JPH03161930A - 耐熱金属のエツチング・プロセス - Google Patents

耐熱金属のエツチング・プロセス

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JPH03161930A
JPH03161930A JP2269717A JP26971790A JPH03161930A JP H03161930 A JPH03161930 A JP H03161930A JP 2269717 A JP2269717 A JP 2269717A JP 26971790 A JP26971790 A JP 26971790A JP H03161930 A JPH03161930 A JP H03161930A
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etch
etching
tungsten
layer
etching process
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JP2269717A
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Xiao-Chun Mu
シヤオーチヤン・ム
Jagir Multani
ジヤガー・マルタニ
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Intel Corp
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    • H01L21/7684—Smoothing; Planarisation

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体ディバイスの分野に関し、更に詳しく
は、タングステン（Ｗ）のような耐熱金属のブランケッ
ト層をエッチングするように設劇゛されたエッチバック
・プロセスに関する。
〔発明の背景〕
半導体ディバイスを製造する際、ディバイスの所定の領
域に電気的にコンタクトをとる必要かある。通常、コン
タクトされるべき領域上の絶縁体に開口１たはピア（ｖ
ｉａ）を最初に形威し、次に開口１たはビアを含んでい
る基板の表面に専竃材料を被着することにより、シリコ
ン基板の表面における絶縁体の下のディバイス領域にコ
ンタクトをとる必要がある。この導電材料は、その後、
集積された表面のそれぞれ部品に接続するため（すなわ
ち、６相互接続部分′”筐たは６相互接続ライン゜′を
形或するため）パターン化される。これまで、４’！材
料としては、スパツタされたアルミニウム（ＡＺ．）が
使用されてきた。代表的には、アルミニウムのブランケ
ットＩｖがシリコン基板の表面に被着され、絶縁体の開
口により露出されたディバイス領域の他、上層の絶縁体
をカバーする。次のマスキング工程において、フォトレ
ジストは、コンタクトされるべき顕域と相互接続部分と
して使用されるべき顕域における絶縁層を貫通する開口
ｌたはビアをカバーする。エッチ工程は、フォトレジス
トによりカバーされていない領域からアルミニウムを除
去し、開口またはビアを充填しかつ相互接続ラインを形
威しているアルミニウムを残して、目標の領域にコンタ
クトをとる。
大きさがサブミクロンのレベルまで小さくなシ、ディバ
イスが基板の表面に更に高い密度で実装されると、開口
１たはビア対コンタクトされるべきディバイス領域のア
スベクト比（高さ対幅の比）は筐す筐す大きくなる。単
独のアルミニウム被着は、高いアスベクト比を有するデ
ィバイスに訃いては不適当であることが証明されている
。この場合、ステップのカバーが不十分で、しかもコン
タクトの結合性が不十分で、その上、平面性も不十分で
あるという問題が生じる。
これら問題を解決するため、タングステンおよび他の耐
熱金属が、アルミニウム被着およびパターン化の前に、
サブミクロンのコンタクトを有するディバイスのコンタ
クト充填物として使用されている。たとえば、ブランケ
ット・タングステン層（タングステンの゛′薄膜″）が
被着され、その後、ブランケットのエッチ・バックによ
シ基板の表面から被着されたタングステンを除去する一
方、コンタクト開口またはビアに充填されたすなわち詰
められたタングステンはそのｉｔである。次に、アルミ
ニウム層が被着され、充填されたコンタクト・ビアを含
