JPH03239323A - 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］ この発明は、ＬＳＩ等の配線形成に用いられるドライエ
ツチング方法に関し、特にＴｉＮ（窒化チタン）をドラ
イエッヂする技術の改良に関するものである。

［発明の概要］ この発明は、ＴｉＮ層をＣＦ４又はＳＦ６にＮ２を添加
した非酸化性の混合ガスを用いてドライエッチすること
によりエッチ速度の向上を図ったものである。

［従来の技術］ 従来、ＴｉＮ層をドライエッチするにあたり、エツチン
グガスとしてＣＦ４を用いることは知られている。

また、ＴｉＮ層にＡｕ又はＡ１合金層を被着して成る積
層をドライエッチするにあたり、Ａｆｌ又はＡ１合金層
についてはエツチングガスしとて０℃系のガス（例えば
ＣＪＺ２及びＢＣＪ２３を主体とした混合ガス）を用い
、ＴｉＮ層についてはエツチングガスとしてフッ素系の
ガス（例えばＣＦ、、ＳＦ、又はＮＦ３に０２を添加し
た混合ガス）を用いることも知られている（例えば特開
昭６３−２４１９３３号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のようにＣＦ４のガスを用いてＴｉＮ層をドライエ
ッチする技術によると、ＴｉＮ層中のＴｉはフッ化物と
してエッチ除去されるが、エッチ速度が低いという問題
点がある。ＴｉＮ層についてはエツチングガスとして例
えば０℃系のガスを用いることもでき（前記公報参照）
、この場合にはＴ１が塩化物としてエッチ除去される。

Ｔｉのフッ化物は、Ｔｉの塩化物に比べて融点及び沸点
のいずれも低く、従って蒸気圧も低いため、ＴｉＮのエ
ツチングにおいてＣＦ４のガスを用いた場合のエッチ速
度は、Ｃｕ系のガスを用いた場合のエッチ速度に比べて
半分以下となる。

ところで、上記のようにＴｉＮ層表面（又はＡ１合金）
の積層を（、Ｑ系ガス及びフッ素系ガスで順次にドライ
エッチする技術によると、Ａｌ２（又はＡｆｌ、合金）
層をＣ角系のガスでドライエッチする際にＡＩｌはＡ　
、Ｑ　Ｃ１ｓの形でエッチ除去されるが、エツチング後
にＡｌ２　ｃｐ３が被エツチ面に残留する。そして、残
留したＡｌＩＣ，Ｑ３は、次の（１）式のように水分と
反応してＨＣｕを生成し、コロ−ジョン（Ａｎ欠損）を
引き起こす。

２ＡｕＣｆ！、３　＋３Ｈ２０−Ａｌ２２　ｏ３＋６Ｈ
Ｃｎ・・・（１） そこで、上記従来技術では、このようなコロ−ジョン発
生を抑制するため、ＴｉＮ層のエツチングにはＣ１２系
のガスの代りにフッ素系のガスを用いたものである。す
なわち、残留するＡｕＣ，ｅ３中のＣｆｌをＦて置換し
てＡ　ｊ２　ＣＪ２３をＡ　ｆ！、Ｆ　３に変えながら
ＴｉＮ層のエツチングを行なうことによりＡ　ＩｌＣｊ
２３の残留量を低減するようにしたものである。

ＴｉＮ層をエッチするには、例えばＣＦ　４ガスを単独
で用いることもできるが、ＣＦ４は上記したようにエッ
チ速度が低いので、Ｆラジカルの密度を高めてエッチ速
度を向上させるべく０２を添加している。

しかし、０２を添加した場合には、○ラジカルとＡｆｌ
ＣｊＺ３　とが次の（２）式のようじ反応してＡＩＬ２
０ｓが生成され、パーティクル（汚染粒子）が増える不
都合がある。

２　Ａ　Ｉｔ　ＣＩｌｓ　＋３０　”→ＡＪＺ２０３　
＋３Ｃｆ１２１・・・（２） また、Ｎ　Ｆ　３は、ＣＦ４やＳＦａより毒性が強いた
め、専用の排ガス処理装置が必要となり、設備費の増大
を招く不都合もある。

