JP3407410B2 - ケミカルドライエッチング方法 - Google Patents
ケミカル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、半導体装置の製造方法
に関し、特に半導体基板上に形成する金属薄膜のパター
ニングのためのドライエッチング方法に関する。 【０００２】 【従来技術】従来、半導体集積回路の製造方法におい
て、半導体基板上に形成した金属、窒化膜、酸化膜など
の薄膜を形成しパターニングする場合に、プラズマ励起
によるドライエッチング技術がよく用いられる。この技
術には大きく分けて２種類あり、１つは、プラズマ発生
室とエッチング室が同じ所謂ドライエッチングと、もう
１つはプラズマ発生室とエッチング室とが異なるケミカ
ルドライエッチング（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｒｙ Ｅｔ
ｃｈｉｎｇ）がある。前者はプラズマ室とエッチング室
が同じであるため、装置としてはコンパクトであるが、
エッチングによりマスク材となるレジストが変質し、こ
の変質したマスクを取り除くために、酸素プラズマによ
るレジストの除去（以下、Ｏ2 アッシングという）を行
う必要がある。一方、後者の方は、プラズマ発生室とエ
ッチング室と両方必要なため、装置として大型化してし
まうが、マスクの変質が発生せずＯ2 アッシングを行わ
なくてもよいという利点がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ドライ
エッチングを行った場合のレジスト除去のためにＯ2 ア
ッシングを行ってもレジスト残査が発生し、後工程にて
障害となるという問題がある。そこでマスクの変質が発
生しないＣＤＥによりエッチングを行えばよいが、金属
材料のエッチングの場合は有機系の剥離材又は場合によ
り、熱硫酸によるマスク材の剥離が必要になるという問
題がある。 【０００４】そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、被
エッチング材をエッチング後にマスク材を除去する必要
のないＣＤＥを提供するものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
のケミカルドライエッチング方法は、基板上に被エッチ
ング材を形成し、該被エッチング材上に被エッチング材
のエッチングする領域を除いて有機物からなるマスク材
を形成する工程と、酸素を体積比で８０〜９５％含むエ
ッチングガスを第１の容器内でプラズマ化により活性化
し、この活性化したエッチングガスを上記被エッチング
材およびマスク材の形成された基板が収容された第２の
容器内に導入し、前記被エッチング材の前記領域をエッ
チングするとともに、前記マスク材をもエッチングする
工程と、を有し、 前記被エッチング材は金属膜であり、
前記エッチングは、前記エッチングガスとしてフッ素化
合物気体と酸素気体とを混合したガスを用い、前記マス
ク材と該金属膜との間にバリアメタル層が挿入された状
態にて前記被エッチング材の前記領域をエッチングする
とともに、前記マスク材を完全に消失させることを特徴
としている。 【０００６】 【発明の作用効果】上記ケミカルドライエッチング方法
によれば、エッチングガス中にその体積比が８０〜９０
％以上の酸素気体が混合され、プラズマ化により酸素気
体も活性化状態となる。そして、活性化されたエッチン
グガスとともに、第２の容器内に導入され、エッチング
ガスによる被エッチング材のエッチングが進行する。こ
の際、エッチングガスをプラズマ化する容器とエッチン
グを行う容器とが別々であるため、マスク材の変質が発
生せず、エッチングガスとともに活性化された酸素によ
り、マスク材の除去も進行することになる。従って、被
エッチング材のエッチングと同時にマスク材のエッチン
グも行われることになり、被エッチング材のエッチング
が終了するのとほぼ同時にマスク材の除去も終了するこ
とになる。 【０００７】よって、被エッチング材のエッチングのあ
とにマスク材の除去を行わなくても良く、従来のように
マスク材を被エッチング材のエッチングのあとに除去す
るようにした場合の不具合を解消できるという効果があ
る。 【０００８】 【実施例】本発明を適用したケミカルドライエッチング
を行うケミカルドライエッチャの概念図を図１に示す。
これは、例えば芝浦製作所製ケミカルドライエッチャ
（例えばＣＤＥ７−４）の概念図を示すものである。エ
ッチングガスおよび酸素の混合ガスはガス入口１４を介
して、石英管からなるプラズマ発生室１０に導かれ、そ
の中で導波管１３を通って印加されるマイクロ波ＭＷに
より、図中の点線で示す領域においてプラズマガスＰが
発生する。図中の白丸は活性前のガスであり、白い三角
は活性ガスである。そしてプラズマ化したガスは輸送管
１２を通り、エッチング室１１に導入される。エッチン
