JP2000260759A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属もしくは金属化合物薄膜とアルミニウム
を主成分とする金属膜の積層膜をドライエッチングする
際に、この金属膜上の前記薄膜を垂直に近い角度で加工
し、薄膜直下のこの金属膜のサイドエッチングを防ぐ方
法を提供する。 【解決手段】 前記薄膜１６を垂直に加工し、且つ前記
金属膜１３の表層でエッチングが停止するガスを用いて
前記薄膜１６を加工する。引き続き金属膜１３を加工す
る際に、金属膜１３のサイドエッチングを防ぐため、先
ず対フォトレジスト選択比の低い条件でドライエッチン
グを開始し、フォトレジスト膜１７から側壁保護膜源を
供給した後、対フォトレジスト選択比の高い条件に切り
替えて金属１３を加工する。ＴｉＮなどの前記薄膜を加
工する際にフッ素を含むガスを用いる。この時、チタン
とフッ素が化合しフッ化チタンになりエッチングが進む
が、その後生成されるフッ化アルミニウムがアルミニウ
ム膜上に堆積され、これ以上のエッチングを阻止する。
を主成分とする金属膜の積層膜をドライエッチングする
際に、この金属膜上の前記薄膜を垂直に近い角度で加工
し、薄膜直下のこの金属膜のサイドエッチングを防ぐ方
法を提供する。 【解決手段】 前記薄膜１６を垂直に加工し、且つ前記
金属膜１３の表層でエッチングが停止するガスを用いて
前記薄膜１６を加工する。引き続き金属膜１３を加工す
る際に、金属膜１３のサイドエッチングを防ぐため、先
ず対フォトレジスト選択比の低い条件でドライエッチン
グを開始し、フォトレジスト膜１７から側壁保護膜源を
供給した後、対フォトレジスト選択比の高い条件に切り
替えて金属１３を加工する。ＴｉＮなどの前記薄膜を加
工する際にフッ素を含むガスを用いる。この時、チタン
とフッ素が化合しフッ化チタンになりエッチングが進む
が、その後生成されるフッ化アルミニウムがアルミニウ
ム膜上に堆積され、これ以上のエッチングを阻止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置のドラ
イエッチング方法に係り、とくにアルミニウムを主成分
とする金属配線を形成する際に用いられるドライエッチ
ング方法に関するものである。
イエッチング方法に係り、とくにアルミニウムを主成分
とする金属配線を形成する際に用いられるドライエッチ
ング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来半導体基板上に金属配線を形成する
には、通常ドライエッチング法によりパターニングされ
る。図７は、金属配線が形成された半導体基板の断面図
である。シリコンなどの半導体基板１０１上にシリコン
酸化膜（ＳｉＯ2 ）などからなる絶縁膜１０２が形成さ
れている。この絶縁膜１０２の表面は、平坦化され、こ
の表面に金属配線１０３が形成されている。金属配線１
０３は、図示しない下層の配線、半導体基板１０１、図
示しないＭＯＳトランジスタのゲートなどに電気的に接
続されることができ、さらに絶縁膜１０５上に形成され
る上層の金属配線（図示しない）にも接続される。シリ
コン酸化膜（ＳｉＯ2 ）などからなる絶縁膜１０５は、
金属配線１０３を被覆するように半導体基板１０１上に
形成される。金属配線１０３は、アルミニウムを主成分
とし、銅やシリコンが適宜含有された金属膜１０３ａ
と、前記金属膜１０３ａ上に配線としての信頼性を向上
させる金属薄膜もしくは金属化合物薄膜１０３ｂとを積
層している積層膜を有している。金属もしくは金属化合
物薄膜１０３ｂは、チタン、タングステンなどの金属や
チタンナイトライド、タングステンシリサイドなどの金
属化合物あるいは金属と金属化合物との積層膜などから
構成されている。
には、通常ドライエッチング法によりパターニングされ
る。図７は、金属配線が形成された半導体基板の断面図
である。シリコンなどの半導体基板１０１上にシリコン
酸化膜（ＳｉＯ2 ）などからなる絶縁膜１０２が形成さ
れている。この絶縁膜１０２の表面は、平坦化され、こ
の表面に金属配線１０３が形成されている。金属配線１
０３は、図示しない下層の配線、半導体基板１０１、図
示しないＭＯＳトランジスタのゲートなどに電気的に接
続されることができ、さらに絶縁膜１０５上に形成され
る上層の金属配線（図示しない）にも接続される。シリ
コン酸化膜（ＳｉＯ2 ）などからなる絶縁膜１０５は、
金属配線１０３を被覆するように半導体基板１０１上に
形成される。金属配線１０３は、アルミニウムを主成分
とし、銅やシリコンが適宜含有された金属膜１０３ａ
と、前記金属膜１０３ａ上に配線としての信頼性を向上
させる金属薄膜もしくは金属化合物薄膜１０３ｂとを積
層している積層膜を有している。金属もしくは金属化合
物薄膜１０３ｂは、チタン、タングステンなどの金属や
チタンナイトライド、タングステンシリサイドなどの金
属化合物あるいは金属と金属化合物との積層膜などから
構成されている。
【０００３】この金属配線である積層膜は、図４乃至図
７に示すように以下のような工程で形成される。半導体
基板１０１上の絶縁膜１０２に、金属膜１０３ａ、この
金属膜を保護し配線としての信頼性を向上させる金属も
しくは金属化合物薄膜１０３ｂ及びフォトレジストに反
射光が作用するのを防止する反射防止膜１０３ｃとを順
次積層して積層膜１０３を形成する（図４）。反射防止
膜１０３ｃは、カーボンなどの有機化合物膜などから構
成されている。次に、積層膜１０３上にフォトレジスト
１０４を形成し、露光技術を用いてフォトレジスト１０
４を金属配線のパターンと同じ形状にパターニングする
（図５）。次に、このパターニングされたフォトレジス
