JP3378055B2 - 異方性液相光化学銅エッチング - Google Patents
異方性液相光化学銅エッチング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、一般的に集積回路の製
造に用いられるエッチング方法に関し、特に異方性液相
光化学銅エッチング方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】本発明の背景は、その範囲を制限するこ
となく、従来の異方性エッチング技術と関連して説明さ
れる。 【０００３】銅は集積回路を金属化する際に用いられる
優れた金属であることがかなり以前から知られていた。
銅は低腐食性、低電気移動度及び高導電性を示す。しか
し、銅は現在、集積回路の製造プロセスの流れに統合す
るのが容易でない。 【０００４】これまでこの技術分野では、銅の種々の方
法でパターン化していた。銅は高くした温度で塩素に基
づくエッチング化学を用いて銅をプラズマ・エッチング
することができる。アルゴン又は塩素試薬によるイオン
・ミリング又はマグネトロン・エッチングは、銅をパタ
ーン化に利用してある程度成功している。銅の金属構造
をパターン化するためにリフト・オフ技術が使用され
た。更に、活性化されたガス状の試薬によるドライ・エ
ッチングと共に、銅のウェット化学エッチングも知られ
ている。基板の前処理領域へ銅フィルムを選択的にメッ
キすることにより、エッチングを回避することができ
る。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】銅をパターニングする
従来の方法は、理想的ではないことが判った。例えば、
銅は低い温度（典型的には５０℃ないし１００℃）で十
分に高い蒸気圧を有するハロゲン化銅化合物を形成しな
いので、ハロゲン化物（例えば、塩素）による銅のプラ
ズマ・エッチングは困難と思われる。プラズマ・エッチ
ングは、高い温度では、反応壁の汚染、完全な等方性エ
ッチング、及びエッチング・マスクの劣化を発生させる
ことがある。更に、プラズマ・エッチングは温度及び電
界効果のために部品の降伏、信頼性の問題及びデバイス
のパフォーマンス劣化に至る。アルゴン又は塩素による
イオン又はマグネトロン・ミリングは、単にスパッタ除
去するだけであり、同じような汚染及びデバイス劣化を
もたらす。通常のウェット・エッチングは本質的に等方
性であって、今日の集積回路デバイス、特にＶＬＳＩデ
バイスの製造に必要とする機構よりもはるかに大きな機
構をパターニングするのに有用であるに過ぎない。前処
理領域上の電気メッキ及び選択的な堆積は腐食環境を必
要とし、この環境はデバイス特性に適合するものになる
であろう。 【０００６】 【課題を解決するための手段】通常、かつ本発明の１形
式において、銅のパターニングは銅を液体に浸せきし、
次いでこれを電磁的な放射線に露光させ、照射された銅
をエッチングさせて非照射部分をほぼエッチングするこ
となく残すことにより達成される。従って、提供された
これらのプロセスは、異方性液相光化学銅エッチングで
ある。好ましくは、銅を塩酸に浸せきし、水銀／クセン
ノン・アーク・ランプによって供給される可視光及び紫
外線の照射によりエッチングする。エッチング・マスク
は、好ましくは、表面における照射のパターンを定める
ため、従ってエッチング・パターンを定めるために用い
られる。光の高い方向特性が本発明を異方性エッチング
方法にする。更に、本発明の特徴は、エッチング液から
側壁を保護する液体に対してヨウ素のような化学的なパ
ッシバントの付加であり、これにより照射されたエッチ
ング速度と照射されていないエッチング速度との間の差
を更に増加させる。ハロゲン化合物は他のパターニング
技術においてエッチング液と考えられているが、この場
合にヨウ素はパッシバントとして作用する。 【０００７】これは、明らかに、銅と液体（例えば、塩
酸）との間の反応において光照射により発生した電子励
起を利用する第１のエッチング方法である。本発明は多
くの効果を与える。本発明の主要な効果は、異方性であ
る（即ち、実質的なアンダカットを発生させない）とい
うことである。マスクの下のこれらの領域は、陰のまま
であり、顕著にエッチングされることはない。更に、本
発明の方法は銅に許容できない欠陥を発生させないこと
が判った。プラズマ種からの汚染は防止される。通常、
高温のアニールを必要としない。 【０００８】本発明の特徴と考えられる新しい構成は、
請求の範囲に記載されている。しかし、本発明それ自体
並びにそれについての他の特徴及び効果は、添付する図
面に関連して読み、以下に続く詳細な説明を参照するこ
とにより、よく理解されるであろう。 【０００９】 【実施例】図１を参照すると共に、本発明の第１の好ま
しい実施例において、液体３４に浸せきされ、かつほぼ
平行にした放射線２４により照射された銅基板３０へパ
ターンをエッチングさせる。この放射線２４は放射線源
２０により発生した銅基板３０に対してほぼ直角方向に
伝搬する。放射線源２０からの放射線２１は平行化光学
系２２により平行にされ、その結果、平行にされた放射
線２４を銅基板３０に導く。反応槽２８の一部分をな
し、かつ平行にされた放射線２４に対してほぼ透明な窓
２６は、放射されたエネルギを銅基板３０に到達させ
る。エッチング・マスク３２は、銅基板３０の複数部分
で放射線２４を遮断することによりエッチングするパタ
ーンを定める。銅基板３０及び液体３４の温度は通常、
２５℃である。この液体３４は、好ましくは、０．１％
モル濃度の塩酸であり、放射線源２０は２００ワットの
水銀／クセンノン・アーク・ランプである。銅は、この
ような温度及び酸濃度で、かつ照射なしでは、ＨＣｌに
よりあまりエッチングされない。しかし、エッチング速
度は、放射線源２０が発生する可視光／紫外線の照射に
より、実質的に増加する。 【００１０】放射線源２０と銅基板３０との間のエッチ
ング・マスク３２は、好ましくは、エッチングすべき銅
基板３０の表面の近くに又はこれに接触して配置され
る。このようなエッチング・マスク３２を銅基板３０の
表面に堆積することができる。表面上に堆積されるエッ
チング・マスク３２は不透明である必要はない。エッチ
