JPH06326059A - 銅薄膜のエッチング方法 - Google Patents
銅薄膜のエッチング方法Info
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- JPH06326059A JPH06326059A JP5113542A JP11354293A JPH06326059A JP H06326059 A JPH06326059 A JP H06326059A JP 5113542 A JP5113542 A JP 5113542A JP 11354293 A JP11354293 A JP 11354293A JP H06326059 A JPH06326059 A JP H06326059A
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- thin film
- copper
- conductive thin
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- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
- H10W20/01—Manufacture or treatment
- H10W20/031—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections
- H10W20/063—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections by forming conductive members before forming protective insulating material
- H10W20/0633—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections by forming conductive members before forming protective insulating material using subtractive patterning of the conductive members
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 銅薄膜のパターニングに関し、迅速かつ精密
な反応性イオンエッチング方法の提供を目的とする。 【構成】 基板1上に形成された銅層4を含む導電性薄
膜6を, SiCl4 及び窒素Nに炭素化合物ガスを添加
した混合ガスプラズマを用いる反応性イオンエッチング
により,マスクパターン7を導電性薄膜6に転写する銅
薄膜のエッチング方法であって,基板温度を,導電性薄
膜6のエッチング速度が基板温度の上昇に従い増加し始
める温度よりも高く保持する。炭素化合物ガスとして容
積比で3 〜15%のCCl4を含み, かつ基板温度を250 ℃以
上とすることが好ましい。
な反応性イオンエッチング方法の提供を目的とする。 【構成】 基板1上に形成された銅層4を含む導電性薄
膜6を, SiCl4 及び窒素Nに炭素化合物ガスを添加
した混合ガスプラズマを用いる反応性イオンエッチング
により,マスクパターン7を導電性薄膜6に転写する銅
薄膜のエッチング方法であって,基板温度を,導電性薄
膜6のエッチング速度が基板温度の上昇に従い増加し始
める温度よりも高く保持する。炭素化合物ガスとして容
積比で3 〜15%のCCl4を含み, かつ基板温度を250 ℃以
上とすることが好ましい。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,基板上に堆積された銅
薄膜の選択的イオンエッチング方法に関する。
薄膜の選択的イオンエッチング方法に関する。
【0002】電子デバイスの内部配線,例えば半導体装
置の内部配線の多くは,基板上に堆積された導電性薄膜
を選択的にエッチングすることで形成される。従来,導
電性材料にはアルミニウムが用いられていた。しかし,
将来の微細配線パターンは高い電流密度で使用されるた
め,高電流密度の下で優れた耐腐蝕性と低い配線抵抗と
を実現できる銅配線が必要とされている。
置の内部配線の多くは,基板上に堆積された導電性薄膜
を選択的にエッチングすることで形成される。従来,導
電性材料にはアルミニウムが用いられていた。しかし,
将来の微細配線パターンは高い電流密度で使用されるた
め,高電流密度の下で優れた耐腐蝕性と低い配線抵抗と
を実現できる銅配線が必要とされている。
【0003】このため,適当な生産性を得るために高い
エッチング速度を有し,さらに,精密なパターンを形成
するために,薄いマスクを利用できる優れた選択性及び
サイドエッチのない正確な断面形状を形成できる強い異
方性とを備えた銅薄膜のエッチング方法が要望されてい
る。
エッチング速度を有し,さらに,精密なパターンを形成
するために,薄いマスクを利用できる優れた選択性及び
サイドエッチのない正確な断面形状を形成できる強い異
方性とを備えた銅薄膜のエッチング方法が要望されてい
る。
【0004】
【従来の技術】反応性イオンエッチングは,導電性薄膜
をエッチングして微細な配線パターンを形成する優れた
手段である。このエッチングは, 化学反応とイオン衝撃
とを利用して優れた異方性エッチングを実現するもの
で, 良く知られているように,微細加工に適し,かつエ
ッチング速度が速く,さらにマスク材料との選択比を大
きくできる可能性を有する。しかし,銅薄膜を選択的か
つ異方的にエッチングできる適当な反応性イオンエッチ
ングは僅かしか報告されていない。
をエッチングして微細な配線パターンを形成する優れた
手段である。このエッチングは, 化学反応とイオン衝撃
とを利用して優れた異方性エッチングを実現するもの
で, 良く知られているように,微細加工に適し,かつエ
ッチング速度が速く,さらにマスク材料との選択比を大
きくできる可能性を有する。しかし,銅薄膜を選択的か
つ異方的にエッチングできる適当な反応性イオンエッチ
ングは僅かしか報告されていない。
【0005】その一つに, CCl4とArとの混合ガスのプラ
ズマを用いた銅薄膜の反応性イオンエッチングが, G.C.
Sehwart 及びP.M.Sehlble とにより「Reactive ion Etc
hingof Coppe Films 」Journal of Eiectrochemical So
ciety,130,p.1777(1983) に報告されている。なお, こ
こではエッチングマスクとして酸化シリコン膜が使用さ
れた。
ズマを用いた銅薄膜の反応性イオンエッチングが, G.C.
Sehwart 及びP.M.Sehlble とにより「Reactive ion Etc
hingof Coppe Films 」Journal of Eiectrochemical So
ciety,130,p.1777(1983) に報告されている。なお, こ
こではエッチングマスクとして酸化シリコン膜が使用さ
れた。
【0006】このCCl4とArとの混合ガスを用いた反応性
イオンエッチングは, エッチング速度が遅いので,プラ
ズマ励起用の電力密度を高くしてエッチング速度を速く
する必要がある。かかる高電力密度の条件下では,酸化
シリコンマスクに対する銅薄膜のエッチング速度比,即
ちエッチング選択比はあまり大きくなく,例えば1〜
1.5程度に過ぎない。このため,厚いマスクを必要と
し, 配線パターンの精度が劣化する。他方,エッチング
速度が遅い条件下では,溝の側壁に銅が付着してサイド
ウオールが形成されるため,狭い溝をエッチングするこ
とが難しい。
イオンエッチングは, エッチング速度が遅いので,プラ
ズマ励起用の電力密度を高くしてエッチング速度を速く
する必要がある。かかる高電力密度の条件下では,酸化
シリコンマスクに対する銅薄膜のエッチング速度比,即
ちエッチング選択比はあまり大きくなく,例えば1〜
1.5程度に過ぎない。このため,厚いマスクを必要と
し, 配線パターンの精度が劣化する。他方,エッチング
速度が遅い条件下では,溝の側壁に銅が付着してサイド
ウオールが形成されるため,狭い溝をエッチングするこ
とが難しい。
【0007】別の銅薄膜の反応性イオンエッチングは,
四塩化珪素と窒素との混合ガスに,塩酸及びアンモニア
を添加したガスのプラズマを利用するもので,Kazuhide
Ohno,Masaaki Sato 及びYoshinobu Arita により「High
Rate Reactive Ion Etchingof Cupper Films SiCl4,
N2,Cl2 and NH3 Mixtur」Extended Abstract of 22nd(1
990 international) Conference on Solid State Devic
es andMaterials,Sendai,p.215-218(1990)に報告され
た。
四塩化珪素と窒素との混合ガスに,塩酸及びアンモニア
を添加したガスのプラズマを利用するもので,Kazuhide
Ohno,Masaaki Sato 及びYoshinobu Arita により「High
Rate Reactive Ion Etchingof Cupper Films SiCl4,
N2,Cl2 and NH3 Mixtur」Extended Abstract of 22nd(1
