JPH03165027A - 反応性イオンエッチング方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は反応性ガスを用いて半導体基板上のアルミニウ
ム合金膜のエツチングを行なう反応性イオンエツチング
方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の高集積化に伴って、微細パターンを加工精
度良く形成するために、平行平板電極を用いた反応性イ
オンエツチング法が用いられている。第４図はこの反応
性イオンエツチング法を実施するエツチング装置を模式
的に示したものである。

エツチング室１内に一対の平行平板電極２，３を配置し
、その一方の電極３上に被エツチング物４を載置するよ
うに構成されており、ガス導入孔１ａから反応ガスをエ
ツチング室１内に導入すると共に、排気孔１ｂから排気
し、この状態で上記電極２，３間に高周波電源５を用い
て高周波電圧を印加して放電を起こさせ、プラズマを発
生させてウェハー４をエツチングするようにしている。

この様な反応性イオンエツチング装置で半導体基板上の
アルミニウム合金膜、特にアルミニウムと銅の合金膜を
エツチングする場合、反応性ガスとしては塩素系ガスが
よく用いられている。

第５図（ａ）〜（ｄ）は第４図のエツチング装置を使い
、エツチングガスとして塩素系のガスを用いた場合の半
導体基板上のアルミニウムと銅合金膜のエツチング状況
を経過側に示した工程断面図である。

第５図（ａ）において、半導体基板ｌｏ上にはε！ｊ　
コ’１ｍ化膜１１及び導体としてのアルミニウノ合金膜
１２がスパッタ法等によって形成さｈて（る。また、１
３はアルミニウム合金１１１ｊｌ　２ヲエツチングする
ためのホトレジストのマスクである。

第５図（ｂ）は反応性エツチングガス（塩素系力ス）１
４により被エツチング物であるアルミニウム合金１２が
エツチングされていく状況を示したものである。この際
、エッチヤントに変化する地素原子１７によってアルミ
ニウム合金膜がエツチングされるが、銅原子１５は蒸気
圧が低いために合金膜の側壁に残り易い。従ってエツチ
ング終了後は第５図（ｃ）に示すように、垂直なエツチ
ング形状が得られるが、エツチング面及び側壁に銅原子
１５あるいは付着した塩素原子１７が残ってしまう。し
かし、その後反応性ガスを酸素ガス１６に切り換え、放
電させることにより第５図（ｄ）に示すようにホトレジ
ストを取り除くと共に、エツチング時に付着した塩素原
子１７を取り除くことができる。

また、エツチング後にアルミニウム合金膜側面に付着し
た塩素原子を除去する方法として、従来のエツチング後
にＣＦ、のプラズマ放電による洗浄も行なわれていた。

以下図面を用いて更に説明する。

第６図（ａ）〜（Ｃ）は第４図に示したエツチング装置
を使い、エツチングガスとして塩素系のガス、後処理ガ
スとしてＯＦ、を用いた場合の半導体基板上のアルミニ
ウム合金膜のエツチング状況を経過側に示した断面図で
ある。

まず、第６図（ａ）に示すように、半導体基板ｌＯ上に
シリコン酸化膜１１、及び導体としてのアルミニウム合
金膜１２をスパッタ法等により形成する。次でアルミニ
ウム合金膜１２をエツチングするためのホトレジストの
マスク１３をその上に形成する。

次に第６図（ｂ）に示すように、反応性エツチングガス
（塩素系ガス）１４により、被エツチング物質であるア
ルミニウム合金膜１２をエツチングする。この際、エッ
チャントである塩素原子１７は、エツチングされたアル
ミニウム合金膜１２の側壁に付着しており、このまま大
気開放すると、空気中の水分と反応してアルミニウム合
金膜１２の腐食を引き起こす。

このため第６図（Ｃ）に示すように、アルミニウム合金
膜１２のエツチングが終了した時点で、反応性ガスをＣ
Ｆ４２６に切り換えて後処理を行なう。アルミニウム合
金膜１２の側壁に付着していた塩素原子１７は、ＣＦ、
のプラズマ洗浄によってフッ素原子２ｏに置換される。

よって大気開放後のアルミニウム合金膜の腐食を防止す
ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した従来の酸素ガスを後に用いる反応性
イオンエツチング方法では、エツチング時にアル４−ラ
ム合金膜の成分である銅原子が残渣として残ってしまい
、この残った銅原子をエツチングにより取り除くには多
大の時間を要する。

又、この従来技術に示す方法では付着した塩素原子を完
全に取り除くことはできないので、エツチング後長い時
間を置くと空気中の水分と反応して腐食が進むという欠
点がある。

