JP2009135498A - エッチング処理において限界寸法の均一性を調節するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に配置された金属材料層をエッチングすることにより、基板全体に亘って、望ましいプロファイルと均一な限界寸法（ＣＤ）でもってフィーチャーを形成するための方法を提供する。
【解決手段】一実施形態において、基板上に配置された材料層をエッチングするための方法は、その上に金属層を有する基板をエッチリアクタ内に設置し、少なくとも塩素含有ガスと不動態化ガスを含有するガス混合物をリアクタに流すことを含み、不動態化ガスは窒素ガスと不飽和炭化水素ガスを含み、窒素ガスと不飽和炭化水素ガスは、ガス流量比約１：３〜約２０：１を有しており、本方法は、ガス混合物から形成したプラズマを用いて金属層をエッチングすることを更に含む。
【選択図】図２

Description

背景

（分野）
本発明の実施形態は、概して、半導体処理技術、より具体的には、配線構造中の材料層に、望ましいプロファイルと限界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：ＣＤ）でもってフィーチャーをエッチングするための方法に関する。

（関連技術の説明）
半導体デバイスの次世代型超大規模集積化（ＶＬＳＩ）と超々大規模集積化（ＵＬＳＩ）にとって鍵となる技術の１つが、サブハーフミクロン以下のフィーチャーを信頼度高く製造することである。しかしながら、集積回路技術の限界に押され、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ技術における配線構造の小型化は、加工性能に更なる課題を課すこととなった。ゲートパターンを信頼性高く形成することが、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩの成功並びに個々の基板とダイの回路密度や品質の向上にあたっての継続的な取り組みに重要である。

フィーチャーのサイズが縮小化され、フィーチャーのアスペクト比が高くなるにつれ、材料を、より良好なプロファイル制御と管理された均一性を有するフィーチャーにエッチングすることがエッチング処理に求められる。エッチング中、典型的には、少なくともハロゲン含有ガスを含むガス混合物を強力な反応性エッチャントとして用い、基板上に配置された材料をエッチングする。このハロゲン含有ガスは、エッチングチャンバ内に配置されたガス分配板を介して、処理チャンバ内へと基板の上面に供給される。しかしながら、エッチング中、ガス混合物が基板表面全体に均一に分配されず、基板の中央と縁部とではエッチングのプロファイルが不均一となる場合がある。図１は、慣用のエッチング技法によってエッチングされた、基板中央の点Ａから基板縁部の点Ｂまでの、基板上に形成されたフィーチャーの限界寸法（ＣＤ）のマップを示す。プラズマから発生した反応性エッチャントが基板表面全体に均一に分配されないことから、基板の中央部Ａと縁部Ｂにおけるエッチング挙動が異なってしまい、この結果、ＣＤにばらつきが生じ、エッチングされたフィーチャーの寸法は、矢印１０２によって示されるように、そのターゲット寸法からずれることがある。フィーチャーのＣＤプロファイルが不均一だと不要な欠陥が生じ、更に、続く処理工程に悪影響を及ぼし、最終的には最後の半導体回路構造の性能が低下する又は作動しなくなる可能性がある。

従って、良好なＣＤ均一性制御でもって基板上にフィーチャーをエッチングするための方法が求められている。

概要

本発明の実施形態は、基板上に配置された金属層をエッチングして、基板全体に亘って、望ましいプロファイルと均一な限界寸法（ＣＤ）でもってフィーチャーを形成するための方法に関する。一実施形態において、基板上に配置された金属層をエッチングするための方法は、その上に金属層を有する基板をエッチリアクタ内に設置し、少なくとも塩素含有ガスと不動態化ガスを含有するガス混合物をリアクタに流し、このガス混合物から形成したプラズマを用いて金属層をエッチングすることを含む。不動態化ガスは、窒素ガスと不飽和炭化水素ガスを含み、窒素ガスと不飽和炭化水素ガスのガス流量比は、約１：３〜約２０：１である。

別の実施形態において、基板上に配置された金属層をエッチングして配線構造を形成するための方法は、配線構造に適したアルミニウム層をその上に有する基板をエッチリアクタ内に設置し、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２及び不動態化ガスを含有するガス混合物をリアクタに流し、このガス混合物から形成したプラズマを用いて、パターンマスク層を介してアルミニウム層をエッチングすることを含む。不動態化ガスは窒素ガス及び不飽和炭化水素ガスを含み、窒素ガスと不飽和炭化水素ガスのガス流量比は約１：３〜約２０：１である。