ト１０４をマスクにして積層膜１０３をドライエッチン
グ法によりエッチングして所定のパターンを有する積層
膜１０３を形成する。この積層膜が金属配線となる（図
６）。この後フォトレジスト１０４及び反射防止膜１０
３ｃを除去してから絶縁膜１０５を半導体基板１０１上
に堆積させる（図７）。従来半導体基板上に形成された
反射防止用の金属もしくは金属化合物薄膜、アルミニウ
ムを主成分とする金属膜をエッチングするのに、通常ア
ルミニウム膜を加工する場合に使用する塩素ガス（Ｃｌ
2 ）と三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）を含むガス系でエッチ
ングを行っている。
７に示すように以下のような工程で形成される。半導体
基板１０１上の絶縁膜１０２に、金属膜１０３ａ、この
金属膜を保護し配線としての信頼性を向上させる金属も
しくは金属化合物薄膜１０３ｂ及びフォトレジストに反
射光が作用するのを防止する反射防止膜１０３ｃとを順
次積層して積層膜１０３を形成する（図４）。反射防止
膜１０３ｃは、カーボンなどの有機化合物膜などから構
成されている。次に、積層膜１０３上にフォトレジスト
１０４を形成し、露光技術を用いてフォトレジスト１０
４を金属配線のパターンと同じ形状にパターニングする
（図５）。次に、このパターニングされたフォトレジス
ト１０４をマスクにして積層膜１０３をドライエッチン
グ法によりエッチングして所定のパターンを有する積層
膜１０３を形成する。この積層膜が金属配線となる（図
６）。この後フォトレジスト１０４及び反射防止膜１０
３ｃを除去してから絶縁膜１０５を半導体基板１０１上
に堆積させる（図７）。従来半導体基板上に形成された
反射防止用の金属もしくは金属化合物薄膜、アルミニウ
ムを主成分とする金属膜をエッチングするのに、通常ア
ルミニウム膜を加工する場合に使用する塩素ガス（Ｃｌ
2 ）と三塩化ホウ素（ＢＣｌ3 ）を含むガス系でエッチ
ングを行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体基板上に形成さ
れた反射防止膜、金属もしくは金属化合物薄膜、アルミ
ニウムを主成分とする金属膜をエッチングするのに塩素
ガスと三塩化ホウ素を含むガス系でエッチングを行う場
合、塩素ガスの混合比を高めると、反射防止膜及び金属
もしくは金属化合物薄膜は垂直にエッチングされるが、
同時に金属もしくは金属化合物薄膜直下のアルミニウム
を主成分とする金属膜がサイドエッチングされる。一
方、塩素ガスの混合比を下げていくと、アルミニウムを
主成分とする金属膜のサイドエッチングは減少するが、
金属もしくは金属化合物薄膜はテーパー形状でエッチン
グされる。図８（ａ）及び図８（ｃ）は、その状態を説
明している。
れた反射防止膜、金属もしくは金属化合物薄膜、アルミ
ニウムを主成分とする金属膜をエッチングするのに塩素
ガスと三塩化ホウ素を含むガス系でエッチングを行う場
合、塩素ガスの混合比を高めると、反射防止膜及び金属
もしくは金属化合物薄膜は垂直にエッチングされるが、
同時に金属もしくは金属化合物薄膜直下のアルミニウム
を主成分とする金属膜がサイドエッチングされる。一
方、塩素ガスの混合比を下げていくと、アルミニウムを
主成分とする金属膜のサイドエッチングは減少するが、
金属もしくは金属化合物薄膜はテーパー形状でエッチン
グされる。図８（ａ）及び図８（ｃ）は、その状態を説
明している。
【０００５】すなわち、塩素流量比が高い場合は金属も
しくは金属化合物薄膜１０３ｂはアルミニウムを主成分
とする金属膜１０３ａに対してひさし状の形状になり
（図８（ａ））、塩素流量比が低い場合は金属もしくは
金属化合物薄膜（例えば、窒化チタンとチタニウムの積
層膜）１０３ｂのテ−バ−形状による寸法増加がおこり
（図８（ｃ））、配線パターンとなる金属膜１０３ａの
配線間隔が狭まって微細な金属配線加工は困難となる。
両者を組み合わせて、金属もしくは金属化合物薄膜の途
中までは塩素ガスの混合比を高くしてエッチングし、途
中で塩素ガスの混合比を下げてエッチングすることによ
り両者の良い面を合わせることが考えられるが、半導体
基板面内でエッチング速度が不均一であるため半導体基
板面内全体を制御することは困難である。本発明は、こ
のような事情によりなされたものであり、金属もしくは
金属化合物薄膜とアルミニウムを主成分とする金属膜の
積層膜又は反射防止膜と金属もしくは金属化合物薄膜と
アルミニウムを主成分とする金属膜との積層膜をドライ
エッチングする際に、アルミニウムを主成分とする金属
膜上の金属もしくは金属化合物薄膜及び反射防止膜を垂
直に近い角度で加工し、かつ金属もしくは金属化合物薄
膜直下のアルミニウムを主成分とする金属膜のサイドエ
ッチングを防ぐことができるドライエッチング方法を提
供する。
しくは金属化合物薄膜１０３ｂはアルミニウムを主成分
とする金属膜１０３ａに対してひさし状の形状になり
（図８（ａ））、塩素流量比が低い場合は金属もしくは
金属化合物薄膜（例えば、窒化チタンとチタニウムの積
層膜）１０３ｂのテ−バ−形状による寸法増加がおこり
（図８（ｃ））、配線パターンとなる金属膜１０３ａの
配線間隔が狭まって微細な金属配線加工は困難となる。
両者を組み合わせて、金属もしくは金属化合物薄膜の途
中までは塩素ガスの混合比を高くしてエッチングし、途
中で塩素ガスの混合比を下げてエッチングすることによ
り両者の良い面を合わせることが考えられるが、半導体
基板面内でエッチング速度が不均一であるため半導体基
板面内全体を制御することは困難である。本発明は、こ
のような事情によりなされたものであり、金属もしくは
金属化合物薄膜とアルミニウムを主成分とする金属膜の
