JP3258240B2 - Etching method - Google Patents

Etching method

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JP3258240B2
JP3258240B2 JP23882596A JP23882596A JP3258240B2 JP 3258240 B2 JP3258240 B2 JP 3258240B2 JP 23882596 A JP23882596 A JP 23882596A JP 23882596 A JP23882596 A JP 23882596A JP 3258240 B2 JP3258240 B2 JP 3258240B2
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任光 金清
良二 濱崎
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板のエッ
チング方法に係り、LSI等で用いられる配線材、特に
多層もしくは単層Al配線の側面における加工形状の制
御に好適なエッチング方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for etching a semiconductor substrate, and more particularly to an etching method suitable for controlling a processing shape on a side surface of a wiring material used in an LSI or the like, in particular, a multilayer or single-layer Al wiring. .

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIのAl配線の多くはTiNキャッ
プ層/Al−Cu合金/TiNバリア層の3層構造が採
用されている。該配線のパターニングにはBCl3/C
2ガスによるドライエッチングが広く用いられてい
る。BCl3/Cl2系のエッチングでは、Al−Cu合
金のエッチング速度の方がTiNのエッチング速度より
大きいため、図4の従来の多層Al配線の断面形状図に
示すようにAl−Cu合金層303にサイドエッチング
305が発生したり、TiNキャップ層304直下のA
l−Cu合金層303にノッチ306が発生するという
課題がある。なお、図3において、302はTiNバリ
ア層で、301は絶縁膜で、300は半導体基板であ
る。良好な加工形状を実現するためには、側壁保護膜の
形成を制御しながらAl配線のエッチングを行う必要が
ある。その対策として、例えばJournal of
Vacuum Science & Technolo
gy,A10巻,第4号,pp.1232−1237に
記載されているように、N2をBCl3/Cl2系のガス
に添加してノッチ306の低減及びAl−Cu合金層3
03の異方性加工を達成している。該手段による側壁保
護膜はBCl3からのBとTiN層のNの反応によるB
N化合物を含んでおり、従来のBCl3/Cl2系エッチ
ングに比べて形状制御に有効な側壁保護膜となってい
る。
2. Description of the Related Art Most Al wirings in LSIs have a three-layer structure of a TiN cap layer / Al--Cu alloy / TiN barrier layer. BCl 3 / C
Dry etching using l 2 gas is widely used. In the etching of the BCl 3 / Cl 2 system, since the etching rate of the Al—Cu alloy is higher than the etching rate of TiN, as shown in the cross-sectional view of the conventional multilayer Al wiring in FIG. Side etching 305 occurs on the substrate, and A
There is a problem that a notch 306 is generated in the l-Cu alloy layer 303. In FIG. 3, reference numeral 302 denotes a TiN barrier layer, 301 denotes an insulating film, and 300 denotes a semiconductor substrate. In order to realize a good processed shape, it is necessary to etch the Al wiring while controlling the formation of the sidewall protective film. As a countermeasure, for example, Journal of
Vacuum Science & Technology
gy, Vol. As described in 1232-1237, N 2 is added to a BCl 3 / Cl 2 based gas to reduce the notch 306 and to reduce the Al—Cu alloy layer 3.
03 anisotropic processing was achieved. The sidewall protective film formed by this means is formed by the reaction between B from BCl 3 and N in the TiN layer.
Since it contains an N compound, it is a sidewall protective film that is more effective in shape control than conventional BCl 3 / Cl 2 etching.

【0003】なお、従来、アルミニウムおよびアルミニ
ウム合金を減圧下でプラズマエッチングするものとし
て、特開昭60−169140号公報に記載のように、
一対の電極のウエハ設置側の電極に13.56MHzの
高周波電力を印加し、BCl3+Cl2ガスにCH4ガス
を添加して、高速でしかも異方性のエッチングを低い高
周波電力で達成し、レジストの損傷を抑制するようにし
たものがある。
Conventionally, as disclosed in JP-A-60-169140, plasma etching of aluminum and aluminum alloys under reduced pressure has been proposed.
A high frequency power of 13.56 MHz is applied to the electrodes on the wafer installation side of the pair of electrodes, and a CH 4 gas is added to the BCl 3 + Cl 2 gas to achieve high-speed and anisotropic etching with a low high frequency power, There is one that suppresses damage to the resist.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したBCl3/C
2系エッチングガスにN2を添加する方法では、BN化
合物を含む側壁保護膜が効率良く形成されることにより
ノッチ306を低減している。しかし、該BN化合物を
含む側壁保護膜は化学的に強い結合を有するため、エッ
チングに引き続くアッシング工程・溶液処理により除去
されにくいという課題がある。また、エッチング室内壁
においてもBN化合物の生成・堆積反応が起こるため、
エッチング装置内で異物が発生しやすく、LSI量産適
用の際には問題となる。従って、BN化合物に代わって
強固でしかもエッチング後に除去しやすい側壁保護膜を
形成する手段が必要になる。
The above-mentioned BCl 3 / C
In the method of adding N 2 to the l 2 -based etching gas, the notch 306 is reduced by efficiently forming the sidewall protective film containing the BN compound. However, since the sidewall protective film containing the BN compound has a chemically strong bond, there is a problem that it is difficult to remove the sidewall protective film by an ashing process and a solution process subsequent to the etching. In addition, since the formation and deposition reaction of the BN compound occurs on the inner wall of the etching chamber,
Foreign matter is easily generated in the etching apparatus, which is a problem when applying to mass production of LSI. Therefore, it is necessary to provide a means for forming a sidewall protective film which is strong and is easily removed after etching instead of the BN compound.

