JP2546242B2 - アルミニウム合金のドライエツチング方法 - Google Patents

アルミニウム合金のドライエツチング方法

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JP2546242B2 JP61242721A JP24272186A JP2546242B2 JP 2546242 B2 JP2546242 B2 JP 2546242B2 JP 61242721 A JP61242721 A JP 61242721A JP 24272186 A JP24272186 A JP 24272186A JP 2546242 B2 JP2546242 B2 JP 2546242B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルミニウム合金をエッチグするために用
いるドライエッチング方法に関する。本発明のドライエ
ッチング方法は、例えば半導体装置を製造する場合に、
アルミニウム合金をエッチングする手段として利用する
ことができ、その他各種分野でのアルミニウム合金のエ
ッチグ用に用いることができる。
〔発明の概要〕
本発明は、アルミニウム合金をエッチングするドライ
エッチング方法において、エッチング終点の直前に、上
記アルミニウム合金のアルミニウム及び該合金を形成す
る物質に対するスパッタリング効果を持続させた状態
で、アルミニウムに対するエッチング速度を低下させる
ようにしたことによって、エッチングの終了に伴うアル
ミニウムに対するエッチング速度の上昇が起きる場合で
あっても、上記アルミニウムに対するエッチング速度の
低下と、アルミニウム及び合金を形成する他の物質に対
するスパッタリング効果の持続とにより、アルミニウム
が先にエッチング除去されて他の物質が残渣として残る
ことを防止したものであり、かつこの効果をマスクや下
地等に対する選択比低下等の問題を生じさせることなく
達成したものである。
〔従来の技術及びその問題点〕
従来より、アルミニウム合金は各種産業分野で利用さ
れている。
例えば電子材料の分野で用いられており、その一例と
して半導体の分野を挙げることができる。例えばVLSIに
ついて言えば、そのデザインルールの減少、微細化に伴
い、従来使用されて来た純アルミニウム以外に、信頼性
の面でアルミニウム以外の金属を含む合金の採用が試み
られており、一部では実際に使用されている。アルミニ
ウム以外の元素としては、主にケイ素、銅、チタンなど
が使用されている。この場合エッチング加工によりVLSI
などの製品を得るが、アルミニウム合金のエッチングは
必ずしも容易ではない。例えばアルミニウムのハロゲン
化物より低沸点のハロゲン化物しか生成しない元素を含
む合金をエッチングする時には、その加工は難しいもの
となる。
銅を含むアルミニウム合金について言えば、該合金膜
を電子部品の配線として用いると、アルミニウムに比べ
てエレクトロマイグレーションによる配線の寿命も長
く、またヒルロックの発生を抑えるのにも有効であると
されている。しかしドライエッチングの立場からすると (a)銅はアルミニウムより低蒸気圧のハロゲン化合物
しか生成せず、エッチングガス中にハロゲン系のガスが
ある場合でもハロゲン化物として揮発しにくく、残渣を
生じ易い。
(b)銅除去の為、銅除去に寄与の大なスパッタ効果を
大きくすると、マスク材及び下地との選択比が減少す
る。
などの問題点をもっている。
上記問題を避ける為に、残渣を生じないように、かつ
マスク材との選択比がある程度とれるように、アルミニ
ウムのエッチング速度を低下させてアルミニウムのエッ
チング速度を銅及びそのハロゲン化物のスパッタ速度に
近づけることが考えられるが、この手段を採用したとし
ても、ウェハーの下地の一部が均一性の範囲内で露出し
た時から、ローディング効果によりアルミニウムのエッ
チング速度が急増し、銅及びそのハロゲン化物が残渣と
して残ってしまうことになる。この問題を回避する為、
ローディング効果を考慮して、アルミニウムのエッチン
グ速度が急増してもよい様な低エッチング速度の条件に
設定しておくと、この場合はマスク材との選択比がとり
にくくなってしまうという新たな問題が発生する。また
エッチング速度を小さくすると、当然ながら単位時間当
たりの処理量が小さくなり、生産性が低下する。
本発明は、上記の様な従来技術の問題点を解決して、
アルミニウム合金をエッチングする場合でも残渣が生じ
にくく、かつマスク材や下地等との選択比をとることが
でき、生産性の低下も抑えることができるドライエッチ
ング方法を提供せんとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記問題点を解決する為、アルミニウム中
に、アルミニウム以外の金属であって、エッチングによ
り残渣を生じさせ得る金属を含有するアルミニウム合金
をエッチングするドライエッチング方法において、エッ
チング終点の直前であるアルミニウム合金がエッチング
されて下地の一部が露出した時点に、上記アルミニウム
合金を形成する上記金属に対するスパッタリング効果を
持続させた状態で、アルミニウムに対するエッチング速
度を低下させる技術的手段をとる。
ここでエッチング終点の直前とは、アルミニウム合金
