JPH0336300B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の背景］ 本発明は、超小形電子素子および回路の製造に
際してアルミニウム層およびアルミニウム合金層
にパターン形成を施すための方法並びにそのため
に役立つ混合ガスに関するものである。更に詳し
く言えば、本発明は反応性イオンエツチングによ
つてアルミニウムおよびアルミニウム合金にパタ
ーン形成を施すための乾式エツチング法並びにそ
のために役立つ混合ガスに関する。 アルミニウムおよびアルミニウム合金は、大規
模集積回路中に見出される「メタライズ層」の材
料として広汎かつ頻繁に使用されている。かかる
メタライズ層は、たとえば、シリコン中に形成さ
れた素子に対してオーム接触を作つたり、素子を
チツプ縁端のボンデイングパツドに接続したりす
るために、集積回路上に設けられる相互接続層と
して使用されている。アルミニウムが使用される
理由は、それがシリコンおよび二酸化シリコンの
いずれにも良く付着すること、沸点が低いため容
易に真空蒸着し得ること、かつまた高い導電率を
有することにある。集積回路の相互接続層を形成
するためにはまた、純粋なアルミニウムばかりで
なく、性能に係わる様々な理由によつてアルミニ
ウム合金も使用される。たとえば、素子に印加さ
れた電流がアルミニウムの輸送を引起こすという
エレクトロマイグレーシヨン作用の可能性を低減
させるために少量の銅が添加される。また、コン
タクトホール内に生じることのある電気的スパイ
クの可能性を抑制するため、アルミニウムのメタ
ライズ層に少量のシリコンが添加されることもあ
る。場合によつては、同じ理由でチタンが添加さ
れることもある。半導体ウエーハまたは基板上に
アルミニウムのメタライズ層を真空蒸着する際に
は、たとえばフラツシユ蒸着法、フイラメント蒸
着法、電子ビーム蒸着法、誘導蒸着法およびスパ
ツタリング法を使用することができる。 パターン形成の施されたメタライズ層を得るた
めには、通常、一連の工程が実施される。たとえ
ば、アルミニウムまたはアルミニウム合金層を設
置し、アルミニウムまたはアルミニウム合金層を
ホトレジストフイルムで被覆し、マスクまたは格
子を通つた光にホトレジストフイルムの特定部分
を露出することなどによつてホトレジストフイル
ム中に所要パターンの像を形成し、使用するホト
レジストの種類に応じてホトレジストフイルムの
露光または非露光部分を除去し、次いで残留する
ホトレジストフイルムによつて被覆されていない
領域内のアルミニウムまたはアルミニウム合金層
を除去するという諸工程が実施されるのである。 基板全体をエツチング液中に浸漬する工程を含
む湿式エツチング法は多年にわたつて広く使用さ
れてきたが、4μmレベルの加工にとつては今なお
この方法が一般に満足すべきものである。しか
し、構造が益々微細になり（すなわち1μm以下と
なり）かつチツプ当りの素子数が一層多くなる傾
向に伴い、乾式エツング法が湿式エツチング法に
取つて変わりつつある。プラズマエツチング法に
よつて代表される乾式エツチング法は、たとえば
アンダーカツトに原因する線の収縮を低減させる
ことによつて解像度の向上をもたらす。乾式エツ
チング法のその他の利点としては、レジストの密
着性に関する要求条件があまり厳しくないこと並
びにエツチング副生物の処理が比較的容易である
ことが挙げられる。 アルミニウムおよびアルミニウム合金の乾式エ
ツチングは多くの場合において四塩化炭素
（CCl₄）を主要ガス成分とする平面プラズマ・平
行板エツチング装置によつて実施されてきたし、
また現在でもそうである。かかるエツチング装置
を作動する際の現行のガス圧は通例0.1〜1torrで
ある。平面プラズマエツチングの機構に関与する
のは主として化学的因子であつて、イオン衝撃因
子の影響は遥かに少ないから、かなりの程度の横
方向エツチングが起こる。このため、急勾配の側
壁からの材料除去は大きな問題とならないが、相
当の線幅縮小が認められるのが普通である。平面
プラズマエツチング法に関して見られるその他の
問題点としては、たとえば、アルミニウムのエツ
チング速度が小さいこと、ホトレジストおよび
SiO₂に対する選択性が低いこと、かつまた残留
物の形成が見られることが挙げられる。なお、選
択性とは所望されるアルミニウムのエツチング速
度と所望されないその他の材料（たとえばホトレ
ジストやSiO₂）のエツチング速度との比率で表
