JP3259295B2

JP3259295B2 - ドライエッチング方法及びｅｃｒプラズマ装置

Info

Publication number: JP3259295B2
Application number: JP30127991A
Authority: JP
Inventors: 敏治柳田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1991-10-22
Publication date: 2002-02-25
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH05114590A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング方法
及びドライエッチング方法に用いて有用なＥＣＲプラズ
マ装置に関し、特にアルミニウム（Ａｌ）系材料層のド
ライエッチングにおいて対レジスト選択性とアフターコ
ロージョン耐性を向上させる方法、及びこれを単一装置
の単一チャンバ内で実施することを可能とする装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の配線材料としては、アルミ
ニウム（Ａｌ）、あるいはこれに１〜２％のシリコン
（Ｓｉ）を添加したＡｌ−Ｓｉ合金、さらにストレス・
マイグレーション対策として０．５〜１％の銅（Ｃｕ）
を添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金等のＡｌ系材料が広く
使用されている。

【０００３】Ａｌ系材料層のドライエッチングは、一般
に塩素系ガスを使用して行われている。例えば、特公昭
５９−２２３７４号公報に開示されるＢＣｌ_３／Ｃｌ_２
混合ガスはその代表例である。Ａｌ系材料層のエッチン
グにおいて主エッチング種として寄与する化学種はＣｌ
^＊であり、自発的で極めて速やかなエッチング反応を進
行させる。Ｃｌ^＊のみではエッチングが等方的に進行す
るので、通常は入射イオン・エネルギーを高めた条件下
でイオン・アシスト反応を進行させ、且つ入射イオンに
スパッタされたレジスト・マスクの分解生成物を側壁保
護膜として利用することで高異方性を達成している。

【０００４】上述のように異方性を確保するためにある
程度の入射イオン・エネルギーを要するプロセスでは、
対レジスト選択性の低下が問題となる。デバイス構造の
三次元化に伴ってウェハの表面段差が増大しており、段
差上部のレジスト膜厚が薄くなり易い。レジスト膜厚が
薄くなることは、フォトリソグラフィにおいて高解像度
を達成する観点からは有利である。現状では対レジスト
選択比が２程度と低いため、薄いレジスト・マスクで信
頼性の高い配線加工を行うことが困難となっている。

【０００５】このような問題を解決するため、例えば月
刊セミコンダクターワールド，１９９０年１２月号，ｐ
１０３〜１０７に、ＢＢｒ_３／Ｃｌ_２混合ガスを用いて
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ層をエッチングする技術が報告されて
いる。これは、レジスト・マスクのエッチング反応生成
物の飽和蒸気圧を比較すると、すべての温度領域におい
てＣＢｒ_４の方がＣＣｌ_４よりも低いことに基づくもの
である。上記文献には、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）分析
により、レジスト・マスクの表面がＣ−Ｂｒ結合を有す
る反応生成物ＣＢｒ_ｘにより被覆され、対レジスト選択
性の向上に寄与していることが示されている。

【０００６】一方、Ａｌ系材料層のエッチングに特有の
問題として、残留塩素によるアフターコロージョンがあ
る。特に、Ａｌ系材料層にＣｕが添加されたり、あるい
はＡｌ系材料層がバリヤメタルや反射防止膜等の異種材
料層と積層されるなど、アフターコロージョン防止の観
点からは不利な条件となり、従来にも増して徹底した対
策が切望されている。

【０００７】アフターコロージョン対策として、（ａ）
ＣＦ_４やＣＨＦ_３等のフルオロカーボン系ガスを用いる
プラズマ・クリーニング、（ｂ）酸素プラズマ・アッシ
ングによるレジスト・マスクと側壁保護膜の除去、
（ｃ）ＮＨ_３ガスによるプラズマ・クリーニングとウェ
ハ水洗との組み合わせ、等が知られている。これらの対
策は、いずれも残留塩素の除去を目的とするものであ
る。すなわち、塩素や臭素をフッ素に置換して反応生成
物の蒸気圧を高めるか、残留塩素を大量に含むレジスト
・マスクや側壁保護膜をアッシングにより除去してしま
うか、塩素化合物を塩化アンモニウムのような不活性な
化合物に変換するか、あるいはこれらと同時に耐蝕性の
高いＡｌＦ_３やＡｌ_２Ｏ_３の被膜をＡｌ系材料層の表面
に形成することにより、アフターコロージョンを抑制す
るものである。

