JP3213820B2 - 半導体基板上のデバイスの製造中に平行板反応器内で耐火性金属層をエッチングする方法 - Google Patents
半導体基板上のデバイスの製造中に平行板反応器内で耐火性金属層をエッチングする方法Info
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- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスの分野に
関するものであり、更に詳しくいえば、タングステン
（Ｗ）のような加工しにくい金属のブランケット層をエ
ッチングするために構成されたエッチング法に関するも
のである。
関するものであり、更に詳しくいえば、タングステン
（Ｗ）のような加工しにくい金属のブランケット層をエ
ッチングするために構成されたエッチング法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、シリ
コン基板の表面上の誘電体の、下側のデバイス領域へ接
触させることが必要である。これは、接触すべき領域の
上側の誘電体に穴すなわちバイア（接触バイア）をまず
設け、次にその接触バイアに導電性物質を充填すること
により行われる。バイアに導電性物質を充填することに
加えて、デバイスのある領域を他の領域へ電気的に接続
すること、および外部リードへ電気的に接続することが
必要である。それらの要求は、基板の表面上に配線層を
形成することにより満たされる。バイアが設けられてい
る誘電体層の上に導電性物質を付着することにより、配
線層が形成される。それから、その導電層をマスクし、
エッチングして、基板のデバイス領域へ適切な接続を行
うために必要な導電性物質の連続線を残す。それらの線
は相互接続として知られている。
コン基板の表面上の誘電体の、下側のデバイス領域へ接
触させることが必要である。これは、接触すべき領域の
上側の誘電体に穴すなわちバイア（接触バイア）をまず
設け、次にその接触バイアに導電性物質を充填すること
により行われる。バイアに導電性物質を充填することに
加えて、デバイスのある領域を他の領域へ電気的に接続
すること、および外部リードへ電気的に接続することが
必要である。それらの要求は、基板の表面上に配線層を
形成することにより満たされる。バイアが設けられてい
る誘電体層の上に導電性物質を付着することにより、配
線層が形成される。それから、その導電層をマスクし、
エッチングして、基板のデバイス領域へ適切な接続を行
うために必要な導電性物質の連続線を残す。それらの線
は相互接続として知られている。
【０００３】何種類かの導電性物質を接触バイア充填材
として使用できる。より大きい形状のデバイスにおいて
は、バイアの充填と相互接続の形成は同時に行う。アル
ミニウムを基板全体、バイアの内へも付着させる。次
に、バイアおよび相互接続の上側の区域をフォトレジス
トでマスクして、残りの区域からアルミニウムをエッチ
ングして除去し、アルミニウムを充填されているバイア
の部分及び誘電体層の表面の相互接続を形成された部分
を残す。
として使用できる。より大きい形状のデバイスにおいて
は、バイアの充填と相互接続の形成は同時に行う。アル
ミニウムを基板全体、バイアの内へも付着させる。次
に、バイアおよび相互接続の上側の区域をフォトレジス
トでマスクして、残りの区域からアルミニウムをエッチ
ングして除去し、アルミニウムを充填されているバイア
の部分及び誘電体層の表面の相互接続を形成された部分
を残す。
【０００４】形状がサブミクロンレベルまで小さくな
り、デバイスが基板表面にますます密に形成されるにつ
れて、デバイス領域へ接触させるための穴すなわちバイ
アのアスペクト比（幅に対する深さの比）はしだいに高
くなる。アスペクト比が高いデバイスにおいてはアルミ
ニウム付着単独では適切でないことが判明している。遭
遇する問題にはステップ被覆が貧弱であること、接触の
完全性が貧弱であること、および平面度が適切でないこ
とが含まれる。
り、デバイスが基板表面にますます密に形成されるにつ
れて、デバイス領域へ接触させるための穴すなわちバイ
アのアスペクト比（幅に対する深さの比）はしだいに高
くなる。アスペクト比が高いデバイスにおいてはアルミ
ニウム付着単独では適切でないことが判明している。遭
遇する問題にはステップ被覆が貧弱であること、接触の
完全性が貧弱であること、および平面度が適切でないこ
とが含まれる。
【０００５】それらの欠点を克服するために、サブミク
ロンの接点を有するデバイスには、接触充填として、ア
ルミニウムの付着およびパターン化の前に、タングステ
ンおよびその他の加工しにくい金属が用いられている。
たとえば、ブランケットタングステン層（タングステン
「膜」）を付着し、その後で、基板の表面から付着され
ているタングステンを除去するためにエッチバックし、
接触穴すなわちバイア内にタングステン膜すなわち栓を
残す。それからアルミニウム層を付着して、充填されて
いる接触バイアを含めて基板表面を被覆する。次に、そ
のアルミニウム膜をパターン化し、エッチングして相互
接続を形成する。
ロンの接点を有するデバイスには、接触充填として、ア
ルミニウムの付着およびパターン化の前に、タングステ
ンおよびその他の加工しにくい金属が用いられている。
たとえば、ブランケットタングステン層（タングステン
「膜」）を付着し、その後で、基板の表面から付着され
ているタングステンを除去するためにエッチバックし、
接触穴すなわちバイア内にタングステン膜すなわち栓を
残す。それからアルミニウム層を付着して、充填されて
いる接触バイアを含めて基板表面を被覆する。次に、そ
のアルミニウム膜をパターン化し、エッチングして相互
接続を形成する。
【０００６】このタングステン法において遭遇する一つ
の問題は、膜の大半がシリコン基板の表面から除去され
た時に（すなわち、膜が「一掃された」時に）、タング
ステンのエッチング速度が接触穴の中で急激に高くな
る、といういわゆる「マイクロローディング効果」であ
る。この結果として、接触充填材すなわち栓が誘電体の
表面の下へへこんで、時には、エッチングの終わりまで
に完全に除去されることになる。マイクロローディング
効果のために、基板表面の他の全ての部分から金属の大
部分が完全に除去されるようにしながら、一様な接触充
填を行うことが極めて困難である。基板表面における金
属層の厚さの僅かな不均一、またはエッチング作業の不
均一のために、基板表面のある部分における金属の大半
が、他の部分における金属よりも早くエッチングさせら
れる。表面の全ての部分から大部分の金属を完全にエッ
チングするために僅かな過大エッチングが採用されたと
しても、接触穴を充填している金属は、表面のうち、金
属の除去が最初に行われる部分で迅速なエッチングが始
まる。従って、接触穴の充填レベルに極端な不均一が生
じる。金属が最後に除去される部分における接触穴内の
充填物は完全にエッチングされない、すなわち、この部
分における接触穴はタングステンが完全に充填され、バ
ルク金属が早く除去される部分における接触穴内の充填
物は異なる程度にエッチングされる、すなわち、ある接
触穴内の充填物は表面の少し下までエッチングされ、別
の接触穴内の充填物はより深くエッチングされ、更に別
の接触穴内の充填物は完全に除去される。
の問題は、膜の大半がシリコン基板の表面から除去され
