JPH0242727A

JPH0242727A - 電極配線形成方法

Info

Publication number: JPH0242727A
Application number: JP19285288A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Imai; 宏今井; Masabumi Kubota; 正文久保田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-08-03
Filing date: 1988-08-03
Publication date: 1990-02-13

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、半導体装置の製造方法に関するものであり、
特に金属薄膜のドライエツチングによる電極配線形成方
法に関するものである。

（従来の技術）半導体装置の電極配線形成工程においては、種々の金属
薄膜の選択的エツチング技術が重要な要素となっている
。特に近年においては、ＬＳＩの高集積化、高速化に伴
い、配線パターン層と絶縁１摸（層間絶縁膜）層とを半
導体基板上に交互に積み重ねた構造を用いる、いわゆる
多層配線技術が最も重要な要素のひとつとなってきてい
る。

多層配線技術においては、良好な層間絶縁膜の形成が重
要な要素のひとつである。従来、アルミニウム（Ａｌｌ
）をはじめとする配線用全屈薄膜の選択エツチングにお
いては、金属の断面が長方形となる、すなわち側壁が基
板面に対して垂直に立ったエツチングが行われてきた。

ところが、配線パターンの微細化により、配線間の溝の
アスペクＩ・比（溝の深さと幅との比）が１より大きく
なった場合、この配線の側壁が基板面に対して垂直に立
っていると、この配線の上に層間絶縁膜を形成する時に
絶縁膜中にボイド（す）が発生するなど、良好な層間絶
縁膜の形成が困難となる。

この問題を解決する方法のひとつに、配線の断面が台形
となるように側壁にテーパを付ける（側壁と基板面との
なす角度を９０度未満とする）というものがある。そし
て、アルミニウム（Ａ（１）膜に関して、エツチング用
のガスにＡｌｌ膜の側壁に薄膜を堆積させるガスを加え
てドライエツチングを行う方法が提案されている〔アイ
・イー・デイ−・エム・テクニカル・ダイジェスト（１
９８６年１２月）第５４頁ないし第５７頁（Ｉ　Ｅ　Ｄ
　Ｍ　Ｔｅｃｈ、　Ｄｘｇ−ｔ　ＰＰ−５４−５７，Ｄ
ｅｃ、　１９８６）］。これは、エエラチンを進行させ
る時に、ＡＱ膜の側壁に付着物を一定の速度で生じさせ
ることにより、ＡＱ配線の断面をテーパが付いた台形に
するというものである。

（発明が解決しようとする課題）しかし、この方法では次のような問題が生じる。

すなわち、形状制御の安定性、再現性が十分に保証され
ないという点である。したがって、ねらった通りのテー
パ形状を得るのが容易でない。

これは、この方法が、ドライエツチング中にエツチング
ガスとＡＱ膜の側壁に付着物を生じさせるガスとを同時
に流して、エツチングと付着物の生成との競合によって
テーパ形状を得るようにしていることに起因している。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、
金属薄膜のドライエツチングにおいて、形状の制御を容
易とし、その側壁の少なくとも一部にテーパが付き、底
部のパターン幅が最初のマスクパターン幅と同一である
ような金属配線パターンを再現性よく得ることを可能と
して、微細パターンの多層配線の形成を容易とする電極
配線形成方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）この目的を達成するために、本発明は次のような構成と
している。すなわち、本発明に係る電極配線形成方法で
は、金属薄膜のドライエツチングにおいて、エツチング
に先立って選択エツチングのためのマスクを設ける工程
と、この後に、この金属薄膜を所定の深さまでドライエ
ツチングする第１のエツチング工程と、その後に、この
選択エツチングのためのマスクのパターン幅を所定量減
少させることを主体とする第２のエツチング工程と、こ
の第２のエツチング工程に続いて、この金属薄膜を所定
量除去する第３のエツチング工程とを有している。

（作　用）本発明では、上記の構成により、まず金属薄膜上に選択
エツチングのためのマスクが設けられる。

次に、このマスクを用いて、金属薄膜を所定の深さまで
ドライエツチングする第１のエツチング工程でエツチン
グした部分の側壁は基板面に垂直形成され、この部分が
配線の底部に位置することになるため、その底部パター
ン幅は最初のマスクパターン幅と一致する。そして、第
２のエツチング工程でマスクのパターン幅を所定量減少
させると、金属薄膜のパターン上端部が露出するため、
引き続いてこの上端角部を第３のエツチング工程で所定
量除去することにより、この部分の側壁はテーパ形状と
なる。この結果、金属薄膜をその側壁の少なくとも一部
にテーパが付き、底部のパターン幅が最初のマスクパタ
ーン幅と同一であるような配線パターンにドライエッチ
加工することが可能となる。

