JP3541329B2 - ドライ・エッチング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路を製造する場合、例えば配線を形成するのに用いて好適なドライ・エッチング方法に関する。
【０００２】
現在、半導体装置は高性能化、或いは微細化する為、種々な材料、種々な加工方法、種々な構成が採用され、それに付随して配線も多くの材料膜を積層した多層配線を採用することが必要になっている。
【０００３】
その場合、種類を異にする材料膜を積層した多層膜をドライ・エッチングしなければならないが、設計通りの精密な微細パターンを得るには種々と難しい問題があり、本発明は、そのような問題を解決する一手段を提供することができる。
【０００４】
【従来の技術】
図７は従来の技術に依って多層配線を形成する場合を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【０００５】
図に於いて、（Ａ）は従来例１の要部切断側面、（Ｂ）は従来例２の要部切断側面、（Ｃ）は従来例３の要部切断側面、１はＳｉ基板、２はＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜、３はＴｉ膜、４はＴｉＮ膜、５はＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ膜、６はＡｌ−Ｃｕ膜、７はＴｉＮ膜、８はＷ膜、９はレジスト膜をそれぞれ示している。
【０００６】
従来、Ａｌ膜やＡｌ合金膜、或いは、ＴｉＮ膜やＴｉ膜は、それぞれ塩素系のガス、又は、それを主成分とする混合ガスを用いてエッチングしている。
【０００７】
従って、図７に見られるような多層配線層をエッチングする場合、塩素、或いは、塩素系の混合ガスでエッチングしていたが、その場合、レジストや下地酸化膜などに対する選択比が極めて低い。
【０００８】
これに対処する為、レジスト膜を厚く形成し、エッチングが終了するまでマスクの機能を保つようにすることが行われているが、そのようにした場合、多くの欠点が現れる。
【０００９】
即ち、レジスト・パターニング時に露光時間が増加したり、解像度が低下してレジスト膜を微細パターン化することが困難であったり、アッシング時間が増加してスルー・プットが低下したり、オーバ・エッチングに依る下地酸化膜の膜減りなどの問題が起こる。
【００１０】
更に、塩素系ガスに依るエッチングでは、バリヤ・メタル層であるＴｉ膜或いはＴｉＮ膜などのエッチング形状が順テーパ形状になってしまい、垂直形状が得られない旨の問題があった。
【００１１】
ところで、ＨＢｒなどの臭素系ガス、或いは臭素系ガスに塩素系ガスを添加した混合ガス、或いは臭素系ガスにＮ２ ガスを添加した混合ガスなどを用いたドライ・エッチングでは、レジスト膜や下地酸化膜に対する選択比が大きい旨の利点がある。
【００１２】
例えば、Ａｌを含む金属膜を前記のような臭素系ガスなどを用いてエッチングする方法が特開平５−１３６１００号公報に開示され、その方法に依るとエッチング・レートが大きくなり、また、レジスト膜に対する選択比が向上することが明らかにされている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、臭素系ガスなどをエッチング・ガスとするドライ・エッチングは、レジスト膜や下地酸化膜に対する選択比が大きいので、半導体装置の製造技術にとっては大きな魅力である。
【００１４】
然しながら、実験を試みたところ、前記ドライ・エッチングに依っても、矢張り垂直形状が得られず、順テーパ形状になるか、或いはボーイング形状になってしまう。
【００１５】
また、側壁堆積膜の保護作用が弱い場合もあって、後処理に依って側壁堆積膜を除去するとＡｌ側壁、即ち、Ａｌ配線とその上層との界面近傍にアンダ・カットが入ってしまう旨の欠点が明らかになった。
【００１６】
本発明は、エッチング・ガスとしてＨＢｒ＋Ｎ２ の混合ガスを用い、レジスト膜や下地酸化膜に対する選択比が大きい旨の効果を享受しながら、垂直形状のパターンを実現し、また、アンダ・カットの発生がないようにする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、臭素系ガスを主体とするエッチング・ガスを用いたドライ・エッチングについて、多くの実験を行う過程に於いて、ＨＢｒ＋Ｎ２ 混合ガスに依るドライ・エッチングでは、ＨＢｒガスに対してＮ２ ガスを漫然と混合したのでは好い結果が得られず、混合量をある範囲に設定することで注目すべき利点が得られることを見出した。
【００１８】
即ち、本発明では、ドライ・エッチングを行うに際し、ＨＢｒにガス総流量の０を越え１０〔％〕未満の量のＮ ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとしてＡｌ膜或いはＡｌ合金膜を主配線材料膜とする配線層をエッチングして配線を形成する工程と、ＨＢｒにガス総流量の０を越え１０〔％〕未満の量のＮ ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとして多層配線層に含まれるＴｉＮ膜或いはＴｉ膜をエッチングして配線パターンとする工程とを実施することが基本になっている。
【００１９】
因みに、Ｎ２ ガスの含有量がガス総流量の１０〔％〕以上になると、エッチング形状が順テーパ形状となり、垂直形状のパターンは得られない。尚、実験に依れば、この１０〔％〕未満の値は、かなり明確な限界値であることが認識されている。
【００２０】
本発明の結論に到達するまでに、数多くの実験を行っているので、その一部を本発明との比較例として説明する。
【００２１】
比較例１
図７の（Ａ）に見られる多層配線層を下記の条件を適用して従来の方法でエッチングした。
【００２２】
エッチング条件
ＨＢｒ １５０〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ６００〔Ｗ〕
圧力 ５０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ８０〔℃〕（基板温度 約１００〔℃〕）
【００２３】
図８及び図９は比較例１のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００２４】
図８に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）はエッチング後の状態をそれぞれ表していて、多層配線は順テーパ形状になってしまい、異方性形状は得られない。
【００２５】
図９に於いて、（Ａ）はアッシング後の状態、（Ｂ）は後処理後の状態をそれぞれ表していて、アッシング後に薬品で後処理して側壁堆積膜やアッシング残渣などを除去するとＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ膜５には、上層との界面近傍、即ち、レジスト膜９（図８参照）と接していた近傍にはアンダ・カット５Ａが生成されてしまう。尚、１０は側壁堆積膜を示している。
【００２６】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉエッチング・レート ５０００〔Å／分〕±１８〔％〕
ＴｉＮエッチング・レート １０００〔Å／分〕±５〔％〕
選択比（Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ／レジスト） ４．０
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．０
【００２７】
比較例２
比較例１で用いた試料と同じく、図７の（Ａ）に見られる多層配線層を下記の条件を適用して従来の方法でエッチングした。
【００２８】
エッチング条件
Ｃｌ２ ４０〔ｓｃｃｍ〕
ＢＣｌ３ ２０〔ｓｃｃｍ〕
ＳｉＣｌ４ ６０〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ５００〔Ｗ〕
圧力 １００〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ５０〔℃〕
【００２９】
