JPH04350939A

JPH04350939A - 銅配線の形成方法

Info

Publication number: JPH04350939A
Application number: JP12416991A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hoshino; 和弘星野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-05-29
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 1992-12-04

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造プロ
セスにおいて用いられる銅配線の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＵＬＳＩの高集積化に伴い、電極
配線は微細化傾向にある。電極配線材料としてはアルミ
ニウムあるいはアルミニウム系合金が多用されてきたが
、配線の線幅が減少するにつれて、エレクトロマイグレ
ーションが厳しく、信頼性を保証することが難しくなっ
てきている。そこで、アルミニウムに代る配線材料とし
てモリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ）などの高融
点金属が試されているが、その抵抗はバルクでアルミニ
ウムの２倍以上と高く、薄膜ではさらに高い。従ってエ
レクトロマイグレーションに強く、低抵抗な材料が求め
られている。そこで、アルミニウムに代わる配線材料と
して銅（Ｃｕ）を用いることが考えられる。銅は、低抵
抗でエレクトロマイグレーションに強く、微細デバイス
への形成を可能にする。

【０００３】しかしながら、銅配線がこれまでにデバイ
スに適用されなかった理由の一つは、ドライエッチング
が困難であったためであった。

【０００４】従来、銅膜のエッチング技術としては、硝
酸，過硫酸アンモニウムさらに塩化鉄含有の塩酸溶液等
でエッチングする方法や第４７回秋季応用物理学会予稿
集（３０ｐ−Ｎ，第５１３頁，１９８６）記載に係る、
アルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いたエッチング方法
、さらには、アルゴン（Ａｒ）と四塩化炭素（ＣＣｌ４
）を用いたドライエッチングとウェットエッチングを行
ない、ウェットエッチングにより、ドライエッチング時
にパターン側壁に形成された銅化合物を除去する方法（
特開平２−８３９３０号公報記載の技術）が知られてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の銅膜のエッチング方法においては、以下に説
明するような問題点を有している。

【０００６】即ち、硝酸，過硫酸アンモニウムさらに塩
化鉄含有の塩酸溶液等でウェットエッチングする方法で
は、等方性エッチングであるため、マスク下部のサイド
エッチが大きくなり、微細加工には適さない問題点があ
る。

【０００７】また、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを用
いたエッチング方法においては、エッチングレートが低
いという問題や、下地へのダメージが大きくなる問題や
、レジストマスクとの選択比が少ないなどの問題点を有
している。

【０００８】さらに、特開平２−８３９３０号公報記載
の方法においては、アルゴン（Ａｒ）によって物理的ス
パッタで銅膜を叩くため、基板へのダメージが大きいこ
とと、十分な選択比がとれないという問題がある。また
、この従来方法においては、側壁保護として塩化銅が形
成するためとしているが、銅と塩素の反応は配線側壁の
表面だけでなく内部にも進行するため、サブミクロンの
領域の微細配線では加工精度が十分でないという問題点
がある。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点に着目
して創案されたものであって、下地へのダメージがなく
、選択比も十分とれ、しかも加工精度の高い銅配線の形
成方法を得んとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、臭素
系ガスと炭素系ガスとを含む混合ガス組成物を用いて、
銅膜にドライエッチングを施すことを、その解決方法と
している。

【００１１】

【作用】銅膜のドライエッチングに際し、例えばＨＢｒ
，ＢＢｒ３，ＮＨ４Ｂｒ等の臭素系ガスと、ＣＨＦ３，
Ｃ２Ｆ６，ＣＦ４等の炭素系のガスを含む混合ガス組成
物を用いて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）あるい
は反応性イオンビームエッチングを施すことにより、エ
ッチング中にＣｕはＢｒイオンあるいはＢｒラジカルと
反応して銅臭化物を形成する。この銅臭化物は加熱によ
り基板から離脱するため、銅のエッチングがなされる。そして、炭素系のガス中の炭素はエッチング中に配線（
銅膜）側壁に付着するため、この炭素付着ないしは炭素
ポリマー付着により側壁が保護されて、異方性加工が達
成される。

