JPH09260391A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH09260391A JPH09260391A JP6987096A JP6987096A JPH09260391A JP H09260391 A JPH09260391 A JP H09260391A JP 6987096 A JP6987096 A JP 6987096A JP 6987096 A JP6987096 A JP 6987096A JP H09260391 A JPH09260391 A JP H09260391A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 断線や短絡等のないリフローＡｌ合金配線を
歩留まりよく形成する半導体装置の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 シリコン基板１１に層間絶縁膜１２を堆
積し、これにコンタクト孔を形成した後、Ｓｉ含有Ａｌ
合金膜１３を形成し、熱処理によりこれをリフローさせ
る。このときＡｌ合金膜１３内にＳｉ塊１４が形成され
る。その後、レジストパターン１５を形成してＡｌ合金
膜１３をＣｌ2／ＢＣｌ3プラズマを用いてエッチングす
る工程に先だって、ＳＦ6＋ＣＨＦ3＋Ａｒを用いたＳｉ
異方性エッチングの条件でＡｌ合金膜１３の表面部のＳ
ｉ塊１４をエッチング除去する。
歩留まりよく形成する半導体装置の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 シリコン基板１１に層間絶縁膜１２を堆
積し、これにコンタクト孔を形成した後、Ｓｉ含有Ａｌ
合金膜１３を形成し、熱処理によりこれをリフローさせ
る。このときＡｌ合金膜１３内にＳｉ塊１４が形成され
る。その後、レジストパターン１５を形成してＡｌ合金
膜１３をＣｌ2／ＢＣｌ3プラズマを用いてエッチングす
る工程に先だって、ＳＦ6＋ＣＨＦ3＋Ａｒを用いたＳｉ
異方性エッチングの条件でＡｌ合金膜１３の表面部のＳ
ｉ塊１４をエッチング除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造方法に係り、特にＳｉ含有Ａｌ合金膜を用いた配線の
形成工程の改良に関する。
造方法に係り、特にＳｉ含有Ａｌ合金膜を用いた配線の
形成工程の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の配線技術として、Ａｌ又は
Ａｌ合金膜を熱処理してリフローさせることにより、コ
ンタクト孔を埋め込む技術が知られている（特開平４−
３２００４号）。このリフローＡｌ技術においては、基
板を真空中で５００℃程度まで加熱するので、Ａｌ又は
Ａｌ合金膜のアロイスパイクによるＰＮ接合リーク増大
等の不良が問題になる。
Ａｌ合金膜を熱処理してリフローさせることにより、コ
ンタクト孔を埋め込む技術が知られている（特開平４−
３２００４号）。このリフローＡｌ技術においては、基
板を真空中で５００℃程度まで加熱するので、Ａｌ又は
Ａｌ合金膜のアロイスパイクによるＰＮ接合リーク増大
等の不良が問題になる。
【０００３】上述のような接合リークを防止するために
は、Ａｌ合金膜とＳｉの間に、ＴｉＮ等のバリアメタル
を介在させることが考えられる。これにより、ある程度
まで接合リーク増大を回避する事ができるが、それでも
十分ではない。もう一つの接合リーク防止策として、配
線材料としてＡｌＳｉやＡｌＳｉＣｕ等のＳｉ含有Ａｌ
合金膜を用いることが考えられる。
は、Ａｌ合金膜とＳｉの間に、ＴｉＮ等のバリアメタル
を介在させることが考えられる。これにより、ある程度
まで接合リーク増大を回避する事ができるが、それでも
十分ではない。もう一つの接合リーク防止策として、配
線材料としてＡｌＳｉやＡｌＳｉＣｕ等のＳｉ含有Ａｌ
合金膜を用いることが考えられる。
【０００４】しかし、Ｓｉ含有Ａｌ合金膜をリフローＡ
ｌ配線材料として用いると、リフローのための高温熱処
理工程でＳｉ塊（ノジュール）がＡｌ合金膜中にでき
る。そして配線パターンを加工したときに、Ｓｉ塊がエ
ッチングされずに残ると、配線間の電気的ショートの原
因となる。その様子を図５（ａ）（ｂ）に示す。図５
（ａ）は、配線スペースとなる位置のＡｌ合金膜表面部
にＳｉ塊が発生した場合であり、この場合Ｓｉ塊がマス
クとなって、Ａｌ合金膜がエッチングされずに配線スペ
ースに残って配線ショートとなる。図５（ｂ）は、配線
スペースとなる位置のＡｌ合金膜底面部にＳｉ塊がある
場合であり、この場合にはＡｌ合金膜はパターン形成さ
れるが、Ｓｉ塊が配線間に残渣として残り、これも配線
ショートの原因となる。
ｌ配線材料として用いると、リフローのための高温熱処
理工程でＳｉ塊（ノジュール）がＡｌ合金膜中にでき
る。そして配線パターンを加工したときに、Ｓｉ塊がエ
ッチングされずに残ると、配線間の電気的ショートの原
因となる。その様子を図５（ａ）（ｂ）に示す。図５
（ａ）は、配線スペースとなる位置のＡｌ合金膜表面部
にＳｉ塊が発生した場合であり、この場合Ｓｉ塊がマス
クとなって、Ａｌ合金膜がエッチングされずに配線スペ
ースに残って配線ショートとなる。図５（ｂ）は、配線
スペースとなる位置のＡｌ合金膜底面部にＳｉ塊がある
