JPH07221079A - Plasma apparatus and dry etching method using it - Google Patents

Plasma apparatus and dry etching method using it

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JPH07221079A
JPH07221079A JP2728794A JP2728794A JPH07221079A JP H07221079 A JPH07221079 A JP H07221079A JP 2728794 A JP2728794 A JP 2728794A JP 2728794 A JP2728794 A JP 2728794A JP H07221079 A JPH07221079 A JP H07221079A
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JP
Japan
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plasma
vacuum container
film
etching
helicon wave
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JP2728794A
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Japanese (ja)
Inventor
Shingo Kadomura
新吾 門村
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain a plasma apparatus in which a high-accuracy minute working operation can be performed by a method wherein at least a part of the inner wall of a high-vacuum container which generates a high-density plasma at a specific ion density inside the container is constituted of an Al-based member and the Al-based member can be heated. CONSTITUTION:At least one plasma generation means which generates a high- density plasma at an ion density of 10<11>/cm<3> or higher inside a high-vacuum container 7 is provided. The high-density plasma which is generated is at least one out of a helicon wave plasma and an inductive-coupling plasma. Then, for example, the ceiling plate 6 of the process chamber 7 for a helicon wave plasma apparatus is constituted of an Al plate, and the Al plate can be heated. The ceiling plate 6 comes into contact with the helicon wave plasma PH which has been extracted into the process chamber 7, and it is used as the supply source of Al. A heater 4 promotes the progress of a chemical reaction on the surface of the ceiling plate 6 in a dry-etching process.

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、たとえば半導体装置の
製造に適用されるプラズマ装置およびこれを用いたドラ
イエッチング方法に関し、特に銅(Cu)を含むアルミ
ニウム(Al)系材料膜をイオン密度が1011/cm3
以上のいわゆる高密度プラズマを用いてエッチングする
際に、Cuに起因するエッチング残渣の発生を防止する
ことを可能とする装置および方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma apparatus applied to the manufacture of semiconductor devices and a dry etching method using the same, and particularly to an aluminum (Al) -based material film containing copper (Cu) with an ion density of 10 11 / cm 3
The present invention relates to an apparatus and a method capable of preventing the generation of etching residues due to Cu when etching is performed using so-called high-density plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の配線材料膜としては、Al
系材料膜が最も広く使用されている。このAl系材料膜
については、商用チップにおける多層配線構造の採用に
伴い、従来にも増して優れたエレクトロマイグレーショ
ン(EM)耐性とストレスマイグレーション(SM)耐
性を達成することが求められている。かかる背景から、
Al系材料膜にCuを添加することが必須となりつつあ
る。Cuの添加は、当初はAl−1%Siにさらに0.
5%量を添加するような少量レベルで行われていたが、
近年では基板コンタクト用の配線膜よりも上層側で使用
する配線膜についてはAl−2%Cu、あるいはAl−
4%Cu等のように、より多量のレベルで添加すること
も検討されている。
2. Description of the Related Art As a wiring material film for a semiconductor device, Al is used.
The base material film is most widely used. This Al-based material film is required to achieve more excellent electromigration (EM) resistance and stress migration (SM) resistance than ever with the adoption of a multilayer wiring structure in a commercial chip. Against this background,
It is becoming essential to add Cu to the Al-based material film. The addition of Cu was initially 0.
It was done at a small level like adding 5%,
In recent years, with respect to the wiring film used on the upper layer side of the wiring film for substrate contact, Al-2% Cu or Al-
It is also considered to be added in a larger amount level such as 4% Cu.

【0003】Al系配線膜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 混合ガスはかかる塩素系ガスの代表例である。Al系
配線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Cl* であり、自発的で極めて速やかなエ
ッチング反応を進行させる。しかし、Cl* のみではエ
ッチングが等方的に進行するので、通常はある程度の入
射イオン・エネルギーを与える条件下でイオン・アシス
ト機構を働かせ、高異方性を達成している。
Dry etching of Al-based wiring films is generally performed using chlorine-based gas. For example, BCl 3 / Cl disclosed in JP-B-59-22374.
A mixed gas of 2 is a typical example of such a chlorine-based gas. The chemical species that contributes as the main etching species in the etching of the Al-based wiring layer is Cl * , which promotes a spontaneous and extremely rapid etching reaction. However, since the etching proceeds isotropically only with Cl * , the ion assist mechanism is usually activated under the condition that the incident ion energy is supplied to some extent, and high anisotropy is achieved.

【0004】このドライエッチングに関しては、半導体
装置のデザイン・ルールの高度な微細化に伴って、低ガ
ス圧化、高プラズマ密度化、基板近傍における低磁界化
等の要件を従来以上に高い水準で満足することが求めら
れている。かかる状況下で近年、幾種類かの新しい高密
度プラズマ装置が相次いで提案されている。特開平3−
68773号公報に記載されるヘリコン波プラズマ装置
は、かかる装置の中でも大きな期待のかかる装置のひと
つである。そのプラズマ生成機構は、円筒状のチャンバ
に磁場を印加し、さらにこのチャンバに巻回されるルー
プ・アンテナに高周波を印加して該チャンバ内にヘリコ
ン波を生成させ、このヘリコン波からランダウ減衰の過
程を通じたエネルギー輸送により電子を加速し、この加
速された電子をガス分子に衝突させるというものであ
る。ヘリコン波プラズマでは、おおよそ1011〜1013
/cm3 の高いイオン密度を達成することができる。
With respect to this dry etching, the requirements for low gas pressure, high plasma density, low magnetic field in the vicinity of the substrate, etc. have been raised to a higher level than in the past with the advancement of finer design rules of semiconductor devices. It is required to be satisfied. Under such circumstances, several kinds of new high-density plasma devices have been proposed one after another in recent years. JP-A-3-
The helicon wave plasma device described in Japanese Patent No. 68773 is one of the most promising devices among such devices. The plasma generation mechanism applies a magnetic field to a cylindrical chamber and further applies a high frequency to a loop antenna wound around the chamber to generate a helicon wave in the chamber, and the helicon wave is used to reduce the Landau attenuation. By transporting energy through the process, electrons are accelerated and the accelerated electrons collide with gas molecules. For helicon wave plasma, approximately 10 11 to 10 13
High ion densities of / cm 3 can be achieved.

【0005】また、月刊セミコンダクターワールド19
93年10月号p.68〜75(プレスジャーナル社
刊)には、誘導結合プラズマ(ICP:nducti
vely oupled lasma)を用いたI
CPエッチング装置が記載されている。これは、プラズ
マ生成チャンバである石英シリンダの周囲に巻回された
非共鳴マルチターン・アンテナに高周波パワーを供給
し、このアンテナの内側に形成される磁界にしたがって
電子を回転させることで、この電子とガス分子とを高い
確率で衝突させるものである。ICPによれば、おおよ
そ1011〜1012/cm3 のイオン密度を達成すること
ができる。
Monthly Semiconductor World 19
October 1993 p. 68 to 75 in the (press journal published by), inductively coupled plasma (ICP: I nducti
vely C oupled P lasma) I was using the
A CP etching device is described. This is because a high frequency power is supplied to a non-resonant multi-turn antenna wound around a quartz cylinder, which is a plasma generation chamber, and electrons are rotated according to a magnetic field formed inside the antenna. And a gas molecule with a high probability of collision. According to ICP, an ion density of approximately 10 11 to 10 12 / cm 3 can be achieved.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、Al系配線
膜のドライエッチングにおいては、Cuの添加量の増大
に伴って残渣の大量発生が深刻な問題となってきた。こ
の問題を図2および図10を参照しながら説明する。い
ま、エッチング・サンプルとして図2に示されるよう
に、SiO2 層間絶縁膜31上にAl系配線膜37が形
成され、さらにこの上に所定の形状にパターニングされ
たレジスト・マスク38が形成されたウェハを考える。
ここで、上記Al系配線膜37は下層側から上層側に向
かい、Ti膜32とTiN膜33よりなるバリヤメタル
34、Al−4%Cu膜35、TiON反射防止膜36
が順次積層されてなるものである。
By the way, in dry etching of an Al-based wiring film, the generation of a large amount of residue has become a serious problem as the amount of Cu added increases. This problem will be described with reference to FIGS. 2 and 10. As an etching sample, as shown in FIG. 2, an Al-based wiring film 37 is formed on the SiO 2 interlayer insulating film 31, and a resist mask 38 patterned into a predetermined shape is further formed thereon. Consider a wafer.
Here, the Al-based wiring film 37 goes from the lower layer side to the upper layer side, and the barrier metal 34 composed of the Ti film 32 and the TiN film 33, the Al-4% Cu film 35, the TiON antireflection film 36.
Are sequentially laminated.