ング・マスク３２は、好ましくは、パターン化された酸
化クロム又は２酸化シリコンからなる。エッチング・マ
スクの成形材料は特に限定されないが、一般的には、水
銀／クセンノン・アーク・ランプにより発生した光のよ
うな可視光／紫外線に対して十分に不透明な材料（例え
ば、フォトレジスト又はクロム）、かつ／又は実質的に
液体３４が浸透しない又はこれによりエッチングされな
い材料（例えば、窒化シリコン）が用いられる。溶液と
接触すると共に、かつ照射される基板の領域は、酸溶液
によるエッチングの対象となる。 【００１１】いくぶん光源のエネルギが比較的に低いの
で、エッチングの反応は、熱効果よりも光照射による電
子的な励起のために、照射領域において加速されると考
えられる。用語「放射線」とは、ここで使用しているよ
うに、背景より高いレベル、例えば実質的に室内光より
高いレベルにある放射線を意味する。 【００１２】本発明の第２の好ましい実施例を図２、図
３、図４及び図５を参照して説明する。これらの図、こ
こではパッシべーションによる銅の異方性液相銅エッチ
ングを示しており、エッチング・マスク３２がエッチン
グされるべき基板３０と接触している。図２は銅基板３
０の大きく拡大した横断面図を示す。図３はエッチング
・マスク３２により部分的に覆われた銅基板３０の表面
を示す。このエッチング・マスク３２は標準的なフォト
リソグラフィ技術によるフォトレジストから形成されて
もよく、又は表面に接着するエッチング・レジスタント
（好ましくは、照射する放射線に対して不透明）である
任意の材料であってもよい。図４は液体３４に浸せきし
た銅基板３０及びエッチング・マスク３２を示す。この
液体３４は１以上のエッチング液と、この実施例では１
以上のパッシバントとを含む。パッシバントは、薄い不
溶性のパッシバント層３６を銅基板３０上の露光面上に
形成させるように、選択される。このパッシバント層３
６には極めて薄い（多分、単層であり）、その厚さは図
では明確にするために非常に誇張されている。この不溶
性のパッシバント層３６はエッチング液が銅基板３０を
エッチングするのを防止する。パッシバント層３６は、
図５に示す放射線２４の照射により、銅基板３０から除
去され、エッチングが照射した領域で進行する。実質的
に垂直な側壁４０が形成され、この側壁４０は垂直パッ
シべーション層４２によりエッチングから保護される。
この垂直パッシべーション層４２は、エッチング・マス
ク３２の陰にあるので、側壁４０から除去されることは
ない。 【００１３】以上の第２の好ましい実施例では、照射す
る放射線の存在により、又は放射線の存在なしに、銅基
板（パッシべーション層が存在しないとき）をエッチン
グするエッチング液を選択する。パッシバントは、放射
線により除去される、又は部分的に除去される銅基板の
表面上に層を形成するように選択される。この除去の機
構即ち説明は不確かであるが、パッシバントが照射され
ないときは表面に接着するが、照射されると表面から離
れ、溶液に再び入り込むものと考えられている。その代
りに、光により活性化された、又は光により強化された
エッチング液の作用は、パッシべーション層の形成を阻
止することができる。パッシべーション層は、エッチン
グ液の作用が放射線により活性化されていない、又は強
化されている領域に形成されることになる。 【００１４】この好ましい実施例の重要な特徴は、側壁
４０が形成される際にこれらを自動的にパッシべーショ
ン化することである。図に示すように、側壁４０は、照
射領域がエッチングにより除去されるときに形成され
る。側壁４０はエッチング・マスク３２の陰に存在する
個所に対してのみエッチングされる。次いで、パッシべ
ーション層４２は垂直面上に残留し、側壁はそれ以上の
エッチングから保護される。非常に高いエッチング異方
性が達成される。 【００１５】本発明の第３の実施例を図６、図７、図８
及び図９を参照して説明する。これらの図は異方性液相
銅エッチングを示すものであり、エッチング・マスク３
２がエッチングされるべき基板３０から転置されてい
る。図６は基板３０を大きく拡大した横断面を示す。図
７は液体３４に浸せきした基板３０の表面を示す。この
液体３４はここでも１以上のエッチング液及び１以上の
パッシバントを含む。パッシバントは、薄い不溶性のパ
ッシバント層３６を形成させるように選択される。ここ
でも、このパッシバント層３６は、典型的には、非常に
薄く（多分、単層であり）、その厚さは明確にするため
に図では非常に誇張されている。この不溶性のパッシバ
ント層３６はエッチング液（複数のエッチング液）が基
板３０をエッチングするのを防止する。図８に示すよう
に、エッチング・マスク３２が基板３０の選択された複
数の部分で平行にされた放射線２４を遮断するように、
基板３０の上に配置される。このエッチング・マスク３
２は、照射する放射線に対して十分に不透明な任意の材
料でよく、液体３４内に必ずしも配置されなくてよい。
図９に示すように、不溶性のパッシバント層３６は、放
射線により照射されると、エッチング・マスク３２によ
り阻止されていない領域において基板３０から除去され
る。パッシバント層３６が除去されることにより、基板
３０のエッチングはこれらの照射領域に進行する。ここ
でも、実質的に垂直な側壁４０が形成され、側壁４０は
垂直パッシべーション層４２によりエッチングから保護
される。この垂直パッシべーション層４２はエッチング
・マスク３２の陰にあるので、側壁４０から除去される
ことはない。 【００１６】第１の実施例において説明したように、い
くつかの液体エッチングのエッチング速度を照射する放
射線により加速させて、パッシべーションなしにいくら
か異方性を示し得ることに注意すべきである。第２及び
第３の好ましい実施例パッシべーションを使用させる実
施例）に述べた技術は、これらの光化学ウェット・エッ
チングを使用してそれらの異方性を更に強化する（即
ち、照射エッチング速度対非照射エッチング速度の比を
増加させる）ようにするものであってもよい。 【００１７】更に他の実施例において、液体は、光照射
なしに材料をエッチングする等級の溶液を形成するもの
でもよい。この場合に、放射線は、基板の照射部分にお
