JPH06204185A - 銅薄膜のドライエッチング方法 - Google Patents
銅薄膜のドライエッチング方法Info
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- JPH06204185A JPH06204185A JP34865392A JP34865392A JPH06204185A JP H06204185 A JPH06204185 A JP H06204185A JP 34865392 A JP34865392 A JP 34865392A JP 34865392 A JP34865392 A JP 34865392A JP H06204185 A JPH06204185 A JP H06204185A
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- Japan
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- etching
- gas
- thin film
- copper thin
- dry etching
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Classifications
-
- 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
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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)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 サイドエッチングやアフターコロージョンを
発生させることなく、かつ、十分高いエッチング速度を
持つ銅薄膜のエッチングを行う。 【構成】 ウェファ１をステージ３に装着し、真空排気
を行った後、ステージ３を加熱する。次にエッチングチ
ャンバ２内に Cl2を母体とし、これにSiCl4 を数％加え
たエッチングガスを、Ｎ2 ガスを放電のための媒体とし
て供給し、圧力を制御してから高周波をステージ３と対
向電極６との間に印加してプラズマを発生させ、ウェフ
ァ１の銅薄膜をエッチングする。
発生させることなく、かつ、十分高いエッチング速度を
持つ銅薄膜のエッチングを行う。 【構成】 ウェファ１をステージ３に装着し、真空排気
を行った後、ステージ３を加熱する。次にエッチングチ
ャンバ２内に Cl2を母体とし、これにSiCl4 を数％加え
たエッチングガスを、Ｎ2 ガスを放電のための媒体とし
て供給し、圧力を制御してから高周波をステージ３と対
向電極６との間に印加してプラズマを発生させ、ウェフ
ァ１の銅薄膜をエッチングする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＶＬＳＩの製造に利用
し、微細な銅配線パターンを形成できる銅薄膜のドライ
エッチング方法に関するものである。
し、微細な銅配線パターンを形成できる銅薄膜のドライ
エッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の微細化に伴い、より微細な
配線パターンを形成することが要求されている。この要
求に対し、将来の金属配線材料の候補として微細な配線
パターンであるにも拘らず大きな電流を流すことができ
る電気抵抗の低い銅を使用することが提案されている。
しかし、銅で微細配線を形成するに当たり解決すべき課
題の一つとして、配線パターンの加工法（エッチング技
術）を確立することが挙げられる。
配線パターンを形成することが要求されている。この要
求に対し、将来の金属配線材料の候補として微細な配線
パターンであるにも拘らず大きな電流を流すことができ
る電気抵抗の低い銅を使用することが提案されている。
しかし、銅で微細配線を形成するに当たり解決すべき課
題の一つとして、配線パターンの加工法（エッチング技
術）を確立することが挙げられる。
【０００３】銅薄膜をエッチングするに当たり、ウェッ
トエッチング法ではエッチングが等方的に行われるため
配線パターンを形成する場合サイドエッチングの量が大
きくなるので制御性及び再現性に劣るようになり、配線
の微細化には適さない。
トエッチング法ではエッチングが等方的に行われるため
配線パターンを形成する場合サイドエッチングの量が大
きくなるので制御性及び再現性に劣るようになり、配線
の微細化には適さない。
【０００４】そこで、微細配線を形成するためにはドラ
イエッチング法を採用している。ドライエッチング法で
は、異方性エッチングを行うことができるため、マスク
パターンの形状を忠実に再現することが期待できる。銅
のドライエッチングは、J. Electrochem. Soc., 130,17
77 (1983) ．に報告されているように、一般に Cl2, CC
l4等の塩素を含むガスを用いた反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）の手法を用いて行われている。
イエッチング法を採用している。ドライエッチング法で
は、異方性エッチングを行うことができるため、マスク
パターンの形状を忠実に再現することが期待できる。銅
