JPS60105235A - アルミニウムおよびアルミニウム合金の反応性イオンエッチング法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の背景］ 本発明は、超小形電子素子および回路の製造に際してア
ルミニウム層およびアルミニウム合金層にパターン形成
を施すための方法並びにそのために役立つ混合ガスに関
するものである。更に詳しく言えば、本発明は反応性イ
オンエツチングによってアルミニウムおよびアルミニウ
ム合金にパターン形成を施すための乾式エツチング法並
びにそのために役立つ混合ガスに関する。

アルミニウムおよびアルミニウム合金は、大規模集槓回
路中に見出される「メタライズ層」の月利として広汎か
つ頻繁に使用されている。かかるメタライズ層は、たと
えば、シリコン中に形成された素子に対してオーム接触
を作つＩこり、素子をチップ縁端のポンディングパッド
に接続したりするために、集積回路上に設けられる相互
接続層として使用されている。アルミニウムが使用され
る理由は、それがシリコンおよび二酸化シリコンのいず
れにも良く付着すること、沸点が低いため容易に真空蒸
着し得ること、かつまた高い導電率を有することにある
。集積回路の相互接続層を形成するためにはまた、純粋
なアルミニウムばかりでなく、性能に係わる様々な理由
によってアルミニウム合金も使用される。たとえば、素
子に印加されＩＣ電流がアルミニウムの輸送を引起こす
というエレクトロマイグレーション作用の可能性を低減
させるために少量の銅が添加される。また、コンタクト
ホール内に生じることのある電気的スパイクの可能性を
抑制するため、アルミニウムのメタライズ層に少量のシ
リコンが添加されることもある。場合によっては、同じ
理由でチタンが添加されることもある。半導体ウェーハ
または基板上にアルミニウムのメタライズ層を真空蒸着
する際には、たとえばフラッシュ蒸着法、フィラメント
蒸着払、電子ビーム蒸着法、誘導蒸着法およびスパッタ
リング法を使用することができる。

パターン形成の施されたメタライズ層を得るためには、
通常、一連の工程が実施される。たとえば、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金層を設置し、アルミニウムま
たはアルミニウム合金層をホトレジストフィルムで被覆
し、マスクまたは格子を通った光にホトレジストフィル
ムの特定部分を露出することなどによってホトレジスト
フィルム中に所要パターンの像を形成し、使用するホト
レジストの種類に応じてホトレジストフィルムの露光ま
たは非露光部分を除去し、次いで残留するホトレジスト
フィルムによって被覆されていない領域内のアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金層を除去するという諸工程が
実施されるのである。

基板全体をエツチング液中に浸漬する工程を含む湿式エ
ツチング法は多年にわたって広く使用されてきたが、４
μｍレベルの加工にとっては今なおこの方法が一般に満
足すべきものである。しかし、構造が益々微細になり（
すなわち１μｌ以下とな・す）かつチップ当りの素子数
が一層多くなる傾向に伴い、乾式エッング法が湿式エツ
チング法に取って変わりつつある。プラズマエツチング
法によって代表される乾式エツチング法は、たとえばア
ンダーカットに原因する線の収縮を低減させることによ
って解像度の向上をもたらす。乾式エツチング法のその
他の利点としては、レジメ１−の密着性に関する要求条
件があまり厳しくないこと並びにエツチング副生物の処
理が比較的容易であることが挙げられる。

アルミニウムおよびアルミニウム合金の乾式エツチング
は多くの場合において四塩化炭素（ＣＣ１４）を主要ガ
ス成分とする平面プラズマ・平行板エツチング装置によ
って実施されてきたし、また現在でもそうである。かか
るエツチング装置を作動する際の現行のガス圧は通例０
．１〜１　ｔｏｒｒである。平面プラズマエツチングの
機構に関与するのは主として化学的因子であって、イオ
ン衝撃因子の影響は追かに少ないから、かなりの程度の
横方向エツチングが起こる。このため、急勾配の側壁か
らの材料除去は大きな問題とならないが、相当の線幅縮
小が認められるのが普通である。平面プラズマエツチン
グ法に関して見られるその他の問題点としては、１＝と
えば、アルミニウムのエツチング速度が小さいこと、ホ
トレジストおよび５ｆＯｚに対する選択性が低いこと、
かつまた残留物の形成が見られることが挙げられる。な
お、選択性とは所望されるアルミニウムのエツチング速
度と所望されないその他の材料（たとえばホトレジスト
や３ｉ　０２　）のエツチング速度との比率で表わされ
る。

残留物の形成を低減させるため反応室を加熱することを
含む処理パラメータを極めて綿密に制御覆ることにより
、２〜３μｍの線幅レベルで平面プラズマエツチング法
を実施することも成功を収めたが、その場合の限界寸法
のずれ（ｃｒｉｔｉｃａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　５ｈｉ
ｆｔ　）は０．４μｍにも達した。それ故、１μｍの線
幅レベルでアルミニウムを加工しなければならない超高
密度集積回路（ＶＬＳＩ）の出現に伴い、平面プラズマ
エツチング装置において通例見られるような限界寸法の
大きなずれは許容できないものとなっＣいる。

平面プラズマエツチング装置にはこのような制約がある
ため、乾式エツチング法の中心点は反応性イオンエツチ
ング（ＲＩＥ）法へと移ってきた。

反応性イオンエツチング技術の使用を促進した主な理由
は、エツチングの異方性を向上させる可能性が認められ
たことにある。所望線幅の完全な維持および素子密度の
向上の達成のためには、垂直方向のエツチングを受けた
層を得ることが不可欠である。また、反応性イオンエツ
チング法によるエツチングの制御性および選択性の増大
は、集積回路や素子の品質向上に寄与することにもなる
。

