JP2590472B2 - エツチング方法 - Google Patents

エツチング方法

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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、金属のエッチング方法に関する。本発明の
エッチング方法は、例えば半導体装置の製造の際の、ア
ルミニウムやアルミニウム合金等の金属膜をエッチング
する場合などに利用することができる。
〔発明の概要〕
本発明は、下地上に金属が形成された被エッチング材
において、該金属上にマスク層を形成して、該金属をエ
ッチングガスを用いて選択的にエッチングする際、エッ
チングガスとして上記金属と下地とがエッチング選択性
をもつガス系を用いるとともに、上記金属が形成されて
いる下地が露出した時点でフッ素系のプラズマ処理を施
すことにより、上記金属の側壁にフッ化膜を形成して該
金属の側壁を保護し、上記金属のエッチング形状がテー
パ形状となることを回避しつつ、さらに、上記被エッチ
ング材について、上記エッチングガスによるエッチング
を行うことによって、エッチング形状の改善を達成した
ものである。
〔従来の技術〕
従来の金属のエッチング方法にあっては、例えば電子
材料の分野においてVLSIの配線材料として多用されるア
ルミニウムまたはアルミニウム合金膜をエッチングする
場合は、等方性エッチングまたは異方性エッチング技術
が用いられるが、異方性エッチング技術が用いられるこ
とが多い。アルミニウムのエッチングには主に塩素(Cl
2)を含むガス、またはClを発生するガス系が用いられ
ており、基本的にはアルミニウムとClの化学反応を利用
しているが、その為、表面のアルミニウムの酸化膜層を
除去すればアルミニウムとClは自発的に反応し、形状と
しては等方性となる。しかしながら配線の微細化には、
この様な等方性のプロセスでは対応が困難であるので、
RIE等の異方性エッチング技術が用いられることが多く
なるのである。異方性エッチングを用いる場合は、側壁
保護効果を利用し異方性の形状が得られるようにする
が、そのような形状保護は、主にレジストからの物質の
付着による側壁保護効果を利用するものである。即ち、
一般に側壁保護効果はレジストからのスパッタ分解物が
Alの側壁に付着する事で達成されるが、このためそのエ
ッチング形状制御は、他の半導体材料(例えば二酸化ケ
イ素やポリシリコンなど)に比べ、容易でないという問
題がある。例えば側壁保護効果に寄与するレジスト分解
物が不十分で側壁保護効果が不足だったり、アルミニウ
ムのエッチャントである塩素の濃度が過剰な時は、側壁
が保護されずここがエッチングされて、アルミニウムの
断面形状が逆テーパーになり易い。このような逆テーパ
ーになった場合の断面形状を第3図に示す。図中aが逆
テーパー状になった金属(アルミニウムやその合金な
ど)である。fはシリコンなどの基板、gはレジストを
示す。アルミニウムの断面形状が逆テーパーになると 配線抵抗値がその分大きくなってしまう。
層間絶縁膜及びパッシベーション膜のカバレッジ(被
覆性)が悪くなり、平坦化が困難となる。
コンタクトホール上のアルミニウムの加工時に断面形
状が逆テーパーになると、第2図に示すようにアルミニ
ウムaの逆テーパー部bのために、矢印cで示す如く下
の拡散層dまでエッチングされる可能性がある。
という欠点を有する。(なお第2図中、eは絶縁膜、f
はSi基板、gはレジストである。) またこの逆テーパーを防止するために、塩素の添量濃
度を十分低くしたり、または側壁保護効果を増大するよ
うなガスを添加する方法では イ.エッチレートが低下し、スループットが低下して生
産性が悪くなる。
ロ.マスク材料との選択比がとりにくい。
ハ.ガス添加、例えばデポ(堆積)ガス添加による方法
では、ダスト発生がもたらされる原因となり易く、継続
性が低下することがある。
という問題点が発生する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述の如く従来の金属のエッチング方法にあっては、
エッチングの際金属に逆テーパー形状が生じ、それに伴
って不都合が生じたり、またかかる逆テーパー形状の発
生を抑えようとすると、新たな問題が生じてしまうとい
うことがあった。具体的には例えば、上記の如くアルミ
ニウムの異方性エッチングでは、従来形状制御は主にレ
ジスト分解物による側壁保護効果により達成されている
