JPS59134833A - アルミニウムおよびアルミニウム合金をプラズマエツチングするための材料および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に云えば、半導体集積回路の製造に使用
される材料から成る層をプラズマエツチングするための
反応性ガス混合物および上言ｅ、の女口き材料をプラズ
マエツチングする方法に関する。

更に詳しく云えば、本発明を家主構成要素としてアルミ
ニウムを有する導電性材料層をプラズマエツチングする
方法および該方法で使用する反応性のプラズマガス混合
物に関する。

導電体−絶縁体一半導体電界効果形１ラン・ゾスタ（Ｃ
ＩＳＦＥＴ）　　装置およびノ悩？−ラトランジスタ装
置を製造する集積回路（ＩＣ）技術で（ｉ、各々の半導
体チップ上に多数の個々のトランジスタおよび関連する
回路袂素（例えば夕゛イオード、レジスタおよびキャノ
ｊシタ）が形成される。し力）して、多数の同一のチッ
プは、単一の半導体ウニノ・−上に同時に形成され、該
半導体ウニノ・−（ま、一般に一連の個々の処理操作お
よびｉＭソチ式処理操作により他の同じウニノ・−とと
もに処理される。逝去数年間の間に、個々のＩＣチップ
上への装置を外積する技術のレベルは顕著に上昇してい
る。装置集積のレベルを向上させた重要な要因はリング
ラフィ技術とエツチング技術における改浪であり、これ
ら両技術はすべての半導体ＩＣ製造方法の心臓部となっ
ている。

過去数年間にわたるホトリソグラフィーの改世によって
、ホトリソグラフィーの最小の線図サイズ（ｍｉｎｉｍ
ｕｍ　ｐｈｏｔｏｌｌｔｈｏｇｒａｐｈｙ　ｆｅａｔｕ
ｒｅ　５ｌｚｅ）がかなり減少している。ポジのホトレ
ジスト材料、電子ビームを使用する高解像性ホトマスク
パターン発生装置、およびプロジェクションマスクアラ
イメントおよびレジスト露光装置の発達によってホトリ
ソグラフィーの最小の線図サイズは７．０〜２．５　ミ
クロンの範囲に減少している。更に最近では、ホトリソ
グラフィーの最小の線図サイズをサブミクロンの寸法に
低下させることが見込まれるイオンビームリソグラフィ
ー装置およびＸ線リソグラフィー装置の開発に対する努
力が為されている。

ＩＣ装置の密度は使用したリソグラフィー技術の解像性
（すなわちホトリソグラフィー最小線図サイズ）により
主として決定されるが、レジスト層中に形成された高解
像性のマスクパターンか、採用したエツチング技術によ
り半導体ウエノ・−上の下層中に正硲に且つ町現性をも
って初層されない場合は、リソグラフィーの解像性を改
良しても有効に利用することはできない。現在利用でき
る光学的ホ）　ＩＪソゲラフイー技術の解像性は、湿式
の化学エツチング方法では有用に利用することができず
、この理由は、ノ等ターン化したホトレジスト層の下の
材料層の鉛量部分に対して液状のエツチング剤の化学的
作用が本来的に等方性であるからである。丈に、液体の
表面張力効果のために、湿式の化学エツチング剤がホト
レジスト層中の７〜７．５ミクロンの開口中に浸透する
のは内紛である。更に、選択的なエツチングを有するの
でやむを得ず使用する湿式の化学エツチング剤の中には
、高毒性と酸焼けの可能性があるため危険なものもある
。

従って、多くの研究開発はプラズマエツチング技術（ド
ライエツチング技術とも称される）の開発に向けられて
いる。プラズマエツチング技術は一般的には、方向性エ
ツチング（すなわち異方性エツチング）を改善すること
が可能であるとともに大いに安全であり、プラズマエツ
チング装置は一般的に密閉反応室を使用するので作業者
が危険な薬剤に窮されることが無い。

２種の基本的なタイプのプラズマエツチング技術は、本
発明と同一人の出願に係る米国特許出願第３　／　衣／
　３３号明細書（発明の名称；ケ゛イ素の酸化物および
窒化物をプラズマエツチングするための材料および方法
、出勤日７９ｇ／年７０月２ｚ日）に記載されているの
で、参考として言及しておく。種々のタイプのプラズマ
エツチング方法のなかで、ホトレジストパターンの高い
解像性の複製を達成するには反応性イオンエツチング方
法が好ましい方法であると考えられている。

第１図は、米国カルフォルニア州、サンタクララのアゾ
ライド・マデアリアルズ（Ａｐｌ　Ｉ　ｌｅｄ　Ｍａｔ
ｅ−ｒｌａｌｓ）　、　Ｉｎｃ、が市販している反応性
イオンエツチング装置１０を図解的に示している。この
反応性イオンエツチング装ｆ１１０は、円筒状反応室２
０およびＲＦ供給源２３に連結している六角形［ｗ１２
１を利用している。排出口２４は反応室２０の内部と真
空ポンプ゛（図示なし）との間を連結している。反応室
２０の壁と基板２２とが、接地した陽極を形成している
。ガス供給源２６かもの反応性ガスの供給は入口２５お
よび導管装置（図示なし）を通って室の頂部のガス分配
リング２７に至り室２０の内部に連結している。このタ
イプの反応性イオンエツチング装置は本発明方法を実施
するための好ましい装置である。

湿式化学エツチング方法の欠点および反応性イオンエツ
チング方法により得られる改良点は添附図面の第２〜５
図に示されている。第２図および第３図は湿式化学エツ
チング技術の等方性を一般的に説明している。第７図お
よび第５図は反応性イオンエツチング方法（これは反応
性スノ？ツタエツチング方法またはイオン補助エツチン
グ方法とも称されている）の目的である異方性（方向性
）エツチング特性を一般的に説、明している。

