JP3957536B2 - Etching method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に用いて好適なエッチング装置およびエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
チップとパッケージのサイズが等しくなるウェハレベルCSP(Chip Size Package)構造の半導体装置が知られている。この種の半導体装置は、図4(a)に図示するように、ウェハ(半導体基板)1の表面(回路面)側に複数の接続パッド(アルミ電極)2,…,2を形成した後、各接続パッド2の中央部分が開口するよう酸化シリコン等からなる絶縁膜3を形成する。この後、図4(b)に図示するように、絶縁膜3の上面側に各接続パッド2の中央部分が開口するよう保護膜4を形成する。
【0003】
次に、図4(c)に図示するように、各接続パッド2の中央部分および保護膜4上にシード層5を形成する。保護膜4上に直接、銅からなるシード層5をスパッタ法で成膜した場合には密着性に欠けるため、通常、保護膜4上に膜厚1600〜1700Åのチタン(Ti)膜5aを形成した後に銅(Cu)膜5bを形成してシード層5を設ける。
この後、図5(a),(b)に示すように、電解メッキにてシード層5上に形成された金属層(銅Cu層)をエッチングして再配線6を形成し、さらに同図(c)に示すように、各再配線6上の所定箇所に柱状電極7を設ける。柱状電極7は、例えば100〜150μm程度の厚さで電極形成用のフォトレジストを塗布硬化させた上、再配線6の所定箇所を露出する開口部を形成し、この開口部内に電解メッキを施すことで形成される。
【0004】
再配線6および柱状電極7が形成された後は、不要となるシード層5(チタンTi膜5aおよび銅Cu膜5b)をエッチングにより除去する(図6(a))。こうして図6(a)に図示する構造が形成された後は、同図(b)に図示するように、柱状電極7を覆うように、ウェハ1の回路面側全体をエポキシあるいはポリイミド等の樹脂材によってモールドし封止樹脂層8を形成する。
そして、封止樹脂層8の上面側を研磨して柱状電極7の端面を露出させ、同図(c)に図示するように、その端面にハンダボールを形成した後、ウエハウェハ1をダイシングしてチップに個片化する。これにより、チップとパッケージのサイズが等しくなるウェハレベルCSP構造の半導体装置が製造される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した製造工程において、チタンTi膜5aを除去する手法としてウェットエッチング法やドライエッチング法がある。ウェットエッチング法では処理するウェハ枚数が増えるに連れてエッチング液の液温上昇によりエッチング時間が変化してプロセス管理が困難になったり、エッチング液の管理が煩雑になる等の問題からドライエッチング法を採用する場合が多い。
【0006】
低温プラズマを利用したドライエッチングとしては、ヘリコンエッチングや反応性イオンエッチングが知られている。標準的な装置構成およびレシピ下において四フッ化炭素(CF4)ガスを用いてチタンTi膜5aをヘリコンエッチングした場合のエッチングレートは約700Å/minである。一方、四塩化炭素(CCl4)ガスを用いてチタンTi膜5aを反応性イオンエッチングした場合のエッチングレートは約500Å/minとなり、いずれもスループットが低いという問題がある。
【0007】
また、ヘリコンエッチング方式の装置ではプロセス圧が0.5Pa、反応性イオンエッチング方式の装置ではプロセス圧が4Paとなり、いずれもターボ分子ポンプ、油拡散ポンプあるいはクライオポンプ等の高真空用の排気系を必要とする上、チャンバーチャンバ内の高真空を維持するためにロードロック室が必須になる結果、装置設備が高価になる欠点もある。
【0008】
そこで本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、装置設備が安価でありながら、高スループットでチタンTi膜をエッチングすることができるエッチング装置およびエッチング方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載のエッチング方法では、ポリイミドからなる保護膜上に形成されたチタンTi膜をエッチングするエッチング方法であって、半導体基板上に前記保護膜が形成され、該保護膜上に配線を形成するためのチタンTi膜が形成された半導体装置を用意し、反応ガスとして四フッ化炭素CF 4 と酸素O 2 のみからなる混合ガスを用い、四フッ化炭素CF 4 の流量をX、酸素O 2 の流量をY、酸素O 2 の流量比Z={Y/(X+Y)}×100(%)とした場合、所定のプロセス圧下で酸素O 2 の流量比Zが3〜20%の範囲で混合した前記反応ガスを用いてチャンバ内に載置された前記半導体装置の前記チタンTi膜をダウンフロー方式でプラズマエッチングするエッチング過程と、エッチング完了後、上記プロセス圧を維持しながら、前記反応ガス以外のガスにてチャンバ内を置換する置換過程と、を具備することを特徴とする。