【０００８】このような状況の中で、比較的低い入射イ
オン・エネルギーによっても異方性加工が可能な技術と
して、低温エッチングが注目されている。これは、被エ
ッチング基板（ウェハ）の温度を０℃以下に保持するこ
とにより、深さ方向のエッチング速度をイオン・アシス
ト効果により実用レベルに維持したまま、側壁部におけ
るラジカル反応を凍結または抑制してアンダカット等の
形状不良を防止しようとする技術である。異方性の確保
に必要な入射イオン・エネルギーが低減できるため、対
レジスト選択性や対下地選択性が向上し、ダメージも軽
減できる。

【０００９】この低温エッチングは、Ａｌ系材料層のエ
ッチングにおけるアフターコロージョンの防止にも効果
的であることが知られている。例えば、第５１回応用物
理学会学術講演会（１９９０年秋季年会）講演予稿集，
ｐ４６０，演題番号２６ａ−ＺＦ−６には、ウェハを−
６０℃程度まで冷却し、Ｃｌ_２ガスを用いてＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ層をエッチングすることにより、アフターコロ
ージョンを大幅に減少させた例が報告されている。これ
は、ウェハ表面への塩素の化学吸着に必要な活性化エネ
ルギーが、低温下では与えられにくくなるからである。

【００１０】なお、ウェハ温度を室温程度に維持するプ
ロセスも、広義の低温エッチングに含まれる。それは、
通常のエッチング・プロセスにおいて、特にウェハの冷
却を行わなければ、ウェハ温度はプラズマ輻射熱や反応
熱により百数十℃程度には上昇してしまうからである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、Ａｌ系
材料層のドライエッチングに関しては、高選択性の達成
とアフターコロージョンの低減に向けて様々な努力が行
われているが、解決すべき課題も残されている。

【００１２】例えば、ＢＢｒ_３を含むエッチング・ガス
を使用するプロセスでは、対レジスト選択比が５程度ま
で向上するが、そのために蒸気圧の低い反応生成物ＣＢ
ｒ_ｘの堆積を多量に必要とする。このことは、レジスト
・アッシング時のパーティクル・レベルを悪化させるお
それが大きい。

【００１３】一方、低温エッチングは、スループットや
ハードウェハ面の問題点がある。

【００１４】スループットの低下は、ウェハ温度の安定
化のための所要時間が長いことにより生ずる。例えば、
Ａｌ系材料層のエッチングを低温エッチングで行った
後、アフターコロージョン対策としてフッ素プラズマ・
クリーニングやレジスト・アッシング等を行う場合に
は、ウェハ温度を上昇させる必要がある。単一のウェハ
・ステージ上でこのように幅広い温度範囲でウェハ温度
を調節することは能率が悪く、場合によっては温度安定
化までの所要時間が実際のプロセス時間よりも長くなっ
てしまうことも少なくない。

【００１５】このようなスループットの低下を解決し得
る装置として、真空ロードロック機構を備えたウェハ・
ハンドリング・ユニットの周囲に複数のプロセス・チャ
ンバを配したマルチチャンバ・システムがある。ウェハ
・ハンドリング・ユニットと各プロセス・チャンバはそ
れぞれゲート・バルブを介して接続されているので、ウ
ェハは大気中に取り出されることなく各チャンバ間を移
動することがてきる。各プロセス・チャンバにおいて、
ウェハ・ステージの温度を各工程に適した温度に設定し
ておけば、温度設定の異なるプロセスを能率良く連続工
程で行うことができる。

