３に示すように、不動態化ガス分子３４５は、露出（マスクされていない）Ｃｕ含有層に提供され、且つ、不動態化表面３４０を形成する。図３の実施形態において、不動態化された表面は、Ｃｕ含有層３２０におけるフィーチャの垂直側壁上にある。不動態化は、さらに後述するように、Ｃｕ含有層上に堆積すること、又はＣｕ含有層上にＣｕ化合物を成長させることのいずれかにより、発生し得る。
【0022】
不動態化ガス３４５は、また、Ｃｕ含有層３２０中のフィーチャの底面に提供されるが、この表面の不動態化は抑制される（図１におけるステップ１０６）。より具体的には、プラズマは、処理チャンバ内で形成され、且つ、基板ホルダ上のバイアスは、基板に向かって矢印３５０に沿ったプラズマイオン３５５を向ける。指向性の(directional)イオン３５５は、その上のいずれの不動態化(passivation)材料を除去するのに十分なエネルギーでエッチングフィーチャの底部（水平）面を打つが、不動態化表面３４０に対してこの除去効果を持たない。指向性イオン３５５は、反応性ガスイオン又は不活性ガスイオンであってもよい。反応性イオンエッチングＲＪＥ、イオンアシストエッチング、又はＲＩＥとイオンアシストエッチングとの両方は、本発明の実施形態による不動態化材料のフィーチャをきれいに保つために使用される。
【0023】
Ｃｕ化合物は、プラズマ処理チャンバ内に反応性ガスを導入することにより、非不動態化表面上に形成される（図１のステップ１０８）。図３に示すように、反応性ガス分子は、フィーチャの非不動態化(non-passivated)底面上にＣｕ化合物層を形成するのに対して、ガス分子３６５は、不動態化側壁３４０上にＣｕ化合物を形成することができない。反応性ガス分子は、中性又はイオン化され得る。一実施形態において、フィーチャ底部をきれいにたもつための高速(energetic)イオンを提供するため、且つまた、フィーチャ底部上にＣｕｘＯを形成するための反応性酸素を提供するために、酸素プラズマが形成される。すなわち、一実施形態において、プラズマは、反応性ガス３６５のイオンである指向性イオン３５５を提供する。
【0024】
還元性ガスは、Ｃｕ化合物３６０を除去するためチャンバ内に導入され、それによりＣｕ含有層を異方的にエッチングする（図１のステップ１１０）。図３で見られるように、Ｃｕ化合物層３６０は、Ｃｕ化合物層を除去するために還元反応３７０を起こす、還元性ガス分子３７５に暴露される。具体的には、還元性ガス分子３７５は、Ｃｕ含有化合物と反応して、揮発性Ｃｕ含有化合物３８５を形成し、次いで、前記揮発性Ｃｕ含有化合物３８５は、Ｃｕ含有層３２０におけるフィーチャをエッチングするため、プラズマ処理チャンバから除去される。Ｃｕ化合物３６０及びＣｕ含有層３２０の各々は、自発的な異方性エッチング（ＳＡＥ）又は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、又はその両方により発生し得る。還元(reduction)ガス分子３７５は、不動態化ガス分子３４５から作成された側壁不動態化剤(passivant、パッシバント)３４０に対して不活性である。
【0025】
一実施形態において、Ｏ２は反応分子の役割を勤め、且つ、Ｃｕ含有層のＳＡＥは、Ｏ２ベースのプラズマ内で行われる。ハードマスク（例えば、ＴｉＮ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４等）は、一般的にＯ２プラズマのためのマスキング法として使用される。例えば、処理チャンバへのフィードガスは、不動態化ガス、プラスＯ２ガス、プラス還元性ガスを包含することができる。Ａｒ等の不活性ガスは、任意の添加剤である。ＲＩＥ又はイオンアシストエッチングを通してＯ２（Ａｒあり又はなし）は、フィーチャ底部を不動態化ガス分子から作られた側壁不動態化剤のない(free of)、フィーチャ底部にＣｕｘＯのみを残すように維持する。Ｃｕの側壁は不動態化ガス分子から作られた不動態化剤によって保護されているが、ＣｕＸＯは、揮発性Ｃｕ化合物エッチング生成物を形成する還元性ガス分子と自発的に反応し、後続の後ＣｕｘＯの形成の準備ができているクリーンなＣｕフィーチャ底部を露出させ、還元性ガス分子によるその自発的な「エッチング」が続く。
【0026】
還元性ガスは、好ましくは、有機化合物ガスである。有機化合物としては、そのままで、又は真空状態に維持されたプラズマ処理システムを過熱することにより期待状態において供給することができるものを使用するのが好ましい。典型的には、有機酸が用いられる。有機酸としては、酢酸に代表されるカルボン酸（一般式： Ｒ−ＣＯＯＨＲは、水素、又はＣ１〜Ｃ２０の直鎖もしくは分枝鎖アルキルもしくはアルケニル、好ましくはメチル、エーテル、プロピル、ブチル、ペンチル又はヘキシルである）
