JP2000504884A - 半導体ウェーハをエッチングするための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プラズマ処理チャンバでのウェーハ積層のTiN層をエッチングするための方法。この方法は、少なくともTiN層の一部を第１化学物質でエッチングする段階を備えている。その化学物質には好適にTiNエッチング・ガス、不活性ガス、および重合体成形化学物質を含む。１つの実施例では、TiNエッチング・ガスはCl₂、不活性ガスはアルゴン、重合体成形化学物質はCHF₃である。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体ウェーハをエッチングするための方法と装置 発明の背景 本発明は半導体集積回路(IC)の製法に関する。より詳細には、本発明はICの製 造時にチタン含有層を含むICの積層をエッチングするための方法と装置に関する 。 半導体ICの製造において、トランジスタ素子のようなデバイスは、通常、シリ コンで作られた半導体のウェーハまたは基板上に形成される。金属の相互接続線 は、ウェーハ上に配置されたメタライゼーション層がエッチングされたもので、 各素子を結合して所望する回路を形成する場合に使用される。考察を容易にする ため、図１に、積層20の断面図を示している。これは、通常の半導体ICの製造時 に形成される各層を表している。注意を要するのは、図示している層の上、下、 または間に他の層が付加される場合があることである。さらに、必ずしも必要な 層のすべてを示していないし、いくつかまたはすべての層を他の異なる層で代替 できる。 積層20の最下部にウェーハ100を示している。酸化物層102は、通常、SiO₂から 成り、ウェーハ100上に形成される。バリア層104は、通常、Ti、TiW、TiN、また は他の適切なバリア材料などのチタン含有層から成り、酸化物層102と、次に蒸 着されるメタライゼーション層106との間に積層することができる。バリア層104 は、シリコン原子が酸化物層102からメタライゼーション層106に拡散することを 防止する。 メタライゼーション層106は、通常、銅、アルミニウム、あるいはAl-Cu、Al-S iまたはAl-Cu-Siのような既知のアルミニウム合金から成っている。図１の残り の２層、つまり反射防止コーティング(ARC)層108と、重なり合っているフォトレ ジスト(PR)層110は、メタライゼーション層106の上に形成される。ARC層108は、 通常、TiNまたはTiWのような他のチタン含有層から成り、光(例、フォトレジス トのパターンを成形するリソグラフィ段階を防止する)がメタライゼーション層1 06の表面から反射するのを防止したり、ある場合には、ヒルロックの成長を抑止 する。フォトレジスト層110は、従来のフォトレジスト材料の層を示している。 この層には、たとえば、紫外線を当てるなどのエッチングでパターンが成形され る。積層20の各層は、この技術の熟練者には容易に確認でき、多くの適切で既知 の蒸着処理、つまり化学蒸着(CVD)、プラズマ強化化学蒸着(PECVD)、および物理 蒸着(PVD)を使用して形成できる。 前記の金属の相互接続線を形成するには、メタライゼーション層、たとえば、 メタライゼーション層106も含む積層のいくつかの層の一部を、適切なフォトレ ジスト技術を使用してエッチングする。たとえば、そのようなフォトレジスト技 術は、コンタクトまたはステッパ・リソグラフィ・システムでフォトレジスト材 料を露光してフォトレジスト層110のパターン成形、および次のエッチングを容 易にするためにマスクを形成するためのフォトレジスト材料の開発を伴う。適切 なエッチング・ガスを使用して、マスクで保護されていないメタライゼーション 層の領域はエッチングされ、メタライゼーション相互接続の線または面は残され る。 説明のために、図２に、図１の積層20の従来のエッチングを終了した断面図を 示す。この例では、金属相互接続線は、メタライゼーション 層106のエッチングされていない部分で示されている。 回路密度を非常に高くするため、近代のIC設計は、高密度狭帯幅の設計規則で 決めている。その結果、面サイズ、つまり相互接続線の幅または至近相互接続線 間の間隔(例、溝)は、次第に狭くなっている。例として、約0.8ミクロン(μｍ) の線幅は、４メガビット(Mb)のダイナッミック・ランダム・アクセス・メモリ(D RAM)ICには適用可能であるが、256Mb DRAM ICには、できれば0.25ミクロン以下 の細い相互接続線を採用した方がよい。 面サイズが縮むに従って、ウェーハ全体に渡って均一なエッチング速度を達成 することがだんだん困難になっている。一般に、狭い間隔でのエッチング速度は 、広い間隔、広々とした領域でのエッチングよりも遅くなる。