JPH09251984A - 多層Al配線のエッチング方法 - Google Patents

多層Al配線のエッチング方法

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JPH09251984A
JPH09251984A JP6055396A JP6055396A JPH09251984A JP H09251984 A JPH09251984 A JP H09251984A JP 6055396 A JP6055396 A JP 6055396A JP 6055396 A JP6055396 A JP 6055396A JP H09251984 A JPH09251984 A JP H09251984A
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JP
Japan
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etching
wiring
layer
gas
chcl
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JP6055396A
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English (en)
Inventor
Katsuhiko Mitani
克彦 三谷
Hiroyoshi Kawahara
博宜 川原
Katsuya Watanabe
克哉 渡辺
Masayuki Kojima
雅之 児島
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】BN化合物を含む側壁保護膜は化学的に強い結
合を有するため、エッチングに引き続くアッシング工程
・溶液処理により除去されにくいという課題がある。従
って,BN化合物に代わって強固でしかもエッチング後
に除去しやすい側壁保護膜を形成する手段が必要にな
る。 【解決手段】枚葉式のドライエッチング装置を用いて、
エッチング室内をO2クリーング処理し、エッチング室
の内壁温度を設定・制御した後、試料をエッチング室2
03に搬送しBCl3/Cl2/CHCl3ガスを用いて
レジスト膜105パターンをマスクにしてTiNキャッ
プ層104,Al−Cu合金層103,及びTiNバリ
ア層102を順次プラズマエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LSI等で用いら
れる多層Al配線のエッチング方法に係り、特に多層A
l配線の側面における加工形状の制御に好適なAl配線
のエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】LSIのAl配線の多くはTiNキャッ
プ層/Al−Cu合金/TiNバリア層の3層構造が採
用されている。該配線のパターニングにはBCl3/C
2ガスによるドライエッチングが広く用いられてい
る。BCl3/Cl2系のエッチングでは、Al−Cu合
金のエッチング速度の方がTiNのエッチング速度より
大きいため,図3の従来の多層Al配線の断面形状図に
示すようにAl−Cu合金層303にサイドエッチング
305が発生したり、TiNキャップ層303直下のA
l−Cu合金層303にノッチ306が発生するという
課題がある。良好な加工形状を実現するためには、側壁
保護膜の形成を制御しながらAl配線のエッチングを行
う必要がある。その対策として、例えばJournal
of Vacuum Science & Tech
nology,A10巻,第4号,pp.1232−1
237に記載されているように,N2をBCl3/Cl2
系のガスに添加してノッチ306の低減及びAl−Cu
合金層303の異方性加工を達成している。該手段によ
る側壁保護膜はBCl3からのBとTiN層のNの反応
によるBN化合物を含んでおり、従来のBCl3/Cl2
系エッチングに比べて形状制御に有効な側壁保護膜とな
っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したBCl3/C
2系エッチングガスにN2を添加する方法では、BN化
合物を含む側壁保護膜が効率良く形成されることにより
ノッチ306を低減している。しかし、該BN化合物を
含む側壁保護膜は化学的に強い結合を有するため、エッ
チングに引き続くアッシング工程・溶液処理により除去
されにくいという課題がある。また、エッチング室内壁
においてもBN化合物の生成・堆積反応が起こるため,
エッチング装置内で異物が発生しやすく,LSI量産適
用の際には問題となる。従って,BN化合物に代わって
強固でしかもエッチング後に除去しやすい側壁保護膜を
形成する手段が必要になる。