わされる。 残留物の形成を低減させるため反応室を加熱す
ることを含む処理パラメータを極めて綿密に制御
することにより、２〜3μmの線幅レベルで平面プ
ラズマエツチング法を実施することも成功を収め
たが、その場合の限界寸法のずれ（critical
dimension shift）は0.4μmにも達した。それ故、
1μmの線幅レベルでアルミニウムを加工しなけれ
ばならない超高密度集積回路（VLSI）の出現に
伴い、平面プラズマエツチング装置において通例
見られるような限界寸法の大きなずれは許容でき
ないものとなつている。 平面プラズマエツチング装置にはこのような制
約があるため、乾式エツチング法の中心点は反応
性イオンエツチング（RIE）法へと移つてきた。
反応性イオンエツチング技術の使用を促進した主
な理由は、エツチングの異方性を向上させる可能
性が認められたことにある。所望線幅の完全な維
持および素子密度の向上の達成のためには、垂直
方向のエツチングを受けた層を得ることが不可欠
である。また、反応性イオンエツチング法による
エツチングの制御性および選択性の増大は、集積
回路や素子の品質向上に寄与することにもなる。
高周波電力の供給された陰極上にウエーハを配置
しながら0.01〜0.1torrの圧力下で実施される反応
性イオンエツチングは、活性反応種による化学的
エツチングと、ウエーハ表面に垂直な方向のイオ
ン衝撃とが組み合わさつて高度の方向性をもつて
材料の除去を行う。 しかしながら、CCl₄を用いたアルミニウムお
よびアルミニウム合金の反応性イオンエツチング
に際しては、レジストの熱安定性、重合体生成に
よる残留物、不完全な粒界エツチングおよび不完
全なシリコンエツチングのような問題点が見られ
た。過冷却した基板の使用およびヘリウムやアル
ゴンのごとき不活性ガスの使用によるCCl₄の希
釈をはじめとする多くの工程改良が試みられた
が、いずれの方法も全ての問題点を解決するには
至らなかつた。 幾人かの研究者によれば、三塩化ホウ素
（BCl₃）を主成分とする混合ガスを用いたアルミ
ニウムの反応性イオンエツチングが良い成績を収
めたことが報告された。BCl₃を塩素源として使
用する場合、ハロゲン化炭素を使用した場合に時
折付随するような重合体様被膜の生成が認められ
ない。三塩化ホウ素はまた、酸化アルミニウムに
対する有効な還元剤であると同時に痕跡量の水蒸
気の掃去剤でもある。一定の限度内であれば、こ
れらの性質は四塩化炭素を使用した場合よりも再
現性の高いエツチングをもたらすことができる。
たとえば、主として、固有の自然に生じた酸化ア
ルミニウムを除去するために費やされる誘導時間
（すなわち、アルミニウムのエツチングが開始す
るまでの時間）が存在するが、BCl₃を用いると
この誘導時間が極めて短かくなるのが通例なので
ある。BCl₃プラズマによるアルミニウムのエツ
チング速度は比較的小さい（400〜500Å／分）
が、添加剤なしでBCl₃が使用されることは稀で
ある。 BCl₂プラズマに塩素を添加すると大きいエツ
チング速度が得られ、しかも適正なガス比率を使
用すれば高品質のアルミニウムエツチングを達成
することができる。この種のプラズマ中における
エツチング用反応種の大部分は添加された塩素か
ら生成される。しかしながら、バツチ式エツチン
グ装置の場合、このような混合ガスは最良のもの
とは言えないことがある。混合ガス中の塩素が多
過ぎれば等方性のエツチングおよび寸法制御性の
低下が生じる一方、塩素が少な過ぎれば反応種の
欠乏およびエツチング速度の低下（すなわち、大
きな負荷効果）が生じる。一定寸法のウエーハ装
入物に対してはガス比率を適当に調整することも
可能であろうが、エツチングを施すべき装入物の
寸法が変化すればエツチング特性も変化すること
がある。BCl₃に塩素を添加した場合にはまた、
固有の酸化アルミニウムに対するエツチング速度
が遅くなり、そのため長い誘導時間が必要とな
る。 BCl₃プラズマに少量（通例５％以下）の酸素
を添加した場合には、アルミニウムエツチング速
度が６倍にも上昇し得る。酸素はアルミニウムに
優先してBCl₃と反応し、それによつて反応性の
塩素イオンを生成する。しかしながら、このよう
なプラズマを使用した場合には、過度のレジスト
除去および横方向エツチングのために限界寸法の
制御性が低下する。また、より多量（たとえば10
％以上）の酸素を使用した場合には、酸化ホウ素
と考えられる粒状物の生成が起こる。 塩素イオンを導入するためのもう１つの手段