積層膜又は反射防止膜と金属もしくは金属化合物薄膜と
アルミニウムを主成分とする金属膜との積層膜をドライ
エッチングする際に、アルミニウムを主成分とする金属
膜上の金属もしくは金属化合物薄膜及び反射防止膜を垂
直に近い角度で加工し、かつ金属もしくは金属化合物薄
膜直下のアルミニウムを主成分とする金属膜のサイドエ
ッチングを防ぐことができるドライエッチング方法を提
供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属もしくは
金属化合物薄膜をエッチングする際には、金属もしくは
金属化合物薄膜を垂直に加工し、且つアルミニウムを主
成分とする金属膜の表層でエッチングが停止するガスを
用いて金属もしくは金属化合物薄膜を加工する。そし
て、引き続き、アルミニウムを主成分とする金属膜を加
工する際には、アルミニウムを主成分とする金属膜がサ
イドエッチングされるのを防ぐため、先ずは対フォトレ
ジスト選択比の低い条件でドライエッチングを開始し、
フォトレジスト膜から側壁保護膜源を供給した後、対フ
ォトレジスト選択比の高い条件に切り替えてアルミニウ
ムを主成分とする金属膜を加工することを特徴とする。
金属もしくは金属化合物薄膜、例えば、チタン化合物薄
膜を加工する際、フッ素を含むガスを用いる。この時、
チタン化合物に含まれるチタンとフッ素が化合しフッ化
チタンになりエッチングが進むが、チタン化合物膜の下
にあるアルミニウム合金膜までエッチングが進行する
と、フッ素はアルミニウムと化合しフッ化アルミニウム
が生成される。フッ化アルミニウムは気化することなく
アルミニウム膜上に堆積され、これ以上エッチングが進
むのを阻止する。
金属化合物薄膜をエッチングする際には、金属もしくは
金属化合物薄膜を垂直に加工し、且つアルミニウムを主
成分とする金属膜の表層でエッチングが停止するガスを
用いて金属もしくは金属化合物薄膜を加工する。そし
て、引き続き、アルミニウムを主成分とする金属膜を加
工する際には、アルミニウムを主成分とする金属膜がサ
イドエッチングされるのを防ぐため、先ずは対フォトレ
ジスト選択比の低い条件でドライエッチングを開始し、
フォトレジスト膜から側壁保護膜源を供給した後、対フ
ォトレジスト選択比の高い条件に切り替えてアルミニウ
ムを主成分とする金属膜を加工することを特徴とする。
金属もしくは金属化合物薄膜、例えば、チタン化合物薄
膜を加工する際、フッ素を含むガスを用いる。この時、
チタン化合物に含まれるチタンとフッ素が化合しフッ化
チタンになりエッチングが進むが、チタン化合物膜の下
にあるアルミニウム合金膜までエッチングが進行する
と、フッ素はアルミニウムと化合しフッ化アルミニウム
が生成される。フッ化アルミニウムは気化することなく
アルミニウム膜上に堆積され、これ以上エッチングが進
むのを阻止する。
【０００７】フッ素を含むガスとして、フッ素原子を含
むガスと塩素ガスを含むガスを用いると、金属もしくは
金属化合物薄膜のエッチングレ−トを上げられるが、塩
素ガスの混合比が大きいと金属もしくは金属化合物薄膜
下にあるアルミニウムを主成分とする金属膜の表層にフ
ッ化アルミニウムが形成するよりも早く、塩素とアルミ
ニウムが結合して塩化アルミニウムになりアルミニウム
を主成分とする金属膜がエッチングされる。この状態で
は、この金属膜はサイドエッチングされてしまうが、混
合ガスに含まれる塩素原子数をフッ素原子数より少なく
すると塩素とアルミニウムの結合を妨げることができ
る。純粋なアルミニウム膜を塩素を含むガスに晒すと等
方的にエッチングされる。本発明によるドライエッチン
グ方法を用いると、金属もしくは金属化合物薄膜をエッ
チングした時に、アルミニウムを主成分とする金属膜表
面はフッ素等と結合している状態となる。アルミニウム
を主成分とする金属膜表層にアルミニウム化合物が生成
されているため、この金属膜をエッチングする際、塩素
ガスを用いても等方的にエッチングされるのを防ぐこと
ができ、この金属膜はサイドエッチングされることなく
加工できるようになる。
むガスと塩素ガスを含むガスを用いると、金属もしくは
金属化合物薄膜のエッチングレ−トを上げられるが、塩
素ガスの混合比が大きいと金属もしくは金属化合物薄膜
下にあるアルミニウムを主成分とする金属膜の表層にフ
ッ化アルミニウムが形成するよりも早く、塩素とアルミ
ニウムが結合して塩化アルミニウムになりアルミニウム
を主成分とする金属膜がエッチングされる。この状態で
は、この金属膜はサイドエッチングされてしまうが、混
合ガスに含まれる塩素原子数をフッ素原子数より少なく
すると塩素とアルミニウムの結合を妨げることができ
る。純粋なアルミニウム膜を塩素を含むガスに晒すと等
方的にエッチングされる。本発明によるドライエッチン
グ方法を用いると、金属もしくは金属化合物薄膜をエッ
チングした時に、アルミニウムを主成分とする金属膜表
面はフッ素等と結合している状態となる。アルミニウム
を主成分とする金属膜表層にアルミニウム化合物が生成
されているため、この金属膜をエッチングする際、塩素
ガスを用いても等方的にエッチングされるのを防ぐこと
ができ、この金属膜はサイドエッチングされることなく
加工できるようになる。
【０００８】アルミニウムを主成分とする金属膜のエッ
チングは、この金属膜のエッチング中にサイドエッチン
グされるのを防ぐため、まず対フォトレジスト選択比の
低い条件でこの金属膜のエッチングを開始し、途中で対
フォトレジスト選択比の高い条件に切り替えることによ
り、金属もしくは金属化合物薄膜及びアルミニウムを主
成分とする金属膜を垂直かつサイドエッチングされるこ
となくエッチングすることができる。すなわち、本発明
