JPH05102095A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPH05102095A
JPH05102095A JP3287272A JP28727291A JPH05102095A JP H05102095 A JPH05102095 A JP H05102095A JP 3287272 A JP3287272 A JP 3287272A JP 28727291 A JP28727291 A JP 28727291A JP H05102095 A JPH05102095 A JP H05102095A
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JP
Japan
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etching
layer
material layer
wafer
film
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Withdrawn
Application number
JP3287272A
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Japanese (ja)
Inventor
Junichi Sato
淳一 佐藤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To anisotropically etch an Al group material layer excellent in resist and base material selectivity without using BCl3. CONSTITUTION:After removing natural oxide film 7 on the surface of Al-1%Si layer 6, Al-1%Si layer 6 and barrier-metal 5 are etched using S2F2/Cl2 mixed gas. Cl* generated dissociation from Cl2 acts as main etching seed and S generated from S2F2 acts as a component for a side wall protective film 9, anisotropic working possible even under low bias. Since above stated mixed gas does not contain reducing substances such as BCl3, etc., the selectivity against a SiO2 interlayer insulating film 1 which is a base material improves. The deposited S can be easily removed through sublimation when a wafer is heated, thus can not be the cause for particle pollution. Only in the removal process of natural SiO2 film 7, reducing substances may be used.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造分野等
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
アルミニウム(Al)系材料層のエッチングにおいて対
レジスト選択性と対下地選択性の向上、および装置のメ
ンテナンスの容易化等を図るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method applied in the field of semiconductor device manufacturing, etc., and particularly to improvement of resist selectivity and underlayer selectivity in etching of aluminum (Al) -based material layer, and apparatus. It is intended to facilitate the maintenance of.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の電極配線材料としては、ア
ルミニウム(Al)、あるいはこれに1〜2%のシリコ
ン(Si)を添加したAl−Si合金、さらにストレス
・マイグレーション対策として0.5〜1%の銅(C
u)を添加したAl−Si−Cu合金等のAl系材料が
広く使用されている。
2. Description of the Related Art Aluminum (Al) or an Al--Si alloy in which 1 to 2% of silicon (Si) is added as an electrode wiring material of a semiconductor device, and 0.5 to 1 as a stress migration countermeasure. % Copper (C
Al-based materials such as Al-Si-Cu alloys containing u) are widely used.

【0003】Al系材料層のドライエッチングは、一般
に塩素系ガスを使用して行われている。たとえば、特公
昭59−22374号公報に開示されるBCl3 /Cl
2 混合ガスはその代表例である。Al系材料層のエッチ
ングにおいて主エッチング種として寄与する化学種はC
* (塩素ラジカル)であるから、本来的にはCl2
みを使用すれば良い。しかし、実際のAl系材料層の表
面には自然酸化膜が存在しており、これを還元しなけれ
ば速やかにエッチングは進行しない。また、Cl* のみ
ではエッチングが等方的に進行するので、異方性加工を
行うためには何らかの形でイオンの寄与が必要である。
BCl3 はかかる必要性に鑑みて添加されているもので
ある。すなわち、BCl3 はプラズマ中で強力な還元作
用を有する化学種BClx を生成するため、Al系材料
層の表面の自然酸化膜を還元し、速やかにエッチング反
応を進行させることができる。また、BCl3 から生成
するBClx + 等のイオンはレジスト・マスクのフォワ
ード・スパッタリングを促進し、炭素系の分解生成物を
パターン側壁部に堆積させるので、この堆積物の側壁保
護効果により異方性加工が可能となるわけである。
Dry etching of the Al-based material layer is generally performed using a chlorine-based gas. For example, BCl 3 / Cl disclosed in JP-B-59-22374.
A mixed gas is a typical example. The chemical species contributing as the main etching species in the etching of the Al-based material layer is C.
Since it is l * (chlorine radical), only Cl 2 should be used originally. However, a natural oxide film is present on the surface of the actual Al-based material layer, and unless this is reduced, etching does not proceed promptly. Further, since the etching proceeds isotropically only with Cl * , some kind of ion contribution is required for performing anisotropic processing.
BCl 3 has been added in view of this need. That is, since BCl 3 produces a chemical species BCl x having a strong reducing action in plasma, it is possible to reduce the natural oxide film on the surface of the Al-based material layer and to promptly advance the etching reaction. Ions such as BCl x + generated from BCl 3 promote forward sputtering of the resist mask and deposit carbonaceous decomposition products on the pattern side wall portion, so that the side wall protection effect of this deposit is anisotropic. It is possible to process the material.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記B
Cl3 /Cl2 混合ガス、とりわけBCl3 を添加する
ことには、次のような問題点がある。その第一は、メン
テナンス性の悪化である。BCl3は排気される途中で
酸素と反応してB2 3 (ホウ酸)を生成し、この白色
粉末がエッチング装置の排気系統の配管を詰まらせるた
め、メンテナンスの頻度が高くなり、スループットが低
下する原因となる。
However, the above B
The addition of Cl 3 / Cl 2 mixed gas, especially BCl 3 , has the following problems. The first is deterioration of maintainability. BCl 3 reacts with oxygen during exhaust to generate B 2 O 3 (boric acid), and this white powder clogs the piping of the exhaust system of the etching apparatus, resulting in frequent maintenance and high throughput. It causes a decrease.