第２図は、半導体ウェハー３０の上部表面に形成した絶
縁材料層３１を有し且つアルミニウム被覆層３５を有す
る半導体ウェハー３０を示している。アルミニウム層３
５の上にはホトレジスト層４０があり、該ホトレジスト
層４０は、該層中に開口４１と４２を有するようにパタ
ーン化されてアルミニウム層３５０表面領域３６と３７
を露出させている。この説明の目的には、ホトリソグラ
フィー最小線図サイズは７ミクロンであり、且つアルミ
ニウム層３５とホトレジスト層４０は共に約７ミクロン
の厚さであると仮定しである。この幾分作為な配列はエ
ツチング技術の比較説明に使用されるものであり、必ず
しも実際のＩＣプロセスｉＺラメ−ターを表わすもので
はない。ホトレジスト層４０中の線の幅Ｗは７ミクロン
よりも犬、例えば約２ミクロンであることが判るであろ
う。

図面から判るように、ホトレジスト層４０中の開口４１
と開口４２との間の間隔をこのように大きくしたのは、
湿式化学エツチング操作の等方性を考慮するためである
。図示の例は幾分模擬的であるが、湿式化学エツチング
技術では、現行の高解像性リソグラフィー装置で得られ
るホトリソグラフィー最小線図サイズを有効に利用して
いないことを説明している。

従って、＠”Ｓ３図に示す如く、エツチングマスクとし
てｉ？ターン付はホトレジスト層４０を用いるアルミニ
ウム層３５の湿式化学エツチング方法では、ホトレジス
トマスクの全体的な’０８がアルミニウム層３５中に形
成されるが、開口３８と開口３９とは実物的に拡大する
。これは、アルミニウム）￥Ｉ３５に対する湿式化学エ
ツチング剤の等方的な攻撃のためであり、月つｂ出領域
３２と３３中の絶縁層３１０表面をクリヤーに確保する
ために少なくともある程度過エツチングする一般的な必
要性があるためである。一般的には、湿式化学エツチン
グでは、開口がエツチングされる層の厚さに少なくとも
等しいサイズに拡大されることになる。過エツチングは
複写された開口サイズの一層の拡大を生じる。

第９図および第５図は、ホトレジスト層６ｏ中のホトレ
ジストパターンをアルミニウム層５５中へＷ製する際の
改良点、すなわち現在市販されている高方向性反応性イ
オンエツチング装置、例えば、上述のアプライド・マテ
リアリズ、Ｉｎｃ、　　から入手できるＡＭＥｇ／θθ
シリーズプラメマエッチング装置の目的を説明している
。第Ｓ図に示す如く、ホトレジスト層６ｏ中のホトレジ
ス）ｆＪロ６１と６２の複製は、非常に高い解像性をも
って達成され、絶縁層５５中の開口５８と５９は殆ど垂
直な側壁を有している。ホトレジス）４６０中の線幅Ｗ
′　は、アルミニウム層５５中の線幅がと事実上同一に
再現されている。従って、より高い導電体・やターン密
度とより大きなレベルの装置集積が反応性イオンエツチ
ングにより達成されるべきである。イオン補助プラズマ
エツチングの性能を完全に実現することが非常に大きな
スケールの集積回路装置の構成に必須である。

第９図および第３図は、アルミニウムから成る下層中に
ホトレジストパターンを複製する際に、反応性イオンエ
ツチング方法を使用して達成されるべき実質的な改ｐ点
を一般的に説明しているが、この技術をＩＣの製造特に
高容積製造条件下で実際に適用する場合には多くの問題
が生じる。特に接触およびコンダクタ相−互連結装置に
使用される各棟のアルミニウムおよびアルミニウム合金
層のパターン付けに乾式エツチング技術を適用する場合
は、実質的な問題が生じている。特に、アルミニウムー
鉋１およびアルミニウムーシリコン合金は半導体ウェハ
ーを集積回路チップに加工する場合にウェハーの上の臨
界的な最初の金庫化層中に使用される場合が多い。

アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金層のパタ
ーン付けに通用する７例が、典型的なポリシリコンプー
ト電界効果型トランジスタ構造を示している第４図に示
されている。この電界効果形トランジスタ構造は、ぼり
シリコンの層から形成したケ゛−ト電極７１を有する半
導体ウェハー基体７０上に形成されている。ポリシリコ
ンプート電極７１は典型的には不純物で多量にドーピン
グされ電極７１が高導電性となっている。シリコングー
）７Ｉを形成した後、ウェハー全体に酸化物層７５が形
成される。次にポリシリコンｅ−）接触開口アロが別の
ホトリソグラフィ一工程で酸化物層７５中に形成される
。次にアルミニウム層８０をウェハー全面に形成すると
ともに酸化物層７５中の開口アロを通してポリシリコン
ケート７１と接触させる／Ｍｓｏの領域を形成する。

第４図に示した実施態根ではアルミニウム層８０の形成
に先立って酸化物層７５上に形成したチタン−タングス
テンの薄層７８が示されている。

これは、チタン−タングステンと純粋なアルミニラムノ
サントインチを利用してチタン−タングステン層７８が
、シリコンが？−）電極７１かもアルミニウム層８０中
に拡散するのを防止する／袖の金、属処理方法を表わし
ている。

他の実施態様ではチタン−タングステン層７８を使用せ
ず、少量のシリコン（７〜２％）で合金化したアルミニ
ウム層８ｏをウェハー上に形成することができる。アル
ミニウム合金中のシリコンが、ポリシリコンがケ“−ド
ア１からアルミニウム層へ拡散するのを防止している。

アルミニウム層８０は少うの銅で合金化し耐電子移行性
を強化することもできる。このような接触およびコンブ
フタ層の金じ処理はすべて当該技術分野で周知であり、
各々がアルミニウム層の乾式エツチングに関してそれら
自身の問題を有している。

アルミニウム層およびアルミニウム合金）ナラの１式エ
ツチングに対する一般的な必借条件は、アルミニウム層
８０中の区画領域をエツチングできるように開口８６の
玄口き開口で・モターン付けされたホトレジスト８５か
らなる被穆１※に対して適当に良好なエツチング均一性
を有することである。更に、比較的高いエツチング選択
性がチタン−タングステン層７８に対しであるいはチタ
ン−タングステン層７８が存在しない場合は瞭化物層お
よびポリシリコンケ゛−ト電極７１０両方に対して要求
されている。エツチング端部の輪郭を制御する能力も、
ＩＣの設計で多く使用されている多レベル金属処理方法
でウェハー上に干渉誘知層を有するΩまたはそれ以上の
アルミニウム層を形成する場合において重要である。エ
ツチングしたアルミニウム領域の端部８１にチー／ｅ−
をつけることができる方法を提供することによって、被
覆している酸化物層および次の金属化Ｍ中の鋭角的な端
部を無くシ、このような鋭角的な端部に関連するすべて
の公知の問題を回避することができる。