のドライエッチングは、J. Electrochem. Soc., 130,17
77 (1983) ．に報告されているように、一般に Cl2, CC
l4等の塩素を含むガスを用いた反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）の手法を用いて行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように Cl2, CCl4等の塩素を含むエッチングガスを使用
して銅の配線パターンの加工を行う場合、反応生成物で
ある銅の塩化物 (CuClX) が残留するために、エッチン
グにより露呈されるパターン側壁のサイドエッチングの
寸法精度の低下が要求される微細パターンに対して無視
できないため、微細なパターンを高精度で加工すること
ができないとともにアフターコロージョンが発生して配
線の信頼性を低下させる欠点がある。
ように Cl2, CCl4等の塩素を含むエッチングガスを使用
して銅の配線パターンの加工を行う場合、反応生成物で
ある銅の塩化物 (CuClX) が残留するために、エッチン
グにより露呈されるパターン側壁のサイドエッチングの
寸法精度の低下が要求される微細パターンに対して無視
できないため、微細なパターンを高精度で加工すること
ができないとともにアフターコロージョンが発生して配
線の信頼性を低下させる欠点がある。
【０００６】Jpn. J. Appl. Phys. , 28,1070 (1989)及
び Appl. Phys. Lett., 59,914（1991) では、エッチン
グガスとして SiCl4ガスを使用することにより上記問題
点を解決しているが、エッチングガスとして Cl2, CCl4
等を使用した場合のエッチング速度が約3000〜5000Å／
min であるのに対し SiCl4を使用した場合約 200Å／mi
n となってエッチング速度が極端に低下するので実際の
プロセスへの導入は非常に困難である。
び Appl. Phys. Lett., 59,914（1991) では、エッチン
グガスとして SiCl4ガスを使用することにより上記問題
点を解決しているが、エッチングガスとして Cl2, CCl4
等を使用した場合のエッチング速度が約3000〜5000Å／
min であるのに対し SiCl4を使用した場合約 200Å／mi
n となってエッチング速度が極端に低下するので実際の
プロセスへの導入は非常に困難である。
【０００７】特開平2-239620号公報に記載された半導体
装置の製造方法では、塩素および炭素を含むエッチング
ガスを用い、エッチング時に基板表面の温度を 250℃以
上に加熱することにより塩化物を離脱させて上述したサ
イドエッチングやアフターコロージョンの発生を抑止す
ることが提案されている。また、特開平2-58831 号公報
に開示されているドライエッチング方法では、エッチン
グ後にスパッタエッチングを行うことによりエッチング
表面の残渣を除去することが提案されている。しかしな
がら、前者の方法では、エッチング速度が低い欠点があ
り、後者の方法では、スパッタエッチング工程が余分に
必要となり、プロセスのスループットが低下する欠点が
ある。いずれにしても従来の銅薄膜のエッチング方法で
は、上記問題点を同時に解決することができない。
装置の製造方法では、塩素および炭素を含むエッチング
ガスを用い、エッチング時に基板表面の温度を 250℃以
上に加熱することにより塩化物を離脱させて上述したサ
イドエッチングやアフターコロージョンの発生を抑止す
ることが提案されている。また、特開平2-58831 号公報
に開示されているドライエッチング方法では、エッチン
グ後にスパッタエッチングを行うことによりエッチング
表面の残渣を除去することが提案されている。しかしな
がら、前者の方法では、エッチング速度が低い欠点があ
り、後者の方法では、スパッタエッチング工程が余分に
必要となり、プロセスのスループットが低下する欠点が
ある。いずれにしても従来の銅薄膜のエッチング方法で
は、上記問題点を同時に解決することができない。
【０００８】本発明は、以上の問題点を解決するもので
あり、サイドエッチングやアフターコロージョンを発生
させることなく、かつ、十分なエッチング速度で銅薄膜
をドライエッチングできる方法を提供することを目的と
するものである。
あり、サイドエッチングやアフターコロージョンを発生
させることなく、かつ、十分なエッチング速度で銅薄膜
をドライエッチングできる方法を提供することを目的と
するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による銅薄膜のエ
ッチング方法は、銅薄膜をドライエッチングするに当た
り、塩素ガス、四塩化炭素ガス又は三塩化硼素ガスを含
むガスを母体とし、四塩化珪素ガスを含むエッチングガ
スを用い、窒素ガス又は不活性ガス雰囲気中でドライエ
ッチングを行うことを特徴とするものである。
ッチング方法は、銅薄膜をドライエッチングするに当た
り、塩素ガス、四塩化炭素ガス又は三塩化硼素ガスを含
むガスを母体とし、四塩化珪素ガスを含むエッチングガ
スを用い、窒素ガス又は不活性ガス雰囲気中でドライエ
ッチングを行うことを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】本発明の銅薄膜のドライエッチング方法では、