【0007】このAl系配線膜37を従来の一般的な塩
素系ガスを用いてエッチングした後のウェハの状態を、
図10に示す。図中、異方性加工された材料膜について
は、元の符号に添字aを付けて表してある。このエッチ
ングにより、レジスト・マスク38に遮蔽された部分で
は異方性形状を有する配線パターンが形成されるが、遮
蔽されていない部分にも針状の残渣40が大量に発生す
る。これは、Al−4%Cu膜35に含有されるCuが
プラズマ中のCl* と反応して蒸気圧の低い塩化銅を生
成し、これがマイクロ・マスク39と呼ばれる微細なエ
ッチング・マスクとして機能する結果、このマイクロ・
マスク39に遮蔽された領域にAl−4%Cu膜35や
バリヤメタル34が残るからである。
The state of the wafer after etching the Al-based wiring film 37 using a conventional general chlorine-based gas
As shown in FIG. In the figure, the anisotropically processed material film is represented by adding the subscript a to the original code. By this etching, a wiring pattern having an anisotropic shape is formed in the portion shielded by the resist mask 38, but a large amount of needle-like residue 40 is also generated in the portion not shielded. This is because Cu contained in the Al-4% Cu film 35 reacts with Cl * in plasma to generate copper chloride having a low vapor pressure, which functions as a fine etching mask called a micro mask 39. As a result, this micro
This is because the Al-4% Cu film 35 and the barrier metal 34 remain in the region shielded by the mask 39.

【0008】そこで、通常はこの残渣40を除去するた
めに、エッチング時の入射イオン・エネルギーを高めて
イオン・スパッタリング効果を増強する方法がとられて
いる。しかし、Cuの添加量の増大に伴って残渣40の
発生量が増大している状況下では、所望の除去効果を上
げるには至っていない。これは、ヘリコン波プラズマ装
置やICP装置のような高いイオン電流密度が得られる
装置を用いても、基本的には変わらない。
Therefore, in order to remove the residue 40, a method of increasing the incident ion energy during etching to enhance the ion sputtering effect is usually adopted. However, in the situation where the amount of the residue 40 generated increases with the increase of the amount of Cu added, the desired removal effect has not been achieved. This basically does not change even if a device such as a helicon wave plasma device or an ICP device that can obtain a high ion current density is used.

【0009】あるいは、この残渣40を除去する方法と
して、たとえば第37回応用物理学関係連合講演会(1
990年春季年会)講演予稿集,p.456,講演番号
28a−ZF−1には、残渣を化学的に除去する方法が
報告されている。これは、具体的にはラジカル反応が主
体となる等方的な条件でオーバーエッチングを行うこと
により、針状の残渣40を横方向からも浸食し、これを
除去しようとするものである。しかし、この方法は残渣
40の除去には有効であるものの、マイクロ・マスク3
9そのものを分解除去することはできないため、マイク
ロ・マスク39自身がパーティクル汚染源となる虞れが
大きい。
Alternatively, as a method for removing the residue 40, for example, the 37th Joint Lecture on Applied Physics (1
990 Spring Annual Meeting) Proceedings, p. 456, Lecture No. 28a-ZF-1 reports a method of chemically removing the residue. Specifically, overetching is performed under isotropic conditions in which radical reaction is the main component, so that the needle-like residue 40 is also eroded from the lateral direction and is removed. However, although this method is effective for removing the residue 40, the micro mask 3
Since 9 itself cannot be decomposed and removed, there is a great possibility that the micro mask 39 itself will become a particle contamination source.

【0010】特に、ヘリコン波プラズマ装置では、この
ように等方的な条件によりオーバーエッチングを行うこ
と自体が困難となる虞れも大きい。これは、ヘリコン波
プラズマのような低圧で高密度なプラズマ中では、電子
温度が極めて高くガス分子の解離が進み過ぎるために、
イオンは過剰に生成するがラジカルの生成量は不足する
傾向が強いからである。
Particularly, in the helicon wave plasma apparatus, there is a great possibility that it is difficult to perform overetching under such isotropic conditions. This is because in a low-pressure and high-density plasma such as helicon wave plasma, the electron temperature is extremely high and the dissociation of gas molecules proceeds too much.
This is because the ions are excessively generated, but the radical generation amount tends to be insufficient.

【0011】また、1992年ドライ・プロセス・シン
ポジウム抄録集p.59〜63には、銅をクロロアルミ
ニウム錯塩の形で揮発除去する方法が記載されている。
この方法では、スタティック・マグネトロン・トライオ
ードRIE装置の壁面にアルミナ・ターゲットで被覆し
た2次電極を設け、Al−Cu合金膜を塩素系ガスを用
いてエッチングする過程で生成する塩化銅と、アルミナ
・ターゲットから供給される塩化アルミニウムとを12
0℃程度に加熱された基板上で反応させることにより、
クロロアルミニウム銅を生成させている。
Also, the 1992 Dry Process Symposium Abstracts p. 59 to 63, a method for volatilizing and removing copper in the form of a chloroaluminum complex salt is described.
In this method, a secondary electrode coated with an alumina target is provided on the wall surface of a static magnetron triode RIE apparatus, and copper chloride generated in the process of etching an Al-Cu alloy film using a chlorine-based gas 12 with aluminum chloride supplied from the target
By reacting on a substrate heated to about 0 ° C,
It produces chloroaluminum copper.

【0012】しかし、上記の加熱温度は通常用いられる
レジスト・マスクの耐熱温度の上限に近いため、基板加
熱はできるだけ避けたいところである。このように、従
来の技術では、Cuを含有するAl系配線膜をドライエ
ッチングするに際し、Cuに起因する残渣やパーティク
ルの発生を抑制することは難しい。そこで本発明はこれ
らの問題を解決し、高精度な微細加工を行うことが可能
なプラズマ装置、およびこれを用いたドライエッチング
方法を提供することを目的とする。
However, since the above heating temperature is close to the upper limit of the heat resistant temperature of the resist mask which is usually used, it is desirable to avoid heating the substrate as much as possible. As described above, according to the conventional technique, it is difficult to suppress the generation of residues and particles due to Cu when dry-etching the Al-based wiring film containing Cu. Therefore, an object of the present invention is to solve these problems and to provide a plasma apparatus capable of performing highly precise microfabrication and a dry etching method using the same.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達するために提案されるものである。すなわち、本発明
にかかるプラズマ装置は、基板を収容する高真空容器
と、前記高真空容器内にイオン密度が1011/cm3
上の高密度プラズマを生成させる少なくとも1基のプラ
ズマ生成手段とを備え、前記高真空容器の内壁面の少な
くとも一部がAl系部材を用いて構成され、かつ該Al
系部材を加熱する加熱手段が設けられてなるものであ
る。
The present invention is proposed to achieve the above objects. That is, the plasma apparatus according to the present invention comprises a high vacuum container for containing a substrate and at least one plasma generating means for generating high density plasma having an ion density of 10 11 / cm 3 or more in the high vacuum container. At least a part of an inner wall surface of the high vacuum container is made of an Al-based member, and
A heating means for heating the system member is provided.