場合であり、この場合にはＡｌ合金膜はパターン形成さ
れるが、Ｓｉ塊が配線間に残渣として残り、これも配線
ショートの原因となる。
【０００５】上述したＳｉ含有Ａｌ合金膜を用いたとき
のＳｉ塊による配線ショートの問題を解決するには、次
のような方法がある。第１の方法は、配線パターンエッ
チングの工程でエッチング時間を長くすることである。
Ａｌ合金のドライエッチングには通常、Ｃｌを含むプラ
ズマが用いられる。この方法ではＳｉのエッチング速度
はＡｌ合金のそれに比べて遅いが、Ｓｉもエッチングさ
れる。したがってエッチング時間を長くすることによ
り、配線間のＳｉ塊を除去することができる。第２の方
法は、配線パターンエッチング後に、別のエッチング工
程でＳｉ残渣をエッチング除去することである。
のＳｉ塊による配線ショートの問題を解決するには、次
のような方法がある。第１の方法は、配線パターンエッ
チングの工程でエッチング時間を長くすることである。
Ａｌ合金のドライエッチングには通常、Ｃｌを含むプラ
ズマが用いられる。この方法ではＳｉのエッチング速度
はＡｌ合金のそれに比べて遅いが、Ｓｉもエッチングさ
れる。したがってエッチング時間を長くすることによ
り、配線間のＳｉ塊を除去することができる。第２の方
法は、配線パターンエッチング後に、別のエッチング工
程でＳｉ残渣をエッチング除去することである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述の第１の方法で
は、非常に長い時間のオーバーエッチングを必要とす
る。例えば、Ｃｌ2／ＢＣｌ3プラズマを用いた代表的な
Ａｌ合金エッチングにおいては、Ｓｉがエッチングされ
るとはいっても、そのエッチング速度はＡｌ合金の数分
の１である。このため、確実にＳｉ塊を除去するには十
分に長いエッチング時間をかける必要があり、そうする
と耐エッチングマスクとして使用するフォトレジストの
膜減り量が多くなる。その結果、微細配線ではフォトレ
ジストが消失して断線を引き起こすおそれがある。
は、非常に長い時間のオーバーエッチングを必要とす
る。例えば、Ｃｌ2／ＢＣｌ3プラズマを用いた代表的な
Ａｌ合金エッチングにおいては、Ｓｉがエッチングされ
るとはいっても、そのエッチング速度はＡｌ合金の数分
の１である。このため、確実にＳｉ塊を除去するには十
分に長いエッチング時間をかける必要があり、そうする
と耐エッチングマスクとして使用するフォトレジストの
膜減り量が多くなる。その結果、微細配線ではフォトレ
ジストが消失して断線を引き起こすおそれがある。
【０００７】第２の方法としては、ウェットエッチング
や、ＣＦ4＋Ｏ2を用いたプラズマエッチングが考えられ
る。しかしこの方法は、図５（ａ）のように表面部にＳ
ｉ塊がある場合には、有効ではない。Ｓｉ塊を除去でき
てもＡｌ合金膜がパターニングされていないからであ
る。またこの方法は等方性エッチングであるため、Ａｌ
合金配線の側面に露出しているＳｉ塊も横方向にエッチ
ングされる。したがって例えば、配線中のＳｉ塊が配線
幅よりも小さい場合には図６（ａ）のようなボイドが形
成され、Ｓｉ塊が配線幅よりも大きい場合には同図
（ｂ）のような配線を貫通するボイドが形成されてしま
う。これらは配線抵抗の増大、配線の断線等の歩留まり
低下および信頼性低下の原因となる。
や、ＣＦ4＋Ｏ2を用いたプラズマエッチングが考えられ
る。しかしこの方法は、図５（ａ）のように表面部にＳ
ｉ塊がある場合には、有効ではない。Ｓｉ塊を除去でき
てもＡｌ合金膜がパターニングされていないからであ
る。またこの方法は等方性エッチングであるため、Ａｌ
合金配線の側面に露出しているＳｉ塊も横方向にエッチ
ングされる。したがって例えば、配線中のＳｉ塊が配線
幅よりも小さい場合には図６（ａ）のようなボイドが形
成され、Ｓｉ塊が配線幅よりも大きい場合には同図
（ｂ）のような配線を貫通するボイドが形成されてしま
う。これらは配線抵抗の増大、配線の断線等の歩留まり
低下および信頼性低下の原因となる。
【０００８】この発明は上記した事情を考慮してなされ
たもので、Ｓｉ含有Ａｌ合金膜のＳｉ塊を簡単かつ確実
に除去して、断線や短絡等のないリフローＡｌ合金配線
を歩留まりよく形成する半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的としている。
たもので、Ｓｉ含有Ａｌ合金膜のＳｉ塊を簡単かつ確実
に除去して、断線や短絡等のないリフローＡｌ合金配線
を歩留まりよく形成する半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置の製造方法は、半導体基板に層間絶縁膜を介してＳｉ
含有Ａｌ合金を主体とする合金膜を形成する工程と、前
記合金膜を熱処理してリフローさせる工程と、前記合金
膜の表面に耐エッチングマスクをパターン形成する工程
と、前記合金膜の表面にフッ素系ガスを主体とするガス
プラズマによるＳｉの異方性エッチングを行う第１エッ
チング工程と、前記合金膜を選択エッチングして配線パ
ターンを形成する第２エッチング工程とを有することを
特徴としている。
置の製造方法は、半導体基板に層間絶縁膜を介してＳｉ
含有Ａｌ合金を主体とする合金膜を形成する工程と、前
記合金膜を熱処理してリフローさせる工程と、前記合金
