JP3462972B2 - 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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- JP3462972B2 JP3462972B2 JP15976797A JP15976797A JP3462972B2 JP 3462972 B2 JP3462972 B2 JP 3462972B2 JP 15976797 A JP15976797 A JP 15976797A JP 15976797 A JP15976797 A JP 15976797A JP 3462972 B2 JP3462972 B2 JP 3462972B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はドライエッチング方
法に係り、特に半導体集積回路等の微細電子部品のAl系
配線膜のエッチングに好適なドライエッチング方法に関
するものである。
法に係り、特に半導体集積回路等の微細電子部品のAl系
配線膜のエッチングに好適なドライエッチング方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種のドライエッチング方法で
は、塩素ガスおよび三塩化ホウ素ガス、または塩素ガス
および塩化水素ガスを含む放電プラズマでエッチングを
行っていた。なお、この種に関連するものとして、例え
ば、特開昭６０−１６９１４０号公報等が挙げられる。
は、塩素ガスおよび三塩化ホウ素ガス、または塩素ガス
および塩化水素ガスを含む放電プラズマでエッチングを
行っていた。なお、この種に関連するものとして、例え
ば、特開昭６０−１６９１４０号公報等が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
側壁保護膜となる成分が高アスペクト比のパターン上部
で反応性吸着してしまい、パターン下部までは輸送され
ないため、高アスペクト部分と低アスペクト比部分で形
状差が発生する、いわゆる、疎密形状差が発生してい
た。
側壁保護膜となる成分が高アスペクト比のパターン上部
で反応性吸着してしまい、パターン下部までは輸送され
ないため、高アスペクト部分と低アスペクト比部分で形
状差が発生する、いわゆる、疎密形状差が発生してい
た。
【０００４】本発明の目的は、パターン疎密による形状
差を発生させることのないドライエッチング方法を提供
することにある。
差を発生させることのないドライエッチング方法を提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、塩素ガスお
よび三塩化ホウ素ガスを含む放電プラズマを利用してAl
系配線膜の被加工物をエッチングする方法において，塩
素ガスおよび三塩化ホウ素ガスに放電プラズマによって
水素原子を発生するガスを混合することにより、達成さ
れる。
よび三塩化ホウ素ガスを含む放電プラズマを利用してAl
系配線膜の被加工物をエッチングする方法において，塩
素ガスおよび三塩化ホウ素ガスに放電プラズマによって
水素原子を発生するガスを混合することにより、達成さ
れる。
【０００６】
【発明の実施の形態】AlおよびAl合金膜およびAl合金膜
を有した積層構造の配線膜等のAl系配線膜のエッチング
（以下メタルエッチングという）において、パターンの
疎密によりエッチング形状に差が生じる理由について筆
者らの研究により明らかになった点について述べ、本発
明を実施して疎密形状差を解消した例を以下に記述す
る。
を有した積層構造の配線膜等のAl系配線膜のエッチング
（以下メタルエッチングという）において、パターンの
疎密によりエッチング形状に差が生じる理由について筆
者らの研究により明らかになった点について述べ、本発
明を実施して疎密形状差を解消した例を以下に記述す
る。
【０００７】メタルエッチングにおいて、形状制御は側
壁保護膜を利用して行われており、その側壁保護膜は、
主にプラズマ中のイオンの入射によってフォトレジスト
が削れて生じるカーボン化合物系の反応生成物が、被加
工物に再入射することにより形成される。この反応生成
物の密パターン部下部への輸送は、パターン側壁への数
回の衝突を経て行われる。
壁保護膜を利用して行われており、その側壁保護膜は、
主にプラズマ中のイオンの入射によってフォトレジスト
が削れて生じるカーボン化合物系の反応生成物が、被加
工物に再入射することにより形成される。この反応生成
物の密パターン部下部への輸送は、パターン側壁への数
回の衝突を経て行われる。
【０００８】TiNとAlの積層配線などをエッチングする
場合においては、フォトレジストからの反応生成物とと
もにそれらの反応生成物も側壁保護膜上に存在する。こ
れらTi，Alの反応生成物はカーボン化合物に対してポリ
マー化の触媒作用をなすため、ここに衝突するフォトレ
ジストからの反応生成物は高い確率で反応吸着し、再脱
離出来にくくなるので密部のパターン下部には輸送され
にくくなる。
場合においては、フォトレジストからの反応生成物とと
もにそれらの反応生成物も側壁保護膜上に存在する。こ
れらTi，Alの反応生成物はカーボン化合物に対してポリ
