JPH1092793A - エッチング方法 - Google Patents
エッチング方法Info
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- JPH1092793A JPH1092793A JP23882596A JP23882596A JPH1092793A JP H1092793 A JPH1092793 A JP H1092793A JP 23882596 A JP23882596 A JP 23882596A JP 23882596 A JP23882596 A JP 23882596A JP H1092793 A JPH1092793 A JP H1092793A
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- etching
- wiring
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- ing And Chemical Polishing (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】被エッチング部の面積がレジストマスクの面積
よりも大きい試料において、確実なエッチング形状を得
る。 【解決手段】レジストマスク１０５の面積が３０％以下
でパターン付けされた試料を、有機物を補給してプラズ
マ化された処理ガスによってエッチングする。
よりも大きい試料において、確実なエッチング形状を得
る。 【解決手段】レジストマスク１０５の面積が３０％以下
でパターン付けされた試料を、有機物を補給してプラズ
マ化された処理ガスによってエッチングする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板のエッ
チング方法に係り、ＬＳＩ等で用いられる配線材、特に
多層もしくは単層Ａｌ配線の側面における加工形状の制
御に好適なエッチング方法に関するものである。
チング方法に係り、ＬＳＩ等で用いられる配線材、特に
多層もしくは単層Ａｌ配線の側面における加工形状の制
御に好適なエッチング方法に関するものである。
【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
ｌ2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４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３０４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。なお、図３において、３０２はＴｉＮバリ
ア層で、３０１は絶縁膜で、３００は半導体基板であ
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 ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ，Ａ１０巻，第４号，ｐｐ．１２３２−１２３７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３
０３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Ｂ
Ｎ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。
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
ｌ2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４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３０４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。なお、図３において、３０２はＴｉＮバリ
ア層で、３０１は絶縁膜で、３００は半導体基板であ
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 ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ，Ａ１０巻，第４号，ｐｐ．１２３２−１２３７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３
０３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Ｂ
Ｎ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】なお、従来、アルミニウムおよびアルミニ
ウム合金を減圧下でプラズマエッチングするものとし
て、特開昭６０−１６９１４０号公報に記載のように、
一対の電極のウエハ設置側の電極に１３．５６ＭＨｚの
高周波電力を印加し、ＢＣｌ3＋Ｃｌ2ガスにＣＨ4ガス
を添加して、高速でしかも異方性のエッチングを低い高
周波電力で達成し、レジストの損傷を抑制するようにし