この現象をここで はエッチング速度におけるローディングと呼ぶ。これは、マイクロローディング および縦横比依存エッチング(ARDE)の結果である。マイクロローディングとは、 主に低密度の領域に配置される溝のエッチング速度に比較して、高密度の線間隔 のある領域に配置される同じ程度の溝のエッチング速度の方が遅いいう状況を呼 んでいる。一方、ARDEとは、主に同一溝密度の領域に配置される溝間、および異 なる縦横比を持つ溝間のエッチング速度が変動する状況を呼んでいる。エッチン グ速度のローディングは、異なる速度で積層に溝を形成させる。エッチング速度 でのローディングは、溝幅が約0.5ミクロン以下、特に約0.35以下に狭くなると さらに厳しくなる。エッチング速度の変動の結果として、金属のエッチングがエ ッチング速度(例、狭い線間隔いおいて)の遅い領域において終了するまで、オー バーエッチング、つまり下に横たわっている層からの物質の思いがけない除去が すでにエッチング速度の速い領域(広々とした領域)で行われている。 図２において、領域120はメタライゼーション層が過大にエッチング(距離d1) されている広々とした領域を示し、領域122はメタライゼーション層が過小にエ ッチング(距離d2)されている領域を示している。エッチング速度の変動が十分に 大きいと、ある形状によっては、ターゲット層、たとえば、下に横たわっている 層に対して必要以上の損傷が広々とした領域で発生する前に、狭い間隔の金属層 をエッチングできない場合がある。たとえば、エッチング速度の大きな変動によ って、領域120での必要以上のエッチングと過度の酸化物の消失が発生して、処 理中のウェーハがICの製造に使用できなくなる。 従来の技術では、TiN ARC層、アルミニウム・メタライゼーション層、およびT iNバリアは、通常、単一の化学反応(例、Cl₂/BCl₃)を使用してエッチングする。 Cl₂/BCl₃は、通常、TiN層をエッチングする速度よりも速い速度でアルミニウム ・メタライゼーション層をエッチングする。例として、Cl₂/BCl₃のアルミニウム のエッチング速度は、約9,000オングストローム/分であり、一方、Cl₂/BCl₃のTi Nのエッチング速度は、2,500〜3,000オングストローム/分である。TiNエッチン グの遅い速度は、ウェーハ全体の処理量を不都合に減少させる。つまり、単位時 間当たりに処理されるウェーハ数が少なくなる。さらに、TiNエッチングの遅い 速度は、保護フォトレジスト層が長時間エッチング処理されるので、フォトレジ ストの選択性が減少する。 前記を考慮して、ここで説明することは、IC製造時にTiN ARC層またはTiNバリ ア層のようなチタン含有層をエッチングするために改善された方法と装置である 。 発明の概要 本発明は１つの実施例において、プラズマ処理チャンバでのウェーハ積層のTi N層をエッチングするための方法に関する。この方法はTiNエッチング・ガス、不 活性ガス、および重合体成形化学物質を好適に含む第１化学物質を使用して少な くともTiN層の一部をエッチングする段階を有する。 本発明は他の実施例において、プラズマ処理チャンバでのウェーハ積層から成 る素子を有する集積回路に関する。このウェーハ積層は、TiN層を有し、その集 積回路は、TiNエッチング・ガス、不活性ガス、および重合体成形化学物質を含 む第１化学物質を使用して特にTiN層をエッチングすることによって形成される 。 本発明は更なる他の実施例において、プラズマ処理チャンバでのウェーハ積層 の選択された部分をエッチングするための方法に関する。このウェーハ積層は、 TiN反射防止コーティング(ARC)層、メタライゼーション層、およびTiNバリア層 を有する。この方法は、TiNエッチング・ガス、不活性ガス、および重合体成形 化学物質を好適に含む第１化学物質を使用してTiN ARC層をエッチングする段階 を有する。さらに、この方法は、少なくともメタライゼーション層の一部をメタ ライゼーション・エッチング・ガスでエッチングする段階を有する。さらに、少 なくともTiNバリア層の一部を第１化学物質でエッチングする段階を有する。 好適な実施例において、第１化学物質はCl₂/Ar/CHF₃である。 本発明の前記および他の利点は、以下の詳細な説明及び図面によって明らかに なる。 図面の簡単な説明 図１は積層の断面図を示し、そして代表的な半導体ICの製造時に形成された層 を示す。 図２は図１の従来のエッチングを終了した積層の断面図を示す。 図３はTCp（商標）9600 SEプラズマ・リアクタの簡略図を示し、そして発明し たエッチング処理に使用するための適切なプラズマ処理システムを示す。 図４は本発明の実施例において、発明の第１化学物質がTiN ARC層をエッチン グするために使用される発明のエッチング技術を示す。 図５は本発明の他の実施例において、発明の第１化学物質がTiNバリア層をエ ッチングするために使用される発明のエッチング技術を示す。 