JPH0786249A - ドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング方法

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JPH0786249A
JPH0786249A JP5231268A JP23126893A JPH0786249A JP H0786249 A JPH0786249 A JP H0786249A JP 5231268 A JP5231268 A JP 5231268A JP 23126893 A JP23126893 A JP 23126893A JP H0786249 A JPH0786249 A JP H0786249A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】アルミニウム系膜を含む膜構造のエッチング処
理において、微細加工性及び高選択性をあわせもったエ
ッチング処理を行う。 【構成】アルミニウム系膜を含む膜構造のウエハをハロ
ゲン系ガスと塩素を含まないフロン系ガスとの混合ガス
のプラズマによりエッチング処理する。また、高周波電
力の印加によりバイアス電圧を生じさせウエハへのプラ
ズマ中のイオンの入射エネルギーを制御可能な試料台に
前記膜構造のウエハを配置し、前記混合ガスをマイクロ
波電界と磁界との作用を用いて減圧下でプラズマ化し、
該プラズマによってエッチング処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング方法に
係り、特に半導体製造工程のアルミニウム合金及びアル
ミニウム合金膜と他の材料とからなる多層膜の微細加工
技術に好適な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】従来の方法は、例えば特開平2−715
19号公報に記載のようにアルミニウム,アルミニウム
合金等のエッチングに用いられるガスとして、BCl3
+Cl2,BCl3+Cl2+N2が知られている。
【0003】BCl3+Cl2の混合ガスはエッチング速
度を向上させるために用いられ、BCl3+Cl2+N2
の混合ガスはさらに異方性を向上させるために用いられ
ていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、アル
ミニウム系膜は塩素ラジカルとの化学反応によってエッ
チングされるため、異方性形状を得るために側壁保護成
分としてマスク材からの反応生成物,及びアルミニウム
系膜そのものからの反応生成物を利用する形となってい
た。このため、デバイスの高集積化に伴い微細化が進ん
でくるとエッチングされる部分に供給される側壁保護成
分が不足し異方性形状の確保が困難となり、一方、マス
ク材は薄くなる方向に有るため、エッチング工程では異
方性形状を維持しながらマスク材のエッチング速度を抑
制し、対マスク材選択比を向上しなければならないとい
う問題があった。従来技術を用いてデバイスの微細化に
対応しようとすると、図4に示すようにサイドエッチン
グが無く異方性形状を得るにはイオンエネルギーの増大
によるスパッタ効果によりマスク材からの反応生成物を
増加させる方法がある。しかしながらアルミニウム合金
膜エッチング速度とマスク材エッチング速度の比(以下
選択比とする)が低下し前述の要請に相反するという問
題があった。
【0005】本発明の目的は、アルミニウム系膜のエッ
チングにおいて、微細加工性及び高選択性をあわせもっ
たエッチングを行うことができるドライエッチング方法
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意実験
を重ね、その結果、従来のハロゲン系ガスにCH22
スを混合することにより、図3に示すように、サイドエ
ッチングなく、かつ選択比の低下もないエッチングが行
えることを見出した。
【0007】上記目的は、アルミニウム系膜を含む膜構
造のウエハをハロゲン系ガスと塩素を含まないフロン系
ガスとの混合ガスのプラズマによりエッチング処理する
ことにより達成される。
【0008】また、上記目的は、高周波電力の印加によ
りバイアス電圧を生じさせウエハへのプラズマ中のイオ
ンの入射エネルギーを制御可能な試料台にアルミニウム
系膜を含む膜構造のウエハを配置し、ハロゲン系ガスと
塩素を含まないフロン系ガスとの混合ガスをマイクロ波
電界と磁界との作用を用いて減圧下でプラズマ化し、該
プラズマによってウエハを処理することにより、達成さ
れる。
【0009】
【作用】本発明の作用を以下に示す。ハロゲン系ガスに
よりアルミニウム系材料をエッチングし、また塩素を含
まないフロン系ガスによりアルミニウム側壁保護膜の形
成を行う。従来のハロゲン系ガスによるエッチングでは
異方性形状を得るために側壁保護成分としてマスク材か
