JPH09321026A - 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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- JPH09321026A JPH09321026A JP8137225A JP13722596A JPH09321026A JP H09321026 A JPH09321026 A JP H09321026A JP 8137225 A JP8137225 A JP 8137225A JP 13722596 A JP13722596 A JP 13722596A JP H09321026 A JPH09321026 A JP H09321026A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】アルミニウム合金膜と窒化チタン膜を含む積層
膜を絶縁膜をマスクとしてパターニングして配線層を形
成するときにサイドエッチとエッチング残渣を抑制する
こと。 【解決手段】Ｃｌ2 ガスにＢＣｌ3 ガスを混合したガス
を用いてプラズマエッチングを行なうことによりＴｉＮ
膜を均一にエッチングしてエッチング残渣をなくし、更
にＮ2 ガスを混合することによりサイドエッチを防ぐ。
膜を絶縁膜をマスクとしてパターニングして配線層を形
成するときにサイドエッチとエッチング残渣を抑制する
こと。 【解決手段】Ｃｌ2 ガスにＢＣｌ3 ガスを混合したガス
を用いてプラズマエッチングを行なうことによりＴｉＮ
膜を均一にエッチングしてエッチング残渣をなくし、更
にＮ2 ガスを混合することによりサイドエッチを防ぐ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特にアルミニウム合金膜及び窒化チタン膜
を含む積層膜をプラズマエッチングによりパターニング
する配線層の形成方法に関する。
方法に関し、特にアルミニウム合金膜及び窒化チタン膜
を含む積層膜をプラズマエッチングによりパターニング
する配線層の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化に伴い、微細
かつ高精度な配線加工技術の必要性が更に高まってい
る。アルミニウム系配線層を形成するためのエッチング
方法としては、エッチングマスクとしてレジスト膜を用
いた方法が広く用いられている。しかし、レジスト膜は
アルミニウムに対するエッチング速度の選択比（Ａｌ／
ＰＲ選択比）が十分でなく、配線の微細化に伴い高精度
なエッチングは困難となってきている。そこでエッチン
グマスクとして酸化シリコン膜を用いたエッチング方法
が提案されている（特開平７−１８３２９８号公報）。
エッチングマスクとして酸化シリコン膜を用いると、ア
ルミニウムとの選択比（Ａｌ／ＳｉＯ2 選択比）がレジ
スト膜を用いた場合に比べ大きく取れるため、微細かつ
高精度な配線加工に対し有効となる。特開平７−１８３
２９８号公報に示される酸化シリコン膜マスクを用いた
エッチングにおいては、エッチングガスとして塩素ガス
単体を用いエッチングを行っていた。
かつ高精度な配線加工技術の必要性が更に高まってい
る。アルミニウム系配線層を形成するためのエッチング
方法としては、エッチングマスクとしてレジスト膜を用
いた方法が広く用いられている。しかし、レジスト膜は
アルミニウムに対するエッチング速度の選択比（Ａｌ／
ＰＲ選択比）が十分でなく、配線の微細化に伴い高精度
なエッチングは困難となってきている。そこでエッチン
グマスクとして酸化シリコン膜を用いたエッチング方法
が提案されている（特開平７−１８３２９８号公報）。
エッチングマスクとして酸化シリコン膜を用いると、ア
ルミニウムとの選択比（Ａｌ／ＳｉＯ2 選択比）がレジ
スト膜を用いた場合に比べ大きく取れるため、微細かつ
高精度な配線加工に対し有効となる。特開平７−１８３
２９８号公報に示される酸化シリコン膜マスクを用いた
エッチングにおいては、エッチングガスとして塩素ガス
単体を用いエッチングを行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】特開平７−１８３２９
８号公報に示された手法においては、エッチングガスと
して塩素ガス単体を用い行っていた。しかし、塩素ガス
単体によるエッチングにおいては形状制御が非常に困難
であり配線層にサイドエッチングが生じる。その様子を
図６に示す。図６（ａ）はエッチング前の状態を示し、
シリコン基板１上に熱酸化膜２が５００ｎｍ形成され、
さらに配線用のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜３が９００ｎｍ
スパッタ形成され、エッチングマスクとして膜厚３００
ｎｍの酸化シリコン膜４がパターニングされている。図
６（ｂ）はエッチングガスとして塩素ガス単体を用いて
エッチングを行った時の形状を示し、配線層３ａにサイ
ドエッチング５が生じている。これはアルミニウムが塩
素と容易に反応し、反応生成物であるアルミニウム塩化
物が揮発性の高いことに起因する。エッチングマスクと
してレジスト膜を用いた場合には、レジストの分解物が
エッチングされたアルミニウム膜側壁に再付着しサイド
エッチングを抑制する保護膜となるが、エッチングマス
クとして酸化シリコンを用いた場合は、このようなエッ
チングに伴なう反応生成物による保護膜が形成されない
ので激しいサイドエッチングが生じる。このサイドエッ
チングは配線層の信頼性を著しく低下させる。
８号公報に示された手法においては、エッチングガスと
して塩素ガス単体を用い行っていた。しかし、塩素ガス
単体によるエッチングにおいては形状制御が非常に困難
であり配線層にサイドエッチングが生じる。その様子を
図６に示す。図６（ａ）はエッチング前の状態を示し、
シリコン基板１上に熱酸化膜２が５００ｎｍ形成され、