のドライエッチング方法は、半導体基板上にアルミニウ
ムを主成分とする金属膜と、金属もしくは金属化合物薄
膜を順次形成してなる積層膜上にパタ−ニングされたフ
ォトレジストを形成する工程と、前記積層膜をドライエ
ッチング法によりエッチングして配線パタ−ンを形成す
る工程とを具備し、前記配線パターンを形成する工程
は、前記金属膜を加工しないガス組成の第１のエッチン
グガスを用いて前記金属もしくは金属化合物薄膜をエッ
チング加工する第１の工程及び前記第１のエッチングガ
スとは異なるガス組成を有する第２のエッチングガスで
前記アルミニウムを主成分とする金属膜をエッチング加
工する第２の工程とを備えていることを第１の特徴とし
ている。
チングは、この金属膜のエッチング中にサイドエッチン
グされるのを防ぐため、まず対フォトレジスト選択比の
低い条件でこの金属膜のエッチングを開始し、途中で対
フォトレジスト選択比の高い条件に切り替えることによ
り、金属もしくは金属化合物薄膜及びアルミニウムを主
成分とする金属膜を垂直かつサイドエッチングされるこ
となくエッチングすることができる。すなわち、本発明
のドライエッチング方法は、半導体基板上にアルミニウ
ムを主成分とする金属膜と、金属もしくは金属化合物薄
膜を順次形成してなる積層膜上にパタ−ニングされたフ
ォトレジストを形成する工程と、前記積層膜をドライエ
ッチング法によりエッチングして配線パタ−ンを形成す
る工程とを具備し、前記配線パターンを形成する工程
は、前記金属膜を加工しないガス組成の第１のエッチン
グガスを用いて前記金属もしくは金属化合物薄膜をエッ
チング加工する第１の工程及び前記第１のエッチングガ
スとは異なるガス組成を有する第２のエッチングガスで
前記アルミニウムを主成分とする金属膜をエッチング加
工する第２の工程とを備えていることを第１の特徴とし
ている。
【０００９】また、本発明のドライエッチング方法は、
半導体基板上にアルミニウムを主成分とする金属膜と、
金属もしくは金属化合物薄膜と、反射防止膜とを順次形
成してなる積層膜上にパタ−、ニングされたフォトレジ
ストを形成する工程と、前記積層膜をドライエッチング
法により前記フォトレジストをマスクとしてエッチング
して配線パタ−ンを形成する工程とを具備し、前記配線
パターンを形成する工程は、前記金属もしくは金属化合
物薄膜及び前記アルミニウムを主成分とする金属膜を加
工しない第１のガス組成の第１のエッチングガスで前記
反射防止膜をエッチング加工する第１の工程と、前記第
１のエッチングガスと異なるガス組成を有する第２のエ
ッチングガスで前記金属もしくは金属化合物薄膜をエッ
チング加工する第２の工程と、前記第１及び第２のエッ
チングガスと異なるガス組成を有する第３のエッチング
ガスを用いて前記金属膜をエッチング加工する第３の工
程からなり、前記第２の工程は前記第３の工程より対レ
ジスト選択比が低いことを第２の特徴としている。前記
金属もしくは金属化合物薄膜は、チタニウム、タングス
テン、チタンナイトライドもしくはタングステンシリサ
イドのいずれかであるようにしても良い。前記アルミニ
ウムを主成分とする金属膜には銅又はシリコンもしくは
その両者を含んでいるようにしても良い。前記反射防止
膜又は前記金属もしくは金属化合物薄膜もしくはその両
者を加工し、且つ前記アルミニウムを主成分とする金属
膜を加工しないエッチングガスとして、少なくともフッ
素原子を含むガスを用いるようにしても良い。前記エッ
チングガスは、塩素原子を含み、フッ素原子は、塩素原
子の数よりも少ないようにしても良い。前記アルミニウ
ムを主成分とする金属膜を加工しないフッ素原子を含む
エッチングガスは、４フッ化炭素ガスと塩素ガスとから
なり、前記４フッ化炭素ガスの流量比は、２５％以上で
あるようにしても良い。
半導体基板上にアルミニウムを主成分とする金属膜と、
金属もしくは金属化合物薄膜と、反射防止膜とを順次形
成してなる積層膜上にパタ−、ニングされたフォトレジ
ストを形成する工程と、前記積層膜をドライエッチング
法により前記フォトレジストをマスクとしてエッチング
して配線パタ−ンを形成する工程とを具備し、前記配線
パターンを形成する工程は、前記金属もしくは金属化合
物薄膜及び前記アルミニウムを主成分とする金属膜を加
工しない第１のガス組成の第１のエッチングガスで前記
反射防止膜をエッチング加工する第１の工程と、前記第
１のエッチングガスと異なるガス組成を有する第２のエ
ッチングガスで前記金属もしくは金属化合物薄膜をエッ
チング加工する第２の工程と、前記第１及び第２のエッ
チングガスと異なるガス組成を有する第３のエッチング
ガスを用いて前記金属膜をエッチング加工する第３の工
程からなり、前記第２の工程は前記第３の工程より対レ
ジスト選択比が低いことを第２の特徴としている。前記
金属もしくは金属化合物薄膜は、チタニウム、タングス
テン、チタンナイトライドもしくはタングステンシリサ
イドのいずれかであるようにしても良い。前記アルミニ
ウムを主成分とする金属膜には銅又はシリコンもしくは
その両者を含んでいるようにしても良い。前記反射防止
膜又は前記金属もしくは金属化合物薄膜もしくはその両
者を加工し、且つ前記アルミニウムを主成分とする金属
膜を加工しないエッチングガスとして、少なくともフッ
素原子を含むガスを用いるようにしても良い。前記エッ
チングガスは、塩素原子を含み、フッ素原子は、塩素原
子の数よりも少ないようにしても良い。前記アルミニウ
ムを主成分とする金属膜を加工しないフッ素原子を含む
エッチングガスは、４フッ化炭素ガスと塩素ガスとから
なり、前記４フッ化炭素ガスの流量比は、２５％以上で
