JP2968138B2

JP2968138B2 - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JP2968138B2
Application number: JP34016092A
Authority: JP
Inventors: 敏森下
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1999-10-25
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JPH06188230A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ドライエッチング方
法に関し、より詳しくは、超ＬＳＩ(大規模集積回路)等
の製造に用いられるＣu膜をドライエッチングする方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｃu膜は、超ＬＳＩ等の製造に現在広く
使用されているＡl合金系膜に比して、低抵抗かつ高信
頼性であることから、次世代の配線材料として期待され
ている。しかし、エッチング反応時の反応生成物（主と
してＣｕ化合物）の揮発温度が低いため、ドライエッチ
ングによる配線形成が難しいという問題を抱えている。

【０００３】従来、Ｃu膜をドライエッチングする場
合、図４に示すような装置が用いられている。この装置
は、チャンバ２６内に、電極として働くステージ９と、
このステージ９に離間して対向する対向電極(チャンバ
２６の壁面と導通している)２５を備えている。ステー
ジ９は絶縁体１１によってチャンバ２６に対して電気的
に絶縁されている。図３(a)に示すように、半導体基板
１８上に、層間絶縁膜１７,Ｃu膜１６が形成され、エッ
チングマスク１５が設けられた試料８をドライエッチン
グするものとする(１９はエッチングすべき面を示して
いる。)。この試料８を、図４に示すように、ステージ
９の上に載置する。エッチング用ガスをガス導入口１３
から導入しつつ、高周波源１２によってステージ９と対
向電極２５との間に高周波電圧を印加して、チャンバ２
６内にプラズマ５を発生させる。これだけでは表面の反
応生成物が脱離しないため、ヒータ１０によってステー
ジ９を加熱して、試料８全体を高温にする。これによ
り、プラズマによる反応生成物を試料８(Ｃu膜１６)表
面から脱離させて、エッチング反応を進行させる。な
お、プラズマを用いたＣu膜のエッチングにおいては、
反応生成物の脱離がエッチング反応の主な律速過程とな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】知られているように、
プラズマによる反応生成物がＣu膜表面から脱離する温
度(以下、「脱離温度」という。)は、エッチングに用いる
ガス種や反応生成物に依存する。しかし、上記エッチン
グ用ガスとしてＣl系のガスを用いて、反応生成物とし
て揮発性が高いとされるＣuＣl₂を生じさせたとして
も、脱離温度は２８０℃以上になる。このように高温に
設定されるため、上記従来のエッチング方法では、図３
(b)に示すように、エッチング中に、イオン衝撃を受け
るエッチング溝底面２１のみでなく、イオン衝撃をほと
んど受けないエッチング溝側面２０においても、活性種
による反応によりエッチングが進行する。このため、異
方性の高い加工が難しく、加工精度が良くないという問
題がある。また、試料８全体が高温に加熱されるため、
エッチングマスク１５の材料として通常のレジストを使
用した場合、マスク１５が変形、変質して、Ｃu膜１６
の加工精度がさらに悪化し、加工不良を招くという問題
がある。

【０００５】そこで、この発明の目的は、Ｃu膜のよう
な反応生成物の揮発性が低い膜を低温で精度良く加工で
きるドライエッチング方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１のドライエッチング方法は、チャンバ内
に、このチャンバの壁面と電気的に絶縁された状態に電
極ステージを設け、上記チャンバ内にＣｌを含むエッチ
ング用ガスを導入しつつ、上記チャンバの壁面と上記電
極ステージとの間に高周波電圧を印加してプラズマを発
生させて、上記電極ステージ上に載置された試料表面の
Ｃｕ膜を上記プラズマによってドライエッチングするド
ライエッチング方法において、上記電極ステージの加熱
温度を、反応生成物であるＣｕ化合物がプラズマの光励
起エネルギを受けない状態で上記試料表面から脱離する
温度（脱離温度）よりも低い温度に設定するとともに、
上記チャンバの壁面のうち上記電極ステージに対向する
箇所に設けた第１の窓を通して、上記チャンバの外部か
ら上記試料表面に上記波長を持つレーザ光を垂直に照射
して、エッチング溝の底面に生じた上記Ｃｕ化合物をプ
ラズマの光励起エネルギによって脱離させる一方、上記
エッチング溝の側面に生じた上記Ｃｕ化合物を残留させ
ることを特徴としている。

