JP2574868B2 - 積層金属の反応性イオンエッチング方法 - Google Patents

積層金属の反応性イオンエッチング方法

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JP2574868B2 JP63108776A JP10877688A JP2574868B2 JP 2574868 B2 JP2574868 B2 JP 2574868B2 JP 63108776 A JP63108776 A JP 63108776A JP 10877688 A JP10877688 A JP 10877688A JP 2574868 B2 JP2574868 B2 JP 2574868B2
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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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、超LSI製造プロセスにおける積層金属の反
応性イオンエッチングに関する。
<従来の技術> 超LSI製造プロセスにおける配線金属としては、従来A
lSiやAlSiCuなどのアルミニウム合金が用いられてきた
が、近年、バリアメタルを下層に配線金属を上層に積層
して用いる場合が増加してきた。バリアメタルの作用
は、配線と半導体基板との接触点(コンタクト部分)に
おいて、配線金属と半導体基板との間に介在し、両者間
の反応を抑制し、コンタクト部分の電気的特性を安定化
することである。通常,配線金属としてはアルミニウム
合金が用いられている。また本願で、バリアメタルと
は、一般に高融点メタルとして分類されているタングス
テンやチタニウム、更にはそれらの合金、珪素化物、窒
素化物等の総称である。
バリアメタルを有する積層金属の微細加工は、縮小投
影露光を用いたフォトリソグラフィー技術と、反応性イ
オンエッチング(RIE、Reactive Ion Etching)等のド
ライエッチング技術を駆使して行なわれるが、とりわけ
ドライエッチング技術においては、以下の4つの条件を
満たすことが必要である。
(条件1)積層金属の各層のエッチングが、同一反応容
器内で連続的に行なわれること。
…これは工程のスループットを高め、設備コストを下
げるために必要である。
(条件2)下層バリアメタルのエッチングでは、バリア
メタルとその下地膜であるリンやボロンをドープしたシ
リコン酸化膜(Borophosphosilicate glass、以下BPSG
と記す)とのエッチングレート比が十分にあること(最
低2.5以上)。
…このエッチングレート比が不十分であると下地膜
(BPSG)がエッチングされ不良の原因となる。第2図に
エッチングレート比(バリアメタル/下地膜)による加
工形状の相違を断面図により示す。
同図において21は半導体基板、22はゲート電極、23は
下地膜(BPSG)、24はバリアメタル、25は配線金属であ
る。エッチングレート比(バリアメタル/BPSG)が妥当
であれば、同図(a)のように望ましい加工形状を得る
ことができる。これに対してエッチングレート比が不十
分であると同図(b)のように下地膜23がエッチングさ
れ、ゲート電極22が露出したり、配線金属25の段差が大
きくなる等の不具合を生じる。
(条件3)下層バリアメタルのエッチングにおいて、バ
リアメタルにアンダカットが生じないこと。
…アンダカットが入ると、所望の配線抵抗が得られ
ず、配線金属の断線が生じ易くなる。またLSIチップの
保護のために被覆する保護膜に亀裂が入りやすくなり、
信頼性が低下する。
第3図にバリアメタルのアンダカットによる保護膜中
の亀裂の発生状況を断面図により示す。同図において31
は下地膜、32はバリアメタル、33は配線金属、34は保護
膜である。
バリアメタル32にアンダカットがなければ、同図
(a)のように保護膜34は正常な加工形状となる。これ
に対しバリアメタル32にアンダカット35があると保護膜
34にはクラック36が発生することとなる。
(条件4)エッチング中に基板に付着するダストが少な
いこと。
…エッチング中にダストが付着すると配線のショート
を引き起こし不良発生の原因となる。
以下に述べるように上記の条件をすべて満すような従
来技術は存在しなかった。
従来の積層金属(配線膜)の反応性イオンエッチング
技術は下記2つのステップからなるプロセスにより実現
されていた。
(ステップ1)上層の配線金属の反応性イオンエッチン
グ 配線金属としては通常アルミニウム合金が用いられる
のでアルミニウム合金の反応性イオンエッチングについ
て述べる。
アルミニウム合金の反応性イオンエッチングは、分子
中に少なくとも塩素を含むSiCl4,BCl3,Cl2等のガスを用
いて行なわれる。これらのガス以外にもエッチングの諸
特性を向上させるために、CHF3,CF4等のフロンガスや、
He,Ar等の不活性ガスが添加されることがある。
アルミニウム合金の反応性イオンエッチングは、概ね
次のような反応で進行する。
Al+3Cl→AlCl3 上記反応の副産物として、Al,C,F,B,Si,H等が複雑に
反応した重合物が形成され反応容器の壁面に付着する。
これらの反応生成物は、後工程のエッチング条件によっ