膜の表面に耐エッチングマスクをパターン形成する工程
と、前記合金膜の表面にフッ素系ガスを主体とするガス
プラズマによるＳｉの異方性エッチングを行う第１エッ
チング工程と、前記合金膜を選択エッチングして配線パ
ターンを形成する第２エッチング工程とを有することを
特徴としている。
【００１０】この発明に係る半導体装置の製造方法はま
た、半導体基板に層間絶縁膜を介してＳｉ含有Ａｌ合金
を主体とする合金膜を形成する工程と、前記合金膜を熱
処理してリフローさせる工程と、前記合金膜の表面に耐
エッチングマスクをパターン形成する工程と、前記合金
膜の表面にフッ素系ガスを主体とするガスプラズマによ
るＳｉの異方性エッチングを行う第１エッチング工程
と、前記合金膜を選択エッチングして配線パターンを形
成する第２エッチング工程と、再度フッ素系ガスを主体
とするガスプラズマによるＳｉの異方性エッチングを行
って配線スペースのＳｉ残渣を除去する第３エッチング
工程とを有することを特徴としている。この発明は更
に、前記第１エッチング工程と第２エッチング工程とを
交互に繰り返し行うようにしたことを特徴としている。
た、半導体基板に層間絶縁膜を介してＳｉ含有Ａｌ合金
を主体とする合金膜を形成する工程と、前記合金膜を熱
処理してリフローさせる工程と、前記合金膜の表面に耐
エッチングマスクをパターン形成する工程と、前記合金
膜の表面にフッ素系ガスを主体とするガスプラズマによ
るＳｉの異方性エッチングを行う第１エッチング工程
と、前記合金膜を選択エッチングして配線パターンを形
成する第２エッチング工程と、再度フッ素系ガスを主体
とするガスプラズマによるＳｉの異方性エッチングを行
って配線スペースのＳｉ残渣を除去する第３エッチング
工程とを有することを特徴としている。この発明は更
に、前記第１エッチング工程と第２エッチング工程とを
交互に繰り返し行うようにしたことを特徴としている。
【００１１】この発明によると、Ｓｉ含有Ａｌ合金膜を
配線材料としてリフローＡｌ合金配線を形成する場合
に、Ｃｌ系ガス等を用いたＡｌ合金膜のメインエッチン
グ（第２エッチング工程）に先だって、フッ素系ガスを
主体とするガスプラズマによるＳｉの異方性エッチング
（第１エッチング工程）を行うことより、Ａｌ合金膜表
面に露出しているＳｉ塊を除去することができる。これ
により、Ａｌ合金膜エッチングの工程でＳｉ塊によりマ
スクされて配線スペースにＡｌ合金膜が残ることはなく
なり、Ａｌ合金膜表面部に発生したＳｉ塊に起因する配
線短絡を防止することができる。また、ＡｌとＳｉを同
時にエッチングできるガスプラズマを用いた場合のよう
にオーバーエッチングを行う必要がないから、オーバー
エッチングによる断線をもたらすこともない。
配線材料としてリフローＡｌ合金配線を形成する場合
に、Ｃｌ系ガス等を用いたＡｌ合金膜のメインエッチン
グ（第２エッチング工程）に先だって、フッ素系ガスを
主体とするガスプラズマによるＳｉの異方性エッチング
（第１エッチング工程）を行うことより、Ａｌ合金膜表
面に露出しているＳｉ塊を除去することができる。これ
により、Ａｌ合金膜エッチングの工程でＳｉ塊によりマ
スクされて配線スペースにＡｌ合金膜が残ることはなく
なり、Ａｌ合金膜表面部に発生したＳｉ塊に起因する配
線短絡を防止することができる。また、ＡｌとＳｉを同
時にエッチングできるガスプラズマを用いた場合のよう
にオーバーエッチングを行う必要がないから、オーバー
エッチングによる断線をもたらすこともない。
【００１２】更に、Ａｌ合金膜エッチングの工程の後、
再度フッ素系ガスを主体とするガスプラズマにより配線
スペースに対してＳｉの異方性エッチング（第３エッチ
ング工程）を行って配線スペースのＳｉ残渣を除去すれ
ば、Ｓｉ残渣に起因する配線短絡を防止することができ
る。しかも、Ｓｉ塊のエッチングには異方性エッチング
を利用するので、Ａｌ合金配線中のＳｉ塊が横方向にエ
ッチングされてボイドが形成されることはない。また、
第１エッチング工程と第２エッチング工程とを交互に繰
り返し行うと、当所表面には露出していないＡｌ合金膜
内部のＳｉ塊をも効果的にエッチング除去することがで
きる。
再度フッ素系ガスを主体とするガスプラズマにより配線
スペースに対してＳｉの異方性エッチング（第３エッチ
ング工程）を行って配線スペースのＳｉ残渣を除去すれ
ば、Ｓｉ残渣に起因する配線短絡を防止することができ
る。しかも、Ｓｉ塊のエッチングには異方性エッチング
を利用するので、Ａｌ合金配線中のＳｉ塊が横方向にエ
ッチングされてボイドが形成されることはない。また、
第１エッチング工程と第２エッチング工程とを交互に繰
り返し行うと、当所表面には露出していないＡｌ合金膜
内部のＳｉ塊をも効果的にエッチング除去することがで
きる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１及び図２は、この発明の一実
施例による配線形成工程を示す。図１（ａ）に示すよう
に、所望の素子が形成されたシリコン基板１１に、ＣＶ
Ｄ法によってＢＰＳＧ膜、プラズマ酸化膜、プラズマ窒
化膜等の層間絶縁膜１２を堆積し、これに通常のフォト
リソグラフィとドライエッチングによりコンタクト孔１
６を形成する。次に、Ｓｉ含有Ａｌ合金膜１３をスパッ