また、上述した従来のＣＦ、を後に用いる洗浄方法では
、アルミニウム合金膜の腐食を防止するには不充分であ
る。即ち、ＣＦ、ガスプラズマでは活性種による化学的
反応のみが起り、ＣＦ、のプラズマ放電による洗浄を行
った後にもアルミニウム合金膜のエツチング側面にエッ
チャントに変化する塩素原子が少量ではあるが除去しき
れずに付着している。従って、エツチング処理後長い時
間をおくと、空気中の水分と反応して腐食が進み、半導
体装置の信頼性を低下させる。又、付着した塩素原子を
完全に取り除くには多大な時間を要するため、半導体装
置の製造に無駄な時間を費やすことになるという欠点が
ある。

〔課題を解決するための手段〕 本発明の反応性イオンエツチング方法は、互いに対向し
て配置され高周波電力が印加される平行平板電極を備え
、反応性ガスを導入して上記電極間にプラズマを発生さ
せ、上記電極の一方の電極上に載置された半導体基板上
のアルミニウム合金膜をエツチングする際に、塩素系ガ
スによるアルミニウム合金膜のエツチングを行い、その
不活性ガスによるアルミニウム合金膜のエツチングを行
い、その後酸素プラズマによるレジスト剥離を行うとい
う工程を有している。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施例を説明す
るための工程順に示した半導体チップの断面図である。

まず第１図（ａ）に示すように、半導体基板１０上にシ
リコン酸化膜１１とアルミニウム合金膜１２とを形成し
たのち、ホトレジストからなるマスク１３を形成する。

次いで塩素系のエツチングガスを用いアルミニウム合金
膜１２をエツチングする。この時エツチングされたアル
ミニウム合金膜１２の側壁には塩素原子１７が付着して
残る。

次に第１図（ｂ）のように、ガスをＮｅガス２８に切り
換え、流量１００　ｓｅｃｍ、圧力１０Ｐａの条件で洗
浄処理を行う。Ｎｅガスプラズマは、不活性ガスである
為、従来技術のＣＦ　４ガスプラズマと違って、活性種
による化学的反応は全く起こらず、中性原子による物理
的スパッタ効果によってのみ反応が進行する。

このため第１図（Ｃ）のように、アルミニウム合金膜１
２の側面に付着していた塩素原子１７は、Ｎｅ原子２７
の物理的スパッタリングによって散乱され、Ｎｅ原子２
７に置換される為、側面には塩素原子１７は残らない。

又、Ｎｅ原子２７は不活性であるから、塩素原子１７と
結合して、側面にその化合物として付着することもない
。

以下第１図（ｄ）に示すように、反応性ガスを０２１９
に切り換え、酸素プラズマを発生させることにより、ア
ルミニウム合金膜上のホトレジスト１３を取り除き、同
時にアルミニウム合金膜のエツチング側面に付着したＮ
ｅ原子２７も取り去る。

このように本実施例によればアルミニウム合金膜からな
る配線が形成されるまでのエツチング及び後処理等のプ
ロセスを一つのエツチング装置で連続して行うことが出
来、しかもアルミニウム合金配線を形成した後、そのま
ま長時間大気中に放置しても、アルミニウム合金膜の腐
食は起こることはない。

上記実施例においては不活性ガスとしてＮｅガスを用い
た場合について説明したが、Ａｒガスを用いてもよい。

Ａｒ原子は、Ｎｅ原子に比べ、原子量が大きい為、同じ
速度でアルミニウム合金膜側壁に衝突した時の衝突エネ
ルギーがより大きい。即ち、Ａｒガスプラズマの場合、
Ｎｅガスプラズマの場合に比べ、側壁に付着したＣＩ！
原子のスパッタ効率がより高い。従ってアルミニウム合
金膜側面に付着していた塩素原子はより効率よく置換さ
れる。又、Ａｒ原子と塩素原子の化合物として残ること
もない。

第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施例を説明す
るためのエツチング経過を示す工程断面図であり、用い
るエツチング装置は第４図と同じである。

第２図（ａ）は第４図のエツチング装置を用いて被エツ
チング物質であるアルミニウムと銅の合金膜を塩素系の
ガスにてエツチングした直後の状態を示したものであり
、第５図（ｃ）と同じである。

この後、第２図（ｂ）のようにガスをＫｒガス１８に切
り換え、流量５０ｓｅｃｍ、圧力５Ｐａの条件でエツチ
ングを行う。

Ｋｒガスのプラズマは不活性ガスである為、これまでの
塩素系ガスのプラズマと違って、活性種による化学的反
応は起こらず、中性原子による物理的スパッタ効果によ
ってのみ反応が進行する。

