JPH07201856A - 銅配線の形成方法 - Google Patents
銅配線の形成方法Info
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- JPH07201856A JPH07201856A JP33696293A JP33696293A JPH07201856A JP H07201856 A JPH07201856 A JP H07201856A JP 33696293 A JP33696293 A JP 33696293A JP 33696293 A JP33696293 A JP 33696293A JP H07201856 A JPH07201856 A JP H07201856A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体装置などに用いられる微細なパターンを
有する銅配線の形成方法に関し、基板温度をフォトレジ
ストに損傷を与えない程度にしてエッチング速度を大き
くし、かつ高精度の異方性エッチングでパターニングす
ること。 【構成】基板２１上に下地膜２２を形成し、該下地膜２
２上に第一の金属層２３，銅膜２４，第二の金属層２５
を順次形成する工程と、前記第二の金属層２５上にマス
ク材２６を形成する工程と、前記基板２１を加熱し、臭
素系のガスと不活性ガスとを含む混合ガスを用いて、反
応性イオンエッチングにより前記第二の金属層２５，銅
膜２４，第一の金属層２３を、前記マスク材２６をマス
クにしてエッチング・除去して銅配線２８を形成する工
程とを含む。
有する銅配線の形成方法に関し、基板温度をフォトレジ
ストに損傷を与えない程度にしてエッチング速度を大き
くし、かつ高精度の異方性エッチングでパターニングす
ること。 【構成】基板２１上に下地膜２２を形成し、該下地膜２
２上に第一の金属層２３，銅膜２４，第二の金属層２５
を順次形成する工程と、前記第二の金属層２５上にマス
ク材２６を形成する工程と、前記基板２１を加熱し、臭
素系のガスと不活性ガスとを含む混合ガスを用いて、反
応性イオンエッチングにより前記第二の金属層２５，銅
膜２４，第一の金属層２３を、前記マスク材２６をマス
クにしてエッチング・除去して銅配線２８を形成する工
程とを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置などに用い
られる微細なパターンを有する銅配線の形成方法に関す
る。
られる微細なパターンを有する銅配線の形成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の電極配線として用いる微細
な銅配線の加工には、異方性エッチングが要求されてい
るが、その一法であるスパッタエッチング法は、マスク
材料や下地の膜との選択性が大きくとれないために微細
なエッチングが難しいなどの問題があり、基本的に微細
加工性に優れ、マスクとの選択性も得られる反応性イオ
ンエッチングが検討されている。
な銅配線の加工には、異方性エッチングが要求されてい
るが、その一法であるスパッタエッチング法は、マスク
材料や下地の膜との選択性が大きくとれないために微細
なエッチングが難しいなどの問題があり、基本的に微細
加工性に優れ、マスクとの選択性も得られる反応性イオ
ンエッチングが検討されている。
【０００３】その反応性イオンエッチング法を用いた銅
配線の加工についての一法が、G.C.Sehwartsと P.M.Seh
alble とによる“Reactive Ion Etching of Copper Fil
ms"Journal of Electrochemical Society,130 .1777(19
83)（以下、第一の文献と称する) に示されている。こ
の方法は、四塩化炭素とアルゴンとの混合ガス系を用い
て銅膜をエッチングするものであるが、これによると微
細な線間の銅膜がエッチングしにくく、また高い電力密
度でエッチングするので、下地膜との選択比が小さく、
さらにマスク材料として有機レジスト材料が使用できな
いという問題があった。
配線の加工についての一法が、G.C.Sehwartsと P.M.Seh
alble とによる“Reactive Ion Etching of Copper Fil
ms"Journal of Electrochemical Society,130 .1777(19
83)（以下、第一の文献と称する) に示されている。こ
の方法は、四塩化炭素とアルゴンとの混合ガス系を用い
て銅膜をエッチングするものであるが、これによると微
細な線間の銅膜がエッチングしにくく、また高い電力密
度でエッチングするので、下地膜との選択比が小さく、
さらにマスク材料として有機レジスト材料が使用できな
いという問題があった。
【０００４】また、Kazuhide Ohno,Masaaki Sato and Y
oshinobu Arita らによる“ HighRate Reactive Ion E