反応ガスに含まれるＳi が銅のエッチングにより露呈さ
れた側壁を保護するためサイドエッチングやアフターコ
ロージョンの発生を防止できる。また、塩素、四塩化炭
素又は三塩化硼素を含むエッチングガスを母体として、
これに約５％の四塩化珪素（SiCl4)ガスを混合すること
によってエッチング速度を低下させることなく、銅の微
細な配線パターンを形成することができるという事実を
確かめ、このような認識に基づいて本発明に到ったもの
である。すなわち、エッチング速度を低下させることな
く銅の微細な配線パターンの加工を余分な工程を加えず
に行うことができる。
反応ガスに含まれるＳi が銅のエッチングにより露呈さ
れた側壁を保護するためサイドエッチングやアフターコ
ロージョンの発生を防止できる。また、塩素、四塩化炭
素又は三塩化硼素を含むエッチングガスを母体として、
これに約５％の四塩化珪素（SiCl4)ガスを混合すること
によってエッチング速度を低下させることなく、銅の微
細な配線パターンを形成することができるという事実を
確かめ、このような認識に基づいて本発明に到ったもの
である。すなわち、エッチング速度を低下させることな
く銅の微細な配線パターンの加工を余分な工程を加えず
に行うことができる。
【００１１】
【実施例】本発明の銅薄膜のドライエッチング方法の実
施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、
反応性イオンエッチング装置の概念図を示す。以下に示
す本発明の実施例及び比較例は図１に示す反応性イオン
エッチング装置を用いて処理したものである。表面に幅
が１μm のレジストを選択的に形成した膜厚 0.8μm の
銅薄膜を設けたウェファ１をエッチングチャンバ２内の
電極を兼ねるステージ３に装着し、図示されない真空排
気系により真空排気を行った後、ヒータ４を用いてステ
ージ３を250 ℃の温度に加熱する。次にエッチングチャ
ンバ２内にガス供給系を構成する複数のガスボンベ５か
ら対向電極６中のガスノズルを通じて反応ガスを供給
し、図示されない圧力制御系を用いてエッチングチャン
バ２内の圧力を１×10-3Ｐa に制御し、ＲＦ電源７から
13.56MHzの高周波をステージ３と対向電極６との間に印
加してプラズマを発生させ、ウェファ１の銅薄膜を２分
間エッチングした。
施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、
反応性イオンエッチング装置の概念図を示す。以下に示
す本発明の実施例及び比較例は図１に示す反応性イオン
エッチング装置を用いて処理したものである。表面に幅
が１μm のレジストを選択的に形成した膜厚 0.8μm の
銅薄膜を設けたウェファ１をエッチングチャンバ２内の
電極を兼ねるステージ３に装着し、図示されない真空排
気系により真空排気を行った後、ヒータ４を用いてステ
ージ３を250 ℃の温度に加熱する。次にエッチングチャ
ンバ２内にガス供給系を構成する複数のガスボンベ５か
ら対向電極６中のガスノズルを通じて反応ガスを供給
し、図示されない圧力制御系を用いてエッチングチャン
バ２内の圧力を１×10-3Ｐa に制御し、ＲＦ電源７から
13.56MHzの高周波をステージ３と対向電極６との間に印
加してプラズマを発生させ、ウェファ１の銅薄膜を２分
間エッチングした。
【００１２】それぞれ反応ガス成分の異なる実施例１，
２, ３及び比較例１，２，３，４について上記工程を行
い、エッチング速度を測定した。使用された反応ガスの
成分及び組成比を測定結果とともに表１に示す。すなわ
ち、実施例１では、塩素ガスと四塩化珪素ガスとをエッ
チングガスとして用い、実施例２では四塩化炭素ガスと
四塩化珪素ガスとをエッチングガスとして用い、実施例
３では三塩化硼素ガスと四塩化珪素ガスとをエッチング
ガスとして用いた。さらに、比較例１では、エッチング
ガスとして塩素ガスを用い、比較例２では四塩化炭素ガ
スを用い、比較例３では三塩化硼素ガスを用い、比較例
４では四塩化珪素ガスを用いた。これらの実施例および
比較例において、窒素ガスを放電のための媒体として用
いた。なお、表中の％は体積％を示す。
２, ３及び比較例１，２，３，４について上記工程を行
い、エッチング速度を測定した。使用された反応ガスの
成分及び組成比を測定結果とともに表１に示す。すなわ
ち、実施例１では、塩素ガスと四塩化珪素ガスとをエッ
チングガスとして用い、実施例２では四塩化炭素ガスと
四塩化珪素ガスとをエッチングガスとして用い、実施例
３では三塩化硼素ガスと四塩化珪素ガスとをエッチング
ガスとして用いた。さらに、比較例１では、エッチング
ガスとして塩素ガスを用い、比較例２では四塩化炭素ガ
スを用い、比較例３では三塩化硼素ガスを用い、比較例
４では四塩化珪素ガスを用いた。これらの実施例および
比較例において、窒素ガスを放電のための媒体として用
いた。なお、表中の％は体積％を示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】表１より SiCl4のみをエッチングガスとし
て使用している比較例４ではエッチング速度が極端に低
下していることがわかる。
て使用している比較例４ではエッチング速度が極端に低
下していることがわかる。
【００１５】図２(a) に上記工程で使用される出発材料