けるエッチング速度を加速させて（即ち、光により強化
されて）、等方性エッチングを更に低下させる結果とな
る。更に他の実施例は、塩とｐＨ７より低い又はこれに
等しいｐＨの値を有する液体（即ち、酸性溶液及び中性
溶液）とを含む液体を備えている。 【００１８】本発明の更に他の実施例では、（例えば、
通常の光−リソグラフィ技術により）基板にパターン化
した光を投影して、銅基板の表面にパターンをエッチン
グしてもよい。 【００１９】本発明の更に他の実施例では、液体は基板
に対して流れるようにされてもよい。液体の流速は変動
するものでもよい。溶液の温度は、異なるエッチング速
度及びエッチング異方性を達成するように変動するもの
でもよい。光子フラックス（即ち、照度）は、エッチン
グの方向性及びエッチング速度に影響するように変化さ
れてもよい。放射線の波長は異なるエッチング方向性及
びエッチング速度を達成するように調整されてもよい。
放射線の伝搬の方向は表面に対して垂直である必要はな
い。エッチングの溶液は溶液（例えば、異方性を強化す
るように１以上のパッシバント薬剤、及び材料を光化学
的にエッチングするために１以上の試液）の混合であっ
てもよい。 【００２０】本発明の第１の好ましい実施例において、
シリコン基板の上面における２，５００ の厚さのＭｏ
Ｓｉ2 （固着層）へ３，０００ の銅を堆積することに
より、２つの試料を準備した。１片のマイラ・テープを
各試料上に置き、これをテープの各側部上の露光した銅
により２分した。テープはエッチング・マスクの役目を
した。第１の試料を０．１％モルのＨＣｌのビーカ内に
置いた。２５０分間、銅を材料からエッチングした。第
２の試料を０．１％モルのＨＣＬのビーカ内に置き、か
つ２００ワットの水銀／クセンノン・アーク・ランプの
出力光を銅の表面に対して垂直にした。４分間だけ露光
領域から銅をエッチングした。照射された試料は、テー
プが照射を遮断する非常に明確なエッジ解像力を示し
た。 【００２１】本発明の第２の好ましい実施例を証明する
実験では、０．１％モル濃度の塩酸（エッチング液）、
及び０．０１９％モルのヨウ素（パッシバント）を含む
液体中で銅を異方性エッチングした。銅層を結晶シリコ
ン基板上に堆積し、次いでフォトレジスト・エッチング
・マスクを銅層の上に形成した。可視光／紫外線を発生
する２００ワットの水銀／クセンノン・アーク・ランプ
により、放射線を供給した。このランプをスイッチ・オ
ンしたときは、エッチングは、銅が残留しなくなるま
で、フォトレジストにより覆われていない領域に進行し
た。フォトレジストのアンダカットは本質的に発生しな
かった。ヨウ素を液体に存在させることなく、実行され
た同一の実験では、大きなエッチング・マスクのアンダ
カットが発生した。 【００２２】以下の表はいくつかの実施例の概説及び図
面を示す。 【００２３】 【表１】【表２】表１の続き【００２４】以上でいくつかの好ましい実施例を詳細に
説明した。本発明の範囲は説明した実施例と異なって
も、請求の範囲内の実施例を含むことを理解すべきであ
る。例えば、液体は酸性、中性又は塩基性でもよい。塩
の溶液は、有機溶剤を含む溶液を意図している。純水を
エッチング液として用いることもできる。 【００２５】説明した本発明の方法の使用は、離散的な
部品又はシリコン、ガリウウム・ヒ素又は他の電子材料
属におけると共に、光に基づく又は他の技術に基づく形
式において完全に集積化された回路の製造及び実施例を
意図している。 【００２６】本発明を例示的な複数の実施例を参照して
説明したが、この説明は限定する意味で解釈されること
を意図するものではない。本発明の例示的な複数の実施
例と共に、他の実施例についての種々の変更と組合わせ
は、当該技術分野において習熟する者にとって説明を参
照すれば明らかとなるであろう。従って、請求の範囲は
このような変更及び実施例を含むことを意図するもので
ある。 【００２７】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 【００２８】（１）銅を異方性エッチングする異方性銅
エッチング方法において、（ａ）液体に前記銅の表面を
浸せきさせ；かつ（ｂ）放射線により前記表面の複数部
分を照射して前記表面に照射領域及び実質的に非照射領
域を形成させ、前記照射領域は前記非照射領域より実質
的に高い速度でエッチングされることを含む異方性液相
光化学銅エッチング方法。 【００２９】（２）前記照射領域は前記非照射領域の温
度とほぼ同一の温度である第１項記載の異方性銅エッチ
ング方法。 【００３０】（３）前記液体は塩酸を含む第１項記載の
異方性銅エッチング方法。 【００３１】（４）前記液体はＨ2 Ｏである第１項記載
の異方性銅エッチング方法。 【００３２】（５）前記放射線は水銀／クセンノン・ア
ーク・ランプにより発生する第１項記載の異方性銅エッ
チング方法。 【００３３】（６）前記銅はＶＬＳＩ半導体基板の表面
にある第１項記載の異方性学銅エッチング方法。 【００３４】（７）前記銅は集積回路の一部分である第
１項記載の異方性銅エッチング方法。 【００３５】（８）前記放射線の伝搬の方向は前記表面
にほぼ直交している第１項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００３６】（９）前記液体は酸性である第１項記載の
異方性銅エッチング方法。 【００３７】（１０）前記液は塩溶液である第１項記載
の異方性銅エッチング方法。 【００３８】（１１）前記放射線の強度は時間と共に変
化する第１項記載の異方性銅エッチング方法。 【００３９】（１２）前記液体は前記銅に対して流れる
ようにされている第１項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００４０】（１３）前記放射線は単色である第１項記
載の異方性銅エッチング方法。 【００４１】（１４）エッチング・マスクは前記放射線
の発生源と前記表面との間に配置され、これによって前
記表面の複数部分が照射されない第１項記載の異方性銅
エッチング方法。 【００４２】（１５）前記エッチング・マスクは２酸化