グ室１１に導入されたエッチングガスはノズル１５によ
り、エッチング室内のステージ１７に搭載されたウエハ
２０にまんべんなく当たるように広げられる。そしてエ
ッチングガスとウエハ２０との反応が進行し、エッチン
グに寄与しなかったガスと、図中の白い四角で示される
エッチングにより生成された反応生成物とが排気系１６
から排気される。 【０００９】ケミカルドライエッチングでは、プラズマ
発生室１０にて発生するイオンがエッチング室１１に至
るまでに輸送管１２内にて再結合し、ラジカルのみがエ
ッチング室でウエハ２０の被加工薄膜とレジストに作用
する。このためプラズマ中のイオンによるレジストの変
質が生じないというメリットがある。本実施例はこの特
徴を利用し、金属抵抗体のエッチング後にマスク材の除
去をなくし、マスク材の除去による金属抵抗体への影響
をなくすようにしたものである。 【００１０】次に、上記のようなエッチング装置を用い
て、金属膜抵抗体（以下、ＣｒＳｉ抵抗とする）のエッ
チング工程を説明する。その工程断面図を図２に示す。
図２（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ2 ２を
例えば熱酸化法により形成し、その上にＣｒＳｉ５を形
成し、さらにバリアメタル４を形成する。このＣｒＳｉ
５は、ＣｒＳｉ焼結体をＮ2 を１〜２％含むＡｒ雰囲気
で反応性スパッタリングして約１５０Åの膜厚とした。
またバリアメタル４は同じくＡｒ雰囲気にてスパッタリ
ングにより約１５００Å成膜した。このバリアメタル４
は、ＣｒＳｉ抵抗５を半導体集積回路内に形成する場
合、配線材料のＡｌ３（アルミ合金を含む）との反応を
避けるために、例えばＴｉＷからなる金属膜を形成する
ものである。バリアメタル４を形成した後、有機材料か
らなるレジスト６を約１μｍの厚さで塗布し、公知のフ
ォトリソグラフィー技術を用いて所望のレジストパター
ンを形成する。 【００１１】そして、図２（ｂ）に示されるように、レ
ジストパターンから露出したバリアメタルを、過酸化水
素を含む水溶液にてエッチング除去する。その後、図２
（ｃ）に示されるように、図１に示されるようなケミカ
ルドライエッチャ１８のエッチング室１１内に収容し、
ケミカルドライエッチングを行う。ケミカルドライエッ
チングの条件としては、ＲＦパワーを４５０±１５０
Ｗ、エッチングガス圧を３０±１０Ｐａ、ガスは酸素と
ＣＦ4 の混合気体であり、その組成はＯ2 ／（ＣＦ4 ＋
Ｏ2 ）＝８０〜９５％と酸素を多量に含めるようにす
る。ＣＦ4 ガスはプラズマ発生室でフッ素ラジカルとな
ってＣｒＳｉ抵抗５のエッチングに使われるが、酸素ガ
スはプラズマ発生室で酸素ラジカルとなって、主にレジ
スト６に作用し、ＣｒＳｉ抵抗５のエッチングと同時に
レジスト６のエッチングも同時に進行する。ＣｒＳｉ抵
抗５のエッチング時間は約６００秒で終了する。一方、
レジスト６はエッチング開始後約５００秒で完全に消失
し、ＣｒＳｉ抵抗膜５のエッチングが完了する時点でレ
ジスト６膜下のバリアメタル４は約１００〜２００Åエ
ッチングされる。しかし、図３に示すようにレジスト６
とバリアメタルであるＴｉＷのエッチングレートは大幅
に異なるとともに、バリアメタル４を１０００Å以上の
厚さに形成するため、バリア効果の不具合は生じない。 【００１２】その後、図２（ｄ）に示されるように、バ
リアメタル４上にＡｌを堆積し、バリアメタル４および
Ａｌを所望のパターンに形成し、Ａｌ電極３を形成し、
その後、所定の保護膜を形成してＳｉ基板上に薄膜抵抗
が完成する。図３に示すように、エッチングガス中の酸
素量を８０％以上とするとマスク材のエッチングレート
が速まることがわかる。従って、エッチングガス組成を
本実施例のようにすることで、ＣｒＳｉのエッチングと
ともにマスク材のエッチングも同時に行うことができ、
エッチング後のマスク材を除去する工程をなくすことが
できる。従って、ＣｒＳｉ抵抗をケミカルドライエッチ
ングによりパターニングすることで、マスク材の変質を
防止し、かつエッチングガスに酸素を多量に含むことで
ＣｒＳｉ抵抗のパターニングと同時にマスク材もエッチ
ングすることができるようになった。また、本実施例
は、マスク材の除去工程も削減されるという相乗効果も
有するものである。 【００１３】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、エッチングガス中に酸素を多量に含むことで
マスクの除去をケミカルドライエッチングと同時に進行
することができることを発見したものである。従って、
エッチングガスがＣＦ4 でなくても、マスク材が有機材
料であればよいというものである。また、上記実施例の
ように被エッチング材が金属薄膜であればなお良く、さ
らに被エッチング材となる金属薄膜とレジスト膜との間
にその金属薄膜とは異なる材料からなるバリアメタルを
有するものであるときには、マスク材が完全に消失して
も上述したようにバリアメタルがエッチング進行を防止