請求項2に記載の発明では、前記プロセス圧は、少なくとも65Pa以上であることを特徴とする。
請求項3に記載の発明では、前記反応ガスに、更に、不活性ガスあるいは窒素ガスの少なくとも何れか一方を添加することを特徴とする。
請求項4に記載の発明では、前記置換過程は、少なくとも窒素ガスあるいは不活性ガスの何れか一方でチャンバ内を置換することを特徴とする。
【0017】
本発明では、四フッ化炭素CF 4 と酸素O 2 の混合ガスを用い、四フッ化炭素CF4の流量をX、酸素O2の流量をY、酸素O2の流量比Z={Y/(X+Y)}×100(%)とした場合、所定のプロセス圧下で酸素O2の流量比Zが3〜20%の範囲内で混合した反応ガスを用いてチャンバ内に載置された半導体装置ポリイミドからなる保護膜上に形成されたチタンTi膜をダウンフロー方式でプラズマエッチングするので、高スループットでチタンTi膜をエッチングすることが可能になる。また、エッチング完了後、プロセス圧を維持しながら窒素ガスまたは不活性ガスにてチャンバ内を置換するので、エッチングによる反応生成物であるフッ化チタンがガス化したままチャンバから排出され、チャンバ内に凝固付着するのを防止することが可能となり、エッチング装置のメンテナンス性を良くすることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の一形態について説明する。図1は実施の一形態によるプラズマエッチング装置100の概略構成を示す図である。プラズマエッチング装置100は、プラズマ発生部10およびチャンバ20から構成される。プラズマ発生部10は、マグネトロン等のマイクロ波電源11から出力される、例えば2.45GHzのマイクロ波を、導波管12を介して石英管13の外周に印加すると共に、所定のプロセス圧下で反応ガス(後述する)を石英管13内に導入することでプラズマ放電する。
【0019】
プラズマ発生部10では、プラズマ放電によりイオンとラジカルとを生成するが、イオンは石英管13を経てチャンバ20内のステージ20a上に載置されるウェハ1に至る過程でエネルギーを失う結果、ラジカルのみが反応ガスの流れに沿ってウェハ1に当る、所謂ダウンフロー方式のプラズマエッチングとなる。
ダウンフロー方式のプラズマエッチングとは、例えばレジストを灰化させて除去するレジストアッシングなど解像度を要しないものに適用される方式であり、低真空で反応ガスの流量を多くすることによってラジカルの生成量を多くし、それにより高速なエッチングを実現する。
【0020】
次に、こうした特徴を有するダウンフロー方式のプラズマエッチング装置100を用いてチタンTi膜を高速にエッチングするためのプロセスについて説明する。
本発明による特徴的なエッチングプロセスは、▲1▼四フッ化炭素CF4と酸素O2とを混合した反応ガスでチタンTi膜をエッチングするが、四フッ化炭素CF4の流量(単位:sccm)をX、酸素O2の流量(単位:sccm)をY、酸素O2の流量比Z={Y/(X+Y)}×100(%)とした場合、プロセス圧65〜400Pa下で酸素O2の流量比Zを3〜20%とした点と、▲2▼エッチング後、上記プロセス圧を維持しながら窒素N2ガスにてチャンバ20内を置換した後に窒素パージして大気圧下に戻してウェハ1をチャンバ20から取り出すようにした点にある。以下、これら特徴点について説明する。
【0021】
(1)酸素O2の流量比Zを3〜20%とした点
図1に図示したダウンフロー方式のプラズマエッチング装置100において、反応ガス(CF4+O2)中のCF4添加量を変化させてチタン(Ti)およびポリイミド(PI)のエッチングレートを測定する実験を行った結果、図2に図示するように、O2添加量が3%以下(CF4添加量が97%以上)ではチタンTiのエッチングレートが低下し、O2添加量が20%以上(CF4添加量が80%以下)ではポリイミドPIのエッチングレートが増加するという知見を得た。さらに、チタン(Ti)とポリイミド(PI)との選択比Ti/PIを見てみると、図3に図示するように、O2添加量が3〜20%の領域では選択比が7以上となり、この領域ではポリイミドがエッチングされる量はチタンがエッチングされる量に対して僅かとなり、殆どチタンTiのみを選択的にエッチングし得ることが判る。そこで、これら実験的知見により、チタンのみを選択的にエッチングにするに適する酸素O2の流量比は3〜20%が最適であることが判明した。
