JPS5937572B2 - アルミニウム物品のプラズマ食刻法 - Google Patents

アルミニウム物品のプラズマ食刻法

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JPS5937572B2
JPS5937572B2 JP54095549A JP9554979A JPS5937572B2 JP S5937572 B2 JPS5937572 B2 JP S5937572B2 JP 54095549 A JP54095549 A JP 54095549A JP 9554979 A JP9554979 A JP 9554979A JP S5937572 B2 JPS5937572 B2 JP S5937572B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、四塩化炭素の第一プラズマを発生させ、次い
で四塩化炭素と塩素の第二プラズマを発生させることに
より、平板プラズマ食刻装置でアルミニウムを食刻する
方法に関する。
ガスプラズマ蒸気による食刻法は、最近半導体構造物が
もつ材料の一部を除去するため、半導体ウエハ一にプラ
ズマを当てて操作するために用いられている。
珪素、窒化珪素及び酸化珪素の模様形成以外に、アルミ
ニウム食刻を含めた反応性プラズマ食刻法の適用は、小
さな幾何学的な集積回路の製造にいくつかの潜在的な利
点を与えている。金属の化学的食刻に比較してプラズマ
は、縁の限定が一層良好であり１アンダーカツトが少な
く、ホトレジスト付着に対する敏感性をかなｂ少なくし
、鋭い縁の所のホトレジストが薄くなることによるいわ
ゆる「かど切れ（ＫｎｅｅｂｒｅａｋｄＯｗｎ）」を起
さない。アルミニウムがカツト部の側壁を越えて落ちる
ためそこが薄くなることは、湿式食刻中のレジスト損傷
を早めることになｂ１縁近くの金属を除去させることに
なる。プラズマは明確には理解されていないが、特別の
形態の化学的物質が化合物を高エネルギー高周波に当て
るとできることが知られている。
之等の高周波の影響で、化合物は切れて再配列Ｌ一時的
物質を形成する。その物質の寿命は非常に短いので、そ
れらを同定することは困難である。従つてそれより普通
の方法を用いては得られない或は得にくい予期しない反
応が、プラズマでは起きることがある。アルミニウムの
プラズマ食刻は、容易には解決できない或る固有の問題
を有することが認識されている。
そのような問題は、ＰＯｕｌｓｅｎその他によるＰＬＡ
ＳＭＡＥＴＣＨＩＮＧＯＦＡＬＵＭＩＮＵＭという表題
の文献に提起されている。そこにはアルミニウムは、空
気に曝すとアルミニウム表面に形成される薄い酸化アル
ミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層によりアルミニウムが保護被
覆されるため、普通の塩素に基づく食刻ガス（例えばＣ
ｌ２又はＨＣｌ）でプラズマ食刻することはできないと
述べられている。ＰＯｕｌｓｅｎは三塩化硼素（ＢＣｌ
３）及び四塩化炭素（ＣＣｌ４）ブラズマを用いて食刻
を達成している。このようにして、酸化アルミニウムは
除去され、露出したアルミニウムをプラズマ中の塩素ラ
ジカルとの反応により食刻することができることが見出
されている。ＰＯｕＩｓｅｎは保護酸化アルミニウムと
その下のアルミニウムの両方を一種類の食刻ガスで除去
する一段食刻法を用いている。Ｍ．Ｉ．Ｔ．リンカーン
研究所のＨｅｒｎｄＯｎその他によるＰＬＡＳＭＡＥＴ
ＣＨＩＮＧＯＦＡＬＵＭＩＮ−ＵＭという表題の別の文
献には、四塩化硼素又は四塩化炭素で開始し、次いで第
二の塩素による化学的食刻を行う二段階法を用いること
ができることが教示されている。第一のプラズマ食刻法
は酸化アルミニウム被覆を除去し、第二の化学的食刻は
下のアルミニウム層を食刻して模様を生する働きをする
。ＰＯｕｌｓｅｎその他、ＨｅｒｎｄＯｎその他及び、
アルミニウムのプラズマ食刻法を行おうと試みた他の人
達の方歩を実施することにより１或る重要な問題に遭遇
している。
例えば三塩化硼素は、単独又はアルゴン、窒素或はヘリ
ウムキヤリアーガスと共に用いても極めて腐食性である
。食刻しようとするアルミニウム層から酸化アルミニウ
ム被覆を除去するのに三塩化硼素を用いると、極めて急
速にプラズマ食刻室及び電極を劣化する。四塩化炭素は
三塩化硼素のような腐食性ではないが、二酸化珪素（Ｓ
ｉＯ２）及びホトレジストに対する選択性が極めて悪い
。アルミニウムは半導体装置をつくるために二酸化珪素
基板の上に置く。次にアルミニウムを像状ホトレジスト
層を適用することにより保護する。理想的プラズマ食刻
