JP3301161B2 - 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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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造等にお
いて適用されるドライエッチング方法に関し、特にＡｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ合金のような銅（Ｃｕ）を含むアルミニウ
ム（Ａｌ）系材料層をエッチングする際に、Ｃｕに起因
するエッチング残渣の発生を防止し、かつアフターコロ
ージョンを抑制する方法に関する。
いて適用されるドライエッチング方法に関し、特にＡｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ合金のような銅（Ｃｕ）を含むアルミニウ
ム（Ａｌ）系材料層をエッチングする際に、Ｃｕに起因
するエッチング残渣の発生を防止し、かつアフターコロ
ージョンを抑制する方法に関する。
【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）系材料が最も広く使用されている。この
Ａｌ系材料には、下地のシリコン基板との合金化反応に
よるｐｎ接合の破壊や劣化を防止したり、コンタクト・
ホール内部へシリコンが析出して導通不良が発生するこ
とを防止する目的で、１〜２％のＳｉが添加されている
のが一般的である。さらに近年では、エレクトロマイグ
レーション耐性やストレスマイグレーション耐性を高め
るために、さらに０．５〜１％のＣｕを添加したＡｌ−
Ｓｉ−Ｃｕ合金が用いられることが多くなっている。
ニウム（Ａｌ）系材料が最も広く使用されている。この
Ａｌ系材料には、下地のシリコン基板との合金化反応に
よるｐｎ接合の破壊や劣化を防止したり、コンタクト・
ホール内部へシリコンが析出して導通不良が発生するこ
とを防止する目的で、１〜２％のＳｉが添加されている
のが一般的である。さらに近年では、エレクトロマイグ
レーション耐性やストレスマイグレーション耐性を高め
るために、さらに０．５〜１％のＣｕを添加したＡｌ−
Ｓｉ−Ｃｕ合金が用いられることが多くなっている。
【０００３】Ａｌ系配線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。たとえば、特公
昭５９−２２３７４号公報に開示されるＢＣｌ3／Ｃｌ2
混合ガスはその代表例である。Ａｌ系配線層のエッチン
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。しかし、Ｃｌ*のみではエッチングが等方的
に進行するので、通常はある程度の入射イオン・エネル
ギーを与える条件下でイオン・アシスト反応を進行さ
せ、高異方性を達成している。
に塩素系ガスを使用して行われている。たとえば、特公
昭５９−２２３７４号公報に開示されるＢＣｌ3／Ｃｌ2
混合ガスはその代表例である。Ａｌ系配線層のエッチン
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。しかし、Ｃｌ*のみではエッチングが等方的
に進行するので、通常はある程度の入射イオン・エネル
ギーを与える条件下でイオン・アシスト反応を進行さ
せ、高異方性を達成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ａｌ系配線層
にＣｕが含有されている場合のエッチングに上述のよう
な塩素系ガスを使用すると、反応生成物の蒸気圧の低さ
に起因してエッチング残渣が頻繁に発生するという問題
が指摘されている。この問題を図２を参照しながら説明
する。
にＣｕが含有されている場合のエッチングに上述のよう
な塩素系ガスを使用すると、反応生成物の蒸気圧の低さ
に起因してエッチング残渣が頻繁に発生するという問題
が指摘されている。この問題を図２を参照しながら説明
する。
【０００５】たとえば図２（ａ）に示されるように、Ｓ
ｉＯ2 層間絶縁膜１１上にＡｌ系多層膜１５が形成さ
れ、さらにこ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１６が形成されたウェハを考える。ここ
で、上記Ａｌ系多層膜１５は、下層側から上層側に向か
ってＴｉＮバリヤメタル１２、Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５
％Ｃｕ層１３、ＴｉＯＮ反射防止膜１４が順次積層され
てなるものである。
ｉＯ2 層間絶縁膜１１上にＡｌ系多層膜１５が形成さ
れ、さらにこ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１６が形成されたウェハを考える。ここ
で、上記Ａｌ系多層膜１５は、下層側から上層側に向か
ってＴｉＮバリヤメタル１２、Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５
％Ｃｕ層１３、ＴｉＯＮ反射防止膜１４が順次積層され
てなるものである。
【０００６】次に、従来の一般的な塩素系ガスでレジス
ト・マスク１６を介してＡｌ系多層膜１５をエッチング
したときのウェハの状態を、図２（ｂ）に示す。ここ
で、エッチング後の各材料層は、元の符号に添字ａもし
くは添字ｂを付して表してある。このエッチングによ
り、レジスト・マスク１６に遮蔽された部分では異方性
形状を有するＡｌ系配線パターン１５ａが形成されてい
