JPH06163477A - 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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- JPH06163477A JPH06163477A JP4313325A JP31332592A JPH06163477A JP H06163477 A JPH06163477 A JP H06163477A JP 4313325 A JP4313325 A JP 4313325A JP 31332592 A JP31332592 A JP 31332592A JP H06163477 A JPH06163477 A JP H06163477A
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- Japan
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- etching
- wiring
- layer
- wafer
- based material
- Prior art date
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
- H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
- H10P50/26—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of conductive or resistive materials
- H10P50/264—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of conductive or resistive materials by chemical means
- H10P50/266—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of conductive or resistive materials by chemical means by vapour etching only
- H10P50/267—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of conductive or resistive materials by chemical means by vapour etching only using plasmas
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｃｕ系材料層の高選択・低汚染ドライエッチ
ングを、レジスト・マスクが使用できる温度域で実現す
る。 【構成】 ヨウ素ラジカル（Ｉ* ）と他のハロゲン・ラ
ジカル（Ｘ* ）とを生成可能なヨウ化ハロゲンをエッチ
ング・ガスの基本構成成分とし、ウェハを２００℃に加
熱しながらＣｕ層２をエッチングする。Ｃｕは主として
Ｃｕ2 Ｉ2 の形で除去され、これより蒸気圧の低いＣｕ
2 Ｃｌ2 は側壁保護膜４を構成する。従来よりも低温化
されたプロセスで、異方性形状を有するＣｕ配線２ａが
形成できる。レジスト・マスク３が使用できるので、従
来どおりの工数で実施できる。エッチング反応系に酸素
が関与しないので、Ｃｕ層２が表面酸化されたり、また
これに起因して配線抵抗が増大することがない。ヨウ化
ハロゲンとしては、ＩＣｌ，ＩＦ5 等が使用できる。
ングを、レジスト・マスクが使用できる温度域で実現す
る。 【構成】 ヨウ素ラジカル（Ｉ* ）と他のハロゲン・ラ
ジカル（Ｘ* ）とを生成可能なヨウ化ハロゲンをエッチ
ング・ガスの基本構成成分とし、ウェハを２００℃に加
熱しながらＣｕ層２をエッチングする。Ｃｕは主として
Ｃｕ2 Ｉ2 の形で除去され、これより蒸気圧の低いＣｕ
2 Ｃｌ2 は側壁保護膜４を構成する。従来よりも低温化
されたプロセスで、異方性形状を有するＣｕ配線２ａが
形成できる。レジスト・マスク３が使用できるので、従
来どおりの工数で実施できる。エッチング反応系に酸素
が関与しないので、Ｃｕ層２が表面酸化されたり、また
これに起因して配線抵抗が増大することがない。ヨウ化
ハロゲンとしては、ＩＣｌ，ＩＦ5 等が使用できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造分野等
において銅（Ｃｕ）系材料層をエッチングするためのド
ライエッチング方法に関し、特にレジスト・マスクが使
用できる程度のウェハ温度領域で信頼性の高いＣｕ系配
線パターンを形成する方法に関する。
において銅（Ｃｕ）系材料層をエッチングするためのド
ライエッチング方法に関し、特にレジスト・マスクが使
用できる程度のウェハ温度領域で信頼性の高いＣｕ系配
線パターンを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進むに伴
い、配線パターンのデザイン・ルールもサブミクロンさ
らにはクォーターミクロンに微細化されようとしてい
る。従来より、半導体装置における配線材料としてはア
ルミニウム（Ａｌ）系材料が広く用いられてきた。しか
し、Ａｌ系配線では線幅が０．５μｍよりも細くなると
エレクトロ・マイグレーション耐性、ストレス・マイグ
レーション耐性等が劣化して配線の信頼性が劣化し易く
なる。また、低抵抗化を図ろうとすると配線層を厚く形
成せざるを得ず、配線パターンのアスペクト比が１〜２
と大きくなってしまう。このことは、後工程において絶
縁膜による平坦化等を困難とする。