【０００７】

【作用】請求項１のドライエッチング方法では、チャン
バの外部から第１の窓を通して試料表面に所定の波長を
持つレーザ光を照射する。このレーザ光によってプラズ
マが励起されて、試料表面でＣｕ膜のエッチング反応お
よび反応生成物であるＣｕ化合物の脱離が促進される。
したがって、電極ステージの加熱温度を、反応生成物で
あるＣｕ化合物がプラズマの光励起エネルギを受けない
状態で上記試料表面から脱離する温度よりも低い温度に
設定して、従来に比して低温でエッチングすることが可
能となる。また、チャンバの外部から試料表面にレーザ
光を垂直に照射するので、エッチング中に、試料表面に
できたエッチング溝の底面では、レーザ光が照射され
て、反応生成物であるＣｕ化合物の脱離がプラズマの光
励起エネルギによって促進される。一方、エッチング溝
の側面では、レーザ光がほとんど照射されないため、Ｃ
ｕ化合物が残留する。これにより、エッチング溝の底面
のみでエッチングが進行し、エッチング溝の側面ではエ
ッチングが進行しなくなる。したがって、Ｃu膜のよう
な反応生成物の揮発性が低い膜が、異方性を高めた状態
で寸法精度良く加工される。また、試料の温度を従来に
比して低温に設定しているので、試料表面に設けられた
エッチングマスクの変形や変質が防止される。したがっ
て、さらに加工精度が高まる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明のドライエッチング方法を実
施例により詳細に説明する。

【０００９】図１はこの発明を実施するのに用いるドラ
イエッチング装置を示している。なお、図４に示した従
来の装置と同一の構成部品には同一符号を付している。
この装置は、チャンバ６内に、電極として働くステージ
９を備えている。ステージ９は、対向電極として働くチ
ャンバ６の壁面に対して絶縁体１１によって電気的に絶
縁されている。上記チャンバ６の壁面のうちステージ９
に対向する箇所に、光を透過可能な第１の窓４を設けて
いる。また、チャンバ６の外部に、所定の光を発生する
光源１と、この光源１が発生した光２を導き、窓４を通
してステージ９上に照射する光学系(レンズ,反射鏡など
からなる)３を備えている。なお、チャンバ６の周りに
配置した磁石１４はプラズマ５の高密度化、均一化を図
るためのものである。イオンと異なり、光は磁場の影響
を受けないので照射光２への影響は無い。

【００１０】図３(a)に示したように、半導体基板１８
上に、層間絶縁膜１７,Ｃu膜１６が形成され、エッチン
グマスク１５が設けられた試料８をドライエッチングす
るものとする(１９はエッチングすべき面を示してい
る。)。

【００１１】この試料８を、図１に示すように、ステー
ジ９の上に載置する。エッチング用ガスをガス導入口１
３からチャンバ６内に導入しつつ、高周波源１２によっ
てステージ９とチャンバ６の壁面との間に高周波電圧を
印加する。これにより、チャンバ６内にプラズマ５を発
生させて、試料８の表面をエッチングする。

【００１２】光２の照射は、プラズマ発生中またはプラ
ズマ発生と交互に行う。この光２によってプラズマ５を
励起して、プラズマ中の活性種とイオン衝撃および光励
起の相乗効果によって試料８の表面でエッチング反応お
よび反応生成物の脱離を促進することができる。したが
って、従来に比して低温でエッチングすることができ
る。また、上記窓４はステージ９に対向しているので、
光２は試料８の表面に略垂直に入射する。この結果、エ
ッチング中に、図３(b)に示すように、試料８の表面に
できたエッチング溝の底面２１では上記光が照射されて
エッチングが促進される一方、エッチング溝の側面２０
では光２がほとんど照射されないためエッチングが促進
されることはない。そこで、予め、ステージ９の温度
(試料８の温度)を脱離温度よりも少しだけ低く設定して
おく。すなわち、光照射があれば光励起されたプラズマ
によって反応生成物が脱離するが、光照射が無ければ反
応生成物が脱離しない温度に設定する。これにより、エ
ッチング溝の底面２１のみでエッチングを進行させ、エ
ッチング溝の側面２０ではエッチングの進行を抑えるこ
とができる。なお、エッチング溝の底面２１によって散
乱される反射光の影響が懸念されるが、励起光２の強度
や露光量を反応のしきい値付近に設定することによっ
て、エッチング溝の側面２０でのエッチングは起こらな
いようにすることができる。