図１０及び図１１は比較例２のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７及び図９に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００３０】
図１０に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）はエッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図１１に於いて、（Ａ）はアッシング後の状態、（Ｂ）は後処理後の状態をそれぞれ表していて、多層配線のうち、Ａｌ合金膜、即ちＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ膜５は略垂直形状になるが、ＴｉＮ膜４及びＴｉ膜３は順テーパ形状になってしまい、異方性形状は得られない。
【００３１】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉエッチング・レート ４０００〔Å／分〕±２０〔％〕
ＴｉＮエッチング・レート ４０００〔Å／分〕±１０〔％〕
選択比（Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ／レジスト） １．０
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．０
【００３２】
比較例３
比較例１及び２で用いた試料と同じく、図７の（Ａ）に見られる多層配線層を下記の条件を適用して従来の方法でエッチングした。
【００３３】
エッチング条件
ＨＢｒ １３５〔ｓｃｃｍ〕
Ｎ２ １５〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ６００〔Ｗ〕
圧力 ５０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ８０〔℃〕（基板温度 約１００〔℃〕）
【００３４】
図１２及び図１３は比較例３のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７及び図９に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００３５】
図１２に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）はエッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図１３に於いて、（Ａ）はアッシング後の状態、（Ｂ）は後処理後の状態をそれぞれ表している。
【００３６】
この場合は、ＨＢｒにＮ２ を１０〔％〕加えた混合ガスを用いることに依り、図に見られるように順テーパ形状になってしまう。また、エッチング並びにアッシングした試料を薬品で後処理し、側壁堆積膜１０やアッシング残渣などを除去すると、アンダ・カットが入っていないことは判るが、多層配線は全て順テーパ形状になってしまい、垂直形状は得られない。
【００３７】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉエッチング・レート ６５００〔Å／分〕±１２〔％〕
ＴｉＮエッチング・レート １５００〔Å／分〕±１０〔％〕
選択比（Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ／レジスト） ５．４
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．２
【００３８】
前記エッチング特性から判るように、Ｎ２ を１０〔％〕加えた混合ガスを用いた場合、Ａｌ合金のエッチング・レートは大きくなり、しかも、対レジスト選択比が減少することもないが、異方性形状は得られないのが欠点である。
【００３９】
比較例４
ここでは、図７の（Ｃ）に見られる多層配線層を下記の条件を適用してエッチングしたのであるが、Ｗ膜８とＴｉＮ膜４及びＴｉ膜３とではエッチング条件が異なり、バリヤ・メタル膜であるＴｉＮ膜４及びＴｉ膜３は従来の方法を採用しているので、エッチングは二段階で行われる。
【００４０】
エッチング条件
第一段階（Ｗ膜８のエッチング）
ＮＦ３ ３００〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ５００〔Ｗ〕
圧力 １００〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 −５０〔℃〕（基板温度 約−４０〔℃〕）
【００４１】
第二段階（ＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３のエッチング）
Ｃｌ２ １００〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ４００〔Ｗ〕
圧力 ５０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ３０〔℃〕（基板温度 約８０〔℃〕）
【００４２】
図１４及び図１５は比較例４のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００４３】
図１４に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）は第一段階エッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図１５に於いて、（Ａ）は第二段階エッチング後の状態、（Ｂ）はアッシング後の状態をそれぞれ表している。
【００４４】
この場合は、第二段階でエッチングするＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３のエッチング形状は、図示されているように順テーパ形状になってしまう。
【００４５】
測定されたＴｉＮ膜４のエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
ＴｉＮエッチング・レート ３０００〔Å／分〕±２０〔％〕
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．０
【００４６】
ここで、前記各比較例を得た際に用いたドライ・エッチング装置は、平行平板型ＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）装置であり、ここに、その標準的なものについて説明しておくことにする。尚、このＲＩＥ装置は、後に説明する本発明実施例についても使用した。
【００４７】
図１６は標準的な平行平板型ＲＩＥ装置を表す要部説明図である。
【００４８】
図に於いて、１１は反応室、１２はガス供給管、１３は排気管、１４は高周波電極、１５は対向電極、１６はＨｅ供給口、１７はＨｅ排気口、１８は静電チャック、１９は直流電源、２０は高周波電源、２１は整合器、２２は恒温槽、２３はウエハをそれぞれ示している。
【００４９】
前記したところから明らかなように、多くの実験を経て得られた本発明に依るドライ・エッチング方法に於いては、
【００５０】
（１）
ＨＢｒにガス総流量の１０〔％〕未満の量のＮ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとしてＡｌ膜或いはＡｌ合金膜（例えば、Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕなど）を主配線材料膜とする配線層をエッチングして配線を形成することを特徴とするか、或いは、
【００５１】
（２）
ＨＢｒにガス総流量の１０〔％〕未満の量のＮ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとして多層配線層に含まれるＴｉＮ膜或いはＴｉ膜などの膜をエッチングして配線パターンとすることを特徴とするか、或いは、
【００５２】
（３）
配線層がＡｌ膜或いはＡｌ合金膜からなる主配線材料膜及びＴｉＮ膜或いはＴｉ膜などの膜を含む多層配線層であることを特徴とする。
【００５３】
