JP2002343771A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JP2002343771A JP2002343771A JP2001147743A JP2001147743A JP2002343771A JP 2002343771 A JP2002343771 A JP 2002343771A JP 2001147743 A JP2001147743 A JP 2001147743A JP 2001147743 A JP2001147743 A JP 2001147743A JP 2002343771 A JP2002343771 A JP 2002343771A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パターンが疎に配置された部分と、密に配置
された部分とを有するものであっても、従来に較べて、
窒化チタン層の側壁部分の形状を略垂直にエッチングす
ることのできるドライエッチング方法を提供する。 【解決手段】 エッチングガスとしてＣｌ2 ＋Ｈｅのガ
スを使用し、フォトレジストからなり所定形状にパター
ニングされたマスク層１０４を介して、プラズマエッチ
ングにより、窒化チタン層１０２をエッチングする。
された部分とを有するものであっても、従来に較べて、
窒化チタン層の側壁部分の形状を略垂直にエッチングす
ることのできるドライエッチング方法を提供する。 【解決手段】 エッチングガスとしてＣｌ2 ＋Ｈｅのガ
スを使用し、フォトレジストからなり所定形状にパター
ニングされたマスク層１０４を介して、プラズマエッチ
ングにより、窒化チタン層１０２をエッチングする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
におけるドライエッチング方法に係り、特に、窒化チタ
ン（ＴｉＮ）層を、レジストからなるマスク層を介して
エッチングするドライエッチング方法に関する。
におけるドライエッチング方法に係り、特に、窒化チタ
ン（ＴｉＮ）層を、レジストからなるマスク層を介して
エッチングするドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置を構成する材料の一つ
として、窒化チタン（ＴｉＮ）が多く使用されており、
半導体装置の製造工程においては、かかる窒化チタンを
所望パターンにエッチングするドライエッチングが行わ
れている。
として、窒化チタン（ＴｉＮ）が多く使用されており、
半導体装置の製造工程においては、かかる窒化チタンを
所望パターンにエッチングするドライエッチングが行わ
れている。
【０００３】例えば、タングステン等の金属が使用され
た電極や配線では、金属膜と絶縁膜との間に、窒化チタ
ン等からなるバリアメタル層が設けられる。
た電極や配線では、金属膜と絶縁膜との間に、窒化チタ
ン等からなるバリアメタル層が設けられる。
【０００４】かかる構造の配線等を製造する場合、図６
（ａ）に示すように、下地膜である絶縁膜２０１上に、
窒化チタン層２０２、タングステン層２０３をこの順で
順次形成し、タングステン層２０３の上に、フォトレジ
ストからなるパターニングされたマスク層２０４を形成
し、このマスク層２０４を介して、まず、タングステン
層２０３のエッチングを行う。
（ａ）に示すように、下地膜である絶縁膜２０１上に、
窒化チタン層２０２、タングステン層２０３をこの順で
順次形成し、タングステン層２０３の上に、フォトレジ
ストからなるパターニングされたマスク層２０４を形成
し、このマスク層２０４を介して、まず、タングステン
層２０３のエッチングを行う。
【０００５】この後、図６（ｂ）に示すように、上記マ
スク層２０４を介して、窒化チタン層２０２のエッチン
グを行い、タングステン層２０３及び窒化チタン層２０
２を所定形状にパターニングする。
スク層２０４を介して、窒化チタン層２０２のエッチン
グを行い、タングステン層２０３及び窒化チタン層２０
２を所定形状にパターニングする。
【０００６】かかるエッチング工程において、窒化チタ
ン層２０２のエッチングには、従来、Ｃｌ2 からなるエ
ッチングガスを使用したプラズマエッチングが一般的に
用いられている。
ン層２０２のエッチングには、従来、Ｃｌ2 からなるエ
ッチングガスを使用したプラズマエッチングが一般的に
用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、従来
では、Ｃｌ2 からなるエッチングガスを使用したプラズ
マエッチングにより、窒化チタン層のエッチングが行わ
れている。
では、Ｃｌ2 からなるエッチングガスを使用したプラズ
マエッチングにより、窒化チタン層のエッチングが行わ
れている。
【０００８】しかしながら、かかる従来の方法では、図
６（ｂ）に示すように、窒化チタン層２０２の側壁部分
がエッチングされ、この窒化チタン層２０２の側壁部分
の形状が、所謂逆テーパ状となるという問題がある。
６（ｂ）に示すように、窒化チタン層２０２の側壁部分
がエッチングされ、この窒化チタン層２０２の側壁部分
の形状が、所謂逆テーパ状となるという問題がある。
【０００９】すなわち、図６（ｂ）に示すようなパター
ンを形成する場合、マスク層２０４の形状に合わせて、
タングステン層２０３及び窒化チタン層２０２の側壁部
分が略垂直（同図に示す角度Ｒがほぼ９０度）となるこ
とが好ましいが、上記従来の技術においては、窒化チタ
ン層２０２の側壁部分がエッチングされてしまい、その
側壁部分の形状が逆テーパ状（角度Ｒが９０度より大）
となってしまうという問題があった。
ンを形成する場合、マスク層２０４の形状に合わせて、
タングステン層２０３及び窒化チタン層２０２の側壁部
分が略垂直（同図に示す角度Ｒがほぼ９０度）となるこ
とが好ましいが、上記従来の技術においては、窒化チタ
ン層２０２の側壁部分がエッチングされてしまい、その
側壁部分の形状が逆テーパ状（角度Ｒが９０度より大）
となってしまうという問題があった。
【００１０】また、形成されるパターンの形状が、隣接
するパターン同士が近接して密に配置された部分と、隣
接するパターン同士が離間して疎に配置された部分を有
する場合には、上記の側壁部分の形状が、パターンが密
に配置された部分と、疎に配置された部分とによって、
異なる傾向がある。
するパターン同士が近接して密に配置された部分と、隣
接するパターン同士が離間して疎に配置された部分を有
する場合には、上記の側壁部分の形状が、パターンが密
に配置された部分と、疎に配置された部分とによって、
異なる傾向がある。
【００１１】さらに、かかる側壁部分の形状は、一枚の
半導体ウエハの面内であっても、その中央部と周縁部で