たものがある。
ウム合金を減圧下でプラズマエッチングするものとし
て、特開昭６０−１６９１４０号公報に記載のように、
一対の電極のウエハ設置側の電極に１３．５６ＭＨｚの
高周波電力を印加し、ＢＣｌ3＋Ｃｌ2ガスにＣＨ4ガス
を添加して、高速でしかも異方性のエッチングを低い高
周波電力で達成し、レジストの損傷を抑制するようにし
たものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したＢＣｌ3／Ｃ
ｌ2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。
ｌ2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。
【０００５】また一方、プラズマエッチングにおいて
は、プラズマによってホトレジストマスクも削られ、該
削られたホトレジストが被エッチング側面に付着して側
壁保護膜の働きをする。しかしながら、近年ＡＳＩＣま
たはロジックのようにホトレジストマスクがエッチング
面積に対して少ない、例えば、ウエハ面積の３０％以
下、言い替えれば被エッチング部の面積が７０％以上の
ようなものにおいては、エッチング時にプラズマによっ
て削られるホトレジストの絶対量も少なく、側壁保護膜
としての働きが小さく、別途側壁保護膜を積極的に形成
する必要がある。なお、特開昭６０−１６９１４０号公
報に記載のプロセスは、単に高速でしかも異方性のエッ
チングを低い高周波電力で達成し、レジストの損傷を抑
制することについてのみ開示されており、側壁保護膜の
働きについては何ら開示されていない。
は、プラズマによってホトレジストマスクも削られ、該
削られたホトレジストが被エッチング側面に付着して側
壁保護膜の働きをする。しかしながら、近年ＡＳＩＣま
たはロジックのようにホトレジストマスクがエッチング
面積に対して少ない、例えば、ウエハ面積の３０％以
下、言い替えれば被エッチング部の面積が７０％以上の
ようなものにおいては、エッチング時にプラズマによっ
て削られるホトレジストの絶対量も少なく、側壁保護膜
としての働きが小さく、別途側壁保護膜を積極的に形成
する必要がある。なお、特開昭６０−１６９１４０号公
報に記載のプロセスは、単に高速でしかも異方性のエッ
チングを低い高周波電力で達成し、レジストの損傷を抑
制することについてのみ開示されており、側壁保護膜の
働きについては何ら開示されていない。
【０００６】本発明の目的は、被エッチング部の面積が
レジストマスクの面積よりも大きい試料において、確実
なエッチング形状を得ることのできるエッチング方法を
提供することにある。本発明の他の目的は、エッチング
後に除去しやすく、かつエッチング時の形状制御が容易
な側壁保護膜を形成しながら処理できるエッチング方法
を提供することある。
レジストマスクの面積よりも大きい試料において、確実
なエッチング形状を得ることのできるエッチング方法を
提供することにある。本発明の他の目的は、エッチング
後に除去しやすく、かつエッチング時の形状制御が容易
な側壁保護膜を形成しながら処理できるエッチング方法
を提供することある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、レジストマ
スク面積が３０％以下でパターン付けされた試料を、有
機物を補給してプラズマ化された処理ガスによってエッ
チングすることにより、達成される。また、ウエハ面積
に対して被エッチング面積が７０％以上であるＡｌ系配
線膜を有したウエハを有機物が添加されたプラズマによ
りエッチングすることにより、達成される。上記他の目
的は、有機物の側壁保護膜を形成してエッチング処理す
ることにより達成され、半導体基板上に形成された多層
もしくは単層Ａｌ配線をプラズマを用いてエッチングす
る方法において、エッチングのための処理ガスをＢＣｌ
3，Ｃｌ2，ＣＨＣｌ3或いは他のＣｘＨｙＣｌｚ（ｘ，
ｙ，ｚ＝０〜８），ＣｘＨｙＢｒｚ（ｘ，ｙ，ｚ＝０〜
８）ガスの内少なくとも１つ以上、及びＡｒ，Ｘｅ，Ｋ
ｒガスの内少なくとも１つ以上との混合ガスによりエッ
チングすることにより、達成される。
スク面積が３０％以下でパターン付けされた試料を、有
機物を補給してプラズマ化された処理ガスによってエッ
チングすることにより、達成される。また、ウエハ面積
に対して被エッチング面積が７０％以上であるＡｌ系配
線膜を有したウエハを有機物が添加されたプラズマによ
りエッチングすることにより、達成される。上記他の目
的は、有機物の側壁保護膜を形成してエッチング処理す
ることにより達成され、半導体基板上に形成された多層
もしくは単層Ａｌ配線をプラズマを用いてエッチングす
る方法において、エッチングのための処理ガスをＢＣｌ
3，Ｃｌ2，ＣＨＣｌ3或いは他のＣｘＨｙＣｌｚ（ｘ，
ｙ，ｚ＝０〜８），ＣｘＨｙＢｒｚ（ｘ，ｙ，ｚ＝０〜
８）ガスの内少なくとも１つ以上、及びＡｒ，Ｘｅ，Ｋ
ｒガスの内少なくとも１つ以上との混合ガスによりエッ