【００１６】マルチ・チャンバ・システムは非常に大型
であり、プロセスの高度化に伴って装置価格やランニン
グ・コストが上昇する。このようなシステムを、グレー
ドの高い高価なクリーン・ルーム内へ設置することは、
省コスト、省スペース等の観点から常に可能とは限らな
い。

【００１７】そこで、本発明は、対レジスト選択性、ア
フターコロージョン耐性、低汚染性に優れるＡｌ系材料
層のドライエッチング方法を提供すると共に、このエッ
チングを実現するための低温エッチング装置のハードウ
ェア面の改良を行うことを目的とする。

【００１８】

【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、被エッチング基
板の温度を室温以下に制御しながら、塩素系化合物と、
臭素系化合物と、放電解離条件下でプラズマ中に遊離の
イオウを生成し得るイオウ系化合物とを含むエッチング
・ガスを用いてアルミニウム系材料層をエッチングし、
次いで、前記アルミニウム系材料層のエッチングが終了
した後、被エッチング基板を室温より高い温度に加熱し
ながら、フッ素系化合物を含むガスを用いてプラズマ処
理を施すようにしたものである。

【００１９】また、本発明に係るドライエッチング方法
は、被エッチング基板の温度を室温以下に制御しなが
ら、塩素系化合物と、Ｓ_３Ｂｒ_２，Ｓ_２Ｂｒ_２，Ｓ
Ｂｒ_２から選ばれる少なくとも１種類の臭化イオウとを
含むエッチング・ガスを用いてＡｌ系材料層をエッチン
グする。このドライエッチング方法においては、このＡ
ｌ系材料層のエッチングを行った後、被エッチング基板
を室温より高い温度に加熱しながら、フッ素系化合物を
含むガスを用いてプラズマ処理が施される。

【００２０】本発明に係るドライエッチング方法に用い
られるＥＣＲプラズマ装置は、ＥＣＲ放電により生成し
たプラズマを用い、基板載置電極上に設置された基板に
対して所定の処理を行う装置であって、前記基板載置電
極は、冷却手段を内蔵する固定電極と、加熱手段を内蔵
し上下動可能な可動電極を備える。可動電極は、前記固
定電極から分離して前記基板をＥＣＲポジション方向へ
上昇させ、最下降時には前記固定電極に接触保持され
る。

【００２１】

【作用】本発明に係るドライエッチング方法におけるエ
ッチング反応機構を、図１に模式的に示す。この図は、
ＳｉＯ_２層間絶縁膜１上にＡｌ系材料層２が積層され、
さらにその上に所定の形状にパターニングされたレジス
ト・マスク（ＰＲ）３が形成されたウェハにおいて、Ａ
ｌ系材料層２のエッチングの途中状態を示す断面図であ
る。

【００２２】本発明に係るドライエッチング方法で使用
されるエッチング・ガスの組成には、Ｃｌ，Ｂｒ，Ｓが
含まれている。Ｃｌは、Ａｌ系材料層の主エッチング種
であると同時に、レジスト・マスクのフラグメントと反
応して反応生成物ＣＣｌ_ｘを与える。Ｂｒも一部はＡｌ
系材料層のエッチング種となり得るが、主たる役割はレ
ジスト・マスクの表面でＣ−Ｂｒ結合を生成して対レジ
スト選択比を向上させること、及び反応生成物ＣＢｒ_ｘ
を与えることである。さらに、Ｓは、そのままの形でウ
ェハ表面に堆積する。

【００２３】上記の反応生成物ＣＣｌ_ｘ，ＣＢｒ_ｘ，Ｓ
は、いずれも被エッチング基板（ウェハ）が十分に冷却
されていればその表面に堆積することが可能であり、特
にイオンの垂直入射が原理的に起こらないパターン側壁
部に堆積して側壁保護膜を形成し、異方性加工に寄与す
る。単に塩素系ガスのみを用いてエッチングを行う従来
プロセスに比べて側壁保護に関与する物質の種類が増
え、側壁保護効果が強化されると共に、側壁保護膜中で
ＣＣｌ_ｘの占める割合が相対的に低下し、アフターコロ
ージョン耐性が向上する。しかも、複数種類の物質のバ
ランスのとれた堆積が期待できるので、ＣＢｒ_ｘのみが
極端に増加することはなく、レジスト・アッシング時に
も大量の残渣を発生させるおそれはない。

