JPH07183257A - ドライエッチングによる銅微細配線の形成方法とエッチ ング装置 - Google Patents

ドライエッチングによる銅微細配線の形成方法とエッチ ング装置

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JPH07183257A
JPH07183257A JP32497893A JP32497893A JPH07183257A JP H07183257 A JPH07183257 A JP H07183257A JP 32497893 A JP32497893 A JP 32497893A JP 32497893 A JP32497893 A JP 32497893A JP H07183257 A JPH07183257 A JP H07183257A
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JP
Japan
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copper
etching
light
substrate
wiring
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JP32497893A
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Yoshio Oshita
祥雄 大下
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】塩素系ガスをエッチングガスとして用いた銅の
ドライエッチング中に表面に形成されるエッチング生成
物の離脱を促進し、これにより従来より低温でかつ異方
性を有した銅微細加工を実現する。 【構成】塩素系ガスを用いて銅をドライエッチングする
とき、銅表面に形成された塩化銅の離脱を促進するた
め、Xeアークランプ15により塩化銅が吸収する波長
700nm以上の波長を有する光を照射する。しかもチ
ョッパの使用あるいはランプの点滅などにより、間欠的
に上記光を基板表面に照射する。その結果、塩化銅の離
脱を有効に行ないながら、かつ基板温度の上昇を抑制す
ることができ、配線腐食がなく異方性の良い銅の微細加
工を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LSIにおける微細配
線の形成に関し、特に従来より低温での、かつLSI製
作に十分な異方性を有する銅微細加工方法、およびそれ
を利用したその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、LSIの配線材料として一般にA
lが用いられている。しかし、配線が微細になるに従
い、Alではストレスマイグレーションおよびエレクト
ロマイグレーション耐性が悪く半導体素子の信頼性の上
で問題となっている。さらに、半導体素子単体の高速化
に伴い、配線遅延が素子全体の処理速度を決定するよう
になってきた。このため、より高速の半導体素子を実現
するためには、より抵抗の低い材料を配線として使用す
ることが必要不可欠となってきている。
【0003】上記要求に対し、将来の半導体素子の配線
材料として銅を使用することが検討されている。しか
し、現在Al等を微細加工するのに用いているドライエ
ッチング法では、将来LSIに必要な銅の微細加工を実
現することは困難であり、銅配線を実用化する上で問題
がある。これは次の理由によると考えられている。通常
のドライエッチングにおいては、プラズマにより分解し
たハロゲン等がエッチング対象の表面に吸着し、表面か
ら離脱しやすい分子を形成する。これら分子が、イオン
衝撃を受け表面から離脱し、エッチングが進行する。こ
の時、イオンが基板に対して垂直に入射することから、
エッチングにおいて側壁がエッチングされない異方性が
得られる。しかし、銅のエッチングの場合は、銅のハロ
ゲン化物が基板表面から離脱しないためエッチングが信
号しない。これは、銅ハロゲン化物の平衡蒸気圧がアル
ミ等のそれと比較し著しく低いことと、イオンアシスト
の効果がほとど無いことに起因している。その結果、例
えば室温程度でCl2 プラズマに晒すと、銅表面にCu
Cl2 が形成されるだけでエッチングが信号しない。こ
のため、基板を250℃以上に加熱し、塩化銅の離脱を
促進し、エッチングが行なわれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の銅微細
加工法では、現在種にアルミ配線を加工するために使用
されているホトレジストをマスクとして使用できないた
め、プロセス上互換性がない。これは、エッチング時の
基板温度が高いことに起因し、レジスト硬化するなどの
問題が生じるためである。また、基板温度が高いため、
エッチング中に銅配線中に容易に塩素が熱拡散し、その
結果エッチング終了後の膜表面及び膜中に多くの塩素が
存在する。これら銅膜表面あるいは膜中の塩素は、空気
中の水分等と反応し、コロージョンと呼ばれる配線腐食
の原因となり半導体素子の信頼性を劣化させる。
【0005】さらに、銅の微細加工に現在のドライエッ
チング技術を用いた場合、エッチング反応がイオンアシ
ストではなく、主に熱的に進行する。すなわち、エッチ