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進むに伴
い、配線パターンのデザイン・ルールもサブミクロンさ
らにはクォーターミクロンに微細化されようとしてい
る。従来より、半導体装置における配線材料としてはア
ルミニウム（Ａｌ）系材料が広く用いられてきた。しか
し、Ａｌ系配線では線幅が０．５μｍよりも細くなると
エレクトロ・マイグレーション耐性、ストレス・マイグ
レーション耐性等が劣化して配線の信頼性が劣化し易く
なる。また、低抵抗化を図ろうとすると配線層を厚く形
成せざるを得ず、配線パターンのアスペクト比が１〜２
と大きくなってしまう。このことは、後工程において絶
縁膜による平坦化等を困難とする。
【０００３】かかる背景から、Ｃｕ系配線が注目されて
いる。Ｃｕはエレクトロマイグレーション耐性が高い
上、その電気抵抗率が約１．４μΩｃｍと、Ａｌの約半
分である。したがって、同じ線幅の配線パターンを形成
したとしても、Ｃｕ系配線はＡｌ系配線に比べて膜厚を
薄くすることができ、多層配線を行う場合等において有
利となる。
いる。Ｃｕはエレクトロマイグレーション耐性が高い
上、その電気抵抗率が約１．４μΩｃｍと、Ａｌの約半
分である。したがって、同じ線幅の配線パターンを形成
したとしても、Ｃｕ系配線はＡｌ系配線に比べて膜厚を
薄くすることができ、多層配線を行う場合等において有
利となる。
【０００４】しかし、Ｃｕ系の金属材料のドライエッチ
ングには技術的な困難が多く伴い、その微細加工の可能
性が未だ研究レベルで模索されている段階である。ま
ず、Ｃｕは極めて酸化を受け易く、Ｃｕ系材料層の表面
は常に酸化銅で被覆され、不動態化している。酸化銅の
被膜が存在すると、エッチング・ガスとＣｕとの間の化
学反応が阻害されてエッチング速度が低下するほか、酸
化銅被膜がマスクとして機能した場合にはこの下側のＣ
ｕ系材料層が除去されず、ウェハ上にエッチング残渣が
発生するという不都合がある。
ングには技術的な困難が多く伴い、その微細加工の可能
性が未だ研究レベルで模索されている段階である。ま
ず、Ｃｕは極めて酸化を受け易く、Ｃｕ系材料層の表面
は常に酸化銅で被覆され、不動態化している。酸化銅の
被膜が存在すると、エッチング・ガスとＣｕとの間の化
学反応が阻害されてエッチング速度が低下するほか、酸
化銅被膜がマスクとして機能した場合にはこの下側のＣ
ｕ系材料層が除去されず、ウェハ上にエッチング残渣が
発生するという不都合がある。
【０００５】またＣｕは、Ａｌ系材料層のエッチング・
ガスとして一般に用いられている塩素系ガスではエッチ
ングが困難である。これは、反応生成物である塩化銅の
蒸気圧が極めて低いからである。
ガスとして一般に用いられている塩素系ガスではエッチ
ングが困難である。これは、反応生成物である塩化銅の
蒸気圧が極めて低いからである。
【０００６】そこで、これらの問題を解決するための技
術が、従来から幾つか提案されている。たとえば、Ｊａ
ｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ．，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．６，ｐ．Ｌ
１０７０〜Ｌ１０７２（１９８９）には、ウェハを２５
０℃付近に加熱しながらＳｉＣｌ4 とＮ2 の混合ガスに
よりＣｕ薄膜の反応性イオンエッチングを行う技術が報
告されている。この技術によれば、ウェハの加熱により
上述のようなエッチング残渣の発生が防止される他、気
相中における反応生成物であるＳｉx Ｎy を側壁保護に
利用して異方性加工を行うことができる。
術が、従来から幾つか提案されている。たとえば、Ｊａ
ｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ．，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．６，ｐ．Ｌ
１０７０〜Ｌ１０７２（１９８９）には、ウェハを２５
０℃付近に加熱しながらＳｉＣｌ4 とＮ2 の混合ガスに
よりＣｕ薄膜の反応性イオンエッチングを行う技術が報
告されている。この技術によれば、ウェハの加熱により
上述のようなエッチング残渣の発生が防止される他、気
相中における反応生成物であるＳｉx Ｎy を側壁保護に
利用して異方性加工を行うことができる。
【０００７】また、特開平１−２３４５７８号公報に
は、エッチング・ガス中に数％のＨ2を添加することに
より、高温条件下で残留酸素との反応により表面に酸化
銅が形成されたとしても、これを還元しながら円滑にＣ
ｕ系材料層のドライエッチングを行う方法が開示されて
いる。さらに、本願出願人は先に特開平３−２９５２３
２号公報において、ウェハを２００℃を超えない温度に
加熱した状態で、窒素系ガスと酸素系ガスの混合ガス、
分子内にＮ原子とＯ原子とを有するガス、あるいはこれ
らにフッ素系ガスを添加した混合ガス等を用い、Ｃｕを
硝酸銅Ｃｕ（ＮＯ3 ）2 の形で昇華除去させるエッチン
グ方法を提案している。
は、エッチング・ガス中に数％のＨ2を添加することに
より、高温条件下で残留酸素との反応により表面に酸化
銅が形成されたとしても、これを還元しながら円滑にＣ
ｕ系材料層のドライエッチングを行う方法が開示されて
いる。さらに、本願出願人は先に特開平３−２９５２３
２号公報において、ウェハを２００℃を超えない温度に
加熱した状態で、窒素系ガスと酸素系ガスの混合ガス、
分子内にＮ原子とＯ原子とを有するガス、あるいはこれ
らにフッ素系ガスを添加した混合ガス等を用い、Ｃｕを
硝酸銅Ｃｕ（ＮＯ3 ）2 の形で昇華除去させるエッチン