【００２４】本発明では、Ｃｌ，Ｂｒ，Ｓをそれぞれ別
の化合物から供給する。すなわち、少なくとも３成分系
のエッチング・ガスを使用する。

【００２５】また、本発明では、ＢｒとＳとを共に臭化
イオウから供給するので、エッチング・ガスは少なくと
も２成分系となる。臭化イオウは、本願出願人が先に特
願平３−２１０５１６号明細書において、シリコン系材
料層及びＡｌ系材料層用のエッチング・ガスの主成分と
して提案した化合物であり、放電解離条件下でプラズマ
中にＢｒ^＊を生成し、遊離のＳを放出することもでき
る。

【００２６】本発明においては、Ａｌ系材料層のエッチ
ングが終了した後、いわゆるフッ素プラズマ・クリーニ
ングを行う。これにより、エッチング後のパターン側壁
部に付着したＣＣｌ_ｘ，ＣＢｒ_ｘに含まれるＣｌ原子，
Ｂｒ原子、あるいはレジスト・マスクに吸蔵された残留
Ｃｌ，残留Ｂｒが不活性なＦに置換されると共に、プラ
ズマ輻射熱によりこれらの側壁保護物質の蒸気圧が高め
られ除去され易くなる。Ｓは、ウェハ温度が９０℃程度
に昇温すれば容易に昇華する。以上のことから、アフタ
ーコロージョン耐性は大幅に向上する。

【００２７】本発明に係るＥＣＲプラズマ装置は、基板
載置電極が冷却手段内蔵の固定電極と加熱手段内蔵の可
動電極との２重構造とされている。これらの電極のう
ち、可動電極はウェハをＥＣＲポジション方向へ上昇さ
せることが可能である。したがって、固定電極の冷却状
態を維持したまま、離間させた可動電極のみを加熱する
ことができ、単一のプロセス・チャンバ内で温度設定の
異なる複数プロセスを連続的且つ効率的に実施できる。
例えば、Ａｌ系材料層の低温エッチングと、それに続く
プラズマ・クリーニングとが、スループットの低下を招
くことなく連続的に行えるわけである。しかも、ＥＣＲ
ポジションと基板との距離が可変となることで、入射イ
オン・エネルギーの調節も可能となる。すなわち、Ａｌ
系材料層の異方性エッチングにはある程度の入射イオン
・エネルギーが必要なので、基板はＥＣＲポジションか
ら遠くても構わない。逆に、プラズマ・クリーニング時
にはそれ程高い入射イオン・エネルギーは不要なので、
基板をＥＣＲポジションに近づける。しかも、ＥＣＲプ
ラズマ装置の場合、プラズマ密度と入射イオン・エネル
ギーとをそれぞれ独立に制御できるので、入射イオン・
エネルギーを下げても高いプラズマ密度を維持すること
ができ、低損傷で効率的なプラズマ・クリーニングを行
うことができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２９】実施例１本実施例は、バリヤメタル，Ａｌ−１％Ｓｉ層，反射防
止膜が積層されてなるＡｌ系多層膜をＣｌ_２／ＢＢｒ_３
／Ｈ_２Ｓ混合ガスを用いてエッチングした後、パターン
側壁部に付着した反応生成物の除去及び残留Ｃｌ，残留
ＢｒのＦ置換処理をＣＦ_４／Ｏ_２混合ガスを用いたプラ
ズマ処理により行った例である。このプロセスを、図２
を参照しながら説明する。