タにより形成する。具体的にこのＳｉ含有Ａｌ合金膜１
３は、ＡｉＳｉ，ＡｌＳｉＣｕ，ＡｌＳｉＧｅのうちか
ら選ばれた１種である。なおこのＡｌ合金膜形成の前
に、ＴｉＮ，ＴｉＯＮ，ＷＳｉ2，ＭｏＳｉ2等のバリア
メタル形成工程を入れることができる。また、必要に応
じてＡｌ合金膜１３の表面にはキャップメタルを堆積す
る。
の実施例を説明する。図１及び図２は、この発明の一実
施例による配線形成工程を示す。図１（ａ）に示すよう
に、所望の素子が形成されたシリコン基板１１に、ＣＶ
Ｄ法によってＢＰＳＧ膜、プラズマ酸化膜、プラズマ窒
化膜等の層間絶縁膜１２を堆積し、これに通常のフォト
リソグラフィとドライエッチングによりコンタクト孔１
６を形成する。次に、Ｓｉ含有Ａｌ合金膜１３をスパッ
タにより形成する。具体的にこのＳｉ含有Ａｌ合金膜１
３は、ＡｉＳｉ，ＡｌＳｉＣｕ，ＡｌＳｉＧｅのうちか
ら選ばれた１種である。なおこのＡｌ合金膜形成の前
に、ＴｉＮ，ＴｉＯＮ，ＷＳｉ2，ＭｏＳｉ2等のバリア
メタル形成工程を入れることができる。また、必要に応
じてＡｌ合金膜１３の表面にはキャップメタルを堆積す
る。
【００１４】次に、スパッタ装置の真空を破ることな
く、引き続き４５０〜５５０℃で熱処理してＡｌ合金膜
１３をリフローさせる。このとき、図１（ｂ）に示すよ
うに、Ａｌ合金膜１３中にＳｉ塊１４（１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ，…）が形成される。その後、通常のリソグ
ラフィ工程により、耐エッチングマスクとして、図１
（ｃ）に示すようにフォトレジストパターン１５を形成
する。
く、引き続き４５０〜５５０℃で熱処理してＡｌ合金膜
１３をリフローさせる。このとき、図１（ｂ）に示すよ
うに、Ａｌ合金膜１３中にＳｉ塊１４（１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ，…）が形成される。その後、通常のリソグ
ラフィ工程により、耐エッチングマスクとして、図１
（ｃ）に示すようにフォトレジストパターン１５を形成
する。
【００１５】そして、Ａｌ合金膜のメインエッチングに
先だって、配線スペースとなるＡｌ合金膜１３の表面部
に露出するＳｉ塊１４を除去するために、図１（ｄ）に
示すように、フッ素系ガス、例えばＳＦ6を主体とする
ガスプラズマによりＳｉの異方性エッチングを行う（第
１エッチング工程）。具体的にこの実施例では、ＳＦ6
＋ＣＨＦ3＋Ａｒを用いて、１０ｍＴｏｒｒ以下の低圧
でＳｉエッチングを行う。これにより異方性を確保し
て、配線スペースの表面部に発生したＳｉ塊１４を除去
することができる。
先だって、配線スペースとなるＡｌ合金膜１３の表面部
に露出するＳｉ塊１４を除去するために、図１（ｄ）に
示すように、フッ素系ガス、例えばＳＦ6を主体とする
ガスプラズマによりＳｉの異方性エッチングを行う（第
１エッチング工程）。具体的にこの実施例では、ＳＦ6
＋ＣＨＦ3＋Ａｒを用いて、１０ｍＴｏｒｒ以下の低圧
でＳｉエッチングを行う。これにより異方性を確保し
て、配線スペースの表面部に発生したＳｉ塊１４を除去
することができる。
【００１６】なお、Ａｌ合金膜１３の表面にはＴｉＮ，
ＴｉＷ，ＷＳｉ2等のキャップメタルを堆積する場合が
ある。この場合には、第１エッチング工程に更に先だっ
て、キャップメタルのエッチング工程を入れる。ＴｉＮ
は塩素系ガス、ＴｉＷはフッ素系ガス、ＷＳｉ2は塩素
系ガスまたはフッ素系ガスを用いたプラズマでそれぞれ
エッチングすることができる。
ＴｉＷ，ＷＳｉ2等のキャップメタルを堆積する場合が
ある。この場合には、第１エッチング工程に更に先だっ
て、キャップメタルのエッチング工程を入れる。ＴｉＮ
は塩素系ガス、ＴｉＷはフッ素系ガス、ＷＳｉ2は塩素
系ガスまたはフッ素系ガスを用いたプラズマでそれぞれ
エッチングすることができる。
【００１７】この後、図２（ａ）に示すように、塩素系
ガス、例えば、Ｃｌ2＋ＢＣｌ3を用いたドライエッチン
グによりＡｌ合金膜１３を選択エッチングする（第２エ
ッチング工程）。このとき、Ｓｉのエッチング速度はＡ
ｌ合金のそれに比べて小さいから、Ａｌ合金膜１３の底
部にあるＳｉ塊１４ｂは、Ａｌ合金膜１３が完全にエッ
チングされた後も、図示のようにエッチングされずに配
線スペースに残渣として残る可能性がある。
ガス、例えば、Ｃｌ2＋ＢＣｌ3を用いたドライエッチン
グによりＡｌ合金膜１３を選択エッチングする（第２エ
ッチング工程）。このとき、Ｓｉのエッチング速度はＡ
ｌ合金のそれに比べて小さいから、Ａｌ合金膜１３の底
部にあるＳｉ塊１４ｂは、Ａｌ合金膜１３が完全にエッ
チングされた後も、図示のようにエッチングされずに配
線スペースに残渣として残る可能性がある。
【００１８】そこで、再度フッ素系ガスを主体とするプ
ラズマによるＳｉの異方性エッチングにより、図２
（ｂ）に示すように、Ａｌ合金膜１３と層間絶縁膜１２
の界面に形成されて配線スペースに残渣として残ったＳ
ｉ塊１４をエッチング除去する（第３エッチング工
程）。この工程のエッチングガスその他のエッチング条
件は、第１のエッチング工程と同じにする。これにより
ボイドを形成することなく、配線間のＳｉ残渣を除去す
ることができる。なお、Ａｌ合金膜中のＳｉ塊が、図５