シリコンからなる第１４項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００４３】（１６）前記エッチング・マスクは窒化シ
リコンからなる第１４項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００４４】（１７）前記エッチング・マスクは１以上
の貴金属かるなる第１４項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００４５】（１８）前記エッチング・マスクはフォト
レジストである第１４項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００４６】（１９）前記液体にパッシバントが加えら
れ、前記パッシバントは前記表面上にパッシべーション
層を形成し、前記パッシべーション層は前記放射線によ
り前記照射領域からほぼ除去されることを除き、前記非
照射領域においてほぼ不溶性であり、これによって前記
照射領域におけるエッチング速度は前記非照射領域にお
けるエッチング速度より実質的に速い第１項記載の異方
性銅エッチング方法。 【００４７】（２０）前記パッシバントはヨウ素である
第１９項記載の異方性銅エッチング方法。 【００４８】（２１）前記液体は塩酸を含む第１９項記
載の異方性銅エッチング方法。 【００４９】（２２）ＶＬＳＩ半導体基板上の銅をエッ
チングする方法において、液内に前記銅を浸せきさせ、
前記銅を放射線により照射させる。 【００５０】（２３）集積回路上の銅を異方性エッチン
グする方法において、（ａ）０．１％モル濃度の塩酸に
前記銅の表面を浸せきさせ、かつ（ｂ）前記表面の複数
部分を放射線により照射させ、これによって前記表面の
前記照射された複数部分を前記表面の非照射の部分より
ほぼ大きな速度でエッチングさせる前記集積回路上の銅
を異方性エッチングする方法。 【００５１】（２４）０．０１９％モル濃度のヨウ素を
前記液体に加える請求項２２記載の集積回路上の銅を異
方性エッチングする方法。 【００５２】（２５）銅基板３０を液体３４（例えば、
０．１モル濃度の塩酸）に浸せきし、かつ放射線源２０
（例えば、２００ワットの水銀／クセンノン・アーク・
ランプ）により発生し、平行にした放射線２４（例え
ば、平行にした可視光／紫外線）により照射させる。前
記平行にした放射線２４に対するほぼ透明な窓２６が放
射されたエネルギを前記銅基板３０に到達可能にさせ
る。エッチング・マスク３２は放射線源２０と銅基板３
０（好ましくは、マスクも前記液体３４内に存在す
る。）との間に配置されてもよい。前記銅基板３０及び
前記液体３４は公称温度（例えば、２５℃）に保持され
てもよい。前記銅は、照射のないときは、前記液体によ
り顕著にエッチングされない。照射されると、エッチン
グ速度は実質的に増加する。更なる特徴は、前記放射線
により除去される、又は部分的に除去される基板上のほ
ぼ不溶性のパッシバント層３６を形成する前記液体にパ
ッシバント（例えば、ヨウ素）を加えることである。側
壁４０は垂直パッシべーション層４２によりエッチング
液から保護され、更に照射されたエッチング速度と非照
射のエッチング速度との間の差を増加させる。 【００５３】関連する以下の出願は、本発明の出願と同
時に提出された。 【表３】
造に用いられるエッチング方法に関し、特に異方性液相
光化学銅エッチング方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】本発明の背景は、その範囲を制限するこ
となく、従来の異方性エッチング技術と関連して説明さ
れる。 【０００３】銅は集積回路を金属化する際に用いられる
優れた金属であることがかなり以前から知られていた。
銅は低腐食性、低電気移動度及び高導電性を示す。しか
し、銅は現在、集積回路の製造プロセスの流れに統合す
るのが容易でない。 【０００４】これまでこの技術分野では、銅の種々の方
法でパターン化していた。銅は高くした温度で塩素に基
づくエッチング化学を用いて銅をプラズマ・エッチング
することができる。アルゴン又は塩素試薬によるイオン
・ミリング又はマグネトロン・エッチングは、銅をパタ
ーン化に利用してある程度成功している。銅の金属構造
をパターン化するためにリフト・オフ技術が使用され
た。更に、活性化されたガス状の試薬によるドライ・エ
ッチングと共に、銅のウェット化学エッチングも知られ
ている。基板の前処理領域へ銅フィルムを選択的にメッ
キすることにより、エッチングを回避することができ
る。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】銅をパターニングする
従来の方法は、理想的ではないことが判った。例えば、
銅は低い温度（典型的には５０℃ないし１００℃）で十
分に高い蒸気圧を有するハロゲン化銅化合物を形成しな
いので、ハロゲン化物（例えば、塩素）による銅のプラ
ズマ・エッチングは困難と思われる。プラズマ・エッチ
ングは、高い温度では、反応壁の汚染、完全な等方性エ
ッチング、及びエッチング・マスクの劣化を発生させる
ことがある。更に、プラズマ・エッチングは温度及び電
界効果のために部品の降伏、信頼性の問題及びデバイス
のパフォーマンス劣化に至る。アルゴン又は塩素による
イオン又はマグネトロン・ミリングは、単にスパッタ除
去するだけであり、同じような汚染及びデバイス劣化を
もたらす。通常のウェット・エッチングは本質的に等方
性であって、今日の集積回路デバイス、特にＶＬＳＩデ
バイスの製造に必要とする機構よりもはるかに大きな機
構をパターニングするのに有用であるに過ぎない。前処
理領域上の電気メッキ及び選択的な堆積は腐食環境を必
要とし、この環境はデバイス特性に適合するものになる
であろう。 【０００６】 【課題を解決するための手段】通常、かつ本発明の１形
式において、銅のパターニングは銅を液体に浸せきし、
次いでこれを電磁的な放射線に露光させ、照射された銅
をエッチングさせて非照射部分をほぼエッチングするこ
となく残すことにより達成される。従って、提供された
これらのプロセスは、異方性液相光化学銅エッチングで
ある。好ましくは、銅を塩酸に浸せきし、水銀／クセン
ノン・アーク・ランプによって供給される可視光及び紫