を使用するのが好ましい。酢酸以外のカルボン酸は、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、プロピオン酸（ＣＨ３ＣＨ２ＣＯＯＨ）、酪酸（ＣＨ３（ＣＨ２）２ＣＯＯＨ）、吉草酸（ＣＨ３（ＣＨ２）３ＣＯＯＨ）、その他を包含することができる。カルボン酸の中で、ギ酸、酢酸、プロピオン酸がより好ましく用いられる。
【0027】
有機化合物が酢酸である場合には、酸化銅と酢酸との反応が促進され、揮発性のＣｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）及びＨ２Ｏが生成される。その結果、酸化銅分子がＣｕ膜から分離される。同じ反応は、酢酸以外の別の有機化合物（有機酸）、例えばギ酸又はプロピオン酸等、を用いた場合に起こる。その結果、Ｃｕ膜がエッチングされる。このように、Ｃｕプラズマエッチングのための非塩素（同様に、非臭素）系のイオンアシストやＲＩＥ方法が提供される。
【0028】
別の実施形態において、ＣＨ３ＣＯＯＨは、還元性ガス分子の役割を想定しており、且つ、チャンバ内へのフィードガスは、不動態化ガス＋Ｏ２＋ＣＨ３ＣＯＯＨ（＋Ａｒオプショナル）となる。ＣＨ３ＣＯＯＨとのＣｕＯ及びＣｕ２Ｏの自発的な反応が、２００１年にＤｅｎｎｉｓ Ｗ． Ｈｅｓｓ ａｎｄ Ｋ． Ｌ． Ｃｈａｖｅｚによって研究され公開されている。２０１１ Ｄｒｙ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍにおいて、Ｔ． Ｓｕｄａ （Ｎ． Ｔｏｙｏｄａ）， Ｉ． Ｙａｍａｄａ （Ｕｎｉｖ ｏｆ Ｈｙｏｇｏ） ａｎｄ Ｋｅｎｉｉｃｈｉ Ｈａｒａ （Ｔｏｋｙｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｔｄ．）は、１Ε（−５）ｔｏｒｒ程度の低圧でＣｕＸＯとＣＨ３ＣＯＯＨとの間に強い反応を示した。以下の反応が発生する。Ｃｕ＋２ＣＨ３ＣＯＯＨ → Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２＋Ｈ２Ｏ （１）
Ｃｕ２Ｏ＋４ＣＨ３ＣＯＯＨ → ２Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２＋Ｈ２Ｏ＋Ｈ２ （２）
従って、反応の揮発性生成物はＣｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２である。
【0029】
この化学系中のＣｕ ＳＡＥを達成するための重要な要素は、側壁不動態化を提供する不動態化分子の付加である。側壁不動態化を達成するための多くの方法があり、Ｃｕ−含有化合物の堆積又は成長を包含する。一つの簡単な例は、Ｃ２Ｈ４などの炭化水素ポリマーの堆積を介する。Ｏベースのプラズマが側壁上のＣベースの不動態化層を消費することが知られる。従って、イオンアシスト化学エッチング又はＲＩＥを介して、フィーチャ底部をいずれの炭化水素デポジット(deposits)がない状態を保ちつつ、プロセスレシピは、等方性のＯラジカル（及び同様にＯ２等）による枯渇に耐える側壁炭化水素デポジットを生成できるようにする必要がある。例えば、ポリエチレンポリマーの堆積は、不動態化分子としてＣ２Ｈ４を使用することにより達成することができる。例示的ガス混合物は、上記の反応（１）及び（２）を起こすＣ２Ｈ４＋Ｏ２＋ＣＨ３ＣＯＯＨ＋Ａｒであり得る。
【0030】
側壁堆積不動態化のもう一つの便利な例は、フルオロカーボンである。使用することができる多くそのような不動態化分子があり、例えば、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ３、Ｃ５Ｆ８、Ｃ２Ｆ６等がある。炭化水素デポジットと同様に、フルオロカーボンデポジットもまた、Ｏラジカル及びＯ２ニュートラル等による攻撃を受けやすい。従って、レシピは、イオンアシスト化学エッチング又はＲＩＥを通じてＣＦＸがないフィーチャ底部を有しながら、ＣＦＸ不動態化側壁を維持する必要がある。
【0031】
側壁不動態化剤は、デポジットである必要はなく、Ｃｕ化合物の成長層である可能性がある。一例は、Ｃｕ−Ｏ結合より強いだけでなく、安定でもある、Ｃｕ−Ｆ結合を提供するＣｕＦＸ側壁不動態化剤であるので、Ｃｕバルク内へのＦ拡散の心配が少ない。また、ＣＨ３ＣＯＯＨによるエッチングは、ＳＡＥ、ＲＩＥ又はイオンアシストエッチング又はこれらの機構の全ての組み合わせによって発生し得る。ＣＦＸ側壁不動態化剤を含む、イオンアシスト及び自発プロセスの両方による異方性Ｃｕエッチングは、好ましい場合がある。
