JPH02150027A

JPH02150027A - アルミニウムおよびアルミニウム合金のドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH02150027A
Application number: JP30463788A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Muraguchi; 要也村口; Keiji Horioka; 啓治堀岡; Haruo Okano; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-01
Filing date: 1988-12-01
Publication date: 1990-06-08

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】〔発明の目的）（産業上の利用分野）本発明は、アルミニウムおよびアルミニウム合金のドラ
イエツチング方法に係り、特に、パターン密度が大きく
異なるようなパターンを同時に精度よくパターニングす
るための方法に関する。

（従来の技術）反応性イオンエッヂレグ法（ＲＩＥ）や反応性イオンビ
ームエツチング法（ＲＩＢＥ）は、マスクパターンに沿
って垂直に下地材料をエツチング加工するドライエツチ
ング手段として用いられ、特に、半導体集積回路素子の
微細化に大きな役割を果たしている。

これらのドライエツチング手段では、プラズマ中で生成
されたイオンが、基体表面にほぼ垂直に人Ｄ４ｔｉ突し
て、エツチングガスと基板との化学反応を促進し、マス
クパターン下にアンダーカットの生じない異方性エツチ
ングが達成される。

従来、アルミニウムおよびアルミニウム合金のエツチン
グには塩化硼素（ＢＣｌ２）や臭化硼素（ＢＢｒ３）を
主成分とし、これに３０％以下の塩素（ＣＩ２）を添加
した混合ガスが用いられている（ジャーナルオブエレク
トロケミカルソサエティ第１３５巻１１８４ページ　Ｊ
、ｅｌｅｋｃｔｒｏｃｈｅｍｉ、Ｓｏｃ、　　ＶＯｌ、
　　１３５ＤＤ１１８４）　　。

また、高速エツチング法としては、エツチングガスとし
て塩素ガスを用い、このガス圧を１．ＯＰａ乃至２０Ｐ
ａの範囲とした方法も提案されている。この方法は、ガ
ス圧を１．ＯＰａ乃至２０Ｐａの範囲にしたとき、塩素
分子はアルミニウムおよびアルミニウム合金とイオン衝
撃のない状態でも容易に反応することを利用したもので
ある。

ところで、近年、半導体集積回路素子の用途が広がり、
回路パターンも多様化しており、これに伴い、新しい問
題点が現れてきている。この１つは、１チツプの回路内
に配線パターンが密集した領域と、まばらな領域とが共
存することに起因するマイクロ・ローディング効果が比
較的大きいことである。

このマイクロ・ローディング効果とは、被エツチング物
の露出面積が変化すると同時に、単位面積当たりのエッ
チャントの供給量が変動するため、エツチング速度が変
化する現象や、マスク部分の面積の変化に伴い、スパッ
タ効果でマスクから放出される炭素等の不純物量が変動
し、エツチング形状が変化するという現象である。

このようにチップ内部の配線パターンの疎密差が大きい
場合、マイクロ・ローディング効果によって部分毎にエ
ツチング速度に差が生じる。すなわち、配Ｓ密度の高い
部分ではエツチングが終了しているのに対し、配線密度
の低い部分ではアルミニウムが残っていたり、あるいは
逆にオーバーエツチングが生じていたりすることがある
。

例えば、配線層パターンの形成に際し、配線間の短絡を
防止するためには、全ての領域でエツチングが終了する
まで、エツチングを続行する必要がある。しかしながら
、この間にエツチング速度の大きい領域では過剰にエツ
チングが進み、その結果、アルミニウム配ＩｉＡ層の下
地の絶縁膜が損傷を受けたり、マスクの下にもエツチン
グが進行するアンダーカットが生じたりして、深刻な問
題となっていた。

