JP2624352B2 - Semiconductor device etching method - Google Patents
Semiconductor device etching methodInfo
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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、バリアメタル構造をもつ半導体装置のエッ
チング方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for etching a semiconductor device having a barrier metal structure.
従来の技術 近年、半導体装置において、接続孔における抵抗を低
減し、信頼性を高めるために、バリアメタル構造をもつ
アルミニウム合金膜からなる多層配線が利用されるよう
になってきた。2. Description of the Related Art In recent years, in semiconductor devices, multilayer wiring made of an aluminum alloy film having a barrier metal structure has been used in order to reduce resistance in connection holes and increase reliability.
以下、従来のバリアメタル構造をもつ半導体装置のエ
ッチング方法について説明する。第３図は従来のエッチ
ング方法による製造工程中の半導装置の一部断面図であ
り、１はシリコン基板、２はシリコン基板１の上に形成
された膜厚１μｍの酸化シリコン膜、３は酸化シリコン
膜２の上に形成された膜厚0.02μｍのチタン膜、４はチ
タン膜３の上に形成された膜厚0.1μｍの窒化チタン
膜、５は窒化チタン膜４の上に形成された膜厚0.9μｍ
のシリコンと銅を微少量含むアルミニウム合金膜、６は
アルミニウム合金膜５の上にパターニングされた膜厚1.
5μｍのフォトレジスト、７は側壁保護膜、８はエッチ
ング残渣である。また第４図はプラズマエッチング装置
の概略図であり、９は被エッチング基板、10は被エッチ
ング基板９と接した陰電極、11は陰電極10よりも反応室
内に露出する面積の大きいアース電位の陽電極、12は排
気口、13はガス導入口、14は13.56MHzの周波数の高周波
電源、15は直流電流をカットするブロッキングコンデン
サ、16は直流電圧計、17は交流電流をカットするブロッ
キングコイルである。さらに第５図は直流電圧計16を用
いて測定した、バリアメタル構造をもつアルミニウム合
金膜の従来のエッチング中の陰電極10の電位の時間変化
を示す特性図であり、横軸は時間、縦軸は陰電極の電位
（Ｖ）である。また18はアルミニウム合金膜５のエッチ
ング中の時間領域、19は窒化チタン膜４およびチタン膜
３のエッチング中の時間領域、20はエッチング残渣を除
去するための追加エッチング中の時間領域である。第５
図の条件で半導体装置をエッチングする時の製造工程を
第３図を用いて説明する。Hereinafter, a conventional method for etching a semiconductor device having a barrier metal structure will be described. FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a semiconductor device during a manufacturing process by a conventional etching method, wherein 1 is a silicon substrate, 2 is a silicon oxide film having a thickness of 1 μm formed on the silicon substrate 1, and 3 is A titanium film having a thickness of 0.02 μm formed on the silicon oxide film 2, a titanium nitride film having a thickness of 0.1 μm formed on the titanium film 3, and a titanium film 5 having a thickness of 5 formed on the titanium nitride film 4 0.9μm thick
An aluminum alloy film containing a small amount of silicon and copper, and 6 is a film thickness of 1. patterned on the aluminum alloy film 5.
5 μm photoresist, 7 is a side wall protective film, and 8 is an etching residue. FIG. 4 is a schematic diagram of a plasma etching apparatus, in which 9 is a substrate to be etched, 10 is a negative electrode in contact with the substrate 9 to be etched, and 11 is a ground potential having a larger area exposed in the reaction chamber than the negative electrode 10. A positive electrode, 12 is an exhaust port, 13 is a gas inlet, 14 is a high-frequency power supply with a frequency of 13.56 MHz, 15 is a blocking capacitor that cuts DC current, 16 is a DC voltmeter, and 17 is a blocking coil that cuts AC current. . FIG. 5 is a characteristic diagram showing the time change of the potential of the negative electrode 10 during the conventional etching of the aluminum alloy film having the barrier metal structure, which was measured using the DC voltmeter 16, in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents time. Is the potential (V) of the negative electrode. Reference numeral 18 denotes a time region during the etching of the aluminum alloy film 5, 19 denotes a time region during the etching of the titanium nitride film 4 and the titanium film 3, and 20 denotes a time region during the additional etching for removing etching residues. Fifth
A manufacturing process for etching a semiconductor device under the conditions shown in the figure will be described with reference to FIG.
