JPS6265331A - 銅もしくは銅合金のエツチング方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電子回路装置におけるミクロン幅もしくはサ
ブミクロン幅の微細配線を形成するのに好適な、銅また
は銅合金のエツチング方法に関するものである。

〔発明の背景〕

銅は比較的安価で電気抵抗が低く、耐エレクトロマイグ
レーション特性がすぐれている。このため、従来から電
気・電子回路の配線材料として広く用いられてきた。一
方、電子回路では集積度を上げるために配線をできる限
り細くしたいという要求があり、ＬＳＩ等の半導体装置
にも適用できる銅の微細加工技術の開発が望まれている
。銅の加工技術としては、めっき法、リフトオフ法、ウ
ェットエツチング法、イオンミリング法などが知られて
いる。しかしＬＳＩへの適用を考えた場合にいずれの方
法も一長一短があり、実用化は難しい。例えば、めっき
法を用いれば微細加工は可能だが電気抵抗が低い配線は
得られない、リフトオフ法では、不要な銅を基板から剥
離する際に多量の塵埃が発生する。イオンミリング法は
エツチング速度が低く、材料の選択比も小さいという問
題がある。微細加工技術の典型的な例としては、たとえ
ばアルミニウムの微細加工における反応性イオンエツチ
ング（ＲＩＥ）が知られている６反応性イオンエツチン
グは、サイドエッチが少なく、サブミクロン領域のパタ
ンも加工しうる極めてすぐれた方法である。これに対し
て、比較的低温で迅速に銅をエツチングできる適当な反
応ガスが知られていないため、アルミニウムと同様な実
用的な反応性イオンエツチング法は見出されていない。

現在知られている類似の方法としては、Ｇ、　Ｃ。

Ｓｃｈｗａｒｔｚらの研究（ジャーナル・オブ・ザ・エ
レクトロケミカル・ソサエティＶＯ１，１３０，Ｐρ、
１７７７（１９８３））がある。上記方法によれば、平
行平板型プラズマ装置に四塩化炭素とアルゴンの混合ガ
スを１０ｍ　Ｔ　ｏｒｒの圧力で導入し、２２５℃で銅
をエツチングすることができる。しかし銅の塩化物は蒸
気圧が低く、四塩化炭素による基板温度２００℃以下の
エツチングは極めて困難である。レジストの耐熱性はた
かだか２００〜２１０℃であるため、基板温度が高くな
ると加工精度が低下したり、レジストが変質して酸素プ
ラズマによる灰化以外の方法では除去が困難になるなど
の問題があった。上記酸素プラズマ灰化処理は微細な銅
配線に対しては望ましくなく、レジスト剥離液等の銅を
変質させない処理によるレジスト除去が可能でなければ
ならない、なおレジストの耐熱性は一般には１４０〜１
７０℃とされているが１例えば特公昭５８−５１４２号
に示したように、レジストの感光性を必要としない場合
には２００〜２１０℃の温度に耐えることができる。し
かし２１０℃をこえるとレジストの変質が著しく。

使用に耐えなくなる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、銅あるいは銅合金膜をエツチングする
方法、特に２００℃以下の反応性イオンエツチングによ
って、ミクロン幅もしくはサブミクロン幅の微細パタン
を精度よく迅速に加工し、しかも、他のドライプロセス
に較べて下地材料のダメージを低減する方法を得ること
である。

〔発明の概要〕

反応性イオンエツチングが進行するためには、銅とイオ
ンとが反応して生じた生成物が蒸気となって基板表面か
ら除去される必要がある。従って低温でも蒸気圧が高い
生成物を発生させるよ４〕な反応ガスを用いることが望
ましい、硝酸銅（ｎ）は、真空中２００℃以下で昇華す
る性質がある。そこで銅と反応して硝酸銅（■）を生成
させ得る反応ガスを検討した結果、窒素酸化物（Ｎ　Ｘ
　Ｏｙ　）、もしくは窒素酸化物に酸素等の酸化性のガ
スを加えた混合ガスが適することを見出した。これらの
ガスは、プラズマ装置内でエツチングに必要な硝酸イオ
ンを生成する。プラズマ装置として平行平板型プラズマ
装置を用いると、銅の異方性エツチングを行うことがで
きる。本発明による銅および銅合金のエツチング方法は
、銅もしくは銅合金を、窒素酸化物を含むプラズマもし
くはイオンを用いてエツチングすることによって、２０
０℃以下の低温で微細パタンを精度よくエツチングする
ようにしたものである。