さらに配線用のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜３が９００ｎｍ
スパッタ形成され、エッチングマスクとして膜厚３００
ｎｍの酸化シリコン膜４がパターニングされている。図
６（ｂ）はエッチングガスとして塩素ガス単体を用いて
エッチングを行った時の形状を示し、配線層３ａにサイ
ドエッチング５が生じている。これはアルミニウムが塩
素と容易に反応し、反応生成物であるアルミニウム塩化
物が揮発性の高いことに起因する。エッチングマスクと
してレジスト膜を用いた場合には、レジストの分解物が
エッチングされたアルミニウム膜側壁に再付着しサイド
エッチングを抑制する保護膜となるが、エッチングマス
クとして酸化シリコンを用いた場合は、このようなエッ
チングに伴なう反応生成物による保護膜が形成されない
ので激しいサイドエッチングが生じる。このサイドエッ
チングは配線層の信頼性を著しく低下させる。
【０００４】また、アルミニウム合金膜と窒化チタン膜
を含んでいる積層膜で配線層を形成する場合、窒化チタ
ン膜もアルミニウムと同時に塩素ガス単体を用いてエッ
チングを行うと、エッチング残渣が生じるという問題が
発生する。その様子を図７に示す。図７（ａ）はエッチ
ング前の状態を示し、シリコン基板１上に熱酸化膜２が
５００ｎｍ形成され、続いてスパッタ法を用いてＡｌ−
Ｓｉ−Ｃｕ合金膜３−１（５００ｎｍ）及びＴｉＮ膜３
−２（１００ｎｍ）が順次に形成され、さらにエッチン
グマスクとして膜厚３００ｎｍの酸化シリコン膜４がパ
ターニングされている。エッチングガスとして塩素ガス
単体を用いエッチングを行ったときの形状を引き続き示
す。図７（ｂ）に上層のＴｉＮ膜３−１のエッチング途
中の形状を示す。ＴｉＮ膜表面に凹凸６が生じている。
図７（ｃ）にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜３−１のエッチング途
中の形状を示す。ＴｉＮ膜３−２のエッチング時に生じ
た凹凸がマイクロマスクとなり、柱状の突起７が形成さ
れる。図７（ｄ）に配線エッチング後の形状を示す。図
７（ｃ）の状態がそのまま反映され、エッチング残渣７
ａが生じている。このように窒化チタン膜を塩素ガス単
体を用いてエッチングを行った場合、アルミニウムのサ
イドエッチングと共に、窒化チタン表面に表面荒れ（凹
凸）が生じ、この凹凸がエッチング残渣を引き起こす。
この表面凹凸の度合いは窒化チタン膜が厚いほど顕著で
ある。エッチング残渣の発生は配線間の短絡と言う問題
を引き起こす。
を含んでいる積層膜で配線層を形成する場合、窒化チタ
ン膜もアルミニウムと同時に塩素ガス単体を用いてエッ
チングを行うと、エッチング残渣が生じるという問題が
発生する。その様子を図７に示す。図７（ａ）はエッチ
ング前の状態を示し、シリコン基板１上に熱酸化膜２が
５００ｎｍ形成され、続いてスパッタ法を用いてＡｌ−
Ｓｉ−Ｃｕ合金膜３−１（５００ｎｍ）及びＴｉＮ膜３
−２（１００ｎｍ）が順次に形成され、さらにエッチン
グマスクとして膜厚３００ｎｍの酸化シリコン膜４がパ
ターニングされている。エッチングガスとして塩素ガス
単体を用いエッチングを行ったときの形状を引き続き示
す。図７（ｂ）に上層のＴｉＮ膜３−１のエッチング途
中の形状を示す。ＴｉＮ膜表面に凹凸６が生じている。
図７（ｃ）にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜３−１のエッチング途
中の形状を示す。ＴｉＮ膜３−２のエッチング時に生じ
た凹凸がマイクロマスクとなり、柱状の突起７が形成さ
れる。図７（ｄ）に配線エッチング後の形状を示す。図
７（ｃ）の状態がそのまま反映され、エッチング残渣７
ａが生じている。このように窒化チタン膜を塩素ガス単
体を用いてエッチングを行った場合、アルミニウムのサ
イドエッチングと共に、窒化チタン表面に表面荒れ（凹
凸）が生じ、この凹凸がエッチング残渣を引き起こす。
この表面凹凸の度合いは窒化チタン膜が厚いほど顕著で
ある。エッチング残渣の発生は配線間の短絡と言う問題
を引き起こす。
【０００５】本発明の目的は、アルミニウム合金膜及び
窒化シリコン膜を含む積層膜をパターニングする際に、
サイドエッチングを抑制するとともにエッチング残渣の
発生を抑え、信頼性の高い微細配線層を形成できる半導
体装置の製造方法を提供することにある。
窒化シリコン膜を含む積層膜をパターニングする際に、
サイドエッチングを抑制するとともにエッチング残渣の
発生を抑え、信頼性の高い微細配線層を形成できる半導
体装置の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明半導体装置の製造
方法は、半導体基板上の第１の絶縁膜にアルミニウム合
金膜及び窒化チタン膜を含む積層膜を被着した後、第２
の絶縁膜を形成しパターニングする工程と、前記パター
ニングされた第２の絶縁膜をマスクとしてプラズマエッ
チングにより前記積層膜をパターニングして配線層を形
成する半導体装置の製造方法において、エッチングガス
としてＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガスの混合ガスにＮ2 ガス
を添加してサイドエッチを抑制し、かつＢＣｌ3 ガスの
ＢＣｌ3ガスとＣｌ2 ガスの和に対する混合比を少なく
とも１５％とするものである。
方法は、半導体基板上の第１の絶縁膜にアルミニウム合
金膜及び窒化チタン膜を含む積層膜を被着した後、第２
の絶縁膜を形成しパターニングする工程と、前記パター
ニングされた第２の絶縁膜をマスクとしてプラズマエッ
チングにより前記積層膜をパターニングして配線層を形
成する半導体装置の製造方法において、エッチングガス
としてＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガスの混合ガスにＮ2 ガス