に対するエッチングが部分的に終了する時点を含む、該
エッチングがほぼ終了する前のことを言い、本発明にお
いてはアルミニウム合金がエッチングされて下地の一部
が露出した時点をもってこの終点の直前とし、ここでア
ルミニウムに対するエッチング速度を低下させるように
構成する。この様にすると、前記した負荷効果の発生す
る前、または負荷効果が著しくなる前にアルミニウムの
エッチング速度を低下させることができる。
またスパッタリング効果を持続させた状態とは、被エ
ッチング材であるアルミニウム合金の、アルミニウム及
び合金を形成する物質に対するスパッタリング効果を持
続させた状態を指すものであって、例えばスパッタリン
グ速度を落とさない条件で構成できる。アルミニウムは
このスパッタリング効果と、上記弱められたエッチング
力により除去されることになり、他の物質はその性質に
応じ、このスパッタリング効果及び/またはエッチング
により除去されることとになる。この結果、アルミニウ
ムのみが除去されて、他の物質が残渣として残ることが
防止できる。
本発明の構成について、後記詳述する本発明の一実施
例を示す第1図を参照して説明すると、次のとおりであ
る。
第1図の例は、同図(a)に示す様に下地3上に膜状
にアルミニウム合金1を形成し、これをマスク2を用い
てドライエッチングによりパターン形成するのに、本発
明を利用した例である。
本発明のドライエッチング方法は、第1図(b)に例
示する如きエッチング終点の直前に、アルミニウムに対
するエッチング速度を低下させる。第1図(b)に例示
する様に、下地3の一部が露出した時点をもってエッチ
ング終了の直前として、この時点でアルミニウムに対す
るエッチング速度を低下させた。下地3の一部露出部分
は、第1図(b)に符号31で示す。
アルミニウムに対するエッチング速度を低下させる手
段は、任意の方向を採用できるが、例えばエッチングガ
ス中に塩素を含有する場合、その塩素の量を少なくする
手段を用いることができる。また、圧力を下げる、触媒
的に加えるガスの量を小さくする、パワーを制御するな
どの手段を用いることができる。エッチングガス中の塩
素の量を少なくするのは、塩素ガス流量を低下させるこ
とで達成できる。また、エッチングガス中に酸素がある
場合、その酸素の量を少なくする方法によって、アルミ
ニウムに対するエッチング速度を下げることができる。
これは、ガス中の酸素が、エッチング面に形成されるポ
リマーを除去する作用を果たすのでアルミニウムに対す
るエッチング速度を速める方向で機能するからと考えら
れる。また、圧力を下げるのは、これによりエッチャン
ト濃度が下がるので、アルミニウムのエッチング速度を
低下できるものである。これらの手段は装置やエッチャ
ントの種類などに応じ、適宜選択する。その他、適宜の
手段を採用してよい。
〔作用〕
本発明の方法においては、エッチング終了の直前にア
ルミニウムに対するエッチング速度を低下させるので、
アルミニウムに対するエッチグ速度が例えば負荷効果な
どで増大するおそれがある場合であっても、アルミニウ
ムの除去のみを急進させることなく、スパッタリング効
果及びドライエッチングによるアルミニウムの除去と、
スパッタリング効果による他の物質の除去を対応して行
わせることが可能であって、アルミニウム以外の物質が
残渣として残ることを防止できる。
即ち、本発明の方法を用いると、被エッチング材であ
るアルミニウムの合金についてそのエッチング終点の直
前、例えば下地の一部が露出した時に、アルミニウムの
エッチング速度を低下させるので、アルミニウムに対す
るエッチング速度が負荷効果により増大する可能性があ
るときでも、これを抑える様にできる。
このため、アルミニウムだけが他の物質に比してその
除去が進行すること、例えば半導体材料の加工における
ウェハー内のローディング効果によるエッチング速度の
増大等を抑えることができるので、例えば銅などアルミ
ニウム以外の元素の残渣の発生を防止できる。
また上記の結果、アルミニウム合金から成る被エッチ
ング材の下地が露出した後のエッチング速度の増大を考
慮しなくてよい為、最初からエッチング速度を低下させ
た条件でエッチングを行う場合の不利益、つまりマスク
材との選択比をとれないなどの問題を回避できる。
なお特公昭60−27752号には、反応ガスや真空度を順
次変化させる技術が示されているが、同公報にはエッチ
ング速度を高める技術しか開示されておらず、本発明と
は逆の作用を呈している。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例について、第1図を参照して説
明する。なお当然のことではあるが、本発明は以下述べ
る実施例にのみ限定されるものではない。
この実施例は、本発明を半導体装置の製造に適用した
もので、アルミニウム中にアルミニウム以外の金属(元
素)を含む合金膜をエッチングする場合に利用したもの
である。
特に本実施例においては、アルミニウム中に、アルミ
ニウム以外の金属であって、アルミニウムのハロゲン化
物より低蒸気圧のハロゲン化物しか生成しない金属元素
を含み、よってエッチングにより残渣を生じさせ得る金
属を含有するものである合金をエッチング加工する際
に、被エッチング膜の一部が露出した時にエッチング条