ング中に銅表面で形成された離脱分子は、基板から熱エ
ネルギーを得て離脱する。イオンが吸着分子に衝突し離
脱するイオンアシスト効果が存在する場合、イオンが照
射される部分ではエッチングが進行するが、それ以外で
はエッチング反応が行らないため、イオンの有する直進
性により異方性を有した微細加工が可能となる。これに
対し、主に基板からの熱エネルギーにより離脱が進行す
る銅のドライエッチングにおいては、側壁部においても
エッチングが進行し、当方的エッチング形状となり、微
細な配線を形成するのに必要な異方性を得ることが困難
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、塩素を含むプ
ラズマを用い、かつエッチング中に表面に700nm以
上の波長を有する光を照射するドライエッチングによる
銅または銅合金の微細加工方法において、前記光を間欠
的に基板表面に照射することを特徴とする銅微細配線加
工方法である。
【0007】本発明は、基板を載置する機構部を収納し
この基板の温度を制御する手段と前記間欠的光照射を行
なう手段と、反応ガスの供給・停止を行なう手段とこの
反応ガスの圧力を所定の圧力に維持する減圧ポンプを具
備する反応室と、反応室内にプラズマを生成する手段と
を備える銅または銅合金のエッチング装置である。
【0008】
【作用】従来のドライエッチング技術により、銅あるい
はその合金の微細加工が困難であるのは、先に述べた銅
のハロゲン化物の蒸気圧が低いためである。しかし、基
板加熱により離脱促進を行なった場合、前述の問題が存
在し銅微細加工が困難となる。そこで、微細に加工する
には、熱以外のエネルギーをエッチング生成物(吸着分
子)に効率良く与え、その離脱を促進しることが必要で
あり、本発明では光励起を行なう。例えば銅表面にCl
2 を供給した場合、表面で塩化銅が形成される。前述の
様に、本分子の表面からの離脱速度がエッチング速度を
決定する。本分子は、700nmよりも長い波長の光が
吸収された時、塩化銅が表面と安定な結合を形成するの
に大きく関与しているCuの3d軌道の電子が励起され
る。この結果、マスクされていない前述の光が照射され
た表面では、吸着種が励起され離脱しやすくなり、従来
より低温での銅エッチングが実現される。この時、光お
よびイオンが直進性を有していることから、エッチング
形状に異方性が得られる。
【0009】離脱を容易にするには、照射する光の強度
を強くする必要がある。しかし、照射された光はの一部
は、熱になり基板が加熱される。そこで、光の効果のみ
を効率的に得る方法が要求される。この課題を解決する
方法として、本発明では光を間欠的に表面へ照射する。
光を間欠的に照射すると、光が照射されている間は、塩
化銅の離脱が促進され、かつ基板が加熱される。一方、
光が照射されていない間は、離脱の促進はないが、基板
が冷却される。その結果、光を間欠的に照射することに
より、基板の加熱、冷却が繰り返されるため、連続的に
光を照射した場合と比較し基板温度の上昇を押さえるこ
とができる。その結果、基板温度の上昇を抑制し、かつ
光による離脱効果を得ることが出来る。
【0010】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0011】図1は本発明の第一の実施例を説明するた
めの銅微細加工装置を示す模式図である。この銅微細加
工装置は、図1に示すように、高周波電源10と、プラ
ズマを発生させるチャンバー11と、その中にある基板
12を保持する部分と、プラズマを発生させるための電
極部分13および14と、このチャンバー11の外部に
設置された銅表面に光を照射するXeアークランプ15
と光をチャンバー11内部に導入するための石英製の窓
16と、チャンバー11のガス導入口17からエッチン
グガスを供給・停止を仕さどるマスフローメーター18
およびバルブ19と、導入された前記エッチングガスの
圧力を一定に維持する圧力調整用可変バルブ20と真空
ポンプ21とを備えている平行平板型RIE装置であ
る。
【0012】図2は本実施例において用いた基板構造の
概略を示すものである。Si基板22上に下地材料とし
て、100nmの厚さを有するシリコン酸化膜23を熱
酸化により形成した。銅はシリコンおよび酸化膜中を容
易に拡散し、半導体素子の特性を劣化させることが報告
されている。そこで、バリアメタルとして、酸化膜の上
に厚さ100nmのTiN層24をスパッタ法により堆
積させた。その後、配線材料としての銅25をスパッタ
法により500nmの厚さ堆積させた。マスクとして密
着性を向上させるため、および銅腐食防止のため、スパ
ッタ法によりTiN層26を50nm堆積させた上に、
いわゆるハードマスクとして300nmの厚さのシリコ
ン酸化膜27をCVD法により堆積させた。その上にホ
トレジストをスピン塗布し、露光、エッチングにより最
小線幅0.45ミクロンの配線パターンを形成した。そ
の後、ホトレジストをマスクにして、ハードマスクであ
るシリコン酸化膜27をドライエッチングにより除去
し、前記配線パターンを有するハードマスクを形成し
た。
【0013】次に、この装置による銅の微細加工の方法
について装置の動作を交えて説明する。
【0014】前記基板を装置にセットし、チャンバー1
