JPH04134828A - 半導体装置の製造方法 - 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〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に配線の形成
方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、アルミ配線技
術においては各種マイグレーションの発生が確認され、
マイグレーション抑制効果として微量のシリコンと銅の
添加が提案され、すでに量産工程に導入されている。し
かし、アルミニウムに微量のシリコンと銅を添加した合
金（以下人１−８ｉ−Ｃｕ合金と記す）は、微細加工す
る上で数多くの問題をかかえている。その１つに、Ａｌ
−８ｉ−Ｃｕ合金を微細なパターンに加工する場合、フ
ォトレジスト膜の微細パターンをマスクとしたりアクテ
ィブ・イオンエツチング（ＲｏＩ−Ｅ）を行うが、その
際、マスクとして用いるフォトレジスト膜がエツチング
され、マスク材として働かなくなってしまう、いわゆる
サイドエツチング現象がある。

アルミニウムに総重量比α１〜５％の少量のシリコンと
、銅をそれぞれ添加したＡＪ−８ｉ−ｅｕ合金膜を、半
導体集積回路の配線材料に用いた従来の配線加工技術を
、第２図に示す断面図を用いて説明する。

まず、第２図（暑）に示すように１所定の拡散層、絶縁
膜等が形成された半導体基板１０表面にＡＪ−５ｉ−Ｃ
ｕ合金膜２Ａをスパッタ蒸着法によシ厚さ約ｔＯμ餌積
層し、その上にフォトリングラフィ工程により微細なレ
ジストパターン４をＮさ約ｚ。

μｇｍｌｌｃ形成する０次で、レジストパターンの耐ド
ライエツチング性向上を目的として紫外光（ＵＶ光）を
照射する。

次に、第２図（ｂ）Ｋ示すように、微細なレジストパタ
ーン４をマスクとして、ＡＡ！−８ｉ−Ｃｕ合金膜２ム
をＲ０ＩＪ法によシエッチングする。一般に配線材料で
あるＡｌ−８ｉ−Ｃｕ合金膜など、アルミ系合金膜のド
ライエツチングで用いられるエツチングガスは、塩素系
ガス（三塩化ホウ素：　ＢＣｌ３や塩素：Ｃ１２など）
と、アルミ系合金膜のサイドエツチング及び腐食の防止
を目的としたフロン系ガスとの混合ガスである。

アルミ系合金膜を塩素系ガスのみでドライエツチングす
る場合、エツチング中にプラズマ内には塩素系の陽イオ
ンの他に１ラジカルと呼ばれる中性種が存在している。

陽イオンはプラズマから加速され、皺エツチング物を異
方的にエツチングするが、ラジカルはプラズマ中から加
速されることなく被エツチング物へ到達するため、エツ
チングが等末的となシ、マスクとして用いられている微
細なフォトレジスト膜のパターンを忠実に被エツチング
物に転写できないため、フォトレジスト膜のパターンの
寸法よシ、被エツチング物のパターン寸法が小さくなっ
てしまうことが生じる。これがいわゆるサイドエツチン
グと言われる現象である。

また、アルミ系合金膜を塩素系ガスのみでドライエツチ
ングする場合の別の問題として、アルミ系合金膜をドラ
イエツチング終了後すぐに被エツチング物を大気にさら
してしまう場合、アフターコロ−ジョンと呼ばれるアル
ミ系合金膜の腐食がある。これは、ドライエツチング時
アルミ系合金膜のパターン側壁には、デポジション膜や
反応生成物が付着するために、強固なアルミ酸化膜は形
成されないゆえ、ドライエツチング中に被エツチング物
の表面に付着した塩素や塩化アルミなどは、大気中の水
分と反応し塩化水素を形成する。この塩化水素は、アル
ミ系合金膜のパターン側壁のデポジション膜の弱い部分
を侵食し、急速な電気化学反応によシ腐食が進行するも
のである。

次に、ｋｌ−８ｉ−Ｃｕ合金膜のドライエツチングの従
来例を具体的に示す。

用いたカスは塩素１０〜３０ｓｅｃｍ、三塩化ホウ素１
００〜１５０　ｓｅｃｍ　、四フッ化炭素１０〜２０３
ｃｃｍの混合ガスである。１１５６ＭＨｚの高周波電源
からの出力は１５００〜２０００Ｗ、エツチング中の真
空度は１〜３ＸＩＱ　　Ｔｏｒｒとし、２０分間のエツ
チングを行った。

エツチング終了後に顕微鏡にて半導体基板１の断面を観
察したところ、第２図（ＣＩ　Ｋ示すように配線材料を
除去した部分５ＡＫは、エツチング残シは見られず、エ
ツチングは完全に終了していること社確認されたが、マ
スクとして用いられた微細表レジストパターン４がかな
シエッチングされ、残シ膜厚が約α２ｆｉｍとなシ、形
状もくずれていた。

また、レジストパターン４は、エツチング前と比べて幅
がかなシ細くなってお夛、加工されたＡｌ−８ｉ−Ｃｕ
合金膜２ＡＯ幅は、エツチング前のレジストハタ−７４
０寸法と比べて約α３μ餌狭くなっている（サイドエツ
チングが両側でα３μ餌）ことが分かった。