この発明の第１の目的は、ＣＦ　４ガスでＴｉＮをエッ
チする際のエッチ速度を向上させることにある。この発
明の第２の目的は、Ｃ文系ガスによるＡｌ２又はＡｌ２
合金層のエツチングに続＜ＴｉＮ層のエツチングにおい
てパーティクルを増加させることなくコロ−ジョン発生
を低減することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明による第１のドライエツチング方法は、ＴｉＮ
層をＣＦ４又はＳＦａにＮ２を添加した非酸化性の混合
ガスを用いてドライエッチすることを特徴とするもので
ある。

また、この発明による第２のドライエツチング方法は、 （ａ）　Ｔ　ｉ　Ｎ層にＡｌ２又はＡ、Ｑ合金層を被着
して成る積層において該Ａ、Ｑ又はＡｎ合金層をＣＩｔ
系のガスを用いて選択的にドライエッチすることにより
該ＴｉＮ層の一部を露呈させる工程と、（ｂ）前記Ｔｉ
Ｎ層の露呈部分をＣＦ　４又はＳＦａにＮ２を添加した
非酸化性の混合ガスを用いてドライエッチする工程と を含むものである。

［作用］ この発明による第１のドライエ・シチング方法によると
、ＴｉＮ層中のＴｉは、Ｔｉのフッ化物としてエッチ除
去される。このとき、ＴｉＮ層中のＮは、添加ガスＮ２
の解離によって生成されたＮラジカルと結合し、Ｎ２の
形でＴｉＮ層表面から離脱する。従って、ＣＦ　４ガス
単独の場合に比べてエッチ速度が向上する。

また、この発明による第２のドライエ・ンチング方法に
よると、Ａｌ２又はＡｌ２合金層をＣｕ２系のガスでド
ライエッチした後ＴｉＮ層を上記第１のドライエツチン
グ方法と同様の方法でドライエッチするので、ＴｉＮ層
のエッチ速度が向上する他、Ｎ２の添加によりＦラジカ
ルの発生効率又は密度が高くなり、例えばＣＦ４につい
ては次の（３）式のような反応が促進される。

Ａ　、Ｑ　Ｃｊ２３　＋　３　Ｆ″→ＡＩｔＦ３　＋３
／２Ｃ，Ｑ２　Ｔ・・・（３） すなわち、コロ−ジョンの原因となるＡｎＣｆＬ、は、
速やかにＡｌｌ；Ｆ３に変換され、Ａ角Ｃ℃３として残
留するものは極めて微量となる。

ここで、ＡｕＦ３は、水分と反応しにくいもので、Ａｆ
！、ＣＪ２ｓのようにコロ−ジョンを引き起こすことは
ない。

また、エツチング等の過程でカーボンが混入することが
あり、カーボン汚染によりコロ−ジョンが促進されるこ
とがわかっている（例えばＪ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ
、　Ｖｏｌ、　５２．　Ｎｏ、４．１９８１年４月。

第２９９４〜２９９９頁参照）。この発明では、次の（
４）式のような反応によりカーボン汚染をＣＮ（又はＣ
３）の形で除去することができる。

Ｃ＋Ｎ”　　→　ＣＮ　　↑　　　　　　　　・・・（
４）ざらに、ＴｉＮエツチングに用いる混合ガスは、非
酸化性である（０２を含まない）ので、Ａｌ１２０３が
生成されることがなく、パーティクルは増加しない。

［実施例］ 第１図乃至第４図は、この発明を配線形成工程に適用し
た一実施例を示すもので、各々の図に対応した工程（１
）〜（４）を順次に説明する。

（１）シリコン等の半導体基板１０の表面に５ｉ０２等
の絶縁膜１２を形成した後、この絶縁膜１２の上にいわ
ゆるバリヤメタルとしてＴｉＮ層１唯１４成する。そし
て、ＴｉＮ層１唯１４にＡｆｌ又はＡｎ合金層１６をス
パッタ法等により被着する。ここで、Ａ、Ｑ合金層を構
成する合金材料としては、Ａ、Ｑ−Ｓｉ、Ａｕ−３ｉ−
Ｃｕ　　Ａｌ２−Ｃｕ。