あるようにしても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。本発明では、図４乃至図７の半導体
装置の製造工程にしたがって、金属配線が形成され、図
１に記載されたドライエッチング装置を用いてドライエ
ッチングが行われる。図１は、本発明の方法に用いられ
るドライエッチング装置の概略図である。このドライエ
ッチング装置は、内面に酸化被膜（アルマイト）加工を
施したアルミニウム合金を使用した反応処理室１０内に
プラズマを生成するための誘導結合型プラズマ（ＩＣ
Ｐ）コイル１を有している。反応処理室１０の内部に下
部電極２が収納され、ＩＣＰコイル１及び下部電極２に
高周波電力を供給する高周波電源７が備え付けられてい
る。半導体ウェーハなどの被処理体５は、下部電極２上
に載置され、反応ガスは、ガス導入口３から内部に導入
され、セラミックパ−ツ４に形成された透孔８から反応
室１０内に供給される。反応処理室１０内ではＩＣＰコ
イル１及び下部電極２に高周波電力を印加してプラズマ
を生成させている。このプラズマを用いてシリコンウェ
ーハなどの被処理体５上に形成された薄膜のエッチング
処理を行なっている。被処理体５と反応した反応ガス
は、排気口９より反応処理室１０の外に排気される。
の形態を説明する。本発明では、図４乃至図７の半導体
装置の製造工程にしたがって、金属配線が形成され、図
１に記載されたドライエッチング装置を用いてドライエ
ッチングが行われる。図１は、本発明の方法に用いられ
るドライエッチング装置の概略図である。このドライエ
ッチング装置は、内面に酸化被膜（アルマイト）加工を
施したアルミニウム合金を使用した反応処理室１０内に
プラズマを生成するための誘導結合型プラズマ（ＩＣ
Ｐ）コイル１を有している。反応処理室１０の内部に下
部電極２が収納され、ＩＣＰコイル１及び下部電極２に
高周波電力を供給する高周波電源７が備え付けられてい
る。半導体ウェーハなどの被処理体５は、下部電極２上
に載置され、反応ガスは、ガス導入口３から内部に導入
され、セラミックパ−ツ４に形成された透孔８から反応
室１０内に供給される。反応処理室１０内ではＩＣＰコ
イル１及び下部電極２に高周波電力を印加してプラズマ
を生成させている。このプラズマを用いてシリコンウェ
ーハなどの被処理体５上に形成された薄膜のエッチング
処理を行なっている。被処理体５と反応した反応ガス
は、排気口９より反応処理室１０の外に排気される。
【００１１】次に、図２に記載されたドライエッチング
装置を用いて行われる半導体装置の製造工程における金
属配線形成時のドライエッチング処理について、図５と
は別の実施例を説明する。図４乃至図７に示す工程とは
金属配線を形成する積層膜の構造が異なり、他の構成は
同じである。シリコンなどの半導体基板１１上にシリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ2 ）などからなる絶縁膜１２が形成さ
れている。この絶縁膜１２の表面は、平坦化されてい
る。半導体基板１１に形成された絶縁膜１２上に、アル
ミニウムを主成分とする金属膜１３及び配線としての信
頼性を向上させる金属もしくは金属化合物薄膜１６を順
次積層して積層膜を形成する。金属もしくは金属化合物
薄膜１６は、チタン（Ｔｉ）膜１４及びＴｉ膜１４上に
堆積されたチタンナイトライド（ＴｉＮ）膜１５から構
成されいる。この実施例ではカーボン系有機化合物から
なる反射防止膜を用いないので、Ｔｉ膜１４及びＴｉＮ
膜１５が反射防止膜の役割を持っている。次に、積層膜
上にフォトレジスト１７を形成し、露光技術を用いてフ
ォトレジスト１７を金属配線のパターンと同じ形状にパ
ターニングする。次に、このパターニングされたフォト
レジスト１７をマスクにして積層膜をドライエッチング
法によりエッチングして所定のパターンを有する積層膜
を形成する。この積層膜が金属配線となる。この後、フ
ォトレジスト１７を除去してからＳｉＯ2 などの絶縁膜
（図示しない）を半導体基板１１上に堆積させる。
装置を用いて行われる半導体装置の製造工程における金
属配線形成時のドライエッチング処理について、図５と
は別の実施例を説明する。図４乃至図７に示す工程とは
金属配線を形成する積層膜の構造が異なり、他の構成は
同じである。シリコンなどの半導体基板１１上にシリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ2 ）などからなる絶縁膜１２が形成さ
れている。この絶縁膜１２の表面は、平坦化されてい
る。半導体基板１１に形成された絶縁膜１２上に、アル
ミニウムを主成分とする金属膜１３及び配線としての信
頼性を向上させる金属もしくは金属化合物薄膜１６を順
次積層して積層膜を形成する。金属もしくは金属化合物
薄膜１６は、チタン（Ｔｉ）膜１４及びＴｉ膜１４上に
堆積されたチタンナイトライド（ＴｉＮ）膜１５から構
成されいる。この実施例ではカーボン系有機化合物から
なる反射防止膜を用いないので、Ｔｉ膜１４及びＴｉＮ
膜１５が反射防止膜の役割を持っている。次に、積層膜
上にフォトレジスト１７を形成し、露光技術を用いてフ
ォトレジスト１７を金属配線のパターンと同じ形状にパ
ターニングする。次に、このパターニングされたフォト
レジスト１７をマスクにして積層膜をドライエッチング
法によりエッチングして所定のパターンを有する積層膜
を形成する。この積層膜が金属配線となる。この後、フ
ォトレジスト１７を除去してからＳｉＯ2 などの絶縁膜
（図示しない）を半導体基板１１上に堆積させる。
【００１２】この実施例で得た金属配線は、図８（ｂ）
に示すようにアルミニウムを主成分とする金属膜１３と
その上のＴｉ膜１４及びＴｉＮ膜１５は、一様にエッチ
