JPH08298258A - ドライエッチング装置及びドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体基板１上のアルミニウム合金配線２を形
成するために、ドライエッチングする場合に、配線２
が、側壁に付着した残存塩素と大気中の水分との反応に
よって腐食されるのを防ぐ。 【構成】半導体基板１上にドライエッチングにより電極
配線４を形成し、次に真空保管処理を行い、更にその後
半導体基板１に真空状態のまま赤外線を照射する。これ
により、電極配線４の側壁に残存した塩素系付着物５を
揮発させる。これにより、電極配線４の側壁には残存塩
素が無い状態となり、電極配線４に発生するアフターコ
ロージョンを防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング装置
及びドライエッチング方法に関し、特に半導体基板上の
配線を微細加工するためのドライエッチング手段とその
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体集積回路の高集積化に伴
い、半導体基板上に形成され微細配線の信頼性が重要と
なってきている。一般に半導体装置の配線材料として
は、アルミニウム（Ａｌ）が用いられるが、配線が微細
化するにつれて各種のマイグレーションが問題となって
きている。その抑制のためには、アルミニウムに数％の
銅を添加することが知られており、すでに実用化されて
いる。しかし、銅添加アルミニウムは微細加工する上で
数多くの問題をかかえており、その最も大きなものとし
て、ドライエッチングによるパターニング後の配線の腐
食（以下アフタコロージョンと称す）が報告されてい
る。

【０００３】例えば、重量比０．５％の銅添加アルミニ
ウム合金（以下Ａｌ−０．５％Ｃｕと称す）を半導体集
積回路の配線材料に用いた第１の従来技術を工程順に示
した図２（ａ）乃至（ｄ）の断面図を用いて説明する。

【０００４】まず図２（ａ）において、半導体基板１の
主表面上にＡｌ−０．５％Ｃｕの合金膜２をスパッタ法
により被着し、その表面にリソグラフィー工程により、
所定形状のフォトレジスト膜３を形成する。

【０００５】次に図２（ｂ）に示す様に、フォトレジス
ト膜３をマスクとして、合金膜２を反応性イオンエッチ
ング法によりドライエッチングを行ない、電極配線４を
形成する。ここで用いられるドライエッチングでは、三
塩化ホウ素（ＢＣｌ₃ ）と塩素（Ｃｌ₂ ）にフロン系ガ
ス（例えばＣＦ₄ 又はＣＨＦ₃ ）を小量添加した混合ガ
スが一般的に用いられる。この場合、エッチング後に電
極配線４の側壁及びフォトレジスト膜３に塩化アルミニ
ウム（ＡｌＣｌ₃ ）や塩素（Ｃｌ₂ ）等の付着物（以下
塩素系付着物と称す）５が残存している。

【０００６】次に図２（ｃ）に示す様に、半導体基板１
にフロン系ガス（例えばＣＨＦ₃ ）によるプラズマ処理
を行い、さらに電極配線４を大気中の水分との隔絶をは
かるために、表面にパッシベーション膜６を成長させ
る。ちなみに、この後のパッシベーション膜に関する技
術として米国特許第４３２５９４等がある。この場合
は、電極配線４の側壁に主として塩素系付着物５が残存
している。

【０００７】次に図２（ｄ）に示す様に、付着物５の残
存塩素を気化させて取り除くために、加熱処理を行う。

【０００８】また、アフターコロージョンの発生を防止
する第２の従来技術として、特開平４−３６４８５号公
報を参照すると、半導体基板上のアルミニウムまたは含
アルミニウム合金薄膜のドライエッチングにおいて、プ
ラズマ反応室を少なくとも２つ有するエッチング装置を
用い、第１の反応室内でフォトレジスト・パターンをマ
スクとして、塩素系ガスを用いてドライエッチングを行
なった後に、前記半導体基板を真空中に搬送して、前記
第１の反応室とは異なる第２の反応室内で、酸素ガスを
用いたプラズマによるレジスト除去処理と前記半導体基
板の温度を２００℃以上に加熱する処理とを行うことを
特徴とする製造方法が記載されている。

【０００９】また第３の従来技術として、特開平３−２
８０５３５号公報を参照すると、プラズマを発生させる
手段を備えたアッシング室と、ウェハを所定の温度まで
加熱する手段を備えた加熱室と、真空下で上記３空間に
ウェハを搬送する搬送手段とを備えたドライエッチング
装置が記載されている。

