JPH04303927A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JPH04303927A JPH04303927A JP6736091A JP6736091A JPH04303927A JP H04303927 A JPH04303927 A JP H04303927A JP 6736091 A JP6736091 A JP 6736091A JP 6736091 A JP6736091 A JP 6736091A JP H04303927 A JPH04303927 A JP H04303927A
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- etching
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Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング方法
に係わり、特に銅を主成分とする薄膜のドライエッチン
グ方法に関する。
に係わり、特に銅を主成分とする薄膜のドライエッチン
グ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、アルミニウム(Al)合金に代わ
る新配線材料として、銅(Cu)が注目されている。配
線を形成するためには、基板上に形成された導体薄膜を
所望パターンにエッチングすることが必要である。銅の
エッチング方法として、最近、塩素系ガスプラズマ中で
基板を300℃程度に加熱することにより、銅薄膜をエ
ッチングし得ることが報告されている。
る新配線材料として、銅(Cu)が注目されている。配
線を形成するためには、基板上に形成された導体薄膜を
所望パターンにエッチングすることが必要である。銅の
エッチング方法として、最近、塩素系ガスプラズマ中で
基板を300℃程度に加熱することにより、銅薄膜をエ
ッチングし得ることが報告されている。
【0003】しかしながら、本発明者らが上記の条件で
実際に銅薄膜のドライエッチングを行ったところ、エッ
チングパターンは極めて側壁の荒れたものであり、銅を
配線材料として用いる次世代のデバイスが要求する寸法
精度を到底満たすものではなかった。
実際に銅薄膜のドライエッチングを行ったところ、エッ
チングパターンは極めて側壁の荒れたものであり、銅を
配線材料として用いる次世代のデバイスが要求する寸法
精度を到底満たすものではなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、現状の銅
薄膜のエッチング技術は、辛うじてエッチングできると
いう段階であり、パターンサイズの10%以下の寸法変
換差で、垂直に加工するという要求からは、程遠い状態
である。
薄膜のエッチング技術は、辛うじてエッチングできると
いう段階であり、パターンサイズの10%以下の寸法変
換差で、垂直に加工するという要求からは、程遠い状態
である。
【0005】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、銅薄膜を垂直に高精度
で加工することのできるドライエッチング方法を提供す
ることにある。
ので、その目的とするところは、銅薄膜を垂直に高精度
で加工することのできるドライエッチング方法を提供す
ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、基板温
度及びガス圧力の最適化をはかって、銅薄膜の良好なエ
ッチングを行うことにある。
度及びガス圧力の最適化をはかって、銅薄膜の良好なエ
ッチングを行うことにある。
【0007】即ち本発明は、基板上に形成された銅を主
成分とする薄膜を、塩素原子を含有する反応性ガス(例
えばCl2 ,SiCl4 ,CCl4 ,BCl3
,PCl3 ,PCl5 ,FCl,FCl3 )を用
いて選択エッチングするドライエッチング方法において
、基板温度を250℃以上、エッチング圧力を4×10
−3Torr以下に設定するようにした方法である。
成分とする薄膜を、塩素原子を含有する反応性ガス(例
えばCl2 ,SiCl4 ,CCl4 ,BCl3
,PCl3 ,PCl5 ,FCl,FCl3 )を用
いて選択エッチングするドライエッチング方法において
、基板温度を250℃以上、エッチング圧力を4×10
−3Torr以下に設定するようにした方法である。
【0008】
【作用】エッチングパターン側壁が荒れる原因は、薄膜
材料とラジカル等の中性活性種との反応が原因である。 通常のドライエッチングの場合、側壁に保護膜を形成し
中性種のアタックから側壁を保護して垂直エッチングを
達成する。この側壁保護膜は、レジスト分解物やエッチ
ングガス自体の重合により形成される。このような膜の
堆積速度は、一般に基板温度が低いほど速くなる傾向が
ある。高温ほど堆積速度が遅いのは、粒子の付着確率が
高温ほど低下するためである。