んでいる基板の表面をカバーする。
その後、このアルミニウム皮膜は、パターン化されかつ
エッチングされて相互接続部分を形成する。
しかし、タングステン・プロセスには、皮膜の大部分が
シリコン基板の表面から除去される時（すなわち、皮膜
が”クリャ”される時）、タングステンのエッチ速度が
コンタクト開口に訃いて劇的に加速するという６マイク
ロ・ローデイング作用′゜の問題がある。その結果、コ
ンタクト充填物すなわちノラグが絶縁体の表面よｂ下に
くぼみ、場合によってはエツテングの終了までに完全に
除去されてし１う。このマイクロ・ローデイング作用の
ため、基板の全領域からの金属バルブの完全除去を保証
する一方、均一なコンタクト充填物を得ることは非常に
困難である。ウエハの表面上の金属の厚さ筐たはエッチ
ング・プロセスにわずかに均一性を欠いても、基板のあ
る領域における基板の表面のバルク金属は他の領域より
も速くエッチングされる。また、基板の全領域からのバ
ルク金属の完全なエッチングを保８１Ｌするため、わず
かにオーバエッナしたとしても、バルク金属が最初にク
リャする表面の領域にふ・けるコンタクト開口を充填し
ている金属が、急速にエツチｌ〜始める。
したがって、コンタクト開口の充填レベルは非常に変動
する、すなわち均一で々くなる。このため、バルク金属
が最後にクリャした領域におけるコンタクト開口の充填
物は完全にはエッチングされない。すなわち、この領域
におけるコンタクト開口はタングステンで完全に充填さ
れ、一方、バルク金属がｉｐ　（にクリヤされた領域の
コンタクト開口における充填物は、様々にエッチングさ
れる。じい換えれば、ちる充填物は表面ようわずかにく
ぼみ、また別の充填物はかなり深くくぼみ、さらに別の
充填物は全くなくなってしまう。
ウエハの表面からバルク金属を完全に除去するエッチ・
バック・プロセスが必要であるが、マイクロ・ローテイ
ング作用のためコンタクト充填物が部分的にまたは完全
にエッチング除去されてしまう。
このマイクロ・ローテイング作用を克．１−ＩＧするい
くつかのエッチング方法がある。たとえば、ＩＥＥＥＶ
−ＭＩＣ会議（　１９８７年７月ｌ５〜１６日）の会報
の巣１９３頁の「コンタクトおよびビア充執アプリケー
ションに関するタングステンのエッチ・バツクイリＦ究
」には、ＣＢｒＦ３を含んでいるガス化学薬品とアルミ
ニウムの下層を用いている３段階のエッチング・プロセ
スが述べられている。しかし、このみ法にはいくつかの
欠点がある。エッチ・ストップとしてアルミニウムの下
層を用いていることにより、更に別の処理工程を必要と
する。また、エッチング・ガスとしてＣＢｒＦｓ　　を
用いていることによク、エツテヤのチェンバにボリマを
形成してしまう可能性が生じ、その結果、装置のメイン
テナンスの必要が増大する。筐た、１０００〜３０００
オングストローム／分の遁いエツチ速度のため、生産性
は低下し、大量のＩＣ生産には適さないプロセスになっ
てし筐う。
マイクロ・ローデイング作用を避ける他の方法が、ＩＥ
ＥＥ　　ＩＥＤＭ技術要約に３ける第４６２頁のＦＶＬ
ＳＩ相互接続部分のタングステンｍ＞よびそのアプリケ
ーション」に３いて述べられている。
ここで述べられている方法は、タングステン被着を中断
してポリシリコンの薄い介在層を被着することである。
約１０００オングストロームのタングステン層が被着さ
れ、その後、約１５０オングストロームのポリシリコン
層が被着される。これは、タングステンの最終目標の厚
さκ至るまで繰シ返される。タングステンの層は、その
後、エッチ・バックにより除去される。最後のポリシリ
コン層でエッチングは停止され、最初に被着された金属
層がその″！！咬残される。たとえマイクロ・ローデイ
ングがなくてコンタクト充填物が残っていても、このプ
ロセスはＩＣ生産に釦いて有効的ではない。
なぜならば、その後のアルミニウム・エッチにおいてタ
ングステンの最後の層がエッチングされない場合、基板
の表面からエッチングされないこの層により、コンタク
ト間がンヨートされるからである。
また、タングステン被着の後、表面をフォトレジストで
プレーナ化し、かつフォトレジストとタングステンはほ
ぼ同じ速度でエッチングするエッチング方法を使用する
ことも周知である。例として、ジエイ・エレクトロケミ
カル学会Ｖｏ）．１３５第９３６頁＜　１９８８年）の
「マルチレペルＶＬＳ　Ｉメタリゼーションにかいて使
用されるプレーナ化タングステン・プラグの形成に関す
