JPS6258636A - ドライエツチング方法および装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体集積回路（ＬＳＩ）などの高密度固体
素子の配線に多用されるＡ４もしくはＡＪＪ基合金合金
膜融点金属とを含む多層金属膜を再現性良く高精度にド
ライエッチングする方法およびそのための装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 現在、高密度かつ高速動作のＬＳＩの実現に向けて、信
頼性の高い微細配線形成技術の確立が必要となっている
。従来は、ＬＳＩの配線にあたってＡｆＬ−Ｓｉ合金が
用いられてきたが、配線を微細化していくにつれてエレ
クトロマイグレーションによる断線やＳｉ基板へのｌ拡
散による接合の劣化が激しくなるため、配線材料の検討
が進められてきた。

配線の耐熱性を向上してこれらの問題を解決するために
、Ａｎと高融点金属を多層にして用いる方法が提案され
ている（たとえば、Ｐ、Ｓ、Ｈｏ、　Ｔ。

Ｋｅｗｏｋ　；第１６回置体素子材料国際会議ＥＸＴＥ
ＮＤＥＤＡＢＳＴＲＡＣＴＳ　Ａ−３−５Ｐ５５（１９
８４）参照）、ここにおいて、高融点金属としてはＮｏ
、Ｗ、Ｔｉなどが候補とされている。

ところで、微細化の鍵をにぎるドライエッチング技術を
みると、Ａｎ　、ＡｆＬ基合金、高融点金属のそれぞれ
については開発が進み実用化されてきた。しかし、これ
らの装置を用いてＡｉと高融点金属との多層膜をエツチ
ングすると、激しいアフタコロ−ジノンが発生して安定
なバタン形成ができないという聞届があった。

アフタコロ−ジョンとは、エツチング後にＡｎパタンか
徐々に腐食されていく現象であり、　Ａ４単層のエツチ
ングでも観察されており、その原因は、ウェハに付着し
たエツチングガス等が大気中の湿気によって分解し、酸
となってＡｎを腐食することにあると考えられてきた。

そこで、ＡＪＩ単層のエツチングではエツチング直後に
水洗するとか、ＣＦ４プラズマ処理することで表面の付
着物を取り除いてアフタコロ−ジョンを防止してきた。

しかし、高融点金属上のＡＩやＡｆＬ上の高融点金属を
エツチングする場合には、このような対策を施しても激
しいアフタコロ−ジョンが生じ、大気中に取り出してか
ら１分以内に微細なＡｎパタンか消失してしまう、この
ようなバタン形成にとって致命的なアフタコロ−ジョン
の原因と対策についてはまったく明らかになっておらず
、多層金属配線の実用化の見通しはこれまでのところ得
られていなかった。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明の目的は、アフタコロ−ジョンの発生が
なく、再現性にすぐれた多層金属膜のドライエッチング
方法とその方法を実現するための装置を提供し、以て高
密度大容量ＬＳＩの開発を進展させることにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者は、　Ａ文と高融点金属とからなる多層金属の
エツチング特性を詳細に述べた結果、アフタコロ−ジョ
ンの原因について次の知見を得た。

すなわち、　Ａ４と高融点金属のエツチングにおけるア
フタコロ−ジョンは、高融点金属の反応生成物が湿気に
よって分解し酸を生じるために発生することが確認でき
た。

高融点金属のハロゲン化物は、次の第１表に示すように
、沸点が常温より高く、生成されても蒸発し難く、たと
え蒸発しても反応容器やウェハ表面に付着しやすい性質
を持っている。高融点金属上のＡｎをエツチングする場
合、Ａｎのエツチングが完了した後に、露出した高融点
金属とエツチングガスとが反応して高融点金属の塩化物
が生成される。エツチング後のウェハ表面にはこの塩化
物が多量に付着しているが、これが湿気によって激しく
分解し、塩酸となるのでアフタコロ−ジョンが生じる。

ｍ１表 高融点金属の塩化物は第１表に示した以外にいくつもの
種類があり、例えばＭＯの場合にはＨｏＣ１２、Ｍｏ０
文３　、ＭａＣＪｌ　、　、ＭｏＣＪＬ　ｓがウェハ表
面に混在しているものと考えられる。これらの中には、
水に溶解するものと溶解し難いものとがあるので、水洗
ではアフタコロ−ジョンを防ぐことはできない、また、
この塩化物はＣＦ、の弱いプラズマ処理では除去し難く
、逆にフッ化物が表面に付着することがある。このフッ
化物もまた湿気によって分解してフッ酸を生じるので、
期待に反してアフタコロ−ジョンを促進させることがあ
る。

Ａｎ上の高融点金属をエツチングする場合も同様のこと
があてはまり、高融点金属のエツチング時に付着した塩
化物、フッ化物が原因となって７フタコロージヨンが生
じる。