図６は本発明の更なる他の実施例において、発明の第１化学物質がTiN ARC層 およびTiNバリア層の両方をエッチングするために使用される発明のエッチング 技術を示す。 好適な実施例の詳細な説明 本発明では、TiN ARC層またはTiNバリア層のようなチタン含有層の改良された エッチングについて説明する。以下の説明では、本発明が完全に理解されるよう に多数の特定の詳細を説明する。しかし、この技術の熟練者にとっては、本発明 をいくつかまたはすべての特定の詳細なしでに実践できることは明らかである。 場合により、公知の処理段階については、本発明を不必要に曖昧にしないために 詳細には説明しない。 本発明のある面において、前記のエッチング速度のローディング問題は、積層 を２つの異なる化学物質で２つの段階でエッチングすることによって軽減される 。この最初の化学物質のエッチング段階は、好適に少なくともTiN ARC層(例、図 １のARC層108)を処理する。前記のTiN ARC層をエッチングするために使用する重 要なTiNエッチング・ガスに加えて、第１化学物質には、好適に不活性ガスと重 合体成形化学ガスを含んでいる。その後、積層は、最初の化学物質とは異なる第 ２の化学物質で再びエッチングされる。この第２化学物質のエッチング段階では 、好適に少なくともメタライゼーション層(たとえば、図１の層１０６)の一部を 処理できる。次に、TiNバリア層は、前記の第２化学物質または第１化学物質の いずれかでエッチングされる。 本発明のエッチング処理は、ドライ・エッチング、プラズマ・エッチング、リ アクティブ・イオン・エッチング(RTE)、磁気強化エッチング・リアクティブ・ イオン・エッチング(MERIE)などに使用される既知のいずれかのプラズマ処理装 置で実行できる。さらに詳しく説明すると、ドライ・エッチングに使用される一 般的なプラズマ処理チャンバ内では、ウェーハがプラズマで処理される。そのチ ャンバは、入口を有して、そこから処理エッチング・ガスがチャンバ内に供給さ れる。適切なRFエネルギー源（例、RFエネルギー源）が、プラズマを誘導するた めにチャンバに関連する電極に印加される。このエネルギー自身は、明かのよう にプラズマを持続させるために誘導的または容量的に結合される。そして、種が ウェーハと反応するためにエッチング・ガス源のガスから形成され、ウェーハ積 層のプラズマ接触層でエッチングされる。そして、揮発性の副産物は出口から排 出される。 プラズマ・エッチングは、ウェーハの処理時にウェーハが陽極または接地電極 に配置される状況に関係する。一方、リアクティブ・イオン・エッチング(RIE) は、ウェーハの処理時にウェーハが陰極または電源電極に配置される状況に関係 する。磁気強化エッチング・リアクティブ・イオン・エッチング(MERIE)は、RIE リアクタ形状の変形体であり、その中ではリアクタ壁面に対する活動的な電子の 消失を削減するために磁界が印加される。MERIEは、ある状況下においては、電 極から電子へのエネルギーの移転効率を向上させ得ることが分かっている。 本発明は、前記のリアクタ、および他の適切なプラズマ処理リアクタのいずれ においても実践できることについて考察する。前記は、エネルギーが容量的に結 合された平行な電極板、電子サイクロトロン共鳴(ECR)マイクロウェーブ・プラ ズマ源、ヘリコンのような誘導的に結合されたRF源、ヘリカル共振子、およびプ ラズマと結合された変圧器のいずれを通してもプラズマに渡されることは真実で あることに注意されたい。特に、ECRおよびTCPプラズマ処理システムは、カリフ ォルニア州のフレモント(Fremont)にあるラムリサーチ社(Lam Research Corpora tion)から購入できる。 好適な実施例において、本発明は、TCP（商標名）9600SEプラズマ・リアクタ を使用している。このリアクタは、前記のようにラムリサーチ社から購入できる けれども、他の従来の適切なプラズマ処理リアクタも使用できる。図３は、TCP9 600SEプラズマ・リアクタの簡略図である。この図は、ウェーハ350および集積回 路チップ352を有する。これらは、ウェーハが本発明のエッチング技術に従って エッチングされ、そして従来のエッチング後の処理段階を終了した後、ウェーハ 350から切り離されたダイから製造される。図３において、ウェーハ・リアクタ3 00は、 プラズマ処理チャンバ302を備えている。チャンバ302の上部には、電極303が配 置され、図１の例にあるコイルによって実現される。コイル303は、整合回路網( 図３にはない)を経由してRF発生器305によって励起される。 チャンバ302内には、シャワー・ヘッド304が設けられ、ガス源の物質(例、エ ッチング・ガス源のガス)をヘッドとウェーハ350の間のRF誘導プラズマ領域に放 出するための孔が複数ある。