【００３０】本実施例においてサンプルとして使用した
被エッチング基板（ウェハ）は、図２（ａ）に示される
ように、ＳｉＯ_２層間絶縁膜１１上にバリヤメタル１
４、厚さ０．３μｍのＡｌ−１％Ｓｉ層１５、厚さ０．
０３μｍのＴｉＯＮ反射防止膜１６が順次積層されたＡ
ｌ系多層膜が形成され、さらにその上に所定の形状にパ
ターニングされたレジスト・マスク１７が形成されてな
るものである。バリヤメタル１４は、下層側から順に、
厚さ０．０３μｍのＴｉ１２と厚さ０．１μｍのＴｉＯ
Ｎ層１３が積層されたものである。

【００３１】ウェハをＲＦバイアス印加型の有磁場マイ
クロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載置電極上に
セットし、一例として下記の条件で上記Ａｌ系多層膜を
エッチングした。

【００３２】Ｃｌ_２流量９０ＳＣＣＭＢＢｒ_３流量３０ＳＣＣＭＨ_２Ｓ流量３０ＳＣＣＭガス圧２Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー９００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー３０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度０℃（エタノール冷媒使
用）このエッチング過程では、Ｃｌ^＊，Ｂｒ^＊によるラジカ
ル反応がＣｌ^＋，Ｂｒ^＋，Ｂ^＋，Ｓ^＋等のイオンにアシ
ストされる機構でＡｌ系多層膜がエッチングされ、Ａｌ
Ｃｌ_ｘ，ＡｌＢｒ_ｘ，ＴｉＣｌ_ｘ，ＴｉＢｒ_ｘ等の反応
生成物が脱離した。レジスト・マスク１７の上表面で
は、Ｂｒ^＊の作用によりＣ−Ｂｒ結合が生成し、エッチ
ング速度が大幅に低下した。このときの対レジスト選択
比は、約１０と高い値であった。また、エッチング反応
系内には、上記イオンにスパッタされて生成したレジス
ト・マスク１７のフラグメントとＣｌ^＊，Ｂｒ^＊とが反
応し、ＣＣｌ_ｘ，ＣＢｒ_ｘ等が生成した。ただし、これ
らのレジスト・マスク１７に由来する反応生成物は０℃
に冷却されたウェハ上では蒸気圧が低いため、一部は脱
離せずに堆積し、図２（ｂ）に示すような側壁保護膜１
８を形成した。この側壁保護膜１８には、Ｈ_２Ｓから解
離生成した遊離のＳも含まれている。この結果、Ａｌ系
多層膜を構成する各材料層は、いずれも良好に異方性形
状をもってエッチングされた。図中、エッチングにより
形成された各材料層のパターンには、元の材料層を示す
数字に添字ａを付して表してある。

【００３３】次に、プラズマ・クリーニングを行うた
め、一例として下記の条件でプラズマ処理を行った。

【００３４】ＣＦ_４流量１００ＳＣＣＭＯ_２流量５０ＳＣＣＭガス圧１０Ｐａ（７５ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー９００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー０Ｗこの工程はいわゆるフッ素プラズマ・クリーニングであ
るが、ガスにＯ_２を添加しているのはパターン側壁部
のＣＣｌ_ｘ，ＣＢｒ_ｘ中の炭素を効率良く除去するため
である。上記プラズマ処理では、ＣＣｌ_ｘ，ＣＢｒ_ｘが
ハロゲン置換若しくは酸化を受けて脱離が促進されると
共に、ＳもＳＯ_ｘ，ＳＦ_ｘ等に変化して脱離した。した
がって、図２（ｃ）に示されるように、側壁保護膜１８
が除去された。レジスト・マスク１７内に吸蔵される残
留Ｃｌ，残留Ｂｒ等もＦに置換された。

【００３５】続いて、このウェハを上記エッチング装置
に付属のプラズマ・アッシング装置に搬送し、通常の条
件にてＯ_２プラズマ・アッシングを行い、図２（ｄ）に
示されるようにレジスト・マスク１７を除去した。この
ようにして、Ａｌ系多層膜のパターンが形成されたウェ
ハを試験的に大気開放したが、７２時間後でもアフター
コロージョンの発生は認められな且つた。