高周波電力の供給された陰極上にウェーハを配置しなが
ら０．０１〜０．１ｔｏｒｒの圧力下で実施される反応
性イオンエツチングは、活性反応種による化学的エツチ
ングと、ウェーハ表面に垂直な方向のイオン衝撃とが組
み合わさって高度の方向性をもって材料の除去を行う。

しかしながら、ＣＣｌ４を用いたアルミニウムおよびア
ルミニウム合金の反応性イオンエツチングに際しては、
レジストの熱安定性、重合体生成による残留物、不完全
な粒界エツチングおよび不完全なシリコンエツチングの
ような問題点が見られた。過冷却した基板の使用および
ヘリウムやアルゴンのごとき不活性ガスの使用によるＣ
Ｃ；Ｉ！＜の希釈をはじめとする多くの工程改良が試み
られたが、いずれの方法も全ての問題点を解決づるには
至らなかった。

最大かの研究者によれば、三塩化ホウ素（ＢＣｆａ）を
主成分とする混合ガスを用いたアルミニウムの反応性イ
オンエツチングが良い成績を収めたことが報告された。

Ｂ（、Ｊｚを塩素源として使用する場合、ハロゲン化炭
素を使用した場合に時折付随するような重合体様被膜の
生成が認められない。三塩化ホウ素はまた、酸化アルミ
ニウムに対する有効な還元剤であると同時に痕跡量の水
蒸気の掃去剤でもある。一定の限痩内であれば、これら
の性質は四塩化炭素を使用した場合よりも再現性の高い
エツチングをもたらすことができる。

たとえば、主として、固有の自然に生じた酸化アルミニ
ウムを除去するために費やされる誘導時間（すなわち、
アルミニウムのエツチングが開始するまでの時間）が存
在するが、Ｂ（、Ｊ！３を用いるとこの誘導時間が極め
て短かくなるのが通例なのである。８ＣＪ３プラズマに
よるアルミニウムのエツチング速度は比較的小さい（４
００〜５００人／分）が、添加剤なしでＢＣｌ１３が使
用されることは稀である。

ＢＣｊ！２プラズマに塩素を添加すると大きいエツチン
グ速度が得られ、しかも適正なガス比率を使用すれば高
品質のアルミニウムエツチングを達成することができる
。この種のプラズマ中におけるエツチング用反応種の大
部分は添加されたＦＡ素から生成される。しかしながら
、バッチ式エツチング装置の場合、このような混合ガス
は最良のものとは言えないことがある。混合ガス中の塩
素が多過ぎれば等方性のエツチングおよび寸法制御性の
低下が生じる一方、塩素が少な過ぎれば反応種の欠乏お
よびエツチング速度の低下（すなわち、大きな負荷効果
）が生じる。一定寸法のウェーハ装入物に対してはガス
比率を適当に調整することも可能であろうが、エツチン
グを施すべき装入物の寸法が変化すればエツチング特性
も変化することがある。ＢＣＪ！３に塩素を添加した場
合にはまた、固有の酸化アルミニウムに対するエツチン
グ速度が遅くなり、そのため長い誘導時間が必要となる
。

ＢＣＪｓプラズマに少量（通例５％以下）の酸素を添加
した場合には、アルミニウムエツチング速度が６倍にも
上昇し得る。酸素はアルミニウムに優先してＢＣ１！３
と反応し、それによって反応性の塩素イオンを生成する
。しかしながら、このようなプラズマを使用した場合に
は、過度のレジスト除去および横方向エツチングのため
に限界寸法の制御性が低下する。また、より多量（たと
えば１０％以上）の酸素を使用した場合には、酸化ホウ
素と考えられる粒状物の生成が起こる。

塩素イオンを導入するためのもう１つの手段は、ＢＣｆ
ａに四塩化炭素を添加することである。このような組合
せは大きなアルミニウムエツチング速度およびホトレジ
ストに対する比較的高い選択性を与えるが、基板酸化膜
上に残留物が形成される点でしばしば問題となる。

それ故、超小形電子回路および素子用のメタライズ層を
形成するために使用されるアルミニウムおよびアルミニ
ウム合金に急速なエツチングを施すことができると同時
にホトレジストおよび二酸化シリコンに対する高い選択
性並びに１μｍの線幅レベルでの寸法制御性を有し、し
かも負荷効果（エツチングを施すべき全表面積に対する
エツチング速度の依存性）が小さくかつ誘導時間が一員
して短いような反応性イオンエツチング法が要望されて
いるのである。

［発明の概要］ 本発明は、超小形電子回路の製造に際して使用されるア
ルミニウムおよびアルミニウム合金に反応性イオンエツ
チングを施すための乾式エツチング法並びにそのために
役立つ三塩化ボウ素（ＢＣｌ２）、四塩化炭素（ＣＧｉ
ｇ　）　およ（ｆＭＩＡ（０２）の三元混合ガスを提供
するものである。

最も典型的な場合、アルミニウムまたはアルミニウム合
金が薄膜として設置され、そしてががる簿膜中に所定の
パターン（すなわちメタライズ層）を形成するためにエ
ツチングが行われる。上記の混合ガスを使用した場合、
アルミニウムおよびアルミニウム合金の反応性イオンエ
ツチングは従来の方法に比べて顕著に改善される。たと
えば、短かい誘導時間、大きいエツチング速度、ホトレ
ジストおよび二酸化シリコンに対する高い選択性、最小
の負荷効果並びに良好な寸法制御性が一員して容易に達
成されるのである。

一般に、かかる混合ガスは２〜６（容量）％の０２．１
５〜２５（容量）％のＣＣＪ！ａおよび残部のＢＣＪａ
から成り、好ましくは約７５（容量）％（７）ＢＣＪａ
　、２０　（容量）％（７）ＣＣ１’＋　Ｆ３よび５（
容量）％のｏ２から成る。