るが、遮蔽されていない部分にも針状の残渣１５ｂが大
量に発生している。これは、Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％
Ｃｕ層１３に含有されるＣｕがプラズマ中のＣｌ*と反
応して蒸気圧の低いＣｕ2Ｃｌ2を生成し、これがマイク
ロ・マスク１７と呼ばれる微細なエッチング・マスクと
して機能する結果、このマイクロ・マスク１７に遮蔽さ
れた領域にＡｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層１３の残渣
１３ｂやＴｉＮバリヤメタル１２の残渣１２ｂが残って
しまうからである。これは、Ａｌ系配線層のエッチング
における異方性の達成が垂直入射イオンに依存している
以上、避け難い現象である。
ト・マスク１６を介してＡｌ系多層膜１５をエッチング
したときのウェハの状態を、図２（ｂ）に示す。ここ
で、エッチング後の各材料層は、元の符号に添字ａもし
くは添字ｂを付して表してある。このエッチングによ
り、レジスト・マスク１６に遮蔽された部分では異方性
形状を有するＡｌ系配線パターン１５ａが形成されてい
るが、遮蔽されていない部分にも針状の残渣１５ｂが大
量に発生している。これは、Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％
Ｃｕ層１３に含有されるＣｕがプラズマ中のＣｌ*と反
応して蒸気圧の低いＣｕ2Ｃｌ2を生成し、これがマイク
ロ・マスク１７と呼ばれる微細なエッチング・マスクと
して機能する結果、このマイクロ・マスク１７に遮蔽さ
れた領域にＡｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層１３の残渣
１３ｂやＴｉＮバリヤメタル１２の残渣１２ｂが残って
しまうからである。これは、Ａｌ系配線層のエッチング
における異方性の達成が垂直入射イオンに依存している
以上、避け難い現象である。
【０００７】そこで、この残渣１５ｂを除去する方法と
して、たとえば第３７回応用物理学関係連合講演会（１
９９０年春季年会）講演予稿集，ｐ．４５６，講演番号
２８ａ−ＺＦ−１には、残渣を化学的に除去する方法が
報告されている。これは、具体的にはラジカル反応が主
体となる等方的な条件でオーバーエッチングを行うこと
により、針状の残渣１５ｂを横方向からも浸食し、これ
を除去しようとするものである。しかし、この方法は残
渣１５ｂの除去には有効であるものの、マイクロ・マス
ク１７そのものを分解除去することはできないため、図
２（ｃ）に示されるように、マイクロ・マスク１７自身
がパーティクル汚染源となる虞れが大きい。
して、たとえば第３７回応用物理学関係連合講演会（１
９９０年春季年会）講演予稿集，ｐ．４５６，講演番号
２８ａ−ＺＦ−１には、残渣を化学的に除去する方法が
報告されている。これは、具体的にはラジカル反応が主
体となる等方的な条件でオーバーエッチングを行うこと
により、針状の残渣１５ｂを横方向からも浸食し、これ
を除去しようとするものである。しかし、この方法は残
渣１５ｂの除去には有効であるものの、マイクロ・マス
ク１７そのものを分解除去することはできないため、図
２（ｃ）に示されるように、マイクロ・マスク１７自身
がパーティクル汚染源となる虞れが大きい。
【０００８】さらに、Ａｌ系配線層にＣｕが含有された
場合の問題点として、アフターコロージョン耐性の低下
も指摘されている。これは、蒸気圧の低いＣｕ2Ｃｌ2が
配線パターンの近傍に残留しているところへ水分が供給
されると、Ｃｌ-を電解質、ＡｌとＣｕを両極とする局
部電池が形成され、配線パターンの腐食が促進されてし
まうからである。
場合の問題点として、アフターコロージョン耐性の低下
も指摘されている。これは、蒸気圧の低いＣｕ2Ｃｌ2が
配線パターンの近傍に残留しているところへ水分が供給
されると、Ｃｌ-を電解質、ＡｌとＣｕを両極とする局
部電池が形成され、配線パターンの腐食が促進されてし
まうからである。
【０００９】そこで本発明は、Ｃｕを含有するＡｌ系配
線層をドライエッチングするに際し、Ｃｕに起因する残
渣の発生を抑制し、アフターコロージョン耐性を向上さ
せる方法を提供することを目的とする。
線層をドライエッチングするに際し、Ｃｕに起因する残
渣の発生を抑制し、アフターコロージョン耐性を向上さ
せる方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、塩素系化合物または臭素系化合物の少なくとも
一方を含むエッチング・ガスを用いて銅を含有するアル
ミニウム系配線層を実質的にその層厚分だけエッチング
するジャストエッチング工程と、ハロゲン化ヨウ素を含
むエッチング・ガスを用い、被エッチング基板を加熱し
ながら前記銅を含有するアルミニウム系配線層の残余部
をエッチングするオーバーエッチング工程とを有するも
のである。
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、塩素系化合物または臭素系化合物の少なくとも
一方を含むエッチング・ガスを用いて銅を含有するアル
ミニウム系配線層を実質的にその層厚分だけエッチング
するジャストエッチング工程と、ハロゲン化ヨウ素を含
むエッチング・ガスを用い、被エッチング基板を加熱し
ながら前記銅を含有するアルミニウム系配線層の残余部
をエッチングするオーバーエッチング工程とを有するも
のである。
【００１１】ここで、ハロゲン化ヨウ素として知られる
ものには、ＩＣｌ（塩化ヨウ素；α型の融点２７．１８
