JPH01312089A - ドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体集積回路の電極または配線金属の微細
加工に用いるドライエツチング方法に関する。

（従来の技術） 従来の集積回路においては、主にＡｊ２やｌを主成分と
する合金膜が電極配線に用いられて来たが、回路の大規
模化に沿ってパタンの微細化が進められ、サブミクロン
レヘルの微細配線が要求されるようになった。このため
、従来のＡｊ２系材料では、■エレクトロマイグレーシ
ョンやストレスマイグレーションによる断線故障の増大
、■電極コンタクト部でのＡ４２中添加元素（主として
Ｓｉ）の析出成長によるコンタクト抵抗増大の影響など
が無視し得ない障害となって来た。そこでこれらの問題
が生じにくい材料として、Ｍｏ等の高融点金属を電極配
線に用いることが提案され、実用化の試みが続けられて
来た。

これらの材料のエツチングには、ＣＦ、やＳＦ６などの
フッ素系ガスに、必要に応じて酸素を混合したガスによ
るプラズマエツチングや、反応性イオンエツチング（Ｒ
ＩＥ　）が主に用いられたが、■門〇とレジストとの選
択性が乏しく、レジストマスクの細りが著しいこと、■
レジストマスク端から横方向へのサイドエツチングが生
じ易いと同時にエッチ断面が円弧状の裾引きを呈するこ
と、などから寸法精度が悪く、はぼ膜厚に匹敵する線幅
の細りが生じてしまう問題があった。

また別に、（Ｊ！２．　ＣＣＡ４などの塩素系ガスを用
いることがあるが、これら単独ではエンチレーＩ・が小
さずぎるので、０２を２０〜６０％程度添加する必要が
あり、樹脂系のレジストマスクでは耐性か著しく低下し
てレジストバタンか細るため、やはり線幅の細りを避け
られなかった。これを避りるため、５ｉＯ７やＰＳＧや
５ｉ３ＮａなどのＳｉ系利材料工・ンチングのマスクと
する方法もあるが、工程が＋Ｍ　９１（になり歩留り低
下・コストの上昇を招くので、実用的でなく、またエツ
チングバタンの断面の裾引きの大きさの低減にはつなが
らないので、根本的な問題の解決法とならなかった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、半導体集積回路の電極または配線金属の微細
加工に用いる、レジスト選択性がよく、エツチングバタ
ンの断面の裾引きの大きさを低減できるドライエツチン
グ方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、基板」二に金属薄膜を堆積し、その上にホト
レジスト等の樹脂系薄膜を塗布して所望のバタンを露光
により形成した後、ガスプラズマにより該金属薄膜の露
出部分のみを選択的にとり去るドライエンチング方法に
おいて、プラズマ生成用ガスとして、ＳＦ６にＮ２また
はＣＨｔ”＋を添加して用いる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、詳細に説明する。

実遁逆ロー ４インチ８１基板（ウェハ）に熱酸化により３００ｎｍ
厚の酸化膜を形成し、この上にスパッタ法によりＭｏ膜
を４００ｎｍの厚さに堆積した。この上にポジ形ホｌ−
レジスト０ＦＰＲ−８００（東京応化工業■製〕をスピ
ン塗布し、プリベークした後、ホトステッパにより最小
０．８　μｍのライン・アント・スペースを含む配線バ
タンを作成した。現像・ポストヘークを行った後、枚葉
式の平行平板型ＲＩＥ装置を用いてｊＯ膜のエンチング
を行った。エツチングガスば、５ｐ６１００％、ＳＦ＋
、十〇ｚ、ＳＦ６＋Ｎ２の二連りについて、それぞれの
作用効果を比較した。全流量はいずれも１５０　ｓｅｃ
ｍとした。エツチング中の圧力は、５１）ａ〜２０Ｐａ
の間で可変コンダクタンスバルブを用いて調節した。放
電は、１３．５６　ＭＨｚの高周波（ＲＦ）電力を印加
して発生させた。ＲＦパワレ・＼ルは１００凶〜３００
１１の間で調節した。なおエツチング中、ウエノ＼は水
冷電極上に載置されただしＪの状態であり、積極的な冷
却や加熱は行っていない。

第１図は、ＲＦ＝１，５０Ｗ、圧力５Ｐａの条件におけ
る各ガスの組成でのエツチング後のエツチングバタンの
裾引きの大きさを走査型電子顕微鏡による観察像から評
価した結果の一例を示す図である。このときのエッチレ
ートは５Ｆ６１．００％で約１．０３　ｎｍ７分、ＳＦ
６＋１０％０゜で約１０５　ｎｍ７分、ＳＦ６　＋１０
％Ｎ２ては約８５　ｎｍ７分であった。オーバエッチ率
はいずれも約１０％である。第１図から明らかに、混合
カスとした場合が裾幅が小さく、特にＮ２添加の効果が
著しい。