るプラズマ・エッチング方法」およびＥＣＳ秋季会議の
要約Ｖｏｌ，２５１　第３５６頁（　１９８８年）ノ「
ＣｖＤ、タンクステンのレジスト・エッチ・バックを使
用しているサブミクロンＶＬＳ　Ｉディバイスにおける
プレナ化コンタクト・プロセス」が挙げられる。この方
法を使用した場合、全表面を同時にクリャするので均一
なエッチング・プロセスを保持することが重要である。
表面のいくつかの領域が、他の領域よシ早くクリャされ
る場合、マイクロ・ロデイング作用によＤ最初にクリャ
された領域におけるコンタクト充填物がくぼむかまたは
なくなってし筐う。このような均一なエッチを反復可能
に保持することは、たとえエッチ・プロセスの制御が一
般にうまくいく単一のウェハ・エッチャでも困難である
。さらに、フォトレジス｝ｔたは有機残留物がコンタク
ト充填物の上に残ることがよくあシ、これは残の処理工
程に釦ける汚染源となって、ディバイスの信頼性の問題
につながってしまう場合がある。
最後に、金属被着の前に被着された儀性的ＳｌｇＮ４層
は、マイクロ・ローデイング作用を低減することで知ら
れている。たとえば、ＩＥＥＥ　Ｖ−ＭＩＣ会議（　１
９８９年７月１２〜１３日）の会報の第１２９頁の「優
れたタングステン・エッチ・バック方法」に示されてい
る。しかし、ここで述べられている方法Ｉｔ、Ｓｉ３Ｎ
４　被着および除去工程が加わることによりプロセスの
複雑性が増加するという欠点を有（一でいる。Ｓｉ３Ｎ
４の除去には、リン酸を使用ナる必蒙がある。リン酸は
、一般に粒子キ翁率が高く、ディバイスの信頼性の問題
となる汚染を生じる場合がある。また、リン酸の粘性ば
品いので、有効的な妃迦は田難でしかも高価である。さ
らに、エッチ・バックの後、ＳＩ３Ｎ４層の１にタング
ステン残留物がいくらか残っていることがよくある。こ
のタングステン残留物は、Ｓｊ３Ｎ４り除去工程におい
てＳｉ３Ｎ４　層の一部をマスクし、Ｓｉ３Ｎ４　の除
去の後に、基板の表面に残っているタングステンでカバ
ーされたＳｔ，Ｎ．アイランドを残すことになる。
マイクロ・ローデイング作用の問題を解決したエッチ・
バック・プロセス、すなわちコンタクト充填物を均一に
維持しながら、基板の表面からバルク金属を完全に除去
することができるプロセスが必要とされている。さらに
、別の工程を加えたシプロセスを複雑にすることなく、
シかも生産時間が十分に短いＩＣの大量生産が可能なエ
ッチング・プロセスが望まれている。
〔発明の概要〕
本発明は、最少のマイクロ・ローディング作用で、半導
体基板上の耐熱金属層を均−にエッチ・バックするプロ
セスについて述べている。
エッチングは３つの工程において行われる。第１の工程
は、高いプロセス圧力でしかも高いガス流量において六
フツ化イオウ（ＳＦ６）、酸素（ｏ２）、ヘリウム（Ｈ
８）のガス化学薬品を使用して所定時間エッチングし、
金属膜の厚さの約７０％を除去する。この工程において
使用されているガス化学薬品とプロセス・パラメータに
より、基板の表面を、従来のエッチング技術に比較して
非常に均一にエッチングすることができる。このような
エッチングの均一性の増大により、露出されたコンタク
ト開口のオーバエツチ時間が最少になシ、シたがって、
マイクロ・ローディング作用を減少することができる。
第２の工程は、ＳＦ６，塩素（Ｃｚ２）＋Ｈｅを含んで
いるガス化学薬品を用いて行なわれる。第２エッチ工程
は、高いガス圧力と高いガス流量を用いている。第２工
程のガス化学薬品とプロセス・パラメータにより、マイ
クロ・ローディング作用がかなり減少されることがわか
っている。第２工程のエンド・ポイントは、塩素の７　
７　２　ｎｍおよび７７５ｎｍエミッション・ラインの
測定および積算によシ検出される。本発明のエンド・ポ
イントの検出方法は、従来のエッチング・プロセスにお
いて使用される方法よりさらに感度がいい。なせならば
、これらラインの測定および積算によ９、エンド・ポイ
ント検出においてフッ素の通常の７０４エミッション・
ラインを使用した場合に得られる信号より２〜３倍強い
エンド・ポイント信号が得られるからである。感度の増
大によυ、エンド・ポイントの確認が更に正確になう、
オーバエッチングの可能性が減少する。
プロセスの第３工程は、短時間エッチである。
この工程は、接着下層を除去する他、金属層を完全に除
去するため短いオーバエツチを行なう。この第３工程は
、Ｃｌ２およびＨｅを含んでいるガス化学薬品を用いて
いる。このガス化学薬品は、タングステンより速くチタ