としてのウェファ１の断面図を示す。ウェファ１は、Ｓ
i からなる基板11と、被エッチング層として基板11上に
積層された膜厚0.8 μm の銅薄膜12と、エッチングマス
クとして銅薄膜12上に積層された幅１μm のレジスト13
とを有している。図２(b) に実施例１，２及び３で得ら
れたウェファ1aの断面図を示す。銅薄膜12ａは、レジス
ト13のパターンに従って良好にエッチングされている。
図２(c) に比較例１〜３で得られたウェファ1bの断面図
を示す。銅薄膜12ｂには比較的大きなサイドエッチング
が発生している。図２(d) に比較例４で得られたウェフ
ァ1cの断面図を示す。銅薄膜12ｃは十分にエッチングさ
れておらず、エッチング速度が極端に低いことがわか
る。以上より、実施例１，２，３では微細な配線パター
ンを形成できることがわかる。
としてのウェファ１の断面図を示す。ウェファ１は、Ｓ
i からなる基板11と、被エッチング層として基板11上に
積層された膜厚0.8 μm の銅薄膜12と、エッチングマス
クとして銅薄膜12上に積層された幅１μm のレジスト13
とを有している。図２(b) に実施例１，２及び３で得ら
れたウェファ1aの断面図を示す。銅薄膜12ａは、レジス
ト13のパターンに従って良好にエッチングされている。
図２(c) に比較例１〜３で得られたウェファ1bの断面図
を示す。銅薄膜12ｂには比較的大きなサイドエッチング
が発生している。図２(d) に比較例４で得られたウェフ
ァ1cの断面図を示す。銅薄膜12ｃは十分にエッチングさ
れておらず、エッチング速度が極端に低いことがわか
る。以上より、実施例１，２，３では微細な配線パター
ンを形成できることがわかる。
【００１６】さらに、エッチング残渣を調べるために、
オージェ電子分光法によって塩化物( 塩素の原子強度)
を分析した。その結果、本発明の実施例１，２および３
と、比較例１では、塩素原子強度が大幅に減少している
ことが確認された。このように実施例１，２，３では、
表面に残留する塩化物（塩素の原子強度）が大幅に減少
していることがわかる。以上より、本発明の実施例１，
２，３では、エッチング速度を低下させることなくサイ
ドエッチングやアフターコロージョンを防止することが
でき、しかもスパッタエッチングのような追加の工程を
加える必要がなく、高いスループットが得られることが
わかる。
オージェ電子分光法によって塩化物( 塩素の原子強度)
を分析した。その結果、本発明の実施例１，２および３
と、比較例１では、塩素原子強度が大幅に減少している
ことが確認された。このように実施例１，２，３では、
表面に残留する塩化物（塩素の原子強度）が大幅に減少
していることがわかる。以上より、本発明の実施例１，
２，３では、エッチング速度を低下させることなくサイ
ドエッチングやアフターコロージョンを防止することが
でき、しかもスパッタエッチングのような追加の工程を
加える必要がなく、高いスループットが得られることが
わかる。
【００１７】本発明によるエッチング方法で用いるエッ
チングガス中の SiCl4の割合は、母体となるエッチング
ガスより少量であれば特に限定されないが、好ましくは
１〜10％である。また、放電のための媒体としては、窒
素の他にアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを使用し
てもよい。
チングガス中の SiCl4の割合は、母体となるエッチング
ガスより少量であれば特に限定されないが、好ましくは
１〜10％である。また、放電のための媒体としては、窒
素の他にアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを使用し
てもよい。
【００１８】
【発明の効果】本発明の銅薄膜のドライエッチング方法
によれば、エッチングガスに含まれるＳi が銅のエッチ
ングにより露呈された側壁を保護するためサイドエッチ
ングやアフターコロージョンの発生を防止できる。ま
た、エッチングガスの母体を塩素、四塩化炭素又は三塩
化硼素を含むガスとしているので、高いエッチング速度
が得られる。故にエッチング速度を低下させることなく
銅の微細な配線パターンの加工を行うことができるとい
う効果を有する。
によれば、エッチングガスに含まれるＳi が銅のエッチ
ングにより露呈された側壁を保護するためサイドエッチ
ングやアフターコロージョンの発生を防止できる。ま
た、エッチングガスの母体を塩素、四塩化炭素又は三塩
化硼素を含むガスとしているので、高いエッチング速度
が得られる。故にエッチング速度を低下させることなく
銅の微細な配線パターンの加工を行うことができるとい
う効果を有する。
【図１】本発明による銅薄膜のドライエッチング方法を
実施する反応性イオンエッチング装置の概念図を示す。
実施する反応性イオンエッチング装置の概念図を示す。
【図２】(a) 実施例１，２，３及び比較例１〜４の工程
で使用されるウェファの断面図を示す。 (b) 実施例１〜３の工程終了後に得られるウェファの断
面図を示す。 (c) 比較例１〜３の工程終了後に得られるウェファの断
面図を示す。 (d) 比較例４の工程終了後に得られるウェファの断面図
を示す。
で使用されるウェファの断面図を示す。 (b) 実施例１〜３の工程終了後に得られるウェファの断
面図を示す。 (c) 比較例１〜３の工程終了後に得られるウェファの断