【0014】上記Al系部材は、典型的には純Al、あ
るいはアルミナ(AlOx )を用いて構成することがで
きる。またその形態としては、薄膜、薄板、あるいはス
パッタリング用のターゲット等、あらゆるものが使用で
きる。
The Al-based member can typically be made of pure Al or alumina (AlO x ). In addition, as the form, any of thin films, thin plates, targets for sputtering, and the like can be used.

【0015】本発明において生成させる高密度プラズマ
は、ヘリコン波プラズマとICPの少なくとも一方であ
る。ヘリコン波プラズマは、第1の高周波アンテナと磁
界生成手段とにより周回され、かつ前記高真空容器に接
続されるプラズマ生成チャンバを有し、該高真空容器に
ヘリコン波プラズマを供給するヘリコン波プラズマ生成
手段を用いて生成させることができる。
The high-density plasma generated in the present invention is at least one of helicon wave plasma and ICP. The helicon wave plasma generation has a plasma generation chamber that is circulated by the first high-frequency antenna and the magnetic field generation means and is connected to the high vacuum container, and supplies the helicon wave plasma to the high vacuum container. It can be generated using any means.

【0016】またICPは、前記高真空容器の軸方向の
一部を構成する非導電性部材と、該非導電性部材の外周
側に巻回される第2の高周波アンテナとを有し、該高真
空容器内にICPを生成させるICP生成手段を用いて
生成させることができる。
The ICP has a non-conductive member that constitutes a part of the high vacuum container in the axial direction, and a second high-frequency antenna wound around the outer peripheral side of the non-conductive member. It can be produced using an ICP producing means for producing ICP in a vacuum container.

【0017】もちろん、ヘリコン波プラズマ生成手段と
ICP生成手段を併設すれば、両方のプラズマを生成さ
せることができる。このとき、ICPを励起するための
上記第2の高周波アンテナは、ヘリコン波を発生させる
ための前記磁界生成手段が生成する磁界の軸方向を中心
として対称に巻回することが極めて有効である。これ
は、磁界生成手段が生成する磁界と第2の高周波アンテ
ナとが生成する磁界の軸方向を互いに一致させておくこ
とにより、高真空容器内においてプラズマを効率良く輸
送し、かつ該第2の高周波アンテナが生成する磁界によ
るプラズマ閉じ込め効果により、高真空容器の内壁面に
よる化学種の消費を抑制することができるからである。
Of course, if both the helicon wave plasma generating means and the ICP generating means are provided together, both plasmas can be generated. At this time, it is extremely effective that the second high frequency antenna for exciting the ICP is symmetrically wound around the axial direction of the magnetic field generated by the magnetic field generating means for generating the helicon wave. This is because the magnetic field generated by the magnetic field generation means and the axial direction of the magnetic field generated by the second high frequency antenna are made to coincide with each other, whereby plasma is efficiently transported in the high vacuum container, and the second magnetic field is generated. This is because the plasma confinement effect of the magnetic field generated by the high frequency antenna can suppress the consumption of chemical species by the inner wall surface of the high vacuum container.

【0018】なお、上記第1の高周波アンテナおよび第
2の高周波アンテナには共にプラズマ励起用の高周波が
印加されるが、双方のアンテナへの印加周波数を同一と
する場合には、干渉を防止するために互いに位相をずら
す制御を行うことが特に有効である。この制御は、位相
シフタ回路を用いて容易に行うことができる。
A high frequency for plasma excitation is applied to both the first high frequency antenna and the second high frequency antenna, but interference is prevented when the frequencies applied to both antennas are the same. Therefore, it is particularly effective to perform control to shift the phases from each other. This control can be easily performed using the phase shifter circuit.

【0019】ところで、上記Al系部材は、上記高密度
プラズマと十分に接触し得る領域であれば、高真空容器
の内壁面のどの領域を構成するものであっても良いが、
前記基板と対面する領域を構成させると好都合である。
特に、ICPを生成させるために高真空容器の軸方向の
一部を非導電性部材で構成する場合には、実用性の高い
Al系部材の配設位置は、ほぼ基板対向面に限られる。
また、ICP生成手段を用いない場合でも、基板バイア
スに対する対向アース電極として機能する領域を確保す
ることが必要な場合には、導電性を有するこのAl系部
材に該電極としての機能を兼ねさせる上で、やはり基板
対向面に設けることが必要となる。
By the way, the Al-based member may constitute any region of the inner wall surface of the high-vacuum container as long as it can sufficiently contact the high-density plasma.
It is expedient to construct a region facing the substrate.
In particular, when a part of the high-vacuum container in the axial direction is made of a non-conductive member in order to generate the ICP, the Al-based member, which is highly practical, is disposed at a position substantially facing the substrate.
Further, even when the ICP generating means is not used, when it is necessary to secure a region functioning as a counter earth electrode for the substrate bias, the conductive Al-based member also has a function as the electrode. Therefore, it is necessary to provide it on the surface facing the substrate.

【0020】上述のプラズマ装置は、前記高真空容器内
に収容された基板上のCu含有Al系材料膜のドライエ
ッチングに用いて好適である。このときのエッチング・
ガスとしては、従来公知の塩素系ガスを用いる。また、
上記Cu含有Al系材料膜は、EM耐性あるいはSM耐
性の改善を目的としてCuが添加されているAl系材料
膜であれば、そのCu添加量を問うものではなく、また
Si等の他の添加元素の有無を問うものでもない。
The above plasma apparatus is suitable for use in dry etching a Cu-containing Al-based material film on a substrate housed in the high vacuum container. Etching at this time
A conventionally known chlorine-based gas is used as the gas. Also,
As long as the Cu-containing Al-based material film is an Al-based material film to which Cu is added for the purpose of improving EM resistance or SM resistance, the Cu addition amount does not matter, and other addition such as Si It does not matter whether the element is present or not.

【0021】[0021]

【作用】本発明のポイントは、ヘリコン波プラズマある
いはICPの少なくとも一方を生成可能なプラズマ装置
の高真空容器の内壁面の少なくとも一部に、加熱された
Al系部材を配する点にある。このAl系部材は、上記
のような高密度プラズマ中に豊富に含まれるイオンによ
ってスパッタされ、効率良くAl系化学種を高真空容器
内に供給することができる。
The point of the present invention is that a heated Al-based member is provided on at least a part of the inner wall surface of the high vacuum container of the plasma device capable of generating at least one of helicon wave plasma and ICP. This Al-based member is sputtered by the ions abundantly contained in the high-density plasma as described above, and the Al-based chemical species can be efficiently supplied into the high vacuum container.

【0022】特に、ヘリコン波プラズマとICPとを併
用する場合には、前者におけるラジカルの不足を後者で
補うことができ、これによりプラズマ中のイオン/ラジ
カル生成比を制御してイオン・アシスト機構を円滑に働
かせることができる。このことは、エッチング速度の向
上にもつながる。
In particular, when helicon wave plasma and ICP are used together, the latter can compensate for the lack of radicals in the former, and thereby the ion / radical production ratio in the plasma can be controlled to provide an ion assist mechanism. You can work smoothly. This also improves the etching rate.

【0023】また、上記Al系部材を前記高真空容器の
内壁面のうち少なくとも前記基板と対面する領域に配設
すれば、プラズマ装置の設計および製造が簡便となる。
また、かかるプラズマ装置を用いたドライエッチング時
には多くの場合、基板バイアスが併用されるので、基板
対向面にAl系部材を配設することによりこれをプラズ
マに対する大面積のDC接地電極として用いることがで
きる。この結果、高真空容器の内壁のスパッタを最小限
に抑え、安定した放電を広い面積にわたって継続させる
ことができる。
Further, by disposing the Al-based member in at least a region facing the substrate on the inner wall surface of the high vacuum container, the design and manufacturing of the plasma device can be simplified.
Further, in many cases, a substrate bias is also used during dry etching using such a plasma device, and therefore, by disposing an Al-based member on the substrate facing surface, this can be used as a large-area DC ground electrode for plasma. it can. As a result, it is possible to minimize spatter on the inner wall of the high vacuum container and to continue stable discharge over a wide area.