【0032】
例えば、ＮＦ３はＦ原子の強力なソース(source)であるため、ガス混合物ＮＦ３＋Ｏ２＋ＣＨ３ＣＯＯＨ＋Ａｒを用いてよい。以下の反応が発生する。ＳＡＥ：
ＣｕＯ＋２ＣＨ３ＣＯＯＨ → Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２＋Ｈ２Ｏ （３）
ＲＩＥ：
ＣｕＯ＋ＣｕＦ２＋４ＣＨ３ＣＯＯＨ → ２Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２＋Ｈ２Ｏ＋２ＨＦ （４）
【0033】
この実施形態において、フッ素化及び酸化が全ての表面上で行われるが、ＣＨ３ＣＯＯＨによるＣｕＸＯの自発的なエッチングは、側壁を、側壁不動態化剤となるＣｕＦＸのみにまで枯渇させる。フィーチャ底部ＣｕＸＯは、自発的にＣＨ３ＣＯＯＨによってエッチングされ、強いＣｕ−Ｆ結合は、ＣｕＦＸとＣＨ３ＣＯＯＨとの間の反応を弱め、且つ、その結果、フィーチャ底部上にＣｕＦＸによるマイクロマスキングが発生していた。しかしながら、フィーチャ底部のＣｕｘＯとＣｕＦｘに対する同時イオン衝撃は、Cu-F結合を弱める可能性があり、エッチング生成物としてHF及び追加のＣｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２の形成をもたらす。所望のエッチング結果を達成するために、Ｏ２／ＮＦ３の比は、連続的にゼロ（ＲＩＥのみを提供する）からいくつかの非ゼロの数（ＳＡＥ及びＲＩＥを提供する）まで調整され得ることに留意されたい。
【0034】
ＮＦ３が使用され、且つ、Ｃｕ３Ｎがいくつかの潜在的な問題を導入し得る場合、ＸｅＦ２、Ｆ２、等が考慮され得る。例えば、ＸｅＦ２＋Ｏ２＋Ａｒ＋ＣＨ３ＣＯＯＨのフィードガスは、上記の反応（３）及び（４）を起こすため、チャンバに導入され得る。Ｆのみのソース（Ｘｅは不活性である）を使用すると、側壁反応上のＣｕＦＸのみのカバレッジを保証する。
【0035】
上記の例の全ては「ワンステップのプラズマ処理」であるが、「マルチステップ」処理を使用してよい。さらに、プラズマの生成は、ＲＩＥ又はイオンアシストエッチングにより不動態化を阻害することに関して説明されている間、プラズマは、マルチステップ処理の他の部分のために維持することができる。マルチステップ法は、上述した炭化水素及びフルオロカーボンなどの不動態化剤の全てのタイプに適用可能である。ここで、ＣｕＦｘ不動態化剤が、マルチステップ方法を説明するための一例として使用される。： 第１のステップにおいて、至る所にＣｕＦｘを形成するため、ＸｅＦの弱いプラズマを生成する。第２のステップにおいて、Ａｒプラズマが生成され、且つ、バイアス電力は、フィーチャ底部のＡｒイオン衝撃を介してＣｕのみのフィーチャ底部を得るためである。第３のステップは、不動態化剤として側壁ＣｕＦＸを残しつつ、フィーチャ底部上にＣｕＸＯを形成するための、バイアスを有するＯ２プラズマである。ステップ４において、ＣＨ３ＣＯＯＨが導入され、それが、プラズマを点灯することなく自発的にフィーチャ底部ＣｕＸＯをエッチングする。４つのステップは、より深いフィーチャのためＣｕエッチングを継続するため、繰り返す。
【0036】
別のマルチステップの例として：ステップ１は、至る所にポリエチレンを堆積するＣ２Ｈ４プラズマがある。ステップ２は、フィーチャ底部ポリエチレンをエッチング除去し、フィーチャ底部上にＣｕＯＸを形成する、バイアスを含むＡｒ＋Ｏ２プラズマである。ステップ３は、プラズマなしに、フィーチャ底部ＣｕｘＯを自発的にエッチング除去するためのＣＨ３ＣＯＯＨである。再び、より深いエッチングのためにサイクルが繰り返される。
【0037】
一実施形態において、基板上に銅含有層をエッチングするための方法は、プラズマ源と基板ホルダとを有するプラズマ処理チャンバ内に基板をロードするステップであって、前記基板は、上述したように、含有層とその上に形成されたエッチングマスクとを有する、ステップを包含する。不動態化ガスは、プラズマ源に第１のＲＦ又はマイクロ波電力を適用しつつ、プラズマ処理室に導入される。前記不動態化ガスは、銅含有層宙に形成されたフィーチャの露出表面上に、第１の銅含有化合物、又は不動態化層、又はそれらの組み合わせを形成する。不活性ガスが、第２のＲＦ又はマイクロ波電力をプラズマ源に適用しつつ、プラズマ処理チャンバ内に導入され、且つ、反応性ガスが、第３のＲＦ又はマイクロ波電力をプラズマ源に適用しつつ、プラズマ処理チャンバ内に導入される。反応性ガスは、上述のように、銅含有層内に形成されたフィーチャの露出面上に第２の銅含有化合物を形成する。還元性ガスは、プラズマ処理チャンバ内に導入される。前記還元性ガスは、揮発性の銅含有化合物を形成するために第２の銅含有化合物と反応し、且つ、前記揮発性の銅含有化合物は、プラズマ処理チャンバからポンピングされる。銅含有層内にパターンが形成されるまで、これらのステップが繰り返される。不活性ガスは、これらのステップのいずれか１つの間に導入され得る。