このようなローディング効果を防止するには、エツチン
グガスの圧力を下げるという方法がある。

しかしながら、ガス圧を下げると、塩素分子とアルミニ
ウムとの反応が抑制され、エツチング速度が大幅に低下
してしまうと言う問題があった。

一方、このようにガス圧を下げることによってマスク材
のエツチング速度が大きくなり、アルミニウムとマスク
材のエツチング速度の比であるエツチング選択比が低下
してしまうことになる。

例えば、圧力を通常の６０〜１３０Ｐａから、１〜２０
Ｐａに下げると、エツチング選択比は２．０〜２．５か
ら、０，７〜１．２に低下してしまう。

このように低い選択比では、段差の表面に配線を形成す
る場合、段差下部のエツチングが終了したとき、段差上
部ではマスク材が後退あるいは消滅し、配線を細めたり
、消滅させたりするとりう問題があった。

そこで、エツチングガスの組成を選ぶことにより、エツ
チング形状、エツチング速度、対レジスト比が変わらな
いエツチング条件を決定するための研究が重ねられてい
る。

また、従来の反応性イオンエツチングにおいては、パタ
ーン精度が向上するという利点がある反面、形成された
パターンの断面形状が、側壁下部が内側に後退し、逆テ
ーパ形状になり、上層に絶縁層を形成するような場合、
段切れが生じやすいという問題があったのに対し、この
ような低圧の反応性イオンエツチングでは、形成された
パターンの断面形状が、垂直もしくは側壁下部が外側に
でる類テーバ形状になりやすい等の利点がある。

しかしながら、このような低圧力のエツチングにおいて
は、パターン密度の低い場合、エツチング後の下地材表
面にエツチング残渣が発生するという問題がある。

これは、パターン密度の高い場合には、エツチングによ
る生成物がマスク材であるレジストの分解物と反応し、
揮発性の物質となって除去されるのに対し、エツチング
密度が低い場合に（よ、レジストの分解物が少なく、不
揮光性のエツチング生成物はそのままエツチング残渣と
なって下地材表面に残留するためと考えられる。

（発明が解決しようとする課題）このように、アルミニウムおよびアルミニウム合金の加
工に際して、パターン密度の差が大きい場合、エツチン
グ特性の局所的な変動すなわちロディング効果を生じ易
く、またこのローディング効果を抑制しようとすると、
エツチング選択比速度が低下するという問題があった。

また、このような低圧力のエツチングにおいては、パタ
ーン密度の低い場合、エツチング後の下地材表面にエツ
チング残渣が発生するという問題があった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、パターン
密度の大小にかかわらず、エツチング選択比の高いエツ
チングを行うことのできるドライエツチング方法を提供
することを目的とする。

また、本発明は、低圧力のエツチングにおいて、パター
ン密度の低い場合にも、エツチング残渣の発生を防止す
ることのできるドライエツチング方法を提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）そこで本発明では、反応ガスの放電プラズマを発生せし
め、被処理基体上に形成されたアルミニウムある（慣よ
アルミニウム合金膜のパターン形成のためのドライエツ
チングをおこなうに際し、被護Ｊ！！基体と放電プラズ
マとの間の電位差が２００Ｖ以下となるようにしている
。

また、本発明では、反応ガスの放電プラズマを発生せし
め、被処理基体上に形成されたアルミニウムあるいはア
ルミニウム合金膜のパターン形成のためのドライエツチ
ングをおこなうに際し、エツチング室内に、炭素原子を
含むガスを発生するような炭素発生源を配設するように
している。

（作用）本発明者らは、種々の実験を１ねた結果、イオンエネル
ギーを減少させたとき、アルミニウムあるいはアルミニ
ウム合金膜のエツチング速度の低下に対し、マスク材で
あるレジストのエツチング速度の低下が早く、選択比が
向上することが分かっだ。

そして、さらに研究を重ね、自己バイアス電位を一２０
０Ｖ以上としたとき、１〜２０Ｐａの低圧下におけるエ
ツチングに際しても十分に高いエツチング選択比を得る
ことができることを発見した。