チングすることにより、達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、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，ＣＨ4及びＡｒ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Ｃｌ2：１００に対してＢＣｌ3，ＣＨ4及びＡｒが
各々５〜５０，１〜２０，５０〜５００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も
しくはウエハ処理１枚毎に行えばよい。これにより、Ｃ
Ｈ4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。また、Ａｒを添加していることにより、そのスパッ
タ効果により、側壁保護膜の厚さをコントロールでき、
加工形状の制御性をさらに向上することができる。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、ＣＨ4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、
ＣＨ4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。
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，ＣＨ4及びＡｒ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Ｃｌ2：１００に対してＢＣｌ3，ＣＨ4及びＡｒが
各々５〜５０，１〜２０，５０〜５００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も
しくはウエハ処理１枚毎に行えばよい。これにより、Ｃ
Ｈ4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。また、Ａｒを添加していることにより、そのスパッ
タ効果により、側壁保護膜の厚さをコントロールでき、
加工形状の制御性をさらに向上することができる。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、ＣＨ4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、
ＣＨ4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。
【０００９】以下、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。まず、図１（ａ）に示すように半導体基板１
００上に絶縁膜１０１，ＴｉＮバリア層１０２，Ａｌ−
Ｃｕ合金層１０３，ＴｉＮキャップ層１０４を積層し、
さらにＴｉＮキャップ層１０４上に所望のパターンに形
成されたレジスト膜１０５を有した試料をエッチング装
置の試料交換室に搬入する。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および導入窓２０２を経てエッチング室２０
３に伝わり、エッチング室２０３内で磁場制御コイル２
０４により形成された磁場とマイクロ波電界とが電子サ
イクロトロン共鳴を起こし高密度プラズマを生成する。
また、試料ホルダ２０５には高周波電源２０６が接続さ
れ、ＲＦバイアスをプラズマ生成とは独立して印加する
ことができる。上記試料をエッチング室２０３に搬入す
る前に、Ｏ2プラズマクリーニング処理を施してエッチ
ング室内の有機物を除去する。クリーニング条件はＯ2
流量：１００sccm，全ガス圧：２Pa，マイクロ波出力：
８００Wである。
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。まず、図１（ａ）に示すように半導体基板１
００上に絶縁膜１０１，ＴｉＮバリア層１０２，Ａｌ−
Ｃｕ合金層１０３，ＴｉＮキャップ層１０４を積層し、
さらにＴｉＮキャップ層１０４上に所望のパターンに形
成されたレジスト膜１０５を有した試料をエッチング装
置の試料交換室に搬入する。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および導入窓２０２を経てエッチング室２０
３に伝わり、エッチング室２０３内で磁場制御コイル２
０４により形成された磁場とマイクロ波電界とが電子サ
イクロトロン共鳴を起こし高密度プラズマを生成する。
また、試料ホルダ２０５には高周波電源２０６が接続さ
れ、ＲＦバイアスをプラズマ生成とは独立して印加する
ことができる。上記試料をエッチング室２０３に搬入す
る前に、Ｏ2プラズマクリーニング処理を施してエッチ
ング室内の有機物を除去する。クリーニング条件はＯ2
流量：１００sccm，全ガス圧：２Pa，マイクロ波出力：
８００Wである。
【００１０】クリーニング後、エッチング室の内壁温度
を１００℃に設定・制御し、上記試料をエッチング室２
０３に搬送する。試料は、パターン化されたレジスト膜
１０５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を順次エ
ッチングされる。このときの主なエッチング条件とし