【0005】第二の問題は、BCl3 が強い還元性を有
しているために、酸化シリコン等からなる下地絶縁膜が
露出した場合にこれが還元され、Cl* によるエッチン
グを受け易くなることである。これは、オーバーエッチ
ング時における顕著な対下地選択性の低下を意味する。
第三の問題は、レジスト・マスクのフォワード・スパッ
タリングを期待するためにはある程度大きなイオン入射
エネルギーが必要となるので、これにより必然的にレジ
スト選択性が低下することである。さらに、下地絶縁膜
が露出してかかる大きなエネルギーを有するイオンにス
パッタされると、該絶縁膜がパターン側壁部に堆積して
再付着層を形成する。この再付着層は多孔質であるため
残留塩素を吸蔵し易く、アフターコロージョンを促進す
る原因となる。特に近年では、Al系材料層の下層側に
バリヤメタルが設けられていたり、Al系材料層にCu
が添加されている場合が多く、アフターコロージョン防
止の観点からは不利な条件が揃っているので、塩素の残
留の場を提供する再付着層の形成は極力避けなければな
らない。
The second problem is that since BCl 3 has a strong reducing property, when the underlying insulating film made of silicon oxide or the like is exposed, it is reduced and is susceptible to etching by Cl *. is there. This means that the over-etching significantly decreases the selectivity to the underlayer.
The third problem is that a certain amount of ion incident energy is required to expect forward sputtering of the resist mask, which inevitably reduces the resist selectivity. Further, when the underlying insulating film is exposed and sputtered by the ions having high energy, the insulating film is deposited on the pattern side wall portion to form a redeposition layer. Since this redeposited layer is porous, it easily absorbs residual chlorine, which causes aftercorrosion. Particularly in recent years, a barrier metal is provided on the lower side of the Al-based material layer, or Cu is added to the Al-based material layer.
In many cases, the formation of a redeposition layer which provides a residual field of chlorine must be avoided, because it is often added and the conditions are disadvantageous from the viewpoint of preventing after-corrosion.

【0006】このように、従来のAl系材料のエッチン
グにおける問題点の多くはBCl3 の使用に起因するも
のである。したがって、Al系材料層のエッチング・プ
ロセスの全般にわたってBCl3 を添加したエッチング
・ガスを使用することは好ましくないと言える。そこで
本発明は、上述の諸問題を解決し、対レジスト選択性、
対下地選択性、メンテナンス性に優れ、アフターコロー
ジョンを効果的に防止しながらAl系材料層の異方性加
工を可能とするドライエッチング方法を提供することを
目的とする。
As described above, many problems in the conventional etching of Al-based materials are caused by the use of BCl 3 . Therefore, it can be said that it is not preferable to use the etching gas added with BCl 3 throughout the etching process of the Al-based material layer. Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems and improves the resist selectivity.
It is an object of the present invention to provide a dry etching method which is excellent in selectivity to base and maintainability and which enables anisotropic processing of an Al-based material layer while effectively preventing after-corrosion.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するために提案されるものである。すなわち、本願
の第1の発明にかかるドライエッチング方法は、被エッ
チング基板の温度を室温以下に制御しながら、S
2 2 ,SF2 ,SF4 ,S2 10から選ばれる少なく
とも1種類のフッ化イオウと塩素系化合物とを含むエッ
チング・ガスを用いてAl系材料層をエッチングするこ
とを特徴とする。
The present invention is proposed to achieve the above objects. That is, the dry etching method according to the first invention of the present application, while controlling the temperature of the substrate to be etched to room temperature or lower,
It is characterized in that the Al-based material layer is etched using an etching gas containing at least one kind of sulfur fluoride selected from 2 F 2 , SF 2 , SF 4 , and S 2 F 10 and a chlorine-based compound.