は、BCl₃に四塩化炭素を添加することである。
このような組合せは大きなアルミニウムエツチン
グ速度およびホトレジストに対する比較的高い選
択性を与えるが、基板酸化膜上に残留物が形成さ
れる点でしばしば問題となる。 それ故、超小形電子回路および素子用のメタラ
イズ層を形成するために使用されるアルミニウム
およびアルミニウム合金に急速なエツチングを施
すことができると同時にホトレジストおよび二酸
化シリコンに対する高い選択性並びに1μmの線幅
レベルでの寸法制御性を有し、しかも負荷効果
（エツチングを施すべき全表面積に対するエツチ
ング速度の依存性）が小さくかつ誘導時間が一貫
して短いような反応性イオンエツチング法が要望
されているのである。 ［発明の概要］ 本発明は、超小形電子回路の製造に際して使用
されるアルミニウムおよびアルミニウム合金に反
応性イオンエツチングを施すための乾式エツチン
グ法並びにそのために役立つ三塩化ホウ素
（BCl₃）、四塩化炭素（CCl₄）および酸素（O₂）
の三元混合ガスを提供するものである。最も典型
的な場合、アルミニウムまたはアルミニウム合金
が薄膜として設置され、そしてかかる薄膜中に所
定のパターン（すなわちメタライズ層）を形成す
るためにエツチングが行われる。上記の混合ガス
を使用した場合、アルミニウムおよびアルミニウ
ム合金の反応性イオンエツチングは従来の方法に
比べて顕著に改善される。たとえば、短かい誘導
時間、大きいエツチング速度、ホトレジストおよ
び二酸化シリコンに対する高い選択性、最小の負
荷効果並びに良好な寸法制御性が一貫して容易に
達成されるのである。 一般に、かかる混合ガスは２〜６（容量）％の
O₂、15〜25（容量）％のCCl₄および残部のBCl₃か
ら成り、好ましくは約75（容量）％のBCl₃、20
（容量）％のCCl₄および５（容量）％のO₂から成
る。 本発明の方法はマスクを設けたアルミニウムま
たはアルミニウム合金の薄膜中に所定パターンを
形成するための反応性イオンエツチング法であつ
て、簡単に述べれば、BCl₃／CCl₄／O₂混合ガス
からイオンを含む反応種を生成させ、次いでかか
るイオンを含む反応種を用いて上記薄膜に方向性
エツチングを施して薄膜の一部を選択的に除去す
ることにより、残留したアルミニウムまたはアル
ミニウム合金の薄膜から成る所定のパターンを形
成することを特徴とする。マイクロエレクトロニ
クス用途の場合、上記薄膜の厚さは数オングスト
ローム（Å）から数ミクロン（μm）にわたり、
しかも一様でないことが多い。実際問題として、
本発明の方法は薄膜の厚さによつて制限されるの
ではなく、反応性イオンエツチングに対するホト
レジストマスキング材料や二酸化シリコンの抵抗
力などが制限因子となるのである。 反応性イオンエツチングによる加工が異方性を
有するため、特に金属薄膜の厚さが一様でない場
合、側壁からアルミニウムまたはアルミニウム合
金を完全に除去するためにオーバエツチングを施
すことがしばしば必要となる。一般的に言えば、
オーバエツチングに際してBCl₃／CCl₄／O₂混合
ガスを使用すると極めて満足すべき結果が得られ
る。しかしながら、BCl₃／CCl₄／O₂混合ガスを
用いた長時間（エツチング時間の40％以上）のオ
ーバエツチングは過度のレジスト侵食のために線
幅の縮小をもたらす傾向がある。 そこで、本発明に従えば、マスクを設けたアル
ミニウムまたはアルミニウム合金の薄膜中に所定
のパターンを形成するために２種の混合ガスを用
いて実施される二段反応性イオンエツチング法も
また提供される。かかる方法は、BCl₃／CCl₄／
O₂混合ガスからイオンを含む反応種を生成させ、
次いでかかるイオンを含む反応種を用いてマスク
を設けたアルミニウムまたはアルミニウム合金の
薄膜に方向性エツチングを施して薄膜の一部を所
定の終点に達するまで選択的に除去することによ
り、残留したアルミニウムまたはアルミニウム合
金の薄膜から成る所定のパターンを形成した後、
BCl₃／O₂混合ガスからイオンを含む反応種を生
成させ、次いでかかるイオンを含む反応種を用い
たオーバエツチングを上記のパターンに施して余
分のアルミニウムまたはアルミニウム合金材料を
除去することを特徴とする。 混合ガスの切換えは、分光分析による終点にお
いてCCl₄ガスの流れを遮断することにより行う
のが簡便である。その結果として、２〜６（容量）
％のO₂および残部のBCl₃［好ましくは６（容量）