【0038】
具体的なエッチングプロセスを実行するための持続時間は、実験の設計（ＤＯＥ）テクニック又は先の経験を使用して決定することができる。しかしながら、それはまた、終点検出を用いて決定することができる。終点検出の１つの可能な方法は、基板からの特定の材料層の除去の変化又は実質的な完成間近、及び下地の薄膜との接触に近位して、プラズマ化学の変化が生じるときを示す、プラズマ領域から放出される光のスペクトルの一部を監視することである。監視対象の波長に対応する放射レベルが指定されたしきい値をクロスした後（例えば、実質的にゼロに低下する、特定のレベル未満に低下する、又は特定のレベルを超えて増加する）、終点に到達していると考えることができる。使用されるエッチング化学とエッチングされる材料層に特有の様々な波長を使用することができる。さらに、オーバーエッチング時間の期間を含めるため、エッチング時間を拡張することができる。ここでオーバーエッチング時間は、エッチングプロセスの開始と終点検出に関連する時間との間の時間の一部(a fraction)（すなわち、１〜１００％）を構成する。
【0039】
エッチングパフォーマンスはまた、エッチング装置(etcher)に用いられるプラズマの種類によって強く影響される。上述したように、あるレベルのバイアスパワーが、ＳＡＥのために必要とされる。プラズマ特性はプラズマ化学に影響を与えるため、プラズマ源の性質はまた、エッチングパフォーマンスに影響を与える。ＣＨ３ＣＯＯＨは、反応のための重要な分子であり、その解離が制御されるべきである。さらに重要なことは、揮発性Ｃｕ化合物のエッチング生成物、Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２は、一旦それがプラズマボディ内に入ると、解離されるべきではない（最低条件において、その解離が可能な限り最小化される必要がある）。拡散プラズマは、これらの要件を満たす上で理想的である。
【0040】
マイクロ波表面波プラズマは、拡散プラズマを提供するために使用され得る。一般に、マイクロ波表面波プラズマは、現実的な物理的なサイズのウエハエッチング装置において、ウェハレベルでの真の拡散プラズマを生成することができる唯一のプラズマ源である。図４は、本発明の実施形態による拡散プラズマを生成するために使用されるラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ（登録商標））プラズマ源の概略図である。図４に示す実施形態において、還元性ガス入力４４０は、基材と不動態化ガスに近接し、且つ、反応性ガス入力４５０は、マイクロ波電力が結合される(coupled)ＲＬＳＡ４６０に近接する。図４において、拡散プラズマにおける解離は（すなわち、ウエハレベルで）、本質的に排除される。その結果、エッチング生成物のＣｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２は、再デポジットＣｕなしにポンピングされることができる。拡散プラズマに（すなわち、ウエハレベルに近い）ＣＨ３ＣＯＯＨを供給することはまた、本質的にその解離を排除する。還元性ガス分子４７５と揮発性反応物４８５がまた、図４に示される。
【0041】
図５は、実施形態に係るＣｕ含有層をエッチングするためのプラズマ処理システムを示す。プラズマ処理システム１は、プラズマ処理チャンバー１０と、プラズマ処理チャンバ１０に結合された任意の診断システム１２と、任意の診断系１２及びプラズマ処理チャンバ１０に結合されたコントローラ１４と、包含する。コントローラ１４は、本明細書に記載されるように、Ｃｕ含有層をエッチングするために構成された少なくとも１つのステップを含むプロセスレシピを実行するように構成される。加えて、コントローラ１４は、場合によって、診断システム１２からの少なくとも１つの終点信号を受信するように、且つ、プロセスのための終点を正確に決定するために少なくとも１つの終点信号を後処理するように構成される。あるいは、コントローラ１４は、プロセスの終点を設定するための事前決定された時間を利用する。図示される実施形態において、図５に示されるプラズマ処理システム１は、エッチング処理のためにプラズマを利用する。