更に別の実施形態において、基板上に配置された金属層をエッチングして配線構造を形成するための方法は、基板上に配置された（配線構造に適した）アルミニウム層の上にパターンマスク層を有する基板をエッチリアクタ内に設置し、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２ガス及び不動態化ガスを含有するガス混合物をエッチリアクタに流し、このガス混合物から形成したプラズマを用いて、パターンマスク層を介してアルミニウム層をエッチングすることを含む。不動態化ガスはＮ_２ガスとＣ_２Ｈ_４ガスを含み、Ｎ_２ガスとＣ_２Ｈ_４ガスとのガス流量比は、約１：３〜約２０：１であり、Ｃ_２Ｈ_４ガスは、希釈ガスと共に、Ｃ_２Ｈ_４ガスの希釈ガスに対する分子比約２５：７５〜約３５：６５にて、エッチリアクタに供給される。

本発明の上述した構成が得られ、詳細に理解されるように、上記で簡単に要約された本発明のより具体的な説明が実施形態を参照して行われ、それらは添付図面に図示されている。
慣用の技法によってエッチングされた、基板全体に形成されたフィーチャーの限界寸法（ＣＤ）マップである。 本発明の一実施形態により使用されたプラズマリアクタの概略断面図である。 本発明の一実施形態によるエッチング処理の一実施形態のフロー図である。 〜 基板上に配置された配線構造の一実施形態の断面図である。 本発明の一実施形態によるエッチング処理によってエッチングされた、基板全体に形成されたフィーチャーの限界寸法（ＣＤ）マップである。

円滑な理解のために、可能な限り、図に共通する同一の要素は同一の参照番号を用いて表した。一実施形態における要素と構成は、特に記載することなく他の実施形態にて便宜上利用することができる。

しかしながら、添付図面は本発明の例示的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明は同等に効果的な他の実施形態も認め得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。

詳細な説明

本発明の実施形態は、基板上に配置された金属層を、少なくとも塩素含有ガスと不動態化ガスを含むガス混合物を用いてプラズマエッチングするための方法を含み、不動態化ガスは、少なくとも窒素ガスと不飽和炭化水素ガスを含む。ガス混合物は、基板全体に形成されたフィーチャーの均一な限界寸法（ＣＤ）を保ちつつ、フィーチャーのプロファイルと寸法を保つ形で金属層をエッチングする。

図２は、本発明による金属層のエッチングを実行するのに適したプラズマソース・エッチリアクタ２０２の一実施形態の概略断面図である。本発明の実施に適した例示的なエッチリアクタは、デカップルド・プラズマ・ソース（Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ：ＤＰＳ）、ＤＰＳ−ＩＩ、ＤＰＳ−ＩＩアドヴァントエッジＨＴ（ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ ＨＴ）、ＤＰＳプラス、又はＤＰＳ ＤＴ、ＨＡＲＴ、ＨＡＲＴ ＴＳエッチリアクタであり、全てカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能である。本願に記載の金属層のエッチング処理は、他の製造業者から入手可能なものを含め、他のエッチリアクタで実行することも考えられる。

一実施形態において、リアクタ２０２は、処理チャンバ２１０を含む。処理チャンバ２１０は高真空容器であり、絞り弁２２７を介して真空ポンプ２３６に連結されている。処理チャンバ２１０は、導電性チャンバ壁部２３０を含む。チャンバ壁部２３０の温度は、壁部２３０の内部及び／又は周囲に位置された液体含有導管（図示せず）を用いて制御される。チャンバ壁部２３０は、アース２３４に接続されている。ライナ２３１がチャンバ２１０内に配置され、壁部２３０の内側表面を被覆している。ライナ２３１によりチャンバ２１０のその場での自己洗浄能が向上するため、ライナ２３１上に堆積された副生成物及び残留物を簡単に除去することができる。

処理チャンバ２１０は、支持台座部２１６及びシャワーヘッド２３２も含む。支持台座部２１６は、シャワーヘッド２３２の下に離間関係で配置される。支持台座部２１６は、処理の間、基板２００を保持するための静電チャック２２も含んでいてよい。静電チャック２２６への電力は、ＤＣ電源２２０によって制御される。