（ｂ）で説明したような配線短絡を引き起こす原因とな
らない程度に小さい場合には、この第３エッチング工程
は省略してもよい。最後に、図２（ｃ）に示すように、
Ｏ2＋ＣＨＦ3のプラズマアッシングによりレジストパタ
ーン１５を除去し、有機溶剤による洗浄を行って配線工
程を終了する。
ラズマによるＳｉの異方性エッチングにより、図２
（ｂ）に示すように、Ａｌ合金膜１３と層間絶縁膜１２
の界面に形成されて配線スペースに残渣として残ったＳ
ｉ塊１４をエッチング除去する（第３エッチング工
程）。この工程のエッチングガスその他のエッチング条
件は、第１のエッチング工程と同じにする。これにより
ボイドを形成することなく、配線間のＳｉ残渣を除去す
ることができる。なお、Ａｌ合金膜中のＳｉ塊が、図５
（ｂ）で説明したような配線短絡を引き起こす原因とな
らない程度に小さい場合には、この第３エッチング工程
は省略してもよい。最後に、図２（ｃ）に示すように、
Ｏ2＋ＣＨＦ3のプラズマアッシングによりレジストパタ
ーン１５を除去し、有機溶剤による洗浄を行って配線工
程を終了する。
【００１９】この実施例において、フッ素系ガスを主体
とするプラズマでＳｉエッチングを行う第１および第３
エッチング工程では、ＣＨＦ3ガスを添加していること
が、エッチングの異方性を出す上で大きな意味を持って
いる。エッチングガスにＣＨＦ3を添加すると、配線パ
ターン側壁にＣＦ系ポリマーを形成し易く、これが保護
膜となってエッチングの異方性が確保されるのである。
一般式で表せば、ＣxＨy Ｆz を添加することが有効で
ある。
とするプラズマでＳｉエッチングを行う第１および第３
エッチング工程では、ＣＨＦ3ガスを添加していること
が、エッチングの異方性を出す上で大きな意味を持って
いる。エッチングガスにＣＨＦ3を添加すると、配線パ
ターン側壁にＣＦ系ポリマーを形成し易く、これが保護
膜となってエッチングの異方性が確保されるのである。
一般式で表せば、ＣxＨy Ｆz を添加することが有効で
ある。
【００２０】更にこの実施例において、Ｓｉのプラズマ
エッチングを１０ｍＴｏｒｒ以下という低圧で行ってい
ることも、エッチングの異方性を出す上で意味を持つ。
実験によれば、７５ｍＴｏｒｒを下回らない圧力領域で
は、同じガスを用いてもＳｉエッチングの異方性は不十
分である。異方性が不十分であれば、先に従来技術で述
べたように、Ａｌ合金膜中のＳｉ塊が横方向にエッチン
グされて、ボイドが形成されるといった不都合が生じ
る。
エッチングを１０ｍＴｏｒｒ以下という低圧で行ってい
ることも、エッチングの異方性を出す上で意味を持つ。
実験によれば、７５ｍＴｏｒｒを下回らない圧力領域で
は、同じガスを用いてもＳｉエッチングの異方性は不十
分である。異方性が不十分であれば、先に従来技術で述
べたように、Ａｌ合金膜中のＳｉ塊が横方向にエッチン
グされて、ボイドが形成されるといった不都合が生じ
る。
【００２１】なお実施例の第１〜第３エッチング工程に
は、例えば図３に示すような誘導結合プラズマ方式のエ
ッチング装置が用いられる。ウェハ３２を搭載した下部
電極３１には、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加さ
れ、上部セラミックプレート３３の外に配置されたコイ
ル３４にも、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給され
る。チャンバに導入された所定圧力のエッチングガスは
誘導結合によりプラズマ化され、このプラズマ３５の活
性種によりエッチングがなされる。この様なエッチング
装置を用い、導入するエッチングガスを切替え、内部ガ
ス圧力を調整することで、ウェハを外部に取り出すこと
なく、第１〜第３エッチング工程を連続的に行うことが
できる。
は、例えば図３に示すような誘導結合プラズマ方式のエ
ッチング装置が用いられる。ウェハ３２を搭載した下部
電極３１には、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加さ
れ、上部セラミックプレート３３の外に配置されたコイ
ル３４にも、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給され
る。チャンバに導入された所定圧力のエッチングガスは
誘導結合によりプラズマ化され、このプラズマ３５の活
性種によりエッチングがなされる。この様なエッチング
装置を用い、導入するエッチングガスを切替え、内部ガ
ス圧力を調整することで、ウェハを外部に取り出すこと
なく、第１〜第３エッチング工程を連続的に行うことが
できる。
【００２２】第１〜第３エッチング工程には、図４に示
すＥＣＲプラズマエッチング装置を用いることもでき
る。このエッチング装置は、チャンバの外にソレノイド
コイル４１，４２が配置される。上方からは２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波が導波管を介して供給され、内部反応
室のウェハ４３を載置した下部電極４４には、自己バイ
アス発生の為に例えば２ＭＨｚの高周波電力が印加され
て、反応室に導入されたエッチングガスがプラズマ化さ
れ、このプラズマ４５の活性種によりエッチングがなさ
れる。
すＥＣＲプラズマエッチング装置を用いることもでき