第７　［９１は、バイポーラトランジスタ装置中の各棟
のドーピングした基体領域に接触させるために使用され
ているアルミニウムに・母ターン付けを行う別の例を示
している。第７図に示した例では、バイポーラトランジ
スタは半導体基体９０上に構成されており、且つベース
接触領域９１、エミッタ頭載９２およびサブコレクタ接
触領域９３を有している。これらの領域の各々はウェハ
ー９０の表面のドーピングした領域であり、導電性層に
よりそれに接触する領域はトランジスタ装置の電気操作
を与えるよう九作成されなければならない。

図示する通り、酸化ケイ素または窒化ケイ素の層９５は
ウェハー９０の表面上に形成されており、且つ開口９６
を有するように・やターン化され次のアルミニウム長ｉ
　１００がウエノ・−上に且つドーピング領］・υ９１
，９２および９３と接触するように形成できるようにな
っている。また第７１シ１は、金属化層に対する任やの
方−法として、アルミニウム層１００を形成する前にウ
エノ飄−上に形成したチタン−タングステン層９８も示
している。

アルミニウム層１００のエツチングは、ホトレノストの
パターン化したマスキング層１０５を施着し、次いでホ
トレノスト層１０５中の開口１０６を通してドライエツ
チングしてアルミニウム層を別々の接触領域に分１［Ｉ
ｉｌすることにより構成されろ。

一般的には、アルミニウム層１００のドライエツチング
に対する同じ必要条件がこの場合にも付随するが、ウエ
ノ・−９０中のドーピングされたシリコン領域に■）す
る良好なエツチング選択性か、第７図に示した如き接触
マスクが整列していない場合は必要とされる。

半導体加工におけるアルミニウム層およびアルミニウム
合金層のドライエツチングにおける問題の範囲は、ソリ
ッド・ステート・テクノロジー（Ｓｏｌ、Ｉｄ　５ｔａ
ｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）（／　９　ｇ　／　、　
’Ｉ　−７ｇ９〜７９り頁）のり、Ｗ、ヘス（Ｈｅｓｓ
）の「プラズマ−エツチング・オブ・アルミニウム（Ｐ
　Ｉ　ａ　ｓｍａＥｔｃｈｌｎｇ　ｏｆ　Ａｌｕｍｌｎ
ｕｍ）Ｊという論文中に述べられている。アルミニウム
のドライエツチングにおける根本的な問題は、良好な生
産性のウェハー生産量に対して十分に高いエツチング速
度を達成するとともに神ユホトレジストおよび下層に関
して適当なエツチング選択性を保持することである。別
の問題は、アルミニウムおよびアルミニウム合金のドラ
イエツチングにおける特に深刻な問題である良好なエツ
チング均一性を得ることである。史に別の問題は、アル
ミニウム層中に合金材料として存在する特に銅について
のエツチング部の清潔性である。それは不揮発性の銅化
合物がアルミニウムー　銅−シリコン層のエツチング中
にウェハーを汚染する傾向があり、且つその銀汚染を除
去するための後処理工程が必要となるからである。アル
ミニウムのドライエツチングにおける別の実η的な問題
は、エツチング処理が生じた後アルミニウム層が腐蝕す
る傾向があることである。この腐蝕は多分ウェハー上に
残った塩素化合物残渣によるものと思われている。

最近の何列、に基づく技術では、一般的にはＢ　Ｃｘ　
３が集積回路中の接馳層および相互連結層として使用さ
れているアルミニウムおよびアルミニウム合金の好まし
いエツチング剤であるとされている。

また最近の技術ではアルミニウムフィルムおよびアルミ
ニウム合金フィルムのプラズマエツチング中のＢＣｌ３
　　の性Ｈｆを、各科のガスを８０ｇ３　　と混合する
ことにより改良することが試みられている。

試みられている混合物の中にはＢｃｌ　　とＣｅ２との
混合物がある。このケ１究は、例えばアルミニウムフィ
ルムに対するエツチング速度を改良することによってＢ
Ｃｅ６　　のエツチング特性を向上させるものであるが
、エツチング部の前渡性および特にアＡ／　ミニラム−
銅合金フィルムのエツチング処理中のエツチングの均一
性の問題は従来技術のガス混合物では解決されていない
。

従って、本発明の主たる目的は主元素としてアルミニウ
ムから成る導電性材料層の改良されたプラズマエツチン
グ方法を枡供することである。

本発明の別の目的は、主元素としてアルミニウムから成
る導電性材料層をプラズマエツチングする方法で使用す
る改良された反応性プラズマガス混合系を提供すること
である。

上記の目的は、０２　　およびフルオロカーボンガス（
好ましいフルオロカーボンガスはＣＦ４である）から成
る少量のドーピングガス混合物でドーピングされＢｃｌ
ｌ　　とＣ１２から成る主ガス混合物とする反応性ガス
混合物を使用することにより達成されるＯ ＭＭホトレノストに関しアルミニウム層を十分な選択性
をもってエツチングし、且つそれによっテアルミニウム
のエツチング層中に実働的に垂直の側壁・（ターンを形
成するためには、主ガス混合物とドーピングガス混合物
とを反応性イオンエツチング室中に少なくともｇ：／の
容量比で供給するのが好ましい。他方、エツチングされ
たアルミニウム層をチーｉ４−の付いた輪郭にコントロ
ールすることが必要とされる場合は、主ガス７２合物と
ドーピングガス混合物とをエツチング室中にざ２７未満
の容量比で供給することによってホトレノストの腐蝕を
増大させることができる。ホトレジストの腐θ４＋を高
める程度は、ｇ：／の比率を低下させる枳度、すなｊっ
ち反応性ガス混合物全体中に供給するＣＦ４プラス０２
　　の相対量を高める程度、よってコントロールするこ
とができる。