た時に（すなわち、膜が「一掃された」時に）、タング
ステンのエッチング速度が接触穴の中で急激に高くな
る、といういわゆる「マイクロローディング効果」であ
る。この結果として、接触充填材すなわち栓が誘電体の
表面の下へへこんで、時には、エッチングの終わりまで
に完全に除去されることになる。マイクロローディング
効果のために、基板表面の他の全ての部分から金属の大
部分が完全に除去されるようにしながら、一様な接触充
填を行うことが極めて困難である。基板表面における金
属層の厚さの僅かな不均一、またはエッチング作業の不
均一のために、基板表面のある部分における金属の大半
が、他の部分における金属よりも早くエッチングさせら
れる。表面の全ての部分から大部分の金属を完全にエッ
チングするために僅かな過大エッチングが採用されたと
しても、接触穴を充填している金属は、表面のうち、金
属の除去が最初に行われる部分で迅速なエッチングが始
まる。従って、接触穴の充填レベルに極端な不均一が生
じる。金属が最後に除去される部分における接触穴内の
充填物は完全にエッチングされない、すなわち、この部
分における接触穴はタングステンが完全に充填され、バ
ルク金属が早く除去される部分における接触穴内の充填
物は異なる程度にエッチングされる、すなわち、ある接
触穴内の充填物は表面の少し下までエッチングされ、別
の接触穴内の充填物はより深くエッチングされ、更に別
の接触穴内の充填物は完全に除去される。
【０００７】六フッ化硫黄（ＳＦ6）、酸素（Ｏ2）およ
びヘリウム（Ｈｅ）を含む混合ガス中でのタイムドエッ
チングと、ＳＦ6、塩素（Ｃｌ2）およびＨｅを含む混合
ガス中での第２のエッチングと、Ｃｌ2 とＨｅを含む混
合ガス中での短いタイムド過剰エッチングとを利用する
３工程ブランケットエッチング法が、本願出願人の所有
する米国特許第４，９８０，０１８号に開示されてい
る。この米国特許明細書には、マイクロローディング効
果を打ち消し、タングステンが一様に充填された接点を
残して、ブランケットタングステンを完全にエッチング
する方法が記載されている。
びヘリウム（Ｈｅ）を含む混合ガス中でのタイムドエッ
チングと、ＳＦ6、塩素（Ｃｌ2）およびＨｅを含む混合
ガス中での第２のエッチングと、Ｃｌ2 とＨｅを含む混
合ガス中での短いタイムド過剰エッチングとを利用する
３工程ブランケットエッチング法が、本願出願人の所有
する米国特許第４，９８０，０１８号に開示されてい
る。この米国特許明細書には、マイクロローディング効
果を打ち消し、タングステンが一様に充填された接点を
残して、ブランケットタングステンを完全にエッチング
する方法が記載されている。
【０００８】従来の方法における別の問題は、反応器の
壁と電極に積もった残留物である。残留物の化学的な構
成は、用いるエッチング用ガスと、エッチングされる物
質とに依存する。従来の方法の多くは、炭素を含む、た
とえばＣＦ4，ＣＢｒＦ3，ＣＦ3Ｃｌ，ＣＦ2Ｃｌ2 のよ
うなエッチングガスを用いる。従来の方法の多くは六フ
ッ化硫黄（ＳＦ6） を用いる。それらのエッチング剤は
炭素汚染源である。従来の方法の多くは六フッ化硫黄
（ＳＦ6）を用いる。ＳＦ6は残留物に硫黄を含ませる。
そうすると、残留物中の硫黄と、空気中の水分との反応
から、反応器の穴の上にＨ2Ｓが生成される。Ｈ2Ｓは刺
激臭を持ち、その刺激臭は人間にとっては不快である。
また、他の不揮発性化合物は、エッチングされる金属に
応じて、残留物の一部を構成することも見出されてい
る。たとえば、従来の方法でチタンをエッチングする
と、チタンの種々の酸化物および水素化合物が電極の上
に生成される。
壁と電極に積もった残留物である。残留物の化学的な構
成は、用いるエッチング用ガスと、エッチングされる物
質とに依存する。従来の方法の多くは、炭素を含む、た
とえばＣＦ4，ＣＢｒＦ3，ＣＦ3Ｃｌ，ＣＦ2Ｃｌ2 のよ
うなエッチングガスを用いる。従来の方法の多くは六フ
ッ化硫黄（ＳＦ6） を用いる。それらのエッチング剤は
炭素汚染源である。従来の方法の多くは六フッ化硫黄
（ＳＦ6）を用いる。ＳＦ6は残留物に硫黄を含ませる。
そうすると、残留物中の硫黄と、空気中の水分との反応
から、反応器の穴の上にＨ2Ｓが生成される。Ｈ2Ｓは刺
激臭を持ち、その刺激臭は人間にとっては不快である。
また、他の不揮発性化合物は、エッチングされる金属に
応じて、残留物の一部を構成することも見出されてい
る。たとえば、従来の方法でチタンをエッチングする
と、チタンの種々の酸化物および水素化合物が電極の上
に生成される。
【０００９】硫黄残留物に伴う悪臭に加えて、電極に付
着するどのような残留物もシステムの性能を低下させ
る。したがって、残留物を電極から頻繁にかき落とさな
ければならず、それにより定期的な保守の要求が増大す
る。また、残留物のこの物理的なかき落としのために電
極の寿命が短くなり、装置の維持費用が増大する。
着するどのような残留物もシステムの性能を低下させ
る。したがって、残留物を電極から頻繁にかき落とさな
ければならず、それにより定期的な保守の要求が増大す
る。また、残留物のこの物理的なかき落としのために電
極の寿命が短くなり、装置の維持費用が増大する。
【００１０】三フッ化窒素（ＮＦ3） を用いるＲＩＥ法
でエッチングを行うと不揮発性残留物が残らないことが
気づかれていた。１９８８年６月２５，２６の両日に開
かれたＶ−ＭＩＣ会議においてスミス（Ｇｒｅｇｏｒｙ
Ｃ．Ｓｍｉｔｈ）により発表された「同じ場所におけ
る付着およびエッチバックによるＣＶＤタングステン接
触栓（ＣＶＤ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｐ
ｌｕｇｓ ｂｙ ＩｎＳｉｔｕ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
ａｎｄ Ｅｔｃｈｂａｃｋ）」においては、タングス
テンのブランケットＣＶＤ付着、およびそれに続く、Ｒ
ＩＥシステムにおけるＮＦ3 のエッチングが示されてい
る。同様に、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ
６（５）、９／１０月、１９８８年所載のグリーン
（Ｗ．Ｎ．Ｇｒｅｅｎ）他による「ＮＦ3／Ｏ2によるタ
ングステンのイオン照射強調プラズマエッチング（Ｉｏ
ｎ−Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｐｌ
ａｓｍａ ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｕｎｇｓｔｅｎ
ｗｉｔｈ ＮＦ3／Ｏ2）」においては、表面残留物を避
けるためにＲＩＥ条件におけるＮＦ3およびＯ2のエッチ
ングガスを用いる方法を用いてタングステンをエッチン
グする。しかし、主としてＲＩＥの高い直流バイアスに
よりひき起こされるゲート充電のために、ＲＩＥエッチ
ングは他の方法ほどは製造的でないエッチング法であ
る。
でエッチングを行うと不揮発性残留物が残らないことが
気づかれていた。１９８８年６月２５，２６の両日に開
かれたＶ−ＭＩＣ会議においてスミス（Ｇｒｅｇｏｒｙ
Ｃ．Ｓｍｉｔｈ）により発表された「同じ場所におけ
る付着およびエッチバックによるＣＶＤタングステン接
触栓（ＣＶＤ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｐ
ｌｕｇｓ ｂｙ ＩｎＳｉｔｕ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
ａｎｄ Ｅｔｃｈｂａｃｋ）」においては、タングス
テンのブランケットＣＶＤ付着、およびそれに続く、Ｒ
ＩＥシステムにおけるＮＦ3 のエッチングが示されてい
る。同様に、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ
６（５）、９／１０月、１９８８年所載のグリーン
（Ｗ．Ｎ．Ｇｒｅｅｎ）他による「ＮＦ3／Ｏ2によるタ
ングステンのイオン照射強調プラズマエッチング（Ｉｏ
ｎ−Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｐｌ
ａｓｍａ ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｕｎｇｓｔｅｎ
ｗｉｔｈ ＮＦ3／Ｏ2）」においては、表面残留物を避
けるためにＲＩＥ条件におけるＮＦ3およびＯ2のエッチ
ングガスを用いる方法を用いてタングステンをエッチン
グする。しかし、主としてＲＩＥの高い直流バイアスに
よりひき起こされるゲート充電のために、ＲＩＥエッチ
ングは他の方法ほどは製造的でないエッチング法であ
る。
【００１１】電極から加工しにくい金属を除去するため
のエッチングにおいて遭遇する別の問題は、誘電体層自
体がエッチングされたり、その他の作用で劣化させられ
ることがあることである。遭遇する一つの問題は、エッ
チングにより、タングステン膜の粒子構造が下側の誘電
体表面中に写しこまれる傾向のために、誘電体の表面が
粗くなることである。誘電体表面に起こる別の現象に
は、エッチング後に誘電体表面に残る細長い（高さ約
０．５ミクロン、直径約０．１ミクロン）柱である
「搭」が形成されることが含まれる。それらの搭はおそ
らくはマイクロマスキングにより形成されるものであ
る。頂部にタングステンがない同種の誘電体自体の柱が
形成される時に、「草」効果と呼ばれる類似の効果が起
こる。
のエッチングにおいて遭遇する別の問題は、誘電体層自
体がエッチングされたり、その他の作用で劣化させられ
ることがあることである。遭遇する一つの問題は、エッ
チングにより、タングステン膜の粒子構造が下側の誘電
体表面中に写しこまれる傾向のために、誘電体の表面が
粗くなることである。誘電体表面に起こる別の現象に
は、エッチング後に誘電体表面に残る細長い（高さ約
０．５ミクロン、直径約０．１ミクロン）柱である
「搭」が形成されることが含まれる。それらの搭はおそ
らくはマイクロマスキングにより形成されるものであ
る。頂部にタングステンがない同種の誘電体自体の柱が
形成される時に、「草」効果と呼ばれる類似の効果が起
こる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】必要なものは、マイク
ロローディング効果が生ぜず、余分な工程を付加するこ
となく、方法を複雑にすることがなく、しかも短い時間
でＩＣを大量生産できる加工しにくい金属のエッチバッ
ク法である。エッチング法は反応器電極への残留物の付
着を最少にすることにより、反応器の保守に対する要求
を減ずることも望ましい。
ロローディング効果が生ぜず、余分な工程を付加するこ
となく、方法を複雑にすることがなく、しかも短い時間
でＩＣを大量生産できる加工しにくい金属のエッチバッ
ク法である。エッチング法は反応器電極への残留物の付
着を最少にすることにより、反応器の保守に対する要求
を減ずることも望ましい。
【００１３】本発明は、平行板プラズマ反応器内で半導
体基板上の加工しにくいブランケット金属層をマイクロ
ローディング効果が最小となるように一様にエッチバッ
クして接触バイアスを充填する方法を提供するものであ
る。
体基板上の加工しにくいブランケット金属層をマイクロ
ローディング効果が最小となるように一様にエッチバッ
クして接触バイアスを充填する方法を提供するものであ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】エッチングは三つの工程
で行う。第１の工程は、三フッ化窒素（ＮＦ3） とアル
ゴン（Ａｒ）ガスを用いるタイムドエッチングである。
この工程は加工しにくい金属の約５０〜６０％を除去す
る。第２の工程はＮＦ3ガスと、塩素（Ｃｌ2）と、Ａｒ
とを用い、終点に達するまで続ける。この第２の工程は
残っている加工しにくい金属のほとんどを半導体基板の
表面から除去する。第３の工程はＮＦ3と、Ｃｌ2 と、
Ａｒとのガスを用い、第２の終点に達するまで続ける。
この第３の工程により、残っている加工しにくい金属が
痕跡程度まで半導体デバイスの表面から除去される。
で行う。第１の工程は、三フッ化窒素（ＮＦ3） とアル
ゴン（Ａｒ）ガスを用いるタイムドエッチングである。
この工程は加工しにくい金属の約５０〜６０％を除去す
る。第２の工程はＮＦ3ガスと、塩素（Ｃｌ2）と、Ａｒ
とを用い、終点に達するまで続ける。この第２の工程は
残っている加工しにくい金属のほとんどを半導体基板の
表面から除去する。第３の工程はＮＦ3と、Ｃｌ2 と、
Ａｒとのガスを用い、第２の終点に達するまで続ける。
この第３の工程により、残っている加工しにくい金属が
痕跡程度まで半導体デバイスの表面から除去される。
【００１５】本発明は加工しにくいブランケット金属層
を一様にエッチングし、その金属が一様に充填されてい
る接触バイアスを残す。すなわち、接触栓は一様であっ
て、栓のくぼみは最小である。ＮＦ3／Ａｒ エッチング
剤を用いることにより、反応器の壁と電極に付着する残
留物が大幅に減少する。また、このエッチング法は、従
来のエッチング法において起きていたグラス（ｇｒａｓ
ｓ）またはスパイア（ｓｐｉｒｅ）の形成により、下側
の誘電体表面を大幅に劣化させるというようなことはな
い。
を一様にエッチングし、その金属が一様に充填されてい
る接触バイアスを残す。すなわち、接触栓は一様であっ
て、栓のくぼみは最小である。ＮＦ3／Ａｒ エッチング
剤を用いることにより、反応器の壁と電極に付着する残
留物が大幅に減少する。また、このエッチング法は、従
来のエッチング法において起きていたグラス（ｇｒａｓ
ｓ）またはスパイア（ｓｐｉｒｅ）の形成により、下側
の誘電体表面を大幅に劣化させるというようなことはな
い。
【００１６】本発明のＮＦ3／Ａｒ エッチング法は、数
個の工程を用いるエッチング法において第１の工程とし
て使用することもできる。大部分の金属を除去するため
のＮＦ3／Ａｒ エッチングの後に、エッチング速度を最
適にし、かつ一様にし、残留物付着を減少させるため
に、ＳＦ6，Ｃｌ2，Ｏ2，ＣＦ4，ＣＢｒＦ3，ＣＦ3Ｃ
ｌ，ＣＦ2Ｃｌ2または類似のエッチング剤のような別の
エッチング剤を用いるエッチングが続く。たとえば本発
明の別の実施例においては、タイムドＮＦ3／Ａｒバル
クエッチの後に、終点に達するまでＳＦ6／Ｃｌ2／Ｈｅ
を用いる第２のエッチングと、第２の終点に達するまで
のＳＦ6／Ｃｌ2／Ｈｅを用いる第３のエッチングとが続
く。
個の工程を用いるエッチング法において第１の工程とし
て使用することもできる。大部分の金属を除去するため
のＮＦ3／Ａｒ エッチングの後に、エッチング速度を最
適にし、かつ一様にし、残留物付着を減少させるため
