JPS6027752B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPS6027752B2
JPS6027752B2 JP8403178A JP8403178A JPS6027752B2 JP S6027752 B2 JPS6027752 B2 JP S6027752B2 JP 8403178 A JP8403178 A JP 8403178A JP 8403178 A JP8403178 A JP 8403178A JP S6027752 B2 JPS6027752 B2 JP S6027752B2
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JP
Japan
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aluminum
dry etching
etching
etching method
gas
Prior art date
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JP8403178A
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Japanese (ja)
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JPS5511167A (en
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芳憲 暮石
雄久 新田
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CHO ERU ESU AI GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Original Assignee
CHO ERU ESU AI GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はドライエッチング法に関し、主として半導体
装置の製造においてアルミニウム等の金属配線形成の際
の上記金属選択除去のためのドライエッチング技術に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a dry etching method, and mainly relates to a dry etching technique for selectively removing metals such as aluminum when forming metal wirings in the manufacture of semiconductor devices.

反応チャソバ(反応室)内に例えばCC〆4のごとき活
性のガスを導入してプラズマ状態とすることにより、上
記チャンバ内に配置したアルミニウム、アルミニウム・
シリコン合金、アルミニウム・銅・シリコン合金などの
金属と反応させてその表面をエッチング処理することは
いわゆるプラズマェッチング技術として知られていると
ころである。
By introducing an active gas such as CC〆4 into the reaction chamber (reaction chamber) and creating a plasma state, aluminum, aluminum and aluminum placed in the chamber are heated.
Etching the surface by reacting with a metal such as a silicon alloy or an aluminum/copper/silicon alloy is known as a so-called plasma etching technique.

この種のプラズマエッチングの実施に際して下記の問題
が生じている。アルミニウムやアルミニウム合金は空気
中での放置により表面にAそ203等の酸化物を自然に
形成し易く、その酸化の深さは不均一である。このよう
な酸化物を有するアルミニウム等のプラズマエッチング
にあたって、上記酸化物のエッチング速度は純金属又は
合金のエッチング速度に比較して10分の1以下と大き
く異なるために前記アルミニウム等の表面の酸化物の不
均一性がそのままエッチング進行の不均一性に反映され
てしまう。このため特に反応終了点となる下地形成膜面
に凹凸を生ぜしめ、装置の外観及び諸特性に多くの悪影
響を与える結果となつている。この発明は上記した従来
技術の欠点を解消するべくなされたもので、その目的と
するところは被処理物の表面組成等に基づくエッチング
の不均一のないドライエッチング法の提供、にある。
The following problems arise when performing this type of plasma etching. When aluminum and aluminum alloys are left in the air, they tend to naturally form oxides such as A-203 on their surfaces, and the depth of the oxidation is uneven. When plasma etching aluminum or the like containing such oxides, the etching rate of the oxides is significantly different from the etching rate of pure metals or alloys to less than 1/10, so the oxides on the surface of the aluminum etc. The non-uniformity of etching is directly reflected in the non-uniformity of etching progress. For this reason, unevenness is produced particularly on the surface of the base forming film, which is the end point of the reaction, and this results in many adverse effects on the appearance and various characteristics of the device. The present invention has been made to overcome the above-mentioned drawbacks of the prior art, and its purpose is to provide a dry etching method that does not cause non-uniform etching based on the surface composition of the object to be processed.

この発明の一つの実施形態によれば、前半工程で反応ガ
スとして不活性ガスを用い10‐3以上の高真空状態で
ドライエッチングを行ない、後半工程では反応ガスとし
て活性ガスを使用し、10‐1以下の低真空でドライエ
ッチングすることにより被処理物表面の部分的酸化等に
よるエッチングの不均一性をなくすことを特徴とする。
以下本発明を実施例にそって具体的に説明する。
According to one embodiment of the present invention, dry etching is performed in a high vacuum state of 10-3 or higher using an inert gas as a reactive gas in the first half process, and an active gas is used as a reactive gas in the second half process. It is characterized by eliminating non-uniformity in etching due to partial oxidation of the surface of the object to be processed, etc. by performing dry etching in a low vacuum of 1 or less.
The present invention will be specifically described below with reference to Examples.