【0022】
(2)エッチング後、プロセス圧下でチャンバ20内を窒素置換する点
上記流量比で酸素O2を添加した反応ガス(CF4+O2)を用いてチタンTi膜をエッチングすると、反応生成物としてフッ化チタン(TiFx)や酸化チタン(TixOy)が発生する。酸化チタンの発生量は僅かで問題とならないものの、フッ化チタンはプロセス圧(例えば147Pa)では常温でガス化しており、エッチング工程後にチャンバ20内を急速に窒素パージして大気圧に戻すと、フッ化チタンの沸点は284℃であるため、チャンバ20内に凝固付着してしまう。そこで、エッチング工程終了後にプロセス圧を保持しながらチャンバ20内を窒素ガスN2で置換すれば、フッ化チタンはガス化したままチャンバ20から排出され、チャンバ20内で凝固付着するのを防止することができる。
【0023】
次に、上記特徴点を含む具体的なプロセスについて述べる。図1に図示したダウンフロー方式のプラズマエッチング装置100において、エッチングすべきチタンTi膜(膜厚1600〜1700Å)を有するウェハ1をチャンバ20内のステージ20a上にセッテングして下記プロセス条件でダウンフロープラズマエッチングを実行する。
<プロセス条件>
反応ガス…四フッ化炭素(CF4)+酸素(O2
ガス流量…CF4:600sccm,O2:32sccm
(O2添加量5%に相当)
マイクロ波出力…2.7KW
チャック温度…120゜C
チャンバ温度…65゜C
プロセス圧…147Pa
【0024】
エッチング完了後、反応ガスの供給を止め、プロセス圧(147Pa)を保持したまま、流量300sccmで窒素ガスN2をチャンバ20に流入させて窒素置換する状態を15秒間維持する。この後、3回の窒素パージを経てチャンバ20内を大気圧に戻してエッチングを終えたウェハ1を搬出する。
このようなプロセスによれば、チタンTi膜のエッチングレートは約2130Å/min)に達し、膜厚1600〜1700ÅのチタンTi膜をエッチングする場合、オーバーエッチング時間を考慮しても所要時間はおよそ50秒程度となる。この結果、エッチングレートが約700Å/minのヘリコンエッチングや、約500Å/minの反応性イオンエッチングに比較し、処理時間を約1/3に減らす結果、高スループットを実現することができる。
【0025】
また、ダウンフロー方式のプラズマエッチング装置100を用いたので、プロセス圧はプラズマ放電する65〜400Pa程度の低真空度でよい。この為、ヘリコンエッチング方式や反応性イオンエッチング方式の装置のように、高真空度を維持するための装置設備が不要となり、安価な装置構成で対応できるという効果も奏する。
【0026】
なお、上述した実施の一形態では、四フッ化炭素CF4と酸素O2とを混合した反応ガスを用いるようにしたが、これに限定されず、更にヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンおよびキセノン等の不活性ガスを添加したり、あるいは窒素または不活性ガスと窒素の両方を添加してプラズマ放電により生成するラジカル種を増やしてエッチングレートを増加させることも可能である。
さらに、本実施の形態では、エッチング終了後にプロセス圧を保持しながらチャンバ20内を窒素置換するようにしたが、これに限定されず、不活性ガスを用いることもできる。
【0027】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、反応ガスとして四フッ化炭素CF 4 と酸素O 2 のみからなる混合ガスを用い、四フッ化炭素CF4の流量をX、酸素O2の流量をY、酸素O2の流量比Z={Y/(X+Y)}×100(%)とした場合、所定のプロセス圧下で酸素O2の流量比Zが3〜20%の範囲で混合した反応ガスを用いてチャンバ内に載置された半導体装置ポリイミドからなる保護膜上に形成されたチタンTi膜をダウンフロー方式でプラズマエッチングするので、高スループットでチタンTi膜をエッチングすることができる。また、エッチング完了後、プロセス圧を維持しながら反応ガス以外のガスにてチャンバ内を置換するので、エッチングによる反応生成物であるフッ化チタンがチャンバ内に凝固付着するのを防止することができて、エッチング装置のメンテナンス性を良くすることができる。