することができるので、最大の効果を奏するものであ
る。
に関し、特に半導体基板上に形成する金属薄膜のパター
ニングのためのドライエッチング方法に関する。 【０００２】 【従来技術】従来、半導体集積回路の製造方法におい
て、半導体基板上に形成した金属、窒化膜、酸化膜など
の薄膜を形成しパターニングする場合に、プラズマ励起
によるドライエッチング技術がよく用いられる。この技
術には大きく分けて２種類あり、１つは、プラズマ発生
室とエッチング室が同じ所謂ドライエッチングと、もう
１つはプラズマ発生室とエッチング室とが異なるケミカ
ルドライエッチング（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｒｙ Ｅｔ
ｃｈｉｎｇ）がある。前者はプラズマ室とエッチング室
が同じであるため、装置としてはコンパクトであるが、
エッチングによりマスク材となるレジストが変質し、こ
の変質したマスクを取り除くために、酸素プラズマによ
るレジストの除去（以下、Ｏ2 アッシングという）を行
う必要がある。一方、後者の方は、プラズマ発生室とエ
ッチング室と両方必要なため、装置として大型化してし
まうが、マスクの変質が発生せずＯ2 アッシングを行わ
なくてもよいという利点がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ドライ
エッチングを行った場合のレジスト除去のためにＯ2 ア
ッシングを行ってもレジスト残査が発生し、後工程にて
障害となるという問題がある。そこでマスクの変質が発
生しないＣＤＥによりエッチングを行えばよいが、金属
材料のエッチングの場合は有機系の剥離材又は場合によ
り、熱硫酸によるマスク材の剥離が必要になるという問
題がある。 【０００４】そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、被
エッチング材をエッチング後にマスク材を除去する必要
のないＣＤＥを提供するものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
のケミカルドライエッチング方法は、基板上に被エッチ
ング材を形成し、該被エッチング材上に被エッチング材
のエッチングする領域を除いて有機物からなるマスク材
を形成する工程と、酸素を体積比で８０〜９５％含むエ
ッチングガスを第１の容器内でプラズマ化により活性化
し、この活性化したエッチングガスを上記被エッチング
材およびマスク材の形成された基板が収容された第２の
容器内に導入し、前記被エッチング材の前記領域をエッ
チングするとともに、前記マスク材をもエッチングする
工程と、を有し、 前記被エッチング材は金属膜であり、
前記エッチングは、前記エッチングガスとしてフッ素化
合物気体と酸素気体とを混合したガスを用い、前記マス
ク材と該金属膜との間にバリアメタル層が挿入された状
態にて前記被エッチング材の前記領域をエッチングする
とともに、前記マスク材を完全に消失させることを特徴
としている。 【０００６】 【発明の作用効果】上記ケミカルドライエッチング方法
によれば、エッチングガス中にその体積比が８０〜９０
％以上の酸素気体が混合され、プラズマ化により酸素気
体も活性化状態となる。そして、活性化されたエッチン
グガスとともに、第２の容器内に導入され、エッチング
ガスによる被エッチング材のエッチングが進行する。こ
の際、エッチングガスをプラズマ化する容器とエッチン
グを行う容器とが別々であるため、マスク材の変質が発
生せず、エッチングガスとともに活性化された酸素によ
り、マスク材の除去も進行することになる。従って、被
エッチング材のエッチングと同時にマスク材のエッチン
グも行われることになり、被エッチング材のエッチング
が終了するのとほぼ同時にマスク材の除去も終了するこ
とになる。 【０００７】よって、被エッチング材のエッチングのあ
とにマスク材の除去を行わなくても良く、従来のように
マスク材を被エッチング材のエッチングのあとに除去す
るようにした場合の不具合を解消できるという効果があ
る。 【０００８】 【実施例】本発明を適用したケミカルドライエッチング
を行うケミカルドライエッチャの概念図を図１に示す。
これは、例えば芝浦製作所製ケミカルドライエッチャ
（例えばＣＤＥ７−４）の概念図を示すものである。エ
ッチングガスおよび酸素の混合ガスはガス入口１４を介
して、石英管からなるプラズマ発生室１０に導かれ、そ
の中で導波管１３を通って印加されるマイクロ波ＭＷに
より、図中の点線で示す領域においてプラズマガスＰが
発生する。図中の白丸は活性前のガスであり、白い三角
は活性ガスである。そしてプラズマ化したガスは輸送管
１２を通り、エッチング室１１に導入される。エッチン
グ室１１に導入されたエッチングガスはノズル１５によ
り、エッチング室内のステージ１７に搭載されたウエハ
２０にまんべんなく当たるように広げられる。そしてエ
ッチングガスとウエハ２０との反応が進行し、エッチン