て、ケース（１）においてガス流量をＢＣｌ3：２０scc
m，Ｃｌ2：８０sccm，ＣＨ4：４sccm，全ガス圧：２P
a，マイクロ波出力：８００W，ＲＦパワー：６０W，基
板温度：４０℃とすると図１（ｂ）に示す結果となっ
た。また、ケース（２）においてガス流量をＢＣｌ3：
２０ｓｃｃｍ，Ｃｌ2：８０ｓｃｃｍ，ＣＨ4：４ｓｃｃ
ｍ，Ａｒ：９６ｓｃｃｍ，全ガス圧：３Ｐａとすると図
１（ｃ）に示す結果となった。ここで、その他のエッチ
ング条件は図１（ｂ）に示す場合と同様である。また、
各ガス流量の制御はそれぞれマスフロー制御による流量
コントローラ２０７を用いて行った。なお、プラズマ発
光モニタを用いて判定したＴｉＮバリア層１０２のエッ
チングが終了した後も、引続き１５秒間のオーバーエッ
チングを継続した。
を１００℃に設定・制御し、上記試料をエッチング室２
０３に搬送する。試料は、パターン化されたレジスト膜
１０５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を順次エ
ッチングされる。このときの主なエッチング条件とし
て、ケース（１）においてガス流量をＢＣｌ3：２０scc
m，Ｃｌ2：８０sccm，ＣＨ4：４sccm，全ガス圧：２P
a，マイクロ波出力：８００W，ＲＦパワー：６０W，基
板温度：４０℃とすると図１（ｂ）に示す結果となっ
た。また、ケース（２）においてガス流量をＢＣｌ3：
２０ｓｃｃｍ，Ｃｌ2：８０ｓｃｃｍ，ＣＨ4：４ｓｃｃ
ｍ，Ａｒ：９６ｓｃｃｍ，全ガス圧：３Ｐａとすると図
１（ｃ）に示す結果となった。ここで、その他のエッチ
ング条件は図１（ｂ）に示す場合と同様である。また、
各ガス流量の制御はそれぞれマスフロー制御による流量
コントローラ２０７を用いて行った。なお、プラズマ発
光モニタを用いて判定したＴｉＮバリア層１０２のエッ
チングが終了した後も、引続き１５秒間のオーバーエッ
チングを継続した。
【００１１】上述したエッチング処理後の試料の断面形
状は、ケース（１）の場合、図１（ｂ）に示すように側
壁保護膜が形成され、そのエッチング形状が制御可能で
あることが判る。この場合、側壁保護膜はＣＨ4ガスに
よるプラズマ中に含まれたＣ，ＣＨの有機成分によって
形成され、その成分は有機物でなるレジストマスクと同
成分となる。したがって、該側壁保護膜はレジストアッ
シングと同様のプロセスで除去することが可能となる。
なお、この場合は、ＣＨ4ガスによる側壁保護膜が厚す
ぎるために順テーパ（図に示すように下向きに広がった
テーパをいう）となった。すなわち、プラズマ中に含ま
れたＣ，ＣＨの有機成分が側壁保護膜として付着し、そ
の有機成分が多いためにマスクとなってエッチングとと
もにテーパ状に広がってしまう。なお、側壁保護膜の厚
さは、ＣＨ4ガスの量を変えることでコントロールする
ことができ、その最適化によって垂直エッチングも可能
となる。本プロセスを用いることにより、例えば、ＡＳ
ＩＣまたはロジックのようにパターン化されたレジスト
マスクの面積よりも、被エッチング部の面積の方が大き
い、特にレジストマスクと被エッチング部との面積比が
３：７のような場合には有効である。すなわち、レジス
トマスク面積が３０％以上、例えば、４０％のような場
合、プラズマエッチングの際にプラズマ中のイオンの作
用によってレジストマスクの一部もスパッタエッチング
され、該スパッタエッチングされたレジストの一部がエ
ッチング側壁面に付着し、多少は側壁保護膜として作用
するが、レジストマスク面積が３０％以下だとスパッタ
エッチングされるレジストの量が少なくなりその作用が
殆どなくなる。このように、レジストマスク面積が少な
い試料においては、ＣＨ4ガスによるレジストマスクと
同成分のＣ，ＣＨの有機成分をプラズマ中に補給してや
ることができるので、有効に側壁保護膜を形成すること
ができる。さらに、側壁保護膜を最小限にして垂直エッ
チングを行うことができるので、図３（ａ）に示すよう
に線幅：０．５μｍ以下、パターン幅：０．５μｍ以
下、深さ：０．５μｍ以上の微細形状の積層構造配線膜
もエッチングすることができる。これにより、該微細形
状にエッチングされた部分に絶縁膜を形成して図３
（ｂ）に示すように構成した半導体装置を製作すること
ができる。
状は、ケース（１）の場合、図１（ｂ）に示すように側
壁保護膜が形成され、そのエッチング形状が制御可能で
あることが判る。この場合、側壁保護膜はＣＨ4ガスに
よるプラズマ中に含まれたＣ，ＣＨの有機成分によって
形成され、その成分は有機物でなるレジストマスクと同
成分となる。したがって、該側壁保護膜はレジストアッ
シングと同様のプロセスで除去することが可能となる。
なお、この場合は、ＣＨ4ガスによる側壁保護膜が厚す
ぎるために順テーパ（図に示すように下向きに広がった
テーパをいう）となった。すなわち、プラズマ中に含ま
れたＣ，ＣＨの有機成分が側壁保護膜として付着し、そ
の有機成分が多いためにマスクとなってエッチングとと
もにテーパ状に広がってしまう。なお、側壁保護膜の厚
さは、ＣＨ4ガスの量を変えることでコントロールする
ことができ、その最適化によって垂直エッチングも可能