本発明の方法はマスクを設けたアルミニウムまたはアル
ミニウム合金の薄膜中に所定パターンを形成するための
反応性イオンエツチング法であって、簡単に述べれば、
ＢＣｆ３／ＣＣ矛４／Ｑ２混合ガスからイオンを含む反
応種を生成させ、次いでかかるイオンを含む反応種を用
いて上記薄膜に方向性エツチングを施して薄膜の一部を
選択的に除去することにより、残留したアルミニウムま
たはアルミニウム合金の薄膜から成る所定のパターンを
形成することを特徴とする。マイクロエレクトロニクス
用途の場合、上記薄膜の厚さは数オングストローム（入
）から数ミクロン（μｌ１１）にわたり、しかも一様で
ないことが多い。実際問題として、本発明の方法は薄膜
の厚さによって制限されるのではなく、反応性イオンエ
ツチングに対するホトレジストマスキング材料や二酸化
シリコンの抵抗力などが制限因子となるのである。

反応性イオンエツチングによる加工が異方性を有するた
め、特に金属薄膜の厚さが一様でない場合、側壁からア
ルミニウムまたはアルミニウム合金を完全に除去するた
めにオーバエツチングを施すことがしばしば必要となる
。一般的に言えば、オーバエツチングに際してＢＣｆ３
／ＣＣＪ４１０２混合ガスを使用すると極めて満足すべ
き結果が得られる。しかしながら、ＢＣＪ３／ＣＣ１）
４／　０２混合ガスを用いた長時間（エツチング時間の
４０％以上）のオーバエツチングは過度のレジスト侵食
のために線幅の縮小をもたらす傾向がある。

そこで、本発明に従えば、マスクを設けたアルミニウム
またはアルミニウム合金の薄膜中に所定のパターンを形
成するために２種の混合ガスを用いて実施される二段反
応性イオンエツチング法もまた提供される。かかる方法
は、Ｂｃｊ！３／ｃｃＡ＜１０２混合ガスからイオンを
含む反応種を生成させ、次いでかかるイオンを含む反応
種を用いてマスクを設けたアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金の薄膜に方向性エツチングを施して薄膜の一部
を所定の終点に達するまで選択的に除去することにより
、残留したアルミニウムまたはアルミニウム合金の薄膜
から成る所定のパターンを形成した後、ＢＣ１’３１０
２混合ガスからイオンを含む反応種を生成させ、次いで
かかるイオンを含む反応種を用いたオーバエツチングを
上記のパターンに施して余分のアルミニウムまたはアル
ミニウム合金材料を除去することを特徴とする。

混合ガスの切換えは、分光分析による終点においてＧＣ
ｌ＜ガスの流れを遮断することにより行うのが簡便であ
る。その結果として、２〜６（容量）％の０２および残
部のＢＣＩｌａ　［好ましくは６（容量）％の０２およ
び９４（容量）％のＢＣＩ！３］から成る混合ガスが、
好ましくは３２標準立方センナメートル／分（ＳＣＣｍ
）の流量で、２０〜５０％のオーバエツチング時間にわ
たり使用されることになる。Ｂ　Ｃ１３／　ＣＣ１２４
／　０２混合ガスはホトレジストに対して良好な選択性
を示す異方性エツチングを行うのに対し、ＢＣＪ３１０
２混合ガスは高度の横方向エツチングを行い、従ってオ
ーバエツチングに際しては急勾配の側壁から材料が完全
に除去される。このような横方向エツチングおよび多量
のホトレジストの除去がエツチング全体にわたって起こ
るならば、限界寸法の大幅なずれが避けられない。しか
し、ＢＣＩ３１０２混合ガスをもっばらオーバエツチン
グ用としてのみ使用づれば、著しい線幅縮小やアンダー
カットは生じないのである。

［好適な実施態様の説明］ 前記「発明の概要」において述べた通り、本発明は縮小
形電子素子および回路用のメタライズ層を形成するため
のアルミニウムおよびアルミニウム合金の反応性イオン
エツチング法並びにそのために役立つ混合ガスに関する
。

半導体製造業界において公知のごとく、プラズマエツチ
ング法とは基板の食刻が運動量の交換ではなく主として
プラズマ中の反応種に依存した化学反応によって行われ
るような方法の総称である。

ただし、プラズマエツチング法においては運動量の交換
が全く起こらないというね番ノではない。なぜなら、プ
ラズマの場それ自体に基づく幾分かの運動量交換が本質
的に起こるからである。

他方には、イオンとターゲット原子との間における運動
量移動によって基板の食刻が起こるような種類の方法が
存在する。かかる方法はイオンミリング法、スパッタエ
ツチング法、スパッタリング法およびイオンビームミリ
ング法のような様々な名称で呼ばれるが、総称的にはス
パッタリング法として知られている。スパッタリング法
は２つの方式に分類することができる。すなわち、衝撃
用のイオンが不活性ガスから生成されるような物理的イ
オンエツチング法（物理的スパッタリング法）と衝撃用
のイオンが反応性ガスから生成されるような化学的イオ
ンエツチング法（化学的スパッタリング法）とに区別さ
れるのである。

本発明の反応性イオンエツチング法は、化学的スパッタ
リング法と物理的スパッタリング法とを併合したもので
ある。生成されるイオンの反応性は極めて強い場合、特
に化学的スパッタリングが生じる四フッ化炭素を例に取
って述べれば、イオンビームエツチング法の場合とほと
んど同様に、低圧ノコでの電界中において反応性のフッ
素イオン（負電荷）およびトリフルオロメタンイオン（
正電荷）が生成される。これらのイオンは基板に向かっ
て加速され、そこにおいて２つの過程を通じて原子を排
除する。２つの過程とは、物理的排除および（イオンエ
ツチング法と反応性イオンエツチング法との相違点はこ
こにあるのだが）反応副生物を生成する化学反応である
。このようなエツチング法は平行板反応器内において実
施されるのが通例であり、しかも本質的に異方性である
。つまり、イオンの飛行路に平行な方向に沿って最大量
の材料除去が起こるのである。