【００１０】さらに第４の従来技術として、特開平２−
１３５７３２号公報を参照すると、エッチング処理の終
ったシリコン基板の正常化方法に、ホットプレート加熱
と紫外線照射とを併用する技術が記載されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た第１の従来技術のドライエッチング方法は、アルミニ
ウム合金のパターニング後において電極配線の側壁に塩
化アルミニウムや塩素等が残存しているために、それが
大気中の水分と反応し塩化水素（ＨＣｌ）となり、アル
ミニウム合金の電極配線４にアフターコロージョンが発
生してしまうという欠点がある。このアフターコロージ
ョンは、配線４の断線の原因ともなり、製品の信頼性を
低下させる大きな原因となっている。即ち、電極配線４
の側壁に残存している塩素を十分に取り除くのは困難で
ある。このため、アフターコロージョンの発生を問題の
ない程度まで低減させることは困難であった。

【００１２】上述した第２の従来技術によれば、反応室
を少なくとも２つ必要とすること、真空中を搬送する設
備を必要とすることや、あらかじめプラズマによるレジ
スト除去処理とする事により、製造設備が複雑となり、
製造工程も簡単ではないという問題点がある。

【００１３】また第３の従来技術によれば、ウェハ上の
レジストは、アッシング室内で酸素プラズマにより剥離
された後に、ランプにより加熱されて、残留塩素を気化
しているが、やはり上述した第２の従来技術と共通した
問題点がある。

【００１４】さらに第４の従来技術によれば、ＡｌＣｌ
₃ の残留物減少率が低いという問題点や、紫外線である
ため短時間で内部の塩素を除去できないという問題点も
あった。

【００１５】以上のような諸問題に鑑み、本発明では次
の各課題を掲げる。 （１）残存している塩素系成分を極力除去して、アフタ
ーコロージョンの発生を問題のない程度にまで低減させ
ること。 （２）製造工程を複雑とせず、簡単な手段で確実に作用
するものとすること。 （３）前工程でプラズマによるレジスト除去処理がなく
とも、アフターコロージョンの発生を効果的に防止でき
ること。 （４）塩素系残留物の減少率を向上すること。 （５）パッシベーション膜を形成しなくとも済むように
すること。 （６）水分付着を極力防止すること。 （７）信頼性の高い電極配線を形成すること。 （８）半導体基板内に形成された回路機能に悪影響を及
ぼすような工程を追加しないこと。 （９）信頼性の高い半導体装置として、供給できるよう
にすること。 （１０）短時間で塩素系付着物を除去できるようにする
こと。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
半導体基板の主表面上に形成したアルミニウムまたはア
ルミニウム合金膜を、所定の形状にパターンニングした
フォトレジスト膜をマスクとして、露出した部分の前記
アルミニウムまたはアルミニウム合金膜をエッチングす
るチャンバを備えたドライエッチング装置において、エ
ッチング後の前記半導体基板を真空中に保管する処理手
段と赤外線を照射する照射手段とを、前記チャンバ内に
備えたことを特徴とする。

【００１７】本発明の第２の構成は、半導体基板の主表
面上に形成したアルミニウムまたはアルミニウム合金膜
を、所定の形状にパターンニングしたフォトレジスト膜
をマスクとして、エッチングする工程を備えたエッチン
グ方法において、エッチング後の前記半導体基板を真空
中に保管する処理工程と、赤外線を照射する照射工程と
を設けたことを特徴とする。

【００１８】特に前記処理工程と、前記照射工程とを同
時に施すことを特徴とする。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例を工程順に示す図１
（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照すると、まず（ａ）にお
いて、半導体基板１の主表面上に、一様に〔Ａｌ−０．
５％Ｃｕ〕の合金膜２がスパッタ法等により、略１．０
μｍの厚さで形成される。この表面に、リソグラフィー
工程により、所望形状の微細パターンのフォトレジスト
膜３が形成される。ここで、図示はしていないが、半導
体基板１には、すでに所望の回路機能が形成されてお
り、合金膜２は適宜半導体基板１内の半導体領域と電気
的に接続されている部分もある。

【００２０】次に（ｂ）に示す様に、フォトレジスト膜
３をマスクとして、合金膜２を反応性イオンエッチング
法により、ドライエッチングを行い、露出した部分の合
金膜２を除去して、電極配線４を形成する。この際のド
ライエッチング条件は、三塩化ホウ素のガスＢＣｌ₃ ：
１００Ｓｃｃｍ，塩素Ｃｌ₂ ：２０Ｓｃｃｍ，ＣＦ₄ ：
２０Ｓｃｃｍ，圧力２５ｍＴｏｒｒ，ＲＦパワー：１０
００Ｗとした。

【００２１】次に（ｃ）に示す様に、（ｂ）のドライエ
ッチング終了後、同一エッチングチャンバ内において、
真空保管処理（ガス流量：０．０Ｓｃｃｍ，圧力：０．
０ｍＴｏｒｒ，ＲＦパワー：０．０Ｗ）を行い、次に上
記真空状態を保ったまま、半導体基板１の表面上から赤
外線を１分間以上照射して、特に電極配線４の側壁に付
着している塩素系の付着物５を取り除く。この（ｃ）の
工程では、フォトレジスト膜３は付着した状態で行うた
め、別にチャンバ等を用意する必要もなく、極めて簡単
に除去でき、アフターコロージョンの発生を防止でき
る。

