JPH04329640A - 配線層のドライエッチング方法 - Google Patents
配線層のドライエッチング方法Info
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- JPH04329640A JPH04329640A JP3100074A JP10007491A JPH04329640A JP H04329640 A JPH04329640 A JP H04329640A JP 3100074 A JP3100074 A JP 3100074A JP 10007491 A JP10007491 A JP 10007491A JP H04329640 A JPH04329640 A JP H04329640A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
- H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
- H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
- H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
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】この発明は、一般に、配線層のド
ライエッチング方法に関するものであり、より特定的に
は、基板を高温に加熱しなくても、十分なエッチング速
度が得られるように改良された、配線層のドライエッチ
ング方法に関する。
ライエッチング方法に関するものであり、より特定的に
は、基板を高温に加熱しなくても、十分なエッチング速
度が得られるように改良された、配線層のドライエッチ
ング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化、高機能化、高速
化に伴ない、半導体装置（ＬＳＩ等）中の金属膜配線は
ますます微細化している。金属膜配線の微細化に伴ない
、金属膜配線中に流れる電流密度は、近年、増加の一途
をたどっている。その結果、金属膜配線に求められる信
頼性、すなわち、エレクトロマイグレーション耐性また
はストレスマイグレーション耐性には、非常に高度な特
性が求められている。このため、金属膜配線の材料も進
化している。
化に伴ない、半導体装置（ＬＳＩ等）中の金属膜配線は
ますます微細化している。金属膜配線の微細化に伴ない
、金属膜配線中に流れる電流密度は、近年、増加の一途
をたどっている。その結果、金属膜配線に求められる信
頼性、すなわち、エレクトロマイグレーション耐性また
はストレスマイグレーション耐性には、非常に高度な特
性が求められている。このため、金属膜配線の材料も進
化している。
【０００３】たとえば、ダイナミックランダムアクセス
メモリ（ＤＲＡＭ）について説明すると、１５６Ｋｂｉ
ｔのものが開発される以前は、金属膜配線にはアルミニ
ウム−シリコン合金（ＡｌＳｉ）が用いられていた。１
Ｍｂｉｔ〜１６Ｍｂｉｔの世代になると、エレクトロマ
イグレーション耐性およびストレスマイグレーション耐
性を向上させるために、銅が添加されたＡｌＳｉＣｕ合
金が金属膜配線に用いられた。このような状況下におい
て、６４Ｍｂｉｔ以上の世代になれば、信頼性のさらな
る向上が要求されるために、銅または銅合金を用いた配
線が用いられることは、ほぼ確実である。
メモリ（ＤＲＡＭ）について説明すると、１５６Ｋｂｉ
ｔのものが開発される以前は、金属膜配線にはアルミニ
ウム−シリコン合金（ＡｌＳｉ）が用いられていた。１
Ｍｂｉｔ〜１６Ｍｂｉｔの世代になると、エレクトロマ
イグレーション耐性およびストレスマイグレーション耐
性を向上させるために、銅が添加されたＡｌＳｉＣｕ合
金が金属膜配線に用いられた。このような状況下におい
て、６４Ｍｂｉｔ以上の世代になれば、信頼性のさらな
る向上が要求されるために、銅または銅合金を用いた配
線が用いられることは、ほぼ確実である。
【０００４】したがって、６４Ｍｂｉｔ以上のＤＲＡＭ
を製造するためには、ＣｕおよびＣｕ合金膜の微細加工
技術の開発が不可欠である。
を製造するためには、ＣｕおよびＣｕ合金膜の微細加工
技術の開発が不可欠である。
【０００５】しかしながら、ＣｕおよびＣｕ合金膜の微
細加工技術、すなわち、ドライエッチング技術には、こ
れまで満足できるものがなかった。本発明に関連するも
のとして、ヨウ化メチルを用いる銅のドライエッチング
方法も提案されているが、（特開昭６０−８６２８５）
、満足できるものではない。
細加工技術、すなわち、ドライエッチング技術には、こ
れまで満足できるものがなかった。本発明に関連するも
のとして、ヨウ化メチルを用いる銅のドライエッチング
方法も提案されているが、（特開昭６０−８６２８５）
、満足できるものではない。
【０００６】図４は、ＣｕまたはＣｕ合金膜の従来のド
ライエッチング方法の、順序の各工程における、半導体
装置の部分断面図である。図５は、ドライエッチングを
実現するための反応性イオンエッチング装置の概略図で
ある。図４に示す従来のドライエッチング方法を説明す
る前に、図５に示す反応性イオンエッチング装置の構成