tching of Copper Films SiCl4 ,N2 ,Cl2 and NH3 Mix
ture " Extended Abstructs of 22nd (1990 Internatio
nal) Confernce on SolidState Devices and Material
s, Sendai,1990,pp.215-218 （以下、第二の文献と称す
る )では、ガス系として四塩化珪素と窒素の混合ガス
や、四塩化珪素，窒素，塩素及びアンモニアを含む混合
ガスを用い、かつ被エッチング対象の銅膜が形成された
基板を、エッチングの化学反応によって生成される反応
生成物が揮発可能な温度（ここでは２８０℃）にまで加
熱して銅膜を反応性イオンエッチングによってエッチン
グする方法が提案されている。これによると、エッチン
グ速度の向上がなされ、異方性エッチングが促進される
との報告があった。
oshinobu Arita らによる“ HighRate Reactive Ion E
tching of Copper Films SiCl4 ,N2 ,Cl2 and NH3 Mix
ture " Extended Abstructs of 22nd (1990 Internatio
nal) Confernce on SolidState Devices and Material
s, Sendai,1990,pp.215-218 （以下、第二の文献と称す
る )では、ガス系として四塩化珪素と窒素の混合ガス
や、四塩化珪素，窒素，塩素及びアンモニアを含む混合
ガスを用い、かつ被エッチング対象の銅膜が形成された
基板を、エッチングの化学反応によって生成される反応
生成物が揮発可能な温度（ここでは２８０℃）にまで加
熱して銅膜を反応性イオンエッチングによってエッチン
グする方法が提案されている。これによると、エッチン
グ速度の向上がなされ、異方性エッチングが促進される
との報告があった。
【０００５】上記第二の文献によると、四塩化珪素と窒
素との混合ガス系を用いた場合銅膜のエッチング速度は
毎分２００Å程度であって、四塩化珪素，窒素，塩素及
びアンモニアの混合ガス系を用いた場合そのエッチング
速度は毎分１０００Åであった。
素との混合ガス系を用いた場合銅膜のエッチング速度は
毎分２００Å程度であって、四塩化珪素，窒素，塩素及
びアンモニアの混合ガス系を用いた場合そのエッチング
速度は毎分１０００Åであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の第一，第二の文献のように、塩素系のガスを用いた
エッチング方法では、エッチングの際の化学反応によっ
て銅膜表面で生成される銅塩化物などの反応生成物が揮
発する蒸気圧が低いため、基板を２８０℃以上の高温に
加熱しなければならないので銅膜が酸化しやすく、下地
膜に銅が拡散し易い。さらに、エッチングマスクの材料
として有機レジストが使用できないので、SiO2膜とSiN
膜の２層構造でマスクを形成しなければならないなどと
いう問題がある。
来の第一，第二の文献のように、塩素系のガスを用いた
エッチング方法では、エッチングの際の化学反応によっ
て銅膜表面で生成される銅塩化物などの反応生成物が揮
発する蒸気圧が低いため、基板を２８０℃以上の高温に
加熱しなければならないので銅膜が酸化しやすく、下地
膜に銅が拡散し易い。さらに、エッチングマスクの材料
として有機レジストが使用できないので、SiO2膜とSiN
膜の２層構造でマスクを形成しなければならないなどと
いう問題がある。
【０００７】また、この場合マスク材料として有機レジ
ストを用いないために、有機元素によって側壁が保護さ
れないので、銅配線にアンダーカットが生じ、微細加工
が困難になるという問題があった。さらに、エッチング
速度を速めることで、これらの銅配線を具備する半導体
装置のスループットをさらに高めることも要求されてい
た。
ストを用いないために、有機元素によって側壁が保護さ
れないので、銅配線にアンダーカットが生じ、微細加工
が困難になるという問題があった。さらに、エッチング
速度を速めることで、これらの銅配線を具備する半導体
装置のスループットをさらに高めることも要求されてい
た。
【０００８】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、基板温度を高温にすることなくエッチン
グ速度を向上し、かつ高精度な異方性エッチングを可能
とする銅配線の形成方法を提供することを目的とする。
ものであって、基板温度を高温にすることなくエッチン
グ速度を向上し、かつ高精度な異方性エッチングを可能
とする銅配線の形成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１に
例示するように、基板２１上に下地膜２２を形成し、該
下地膜２２上に第一の金属層２３，銅膜２４，第二の金
属層２５を順次形成する工程と、前記第二の金属層２５
