JPH104084A - 金属系膜のエッチング方法 - Google Patents

金属系膜のエッチング方法

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JPH104084A
JPH104084A JP15648296A JP15648296A JPH104084A JP H104084 A JPH104084 A JP H104084A JP 15648296 A JP15648296 A JP 15648296A JP 15648296 A JP15648296 A JP 15648296A JP H104084 A JPH104084 A JP H104084A
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JP
Japan
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metal
film
etching
resist pattern
based film
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JP15648296A
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English (en)
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Yuji Takaoka
裕二 高岡
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 塩素系ガスを用いたドライエッチングでは、
レジストマスクとの選択性が低いため、レジストマスク
がエッチングされ、異方性に優れた金属系膜のパターン
が得られなかった。 【解決手段】 第1工程で、基板11上の金属系膜12
上にレジスト膜21を形成した後、リソグラフィー技術
によって該レジスト膜21をパターニングしてレジスト
パターン22を形成し、第2工程で、フルオロカーボン
系のガスを用いたプラズマ処理によって、レジストパタ
ーン22の表面に保護膜23を形成した後、第3工程
で、保護膜23を形成したレジストパターン22をエッ
チングマスクに用いて、金属系膜12をエッチングする
ことにより、異方性に優れたエッチングを達成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置製造に
おける金属系膜のエッチング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の配線材料としては、アルミ
ニウム系の合金材料が主に使用されている。アルミニウ
ム系の合金材料のドライエッチングには、一般に三塩化
ホウ素(BCl3 )と塩素(Cl2 )との混合ガスのよ
うな塩素系のエッチングガスが使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、塩素系
のエッチングガスを用いたドライエッチングでは、エッ
チングマスクとなるレジストパターンとの選択性が高く
ない。そのため、ドライエッチングによってレジストパ
ターンがエッチングされて、アルミニウム系の合金材料
のような金属系膜からなる金属系膜パターンは良好な形
状が得られなかった。例えば、図3の(1)に示すよう
に、基板101上に形成された積層膜からなる金属系膜
111のエッチングが進行すると、金属系膜111上に
形成されたレジストパターン121は2点鎖線で示すパ
ターニングした当初の状態から上端辺からエッチングさ
れて、実線で示すような断面が三角形状になる。さらに
エッチングを進行めると図3の(2)に示すように、レ
ジストパターン111はさらにエッチングされるため、
金属系膜111で形成される金属パターン112の上部
端辺がエッチングされて、金属パターン112の上部に
傾斜面が形成されるようになる。このように、レジスト
パターン121がエッチングされ易いため、金属系膜1
11を異方性エッチングすることが困難になる。
【0004】また、近年のデバイスの微細化にともな
い、レジスト膜厚の薄膜化が必須になっている。そのた
め、上記課題はますます増長されることになり、金属系
膜パターンの断面形状を矩形断面に形成することは非常
に困難になっている。また、三塩化ホウ素と塩素との混
合ガスのような塩素系のエッチングガスに窒素(N2
またはジフロロメタン(CH2 2 )を添加してエッチ
ングを行う方法、レジストパターンに紫外線を照射して
硬化させる方法等が提案されているが、いずれも、金属
系膜に対するレジスト膜のエッチング選択性を確保する
ことはできない。また、上記のような添加ガスを導入し
た場合には、エッチング雰囲気のパーティクルが増大
し、例えば金属系膜パターン間にショートを発生させて
歩留りの低下を来す。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた金属系膜のエッチング方法であ
る。すなわち、第1工程で、金属系膜上にレジスト膜を
形成した後、リソグラフィー技術によって該レジスト膜
をパターニングしてレジストパターンを形成し、第2工
程で、フルオロカーボン系のガスを用いたプラズマ処理
によってレジストパターンの表面に保護膜を形成する。
