JPH0494121A - ドライエツチング方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、銅もしくは銅合金薄膜のエツチング方法に係
り、特に半導体装置の製造工程の中で電極配線形成のた
めのエツチング工程において、銅もしくは銅合金薄膜を
方向性を持たせつつ高速度で工、チングする方法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、基板上にｗ４薄膜による電極配線を形成する場合
のｗ４薄膜の加工法としては、ｔＲＦ１ｉ膜上を部分的
にマスク材料で覆い、酸性あるいはアルカリ性の溶液に
浸し化学反応によりエツチングする湿式エツチング法や
、反応性のガスを用いるドライエツチング法が行われて
いる。湿式エツチング法ではエツチングに方向性がなく
等友釣にエツチングされるため微細なエツチングは困難
であった。

一方、ドライエツチング法は、方向性を持ったエツチン
グ法として知られ、例えば、Ｇ、Ｃ，Ｓｃｈｉｍａｒｔ
ｚとＰ、Ｍ、５ｃｈａｉｂｌｅによる論文（「リアクテ
ィブイオン　エツチング　オブ　カッパー　フィルムズ
」、ジャーナル　オブ　エレクトロケミカルソサイエテ
ィ、１３０巻、１７７７頁、１９８３年。（”Ｒｅａｃ
ｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ　ｏｆ　Ｃｏｐｐｅ
ｒ　Ｆｉ１ｍｓ’、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＥｉｅｃｔｒ
ｏｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ、１３０．１７７
７（１９８３））および本願出願人による論文（「リア
クティブ　イオン　エツチング　オブ　カッパー　フィ
ルムズイン５ｉＣ１ａ　　アンドＮ２　ミックスチャ−
」、ジャパニーズ　ジャーナル　オブ　アプライド　フ
ィシ、７クスレタ一２８巻１０７０頁１９８９年。（”
Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ　ｏｆ　Ｃ
ｏｐｐｅｒ　Ｆｉｌｍｓ　ｉｎ　５ｉＣ１ａａｎｄ　Ｎ
ｚ　Ｍｉｘｔｕｒｅ　、　Ｊｐｎ−Ｊ、　Ａｐｐｌ、　
Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　２８、１０７０（１９８９）
）がある。

上記のＧ、Ｃ，Ｓｃｈｗａｒｔｚらの論文により示され
た四塩化炭素とアルゴンとの混合ガス系では、微細な線
間の銅膜がエツチングしに＜＜、高い電力密度でエツチ
ングするので下地との選択比が小さい、マスク材料とし
て有機レジストが使用できない等の問題点があった。

一方、本願出願人が提案した四塩化珪素と窒素の混合ガ
ス系による方法はこれらの問題点を解決し、基本的には
微細加工を可能とし、有機レジストをマスクとして使用
でき、マスクとの選択性も得られる銅薄膜のエツチング
方法であった。

〔発明が解決しようとするａ！題］ しかしながら、上記の本願出願人が先に提案した四塩化
珪素と窒素との混合ガス系では、エツチング速度が毎分
２００オングストロ一ム程度と遅く、半導体装置の製造
工程において高いスループットを望めないという問題点
があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであ
り、エツチング速度を向上し、なおかつ方向性エツチン
グを可能とする銅もしくは銅合金薄膜のエツチング方法
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために本発明においては、エツチン
グ速度を向上し、かつ方向性エツチングを維持するため
にシリコン化合物ガスおよび窒素水素化物ガスを含む塩
素系の混合ガスを用いる。

また、被エツチング物の基板を配置する電極を加熱する
ことにより、前記基板を反応生成物が揮発可能な温度、
標準的には２８０℃に加熱する。

〔作用〕

本発明のエツチング方法においては、銅はエツチングガ
スである塩素系ガスが放電により分解して出来た塩素ラ
ジカルと反応して塩化銅となるが、塩化銅が揮発可能な
温度まで基板は加熱されているので、塩化銅の揮発が進
みエツチングが進行する。またシリコン化合物ガスが分
解して生ずるシリコンラジカルと窒素水素化物ガスが分
解して生ずる窒素ラジカルが反応することにより、基板
表面には窒化珪素膜が形成されるが、基板に垂直入射す
るイオンが銅表面の窒化珪素膜を除去するので、エツチ
ングが進行する。しかしマスク材料で覆われたパターン
の側壁はイオンが当たらないので、窒化珪素膜で覆われ
銅もしくは銅合金薄膜の方向性エツチングが可能となる
。