本発明の方法および混合ガスの新規な特徴を一層詳しく
説明するため、これに制限されるものではないが例とし
て以下に実施例を示す。これらの実施例においては、公
称１（重母）％のシリコンを合金化したアルミニウム、
すなわち時にはアルシル（Ａｌｕｓｉｌ　）とも呼ばれ
るＡＪ　（Ｓｔ　）に関連して説明が行われるが、本発
明は縮小形電子素子および回路の製造に際しメタライズ
用材料として従来使用されてきたアルミニウムおよびア
ルミニウム合金（特にアルミニウムーシリコン合金）の
いずれにも等しく適用し得るのである。

以下の実施例において使用された反応性イオンエツチン
グ装置は、アネルバ（Ａｎｅｌｖａ　）　５０３形装置
であった。５０３形装置は、１回の加工作業（ｒｕｎ）
毎に直径３インチのウェーハ８個またはそれより少数の
より大形のウェーハを処理し得る能力を持った手動装入
式の装置である。これはロードロック装置（ｌｏａｄ　
１ｏｃｋ　）を持たないが、各加工作業間においてバッ
クグラウンド圧力を１０−’　Ｔｏｒｒの範囲にまで低
下させることのできるクライオポンプ付きの高真空装置
を備え−Ｃいる。

ガスは周囲から反応室内に導入されるが、その流量はタ
イラン（Ｔ　Ｖｌａｎ）質量流量調整器によって維持さ
れる。エツチングガスおよび揮発性生成物を排出するた
めには、機械ポンプを備えたルーツ（Ｒｏｏｔｓ）送風
機が使用される。内圧はＭＫＳ容最圧力計によって監視
されるのであって、その出力を電動弁のサーボ制御信号
として使用することにより一定のガス流量範囲にわたっ
て所定の圧力が維持される。

約６０１の容積を有するステンレス鋼製の反応室内に配
置された可変間隔の平面電極には周波数１３．５６Ｍｆ
−１ｚの電力が供給される。エツチングを施すべきつ１
−ハは、ウェーハを収容するための穴を含む融解石英円
板によって被覆された直径４２ｃｍの水冷陰極上に配置
される。対向する接地電極には、たたき出された材料の
後方散乱を低減させるため多数の穿孔が設けられている
。なお、平均電力密度は０．２５Ｗ／ｃｍ２程度であっ
た。

ロードロック装置のない手動装入式のエツチング装置を
使用しかつエツチング生成物（たとえばＡＪＣｆ３）が
吸湿性を有するような場合、周囲空気の湿度は加工の再
現性（特に誘導時間の再現性）にとって重要な役割を演
じることがある。誘導時間が長いと、生産性が低下する
ことは言うまでもなく、ホトレジストの侵食が増加し、
また時にはエツチングが不均一となる。湿態の影響を低
減させるため、反応室の内壁を常に４０℃に加熱するこ
とによってエツチング時の堆積を抑制し、かつまた装入
および取出し時における水蒸気の吸着を防止した。陰極
もまた４０℃に加熱したが、エツチング工程中だけは約
２０℃に冷却した。急速な応答を得るため、それは２台
の独立に制御されるサーキュレータを用いて行った。ま
た、揮発性物質や事後腐食を引起す可能性のある物質を
除去するため、各エツチングサイクルの前後には（Ｎ２
中に１０％Ｈ２を添加したものから成る）短時間生成ガ
スプラズマを流した。下記表中に示すような工程を用い
−Ｃエツチングを行ったところ、室内の相対湿度が１０
〜６５％の範囲にわたつ−Ｃ変化しても一定の結果が得
られた。

主な工程診断手段としては、電極間の直流バイアス電圧
の測定および発光分光分析が挙げられる。

後者は、２００〜７００　ｎｍの範囲内にピーク感度を
持った光電子増倍管および走査形モノクロメータを用い
ながら反応室の石英窓を通してプラズマを監視すること
によって行った。

エツチングを受けるＡＪ　（Ｓｉ　）薄膜は、ＭＲＣ６
０３形装置において直流平面マグネトロンを用いたスパ
ッタリングにより沈着させた。このＡｊ！　（Ｓｔ　）
薄膜上にパターンを規定するために使用したホトレジス
トは、米国シプレー社（Ｓ　ｈｉｐｌｅｙ（：ｏ、’）
製のポジ形ボ１〜レジストＡＺ１４７０であった。ポジ
形ホトレジストとは、現像液中での溶解度が紫外線など
の光の照射によって増大するようなホトレジストを指す
。このホトレジストには、補助的な事後ベーキングやそ
の他の１硬化」処理を施さなかった。

実施例　１ Ａｎ’　（Ｓｉ　）Ｉ膜にパターン形成を施すためのエ
ツチング剤としてＢＣｌ３を使用した。３Ｑｓｃｃｍの
ＢＣｊ！ａ流量、７０　ｍｔｏｒｒの圧力および３００
Ｗ　（０，２５Ｗ／ｃｍ２）の電力の下では、ＡＪ（Ｓ
ｉ　）のエツチング速度は非常に遅くて実用的と言えな
かった（４００人／分）。

犬羞４？Ｊ　２ ５０３形装置にバッチ装入を行い、かつエツチング剤と
してＢＣｉ’３と０２との混合物を使用した。３０　ｓ
ｅｃｍのＢＣＪａ流昂、２　ｓｃｃｍの０２流量、７０
　ｍｔｏｒｒの圧力および３００Ｗの電力の下では、Ａ
ｊ！　（Ｓｉ　）のエツチング速磨は２８００人／分で
あった。かかるエツチングにおいては、残留物やアンダ
ーカットは認められなかったが、ホトレジストに対する
選択性が低いため最高０．３μｍの線幅縮小が生じた。