よって、銅原子のような蒸気圧が低く化学的反応によっ
てエツチングしにくいものでも、スパッタリングによっ
てエツチングされやすい。

即ち、第２図（ｂ）のようにアルミニウム合金膜１２の
側壁及びエツチング面に残っていた銅原子１５はＫｒ原
子の物理的スパッタリングによって散乱され、同様に塩
素原子も散乱される。又、Ｋｒ原子は不活性であるから
、化学的反応によってアルミニラム合金膜１２の横方向
にエツチングが進ムこともない。

後は反応性ガスを塩素１６に切り換え、酸素プラズマを
発生させることにより、アルミニウム合金膜１２の上の
ホトレジスト１３を取り除き、同時に残った残留物も取
り去ることにより、第２図（ｃ）に示すように、アルミ
ニウム合金配線が形成される。

この方法の利点は、エツチング時に残渣として残りやす
い銅原子を原子量の大きい不活性ガスを用いたスパッタ
エツチングにより短時間で取り去ることが出来、しかも
同時に塩素原子にも取り去る為に、アルミニウム合金配
線形成後そのまま長時間大気放置してもアルミニウム合
金の腐食が起こることはないということにある。

第３図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施例の縦断面
図である。

本実施例では、エツチングガスとしてＸｅガスを用いて
いる。即ち、第４図のエツチング装置を用いて被エツチ
ング物質であるアルミニウム合金膜１２を塩素系ガスに
てエツチングした（第３図（ａ））後、ガスをＸｅ１９
に切り換え、流量５０ｓｃｃｍ、圧力５Ｐａの条件でエ
ツチングを行う（第３図（ｂ））。Ｘｓ原子はＫｒ原子
に比べ原子量が多い為、同じ速度でアルミニウム合金膜
１２等に衝突した時の衝突エネルギーがより大きい。即
ちＸｅガスプラズマの場合、第２の実施例の場合に比べ
、アルミニウム合金膜１２の側壁及びエツチング面に残
っている銅原子１５のスパッタ効率がより高い。よって
、第３図（ｂ）のように、残っていた銅原子１５及び塩
素原子１７は殆んどが取り去られる。後は第２の実施例
と同じく反応性ガスを塩素１６に切り換え、酸素プラズ
マを発生させることにより、アルミニウム合金膜１２上
のホトレジスト１３を取り除き、第３図（Ｃ）のように
アルミニウム合金線が形成される。

この実施例では、前に述べたようにＸｅという、よりス
パッタ効率の高いガスを用いることにより、第２の実施
例に比してもさらに確実にアルミニウム合金膜側面及び
エツチング面の同原子と塩素原子を取り除くことができ
る利点がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、塩素系ガスでアル
ミニウム合金膜をエツチングした後に不活性ガスによる
アルミニウム合金膜のエツチングを行うことにより、ア
ルミニウム合金膜の側面及びエツチング面に残っている
銅原子及び付着している塩素原子をより確実に取り除く
ことができ、半導体装置の信頼性向上、製造時間の短縮
に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施例を説明す
るための断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２
の実施例を説明するための工程断面図、第３図（ａ）〜
（ｃ）は本発明の第３の実施例を説明するための工程断
面図、第４図は本発明の実施例に用いたエツチング装置
の模式図、第５図（ａ）〜（ｄ）、第６図（ａ）〜（ｃ
）は従来方法による試料のエツチング状況を示す工程断
面図である。 １・・・・・・エツチング室、２，３・・・・・・平行
平板電極、４・・・・・・エツチングウェハー　５・・
・・・・高周波電源、１０・・・・・・半導体基板、１
１・・・・・・シリコン酸化膜、１２・・・・・・アル
ミニウムと銅の合金膜、１３・・・・・・ホトレジスト
、１４・・・・・・塩素系ガス、１５・・・・・・銅原
子、１６・・・・・・酸素ガス、１７・・・・・・塩素
原子、１８・・・・・・Ｋｒガス、１９・・・・・・Ｘ
ｅガス、２０・・・・・・フッ素原子、２７・・・・・
・Ｎｅ原子、２８・・・・・・Ｎｅガス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　塩素系ガスを用いてアルミニウム合金膜のエッチング
   を行う工程と、その後不活性ガスを用いて前記アルミニ
   ウム合金膜のエッチングを行う工程とを含むことを特徴
   とする反応性イオンエッチング方法。