【0024】上記の高真空容器内で塩素系ガスを用いて
Cu含有Al系材料膜をエッチングすると、高密度の塩
素系化学種に曝されたAl系部材の表面では大量の塩化
アルミニウムが生成する。この塩化アルミニウムは、エ
ッチング反応生成物としてプラズマ中に放出される塩化
銅と加熱条件下で反応してAl2 CuCl8 に変化し、
この錯塩の形で揮発除去される。したがって、従来のエ
ッチングのように残渣が発生する虞れがない。しかも、
本発明では同じくクロロアルミニウム銅を利用している
従来技術とは異なりウェハを加熱しないため、レジスト
・マスクの使用にも何ら問題が生じない。
When the Cu-containing Al-based material film is etched using chlorine-based gas in the above high vacuum container, a large amount of aluminum chloride is produced on the surface of the Al-based member exposed to the high-density chlorine-based chemical species. . This aluminum chloride reacts with copper chloride released into the plasma as an etching reaction product under heating conditions to change to Al 2 CuCl 8 ,
It is volatilized and removed in the form of this complex salt. Therefore, there is no risk of residues being generated as in conventional etching. Moreover,
The present invention does not heat the wafer, unlike the prior art which also utilizes copper chloroaluminum, so there is no problem in using the resist mask.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below.

【0026】実施例1 本実施例では、本発明を適用したヘリコン波プラズマ・
エッチング装置の一構成例について説明する。図1に、
本エッチング装置の概念的な構成を示す。この装置は、
ヘリコン波プラズマ・エッチング装置の高真空容器であ
るプロセス・チャンバの天板部分をAl板にて構成し、
これを裏面側からヒータで加熱するようにしたものであ
る。
Example 1 In this example, a helicon wave plasma to which the present invention is applied
A configuration example of the etching apparatus will be described. In Figure 1,
The conceptual structure of this etching apparatus is shown. This device
The top plate of the process chamber, which is the high vacuum container of the helicon wave plasma etching device, is made of an Al plate,
This is heated from the back side by a heater.

【0027】まず、ヘリコン波プラズマ生成部は、内部
にヘリコン波プラズマPH を生成させるための非導電性
材料からなるベルジャ1、このベルジャ1を周回する2
個のループを有し、RFパワーをプラズマへカップリン
グさせるためのループ・アンテナ2、上記チャンバ1を
周回するごとく設けられ、該チャンバ1の軸方向に沿っ
た磁界を生成させ、主としてヘリコン波の伝搬に寄与す
る内周側ソレノイド・コイル3a、および主としてヘリ
コン波プラズマPH の輸送に寄与する外周側ソレノイド
・コイル3bを主な構成要素とする。
First of all, the helicon wave plasma generation unit has a bell jar 1 made of a non-conductive material for generating the helicon wave plasma P H therein, and orbits the bell jar 1 2
A loop antenna 2 for coupling RF power to plasma, which is provided so as to circulate around the chamber 1, generates a magnetic field along the axial direction of the chamber 1, and mainly generates a helicon wave. The inner peripheral side solenoid coil 3a that contributes to the propagation and the outer peripheral side solenoid coil 3b that mainly contributes to the transport of the helicon wave plasma P H are the main constituent elements.

【0028】ここでは、上記ベルジャ1の構成材料は石
英とした。上記ループ・アンテナ2にはプラズマ励起用
RF電源15からインピーダンス整合用の第1のマッチ
ング・ネットワーク(M/N)14を通じてRFパワー
が印加され、上下2個のループには互いに逆回り方向の
電流が流れる。ここでは、上記プラズマ励起用RF電源
15の周波数を、13.56MHzとした。なお、両ル
ープ間の距離は、所望のヘリコン波の波数に応じて最適
化されている。
Here, the constituent material of the bell jar 1 is quartz. RF power is applied to the loop antenna 2 from an RF power source 15 for plasma excitation through a first matching network (M / N) 14 for impedance matching, and currents in opposite rotating directions are applied to the upper and lower two loops. Flows. Here, the frequency of the plasma excitation RF power supply 15 is 13.56 MHz. The distance between both loops is optimized according to the desired wave number of the helicon wave.

【0029】上記ベルジャ1はプロセス・チャンバ7に
接続され、上記内周側ソレノイド・コイル3aと外周側
ソレノイド・コイル3bが形成する発散磁界に沿って該
プロセス・チャンバ7の内部へヘリコン波プラズマPH
を引き出すようになされている。プロセス・チャンバ7
の側壁面および底面は、ステンレス鋼等の導電性材料を
用いて構成されている。その内部は、図示されない排気
系統により排気孔8を通じて矢印A方向に高真空排気さ
れており、上部の天板6に開口されるガス供給管5より
矢印B方向にドライエッチングに必要なガスの供給を受
け、さらにその側壁面においてゲート・バルブ23を介
し、たとえば図示されないロード・ロック室に接続され
ている。
The bell jar 1 is connected to the process chamber 7, and enters into the process chamber 7 along the divergent magnetic field formed by the inner solenoid coil 3a and the outer solenoid coil 3b. H
Is designed to pull out. Process chamber 7
The side wall surface and the bottom surface of are made of a conductive material such as stainless steel. The interior thereof is evacuated to high vacuum in the direction of arrow A through an exhaust hole 8 by an exhaust system (not shown), and the gas required for dry etching is supplied in the direction of arrow B from a gas supply pipe 5 opened in the top plate 6. Further, it is connected to the load lock chamber (not shown) through the gate valve 23 on the side wall surface thereof.

【0030】さらに、プロセス・チャンバ7の内部に
は、その壁面から電気的に絶縁された導電性の基板ステ
ージ9が収容され、この上に被処理基板としてたとえば
ウェハWを保持して所定のドライエッチングを行うよう
になされている。上記基板ステージ9には、プロセス中
のウェハWを所望の温度に維持するために、図示されな
いチラーから冷媒の供給を受け、これを矢印C1 ,C2
方向に循環させるための冷却配管10が挿通されてい
る。
Further, a conductive substrate stage 9 electrically insulated from the wall surface of the process chamber 7 is housed inside the process chamber 7, and a wafer W, for example, serving as a substrate to be processed is held on the conductive substrate stage 9. It is designed to perform etching. On the substrate stage 9 in order to maintain the wafer W in the process to a desired temperature, supplied with refrigerant from a not shown chiller, which arrows C 1, C 2
A cooling pipe 10 for circulating in the direction is inserted.

【0031】上記基板ステージ9には、プラズマ中から
入射するイオンのエネルギーを制御するためにウェハW
に基板バイアスを印加するバイアス印加用RF電源12
が、第2のマッチング・ネットワーク(M/N)11を
介して接続されている。ここでは、バイアス印加用RF
電源12の周波数を13.56MHzとした。さらに、
上記プロセス・チャンバ7の外部には、上記基板ステー
ジ9近傍における発散磁界を収束させるために、補助磁
界生成手段としてマルチカスプ磁場を生成可能なマグネ
ット13が配設されている。
The substrate stage 9 has a wafer W for controlling the energy of ions entering from the plasma.
RF power source 12 for applying a bias to the substrate
Are connected via a second matching network (M / N) 11. Here, RF for bias application
The frequency of the power supply 12 was 13.56 MHz. further,
A magnet 13 capable of generating a multi-cusp magnetic field as an auxiliary magnetic field generating means is arranged outside the process chamber 7 in order to converge the divergent magnetic field in the vicinity of the substrate stage 9.

