JP3203752B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JP3203752B2 JP3203752B2 JP09603692A JP9603692A JP3203752B2 JP 3203752 B2 JP3203752 B2 JP 3203752B2 JP 09603692 A JP09603692 A JP 09603692A JP 9603692 A JP9603692 A JP 9603692A JP 3203752 B2 JP3203752 B2 JP 3203752B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造分野等
において銅（Ｃｕ）系材料層をエッチングするためのド
ライエッチング方法に関し、特にレジスト・マスクが使
用できる程度のウェハ温度領域で信頼性の高いＣｕ系配
線パターンを形成する方法に関する。
において銅（Ｃｕ）系材料層をエッチングするためのド
ライエッチング方法に関し、特にレジスト・マスクが使
用できる程度のウェハ温度領域で信頼性の高いＣｕ系配
線パターンを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等にみられるように
半導体装置の高集積化及び高性能化が進むに伴い、配線
パターンのデザイン・ルールもサブミクロンさらにはク
ォーターミクロンに微細化が図られている。従来、半導
体装置における配線形成はアルミニウム（Ａｌ）系材料
によるものが主流である。しかし、Ａｌ系配線では線幅
が０．５μｍよりも細くなるとエレクトロ・マイグレー
ション耐性、ストレス・マイグレーション耐性等が劣化
して配線の信頼性が劣化する上に、低抵抗化を図ろうと
すると配線パターンのアスペクト比が１〜２と大きくな
り、後工程において絶縁膜による平坦化等が困難とな
る。
半導体装置の高集積化及び高性能化が進むに伴い、配線
パターンのデザイン・ルールもサブミクロンさらにはク
ォーターミクロンに微細化が図られている。従来、半導
体装置における配線形成はアルミニウム（Ａｌ）系材料
によるものが主流である。しかし、Ａｌ系配線では線幅
が０．５μｍよりも細くなるとエレクトロ・マイグレー
ション耐性、ストレス・マイグレーション耐性等が劣化
して配線の信頼性が劣化する上に、低抵抗化を図ろうと
すると配線パターンのアスペクト比が１〜２と大きくな
り、後工程において絶縁膜による平坦化等が困難とな
る。
【０００３】かかる背景から、Ｃｕ系配線が注目されて
いる。Ｃｕはエレクトロマイグレーション耐性が高い
上、その電気抵抗率は約１．４μΩｃｍであり、Ａｌの
半分程度に過ぎない。したがって、同じ線幅の配線パタ
ーンを形成したとしても、Ｃｕ系配線はＡｌ系配線に比
べて膜厚を薄くすることができ、多層配線を行う場合等
において有利となる。
いる。Ｃｕはエレクトロマイグレーション耐性が高い
上、その電気抵抗率は約１．４μΩｃｍであり、Ａｌの
半分程度に過ぎない。したがって、同じ線幅の配線パタ
ーンを形成したとしても、Ｃｕ系配線はＡｌ系配線に比
べて膜厚を薄くすることができ、多層配線を行う場合等
において有利となる。
【０００４】しかし、Ｃｕ系の金属材料のドライエッチ
ングには技術的な困難が多く、Ｃｕ配線に適用すること
が困難である。まず、Ｃｕは酸化され易い金属であるた
め、Ｃｕ系材料層の表面は常に酸化銅で被覆され、不動
態化しているという問題がある。酸化銅の被膜が存在す
ると、エッチング・ガスとＣｕとの間の化学反応が抑制
されてエッチング速度が低下するほか、酸化銅被膜がマ
スクとして機能した場合にはこの下側のＣｕ系材料層が
除去されず、ウェハ上にエッチング残渣が発生するとい
う不都合がある。また、Ｃｕは、Ａｌ系材料層のエッチ
ング・ガスとして一般に用いられている塩素系ガスでは
エッチングが困難である。これは、反応生成物である塩
化銅の蒸気圧が極めて低いからである。
ングには技術的な困難が多く、Ｃｕ配線に適用すること
が困難である。まず、Ｃｕは酸化され易い金属であるた
め、Ｃｕ系材料層の表面は常に酸化銅で被覆され、不動
態化しているという問題がある。酸化銅の被膜が存在す
ると、エッチング・ガスとＣｕとの間の化学反応が抑制
されてエッチング速度が低下するほか、酸化銅被膜がマ
スクとして機能した場合にはこの下側のＣｕ系材料層が
除去されず、ウェハ上にエッチング残渣が発生するとい
う不都合がある。また、Ｃｕは、Ａｌ系材料層のエッチ
ング・ガスとして一般に用いられている塩素系ガスでは
エッチングが困難である。これは、反応生成物である塩