らの反応生成物、及びアルミニウム系膜そのものからの
反応生成物を利用していたが、微細化が進んでくるとこ
れらの側壁保護成分が供給不足となる。側壁保護成分を
増加させる手段として、マスク材のエッチング速度を増
大し、マスク材からの反応生成物を増やすことにより異
方性形状を確保することはできるが、一方ではマスク材
のパターニングを行なう工程では微細化が進むにつれて
マスク材膜厚は薄くなる方向に有り前述の要請と相反す
る。本発明では塩素を含まないフロン系ガスにより側壁
保護膜形成成分を供給することによりアルミニウム系材
料の膜をパターン密度や寸法等に関係なく好適なエッチ
ング処理することができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図3によ
り説明する。図1は本発明によりエッチング処理された
被エッチング膜が構成されるウエハの断面状態を示す一
実施例であり、シリコン基板4上に絶縁膜である下地酸
化膜3(例えば、SiO2膜)を形成し、その上にアル
ミニウム系材料で成る被エッチング膜、この場合、例え
ば、Al−Si−Cuで成るアルミニウム合金膜2を形
成し、その上にスペースサイズが異なる間隔(W1,W
2)でパターニングされたマスク1を形成した構造とな
っており、アルミニウム合金膜2がマスク1に沿ってエ
ッチングされた状態を示す。
【0011】図1に示した被エッチング材であるウエハ
のエッチング処理は、図2に示すような、この場合、マ
イクロ波電界と磁界との作用を用いてエッチングガスを
プラズマ化するマイクロ波エッチング装置を用いて行う
ことができる。装置構成を簡単に説明すると、処理室1
0の上部には石英製の放電管14が設けてあり、真空処
理室を形成している。処理室10には真空処理室内にエ
ッチング用ガスを供給するガス供給源(図示省略)につ
ながるガス供給口15が設けてあり、また真空排気装置
(図示省略)につながる排気口16が設けてある。処理
室10には被エッチング材であるウエハ13を配置する
試料台11が設けてある。試料台11には高周波電源1
2が接続してあり、試料台11に高周波電力を印加可能
になっている。放電管14の外側には放電管14を囲ん
で導波管17が設けてあり、さらにその外側には放電管
14内に磁界を発生させるソレノコイドコイル19が設
けてある。導波管17の端部にはマイクロ波を発振する
マグネトロン18が設けてある。
【0012】このような構成による装置ではガス供給口
15から真空処理室内にエッチング用処理ガスを供給す
るとともに真空処理室内を所定の圧力に減圧,排気し、
導波管17によってマグネトロン18からのマイクロ波
を放電管10内に導入するとともにソレノイドコイル1
9によって磁界を形成し、マイクロ波の電界とソレノイ
ドコイル19による磁界との作用によって放電管14内
の処理ガスをプラズマ化する。さらに高周波電源12に
よって試料台11に高周波電力を印加し、バイアス電圧
を生じさせ、プラズマ中のイオンをウエハ13側に引き
込み異方性エッチングを行わせるようにしている。
【0013】図2に示す装置を用い、図1に示すアルミ
ニウム合金のエッチングを行なったとき、エッチング用
の処理ガスとしてBCl3,Cl2にCH22を加えてい
くと図3のような特性が得られた。即ち、BCl3とC
2との混合ガスから成る条件においては側壁保護成分
の不足によりアルミニウム合金側壁にサイドエッチング
を生じるがCH22ガスを混合すると添加量3%程度で
異方性形状を得ることができた。また、このときマスク
材との選択比はほぼ一定であった。このようにエッチン
グ用の処理ガスとして、BCl3,Cl2,CH22の混
合ガスを用いることによりCH22ガスを加えない場合
に比べアルミニウム合金膜のエッチング速度では従来比
1.5倍,マスク材とアルミニウム合金膜との選択比で
は1.3倍,および異方性形状を得ることができた。
【0014】なお、本装置を用いての処理は、処理圧力
が5〜30mTorr、マイクロ波パワーが500〜1
400W、イオンの入射エネルギーを与えるための高周
波電力値が50〜200Wという範囲で特に効果的であ
った。
【0015】また、混合ガスとしてのBCl3,Cl2
CH22は、この場合、各々の流量がBCl3:40〜
200ml/sec,Cl2:60〜300ml/se
c,CH22:3〜30ml/secの範囲で効果的で
あり、6インチウエハの処理時に比べ8インチウエハの
処理時には供給量をそれぞれ多くすると良い。
【0016】また、本一実施例では、アルミニウム系材
料としてアルミニウム合金を例に説明したが、この他に
アルミニウムまたはアルミニウム合金とバリアメタル
(例えばTiN/Ti,W,TiW等)との多層膜アル
ミニウム合金膜であっても同様の効果がある。
【0017】また、本一実施例では、ハロゲン系ガスと
してBCl3,Cl2を用いたガスで説明したが、この他