【００１３】したがって、Ｃu膜１６のような反応生成
物の揮発性が低い膜を、異方性を高めた状態で寸法精度
良く加工することができる。また、上述ように試料８の
温度を低温に設定できるので、試料表面に設けられたエ
ッチングマスク１５の変形や変質を防止できる。したが
って、さらに加工精度を高めることができる。

【００１４】また、図１に示した光源１が発生する励起
光２の条件、すなわち波長や強度、露光時間を適当に選
ぶことによって、プラズマ中の活性種のうち所望の活性
種のみを選択的に励起することができる。したがって、
この装置は、Ｃu膜のエッチング以外にＳiＯ₂膜やＴiＮ
バリア層など多種類の膜のエッチングにも適用すること
ができる。例えば、サブミクロン以降の微細なパターン
のエッチングに適用する場合は、エキシマレーザ(ＫrＦ
波長２４９nm)など波長の短い光を用いる。多種類の膜
をエッチングする場合は、光源１,光学系３において励
起光２の条件を可変にするか、または、光源１とは別に
新たな光源を設けて励起光２の条件を切り替えできるよ
うにする。これにより、処理条件を変えて、多種類の膜
を連続的にエッチングすることができる。

【００１５】図２は上記ドライエッチング装置の改良例
を示している。

【００１６】Ｃu膜などをエッチングする場合は反応生
成物の揮発性が低いため、既に述べたように、反応生成
物がチャンバ６内の高温ステージ９以外の低温部分、例
えばエッチング終点検出用の窓(図示せず)に付着しやす
い。特に、上記装置では、反応生成物が窓４の内面に付
着したとき、光２の透過率が減少してエッチングを継続
できなくなるという問題がある。そこで、この例では、
チャンバ６の壁面のうち上記第１の窓４以外の箇所に、
光を透過可能な第２の窓２２,２２を設ける。そして、
チャンバ６の外部から窓２２を通してチャンバ６の内面
に所定の波長の励起光２２を照射する。これにより、例
えば窓４の内面に付着した反応生成物を、光励起された
プラズマによって除去することができる(図２の状態)。
つまり、チャンバ６を開かなくても反応生成物を除去す
ることができる。したがって、この装置によれば、エッ
チングを長時間継続することができ、作業能率を高める
ことができる。なお、窓２２を通して光２３を導入しな
いときは、シャッター２４を閉じて、窓２２自身に反応
生成物が付着するのを防ぐようにする。

【００１７】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１のド
ライエッチング方法によれば、Ｃu膜のような反応生成
物の揮発性が低い膜を、異方性を高めた状態で寸法精度
良く加工できる。また、試料表面に設けられたエッチン
グマスクの変形や変質を防止でき、さらに加工精度を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施するのに用いるドライエッチ
ング装置を示す図である。

【図２】上記ドライエッチング装置の改良例を示す図
である。

【図３】エッチング前後の試料の状態を示す図であ
る。

【図４】従来のドライエッチング装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１光源３光学系４第１の窓６チャンバ９ステージ１６Ｃu膜２２第２の窓

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバ内に、このチャンバの壁面と電
気的に絶縁された状態に電極ステージを設け、上記チャ
ンバ内にＣｌを含むエッチング用ガスを導入しつつ、上
記チャンバの壁面と上記電極ステージとの間に高周波電
圧を印加してプラズマを発生させて、上記電極ステージ
上に載置された試料表面のＣｕ膜を上記プラズマによっ
てドライエッチングするドライエッチング方法におい
て、上記電極ステージの加熱温度を、反応生成物であるＣｕ
化合物がプラズマの光励起エネルギを受けない状態で上
記試料表面から脱離する温度よりも低い温度に設定する
とともに、上記チャンバの壁面のうち上記電極ステージに対向する
箇所に設けた第１の窓を通して、上記チャンバの外部か
ら上記試料表面に上記波長を持つレーザ光を垂直に照射
して、エッチング溝の底面に生じた上記Ｃｕ化合物をプ
ラズマの光励起エネルギによって脱離させる一方、上記
エッチング溝の側面に生じた上記Ｃｕ化合物を残留させ
ることを特徴とするドライエッチング方法。