JPH0786237A - 銅微細加工方法 - Google Patents

銅微細加工方法

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JPH0786237A
JPH0786237A JP17593193A JP17593193A JPH0786237A JP H0786237 A JPH0786237 A JP H0786237A JP 17593193 A JP17593193 A JP 17593193A JP 17593193 A JP17593193 A JP 17593193A JP H0786237 A JPH0786237 A JP H0786237A
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Nobuki Hosoi
信基 細井
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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、銅側壁に保護膜を形成
することにより、異方性を有した銅微細加工を実現す
る。 【構成】 エッチングガスに、アルミニウムを構成元素
として含むガスと、窒素ガス(N2)あるいはアンモニ
アガス(NH3)とを供給する。前記ガスを導入する
と、エッチング中に銅表面にAlNが形成されるが、イ
オンアシストがない場合、AlNはエッチングガスによ
り容易にはエッチングされない。このため、加工すべき
底部においてはイオン衝撃によりAlNが除去され、エ
ッチングが進行するのに対し、側壁部分にはAlNが堆
積し、エッチングが進行しないので、異方性のある銅の
微細加工ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマの物理化学的
反応を利用したLSIにおける微細配線の形成法に関
し、特に従来と比較してLSI作製に充分な異方性を有
する銅微細加工方法に関する。
【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等を微細加工しているドライエッチング法では、銅の
微細な加工を実現することが困難であり、銅配線の実用
化上問題がある。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
ンが基板に垂直に入射することから、エッチングにおい
て異方性が得られる。しかし、銅の場合においては、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
アシストの効果がほとんどないことに起因している。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℃以上に加熱して銅ハロゲ
ン化物の離脱を促進し、エッチングを行う必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の銅微細加工方法においては、エッチング反応において
イオンアシスト効果が少なく、主に熱的に反応が進行す
る。すなわち、エッチング中に表面で形成された離脱分
子は、主に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、そのエネルギーにより離脱がお
こ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
エッチング反応が起らない。この時、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
ッチングが進行するので等方的エッチング形状が得ら
れ、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。
【0004】さらに、従来の塩素系ガスを用いたドライ
エッチング技術により基板加熱して銅の加工を行った場
合、銅膜中に塩素が容易に拡散し、加工後の銅配線中に
多くの塩素が残る。これら塩素は、微細加工後、空気中
の水分と反応し、銅配線の腐食の原因となる。この現象
は、コロージョンと呼ばれ、銅を配線材料として用いた
半導体素子の歩留まりあるいは信頼性を劣化させるとい
う問題点があった。本発明はこのような従来の問題点を
解決するためになされたもので、微細な配線形成に必要
な異方性を有する銅微細加工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、塩素を含むガ
スを放電し、銅を化学反応及び物理反応により除去する
ドライエッチング法による銅の微細加工方法において、
アルミニウムを構成元素として含むガスと、窒素ガスお
よびアンモニアガスのうちの少なくとも一種のガスとを
エッチングガスに添加してドライエッチングを行うこと
を特徴とする銅微細加工方法である。
【0006】
【作用】前述したように、従来のプラズマを利用した銅
ドライエッチングにおいて異方性を得ることが困難であ
った理由は、エッチングが主に基板の熱エネルギーによ
り進行することにあった。これに対して、エッチングガ
ス中にアルミニウムを構成原子として含む分子と、窒素
および/またはアンモニアとを添加すると、銅表面にA
lNが堆積する。この銅表面上のAlNは、熱的には塩
素系ガスにより除去することが困難である。この時、エ
ッチングすべきマスクのない領域の銅表面に堆積したA
lNは、プラズマに晒されているためイオンが衝突し直
ちに除去される。このため、底部では銅のエッチングが
進行する。一方、側壁部分に堆積したAlNはイオン衝
突がないため除去されない。その結果、塩素ラジカル等
が側壁部分に飛来しても、銅と反応することができず、
エッチングが進行しない。その結果、異方性を有した銅
微細加工が実現される。さらに、側壁に堆積したAlN
は塩素が銅膜中へ拡散するのを抑制することから、エッ
チング終了後の銅配線のコロージョンを防ぐことが可能
となる。
【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1は本発明の実施例を説明するための銅
微細加工装置を示す構成図である。この銅微細加工装置
は、内部に基板13を保持する基板保持部14と、プラ
ズマを発生させるための電極15および16とが設けら
れたチャンバ12と、高周波電源11と、前記チャンバ
12内にエッチングガスを導入するガス導入口17と、
導入された前記ガスの圧力を一定に維持する圧力調整用
可変バルブ27と、真空ポンプ28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、アン
モニアガス供給配管、塩素ガス供給配管およびアルミニ
ウム含有ガス供給配管が接続している。このうち塩素ガ
ス供給配管には塩素ガスの供給・停止を司るマスフロー
18およびバルブ19が設けられ、アルミニウム含有ガ
