JPH0472724A - Dryetching process - Google Patents
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Abstract
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等の製造工程において銅系金属膜の
エツチングを行うためのドライエッチング方法に関し、
特に残渣もしくはパーティクル汚染の影響を排除しなが
ら速やかな異方性加工を可能とする方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a dry etching method for etching a copper-based metal film in the manufacturing process of semiconductor devices, etc.
In particular, the present invention relates to a method that enables rapid anisotropic processing while eliminating the influence of residue or particle contamination.
本発明は、銅系金属膜のエッチング・ガスとしてＮＨ，
ガスが添加された混合ガスを使用することにより、銅系
金属膜の表面に存在する酸化膜を還元除去し、残渣の発
生を抑制して異方性加工を達成しようとするものである
。The present invention uses NH,
By using a mixed gas to which gas is added, the oxide film existing on the surface of the copper-based metal film is reduced and removed, and the generation of residue is suppressed to achieve anisotropic processing.
さらに本発明は、少なくともＳｉＣｌ４ガスとＮ！ガス
とを含むエッチング・ガス、もしくは少なくともＳｉＣ
ｌ４ガスとＮＨ，ガスとを含むエッチング・ガスにより
銅系金属膜のエッチングを行った後、エッチング・チャ
ンバー内の所定の部位を加熱しなからＣＩＦ、ガスを供
給して該エッチング・チャンバー内に堆積したエツチン
グ反応生成物をガス・エツチングの機構で除去すること
により、パーティクル汚染の防止を図るものである。Furthermore, the present invention provides at least SiCl4 gas and N! or at least an etching gas containing SiC gas.
After etching the copper-based metal film with an etching gas containing l4 gas and NH gas, a predetermined part in the etching chamber is heated, and then CIF and gas are supplied to the etching chamber. The purpose is to prevent particle contamination by removing the deposited etching reaction products using a gas etching mechanism.
近年のＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等にみられるように半導体装
置の高集積化および高性能化が進むに伴い、金属配線の
デザイン・ルールもサブミクロンさらにはクォーターミ
クロンに微細化されようとしている。従来、半導体装置
における金属配線はアルミニウム系材料によるものが主
流である。しかし、アルミニウム系の金属配線ではデザ
イン・ルールが０．５μｍよりも微細になるとエレクト
ロマイグレーション等により配線の信転性が劣化する上
に、アスペクト比が１〜２と大きくなり、その後の絶縁
膜形成や平坦化等の一連のプロセスが実施困難となる。As semiconductor devices become more highly integrated and performant, as seen in VLSI, ULSI, etc. in recent years, the design rules for metal interconnections are becoming finer to submicron or even quarter micron. Conventionally, metal wiring in semiconductor devices has been mainly made of aluminum-based materials. However, when the design rule for aluminum-based metal wiring becomes finer than 0.5 μm, the reliability of the wiring deteriorates due to electromigration, etc., and the aspect ratio increases to 1 to 2, making it difficult to form an insulating film afterward. A series of processes such as flattening and flattening become difficult to implement.
かかる背景から、銅系の金属材料による配線形成が注目
されている。銅はエレクトロマイグレーション耐性が高
い上、電気抵抗率が約１．４μΩｃｍと低く、アルミニ
ウムの半分程度に過ぎない。Against this background, wiring formation using copper-based metal materials is attracting attention. Copper has high electromigration resistance and has a low electrical resistivity of about 1.4 μΩcm, which is only about half that of aluminum.
したがって信転性を損なうことなく金属配線層を薄膜化
することが可能となり、アスペクト比も軽減される。Therefore, the metal wiring layer can be made thinner without impairing reliability, and the aspect ratio can also be reduced.
しかし、銅系の金属材料のエッチングには技術的な困難
が多い。However, there are many technical difficulties in etching copper-based metal materials.
まず、銅は酸化を受けやすい金属であるため、銅系の金
属材料層の表面は常に酸化銅で被覆され、不動態化して
いるという問題がある。＃ｉ２化銅被膜が存在すると、
エツチングガスと銅との間の化学反応が抑制されてエツ
チング速度が低下するほか、酸化銅被膜がマスクとして
機能した場合にはこの陰の金属材料層が除去されず、ウ
ェハ上に残渣が発生し易いという不都合がある。First, since copper is a metal that is easily oxidized, there is a problem in that the surface of the copper-based metal material layer is always coated with copper oxide and becomes passivated. #i If copper dioxide coating is present,
In addition to inhibiting the chemical reaction between the etching gas and the copper, which slows down the etching rate, if the copper oxide film acts as a mask, this hidden metal material layer is not removed and a residue is generated on the wafer. The disadvantage is that it is easy.