【0005】また一方、プラズマエッチングにおいて
は、プラズマによってホトレジストマスクも削られ、該
削られたホトレジストが被エッチング側面に付着して側
壁保護膜の働きをする。しかしながら、近年ASICま
たはロジックのようにホトレジストマスクがエッチング
面積に対して少ない、例えば、ウエハ面積の30%以
下、言い替えれば被エッチング部の面積が70%以上の
ようなものにおいては、エッチング時にプラズマによっ
て削られるホトレジストの絶対量も少なく、側壁保護膜
としての働きが小さく、別途側壁保護膜を積極的に形成
する必要がある。なお、特開昭60−169140号公
報に記載のプロセスは、単に高速でしかも異方性のエッ
チングを低い高周波電力で達成し、レジストの損傷を抑
制することについてのみ開示されており、側壁保護膜の
働きについては何ら開示されていない。
On the other hand, in plasma etching, the photoresist mask is also shaved by the plasma, and the shaved photoresist adheres to the side surface to be etched and functions as a side wall protective film. However, in recent years, in the case where the photoresist mask is small relative to the etching area, such as ASIC or logic, for example, 30% or less of the wafer area, in other words, the area of the portion to be etched is 70% or more, the plasma is generated during etching. The absolute amount of the photoresist to be removed is small, the function as the sidewall protective film is small, and it is necessary to separately form the sidewall protective film. The process described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-169140 discloses only achieving high-speed and anisotropic etching with low high-frequency power and suppressing damage to a resist. No action is disclosed.