【００１２】このため、下地へのダメージがなく、銅臭
化物の離脱作用により選択比も十分とれ、しかも、異方
性加工の達成に伴ないエッチングの寸法精度が高まる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る銅配線の形成方法の詳細
を図面に示す実施例に基づいて説明する。

【００１４】図１は、本実施例において用いる反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）装置を示している。同図中、
１１は真空チャンバであり、この真空チャンバ１１内に
はヒータが内蔵された試料台１２及び対向電極１４が配
設されている。なお、同図中、１５はガス導入管、１６
はターボ分子ポンプ（図示省略）に接続される排気管、
１７はＲＦ電源を示している。

【００１５】斯る構成の反応性イオンエッチング装置を
用いて、以下のエッチング条件にて銅膜のエッチングを
行う。

【００１６】○ガス臭化水素（ＨＢｒ）…１００ＳＣＣＭ三フッ化メタン（ＣＨＦ３）…１００ＳＣＣＭ○圧力…
０．０２Ｔｏｒｒ ○ＲＦパワー…２００Ｗ ○基板温度…２００℃ 上記のエッチング条件で銅膜をエッチングすると約１０
００Å／分のエッチングレートが得られ、異方性エッチ
ングがなされる。

【００１７】以下、図２〜図５に基づいて本実施例の工
程を説明する。

【００１８】本実施例は、先ず、図２に示すように、所
定の素子を形成した半導体基板２１上に絶縁膜２２を形
成した後、所定の位置にコンタクトホール（図示省略）
を開孔し、コンタクトホールの自然酸化膜を除去した後
、ＤＣマグネトロンスパッタ法で順次、チタン（Ｔｉ）
膜２３，窒化チタン（ＴｉＮ）膜２４，銅（Ｃｕ）膜２
５の三層膜を連結形成する。ここで、窒化チタン膜２４
は、銅の拡散バリアメタルとして用いられ、チタン膜２
３はコンタクトホールでオーミック接触をとるために用
いられる。なお、夫々の膜厚は、例えば銅膜２５が５０
００Å，窒化チタン膜２４が１０００Å，チタン膜２３
が２５０Åとする。そして、通常のフォトリソグラフィ
ー技術を用いて、銅膜２５上に所定のレジストパターン
２６を形成する。

【００１９】次に、レジストパターン２６をマスクとし
て上記したエッチング条件で反応性イオンエッチングを
行なう。図３は、エッチング中の状態を示している。斯
るエッチングに際して、銅膜２５の銅はＢｒイオンある
いはＢｒラジカルと反応して銅臭化を形成する。そして
、基板を２００℃以上に加熱することによって銅臭化物
が基板から離脱し、エッチングがなされる。また、この
ようにエッチングガスにＣＨＦ３等の炭素を含むガスを
添加すると、エッチング中に炭素ないしは炭素ポリマー
が銅膜（銅配線）２５側壁に付着し、図３及び図４に示
すように側壁保護層２７を形成する。図４は、エッチン
グ後の状態を示しており、炭素ないしは炭素ポリマーが
付着してなる側壁保護層２７は、銅膜２５の側壁だけで
なくレジストパターン２６の側壁にも付着している。このため、同図に示すように、銅膜２５は異方性加工が
なされ、側面が垂直に立上った形状（断面矩形状）の銅
配線が得られる。

【００２０】次に、レジストアッシング技術によってレ
ジストパターン２６を剥離する。なお、銅は酸化され易
い物質であるため、アッシングは低温で処理できるマイ
クロ波ダウンフローアッシング装置を用いる。このアッ
シング条件としては、例えば、酸素３００ＳＣＣＭ，圧
力２Ｔｏｒｒ，基板温度１５０℃，マイクロ波パワー４
００Ｗでレジストは除去される。また、このレジスト除
去時に配線側壁に付着した炭素ないしは炭素ポリマーも
除去することができる（図５）。

【００２１】以上の実施例について説明したが、本発明
は、これに限定されるものではなく、構成の要旨に付随
する各種の設計変更が可能である。

【００２２】例えば、上記実施例においては、レジスト
をエッチングマスクとして用いたが、エッチングレート
を高めるために、基板温度を高温にする必要があれば、
シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜等の耐熱性をも
ったマスクを用いてもよい。