また、銅は金属配線層のエツチングに従来から広く使用
されているハロゲン系ガスではエツチングされにくいこ
とも、良く知られた事実である。It is also a well-known fact that copper is difficult to be etched by halogen-based gases that have been widely used for etching metal wiring layers.
これは、反応生成物である銅ハロゲン化物の室温におけ
る蒸気圧が極めて低いからである。そこで、ウェハを加
熱し反応生成物の蒸気圧を高めて除去し易くすることも
行われているが、この加熱によりチャンバー内の残留酸
素による酸化銅の形成がかえって促進されてしまう震れ
がある。This is because the vapor pressure of the reaction product, copper halide, at room temperature is extremely low. Therefore, the wafer is heated to increase the vapor pressure of the reaction products to make them easier to remove, but this heating may actually accelerate the formation of copper oxide due to residual oxygen in the chamber. .
この問題を解決すべく、銅系の配線材料のエツチングに
ついて種々のプロセスが提案されている。In order to solve this problem, various processes have been proposed for etching copper-based wiring materials.
たとえば、ジャパニーズ・ジャーナル・オプ・アプライ
ド・フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）第２８巻６号第
Ｌ １０７０〜Ｌ １０７２ページ（１９８９年）には
、ウェハを２５０℃付近に加熱しながら５ｉＣｊ！４と
Ｎ３の混合ガスにより銅薄膜の反応性イオンエツチング
を行う技術が報告されている。この技術によれば、ウェ
ハの加熱により上述のような残渣の発生が防止される他
、気相中における反応生成物であるＳｉ、Ｎ、を側壁保
護に利用できるため、異方性加工が行われるとされてい
る。For example, the Japanese Journal of Applied Physics
of Applied Physics) Vol. 28, No. 6, L 1070-L 1072 (1989) states that 5iCj! A technique has been reported in which reactive ion etching of a copper thin film is performed using a mixed gas of 4 and N3. According to this technology, in addition to preventing the generation of the above-mentioned residue by heating the wafer, Si and N, which are reaction products in the gas phase, can be used to protect the sidewalls, so anisotropic processing can be performed. It is said that it will be destroyed.
また、特開平１−２３４５７８号公報には、エツチング
ガス中に数％の水素を添加することにより、高温中で残
留酸素との反応により表面に生成した酸化銅を還元しな
がら銅薄膜のドライエッチングを行う方法が開示されて
いる。Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-234578 describes a method for dry etching a copper thin film while reducing copper oxide generated on the surface by reaction with residual oxygen at high temperature by adding several percent of hydrogen to the etching gas. A method is disclosed.
さらに本願書出願人は、先に特願平２−９７２４５号明
細書において、ウェハを２００’Ｃ以下に加熱した状態
で、エツチングガスにＮ系ガスと０系ガス。Furthermore, the applicant of the present application previously disclosed in Japanese Patent Application No. 97245/1999 that N-based gas and 0-based gas are used as etching gases while the wafer is heated to below 200'C.
またはＮと０とを含むガスを用いるか、あるいはＮ系ガ
スとＯ系ガスとＦ系ガス、またはＮと０とを含むガスと
Ｆを含むガスを用い、銅を硝酸銅Ｃｕ（ＮＯりｆｆｉの
形で昇華除去させるエツチング方法を提案している。こ
の方法によれば、ハロゲン系の活性種が存在しないため
にマスク・パターンや下地である眉間絶縁膜に対する選
択比が太きくとれ、またウェハの加熱が比較的低温で行
われるために酸化銅の生成も少なくなるという利点があ
る。Alternatively, using a gas containing N and 0, or using a gas containing N and O and F, or using a gas containing N and 0 and a gas containing F, copper can be We have proposed an etching method that removes the etching by sublimation in the form of a wafer.With this method, since there are no halogen-based active species, the selectivity to the mask pattern and the underlying glabella insulating film can be increased, and the wafer Since the heating is carried out at a relatively low temperature, there is an advantage that less copper oxide is produced.
しかしながら、酸化銅被膜の効率的な除去や、気相中か
らの反応生成物によるパーティクル汚染の防止を考える
と、従来の技術にも未だ改良の余地が残されている。However, in terms of efficient removal of the copper oxide film and prevention of particle contamination by reaction products from the gas phase, there is still room for improvement in the conventional technology.