【0008】さらに、本願の第2の発明にかかるドライ
エッチング方法は、上述のエッチングを行う前に、少な
くともAl系材料層の表面の自然酸化膜を除去しておく
ことを特徴とする。
Further, the dry etching method according to the second invention of the present application is characterized in that at least the natural oxide film on the surface of the Al-based material layer is removed before the above-mentioned etching.

【0009】[0009]

【作用】本発明者は、前述の3つの問題点のうちメンテ
ナンス性の悪化と対レジスト選択性,対下地選択性の低
下を回避するためには、BCl3 を極力使用せずに済む
プロセスが必要であり、また下地の層間絶縁膜のスパッ
タ除去を防止するためには、イオン入射エネルギーが低
くても高異方性の達成できるプロセスが必要であるとの
認識に立って検討を進めた。ここで、イオン入射エネル
ギーを低減するということは、低バイアス条件下でレジ
スト分解生成物の供給が期待できないことを意味するの
で、これに代わる材料で側壁保護を行うことが必要とな
る。
In order to avoid deterioration of maintainability and deterioration of resist selectivity and underlayer selectivity among the above-mentioned three problems, the present inventor has proposed a process which does not use BCl 3 as much as possible. The study was conducted with the recognition that it is necessary and that a process capable of achieving high anisotropy is required even if the ion incident energy is low in order to prevent sputter removal of the underlying interlayer insulating film. Here, reducing the ion incident energy means that it is not possible to expect the supply of the resist decomposition product under the low bias condition, and therefore it is necessary to perform the sidewall protection with a material which is an alternative thereto.

【0010】本発明において、塩素系化合物に少なくと
もS/F比(分子中のS原子数とF原子数の比)の高い
フッ化イオウが添加されてなるエッチング・ガスを使用
し、かつ被エッチング基板(ウェハ)の温度を室温以下
に制御しながらエッチングを行うのは、かかる認識にも
とづいている。上記塩素系化合物は、言うまでもなく、
Al系材料層の主エッチング種であるCl* の供給源で
ある。
In the present invention, an etching gas comprising a chlorine-based compound to which sulfur fluoride having a high S / F ratio (ratio of the number of S atoms to the number of F atoms in the molecule) is added is used, and etching is performed. It is based on this recognition that etching is performed while controlling the temperature of the substrate (wafer) below room temperature. Needless to say, the above chlorine-based compound is
It is a supply source of Cl * which is the main etching species of the Al-based material layer.

【0011】一方のフッ化イオウは、本願出願人が先に
特願平2−198045号明細書を始めとする一連の出
願により提案している化合物であり、S(イオウ)供給
源である。本発明で使用されるフッ化イオウは、従来か
らエッチング・ガスとして使用されている六フッ化イオ
ウSF6 と異なり、放電解離条件下でプラズマ中に遊離
のS(イオウ)を放出することができる。生成したS
は、室温以下に温度制御されたウェハの表面に容易に吸
着する。このうち、イオンの垂直入射面に吸着したS
は、適当な入射イオン・エネルギーがあれば直ちにスパ
ッタ除去されるが、イオンの垂直入射が原理的に起こら
ないパターン側壁部ではそのまま堆積して側壁保護膜を
形成する。つまり、側壁保護膜は気相中からの生成物に
より形成されるため、従来のように高い入射エネルギー
を有するBClx + のようなイオンでレジスト・マスク
のフォワード・スパッタを起こす必要がないのである。
このことは、高いバイアス・パワーを印加しなくとも高
異方性加工が可能となることを意味している。したがっ
て、対レジスト選択性が向上することはもちろん、オー
バーエッチング時に下地の層間絶縁膜がスパッタされて
パターン側壁部に再付着することもなくなり、アフター
コロージョンが抑制できる。
On the other hand, sulfur fluoride is a compound proposed by the applicant of the present application in a series of applications including Japanese Patent Application No. 2-198045 and is an S (sulfur) source. The sulfur fluoride used in the present invention, unlike sulfur hexafluoride SF 6 which has been conventionally used as an etching gas, can release free S (sulfur) into plasma under discharge dissociation conditions. .. Generated S
Easily adsorbs on the surface of the wafer whose temperature is controlled below room temperature. Of these, S adsorbed on the vertical incidence plane of ions
Will be immediately sputtered away if there is an appropriate incident ion energy, but will be deposited as it is on the side wall of the pattern where the vertical incidence of ions does not occur in principle to form a side wall protective film. In other words, since the side wall protective film is formed by the product from the gas phase, it is not necessary to cause forward sputtering of the resist mask with ions such as BCl x + having a high incident energy as in the conventional case. ..
This means that highly anisotropic processing is possible without applying high bias power. Therefore, not only the selectivity to resist is improved, but also the underlying interlayer insulating film is not sputtered and redeposited on the pattern side wall during overetching, and after-corrosion can be suppressed.