【0004】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために有機物の側壁保護膜を形成する。そのために,枚
葉式エッチング装置のエッチング室をO2プラズマクリ
−ニングして有機物を除去した後、チャンバの壁面温度
を80〜250℃の所定温度に制御しBCl3,Cl2
及びCHCl3の混合ガスにより有機レジスト膜マスク
を用いて多層Al配線をプラズマエッチングする。その
ときのガス質量流量比はCl2100に対してBCl3
びCHCl3が各々20〜50,5〜20の比である。
上記O2プラズマクリ−ニングは、複数枚の連続処理毎
に行えばよい。
【0005】本発明を用いれば、CHCl3から解離し
た有機成分が効率良く側壁保護膜を形成するため、サイ
ドエッチング及びノッチを抑制でき、良好な加工形状の
多層Al配線のエッチングが可能になる。上記方式によ
り形成された側壁保護膜は通常の後工程により容易に除
去できる。また、CHCl3の添加がエッチング装置の
メンテナンス性に影響を与えることはない。通常、CH
Cl3等のような有機系ガスを添加したエッチングを量
産に適用すると加工形状に経時変化が現れるが、本発明
では定期的なO2クリーニングによるチャンバ内有機物
の除去とチャンバ壁面温度の制御によりエッチング雰囲
気の安定性、再現性の向上を図かり量産への適用を可能
にしている。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図1に示す試
料断面図及び図2に示すエッチング装置の概略図を用い
て説明する。図1(a)に示すように半導体基板100
上に堆積した絶縁膜101,TiNバリア層102,A
l−Cu合金層103,及びTiNキャップ層104上
に所望のパターンのレジスト膜105を具備した試料を
有磁場マイクロ波エッチング装置の試料交換室に投入し
た。該エッチング装置では,図2に示すようにマグネト
ロン200で発生したμ波が導波管201、導入窓20
2を経てエッチング室203に伝わり、そこで磁場制御
コイル204により形成された磁場と電子サイクロトロ
ン共鳴を起こし高密度プラズマを生成している。また、
試料ホルダ205には高周波電源206が接続され、R
Fバイアスを独立して印加することができる。上記試料
をエッチング室203に投入する前に、O2クリーング
処理を施してエッチング室内の有機物を除去した。クリ
ーニング条件はO2流量100sccm,全ガス圧2Pa,μ
波出力800Wである。エッチング室の内壁温度を10
0℃に設定・制御した後、上記試料をエッチング室20
3に搬送し、前記レジスト膜105パターンをマスクに
してTiNキャップ層104,Al−Cu合金層10
3,及びTiNバリア層102を順次エッチングした。
このときの主なエッチング条件は、ガス流量BCl3
0sccm,Cl270sccm,CHCl38sccm,全ガス圧3
Pa,μ波出力800W,RFパワー60W,基板温度40
℃である。ここでガス流量の制御は何れもマスフロー制
御による流量コントローラ207を用いている。尚、プ
ラズマ発光モニタを用いて判定したTiNバリア層10
2のエッチングが終了した後も、引続き15秒間、エッ
チングを継続した。上述したエッチング処理後の試料の
断面形状は図1.(b)に示すようにTiNキャップ層
104,Al−Cu合金層103,TiNバリア層10
2の各側面は垂直に加工され、該側面はエッチング中の
副生成物による側壁保護膜106により被われている。
【0007】本発明によると、O2クリーング処理に続
いて前記試料を25枚連続してエッチング処理しても加
工形状の変化は殆ど起こらない。即ち、定期的にO2
リーング処理を適用することにより、多層Al配線の量
産加工に適したエッチング方法を提供できる。ここで
は、通常の1ロット25枚の連続処理について効果を確
認しているが,諸条件の最適化により25枚以上の連続
処理も可能である。また、25枚以下の連続処理、例え
ば5枚,10枚については言うまでもなく有効である。
本実施例では、エッチング室の内壁温度を100℃に設
定・制御しているが、80〜250℃の範囲内で制御し
ても、BCl3/Cl2/CHCl3流量比を適宜調整し
て同様の効果を得ることは可能である。好適な質量流量
比の目安は、Cl2100に対してBCl3及びCHCl
3が各々20〜50,5〜20の比である。本実施例で
はCHCl3ガスをBCl3/Cl2に添加した場合につ
いて述べている。他のCxHyClz(x,y,z=0
〜8),CxHyBrz(x,y,z=0〜8)ガスの
うちの少なくとも1つ以上の混合ガスを用いても同様の
効果が期待されるが、実験の結果CHCl3ガス添加が
有効であることが分かった。また、本実施例ではBCl
3/Cl2をエッチングガスとして用いているが、SiC
4,CCl4等の他の塩素系ガスを用いることも有効で