また、種々の実験結果から、エツチング室内にレジスト
に類似した元素からなる物質を配置することにより、こ
の物質がプラズマに晒されて発生する分解物がエツチン
グ残渣を除去する機能を有していることがわかった。

そこで、炭素原子を含むガスを光生ずるような物質をエ
ツチング全肉に設置すれば、この物質がプラズマに晒さ
れて発生する分解物が、エツチング残渣と反応し揮光性
の物質となって被護３１１基体表面を離れるため、被処
理基体表面へのエツチング残渣の残留を防止することが
可能となる。

（実施例）以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図は、本光明の方法に用いられるドライエツチング
装置の概略構成図である。

このドライエツチング装置は、エツチング室１０と、搬
入用予備室２０と、搬出用予備室３０とから構成され、
エツチング室１０と、搬入用予備室２０および搬出用予
備室３０との間はそれぞれゲートバルブ２１および３１
により仕切られ、エツチング室を真空に保持したまま、
それぞれ搬入用予備室２０および搬出用予備室３０に配
設されたゲートバルブ２２および３２から被処理基体を
搬入および搬出することができ、大気中の水分や酸素等
の悪影響を避けることができるようになっている。２３
および３３は基板載置台である。

また、エツチング室１０は、真空容器１０ａ内に配設さ
れた、被処理基板１１を載置するための第１の電極１２
と、この第１の電極１２に１３．５６ＭＨｚの高周波電
圧を印加すべくブロッキングダイオード１３を介して接
続された高周波電源１４と、第１の電極１２を冷却する
ための冷却管１５と、塩素ガス供給ライン１６と、塩化
硼素供給ライン１７とを具備し、真空容器１０ａ内に塩
素および塩化１７Ｆ素を導入しつつ、この第１の電極１
２と第２の電極を兼ねた真空容器１０ａの内壁との間に
高周波電圧が印加されるようになっている。

このｊ：Ａ累ガス供給ライン１６および塩化硼素供給ラ
イン１７は、それぞれバルブ１６ａおよび１７ａと、流
ｍ調整器１６ｂおよび１７ｂを具備し、流聞およびガス
圧を所望の値に調整できるようになっている。

さらに、第２の電極１０ａの後方には、永久磁石１８が
設置され、モータ１９により偏心回転せしめられ、被処
理基板１１表面上での磁束密度が８０Ｇとなるように構
成されている。

次に、このドライエツチング装置を用いたエツチング残
法について説明する。

まず、第２図（ａ）に示すように、被！２！Ｌ理基体を
形成する。すなわち、シリコン基板４１上に、熱酸化に
よって形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）ｍ４２を形
成した後、スパッタ蒸着法によりアルミニウムーシリコ
ン（１ｘ）−銅（２ｘ）合金膜（ＡＩ−３ｉ−Ｃｕ）４
３を形成し、このアルミニウムーシリコン−銅合金膜４
３上にレジストパターン４４を形成する。このレジスト
パターンは、東京応化製の０ＦＰＲ８００と指称されて
いるフォトレジストを、基板表面に塗布し、フォトリソ
法によって選択的に除去し、形成される。そして。

このマスクパターンとしては、シリコン基板の全面積に
対するパターン面積が０％〜５０％の範囲内で神々のも
のを用意した。

このようにして形成された被処理基体を、第１図に示し
たドライエツチング装置を用いて、第２図（ｂ）に示す
ようにエツチングする。

このときのエツチング条件は、エツチングガスとしｒａ
木（ＣＩ２）および塩化！１１１Ａ（ＢＣｌ２）を主成
分とする混合ガスを用い、ガス流山は３８１７分、圧力
は１．５Ｐａ〜５Ｐａ、印加した高周波電力密度は、０
　、３　’Ａ／ｃｍ”−０、６１４／ｃＩＩとした。