このサイドエツチング量は、レジストパターンがドライ
エツチングされてしまったことがその原因であるが、こ
れを抑えて、サイドエツチング量をほぼゼロにするには
、高周波電源からの出力を１０００Ｗ程度まで下げるか
、又は四フッ化炭素の流量を５９ｓｅｃｍ程度まで増や
す方法があるが、いずれもＡｌ−８ｉ−Ｃｕ合金膜２人
のエツチングレートが非常に低く、エツチング時間が長
く（約６０分）なってしまい、実用的ではなかった。

また、ドライエツチング終了後、半導体基板１を大気に
さらしておい友場合、前述したエツチングパラメーター
のいずれを用いた場合も、ドライエツチング終了後６時
間以内にアフターコロ−ジョンの発生が認められた。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ａｌ−８ｉ−Ｃｏ合金膜を、微細なレジストパタ−ンを
マスクとしてドライエツチングする場合、この微細なレ
ジストパターンがエツチングされてしまうため、マスク
材として働かなくな夛、微細なレジストのパターンを忠
実に人ノーＳ　ｉ　−Ｃｕ　合金ＩＫに転写できないた
め、レジストパターンの寸法よシ、人７−８１−Ｃｕ合
金膜のパターン寸法が小さくなるという欠点を有してい
る。また、上記エツチングでは、Ａｌ−８ｉ−Ｃｕ合金
膜のドライエツチング終了後に、半導体基板を大気にさ
らしてしまうと、ＡＡ！−８ｉ−Ｃｕ合金膜のパターン
の側壁にアルミ酸化膜が形成されないゆえ、アフターコ
ロージ曹ンと呼ばれるｋｌ−８ｉ−Ｃｕ合金膜の腐食が
進行するという欠点がある。このため半導体装置の信頼
性及び歩留シが低下するという問題点があった。

（ａ［Ｌを解決するための手段〕 本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、シ
リコンと銅を含むアルミニウム合金膜を形成したのちバ
ターニングして配線を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、前記アルミニウム合金膜のエツチング用マスク
として酸化膜を用いるものである。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を説明するための工程順
に示した半導体チップの断面図である。

まず第１図（ａ）に示すように、所定の拡散層や絶縁膜
等が形成された半導体基板１０表面に、アルミニウムに
総重量比１％のシリコンと、総重量比α５％の銅をそれ
ぞれ添加した合金膜（以下単にＡｌ−８ｉ−Ｃｕ合金膜
と記す）２をスパッタ蒸着法によシ約１．０μ餌の厚さ
に積層する０次でＣＶＤ法によシ、人１−８ｉ−Ｃｕ合
金膜２の上に酸化膜３を３００　ＯＡ積層する。次でこ
の敗北Ｍ３上にフォトリソグラフィー工程によシ厚さ約
ＬＯμ常の微細なレジストパターン４を形成する。

次に、第１図（ｂ）　Ｋ示すようＫｉｌ細なレジストパ
ターン４をマスクとして、散化！［３をＲ，１，Ｅ法に
よシ微細かパターンに加工する。用い九左スは四フッ化
炭素３　Ｑ　ｓｃｃｍ、エツチング時の臭９．度は２０
〜４（Ｃａ　Ｔｏｒｒの範囲内で行い、１１５６ＭＨｚ
の高周波電源の出力は１ｋＷとした。

次に第１図（Ｃ）に示すように、半導体基板１を酸素プ
ラズＶ雰囲気にさらし、マスクとして用いた微細なレジ
ストパターン４を除去した。用いた装置はバレル型のプ
ラズマアッシング装置で、酸素流量２００ｓｅｃｍ　、
真空度０．６　Ｔｏｒｒで常温で約９０分間行っ九。以
上の操作で、ＡＡ！−８ｉ−Ｃｕ合金膜２上には、微細
な酸化膜パターン３Ａが形成された。

次に、この微細な酸化膜パターン３Ａｔ−マスクとして
、Ａｌ−８ｉ−Ｃｕ合金膜２のドライエツチングを行っ
た。用いたガスは、塩素１０〜３Ｑｓｃｃｍと、三塩化
ホウ素１００〜１５０　ｓｅｃｍ　、及び四７ツ化炭素
ｌＯ〜２Ｑｓｃｃｍの混合ガスである。１１５６ＭＨｚ
の高周波電源からの出力は１５００〜２０００Ｗ、エツ
チング中の真空度は１〜３ＸＩＱ　　Ｔｏｒｒとし、２
０分間のエツチングを行った。エツチング終了後、顕微
鏡にて半導体基板１の断面を観察したところ、配線材料
を除去した部分５には、エツチング残ルは見られず、エ
ツチングが完全に終了していることが確認された。また
、マスクとして用いた微細な酸化膜パターン３Ａは約１
５０ＯＡ残っておシ、サイドエツチング量もほぼゼロで
あシ、良好なＡｌ−８ｉ−Ｃｕ合金膜２のパターンが形
成されていることが確認された。また、ドライエツチン
グ終了後、半導体基板１を大気にさらしておいた場合、
約２４時間経過しても、アフターコロ−ジョンの発生は
認められなかった。