℃，β型の融点１３．９℃），ＩＣｌ3（三塩化ヨウ
素；０℃以下で昇華），ＩＢｒ（臭化ヨウ素；融点４２
℃）等がある。この中には常温で固体の化合物も含まれ
ているが、いずれも融点が室温に比べて極端に高くはな
いので、通常のエッチングが行われるような高真空下で
は所定の蒸気圧を示し、エッチング・ガスとして用いる
ことが可能である。常温で液体の化合物については、Ｈ
ｅガス・バブリング等を行い、気化させることができ
る。
ものには、ＩＣｌ（塩化ヨウ素；α型の融点２７．１８
℃，β型の融点１３．９℃），ＩＣｌ3（三塩化ヨウ
素；０℃以下で昇華），ＩＢｒ（臭化ヨウ素；融点４２
℃）等がある。この中には常温で固体の化合物も含まれ
ているが、いずれも融点が室温に比べて極端に高くはな
いので、通常のエッチングが行われるような高真空下で
は所定の蒸気圧を示し、エッチング・ガスとして用いる
ことが可能である。常温で液体の化合物については、Ｈ
ｅガス・バブリング等を行い、気化させることができ
る。
【００１２】なお、上述の他にハロゲン化ヨウ素として
はＩＦ5（五フッ化ヨウ素；常温で液体），ＩＦ7（七フ
ッ化ヨウ素；常温で気体）等も知られている。しかし、
大量のＦ*を解離生成するこれらフッ化ヨウ素を用いて
Ａｌ系配線層をエッチングすると、蒸気圧の極めて低い
ＡｌＦxが生成する。本発明における被エッチング基板
の加熱は、エッチング反応生成物であるＣｕＩx（ヨウ
化銅）の除去を目的としたものであるが、ＣｕＩxより
もさらに蒸気圧の低いＡｌＦxは、この加熱によっても
脱離しない可能性があり、エッチングの進行を阻害する
虞れが大きい。
はＩＦ5（五フッ化ヨウ素；常温で液体），ＩＦ7（七フ
ッ化ヨウ素；常温で気体）等も知られている。しかし、
大量のＦ*を解離生成するこれらフッ化ヨウ素を用いて
Ａｌ系配線層をエッチングすると、蒸気圧の極めて低い
ＡｌＦxが生成する。本発明における被エッチング基板
の加熱は、エッチング反応生成物であるＣｕＩx（ヨウ
化銅）の除去を目的としたものであるが、ＣｕＩxより
もさらに蒸気圧の低いＡｌＦxは、この加熱によっても
脱離しない可能性があり、エッチングの進行を阻害する
虞れが大きい。
【００１３】本発明はまた、前記ジャストエッチング工
程において、エッチング・ガスとして、放電解離条件下
で遊離のイオウを生成可能なガスを用いるものである。
程において、エッチング・ガスとして、放電解離条件下
で遊離のイオウを生成可能なガスを用いるものである。
【００１４】ここで、遊離のイオウを生成させるために
は、本願出願人が先に特願平３−２１０５１６号明細書
で提案した各種ハロゲン化イオウ、すなわちＳ2Ｃｌ2，
Ｓ3Ｃｌ2，ＳＣｌ2等の塩化イオウやＳ3Ｂｒ3，Ｓ2Ｂｒ
2，ＳＢｒ2等の臭化イオウ、およびＨ2Ｓ等を使用する
ことができる。このうち、ハロゲン化イオウはハロゲン
・ラジカルの供給源を兼ねる。ハロゲン化イオウにはこ
の他、Ｓ2Ｆ2，ＳＦ2，ＳＦ4，Ｓ2Ｆ10等のフッ化イオ
ウが知られているが、前述のように本発明ではＦ*の生
成は望ましくないので、推奨されない。
は、本願出願人が先に特願平３−２１０５１６号明細書
で提案した各種ハロゲン化イオウ、すなわちＳ2Ｃｌ2，
Ｓ3Ｃｌ2，ＳＣｌ2等の塩化イオウやＳ3Ｂｒ3，Ｓ2Ｂｒ
2，ＳＢｒ2等の臭化イオウ、およびＨ2Ｓ等を使用する
ことができる。このうち、ハロゲン化イオウはハロゲン
・ラジカルの供給源を兼ねる。ハロゲン化イオウにはこ
の他、Ｓ2Ｆ2，ＳＦ2，ＳＦ4，Ｓ2Ｆ10等のフッ化イオ
ウが知られているが、前述のように本発明ではＦ*の生
成は望ましくないので、推奨されない。
【００１５】
【作用】本発明者は、Ｃｕに起因するエッチング残渣を
発生させないためには、エッチング反応生成物としてで
きるだけ蒸気圧の高いＣｕ化合物を与える化学種が必要
であると考え、ヨウ素（Ｉ）に着目した。
発生させないためには、エッチング反応生成物としてで
きるだけ蒸気圧の高いＣｕ化合物を与える化学種が必要
であると考え、ヨウ素（Ｉ）に着目した。
【００１６】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、Ｃｕ2Ｉ
2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，Ｃｕ2Ｂｒ2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はる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、Ｃｕ2Ｉ
2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，Ｃｕ2Ｂｒ2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はる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。
【００１７】したがって、ヨウ素系化学種を含むエッチ
ング反応系でＣｕ2Ｉ2を生成させれば、これを従来のＣ
ｕ2Ｃｌ2等よりも低いウェハ温度にて脱離させることが
できるわけである。
ング反応系でＣｕ2Ｉ2を生成させれば、これを従来のＣ
ｕ2Ｃｌ2等よりも低いウェハ温度にて脱離させることが
できるわけである。
【００１８】本発明では、このヨウ素をエッチング反応
系へ供給するために、ハロゲン化ヨウ素をエッチング・
ガスの基本成分として用いる。このハロゲン化ヨウ素か
らは、ヨウ素系化学種以外のハロゲン系化学種、実用的
にはＣｌ系化学種もしくはＢｒ系化学種が生成する。こ
