JPH02260422A - 銅薄膜のエッチング方法 - 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〕 この発明は、銅薄膜のエツチング方法に係シ、特に半導
体装置の製造工程等の中で電極配線として用いる銅ｒＩ
！膜のエツチング工程に関し、詳細に紘銅薄膜を方向性
をもたせてエツチングする方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、基板上に銅薄膜による電極配線を形成する場合、
銅薄膜の加工方法としては、銅薄膜上を部分的にマスク
材料で覆い、酸性あるいはアルカリ性の溶液に浸し化学
反応によυエツチングする湿式エツチング法が行われて
いる。しかしながら、この方法を半導体装置の電極配線
として用いる銅薄膜の加工に適用した場合、湿式エツチ
ング法ではエツチングに方向性を持たず等方的にエツチ
ングされるため電極の幅はマスクの幅に比べ細まシ銅薄
膜の厚さと同程度かあるいはそれよシ細い電極の形成は
困難であった。方向性を持ったエツチング法としては、
ドライエツチング法が知られているが、そのうち、スパ
ッタエツチング法は物理的なイオン衝撃で加工を行う方
法であシ、マスク材料や下地の膜との選択性が大きく取
れないため、微細なエツチングが難しい。また、エツチ
ングされた材料が側壁などに付着し微細な線間のエッチ
ングが難しい。

一方、反応性イオンエツチング法を用いた銅薄膜の加工
法が、Ｇ、　Ｃ，５ｃｈｙａｒｔｚとＰ、　Ｍ、５ｅｈ
ａｉｂｌｅによる論文（「リアクティブ　イオン　エツ
チング　オブ　カッパー　フィルムス」、ジャーナルオ
ブ　エレクトロケミカル　ソサイエテイ、１３０巻、１
７７７頁、１９８３年。（“Ｒｅａｃｔｉｖ＠Ｉｏｎ　
Ｅｔｅｈｉｎｇ　ｏｆ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｆｉｌｍｓ　　
、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｓｃｔｒｏｅｈｅｍｉｅ
ａｉ　５ｏｃｉｅｔｙ、１３０．１７７７（１９８３）
）に示され”でいる。この反応性イオンエツチング法は
、化学反応とイオン衝撃を利用して方向性エツチングを
行うものであシ、基本的には微細加工性に優れ、マスク
との選択性も得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のＧ、　Ｃ，Ｓｃｈｗａｒｔｚらの
論文によシ示された四塩化炭素とアルゴンとの混合ガス
系では、微細な線間の銅膜がエツチングしにくい、高い
電力密度でエツチングするので、下地との選択比が小さ
い、マスク材料として有機レジスト材料が使用できない
等の問題があった。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもの
であシ、有機レジスト材料をマスクとし、マスクや下地
との十分な選択比を持ち、微細な線間の銅エツチングが
可能な銅薄膜の方向性エツチング方法を提供することを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するためＫこの発明においては、ガス系
として四塩化珪素と窒素との混合ガス系を用いる。また
、被エツチング物の基板を配置する電極を加熱すること
によシ、前記基板を２３０℃より高い温度、標準的には
２５０℃に加熱する１、この場合に前記被エツチング物
の基板とし７ては、基板と銅薄膜との間に窒化ブタン膜
を挾み、その上を窒化チタン膜と有機レジスト材料とで
覆い、有機レジスト材料を露光、現像によりバタンニン
グしまたものを用いる。

〔作用〕

このエツチング方法においては、銅は四塩化珪素が放電
によシ分解してできた塩素ラジカルと反応し、塩化銅と
なるが、基板が２３０℃より高く加熱されているので、
塩化銅が揮発しゃすくなシ、銅薄膜のエツチングが進行
する。また、四塩化珪素と窒素とが放電によシ分解する
ことによシ、基板の表面には窒化珪素膜が形成されるが
、基板に垂直入射するイオンが銅表面の窒化珪素膜を除
去するので、銅薄膜のエツチングが進行する。しかし、
マスク材料で覆われたパタンの側壁はイオンが当たらな
いので、窒化珪素膜で覆われ、銅薄膜の方向性エツチン
グが可能となる。下地や有機レジスト材料との間の窒化
チタン膜は銅と下地や有機レジスト材料との界面の密着
性が悪いために挿入する膜であシ、銅の界面に塩素ラジ
カルが拡散して異常なアンダカットが入るのを防ぎ、完
全な方向性エツチングを可能とする。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明に係る銅薄膜のエツチング行う装置の
一例の概略図である。同図において、１はエツチング電
極、２は被エツチング物の基板、３は対向電極、４はエ
ツチングチャンバ、５はガス導入系、６は高周波電源、
Ｔはマツチングボックス、８は静電チャック用の基板台
で１ここではセラミックにタングステン電極を埋め込ん
だものを用いた。実際に基板２を吸着させるときにはこ
のタングステン電極に高電圧例えば１ｏｏｏｖを印加す
る。９はカセット、１０はロードロック室、１１は基板
２の搬送用アーム、１２は真究排気用ポンプであシここ
ではターボ分子ポンプを用いた。

