JPH05102094A - 銅膜のエツチング方法 - Google Patents

銅膜のエツチング方法

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JPH05102094A
JPH05102094A JP3263600A JP26360091A JPH05102094A JP H05102094 A JPH05102094 A JP H05102094A JP 3263600 A JP3263600 A JP 3263600A JP 26360091 A JP26360091 A JP 26360091A JP H05102094 A JPH05102094 A JP H05102094A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 銅膜の異方性エッチングを、高精度で、且つ
高選択比で行なうことを達成させる。 【構成】 半導体基板上に形成したCu膜25を、以下
の条件で反応性イオンエッチングする。 エッチングガス:ヨウ化メチル(100SCCM),圧力:
0.02Torr,RFパワー:250W,基板温度:
170℃ このようなエッチングにより、銅はヨウ素又はヨウ素ラ
ジカルと反応しヨウ化銅となりエッチングされる。ま
た、ヨウ化メチルに含まれるカーボンは配線側壁に付着
して保護膜として作用するが、マイクロ波ダウンフロー
アッシング装置を用いてレジスト除去する際に除去する
ことができる。このようなエッチングにより、精高の良
い銅膜のエッチングが達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、銅膜のエッチング方
法に関し、更に詳しくは、半導体装置に用いられる銅配
線のドライエッチングによる形成方法に係わる。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
LSI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、AlあるいはAl合金が多
用されているが、線幅が減少するにつれてエレクトロマ
イグレーションが激しく、信頼性を保証することが難し
くなってきている。そこで、Alに代わる配線材料とし
て、Mo,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Al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
抵抗な材料が要求されている。そこで、Alに代わる配
線材料としてCuを用いることが考えられている。この
Cuは、低抵抗でエレクトロマイグレーションに強く、
微細デバイスを可能にする。
【0003】しかしながら、Cu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。従来のCu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と、Arイ
オンビームを用いたエッチングがある(第47回秋季応
用物理学会予稿集30p−N−12,第513頁198
6)。前者はアンダーカットが生じて微細加工に向か
ず、後者は低エッチングレート,下地へのダメージ,レ
ジストとの選択比が少ない等の問題を生じていた。
【0004】また、特開平2−83930号公報には、
Cuの異方性エッチングについて開示されており、エッ
チングガスとして、Ar+CCl4を用いている。Ar
によって物理的スパッタでCu膜を叩くため、基板への
ダメージが入ることと、十分な選択比がとれないという
問題がある。さらに、側壁保護膜として、塩化銅が形成
されるとしているが、この塩素が内部に進行して反応す
るため、サブミクロン領域での加工精度は低いものとな
る。
【0005】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り、下地へのダメージが無く、
選択比も十分に有し、側壁保護効果を伴なう銅膜のエッ
チング方法を得んとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1記載の
発明は、分子中に、ヨウ素(I)と炭素(C)を含むガ
スを、エッチングガスとして用いて銅膜をエッチングす
ることを、その解決方法としている。
【0007】請求項2記載の発明は、ヨウ素(I)を含
むガス及び炭素(C)を含むガスを、エッチングガスと
して用いて銅膜をエッチングすることを、その解決方法
としている。
【0008】
【作用】本発明では精度の高い銅膜のドライエッチング
を達成するために、反応ガスに分子中にヨウ素(I)と
炭素(C)を含むアルキル・ヨーダイドを用いたRIE
技術によって行う。アルキル・ヨーダイドは、アルキル
基とヨウ素との化合物である。
【0009】このアルキル・ヨーダイドとしては、例え
ば、ヨウ化メチル(CH3I),ヨウ化メチル(C25
I),ヨウ化プロピル(C37I),ヨウ化プチル(C
49I),ヨウ化アルミ(C511I),ヨウ化ヘキシ