本発明によれば、主ガス混合物とドーピングガス混合物
との間の相対的容量比をコントロールすることによって
、アルミニウム層の神々の組成に苅して最適のエツチン
グ性能を達成することができる。失に、エツチング室の
圧力とＲＦエネルギーとを、いろいろなタイプのアルミ
ニウム１＆を反応性イオンエツチングするために最適に
調整することができる。

ｓｃ　ｌ　３とＣ１２とともにＣＦ４プラス０２　のド
ーピングガス混合物を使用する主たる利膚は、エツチン
グの均一性が実質的に改良されるとともに同時にエツチ
ング速度における実質的な改良が達成されることである
。このような改良の達成はアルミニウムー銅合金のエツ
チングにおいて特に顕著であるとともに、本発明の反応
性ガス混合物を使用することによって銅の残渣のない非
常に清潰なエツチング部を得ることができ且つプラズマ
エツチングの後処理や銅残脣の湿式化学処理の必要性が
無くなる。アルミニウム層およびアルミニウム合金層の
エツチングの改良はエツチング選択性および他の重要な
性能要因に実質的に悪影響することなく達成されている
。

本発明の別の目的、特徴および利点は添附図面を参照し
た次の詳細な説明により明らかになるであろう。

本発明のドライエツチング方法およびプラズマガス混合
物は、フルオロカーボンガスと絃素とから成るドーピン
グガス混合物をＢｃｌ！３とＣｅ２　　とから成る主尺
成性ガス混合物に添加することによって、ホトレジスト
マスキング材料に対するエツチング選択性を有意に劣化
させること無くエッチング速度およびエツチング均一性
を実質的に改良することによりアルミニウムフィルムお
よびアルミニウム合金フィルムのドライエツチング性能
を実質的に改良するという知見に基づくものである。

この反応性ガス混合物を一使用することによって、まず
第１に俤１の残剃を残すことなく（作１の残渣が残ると
別のプラズマエツチングの後処理あるいは洋式の化学的
除去処理が必要となる）単一工程でアルミニウムー（１
ｎ１合金層をエツチングできる方法を提供することがで
きる。また、本発明の反応性ガス混合物を使用すること
によって、エツチングしたアルミニウム層が１縄蝕する
１頃向を鐵少させることができることも見い出した。こ
のような１高蝕が減少する理由は明らかではないが、ア
ルミニウム層の表面のＥｔａ　Ｉ’ｌｌを防止するＡ　
Ｉ　Ｆ　３　　から成る保護層が生成することに関連し
ているものと考えられている。エツチングの均一性の改
良は、ウエノ１−の表面からそこで生じた酸化アルミニ
ウムの清浄化を強力に助けることによって、続（アルミ
ニウム層ソれ自体のエツチングがウェハーの全表面にわ
たって一層直接的且つ一層に進行するようにするＣＦ４
ｆラスｏ２　　ドーピングガス混合物の蚕与によるもの
である。

第ｇｌｉＪは、９０％の０２と７０％のＣＦ４　とから
成るドーピングガス混゛合物をＢＣｌ２とα２　との混
合物に増加させながら加えることにより達成されるエツ
チング４ｕとエツチング均一性における改良を示してい
る。曲ｄ１１．０は、カルホルニア、サンタクジラのア
プライド・マテリアルズ・コーポレーションから入手で
きるＡＭＥｇ１０θシ１７−ズプラズマエツチング装置
中で、乙Ｏ５ＣＣＶＩＦ３Ｃ１３、コθ５ＣＣｆｌｉ’
０２、／　ＯＳＣＣＭＨｅ　、　　／　０ミリトールの
室内圧力、約θ−コワット／ｄの′−力が度に相当する
ｔ１００ワットの電力というエツチング条件下で９％の
、１１４と７％のシリコンをよむアルミニウム合金をエ
ツチングするためのドーピングガス混合物の流速の関；
故としてのエツチング速度の変化を示している。

曲線１１３は、／　／　３　ＳＣＣＭ渾３．３３３ＣＣ
旧２．６０ミリトールの室内圧力、約０．２２ワツト／
ｄの電力密度に相当する１２０θワツトの供給電力の条
件下で２％のシリコンを含有するアルミニウム合金フィ
ルムに対するドーピングガス流速の場合のエツチング速
度の変化を示している。曲線１１２は同じ条件下でのド
ーピングガス流速の関数としてのホゾのホトレジストの
相当するエツチング速度を示している。アルミニウム・
シリコン合金層のエツチング均一性における改良は、曲
藏１１１に示したアルミニウムー銅−シリコン層の場合
のエツチング均一性の改良に匹敵している。

従って第ｇ図のグラフは、ドーピングガス混合物の流速
を約／θＳＣＣＭ　以下に保持すれば、アルミニウム合
金フィルムのエツチング速度が実゛α的に上昇し、且つ
エツチング均一性が改善されるとともに、ホトレジスト
に対する選択性が悪影跨されることがないことを示して
いる。換言すれば、ドーピングガス混合物の流、催を上
記のレベル以下に保持すれば、＋＆Ｊホトレゾストに対
するアルミニウム合金層のエツチングの実質的な選択性
のために、良好なエツチングと異方性が達成できる。

しかしながら、エツチングしたアルミニウムｊ・ｊの輪
郭をコントロールするために、ドーピングガス混合物の
流速を高めてホトレジスト層のエツチングを助ければ、
それによってアルミニウムフィルムにチー・ぐ−の付い
た端部吻郭を与えることができる。このようなエツチン
グしたアルミニウム層のエツチング輪郭の仕上げは本発
明の重要な特徴である。換言ずれば、端部の輪郭は、主
ガス混合物とドーピングガス混合物との間の相対的な各
端ｄＭ変化を変えることによって、実質的に垂直から垂
直に対して約＋、１度まで変えることができる。

第ｇ図には示してないが、ドーピングガス混合物の流速
を更に高めるとアルミニウムに対するよりもホトレジス
トに対するエツチング速度が更に実質的に上昇する傾向
がある。