異なる傾向もある。
半導体ウエハの面内であっても、その中央部と周縁部で
異なる傾向もある。
【００１２】このため、例えば、エッチングガスの流量
や圧力、エッチング中の半導体ウエハの温度、平行平板
型のプラズマエッチング装置における電極に印加する高
周波電力等のエッチング条件を調整して、上記の側壁部
分の形状を制御しようとしても、半導体ウエハの中央
部、周縁部、及び、パターンの疎部分、密部分の全ての
部位において、側壁部分の形状が良好になるようにエッ
チングすることが、困難であるという問題があった。
や圧力、エッチング中の半導体ウエハの温度、平行平板
型のプラズマエッチング装置における電極に印加する高
周波電力等のエッチング条件を調整して、上記の側壁部
分の形状を制御しようとしても、半導体ウエハの中央
部、周縁部、及び、パターンの疎部分、密部分の全ての
部位において、側壁部分の形状が良好になるようにエッ
チングすることが、困難であるという問題があった。
【００１３】例えば、Ｃｌ2 からなるエッチングガスを
使用して、プラズマエッチングにより、窒化チタン層の
エッチングを行い、前述した角度Ｒを半導体ウエハの各
部において測定したところ、 ウエハ中央部：１０３．３°（密部）、９３．６°（疎
部） ウエハ周縁部：１１５．７°（密部）、９７．０°（疎
部） となった。全体的に逆テーパ状になる傾向があり、角度
Ｒの差は最大２２．１°もあった。
使用して、プラズマエッチングにより、窒化チタン層の
エッチングを行い、前述した角度Ｒを半導体ウエハの各
部において測定したところ、 ウエハ中央部：１０３．３°（密部）、９３．６°（疎
部） ウエハ周縁部：１１５．７°（密部）、９７．０°（疎
部） となった。全体的に逆テーパ状になる傾向があり、角度
Ｒの差は最大２２．１°もあった。
【００１４】なお、エッチング条件は、 エッチングガス：Ｃｌ2 （流量７０SCCM） 圧力：０．６７Ｐａ 上部電極印加高周波電力：５２５Ｗ 下部電極印加高周波電力：５０Ｗ 電極間距離：１１５ｍｍ サセプタ温度：４０℃ である。
【００１５】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、従来に較べて、窒化チタン層の側壁部分
の形状を良好な状態にエッチングすることのできるドラ
イエッチング方法を提供しようとするものである。
されたもので、従来に較べて、窒化チタン層の側壁部分
の形状を良好な状態にエッチングすることのできるドラ
イエッチング方法を提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、レジ
ストからなるマスク層を介して、窒化チタン層をエッチ
ングし、当該窒化チタン層を所定のパターンにパターニ
ングするドライエッチング方法であって、Ｃｌ2 ガスと
Ｈｅガスとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッ
チングにより、前記窒化チタン層の側壁形状が略垂直形
状になるようにエッチングすることを特徴とする。
ストからなるマスク層を介して、窒化チタン層をエッチ
ングし、当該窒化チタン層を所定のパターンにパターニ
ングするドライエッチング方法であって、Ｃｌ2 ガスと
Ｈｅガスとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッ
チングにより、前記窒化チタン層の側壁形状が略垂直形
状になるようにエッチングすることを特徴とする。
【００１７】請求項２の発明は、請求項１記載のドライ
エッチング方法において、前記Ｈｅガスの添加量を調整
することにより、前記窒化チタン層の側壁形状を略垂直
形状に制御することを特徴とする。
エッチング方法において、前記Ｈｅガスの添加量を調整
することにより、前記窒化チタン層の側壁形状を略垂直
形状に制御することを特徴とする。
【００１８】請求項３の発明は、請求項２記載のドライ
エッチング方法において、前記所定のパターンは、隣接
するパターン同士が近接して密に配置された部分と、隣
接するパターン同士が離間して疎に配置された部分を有
し、前記Ｈｅガスの添加量を調整することにより、隣接
するパターン同士が近接して密に配置された部分と、隣
接するパターン同士が離間して疎に配置された部分の前
記窒化チタン層の側壁形状が、いずれも略垂直形状とな
るように制御することを特徴とする。
エッチング方法において、前記所定のパターンは、隣接
するパターン同士が近接して密に配置された部分と、隣
接するパターン同士が離間して疎に配置された部分を有
し、前記Ｈｅガスの添加量を調整することにより、隣接
するパターン同士が近接して密に配置された部分と、隣
接するパターン同士が離間して疎に配置された部分の前
記窒化チタン層の側壁形状が、いずれも略垂直形状とな
るように制御することを特徴とする。
【００１９】請求項４の発明は、請求項１〜３いずれか
１項記載のドライエッチング方法において、前記Ｈｅガ
スの流量比が、前記エッチングガスの全流量に対して、
１０〜５０％とされていることを特徴とする。
１項記載のドライエッチング方法において、前記Ｈｅガ
スの流量比が、前記エッチングガスの全流量に対して、
１０〜５０％とされていることを特徴とする。
【００２０】請求項５の発明は、請求項４に記載のドラ
イエッチング方法において、前記エッチングガスの総流
量及び圧力の少なくともどちらか一方を変更し、レジデ
ンスタイムを０．３秒以上に調整することを特徴とす
る。
イエッチング方法において、前記エッチングガスの総流
量及び圧力の少なくともどちらか一方を変更し、レジデ
ンスタイムを０．３秒以上に調整することを特徴とす
る。
【００２１】請求項６の発明は、レジストからなるマス
ク層を介して、窒化チタン層をエッチングし、当該窒化
チタン層を、隣接するパターン同士が近接して密に配置
された部分と隣接するパターン同士が離間して疎に配置
された部分とを有する所定のパターンにパターニングす
るドライエッチング方法であって、Ｃｌ2 ガスとＮ2 ガ
スとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッチング
により、前記窒化チタン層をエッチングし、かつ、前記
Ｎ2 ガスの添加量を調整することにより、隣接するパタ
ーン同士が近接して密に配置された部分と、隣接するパ
ターン同士が離間して疎に配置された部分の前記窒化チ
タン層の側壁形状が、いずれも略垂直形状となるように
制御することを特徴とする。
ク層を介して、窒化チタン層をエッチングし、当該窒化
チタン層を、隣接するパターン同士が近接して密に配置
された部分と隣接するパターン同士が離間して疎に配置
