JPS63140089A

JPS63140089A - アルミニウム合金膜のエツチング方法とその装置

Info

Publication number: JPS63140089A
Application number: JP28644286A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Asamaki; 麻蒔　立男; Katsuzo Ukai; 鵜飼　勝三; Kiyoushiyoku Kin; 金　京植; Tsutomu Tsukada; 勉塚田
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1988-06-11

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）この発明はアルミニウム合金膜のエツチング方法とその
装置に関し、特にリアクチブイオンエツチング（以下単
にＲＩＥ）等の異方性エツチングを行ないながらアルミ
ニウム合金膜のエツチングを行ないたい場合に適用して
効果の著しいものである。

（従来の技術） μｍといった狭いパターンのアルミニウム合金膜のエツ
チングを行なう場合、２極放電あるいはマグネトロン放
電を用いたエツチング法が、秀れた方法として従来広く
用いられている。

（発明が解決しようとする問題点）アルミニウム合金膜例えば、Ａｌ−Ｃｕ合金膜の表面に
エツチングを行なう方法としては種々のものがあるが、
パターンが微細になるにつれて、エツチングを施した凹
部や穴部にＣｕの化合物が残渣として残留しく例えば、
後述の第３図に多数の点６て示したものがそれである）
、爾後の工程に支障を生じ、また製品の歩留りを悪くす
る不都合を生じている。

この残渣の除去は極めて困難で、そのため従来はその有
用性にも拘らずＡ１合金膜、特にＡｌ−Ｃｕ合金膜の半
導体素子への適用は皆無に近いものとなっている。これ
はＡｌ−３ｉなどの他のアルミニウム合金膜でも同様で
あって、こうしたアルミニウム合金膜のエツチング技術
は、今日のマイクロエレクトロニクスの分野で極めて重
要な課題として、各所で研究に研究が重ねられているも
のである。

（発明の目的）本発明は、上記問題を解決する秀れたアルミニウム合金
膜のエツチングの方法とその装置の提供を目的とする。

（問題を解決するための手段）本発明においては、上記問題の解決のために、被処理物
（以下、基板）の近傍にラジカルを大量に作り、このラ
ジカルで前記のアルミニウム合金膜のエツチングを行な
うもので、それを目的として、放電空間の電位を調節し
、電子のエネルギーを調整するものである。

一般に、放電空間にある電子のエネルギーと衝突断面積
との間には第１図に示すような関係（衝突断面積の最大
値を１００として示しである）がある。即ち、曲線ｉは
、気体のイオン化断面積を示すものであって一般に電子
のエネルギー１００ｅＶ近辺に最大値があり、一方、活
性種の断面積は第１図の曲線ｒに示すように電子のエネ
ルギーの数ｅＶから十数ｅＶのあたりに最大値がある。

従って、イオンは電子の高エネルギ一部分て多く生成し
、逆に活性種は電子の低エネルギ一部分で多く発生する
傾向を持つ。

さて、放電を利用して前記のアルミニウム合金膜のエツ
チングを行なおうとする場合には、基板の近くに大量の
活性種（ラジカル）を集中させる必要があるが、従来の
一般の二極放電における放電空間の電位分布を測定して
見ると、例えば、第２図の曲線ｄ１に示すようになって
いる。ここでＶｒは陰極Ｋから距離ｒの位置における電
位、Ｖａは陽極電圧である。曲線の傾斜がその点の電界
強度を示し、平均値で云うとき、陰極近傍の電界強度は
他の部分の電界強度よりも必ず相当程度強くなっている
。　即ち、この電位分布曲線ｄ１においては、陰極表面
近くに強い電界があって電子のエネルギーはそこで大き
くなり、従って、この位置では主としてイオンが生成し
活性種は不足している。従来基板はこの陰極上に載置さ
れているため、このイオンによる異方性エツチングが強
力に行なわれる反面、アルミニウム合金膜では、活性種
の不足によって残渣の除去が不可能どなったものである
。

本願の発明者はこの点に着目した。

本発明では、後記するさまざまな工夫により、電位分布
を第２図の曲線ｄ２あるいはｄ３のように、基板（基板
は、陰極上に載置されている場合を代表的に示す）の表
面近傍において平均的電界強度を小さくし電子のエネル
ギーを小さく抑制することにより、基板即ちアルミニウ
ム合金膜の表面近くに活性種を大量に作るようにするも
のである。

