JPS62154628A - ドライエツチング方法 - Google Patents

ドライエツチング方法

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JPS62154628A
JPS62154628A JP29379685A JP29379685A JPS62154628A JP S62154628 A JPS62154628 A JP S62154628A JP 29379685 A JP29379685 A JP 29379685A JP 29379685 A JP29379685 A JP 29379685A JP S62154628 A JPS62154628 A JP S62154628A
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JP
Japan
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film
dry etching
aluminum
etching
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP29379685A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichiro Yamada
雄一郎 山田
Masuo Tanno
丹野 益男
Shinichi Mizuguchi
水口 信一
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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】 産業上の利用分野 本発明は半導体素子の製造工程において、アルミニウム
あるいはアルミニウム合金よりなるアルミニウム系膜の
下層にタングステンあるいはチタン等の高融点金属を主
成分とする高融点金属系膜を配した2層膜のドライエツ
チング方法に関するものである。
従来の技術 半導体素子のアルミニウムあるいはアルミニウム合金に
よる配線パターン形成において、アルミニウムが下地拡
散層へ悪影響を及ぼすことを防止するために、アルミニ
ウムあるいはアルミニウム合金よりなるアルミニウム系
膜の下層にタングステンやチタン等の重金属合金層を形
成した2N膜を配線パターンとして用いることがしばし
ばある。
このような2層膜の微細加工は1層膜の場合に比ベニ程
が複雑になりがちであり、可能な限り工程の簡単化を図
ることが必要である0あわせて最近の半導体素子の高集
積化及び微細化に対応するため、2層構造のエツチング
工程に対するドライエツチング化が望まれる。
以下図面を参照しながら従来のアルミニウム膜及びタン
グステン−チタン合金2層膜のエツチング方法の一例に
ついて説明する。第8図は従来のアルミニウム膜及びタ
ングステン−チタン合金2層膜のエツチング工程を説明
する概略図である。
第9図は従来の方法によってアルミニウム膜及びタング
ステン−チタン合金膜をエツチングした結果得られる配
線パターンの断面概略図である。第8図aにおいて、3
1は半導体基板(あるいは半導体基板上に形成された膜
)であり、その上面にタングステンとチタンの合金膜(
Ti含有量1チ)32が約0.1−の膜厚で形成されて
いる。合金膜32上にはアルミニウムまたはアルミニウ
ムーシリコン合金(Si 含有量は1%)のアルミニウ
ム系膜33が膜厚約1μmで形成されている。このアル
ミニウム系膜33の上にマスク材料となるレジスト膜3
4が形成されており、その膜厚は、約1.2/xnであ
る。以上のように形成されたアルミニウム系膜33及び
合金膜32の2層膜のエツチングに関して従来のプロセ
ス(例えば5olidstata  technolo
gy /日本版19826月P64〜)について説明す
る。まず第8図(、)におけるレジスト膜34をマスク
として、三塩化ホウ素及び塩素を主成分とする混合ガス
によってアルミニウムまたはアルミニウムーシリコン合
金からなるアルミニウム系膜33をドライエツチングし
、第8図(b)に示すようにアルミニウム系配線パター
ン33aを形成する。次にアルミニウムと塩素系ガスと
の反応によって生成される塩素系化合物が大気中の水分
と反応してアルミニウム系配線パターン33aの腐食を
誘引することを防止するために純水洗浄及び乾燥を行な
う。次に、第8図(C)に示すように、約60℃に加温
された過酸化水素水によってタングステン−チタン合金
膜32を湿式エツチングし、純水洗浄と乾燥を行なう。
最後に第8図(d)に示すように、例えば酸素プラズマ
による灰化処理によってアルミニウム系配線パターン3
3a上のレジスト34を除去する。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のようなプロセスでは、次のような問
題点を有する。すなわち、アルミニウムまたはアルミニ
ウムーシリコン合金からなるアルミニウム系膜33のド
ライエツチング後に行なうアルミニウム腐食防止用の純
水洗浄と乾燥及びタングステン−チタン合金膜32の湿
式エツチング、及びその後の純水洗浄と乾燥、及び最後
のレジスト除去と各工程が独立して進行するがために、
工程が複雑となり、また本エツチング工程を完了するた
めに長時間を要する。また、タングステン−チタン合金
膜32に対して湿式エツチングを行なうため、第9図に
示すようにタングステン−チタン合金膜32の横方向の
エツチング(サイドエツチング)が縦方向に対し等方的