まず第３図（ａ）のようにフォトレジスト６でマスク
された半導体装置を、第４図に示すプラズマエッチング
装置に設置し、三塩化ほう素（BCl3），塩素（Cl2），
三塩化メタン（CHCl3），窒素（N2）の混合ガス中のプ
ラズマでアルミニウム合金膜５と窒化チタン膜４および
チタン膜３で構成されるバリアメタル層を同一条件でド
ライエッチングすると、窒化チタン膜４およびチタン膜
３のエッチング終了時（ジャストエッチング時）には第
３図（ｃ）のような形状になる。しかしながらジャスト
エッチング時にはエッチング残渣８が見られるため、追
加エッチングを行うと、第３図（ｄ）のようにエッチン
グ残渣８が除去され、窒化チタン膜４およびチタン膜３
で構成されるバリアメタル構造をもつアルミニウム合金
膜５の配線パターンが得られる。First, the semiconductor device masked with the photoresist 6 as shown in FIG. 3 (a) is set in the plasma etching apparatus shown in FIG. 4, and boron trichloride (BCl 3 ), chlorine (Cl 2 ),
When the barrier metal layer composed of the aluminum alloy film 5, the titanium nitride film 4 and the titanium film 3 is dry-etched under the same conditions by plasma in a mixed gas of methane trichloride (CHCl 3 ) and nitrogen (N 2 ), titanium nitride When etching of the film 4 and the titanium film 3 is completed (during just etching), the shape becomes as shown in FIG. 3 (c). However, since the etching residue 8 is seen at the time of the just etching, if the additional etching is performed, the etching residue 8 is removed as shown in FIG. 3D, and the titanium nitride film 4 and the titanium film 3 are removed.
The wiring pattern of the aluminum alloy film 5 having the barrier metal structure constituted by the above is obtained.
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような従来のエッチング方法で
は第５図のエッチング中の陰電極の電位の時間変化を示
す特性図に示すように、アルミニウム合金膜５のエッチ
ング中の時間領域18には−240Vであった陰電極の電位
が、窒化チン膜４およびチタン膜３のエッチング中の時
間領域19にはほぼ0Vとなる。このため、窒化チタン膜４
およびチタン膜３のエッチング中には横方向のエッチン
グが強くなり、アルミニウム合金膜５のエッチング中に
形成された側壁保護膜７が除去されてしまい、アルミニ
ウム合金からなる配線側壁が塩素を含んだプラズマに曝
されるため、第３図（ｃ）のようにアルミニウム合金膜
５にややアンダーカットが入る。さらに残渣８を除去す
るために追加エッチングを行うが、この時間領域20では
第５図に示すように陰電極の電位は−160Vに回復する
が、被エッチング膜がほとんどないためエッチャントが
過剰となり側壁保護膜は形成されない。このためアルミ
ニウム合金からなる配線側壁は再び塩素を含んだプラズ
マに曝されるので、アルミニウム合金からなる配線側壁
面が荒れたり、アルミニウム合金断面形状が逆テーパに
なったり、側壁面に塩素が付着することによりアルミニ
ウム合金配線が腐食するという課題があった。However, in the conventional etching method as described above, as shown in the characteristic diagram of FIG. 5 showing the time change of the potential of the negative electrode during the etching, the time during the etching of the aluminum alloy film 5 is reduced. The potential of the negative electrode in the region 18 is -240 V, and becomes approximately 0 V in the time region 19 during the etching of the tin nitride film 4 and the titanium film 3. Therefore, the titanium nitride film 4
During the etching of the titanium film 3, the lateral etching becomes strong, the sidewall protective film 7 formed during the etching of the aluminum alloy film 5 is removed, and the wiring sidewall made of the aluminum alloy contains plasma containing chlorine. , The aluminum alloy film 5 is slightly undercut as shown in FIG. 3 (c). Further etching is performed to remove the residue 8. In this time region 20, as shown in FIG. 5, the potential of the negative electrode is restored to -160 V. However, since there is almost no film to be etched, the etchant becomes excessive and the side wall is removed. No protective film is formed. For this reason, the wiring side wall made of the aluminum alloy is again exposed to the plasma containing chlorine, so that the wiring side wall surface made of the aluminum alloy becomes rough, the cross-sectional shape of the aluminum alloy becomes inversely tapered, and chlorine adheres to the side wall surface. As a result, there is a problem that the aluminum alloy wiring corrodes.