トーピングカ゛スＣ昆合４勿として７０％のＣＦ４　ド
アθ％の０２　　の比率を使用するとポジのホトレジス
トに対する最適のエツチングＭｅとエツチング選択性が
鍔られる。４ｑ図は、ｏ２／′ＣＦ４　　ドーピングガ
ス比の関数としてのエツチング速度とエッチング４択件
のデータを表わしている。このデータは、Ｅ０６．α２
　およびドーピングガス混合物がそれぞれ／／左３３お
よび／　ＯＳＣＣＭ　であり、−力が１．２００ワツト
であり且つ電力が６θミリトールである操イｙ条１年を
使用して１４だものである。しかしながら、ドーピング
ガスの比率（すなわち、０２とＣＦ４との間の比率）は
エツチング異方性および残冴の生成の即き他のエツチン
グＡラメーターに大きく彩・１１１することになる。典
型的にはドーピングガスの比率が低下すれば、するほど
、それだけ顕方性が高くなり且つ残渣の生成が減少する
ことになる。最適のドーピングガス比率の選択は、使用
するホトレノストとエツチング速度の関７敗である。

典型的な最適の比−率は５Ｏ−３０と９０−１０との間
である。

第１０図は、アルミニウム、ホトレジストおよびドーピ
ングしていないポリシリコンから成る各１・Ｕの層の各
画の北方設定におけるエツチング運度乞示し、且つ各４
１の心力設定におけるドーピングしてないポリシリコン
およびホトレジストに対するエツチング選択性をも示し
ている。第１θ図に示したデータをとるのに使用した処
理条件は、／／夕ＳＣＣＭ昭３、／θＳＣＣＭドーピン
グガス、乙θミリトールの室内圧力および約０．２２ワ
ツ）／ａｄの電力ｆｊ度に相当するｔユ００ワットの゛
１ｕ力供、治である。エツチングした材料はアルミニウ
ムであって故意に添ガｌした合金材料は何らき有してい
ないものである。血眼１１４はｃｔ２の流速がＪ’、？
ＳＣＣＭの場合の電力の関数としてのアルミ、ニウムに
対するエツチング重度を示している。曲、ａ　１１ｓは
α２　の流速が２０ＳＣＣＭ　の場合の電力供給に対す
るアルミニウムのエツチング速度を示している。

曲線１１６と１１７とはα２　の流速がそれぞれ３３Ｓ
ＣＣＭと２０　ＳＣＣＭの場合の電力供給の関数として
のホトレジストのそれぞれのエツチング速度を表わして
いる。曲、１に１１８はα２　の流速が：）、　ＯＳＣ
ＣＭの場合の電力ｔａ　ｑｉａの関数としてのドーピン
グしてないポリシリコンに対するエツチング速度を示し
ている。

曲線１１９はα２　の流速２０３ＣＣＭ　　におけるド
ーピングしていないポリシリコンに対するアルミニウム
のエツチング選択性を示し、且つ曲線１２０はｃ／！２
　　の原車、２　Ｑ　ＳＣＣＭ　におけるホトレジスト
にに対するアルミニウムのエツチング選択性を示してい
る。ドーピングしたポリシリコンのエツチング４１ｔに
関する実）険データは／乙：／より大である樋択性を示
している。第１ｏ図に示してはいなイカ、実験データは
、純粋なアルミニウムフィルムに対する満足できるエツ
チング性能が６０θワツトという低い反応器の１カ供給
で達成することができ、且つその有用な七カ密度のすべ
ての１記囲が約θ０７〜θ２．２ワット／ｄであること
を示している。一般的には、アルミニウムー鋼合金フィ
ルムおよびアルミニウムーシリコン合金フィルムのエツ
チングに対しては、比絞的高いエツチング速度を１成す
るためにはθ／ｇ〜θ、２２ヮッ）、／’ｉの範囲の高
い也カ洪給が好ましく、また純粋なアルミニウムのエツ
チングの場合は、実質的なエツチング速度が達成され且
つ高いエツチング選択性が維持されるので、上記範囲の
低い方の部分の電力供給が好ましい。

第１／図は、α２の流速が３３３ＣＣＭ　である条件下
でＢｃｔ乙の流速の関数としてのエツチング選択注にお
ける変化を示している。７０％の０２と１０％のＣＦ４
とから成るドーピングガスの流速は７０３００Ｍであり
、反応器の圧力は６０ミリトールであり且つ、Ｕ力共袷
は１２θθワツトである。すべてのエツチング酢化に２
いては、主ガス混合物は好ましくは約乙θ〜約ｇθ谷鼠
％の１吊囲のＦ３（Ｊ５含有団を有するべきであること
が判明した。

、窮ｇ〜／／Ｉ４のグラフに示したデータを求め且つ屓
６とα２　とから成る主ガス混合物をＣＦ４と０２とか
ら成るドーピング混合物と一諸に使用して得られるすべ
ての結果を特数づける目的で、各唾のガスγｈε権、ｌ
−４力条１牛および反応器の圧力条件を使用する要訣を
ｆ〒つだ。このような実験の外にも、下記の４■表に示
した操作パラメーターの範囲にわたってト述の少なくと
も幾つかのアルミニウムエツチング１り］において有用
な結果が達成し得ることが判った。これらの・記聞の操
作１？ラメ−ターはＡＭＥｇ１００反応西イオンエツチ
ング装置丘に対してである。該装置＆は約／乙０リット
ルの４容１１を有している。従って、第１表に示した流
速は、各々の反応性ガスの拳位￥容積あたりの流速を相
関させることによって他のタイプの反応性イオンエツチ
ング装置に容易に転用することができる。

Ｆ記第■表は層中に捌およびシリコン成分の両方を有す
るアルミニウム合金層のエツチングに関するプロセス／
？ラメーターの好ましい範囲を示している。

典型的には、り％の銅および７％のシリコンがアルミニ
ウムー鋼−シリコン合金１４層に使用されている。第■
表に記載したｉ４ジメーターはアルミニウムー、嗣−シ
リコン層の異方性エツチングに対するものである。エツ
チングしたアルミニウムＢｔＪ中に傾斜のある側壁を与
えるために、ドーピングガス混合物の流罐を高めてホト
レノストの腐蝕を助けることができる。第■表に記載し
たガス流速ハＡ　Ｍ　Ｅ　ｇ　／θ０について特定した
ものであるが、前位茶漬あたりの流速の相関々係を利用
して池の装置に容易に転用することができる。