【0012】しかも、本発明においてパターン側壁部に
堆積したSは、エッチング終了後に基板をおおよそ90
℃以上に加熱すれば容易に昇華除去させることができる
ため、何らパーティクル汚染を惹起させるものではな
い。
Moreover, in the present invention, the S deposited on the side wall of the pattern has a thickness of about 90 after the etching.
It can be easily sublimated and removed by heating it at a temperature of not less than 0 ° C, so that it does not cause any particle contamination.

【0013】もちろん本発明では、ウェハ温度が室温以
下に制御されていることにより、一般的な低温エッチン
グのメリットも併せて得られる。低温エッチングの呼称
は、特にウェハ温度を0℃以下に制御するプロセスにつ
いて用いられる場合が多い。しかし、通常のドライエッ
チング工程では、特にウェハを冷却しない限りプラズマ
輻射熱や反応熱によりウェハ温度は百数十℃にまで上昇
するのが普通なので、ウェハ温度を室温近傍に維持する
プロセスも広義の低温エッチングに含めることができ
る。低温エッチングは、深さ方向のエッチング速度をイ
オン・アシスト反応により実用的なレベルに維持したま
ま、パターン側壁部における横方向のラジカル反応を凍
結もしくは抑制して、比較的イオン入射エネルギーが低
い条件下でも高異方性を達成しようとする技術である。
Al系材料層のエッチングの場合、主エッチング種は塩
素系ガスから解離生成するCl* であるが、室温以下の
温度域ではその反応性は通常のエッチングにおけるより
も抑制され、高異方性の達成には有利である。
Of course, in the present invention, the wafer temperature is controlled to be room temperature or lower, so that the merit of general low temperature etching is also obtained. The term low temperature etching is often used especially for a process of controlling the wafer temperature at 0 ° C. or lower. However, in the normal dry etching process, unless the wafer is cooled, the temperature of the wafer is usually raised to 100s of tens of degrees Celsius due to plasma radiation heat or reaction heat. It can be included in the etching. The low-temperature etching freezes or suppresses the radical reaction in the lateral direction on the pattern sidewall while keeping the etching rate in the depth direction at a practical level by the ion-assisted reaction, so that the ion incident energy is relatively low. However, this is a technology that aims to achieve high anisotropy.
In the case of etching the Al-based material layer, the main etching species is Cl *, which is generated by dissociation from a chlorine-based gas, but its reactivity is suppressed in the temperature range below room temperature as compared with that in normal etching, and it has high anisotropy. It is advantageous to achieve.

【0014】なお、上記フッ化イオウも排気される途中
においてエッチング系内の残留酸素と反応し、酸化イオ
ウSOx を生成する可能性がある。しかし、SOx は前
述のB2 3 と異なり気体であって、脱硫装置を設置す
れば容易に排気できるため、装置のメンテナンスが煩雑
化することはない。また、フッ化イオウから解離生成し
たSはエッチング・チャンバの内壁部等にも堆積するよ
うに思われるが、かかる部分はプラズマ輻射熱による加
熱されているので、実際の堆積量は少なく、パーティク
ル汚染が懸念される程ではない。
The sulfur fluoride may also react with residual oxygen in the etching system during the exhaust process to generate sulfur oxide SO x . However, unlike the above-described B 2 O 3 , SO x is a gas and can be easily exhausted by installing a desulfurization device, so that maintenance of the device does not become complicated. Further, it seems that S dissociated and produced from sulfur fluoride is also deposited on the inner wall of the etching chamber, etc. However, since such a portion is heated by plasma radiant heat, the actual deposition amount is small and particle contamination does not occur. Not so worrisome.