％のO₂および94（容量）％のBCl₃］から成る混合
ガスが、好ましくは32標準立方センチメートル／
分（sccm）の流量で、20〜50％のオーバエツチ
ング時間にわたり使用されることになる。
BCl₃／CCl₄／O₂混合ガスはホトレジストに対し
て良好な選択性を示す異方性エツチングを行うの
に対し、BCl₃／O₂混合ガスは高度の横方向エツ
チングを行い、従つてオーバエツチングに際して
は急勾配の側壁から材料が完全に除去される。こ
のような横方向エツチングおよび多量のホトレジ
ストの除去がエツチング全体にわたつて起こるな
らば、限界寸法の大幅なずれが避けられない。し
かし、BCl₃／O₂混合ガスをもつぱらオーバエツ
チング用としてのみ使用すれば、著しい線幅縮小
やアンダーカツトは生じないのである。 ［好適な実施態様の説明］ 前記「発明の概要」において述べた通り、本発
明は超小形電子素子および回路用のメタライズ層
を形成するためのアルミニウムおよびアルミニウ
ム合金の反応性イオンエツチング法並びにそのた
めに役立つ混合ガスに関する。 半導体製造業界において公知のごとく、プラズ
マエツチング法とは基板の食刻が運動量の変換で
はなく主としてプラズマ中の反応種に依存した化
学反応によつて行われるような方法の総称であ
る。ただし、プラズマエツチング法においては運
動量の交換が全く起こらないというわけではな
い。なぜなら、プラズマの場それ自体に基づく幾
分かの運動量交換が本質的に起こるからである。 他方には、イオンとターゲツト原子との間にお
ける運動量移動によつて基板の食刻が起こるよう
な種類の方法が存在する。かかる方法はイオンミ
リング法、スパツタエツチング法、スパツタリン
グ法およびイオンビームミリング法のような様々
な名称で呼ばれるが、総称的にはスパツタリング
法として知られている。スパツタリング法は２つ
の方式に分類することができる。すなわち、衝撃
用のイオンが不活性ガスから生成されるような物
理的イオンエツチング法（物理的スパツタリング
法）と衝撃用のイオンが反応性ガスから生成され
るような化学的イオンエツチング法（化学的スパ
ツタリング法）とに区別されるのである。 本発明の反応性イオンエツチング法は、化学的
スパツタリング法と物理的スパツタリング法とを
併合したものである。生成されるイオンの反応性
は極めて強い場合、特に化学的スパツタリングが
生じる四フツ化炭素を例に取つて述べれば、イオ
ンビームエツチング法の場合とほとんど同様に、
低圧力での電界中において反応性のフツ素イオン
（負電荷）およびトリフルオロメタンイオン（正
電荷）が生成される。これらのイオンは基板に向
かつて加速され、そこにおいて２つの過程を通じ
て原子を排除する。２つの過程とは、物理的排除
および（イオンエツチング法と反応性イオンエツ
チング法との相違点はここにあるのだが）反応副
生物を生成する化学反応である。このようなエツ
チング法は平行板反応器内において実施されるの
が通例であり、しかも本質的に異方性である。つ
まり、イオンの飛行路に平行な方向に沿つて最大
量の材料除去が起こるのである。 本発明の方法および混合ガスの新規な特徴を一
層詳しく説明するため、これに制限されるもので
はないが例として以下に実施例を示す。これらの
実施例においては、公称１（重量）％のシリコン
を合金化したアルミニウム、すなわち時にはアル
シル（Alusil）とも呼ばれるAl（Si）に関連して
説明が行われるが、本発明は超小形電子素子およ
び回路の製造に際しメタライズ用材料として従来
使用されてきたアルミニウムおよびアルミニウム
合金（特にアルミニウム−シリコン合金）のいず
れにも等しく適用し得るのである。 以下の実施例において使用された反応性イオン
エツチング装置は、アネルバ（Anelva）503形装
置であつた。503形装置は、１回の加工作業
（run）毎に直径３インチのウエーハ８個または
それより少数のより大形のウエーハを処理し得る
能力を持つた手動装入式の装置である。これはロ
ードロツク装置（load lock）を持たないが、各
加工作業間においてバツクグラウンド圧力を
10^-6Torrの範囲にまで低下させることのできる
クライオポンプ付きの高真空装置を備えている。
ガスは周囲から反応室内に導入されるが、その流
量はタイラン（Tylan）質量流量調整器によつて
維持される。エツチングガスおよび揮発性生成物
を排出するためには、機械ポンプを備えたルーツ