990 international) Conference on Solid State Devic
es andMaterials,Sendai,p.215-218(1990)に報告され
た。
【0008】この反応性イオンエッチングにおける銅薄
膜のエッチング速度は,100nm/分であり,四塩化珪素と
窒素との混合ガスのみをエッチングガスとした場合のエ
ッチング速度,20nm/分よりかなり速いことが報告され
ている。しかし,この銅薄膜の反応性イオンエッチング
方法では,形成される銅薄膜パターンの形状精度の劣化
を伴わずに,これ以上のエッチング速度を得ることは困
難である。
膜のエッチング速度は,100nm/分であり,四塩化珪素と
窒素との混合ガスのみをエッチングガスとした場合のエ
ッチング速度,20nm/分よりかなり速いことが報告され
ている。しかし,この銅薄膜の反応性イオンエッチング
方法では,形成される銅薄膜パターンの形状精度の劣化
を伴わずに,これ以上のエッチング速度を得ることは困
難である。
【0009】他方,1%の銅を含有するアルミニュウム
合金薄膜を, SiCl4,N2及びCCl4の混合ガスをエッチング
ガスとしてエッチングする反応性イオンエッチングが,
「日本国 公開特許公報 昭63─181429(198
8)」に開示されている。
合金薄膜を, SiCl4,N2及びCCl4の混合ガスをエッチング
ガスとしてエッチングする反応性イオンエッチングが,
「日本国 公開特許公報 昭63─181429(198
8)」に開示されている。
【0010】この発明の開示された実施例には,レジス
トパターンをマスクとし, 基板を載せた電極を水冷し,
かつSiCl4,N2及びCCl4の流量比を55%:15%:30% としてA
l-1%Si-1%Cu 合金薄膜をエッチングしたとき, エッチン
グ速度は750nm/分, SiO2膜に対する選択比は12, 線
幅の細りは0.1 μmであり, 下地表面に銅残渣を残すこ
となくエッチングされたと報告されている。
トパターンをマスクとし, 基板を載せた電極を水冷し,
かつSiCl4,N2及びCCl4の流量比を55%:15%:30% としてA
l-1%Si-1%Cu 合金薄膜をエッチングしたとき, エッチン
グ速度は750nm/分, SiO2膜に対する選択比は12, 線
幅の細りは0.1 μmであり, 下地表面に銅残渣を残すこ
となくエッチングされたと報告されている。
【0011】しかし,かかるアルミニュウム合金薄膜に
おける結果を,実験的又は理論上の裏付けもなく,直ち
に銅薄膜のエッチングに適用することは一般に困難であ
る。本発明の発明者は,SiCl4,N2及びCCl4の混合ガスを
反応ガスとする反応性イオンエッチングにおいて,銅薄
膜のエッチングに適した条件を実験的に明らかにするこ
とを試みた。本発明はその結果に基づきなされたもので
ある。
おける結果を,実験的又は理論上の裏付けもなく,直ち
に銅薄膜のエッチングに適用することは一般に困難であ
る。本発明の発明者は,SiCl4,N2及びCCl4の混合ガスを
反応ガスとする反応性イオンエッチングにおいて,銅薄
膜のエッチングに適した条件を実験的に明らかにするこ
とを試みた。本発明はその結果に基づきなされたもので
ある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述のように,従来の
銅薄膜の反応性イオンエッチングは,エッチング速度が
小さいという欠点があった。また,サイドエッチングが
生じ易く,さらにはマスクと銅薄膜とのエッチング選択
比が不十分なため,精密なパターンを転写することがで
きないという問題があった。
銅薄膜の反応性イオンエッチングは,エッチング速度が
小さいという欠点があった。また,サイドエッチングが
生じ易く,さらにはマスクと銅薄膜とのエッチング選択
比が不十分なため,精密なパターンを転写することがで
きないという問題があった。
【0013】本発明の目的は,銅薄膜の反応性イオンエ
ッチングにおいて,サイドエッチングが少なくかつ銅薄
膜のエッチング速度が速い条件を実験的に明らかにする
ことによって,高いエッチング精度と速いエッチング速
度とを有する銅薄膜のエッチング法を提供することにあ
る。
ッチングにおいて,サイドエッチングが少なくかつ銅薄
膜のエッチング速度が速い条件を実験的に明らかにする
ことによって,高いエッチング精度と速いエッチング速
度とを有する銅薄膜のエッチング法を提供することにあ
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】図1〜図4は,本発明の
実施例断面工程図であり,銅配線が形成される半導体デ
バイスの配線部分を表している。
実施例断面工程図であり,銅配線が形成される半導体デ
バイスの配線部分を表している。
【0015】図1〜図4を参照して,上記課題を解決す
るために本発明の第一の構成は,基板1上に,銅若しく
は銅を主成分とする銅合金からなる銅層4,該銅層4を
含む薄膜,及び該銅層4の上及び/又は下に形成され高
融点金属又はその合金の何れかからなる拡散阻止層3,
5とを含む薄膜の内の何れかからなる導電性薄膜6を形
成する工程と,該導電性薄膜6の表面の一部領域を表出
しかつその他の領域を被覆するエッチング用マスクパタ
ーン7を形成する工程と,四塩化珪素(SiCl4 )及
び窒素(N)に炭素化合物ガスを添加した混合ガスのプ
ラズマを用いた反応性イオンエッチングにより,該導電
性薄膜6の表出する領域を除去して該エッチング用マス
クパターン7を該導電性薄膜6に転写する工程とを有す
ることを特徴として構成し,及び,第二の構成は,基板
1上に,銅若しくは銅を主成分とする銅合金からなる銅
層4及び該銅層4を含む薄膜の内の何れかからなる導電
性薄膜6を形成する工程と,該導電性薄膜6の表面の一
部領域を表出しかつその他の領域を被覆するエッチング
用マスクパターン7を形成する工程と,該基板1温度を
250℃以上に保持して行う,四塩化珪素(SiC
l4 )及び窒素(N)に炭素化合物ガスを添加した混合
ガスのプラズマを用いた反応性イオンエッチングによ
り,該導電性薄膜6の表出する領域を除去して該エッチ
ング用マスクパターン7を該導電性薄膜6に転写する工
程とを有することを特徴として構成し,及び,第三の構
成は,基板1上に,銅若しくは銅を主成分とする銅合金
からなる銅層4及び該銅層4を含む薄膜の内の何れかか
らなる導電性薄膜(6)を形成する工程と,該導電性薄
膜6の表面の一部領域を表出しかつその他の領域を被覆
するエッチング用マスクパターン7を形成する工程と,
四塩化珪素(SiCl4 )及び窒素(N)に,四塩化炭
素(CCl4),メタン(CH4),及びプロパン(C2H6)のうちの少
なくとも一つを添加した混合ガスのプラズマを用いた反
応性イオンエッチングにより,該導電性薄膜6の表出す
る領域を除去して該エッチング用マスクパターン7を該
導電性薄膜6に転写する工程とを有することを特徴とし
て構成し,及び,第四の構成は,基板1上に,銅若しく
は銅を主成分とする銅合金からなる銅層4及び該銅層4
を含む薄膜の内の何れかからなる導電性薄膜6を形成す
る工程と,該導電性薄膜6の表面の一部領域を表出しか
つその他の領域を被覆するエッチング用マスクパターン
7を形成する工程と,容積比で3%〜20%の四塩化炭
素と残りが四塩化珪素及び窒素からなる混合ガスのプラ
ズマを用いた反応性イオンエッチングにより,該導電性
薄膜6の表出する領域を除去して該エッチング用マスク
パターン7を該導電性薄膜6に転写する工程とを有する
ことを特徴として構成する。
るために本発明の第一の構成は,基板1上に,銅若しく
は銅を主成分とする銅合金からなる銅層4,該銅層4を
含む薄膜,及び該銅層4の上及び/又は下に形成され高
融点金属又はその合金の何れかからなる拡散阻止層3,
5とを含む薄膜の内の何れかからなる導電性薄膜6を形
成する工程と,該導電性薄膜6の表面の一部領域を表出
しかつその他の領域を被覆するエッチング用マスクパタ
ーン7を形成する工程と,四塩化珪素(SiCl4 )及
び窒素(N)に炭素化合物ガスを添加した混合ガスのプ
ラズマを用いた反応性イオンエッチングにより,該導電
性薄膜6の表出する領域を除去して該エッチング用マス
クパターン7を該導電性薄膜6に転写する工程とを有す
ることを特徴として構成し,及び,第二の構成は,基板
1上に,銅若しくは銅を主成分とする銅合金からなる銅
層4及び該銅層4を含む薄膜の内の何れかからなる導電
性薄膜6を形成する工程と,該導電性薄膜6の表面の一
部領域を表出しかつその他の領域を被覆するエッチング
用マスクパターン7を形成する工程と,該基板1温度を
250℃以上に保持して行う,四塩化珪素(SiC
l4 )及び窒素(N)に炭素化合物ガスを添加した混合
ガスのプラズマを用いた反応性イオンエッチングによ
り,該導電性薄膜6の表出する領域を除去して該エッチ
ング用マスクパターン7を該導電性薄膜6に転写する工
程とを有することを特徴として構成し,及び,第三の構
成は,基板1上に,銅若しくは銅を主成分とする銅合金
からなる銅層4及び該銅層4を含む薄膜の内の何れかか
らなる導電性薄膜(6)を形成する工程と,該導電性薄
膜6の表面の一部領域を表出しかつその他の領域を被覆
するエッチング用マスクパターン7を形成する工程と,
四塩化珪素(SiCl4 )及び窒素(N)に,四塩化炭
素(CCl4),メタン(CH4),及びプロパン(C2H6)のうちの少