Ａｌ１−３ｔ−Ｔｉ等のうち任意のものを用いることが
できる。Ａｆ！、又はＡｎ合金層１６の形成後、レジス
トを塗布し、露光、現像することにより所望の配線パタ
ーンに対応したレジスト層１８を形成する。

（２）次に、レジスト層１８をマスクとするドライエツ
チング処理によりＡｎ又はＡＩＬ合金層１６を選択的に
エッチする。このときのエツチングガスとしては、Ｃｆ
ｔ系のガスを用い、ＡｆｉをＡＩＣ＃ｔ３の形でエッチ
除去する。この後、レジスト層１８と残存するＡｎ又は
Ａ１１合金層１６Ａをマスクとするドライエツチング処
理によりＴｔＮ層１４を選択的にエッチ除去する。この
ときのエツチングガスとしては、ＣＦ４にＮ２を流量割
合にして例えば２５％添加した非酸化性のガスを用いる
。上記した２回のエツチングの結果、残存するＴｉＮ層
１４Ａ及び残存するＡｎ又はＡｌ２合金層１６Ａからな
る配線層Ｗが得られる。

ＴｉＮ層１唯１４ツチング処理では、ＴｉＮ中のＴｉが
Ｔｉのフッ化物としてエッチ除去される一方、ＴｉＮ中
のＮ　ＩＪ＜　Ｎラジカルと結合してＮ２の形でＴｉＮ
層１唯１４面から離脱するので、ＣＦ４ガス単独の場合
よりエッチ速度が増大する。次の表は、ＴｉＮのエツチ
ング条件及びエッチ速度を、ＣＦ４ガス単独の場合（試
料１）とＣＦ４＋Ｎ２ガスを用いる場合（試料２及び３
）とについて対比して示したものである。

試料ナンバ　　　ガス流量　　　エッチ速度−ユ胚コニ
−工］Ｚ至１ ＣＦ　４　／　Ｎ　２ １　　　　　　８０７０　　　　１Ｂ、２２　　　　　
　７０／　１０　　　　２２．２３　　　　　　　Ｈ／
２０　　　　２３．４また、第７図は、ＴｉＮのエッチ
速度のＮ２流量割合依存性を示すものである。なお、上
記表及び第７図のいずれの場合においても、総ガス流量
（ＣＦ４＋Ｈ２）は８０ｓｅｃｍ、ガス圧力は１５ｍＴ
ｏｒｒ、　　Ｄ　Ｃバイアス電圧は一３５０■であった
。

前掲の表及び第７図によれば、ＣＦ４ガス単独の場合よ
りもＣＦ４にＮ２を添加した場合の方がエッチ速度が大
きいことが明らかである。

ＴｉＮ層１唯１４ツチング処理では、Ａｎ又はＡｌ２合
金層１６のエツチングの際に被エツチ面に残留したＡｆ
ｆＣｆｆ３が前掲の（３）式の反応によりＡｊ２Ｆ３に
変換されるのでＡｆｆ（１！３の残留量が効率的に低減
される。また、カーボン汚染が前掲（４）式の反応によ
りＣＮの形で除去される。このようにしてコロ−ジョン
の原因となるＡ　Ｉ２　ＣＩ２ｓが減らされると共にコ
ロ−ジョンを促進するカーボンが除去され、しかもＡｌ
２Ｆ、は水分と反応しにくいので、コロ−ジョン発生を
大幅に低減することができる。

（３）上記のようにして配線層Ｗを形成した後は、基板
上の被エツチ面にプラズマ処理を施す。

この処理は、コロ−ジョン防止を一層完全に近づけるた
めに行なわれるもので、被エツチ面をＣＨＦ　３ガスの
プラズマにさらすことにより被エッヂ面にＣＦ系のポリ
マーを形成するものである。形成されたポリマーは、わ
ずかに残留するＡｆｌ（１２３を覆い、空気中の水分か
ら隔離することによりコロ−ジョンの発生を防ぐ。なお
、ＣＨＦ、プラズマ処理に代えて、ホットプレートによ
る加熱処理、ランプ加熱処理、水洗処理等を用いること
もできる。

（４）上記のようなコロ−ジョン防止処理の後は、０２
プラズマによるアッシング処理によりレジスト層１８を
除去する。レジスト層１８の除去ば、アくン系溶剤を用
いるなど他の方法で行なってもよい。