（Roots）送風機が使用される。内圧はMKS容量
圧力計によつて監視されるのであつて、その出力
を電動弁のサーボ制御信号として使用することに
より一定のガス流量範囲にわたつて所定の圧力が
維持される。 約60の容積を有するステンレス鋼製の反応室
内に配置された可変間隔の平面電極には周波数
13.56MHzの電力が供給される。エツチングを施
すべきウエーハは、ウエーハを収容するための穴
を含む融解石英円板によつて被覆された直径42cm
の水冷陰極上に配置される。対向する接地電極に
は、たたき出された材料の後方散乱を低減させる
ため多数の穿孔が設けられている。なお、平均電
力密度は0.25W／cm²程度であつた。 ロードロツク装置のない手動装入式のエツチン
グ装置を使用しかつエツチング生成物（たとえば
AlCl₃）が吸湿性を有するような場合、周囲空気
の湿度は加工の再現性（特に誘導時間の再現性）
にとつて重要な役割を演じることがある。誘導時
間が長いと、生産性が低下することは言うまでも
なく、ホトレジストの侵食が増加し、また時には
エツチングが不均一となる。湿度の影響を低減さ
せるため、反応室の内壁を常に40℃に加熱するこ
とによつてエツチング時の堆積を抑制し、かつま
た装入および取出し時における水蒸気の吸着を防
止した。陰極もまた40℃に加熱したが、エツチン
グ工程中だけは約20℃に冷却した。急速な応答を
得るため、それは２台の独立に制御されるサーキ
ユレータを用いて行つた。また、揮発性物質や事
後腐食を引起す可能性のある物質を除去するた
め、各エツチングサイクルの前後には（N₂中に
10％H₂を添加したものから成る）短時間生成ガ
スプラズマを流した。下記表中に示すような工程
を用いてエツチングを行つたところ、室内の相対
湿度が10〜65％の範囲にわたつて変化しても一定
の結果が得られた。

【表】 主な工程診断手段としては、電極間の直流バイ
アス電圧の測定および発光分光分析が挙げられ
る。後者は、200〜700nmの範囲内にピーク感度
を持つた光電子増倍管および走査形モノクロメー
タを用いながら反応室の石英窓を通してプラズマ
を監視することによつて行つた。 エツチングを受けるAl（Si）薄膜は、MRC603
形装置において直流平面マグネトロンを用いたス
パツタリングにより沈着させた。このAl（Si）薄
膜上にパターンを規定するために使用したホトレ
ジストは、米国シプレー社（Shipley Co.）製の
ポジ形ホトレジストAZ1470であつた。ポジ形ホ
トレジストとは、現像液中での溶解度が紫外線な
どの光の照射によつて増大するようなホトレジス
トを指す。このホトレジストには、補助的な事後
ベーキングやその他の「硬化」処理を施さなかつ
た。 実施例 １ Al（Si）薄膜にパターン形成を施すためのエツ
チング剤としてBCl₃を使用した。30sccmのBCl₃
流量、70mtorrの圧力および300W（0.25W／cm²）
の電力の下では、Al（Si）のエツチング速度は非
常に遅くて実用的と言えなかつた（400Å／分）。 実施例 ２ 503形装置にバツチ装入を行い、かつエツチン
グ剤としてBCl₃とO₂との混合物を使用した。
30sccmのBCl₃流量、2sccmのO₂流量、70mtorr
の圧力および300Wの電力の下では、Al（Si）の
エツチング速度は2800Å／分であつた。かかるエ
ツチングにおいては、残留物やアンダーカツトは
認められなかつたが、ホトレジストに対する選択
性が低いため最高0.3μmの線幅縮小が生じた。発
光分光分析装置の使用により、O₂の添加により
プラズマ中の塩素イオンを増加させることが確認
された。 実施例 ３ アルミニウムのエツチング用としてほとんどの
平面プラズマエツチング装置において使用されて
いるエツチング剤である四塩化炭素（CCl₄）を
代りの塩素源としてBCl₃に添加した。70mtorrの
圧力および300Wの電力下におけるAl（Si）の反
応性イオンエツチングのために30sccmのBCl₃と
６〜30sccmのCCl₄との混合ガスを使用した。
CCl₄の流量が６〜30sccmの範囲内で変化しても、
かかる混合ガスの全てがAl（Si）を約2000Å／分
の速度でエツチングしたが、重合体様の残留物の
沈着が認められた。 実施例 ４ Al（Si）の反応性イオンエツチング用として
BCl₃、CCl₄およびO₂の混合ガスを導入した。
30sccmのBCl₃流量、8sccmのCCl₄流量、2sccm
のO₂流量および70mtorrの圧力の下で電力を