請求項2に記載の発明によれば、プロセス圧を少なくとも65Pa以上にしたので、ヘリコンエッチング方式や反応性イオンエッチング方式の装置のように、高真空度を維持するための装置設備が不要となり、安価な装置構成にすることができる。
請求項3に記載の発明によれば、反応ガスに、更に、不活性ガスあるいは窒素ガスの少なくとも何れか一方を添加するようにした為、プラズマ放電により生成するラジカル種を増やしてエッチングレートを増加させることができる。
請求項4に記載の発明によれば、エッチング完了後に、少なくとも窒素ガスあるいは不活性ガスの何れかでチャンバ内を置換するので、置換に用いるガスのコストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラズマエッチング装置100の概略構成を示す図である。
【図2】図1に図示したプラズマエッチング装置100において、反応ガス(CF4+O2)のCF4添加量を変化させてチタンTiおよびポリイミドPIのエッチングレートを測定する実験の結果を示す図である。
【図3】図2に図示した実験結果から得た、チタンTiとポリイミドPIとの選択比Ti/PIを示す図である。
【図4】ウェハレベルCSP構造の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図5】図4に続く製造工程を示す断面図である。
【図6】図5に続く製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ウェハ
10 プラズマ発生部
11 マイクロ波電源11
12 導波管
13 石英管
20 チャンバ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an etching apparatus and an etching method suitable for use in manufacturing a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor device having a wafer level CSP (Chip Size Package) structure in which the sizes of a chip and a package are equal is known. In this type of semiconductor device, as shown in FIG. 4A, after a plurality of connection pads (aluminum electrodes) 2,..., 2 are formed on the surface (circuit surface) side of a wafer (semiconductor substrate) 1, An insulating film 3 made of silicon oxide or the like is formed so that a central portion of each connection pad 2 is opened. Thereafter, as illustrated in FIG. 4B, the protective film 4 is formed on the upper surface side of the insulating film 3 so that the central portion of each connection pad 2 is opened.
[0003]
Next, as illustrated in FIG. 4C, a seed layer 5 is formed on the central portion of each connection pad 2 and the protective film 4. When the seed layer 5 made of copper is formed directly on the protective film 4 by sputtering, adhesion is insufficient, and therefore a titanium (Ti) film 5a having a thickness of 1600 to 1700 mm is usually formed on the protective film 4. After that, a copper (Cu) film 5b is formed and a seed layer 5 is provided.