前記手段を採ることに依り、主配線がＡｌ膜又はＡｌ合金膜であり且つバリヤ・メタル膜などとして用いられるＴｉＮ膜やＴｉ膜である多層配線層を一回でエッチングする場合、或いは、主配線であるＡｌ膜又はＡｌ合金膜をエッチングする場合、或いは、バリヤ・メタル膜などを構成するＴｉＮ膜やＴｉ膜をエッチングする場合など、何れの場合に於いても、ＨＢｒにガス総流量の１０〔％〕未満のＮ２ を添加することで、各被膜を良好な垂直形状、即ち、異方性形状に高いエッチング・レートをもってドライ・エッチングすることが可能である。
【００５４】
また、ＨＢｒを用いるので、レジスト表面には、エッチング生成物である臭化アルミニウム（ＡｌＢｒｘ ）が堆積することから、高選択比が得られる。
【００５５】
更にまた、Ｎ２ を添加したことで、側壁に窒素を含む反応生成物の堆積が多くなって厚い側壁保護膜が形成されるので、アンダ・カットを抑制することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
第一実施例
比較例１乃至３で用いた試料と同じく、図７の（Ａ）に見られる多層配線層、即ち、Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ膜５／ＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３／ＰＳＧ膜２を下記の条件を適用してエッチングした。
【００５７】
エッチング条件
ＨＢｒ １４２．５〔ｓｃｃｍ〕
Ｎ２ ７．５〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ６００〔Ｗ〕
圧力 ５０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ８０〔℃〕（基板温度 約１００〔℃〕）
【００５８】
図１及び図２は第一実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７及び図９に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００５９】
図１に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）はエッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図２に於いて、（Ａ）はアッシング後の状態、（Ｂ）は後処理後の状態をそれぞれ表している。
【００６０】
第一実施例は、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用いたエッチングであり、図示されているように、多層配線は良好な異方性形状になる。また、エッチング及びアッシングした試料を薬品で後処理を行って、側壁堆積膜１０やアッシング残渣を除去し、アンダ・カットが入っていないことを確認した。
【００６１】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉエッチング・レート ６５００〔Å／分〕±１２〔％〕
ＴｉＮエッチング・レート １５００〔Å／分〕±１０〔％〕
選択比（Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ／レジスト） ５．４
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．２
【００６２】
前記したところから判るように、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用いることに依って、Ａｌ合金のエッチング・レートは大きくなり、しかも、対レジスト選択比を減少させることなく、アンダ・カットがない良好な異方性形状を実現することができ、また、ウエハ面内分布も少なくなっていることを確認した。
【００６３】
第二実施例
図７の（Ｂ）に見られる多層配線層、即ち、ＴｉＮ膜７／ＡｌＣｕ膜６／ＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３／ＰＳＧ膜２を下記の条件を適用してエッチングした。
【００６４】
エッチング条件
ＨＢｒ １４２．５〔ｓｃｃｍ〕
Ｎ２ ７．５〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ７００〔Ｗ〕
圧力 ３０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ８０〔℃〕（基板温度 約１００〔℃〕）
【００６５】
図３及び図４は第二実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７及び図９に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００６６】
図３に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）はエッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図４に於いて、（Ａ）はアッシング後の状態、（Ｂ）は後処理後の状態をそれぞれ表している。
【００６７】
第二実施例は、第一実施例と同様、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用いたエッチングであり、図示されているように、多層配線は良好な異方性形状になる。また、エッチング及びアッシングした試料を薬品で後処理を行って、側壁堆積膜１０及びアッシング残渣を除去し、アンダ・カットが入っていないことを確認した。
【００６８】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
Ａｌ−Ｃｕエッチング・レート ７０００〔Å／分〕±１２〔％〕
ＴｉＮエッチング・レート ２０００〔Å／分〕±７〔％〕
選択比（Ａｌ−Ｃｕ／レジスト） ４．０
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．５
【００６９】
前記したところから判るように、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用いることに依って、Ａｌ合金のエッチング・レートは大きくなり、しかも、対レジスト選択比を減少させることなく、アンダ・カットがない良好な異方性形状を実現することができ、また、ウエハ面内分布も少なくなっていることを確認した。
【００７０】
第三実施例
図７の（Ｃ）に見られる多層配線層、即ち、Ｗ膜８／ＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３／ＰＳＧ膜２を下記の条件を適用してエッチングした。
【００７１】
エッチング条件
第一段階（Ｗ膜８のエッチング）
ＮＦ３ ３００〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ５００〔Ｗ〕
圧力 １００〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 −５０〔℃〕（基板温度 約−４０〔℃〕）
【００７２】
第二段階（ＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３のエッチング）
ＨＢｒ １４２．５〔ｓｃｃｍ〕
Ｎ２ ７．５〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ７００〔Ｗ〕
圧力 ３０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ８０〔℃〕（基板温度 約１００〔℃〕）
【００７３】
図５及び図６は第三実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００７４】
図５に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）は第一段階エッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図６に於いて、（Ａ）は第二段階エッチング後の状態、（Ｂ）はアッシング後の状態をそれぞれ表している。
【００７５】