【0006】本発明の目的は、被エッチング部の面積が
レジストマスクの面積よりも大きい試料において、確実
なエッチング形状を得ることのできるエッチング方法を
提供することにある。本発明の他の目的は、エッチング
後に除去しやすく、かつエッチング時の形状制御が容易
な側壁保護膜を形成しながら処理できるエッチング方法
を提供することある。
An object of the present invention is to provide an etching method capable of obtaining a reliable etching shape in a sample in which the area of a portion to be etched is larger than the area of a resist mask. Another object of the present invention is to provide an etching method capable of performing processing while forming a sidewall protective film which is easily removed after etching and whose shape can be easily controlled during etching.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体基板
上に形成された多層もしくは単層Al配線を、BCl3
+Cl2 ガスのプラズマを用いてエッチングする方法に
おいて、Cxy Clz (x、y、z=0〜8)ガスから
選ばれた少なくとも1つ以上のガスと、該少なくとも1
つ以上のガスの量よりも多い量のArガスを、夫々前記
BCl3 +Cl2 ガスに添加してエッチング用ガスと
し、このエッチング用ガスのプラズマを用いてエッチン
し、前記Arガスの添加により、エッチング形状に合
わせた流量比の設定を行うことにより、達成される。ま
た、上記目的は、半導体基板上に形成された多層もしく
は単層Al配線を、BCl3 +Cl2 ガスのプラズマを
用いてエッチングする方法において、Cxy Clz
(x、y、z=0〜8)ガスから選ばれた少なくとも1つ
以上のガスと、該少なくとも1つ以上のガスの量よりも
多い量のArガスを、夫々前記BCl3+Cl2 ガスに
添加してエッチング用ガスとし、該エッチング用ガスを
プラズマ化すると共に、前記Arガスの添加により、エ
ッチング形状に合わせた流量比の設定を行い、 前記プ
ラズマが形成されるエッチング室の壁面温度を80〜2
50℃の範囲内の所定温度に制御してエッチングするこ
とにより、達成される。同じく上記目的は、被エッチン
グ材料がAl系配線膜である試料を、BCl3+Cl2
ガスにCH4 ガスを添加したエッチングガスのプラズマ
によってエッチング処理する方法において、前記エッチ
ングガスに、前記CH4 ガスの量より多い量のArガス
を加えてエッチング用ガスとし、このエッチング用ガス
のプラズマを用いてエッチングし、前記Arガスの添加
により、エッチング形状に合わせた流量比の設定を行う
ことにより、達成される。更に上記目的は、被エッチン
グ材料がAl系配線膜である試料を、BCl3 +Cl2
ガスにCH4 ガスを添加したエッチングガスのプラズマ
によってエッチング処理する方法において、前記試料の
被エッチング部の面積がレジストマスクの面積よりも大
きい試料のとき、前記エッチングガスに、前記CH4
スの量より多い量のArガスを加えてエッチング用ガス
とし、このエッチング用ガスのプラズマを用いてエッチ
ングし、前記Arガスの添加により、エッチング形状に
合わせた流量比の設定を行うことにより、達成される。
更にまた、上記目的は、被エッチング材料がAl系配線
膜である試料を、BCl3 +Cl2 ガスにCH4 ガスを
添加したエッチングガスのプラズマによってエッチング
処理する方法において、前記プラズマが形成されるエッ
チング室をプラズマクリーニングした後、前記エッチン
グガスに、前記CH4 ガスの量より多い量のArガス
加えてエッチング用ガスとし、このエッチング用ガスの
プラズマを用いてエッチングし、前記Arガスの添加に
より、エッチング形状に合わせた流量比の設定を行う
とにより、達成される。
An object of the present invention is to provide a multi-layer or single-layer Al wiring formed on a semiconductor substrate by using BCl 3
In a method of etching using + Cl 2 gas plasma, at least one gas selected from C x H y Cl z (x, y, z = 0 to 8) gas, and at least one gas selected from the group consisting of:
An Ar gas in an amount greater than the amount of one or more gases is added to the BCl 3 + Cl 2 gas to form an etching gas, and etching is performed using the plasma of the etching gas. Matching etching shape
This is achieved by setting the flow rate ratio accordingly . The above-described object is a multi-layer or single-layer Al wirings formed on a semiconductor substrate, a method of etching using a plasma of BCl 3 + Cl 2 gas, C x H y Cl z
(x, y, z = 0 to 8) at least one or more gases selected from the gases and the amount of the at least one or more gases
The large amount of Ar gas, was added to each the BCl 3 + Cl 2 gas as an etching gas, with a plasma of the etching gas, the addition of the Ar gas, et
The flow rate is set in accordance with the shape of the etching, and the wall temperature of the etching chamber in which the plasma is formed is set to 80 to 2
This is achieved by controlling and etching at a predetermined temperature in the range of 50 ° C. Similarly, the object is to prepare a sample in which the material to be etched is an Al-based wiring film by using BCl 3 + Cl 2
In a method of performing etching by plasma of an etching gas obtained by adding a CH 4 gas to a gas, an etching gas is obtained by adding an Ar gas in an amount larger than the amount of the CH 4 gas to the etching gas. Etching using the plasma of the application gas and adding the Ar gas
This is achieved by setting the flow rate ratio in accordance with the etching shape . Further, the object is to prepare a sample whose material to be etched is an Al-based wiring film by using BCl 3 + Cl 2.
In the method of performing an etching process using an etching gas plasma obtained by adding a CH 4 gas to a gas, when the area of a portion to be etched of the sample is larger than the area of a resist mask, the amount of the CH 4 gas is included in the etching gas. A larger amount of Ar gas is added to form an etching gas, and etching is performed using the plasma of the etching gas.
This is achieved by setting the flow rate ratio accordingly .
Still another object of the present invention is to provide a method for etching a sample whose material to be etched is an Al-based wiring film by using a plasma of an etching gas obtained by adding a CH 4 gas to a BCl 3 + Cl 2 gas. After plasma cleaning the chamber, an etching gas is added to the etching gas by adding an Ar gas in an amount larger than the amount of the CH 4 gas, and etching is performed using the plasma of the etching gas.
This is achieved by setting the flow ratio according to the etching shape .

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明は、枚葉式エッチング装置
のエッチング室をO2プラズマクリ−ニングして有機物
を除去した後、チャンバの壁面温度を80〜250℃の
所定温度に制御しBCl3,Cl2,CH4及びArの混
合ガスにより有機レジスト膜マスクを用いて多層Al配
線をプラズマエッチングする。そのときのガス質量流量
比はCl2:100に対してBCl3,CH4及びArが
各々5〜50,1〜20,50〜500の比である。上
記O2プラズマクリ−ニングは、複数枚の連続処理毎も
しくはウエハ処理1枚毎に行えばよい。これにより、C
4から解離した有機成分が効率良く側壁保護膜を形成
するため、サイドエッチング及びノッチを抑制でき、良
好な加工形状の多層Al配線のエッチングが可能にな
る。また、Arを添加していることにより、そのスパッ
タ効果により、側壁保護膜の厚さをコントロールでき、
加工形状の制御性をさらに向上することができる。上記
方式により形成された側壁保護膜は通常の後工程により
容易に除去できる。また、CH4の添加がエッチング装
置のメンテナンス性に影響を与えることはない。通常、
CH4等のような有機系ガスを添加したエッチングを量
産に適用すると加工形状に経時変化が現れるが、本発明
では定期的なO2クリーニングによるチャンバ内有機物
の除去とチャンバ壁面温度の制御によりエッチング雰囲
気の安定性、再現性の向上を図かり量産への適用を可能
にしている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides single etching chamber of wafer etching apparatus O 2 plasma chestnut - after removing the training to organics, BCl controls wall temperature of the chamber to a predetermined temperature of 80 to 250 ° C. The multilayer Al wiring is plasma-etched with a mixed gas of 3 , Cl 2 , CH 4 and Ar using an organic resist film mask. The gas mass flow ratio at that time is such that BCl 3 , CH 4 and Ar are 5 to 50, 1 to 20, and 50 to 500, respectively, with respect to Cl 2 : 100. The O 2 plasma cleaning may be performed for each of a plurality of continuous processes or for each wafer process. Thereby, C
Since the organic component dissociated from H 4 efficiently forms the sidewall protective film, side etching and notch can be suppressed, and etching of a multilayer Al wiring having a good processed shape becomes possible. Further, by adding Ar, the thickness of the sidewall protective film can be controlled by the sputtering effect,
The controllability of the processing shape can be further improved. The sidewall protective film formed by the above method can be easily removed by a usual post-process. Further, the addition of CH 4 does not affect the maintainability of the etching apparatus. Normal,
When etching to which an organic gas such as CH 4 is added is applied to mass production, the processed shape changes over time. However, in the present invention, etching is performed by removing organic substances in the chamber by periodic O 2 cleaning and controlling the chamber wall temperature. Atmosphere stability and reproducibility have been improved to enable application to mass production.