を添加してサイドエッチを抑制し、かつＢＣｌ3 ガスの
ＢＣｌ3ガスとＣｌ2 ガスの和に対する混合比を少なく
とも１５％とするものである。
【０００７】更に、ＢＣｌ3 ガスのＢＣｌ3 ガスとＣｌ
2 ガスの和に対する混合比が７０％以下とするのが好ま
しい。
2 ガスの和に対する混合比が７０％以下とするのが好ま
しい。
【０００８】又、平行平板型の高周波プラズマエッチン
グ装置を使用してエッチングを行なうことができる。
グ装置を使用してエッチングを行なうことができる。
【０００９】第２の絶縁膜としては酸化シリコン膜が好
ましい。
ましい。
【００１０】Ｃｌ2 ガスに還元性のエッチングガスを添
加することによりＴｉＮ膜のエッチングが容易となり表
面荒れが抑制される。
加することによりＴｉＮ膜のエッチングが容易となり表
面荒れが抑制される。
【００１１】更に、Ｎ2 を添加することにより側壁にア
ルミニウムの窒化物が再付着して保護膜が形成される。
ルミニウムの窒化物が再付着して保護膜が形成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】最初にエッチング加工に用いるエ
ッチング装置について述べる。エッチング装置は図４に
示すリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置（平
行平板型の高周波プラズマエッチング装置）を用いた。
半導体ウェーハ１００は、ウェーハステージ１０１に固
定され、排気口１０２より十分エッチング容器１０３を
真空に排気する。排気後、ガス導入口１０４よりエッチ
ングガスを供給し、設定値に圧力を調整する。その後、
ＲＦ電源１０５から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、
ブロッキングコンデンサ１０６を介してウェーハステー
ジ１０１に供給し容器１０３内にプラズマを生成しエッ
チングを行う。
ッチング装置について述べる。エッチング装置は図４に
示すリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置（平
行平板型の高周波プラズマエッチング装置）を用いた。
半導体ウェーハ１００は、ウェーハステージ１０１に固
定され、排気口１０２より十分エッチング容器１０３を
真空に排気する。排気後、ガス導入口１０４よりエッチ
ングガスを供給し、設定値に圧力を調整する。その後、
ＲＦ電源１０５から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、
ブロッキングコンデンサ１０６を介してウェーハステー
ジ１０１に供給し容器１０３内にプラズマを生成しエッ
チングを行う。
【００１３】次に、本発明の第１の実施の形態について
説明する。
説明する。
【００１４】まず、図１（ａ）に示すようにシリコン基
板１上に熱酸化膜２を５００ｎｍ形成する。その後スパ
ッタ法を用い、チタン膜を１００ｎｍ、ＴｉＮ膜を３０
０ｎｍ順次に堆積してバリア膜８を形成し、引き続きＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜３−１Ａ（Ｓｉ／１％，Ｃｕ／
０．５％）を９００ｎｍ形成する。次にプラズマＣＶＤ
法を用い酸化シリコン膜９を３００ｎｍ形成する。さら
にフォトリソグラフィ法を用いて１μｍ膜厚のレジスト
膜パターン１０を形成する。次にレジスト膜パターン１
０をエッチングマスクとし酸化シリコン膜９をエッチン
グしたのちレジスト膜パターン１０をアッシング処理に
より除去することにより、酸化シリコン膜マスク４を形
成する（図１（ｂ））。次に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ／Ｔｉ
Ｎ／Ｔｉ３層膜を酸化シリコン膜マスク４を用いエッチ
ングを行う。
板１上に熱酸化膜２を５００ｎｍ形成する。その後スパ
ッタ法を用い、チタン膜を１００ｎｍ、ＴｉＮ膜を３０
０ｎｍ順次に堆積してバリア膜８を形成し、引き続きＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜３−１Ａ（Ｓｉ／１％，Ｃｕ／
０．５％）を９００ｎｍ形成する。次にプラズマＣＶＤ
法を用い酸化シリコン膜９を３００ｎｍ形成する。さら
にフォトリソグラフィ法を用いて１μｍ膜厚のレジスト
膜パターン１０を形成する。次にレジスト膜パターン１
０をエッチングマスクとし酸化シリコン膜９をエッチン
グしたのちレジスト膜パターン１０をアッシング処理に
より除去することにより、酸化シリコン膜マスク４を形
成する（図１（ｂ））。次に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ／Ｔｉ
Ｎ／Ｔｉ３層膜を酸化シリコン膜マスク４を用いエッチ
ングを行う。
【００１５】すなわち、ＢＣｌ3 ガス、Ｃｌ2 ガス及び
Ｎ2 ガスの流量をそれぞれ１５ＳＣＣＭ、６０ＳＣＣＭ
及び１０ＳＣＣＭ、エッチング容器内の圧力を０．１３
Ｐａ、ＲＦ電力を１５０Ｗに節整してエッチングを行な
うことにより、図１（ｃ）に示すように、Ａｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ合金膜３−１Ａａ、バリア膜８ａの積層膜でなる配
線層を形成する。サイドエッチングのない垂直な側面を
有する配線層をエッチング残渣の発生もなく形成するこ
とができた。
Ｎ2 ガスの流量をそれぞれ１５ＳＣＣＭ、６０ＳＣＣＭ
及び１０ＳＣＣＭ、エッチング容器内の圧力を０．１３
Ｐａ、ＲＦ電力を１５０Ｗに節整してエッチングを行な
うことにより、図１（ｃ）に示すように、Ａｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ合金膜３−１Ａａ、バリア膜８ａの積層膜でなる配
線層を形成する。サイドエッチングのない垂直な側面を