グ方法を提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術はそれぞれに解決すべき課題も抱えている。まず、Ｓ
ｉx Ｎy を側壁保護に用いる方法では、このＳｉx Ｎy
がパーティクル汚染源になる虞れがある。また、Ｓｉx
Ｎy を側壁保護に用いる方法、およびＨ2 により酸化銅
を還元する方法では、いずれも高温域のウェハ加熱を要
するため、エッチング・マスクとしてレジスト・マスク
を用いることができない。そこで、これらの方法では、
ＳｉＯ2 等の耐熱性材料をパターニングしてエッチング
・マスクを形成することが必要となるが、エッチング終
了後にマスクを除去しようとすると層間絶縁膜に対して
選択性がとれず、マスクを残して層間絶縁膜の一部とし
て利用しようとするとウェハの表面段差が増大してしま
う。また、エッチング・マスクの形成そのものに余分の
工数がかかる。さらに、ウェハの高温加熱がかえってチ
ャンバ内の残留酸素による酸化銅被膜の形成を促進する
という矛盾も生ずる。
術はそれぞれに解決すべき課題も抱えている。まず、Ｓ
ｉx Ｎy を側壁保護に用いる方法では、このＳｉx Ｎy
がパーティクル汚染源になる虞れがある。また、Ｓｉx
Ｎy を側壁保護に用いる方法、およびＨ2 により酸化銅
を還元する方法では、いずれも高温域のウェハ加熱を要
するため、エッチング・マスクとしてレジスト・マスク
を用いることができない。そこで、これらの方法では、
ＳｉＯ2 等の耐熱性材料をパターニングしてエッチング
・マスクを形成することが必要となるが、エッチング終
了後にマスクを除去しようとすると層間絶縁膜に対して
選択性がとれず、マスクを残して層間絶縁膜の一部とし
て利用しようとするとウェハの表面段差が増大してしま
う。また、エッチング・マスクの形成そのものに余分の
工数がかかる。さらに、ウェハの高温加熱がかえってチ
ャンバ内の残留酸素による酸化銅被膜の形成を促進する
という矛盾も生ずる。
【０００９】一方、Ｃｕを硝酸塩の形で除去する方法で
は、エッチング反応系にハロゲン系の活性種が存在しな
いため、マスク・パターンや下地の層間絶縁膜に対する
選択比が大きくとれる。また、ウェハの加熱が比較的低
温で済むため、レジスト・マスクをエッチング・マスク
として使用することができるという大きなメリットがも
たらされた。しかし、エッチング・ガス系に酸素が関与
しているため、Ｃｕ系材料層の表面にはやはり酸化被膜
が形成され、ここから内部に向けてＯ原子が拡散し、エ
ッチング残渣が発生したり配線抵抗が増大するという問
題が生ずる。
は、エッチング反応系にハロゲン系の活性種が存在しな
いため、マスク・パターンや下地の層間絶縁膜に対する
選択比が大きくとれる。また、ウェハの加熱が比較的低
温で済むため、レジスト・マスクをエッチング・マスク
として使用することができるという大きなメリットがも
たらされた。しかし、エッチング・ガス系に酸素が関与
しているため、Ｃｕ系材料層の表面にはやはり酸化被膜
が形成され、ここから内部に向けてＯ原子が拡散し、エ
ッチング残渣が発生したり配線抵抗が増大するという問
題が生ずる。
【００１０】そこで本発明は、レジスト・マスクの使用
が可能な比較的低温域におけるプロセスにより、低抵抗
配線材料としてのＣｕのメリットを損なうことなく、ク
リーンな条件でＣｕ系材料層をドライエッチングするこ
とが可能な方法を提供することを目的とする。
が可能な比較的低温域におけるプロセスにより、低抵抗
配線材料としてのＣｕのメリットを損なうことなく、ク
リーンな条件でＣｕ系材料層をドライエッチングするこ
とが可能な方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、ハロゲン化ヨウ素を含むエッチング・ガスを用
い、被エッチング基板を加熱しながらＣｕ系材料層をエ
ッチングするものである。
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、ハロゲン化ヨウ素を含むエッチング・ガスを用
い、被エッチング基板を加熱しながらＣｕ系材料層をエ
ッチングするものである。
【００１２】本発明はまた、上述のドライエッチング方
法により上記Ｃｕ系材料層を実質的にその層厚を超えな
い深さまでエッチングするジャストエッチング工程と、
前記エッチング・ガスに臭素系化合物を添加し、被エッ
チング基板を加熱しながら前記Ｃｕ系材料層の残余部を
エッチングするオーバーエッチング工程とを有するもの
である。
法により上記Ｃｕ系材料層を実質的にその層厚を超えな
い深さまでエッチングするジャストエッチング工程と、
前記エッチング・ガスに臭素系化合物を添加し、被エッ
チング基板を加熱しながら前記Ｃｕ系材料層の残余部を
エッチングするオーバーエッチング工程とを有するもの
である。
【００１３】本発明において用いられるハロゲン化ヨウ
素としては、エッチング・チャンバ内へ気化させた状態
で容易に導入できる化合物が実用上好ましく、かかる観
点から、ＩＦ5 （五フッ化ヨウ素）、ＩＦ7 （七フッ化
ヨウ素）、ＩＣｌ（一塩化ヨウ素）、ＩＣｌ3 （三塩化
ヨウ素）等を挙げることができる。このうち、ＩＦ5と
ＩＣｌは常温で液体であるが、各々次のような蒸気圧の
データが知られており、Ｈｅガス・バブリング等の手段
により容易に気化させることができる。
素としては、エッチング・チャンバ内へ気化させた状態
で容易に導入できる化合物が実用上好ましく、かかる観
点から、ＩＦ5 （五フッ化ヨウ素）、ＩＦ7 （七フッ化
ヨウ素）、ＩＣｌ（一塩化ヨウ素）、ＩＣｌ3 （三塩化
ヨウ素）等を挙げることができる。このうち、ＩＦ5と
ＩＣｌは常温で液体であるが、各々次のような蒸気圧の
データが知られており、Ｈｅガス・バブリング等の手段