なくとも一つを添加した混合ガスのプラズマを用いた反
応性イオンエッチングにより,該導電性薄膜6の表出す
る領域を除去して該エッチング用マスクパターン7を該
導電性薄膜6に転写する工程とを有することを特徴とし
て構成し,及び,第四の構成は,基板1上に,銅若しく
は銅を主成分とする銅合金からなる銅層4及び該銅層4
を含む薄膜の内の何れかからなる導電性薄膜6を形成す
る工程と,該導電性薄膜6の表面の一部領域を表出しか
つその他の領域を被覆するエッチング用マスクパターン
7を形成する工程と,容積比で3%〜20%の四塩化炭
素と残りが四塩化珪素及び窒素からなる混合ガスのプラ
ズマを用いた反応性イオンエッチングにより,該導電性
薄膜6の表出する領域を除去して該エッチング用マスク
パターン7を該導電性薄膜6に転写する工程とを有する
ことを特徴として構成する。
【0016】ここで,導電性薄膜は, 銅層のみでもよ
く, 好ましくは銅層の上及び/又は下に,高融点金属又
はその合金の何れかからなる拡散阻止層を有し,より好
ましくはTa,TaN,TiN,TiW,W,Nb,Cr,Mn 又はMoの何れかか
らなる拡散阻止層を有する。該基板の保持温度は, 好ま
しくは250 ℃以上であり, より好ましくは300 ℃以上で
あり, 特に好ましくは310 ℃〜330 ℃である。炭素化合
物ガスはCCl4,CH4又はC2H6の何れかを用いることがで
き, 好ましい混合ガスは,SiCl4及びN2に, 容積比で3%
〜20%のCCl4, より好ましくは容積比で6.6 %〜15%
のCCl4を添加したガスであり, また反応性イオンエッチ
ングの際の混合ガス圧力は, 1.2 〜3.5Pa であることが
好ましい。
く, 好ましくは銅層の上及び/又は下に,高融点金属又
はその合金の何れかからなる拡散阻止層を有し,より好
ましくはTa,TaN,TiN,TiW,W,Nb,Cr,Mn 又はMoの何れかか
らなる拡散阻止層を有する。該基板の保持温度は, 好ま
しくは250 ℃以上であり, より好ましくは300 ℃以上で
あり, 特に好ましくは310 ℃〜330 ℃である。炭素化合
物ガスはCCl4,CH4又はC2H6の何れかを用いることがで
き, 好ましい混合ガスは,SiCl4及びN2に, 容積比で3%
〜20%のCCl4, より好ましくは容積比で6.6 %〜15%
のCCl4を添加したガスであり, また反応性イオンエッチ
ングの際の混合ガス圧力は, 1.2 〜3.5Pa であることが
好ましい。
【0017】
【作用】本発明の構成では,SiCl4 及び窒素Nに炭
素化合物ガスを添加した混合ガスのプラズマを用いた反
応性イオンエッチングが,銅層を含む導電性薄膜のエッ
チングに用いられる。本発明の発明者は,かかる反応性
イオンエッチングの種々の条件について,導電性薄膜の
エッチング後の形状,或いはエッチング速度及びエッチ
ング選択性を観察,測定することにより,これらエッチ
ング特性と反応性イオンエッチング条件との関係を実験
的に明らかにした。
素化合物ガスを添加した混合ガスのプラズマを用いた反
応性イオンエッチングが,銅層を含む導電性薄膜のエッ
チングに用いられる。本発明の発明者は,かかる反応性
イオンエッチングの種々の条件について,導電性薄膜の
エッチング後の形状,或いはエッチング速度及びエッチ
ング選択性を観察,測定することにより,これらエッチ
ング特性と反応性イオンエッチング条件との関係を実験
的に明らかにした。
【0018】その結果によれば,導電性薄膜のエッチン
グパターンの断面形状は,化学的作用に基づく等方性か
つ選択的エッチングと,イオン衝撃による異方性エッチ
ングとが均衡する条件の下でのみ,精密な形状に加工さ
れ,なお,高いエッチング速度を持ち得ることが明らか
にされた。
グパターンの断面形状は,化学的作用に基づく等方性か
つ選択的エッチングと,イオン衝撃による異方性エッチ
ングとが均衡する条件の下でのみ,精密な形状に加工さ
れ,なお,高いエッチング速度を持ち得ることが明らか
にされた。
【0019】かかる精密な形状と高いエッチング速度が
得られる具体的な条件は,実施例において後述するよう
に,温度については 250 ℃以上であり, とくに310 ℃
〜330 ℃であり,混合ガスは,SiCl4及びN2に, 容積比で
3%〜20%のCCl4, とくに容積比で6.6 %〜15%のCC
l4を添加したガスを用いる場合であり,また混合ガス圧
力は, 1.2 〜3.5Pa である。
得られる具体的な条件は,実施例において後述するよう
に,温度については 250 ℃以上であり, とくに310 ℃
〜330 ℃であり,混合ガスは,SiCl4及びN2に, 容積比で
3%〜20%のCCl4, とくに容積比で6.6 %〜15%のCC
l4を添加したガスを用いる場合であり,また混合ガス圧
力は, 1.2 〜3.5Pa である。
【0020】上記の条件では,銅層及び銅層の上又は下
に設けられた拡散層の等方性エッチングが抑制される。
このため,精密な形状で導電性薄膜をエッチングでき
る。しかし,イオン衝撃に晒される面のエッチング速度
は速く,除去すべき領域でのエッチング速度は大きい。
に設けられた拡散層の等方性エッチングが抑制される。
このため,精密な形状で導電性薄膜をエッチングでき
る。しかし,イオン衝撃に晒される面のエッチング速度
は速く,除去すべき領域でのエッチング速度は大きい。
【0021】一方,SiO2 等のマスク材料に対するエ
ッチング速度は十分に遅い。このため,銅層を含む導電
性薄膜を精密に,かつ迅速にエッチングすることができ
る。
ッチング速度は十分に遅い。このため,銅層を含む導電
性薄膜を精密に,かつ迅速にエッチングすることができ
る。
【0022】
【実施例】SiCl4 及び窒素Nに炭素化合物ガスを添
加した混合ガスのプラズマを用いた反応性イオンエッチ
ングを,銅層を含む導電性薄膜のエッチングに用いる場
合について,本発明の発明者は,かかる反応性イオンエ
ッチングの種々の条件が,導電性薄膜のエッチング後の
形状,或いはエッチング速度及びエッチング選択性に及
ぼす効果を観察,測定し,これらエッチング特性と反応
性イオンエッチング条件との関係を実験的に明らかにし
た。以下,その実験結果について詳述する。
加した混合ガスのプラズマを用いた反応性イオンエッチ
ングを,銅層を含む導電性薄膜のエッチングに用いる場
合について,本発明の発明者は,かかる反応性イオンエ
ッチングの種々の条件が,導電性薄膜のエッチング後の
形状,或いはエッチング速度及びエッチング選択性に及
ぼす効果を観察,測定し,これらエッチング特性と反応
性イオンエッチング条件との関係を実験的に明らかにし
た。以下,その実験結果について詳述する。
【0023】先ず第一の実験は,反応性イオンエッチン
グにおけるエッチング速度及びエッチング精度の基板温
度依存性を考慮するためなされた。この実験では, 図2
に示す後述の第一実施例と同様に, シリコン基板1上
に,SiO2 からなる絶縁膜2,銅層4 の上下に拡散阻止
層3,5 を有する導電性薄膜6,及びSiO2 からなるエッ
チング用マスクパターン7 を順次形成した。次いで,幾
つかの異なる温度に基板を保持して,導電性薄膜6 の反
応性イオンエッチングを行い, 導電性薄膜6に配線パタ
ーンを転写し,その配線パターンの断面形状及びエッチ
ング速度を観察した。
グにおけるエッチング速度及びエッチング精度の基板温
度依存性を考慮するためなされた。この実験では, 図2
に示す後述の第一実施例と同様に, シリコン基板1上
に,SiO2 からなる絶縁膜2,銅層4 の上下に拡散阻止
層3,5 を有する導電性薄膜6,及びSiO2 からなるエッ
チング用マスクパターン7 を順次形成した。次いで,幾
つかの異なる温度に基板を保持して,導電性薄膜6 の反
応性イオンエッチングを行い, 導電性薄膜6に配線パタ
ーンを転写し,その配線パターンの断面形状及びエッチ
ング速度を観察した。
【0024】なお,基板温度を除く他のエッチング条件
は後述する第一実施例と同一である。即ち,反応性イオ
ンエッチングは,混合ガス流量は150SCCM ,チャンバ25
内圧力は3.5Pa ,混合ガスはSiCl4,N2及びCCl4からな
り,これらの流量比は60:30:10とした。また, プラズマ
励起用高周波電力は400Wとした。
は後述する第一実施例と同一である。即ち,反応性イオ
ンエッチングは,混合ガス流量は150SCCM ,チャンバ25
内圧力は3.5Pa ,混合ガスはSiCl4,N2及びCCl4からな
り,これらの流量比は60:30:10とした。また, プラズマ
励起用高周波電力は400Wとした。
【0025】図6 は,エッチング速度の基板温度依存性
を表す図であり,導電性薄膜及びSiO2 層のエッチン
グ速度の温度依存性を示す。図6 中, 導電性薄膜のエッ
チング速度をCuで, SiO2 層のエッチング速度をSiO2
で示した。図6 を参照して,導電性薄膜のエッチング速
度は, 基板温度が250 ℃以上で急速に立ち上がり,300℃
以上では飽和して略一定となる階段状の温度依存性を示
した。他方, SiO2層のエッチング速度は, 温度に殆
ど依存せず略一定であった。
を表す図であり,導電性薄膜及びSiO2 層のエッチン
グ速度の温度依存性を示す。図6 中, 導電性薄膜のエッ
チング速度をCuで, SiO2 層のエッチング速度をSiO2
で示した。図6 を参照して,導電性薄膜のエッチング速
