JPH06204184A - 銅薄膜のドライエッチング方法 - Google Patents

銅薄膜のドライエッチング方法

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JPH06204184A
JPH06204184A JP34865292A JP34865292A JPH06204184A JP H06204184 A JPH06204184 A JP H06204184A JP 34865292 A JP34865292 A JP 34865292A JP 34865292 A JP34865292 A JP 34865292A JP H06204184 A JPH06204184 A JP H06204184A
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JP
Japan
Prior art keywords
etching
thin film
copper
copper thin
dry etching
Prior art date
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Pending
Application number
JP34865292A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidekazu Kondo
英一 近藤
Tadashi Nakano
正 中野
Kyoji Tokunaga
恭二 徳永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温でもエッチング速度が高く、かつ、高精
度で超微細な異方性エッチングを行う。 【構成】 ウェファ1をステージ3に装着し、真空排気
を行った後、ステージ3をヒータ5により加熱する。次
にエッチング槽2内にガスボンベ6から塩素化合物とし
てCCl4, アルコールとしてCH3OH 及びプラズマ媒体とし
てArを供給し、圧力を制御した後高周波電源8から高周
波をステージ3と陰極10の間に印加し、プラズマ11を発
生させてエッチングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置の
製造に利用し、銅又は銅合金からなる配線材料のエッチ
ングを行う銅薄膜のドライエッチング方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】集積回路等の半導体装置の内部配線とし
て、現在一般にアルミニウム又はアルミニウム合金が用
いられている。集積度の向上による配線幅の微細化に伴
い、配線とその上に積層された保護膜層との間及び配線
とその下に積層された絶縁膜層との間の応力に起因する
ストレスマイグレーション又は配線通電中のエレクトロ
マイグレーションによる配線の劣化及び切断が大きな問
題となっている。
【0003】配線の劣化及び切断を防止するために、ア
ルミニウム中に銅等の元素を加えてアルミニウム自身の
耐性を高める方法が提案されている。また、特開平2-11
9140号公報に記載されている集積回路装置等では、アル
ミニウム又はアルミニウム合金に代えて銅又は銅合金を
配線材料として用いることが提案されている。銅はアル
ミニウムと比べると以下の利点を有する。 低抵抗であるためジュール発熱による温度上昇が小
さく、急激な温度上昇がない。 伝送遅延時間が短い。 高融点であるため高温強度に優れる。 原子量が大きいため、エレクトロマイグレーション
やストレスマイグレーションが起きにくい。
【0004】銅配線を形成するにはCVD 法やPVD 法によ
って連続膜を形成し、フォトリソグラフィ技術及びエッ
チング技術によりパターニング加工する必要がある。従
来エッチングには化学反応を利用した湿式法が用いられ
てきたが、エッチングが等方的であるためパターンのサ
イドエッチイング量が大きくなり、制御性及び再現性に
劣るようになるので、近年著しく進歩したVLSIを製造す
るに当たり微細加工技術を施すことができない。
【0005】そこで、ドライプロセスによるエッチング
方法が提案されている。例えば、Japan Journal of App
lied Physics、第28巻, 第6号, L1070−1072(198
9)やApplied Physics Letter、第59巻, 第8号 pp.
914−916 (1991)には、塩化シラン(SiCl4)を用いた反
応性イオンエッチング(RIE) を行う方法がそれぞれ提案
され、また特開平02−239620号公報や特開平03−20484
号公報には塩素系ガスを用いて銅薄膜をRIE でパターニ
ングする方法が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、銅はア
ルミニウムに比べて安定であるため、集積回路の形成プ
ロセスに許容される温度範囲内では揮発性のハロゲン化
合物を生成しにくい。従来のCl2 やCCl4等の塩素化合物
のみを用いたエッチングでは、銅をCuCl, CuCl2等の塩
化物として気化させている。例えば塩化銅(I) CuClの沸
点は約1400℃と高いので蒸気圧が低くなり、エッチング
遅度が遅くなる。そのため銅のエッチング速度が非常に
遅いという問題は解決されていない。エッチング速度を
高めるためには特開平02−239620号公報に開示されてい
るように基板温度を250 ℃以上に上げなければならない
が、その場合有機レジスト層がダメージを受けてしま
い、微細加工性に劣るようになる。さらに、高アスペク
ト比のエッチングを行う際は、サイドエッチングを来す
ことも判明した。
【0007】本発明は以上の問題点を解決するものであ
り、低温でもエッチング速度が高く、かつ、高アスペク
ト比のエッチングを行う際にも高精度で超微細な異方性
エッチングを行える反応性イオンエッチングによって銅
薄膜をドライエッチングする方法を提供することを目的
とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による銅薄膜のド
ライエッチング方法は、銅薄膜をドライエッチングする