ては、再度反応を起こし、エッチング中に基板に付着す
るダスト量に大きく影響することがある。
(ステップ2)下層のバリアメタルの反応イオンエッチ
ング このバリアメタルのエッチング条件が本発明に関わる
技術である。
従来のバリアメタルのエッチング方式と各方式の問題
点を第1表に示す。
第1表(A)のCF4+O2ガスを用いる反応性イオンエ
ッチングは、フッ素ラジカルにより、バリアメタルのフ
ッ素化物を形成(WF6など)してエッチングする方式で
ある。この方式はフッ素ラジカルを使用するのでバリア
メタルのアンダカットが大きく、超LSIで要求される微
細加工には不適当である。
第1表(B)のガス系は、塩素ラジカルと酸素ラジカ
ルと適当なイオン衝撃により、バリアメタルのオキシ塩
化物(WClxOyなど)を形成し、エッチングする方式であ
る。一般にオキシ塩化物は、塩化物よりも蒸気圧が高い
ので、反応生成物の除去速度が大きい。またフッ素ラジ
カルを用いるエッチングで見られるようなアンダカット
も生じない。しかし本方式により連続的にエッチングを
行なった場合、エッチングを繰り返すにつれて、基板上
に付着するダストの量が第2表に示すように増加すると
いう問題が発生する。
これはアルミニウム合金のエッチング時に反応容器の
壁面に付着した反応生成物(前出)が酸素ラジカルの効
果で分解し、Al2O3,B2O5,SiO2等の不揮発性の化合物と
なって、基板上に付着するためと考えられている。
アルミニウム合金の反応性イオンエッチングにおい
て、反応生成物の反応容器壁面への付着は、上記(ステ
ップ1)に示したように現在の技術では防止できない。
従って本方式により、バリアメタルを有する積層金属の
エッチングを行うことは不可能である。
第1表(C)のガス系は、イオン衝撃(CF3 +等)によ
るスパッタリングの効果でバリアメタルをエッチングす
るもので、塩素系の添加ガスは反応生成物の除去を促進
してエッチングレートを向上するために用いる。しかし
この方式では、スパッタリングの効果が大きいため下地
膜のBPSGのエッチングレートも大きくなり、バリアメタ
ルとBPSGのエッチングレート比が1近くに小さくなって
しまう。
以上第1表(A),(B),(C)いずれの方式にお
いても問題点があり、バリアメタルを有する積層金属の
反応性イオンエッチングによる微細加工を実現すること
は困難であり、バリアメタルを有する積層金属配線を超
LSIに適用することはできなかった。
<発明が解決しようとする問題点> 従来技術はバリアメタルを有する積層金属の反応性イ
オンエッチング技術による微細加工が困難であるという
欠点があり、バリアメタルを有する積層金属による配線
を超LSI製造に適用できないという問題がある。本発明
は上記従来技術の問題を解決することを目的とするもの
である。
<問題点を解決するための手段> 本発明は、シリコン酸化膜上に形成されたバリアメタ
ル層と該バリアメタル層上に形成されたアルミニウム又
はアルミニウム合金の金属層とからなる積層金属のエッ
チングを同一雰囲気中下で、同一エッチングガスで行う
反応性イオンエッチング方法において、酸素を含まない
雰囲気下で、積層金属のエッチングガスとして、SF6
スとBCl3ガスとからなる混合ガスを用いてエッチングを
行うことを特徴とする積層金属の反応性イオンエッチン
グ方法を問題点解決のための手段とするものであり、上
記金属配線のエッチングとバリアメタルのエッチングを
同一反応容器内において同一雰囲気中下で、同一エッチ
ングガスを用いて連続的に行なう場合には特に有効な手
段である。
<作 用> 下層バリアメタルのエッチングガスとしてSF6ガスとB
Cl3ガスとからなる混合ガスを用いることにより、バリ
アメタルのアンダカット量の低減、妥当なエッチングレ
ート比(バリアメタル/下地膜)の実現に、更に反応容
器壁面に前工程において付着した反応生成物の分解によ
り発生する不揮発性化合物の低減を実現することができ
る。
<実施例> 本願発明者らは、幾種類ものガスの組合せについて実
験し、第1表に示した問題点が解決されるかを検討し
た。その結果バリアメタルのエッチングにおいては、主
要なエッチングガスとして、SF6ガスを用いることが適
当であり、さらに添加ガスとしてBCl3ガスを用いること
が適当であるということが明らかになった。
以下、詳細に説明する。尚バリアメタルとしてチタン
タングステン合金(TiW)を使用した場合の結果につい
て述べるが、本発明のエッチング方法は他のバリアメタ
ルのエッチングにも容易に適用可能である。
まず、ガスを選択するにあたり、基板上に付着するダ
ストを低減することを第一に考え、酸素を含まないガス
を用いることとした。酸素を含まないガス系でのチタン
タングステン合金のエッチングレートと下地膜(BPSG)
のエッチングレートとの比を調べた結果を第3表に示
す。
第3表に示すようにSF6ガスを用いることによりチタ
ンタングステン合金膜を下地膜(BPSG)に対して選択的
にエッチングできることがわかった。しかしSF6100%の
ガスをエッチングに用いた場合はチタンタングステン合
金膜に、フッ素ラジカルの効果によりバリアメタルのア
ンダカットが生じるという欠点が明らかになり、これを
解決すべく更に検討を重ねた。
上記アンダカットを防止し、かつ下地膜(BPSG)に対