マー化の触媒作用をなすため、ここに衝突するフォトレ
ジストからの反応生成物は高い確率で反応吸着し、再脱
離出来にくくなるので密部のパターン下部には輸送され
にくくなる。
【０００９】一方、疎パターン部側壁へのフォトレジス
トからの反応生成物供給量は視線入射に支配されるの
で，パターンの下部とパターン上部と同量のフォトレジ
ストからの反応生成物が吸着する。
トからの反応生成物供給量は視線入射に支配されるの
で，パターンの下部とパターン上部と同量のフォトレジ
ストからの反応生成物が吸着する。
【００１０】したがって、疎密形状差の解消には反応生
成物の吸着確率を下げて、密部パターン下部においても
同様に反応生成物が供給されるようにする必要があり、
ポリマー化触媒として作用するAl，TiNの反応生成物を
失活させる必要がある。
成物の吸着確率を下げて、密部パターン下部においても
同様に反応生成物が供給されるようにする必要があり、
ポリマー化触媒として作用するAl，TiNの反応生成物を
失活させる必要がある。
【００１１】本発明によるところの水素あるいは水素化
合物ガスの供給で、放電プラズマにより解離され水素原
子が被加工物表面に供給される。筆者らの研究で、この
水素原子が上記Al，TiNの反応生成物の触媒作用を失活
させるのに非常に有効であることが明らかになった。こ
の添加量はエッチング装置の構成，サンプルの面積，運
転条件により最適化しなければならないが，エッチング
ガス流量に対して３０〜７０vol%の範囲で本発明の目的
を達成出来ることがわかった。以下、いくつかの実施例
によって明らかにする。
合物ガスの供給で、放電プラズマにより解離され水素原
子が被加工物表面に供給される。筆者らの研究で、この
水素原子が上記Al，TiNの反応生成物の触媒作用を失活
させるのに非常に有効であることが明らかになった。こ
の添加量はエッチング装置の構成，サンプルの面積，運
転条件により最適化しなければならないが，エッチング
ガス流量に対して３０〜７０vol%の範囲で本発明の目的
を達成出来ることがわかった。以下、いくつかの実施例
によって明らかにする。
【００１２】なお、プラズマ処理装置は図１に示すマイ
クロ波エッチング装置を用いた。ここで、１は真空処理
室で、２は真空処理室１に気密に設けられ真空処理室１
内にマイクロ波を導入する石英窓で、３は石英窓２に対
向して真空処理室１内に配置されAl系配線膜を有する試
料を配置する試料台で、４は試料台３に接続されバイア
ス電圧を生じさせるための高周波電源で、５は石英窓２
に連結されマイクロ波を真空処理室１に導くための導波
管で、６は真空処理室１内に磁場を形成するソレノイド
コイルである。
クロ波エッチング装置を用いた。ここで、１は真空処理
室で、２は真空処理室１に気密に設けられ真空処理室１
内にマイクロ波を導入する石英窓で、３は石英窓２に対
向して真空処理室１内に配置されAl系配線膜を有する試
料を配置する試料台で、４は試料台３に接続されバイア
ス電圧を生じさせるための高周波電源で、５は石英窓２
に連結されマイクロ波を真空処理室１に導くための導波
管で、６は真空処理室１内に磁場を形成するソレノイド
コイルである。
【００１３】［実施例１］図２（a)に断面図で示される
ように膜付け，パターンニングされた被加工物である直
径８インチのウエハを塩素ガス（Cl2）流量80cc/min，
三塩化ホウ素ガス（BCl3）流量20cc/minの混合ガスで，
マイクロ波(μ波)パワーを８００Wとして中密度のプラ
ズマを発生させた。そのときのエッチング結果を図２
（b）に示す。これによると密部は垂直形状に加工され
ているが，密部右端の疎部はテーパー形状となり大きな
疎密形状差を生じていることがわかる。
ように膜付け，パターンニングされた被加工物である直
径８インチのウエハを塩素ガス（Cl2）流量80cc/min，
三塩化ホウ素ガス（BCl3）流量20cc/minの混合ガスで，
マイクロ波(μ波)パワーを８００Wとして中密度のプラ
ズマを発生させた。そのときのエッチング結果を図２
（b）に示す。これによると密部は垂直形状に加工され
ているが，密部右端の疎部はテーパー形状となり大きな
疎密形状差を生じていることがわかる。
【００１４】ここで本発明に基づき塩化水素ガス（HC
l）を100cc/min（50vol%）添加したときのエッチング形
状を図２（c）に示す。疎部，密部ともに垂直形状に加
工できており，疎密形状差が大幅に改善されていること
がわかる。塩化水素ガス流量を200cc/miｎ（67vol%）に
増加させると第２図（d）に示すように密部が疎部より
も太り，逆の疎密形状差が起こる。これは吸着係数が低
下しすぎたことによるものと考えられる。
l）を100cc/min（50vol%）添加したときのエッチング形
状を図２（c）に示す。疎部，密部ともに垂直形状に加
工できており，疎密形状差が大幅に改善されていること
がわかる。塩化水素ガス流量を200cc/miｎ（67vol%）に
増加させると第２図（d）に示すように密部が疎部より
も太り，逆の疎密形状差が起こる。これは吸着係数が低
下しすぎたことによるものと考えられる。
【００１５】［実施例２］実施例１と同一のサンプル、
同一Cl2、BCl3流量に対して、添加ガスを水素ガス
