JPH04199821A - ドライエッチング装置 - Google Patents

ドライエッチング装置

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JPH04199821A
JPH04199821A JP33577590A JP33577590A JPH04199821A JP H04199821 A JPH04199821 A JP H04199821A JP 33577590 A JP33577590 A JP 33577590A JP 33577590 A JP33577590 A JP 33577590A JP H04199821 A JPH04199821 A JP H04199821A
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JP
Japan
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gas
vacuum container
copper
vacuum
container
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Pending
Application number
JP33577590A
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English (en)
Inventor
Shinichi Urano
浦野 新一
Naoto Okazaki
尚登 岡崎
Seiichi Ogino
荻野 誠一
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NISSHIN HIGHTECH KK
Original Assignee
NISSHIN HIGHTECH KK
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Publication date
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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】 〔産業上の利用分野) 本発明は、例えば半導体ウェハ、プリント配線基板等に
おける電極や配線などを形成するための銅、銅合金、金
、金合金、銀および銀合金等の金属膜のドライエツチン
グ装置に関する。
〔従来の技術〕 従来、シリコン(Si)、ガリウムヒ素(GaAS)半
導体等の各種基板やプリント配線基板等における電極や
配線などを形成するための金属膜として良く知られてい
るものに、アルミニウム膜、アルミニウム合金膜、銅膜
、銅合金膜がある。
これら金属膜から電極や配線等を形成するためのエツチ
ング方法としては、反応性イオンエツチング装置による
ドライエツチングや各種酸性水溶液等からなる反応性水
溶液によるウェットエツチングが知られている。
但し、銅またはその合金については、ドライ条件(気相
)でエツチングされ難く、特に塩素ガス(Cf□)等の
反応性ガスを用いる反応性イオンエンチング装置による
エツチング方法では、反応性ガスと銅が化学変化して銅
またはこれを含有する金属薄膜の表面に蒸気圧の低い塩
化銅(CuCj2X)等の銅化合物(CuX)が生成し
、金属薄膜がほとんどエツチングされない。従って銅ま
たはこれを含有する金属薄膜の所定部分をエツチング除
去し、電極や配線などを形成するためには、各種酸性水
溶液等からなる反応性水溶液によるウェットエツチング
方法が採用されている。
このウェットエツチング方法は、表面に銅またはこれを
含有する金属薄膜と所定マスクパターン薄膜とを積層形
成した基板を、容器の中に入れた反応性水溶液に浸漬す
ることにより、表面に露出した銅またはこれを含有する
金属薄膜を化学反応で反応性水溶液に溶解させ、所定部
分の金属薄膜のみを基板の表面に残し、電極または配線
などを形成するものである。
一方、金、金合金、銀、銀合金のエツチング方法として
は、イオンミリング法を利用することが考えられ。
この方法は、アルゴン(A r )のような不活性ガス
をイオン源にてイオン化し、このイオンビームで金属膜
を物理的にエツチングするものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、ウェットエツチング方法は、基板の浸漬時間に
よる反応性水溶液の組成や反応性水溶液の液温管理の制
御性が悪(、エツチング量の均一性に欠け、集積度の高
いIC等の量産に適さない。
また、反応性水溶液ではエツチングが等方的に行われる
ため、銅または銅を含有する金−薄膜の横方向のエツチ
ング(アンダーカット)が避けられない。
また、イオンミリング法によるエツチングはエツチング
速度が極めて遅く、生産性が悪い。その上、マスク材や
下地に対する選択性乃至選択比が悪く、微細パターンを
精度良く形成することは困難である。
そこで本発明者の研究によると、銅、銅合金、金、金合
金、銀、銀合金等の金属膜を早く、精度良くエツチング
できるドライエツチング方法として、ハロゲンガスまた
は(および)ハロゲン化物のガスと、中性配位子となる
物質のガスまたはハロゲン化アルミニウムの蒸気ガスを
真空容器に導入し、これら混合ガスを所定真空状態下で
電圧印加のもとにプラズマ化し、該プラズマで前記金属