【0032】ここまでの構成は、従来のヘリコン波プラ
ズマ・エッチング装置の構成と類似しているが、本ドラ
チエッチング装置の特色をなす部分は天板6、およびこ
れを裏面側から加熱するヒータ4である。上記天板6
は、プロセス・チャンバ7内へ引き出されたヘリコン波
プラズマPH と接触することによりAlの供給源として
機能する。また、基板バイアスが印加される基板ステー
ジ9に対して幾何学的に平行な位置関係にあるため、プ
ラズマに対するDC接地電極としても機能しており、プ
ロセス・チャンバ7の内壁面によるプラズマ化学種の消
費を抑え、安定な放電の継続に寄与している。また上記
ヒータ4は、ドライエッチングの過程で天板6の表面に
おける化学反応の進行を促進することに寄与する。
The structure up to this point is similar to that of the conventional helicon wave plasma etching apparatus, but the feature of this dragee etching apparatus is the top plate 6 and the heater for heating it from the back side. It is 4. Above top plate 6
Acts as a supply source of Al by coming into contact with the helicon wave plasma P H drawn into the process chamber 7. Further, since it is in a geometrically parallel positional relationship with the substrate stage 9 to which a substrate bias is applied, it also functions as a DC ground electrode for plasma, and the plasma chemical species generated by the inner wall surface of the process chamber 7 Consumption is suppressed and it contributes to continuous stable discharge. The heater 4 also contributes to promoting the progress of chemical reactions on the surface of the top plate 6 during the dry etching process.

【0033】実施例2 本実施例では、実施例1で述べたエッチング装置を用
い、Al−4%Cu膜を含むAl系配線膜をエッチング
した。このプロセスを、図2および図3を参照しながら
説明する。本実施例のエッチング・サンプルとして用い
たウェハの要部断面を、図2に示す。このウェハは、S
iOx 層間絶縁膜31上にAl系配線膜37が形成さ
れ、さらにこの上にレジスト・マスク38が所定のパタ
ーンをもって形成されたものである。ここで、上記Al
系配線膜37は、Ti系のバリヤメタル34、Al−4
%Cu膜35およびTiON反射防止膜36が順次積層
されたものであり、さらに上記Ti系のバリヤメタル3
4は、たとえば下層側から順にTi膜32とTiN膜3
3とが積層されたものである。
Example 2 In this example, the etching apparatus described in Example 1 was used to etch an Al-based wiring film containing an Al-4% Cu film. This process will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a cross section of the main part of a wafer used as an etching sample in this example. This wafer is S
An Al-based wiring film 37 is formed on the iO x interlayer insulating film 31, and a resist mask 38 is further formed thereon in a predetermined pattern. Here, the Al
The system wiring film 37 is made of Ti-based barrier metal 34, Al-4.
% Cu film 35 and TiON antireflection film 36 are sequentially laminated, and the Ti-based barrier metal 3 is also used.
4 is, for example, a Ti film 32 and a TiN film 3 in order from the lower layer side.
3 and 3 are laminated.

【0034】また、上記レジスト・マスク38は、たと
えば化学増幅系レジスト材料を用いたKrFエキシマ・
レーザ・リソグラフィを経て、たとえば0.25μmの
パターン幅に形成されている。
The resist mask 38 is, for example, a KrF excimer film made of a chemically amplified resist material.
The pattern width is, for example, 0.25 μm through laser lithography.

【0035】このウェハを前述のエッチング装置の基板
ステージ9上にセットした。また、天板6はヒータ4を
用いて約250℃に加熱した。この状態で、まずTiO
N反射防止膜36とAl−4%Cu膜35とを一例とし
て下記の条件でエッチングした。 BCl3 流量 60 SCCM Cl2 流量 90 SCCM ガス圧 0.13 Pa ソース・パワー(PH 励起) 2000 W(13.5
6 MHz) RFバイアス・パワー 150 W(13.5
6 MHz) 基板ステージ温度 20 ℃(水冷)
This wafer was set on the substrate stage 9 of the above-mentioned etching apparatus. The top plate 6 was heated to about 250 ° C. using the heater 4. In this state, first TiO
The N antireflection film 36 and the Al-4% Cu film 35 were used as an example and etched under the following conditions. BCl 3 flow rate 60 SCCM Cl 2 flow rate 90 SCCM Gas pressure 0.13 Pa Source power (P H excitation) 2000 W (13.5
6 MHz) RF bias power 150 W (13.5
6 MHz) Substrate stage temperature 20 ° C (water cooling)

【0036】この過程では、ヘリコン波プラズマPH
に大量に存在する塩素系化学種と接触することにより、
加熱された天板6から大量のAlClx が供給された。
Al−4%Cu膜35のエッチングに伴って生成する蒸
気圧の低いCuClx は、このAlClx と反応して蒸
気圧の高いクロロアルミニウム銅に変化し、速やかに除
去された。したがって、このエッチングにより図3に示
されるように、良好な異方性形状を有するAl系配線パ
ターン37aを得ることができた。なお、エッチング後
に得られる各材料膜のパターンのうち、異方性(ni
sotropic)形状を有するものについては元の材
料膜の符号に添字aを付けて表す(以下同様。)。従来
のような針状の残渣、あるいはプロセス・チャンバ7内
におけるパーティクル汚染は、一切生じなかった。
In this process, the helicon wave plasma P H is contacted with a large amount of chlorine-based species,
A large amount of AlCl x was supplied from the heated top plate 6.
CuCl x having a low vapor pressure generated by the etching of the Al-4% Cu film 35 reacted with this AlCl x to be changed to chloroaluminum copper having a high vapor pressure, and was quickly removed. Therefore, by this etching, as shown in FIG. 3, the Al-based wiring pattern 37a having a good anisotropic shape could be obtained. Among the patterns of each material film obtained after etching, the anisotropic ( a ni
Those having a sotropic shape are represented by adding a subscript a to the reference numeral of the original material film (the same applies hereinafter). No needle-like residue or particle contamination in the process chamber 7 as in the conventional case occurred.

【0037】実施例3 本実施例では、実施例1で上述したヘリコン波プラズマ
・エッチング装置にさらにICP生成部を付加し、ヘリ
コン波プラズマとICPを同時に生成させることを可能
としたハイブリッド型のエッチング装置について説明す
る。図4に、本エッチング装置の概念的な構成を示す。
この装置は、高真空容器であるプロセス・チャンバの頂
部領域にヘリコン波プラズマ生成部、その下流側の領域
にICP生成部を設け、これら両生成部に共通のプラズ
マ励起用RF電源15から制御手段を介してソース・パ
ワーを供給するようになされた構成を有する。
Embodiment 3 In this embodiment, an ICP generator is added to the helicon wave plasma etching apparatus described in Embodiment 1 so that a helicon wave plasma and an ICP can be simultaneously generated. The device will be described. FIG. 4 shows a conceptual configuration of this etching apparatus.
This apparatus is provided with a helicon wave plasma generation unit in the top region of a process chamber, which is a high-vacuum container, and an ICP generation unit in the region downstream of the process chamber. Has a configuration adapted to supply the source power via.

【0038】上記ICP生成部には、プロセス・チャン
バ7の導電性のチャンバ壁の軸方向の一部、すなわち円
筒形の側壁面の一部を占める非導電性材料からなるシリ
ンダ16、およびその外周側に巻回されるマルチターン
・アンテナ17が含まれる。ここでは、上記シリンダ1
6の構成材料を石英とした。上記マルチターン・アンテ
ナ17は第3のマッチング・ネットワーク18、位相シ
フタ19、およびスイッチ21を介してプラズマ励起用
RF電源15に接続されている。このマルチターン・ア
ンテナ17の巻き数は、シリンダ16の直径、印加する
RF周波数等の条件に応じて最適化されている。
In the ICP generating section, a cylinder 16 made of a non-conductive material occupies a part of the conductive chamber wall of the process chamber 7 in the axial direction, that is, a part of a cylindrical side wall surface, and its outer periphery. A multi-turn antenna 17 wound on the side is included. Here, the cylinder 1
The constituent material of No. 6 was quartz. The multi-turn antenna 17 is connected to the plasma excitation RF power source 15 via a third matching network 18, a phase shifter 19, and a switch 21. The number of turns of the multi-turn antenna 17 is optimized according to conditions such as the diameter of the cylinder 16 and the applied RF frequency.