度は, 基板温度が250 ℃以上で急速に立ち上がり,300℃
以上では飽和して略一定となる階段状の温度依存性を示
した。他方, SiO2層のエッチング速度は, 温度に殆
ど依存せず略一定であった。
【0026】この結果は,250℃以上の基板温度で銅層の
エッチング速度が急激に増加するとともに, エッチング
選択比が大きくなることを示している。従って, エッチ
ングの加工精度を高くするには基板温度が250 ℃以上で
あることが好ましい。さらに, エッチングの選択比を大
きくする観点及びエッチング時間を短縮する観点からみ
ると, 基板温度を, 導電性薄膜のエッチング速度が200n
m/分を超える300 ℃以上とすることが好ましい。
エッチング速度が急激に増加するとともに, エッチング
選択比が大きくなることを示している。従って, エッチ
ングの加工精度を高くするには基板温度が250 ℃以上で
あることが好ましい。さらに, エッチングの選択比を大
きくする観点及びエッチング時間を短縮する観点からみ
ると, 基板温度を, 導電性薄膜のエッチング速度が200n
m/分を超える300 ℃以上とすることが好ましい。
【0027】しかし,基板温度はエッチング速度の他
に, サイドエッチングの発生に関与しており, エッチン
グ加工精度の観点からも検討する必要がある。本発明の
発明者は,異なる基板温度の下で, 配線パターンとして
転写された導電性薄膜パターンの形状を観察し,以下の
結論に達した。
に, サイドエッチングの発生に関与しており, エッチン
グ加工精度の観点からも検討する必要がある。本発明の
発明者は,異なる基板温度の下で, 配線パターンとして
転写された導電性薄膜パターンの形状を観察し,以下の
結論に達した。
【0028】図7〜図9は,配線の断面形状の基板温度
依存性を表す断面正面図であり,エッチング直後の導電
性薄膜のパターン断面形状を表している。図7 は,基板
温度が300 ℃以下の場合に形成された, 導電性薄膜から
なる配線パターンの例を示している。このような低温度
では, 等方性エッチングで見られる様なサイドエッチン
グが導電性薄膜6 を構成する銅層4 に生じた。他方,Ta
からなる拡散阻止層3,5 にはサイドエッチングは発生し
なかった。また, 基板温度が低いとき, 露出する表面,
特にSiO2 層2 の表出面に反応生成物の付着が認めら
れた。かかる付着物は半導体デバイスの信頼性を劣化す
るから好ましくない。かかる観点から,基板温度は30
0℃を超えることが好ましい。
依存性を表す断面正面図であり,エッチング直後の導電
性薄膜のパターン断面形状を表している。図7 は,基板
温度が300 ℃以下の場合に形成された, 導電性薄膜から
なる配線パターンの例を示している。このような低温度
では, 等方性エッチングで見られる様なサイドエッチン
グが導電性薄膜6 を構成する銅層4 に生じた。他方,Ta
からなる拡散阻止層3,5 にはサイドエッチングは発生し
なかった。また, 基板温度が低いとき, 露出する表面,
特にSiO2 層2 の表出面に反応生成物の付着が認めら
れた。かかる付着物は半導体デバイスの信頼性を劣化す
るから好ましくない。かかる観点から,基板温度は30
0℃を超えることが好ましい。
【0029】図8 は, 基板温度が310 ℃〜330 ℃の場合
の導電性薄膜からなる配線パターンである。この温度範
囲では, 銅層4 及び拡散阻止層3,5 は両方ともサイドエ
ッチングを生ぜす, 従って, 導電性薄膜6 は垂直にエッ
チングされることが確認された。他方, 反応生成物の付
着も殆ど認められない。従って, エッチング時間, エッ
チング加工精度及び汚染の観点からみて, 最も好ましい
基板温度は 310℃〜330 ℃の範囲である。
の導電性薄膜からなる配線パターンである。この温度範
囲では, 銅層4 及び拡散阻止層3,5 は両方ともサイドエ
ッチングを生ぜす, 従って, 導電性薄膜6 は垂直にエッ
チングされることが確認された。他方, 反応生成物の付
着も殆ど認められない。従って, エッチング時間, エッ
チング加工精度及び汚染の観点からみて, 最も好ましい
基板温度は 310℃〜330 ℃の範囲である。
【0030】図9 は, 基板温度が330 度を超えた場合の
導電性薄膜からなる配線パターンである。基板温度が高
いとき, 特に拡散阻止層3,5 に著しいサイドエッチング
が観測された。このとき, 銅層4 の側壁は殆どサイドエ
ッチングされないが, 拡散阻止層3,5 との接合付近がエ
ッチングされ大きなアンダーカットを生じた。従って,
エッチング精度の観点からかかる条件は好ましいもので
はない。しかし,高いエッチング速度を有し, かつ反応
生成物を生成しない点で優れている。
導電性薄膜からなる配線パターンである。基板温度が高
いとき, 特に拡散阻止層3,5 に著しいサイドエッチング
が観測された。このとき, 銅層4 の側壁は殆どサイドエ
ッチングされないが, 拡散阻止層3,5 との接合付近がエ
ッチングされ大きなアンダーカットを生じた。従って,
エッチング精度の観点からかかる条件は好ましいもので
はない。しかし,高いエッチング速度を有し, かつ反応
生成物を生成しない点で優れている。
【0031】本実験において上記反応生成物は特定され
ていないけれども, この反応生成物はエッチングの進行
を阻害し, 側壁に付着してサイドエッチングを阻止する
一方, マスクの開口領域ではイオンの衝突により蒸発し
て一方向のエッチングを促進することにより,銅層の異
方性エッチングに寄与するものと思われる。しかし,低
い基板温度では, イオン衝撃による蒸発が遅くなり,全
表面で等方性に進行する化学反応がエッチングの支配的
な作用となる。エッチング速度の低下と同時に銅層のサ
イドエッチングが増加するのは,かかるエッチングの作
用の変化によるものと本発明の発明者は考えている。
ていないけれども, この反応生成物はエッチングの進行
を阻害し, 側壁に付着してサイドエッチングを阻止する
一方, マスクの開口領域ではイオンの衝突により蒸発し
て一方向のエッチングを促進することにより,銅層の異
方性エッチングに寄与するものと思われる。しかし,低
い基板温度では, イオン衝撃による蒸発が遅くなり,全
表面で等方性に進行する化学反応がエッチングの支配的
な作用となる。エッチング速度の低下と同時に銅層のサ
イドエッチングが増加するのは,かかるエッチングの作
用の変化によるものと本発明の発明者は考えている。
【0032】また, 高い基板温度では, 反応生成物の蒸
発が速く, サイドエッチングを阻止すべき反応生成物が
側壁に付着しないため, 図9 に示すようなサイドエッチ
ングを生ずるものと考えられる。
発が速く, サイドエッチングを阻止すべき反応生成物が
側壁に付着しないため, 図9 に示すようなサイドエッチ
ングを生ずるものと考えられる。
【0033】かかるエッチングの機構においては, エッ
チング速度が急増する基板温度は上記反応生成物の蒸発
温度,即ち銅化合物からなる上記反応生成物の種類で略
特定され, 他のエッチング条件によって大きく影響され
ないと考えられる。従って,温度条件を他の条件と独立
に決めても, 異なるエッチング条件下においても僅かな
温度調整だけで容易に最適温度を選定することができ
る。
チング速度が急増する基板温度は上記反応生成物の蒸発
温度,即ち銅化合物からなる上記反応生成物の種類で略
特定され, 他のエッチング条件によって大きく影響され
ないと考えられる。従って,温度条件を他の条件と独立
に決めても, 異なるエッチング条件下においても僅かな
温度調整だけで容易に最適温度を選定することができ
る。
【0034】本発明の第二の実験は, エッチングガスと
なる混合ガスの組成を考慮するためになされた。本実験
は,第一の実験とCCl4の添加量のみ変えた混合ガスを用
い, 基板温度を320 ℃とし, その他のエッチング条件を
後述する第二実施例と同一として行った。
なる混合ガスの組成を考慮するためになされた。本実験
は,第一の実験とCCl4の添加量のみ変えた混合ガスを用
い, 基板温度を320 ℃とし, その他のエッチング条件を
後述する第二実施例と同一として行った。
【0035】図10は,エッチング速度の混合ガス組成
依存性を表す図であり,導電性薄膜及びSiO2 のエッ
チング速度が, 混合ガスに占めるCCl4の割合に依存する
様子を示している。ここで, 混合ガスのSiCl4 とN2の流
量比は第一の実験と同じである。
依存性を表す図であり,導電性薄膜及びSiO2 のエッ
チング速度が, 混合ガスに占めるCCl4の割合に依存する
様子を示している。ここで, 混合ガスのSiCl4 とN2の流
量比は第一の実験と同じである。
【0036】図10を参照して,導電性薄膜のエッチン
グ速度は,CCl4 の増加に伴い速くなり, 混合ガス中のCC
l4の流量比, 即ち容積比が10%のとき極大となる。他方
SiO2 のエッチング速度はCCl4の割合に殆ど依存しな
い。その結果, 導電性薄膜とSiO2 とのエッチングの
選択性は, 混合ガスに占めるCCl4の容積比が10%のとき
最大となる。従って, エッチング中のマスクの消耗が少
ないこの組成が, エッチング加工精度の観点から最も好
ましい。
グ速度は,CCl4 の増加に伴い速くなり, 混合ガス中のCC
l4の流量比, 即ち容積比が10%のとき極大となる。他方
SiO2 のエッチング速度はCCl4の割合に殆ど依存しな