そこで本発明は、酸化銅被膜の存在による残渣の発生や
、パーティクル汚染を招くことなく、銅系金属膜の異方
性エツチングを可能とする方法を提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a method that enables anisotropic etching of a copper-based metal film without causing residue or particle contamination due to the presence of a copper oxide film.
本発明者は、上述の目的を達成するために鋭意検討を行
った結果、■従来提案されている銅系金属膜用のエッチ
ング・ガス系にＮＨ，を添加すれば、還元作用による酸
化銅被膜の除去が可能となり、残渣の発生が防止できる
こと、および■従来提案されているエッチング・ガス系
、もしくは上記■のガス系によりエツチングを行った後
、Ｃ２Ｆ、ガスのガス・−エツチング機構によるチャン
バー内のクリーニングを行えば、銅系金属膜のドライエ
ツチングにおけるパーティクル汚染が効果的に防止され
ることを見出し、本発明を完成するに至ったものである
。As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the inventor of the present invention found that: (1) If NH is added to the etching gas system for copper-based metal films that has been proposed in the past, the copper oxide film can be formed by the reduction effect. After etching is performed using the previously proposed etching gas system or the gas system described in The inventors have discovered that particle contamination during dry etching of a copper-based metal film can be effectively prevented by cleaning the copper-based metal film, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の第１の発明にかかるドライエツチン
グ方法は、少なくともＮＨ，ガスを含むエッチング・ガ
スにより銅系金属膜のエツチングを行うことを特徴とす
るものである。That is, the dry etching method according to the first aspect of the present invention is characterized in that a copper-based metal film is etched with an etching gas containing at least NH and gas.
本発明の第２の発明にかかるドライエツチング方法は、
少なくともＳ ｉＣｊ！ ａガスとＮ２ガスとを含むエ
ッチング・ガスにより銅系金属膜のエツチングを行う第
１の工程と、前記第１の工程においてエッチング・チャ
ンバーの内部に堆積したエツチング反応生成物を該エッ
チング・チャンバーの所定の部位を加熱しなからＣｆｆ
１Ｆ、ガスにより選択的に除去する第２の工程を有する
ことを特徴とするものである。The dry etching method according to the second invention of the present invention includes:
At least SiCj! A first step of etching the copper-based metal film with an etching gas containing a gas and N2 gas, and removing the etching reaction product deposited inside the etching chamber in the first step. Cff without heating the specified area
1F, it is characterized by having a second step of selectively removing with gas.
さらに、本発明の第３の発明にかかるドライエツチング
方法は、少なくともＳｉＣｌ４ガスとＮＨ，ガスとを含
むエッチングガスにより銅系金属膜のエツチングを行う
第１の工程と、前記第１の工程においてエッチング・チ
ャンバーの内部に堆積したエツチング反応生成物を該エ
ッチング・チャンバーの所定の部位を加熱しながら（Ｉ
Ｆ、ガスにより選択的に除去する第２の工程を有するこ
とを特徴とするものである。Furthermore, the dry etching method according to the third aspect of the present invention includes a first step of etching the copper-based metal film with an etching gas containing at least SiCl4 gas and NH gas; - Etching reaction products deposited inside the chamber are removed while heating a predetermined part of the etching chamber (I
This method is characterized by having a second step of selectively removing F and gas.
本発明の第１の発明において使用されるＮＨ３ガスは、
Ｈの持つ還元作用により酸化銅を純銅に変化させること
ができる。したがって、エツチング装置のチャンバー内
でウェハが高温に保持されていたとしても、銅系金属膜
の表面ではチャンバー内の残留酸素による酸化銅の形成
とＮＨ，ガスによる酸化銅の還元とが常に平行して起こ
る状態が達成されるので、エツチング速度の低下や酸化
銅がマスクとなることによる残渣の発生等が防止される
。The NH3 gas used in the first invention of the present invention is
Due to the reducing action of H, copper oxide can be changed into pure copper. Therefore, even if the wafer is kept at a high temperature in the chamber of the etching equipment, the formation of copper oxide by the residual oxygen in the chamber and the reduction of the copper oxide by NH and gas are always in parallel on the surface of the copper-based metal film. Therefore, a reduction in the etching rate and generation of a residue due to the copper oxide acting as a mask are prevented.