After that, as shown in FIGS. 5A and 5B, the metal layer (copper Cu layer) formed on the seed layer 5 is etched by electrolytic plating to form the rewiring 6, and further As shown in (c), columnar electrodes 7 are provided at predetermined locations on each rewiring 6. The columnar electrode 7 has a thickness of, for example, about 100 to 150 μm and is coated and cured with a photoresist for electrode formation, and an opening that exposes a predetermined portion of the rewiring 6 is formed, and electrolytic plating is performed in the opening. Is formed.
[0004]
After the rewiring 6 and the columnar electrode 7 are formed, unnecessary seed layers 5 (titanium Ti film 5a and copper Cu film 5b) are removed by etching (FIG. 6A). After the structure shown in FIG. 6A is formed in this way, the entire circuit surface side of the wafer 1 is covered with a resin such as epoxy or polyimide so as to cover the columnar electrode 7 as shown in FIG. The sealing resin layer 8 is formed by molding with a material.
Then, the upper surface side of the sealing resin layer 8 is polished to expose the end face of the columnar electrode 7, and solder balls are formed on the end face as shown in FIG. Divide into chips. As a result, a semiconductor device having a wafer level CSP structure in which the sizes of the chip and the package are equal is manufactured.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in the manufacturing process described above, there are a wet etching method and a dry etching method as a method for removing the titanium Ti film 5a. In the wet etching method, as the number of wafers to be processed increases, the etching time changes due to an increase in the temperature of the etching solution, making the process management difficult, and the dry etching method is difficult because the management of the etching solution becomes complicated. Often used.
[0006]
As dry etching using low-temperature plasma, helicon etching and reactive ion etching are known. The etching rate when the titanium Ti film 5a is subjected to helicon etching using carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas under a standard apparatus configuration and recipe is about 700 Å / min. On the other hand, when the titanium Ti film 5a is subjected to reactive ion etching using carbon tetrachloride (CCl 4 ) gas, the etching rate is about 500 Å / min, and there is a problem that the throughput is low.
[0007]
In addition, the process pressure is 0.5 Pa in the helicon etching type apparatus, and the process pressure is 4 Pa in the reactive ion etching type apparatus, and all of them use a high vacuum exhaust system such as a turbo molecular pump, an oil diffusion pump or a cryopump. In addition, the load lock chamber is indispensable in order to maintain a high vacuum in the chamber, resulting in a disadvantage that the equipment is expensive.
[0008]
Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an etching apparatus and an etching method capable of etching a titanium Ti film with high throughput while the apparatus equipment is inexpensive. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the etching method according to claim 1 is an etching method for etching a titanium Ti film formed on a protective film made of polyimide, wherein the protective film is formed on a semiconductor substrate, A semiconductor device in which a titanium Ti film for forming a wiring is formed on the protective film is prepared, and a mixed gas composed of only carbon tetrafluoride CF 4 and oxygen O 2 is used as a reaction gas , and carbon tetrafluoride CF When the flow rate of 4 is X, the flow rate of oxygen O 2 is Y, and the flow rate ratio Z of oxygen O 2 is Z = {Y / (X + Y)} × 100 (%), the flow rate ratio Z of oxygen O 2 under a predetermined process pressure Is an etching process in which the titanium Ti film of the semiconductor device mounted in the chamber is mixed in a range of 3 to 20% by a down-flow method using the reaction gas, and the etching is performed after the etching is completed. While maintaining Seth pressure, characterized by comprising: a replacement step of replacing the inside of the chamber by a gas other than the reaction gas.
The invention according to claim 2 is characterized in that the process pressure is at least 65 Pa or more.
The invention according to claim 3 is characterized in that at least one of an inert gas and a nitrogen gas is further added to the reaction gas.
The invention according to claim 4 is characterized in that in the replacing step, the inside of the chamber is replaced with at least one of nitrogen gas and inert gas.