い。その結果, 導電性薄膜とSiO2 とのエッチングの
選択性は, 混合ガスに占めるCCl4の容積比が10%のとき
最大となる。従って, エッチング中のマスクの消耗が少
ないこの組成が, エッチング加工精度の観点から最も好
ましい。
【0037】本発明の発明者は,CCl4の添加により銅層
のエッチング速度が増加するのは,CCl4が分解して生じ
た炭素が銅層の表面に生成された酸化銅を還元するため
と考えている。従って, 炭素化合物ガスとして, プラズ
マ中で分解して炭素を発生する炭素化合物ガス, 例えば
四塩化炭素(CCl4),メタン(CH4),及びプロパン(C2H 6)
ガスを用いることができる。
のエッチング速度が増加するのは,CCl4が分解して生じ
た炭素が銅層の表面に生成された酸化銅を還元するため
と考えている。従って, 炭素化合物ガスとして, プラズ
マ中で分解して炭素を発生する炭素化合物ガス, 例えば
四塩化炭素(CCl4),メタン(CH4),及びプロパン(C2H 6)
ガスを用いることができる。
【0038】さらに, 本発明の発明者は, サイドエッチ
ングの観点からも, 次に述べるようにCCl4の容積比が
6.6 %〜15%の範囲が好ましい混合ガス組成であること
を明らかにした。
ングの観点からも, 次に述べるようにCCl4の容積比が
6.6 %〜15%の範囲が好ましい混合ガス組成であること
を明らかにした。
【0039】図11〜図13は,配線の断面形状の混合
ガス組成依存性を表す断面正面図であり,エッチング直
後の導電性薄膜のパターン断面形状を表している。図11
は, 混合ガスに含まれるCCl4の容積比が3.3 %の場合に
形成された配線パターンである。この条件では,拡散阻
止層3,5 はサイドエッチングされないが,銅層4 に大き
なサイドエッチングを生じた。これは既述したように,
イオン衝撃による反応生成物の蒸発が少なく,イオンエ
ッチング速度が遅いために等方性エッチングが表面化し
た結果と理解される。
ガス組成依存性を表す断面正面図であり,エッチング直
後の導電性薄膜のパターン断面形状を表している。図11
は, 混合ガスに含まれるCCl4の容積比が3.3 %の場合に
形成された配線パターンである。この条件では,拡散阻
止層3,5 はサイドエッチングされないが,銅層4 に大き
なサイドエッチングを生じた。これは既述したように,
イオン衝撃による反応生成物の蒸発が少なく,イオンエ
ッチング速度が遅いために等方性エッチングが表面化し
た結果と理解される。
【0040】図12は,CCl4 の容積比が10%の場合の配線
パターンである。この条件では,サイドエッチングのな
い垂直な壁面を有するパターンが形成されている。かか
る精密な形状のパターンは,CCl4 の容積比が6.6 〜15%
の場合の場合に形成できた。このように優れた異方性エ
ッチングとなるのは,エッチング方向にはイオンエッチ
ングと化学反応とが共同して作用して高いエッチング速
度を有する一方,側壁に生成した反応生成物を分解蒸発
する程化学反応が強くないエッチング条件になっている
ためとして理解できる。
パターンである。この条件では,サイドエッチングのな
い垂直な壁面を有するパターンが形成されている。かか
る精密な形状のパターンは,CCl4 の容積比が6.6 〜15%
の場合の場合に形成できた。このように優れた異方性エ
ッチングとなるのは,エッチング方向にはイオンエッチ
ングと化学反応とが共同して作用して高いエッチング速
度を有する一方,側壁に生成した反応生成物を分解蒸発
する程化学反応が強くないエッチング条件になっている
ためとして理解できる。
【0041】図13は,CCl4 の容積比が15%を超えるとき
観察された配線パターンである。拡散阻止層3,5 に著し
いサイドエッチングが見られる。なお, 銅層4 の僅かな
サイドエッチングが認められた。この結果は, CCl4の増
加が化学反応を促進し, イオンエッチング以上に等方性
エッチングの作用を強める傾向を生じることを示唆して
いる。
観察された配線パターンである。拡散阻止層3,5 に著し
いサイドエッチングが見られる。なお, 銅層4 の僅かな
サイドエッチングが認められた。この結果は, CCl4の増
加が化学反応を促進し, イオンエッチング以上に等方性
エッチングの作用を強める傾向を生じることを示唆して
いる。
【0042】以上,図11〜図13に示す結果は,導電
性薄膜を精密な断面形状にエッチングする条件として,C
Cl4 の容積比が6.6 〜15%のときが最適であることを明
らかにしている。
性薄膜を精密な断面形状にエッチングする条件として,C
Cl4 の容積比が6.6 〜15%のときが最適であることを明
らかにしている。
【0043】本実験の結果は, 銅層を有効に反応性イ
オンエッチングするには, イオン衝撃による反応生成物
の蒸発と, 銅及び銅化合物と反応する適量な炭素と塩素
の存在が必要であることを明らかにしている。そして,
イオンエッチングと化学反応とのバランスが精密なエッ
チングのために必須であり,そのために,CCl4の量は適
当な範囲になければならないのである。
オンエッチングするには, イオン衝撃による反応生成物
の蒸発と, 銅及び銅化合物と反応する適量な炭素と塩素
の存在が必要であることを明らかにしている。そして,
イオンエッチングと化学反応とのバランスが精密なエッ
チングのために必須であり,そのために,CCl4の量は適
当な範囲になければならないのである。
【0044】既述のAl-1%Si-1%Cu 合金薄膜のエッチン
グの発明に開示されている実施例によれば, エッチング
ガスに占めるCCl4の流量比は30%であった。そしてこの
とき精密なパターンと銅残渣のないエッチングができた
とされている。しかし,図10は, かかる高濃度のCCl4を
含むエッチングガスでは, 銅薄膜のエッチング速度が低
いのみならず, 大きなサイドエッチングを生ずることを
明らかにしている。これらの結果の相違が, 銅の含有量
が1 %と低い薄膜と, 銅を主成分とする薄膜の相違から
生じたことは明瞭である。即ち, 本実施例の結果は, 銅
を主成分とする薄膜のエッチングにおいては, エッチン
グガスのCCl4濃度の低い領域でエッチング速度のピーク
を生ずること, 及び, 略同一の範囲でサイドエッチング
が僅少となることを明らかにした。このことは, 1 %の
銅を含むAlのエッチングとは異なり, 銅薄膜のエッチン
グではCCl4濃度がより低いエッチングガスの使用の必要
性を明らかにしている。
グの発明に開示されている実施例によれば, エッチング
ガスに占めるCCl4の流量比は30%であった。そしてこの
とき精密なパターンと銅残渣のないエッチングができた
とされている。しかし,図10は, かかる高濃度のCCl4を
含むエッチングガスでは, 銅薄膜のエッチング速度が低
いのみならず, 大きなサイドエッチングを生ずることを
明らかにしている。これらの結果の相違が, 銅の含有量
が1 %と低い薄膜と, 銅を主成分とする薄膜の相違から
生じたことは明瞭である。即ち, 本実施例の結果は, 銅
を主成分とする薄膜のエッチングにおいては, エッチン
グガスのCCl4濃度の低い領域でエッチング速度のピーク
を生ずること, 及び, 略同一の範囲でサイドエッチング
が僅少となることを明らかにした。このことは, 1 %の
銅を含むAlのエッチングとは異なり, 銅薄膜のエッチン
グではCCl4濃度がより低いエッチングガスの使用の必要
性を明らかにしている。
【0045】以上述べた実施例は, いずれも混合ガス圧
力を1.2Pa 〜3.5Pa としたときに最良のエッチング精度
が得られた。かかる圧力のエッチング精度に与える影響
は,上記圧力範囲では僅かであった。圧力は, 通常はイ
オンのエッチング面への衝突により生ずるダメージを少
なくするために低圧が好まれる。しかし,多くの場合は
主に装置の特性によって, 例えばプラズマを安定に保持
できる範囲から定められるのが通常である。従って,エ
ッチングガス種,エッチング条件及びエッチング装置に
応じて最適圧力を選ぶこともできる。
力を1.2Pa 〜3.5Pa としたときに最良のエッチング精度
が得られた。かかる圧力のエッチング精度に与える影響
は,上記圧力範囲では僅かであった。圧力は, 通常はイ
オンのエッチング面への衝突により生ずるダメージを少
なくするために低圧が好まれる。しかし,多くの場合は
主に装置の特性によって, 例えばプラズマを安定に保持
できる範囲から定められるのが通常である。従って,エ
ッチングガス種,エッチング条件及びエッチング装置に
応じて最適圧力を選ぶこともできる。
【0046】以下に本発明を実施例を参照して詳細に説
明する。本発明の第一実施例は, シリコン基板上に形成
された素子間を結合する配線パターンの形成に関する。
図1を参照して,シリコン基板1上に, よく知られた方
法を用いて半導体デバイスを構成する素子,例えば半導
体素子(図示されていない)を形成した。その後,その
基板1表面に,半導体デバイスの製造に用いられる従来
の熱酸化法又は堆積法を用い, 厚さ1μmのSiO2 か
らなる絶縁膜2を形成した。この絶縁膜2は,その上に
形成されるべき配線パターンを基板1から電気的に絶縁
するために設けられたもので,基板1が絶縁性の場合は
必須ではない。
明する。本発明の第一実施例は, シリコン基板上に形成
された素子間を結合する配線パターンの形成に関する。
図1を参照して,シリコン基板1上に, よく知られた方