第５図は、この発明の他の実施例を示すものである。こ
の実施例が前述の実施例と異なる点は、Ａｆｌ又はＡｆ
１合金層の上に反射防止層としてＴｔＮ層１４ａを形成
したことである。この場合、第１図で述べたようにして
レジスト層１８をＴｉＮ層１４ａ上に形成した後、ＣＦ
、にＮ２を添加した非酸化性の混合ガスを用い且つレジ
スト層１８をマスクとしてＴｉＮ層１４ａを選択的にド
ライエッチする。この後の工程は、第２図乃至第４図に
ついて前述したと同様である。

第６図は、この発明の更に他の実施例を示すものである
。この実施例が第５図の実施例と異なる点は、Ａｊ２又
はＡ、、１２合金層の下にバリヤメタルとしてのＴｉＮ
層１４Ａを設けなかったことである。

１ ２ この場合、第５図で述べたようにしてＴｉＮ層１４ａを
エッチした後第２図で述べたようにしてＡｆｆ又はＡｆ
ｆ合金層をエッチしてその一部１．６　Ａを残存させる
。この後、被エツチ面にプラズマ処理を施すが、この処
理を第１及び第２のステップに分けて行なう。

第１のステップでは、ＣＦ４にＮ２を添加した非酸化性
の混合ガスのプラズマに被エツチ面をさらすことにより
前掲（３）及び（４）式の反応を利用してコロ−ジョン
防止を図る。次に、第２のステップでは、第３図で述べ
たようにしてＣＨＦ３プラズマ処理を行なうことにより
コロ−ジョン防止を図る。

上記実施例では、ＴｉＮのエツチングガスとしてＣＦ４
にＮ２を添加したものを用いたが、これに代えてＳＦ６
にＮ２を添加したものを用いてもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、ＴｉＮのエツチング
ガスとしてＣＦ４又はＳＦ６にＮ２を添加した非酸化性
の混合ガスを用いてエッチ速度を高めたので、エツチン
グに要する時間を短縮できる効果が得られるものである
。

また、Ｃｊ２系ガスを用いてＡｆｌ、又はＡｊ２合金層
をエッチした後ＴｉＮ層をＣＦ　４又はＳＦａにＮ２を
添加した非酸化性の混合ガスを用いてエッチするように
したので、パーティクルの増加を伴うことなく　Ａ　Ｉ
ｔ　ＣＩｔ　ｓの残留量を減らし且つカーボン汚染を除
去することができ、コロ−ジョン発生の大幅な低減が可
能となる効果も得られる。その上、Ｎ　Ｆ　３のような
毒性の強いガスを用いないので、従来の排ガス設備がそ
のまま使え、特別の排ガス処理装置を追加しなくてよい
利点もある。

さらに、この発明をＬＳＩ等の配線形成に用いると、高
信頼な配線を歩留りよく形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、この発明を配線形成工程３ ４ に適用した一実施例を示す基板断面図、第５図及び第６
図は、互いに異なる他の実施例をそれぞれ示す基板断面
図、 第７図は、ＴｉＮエッチ速度のＮ２流量割合依存性を示
すグラフである。 １０・・・半導体基板、１２・・・絶縁膜、１４．１４
Ａ　。 １４ａ　・−Ｔ　ｉ　Ｎ層、１８．１６Ａ−Ａ　ｆＬ又
はＡｎ合金層、１８・・・レジスト層、Ｗ・・・配線層
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．ＴｉＮ層をＣＦ＿４又はＳＦ＿６にＮ＿２を添加し
   た非酸化性の混合ガスを用いてドライエッチすることを
   特徴とするドライエッチング方法。
2. ２．（ａ）ＴｉＮ層にＡｌ又はＡｌ合金層を被着して成
   る積層において該Ａｌ又はＡｌ合金層をＣｌ系のガスを
   用いて選択的にドライエッチすることにより該ＴｉＮ層
   の一部を露呈させる工程と、（ｂ）前記ＴｉＮ層の露呈
   部分をＣＦ＿４又はＳＦ＿６にＮ＿２を添加した非酸化
   性の混合ガスを用いてドライエッチする工程と を含むドライエッチング方法。