【0009】以下、本発明の一実施例を図1に示す試料
断面図及び図2に示すエッチング装置の概略図を用いて
説明する。まず、図1(a)に示すように半導体基板1
00上に絶縁膜101,TiNバリア層102,Al−
Cu合金層103,TiNキャップ層104を積層し、
さらにTiNキャップ層104上に所望のパターンに形
成されたレジスト膜105を有した試料をエッチング装
置の試料交換室に搬入する。該エッチング装置では、図
2に示すようにマグネトロン200で発生したμ波が導
波管201および導入窓202を経てエッチング室20
3に伝わり、エッチング室203内で磁場制御コイル2
04により形成された磁場とマイクロ波電界とが電子サ
イクロトロン共鳴を起こし高密度プラズマを生成する。
また、試料ホルダ205には高周波電源206が接続さ
れ、RFバイアスをプラズマ生成とは独立して印加する
ことができる。上記試料をエッチング室203に搬入す
る前に、O2プラズマクリーニング処理を施してエッチ
ング室内の有機物を除去する。クリーニング条件はO2
流量:100sccm,全ガス圧:2Pa,マイクロ波出力:
800Wである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to a sample sectional view shown in FIG. 1 and a schematic view of an etching apparatus shown in FIG. First, as shown in FIG.
On the insulating film 101, the TiN barrier layer 102,
A Cu alloy layer 103 and a TiN cap layer 104 are laminated,
Further, a sample having a resist film 105 formed in a desired pattern on the TiN cap layer 104 is carried into a sample exchange chamber of an etching apparatus. In the etching apparatus, the microwave generated by the magnetron 200 passes through the waveguide 201 and the introduction window 202 as shown in FIG.
3 and the magnetic field control coil 2 in the etching chamber 203.
The magnetic field and the microwave electric field formed by 04 cause electron cyclotron resonance to generate high density plasma.
A high-frequency power source 206 is connected to the sample holder 205 so that an RF bias can be applied independently of plasma generation. Before the sample is carried into the etching chamber 203, an O 2 plasma cleaning process is performed to remove organic substances in the etching chamber. Cleaning condition is O 2
Flow rate: 100sccm, total gas pressure: 2Pa, microwave output:
800W.

【0010】クリーニング後、エッチング室の内壁温度
を100℃に設定・制御し、上記試料をエッチング室2
03に搬送する。試料は、パターン化されたレジスト膜
105をマスクにしてTiNキャップ層104,Al−
Cu合金層103,及びTiNバリア層102を順次エ
ッチングされる。このときの主なエッチング条件とし
て、ケース(1)においてガス流量をBCl3:20scc
m,Cl2:80sccm,CH4:4sccm,全ガス圧:2P
a,マイクロ波出力:800W,RFパワー:60W,基
板温度:40℃とすると図1(b)に示す結果となっ
た。また、ケース(2)においてガス流量をBCl3
20sccm,Cl2:80sccm,CH4:4scc
m,Ar:96sccm,全ガス圧:3Paとすると図
1(c)に示す結果となった。ここで、その他のエッチ
ング条件は図1(b)に示す場合と同様である。また、
各ガス流量の制御はそれぞれマスフロー制御による流量
コントローラ207を用いて行った。なお、プラズマ発
光モニタを用いて判定したTiNバリア層102のエッ
チングが終了した後も、引続き15秒間のオーバーエッ
チングを継続した。
After cleaning, the temperature of the inner wall of the etching chamber is set and controlled at 100 ° C.
Transport to 03. The sample was formed by using the patterned resist film 105 as a mask to form the TiN cap layer 104, Al-
The Cu alloy layer 103 and the TiN barrier layer 102 are sequentially etched. As a main etching condition at this time, in the case (1), the gas flow rate is set to BCl 3 : 20 scc.
m, Cl 2 : 80 sccm, CH 4 : 4 sccm, total gas pressure: 2P
a, microwave power: 800 W, RF power: 60 W, and substrate temperature: 40 ° C., the results shown in FIG. 1B were obtained. In case (2), the gas flow rate is set to BCl 3 :
20sccm, Cl 2: 80sccm, CH 4: 4scc
When m and Ar were 96 sccm and the total gas pressure was 3 Pa, the result shown in FIG. 1C was obtained. Here, the other etching conditions are the same as in the case shown in FIG. Also,
The control of each gas flow rate was performed using the flow rate controller 207 by mass flow control. Note that overetching was continued for 15 seconds after the etching of the TiN barrier layer 102 determined using the plasma emission monitor was completed.