面図を示す。 (d) 比較例４の工程終了後に得られるウェファの断面図
を示す。
１, 1a, 1b, 1c ウェファ ２ エッチングチャンバ ３ ステージ ４ ヒータ ５ ガスボンベ ６ 対向電極 ７ ＲＦ電極 11 基板 12, 12a, 12b, 12c 銅薄膜 13, 13a, 13b, 13c レジスト
Claims (1)
- 【請求項１】 銅薄膜をドライエッチングするに当た
り、塩素ガス、四塩化炭素ガス又は三塩化硼素ガスを含
むガスを母体とし、四塩化珪素ガスを含むエッチングガ
スを用い、窒素ガス又は不活性ガス雰囲気中でドライエ
ッチングを行うことを特徴とする銅薄膜のドライエッチ
ング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34865392A JPH06204185A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 銅薄膜のドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34865392A JPH06204185A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 銅薄膜のドライエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06204185A true JPH06204185A (ja) | 1994-07-22 |
Family
ID=18398458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34865392A Pending JPH06204185A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 銅薄膜のドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06204185A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070038731A (ko) * | 2005-10-06 | 2007-04-11 | (주)리드 | 구리 식각 방법 및 이를 이용하는 칩 스케일 패키지의 제조방법 |
| US8633117B1 (en) | 2012-11-07 | 2014-01-21 | International Business Machines Corporation | Sputter and surface modification etch processing for metal patterning in integrated circuits |
| US8871107B2 (en) | 2013-03-15 | 2014-10-28 | International Business Machines Corporation | Subtractive plasma etching of a blanket layer of metal or metal alloy |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP34865392A patent/JPH06204185A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070038731A (ko) * | 2005-10-06 | 2007-04-11 | (주)리드 | 구리 식각 방법 및 이를 이용하는 칩 스케일 패키지의 제조방법 |
| US8633117B1 (en) | 2012-11-07 | 2014-01-21 | International Business Machines Corporation | Sputter and surface modification etch processing for metal patterning in integrated circuits |
| US9064727B2 (en) | 2012-11-07 | 2015-06-23 | International Business Machines Corporation | Sputter and surface modification etch processing for metal patterning in integrated circuits |
| US9263393B2 (en) | 2012-11-07 | 2016-02-16 | Globalfoundries Inc. | Sputter and surface modification etch processing for metal patterning in integrated circuits |
| US8871107B2 (en) | 2013-03-15 | 2014-10-28 | International Business Machines Corporation | Subtractive plasma etching of a blanket layer of metal or metal alloy |
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