このときのエツチング結果を、第３図および第４図に示
す。

第３図は、高周波電力密度を０．６１４／ｃＩＪとし、
圧力を変化させた場合のエツチング結果を測定したもの
で、曲ｈａ乃至曲ｍｃは、それぞれアルミニウムーシリ
コン＜１％）　−８＜２％＞合金膜のエツチング速度、
レジストのエツチング速度、両者のエツチング選択比を
示す。この図から、圧力３゜ＯＰａ以」−で自己バイア
ス電位は一２００Ｖ以上になっており、このとき選択比
は１．７以上であった。

第４図は、圧力３Ｐａで、高周波電力密度を変化させた
場合のエツチング結果を測定したもので、ここでも、曲
線ａ乃至曲８ｃは、それぞれアルミニウムーシリコン（
１″Ｘ）−銅（２％）合金膜のエツチング速度、レジス
トのエツチング速度、両者の１ツヂング選択比を示す。

ここでも高周波電力密度０１６１４／ｃｊｌ以下で自己
バイアス電位は一２００Ｖ以上になっており、このとき
選択比は１．７以上であった。

このように、圧力および高周波電力密度を変化させ、自
己バイアス電位が一２００Ｖ以上になるようにすれば、
選択比の高いエツチング結果を得ることができる。

また、このように自己バイアス電位が一２００Ｖ以上に
なるように条件設定をしたとき、マスク被覆率によるエ
ツチング速度の変動率は、２０％程度となり、パターン
密度に対する依存性は極めて低いものとなった。

また、本発明の第２の実施例として、第１図に示した上
記装置から、永久磁石１８を除いて行った平行平板型反
応性イオンエツチングｌ［ｉＦについての実験結果を第
５図および第６図に示す。

ここで、電極間距離は７０１１、陽極対隙極の面積比は
８対１とし、エツチングガスの組成など他の条件につい
ては前記第１の実施例と全く同様とした。

第５図は、高周波電力密度を０．６Ｗ／ｃｍとし、圧力
を変化させた場合のエツチング結果を測定したもので、
曲線ａ乃至曲線Ｃは、それぞれアルミニウムーシリコン
（１％）−銅（２％）合金膜のエツチング速度、レジス
トのエツチング速度、両者のエツチング選択比を示す。

この図から、圧力３゜ＱＰａで自己バイアス電位は一５
５０■であった。

また、圧力１０．ＯＰａで自己バイアス電位は一２００
Ｖであった。また、このとき選択比は２．０であった。

しかし、この場合アンダーカットが入り、エツチング形
状を劣化させてしまう。

そこで、圧力１０．ＯＰａで高周波電力密度を変化させ
た場合のエツチング結果を第６図に示す。

ここでも、曲線ａ乃至曲＃ｊｌＣは、それぞれアルミニ
ウムーシリコン（１％）　−１ｉ　＜２％）合金膜のエ
ツチング速度、レジス！・のエツチング速度、両者のエ
ツチング選択比を示す。ここでも高周波電力密度０．３
２Ｗ／ｃｍ以下で自己バイアス電位は一２００Ｖ以上に
なっており、このとき選択比は２．０以上であった。

このように、平行平板型反応性イオンエツチング装置に
おいても、圧力および高周波電力密度を変化させ、自己
バイアス電位が一２００Ｖ以上になるようにすれば、選
択比の高いエツチング結果を得ることができる。

さらに、第７図に示すような電子サイクロトロン共鳴型
ドライエツチング装置においても、自己バイアス電位を
２００ＶＪＪ、下することにより選択比は２．０以上と
することができた。

ここでは被処理基体に２０ＭＨｚ以下の交流電圧または
直ｉ電圧を用いてイオンを引き出すようにしている。

また３４は空芯コイル、３６はマイクロ波発生装置であ
り、他部については、第１図に示したドライエツチング
装置と同様の機能を有し、同一部位には同一符号を付し
た。

なお、これらの実施例では、塩素と三塩化硼素との混合
ガスをエツチングガスとして用いたが、塩素と四塩化硅
素との混合ガス、塩素と四塩化炭素との混合ガス、四塩
化炭素と三塩化硼素との混合ガス等、他のガスを用いる
ようにしてもよい。