第三実施例では、ＴｉＮ膜４及びＴｉ膜３をエッチングするに際し、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用い、図示されているように、良好な異方性形状を得ている。
【００７６】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
ＴｉＮエッチング・レート ２０００〔Å／分〕±７〔％〕
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．５
【００７７】
前記したところから判るように、ＴｉＮ膜４及びＴｉ膜３は、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用いることに依り、対レジスト選択比を減少させることなく、アンダ・カットがない良好な異方性形状にエッチングすることができ、また、ウエハ面内分布も少なくなっていることを確認した。
【００７８】
前記各実施例に関する記述から窺知できようが、本発明に依って、良好な異方性形状を得るには、圧力と基板温度とが密接に関連しているので、次に、その若干を例示する。
【００７９】
圧力：７０〜９０〔ｍＴｏｒｒ〕 → 基板温度：約８０〜１００〔℃〕
圧力：５０〜６０〔ｍＴｏｒｒ〕 → 基板温度：約１００〜１１０〔℃〕
圧力：３０〜４０〔ｍＴｏｒｒ〕 → 基板温度：約１２０〜１４０〔℃〕
圧力：１０〜２０〔ｍＴｏｒｒ〕 → 基板温度：約１６０〜１８０〔℃〕
【００８０】
例えば、圧力が３０〔ｍＴｏｒｒ〕である場合、基板温度が１５０〔℃〕よりも低いと順テーパ形状となり、また、１５０〔℃〕よりも高いと括れた形状になってしまう。
【００８１】
本発明は、前記実施例に限られず、他に多くの改変を実現することができ、例えば、前記実施例では、主配線の材料として、Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ、或いは、Ａｌ−Ｃｕを採用したが、これは純Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕなどの材料を用いた場合も同様な効果を得ることができる。
【００８２】
また、平行平板型ＲＩＥ装置を用いたエッチングについて説明したが、ＥＣＲ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、マグネトロンＲＩＥ、誘導結合性プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）、ＴＣＰ（Ｌａｍ ＲＥＳＥＡＲＣＨ社）、ヘリコン波プラズマなどの装置を用いた高密度プラズマ・エッチングを実施しても良い。尚、平行平板型ＲＩＥ装置を用いたエッチングでは、ウエハ２３を高周波電極１４上に固定したが、ＥＣＲやＩＣＰなどでは、バイアス電極である基板ステージに固定する。
【００８３】
本発明に依るドライ・エッチング方法に於いては、ＨＢｒにガス総流量の０を越え１０〔％〕未満の量のＮ ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとしてＡｌ膜或いはＡｌ合金膜を主配線材料膜とする配線層をエッチングして配線を形成する工程と、ＨＢｒにガス総流量の０を越え１０〔％〕未満の量のＮ ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとして多層配線層に含まれるＴｉＮ膜或いはＴｉ膜をエッチングして配線パターンとする工程とを含んでいる。
【００８４】
前記手段を採ることに依り、主配線がＡｌ膜又はＡｌ合金膜であって且つＴｉＮ膜やＴｉ膜を含む多層配線層を一回でエッチングする場合、或いは、主配線であるＡｌ膜又はＡｌ合金膜をエッチングする場合、或いは、ＴｉＮ膜やＴｉ膜をエッチングする場合など、何れの場合でも、ＨＢｒにガス総流量の１０〔％〕未満のＮ２ を添加することで、各被膜を良好な垂直形状、即ち、異方性形状に高いエッチング・レートをもってドライ・エッチングすることが可能である。また、ＨＢｒを用いるので、レジスト表面には、エッチング生成物である臭化アルミニウム（ＡｌＢｒｘ ）が堆積することから、高選択比が得られる。更にまた、Ｎ２ を添加したことで、側壁に窒素を含む反応生成物の堆積が多くなって厚い側壁保護膜が形成されるので、アンダ・カットを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図２】第一実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図３】第二実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図４】第二実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図５】第三実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図６】第三実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図７】従来の技術に依って多層配線を形成する場合を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図８】比較例１のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図９】比較例１のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１０】比較例２のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１１】比較例２のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１２】比較例３のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１３】比較例３のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１４】比較例４のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１５】比較例４のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１６】標準的な平行平板型ＲＩＥ装置を表す要部説明図である。
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板
２ ＰＳＧ膜
３ Ｔｉ膜
４ ＴｉＮ膜
５ Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ膜
６ Ａｌ−Ｃｕ膜
７ ＴｉＮ膜
８ Ｗ膜
９ レジスト膜
１０ 側壁堆積膜
１１ 反応室
１２ ガス供給管
１３ 排気管
１４ 高周波電極
１５ 対向電極
１６ Ｈｅ供給口
１７ Ｈｅ排気口
１８ 静電チャック
１９ 直流電源
２０ 高周波電源
２１ 整合器
２２ 恒温槽
２３ ウエハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路を製造する場合、例えば配線を形成するのに用いて好適なドライ・エッチング方法に関する。
【０００２】
現在、半導体装置は高性能化、或いは微細化する為、種々な材料、種々な加工方法、種々な構成が採用され、それに付随して配線も多くの材料膜を積層した多層配線を採用することが必要になっている。
【０００３】
その場合、種類を異にする材料膜を積層した多層膜をドライ・エッチングしなければならないが、設計通りの精密な微細パターンを得るには種々と難しい問題があり、本発明は、そのような問題を解決する一手段を提供することができる。
【０００４】
【従来の技術】
図７は従来の技術に依って多層配線を形成する場合を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【０００５】