法を用いて半導体デバイスを構成する素子,例えば半導
体素子(図示されていない)を形成した。その後,その
基板1表面に,半導体デバイスの製造に用いられる従来
の熱酸化法又は堆積法を用い, 厚さ1μmのSiO2 か
らなる絶縁膜2を形成した。この絶縁膜2は,その上に
形成されるべき配線パターンを基板1から電気的に絶縁
するために設けられたもので,基板1が絶縁性の場合は
必須ではない。
【0047】次いで,絶縁膜2上に,銅層4の下の拡散
阻止層3として厚さ50nmの第一のTa層を,銅層4とし
て厚さ1μmの1 %Si-Cu 層を, 及び銅層4の上の拡散
阻止層5として厚さ50nmの第二のTa層を, 順次スパッ
タ法により堆積した。その結果, 銅層4の上下を拡散阻
止層3,5で挟む構造を有する導電性薄膜6が形成され
た。上記スパッタは,200 ℃〜300 ℃の基板1温度で行
った。拡散阻止層3 は,SiO2 からなる絶縁膜2中へ
銅層4 から銅が拡散することを妨げ, 絶縁膜2 の絶縁性
が劣化することを防止する。また,拡散阻止層3,5 は,
銅層4とSiO2の層との密着性を向上させる効果があ
る。従って, 拡散阻止層3,5 は, SiO2からなるエッ
チング用マスクパターンの剥離及び絶縁膜2からの配線
パターンの剥離を防止する。この結果, これらの剥離に
起因して生ずる大きなアンダーカットの発生が防止され
る。
阻止層3として厚さ50nmの第一のTa層を,銅層4とし
て厚さ1μmの1 %Si-Cu 層を, 及び銅層4の上の拡散
阻止層5として厚さ50nmの第二のTa層を, 順次スパッ
タ法により堆積した。その結果, 銅層4の上下を拡散阻
止層3,5で挟む構造を有する導電性薄膜6が形成され
た。上記スパッタは,200 ℃〜300 ℃の基板1温度で行
った。拡散阻止層3 は,SiO2 からなる絶縁膜2中へ
銅層4 から銅が拡散することを妨げ, 絶縁膜2 の絶縁性
が劣化することを防止する。また,拡散阻止層3,5 は,
銅層4とSiO2の層との密着性を向上させる効果があ
る。従って, 拡散阻止層3,5 は, SiO2からなるエッ
チング用マスクパターンの剥離及び絶縁膜2からの配線
パターンの剥離を防止する。この結果, これらの剥離に
起因して生ずる大きなアンダーカットの発生が防止され
る。
【0048】さらに,導電性薄膜6上に, エッチング用
マスク材料として厚さ400 nmのSiO2 層7Lをバイアス
を印加したECR法により堆積した。そのSiO2 層7L
上に, 配線パターンを画定するレジストパターン8 をホ
トリソグラフィにより形成した。
マスク材料として厚さ400 nmのSiO2 層7Lをバイアス
を印加したECR法により堆積した。そのSiO2 層7L
上に, 配線パターンを画定するレジストパターン8 をホ
トリソグラフィにより形成した。
【0049】次いで, 図2を参照して,SiO2 層7L
を, レジストパターン8 をマスクとする反応性イオンエ
ッチングを用いてエッチングし, 配線パターンを画定す
るエッチング用マスクパターン7を形成した。その後,
レジストパターン8 を灰化し除去した。なお,銅薄膜の
反応性イオンエッチングにおいては, 後述するように,
高い基板温度を必要とするので, 有機レジストのマスク
を使用することができない。このため, かかるSiO2
からなるエッチング用マスクが要求される。
を, レジストパターン8 をマスクとする反応性イオンエ
ッチングを用いてエッチングし, 配線パターンを画定す
るエッチング用マスクパターン7を形成した。その後,
レジストパターン8 を灰化し除去した。なお,銅薄膜の
反応性イオンエッチングにおいては, 後述するように,
高い基板温度を必要とするので, 有機レジストのマスク
を使用することができない。このため, かかるSiO2
からなるエッチング用マスクが要求される。
【0050】その後,上記工程を経た基板を,図5に示
す良く知られた反応性イオンエッチング装置を用いて以
下のようにエッチングした。先ず,反応性イオンエッチ
ング装置の概要について説明する。
す良く知られた反応性イオンエッチング装置を用いて以
下のようにエッチングした。先ず,反応性イオンエッチ
ング装置の概要について説明する。
【0051】図5を参照して,基板1 は, 反応性イオン
エッチング装置のチャンバ25内に設置されたエッチング
電極21上に, 石英板22により周辺を固定され水平に置か
れる。エッチング電極21は内部にヒータ23と熱電対24と
が設けられ, これらとチャンバ外で接続される温度制御
装置 (開示省略) によって, エッチング中の基板1 温度
を所定の温度に保持する。さらにエッチング電極21に
は, 高周波電源26から負荷マッチング回路網27を通して
高周波電圧が印加され, 接地されたチヤンバ25の上底と
の間にプラズマを励起させる。このとき, エッチング電
極21とプラズマ間にはバイアス電位が発生するため, 平
行平板型のエッチング装置と同様の異方性イオンエッチ
ングがなされる。
エッチング装置のチャンバ25内に設置されたエッチング
電極21上に, 石英板22により周辺を固定され水平に置か
れる。エッチング電極21は内部にヒータ23と熱電対24と
が設けられ, これらとチャンバ外で接続される温度制御
装置 (開示省略) によって, エッチング中の基板1 温度
を所定の温度に保持する。さらにエッチング電極21に
は, 高周波電源26から負荷マッチング回路網27を通して
高周波電圧が印加され, 接地されたチヤンバ25の上底と
の間にプラズマを励起させる。このとき, エッチング電
極21とプラズマ間にはバイアス電位が発生するため, 平
行平板型のエッチング装置と同様の異方性イオンエッチ
ングがなされる。
【0052】チャンバ25内は, 真空排気口34から圧力
調整用のコンダクタンスバルブ35を経て, ターボポンプ
36, メカニカルブースポンプ37及びロータリポンブ38を
直列接続してなる真空ポンプ系により排気される。SiCl
4,N2, 及び炭素含有ガスとしてのCCl4を, それぞれバル
ブ31,32,33により独立して流量を制御して混合し,その
混合ガスをガス導入口30からチャンバ25内に導入する。
調整用のコンダクタンスバルブ35を経て, ターボポンプ
36, メカニカルブースポンプ37及びロータリポンブ38を
直列接続してなる真空ポンプ系により排気される。SiCl
4,N2, 及び炭素含有ガスとしてのCCl4を, それぞれバル
ブ31,32,33により独立して流量を制御して混合し,その
混合ガスをガス導入口30からチャンバ25内に導入する。
【0053】次にエッチングの条件について説明する。
反応性イオンエッチングは,図5 を参照して, 基板1温
度を320 ℃に保持し,チャンバ25内に流量150SCCM の混
合ガスを導入し,同時にコンダクタンスバルブ35を調整
してチャンバ25内圧力を1.2Pa 〜3.5Pa として行った。
混合ガスは, SiCl4,N2及びCCl4の流量比を60:30:10とし
た。また, エッチング電極21に400Wの高周波電圧を印加
しプラズマを励起した。
反応性イオンエッチングは,図5 を参照して, 基板1温
度を320 ℃に保持し,チャンバ25内に流量150SCCM の混
合ガスを導入し,同時にコンダクタンスバルブ35を調整
してチャンバ25内圧力を1.2Pa 〜3.5Pa として行った。
混合ガスは, SiCl4,N2及びCCl4の流量比を60:30:10とし
た。また, エッチング電極21に400Wの高周波電圧を印加
しプラズマを励起した。
【0054】エッチングは, 図2 を参照して, 導電性薄
膜6 上に形成されたエッチング用マスクパターン7 をマ
スクとして使用し,エッチング用マスクパターン7 に覆
われた領域の導電性薄膜6 を残し, 表出する領域の導電
性薄膜6 を除去した。このとき, 導電性薄膜6 の下地で
ある絶縁膜2 は, エッチングのストッパーの作用をな
す。
膜6 上に形成されたエッチング用マスクパターン7 をマ
スクとして使用し,エッチング用マスクパターン7 に覆
われた領域の導電性薄膜6 を残し, 表出する領域の導電
性薄膜6 を除去した。このとき, 導電性薄膜6 の下地で
ある絶縁膜2 は, エッチングのストッパーの作用をな
す。
【0055】チャンバ25内圧力を3.5Pa , その他のエッ
チング条件を上記条件に設定したとき, 導電性薄膜6 の
エッチング速度は220nm/分, SiO2 のエッチング速度
は50nm/ 分であり, SiO2 に対する導電性薄膜6 の選
択比は4.4 であった。エッチング用マスクパターン7 に
対するこの大きな選択比は, 精密な配線パターンの形成
を容易にする。なお, 導電性薄膜6 の上下に設けられた
拡散阻止層5 は非常に薄いため, 導電性薄膜6 全体のエ
ッチング時間に及ぼす影響は無視することができた。
チング条件を上記条件に設定したとき, 導電性薄膜6 の
エッチング速度は220nm/分, SiO2 のエッチング速度
は50nm/ 分であり, SiO2 に対する導電性薄膜6 の選
択比は4.4 であった。エッチング用マスクパターン7 に
対するこの大きな選択比は, 精密な配線パターンの形成
を容易にする。なお, 導電性薄膜6 の上下に設けられた
拡散阻止層5 は非常に薄いため, 導電性薄膜6 全体のエ
ッチング時間に及ぼす影響は無視することができた。
【0056】導電性薄膜6 のエッチングは, オーバエッ