200Wから350まで変化させた。第１図に示される
ごとく、エツチング用の最適電力は約300W
（0.25W／cm²）であつた。この電力の下では、Al
（Si）のエツチング速度は3500Å／分であり、ま
たシプレーAZ1470ホトレジストおよびSiO₂に対
する選択性はそれぞれ2.6：１および28.0：１で
あつた。 第１図のデータは、１回の加工作業で１個のウ
エーハを処理しながら得たものである。反応室内
にその最大容量の８個のウエーハを装入しかつ処
理条件は変化させずに加工作業を行つた場合、
Al（Si）のエツチング速度は約15％だけ低下し
た。最大容量での加工作業時におけるウエーハ間
の均一性は約±５％であつた。 実施例 ５ 30〜100mtorrの範囲内で圧力を変化させなが
ら実施例４の場合と同様な一連の実験を行つたと
ころ、第２図に示すような結果が得られた。選ば
れた最適圧力は70mtorrであつた。それより低い
圧力では、恐らく過度のイオン衝撃による過熱の
ためにホトレジストの波状化（crinkling）が認
められた。それよりも著しく高い圧力では、反応
室内に重合体様の残留物が沈着した。 実施例４および５によつて見出された最適条件
でエツチングを施したウエーハの走査形電子顕微
鏡写真（倍率7500X）を第３図に示す。異方性の
エツチングが達成されかつ残留物は存在しないこ
とが認められよう。エツチングにより形成された
パターンは１〜1.5μmの線幅範囲のもので、限界
寸法のずれ（線幅縮小）は0.1〜0.2μm未満であつ
た。第３図には、SiO₂基板１２を横切りかつ酸
化物被覆ポリシリコンの線１４を乗越えて伸びる
メタライズ層のパターン１０が示されている。 実施例４および５の場合のごとくBCl₃／
CCl₄／O₂プラズマ中においてアルミニウム被覆
ウエーハのエツチングを行つた際、Al（396およ
び308nm）およびエツチング生成物AlCl
（261nm）の発光強度の増大が観察された。それ
と同時に、第４図に示されるごとく、反応性塩素
イオン（256および305nm）の発光強度の減少も
認められた。理論的に言えばこれらの変化のいず
れもがエツチング終点の検出のために使用できる
けれど、396nmのAl線によつて与えられる信号
が最も望ましいように思われる。第５図は、直径
３インチのパターン形成済みの２個のウエーハに
対し１度に１個ずつエツチングを施しながら
396nmのAl発光線を監視した場合の記録計出力
を示すグラフである。このようなロードロツク装
置を持たないエツチング装置の場合、45秒の誘導
時間は典型的な値である。その後、Al発光強度
が急激に増大し、次いで基板からの材料除去の完
了時に減少するから、それを目標にして所定のオ
ーバエツチングを開始することができる。なお、
この場合に２重ピークが観察される理由は、２回
のスパツタリングによつて各400ÅのAl（Si）薄
膜を沈着し、その際にそれらの間に固有の酸化物
層が生成したことにある。 BCl₃／CCl₄／O₂混合ガスを用いれば、各成分
の性質を利用することによつて横方向エツチング
の程度を制御することが可能である。CCl₄は線
幅縮小を防止するために添加されるのであつて、
それにより高度の異方性を持つたエツチングが達
成される。しかしながら、極めて急勾配のSiO₂
側壁上のアルミニウムを除去することが要求され
る場合やアルミニウムの大きな集塊が存在する場
合には、それを基板から完全に除去するため極め
て長時間のオーバエツチングを行わなければなら
ないが、そうすると過度の線幅縮小が生じること
がある。そこで、長時間のオーバエツチングの代
替手段として、エツチング工程時にBCl₃／
CCl₃／O₂混合ガスを使用しかつオーバエツチン
グ工程時にBCl₃／O₂混合ガスを使用する２工程
２ガス混合物エツチング法が開発されたのであ
る。それを実施するには、高周波電力を停止する
ことなく、分光分析による終点において単に
CCl₄の流れを遮断しさえすればよい。BCl₃／O₂
プラズマによるエツチングは異方性が少ない結
果、側壁からの材料除去は向上し、Al（Si）集塊
のエツチングは促進され、Al（Si）からの完全な
シリコン除去が達成され、しかもある種の塩化炭
素類がスパツタリングにより除去されるために事
後腐食の可能性が低減する。その上、オーバエツ
チング工程中に顕著な線幅縮小は起こらない。こ
のオーバエツチングの時間はエツチング時間の約