上にマスク材２６を形成する工程と、前記基板２１を加
熱し、臭素系のガスと不活性ガスとを含む混合ガスを用
いて、反応性イオンエッチングにより前記第二の金属層
２５，銅膜２４，第一の金属層２３を、前記マスク材２
６をマスクにしてエッチング・除去して銅配線２８を形
成する工程とを有することを特徴とする銅配線の形成方
法により達成する。
例示するように、基板２１上に下地膜２２を形成し、該
下地膜２２上に第一の金属層２３，銅膜２４，第二の金
属層２５を順次形成する工程と、前記第二の金属層２５
上にマスク材２６を形成する工程と、前記基板２１を加
熱し、臭素系のガスと不活性ガスとを含む混合ガスを用
いて、反応性イオンエッチングにより前記第二の金属層
２５，銅膜２４，第一の金属層２３を、前記マスク材２
６をマスクにしてエッチング・除去して銅配線２８を形
成する工程とを有することを特徴とする銅配線の形成方
法により達成する。
【００１０】または、図１に例示するように、基板２１
上に下地膜２２を形成し、該下地膜２２上に第一の金属
層２３，銅膜２４，第二の金属層２５を順次形成する工
程と、前記第二の金属層２５上にマスク材２６を形成す
る工程と、前記基板２１を加熱し、臭素系のガスと不活
性ガスとを含む混合ガスを用いて、反応性イオンエッチ
ングにより前記第二の金属層２５，銅膜２４，第一の金
属層２３を前記マスク材２６をマスクにしてエッチング
・除去して銅配線２８を形成する工程と、図２に例示す
るように前記銅配線２８などに付着した残留物２７をウ
エットエッチングにより除去する工程とを有することを
特徴とする銅配線の形成方法により達成する。
上に下地膜２２を形成し、該下地膜２２上に第一の金属
層２３，銅膜２４，第二の金属層２５を順次形成する工
程と、前記第二の金属層２５上にマスク材２６を形成す
る工程と、前記基板２１を加熱し、臭素系のガスと不活
性ガスとを含む混合ガスを用いて、反応性イオンエッチ
ングにより前記第二の金属層２５，銅膜２４，第一の金
属層２３を前記マスク材２６をマスクにしてエッチング
・除去して銅配線２８を形成する工程と、図２に例示す
るように前記銅配線２８などに付着した残留物２７をウ
エットエッチングにより除去する工程とを有することを
特徴とする銅配線の形成方法により達成する。
【００１１】
【作 用】本発明によれば、図１に示すように基板２１
上に下地膜２２を形成し、該下地膜２２上に第一の金属
層２３，銅膜２４，第二の金属層２５を順次形成したの
ちに、基板２１を加熱して第二の金属層２５、銅膜２
４、第一の金属層２３を臭素系のガスと窒素ガスとを含
む混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりエッ
チング・除去して銅配線２８を形成している。
上に下地膜２２を形成し、該下地膜２２上に第一の金属
層２３，銅膜２４，第二の金属層２５を順次形成したの
ちに、基板２１を加熱して第二の金属層２５、銅膜２
４、第一の金属層２３を臭素系のガスと窒素ガスとを含
む混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりエッ
チング・除去して銅配線２８を形成している。
【００１２】このため、反応性イオンエッチングの際の
化学反応によってＢｒラジカルとＣｕから銅臭化物が生
成されるが、この銅臭化物が揮発する蒸気圧は、従来の
塩素ガスを用いる方法によって生成される銅塩化物の蒸
気圧に比して低いので、反応を活性化するために基板温
度を過度に加熱しなくともよく、具体的には２００℃程
度に加熱することで十分にエッチングができ、エッチン
グ速度も従来に比して向上される。
化学反応によってＢｒラジカルとＣｕから銅臭化物が生
成されるが、この銅臭化物が揮発する蒸気圧は、従来の
塩素ガスを用いる方法によって生成される銅塩化物の蒸
気圧に比して低いので、反応を活性化するために基板温
度を過度に加熱しなくともよく、具体的には２００℃程
度に加熱することで十分にエッチングができ、エッチン
グ速度も従来に比して向上される。
【００１３】これにより、基板を従来の２８０℃程度の
ように過度に加熱していないので銅膜が酸化しにくく、
基板が高温でないためエッチングマスクの材料として有
機レジストが使用でき、かつ銅臭化物が銅膜の側壁など
に付着しながらエッチングがなされるので、側壁保護が
なされながらエッチングすることができ、その結果形成
される銅配線にアンダーカットが生じずに加工寸法精度
が向上し、微細配線の形成，加工が容易になる。
ように過度に加熱していないので銅膜が酸化しにくく、
基板が高温でないためエッチングマスクの材料として有
機レジストが使用でき、かつ銅臭化物が銅膜の側壁など
に付着しながらエッチングがなされるので、側壁保護が
なされながらエッチングすることができ、その結果形成
される銅配線にアンダーカットが生じずに加工寸法精度
が向上し、微細配線の形成，加工が容易になる。
【００１４】また、下地膜２２上に第一の金属層２３を