１麻Ｉ表 ＲＦ　’ｔｌｉ　力’ｍ　ｉｔ　　　　　　　　　　　
　θ０７〜θ２２ワット／ｄ反応器室１王力　　　　　
　　　　　　７０〜７０ミリトール羞流司　　　　　５
０〜２００ＳＣＣＭ滞留時間　　　　　　　　　　θ５
−２０秒ｆス流速 ドーピングガス、混合物　　　　　　　　　　　、′〜
、２０ＳＣＣＭＦ３Ｃ１６３０−／／！；　　３００Ｍ
α２　　　　　　　　　　　　　　．２０〜９ＬθＳＣ
ＣＭバックグランドガス（Ｈｅ、ＡＡｒ−４）Ｏ−２０
ＳＣＣ第■表 パラメーター　　　　　　　　　　　　　　・値　　囲
ＲＦ剋力活度　　　　　　　　　　　　　θ／ｇ〜θ２
２ワット／ｃｒｔ反応語室の圧力　　　　　　　　　　
　７０〜ケθミリトール艶流山　　　　　７３〜／３３
ＳＣＣＭ浦躍時間　　　　　　　　　　　　　　７〜７
秒ガス流速 ドーピングガス、昆＃　４ｇ！Ｉ　　　　　　　　　　
　　５−　、ｌ　ＯＳ　ＣＣＭＢＣＩ−２３０−７０５
ｃｃｔｖ＋ α２　　　　　　　　　　　　　　　　　　７５−．２
５　３００Ｍバックグラウンド　　　　　　　　　　　
　θ〜６２０３ＣＣＭ下記第旧表はアルミニウムーシリ
コン合金フィルムをエツチングする際の好ましいパラメ
ーターを示し、且つ７１表はいずれの合金材料をも含有
していないアルミニウムフィルムをエツチングする際の
好ましいノぐラメ−ターを示している。７９ツクグラウ
ンドガスは、ヘリウムやアルゴンの叩きエツチングの目
的に使用される周囲のガスのいずれでもよく、これらの
ガスはプラズマエツチング反応には関与しないが、プラ
ズマの安定性を高めてより良いエツチング均ｉ性を生じ
るという利点を有している。ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６および
Ｃ３Ｆ８の妬き池のフルオロカーデンガスもドーピング
ガス混合物に使用することができる。

下記のａｔ表１１前記第■〜■表に記載した好ましい処
理ノ４ラメ−ターを使用して達成された典型的なエツチ
ングの結果を示している。

第　　■　　表 反１１６６’１　室の圧力　　　　　　　　　　　　　
　　　３〜７０ミリトール聡　　４　　　ｔｈ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　／　２Ａ；　〜／　９５
ＳＣＣＭｒｉｆｔ　４時間　　　　　　　　　　　１５
〜’７秒ガニＺい屈しユｍ ドーピングガス混合物　　　　　　　　　　３〜．：ｌ
Ｑ　　ＳＣＣＭＢＱ！！３　　　　　　　　　　　　　
　　　　９５〜／１５５ＣＣＭα２　　　　　　　　　
　　　　　　　　　、！０〜ｔｌＯＳＣＣＭパックグラ
ウンド　　　　　　　　　　　　θ〜２Ｏ５ＣＧＩＶＩ
反応譜イの匝カ　　　　　　　　　　、２左〜７０ミリ
トール総流速　　　　　７ノθ〜／９３５ＣＣＭ滞留時
間　　　　　　　　　　１５〜′７．０秒がス流速 ドーピングガス混合物　　　　　　　　　Ｓ〜２０　　
５ＣＣＭパックグラウンド　　　　　　　　　　θ〜２
０　　　’：”−；ＣＭ第Ｖ表 ７％　Ｓｉ　　　　　　ｇｏｏ　　７左？／　　　　３
：／　　　３：／、ノｖ−２％ｓｔ　　　　　　　　　
　１００　θ　　、；；１θ　：／　　　　　　　５：
／　　　３．３：／アルミニウム　　　／３００　３０
：／　　　　’７：／　　　グ：／以上の説明からして
、本発明のプラズマエツチング方法および反応性ガス混
合物糸によれば、アルミニウム層およびアルミニウム合
金層のエツチングに関し従来技術の方式に比して多数の
利点が得られることが明らかである。エツチング速度の
実質的な改良とそれに付随するエツチング均一性の改良
によって、改良されたウェハー処理量および半導体加工
における高い収率が得られる。これらの結果が達成され
ると同時に、下層および被覆層に関し良好な選択性が維
持されている。更に、エツチング側壁の輪郭のコントロ
ールも、Ｂα６とＣｌ２かも成る主ガス混合物に対する
ドーピングガス混合物の容１會％を調整することによっ
て容易に［有］成することができる。