有する配線層をエッチング残渣の発生もなく形成するこ
とができた。
【００１６】図２は、ＴｉＮ膜をＢＣｌ3 ガスとＣｌ2
ガスの混合ガスを使用してプラズマエッチングを行なっ
たときの表面粗さＲｍａｘ（機械工学でいう最大高さ）
とＢＣｌ3 含有量との関係を示すグラフである。横軸は
ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ）混合比（ＢＣｌ3 ガス
のＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガスの和に対する混合比。以下
同様。）である。このグラフは、厚さ５００ｎｍのＴｉ
Ｎ膜を約３００ｎｍ全面エッチングしたときのデータで
ある。エッチング容器内の圧力は０．１３Ｐａ，ＲＦ電
力は１５０Ｗとした。
ガスの混合ガスを使用してプラズマエッチングを行なっ
たときの表面粗さＲｍａｘ（機械工学でいう最大高さ）
とＢＣｌ3 含有量との関係を示すグラフである。横軸は
ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ）混合比（ＢＣｌ3 ガス
のＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガスの和に対する混合比。以下
同様。）である。このグラフは、厚さ５００ｎｍのＴｉ
Ｎ膜を約３００ｎｍ全面エッチングしたときのデータで
ある。エッチング容器内の圧力は０．１３Ｐａ，ＲＦ電
力は１５０Ｗとした。
【００１７】表面粗さＲｍａｘはＢＣｌ3 （ＢＣｌ3 ＋
Ｃｌ2 ）混合比の増加とともに減少している。これによ
り、ＴｉＮ膜をパターニングするとき、この混合比をあ
る程度以上にしてエッチングを行なうことにより残渣を
なくすことができると推定される。実際、ＢＣｌ3 ／
（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ）混合比を１５％以上にすることに
より、残渣を発生させることなく配線層を形成できるこ
とを確認できた。ＴｉＮ膜のエッチング後の表面粗さは
エッチングの進行とともに粗くなる傾向がある。ＴｉＮ
膜は配線層形成時の反射防止膜あるいはバリア膜もしく
はストレスマイグレーション耐性を向上するために使用
されるが、電気伝導度が低いのであまり厚くするのは好
ましくない。従って、微細配線層を形成するときの目安
としては図２が表面粗さの上限と考えることができよ
う。すなわち、ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3＋Ｃｌ2 ）混合比
を１５％以上とすることにより、残渣の発生を十分抑制
できると考えられる。一方この混合比を７０％以上にし
ても表面粗さは小さくならないし、アルミニウムのエッ
チグ速度は低下する。従って、混合比は１５％以上、７
０％以下にするのが良い。なお、ＢＣｌ3 ガスとＣｌ2
ガスにＮ2 ガスを添加しても表面粗さには殆んど影響し
ない。
Ｃｌ2 ）混合比の増加とともに減少している。これによ
り、ＴｉＮ膜をパターニングするとき、この混合比をあ
る程度以上にしてエッチングを行なうことにより残渣を
なくすことができると推定される。実際、ＢＣｌ3 ／
（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ）混合比を１５％以上にすることに
より、残渣を発生させることなく配線層を形成できるこ
とを確認できた。ＴｉＮ膜のエッチング後の表面粗さは
エッチングの進行とともに粗くなる傾向がある。ＴｉＮ
膜は配線層形成時の反射防止膜あるいはバリア膜もしく
はストレスマイグレーション耐性を向上するために使用
されるが、電気伝導度が低いのであまり厚くするのは好
ましくない。従って、微細配線層を形成するときの目安
としては図２が表面粗さの上限と考えることができよ
う。すなわち、ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3＋Ｃｌ2 ）混合比
を１５％以上とすることにより、残渣の発生を十分抑制
できると考えられる。一方この混合比を７０％以上にし
ても表面粗さは小さくならないし、アルミニウムのエッ
チグ速度は低下する。従って、混合比は１５％以上、７
０％以下にするのが良い。なお、ＢＣｌ3 ガスとＣｌ2
ガスにＮ2 ガスを添加しても表面粗さには殆んど影響し
ない。
【００１８】図３は厚さ５００ｎｍのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
膜を酸化シリコン膜マスク（幅０．４μｍ）を用いてエ
ッチングしたときのサイドエッチ深さｄとＮ2 ／（ＢＣ
ｌ3＋Ｃｌ2 ＋Ｎ2 ）混合比の関係を示すグラフであ
る。ただし、ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ）混合比を
２０％（ＢＣｌ3 ガス及びＣｌ2 ガスの流量をそれぞれ
１５ＳＣＣＭ及び６０ＳＣＣＭとする）、エッチング容
器内の圧力を約０．１Ｐａ程度とする。
膜を酸化シリコン膜マスク（幅０．４μｍ）を用いてエ
ッチングしたときのサイドエッチ深さｄとＮ2 ／（ＢＣ
ｌ3＋Ｃｌ2 ＋Ｎ2 ）混合比の関係を示すグラフであ
る。ただし、ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ）混合比を
２０％（ＢＣｌ3 ガス及びＣｌ2 ガスの流量をそれぞれ
１５ＳＣＣＭ及び６０ＳＣＣＭとする）、エッチング容
器内の圧力を約０．１Ｐａ程度とする。
【００１９】Ｎ2 ／（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ＋Ｎ2 ）混合比
５％まではサイドエッチが生じていることが分かる。し
たがって、サイドエッチングを抑制するためにはＮ2 ／
（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ＋Ｎ2 ）混合比を５％以上とすれば