膜をエツチングするドライエツチング方法が考えられる
この方法によると、イ\ロゲンガスまたは(および)ハ
ロゲン化物のガスと、中性配位子となる物質のガスまた
はハロゲン化アルミニウムの蒸気ガスとの両者混合ガス
のプラズマで前記金属膜が比較的早く、比較的精度良く
ドライエツチングされる。
すなわち、例えば銅膜を例にとると、中性配位子を用い
るときは、ハロゲンガスまたは(および)ハロゲン化物
のガスのプラズマが銅と反応してハロゲン化銅が生成さ
れ、このハロゲン化銅と中性配位子となる物質のガスプ
ラズマとが反応して銅の金属錯体が生成される。この錯
体は蒸気圧が高く、容易に気相中に脱離し、かくして銅
膜がドライエツチングされる。
また、ハロゲン化アルミニウムの蒸気ガスを用いるとき
には、ハロゲンガスまたは(および)ハロゲン化物のガ
スのプラズマが銅と反応してハロゲン化銅が生成され、
このハロゲン化銅とハロゲン化アルミニウムの蒸気ガス
プラズマとが反応して銅・アルミニウムハロゲン化合物
が生成され、これが容易に気相中へ脱離し、かくして銅
膜がエツチングされる。
金、銀等についても同様にドライエツチングされる。
しかしながら、このエツチングによると、さらに次の問
題がある。
すなわち、ドライエツチングにより生成される前記錯体
や銅・アルミニウム六ロゲン化合物等が該ドライエツチ
ングを実施するための真空容器内壁に付着凝縮し、堆積
するので、その堆積物を取り除くために真空容器等を頻
繁に清掃しなければならず、この清掃を怠ると、ドライ
エツチングを円滑に精度良〈実施できなくなる。
そこで本発明は、銅、銅合金、金、金合金、銀、銀合金
等の金属膜をドライエツチングすることができ、しかも
、該エツチングにより生成される物質(錯体、銅・アル
ミニウムハロゲン化合物等)の装置への付着堆積を抑制
して円滑にエツチングを行うことができるとともに該物
質の除去清掃作業回数を少なく済ませることができるド
ライエツチング装置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〕
本発明は前記目的に従い、 真空吸引手段によって所定の真空状態を得ることができ
る真空容器と、ハロゲンガスまたは(および)ハロゲン
化物のガスを前記真空容器へ導入する手段と、中性配位
子となる物質のガスを前記真空容器へ導入する手段と、
前記真空容器に設けた銅、銅合金、金、金合金、銀およ
び銀合金の少なくとも一種からなるエツチング対象金属
膜を有する物品の支持ホルダと、前記真空容器内へ導入
されるガスをプラズマ化するための電源を備え、さらに
、前記真空容器を加熱する手段および前記真空吸引手段
と前記真空容器との間に接続された凝縮手段の少なくと
も一方を備えたことを特徴とするドライエツチング装置
を提供する。
また、本発明は前記目的に従い、 真空吸引手段によって所定の真空状態を得ることができ
る真空容器と、ハロゲンガスまたは(および)ハロゲン
化物のガスを前記真空容器へ導入する手段と、ハロゲン
化アルミニウムからその蒸気ガスを生成し、該蒸気ガス
を前記真空容器内へ導入する手段と、前記真空容器に設
けた銅、銅合金、金、金合金、銀および銀合金の少なく
とも一種からなるエツチング対象金属膜を有する物品の
支持ホルダと、前記真空容器内へ導入されるガスをプラ
ズマ化するための電源を備え、さらに、前記真空容器を
加熱する手段および前記真空吸引手段と前記真空容器と
の間に接続された凝縮手段のすくなくとも一方を備えた
ことを特徴とするドライエツチング装置を提供する。
前記ハロゲンガスとしては、フッ素(F2)、塩素(C
f、)、臭素(Br2)、ヨウ素(I2)等のガスを挙
げることができる。
また、前記ハロゲン化物のガスは、フン化水素(HF)
、塩化水素(HCI 、臭化水素(HBr)、ヨウ化水
素(HI)等のハロゲン化水素、フッ化炭素(CF4)
等のハロゲン化炭素などのハロゲン元素を含む物質のガ
スである。
前記中性配位子となる物質には、アンモニア(NHi、
水(H2o) 、カルボニル(CO)、ニトロシル(N
o)、メチルアミン(NH2(CH3))の如き第1級
アミン、ジメチルアミン(NH2(CH3)2 )の如
き第2級アミン、トリメチルアミン(N Hz (CH
i) 3)の如き第3級アミン、エチレンジアミン(N
Hz(CHz)z NHz )等の単座または多座配位
子を有する物質を例示できる。
また、ハロゲン化アルミニウムとしては、塩化アルミニ
ウム(AfC!!、3)、臭化アルミニウム(Aj!B
r5)、ヨウ化アルミニウム(Af!*)等で、蒸発す
ると、二量体分子の、または単量体分子と二量体分子と
が共存する蒸気ガスとなるものなどが考えられる。
前記真空容器を加熱する手段としては、該真空容器外面
に設けられるヒータ、真空容器内に設けられるヒータ、
真空容器壁内に設けられるヒータ等が考えられ、該ヒー
タには、電気ヒータ、赤外線ヒータ、温水等の熱媒を通
すタイプのヒータ等の各種ヒータを利用できる。
また、前記凝縮手段としては、冷却水を通すパイプを備
えたもの、木取外の冷媒を通すパイプを備えたもの等を
例示できる。この凝縮手段は、容易に脱着でき、清掃で
きるように設けておくと便利である。
〔作 用] 中性配位子となる物質のガスを供給する手段を有する本
発明装置によると、所定の真空状態下で真空容器内へハ
ロゲンガスまたは(および)ノ\ロゲン化物のガスがそ
の導入手段から導入されるとともに中性配位子となる物