際に、アルコール及び塩素化合物を混合したエッチング
ガスを用いて反応性イオンエッチングを行うことを特徴
とするものである。
【0009】
【作用】本発明による銅薄膜のドライエッチング方法で
は、銅が塩素化合物によって酸化されて表面に塩化銅が
生ずる。アルコールが存在する場合塩化銅によって酸化
されてアルデヒドを生成するが、反応表面では(CuCl)2
−H2OCH2やCu2ClOCH2 といった中間体が生じている。こ
れらの中間体ではCu−Cl間の電子密度が低下して結合力
が減少しており、CuClやアルコール単体に比べ分子全体
としての分極は弱く、高い蒸気圧を有する。また、これ
らの中間体は低圧のプラズマプロセスであるRIE におい
ては比較的長時間安定であるので、銅表面から脱離して
気相中に拡散する。以上の過程により、低温で高いエッ
チング速度が得られる。
【0010】また、本発明による銅薄膜のドライエッチ
ング方法では、各種イオンを積極的に銅の加工底部に導
入して異方性の高い加工が施され、また銅の側壁部では
イオン照射が弱いためエッチング作用が弱く、CuCl−H2
OCH2中間体がCuとアルデヒドに解離して銅表面でCuを析
出する反応も進行するので銅の側壁部のエッチング速度
が低くなり、高アスペクト比のエッチングを行う際にも
高精度で超微細な異方性エッチングを行うことができ
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明による銅薄膜のエッチング方法
の実施例を図面を参照して詳細に説明する。図1に、本
発明の実施例及び比較例を製造するのに使用したRIE 装
置の概念図を示す。また図2に本発明の実施例1〜5と
比較例1、2において出発材料として使用したウェファ
1の断面図を示す。ウェファ1は、基板31と、基板31の
上に積層された膜厚0.4 μm の銅膜32と、銅膜32の上に
積層された膜厚0.4 μm 、膜幅0.6 μm 、膜間隔0.3 μ
m のレジスト層33とを有している。以下、工程を説明す
る。
【0012】まず、図2のウェファ1をエッチングチャ
ンバ2内の高周波電極を兼ねるステージ3に装着し、排
気装置4により真空排気を行った後、ヒータ5を用いて
ステージ3を加熱する。次にエッチングチャンバ2内に
ガスボンベ6からガス流量調整器7を介して反応ガスを
供給し、図示しない圧力制御装置を用いて0.1 〜100mTo
rr (ここでは20mTorr)に制御し、高周波電源8から50〜
500MHz (ここでは13.56MHz) の高周波を整合器9を介し
てステージ3と陰極10の間に印加してプラズマ11を発生
させてエッチングを行った。
【0013】以上の工程を、実施例1〜5及び比較例
1、2について〔表1〕に示したガスを用い、かつ、ス
テージ温度に設定して行い、エッチング速度及びエッチ
ング後の加工形状を調べた。化学式の下の数字はそれぞ
れガス分圧(mTorr)を示す。得られた結果を〔表1〕及
び図3〜5に示す。なお、アルコールは温浴して気化さ
せ、必要な流量をそれぞれ確保し、また各流量について
は排気装置4の排気速度とエッチングチャンバ2内の圧
力によって決定したが、50〜100 sccmの範囲内であっ
た。
【0014】
【表1】
【0015】〔表1〕より、実施例1〜5では130 ℃の
低いステージ温度で10000 〜15000Å/分の高いエッチ
ング速度を得られることがわかる。一方、比較例1,2
では250 ℃の高いステージ温度でもエッチング速度は40
00Å/分又は1000Å/分と低いのがわかる。
【0016】図3に実施例1,2,3,4, 5における
エッチング加工後のウェファ1aの断面図を示す。銅薄膜
32a はレジスト33a のパターンに従って良好にエッチン
グされている。図4に比較例1におけるエッチング加工
後のウェファ1bの断面図を示す。銅薄膜32b にはサイド
エッチングが生じている。図5に比較例2におけるエッ
チング加工後のウェファ1cの断面図を示す。銅薄膜32c
は十分にエッチングが施されていない。以上より、実施
例1〜5では低温でもエッチング速度が高く、かつ、サ
イドエッチング又はエッチング不足が生じない。
【0017】なお、本発明で用いる塩素化合物として
は、塩素(Cl2)、四塩化炭素(CCl4)、三塩化硼素(BCl
3) 、三塩化砒素(AsCl3)、塩化ゲルマン(GeHn C
l4-n 、n=0〜4)、塩化シラン(SiHn Cl4-n 、n=
0〜4)、塩化リン(PCl3、PCl5)等を用いるのが好ま
しい。これらは一種類のみ用いても二種類以上用いても
よい。
【0018】また、アルコール中のアルキル基は特に限
定されないが、CH3, C2H5, C3H7, C 4H9, C5H11等が好ま
しい。これらは一種類のみ用いても二種類以上用いても
よい。またアルキル基中の一部又は全部の水素(H)を
フッ素(F)に置換したものを用いてもよい。
【0019】また、アルコール及び塩素化合物の分圧、
ステージ温度は加工形状や装置の条件によって異なるの
で、表1の実施例に限定されるものではなく、ステージ
温度は常温から300 ℃が好ましく、分圧はいずれも0.1
〜100mTorrが好ましく、また両者の分圧の比は0.01〜10
0 が好ましい。
【0020】また、反応ガスとしては必要に応じてアル
コールと塩素化合物以外のガスを添加してもよい。プラ
ズマ媒体としての添加ガスとして、アルゴン、窒素、ヘ
リウム、クリプトン、酸素、水素等を挙げることができ
る。添加したガスの分圧は特定できないが、プラズマ媒
体として添加した場合には0.01〜10,000mTorr である。
【0021】
【発明の効果】本発明による銅薄膜のドライエッチング
方法によれば、銅が塩素化合物によって酸化されて表面
に塩化銅が生ずる。アルコールが存在する場合塩化銅に
よって酸化されてアルデヒドを生成するが、反応表面で
は(CuCl)2−H2OCH2やCu2ClOCH 2 といった中間体が生じ
ている。これらの中間体ではCu−Cl間の電子密度が低下
して結合力が減少しており、CuClやアルコール単体に比
べ分子全体としての分極は弱く、高い蒸気圧を有する。
また、これらの中間体は低圧のプラズマプロセスである
