JP2001053059A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】メタル層のドライエッチングにおいて、対レジ
スト高選択性、低パーティクル性を維持しつつ、高異方
性の加工を行う。 【解決手段】添加ガスとして、アセチレンガスを用い、
塩素プラズマ中でアセチレンを解離させることによっ
て、側壁保護作用の強いＣＣｌxを高効率に生成し、サ
イドエッチやノッチを発生が抑制させる。
スト高選択性、低パーティクル性を維持しつつ、高異方
性の加工を行う。 【解決手段】添加ガスとして、アセチレンガスを用い、
塩素プラズマ中でアセチレンを解離させることによっ
て、側壁保護作用の強いＣＣｌxを高効率に生成し、サ
イドエッチやノッチを発生が抑制させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の微細加工
に用いられるドライエッチング方法に係わり、特に異方
性加工のためのサイドエッチング防止方法に関する。
に用いられるドライエッチング方法に係わり、特に異方
性加工のためのサイドエッチング防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体の微細加工に用いられるドライエ
ッチングでは、異方性加工のためにエッチングガスによ
るサイドエッチングを抑制することが重要課題の一つで
ある。また、積層膜構造の加工では、積層膜の界面に特
異的にサイドエッチングを発生する現象（以下ノッチと
呼ぶ）もあり、その抑制が重要課題になっている。
ッチングでは、異方性加工のためにエッチングガスによ
るサイドエッチングを抑制することが重要課題の一つで
ある。また、積層膜構造の加工では、積層膜の界面に特
異的にサイドエッチングを発生する現象（以下ノッチと
呼ぶ）もあり、その抑制が重要課題になっている。
【０００３】サイドエッチングを抑制する方法として、
通常はプラズマ解離重合反応によって生成される物質が
被エッチング材料の側面に膜状の堆積を生じる効果を用
いて、エッチングガスによるサイドエッチングやノッチ
を防止する方法が用いられる。以下、この効果のことを
側壁保護作用、側壁に形成される膜のことを側壁保護
膜、側壁保護膜を形成する物質を側壁保護物質と呼ぶ。
通常はプラズマ解離重合反応によって生成される物質が
被エッチング材料の側面に膜状の堆積を生じる効果を用
いて、エッチングガスによるサイドエッチングやノッチ
を防止する方法が用いられる。以下、この効果のことを
側壁保護作用、側壁に形成される膜のことを側壁保護
膜、側壁保護膜を形成する物質を側壁保護物質と呼ぶ。
【０００４】ＴｉＮ／Ａｌ積層構造に代表されるメタル
配線の加工では、上記側壁保護物質としてレジストマス
クのエッチング反応で生じるＣＣｌxを用いることが、
最も一般的になされている。しかし、０．３μm以下の
微細加工ではレジストマスク厚が１μm以下と薄いた
め、レジストマスクを極力エッチングせずに、サイドエ
ッチングやノッチを抑制する方法が必要である。
配線の加工では、上記側壁保護物質としてレジストマス
クのエッチング反応で生じるＣＣｌxを用いることが、
最も一般的になされている。しかし、０．３μm以下の
微細加工ではレジストマスク厚が１μm以下と薄いた
め、レジストマスクを極力エッチングせずに、サイドエ
ッチングやノッチを抑制する方法が必要である。
【０００５】このため方法として、従来ではＣＣｌ4ガ
スもしくはＣＨＣｌ3ガスを外部から添加し、添加ガス
のプラズマ解離反応によって生成されるＣＣｌxを側壁
保護物質として利用する方法が用いられていた。しか
し、現在ではＣＣｌ4ガスが地球温暖化物質であるとい
う理由で、また、ＣＨＣｌ3ガスが発ガン性物質である
という理由で、それぞれ使用禁止になっている。このた
め、ＣＣｌ4ガス、ＣＨＣｌ3ガスに代わる代替ガスが必
要になっている。この代替ガスとしては、ＣＨ2Ｆ2、Ｎ
2、ＣＨ4が候補になっている。
スもしくはＣＨＣｌ3ガスを外部から添加し、添加ガス
