JPH053179A - ドライエツチング方法 - Google Patents

ドライエツチング方法

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JPH053179A
JPH053179A JP26782291A JP26782291A JPH053179A JP H053179 A JPH053179 A JP H053179A JP 26782291 A JP26782291 A JP 26782291A JP 26782291 A JP26782291 A JP 26782291A JP H053179 A JPH053179 A JP H053179A
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JP
Japan
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gas
film
dry etching
etching
oxygen
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Application number
JP26782291A
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Inventor
Motoki Kobayashi
元樹 小林
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、アルミニウムを含む金属膜をアン
ダカットなく、さらに残渣なく異方性エッチングするこ
とができるドライエッチング方法を提供することを目的
とする。 【構成】 無機物マスクが形成されたアルミニウムを含
む金属膜を有する基板20を準備し、塩化物ガスと酸素
ガス及び窒素ガスからなる混合ガスまたは、塩化物ガス
と塩素ガスと酸素ガス及び窒素ガスからなる混合ガスを
マイクロ波と磁場とで相互作用させて放電プラズマを生
成し、この放電プラズマによってアルミニウムを含む金
属膜をエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路素子の
製造方法、特に、アルミニウムを含む金属膜をパターニ
ングするためのドライエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のドライエッチング方法に
おいて、特開昭64−82630号公報により開示され
ているものがあるように、無機物として、シリコン酸化
膜を代表とする物質をマスクとして、Al合金膜をドラ
イエッチングする方法としては有機物として、図6
(a)に示すように、ポジレジスト101などをマスク
として被エッチング膜102をドライエッチングする方
法に比べて、図6(b)に示すように、マスクパターン
103の下のAl合金膜104にアンダカットを生じ易
い理由から、塩素を含むガスに酸素を混合したガスを用
いていた。
【0003】これは、有機物をマスクとした場合、Al
合金の側面の保護膜はマスクからスパッタされた有機物
から形成されるのに対し、無機物をマスクとした場合、
塩素系ガスは無機物のエッチレートは極めて遅く、側面
に付着するスパッタ物はほとんどないため、側面の保護
膜として、Al−Oを形成させることを目的として酸素
を混合させるものである。
【0004】塩素を含むガスを用いたドライエッチング
においては、Alと塩素ラジカルは反応エネルギが低
く、かつ塩化アルミニウム(例えば、AlCl)の蒸気
圧は比較的高いため、容易にエッチングが進行し、アン
ダカットが生じ易いため、10-2〜10-3torrという低
圧領域を用いることが多い。
【0005】低圧領域では、比較的ラジカル密度が低い
こと、さらには、マグネトロンを用いた反応性イオンエ
ッチング(RIE)により、高いイオン密度が得られる
ことにより、アンダカットが発生しにくいためである。
【0006】このマグネトロンRIEは、磁場によって
電子をトラップし、プラズマを閉じこめることにより、
通常のRIEに比べ、高い電離度を得る方法であり、上
記低圧力領域(〜10-3torr)でも、安定放電が可能で
あるとともに、生産性を考慮した実用的なエッチレート
が同条件下で得られるという利点がある。
【0007】このように、無機物をマスクとしたAl合
金膜のエッチングにおいては、Al合金膜にアンダカッ
トを発生させないように、塩素を含むガスに酸素を添加