よい。更にＮ2 ／（ＢＣｌ3＋Ｃｌ2 ＋Ｎ2 ）混合比を
増加させていくと、配線は逆に断面テーパ形状となるこ
とが分かる。断面テーパ形状の配線層は必ずしも排斥す
べきものではないが、加工寸法精度の低下を招くことは
否めない。従って、混合比の上限は、寸法精度の許容値
を考慮して適宜に定めればよいが、例えば、配線層の幅
が０．４μｍの場合５０％とするのが妥当であろう。
５％まではサイドエッチが生じていることが分かる。し
たがって、サイドエッチングを抑制するためにはＮ2 ／
（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ＋Ｎ2 ）混合比を５％以上とすれば
よい。更にＮ2 ／（ＢＣｌ3＋Ｃｌ2 ＋Ｎ2 ）混合比を
増加させていくと、配線は逆に断面テーパ形状となるこ
とが分かる。断面テーパ形状の配線層は必ずしも排斥す
べきものではないが、加工寸法精度の低下を招くことは
否めない。従って、混合比の上限は、寸法精度の許容値
を考慮して適宜に定めればよいが、例えば、配線層の幅
が０．４μｍの場合５０％とするのが妥当であろう。
【００２０】Ｎ2 ガスを添加することにより、配線層の
断面形状が制御できる理由は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜
のエッチング時にアルミニウムの窒化物が形成されて再
付着することにより保護膜が形成されるからであると考
えられる。この保護膜は、酸化シリコン膜マスクと同様
に除去してもよいが、その必要はない。その後の工程で
の配線層が水分などと反応するのを防ぐ作用もあると考
えられるからである。
断面形状が制御できる理由は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜
のエッチング時にアルミニウムの窒化物が形成されて再
付着することにより保護膜が形成されるからであると考
えられる。この保護膜は、酸化シリコン膜マスクと同様
に除去してもよいが、その必要はない。その後の工程で
の配線層が水分などと反応するのを防ぐ作用もあると考
えられるからである。
【００２１】なお、特開平３−１２０８７号公報には、
ＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガスの混合ガスを使用してＴｉＮ
膜をエッチングできることが記載されている。これはフ
ォトレジスト膜パターンをマスクとする配線層の形成技
術であり、Ｎ2 ガスを添加することにより配線層の断面
形状を制御することについては記載されていない。ま
た、ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ）混合比と表面粗さ
の関係についても何らの記載もない。又、特開昭６３−
２８９９３５号公報には、ＢＣｌ3 ガス、ＳｉＣｌ4 ガ
ス及びＣｌ2 ガスの混合ガスでＴｉＮ膜をエッチングで
きることが記載されているが、これも断面形状の制御や
表面粗さの制御について何等の記載もない。
ＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガスの混合ガスを使用してＴｉＮ
膜をエッチングできることが記載されている。これはフ
ォトレジスト膜パターンをマスクとする配線層の形成技
術であり、Ｎ2 ガスを添加することにより配線層の断面
形状を制御することについては記載されていない。ま
た、ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ2 ）混合比と表面粗さ
の関係についても何らの記載もない。又、特開昭６３−
２８９９３５号公報には、ＢＣｌ3 ガス、ＳｉＣｌ4 ガ
ス及びＣｌ2 ガスの混合ガスでＴｉＮ膜をエッチングで
きることが記載されているが、これも断面形状の制御や
表面粗さの制御について何等の記載もない。
【００２２】次に、本発明の第２の実施の形態について
図５を参照して説明する。
図５を参照して説明する。
【００２３】まず、図５（ａ）に示すようにシリコン基
板１上に熱酸化膜２を５００ｎｍ形成する。その後スパ
ッタ法を用い厚さ５００ｎｍのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜
３−１Ｂ，厚さ１００ｎｍのＴｉＮ膜３−２Ａを形成す
る。次にプラズマＣＶＤ法を用い酸化シリコン膜９を３
００ｎｍ形成する。さらにフォトリソグラフィ法を用い
て１μｍ膜厚のレジスト膜パターン１０を形成する。次
にレジスト膜パターン１０をエッチングマスクとし酸化
シリコン膜９をエッチングし、さらにレジスト膜パター
ン１０をアッシング処理により除去することにより、酸
化シリコン膜マスク４を形成する（図５（ｂ））。次
に、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ２層膜を酸化シリコン膜
マスク４を用いエッチングを行う。エッチングガスとし
てＢＣｌ3／Ｃｌ2 ／Ｎ2 混合ガスを用い、ガス流量は
ＢＣｌ3 ，Ｃｌ2 及びＮ2 をそれぞれ２０、６０及び１
５ＳＣＣＭとした。図４に示すエッチング装置を用い反
応圧力２０Ｐａ、ＲＦ電力１５０Ｗにてエッチングを行
う。図５（ｃ）に上層のＴｉＮ膜エッチング途中の形状
を示す。ＴｉＮ膜３−２４ａ表面はなめらかである。図
５（ｄ）に配線エッチング後の形状を示す。サイドエッ
チ及びエッチング残渣も発生せず、良好なエッチング形
状の配線層（ＴｉＮ膜３−２ＡｂとＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合
金膜３−１ｂａの２層膜）が得られている。本実施の形
態のように厚いＴｉＮ膜が上層に形成されている場合
は、ＴｉＮ膜エッチング途中に生じる表面凹凸がエッチ
ング残渣発生を招きやすいが、ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3 ＋