れらのハロゲン系化学種は、Ａｌ系配線層の大部分を占
めるＡｌ、および少量添加されているＳｉを塩化物もし
くは臭化物の形で除去することができる。したがって、
上記ハロゲン化ヨウ素は基本的に単独組成にてＣｕを含
有するＡｌ系配線層をエッチングすることができる。
系へ供給するために、ハロゲン化ヨウ素をエッチング・
ガスの基本成分として用いる。このハロゲン化ヨウ素か
らは、ヨウ素系化学種以外のハロゲン系化学種、実用的
にはＣｌ系化学種もしくはＢｒ系化学種が生成する。こ
れらのハロゲン系化学種は、Ａｌ系配線層の大部分を占
めるＡｌ、および少量添加されているＳｉを塩化物もし
くは臭化物の形で除去することができる。したがって、
上記ハロゲン化ヨウ素は基本的に単独組成にてＣｕを含
有するＡｌ系配線層をエッチングすることができる。
【００１９】また、このときのエッチングは上述のＣｕ
2Ｉ2を脱離させるために被エッチング基板（ウェハ）を
加熱しながら行われるので、パターン近傍にＡｌＣ
ｌx，ＡｌＢｒx等の形で残留するハロゲンを揮発させる
ことができ、アフターコロージョン耐性も改善できる。
2Ｉ2を脱離させるために被エッチング基板（ウェハ）を
加熱しながら行われるので、パターン近傍にＡｌＣ
ｌx，ＡｌＢｒx等の形で残留するハロゲンを揮発させる
ことができ、アフターコロージョン耐性も改善できる。
【００２０】以上が本発明の基本的な考え方であるが、
さらに高速化、高選択化、低汚染化、低コロージョン化
等を図る方法についても提案する。これは、具体的には
（ａ）２段階エッチング、あるいは（ｂ）他の堆積性物
質の併用を通じて行われる。
さらに高速化、高選択化、低汚染化、低コロージョン化
等を図る方法についても提案する。これは、具体的には
（ａ）２段階エッチング、あるいは（ｂ）他の堆積性物
質の併用を通じて行われる。
【００２１】（ａ）のエッチングの２段階化とは、上記
エッチングをジャストエッチング工程とオーバーエッチ
ング工程とに分けることである。本発明では、ジャスト
エッチングは従来公知のＣｌ系ガスやＢｒ系ガスを用い
て行い、上述のハロゲン化ヨウ素はオーバーエッチング
時に用いる。これにより、たとえジャストエッチング工
程で残渣が発生したとしても、この残渣を構成するＡｌ
やＳｉはオーバーエッチング時に主として塩化物または
臭化物の形で、Ｃｕは主としてヨウ化物の形でそれぞれ
除去される。したがって、Ｃｕに起因するパーティクル
汚染を防止することができる。また、２段階エッチング
によれば、エッチング工程の大部分を占めるジャストエ
ッチング工程ではウェハ加熱を行う必要が特に無いた
め、レジスト選択性を向上させることができる。
エッチングをジャストエッチング工程とオーバーエッチ
ング工程とに分けることである。本発明では、ジャスト
エッチングは従来公知のＣｌ系ガスやＢｒ系ガスを用い
て行い、上述のハロゲン化ヨウ素はオーバーエッチング
時に用いる。これにより、たとえジャストエッチング工
程で残渣が発生したとしても、この残渣を構成するＡｌ
やＳｉはオーバーエッチング時に主として塩化物または
臭化物の形で、Ｃｕは主としてヨウ化物の形でそれぞれ
除去される。したがって、Ｃｕに起因するパーティクル
汚染を防止することができる。また、２段階エッチング
によれば、エッチング工程の大部分を占めるジャストエ
ッチング工程ではウェハ加熱を行う必要が特に無いた
め、レジスト選択性を向上させることができる。
【００２２】（ｂ）の他の堆積性物質の併用とは、具体
的には昇華性物質であるイオウ（Ｓ）を側壁保護に利用
することである。放電解離条件下でプラズマ中に放出さ
れたＳは、通常のドライエッチングが行われるような高
真空下であれば、条件にもよるがウェハがおおよそ９０
℃以下に温度制御されている場合にその表面へ堆積する
ことができる。
的には昇華性物質であるイオウ（Ｓ）を側壁保護に利用
することである。放電解離条件下でプラズマ中に放出さ
れたＳは、通常のドライエッチングが行われるような高
真空下であれば、条件にもよるがウェハがおおよそ９０
℃以下に温度制御されている場合にその表面へ堆積する
ことができる。
【００２３】Ｓを側壁保護に利用すれば、その分、異方
性加工に必要な炭素系ポリマーの堆積量、さらには入射
イオン・エネルギーを低減させることができ、選択性を
向上させ、パーティクル汚染を低減させることができ
る。また、炭素系ポリマーは堆積過程でその構造中に必
然的にハロゲンを取り込むが、Ｓではそのようなことが
ないため、Ｓの堆積はアフターコロージョン耐性を向上
させる観点からも有効である。しかも、Ｓはウェハをお
およそ９０℃以上に加熱すれば容易に昇華するので、自
身がパーティクル汚染源となることはない。本発明で
は、オーバーエッチング時のウェハ加熱により、Ｓを除
去することができる。
性加工に必要な炭素系ポリマーの堆積量、さらには入射
イオン・エネルギーを低減させることができ、選択性を
向上させ、パーティクル汚染を低減させることができ
る。また、炭素系ポリマーは堆積過程でその構造中に必
然的にハロゲンを取り込むが、Ｓではそのようなことが
ないため、Ｓの堆積はアフターコロージョン耐性を向上
させる観点からも有効である。しかも、Ｓはウェハをお
およそ９０℃以上に加熱すれば容易に昇華するので、自
身がパーティクル汚染源となることはない。本発明で
は、オーバーエッチング時のウェハ加熱により、Ｓを除
去することができる。
【００２４】
【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。
【００２５】実施例１ 本実施例は、同じＡｌ系多層膜のエッチングを２段階化
