JPH0729908A - 銅微細配線の形成方法 - Google Patents
銅微細配線の形成方法Info
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- JPH0729908A JPH0729908A JP19676293A JP19676293A JPH0729908A JP H0729908 A JPH0729908 A JP H0729908A JP 19676293 A JP19676293 A JP 19676293A JP 19676293 A JP19676293 A JP 19676293A JP H0729908 A JPH0729908 A JP H0729908A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 塩素系ガスをドライエッチングガスとして用
いた銅の微細加工方法において、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】 塩素系ガスを用いた銅のドライエッチングに
おいて、銅表面に形成された塩化銅の離脱を促進するた
め、塩化銅が吸収する７００ｎｍ以上の波長の光を照射
する。この時、マスクと銅の間に予め、前記光が透過し
ない反射膜を形成しておく。マスクにより覆われた部分
の銅表面では、マスクが光を透過する材料で形成されて
いても前記反射膜により光が反射され、エッチングが進
行しない。一方、マスクで覆われていない部分では、異
方性を有するイオンにより銅および反射膜がエッチング
される。その結果、銅の微細配線が異方性を有して形成
される。
いた銅の微細加工方法において、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】 塩素系ガスを用いた銅のドライエッチングに
おいて、銅表面に形成された塩化銅の離脱を促進するた
め、塩化銅が吸収する７００ｎｍ以上の波長の光を照射
する。この時、マスクと銅の間に予め、前記光が透過し
ない反射膜を形成しておく。マスクにより覆われた部分
の銅表面では、マスクが光を透過する材料で形成されて
いても前記反射膜により光が反射され、エッチングが進
行しない。一方、マスクで覆われていない部分では、異
方性を有するイオンにより銅および反射膜がエッチング
される。その結果、銅の微細配線が異方性を有して形成
される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩにおける微細配
線の形成方法に関し、特に従来より低温で加工すること
ができ、かつＬＳＩ作製に充分な異方性を有する銅微細
配線の形成方法に関する。
線の形成方法に関し、特に従来より低温で加工すること
ができ、かつＬＳＩ作製に充分な異方性を有する銅微細
配線の形成方法に関する。
【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問題となっている。さら
に、半導体素子の高速化に伴い、配線遅延の問題が大き
くなり、より抵抗の低い材料を配線として使用すること
が強く要求されている。上記要求に対し、銅を配線材料
として使用することが検討されている。しかし、通常Ａ
ｌ等を微細加工するのに適用されるドライエッチング法
では、銅のハロゲン化物が基板表面から離脱しないため
エッチングが進行しない。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て著しく低いこと
と、イオンアシストの効果があまりないことに起因す
る。その結果、室温程度でＣｌ2プラズマに晒すと、銅
表面にＣｕＣｌ2等が形成されるだけでエッチングが進
行しない。このため、基板を２５０℃程度に加熱し、銅
ハロゲン化物の離脱を促進し、エッチングを行う必要が
ある。しかし、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
終了後の膜表面および膜中に多くの塩素が残留する。こ
れらの塩素は、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。
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問題となっている。さら
に、半導体素子の高速化に伴い、配線遅延の問題が大き
くなり、より抵抗の低い材料を配線として使用すること
が強く要求されている。上記要求に対し、銅を配線材料
として使用することが検討されている。しかし、通常Ａ
ｌ等を微細加工するのに適用されるドライエッチング法
では、銅のハロゲン化物が基板表面から離脱しないため
エッチングが進行しない。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て著しく低いこと
と、イオンアシストの効果があまりないことに起因す
る。その結果、室温程度でＣｌ2プラズマに晒すと、銅
表面にＣｕＣｌ2等が形成されるだけでエッチングが進
行しない。このため、基板を２５０℃程度に加熱し、銅
ハロゲン化物の離脱を促進し、エッチングを行う必要が
ある。しかし、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
終了後の膜表面および膜中に多くの塩素が残留する。こ
れらの塩素は、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。
【０００３】上記問題に対し、塩素系ガスを用いたドラ
イエッチングにおいて、基板表面から７００ｎｍ以上の
波長の光を照射すると、銅表面に形成された塩化銅がそ
の光を吸収してそれらの離脱が促進され、低温での加工
が可能となり、コロージョンの問題が回避される。即
ち、銅表面にＣｌ2を供給した場合、表面でＣｕＣｌ2が