し、かつマグネトロンRIEにより、低圧力領域(〜1
-3torr)でAl合金膜を異方性エッチングすることが
可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた方法では、塩素を含むガスに酸素を混合させるため
に、Al合金の側面だけではなく、被エッチング面をも
酸素が保護し、ある程度以上(上記公報では、5%以
上)酸素を混合させると、残渣が生じ易くなったり、エ
ッチレートが低下する問題があった。
【0009】特に、Al合金膜として、銅(Cu)を含
むAl−Si−Cuに代表される合金膜では、Cuの塩
化物は極めて蒸気圧が低いため、これが核となって、残
渣を生じる場合がある。
【0010】このような残渣物が発生した場合、塩化物
が大気中の水分と反応し、急速なコロージョンを生じる
ような現象が起こるといったような問題点があった。
【0011】このため、混合する酸素量は制約を受ける
ので、加工形状を改善するため、さらに混合量を増加さ
せることができないという問題があった。
【0012】この発明は前記従来技術が持っている問題
点のうち、塩素を含むガスに酸素を混合し、Al−Si
−Cuを代表とするエッチング残渣の生じ易い合金膜を
異方性エッチングするときに生ずる残渣が発生するとい
う問題点について解決したドライエッチング方法を提供
するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体集積回
路素子の製造工程で無機物マスクを用いてアルミニウム
を含む金属膜を異方性エッチングする際、アルミニウム
を含む金属膜をアンダカットなくエッチングすることが
できるドライエッチング方法を提供することを目的とす
る。さらに、アルミニウムを含む金属膜を残渣なくエッ
チングすることができるドライエッチング方法を提供す
ることを目的とする。
【0014】本発明のドライエッチング方法は、無機物
マスクが形成されたアルミニウムを含む金属膜を有する
基板を準備し、塩化物ガスと酸素ガス及び窒素ガスから
成る混合ガスまたは、塩化物ガスと塩素ガスと酸素ガス
及び窒素ガスから成る混合ガスをマイクロ波と磁場とで
相互作用させて放電プラズマを生成し、この放電プラズ
マによって、アルミニウムを含む金属膜をエッチングす
るようにした。
【0015】
【作用】上述の本発明のドライエッチング方法では無機
物マスクに沿ってアルミニウムを含む金属膜をアンダカ
ットおよび残渣なく、ドライエッチングが行なわれる。
【0016】
【実施例】本発明に適用するドライエッチング装置につ
いて図1を用いて説明する。
【0017】このドライエッチング装置は、枚葉式有磁
場マイクロ波エッチング装置(magnatro-microwave etc
hing apparatus) であり、所定のマスクパターンを有す
る基板をエッチングする。
【0018】基板20は、電極1上に載置されている。
【0019】この電極1は、石英ベルヂャ5内に配置さ
れていて、高周波電源7と接続されている。
【0020】石英ベルヂャ5は、ガス導入口2と排気口
4aをもっていて、ガス導入口2は、石英ベルヂャ5内
にエッチングガスを導入するために設けられている。ま
た、排気口4aは、石英ベルヂャ5内のエッチングガス
を排気するために設けられている。
【0021】導波管4は、マグネトロン発振器3と結合
されている。
【0022】コイル6は、石英ベルヂャ5の位置に対応
して導波管4の外周に設けられている。
【0023】次に、ドライエッチング装置の動作につい
て説明する。
【0024】マグネトロン発振器3は、マイクロ波
(2.45[GHz])を出力する。このマイクロ波
は、導波管4を伝播し、石英ベルヂャ5に導入される。
【0025】コイル6は、通電することにより、磁場
(875[G])を発生する。
【0026】ガス導入口2から導入されるエッチングガ
スは、マイクロ波と磁場の相互作用によりECR放電プ
ラズマを生成する。
【0027】この放電プラズマによって、基板20上に
形成されたアルミ合金膜はエッチングされる。
【0028】また、高周波電源7から高周波電力が基板
20を載置した電極1に印加されている。
【0029】この高周波電力により基板20には電界が
生じる。
【0030】この電界により、ECR放電プラズマ中に
電離したイオンは基板20に衝突する。これによってエ
ッチングは促進される。
【0031】基板20に衝突するイオンのエネルギは、