以上のことから、アフタコロ−ジョンのない安定した多
層金属膜のエツチングを行うためには、高融点金属の反
応生成物の悪影響を少なくする工夫が必要である。

この点に鑑みて、本発明では、 （１）高融点金属のエツチングを行うための反応容器を
他の金属のエツチングを行うための反応容器と別個に設
けて反応生成物による容器汚染の影響を防ぐ。

（２）高融点金属のエツチングでは、この高融点金属を
堆積したウェハの表面に反応生成物が付着しないように
ウェハを高温に保つようにする。

（３）別個の反応容器間でのウエノ＼の移送時にアフタ
コロ−ジョンが生じないように移送を真空中で行う。

すなわち、本発明製造方法は、　　Ａ４Ｑ、もしくはＡ
ｆＬ基合金層と高融点金属層とを含む多層金属膜の配置
されているウェハにおける多層金属膜をドライエッチン
グするにあたり、ＡｎもしくはＡｎ基合金層および高融
点金属層のいずれか一方のドライエッチングを第１反応
容器内で行う工程と、当該一方のドライエッチングを終
了したウェハを、真空雰囲気を介して、第１反応容器と
は別個の第２反応容器内に移送する工程と、第２反応容
器内において、ウェハを加熱した状態で、ウェハのドラ
イツチングを行う工程とを具えたことを特徴とする。

本発明製造装置は、ウェハを収容可能であり、ガスプラ
ズマを発生させてウェハに対してドライエッチングを行
う複数個の反応容器であって、それぞれ個別に配置され
た反応容器と、複数個の反応容器の間において真空雰囲
気中でウェハを移送するための室と、複数個の反応容器
のうち少なくとも１個の反応容器に設けられ、当該少な
くとも１個の反応容器に収容されたウェハを加熱する加
熱部とを具えたことを特徴とする。

［作　用］ すなわち、本発明によれば、Ａ！；Ｌと高融点金属との
多層金属膜を、アフタコロ−ジョンを発生させず、良好
な再現性で、エツチングできる。

［実施例］ 以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明ドライエッチング装置の一実施例を第１図に示す
、ここで、１はＡｎまたはＡＭ基合金層のドライエッチ
ングを行う第１反応容器、２は高融点金属層のドライエ
ッチングを行う第２反応容器である。３はウェハＷ説着
のためのロードロック室であり、これら反応容器ｌおよ
び２とロードロック室３とを、真空槽により構成した搬
送室４に収容する。

５はロードロック室３においてウェハＷを載置するテー
ブルである。６は第１反応容器１においてウェハＷを載
置するテーブルを兼ねた平板形の放電電極、７は第１反
応容器１において反応性エツチングを行うために平板形
電極６と対向して平行に配置された放電電極、８は電極
６と７との間に高周波電圧を印加するための高周波電源
である。

９は第２反応容器２においてウェハＷを載置するテーブ
ルを兼ねた平板形の放電電極、１０は第２反応容器２に
おいて反応性エツチングを行うために平板形電極９と対
向して平行に配置された放電電極、１１は電極９と１０
との間に高周波電圧を印加するための高周波電源である
。

１２はウェハＷを把持し、真空槽送室４内においてウェ
ハＷをロードロック室３から第１反応容器１、あるいは
第１反応容器ｌから第２反応容器２へ搬送するためのウ
ェハチャー、ファームであり、図中に矢印で示すように
回転してかかるウェハＷの搬送を行う。

第２反応容器２は耐熱性のすぐれた材料で構成し、その
容器壁と放電電極９および１０の内部には加熱したオイ
ルを流すようになし、以てこの容器２全体を　２００°
Ｃ程度まで加熱できるようにする。

ロードロック室３にウェハＷが投入された後、このロー
ドロック室３が搬送室４と同じ真空状態となった後に、
テーブル５が降下して、ウェハチャックアーム１２によ
りウェハＷがクランプされる。ついで、このアーム１２
を時計方向または反時計方向に回転させることによって
、真空状態の搬送室４内において、ウェハＷを反応容器
１または２に向けて搬送する。反応容器１または２では
、その電極６または９をあらかじめ降下させておき、搬
送されてきたウェハＷをその電極上に載置し、アーム１
２は反応容器１または２から離脱する６反応容器２と３
との間においても、上述したところと同様にウェハＷの
搬送を行う。