チング時間を含め7 分間とした。オーバエッチングは,
下地の絶縁膜2 表面への反応生成物の残留を防止するた
めに有効であり, エッチング用マスクパターン7 及び下
地の絶縁膜2 の膜厚の減少量が許されるならば行うこと
が好ましい。
チング時間を含め7 分間とした。オーバエッチングは,
下地の絶縁膜2 表面への反応生成物の残留を防止するた
めに有効であり, エッチング用マスクパターン7 及び下
地の絶縁膜2 の膜厚の減少量が許されるならば行うこと
が好ましい。
【0057】図3に,エッチング終了後,基板1 上に形
成された導電性薄膜6 の配線パターンの断面を示した。
配線パターンの側壁は垂直に形成され, サイドエッチン
グは観測されなかった。また, 狭い配線間隔, 例えば0.
2 μmの間隔でも反応生成物を残留することなくエッチ
ングすることができた。
成された導電性薄膜6 の配線パターンの断面を示した。
配線パターンの側壁は垂直に形成され, サイドエッチン
グは観測されなかった。また, 狭い配線間隔, 例えば0.
2 μmの間隔でも反応生成物を残留することなくエッチ
ングすることができた。
【0058】上記反応性イオンエッチング工程を経た
後, 通常の製造工程を用いて半導体デバイスを完成す
る。その工程で, 図4 を参照して, エッチング用マスク
の除去工程を省略するために, 上記エッチング工程の
後, エッチング用マスクを配線パターン上に残したまま
SiO2 からなる層間絶縁層9 を堆積し, 酸化シリコン
からなるエッチング用マスク7 をその一部として層間絶
縁層を形成することができる。
後, 通常の製造工程を用いて半導体デバイスを完成す
る。その工程で, 図4 を参照して, エッチング用マスク
の除去工程を省略するために, 上記エッチング工程の
後, エッチング用マスクを配線パターン上に残したまま
SiO2 からなる層間絶縁層9 を堆積し, 酸化シリコン
からなるエッチング用マスク7 をその一部として層間絶
縁層を形成することができる。
【0059】なお,本発明は, 上述の半導体デバイスの
配線の製作に限定されるものではなく, 他の用途例えば
混成集積回路等の基板上に銅層を含む配線が形成される
装置の製造に,又は一般に基板上の銅層を含む薄膜のエ
ッチングに適用することができる。
配線の製作に限定されるものではなく, 他の用途例えば
混成集積回路等の基板上に銅層を含む配線が形成される
装置の製造に,又は一般に基板上の銅層を含む薄膜のエ
ッチングに適用することができる。
【0060】
【発明の効果】本発明によれば,サイドエッチングが僅
少で,マスクに対するエッチングの選択比が大きいため
精密にパターニングでき,かつエッチング速度が速い銅
薄膜の反応性イオンエッチング法を提供することができ
るので,半導体装置の特性向上に寄与するところが大き
い。
少で,マスクに対するエッチングの選択比が大きいため
精密にパターニングでき,かつエッチング速度が速い銅
薄膜の反応性イオンエッチング法を提供することができ
るので,半導体装置の特性向上に寄与するところが大き
い。
【図1】 本発明の実施例断面工程図(その1)
【図2】 本発明の実施例断面工程図(その2)
【図3】 本発明の実施例断面工程図(その3)
【図4】 本発明の実施例断面工程図(その4)
【図5】 反応性イオンエッチング装置の断面図
【図6】 エッチング速度の基板温度依存性を表す図
【図7】 配線の断面形状の基板温度依存性を表す断面
正面図(その1)
正面図(その1)
【図8】 配線の断面形状の基板温度依存性を表す断面
正面図(その2)
正面図(その2)
【図9】 配線の断面形状の基板温度依存性を表す断面
正面図(その3)
正面図(その3)
【図10】エッチング速度の混合ガス組成依存性を表す
図
図
【図11】配線の断面形状の混合ガス組成依存性を表す
断面正面図(その1)
断面正面図(その1)
【図12】配線の断面形状の混合ガス組成依存性を表す
断面正面図(その2)
断面正面図(その2)
【図13】配線の断面形状の混合ガス組成依存性を表す
断面正面図(その3)
断面正面図(その3)
1 基板 2 絶縁膜 3,5 拡散阻止層 4 銅層 6 導電性薄膜 7 エッチング用マスクパターン 7L SiO2 層 8 レジストパターン 9 層間絶縁層 21 エッチング電極 22 石英板 23 ヒータ 24 熱電対 25 チャンバ 26 高周波電源 27 負荷マッチング回路網 30 ガス導入口 31,32,33 バルブ 34 真空排気口 35 コンダクタンスバルブ 36 ターボポンプ 37 メカニカルブースポンプ 38 ロータリポンプ
Claims (4)
- 【請求項1】 基板(1)上に,銅若しくは銅を主成分
とする銅合金からなる銅層(4),該銅層(4)を含む
薄膜,及び該銅層(4)の上及び/又は下に形成され高
融点金属又はその合金の何れかからなる拡散阻止層
(3,5)とを含む薄膜の内の何れかからなる導電性薄
膜(6)を形成する工程と, 該導電性薄膜(6)の表面の一部領域を表出しかつその
他の領域を被覆するエッチング用マスクパターン(7)
を形成する工程と, 四塩化珪素(SiCl4 )及び窒素(N)に炭素化合物
ガスを添加した混合ガスのプラズマを用いた反応性イオ
ンエッチングにより,該導電性薄膜(6)の表出する領
域を除去して該エッチング用マスクパターン(7)を該
導電性薄膜(6)に転写する工程とを有することを特徴
とする銅薄膜のエッチング方法。 - 【請求項2】 基板(1)上に,銅若しくは銅を主成分
とする銅合金からなる銅層(4)及び該銅層(4)を含
む薄膜の内の何れかからなる導電性薄膜(6)を形成す
る工程と, 該導電性薄膜(6)の表面の一部領域を表出しかつその
他の領域を被覆するエッチング用マスクパターン(7)
を形成する工程と, 該基板(1)温度を250℃以上に保持して行う,四塩
化珪素(SiCl4 )及び窒素(N)に炭素化合物ガス
を添加した混合ガスのプラズマを用いた反応性イオンエ
ッチングにより,該導電性薄膜(6)の表出する領域を
除去して該エッチング用マスクパターン(7)を該導電
性薄膜(6)に転写する工程とを有することを特徴とす
る銅薄膜のエッチング方法。 - 【請求項3】 基板(1)上に,銅若しくは銅を主成分
とする銅合金からなる銅層(4)及び該銅層(4)を含
む薄膜の内の何れかからなる導電性薄膜(6)を形成す
る工程と, 該導電性薄膜(6)の表面の一部領域を表出しかつその
他の領域を被覆するエッチング用マスクパターン(7)
を形成する工程と, 四塩化珪素(SiCl4 )及び窒素(N)に,四塩化炭
素(CCl4),メタン(CH4),及びプロパン(C2H6)のうちの少
なくとも一つを添加した混合ガスのプラズマを用いた反
応性イオンエッチングにより,該導電性薄膜(6)の表
出する領域を除去して該エッチング用マスクパターン
(7)を該導電性薄膜(6)に転写する工程とを有する
ことを特徴とする銅薄膜のエッチング方法。 - 【請求項4】 基板(1)上に,銅若しくは銅を主成分
とする銅合金からなる銅層(4)及び該銅層(4)を含
む薄膜の内の何れかからなる導電性薄膜(6)を形成す
る工程と, 該導電性薄膜(6)の表面の一部領域を表出しかつその
他の領域を被覆するエッチング用マスクパターン(7)
を形成する工程と, 容積比で3%〜20%の四塩化炭素と残りが四塩化珪素
及び窒素からなる混合ガスのプラズマを用いた反応性イ
オンエッチングにより,該導電性薄膜(6)の表出する
領域を除去して該エッチング用マスクパターン(7)を
該導電性薄膜(6)に転写する工程とを有することを特
徴とする銅薄膜のエッチング方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5113542A JPH06326059A (ja) | 1993-05-17 | 1993-05-17 | 銅薄膜のエッチング方法 |
| US08/449,340 US5578166A (en) | 1993-05-17 | 1995-05-24 | Method of reactive ion etching of a thin copper film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5113542A JPH06326059A (ja) | 1993-05-17 | 1993-05-17 | 銅薄膜のエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06326059A true JPH06326059A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=14614959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5113542A Pending JPH06326059A (ja) | 1993-05-17 | 1993-05-17 | 銅薄膜のエッチング方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5578166A (ja) |
| JP (1) | JPH06326059A (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05152293A (ja) * | 1991-04-30 | 1993-06-18 | Sgs Thomson Microelectron Inc | 段差付き壁相互接続体及びゲートの製造方法 |