ングされて従来の方法の結果である図８（ａ）に示すよ
うなアルミニウムを主成分とする金属膜のサイドエッチ
ングはなく、また、図８（ｂ）に示すようなＴｉ膜及び
ＴｉＮ膜がテーパ形状になって金属配線が寸法増加する
こともなくなる。以上のように、本発明では、金属もし
くは金属化合物薄膜をエッチングする際には、金属もし
くは金属化合物薄膜を垂直に加工し、且つアルミニウム
を主成分とする金属膜の表層でエッチングが停止するガ
スを用いて金属もしくは金属化合物薄膜を加工する。そ
して、引き続いて、アルミニウムを主成分とする金属膜
を加工する際には、アルミニウムを主成分とする金属膜
がサイドエッチングされるのを防ぐため、先ずは対フォ
トレジスト選択比の低い条件でドライエッチングを開始
し、フォトレジスト膜から側壁保護膜源を供給した後、
対フォトレジスト選択比の高い条件に切り替えてアルミ
ニウムを主成分とする金属膜を加工する。
に示すようにアルミニウムを主成分とする金属膜１３と
その上のＴｉ膜１４及びＴｉＮ膜１５は、一様にエッチ
ングされて従来の方法の結果である図８（ａ）に示すよ
うなアルミニウムを主成分とする金属膜のサイドエッチ
ングはなく、また、図８（ｂ）に示すようなＴｉ膜及び
ＴｉＮ膜がテーパ形状になって金属配線が寸法増加する
こともなくなる。以上のように、本発明では、金属もし
くは金属化合物薄膜をエッチングする際には、金属もし
くは金属化合物薄膜を垂直に加工し、且つアルミニウム
を主成分とする金属膜の表層でエッチングが停止するガ
スを用いて金属もしくは金属化合物薄膜を加工する。そ
して、引き続いて、アルミニウムを主成分とする金属膜
を加工する際には、アルミニウムを主成分とする金属膜
がサイドエッチングされるのを防ぐため、先ずは対フォ
トレジスト選択比の低い条件でドライエッチングを開始
し、フォトレジスト膜から側壁保護膜源を供給した後、
対フォトレジスト選択比の高い条件に切り替えてアルミ
ニウムを主成分とする金属膜を加工する。
【００１３】図１のドライエッチング装置を用いて図２
に示す積層膜をエッチングする具体的な条件を説明す
る。反応処理室１０にＣｌ2 ガスを３０ｓｃｃｍ、Ａｒ
ガスを１００ｓｃｃｍ、ＣＦ4 ガスを０ｓｃｃｍから３
０ｓｃｃｍ導入し、反応処理室１０の圧力を２ｍＰａ、
下部電極２の温度を４０℃にし、ドライエッチングを行
なう。ＣＦ4 流量０ｓｃｃｍつまりＣＦ4 を流さない場
合は、ＴｉＮ膜１５、Ｔｉ膜１４、アルミニウムを主成
分とする金属膜１３ともエッチングされる。この場合
は、Ｔｉ膜１４直下の金属膜１３は、塩素ガス（Ｃ
ｌ2 ）に晒されることになり、サイドエッチングされ
て、いわゆるひさし状の形状になる（図８（ａ）参
照）。ＣＦ4 を添加してもＴｉＮ膜及びＴｉ膜は垂直に
加工でき、かつＣＦ4 ガスが１０ｓｃｃｍを越える付近
でアルミニウム膜がエッチングされなくなる。
に示す積層膜をエッチングする具体的な条件を説明す
る。反応処理室１０にＣｌ2 ガスを３０ｓｃｃｍ、Ａｒ
ガスを１００ｓｃｃｍ、ＣＦ4 ガスを０ｓｃｃｍから３
０ｓｃｃｍ導入し、反応処理室１０の圧力を２ｍＰａ、
下部電極２の温度を４０℃にし、ドライエッチングを行
なう。ＣＦ4 流量０ｓｃｃｍつまりＣＦ4 を流さない場
合は、ＴｉＮ膜１５、Ｔｉ膜１４、アルミニウムを主成
分とする金属膜１３ともエッチングされる。この場合
は、Ｔｉ膜１４直下の金属膜１３は、塩素ガス（Ｃ
ｌ2 ）に晒されることになり、サイドエッチングされ
て、いわゆるひさし状の形状になる（図８（ａ）参
照）。ＣＦ4 を添加してもＴｉＮ膜及びＴｉ膜は垂直に
加工でき、かつＣＦ4 ガスが１０ｓｃｃｍを越える付近
でアルミニウム膜がエッチングされなくなる。
【００１４】つまり、アルミニウムを主成分とする金属
膜１３表層でエッチングを一旦止めることができる様に
なり、エッチング速度がウェーハ内面で不均一であって
も、アルミニウムを主成分とする金属膜表層が出た段階
でウェーハ面内のエッチング状態を揃えることができ
る。この時、この金属膜１３表層はフッ化された状態に
なり、塩素ガス（Ｃｌ2 ）を導入しても、直ちに金属膜
１３のエッチングは進まない。ここで塩素ガスと三塩化
ホウ素ガス系のガスに切り替えてエッチングを行なえ
ば、窒化チタン膜、チタン膜、アルミニウム合金膜は、
垂直かつ、ひさし状の形状にすることなくエッチングで
きる。（図８（ｂ）参照）。一方、従来アルミニウムを
主成分とする金属膜のエッチングに用いられる塩素ガス
と三塩化ホウ素を用いて行なう場合は、塩素流量比が高
い場合はひさし状の形状になり（図８（ａ）参照）、塩
素流量比が低い場合は窒化チタン及びチタン膜のテ−パ
形状による寸法増加がおこり（図８（ｃ）参照）微細な
アルミニウム配線加工は困難となる。
膜１３表層でエッチングを一旦止めることができる様に
なり、エッチング速度がウェーハ内面で不均一であって
も、アルミニウムを主成分とする金属膜表層が出た段階
でウェーハ面内のエッチング状態を揃えることができ
る。この時、この金属膜１３表層はフッ化された状態に
なり、塩素ガス（Ｃｌ2 ）を導入しても、直ちに金属膜
１３のエッチングは進まない。ここで塩素ガスと三塩化
ホウ素ガス系のガスに切り替えてエッチングを行なえ
ば、窒化チタン膜、チタン膜、アルミニウム合金膜は、
垂直かつ、ひさし状の形状にすることなくエッチングで
きる。（図８（ｂ）参照）。一方、従来アルミニウムを
主成分とする金属膜のエッチングに用いられる塩素ガス
と三塩化ホウ素を用いて行なう場合は、塩素流量比が高
い場合はひさし状の形状になり（図８（ａ）参照）、塩
素流量比が低い場合は窒化チタン及びチタン膜のテ−パ
形状による寸法増加がおこり（図８（ｃ）参照）微細な
アルミニウム配線加工は困難となる。