を、まず説明する。
ライエッチング方法の、順序の各工程における、半導体
装置の部分断面図である。図５は、ドライエッチングを
実現するための反応性イオンエッチング装置の概略図で
ある。図４に示す従来のドライエッチング方法を説明す
る前に、図５に示す反応性イオンエッチング装置の構成
を、まず説明する。
【０００７】図５を参照して、反応性イオンエッチング
装置は、中空の処理容器１を備える。処理容器１内には
、互いに平行になるように配置された、上部平板高周波
電極２と下部平板高周波電極３が設けられる。処理容器
１の下部には、処理容器１内の気体を排出し、処理容器
１の内部を真空にするための排気口６が設けられる。 処理容器１の上部には、処理容器１内に塩素系ガスを主
要成分とする反応性ガスを導入するためのガス導入口５
が設けられる。上部平板高周波電極２は、高周波電源７
の一方の側の出力が直接接続される。下部平板高周波電
極３には、高周波カップリング用のコンデンサ８を介し
て、高周波電源７の他方の側の出力が接続される。
装置は、中空の処理容器１を備える。処理容器１内には
、互いに平行になるように配置された、上部平板高周波
電極２と下部平板高周波電極３が設けられる。処理容器
１の下部には、処理容器１内の気体を排出し、処理容器
１の内部を真空にするための排気口６が設けられる。 処理容器１の上部には、処理容器１内に塩素系ガスを主
要成分とする反応性ガスを導入するためのガス導入口５
が設けられる。上部平板高周波電極２は、高周波電源７
の一方の側の出力が直接接続される。下部平板高周波電
極３には、高周波カップリング用のコンデンサ８を介し
て、高周波電源７の他方の側の出力が接続される。
【０００８】次に、図４と図５を参照して、Ｃｕまたは
Ｃｕ合金膜の従来のドライエッチング方法について説明
する。
Ｃｕ合金膜の従来のドライエッチング方法について説明
する。
【０００９】図４（ａ）を参照して、被処理基板４（以
下、基板４という）を準備する。基板４は、たとえば、
シリコン基板１１と、シリコン基板１１の上に設けられ
たシリコン酸化膜１２（層間絶縁膜）と、シリコン酸化
膜１２の上に設けられたＣｕまたはＣｕ合金膜で形成さ
れた配線層１３と、配線層１３の上に設けられたレジス
トパターン１４と、を含む。
下、基板４という）を準備する。基板４は、たとえば、
シリコン基板１１と、シリコン基板１１の上に設けられ
たシリコン酸化膜１２（層間絶縁膜）と、シリコン酸化
膜１２の上に設けられたＣｕまたはＣｕ合金膜で形成さ
れた配線層１３と、配線層１３の上に設けられたレジス
トパターン１４と、を含む。
【００１０】図５を参照して、基板４を下部平板高周波
電極３の上に載せる。次に、ガス導入口５より、塩素系
の反応性ガス（たとえばＨＣｌ）を処理容器１内に導入
し、これと同時に排気口６より排気し、それによって、
処理容器１内を所定の圧力に保つ。ヒータ９を作動させ
、下部平板高周波電極３と基板４を、２００℃以上の所
定の温度に保つ。このときの基板４の状態を、図４（ｂ
）に示す。
電極３の上に載せる。次に、ガス導入口５より、塩素系
の反応性ガス（たとえばＨＣｌ）を処理容器１内に導入
し、これと同時に排気口６より排気し、それによって、
処理容器１内を所定の圧力に保つ。ヒータ９を作動させ
、下部平板高周波電極３と基板４を、２００℃以上の所
定の温度に保つ。このときの基板４の状態を、図４（ｂ
）に示す。
【００１１】下部平板高周波電極３と上部平板高周波電
極２との間に、高周波電源７から由来する高周波電圧を
印加し、処理容器１内に、反応性ガスのプラズマ１０を
発生させる。
極２との間に、高周波電源７から由来する高周波電圧を
印加し、処理容器１内に、反応性ガスのプラズマ１０を
発生させる。
【００１２】処理容器１内にプラズマ１０が発生すると
、下部平板高周波電極３は負の電位に帯電し、プラズマ
１０中で発生した反応性イオンが、この電位により加速
され、基板４上に入射する。また、プラズマ１０中で発
生した中性ラジカル分子も、プラズマ中に拡散し、基板
４表面に到達する。基板４の表面に到達した塩素系反応
性イオンおよび中性ラジカルは、図４（ｂ）を参照して
、レジストパターン１４で覆われていない部分の、Ｃｕ
またはＣｕ合金と反応し、ＣｕＣｌｘ を主成分とする
反応生成物を与える。基板４は２００℃以上の温度に加
熱されており、また、基板４の表面は数百℃の温度にま
でなっているので、ＣｕＣｌｘ を主成分とする反応生
成物は気化し、基板４の表面より除去される。これによ
り、レジスト１４をマスクとする配線層１３のエッチン
グが進行する。
、下部平板高周波電極３は負の電位に帯電し、プラズマ
１０中で発生した反応性イオンが、この電位により加速
され、基板４上に入射する。また、プラズマ１０中で発
生した中性ラジカル分子も、プラズマ中に拡散し、基板
４表面に到達する。基板４の表面に到達した塩素系反応
性イオンおよび中性ラジカルは、図４（ｂ）を参照して
、レジストパターン１４で覆われていない部分の、Ｃｕ
またはＣｕ合金と反応し、ＣｕＣｌｘ を主成分とする
反応生成物を与える。基板４は２００℃以上の温度に加
熱されており、また、基板４の表面は数百℃の温度にま
でなっているので、ＣｕＣｌｘ を主成分とする反応生