外線の照射によりエッチングする。エッチング・マスク
は、好ましくは、表面における照射のパターンを定める
ため、従ってエッチング・パターンを定めるために用い
られる。光の高い方向特性が本発明を異方性エッチング
方法にする。更に、本発明の特徴は、エッチング液から
側壁を保護する液体に対してヨウ素のような化学的なパ
ッシバントの付加であり、これにより照射されたエッチ
ング速度と照射されていないエッチング速度との間の差
を更に増加させる。ハロゲン化合物は他のパターニング
技術においてエッチング液と考えられているが、この場
合にヨウ素はパッシバントとして作用する。 【０００７】これは、明らかに、銅と液体（例えば、塩
酸）との間の反応において光照射により発生した電子励
起を利用する第１のエッチング方法である。本発明は多
くの効果を与える。本発明の主要な効果は、異方性であ
る（即ち、実質的なアンダカットを発生させない）とい
うことである。マスクの下のこれらの領域は、陰のまま
であり、顕著にエッチングされることはない。更に、本
発明の方法は銅に許容できない欠陥を発生させないこと
が判った。プラズマ種からの汚染は防止される。通常、
高温のアニールを必要としない。 【０００８】本発明の特徴と考えられる新しい構成は、
請求の範囲に記載されている。しかし、本発明それ自体
並びにそれについての他の特徴及び効果は、添付する図
面に関連して読み、以下に続く詳細な説明を参照するこ
とにより、よく理解されるであろう。 【０００９】 【実施例】図１を参照すると共に、本発明の第１の好ま
しい実施例において、液体３４に浸せきされ、かつほぼ
平行にした放射線２４により照射された銅基板３０へパ
ターンをエッチングさせる。この放射線２４は放射線源
２０により発生した銅基板３０に対してほぼ直角方向に
伝搬する。放射線源２０からの放射線２１は平行化光学
系２２により平行にされ、その結果、平行にされた放射
線２４を銅基板３０に導く。反応槽２８の一部分をな
し、かつ平行にされた放射線２４に対してほぼ透明な窓
２６は、放射されたエネルギを銅基板３０に到達させ
る。エッチング・マスク３２は、銅基板３０の複数部分
で放射線２４を遮断することによりエッチングするパタ
ーンを定める。銅基板３０及び液体３４の温度は通常、
２５℃である。この液体３４は、好ましくは、０．１％
モル濃度の塩酸であり、放射線源２０は２００ワットの
水銀／クセンノン・アーク・ランプである。銅は、この
ような温度及び酸濃度で、かつ照射なしでは、ＨＣｌに
よりあまりエッチングされない。しかし、エッチング速
度は、放射線源２０が発生する可視光／紫外線の照射に
より、実質的に増加する。 【００１０】放射線源２０と銅基板３０との間のエッチ
ング・マスク３２は、好ましくは、エッチングすべき銅
基板３０の表面の近くに又はこれに接触して配置され
る。このようなエッチング・マスク３２を銅基板３０の
表面に堆積することができる。表面上に堆積されるエッ
チング・マスク３２は不透明である必要はない。エッチ
ング・マスク３２は、好ましくは、パターン化された酸
化クロム又は２酸化シリコンからなる。エッチング・マ
スクの成形材料は特に限定されないが、一般的には、水
銀／クセンノン・アーク・ランプにより発生した光のよ
うな可視光／紫外線に対して十分に不透明な材料（例え
ば、フォトレジスト又はクロム）、かつ／又は実質的に
液体３４が浸透しない又はこれによりエッチングされな
い材料（例えば、窒化シリコン）が用いられる。溶液と
接触すると共に、かつ照射される基板の領域は、酸溶液
によるエッチングの対象となる。 【００１１】いくぶん光源のエネルギが比較的に低いの
で、エッチングの反応は、熱効果よりも光照射による電
子的な励起のために、照射領域において加速されると考
えられる。用語「放射線」とは、ここで使用しているよ
うに、背景より高いレベル、例えば実質的に室内光より
高いレベルにある放射線を意味する。 【００１２】本発明の第２の好ましい実施例を図２、図
３、図４及び図５を参照して説明する。これらの図、こ
こではパッシべーションによる銅の異方性液相銅エッチ
ングを示しており、エッチング・マスク３２がエッチン
グされるべき基板３０と接触している。図２は銅基板３
０の大きく拡大した横断面図を示す。図３はエッチング
・マスク３２により部分的に覆われた銅基板３０の表面
を示す。このエッチング・マスク３２は標準的なフォト
リソグラフィ技術によるフォトレジストから形成されて
もよく、又は表面に接着するエッチング・レジスタント
（好ましくは、照射する放射線に対して不透明）である
任意の材料であってもよい。図４は液体３４に浸せきし
た銅基板３０及びエッチング・マスク３２を示す。この
液体３４は１以上のエッチング液と、この実施例では１
以上のパッシバントとを含む。パッシバントは、薄い不
溶性のパッシバント層３６を銅基板３０上の露光面上に
形成させるように、選択される。このパッシバント層３
６には極めて薄い（多分、単層であり）、その厚さは図
では明確にするために非常に誇張されている。この不溶
性のパッシバント層３６はエッチング液が銅基板３０を
エッチングするのを防止する。パッシバント層３６は、
図５に示す放射線２４の照射により、銅基板３０から除
去され、エッチングが照射した領域で進行する。実質的
に垂直な側壁４０が形成され、この側壁４０は垂直パッ
シべーション層４２によりエッチングから保護される。
この垂直パッシべーション層４２は、エッチング・マス
ク３２の陰にあるので、側壁４０から除去されることは
ない。 【００１３】以上の第２の好ましい実施例では、照射す
る放射線の存在により、又は放射線の存在なしに、銅基
板（パッシべーション層が存在しないとき）をエッチン
グするエッチング液を選択する。パッシバントは、放射
線により除去される、又は部分的に除去される銅基板の
表面上に層を形成するように選択される。この除去の機
構即ち説明は不確かであるが、パッシバントが照射され
ないときは表面に接着するが、照射されると表面から離
れ、溶液に再び入り込むものと考えられている。その代
りに、光により活性化された、又は光により強化された
エッチング液の作用は、パッシべーション層の形成を阻
止することができる。パッシべーション層は、エッチン