本発明は田（々の好ましく且つ選択した実施態様のプラ
ズマエツチング方法および反応性ガス混合物にｉ！Ｉ　
Ｉ！！して以上の通り説明されているが、当業者ならば
ギエ述の特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から外
れることなく多数の套正が可能であると解するべきであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、六角形の陰画構造を開用し且つ不発明方１去
を実施するのに好ましい装置から成る反応性・イオンエ
ツチング装置を図解的に示し、第２〜３図は、アルミニ
ウムフィルムの湿式化学エツチングの等方１生エツチン
グ特性を示し、第９〜左図は、被覆ホトレジストに対し
て良好なエツチング選択性を有するイオン補助（反応性
イオン）エツチング方式でぶ成し得る異方キエッチング
特性を示し、第６図は、アルミニウムフィルムの反応性
イオンエツチングの７例を示すＣｌ５ＦＥＴ装置の幾何
学的構造を部分的に示す部分断面図であり、第７図はア
ルミニウムフィルムの反応性イオンエツチングの７例を
示すバイポーラトランジスタ装置の幾何学的構造を部分
的に示す部分断面図であり、第３〜７７図は、本発明の
ドライエツチング方法と反応性ｆフズマガス混合物系の
性能を説明するグラフである。 １０−一一一−−反応性イオンエツチング装置、２０　
−−−−−。 反応室、２１−−−−−一人角形陰極、２２−−−−−
一基板、２３−−−−−−　ＲＦ源、２４−一一一一排
出口、２５−−−−−一人口、２６−−−ガス源、２７
−−−−−−−ガス分配環、３０−−−−−−ウェハー
、３１　　絶縁材料層、３２．３　：ｌ−−露出領域、
３５−−−アルミニウム層、３６．３７−−−−−−−
露出表面領域、３８．３９−−一−−−拡大した開口、
４０−−−ホトレジスト層、４１．４２、−−−一酬口
、５５−一一−−−アルミニウム層、５８．５９−一−
−−−開口、６０−−−ホトレジスト層、６１．６２−
−−−−−開口、７０−−−ウェハー、７１−一一一一
−ダート電極、７５−一一一一一酸化物層−、７ローー
ー開口、７８−−−−−−チタン−タングステン層、８
０−−−アルミニウム層、８ｍ−一端部、８５−−−−
−−ホトレジスト層、９０−−−−−一半導体基体、９
１〜−一−−−〜接触領域、９２−−−−−−一エミッ
タ領域、　　９３−−−−−一接触領域、９５−−−−
一酸化シリコン層、９６−−−−−−側口、９８−−一
−−、チタンータングステン層、ｉ　ｏ　ｏ−−−−−
−−アルミニウム層、１０５−−−−−ホトレジスト層
、１０６−−−−一開口。 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、−２ＦＩＧ、　−４ ＦＩＧ、−塁−ＦＩＧ、−５ ψ　　　　　　　　　　１ （ Ｖ−Ｃ＞７°ｔｒｘｓ＊＊ｔ＋：ｔ、＃５ｃｏｓ＞ＦＩ
Ｇ、−８ □ニジｆン７’ｌヒ度Ａｆｌ−５ｉ（Ｉ　１１／−）−
一一エツｔ／７−史失ホルジ人） ・・・・ｊＬ状性　ＡＡ−５ｉ（１＠／、）／レジスト
ＦＩＧ、−９ 一一一　了ルミ＝’ｒム（２０）　　　　　　　　・・
・　・　未ド−ど；７゛ボ９ンツゴン（２０）−・−・
才、トレヅス１−（３３）　　　　　　　　−一−−ホ
トしリスト（２０）一覧−ツホｌレジスト（２０） −ａ−ａｐｌ−ど〉１ボリシリゴン（２０）ＦＩＧ、−
１０ Ｂｃ１３．　ｔ−３Ｌ（ｓｃｃＭ） −一−−ホトレジスト −・−・未１−ビシτボリンリゴン −ｙ”−Ｘ　ＰＳＧ（８ｗｔ’／、）ズ予−ムテーンジ
７ｙ１ド児オズ七Ｆ −ｏ−ｏ素ドーごングｔぐリシ′９ゴン・−・・・本シ
レシスト ＦＩＧ、−ＩＩ 第１頁の続き ０発　明　者　ダニエル・メイダン アメリカ合衆国カリフォルニア 州９４０２２０ス・アルトス・ヒル ズ・ミュアリエツタ・レイン１２ ００ 手続補正書く方式） １、事件の表示　　　　昭和５８年特許願第２０６８５
３号３、補正をする者 事件との関係　　出廓人 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）牛導体ウェハー上に形成され且つ主元素としてア
   ルミニウムから成る導電性材料層をエツチングする方法
   において、上記ウェハーを密閉室中の一対の電極構造物
   の一方の上に載置する工程；上記室中に０２　　および
   フルオロカーボンガスから成る少量のドーピングガス混
   合物でドーピングされｅｃｄ　　とＣ１２とから成る主
   ガス混合物から成る反応性ガス混合′物を導入する工程
   ；および、上記電極構造物の一方に高筒波電気エネルギ
   ーを供給して上記反応性ガス混合物のプラズマを生成し
   、上記の導電性材料をエツチングする工程の各工程から
   成る上記のエツチング方法。 （２＋　　０２　がドーピングガス混合物の主成分であ
   る特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。 （３）　　ウェハーが、反応性イオンエツチング装置の
   密閉室内の陰極上に載置され、且つドーピングガス混合
   物が少なくとも約９０容ｉ＃％のｏ２　　を含有する特
   許請求の範囲第（１）項に記載の方法。 （４）　　密閉室が約／θ〜７０ミリトールの範囲の圧
   力に絣持され、高周波エネルギーが約０．０　！ｉ〜０
   ．２５ワツ）／ｃｍ　　の範囲の電力密度を生じる亀カ
   レペルで供給され、主ガス混合物およびドーピングガス
   混合物とが約３：／〜ｊｔＯ：／の容量比で密閉室中に
   供給され、且つ上記主ガス混合物が約夕Ｑ〜約ｇｏ容ｔ
   ％の範囲のｓｃ　ｌ　５　　含有量を有している特許請
   求の範囲第（３）項に記載の方法。 （５）　　反応性ガス混合物が、約０．り〜２θ秒の範
   囲の反応性ガス混合物の滞留時間を与えるのに十分な総
   ガス流速で密閉室に供給される特許請求の範囲第（４）
   項に記載の方法。 （６）主ガス混合物とド−ピング剤ガス混合物とが少な
   くとも約ｇ：／の容量比で密閉室中に供給され、シリコ
   ン、ドーピングポリシリコン、未ドーピングポリシリコ