成物は気化し、基板４の表面より除去される。これによ
り、レジスト１４をマスクとする配線層１３のエッチン
グが進行する。
【００１３】図４（ｂ）と（ｃ）を参照して、レジスト
パターン１４を除去すると、ＣｕまたはＣｕ合金の配線
パターン１３ａが形成される。
パターン１４を除去すると、ＣｕまたはＣｕ合金の配線
パターン１３ａが形成される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ＣｕまたはＣｕ合金の
従来のドライエッチングは、以上のように塩素系ガスの
プラズマを用いて行なっていた。それゆえに、得られる
反応生成物（ＣｕＣｌｘ ）の蒸気圧が低く、実用的な
エッチング速度を得るためには、基板４を２００℃以上
に加熱しなければならなかった。
従来のドライエッチングは、以上のように塩素系ガスの
プラズマを用いて行なっていた。それゆえに、得られる
反応生成物（ＣｕＣｌｘ ）の蒸気圧が低く、実用的な
エッチング速度を得るためには、基板４を２００℃以上
に加熱しなければならなかった。
【００１５】しかしながら、非処理基板４を２００℃以
上に加熱すると、図４（ｂ）に示すように、レジストパ
ターン１４が熱によって溶融し、変形するという問題点
があった。レジストパターン１４が図示のごとく変形す
ると、図４（ｃ）を参照して、配線パターン１３ａの断
面形状が上向きのテーパになり、精度の点において問題
であった。また、エッチング終了後のレジストパターン
１４の除去が不可能になるという問題点もあった。
上に加熱すると、図４（ｂ）に示すように、レジストパ
ターン１４が熱によって溶融し、変形するという問題点
があった。レジストパターン１４が図示のごとく変形す
ると、図４（ｃ）を参照して、配線パターン１３ａの断
面形状が上向きのテーパになり、精度の点において問題
であった。また、エッチング終了後のレジストパターン
１４の除去が不可能になるという問題点もあった。
【００１６】このようなレジストパターン１４の熱変形
による問題点を解消する方法として、図６に示す、シリ
コン酸化膜をマスクに用いるＣｕまたはＣｕ合金のエッ
チング方法が知られている。
による問題点を解消する方法として、図６に示す、シリ
コン酸化膜をマスクに用いるＣｕまたはＣｕ合金のエッ
チング方法が知られている。
【００１７】すなわち、図６（ａ）を参照して、シリコ
ン基板１１の上に、層間絶縁膜１２とＣｕまたはＣｕ合
金配線層１３を形成する。ＣｕまたはＣｕ合金配線層１
３の上に、シリコン酸化膜のパターン１５を形成する。
ン基板１１の上に、層間絶縁膜１２とＣｕまたはＣｕ合
金配線層１３を形成する。ＣｕまたはＣｕ合金配線層１
３の上に、シリコン酸化膜のパターン１５を形成する。
【００１８】図６（ｂ）を参照して、シリコン基板１１
を２００℃以上の温度に加熱しながら、シリコン酸化膜
のパターン１５をマスクに用いて、塩素系ガスのプラズ
マにより、ＣｕまたはＣｕ合金配線層１３をパターニン
グする。この方法によると、シリコン酸化膜のパターン
１５は耐熱性が良好であるので、２００℃以上に基板を
加熱しても、パターン１５は変形しない。したがって、
その側壁が基板に垂直であるところの、高精度のＣｕま
たはＣｕ合金の配線パターンが得られる。
を２００℃以上の温度に加熱しながら、シリコン酸化膜
のパターン１５をマスクに用いて、塩素系ガスのプラズ
マにより、ＣｕまたはＣｕ合金配線層１３をパターニン
グする。この方法によると、シリコン酸化膜のパターン
１５は耐熱性が良好であるので、２００℃以上に基板を
加熱しても、パターン１５は変形しない。したがって、
その側壁が基板に垂直であるところの、高精度のＣｕま
たはＣｕ合金の配線パターンが得られる。
【００１９】しかしながら、この方法は、シリコン酸化
膜のパターン１５を形成するという工程が必要であり、
製造工程数が増加し、ひいては製造コスト上昇という問
題点があった。
膜のパターン１５を形成するという工程が必要であり、
製造工程数が増加し、ひいては製造コスト上昇という問
題点があった。
【００２０】それゆえに、この発明の目的は、基板を２
００℃以上の温度に加熱しないで、銅配線層をドライエ
ッチングできるように改良された方法を提供することに
ある。
００℃以上の温度に加熱しないで、銅配線層をドライエ
ッチングできるように改良された方法を提供することに
ある。
【００２１】この発明の他の目的は、基板を２００℃以
上の温度に加熱しないで、銅合金配線層をドライエッチ
ングできるように改良された方法を提供することにある
。
上の温度に加熱しないで、銅合金配線層をドライエッチ
ングできるように改良された方法を提供することにある
。
【００２２】この発明のさらに他の目的は、基板を２０
０℃以上の温度に加熱しないで銅層を含む積層膜構造の
配線層をドライエッチングできるように改良された方法
を提供することにある。
０℃以上の温度に加熱しないで銅層を含む積層膜構造の
配線層をドライエッチングできるように改良された方法
を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】この発明に従う、基板の
上に形成された銅配線層のドライエッチング方法におい
ては、まず、銅配線層の上にレジストパターンが形成さ