【0042】
図６は、別の実施形態に係るプラズマ処理システムを図示する。プラズマ処理システム１ａは、プラズマ処理チャンバ１０、被処理基板２５が固着される基板ホルダ２０、及び真空ポンピングシステム３０を含む。基板２５は、半導体基板、ウェハ又は液晶ディスプレイであり得る。プラズマ処理チャンバ１０は、基板２５の表面に隣接する処理領域１５におけるプラズマの生成を容易にするように構成することができる。イオン化可能なガス又はガスの混合物は、ガス注入システムを介して導入され（図示せず）、且つ、処理圧力が調整される。例えば、制御機構（図示せず）は、真空ポンプ系３０を絞る(throttle)ために使用することがでる。プラズマは、予め決定された材料プロセスに特有の材料を作成する、及び／又は基板２５の露出面から材料の除去を支援するために利用することができる。プラズマ処理システム１ａは、いずれのサイズの基板、例えば２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、４５０ｍｍ基板以上を処理するように構成することができる。
【0043】
基板２５は、静電クランプシステムを介して基板ホルダ２０に固定することができる。その上さらに、基板ホルダ２０は、さらに、種々のエッチングプロセス中の基板２５の温度を制御するための温度制御システムを包含することができる。
【0044】
その上さらに、基板ホルダ２０は、基板２５と基板ホルダ２０との間のガスギャップ熱伝導を改善するために、裏面ガス供給システムを介して基板２５の裏面への熱伝達ガスの送達を容易にすることができる。基板の温度制御が、上昇又は低下した温度で必要とされるとき、そのようなシステムを利用することができる。例えば、裏面ガスシステムは、背面ガス（例えば、ヘリウム）圧力は、独立して、基板２５の中心部と縁部との間で変化させることができる２ゾーンガス分配システムを含むことができる。
【0045】
他の実施形態において、加熱／冷却素子(elements)、例えば、抵抗加熱素子、又は熱電ヒータ／クーラー等が、プラズマ処理チャンバ１０のチャンバ壁、及びプラズマ処理システム１ａ以内のいずれの他の構成要素において含めることができる。
【0046】
図６における実施形態において、基板ホルダ２０は、電極を含むことができ、電極を介して、ＲＦパワーが処理空間１５における処理プラズマに結合される。例えば、基板ホルダ２０は、ＲＦ発生器４０からのＲＦパワーの伝達を介して、基板ホルダ２０に、任意のインピーダンス整合ネットワーク４２を介して、ＲＦ電圧において電気的にバイアスすることができる。ＲＦバイアスは、プラズマを形成及び維持するため、もしくはシース(sheath)内のイオンエネルギー分布関数に影響を与えるため、又はその両方のため、電子を加熱するのに役立つことができる。この構成において、システムは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）反応器として動作することができ、ここで、チャンバは、研削表面(ground surfaces)として機能することができる。ＲＦバイアスのための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲とすることができる。プラズマ処理用のＲＦシステムは、当業者に周知である。
【0047】
その上さらに、インピーダンス整合ネットワーク４２は、反射電力を減少させることによって、プラズマ処理チャンバ１０内のプラズマへのＲＦ電力の伝達を改善するのに役立つ。マッチネットワークトポロジ（例えば、Ｌ型、Π型、Ｔ型、等）及び自動制御方法は当業者に周知である。
【0048】
図６図をさらに参照すると、プラズマ処理システム１ａは、必要に応じて、基板２５に対向する上部電極５２に接続された直流（ＤＣ）電源５０を含む。上部電極５２は、電極板を含んでもよい。電極板は、シリコン含有電極板を含むことができる。その上さらに、電極板は、ドープされたシリコン電極板を含むことができる。ＤＣ電源は、可変ＤＣ電源を含むことができる。加えて、ＤＣ電源は、バイポーラＤＣ電源を含むことができる。ＤＣ電源５０は、ＤＣ電源５０の極性、電流、電圧、又はｏｎ／ｏｆｆ状態を監視する、調整する、又は制御することの少なくとも１つを実行するように構成されたシステムをさらに包含することができる。プラズマが形成されると、ＤＣ電源５０は、弾道電子ビームの形成を促進する。電気フィルタは、ＤＣ電源５０からのＲＦ電力結合解除する(de-couple)ために利用することがでる。