第1図はアルミニウムの表面状態を模型的に示したもの
であって、1は下地絶縁膜であって図示されないシリコ
ン基板の表面に酸化物(Si02)として形成されたも
のであり、2はアルミニウム層で上記下地絶縁膜の上に
アルミニウム電子線蒸着又はスパッタリング蒸着等によ
り約1〃mの厚さに形成したものであり、3はアルミニ
ウムの表面が空気に触れて形成されたアルミナ(A夕2
Q)被膜で、その膜厚は数10〜100Aの幅で不均一
に形成されている。
FIG. 1 schematically shows the surface state of aluminum, where 1 is a base insulating film formed as an oxide (Si02) on the surface of a silicon substrate (not shown), and 2 is an aluminum film. The layer is formed to a thickness of about 1 m by aluminum electron beam evaporation or sputtering evaporation on the base insulating film, and 3 is an alumina layer formed when the surface of aluminum is exposed to air.
Q) The film has a non-uniform thickness with a width of several tens to 100 amps.

第2図は第1図のアルミニウム層に対してフオトレジス
トマスク4を形成した状態でCC〆4 を導入し低真空
下でプラズマ放電を行ないながらプラズマエッチングを
行なった従来の方法の場合を示す。
FIG. 2 shows a conventional method in which a photoresist mask 4 is formed on the aluminum layer shown in FIG. 1, CC film 4 is introduced, and plasma etching is performed while generating plasma discharge under a low vacuum.

この場合、前記したように彼処理物による選択エッチン
グ性が極めて大きく、例えばアルミナ被膜のエッチング
速度はアルミニウムのそれの10分の1に満たないため
に、アルミナ膜厚に反比例してアルミナの薄い部分はア
ルミニウムが大きくエッチされ、一方厚に部分は小さく
エッチされるためエッチング形状が極端な起伏をもたら
すことになる。第3図は前記第1図のアルミニウム層に
対してフオトレジストマスクを形成した状態でアルゴン
のごとき不活性ガスを導入するとともに比較的高真空下
で放電を行なういわゆるスパッタリングによってある時
間エッチングを行なった場合の形態を示す。
In this case, as mentioned above, the selective etching property of the material is extremely high. For example, since the etching rate of the alumina film is less than one-tenth of that of aluminum, the etching rate of the alumina film is inversely proportional to the thickness of the alumina film. The aluminum is etched to a large extent, while the thicker portions are etched to a smaller extent, resulting in an extremely uneven etched shape. FIG. 3 shows that the aluminum layer shown in FIG. 1 was etched for a certain period of time by so-called sputtering, which involves introducing an inert gas such as argon and performing discharge under a relatively high vacuum while a photoresist mask was formed on the aluminum layer. Indicates the form of the case.

このスパッタリングによれば彼処理物の種類に関係なく
エッチング速度に変りはないため、エッチング面は平坦
となる。しかしこのアルゴンの放電によるエッチングを
さらに継続した場合第4図に示すようにエッチングの非
選択性によりフオトレジストマスクを大きく損傷し、マ
スクの下のアルミニウムの表面及び側面を深くェツチし
てしまうのみならず、さらに下地絶縁膜までもエッチン
グして重大な影響を及ぼす。このときのアルミニウムの
側面のエッチは片側で0.1rm以上にも達し、エッチ
ング精度を低下させることにもなる。第5図乃至第7図
は本発明によるドライエッチング法の形態を各工程に分
けて説明するものである。
With this sputtering, the etching rate remains the same regardless of the type of material being processed, so the etched surface becomes flat. However, if this etching by argon discharge is continued further, the photoresist mask will be severely damaged due to the non-selectivity of the etching, and the surface and side surfaces of the aluminum under the mask will be deeply etched, as shown in Figure 4. Moreover, the underlying insulating film is also etched, which has a serious effect. At this time, the etching of the side surface of the aluminum reaches 0.1 rm or more on one side, which also reduces the etching accuracy. FIGS. 5 to 7 explain the form of the dry etching method according to the present invention divided into each step.

第5図はアルミニウムの表面状態を模型的に示し、各構
成部分は第1図のそれと同一記号により指示される。
FIG. 5 schematically shows the surface condition of aluminum, and each component is indicated by the same symbol as in FIG. 1.

第6図において、上記アルミニウムの表面にフオトレジ
ストマスク4を形成し、チヤンバ内に配贋するとともに
、不活性のアルゴンを導入し、10‐3T。
In FIG. 6, a photoresist mask 4 is formed on the surface of the aluminum, placed in a chamber, and inert argon is introduced for 10-3T.

rr以上の比較的高真空中で放電を行ないながらエッチ
ングするスパッタリングを行なった場合で、第3図の場
合と同様に被処理物に対するエッチングの非選択性によ
り平坦なエッチング面が得られる。第7図は第6図の状
態いひきつづいて同じチャンバ内で導入ガスをアルゴン
から活性のCCそ4に変更するとともに真空度を10‐
3Torr以下の比較的低真空で放電を行なうプラズマ
エッチを行なった形態を示す。
When sputtering is performed in which etching is performed while discharging in a relatively high vacuum of rr or higher, a flat etched surface is obtained due to the non-selectivity of etching with respect to the object, as in the case of FIG. Figure 7 shows the state shown in Figure 6, but in the same chamber, the introduced gas is changed from argon to active CC, and the degree of vacuum is increased to 10-10.
This shows a form in which plasma etching is performed in which discharge is performed in a relatively low vacuum of 3 Torr or less.