（H2）とした場合についての加工形状の添加ガス流量依
存性を見た。H2ガス流量を30cc/min（20atm%）とした場
合に図２（c）に示したものと同様の良好な加工形状が
得られた。一方、H2ガス流量を80cc/min（40atm%）とし
た場合には実施例１と同様過剰に作用し、図２（d）と
同様に逆の疎密形状差が発生した。
同一Cl2、BCl3流量に対して、添加ガスを水素ガス
（H2）とした場合についての加工形状の添加ガス流量依
存性を見た。H2ガス流量を30cc/min（20atm%）とした場
合に図２（c）に示したものと同様の良好な加工形状が
得られた。一方、H2ガス流量を80cc/min（40atm%）とし
た場合には実施例１と同様過剰に作用し、図２（d）と
同様に逆の疎密形状差が発生した。
【００１６】［実施例３］実施例１と同一のサンプル、
同一Cl2、BCl3流量に対して，添加ガスをアンモニアガ
ス（NH3）とした場合についての加工形状の添加ガス流
量依存性を見た。NH3ガス流量を20cc/min（19atm%）と
した場合に図２（c）に示したものと同様の良好な加工
形状が得られた。一方、NH3ガス流量を70cc/min（40atm
%）とした場合には実施例１と同様に過剰に作用し、図
２（d）と同様に逆の疎密形状差が発生した。
同一Cl2、BCl3流量に対して，添加ガスをアンモニアガ
ス（NH3）とした場合についての加工形状の添加ガス流
量依存性を見た。NH3ガス流量を20cc/min（19atm%）と
した場合に図２（c）に示したものと同様の良好な加工
形状が得られた。一方、NH3ガス流量を70cc/min（40atm
%）とした場合には実施例１と同様に過剰に作用し、図
２（d）と同様に逆の疎密形状差が発生した。
【００１７】［実施例４］実施例１と同条件でマイクロ
波出力だけを８００Wから１２００Wにしてプラズマを高
密度化した場合の疎密形状差を数値化して実施例１と比
較したものを図３に示す。マイクロ波パワーが高い場合
には、少ない添加量で疎密形状差が低下していることが
わかる。これはプラズマを高密度化することにより導入
ガスの解離が促進され、水素原子の供給量が増えるため
である。
波出力だけを８００Wから１２００Wにしてプラズマを高
密度化した場合の疎密形状差を数値化して実施例１と比
較したものを図３に示す。マイクロ波パワーが高い場合
には、少ない添加量で疎密形状差が低下していることが
わかる。これはプラズマを高密度化することにより導入
ガスの解離が促進され、水素原子の供給量が増えるため
である。
【００１８】以上、本実施例によれば、Al系配線膜のエ
ッチングにおいて、配線パターンに粗密があっても、BC
l3,Cl2のガスにHを含むガスを混合することにより、エ
ッチング中に生じるAlを含んだ有機化合物がAlの触媒作
用で重合作用が働くのを抑えることができるので、パタ
ーン疎密による形状差の発生を防ぐことができる。ま
た、装置や処理圧力，ガス種等のプロセスのエッチング
条件に合わせて、放電プラズマによって水素原子を発生
するガスを所定の割合で混合することにより、最適な形
状でパターン疎密による形状差の発生を防ぐことができ
る。
ッチングにおいて、配線パターンに粗密があっても、BC
l3,Cl2のガスにHを含むガスを混合することにより、エ
ッチング中に生じるAlを含んだ有機化合物がAlの触媒作
用で重合作用が働くのを抑えることができるので、パタ
ーン疎密による形状差の発生を防ぐことができる。ま
た、装置や処理圧力，ガス種等のプロセスのエッチング
条件に合わせて、放電プラズマによって水素原子を発生
するガスを所定の割合で混合することにより、最適な形
状でパターン疎密による形状差の発生を防ぐことができ
る。
【００１９】なお、本実施例に示されたような三塩化ホ
ウ素ガス，塩素ガスおよび放電プラズマによって水素原
子を発生するガスの混合に、ＣおよびＨ成分を有するガ
スを加えることにより、エッチング中にレジストと同成
分のＣ，Ｈを補填する作用が生じ、さらにレジストとメ
タル配線膜との選択比を向上させることが可能となる。
例えば、ＢＣｌ3，Ｃｌ2，ＨＣｌの混合ガスにＣＨ4と
Ａｒとの混合ガスを加える、またはＢＣｌ3，Ｃｌ2，Ｈ
Ｃｌの混合ガスにＣＨ2Ｆ2ガスまたはＣＨＦ3ガスを加
える。これにより、パターン疎密による形状差を発生さ
せることなく対レジストの選択比も向上させることがで
きる。またここで、ＨＣｌガスの代わりに前述した
Ｈ2，ＮＨ3の他にクロロホルム等のようにＨを有するガ
スは効果を期待できる。
ウ素ガス，塩素ガスおよび放電プラズマによって水素原
子を発生するガスの混合に、ＣおよびＨ成分を有するガ
スを加えることにより、エッチング中にレジストと同成
分のＣ，Ｈを補填する作用が生じ、さらにレジストとメ
タル配線膜との選択比を向上させることが可能となる。
例えば、ＢＣｌ3，Ｃｌ2，ＨＣｌの混合ガスにＣＨ4と
Ａｒとの混合ガスを加える、またはＢＣｌ3，Ｃｌ2，Ｈ
Ｃｌの混合ガスにＣＨ2Ｆ2ガスまたはＣＨＦ3ガスを加
える。これにより、パターン疎密による形状差を発生さ
せることなく対レジストの選択比も向上させることがで
きる。またここで、ＨＣｌガスの代わりに前述した
Ｈ2，ＮＨ3の他にクロロホルム等のようにＨを有するガ