発光分光分析装置の使用により、０２の添加によりプラ
ズマ中の塩素イオンを増加させることが確認された。

実［３− アルミニウムのエツチング用としてほとんどの平面プラ
ズマエツチング装置において使用されているエツチング
剤である四塩化炭素（ＣＣ１’４）を代りの塩素源とし
てＢＣＩ！３に添加した。７０ｍｔｏｒｒの圧力および
３００Ｗの電力下におけるＡｐ　（ｓ＋　＞の反応性イ
オンエツチングのために３　Ｑ　Ｓ（、ＣｍのＢＣＪ３
　と６〜３０　ＳＣＣｍのＣＣｊ！４　との混合ガスを
使用した。ＣＣＩ！４の流量が６〜３Ｑ　ｓｃｃｍの範
囲内で変化しても、かかる混合ガスの全てがＡＪ　（Ｓ
ｉ　）を約２０００人／分の速度でエツチングしたが、
重合体様の残留物の沈着が認められた。

実施例　４ Ａｆ　（Ｓｉ　）の反応性イオンエツチング用としてＢ
Ｃｊ！３、ＣＣ１’、４および０２の混合ガスを導入し
た。３　Ｑ　５（Ｃ１のＢＣｆ３流量、Ｂ　ｓｃｃ＋ｎ
のＣＣｆ１４流最、２　ＳＯＣｍの０２流量および７０
　ｍｔｏｒｒの圧力の下で電力を２００Ｗから３５０ま
で変化させた。第１図に示されるごとく、エツチング用
の最適電力は約３００Ｗ　（０，２５Ｗ／ｃｏ＋２）で
あった。この電力の下では、Ａｌｌ　（Ｓｉ　）のエツ
チング速度は３５００人／分であり、またシプレーＡＺ
１４７０ホトレジストおよびＳｉ　０２に対する選択性
はそれぞれ２．６：１および２８．０：１であった。

第１図のデータは、１回の加工作業で１個のつ工−ハを
処理しながら得たものである。反応室内にその最大容量
の８個のウェーハを装入しかつ処理条件は変化させずに
加工作業を行った揚台、Ａｆｔ（Ｓｔ　）のエツチング
速度は約１５％だけ低下した。最大容量での加工作業時
におけるつ１−ハ門の均一性は約±５％であった。

実施例　５ ３０〜１００　ｍｔｏｒｒの範囲内で圧力を変化さけな
がら実施例４の場合と同様な一連の実験を１−１つだと
ころ、第２図に示すような結果が得られた。

選ばれた最適圧力は７０　ｍｔｏｒｒであった。それよ
り低い圧力では、恐らく過度のイオン衝撃による過熱の
ためにホトレジストの波状化（ｃｒｉｎｋｌ　ｉｒ＋ｑ
　＞が認められた。それよりも著しく高い圧力では、反
応室内に重合体様の残留物が沈着した。

実施例４および５によって見出された最適条件でエツチ
ングを施したウェーハの走査形電子顕微鏡写真（倍率７
５００Ｘ）を第３図に示す。異方性のエツチングが達成
されかつ残留物は存在しないことが認められよう。エツ
チングにより形成されたパターンは１〜１．５μｍの線
幅範囲のもので、限界寸法のずれ（線幅縮小）は０．１
〜０゜２μｍ未満であった。第３図には、ＳｉＯ２基板
・１２を横切りかつ酸化物被覆ポリシリコンの線１４を
乗越えて伸びるメタライズ層のパターン１０が示されて
いる。

実施例４および５の場合のごと＜ＢＣＪ３／ＣＣＡａ１
０２プラズマ中においてアルミニウム被覆ウェーハのエ
ツチングを行った際、Ａ１（３９６および３０８　ｎｍ
）およびエツチング生成物／ＩＣｉ！（２６１ｎｌ）の
発光強度の増大が観察された。

それと同時に、第４図に示されるごとく、反応性塩素イ
オン（２５６および３０５　ｎｍ）の発光強度の減少も
認められた。理論的に言えばこれらの変化のいずれもが
エツチング終点の検出のために使用できるけれど、３９
６　ｎｎ＋の／ｌ’線によって与えられる信号が最も望
ましいように思われる。第５図は、直径３インチのパタ
ーン形成済みの２個のウェーハに対し１度に１個ずつエ
ツチングを施しなから３９６　ｎｍのＡ１２発光線を監
視した場合の記録計出力を示すグラフである。このよう
なロードロック装置を持たないエツチング装置の場合、
４５秒の誘導時間は典型的な値である。その後、ＡＩ発
光強度が急激に増大し、次いで基板からの材料除去の完
了時に減少するから、それを目標にして所定のオーバエ
ツチングを開始することができる。なお、この場合に２
重ピークが観察される理由は、２回のスパッタリングに
よって各４００人のＡｆｌ（Ｓｔ　）薄膜を沈着し、そ
の際にそれらの間に固有の酸化物層が生成したことにあ
る。