により容易に気化させることができる。
【００１４】ＩＦ5 の蒸気圧データ １．７５Ｐａ（１０℃）； ３．５Ｐａ（２１℃）；１
０．５Ｐａ（４０．７℃）； １７．５Ｐａ（５１．２
℃）；３５Ｐａ（６６．７℃）；１３３Ｐａ（１０２
℃）ＩＣｌの蒸気圧データ １．７５Ｐａ（９℃）；３．５Ｐａ（２０．１℃）；１
０．５ Ｐａ（３９．２℃）；ｌ７．５Ｐａ（４９．２
℃）；３５ Ｐａ（６４．０℃）；１３３Ｐａ（９７．
８℃）
０．５Ｐａ（４０．７℃）； １７．５Ｐａ（５１．２
℃）；３５Ｐａ（６６．７℃）；１３３Ｐａ（１０２
℃）ＩＣｌの蒸気圧データ １．７５Ｐａ（９℃）；３．５Ｐａ（２０．１℃）；１
０．５ Ｐａ（３９．２℃）；ｌ７．５Ｐａ（４９．２
℃）；３５ Ｐａ（６４．０℃）；１３３Ｐａ（９７．
８℃）
【００１５】
【作用】本発明者は、レジスト・マスクを用いて酸化銅
の生成を抑制しながらＣｕ系材料層のエッチングを行う
ためには、酸素を含まず、かつＣｕと反応して２００℃
以下のウェハ温度領域でも十分に脱離できる程度の蒸気
圧を有する反応生成物を与えるような化学種が必要であ
ると考え、ヨウ素に着目した。また、これと同時に、蒸
気圧の低い反応生成物は側壁保護成分として利用するこ
とを考えた。
の生成を抑制しながらＣｕ系材料層のエッチングを行う
ためには、酸素を含まず、かつＣｕと反応して２００℃
以下のウェハ温度領域でも十分に脱離できる程度の蒸気
圧を有する反応生成物を与えるような化学種が必要であ
ると考え、ヨウ素に着目した。また、これと同時に、蒸
気圧の低い反応生成物は側壁保護成分として利用するこ
とを考えた。
【００１６】ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅ
ｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，７１ｓｔ Ｅ
ｄｉｔｉｏｎ，６−５１（ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎ
ｃ．）、あるいは同５３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｄ−１
７２に記載されている無機化合物の蒸気圧のデータによ
ると、１〜７６０ｍｍＨｇ（＝１．３３×１０2 〜１．
０１×１０5 Ｐａ）の蒸気圧を示す時の温度に関して
は、Ｃｕ2 Ｉ2 がＣｕ2 Ｃｌ2 ，Ｃｕ2 Ｂｒ2 のいずれ
よりも低いことが明らかである。換言すれば、同一の温
度におけるＣｕ2 Ｉ2 の蒸気圧が、Ｃｕ2 Ｃｌ2 ，Ｃｕ
2 Ｂｒ2 のいずれの蒸気圧よりも高いということであ
る。通常のドライエッチングが行われるエッチング反応
系のガス圧は、上述の圧力範囲よりはかなり低い領域に
属しているが、かかる低圧下でも同様の傾向は維持され
ている。
ｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，７１ｓｔ Ｅ
ｄｉｔｉｏｎ，６−５１（ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎ
ｃ．）、あるいは同５３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｄ−１
７２に記載されている無機化合物の蒸気圧のデータによ
ると、１〜７６０ｍｍＨｇ（＝１．３３×１０2 〜１．
０１×１０5 Ｐａ）の蒸気圧を示す時の温度に関して
は、Ｃｕ2 Ｉ2 がＣｕ2 Ｃｌ2 ，Ｃｕ2 Ｂｒ2 のいずれ
よりも低いことが明らかである。換言すれば、同一の温
度におけるＣｕ2 Ｉ2 の蒸気圧が、Ｃｕ2 Ｃｌ2 ，Ｃｕ
2 Ｂｒ2 のいずれの蒸気圧よりも高いということであ
る。通常のドライエッチングが行われるエッチング反応
系のガス圧は、上述の圧力範囲よりはかなり低い領域に
属しているが、かかる低圧下でも同様の傾向は維持され
ている。
【００１７】本発明で用いられるハロゲン化ヨウ素は、
その名のとおりヨウ素およびその他のハロゲンを構成元
素として有するので、基本的には単独組成のエッチング
・ガスとして用いれば、これらヨウ化銅と他のハロゲン
化銅とを同時に生成させることができる。ここで、ヨウ
化銅のみを脱離させ得るような温度域でエッチングを行
えば、主エッチング種として寄与するのはＩ* である。
蒸気圧の低い他のハロゲン化銅は、イオン衝撃を受けな
いパターン側壁に堆積し、イオンやラジカルの側方攻撃
に対する保護膜として機能する。
その名のとおりヨウ素およびその他のハロゲンを構成元
素として有するので、基本的には単独組成のエッチング
・ガスとして用いれば、これらヨウ化銅と他のハロゲン
化銅とを同時に生成させることができる。ここで、ヨウ
化銅のみを脱離させ得るような温度域でエッチングを行
えば、主エッチング種として寄与するのはＩ* である。
蒸気圧の低い他のハロゲン化銅は、イオン衝撃を受けな
いパターン側壁に堆積し、イオンやラジカルの側方攻撃
に対する保護膜として機能する。
【００１８】なお、上述のような温度域は、通常のレジ
スト材料の耐熱温度域に相当するため、レジスト・マス
クを用いたエッチングが可能である。
スト材料の耐熱温度域に相当するため、レジスト・マス
クを用いたエッチングが可能である。
【００１９】本発明ではさらに、Ｃｕ系材料層とその下
地材料層との界面付近において下地選択性を向上できる
プロセスを提案する。すなわち、Ｃｕ系材料層を実質的
にその層厚を超えない深さまでエッチングするジャスト
エッチング工程ではハロゲン化ヨウ素を用い、Ｃｕ系材
料層の残余部をエッチングするオーバーエッチング工程
ではこれに臭素系化合物を添加する。Ｃｕ系材料層の下
地材料層は、通常はＳｉＯ2 等からなる層間絶縁膜であ