グ液の作用が放射線により活性化されていない、又は強
化されている領域に形成されることになる。 【００１４】この好ましい実施例の重要な特徴は、側壁
４０が形成される際にこれらを自動的にパッシべーショ
ン化することである。図に示すように、側壁４０は、照
射領域がエッチングにより除去されるときに形成され
る。側壁４０はエッチング・マスク３２の陰に存在する
個所に対してのみエッチングされる。次いで、パッシべ
ーション層４２は垂直面上に残留し、側壁はそれ以上の
エッチングから保護される。非常に高いエッチング異方
性が達成される。 【００１５】本発明の第３の実施例を図６、図７、図８
及び図９を参照して説明する。これらの図は異方性液相
銅エッチングを示すものであり、エッチング・マスク３
２がエッチングされるべき基板３０から転置されてい
る。図６は基板３０を大きく拡大した横断面を示す。図
７は液体３４に浸せきした基板３０の表面を示す。この
液体３４はここでも１以上のエッチング液及び１以上の
パッシバントを含む。パッシバントは、薄い不溶性のパ
ッシバント層３６を形成させるように選択される。ここ
でも、このパッシバント層３６は、典型的には、非常に
薄く（多分、単層であり）、その厚さは明確にするため
に図では非常に誇張されている。この不溶性のパッシバ
ント層３６はエッチング液（複数のエッチング液）が基
板３０をエッチングするのを防止する。図８に示すよう
に、エッチング・マスク３２が基板３０の選択された複
数の部分で平行にされた放射線２４を遮断するように、
基板３０の上に配置される。このエッチング・マスク３
２は、照射する放射線に対して十分に不透明な任意の材
料でよく、液体３４内に必ずしも配置されなくてよい。
図９に示すように、不溶性のパッシバント層３６は、放
射線により照射されると、エッチング・マスク３２によ
り阻止されていない領域において基板３０から除去され
る。パッシバント層３６が除去されることにより、基板
３０のエッチングはこれらの照射領域に進行する。ここ
でも、実質的に垂直な側壁４０が形成され、側壁４０は
垂直パッシべーション層４２によりエッチングから保護
される。この垂直パッシべーション層４２はエッチング
・マスク３２の陰にあるので、側壁４０から除去される
ことはない。 【００１６】第１の実施例において説明したように、い
くつかの液体エッチングのエッチング速度を照射する放
射線により加速させて、パッシべーションなしにいくら
か異方性を示し得ることに注意すべきである。第２及び
第３の好ましい実施例パッシべーションを使用させる実
施例）に述べた技術は、これらの光化学ウェット・エッ
チングを使用してそれらの異方性を更に強化する（即
ち、照射エッチング速度対非照射エッチング速度の比を
増加させる）ようにするものであってもよい。 【００１７】更に他の実施例において、液体は、光照射
なしに材料をエッチングする等級の溶液を形成するもの
でもよい。この場合に、放射線は、基板の照射部分にお
けるエッチング速度を加速させて（即ち、光により強化
されて）、等方性エッチングを更に低下させる結果とな
る。更に他の実施例は、塩とｐＨ７より低い又はこれに
等しいｐＨの値を有する液体（即ち、酸性溶液及び中性
溶液）とを含む液体を備えている。 【００１８】本発明の更に他の実施例では、（例えば、
通常の光−リソグラフィ技術により）基板にパターン化
した光を投影して、銅基板の表面にパターンをエッチン
グしてもよい。 【００１９】本発明の更に他の実施例では、液体は基板
に対して流れるようにされてもよい。液体の流速は変動
するものでもよい。溶液の温度は、異なるエッチング速
度及びエッチング異方性を達成するように変動するもの
でもよい。光子フラックス（即ち、照度）は、エッチン
グの方向性及びエッチング速度に影響するように変化さ
れてもよい。放射線の波長は異なるエッチング方向性及
びエッチング速度を達成するように調整されてもよい。
放射線の伝搬の方向は表面に対して垂直である必要はな
い。エッチングの溶液は溶液（例えば、異方性を強化す
るように１以上のパッシバント薬剤、及び材料を光化学
的にエッチングするために１以上の試液）の混合であっ
てもよい。 【００２０】本発明の第１の好ましい実施例において、
シリコン基板の上面における２，５００ の厚さのＭｏ
Ｓｉ2 （固着層）へ３，０００ の銅を堆積することに
より、２つの試料を準備した。１片のマイラ・テープを
各試料上に置き、これをテープの各側部上の露光した銅
により２分した。テープはエッチング・マスクの役目を
した。第１の試料を０．１％モルのＨＣｌのビーカ内に
置いた。２５０分間、銅を材料からエッチングした。第
２の試料を０．１％モルのＨＣＬのビーカ内に置き、か
つ２００ワットの水銀／クセンノン・アーク・ランプの
出力光を銅の表面に対して垂直にした。４分間だけ露光
領域から銅をエッチングした。照射された試料は、テー
プが照射を遮断する非常に明確なエッジ解像力を示し
た。 【００２１】本発明の第２の好ましい実施例を証明する
実験では、０．１％モル濃度の塩酸（エッチング液）、
及び０．０１９％モルのヨウ素（パッシバント）を含む
液体中で銅を異方性エッチングした。銅層を結晶シリコ
ン基板上に堆積し、次いでフォトレジスト・エッチング
・マスクを銅層の上に形成した。可視光／紫外線を発生
する２００ワットの水銀／クセンノン・アーク・ランプ
により、放射線を供給した。このランプをスイッチ・オ
ンしたときは、エッチングは、銅が残留しなくなるま
で、フォトレジストにより覆われていない領域に進行し
た。フォトレジストのアンダカットは本質的に発生しな
かった。ヨウ素を液体に存在させることなく、実行され
た同一の実験では、大きなエッチング・マスクのアンダ
カットが発生した。 【００２２】以下の表はいくつかの実施例の概説及び図
面を示す。 【００２３】 【表１】【表２】表１の続き【００２４】以上でいくつかの好ましい実施例を詳細に
説明した。本発明の範囲は説明した実施例と異なって
も、請求の範囲内の実施例を含むことを理解すべきであ
る。例えば、液体は酸性、中性又は塩基性でもよい。塩
の溶液は、有機溶剤を含む溶液を意図している。純水を