質のガスがその導入手段から導入され、真空容器内にお
けるこれら混合ガスに電圧が印加され、該ガスがプラズ
マ化される。
一方、真空容器を加熱する加熱手段が備わっているとき
には、該加熱手段により真空容器内が加熱される。
また、凝縮手段が備わっているときには、該手段が運転
される。
かくして該金属膜は前記プラズマによりドライエツチン
グされ、該エツチングにより生成されて真空容器内壁等
に付着堆積しようとする錯体等は、該容器が加熱手段に
より加熱されていると、その熱で容器内部への付着、堆
積が抑制され、また、凝縮手段が設けられていると、該
凝縮手段に付着凝縮して除去されることにより容器内部
への付着、堆積が抑制される。
ハロゲン化アルミニウムの蒸気ガスを供給する手段を有
する本発明装置によると、所定の真空状態下で真空容器
内へハロゲンガスまたは(および)ハロゲン化物のガス
がその導入手段から導入されるとともにハロゲン化アル
ミニウムの蒸気ガスがその導入手段から導入され、真空
容器内におけるこれら混合ガスに電圧が印加され、該ガ
スがプラズマ化される。
一方、真空容器を加熱する加熱手段が備わっているとき
には、該加熱手段により真空容器内が加熱される。
また、凝縮手段が備わっているときには、該手段が運転
される。
かくして該金属膜は前記プラズマによりドライエツチン
グされ、該エツチングにより生成されて真空容器内壁等
に付着堆積しようとする銅・アルミニウムハロゲン化合
物等は、該容器が加熱手段により加熱されていると、そ
の熱で容器内部への付着、堆積が抑制され、また、凝縮
手段が設けられていると、該凝縮手段に付着凝縮して除
去されることにより容器内部への付着、堆積が抑制され
る。
前記凝縮手段に付着した物質は、該凝縮手段を清掃する
ことにより除去できる。
〔実 施 例] 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
まず、第1図に示す本発明の1実施例装置と該装置によ
るドライエツチング例につき説明する。
第1図に示す装置は反応性イオンエツチング装f(RI
E)で、真空容器1、該容器に開閉弁2a、2bおよび
流量制御部2Cを介して配管接続されたハロゲンガスま
たは(および)ハロゲン化物ガスのボンベ2、容器1に
開閉弁3a、3bおよび流量制御部3cを介して配管接
続された中性配位子となる物質のガスのボンへ3、容器
1に開閉弁4a、4b及び流量制御部4cを介して配管
接続された前処理用のクリプトン(Kr)、アルゴン(
Ar)等の希ガスまたは該希ガスを含むガスのボンベ4
、容器1に開閉弁5a、5b及び流量制御部5cを介し
て配管接続された三塩化ホウ素ガス(BCI!、s)等
のエツチング促進ガスのボンへ5、容器1に開閉弁61
を介して接続され、該容器内を所定真空状態にする真空
ポンプ6、該容器内に電気絶縁性シール材71を介して
設置され、エツチング対象物を支持するホルダ7、該ホ
ルダに接続された高周波電圧を印加する高周波電源8を
備えている。
さらに、この装置は、ホルダ7上のエツチング対象金属
膜をドライエツチングが円滑に行われるように加熱する
ヒータH、ドライエツチングにより生成される錯体等の
真空容器内部への付着、堆積を抑制するるための真空容
器壁に設けられたヒータh、および同じく錯体等の真空
容器内部への付着、堆積を抑制するるための真空ポンプ
11と真空容器1の間に接続された凝縮器Cを備えてい
る。
該凝縮器Cは冷却水を通すパイプを備えたもので、装置
に脱着可能に構成されている。
以上の装置を用い、エツチング対象物として、電極や配
線を形成するための厚さ5000人の銅(Cu)からな
る金属薄膜を裏面に有し、該金属薄膜上にマスク材にて
所定パターンを形成し、該金属薄膜と基板上のシリコン
酸化膜との間にチタン(Ti)からなる厚さ2000人
の下地金属層を有する直径5インチのシリコン半導体ウ
ェハ9を準備し、該ウェハを前記ホルダ7上に載置した
なお、下地金属層は、半導体ウェハ等では、配線や電極
を形成するだめの金属層の下に積層され、本来の金属膜
と同じパターンでエツチングされるもので、通常、金属
膜の付着強化や、拡散防止、オーミックコンタクトをと
る等の目的で設けられる。該下地金属層としては前記例
の他、チタンナイトライド(TiN)、チタンタングス
テン(TiW)、タングステンシリサイド(WSi)、
モリブデンシリサイド(MoSi)等を例示することが
できる。
また、ボンベ4はクリプトン(Kr)ガスボンへ、エツ
チング促進ガスのボンベ5は三塩化ホウ素ガス(BC1
!、、)ボンへとした。
そして、エツチングに先立つ第1ステツプとして、ヒー
タHおよびヒータhをオンしてエツチング対象金属膜を
約100°Cに向は加熱し、容器1内部を約80°Cに
向は加熱するとともに、先ず容器1内をlXl0−”(
Torr)以下の真空状態とした後、真空容器1内を圧
力40(mTorr]に維持しつつボンベ4からクリプ
トンガスを流量90 〔sccm)で真空容器1内に導
入し、電源8にて13.56 (MHz)、500 (
W)の高周波電圧を15秒印加し、クリプトンガスのプ
ラズマを発生させ、このプラズマで露出している銅薄膜
表面の不純物等を除去した。
予めハロゲンガスまたは(および)ハロゲン化物ガスの
ボンベ2として塩素ガス(C/!2 )ボンへを採用し
ておくとともに中性配位子となる物質のガスボンへ3と