図に於いて、（Ａ）は従来例１の要部切断側面、（Ｂ）は従来例２の要部切断側面、（Ｃ）は従来例３の要部切断側面、１はＳｉ基板、２はＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜、３はＴｉ膜、４はＴｉＮ膜、５はＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ膜、６はＡｌ−Ｃｕ膜、７はＴｉＮ膜、８はＷ膜、９はレジスト膜をそれぞれ示している。
【０００６】
従来、Ａｌ膜やＡｌ合金膜、或いは、ＴｉＮ膜やＴｉ膜は、それぞれ塩素系のガス、又は、それを主成分とする混合ガスを用いてエッチングしている。
【０００７】
従って、図７に見られるような多層配線層をエッチングする場合、塩素、或いは、塩素系の混合ガスでエッチングしていたが、その場合、レジストや下地酸化膜などに対する選択比が極めて低い。
【０００８】
これに対処する為、レジスト膜を厚く形成し、エッチングが終了するまでマスクの機能を保つようにすることが行われているが、そのようにした場合、多くの欠点が現れる。
【０００９】
即ち、レジスト・パターニング時に露光時間が増加したり、解像度が低下してレジスト膜を微細パターン化することが困難であったり、アッシング時間が増加してスルー・プットが低下したり、オーバ・エッチングに依る下地酸化膜の膜減りなどの問題が起こる。
【００１０】
更に、塩素系ガスに依るエッチングでは、バリヤ・メタル層であるＴｉ膜或いはＴｉＮ膜などのエッチング形状が順テーパ形状になってしまい、垂直形状が得られない旨の問題があった。
【００１１】
ところで、ＨＢｒなどの臭素系ガス、或いは臭素系ガスに塩素系ガスを添加した混合ガス、或いは臭素系ガスにＮ２ ガスを添加した混合ガスなどを用いたドライ・エッチングでは、レジスト膜や下地酸化膜に対する選択比が大きい旨の利点がある。
【００１２】
例えば、Ａｌを含む金属膜を前記のような臭素系ガスなどを用いてエッチングする方法が特開平５−１３６１００号公報に開示され、その方法に依るとエッチング・レートが大きくなり、また、レジスト膜に対する選択比が向上することが明らかにされている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、臭素系ガスなどをエッチング・ガスとするドライ・エッチングは、レジスト膜や下地酸化膜に対する選択比が大きいので、半導体装置の製造技術にとっては大きな魅力である。
【００１４】
然しながら、実験を試みたところ、前記ドライ・エッチングに依っても、矢張り垂直形状が得られず、順テーパ形状になるか、或いはボーイング形状になってしまう。
【００１５】
また、側壁堆積膜の保護作用が弱い場合もあって、後処理に依って側壁堆積膜を除去するとＡｌ側壁、即ち、Ａｌ配線とその上層との界面近傍にアンダ・カットが入ってしまう旨の欠点が明らかになった。
【００１６】
本発明は、エッチング・ガスとしてＨＢｒ＋Ｎ２ の混合ガスを用い、レジスト膜や下地酸化膜に対する選択比が大きい旨の効果を享受しながら、垂直形状のパターンを実現し、また、アンダ・カットの発生がないようにする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、臭素系ガスを主体とするエッチング・ガスを用いたドライ・エッチングについて、多くの実験を行う過程に於いて、ＨＢｒ＋Ｎ２ 混合ガスに依るドライ・エッチングでは、ＨＢｒガスに対してＮ２ ガスを漫然と混合したのでは好い結果が得られず、混合量をある範囲に設定することで注目すべき利点が得られることを見出した。
【００１８】
即ち、本発明では、ドライ・エッチングを行うに際し、ＨＢｒにガス総流量の０を越え１０〔％〕未満の量のＮ ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとしてＡｌ膜或いはＡｌ合金膜を主配線材料膜とする配線層をエッチングして配線を形成する工程と、ＨＢｒにガス総流量の０を越え１０〔％〕未満の量のＮ ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとして多層配線層に含まれるＴｉＮ膜或いはＴｉ膜をエッチングして配線パターンとする工程とを実施することが基本になっている。
【００１９】
因みに、Ｎ２ ガスの含有量がガス総流量の１０〔％〕以上になると、エッチング形状が順テーパ形状となり、垂直形状のパターンは得られない。尚、実験に依れば、この１０〔％〕未満の値は、かなり明確な限界値であることが認識されている。
【００２０】
本発明の結論に到達するまでに、数多くの実験を行っているので、その一部を本発明との比較例として説明する。
【００２１】
比較例１
図７の（Ａ）に見られる多層配線層を下記の条件を適用して従来の方法でエッチングした。
【００２２】
エッチング条件
ＨＢｒ １５０〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ６００〔Ｗ〕
圧力 ５０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ８０〔℃〕（基板温度 約１００〔℃〕）
【００２３】
図８及び図９は比較例１のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００２４】
図８に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）はエッチング後の状態をそれぞれ表していて、多層配線は順テーパ形状になってしまい、異方性形状は得られない。
【００２５】
図９に於いて、（Ａ）はアッシング後の状態、（Ｂ）は後処理後の状態をそれぞれ表していて、アッシング後に薬品で後処理して側壁堆積膜やアッシング残渣などを除去するとＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ膜５には、上層との界面近傍、即ち、レジスト膜９（図８参照）と接していた近傍にはアンダ・カット５Ａが生成されてしまう。尚、１０は側壁堆積膜を示している。
【００２６】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉエッチング・レート ５０００〔Å／分〕±１８〔％〕
ＴｉＮエッチング・レート １０００〔Å／分〕±５〔％〕
選択比（Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ／レジスト） ４．０
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．０
【００２７】
比較例２
比較例１で用いた試料と同じく、図７の（Ａ）に見られる多層配線層を下記の条件を適用して従来の方法でエッチングした。
【００２８】
エッチング条件
Ｃｌ２ ４０〔ｓｃｃｍ〕
ＢＣｌ３ ２０〔ｓｃｃｍ〕
ＳｉＣｌ４ ６０〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ５００〔Ｗ〕
圧力 １００〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ５０〔℃〕
【００２９】
図１０及び図１１は比較例２のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７及び図９に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００３０】
図１０に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）はエッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図１１に於いて、（Ａ）はアッシング後の状態、（Ｂ）は後処理後の状態をそれぞれ表していて、多層配線のうち、Ａｌ合金膜、即ちＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉ膜５は略垂直形状になるが、ＴｉＮ膜４及びＴｉ膜３は順テーパ形状になってしまい、異方性形状は得られない。
【００３１】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉエッチング・レート ４０００〔Å／分〕±２０〔％〕
ＴｉＮエッチング・レート ４０００〔Å／分〕±１０〔％〕
