JP2001507171A - フォトレジストの選択性を改善し且つエッチング速度負荷を低減するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プラズマ加工室において積層における層の選択部分をエッチングすることに適している新規な複合化学エッチング方法が開示されている。積層は好ましくは少なくとも反射防止層および反射防止層の下に堆積する金属被覆層を含む。方法には積層の反射防止層を少なくとも部分的に第一化学でエッチングする第一エッチング・ステップが含まれ、第一化学はエッチング化学製品およびポリマー形成化学製品からなる。一旦第一エッチング・ステップが完了すると、方法は第二エッチング・ステップに進み積層の金属被覆層の少なくとも一部を第一化学と異なる第二化学でエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】 フォトレジストの選択性を改善し且つエッチング速度負荷を低減するための方法 発明の背景 本発明は半導体集積回路（ＩＣ’ｓ）の加工に関する。特に、本発明は少なく とも一層の金属被覆層を含むＩＣ’ｓ積層をエッチングするための方法および装 置に関する。 半導体ＩＣ加工において、部品トランジスタのような装置が、一般にシリコン からなる半導体ウェファまたは基板上に形成される。金属製連結線はウェファ上 に堆積された金属被覆層からエッチングされるが、該金属製連結線を用いて装置 （デバイス）を連結して所望の回路を形成する。説明を簡潔にするために、図１ は積層２０の断面図であり、典型的な半導体ＩＣの加工時に形成される層を示す 。注意すべきは他の層を図示されている層の上、下または間に追加してもよいこ とである。さらに、図示されている層のすべてが必ずしも必要なわけではなく幾 つかまたは全てを様々な異なる層に置き換えることができる。 積層２０の底部に、ウェファ１００が示されている。一般に二酸化珪素（Ｓｉ Ｏ₂）である酸化層１０２がウェファ１００の表面に示され形成されている。遮 断層１０４は、一般にＴｉ、ＴｉＷ、ＴｉＮその他の適切な遮断材から形成され るが、酸化層１０２と次に堆積された金属被覆層１０６との間に堆積することが できる。遮断層１０４は、設けられる場合、酸化層１０２からシリコン原子が金 属被覆層へ拡散するのを実質的に防ぐように機能する。 金属被覆層１０６は一般にアルミニウム、銅または一以上の様々な周知のアル ミニウム合金例えばＡｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ、並びにＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉを含む。 図１の残りの二層には金属被覆層１０６の上に形成される反射防止被覆（ＡＲＣ ）層１０８、およびＡＲＣ層１０８の上に形成される上塗フォトレジスト（ＰＲ ）層１１０が含まれる。当該技術分野で周知であるように、ＡＲＣ層１０８は一 般にＴｉ、ＴｉＮまたはＴｉＷからなる。一般的にいえば、ＡＲＣ層１０８はフ ォトリソグラフィー工程に使用される光が金属被覆層１０６の表面から反射およ び分散することを防ぐ上で有用であり、場合によっては、ヒロ成長(hillo growt h)を抑制することができる。 上述したように、フォトレジスト層１１０はパターン化したレチクルとフォト レジスト層１１０の表面に紫外線を通過させるステッパーとを用いてパターン化 可能な従来のレジスト材層を表している。積層２０の層は当業者には容易に認識 可能であり幾つかの周知の堆積工程、例えば化学的蒸着（ＣＶＤ）、プラズマで 高められた化学的蒸着（ＰＥＣＶＤ）、およびスパッタリングのような物理的蒸 着（ＰＶＤ）を使用して形成可能である。 上記金属製連結線をつくるために、ＰＲ層１１０は適切なフォトリソグラフィ ー技術でパターン化され、次に露出した金属フィルムをエッチングする。例えば 、このようなフォトリソグラフィー技術はフォトレジスト材を接触またはステッ パーフォトリソグラフィー装置に露出させることによりフォトレジスト層１１０ をパターン化することからなり、またフォトレジスト材を現像(develop)して下 の金属被覆層１０８のある部分を露出させるパターン化されたマスクを形成する ことからなる。このように、次にエッチング剤(etchant)を使用して残留してい るフォトレジストマスクに覆われていない下の金属被覆層の部分をエッチング除 去することができる。従って、残留する金属被覆材は選択された機能的回路パタ ーンと一致している複数の連結線を形成する。 例証の目的で、図２は図１の積層２０の従来のエッチング完了後の断面図であ る。この例において、金属製連結線は金属被覆層１０６のエッチングされていな い部分により表される。回路密度を高くするために、現代のＩＣ回路はますます 狭くなる設計規則で大きさが決められている。結果として、特徴サイズ、即ち連 結線の幅および隣接している連結線の間隔（例えばトレンチ）は着実に減少した 。例えば、約０．８ミクロン（μｍ）の線幅は４メガビット（Ｍｂ）のダイナミ ック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）ＩＣにおいて許容できると考え られる一方、２５６Ｍｂ・ＤＲＡＭのＩＣ’ｓは通常約、０．