に、ＳＦ6，Ｃｌ2，Ｏ2，ＣＦ4，ＣＢｒＦ3，ＣＦ3Ｃ
ｌ，ＣＦ2Ｃｌ2または類似のエッチング剤のような別の
エッチング剤を用いるエッチングが続く。たとえば本発
明の別の実施例においては、タイムドＮＦ3／Ａｒバル
クエッチの後に、終点に達するまでＳＦ6／Ｃｌ2／Ｈｅ
を用いる第２のエッチングと、第２の終点に達するまで
のＳＦ6／Ｃｌ2／Ｈｅを用いる第３のエッチングとが続
く。
【００１７】この明細書においては、タングステン
（Ｗ）のような加工しにくい金属膜を半導体基板の表面
から一様にエッチングバックして、タングステンにより
一様に充填されている接触穴すなわちバイアスを残す方
法について説明する。以下の説明においては、本発明を
完全に理解するために、特定の厚さのような特定の事項
の詳細を数多く述べる。しかし、そのような詳細なしに
本発明を実施できることが当業者には明らかであろう。
他の場合には、本発明を不必要にあいまいにしないよう
にするために、周知の工程についての詳細な説明は省略
した。
（Ｗ）のような加工しにくい金属膜を半導体基板の表面
から一様にエッチングバックして、タングステンにより
一様に充填されている接触穴すなわちバイアスを残す方
法について説明する。以下の説明においては、本発明を
完全に理解するために、特定の厚さのような特定の事項
の詳細を数多く述べる。しかし、そのような詳細なしに
本発明を実施できることが当業者には明らかであろう。
他の場合には、本発明を不必要にあいまいにしないよう
にするために、周知の工程についての詳細な説明は省略
した。
【００１８】
【実施例】図１には、本発明を実施する対象である半導
体基板の一部の横断面図が示されている。図１に示すデ
バイスは典型的なＭＯＳトランジスタである。領域２０
はソース、領域２１はドレイン、領域２２はゲート、領
域２３はフィールド酸化物である。デバイスの能動部分
に対して接触を行う接触領域２０ａと２１ａも示されて
いる。それらの接触領域は、図示のように、ケイ化物で
構成できる。また、ゲート２２を高濃度にドープされた
ポリシリコンすなわちケイ化物で構成することができ
る。図１には誘電体層２４も示されている。誘電体層２
４はたとえば二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコ
ン（Ｓｉ3Ｎ4）、 ポリイミドまたは類似の誘電体で構
成できる。更に、誘電体層２４は一つまたは複数の誘電
体層を含むことができる。接触領域２０ａと２１ａにお
いてデバイス領域２０と２１へ接触できるようにするた
めに、誘電体層２４に形成されたバイアスすなわち接触
穴２５も示されている。基板１０の表面にはそのような
接触穴が多数あるが、図１，２，５には基板１０の小さ
い部分だけが示されている。図１の構造は周知の半導体
製造技術を用いて形成する。
体基板の一部の横断面図が示されている。図１に示すデ
バイスは典型的なＭＯＳトランジスタである。領域２０
はソース、領域２１はドレイン、領域２２はゲート、領
域２３はフィールド酸化物である。デバイスの能動部分
に対して接触を行う接触領域２０ａと２１ａも示されて
いる。それらの接触領域は、図示のように、ケイ化物で
構成できる。また、ゲート２２を高濃度にドープされた
ポリシリコンすなわちケイ化物で構成することができ
る。図１には誘電体層２４も示されている。誘電体層２
４はたとえば二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコ
ン（Ｓｉ3Ｎ4）、 ポリイミドまたは類似の誘電体で構
成できる。更に、誘電体層２４は一つまたは複数の誘電
体層を含むことができる。接触領域２０ａと２１ａにお
いてデバイス領域２０と２１へ接触できるようにするた
めに、誘電体層２４に形成されたバイアスすなわち接触
穴２５も示されている。基板１０の表面にはそのような
接触穴が多数あるが、図１，２，５には基板１０の小さ
い部分だけが示されている。図１の構造は周知の半導体
製造技術を用いて形成する。
【００１９】特定のＭＯＳトランジスタを示している
が、下側の層へ電気的に接触する必要がある任意の種類
のデバイスに対して本発明を実施できることがわかるで
あろう。また、本発明のＮＦ3／Ａｒ エッチバックおよ
びブランケット付着を用いて、二つ以上の誘電体層にわ
たって設けられｔ接点穴と、局所相互接続線、以前の金
属層または拡散領域のような他の構造を露出させる接触
穴と、ソース２０、ドレイン２１のようなデバイス領域
を露出させる接触穴を充填することができる。図示され
ているもの以外の接触穴は、図１，図２，図５に示され
ているものよりも深くも、浅くもできる。
が、下側の層へ電気的に接触する必要がある任意の種類
のデバイスに対して本発明を実施できることがわかるで
あろう。また、本発明のＮＦ3／Ａｒ エッチバックおよ
びブランケット付着を用いて、二つ以上の誘電体層にわ
たって設けられｔ接点穴と、局所相互接続線、以前の金
属層または拡散領域のような他の構造を露出させる接触
穴と、ソース２０、ドレイン２１のようなデバイス領域
を露出させる接触穴を充填することができる。図示され
ているもの以外の接触穴は、図１，図２，図５に示され
ているものよりも深くも、浅くもできる。
【００２０】下側の領域２０ａと２１ａへ電気的に接触
できるように、接触穴２５にタングステンを充填する。
接触穴２５の幅と直径は典型的には０．５〜１．５ミク
ロンである。接触穴２５があけられている最も上側の誘
電体層のほぼ表面まで、接触穴を充填することが望まし
い。すなわち、接触穴２５の中のタングステン接触充填
材すなわち栓は、各接触穴２５の領域において図１の誘
電体層２４の表面とほぼ同一レベルでなければならな
い。これが図１に破線３０で示されている。実際には、
接触充填材は最も上側の誘電体層の表面と完全に同一レ
ベルである必要はなく（すなわち、接触充填材は破線３
０のレベルまで充填する必要はない）、たとえば破線３
０の下側約０．２ミクロンより深くくぼまなければ、方
法とデバイスの面から許容できる。しかし、くぼみが一
貫していると仮定する。すなわち、基板１０の全面にわ
たる全ての接触充填材を０．２ミクロン以上くぼませて
はならない。
できるように、接触穴２５にタングステンを充填する。
接触穴２５の幅と直径は典型的には０．５〜１．５ミク
ロンである。接触穴２５があけられている最も上側の誘
電体層のほぼ表面まで、接触穴を充填することが望まし
い。すなわち、接触穴２５の中のタングステン接触充填
材すなわち栓は、各接触穴２５の領域において図１の誘
電体層２４の表面とほぼ同一レベルでなければならな
い。これが図１に破線３０で示されている。実際には、
接触充填材は最も上側の誘電体層の表面と完全に同一レ
ベルである必要はなく（すなわち、接触充填材は破線３
０のレベルまで充填する必要はない）、たとえば破線３
０の下側約０．２ミクロンより深くくぼまなければ、方
法とデバイスの面から許容できる。しかし、くぼみが一
貫していると仮定する。すなわち、基板１０の全面にわ
たる全ての接触充填材を０．２ミクロン以上くぼませて
はならない。
【００２１】図２は下側層３１と加工しにくい金属層３
２の付着後の図１のシリコン基板を示す。下側層３１と
しては、たとえばチタン、チタンタングステン（Ｔｉ
Ｗ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）で構成できる。ここ