支持台座部２１６は、整合回路２２４を介して、高周波（ＲＦ）バイアス電源２２２に連結されている。バイアス電源２２２は、一般に、約０〜３０００ワットのバイアス電力を発生可能である。任意で、バイアス電源２２２は、ＤＣ又はパルスＤＣ電源であってよい。

支持台座部２１６上に支持されている基板２００の温度は、支持台座部２１６の温度を調節することにより、少なくとも部分的に制御される。一実施形態において、支持台座部２１６の内部には、冷却液を流すための流路が形成されている。加えて、ガス供給源２４８から供給される、ヘリウム（Ｈｅ）ガス等の背面ガスを基板２００の裏面と静電チャック２２６の表面に形成された溝部（図示せず）との間に配置された流路に供給する。背面Ｈｅガスにより、台座部２１６と基板２００との間で効率的な熱伝達が行われる。静電チャック２２６は、チャック本体内に、チャック２２６を処理中に熱するための抵抗ヒータ（図示せず）も含んでいてよい。

シャワーヘッド２３２は、処理チャンバ２１０の蓋部２１３に取り付けられる。ガスパネル２３８は、シャワーヘッド２３２と蓋部２１３との間に画成されたプレナム（図示せず）に流体的に連結されている。シャワーヘッド２３２は、ガスパネル２３８からプレナムへと供給されたガスの処理チャンバ２１０への進入を可能にする複数の孔を含む。

シャワーヘッド２３２及び／又はシャワーヘッドに近接して位置決めされた上部電極２２８は、インピーダンス変成器２１９（例えば、１／４波長整合スタブ）を介してＲＦソース電力２１８に連結されている。ＲＦソース電力２１８は、一般に、約０〜５０００ワットのソース電力を発生可能である。

基板の処理中、チャンバ２１０内部のガス圧は、ガスパネル２３８及び絞り弁２２７を用いて制御される。一実施形態において、チャンバ２１０内部のガス圧は、約０．１〜９９９ｍＴｏｒｒに維持される。基板２００は、温度約１０℃〜約５００℃に維持される。

中央演算処理装置（ＣＰＵ）２４４、メモリ２４２及びサポート回路２４６を含む制御装置２４０がリアクタ２０２の各種構成要素に連結され、本発明の処理の制御を円滑に行う。メモリ２４２はいずれのコンピュータ可読性媒体であってもよく、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（商標名）ディスク、ハードディスク、又はリアクタ２０２若しくはＣＰＵ２４４に対してローカル若しくはリモートである他の形態のデジタルストレージである。サポート回路２４６はＣＰＵ２４４に連結され、慣用のやり方でＣＰＵ２４４をサポートする。これらの回路はキャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステム等を含む。メモリ２４２内に保存されたソフトウェアルーチン又は一連のプログラム命令は、ＣＰＵ２４４によって実行されると、リアクタ２０２に本発明のエッチング処理を実行させる。

図２は、本発明の実施に使用可能な様々なタイプのプラズマリアクタの一構成例を図示しているにすぎない。例えば、異なるタイプのソース電力及びバイアス電力を、異なる結合機構を用いてプラズマチャンバに結合することができる。ソース電力とバイアス電力の双方を用いることで、プラズマ密度とプラズマに対しての基板のバイアス電圧とを独立して制御することができる。応用例によっては、プラズマを、その中に基板が配置されているチャンバとは別のチャンバ、例えば遠隔プラズマ源で発生させ、続いて業界で既知の技法を用いてプラズマをチャンバに誘導してもよい。

図３は、本発明の一実施形態による、金属層をエッチングするエッチング処理３００の一実施形態のフロー図を示す。図４Ａ−４Ｂは、金属層エッチング処理３００の一連の工程を示す概略断面図である。処理３００を命令としてメモリ２４２に保存することができ、制御装置２４０によって実行されると、処理３００は、リアクタ２０２又は他の適したエッチリアクタ等のプラズマ処理チャンバ内で実施される。

処理３００は、基板４０２上に配置された金属層４０４を含む膜積層体４００を有する基板４０２をリアクタ２０２内に設置するブロック３０２から開始される。膜積層体４００を利用して、基板４０２上に配線構造を形成することができる。実施形態によっては、任意のバリア層４０６を金属層４０４上に配置する。パターンマスク層４０８、例えばハードマスク、フォトレジストマスク、又はこれらの組み合わせを、膜積層体４００の部位４１２を露出させてそこにフィーチャーをエッチングするための開口部４１０を画成するためのエッチマスクとして使用してもよい。