２５ミクロン幅、 またはより薄い連結線を使用している。 特徴サイズが収縮し続けると、選択されたウェファの表面でエッチング速度を 均一にすることはますます困難になる。一般に、狭い間隔におけるエッチング速 度は広く開放しているフィールド領域における速度よりも遅い。この現象を「エ ッチング速度負荷」といい、「マイクロローディング」および「アスペクト比依 存エッチング」（ＡＲＤＥ）の結果と考えられている。マイクロローディングは 主に密度が高くない領域に設けられている同様にサイズが定められたトレンチの エッチング速度に対して線間隔が高密度である領域においてエッチング速度が小 さい場合である。 一方、ＡＲＤＥは選択されたトレンチの幅で除したフォトレジスト層の高さ（ 即ち、アスペクト比＝高さ／幅）における変動を原因とするエッチング速度の均 一性における変動のことである。フォトレジスト・マスク層その他のマスク材の 高さを減少させることといった技術を包含する様々な技術を用いてをＡＲＤＥを 低減することができる。残念ながら、フォトレジスト・マスク層の高さが減少す ると、多くの一般に使用されているエッチング化学によりこのマスク層は迅速に エッチングされ感度を有する下層領域も不注意にエッチングされることになる。 さらに、ＡＲＤＥ問題はトレンチ幅が減少するとより顕著になる傾向がある。 これらのエッチング速度変動の結果、エッチング速度が低い領域（例えば、狭 い領域）において金属エッチングが完了するまでに、エッチング速度が高い領域 （例えば、開放しているフィールド領域）において過剰エッチングが生じ、即ち 下層から材料が不注意に除去される可能性がある。 図２を参照すると、領域１２０は金属被覆層が非常に過剰エッチングされてい る（距離ｄ１だけ）開放しているフィールド領域を表し、領域１２１は過剰エッ チング領域（距離ｄ２だけ）を表し、領域１２２は金属被覆が非常に不十分にし かエッチングされていない（距離ｄ３だけ）エッチング不足領域を表す。エッチ ング速度変動が十分に大きいと、ある半導体装置は非常に過剰エッチングするこ とで感度を有する層を破壊することなく目標層までエッチングすることができな い。例えば、領域１２２における金属層は開放しているフィールド領域１２０に おける層が損傷するまでは十分にエッチングしない。従って、大きなエッチング 速度変動によって不適当な過剰エッチングおよび過度な酸化物損失が領域１２０ に生じ、さらにＩＣ加工する際の使用には不適当な加工がウェファに行われるこ とになる。 上記にかんがみて、積層エッチング時にエッチング速度負荷を低減するための 改善された方法および装置が必要である。さらに、フォトレジストアスペクト比 をフォトレジストに対して高い感度を有するエッチング化学を使用することによ り低減することができる方法および装置が必要である。 発明の要約 本発明は新規な複合化学エッチング方法によりこれらの必要を満たす。一実施 例においてプラズマ加工室が積層における層の選択部分のエッチングに使用され る。積層には好ましくは少なくとも反射防止層(anti-reflective layer)および 反射防止層の下に堆積している金属被覆層が含まれている。方法には積層の反射 防止層が少なくとも部分的に第一化学でエッチングされる第一エッチング・ステ ップが含まれ、第一化学はエッチング化学製品およびポリマー形成化学製品から なる。一旦第一エッチング・ステップが完了すると、方法は第二エッチング・ス テップに進み積層の金属被覆層の少なくとも一部が第一化学とは異なる第二化学 でエッチングされる。一実施例において、第三化学を実施して金属被覆層の下に 設けることができる遮断層を効率的にエッチングしてもよい。有利なことに、第 一および第二化学によりフォトレジストの選択性が改善される。 他の実施例において、プラズマ加工室に形成される集積回路が開示されている 。この実施例において、プラズマ加工室は積層の層をエッチングするためのフォ トレジストを選択する複合化学エッチング剤を使用する。積層は金属被覆層上層 および金属被覆層上層の下に堆積される金属被覆層を有する。集積回路には積層 の最上層となるアスペクト比の低いフォトレジスト層が含まれている。低アスペ クト比フォトレジスト層はパターン化され金属被覆層上層が露出している複数の 第一領域および金属被覆層上層を保護する複数の第二領域を有する。集積回路に はさらに実質上、下の金属被覆層まで第一化学でエッチングされる金属被覆層上 層が含まれ、金属被覆層上層は積層の金属被覆層上層が露出している複数の第一 領域にエッチングされる。好ましくは、第一化学はエッチング化学製品およびポ リマー形成化学製品からなる。また集積回路には積層の金属被覆層が露出してい る複数の第一領域に第二化学でエッチングされる金属被覆層が含まれている。こ の実施例において、第二化学は第一化学と異なる。 さらに別の実施例において、本発明は積層の層の選択された部分にフォトレジ スト選択エッチングを行うための方法に関し、積層はＴｉＮ層およびアルミニウ ム／銅層からなる。方法は積層のＴｉＮ層を少なくとも部分的に第一化学でエッ チングすることからなる。