る。この場合、下地材料層が露出し始めた時点で、原子
半径が大きく、結合エネルギー的にみてもＳｉ原子を引
き抜き難いＢｒ系化学種を併用すれば、下地選択性が向
上するわけである。
地材料層との界面付近において下地選択性を向上できる
プロセスを提案する。すなわち、Ｃｕ系材料層を実質的
にその層厚を超えない深さまでエッチングするジャスト
エッチング工程ではハロゲン化ヨウ素を用い、Ｃｕ系材
料層の残余部をエッチングするオーバーエッチング工程
ではこれに臭素系化合物を添加する。Ｃｕ系材料層の下
地材料層は、通常はＳｉＯ2 等からなる層間絶縁膜であ
る。この場合、下地材料層が露出し始めた時点で、原子
半径が大きく、結合エネルギー的にみてもＳｉ原子を引
き抜き難いＢｒ系化学種を併用すれば、下地選択性が向
上するわけである。
【００２０】いずれにしても、本発明ではエッチング反
応系に酸素が関与していないため、酸化銅の生成やこれ
に伴うエッチング残渣の発生、配線抵抗の増大といった
問題も生じない。
応系に酸素が関与していないため、酸化銅の生成やこれ
に伴うエッチング残渣の発生、配線抵抗の増大といった
問題も生じない。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００２２】実施例１ 本実施例は、ＩＣｌ／Ａｒ混合ガスを用い、レジスト・
マスクを用いてＣｕ層をエッチングした例である。この
プロセスを、図１を参照しながら説明する。本実施例で
エッチング・サンプルとして使用したウェハは、図１
（ａ）に示されるように、ＳｉＯ2 層間絶縁膜１上にＣ
ｕ層２が形成され、さらにこのＣｕ層２の上に所定のパ
ターンにレジスト・マスク３が形成されてなるものであ
る。
マスクを用いてＣｕ層をエッチングした例である。この
プロセスを、図１を参照しながら説明する。本実施例で
エッチング・サンプルとして使用したウェハは、図１
（ａ）に示されるように、ＳｉＯ2 層間絶縁膜１上にＣ
ｕ層２が形成され、さらにこのＣｕ層２の上に所定のパ
ターンにレジスト・マスク３が形成されてなるものであ
る。
【００２３】このウェハを、マグネトロンＲＩＥ（反応
性イオン・エッチング）装置のウェハ・ステージにセッ
トした。ここで、上記ウェハ・ステージは、内蔵ヒータ
によりウェハを所定の温度に加熱できるようになされて
いる。一例として、下記の条件でＣｕ層２をエッチング
した。 ＩＣｌ流量 ３５ ＳＣＣＭ Ａｒ流量 ３５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ（＝１５０
Ｇ） ウェハ温度 ２００ ℃ ただし、上記のウェハ温度には、エッチング中のプラズ
マ輻射熱や反応熱等による昇温の寄与も含まれており、
内蔵ヒータのみでウェハを２００℃に加熱しているわけ
ではない。
性イオン・エッチング）装置のウェハ・ステージにセッ
トした。ここで、上記ウェハ・ステージは、内蔵ヒータ
によりウェハを所定の温度に加熱できるようになされて
いる。一例として、下記の条件でＣｕ層２をエッチング
した。 ＩＣｌ流量 ３５ ＳＣＣＭ Ａｒ流量 ３５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ（＝１５０
Ｇ） ウェハ温度 ２００ ℃ ただし、上記のウェハ温度には、エッチング中のプラズ
マ輻射熱や反応熱等による昇温の寄与も含まれており、
内蔵ヒータのみでウェハを２００℃に加熱しているわけ
ではない。
【００２４】このエッチング過程では、ＩＣｌから解離
生成したＩ+ ，Ｉ* 等の作用によりＣｕ2 Ｉ2 が生成
し、この反応生成物がウェハ加熱条件下で速やかに脱離
する機構でエッチングが進行した。また、これと同時に
生成するＣｕ2 Ｃｌ2 の一部は、上記の温度条件下では
脱離に十分な蒸気圧を得ず、イオン照射の起こらないパ
ターン側壁面上に堆積して側壁保護膜４を形成した。ま
たＡｒは、Ａｒ+ の入射エネルギーによるアシスト効果
を期待してエッチングを高速化する目的で添加されてい
る。
生成したＩ+ ，Ｉ* 等の作用によりＣｕ2 Ｉ2 が生成
し、この反応生成物がウェハ加熱条件下で速やかに脱離
する機構でエッチングが進行した。また、これと同時に
生成するＣｕ2 Ｃｌ2 の一部は、上記の温度条件下では
脱離に十分な蒸気圧を得ず、イオン照射の起こらないパ
ターン側壁面上に堆積して側壁保護膜４を形成した。ま
たＡｒは、Ａｒ+ の入射エネルギーによるアシスト効果
を期待してエッチングを高速化する目的で添加されてい
る。
【００２５】この結果、図１（ｂ）に示されるように、
異方性形状を有するＣｕ配線２ａが高速に形成された。
このとき、エッチング反応系には酸素が関与していない
ため、エッチング残渣の発生や配線抵抗の上昇等はみら
れなかった。また、ウェハ温度が２００℃程度であるた
め、レジスト・マスク３の熱変形等も生じなかった。
異方性形状を有するＣｕ配線２ａが高速に形成された。
このとき、エッチング反応系には酸素が関与していない
ため、エッチング残渣の発生や配線抵抗の上昇等はみら
れなかった。また、ウェハ温度が２００℃程度であるた
め、レジスト・マスク３の熱変形等も生じなかった。
【００２６】実施例２ 本実施例は、同じＣｕ層２のエッチングを、ＩＣｌ／Ｈ
Ｉ（ヨウ化水素）混合ガスを用いて行った例である。ま
ず、実施例１で用いたウェハと同じウェハをマグネトロ
ンＲＩＥ装置にセットし、一例として下記の条件でＣｕ
層２をエッチングした。
Ｉ（ヨウ化水素）混合ガスを用いて行った例である。ま
ず、実施例１で用いたウェハと同じウェハをマグネトロ
ンＲＩＥ装置にセットし、一例として下記の条件でＣｕ
層２をエッチングした。