ル(C513I)等がある。
【0010】このようなドライエッチングにおいて、エ
ッチング中に、銅はヨウ素イオンあるいはヨウ素ラジカ
ルと反応しヨウ化銅を形成する。また、基板を150℃
以上に加熱すると、反応生成物の基板からの離脱が促進
される。そして、エッチング中にアルキル・ヨーダイド
に含まれるカーボンが配線側壁に付着する。このカーボ
ン付着によって側壁が保護され異方性エッチングが成さ
れる。
【0011】図3にヨウ化銅の蒸気圧曲線を示す。例え
ば10-2Torrの圧力下では、290℃でヨウ化銅は
蒸発する。反応性イオンエッチング中に基板表面では加
熱による温度の他に、イオン照射による温度上昇がある
ため、実際に基板を加熱する温度は290℃は必要でな
く、150℃以上であれば良い。
【0012】また、アルキル・ヨーダイド以外の、ヨウ
素と炭素を含むエッチングガスを用いても、同様の作用
を得ることは可能である。
【0013】さらに、請求項2記載の発明は、ヨウ素を
含むガスと炭素を含むガスを混合して用いることによ
り、銅はヨウ素イオン若しくはヨウ素ラジカルと反応し
て、ヨウ化銅を形成し、炭素を含むガスから炭素が側壁
に付着し、保護膜として作用し、異方性加工を可能にす
る。
【0014】
【実施例】以下、本発明に係る銅膜のエッチング方法の
詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【0015】(実施例1)以下に本発明の実施例1を説
明する。図2は、本発明で用いるRIE装置の略図であ
る。図において、11は真空チャンバー、12は試料
台、13は内部ヒーター、14は対向電極、15はガス
導入管、16は排気管、17はRF電源を示す。通常の
RIE装置であるが、ガス系としてヨウ化メチルを用い
る。基板側の電極には内部ヒーター13が組み込まれて
おり、基板を加熱することが出来る。排気はターボ分子
ポンプを用いる。以下にエッチング条件の一例を示す。
【0016】 ○ガス…ヨウ化メチル100SCCM ○圧力…0.02Torr ○RFパワー…250W ○基板温度…170℃ 上記のエッチング条件でCuをエッチングすると、約
0.3μm/分のエッチンググレートが得られる。エッ
チングレートを高めるためには、RFパワーを上げれば
よい。
【0017】以下、図1を参照してCuのエッチング過
程を説明する。図1(A)において、所定の素子を形成
した半導体基板21にSiO2膜22を形成したのちコ
ンタクトホールを開孔し、コンタクトホールの自然酸化
膜を除去したのち、DCマグネトロンスパッタ法でCu
膜25,TiN膜24,Ti膜23の三層膜を図のよう
に連続形成する。ここでTiN膜24は銅の拡散バリア
メタルとして働き、Ti膜23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る。それぞれの膜厚は、
Cu膜25が5000Å,TiN膜24が1000Å,
Ti膜23が250Åとする。Cu膜25,TiN膜2
4,Ti膜23の三層膜の膜厚は推奨値を示したもので
ありこれに一致する必要はない。次に、通常のフォトリ
ソグラフィー技術を用いてCu銅膜25上にレジストパ
ターン26を形成する。図1(B)はエッチング中の状
態を示している。上述したように、エッチング中にCu
はヨウ素イオンあるいはヨウ素ラジカルと反応しヨウ化
銅を形成する。基板を150℃以上に加熱することによ
ってヨウ化銅が基板から離脱し、エッチングがなされ
る。アルキル・ヨーダイド(実施例ではCH3I)はカ
ーボンを含むガスであるから、エッチング中にカーボン
が配線側壁に付着し、側壁保護膜27を形成する。図1
(C)はエッチング後の状態を示している。カーボンは
銅配線の側壁だけでなくレジストの側壁にも付着する。
こうして断面矩形性を有するCu配線が得られる。次
に、レジストアッシング技術によってレジストを剥離す
る。銅は酸化されやすい物質であるため、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。酸素300SCCM,圧力2Torr,基板温
度150℃,マイクロ波パワー400Wでレジストは除
去される。レジストの除去時に配線側壁に付着したカー
ボンを除去することが出来る(図1(D)参照)。
【0018】本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為
に、基板温度を更に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。
【0019】(実施例2)銅のエッチングガスとしてア
ルキル・ヨーダイドにカーボンを含むガスを添加した例
を説明する。以下にエッチング条件を示す。
【0020】 ○ガス…CH3I(70SCCM)+CH4(30SCCM) ○圧力…0.02Torr RFパワー…250W 基板温度…170℃ 上記条件で約0.2μm/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実施例1
と同様であるが、CH4の添加により実施例1(CH3