化銅の蒸気圧が極めて低いからである。
【０００５】そこで、これらの問題を解決するための技
術が、従来から幾つか提案されている。例えば、Ｊａｐ
ａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ．，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．６，ｐ．Ｌ１
０７０〜Ｌ１０７２（１９８９）には、ウェハを２５０
℃付近に加熱しながらＳｉＣｌ４ とＮ２ の混合ガスに
よりＣｕ薄膜の反応性イオンエッチングを行う技術が報
告されている。この技術によれば、ウェハの加熱により
上述のようなエッチング残渣の発生が防止される他、気
相中における反応生成物であるＳｉｘＮｙを側壁保護に
利用して異方性加工を行うことができる。
術が、従来から幾つか提案されている。例えば、Ｊａｐ
ａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ．，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．６，ｐ．Ｌ１
０７０〜Ｌ１０７２（１９８９）には、ウェハを２５０
℃付近に加熱しながらＳｉＣｌ４ とＮ２ の混合ガスに
よりＣｕ薄膜の反応性イオンエッチングを行う技術が報
告されている。この技術によれば、ウェハの加熱により
上述のようなエッチング残渣の発生が防止される他、気
相中における反応生成物であるＳｉｘＮｙを側壁保護に
利用して異方性加工を行うことができる。
【０００６】また、特開平１−２３４５７８号公報に
は、エッチング・ガス中に数％のＨ２を添加することに
より、高温条件下で残留酸素との反応により表面に酸化
銅が形成されたとしても、これを還元しながら円滑にＣ
ｕ系材料層のドライエッチングを行う方法が開示されて
いる。
は、エッチング・ガス中に数％のＨ２を添加することに
より、高温条件下で残留酸素との反応により表面に酸化
銅が形成されたとしても、これを還元しながら円滑にＣ
ｕ系材料層のドライエッチングを行う方法が開示されて
いる。
【０００７】さらに、本願書出願人は先に特開平３−２
９５２３２号公報において、ウェハを２００℃を越えな
い温度に加熱した状態で、窒素系ガスと酸素系ガスの混
合ガス、分子内にＮ原子とＯ原子とを有するガス、ある
いはこれらにフッ素系ガスを添加した混合ガス等を用
い、Ｃｕを硝酸銅Ｃｕ（ＮＯ３）２の形で昇華除去させ
るエッチング方法を提案している。
９５２３２号公報において、ウェハを２００℃を越えな
い温度に加熱した状態で、窒素系ガスと酸素系ガスの混
合ガス、分子内にＮ原子とＯ原子とを有するガス、ある
いはこれらにフッ素系ガスを添加した混合ガス等を用
い、Ｃｕを硝酸銅Ｃｕ（ＮＯ３）２の形で昇華除去させ
るエッチング方法を提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術は
それぞれに解決すべき課題がある。
それぞれに解決すべき課題がある。
【０００８】まず、ＳｉｘＮｙを側壁保護に用いる方法
では、このＳｉｘＮｙがパーティクル汚染源になるおそ
れがある。
では、このＳｉｘＮｙがパーティクル汚染源になるおそ
れがある。
【０００９】また、ＳｉｘＮｙを側壁保護に用いる方法
及びＨ２により酸化銅を還元する方法では、いずれも高
温域のウェハ加熱を要するため、エッチング・マスクと
してレジスト・マスクを用いることができない。そこ
で、これらの方法では、ＳｉＯ２等の耐熱性材料をパタ
ーニングしてエッチング・マスクを形成することが必要
となるが、エッチング終了後にマスクを除去しようとす
ると層間絶縁膜に対して選択性がとれず、マスクを残し
て層間絶縁膜の一部として利用しようとするとウェハの
表面段差が増大してしまう。また、エッチング・マスク
の形成そのものに余分の工数がかかる。さらに、ウェハ
の高温加熱がかえってチャンバ内の残留酸素による酸化
銅被膜の形成を促進するという矛盾も生ずる。
及びＨ２により酸化銅を還元する方法では、いずれも高
温域のウェハ加熱を要するため、エッチング・マスクと
してレジスト・マスクを用いることができない。そこ
で、これらの方法では、ＳｉＯ２等の耐熱性材料をパタ
ーニングしてエッチング・マスクを形成することが必要
となるが、エッチング終了後にマスクを除去しようとす
ると層間絶縁膜に対して選択性がとれず、マスクを残し
て層間絶縁膜の一部として利用しようとするとウェハの
表面段差が増大してしまう。また、エッチング・マスク
の形成そのものに余分の工数がかかる。さらに、ウェハ