された部分とを有する所定のパターンにパターニングす
るドライエッチング方法であって、Ｃｌ2 ガスとＮ2 ガ
スとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッチング
により、前記窒化チタン層をエッチングし、かつ、前記
Ｎ2 ガスの添加量を調整することにより、隣接するパタ
ーン同士が近接して密に配置された部分と、隣接するパ
ターン同士が離間して疎に配置された部分の前記窒化チ
タン層の側壁形状が、いずれも略垂直形状となるように
制御することを特徴とする。
【００２２】請求項７の発明は、請求項６記載のドライ
エッチング方法において、前記Ｎ2ガスの流量比が、前
記エッチングガスの全流量に対して、５〜１５％とされ
ていることを特徴とする。
エッチング方法において、前記Ｎ2ガスの流量比が、前
記エッチングガスの全流量に対して、５〜１５％とされ
ていることを特徴とする。
【００２３】請求項８の発明は、請求項１〜７いずれか
１項記載のドライエッチング方法において、前記プラズ
マエッチングが、平行平板型のプラズマエッチング装置
によって行われることを特徴とする。
１項記載のドライエッチング方法において、前記プラズ
マエッチングが、平行平板型のプラズマエッチング装置
によって行われることを特徴とする。
【００２４】請求項９の発明は、請求項１〜８いずれか
１項記載のドライエッチング方法において、前記窒化チ
タン層が、絶縁膜と金属膜との間に設けられたものであ
ることを特徴とする。
１項記載のドライエッチング方法において、前記窒化チ
タン層が、絶縁膜と金属膜との間に設けられたものであ
ることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を、図面を参
照して実施の形態について説明する。
照して実施の形態について説明する。
【００２６】図１は、本発明の一実施形態を説明するた
め、半導体ウエハ（シリコン基板）の縦断面の一部を拡
大して模式的に示すものである。同図（ａ）に示すとお
り、半導体ウエハには、下地膜である絶縁膜１０１上
に、窒化チタン（ＴｉＮ）層１０２、タングステン層１
０３が下側からこの順で形成されている。そして、タン
グステン層１０３の上に、フォトレジストからなるパタ
ーニングされたマスク層１０４を形成し、このマスク層
１０４を介して、タングステン層１０３のエッチングを
行うことによって、このタングステン層１０３が所定形
状にパターニングされている。
め、半導体ウエハ（シリコン基板）の縦断面の一部を拡
大して模式的に示すものである。同図（ａ）に示すとお
り、半導体ウエハには、下地膜である絶縁膜１０１上
に、窒化チタン（ＴｉＮ）層１０２、タングステン層１
０３が下側からこの順で形成されている。そして、タン
グステン層１０３の上に、フォトレジストからなるパタ
ーニングされたマスク層１０４を形成し、このマスク層
１０４を介して、タングステン層１０３のエッチングを
行うことによって、このタングステン層１０３が所定形
状にパターニングされている。
【００２７】そして、本実施形態においては、図１
（ａ）の状態から、エッチングガスとしてＣｌ2 ＋Ｈｅ
のガスを使用し、プラズマエッチングにより、窒化チタ
ン層１０２をエッチングする。
（ａ）の状態から、エッチングガスとしてＣｌ2 ＋Ｈｅ
のガスを使用し、プラズマエッチングにより、窒化チタ
ン層１０２をエッチングする。
【００２８】なお、図１には、窒化チタン層１０２が、
絶縁膜１０１とタングステン層１０３との間に設けられ
たバリアメタル層として使用される場合の例を示してい
るが、本発明方法は、かかる例に限定されるものではな
く、窒化チタン層１０２を、フォトレジストからなるマ
スク層１０４を介してエッチングするあらゆる工程に使
用することができる。
絶縁膜１０１とタングステン層１０３との間に設けられ
たバリアメタル層として使用される場合の例を示してい
るが、本発明方法は、かかる例に限定されるものではな
く、窒化チタン層１０２を、フォトレジストからなるマ
スク層１０４を介してエッチングするあらゆる工程に使
用することができる。
【００２９】図２は、本発明の実施形態に使用するプラ
ズマ処理装置の構成の一例を模式的に示すものである。
同図に示すように、プラズマ処理装置１は、電極板が上
下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続され
他方にバイアス形成用電源が接続された容量結合型平行
平板エッチング装置として構成されている。
ズマ処理装置の構成の一例を模式的に示すものである。
同図に示すように、プラズマ処理装置１は、電極板が上
下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続され
他方にバイアス形成用電源が接続された容量結合型平行
平板エッチング装置として構成されている。
【００３０】このエッチング処理装置１は、例えば表面
がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウム
からなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有してお
り、このチャンバー２は接地されている。チャンバー２
内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、ウエ
ハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設
けられており、さらにこのサセプタ支持台４の上には、
下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。この
サセプタ５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続
されている。
がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウム
からなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有してお
り、このチャンバー２は接地されている。チャンバー２
内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、ウエ
ハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設
けられており、さらにこのサセプタ支持台４の上には、
下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。この