で説明している実施例においては、下側層３１は窒化チ
タンである。下側層３１は「付着」層すなわち「接着」
層と呼ばれる。下側層３１の厚さは、この実施例では、
約４００〜１、０００オングストロームの範囲である。
下側層３１の典型的な厚さは、ＴｉＮの場合は約４５０
〜９００オングストローム、Ｔｉでは約４５０〜６００
オングストローム、ＴｉＷでは約４５０オングストロー
ムである。本発明をタングステンで形成した加工しにく
い金属層３２で実施したが、作業パラメータを少し変更
して、他の加工しにくい金属に対して本発明により類似
の結果を得ることができる。タングステン層３２の厚さ
は全体として５，０００〜２０，０００オングストロー
ムの範囲であって、ここでの実施例においては約１０，
０００オングストロームである。
２の付着後の図１のシリコン基板を示す。下側層３１と
しては、たとえばチタン、チタンタングステン（Ｔｉ
Ｗ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）で構成できる。ここ
で説明している実施例においては、下側層３１は窒化チ
タンである。下側層３１は「付着」層すなわち「接着」
層と呼ばれる。下側層３１の厚さは、この実施例では、
約４００〜１、０００オングストロームの範囲である。
下側層３１の典型的な厚さは、ＴｉＮの場合は約４５０
〜９００オングストローム、Ｔｉでは約４５０〜６００
オングストローム、ＴｉＷでは約４５０オングストロー
ムである。本発明をタングステンで形成した加工しにく
い金属層３２で実施したが、作業パラメータを少し変更
して、他の加工しにくい金属に対して本発明により類似
の結果を得ることができる。タングステン層３２の厚さ
は全体として５，０００〜２０，０００オングストロー
ムの範囲であって、ここでの実施例においては約１０，
０００オングストロームである。
【００２２】図２の付着されたタングステン層３２は平
らではなく、表面の輪郭に全体的に従う。しかし、接触
穴２５が小さく、接触穴２５の底への付着と同時に穴２
５の側壁への付着が行われるから、タングステンの付着
は接触穴２５における方が基板１０の表面におけるより
も速く行われる。この結果として、接触穴２５の上のタ
ングステン層３２におけるくぼみ３５は、接触穴２５自
体の寸法よりはるかに小さい。すなわち、くぼみ３５は
接触穴２５の幅ほど深くはない。
らではなく、表面の輪郭に全体的に従う。しかし、接触
穴２５が小さく、接触穴２５の底への付着と同時に穴２
５の側壁への付着が行われるから、タングステンの付着
は接触穴２５における方が基板１０の表面におけるより
も速く行われる。この結果として、接触穴２５の上のタ
ングステン層３２におけるくぼみ３５は、接触穴２５自
体の寸法よりはるかに小さい。すなわち、くぼみ３５は
接触穴２５の幅ほど深くはない。
【００２３】次にタングステン層３２をエッチバックす
る。一般に、タングステン層３２の厚さは、付着の一様
性の限度内で、表面のあらゆる点において最初は等し
い。すなわち、誘電体の上表面からタングステン層３２
の上表面までのタングステン層３２の厚さは、基板１０
のあらゆる部においてほぼ等しいが、くぼみ３５および
処理作業の小さい変動のために小さい違いはある。した
がって、タングステン層３２を一様にエッチングするエ
ッチバック作業が用いられると、基板１０の誘電体表面
上のタングステンは基板１０のあらゆる部分においてほ
ぼ同時に全体として除去され、除去時には接触穴２５内
のタングステンは周囲の最も上の誘電体層とほぼ同一レ
ベルである。
る。一般に、タングステン層３２の厚さは、付着の一様
性の限度内で、表面のあらゆる点において最初は等し
い。すなわち、誘電体の上表面からタングステン層３２
の上表面までのタングステン層３２の厚さは、基板１０
のあらゆる部においてほぼ等しいが、くぼみ３５および
処理作業の小さい変動のために小さい違いはある。した
がって、タングステン層３２を一様にエッチングするエ
ッチバック作業が用いられると、基板１０の誘電体表面
上のタングステンは基板１０のあらゆる部分においてほ
ぼ同時に全体として除去され、除去時には接触穴２５内
のタングステンは周囲の最も上の誘電体層とほぼ同一レ
ベルである。
【００２４】本発明のこの実施例は、図３に工程５０，
５１，５２として示されている３工程エッチング法を用
いる。以下の説明においては、流量、圧力および電力レ
ベルを含めた数多くの詳細を与える。しかし、それらの
パラメータは変えることができ、しかもその変更は本発
明の範囲に含まれることが当業者には明らかであろう。
５１，５２として示されている３工程エッチング法を用
いる。以下の説明においては、流量、圧力および電力レ
ベルを含めた数多くの詳細を与える。しかし、それらの
パラメータは変えることができ、しかもその変更は本発
明の範囲に含まれることが当業者には明らかであろう。
【００２５】好適な実施例においては、ラム・リサーチ
・コーポレーション（Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏ
ｒｐｏｒａｔｉｏｎ）Ａｕｔｏｔｅｃｈ４９０のような
市販の単一ウエハー平行板プラズマエッチング装置にお
いてエッチバックを行う。図３の第１工程はＮＦ3 とＡ
ｒの混合ガスを用いる。この実施例においては、ＮＦ3
の流量は１分間当たり９０標準立方センチメートル（Ｓ
ＣＣＭ）であり、Ａｒの流量は約４００ＳＣＣＭであ
る。また、この実施例においては、プロセス圧力は約４
７５mTorr、 消費電力は約３８０Ｗである。電極間距離
（エッチング装置の陽極と陰極の間の距離）は約０．５
５Cmである。上記パラメータはある範囲内で変えること
ができる。最適な動作パラメータおよび近似的な許容動
作パラメータ範囲を後述の表１に示す。最適値が表の第
１欄に示され、本発明を実施できる近似的な許容動作範
囲を第２欄に示す。第１の工程５０は、タングステン層
３２の全厚さの５０〜６０％を除去するためのタイムド
エッチングである。タングステン層３２が１０，０００
オングストロームの厚さに付着されたとすると、第１の
工程５０は１分間行って約５，０００〜６，０００オン
グストロームを除去する。したがって、第１の工程の後
では約４，０００〜５，０００オングストロームが残
る。実際には、基板の全面にわたって約３％（１シグ
マ）の変動の一様性が工程５０において達成されてい
る。
・コーポレーション（Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏ
ｒｐｏｒａｔｉｏｎ）Ａｕｔｏｔｅｃｈ４９０のような
市販の単一ウエハー平行板プラズマエッチング装置にお
いてエッチバックを行う。図３の第１工程はＮＦ3 とＡ
ｒの混合ガスを用いる。この実施例においては、ＮＦ3
の流量は１分間当たり９０標準立方センチメートル（Ｓ
ＣＣＭ）であり、Ａｒの流量は約４００ＳＣＣＭであ
る。また、この実施例においては、プロセス圧力は約４
７５mTorr、 消費電力は約３８０Ｗである。電極間距離
（エッチング装置の陽極と陰極の間の距離）は約０．５
５Cmである。上記パラメータはある範囲内で変えること
ができる。最適な動作パラメータおよび近似的な許容動
作パラメータ範囲を後述の表１に示す。最適値が表の第
１欄に示され、本発明を実施できる近似的な許容動作範