の高温加熱がかえってチャンバ内の残留酸素による酸化
銅被膜の形成を促進するという矛盾も生ずる。
【００１０】一方、Ｃｕを硝酸塩の形で除去する方法で
は、エッチング反応系にハロゲン系の活性種が存在しな
いため、マスク・パターンや下地の層間絶縁膜に対する
選択比が大きくとれる。また、ウェハの加熱が比較的低
温で済むため、レジスト・マスクをエッチング・マスク
として使用することができるという大きなメリットを有
する。しかし、エッチング・ガス系に酸素が関与してい
るため、ウェハ温度が低くてもＣｕ系材料層の表面には
やはり若干の酸化銅が形成され、場合によってはエッチ
ング残渣が発生したり配線抵抗が増大するという問題が
生ずる。
は、エッチング反応系にハロゲン系の活性種が存在しな
いため、マスク・パターンや下地の層間絶縁膜に対する
選択比が大きくとれる。また、ウェハの加熱が比較的低
温で済むため、レジスト・マスクをエッチング・マスク
として使用することができるという大きなメリットを有
する。しかし、エッチング・ガス系に酸素が関与してい
るため、ウェハ温度が低くてもＣｕ系材料層の表面には
やはり若干の酸化銅が形成され、場合によってはエッチ
ング残渣が発生したり配線抵抗が増大するという問題が
生ずる。
【００１１】そこで、本発明は、酸化銅の形成によるエ
ッチング残渣の発生、パーティクル汚染、配線抵抗の増
大、工数の増加等を招くことなく、レジスト・マスクを
使用してＣｕ系材料層をエッチングすることが可能なド
ライエッチング方法を提供することを目的とする。
ッチング残渣の発生、パーティクル汚染、配線抵抗の増
大、工数の増加等を招くことなく、レジスト・マスクを
使用してＣｕ系材料層をエッチングすることが可能なド
ライエッチング方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するために提案されるものであり、ヨウ素系化合物
を含むエッチング・ガスを用い、被エッチング基板を加
熱しながら銅系材料層をエッチングするドライエッチン
グ方法であって、前記エッチング・ガスに、側壁保護膜
形成用のガスとして臭素系化合物を添加し、銅の臭化物
を側壁保護膜として形成しつつ、前記銅系材料層をエッ
チングするものである。
達成するために提案されるものであり、ヨウ素系化合物
を含むエッチング・ガスを用い、被エッチング基板を加
熱しながら銅系材料層をエッチングするドライエッチン
グ方法であって、前記エッチング・ガスに、側壁保護膜
形成用のガスとして臭素系化合物を添加し、銅の臭化物
を側壁保護膜として形成しつつ、前記銅系材料層をエッ
チングするものである。
【００１３】また、本発明は、塩素系化合物とヨウ素系
化合物とを含むエッチング・ガスを用い、被エッチング
基板を加熱しながらＣｕ系材料層を実質的にその層厚を
越えない深さまでエッチングするジャストエッチング工
程と、臭素系化合物とヨウ素系化合物とを含むエッチン
グ・ガスを用い、被エッチング基板を加熱しながら前記
Ｃｕ系材料層の残余部をエッチングするオーバーエッチ
ング工程とを有するドライエッチング方法である。
化合物とを含むエッチング・ガスを用い、被エッチング
基板を加熱しながらＣｕ系材料層を実質的にその層厚を
越えない深さまでエッチングするジャストエッチング工
程と、臭素系化合物とヨウ素系化合物とを含むエッチン
グ・ガスを用い、被エッチング基板を加熱しながら前記
Ｃｕ系材料層の残余部をエッチングするオーバーエッチ
ング工程とを有するドライエッチング方法である。
【００１４】
【作用】本発明者は、レジスト・マスクを用いて酸化銅
の生成を抑制しながらＣｕ系材料層のエッチングを行う
ためには、酸素を含まず、かつＣｕと反応して２００℃
以下のウェハ温度領域でも十分に脱離できる程度の蒸気
圧を有する反応生成物を与えるような化学種が必要であ
ると考え、ヨウ素に着目した。
の生成を抑制しながらＣｕ系材料層のエッチングを行う
ためには、酸素を含まず、かつＣｕと反応して２００℃
以下のウェハ温度領域でも十分に脱離できる程度の蒸気
圧を有する反応生成物を与えるような化学種が必要であ
ると考え、ヨウ素に着目した。
【００１５】ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅ
ｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，７１ｓｔ Ｅ
ｄｉｔｉｏｎ，６−５１（ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎ
ｃ．）、あるいは同５３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｄ−１
７２に記載されている無機化合物の蒸気圧のデータによ
ると、１〜７６０ｍｍＨｇ（＝１．３３×１０２〜１．
０１×１０５Ｐａ）の蒸気圧を示す時の温度は、Ｃｕ２
Ｉ２がＣｕ２Ｃｌ２，Ｃｕ２Ｂｒ２のいずれよりも低い
ことが明らかである。このことは、換言すれば、同一の
温度におけるＣｕ２Ｉ２の蒸気圧が、Ｃｕ２Ｃｌ２，Ｃ
ｕ２Ｂｒ２のいずれの蒸気圧よりも高いということであ
る。通常のドライエッチングが行われるエッチング反応
系のガス圧は、上述の圧力範囲よりは遙かに低い領域に
属しているが、かかる低圧下でも同様の傾向は維持され
ている。
ｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，７１ｓｔ Ｅ
ｄｉｔｉｏｎ，６−５１（ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎ
ｃ．）、あるいは同５３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｄ−１
７２に記載されている無機化合物の蒸気圧のデータによ
ると、１〜７６０ｍｍＨｇ（＝１．３３×１０２〜１．
０１×１０５Ｐａ）の蒸気圧を示す時の温度は、Ｃｕ２
Ｉ２がＣｕ２Ｃｌ２，Ｃｕ２Ｂｒ２のいずれよりも低い
ことが明らかである。このことは、換言すれば、同一の
温度におけるＣｕ２Ｉ２の蒸気圧が、Ｃｕ２Ｃｌ２，Ｃ
ｕ２Ｂｒ２のいずれの蒸気圧よりも高いということであ
る。通常のドライエッチングが行われるエッチング反応
系のガス圧は、上述の圧力範囲よりは遙かに低い領域に
属しているが、かかる低圧下でも同様の傾向は維持され
ている。
【００１６】したがって、ヨウ素を含むエッチング反応
系においてＣｕ２Ｉ２を生成させれば、塩素系ガスを用
いてＣｕ２Ｃｌ２を生成させる場合よりウェハ温度を低
下させても反応生成物の脱離が十分可能となるわけであ
る。この場合のウェハ温度は、およそ２００℃以下に設
定すれば良い。したがって、レジスト・マスクをエッチ
ング・マスクとして使用することが可能となり、工数が
増大する懸念がない。
系においてＣｕ２Ｉ２を生成させれば、塩素系ガスを用
いてＣｕ２Ｃｌ２を生成させる場合よりウェハ温度を低
下させても反応生成物の脱離が十分可能となるわけであ
る。この場合のウェハ温度は、およそ２００℃以下に設
定すれば良い。したがって、レジスト・マスクをエッチ
ング・マスクとして使用することが可能となり、工数が
増大する懸念がない。
【００１７】かかるエッチングは、最も単純にはヨウ化
水素（ＨＩ）を含むエッチング・ガスを使用すれば実現
できる。なお、ＨＩを用いた場合の副次的効果として
は、対レジスト選択性の向上が期待できる。これは、本
願出願人が先に特願平３−９１５４４号明細書において
述べているように、レジスト・マスクの分解生成物にＨ
が含有されるとその堆積が促進されることに基づいてい
る。Ｈ−Ｉ結合の原子間結合エネルギーはＨ−Ｃｌ結合
やＨ−Ｂｒ結合のそれに比べて小さいので、ＨＩは他の
ハロゲン化水素に比べて放電解離条件下で効率良くＨを
生成することができ、炭素系ポリマーの堆積が促進され
るからである。
水素（ＨＩ）を含むエッチング・ガスを使用すれば実現
できる。なお、ＨＩを用いた場合の副次的効果として
は、対レジスト選択性の向上が期待できる。これは、本
願出願人が先に特願平３−９１５４４号明細書において
述べているように、レジスト・マスクの分解生成物にＨ
が含有されるとその堆積が促進されることに基づいてい
る。Ｈ−Ｉ結合の原子間結合エネルギーはＨ−Ｃｌ結合
やＨ−Ｂｒ結合のそれに比べて小さいので、ＨＩは他の
ハロゲン化水素に比べて放電解離条件下で効率良くＨを
生成することができ、炭素系ポリマーの堆積が促進され
るからである。
【００１８】さらに、本発明では、ヨウ素系化合物を臭
素系化合物と組み合わせるプロセスも提案する。これ
は、ガス圧やウェハ温度を最適化することにより、ヨウ
素系化学種を主エッチング種として用い、Ｃｕ２Ｉ２よ
りも蒸気圧の低いＣｕ２Ｂｒ２は側壁保護膜として使用
することを意図しているからである。
素系化合物と組み合わせるプロセスも提案する。これ
は、ガス圧やウェハ温度を最適化することにより、ヨウ
素系化学種を主エッチング種として用い、Ｃｕ２Ｉ２よ
りも蒸気圧の低いＣｕ２Ｂｒ２は側壁保護膜として使用
することを意図しているからである。
【００１９】本発明ではさらに、Ｃｕ系材料層とその下
地材料層との界面付近において下地選択性を向上できる
プロセスを提案する。すなわち、Ｃｕ系材料層を実質的