材料とラジカル等の中性活性種との反応が原因である。 通常のドライエッチングの場合、側壁に保護膜を形成し
中性種のアタックから側壁を保護して垂直エッチングを
達成する。この側壁保護膜は、レジスト分解物やエッチ
ングガス自体の重合により形成される。このような膜の
堆積速度は、一般に基板温度が低いほど速くなる傾向が
ある。高温ほど堆積速度が遅いのは、粒子の付着確率が
高温ほど低下するためである。
【0009】銅のエッチングにおいて、エッチング側壁
が荒れる原因を本発明者らが鋭意検討した結果、銅は3
00℃程度に加熱すると塩素系ガスと自発的に反応する
傾向があること、またエッチングするために必要な温度
であるが、300℃もの高温に基板を加熱するために、
側壁保護膜が形成され難いことが原因であることが判明
した。
が荒れる原因を本発明者らが鋭意検討した結果、銅は3
00℃程度に加熱すると塩素系ガスと自発的に反応する
傾向があること、またエッチングするために必要な温度
であるが、300℃もの高温に基板を加熱するために、
側壁保護膜が形成され難いことが原因であることが判明
した。
【0010】アンダーカットを防止するに十分な側壁保
護膜を形成することが困難であるならば、これに代わる
方法としては、中性種によるエッチング反応自体を抑制
する方法が考えられる。そこで、塩素ガスと銅の自発的
反応によるエッチングの速度をガス圧力に対して測定し
た結果、このエッチング速度は塩素ガス圧力に対してほ
ぼ比例することが明らかとなった。イオン衝撃による深
さ方向のエッチングの速度は、約100〜200nm/
minであり、アンダーカットを防止するためには、少
なくともアンダーカットの原因となる中性種によるエッ
チング速度を深さ方向に対して10分の1以下に抑制す
る必要がある。
護膜を形成することが困難であるならば、これに代わる
方法としては、中性種によるエッチング反応自体を抑制
する方法が考えられる。そこで、塩素ガスと銅の自発的
反応によるエッチングの速度をガス圧力に対して測定し
た結果、このエッチング速度は塩素ガス圧力に対してほ
ぼ比例することが明らかとなった。イオン衝撃による深
さ方向のエッチングの速度は、約100〜200nm/
minであり、アンダーカットを防止するためには、少
なくともアンダーカットの原因となる中性種によるエッ
チング速度を深さ方向に対して10分の1以下に抑制す
る必要がある。
【0011】そこで本発明者らは、基板温度300℃で
銅薄膜エッチングを行い、深さ方向のエッチング速度と
サイドエッチング速度とを求め、その比率をエッチング
圧力に対してプロットした。その結果、図1に示す特性
が得られた。即ち、ガス圧力が十分に低い場合、深さ方
向のエッチング速度とサイドエッチング速度との比は極
めて小さく、ガス圧力が高くなるに伴い上記比は徐々に
大きくなり、特に4×10−3Torrを越えると上記
比は急激に大きくなっている。
銅薄膜エッチングを行い、深さ方向のエッチング速度と
サイドエッチング速度とを求め、その比率をエッチング
圧力に対してプロットした。その結果、図1に示す特性
が得られた。即ち、ガス圧力が十分に低い場合、深さ方
向のエッチング速度とサイドエッチング速度との比は極
めて小さく、ガス圧力が高くなるに伴い上記比は徐々に
大きくなり、特に4×10−3Torrを越えると上記
比は急激に大きくなっている。
【0012】通常、配線パターン等に許容される寸法変
換差は、設計寸法に対して10%以下である。従って、
深さ方向のエッチング速度とサイドエッチング速度との
比率を0.1以下にするためには、図1の特性からエッ
チング圧力を4×10−3Torr以下にすればよいこ
とが分る。また、基板温度が250℃以上であれば、上
記とほぼ同じような特性が得られることも判明した。
換差は、設計寸法に対して10%以下である。従って、
深さ方向のエッチング速度とサイドエッチング速度との
比率を0.1以下にするためには、図1の特性からエッ
チング圧力を4×10−3Torr以下にすればよいこ
とが分る。また、基板温度が250℃以上であれば、上
記とほぼ同じような特性が得られることも判明した。
【0013】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
説明する。
【0014】図2は、本発明の一実施例方法に係わる配
線パターンの形成工程を示す断面図である。まず、図2
(a)に示すように、p型シリコン基板11上に、10
00℃の水素燃焼酸化で厚さ800nmの酸化膜12を
形成し、その上にスパッタリングによって銅薄膜13を
600nmの厚さに堆積した。続いて、銅薄膜13の上
に窒化シリコン膜14を厚さ300nm、減圧CVD法
により堆積した。
線パターンの形成工程を示す断面図である。まず、図2
(a)に示すように、p型シリコン基板11上に、10
00℃の水素燃焼酸化で厚さ800nmの酸化膜12を
形成し、その上にスパッタリングによって銅薄膜13を