ンまたは窒化チタンをエッチするので、タングステン・
コンタクト充填物をわずかにエッチングするだけで、チ
タン嘩たは室化チタンから成る接着下層を除去すること
ができる。
本発明は３つの工程のプロセスを有し５、その第１工程
は、タングステンのような耐熱金属のバルクを非常に均
一にエッチングする。第２工程は、マイクロ・ローデイ
ング作用を最少にするガス化学薬品とプロセス・パラメ
ータを用いて、コンタクト開口の金属充填物をエッチン
グすることなく半導体基板の表面から金属層を除去する
。第３工程は、接着下層を選択的にエッチングする。こ
の時、タングステン・コ／タクト充填物はわずかにエッ
チングされるだけである。このように、本発明は、シリ
コン基板の全表面からタングステン金属を除去し、均一
に充填されたコンタクト開口を残す。
以下、添付の図面に基いて、本発明の実施例に関し説明
する。
（来施例〕 本発明は、タングステン（Ｗ）が均一に充填されたコン
タクト開口−１．ｆＣはビアを残して、半導体系板の表
面からタングステンのような舒ｊ熱金属を均一にエッチ
・バックする方法について述べている。以下の説明に釦
いて、特定の厚さなど様々な訂則の記載は本発明の理解
を助けるためのもので、本発明はこれら詳細な記載に限
定されないことは当業者には明白であろう。また、周知
のプロセスについ“では、本発明を不明瞭にしないよう
詳細な記載は省略する。
第１図は、（ドープされた、１たはドープされていない
）二酸化シリコン（Ｓｉ０２）一または窒化シリコン（
８１３　Ｎ４　：）のような絶縁材科の絶縁層１２，１
３とインターレベル金属層１４を有する基板を示してい
る。金属１’ｄｌ４ｉ，ｔ、前にエッチングされた層で
、たとえば、耐熱金属、耐熱金属ケイ化物またはアルミ
ニウムでできている。絶縁層１２．１３と金属層１４は
、周知である従来技術の被着技術を用いて形成される。
第１図に示すように、コンタクト開口１５，１６．１７
は、絶縁層１２．１３を貫通して形成されている。コン
タクト開口１５，１６．１７は、周知である従来のフオ
トリソグラフィックおよびエッチング技術を用いて形威
される。コンタクト開口は、１つの絶縁層を貫通して（
たとえば、コンタクト開口１６）、または２′）以上の
絶縁層を頁通して（たとえば、コンタクト開口１５）形
戒される。
コンタクト開口は、基板１０にコンタクトし（たとえば
、コンタクト開口１５，ｉ６）、またはインタレペル層
（たとえは、コンタクト開口１７は領域１８にコンタク
トしている）にコンタクトしている。基板１０の表面に
は、このようなコンタクト開口が数多く存在しているが
、第１〜３図には、基板１０の一部しか示していない。
コンタクト開口１５，１６．１７には、タングステンが
充填されて、下の領域２０．２１．１８にそれぞれ電気
コンタクトがとられる。コンタクトは、たとえば、領域
２０　．２１に示すように基板にｎまたはｐ領域、また
は層１４の領域１８のようなインタレベル金属層にとら
れる。コンタクト開口１５，１６．１７の幅および深さ
は、代表的には、約０５ミクロン〜１．５ミクロンであ
る。
開口を規定している一番上の絶縁層のほぼ表面までコン
タクト開口１５，１６．１７を充填することが望ましい
。すなわち、タングステン・コンタクト充填物１たはプ
ラグは、各コンタクト開口の領域において弟１図の絶縁
層１３の表面とほぼ同一面になければならない。このこ
とは、第１図のコンタクト開口１５，１６，１７に耘け
る点線１１に示されている。実際には、コンタクト充填
物は、一番上の絶縁層の表面と完全には同一平面でなく
てもよく（すなわち、コンタクト充填物はライ／１１ま
で充填されなくてもよい）、たとえば、ライン１１から
のくぼみが０．２ミクロン以下ならば許容される。しか
し、くぼみκぱらつきがない場合である。すなわち、基
板１０の全表面の上の全コンタクト充填物のくぼみは、
０．２ミクロン以下でなければならない。
第２図は、下層２２と耐熱金属層２３の被着後の第１図
のシリコン基板を示している。下層２２は、たとえば、
チタン（Ｔ１）、タングステン・チタン（ＴＩＷ）、’
！たは窒化チタン（ＴｉＮＪである。
なお、下層２２は接着層と呼ばれる場合がある。
下層２２の厚さは、本実施例では約１０００オングスト
ローム未満である。本発明では、タングステンから成る
耐熱金属層２３で実施されているが、他の耐熱金属金エ
ッチングしても、当業者が実施することが可能な動作パ