RIE においては比較的長時間安定であるので、銅表面か
ら脱離して気相中に拡散する。以上の過程により、低温
で高いエッチング速度が得られるという効果を有する。
また、各種イオンを積極的に銅の加工底部に導入して異
方性の高い加工が施され、また銅の側壁部ではイオン照
射が弱いためエッチング作用が弱く、CuCl−H2OCH2中間
体がCuとアルデヒドに解離して銅表面でCuを析出する反
応も進行するので銅の側壁部のエッチング速度が低くな
り、高アスペクト比のエッチングを行う際にも高精度で
超微細な異方性エッチングを行うことができるという効
果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による銅薄膜のドライエッチング方法を
実施するRIE 装置の概念図を示す。
【図2】エッチング加工前のウェファの断面図を示す。
【図3】実施例1,2,3,4,5におけるエッチング
加工後のウェファの断面図を示す。
【図4】比較例1におけるエッチング加工後のウェファ
の断面図を示す。
【図5】比較例2におけるエッチング加工後のウェファ
の断面図を示す。
【符号の説明】
1, 1a, 1b, 1c ウェファ 2 エッチングチャンバ 3 ステージ 4 排気装置 5 ヒータ 6 ガスボンベ 7 ガス流量調整器 8 高周波電源 9 整合器 10 陰極 11 プラズマ 31 基板 32,32a, 32b, 32c 銅薄膜 33, 33a, 33b, 33c レジスト層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅薄膜をドライエッチングする際に、ア
    ルコール及び塩素化合物を混合したエッチングガスを用
    いて反応性イオンエッチングを行うことを特徴とする銅
    薄膜のドライエッチング方法。
  2. 【請求項2】 上記塩素化合物が、塩素(Cl2)、四塩化
    炭素(CCl4) 、三塩化硼素(BCl3) 、三塩化砒素(AsCl
    3)、塩化ゲルマン(GeHn Cl4-n 、n=0〜4)、塩化シ
    ラン(SiCHn Cl4-n 、n=0〜4)、塩化リン(PCl3
    PCl5) であることを特徴とする請求項1記載の銅薄膜の
    ドライエッチング方法。
  3. 【請求項3】 上記アルコール中のアルキル基がCH3, C
    2H5, C3H7, C4H9 又はC5H11 であることを特徴とする請
    求項1記載の銅薄膜のドライエッチング方法。
  4. 【請求項4】 上記アルコールとして、アルキル基の水
    素(H)の一部又は全部をフッ素(F)に置換したもの
    を使用することを特徴とする請求項1記載の銅薄膜のド
    ライエッチング方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5705443A (en) * 1995-05-30 1998-01-06 Advanced Technology Materials, Inc. Etching method for refractory materials
US8633117B1 (en) 2012-11-07 2014-01-21 International Business Machines Corporation Sputter and surface modification etch processing for metal patterning in integrated circuits
US8871107B2 (en) 2013-03-15 2014-10-28 International Business Machines Corporation Subtractive plasma etching of a blanket layer of metal or metal alloy
KR102030548B1 (ko) * 2018-11-15 2019-10-10 인하대학교 산학협력단 구리 박막의 건식 식각방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5705443A (en) * 1995-05-30 1998-01-06 Advanced Technology Materials, Inc. Etching method for refractory materials
US8633117B1 (en) 2012-11-07 2014-01-21 International Business Machines Corporation Sputter and surface modification etch processing for metal patterning in integrated circuits
US9064727B2 (en) 2012-11-07 2015-06-23 International Business Machines Corporation Sputter and surface modification etch processing for metal patterning in integrated circuits
US9263393B2 (en) 2012-11-07 2016-02-16 Globalfoundries Inc. Sputter and surface modification etch processing for metal patterning in integrated circuits
US8871107B2 (en) 2013-03-15 2014-10-28 International Business Machines Corporation Subtractive plasma etching of a blanket layer of metal or metal alloy
KR102030548B1 (ko) * 2018-11-15 2019-10-10 인하대학교 산학협력단 구리 박막의 건식 식각방법

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