選択比（Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ／レジスト） １．０
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．０
【００３２】
比較例３
比較例１及び２で用いた試料と同じく、図７の（Ａ）に見られる多層配線層を下記の条件を適用して従来の方法でエッチングした。
【００３３】
エッチング条件
ＨＢｒ １３５〔ｓｃｃｍ〕
Ｎ２ １５〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ６００〔Ｗ〕
圧力 ５０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ８０〔℃〕（基板温度 約１００〔℃〕）
【００３４】
図１２及び図１３は比較例３のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７及び図９に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００３５】
図１２に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）はエッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図１３に於いて、（Ａ）はアッシング後の状態、（Ｂ）は後処理後の状態をそれぞれ表している。
【００３６】
この場合は、ＨＢｒにＮ２ を１０〔％〕加えた混合ガスを用いることに依り、図に見られるように順テーパ形状になってしまう。また、エッチング並びにアッシングした試料を薬品で後処理し、側壁堆積膜１０やアッシング残渣などを除去すると、アンダ・カットが入っていないことは判るが、多層配線は全て順テーパ形状になってしまい、垂直形状は得られない。
【００３７】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉエッチング・レート ６５００〔Å／分〕±１２〔％〕
ＴｉＮエッチング・レート １５００〔Å／分〕±１０〔％〕
選択比（Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ／レジスト） ５．４
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．２
【００３８】
前記エッチング特性から判るように、Ｎ２ を１０〔％〕加えた混合ガスを用いた場合、Ａｌ合金のエッチング・レートは大きくなり、しかも、対レジスト選択比が減少することもないが、異方性形状は得られないのが欠点である。
【００３９】
比較例４
ここでは、図７の（Ｃ）に見られる多層配線層を下記の条件を適用してエッチングしたのであるが、Ｗ膜８とＴｉＮ膜４及びＴｉ膜３とではエッチング条件が異なり、バリヤ・メタル膜であるＴｉＮ膜４及びＴｉ膜３は従来の方法を採用しているので、エッチングは二段階で行われる。
【００４０】
エッチング条件
第一段階（Ｗ膜８のエッチング）
ＮＦ３ ３００〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ５００〔Ｗ〕
圧力 １００〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 −５０〔℃〕（基板温度 約−４０〔℃〕）
【００４１】
第二段階（ＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３のエッチング）
Ｃｌ２ １００〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ４００〔Ｗ〕
圧力 ５０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ３０〔℃〕（基板温度 約８０〔℃〕）
【００４２】
図１４及び図１５は比較例４のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００４３】
図１４に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）は第一段階エッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図１５に於いて、（Ａ）は第二段階エッチング後の状態、（Ｂ）はアッシング後の状態をそれぞれ表している。
【００４４】
この場合は、第二段階でエッチングするＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３のエッチング形状は、図示されているように順テーパ形状になってしまう。
【００４５】
測定されたＴｉＮ膜４のエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
ＴｉＮエッチング・レート ３０００〔Å／分〕±２０〔％〕
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．０
【００４６】
ここで、前記各比較例を得た際に用いたドライ・エッチング装置は、平行平板型ＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）装置であり、ここに、その標準的なものについて説明しておくことにする。尚、このＲＩＥ装置は、後に説明する本発明実施例についても使用した。
【００４７】
図１６は標準的な平行平板型ＲＩＥ装置を表す要部説明図である。
【００４８】
図に於いて、１１は反応室、１２はガス供給管、１３は排気管、１４は高周波電極、１５は対向電極、１６はＨｅ供給口、１７はＨｅ排気口、１８は静電チャック、１９は直流電源、２０は高周波電源、２１は整合器、２２は恒温槽、２３はウエハをそれぞれ示している。
【００４９】
前記したところから明らかなように、多くの実験を経て得られた本発明に依るドライ・エッチング方法に於いては、
【００５０】
（１）
ＨＢｒにガス総流量の１０〔％〕未満の量のＮ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとしてＡｌ膜或いはＡｌ合金膜（例えば、Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕなど）を主配線材料膜とする配線層をエッチングして配線を形成することを特徴とするか、或いは、
【００５１】
（２）
ＨＢｒにガス総流量の１０〔％〕未満の量のＮ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとして多層配線層に含まれるＴｉＮ膜或いはＴｉ膜などの膜をエッチングして配線パターンとすることを特徴とするか、或いは、
【００５２】
（３）
配線層がＡｌ膜或いはＡｌ合金膜からなる主配線材料膜及びＴｉＮ膜或いはＴｉ膜などの膜を含む多層配線層であることを特徴とする。
【００５３】
前記手段を採ることに依り、主配線がＡｌ膜又はＡｌ合金膜であり且つバリヤ・メタル膜などとして用いられるＴｉＮ膜やＴｉ膜である多層配線層を一回でエッチングする場合、或いは、主配線であるＡｌ膜又はＡｌ合金膜をエッチングする場合、或いは、バリヤ・メタル膜などを構成するＴｉＮ膜やＴｉ膜をエッチングする場合など、何れの場合に於いても、ＨＢｒにガス総流量の１０〔％〕未満のＮ２ を添加することで、各被膜を良好な垂直形状、即ち、異方性形状に高いエッチング・レートをもってドライ・エッチングすることが可能である。
【００５４】
また、ＨＢｒを用いるので、レジスト表面には、エッチング生成物である臭化アルミニウム（ＡｌＢｒｘ ）が堆積することから、高選択比が得られる。
【００５５】
更にまた、Ｎ２ を添加したことで、側壁に窒素を含む反応生成物の堆積が多くなって厚い側壁保護膜が形成されるので、アンダ・カットを抑制することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
第一実施例
比較例１乃至３で用いた試料と同じく、図７の（Ａ）に見られる多層配線層、即ち、Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ膜５／ＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３／ＰＳＧ膜２を下記の条件を適用してエッチングした。