囲を第２欄に示す。第１の工程５０は、タングステン層
３２の全厚さの５０〜６０％を除去するためのタイムド
エッチングである。タングステン層３２が１０，０００
オングストロームの厚さに付着されたとすると、第１の
工程５０は１分間行って約５，０００〜６，０００オン
グストロームを除去する。したがって、第１の工程の後
では約４，０００〜５，０００オングストロームが残
る。実際には、基板の全面にわたって約３％（１シグ
マ）の変動の一様性が工程５０において達成されてい
る。
【００２６】図３の第２の工程は、この実施例において
は、エッチング装置から基板１０を除去することなし
に、第１のエッチング工程５０の直後に行う。第２のエ
ッチングにおいて使用する処理ガスはＮＦ3，Ｃｌ2，Ａ
ｒである。この実施例においては、ＮＦ3 の流量は約６
０ＳＣＣＭ、Ｃｌ2 の流量は約６０ＳＣＣＭ、Ａｒの流
量は約２５０ＳＣＣＭである。また、この実施例におい
ては、システム圧力は約５４０mTorr、 消費電力は約３
４０Ｗである。電極間距離は約０．９Cmである。この実
施例における最適な動作パラメータと、近似動作パラメ
ータ範囲を後述の表２に示す。この実施例においては、
第２の工程は残りのタングステン層３２を除去するため
のものであるから、終点に達するまで行う。終点は、キ
シニクス（Ｘｉｎｉｘ）１０１４終点制御器のような市
販の終点検出器を用いて決定される。この第２の工程の
消費電力は第１工程５０のそれより少ない。そのために
第２工程５１のエッチング速度は第１の工程のエッチン
グ速度より低い。しかし、消費電力が少ないとマイクロ
ローディング効果が小さくなる。実際には、基板の全面
にわたる変動が約１．５％（１シグマ）という一様性が
達成されている。
は、エッチング装置から基板１０を除去することなし
に、第１のエッチング工程５０の直後に行う。第２のエ
ッチングにおいて使用する処理ガスはＮＦ3，Ｃｌ2，Ａ
ｒである。この実施例においては、ＮＦ3 の流量は約６
０ＳＣＣＭ、Ｃｌ2 の流量は約６０ＳＣＣＭ、Ａｒの流
量は約２５０ＳＣＣＭである。また、この実施例におい
ては、システム圧力は約５４０mTorr、 消費電力は約３
４０Ｗである。電極間距離は約０．９Cmである。この実
施例における最適な動作パラメータと、近似動作パラメ
ータ範囲を後述の表２に示す。この実施例においては、
第２の工程は残りのタングステン層３２を除去するため
のものであるから、終点に達するまで行う。終点は、キ
シニクス（Ｘｉｎｉｘ）１０１４終点制御器のような市
販の終点検出器を用いて決定される。この第２の工程の
消費電力は第１工程５０のそれより少ない。そのために
第２工程５１のエッチング速度は第１の工程のエッチン
グ速度より低い。しかし、消費電力が少ないとマイクロ
ローディング効果が小さくなる。実際には、基板の全面
にわたる変動が約１．５％（１シグマ）という一様性が
達成されている。
【００２７】通常は、基板１０の表面のいくつかの部分
に、下側層３１またはタングステン層３２が接点間を短
絡されることがある少量の金属が残っている時に、終点
を検出することが可能である。従来の多くの方法におい
ては、検出された終点をこえてエッチングを続行できる
ようにされていた。これは、基板１０の領域のうち、金
属層３２が除去されている部分にある接触穴内のタング
ステンが、迅速にエッチングされ続けるという欠点があ
る。
に、下側層３１またはタングステン層３２が接点間を短
絡されることがある少量の金属が残っている時に、終点
を検出することが可能である。従来の多くの方法におい
ては、検出された終点をこえてエッチングを続行できる
ようにされていた。これは、基板１０の領域のうち、金
属層３２が除去されている部分にある接触穴内のタング
ステンが、迅速にエッチングされ続けるという欠点があ
る。
【００２８】本発明においては、この実施例では、基板
１０をエッチング室から出すことなしに、タングステン
を急速にエッチングしないエッチング剤とエッチング法
を用いる第３の短いエッチング（図３の工程５２）を、
第２のエッチング工程５１の直後に行う。第３の工程３
２は第２の終点に達するまで行う。この第２の終点は信
号の降下でトリガされる。第３の工程で用いるエッチン
グ剤はＮＦ3，Ｃｌ2，Ａｒである。この実施例において
は、ＮＦ3 の流量は約２５ＳＣＣＭ、Ｃｌ2 の流量は約
７７ＳＣＣＭ、Ａｒの流量は約１８０ＳＣＣＭである。
また、システム圧力は約４００mTorr、 消費電力は約１
９０Ｗである。電極間距離は約１．０Cmである。この実
施例の最適動作パラメータと動作パラメータ範囲を同様
に後述の表３に示す。
１０をエッチング室から出すことなしに、タングステン
を急速にエッチングしないエッチング剤とエッチング法
を用いる第３の短いエッチング（図３の工程５２）を、
第２のエッチング工程５１の直後に行う。第３の工程３
２は第２の終点に達するまで行う。この第２の終点は信
号の降下でトリガされる。第３の工程で用いるエッチン
グ剤はＮＦ3，Ｃｌ2，Ａｒである。この実施例において
は、ＮＦ3 の流量は約２５ＳＣＣＭ、Ｃｌ2 の流量は約
７７ＳＣＣＭ、Ａｒの流量は約１８０ＳＣＣＭである。
また、システム圧力は約４００mTorr、 消費電力は約１
９０Ｗである。電極間距離は約１．０Cmである。この実
施例の最適動作パラメータと動作パラメータ範囲を同様
に後述の表３に示す。
【００２９】たとえば、ＳＦ6／Ｏ2エッチング剤を用い
る従来のエッチング法と比較して、この３工程エッチン
グ法ではマイクロローディング効果は大幅に小さくされ
る。
る従来のエッチング法と比較して、この３工程エッチン
グ法ではマイクロローディング効果は大幅に小さくされ
る。
【００３０】本発明の３工程法は、マイクロローディン
グ効果が最小で、電極と反応器の壁への残留物の付着が
最少である。高生産性のエッチング法である。デバイス
方法および装置に対する要求に応じて、本発明の別の実
施例を利用でき、しかも本発明の目的が達成される。下
記の別の実施例は例示のためだけであり、本発明のＮＦ
3 ／Ａｒ工程またはＮＦ3／Ｃｌ2／Ａｒ工程を単独で、
あるいはそれらの、またはその他の従来のエッチング剤
を用いる一つまたは複数の工程と一緒に用いる別の実施
例を用いて、タングステン層の一部を除去できる。
グ効果が最小で、電極と反応器の壁への残留物の付着が
最少である。高生産性のエッチング法である。デバイス
方法および装置に対する要求に応じて、本発明の別の実
施例を利用でき、しかも本発明の目的が達成される。下
記の別の実施例は例示のためだけであり、本発明のＮＦ
3 ／Ａｒ工程またはＮＦ3／Ｃｌ2／Ａｒ工程を単独で、
あるいはそれらの、またはその他の従来のエッチング剤
を用いる一つまたは複数の工程と一緒に用いる別の実施
例を用いて、タングステン層の一部を除去できる。
【００３１】図４は本発明の別の実施例を示す。第１の
エッチング工程７０はＮＦ3 ／Ａｒで行う。このエッチ
ング工程は、タングステン層３２の厚さの約５０〜６０
％を除去するためのタイムドエッチングである。第２の
工程７１はＳＦ6／Ｃｌ2／Ｈｅを用いて、終点に達する
まで行う。第３の工程７２はＳＦ6／Ｃｌ2／Ｈｅを用い
て、第２の終点に達するまで行う。それらのステップ７
０，７１，７２に対するパラメータを後述の表６，７，
８にそれぞれ示す。この別の実施例の利点は、工程７１