第一化学は（１）Ｃｌ₂、ＡｒおよびＣＨＦ₃の第一混 合物、（２）Ｃｌ₂、ＣＨＦ₃およびＢＣｌ₃の第二混合物、および（３）Ｃｌ₂、 Ｎ₂およびＣＨＦ₃の第三混合物からなるグループから選択される。さらに方法は 積層のアルミニウム／銅層を少なくとも部分的に第二化学でエッチングすること からなり、第二化学は（１）Ｃｌ₂、Ｎ₂およびＨＣｌの第四混合物、および（２ ）Ｃｌ₂、ＣＨＦ₃およびＢＣｌ₃の第五混合物からなるグループから選択される 。 有利なことに、本発明の実質上改善されたフォトレジスト選択性によって実質 上より薄いフォトレジストマスクを適用することができる。結果として、フォト レジストマスクのアスペクト比は低減され且つエッチング速度負荷も実質上低減 される。本発明のこのような利点は以下の詳細な説明を読み且つ様々な図面を検 討すると明らかである。 図面の簡単な説明 本発明は、その利点とともに、参照して以下の説明を読むとよく理解すること ができる添付図面において、 図１は積層の断面図であり、典型的な半導体ＩＣの加工時に形成される層が示 されている。 図２は従来のエッチングが完了した後の図１の積層の断面図である。 図３は新規な複合化学エッチング技術で適切に使用可能なプラズマ反応器の概 略図である。 図４は本発明の一局面によって、新規な複合化学エッチング技術に含まれるス テップを示す。 図５は本発明の一局面によって、第三化学エッチング・ステップの実施に関す るステップを示す。 好適な実施例の詳細な説明 エッチング速度負荷の問題を最小にするとともに産業上有利なエッチング速度 および選択性を達成するための発明を説明する。以下の説明において、多数の特 定な詳細点を記載し本発明を完全に理解できるようにする。しかしながら、当業 者には本発明がこれらの特定な詳細の幾つかまたは全てがなくても実施可能であ ることは明らかである。他の例において、不必要に本発明を曖昧にしないように 周知の工程ステップは詳細に説明しない。 本発明の一局面によると、上記エッチング速度負荷の問題は少なくとも二段階 で積層をエッチングし且つ少なくとも二つの異なる化学を実施することによって 実質上回避される。第一化学エッチング・ステップは好ましくは少なくともＡＲ Ｃ層、例えば図１のＡＲＣ層１０８で進行する。上記ＡＲＣ層の部分のエッチン グに使用される主なエッチングガスに加えて、第一化学は好ましくはポリマー形 成ガスを含み且つ不活性ガスは含んでも含まなくてもよい。その後、積層は再び エッチングされるが、第二化学は第一化学と異なるものでもよい。次にこの第二 化学エッチング・ステップは好ましくは少なくとも部分的に金属被覆層、例えば 図１の層１０６に進行可能である。積層の遮断層１０４がエッチングを必要とす る場合、第三エッチング・ステップは一実施例において、第一化学と実質上同じ である第三化学を使用して行ってもよい。もちろん、第二化学を使用して遮断層 をエッチングしてもよいことがわかる。 新規な複合化学エッチング工程を行うことができる周知のプラズマ加工装置は いかなるものにも、乾式エッチング、プラズマ・エッチング、反応性イオン・エ ッチング（ＲＩＥ）、磁気的に高められた反応性イオン・エッチング（ＭＥＲＩ Ｅ）等のための装置が含まれる。さらに詳しくは、乾式エッチングのための典型 的なプラズマ加工室において、ウェファはプラズマで処理される。加工室には内 部に工程エッチング源ガスが供給される入口が含まれている。適切なＲＦエネル ギ源、例えばＲＦエネルギ源が室に接続している電極に適用されプラズマを誘導 する。エネルギ自体は誘導的または容量的に接続され周知のように、プラズマを 維持することができる。次にエッチング源ガスから種が形成されウェファと反応 し且つウェファ積層のプラズマ接触層をエッチング除去する。副産物は揮発性か もしれないが、次に出口から排出される。 プラズマ・エッチングはウェファがウェファ加工時に陽極、または接地電極上 に位置する場合に関する。一方、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）はウェフ ァが加工時陰極、または動力電極上に位置する場合に関する。磁気的に高められ た反応性イオン・エッチング（ＭＥＲＩＥ）は磁界が適用され反応器壁面に対す るエネルギ電子の損失を低減するＲＩＥ反応器構造の変形である。ＭＥＲＩＥ反 応器は、条件によって、プラズマにおいて電極から電子へのエネルギの移動効率 を増加できることが見出された。 本発明は上記反応器のいずれでも、また他の適切なプラズマ加工反応器におい て実施可能であると考えられる。注意すべきことは上述したことはプラズマへの エネルギが容量的に接続されている平行電極板、電子サイクロトロン共振（ＥＣ Ｒ）マイクロ波プラズマ源、またはヘリコン、螺旋状共振器、並びに変圧器が接 続されているプラズマ（ＴＣＰ）のような誘導的に接続されているＲＦ源により 供給されることに関係なく真実である。ＥＣＲおよびＴＣＰプラズマ加工システ ムはとりわけ、カリフォルニア州、フリモントのラム・リサーチ・コーポレーシ ョンから入手可能である。 好適な実施例において、本発明が使用されているＴＣＰ^TM９６００ＳＥプラズ マ反応器は、ラム・リサーチ・コーポレーションから入手可能であるが、上述し たように、その他の従来の適切なプラズマ加工システムであれば使用可能である 。