【００１５】図３は、アルミニウムを主成分とする金属
膜に対するエッチングガスのエッチングレートのフッ素
ガス流量比依存性を示す特性図であり、縦軸は、この金
属膜に対するエッチングガスのエッチングレート（任意
単位）を表わし、横軸は、流量比（ＣＦ4 ／ＣＦ4 ＋Ｃ
ｌ2 ）（％）を表わしている。この場合、エッチングガ
スの塩素ガス（Ｃｌ2 ）の流量は常に３０ｓｃｃｍであ
るとする。上記実施例及び図３によれば、ＣＦ4 及びＣ
ｌ2 を含むエッチングガスにおいて、ＣＦ4 の含有量を
変化させると前記金属膜に対するエッチングレートは著
しく変化する。すなわち、ＣＦ4 の流量比が０％のとき
は、前記金属膜に対するエッチングは著しく進むがＣＦ
4 の流量比が増えるにしたがってそのエッチングは急速
に減少し２５％では実質的にエッチングされず、２５％
以上になると同様にエッチングがされない状態が続く。
膜に対するエッチングガスのエッチングレートのフッ素
ガス流量比依存性を示す特性図であり、縦軸は、この金
属膜に対するエッチングガスのエッチングレート（任意
単位）を表わし、横軸は、流量比（ＣＦ4 ／ＣＦ4 ＋Ｃ
ｌ2 ）（％）を表わしている。この場合、エッチングガ
スの塩素ガス（Ｃｌ2 ）の流量は常に３０ｓｃｃｍであ
るとする。上記実施例及び図３によれば、ＣＦ4 及びＣ
ｌ2 を含むエッチングガスにおいて、ＣＦ4 の含有量を
変化させると前記金属膜に対するエッチングレートは著
しく変化する。すなわち、ＣＦ4 の流量比が０％のとき
は、前記金属膜に対するエッチングは著しく進むがＣＦ
4 の流量比が増えるにしたがってそのエッチングは急速
に減少し２５％では実質的にエッチングされず、２５％
以上になると同様にエッチングがされない状態が続く。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルミニウムを主成分とする金属膜及びこの金属膜上の
金属もしくは金属化合物薄膜の積層膜がサイドエッチン
グされずに垂直にエッチングすることが可能になる。
アルミニウムを主成分とする金属膜及びこの金属膜上の
金属もしくは金属化合物薄膜の積層膜がサイドエッチン
グされずに垂直にエッチングすることが可能になる。
【図１】本発明の方法で用いるドライエッチング装置の
概略断面図。
概略断面図。
【図２】本発明の方法を説明する半導体基板の断面図。
【図３】金属膜に対するエッチングレートのガス組成比
依存性を示す特性図。
依存性を示す特性図。
【図４】本発明及び従来のドライエッチング方法を説明
する工程断面図。
する工程断面図。
【図５】本発明及び従来のドライエッチング方法を説明
する工程断面図。
する工程断面図。
【図６】本発明及び従来のドライエッチング方法を説明
する工程断面図。
する工程断面図。
【図７】本発明及び従来のドライエッチング方法を説明
する工程断面図。
する工程断面図。
【図８】本発明及び従来のドライエッチング後の金属配
線の形状を示す断面図。
線の形状を示す断面図。
１・・・ＩＣＰコイル、 ２・・・下部電極、 ３・・
・ガス導入バルブ、４・・・セラミックパーツ、 ５
・・・被処理体（ウェーハ）、６・・・ブロッキングコ
ンデンサ、 ７・・・高周波電源、８・・・透孔、
９・・・排気孔、 １０・・・反応処理室、１１、
１０１・・・半導体基板、 １２、１０２、１０５・
・・絶縁膜、１３、１０３ａ・・・アルミニウムを主成
分とする金属膜、１４・・・チタン（Ｔｉ）膜、 １
５・・・窒化チタン（ＴｉＮ）膜、１６、１０３ｂ・・
・金属もしくは金属化合物薄膜、１７、１０４・・・フ
ォトレジスト、１０３・・・金属配線、 １０３ｃ・
・・反射防止膜。
・ガス導入バルブ、４・・・セラミックパーツ、 ５
・・・被処理体（ウェーハ）、６・・・ブロッキングコ
ンデンサ、 ７・・・高周波電源、８・・・透孔、
９・・・排気孔、 １０・・・反応処理室、１１、
１０１・・・半導体基板、 １２、１０２、１０５・
・・絶縁膜、１３、１０３ａ・・・アルミニウムを主成
分とする金属膜、１４・・・チタン（Ｔｉ）膜、 １
５・・・窒化チタン（ＴｉＮ）膜、１６、１０３ｂ・・
・金属もしくは金属化合物薄膜、１７、１０４・・・フ
ォトレジスト、１０３・・・金属配線、 １０３ｃ・
・・反射防止膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K057 DA12 DB01 DB05 DB15 DD01 DD08 DE01 DE08 DE14 DG02 DG06 DG12 DM28 DN01 5F004 BA20 BB13 BB29 CA01 CA04 CA06 DA01 DA04 DA11 DA23 DB09 DB12 EA22 EB02 5F033 HH09 HH18 HH19 HH28 HH33 MM08 QQ03 QQ08 QQ10 QQ11 QQ15 QQ21 QQ35 RR04 WW06 XX01
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体基板上にアルミニウムを主成分と
する金属膜と、金属もしくは金属化合物薄膜を順次形成
してなる積層膜上にパタ−ニングされたフォトレジスト
を形成する工程と、前記積層膜をドライエッチング法に
よりエッチングして配線パタ−ンを形成する工程とを具
備し、前記配線パターンを形成する工程は、前記金属膜
を加工しないガス組成の第１のエッチングガスを用いて
前記金属もしくは金属化合物薄膜をエッチング加工する
第１の工程及び前記第１のエッチングガスとは異なるガ
ス組成を有する第２のエッチングガスで前記アルミニウ
ムを主成分とする金属膜をエッチング加工する第２の工
程とを備えていることを特徴とするドライエッチング方