れる。上記レジストパターンをマスクに用いて、ＨＩ，
Ｉ２ ，ＢＩ３ ，ＳｉＩ４ およびＣＩ４ からなる
群より選ばれたヨウ素系化合物のプラズマにより、上記
銅配線層がエッチングされる。
上に形成された銅配線層のドライエッチング方法におい
ては、まず、銅配線層の上にレジストパターンが形成さ
れる。上記レジストパターンをマスクに用いて、ＨＩ，
Ｉ２ ，ＢＩ３ ，ＳｉＩ４ およびＣＩ４ からなる
群より選ばれたヨウ素系化合物のプラズマにより、上記
銅配線層がエッチングされる。
【００２４】この発明の他の局面に従う、基板の上に設
けられた銅合金配線層のドライエッチング方法において
は、まず、銅合金配線層の上にレジストパターンが形成
される。上記レジストパターンを用いて、ＨＩ，Ｉ２
，ＢＩ３ ，ＳｉＩ４ およびＣＩ４ からなる群より
選ばれたヨウ素系化合物と塩素系化合物とを含む混合ガ
スのプラズマにより、上記銅合金配線層がエッチングさ
れる。
けられた銅合金配線層のドライエッチング方法において
は、まず、銅合金配線層の上にレジストパターンが形成
される。上記レジストパターンを用いて、ＨＩ，Ｉ２
，ＢＩ３ ，ＳｉＩ４ およびＣＩ４ からなる群より
選ばれたヨウ素系化合物と塩素系化合物とを含む混合ガ
スのプラズマにより、上記銅合金配線層がエッチングさ
れる。
【００２５】この発明のさらに他の局面に従う、基板の
上に設けられ、銅層を含む積層膜構造の配線層のドライ
エッチング方法においては、まず銅層を含む積層構造の
配線層の上にレジストパターンが形成される。上記レジ
ストパターンをマスクに用いて、ＨＩ，Ｉ２ ，ＢＩ３
，ＳｉＩ４ およびＣＩ４ からなる群より選ばれた
ヨウ素系化合物と塩素系化合物とを含む混合ガスのプラ
ズマにより、上記積層膜構造の配線層がドライエッチン
グされる。
上に設けられ、銅層を含む積層膜構造の配線層のドライ
エッチング方法においては、まず銅層を含む積層構造の
配線層の上にレジストパターンが形成される。上記レジ
ストパターンをマスクに用いて、ＨＩ，Ｉ２ ，ＢＩ３
，ＳｉＩ４ およびＣＩ４ からなる群より選ばれた
ヨウ素系化合物と塩素系化合物とを含む混合ガスのプラ
ズマにより、上記積層膜構造の配線層がドライエッチン
グされる。
【００２６】
【作用】この発明に係る銅配線層のドライエッチング方
法によれば、ヨウ素系化合物のプラズマでドライエッチ
ングが行なわれる。銅配線層とヨウ素系化合物との反応
により生じたＣｕＩｘ は、その蒸気圧がＣｕＣｌｘ
より高いので、塩素系ガスプラズマを用いる従来のドラ
イエッチング方法に比べて、より低い温度でドライエッ
チングを行なうことができる。
法によれば、ヨウ素系化合物のプラズマでドライエッチ
ングが行なわれる。銅配線層とヨウ素系化合物との反応
により生じたＣｕＩｘ は、その蒸気圧がＣｕＣｌｘ
より高いので、塩素系ガスプラズマを用いる従来のドラ
イエッチング方法に比べて、より低い温度でドライエッ
チングを行なうことができる。
【００２７】この発明の他の局面に従う銅合金配線層の
ドライエッチング方法によれば、ヨウ素系化合物と塩素
系化合物とを含む混合ガスのプラズマによりドライエッ
チングを行なう。銅合金配線層とヨウ素系化合物との反
応により生じたＣｕＩｘ は、その蒸気圧がＣｕＣｌｘ
より高いので、塩素系ガスプラズマのみを用いる従来
のドライエッチング方法に比べて、より低い温度でドラ
イエッチングを行なうことができる。
ドライエッチング方法によれば、ヨウ素系化合物と塩素
系化合物とを含む混合ガスのプラズマによりドライエッ
チングを行なう。銅合金配線層とヨウ素系化合物との反
応により生じたＣｕＩｘ は、その蒸気圧がＣｕＣｌｘ
より高いので、塩素系ガスプラズマのみを用いる従来
のドライエッチング方法に比べて、より低い温度でドラ
イエッチングを行なうことができる。
【００２８】この発明のさらに他の局面に従う、銅層を
含む積層膜構造の配線層のドライエッチング方法によれ
ば、ヨウ素系化合物と塩素系化合物とを含む混合ガスの
プラズマによりドライエッチングが行なわれる。銅層と
ヨウ素系化合物との反応により生じるＣｕＩｘ は、そ
の蒸気圧がＣｕＣｌｘ より高いので、塩素系ガスのプ
ラズマのみを用いる従来のエッチング方法に比べて、よ
り低い温度でドライエッチングを行なえるようになる。
含む積層膜構造の配線層のドライエッチング方法によれ
ば、ヨウ素系化合物と塩素系化合物とを含む混合ガスの
プラズマによりドライエッチングが行なわれる。銅層と
ヨウ素系化合物との反応により生じるＣｕＩｘ は、そ
の蒸気圧がＣｕＣｌｘ より高いので、塩素系ガスのプ
ラズマのみを用いる従来のエッチング方法に比べて、よ
り低い温度でドライエッチングを行なえるようになる。
【００２９】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。
する。
【００３０】図１は、この発明の実施例に従った製造方
法の順序の各工程における半導体装置の部分断面図であ
る。ドライエッチング装置は、図５に示す、従来の反応
性イオンエッチング装置が用いられる。
法の順序の各工程における半導体装置の部分断面図であ
る。ドライエッチング装置は、図５に示す、従来の反応
性イオンエッチング装置が用いられる。