【0015】また、本発明ではAl系材料層のエッチン
グ工程においてエッチング・ガス中に還元性物質が含ま
れていない。したがって、下地絶縁膜の一部が露出して
からAl材料層のオーバーエッチングを行ったとして
も、下地絶縁膜が還元されることがなく、耐下地選択性
が向上する。
Further, in the present invention, the reducing gas is not contained in the etching gas in the step of etching the Al-based material layer. Therefore, even if the Al material layer is over-etched after a part of the base insulating film is exposed, the base insulating film is not reduced, and the base selective resistance is improved.

【0016】以上が、本願の2発明の基本となる考え方
である。第2の発明では、Al系材料層のエッチングに
先立ち、自然酸化膜の除去(いわゆるブレイクスルー)
を行う。これは、第1の発明で提案されるエッチング・
ガスが還元性物質を含まないため、場合によってはエッ
チング速度が大幅に低下する虞れがあるからである。し
かし、予め自然酸化膜を除去しておけば、続くAl系材
料層のエッチングを円滑に進めることができる。
The above is the basic idea of the two inventions of the present application. In the second invention, the natural oxide film is removed (so-called breakthrough) prior to the etching of the Al-based material layer.
I do. This is the etching proposed in the first invention.
This is because the gas does not contain a reducing substance, so that the etching rate may be significantly reduced in some cases. However, if the natural oxide film is removed in advance, the subsequent etching of the Al-based material layer can proceed smoothly.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。本実施例は、本願の第2の発明を適用し、Ar/
2 2 /Cl2 混合ガスを用いてAl−1%Si層の
表面の自然酸化膜を除去した後、S2 2 /Cl2 混合
ガスを用いてAl−1%Si層およびバリヤメタルのエ
ッチングを行った例である。このプロセスを図1を参照
しながら説明する。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below. This embodiment applies the second invention of the present application, and Ar /
After removal of the natural oxide film on the surface of the Al-1% Si layer using a S 2 F 2 / Cl 2 mixture gas, the Al-1% Si layer and barrier metal using a S 2 F 2 / Cl 2 mixture gas This is an example of etching. This process will be described with reference to FIG.

【0018】まず、一例として図1(a)に示されるよ
うに、SiO2 層間絶縁膜1上に厚さ約0.03μmの
第1のTi層2、厚さ約0.07μmのTiON層3、
厚さ約0.03μmの第2のTi層4が順次積層された
バリヤメタル5が形成され、さらにこの上に厚さ約0.
3μmのAl−1%Si層6がスパッタリング等により
形成され、さらに該Al−1%Si層6上にレジスト・
マスク8が形成されてなるウェハを準備した。上記Al
−1%Si層6の表面には、Al2 3 を組成の主体と
する自然酸化膜7が形成されている。
First, as an example, as shown in FIG. 1A, a first Ti layer 2 having a thickness of about 0.03 μm and a TiON layer 3 having a thickness of about 0.07 μm are formed on a SiO 2 interlayer insulating film 1. ,
A barrier metal 5 is formed by sequentially laminating a second Ti layer 4 having a thickness of about 0.03 μm, and further, a barrier metal 5 having a thickness of about 0.
A 3 μm Al-1% Si layer 6 is formed by sputtering or the like, and a resist layer is formed on the Al-1% Si layer 6.
A wafer having the mask 8 formed thereon was prepared. Al above
On the surface of the -1% Si layer 6, a natural oxide film 7 mainly composed of Al 2 O 3 is formed.

【0019】上述のウェハを、有磁場マイクロ波プラズ
マ・エッチング装置のウェハ載置電極にセットした。こ
こで、上記ウェハ載置電極は冷却配管を内蔵しており、
エッチング装置の外部に設置されるチラー等の冷却設備
から冷媒の供給を受けることにより、ウェハを所定の温
度に冷却できるようになされている。ここでは、エタノ
ール冷媒を使用した。エッチング条件の一例を以下に示
す。
The above-mentioned wafer was set on the wafer mounting electrode of the magnetic field microwave plasma etching apparatus. Here, the wafer mounting electrode has a built-in cooling pipe,
The wafer can be cooled to a predetermined temperature by receiving the supply of the cooling medium from a cooling equipment such as a chiller installed outside the etching apparatus. Here, an ethanol refrigerant was used. An example of etching conditions is shown below.