さらに、このガス源物質は、孔からもチャンバ自身 の壁内に放出される。ウェーハ350は、チャンバ302内に挿入され、そしてチャッ ク310上に配置される。このチャックは、第２電極として作用し、好適に無線周 波発生器320(さらに、一般的に整合回路網を経由する)でバイアスされる。均一 かつ再現可能なエッチング結果を確保するため、ヘリウム冷却ガスが圧力(例、 この実例では約5〜10Torr)の下にチャック310とウェーハ350との間に注入されて 、ウェーハの温度を正確に冷却するための熱伝達媒体として作用する。プラズマ ・エッチング時のチャンバ302内の圧力は、好適に低く、たとえば、１つの実施 例では8〜22mTorrに維持される。複数のヒーター(簡略にするため、図１には示 していない)がエッチングのための適切なチャンバ温度(１つの実施例では、約70 ℃)を維持するために備えてある。接地経路を備えるため、チャンバ302のチャン バ壁は、通常、接地されている。 本発明の実施例において、チタンを含有するウェーハ積層の反射防止コーティ ング層は、第１化学物質でエッチングされる。１つの実施例では、反射防止コー ティング層は、第１化学物質でエッチングされる層であることを示しているが、 この第１化学物質エッチングの段階は、所定のウェーハ積層構造において、メタ ライゼーション薄層、たとえば、付 着層、シード層などの層上でも行える。ここで使用している用語のメタライゼー ション薄層は、メタライゼーション層上に配置される層を意味している。この積 層は、TiN、または主にチタンである物質のいずれでも形成できる。 １つの実施例において、第１化学物質でのエッチングは、反射防止コーティン グ層がエッチングされたことが分かったときに終了する。１つの実施例では、反 射防止コーティング層は、TiNで形成され、終了点の検知は、プラズマの703nm波 長の上昇を光学的に監視して行われる。これは、TiN反射防止コーティング層が 実質的にすべて除去されたことを示している。そして、エッチングはただちに終 了する。第１化学物質のエッチング段階の終了点を調べるために他の従来の方法 も使用できる。 本発明の一面において、TiN反射防止コーティング層エッチング用の第１化学 物質は、３種類のガス、つまり、TiNエッチング・ガス、不活性ガス、および重 合体成形ガスから成っている。より好適に、TiNエッチング・ガスは、塩素(cl₂) であって、不活性ガスは、アルゴン、キセノン、クリプトンなどのいずれでもよ い。最も好適に、TiN反射防止コーティング層のエッチング用第１化学物質は、c l₂/Ar/CHF₃である。 続いて、積層の残りは、少なくともメタライゼーション層の一部が第２化学物 質でエッチングされる。たとえば、第２化学物質は、再び第１化学物質でのエッ チングの下にあるバリア層とともに大部分のメタライゼーション層をエッチング するために使用できる。第２化学物質は、好適に第１化学物質とは異なる。その 理由は、重合体生成ガスをバルク・エッチング、たとえばアルミニウム・メタラ イゼーション層のエッチング用に使用すると、マイクロマスキングによる残留物 をもたらす結果と なり、フォトレジストの選択性を低めるおそれがある。この第２化学物質とは異 なる斬新な第１化学物質(ARC層のエッチング用として)の使用が、本発明の重大 な特徴である。これが、TiN ARC層およびメタライゼーション層の両方を唯一の 化学物質(通常、Cl₂/BCl₃)でエッチングする従来の技術とは、非常に対照的なと ころである。 本発明のアプローチは、従来技術の２種化学物質アプローチとは非常に異なる 。従来の技術の２種化学物質アプローチは、チタン・タングステン(TiW)をARC層 物質に使用する場合に採用されるもので、チタン硝酸塩(TiN)をARC層物質に使用 する場合ではない。さらに詳しく説明すると、従来技術のアプローチでは、TiN ARCをエッチングするためにSR₆第１化学物質を使用している。そして、残りの層 は、他の物質(例、Cl₂/BCl₃)でバルク・エッチングされる。これは、SR₆がアル ミニウムを十分にエッチングしないためである。従来の技術では、SR₆は、TiW物 質をエッチングできるために第１化学物質として使用されているが、エッチング 速度のローディングを減らすためではない。さらに、従来技術のアプローチでは 、重合体成形ガスを第１化学物質のエッチング・ガス化学物質に追加することは ない。これは、SR₆が第１化学物質のエッチング・ガスと重合体成形ガスとして 機能するためである。 さらに、SR₆は、フォトレジストに対するエッチング速度が速い。したがって 、TiWがARC層物質である場合は、通常、下に横たわっている面をSF₆エッチング ・ガスから守るために厚いフォトレジスト層を使用する必要がある。 