Ｂ　ＣＩ！　３／　ＣＣＪ　４　／　０２混合ガスを用
いれば、各成分の性質を利用することによって横方向エ
ツチングの程度を制御することが可能である。ＣＣｌ４
は線幅縮小を防止するために添加されるのぐあって、そ
れにより高度の異方性を持ったエツチングが達成される
。しかしながら、極めて急勾配の５ｉＯｚ側壁上のアル
ミニウムを除去することが要求される場合やアルミニウ
ムの大きな集塊が存在する場合には、それを基板から完
全に除去するため極めて長時間のオーバエツチングを行
わなければならないが、そうすると過度の線幅縮小が生
じることがある。そこで、長時間のオーバエツチングの
代替手段として、エツチング工程時にＢＣｉ’　３／　
ＣＣｉ’　ｓ　／　０２混合ガスを使用しかつオーバエ
ツチング工程時にＢ（、ｌ’３１０ｚ混合ガスを使用す
る２■工程ガス混合物エツチング法が開発されたのであ
る。それを実施するには、高周波電力を停止することな
く、分光分析による終点において単にＣＣ１）４の流れ
を遮断しさえすればよい。ＢＣｊ’３１０２プラズマに
よるエツチングは異方性が少ない結果、側壁からの材料
除去は向上し、Ａｆ　（Ｓｉ　）集塊のエツチングは促
進され、ＡＪ　（Ｓｉ　）からの完全なシリコン除去が
達成され、しかもある種の塩化炭素類がスパッタリング
により除去されるために事後腐食の可能性が低減する。

その上、オーバエツチング工程中に顕著な線幅縮小は起
こらない。このオーバエツチングの時間はエツチング時
間の約２０〜約５０％の範囲内にあるが、通例は４０％
である。

３−凱 大きな結晶粒組織を有しかつ酸化物被覆ポリシリコンの
急勾配の階段部を横切って広がる８０００人のＡｌのＡ
ｊ！　（Ｓｉ　＞薄膜で被覆されたつ工−ハに対し、好
適な比率のＢＣＪａ／ＣＣρ４１０２混合ガスを好適な
４　Ｑ　ＳＣＣｍのガス流用で用いて反応性イオンエツ
チングを施した。第６図はエツチング工程および４０％
オーバエツチング工程の両方に対しＢ　ＣＩｔ　３／　
Ｃ；　ＣＩ　＜　／　０２混合ガスを用いて処理された
ウェーハの走査形電子顕微鏡写真（倍率９７５０Ｘ）で
あって、急勾配の側壁からＡＩ（Ｓｉ　）が完全には除
去されておらずかつＡｐ（Ｓｉ　）の集塊も残留してい
る状態を示している。

Ｘｌ」Ｌ−り 実施例６において使用したものと同じ加工履歴を有する
ウェーハに対し、同様なエツチングを施した。ただしこ
の場合には、分光分析による終点が検出された際にＣＣ
ｊ’ａの流れを遮断し、それによって４０％オーバエツ
チング工程に対し９４（容量）％のＢＣＪ３および６（
容量）％の０２から成る混合ガスを３２　ｓｅｃｍのガ
ス流量で使用した。第７図は本実施例の処理の完了後に
得られたウェーハの走査形電子顕微鏡写真（倍率９７５
０Ｘ）であって、急勾配の側壁からの完全な材料除去お
よび集塊の消失を示している。

