[发明专利]金属膜的加工方法及加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用气体团簇束来对形成于半导体晶片等被处理体的表面的金属膜进行加工的金属膜的加工方法及加工装置。

背景技术

超LSI的布线目前利用铜镶嵌法形成。铜镶嵌法是指利用光刻技术和干式蚀刻技术在绝缘膜上形成图案化的槽，用铜阻挡膜覆盖其表面之后，将镀铜层埋入槽中，用CMP（Chemical Mechanical Polishing）研磨除去不需要的上层部而形成金属图案（参照非专利文献1）。

铜镶嵌法需要将铜阻挡膜良好地覆盖于微细的槽的工艺、将镀铜晶种膜良好地覆盖在铜阻挡膜上的工艺、将镀铜层良好地埋入成微细结构的工艺，已变得难以对更微细的图案应用。此外，由于图案形成需要CMP工艺，所以在连接于TSV（Through Silicon Via）的凸点那样的大的图案形成工艺中,其成本高。

作为镶嵌法以外的金属膜图案形成工艺之一，有湿式蚀刻法。这是在金属膜上使掩模图案化，用稀盐酸等湿式蚀刻除去没有掩模的金属膜部分的方法。但是，由于该方法各向同性地蚀刻金属，所以微细的结构时无法控制侧蚀量，难以保持良好的图案形成。

作为另一种方法，有RIE（Reactive Ion Etching）法。该方法是利用反应性等离子体对未被掩盖的金属部进行蚀刻的方法，用RIE法对卤化物的蒸气压高的金属元素Al、Ti、Ta、W等进行蚀刻时，已确认可得到良好的图案形成（参照非专利文献2）。

但是，通过用RIE法对卤化物的蒸气压低的金属Co、Ni、Cu、Pt、Ru等进行蚀刻而形成图案时，为了使卤化金属气化除去，防止对反应容器壁的再附着，需要将基板和反应容器壁的温度保持在高温。

并且，在这样的高温RIE工艺中，作为等离子体的活性种的卤素离子和自由基腐蚀通过蚀刻而形成的开口（槽、孔）的侧壁，难以确保良好的图案形状（非专利文献3）。此外，在这些RIE法中，被等离子体分解的蚀刻剂将以聚合物、化合物的形态作为残渣残留，存在即使在蚀刻后的湿式清洁中也无法完全被除去的问题。

另一方面，还提出有利用使清洁和蚀刻气体绝热膨胀而产生的气体团簇束的清洁处理、加工处理（专利文献1、2）。此时，还使上述气体团簇束离子化，加速。进而，上述气体团簇束碰撞于材料的表面，利用此时产生的热、化学反应而对表面进行清洁或对材料进行蚀刻。

非专利文献1：D.Edelstein et al,IEDM Technical Digest,IEEE（1997）.

非专利文献2：Y.Yasuda,Thin Solid Films,Volume90,Issue3,23April1982,Pages259-270.

非专利文献3：B.J.Howard and C.Steinbruchel,Applied Physics Letters,59（8）,19p914,（1991）.

专利文献1：日本特开2009-043975号公报

专利文献2：国际公开第2010/021265

发明内容

如上所述，已知使用气体团簇束时能够对硅膜进行充分的蚀刻加工。然而，由如上所述的Cu、Co、Pt、Ru等金属形成的金属卤化物的蒸气压很低。因此，使如上所述的气体团簇束碰撞于由Cu、Co、Pt、Ru等金属形成的金属卤化物时，依然存在难以保持良好的图案形成这样的问题。

本发明着眼于如上的问题点，以有效解决这些问题点为目的而提出的。本发明是一种金属膜的加工方法及加工装置，其通过使用了氧化气体、络合化气体以及稀有气体的团簇束能够对在现有的团簇束法中无法蚀刻的金属膜进行蚀刻。

根据本发明的某个方式，提供一种金属膜的加工方法，其包括如下步骤：形成步骤，使氧化所述金属膜的元素而形成氧化物的氧化气体、与所述氧化物反应而形成有机金属络合物的络合化气体以及稀有气体的混合气体，在能够真空排气的处理容器内绝热膨胀而形成气体团簇束；以及，加工步骤，通过使所述气体团簇束碰撞于形成在所述被处理体的表面的金属膜而对所述金属膜进行蚀刻。