[0017]
In the present invention, a mixed gas of carbon tetrafluoride CF 4 and oxygen O 2 is used, the flow rate of carbon tetrafluoride CF 4 is X, the flow rate of oxygen O 2 is Y, and the flow rate ratio of oxygen O 2 is Z = {Y / When (X + Y)} × 100 (%), a semiconductor device placed in the chamber using a reaction gas mixed within a flow rate ratio Z of oxygen O 2 within a range of 3 to 20% under a predetermined process pressure Since the titanium Ti film formed on the protective film made of polyimide is plasma-etched by the downflow method, the titanium Ti film can be etched with high throughput. In addition, after the etching is completed, the inside of the chamber is replaced with nitrogen gas or an inert gas while maintaining the process pressure, so that the titanium fluoride, which is a reaction product of the etching, is discharged from the chamber while being gasified, and enters the chamber. It becomes possible to prevent the solidification and adhesion, and the maintainability of the etching apparatus can be improved.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus 100 according to an embodiment. The plasma etching apparatus 100 includes a plasma generation unit 10 and a chamber 20. The plasma generator 10 applies, for example, a 2.45 GHz microwave output from a microwave power source 11 such as a magnetron to the outer periphery of the quartz tube 13 via the waveguide 12, and reacts under a predetermined process pressure. Plasma discharge is performed by introducing a gas (described later) into the quartz tube 13.
[0019]
In the plasma generation unit 10, ions and radicals are generated by plasma discharge, but the ions lose energy in the process of passing through the quartz tube 13 and reaching the wafer 1 placed on the stage 20 a in the chamber 20, resulting in only radicals. Is a so-called down-flow type plasma etching that hits the wafer 1 along the flow of the reaction gas.
Downflow plasma etching is a method that is applied to those that do not require resolution, such as resist ashing, which removes the resist by ashing it. The amount of radicals generated by increasing the flow rate of the reaction gas at low vacuum This increases the etching speed, thereby realizing high-speed etching.
[0020]
Next, a process for etching a titanium Ti film at high speed using the down-flow type plasma etching apparatus 100 having such characteristics will be described.
The characteristic etching process according to the present invention is as follows. (1) The titanium Ti film is etched with a reaction gas in which carbon tetrafluoride CF 4 and oxygen O 2 are mixed, and the flow rate of carbon tetrafluoride CF 4 (unit: sccm). ) Is X, the flow rate of oxygen O 2 (unit: sccm) is Y, and the flow rate ratio of oxygen O 2 is Z = {Y / (X + Y)} × 100 (%). 2) The flow rate ratio Z of 3 to 20% and (2) after etching, the inside of the chamber 20 was replaced with nitrogen N 2 gas while maintaining the above process pressure, and then purged with nitrogen to return to atmospheric pressure. Thus, the wafer 1 is taken out from the chamber 20. Hereinafter, these characteristic points will be described.
[0021]
(1) Points in which the flow rate ratio Z of oxygen O 2 is 3 to 20% In the down-flow type plasma etching apparatus 100 shown in FIG. 1, the amount of CF 4 added in the reaction gas (CF 4 + O 2 ) is changed. As a result of an experiment for measuring the etching rate of titanium (Ti) and polyimide (PI), as shown in FIG. 2, when O 2 addition amount is 3% or less (CF 4 addition amount is 97% or more), titanium is added. It has been found that the etching rate of polyimide PI increases when the etching rate of Ti decreases and the O 2 addition amount is 20% or more (CF 4 addition amount is 80% or less). Furthermore, looking at the selection ratio Ti / PI between titanium (Ti) and polyimide (PI), as shown in FIG. 3, the selection ratio becomes 7 or more in the region where the O 2 addition amount is 3 to 20%. In this region, the amount of polyimide etched is small relative to the amount of titanium etched, and it can be seen that almost only titanium Ti can be selectively etched. Therefore, these experimental findings, the flow ratio of oxygen O 2 suitable to selectively etch only the titanium was found to be 3-20% is optimal.