【００２２】この次の工程において例えば酸素ガスによ
るプラズマ処理のみでフォトレジスト膜３の除去が可能
となる。この点は、パッシベーション膜を成長させてい
た従来例と比較して、レジスト除去が容易である。

【００２３】コロージョンの発生に関しては、水（Ｈ₂
Ｏ）と塩素（Ｃｌ₂ ）とが必要不可欠である。水分は雰
囲気より、塩素は配線加工過程にて付着した残留塩素分
より供給される。そこで、上述した真空保管状態では、
配線をとりまく雰囲気のＨ₂Ｏ分圧を下げることができ
ると共に、吸着した塩素の蒸発（脱離）を促す作用が強
い。従って、コロージョンの発生を抑制することができ
る。

【００２４】従来例では、半導体基板を大気中で３０分
間放置するとアフターコロージョンが発生していたが、
この実施例によれば、１６８時間以上経過してもアフタ
ーコロージョンの発生は見られなくなった。また、この
実施例では、従来行っていたドライエッチング後のフロ
ン系ガスによるプラズマ処理を行わずにコロージョンの
発生を防止することができる。

【００２５】なお、この実施例では、ドライエッチング
を行う際の条件として、上述した通りであるが、この他
にガスについては、塩素系とフロン系との混合ガスであ
ればよく、また圧力：１０ｍＴｏｒｒ乃至２Ｔｏｒｒ，
ＲＦパワー：２００Ｗ乃至２０００Ｗでもよい。

【００２６】また、真空保管処理及び赤外線照射の時間
は、少なくとも１分以上であればよく、処理時間通を考
慮して適当な時間に設定すればよい。

【００２７】また、この実施例では、真空保管処理を行
った後に赤外線照射を行ったが、この外に真空保管処理
と赤外線照射とを同時に行ってもよく、この場合は極め
て短時間に処理ができる。

【００２８】塩素の脱離速度は、結合の切断と拡散の２
つのパラメータにより決まる。この実施例によれば、塩
素の吸着エネルギを上回る熱エネルギを赤外線により供
給すると共に、拡散効果を促進すべく真空中にてプロセ
スを行うことを特徴としている。即ち、エネルギーの供
給又は真空保管のみでは、塩素の脱離過程が、結合の切
断あるいは拡散のいずれかに依存してしまい、十分な脱
離速度が得られない。以上から、上述したように真空状
態と赤外線照射との相乗効果が期待できる。

【００２９】尚、この実施例では、被エッチング膜とし
て、Ａｌ−０．５％Ｃｕの合金膜を選んだが、アルミニ
ウム膜，またはＡｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ，Ａｌ−
Ｓｉ−Ｔｉなどの含アルミニウム合金膜をドライエッチ
ングする場合も共通した効果を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、アルミ
ニウム合金膜のドライエッチによるパターニング後に、
真空保管処理を行い、あるいはそのまま直接真空状態の
まま赤外線を照射することにより、アフターコロージョ
ンの原因となる塩素系付着物を十分に取り除くことがで
きるため、本来の目的のアフターコロージョンの発生を
防止できるという効果だけでなく、上述した（１）乃至
（９）の各課題をことごとく達成できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の一実施例を工程順
に示した断面図である。

【図２】（ａ）乃至（ｄ）は従来のエッチング工程を工
程順に示した断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 合金膜 ３ フォトレジスト膜 ４ 電極配線 ５ 塩素系付着物 ６ パッシベーション膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の主表面上に形成したアルミ
   ニウムまたはアルミニウム合金膜を、所定の形状にパタ
   ーンニングしたフォトレジスト膜をマスクとして、露出
   した部分の前記アルミニウムまたはアルミニウム合金膜
   をエッチングするチャンバを備えたドライエッチング装
   置において、 エッチング後の前記半導体基板を真空中に保管する処理
   手段と赤外線を照射する照射手段とを、前記チャンバ内
   に備えたことを特徴とするドライエッチング装置。
2. 【請求項２】 半導体基板の主表面上に形成したアルミ
   ニウムまたはアルミニウム合金膜を所定の形状にパター
   ンニングしたフォトレジスト膜をマスクとして、エッチ
   ングする工程を備えたドライエッチング方法において、
   エッチング後の前記半導体基板を真空中に保管する処理
   工程と、赤外線を照射する照射工程とを設けたことを特
   徴とするドライエッチング方法。
3. 【請求項３】 前記処理工程と、前記照射工程とを同時
   に施す請求項２記載のドライエッチング方法。