【0011】上述したエッチング処理後の試料の断面形
状は、ケース(1)の場合、図1(b)に示すように側
壁保護膜が形成され、そのエッチング形状が制御可能で
あることが判る。この場合、側壁保護膜はCH4ガスに
よるプラズマ中に含まれたC,CHの有機成分によって
形成され、その成分は有機物でなるレジストマスクと同
成分となる。したがって、該側壁保護膜はレジストアッ
シングと同様のプロセスで除去することが可能となる。
なお、この場合は、CH4ガスによる側壁保護膜が厚す
ぎるために順テーパ(図に示すように下向きに広がった
テーパをいう)となった。すなわち、プラズマ中に含ま
れたC,CHの有機成分が側壁保護膜として付着し、そ
の有機成分が多いためにマスクとなってエッチングとと
もにテーパ状に広がってしまう。なお、側壁保護膜の厚
さは、CH4ガスの量を変えることでコントロールする
ことができ、その最適化によって垂直エッチングも可能
となる。本プロセスを用いることにより、例えば、AS
ICまたはロジックのようにパターン化されたレジスト
マスクの面積よりも、被エッチング部の面積の方が大き
い、特にレジストマスクと被エッチング部との面積比が
3:7のような場合には有効である。すなわち、レジス
トマスク面積が30%以上、例えば、40%のような場
合、プラズマエッチングの際にプラズマ中のイオンの作
用によってレジストマスクの一部もスパッタエッチング
され、該スパッタエッチングされたレジストの一部がエ
ッチング側壁面に付着し、多少は側壁保護膜として作用
するが、レジストマスク面積が30%以下だとスパッタ
エッチングされるレジストの量が少なくなりその作用が
殆どなくなる。このように、レジストマスク面積が少な
い試料においては、CH4ガスによるレジストマスクと
同成分のC,CHの有機成分をプラズマ中に補給してや
ることができるので、有効に側壁保護膜を形成すること
ができる。さらに、側壁保護膜を最小限にして垂直エッ
チングを行うことができるので、図3(a)に示すよう
に線幅:0.5μm以下、パターン幅:0.5μm以
下、深さ:0.5μm以上の微細形状の積層構造配線膜
もエッチングすることができる。これにより、該微細形
状にエッチングされた部分に絶縁膜を形成して図3
(b)に示すように構成した半導体装置を製作すること
ができる。
In the case of the case (1), the cross-sectional shape of the sample after the above-mentioned etching treatment is such that a side wall protective film is formed as shown in FIG. 1 (b), and the etching shape can be controlled. In this case, the side wall protective film is formed by the organic components of C and CH contained in the plasma by the CH 4 gas, and the components are the same as those of the resist mask made of an organic substance. Therefore, the side wall protective film can be removed by the same process as resist ashing.
Note that, in this case, the side wall protective film formed by the CH 4 gas was too thick, so that the taper formed a forward taper (referred to as a taper that spread downward as shown in the figure). That is, the organic components of C and CH contained in the plasma adhere as a side wall protective film, and because of a large amount of the organic components, they serve as a mask and spread in a tapered shape with etching. Note that the thickness of the side wall protective film can be controlled by changing the amount of CH 4 gas, and vertical etching can be performed by optimizing the thickness. By using this process, for example, AS
This is effective when the area of the portion to be etched is larger than the area of the resist mask patterned like an IC or a logic, especially when the area ratio between the resist mask and the portion to be etched is 3: 7. is there. That is, when the resist mask area is 30% or more, for example, 40%, a part of the resist mask is also sputter-etched by the action of ions in the plasma during plasma etching, and a part of the sputter-etched resist is formed. Adheres to the side wall surface of the etching and slightly acts as a side wall protective film. However, if the resist mask area is 30% or less, the amount of resist to be sputter-etched is reduced and the effect is almost eliminated. As described above, in a sample having a small resist mask area, the same organic components of C and CH as in the resist mask using CH 4 gas can be supplied into the plasma, so that the sidewall protective film can be effectively formed. it can. Further, since vertical etching can be performed while minimizing the side wall protective film, as shown in FIG. 3A, the line width is 0.5 μm or less, the pattern width is 0.5 μm or less, and the depth is 0.5 μm. It is also possible to etch the wiring film having the above-mentioned laminated structure having a fine shape. As a result, an insulating film is formed on the portion etched into the fine shape, and FIG.
A semiconductor device configured as shown in (b) can be manufactured.