し、Ｃｌ2／ＢＣｌ3混合ガスを用いてジャストエッチン
グした後、ＩＣｌガスを用いてオーバーエッチングを行
うことにより残渣を除去した例である。このプロセス
を、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照しながら説明す
る。
し、Ｃｌ2／ＢＣｌ3混合ガスを用いてジャストエッチン
グした後、ＩＣｌガスを用いてオーバーエッチングを行
うことにより残渣を除去した例である。このプロセス
を、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照しながら説明す
る。
【００２６】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）に示したものと同じであ
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Ａｌ系多層膜５をジャストエッチングし
た。
用したウェハは、図１（ａ）に示したものと同じであ
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Ａｌ系多層膜５をジャストエッチングし
た。
【００２７】 Ｃｌ2 流量 ９０ ＳＣＣＭ ＢＣｌ3 流量 ３０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ３０ Ｗ（１３．５６ ＭＨｚ） ウェハ載置電極温度 ２５ ℃ このガス組成は、従来からＡｌ系配線層のドライエッチ
ングに用いられる最も一般的なものである。このジャス
トエッチング工程では、イオン・アシスト機構と常温下
で堆積するＣＣｌxポリマー（図示せず。）の側壁保護
効果により、図１（ｂ）に示されるように、レジスト・
マスク６の直下に異方性形状を有するＡｌ系配線パター
ン５ａが形成された。しかし、このＡｌ系配線パターン
５ａの周辺には、針状の残渣５ｂが大量に発生してい
た。これは、上記Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層３中
に含まれるＣｕが気相中のＣｌ*と反応して蒸気圧の低
いＣｕ2Ｃｌ2が生成し、これがマイクロ・マスク７とし
て機能したためである。
ングに用いられる最も一般的なものである。このジャス
トエッチング工程では、イオン・アシスト機構と常温下
で堆積するＣＣｌxポリマー（図示せず。）の側壁保護
効果により、図１（ｂ）に示されるように、レジスト・
マスク６の直下に異方性形状を有するＡｌ系配線パター
ン５ａが形成された。しかし、このＡｌ系配線パターン
５ａの周辺には、針状の残渣５ｂが大量に発生してい
た。これは、上記Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層３中
に含まれるＣｕが気相中のＣｌ*と反応して蒸気圧の低
いＣｕ2Ｃｌ2が生成し、これがマイクロ・マスク７とし
て機能したためである。
【００２８】なお、図中、エッチング後の各材料層に
は、元の符号に添字ａもしくは添字ｂを付して表してあ
る。そこで、次に一例として下記の条件でＡｌ系多層膜
５をオーバーエッチングした。
は、元の符号に添字ａもしくは添字ｂを付して表してあ
る。そこで、次に一例として下記の条件でＡｌ系多層膜
５をオーバーエッチングした。
【００２９】 ＩＣｌ流量 １００ ＳＣＣＭ ガス圧 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー １５ Ｗ（１３．５６ ＭＨｚ） ウェハ載置電極温度 １５０ ℃ 上記の条件は、ＲＦバイアス・パワーをジャストエッチ
ング工程に比べて半減させることにより、下地へのダメ
ージを回避すると共に、ある程度のラジカル・モードを
加味し、残渣３ｂを化学的な作用によっても除去するこ
とを意図したものである。
ング工程に比べて半減させることにより、下地へのダメ
ージを回避すると共に、ある程度のラジカル・モードを
加味し、残渣３ｂを化学的な作用によっても除去するこ
とを意図したものである。
【００３０】このオーバーエッチングにより、図１
（ｃ）に示されるように残渣５ｂが除去された。すなわ
ち、Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層３の残渣３ｂはＡ
ｌＣｌx，ＳｉＣｌx，Ｃｕ2Ｉ2等の形で、Ｔｉ系バリヤ
メタル２の残渣２ｂはＴｉＣｌx等の形で、またマイク
ロ・マスク７はＣｕ2Ｉ2等の形でそれぞれ除去された。
したがって、ウェハ上のパーティクル・レベルが何ら悪
化することはなかった。
（ｃ）に示されるように残渣５ｂが除去された。すなわ
ち、Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層３の残渣３ｂはＡ
ｌＣｌx，ＳｉＣｌx，Ｃｕ2Ｉ2等の形で、Ｔｉ系バリヤ
メタル２の残渣２ｂはＴｉＣｌx等の形で、またマイク
ロ・マスク７はＣｕ2Ｉ2等の形でそれぞれ除去された。
したがって、ウェハ上のパーティクル・レベルが何ら悪
化することはなかった。
【００３１】さらに、ウェハが加熱されることにより、
Ａｌ系配線パターン５ａの近傍に残留している塩素もほ
ぼ揮発除去された。
Ａｌ系配線パターン５ａの近傍に残留している塩素もほ
ぼ揮発除去された。
【００３２】この後、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Ｏ2プラズマ・アッシングを行って上記レジスト・マ
スク６を除去した。このウェハを試験的に大気中に放置