1内部を真空ポンプ20により真空に排気した後、チャ
ンバー11のガス導入口17より、例えば、Cl2 を導
入し、圧力調整用可変バルブ20と真空ポンプ21によ
り排気により約3Paの圧力に維持する。Xeアークラ
ンプ15に電力を投入し、基板表面に光を照射する。こ
の時、光を10msec照射した後、20msecの間
光の照射を停止し、その後を10msec照射する工程
を繰り返した。高周波電源を投入し、電極13,14の
間にCl2 プラズマを発生させエッチングを開始する。
本実施例では、連続的に光を照射した場合、基板温度が
約200度に上昇したのに対し、間欠的に光を照射した
場合基板表面の温度は120℃に抑制された。約3分間
エッチングの結果、1ミクロン以下の微細な銅配線が形
成された。これは、基板温度が低下したため、サイドエ
ッチングが抑制されたことによる。
【0015】加工した銅微細配線を大気中で約24時間
保持したが、コロージョンと呼ばれる配線腐食は発生し
なかった。これは、低温で銅が加工出来たことから、エ
ッチング中に銅膜中に拡散する塩素の量が低下したこと
に対応する。
【0016】なお、この実施例では、光源としてXeア
ークランプを使用したが、この光源に限定されるもので
はない。要は、エッチング中に銅表面に形成される塩化
銅に吸収される波長を有する光であれば良い。例えば、
この波長を有する他のランプでも良いし、白色光をバン
ドパスフィルターでこの波長をもつ光を抽出しても良
い。
【0017】図3は本発明の第二の実施例を説明するた
めの銅微細加工装置を示す模式図である。
【0018】第一の実施例に用いた図1の装置のXeア
ークランプの代わりに赤外ランプ28を使用し、その下
にチョッパ29が設置された構造となっている。
【0019】基板温度を制御しない場合には赤外線照射
により基板温度が250℃に上昇する条件で、光をチョ
ッパにより間欠的に基板表面に照射することにより基板
温度を150℃に抑えた。ここではデューティー比50
とした。他のエッチング条件、エッチングプロセスは、
実施例一と同様に行なった。その結果、サイドエッチン
グのない良好な微細配線形状が得られ、かつエッチング
後のコロージョンも発生しなかった。
【0020】なお実施例1,2では銅をエッチングして
いるが、銅にBe,Ti,Zu等を含有させた銅合金で
も同様の効果がある。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、塩化銅を
励起する700nm以上の波長を有した光を基板表面に
照射出来る光源部を設け、光源からの光を間欠的に基板
表面に照射することにより、基板温度の上昇が抑制され
従来の光照射エッチング方法より低温でエッチングをす
ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例を説明するための銅微細
加工装置を示す模式図である。
【図2】本発明の第一の実施例を説明するための基板構
造を示す模式図である。
【図3】本発明の第二の実施例を説明するための銅微細
加工装置を示す模式図である。
【符号の説明】
10 高周波電源 11 チャンバー 12 基板 13 電極 14 電極 15 Xeアークランプ 16 石英窓 17 ガス導入口 18 マスフローメータ 19 バルブ 20 圧力調整用可変バルブ 21 真空ポンプ 22 シリコン基板 23 シリコン酸化膜 24 TiN層 25 銅 26 TiN層 27 シリコン酸化膜 28 赤外線ランプ 29 チョッパ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3205 H01L 21/302 P 21/88 M

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩素を含むガスを用いたエッチング中に
    銅または銅合金表面に形成される塩化銅に吸収される7
    00nm以上の波長を有する光を照射する銅微細加工方
    法において、前記光を間欠的に基板表面に照射すること
    を特徴とする銅微細加工方法。
  2. 【請求項2】 基板を載置する機構部を収納し、この基
    板の温度を制御する手段と、基板に波長700nm以上
    の光を照射する手段と、反応ガスの供給・停止を行う手
    段と、反応室内にプログラズマを生成する手段を有する
    エッチング装置において、前記光照射手段が間欠的に光
    を照射するものであることを特徴とするエッチング装
    置。
JP32497893A 1993-12-22 1993-12-22 ドライエッチングによる銅微細配線の形成方法とエッチ ング装置 Pending JPH07183257A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009065124A (ja) * 2007-07-05 2009-03-26 Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw 銅の光子誘起除去

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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19981117