サイドエツチング量がほぼゼロとなシ、又、アフターコ
ロ−ジョンの発生を抑えることができた要因は、ＩＪＩ
−８４−Ｃｕ合金膜２のドライエツチング中に、マスク
として用いた酸化膜パターン３Ａが少量ずつエツチング
される際に、酸素プラズマが発生しドライエツチング中
ＫＡ／−８ｉ−Ｃｕ合金パターンの側壁に形成されるデ
ポジション膜や反応生成物を除去しつつ、ｋｌ−８ｉ−
Ｃｕ合金膜のパターンの側壁に強固なアルミ［化膜を形
成し、側壁を保護したためである。また、Ａｌ−８ｉ−
Ｃｕ合金［ＩＩ２のパターンの形成後に酸化膜等の絶縁
膜をつけるため、マスクとして用いた微細な酸化膜パタ
ーン３の除去の必要はない。

以上の工程で、半導体基板１上に良好なｌ’Ｊ−８ｉ−
Ｃｕ合金膜２の微細パターンが形成された。

第２の実施例は、前記の第１の実施例で示した工程のう
ち、マスクとして用いたレジストパターン４０除去工程
を省略する方法である。つま夛、微細な酸化膜パターン
３形成後、マスクとして用イ＊微細なフォトレジストパ
ターン４を除去せずに、Ａｌ−８ｉ−Ｃｕ合金膜２のド
ライエツチングを行うものである。

第１図（ｂ）に示したように、微細なレジストパターン
４をマスクとして、第１の実施例と同条件にて、酸化膜
３をＲ，１，Ｅ法によシ微細なパターンに加工した後、
半導体基板１の断面を顕微鏡により観察したところ、微
細なレジストパターン４は厚さが約α８μ観となってい
ることが分かった。この後、この微細な酸化膜パターン
３人及び微細なレジストパターン４双方をマスクとして
、ＡＪ−８ｉ−Ｃｕ合金膜２のドライエツチングを第１
の実施例と同条件にて行った。

エツチング終了後、顕微鏡にて半導体基板１の断面を観
察したところ、第１図（Ｃ）　Ｋ示したように、配線材
料を除去した部分５にはエツチング残夛は見られず、エ
ツチングが完全に終了していることが確認された。また
、マスクとして用いた像細なレジストパターン４は完全
に無くなっておシ、微細な酸化膜パターン３ＡＦｉ約２
５０ＯＡ残っていた。

また、サイドエツチング量は第１の実施例と同様はぼゼ
ロであシ、良好なＡＡ’−８ｉ−Ｃｕ合金膜２のパター
ンが形成されていることが確認された。また、ドライエ
ツチング終了後、半導体基板１を大気にさらしておいた
場合、約２４時間経過しても、アフターコロ−ジョンの
発生は認められなかった。

このように、微細な酸化膜パターン３Ａ形成時に用いた
微細なレジストパターン４双方をＡＩ−８ｉ−Ｃｕ合金
膜２のドライエツチングのマスクとして使用した第２の
実施例でも、第１の実施例と同じくサイドエツチングや
アフターコロ−ジョンの発生がない、良好な微細パター
ンが形成された。

また、第２の実施例では、第１の実施例で行っ九微細な
レジストパターン４の除去を行うことを省略でき、また
、ｋｌ−８ｉ−ＣＥＩ合金膜２のドライエツチングの際
のマスクとしての微細な酸化膜パターン３Ａのエツチン
グ量が第１の実施例での場合よシ少なくて済むことから
、あらかじめ、酸化膜の膜厚を本実施例で用い九３００
０Ｘよシ薄くすることが可能となる。したがって、工期
を短縮して、信頼性の高い配線が得られることとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、アルミニウムに少量のシ
リコンと銅を添加した合金膜をパターニングして配線を
形成する工程において、マスクとして酸化膜を用いてい
るので、アルミ合金膜のドライエツチング中に、マスク
として用いた酸化膜がエツチングされる際に酸素プラズ
マが発生し、アルミ合金パターンの側壁に強固なアルミ
酸化膜が形成され、側壁を保護するので、アルミ合金膜
のサイドエツチング及びアフターコロ−ジョンの発生を
抑えることができる。従って半導体装置の信頼性及び歩
留シが向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の詳細な説明するための
工程順に示した半導体チップの断面図、第２図（ａ）〜
（Ｃ）は従来例を説明するための工程順に示した半導体
チップの断面図である。 １・・・半導体基板、２　、２　Ａ−ＡＩ−８１−Ｃｕ
合金膜、３・・・酸化膜、３Ａ・・・酸化膜パターン、
４・・・レジストパターン、５，５Ａ・・・除去した部
分。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 ↓ ↓ ↓ 易 ？ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板上に、シリコンと銅を含むアルミニウム合
   金膜を形成したのちパターニングして配線を形成する半
   導体装置の製造方法において、前記アルミニウム合金膜
   のエッチング用マスクとして酸化膜を用いることを特徴
   とする半導体装置の製造方法。