形成しているので、エッチング工程の際に銅が下地膜２
２に拡散することを抑止でき、下地膜へのダメージを抑
止できる。さらに、銅臭化物の脱離作用により銅と、Si
O2膜との選択比が十分にとれるので、特にマスクや下地
膜にSiO2膜を用いた場合には一層寸法精度が高い異方性
エッチングが可能になる。
形成しているので、エッチング工程の際に銅が下地膜２
２に拡散することを抑止でき、下地膜へのダメージを抑
止できる。さらに、銅臭化物の脱離作用により銅と、Si
O2膜との選択比が十分にとれるので、特にマスクや下地
膜にSiO2膜を用いた場合には一層寸法精度が高い異方性
エッチングが可能になる。
【００１５】なお、本発明に係る銅配線の形成方法にお
いて、臭素系のガスと窒素ガスとを含む混合ガスを用い
て、マスク２６を用いて、反応性イオンエッチングによ
り第二の金属層２５、銅膜２４、第一の金属層２３をエ
ッチングして銅配線を形成したのちにウエットエッチン
グを施して、残留臭素や臭素系化合物、あるいはアフタ
ーコロージョンなどの残留物２７を除去しているので、
加工寸法精度が高く、汚染の少ない銅配線を形成するこ
とが可能になる。
いて、臭素系のガスと窒素ガスとを含む混合ガスを用い
て、マスク２６を用いて、反応性イオンエッチングによ
り第二の金属層２５、銅膜２４、第一の金属層２３をエ
ッチングして銅配線を形成したのちにウエットエッチン
グを施して、残留臭素や臭素系化合物、あるいはアフタ
ーコロージョンなどの残留物２７を除去しているので、
加工寸法精度が高く、汚染の少ない銅配線を形成するこ
とが可能になる。
【００１６】
【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。図３は、本実施例において用いる反応性
イオンエッチング装置の構成を説明する断面図である。
図３中、１１は真空処理用のチャンバーであり、該チャ
ンバー１１内にはヒータ部１３が内蔵された試料台１２
が配設されている。また、１４はガス導入管、１５はタ
ーボ分子ポンプに接着される排気管、１６はＲＦ電源を
示している。
いて説明する。図３は、本実施例において用いる反応性
イオンエッチング装置の構成を説明する断面図である。
図３中、１１は真空処理用のチャンバーであり、該チャ
ンバー１１内にはヒータ部１３が内蔵された試料台１２
が配設されている。また、１４はガス導入管、１５はタ
ーボ分子ポンプに接着される排気管、１６はＲＦ電源を
示している。
【００１７】以下で図１，図２に基づいて本実施例の工
程を説明する。まず、図１(a) に示すように基板２１上
に、SiO2からなる絶縁膜２２を形成した後、ＤＣマグネ
トロンスパッタ法で順次、膜厚５００Åの第一のTiN 膜
２３、膜厚４０００Åの銅膜２４、膜厚５００Åの第二
のTiN 膜２５を順次形成する。次に、ＣＶＤ法によりSi
O2膜２６を形成した後に、これをフォトリソグラフィー
法によりパターンニングする。
程を説明する。まず、図１(a) に示すように基板２１上
に、SiO2からなる絶縁膜２２を形成した後、ＤＣマグネ
トロンスパッタ法で順次、膜厚５００Åの第一のTiN 膜
２３、膜厚４０００Åの銅膜２４、膜厚５００Åの第二
のTiN 膜２５を順次形成する。次に、ＣＶＤ法によりSi
O2膜２６を形成した後に、これをフォトリソグラフィー
法によりパターンニングする。
【００１８】次に図３に示す装置を用いて、SiO2膜２６
をマスクにして第二のTiN 膜２５、銅膜２４及び第一の
TiN 膜２３を連続的にエッチングして、銅配線２８を形
成する。すなわち、上記の基板２１を図３の試料台１２
上に載置し、チャンバー内の圧力を０．０２５Torrまで
低下した後、流量１３０sccmのＨＢｒガスと流量２０sc
cmのＮ2 ガスの混合ガスをチャンバー内に導入し、ヒー
タ部１３によって試料台１２を加熱し、基板２１の温度
を２００℃まで上昇して、ＲＦ電源１６によって２００
Ｗの高周波電圧を試料台１２に印加することによりエッ
チングを行う。
をマスクにして第二のTiN 膜２５、銅膜２４及び第一の
TiN 膜２３を連続的にエッチングして、銅配線２８を形
成する。すなわち、上記の基板２１を図３の試料台１２
上に載置し、チャンバー内の圧力を０．０２５Torrまで
低下した後、流量１３０sccmのＨＢｒガスと流量２０sc
cmのＮ2 ガスの混合ガスをチャンバー内に導入し、ヒー
タ部１３によって試料台１２を加熱し、基板２１の温度
を２００℃まで上昇して、ＲＦ電源１６によって２００
Ｗの高周波電圧を試料台１２に印加することによりエッ
チングを行う。
【００１９】このときエッチングの化学反応によって銅
膜表面に形成される銅臭化物の蒸気圧は従来方法の塩化
物の蒸気圧に比して高いので銅膜２４から容易に昇華し
やすく、しかも、基板温度が２００℃程度でも窒素イオ
ンの物理的なスパッタエッチングにより銅臭化物が飛散
するので、銅膜のエッチングが可能になる。また、２０
０℃程度の低い温度で銅膜のエッチングはなされるの