しかし、TiNをARC層の物質として使用する場合、従来のアプローチでは、TiN ARC層とバルクをエッチングするために１つの化学物質(例、 Cl₂/BCL₃)を使用している。これは、TiNエッチング・ガス(例、Cl₂)がSF₆に関す るフォトレジスト選択性の問題にわずらわされないためである。つまり、Cl₂は 、SF₆に比較してフォトレジストに対するエッチング速度が速くないためである 。 さらに、重合体成形ガスを第１化学物質に使用すると、本発明の特徴を不明瞭 にする。その理由は、重合体成形ガスが高速でフォトレジストをエッチングして しまいがちなためである。つまり、エッチング化学物質の付加物がフォトレジス トの選択性を減らすためである。重合体成形ガスを第１化学物質に使用すると、 フォトレジストの選択性を高める従来のアプローチとは反対になる。本発明の第 １化学物質は、エッチング・ガス化学物質を補う重合体成形ガスを含むが、下に 横たわっている厚い層やバリア層、たとえば、TiN ARC層およびTiNバリア層、ま たはその一方を短時間に適量のエッチングを行う場合に使用される。その結果と してのデータによると、必要以上の有害な結果は示していない。しかし、重合体 成形ガスの量は、多すぎてもよくない。たとえば、cl2の流れが約50％以上にな ってはならない。保護フォトレジスト層を過度に損傷すると、不動態化蒸着とリ バース・エッチング速度のローディングが過度になる原因となる。 本発明の一面において、エッチング速度のローディングは、エッチングの開始 段階でのエッチング速度のローディング問題を解決するためにエッチング(例、A RC層のようなメタライゼーション層を重ね合わせている層上)の開始時に異なる 化学物質を使用して削減できる。さらに詳しくは、本願譲受人に譲渡された同日 付の「エッチング速度のローディングを減らすための方法と装置」という名称の特 許出願を参照されたい。 従来技術の単一化学物質のCl₂BCl₃エッチングにおいて、６インチのウェーハ で0.35ミクロン形状のエッチング速度のローディングは、約25〜30％であること 、つまり広々とした領域でのエッチング速度は、0.35ミクロン間隔におけるもの よりも25〜30％速いことが分かっている。同様な処理パラメータにおいて、TiN ARC層をエッチングするための第１化学物質としてCl₂/Ar/CHF₃を使用しているエ ッチング処理で達成したエッチング速度のローディングは、ウェーハの中央で約 3％、ウェーハの縁で約2％であることが分かっている。 エッチング速度のローディングを減らすために、エッチング時間を延ばして狭 い間隔で金属層をエッチングする必要はない。エッチング時間が短いと、バルク ・エッチング時における保護フォトレジスト・マスク領域の損傷が少なくなるの で、そのフォトレジスト・マスク領域の下に横たわっている面をエッチング時に 保護する能力が向上することになる。 TiN ARC層をエッチングするために第１化学物質としてCl₂/Ar/CHF₃を使用する と、ウェーハの処理量が向上するメリットが生じる。これは、本発明のCl₂/Ar/C HF₃化学物質が従来技術のCl₂Bcl₃化学物質よりも高速度でTiNをエッチングする ためである。たとえば、従来技術のCl₂Bcl₃化学物質は、約2,500〜3,000オング ストローム/分であるが、本発明のCl₂/Ar/CHF₃は、TiN層を10,000オングストロ ーム/分を超える速度でエッチングする。TiN ARC層のエッチング速度が向上する と、ウェーハ処理量が増加する。 本発明の第１化学物質(Cl₂/Ar/CHF₃など)でTiN ARC層をエッチングすると、イ ンタフェース・ノッチングが少なくなることが分かる。インタフェース・ノッチ ングとは、従来技術のCl₂Bcl₃化学物質でARC層と金 属層をエッチングすると、両層間でときどき観察されるノッチを意味する。イン タフェース・ノッチングは、所望する垂直エッチング側壁からのずれであるので 、そのかなりのずれを本発明の第１化学物質(Cl₂/Ar/CHF₃)で除去できることは 、本発明の利点である。 その後、バルク・エッチングでは、残りの層を従来の第２化学物質を使用して エッチングできる。第２化学物質自体は、メタライゼーション層をエッチングす るための適切なエッチング・ガスおよびボンバード化学物質を含有できる。１つ の実施例において、第２化学物質は、Cl₂/BCl₃、Cl₂/BCl₃CHF₃、Cl₂/BCl₃CHF₃、 Cl₂/BCl₃/HCl、Cl₂/BCl₃/N₂、およびCl₂／N₂から成るグループの１つである。例 として、70：20：10(sccm)の流量率を持つCl₂/BCl₃CHF₃の混合物が、約0.5％〜1 ％の銅を含むアルミニウムの合金から成るメタライゼーション層を完全にエッチ ングするために適切であることが分かっている。 第２化学物質でのエッチングは、少なくともメタライゼーション層の一部がエ ッチングされると終了する。