グに寄与しなかったガスと、図中の白い四角で示される
エッチングにより生成された反応生成物とが排気系１６
から排気される。 【０００９】ケミカルドライエッチングでは、プラズマ
発生室１０にて発生するイオンがエッチング室１１に至
るまでに輸送管１２内にて再結合し、ラジカルのみがエ
ッチング室でウエハ２０の被加工薄膜とレジストに作用
する。このためプラズマ中のイオンによるレジストの変
質が生じないというメリットがある。本実施例はこの特
徴を利用し、金属抵抗体のエッチング後にマスク材の除
去をなくし、マスク材の除去による金属抵抗体への影響
をなくすようにしたものである。 【００１０】次に、上記のようなエッチング装置を用い
て、金属膜抵抗体（以下、ＣｒＳｉ抵抗とする）のエッ
チング工程を説明する。その工程断面図を図２に示す。
図２（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ2 ２を
例えば熱酸化法により形成し、その上にＣｒＳｉ５を形
成し、さらにバリアメタル４を形成する。このＣｒＳｉ
５は、ＣｒＳｉ焼結体をＮ2 を１〜２％含むＡｒ雰囲気
で反応性スパッタリングして約１５０Åの膜厚とした。
またバリアメタル４は同じくＡｒ雰囲気にてスパッタリ
ングにより約１５００Å成膜した。このバリアメタル４
は、ＣｒＳｉ抵抗５を半導体集積回路内に形成する場
合、配線材料のＡｌ３（アルミ合金を含む）との反応を
避けるために、例えばＴｉＷからなる金属膜を形成する
ものである。バリアメタル４を形成した後、有機材料か
らなるレジスト６を約１μｍの厚さで塗布し、公知のフ
ォトリソグラフィー技術を用いて所望のレジストパター
ンを形成する。 【００１１】そして、図２（ｂ）に示されるように、レ
ジストパターンから露出したバリアメタルを、過酸化水
素を含む水溶液にてエッチング除去する。その後、図２
（ｃ）に示されるように、図１に示されるようなケミカ
ルドライエッチャ１８のエッチング室１１内に収容し、
ケミカルドライエッチングを行う。ケミカルドライエッ
チングの条件としては、ＲＦパワーを４５０±１５０
Ｗ、エッチングガス圧を３０±１０Ｐａ、ガスは酸素と
ＣＦ4 の混合気体であり、その組成はＯ2 ／（ＣＦ4 ＋
Ｏ2 ）＝８０〜９５％と酸素を多量に含めるようにす
る。ＣＦ4 ガスはプラズマ発生室でフッ素ラジカルとな
ってＣｒＳｉ抵抗５のエッチングに使われるが、酸素ガ
スはプラズマ発生室で酸素ラジカルとなって、主にレジ
スト６に作用し、ＣｒＳｉ抵抗５のエッチングと同時に
レジスト６のエッチングも同時に進行する。ＣｒＳｉ抵
抗５のエッチング時間は約６００秒で終了する。一方、
レジスト６はエッチング開始後約５００秒で完全に消失
し、ＣｒＳｉ抵抗膜５のエッチングが完了する時点でレ
ジスト６膜下のバリアメタル４は約１００〜２００Åエ
ッチングされる。しかし、図３に示すようにレジスト６
とバリアメタルであるＴｉＷのエッチングレートは大幅
に異なるとともに、バリアメタル４を１０００Å以上の
厚さに形成するため、バリア効果の不具合は生じない。 【００１２】その後、図２（ｄ）に示されるように、バ
リアメタル４上にＡｌを堆積し、バリアメタル４および
Ａｌを所望のパターンに形成し、Ａｌ電極３を形成し、
その後、所定の保護膜を形成してＳｉ基板上に薄膜抵抗
が完成する。図３に示すように、エッチングガス中の酸
素量を８０％以上とするとマスク材のエッチングレート
が速まることがわかる。従って、エッチングガス組成を
本実施例のようにすることで、ＣｒＳｉのエッチングと
ともにマスク材のエッチングも同時に行うことができ、
エッチング後のマスク材を除去する工程をなくすことが
できる。従って、ＣｒＳｉ抵抗をケミカルドライエッチ
ングによりパターニングすることで、マスク材の変質を
防止し、かつエッチングガスに酸素を多量に含むことで
ＣｒＳｉ抵抗のパターニングと同時にマスク材もエッチ
ングすることができるようになった。また、本実施例
は、マスク材の除去工程も削減されるという相乗効果も
有するものである。 【００１３】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、エッチングガス中に酸素を多量に含むことで
マスクの除去をケミカルドライエッチングと同時に進行
することができることを発見したものである。従って、
エッチングガスがＣＦ4 でなくても、マスク材が有機材
料であればよいというものである。また、上記実施例の
ように被エッチング材が金属薄膜であればなお良く、さ
らに被エッチング材となる金属薄膜とレジスト膜との間
にその金属薄膜とは異なる材料からなるバリアメタルを
有するものであるときには、マスク材が完全に消失して
も上述したようにバリアメタルがエッチング進行を防止
することができるので、最大の効果を奏するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ケミカルドライエッチング装置の概念図であ