形成される。このＣｕＣｌ2の表面からの離脱速度がエ
ッチング速度を決定する。該分子は、７００ｎｍよりも
長波長の光、特に８００〜９００ｎｍの波長を有する光
を効率的に吸収する。この光が吸収された時、ＣｕＣｌ
2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。その結果、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
が励起されて離脱しやすくなり、従来より低温での銅エ
ッチングが実現される。
イエッチングにおいて、基板表面から７００ｎｍ以上の
波長の光を照射すると、銅表面に形成された塩化銅がそ
の光を吸収してそれらの離脱が促進され、低温での加工
が可能となり、コロージョンの問題が回避される。即
ち、銅表面にＣｌ2を供給した場合、表面でＣｕＣｌ2が
形成される。このＣｕＣｌ2の表面からの離脱速度がエ
ッチング速度を決定する。該分子は、７００ｎｍよりも
長波長の光、特に８００〜９００ｎｍの波長を有する光
を効率的に吸収する。この光が吸収された時、ＣｕＣｌ
2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。その結果、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
が励起されて離脱しやすくなり、従来より低温での銅エ
ッチングが実現される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たドライエッチング中に７００ｎｍ以上の波長の光を表
面に照射する方法では、マスクの材質が光を透過するも
のである場合、例えば通常用いられているフォトレジス
トあるいはハードマスクであるシリコン酸化膜の場合に
は、本来エッチング反応を抑制すべきマスク下の銅表面
にも光があたり、塩素系ガスと接触している側壁部分か
らエッチングが進行する。その結果、微細配線形成に必
要な異方性が得られないという問題点があった。本発明
の目的は、このような従来の問題点を解決して、低温で
かつ異方性を有した銅微細配線の形成方法を提供するこ
とを目的とする。
たドライエッチング中に７００ｎｍ以上の波長の光を表
面に照射する方法では、マスクの材質が光を透過するも
のである場合、例えば通常用いられているフォトレジス
トあるいはハードマスクであるシリコン酸化膜の場合に
は、本来エッチング反応を抑制すべきマスク下の銅表面
にも光があたり、塩素系ガスと接触している側壁部分か
らエッチングが進行する。その結果、微細配線形成に必
要な異方性が得られないという問題点があった。本発明
の目的は、このような従来の問題点を解決して、低温で
かつ異方性を有した銅微細配線の形成方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に銅膜
および所定の配線パターンを有するマスクが順次形成さ
れた試料を用い、塩素系ガスを用いたプラズマの物理化
学的反応を利用し、７００ｎｍ以上の波長の光を試料表
面に照射しつつ加工することよりなる銅微細配線の形成
方法において、銅膜とマスクの間に前記光が透過しない
膜を有する構造の試料を用いることを特徴とする銅微細
配線の形成方法である。
および所定の配線パターンを有するマスクが順次形成さ
れた試料を用い、塩素系ガスを用いたプラズマの物理化
学的反応を利用し、７００ｎｍ以上の波長の光を試料表
面に照射しつつ加工することよりなる銅微細配線の形成
方法において、銅膜とマスクの間に前記光が透過しない
膜を有する構造の試料を用いることを特徴とする銅微細
配線の形成方法である。
【０００６】
【作用】従来の塩素系ガスによるドライエッチングにお
いて、赤外線ランプ等の光を照射して加工する場合に充
分な異方性が得られなかった理由は、マスクを透過した
ランプの光がマスク下の銅表面に照射され、側壁部から
エッチング反応が進行することにあった。これに対し、
銅とマスクの間に光を反射する膜を形成することによ
り、エッチング中にマスク下の銅表面には光が照射され
ないため、エッチングの進行が抑制される。その結果、
異方性を有した銅微細加工が実現される。
いて、赤外線ランプ等の光を照射して加工する場合に充
分な異方性が得られなかった理由は、マスクを透過した
ランプの光がマスク下の銅表面に照射され、側壁部から
エッチング反応が進行することにあった。これに対し、
銅とマスクの間に光を反射する膜を形成することによ
り、エッチング中にマスク下の銅表面には光が照射され
ないため、エッチングの進行が抑制される。その結果、
異方性を有した銅微細加工が実現される。
【０００７】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図２は本発明の実施例を説明するための銅
微細加工装置の構成図である。この銅微細加工装置は、
内部に基板１２が保持され真空ポンプ２１により真空排
気されるチャンバ１１と、該チャンバ１１内にプラズマ
を発生させる高周波電源１０および電極１３，１４と、
前記チャンバ１１にエッチングガスを導入するガス導入
口１７と、石英窓１６を介して前記チャンバ１１内の基
板１２上に赤外線を照射する赤外線ランプ１５とを備え
た一種の平行平板型ＲＩＥ装置である。ガス導入口１７
にはエッチングガスの供給・停止を司るマスフローメー
タ１８およびバルブ１９が連結しており、前記ガス導入
口１７から導入された前記エッチングガスの圧力は圧力
調整用可変バルブ２０によって一定に維持される。
て説明する。図２は本発明の実施例を説明するための銅
微細加工装置の構成図である。この銅微細加工装置は、
内部に基板１２が保持され真空ポンプ２１により真空排
気されるチャンバ１１と、該チャンバ１１内にプラズマ
を発生させる高周波電源１０および電極１３，１４と、
前記チャンバ１１にエッチングガスを導入するガス導入