してアンモニアガス(NH3)ボンベを採用しておき、
第2ステツプとして、前記ヒータH,hはそのままオン
しておくとともに、真空容器1内を圧力40(mTor
r)に維持しツツ容器1内にボンベ5から流量25 (
sccm〕で三塩化ホウ素ガス(BCl、、)を、ボン
ベ2から流量20Csccm)で塩素ガス(C20)を
、ボンベ3から流量20(sccm)でアンモニアガス
(NH:l)を導入し、電源8にて13.56 (MH
z)、300 (W)の高周波電圧を150秒印加し、
これら混合ガスをプラズマ化したところ、前記ウェハの
銅薄膜の5000人の異方性エツチングが精度良く実現
した。
下地金属層も引き続きプラズマによりエツチングされた
このドライエツチングにおいては、露出した銅薄膜部分
においてハロゲン化銅を生成する反応Cu+x/2− 
CEz −+CuCIXと、ハロゲン化銅である塩化銅
とアンモニアガスの中性配位子とが反応して銅の金属錯
体が生成される反応 CuC1x 十YNH3 −+ (c u c fX、 (NH3) y )が生
じている。
この反応はウェハの金属膜がヒータHにより加熱されて
いるので円滑に進行する。
ハロゲン化銅は蒸気圧が低く、蒸発しにくいが、この金
属錯体(CuCj2x  (NHs )y 〕は蒸気圧
が高く、容易に蒸発し、か(してエツチングが行われる
ドライエツチングにより生成されて真空容器内部付着堆
積しようとする錯体等は、該容器がヒータhにより加熱
されているので、その熱で容器内部への付着、堆積が抑
制され、また、凝縮器Cが設けられているので、該凝縮
器に付着凝縮して除去されることにより容器内部への付
着、堆積が抑制される。従って、それだけ真空容器1等
の清掃回数を少なく済ませることができる。
凝縮器Cに付着物が多くなると、これを装置から外して
清掃し、再び装置に装着しておけばよい。
なお、前記第1および第2ステツプは銅合金についても
同様に実施できる。
ドライエツチングにおいて、塩素ガスに代えて他のハロ
ゲンガス等を採用し、アンモニアガスに代えて他の中性
配位子となるガスを使用した場合でも、他の条件はその
まま、または必要に応じて調整、変更等することにより
同様に銅または(および)銅合金層および下地金属層の
ドライエツチングを行うことができる。
銅または銅合金のドライエツチング工程における他のガ
スの組み合わせ例と、その場合の化学反応例を次に列挙
する。
■ 塩素ガス(C1z)と水(H2O)を使用する場合
Cu+x/2 ・CI!z =CuC1゜CuCllx
 +)lH20 →〔Cu Clx  (Hz○)y〕 ■ 塩素ガス(Cffi□)とカルボニル(CO)であ
る−酸化炭素ガスを使用する場合。
Cu+x/2  ・(、i!、z−+CuC1!xCu
Cj2x  +yCO →〔CuCfX (CO)y 〕 ■ 塩素ガス(Cffiz)とニトロシル(NO)であ
る−酸化窒素ガスを使用する場合。
Cu十x/2 ・C1,−>CuCl!、。
CuCl!、x +yNO −(CuC1x  (No) y) ■ 塩素ガス(Cj2z)とメチルアミン(N Hz(
CH3))ガスを使用する場合。
Cu+x/2 ・C12→CuCj2xCuCfx +
yNHz(CH3) →(Cu Cj2x  (N Hz(CH:l)) y
 )■ 塩素ガス(Cj2z)とエチレンジアミン(N
H2(CH2)2 NH2)ガスを使用する場合。
Cu十x/2− C1z −+CuC1xCuCfx 
+yNHz(CHz)z NH2→(Cu CIX(N
H2(CH2)Z NH21y )■ ヨウ化水素ガス
(Hl)とアンモニアガス(NH3)を使用する場合。
Cu+xHI−+Cu IX (+xH)Cu  I 
y、  + y N H:1→(Cu lx  (NH
3)y) ■ ヨウ化水素ガス(Hl)と水(H2O)を使用する
場合。
Cu十xHI−+Cu IX (+xH)Culx+)
’HzO →〔CuIX (H2O)y] ■ ヨウ化水素ガス(HI)とカルボニル(Co)であ
る−酸化炭素ガスを使用する場合。
Cu十xHI−+Cu Ix  (+xH)Cu IX
 +yCO →(Cu lx  (Co) y) ■ ヨウ化水素ガス(Hl)とニトロシル(No)であ
る−酸化窒素ガスを使用する場合。
Cu+xHI−+Cu IX (+xH)Cu IX+
yNO →〔CuIX (NO)y] ■ ヨウ化水素ガス(Hl)とメチルアミン(NH2(
CH3))ガスを使用する場合。
Cu+xHI−+Cu Ix  (+xH)Cu I 
X  + y N H2(CH3)= [Cu Ix 
 (NH2(CH3)) y  ]■ ヨウ化水素ガス
(Hl)とエチレンジアミン(NHz(CHz)z N
H2)ガスを使用する場合。
Cu十xHI−+Cu Ix  (+xH)Cu IX
 +yNHz(CHz)z NH2→(Cu Ix  
(NH2(CH2)Z NHz ) y )@ ヨウ素
ガス(I2)とアンモニアガス(NH3)を使用する場
合。
Cu+x/2− It −+Cu IXCuIx+yN
H3 →(Cu IX (NH−)y) ■ ヨウ素ガス(12)と水(H20)を使用する場合
Cu+x/2 HIz →Cu 1x CuTx+yHzO →〔CuIX (N20)y〕 [相] ヨウ素ガス(I2)とカルボニル(Co)であ
る−酸化炭素ガスを使用する場合。
Cu+x/2  ・ Iz →Cu lXCu  IX
  +y C0 →(Culや (Co) y ) ■ ヨウ素ガス(I2)とニトロシル(No)である−