ラメータのわずかな調整で、同様の結果を生じることが
できる。タングステン層２３の厚さは、ほぼ５　，　０
００〜２０　，　０００オングストロームで、本実施例
では、代表的には約ｉ　ｏ　，　ｏｏｏオングストロー
ムである。
第２図の被着されたタングステン層２３ば、領域１４に
示されているように表面の外形にしたがっていて平坦で
はない。しかし、コンタクト開口１５，１６．１７が小
さく、しかもｕ｛〕口の底部の被着と同時にコ／タク１
・開口１５，１６．１７の側壁にも被着されるので、タ
ングステン被着は、基板１０の表面よシもコンタクト開
口１５，１６，１７０方がより早く進む。したがって、
コンタクト開口１５，１６．１７にトけるタング５ステ
ン層２３ＶＣできたテフレツション２９（ディンプル９
は、コンタクト開口１５．１６．１７自身の犬きさよシ
もはるかに小さい。すなわち、デブレッション２９は、
各コンタクト開口１５，１６１たは１Ｔと同じ深さ、ま
たは同じ幅ではないが、約０２ミクロン０幅である。
次Ｖこ、タングステン層２３はエッチ・バックされる。
通常、タングステン層２３の厚さは、最初、表面上のど
の点にトいても等しい。すなわち、タングステン層の上
面から絶縁体の上面の厚さは、前述したようなデプレツ
ション２９によるワスカな変化やわずかなプロセス変動
があるものの、基板１０の全領域において等しい。した
がって、エッチ・バック方法を使用してタングステンｔ
＊２Ｓを均一にエッチングする場合、基板１０の絶縁体
表面上のタングステンは、基板１０の全領域に釦いてほ
ぼ同時にクリャされ、タングステンがクリャされると、
コンタクト開口ｉ５，１６．１７は周りの一番上の絶縁
層と同一平面になる。
本発明は、第４図の工程５０，５１．５２に示すように
本実施例においては３つの工程のエッチング・プロセス
を用いている。以下の説明にかける流量、圧力、バワ・
レベルなどの特定な記載は本発明の思想から離れること
なく変えることができることは当業者κは明白であろう
。
本実施例では、エッチ・バックは、ラン・リサ−ｆ・コ
ーポレーション社のオートエッチ４９０ノような市販の
シングル・ウエハ・エツチャにおいて行なわれる。第４
図の第ｌ工程５０はＳＦ６　，０．，Ｈｅのガス化学薬
品を用いている。本実施例では、ｓＦｓの流量は、１６
０標準立方センチメートル／分（ＳＣＣＭ）で、０２の
流量は２　０　８ＣＣＭで、Ｈｅの流量は１５０ＳＣＣ
Ｍである。また、本実施例では、プロセス圧力は７００
ミリトルで、プロセスパワは４００　Ｗである。電極の
距離（エツチャのアノードとカソード間の距離）は、０
．７ｃｔｎである。
上記パラメータは、所定の範囲内Ｋ唄いて可変である。
表１には、最適な動作パラメータと許容可能な動作パラ
メータの範囲が示されている。最適パラメータは第１列
に示され、本発明にふ・ける大体の範囲は、第２列に示
されている。本実施例では、この第１エツチは、タング
ステン層２３の全厚さの７０％を除去するよう時間調整
されたエッチ工程である。たとえば、ｉｏ，ｏｏｏオン
グストロムのタングステン膜の場合、このエッチングは
７，０００オングストロームを除去し、それに約１分費
やす。
この第１エツチは、非常に均一なエッチングである。実
際、基板において±６肇（３シグマ）の均一性が得られ
ている。従来のエッチング技術では、中央のエッチ速度
は基板の縁部よジもかな９遅く、得られた均一性は約１
５％になってしまう。
本発明のエッチングの均一性向上により、露出されたコ
ンタクト開口のオーバエツチ時間が最少になるので、マ
イクロ・ローデイング作用が減少される。正確な化学的
訃よび物理的性質は、あ筐シ厳密には知られていないが
、エツチャのプレート（アノードおよびカソード）間の
小さな空間にプラズマおよび反応棟を閉じ込めることに
よって、高い圧力と高いガス流量が作用し得ると考えら
れている。この閉じ込めによって、プラズマはさらに安
定し、基板の表面において反応種のアベイラビリテイを
ー・定でしかも均一なレベルに保持する。
第２工程５１は、本実施例においてエッチング・チェン
バからウエハを除去することなく第１工程のすぐ後に行
なわれる。絽２工和５１は、ｓＦ，ｔ　，Ｃｌ２　，　
Ｈ　ｅ中で実施される。本実施例では、ＳＦｓの流量は
１３０ＳＣＣＭで、ｃｔ２の流量は７０ＳＣＣＭで、Ｈ
，の流量は２００ＳＣＣＭである。１た、本実施例では
、フロセス圧力は、７００ミリトルで、プロセス・パワ
は２５０　Ｗ　Ｔある。電極の距離は０．７センチメー