が、アルミニウムのエッチャントが過剰な場合(特にオ
ーバーエッチング時における場合)には、断面形状が逆
テーパーとなり易かった。これはレジスト分解物を主と
する側壁保護膜が過剰の塩素ラジカルと反応するからと
考えられるが、いずれにしても逆テーパー形状が発生し
易く、これに伴う問題が生じることがあり、またこの逆
テーパー形状を他の悪影響なく解決することは困難であ
った。
本発明は上記従来技術の問題点を解決して、不都合を
生じることなく被エッチング金属の断面形状を良好に制
御できる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〕
上記問題点を解決するため、本発明は、下地上に金属
が形成された被エッチング材について、該金属上にマス
ク層を形成して、該金属をエッチングガスを用いて選択
的にエッチングするエッチング方法において、上記マス
ク層をマスクとして上記金属をエッチングする際、エッ
チングガスとして上記金属と下地とがエッチング選択性
をもつガス系を用いるとともに、上記金属が形成されて
いる下地が露出した時点でフッ素系のプラズマ処理を施
すことにより、上記金属の側壁にフッ化膜を形成して該
金属の側壁を保護し、上記金属のエッチング形状がテー
パ形状となることを回避しつつ、さらに、上記被エッチ
ング材について、上記エッチングガスによるエッチング
を行う構成とする。
本発明のエッチング方法について、後記詳述する本発
明の一実施例を示す第1図を用いて説明すると、次のと
おりである。
即ち本発明においては、第1図(a)に例示する如
く、下地3上に金属1が形成された被エッチング材につ
いて、、該金属1上にマスク層2を形成して、該金属1
をエッチングガスを用いて選択的にエッチングする場
合、上記マスク層2をマスクとして上記金属1をエッチ
ングする際、エッチングガスとして上記金属1と下地3
とがエッチング選択性をもつガス系を用いるとともに、
第1図(b)の例示のように上記金属1が形成されてい
る下地3が露出した時点で、フッ素系のプラズマ処理を
施すことにより、上記金属1の側壁にフッ化膜を形成し
て該金属1の側壁を保護し、上記金属のエッチング形状
がテーパ形状となることを回避しつつ、さらに、上記被
エッチング材について、上記エッチングガスによるエッ
チングを行うようにする。
フッ素系のプラズマ処理を施すのは、例えば、下地3
の露出時点で金属1のエッチングを中断し、そこでNF3
ガスによるプラズマ処理を施し、その後所定のオーバー
エッチを行うように構成することができる。エッチング
を中断することなく、連続的に行うようにしてもよい。
なおフッ素のプラズマ処理を施すために用いられるフッ
素系のガスとしては、NF3ガスのほか、同様な作用を呈
し得る任意の含フッ素ガスを使用することができる。
〔作 用〕
本発明のエッチング方法は、上記の如く下地3が露出
した時点でフッ素系のプラズマ処理を施したことによっ
て、逆テーパー形状を改善できたものである。本方法に
よれば、オーバーエッチング前にフッ素系のプラズマ処
理を行うことで金属1の側壁がフッ化されることによっ
て保護されるようになると考えられ、これにより逆テー
パー形状が回避されるものと推定される。
例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金を被エッ
チング金属とし、塩素系のガスをエッチングガスとして
フッ素系ガスプラズマ処理した場合は、次のような作用
が呈される。即ちジャストエッチ後つまり丁度下地3の
露出部分が現れた所で上記処理を施すことにより、アル
ミニウムの側壁はフッ化される。アルミニウムのフッ化
物(AlF3)はClラジカルではエッチングされず、原理的
にイオンの入射のないアルミニウムの側壁は、オーバー
エッチング時の過剰な塩素ラジカルによるサイドアタッ
ク反応から保護され、逆テーパー形状とはならない。
このように本発明を用いると、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金膜などの金属をエッチングする際、オー
バーエッチ時の過剰な塩素ラジカルによる逆テーパー形
状化を、オーバーエッチ前にフッ素系のプラズマ処理を
施すことで防止し、回避することができる。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例について、図面を参照しつつ説
明する。なお以下説明する実施例は本発明を好適に適用
したものではあるが、当然のことながら本発明は以下に