にその層厚を越えない深さまでエッチングするジャスト
エッチング工程ではヨウ素系化合物と塩素系化合物との
混合ガスを用い、Ｃｕ系材料層の残余部をエッチングす
るオーバーエッチング工程ではヨウ素系化合物と臭素系
化合物との混合ガスを用いる。Ｃｕ系材料層の下地材料
層は、通常はＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜である。Ｂ
ｒはＣｌよりも原子半径が大きく、Ｓｉとの反応性も低
いので、このようにガス組成を切り替えることで、高い
下地選択性が得られる。
地材料層との界面付近において下地選択性を向上できる
プロセスを提案する。すなわち、Ｃｕ系材料層を実質的
にその層厚を越えない深さまでエッチングするジャスト
エッチング工程ではヨウ素系化合物と塩素系化合物との
混合ガスを用い、Ｃｕ系材料層の残余部をエッチングす
るオーバーエッチング工程ではヨウ素系化合物と臭素系
化合物との混合ガスを用いる。Ｃｕ系材料層の下地材料
層は、通常はＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜である。Ｂ
ｒはＣｌよりも原子半径が大きく、Ｓｉとの反応性も低
いので、このようにガス組成を切り替えることで、高い
下地選択性が得られる。
【００２０】本発明ではエッチング反応系に酸素が関与
していないため、酸化銅の生成やこれに伴うエッチング
残渣の発生、配線抵抗の増大といった問題も生じない。
していないため、酸化銅の生成やこれに伴うエッチング
残渣の発生、配線抵抗の増大といった問題も生じない。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００２２】実施例１ 本実施例は、ＨＩを用い、レジスト・マスクを介してＣ
ｕ層をエッチングした例である。このプロセスを、図１
を参照しながら説明する。
ｕ層をエッチングした例である。このプロセスを、図１
を参照しながら説明する。
【００２３】本実施例でエッチング・サンプルとして使
用したウェハは、図１（ａ）に示されるように、ＳｉＯ
２層間絶縁膜１上にＣｕ層２が形成され、さらにこのＣ
ｕ層２の上に所定のパターンにレジスト・マスク３が形
成されてなるものである。
用したウェハは、図１（ａ）に示されるように、ＳｉＯ
２層間絶縁膜１上にＣｕ層２が形成され、さらにこのＣ
ｕ層２の上に所定のパターンにレジスト・マスク３が形
成されてなるものである。
【００２４】このウェハを、マグネトロンＲＩＥ（反応
性イオン・エッチング）装置のウェハ・ステージにセッ
トした。ここで、上記ウェハ・ステージは、内蔵ヒータ
によりウェハを所定の温度に加熱できるようになされて
いる。一例として、下記の条件でＣｕ層２をエッチング
した。
性イオン・エッチング）装置のウェハ・ステージにセッ
トした。ここで、上記ウェハ・ステージは、内蔵ヒータ
によりウェハを所定の温度に加熱できるようになされて
いる。一例として、下記の条件でＣｕ層２をエッチング
した。
【００２５】 ＨＩ流量 ５０ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０Ｐａ ＲＦパワー密度 １．２Ｗ／ｃｍ２（１３．５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０−２Ｔ（＝１５０Ｇ） ウェハ温度 ２００℃ ただし、上記のウェハ温度には、エッチング中のプラズ
マ輻射熱や反応熱等による昇温の寄与も含まれており、
内蔵ヒータのみでウェハを２００℃に加熱しているわけ
ではない。
マ輻射熱や反応熱等による昇温の寄与も含まれており、
内蔵ヒータのみでウェハを２００℃に加熱しているわけ
ではない。
【００２６】このエッチング過程では、ＨＩから解離生
成したＩ＋，Ｉ＊等の作用によりＣｕ２Ｉ２が生成し、
この反応生成物がウェハ加熱条件下で速やかに脱離する
機構でエッチングが進行した。また、Ｉ＋のイオン・ス
パッタ作用によりレジスト・マスク３から生成した分解
生成物にＨが取り込まれて炭素系ポリマーの堆積が促進
され、この炭素系ポリマーの側壁保護効果によりエッチ
ングは異方的に進行した。
成したＩ＋，Ｉ＊等の作用によりＣｕ２Ｉ２が生成し、
この反応生成物がウェハ加熱条件下で速やかに脱離する
機構でエッチングが進行した。また、Ｉ＋のイオン・ス
パッタ作用によりレジスト・マスク３から生成した分解
生成物にＨが取り込まれて炭素系ポリマーの堆積が促進
され、この炭素系ポリマーの側壁保護効果によりエッチ
ングは異方的に進行した。
【００２７】この結果、図１（ｂ）に示されるように、