トルである。上記パラメータは、所定の範囲において変
えることができる。表２には、本実施例に釦けるプロセ
スの最適な動作バラメタと動作パラメータの範囲を示し
ている。最適なパラメータは第１列に示している。
マイクロ・ローデイング作用は、従来のエッチング・プ
ロセスに比較してこの第２エッチにトいて大幅に減少さ
れる。前述したように、マイクロ・ローデイ／グ作用は
、コンタクト開口１５，１６．１７におけるエッチング
速度を加速する。この作用は、基板１０の表面Ｋおげる
エッチング速度に比較してコンタクト開口１５，１６．
１７に釦ケるエッチング速度（たとえばミクロン／分）
を決定することにより測定できる。比率１．０龜、マイ
クロ・ローデイング作用が全くないととを示している。
従来のエッチ・バック技術において、この比率は、代表
的には約２．５以上であった。すなわち、コンタクト開
口におけるタングステンは、ｉ板１０の表面に残ってい
る夕／グステン工シも２．　５　ｆ＠以上のタングステ
ンがエッチングされる。本発明では、この場合は、約１
．２まで大幅に減少されている。ＳＦ”６，　Ｃｌ２　
，　Ｉ｛ｅ　　のガス化学薬品の使用と、高いガス流量
の使用とにより、マイクロ・ローデイング作用の大半が
減少される。ガスの相対的速度と、高いプロセス圧力の
使用とにより、マイクロ・ローデイング作用が減少する
ことがわかっている。
マイクロ・ローデイング作用の減少に影響している化学
および物理メカニズムについてはあｇわかっていないが
、Ｃｌｚを使用することによシ異方性にエッチングされ
ると考えられている。すなわち、基板の表面に垂直な方
向のエッチ速度は、基板の表面に平行な方向のエッチ速
度．１ｍ，！）もはるかに速い。これは、マイクロ・ロ
ーテイング作用を生じるデプレツション２９の影響を減
少する。
なぜならば、等方性エッチ（両方向とも同じエッチ速度
）においては、デプレツション２９の側面がバルク金属
の表面と同じ速度でエッチし、エッチが進行するにつれ
コンタクト充填物の領域におけるギャップが幅広くかつ
深くなるからである。
また、等方性エッチでは、コンタクト充填物中の金属を
完全に除去してしまうことがある。
さらに、流量が速いと、活性種の滞留時間は反応種の寿
命ようも短いと考えられている。このため、エッチ反応
速度３よ、反応柚の寿命によシ制限されないが、チェン
バにレける反応棟Ｑ対流によシ制限される。これら状況
において、マイクロ・ローデイング作用は大幅に減少さ
れる。エッチ速度は、次のように計算される。
Ｒ＝ＪＧ／（　１＋ＫＢｔＡ） ここで、Ｒはエッチ速度、Ｂ，Ｇ，Ｋ　は定数、ｔは活
性種の寿命、Ａはエッチされるべき臓出領域である。活
性柚の鍔命ｔをさらに短い“対流゛゜寿命に置き換える
ことによって、露出される執域に関する分母における項
の影響が１に比較して小さくなシ、シたがってエッチ速
度に対する露出髄域の影響を最少にすることができる。
第２エッチのエンド・ポイントは、塩素の７７２ｎＨ１
と７７５ｎｍエミッション・ラインの測定′Ｊ？よびａ
算によう検出される。単独エツチ／グ剤としてフッ素を
含んでいるガスが使用されている従来のプロセスでハ、
フッ素の７０４ｎｍエミッション・？インを測定するこ
とが一般的であった。いずれの場合にも、タングステン
ＪｆＩｉ２３のバルクが除去される時、チェンバ内の禾
反応塩素またはフッ素原子の数が増加する。未反応ｃｚ
ｌたはＦの数の増加は、ｃｔｉたはＦのエミッション・
ラインを測定することによシ検出することができる。エ
ミッション・ラインは、Ｘ　ｉｎｉｎ　１０１４エンド
ポイント・コントローラのような市販されている装置を
用いて測定することができる。前述した市販されたエン
ドポイント・デイテクタは１０ｎｍの帯域幅を肩してい
るので、塩素の７７２ｎｍ　および７７５ｎｍラインを
測定かよび積算することができ、したがってフッ素の単
一７　９４　ｎｍ工■ツション・ラインの従来Ｑ検出方
法金用いるよりも、エンド・ポイントが生じた時にかな
り強い信号を得ることができる。したがって、エンドポ
イントを一層速くしかも正確に検出することができる。
エンドポイントが速く検出されるので、問題となるよう
な予定されていないオーバエツチを生じることなくエッ
チングをストツブすることが一層簡単になる。これは、
エンドポイントが検出される前にコンタクト充填物のか
々りの部分をエッチングする従来のエッチ・プロセスよ
）も優れている。
通常、コンタクト間をショートする、氷板１０の表面の