またはイオン注入処理によってレジストパターンの表層
へ不純物を導入してレジストパターンの表面に硬化層を
形成する。そして第3工程で、上記処理を施したレジス
トパターンをエッチングマスクに用いて金属系膜をエッ
チングする。
【0006】上記金属系膜のエッチング方法では、フル
オロカーボン系のガスを用いたプラズマ処理によってレ
ジストパターンの表面に保護膜が形成されることから、
金属系膜のエッチング時において、レジストパターンが
保護膜によって保護される。またはイオン注入処理によ
ってレジストパターンの表面に硬化層を形成することか
ら金属系膜に対するエッチング耐性が高まる。そのた
め、金属系膜近傍におけるレジストパターンの垂直形
状、すなわち基板表面に対するレジストパターンの側壁
の垂直性が確保される。それによって、金属系膜のエッ
チング形状が良好になる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の第1実施形態の一例を、
図1のエッチング方法の説明図によって説明する。図1
では、アルミニウム系多層膜のエッチング方法を示す。
【0008】図1の(1)に示すように、基板11上に
は金属系膜12として、バリアメタル層13、アルミニ
ウム−銅合金膜14、窒化チタンからなる反射防止膜1
5が順に積層されている。まず第1工程では、塗布法
(例えば回転塗布法)によって上記金属系膜12上にレ
ジスト膜21を形成する。その後、リソグラフィー技術
によってこのレジスト膜21をパターニングし、図1の
(2)に示すように、レジストパターン22を形成す
る。
【0009】次いで図1の(3)に示すように、第2工
程を行う。この工程では、フルオロカーボン系のガスを
用いたプラズマ処理によって上記レジストパターン22
の表面に保護膜23を形成する。
【0010】上記プラズマ処理は、例えばマグネトロン
型の平行平板プラズマエッチング装置を用い、下記のよ
うな条件によって行った。 プラズマ処理ガス:オクタフルオロブタン(C4 8 );7sccm、 一酸化炭素(CO);200sccm、 アルゴン(Ar);200sccm〔なお、sccmは標 準状態における体積流量(cm3 /分)を表し、以下同様である〕、 処理雰囲気の圧力:2.7Pa、 RFパワー:1.45kW に設定した。上記条件のプラズマ処理を20秒間行った
結果、レジストパターン22の表面には、保護膜23と
して炭素を主成分とする薄いポリマーが形成され、この
ポリマーは金属系膜12のエッチングの際にエッチング
耐性を有していた。実験では、レジストパターン22/
金属系膜12のエッチング選択比は、従来は2程度であ
ったのが保護膜23が形成されたことにより4程度に高
まった。なお、プラズマ処理時間は、上記説明した時間
に限定されることはなく、レジストパターン22のエッ
チング耐性が維持できる厚さの保護膜23が形成される
時間に適宜設定される。
【0011】続いて図1の(4)に示すように、第3工
程を行う。この工程では、上記保護膜23〔前記図1の
(3)参照〕を形成したレジストパターン22をエッチ
ングマスクに用いて上記金属系膜12をエッチングす
る。上記エッチングは、例えば有磁場マイクロ波プラズ
マエッチング装置を用い、下記のような条件によって行
った。 エッチングガス:三塩化ホウ素(BCl3 );80sccm、 塩素(Cl2 );120sccm、 エッチング雰囲気の圧力:667mPa、 RFパワー:120W、 マイクロ波パワー:800W に設定した。上記条件で金属膜23のエッチングを行う
ことによって、エッチング中であっても上記レジストパ
ターン22の側壁の形状は維持されるため、金属系膜1
2からなる加工形状に優れた金属系膜パターン16が形
成された。
【0012】上記金属系膜のエッチング方法では、フル
オロカーボン系のガスを用いたプラズマ処理によってレ
ジストパターン22の表面に保護膜23が形成されるこ
とから、金属系膜12のエッチング時には保護膜23に
よってレジストパターン22が保護される。そのため、
金属系膜12の近傍におけるレジストパターン22の垂
直形状、すなわち基板11の表面に対するレジストパタ
ーン22の側壁の垂直性が確保される。それによって、
レジストパターン22/金属系膜12のエッチング選択
比が高められ、金属系膜12のエッチングして得られる
金属系膜パターン16の形状が良好になる。なお、金属
系膜12のエッチングの際に、上記保護膜23は徐々に
エッチングされていき、やがてレジストパターン22の
上部もエッチングされていくが、金属系膜12の近傍の
レジストパターン22の側壁がエッチングされるまでに
は至らない。したがって、少なくとも金属系膜12の近
傍のレジストパターン22の側壁形状は保持される。ま
た、上記プラズマ処理に用いるフルオロカーボン系のガ
スとしては、上記オクタフルオロブタンと一酸化炭素と
アルゴンとの混合ガスの他に、例えばトリフルオロメタ
ン(CHF3 )の単独ガス、トリフルオロメタンとテト
ラフルオロメタン(CF4 )とアルゴン(Ar)との混
合ガス等を用いることも可能であり、上記各ガスを用い
ても、上記同様の保護膜23を形成することができる。
【0013】次に第2実施形態の一例を、図2のエッチ
ング方法の説明図によって説明する。第2実施形態は、
前記第1実施形態で説明した第1工程を行った後に、第
2工程で、イオン注入処理によってレジストパターンの