図４Ａに図示の実施形態において、金属層４０４は、アルミニウム含有層である。アルミニウム含有層の適切な例には、アルミニウム金属、アルミニウム合金等が含まれる。例示的な実施形態において、金属層４０４は、アルミニウム金属（Ａｌ）層である。アルミニウム金属層４０４は、約３０００Å〜約７０００Å等の約１０００Å〜約２００００Å、例えば約４０００Åのアルミニウム厚さを有する。金属層４０４上に配置される任意のバリア層４０６層を用いて、その下の金属層４０４が隣り合う層に拡散するのを防止する。バリア層４０６の適切な例は、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タンタルケイ素（ＴａＳｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）又はこれらの組み合わせであってよい。パターンマスク層４０８は、ケイ素膜の中でも、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、非晶質シリコン（α−Ｓｉ）又は炭化ケイ素、非晶質炭素（α−カーボン）から成る群から選択された単層の形態であってよい。或いは、パターンマスク層４０８は、一方の層が上記の材料から選択され、もう一方の層が有機フォトレジスト層から構成される、少なくとも２つの層を含む複合マスクの形態であってよい。任意のバリア層４０６が存在しない実施形態の場合、パターンマスク層４０８を、金属層４０４上に直接的に配置してよい。例示的な実施形態において、パターンマスク層４０８は、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）層である。一実施形態において、膜積層体４００は、バックエンド（ＢＥＯＬ：配線形成工程）における配線構造の作製に適している。

ブロック３０４で、金属層エッチングガス混合物をリアクタ２０２に供給することにより、パターンマスク層４０８によって画成された開口部４１０を介して金属層４０４をエッチングする。金属層エッチングガス混合物により金属層４０４がエッチングされ、図４Ｂに図示されるように、材料層４０４にフィーチャー４１６が形成される。任意のバリア層４０６が存在する実施形態において、任意のバリア層４０６を、金属層４０４をエッチングするためにブロック３０４で供給したものと同じガス混合物を用いてエッチングしてよい。或いは、任意のバリア層４０６を、金属層エッチングガス混合物とは異なり且つ金属層４０４に対して任意のバリア層４０６を選択的にエッチングするバリア層エッチングガス混合物でエッチングしてもよい。一実施形態において、任意のバリア層４０６及び金属層４０４は、エッチング処理において異なるタイミングで供給された別々のガス混合物を用いて、１つのチャンバ内でエッチングされる。例示的な実施形態において、任意のバリア層４０６は、少なくともハロゲン含有ガスを含むバリア層エッチングガス混合物によりエッチングされる。

一実施形態において、ブロック３０４にて供給される金属層エッチングガス混合物は、塩素含有ガスを含む。塩素含有ガスを用いて、金属層４０４をエッチングするための反応性エッチャントを得る。この塩素含有ガスの適切な例には、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２、又はＨＣｌの少なくとも１つが含まれる。一実施形態において、塩素含有ガスは、流量約２０ｓｃｃｍ〜約８００ｓｃｃｍでガス混合物に供給される。本願に記載の特定の実施形態において、金属層４０４をエッチングするために使用される塩素含有ガスは、ＢＣｌ_３ガス及びＣｌ_２ガスを含む。ＢＣｌ_３ガスは、流量約２０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍで供給され、Ｃｌ_２ガスは、流量約１０ｓｃｃｍ〜８００ｓｃｃｍで供給される。

更に、不動態化ガスをガス混合物に供給することにより、エッチングされたフィーチャー４１６の一部（例えば、エッチングされたフィーチャーの側壁）をエッチング中に不動態化し、所望の深さのフィーチャーが金属層４０４に形成されるまで、エッチング中の金属層４０４における垂直プロファイルを維持する。一実施形態において、不動態化ガスは、窒素含有ガスと不飽和炭化水素ガスを含む。窒素含有ガスの適切な例には、Ｎ_２、ＮＨ_３等が含まれる。不飽和炭化水素ガスの適切な例には、−Ｃ＝Ｃ−又は−Ｃ≡Ｃ−の単量体を含有する、いずれの炭素・水素系重合体、例えばＣ_２Ｈ_４、Ｃ_３Ｈ_６、Ｃ_４Ｃ_８等が含まれる。例示的な実施形態において、不動態化ガスには、少なくともＮ_２ガスとＣ_２Ｈ_４ガスが含まれる。