スは効果を期待できる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、パターン疎密による形
状差を発生させることなく，Al系配線膜を良好にドライ
エッチングすることができるという効果がある。
状差を発生させることなく，Al系配線膜を良好にドライ
エッチングすることができるという効果がある。
【図１】本発明のドライエッチング方法を実施するため
の装置の一例であるマイクロ波エッチング装置を示す縦
断面図である。
の装置の一例であるマイクロ波エッチング装置を示す縦
断面図である。
【図２】本発明のAl系配線膜を有する試料の加工形状を
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
【図３】試料のパターン疎密形状差におけるマイクロ波
出力とHCl添加量の依存性を示す図である。
出力とHCl添加量の依存性を示す図である。
１…真空処理室、２…石英窓、３…試料台、４…高周波
電源、５…導波管、６…ソレノイドコイル。
電源、５…導波管、６…ソレノイドコイル。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 濱崎 良二
山口県下松市大字東豊井794番地 株式
会社 日立製作所 笠戸工場内
(72)発明者 吉田 剛
山口県下松市大字東豊井794番地 日立
テクノエンジニアリング株式会社笠戸事
業所内
(72)発明者 児島 雅之
東京都小平市水本町五丁目20番１号 株
式会社 日立製作所 半導体事業部内
(56)参考文献 特開 平４−120282（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−85929（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−129610（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−169140（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3065
C23F 4/00
Claims (2)
- 【請求項１】 塩素ガスおよび三塩化ホウ素ガスを含む放
電プラズマを利用してＡｌ系配線膜の被加工物をエッチ
ングする方法において、 前記塩素ガスおよび三塩化ホウ素ガスに前記放電プラズ
マによって水素原子を発生するガスを混合し、該混合ガ
スにＣおよびＨ成分を有するガスを加えたことを特徴と
するドライエッチング方法。 - 【請求項２】 放電プラズマを利用してＡｌ，Ａｌ合金ま
たはＡｌ合金を有する積層構造の配線膜のドライエッチ
ング方法において、 三塩化ホウ素ガスと塩素ガスと塩化水素ガスとを含む混
合ガスにＣＨ4 とＡｒとの混合ガス，ＣＨ2Ｆ2ガスまた
はＣＨＦ3 ガスを加えた混合ガスを用い、該混合ガスの
プラズマを用いて前記配線膜をエッチング処理すること
を特徴とするドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15976797A JP3462972B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15976797A JP3462972B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH118228A JPH118228A (ja) | 1999-01-12 |
| JP3462972B2 true JP3462972B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=15700832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15976797A Expired - Fee Related JP3462972B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3462972B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6349796B2 (ja) * | 2014-03-11 | 2018-07-04 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置、薄膜トランジスターの製造方法及び記憶媒体 |
| KR101870491B1 (ko) * | 2014-03-11 | 2018-06-22 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 장치, 기판 처리 시스템, 박막 트랜지스터의 제조 방법 및 기억 매체 |
-
1997
- 1997-06-17 JP JP15976797A patent/JP3462972B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH118228A (ja) | 1999-01-12 |
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