【００２７】 ＩＣｌ流量 ３５ ＳＣＣＭ ＨＩ流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ０．８ Ｗ／ｃｍ2 （１３．
５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ（＝１５０ Ｇ） ウェハ温度 ２００ ℃
５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ（＝１５０ Ｇ） ウェハ温度 ２００ ℃
【００２８】ここで上記ＨＩは、本発明者が先に特願平
４−９６０３６明細書で提案したＣｕ系材料層のドライ
エッチング方法において用いている。原子間結合エネル
ギーの比較から、ＨＩは他のＨＣｌ，ＨＢｒ等のハロゲ
ン化水素よりも放電解離条件下で効率良くＨを生成する
ことができる。生成したＨはレジスト・マスク３の分解
生成物に取り込まれるため、炭素系ポリマーが堆積が促
進され、選択性が向上する。Ｈの含有による炭素系ポリ
マーの堆積促進については、本願出願人が先に特願平３
−９１５４４号明細書において明らかにしたとおりであ
る。
４−９６０３６明細書で提案したＣｕ系材料層のドライ
エッチング方法において用いている。原子間結合エネル
ギーの比較から、ＨＩは他のＨＣｌ，ＨＢｒ等のハロゲ
ン化水素よりも放電解離条件下で効率良くＨを生成する
ことができる。生成したＨはレジスト・マスク３の分解
生成物に取り込まれるため、炭素系ポリマーが堆積が促
進され、選択性が向上する。Ｈの含有による炭素系ポリ
マーの堆積促進については、本願出願人が先に特願平３
−９１５４４号明細書において明らかにしたとおりであ
る。
【００２９】この結果、実施例１に比べて入射イオン・
エネルギーを減じた条件であるにもかかわらず、良好な
異方性エッチングを行うことができた。
エネルギーを減じた条件であるにもかかわらず、良好な
異方性エッチングを行うことができた。
【００３０】実施例３ 本実施例では、同じＣｕ層２のエッチングを２段階化
し、ＩＣｌ／ＨＩ混合ガスを用いてジャストエッチング
を行った後、ＩＣｌ／ＨＢｒ混合ガスを用いてオーバー
エッチングを行った。このプロセスを、前出の図１に加
えて図２を参照しながら説明する。
し、ＩＣｌ／ＨＩ混合ガスを用いてジャストエッチング
を行った後、ＩＣｌ／ＨＢｒ混合ガスを用いてオーバー
エッチングを行った。このプロセスを、前出の図１に加
えて図２を参照しながら説明する。
【００３１】まず、ジャストエッチング条件の一例を以
下に示す。 ＩＣｌ流量 ３５ ＳＣＣＭ ＨＩ流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．２ Ｗ／ｃｍ2 （１３．
５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ（＝１５０Ｇ） ウェハ温度 ２００ ℃
下に示す。 ＩＣｌ流量 ３５ ＳＣＣＭ ＨＩ流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．２ Ｗ／ｃｍ2 （１３．
５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ（＝１５０Ｇ） ウェハ温度 ２００ ℃
【００３２】このジャストエッチング工程におけるエッ
チング機構は、ほぼ実施例２で述べたとおりであるが、
Ｃｕ層２のエッチングを下地のＳｉＯ2 層間絶縁膜１が
露出する直前で停止させることから、ＲＦパワー密度を
若干上昇させた条件で高速エッチングを行っている。総
エッチング時間の大部分を占めるジャストエッチング工
程の所要時間が短縮されることは、スループットの大幅
な改善につながる。
チング機構は、ほぼ実施例２で述べたとおりであるが、
Ｃｕ層２のエッチングを下地のＳｉＯ2 層間絶縁膜１が
露出する直前で停止させることから、ＲＦパワー密度を
若干上昇させた条件で高速エッチングを行っている。総
エッチング時間の大部分を占めるジャストエッチング工
程の所要時間が短縮されることは、スループットの大幅
な改善につながる。
【００３３】このエッチングにより、図２に示されるよ
うに、異方性形状を有するＣｕ配線２ａがほぼ完成され
たが、被エッチング領域にはＣｕ層２の残余部２ｂが若
干残存していた。
うに、異方性形状を有するＣｕ配線２ａがほぼ完成され
たが、被エッチング領域にはＣｕ層２の残余部２ｂが若
干残存していた。
【００３４】そこで、上記残余部２ｂを除去するための
オーバーエッチングを、一例として下記の条件で行っ
た。 ＩＣｌ流量 ３５ ＳＣＣＭ ＨＢｒ流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ０．８ Ｗ／ｃｍ2 （１３．
５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ（＝１５０ Ｇ） ウェハ温度 ２００ ℃ このオーバーエッチング工程では、エッチング反応系に
Ｂｒ系化学種が新たに生成する。しかもジャストエッチ
ング工程に比べてＲＦパワー密度を下げることによりエ
ッチング・ガスの解離が抑制され、イオン入射エネルギ
ーも低減されている。これらの理由により、下地のＳｉ
Ｏ2 層間絶縁膜１に対する選択比を実施例２よりもさら
に向上させることができた。
オーバーエッチングを、一例として下記の条件で行っ
た。 ＩＣｌ流量 ３５ ＳＣＣＭ ＨＢｒ流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ０．８ Ｗ／ｃｍ2 （１３．
５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ（＝１５０ Ｇ） ウェハ温度 ２００ ℃ このオーバーエッチング工程では、エッチング反応系に