本発明は上記のような従来の課題を解決するもので、
バリアメタル構造をもつアルミニウム合金膜からなる配
線を形成する際に、配線形状を改善するエッチング方法
を提供することを目的とする。The present invention solves the conventional problems as described above,
An object of the present invention is to provide an etching method for improving a wiring shape when forming a wiring made of an aluminum alloy film having a barrier metal structure.
課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明の半導体装置のエッ
チング方法は、チタン膜，窒化チタン膜からなるバリア
メタル層のエッチング中のガス圧力をアルミニウム合金
膜をエッチングする時の30〜50％に、陰電極の電位を−
200〜−500Vとする。Means for Solving the Problems In order to achieve this object, a method for etching a semiconductor device according to the present invention is directed to a method for etching a barrier metal layer composed of a titanium film and a titanium nitride film by changing a gas pressure during etching of an aluminum alloy film. Reduce the potential of the negative electrode to 30-50%
200 to -500V.
作用 この方法によってバリアメタル層のエッチング中にア
ルミニウム合金膜の側壁保護膜が除去されることが無く
なるため、バリアメタル層のエッチング中および追加エ
ッチング中に、アルミニウム合金膜からなる配線側壁が
塩素を含んだプラズマに曝されるのを防ぐことができ
る。The effect of this method is that the side wall protective film of the aluminum alloy film is not removed during the etching of the barrier metal layer, so that the wiring side wall made of the aluminum alloy film contains chlorine during the etching of the barrier metal layer and during the additional etching. Exposure to plasma can be prevented.
実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例におけるエッチング方法に
よる製造工程中の半導体装置の一部断面図である。同図
において、１から８は従来例と同じである。また第２図
は直流電圧計16を用いて測定した、本発明の一実施例に
おけるエッチング中の陰電極10の電位の時間変化を示す
特性図で、横軸は時間、縦軸は陰電極10の電位（Ｖ）で
ある。同図において、18はアルミニウム合金膜５のエッ
チング中の時間領域、21は窒化チタン膜４およびチタン
膜３のエッチング中の時間領域、22はエッチング残渣を
除去するための追加エッチング中の時間領域である。第
２図の条件でバリアメタル構造をもつ半導体装置をエッ
チングした時の工程を第１図を用いて説明する。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a semiconductor device during a manufacturing process by an etching method according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numerals 1 to 8 are the same as in the conventional example. FIG. 2 is a characteristic diagram showing the change over time of the potential of the negative electrode 10 during etching in one embodiment of the present invention, which was measured using the DC voltmeter 16, in which the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the negative electrode 10 potential. Potential (V). In the figure, 18 is a time region during the etching of the aluminum alloy film 5, 21 is a time region during the etching of the titanium nitride film 4 and the titanium film 3, and 22 is a time region during the additional etching for removing the etching residue. is there. Steps when a semiconductor device having a barrier metal structure is etched under the conditions of FIG. 2 will be described with reference to FIG.