ある佃域にわずかなバルク金属、１ｋは下層２２のよう
な接着層がなお存在する場合、エンドポイントを検出す
ることができる。多くの従来プロセスでは、検出された
エンドポイントを超えてエッチを進めることができる。
しかし、これは、金属ｆｆ＆２３がクリャされた基板１
０の領域に位置するコンタクト開口にかけるタングステ
ンが、通常高速でエッチし続けるという欠点を有してい
る。
本発明では、エツチャ・チェンバから基板１０を除去す
ることなく、第２エッチ（第４図の王柱５１）の直後に
、タングステンをすぐにはエッチングしない化学薬品を
用いている第３短時間エッチ（第４図の工程５２）が行
なわれる。第３エッチにおけるガス化学薬品はＣＡ，と
Ｈｅである。本実施例に釦いて、Ｃｌ２の流量は１３０
ＳＣＣＭで、ＨＱの流量は５０ＳＣＣＭである。渣た、
本実施例では、プロセス圧力は４００ミリトルで、プロ
セス・パワは２００　Ｗである。電極距離は０．５５ｃ
ｙ＋＋である。本実施例のプロセスに関する最適動作パ
ラメータと動作パラメータの範囲は以下の表３に小され
ている。最適パラメータは、第１列に示されている。
本実施例では、このエッチングは、３５，θ・間で実行
される。この工程における特定りガス化学桑品は、タン
グステン上のチタン１たは窒化チタンをエッチングする
際、非常に選択力がある。したがって、下層２２として
チタンまたは窒化チタン下層を使用した場合、このエッ
グングは、タングステン・コンタクト充填物をさらに大
きくエッチングすることなく下層２２を除去することが
できる。
第３図は、これら３つのエッチング工程後の半導体基板
１０を示している。コンタクト開口１５，１６．１７は
、タングステンで充填されている。
コンタクト開口には、わずかなデプレツションがある。
一般に、これらデブレツションの深さは、ウエハの全表
面に分いて０．２ミクロン未満である。
すなわち、コンタクト充填物は非常に均一とカ、ｚ〉，
７上記の３つの工程のエッチング・プロセスは、本発明
の本実施例を示している，２しかし、後述するように、
本発明の目的を達戒するには、上記の工程の全てを使用
しなくてもよい。ｆｃとえは、表２に示し２た範囲の流
量とともにＳＦ６，Ｃｌ２，Ｈｏガス化学薬品を使用す
る場合、マイクロ・ローデイング作用を大幅に減少でき
ることがわかっている。同様に、塩素含有エッチング剤
ガスを使用しているプロセスにおいて、エンドボインｌ
・を検出するため塩素の７７２ｎｍおよび７７５エミッ
ション・ラインの測定および積算を使用した場合、従来
の方法に比較してエッチングのエンド・ポイントをより
正確に決定して、オーバエッチングを減少することがで
きる。さらに、コンタクト充填物を形成するのにＴｉ，
’ｊ’ｉＷ−ｉたはＴｊＮの下１−とタングステン金属
層を使用しているプロセスにお・いて、表３に示したプ
ロセス・パラメータとともに、Ｃｌ２，Ｈｅ　のガス化
学薬品を使用している最終エッチング工程を使用するこ
とにより、金属１−のバルクを除去するためエッチング
において使用された同じ気体とパラメータを使用してオ
ーバエツチを行なう従来技術と比較して、タングステン
のコンタクト充填物のオーパエツチを減少する。
本発明において、ＳＦ６　，ｏ．　，Ｉ｛ｅの化学薬品
と第１工程５０に訃ける高い流量と圧力とによって、タ
ングステン層２３のバルクを均一にエッチングすること
ができる。均一なエッチングは、クリャすべき基板１０
の最初の領域とクリャすべき最後の領域との間の時間を
短くすることができる。このような時間の短縮により、
コンタクト充填物がエッチング剤に露出される時間が短
縮され、それによジ、最初にクリャされた領域のコンタ
クト開口にシけるくぼみを減少し、コンタクト開口を均
一に充填することができる。
ＳＦ．　，　ｃｔ２，　Ｈ．の化学薬品と第２工程５１
におけるプロセス・パラメータとによって、マイクロ・
ローデイング作用を従来のエッチング・プロセスに比較
して大幅に減少することができる。さらに、これは、最
初にクリャされた領域のコンタクト開口のデブレツショ
ンを減少し、コンタクト開口を均一に充填するよう働く
。その上、第２エッチングは、Ｃｌエミッション・ライ
ンを使用することにより、さらに高い感度でエンド・ポ
イントを検出できるので、適切な時間で停止することが
できる。これは、またコンタクト充填物のオバエッチン
グを阻止することになる。
第３エッチェ程５２は、下層２２の他、タングステン層