異方性形状を有するＣｕ配線２ａが形成された。このと
き、エッチング反応系には酸素が関与していないため、
エッチング残渣の発生や配線抵抗の上昇等はみられなか
った。また、ウェハ温度が２００℃程度であるため、レ
ジスト・マスク３の熱変形等も生じなかった。
異方性形状を有するＣｕ配線２ａが形成された。このと
き、エッチング反応系には酸素が関与していないため、
エッチング残渣の発生や配線抵抗の上昇等はみられなか
った。また、ウェハ温度が２００℃程度であるため、レ
ジスト・マスク３の熱変形等も生じなかった。
【００２８】実施例２ 本実施例は、実施例１と同様のエッチングをＨＩ／ＨＣ
ｌ混合ガスを用いて行った例である。
ｌ混合ガスを用いて行った例である。
【００２９】まず、図１（ａ）に示されるウェハをマグ
ネトロンＲＩＥ装置にセットし、一例として下記の条件
でＣｕ層２をエッチングした。
ネトロンＲＩＥ装置にセットし、一例として下記の条件
でＣｕ層２をエッチングした。
【００３０】 ＨＩ流量 ３５ＳＣＣＭ ＨＣｌ流量 １５ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０Ｐａ ＲＦパワー密度 １．０Ｗ／ｃｍ２（１３．５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０−２Ｔ（＝１５０Ｇ） ウェハ温度 ２００℃ このエッチング過程では、Ｉ＋，Ｉ＊等のヨウ素系化学
種が主エッチング種となってエッチングが進行し、Ｃｕ
層２はＣｕ２Ｉ２の形で除去された。エッチング反応系
にはＣｕ２Ｃｌ２も生成するが、これはＣｕ２Ｉ２より
も蒸気圧が低いので、その少なくとも一部は側壁保護に
寄与した。したがって、実施例１よりもＲＦパワー密度
を低下させた条件でも、図１（ｂ）に示されるように、
良好な異方性形状を有するＣｕ配線２ａを形成すること
ができた。
種が主エッチング種となってエッチングが進行し、Ｃｕ
層２はＣｕ２Ｉ２の形で除去された。エッチング反応系
にはＣｕ２Ｃｌ２も生成するが、これはＣｕ２Ｉ２より
も蒸気圧が低いので、その少なくとも一部は側壁保護に
寄与した。したがって、実施例１よりもＲＦパワー密度
を低下させた条件でも、図１（ｂ）に示されるように、
良好な異方性形状を有するＣｕ配線２ａを形成すること
ができた。
【００３１】実施例３ 本実施例は、同様のエッチングをＨＩ／ＨＢｒ混合ガス
を用いて行った例である。
を用いて行った例である。
【００３２】まず、図１（ａ）に示されるウェハをマグ
ネトロンＲＩＥ装置にセットし、一例として下記の条件
でＣｕ層２をエッチングした。
ネトロンＲＩＥ装置にセットし、一例として下記の条件
でＣｕ層２をエッチングした。
【００３３】 ＨＩ流量 ３５ＳＣＣＭ ＨＢｒ流量 ２０ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０Ｐａ ＲＦパワー密度 １．０Ｗ／ｃｍ２（１３．５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０−２Ｔ（＝１５０Ｇ） ウェハ温度 ２００℃ 本実施例では、実施例２のＨＣｌに代えてＨＢｒを使用
している。エッチング反応生成物であるＣｕ２Ｂｒ２の
少なくとも一部は、側壁保護に寄与した。また、本実施
例ではＣｌに比べて化学的スパッタ率の低いＢｒを使用
することにより、ＳｉＯ２層間絶縁膜１に対する選択比
を実施例２よりも向上させることができた。
している。エッチング反応生成物であるＣｕ２Ｂｒ２の
少なくとも一部は、側壁保護に寄与した。また、本実施
例ではＣｌに比べて化学的スパッタ率の低いＢｒを使用
することにより、ＳｉＯ２層間絶縁膜１に対する選択比
を実施例２よりも向上させることができた。
【００３４】実施例４ 本実施例は，Ｃｕ層のエッチングを２段階化し、最初の
ジャストエッチング工程ではＨＩ／ＢＣｌ３混合ガス、
続くオーバーエッチング工程ではＨＩ／ＨＢｒ混合ガス
を用いた例である。このプロセスを、前出の図１に加え
て図２を参照しながら説明する。
ジャストエッチング工程ではＨＩ／ＢＣｌ３混合ガス、
続くオーバーエッチング工程ではＨＩ／ＨＢｒ混合ガス
を用いた例である。このプロセスを、前出の図１に加え
て図２を参照しながら説明する。
【００３５】まず、図１（ａ）に示されるウェハをマグ
ネトロンＲＩＥ装置にセットし、一例として下記の条件
でＣｕ層２をジャストエッチングした。
ネトロンＲＩＥ装置にセットし、一例として下記の条件
でＣｕ層２をジャストエッチングした。