【００３６】実施例２本実施例は、ＴｉＯＮ反射防止膜とＡｌ−１％Ｓｉ層を
Ｃｌ_２／ＢＣｌ_３／Ｓ_２Ｂｒ_２混合ガスを用いてエッチ
ングし、続いてバリヤメタルをＣｌ_２／Ｓ_２Ｆ_２／ＨＢ
ｒ混合ガスを用いてエッチングた後、ＳＦ_６／Ｏ_２混合
ガスを用いてプラズマ処理を行った例である。このプロ
セスを、図３を参照しながら説明する。図３の符号は図
２と共通である。

【００３７】本実施例においてエッチング・サンプルと
して使用したウェハは、図２（ａ）に示されるものと同
じである。このウェハをＲＦバイアス印加型の有磁場マ
イクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例と
して下記の条件でＴｉＯＮ反射防止膜１６とＡｌ−１％
Ｓｉ層１５をエッチングした。

【００３８】Ｃｌ_２流量９０ＳＣＣＭＢＣｌ_３流量４０ＳＣＣＭＳ_２Ｂｒ_２流量２０ＳＣＣＭガス圧２Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー９００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー３０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度０℃（エタノール冷媒使
用）本実施例では、Ｓ_２Ｂｒ_２の１分子からＳとＢｒの両方
が供給される。上記エッチングは、図３（ａ）に示され
るように、側壁保護膜１８の形成を伴いながら異方的に
進行した。この過程における対レジスト選択比の向上及
び側壁保護膜の形成に関する機構は、実施例１で上述し
たとおりである。

【００３９】次に、一例としてエッチング条件を下記の
ように切り換え、バリヤメタル１４をエッチングした。

【００４０】Ｃｌ_２流量５０ＳＣＣＭＳ_２Ｆ_２流量８０ＳＣＣＭＨＢｒ流量２０ＳＣＣＭガス圧２Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー９００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー３０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度０℃（エタノール冷媒使
用）ここで、Ａｌ系多層膜のうちバリヤメタル１４のエッチ
ング時のみエッチング・ガスの組成をＦ系ガスを主体と
する組成に切り換えることにより、幾つかのメリットが
得られる。まず、この段階である程度の残留Ｃｌ，残留
ＢｒがＦに置換されるので、アフターコロージョン耐性
が向上する。また、Ｔｉのフッ化物は塩化物よりも蒸気
圧が高いため、反応生成物の脱離が促進され、エッチン
グ時間が短縮できる。さらに、このエッチングの時間の
短縮により、Ａｌ−１％Ｓｉ層１５に対するオーバーエ
ッチング時間も短縮され、異方性形状の劣化を防止する
ことができる。

【００４１】このエッチングにより、図３（ｂ）に示さ
れるように、バリヤメタル１４も良好な異方性形状にエ
ッチングされた。

【００４２】さらに、一例として下記の条件でプラズマ
・クリーニングを行った。

【００４３】ＳＦ_６流量１２０ＳＣＣＭＯ_２流量３０ＳＣＣＭガス圧１０Ｐａ（７５ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー９００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー０Ｗこれにより、前出の図２（ｃ）に示されるように側壁保
護膜１８が除去された。さらに、Ｏ_２プラズマ・アッ
シングによりレジスト・マスク１７を除去した。

【００４４】上記ウェハを試験的に大気開放したが、９
６時間後でもアフターコロージョンの発生は認められな
且つた。

【００４５】実施例３本実施例は、本発明が適用して有磁場マイクロ波プラズ
マ・エッチング装置を構成した例である。この装置の構
成例及び使用状態を、図４を参照しながら説明する。

【００４６】この装置は、一般的なＲＦバイアス印加型
の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ
載置電極を２重構造としたものである。