単独)よりもガス中のカーボン濃度が高くなるため側壁
保護膜が強固に形成される。0.3μm以下の配線幅の
エッチングにおいて有用である。添加するカーボンを含
むガスは、CH4以外にCHF3,CF4,C25等が良
い。
【0021】(実施例3)銅のエッチングガスとしてア
ルキル・ヨーダイドを不活性ガスで希釈した例を説明す
る。以下に、エッチング条件を示す。
【0022】 ○ガス…CH3I(30SCCM)+N2(70SCCM) ○圧力…0.02Torr ○RFパワー…400W ○基板温度…150℃ 上記条件で約0.3μm/分エッチングレートが得られ
る。窒素の希釈によって、アルキル・ヨーダイドと銅の
反応性は低下するが、物理的スパッタエッチングの要素
が高まり、ヨウ素イオンは基板に垂直に入射する。希釈
によって、反応ガス中のカーボン濃度が低くなるため、
側壁保護膜は上記実施例1に比べて薄くなるが、先に述
べたようにイオンの垂直入射成分が多いため銅は垂直に
エッチングされる。この実施例ではイオンエネルギーを
高めるためにRFパワーを400Wに上げた。さらに、
エッチングは主として物理的スパッタエッチングによっ
てなされるため基板加熱温度を下げることができる。レ
ジストの耐熱性を考えると低温であればあるほど、精度
のよいエッチングができるわけである。0.3μm以下
の配線幅のエッチングにおいて有用である。希釈するガ
スはN2以外にAi,He,Ne,Kr,Xe,Rn等
が良い。
【0023】以上、実施例について説明したが、本発明
は、これら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。
【0024】上記実施例の他に、例えば、ヨソ化水素
(HI)と四フッ化炭素(CF4)を用いて、反応性イ
オンエッチングを行なってもよい。この場合、例えば、
基板温度170℃,HIの流量100SCCM,CF4の流
量100SCCM,圧力0.02Torr,RF電力250
Wの条件で、約0.2〜0.4μm/分のエッチングレ
ートが得られる。また、このエッチングメカニズムは、
上記実施例と同様である。
【0025】また、本発明により形成される銅膜の下地
に高融点金属を形成することにより、エレクトロマイグ
レーション耐性を、さらに高めることが可能となる。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、以下のような効果が得られる。
【0027】銅とアルキル・ヨーダイドとの反応により
ヨウ化銅(Cu22)が生成し銅のドライエッチングが
可能となる効果がある。
【0028】基板加熱を行うと反応・離脱が促進されて
高エッチレートが得られる効果がある。
【0029】化学的反応性が高いため物理的スパッタエ
ッチング等と異なり、銅と下地の酸化膜との高いエッチ
ング選択比を得ることができる。
【0030】アルキル・ヨーダイドのカーボンによって
側壁保護効果が生じ垂直形状をもつ銅配線が得られる。
【0031】レジストとの選択比も高く、精度良くエッ
チング出来、0.35ミクロンルールでの銅配線の適用
が可能となる。
【0032】銅配線の実用化が可能となり、Cuのもつ
高いポテンシャルによって高信頼性の高密度デバイスの
実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(D)は本発明の実施例の工程を示す
断面図。
【図2】実施例で用いたRIE装置の説明図。
【図3】ヨウ化銅の蒸気圧曲線を示すグラフ。
【符号の説明】
21…半導体基板、22…SiO2膜、23…Ti膜、
24…TiN膜、25…Cu膜、27…側壁保護膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分子中に、ヨウ素(I)と炭素(C)を
    含むガスを、エッチングガスとして用いて銅膜をエッチ
    ングすることを特徴とする銅膜のエッチング方法。
  2. 【請求項2】 ヨウ素(I)を含むガス及び炭素(C)
    を含むガスを、エッチングガスとして用いて銅膜をエッ
    チングすることを特徴とする銅膜のエッチング方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05171471A (ja) * 1991-12-17 1993-07-09 Nec Corp 3d遷移金属を含む物質のエッチング方法
US5780359A (en) * 1995-12-11 1998-07-14 Applied Materials, Inc. Polymer removal from top surfaces and sidewalls of a semiconductor wafer
KR100450128B1 (ko) * 2002-06-20 2004-09-30 동부전자 주식회사 반도체 소자의 제조 방법
JP2012169657A (ja) * 2007-07-05 2012-09-06 Imec 銅の光子誘起除去

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