【0012】また、ケース(2)の場合は図1(c)に
示すようにケース(1)のプロセスにArガスを添加し
たもので、垂直エッチングが行われている。すなわち、
Arガスを添加することで、エッチング中のArイオン
のスパッタ性により側壁保護膜の厚さが制御され、Ti
Nキャップ層104,Al−Cu合金層103,TiN
バリア層102の各側面が垂直に加工されたものと考え
られる。この場合もエッチング側面はエッチング中の副
生成物、すなわち、C,CH等の有機物でなる側壁保護
膜106により被われている。したがって、該側壁保護
膜106もエッチング処理後の後処理、例えば、レジス
トアッシングによって、レジストマスクの除去とともに
容易に除去することができる。本ケース(2)のプロセ
スによれば、Arガスの添加により側壁保護膜の厚さを
ケース(1)の場合よりもさらに容易に制御することが
できる。すなわち、ケース(1)の場合は、CH4ガス
の量が元々少なく、その量を調整するのが難しい。これ
に対し、ケース(2)の場合は、Arガスの量が多いの
でエッチング形状に合わせて、最適な流量比に容易に設
定することができ、これによって、所望のエッチング形
状が容易に得られる。よって、レジストマスクが少ない
試料、例えば、面積が小さいもの(ウエハ面積の30%
以下)、またはレジストマスク厚さが薄いもの(1μm
以下)、または対レジスト選択比が大きくあまりレジス
トが削られないもの等のエッチングに好適である。
In case (2), as shown in FIG. 1 (c), Ar gas is added to the process of case (1), and vertical etching is performed. That is,
By adding Ar gas, the thickness of the side wall protective film is controlled by the sputtering property of Ar ions during etching, and Ti
N cap layer 104, Al—Cu alloy layer 103, TiN
It is considered that each side surface of the barrier layer 102 was processed vertically. Also in this case, the etching side surface is covered by a by-product during etching, that is, the sidewall protective film 106 made of an organic substance such as C and CH. Therefore, the sidewall protective film 106 can be easily removed together with the removal of the resist mask by post-processing after the etching process, for example, resist ashing. According to the process of the case (2), the thickness of the side wall protective film can be more easily controlled by adding Ar gas than in the case (1). That is, in case (1), the amount of CH 4 gas is originally small, and it is difficult to adjust the amount. On the other hand, in the case (2), since the amount of Ar gas is large, it is possible to easily set an optimum flow ratio in accordance with the etching shape, thereby easily obtaining a desired etching shape. . Therefore, a sample having a small resist mask, for example, a sample having a small area (30% of the wafer area)
Below) or a thin resist mask (1 μm
This method is suitable for etching of a material having a large selectivity with respect to a resist and a resist that is not so much removed.

【0013】本実施例によるとTiNキャップ層104
直下のAl−Cu合金層103にノッチが発生すること
なく良好な形状の多層Al配線のエッチングが行える。
また、エッチング後工程におけるレジスト膜105及び
側壁保護膜106の除去が容易である。また、O2クリ
ーング処理に続いて試料を25枚連続してエッチング処
理しても加工形状の変化は殆ど起こらない。即ち、定期
的にO2クリーング処理を実施することにより、量産に
適用した場合も多層Al配線の加工形状の経時変化がな
く、装置のメンテナンス性に支障を与えることも無い。
なお、ここでは、通常の1ロット25枚の連続処理につ
いて効果を確認しているが、諸条件の最適化により25
枚以上の連続処理も可能である。また、25枚以下の連
続処理、例えば1枚,5枚,10枚については言うまで
もなく有効である。
According to this embodiment, the TiN cap layer 104 is used.
Etching of a multilayer Al wiring having a good shape can be performed without generating a notch in the Al-Cu alloy layer 103 immediately below.
Further, the removal of the resist film 105 and the side wall protective film 106 in the post-etching step is easy. Further, even if 25 samples are continuously etched after the O 2 cleaning process, the processed shape hardly changes. That is, by performing the O 2 cleaning process periodically, even when applied to mass production, there is no change over time in the processing shape of the multilayer Al wiring, and there is no hindrance to the maintainability of the device.
Here, the effect has been confirmed for the normal continuous processing of 25 sheets in one lot.
Continuous processing of more than one sheet is also possible. Needless to say, continuous processing of 25 or less sheets, for example, 1, 5, and 10 sheets is effective.

【0014】本実施例では、エッチング室の内壁温度を
100℃に設定・制御しているが、80〜250℃の範
囲内で制御しても、BCl3/Cl2/CH4/Ar流量
比を適宜調整して同様の効果を得ることは可能である。
好適な質量流量比の目安は、Cl2:100に対してB
Cl3,CH4及びArが各々5〜50,1〜20,50
〜500の比である。本実施例ではCH4,Arガスを
BCl3/Cl2に添加した場合について述べている。他
のCxHyClz(x,y,z=0〜8),CxHyB
rz(x,y,z=0〜8)ガスのうちの少なくとも1
つ以上、及びAr,Xe,Krのうちの少なくとも1つ
以上の混合ガスを用いても同様の効果が期待されるが、
実験の結果CH4,Arガス添加が有効であることが分
かった。また、本実施例ではBCl3/Cl2をエッチン
グガスとして用いているが、SiCl4,CCl4等の他
の塩素系ガスを用いることも有効である。
In this embodiment, the temperature of the inner wall of the etching chamber is set and controlled to 100 ° C., but even if the temperature is controlled within the range of 80 to 250 ° C., the flow rate ratio of BCl 3 / Cl 2 / CH 4 / Ar Can be adjusted to obtain the same effect.
A guide for a suitable mass flow ratio is B: Cl 2 : 100.
Cl 3 , CH 4 and Ar are 5 to 50, 1 to 20, 50, respectively.
500500. In this embodiment, the case where CH 4 and Ar gas are added to BCl 3 / Cl 2 is described. Other CxHyClz (x, y, z = 0 to 8), CxHyB
at least one of rz (x, y, z = 0 to 8) gas
The same effect can be expected by using a mixed gas of one or more and at least one of Ar, Xe, and Kr.
As a result of the experiment, it was found that addition of CH 4 and Ar gas was effective. In this embodiment, BCl 3 / Cl 2 is used as an etching gas, but it is also effective to use another chlorine-based gas such as SiCl 4 or CCl 4 .