【0039】一方、上記スイッチ21を設けたことに伴
い、プラズマ励起用RF電源15と第1のマッチング・
ネットワーク14との間にもスイッチ20を設け、ヘリ
コン波プラズマPH を励起するループ・アンテナ2への
高周波印加を制御するようにした。なお、上記位相シフ
タ19は、上記ループ・アンテナ2と上記マルチターン
・アンテナ17に印加される高周波の位相を1/2周期
ずらせることにより、両高周波の干渉を防止して安定な
プラズマ放電を実現するものである。
On the other hand, since the switch 21 is provided, the RF power source 15 for plasma excitation and the first matching
A switch 20 is also provided between the switch and the network 14 to control the high frequency application to the loop antenna 2 for exciting the helicon wave plasma P H. The phase shifter 19 shifts the phases of the high frequencies applied to the loop antenna 2 and the multi-turn antenna 17 by ½ cycle to prevent the interference between the high frequencies and generate stable plasma discharge. It will be realized.

【0040】上記ベルジャ1、シリンダ16、マルチタ
ーン・アンテナ17およびウェハW等は、すべてプロセ
ス・チャンバ7の軸に関して同軸的に配置されている。
このため、上記マルチターン・アンテナ17の生成する
磁場は上記ベルジャ1から拡散してくるヘリコン波プラ
ズマPH を効率良く引き出すと共にこれを閉じ込める効
果を発揮し、チャンバ壁による化学種の消費を抑制しな
がら、ウェハWに対して均一なドライエッチングを施す
ことを可能としている。
The bell jar 1, the cylinder 16, the multi-turn antenna 17 and the wafer W are all arranged coaxially with respect to the axis of the process chamber 7.
Therefore, the magnetic field generated by the multi-turn antenna 17 has an effect of efficiently drawing out and confining the helicon wave plasma P H diffused from the bell jar 1, and suppresses the consumption of chemical species by the chamber wall. However, it is possible to perform uniform dry etching on the wafer W.

【0041】なお、シリンダ16の下方におけるプロセ
ス・チャンバ7の外周側には、ウェハW近傍の発散磁界
をさらに厳密に収束させるためのマグネット22が周設
されている。このマグネット22の配設位置は、図示さ
れる例に限られず、たとえば基板ステージ9の支柱の周
囲等の他の場所であっても良い。さらにあるいは、これ
をミラー磁場形成用のソレノイド・コイルに置き換えて
も良い。
A magnet 22 is provided around the outer periphery of the process chamber 7 below the cylinder 16 to more strictly converge the divergent magnetic field in the vicinity of the wafer W. The arrangement position of the magnet 22 is not limited to the illustrated example, and may be another place such as around the support column of the substrate stage 9. Further alternatively, it may be replaced with a solenoid coil for forming a mirror magnetic field.

【0042】かかる装置においてヘリコン波プラズマP
H と誘導結合プラズマPI を同時に生成させるために
は、図4に示されるようにスイッチ20,21を共にO
Nとする。このとき、プロセス・チャンバ7の内部には
ベルジャ1から拡散してきたヘリコン波プラズマP
H と、ガス供給管5から導入されるガスが誘導結合放電
により新たに解離されて生成した誘導結合プラズマPI
とが共存する。このとき、ループ・アンテナ2とマルチ
ターン・アンテナ17に印加される高周波の位相は互い
に1/2周期ずれているため、安定な放電が継続する。
In such a device, the helicon wave plasma P
In order to generate H and inductively coupled plasma P I at the same time, as shown in FIG. 4, both switches 20 and 21 are turned on.
Let N. At this time, the helicon wave plasma P diffused from the bell jar 1 is introduced into the process chamber 7.
H and the gas introduced from the gas supply pipe 5 are newly dissociated by the inductively coupled discharge to generate inductively coupled plasma P I
And coexist. At this time, the phases of the high frequencies applied to the loop antenna 2 and the multi-turn antenna 17 are shifted from each other by 1/2 cycle, so that stable discharge continues.

【0043】一方、ヘリコン波プラズマPH のみを生成
させたい場合には、図5に示されるようにスイッチ20
をON、スイッチ21をOFFとする。これにより、プ
ロセス・チャンバ7内に存在するプラズマは、ベルジャ
1から拡散してきたヘリコン波プラズマPH のみとな
る。なお、図面による説明は省略するが、上述の構成を
有するエッチング装置においては、スイッチ20をOF
F、スイッチ21をONとすることで、誘導結合プラズ
マPI のみを生成させることも、もちろん可能である。
On the other hand, when it is desired to generate only the helicon wave plasma P H , the switch 20 is used as shown in FIG.
Is turned on and the switch 21 is turned off. As a result, the plasma existing in the process chamber 7 is only the helicon wave plasma P H diffused from the bell jar 1. Although not described with reference to the drawings, in the etching apparatus having the above configuration, the switch 20 is set to OF
Of course, it is also possible to generate only the inductively coupled plasma P I by turning F and the switch 21 ON.

【0044】実施例4 本実施例では、実施例3で上述したハイブリッド型のエ
ッチング装置を用いてAl/W系積層配線膜のエッチン
グを行った。このプロセスを、図6ないし図8を参照し
ながら説明する。本実施例のエッチング・サンプルとし
て用いたウェハの要部断面を、図6に示す。このウェハ
は、SiOx 層間絶縁膜41上にAl/W系積層配線膜
48が形成され、さらにこの上にレジスト・マスク49
が所定のパターンをもって形成されたものである。ここ
で、上記Al/W系積層配線膜48は、Ti系のバリヤ
メタル44、W膜45、Al−4%Cu膜46およびT
iON反射防止膜47が順次積層されたものであり、さ
らに上記Ti系のバリヤメタル44は、たとえば下層側
から順にTi膜42とTiN膜43とが積層されたもの
である。
Example 4 In this example, the Al / W based laminated wiring film was etched using the hybrid type etching apparatus described in Example 3. This process will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows a cross section of the main part of the wafer used as the etching sample in this example. In this wafer, an Al / W based laminated wiring film 48 is formed on a SiO x interlayer insulating film 41, and a resist mask 49 is further formed thereon.
Are formed with a predetermined pattern. Here, the Al / W system laminated wiring film 48 is a Ti system barrier metal 44, a W film 45, an Al-4% Cu film 46, and a T film.
The iON antireflection film 47 is sequentially laminated, and the Ti-based barrier metal 44 is, for example, a Ti film 42 and a TiN film 43 sequentially laminated from the lower layer side.

【0045】また、上記レジスト・マスク49は、たと
えば化学増幅系レジスト材料を用いたKrFエキシマ・
レーザ・リソグラフィを経て、たとえば0.25μmの
パターン幅に形成されている。
The resist mask 49 is, for example, a KrF excimer film made of a chemically amplified resist material.
The pattern width is, for example, 0.25 μm through laser lithography.

【0046】このウェハを実施例3で述べたエッチング
装置の基板ステージ9上にセットし、図4に示されるよ
うにスイッチ20,21を共にONとし、まずTiON
反射防止膜47とAl−4%Cu膜46とを一例として
下記の条件でエッチングした。なおここでは、バイアス
印加用RF電源12の周波数を2MHzとした。 BCl3 流量 80 SCCM Cl2 流量 120 SCCM ガス圧 0.13 Pa ソース・パワー(PH ,PI 励起) 2500 W(1
3.56 MHz) RFバイアス・パワー 100 W(2
MHz) 基板ステージ温度 20 ℃(水
冷) ここでは、ヘリコン波プラズマPH に豊富に含まれるイ
オンと、誘導結合プラズマPI に豊富に含まれるラジカ
ルによるイオン・アシスト機構が円滑に働き、Cuが速
やかに除去された。この結果、図7に示されるように、
残渣やパーティクルを発生させることなく、良好な異方
性形状を有するTiON反射防止膜パターン47aとA
l−4%Cu膜パターン46aが得られた。
This wafer is set on the substrate stage 9 of the etching apparatus described in the third embodiment, and the switches 20 and 21 are both turned on as shown in FIG.
The antireflection film 47 and the Al-4% Cu film 46 were used as an example and etched under the following conditions. Here, the frequency of the bias applying RF power source 12 was set to 2 MHz. BCl 3 flow rate 80 SCCM Cl 2 flow rate 120 SCCM Gas pressure 0.13 Pa Source power (P H , P I excitation) 2500 W (1
3.56 MHz) RF bias power 100 W (2
MHz) Substrate stage temperature 20 ° C. (water cooling) Here, the ion assist mechanism by ions abundantly contained in the helicon wave plasma P H and radicals abundantly contained in the inductively coupled plasma P I works smoothly, and Cu rapidly Was removed. As a result, as shown in FIG.
A TiON antireflection film pattern 47a and A having a good anisotropic shape without generating residues or particles
The 1-4% Cu film pattern 46a was obtained.