【0020】 Ar流量 90SCCM S2 2 流量 30SCCM Cl2 流量 10SCCM ガス圧 2.1Pa(16mTorr) マイクロ波パワー 800W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 50W(2MHz) ウェハ温度 −60℃ この過程では、図1(b)に示されるように、レジスト
・マスク8でマスクされていない領域においてAr+
逆スパッタリング作用により自然酸化膜7が速やかに除
去された。
Ar flow rate 90 SCCM S 2 F 2 flow rate 30 SCCM Cl 2 flow rate 10 SCCM Gas pressure 2.1 Pa (16 mTorr) Microwave power 800 W (2.45 GHz) RF bias power 50 W (2 MHz) Wafer temperature -60 ° C. As shown in FIG. 1B, the native oxide film 7 was promptly removed by the reverse sputtering action of Ar + in the region not masked by the resist mask 8.

【0021】次に、エッチング条件を一例として下記の
ように切り換え、上記Al−1%Si層6およびバリヤ
メタル5をエッチングした。 S2 2 流量 60SCCM Cl2 流量 120SCCM ガス圧 2.1Pa(16mTorr) マイクロ波パワー 800W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 30W(2MHz) ウェハ温度 −60℃ この過程では、ECR放電によりCl2 から解離生成す
るCl* を主エッチング種とするエッチング反応が、C
x + ,S+ ,SFx + 等のイオンにアシストされる機
構でエッチングが進行し、Al−1%Si層およびバリ
ヤメタルはそれぞれAlClx およびTiClx 等の形
で除去された。
Next, the Al-1% Si layer 6 and the barrier metal 5 were etched by switching the etching conditions as follows, for example. S 2 F 2 flow rate 60 SCCM Cl 2 flow rate 120 SCCM Gas pressure 2.1 Pa (16 mTorr) Microwave power 800 W (2.45 GHz) RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer temperature -60 ° C. In this process, ECR discharge from Cl 2 The etching reaction using Cl *, which is generated by dissociation, as the main etching species
Etching proceeded by a mechanism assisted by ions such as l x + , S + and SF x + , and the Al-1% Si layer and the barrier metal were removed in the form of AlCl x and TiCl x, respectively.

【0022】またこれと同時に、S2 2 から生成する
Sがウェハ上のパターン側壁部に堆積し、側壁保護膜9
が形成された。しかも、ウェハの低温冷却によりラジカ
ルの反応性が抑制されている。以上の効果が相乗的に現
れ、図1(c)に示されるように、良好な異方性形状を
有するAl−1%Si層パターン6a、およびバリヤメ
タル・パターン5aが形成された。ただし、図中、パタ
ーニング後の各材料層は、対応する元の材料層の符号に
添字aを付して表してある。
At the same time, S generated from S 2 F 2 is deposited on the side wall of the pattern on the wafer, and the side wall protection film 9 is formed.
Was formed. Moreover, the reactivity of radicals is suppressed by cooling the wafer at a low temperature. The above effects appear synergistically, and as shown in FIG. 1C, the Al-1% Si layer pattern 6a having a good anisotropic shape and the barrier metal pattern 5a are formed. However, in the drawing, each material layer after patterning is represented by adding a subscript a to the reference numeral of the corresponding original material layer.

【0023】なお、本発明がS2 2 に期待する役割は
S供給源としてであるが、S2 2 から生成するF*
蒸気圧の低い反応生成物AlFx の形成に寄与し、側壁
保護効果を高める働きもある。あるいは、上記F* はパ
ターン近傍の残留塩素をフッ素置換し、アフターコロー
ジョンを抑制することにも寄与する。
The role that the present invention expects from S 2 F 2 is to serve as an S supply source, but F * produced from S 2 F 2 contributes to the formation of a reaction product AlF x having a low vapor pressure, It also works to enhance the side wall protection effect. Alternatively, the above F * contributes to the suppression of aftercorrosion by substituting residual chlorine in the vicinity of the pattern with fluorine.