【0015】また、本実施例ではTiN/Al−Cu合
金層/TiN積層膜をエッチングしているが、Al−C
u合金層の上下の膜がTi/TiN膜或いはTiW膜ま
たはW膜等であっても構わない。また、積層膜に限ら
ず、Al単層膜(AlまたはAl合金の単層膜)であっ
ても同様の効果が得られる。本実施例ではECR型エッ
チング装置を用いて説明したが、他のプラズマエッチン
グ装置、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma)
エッチング装置を用いても同様の効果がある。
In this embodiment, the TiN / Al-Cu alloy layer / TiN laminated film is etched.
The upper and lower films of the u alloy layer may be Ti / TiN films, TiW films, W films, or the like. Further, the same effect can be obtained not only by the laminated film but also by an Al single layer film (a single layer film of Al or Al alloy). Although the present embodiment has been described using an ECR type etching apparatus, other plasma etching apparatuses, for example, ICP (Inductively Coupled Plasma)
The same effect can be obtained by using an etching apparatus.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明によれば、被エッチング部の面積
がレジストマスクの面積よりも大きい試料において、確
実なエッチング形状を得ることのできるという効果があ
る。また、エッチング後に除去しやすく、かつエッチン
グ時の形状制御が容易な側壁保護膜を形成しながらエッ
チング処理できるという効果がある。
According to the present invention, there is an effect that a reliable etching shape can be obtained in a sample in which the area of the portion to be etched is larger than the area of the resist mask. In addition, there is an effect that the etching process can be performed while forming a sidewall protective film which is easily removed after etching and whose shape can be easily controlled at the time of etching.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施に係る試料を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a sample according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明を実施する装置の一実施例であるエッチ
ング装置の概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of an etching apparatus which is an embodiment of an apparatus for implementing the present invention.

【図3】本発明を適用して製作される半導体装置の一例
を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device manufactured by applying the present invention.

【図4】従来のAl配線の断面形状を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional shape of a conventional Al wiring.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…半導体基板、101…絶縁膜、102…TiN
バリア層、103…Al−Cu合金層、104…TiN
キャップ層、105…レジスト膜、106…側壁保護
膜、107…絶縁膜、200…マグネトロン、201…
導波管、202…導入窓、203…エッチング室、20
4…磁場制御コイル、205…試料ホルダ、206…高
周波電源、207…マスフローコントローラ。
100 semiconductor substrate, 101 insulating film, 102 TiN
Barrier layer, 103 ... Al-Cu alloy layer, 104 ... TiN
Cap layer, 105: resist film, 106: side wall protective film, 107: insulating film, 200: magnetron, 201 ...
Waveguide, 202: introduction window, 203: etching chamber, 20
4: magnetic field control coil, 205: sample holder, 206: high frequency power supply, 207: mass flow controller.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−273192(JP,A) 特開 平5−102097(JP,A) 特開 平7−58079(JP,A) 特開 平7−106312(JP,A) 特開 平5−343366(JP,A) 特開 平6−283524(JP,A) 特開 昭52−131939(JP,A) 特開 平6−302565(JP,A) 特開 平7−230996(JP,A) 特開 平8−111401(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21/3213 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-7-273192 (JP, A) JP-A-5-102097 (JP, A) JP-A-7-58079 (JP, A) JP-A-7-273 106312 (JP, A) JP-A-5-343366 (JP, A) JP-A-6-283524 (JP, A) JP-A-52-131939 (JP, A) JP-A-6-302565 (JP, A) JP-A-7-230996 (JP, A) JP-A-8-111401 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21/3213