この場合、エッチングの選択性が大きいことからエッチ
ングマスクとなるフオトレジスト4の損傷も微細であり
、又下地絶縁膜1にも影響はない。しかもアルミニウム
層はそのまま平坦なエッチ面を保持して均一にエッチン
グされる。2久上実施例に述べた本発明によるドライエ
ッチング方式では非選択性のスパッタリングと選択性の
プラズマエッチとをうまく細合せることにより表面の酸
イ幻伏態の如何にかかわらず、均一性の良いエッチング
を可能とするものである。
In this case, since the etching selectivity is high, the damage to the photoresist 4 serving as an etching mask is minute, and the underlying insulating film 1 is not affected. Moreover, the aluminum layer can be uniformly etched while maintaining a flat etched surface. In the dry etching method according to the present invention described in the second embodiment, by skillfully combining non-selective sputtering and selective plasma etching, good uniformity can be achieved regardless of the state of acid residue on the surface. This allows etching.

本発明は前記実施例に限定されず種々の変形例を有する
The present invention is not limited to the embodiments described above, but has various modifications.

すなわち、ドライエッチの彼処理物としてはアルミニウ
ム以外にアルミニウム・シリコン合金、アルミニウム−
銅・シリコン合金等の金属やシリコン等のごとく表面酸
化しやすい物質に対して本発明方法を同様に適用できる
ものである。不活性ガスとしてはアルゴンの他にクリプ
トン等の希ガス元素を使用することも可能である。活性
ガスとしてはCC夕4以外にBC夕4 等がある。
In other words, in addition to aluminum, dry etching products include aluminum-silicon alloys and aluminum-silicon alloys.
The method of the present invention can be similarly applied to metals such as copper-silicon alloys and substances whose surfaces are easily oxidized such as silicon. In addition to argon, rare gas elements such as krypton can also be used as the inert gas. In addition to CC Yu4, there are other active gases such as BC Yu4.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図乃至第4図は従来の単一方式によるドライエッチ
法による各工程における形態を示す断面図である。 第5図乃至第7図は本発明によるドライエッチ法の一連
の工程における形態を示す断面図である。1・・・・・
・下地絶縁膜、2・・・・・・アルミニウム層、3.・
・・.・アルミニウム被膜、4・・・・・・フオトレジ
ストマスク。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図
FIGS. 1 to 4 are cross-sectional views showing the configuration in each step of a conventional single-method dry etching method. 5 to 7 are cross-sectional views showing a series of steps of the dry etching method according to the present invention. 1...
- Base insulating film, 2... Aluminum layer, 3.・
・・・. - Aluminum film, 4... Photoresist mask. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 反応チヤンバ内に反応ガスを導入し、上記チヤンバ
内に配置した基体表面の被処理物を反応させてその表面
のドライエツチングするためにあたり、導入する反応ガ
スの種類及び、又は反応チヤンバ内の真空度を順次変化
させエツチングを行なうことを特徴とするドライエツチ
ング法。 2 前記ドライエツチングの前半工程では反応ガスとし
て不活性ガスを使用するとともに比較的高真空で行ない
、後半工程では反応ガスとして活性ガスを使用するとと
もに比較的低真空で行なう特許請求の範囲第1項に記載
のドライエツチング法。 3 前記被処理物がアルミニウム又はアルミニウムを含
む合金である特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の
ドライエツチング法。
[Scope of Claims] 1. In order to introduce a reaction gas into a reaction chamber and react with the object to be treated on the surface of a substrate placed in the chamber to dry-etch the surface, the type of the reaction gas introduced and; Alternatively, a dry etching method is characterized in that etching is performed by sequentially changing the degree of vacuum within a reaction chamber. 2. The first half of the dry etching process uses an inert gas as a reactive gas and is carried out under a relatively high vacuum, and the second half of the dry etching process uses an active gas as a reactive gas and is carried out under a relatively low vacuum. The dry etching method described in . 3. The dry etching method according to claim 1 or 2, wherein the object to be processed is aluminum or an alloy containing aluminum.
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