さらに、併用されるガス系によってはＮＨ，中のＮが側
壁保護膜の構成元素となったり、エツチング種となるこ
とが考えられ、異方性の向上やエツチング速度の増大を
図る上で有利である。たとえば、Ｓ ｉ Ｃ１４７Ｎｚ
系へＮＨ，が添加されれば、ＮＨ，中のＮの寄与により
Ｓｉ、Ｎｉ、もしくは５ｉｘｃＪ！、Ｎ、等の組成を有
する側壁保護膜の形成が期待できる。したがって本発明
は、前述の特開平１−２３４５７８号公報に記載される
ように還元性ガスとして単に水素を添加する場合よりも
、異方性の向上の観点から有利である。また、ＮＨ，が
Ｎｏ、１０．系へ添加されれば、Ｎの寄与によりＣｕ（
ＮＯｚ）ｚの形成が促進され、それだけ速く銅が昇華除
去できることになる。しかも、Ｈによる還元作用も期待
できるので、特願平２−９７２４５号明細書に記載され
る技術に比べてエツチング速度の増大および酸化銅形成
のより徹底した抑制が可能となる点で有利である。Furthermore, depending on the gas system used in combination, NH and N in it may become a constituent element of the sidewall protective film or an etching species, which is advantageous in improving anisotropy and increasing the etching rate. be. For example, S i C147Nz
When NH, is added to the system, Si, Ni, or 5ixcJ! due to the contribution of N in NH, , N, etc. can be expected to be formed. Therefore, the present invention is more advantageous from the viewpoint of improving anisotropy than the case where hydrogen is simply added as a reducing gas as described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-234578. Also, NH, is No, 10. When added to the system, Cu(
The formation of NOz) is promoted and the copper can be removed by sublimation faster. Furthermore, since the reducing effect of H can be expected, this method is advantageous in that it can increase the etching rate and more thoroughly suppress copper oxide formation compared to the technique described in Japanese Patent Application No. 2-97245. .
本発明の第２の発明は、エツチング工程を２段階に分け
、第１の工程で少なくともＳ ｉ Ｃｊ！ ａガスとＮ
、ガスとを含む混合ガスによる銅系金属膜のエツチング
を行い、続く第２の工程でチャンバー内の不要な堆積物
をＣＩ！、Ｆ、によるガス・エツチングで除去するもの
である。Ｃ１Ｆ、ガスは不安定な化合物であり、加熱に
より容易に（ＩＦとＦ□に分解する。これらはイオン化
せずに分子状態のまま第１の工程で堆積したＳｉ工Ｎ、
あるいはＳ １ｘｃ１．、Ｎｔ等の組成を有する堆積物
をエツチング除去することができる。つまり、加熱部位
において選択的にガス・エツチングを進行させることが
できるので、エッチング・チャンバー内の所定の部位を
加熱可能な構造としておけば、その部位に存在する不要
な堆積物が除去できるわけである。In the second aspect of the present invention, the etching process is divided into two steps, and in the first step, at least S i Cj! a gas and N
The copper-based metal film is etched using a mixed gas containing , gas, and in the subsequent second step, unnecessary deposits in the chamber are removed using CI! , F, by gas etching. C1F gas is an unstable compound and easily decomposes into (IF and F□) by heating.
Or S 1xc1. , Nt, etc. can be removed by etching. In other words, gas etching can be selectively progressed in the heated areas, so if a predetermined area in the etching chamber is designed to be heated, unnecessary deposits existing in that area can be removed. be.
さらに、本発明の第３の発明は、第１の工程で少なくと
もＳ ｉ ＣＩｌａガスとＮ Ｈｓガスとを含むエツチ
ングガスにより銅系金属膜のエツチングを行った後、続
く第２の工程でチャンバー内の不要な堆積物をｃｚＦｓ
によるガス・エツチングで除去するものである。この場
合は、エツチング工程における酸化銅形成の抑制、およ
びチャンバー内のクリーニングという両方の効果を得る
ことができる。Furthermore, the third invention of the present invention is such that after the copper-based metal film is etched in the first step with an etching gas containing at least S i CIla gas and N Hs gas, the etching process is performed in the chamber in the second step. Remove unwanted deposits from czFs
It is removed by gas etching. In this case, it is possible to obtain the effects of both suppressing the formation of copper oxide in the etching process and cleaning the inside of the chamber.
以下、本発明の好適な実施例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
実施例１
本実施例は、本発明の第１の発明により銅薄膜のドライ
エツチングを行った例である。Example 1 This example is an example in which a copper thin film was dry etched according to the first aspect of the present invention.