まず第１図（ａ）のようにフォトレジスト６でマスク
された半導体装置を、第４図に示すプラズマエッチング
装置に設置し、BCl3,Cl2,CHCl3,N2の混合ガスのプラズ
マでアルミニウム合金膜５をドライエッチングすると、
第２図のようにアルミニウム合金膜５のエッチング中の
時間領域18における陰電極10の電位は−240Vと大きな負
の値であるので、第１図（ｂ）のように側壁保護膜７が
形成され異方性形状が得られる。つぎに窒化チタン膜４
および窒化チタン膜３で構成されるバリアメタル層のド
ライエッチングにおいて、圧力をアルミニウム合金膜５
のエッチング中の圧力の約50％に変更し、Cl2の流量を
アルミニウム合金膜５のエッチング中の流量の約25％に
変更し、CHCl3の流量をアルミニウム合金膜５のエッチ
ング中の流量の約200％に変更する。圧力を約50％に変
更した結果、窒化チタン膜４およびチタン膜３のエッチ
ング中の時間領域21における陰電極10の電位は−205Vと
なり、横方向のエッチングが強くなることはないので、
側壁保護膜７は除去されない。さらにCl2の流量を約25
％に変更し、CHCl3の流量を約200％に変更した結果、化
学的エッチング成分が減少し、堆積成分が増加するため
にアルミニウム合金膜５の側壁はさらに保護される。こ
の結果、窒化チタン膜４およびチタン膜３のエッチング
終了時（ジャストエッチング時）には第１図（ｃ）のよ
うな異方性形状が得られる。さらに追加エッチングを行
っても、側壁保護膜７が存在するため配線側壁面が荒れ
たり、断面形状が逆テーパになったりしないで、第１図
（ｄ）のように異方性形状が保たれ、配線の形状を改善
することができる。First, a semiconductor device masked with a photoresist 6 as shown in FIG. 1A is set in a plasma etching apparatus shown in FIG. 4, and is subjected to plasma of a mixed gas of BCl 3 , Cl 2 , CHCl 3 and N 2. When the aluminum alloy film 5 is dry-etched,
As shown in FIG. 2, since the potential of the negative electrode 10 in the time region 18 during the etching of the aluminum alloy film 5 is a large negative value of -240 V, the side wall protective film 7 is formed as shown in FIG. This gives an anisotropic shape. Next, titanium nitride film 4
In the dry etching of the barrier metal layer composed of the aluminum alloy film 5 and the titanium nitride film 3,
, The flow rate of Cl 2 was changed to about 25% of the flow rate during the etching of the aluminum alloy film 5, and the flow rate of CHCl 3 was changed to about 25% of the flow rate during the etching of the aluminum alloy film 5. Change to about 200%. As a result of changing the pressure to about 50%, the potential of the negative electrode 10 in the time region 21 during the etching of the titanium nitride film 4 and the titanium film 3 becomes -205 V, and the lateral etching does not become strong.
The side wall protective film 7 is not removed. Further about the flow rate of Cl 2 25
%, And as a result of changing the flow rate of CHCl 3 to about 200%, the chemical etching component decreases and the deposition component increases, so that the side wall of the aluminum alloy film 5 is further protected. As a result, when the etching of the titanium nitride film 4 and the titanium film 3 is completed (just etching), an anisotropic shape as shown in FIG. 1C is obtained. Even if additional etching is performed, the side wall surface of the wiring is not roughened due to the presence of the side wall protective film 7 and the cross-sectional shape does not become reverse tapered, and the anisotropic shape is maintained as shown in FIG. In addition, the shape of the wiring can be improved.
なお上記実施例では、圧力を約50％に、Cl2流量を約2
5％に、CHCl3流量を約200％に変更したが、圧力を30％
に減少し、Cl2流量を減少し、CHCl3流量を増加し、BCl3
流量を増加することによっても同様の効果がえられる。
また陰電極10の電位が−200V以上の場合には、アルミニ
ウム合金膜５にアンダーカットが入り、−500V以下の場
合には、フォトレジスト６が変質するため、−00V〜−5
00Vとなるように条件を設定する必要がある。In the above embodiment, the pressure was set to about 50%, and the Cl 2 flow rate was set to about 2%.
Changed the CHCl 3 flow rate to 5% and the CHCl 3 flow rate to about 200%, but increased the pressure to 30%.
, Decrease Cl 2 flow, increase CHCl 3 flow, BCl 3
A similar effect can be obtained by increasing the flow rate.
When the potential of the negative electrode 10 is -200 V or more, the aluminum alloy film 5 is undercut. When the potential is -500 V or less, the photoresist 6 is deteriorated.
It is necessary to set the condition so that it becomes 00V.