一般に、放電空間の電位分布を示した第２図のｄｉ、ｄ
ｌ、ｄ３の曲線は、例えば次の数式で近似的に表すこと
が出来る。

即ち、陽極電圧なＶａ、陰極からの距離ｒにおける電位
をＶｒ、電極間の距離をａとし、ｎを常数として、Ｖｒ＝Ｖａ　（ｒ／ａ）’ である。この表現方法を採用する場合は、ｄｌはｎ＜１
の場合であって従来の方法を示し、ｄｌはｎ＝Ｌ　　ｄ
３はｎ＞１の場合であって本発明の方法を示すことにな
る。

さて、この本発明の方法を利用するときは、ＲＩＥ法に
よっても異方性エツチングを可成り強力に行なうと同時
に、大量の活性種により、残渣を残さないアルミニウム
合金膜のエツチングを行なわせることが出来る。第３図
において、２は被エツチング体、１はフォトレジストで
ある。

良いアルミニウム合金膜のエツチングの為には、基板表
面に大量の活性種が存在し、そこへイオンが入射する態
様が理想的である。

その実現のためには、上式のｎをなるべく大きくし従っ
て陰極の基板表面部が弱電界で、活性種が多く発生し、
他の部分例えば陽極の近くが強電界でイオンが多く生成
し、そのイオンが基板に向かって入射する、というのが
望ましい。

さらに望ましい態様として、放電空間の電極構造や磁場
を（後述のように）工夫することによって、プラズマが
、基板の近くに巧みに収束されるようにする構成がある
。

（実施例）次にこの発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。

第４図く正両断面図）、第５図（平面断面図）、および
第６図（概要図）の本発明の実施例において、１０は真
空容器、１１は処理室、１２は排気管、１３は排気の方
向を示す矢印である。２０は処理系、２１は陰極、２２
は陽極、２３および２４は陽・陰画電極間に放電を起こ
させたりそれを制御したりするための陰極電源および陽
極電源である。２５は基板であって、これは目的により
２６（仮線）の位置、２８（仮線）の位置あるいはその
他言語と電極の間など任意の位置に置くことが出来ろ（
・・・・・・但し、それらのときは電界強度分布は本発
明の趣旨に沿って、各調整されなければならない）。

また、筒状突起２７（仮線）はプラズマを陽極２２の近
くに閉じ込めるため設置されることのある補助電極であ
って、図では陽極２２に接続されているが、これは陰極
２１側に設けてもよい。または陽極、陰極の何れとも接
続せず、浮遊電位にし若しくは別に設けた電源に接続し
てもよい。

３０は磁場設定手段で、３１はポールピース、３２はコ
イル、３３はヨークである。３４は発生する磁力線の１
例を示す。　　３５及び３６は電磁コイル用交流電源で
、この実施例においては電源３５と３６の位相を９０度
ずらし、作られる磁場３８が、陽極２２の表面に沿った
方向の面内で回転磁場を発生するようにしている。３７
は必要により磁場の方向や分布を制御するため設けられ
ている補助ヨークである。

４０は間欠的に電力を供給する必要のある場合、そのた
めの電源である。これは、第６図に見るように、４１は
直流電源、４２は安定抵抗であり、コイル４３と、コン
デンサー４４は、高周波電源２３、マツチングボックス
２３１、ストップコンデンサ２３２から送られる高周波
電力（１３，５６Ｍ　ＨＺ　”）のストッパーである。

４５は主コンデンサであって主放電の（直流）電力がい
ったんここに蓄えられるもの、４６はスイッチ（電子式
、電気式、あるいは機械式何れでも良い）であって、こ
れの０Ｎ−ＯＦＦで直流パルス電力による主放電を間欠
的に行う仕組みになっている。この主放電は、陰極、陽
極間の電場と磁場が直交するいわゆるマグネトロン放電
であるので、放電インピーダンスは低く、大電力による
特殊なプラズマ状態を発生させるのに有効である。

この実施例の、真空容器１０に（従って、電極２１．２
２に）密着して設けられたポールピースを用いる磁場設
定手段３０は、ヘルムホルツコイルを用いる方式の従来
の装置に比較して全体の装置を小型化出来る長所がある
。５０はガス導入系で５１が導入弁、５２はガスボンベ
とガス流量計である。

この装置は通常のプラズマ処理装置と同様に運転する。

例えば、Ａｌ−Ｃｕ合金膜のエツチングの場合では、基
板を２６の位置に置いて、処理室１１の圧力を所定の圧
力にまで排気した後、ガス導入系５０により反応性ガス
である５ｉＣ１４を１１００５ＣＣ導入し、エツチング
圧力を１０Ｐａとして、コイル電源２３を動作させエツ
チングを行う。