【0049】
例えば、ＤＣ電源５０によって電極５２に印加されるＤＣ電圧は、約−２０００ボルト（Ｖ）から約１０００Ｖまでの範囲とすることができる。望ましくはＤＣ電圧の絶対値は、約１００Ｖ以上の値を持ち、且つ、より望ましくはＤＣ電圧の絶対値は、約５００Ｖ以上の値を持つ。さらに、ＤＣ電圧は負の極性を有することが望ましい。その上さらに、ＤＣ電圧は、上部電極５２の表面に発生する自己バイアス電圧よりも大きな絶対値を有する負の電圧であることが望ましい。基板ホルダ２０に対向する上部電極５２の表面は、シリコン含有材料で構成することができる。
【0050】
真空ポンプシステム３０は、毎秒５０００リットル（以上）までのポンピング速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）、及びチャンバ圧力を絞るためのゲートバルブを包含することができる。ドライプラズマエッチングに用いられた従来のプラズマ処理装置においては、毎秒１０００から３０００リットルのＴＭＰを利用することができる。ＴＭＰは、低圧処理、典型的には５０ｍＴｏｒｒ未満のために使用することができる。高圧処理（すなわち、１００ｍＴｏｒｒより大きい）の場合、メカニカルブースターポンプ及びドライ粗引き(roughing)ポンプを使用することができる。その上さらに、チャンバ圧力を監視するための装置（図示せず）は、プラズマ処理チャンバ１０に結合することができる。圧力測定装置は、例えば、ＭＫＳインスツルメンツ社（マサチューセッツ州アンドーバー）から市販されている６２８Ｂ型Ｂａｒａｔｒｏｎ（登録商標）絶対キャパシタンスマノメータであり得る。
【0051】
図６図をさらに参照すると、プラズマ処理装置１ａは、コントローラ９０をさらに含む。前記コントローラ９０は、プラズマ処理システム１ａへの入力を通信し、及びアクティベートし、並びに、プラズマ処理システム１ａからの出力をモニタリングするのに十分な、制御電圧を生成することができる、マイクロプロセッサ、メモリ及びデジタルＩ／Ｏポートを含む。その上さらに、コントローラ９０は、ＲＦ発生器４０、インピーダンス整合ネットワーク４２、任意のＤＣ電源５０、ガス注入システム（図示せず）、真空ポンプシステム３０と、並びに、裏面ガス送達システム(図示せず)、基板／基板ホルダ温度制御システム（図示せず）、及び／又は静電クランプシステム（図示せず）と、結合することができ、且つ、情報を交換することができる。メモリに格納されたプログラムは、薄膜のエッチング方法を実行するために、プロセスレシピに従ってプラズマ処理システム１ａの前述の構成要素への入力をアクティベートするために利用することができる。コントローラ９０の一例は、デル社、オースティン、テキサス州から入手可能なＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ ６１０(登録商標)である。
【0052】
コントローラ９０は、プラズマ処理システム１ａに対してローカルに配置されても、又は、プラズマ処理システム１ａに対してインターネット又はイントラネットを介してリモートに配置されてもよい。従って、コントローラ９０は、直接接続、イントラネット、又はインターネットの少なくとも１つを用いて、プラズマ処理システム１ａとデータを交換することができる。コントローラ９０は、カスタマーサイト（すなわち装置メーカ等）でイントラネットに結合され、あるいはベンダーサイト（すなわち装置製造者）でイントラネットに結合されてもよい。その上さらに、別のコンピュータ（すなわち、コントローラ、サーバ等）が、直接接続、イントラネット、又はインターネットの少なくとも１つを介してデータを交換するためにコントローラ９０にアクセスすることができる。
【0053】
図７に示す実施形態において、プラズマ処理システム１ｂは、図６の実施形態と同様とすることができ、且つ、潜在的にプラズマ密度を増加させ、及び／又はプラズマ処理の均一性を向上させるために、静止しているか、又は機械的又は電気的に回転するかである磁場システム６０をさらに含む。さらに、コントローラ９０は、回転速度及び磁場強度を制御するため、磁場システム６０に結合することができる。回転磁場の設計及び実装は当業者に周知である。
【0054】