600nmの厚さに堆積した。続いて、銅薄膜13の上
に窒化シリコン膜14を厚さ300nm、減圧CVD法
により堆積した。
【0015】次いで、図2(b)に示すように、全面に
ポジ型レジストを塗布し、このレジストを形成すべき配
線パターン上のみに残すようにパターニングして、レジ
ストパターン15を形成した。
ポジ型レジストを塗布し、このレジストを形成すべき配
線パターン上のみに残すようにパターニングして、レジ
ストパターン15を形成した。
【0016】次いで、CF4 を用いた反応性イオンエ
ッチングにより、レジストパターン15をマスクに窒化
シリコン膜14を選択的にエッチングし、さらに水素プ
ラズマを用いてレジストパターン15の剥離を行う。そ
して、図2(c)に示すように、窒化シリコンマスクで
銅薄膜13のエッチングを行う試料10を作成した。銅
薄膜13のエッチングには、図3に示すように、陰極内
部にヒータを内蔵した平行平板型の反応性イオンエッチ
ング装置を用いた。なお、図3において30は真空容器
、31,32は平行平板電極、33は試料10を加熱す
るためのヒータ、34はマッチング回路、35は高周波
電源を示している。 [実施例1]
ッチングにより、レジストパターン15をマスクに窒化
シリコン膜14を選択的にエッチングし、さらに水素プ
ラズマを用いてレジストパターン15の剥離を行う。そ
して、図2(c)に示すように、窒化シリコンマスクで
銅薄膜13のエッチングを行う試料10を作成した。銅
薄膜13のエッチングには、図3に示すように、陰極内
部にヒータを内蔵した平行平板型の反応性イオンエッチ
ング装置を用いた。なお、図3において30は真空容器
、31,32は平行平板電極、33は試料10を加熱す
るためのヒータ、34はマッチング回路、35は高周波
電源を示している。 [実施例1]
【0017】上記試料10をエッチング装置内に入れ、
基板温度を300℃に保持して塩素ガスを導入し、13
.56MHzの高周波電力を1.5W/cm2 の電力
密度で印加してプラズマを発生させ、窒化シリコン膜1
4をマスクとして銅薄膜13の選択エッチングを行った
。このとき、エッチング圧力としては1×10−2To
rrと1×10−3Torrの2種類の圧力とした。
基板温度を300℃に保持して塩素ガスを導入し、13
.56MHzの高周波電力を1.5W/cm2 の電力
密度で印加してプラズマを発生させ、窒化シリコン膜1
4をマスクとして銅薄膜13の選択エッチングを行った
。このとき、エッチング圧力としては1×10−2To
rrと1×10−3Torrの2種類の圧力とした。
【0018】そして、それぞれのエッチングによるエッ
チング形状を比較した。SEMで観察した加工形状を、
図4に示す。1×10−2Torrでエッチングした場
合には、図4(a)に示すようにアンダーカットを生じ
たのに対し、1×10−3Torrでは図4(b)に示
すようにアンダーカットの量は極めて少なく、ほぼ垂直
な形状を達成することができた。基板温度250℃でも
ほぼ同様の結果を得ることができたが、200℃では深
さ方向のエッチングが進まず、エッチングするためには
、250℃以上の温度が必要であることが分かった。 [実施例2]
チング形状を比較した。SEMで観察した加工形状を、
図4に示す。1×10−2Torrでエッチングした場
合には、図4(a)に示すようにアンダーカットを生じ
たのに対し、1×10−3Torrでは図4(b)に示
すようにアンダーカットの量は極めて少なく、ほぼ垂直
な形状を達成することができた。基板温度250℃でも
ほぼ同様の結果を得ることができたが、200℃では深
さ方向のエッチングが進まず、エッチングするためには
、250℃以上の温度が必要であることが分かった。 [実施例2]
【0019】上記試料10をエッチング装置内に入れ、
基板温度を300℃に保持し、塩素ガス20sccmと
SiCl4 5sccmとを導入した。SiCl4 を
導入するのは、パターニングされる銅薄膜の側壁に側壁
保護膜を形成するためである。次いで、エッチング圧力
を0.03Torr,0.003Torrとの2種類に
分けてエッチングを行った。このときに印加した高周波
電力は、1.0W/cm2 とした。エッチングした試
料の断面を観察したところ、0.03Torrでエッチ
ングした試料では、アンダーカットを生じたが、0.0
03Torrでエッチングした試料では、全くアンダー
カットは生じなかった。
基板温度を300℃に保持し、塩素ガス20sccmと
SiCl4 5sccmとを導入した。SiCl4 を
導入するのは、パターニングされる銅薄膜の側壁に側壁
保護膜を形成するためである。次いで、エッチング圧力
を0.03Torr,0.003Torrとの2種類に
分けてエッチングを行った。このときに印加した高周波
電力は、1.0W/cm2 とした。エッチングした試
料の断面を観察したところ、0.03Torrでエッチ
ングした試料では、アンダーカットを生じたが、0.0
03Torrでエッチングした試料では、全くアンダー