したが、７２時間後でもアフターコロージョンの発生は
認められなかった。
属のプラズマ・アッシング装置に搬送し、通常の条件に
てＯ2プラズマ・アッシングを行って上記レジスト・マ
スク６を除去した。このウェハを試験的に大気中に放置
したが、７２時間後でもアフターコロージョンの発生は
認められなかった。
【００３３】実施例２ 本実施例は、同じＡｌ系多層膜をＢＣｌ3／Ｓ2Ｃｌ2混
合ガスを用いてジャストエッチングした後、ＩＣｌガス
を用いてオーバーエッチングを行い、残渣を除去した例
である。
合ガスを用いてジャストエッチングした後、ＩＣｌガス
を用いてオーバーエッチングを行い、残渣を除去した例
である。
【００３４】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）に示したものと同じであ
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Ａｌ系多層膜５をジャストエッチングした。
用したウェハは、図１（ａ）に示したものと同じであ
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Ａｌ系多層膜５をジャストエッチングした。
【００３５】 ＢＣｌ3 流量 ３０ ＳＣＣＭ Ｓ2 Ｃｌ2 流量 ９０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ２５ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このジャストエッチング工程では、Ｃｌ*が主エッチン
グ種となってエッチングが進行する一方、Ｓ2Ｃｌ2から
生成するＳが冷却されたウェハ上に堆積し、側壁保護に
寄与した。したがって、実施例３のジャストエッチング
工程に比べてＲＦバイアス・パワーを若干低下させてい
るにもかかわらず、良好な異方性加工を行うことができ
た。
グ種となってエッチングが進行する一方、Ｓ2Ｃｌ2から
生成するＳが冷却されたウェハ上に堆積し、側壁保護に
寄与した。したがって、実施例３のジャストエッチング
工程に比べてＲＦバイアス・パワーを若干低下させてい
るにもかかわらず、良好な異方性加工を行うことができ
た。
【００３６】次に、上述の実施例３のオーバーエッチン
グ工程と同じ条件でオーバーエッチングを行った。この
ときのウェハ加熱（１５０℃）により、ジャストエッチ
ング工程で堆積したＳは速やかに昇華除去された。
グ工程と同じ条件でオーバーエッチングを行った。この
ときのウェハ加熱（１５０℃）により、ジャストエッチ
ング工程で堆積したＳは速やかに昇華除去された。
【００３７】この後、Ｏ2プラズマ・アッシングを行っ
て上記レジスト・マスク６を除去し、ウェハを試験的に
大気中に放置したが、９６時間後でもアフターコロージ
ョンの発生は認められなかった。実施例３に比べてアフ
ターコロージョン耐性が向上したのは、ジャストエッチ
ング時に側壁保護に寄与する炭素系ポリマーの堆積量を
低減させたことにより、パターン近傍の残留塩素量が減
少したからである。
て上記レジスト・マスク６を除去し、ウェハを試験的に
大気中に放置したが、９６時間後でもアフターコロージ
ョンの発生は認められなかった。実施例３に比べてアフ
ターコロージョン耐性が向上したのは、ジャストエッチ
ング時に側壁保護に寄与する炭素系ポリマーの堆積量を
低減させたことにより、パターン近傍の残留塩素量が減
少したからである。
【００３８】実施例３ 本実施例は、同じＡｌ系多層膜をＣｌ2／ＢＣｌ3／Ｓ2
Ｂｒ2混合ガスを用いてジャストエッチングした後、Ｉ
Ｃｌ／ＨＢｒ混合ガスを用いてオーバーエッチングを行
い、残渣を除去した例である。
Ｂｒ2混合ガスを用いてジャストエッチングした後、Ｉ
Ｃｌ／ＨＢｒ混合ガスを用いてオーバーエッチングを行
い、残渣を除去した例である。
【００３９】まず、図１（ａ）に示したウェハを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Ａｌ系多層膜
５をジャストエッチングした。
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Ａｌ系多層膜
５をジャストエッチングした。
【００４０】 Ｃｌ2流量 ８０ ＳＣＣＭ ＢＣｌ3流量 ２０ ＳＣＣＭ Ｓ2Ｂｒ2流量 ３０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ２５ Ｗ（１３．５６ ＭＨｚ） ウェハ温度 ０ ℃ このジャストエッチング工程では、Ｃｌ*，Ｂｒ*が主エ
ッチング種となってエッチングが進行する一方、Ｓ2Ｂ
ｒ2から生成するＳが側壁保護に寄与した。このＢｒの
存在は、レジスト選択性の向上に寄与している。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ＣＢｒ4
の方がＣＣｌ4よりも低いことからも明らかなように、
レジスト・マスクの表面がＣＢｒxに保護されるからで
ある。このＢｒによるレジスト選択性の向上について
は、たとえば月刊セミコンダクターワールド，１９９０
年１２月号，ｐ１０３〜１０７に詳述されている。
ッチング種となってエッチングが進行する一方、Ｓ2Ｂ
ｒ2から生成するＳが側壁保護に寄与した。このＢｒの
存在は、レジスト選択性の向上に寄与している。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ＣＢｒ4
の方がＣＣｌ4よりも低いことからも明らかなように、
レジスト・マスクの表面がＣＢｒxに保護されるからで