【0024】この後、約50%のオーバーエッチングを
行ったが、Sによる側壁保護は引き続き行われるため、
Cl* が相対的に過剰となってもバリヤメタル5にアン
ダカットが入ることはなかった。また、RFバイアス・
パワーが比較的低い領域でエッチングを行っているた
め、下地のSiO2 層間絶縁膜1がスパッタされてパタ
ーン側壁部に再付着することもなく、アフターコロージ
ョンの早期発生が抑制された。
After this, over-etching of about 50% was performed, but since the side wall protection by S is continued,
Even if Cl * was relatively excessive, the barrier metal 5 did not undercut. Also, RF bias
Since the etching is performed in the region where the power is relatively low, the underlying SiO 2 interlayer insulating film 1 was not sputtered and redeposited on the pattern side wall portion, and the early generation of after-corrosion was suppressed.

【0025】また、上記側壁保護膜9は、エッチング終
了後にウェハを約90℃に加熱することにより、容易に
昇華除去され、何らパーティクル汚染を惹起させること
はなかった。このときの加熱は、ヒータを内蔵したウェ
ハ載置電極を使用するか、あるいはウェハを予備加熱チ
ャンバ等に搬送して加熱ステージ上に載置する等の方法
により行うことができる。
Further, the sidewall protection film 9 was easily sublimated and removed by heating the wafer to about 90 ° C. after the etching was completed, and did not cause any particle contamination. The heating at this time can be performed by using a wafer mounting electrode having a built-in heater or by carrying the wafer to a preheating chamber or the like and mounting it on a heating stage.

【0026】あるいは、上記側壁保護膜9を、通常のO
2 プラズマ・アッシング条件によりレジスト・マスク8
を除去する際に同時に除去することもできる。
Alternatively, the side wall protective film 9 is formed by a conventional O
2 Resist mask 8 depending on plasma ashing conditions
Can also be removed at the same time.

【0027】ところで、本発明は上述の実施例に何ら限
定されるものではない。たとえば自然酸化膜の除去工程
では、イオン入射エネルギーを高めた条件でフッ化イオ
ウから生成するS+ ,SFx + 等のイオンによるスパッ
タ作用を利用すれば、Arの添加は必ずしも必要ではな
い。あるいは、この工程でBCl3 ,SiCl4 等の従
来から良く知られた還元性物質の他、本発明者が先に特
願平3−81008号明細書において提案したSi2
2 Cl4 (テトラクロロシクロジシルチアン)等を使用
しても良い。
By the way, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the step of removing the natural oxide film, the addition of Ar is not always necessary if the sputtering action of ions such as S + and SF x + generated from sulfur fluoride is used under the condition that the ion incident energy is increased. Alternatively, in this step, in addition to the conventionally well-known reducing substances such as BCl 3 and SiCl 4 , Si 2 S previously proposed by the present inventor in Japanese Patent Application No. 3-81008 is proposed
2 Cl 4 (tetrachlorocyclodisylthiane) or the like may be used.

【0028】BCl3 の還元性については前述したとお
りである。BCl3 を使用した場合には、排気系統にお
けるB2 3 の生成は避けられない。しかし、自然酸化
膜の除去はメイン・プロセスのAl系材料層のエッチン
グよりは所要時間が遙かに短いため、BCl3 がプロセ
ス全般を通して使用されている従来の方法に比べればそ
の生成量は遙かに少なく、メンテナンスの頻度や手間が
大幅に軽減される。
The reducibility of BCl 3 is as described above. When BCl 3 is used, the production of B 2 O 3 in the exhaust system is unavoidable. However, since the time required to remove the native oxide film is much shorter than the etching of the Al-based material layer in the main process, the amount of BCl 3 produced is far greater than that of the conventional method in which BCl 3 is used throughout the process. Very few, maintenance frequency and labor is greatly reduced.

【0029】SiCl4 とSi2 2 Cl2 は、放電分
解によりプラズマ中に還元性の高い化学種SiClx
生成する。これらのガスは排気系統においても何ら固体
化合物を生成しないので、BCl3 を使用する場合のよ
うな問題は回避できる。あるいは、これらの還元性物質
に本発明で使用されるフッ化イオウを適宜添加したもの
であっても良い。
SiCl 4 and Si 2 S 2 Cl 2 generate a highly reducing chemical species SiCl x in plasma by discharge decomposition. Since these gases do not produce any solid compounds in the exhaust system, problems such as when using BCl 3 can be avoided. Alternatively, these reducing substances may be appropriately added with the sulfur fluoride used in the present invention.