と７２に対して非常に反復できる終点があることであ
る。しかし、この実施例ではＳＦ6 が完全にない方法よ
りもより多くのポリマーが装置の部分に付着する。
エッチング工程７０はＮＦ3 ／Ａｒで行う。このエッチ
ング工程は、タングステン層３２の厚さの約５０〜６０
％を除去するためのタイムドエッチングである。第２の
工程７１はＳＦ6／Ｃｌ2／Ｈｅを用いて、終点に達する
まで行う。第３の工程７２はＳＦ6／Ｃｌ2／Ｈｅを用い
て、第２の終点に達するまで行う。それらのステップ７
０，７１，７２に対するパラメータを後述の表６，７，
８にそれぞれ示す。この別の実施例の利点は、工程７１
と７２に対して非常に反復できる終点があることであ
る。しかし、この実施例ではＳＦ6 が完全にない方法よ
りもより多くのポリマーが装置の部分に付着する。
【００３２】上記工程７０，７１，７２を行った後では
基板１０は図５に示すように見える。今は接触穴２５は
充填材４０で充たされている。充填材４０は、図２の下
側層３１と金属層３２の形成に用いる材料で構成する。
この明細書で説明する実施例においては、充填材４０
は、図５に示すように窒化チタンの薄い層を有するタン
グステンでほとんど形成される。ある接触穴２５におい
ては、充填材４０は誘電体層２４の表面より少しくぼま
せることができる（図５）。一般に、くぼみの深さは、
基板の全面にわたって０．２ミクロンより浅い。すなわ
ち、充填の非常に高い一様性が達成される。
基板１０は図５に示すように見える。今は接触穴２５は
充填材４０で充たされている。充填材４０は、図２の下
側層３１と金属層３２の形成に用いる材料で構成する。
この明細書で説明する実施例においては、充填材４０
は、図５に示すように窒化チタンの薄い層を有するタン
グステンでほとんど形成される。ある接触穴２５におい
ては、充填材４０は誘電体層２４の表面より少しくぼま
せることができる（図５）。一般に、くぼみの深さは、
基板の全面にわたって０．２ミクロンより浅い。すなわ
ち、充填の非常に高い一様性が達成される。
【００３３】上記のエッチング法は本発明の好適な実施
例と別の実施例を示すものである。しかし、本発明の目
的を達成するためには、上記工程の全てを実行する必要
はないことが明らかであろう。たとえば、ＳＦ6，Ｃ
ｌ2，Ｏ2，ＣＦ4，ＣＢｒＦ3，ＣＦ3Ｃｌ2，ＣＦ2Ｃｌ2
のようなエッチングガスまたはそれに類似のエッチング
剤を用いるエッチング工程を利用する方法において、タ
ングステン膜の大部分を除去するためにＮＦ3 とＡｒガ
スを利用するエッチング工程を用いることにより、タン
グステン層全体をエッチングするためのエッチング剤と
同じエッチング剤を利用するエッチング法におけるもの
よりも、付着する残渣は少ない。また、接触充填を行う
ためにＴｉ，ＴｉＷまたはＴｉＮの下側層およびタング
ステン金属層を用いる方法においては、ＮＦ3，Ｃｌ2，
Ｈｅの混合ガスを用いる最後の工程を、表２に示すパラ
メータとともに用いることにより、大部分の金属層を除
去するエッチングにおいて用いたのと同じエッチングガ
スおよび同じパラメータを用いて過大エッチングを行う
従来の技術と比較して、タングステン層の過エッチング
が減少する。
例と別の実施例を示すものである。しかし、本発明の目
的を達成するためには、上記工程の全てを実行する必要
はないことが明らかであろう。たとえば、ＳＦ6，Ｃ
ｌ2，Ｏ2，ＣＦ4，ＣＢｒＦ3，ＣＦ3Ｃｌ2，ＣＦ2Ｃｌ2
のようなエッチングガスまたはそれに類似のエッチング
剤を用いるエッチング工程を利用する方法において、タ
ングステン膜の大部分を除去するためにＮＦ3 とＡｒガ
スを利用するエッチング工程を用いることにより、タン
グステン層全体をエッチングするためのエッチング剤と
同じエッチング剤を利用するエッチング法におけるもの
よりも、付着する残渣は少ない。また、接触充填を行う
ためにＴｉ，ＴｉＷまたはＴｉＮの下側層およびタング
ステン金属層を用いる方法においては、ＮＦ3，Ｃｌ2，
Ｈｅの混合ガスを用いる最後の工程を、表２に示すパラ
メータとともに用いることにより、大部分の金属層を除
去するエッチングにおいて用いたのと同じエッチングガ
スおよび同じパラメータを用いて過大エッチングを行う
従来の技術と比較して、タングステン層の過エッチング
が減少する。
【００３４】本発明においては、第１のエッチング工程
５０の間にＮＦ3 とＡｒのエッチング剤がタングステン
層３２の大部分を一様にエッチングする。第２の工程の
エッチング工程５１は、残っているタングステン層３２
と、窒化チタン層３１とのほとんどをエッチングして、
接触穴２５にはタングステンが充填されたままにする。
第３のエッチング工程５２は、タングステン層３２と、
窒化チタン層３１との残っている部分を除去する。この
工程で用いるエッチングガスはＴｉと、Ｗの上のＴｉＷ
またはＴｉＮを選択的にエッチングする。したがって、
下側のＴｉＮ層３１は接触充填材を形成しているタング
ステンよりも速くエッチングされて、接触充填材を一層
一様にする。
５０の間にＮＦ3 とＡｒのエッチング剤がタングステン
層３２の大部分を一様にエッチングする。第２の工程の
エッチング工程５１は、残っているタングステン層３２
と、窒化チタン層３１とのほとんどをエッチングして、
接触穴２５にはタングステンが充填されたままにする。
第３のエッチング工程５２は、タングステン層３２と、
窒化チタン層３１との残っている部分を除去する。この
工程で用いるエッチングガスはＴｉと、Ｗの上のＴｉＷ
またはＴｉＮを選択的にエッチングする。したがって、
下側のＴｉＮ層３１は接触充填材を形成しているタング
ステンよりも速くエッチングされて、接触充填材を一層
一様にする。
【００３５】以上説明した実施例における全てのエッチ
ング工程は平行板プラズマ反応器の内部で行う。本発明
のＮＦ3 ／Ａｒエッチング剤により、反応器の電極に付
着する残留物の量が従来の方法と比較して少ない。以
上、タングステン層を平行板反応器内で一様にエッチン
グする新規なエッチバック技術について説明した。
ング工程は平行板プラズマ反応器の内部で行う。本発明
のＮＦ3 ／Ａｒエッチング剤により、反応器の電極に付
着する残留物の量が従来の方法と比較して少ない。以
上、タングステン層を平行板反応器内で一様にエッチン
グする新規なエッチバック技術について説明した。
【図１】接触穴があけられている誘電体層が上に形成さ
れている半導体基板上に形成されているデバイスの断面
図である。
れている半導体基板上に形成されているデバイスの断面
図である。
【図２】付着下側層と加工しにくい金属層が上に形成さ
れている図１の構造を示す。
れている図１の構造を示す。
【図３】新規なエッチング技術の好適な実施例における
工程を示す。
工程を示す。
【図４】新規なエッチング法の別の実施例における工程
を示す。
を示す。
【図５】誘電体層の表面から金属層と下側の付着層をエ
ッチバックして、耐火性金属が充填されている接触穴が
残された後の図２の構造を示す。
ッチバックして、耐火性金属が充填されている接触穴が
残された後の図２の構造を示す。