一実施形態において、Ｎ_２ガスは、エッチング処理中に不動態化種を提供する。不動態化種は、金属エッチング処理中に、ガス混合物中の解離した塩素イオンと反応し、エッチングされたフィーチャーの表面及び側壁に金属窒化物を生成する。エッチングされたフィーチャーの表面及び側壁上に堆積された、生成された金属窒化物により、金属層４０４に形成されたフィーチャーの垂直プロファイル及び限界寸法を制御する形で、エッチングされたフィーチャーが不動態化される。

更に、ガス混合物に供給された不飽和炭化水素ガスも、エッチング処理中、重合体を生成し、エッチングされたフィーチャーの側壁及び表面を不動態化し、金属層４０４に形成されたフィーチャーの垂直プロファイルを良好なものにする。一実施形態において、不飽和炭化水素ガスは、化学的に不活性なガスと共にガス混合物に供給される。不飽和炭化水素ガスがＣ_２Ｈ_４ガスである実施形態において、Ｃ_２Ｈ_４はヘリウム（Ｈｅ）ガスで希釈される。Ｃ_２Ｈ_４のＨｅに対する分子比は、Ｃ_２Ｈ_４とＨｅ希釈ガスとの総ガス流量において、約２５％〜約３５％である。例えば、Ｃ_２Ｈ_４とＨｅとの比（Ｃ_２Ｈ_４：Ｈｅ）を約３０％と７０％として（希釈係数約２．３３）、Ｃ_２Ｈ_４をＨｅガスで希釈する。慣用の技法において、Ｈｅガスで希釈されるＣ_２Ｈ_４の分子比が低くあることが（例えば、Ｃ_２Ｈ_４：Ｈｅが２．７％：９７．３％）、安全上の理由からＣ_２Ｈ_４ガスが過剰になることを防止するために薦められるが、これは純粋なＣ_２Ｈ_４が爆発し易く燃え易いからである。加えて、慣用の技法においては、広いプロセスウィンドウを得る且つほぼ垂直のエッチングプロファイルを達成するためには希釈流の量が多いことが望ましいと信じられているが、本発明者は、希釈流の流量が多すぎると、プラズマ内で大きな乱流が生じ、ガス流量が変動しプラズマが不安定になることを発見した。エッチング対象の金属がアルミニウム（Ａｌ）である実施形態において、本発明者は、希釈流からのヘリウムイオンは、アルミニウム材料層の表面に衝突する際に多数の二次電子を生じる傾向があることを発見した。アルミニウム材料は、ケイ素、フォトレジスト、又は酸化ケイ素等の他の材料よりも高い二次電子放出係数を有しているため、ヘリウムイオンからの二次電子の衝突の間、アルミニウム表面はヘリウムイオンからの二次電子と反応し、ガス混合物中に発生するプラズマ強度に影響を与える傾向がある。ヘリウムイオンとアルミニウム表面との反応が処理リアクタ内の総イオン密度と分配に影響する結果、ガス流量が変動しプラズマが不安定になることがある。従って、Ｈｅガスで希釈されたＣ_２Ｈ_４の分子比が高い、つまりＣ_２Ｈ_４ガスとＨｅ希釈ガスとの総ガス流量におけるＣ_２Ｈ_４ガスの割合が２５％より高く、ガス混合物全体に対するＮ_２ガスの流量比が望ましいと、金属層エッチング処理におけるエッチングと不動態化挙動の制御が良好となる。また、Ｃ_２Ｈ_４とＨｅ希釈ガスとの総ガス流量におけるＣ_２Ｈ_４の量が多いと、ガス混合物中の不動態化種の濃度が高くなり、基板表面上に形成される不動態化保護物の量が多くなる。