【0030】また、上述の実施例ではフッ化イオウとし
てS2 2 を使用したが、本発明で限定される他のフッ
化イオウを使用した際にも、ほぼ同様の結果が得られ
る。さらに、エッチング・ガスにはスパッタリング効
果,希釈効果,冷却効果等を期待する意味で、Ar,H
e等の希ガスが適宜添加されていても良い。
Further, although S 2 F 2 was used as the sulfur fluoride in the above-mentioned embodiments, substantially the same result can be obtained when other sulfur fluoride limited in the present invention is used. Furthermore, in the sense that the etching gas is expected to have a sputtering effect, a dilution effect, a cooling effect, etc., Ar, H
A rare gas such as e may be appropriately added.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではAl系材料層の主エッチング種であるCl* を供
給する塩素系化合物と、側壁保護膜の主成分となるSを
供給するフッ化イオウとを含むエッチング・ガスを使用
する。このエッチング・ガスには還元性物質が含まれな
いため、下地の絶縁膜に対する選択性が低下する虞れが
ない。また、低バイアス条件下でも高異方性加工が可能
となり、対レジスト選択比および対下地選択比が向上す
る他、アフターコロージョンの抑制効果も期待できる。
しかも、側壁保護に寄与したSは容易に昇華除去できる
ため、パーティクル汚染の原因とはならない。
As is clear from the above description, in the present invention, a chlorine-based compound that supplies Cl * , which is the main etching species of the Al-based material layer, and S, which is the main component of the sidewall protection film, are supplied. An etching gas containing sulfur fluoride is used. Since this etching gas does not contain a reducing substance, there is no fear that the selectivity with respect to the underlying insulating film will decrease. Further, it is possible to perform highly anisotropic processing even under a low bias condition, improve the selectivity ratio to resist and the selectivity ratio to underlying layer, and expect an effect of suppressing after-corrosion.
Moreover, since S that has contributed to the protection of the side wall can be easily sublimated and removed, it does not cause particle contamination.

【0032】したがって、本発明は微細なデザイン・ル
ールにもとづき高性能および高信頼性を要求される半導
体装置の製造に極めて有効である。
Therefore, the present invention is extremely effective in manufacturing a semiconductor device which requires high performance and high reliability based on fine design rules.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例をその工程順にしたがって示
す概略断面図であり、(a)はAl−1%Si層上にレ
ジスト・マスクが形成された状態、(b)はAl−1%
Si層の表面の自然酸化膜が除去された状態、(c)は
Al−1%Si層およびバリヤメタルが異方性エッチン
グされた状態をそれぞれ表す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the present invention in the order of steps, (a) showing a state where a resist mask is formed on an Al-1% Si layer, and (b) showing Al-1. %
The state in which the native oxide film on the surface of the Si layer is removed is shown, and (c) shows the state in which the Al-1% Si layer and the barrier metal are anisotropically etched.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・SiO2 層間絶縁膜 2 ・・・第1のTi層 3 ・・・TiON層 4 ・・・第2のTi層 5 ・・・バリヤメタル 6 ・・・Al−1%Si層 6a・・・Al−1%Siパターン 7 ・・・自然酸化膜 8 ・・・レジスト・マスク 9 ・・・側壁保護膜(S)1 ... SiO 2 interlayer insulating film 2 ... first Ti layer 3 ... TiON layer 4 ... second Ti layer 5 ... barrier metal 6 ... Al-1% Si layer 6a · ..Al-1% Si pattern 7 ... Natural oxide film 8 ... Resist mask 9 ... Side wall protective film (S)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被エッチング基板の温度を室温以下に制
御しながら、S2 2 ,SF2 ,SF4 ,S2 10から
選ばれる少なくとも1種類のフッ化イオウと塩素系化合
物とを含むエッチング・ガスを用いてアルミニウム系材
料層をエッチングすることを特徴とするドライエッチン
グ方法。
1. At least one sulfur fluoride selected from S 2 F 2 , SF 2 , SF 4 , and S 2 F 10 and a chlorine-based compound are contained while controlling the temperature of the substrate to be etched below room temperature. A dry etching method comprising etching an aluminum-based material layer using an etching gas.
【請求項2】 少なくともアルミニウム系材料層の表面
の自然酸化膜を除去した後、請求項1記載のエッチング
を行うことを特徴とするドライエッチング方法。
2. A dry etching method, characterized in that the etching according to claim 1 is performed after at least the natural oxide film on the surface of the aluminum-based material layer is removed.
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