【００４７】基本的な構成要素は、２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を発生するマグネトロン２１、マイクロ波を導
く矩形導波管２２及び円形導波管２３、マイクロ波を利
用してＥＣＲ放電により内部にプラズマＰを生成させる
ための石英製のベルジャー２４、円形導波管２３とベル
ジャー２４を周回するように配設され８７５Ｇａｕｓｓ
の磁場強度を達成できるソレノイド・コイル２５、ベル
ジャー２４に接続され図４中矢印Ａ方向に高真空排気さ
れる処理チャンバ２６、この処理チャンバ２６とベルジ
ャー２４へ処理に必要なガスをそれぞれ矢印Ｂ_１方向、
矢印Ｂ_２方向から供給するガス導入管２７及びウェハ２
８を載置するためのウェハ載置電極等である。処理チャ
ンバ２６の一端にはゲートバルブ３３が設けられてお
り、図４中矢印Ｄ方向には例えば図示されないビルトイ
ン・アッシャー（エッチング装置に付属のアッシング装
置）が接続されている。

【００４８】ここで、ウェハ載置電極は、冷却配管３０
を内蔵する外周側の固定電極２９と、ヒータ３１を内蔵
し、図４中矢印Ｅ方向へ上下動が可能な内周側の可動電
極３５の２重構造とされている。可動電極３５は、最下
降時には固定電極２９に接触保持され、上昇時にはＥＣ
Ｒポジション３４へウェハ２８を近づけることができ
る。冷却配管３０には、装置外部に設置されるチラー等
の冷却設備から適当な冷媒が供給され、この冷媒が図４
中矢印Ｃ_１，Ｃ_２方向に循環する。

【００４９】上述のように構成された本発明に係る装置
は、Ａｌ系材料層のエッチングが終了した後、いわゆる
フッ素プラズマ・クリーニングを行う方法に用いて特に
有効である。

【００５０】すなわち、Ａｌ系材料層のエッチング時に
はウェハを室温以下に冷却する必要があるので、図４
（ａ）に示されるように可動電極３５と固定電極２９と
を接触保持し、ヒータ３１をＯＦＦとする。これによ
り、両電極２９，３５は一体的に冷却される。この場
合、ウェハ２８とＥＣＲポジション３４の距離はある程
度離れているため、両者間の電位差によりイオンが加速
される。このときのイオンの散乱を適当なパワーのＲＦ
バイアスを印加することにより垂直方向に補正し、イオ
ン・アシスト反応に利用するのである。

【００５１】一方、プラズマ・クリーニング時にはウェ
ハを加熱する必要があるので、図４（ｂ）に示されるよ
うに可動電極３５をＥＣＲポジション３４方向へ上昇さ
せ、ヒータ３１をＯＮとする。これにより、たとえ冷却
配管３０に冷媒が継続的に供給されていても、可動電極
３５は固定電極２９の冷却状態から切り離されて独立に
加熱されるので、スループットが格段に向上する。この
場合、ウェハ２８とＥＣＲポジション３４の距離が近づ
くので入射イオン・エネルギーは原理的に低減されてお
り、しかもＲＦバイアスも印加していない。したがっ
て、ウェハ上に不要なダメージを惹起させるおそれがな
い。

【００５２】このように、本発明の装置によれば単一の
プロセス・チャンバ内で温度設定の異なる連続プロセス
に対応でき、スループット及び経済性が大幅に向上す
る。ところで、本発明者は、類似の発想にもとづくマグ
ネトロンＲＩＥ装置を先に特願平２−３０１１７３号明
細書において提案しており、イオン・アシスト反応が主
体となるＳｉＯ_２系材料層のエッチングに適用して優れ
た成果を得た。しかし、マグネトロンＲＩＥ装置は、Ａ
ｌ系材料層のエッチングのようにＳｉＯ_２系材料層ほど
高い入射イオン・エネルギーを必要としないプロセスを
実施するには必ずしも最適ではない。なぜなら、選択性
向上を目的として入射イオン・エネルギーを低下させる
ためにＲＦパワーを下げると、プラズマ密度も同時に低
下してしまい、実用的なエッチング速度が確保できない
からである。