またCl2ガスの代りにBr2ガス、CHCl3ガスの代りにCHF
3ガスを用いても同じ効果が得られる。The Br 2 gas in place of the Cl 2 gas, instead of CHCl 3 Gas CHF
The same effect can be obtained by using three gases.
発明の効果 以上のように本発明の半導体装置のエッチング方法に
よれば、チタン膜と窒化チタン膜からなるバリアメタル
層をエッチングする時のガス圧力をアルミニウム合金膜
をエッチングする時の30〜50％、陰極電位を−200〜−5
00Vとすることにより、バリアメタル層のエッチング中
にアルミニウム合金膜の側壁保護膜が除去されることが
無くなり配線形状が改善される。Effect of the Invention As described above, according to the method for etching a semiconductor device of the present invention, the gas pressure for etching a barrier metal layer composed of a titanium film and a titanium nitride film is reduced by 30 to 50% of that for etching an aluminum alloy film. , The cathode potential is -200 to -5
By setting the voltage to 00V, the sidewall protective film of the aluminum alloy film is not removed during the etching of the barrier metal layer, and the wiring shape is improved.
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明のエッチング方法による
製造工程中の半導体装置の一部断面図、第２図はエッチ
ング中の陰電極の電位の時間変化を示す特性図、第３図
（ａ）〜（ｄ）は従来のエッチング方法の製造工程によ
る半導体装置の一部断面図、第４図はプラズマエッチン
グ装置の概略断面図、第５図は従来のエッチング方法に
おけるエッチング中の陰電極の電位の時間変化を示す特
性図である。 １……シリコン基板、２……酸化シリコン膜、３……チ
タン膜、４……窒化チタン膜、５……アルミニウム合金
膜、６……フォトレジスト、７……側壁保護膜、８……
残渣。1 (a) to 1 (d) are partial cross-sectional views of a semiconductor device during a manufacturing process according to the etching method of the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram showing a temporal change in the potential of a negative electrode during etching, and FIG. 4A to 4D are partial cross-sectional views of a semiconductor device in a manufacturing process of a conventional etching method, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a plasma etching apparatus, and FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a change over time of the potential of an electrode. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Silicon oxide film, 3 ... Titanium film, 4 ... Titanium nitride film, 5 ... Aluminum alloy film, 6 ... Photoresist, 7 ... Side wall protective film, 8 ...
Residue.
Claims (1)
シリコン膜上にチタン膜、同チタン膜上に窒化チタン
膜、同窒化チタン膜上にシリコンと銅を微少量含むアル
ミニウム合金膜、同アルミニウム合金膜上にパターニン
グされたフォトレジストとを設けた半導体装置をプラズ
マエッチング法で連続エッチングする方法において、前
記チタン膜，前記窒化チタン膜からなるバリアメタル層
をエッチングする時のガス圧力を前記アルミニウム合金
膜をエッチングする時の30〜50％に、陰極電位を−200
〜−500Vとすることを特徴とする半導体装置のエッチン
グ方法。A silicon oxide film on a silicon substrate; a titanium film on the silicon oxide film; a titanium nitride film on the titanium film; an aluminum alloy film containing a small amount of silicon and copper on the titanium nitride film; In a method of continuously etching a semiconductor device provided with a patterned photoresist on an alloy film by a plasma etching method, a gas pressure at the time of etching a barrier metal layer comprising the titanium film and the titanium nitride film is reduced by the aluminum alloy. 30% to 50% of the time when etching the film, the cathode potential is -200
A method for etching a semiconductor device, wherein the voltage is set to -500V.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7378990A JP2624352B2 (en) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | Semiconductor device etching method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7378990A JP2624352B2 (en) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | Semiconductor device etching method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03273628A JPH03273628A (en) | 1991-12-04 |
| JP2624352B2 true JP2624352B2 (en) | 1997-06-25 |
Family
ID=13528312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7378990A Expired - Lifetime JP2624352B2 (en) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | Semiconductor device etching method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2624352B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW527441B (en) * | 2000-06-26 | 2003-04-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Dry etching method |
-
1990
- 1990-03-23 JP JP7378990A patent/JP2624352B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03273628A (en) | 1991-12-04 |
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