法は、アルミニウムのみを除去し、ホトレジストは除去
せず、同時に二酸化珪素をそのまま残すことである。上
述の如く四塩化炭素は単独の食刻ガスとしてはその働き
が非常に悪く、之等の目的を達成するには不充分である
。アルミニウムを食刻するのに塩素を用いることは知ら
れており１上述の二つの文献に示されている。
当業者は三塩化硼素と共に塩素を用いている八それを四
塩化炭素と共に用いることは一般的なことではない。な
ぜなら塩素が四塩化炭素系で酸化アルミニウムの食刻を
妨げることが見出されているからである。ＨｅｒｎｄＯ
ｎその他は、第二食刻ガスとして塩素を用いる実験を行
つたような意味の事を述べているが、本出願人は食刻法
の第二段階として塩素を制約なしに用いると、インサン
トロピツク（ＩｓａｎｔｒＯｐｉｃ）食刻を起すことを
見出している。之は、塩素がホトレジストをアンダーカ
ツトし、保護されていた区域中のホトレジストの下にあ
るアルミニウムを食刻する作用を及ぼすため、塩素は許
容できる鮮明度の縁を生じることができないことを意味
している。更に、アルミニウムのプラズマ食刻の食刻ガ
スとして四塩化炭素及び塩素を併用すると、基材表面か
ら除去することができない重合体膜を形成する働きをす
る。本発明の一目的は、上に概説したような欠点をもつ
ことなく、半導体装置の製造でアルミニウム表面をプラ
ズマ食刻することである。本発明の他の目的は、三塩化
硼素或は他の高度に腐食性のブラズマ物質を用いずに、
アルミニウムをプラズマ食刻を行うことである。
本発明の更に他の目的は、インサントロピツク食刻を最
も少なくしながらアルミニウムのプラズマ食刻を行うこ
とである。
本発明の更に他の目的は、基材表面から除去できないよ
うな重合体膜を形成することなく、四塩化炭素・塩素食
刻ガス系を用いることである。
本発明の更に他の目的は、四塩化炭素・塩素プラズマ食
刻系を用いて、四塩化炭素の特性である鮮明な垂直縁食
刻特性を維持しながら、アルミニウムのプラズマ食刻を
遂行することである。本発明の更に他の目的は、ホトレ
ジスト劣化を６０％程も減少させながらアルミニウムの
プラズマ食刻を遂行することである。本発明の更に他の
目的は、改良されたエツチング操作を行いながら、電力
必要量を減少させてアルミニウムをプラズマ食刻するこ
とである。
プラズマ食刻およびその装置は１９７３年１１月１１日
に公告された〃ＲＡＤＩＡＬＦＬＯＷＲＥ−ＡＣＴＯＲ
〃と題する米国特許第３７５７７３３号にも示されてお
り１参考のための記載をここに援用する。一般に装置は
食刻しようとするアルミニウムウエ・・−のための保持
具を有する。その保持具は、真空室の一部を形成する平
面状コンデンサー構造になつた電極の下方電極の表面上
に乗つている。食刻ガスは混合して弁で制御した流速で
真空室へ送り１圧力は機械的真空ポンプの絞Ｄ弁を開閉
して設定する。圧力及び流速はキヤパシタンス・マノメ
ーター及び流量計により正確に監視す・る。上方及び下
方電極は互に相対的に注意深く配列させ、均一な最良の
食刻速度を得るためにプラズマ領域中に放射状に対称的
なガス流及び電場を生じさせるようにする。ＲＦ電力を
電極へ接続する。電流は正確な電力設定のため監視する
。電極間隔は調節でき、下方電極の温度は調節制御され
る。典型的な食刻適用例として、装置を開けてウエハ一
を平板の上に下方電極の周ｂに乗せ、系を真空にし、食
刻ガスを導入し、プラズマが２８〃径電極間に発生した
時に食刻が始まる。
本発明の目的は次のようにして達成される。
約３００ミクロン（水銀柱、以下同様）の分圧にした実
質的に純粋な四塩化炭素の第一ブラズマを用い、純粋な
アルミニウム層から酸化アルミニウム被覆を除去する。
約３．５アンペアの電力を用い、ウエ・・一保持温度を
７０℃に設定する酸化アルミニウムの保護層は約３分間
で除去された。第二段階は四塩化炭素と塩素とを併用Ｌ
塩素の分圧を約５０〜１００ミクロンとし、四塩化炭素
の分圧を約８０〜１５０ミクロンとする。
系の全圧は約２５０ミクロンに維持する。上で述べた分
圧で食刻ガスを用いると、わずか２アンペアの電流を用
いて１０００人／分の食刻速度が達成されることが判明
した。
それに対しプラズマ食刻ガスとして四塩化炭素だけを用
いた従来法では１０００λ／分の食刻速度を維持するの
に３アンペア必要であつた。系の特定の食刻速度、電力
必要量及び他の因子は、用いられるプラズマ食刻装置の
特定の設計に従つて変動するが、本発明の本質を形成し
、維持されなければならない或る特定の条件が存在する
。
特に、塩素の分圧が１００ミクロンを越えると、アルミ
ニウム層上に蓄積した重合体を除去するのが困難になる