   ン、シリコンの酸化物、シリコンの窒化物、およびチタ
   ン−タングステンの如き材料から成る下層の相当する細
   板を露出するための有機ホトレジスト材料から成る抜枠
   パターン層の存在下で導電性材料層中に実質的に垂直な
   側壁パターンをエツチングするのに適した特許請求の範
   囲第（３）項に記載の方法。 （７）主ガス混合物とドーピングガス混合物とが約ｇ：
   ／〜１０：／の容量比で密閉室に供給され、核主ガス混
   合物が約３０〜約どθ容量％の範囲の８０ｇ５　　含有
   量を有し、上記密閉室が約１０〜ｌＩＯミリトールの範
   囲の圧力に維持され、ＲＦエネルギーが約０．／ｇ〜０
   ．．２、．２ワツト／ｄの範囲の電力密度を生じる電力
   レベルで供給され、且つ反応性ガス混合物が約７．０〜
   ７．０秒の範囲の活性化種の滞留時間を生じる線流速で
   密閉室に供給される特許請求の範囲第（６）項に記載の
   方法であって、少量の銅およびシリコンによるアルミニ
   ウム合金から成る導電性材料層をエツチングするのに適
   した上記方法。 （８）主ガス混合物とドーピングガス混合物とが約１０
   ：／〜２０：／の容量比で密閉室に供給され、主ガス混
   合物は約４０〜約ｇθ容量％の範囲のｓｃ　１１　ｓ　
   　含有骨を有し、密閉室は約−３〜７０ミリトールの範
   囲の圧力に維持され、高周波エネルギーが約０．７ｇ〜
   ０．２２　’７ツト／ｄの範囲の電力密度を生じる電力
   レベルで供給され、月つ反応ガス混合物が約へＳ〜７．
   ０秒の範囲の活性ガス種の滞留時間を生じる線流速で密
   閉室に供給される特許請求の範囲第（６）項に記載の方
   法であって、少量のシリコンによるアルミニウム合金か
   ら成る導電性材料層のエツチングに適した方法。 （９）主ガス混合物とドーピングガス混合物とが約／θ
   ：／〜約２０：／の容量比で密閉室に供給され、主ガス
   混合物が約左０〜約ｇ０容七−％の範囲の５ｃ１３　含
   有量を有し、密閉室は約１５−〜７０ミリトールの範囲
   の圧力に維持され、高崗波エネルギーが約０．０７〜０
   ．７ｇワン）／ｌｙｌの範囲の電力密度を生じる電力レ
   ベルで供給され、且つ反応性ガス混合物が約７．３〜７
   ．０秒の範囲の活性化ガス棹の滞留時間を生じる総ガス
   流速で冨閉塞に供給される特許請求の範囲第（６）項に
   記載の方法であって、実質的に純粋なアルミニウムから
   成る導電性材料層のエツチングに適した方法。 ００）主ガス混合物とドーピングガス混合物とがｇ：７
   未満の容量比で密閉室に供給される特許請求の範囲第（
   ３１項に記Ｊｉｍの方法であって、シリコン、シリコン
   の酸化物、シリコンの窒化物およびチタン−タングステ
   ンの如き材料の下層の相当する領域を蕗出するための有
   機ホトレジスト材料から成る被↑漫パターン層の存在下
   に導電性材料；背中にチーｉ？−のついた側壁パターン
   をエツチングするのに適した方法。 旧）主元素としてアルミニウムから成る導電性材料層を
   プラズマエツチングするのに適した反応性ガス混合物で
   あって、エツチングするに当り比較的高いエツチング速
   度を有し、且つホトレジストの如き抜身材料とシリコン
   、シリコンの酸化物、シリコンの窒化物およびチタン−
   タングステン合金の如き下層材料に対するエツチング速
   度に選択性を有し、０２　　とフルオロカーボンガ゛ス
   とから成る少量のドーピングガス混合物でドーピングさ
   れＢＣｌ　　と０ｇ２　　とから成る主ガス混合物から
   成り、０２　　が上記ドーピングガス混合物の主成分で
   ある反応性ガス混合物。 ０２　　フルオロカーデンガスがＣＦ４であり、且つ主
   ガス混合物とドーピングガス混合物とが少な（とも約ｇ
   ：／の容量比で反応性−イオンエツチング装置の密閉室
   に供給される特許請求の範囲第０１１項に記載の反応性
   ガス混合物であって、反応性イオンエツチング装置中で
   導電性材料層を異方性エツチングするのに適した反応性
   ガス混合物。 ０３）主ガス混合物とドーピングガス混合物とが約ｇ：
   ／〜１０：／の容量比で密閉室に供給され、且つ主ガス
   混合物が約５０〜約ｇ０容量％の範囲のｅ　ｃｌ　３　
   　を含有し、密閉室は約７０〜４ｔ０ミリトールの範囲
   の圧力に維持され、ＲＦエネルギーが約０．／ｇ〜０．
   ．２．２ワット／Ｃ−の範囲の電力密度を生じる電力レ
   ベルで供給され、且つ反応性ガス混合物が約７．０〜７
   ．０秒の範囲の活性化種の滞留面間を生じろ総流速で密
   閉室に供給される特許請求の範囲第“０２）項に記載の
   反応性ガス混合物であって、少量の銅または銅とシリコ
   ンのアルミニウム合金から成る導電、性材料層のエツチ
   ングに適した反応性ガス混合物。 ０滲　主ガス混合物とドーピングガス混合物とが約１０
   ：／〜、２０：／の容量比で密閉室に供給され、主ガス
   混合物は約５０〜約ｇ０容量％の範囲のＢＣｌ３　　含
   有量を有し、密閉室は約２Ｓ〜７０　ミＩＪ　）−ルの
   範囲の圧力に維持され、高周波エネルギーは約ｏ、１ｇ
   −０，２コワツ）／ｃＪの範囲の電力密度を生じる電力
   レベルで供給され、且つ反応ガス混合物が約７．３〜７
   ．０秒の範囲の活性化ガス種の滞留時間を生じる総流速
   で密閉室に供給される特許請求の範囲第（［２＋項に記
   載の反応性ガス混合物であって、シリコンとアルミニウ
   ムとの合金または実質的に純粋なアルミニウムから成る
   導電、性層のエツチングに適した反応性ガス混合物。 ０５）　　フルオロカーボンガスがＣＦ４であり、月っ
   主ガス混合物とドーピングガス混合物とがｇ：７未満の
   容量比で密閉室に供給される特許請求の範囲第０９項に
   記載の反応性ガス混合物であって、有機ホトレゾスト材
   料の枦覆ハターン層の存在下に導電性材料層中にチー・
   ぞ−の付いた側壁開口をエツチングするのに適した反応
   性ガス混合物。