口１７と、石英窓１６を介して前記チャンバ１１内の基
板１２上に赤外線を照射する赤外線ランプ１５とを備え
た一種の平行平板型ＲＩＥ装置である。ガス導入口１７
にはエッチングガスの供給・停止を司るマスフローメー
タ１８およびバルブ１９が連結しており、前記ガス導入
口１７から導入された前記エッチングガスの圧力は圧力
調整用可変バルブ２０によって一定に維持される。
【０００８】図１は本実施例における銅微細加工に用い
られる基板の断面図である。シリコン（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、シリコン酸化膜の上に厚さ１００ｎｍのＴｉＮ膜
２４をスパッタ法により堆積させた。その後、配線材料
としての銅膜２５をスパッタ法により５００ｎｍの厚さ
堆積させた。その上に反射膜としてスパッタ法によりＴ
ｉＮ膜２６を５０ｎｍ堆積させた。さらにその上に、ハ
ードマスクとして３００ｎｍの厚さのシリコン酸化膜２
７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。
られる基板の断面図である。シリコン（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、シリコン酸化膜の上に厚さ１００ｎｍのＴｉＮ膜
２４をスパッタ法により堆積させた。その後、配線材料
としての銅膜２５をスパッタ法により５００ｎｍの厚さ
堆積させた。その上に反射膜としてスパッタ法によりＴ
ｉＮ膜２６を５０ｎｍ堆積させた。さらにその上に、ハ
ードマスクとして３００ｎｍの厚さのシリコン酸化膜２
７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。
【０００９】次に、この装置を用いた銅の微細配線の形
成方法について装置の動作を交えて説明する。基板を装
置にセットし、チャンバ１１内部を真空ポンプ２１によ
り真空に排気した後、チャンバ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による排気によって約３Ｐａの圧力に
維持する。赤外線ランプ１５に電力を投入し、基板表面
に光を照射する。高周波電源１０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。本実施例の場合においては、この時の基板表面
の温度は１５０℃であった。約２分間エッチングを行っ
た後、高周波電源の投入、光照射、およびＣｌ2の供給
を停止した。基板が室温まで低下した後、基板を装置か
ら取り出して形状等を評価した。その結果、マスク下の
銅はエッチングされていないのに対し、それ以外の部分
は異方性をもって除去され、０．４５ミクロンの微細な
銅配線が形成された。なお、本実施例における最小の配
線幅は、０．４５ミクロンであったが、これはハードマ
スクの寸法により制限されるものであり、より狭い配線
幅を有するマスクを使用することにより、より微細な加
工が可能となる。
成方法について装置の動作を交えて説明する。基板を装
置にセットし、チャンバ１１内部を真空ポンプ２１によ
り真空に排気した後、チャンバ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による排気によって約３Ｐａの圧力に
維持する。赤外線ランプ１５に電力を投入し、基板表面
に光を照射する。高周波電源１０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。本実施例の場合においては、この時の基板表面
の温度は１５０℃であった。約２分間エッチングを行っ
た後、高周波電源の投入、光照射、およびＣｌ2の供給
を停止した。基板が室温まで低下した後、基板を装置か
ら取り出して形状等を評価した。その結果、マスク下の
銅はエッチングされていないのに対し、それ以外の部分
は異方性をもって除去され、０．４５ミクロンの微細な
銅配線が形成された。なお、本実施例における最小の配
線幅は、０．４５ミクロンであったが、これはハードマ
スクの寸法により制限されるものであり、より狭い配線
幅を有するマスクを使用することにより、より微細な加
工が可能となる。
【００１０】本実施例においては、反射膜として導電性
を有するＴｉＮを用いたが、Ｓｉ3Ｎ4などの絶縁体でも
よい。要は、７００ｎｍ以上の波長の光を反射する材料
であることが重要である。光源としては赤外線ランプの
ほかに、７００ｎｍ以上の波長の光を有する他のランプ
でもよいし、白色光をバンドパスフィルタでこの波長を
もつ光を抽出してもよい。また、本実施例においては、
Ｃｌ2をエッチングガスとして用いたが、ＣＣｌ4など塩
素を含むガスを用いれば同様な効果が得られる。
を有するＴｉＮを用いたが、Ｓｉ3Ｎ4などの絶縁体でも
よい。要は、７００ｎｍ以上の波長の光を反射する材料
であることが重要である。光源としては赤外線ランプの
ほかに、７００ｎｍ以上の波長の光を有する他のランプ
でもよいし、白色光をバンドパスフィルタでこの波長を
もつ光を抽出してもよい。また、本実施例においては、
Ｃｌ2をエッチングガスとして用いたが、ＣＣｌ4など塩
素を含むガスを用いれば同様な効果が得られる。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
塩素系ガスをエッチングガスとして用い、表面に７００
ｎｍ以上の波長の光を照射する銅のプラズマエッチング
において、銅とマスクの間に前記光を反射する膜を有す
る構造を用いることにより、マスク下の銅に光が照射さ
れることを防ぎ、マスクされた部分の銅はエッチングさ
れないが、露出した銅はエッチングされる異方性を有し
た加工が可能となり、これによって低温でかつ充分な異
方性を有して銅微細加工が実現され、１ミクロン以下の
線幅を有した銅配線が形成できるという効果がある。