で、銅膜の酸化が進みにくく、しかもエッチングマスク
の材料として有機レジストが使用できる。
膜表面に形成される銅臭化物の蒸気圧は従来方法の塩化
物の蒸気圧に比して高いので銅膜２４から容易に昇華し
やすく、しかも、基板温度が２００℃程度でも窒素イオ
ンの物理的なスパッタエッチングにより銅臭化物が飛散
するので、銅膜のエッチングが可能になる。また、２０
０℃程度の低い温度で銅膜のエッチングはなされるの
で、銅膜の酸化が進みにくく、しかもエッチングマスク
の材料として有機レジストが使用できる。
【００２０】しかも図１（ｂ）に示すように銅臭化物２
７が配線の側壁などに付着しながら銅膜のエッチングが
なされるので、側壁保護をしながらエッチングすること
ができ、その結果形成される銅配線にアンダーカットが
生じずに、寸法精度の高い異方性エッチングができ、微
細な銅配線の形成が容易になる。また、上記のエッチン
グ条件で銅膜２４をエッチングすると銅臭化物がエッチ
ング中に銅膜２４の側壁に付着しながらエッチングされ
るので、選択的異方性エッチングがなされ、そのエッチ
ング速度は毎分約１２００Åに達する。これは従来の四
塩化珪素と窒素との混合ガス系を用いた場合の毎分約２
００Åや、四塩化珪素，窒素，塩素及びアンモニアの混
合ガス系を用いた場合の毎分約１０００Åなどに比して
明らかに向上している。
７が配線の側壁などに付着しながら銅膜のエッチングが
なされるので、側壁保護をしながらエッチングすること
ができ、その結果形成される銅配線にアンダーカットが
生じずに、寸法精度の高い異方性エッチングができ、微
細な銅配線の形成が容易になる。また、上記のエッチン
グ条件で銅膜２４をエッチングすると銅臭化物がエッチ
ング中に銅膜２４の側壁に付着しながらエッチングされ
るので、選択的異方性エッチングがなされ、そのエッチ
ング速度は毎分約１２００Åに達する。これは従来の四
塩化珪素と窒素との混合ガス系を用いた場合の毎分約２
００Åや、四塩化珪素，窒素，塩素及びアンモニアの混
合ガス系を用いた場合の毎分約１０００Åなどに比して
明らかに向上している。
【００２１】なお、下側の第一のTiN 膜２３は銅膜２４
の拡散バリアメタルとして機能するので、熱などによる
下地膜の絶縁膜２２へ銅が拡散する懸念がない。また、
上側の第二のTiN 膜２５が形成されているので、マスク
であるSiO2膜２６と銅膜２４との密着性が向上し、安定
になる。このようなパターニングを終えた状態では、図
１(b) に示すように、マスク２６や銅配線２８の側壁に
銅臭化物２７が付着しており、下地絶縁膜２２上に臭素
及び臭素系化合物の多少の残留があるため、図２に示す
ようにアンモニア水でウエットエッチングを行って銅臭
化物２７や、残留臭素、臭素系化合物、あるいはアフタ
ーコロージョンなどの残留物を除去する。
の拡散バリアメタルとして機能するので、熱などによる
下地膜の絶縁膜２２へ銅が拡散する懸念がない。また、
上側の第二のTiN 膜２５が形成されているので、マスク
であるSiO2膜２６と銅膜２４との密着性が向上し、安定
になる。このようなパターニングを終えた状態では、図
１(b) に示すように、マスク２６や銅配線２８の側壁に
銅臭化物２７が付着しており、下地絶縁膜２２上に臭素
及び臭素系化合物の多少の残留があるため、図２に示す
ようにアンモニア水でウエットエッチングを行って銅臭
化物２７や、残留臭素、臭素系化合物、あるいはアフタ
ーコロージョンなどの残留物を除去する。
【００２２】以上の工程によって図２に示すような銅配
線２８が形成される。マスクであるSiO2膜２６は層間絶
縁膜として用いることが可能なので除去しないで残存さ
せている。このようにして形成された銅配線２８には残
留物が殆ど存在せず、かつその側壁形状もアンダーカッ
トがないので、汚染がなく、かつ寸法精度の高い加工形
状の銅配線の形成が容易になる。
線２８が形成される。マスクであるSiO2膜２６は層間絶
縁膜として用いることが可能なので除去しないで残存さ
せている。このようにして形成された銅配線２８には残
留物が殆ど存在せず、かつその側壁形状もアンダーカッ
トがないので、汚染がなく、かつ寸法精度の高い加工形
状の銅配線の形成が容易になる。
【００２３】なお、上記工程では、Ｎ2 ガスの流量は特
に限定されるものではないが、本実施例のように流量２
０sccmで導入することが好ましい。次にその理由を図４
を参照しながら説明する。図４は上記の反応性イオンエ
ッチングの条件ＨＢｒ：１３０sccm、ＲＦパワー２００
Ｗ、圧力０．０２５Torr、基板温度２００℃において、
Ｎ2 ガスの流量を変化させたときのSiO2膜２６と銅膜２
４とのエッチング速度の変化を説明するグラフであっ
て、Ｘ軸はＮ2 ガスの流量を示し、Ｙ軸はSiO2膜２６と
銅膜２４とのエッチング速度を示している。なおＸ軸は
比例目盛りであり、Ｙ軸は対数目盛りである。
に限定されるものではないが、本実施例のように流量２
０sccmで導入することが好ましい。次にその理由を図４