この場合、他の化学物質で残りのメタライゼーショ ン層をエッチングできる。より好適には、第２化学物質でのエッチングは、メタ ライゼーション層が完全にエッチングされたことを判定すると終了することであ る。１つの実施例では、メタライゼーション層は、アルミニウムまたはその合金 から成っており、終了点の検知は、プラズマにおいての261nmの光波長の上昇を 光学的に監視して達成される。これは、アルミニウム・メタライゼーション層が 実質的にすべて除去されたことを示している。そして、第２化学物質エッチング は、直ちに終了するか、メタライゼーション層物質の完全な除去を確実にするた めに設定した時間(数秒の追加分)だけ続行できる。 １つの実施例において、第２化学物質エッチングは、バリア層をエッチングで きるように拡張されている。しかし、他の実施例では、前記の第１化学物質を使 用してバリア層をエッチングしている。たとえば、前記のCl₂/Ar/CHF₃は、バル ク・エッチング段階を終了した後もTiNバリア層をエッチングするために使用で きる。 チタン含有バリア層をエッチングするために第１化学物質を使用すると、いく つかの重要なメリットをもたらす。たとえば、Cl₂/Ar/CHF₃をTiNバリア層(従来 のバルク・エッチング段階後)をエッチングするために使用すると、Cl₂/Ar/CHF₃ のTiN対アルミニウムの選択性(ある場合には、最大で約4.6：1)が高くなり、TiN エッチング速度も速くなり、アルミニウム側壁の下部切り落としが少なくなって 有利になる。反対に、従来技術のCL₂/BCl₃では、TiNエッチング速度が遅くなり 、アルミニウムの選択性も低くなって不利になる。これらのCL₂/BCl₃の不利な特 性によって、エッチング終了後のアルミニウムの垂直断面が狭くなる。 本発明の第１化学物質でのTiNエッチングは、高速であるため、第１化学物質 でバリア層をエッチングすると、ウェーハの処理速度も速くなる。さらに、Cl₂/ Ar/CHF₃でTiNバリア層をエッチングすると、バリア・フットを減少させるようで ある。バリア・フットは、エッチング後のアルミニウム面の下部にあるバリア層 に階段のような構造が現れることを意味する。バリア・フットは、アルミニウム ・メタライゼーション層とTiNバリア層の両方を狭い間隔でエッチングするため にCL₂/BCl₃を使用すると、ときどき従来技術でも観察される。 バリア・フットは、本発明のエッチング技術によってかなり除去されるものと 信じられている。これは、本発明のCl₂/Ar/CHF₃第１化学物質 のTiNエッチング速度(約10,000オングストローム/分)が、従来技術のTiNエッチ ング・ガスのTiNエッチング速度(つまり、CL₂/BCl₃を使用して、約2,500〜3,000 オングストローム/分)よりも、アルミニウム・エッチング速度(つまり、CL₂/BCl₃ を使用して、約9,000オングストローム/分)に非常に一致するためである。バリ ア・フットは、垂直エッチング側壁と溝底のずれを表すので、そのずれを本発明 のCl₂/Ar/CHF₃でかなり除去できることは、本発明の利点である。 さらに、本発明のCl₂/Ar/CHF₃化学物質を使用すると、バリア層のエッチング 時における酸化物消失が少なくなる。Cl₂/Ar/CHF₃は、約５：１のTiN対酸化物の 選択性を持ち、酸化物質をエッチングする速度よりも約５倍も速い速度でTiN物 質をエッチングする。反対に、CL₂/BCl₃のような従来の化学物質は、約1.5：1〜 2.1のTiN対酸化物の選択性しか持っていない。TiN対酸化物の選択性が高い場合 、バリア・エッチング段階を拡張して、すべてのバリア層物質が狭い間隔におい ても除去されるようにすると、特に広い間隔での過大な酸化物の消失を防止でき るので有利である。 以下のメカニズムは、ここで説明する有利なエッチング結果を得るために役割 を果たすと思われる。ARC層のエッチングの開始段階において、狭い溝の底に並 んでいる薄いマスキング・フォトレジスト層が存在する。この薄いマスキング・ フォトレジスト層は、たとえば、フォトレジストのパターン成形後の狭い幾何学 的空間に残っている残留物を表す。この残留物が残るのは、フォトレジスト成形 時にフォトレジストは、広い領域からは適切に除去されるが、狭い幾何学的空間 から完全には除去されないためである。この場合、第１化学物質内の不活性ガス (例、アルゴン)の存在は、この薄いマスキング層の物理的エッチング(つまり、 ボンバード)を強化して、広い空間内と同じ程度の時間で狭い幾何学的空間にお いてもエッチングを開始できる。したがって、エッチング速度のローディングが 減少して有利になる。 重合体成形化学物質(例、N₂、CHF₃など)は、主にエッチングに重要な化学物質 を補うものである。