【0047】次に、ヘリコン波プラズマPH のみを用い
て残るW膜45とバリヤメタル44とをエッチングする
ために、図5に示されるようにスイッチ21をOFFと
し、一例として下記の条件でエッチングを行った。 SF6 流量 30 SCCM Cl2 流量 20 SCCM ガス圧 0.13 Pa ソース・パワー(PH ) 2500 W(13.5
6 MHz) RFバイアス・パワー 100 W(2 MH
z) 基板ステージ温度 20 ℃ この過程では、元来イオン・スパッタリングに近いモー
ドでエッチングされるW膜45、TiN膜43およびT
i膜42がヘリコン波プラズマPH 中の豊富なイオンに
より速やかにエッチングされた。しかも、ラジカル生成
量が少ないので、オーバーエッチング時にW膜45にア
ンダカットが生ずることもなかった。
Next, in order to etch the remaining W film 45 and the barrier metal 44 using only the helicon wave plasma P H , the switch 21 is turned off as shown in FIG. 5, and etching is performed under the following conditions as an example. went. SF 6 flow rate 30 SCCM Cl 2 flow rate 20 SCCM gas pressure 0.13 Pa source power (P H) 2500 W (13.5
6 MHz) RF bias power 100 W (2 MH
z) Substrate stage temperature 20 ° C. In this process, the W film 45, the TiN film 43 and the T film, which are originally etched in a mode close to ion sputtering, are used.
The i film 42 was rapidly etched by the abundant ions in the helicon wave plasma P H. In addition, since the amount of radicals generated is small, undercut did not occur in the W film 45 during overetching.

【0048】この結果、最終的には図8に示されるよう
に、良好な異方性形状を有するAl系配線パターン36
aを得ることができた。
As a result, finally, as shown in FIG. 8, the Al-based wiring pattern 36 having a good anisotropic shape.
It was possible to obtain a.

【0049】実施例5 本実施例では、本発明を適用したICPエッチング装置
の一構成例について説明する。図9に、本エッチング装
置の概念的な構成を示す。この装置のプロセス・チャン
バ54の壁面は、大部分はステンレス鋼等の導電性材料
にて構成されているが、軸方向の一部は石英からなるシ
リンダ53とされており、この外周側にマルチターン・
アンテナ58が巻回されている。このマルチターン・ア
ンテナ58には、プラズマ励起用RF電源60から第1
のマッチング・ネットワーク(M/N)59を介して高
周波が印加される。ここでは、上記プラズマ励起用RF
電源60の周波数を2MHzとした。
Embodiment 5 In this embodiment, an example of the structure of an ICP etching apparatus to which the present invention is applied will be described. FIG. 9 shows a conceptual configuration of this etching apparatus. Most of the wall surface of the process chamber 54 of this apparatus is made of a conductive material such as stainless steel, but a part of it in the axial direction is a cylinder 53 made of quartz. turn·
The antenna 58 is wound. The multi-turn antenna 58 is connected to the first RF power source 60 for plasma excitation.
A high frequency is applied through the matching network (M / N) 59 of. Here, the RF for plasma excitation is used.
The frequency of the power supply 60 was set to 2 MHz.

【0050】上記プロセス・チャンバ54の内部は、図
示されない排気系統により排気孔55を通じて矢印D方
向に高真空排気されており、底面に開口されるガス供給
管57より矢印E方向にドライエッチングに必要なガス
の供給を受けるようになされている。プロセス・チャン
バ54はまた、その壁面から電気的に絶縁された導電性
の基板ステージ56を収容しており、この上に被処理基
板としてたとえばウェハWを保持して所定のドライエッ
チングを行うようになされている。上記基板ステージ5
6には、誘導結合プラズマPI 中から入射するイオンの
エネルギーを制御するためにウェハWに基板バイアスを
印加するバイアス印加用RF電源62が、第2のマッチ
ング・ネットワーク(M/N)61を介して接続されて
いる。ここで、バイアス印加用RF電源62の周波数
は、干渉を防止するために上記プラズマ励起用RF電源
60の周波数よりやや下げ、1.8MHzとした。
The inside of the process chamber 54 is evacuated to a high vacuum in the direction of arrow D through an exhaust hole 55 by an exhaust system (not shown), and is required for dry etching in the direction of arrow E from a gas supply pipe 57 opened at the bottom surface. It is designed to be supplied with various gases. The process chamber 54 also houses a conductive substrate stage 56 that is electrically insulated from its wall surface, on which a wafer W, for example, is held as a substrate to be processed, and a predetermined dry etching is performed. Has been done. The substrate stage 5
6, a bias application RF power source 62 for applying a substrate bias to the wafer W in order to control the energy of ions incident from the inductively coupled plasma P I is provided with a second matching network (M / N) 61. Connected through. Here, the frequency of the bias applying RF power source 62 was set to 1.8 MHz, which was slightly lower than the frequency of the plasma exciting RF power source 60 in order to prevent interference.

【0051】さらに、上記プロセス・チャンバ54の上
蓋はAlからなる天板52にて構成されており、この天
板52は裏面側からヒータ51で加熱されるようになさ
れている。この天板52は、誘導結合プラズマにPI
対するDC接地電極として機能すると共に、エッチング
時にはAlの供給源となる。本実施例のICPエッチン
グ装置を用いて実施例2あるいは実施例4で上述したよ
うなAl−4%Cu膜のエッチングを行うと、天板52
の表面にてCuClx とAlClx の反応が起こる。し
たがって、Cuに由来する残渣やパーティクルを防止
し、良好な高速異方性加工を行うことができる。
Further, the upper lid of the process chamber 54 is composed of a top plate 52 made of Al, and the top plate 52 is heated by the heater 51 from the back surface side. The top plate 52 functions as a DC ground electrode for P I in the inductively coupled plasma and also serves as a supply source of Al during etching. When the Al-4% Cu film as described in Example 2 or Example 4 is etched by using the ICP etching apparatus of this example, the top plate 52 is formed.
The reaction between CuCl x and AlCl x occurs on the surface of the. Therefore, it is possible to prevent residues and particles derived from Cu and to perform favorable high-speed anisotropic processing.

【0052】以上、本発明を5例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上述の実施例ではエッチング
装置のヘリコン波プラズマ励起用およびICP励起用の
ソース・パワーの周波数を共に13.56MHzとした
が、両者間で異なる周波数を用いても良い。この場合に
は、位相シフタは特に必要ない。また、ヘリコン波プラ
ズマの場合、印加周波数によって特定の種類の電子を加
速することができるため、目的とするプロセスの種類に
応じて最適な周波数を選択することもできる。
The present invention has been described above based on the five embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the above-described embodiment, the source power frequencies for helicon wave plasma excitation and ICP excitation of the etching apparatus are both 13.56 MHz, but different frequencies may be used between the two. In this case, the phase shifter is not necessary. Further, in the case of helicon wave plasma, electrons of a specific type can be accelerated by the applied frequency, so that the optimum frequency can be selected according to the type of the target process.