る。このエッチング装置は、チャンバの外にソレノイド
コイル４１，４２が配置される。上方からは２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波が導波管を介して供給され、内部反応
室のウェハ４３を載置した下部電極４４には、自己バイ
アス発生の為に例えば２ＭＨｚの高周波電力が印加され
て、反応室に導入されたエッチングガスがプラズマ化さ
れ、このプラズマ４５の活性種によりエッチングがなさ
れる。
【００２３】図３に示したプラズマエッチング装置を用
いた場合の、実施例の具体的なエッチング条件を例示す
れば、次の通りである。 ・Ｓｉエッチング条件（第１および第３エッチング工
程） …圧力１０ｍＴｏｒｒ、コイルＲＦパワー＝２００Ｗ、
下部電極ＲＦパワー＝６０Ｗ、ガス流量：ＳＦ6／ＣＨ
Ｆ3／Ａｒ＝２８／１０／１０［ＳＣＣＭ］。 ・Ａｌ合金エッチング条件（第２エッチング工程） …圧力１５ｍＴｏｒｒ、コイルＲＦパワー＝３５０Ｗ、
下部電極ＲＦパワー＝１７５Ｗ、ガス流量：Ｃｌ2／Ｂ
Ｃｌ3＝３０／３０［ＳＣＣＭ］。
いた場合の、実施例の具体的なエッチング条件を例示す
れば、次の通りである。 ・Ｓｉエッチング条件（第１および第３エッチング工
程） …圧力１０ｍＴｏｒｒ、コイルＲＦパワー＝２００Ｗ、
下部電極ＲＦパワー＝６０Ｗ、ガス流量：ＳＦ6／ＣＨ
Ｆ3／Ａｒ＝２８／１０／１０［ＳＣＣＭ］。 ・Ａｌ合金エッチング条件（第２エッチング工程） …圧力１５ｍＴｏｒｒ、コイルＲＦパワー＝３５０Ｗ、
下部電極ＲＦパワー＝１７５Ｗ、ガス流量：Ｃｌ2／Ｂ
Ｃｌ3＝３０／３０［ＳＣＣＭ］。
【００２４】Ａｌ合金膜上にキャップメタルとしてＴｉ
Ｎ膜を設けた場合には、Ｓｉエッチング工程に先立ち、
次の条件でＴｉＮエッチング工程を入れる。 ・ＴｉＮエッチング条件 …圧力１０ｍＴｏｒｒ、コイルＲＦパワー＝３４０Ｗ、
下部電極ＲＦパワー＝１２０Ｗ、ガス流量：Ｃｌ2／Ｂ
Ｃｌ3＝３０／３０［ＳＣＣＭ］。 キャップメタルが、ＷＳｉ2，ＭｏＳｉ2，ＴｉＷの場合
は、フッ素系ガスを用いて、上述の第１，第３エッチン
グ工程と同様の条件でエッチングした方が速いエッチン
グ速度が得られる。Ａｌ合金膜の下地にキャップメタル
と同様のバリアメタルがある場合にも、キャップメタル
の場合と同様の条件でバリアメタルエッチングを行えば
よい。
Ｎ膜を設けた場合には、Ｓｉエッチング工程に先立ち、
次の条件でＴｉＮエッチング工程を入れる。 ・ＴｉＮエッチング条件 …圧力１０ｍＴｏｒｒ、コイルＲＦパワー＝３４０Ｗ、
下部電極ＲＦパワー＝１２０Ｗ、ガス流量：Ｃｌ2／Ｂ
Ｃｌ3＝３０／３０［ＳＣＣＭ］。 キャップメタルが、ＷＳｉ2，ＭｏＳｉ2，ＴｉＷの場合
は、フッ素系ガスを用いて、上述の第１，第３エッチン
グ工程と同様の条件でエッチングした方が速いエッチン
グ速度が得られる。Ａｌ合金膜の下地にキャップメタル
と同様のバリアメタルがある場合にも、キャップメタル
の場合と同様の条件でバリアメタルエッチングを行えば
よい。
【００２５】実験によれば、上述のＳｉエッチング条件
では、ｎ+型ポリシリコンをエッチングしたとき、エッ
チング速度は約４５０ｎｍ／分であり、膜厚方向のエッ
チング速度と横方向のエッチング速度の比は、７：３で
あって、ほぼ異方性エッチングとなる。この条件で３０
秒のＳｉエッチングを行ったとして、サイドエッチング
量は高々１００ｎｍである。実際には、ｎ+型ポリシリ
コンは不純物を含むために、不純物が含まれないＳｉ塊
に比べてエッチング速度は速く、サイドエッチングも生
じ易い。従って実施例のＳｉ塊のエッチング工程では、
サイドエッチング量はより少なく抑えられる。
では、ｎ+型ポリシリコンをエッチングしたとき、エッ
チング速度は約４５０ｎｍ／分であり、膜厚方向のエッ
チング速度と横方向のエッチング速度の比は、７：３で
あって、ほぼ異方性エッチングとなる。この条件で３０
秒のＳｉエッチングを行ったとして、サイドエッチング
量は高々１００ｎｍである。実際には、ｎ+型ポリシリ
コンは不純物を含むために、不純物が含まれないＳｉ塊
に比べてエッチング速度は速く、サイドエッチングも生
じ易い。従って実施例のＳｉ塊のエッチング工程では、
サイドエッチング量はより少なく抑えられる。
【００２６】この実施例によれば、Ａｌ合金膜のメイン
エッチングに先だって、フッ素系ガスを主体とするガス
プラズマによるＳｉの異方性エッチングを行うことよ
り、Ａｌ合金膜表面部のＳｉ塊を除去することができ、
リフロー処理により発生するＳｉ塊によりマスクされて
配線スペースにＡｌ合金膜が残ることはなくなる。ま
た、Ａｌ合金膜エッチングの工程の後、配線スペースに
対して再度フッ素系ガスを主体とするガスプラズマによ
るＳｉの異方性エッチングを行うと、配線スペースのＳ
ｉ残渣を除去して配線短絡を防止することができる。し
かも、Ｓｉ塊のエッチングには異方性エッチングを利用
するので、Ａｌ合金配線中のＳｉ塊が横方向にエッチン
グされてボイドが形成されることはない。またこの実施
例によると、Ｓｉに対するエッチング速度が遅いメイン
エッチング工程のみで確実にＡｌ合金膜をパターニング
する場合のような長時間のオーバーエッチングを必要と
せず、オーバーエッチングによる断線を防止して、微細
配線を形成することができる。