酸化窒素ガスを使用する場合。
Cu+x/2 ・Iz →Cu I。
Cu IX +yNO →〔CuIX (No)y〕 [相] ヨウ素ガス(I2)とメチルアミン(NH,(
CH3))ガスを使用する場合。
Cu十X/2・I2→CulX Cu rx +yNH2(CH3) →(Cu I X  (NHz(CHz)) y 〕■
 ヨウ素ガス(I2)とエチレンジアミン(NH2(C
H2)2 NH2)ガスを使用する場合。
Cu+X/2・■2→CulX Cu Ix +yNHz(CHz)z NHz→(Cu
 lx  (NHz(CHz)z NH2) y )■
 臭化水素ガス(HBr)とアンモニアガス(NHz)
を使用する場合。
Cu+xHBr−+CuBrx  (+xH)CuBr
X十yNH3 →[CuBrx  (NHI)?  ]■ 臭化水素ガ
ス(HBr)と水(H20)を使用する場合。
Cu+xHBr−+CuBrx  (+xH)CuBr
X+yH20 →(Cu B r x  (Hz O) y )@ 臭
化水素ガス(HBr)とカルボニル(CO)である−酸
化炭素ガスを使用する場合。
Cu+xHBr−+CuBr、(+xH)CuBrx 
+yCO ”(CuB r、(Co) y) ■ 臭化水素ガス()(Br)とニトロシル(No)で
ある−酸化窒素ガスを使用する場合。
Cu+xHBr−+CuBrx  (+xH)CuBr
x +yNO →〔CuBrX (NO)y〕 ■ 臭化水素ガス(HBr)とメチルアミン(NH2(
CH3))ガスを使用する場合。
Cu+xHBr−*CuBrx  (+xH)CuBr
x  +yNH2(CH3) →(CuB rx  (NHz(CHs))y )0 
臭化水素ガス(HBr)とエチレンジアミン(NH2(
CH2)2 NH2)ガスを使用する場合。
Cu+xHBr−+CuBrx  (+xH)CuBr
x +VNHz(CHz)t NHz→(CuBrx 
 (NHz(CHzh NHz ) y )[相] 四
フッ化炭素(CF、)とアンモニアガス(N83)を使
用する場合。
Cu+x/4 HCF、4−CIJFX  (十x/4
 ・C)CuFx+yN’H3 →[CuFx  (NH3)y ) [相] 四フッ化炭素(CF、)と水(H2o)を使用
する場合。
Cu+x/4 ・CF4−+CuFX  (十X/4−
 C)CuFx +yHz O −(CuFX  (H20) y) [相] 四フッ化炭素(CF、)とカルボニル(co)
である−酸化炭素ガスを使用する場合。
Cu+x/4  ・CF4  →CuFx  (+x/
4  ・C)CuF、+)rC○ →(Cu Fil  (Co)  y 〕[相] 四フ
ッ化炭素(CF、)とニトロシル(NO)である−酸化
窒素ガスを使用する場合。
Cu+x/4 ・’CFa −CuFx  (+x/4
− C)CuFX+yNO →〔CuFX (NO)y〕 [相] 四フッ化炭素(CF4)とメチルアミン(N 
H,(CHj))ガスを使用する場合。
Cu+x/4 ・CF4−+CuFX  (+X/4 
・C)C11FX+yNHz(CH:+) →(Cu FX  (NH2(CH3)) ア)@ 四
フッ化炭素(CF4) とエチレンジアミン(NHz(
CHz)z NHz ’)ガスを使用する場合。
Cu+x/4 HCF4 →CuFx  (十x/4 
・C)CuFx +)’NHzCCHz)z NH2→
(CuFx  (NHz(CHz)z NHz )y 
]以以上間した実施例装置は、金、金合金、銀、銀合金
等にも同様に適用できる。
また、ドライエツチングにおける前述した化学反応は、
金や銀に関しても同様であり、前述の式においてCuを
Au、Agに替えたものとなる。
(以下、この頁余白) 次に、第2図に示す本発明の実施例装置と該装置による
ドライエツチング例につき説明する。
第2図に示す装置は反応性イオンエツチング装置であり
、真空容器1、該容器に開閉弁2a、2bおよび流量制
御部2Cを介して配管接続されたハロゲンガスまたは(
および)ハロゲン化物ガスのボンベ2、容器1に開閉弁
4a、4b及び流量制御部4cを介して配管接続された
クリプトン(Kr)、アルゴン(A r )等の不活性
ガスのボンベ4、容器1に開閉弁5a、5b及び流量制
御部5cを介して配管接続された三塩化ホウ素ガス(B
(43)等のエツチング促進ガスのボンへ5、容器1に
開閉弁10a、10bおよび流量制御部10cを介して
配管接続されたハロゲン化アルミニウムの蒸気ガス生成
用恒温槽10、容器1に開閉弁61を介して接続され、
該容器内を所定真空状態にする真空ポンプ6、該容器内
に電気絶縁性シール材71を介して設置され、エツチン
グ対象物を支持するホルダ7、該ホルダに接続された高
周波電圧を印加する高周波電源8を備えている。
さらに、この装置は、ホルダ7上のエツチング対象金属
膜をドライエツチングが円滑に行われるように加熱する
ヒータH、ドライエツチングにより生成される銅・アル
ミニウムハロゲン化合物等の真空容器内部への付着、堆
積を抑制するるための真空容器壁に設けられたヒータh
、および同しく銅・アルミニウムハロゲン化合物等の真
空容器内部への付着、堆積を抑制するるための真空ポン
プ6と真空容器10間に接続された凝縮器Cを備えてい
る。
該凝縮器Cは冷却水を通すパイプを備えたもので、装置
に脱着可能に構成されている。
なお、恒温槽10は加熱温度を調節してハロゲン化アル
ミニウムの蒸気ガス発生量を調節できるものである。