なお、上記の実施例は本発明の原理を単に例示するもの
に過ぎないことを理解すべきである。本発明の原理に従
えば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、
数多くの変形実施例が可能となることは当業者にとって
自明であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス流量４　Ｑ　５ＣｉＯ１および圧力フ０ｍ
ｔｏｒｒの一定条件下で得られる７５％ＢＣＪ３／２０
％ＣＣｆ１ａ１５％０２混合ガス中においてのＡ１（ｓ
ｉ）、ホトレジストおよび二酸化シリコンのエツチング
速度に対する電力の効果を示すグラフ、第２図はガス流
量４０　ｓｃｃｍおよび電力３００Ｗの一定条件下で得
られる７５％ＢＣ１’ｓ　／２０％ＣＣ１’４１５％０
２混合ガス中においてのＡｌ１　（Ｓｌ）、ホトレジス
トおよび二酸化シリコンの１ツチング速度に対する圧力
の効果を示すグラフ、第３図は７５％ＢＣｊ２３／２０
％ＣＧｉ！ａ１５％０２プラズマを用いて本発明方法に
よるエツチングを施した酸化物被覆゛ポリシリコン階段
部上のＡＪ　（Ｓｉ　）パターンの走査形電子顕微鏡写
真（倍率７５００Ｘ）を示す図、第４図はガス流量４　
Ｑ　３００１１１．圧力フ　０１１１ｔＯｒｒおよび電
力３００Ｗ（０，２５Ｗ／ｃａ＋２＞の条件下でＡ／　
（Ｓｉ　）のエツチングを行う際における７５％ＢＣｌ
３／２０ｃｃｉ１ａ１５％０２混合ガスの発光スペクト
ルを示すグラフ、第５図はガス流１４０　ｓｅｃｍ、圧
力フ０　ｍｔｏｒｒおよび電力３００Ｗの条件下で７５
％ＢＣＪａ／、２０％ＣＣｊ！ｎ１５％０２混合ガスを
用いて本発明方法を繰返し実施することにより直径３イ
ンチのＳｉＯ２ウェーハ上にＡｌ１　（Ｓｉ　）パター
ンを形成する際における３９６ｎｌ（ＡＪ）発光線の強
度一時間特性を示すグラフ、第６図はエツチング工程お
よび４０％オーバエツチング工程の両方に７５％ＢＣｆ
３／２０％ＣＣｌ４１５％Ｏ２混合ガスを用いたことに
よって集塊が完全には除去されていない状態を示す酸化
物被覆ポリシリコン階段部上のＡＩ！（Ｓｉ　）パター
ンの走査形電子顕微鏡写真（倍率９７５０Ｘ）を示す図
、そして第７図は本発明方法に従ってエツチング工程に
７５％ＢＣｌ３／２０％Ｃ１’４１５％混合ガスを用い
かつ４０％オーバエツチング工程に９４％ＢＣｌ３／６
％０２混合ガスを用いたことによって集塊が残留してい
ない状態を示す酸化物被覆ポリシリコン階段部上の−／
１１（Ｓｉ’）パターンの走査形電子顕微鏡写真（倍率
９７５０Ｘ）を示す図である。 図中、１０はＡｐ　（ｓ＋　＞パターン、１２はＳ！０
２基板、そして１４は酸化物被覆ポリシリコンの線を表
わす。 特許出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンバニイ代理人　（７６
３０）　生　沼　徳　二ｆうｊ凡ｌ 電力〜ノ　′ ＥＴジ２ 屓力　（ｍｔｏｐｒ） Ｆ万態４ 嫌　擬　／ｎｍ１ ｊ巧７月５ 吋ｒＪ１ 手続ネ甫正書（方式） １、事件の表示 昭和５９年特許願第０３８９２８号 ２、発明の名称 アルミニウムおよびアルミニウム合金の反応性イオンエ
ツチング法並びにそのための混合ガス ３、補正をする者 事件との関係　出願人 住　所　アメリカ合衆国、１２３０５、ニューヨーク州
、スケネクタデイ、リバーロード、１番 名　称　ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代表者
　サムソン・ヘルツゴツト ４、代理人 住　所　１０１東京都港区赤坂１丁目１４番１４号第３
５興和ビル　４階 日本ゼネラル・エレクトリック株式会社・極東特許部内
電話（５８８）５２００−５２０７ ６、補正の対象 （１）明細書の　５　−″　゛図 面の簡単な説明の欄 （２）図面の全図 （４）明細書第３８頁第７行に記載の「示す図」を「描
写した略図」に訂正覆る。 （５）明細書第３９頁第４行に記載の「示す図」を１描
写した略図」に訂正する。 （６）明細書第３９頁第１１行に記載の「示す図」を１
描写した略図」に訂正する。 紙 （７）別Ｉの通り第１乃至７図の図面の浄書（内容に変
更なし）を提出する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．２〜６（容量）％の酸素、１５〜２５（容量）％の
   四塩化炭素および残部の三塩化ホウ素から成ることを特
   徴とするアルミニウムおよびアルミニウム合金の反応性
   イオンエツチング用の混合ガス。
2. ２．７５（容量）％の三塩化ホウ素、２０（容量）％の
   四塩化炭素および５（容量）％の酸素から成る特許請求
   の範囲第１項記載の混合ガス。 ３、三塩化ホウ素、四塩化炭素および酸素から成る混合
   ガスからイオンを含む反応種を生成させ、次いでマスク
   を設りたアルミニウムまたはアルミニウム合金の薄膜に
   前記イオンを含む反応種を用いた方向性エツチングを施
   して前記薄膜の被覆されていない部分を選択的に除去す
   ることにより、残留する被覆されたアルミニウムまたは
   アルミニウム合金の薄膜から成る所定のパターンを形成
   づ−ることを特徴とＪる、マスクを設けたアルミニウム
   またはアルミニウム合金の薄膜中に所定のパターンを形
   成するだめの反応性イオンエツチング法。 ４、前記混合ガスが２〜６（容量）％の酸素、１５〜２
   ５（容量）％の四塩化炭素および残部の三塩化ホウ素か
   ら成る特許請求の範囲第３項記載の反応性イオンエツチ
   ング法。 ５、前記混合ガスが７５（容量）％の三塩化ホウ素、２
   ０（容量）％の四塩化炭素および５（容量）％の酸素か
   ら成る特許請求の範囲第４項記載の反応性イオンエツチ
   ング法。 ６、三塩化ホウ素、四塩化炭素および酸素から成る第１
   の混合ガスから第１のイオンを含む反応種を生成させ、
   次いでマスクを設けたアルミニウムまたはアルミニウム
   合金の薄膜に前記第１のイオンを含む反応種を用いた方
   向性エツチングを所定のエツチング時間にわたり施して
   前記薄膜の被覆されていない部分を選択的に除去するこ
   とによリ、残留する被覆されたアルミニウムまたはアル
   ミニウム合金の薄膜から成る所定のパターンを形成し、
   その後、三塩化ホウ素および酸素か、ら成る第２の混合
   ガスから第２のイオンを含む反応種を生成させ、次いで
   前記エツチング時間の２０〜５０％に相当するオーバエ
   ツチング時間にわ１＝り前記パターンを前記第２のイオ