図３に概略が示されているＴＣＰ^TM９６００ＳＥプラズマ反応器は、ウェファ ３５０および集積回路チップ３５２を含むが、新規なエッチングによりエッチン グされて従来のエッチング後ステップにおいて加工された後ウェファ３５０から 切り出された型から製造される。図３を参照すると、ウェファ反応器３００はプ ラズマ加工室３０２を含む。室３０２の上には電極３０３が設けられているが、 これは図３の例においてコイルにより形成される。コイル３０３にはＲＦ発生器 ３０５により整合ネットワーク（図３に示されていない）を介して電圧が印加さ れる。 室３０２内に設けられているシャワー・ヘッド３０４に好ましくは含まれてい る複数の穴から気体状の原料、例えばエッチング源ガスがヘッド自体とウェファ ３５０との間のＲＦ誘導プラズマ領域に放出してもよい。また気体状原料は室自 体の壁に形成されている出口から放出される。ウェファ３５０は室３０２に導入 され且つチャック３１０上に配置されるが、チャックは第二電極として作用し好 ましくは無線周波数発生器３２０により（また通例整合ネットワークを介して） バイアスがかけられる。 ヘリウム冷却ガスが圧力下（例えば、一実施例において５〜１０トル）チャッ ク３１０とウェファ３５０との間に導入され熱伝達媒体として作用して加工時ウ ェファの温度を正確に制御するので均一で繰り返し可能なエッチング結果が得ら れる。プラズマ・エッチング時、室３０２内の圧力は好ましくは例えば、一実施 例において約０．５ｍＴｏｒｒと約２００ｍＴｏｒｒとの間で維持される。複数 の加熱器（図示を簡潔にするために図３から省略）を設けることによりエッチン グに適切な室温度を維持してもよい（例えば、一実施例において約５０℃）。接 地経路を形成するために、室３０２の室壁は通常接地されている。 図４には本発明の一局面に従って、新規な複合化学エッチング工程に含まれる ステップが示されている。ステップ４００において、ウェファを従来のエッチン グ前ステップでエッチングするために準備する。エッチング前ステップには例え ば、ウェファをチャックに締付け、プラズマ加工室内の圧力を安定させ、ヘリウ ム冷却ガスをウェファの裏側に導入しウェファとチャックとの間の熱移動を容易 にすることが含まれる。 ステップ４０２において、積層の反射防止層を第一化学でエッチングする。注 意すべきことは本実施例および残りの開示部分において反射防止層は第一化学で エッチングされる層であると考えられるが、この第一化学エッチングは積層構造 によっては、あらゆる金属被覆層上層、例えば接着層、種層等に行ってもよい。 ここで使用する言葉である金属被覆層上層は金属被覆層の上に堆積される層のこ とである。 さらに、この上層はＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、または主にチタンである材料から 形成してもよい。本実施例によると、第一化学でのエッチングは好ましくは反射 防止層が完全にエッチングしたと決められた時に終了する。一実施例において、 反射防止層はＴｉＮから形成され、終点がプラズマにおける７０３ｎｍ波長の変 化を光学的に監視することによって検出され、これは実質上すべてのＴｉＮ反射 防止層が除去されたことを示す。次にエッチングは直ちに終了するかまたは所定 時間、例えばさらに５秒続けることによってＴｉＮ反射防止層材を確実に除去し てもよい。他の従来の方法をこの第一化学エッチングステップのための終点検出 に使用してもよい。 本発明の一局面に従って、ＴｉＮ反射防止層エッチングのための第一化学には Ｃｌ₂／Ａｒ／ＣＨＦ₃、Ｃｌ₂／ＣＨＦ₃／ＢＣｌ₃、Ｃｌ₂／ＣＨＦ₃、Ｃｌ₂／Ｎ₂ 、Ｃｌ₂／Ｎ₂／ＣＨＦ₃、Ｃｌ₂／ＨＣｌ／ＣＨＦ₃、およびＣｌ₂／Ｎ₂／ＢＣｌ₃ からなるグループのいずれか一つが含まれる。より好ましくは第一化学にはＣ ｌ₂／Ａｒ／ＣＨＦ₃およびＣｌ₂／ＣＨＦ₃／ＢＣｌ₃からなるグループのいずれ か一つが含まれる。より好ましくはＴｉＮ反射防止層エッチングのための第一化 学はＣｌ₂／Ａｒ／ＣＨＦ₃である。Ｃｌ₂／Ａｒ／ＣＨＦ₃におけるアルゴンはヘ リウム、クリプトン、キセノン等のような他の貴ガスによって置き換えることが できると考えられる。 またＣｌ₂／Ａｒ／ＣＨＦ₃は他の有利な結果をもたらすが、これは（１）米国 特許出願番号０８／６０２、２５１「半導体ウェファをエッチングするための方 法および装置」、（２）米国特許出願番号０８／６０１、７０８「エッチング速 度負荷を低減するための方法および装置」、（３）米国特許出願番号０８／６５ ２、７１８「エッチング速度負荷の影響を最小にすることによる均一なエッチン グの機構」、および（４）米国特許出願番号０８／６７８、０３４「半導体ウェ ファおよびその層をエッチングするための方法および装置」という名称の共に係 属中で、譲渡されている特許出願に詳細に述べられている。上述した米国特許出 願のすべてに準拠する。 上述したように、第一化学は好ましくは主にエッチングを行う化学製品（例え ばＣｌ₂）に追加してポリマ一形成化学製品（例えば、Ｎ₂、ＣＨＦ₃等）を含む 。