【００３１】図１（ａ）を参照して、シリコン基板１１
の上に層間絶縁膜１２を形成する。層間絶縁膜１２の上
に銅配線層２０を形成する。銅配線層２０の上にレジス
トパターン１４を形成する。
の上に層間絶縁膜１２を形成する。層間絶縁膜１２の上
に銅配線層２０を形成する。銅配線層２０の上にレジス
トパターン１４を形成する。
【００３２】レジストパターン１４が設けられた基板４
を、図５を参照して、下部平板高周波電極３の上に載せ
る。基板４は、ヒータ９により、１００℃以下の所定の
温度に加熱される。次に、ヨウ化水素ガスをガス導入口
５より処理容器１内に導き、同時に、排気口６より排気
する。ヨウ化水素ガスは、５０〜５００ＳＣＣＭ、好ま
しくは３００ＳＣＣＭの流量で、処理容器１内に導入さ
れる。処理容器１内の圧力は、５０〜４００ｍＴｏｒｒ
、好ましくは２００ｍＴｏｒｒにされる。この状態で、
下部平板高周波電極３と上部平板高周波電極２との間に
、高周波電源７を用いて、高周波電圧を印加する。 印加される高周波電力は２００〜６００Ｗ好ましくは４
００Ｗである。下部平板高周波電極３と上部平板高周波
電極２との間に高周波電圧が印加されることにより、次
式のように、ヨウ化水素ガスのプラズマ１０が発生する
。
を、図５を参照して、下部平板高周波電極３の上に載せ
る。基板４は、ヒータ９により、１００℃以下の所定の
温度に加熱される。次に、ヨウ化水素ガスをガス導入口
５より処理容器１内に導き、同時に、排気口６より排気
する。ヨウ化水素ガスは、５０〜５００ＳＣＣＭ、好ま
しくは３００ＳＣＣＭの流量で、処理容器１内に導入さ
れる。処理容器１内の圧力は、５０〜４００ｍＴｏｒｒ
、好ましくは２００ｍＴｏｒｒにされる。この状態で、
下部平板高周波電極３と上部平板高周波電極２との間に
、高周波電源７を用いて、高周波電圧を印加する。 印加される高周波電力は２００〜６００Ｗ好ましくは４
００Ｗである。下部平板高周波電極３と上部平板高周波
電極２との間に高周波電圧が印加されることにより、次
式のように、ヨウ化水素ガスのプラズマ１０が発生する
。
【００３３】ＨＩ→（ＨＩ）＊
【００３４】下部平板高周波電極３と上部平板高周波電
極２との間にプラズマ１０が発生すると、下部平板高周
波電極３は負の電位に帯電し、プラズマ１０中で発生し
たヨウ素の反応性イオンが、この電位により加速され、
基板４上に入射する。また、プラズマ１０中で発生した
ヨウ素系の中性ラジカル分子もプラズマ１０中に拡散し
、基板４表面に到達する。基板４表面に到達したヨウ素
系反応性イオンあるいは中性ラジカルは、図１（ａ）を
参照して、レジストパターン１４によって覆われていな
い、銅配線層２０の表面のＣｕと反応し、ＣｕＩｘ を
主成分とする反応生成物を形成する。
極２との間にプラズマ１０が発生すると、下部平板高周
波電極３は負の電位に帯電し、プラズマ１０中で発生し
たヨウ素の反応性イオンが、この電位により加速され、
基板４上に入射する。また、プラズマ１０中で発生した
ヨウ素系の中性ラジカル分子もプラズマ１０中に拡散し
、基板４表面に到達する。基板４表面に到達したヨウ素
系反応性イオンあるいは中性ラジカルは、図１（ａ）を
参照して、レジストパターン１４によって覆われていな
い、銅配線層２０の表面のＣｕと反応し、ＣｕＩｘ を
主成分とする反応生成物を形成する。
【００３５】生成物であるＣｕＩｘ の蒸気圧は、図２
を参照して、従来の方法による反応性生成物ＣｕＣｌｘ
の蒸気圧よりも高い。シリコン基板１１は１００℃以
下の温度に維持されているが、銅配線層２０の表面の温
度は、イオン入射により、局部的に６００℃以上になっ
ている。６００℃以上の温度領域では、６００℃以上の
ある温度におけるＣｕＩｘ の蒸気圧は、該ある温度よ
りも約１００℃高い温度におけるＣｕＣｌｘ の蒸気圧
と同じくらいである。このことは、銅配線層のドライエ
ッチングにヨウ化水素ガスのプラズマを用いると、塩素
系ガスのプラズマを用いる従来のドライエッチングに比
べて、基板を加熱するための温度を１００〜２００℃低
くしてもよいことを意味する。
を参照して、従来の方法による反応性生成物ＣｕＣｌｘ
の蒸気圧よりも高い。シリコン基板１１は１００℃以
下の温度に維持されているが、銅配線層２０の表面の温
度は、イオン入射により、局部的に６００℃以上になっ
ている。６００℃以上の温度領域では、６００℃以上の
ある温度におけるＣｕＩｘ の蒸気圧は、該ある温度よ
りも約１００℃高い温度におけるＣｕＣｌｘ の蒸気圧
と同じくらいである。このことは、銅配線層のドライエ
ッチングにヨウ化水素ガスのプラズマを用いると、塩素
系ガスのプラズマを用いる従来のドライエッチングに比
べて、基板を加熱するための温度を１００〜２００℃低
くしてもよいことを意味する。
【００３６】すなわち、銅配線層のドライエッチングに
ＨＩガスのプラズマを用いると、ヒータ９を２００℃以
下の温度に設定しても、使用するに十分なエッチング速
度が得られる。
ＨＩガスのプラズマを用いると、ヒータ９を２００℃以
下の温度に設定しても、使用するに十分なエッチング速
度が得られる。
【００３７】表１に、種々のガスを用いた場合のエッチ
ング速度をまとめる。なお、表１中、ヨウ化メチルを用
いる銅のドライエッチング方法は、特開昭６０−８６２