この方法において、第１化学物質は、積層(例、TiN ARC層) をエッチングする一方、同時に重合体をこの積層に蒸着する。重合体成形剤を使 用した第１化学物質のマイクロマスクを広い間隔で使用すると、マスキング重合 体が狭い間隔におけるよりも速い速度で蒸着される。マイクロマスキング現象に より、広い間隔でのエッチング速度は、遅くなる。したがって、広い間隔でのエ ッチング速度と狭い間隔でのエッチング速度の差が少なくなる。 エッチング速度は、重合体成形剤の流量をおおよそに変えて調整できると信じ られている。例として、重合体成形剤の流量を増やすと、エッチング時の重合体 蒸着が増加して、エッチング速度が遅くなる傾向にある。 さらに、不活性ガス(例、アルゴン)が存在すると、Cl₂がClの反応性のある種 類に解離されるのが強くなると信じられている。反応性のある種類が増加すると 、エッチングが高速となる。さらに、不活性ガス(例、アルゴン)が存在すると、 不動態化重合体が発生する原因になると信じられている。この不動態化重合体は 、バリア・エッチング段階中にアルミニウムの側壁上に形成される。たとえば、 その忌避剤がClの反応性のある種類に増すと、アルミニウム側壁の反応性のある 種類の類似が減少する。その結果、Clの反応性のある種類が溝底に向かって容易 に移動してバリア層を異方向に高速エッチングする。 他の可能な説明は、Clの反応性の種がアルミニウム側壁にくっつく代わりに、 より容易に溝底に向かって移動することを可能にするためにこれらの種の表面拡 散を変更する不活性ガス(例、アルゴン)の能力についてである。 図４に、本発明の実施例において、本発明の第１化学物質がTiN ARC層をエッ チングするために使用している本発明のエッチング技術を示す。ここに開示した 本発明のエッチング技術を使用する前に、ウェーハは、従来のエッチング前段階 でのエッチング準備を必要とすることを理解しておく必要がある。エッチング前 段階には、たとえば、ウェーハのチャックへの締め付け、プラズマ処理チャンバ 内の圧力の安定化、およびウエーハとチャック間の熱伝導をよくするためにヘリ ウム冷却ガスをウェーハの裏側に送り込むことを含む。 段階402では、少なくともTiN ARC層の一部は、本発明の第１化学物質を使用し てエッチングされる。この第１化学物質は、TiN ARC層をエッチングするための 好適にTiNエッチング・ガス/不活性ガス/重合体成形ガスの組み合わせである。 さらに好適に、第１化学物質は、TiN ARC層をエッチングするためのCl₂/Ar/CHF₃ であり、さらにメタライゼーション層は、本質的にアルミニウムから成る。404 段階では、積層の残りの層、およびメタライゼーション層とバリア層は、従来の 化学物質(例、Cl₂/BCL₃)でエッチングされる。 図５に、本発明の他の実施例において、本発明のエッチング技術では、本発明 の第１化学物質でTiNバリア層をエッチングすることを示す。502段階では、従来 の化学物質(例、Cl₂/BCL₃)でARC層およびメタライゼー ション層の両方をエッチングする。504段階では、本発明の第１化学物質を使用 して、少なくともTiNバリア層の一部をエッチングする。第１化学物質は、好適 にTiNバリア層をエッチングするためのTiNエッチング・ガス/不活性ガス/重合体 成形ガスの組み合わせである。さらに好適に、第１化学物質は、TiNバリア層を 完全にエッチングするためのCl₂/Ar/CHF₃である。 図６に示す更なる他の実施例において、本発明のエッチング技術では、化学物 質を使用してTiN ARCおよびTiNバリア層の両方をエッチングする。図４の402段 階に類似の602段階では、TiN ARC層は、第１化学物質を使用してエッチングされ る。604段階では、積層のバルクおよびメタライゼーション層(但し、ＴｉＮバリ ア層を除く)は、従来の化学物質(例、Cl₂/BCL₂)を使用してエッチングされる。6 06段階では、TiNバリア層は、第１化学物質を使用してエッチングされる。この6 06段階は、図５の504段階に類似している。 図4、5、または６の本発明のエッチング処理に続いて、ウェーハは、全く従来 のエッチング後処理段階を経る。その後、完成したウェーハは、切り離されてダ イになる。これがICチップとなる。結果として生じるICチップ、たとえば、図３ のICチップ352は、電子装置、たとえば、よく知られている工業用または民生用 の電子装置、さらにはデジタル・コンピュータにも組み込まれる。 例として、以下の表１に、処理パラメータの概要を示す。これは、TCP^TM9600 SEプラズマ・リアクタでの６インチのCl₂/Ar/CHF₃第１化学物質エッチングに適 切な処理パラメータである。この例では、メタライゼーション薄層は、TiN反射 防止層であり、これは、約0.5％の銅を含むア ルミニウム層に重なっている。