１０ 基板 ２０，２４ 誘電体層 ２５ 接触穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スリダー・バラクリシュナン アメリカ合衆国 97225 オレゴン州・ ポートランド・サウスウェスト バーン ズ ロード・7400 (56)参考文献 特開 平２−79428（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−222417（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−503614（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/3205
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板上のデバイスの製造におい
て、平行板反応器内で、加工しにくい金属層を、マイク
ロローディング効果が減少するようにしてエッチングす
る方法であって、 加工しにくい金属層を有する半導体基板を供給する工程
と、５０〜１５０ＳＣＣＭの範囲のＮＦ 3 と、３００〜５０
０ＳＣＣＭの範囲の不活性ガスとを含む混合物中で、３
２５〜４２５ワットの範囲の電力で、３５０〜６００ｍ
Ｔｏｒｒの範囲の圧力において発生されるプラズマに、
前記半導体基板を曝す工程とを備えることを特徴とす
る、エッチング方法 。 - 【請求項２】 半導体基板上のデバイスの製造におい
て、平行板反応器内で、加工しにくい金属層およびそれ
の下側に配置されている付着層をエッチングする方法で
あって、前記 加工しにくい金属層およびそれの下側に配置されて
いる付着金属層を有する半導体基板を供給する工程と、 ＮＦ3 と第１の不活性ガスを含む第１の混合物の流れに
生成される第１のプラズマに、前記半導体基板を曝す工
程と、 ＮＦ3と、Ｃｌ2と、第２の不活性ガスとを含む第２の混
合物の流れに生成される第２のプラズマに、前記半導体
基板を曝す工程と、 ＮＦ3と、Ｃｌ2と、第３の不活性ガスとを含む第３の混
合物の流れに生成される第３のプラズマに、前記半導体
基板を曝す工程とを備えることを特徴とする、エッチン
グ方法。 - 【請求項３】 基板上に形成された誘電体に開けられて
前記誘電体の下の領域を露出させる穴に対して、充填を
行う方法であって、前記 誘電体が形成されている前記基板を供給する工程
と、 前記誘電体および露出させられた前記下の領域に、それ
らを覆い且つ前記穴を満たすよう、加工しにくい金属層
を付着させる工程と、 平行板反応器内において、５０〜１５０ＳＣＣＭの範囲
のＮＦ 3 と、３００〜５００ＳＣＣＭの範囲の不活性ガ
スとを含む混合物中で、３２５〜４２５ワット の範囲の
電力で、３５０〜６００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力におい
て発生されるプラズマに、前記半導体基板を曝すことに
よって、前記誘電体を覆う前記加工しにくい金属に対し
てエッチングを行う工程とを備えることを特徴とする、
充填を行う方法。 - 【請求項４】 基板上に形成された誘電体に開けられて
前記誘電体の下の領域を露出させる穴に対して、充填を
行う方法であって、前記 誘電体が形成されている前記基板を供給する工程
と、 前記誘電体および露出させられた前記下の領域に、それ
らを覆うように付着層を付着させる工程と、 前記付着層を覆い且つ前記穴を満たすよう、加工しにく
い金属層を付着させる工程と、 平行板反応器内において、 ＮＦ3 と第１の不活性ガスを含む第１の混合物の流れに
生成される第１のプラズマに、前記半導体基板を曝し、 ＮＦ3と、Ｃｌ2と、第２の不活性ガスとを含む第２の混
合物の流れに生成される第２のプラズマに、前記半導体
基板を曝し、 ＮＦ3と、Ｃｌ2と、第３の不活性ガスとを含む第３の混
合物の流れに生成される第２のプラズマに、前記半導体
基板を曝すことによって、前記加工しにくい金属および
前記誘電体上の付着層をエッチングする工程とを備える
ことを特徴とする、充填を行う方法。 - 【請求項５】 半導体基板上のデバイスの製造におい
て、平行板反応器内で、加工しにくい金属層およびそれ
の下側に配置されている付着金属層をエッチングする方
法であって、前記 加工しにくい金属層とこの金属層の下側に配置され
ている前記付着金属層とを有する半導体基板を供給する
工程と、平行板反応器内において 、 ＮＦ3 と第１の不活性ガスを含む第１の混合物の流れに
生成される第１のプラズマに、前記半導体基板を曝し、 ＮＦ3と、Ｃｌ2と、第２の不活性ガスとを含む第２の混
合物の流れに生成される第２のプラズマに、前記半導体
基板を曝し、 ＮＦ3と、Ｃｌ2と、第３の不活性ガスとを含む第３の混
合物の流れに生成される第２のプラズマに、前記半導体
基板を曝すことによって、前記加工しにくい金属層およ
び前記誘電体上の前記付着金属層をエッチングする工程
とを備えることを特徴とする、エッチング方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/686,683 US5164330A (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Etchback process for tungsten utilizing a NF3/AR chemistry |
| US686,683 | 1991-04-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629253A JPH0629253A (ja) | 1994-02-04 |
| JP3213820B2 true JP3213820B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=24757304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12298392A Expired - Lifetime JP3213820B2 (ja) | 1991-04-17 | 1992-04-17 | 半導体基板上のデバイスの製造中に平行板反応器内で耐火性金属層をエッチングする方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5164330A (ja) |
| JP (1) | JP3213820B2 (ja) |
Families Citing this family (78)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH04257227A (ja) * | 1991-02-08 | 1992-09-11 | Sony Corp | 配線形成方法 |
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| DE69213928T2 (de) * | 1992-05-27 | 1997-03-13 | Sgs Thomson Microelectronics | Verdrahtung auf Wolfram-Plomben |
| US6355553B1 (en) * | 1992-07-21 | 2002-03-12 | Sony Corporation | Method of forming a metal plug in a contact hole |
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