る。 【図２】（ａ）は、実施例の工程説明図である。（ｂ）
は、実施例の工程説明図である。（ｃ）は、実施例の工
程説明図である。（ｄ）は、実施例の工程説明図であ
る。 【図３】酸素量変化によるマスク材のエッチングレート
を示す図である。 【符号の説明】 １ Ｓｉ基板 ２ ＳｉＯ2 ３ Ａｌ電極 ４ バリアメタル ５ ＣｒＳｉ抵抗 ６ マスク材 １０ プラズマ発生室 １１ エッチング室
る。 【図２】（ａ）は、実施例の工程説明図である。（ｂ）
は、実施例の工程説明図である。（ｃ）は、実施例の工
程説明図である。（ｄ）は、実施例の工程説明図であ
る。 【図３】酸素量変化によるマスク材のエッチングレート
を示す図である。 【符号の説明】 １ Ｓｉ基板 ２ ＳｉＯ2 ３ Ａｌ電極 ４ バリアメタル ５ ＣｒＳｉ抵抗 ６ マスク材 １０ プラズマ発生室 １１ エッチング室
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大川 誠
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本
電装株式会社内
(56)参考文献 特開 昭61−89635（ＪＰ，Ａ)
特表 平３−502147（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3065
C23F 4/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板上に被エッチング材を形成し、該被
エッチング材上に被エッチング材のエッチングする領域
を除いて有機物からなるマスク材を形成する工程と、 酸素を体積比で８０〜９５％含むエッチングガスを第１
の容器内でプラズマ化により活性化し、この活性化した
エッチングガスを上記被エッチング材およびマスク材の
形成された基板が収容された第２の容器内に導入し、前
記被エッチング材の前記領域をエッチングするととも
に、前記マスク材をもエッチングする工程と、 を有するケミカルドライエッチング方法であって、 前記被エッチング材は金属膜であり、 前記エッチングは、前記エッチングガスとしてフッ素化
合物気体と酸素気体とを混合したガスを用い、前記マス
ク材と該金属膜との間にバリアメタル層が挿入された状
態にて前記被エッチング材の前記領域をエッチングする
とともに、前記マスク材を完全に消失させる ことを特徴
とするケミカルドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18105094A JP3407410B2 (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | ケミカルドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18105094A JP3407410B2 (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | ケミカルドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0845908A JPH0845908A (ja) | 1996-02-16 |
| JP3407410B2 true JP3407410B2 (ja) | 2003-05-19 |
Family
ID=16093906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18105094A Expired - Lifetime JP3407410B2 (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | ケミカルドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3407410B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7095484B1 (en) | 2001-06-27 | 2006-08-22 | University Of South Florida | Method and apparatus for maskless photolithography |
| CN113410382B (zh) * | 2021-06-15 | 2022-11-29 | 西安微电子技术研究所 | 一种铬硅系薄膜电阻及其制备方法 |
-
1994
- 1994-08-02 JP JP18105094A patent/JP3407410B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0845908A (ja) | 1996-02-16 |
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