となる。本プロセスを用いることにより、例えば、ＡＳ
ＩＣまたはロジックのようにパターン化されたレジスト
マスクの面積よりも、被エッチング部の面積の方が大き
い、特にレジストマスクと被エッチング部との面積比が
３：７のような場合には有効である。すなわち、レジス
トマスク面積が３０％以上、例えば、４０％のような場
合、プラズマエッチングの際にプラズマ中のイオンの作
用によってレジストマスクの一部もスパッタエッチング
され、該スパッタエッチングされたレジストの一部がエ
ッチング側壁面に付着し、多少は側壁保護膜として作用
するが、レジストマスク面積が３０％以下だとスパッタ
エッチングされるレジストの量が少なくなりその作用が
殆どなくなる。このように、レジストマスク面積が少な
い試料においては、ＣＨ4ガスによるレジストマスクと
同成分のＣ，ＣＨの有機成分をプラズマ中に補給してや
ることができるので、有効に側壁保護膜を形成すること
ができる。さらに、側壁保護膜を最小限にして垂直エッ
チングを行うことができるので、図３（ａ）に示すよう
に線幅：０．５μｍ以下、パターン幅：０．５μｍ以
下、深さ：０．５μｍ以上の微細形状の積層構造配線膜
もエッチングすることができる。これにより、該微細形
状にエッチングされた部分に絶縁膜を形成して図３
（ｂ）に示すように構成した半導体装置を製作すること
ができる。
【００１２】また、ケース（２）の場合は図１（ｃ）に
示すようにケース（１）のプロセスにＡｒガスを添加し
たもので、垂直エッチングが行われている。すなわち、
Ａｒガスを添加することで、エッチング中のＡｒイオン
のスパッタ性により側壁保護膜の厚さが制御され、Ｔｉ
Ｎキャップ層１０４，Ａｌ−Ｃｕ合金層１０３，ＴｉＮ
バリア層１０２の各側面が垂直に加工されたものと考え
られる。この場合もエッチング側面はエッチング中の副
生成物、すなわち、Ｃ，ＣＨ等の有機物でなる側壁保護
膜１０６により被われている。したがって、該側壁保護
膜１０６もエッチング処理後の後処理、例えば、レジス
トアッシングによって、レジストマスクの除去とともに
容易に除去することができる。本ケース（２）のプロセ
スによれば、Ａｒガスの添加により側壁保護膜の厚さを
ケース（１）の場合よりもさらに容易に制御することが
できる。すなわち、ケース（１）の場合は、ＣＨ4ガス
の量が元々少なく、その量を調整するのが難しい。これ
に対し、ケース（２）の場合は、Ａｒガスの量が多いの
でエッチング形状に合わせて、最適な流量比に容易に設
定することができ、これによって、所望のエッチング形
状が容易に得られる。よって、レジストマスクが少ない
試料、例えば、面積が小さいもの（ウエハ面積の３０％
以下）、またはレジストマスク厚さが薄いもの（１μｍ
以下）、または対レジスト選択比が大きくあまりレジス
トが削られないもの等のエッチングに好適である。
示すようにケース（１）のプロセスにＡｒガスを添加し
たもので、垂直エッチングが行われている。すなわち、
Ａｒガスを添加することで、エッチング中のＡｒイオン
のスパッタ性により側壁保護膜の厚さが制御され、Ｔｉ
Ｎキャップ層１０４，Ａｌ−Ｃｕ合金層１０３，ＴｉＮ
バリア層１０２の各側面が垂直に加工されたものと考え
られる。この場合もエッチング側面はエッチング中の副
生成物、すなわち、Ｃ，ＣＨ等の有機物でなる側壁保護
膜１０６により被われている。したがって、該側壁保護
膜１０６もエッチング処理後の後処理、例えば、レジス
トアッシングによって、レジストマスクの除去とともに
容易に除去することができる。本ケース（２）のプロセ
スによれば、Ａｒガスの添加により側壁保護膜の厚さを
ケース（１）の場合よりもさらに容易に制御することが
できる。すなわち、ケース（１）の場合は、ＣＨ4ガス
の量が元々少なく、その量を調整するのが難しい。これ
に対し、ケース（２）の場合は、Ａｒガスの量が多いの
でエッチング形状に合わせて、最適な流量比に容易に設
定することができ、これによって、所望のエッチング形
状が容易に得られる。よって、レジストマスクが少ない
試料、例えば、面積が小さいもの（ウエハ面積の３０％
以下）、またはレジストマスク厚さが薄いもの（１μｍ
以下）、または対レジスト選択比が大きくあまりレジス
トが削られないもの等のエッチングに好適である。
【００１３】本実施例によるとＴｉＮキャップ層１０４
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。また、Ｏ2クリ
ーング処理に続いて試料を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クリーング処理を実施することにより、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。
なお、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１枚，５枚，１０枚については言うまで
もなく有効である。
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。また、Ｏ2クリ