エッチング液として用いることもできる。 【００２５】説明した本発明の方法の使用は、離散的な
部品又はシリコン、ガリウウム・ヒ素又は他の電子材料
属におけると共に、光に基づく又は他の技術に基づく形
式において完全に集積化された回路の製造及び実施例を
意図している。 【００２６】本発明を例示的な複数の実施例を参照して
説明したが、この説明は限定する意味で解釈されること
を意図するものではない。本発明の例示的な複数の実施
例と共に、他の実施例についての種々の変更と組合わせ
は、当該技術分野において習熟する者にとって説明を参
照すれば明らかとなるであろう。従って、請求の範囲は
このような変更及び実施例を含むことを意図するもので
ある。 【００２７】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 【００２８】（１）銅を異方性エッチングする異方性銅
エッチング方法において、（ａ）液体に前記銅の表面を
浸せきさせ；かつ（ｂ）放射線により前記表面の複数部
分を照射して前記表面に照射領域及び実質的に非照射領
域を形成させ、前記照射領域は前記非照射領域より実質
的に高い速度でエッチングされることを含む異方性液相
光化学銅エッチング方法。 【００２９】（２）前記照射領域は前記非照射領域の温
度とほぼ同一の温度である第１項記載の異方性銅エッチ
ング方法。 【００３０】（３）前記液体は塩酸を含む第１項記載の
異方性銅エッチング方法。 【００３１】（４）前記液体はＨ2 Ｏである第１項記載
の異方性銅エッチング方法。 【００３２】（５）前記放射線は水銀／クセンノン・ア
ーク・ランプにより発生する第１項記載の異方性銅エッ
チング方法。 【００３３】（６）前記銅はＶＬＳＩ半導体基板の表面
にある第１項記載の異方性学銅エッチング方法。 【００３４】（７）前記銅は集積回路の一部分である第
１項記載の異方性銅エッチング方法。 【００３５】（８）前記放射線の伝搬の方向は前記表面
にほぼ直交している第１項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００３６】（９）前記液体は酸性である第１項記載の
異方性銅エッチング方法。 【００３７】（１０）前記液は塩溶液である第１項記載
の異方性銅エッチング方法。 【００３８】（１１）前記放射線の強度は時間と共に変
化する第１項記載の異方性銅エッチング方法。 【００３９】（１２）前記液体は前記銅に対して流れる
ようにされている第１項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００４０】（１３）前記放射線は単色である第１項記
載の異方性銅エッチング方法。 【００４１】（１４）エッチング・マスクは前記放射線
の発生源と前記表面との間に配置され、これによって前
記表面の複数部分が照射されない第１項記載の異方性銅
エッチング方法。 【００４２】（１５）前記エッチング・マスクは２酸化
シリコンからなる第１４項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００４３】（１６）前記エッチング・マスクは窒化シ
リコンからなる第１４項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００４４】（１７）前記エッチング・マスクは１以上
の貴金属かるなる第１４項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００４５】（１８）前記エッチング・マスクはフォト
レジストである第１４項記載の異方性銅エッチング方
法。 【００４６】（１９）前記液体にパッシバントが加えら
れ、前記パッシバントは前記表面上にパッシべーション
層を形成し、前記パッシべーション層は前記放射線によ
り前記照射領域からほぼ除去されることを除き、前記非
照射領域においてほぼ不溶性であり、これによって前記
照射領域におけるエッチング速度は前記非照射領域にお
けるエッチング速度より実質的に速い第１項記載の異方
性銅エッチング方法。 【００４７】（２０）前記パッシバントはヨウ素である
第１９項記載の異方性銅エッチング方法。 【００４８】（２１）前記液体は塩酸を含む第１９項記
載の異方性銅エッチング方法。 【００４９】（２２）ＶＬＳＩ半導体基板上の銅をエッ
チングする方法において、液内に前記銅を浸せきさせ、
前記銅を放射線により照射させる。 【００５０】（２３）集積回路上の銅を異方性エッチン
グする方法において、（ａ）０．１％モル濃度の塩酸に
前記銅の表面を浸せきさせ、かつ（ｂ）前記表面の複数
部分を放射線により照射させ、これによって前記表面の
前記照射された複数部分を前記表面の非照射の部分より
ほぼ大きな速度でエッチングさせる前記集積回路上の銅
を異方性エッチングする方法。 【００５１】（２４）０．０１９％モル濃度のヨウ素を
前記液体に加える請求項２２記載の集積回路上の銅を異
方性エッチングする方法。 【００５２】（２５）銅基板３０を液体３４（例えば、
０．１モル濃度の塩酸）に浸せきし、かつ放射線源２０
（例えば、２００ワットの水銀／クセンノン・アーク・
ランプ）により発生し、平行にした放射線２４（例え
ば、平行にした可視光／紫外線）により照射させる。前
記平行にした放射線２４に対するほぼ透明な窓２６が放
射されたエネルギを前記銅基板３０に到達可能にさせ
る。エッチング・マスク３２は放射線源２０と銅基板３
０（好ましくは、マスクも前記液体３４内に存在す
る。）との間に配置されてもよい。前記銅基板３０及び
前記液体３４は公称温度（例えば、２５℃）に保持され
てもよい。前記銅は、照射のないときは、前記液体によ
り顕著にエッチングされない。照射されると、エッチン
グ速度は実質的に増加する。更なる特徴は、前記放射線
により除去される、又は部分的に除去される基板上のほ
ぼ不溶性のパッシバント層３６を形成する前記液体にパ
ッシバント（例えば、ヨウ素）を加えることである。側
壁４０は垂直パッシべーション層４２によりエッチング
液から保護され、更に照射されたエッチング速度と非照
射のエッチング速度との間の差を増加させる。 【００５３】関連する以下の出願は、本発明の出願と同