２３の残シの部分を除去する。この工程に釦いて使用さ
れるガス化学薬品は、タングステン上のＴｉ，ＴｉＷま
たはＴｉＮを選択的にエッチングする。したがって、下
層２２は、コンタクト充填物を形或しているタングステ
ンよ）もはるかに速くエッチングされ、さらにコンタク
ト充填物をエッチングせずに均一にすることができる。
以上のように、本発明は、タングステン層を均一にエッ
チングする優れたエッチ・バック技術を表 １ 表 ２ 表 ３
【図面の簡単な説明】
第１図は、絶縁層、金属層、ディバイス領域、およびコ
ンタクト開口を有する基板の断面図である。 第２図は、その上に形成された耐熱金属層および接着下
層を有する第１図の基板の断面図である。 第３図は、基板の表面から金属層と金属の下層をエッチ
・バックした後の第２図の構追の断面囚である。 第４図は、優れたエッチング・プロセスの本実施例にお
ける工程を示している。 １０◆・・・基板、１２．１３・・・・絶縁層、ｉｓ，
１６．１７・・・・コンタクト開口、２３・・・●タン
グステン層、２９・・・・テ７゛レツション。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）全圧力が約６００〜８００ミリトルの範囲のＳＦ
    ＿６，Ｏ＿２，Ｈｅから成る第１混合物の流れにおいて
    第１エッチを実施する工程と、 全圧力が約６００〜８００ミリトルの範囲のＳＦ＿６，
    Ｃｌ＿２，Ｈｅから成る第２混合物の流れにおいて第２
    エッチを実施する工程と、 Ｃｌ＿２，Ｈｅから成る第３混合物の流れにおいて第３
    エッチを実施する工程と、 から成ることを特徴とする耐熱金属のエッチング・プロ
    セス。
  2. （２）基板上の絶縁層に形成されかつ基板におけるその
    下の領域を露出している開口を充填する方法において、 上記絶縁層と上記下の領域をほほカバーするよう上記絶
    縁層と上記下の領域上に耐熱金属を被着する工程と、 上記絶縁層をカバーしている上記耐熱金属をエッチング
    する工程とから成り、上記エツチング工程は、 全圧力が約６００〜８００ミリトルの範囲のＳＦ＿６，
    Ｏ＿２，Ｈｅから成る第１混合物の流れにおいて第１エ
    ッチを実施する工程と、 全圧力が約６００〜８００ミリトルの範囲のＳＦ＿６，
    Ｃｌ＿２，Ｈｅから成る第２混合物の流れにおいて第２
    エッチを実施する工程と、 Ｃｌ＿２，Ｈｅから成る第３混合物の流れにおいて第３
    エッチを実施する工程と、 から成ることを特徴とする開口を充填する方法。
  3. （３）塩素を含んでいるガスを用いている、耐熱金属の
    エッチング・プロセスにおいて、塩素の７７２ｎｍおよ
    び７７５ｎｍエミッション・ラインの測定および積算に
    より、上記エッチのエンド・ポイントを検出することを
    特徴とする改善されたエッチング・プロセス。
  4. （４）耐熱金属のエッチング・プロセスにおいて、ガス
    混合物はＳＦ＿６，Ｃｌ＿２，Ｈｅから成り、上記ガス
    混合物の圧力は約６００〜８００ミリトルの範囲である
    ことを特徴とする改善されたエッチング・プロセス。
  5. （５）耐熱金属のエッチング・プロセスにおいて、ガス
    混合物はＳＦ＿６，Ｃｌ＿２，Ｈｅから成り、上記ガス
    混合物の圧力は約６００〜８００ミリトルの範囲で、上
    記エッチのエンド・ポイントの検出は、塩素の７７２ｎ
    ｍおよび７７５ｎｍエミッション・ラインの測定および
    積算によることを特徴とする改善されたエッチング・プ
    ロセス。
  6. （６）タングステン金属、およびチタン、タングステン
    ・チタンまたは窒化チタンの接着下層のエッチング・プ
    ロセスにおいて、ガス混合物はＣｌ＿２，Ｈｅから成り
    、Ｃｌ＿２の流量は、１００〜２００標準立方センチメ
    ートル／分（ＳＣＣＭ）の範囲で、Ｈｅの流量は約３０
    〜８０ＳＣＣＭの範囲で、ガス圧力は３００〜６００ミ
    リトルの範囲において最終エッチ工程が実施されること
    を特徴とするエッチング・プロセス。
JP2269717A 1989-11-14 1990-10-09 耐熱金属のエツチング・プロセス Pending JPH03161930A (ja)

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