図８に示す実施形態において、プラズマ処理システム１ｃは、図６又は図７の実施形態と同様とすることができ、且つ、任意のインピーダンス整合ネットワーク７２を介して上部電極５２にＲＦ電力を結合するように構成されたＲＦ発生器７０をさらに含むことができる。上部電極５２へのＲＦ電力の印加のための典型的な周波数は、約０．１ＭＨｚから約２００ＭＨｚの範囲とすることができる。加えて、基板ホルダ２０（又は下部電極）への電力の印加のための典型的な周波数は、約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とすることができる。例えば、上部電極５２に結合されたＲＦ周波数は、基板ホルダ２０に結合されたＲＦ周波数よりも比較的高くすることができる。その上さらに、ＲＦ発生装置７０から上部電極５２へのＲＦ電力は、振幅変調することができ、又はＲＦ発生器４０から基板ホルダ２０へのＲＦ電力は、振幅変調することができ、又は両方のＲＦ電力が振幅変調であることができる。望ましくは、より高いＲＦ周波数におけるＲＦ電力が振幅変調される。さらに、コントローラ９０は、上部電極７０へのＲＦ電力の印加を制御するため、ＲＦ発生装置７０及びインピーダンス整合ネットワーク７２に結合される。上部電極の設計及び実装は当業者に周知である。
【0055】
図８をさらに参照すると、任意のＤＣ電源５０は、上部電極５２に直接接続されてもよいし、又は、インピーダンス整合ネットワーク７２の出力端から上部電極５２まで延びるＲＦ伝送路に結合されてもよい。電気フィルタは、ＤＣ電源５０からのＲＦ電力を結合解除するために利用することができる。
【0056】
図９に示す実施形態において、プラズマ処理システム１ｄは、例えば、図６、７及び８の実施形態と同様とすることができ、且つ、誘導コイル８０をさらに含むことができる。誘導コイル８０に、ＲＦ電力が、任意のインピーダンス整合ネットワーク８４を通じてＲＦ発生器８２を介して結合される。ＲＦ電力は、誘導コイル８０から、誘電体窓(図示せず)を介してプラズマ処理領域１５に、誘導結合される。誘導コイル８０へのＲＦ電力の印加のための典型的な周波数は、約１０ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とすることができる。同様に、基板ホルダ２０（又は下部電極）への電力の印加のための典型的な周波数は、約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とすることができる。加えて、誘導コイル８０とプラズマとの間の容量結合を減少させるために、スロット付き(slotted)ファラデーシールド（図示せず）を利用することができる。さらに、コントローラ９０は、誘導コイル８０への電力の印加を制御するために、ＲＦ発生器８２とインピーダンス整合ネットワーク８４に結合される。別の実施形態において、トランス結合型プラズマ（ＴＣＰ）リアクタにおけるように上からのプラズマ処理領域１５と連通した「らせん」コイル又は「パンケーキ」コイルであり得る。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、又はトランス結合型プラズマ（ＴＣＰ）源の設計及び実装は当業者に周知である。
【0057】
あるいは、プラズマは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いて形成することができる。さらに別の実施形態において、プラズマは、ヘリコン波の発射から形成される。さらに別の実施形態において、図４に記載されているように、プラズマは、伝播する表面波から形成される。上述した各プラズマ源は当業者に周知である。
【0058】
図１０に示す実施形態において、プラズマ処理システム１ｅは、例えば、図８及び図９の実施形態と同様とすることができ、且つ、別の任意のインピーダンス整合ネットワーク４６を介して基板ホルダ２０にＲＦ電力を結合するように構成された第２のＲＦ発生器４４をさらに含むことができる。基板ホルダ２０へのＲＦ電力の印加のための典型的な周波数は、第１のＲＦ発生器４０又は第２のＲＦ発生器４４又はその両方の場合、約０．１ＭＨｚから約２００ＭＨｚの範囲とすることができる。第２のＲＦ発生器４４のためのＲＦ周波数は、第１のＲＦ発生器４４のためのＲＦ周波数よりも相対的に大きくすることができる。その上さらに、ＲＦ発生装置４０から基板ホルダ２０へのＲＦ電力は、振幅変調することができ、又はＲＦ発生器４４から基板ホルダ２０へのＲＦ電力は、振幅変調することができ、又は両方のＲＦ電力が振幅変調することができる。望ましくは、より高いＲＦ周波数でのＲＦ電力が振幅変調される。さらにまた、コントローラ９０は、基板ホルダ２０へのＲＦ電力の印加を制御するために、第２のＲＦ発生器４４及びインピーダンス整合ネットワーク４６に結合される。基板ホルダ用のＲＦシステムの設計及び実装は当業者に周知である。
【0059】