このように、第一化学は上層（例えばＴｉＮ・ＡＲＣ層）をエッチング除去す ると同時に上層にポリマーを堆積する。第一化学にポリマー形成剤を使用すると より広い間隔がマイクロマスクされ、即ち狭い間隔よりも速い速度で広い間隔に 遮蔽ポリマーが堆積すると考えられている。マイクロマスキング現象によって、 広い間隔におけるエッチング速度は実質上遅くなるので、広い間隔におけるエッ チング速度と狭い間隔におけるエッチング速度との差が減少する。 一実施例において、ポリマー形成剤（例えば、ＣＨＦ₃）の１分当たりの標準 立方センチメートル（ｓｃｃｍ）単位の流量はｓｃｃｍ単位のＣｌ₂の流量全体 の約３％と約４０％との間であり、より好ましくはｓｃｃｍ単位のＣｌ₂の流量 全体の約５％と約３５％との間であり、さらに好ましくはｓｃｃｍ単位のＣｌ２ の流量全体の約１７．５％である。理解すべきことは選択されたエッチング速度 はポリマー形成剤の流量率を適当に変更することによって調節可能である。例え ば、ポリマー形成剤の流量率を増加させるとエッチング時ポリマー堆積における 増加により開放している領域におけるエッチング速度が減少する傾向にある。 ステップ４０４において、残りの積層が少なくとも部分的に下の金属被覆層ま で第二化学でエッチングする。例えば、第二化学を使用することにより金属被覆 層のほとんどをエッチングし、その下の残りおよび／または遮断層を第三化学で エッチングしてもよい。この実施例において第二化学エッチング・ステップが進 行すると金属被覆層は実質上エッチング除去される。一旦金属被覆層が実質上エ ッチング除去されると、第三化学を行って効率的に下の遮断層をエッチングして もよい。 第二化学が好ましくは第一化学と異なるのはポリマー形成ガスが嵩エッチング 、例えばアルミニウム金属被覆層に使用されると、マイクロマスキングにより残 留物となり且つフォトレジストの選択性を低下させる可能性もあるからである。 従って、第二化学と異なる新規な第一化学を（ＡＲＣ層をエッチングするために ）使用することは本発明の重要な特徴である。 第二化学自体は金属被覆層をエッチングするためのあらゆる適切なエッチング 剤および衝撃化学製品を含むことができる。一実施例において、第二化学はＣｌ₂ ／Ｎ₂／ＨＣｌ、Ｃｌ₂／Ｎ₂、Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃／ＣＨＦ₃、Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃／Ｈ Ｃｌ、およびＣｌ₂／ＢＣｌ₃／Ｎ₂からなるグループのいずれか一つである。例 えば、約８５：３０：２５（単位ｓｃｃｍ）の流量率を有するＣｌ₂／Ｎ₂／ＨＣ ｌの混合物は約０．５％〜１％の銅を有するアルミニウム合金からなる金属被覆 層のエッチングに特に適していることが発見された。 例えば、上述した方法は第一化学のＴｉＮ・ＡＲＣ層材のエッチング能力が優 れているので約３：１のフォトレジストの選択性に対して優れたＴｉＮ・ＡＲＣ 層を形成すると考えられている。即ちＴｉＮ・ＡＲＣ層はフォトレジスト材の３ 倍速くエッチング除去可能である。これは従来技術のＣｌ₂／Ｎ₂／ＨＣｌを使用 してＴｉＮ・ＡＲＣ層および下の金属被覆層の両方をエッチングする「一化学」 方法と比べて重大な結果である。この従来技術の一化学方法によって通常製造さ れるＴｉＮ・ＡＲＣ層が約０．７：１のフォトレジストの選択比に対して非常に 劣っているのはＣｌ₂／Ｎ₂／ＨＣｌ化学のＴｉＮ・ＡＲＣ層材に対するエッチン グ性能が劣っているからである。例えば、０．７ミクロンのＴｉＮ・ＡＲＣ材を エッチングするために、１ミクロンのフォトレジストも不都合なことにエッチン グ除去されるであろう。わかるように、本発明の実質上改善されたフォトレジス トの選択性により実質上薄いフォトレジストマスクを適用することができる。 さらに比較すると、一化学エッチング剤Ｃｌ₂／Ｎ₂／ＨＣｌを使用して０．３ ５μの間隔および特徴サイズをエッチングした時、深い紫外線（ＤＵＶ）フォト レジストがウェファ表面で厚さ約９、５００Åに適用された。ＴｉＮ・ＡＲＣ層 およびアルミニウム金属被覆層の両方のエッチング完了後、残りのフォトレジス トはウェファの中心で約３、４５０Åおよび縁部で約３、２００Åであろことが わかった。 驚くことに予期せぬ結果として、新規な複合化学工程を使用して同一の間隔サ イズ、特徴サイズおよびＤＵＶフォトレジストの厚さをエッチングした時、ウェ ファの中心はウェファのほぼ中心の元の９、５００Åの約５、３５０Åを維持し 、ウェファの縁部は元の９、５００Åの約５、６００Åを維持した。理解できる ように、従来技術によるエッチング化学よりも複合化学エッチング後は実質上多 くの耐蝕膜が残った。従って、フォトレジストのアスペクト比は適用されたフォ トレジストの厚さを減らすことによって実質上低減可能であり、さらにエッチン グ速度負荷を低減する。従って、上記パラメータを使用して、実質上さらに薄い 例えば約４、０００Å、より好ましくは約５、０００Åの薄さを有するＤＵＶフ ォトレジスト層を適用することができる。もちろん、従来技術の化学を使用した ら、フォトレジストは下層を過剰エッチングから保護するためにより厚く適用し なければならないであろう。 