ーング処理に続いて試料を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クリーング処理を実施することにより、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。
なお、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１枚，５枚，１０枚については言うまで
もなく有効である。
【００１４】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／ＣＨ4／Ａｒ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、Ｃｌ2：１００に対してＢ
Ｃｌ3，ＣＨ4及びＡｒが各々５〜５０，１〜２０，５０
〜５００の比である。本実施例ではＣＨ4，Ａｒ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），ＣｘＨｙＢ
ｒｚ（ｘ，ｙ，ｚ＝０〜８）ガスのうちの少なくとも１
つ以上、及びＡｒ，Ｘｅ，Ｋｒ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ＣＨ4，Ａｒ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ＢＣｌ3／Ｃｌ2をエッチン
グガスとして用いているが、ＳｉＣｌ4，ＣＣｌ4等の他
の塩素系ガスを用いることも有効である。
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／ＣＨ4／Ａｒ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、Ｃｌ2：１００に対してＢ
Ｃｌ3，ＣＨ4及びＡｒが各々５〜５０，１〜２０，５０
〜５００の比である。本実施例ではＣＨ4，Ａｒ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），ＣｘＨｙＢ
ｒｚ（ｘ，ｙ，ｚ＝０〜８）ガスのうちの少なくとも１
つ以上、及びＡｒ，Ｘｅ，Ｋｒ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ＣＨ4，Ａｒ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ＢＣｌ3／Ｃｌ2をエッチン
グガスとして用いているが、ＳｉＣｌ4，ＣＣｌ4等の他
の塩素系ガスを用いることも有効である。
【００１５】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膜ま
たはＷ膜等であっても構わない。また、積層膜に限ら
ず、Ａｌ単層膜（ＡｌまたはＡｌ合金の単層膜）であっ
ても同様の効果が得られる。本実施例ではＥＣＲ型エッ
チング装置を用いて説明したが、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。
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膜ま
たはＷ膜等であっても構わない。また、積層膜に限ら
ず、Ａｌ単層膜（ＡｌまたはＡｌ合金の単層膜）であっ
ても同様の効果が得られる。本実施例ではＥＣＲ型エッ
チング装置を用いて説明したが、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。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、被エッチング部の面積
がレジストマスクの面積よりも大きい試料において、確
実なエッチング形状を得ることのできるという効果があ
る。また、エッチング後に除去しやすく、かつエッチン
グ時の形状制御が容易な側壁保護膜を形成しながらエッ
チング処理できるという効果がある。
がレジストマスクの面積よりも大きい試料において、確
実なエッチング形状を得ることのできるという効果があ
る。また、エッチング後に除去しやすく、かつエッチン
グ時の形状制御が容易な側壁保護膜を形成しながらエッ
チング処理できるという効果がある。
【図１】本発明の実施に係る試料を示す断面図である。
【図２】本発明を実施する装置の一実施例であるエッチ
ング装置の概略図である。
ング装置の概略図である。
【図３】本発明を適用して製作される半導体装置の一例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図４】従来のＡｌ配線の断面形状を示す図である。
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、１０７…絶縁膜、２００…マグネトロン、２０１…
導波管、２０２…導入窓、２０３…エッチング室、２０
４…磁場制御コイル、２０５…試料ホルダ、２０６…高
周波電源、２０７…マスフローコントローラ。
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、１０７…絶縁膜、２００…マグネトロン、２０１…
導波管、２０２…導入窓、２０３…エッチング室、２０