【００２３】また、上記実施例においては、ドライエッ
チングとして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行な
ったが、この他反応性イオンビームエッチングによって
行なうことも勿論可能である。

【００２４】斯る反応性イオンビームエッチング法を用
いてエッチングを行なう場合は、例えば一例として以下
に示すエッチング条件で行なうことができる。

【００２５】○ガスアルゴン（Ａｒ）…４０ＳＣＣＭ臭化水素（ＨＢｒ）…４０ＳＣＣＭ ○圧力…２×１０−４Ｔｏｒｒ ○基板温度…１５０℃ ○加速電圧…１ＫＶ（ＤＣ） ○イオン電流密度…１×１０−５Ａ／ｃｍ２また、上記
条件では、約１０００Å／分のエッチングレートが得ら
れる。この際の側壁保護膜の形成メカニズムは、レジス
トの炭素が飛散して付着するものであり、他のメカニズ
ムは上記実施例と同様である。また、Ａｒの物理的スパ
ッタによるエッチングに加えて、ＨＢｒによってＣｕの
エッチング反応が促進される。ただし、下地酸化膜（絶
縁膜）へのダメージが心配される場合には、上記実施例
で示した反応性イオンエッチン法でエッチングを行なう
ことが好ましい。

【００２６】なお、上記実施例においては、臭素系ガス
として、ＨＢｒを用いたが、この他、ＢＢｒ３，ＮＨ４
Ｂｒ，Ｂｒ２，ＰＢｒ３，ＣＨＢｒ３，ＣＨ３Ｂｒ等を
用いることができる。

【００２７】また、上記実施例においては、炭素系ガス
としてＣＨＦ３を用いたが、この他に、Ｃ２Ｆ６，ＣＦ
４，ＣＣｌ４，ＣＨＢｒ３，ＣＨＣｌ３，ＣＨＮ，ＣＨ
２Ｂｒ２，ＣＨ２Ｃｌ２，ＣＨ２Ｏ，ＣＨ２Ｏ２，ＣＨ
３Ｂｒ，ＣＨ３Ｃｌ等のガスを用いることができる。

【００２８】例えば、他の実施例としてＨＢｒ以外の臭
素系ガスを用いて反応性イオンエッチングを行なう場合
、以下に示す条件で行なってもよい。

【００２９】○ガス三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）…１００ＳＣＣＭ三フッ化メ
タン（ＣＨＦ３）…１００ＳＣＣＭ○圧力…０．０２Ｔ
ｏｒｒ ○ＲＦパワー…２００Ｗ ○基板温度…２００℃ 斯るエッチングによれば、約１０００Å／分のエッチン
グレートが得られる。ＢｒイオンあるいはＢｒラジカル
が銅のエッチングを行ない、炭素が側壁保護をする作用
は、上記実施例と同様である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る銅配線の形成方法によれば、銅の臭素系ガスとの
反応性により高いエッチレートが得られ、銅と下地の酸
化膜との高選択比が得られる効果がある。

【００３１】また、炭素ないしは炭素ポリマーによる側
壁保護効果によって、垂直形状をもつ銅配線が形成でき
る効果がある。

【００３２】さらに、本発明によれば、レジストとの選
択比が高くなり、精度よくエッチングすることが出来、
０．３５ミクロンルールでの銅配線の適用を可能にする
効果がある。

【００３３】このため、銅配線の実用化が可能となり、
銅のもつポテンシャルによって高信頼性の高密度デバイ
スの実現を可能にする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で用いたＲＩＥ装置の説明図。

【図２】本発明の実施例の工程を示す断面図。

【図３】本発明の実施例の工程を示す断面図。

【図４】本発明の実施例の工程を示す断面図。

【図５】本発明の実施例の工程を示す断面図。

【符号の説明】

２２…絶縁膜、２３…チタン膜、２４…窒化チタン膜、
２５…銅膜、２６…レジストパターン、２７…側壁保護
膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　臭素系ガスと炭素系ガスとを含む混合
ガス組成物を用いて、銅膜にドライエッチングを施すこ
とを特徴とする銅配線の形成方法。