以下の表には、おおよその適切な範囲、おおよそ の好適な範囲、および上部電極の電力(ワット)の最も好適な範囲、下部電極の電 力(ワット)、および流速(指定しない限り、総エッチング・ガス源の流速のパー センテージ)を示している。その他のエッチングに有用なパラメータ値は、同一 ウェーハと反射防止層や他のウェーハと反射防止層のような従来技術に詳しい人 々にとっては、すぐに入手可能である。 本発明は、いくつかの好適な実施例に関して説明してきたが、本発明の請求範囲 内に入る代替、置換、および同等なものもある。たとえば、本発明の化学物質( 例、Cl₂/Ar/CHF₃)は、特にTiN ARCおよびバリア層、またはそのいずれかをエッ チングするために適切ではあるけれども、気をつけて欲しいことは、この第１化 学物質は、ウェーハ積層のいずれの TiN層をエッチングするためにも使用できることである。さらに注意して欲しい ことは、本発明の方法と装置を実現する方法は代わりの方法も多くあるというこ とである。それゆえ、以下に示す特許請求の範囲は、そのようなすべての代替、 置換、および同等なものも本発明の真の精神と範囲内に包含されものと解釈する 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． プラズマ処理チャンバにおいて、ウェーハ積層の任意の層、つまりTiN 層とTi層の一方をエッチングするための方法であって、 少なくとも前記の指定した層の一部を第１化学物質、つまり前記の指定し た層をエッチングするために構成されているエッチング・ガス、不活性ガス、お よび重合体成形化学物質から成る前記第１化学物質を使用してエッチングするこ とを特徴とするエッチング方法。 ２． 前記の指定した層がTiN反射防止コーティング層である請求項１の方法 。 ３． 前記エッチング・ガスがCl₂である請求項２の方法。 ４． 前記不活性ガスがアルゴンである請求項３の方法。 ５． 前記重合体成形化学物質がCHF₃である請求項４の方法。 ６． 前記不活性ガスがアルゴンである請求項２の方法。 ７． 前記重合体成形化学物質がCHF₃である請求項６の方法。 ８． 前記重合体成形化学物質がCHF₃である請求項２の方法。 ９． 前記指定した層がバリア層である請求項１の方法。 １０． 前記の指定した層がTiNから成り、前記エッチング・ガスがCl₂ である請求項９の方法。 １１． 前記不活性ガスがアルゴンである請求項１０の方法。 １２． 前記重合体成形化学物質がCHF₃である請求項１１の方法。 １３． 前記の不活性ガスがアルゴンである請求項９の方法。 １４． 前記重合体成形化学物質がCHF₃である請求項１３の方法。 １５． 前記重合体成形化学物質がCHF₃である請求項９の方法。 １６． 前記の指定した層がTiNから成り、前記エッチング・ガスがCl₂であり 、さらに重合体成形化学物質がCHF₃である請求項９の方法。 １７． プラズマ処理チャンバでのウェーハ積層と、指定した層から成る前記 ウェーハ積層と、TiN層およびTi層の一方である前記の指定した層から成る部品 を有する集積回路と、 前記集積回路は少なくとも前記の指定した層の一部を第１化学物質、つま り前記の指定した層をエッチングするために構成されているエッチング・ガス、 不活性ガス、および重合体成形化学物質から成る前記第１化学物質でエッチング して形成されることを特徴とする集積回路。 １８． 前記の指定した層はTiNから成り、反射防止コーティング層である請求 項１７の集積回路。 １９． 前記エッチング・ガスがCl₂である請求項１７の集積回路。 ２０． 前記不活性ガスがアルゴンである請求項１９の集積回路。 ２１． 前記重合体成形化学物質がCHF₃である請求項２０の集積回路。 ２２． 前記の指定した層がTiNバリア層である請求項１７の集積回路。 ２３． 前記エッチング・ガスがCl₂である請求項２２の集積回路。 ２４． 前記不活性ガスがアルゴンである請求項２３の集積回路。 ２５． 前記重合体成形化学物質がCHF₃である請求項２４の集積回路。 ２６． プラズマ処理チャンバにおいて、ウェーハ積層、つまりTiN反射防 止コーティング(ARC)層、メタライゼーション層、およびTiNバリア層から成る前 記ウェーハ積層の選択した部分をエッチングする方法であって、 少なくとも前記TiN ARC層の一部を第１化学物質、つまりTiNエッチング・ ガス、不活性ガス、および重合体成形化学物質から成る前記第１化学物質でエッ チングすることと、 少なくとも前記メタライゼーション層の一部をメタライゼーション・エッ チング・ガスでエッチングすることと、 少なくとも前記TiNバリア層の一部を前記第１化学物質でエッチングする こととを特徴とする方法。 ２７． 前記TiNエッチング・ガスがCl₂である請求項２６の集積回路。 ２８． 前記不活性ガスがアルゴンである請求項２７の集積回路。 ２９．前記重合体成形化学物質がCHF₃である請求項２８の集積回路。