ことが見出されている。亦、もし塩素と四塩化炭素を用
いた第二食刻段階中の全圧が約２５０ミクロンを越える
と、やはｂ重合体膜が発生することも見出されている。
亦、もし塩素の分圧が四塩化炭素の分圧を越えると、イ
サンートロピツク食刻が起きることも判明している。最
後に、もし塩素の分圧が四塩化炭素の分圧の１４より小
さいと、塩素ガスのアルミニウムに対する食刻剤として
の効果がなくなつてくることも判明している。斯様に、
本発明は二工程ブラズマ食刻法からなＢ，第一の食刻操
作ではアルミニウム表面から酸化アルミニウムを除去す
る。好ましい第一工程では約３００ミクロン以下の純粋
四塩化炭素プラズマを用いる。第二食刻操作は、四塩化
炭素と塩素を併用して遂行し、この場合系の全圧は２５
０ミクロンを越えず、好ましくは１５０〜２５０ミクロ
ンであり１塩素の分圧は１００ミクロンより低く保持さ
八塩素の分圧は四塩化炭素の分圧を越えないようにされ
、最後に塩素の分圧は四塩化炭素の分圧の１４より大き
くなるようにする。更に、最も適した食刻特性は、第二
工程中、塩素の分圧を５０〜１００ミクロンに保ち、四
塩化炭素の分圧を８０〜１５０ミクロンに保持した時に
達成されることが判明している。本発明の方法を用いる
ことにより１少なくとも約２５対１の食刻選択性を維持
することが可能であつた。
即ち、裸のアルミニウムは二酸化珪素より２５倍も速く
食刻される。種々の物質の特定の分圧についての前記記
載は例として示されたものであつて、本発明の範囲を限
定するものと考えられるべきではないことは分るであろ
う。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化アルミニウムの被覆を有するアルミニウム物品
    を食刻する方法において、Ａ 四塩化炭素のプラズマを
    発生させ、 Ｂ アルミニウム物品の選択した区域を、その選択した
    区域中の実質的に全ての酸化アルミニウムが除去される
    迄四塩化炭素プラズマに当て、Ｃ 四塩化炭素と塩素の
    プラズマを発生させ、然もｉ）四塩化炭素と塩素のプラ
    ズマの全圧力を水銀柱２５０ミクロン以下にし、ｉｉ）
    塩素プラズマの分圧を水銀柱１００ミクロン以下にし、
    その際ｉｉｉ）塩素プラズマの分圧を四塩化炭素プラズ
    マの分圧以下で、かつその１／２以上としてアルミニウ
    ム物品の前記選択区域を食刻することからなる、アルミ
    ニウム物品のプラズマ食刻法。 ２ 塩素プラズマの分圧が水銀柱５０〜１００ミクロン
    である前記第１項に記載の方法。 ３ 四塩化炭素の分圧が水銀柱８０〜１５０ミクロンで
    ある前記第１項に記載の方法。４ アルミニウム物品の
    食刻速度が１０００Å／分である前記第１項に記載の方
    法。 ５ 四塩化炭素−塩素プラズマの全圧が、水銀柱１５０
    〜２５０ミクロンである前記第１項に記載の方法。 ６ 食刻選択性が少なくとも約２５対１である前記第１
    項に記載の方法。 ７ 酸化アルミニウムの被覆を有するアルミニウム物品
    を食刻する方法において、Ａ 第一プラズマを発生させ
    、 Ｂ アルミニウム物品の選択された区域を、その選択さ
    れた区域中の実質的に全ての酸化アルミニウムが除去さ
    れる迄前記第一プラズマに当て、Ｃ 四塩化炭素と塩素
    の第二プラズマを発生させ、然もｉ）四塩化炭素と塩素
    のプラズマの全圧を水銀柱２５０ミクロン以下とし、ｉ
    ｉ）塩素プラズマの分圧を水銀柱１００ミクロン以下と
    し、そしてｉｉｉ）塩素プラズマの分圧を四塩化炭素プ
    ラズマの分圧以下、かつその１／２以上としてアルミニ
    ウム物品の前記選択区域を食刻することからなるアルミ
    ニウム物品のプラズマ食刻法。 ８ 塩素プラズマの分圧が水銀柱５０〜１００ミクロン
    である前記第７項に記載の方法。 ９ 四塩化炭素の分圧が水銀柱８０〜１５０ミクロンで
    ある前記第７項に記載の方法。１０ アルミニウム物品
    の食刻速度が１０００Å／分である前記第１項に記載の
    方法。 １１ 四塩化炭素−塩素プラズマの全圧が水銀柱１５０
    〜２５０ミクロンである前記第１１項に記載の方法。 １２ 食刻選択性が少なくとも２５対１である前記第７
    項に記載の方法。
JP54095549A 1978-07-27 1979-07-26 アルミニウム物品のプラズマ食刻法 Expired JPS5937572B2 (ja)

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