まず、シリコン等からなる半導体基板上に酸化シリコン
等からなる層間絶縁膜、銅薄膜、酸化シリコンからなる
マスク・パターンが形成されたウェハを高周波バイアス
印加型ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ・エ
ツチング装置のウェハ・ステージ上にセットした。First, a wafer on which an interlayer insulating film made of silicon oxide, etc., a thin copper film, and a mask pattern made of silicon oxide were formed on a semiconductor substrate made of silicon or the like was subjected to a high-frequency bias application type ECR (electron cyclotron resonance) plasma etching system. It was set on the wafer stage.
次に、ウェハ・ステージを約２５０°Ｃに加熱し、５ｉ
Ｃｊ！ａガス流量３０ ＳＣＣＭ、Ｎ８ガス流量１１０
５ＣＣ，Ｎ Ｈｓガス流量１０３ＣＣＭ、ガス圧１０５
Ｔｏｒｒ、マイクロ波パワー８５０Ｗ、高周波バイアス
・パワー ３００Ｗ （１３，５６Ｍ Ｈｚ ）の条件
でエツチングを行った。Next, heat the wafer stage to about 250°C and
Cj! a Gas flow rate 30 SCCM, N8 gas flow rate 110
5CC, NHs gas flow rate 103CCM, gas pressure 105
Etching was performed under the following conditions: Torr, microwave power of 850 W, and high frequency bias power of 300 W (13.56 MHz).
このエツチングの過程では、銅は５ｉＣｊ２．ガスから
住する塩素系エツチング種と反応してＣｕＣｆｆ１．を
生成する。このＣｕＣｆヨは、常温では蒸気圧が低いの
で除去は困難であるが、ここではウェハが高温に加熱さ
れているのでＣｕ Ｃ１＊の蒸気圧が高められた状態と
なり、速やかな除去が行われる。このような高温条件下
において、従来の技術では残留酸素と＃［膜表面との反
応により酸化銅被膜が形成される懸念があったが、本発
明ではエツチングガスに還元作用を有するＮＨ，が含ま
れているために、生成する酸化鋼はただちにエツチング
されやすい純銅に還元される。したがって、エツチング
反応は円滑に進行し、酸化鋼が不要なマスクとして機能
することによる残渣の発生も防止される。さらに、この
エツチング反応と平行して、気相中で５ｉｘＮアあるい
はＳｉ、Ｃｊ！。In this etching process, the copper is 5iCj2. CuCff1. reacts with chlorine-based etching species present from the gas. generate. Since the vapor pressure of CuCf is low at room temperature, it is difficult to remove it, but here, since the wafer is heated to a high temperature, the vapor pressure of CuC1* is increased, and it is quickly removed. Under such high-temperature conditions, with conventional techniques, there was a concern that a copper oxide film would be formed due to the reaction between residual oxygen and the film surface, but in the present invention, the etching gas contains NH, which has a reducing effect. Because of this, the oxidized steel that forms is immediately reduced to pure copper, which is easily etched. Therefore, the etching reaction proceeds smoothly, and the generation of residues due to the oxidized steel functioning as an unnecessary mask is also prevented. Furthermore, in parallel with this etching reaction, 5ixNa or Si, Cj! .
Ｎ、等の組成を有する化合物が生成し、エツチング面に
堆積する。これらの堆積物に含まれるＮの一部は、Ｎ
Ｈｓからも供給されると考えられる。A compound having a composition such as N is generated and deposited on the etched surface. Some of the N contained in these deposits is N
It is thought that it is also supplied from Hs.
かかる堆積反応は上述のエツチング反応と競合して起こ
るので、上記堆積物による側壁保護が行われながら、良
好な異方性エツチングが達成される。Since such a deposition reaction occurs in competition with the above-mentioned etching reaction, good anisotropic etching can be achieved while the side walls are protected by the above-mentioned deposit.
なお、上述のエッチング・ガス系には、希釈ガスとして
不活性ガス等が適宜添加されていても構わない。Note that an inert gas or the like may be appropriately added as a diluent gas to the above-mentioned etching gas system.
実施例２
本実施例は、本発明の第１の発明を適用し、実施例１と
は異なるエッチング・ガス系により銅薄膜のドライエツ
チングを行った例である。Example 2 This example is an example in which the first aspect of the present invention is applied and a copper thin film is dry etched using an etching gas system different from that in Example 1.