を参照しながら説明する。図４は上記の反応性イオンエ
ッチングの条件ＨＢｒ：１３０sccm、ＲＦパワー２００
Ｗ、圧力０．０２５Torr、基板温度２００℃において、
Ｎ2 ガスの流量を変化させたときのSiO2膜２６と銅膜２
４とのエッチング速度の変化を説明するグラフであっ
て、Ｘ軸はＮ2 ガスの流量を示し、Ｙ軸はSiO2膜２６と
銅膜２４とのエッチング速度を示している。なおＸ軸は
比例目盛りであり、Ｙ軸は対数目盛りである。
【００２４】図４に示すように、Ｎ2 を２０sccm添加す
ることにより、銅膜２４とSiO2膜２６の選択比が約１７
と最大になり、従来の塩素系のガスを用いたときの選択
比１０〜１３に比して選択比が大きくなっている。よっ
て、Ｎ2 ガス導入の際の流量は２０sccmが好ましいので
ある。また、本実施例ではウエットエッチングの際のエ
ッチング液としてアンモニア水を用いているが、弱フッ
酸溶液や水などの溶液でも同様の効果を奏する。
ることにより、銅膜２４とSiO2膜２６の選択比が約１７
と最大になり、従来の塩素系のガスを用いたときの選択
比１０〜１３に比して選択比が大きくなっている。よっ
て、Ｎ2 ガス導入の際の流量は２０sccmが好ましいので
ある。また、本実施例ではウエットエッチングの際のエ
ッチング液としてアンモニア水を用いているが、弱フッ
酸溶液や水などの溶液でも同様の効果を奏する。
【００２５】さらに、本実施例では不活性ガスとしてＮ
2 を用いているが、本発明はこれに限らず、例えばArな
どの希ガスでもよく、臭素系のガスはＨＢｒを用いてい
るが、例えばＢＢｒ，ＮＨ4 Ｂｒなどのガスでも銅臭化
物が生成されるので同様の効果を奏する。また、本実施
例ではマスク材の一例としてSiO2膜２６を用いている
が、これはレジスト膜でも可能であって、その場合はマ
スクのパターニング工程が露光・現像工程だけですむの
で、製造工程が簡略化できるという副次的効果もある。
2 を用いているが、本発明はこれに限らず、例えばArな
どの希ガスでもよく、臭素系のガスはＨＢｒを用いてい
るが、例えばＢＢｒ，ＮＨ4 Ｂｒなどのガスでも銅臭化
物が生成されるので同様の効果を奏する。また、本実施
例ではマスク材の一例としてSiO2膜２６を用いている
が、これはレジスト膜でも可能であって、その場合はマ
スクのパターニング工程が露光・現像工程だけですむの
で、製造工程が簡略化できるという副次的効果もある。
【００２６】なお、本実施例において、第一，第二のTi
N 膜２３，２５はそれぞれ第一，第二の金属層の一例で
あるが、本実施例はこれに限らず、例えばTa, TiN , Ti
W ,W , Nb, Mo, Cr,Pd 又はWSi などの金属でも同様の
効果を奏する。また、本実施例では銅膜２４として純粋
な銅を用いているが、本発明はこれに限らず、例えばCu
-0.1％Tiのように、Ti，Zr又はCrを含む銅の合金を用い
ても、本実施例と同様の効果を奏する。純粋な銅は電気
抵抗が最小なので、銅配線の形成方法としては本実施例
のように純粋な銅を用いることが望ましい。
N 膜２３，２５はそれぞれ第一，第二の金属層の一例で
あるが、本実施例はこれに限らず、例えばTa, TiN , Ti
W ,W , Nb, Mo, Cr,Pd 又はWSi などの金属でも同様の
効果を奏する。また、本実施例では銅膜２４として純粋
な銅を用いているが、本発明はこれに限らず、例えばCu
-0.1％Tiのように、Ti，Zr又はCrを含む銅の合金を用い
ても、本実施例と同様の効果を奏する。純粋な銅は電気
抵抗が最小なので、銅配線の形成方法としては本実施例
のように純粋な銅を用いることが望ましい。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、下地
膜上に第一の金属層、銅膜、第二の金属層を順次形成し
たのちに基板を加熱し、臭素系のガスと窒素ガスとを含
む混合ガスを用いて、マスク材を用いた反応性イオンエ
ッチングにより第二の金属層、銅膜、第一の金属層をエ
ッチングして銅配線を形成しているので、反応を活性化
するために基板温度を過度に加熱しなくとも、エッチン
グが可能になり、エッチング速度も従来に比して向上さ
れる。
膜上に第一の金属層、銅膜、第二の金属層を順次形成し
たのちに基板を加熱し、臭素系のガスと窒素ガスとを含
む混合ガスを用いて、マスク材を用いた反応性イオンエ
ッチングにより第二の金属層、銅膜、第一の金属層をエ
ッチングして銅配線を形成しているので、反応を活性化
するために基板温度を過度に加熱しなくとも、エッチン
グが可能になり、エッチング速度も従来に比して向上さ
れる。
【００２８】これにより、基板を過度に加熱していない
ので銅膜が酸化しにくく、かつエッチングマスクの材料
として有機レジストが使用でき、銅臭化物が配線の側壁
などに付着しながら銅膜のエッチングがなされるので、
銅配線にアンダーカットが生じずに、寸法精度の高いエ
ッチングができ、微細な配線の加工が容易になる。ま
た、第一の金属層が下地膜上に形成されているので、銅