加えて、希釈ガス中のＣ_２Ｈ_４ガスの濃度が高くなると、エッチング中に処理チャンバ内で維持される圧力も影響される可能性がある。エッチング中の処理圧力が高いと分子の衝突の可能性が高くなり、エッチング反応全体の助けとなる場合がある。従って、処理圧力を比較的高い範囲、例えば１０ミリＴｏｒｒより高く制御し、同時にＣ_２Ｈ_４ガスの濃度を高くすることにより、分子の衝突の可能性が高くなり、ガス混合物における不動態種の濃度が上昇し、基板表面上に形成される不動態化保護物の量が多くなる。例示的な実施形態において、希釈ガス中のＣ_２Ｈ_４の分子比に処理チャンバの圧力（ミリＴｏｒｒ）を掛けた値を約１．２５より高く制御することにより、エッチング中に、所望の量の不動態化種が得られる。例えば、Ｃ_２Ｈ_４ガスの希釈ガスに対する分子比が２５％（０．２５）でありチャンバ圧力が１５ｍＴに制御される実施形態において、分子比の０．２５にチャンバ圧力１５ｍＴを掛けたものは３．７５（０．２５ｘ１５＝３．７５）となり、１．２５より高くなる。別の実施形態において、Ｃ_２Ｈ_４の希釈ガスに対する分子比の値に処理チャンバ圧力を掛けた値は、１．５を超える値等の１．２５より高い値、例えば２よりも高い値に制御される。

更に、Ｈｅ希釈ガスからの二次電子は、ガス混合物に供給された塩素含有ガスからの塩素イオンと反応するようにも思われる。従って、ガス混合物に供給される塩素含有ガスの量を制御することにより、塩素含有ガスから放出された十分な量の塩素イオンを利用して、Ｈｅ希釈ガスの二次電子によって引き起こされる乱流を軽減することができる。Ｈｅ希釈ガスからの二次電子が塩素と効率的に反応ことにより、ガス混合物中に残存している二次電子の総量は低下し、Ｈｅ希釈ガスの二次電子によって引き起こされるプラズマの不安定さとガス流量の変動は効果的に軽減される。一実施形態において、ガス混合物中に供給される塩素含有ガスの量は、エッチリアクタに供給されるＨｅ希釈ガスの量に実質的に等しくなるように制御される。例えば、塩素含有ガスは、エッチリアクタに供給されるＨｅ希釈ガスの流量と実質的に等しい流量で供給される。塩素含有ガスがＢＣｌ_３ガス及びＣｌ_２ガスの双方を含む実施形態において、ガス混合物中に供給されるＣｌ_２ガスは、エッチリアクタに供給されるＨｅ希釈ガスの流量と実質的に等しくなるように制御される。この特定の実施形態において、Ｃｌ_２ガスは、流量約１００ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍ、例えば約１２５ｓｃｃｍ〜約２５０ｓｃｃｍで供給される。

エッチング中、基板４０２における異なる領域（例えば、基板４０２の中央部又は縁部）に、シャワーヘッド２３２からガス混合物が異なる量で供給されると、基板４０２のこれらの別々の領域におけるエッチ速度に差が生じる。例えば、ガス混合物中に供給される反応種（例えば、塩素含有ガスからの反応性エッチャント並びに窒素及び不飽和炭化水素ガスからの不動態化種）が異なる原子質量と平均的流路を有している場合、基板の縁部に向かって進む各ガス種の流量／速度は異なったものとなり、基板４０２の別々の領域におけるガス種の比は異なってしまう。例えば、窒素ガスは、基板表面において、不飽和炭化水素ガスよりも速く均一な流量を有する。ガス混合物に供給される不飽和炭化水素ガスに関しては、プラズマ解離時に、不飽和炭化水素種が、基板表面から基板縁部に亘る基板全体に長い重合体鎖を形成し、基板中央に近い領域よりも基板縁部に沿ってより多く且つより長い鎖の不飽和炭化水素種が蓄積される傾向がある。この効果は、エッチング処理中に制御される、Ｃ_２Ｈ_４等のより高い濃度の不飽和炭化水素ガスや処理圧力である処理パラメータより優勢である。基板表面に不動態化種が多く蓄積されると、不動態化保護度が上昇するが、エッチング速度が下がるため、エッチングされたフィーチャーの実際の限界寸法（ＣＤ）は、基板表面において、ターゲット限界寸法（ＣＤ）よりも広くなり、これはＣＤゲインとして知られている。対照的に、不動態化種の蓄積量が少なく、より多くの反応性エッチャントが生成される基板領域においては、ＣＤロスとして知られる狭い限界寸法（ＣＤ）が基板表面で見られることがある。従って、窒素ガスと不飽和炭化水素ガスの流量及び流量比並びにガス混合物に供給される希釈ガスに含まれる不飽和炭化水素ガスの分子濃度を調節することにより、ガス混合物に供給される各ガス種の運動性を比較的調節することができる。従って、望ましい比の不動態化種と反応性エッチャントが得られ、不動態化保護度とエッチング挙動が良好に制御され、金属層４０４の幅全体に亘って所望のプロファイルと寸法を有したフィーチャーを形成することができる。従って、基板表面全体に亘って、調節されバランスのとれた量の不動態化種が分配され、基板上の材料層４０４にエッチングされたフィーチャー４１６の限界寸法（ＣＤ）が均一になる。