以上の構成の本発明装置を用いて本発明ドライエッチン
グ方法を実施した実施例について述べる。ここで、ドラ
イエッチングを行う試料として、熱酸化膜で被覆した４
インチＳｉウェハ上に、１０００人厚のＮｏと４０００
人厚のＡｌをスパッタ法により順次に堆積し、その上に
ホトリソグラフィ技術を用いてレジストパタンを形成し
たものを準備した。このウェハＷをロードロック室３に
収容し、ついでアーム１２によりそのウェハＷを第１反
応容器１に搬送した。この第１反応容器ｌでＡｎをドラ
イエッチングし、つづいてウェハＷを第２反応容器２に
搬送し、この第２反応容器２でＮｏをドライエッチング
した。Ａ！；ＬのドライエッチングにあたってはＣ！；
Ｌ２を用い、圧力２０Ｐａ、放電電力０．２Ｗ／ｃｍ２
の条件で行った。Ｍｏのドライエッチングにあたっては
、反応容器２の温度を　１５０℃とし、ＣＢｒＦ３を用
いて圧力１５Ｐａ、放電電力０、吐／Ｃ！１２の条件で
行った。

このようなドライエッチングの後に、実験室内にウェハ
を放置し、観察しつづけたところ、３日間を経てもアフ
タコロ−ジョンは発生しなかった。

従来のＡｎのエツチング装着ではアフタコロ−ジョンの
ために、エツチング装置から取り出して１分間で微細パ
タンか消失したのに比較して、本発明はアフタコロ−ジ
ョン対策に著しい効果のあることがわかる。これは、本
発明装置がＡＩおよび高融点金属の反応容器１および２
を別室にしたこと、および高融点金属のエツチングの際
に容器２全体を加熱したことにより、高融点金属の反応
生成物がウェハ表面に付着しなくなったためである。

Ｍｏのエツチングガスとして０Ｍ２と　０２の混合ガス
を用いてもアフタコロ−ジョンはまったく出現しないこ
とが確認できた。本発明によれば、その他のエツチング
ガスを用いる場合にもアフタコロ−ジョンを防止できる
。

さらにまた、上述した試料とは逆に、ウェハ上に４００
０人厚のＡｌを堆積し、その上に１０００人厚のＮｏを
堆積した２層金属膜のドライエッチング、あるいはウェ
ハ上にＭｏを堆積し、そのＭｏ上にＡｉを堆積し、さら
にこのへ文上にＭｏを堆積した３層金属膜のドライエッ
チングの場合についても同様に７フタコロージヨンは発
生せず、安定してパタンを形成することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ｉと高融点金属
との多層金属膜を、アフタコロ−ジョンを発生させず、
良好な再現性で、エツチングできる。

なお、上述した実施例では高融点金属としてＭ。

を用いたが、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａなど他の高融点金属につい
ても同様な効果がある。また、Ａｉの代りにＡ文−３ｉ
　、Ａ文−ＣｕなどＡｎ基合金を用いても同様な効果が
得られた。さらにまた、ＡＭと高融点金属のほかにＰｔ
、Ｎｉ　なと他の金属を含んだ多層金属のエツチングに
ついても効果がある。

第１反応容器および第２反応容器におけるドライエッチ
ング法は、−ヒ述例の反応性イオンエツチングに限るも
のでなく１反応性イオンビームエツチング、平行平板形
プラズマエツチング、プラズマエツチング、反応性イオ
ンシャワーエツチング、プラズマ流エツチングなど反応
性のガスを用いた各種ドライエッチング法を適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装青の構成の一実施例を示す概略構成図
である。 １・・・第１反応容器、 ２・・・第２反応容器、 ３・・・ロードロツタ室、 ４・・・真空搬送室、 ５・・・テーブル、 ８．７，９．１０・・・放電電極、 ８．１１・・・高周波電源、 １２・・・ウェハチャンクアーム、 Ｗ・・・ウェハ。 特許出願人　　日木電信電話株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ＡｌもしくはＡｌ基合金層と高融点金属層とを含む
   多層金属膜の配置されているウェハにおける前記多層金
   属膜をドライエッチングするにあたり、 前記ＡｌもしくはＡｌ基合金層および高融点金属層のい
   ずれか一方のドライエッチングを第１反応容器内で行う
   工程と、 当該一方のドライエッチングを終了したウェハを、真空
   雰囲気を介して、前記第１反応容器とは別個の第２反応
   容器内に移送する工程 と、 前記第２反応容器内において、前記ウェハを加熱した状
   態で、前記ウェハのドライッチングを行う工程とを具え
   たことを特徴とするドライエッチング方法。 ２）ウェハを収容可能であり、ガスプラズマを発生させ
   て前記ウェハに対してドライエッチングを行う複数個の
   反応容器であって、それぞれ個別に配置された反応容器
   と、 該複数個の反応容器の間において真空雰囲気中で前記ウ
   ェハを移送するための室と、 前記複数個の反応容器のうち少なくとも１個の反応容器
   に設けられ、当該少なくとも１個の反応容器に収容され
   たウェハを加熱する加熱部と を具えたことを特徴とするドライエッチング装置。