８５に開示されている技術である。 基板の加熱温度 １００℃ ＲＦ電力 ４００Ｗガス流量
３００ＳＣＣＭ圧力
２００ｍＴｏｒｒ表１から明らかなように、
ヨウ化水素ガスを用いると、他のガスを用いた場合に比
べて、非常に大きなエッチング速度が得られた。
ング速度をまとめる。なお、表１中、ヨウ化メチルを用
いる銅のドライエッチング方法は、特開昭６０−８６２
８５に開示されている技術である。 基板の加熱温度 １００℃ ＲＦ電力 ４００Ｗガス流量
３００ＳＣＣＭ圧力
２００ｍＴｏｒｒ表１から明らかなように、
ヨウ化水素ガスを用いると、他のガスを用いた場合に比
べて、非常に大きなエッチング速度が得られた。
【００３８】すなわち、銅配線層のドライエッチングに
ヨウ化水素ガスのプラズマを用いると、ヒータ９を２０
０℃以下の温度に設定しても、使用するに十分なエッチ
ング速度が得られる。
ヨウ化水素ガスのプラズマを用いると、ヒータ９を２０
０℃以下の温度に設定しても、使用するに十分なエッチ
ング速度が得られる。
【００３９】以上のように、ヨウ化水素ガスを用いると
、基板１１を２００℃以上の温度に加熱しなくてもよい
ので、図１（ａ）と（ｂ）を参照して、レジストパター
ン１４は熱変形を起こさない。
、基板１１を２００℃以上の温度に加熱しなくてもよい
ので、図１（ａ）と（ｂ）を参照して、レジストパター
ン１４は熱変形を起こさない。
【００４０】図１（ｂ）を参照して、レジスト１４のパ
ターン形状が良好な状態に維持されたまま、銅配線層の
ドライエッチングが進行するので、銅配線層２０のパタ
ーニングの精度は高い。
ターン形状が良好な状態に維持されたまま、銅配線層の
ドライエッチングが進行するので、銅配線層２０のパタ
ーニングの精度は高い。
【００４１】その結果、図１（ｃ）を参照して、レジス
ト１４を除去すると、側壁が基板に垂直に形成された、
寸法精度の高い銅配線パターン２０ａが得られる。
ト１４を除去すると、側壁が基板に垂直に形成された、
寸法精度の高い銅配線パターン２０ａが得られる。
【００４２】なお、上記実施例では、反応性ガスとして
ヨウ化水素ガスを例示したが、この発明はこれに限られ
るものでなく、Ｉ２ ，ＢＩ３ ，ＳｉＩ４ またはＣ
Ｉ４ も好ましく使用できる。
ヨウ化水素ガスを例示したが、この発明はこれに限られ
るものでなく、Ｉ２ ，ＢＩ３ ，ＳｉＩ４ またはＣ
Ｉ４ も好ましく使用できる。
【００４３】また、上記実施例では、銅配線層のエッチ
ングにヨウ化水素を用いる場合を例示したが、Ｃｕ−Ａ
ｌ，Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｉのような銅合金からなる配線層を
ドライエッチングする場合には、ＨＩ，Ｉ２ ，ＢＩ３
，ＳｉＩ４ およびＣＩ４ からなる群より選ばれた
ヨウ素系化合物と塩素系化合物（たとえば、ＨＣｌ，Ｃ
ｌ２ ）とを含む混合ガスが好ましく用いられる。混合
ガスには、ヨウ素系化合物が５０体積％以上好ましくは
５０〜８０体積％含まれるのが好ましい。このような混
合ガスを用いて、Ｃｕ−Ａｌ合金をエッチングする場合
、Ｃｕはヨウ素の反応性イオンでエッチングされ、Ａｌ
は塩素の反応性イオンでエッチングされる。上述したと
おり、ヨウ素でＣｕをエッチングする場合、塩素単独で
エッチングするよりもより低い温度で、エッチングが可
能となる。
ングにヨウ化水素を用いる場合を例示したが、Ｃｕ−Ａ
ｌ，Ｃｕ−Ａｌ−Ｓｉのような銅合金からなる配線層を
ドライエッチングする場合には、ＨＩ，Ｉ２ ，ＢＩ３
，ＳｉＩ４ およびＣＩ４ からなる群より選ばれた
ヨウ素系化合物と塩素系化合物（たとえば、ＨＣｌ，Ｃ
ｌ２ ）とを含む混合ガスが好ましく用いられる。混合
ガスには、ヨウ素系化合物が５０体積％以上好ましくは
５０〜８０体積％含まれるのが好ましい。このような混
合ガスを用いて、Ｃｕ−Ａｌ合金をエッチングする場合
、Ｃｕはヨウ素の反応性イオンでエッチングされ、Ａｌ
は塩素の反応性イオンでエッチングされる。上述したと
おり、ヨウ素でＣｕをエッチングする場合、塩素単独で
エッチングするよりもより低い温度で、エッチングが可
能となる。
【００４４】図３は、この発明の他の実施例に係る、銅
層を含む積層膜構造の配線層のドライエッチング方法の
順序の各工程における半導体装置の部分断面図である。
層を含む積層膜構造の配線層のドライエッチング方法の
順序の各工程における半導体装置の部分断面図である。
【００４５】図３（ａ）を参照して、シリコン基板１１
の上にゲート電極２３を形成する。基板１１の主表面で
あって、かつゲート電極２３の両側にソース領域２１／
ドレイン領域２２を形成する。ゲート電極２３を覆うよ
うに、基板１１の上に層間絶縁膜１２を形成する。層間
絶縁膜１２中に、ソース領域２１の一部を露出させるた
めのコンタクトホール１２ａを形成する。コンタクトホ
ール１２ａの側壁面および底面を被覆するように、バリ
アメタル２４を形成する。バリアメタル２４には、Ｔｉ
，ＴｉＮ，Ｗ，ＴｉＷ等が用いられる。バリアメタル２
４の上に、銅または銅合金層２５を形成する。バリアメ
タル２４は、銅がソース領域２１に拡散するのを防止す
るためのものである。
の上にゲート電極２３を形成する。基板１１の主表面で
あって、かつゲート電極２３の両側にソース領域２１／