が下地膜に拡散する懸念もなく、上記の工程の後にウエ
ットエッチングを施して、残留臭素、臭素系化合物、ア
フターコロージョンなどの残留物を除去することによ
り、汚染がなく、かつ高精度な加工形状の銅配線が得ら
れる。
ので銅膜が酸化しにくく、かつエッチングマスクの材料
として有機レジストが使用でき、銅臭化物が配線の側壁
などに付着しながら銅膜のエッチングがなされるので、
銅配線にアンダーカットが生じずに、寸法精度の高いエ
ッチングができ、微細な配線の加工が容易になる。ま
た、第一の金属層が下地膜上に形成されているので、銅
が下地膜に拡散する懸念もなく、上記の工程の後にウエ
ットエッチングを施して、残留臭素、臭素系化合物、ア
フターコロージョンなどの残留物を除去することによ
り、汚染がなく、かつ高精度な加工形状の銅配線が得ら
れる。
【図１】本発明の実施例に係る銅配線の形成方法を説明
する第一の断面図である。
する第一の断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る銅配線の形成方法を説明
する第二の断面図である。
する第二の断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るエッチング装置の構成を
説明する断面図である。
説明する断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る銅配線の形成方法の作用
効果を説明するグラフである。
効果を説明するグラフである。
１１ チャンバー １２ 試料台 １３ ヒーター部 １４ ガス導入管 １５ 排気管 １６ ＲＦ電源 ２１ 基板 ２２ 絶縁膜 ２３ 第一のTiN 膜（第一の金属層） ２４ 銅膜 ２５ 第二のTiN 膜（第二の金属層） ２６ SiO2膜（マスク材） ２７ 銅臭化物 ２８ 銅配線
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/302 Ｇ 21/88 Ｄ
Claims (9)
- 【請求項１】 基板（２１）上に下地膜（２２）を形成
し、該下地膜（２２）上に第一の金属層（２３），銅膜
（２４），第二の金属層（２５）を順次形成する工程
と、 前記第二の金属層（２５）上にマスク材（２６）を形成
する工程と、 前記基板（２１）を加熱し、臭素系のガスと不活性ガス
とを含む混合ガスを用いて、反応性イオンエッチングに
より前記第二の金属層（２５），銅膜（２４），第一の
金属層（２３）を、前記マスク材（２６）をマスクにし
てエッチング・除去して銅配線（２８）を形成する工程
とを有することを特徴とする銅配線の形成方法。 - 【請求項２】 基板（２１）上に下地膜（２２）を形成
し、該下地膜（２２）上に第一の金属層（２３），銅膜
（２４），第二の金属層（２５）を順次形成する工程
と、 前記第二の金属層（２５）上にマスク材（２６）を形成
する工程と、 前記基板（２１）を加熱し、臭素系のガスと不活性ガス
とを含む混合ガスを用いて、反応性イオンエッチングに
より前記第二の金属層（２５），銅膜（２４），第一の
金属層（２３）を前記マスク材（２６）をマスクにして
エッチング・除去して銅配線（２８）を形成する工程
と、 前記銅配線（２８）などに付着した残留物（２７）をウ
エットエッチングにより除去する工程とを有することを
特徴とする銅配線の形成方法。 - 【請求項３】 前記銅膜（２４）はTi,Zn 又はCrを含む
銅膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載
の銅配線の形成方法。 - 【請求項４】前記臭素系のガスは、ＨＢｒ、ＢＢｒ3 あ
るいはＮＨ4 Ｂｒのいずれかからなることを特徴とする
請求項１，請求項２又は請求項３記載の銅配線の形成方
法。 - 【請求項５】前記第一、第二の金属層（２３，２５）は
Ta，TiN ，TiW ，W ，Nb，Mo，Cr,Pd又はWSi のいずれ
かからなることを特徴とする請求項１，請求項２，請求
項３又は請求項４記載の銅配線の形成方法。 - 【請求項６】前記不活性ガスは、窒素、アルゴンのいず
れかからなることを特徴とする請求項１，請求項２，請
求項３，請求項４又は請求項５記載の銅配線の形成方
法。 - 【請求項７】前記マスク材（２６）はSiO2膜またはレジ
スト膜のいずれかからなることを特徴とする請求項１，
請求項２，請求項３，請求項４，請求項５又は請求項６
記載の銅配線の形成方法。 - 【請求項８】前記基板（２１）の加熱温度を２００℃以
上にすることを特徴とする請求項１，請求項２，請求項
３，請求項４，請求項５，請求項６又は請求項７記載の
銅配線の形成方法。 - 【請求項９】前記ウエットエッチングではアンモニア
水、弱フッ酸溶液または水のいずれかをエッチング液と
して用いることを特徴とする請求項２，請求項３，請求
項４，請求項５，請求項６，請求項７又は請求項８記載