４…磁場制御コイル、２０５…試料ホルダ、２０６…高
周波電源、２０７…マスフローコントローラ。
Claims (13)
- 【請求項１】レジストマスク面積が３０％以下でパター
ン付けされた試料を、有機物を補給してプラズマ化され
た処理ガスによってエッチングすることを特徴とするエ
ッチング方法。 - 【請求項２】請求項１において、前記レジストマスクは
１μｍ以下の膜厚であるエッチング方法。 - 【請求項３】ウエハ面積に対して被エッチング面積が７
０％以上であるＡｌ系配線膜を有したウエハを有機物が
添加されたプラズマによりエッチングすることを特徴と
するエッチング方法。 - 【請求項４】請求項３において、前記有機物が少なくと
もＣ，Ｈを含むエッチング方法。 - 【請求項５】半導体基板上に形成された多層もしくは単
層Ａｌ配線をプラズマを用いてエッチングする方法にお
いて、エッチングのための処理ガスをＢＣｌ3，Ｃｌ2，
ＣＨＣｌ3或いは他のＣｘＨｙＣｌｚ（ｘ，ｙ，ｚ＝０
〜８），ＣｘＨｙＢｒｚ（ｘ，ｙ，ｚ＝０〜８）ガスの
内少なくとも１つ以上、及びＡｒ，Ｘｅ，Ｋｒ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
ことを特徴とする配線材のエッチング方法。 - 【請求項６】請求項５記載において、前記エッチング装
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ＢＣｌ3，Ｃｌ2，及びＣＨＣｌ3或
いは他のＣｘＨｙＣｌｚ（ｘ，ｙ，ｚ＝０〜８），Ｃｘ
ＨｙＢｒｚ（ｘ，ｙ，ｚ＝０〜８）ガスのうちの少なく
とも１つ以上、及びＡｒ，Ｘｅ，Ｋｒガスの内少なくと
も１つ以上との混合ガスにより多層もしくは単層Ａｌ配
線をプラズマエッチングすることを特徴とする配線材の
エッチング方法。 - 【請求項７】請求項５記載において、前記ＢＣｌ3，Ｃ
ｌ2，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Ｃ
ｌ2：１００に対してＢＣｌ3及びＣＨＣｌ3或いは他の
ＣｘＨｙＣｌｚ（ｘ，ｙ，ｚ＝０〜８）或いはＣｘＨｙ
Ｂｒｚ（ｘ，ｙ，ｚ＝０〜８）及びＡｒ，Ｘｅ，Ｋｒガ
スが各々５〜５０，１〜２０，５０〜５００の比であ
り、有機レジスト膜をマスクにして多層もしくは単層Ａ
ｌ配線をエッチングする配線材のエッチング方法。 - 【請求項８】請求項５または６記載において、前記エッ
チングを行うエッチング室内部をＯ2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
層もしくは単層Ａｌ配線を連続してエッチングする配線
材のエッチング方法。 - 【請求項９】請求項５記載において、前記多層Ａｌ配線
がＡｌ−Ｃｕ合金層とＴｉＮ膜，ＴｉＷ膜，Ｗ膜，Ｔｉ
膜のいづれかのバリアメタルを積層してなる配線材のエ
ッチング方法。 - 【請求項１０】Ａｌ系配線膜と該配線膜上にパターン付
けされたレジストマスクとを有する試料を、ＢＣｌ3＋
Ｃｌ2＋ＣＨ4＋Ａｒの混合ガスのプラズマによりエッチ
ングし、該エッチング後に該エッチングによって形成さ
れた側壁保護膜を除去する後処理を行うことを特徴とす
る試料処理方法。 - 【請求項１１】請求項１０において、前記エッチング処
理が行われる処理室をＯ2プラズマクリーニングする試
料処理方法。 - 【請求項１２】線幅：０．５μｍ以下、パターン幅：
０．５μｍ以下、深さ：０．５μｍ以上の形状にエッチ
ングされたＡｌ系配線膜を有する積層構造配線膜のエッ
チング部に絶縁膜を形成して成ることを特徴とする半導
体装置。 - 【請求項１３】請求項１２において、前記積層構造配線
膜はAl-Cu合金膜とTiN膜とから成る半導体装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23882596A JP3258240B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | エッチング方法 |
| CN 97118234 CN1177204A (zh) | 1996-09-10 | 1997-09-09 | 刻蚀方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23882596A JP3258240B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | エッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1092793A true JPH1092793A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3258240B2 JP3258240B2 (ja) | 2002-02-18 |
Family
ID=17035837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23882596A Expired - Lifetime JP3258240B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | エッチング方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3258240B2 (ja) |