カットは生じなかった。
【0020】次に、SiCl4 に代えて、BCl3
を添加して0.003Torrでエッチングしたところ
、添加量5sccmではアンダーカットが完全にゼロに
ならなかったが、添加量8sccmではSiCl4 を
5sccm添加した場合と同様に、アンダーカットが完
全に防止された。なお、BCl3 を添加するのも、銅
薄膜パターンの側壁に側壁保護膜を形成するためである
。 [実施例3]
を添加して0.003Torrでエッチングしたところ
、添加量5sccmではアンダーカットが完全にゼロに
ならなかったが、添加量8sccmではSiCl4 を
5sccm添加した場合と同様に、アンダーカットが完
全に防止された。なお、BCl3 を添加するのも、銅
薄膜パターンの側壁に側壁保護膜を形成するためである
。 [実施例3]
【0021】上記試料10を用いる同様なエッチングで
あるが、塩素ガスは用いずBCl3のみでエッチングを
行った。この場合は、エッチング速度は極めて遅いが、
やはり0.04Torrでは僅かではあるがアンダーカ
ットを生じ、0.004Torrではアンダーカットは
認められなかった。0.04Torrでアンダーカット
を生じたのは、プラズマ中でBCl3 の解離から発生
したCl原子が銅のエッチングに作用するためであり、
10−3Torr台のような低圧では、中性種の量が少
ないためアンダーカットを生じないと考えられる。
あるが、塩素ガスは用いずBCl3のみでエッチングを
行った。この場合は、エッチング速度は極めて遅いが、
やはり0.04Torrでは僅かではあるがアンダーカ
ットを生じ、0.004Torrではアンダーカットは
認められなかった。0.04Torrでアンダーカット
を生じたのは、プラズマ中でBCl3 の解離から発生
したCl原子が銅のエッチングに作用するためであり、
10−3Torr台のような低圧では、中性種の量が少
ないためアンダーカットを生じないと考えられる。
【0022】このように本実施例方法によれば、銅薄膜
13を選択エッチングするに際し、アンダーカットの原
因となる中性種によるエッチング速度が十分に抑制され
るようにエッチング圧力を低くしているので、銅薄膜1
3を垂直に高精度で加工することができる。従って、ア
ルミニウムに代わる新配線材料からなる配線パターンを
形成することができ、今後の半導体装置製造プロセスに
おける有用性は絶大である。
13を選択エッチングするに際し、アンダーカットの原
因となる中性種によるエッチング速度が十分に抑制され
るようにエッチング圧力を低くしているので、銅薄膜1
3を垂直に高精度で加工することができる。従って、ア
ルミニウムに代わる新配線材料からなる配線パターンを
形成することができ、今後の半導体装置製造プロセスに
おける有用性は絶大である。
【0023】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、反応性イオンエッチン
グ装置を用いたが、本発明の基本的構成要素は、基板温
度300℃程度の温度で、塩素を含有するガスを用いて
4×10−3Torr以下の低圧でエッチングすること
である。従って本発明の適用範囲は、反応性イオンエッ
チング装置に限るものではなく、例えばECRプラズマ
エッチング装置、イオンビームエッチング装置に対して
も同様に成立し得ることはいうまでもない。
れるものではない。実施例では、反応性イオンエッチン
グ装置を用いたが、本発明の基本的構成要素は、基板温
度300℃程度の温度で、塩素を含有するガスを用いて
4×10−3Torr以下の低圧でエッチングすること
である。従って本発明の適用範囲は、反応性イオンエッ
チング装置に限るものではなく、例えばECRプラズマ
エッチング装置、イオンビームエッチング装置に対して
も同様に成立し得ることはいうまでもない。
【0024】また、エッチングする薄膜は必ずしも銅の
単体に限るものではなく、銅を主成分とするものであれ
ば適用可能である。さらに、マスク材料としては窒化シ
リコンに限るものではなく、TaC,WC,SiC,B
C,TaN,WN及びBN等を用いることが可能である
。また、エッチングガスとしては、実施例で用いたCl
2 ,SiCl4 ,BCl3 以外に、例えばCCl
4 ,PCl3 ,PCl5 ,FCl及びFCl3
等を用いることができる。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。
単体に限るものではなく、銅を主成分とするものであれ
ば適用可能である。さらに、マスク材料としては窒化シ
リコンに限るものではなく、TaC,WC,SiC,B
C,TaN,WN及びBN等を用いることが可能である
。また、エッチングガスとしては、実施例で用いたCl
2 ,SiCl4 ,BCl3 以外に、例えばCCl
4 ,PCl3 ,PCl5 ,FCl及びFCl3