20〜約50％の範囲内にあるが、通例は40％であ
る。 実施例 ６ 大きな結晶粒組織を有しかつ酸化物被覆ポリシ
リコンの急勾配の階段部を横切つて広がる8000Å
のAlのAl（Si）薄膜で被覆されたウエーハに対
し、好適な比率のBCl₃／CCl₄／O₂混合ガスを好
適な40sccmのガス流量で用いて反応性イオンエ
ツチングを施した。第６図はエツチング工程およ
び40％オーバエツチング工程の両方に対し
BCl₃／CCl₄／O₂混合ガスを用いて処理されたウ
エーハの走査形電子顕微鏡写真（倍率9750X）で
あつて、急勾配の側壁からAl（Si）が完全には除
去されておらずかつAl（Si）の集塊も残留してい
る状態を示している。 実施例 ７ 実施例６において使用したものを同じ加工履歴
を有するウエーハに対し、同様なエツチングを施
した。ただしこの場合には、分光分析による終点
が検出された際にCCl₄の流れを遮断し、それに
よつて40％オーバエツチング工程に対し94（容量）
％のBCl₃および６（容量）％のO₂から成る混合ガ
スを32sccmのガス流量で使用した。第７図は本
実施例の処理の完了後に得られたウエーハの走査
形電子顕微鏡写真（倍率9750X）であつて、急勾
配の側壁からの完全な材料除去および集塊の消失
を示している。 なお、上記の実施例は本発明の原理を単に例示
するものに過ぎないことを理解すべきである。本
発明の原理に従えば、本発明の精神および範囲か
ら逸脱することなく、数多くの変形実施例が可能
となることは当業者にとつて自明であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス流量40sccmおよび圧力70mtorr
の一定条件下で得られる75％BCl₃／20％CCl₄／
５％O₂混合ガス中においてのAl（Si）、ホトレジ
ストおよび二酸化シリコンのエツチング速度に対
する電力の効果を示すグラフ、第２図はガス流量
40sccmおよび電力300Wの一定条件下で得られる
75％BCl₃／20％CCl₄／５％O₂混合ガス中におい
てのAl（Si）、ホトレジストおよび二酸化シリコ
ンのエツチング速度に対する圧力の効果を示すグ
ラフ、第３図は75％BCl₃／20％CCl₄／５％O₂プ
ラズマを用いて本発明方法によるエツチングを施
した酸化物被覆ポリシリコン階段部上のAl（Si）
パターンの走査形電子顕微鏡写真（倍率7500X）
を描写した略図、第４図はガス流量40sccm、圧
力70mtorrおよび電力300W（0.25W／cm²）の条件
下でAl（Si）のエツチングを行う際における75％
BCl₃／20ccl₃／５％O₂混合ガスの発光スペクトル
を示すグラフ、第５図はガス流量40sccm、圧力
70mtorrおよび電力300Wの条件下で75％BCl₃／
20％CCl₄／５％O₂混合ガスを用いて本発明方法
を繰返し実施することにより直径３インチの
SiO₂ウエーハ上にAl（Si）パターンを形成する際
における396nm（Al）発光線の強度−時間特性を
示すグラフ、第６図はエツチング工程および40％
オーバエツチング工程の両方に75％BCl₃／20％
CCl₄／５％O₂混合ガスを用いたことによつて集
塊が完全には除去されていない状態を示す酸化物
被覆ポリシリコン階段部上のAl（Si）パターンの
走査形電子顕微鏡写真（倍率9750X）を描写した
略図、そして第７図は本発明方法に従つてエツチ
ング工程に75％BCl₃／20％Cl₄／５％混合ガスに
用いかつ40％オーバエツチング工程に94％
BCl₃／６％O₂混合ガスを用いたことによつて集
塊が残留していない状態を示す酸化物被覆ポリシ
リコン階段部上のAl（Si）パターンの走査形電子
顕微鏡写真（倍率9750X）を描写した略図であ
る。 図中、１０はAl（Si）パターン、１２はSiO₂基
板、そして１４は酸化物被覆ポリシリコンの線を
表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 三塩化ホウ素、四塩化炭素および酸素から成
   る混合ガスからイオンを含む第１の反応種を生成
   させ、次いでマスクを設けたアルミニウムまたは
   アルミニウム合金の薄膜にイオンを含む前記第１
   の反応種を用いた方向性エツチングを所定のエツ
   チング時間にわたり施して前記薄膜の被覆されて
   いない部分を選択的に除去することにより、残留
   する被覆されたアルミニウムまたはアルミニウム