| CN (1) | CN1177204A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006237432A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Hitachi High-Technologies Corp | エッチング装置のクリーニング方法 |
| JP2007080983A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Hitachi High-Technologies Corp | ドライエッチング方法 |
| 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 |
| JP2013542613A (ja) * | 2010-10-27 | 2013-11-21 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | フォトレジスト線幅の荒れを制御するための方法及び装置 |
| JP2015141981A (ja) * | 2014-01-28 | 2015-08-03 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2019192725A (ja) * | 2018-04-23 | 2019-10-31 | 東京エレクトロン株式会社 | 有機領域をエッチングする方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7186656B2 (en) * | 2004-05-21 | 2007-03-06 | Molecular Imprints, Inc. | Method of forming a recessed structure employing a reverse tone process |
| CN102315117B (zh) * | 2010-06-30 | 2013-05-22 | 中国科学院微电子研究所 | 一种Mo基/TaN金属栅叠层结构的刻蚀方法 |
| CN105448703B (zh) * | 2014-08-27 | 2019-03-19 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种刻蚀方法 |
-
1996
- 1996-09-10 JP JP23882596A patent/JP3258240B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-09-09 CN CN 97118234 patent/CN1177204A/zh active Pending
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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 |
| JP2006237432A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Hitachi High-Technologies Corp | エッチング装置のクリーニング方法 |
| JP2007080983A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Hitachi High-Technologies Corp | ドライエッチング方法 |
| JP4554479B2 (ja) * | 2005-09-13 | 2010-09-29 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | ドライエッチング方法 |
| JP2013542613A (ja) * | 2010-10-27 | 2013-11-21 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | フォトレジスト線幅の荒れを制御するための方法及び装置 |
| JP2015141981A (ja) * | 2014-01-28 | 2015-08-03 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2019192725A (ja) * | 2018-04-23 | 2019-10-31 | 東京エレクトロン株式会社 | 有機領域をエッチングする方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3258240B2 (ja) | 2002-02-18 |
| CN1177204A (zh) | 1998-03-25 |
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