〔発明の実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は本発明による銅および銅合金のエツチング方法
の実施例に用いた試料の断面図、第２図は実施例に用い
た高速中性ビーム装置の構成を示す概略図、第３図は上
記実施例に用いた他の試料の断面図、第４図は実施例の
７に用いたエツチング装置の概略図である。

実施例の１ 第１図において、シリコン基板１０に接着［１１として
クロム膜を０．１．の厚さに蒸着し、さらに配線層１２
として銅膜を０．８−の厚さに蒸着した。その上に加工
マスク１３としてＡＺ１３５０Ｊ　　（シラプレー社製
商品名）で幅２−１厚さ１．５Ｉａｌのストライプパタ
ンを形成した。上記シリコン基板１０を平行平板型プラ
ズマ装置に入れ、真空排気を行ったのち四酸化二窒素（
Ｎ、Ｏ，）を０．６Ｔｏｒｒの圧力で導入し、高周波を
印加して１板温度１８０℃以下において銅のエツチング
を行った。本実施例ではサイトエッチがほとんど見られ
ず、精度よく配線層１２の銅膜を加工することができた
。

実施例の２ 本実施例は上記基板１０を用い、配線ｐｓ１２を加工す
るのに四酸化二窒素と酸化性のガスである酸素との混合
ガス（Ｎ２０．＋５％酸素）を用いた。上記酸素はプラ
ズマ中でオゾンを生じ、該オゾンがさらに四酸化二窒素
と反応して硝酸イオンの生成を促すためにエツチング速
度が速くなる。ただし加工マスク１３を形成するレジス
トの膜減りが著しいため、加工マスク１３としてはｏ、
ｉ、厚さのアルミニウム膜を用いた。なお、反応を促進
するガスとしては、酸化力が強いガスであれば酸素以外
のガスでもよい。

実施例の３ 銅にベリリウムを少量混合するとエレクトロマイグレー
ション耐性を著しく改善することが知られている。そこ
で本実施例では実施例の１で用いた試料の配線層１２を
銅−ベリリウム合金（Ｂｅ１．７ｔｉｔ％）に代えて、
上記実施例の１と同様の方法でエツチングを行った。ベ
リリウムは四酸化二窒素と反応して硝酸ベリリウムを生
じてエツチングされるため、エツチング残渣が全く見ら
れなかった。

ここでは銅合金としてベリリウムを含むものについて記
したが、アルミニウム等の他の材料であってもよい。な
おアルミニウムは硝酸系イオンによってはエツチングが
困難であるため、残渣として基板上に残るが、銅のエツ
チング後に塩素系のエツチング液もしくはガスプラズマ
により容易に除去できる。上記のように残渣となる混入
物も、その濃度が低ければ実用上問題はない。

実施例の４ 本実施例ではイオンアシスト法を用いた。実施例の１で
用いた第１図に示す試料をイオンビーム装置に入れ、真
空排気を行ったのち四酸化二窒素を導入して１０−４〜
１０−”Ｔｏｒｒに保ち、上記試料にアルゴンビームを
加速電圧８００ｅＶ、　ｆｔ流密度０．５ｍＡ／−の条
件で照射した。この方法では等方的に入射する中性ラジ
カルがないために、エツチングされた銅パタンの側壁は
垂直であり、高精度に加工できた。