さらに新規な複合化学方法の有利な結果を例示するために、さらに別の従来技 術による一化学Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃エッチング工程を対比する。例えば、８インチの ウェファおよび０．５ミクロンの構造に対してこの従来技術による一化学Ｃｌ₂ ／ＢＣｌ₃エッチング剤を使用して発生したエッチング速度負荷は約２５％と約 ３０％との間であることがわかった。即ち、開放しているフィールド領域におけ る工ッチング速度は０．５ミクロンの間隔よりも約２５％〜約３０％速い。図２ を参照して説明したように、これらの高いエッチング速度負荷レベルが過剰エッ チングにより重大な損傷をもたらすことが知られている。同様の工程パラメータ で、本発明の一実施例に従って、第一化学としてＣｌ₂／Ａｒ／ＣＨＦ₃および第 二化学としてＣｌ₂／Ｎ₂／ＨＣｌを使用する新規な複合化学エッチングに対して 達成されたエッチング速度負荷はウェファ表面で約２％、通例は約２．５％と低 いことがわかった。 さらに、新規な複合化学方法は一化学による従来のエッチング剤ＢＣｌ₃／Ｃ ｌ₂を使用して得た選択性よりも約９０％高いフォトレジストの選択性も実現し た。結果として、フォトレジストの厚さを実質上低減し且つ好都合にフォトレジ ストのアスペクト比を低減することが可能である。さらに、アスペクト比が減少 すると、エッチング速度負荷も減少する。 また新規な複合化学エッチングを使用すると結果として全体的なエッチング速 度およびＴｉＮからアルミニウムの選択性が産業上有利な範囲内になることも発 見されている。例えば、ＡＲＣ・ＴｉＮ層のエッチング速度は第一化学としてＣ ｌ₂／Ａｒ／ＣＨＦ₃を使用する新規な複合化学エッチングに対して、一実施例に おいて、約１１、０００（Å）オングストローム／分である。Ｃｌ₂／Ａｒ／Ｃ ＨＦ₃に対するＴｉＮからアルミニウムの選択性は、一実施例において、約１０ ：１である。さらに、複合エッチングの均一性は上記新規な化学に対する（即ち 、ＡＲＣ層エッチングおよび嵩エッチングの両方の）統計的な３ｘ標準分布とし て表されるが、一実施例において、約１０％と約１５％との間、より好ましくは 約１２％である。 第二化学でのエッチングは金属被覆層の少なくとも一部分が下層までエッチン グした場合に終了してもよい。従って、第二化学でのエッチングは金属被覆層が 実質上完全にエッチングしたと決められた時に終了してもよい。一実施例におい て、金属被覆層はアルミニウムまたはその合金の一つから形成され、終点の検出 はプラズマにおける２６１ｎｍ光波長の変化を光学的に監視することにより行わ れ、これは実質上全てのアルミニウム金属被覆層が除去されたことを示す。 一旦光学的監視によって２６１ｎｍ光波長の上昇が検出されると、第二化学で のエッチングは直ちに終了するかまたは所定時間、例えばさらに数秒続けること により確実に金属被覆層材を除去してもよい。 ステップ４０６において、ウェファにさらに従来の性質を有するエッチング後 加工ステップが行われる。その後、加工されたウェファは切断して型となり、次 にＩＣチップに製造することができる。結果としてＩＣチップ、例えば図３のＩ Ｃチップ３５２は次に電子装置、例えばデジタル・コンピュータを含む周知の商 業的または消費電子装置のいずれかに組み込むことができる。 図５には本発明の一実施例による第三化学で遮断層をエッチングすることに関 する工程ステップが示されている。第二化学により遮断層までエッチング可能で あるが、ステップ４０５に使用される第三化学は残りの金属被覆層および下層の エッチングにより適している。以下に説明するように、第三化学は下層がＴｉま たはＴｉＮ遮断層である場合実質上第一化学と同じである。即ち、第三化学は好 ましくはＣｌ₂／Ａｒ／ＣＨＦ₃である。もちろん、Ｃｌ₂／Ａｒ／ＣＨＦ₃化学に おけるアルゴンはヘリウム、クリプトン、キセノン等のような他の貴ガスで置き 換えることができると考えられる。 一方、代替の第三化学を使用して下の遮断層をエッチングしてもよい。一実施 例において、代替の第三化学は好ましくはＣｌ₂／ＣＨＦ₃／ＢＣｌ₃でもよい。 この実施例に対するＣｌ₂の流量は好ましくは約８０ｓｃｃｍであり、ＣＨＦ₃の 流量は全Ｃｌ₂流量の約２０％であり、ＢＣｌ₃の流量は全Ｃｌ₂流量の約２０％ である。この実施例の好ましい圧力および温度条件は各々、約１２ｍＴｏｒｒお よび約５０℃である。一旦第三化学を使用して下の遮断層をエッチングすると、 工程は再び図４のステップ４０６に進みエッチング後加工が行われる。 さらに情報として、下記表１にはＴＣＰ^TM９６００ＳＥプラズマ反応器におけ る８インチのウェファの第一化学エッチングに適する近似の工程パラメータが示 されている。この例において、金属被覆層上層はＴｉＮ反射防止層であり、約０ ．５％の銅を含むアルミニウム層の上塗りをする。これらの表において、最上電 極電力（単位ワット）、底部電極電力（単位ワット）、および流量（他に記載が なければ単位％の全エッチング源流量）の近似の適切な範囲、近似の好適な範囲 、および近似のより好適な範囲が示されている。 