| JPH08129360A (ja) * | 1994-10-31 | 1996-05-21 | Tdk Corp | エレクトロルミネセンス表示装置 |
| US6853083B1 (en) * | 1995-03-24 | 2005-02-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin film transfer, organic electroluminescence display device and manufacturing method of the same |
| US6004473A (en) * | 1997-06-13 | 1999-12-21 | International Business Machines Corporation | Magnetic write head having a coil with submicron pitch |
| KR100445060B1 (ko) * | 1997-06-30 | 2004-11-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체장치의금속배선형성방법 |
| US6010603A (en) | 1997-07-09 | 2000-01-04 | Applied Materials, Inc. | Patterned copper etch for micron and submicron features, using enhanced physical bombardment |
| US6008140A (en) | 1997-08-13 | 1999-12-28 | Applied Materials, Inc. | Copper etch using HCI and HBr chemistry |
| JP2003526191A (ja) * | 1997-08-13 | 2003-09-02 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 半導体デバイス用銅エッチング方法 |
| TWI246633B (en) | 1997-12-12 | 2006-01-01 | Applied Materials Inc | Method of pattern etching a low k dielectric layen |
| US6143476A (en) * | 1997-12-12 | 2000-11-07 | Applied Materials Inc | Method for high temperature etching of patterned layers using an organic mask stack |
| US5968847A (en) * | 1998-03-13 | 1999-10-19 | Applied Materials, Inc. | Process for copper etch back |
| US6057230A (en) * | 1998-09-17 | 2000-05-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Dry etching procedure and recipe for patterning of thin film copper layers |
| US6274499B1 (en) | 1999-11-19 | 2001-08-14 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Method to avoid copper contamination during copper etching and CMP |
| US6461971B1 (en) | 2000-01-21 | 2002-10-08 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Method of residual resist removal after etching of aluminum alloy filmsin chlorine containing plasma |
| TW504792B (en) * | 2001-04-06 | 2002-10-01 | United Microelectronics Corp | Method to form metal fuse |
| KR100464430B1 (ko) * | 2002-08-20 | 2005-01-03 | 삼성전자주식회사 | 하드 마스크를 이용한 알루미늄막 식각 방법 및 반도체소자의 배선 형성 방법 |
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| ITMI20111127A1 (it) | 2011-06-21 | 2012-12-22 | Artes Ingegneria S P A | Metodo e sistema modulare per la sterilizzazione di acque di zavorra |
| US9452926B1 (en) | 2012-07-30 | 2016-09-27 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | Dopant selective reactive ion etching of silicon carbide |
| 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 |
| CN104459852B (zh) * | 2013-09-22 | 2017-02-01 | 清华大学 | 金属光栅的制备方法 |
| US10170361B2 (en) | 2014-05-28 | 2019-01-01 | International Business Machines Corporation | Thin film interconnects with large grains |
| JP6761166B2 (ja) * | 2015-07-23 | 2020-09-23 | セントラル硝子株式会社 | ウェットエッチング方法及びエッチング液 |
| KR102403619B1 (ko) * | 2017-09-18 | 2022-05-30 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 및 그 제조 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP0133621B1 (de) * | 1983-08-02 | 1988-03-30 | Ibm Deutschland Gmbh | Verfahren zum Trockenätzen von Kupfer und seine Verwendung |
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| US4838994A (en) * | 1987-06-26 | 1989-06-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for structuring a copper and/or permalloy layer by means of dry etching |
| JP2544396B2 (ja) * | 1987-08-25 | 1996-10-16 | 株式会社日立製作所 | 半導体集積回路装置の製造方法 |
| JPH01308028A (ja) * | 1988-06-07 | 1989-12-12 | Fujitsu Ltd | 銅もしくは銅合金電極配線の形成方法 |
| EP0433983B1 (en) * | 1989-12-20 | 1998-03-04 | Texas Instruments Incorporated | Copper etch process using halides |
| JPH04225525A (ja) * | 1990-12-27 | 1992-08-14 | Sony Corp | ドライエッチング方法 |
| US5318666A (en) * | 1993-04-19 | 1994-06-07 | Texas Instruments Incorporated | Method for via formation and type conversion in group II and group VI materials |
-
1993
- 1993-05-17 JP JP5113542A patent/JPH06326059A/ja active Pending
-
1995
- 1995-05-24 US US08/449,340 patent/US5578166A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5578166A (en) | 1996-11-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020108 |