以上の装置を用い、エツチング対象物として、前記同様
のシリコン半導体ウェハ90(銅膜厚は5000人)を
準備し、該ウェハを前記ホルダ7上に載置した。
また、ボンへ4をクリプトン(Kr)ガスボンヘ、エツ
チング促進ガスのボンへ5を三塩化ホウ素ガス(BCI
)ボンベとした。
そして、エツチングに先立つ第1ステツプとして、ヒー
タHおよびヒータhをオンしてエツチング対象金属膜を
約100°Cに向は加熱し、容器1内部を約80°Cに
向は加熱するとともに、容器1内をlXl0−”(To
rr)以下の真空状態とした後、真空容器1内を圧力4
0(mTorrlに維持しつつボンへ4からクリプトン
ガスを流量90(sccm)で真空容器1内に導入し、
電源8にて13.56 (MHz)、500 (W)の
高周波電圧を60秒印加し、クリプトンガスのプラズマ
を発生させ、このプラズマで露出している銀薄膜表面の
不純物等を除去した。
次に、予め前記ハロゲンガスまたは(および)ハロゲン
化物ガスのボンベ2として塩素ガス(C12)ボンベを
採用しておくとともに、恒温槽10にはハロゲン化アル
ミニウムとして固体塩化アルミニウム(AfCfff)
を入れ、160°Cで加熱してその蒸気ガスを生成でき
るようにしておき、第2ステツプとして、前記ヒータH
,hはオンとしたまま真空容器1内を圧力40(mTo
rr)に維持しつつ容器1内にボンベ5から流量25(
sccm)で三塩化ホウ素ガス(BCI3)を、ボンベ
1から流量20[sccm)で塩素ガス(CI!、z 
)を、恒温層10から流量100 (sccm)で塩化
アルミニウム(Af+、!!、3)の蒸気ガスをを導入
し、電源8にて13.56 (MH2)、275(”#
)の高周波電圧を300秒印加し、これら混合ガスをプ
ラズマ化したところ、前記ウェハの銅薄膜の異方性エツ
チングが精度良(実現した。
下地金属層も引き続きプラズマによりエツチングされた
このエツチングにおいては、露出した銅薄膜部分におい
てハロゲン化銅を生成する反応Cu十X/2・Cβ2→
CuCIX  と、ハロゲン化銅である塩化銅と塩化ア
ルミニウム(AfCj2:+)の蒸気ガスとが反応して
銅・アルミニウムハロゲン化合物を生成する反応Cu 
CI X 十y A 12 C1y−(A l、 Cu
 C、i2x十3y〕 とが起こる。
この反応は、ウェハの金属膜がヒータHにより加熱され
ているので、円滑に進行する。
ハロゲン化銅は蒸気圧が低く、蒸発しにくいが、この銅
・アルミニウムハロゲン化合物は容易に気相中に蒸発し
、かくしてエツチングが行われる。
ドライエツチングにより生成されて真空容器内部付着堆
積しようとする銅・アルミニウムハロゲン化合物等は、
該容器がヒータhにより加熱されているので、その熱で
容器内部への付着、堆積が抑制され、また、凝縮器Cが
設けられているので、該凝縮器に付着凝縮して除去され
ることにより容器内部への付着、堆積が抑制される。従
って、それだけ真空容器1等の清掃回数を少なく済ませ
ることができる。
凝縮器Cに付着物が多くなると、これを装置から外して
清掃し、再び装置に装着しておけばよい。
なお、前記第1および第2ステツプは銅合金についても
同様に実施できる。
塩素ガスに代えて他のハロゲンガスまたは(および)ハ
ロゲン化物のガスを採用し、塩化アルミニウム(,6/
ICj23)に代えて他のハロゲン化アルミニウムを採
用した場合でも、他の条件はそのまま、または必要に応
じて調整、変更等することにより、同様に銅層または(
および)銅合金層のエツチングを行える。
銅または銅合金のドライエツチングにおける他のガスの
組み合わせ例とその場合の化学反応例を次に列挙する。
■ 塩素ガス(Cfz )と臭化アルミニウム(AIB
rs)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+x/2− C1,−CuCL+ CuC1w +yAABr= →(A ly Cu C1x B r zy)■ 塩素
ガス(C4□)とヨウ化アルミニウム(All、)の蒸
気ガスを使用する場合。
Cu + x / 2 ・Cl t →Cu Cl x
CuCj2x +YA−I Is →(Aj2y Cu Clx  I sy)■ フッ化
水素ガス(HF)と塩化アルミニウム(AIICE3 
)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+xHF−+CuFx  (+xH)Cu F X
 + y A I Cf :1→〔AlyCuFXC1
3y〕 ■ フッ化水素ガス(HF)と臭化アルミニウム(Af
Br:+)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+xHF−+CuFx  (+xH)CuFX+y
Aj2Br:+ →(Afy Cu FX B riy)■ フッ化水素
・ガス(HF)とヨウ化アルミニウム(Afl:+)の
蒸気ガスを使用する場合。
Cu+xHF−+CuF、<  (+xH)CuFx 
+yAI I:+ →(A E、 Cu Fx  I 3y]■ フッ素ガ
ス(F2)と塩化アルミニウム(AlCl2)の蒸気ガ
スを使用する場合。
Cu + x H、F −+ Cu F X(+ x 
H)Cu F X + y A 12 Cl 3”””
 (A l yCu F X Ci!、3 y )■ 
フッ素ガス(F2)と臭化アルミニウム(AfBr3)