Ｃｌ2 ）混合比をやや大きくすることによりその危険性
を避けることができる。
板１上に熱酸化膜２を５００ｎｍ形成する。その後スパ
ッタ法を用い厚さ５００ｎｍのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜
３−１Ｂ，厚さ１００ｎｍのＴｉＮ膜３−２Ａを形成す
る。次にプラズマＣＶＤ法を用い酸化シリコン膜９を３
００ｎｍ形成する。さらにフォトリソグラフィ法を用い
て１μｍ膜厚のレジスト膜パターン１０を形成する。次
にレジスト膜パターン１０をエッチングマスクとし酸化
シリコン膜９をエッチングし、さらにレジスト膜パター
ン１０をアッシング処理により除去することにより、酸
化シリコン膜マスク４を形成する（図５（ｂ））。次
に、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ２層膜を酸化シリコン膜
マスク４を用いエッチングを行う。エッチングガスとし
てＢＣｌ3／Ｃｌ2 ／Ｎ2 混合ガスを用い、ガス流量は
ＢＣｌ3 ，Ｃｌ2 及びＮ2 をそれぞれ２０、６０及び１
５ＳＣＣＭとした。図４に示すエッチング装置を用い反
応圧力２０Ｐａ、ＲＦ電力１５０Ｗにてエッチングを行
う。図５（ｃ）に上層のＴｉＮ膜エッチング途中の形状
を示す。ＴｉＮ膜３−２４ａ表面はなめらかである。図
５（ｄ）に配線エッチング後の形状を示す。サイドエッ
チ及びエッチング残渣も発生せず、良好なエッチング形
状の配線層（ＴｉＮ膜３−２ＡｂとＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合
金膜３−１ｂａの２層膜）が得られている。本実施の形
態のように厚いＴｉＮ膜が上層に形成されている場合
は、ＴｉＮ膜エッチング途中に生じる表面凹凸がエッチ
ング残渣発生を招きやすいが、ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3 ＋
Ｃｌ2 ）混合比をやや大きくすることによりその危険性
を避けることができる。
【００２４】以上、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜を主として
含む積層膜をエッチングする場合について説明したが、
Ａｌを少なくとも主成分とする配線用の合金膜を使用し
てもよい。又、エッチング用のマスクとして酸化シリコ
ン膜を使用する場合について説明したが、その外の窒化
シリコン膜や酸窒化シリコン膜のような絶縁膜を用いて
もよい。要するにＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガスの混合ガス
によるプラズマエッチングにおいて、ＴｉＮ膜及びアル
ミニウム合金膜に比べてエッチングされ難くマスク性の
良好なもので半導体装置の製造に通常使用されている絶
縁膜であれば何でもよいのである。
含む積層膜をエッチングする場合について説明したが、
Ａｌを少なくとも主成分とする配線用の合金膜を使用し
てもよい。又、エッチング用のマスクとして酸化シリコ
ン膜を使用する場合について説明したが、その外の窒化
シリコン膜や酸窒化シリコン膜のような絶縁膜を用いて
もよい。要するにＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガスの混合ガス
によるプラズマエッチングにおいて、ＴｉＮ膜及びアル
ミニウム合金膜に比べてエッチングされ難くマスク性の
良好なもので半導体装置の製造に通常使用されている絶
縁膜であれば何でもよいのである。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム合金膜と
窒化チタン膜を含む積層膜を絶縁膜マスクを用いてエッ
チングするのにエッチングガスとして、ＢＣｌ3 ／Ｃｌ
2 ／Ｎ2 混合ガスを用い、ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ
2 ）混合比を少なくとも１５％とすることにより、窒化
チタン膜のエッチング時に窒化チタン表面の凹凸を抑制
することが出来る。これにより窒化チタン表面凹凸に起
因したエッチング残渣の発生を抑制することが出来、配
線間の短絡を防止することが出来る。また、Ｎ2ガスを
添加することにより、サイドエッチングを抑制すること
が出来る。従って、信頼性の高い微細な配線層を有する
半導体装置を提供することが出来る。
窒化チタン膜を含む積層膜を絶縁膜マスクを用いてエッ
チングするのにエッチングガスとして、ＢＣｌ3 ／Ｃｌ
2 ／Ｎ2 混合ガスを用い、ＢＣｌ3 ／（ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ
2 ）混合比を少なくとも１５％とすることにより、窒化
チタン膜のエッチング時に窒化チタン表面の凹凸を抑制
することが出来る。これにより窒化チタン表面凹凸に起
因したエッチング残渣の発生を抑制することが出来、配
線間の短絡を防止することが出来る。また、Ｎ2ガスを
添加することにより、サイドエッチングを抑制すること
が出来る。従って、信頼性の高い微細な配線層を有する
半導体装置を提供することが出来る。
【図１】本発明の第１の実施の形態について説明するた
めの（ａ）〜（ｃ）に分図して示す工程順断面図。
めの（ａ）〜（ｃ）に分図して示す工程順断面図。
【図２】ＴｉＮ膜をＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガスの混合ガ
スを用いてエッチングするときの表面粗さと混合比の関
係を示すグラフ。
スを用いてエッチングするときの表面粗さと混合比の関
係を示すグラフ。
【図３】Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜をＢＣｌ3 ガス，Ｃｌ