に進む結果約O,Sμmとなシ、ドライエツチングによ
って得たアルミニウムあるいはアルミニウムーシリコン
合金からなるアルミニウム系膜の例えば1μmの微細配
線パターン33aが下地タングステン−チタン合金膜3
2では維持できずに結果としてアルミニウム系膜33、
合金系膜32による2層膜の微細化を妨げている。
問題点を解決するだめの手段 本発明は、上記問題点を解決するために、アルミニウム
あるいはアルミニウム合金よシなるアルミニウム系膜の
下層にタングステンあるいはチタン等の高融点金属を生
成分とする高融点金属系膜を有する2層膜のエツチング
において、アルミニウム系膜を塩素系ガスによってドラ
イエツチングした後、反応ガスとして弗化炭素と酸素の
混合ガスを用いて高融点金属系膜をドライエツチングす
ることを特徴とするものである。
作  用 本発明は、上記した構成で、アルミニウム系膜の塩素系
ガスによるドライエツチングによって、アルミニウム系
配線パターンが表面レジスト通りに得られる。次の弗化
炭素と酸素の混合ガスを用いたタングステンあるいはチ
タン等の高融点金属を生成分とする高融点金属系下層膜
をドライエツチングにより、そのエツチングと同時にア
ルミニラム系配線パターン上のレジス]・を除去するこ
とができるし、塩素系ガスによってドライエツチングさ
れたアルミニウム系配線パターンの腐食を防止すること
もできる。この結果、従来めエツチング工程におけるア
ルミニウム系膜エツチング後の純水洗浄と乾燥及びWあ
るいはTi 等を生成分とする下層膜のエツチング後に
施す純水洗浄と乾燥、ならびにレジスト除去工程が省か
れ、エツチング工程の簡単化が可能となる。さらにWあ
るいはTi等の高融点金属を生成分とする高融点金属系
膜にドライエツチングを適用する結果、湿式エツチング
において生じる横方向のエツチングが防止でき、2層膜
配線パターンの微細化が可能となる。
実施例 以下本発明の一実施例のドライエツチング方法について
、図面を元服しながら説明する。第1図は本発明の第1
の実施例に用いたドライエツチング装置の概略図である
。1は反応室であって一端に反応ガス導入口2、他端に
排気ロアが形成され、内部上下に電極4,5が配されて
いる。下方の電極は高周波電源3が接続さ直ると兵に半
・n体基板6を保持するようにさilている。
上記装置による本発明の一実施例としてのドライエツチ
ング方法を次に示す。
反応室1内に塩素系の反応ガスを反応ガス導入112よ
り導入し、図示し2ない排気手段により適当i減圧状態
に1〜で高周波電源3から高周波電圧全印加し、両電極
4,5間にプラズマを発生させ、高周波電圧供給側の電
極4上に載置された′4′:、導体基板6上のアルミニ
ウム膜(以下Al膜と云う)に対するドライエツチング
を、下層のタングステン−チタン膜(以下W−Ti膜と
云う)が露出するまで行なう。次に反応室1内を充分な
高真空に排気した後、02とCF4 の混合ガスを反応
ガス導入口2より導入し、適当な減圧状態のもとて両電
極4,5間にプラズマを発生させ、半導体基板θ上のW
−Ti膜のドライエツチングを行なった。
なお、ドライエツチング用の半導体基板として直径10
0−のシリコンウェハ上に厚さ0.67zmO熱酸化膜
を形成し、その上に厚さ0.11zmのTi含有量1チ
のW−Ti合金膜をスパッタリング蒸着し、さらにその
上層に厚さ1μmのAl膜をスパッタリング蒸着した。
そのA!!膜上に厚さ1.2μmのホトレジスト0FP
R−soo (東京応化工業(株)商品名)を塗布し、
露光現像によりマスクパターンを形成した。またAl膜
のドライエツチングには三塩化硼素と塩素の混合ガスを
用いて行なった。
上記のドライエツチング装置及び半導体基板を用いて、
Al膜をドライエツチングした後、02とCF4 の混
合ガスによって行なったW−Ti膜のドライエツチング
に関する実験結果を以下具体的数値例をもって説明する
第2図、第3図、第4図及び第5図は本発明第1の実施
例におけるW−Ti膜のドライエツチング特性を示すも
のである。各図の縦軸は各エツチング特性値、横軸は混
合ガスのCF4混合比を示す。
ここで他のプラズマ発生条件を下表に示す。
第1表 第2図かられかるように、CF4 i合比5チ〜20%
においてW−Ti膜エツチング速度は550人/分〜8
50人/分であり、厚さo、1/血のW−、−Ti膜は
2分〜1.5分で完全にエツチングできる。
第3図からCF4混合比に対するW−Tiの横方向への
エツチング量すなわちサイドエツチングlは、5〜20
 Vol %では0.037zm以下と良好でほぼ上層
Alパターンに忠実な微細エツチングが可能であるが、
20係以上では急激に増加し湿式エツチング時に発生す
る約0.1ツノのサイドエッチ賃に近づくだめ微細エツ
チングには不適当である。第4図からは、OとCF4の
混合ガスによ−)でW−Ti膜をエツチングすると同時
に、Alパターン上のレジストのドライエツチング除去
が可能であることかわかる。レジストのエツチング速度
はCF4 混合比5チ〜20係において5200 A/
分〜6800八/分であり、厚さ1.2μmのレジスト
は2.5分〜1.8分で完全に除去できる。従ってかる
。第5図は、W−Ti膜をドライエツチングすると同時
にレジストを完全にドライエツチング除去した後、半導
体基板6を反応室1よシ大気中に取出し、時間経過に伴
うA4パターンの腐食発生を実験的に確めた結果である
。この図からCF4混合比5%以上の範囲では腐食が完
全に防止されていることがわかる。この腐食防止効果に
関しては、Al膜のドライエツチング後A4パターンや