ある。このＢｒによるレジスト選択性の向上について
は、たとえば月刊セミコンダクターワールド，１９９０
年１２月号，ｐ１０３〜１０７に詳述されている。
【００４１】続いて、一例として下記の条件によりオー
バーエッチングを行った。
バーエッチングを行った。
【００４２】 ＩＣｌ流量 ５０ ＳＣＣＭ ＨＢｒ流量 ５０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー １５ Ｗ（１３．５６ ＭＨｚ） ウェハ温度 １５０ ℃ この工程では、図１（ｃ）に示されるように残渣５ｂが
除去されることはもちろんであるが、Ｂｒの使用による
高レジスト選択性もジャストエッチング時と同様に維持
された。また、このときのウェハ加熱（１５０℃）によ
り、ジャストエッチング工程で堆積したＳは速やかに昇
華除去された。
除去されることはもちろんであるが、Ｂｒの使用による
高レジスト選択性もジャストエッチング時と同様に維持
された。また、このときのウェハ加熱（１５０℃）によ
り、ジャストエッチング工程で堆積したＳは速やかに昇
華除去された。
【００４３】この後、Ｏ2プラズマ・アッシングを行っ
て上記レジスト・マスク６を除去し、ウェハを試験的に
大気中に放置したが、１２０時間後でもアフターコロー
ジョンの発生は認められなかった。実施例１に比べてさ
らにアフターコロージョン耐性が向上したのは、レジス
ト選択性の向上により炭素系ポリマーの供給量が減少
し、パターン近傍の残留ハロゲン量が大きく減少したか
らである。
て上記レジスト・マスク６を除去し、ウェハを試験的に
大気中に放置したが、１２０時間後でもアフターコロー
ジョンの発生は認められなかった。実施例１に比べてさ
らにアフターコロージョン耐性が向上したのは、レジス
ト選択性の向上により炭素系ポリマーの供給量が減少
し、パターン近傍の残留ハロゲン量が大きく減少したか
らである。
【００４４】ところで、上述の実施例１ないし実施例３
では、ジャストエッチング工程とオーバーエッチング工
程におけるウェハ載置電極温度が大きく異なっている。
このような場合、ウェハの昇降温のための所要時間によ
りスループットを低下させないために、ウェハ載置電極
の設定温度の異なる複数のエッチング・チャンバを高真
空下に接続したマルチチャンバ型のエッチング装置を使
用することが特に好ましい。
では、ジャストエッチング工程とオーバーエッチング工
程におけるウェハ載置電極温度が大きく異なっている。
このような場合、ウェハの昇降温のための所要時間によ
りスループットを低下させないために、ウェハ載置電極
の設定温度の異なる複数のエッチング・チャンバを高真
空下に接続したマルチチャンバ型のエッチング装置を使
用することが特に好ましい。
【００４５】あるいは、本発明者が先に特願平３−３０
１２７９号明細書において提案しているように、冷却手
段を有する固定電極と加熱手段を有する可動電極とを組
み合わせたウェハ載置電極を装備したＥＣＲプラズマ装
置等を使用することも、極めて有効である。
１２７９号明細書において提案しているように、冷却手
段を有する固定電極と加熱手段を有する可動電極とを組
み合わせたウェハ載置電極を装備したＥＣＲプラズマ装
置等を使用することも、極めて有効である。
【００４６】以上、本発明を３例の実施例にもとづいて
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。
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。
【００４７】たとえば、塩素系化合物としては上述のＣ
ｌ2やＢＣｌ3の他、ＨＣｌ等を使用しても良い。
ｌ2やＢＣｌ3の他、ＨＣｌ等を使用しても良い。
【００４８】臭素系化合物としては、上述のＨＢｒの
他、ＢＢｒ3、あるいはＢｒ2を気化させたもの等を使用
することができる。
他、ＢＢｒ3、あるいはＢｒ2を気化させたもの等を使用
することができる。
【００４９】放電解離条件下でプラズマ中に塩素系化学
種もしくは臭素系化学種の少なくとも一方を含み、イオ
ウ系化学種を生成可能なエッチング・ガスも、上述のＢ
Ｃｌ3／Ｓ2Ｃｌ2混合ガスやＣｌ2／ＢＣｌ3／Ｓ2Ｂｒ2
混合ガスに限られるものではない。たとえば、上記の混
合ガスではＳ2Ｃｌ2やＳ2Ｂｒ2のように１分子からイオ
ウ系化学種とハロゲン系化学種の両方を供給できる化合
物が使用されているが、イオウ系化学種のみをＨ2Ｓの
ような分子から別途供給させるようにしても良い。
種もしくは臭素系化学種の少なくとも一方を含み、イオ
ウ系化学種を生成可能なエッチング・ガスも、上述のＢ
Ｃｌ3／Ｓ2Ｃｌ2混合ガスやＣｌ2／ＢＣｌ3／Ｓ2Ｂｒ2
混合ガスに限られるものではない。たとえば、上記の混
合ガスではＳ2Ｃｌ2やＳ2Ｂｒ2のように１分子からイオ
ウ系化学種とハロゲン系化学種の両方を供給できる化合
物が使用されているが、イオウ系化学種のみをＨ2Ｓの
ような分子から別途供給させるようにしても良い。
【００５０】Ｃｕを含有するＡｌ系配線層は、上述のＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金の他、Ａｌ−Ｃｕ合金等であっても
良い。
ｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金の他、Ａｌ−Ｃｕ合金等であっても
良い。
【００５１】この他、エッチング条件、使用するエッチ
ング装置、サンプル・ウェハの構成等が適宜変更可能で
あることは、言うまでもない。
ング装置、サンプル・ウェハの構成等が適宜変更可能で