基板縁部の不動態化保護はあまり必要ではないが、エッチングのためにより多い反応種を必要とする実施形態においては、低い流量比のＣ_２Ｈ_４ガス：Ｎ_２ガス、例えば、より多い量のＮ_２ガスに対してより低い量のＣ_２Ｈ_４ガスを用いて、基板縁部付近で形成される長鎖炭素・炭素重合体の存在を少なくし、基板縁部でのエッチング速度を促進させる。対照的に、基板縁部に高い不動態化保護が必要だが、エッチング用の反応種はそれほど必要ではない実施形態の場合は、高い流量比のＣ_２Ｈ_４ガス：Ｎ_２ガス、例えば、より低い流量のＮ_２ガスに対してより高い流量のＣ_２Ｈ_４ガスを用いて、基板縁部付近にて形成される長鎖炭素・炭素重合体の量を上昇させる。

一実施形態において、Ｎ_２ガスとＣ_２Ｈ_４ガスとの流量比（希釈ガス中の分子濃度３０％）は、約１：３〜約２０：１である。別の実施形態において、Ｎ_２ガスとＣ_２Ｈ_４ガスの流量比は、約１：１〜約１０：１、例えば約３：１である。更に別の実施形態において、ガス混合物中に供給されるＮ_２ガスとＣ_２Ｈ_４ガス（希釈ガス中の濃度３０％）は、実質的に等しく構成され、例えば、Ｎ_２とＣ_２Ｈ_４（希釈ガス中の濃度３０％）の流量比１：１を有する。或いは、Ｎ_２ガスは、ガス混合物に、流量約１ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば約１ｓｃｃｍ〜約３０ｓｃｃｍで供給される。Ｃ_２Ｈ_４ガス（希釈ガス中の濃度３０％）は、流量約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍ、例えば、約１ｓｃｃｍ〜約３０ｓｃｃｍで供給される。任意で、ガス混合物は、不活性ガスを更に含んでいてよい。この不活性ガスの適切な例には、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒ等が含まれる。

ブロック３０６で、プラズマをガス混合物から形成して、金属層４０４を、所望のプロファイルと均一な限界寸法（ＣＤ）のフィーチャー４１６にエッチングする。プラズマは、ガス混合物を解離して反応性エッチャントと不動態化種をガス混合物中に生成し、このエッチャントと不動態化種により、金属層４０４に形成されるフィーチャー４１６の限界寸法（ＣＤ）が均一になるような形で、金属層４０４はエッチングされる及び不動態化される。

金属層エッチングガス混合物をエッチリアクタ２０２に供給しながら、幾つかの処理パラメータを調節する。一実施形態において、エッチリアクタ内のガス混合物の圧力は、約５ｍＴｏｒｒ〜約２００ｍＴｏｒｒ、例えば、約１０ｍＴｏｒｒ〜約３０ｍＴｏｒｒに調節される。基板温度は、約１０℃〜約９０℃、例えば、約３０℃〜約６０℃に維持される。ＲＦソース電力を、電力約４００ワット〜約３０００ワット、例えば、約１２００ワットで印加して、ガス混合物からプラズマを発生させることができる。Ａｒ又はＨｅ等のキャリアガスは、流量約０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、例えば、約５ｓｃｃｍ〜約４０ｓｃｃｍで供給することができる。エッチング時間は、約６０秒〜約４００秒であってよい。金属層４０４のエッチング処理は、その下の基板４０２が露出したと知らせる終点に達した後に、終了となる。終点は、いずれの適した方法によっても求めることができる。例えば、終点は、発光、既定の時間の満了を監視することにより又はエッチング対象である誘電性バリア層４０６が十分に除去されたことを確定するための別の指標により求めることができる。