被エツチング材として使用したウェハは、実施例１で上
述したものと同じである。このウェハを同様に高周波バ
イアス印加型ＥＣＲプラズマ・エツチング装置にセント
し、ウェハ・ステージを約２００℃に加熱し、Ｎｏ、ガ
ス流量３０ ＳＣＣＭ、 ｏｘガス流量１０ ＳＣＣＭ
、ＮＨ，ガス流量１０５ＣＣＭ、ガス圧１０’ａ＋丁ｏ
ｒｒ、マイクロ波パワー＋１１５０ Ｗ 、高周波バイ
アス・パワー３００Ｗ （１３，５６ＭＨｚ ）の条件
でエツチングを行った。The wafer used as the material to be etched was the same as that described above in Example 1. This wafer was similarly placed in a high-frequency bias application type ECR plasma etching apparatus, the wafer stage was heated to about 200°C, and the etching process was performed using No. 1, gas flow rate of 30 SCCM, and OX gas flow rate of 10 SCCM.
, NH, gas flow rate 105CCM, gas pressure 10'a+cho
Etching was performed under the following conditions: rr, microwave power +1150 W, and high frequency bias power 300 W (13.56 MHz).
このエツチングの過程では、プラズマ・ガス中の活性種
と銅との反応により昇華性のＣｕ （Ｎ Ｏｓ） ｚが
生成することで銅薄膜のエツチングが進行する。In this etching process, the etching of the copper thin film progresses as sublimable Cu (N 2 Os) z is produced by the reaction between the active species in the plasma gas and the copper.
上記エッチング・ガス系は、本願出願人が先に特願平２
−９７２４５号明細書において開示したエッチング・ガ
ス系を基本とするものであり、従来アルミニウムのエツ
チングに多用されているような塩素系ガスを含まないた
め、マスク・パターンあるいは下地である眉間絶縁膜に
対する選択比が大きくとれるという利点を有する０本実
施例では、このガス系にさらにＮ Ｈｓガスが添加され
ているため、該Ｎ Ｈ３ガス中のＮの寄与によりＣｕ（
Ｎｏユ）ｔの形成がより容易となる。さらに、ＮＨ，ガ
スの還元作用により銅薄膜表面の酸化銅の除去も平行し
て行われるため、極めて良好な異方性加工を速やかに行
うことが可能となる。The above-mentioned etching gas system was first applied to by the applicant in Japanese Patent Application No.
This is based on the etching gas system disclosed in Japanese Patent Application No. 97245, and does not contain chlorine-based gas, which is conventionally used for etching aluminum. In this example, which has the advantage of having a large selection ratio, N Hs gas is further added to this gas system, so the Cu(
Formation of No. 1) becomes easier. Furthermore, since copper oxide on the surface of the copper thin film is removed in parallel by the reducing action of NH and gas, extremely good anisotropic processing can be quickly performed.
なお、上述のＮＯ□ガスに代えてＮｘＯｘ、ＮｚＯ。Note that NxOx and NzO are used instead of the above-mentioned NO□ gas.
Ｎｏ、Ｎ！、 ＮＨ，等のガスを使用し、これを０゜
ガスおよびＮ Ｈ３ガスと混合してエッチング・ガスと
しても良い、あるいは、０：ガスを使用せず、Ｎ Ｏｘ
ガスとＮＨ，ガスの混合ガスを使用しても良い、さらに
、これらすべてのガスには、希釈ガスとして不活性ガス
等が適宜添加されていても良い。No, no! , NH, etc. may be used as the etching gas by mixing it with 0° gas and NH3 gas, or 0: No gas is used and NOx gas is used.
A mixed gas of gas, NH, and gas may be used, and furthermore, an inert gas or the like may be appropriately added as a diluting gas to all of these gases.
実施例３
本実施例は、本発明の第２の発明により銅薄膜のエツチ
ングを行った例である。Example 3 This example is an example in which a copper thin film was etched according to the second aspect of the present invention.
本実施例では、上部電極、下部電極（ウェハ設置電極）
、チャンバー壁にそれぞれヒーターが内蔵され、加熱が
可能となされたマグネトロンＲＩＥ（反応性イオン・エ
ツチング）装置を使用した。In this example, the upper electrode, lower electrode (wafer installation electrode)
A magnetron RIE (reactive ion etching) device was used in which a heater was built into each chamber wall to enable heating.