表面に硬化層を形成させ、その後前記第1実施形態で説
明した第3工程を行う方法である。ここでは、第2工程
のみを説明することにする。
【0014】図2の(1)に示すように、基板11上に
は金属系膜12として、バリアメタル層13、アルミニ
ウム−銅合金膜14、反射防止膜15が順に積層されて
いる。そして前記図1で説明したのと同様にして、第1
工程で、金属系膜12上にレジスト膜からなるレジスト
パターン22が形成されている。次いで第2工程を行
う。この工程では、不純物にアルゴンイオンを用いたイ
オン注入処理によって上記レジストパターン22の表面
にアルゴンイオンを注入してその部分を硬化させる。す
なわち、レジストパターン22の表面に硬化層24を形
成する。上記イオン注入処理は、例えば下記のような条
件によって行った。 注入不純物:アルゴンイオン(Ar+ )、 注入エネルギー:70keV、 ドーズ量:3.5×1015個/cm2 に設定した。上記条件でイオン注入処理を行うことによ
ってレジストパターン22の表面は硬化され、薄い硬化
層24が形成された。
【0015】続いて図2の(2)に示すように、前記第
1実施形態で説明したと同様の第3工程を行う。この工
程では、上記表面に硬化層24〔図2の(1)参照〕を
形成したレジストパターン22をエッチングマスクに用
いて上記金属系膜12をエッチングする。その結果、レ
ジストパターン22の側壁形状が維持された状態で上記
金属系膜12のエッチングが進行し、加工形状に優れた
金属系膜パターン16が形成された。
【0016】上記金属系膜のエッチング方法では、アル
ゴンイオンを用いたイオン注入処理によってレジストパ
ターン22の表面に硬化層24が形成される。この硬化
層24は金属系膜22のエッチングに対してエッチング
耐性を有している。そのため、金属系膜22のエッチン
グ時には、上記硬化層24によってレジストパターン2
2/金属系膜12のエッチング選択比が高められる。な
お、金属系膜12のエッチングの際に、上記硬化層24
は徐々にエッチングされていき、やがてレジストパター
ン22の上部もエッチングされていくが、金属系膜12
の近傍のレジストパターン22の側壁がエッチングされ
るまでには至らない。したがって、少なくとも金属系膜
12の近傍のレジストパターン22の側壁形状は保たれ
る。
【0017】上記各実施形態で説明した金属系膜12
は、上記積層膜に限定されることはなく、半導体装置製
造に用いられるような、金属膜(例えばアルミニウム、
銅、タングステン、チタン等の膜)、合金膜(例えばア
ルミニウム銅、タングステンチタン等の膜)、金属化合
物膜(例えばアルミニウムシリコン、金属シリサイド、
金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物等の膜)または
それらのうちの複数種類からなる積層膜からなる。
【0018】また上記イオン注入に用いる不純物として
は、アルゴンの他に、例えばキセノン、窒素、シリコン
等を用いることも可能である。
【0019】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
フルオロカーボン系のガスを用いたプラズマ処理によっ
てレジストパターンの表面に保護膜を形成する。または
イオン注入処理によってレジストパターンの表層へ不純
物を導入してレジストパターンの表面に硬化層を形成す
るので、レジストパターン/金属系膜のエッチング選択
比が高まる。そのため、金属系膜を異方性エッチングす
ることができるので、金属系膜パターンは良好な形状に
形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる第1実施形態のエッチング方法
の説明図である。
【図2】本発明に係わる第2実施形態のエッチング方法
の説明図である。
【図3】課題の説明図である。
【符号の説明】
11 基板 12 金属系膜 21 レジスト膜 22 レジストパターン 23 保護膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上の金属系膜上にレジスト膜を形成
    した後、リソグラフィー技術によって該レジスト膜をパ
    ターニングしてレジストパターンを形成する第1工程
    と、 フルオロカーボン系のガスを用いたプラズマ処理によっ
    て前記レジストパターンの表面に保護膜を形成する第2
    工程と、 前記保護膜を形成したレジストパターンをエッチングマ
    スクに用いて前記金属系膜をエッチングする第3工程と
    を備えたことを特徴とする金属系膜のエッチング方法。
  2. 【請求項2】 基板上に金属系膜を形成し、次いで該金
    属系膜上にレジスト膜を形成した後、リソグラフィー技
    術によって該レジスト膜をパターニングしてレジストパ
    ターンを形成する第1工程と、 イオン注入処理によって前記レジストパターンの表層へ
    不純物を導入して前記レジストパターンの表面に硬化層
    を形成する第2工程と、 前記硬化層を形成したレジストパターンをエッチングマ
    スクに用いて前記金属系膜をエッチングする第3工程と
    を備えたことを特徴とする金属系膜のエッチング方法。
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