にHBr,Br2またはBBr3等のガスであっても良
い。また、本一実施例では塩素を含まないフロン系ガス
として、CH22を用いたガスで説明したが、この他に
CF4,CHF3,CH3FまたはCH4等のガスであって
も良い。
【0018】さらに、本一実施例では処理ガスのプラズ
マを発生させる方法として、マイクロ波電界と磁界との
作用を用いたものについて説明したが、プラズマの発生
方法としてこれに限られるものではなく、周知の、例え
ば、平行平板電極を用いたもの,高周波コイルを用いた
もの,その他誘導エネルギを用いたもの等種々のプラズ
マ発生装置が適用できることは言うまでもない。
【0019】
【発明の効果】本発明はアルミニウム系膜構造のウエハ
をハロゲン系ガスと塩素を含まないフロン系ガスとの混
合ガスのプラズマを用いてエッチング処理することによ
り、アルミニウム系膜構造のウエハをパターン密度及び
寸法等に関係なく良好なエッチング形状を確保し、ま
た、アルミニウム系材料の膜とマスク材の選択性を上げ
てエッチング処理することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるドライエッチング方法
により処理した被エッチング面を示す断面図である。
【図2】本発明のドライエッチング方法を実施するため
の装置の一例を示すマイクロ波エッチング装置の構成図
である。
【図3】本発明の一実施例であるハロゲン系ガスに混合
するCH22流量とサイドエッチ量及び選択比の関係を
示す図である。
【図4】従来技術によるサイドエッチ量及び選択比とイ
オンエネルギーとの関係を示す図である。
【符号の説明】
1…マスク、2…アルミニウム合金膜、3…下地酸化
膜、4…シリコン基板、10…処理室、11…試料台、
12…高周波電源、13…ウエハ、14…放電管、15
…ガス供給口、16…排気口、17…導波管、18…マ
グネトロン、19…ソレノイドコイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武居 秀則 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウムを含む膜のウエハをハロゲン
    系ガスと塩素を含まないフロン系ガスとの混合ガスのプ
    ラズマによってエッチング処理することを特徴とするド
    ライエッチング方法。
  2. 【請求項2】前記アルミニウムを含む膜は、アルミニウ
    ムまたはアルミニウム合金またはアルミニウム合金とそ
    の他の膜から構成される多層膜である請求項1記載のド
    ライエッチング方法。
  3. 【請求項3】前記アルミニウム合金は、アルミニウムと
    シリコンおよび/または銅またはパラジウムからなる合
    金である請求項2記載のドライエッチング方法。
  4. 【請求項4】前記その他の膜は、チタンナイトライド,
    チタン,チタンタングステン,タングステン,シリコ
    ン,タングステンシリサイドのうち、1つまたは2つ以
    上からなる請求項2記載のドライエッチング方法。
  5. 【請求項5】前記ハロゲン系ガスは、BCl3,Cl2
    HBr,Br2またはBBr3のうち1つまたはこれらの
    組合せである請求項1記載のドライエッチング方法。
  6. 【請求項6】前記塩素を含まないフロン系ガスはC
    4,CHF3,CH22,CH3FまたはCH4のうち1
    つまたはこれらの組合せである請求項1記載のドライエ
    ッチング方法。
  7. 【請求項7】高周波電力の印加によりバイアス電圧を生
    じさせ、ウエハへのプラズマ中のイオンの入射エネルギ
    ーを制御可能な試料台にアルミニウム系膜を含む膜構造
    のウエハを配置し、ハロゲン系ガスと塩素を含まないフ
    ロン系ガスとの混合ガスをマイクロ波電界と磁界との作
    用を用いて減圧下でプラズマ化し、該プラズマによって
    前記ウエハを処理することを特徴とするドライエッチン
    グ方法。
  8. 【請求項8】前記減圧下の状態は5〜30mTorrと
    し、前記マイクロ波パワーは500〜1400Wとし、
    前記イオンの入射エネルギーを与えるための高周波電力
    値を50〜200Wとする請求項7記載のドライエッチ
    ング方法。
  9. 【請求項9】前記混合ガスはBCl3,Cl2,CH22
    の混合ガスとし、各々の流量はBCl3:40〜200
    ml/sec,Cl2:60〜300ml/sec,CH2
    2:3〜30ml/secであり、6インチウエハの処
    理時に比べ8インチウエハの処理時の供給量をそれぞれ
    多くする請求項7記載のドライエッチング方法。
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