法。 - 【請求項２】 半導体基板上にアルミニウムを主成分と
する金属膜と、金属もしくは金属化合物薄膜と、反射防
止膜とを順次形成してなる積層膜上にパタ−ニングされ
たフォトレジストを形成する工程と、前記積層膜をドラ
イエッチング法により前記フォトレジストをマスクとし
てエッチングして配線パタ−ンを形成する工程とを具備
し、前記配線パターンを形成する工程は、前記金属もし
くは金属化合物薄膜及び前記アルミニウムを主成分とす
る金属膜を加工しない第１のガス組成の第１のエッチン
グガスで前記反射防止膜をエッチング加工する第１の工
程と、前記第１のエッチングガスと異なるガス組成を有
する第２のエッチングガスで前記金属もしくは金属化合
物薄膜をエッチング加工する第２の工程と、前記第１及
び第２のエッチングガスと異なるガス組成を有する第３
のエッチングガスを用いて前記金属膜をエッチング加工
する第３の工程からなり、前記第２の工程は前記第３の
工程より対レジスト選択比が低いことを特徴とするドラ
イエッチング方法。 - 【請求項３】 前記金属もしくは金属化合物薄膜は、チ
タニウム、タングステン、チタンナイトライドもしくは
タングステンシリサイドのいずれかであることを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載のドライエッチング方
法。 - 【請求項４】 前記アルミニウムを主成分とする金属膜
には銅又はシリコンもしくはその両者を含んでいること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
ドライエッチング方法。 - 【請求項５】 前記反射防止膜又は前記金属もしくは金
属化合物薄膜もしくはその両者を加工し、且つ前記アル
ミニウムを主成分とする金属膜を加工しないエッチング
ガスとして、少なくともフッ素原子を含むガスを用いる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記
載のドライエッチング方法。 - 【請求項６】 前記エッチングガスは、塩素原子を含
み、フッ素原子は、塩素原子の数よりも少ないことを特
徴とする請求項５に記載のドライエッチング方法。 - 【請求項７】 前記アルミニウムを主成分とする金属膜
を加工しないフッ素原子を含むエッチングガスは、４フ
ッ化炭素ガスと塩素ガスとからなり、前記４フッ化炭素
ガスの流量比は、２５％以上であることを特徴とする請
求項５に記載のドライエッチング方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11065046A JP2000260759A (ja) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | ドライエッチング方法 |
| TW089103984A TW448503B (en) | 1999-03-11 | 2000-03-06 | Method for dry etching |
| KR1020000011754A KR100363591B1 (ko) | 1999-03-11 | 2000-03-09 | 드라이 에칭 방법 |
| US09/522,168 US6383942B1 (en) | 1999-03-11 | 2000-03-09 | Dry etching method |
| EP00104520A EP1035570A3 (en) | 1999-03-11 | 2000-03-10 | Dry etching method |
| CNB001068849A CN1135606C (zh) | 1999-03-11 | 2000-03-10 | 干式腐蚀方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11065046A JP2000260759A (ja) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000260759A true JP2000260759A (ja) | 2000-09-22 |
| JP2000260759A5 JP2000260759A5 (ja) | 2006-04-27 |
Family
ID=13275639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11065046A Pending JP2000260759A (ja) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000260759A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007134589A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Rohm Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1999
- 1999-03-11 JP JP11065046A patent/JP2000260759A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007134589A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Rohm Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
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