時に提出された。 【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置と異方性エッチングの銅に用
いられる材料とを示す概略図。 【図２】エッチング・マスクが銅基板と接触していると
きのエッチングのパッシべーション機能を説明した液相
光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面図。 【図３】エッチング・マスクが銅基板と接触していると
きのエッチングのパッシべーション機能を説明した液相
光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面図。 【図４】エッチング・マスクが銅基板と接触していると
きのエッチングのパッシべーション機能を説明した液相
光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面図。 【図５】エッチング・マスクが銅基板から転置されてい
るときのエッチングのパッシべーション機能を説明した
液相光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面
図。 【図６】エッチング・マスクが銅基板から転置されてい
るときのエッチングのパッシべーション機能を説明した
液相光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面
図。 【図７】エッチング・マスクが銅基板から転置されてい
るときのエッチングのパッシべーション機能を説明した
液相光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面
図。 【図８】エッチング・マスクが銅基板から転置されてい
るときのエッチングのパッシべーション機能を説明した
液相光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面
図。 【図９】エッチング・マスクが銅基板から転置されてい
るときのエッチングのパッシべーション機能を説明した
液相光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面
図。 【符号の説明】 ２０ 放射線源 ２１、２４ 放射線 ３０ 銅基板 ３２ エッチング・マスク ３４ 液体 ３６ パッシバント層 ４０ 側壁 ４２ 垂直パッシべーション層
いられる材料とを示す概略図。 【図２】エッチング・マスクが銅基板と接触していると
きのエッチングのパッシべーション機能を説明した液相
光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面図。 【図３】エッチング・マスクが銅基板と接触していると
きのエッチングのパッシべーション機能を説明した液相
光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面図。 【図４】エッチング・マスクが銅基板と接触していると
きのエッチングのパッシべーション機能を説明した液相
光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面図。 【図５】エッチング・マスクが銅基板から転置されてい
るときのエッチングのパッシべーション機能を説明した
液相光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面
図。 【図６】エッチング・マスクが銅基板から転置されてい
るときのエッチングのパッシべーション機能を説明した
液相光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面
図。 【図７】エッチング・マスクが銅基板から転置されてい
るときのエッチングのパッシべーション機能を説明した
液相光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面
図。 【図８】エッチング・マスクが銅基板から転置されてい
るときのエッチングのパッシべーション機能を説明した
液相光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面
図。 【図９】エッチング・マスクが銅基板から転置されてい
るときのエッチングのパッシべーション機能を説明した
液相光化学エッチングを行なう銅基板の微視的な横断面
図。 【符号の説明】 ２０ 放射線源 ２１、２４ 放射線 ３０ 銅基板 ３２ エッチング・マスク ３４ 液体 ３６ パッシバント層 ４０ 側壁 ４２ 垂直パッシべーション層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/306
C23F 1/02
C23F 4/02
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】銅を異方性エッチングする異方性液相光化
学銅エッチング方法において、 液体に前記銅の表面を浸せきさせ；かつ前記表面から分
離されたマスクを通して放射線により前記表面の複数部
分を照射して前記表面に照射領域及び実質的に非照射領
域を形成させ、 前記照射領域は前記非照射領域より実質的に高い速度で
エッチングされることを含む異方性液相光化学銅エッチ
ング方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US954087 | 1992-09-30 | ||
| US07/954,087 US5279702A (en) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | Anisotropic liquid phase photochemical copper etch |
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-
1993
- 1993-09-29 JP JP24329093A patent/JP3378055B2/ja not_active Expired - Fee Related
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