サセプタ５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続
されている。
【００３１】サセプタ支持台４の内部には、温度調節媒
体室７が設けられており、導入管８を介して温度調節媒
体室７に温度調節媒体が導入、循環され、サセプタ５を
所望の温度に制御できるようになっている。
体室７が設けられており、導入管８を介して温度調節媒
体室７に温度調節媒体が導入、循環され、サセプタ５を
所望の温度に制御できるようになっている。
【００３２】サセプタ５は、その上中央部が凸状の円板
状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電チャッ
ク１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材
の間に電極１２が介在された構成となっており、電極１
２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直
流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウ
エハＷを静電吸着する。
状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電チャッ
ク１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材
の間に電極１２が介在された構成となっており、電極１
２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直
流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウ
エハＷを静電吸着する。
【００３３】そして、絶縁板３、サセプタ支持台４、サ
セプタ５、さらには静電チャック１１には、被処理体で
あるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなど
を供給するためのガス通路１４が形成されており、この
伝熱媒体を介してサセプタ５とウエハＷとの間の熱伝達
がなされ、ウエハＷが所定の温度に維持されるようにな
っている。
セプタ５、さらには静電チャック１１には、被処理体で
あるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなど
を供給するためのガス通路１４が形成されており、この
伝熱媒体を介してサセプタ５とウエハＷとの間の熱伝達
がなされ、ウエハＷが所定の温度に維持されるようにな
っている。
【００３４】サセプタ５の上端周縁部には、静電チャッ
ク１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状のフ
ォーカスリング１５が配置されている。このフォーカス
リング１５はセラミックス或いは石英などの絶縁性材料
からなり、エッチングの均一性を向上させるようになっ
ている。
ク１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状のフ
ォーカスリング１５が配置されている。このフォーカス
リング１５はセラミックス或いは石英などの絶縁性材料
からなり、エッチングの均一性を向上させるようになっ
ている。
【００３５】また、サセプタ５の上方には、このサセプ
タ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。
この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー
２の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構
成し、多数の吐出孔２３を有する例えば石英からなる電
極板２４と、この電極２４を支持する導電性材料例えば
表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極
支持体２５とによって構成されている。なお、サセプタ
５と上部電極２１との間隔は、調節可能とされている。
タ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。
この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー
２の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構
成し、多数の吐出孔２３を有する例えば石英からなる電
極板２４と、この電極２４を支持する導電性材料例えば
表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極
支持体２５とによって構成されている。なお、サセプタ
５と上部電極２１との間隔は、調節可能とされている。
【００３６】上部電極２１における電極支持体２５の中
央にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入
口２６には、ガス供給管２７が接続されており、さらに
このガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフロ
ーコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接
続され、この処理ガス供給源３０から、プラズマエッチ
ングのためのエッチングガスが供給されるようになって
いる。なお、図２には、上記の処理ガス供給源３０等か
らなる処理ガス供給系を１つのみ図示しているが、これ
らの処理ガス供給系は複数設けられており、例えば、Ｃ
ｌ2 、Ｈｅ、Ｎ 2 等のガスを夫々独立に流量制御して、
チャンバー２内に供給できるよう構成されている。
央にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入
口２６には、ガス供給管２７が接続されており、さらに
このガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフロ
ーコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接
続され、この処理ガス供給源３０から、プラズマエッチ
ングのためのエッチングガスが供給されるようになって
いる。なお、図２には、上記の処理ガス供給源３０等か
らなる処理ガス供給系を１つのみ図示しているが、これ
らの処理ガス供給系は複数設けられており、例えば、Ｃ
ｌ2 、Ｈｅ、Ｎ 2 等のガスを夫々独立に流量制御して、
チャンバー２内に供給できるよう構成されている。
【００３７】一方、チャンバー２の底部には排気管３１