ドレイン領域２２を形成する。ゲート電極２３を覆うよ
うに、基板１１の上に層間絶縁膜１２を形成する。層間
絶縁膜１２中に、ソース領域２１の一部を露出させるた
めのコンタクトホール１２ａを形成する。コンタクトホ
ール１２ａの側壁面および底面を被覆するように、バリ
アメタル２４を形成する。バリアメタル２４には、Ｔｉ
，ＴｉＮ，Ｗ，ＴｉＷ等が用いられる。バリアメタル２
４の上に、銅または銅合金層２５を形成する。バリアメ
タル２４は、銅がソース領域２１に拡散するのを防止す
るためのものである。
【００４６】銅または銅合金層２５の上に、所定の形状
のレジストパターン１４を形成する。
のレジストパターン１４を形成する。
【００４７】図３（ｂ）を参照して、レジストパターン
１４をマスクにして、ＨＩ，Ｉ２ ，ＢＩ３ ，ＳｉＩ
４ およびＣＩ４からなる群より選ばれたヨウ素系化合
物と塩素系化合物とを含む混合ガスのプラズマにより、
バリアメタル層２４と銅または銅合金層２５をドライエ
ッチングする。この場合、シリコン基板１１は２００℃
以下、好ましくは１００℃以下の所定の温度に加熱され
る。このような混合ガスを用いてドライエッチングを行
なうと、銅はヨウ素の反応性イオンでエッチングされ、
バリアメタル層２４は塩素系化合物のプラズマでエッチ
ングされる。上述したとおり、ヨウ素系ガスを用いると
、基板１１を２００℃以上の温度に加熱しなくてもよい
ので、レジストパターン１４は熱変形を起こさない。レ
ジストパターン１４のパターン形状が良好な状態に維持
されたまま、ドライエッチングが進行するので、銅また
は銅合金配線層およびバリアメタル層２４のパターニン
グの精度は高い。
１４をマスクにして、ＨＩ，Ｉ２ ，ＢＩ３ ，ＳｉＩ
４ およびＣＩ４からなる群より選ばれたヨウ素系化合
物と塩素系化合物とを含む混合ガスのプラズマにより、
バリアメタル層２４と銅または銅合金層２５をドライエ
ッチングする。この場合、シリコン基板１１は２００℃
以下、好ましくは１００℃以下の所定の温度に加熱され
る。このような混合ガスを用いてドライエッチングを行
なうと、銅はヨウ素の反応性イオンでエッチングされ、
バリアメタル層２４は塩素系化合物のプラズマでエッチ
ングされる。上述したとおり、ヨウ素系ガスを用いると
、基板１１を２００℃以上の温度に加熱しなくてもよい
ので、レジストパターン１４は熱変形を起こさない。レ
ジストパターン１４のパターン形状が良好な状態に維持
されたまま、ドライエッチングが進行するので、銅また
は銅合金配線層およびバリアメタル層２４のパターニン
グの精度は高い。
【００４８】その結果、図３（ｃ）を参照して、レジス
トパターン１４を除去すると、寸法精度の高い配線パタ
ーン３０が得られる。
トパターン１４を除去すると、寸法精度の高い配線パタ
ーン３０が得られる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の係る銅
配線層のドライエッチング方法によれば、ヨウ素化合物
のプラズマでドライエッチングを行なう。銅配線層とヨ
ウ素化合物との反応により生じたＣｕＩｘ は、その蒸
気圧がＣｕＣｌｘ より高いので、塩素系のガスプラズ
マを用いる従来のエッチングより、低い温度でドライエ
ッチングを行なうことができる。それゆえに、基板を２
００℃以上の温度に加熱しなくてもよい。その結果、レ
ジストのパターン形状が良好な状態に維持されたまま、
ドライエッチングが進行するので、銅配線層のパターニ
ングの精度は高くなるという効果を奏する。
配線層のドライエッチング方法によれば、ヨウ素化合物
のプラズマでドライエッチングを行なう。銅配線層とヨ
ウ素化合物との反応により生じたＣｕＩｘ は、その蒸
気圧がＣｕＣｌｘ より高いので、塩素系のガスプラズ
マを用いる従来のエッチングより、低い温度でドライエ
ッチングを行なうことができる。それゆえに、基板を２
００℃以上の温度に加熱しなくてもよい。その結果、レ
ジストのパターン形状が良好な状態に維持されたまま、
ドライエッチングが進行するので、銅配線層のパターニ
ングの精度は高くなるという効果を奏する。
【００５０】この発明の他の局面に従う銅合金配線層の
ドライエッチング方法によれば、ヨウ素系化合物と塩素
系化合物とを含む混合ガスのプラズマにより、銅合金配
線層のドライエッチングを行なう。銅とヨウ素系化合物
との反応により生じたＣｕＩｘ は、その蒸気圧がＣｕ
Ｃｌｘ より高いので、塩素系化合物のみを用いる、従
来のエッチングに比べて、より低い温度でドライエッチ
ングを行なえる。ひいては、上述した銅配線層の場合と
同様の作用効果で、寸法精度の高い銅配線層が得られる
という効果を奏する。
ドライエッチング方法によれば、ヨウ素系化合物と塩素
系化合物とを含む混合ガスのプラズマにより、銅合金配
線層のドライエッチングを行なう。銅とヨウ素系化合物
との反応により生じたＣｕＩｘ は、その蒸気圧がＣｕ
Ｃｌｘ より高いので、塩素系化合物のみを用いる、従
来のエッチングに比べて、より低い温度でドライエッチ
ングを行なえる。ひいては、上述した銅配線層の場合と
同様の作用効果で、寸法精度の高い銅配線層が得られる
という効果を奏する。
【００５１】この発明のさらに他の局面に従う、銅層を