銅との反応種である塩素ラジカルを増すことによりエツ
チング速度が向上することは、本願発明者が行なった次
の実験より明らかである。

実験は熱酸化シリコン膜上に形成した銅薄膜を基板加熱
機構を有する反応性イオンエツチング装置を用いてエツ
チングすることにより行った。エツチングガスとして塩
素、四塩化珪素、窒素の混合ガスを用い、四塩化珪素、
窒素の流量をそれぞれ２０．　８０ＳＣＣＭ、圧力２Ｐ
ａ、ＲＦパワー＝１００Ｗとしながら、塩素添加量を変
化させエツチング速度と添加量の関係を調べた。実験結
果は、第１図に示すように、塩素添加量を増加するとエ
ツチング速度は飛躍的に高まる。しかしながらこの塩素
を添加したガス系では、有機レジスト／窒化チタン膜を
マスクとした銅薄膜のパターン側壁グの際、銅薄膜の塩
化とエツチングがパターン内部まで進行するため方向性
エツチングは困難となる。

従って塩素ラジカルからパターン側壁を保護するため、
より強固は窒化珪素膜で覆う必要が生じる。四塩化珪素
と窒素の分解により形成される窒化珪素膜では側壁保護
効果は十分でなく、このため窒素水素化物ガスを添加し
て窒化珪素膜の生成を促進させる。

第２図は上記の四塩化珪素、窒素および塩素からなる混
合ガスに窒素水素化物ガスのひとつであるアンモニアを
添加した場合のエツチング速度と添加量の関係を表した
ものである。アンモニア添加量を増すに従いエツチング
速度は低下し、窒化珪素膜の生成が促進されていること
がわかる。この窒化珪素膜形成の促進により加工側壁は
塩素ラジカルから十分に保護され銅薄膜の方向性エツチ
ングが促進される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明に係るエツチングを行う装置の一例の概
略図である。同図において、ｌはエツチング電極、２は
被エツチング基板、３は対向！極、４は被エツチング基
板２を固定するための静電チャ・７り用基板台、５はエ
ツチング電極加熱用ヒータ、６は対向電極加熱用ヒータ
、７はエツチングチャンバ、８はガス導入系、９はマツ
チングボックス、１０は高周波電源、１１はエツチング
チャンバ７内を所定のエツチングガス圧に減圧する真空
排気口を示す。

第４図はエツチングに用いた被エツチング基板の断面図
である。同図において、１２はシリコンウェハであり、
このシリコンウェハ１２上には通常半導体素子が形成さ
れているが、図では省略した。１３はシリコン基板から
電極を絶縁するための二酸化シリコン膜であり、ここで
はＣＶＤ法により形成した。１４．１６は窒化チタン膜
であり、ここでは反応性スパッタ法により形成した。１
５は銅薄膜でありスパッタ法によりｌＩ！ｍの厚さに形
成した。１７は有機レジストであり、耐熱性向上のため
遠紫外光によるキュア処理と高温ヘークとを行った。

次に第３図の装置を用いて第４図に示した銅薄膜のエツ
チングを行う方法について説明する。

被エツチング基板２は静電チャック用基板台４を介して
エツチング電極１上に固定される。エツチング電極ｌ及
び対向電極３はそれぞれ予めヒータ５，６により加熱さ
れており、被エツチング基板２は電極からの熱伝導によ
って所定の温度、標準的には２８０℃に加熱される。そ
の後、ガス導入系８より流量制御されたエツチングガス
、例えばシリコン化合物ガスとして四塩化珪素、窒素水
素化物ガスとしてアンモニアを含むガス、すなわち四塩
化珪素：　２　Ｑ　５ＣＣ１１，アンモニア：１１０５
ＣＣ窒素：　　８０ＳＣＣＭ、塩素：　２０ＳＣＣＨの
混合ガスを導入して真空排気口１１を通した排気により
エツチングチャンバ７内を所定のガス圧、例えば２Ｐａ
に保持し、エツチング電極１に高周波電源１０により、
例えば２００Ｗの高周波電力を印加する。