レジストの表面に残存する塩素系物質中の塩素がCF4
 ガス中に含まれる弗素によって置換されるために生じ
るという説明が既に成されている(特開昭57−124
439 )。
第6図は本実施例のドライエツチング方法による、A7
膜及びW−Ti合金膜の2層膜のエツチング工程を説明
する概略図である。第6図(a)において、11は半導
体基板であり、その上にW −T i膜(Ti含有量1
%)12が約0.1μmの膜厚で形成されている0W−
Ti合金膜12上にはA713が膜厚約1μmで形成さ
れている。Al膜13の上にマスク材料となるレジスト
膜14が形成されておp、その膜厚は約1.2μmであ
る。これらの構造は第8図に示す従来例と同じにしであ
る。第6図(b)、第6図(c)における13aばAl
配線パターンを示している。第6図かられかるようにW
−Ti膜12のドライエツチングをすると同時にレジス
トの除去及びAl腐食防止処理を行なうことが可能であ
り、従来に比べて大幅に工程を簡単化ができる。
以上のように本実施例によれば、Al膜の下層にW−T
i膜を有する2層膜のエツチングにおいて、Al膜を塩
素系ガスによってドライエツチングした後、CF4が6
〜2OVOlチ含まれる02とCF4の混合ガスを用い
て下層のW−Ti膜をドライエツチングすることにより
エツチング工程の大幅な簡単化が行なえると共に、同2
層膜配線パターンの微細化を行なうことができる。
第7図は本発明の第2の実施例に用いたドライエツチン
グ装置の概略図である。第1反応室21と第2反応室2
2とが開閉ゲート23を介し接続されている◇第1反応
室21及び第2反応室22は、それぞれ第1実施例の単
一反応室同様反応ガス導入口29、排気口25を有し、
内部に電極26゜27を有すると共に一方の電極27に
高周波電源28が接続され、かつ半導体基板24を保持
させている。本装置による本発明の別の実施例としての
ドライエツチング方法を次に示す。第1反応室21にお
いてAl膜のドライエツチングを完了した半導体基板2
4を、開閉ゲート23を介して図示されない搬送手段を
もって真空状態を維持しながら第2反応室22に移載し
、第2反応室22においてo2とCF4の混合ガスによ
ってW’−Ti膜のドライエツチング及びレジストのド
ライエツチング除去を行なう。以上の本実施例によれば
Al膜のドライエツチングとW−Ti 膜のドライエツ
チングの同時並行処理が可能となるため、大量の半導体
基板について連続的に、AI!膜とW−T f膜の2層
膜のドライエツチング処理をするのに、エツチング工程
に要する時間の大幅な短縮が可能となる。
なお、第1及び第2の実施例において弗化炭素はCF4
 としたが、例えば02F6やC3F8等の他の弗化炭
素系ガスを用いても同様の効果を得ることができる。ま
た、下層膜はW−Ti合金の場合発明の効果 本発明によれば、アルミニウムあるいはアルミニウム合
金よりなるアルミニウム系膜の下層にタングステンある
いはチタン等の高融点金属を主成分とする高融点金属系
膜を有する2層膜のエツチングにおいて、レジスト膜を
マスク材料として、アルミニウム系膜を塩素系ガスによ
ってドライエツチングした後、酸素と弗化炭素力・ら成
る混合ガスを用いて、高融点金属系膜をドライエツチン
グすることにより、前記した作用を得、エツチング工程
の短縮化と上記2層膜配線パターンの微細化を行なうこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施しIJにおけるドライエツ
チング装置の概略図、第2.3.4.5図は本発明第1
の実施例におけるW−Ti膜ドライエツチング特性図、
第6図は本発明第1の実施例におけるエツチング工程概
略図、第7図は本発明の第2の実施例におけるドライエ
ツチング装置の概−ンの断面概略図である。 12−−−−−− W −T を膜、13−−−−−・
Al膜、13a・・・・・・Al配線パターン、14・
・・・・・レジスト。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 CI4−先1堂・比 (VIl 4 第3図 六 CFqう毛仝比(vJ・り 第4図 CF4 ’jj−γF <vJ7/、)第5図 CFp規′針比(vol幻

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アルミニウムあるいはアルミニウム合金よりなる
    アルミニウム系膜の下層にタングステンあるいはチタン
    等の高融点金属を主成分とする高融点金属系膜を有する
    2層膜のエチッチングにおいて、レジスト膜をマスク材
    料として、アルミニウム系膜を塩素系ガスによってドラ
    イエッチングした後、酸素と弗化炭素の混合ガスを用い
    て下層の高融点金属系膜をエッチングすることを特徴と
    するドライエッチング方法。
  2. (2)弗化炭素が4弗化炭素であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のドライエッチング方法。
  3. (3)酸素と4弗化炭素の混合ガスは、4弗化炭素の混
    合比が5〜20Vol%であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載のドライエッチング方法。
JP29379685A 1985-12-26 1985-12-26 ドライエツチング方法 Pending JPS62154628A (ja)

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