また、被エツチング材料として、アルミニウムーシリコ
ン（１％＞−ｆ！４（２％）合金膜を用いるようにした
が、これに限定される、ものではなく、アルミニウムま
たはアルミニウムを主成分とする合金などにおいても有
効である。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。

この方法では、第８図に示すように、第１図に示した前
記第１の実施例とまったく同様のドライエツチング装置
の第１の電極１２上に被護ｕｌＷｉ、板１１を囲むよう
にポリエステル板９を配設したことを特徴とするもので
ある。

この状態で、第２図（ａ）に示したのとまったく同様に
、シリコン基板４１上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜
４２上に、たアルミニウムーシリコン（１駕）−１！（
２％）合金ｇＪ４３、レジストパターン４４を順次形成
してなる被処理基板１１を、この第１の電極１２上に載
置し、エツチングを実施した。

ここで、このマスクパターンとしては、シリコン基板の
全面積に対するパターン面積が１％のものを用意した。

このときのエツチング条件は、エツチングガスとして塩
素（ＣＩ２）および塩化１７１素（ＢＣｌ２）とを、そ
れぞれガス流ｆｆｌ、５０ｎｌ／分、２５ｎｌ／分、圧
力は３．ＯＰａ、印加した高周波電力密度は、０．６Ｗ
／ｃｓ！とした。

このとき、エツチング残渣は検出されず、極めて良好な
パターン形成を行うことができた。

また、比較のために、ポリエステル板９を除去し、他の
条件はまったく同様にしてエツチングを行った場合、残
漬が発生した。

次に、本発明の第４の実施例として、第８図に示したエ
ツチング８＠から第１の電極１２上のポリエステル板９
を除去し、代わりに、メタンＣＨ４を１４１／分混合し
、他の条件はまったく同様にしてエツチングを行った。

この場合も、エツチング残渣は検出されず、極めて良好
なパターン形成を行うことができた。

また、メタンＣＨ４に代えて、エチレンＣ２Ｈ４を混合
した場合にも同様に残渣を除去することができた。

なお、これら第３及び第４の実施例については、マグネ
トロン型反応性イオンエツチング装置について説明した
が、この他、平行平板型反応性イオンエツチング装置、
電子サイクロトロン共鳴型ドライエツチング装置におい
ても、有効である。

また、被処理材料としては、この場合も、実施例で用い
たアルミニウムーシリコン−銅合金の他、アルミニウム
またはアルミニウムを主成分とする他の合金にも有効で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の方法によれば、反応
ガスの放電プラズマを発生せしめ、被処理基体上に形成
されたアルミニウムあるいはアルミニウム合金膜のパタ
ーン形成のためのドライエツチングをおこなうに際し、
被処理基体と放電プラズマとの間の電位差が２００Ｖ以
下となるようにしているため、十分に高いエツチング選
択比を維持しつつパターン密度に依存しない高精度のパ
ターン形成が可能となる。