   ンを含む反応種に暴露することを特徴とする、マスクを
   設けたアルミニウムまたはアルミニウム合金の薄膜中に
   所定のパターンを形成するための反応性イオンエツチン
   グ法。 ７、前記第１の混合ガスが２〜６（容（６））％の酸素
   、１５〜２５（容量）％の四塩化炭素および残部の三塩
   化ホウ素から成る特許請求の範囲第６項記載の反応性イ
   オンエツチング法。 ８、前記第１の混合ガスが７５（容量）％の三塩化ホウ
   素、２０（容量〉％の四塩化炭素および５（容量）％の
   酸素から成る特許請求の範囲第７項記載の反応性イオン
   エツチング法。 ９、前記第２の混合ガスが２〜６（容量）％の酸素およ
   び残部の三塩化ホウ素から成る特許請求の範囲第６項記
   載の反応性イオンエツチング法。 １０、前記第２の混合ガスが９４（容量）％の三塩化ホ
   ウ素および６（容量）％の酸素から成る特許請求の範囲
   第９項記載の反応性イオンエツチング法。 １１、（ａ）パターン形成を施すべきアルミニウムまた
   はアルミニウム合金の薄膜を基板上に形成し、（ｂ）前
   記薄膜上にレジスト層を設置し、（Ｃ）前記レジスト層
   にパターン形成を施すことにより、前記レジスト層中に
   図形を形成してその直下の前記薄膜の１つ以上の区域を
   露出させ、次いで（ｄ）パターン形成済みの前記レジス
   ト層をマスクとして使用しながら、反応室内において三
   塩化ホウ素、四塩化炭素および酸素から成る混合ガスか
   ら生成されたイオンを含む反応種を用いた方向性エツチ
   ングを前記薄膜の露出区域に施して前記薄膜の前記露出
   区域を選択的に除去することにより、前記薄膜の残留し
   た非露出区域から成る所定のパターンを形成する諸工程
   を含むことを特徴とする、アルミニウムまたはアルミニ
   ウム合金の薄膜中に所定のパターンを形成するだめの反
   応性イオンエツチング法。 １２、パターン形成を施すべぎ前記薄膜を表面上に有す
   る前記基板が前記反応室内の陰極上に配置される場合に
   おいて、前記方向性エツチング工程が（１）２〜６（容
   量）％の酸素、１５〜２５（容量）％の四塩化炭素およ
   び残部の三塩化ホウ素から成る前記混合ガスを約３０〜
   ５　Ｑ　ｓｃｃｍの流量で前記反応室内に導入し、（２
   ）前記反応室内に約６０〜８０　ｍｔｏｒｒの圧力を設
   定し、次いで（３）高周波発振器を用いて前記陰極を駆
   動することにより、前記簿膜および前記レジスト層の設
   置された前記基板の表面に約０．２５Ｗ／ｃｍ２の電力
   密度を設定することから成る特許請求の範囲第１１項記
   載の反応性イオンエツチング法。 １３、前記流量が約４　Ｑ　ｓｃｃｍである特許請求の
   範囲第１２項記載の反応性イオンエツチング法。 １４、前記混合ガスが７５（容量）％の三塩化ホウ素、
   ２０（容量）％の四塩化炭素および５（容量）％の酸素
   から成る特許請求の範囲第１２項記載の反応性イオンエ
   ツチング法。 １５、前記圧力が約７　Ｑ　ｌ１ｌｔＯｒｒである特許
   ′［請求の範囲第１２項記載の反応性イオン１ツチング
   法。 １６、前記高周波発振器が約１３．５６ＭＨｚの周波数
   で動作する特許請求の範囲第１２項記載の反応性イオン
   エツチング法。 １７、（ａ）パターン形成を施すべきアルミニウムまた
   はアルミニウム合金の薄膜を基板上に形成し、（ｂ）前
   記薄膜上にレジスト層を設置し、（Ｃ）前記レジスト層
   にパターン形成を施Ｊことにより、前記レジスト層中に
   図形を形成しＣその下方の前記薄膜の１つ以上の区域を
   露出させ、（ｄ　）パターン形成済みの前記レジスト層
   をマスクとして使用しながら、反応室内において三塩化
   ホウ素、四塩化炭素および酸素から成る第１の混合ガス
   から生成された第１のイオンを含む反応種を用いた方向
   性エツチングを所定のエツチング時間にわたり前記薄膜
   の露出区域に施して前記薄膜の前記露出区域を選択的に
   除去するごとにより、前記薄膜の残留した非露出区域か
   ら成る所定のパターンを形成し、（ｅ　）前記工程（ｄ
   　）による前記所定のパターンの形成の終点を検出し、
   次いで（［）三塩化ホウ素ｉＪ３よび酸素から成る第２
   の混合ガスから第２のイオンを含む反応種を生成させ、
   そして前記エツチング時間の２０〜５０％に相当するオ
   ーバエツチング時間にわたり前記パターンを前記第２の
   イオンを含む反応種に暴露する諸工程を含むことを特徴
   とする。、アルミニウムまたはアルミニウム合金の薄膜
   中に所定のパターンを形成するための反応性イオンエツ
   チング法。 １８、パターン形成を施すべき前記薄膜を表面上に有す
   る前記基板が前記反応室内の陰極上に配置される場合に
   おいて、前記方向性エツチング工程が（１）２〜６（容
   量）％の酸素、１５〜２５（容量）％の四塩化炭素およ
   び残部の三塩化ホウ素から成る前記第１の混合ガスを約
   ３０〜５０ＳＣＣＩ１１の流量で前記反応室内に導入し
   、（２）前記反応室内に約６０〜８０１ｏｒｒの圧力を
   設定し、次いで（３）高周波発振器を用いて前記陰極を
   駆動することにより、前記薄膜および前記レジスト層の
   設置された前記基板の表面に約０．２５Ｗ／ＣＴｌ１２
   の電力密度を設定することから成り、しかも前記工程（
   ｆ）が前記四塩化炭素の流れを遮断して、三塩化ホウ素
   および酸素から成る前記第２の混合ガスを約２２〜４２
   　ｓｅｃｍの流量で導入することによって達成される特
   許請求の範囲第１７項記載の反応性イオンエツチング法
   。 １９、前記第１の混合ガスの流量が約４　Ｑ　ＳＣＣｍ
   でありかつ前記第２の混合ガスの流量が約３２ＳＣｃｉ
   である特許請求の範囲第１８項記載の反応性イオンエツ
   チング法。 ２０、前記第１の混合ガスが７５（容量）％の三塩化ホ
   ウ素、２０（容量）％の四塩化炭素および５（容量）％
   の酸素から成る特許請求の範囲第１８項記載の反応性イ
   オンエツチング法。 ２１、前記第２の混合ガスが９４（容量）％の三塩化ホ
   ウ素および６（容量）％の酸素から成る特許請求の範囲
   第１８項記載の反応性イオンエツチング法。 ２２、前記圧力が約７　Ｑ　ＩＲｔＯｒｒである特許請
   求の範囲第１８項記載の反応性イオンエツチング法。 ２３、前記高周波発振器が約１３．５６ＭＨｚの周波数
   で動作する特許請求の範囲第１８ｖＡ記載の反応性イオ
   ンエツチング法。