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された多層もしくは
単層Al配線を、BCl3 +Cl2 ガスのプラズマを用
いてエッチングする方法において、 Cxy Clz (x、y、z=0〜8)ガスから選ばれた
少なくとも1つ以上のガスと、該少なくとも1つ以上の
ガスの量よりも多い量のArガスを、夫々前記BCl3
+Cl2 ガスに添加してエッチング用ガスとし、 このエッチング用ガスのプラズマを用いてエッチング
し、前記Arガスの添加により、エッチング形状に合わ
せた流量比の設定を行うことを特徴とするエッチング方
法。
1. A method of etching a multilayer or single-layer Al wiring formed on a semiconductor substrate by using a plasma of BCl 3 + Cl 2 gas, wherein C x H y Cl z (x, y, z = 0 to 0) 8) At least one or more gases selected from the gases and an Ar gas in an amount larger than the amount of the at least one or more gases are mixed with the BCl 3 gas , respectively.
+ Cl 2 gas to be used as an etching gas, and etching using this etching gas plasma
Then, the addition of the Ar gas matches the etching shape.
An etching method comprising setting a flow rate ratio .
【請求項2】 半導体基板上に形成された多層もしくは
単層Al配線を、BCl3 +Cl2 ガスのプラズマを用
いてエッチングする方法において、 Cxy Clz (x、y、z=0〜8)ガスから選ばれた
少なくとも1つ以上のガスと、該少なくとも1つ以上の
ガスの量よりも多い量のArガスを、夫々前記BCl3
+Cl2 ガスに添加してエッチング用ガスとし、 該エッチング用ガスをプラズマ化すると共に、前記Ar
ガスの添加により、エッチング形状に合わせた流量比の
設定を行い、 前記プラズマが形成されるエッチング室の壁面温度を8
0〜250℃の範囲内の所定温度に制御してエッチング
することを特徴とするエッチング方法。
2. A method for etching a multi-layer or single-layer Al wiring formed on a semiconductor substrate by using plasma of BCl 3 + Cl 2 gas, wherein C x H y Cl z (x, y, z = 0 to 0) 8) At least one or more gases selected from the gases and an Ar gas in an amount larger than the amount of the at least one or more gases are mixed with the BCl 3 gas , respectively.
+ Cl 2 was added to the gas as the etching gas, with a plasma of the etching gas, the Ar
By adding gas, the flow rate ratio according to the etching shape
After setting, the wall temperature of the etching chamber where the plasma is formed is set to 8
An etching method, characterized in that etching is performed at a predetermined temperature within a range of 0 to 250 ° C.
【請求項3】 被エッチング材料がAl系配線膜である
試料を、BCl3 +Cl2 ガスにCH4 ガスを添加した
エッチングガスのプラズマによってエッチング処理する
方法において、 前記エッチングガスに、前記CH4 ガスの量より多い量
のArガスを加えてエッチング用ガスとし、 このエッチング用ガスのプラズマを用いてエッチング
し、前記Arガスの添加により、エッチング形状に合わ
せた流量比の設定を行うことを特徴とするエッチング方
法。
3. A method for etching a sample whose material to be etched is an Al-based wiring film by plasma of an etching gas obtained by adding a CH 4 gas to a BCl 3 + Cl 2 gas, wherein the etching gas includes the CH 4 gas. Quantity greater than the quantity of
Is added as an etching gas, and etching is performed using the plasma of the etching gas.
Then, the addition of the Ar gas matches the etching shape.
An etching method comprising setting a flow rate ratio .
【請求項4】 被エッチング材料がAl系配線膜である
試料を、BCl3 +Cl2 ガスにCH4 ガスを添加した
エッチングガスのプラズマによってエッチング処理する
方法において、 前記試料の被エッチング部の面積がレジストマスクの面
積よりも大きい試料のとき、前記エッチングガスに、前
記CH4 ガスの量より多い量のArガスを加えてエッチ
ング用ガスとし、 このエッチング用ガスのプラズマを用いてエッチング
し、前記Arガスの添加により、エッチング形状に合わ
せた流量比の設定を行うことを特徴とするエッチング方
法。
4. A method for etching a sample whose material to be etched is an Al-based wiring film by plasma of an etching gas obtained by adding CH 4 gas to BCl 3 + Cl 2 gas, wherein the area of the etched portion of the sample is When the sample is larger than the area of the resist mask, an etching gas is obtained by adding an Ar gas in an amount larger than the amount of the CH 4 gas to the etching gas, and etching is performed using the plasma of the etching gas.
Then, the addition of the Ar gas matches the etching shape.
An etching method comprising setting a flow rate ratio .
【請求項5】 被エッチング材料がAl系配線膜である
試料を、BCl3 +Cl2 ガスにCH4 ガスを添加した
エッチングガスのプラズマによってエッチング処理する
方法において、 前記プラズマが形成されるエッチング室をプラズマクリ
ーニングした後、 前記エッチングガスに、前記CH4 ガスの量より多い量
のArガスを加えてエッチング用ガスとし、 このエッチング用ガスのプラズマを用いてエッチング
し、前記Arガスの添加により、エッチング形状に合わ
せた流量比の設定を行うことを特徴とするエッチング方
法。
5. A method of etching a sample whose material to be etched is an Al-based wiring film using plasma of an etching gas obtained by adding a CH 4 gas to a BCl 3 + Cl 2 gas, wherein an etching chamber in which the plasma is formed is formed. after plasma cleaning, in the etching gas, greater than the amount of the CH 4 gas amount
Is added as an etching gas, and etching is performed using the plasma of the etching gas.
Then, the addition of the Ar gas matches the etching shape.
An etching method comprising setting a flow rate ratio .
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