Ｂｒ系化学種が新たに生成する。しかもジャストエッチ
ング工程に比べてＲＦパワー密度を下げることによりエ
ッチング・ガスの解離が抑制され、イオン入射エネルギ
ーも低減されている。これらの理由により、下地のＳｉ
Ｏ2 層間絶縁膜１に対する選択比を実施例２よりもさら
に向上させることができた。
【００３５】以上、本発明を３例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、ハロゲン化ヨウ素としては、
上述のＩＣｌの他、ＩＦ5 等を用いることができる。オ
ーバーエッチング時にハロゲン化ヨウ素と併用する臭素
系化合物としては、上述のＨＢｒの他、Ｂｒ2 ，ＢＢｒ
3 等であっても良い。
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、ハロゲン化ヨウ素としては、
上述のＩＣｌの他、ＩＦ5 等を用いることができる。オ
ーバーエッチング時にハロゲン化ヨウ素と併用する臭素
系化合物としては、上述のＨＢｒの他、Ｂｒ2 ，ＢＢｒ
3 等であっても良い。
【００３６】さらに、ウェハの構成、エッチング装置、
エッチング条件等が適宜変更可能であることは、言うま
でもない。
エッチング条件等が適宜変更可能であることは、言うま
でもない。
【００３７】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば、レジスト・マスクが使用できる温度範
囲で、エッチング残渣を発生させたり配線抵抗を上昇さ
せたりすることなくＣｕ系材料層の高選択・異方性エッ
チングを行うことが可能となる。これにより、生産性や
経済性を犠牲にすることなく、信頼性の高いＣｕ系配線
パターンを形成することが可能となる。
明を適用すれば、レジスト・マスクが使用できる温度範
囲で、エッチング残渣を発生させたり配線抵抗を上昇さ
せたりすることなくＣｕ系材料層の高選択・異方性エッ
チングを行うことが可能となる。これにより、生産性や
経済性を犠牲にすることなく、信頼性の高いＣｕ系配線
パターンを形成することが可能となる。
【００３８】したがって本発明は、たとえば半導体装置
の製造分野においてＣｕ配線の実用化を推進する技術と
して、大きな意義を有するものである。
の製造分野においてＣｕ配線の実用化を推進する技術と
して、大きな意義を有するものである。
【図１】本発明を適用したプロセス例をその工程順にし
たがって示す概略断面図であり、（ａ）はＣｕ層上にレ
ジスト・マスクが形成された状態、（ｂ）はエッチング
によりＣｕ配線が形成された状態をそれぞれ表す。
たがって示す概略断面図であり、（ａ）はＣｕ層上にレ
ジスト・マスクが形成された状態、（ｂ）はエッチング
によりＣｕ配線が形成された状態をそれぞれ表す。
【図２】本発明を適用した他のプロセス例において、Ｃ
ｕ層のジャストエッチングが終了した状態を示す概略断
面図である。
ｕ層のジャストエッチングが終了した状態を示す概略断
面図である。
１ ・・・ＳｉＯ2 層間絶縁膜 ２ ・・・Ｃｕ層 ２ａ・・・Ｃｕ配線 ２ｂ・・・（Ｃｕ層２の）残余部 ３ ・・・レジスト・マスク
Claims (2)
- 【請求項１】 ハロゲン化ヨウ素を含むエッチング・ガ
スを用い、被エッチング基板を加熱しながら銅系材料層
をエッチングすることを特徴とするドライエッチング方
法。 - 【請求項２】 請求項１記載のドライエッチング方法に
より上記銅系材料層を実質的にその層厚を超えない深さ
までエッチングするジャストエッチング工程と、 前記エッチング・ガスに臭素系化合物を添加し、被エッ
チング基板を加熱しながら前記銅系材料層の残余部をエ
ッチングするオーバーエッチング工程とを有することを
特徴とするドライエッチング方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31332592A JP3381076B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | ドライエッチング方法 |
| KR1019930024868A KR100255401B1 (ko) | 1992-11-24 | 1993-11-22 | 드라이에칭방법 |
| US08/156,837 US5362350A (en) | 1992-11-24 | 1993-11-24 | Method for etching in dry process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31332592A JP3381076B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06163477A true JPH06163477A (ja) | 1994-06-10 |
| JP3381076B2 JP3381076B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=18039878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31332592A Expired - Lifetime JP3381076B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | ドライエッチング方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5362350A (ja) |
| JP (1) | JP3381076B2 (ja) |