背景で述べたように、Ｃｕエッチングチャンバを洗浄する方法が必要とされる。一実施形態によれば、エッチング化学は、チャンバ部分からＣｕを落とす(clean off)ためであり、ウエハごとの又は多数のウエハごとのドライ洗浄頻度は、製造要件に依存する可能性がある。本明細書で説明したものに加えて、１つの有望な銅の異方性プラズマエッチングプロセスは、Ｈ２ベースのプラズマＲＩＥである。その正確なエッチング機構は、まだ科学的に結論付けられていない。しかしながら、１つのもっともらしいメカニズムは、「Ｃｕ表面の損傷後の、プラズマディープＵＶフォトン誘起された(及び／又は電子刺激された)Ｃｕ脱着」である。メカニズムにかかわらず、脱着したＣｕの大部分は、全てのチャンバ部品の表面に付着する。多数のウエハのエッチング後、チャンバ条件が著しく変化することになる。従って、チャンバ安定性が被ると予想され、且つ、エッチング結果がドリフトすることが予想される。本発明の実施形態は、チャンバ部品の表面上のＣｕデポジットをきれいに落とすため、各ウエハの後又は多数のウエハの後、ドライクリーニング方法を提供する。適切なシーズニング状態を復元する。
【0060】
図１１は、本発明の実施形態に係るチャンバ内部をクリーニングするためのＣｕ含有層をエッチングするための方法を説明するフローチャートを提供する。ステップ１１０２において見られるように、内部表面上にＣｕ含有層を有する、プラズマ処理チャンバが提供される。プラズマ処理チャンバは、プラズマ源及び基板ホルダを有する。ステップ１１０４において、内部表面にＣｕ含有層中のＣｕ含有化合物を形成するために、反応性ガスがプラズマ処理チャンバ内に導入される。反応性ガスは、Ｏ２ガスであり得る。ステップ１１０６において、還元性ガスはプラズマ処理チャンバに導入される。ＤＣ、ＲＦ、又はマイクロ波電力の少なくとも１つをプラズマ源に適用することによって、プラズマがプラズマ処理チャンバ内に提供される。上述のように、還元性ガスは、Ｃｕ化合物との還元反応を提供し、チャンバから除去される揮発性のＣｕ含有化合物を生成する。還元性ガスは、上述のようなＣＨ３ＣＯＯＨなどの有機化合物であってもよい。一実施形態において、バイアスは、内部チャンバ壁上のＣｕ含有デポジットの等方性エッチングを行うために、基板ホルダ上に提供されない。
【0061】
上述のエッチングプロセスの一つ又は複数は、プラズマ処理システム、例えば、図５０〜１０に記載されたもの、を利用して行ってもよい。しかしながら、説明する方法は、この例示的な提示によって範囲を限定されるものではない。
【0062】
有機化合物ガスは、図５〜１０に示すように、有機化合物ガス供給ユニットからターゲットチャンバ内に供給される。ここで、有機酸として酢酸が、有機化合物の一例として使用される。図１２は、発明の実施形態に従って使用されうる、有機化合物供給ユニットの一例を説明する。見られるように、有機化合物ガス供給ユニット３０は、中間容器３６と有機化合物を貯蔵するためのタンク３７とを補王眼脂、且つ、バルブ３７ａは、中間容器３６とタンク３７とを接続するライン３６ａ上に配置される。有機化合物は、中間容器３６からターゲットチャンバまで、ライン３２を介して供給され、且つ、ライン３２は、可変リークバルブ３８を備える。中間容器３６は、中間容器３６内の有機化合物の量を測定するためのセンサ、例えば液面センサ３９を有する。それにより、中間容器３６内の有機化合物の量が測定される。液面センサ３９により液面の低下が検出されると、中間容器３６は、可変リークバルブ３８により真空から切り離され、且つ、有機化合物は、バルブ３７ａを開放することにより、タンク３７から中間容器に供給される。
【0063】
リザーバ３７内の有機化合物（酢酸）を蒸発させ、そして蒸発させた有機化合物は、ターゲットチャンバに供給される。このとき、有機化合物（酢酸）の蒸発量は、流量制御バルブ３８の開放度を制御することによって制御される。有機化合物ガスの供給量が、基板Ｓ上に形成されたＣｕ膜の表面に、十分な有機化合物分子を吸着させるレベルに設定される。ターゲットチャンバ３内の圧力（酢酸の分圧）は、好ましくは約１０−４Ｔｏｒｒ〜１０−６Ｔｏｒｒである。圧力計３４は、例えば、あるイオンゲージ又はキャパシタンスマノメータ(monometer)であり得る。
【0064】
上述の実施形態と同様に、還元性ガスは、ＣＨ３ＣＯＯＨなどの酸を含み、反応性ガスは、Ｏ２を含む。不活性ガス、例えばＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、及びＸｅを用いてもよい。さらに、反応性ガス及び還元性ガスは、プラズマ処理チャンバ内に、単一ステッププロセスで、同時に導入されても、又はプラズマプロセスチャンバ内に複数のステップで順次導入されてもよい。