[0022]
(2) The point in which the inside of the chamber 20 is replaced with nitrogen under the process pressure after etching. When the titanium Ti film is etched using the reaction gas (CF 4 + O 2 ) to which oxygen O 2 is added at the above flow ratio, the reaction product is fluorinated. Titanium fluoride (TiFx) and titanium oxide (TixOy) are generated. Although the generation amount of titanium oxide is slight and does not cause a problem, titanium fluoride is gasified at room temperature at a process pressure (for example, 147 Pa), and when the inside of the chamber 20 is rapidly purged with nitrogen after the etching step to return to atmospheric pressure, Since the boiling point of titanium fluoride is 284 ° C., it solidifies and adheres in the chamber 20. Therefore, if the inside of the chamber 20 is replaced with nitrogen gas N 2 while maintaining the process pressure after the etching process is completed, the titanium fluoride is discharged from the chamber 20 while being gasified, and is prevented from solidifying and adhering in the chamber 20. be able to.
[0023]
Next, a specific process including the above feature points will be described. In the down-flow type plasma etching apparatus 100 shown in FIG. 1, the wafer 1 having a titanium Ti film (film thickness 1600 to 1700 mm) to be etched is set on the stage 20a in the chamber 20 and down-flowed under the following process conditions. Perform plasma etching.
<Process conditions>
Reaction gas: Carbon tetrafluoride (CF 4 ) + Oxygen (O 2 )
Gas flow rate: CF 4 : 600 sccm, O 2 : 32 sccm
(Equivalent to 5% O 2 addition)
Microwave output: 2.7kW
Chuck temperature ... 120 ° C
Chamber temperature ... 65 ° C
Process pressure ... 147Pa
[0024]
After the etching is completed, the supply of the reaction gas is stopped, and while maintaining the process pressure (147 Pa), the nitrogen gas N 2 is introduced into the chamber 20 at a flow rate of 300 sccm, and the state of nitrogen replacement is maintained for 15 seconds. Thereafter, the wafer 1 having been etched by carrying out nitrogen purge three times and returning the inside of the chamber 20 to atmospheric pressure is carried out.
According to such a process, the etching rate of the titanium Ti film reaches about 2130 Å / min), and when etching a titanium Ti film having a thickness of 1600 to 1700 Å, the required time is about 50 even if the over-etching time is taken into consideration. It will be about seconds. As a result, as compared with helicon etching with an etching rate of about 700 min / min and reactive ion etching with about 500 Å / min, the processing time is reduced to about 3, so that high throughput can be realized.
[0025]
Further, since the down-flow type plasma etching apparatus 100 is used, the process pressure may be a low vacuum level of about 65 to 400 Pa for plasma discharge. For this reason, there is no need for equipment for maintaining a high degree of vacuum like a helicon etching system or a reactive ion etching system, and it is possible to cope with an inexpensive apparatus configuration.
[0026]
In the embodiment described above, a reaction gas in which carbon tetrafluoride CF 4 and oxygen O 2 are mixed is used. However, the present invention is not limited to this, and helium, neon, argon, krypton, xenon, etc. It is also possible to increase the etching rate by adding an inert gas or increasing the radical species generated by plasma discharge by adding nitrogen or both inert gas and nitrogen.
Furthermore, in the present embodiment, the inside of the chamber 20 is replaced with nitrogen while maintaining the process pressure after the etching is finished. However, the present invention is not limited to this, and an inert gas can also be used.
[0027]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, a mixed gas composed of only carbon tetrafluoride CF 4 and oxygen O 2 is used as a reaction gas, the flow rate of carbon tetrafluoride CF 4 is X, and the flow rate of oxygen O 2 is Y. When the flow rate ratio of oxygen O 2 is Z = {Y / (X + Y)} × 100 (%), the reaction gas mixed within a range of 3 to 20% of the flow rate ratio of oxygen O 2 under a predetermined process pressure Since the titanium Ti film formed on the protective film made of polyimide of the semiconductor device mounted in the chamber is plasma-etched by the downflow method, the titanium Ti film can be etched with high throughput. In addition, after the etching is completed, the inside of the chamber is replaced with a gas other than the reaction gas while maintaining the process pressure, so that titanium fluoride, which is a reaction product by etching, can be prevented from solidifying and adhering in the chamber. Thus, the maintainability of the etching apparatus can be improved.