ス供給配管にはジメチルアルミニウムクロライド(Al
Cl(CH32)を充填したバブラー20と、ジメチル
アルミニウムクロライドの温度を制御する恒温槽21
と、バブリング用の窒素ガスの供給・停止を司るマスフ
ロー22およびバルブ23と、窒素ガスにより輸送され
るジメチルアルミニウムクロライドのチャンバ12への
供給・停止を司るバルブ24が設けられている。またア
ンモニアガス供給配管にはチャンバ12へのアンモニア
ガスの供給・停止を司るマスフロー25とバルブ26が
設けられている。
【0008】図2は本実施例において用いた基板の断面
を示す図である。シリコン基板30上に下地材料として
100nmの厚さを有するシリコン酸化膜31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膜32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33をスパッタ法
により500nmの厚さ堆積させた。マスクとの密着性
を向上させるため、および銅表面の酸化を防ぐため、ス
パッタ法によりTiN膜34を50nm堆積させた。そ
の上に、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35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35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。前記基板を装置
にセットし、一度チャンバ12内部を真空ポンプ28に
より真空に排気した後、チャンバ12のガス導入口17
より、塩素(Cl2)(10sccm)、ジメチルアル
ミニウムクロライド(1sccm)、アンモニア(2s
ccm)をそれぞれのマスフロー18,22,25およ
びバルブ19,24,26で流量制御しつつ導入し、圧
力調整用可変バルブ27と真空ポンプ28による排気に
より約3Paの圧力に維持した。ジメチルアルミニウム
クロライドは室温では蒸気圧が低いため、恒温槽21を
用いた加熱および窒素ガスによるバブリングにより供給
した。高周波電源11を投入し、電極15,16の間に
プラズマを発生させ、エッチングを開始した。基板加熱
機構29を用いて基板温度を約250℃に維持し、上記
条件で約5分間エッチングを行った後、高周波電源の投
入、基板加熱、および各種ガスの供給を停止した。基板
が室温まで低下した後、基板を装置から取り出し形状等
を評価した。
【0010】本実施例により形成した銅微細配線におい
ては、ハード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た。
その結果、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。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、側壁にAlN保護膜が形成され、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。
【0011】なお、本実施例においては、添加ガスとし
てジメチルアルミニウムクロライドを使用したが、この
原料に限定されるものではない。要は、分子を構成する
原子としてアルミニウムを含んでいれば良い。例えば、
トリメチルアルミニウム(Al(CH33)でも良い。
また、もう一つの添加ガスとしてアンモニアを用いた
が、窒素を用いても同様の効果が得られる。また、エッ
チングガスとして塩素ガスを使用したが、他のSiCl
4等、塩素系のガスであれば同様の効果が得られる。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、従来の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方法で、Alを構成元素として含
むガスおよび窒素あるいはアンモニアガスをエッチング
ガスに添加することにより、銅側壁部分にAlN保護膜
を堆積させ、側壁部分でのエッチングを抑制し、異方性
を有した銅の加工が可能となり、これにより微細な銅配
線が形成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を説明するための銅微細加工装
置を示す構成図である。
【図2】本発明の実施例を説明するための基板の断面図
である。
【符号の説明】
11 高周波電源 12 チャンバ 13 基板 14 基板保持部 15 上部電極 16 下部電極 17 ガス導入口 18 マスフロー 19 バルブ 20 バブラー 21 恒温槽 22 マスフロー 23 バルブ 24 バルブ 25 マスフロー 26 バルブ 27 圧力調整用可変バルブ 28 真空ポンプ 29 基板加熱機構 30 シリコン基板 31 シリコン酸化膜 32 TiN膜 33 銅膜 34 TiN膜 35 シリコン酸化膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年1月27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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩素を含むガスを放電し、銅を化学反応
    及び物理反応により除去するドライエッチング法による
    銅の微細加工方法において、アルミニウムを構成元素と
    して含むガスと、窒素ガスおよびアンモニアガスのうち
    の少なくとも一種のガスとをエッチングガスに添加して
    ドライエッチングを行うことを特徴とする銅微細加工方
    法。
JP5175931A 1993-06-24 1993-06-24 銅微細加工方法 Expired - Lifetime JP2503897B2 (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04173988A (ja) * 1990-11-02 1992-06-22 Nissin Electric Co Ltd ドライエッチング方法
JPH0541364A (ja) * 1991-08-02 1993-02-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 金属薄膜のドライエツチング方法及びドライエツチング装置

Patent Citations (2)

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JPH04173988A (ja) * 1990-11-02 1992-06-22 Nissin Electric Co Ltd ドライエッチング方法
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