実施例の５ さらに高精度に銅を加工するために、第２図に示した高
速中性ビーム装置を用いた。イオン源２０内に四酸化二
窒素を導入して放電によるイオンを発生させ、５００ｖ
の電圧を印加した電極２１で加速しイオンビームを形成
した。上記イオンビームを１０−’Ｔｏｒｒの四酸化二
窒素のガスを満たした電荷交換槽２２の中を１ｍにわた
って通過させ、さらに電極対２３で荷電粒子を除去して
高速中性ビームを形成した。上記ビームを第１図に示す
構造の試料２４に照射した。この時、同時にノズル２５
がら四酸化二窒素を供給した。本実施例により０．５−
幅の銅配線を高精度に加工することができた。

実施例の６ 本実施例には第３図に示すような試料を用いた。

すなわち、２インチ角のセラミック基板３ｏにポリイミ
ド樹脂膜３１を５虜の厚さに塗布したのち、接着層３２
としてクロム暎を０．１．、配線層３３として銅膜を５
１！ｍの厚さにそれぞれ蒸着した。加工マスク３４とし
てＡＺ１３５０Ｊを用い２ｏ摩幅のストライプパタンを
形成した。上記試料を円筒型プラズマ装置に入れ、真空
排気を行ったのち四酸化二窒素を導入し高周波を印加し
て銅を加工した。本実施例でも実施例の１と同じ＜　２
００’Ｃ以下の温度で銅をエツチングすることができた
。

上記各実施例では四酸化二窒素をエツチングガスとする
実施例について記したが、三酸化二窒素、二酸化窒素、
五酸化二窒素、−酸化窒素等の窒素酸化物を用いてもエ
ツチングが可能である。しかし四酸化二窒素および三酸
化二窒素を用いてエツチングすることによりより好まし
い結果が得られた。また上記エツチング装置についても
、窒素酸化物の活性種を発生させることができるもので
あれば、銅および銅合金をエツチングすることができる
。

実施例の７ 第４図は本実施例に用いたエツチング装置の概略を示す
図である。第４図において、プラズマ室４４の導入口４
１から窒素ガスを導入し、導入口４２から酸素ガスを上
記プラズマ室４４に供給する。この場合の酸素ガスの比
率は１０％以下であった。酸素ガスの比率は５０％以下
であれば差し支えないが、銅および銅合金の酸化を防止
するためには４０％以下であることが望ましい。ついで
ＲＦコイル４３に高周波を印加して窒素酸化物よりなる
活性種を発生させる。上記活性種を可変オリフィス４５
を通してエツチング室４６に導き、高周波を印加するこ
とによって電極４８上の試料４７に照射した。上記試料
４７は実施例の１に用いた銅膜を蒸着したシリコン基板
と同じものであるが、照射の結果、サイドエッチがほと
んどない高精度の配線層を加工することができた。

〔発明の効果〕

上記のように本発明による銅および銅合金のエツチング
方法は、窒素および酸素、もしくは窒素酸化物の活性種
を含む気体をエツチングガスとして、銅もしくは銅合金
のエツチングすることにより、２００℃以下の温度で、
蒸着膜あるいはスパッタ膜のように１選択めっき法具外
の方法により形成した電気抵抗が低い銅薄膜を、異方性
エツチングできるので、下地材料に悪影響を与えること
なく、従来技術では非常に困難とされていたサブミクロ
ンの銅配線を極めて容易に形成できる。また塩素イオン
を主成分に用いないため、アルミニウム等の薄膜を加工
マスクとして用いることもてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による銅および銅合金のエツチング方法
の実施例に用いた試料の断面図、第２図は実施例の５に
用いた高速中性ビーム装置の構成を示す概略図、第３図
は実施例の６に用いた試料の断面図、第４図は実施例の
７に用いたエツチング装置の概略図である。 １１．３２・・・接着層 １２．３３・・・銅もしくは銅合金 １３．３４・・・加工マスク　　４１・・・窒素ガス導
入口４２・・・酸素ガス導入口　　４６・・・エツチン
グ室４７・・・試料

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅もしくは銅合金の所望部分を、窒素酸化物を含
   むプラズマもしくはイオンと接触させることにより、上
   記所望部分をエッチングする銅もしくは銅合金のエッチ
   ング方法。
2. （２）上記窒素酸化物は、四酸化二窒素または三酸化二
   窒素であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の銅もしくは銅合金のエッチング方法。