【００５７】
エッチング条件
ＨＢｒ １４２．５〔ｓｃｃｍ〕
Ｎ２ ７．５〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ６００〔Ｗ〕
圧力 ５０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ８０〔℃〕（基板温度 約１００〔℃〕）
【００５８】
図１及び図２は第一実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７及び図９に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００５９】
図１に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）はエッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図２に於いて、（Ａ）はアッシング後の状態、（Ｂ）は後処理後の状態をそれぞれ表している。
【００６０】
第一実施例は、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用いたエッチングであり、図示されているように、多層配線は良好な異方性形状になる。また、エッチング及びアッシングした試料を薬品で後処理を行って、側壁堆積膜１０やアッシング残渣を除去し、アンダ・カットが入っていないことを確認した。
【００６１】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉエッチング・レート ６５００〔Å／分〕±１２〔％〕
ＴｉＮエッチング・レート １５００〔Å／分〕±１０〔％〕
選択比（Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ／レジスト） ５．４
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．２
【００６２】
前記したところから判るように、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用いることに依って、Ａｌ合金のエッチング・レートは大きくなり、しかも、対レジスト選択比を減少させることなく、アンダ・カットがない良好な異方性形状を実現することができ、また、ウエハ面内分布も少なくなっていることを確認した。
【００６３】
第二実施例
図７の（Ｂ）に見られる多層配線層、即ち、ＴｉＮ膜７／ＡｌＣｕ膜６／ＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３／ＰＳＧ膜２を下記の条件を適用してエッチングした。
【００６４】
エッチング条件
ＨＢｒ １４２．５〔ｓｃｃｍ〕
Ｎ２ ７．５〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ７００〔Ｗ〕
圧力 ３０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ８０〔℃〕（基板温度 約１００〔℃〕）
【００６５】
図３及び図４は第二実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７及び図９に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００６６】
図３に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）はエッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図４に於いて、（Ａ）はアッシング後の状態、（Ｂ）は後処理後の状態をそれぞれ表している。
【００６７】
第二実施例は、第一実施例と同様、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用いたエッチングであり、図示されているように、多層配線は良好な異方性形状になる。また、エッチング及びアッシングした試料を薬品で後処理を行って、側壁堆積膜１０及びアッシング残渣を除去し、アンダ・カットが入っていないことを確認した。
【００６８】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
Ａｌ−Ｃｕエッチング・レート ７０００〔Å／分〕±１２〔％〕
ＴｉＮエッチング・レート ２０００〔Å／分〕±７〔％〕
選択比（Ａｌ−Ｃｕ／レジスト） ４．０
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．５
【００６９】
前記したところから判るように、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用いることに依って、Ａｌ合金のエッチング・レートは大きくなり、しかも、対レジスト選択比を減少させることなく、アンダ・カットがない良好な異方性形状を実現することができ、また、ウエハ面内分布も少なくなっていることを確認した。
【００７０】
第三実施例
図７の（Ｃ）に見られる多層配線層、即ち、Ｗ膜８／ＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３／ＰＳＧ膜２を下記の条件を適用してエッチングした。
【００７１】
エッチング条件
第一段階（Ｗ膜８のエッチング）
ＮＦ３ ３００〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ５００〔Ｗ〕
圧力 １００〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 −５０〔℃〕（基板温度 約−４０〔℃〕）
【００７２】
第二段階（ＴｉＮ膜４／Ｔｉ膜３のエッチング）
ＨＢｒ １４２．５〔ｓｃｃｍ〕
Ｎ２ ７．５〔ｓｃｃｍ〕
高周波パワー ７００〔Ｗ〕
圧力 ３０〔ｍＴｏｒｒ〕
恒温槽温度 ８０〔℃〕（基板温度 約１００〔℃〕）
【００７３】
図５及び図６は第三実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図であり、図７に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００７４】
図５に於いて、（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）は第一段階エッチング後の状態をそれぞれ表し、また、図６に於いて、（Ａ）は第二段階エッチング後の状態、（Ｂ）はアッシング後の状態をそれぞれ表している。
【００７５】
第三実施例では、ＴｉＮ膜４及びＴｉ膜３をエッチングするに際し、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用い、図示されているように、良好な異方性形状を得ている。
【００７６】
測定されたエッチング特性は下記の通りである。
エッチング特性
ＴｉＮエッチング・レート ２０００〔Å／分〕±７〔％〕
選択比（ＴｉＮ／レジスト） １．５
【００７７】
前記したところから判るように、ＴｉＮ膜４及びＴｉ膜３は、Ｎ２ を５〔％〕加えた混合ガスを用いることに依り、対レジスト選択比を減少させることなく、アンダ・カットがない良好な異方性形状にエッチングすることができ、また、ウエハ面内分布も少なくなっていることを確認した。
【００７８】
前記各実施例に関する記述から窺知できようが、本発明に依って、良好な異方性形状を得るには、圧力と基板温度とが密接に関連しているので、次に、その若干を例示する。
【００７９】
圧力：７０〜９０〔ｍＴｏｒｒ〕 → 基板温度：約８０〜１００〔℃〕
圧力：５０〜６０〔ｍＴｏｒｒ〕 → 基板温度：約１００〜１１０〔℃〕
圧力：３０〜４０〔ｍＴｏｒｒ〕 → 基板温度：約１２０〜１４０〔℃〕
圧力：１０〜２０〔ｍＴｏｒｒ〕 → 基板温度：約１６０〜１８０〔℃〕
【００８０】