件を変更する様にして、本発明を具体化したものであ
る。
この実施例について、図を用いて説明する。
先ず、第1図(a)に示すように、アルミニウム以外
のアルミニウムのハロゲン化物より低蒸気圧のハロゲン
化物しか生成しない金属であって、従ってエッチングに
より残渣を生じさせ得る金属である、例えば銅を含むア
ルミニウム合金1を、下地3上に膜状に堆積させ、その
上にマスク2を形成する。但し、全面をエッチングする
場合には、マスク2は形成しない。
下地としては、シリコン、二酸化ケイ素、窒化シリコ
ン(Si3N4など)、PSG(シリコンシリケートガラス)そ
の他の不純物含有のガラスなど、適宜のものについて適
用できる。
次いでエッチングを開始し、第1図(b)に示す如く
下地3の一部が露出した時点で、エッチングを中断す
る。露出した部分は、第1図(b)に符号31で示す。な
お図は周辺に露出部31が発生するように示したが、これ
は代表的な場合を模式的に示すもので、必ずしも露出す
る部分は特定されない。
下地の露出の時点を定めるのは、目視観察でもよい
し、何らかのセンサを用いるのでもよく、あるいは予め
一部が露出する時間を計測しておきこの時間を設定して
おくのでもよい。
その後、ウェハー内のローディング効果を考慮したと
しても残渣の生じない様にエッチング速度を低下させた
条件で、エッチングを行う。
この様にエッチング条件を下地の一部が露出した時点
で変更して、アルミニウムに対するエッチング速度を低
下させたことにより、残渣は著しく減少した。本例の場
合銅は主にスパッタリング効果で除去されるので、スパ
ッタリング速度が維持されれば、銅はアルミニウムと同
等に除去され、残渣は残らなくなるからである。
具体的には、被エッチング膜であるアルミニウム合金
1として、Al−Si(1%)−Cu(2%)の合金を好まし
く用いることができる。また、エッチング条件は、次の
2条件とするのがよい。
(エッチング条件A) BCl3/Cl2を主とする混合ガスで、Cl2=20SCCM、圧力4
Pa、パワー密度=0.23W/cm2 (エッチング条件B) BCl3/Cl2を主とする混合ガスで、Cl2=10SCCM、圧力4
Pa、パワー密度=0.23W/cm2 即ち、本実施例においては上記エッチング条件Aで下
地の一部が露出するまでエッチングを行い、その後塩素
流量を下げエッチング速度を低下させた条件Bでエッチ
ングを行ったところ、エッチング条件A単独でエッチン
グを行う方法より著しく残渣は低減した。
従来技術ではエッチング条件をエッチングの終わる前
で変更せず行っていた為、下地の一部が露出し、ローデ
ィング効果によりエッチング速度が急増し、残渣が発生
し、一方これを避けるべくローディング効果によっても
残渣の発生しない低エッチング速度の条件で処理を行う
とマスク材との選択比もよりにくく、またスループット
の低下を招いて生産性が上がらなかったのに対し、本実
施例はこの様に下地3の一部が露出した時点でローディ
ング効果を考慮したとしても残渣の発生しない条件に変
更したので、残渣が著しく減少し、また最初からローデ
ィング効果によるエッチング速度の増大を考慮した低エ
ッチング速度でエッチングする方法よりマスク材料との
選択比はとり易く、生産性の低下を最小限に抑える事が
できた。
なお、上記実施例では銅を含む合金を用いたが、アル
ミニウム以外の金属はその他例えばケイ素、チタン等各
種の金属であってもよく、またアルミニウム以外に2種
以上の金属を含む合金であってもよい。
またエッチング条件は塩素流量を減少する事によりエ
ッチング速度を低下させる様にしたが、このパラメータ
ーにこだわるものではなく、他のパラメーター、例えば
圧力や、他のガス成分についての制御でもよいことは、
前述したとおりである。
〔発明の効果〕
上述の如く、本発明によれば、従来時間の問題点が解
決でき、アルミニウム合金をエッチングする場合でも残
渣が生じにくく、かつマスク材や下地等との選択比をと
ることができるので、この種のドライエッチング方法と
してきわめて有利である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)は、本発明の一実施例について、
これを工程順に断面図で示すものである。 1……アルミニウム合金、2……マスク、3……下地。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム中に、アルミニウム以外の金
    属であって、エッチングにより残渣を生じさせ得る金属
    を含有するアルミニウム合金をエッチングするドライエ
    ッチング方法において、 エッチング終点の直前である上記アルミニウム合金がエ
    ッチングされて下地の一部が露出した時点に、上記アル
    ミニウム合金中のアルミニウム及び該アルミニウム合金
    を形成する上記金属に対するスパッタリング効果を持続
    させた状態で、アルミニウムに対するエッチング速度を
    低下させることで、上記金属によるエッチング残渣を低
    減することを特徴とするアルミニウム合金のドライエッ
    チング方法。
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