の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+X/2・F2→CuFX CuFX+yA/2Br3 = (Afy CuFXBrzyJ ■ フッ素ガス(F2)とヨウ化アルミニウム(Afl
3)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+x/2 ・F2→CuFx CuFx +yAI Iz →(AfyCuFx  13y) ■ 塩化水素ガス(HCn)と塩化アルミニウム(A/
2C/!3)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+xHCf−+CuCj2x  (+xH)Cu 
C42X + y A I C1,3→[Al、CuC
fつ士iy  ) [相] 塩化水素ガス(HCI)と臭化アルミニウム(
Al’Br=)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+xHC1−+CuC1x  (+xH)Cu C
12X + y A I B r 3→’(A !!、
y Cu CI2 x B r 3y )■ 塩化水素
ガス(HCn2)とヨウ化アルミニウム(Afl:+)
の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+xHCf−+CuCnx  (+xH)Cu C
I!、 x + y A I I 3→[AlyCuC
!X I3y] ■ 臭素ガス(Brz)と塩化アルミニウム(Affi
C!3)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+x/2 ・B rz −+CuB rXCuBr
x +yAIC1s →CA f’y Cu B r X Cf 3y〕■ 
臭素ガス(Brz)と臭化アルミニウム(AiBr、)
の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+x/2 ・B F2−+CuB rXCuBrx
 +yAfBr、。
→(A I! y Cu B r x−)−:ly)[
相] 臭素ガス(Brz)とヨウ化アルミニウム(Af
ll)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+;x/2 ・B rz −+CuB rxCuB
 rX+yAf 13 →〔Aly CuB rx  Izy)■ 臭化水素ガ
ス(HBr)と塩化アルミニウム(AN2(、e3)の
蒸気ガスを使用する場合。
Cu+xHBr−+CuBrx  (+xH)Cu B
 rX + y AN C’ly−+〔AfyCuB 
rX C1−ry]■ 臭化水素ガス(HBr)と臭化
アルミニウム(Aj2Br、+)の蒸気ガスを使用する
場合。
Cu+xHBr−+CuBrX (+xH)CuBrX
+yAj2Br3 →(A E’、 Cu B r x+:+yl■ 臭化
水素ガス(HBr)とヨウ化アルミニウム(A/213
)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+xHBr−+C’uBr、(+xH)CuB r
x 十yAf! I3 ・      →〔Al1yCuBrX I3y〕■ 
ヨウ素ガス(I2)と塩化アルミニウム(Azc13)
の蒸気ガスを使用する場合。、 −Cu+x/ 2・I
2−4C’uIx  ”   ”Cu I x + y
A I C,l’ 3→〔A I21 c、 u I 
r Cj2’:ly)[株] ヨウ素ガス(I2)と臭
化アルミニウム(AlBr3)の蒸気ガスを使用する場
合。
Cu+x/2 ・Iz −+Cu 1xCuIX+yA
IBr3 →〔Any Cu IX Br5y:][相] ヨウ素
ガス(I2)とヨウ化アルミニウム(A113)の蒸気
ガスを使用する場合。
Cu+x/2 ・1.−+Cu I。
Cu IX+yAl 13 →(Af、Cu 1吋3y’) ■ ヨウ化水素ガス(Hl)と塩化アルミニウム(A4
2Cj2s)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu十xHI−+Cu IX (+xH)Cu I x
 + y A f! CI!、:1→〔AI!、yCu
IXCρ3y〕 @ ヨウ化水素ガス(HI)と臭化アルミニウム(Af
Br:+)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+xHI−+CuIX (+xH)C111X 十
yA 12 B r :+→(Affiy Cu IX
 B rxy’3■ ヨウ化水素ガス(Hl)とヨウ化
アルミニウム(AlI3)の蒸気ガスを使用する場合。
Cu+xHI−+Cu 1.(’−,xH)Cu lx
 +yAffi I:J →[A l y Cu I X+3F〕以上説明した実
施例装置は金、金合金、銀、銀合金等にも同様に通用で
きる。
また、ドライエツチングにおける前述の化学反応は、金
や銀に関しても同様であり、前述の式においてCuをA
u、Agに替えたものとなる。
また、前記各実施例では、エツチング対象物としてシリ
コン半導体ウェハを例示したが、本発明は、シリコン半
導体、化合物半導体等の各種半導体基板、プリント基板
等に適用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明装置によると、銅、銅合金
、金、金合金、銀、銀合金等の金属膜をドライエツチン