2 ガス及びＮ2 ガスの混合ガスを用いてパターニングす
るときのサイドエッチ深さと混合比との関係を示すグラ
フ。
2 ガス及びＮ2 ガスの混合ガスを用いてパターニングす
るときのサイドエッチ深さと混合比との関係を示すグラ
フ。
【図４】本発明に使用する高周波プラズマエッチング装
置を示す模式図。
置を示す模式図。
【図５】本発明の第２の実施の形態について説明するた
めの（ａ）〜（ｄ）に分図して示す工程順断面図。
めの（ａ）〜（ｄ）に分図して示す工程順断面図。
【図６】第１の従来例について説明するための（ａ），
（ｂ）に分図して示す工程順断面図。
（ｂ）に分図して示す工程順断面図。
【図７】第２の従来例について説明するための（ａ）〜
（ｄ）に分図して示す工程順断面図。
（ｄ）に分図して示す工程順断面図。
１ シリコン基板 ２ 熱酸化膜 ３，３ａ，３−１，３−１Ａ，３−１Ａａ Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ合金膜 ３−２，３−２Ａ，３−２Ａａ，３−２Ａｂ ＴｉＮ
膜 ４ 酸化シリコン膜（マスク） ５ サイドエッチング ６ 凹凸 ７，７ａ 突起 ８，８ａ バリア膜 ９ 酸化シリコン膜 １０ レジスト膜パターン １００ 半導体ウェーハ １０１ ウェーハステージ １０２ 排気口 １０３ エッチング容器 １０４ ガス導入口 １０５ ＲＦ電源 １０６ ブロッキングコンデンサ
ｉ−Ｃｕ合金膜 ３−２，３−２Ａ，３−２Ａａ，３−２Ａｂ ＴｉＮ
膜 ４ 酸化シリコン膜（マスク） ５ サイドエッチング ６ 凹凸 ７，７ａ 突起 ８，８ａ バリア膜 ９ 酸化シリコン膜 １０ レジスト膜パターン １００ 半導体ウェーハ １０１ ウェーハステージ １０２ 排気口 １０３ エッチング容器 １０４ ガス導入口 １０５ ＲＦ電源 １０６ ブロッキングコンデンサ
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板上の第１の絶縁膜にアルミニ
ウム合金膜及び窒化チタン膜を含む積層膜を被着した
後、第２の絶縁膜を形成しパターニングする工程と、前
記パターニングされた第２の絶縁膜をマスクとしてプラ
ズマエッチングにより前記積層膜をパターニングして配
線層を形成する半導体装置の製造方法において、エッチ
ングガスとしてＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガスの混合ガスに
Ｎ2 ガスを添加してサイドエッチを抑制し、かつＢＣｌ
3 ガスのＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガスの和に対する混合比
を少なくとも１５％とすることを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項２】 ＢＣｌ3 ガスのＢＣｌ3 ガスとＣｌ2 ガ
スの和に対する混合比が７０％以下である請求項１記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 平行平板型の高周波プラズマエッチング
装置を使用する請求項１又は２記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項４】 第２の絶縁膜は酸化シリコン膜である請
求項１乃至３記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08137225A JP3112832B2 (ja) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | 半導体装置の製造方法 |
| GB9711309A GB2313708B (en) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | Method of fabricating semiconductor device |
| KR1019970022319A KR100252492B1 (ko) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | 반도체디바이스의제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08137225A JP3112832B2 (ja) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09321026A true JPH09321026A (ja) | 1997-12-12 |
| JP3112832B2 JP3112832B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=15193711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08137225A Expired - Fee Related JP3112832B2 (ja) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3112832B2 (ja) |
| KR (1) | KR100252492B1 (ja) |
| GB (1) | GB2313708B (ja) |
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| US6348405B1 (en) | 1999-01-25 | 2002-02-19 | Nec Corporation | Interconnection forming method utilizing an inorganic antireflection layer |
| JP2002343771A (ja) * | 2001-05-17 | 2002-11-29 | Tokyo Electron Ltd | ドライエッチング方法 |