【0053】この他、エッチング装置の構成、サンプル
・ウェハの構成、ドライエッチング条件の細部が適宜変
更可能であることは、言うまでもない。
In addition to the above, it goes without saying that the configuration of the etching apparatus, the configuration of the sample wafer, and the details of the dry etching conditions can be changed as appropriate.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すればCu含有Al系材料膜のエッチングを、
Cuに由来する残渣やパーティクルを発生させることな
く、しかも基板を高温に加熱することなく行うことがで
きる。しかも、高密度プラズマ装置のプロセス・チャン
バの内壁面の一部にAl系部材を設けてこれを加熱する
といった比較的単純な構成でかかる高精度エッチングを
実現できるため、経済性も極めて高い。
As is apparent from the above description, when the present invention is applied, etching of a Cu-containing Al-based material film can be performed.
It can be performed without generating a residue or particles derived from Cu, and without heating the substrate to a high temperature. Moreover, since highly accurate etching can be realized with a relatively simple structure in which an Al-based member is provided on a part of the inner wall surface of the process chamber of the high-density plasma apparatus and is heated, the economical efficiency is extremely high.

【0055】したがって本発明は、Cu含有Al系材料
膜の実用価値を著しく高め、またそのドライエッチング
を高精度化することを通じて、半導体装置の高集積化、
高信頼化に大きく貢献するものである。
Therefore, according to the present invention, the practical value of the Cu-containing Al-based material film is remarkably increased, and the dry etching thereof is made highly accurate, so that the semiconductor device is highly integrated,
This greatly contributes to high reliability.

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

【図1】本発明を適用して構成したヘリコン波プラズマ
・エッチング装置の一構成例を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of a helicon wave plasma etching apparatus configured by applying the present invention.

【図2】本発明をAl系配線膜のドライエッチングに適
用したプロセスにおいて、エッチング前のウェハの状態
を示す模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state of a wafer before etching in a process in which the present invention is applied to dry etching of an Al-based wiring film.

【図3】図2のAl系配線膜をエッチングした状態を示
す模式的断面図である。
3 is a schematic cross-sectional view showing a state where the Al-based wiring film of FIG. 2 is etched.

【図4】本発明を適用して構成したハイブリッド型のプ
ラズマ・エッチング装置において、ヘリコン波プラズマ
とICPの両方を励起した状態を示す概略断面図であ
る。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which both helicon wave plasma and ICP are excited in the hybrid type plasma etching apparatus configured by applying the present invention.

【図5】同じくハイブリッド型のプラズマ・エッチング
装置において、ヘリコン波プラズマのみを励起させた状
態を示す概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a state where only helicon wave plasma is excited in the hybrid type plasma etching apparatus.

【図6】本発明をAl/W系積層配線膜のドライエッチ
ングに適用したプロセスにおいて、エッチング前のウェ
ハの状態を示す模式的断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state of a wafer before etching in a process in which the present invention is applied to dry etching of an Al / W system laminated wiring film.

【図7】図6のTiON反射防止膜とAl−4%Cu膜
をエッチングした状態を示す模式的断面図である。
7 is a schematic cross-sectional view showing a state where the TiON antireflection film and the Al-4% Cu film of FIG. 6 are etched.

【図8】図7のW膜とバリヤメタルをエッチングした状
態を示す模式的断面図である。
8 is a schematic cross-sectional view showing a state where the W film and the barrier metal in FIG. 7 are etched.

【図9】本発明を適用して構成したICPプラズマ・エ
ッチング装置の一構成例を示す概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing an example of the configuration of an ICP plasma etching apparatus configured by applying the present invention.

【図10】従来のCu含有Al系配線膜のドライエッチ
ングにおいて、Cuに由来する残渣が発生した状態を示
す模式的断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a residue derived from Cu is generated during dry etching of a conventional Cu-containing Al-based wiring film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ベルジャ 2 ループ・アンテナ 3a 内周側ソレノイド・コイル 3b 外周側ソレノイド・コイル 4,51 ヒータ 6,52 天板 7,54 プロセス・チャンバ 9,56 基板ステージ 12,62 バイアス印加用RF電源 15,60 プラズマ励起用RF電源 16,53 シリンダ 17,58 マルチターン・アンテナ 35,46 Al−4%Cu膜 W ウェハ 1 bell jar 2 loop antenna 3a inner circumference side solenoid coil 3b outer circumference side solenoid coil 4,51 heater 6,52 top plate 7,54 process chamber 9,56 substrate stage 12,62 bias power supply RF power source 15,60 RF power source for plasma excitation 16,53 cylinder 17,58 multi-turn antenna 35,46 Al-4% Cu film W wafer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板を収容する高真空容器と、前記高真
空容器内にイオン密度が1011/cm3 以上の高密度プ
ラズマを生成させる少なくとも1基のプラズマ生成手段
とを備え、 前記高真空容器の内壁面の少なくとも一部がAl系部材
を用いて構成され、かつ該Al系部材を加熱する加熱手
段が設けられてなるプラズマ装置。
1. A high vacuum container for accommodating a substrate, and at least one plasma generating means for generating a high density plasma having an ion density of 10 11 / cm 3 or more in the high vacuum container, A plasma apparatus in which at least a part of an inner wall surface of a container is configured by using an Al-based member, and a heating unit for heating the Al-based member is provided.
【請求項2】 前記プラズマ生成手段には、第1の高周
波アンテナと磁界生成手段とにより周回され、かつ前記
高真空容器に接続されるプラズマ生成チャンバを有する
ヘリコン波プラズマ生成手段が含まれることを特徴とす
る請求項1記載のプラズマ装置。
2. The plasma generating means includes helicon wave plasma generating means having a plasma generating chamber which is orbited by the first high frequency antenna and the magnetic field generating means and which is connected to the high vacuum container. The plasma apparatus according to claim 1, wherein the plasma apparatus is a plasma apparatus.
【請求項3】 前記プラズマ生成手段には、前記高真空
容器の軸方向の一部を構成する非導電性部材と、該非導
電性部材の外周側に巻回される第2の高周波アンテナと
を有する誘導結合プラズマ生成手段が含まれることを特
徴とする請求項1または請求項2に記載のプラズマ装
置。
3. The plasma generating means includes a non-conductive member forming a part of the high vacuum container in the axial direction, and a second high-frequency antenna wound around the outer peripheral side of the non-conductive member. 3. The plasma device according to claim 1, further comprising an inductively coupled plasma generation unit having the same.
【請求項4】 前記Al系部材は、前記高真空容器の内
壁面のうち少なくとも前記基板と対面する領域を構成す
ることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか
1項に記載のプラズマ装置。
4. The Al-based member constitutes at least a region of the inner wall surface of the high-vacuum container facing the substrate, according to any one of claims 1 to 3. Plasma device.
【請求項5】 請求項1ないし請求項4のいずれか1項
に記載のプラズマ装置を用い、前記高真空容器内に収容
された基板上の銅含有アルミニウム系材料膜を塩素系ガ
スを用いて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。
5. The plasma device according to claim 1, wherein the copper-containing aluminum-based material film on the substrate housed in the high vacuum container is treated with chlorine-based gas. A dry etching method characterized by etching.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09293704A (en) * 1996-04-25 1997-11-11 Nec Corp Plasma treatment device
WO1998042012A1 (en) * 1997-03-17 1998-09-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method and device for plasma treatment
US7491649B2 (en) 1998-12-11 2009-02-17 Surface Technology Systems Plc Plasma processing apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09293704A (en) * 1996-04-25 1997-11-11 Nec Corp Plasma treatment device
WO1998042012A1 (en) * 1997-03-17 1998-09-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method and device for plasma treatment
US6177646B1 (en) 1997-03-17 2001-01-23 Matsushita Electric Industrial Co, Ltd. Method and device for plasma treatment
US7491649B2 (en) 1998-12-11 2009-02-17 Surface Technology Systems Plc Plasma processing apparatus

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