エッチングに先だって、フッ素系ガスを主体とするガス
プラズマによるＳｉの異方性エッチングを行うことよ
り、Ａｌ合金膜表面部のＳｉ塊を除去することができ、
リフロー処理により発生するＳｉ塊によりマスクされて
配線スペースにＡｌ合金膜が残ることはなくなる。ま
た、Ａｌ合金膜エッチングの工程の後、配線スペースに
対して再度フッ素系ガスを主体とするガスプラズマによ
るＳｉの異方性エッチングを行うと、配線スペースのＳ
ｉ残渣を除去して配線短絡を防止することができる。し
かも、Ｓｉ塊のエッチングには異方性エッチングを利用
するので、Ａｌ合金配線中のＳｉ塊が横方向にエッチン
グされてボイドが形成されることはない。またこの実施
例によると、Ｓｉに対するエッチング速度が遅いメイン
エッチング工程のみで確実にＡｌ合金膜をパターニング
する場合のような長時間のオーバーエッチングを必要と
せず、オーバーエッチングによる断線を防止して、微細
配線を形成することができる。
【００２７】上記実施例において、ＣｌやＢｒを含まな
いフッ素系ガスによりＳｉエッチングを行う場合、Ａｌ
合金膜表面には不揮発性のＡｌＦ3が形成され、これが
Ａｌ合金膜のエッチングの進行を抑えるという効果もあ
る。したがって、第１エッチング工程をある程度時間を
かけて行っても、Ａｌ合金膜の膜減りは問題にならず、
また第３エッチング工程を長時間行っても、Ａｌ合金配
線の形状がサイドエッチング等により劣化することはな
い。また仮に、第３エッチング工程でフォトレジストが
なくなり、Ａｌ合金配線がプラズマに晒されても、同様
の理由で配線が断線するといった事態は防止される。
いフッ素系ガスによりＳｉエッチングを行う場合、Ａｌ
合金膜表面には不揮発性のＡｌＦ3が形成され、これが
Ａｌ合金膜のエッチングの進行を抑えるという効果もあ
る。したがって、第１エッチング工程をある程度時間を
かけて行っても、Ａｌ合金膜の膜減りは問題にならず、
また第３エッチング工程を長時間行っても、Ａｌ合金配
線の形状がサイドエッチング等により劣化することはな
い。また仮に、第３エッチング工程でフォトレジストが
なくなり、Ａｌ合金配線がプラズマに晒されても、同様
の理由で配線が断線するといった事態は防止される。
【００２８】実施例では、第２エッチング工程の後、第
３エッチング工程を行っているが、フッ素系ガスを主体
とする第１エッチング工程と塩素系ガスを主体とする第
２エッチング工程とを、交互に繰り返し行うようにする
ことは好ましい。この様なエッチング制御を行うと、Ａ
ｌ合金膜の上部界面近くにあるが完全には露出していな
いＳｉ塊をも除去することができ、より確実な配線短絡
事故の防止が可能になる。
３エッチング工程を行っているが、フッ素系ガスを主体
とする第１エッチング工程と塩素系ガスを主体とする第
２エッチング工程とを、交互に繰り返し行うようにする
ことは好ましい。この様なエッチング制御を行うと、Ａ
ｌ合金膜の上部界面近くにあるが完全には露出していな
いＳｉ塊をも除去することができ、より確実な配線短絡
事故の防止が可能になる。
【００２９】また実施例において、Ｓｉの異方性ドライ
エッチングにＳＦ6を主体とするガスを用いたが、この
他に、ＮＦ3，ＣＦ4等を用いることができる。更にこの
エッチングガスに添加する不活性ガスとして、Ａｒの
他、Ｎ2，Ｈｅ等を用いることができる。更に、実施例
ではＳｉ含有Ａｌ合金膜一層の配線としたが、これとＭ
ｏＳｉ2，ＷＳｉ2等の高融点金属シリサイドの積層構造
とした場合にもこの発明は有効である。更にまた、実施
例では耐エッチングマスクを形成した後に、ひとつのエ
ッチング装置内で第１〜第３エッチング工程を連続的に
行ったが、第３エッチング工程を耐エッチングマスクを
除去した後の表面処理として行ってもよい。
エッチングにＳＦ6を主体とするガスを用いたが、この
他に、ＮＦ3，ＣＦ4等を用いることができる。更にこの
エッチングガスに添加する不活性ガスとして、Ａｒの
他、Ｎ2，Ｈｅ等を用いることができる。更に、実施例
ではＳｉ含有Ａｌ合金膜一層の配線としたが、これとＭ
ｏＳｉ2，ＷＳｉ2等の高融点金属シリサイドの積層構造
とした場合にもこの発明は有効である。更にまた、実施
例では耐エッチングマスクを形成した後に、ひとつのエ
ッチング装置内で第１〜第３エッチング工程を連続的に
行ったが、第３エッチング工程を耐エッチングマスクを
除去した後の表面処理として行ってもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、Ｓ
ｉ含有Ａｌ合金膜を配線材料としてリフローＡｌ合金配
線を形成する際に、Ａｌ合金膜のメインエッチングに先
だって、フッ素系ガスを主体とするガスプラズマによる
Ｓｉの異方性エッチングを行うことにより、Ａｌ合金膜
表面部のＳｉ塊による配線短絡を防止することができ
る。またＡｌ合金膜エッチングの後に再度フッ素系ガス
を主体とするガスプラズマによるＳｉの異方性エッチン
グを行うことにより、配線スペースのＳｉ残渣に起因す
る配線短絡を防止することができる。以上により、半導
体装置の微細なＡｌ合金膜配線を高い歩留まりで形成す
ることができる。
ｉ含有Ａｌ合金膜を配線材料としてリフローＡｌ合金配
線を形成する際に、Ａｌ合金膜のメインエッチングに先
だって、フッ素系ガスを主体とするガスプラズマによる