する良好なエッチングレート比を保持することは、困難
を極め、エッチング装置の動作圧力や高周波電力等のパ
ラメータを変更し、最適化することでは解決できなかっ
た。
本願発明者らは、SF6ガスに第二のエッチングガスを
添加し、この混合ガスによりバリアメタルのアンダカッ
トの防止ができないかと発想し、各種のガスを検討した
結果、BCl3を第二エッチングガスとしてSF6ガスに添加
することにより、下地膜(BPSG)との選択比を大きく損
うことなく、バリアメタルのアンダカットを防止できる
ことを見出した。
第1図にSF6ガスとBCl3ガスの混合ガスによるチタン
タングステン合金のエッチング特性(b)、及びエッチ
ング特性を説明するためのエッチング形状断面図(a)
を示す。
同図において、下地膜10の上に形成されたチタンタン
グステン合金膜11のアンダカット12が防止される理由は
明確ではないが、添加ガス中に含まれる塩素がプラズマ
中で重合反応を促進し、チタンタングステン合金膜11の
側面に付着し、側面をラジカルの攻撃から守っているた
めと考えられる。13は上層の配線金属(アルミニウム合
金)、14はマスク材(レジスト)である。なお、重合反
応には、ボロンやエッチングのマスク材料から供給され
る炭素や水素が同時に寄与しているものと考える。バリ
アメタルのアンダカットを防止するために必要なBCl3
量は同図(b)に示されるように全エッチングガスに占
める濃度で20ないし60%程度である。特に今回の実験に
用いた装置、圧力、高周波電力密度においては、BCl3
濃度としては40%が最適であった。このときのチタンタ
ングステン合金のエッチングレートは1000Å/min、エッ
チングレート比(TiW/BPSG)は4.0であった。
本発明により、0.8ないし1.0μ幅のチタンタングステ
ン合金とアルミニウム合金とからなる積層金属の微細パ
ターンが超LSI製造に十分な精度で加工できることを確
認した。
また、本発明はエッチングガス中に酸素を含まないこ
とから、基板上へのダストの付着量の増加が少なく、従
来の酸素を含んだエッチングでは不可能であった、連続
200回のエッチング処理が可能であることも確認した。
<発明の効果> 以上、詳細に説明したように、酸素を含まない雰囲気
中で、下層バリアメタルのエッチングガスとしてSF6
スとBCl3とからなる混合ガスを用いて、アルミニウム又
はアルミニウム合金の配線層及びバリアメタルからなる
積層金属のエッチングを行うことにより、バリアメタル
のアンダーカット量を低減しかつ妥当なエッチングレー
ト比(バリアメタル/下地膜)を実現し、更に、雰囲気
中に酸素を含まないため、酸素の存在によって発生する
基板上への付着物(ダスト)の発生を抑制することがで
き、バリアメタルと金属配線とからなる積層金属を超LS
Iの配線として量産レベルで精度良く、微細加工でき
る。また、特に上記混合ガス全体におけるBCl3の濃度が
20〜60%である場合、バリアメタルのアンダーカット量
低減と妥当なエッチングレート比の実現とに効果を奏す
る。
その結果、大容量ダイナミックメモリなどの超LSIの
信頼性が向上し、また高歩留での生産が可能になった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係るエッチング特性を示す
図、第2図はエッチングレート比(バリアメタル/下地
膜)による加工形状の相違を示す断面図、第3図はバリ
アメタルのアンダカットによる保護膜中の亀裂の発生状
況を示す断面図である。 図において10は下地膜、11はバリアメタル、13は配線金
属である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−232926(JP,A) 特開 昭59−93880(JP,A) 特開 昭61−198627(JP,A) 特開 昭61−256726(JP,A) 特開 昭58−213877(JP,A) 特開 昭59−229821(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン酸化膜上に形成されたバリアメタ
    ル層と該バリアメタル層上に形成されたアルミニウム又
    はアルミニウム合金の金属層とからなる積層金属のエッ
    チングを同一雰囲気中下で、同一エッチングガスで行う
    反応性イオンエッチング方法において、酸素を含まない
    雰囲気下で、積層金属のエッチングガスとして、SF6
    スとBCl3ガスとからなる混合ガスを用いてエッチングを
    行うことを特徴とする積層金属の反応性イオンエッチン
    グ方法。
  2. 【請求項2】混合ガス全体における上記BCl3の濃度が20
    〜60%であることを特徴とする、請求項1記載の積層金
    属の反応性イオンエッチング方法。
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JPS61198627A (ja) * 1985-02-27 1986-09-03 Sharp Corp 半導体装置の製造方法
JPS61256726A (ja) * 1985-05-10 1986-11-14 Hitachi Ltd エツチング方法
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