高周波電力を制約することにより制御できる。
【0032】次に、本発明のドライエッチング方法の一
実施例について説明する。
【0033】図2は、本発明のドライエッチング方法に
適用する基板の前処理工程の断面図である。
【0034】図2(a)に示すようにSi基板8上にC
VD(Chemical vapour deposi
tion)法によりSiO膜9を成長させる。
【0035】次に、Al−Si(1.0%)−Cu
(0.5%)膜10をスパッタリングにより、SiO2
膜9上に形成する。
【0036】その後、Al−Si−Cu膜10上に無機
物のマスクとして、例えばプラズマCVD法で形成され
たSiO2 膜11を形成する。このSiO2 膜11は、
比較的低温で形成できるので、Al−Si−Cu膜10
へのヒロック発生の影響が少ない。
【0037】さらに、SiO2 膜11上にパターニング
したポジレジストパターン12を形成する。
【0038】次に、図2(b)に示すように、ポジレジ
ストパターン12をマスクとして、SiO2 膜11をパ
ターニングする。
【0039】このSiO2 膜11のパターニングは、四
フッ化炭素ガスと三フッ化メタンガス及びアルゴンガス
から成る混合ガスをエッチングガスとしてReactive ion
etching(RIE)を用いて行う。その後、マスクのポ
ジレジストパターン12は、アッシング及び洗浄処理に
よって完全に除去する。
【0040】このようにして、本発明のドライエッチン
グ方法に適用されるAl−Si−Cu膜10のパターニ
ングが完了する。
【0041】次に、本発明のドライエッチング方法に用
いるエッチングガスについての実験に関して図3を用い
て説明する。
【0042】ここでは、SiO2 膜11をマスクにし
て、Al−Si−Cu膜10をドライエッチングする方
法について説明する。
【0043】先ず、塩素ガスをエッチングガスとして、
ドライエッチングを行った結果を図3(a)に示す。
【0044】このエッチングガスでは、Al−Si−C
u膜10の形状はアンダカット13となり、SiO2
9表面には、残渣物14が多くなる。
【0045】このときのエッチング条件は、塩素流量が
150SCCMであり、ガス圧力が16mtorr であり、マイ
クロ波電力は800Wであり、高周波電力は70Wであ
り、エッチング時間は30秒である。
【0046】次に、塩素ガスと酸素ガスから成る混合ガ
スをエッチングガスとしてドライエッチングを行った結
果を図3(b)に示す。
【0047】このエッチングガスでは、Al−Si−C
u膜10の形状は、テーパ状15となり、SiO2 膜9
表面には、残渣物16が全面に形成される。
【0048】このときのエッチング条件は、エッチング
時間が60秒であり、酸素ガスの混合比は、5〜10%
である。
【0049】ここで、酸素ガスの混合比を減少してみた
結果は、少量だが残渣物が形成される。
【0050】また、酸素ガスの混合比を増加してみた。
結果は、エッチングにかかる時間がなり、エッチングレ
ートの低下が起こった。
【0051】この酸素ガスの混合による残渣物の増加と
エッチングレートの低下は、Al−Si−Cu膜10表
面が酸素ガスによって酸化されるためである。
【0052】従って、酸素ガスの混合は、Al−Si−
Cu膜10に生ずるアンダカットを防止するが、残渣物
を除去することはできない。
【0053】次に、塩素ガスと酸素ガスに酸素の還元基
を持つ塩化物ガスとして、三塩化ボロンガスを混合し、
このエッチングガスとして、ドライエッチングを行った
結果を図3(c)に示す。
【0054】このエッチングガスでは、Al−Si−C
u膜10の形状は、アンダカット17となり、SiO2
膜9表面は残渣物が全くなくなる。
【0055】この三塩化ボロンガスは、酸素の還元反応
を促進するため、SiO2 膜9のエッチングレートは増
加する。
【0056】しかしながら、三塩化ボロンガスと塩素ガ
ス及び酸素ガスから成る混合ガスをエッチングガスとし
て用いるためには、基板20に150W程の高い高周波
電力を印加する必要がある。
【0057】この高い高周波電力の印加により、マスク
であるSiO2 膜11のエッチングレートが増加する。
このためAl−Si−Cu膜10の形状の悪化が生じ
る。
【0058】次に、三塩化ボロンガスと塩素ガスと酸素
ガス及び窒素ガスをエッチングガスとしてドライエッチ
ングを行った結果を図3(d)に示す。
【0059】このエッチングガスでは、Al−Si−C