図５は、基板中央部の点Ａから基板縁部の点Ｂにかけて基板４０２上に形成されたフィーチャー４１６の限界寸法（ＣＤ）マップを示し、フィーチャーは、ブロック３０４で記載した、ガス混合物中に供給される選択された流量比の窒素と不飽和炭化水素によりエッチングされている。窒素ガスと不飽和炭化水素ガスの流量比を十分に吟味することにより、基板表面全体の限界寸法（ＣＤ）が均一となり、基板表面全体に亘って、エッチングされたフィーチャーのプロファイルは、望ましく且つ均一なものに保たれる。

本発明の実施形態により、配線構造中の金属層をエッチングするための改善された方法が提供される。本方法においては、エッチングのための望ましい不動態化ガス比を選択することにより、金属層に形成されるフィーチャーの限界寸法が効果的に調節され、配線構造中に形成されるフィーチャーのプロファイル及び寸法が保たれ、有利である。

上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明のその他及び更なる実施形態は、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく創作することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。

Claims (15)

1. 基板上に配置された金属層をエッチングして配線構造を形成するための方法であり、
   金属層をその上に有する基板をエッチリアクタ内に設置し、
   少なくとも塩素含有ガスと不動態化ガスを含有するガス混合物をリアクタに流すことを含み、不動態化ガスは窒素ガスと不飽和炭化水素ガスを含み、窒素ガスと不飽和炭化水素ガスが、ガス流量比約１：３〜約２０：１を有し、
   ガス混合物から形成したプラズマを用いて金属層をエッチングすることを更に含む方法。
2. エッチングが、パターンマスク層によって画成された開口部を介して金属層をエッチングすることを更に含む請求項１記載の方法。
3. マスク層が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、非晶質シリコン（α−Ｓｉ）、炭化ケイ素及び非晶質炭素（α−カーボン）の少なくとも１つである請求項２記載の方法。
4. 金属層がアルミニウム含有層である請求項１記載の方法。
5. ガス混合物を流すことが、
   Ｃｌ_２ガスを流量約１０ｓｃｃｍ〜約８００ｓｃｃｍで流し、
   ＢＣｌ_３ガスを流量約２０ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍで流すことを更に含む請求項１記載の方法。
6. 窒素含有ガスがＮ_２ガスであり、不飽和炭化水素ガスがＣ_２Ｈ_４である請求項１記載の方法。
7. 不飽和炭化水素ガスが、希釈ガスと共にエッチリアクタに供給される請求項１記載の方法。
8. 希釈ガスがＨｅである請求項７記載の方法。
9. 不飽和炭化水素ガスと希釈ガスが、エッチリアクタに、不飽和炭化水素ガスの希釈ガスに対する分子比約２５：７５〜約３５：６５で供給される請求項７記載の方法。
10. エッチリアクタの圧力を、約５ｍＴｏｒｒ〜約２００ｍＴｏｒｒに維持することを更に含む請求項９記載の方法。
11. 希釈ガス中の不飽和炭化水素ガスの分子比にリアクタ圧力を掛けた値が、約１．２５より大きい請求項１０記載の方法。
12. 希釈ガスは、塩素含有ガスの流量に実質的に等しい流量で供給される請求項７記載の方法。
13. バリア層は、金属層とパターンマスク層との間に配置される請求項２記載の方法。
14. 基板上に配置された金属層をエッチングするための方法であり、
    配線構造に適したアルミニウム層をその上に有する基板をエッチリアクタ内に設置し、
    ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２及び不動態化ガスを含有するガス混合物をリアクタに流すことを含み、不動態化ガスは窒素ガスと不飽和炭化水素ガスとを含み、窒素ガスと不飽和炭化水素ガスは、ガス流量比約１：３〜約２０：１を有し、
    ガス混合物から形成したプラズマを用いて、パターンマスク層を介してアルミニウム層をエッチングすることを更に含む方法。
15. ガス混合物を流すことが、窒素ガスと不飽和炭化水素ガスとの流量比を調節して、アルミニウム層に形成されるフィーチャーの限界寸法を調節することを更に含む請求項１４記載の方法。

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