第２図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は、このときのエツ
チングバタンの断面形状のスケンチである。ＳＦ、のみ
の第２図（ａ）と１０％０□添加の第２図（ｂ）とは形
状は類催しており、ＭＯ膜上面から底面にかげて連続し
た傾斜が見られる。これに対し第２図（Ｃ）のＮ２添加
では、上部はほぼ垂直であり、底面近傍のみがわずかに
傾斜していることがわかった。なお、第２図（ｂ）の場
合は他の２例に比べてサイドエツチングが２倍程度大き
くなった。

Ｎ２添加によってエツチングバタンの断面形状が垂直と
なる原因は、プラズマからのイオン衝撃の少ないエッチ
バタン側壁で、フン素原子等のエッチャントが窒素ラジ
カルに捕捉され、エツチングが進行しにくくなるためと
考えられる。一方で０２の場合は、ＳＦ６の分解を促進
するから、エッチレートは深さ方向にも横方向にもそれ
ぞれ増大している（このことはこの実施例で０゜添加に
よりＳＦ６分圧が減少しでいるにもかかわらす、エッチ
レートが低下していないことに現われている。）ので、
形状としてはＳＦ、、単独の場合と同じになっている。

なお、０２添加で裾幅が小さい値となっているのは、ザ
イドエツチレーｊ・が大きいので、実質的なオーバエッ
チ量がＳＦ、のみ、ＳＦ６　＋１０％Ｎ２に比べ大きく
なって垂直壁に近づいたことによると考えられる。

災旌炎Ｉ 実施例１と同様の試料、装置を用いて、ガス組成をＳＦ
６＋ＣＨＦ３にした場合の、ＮＯとレジスト（ＯＦＰＲ
−８００）のエッチレートを第３図に示す。全流量は１
．５０ｓｅｃｍとし、圧力１３Ｐａ、　ＲＦパワ３００
Ｗでの例である。

ＭｏのエッチレートはＣｔｌＦ＋濃度の増加とともに緩
やかに減少する傾向であるが、レジストは急激なレート
の低下が認められた。ＣＨＦ　３濃度が低い領域では、
レジストの方がＭＯより速くエンチングされるが、１５
％付近でほぼレート比が１：１となり、これより高濃度
ではＭＯの方が速くエツチングされ、ＣＨＦ３濃度の高
い程、エツチング選択比（ＭｏエツチレーＩ・：レジス
トエンチレー１・）が向上することがわかった。またＭ
Ｏ膜厚Ｑ、４１ｔｍにおりるＳｔ’、、単独でのレジス
トの細り量が約０．３５μｍ　（バタン両側合計）であ
ったのが、ＣＩ（Ｆ３添加（２０％以」−）で、０．１
　μｍ以下に減少し、寸法精度が顕著に改善された。Ｃ
ＨＦ３添加による選択性の向上は、プラズマ中で生成さ
れるＣＩ＋基を持ったラジカルが、試料面上に吸着して
ポリマ膜を成長させる際、Ｍｏ上に比べてレジスト上の
方が吸着・重合を生し易く、実質的な膜減りを抑制する
ためと想像できる。

以上の２実施例で明らかなように、Ｎ２添加による垂直
形状と、Ｃ肝３添加によるレジスト膜減りの低減は、各
々独立なメカニズムによる効果であり、Ｎ２とＣＨＦ３
を同時に少量ずつ添加した場合には、両者を加え合わせ
た効果が得られることは明らかであり、寸法精度の向上
に極めて有効である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のドライエツチング方法に
より、ＳＦ６にＮ２もしくはＣｌ１ｈまたはそれらのい
ずれをも適量ずつ添加すれば、エッチングパクンの断面
の形状が垂直になり、レジストの膜減りが著しく減少す
るので、Ｍｏ配線の加工寸法の精度が向上し、ザブミク
ロン配線の形成が容易になる。これによって、微細高密
度、高性能で信頼性の高い大規模集積回路を高い歩留り
で製造できる利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図はガス組成を５Ｆ６１００％、ＳＦ６＋１０％０
□、ＳＦ６＋１０％Ｎ２　としたときのエッチングパク
ンの断面の裾引き幅を示す図、 第２図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）はそれぞれＳＦ６１
００％、ＳＦ６＋１０％０□、ＳＦ６＋１０％Ｎ２のと
きのエッチングパクンの断面形状の走査型電子顕微鏡に
よる観察像の写生図、 第３図はＳＦ＋、にＣＨＦ３を添加したときのＣｌＩＦ
５濃度と、Ｍｏおよびレジスト（ＯＦＰＲ−８００）の
エッチレートとの関係を示した図である。 特許出願人　　日本電信電話株式会社 代理人弁理士　　杉　　村　　暁　　査問弁理士　杉　
村　興　作 ＝８＝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板上に金属薄膜を堆積し、その上にホトレジスト
   等の樹脂系薄膜を塗布して所望のパタンを露光により形
   成した後、ガスプラズマにより該金属薄膜の露出部分の
   みを選択的にとり去るドライエッチング方法において、
   プラズマ生成用ガスとして、ＳＦ＿６にＮ＿２またはＣ
   ＨＦ＿３を添加して用いることを特徴とするドライエッ
   チング方法。