| KR100553299B1 (ko) * | 2000-12-15 | 2006-02-20 | 샤프 가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 방법 |
| JP4690512B2 (ja) * | 1998-09-15 | 2011-06-01 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | エッチングした垂直金属線上のポリマー沈積、エッチングした金属線の腐食およびエッチングした金属フィーチャの湿式洗浄時における腐食を減少させる方法 |
| JP2011142199A (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体集積回路装置および半導体集積回路装置の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| TW383427B (en) * | 1998-04-03 | 2000-03-01 | United Microelectronics Corp | Method for etching tantalum oxide |
| GB2337361B (en) * | 1998-05-06 | 2000-03-29 | United Microelectronics Corp | Method of etching tantalum oxide layer |
| KR100453956B1 (ko) * | 2001-12-20 | 2004-10-20 | 동부전자 주식회사 | 반도체 장치의 금속 배선 제조 방법 |
| DE102004022402B4 (de) * | 2004-05-06 | 2007-03-15 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum anisotropen Ätzen von aluminiumhaltigen Substraten |
| WO2021171458A1 (ja) * | 2020-02-27 | 2021-09-02 | 株式会社日立ハイテク | プラズマ処理方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5217570A (en) * | 1991-01-31 | 1993-06-08 | Sony Corporation | Dry etching method |
| JPH06104222A (ja) * | 1992-09-18 | 1994-04-15 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH06151382A (ja) * | 1992-11-11 | 1994-05-31 | Toshiba Corp | ドライエッチング方法 |
| US5350488A (en) * | 1992-12-10 | 1994-09-27 | Applied Materials, Inc. | Process for etching high copper content aluminum films |
-
1996
- 1996-05-30 JP JP08137225A patent/JP3112832B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-05-30 GB GB9711309A patent/GB2313708B/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-30 KR KR1019970022319A patent/KR100252492B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4690512B2 (ja) * | 1998-09-15 | 2011-06-01 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | エッチングした垂直金属線上のポリマー沈積、エッチングした金属線の腐食およびエッチングした金属フィーチャの湿式洗浄時における腐食を減少させる方法 |
| US6348405B1 (en) | 1999-01-25 | 2002-02-19 | Nec Corporation | Interconnection forming method utilizing an inorganic antireflection layer |
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| KR100553299B1 (ko) * | 2000-12-15 | 2006-02-20 | 샤프 가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 방법 |
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| JP4546667B2 (ja) * | 2001-05-17 | 2010-09-15 | 東京エレクトロン株式会社 | ドライエッチング方法 |
| JP2011142199A (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体集積回路装置および半導体集積回路装置の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3112832B2 (ja) | 2000-11-27 |
| GB2313708B (en) | 1998-07-29 |
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