| KR (1) | KR100255401B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2021241143A1 (ja) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5888906A (en) * | 1996-09-16 | 1999-03-30 | Micron Technology, Inc. | Plasmaless dry contact cleaning method using interhalogen compounds |
| WO1998042012A1 (en) * | 1997-03-17 | 1998-09-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method and device for plasma treatment |
| US6046116A (en) * | 1997-11-19 | 2000-04-04 | Tegal Corporation | Method for minimizing the critical dimension growth of a feature on a semiconductor wafer |
| US5897379A (en) * | 1997-12-19 | 1999-04-27 | Sharp Microelectronics Technology, Inc. | Low temperature system and method for CVD copper removal |
| WO1999034428A1 (en) * | 1997-12-31 | 1999-07-08 | Alliedsignal Inc. | Method of etching and cleaning using interhalogen compounds |
| US5968847A (en) * | 1998-03-13 | 1999-10-19 | Applied Materials, Inc. | Process for copper etch back |
| JP5054874B2 (ja) * | 1999-12-02 | 2012-10-24 | ティーガル コーポレイション | リアクタ内でプラチナエッチングを行う方法 |
| WO2003021659A1 (en) * | 2001-09-04 | 2003-03-13 | Applied Materials, Inc. | Methods and apparatus for etching metal layers on substrates |
| US6939808B2 (en) | 2002-08-02 | 2005-09-06 | Applied Materials, Inc. | Undoped and fluorinated amorphous carbon film as pattern mask for metal etch |
| US7141094B2 (en) * | 2003-11-05 | 2006-11-28 | Honeywell International Inc. | Azeotrope-like compositions of iodine heptafluoride and hydrogen fluoride |
| CN102543835B (zh) * | 2010-12-15 | 2015-05-13 | 中国科学院微电子研究所 | 开口的填充方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04225525A (ja) * | 1990-12-27 | 1992-08-14 | Sony Corp | ドライエッチング方法 |
| JPH04288828A (ja) * | 1991-03-18 | 1992-10-13 | Sony Corp | ドライエッチング方法 |
| JPH04354133A (ja) * | 1991-05-31 | 1992-12-08 | Sony Corp | 銅配線の形成方法 |
-
1992
- 1992-11-24 JP JP31332592A patent/JP3381076B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-11-22 KR KR1019930024868A patent/KR100255401B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1993-11-24 US US08/156,837 patent/US5362350A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2021241143A1 (ja) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | ||
| WO2021241143A1 (ja) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | 昭和電工株式会社 | ドライエッチング方法、半導体素子の製造方法、及びクリーニング方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3381076B2 (ja) | 2003-02-24 |
| KR100255401B1 (ko) | 2000-06-01 |
| US5362350A (en) | 1994-11-08 |
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