（実施例）本発明の実施例を第１図および第２図に基づいて説明す
る。

爪上大流板第１図（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１実施例の工程順
の断面図である。

まず、第１図（ａ）に示すように、半導体基板１の上に
二酸化シリコン（ＳｉＯｚ　）膜２を熱酸化法あるいは
気相成長法により形成する。次に、第１図（ｂ）のよう
に、ＳｉＯ２膜２の上に膜厚０．８μｍのアルミニウム
金属薄膜（Ａｌｌ膜）３をスパッタリング法により被着
する。次に、第１図（ｃ）に示すように、公知のフォト
リソグラフィー技術によりフォトレジスト４のパターン
形成を行う。この後、第１図（ｄ）のように、フォトレ
ジスト４をマスクとして５ｉＣＱ４とＣＯ２の混合ガス
をエツチングガスとする反応性イオンエツチング（ＲＩ
　Ｅ）を行い、マスクパターン開口部のＡＱを完全に除
去する（第１のエツチング工程）。ここで形成されたＡ
ｆｆ配線５の側壁は基板面に垂直な形状であり、そのパ
ターン幅はマスクのフォトレジスト４のパターン幅と一
致している。その後、酸素（０□）をエツチングガスと
してプラズマエツチング（等方性エツチング）を行い。

フォトレジスト４のパターン幅を減少させる（第２のエ
ツチング工程）〔第１図（ｅ）参照〕。ここで、パター
ン幅の減少量は、片側で０．１〜０．２μｍとなるよう
にする。これに引き続いて、５ｉＣ（１４をエツチング
ガスとして、スパッタ性の強い条件でＲＩＥを行い、Ａ
ｉｌを０．１〜０．２ｐｍだけ除去する（第３のエツチ
ング工程）にのエツチングにより、第１図（ｆ）に示す
ように、ＡＱ配線５の上端角部が除去されて、その部分
はテーパ形状となる。最後に、フォトレジスト４を除去
して、第１図（ｇ）に示すように、上端部の側壁にテー
パが付いたＡＱ配線５が得られる。テーパ角度は、第２
のエツチング工程におけるマスクパターン幅の減少量（
片側）と第３のエツチング工程における金属の除去量と
の比で決定され、本実施例の場合、４５〜６５度程度と
なっている。

このように、本実施例では、ＡＱｆｌＪ　３の上にフォ
トレジスト４の所望パターンを形成した後、まず、第１
のエツチング工程で側壁が基板面に垂直なＡＱ配線５を
形成し、その後、第２のエツチング工程として０□プラ
ズマエツチングによりフォトレジスト４のパターン幅を
減少させた後、第３のエツチング工程でＡＱ配線５の上
端角部を除去する。その結果、底部のパターン幅は最初
のフォトレジスト４のパターン幅と同一であり、上端部
の側壁に４５〜６５度のテーパの付いたＡＧ配線５を得
ることができ、多層配線形成が容易となる。

なお、本実施例では、金属薄膜としてアルミニウム金属
（Ａｌｌ）膜を選んだが、Ａｉｌ　　Ｓｉ、　ＡＱ−５
ｉ−Ｃｕ。

ＡＱ−Ｃｕ、　ＡＱ−５ｉ−Ｔｉ、　Ａｎ−Ｔｉなどの
アルミニウム合金膜、またはモリブデン（Ｍｏ）　、タ
ンタル（Ｔａ）。

チタン（Ｔｉ）　、タングステン（Ｗ）などの金属膜、
もしくはこれらの金属を含む合金膜にも適用することが
できる。

また、本実施例では、第３のエツチング工程において、
５ｉＣＱ４をエツチングガスとしてスパッタ性の強いＲ
ＩＥを用いたが、Ａｒイオン（Ａｒ”）をはじめとする
不活性ガスイオンを用いたイオンスパッタエツチングを
用いることもできる。

第２実施例第２図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第２実施例を示す工
程順の断面図である。

まず、第１図（ａ）〜（ｃ）と同じ工程により、第２図
（ａ）に示すように、半導体基板１上に５ｉｎ２膜２、
ＡＱ膜（膜厚０．８μｍ）３を形成し、フォトレジスト
４のパターン形成を行う。次に、第２図（ｂ）に示すよ
うに、フォトレジスト４をマスクとして、５ｉＣＱ４と
Ｃｕ２をエツチングガスとするＲＩＥにより、ＡＱを０
．４μｍの深さまでエツチングする（第１のエツチング
工程）。この後、０□をエツチングガスとするプラズマ
エツチングによるフォトレジスト４のパターン幅を減少
させる第２のエツチング工程と。