が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が
接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなど
の真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内
を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力ま
で真空引き可能なように構成されている。また、チャン
バー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、
このゲートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接
するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるよ
うになっている。
が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が
接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなど
の真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内
を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力ま
で真空引き可能なように構成されている。また、チャン
バー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、
このゲートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接
するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるよ
うになっている。
【００３８】上部電極２１には、第１の高周波電源４０
が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿さ
れている。また、上部電極２１にはローパスフィルター
（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電
源４０は、５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有して
おり、このように高い周波数を印加することによりチャ
ンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマ
を形成することができ、従来より低圧条件下のプラズマ
処理が可能となる。この第１の高周波電源４０の周波数
は、５０〜８０ＭＨｚが好ましく、典型的には図示した
６０ＭＨｚまたはその近傍の条件が採用される。
が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿さ
れている。また、上部電極２１にはローパスフィルター
（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電
源４０は、５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有して
おり、このように高い周波数を印加することによりチャ
ンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマ
を形成することができ、従来より低圧条件下のプラズマ
処理が可能となる。この第１の高周波電源４０の周波数
は、５０〜８０ＭＨｚが好ましく、典型的には図示した
６０ＭＨｚまたはその近傍の条件が採用される。
【００３９】下部電極としてのサセプタ５には、第２の
高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合
器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は
数百ＫＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、
このような範囲の周波数を印加することにより、被処理
体であるウエハＷに対してダメージを与えることなく適
切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電
源５０の周波数は、典型的には図示した１３．５６ＭＨ
ｚまたはその近傍の条件が採用される。
高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合
器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は
数百ＫＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、
このような範囲の周波数を印加することにより、被処理
体であるウエハＷに対してダメージを与えることなく適
切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電
源５０の周波数は、典型的には図示した１３．５６ＭＨ
ｚまたはその近傍の条件が採用される。
【００４０】次に、上記構成のプラズマ処理装置１によ
って、ウエハＷに形成された窒化チタン層１０２を、フ
ォトレジストからなるマスク層１０４を介して所定のパ
ターンにエッチングする工程について説明する。
って、ウエハＷに形成された窒化チタン層１０２を、フ
ォトレジストからなるマスク層１０４を介して所定のパ
ターンにエッチングする工程について説明する。
【００４１】まず、前述したように、窒化チタン層１０
２、マスク層１０４等が形成されたウエハＷを、ゲート
バルブ３２を開放して、図示しないロードロック室から
チャンバー２内へ搬入し、静電チャック１１上に載置す
る。そして、高圧直流電源１３から直流電圧を印加する
ことによって、ウエハＷを静電チャック１１上に静電吸
着する。
２、マスク層１０４等が形成されたウエハＷを、ゲート
バルブ３２を開放して、図示しないロードロック室から
チャンバー２内へ搬入し、静電チャック１１上に載置す
る。そして、高圧直流電源１３から直流電圧を印加する
ことによって、ウエハＷを静電チャック１１上に静電吸
着する。
【００４２】次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気機
構３５によって、チャンバー２内を所定の真空度まで真
空引した後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０