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おけるア
ルミニウム膜またはアルミニウム合金膜のエッチングに
具体化したもので、特にアルミニウム合金として、Siを
1%含有するアルミニウム合金Al−Si(1%)を用い、
この膜をエッチングする際、オーバーエッチの前にフッ
素系のプラズマ処理を施し、オーバーエッチによる逆テ
ーパーの断面形状を改善するようにしたものである。
この実施例を、第1図を用いて説明する。
第1図(a)に示す如く下地3であるSi基板上に金属
1(ここでは上記のとおりAl−Si合金)を膜状に堆積さ
れ、その上にマスク2を形成する。
次いで金属1のエッチングを開始する。本例ではアル
ミニウムエッチング条件として、エッチングガスにBCl3
/Cl2を主成分とする混合ガスを用い、圧力を4.7Pa、パ
ワー密度を0.21W/cm2として、エッチングを行った。
上記エッチングを開始した後、第1図(b)の如く下
地3が露出した時点でエッチングを中断する。本例では
このようにエッチングを一時中断し、次の条件で放電し
てNF3ガスによるプラズマ処理を行い、その後、前と同
様の条件で所定のオーバーエッチを行うようにする。即
ち本例においてNF3プラズマ条件は、NF3ガスを圧力4.7P
a、パワー密度0.21W/cm2とするものとする。
このように上記の如く下地が露出するまでエッチング
を行い、その後フッ素ガスによるプラズマ処理を行い、
引き続き前記したエッチング条件で所定のオーバーエッ
チを行うことにより、金属1が逆テーパー形状となるこ
とが防止され、形状が改善された。
なお上記実施例では金属としてAl−Si(1%)を用い
たが、被エッチング金属はこれに限られるものではな
く、アルミニウム、アルミニウム合金は勿論、他の金属
でもよく、他の元素(金属、非金属を含む)の2種以上
を含有する合金でも適用可能である。またフッ素系プラ
ズマ処理を施すためのガスも、前述の如くNF36に限られ
るものではない。
〔発明の効果〕
上述の如く本発明によれば、従来法においてはオーバ
ーエッチ時に発生するおそれのあった逆テーパーの形状
が防止でき、かつフッ素系ガスによるプラズマを発生さ
せるだけなので装置の改善等の必要もなく簡単であると
いう利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)(b)は本発明の一実施例を工程順に示す
ものである。第2図及び第3図はそれぞれ従来技術を示
す。 1……金属(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】下地上に金属が形成された被エッチング材
    について、該金属上にマスク層を形成して、該金属をエ
    ッチングガスを用いて選択的にエッチングするエッチン
    グ方法において、 上記マスク層をマスクとして上記金属をエッチングする
    際、エッチングガスとして上記金属と下地とがエッチン
    グ選択性をもつガス系を用いるとともに、上記金属が形
    成されている下地が露出した時点でフッ素系のプラズマ
    処理を施すことにより、上記金属の側壁にフッ化膜を形
    成して該金属の側壁を保護し、上記金属のエッチング形
    状がテーパ形状となることを回避しつつ、さらに、上記
    被エッチング材について、上記エッチングガスによるエ
    ッチングを行うこと を特徴とするエッチング方法。
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JPS55111134A (en) * 1979-02-19 1980-08-27 Mitsubishi Electric Corp Method of gas plasma etching
US4325984B2 (en) * 1980-07-28 1998-03-03 Fairchild Camera & Inst Plasma passivation technique for the prevention of post-etch corrosion of plasma-etched aluminum films
JPS57124439A (en) * 1981-01-26 1982-08-03 Nec Corp Manufacture of semiconductor device

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