かかるエツチング装置のチャンバー内の下部電極に実施
例１で使用したものと同様のウェハをセットし、上部電
極、下部電極、チャンバー壁をそれぞれに内蔵されたヒ
ーターにより約３００℃に加熱した。この状態で５ｉＣ
ｆｆｉ４ガス流量３０−３ＣＣＭ。A wafer similar to that used in Example 1 was set on the lower electrode in the chamber of such an etching apparatus, and the upper electrode, lower electrode, and chamber wall were heated to about 300° C. by heaters built into each. 5iC in this state
ffi4 gas flow rate 30-3CCM.
Ｎ２ガス流量２０５ＣＣＭ、ガス圧１５５Ｔｏｒｒ、高
周波パワー密度２．７Ｗ／ｃｍ”の条件でエッチングを
行った。これを第１の工程とした。Etching was performed under the conditions of a N2 gas flow rate of 205 CCM, a gas pressure of 155 Torr, and a high frequency power density of 2.7 W/cm''. This was the first step.
上記第１の工程では、銅がＣｕＣ１，の形で除去される
エツチング反応と、Ｓｉ、Ｎ、あるいはＳｉオＣｆ、Ｎ
、等の組成を有する化合物の堆積反応とが競合し、良好
な異方性エツチングが行われたが、上記化合物はチャン
バーの内部部材にも堆積した。In the first step, an etching reaction in which copper is removed in the form of CuC1, and an etching reaction in which copper is removed in the form of CuC1,
, etc. competed with the deposition reaction of a compound having a composition such as , etc., and good anisotropic etching was performed, but the above compound was also deposited on the internal members of the chamber.
そこで、続く第２の工程では、エツチングガスとしてＣ
ｊ！Ｆｓガスを流量５００５ＣＣＭにて供給し、ガス圧
をｌ Ｔｏｒｒ、各部の加熱温度を２５０℃としてエッ
チングを行った。この工程では、加熱が行われているチ
ャンバー壁、上部電極および下部電極の表面にてＣＩ
Ｆ ３ガスの熱分解生成物によるガス・エツチングが進
行し、堆積物は速やかに分解除去された。したがって、
複数のウェハに対して連続的な枚葉処理を行った場合に
も、パーティクル汚染が発生することはなかった。Therefore, in the subsequent second step, C was used as the etching gas.
j! Etching was performed by supplying Fs gas at a flow rate of 5005 CCM, at a gas pressure of 1 Torr, and at a heating temperature of 250° C. at each part. In this process, CI
Gas etching by the thermal decomposition products of F3 gas proceeded, and the deposits were rapidly decomposed and removed. therefore,
Even when multiple wafers were subjected to continuous single-wafer processing, particle contamination did not occur.
なお、チャンバー内の不要な堆積物をフッ素系ガスを用
いたプラズマ・クリーニング等の方法により除去する技
術は、一般にも知られている。しかし、プラズマ・クリ
ーニングが放電の安定化等に長い時間を要するのに対し
、本発明のガス・エツチングは温かに迅速に実施できる
ため、スルーブツトの向上環の観点から有利である。Note that a technique for removing unnecessary deposits in the chamber by a method such as plasma cleaning using a fluorine-based gas is generally known. However, while plasma cleaning requires a long time to stabilize the discharge, the gas etching of the present invention can be performed warmly and quickly, which is advantageous from the viewpoint of improving throughput.
また、ヒーターによる加熱部位は、上述のようなチャン
バー壁、上部電極、および下部電極に限られるものでは
なく、エツチング装置の機能を損なわない範囲であれば
堆積物の被着し得るあらゆる部位が加熱可能となされて
いることが望ましい。Furthermore, the areas heated by the heater are not limited to the chamber wall, upper electrode, and lower electrode as mentioned above, but any area where deposits can adhere is heated as long as it does not impair the functionality of the etching device. It is desirable that this is possible.
実施例４
本実施例は、本発明の第３の発明により４ｍ膜のエツチ
ングを行った例である。Example 4 This example is an example in which a 4 m film was etched according to the third aspect of the present invention.
本実施例では、壬ヤンバー壁にヒーターが内蔵されて加
熱可能となされた高周波バイアス印加型ＥＣＲプラズマ
・エツチング装置を使用した。In this example, a high-frequency bias application type ECR plasma etching apparatus was used, which had a built-in heater in the bottom wall to enable heating.