According to the invention described in claim 2, since the process pressure is set to at least 65 Pa or more, the equipment for maintaining a high degree of vacuum becomes unnecessary as in the case of the helicon etching method and the reactive ion etching method. An inexpensive apparatus configuration can be achieved.
According to the invention described in claim 3, since at least one of an inert gas and a nitrogen gas is further added to the reaction gas, the radical species generated by the plasma discharge is increased to increase the etching rate. Can be made.
According to the invention described in claim 4, since the inside of the chamber is replaced with at least either nitrogen gas or inert gas after the etching is completed, the cost of the gas used for replacement can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus 100. FIG.
FIG. 2 is a diagram showing results of an experiment in which the etching rate of titanium Ti and polyimide PI is measured by changing the amount of CF 4 added to the reaction gas (CF 4 + O 2 ) in the plasma etching apparatus 100 shown in FIG. is there.
FIG. 3 is a diagram showing a selection ratio Ti / PI of titanium Ti and polyimide PI obtained from the experimental result shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device having a wafer level CSP structure.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows FIG. 4;
6 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows FIG. 5; FIG.
[Explanation of symbols]
1 Wafer 10 Plasma Generator 11 Microwave Power Supply 11
12 Waveguide 13 Quartz tube 20 Chamber

Claims (4)

ポリイミドからなる保護膜上に形成されたチタンTi膜をエッチングするエッチング方法であって、
半導体基板上に前記保護膜が形成され、該保護膜上に配線を形成するためのチタンTi膜が形成された半導体装置を用意し、
反応ガスとして四フッ化炭素CF 4 と酸素O 2 のみからなる混合ガスを用い、四フッ化炭素CF4の流量をX、酸素O2の流量をY、酸素O2の流量比Z={Y/(X+Y)}×100(%)とした場合、所定のプロセス圧下で酸素O2の流量比Zが3〜20%の範囲で混合した前記反応ガスを用いてチャンバ内に載置された前記半導体装置前記チタンTi膜をダウンフロー方式でプラズマエッチングするエッチング過程と、
エッチング完了後、上記プロセス圧を維持しながら、前記反応ガス以外のガスにてチャンバ内を置換する置換過程と、
を具備することを特徴とするエッチング方法。
An etching method for etching a titanium Ti film formed on a protective film made of polyimide,
A semiconductor device is prepared in which the protective film is formed on a semiconductor substrate, and a titanium Ti film is formed on the protective film to form a wiring.
A mixed gas consisting of only carbon tetrafluoride CF 4 and oxygen O 2 is used as a reaction gas, the flow rate of carbon tetrafluoride CF 4 is X, the flow rate of oxygen O 2 is Y, and the flow rate ratio of oxygen O 2 is Z = {Y / (X + Y)} If you × 100 (%) and the placed in the chamber with the reaction gas flow ratio Z of the oxygen O 2 are mixed in the range of 3-20% at a predetermined process pressure and etching step of plasma etching in a down-flow manner the titanium Ti film of a semiconductor device,
After the etching is completed, while maintaining the above process pressure, a replacement process for replacing the inside of the chamber with a gas other than the reaction gas,
Etching method characterized by comprising.
前記プロセス圧は、少なくとも65Pa以上であることを特徴とする請求項記載のエッチング方法。Said process pressure, etching method of claim 1, wherein the at least 65Pa or more. 前記反応ガスに、更に、不活性ガスあるいは窒素ガスの少なくとも何れか一方を添加することを特徴とする請求項記載のエッチング方法。Wherein the reaction gas further etching method according to claim 1, wherein the addition of at least one inert gas or nitrogen gas. 前記置換過程は、少なくとも窒素ガスあるいは不活性ガスの何れか一方でチャンバ内を置換することを特徴とする請求項記載のエッチング方法。The substitution process, etching process of claim 1, wherein replacing the chamber with one of at least a nitrogen gas or an inert gas.
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