ある。
【0008】また、本実施例ではTiN/Al−Cu合
金層/TiN積層膜をエッチングしているが、Al−C
u合金層の上下の膜がTi/TiN膜或いはTiW膜で
あっても構わない。また、本実施例ではECR型エッチ
ング装置を用いているが、他のプラズマエッチング装
置、例えばICP(Inductively Coupled Plasma)エッチ
ング装置を用いても同様の効果がある。
【0009】
【発明の効果】本発明を用いるとTiNキャップ層10
4直下のAl−Cu合金層103にノッチが発生するこ
となく良好な形状の多層Al配線のエッチングが行え
る。また、エッチング後工程におけるレジスト膜105
及び側壁保護膜106の除去が容易である。量産に適用
した場合も多層Al配線の加工形状の経時変化がなく、
装置のメンテナンス性に支障を与えることも無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係る試料の断面を示す図。
【図2】本発明の実施例1に係るエッチング装置の概略
図。
【図3】従来のAl配線の断面形状を示す図。
【符号の説明】
100…半導体基板、101…絶縁膜、102…TiN
バリア層、103…Al−Cu合金層、104…TiN
キャップ層、105…レジスト膜、106…側壁保護
膜、 200…マグネトロン、201…導波管、202
…導入窓、203…エッチング室、204…磁場制御コ
イル、205…試料ホルダ、206…高周波電源、 2
07…マスフローコントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 児島 雅之 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に形成された多層Al配線を
    エッチングする工程において、プラズマエッチング装置
    を用いてBCl3,Cl2,及びCHCl3或いは他のC
    xHyClz(x,y,z=0〜8),CxHyBrz
    (x,y,z=0〜8)ガスの内少なくとも1つ以上,
    との混合ガスによりエッチングすることを特徴とする多
    層Al配線のエッチング方法。
  2. 【請求項2】上記エッチング装置のエッチング室の壁面
    温度を80〜250℃範囲内の所定温度に制御してBC
    3,Cl2,及びCHCl3或いは他のCxHyClz
    (x,y,z=0〜8),CxHyBrz(x,y,z
    =0〜8)ガスのうちの少なくとも1つ以上との混合ガ
    スにより多層Al配線をプラズマエッチングすることを
    特徴とする請求項1に記載した多層Al配線のエッチン
    グ方法。
  3. 【請求項3】上述したBCl3,Cl2,及びCHCl3
    或いは他のCxHyClz(x,y,z=0〜8)ガス
    の混合ガスの質量流量比がCl2100に対してBCl3
    及びCHCl3或いは他のCxHyClz(x,y,z
    =0〜8)或いはCxHyBrz(x,y,z=0〜
    8)ガスが各々20〜50,5〜20の比であり、有機
    レジスト膜をマスクにして多層Al配線をエッチングす
    ることを特徴とする請求項1に記載した多層Al配線の
    エッチング方法。
  4. 【請求項4】上記エッチング装置のエッチング室内部を
    2を含むガスの放電によりクリーニングした後、複数
    枚の半導体基板上の多層Al配線を連続してエッチング
    することを特徴とする請求項1または2に記載した多層
    Al配線のエッチング方法。
  5. 【請求項5】上述した多層Al配線が半導体基板側より
    第1のTiN膜/Al−Cu合金層/第2のTiN膜或
    いは第1のTiW膜/Al−Cu合金層/第2のTiW
    膜からなりなることを特徴とする請求項1に記載したA
    l配線のエッチング方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6214725B1 (en) 1997-12-19 2001-04-10 Nec Corporation Etching method
US6440865B1 (en) * 2000-03-15 2002-08-27 Winbond Electronics Corp. Method of profile control in metal etching

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6214725B1 (en) 1997-12-19 2001-04-10 Nec Corporation Etching method
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