【００３６】 ＨＩ流量 ３５ＳＣＣＭ ＢＣｌ３ 流量 １５ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０Ｐａ ＲＦパワー密度 １．２Ｗ／ｃｍ２（１３．５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０−２Ｔ（＝１５０Ｇ） ウェハ温度 ２００℃ 上記ＢＣｌ３は、Ａｌ系材料層のエッチングで一般的に
用いられていることからも明らかなように強い還元性を
有しており、自然酸化膜を還元することができる。ま
た、ＢＣｌ３から解離生成するＢＣｌｘ ＋の入射イオ
ン・エネルギーは、イオン・アシスト反応に利用するこ
とができる。したがって、このジャストエッチング工程
は極めて高速に進行した。Ｃｕ層２の層厚の大半をエッ
チングするジャストエッチング工程がこのように高速化
されることは、スループットの大幅な改善につながる。
用いられていることからも明らかなように強い還元性を
有しており、自然酸化膜を還元することができる。ま
た、ＢＣｌ３から解離生成するＢＣｌｘ ＋の入射イオ
ン・エネルギーは、イオン・アシスト反応に利用するこ
とができる。したがって、このジャストエッチング工程
は極めて高速に進行した。Ｃｕ層２の層厚の大半をエッ
チングするジャストエッチング工程がこのように高速化
されることは、スループットの大幅な改善につながる。
【００３７】このエッチングにより、図２に示されるよ
うに、異方性形状を有するＣｕ配線２ａがほぼ完成され
たが、被エッチング領域にはＣｕ層２の残余部２ｂが若
干残存していた。
うに、異方性形状を有するＣｕ配線２ａがほぼ完成され
たが、被エッチング領域にはＣｕ層２の残余部２ｂが若
干残存していた。
【００３８】そこで、上記残余部２ｂを除去するための
オーバーエッチングを、一例として下記の条件で行っ
た。
オーバーエッチングを、一例として下記の条件で行っ
た。
【００３９】 ＨＩ流量 ３５ＳＣＣＭ ＨＢｒ流量 ２５ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０Ｐａ ＲＦパワー密度 ０．８Ｗ／ｃｍ２（１３．５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０−２Ｔ（＝１５０Ｇ） ウェハ温度 ２００℃ このオーバーエッチング工程では、ジャストエッチング
工程でのＣｌ系化学種に代わってＢｒ系化学種が生成し
ており、しかもジャストエッチング工程に比べてＲＦパ
ワー密度を下げることによりエッチング・ガスの解離が
抑制され、イオン入射エネルギーも低減されている。こ
れにより、下地のＳｉＯ２層間絶縁膜１に対する選択比
を実施例３よりもさらに向上させることができた。
工程でのＣｌ系化学種に代わってＢｒ系化学種が生成し
ており、しかもジャストエッチング工程に比べてＲＦパ
ワー密度を下げることによりエッチング・ガスの解離が
抑制され、イオン入射エネルギーも低減されている。こ
れにより、下地のＳｉＯ２層間絶縁膜１に対する選択比
を実施例３よりもさらに向上させることができた。
【００４０】以上、本発明を４例の実施例に基づいて説
明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるも
のではない。
明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるも
のではない。
【００４１】例えば、塩素系化合物として上述の実施例
ではＨＣｌ，ＢＣｌ３を例示したが、Ｃｌ２，ＳｉＣｌ
４等であっても良い。
ではＨＣｌ，ＢＣｌ３を例示したが、Ｃｌ２，ＳｉＣｌ
４等であっても良い。
【００４２】臭素系化合物としてはＨＢｒを例示した
が、Ｂｒ２，ＢＢｒ３等であっても良い。
が、Ｂｒ２，ＢＢｒ３等であっても良い。
【００４３】本発明で使用するエッチング・ガスには、
冷却効果、希釈効果、スパッタリング効果等を得る意味
でＨｅ，Ａｒ等の希ガスを適宜添加しても良い。
冷却効果、希釈効果、スパッタリング効果等を得る意味
でＨｅ，Ａｒ等の希ガスを適宜添加しても良い。
【００４４】さらに、ウェハの構成、エッチング装置、
エッチング条件等は適宜変更可能である。
エッチング条件等は適宜変更可能である。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば、レジスト・マスクが使用できる温度範
囲で、エッチング残渣を発生させたり配線抵抗を上昇さ
せたりすることなくＣｕ系材料層の異方性エッチングを
行うことが可能となる。これにより、生産性を犠牲にせ
ず、信頼性の高いＣｕ系配線パターンを形成することが