の銅配線の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33696293A JPH07201856A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 銅配線の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33696293A JPH07201856A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 銅配線の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201856A true JPH07201856A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18304223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33696293A Withdrawn JPH07201856A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 銅配線の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07201856A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6008140A (en) * | 1997-08-13 | 1999-12-28 | Applied Materials, Inc. | Copper etch using HCI and HBr chemistry |
| US6080529A (en) * | 1997-12-12 | 2000-06-27 | Applied Materials, Inc. | Method of etching patterned layers useful as masking during subsequent etching or for damascene structures |
| US6331380B1 (en) | 1997-12-12 | 2001-12-18 | Applied Materials, Inc. | Method of pattern etching a low K dielectric layer |
| JP2012169657A (ja) * | 2007-07-05 | 2012-09-06 | Imec | 銅の光子誘起除去 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33696293A patent/JPH07201856A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6008140A (en) * | 1997-08-13 | 1999-12-28 | Applied Materials, Inc. | Copper etch using HCI and HBr chemistry |
| US6489247B1 (en) | 1997-08-13 | 2002-12-03 | Applied Materials, Inc. | Copper etch using HCl and HBR chemistry |
| US6534416B1 (en) | 1997-08-13 | 2003-03-18 | Applied Materials Inc. | Control of patterned etching in semiconductor features |
| US6080529A (en) * | 1997-12-12 | 2000-06-27 | Applied Materials, Inc. | Method of etching patterned layers useful as masking during subsequent etching or for damascene structures |
| US6331380B1 (en) | 1997-12-12 | 2001-12-18 | Applied Materials, Inc. | Method of pattern etching a low K dielectric layer |
| US6458516B1 (en) | 1997-12-12 | 2002-10-01 | Applied Materials Inc. | Method of etching dielectric layers using a removable hardmask |
| JP2012169657A (ja) * | 2007-07-05 | 2012-09-06 | Imec | 銅の光子誘起除去 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010306 |