u膜10の形状がアンダカットとなることはなく、テー
パ状15となる。
【0060】また、SiO2 膜9の表面の残渣物もなく
なる。
【0061】窒素ガスの混合は、プラズマ中のラジカル
の解離とイオンの電離を増加する。従って、Al−Si
−Cu膜10のエッチングレートが増加する。さらに、
SiO2 膜9の表面の残渣物が除去され易くなる。
【0062】次に、三塩化ボロンガスと塩素ガスと酸素
ガス及び窒素ガスから成る混合ガスにおける、窒素ガス
混合比と酸素ガス混合比の夫々について最適値を調べて
みた。
【0063】図4は、窒素ガスの混合比とアルミニウム
合金膜のエッチングレートの関係及び窒素ガスの混合比
と残渣物の有無の関係を示すグラフである。図に示すよ
うに、窒素ガスの混合比が5%以上だと、残渣物がなく
なることが分かる。そして、窒素ガスの混合比が30%
以上になるとエッチングレートの低さが、加工形状に影
響を及ぼすようになる。
【0064】従って、窒素ガスの混合比の最適値は、5
〜30%の範囲といえる。
【0065】また、図5は、酸素ガスの混合比とアルミ
ニウム合金膜のエッチングレートの関係及び酸素ガスの
混合比と残渣物の有無の関係を示すグラフである。
【0066】図に示すように、酸素ガスの混合比が5%
以上だと、残渣物が生じる。
【0067】従って、酸素ガスの混合比の最適値は、1
0%以下といえる。
【0068】本発明で用いる混合ガスは、三塩化ボロン
ガスと塩素ガスと酸素ガス及び窒素ガスから成る混合ガ
スに限られるものではなく、三塩化ボロンガスと酸素ガ
ス及び窒素ガスから成る混合ガスでも良い。
【0069】また、塩化物ガスは、三塩化ボロンガスに
限られるものではなく、四塩化珪素ガス、四塩化炭素ガ
スでも良い。
【0070】また、アルミニウムを含む金属膜は、Al
−Si−Cu膜に限られるものではなく、Al膜,Al
−Cu膜,Al−Si膜,Al−Si−Cu−Hf−B
及び他の不純物を添加したアルミニウム合金膜でも良
い。
【0071】さらに、無機物マスクは、SiO2 膜に限
定されるものではなく、Si3 4 膜でも良い。
【0072】
【発明の効果】上述の説明からも明らかなように本発明
のドライエッチング方法によれば、無機物をマスクとし
てアルミニウムを含む金属膜を異方性エッチングする場
合に、アルミニウムを含む金属膜をアンダカットなく、
残渣なくエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に適用するドライエッチング装置の構成
図。
【図2】本発明のドライエッチング方法に適用する基板
の前処理の工程断面図。
【図3】本発明のドライエッチング方法に用いるエッチ
ングガスの説明に供する図。
【図4】窒素ガスの混合比とアルミニウム合金膜のエッ
チングレートの関係及び窒素ガスの混合比と残渣物の有
無の関係を示すグラフ。
【図5】酸素ガスの混合比とアルミニウム合金膜のエッ
チングレートの関係及び窒素ガスの混合比と残渣物の有
無の関係を示すグラフ。
【図6】従来のドライエッチング方法の説明に供する
図。
【符号の説明】
1 電極 2 ガス導入口 3 マグネトロン発振器 4 導波管 5 石英ベルヂャ 6 コイル 7 高周波電源 20 基板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウムを含む金属膜を有する基板
    を準備し、塩化物ガスと酸素ガス及び窒素ガスから成る
    混合ガスをマイクロ波と磁場とで相互作用させて放電プ
    ラズマを生成し、前記放電プラズマによって前記アルミ
    ニウムを含む金属膜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。
  2. 【請求項2】 前記混合ガスの酸素ガスの混合比は10
    %以下とすることを特徴とする請求項1記載のドライエ
    ッチング方法。
  3. 【請求項3】 前記混合ガスの窒素ガスの混合比は5〜
    30%とすることを特徴とする請求項1記載のドライエ
    ッチング方法。
  4. 【請求項4】 前記塩化物ガスは三塩化ボロンガスとす
    ることを特徴とする請求項1記載のドライエッチング方
    法。
JP26782291A 1990-10-16 1991-10-16 ドライエツチング方法 Pending JPH053179A (ja)

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