含む積層膜構造の配線層のドライエッチング方法によれ
ば、ヨウ素系化合物と塩素系化合物とを含む混合ガスの
プラズマにより、ドライエッチングが行なわれる。銅と
ヨウ素系化合物との反応により生じたＣｕＩｘ は、そ
の蒸気圧がＣｕＣｌｘ より高いので、塩素系化合物の
みを用いる、従来のドライエッチング法に比べて、より
低い温度でドライエッチングを行なえる。その結果、上
述した銅配線層のドライエッチング方法において述べた
と同様の作用効果により、寸法精度の高い、積層膜構造
の配線パターンが得られるという効果を奏する。
含む積層膜構造の配線層のドライエッチング方法によれ
ば、ヨウ素系化合物と塩素系化合物とを含む混合ガスの
プラズマにより、ドライエッチングが行なわれる。銅と
ヨウ素系化合物との反応により生じたＣｕＩｘ は、そ
の蒸気圧がＣｕＣｌｘ より高いので、塩素系化合物の
みを用いる、従来のドライエッチング法に比べて、より
低い温度でドライエッチングを行なえる。その結果、上
述した銅配線層のドライエッチング方法において述べた
と同様の作用効果により、寸法精度の高い、積層膜構造
の配線パターンが得られるという効果を奏する。
【図１】本発明の一実施例に従う製造方法の順序の各工
程における半導体装置の部分断面図である。
程における半導体装置の部分断面図である。
【図２】ＣｕＩ，ＣｕＢｒおよびＣｕＣｌの蒸気圧曲線
である。
である。
【図３】この発明の他の実施例に従った製造方法の順序
の各工程における半導体装置の部分断面図である。
の各工程における半導体装置の部分断面図である。
【図４】銅配線層の従来のエッチング方法の順序の各工
程における半導体装置の部分断面図である。
程における半導体装置の部分断面図である。
【図５】反応性イオンエッチング装置の概略図である。
【図６】シリコン酸化膜をマスクに用いる、従来の銅配
線層のドライエッチング方法の順序の各工程における半
導体装置の部分断面図である。
線層のドライエッチング方法の順序の各工程における半
導体装置の部分断面図である。
４ 基板
１１ シリコン基板
１２ 層間絶縁膜
１４ レジストパターン
２０ 銅配線層
Claims (3)
- 【請求項１】 基板の上に形成された銅配線層のドラ
イエッチング方法であって、銅配線層の上にレジストパ
ターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマス
クに用いて、ＨＩ，Ｉ２ ，ＢＩ３ ，ＳｉＩ４ およ
びＣＩ４ からなる群より選ばれたヨウ素系化合物のプ
ラズマにより、前記銅配線層をエッチングする工程と、
を備える、配線層のドライエッチング方法。 - 【請求項２】 基板の上に設けられた銅合金配線層の
ドライエッチング方法であって、銅合金配線層の上にレ
ジストパターンを形成する工程と、前記レジストパター
ンをマスクに用いて、ＨＩ，Ｉ２ ，ＢＩ３ ，ＳｉＩ
４ およびＣＩ４ からなる群より選ばれたヨウ素系化
合物と塩素系化合物とを含む混合ガスのプラズマにより
、前記銅合金配線層をエッチングする工程と、を備える
、配線層のドライエッチング方法。 - 【請求項３】 基板の上に設けられ、銅層を含む積層
膜構造の配線層のドライエッチング方法であって、銅層
を含む積層構造の配線層の上にレジストパターンを形成
する工程と、前記レジストパターンをマスクに用いて、
ＨＩ，Ｉ２ ，ＢＩ３ ，ＳｉＩ４ およびＣＩ４ か
らなる群より選ばれたヨウ素系化合物と塩素系化合物と
を含む混合ガスのプラズマにより、前記積層膜構造の配
線層をドライエッチングする工程と、を備える、配線層
のドライエッチング方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3100074A JPH04329640A (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | 配線層のドライエッチング方法 |
| US07/871,769 US5240559A (en) | 1991-05-01 | 1992-04-21 | Dry etching method of copper or copper alloy interconnection layer employing plasma of an iodine compound |
| KR1019920006939A KR960000950B1 (ko) | 1991-05-01 | 1992-04-24 | 배선층의 드라이에칭(Dry etching) 방법 |
| DE4214091A DE4214091A1 (de) | 1991-05-01 | 1992-04-29 | Trockenaetzverfahren fuer eine verbindungsschicht |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3100074A JPH04329640A (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | 配線層のドライエッチング方法 |
Publications (1)
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