可能となる。
明を適用すれば、レジスト・マスクが使用できる温度範
囲で、エッチング残渣を発生させたり配線抵抗を上昇さ
せたりすることなくＣｕ系材料層の異方性エッチングを
行うことが可能となる。これにより、生産性を犠牲にせ
ず、信頼性の高いＣｕ系配線パターンを形成することが
可能となる。
【図１】本発明を適用したプロセス例をその工程順にし
たがって示す概略断面図であり、（ａ）はＣｕ層上にレ
ジスト・マスクが形成された状態、（ｂ）はエッチング
によりＣｕ配線が形成された状態をそれぞれ表す。
たがって示す概略断面図であり、（ａ）はＣｕ層上にレ
ジスト・マスクが形成された状態、（ｂ）はエッチング
によりＣｕ配線が形成された状態をそれぞれ表す。
【図２】本発明を適用した他のプロセス例において、Ｃ
ｕ配線が途中まで形成された状態を示す概略断面図であ
る。
ｕ配線が途中まで形成された状態を示す概略断面図であ
る。
１ ＳｉＯ２ 層間絶縁膜、 ２ Ｃｕ層、 ２ａ Ｃ
ｕ配線、 ２ｂ Ｃｕ層の残余部、 ３ レジスト・マ
スク
ｕ配線、 ２ｂ Ｃｕ層の残余部、 ３ レジスト・マ
スク
Claims (2)
- 【請求項１】 ヨウ素系化合物を含むエッチング・ガス
を用い、被エッチング基板を加熱しながら銅系材料層を
エッチングするドライエッチング方法であって、 前記エッチング・ガスに、側壁保護膜形成用のガスとし
て臭素系化合物を添加し、銅の臭化物を側壁保護膜とし
て形成しつつ、前記銅系材料層をエッチングすることを
特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項２】 塩素系化合物とヨウ素系化合物とを含む
エッチング・ガスを用い、被エッチング基板を加熱しな
がら銅系材料層を実質的にその層厚を越えない深さまで
エッチングするジャストエッチング工程と、 臭素系化合物とヨウ素系化合物とを含むエッチング・ガ
スを用い、被エッチング基板を加熱しながら前記銅系材
料層の残余部をエッチングするオーバーエッチング工程
とを有することを特徴とするドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09603692A JP3203752B2 (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09603692A JP3203752B2 (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275388A JPH05275388A (ja) | 1993-10-22 |
| JP3203752B2 true JP3203752B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=14154251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09603692A Expired - Lifetime JP3203752B2 (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3203752B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6010603A (en) * | 1997-07-09 | 2000-01-04 | Applied Materials, Inc. | Patterned copper etch for micron and submicron features, using enhanced physical bombardment |
| US6008140A (en) * | 1997-08-13 | 1999-12-28 | Applied Materials, Inc. | Copper etch using HCI and HBr chemistry |
| US5968847A (en) * | 1998-03-13 | 1999-10-19 | Applied Materials, Inc. | Process for copper etch back |
-
1992
- 1992-03-24 JP JP09603692A patent/JP3203752B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05275388A (ja) | 1993-10-22 |
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