塩素系ガスをエッチングガスとして用い、表面に７００
ｎｍ以上の波長の光を照射する銅のプラズマエッチング
において、銅とマスクの間に前記光を反射する膜を有す
る構造を用いることにより、マスク下の銅に光が照射さ
れることを防ぎ、マスクされた部分の銅はエッチングさ
れないが、露出した銅はエッチングされる異方性を有し
た加工が可能となり、これによって低温でかつ充分な異
方性を有して銅微細加工が実現され、１ミクロン以下の
線幅を有した銅配線が形成できるという効果がある。
【図１】本発明の実施例を説明するための基板構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】本発明の実施例を説明するための銅微細加工装
置の構成図である。
置の構成図である。
１０ 高周波電源 １１ チャンバ １２ 基板 １３ 電極 １４ 電極 １５ 赤外線ランプ 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膜 ２５ 銅膜 ２６ 反射膜（ＴｉＮ膜） ２７ シリコン酸化膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年２月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に銅膜および所定の配線パターン
を有するマスクが順次形成された試料を用い、塩素系ガ
スを用いたプラズマの物理化学的反応を利用し、７００
ｎｍ以上の波長の光を試料表面に照射しつつ加工するこ
とよりなる銅微細配線の形成方法において、銅膜とマス
クの間に前記光が透過しない膜を有する構造の試料を用
いることを特徴とする銅微細配線の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19676293A JPH0729908A (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | 銅微細配線の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19676293A JPH0729908A (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | 銅微細配線の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0729908A true JPH0729908A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=16363204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19676293A Pending JPH0729908A (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | 銅微細配線の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0729908A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100299380B1 (ko) * | 1998-06-30 | 2002-10-25 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의금속배선형성방법 |
| US6511158B2 (en) | 2000-03-30 | 2003-01-28 | Ricoh Company, Ltd. | Electrostatic ink jet head |
| KR20030079413A (ko) * | 2002-04-04 | 2003-10-10 | 아남반도체 주식회사 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
| KR100495856B1 (ko) * | 1998-12-30 | 2005-09-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 방법 |
| US6978434B1 (en) * | 1999-06-25 | 2005-12-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of designing wiring structure of semiconductor device and wiring structure designed accordingly |
| CN100343759C (zh) * | 2003-01-31 | 2007-10-17 | 佳能株式会社 | 投影曝光用掩模、投影曝光装置、及投影曝光方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63174336A (ja) * | 1987-01-14 | 1988-07-18 | Fujitsu Ltd | 多層配線間のコンタクトにおける鉱散バリヤ層の形成方法 |
| JPH04159718A (ja) * | 1989-12-20 | 1992-06-02 | Texas Instr Inc <Ti> | ハロゲン化物質使用の銅エッチング工程 |
| JPH04242960A (ja) * | 1991-01-08 | 1992-08-31 | Hitachi Ltd | 集積回路用配線 |
-
1993
- 1993-07-15 JP JP19676293A patent/JPH0729908A/ja active Pending
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