   合金の薄膜から成る所定のパターンを形成し、そ
   の後、三塩化ホウ素および酸素から成る混合ガス
   からイオンを含む第２の反応種を生成させ、次い
   で前記エツチング時間の20〜50％に相当するオー
   バエツチング時間にわたり前記パターンをイオン
   を含む前記第２の反応種に暴露するように、マス
   クを設けたアルミニウムまたはアルミニウム合金
   の薄膜中に所定のパターンを形成するための反応
   性イオンエツチング法。 ２ 前記三塩化ホウ素、四塩化炭素および酸素か
   ら成る混合ガスが２〜６（容量）％のO₂、15〜25
   （容量）％のCCl₄および残部のBCl₃から成る特許
   請求の範囲第１項記載の反応性イオンエツチング
   法。 ３ 前記混合ガスが75（容量）％のBCl₃、20（容
   量）％のCCl₄および５（容量）％のO₂から成る特
   許請求の範囲第２項記載の反応性イオンエツチン
   グ法。 ４ 前記三塩化ホウ素および酸素から成る混合ガ
   スが２〜６（容量）％のO₂および残部のBCl₃から
   成る特許請求の範囲第１項記載の反応性イオンエ
   ツチング法。 ５ 前記混合ガスが94（容量）％のBCl₃および６
   （容量）％のO₂から成る特許請求の範囲第４項記
   載の反応性イオンエツチング法。 ６ (a)パターン形成を施すべきアルミニウムまた
   はアルミニウム合金の薄膜を基板上に形成し、(b)
   前記薄膜上にレジスト層を設置し、(c)前記レジス
   ト層にパターン形成を施すことにより、前記レジ
   スト層中に図形を形成してその下方の前記薄膜の
   １つ以上の区域を露出させ、(d)パターン形成済み
   の前記レジスト層をマスクとして使用しながら、
   反応室内において三塩化ホウ素、四塩化炭素およ
   び酸素から成る第１の混合ガスから生成されたイ
   オンを含む反応種を用いた方向性エツチングを所
   定のエツチング時間にわたり前記薄膜の露出区域
   に施して前記薄膜の前記露出区域を選択的に除去
   することにより、前記薄膜の残留した非露出区域
   から成る所定のパターンを形成し、(e)前記工程(d)
   による前記所定のパターンの形成の終点を検出
   し、次いで(f)三塩化ホウ素および酸素から成る第
   ２の混合ガスからイオンを含む反応種を生成さ
   せ、そして前記エツチング時間の20〜50％に相当
   するオーバエツチング時間にわたり前記パターン
   を暴露する諸工程を含む、アルミニウムまたはア
   ルミニウム合金の薄膜中に所定のパターンを形成
   するための反応性イオンエツチング法。 ７ パターン形成を施すべき前記薄膜を表面上に
   有する前記基板が前記反応室内の陰極上に配置さ
   れる場合において、前記方向性エツチング工程が
   (i)２〜６（容量）％のO₂、15〜25（容量）％の
   CCl₄および残部のBCl₃から成る前記第１の混合
   ガスを約30〜50sccmの流量で前記反応室内に導
   入し、(ii)前記反応室内に約60〜80mtorrの圧力を
   設定し、次いで(iii)高周波発振器を用いて前記陰極
   を駆動することにより、前記薄膜および前記レジ
   スト層の設置された前記基板の表面に約0.25W／
   cm²の電力密度を設定することから成り、しかも前
   記工程(f)が前記CCl₄の流れを遮断して、BCl₃お
   よびO₂から成る前記第２の混合ガスを約22〜
   42sccmの流量で導入することによつて達成され
   る特許請求の範囲第６項記載の反応性イオンエツ
   チング法。 ８ 前記第１の混合ガスの流量が約40sccmであ
   りかつ前記第２の混合ガスの流量が約32sccmで
   ある特許請求の範囲第７項記載の反応性イオンエ
   ツチング法。 ９ 前記第１の混合ガスが75（容量）％のBCl₃、
   20（容量）％のCCl₄および５（容量）％のO₂から
   成る特許請求の範囲第７項記載の反応性イオンエ
   ツチング法。 １０ 前記第２の混合ガスが94（容量）％のBCl₃
   および６（容量）％のO₂から成る特許請求の範囲
   第７項記載の反応性イオンエツチング法。 １１ 前記圧力が約70mtorrである特許請求の範
   囲第７項記載の反応性イオンエツチング法。 １２ 前記高周波発振器が約13.56MHzの周波数
   で動作する特許請求の範囲第７項記載の反応性イ
   オンエツチング法。