かかるエツチング装置のウェハ・ステージに実施例１で
使用したものと同様のウェハをセットし、ウェハ・ステ
ージを約２５０℃に加熱し、ＳｉＣ１ａガス流量１０５
ＣＣＭ、Ｎ！ガス流量１０ ＳＣＣＭ、ＮＨ。A wafer similar to that used in Example 1 was set on the wafer stage of such an etching apparatus, the wafer stage was heated to about 250°C, and the SiC1a gas flow rate was set at 105°C.
CCM, N! Gas flow rate 10 SCCM, NH.
ガス流量ＩＱ ＳＣＣ？ｌ、ガス圧１０ ＊Ｔｏｒｒ、
フィクロ波パワー８５０Ｗ、高周波バイアス・パワ
ー３００Ｗの条件でエツチングを行った。このエツチン
グ過程では、銅がＣｕ Ｃｊ！ ＊の形で除去されるエ
ツチング反応と、Ｓｉ、Ｎ、あるいはＳｉ、Ｃｆ！、Ｎ
、等の組成を有する堆積物の形成とが競合して良好な異
方性エツチングが行われる一方、ＮＨ，の還元作用によ
り酸化銅被膜が除去された。Gas flow rate IQ SCC? l, gas pressure 10 *Torr,
Etching was carried out under the conditions of fibrous wave power of 850 W and high frequency bias power of 300 W. In this etching process, copper becomes Cu Cj! Etching reaction that removes in the form of * and Si, N, or Si, Cf! , N
The copper oxide film was removed by the reducing action of NH, while the copper oxide film was removed by the reducing action of NH.
しかし、上記堆積物はチャンバー壁等にも堆積するので
、Ｃｊ！Ｆ、ガスを流量５００３ＣＣＭにて供給し、ガ
ス圧をｌ Ｔｏｒｒ＋ チャンバー壁の加熱温度を２５
０℃としてエツチングを行うことにより、これを除去し
た。However, since the above deposits also accumulate on the chamber walls, etc., Cj! F, gas is supplied at a flow rate of 5003 CCM, the gas pressure is 1 Torr+, and the heating temperature of the chamber wall is 25
This was removed by etching at 0°C.
発明を適用すれば、多数のウェハに対する枚葉処理を行
う場合にも常にクリーンな環境下で信幀性の高いエツチ
ングが再現性良く行われる。さらに本発明の第３の発明
によれば、前記２発明を合わせた効果が得られる。By applying the invention, even when performing single wafer processing on a large number of wafers, highly reliable etching can always be performed in a clean environment with good reproducibility. Furthermore, according to the third aspect of the present invention, the combined effect of the above two aspects can be obtained.
本発明は、高性能、高集積度を有する半導体装置の製造
に特に有効である。The present invention is particularly effective in manufacturing semiconductor devices with high performance and high degree of integration.
特許出願人 ソニー株式会社 代理人 弁理士 小 池 見 回 田村榮 同 佐藤 勝 〔発明の効果〕Patent applicant: Sony Corporation Agent Patent Attorney Mi Koike Episode Sakae Tamura Same as Masaru Sato 〔Effect of the invention〕
Claims (3)
により銅系金属膜のエッチングを行うことを特徴とする
ドライエッチング方法。(1) A dry etching method characterized by etching a copper-based metal film with an etching gas containing at least NH_3 gas.
むエッチングガスにより銅系金属膜のエッチングを行う
第１の工程と、 前記第１の工程においてエッチング・チャンバーの内部
に堆積したエッチング反応生成物を該エッチング・チャ
ンバーの所定の部位を加熱しながらＣｌＦ＿３ガスによ
り選択的に除去する第２の工程を有することを特徴とす
るドライエッチング方法。(2) A first step of etching the copper-based metal film with an etching gas containing at least SiCl_4 gas and N_2 gas, and etching the etching reaction product deposited inside the etching chamber in the first step. - A dry etching method characterized by having a second step of selectively removing using ClF_3 gas while heating a predetermined portion of the chamber.
含むエッチングガスにより銅系金属膜のエッチングを行
う第１の工程と、 前記第１の工程においてエッチング・チャンバーの内部
に堆積したエッチング反応生成物を該エッチング・チャ
ンバーの所定の部位を加熱しながらＣｌＦ＿３ガスによ
り選択的に除去する第２の工程を有することを特徴とす
るドライエッチング方法。(3) A first step of etching the copper-based metal film with an etching gas containing at least SiCl_4 gas and NH_3 gas, and etching the etching reaction product deposited inside the etching chamber in the first step. - A dry etching method characterized by having a second step of selectively removing using ClF_3 gas while heating a predetermined portion of the chamber.
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