【００５３】これに対し、本発明のＥＣＲ放電を利用す
る装置では、入射イオン・エネルギーはＲＦバイアス・
パワーにより、またプラズマ密度はマイクロ波パワーに
より独立に制御できるので、高選択且つ低ダメージ・エ
ッチングを行う上では有利である。

【００５４】以上、本発明を４つ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
のではなく、エッチング条件、ウェハの構成、ドライエ
ッチング装置の構成等は適宜変更可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係るドライエッチング方法によれば、Ａｌ系材料層
のドライエッチングにおいて対レジスト選択比とアフタ
ーコロージョン耐性が向上するので、配線形成の信頼性
と歩留りを向上させることができる。また、本発明に係
るＥＣＲプラズマ装置は、１台の装置の単一のプロセス
・チャンバ内で温度設定の異なる複数プロセスに対応で
き、且つこれらのプロセスを連続的に行うことを可能と
するので、生産性、経済性の向上に大きく貢献する。

【００５６】したがって、微細なデザイン・ルールに基
づいて設計され、高性能、高集積度を有する半導体装置
の製造に適用して極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るドライエッチング方法におけるエ
ッチング反応機構を説明するための模式的断面図であ
る。

【図２】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Ａｌ系多層膜
上にレジスト・マスクが形成された状態、（ｂ）はＡｌ
系多層膜が異方性エッチングされた状態、（ｃ）はプラ
ズマ・クリーニングを行った状態、（ｄ）はレジスト・
マスクが除去された状態をそれぞれ表す。

【図３】本発明を適用した他のプロセス例を一部その工
程順にしたがって示す概略断面図であり、（ａ）はＡｌ
系多層膜のうちＴｉＯＮ反射防止膜とＡｌ−１％Ｓｉ層
がエッチングされた状態、（ｂ）はバリヤメタルがエッ
チングされた状態をそれぞれ表す。

【図４】本発明を適用した有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置の一例を示す概略断面図であり、（ａ）
はウェハ冷却時、（ｂ）はウェハ加熱時の使用状態をそ
れぞれ表す。

【符号の説明】

１，１１ＳｉＯ_２層間絶縁膜、２Ａｌ系材料
層、３，１７レジスト・マスク、１２Ｔｉ層、
１３ＴｉＯＮ層、１４バリヤメタル、１５Ａ
ｌ−１％Ｓｉ層、１６ＴｉＯＮ反射防止膜、１８
側壁保護膜、２４ベルジャー、２８ウェハ、
２９固定電極、３０冷却配管、３１ヒータ、
３４ＥＣＲポジション、３５可動電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被エッチング基板の温度を室温以下に制
御しながら、塩素系化合物と、臭素系化合物と、放電解
離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成し得るイオ
ウ系化合物とを含むエッチング・ガスを用いてアルミニ
ウム系材料層をエッチングし、次いで、前記アルミニウム系材料層のエッチングが終了
した後、被エッチング基板を室温より高い温度に加熱し
ながら、フッ素系化合物を含むガスを用いてプラズマ処
理を施すことを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】被エッチング基板の温度を室温以下に制
御しながら、塩素系化合物と、Ｓ_３Ｂｒ_２，Ｓ_２Ｂ
ｒ_２，ＳＢｒ_２から選ばれる少なくとも１種類の臭化
イオウとを含むエッチング・ガスを用いてアルミニウム
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３】請求項２記載のドライエッチング方法に
おいて、アルミニウム系材料層のエッチングが終了した
後、被エッチング基板を室温より高い温度に加熱しなが
ら、フッ素系化合物を含むガスを用いてプラズマ処理を
施すことを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項４】ＥＣＲ放電により生成したプラズマを用
い、基板載置電極上に設置された基板に対して所定の処
理を行うＥＣＲプラズマ装置において、前記基板載置電極は、冷却手段を内蔵する固定電極と、
加熱手段を内蔵し上下動可能な可動電極を備え、前記可動電極は、前記固定電極から分離して前記基板を
ＥＣＲポジション方向へ上昇させ、最下降時には前記固
定電極に接触保持されることを特徴とするＥＣＲプラズ
マ装置。