また、本発明の方法では、反応ガスの放電プラズマを発
生せしめ、被処理基体上に形成されたアルミニウムある
いはアルミニウム合金膜のパターン形成のためのドライ
エツチングをおこなうに際し、エツチング室内に、炭素
原子を含むガスを発生するような炭素発生源を配設する
ようにしているため、被処理基体表面へのエツチング残
渣の残留を防止し、低圧条件下でも高精度のパターン形
成を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例のエツチング方法に用いられる
エツチング装置を示す概略図、第２図（ａ）および第２
図（ｂ）は、それぞれ被処理基体を示す図、第３図およ
び第４図は、それぞれ第２図（ａ）および第２図（ｂ）
の被処理基体に対し、エツチングをおこなった場合のエ
ツチング結果を示す図、第５図および第６図は同様にエ
ツチング圧力とエツチング速度との関係を示す図、第７
図は本発明の他の実施例のエツチング方法に用いられる
エツチング装置を示す概略図、第８図は本発明の第２の
実施例のエツチング方法に用いられるエツチング装置を
示す概略図である。９・・・ポリエステル板、１０・・・エツチング室、１
０ａ・・・真空容器、２０・・・搬入用予備室、３・・
・搬出用予備室、２１，２２，３１，３２・・・ゲート
バルブ、２３．３３・・・基板載置台、１１・・・被処
理基板、１２・・・第１の電極、１３・・・ブロッキン
グダイオド、１４・・・高周波電源、１５・・・冷却管
、１６・・・塩素ガス供給ライン、１７・・・塩化硼素
供給ライン、１６ａ、１７ａ−・・バルブ、１６ｂ、１
７ｂ−・・流堡調整器、１８・・・永久磁石、１９・・
・回転軸、４１・・・シリコン基板、４２・・・酸化シ
リコン膜、４３・・・アルミニウムーシリコン−銅合金
膜、４４・・・レジストパターン、４５・・・酸化シリ
コン膜パターン。（Ｑ）（ｂ）工・・・チン２゜運度（λ／ｍ１ｎ）ｌ（王尺　比工・ソチシフ速度（λ／ガ）ｉｉＴ尺ｔヒ二′ンチ〉り１シｉ（λ／ｍ１ｎ）退し■比

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面に所定のマスクパターンの形成されたアルミ
ニウムあるいはアルミニウム合金膜を含む被処理基体を
、エッチングガスを含む容器内に設置し、放電プラズマ
を形成し、該アルミニウムあるいはアルミニウム合金膜
を該マスクパターンに沿つて選択的にエッチングするド
ライエッチング方法において、前記容器内に、炭素原子を含むガスを発生する炭素発生
源を供給するようにしたことを特徴とするアルミニウム
およびアルミニウム合金のドライエッチング方法。
（２）前記炭素発生源は、被処理基体の周囲または対向
面上に設置される炭素化合物であることを特徴とする請
求項（１）記載のアルミニウムおよびアルミニウム合金
のドライエッチング方法。
（３）前記炭素化合物は、水素または酸素を含有するも
のあることを特徴とする請求項（２）記載のアルミニウ
ムおよびアルミニウム合金のドライエッチング方法。
（４）前記炭素発生源は、反応ガスと共に、前記容器内
に、炭素原子を含むガスを供給するガス供給系であるこ
とを特徴とする請求項（１）記載のアルミニウムおよび
アルミニウム合金のドライエッチング方法。
（５）表面に所定のマスクパターンの形成されたアルミ
ニウムあるいはアルミニウム合金膜を含む被処理基体を
、エッチングガスを含む容器内に設置し、第１の電極と
接地電位にある第２の電極との間に高周波電力を供給し
て放電プラズマを形成し、該アルミニウムあるいはアル
ミニウム合金膜を該マスクパターンに沿って選択的にエ
ッチングするドライエッチング方法において、該プラズマと被処理基板との間の電位差が２００Ｖ以下
となるようにしたことを特徴とするアルミニウムおよび
アルミニウム合金のドライエッチング方法。
（６）前記第２の電極に対する第１の電極の面積は、１
／８以上であり、前記エッチングガスの圧力が１．５Ｐａ以上５Ｐａ以下
であり、前記第１の電極に印加される高周波電力密度は
０．３２Ｗ／ｃｍ＾２以下であることを特徴とする請求
項（５）記載のアルミニウムおよびアルミニウム合金の
ドライエッチング方法。
（７）前記真空容器の近傍には磁石が配設されており、前記エッチングガスの圧力が１Ｐａ以上５Ｐａ以下であ
り、前記第１の電極に印加される高周波電力密度は０．
６Ｗ／ｃｍ＾２以下であることを特徴とする請求項（５
）記載のアルミニウムおよびアルミニウム合金のドライ
エッチング方法。