それに続いて、５ｉＣＱ４をエツチングガスとしてスパ
ッタ性の強い条件でＲＴ　Ｅを行い、　ＡＱの一部を除
去する第７３のエツチング工程とを組み合わせて実行す
る〔第２図（ｃ）参照〕。ここで、フォトレジス１〜４
のパターン幅の減少量（片側）　Ｘ　：０．０８＃１１
１゜ＡＱの除去量ｙ＝０．１５μ−とする。この後、第
２のエツチング工程と第３のエツチング工程の組み合わ
せを２回繰り返す。（ｘ、ｙ）は、それぞれ（０，０８
１ｊｌＪ　Ｏ，１５ｐｍ）、　（０，０５Ｉｊｍ、　０
．ｔＯｕｍ）とする。その結果、第２図（ｄ）に示すよ
うに、側壁の下半分（０，４ｐＩ１１厚）が基板面に垂
直で、上半分（０，４μｆｆ１Ｊｌ）は６５度程度のテ
ーパが付いたＡＱ配線５が形成されろ。ここで、　ＡＱ
配線５の底部パターン幅は、フォトレジスト４の最初の
パターン幅と同一になる。最後に。

フォ１−レジス１−４を除去すると、第２図（ｅ）のよ
うにに述の側壁形状をもつＡＱ配ａ５が得られろ。

このように１本実施例によれば、側壁の下半分が１＆板
面に垂直で、−上半分には約６５度のテーパが付き、さ
らに、底部のパターン幅がフォトレジスト４の最初のパ
ターン幅と一致したＡＯ配線５を得ろことができ、多層
配線形成が容易となる。

なお、本実施例においては、第１のエツチング工程にお
けるＡＱのエツチング深さをＡ１１ｌｉ厚の１／２とし
たが、このＡＱのエツチング深さは任意に設定すること
ができる。

また１本実施例においては、第２のエツチング工程と第
３のエツチング工程の組み合わせを３回繰り返したが、
この繰り返しの回数は、エツチング量などを考慮して適
当な回数に設定することができる。

さらに、本実施例においては、第２のエツチング工程に
おけるフォトレジストのパターン幅の減少量と第３のエ
ツチング工程におけるＡＱの除去量の比を、Ａｉｌ配線
の側壁のテーパ部のテーパ角が約６５度となるように選
んだが、この比を任意に設定することにより、テーパ角
を任意に設定することができる。

また１本実施例では、金属薄膜としてアルミニウム金属
（Ａ１２）膜を選んだが、第１実施例と同じくＡＱ−５
ｉ、　Ａｌ１−５ｉ−Ｃｕ、　ＡＱ−Ｃｕ、　ＡＱ−５
ｉ−Ｔｉ、　ＡＱ−Ｔｉなどのアルミニウム合金膜、ま
たはモリブデン（Ｎｏ）　、タンタル（Ｔａ）、チタン
（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）などの金属膜、もしくは
これらの金属を含む合金膜にも適用することができる。

（発明の効果）本発明は、金属薄膜のドライエツチングにおいて、エツ
チングに先立って選択エツチングのためのマスクを設け
る工程と、この後に、この金属薄膜を所定の深さまでド
ライエツチングする第１のエツチング工程と、その後に
、この選択エツチングのためのマスクのパターン幅を所
定量減少させることを主体とする第２のエツチング工程
と、それに続いて、この金属薄膜を所定量除去する第３
のエツチング工程とを有している。これにより、側壁の
少なくとも一部にテーパが付き、底部のパターン幅が最
初のマスクパターン幅と同一であるような金属配線パタ
ーンを得ることができ、その形状制御も容易である。

したがって、多層配線における層間絶縁膜の形成が容易
となり、よって、微細パターンの多層配線の形成が容易
となり、ＬＳＩの高集積化、高速化をさらに進める上で
大きな効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｇ）は本発明の第１実施例による電極
配線形成方法の工程順を示す断面図、第２図（ａ）〜（
ｅ）は本発明の第２実施例を示す工程順の断面図である
。１・・・半導体基板、　　２・・・二酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ□）膜、　　３・・・アルミニウム金属薄膜（Ａｉ
ｌ膜）、　４・・・フォトレジスト、　　５・・・アル
ミニウム金属配線（ＡＱ配線）。第１＠（ａ）特許出願人　松下電器産業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上の金属薄膜をドライエッチングする
に際して、エッチングに先立って選択エッチングのため
のマスクを設ける工程と、この後に、前記金属薄膜を所
定の深さまでドライエッチングする第１のエッチング工
程と、その後に、前記選択エッチングのためのマスクの
パターン幅を所定量減少させることを主体とする第２の
エッチング工程と、前記第２のエッチング工程に続いて
、前記金属薄膜を所定量除去する第３のエッチング工程
とを有することを特徴とする電極配線形成方法。
（２）金属薄膜が、アルミニウム金属薄膜またはアルミ
ニウムを含む合金の薄膜である請求項（１）記載の電極
配線形成方法。