等を用いることができる。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【0025】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
板温度を250℃以上、ガス圧力を4×10−3Tor
r以下に設定して、銅薄膜を選択エッチングすることに
より、中性種によるエッチングを抑制することができ、
アンダーカットのない垂直エッチングを達成することが
できる。
板温度を250℃以上、ガス圧力を4×10−3Tor
r以下に設定して、銅薄膜を選択エッチングすることに
より、中性種によるエッチングを抑制することができ、
アンダーカットのない垂直エッチングを達成することが
できる。
【図1】本発明の作用を説明するためのもので、エッチ
ングガス圧力に対する深さ方向のエッチング速度とサイ
ドエッチング速度との比の変化を示す特性図、
ングガス圧力に対する深さ方向のエッチング速度とサイ
ドエッチング速度との比の変化を示す特性図、
【図2】
本発明の一実施例方法に係わる配線パターン形成工程を
示す断面図、
本発明の一実施例方法に係わる配線パターン形成工程を
示す断面図、
【図3】実施例方法に使用した反応性イオンエッチング
装置を示す概略構成図、
装置を示す概略構成図、
【図4】エッチング後のパターン形状を示す断面図。
10…試料、
11…シリコン基板、
12…酸化膜、
13…銅薄膜、
14…窒化シリコン膜、
15…レジストパターン、
30…真空容器、
31,32…平行平板電極、
33…ヒータ、
35…高周波電源。
Claims (2)
- 【請求項1】基板上に形成された銅を主成分とする薄膜
を、塩素原子を含有する反応性ガスを用いて選択的にエ
ッチングするドライエッチング方法において、前記基板
の温度を250℃以上、エッチング圧力を4×10−3
Torr以下に設定したことを特徴とするドライエッチ
ング方法。 - 【請求項2】前記反応性ガスとしてCl2 ,SiCl
4 ,CCl4 ,BCl3 ,PCl3 ,PCl5
,FCl,FCl3 のうちのいずれか、又はこれら
の混合ガスを用いたことを特徴とする請求項1記載のド
ライエッチング方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6736091A JPH04303927A (ja) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6736091A JPH04303927A (ja) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | ドライエッチング方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04303927A true JPH04303927A (ja) | 1992-10-27 |
Family
ID=13342774
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6736091A Pending JPH04303927A (ja) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04303927A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06163428A (ja) * | 1992-11-26 | 1994-06-10 | Ngk Insulators Ltd | 耐蝕性部材 |
WO1999036589A1 (en) * | 1998-01-13 | 1999-07-22 | Applied Materials, Inc. | Method of cleaning a cvd cold-wall chamber and exhaust lines |
-
1991
- 1991-03-30 JP JP6736091A patent/JPH04303927A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06163428A (ja) * | 1992-11-26 | 1994-06-10 | Ngk Insulators Ltd | 耐蝕性部材 |
WO1999036589A1 (en) * | 1998-01-13 | 1999-07-22 | Applied Materials, Inc. | Method of cleaning a cvd cold-wall chamber and exhaust lines |
US6042654A (en) * | 1998-01-13 | 2000-03-28 | Applied Materials, Inc. | Method of cleaning CVD cold-wall chamber and exhaust lines |
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