Ｓｉの異方性エッチングを行うことにより、Ａｌ合金膜
表面部のＳｉ塊による配線短絡を防止することができ
る。またＡｌ合金膜エッチングの後に再度フッ素系ガス
を主体とするガスプラズマによるＳｉの異方性エッチン
グを行うことにより、配線スペースのＳｉ残渣に起因す
る配線短絡を防止することができる。以上により、半導
体装置の微細なＡｌ合金膜配線を高い歩留まりで形成す
ることができる。
【図１】 この発明の一実施例による配線形成工程を示
す。
す。
【図２】 同実施例による配線形成工程を示す。
【図３】 同実施例に用いるエッチング装置を示す。
【図４】 同実施例に用いる他のエッチング装置を示
す。
す。
【図５】 従来法による配線短絡の態様を示す。
【図６】 従来法によるボイド発生の様子を示す。
１１…シリコン基板、１２…層間絶縁膜、１３…Ｓｉ含
有Ａｌ合金膜、１４…Ｓｉ塊、１５…フォトレジストパ
ターン、１６…コンタクト孔。
有Ａｌ合金膜、１４…Ｓｉ塊、１５…フォトレジストパ
ターン、１６…コンタクト孔。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板に層間絶縁膜を介してＳｉ含
有Ａｌ合金を主体とする合金膜を形成する工程と、 前記合金膜を熱処理してリフローさせる工程と、 前記合金膜の表面に耐エッチングマスクをパターン形成
する工程と、 前記合金膜の表面にフッ素系ガスを主体とするガスプラ
ズマによるＳｉの異方性エッチングを行う第１エッチン
グ工程と、 前記合金膜を選択エッチングして配線パターンを形成す
る第２エッチング工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項２】 半導体基板に層間絶縁膜を介してＳｉ含
有Ａｌ合金を主体とする合金膜を形成する工程と、 前記合金膜を熱処理してリフローさせる工程と、 前記合金膜の表面に耐エッチングマスクをパターン形成
する工程と、 前記合金膜の表面にフッ素系ガスを主体とするガスプラ
ズマによるＳｉの異方性エッチングを行う第１エッチン
グ工程と、 前記合金膜を選択エッチングして配線パターンを形成す
る第２エッチング工程と、 再度フッ素系ガスを主体とするガスプラズマによるＳｉ
の異方性エッチングを行って配線スペースのＳｉ残渣を
除去する第３エッチング工程とを有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記第１エッチング工程と第２エッチン
グ工程とを交互に繰り返し行うようにしたことを特徴と
する請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6987096A JPH09260391A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6987096A JPH09260391A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09260391A true JPH09260391A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13415269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6987096A Pending JPH09260391A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09260391A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6218196B1 (en) | 1998-05-06 | 2001-04-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Etching apparatus, etching method, manufacturing method of a semiconductor device, and semiconductor device |
-
1996
- 1996-03-26 JP JP6987096A patent/JPH09260391A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6218196B1 (en) | 1998-05-06 | 2001-04-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Etching apparatus, etching method, manufacturing method of a semiconductor device, and semiconductor device |
| KR100327783B1 (ko) * | 1998-05-06 | 2002-03-14 | 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 | 에칭처리장치, 에칭처리방법, 반도체 장치의 제조방법 및 반도체 장치 |
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