からＣｌ2 ＋Ｈｅのエッチングガスを、マスフローコン
トローラ２９によってその流量を調整しつつ、処理ガス
供給管２７、ガス導入口２６、上部電極２１の中空部、
電極板２４の吐出孔２３を通じて、図２の矢印に示すよ
うに、ウエハＷに対して均一に吐出させる。これととも
に、チャンバー２内の圧力が、所定の圧力に維持され、
第１の高周波電源４０及び第２の高周波電源５０から、
上部電極２１及び下部電極としてのサセプタ５に高周波
電圧を印加し、エッチングガスをプラズマ化して、ウエ
ハＷの窒化チタン層１０２のエッチングを行い、図示し
ない終点検出器により、窒化チタン層１０２のエッチン
グの終点が検出され前述した図１（ｂ）の状態となった
時点でエッチング工程を終了する。
構３５によって、チャンバー２内を所定の真空度まで真
空引した後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０
からＣｌ2 ＋Ｈｅのエッチングガスを、マスフローコン
トローラ２９によってその流量を調整しつつ、処理ガス
供給管２７、ガス導入口２６、上部電極２１の中空部、
電極板２４の吐出孔２３を通じて、図２の矢印に示すよ
うに、ウエハＷに対して均一に吐出させる。これととも
に、チャンバー２内の圧力が、所定の圧力に維持され、
第１の高周波電源４０及び第２の高周波電源５０から、
上部電極２１及び下部電極としてのサセプタ５に高周波
電圧を印加し、エッチングガスをプラズマ化して、ウエ
ハＷの窒化チタン層１０２のエッチングを行い、図示し
ない終点検出器により、窒化チタン層１０２のエッチン
グの終点が検出され前述した図１（ｂ）の状態となった
時点でエッチング工程を終了する。
【００４３】上述の工程により、図３に示すように、所
定のパターンが、隣接するパターン同士が近接して密に
配置された部分（図中左側部分）と、隣接するパターン
同士が離間して疎に配置された部分（図中右側部分）と
を有する形状のパターンとされたもの、具体的には、
「密」の部分が、ライン：スペース＝１：１程度、
「疎」の部分が、ライン：スペース＝１：１０以上（例
えばライン幅０．２μｍにて）のものを、以下の条件、 エッチングガス：Ｃｌ2 （流量５０SCCM）＋Ｈｅ（流量
２０SCCM） 圧力：０．６７Ｐａ 上部電極印加高周波電力：５２５Ｗ 下部電極印加高周波電力：５０Ｗ 電極間距離：１１５ｍｍ サセプタ温度：４０℃ によりエッチングを行った。
定のパターンが、隣接するパターン同士が近接して密に
配置された部分（図中左側部分）と、隣接するパターン
同士が離間して疎に配置された部分（図中右側部分）と
を有する形状のパターンとされたもの、具体的には、
「密」の部分が、ライン：スペース＝１：１程度、
「疎」の部分が、ライン：スペース＝１：１０以上（例
えばライン幅０．２μｍにて）のものを、以下の条件、 エッチングガス：Ｃｌ2 （流量５０SCCM）＋Ｈｅ（流量
２０SCCM） 圧力：０．６７Ｐａ 上部電極印加高周波電力：５２５Ｗ 下部電極印加高周波電力：５０Ｗ 電極間距離：１１５ｍｍ サセプタ温度：４０℃ によりエッチングを行った。
【００４４】上記エッチングによって得られたパターン
について、前述した角度Ｒを半導体ウエハの各部におい
て測定したところ、 ウエハ中央部：９０．０°（密部）、９２．９°（疎
部） ウエハ周縁部：９１．９°（密部）、９３．１°（疎
部） となった。窒化チタン層の側壁形状は、全体的に略垂直
となり、角度Ｒの差は最大３．１°と僅かであり、前述
した従来の方法による角度Ｒの差２２．１°の約１／７
とすることができた。
について、前述した角度Ｒを半導体ウエハの各部におい
て測定したところ、 ウエハ中央部：９０．０°（密部）、９２．９°（疎
部） ウエハ周縁部：９１．９°（密部）、９３．１°（疎
部） となった。窒化チタン層の側壁形状は、全体的に略垂直
となり、角度Ｒの差は最大３．１°と僅かであり、前述
した従来の方法による角度Ｒの差２２．１°の約１／７
とすることができた。
【００４５】図４のグラフは、縦軸を角度Ｒ、横軸をＨ
ｅの流量として、上述したエッチング工程における、エ
ッチングガスの総流量が７０ｓｃｃｍの場合のＨｅガス
の添加量と、角度Ｒとの関係を示したものである。な
お、同図のグラフにおいて、実線Ａはウエハ周縁部のパ
ターンが密の部分、点線Ｂはウエハ中央部のパターンが
密の部分、一点鎖線Ｃはウエハ周縁部のパターンが疎の
部分、二点鎖線Ｄはウエハ中央部のパターンが疎の部分
の角度Ｒを示している。
ｅの流量として、上述したエッチング工程における、エ
ッチングガスの総流量が７０ｓｃｃｍの場合のＨｅガス
の添加量と、角度Ｒとの関係を示したものである。な
お、同図のグラフにおいて、実線Ａはウエハ周縁部のパ
ターンが密の部分、点線Ｂはウエハ中央部のパターンが
密の部分、一点鎖線Ｃはウエハ周縁部のパターンが疎の
部分、二点鎖線Ｄはウエハ中央部のパターンが疎の部分
の角度Ｒを示している。
【００４６】同図に示されように、角度Ｒは、Ｈｅガス
の添加量が２０ｓｃｃｍ、流量比で２０／７０（約３０
％）のあたりで、いずれの部位においても、略９０°と
なり、さらに添加量を増やすと角度Ｒにばらつきが生じ
る。
の添加量が２０ｓｃｃｍ、流量比で２０／７０（約３０
％）のあたりで、いずれの部位においても、略９０°と
なり、さらに添加量を増やすと角度Ｒにばらつきが生じ
る。
【００４７】したがって、Ｈｅガスの添加量は、エッチ
ングガスの総流量は７０ｓｃｃｍの場合１０〜３５ｓｃ
ｃｍ程度とすることが好ましい。また、Ｈｅガスの添加
量は、エッチングガスの総流量に対する流量比として、
１５〜５０％程度とすることが好ましい。
ングガスの総流量は７０ｓｃｃｍの場合１０〜３５ｓｃ
ｃｍ程度とすることが好ましい。また、Ｈｅガスの添加
量は、エッチングガスの総流量に対する流量比として、
１５〜５０％程度とすることが好ましい。
【００４８】また、上記の場合は、エッチングガスの総
流量は７０ｓｃｃｍとし、圧力を０．６７Ｐａとしてい
るが、これらを変更して、エッチングガスのレジデンス
タイム（チャンバー内での滞留時間）を変更することに
よっても、窒化チタン層１０２のエッチング速度と、窒
化チタン層１０２の側壁部分にデポジションする保護層
の形成速度を調節することができ、これによって、側壁
部分の形状を制御することができる。
流量は７０ｓｃｃｍとし、圧力を０．６７Ｐａとしてい
るが、これらを変更して、エッチングガスのレジデンス
タイム（チャンバー内での滞留時間）を変更することに
よっても、窒化チタン層１０２のエッチング速度と、窒
化チタン層１０２の側壁部分にデポジションする保護層