表１はＣｌ₂／Ａｒ／ＣＨＦ₃第一化学に対する近似の適切なパラメータを示し 、表２はＣｌ₂／Ｎ₂／ＨＣｌ第二化学に対する近似の適切なパラメータを示し、 表３はＣｌ₂／Ａｒ／ＣＨＦ₃第三化学に対する近似の適切なパラメータを示し、 表４はＣｌ₂／ＣＨＦ₃／ＢＣｌ₃代替第三化学に対する近似の適切なパラメータ を示す。 エッチングの助けとなる他のパラメータ値は、同じウェファ並びに反射防止層 であれ他のウェファ並びに反射防止層であれ、当業者にはすぐに明らかである。 さらに、次のパラメータは模範的な「８インチのウェファ」に関するが、パラメ ータは半導体装置および平面パネル表示器の製造に使用されるような様々なサイ ズおよび形状の基板に適用するために変更することができる。回路の寸法が収縮 し続けると、本発明による改善されたフォトレジストの選択性は特にトレンチお よび特徴サイズが１．８ミクロン以下と小さい装置の製造に適することができる 。上述したように、フォトレジストの選択性が改善されて光硬化樹脂層を薄くす ることができるので、エッチング速度負荷も最小となる。 本発明をいくつかの好適な実施例により説明したが、本発明の範囲内の変更、 置換、および等価物が存在する。また注意すべきことは代替えの本発明による方 法および装置を実施する代替法がある。従って、以下の請求範囲は本発明の真の 趣旨および範囲内で全てのこのような変更、置換、および等価物を含むものとし て解釈するように意図されている。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年３月２４日（１９９９．３．２４） 【補正内容】 請求の範囲 １．プラズマ加工室において、積層の層の選択された部分をエッチングするた めの方法であって、該積層は反射防止層と該反射防止層の下に堆積する金属被覆 層とを有するエッチング方法において、 前記積層の前記反射防止層を少なくとも部分的に第一化学でエッチングし、該第 一化学は主にＣｌ₂と、ＣＨＦ₃と、ＡｒないしはＢＣｌ₃のいずれか一つとを有 し、 前記積層の前記金属被覆層を少なくとも部分的に、主にＣｌ₂、Ｎ₂およびＨＣｌ からなる第二化学でエッチングし、 もって、前記第一および第二化学の組合せが、単一化学でのプロセスに対して、 フォトレジスト選択性を約９０％まで改善する方法。 ２．前記反射防止層がＴｉおよびＴｉＮからなるグループから選択される、請 求項１記載の方法。 ３．前記反射防止層がＴｉＮを有し、前記第一化学を使用して前記反射防止層 をエッチングする、請求項１記載の方法。 ４．前記Ｃｌ₂が約８０ｓｃｃｍの流量を有し、前記Ａｒの流量がＣｌ₂の約１ ４パーセントであり、前記ＣＨＦ₃の流量がＣｌ₂の約３０パーセントである、請 求項１記載の方法。 ５．前記Ｃｌ₂が約８５ｓｃｃｍの流量を有し、前記Ｎ₂の流量がＣｌ₂の約３ ０パーセントであり、前記ＨＣｌの流量がＣｌ₂の約２５パーセントである、請 求項１記載の方法。 ６． 下の遮断層をエッチングするための第三化学をさらに有する、請求項１ 記載の方法。 ７．前記第三化学が前記第一化学と実質的に同一である、請求項７記載の方法 。 ８．前記第三化学がＣｌ₂とＣＨＦ₃とＢＣｌ₃とを有する、請求項７記載の方 法。 ９．前記第一、第二および第三化学が基板を半導体装置へとエッチングするよ うに形成されている、請求項７記載の方法。 １０．集積回路であって、プラズマ加工室において形成され、該プラズマ加工室 は積層の層をエッチングするためのフォトレジスト選択性複合化学エッチングプ ロセスを行い、該積層は金属被覆層上層と該金属被覆層上層の下に堆積する金属 被覆層と前記積層上の低アスペクト比フォトレジスト層とを有し、該低アスペク ト比フォトレジスト層は金属被覆層上層を露出している複数の第一領域および前 記金属被覆層上層を保護する複数の第二領域にパターン化され、前記集積回路を 形成するプロセスが、 前記金属被覆層上層を実質上、下の前記金属被覆層まで第一化学でエッチング し、前記金属被覆層上層は前記積層の該金属被覆層上層を露出している前記複数 の第一領域にエッチングされ、前記第一化学はＣｌ₂とＡｒとＣＨＦ₃とを有して いる工程と、 さらに前記金属被覆層を第二化学で前記積層の該金属被覆層を露出している前 記複数の第一領域にエッチングし、前記第二化学がＣｌ₂とＮ₂とＨＣｌとを有し ている工程とを有する、集積回路。 １１．前記金属被覆層上層がＴｉＮ反射防止層である、請求項１０記載の集積回 路。 １２．前記金属被覆層がアルミニウムを有し、前記第二化学が主にＣｌ₂とＮ₂と ＨＣｌとからなる請求項１１記載の集積回路。 １３．前記第一化学を使用して前記反射防止層をエッチングする、請求項１１記 載の集積回路。 １４．プラズマ加工室において、積層の層の選択された部分に対してフォトレジ スト選択性のエッチングを行うことを含む、半導体装置を製造するための方法で あって、該積層はＴｉＮ層と、アルミニウムないしは銅の少なくとも一つを備え る金属被覆層とを有する、半導体装置を製造するための方法において、 前記積層の前記ＴｉＮ層を少なくとも部分的に第一化学でエッチングし、該第一 化学は Ｃｌ₂、ＡｒおよびＣＨＦ₃の第一混合物と、 Ｃｌ₂、ＣＨＦ₃およびＢＣｌ₃の第二混合物と、 Ｃｌ₂、Ｎ₂、およびＣＨＦ₃の第三混合物とからなるグループから選択され、 さらに前記積層の前記金属被覆層を少なくとも部分的に第二化学でエッチング し、該第二化学は主にＣｌ₂、Ｎ₂およびＨＣｌの第四混合物からなり、 もって、前記積層を前記第一および第二化学を連続して組み合わせてエッチン グすることによってフォトレジスト選択性を、単一化学プロセスに対して、約９ ０％まで改善する方法。 １５．前記ＴｉＮ層が反射防止層である、請求項１４記載の方法。 １６．前記金属被覆層がアルミニウムと銅とを有する、請求項１４記載の方法。 １７．前記金属被覆層の実質的下方に位置している前記積層における遮断層を少 なくとも部分的にエッチングするための第三化学をさらに有する、請求項１４記 載の方法。 １８．前記第一および第二化学が前記積層を半導体装置へエッチングするように 形成されている、請求項１４記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．プラズマ加工室において、積層の層の選択された部分をエッチングするた めの方法であって、該積層は反射防止層と該反射防止層の下に堆積する金属被覆 層とを有し、 前記積層の前記反射防止層を少なくとも部分的に第一化学でエッチングし、該 第一化学は主にＣｌ₂とＣＨＦ₃とＡｒないしはＢＣｌ₃のいずれか一つとから成 り、 前記第一化学と異なる第二化学で前記積層の前記金属被覆層を少なくとも部分 的にエッチングし、 もって、前記第一および第二化学がフォトレジストの選択性を改善する方法。 ２．前記反射防止層がＴｉおよびＴｉＮからなるグループから選択される請求 項１記載の方法。 ３．前記第二化学がＣｌ₂、Ｎ₂およびＨＣｌを有する請求項１記載の方法。 ４．前記反射防止層がＴｉＮからなり、前記第一化学を使用して前記反射防止 層をエッチングする請求項３記載の方法。 ５．前記Ｃｌ₂が約８０ｓｃｃｍの流量を有し、前記Ａｒの流量がＣｌ₂の約１ ４パーセントであり、前記ＣＨＦ₃の流量がＣｌ₂の約３０パーセントである請求 項１記載の方法。 ６．前記Ｃｌ₂が約８５ｓｃｃｍの流量を有し、前記Ｎ₂の流量がＣｌ₂の約３ ０パーセントであり且つ前記ＨＣｌの流量がＣｌ₂の約２５パーセントである請 求項３記載の方法。 ７．下の遮断層をエッチングするための第三化学をさらに有する請求項１記載 の方法。 ８．前記第三化学が前記第一化学と実質上同じである請求項７記載の方法。 ９．前記第三化学がＣｌ₂とＣＨＦ₃とＢＣｌ₃とを有する請求項７記載の方法 。 １０．第一、第二および第三化学が基板を半導体装置へとエッチングするように 形成されている請求項１０記載の方法。 １１．集積回路であって、プラズマ加工室において形成され、該プラズマ加工室 は積層の層をエッチングするためのフォトレジスト選択性複合化学エッチング工 程を行い、該積層は金属被覆層上層、該金属被覆層上層の下に堆積する金属被覆 層、および前記積層上の低アスペクト比フォトレジスト層からなり、該低アスペ クト比フォトレジスト層は金属被覆層上層を露出している複数の第一領域および 前記金属被覆層上層を保護する複数の第二領域にパターン化され、 前記金属被覆層上層を実質上、下の前記金属被覆層まで第一化学でエッチングし 、前記金属被覆層上層は前記積層の前記金属被覆層上層を露出している前記複数 の第一領域にエッチングされ、前記第一化学はエッチング化学製品およびポリマ ー形成化学製品からなり、 さらに前記金属被覆層を第二化学で前記積層の前記金属被覆層を露出している前 記複数の第一領域にエッチングし、前記第二化学が前記第一化学と異なることか らなる工程ステップで形成される集積回路。 １２．前記金属被覆−上層がＴｉＮ反射防止層である請求項１１記載の集積回路 。 １３．前記第一化学が主にＣｌ₂、ＡｒおよびＣＨＦ₃からなる請求項１２記載の 集積回路。 １４．前記金属被覆層がアルミニウムを有し、且つ前記第二化学が主にＣｌ₂、 Ｎ₂およびＨＣｌからなる請求項１２記載の集積回路。 １５．前記第一化学を使用して前記反射防止層をエッチングする請求項１２記載 の集積回路。 １６．プラズマ加工室において、半導体装置を製造するための積層の層の選択さ れた部分に対してフォトレジスト選択性のエッチングを行うことを含む方法であ って、該積層はＴｉＮ層と、アルミニウムないしは銅の少なくとも一つから成る 金属被覆層とを有し、 前記積層の前記ＴｉＮ層を少なくとも部分的に第一化学でエッチングし、該第 一化学は Ｃｌ₂、ＡｒおよびＣＨＦ₃の第一混合物と、 Ｃｌ₂、ＣＨＦ₃およびＢＣｌ₃の第二混合物と、 Ｃｌ₂、Ｎ₂、およびＣＨＦ₃の第三混合物とからなるグループから選択され、 さらに前記積層の前記金属被覆層を少なくとも部分的に第二化学でエッチング し、該第二化学は Ｃｌ₂、Ｎ₂およびＨＣｌの第四混合物と、 Ｃｌ₂、ＣＨＦ₃およびＢＣｌ₃の第五混合物とからなるグループから選択され る方法。 １７．前記ＴｉＮ層が反射防止層である請求項１６記載の方法。 １８．前記金属被覆層がアルミニウムおよび銅を有する請求項１６記載の方法。 １９．実質的に前記金属被覆層の下に位置している前記積層における遮断層を少 なくとも部分的にエッチングするための第三化学をさらに有する請求項１６記載 の方法。 ２０．第一および第二化学が前記積層を半導体装置へとエッチングするように形 成されている請求項１６記載の方法。