溝、穴のエツチングを行なったところ、第３図に示すよ
うな残渣６は皆無となってＡｌ−Ｃｕ合金膜のエツチン
グが正確に行なわれていた。例えば、銅を１％（モル比
）含むＳｉ合金の場合は基板表面での磁場が５０ガウス
以上、銅を４％（モル比）含む合金では１００ガウス以
上が望ましいことがわかった。

これはマグネトロン放電における電位分布が第２図のｄ
３て示されるような曲線形状になっている為であり、基
板の表面近くの低エネルギーの電子が大量の活性種を作
っていることによる。

電源の動作にも種々な動作方法がある。望ましいのは、
陰極型−［２３を動作し、比較的弱いプラズマ状態をま
ず作っておいて、ついで主放電を行なわせる方法である
。さらに別の方法は、基板の温度上昇を低下させるのを
目的として、陰極電源２３の出力を極めて小さく、場合
によっては零にすることである。即ち、陰極電源２３を
スイッチ４６と同期させて動作させ、主放電の発生直前
に弱い従放電（プラズマ処理に注目するとき、極め比例
して変化する曲線ｄ２を実現するようにした場合である
。厳密な意味での比例関係にすることは出来ないが、基
板表面近傍での平均的電界強度を、他の部分の平均的電
界強度に等しいが、や＼小さいものにして、基板表面近
傍に多量の活性種を作っている。

勿論グリッドの電位を陰極に近くなる程低下させてゆく
ことで、電界強度に大差の、ある第３図の曲線ｄ３を実
現することも可能である。

第１４図に示す別の実施例においては陽極２２と陰極２
１０間に出来る電界と、電磁コイル３２で作られる磁界
が、はν平行になるように配慮しである。

この実施例においても、電位分布は先のｎ＞１であり、
やはり基板の表面に大量の活性種を作りアルミニウム合
金膜のエツチングを行なうことが出来る。

第１５図には、別の実施例を示しである。この実施例は
、はメ第１４図の実施例と同じであるが、強磁性体のポ
ールピース３７を配置することにより磁場の集中の態様
を前記より良好にしている。

なお、以上の実施例は何ら限定的な意味を持つものでは
なく、多数の変形が可能である。

例えば、電位分布はｎ＞１であることが勿論大切である
が、電位分布には常に多少の凹凸があり、ｎ＝１の線を
越えて電位の一部がｎ＜１の部分を持つことがあっても
支障はない。　平均しては家ｎ＞１が成立しておれば目
的は達成される。

また、磁場の設定方法にも各種の方法がある。

例えば、第６図の３１に示すように、最も一般的な形状
の馬蹄形磁石を用いてその両脚で真空容器を挟んでもよ
いし、また永久磁石による靜磁界の代わりに電磁石によ
る交番磁場を用いてもよい。

（発明の効果）本発明は以上説明したような構成と作用を有しているの
で、特に微細パターンにおいて前述の残渣のないアルミ
ニウム合金膜のエツチングを確実に行なうことが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電子のエネルギーと衝突断面積の関係を示す
グラフ。第２図は、電位分布の例を示す図。第３図は、従来のアルミニウム合金膜のエツチングのエ
ツチング残渣を示す断面図。第４図、第５図および第６，７図は本発明の実施例の正
面断面図、平面断面図および概略図。第８．９．１０．　１１．　１２．　１３．　１４゜１
５図は、本発明の他の実施例の同様の図。１１は真空容器、２１は陰極、２２は陽極、２５．２６
．２８は基板、４６は主放電を間欠的に行なわせるスイ
ッチ、４７はパルス電源、５０はガス導入系である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の圧力に排気する排気系と所定の圧力に所定
の気体を導入するガス導入系を備えた真空容器内に陽極
と陰極を配し、陽極と陰極間における放電を利用してこ
の放電空間内に置かれたアルミニウム合金膜のエッチン
グを行なう方法において、アルミニウム合金膜表面部近傍の平均的電界の強度が、
その他の部分の平均的電界強度よりも強くない状態でエ
ッチングを行なうことを特徴とするアルミニウム合金膜
のエッチング方法。
（２）所定の圧力に排気する排気系と所定の圧力に所定
の気体を導入するガス導入系を備えた真空容器内に陽極
と陰極を配し、陽極と陰極間における放電を利用してこ
の放電空間内に置かれたアルミニウム合金膜のエッチン
グを行なう装置において、アルミニウム合金膜表面部近傍の平均的電界強度が、そ
の他の部分の平均的電界強度よりも強くないよう構成し
たことを特徴とするアルミニウム合金膜のエッチング装
置。