１３はガス圧調整用のコンダクタンスバルブである。２
０はエツチング電極加熱用のヒータ、２１は温度測定用
の熱電対であシ、制御系によ如エツチング電極の温度を
一定に保っている。

第２図はエツチングに用いた被エツチング物の基板の断
面図でおる。同図において、１４けシリコンウェハでア
シ、このシリコンウェハ１４上には通常半導体素子が形
成されているが図では省略し、た。１５はシリコン基板
から電極を絶縁するための二酸化シリコン膜でありここ
ではＣＶＤ法によシ形成した。１６は窒化チタン膜であ
りとこでは反応性スパッタ法により約５００オングスト
ロームの厚さに形成した。１７は銅薄膜でありスパッタ
法によシ１μｍの厚さに形成した。１８は窒化チタン膜
であシ形成法、膜厚は窒化チタン膜１６と同様である。

また、窒化チタン膜１６．銅薄膜１Ｔおよび窒化チタン
膜１８は同一の装置内で連続的に形成した。１９は有機
レジスト膜であシノボ２ツク系のポジ製光レジストを用
いた。また、有機レジストの耐熱性向上のため、遠紫外
光によるキュア処理と高温ベークとを行った。

次に第１図の装置を用いて第２図に示した銅薄膜のエツ
チングを行う方法について説明する。エツチング電極１
は予めヒータにより２３０℃よシ高い温度に保持する。

ここでは主に２５０℃とした。

基板２はカセット９から真空に保持されたロードロック
室１０を介して同じく真空に保持されたエツチング電極
１に送られ、静電チャック機構８によシミ極面に固定さ
れる。ロードロック室１０を通すのは、高温下で銅薄膜
が空気に触れて酸化されるのを防ぐためである。また、
静電チャック機構８によシ固定するのは、エツチング電
極１と基板２との熱接触を改善し、基板２を加熱するた
めである。その後、ガス導入系５よシ流量制御され九四
塩化珪素と窒素との混合ガスを例えば１００８００Ｍ導
入し、ポンプ１２によシ排気してコンダクタンスパルプ
１３の調節によυチャンバ４内を例えば２Ｐａに維持す
る。その後、エツチング電極１に高周波電源６よシ例え
ばｉｏｏｗＯ高周波電力を印加する。これによってエツ
チング電極１と対向電極３との間にグロー放電を生じ、
ガスが分解してラジカルを生じるとともにエツチング電
極１側には加速されたイオンが電極面に垂直に照射され
る。とれによって基板２上の窒化チタン膜１６゜銅薄膜
１７および窒化チタン膜１８はイオン衝撃と塩素ラジカ
ルとの相乗効果によシエッチングされる。第３図はこの
ときの加工形状の断面を示したものである。第３図（、
）の窒素が２０％の場合は銅薄膜１Ｔにアンダカットを
生じているが、第３図（ｂ）Ｋ示したように窒素５０％
にすることによシ垂直な形状が得られる。さらに窒素を
増して第３図（ｅ）Ｋ示すように８０％とした場合は順
テーパの傾斜を持ったバタンか得られた。窒素を混合し
たとき、このような加工形状制御が行えるのは、四塩化
珪素が分解して生じたシリコンと窒素とが分解して生じ
た窒素ラジカルが反応して窒化シリコン膜が基板２の表
面に形成され、銅薄膜１Ｔの表面ではイオンの効果によ
シ窒化シリコン膜は取り除かれて銅のエツチングが進行
するのに対し、レジストバタン下の側壁ではイオンが尚
たらないので窒化シリコン膜が成長して塩素ラジカルに
よる銅のエツチングを阻止するためと考えられる。また
、窒素が５０％の場合の銅薄膜１７のエツチングレート
は、四塩化珪素１００％の場合と１１は同じ２００オン
グストロ一ム／ｍｉｎであシ、有機レジスト膜１９との
選択比は約２、二酸化シリコン膜１５との選択比は約５
が得られた。さらに従来見られた微細な線間で銅薄膜１
ＴがエツチングしＫ＜＜残留するという現象は観察され
ず、１μｍ程度の線間の銅もきれいにエツチングされた
。