するとエツチング電極１と対向電ｉ３の間にグロー放電
を生じ、ガスはプラズマ化され活性化し、塩素ラジカル
が生成されるとともに、エツチング電極１側には加速さ
れたイオンが垂直に照射される。これによって、基板２
上の窒化チタン膜１４゜銅薄膜１５および窒化チタン膜
Ｉ６はイオン衝撃と塩素ラジカルとの相乗効果により工
・ノチングされる。

第５図は被エツチング基板のエツチング後の断面形状を
示したものである。第５図（ａｌのアンモニアを添加し
ない四塩化珪素、窒素、塩素の混合ガスではアンダーカ
ットを生じ微細加工は困難であったが、第５図（′ｂ）
に示すようにアンモニアを添加することで側壁保護膜形
成が促進され、このためアンダーカットは防止されほぼ
垂直の断面形状をもつパターンが得られた。この時、銅
薄膜のエツチング速度は約１０００人／５ｈｉｎ、であ
り、従来の四塩化珪素と窒素との混合ガスの場合に比較
して４〜５倍の速度でパターン形成が可能であった。

このように本実施例のエツチング方法では、従来の四塩
化珪素と窒素との混合ガスによるエツチング方法に比較
して十分高速なエツチングが可能であり、かつアンダカ
ノトのない方向性エツチングが達成される。

本実施例では銅薄膜のエツチングについてのみ示したが
、本発明は銅薄膜のみのエツチングに限定されるもので
はなく、例えばＡｌ−Ｃｕ膜等の銅を構成成分として含
む銅合金膜のエツチングにおいても適用される。

また、シリコン化合物ガスには実施例に示す四塩化珪素
以外に、例えばモノシラン、ジシラン。

ジクロルシラン、トリクロルシラン等のガスも用いられ
、窒素水素化物ガスとしては実施例に示すアンモニア以
外に、ヒドラジン等のガスも適用される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、銅もしくは銅合金
薄膜をエツチングする際エツチングガスに少なくともシ
リコン化合物ガスおよび窒素水素化物ガスを含む混合ガ
スを用いることにより、高速度でなおかつアンダーカッ
トのない方向性を持った銅もしくは銅合金配線パターン
が容易に得られ、高スループツトのエツチングが達成さ
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２゛図は本発明のドライエツチング方法に基
づいた実験の結果を示すものであって、第１図は四塩化
珪素と窒素の混合ガスに塩素を添加した時の銅薄膜のエ
ツチング速度と塩素添加量の関係を示す特性図、第２図
は四塩化珪素、窒素および塩素の混合ガスにアンモニア
を添加した時の銅薄膜のエツチング速度とアンモニア添
加量の関係を示す特性図、第３図は本発明の一実施例を
行う装置の概略図、第４図はエツチングに用いた被工・
７チング物の基板の断面を示す図、第５図は本発明によ
る加工形状の断面を示す図である。 ｌ・・・エソチンク７Ｊ、極、２・・・被エツチング基
板、３・・・対向電極、４・・・静電チャック用基板台
、５・・・エツチング電極加熱用ヒータ、６・・・対向
電極加熱用ヒータ、７・・・エツチングチャンバ、８・
・・ガス導入系、９．。 ・マツチングボックス、１０・・・高周波電源、１１・
・・真空排気口、１２・・・シリコンウェハ、１３・・
・二酸化シリコン膜、１４・・・窒化チタン膜、１５・
・・銅薄膜、１６・・・窒化チタン膜、１７・・・有機
レジスト膜。 特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板上を被覆した銅もしくは銅合金薄膜を部分的にマ
   スク材で被覆し、前記基板を対向電極型反応性イオンエ
   ッチング装置の一方の電極上に配置し、前記電極上に配
   置した基板を加熱し、前記エッチング装置内にエッチン
   グガスを導入して対向電極間に高周波電力を印加してグ
   ロー放電を発生させることにより前記銅もしくは銅合金
   薄膜をエッチングする方法において、エッチングガスに
   少なくともシリコン化合物ガスおよび窒素水素化物ガス
   を含む混合ガスを用いることを特徴とするドライエッチ
   ング方法。