の形成速度を調節することができ、これによって、側壁
部分の形状を制御することができる。
【００４９】レジデンスタイムは、チャンバー容積が一
定の場合（本実施例では約４０ｌ）圧力に比例し、エッ
チングガスの総流量に反比例する。例えば、エッチング
ガスの総流量を７０ｓｃｃｍとし、圧力を０．６７Ｐａ
とした場合は、レジデンスタイムは０．２２秒となる
が、これを、エッチングガスの総流量を４０ｓｃｃｍ
（Ｃｌ2 （流量２７SCCM）＋Ｈｅ（流量１３SCCM））と
し、圧力を０．６７Ｐａとしてレジデンスタイムを０．
３９秒とすると、ウエハ周辺部及びウエハ中央部のパタ
ーンが密の部分とパターンが疎の部分のテーパ角度のば
らつきをさらに低減することができた。
定の場合（本実施例では約４０ｌ）圧力に比例し、エッ
チングガスの総流量に反比例する。例えば、エッチング
ガスの総流量を７０ｓｃｃｍとし、圧力を０．６７Ｐａ
とした場合は、レジデンスタイムは０．２２秒となる
が、これを、エッチングガスの総流量を４０ｓｃｃｍ
（Ｃｌ2 （流量２７SCCM）＋Ｈｅ（流量１３SCCM））と
し、圧力を０．６７Ｐａとしてレジデンスタイムを０．
３９秒とすると、ウエハ周辺部及びウエハ中央部のパタ
ーンが密の部分とパターンが疎の部分のテーパ角度のば
らつきをさらに低減することができた。
【００５０】また、下部電極に印加する高周波電力を例
えば、５０Ｗから７０Ｗに増加させることによっても、
ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察した際の側壁部分の形
状を、さらに垂直に近い良好なものとすることができ
た。
えば、５０Ｗから７０Ｗに増加させることによっても、
ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察した際の側壁部分の形
状を、さらに垂直に近い良好なものとすることができ
た。
【００５１】次に、上記のエッチングガスを、Ｃｌ
2 （流量６０SCCM）＋Ｎ2 （流量１０SCCM）に変更し、
他のエッチング条件は、上記と同様にしてエッチングを
行った。上記エッチングによって得られたパターンにつ
いて、前述した角度Ｒを半導体ウエハの各部において測
定したところ、 ウエハ中央部：８８．１°（密部）、８３．０°（疎
部） ウエハ周縁部：８７．９°（密部）、８３．０°（疎
部） となった。全体的に若干順テーパ状となる傾向がある
が、略垂直となり、角度Ｒの差は最大５．１°と僅かで
あった。
2 （流量６０SCCM）＋Ｎ2 （流量１０SCCM）に変更し、
他のエッチング条件は、上記と同様にしてエッチングを
行った。上記エッチングによって得られたパターンにつ
いて、前述した角度Ｒを半導体ウエハの各部において測
定したところ、 ウエハ中央部：８８．１°（密部）、８３．０°（疎
部） ウエハ周縁部：８７．９°（密部）、８３．０°（疎
部） となった。全体的に若干順テーパ状となる傾向がある
が、略垂直となり、角度Ｒの差は最大５．１°と僅かで
あった。
【００５２】図５のグラフは、縦軸を角度Ｒ、横軸をＮ
2 ガスの流量として、上述したエッチング工程におけ
る、エッチングガスの総流量が７０ｓｃｃｍの場合のＨ
ｅガスの添加量と、角度Ｒとの関係を示したものであ
る。なお、同図のグラフにおいて、実線Ａはウエハ周縁
部のパターンが密の部分、点線Ｂはウエハ中央部のパタ
ーンが密の部分、一点鎖線Ｃはウエハ周縁部のパターン
が疎の部分、二点鎖線Ｄはウエハ中央部のパターンが疎
の部分の角度Ｒを示している。
2 ガスの流量として、上述したエッチング工程におけ
る、エッチングガスの総流量が７０ｓｃｃｍの場合のＨ
ｅガスの添加量と、角度Ｒとの関係を示したものであ
る。なお、同図のグラフにおいて、実線Ａはウエハ周縁
部のパターンが密の部分、点線Ｂはウエハ中央部のパタ
ーンが密の部分、一点鎖線Ｃはウエハ周縁部のパターン
が疎の部分、二点鎖線Ｄはウエハ中央部のパターンが疎
の部分の角度Ｒを示している。
【００５３】同図に示されように、角度Ｒは、Ｎ2 ガス
の添加量が増加すると、順テーパ状となる傾向があるた
め、Ｎ2 ガスの添加量は、流量比で５〜１５％程度とす
ることが好ましい。
の添加量が増加すると、順テーパ状となる傾向があるた
め、Ｎ2 ガスの添加量は、流量比で５〜１５％程度とす
ることが好ましい。
【００５４】上述したとおり、各実施形態では、隣接す
るパターン同士が近接して密に配置された部分と、隣接
するパターン同士が離間して疎に配置された部分の窒化
チタン層１０２の側壁形状が、いずれも所定形状となる
ようにエッチングを行うことができた。
るパターン同士が近接して密に配置された部分と、隣接
するパターン同士が離間して疎に配置された部分の窒化
チタン層１０２の側壁形状が、いずれも所定形状となる
ようにエッチングを行うことができた。
【００５５】なお、上記の例では、平行平板型のエッチ
ング装置を使用した実施形態について説明したが、本発
明はかかる実施形態に限定されるものではなく、あらゆ
るプラズマエッチング装置を使用できることは、勿論で
ある。
ング装置を使用した実施形態について説明したが、本発
明はかかる実施形態に限定されるものではなく、あらゆ
るプラズマエッチング装置を使用できることは、勿論で
ある。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のドライエ
ッチング方法によれば、従来に較べて、窒化チタン層の
側壁部分の形状を略垂直にエッチングすることができ
る。
ッチング方法によれば、従来に較べて、窒化チタン層の
側壁部分の形状を略垂直にエッチングすることができ
る。
【図１】本発明の一実施形態を説明するためのウエハ断
面の構成を模式的に示す図。
面の構成を模式的に示す図。
【図２】本発明の一実施形態に使用する装置の構成の例
を示す図。
を示す図。
【図３】本発明の一実施形態におけるパターンの構成を
説明するための図。
説明するための図。
【図４】Ｈｅガスの流量と側壁部の角度Ｒとの関係を示
す図。
す図。
【図５】Ｎ2 ガスの流量と側壁部の角度Ｒとの関係を示
す図。
す図。
【図６】従来の技術を説明するためのウエハ断面の構成
を模式的に示す図。
を模式的に示す図。
１０１……絶縁膜、１０２……窒化チタン層、１０３…
…タングステン層、１０４……マスク層（フォトレジス
ト）。
…タングステン層、１０４……マスク層（フォトレジス
ト）。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 BB30 DD65 FF18 5F004 AA01 AA05 BA04 BA09 BB11 BB13 BB18 BB22 BB25 BB26 DA04 DA22 DB10 DB12 5F033 HH19 HH33 MM05 QQ12 QQ15 WW00 WW06