例えば、圧力が３０〔ｍＴｏｒｒ〕である場合、基板温度が１５０〔℃〕よりも低いと順テーパ形状となり、また、１５０〔℃〕よりも高いと括れた形状になってしまう。
【００８１】
本発明は、前記実施例に限られず、他に多くの改変を実現することができ、例えば、前記実施例では、主配線の材料として、Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ、或いは、Ａｌ−Ｃｕを採用したが、これは純Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕなどの材料を用いた場合も同様な効果を得ることができる。
【００８２】
また、平行平板型ＲＩＥ装置を用いたエッチングについて説明したが、ＥＣＲ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、マグネトロンＲＩＥ、誘導結合性プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）、ＴＣＰ（Ｌａｍ ＲＥＳＥＡＲＣＨ社）、ヘリコン波プラズマなどの装置を用いた高密度プラズマ・エッチングを実施しても良い。尚、平行平板型ＲＩＥ装置を用いたエッチングでは、ウエハ２３を高周波電極１４上に固定したが、ＥＣＲやＩＣＰなどでは、バイアス電極である基板ステージに固定する。
【００８３】
本発明に依るドライ・エッチング方法に於いては、ＨＢｒにガス総流量の０を越え１０〔％〕未満の量のＮ ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとしてＡｌ膜或いはＡｌ合金膜を主配線材料膜とする配線層をエッチングして配線を形成する工程と、ＨＢｒにガス総流量の０を越え１０〔％〕未満の量のＮ ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとして多層配線層に含まれるＴｉＮ膜或いはＴｉ膜をエッチングして配線パターンとする工程とを含んでいる。
【００８４】
前記手段を採ることに依り、主配線がＡｌ膜又はＡｌ合金膜であって且つＴｉＮ膜やＴｉ膜を含む多層配線層を一回でエッチングする場合、或いは、主配線であるＡｌ膜又はＡｌ合金膜をエッチングする場合、或いは、ＴｉＮ膜やＴｉ膜をエッチングする場合など、何れの場合でも、ＨＢｒにガス総流量の１０〔％〕未満のＮ２ を添加することで、各被膜を良好な垂直形状、即ち、異方性形状に高いエッチング・レートをもってドライ・エッチングすることが可能である。また、ＨＢｒを用いるので、レジスト表面には、エッチング生成物である臭化アルミニウム（ＡｌＢｒｘ ）が堆積することから、高選択比が得られる。更にまた、Ｎ２ を添加したことで、側壁に窒素を含む反応生成物の堆積が多くなって厚い側壁保護膜が形成されるので、アンダ・カットを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図２】第一実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図３】第二実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図４】第二実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図５】第三実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図６】第三実施例のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図７】従来の技術に依って多層配線を形成する場合を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図８】比較例１のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図９】比較例１のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１０】比較例２のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１１】比較例２のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１２】比較例３のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１３】比較例３のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１４】比較例４のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１５】比較例４のプロセスを説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図である。
【図１６】標準的な平行平板型ＲＩＥ装置を表す要部説明図である。
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板
２ ＰＳＧ膜
３ Ｔｉ膜
４ ＴｉＮ膜
５ Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ膜
６ Ａｌ−Ｃｕ膜
７ ＴｉＮ膜
８ Ｗ膜
９ レジスト膜
１０ 側壁堆積膜
１１ 反応室
１２ ガス供給管
１３ 排気管
１４ 高周波電極
１５ 対向電極
１６ Ｈｅ供給口
１７ Ｈｅ排気口
１８ 静電チャック
１９ 直流電源
２０ 高周波電源
２１ 整合器
２２ 恒温槽
２３ ウエハ
Claims (2)
- ＨＢｒにガス総流量の０を越え１０〔％〕未満の量のＮ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとしてＡｌ膜或いはＡｌ合金膜を主配線材料膜とする配線層をエッチングして配線を形成する工程と、
ＨＢｒにガス総流量の０を越え１０〔％〕未満の量のＮ ２ を添加した混合ガスをエッチング・ガスとして多層配線層に含まれるＴｉＮ膜或いはＴｉ膜をエッチングして配線パターンとする工程と
を含んでなることを特徴とするドライ・エッチング方法。 - 配線層がＡｌ膜或いはＡｌ合金膜からなる主配線材料膜及びＴｉＮ膜或いはＴｉ膜を含む多層配線層であること
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 |
|---|---|---|---|
| JP20060795A JP3541329B2 (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | ドライ・エッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20060795A JP3541329B2 (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | ドライ・エッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0950983A JPH0950983A (ja) | 1997-02-18 |
| JP3541329B2 true JP3541329B2 (ja) | 2004-07-07 |
Family
ID=16427188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20060795A Expired - Fee Related JP3541329B2 (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | ドライ・エッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3541329B2 (ja) |
-
1995
- 1995-08-07 JP JP20060795A patent/JP3541329B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0950983A (ja) | 1997-02-18 |
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