あることは、言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では塩素系化学種や臭素系化学種に加え、エッチング
・プロセスの少なくとも最終段階でヨウ素系化学種をエ
ッチング種として用い、かつウェハを加熱しながらエッ
チングを行う。これにより、Ｃｕを含有するＡｌ系配線
層をエッチングする場合にもＣｕに起因する残渣の発生
を防止し、かつアフターコロージョン耐性を改善するこ
とができる。また、エッチング工程を２段階化し、ジャ
ストエッチングを常温近傍で行ったり、あるいはこの時
にＳを側壁保護に利用することにより、高選択性、低汚
染性、低ダメージ性、低コロージョン性等を実現するこ
とができる。したがって、Ａｌ系配線の信頼性が大幅に
向上し、高性能の半導体装置の製造が可能となる。
明では塩素系化学種や臭素系化学種に加え、エッチング
・プロセスの少なくとも最終段階でヨウ素系化学種をエ
ッチング種として用い、かつウェハを加熱しながらエッ
チングを行う。これにより、Ｃｕを含有するＡｌ系配線
層をエッチングする場合にもＣｕに起因する残渣の発生
を防止し、かつアフターコロージョン耐性を改善するこ
とができる。また、エッチング工程を２段階化し、ジャ
ストエッチングを常温近傍で行ったり、あるいはこの時
にＳを側壁保護に利用することにより、高選択性、低汚
染性、低ダメージ性、低コロージョン性等を実現するこ
とができる。したがって、Ａｌ系配線の信頼性が大幅に
向上し、高性能の半導体装置の製造が可能となる。
【図１】本発明を適用したプロセス例をその工程順にし
たがって説明する概略断面図であり、（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系多層膜がジャストエッチングされ残渣が発生した
状態、（ｃ）は残渣が除去された状態をそれぞれ表す。
たがって説明する概略断面図であり、（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系多層膜がジャストエッチングされ残渣が発生した
状態、（ｃ）は残渣が除去された状態をそれぞれ表す。
【図２】従来の問題点を説明するため、従来のプロセス
例をその工程順にしたがって説明する概略断面図であ
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系多層膜がジャストエッチン
グされた状態、（ｃ）は残渣の除去に伴ってマイクロ・
マスクのパーティクルが発生した状態をそれぞれ表す。
例をその工程順にしたがって説明する概略断面図であ
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系多層膜がジャストエッチン
グされた状態、（ｃ）は残渣の除去に伴ってマイクロ・
マスクのパーティクルが発生した状態をそれぞれ表す。
１ ・・・ＳｉＯ2 層間絶縁膜 ２ ・・・Ｔｉ系バリヤメタル ３ ・・・Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層 ４ ・・・ＴｉＯＮ反射防止膜 ５ ・・・Ａｌ系多層膜 ５ａ・・・Ａｌ系配線パターン ５ｂ・・・残渣 ６ ・・・レジスト・マスク ７ ・・・マイクロ・マスク
Claims (2)
- 【請求項１】 塩素系化合物または臭素系化合物の少な
くとも一方を含むエッチング・ガスを用いて銅を含有す
るアルミニウム系配線層を実質的にその層厚分だけエッ
チングするジャストエッチング工程と、 ハロゲン化ヨウ素を含むエッチング・ガスを用い、被エ
ッチング基板を加熱しながら前記銅を含有するアルミニ
ウム系配線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。 - 【請求項２】 前記ジャストエッチング工程で用いられ
るエッチング・ガスが、放電解離条件下で遊離のイオウ
を生成可能であることを特徴とする請求項１記載のドラ
イエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12308193A JP3301161B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12308193A JP3301161B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06314669A JPH06314669A (ja) | 1994-11-08 |
| JP3301161B2 true JP3301161B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=14851730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12308193A Expired - Fee Related JP3301161B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3301161B2 (ja) |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP12308193A patent/JP3301161B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06314669A (ja) | 1994-11-08 |
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