Claims (9)
- 【請求項１】 レジストからなるマスク層を介して、窒
化チタン層をエッチングし、当該窒化チタン層を所定の
パターンにパターニングするドライエッチング方法であ
って、 Ｃｌ2 ガスとＨｅガスとを含むエッチングガスを用いた
プラズマエッチングにより、前記窒化チタン層の側壁形
状が略垂直形状になるようにエッチングすることを特徴
とするドライエッチング方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のドライエッチング方法に
おいて、 前記Ｈｅガスの添加量を調整することにより、前記窒化
チタン層の側壁形状を略垂直形状に制御することを特徴
とするドライエッチング方法。 - 【請求項３】 請求項２記載のドライエッチング方法に
おいて、 前記所定のパターンは、隣接するパターン同士が近接し
て密に配置された部分と、隣接するパターン同士が離間
して疎に配置された部分を有し、 前記Ｈｅガスの添加量を調整することにより、隣接する
パターン同士が近接して密に配置された部分と、隣接す
るパターン同士が離間して疎に配置された部分の前記窒
化チタン層の側壁形状が、いずれも略垂直形状となるよ
うに制御することを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項４】 請求項１〜３いずれか１項記載のドライ
エッチング方法において、 前記Ｈｅガスの流量比が、前記エッチングガスの全流量
に対して、１０〜５０％とされていることを特徴とする
ドライエッチング方法。 - 【請求項５】 請求項４に項記載のドライエッチング方
法において、 前記エッチングガスの総流量及び圧力の少なくともどち
らか一方を変更し、レジデンスタイムを０．３秒以上に
調整することを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項６】 レジストからなるマスク層を介して、窒
化チタン層をエッチングし、当該窒化チタン層を、隣接
するパターン同士が近接して密に配置された部分と隣接
するパターン同士が離間して疎に配置された部分とを有
する所定のパターンにパターニングするドライエッチン
グ方法であって、 Ｃｌ2 ガスとＮ2 ガスとを含むエッチングガスを用いた
プラズマエッチングにより、前記窒化チタン層をエッチ
ングし、かつ、前記Ｎ2 ガスの添加量を調整することに
より、隣接するパターン同士が近接して密に配置された
部分と、隣接するパターン同士が離間して疎に配置され
た部分の前記窒化チタン層の側壁形状が、いずれも略垂
直形状となるように制御することを特徴とするドライエ
ッチング方法。 - 【請求項７】 請求項６記載のドライエッチング方法に
おいて、 前記Ｎ2 ガスの流量比が、前記エッチングガスの全流量
に対して、５〜１５％とされていることを特徴とするド
ライエッチング方法。 - 【請求項８】 請求項１〜７いずれか１項記載のドライ
エッチング方法において、 前記プラズマエッチングが、平行平板型のプラズマエッ
チング装置によって行われることを特徴とするドライエ
ッチング方法。 - 【請求項９】 請求項１〜８いずれか１項記載のドライ
エッチング方法において、 前記窒化チタン層が、絶縁膜と金属膜との間に設けられ
たものであることを特徴とするドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001147743A JP4546667B2 (ja) | 2001-05-17 | 2001-05-17 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001147743A JP4546667B2 (ja) | 2001-05-17 | 2001-05-17 | ドライエッチング方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002343771A true JP2002343771A (ja) | 2002-11-29 |
| JP4546667B2 JP4546667B2 (ja) | 2010-09-15 |
Family
ID=18993175
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP4546667B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005285809A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-13 | Sony Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2011077539A (ja) * | 2003-06-30 | 2011-04-14 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置とその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH09260351A (ja) * | 1996-03-19 | 1997-10-03 | Hitachi Ltd | 多層Ａｌ配線のエッチング方法 |
| JPH09321026A (ja) * | 1996-05-30 | 1997-12-12 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPH10116819A (ja) * | 1996-10-15 | 1998-05-06 | Nec Corp | アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜のエッチング方 法 |
| WO1999012195A1 (fr) * | 1997-08-28 | 1999-03-11 | Hitachi, Ltd. | Procede de gravure a sec |
| JP2002198352A (ja) * | 2000-12-26 | 2002-07-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ドライエッチング方法 |
-
2001
- 2001-05-17 JP JP2001147743A patent/JP4546667B2/ja not_active Expired - Fee Related
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