第４図は基板の温度とエツチング速度との関係を示した
ものである。同図において、基板温度が２３０℃以下で
はエツチング速度は低くまた条件によっては残留物が堆
積する。これは温度が低すぎて塩化銅の蒸気圧が低く揮
発しないためである。

２４０℃と２５０℃との間でエツチング速度は急上昇し
、それよシ高いと飽和する。したがってこの系での基板
の温度は少なくとも２３０℃よシ高くなければならず、
２５０℃程度が最適である。

こむで、基板２として窒化チタン膜１６．１８を下地や
有機レジスト膜１９と銅薄膜１Ｔとの間に挾まないと、
銅薄膜１Ｔは下地の二酸化シリコン膜１５や有機レジス
ト膜１８との密着性が悪く界面を塩素ラジカルが異常に
拡散してエツチング中にマスクが剥離した夛、大きなア
ンダカットを生じたシする。したがってこのような銅薄
膜のエツチングにおいては密着性改善のための膜構成を
とった方が良い。すなわち、被エツチング物の基板２構
成として銅薄膜１７と二酸化シリコン膜１５との間およ
び銅薄膜１Ｔと有機レジスト膜１８との間にそれぞれ窒
化チタン膜１６および１８を挾むことＫよ〕、銅界面で
の異常拡散が防止され、品質の高い電極配線が得られる
ことに表る。

〔発明の効果〕

以上説明し九ようにこの発明に係る銅薄膜のエツチング
方法によれば、四塩化珪素、窒素の混合ガス系における
窒素の割合を制御することによシ、銅薄膜の加工形状が
制御でき、アンダカットのない方向性をもった微細な線
間での銅の残留のない銅薄膜の配線バタンか容易に得ら
れる。また、基板の温度を高くすることによシ、残留物
のないきれいなエツチングがしかも高いエツチング速度
で行なえるなどの極めて優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は仁の発明に係る銅薄膜のエツチングを行う装置
の概略の一例を示す図、第２図はエツチングに用い九被
エツチング物の基板の断面を示す図、第３図は本発明に
よる加工形状の断面を示す図、第４図は基板の温度とエ
ツチング速度との関係を示す図である。 １−・・・エツチング電極、２１１・・・被エツチング
物の基板、３・・・・対向電極、４１１φ・・エツチン
グチャンバ、５＊ｓΦΦガス導入系、６・・拳・高周波
電源、７・・−・マツチングボックス、８醗・命・静電
チャック用の基板台、９命・・番カセット、１０・・壷
φロー　ドロック室、１１・争・噛基板の搬送用アーム
、１２・骨・−真空排気用ボ／プ、１３・・・−コンダ
クタンスバルブ、１４−−−−シリコンウェハ、１５．
。 φＣ二酸化シリコン膜、１６・拳骨・窒化チタン膜、１
７会・中ｅ銅薄膜、１８・・・・窒化チタンｉ、１９命
拳・拳有機レジスト膜、２０−−・１エツチング電極加
熱用のヒータ、２１・・９・熱電対。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上を被覆した銅薄膜のエッチング方法において、前
   記銅薄膜上を部分的にマスク材で被覆した基板を対向電
   極型反応性イオンエッチング装置の一方の電極上に配置
   し、前記電極上に配置した基板を加熱し、前記対向電極
   型反応性イオンエッチング装置内に四塩化珪素と窒素と
   を混合した反応ガスを導入し、対向電極型反応性イオン
   エッチング装置の対向する電極間に高周波電力を印加す
   ることによりグロー放電を発生させ、前記銅薄膜の方向
   性エッチングを行なうことを特徴とした銅薄膜のエッチ
   ング方法。