グすることができ、しかも、該エツチングにより生成さ
れる物質(錯体、銅・アルミニウムハロゲン化合物等)
の装置への付着堆積を抑制して円滑にエツチングを行う
ことができるとともに該物質の除去清掃回数を少なく済
ませることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例の概略構成図、第2図は本発
明の他の実施例の概略構成図である。 1・・・真空容器 2・・・ハロゲンガスまたは(および)ハロゲン化物ガ
スのボンベ 3・・・中性配位子となる物質のガスボンベ4・・・不
活性ガスボンベ 5・・・エツチング促進ガスボンへ 6・・・真空ポンプ 7・・・ホルダ 8・・・高周波電源 9.90・・・半導体ウェハ 10・・・恒温槽 H・・・ヒータ h・・・ヒータ C・・・凝縮器 第1図 1・・・真空容器 2・・・ハロゲンガスまたはハロゲン化物のガスのボン
へ 3・・・中性配位子となる物質のガスボンベ4 希ガス
ボンベ 5・・工、チング促進ガスボンベ 6・・真空ポンプ 7・・・ホルダ 8・・高周波電源 9・・半導体ウェーハ lイ、h ヒータ C・・凝縮器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)真空吸引手段によって所定の真空状態を得ること
    ができる真空容器と、ハロゲンガスまたは(および)ハ
    ロゲン化物のガスを前記真空容器へ導入する手段と、中
    性配位子となる物質のガスを前記真空容器へ導入する手
    段と、前記真空容器に設けた銅、銅合金、金、金合金、
    銀および銀合金の少なくとも一種からなるエッチング対
    象金属膜を有する物品の支持ホルダと、前記真空容器内
    へ導入されるガスをプラズマ化するための電源と、前記
    真空容器を加熱する手段を備えたことを特徴とするドラ
    イエッチング装置。
  2. (2)真空吸引手段によって所定の真空状態を得ること
    ができる真空容器と、ハロゲンガスまたは(および)ハ
    ロゲン化物のガスを前記真空容器へ導入する手段と、中
    性配位子となる物質のガスを前記真空容器へ導入する手
    段と、前記真空容器に設けた銅、銅合金、金、金合金、
    銀および銀合金の少なくとも一種からなるエッチング対
    象金属膜を有する物品の支持ホルダと、前記真空容器内
    へ導入されるガスをプラズマ化するための電源と、前記
    真空吸引手段と前記真空容器との間に接続された凝縮手
    段を備えたことを特徴とするドライエッチング装置。
  3. (3)真空吸引手段によって所定の真空状態を得ること
    ができる真空容器と、ハロゲンガスまたは(および)ハ
    ロゲン化物のガスを前記真空容器へ導入する手段と、ハ
    ロゲン化アルミニウムからその蒸気ガスを生成し、該蒸
    気ガスを前記真空容器内へ導入する手段と、前記真空容
    器に設けた銅、銅合金、金、金合金、銀および銀合金の
    少なくとも一種からなるエッチング対象金属膜を有する
    物品の支持ホルダと、前記真空容器内へ導入されるガス
    をプラズマ化するための電源と、前記真空容器を加熱す
    る手段を備えたことを特徴とするドライエッチング装置
  4. (4)真空吸引手段によって所定の真空状態を得ること
    ができる真空容器と、ハロゲンガスまたは(および)ハ
    ロゲン化物のガスを前記真空容器へ導入する手段と、ハ
    ロゲン化アルミニウムからその蒸気ガスを生成し、該蒸
    気ガスを前記真空容器内へ導入する手段と、前記真空容
    器に設けた銅、銅合金、金、金合金、銀および銀合金の
    少なくとも一種からなるエッチング対象金属膜を有する
    物品の支持ホルダと、前記真空容器内へ導入されるガス
    をプラズマ化するための電源と、前記真空吸引手段と前
    記真空容器との間に接続された凝縮手段を備えたことを
    特徴とするドライエッチング装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999009587A3 (en) * 1997-08-13 1999-06-17 Applied Materials Inc Method of etching copper for semiconductor devices
US6008140A (en) * 1997-08-13 1999-12-28 Applied Materials, Inc. Copper etch using HCI and HBr chemistry
US6080529A (en) * 1997-12-12 2000-06-27 Applied Materials, Inc. Method of etching patterned layers useful as masking during subsequent etching or for damascene structures
US6331380B1 (en) 1997-12-12 2001-12-18 Applied Materials, Inc. Method of pattern etching a low K dielectric layer

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