のプラズマ解離反応によって生成されるＣＣｌxを側壁
保護物質として利用する方法が用いられていた。しか
し、現在ではＣＣｌ4ガスが地球温暖化物質であるとい
う理由で、また、ＣＨＣｌ3ガスが発ガン性物質である
という理由で、それぞれ使用禁止になっている。このた
め、ＣＣｌ4ガス、ＣＨＣｌ3ガスに代わる代替ガスが必
要になっている。この代替ガスとしては、ＣＨ2Ｆ2、Ｎ
2、ＣＨ4が候補になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記代替ガスのうち、
ＣＨ2Ｆ2ガスやＮ2を添加ガスとして用いた場合、プラ
ズマ解離反応で生成されるＡｌＮxやＣＨＦxなどの側壁
保護物質はプラズマクリーニングによって除去されにく
い。このため、エッチング処理室内壁上で側壁保護物質
が重合し、パーティクルを発生する。ＵＬＳＩの量産ラ
インのメタルエッチング装置の場合、このパーティクル
が多量に発生し、エッチング中の試料上に飛来し、不良
を発生させる問題を生じる。また、ＣＨ4（メタン）は
側壁保護物質であるＣＣｌxの生成効率が悪いため、側
壁保護作用が小さく、サイドエッチやノッチの発生を十
分に抑制できないという問題があった。
ＣＨ2Ｆ2ガスやＮ2を添加ガスとして用いた場合、プラ
ズマ解離反応で生成されるＡｌＮxやＣＨＦxなどの側壁
保護物質はプラズマクリーニングによって除去されにく
い。このため、エッチング処理室内壁上で側壁保護物質
が重合し、パーティクルを発生する。ＵＬＳＩの量産ラ
インのメタルエッチング装置の場合、このパーティクル
が多量に発生し、エッチング中の試料上に飛来し、不良
を発生させる問題を生じる。また、ＣＨ4（メタン）は
側壁保護物質であるＣＣｌxの生成効率が悪いため、側
壁保護作用が小さく、サイドエッチやノッチの発生を十
分に抑制できないという問題があった。
【０００７】本発明の目的は、側壁保護作用が強く、パ
ーティクルの問題を発生しない添加ガスを用いた新規な
ドライエッチング方法を提供することにある。
ーティクルの問題を発生しない添加ガスを用いた新規な
ドライエッチング方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、メタル材料の
エッチングにおいて、Ｃｌ2、ＢＣｌ3ガスの他に、添加
ガスとして分子構造がＣとＨのみよりなり、かつ分子構
造中にＣとＣの結合を有するガス、特にアセチレンやエ
チレンのように、その分子構造中にカーボン間の二重結
合もしくは三重結合を有するガスを用いることを特徴と
する。これらのガスは塩素プラズマ中で解離され、側壁
保護作用の強いＣＣｌxを効率的に生成するため、メタ
ル側面のサイドエッチを効率的に抑制することができ
る。また、生成される側壁保護物質ＣＣｌxがプラズマ
クリーニングで容易に除去されるため、パーティクルの
発生がほとんどない。
エッチングにおいて、Ｃｌ2、ＢＣｌ3ガスの他に、添加
ガスとして分子構造がＣとＨのみよりなり、かつ分子構
造中にＣとＣの結合を有するガス、特にアセチレンやエ
チレンのように、その分子構造中にカーボン間の二重結
合もしくは三重結合を有するガスを用いることを特徴と
する。これらのガスは塩素プラズマ中で解離され、側壁
保護作用の強いＣＣｌxを効率的に生成するため、メタ
ル側面のサイドエッチを効率的に抑制することができ
る。また、生成される側壁保護物質ＣＣｌxがプラズマ
クリーニングで容易に除去されるため、パーティクルの
発生がほとんどない。
【０００９】
【発明の実施の形態】（実施例１）Ｃｌ2およびＢＣｌ3
と側壁保護用ガスの混合ガスのプラズマを用いてＵＬＳ
Ｉのメタル配線の試料をエッチングし、側壁保護ガスの
種類とサイドエッチおよびノッチの関係を調べた。
と側壁保護用ガスの混合ガスのプラズマを用いてＵＬＳ
Ｉのメタル配線の試料をエッチングし、側壁保護ガスの
種類とサイドエッチおよびノッチの関係を調べた。
【００１０】マイクロ波プラズマエッチング装置におい
て、１６０sccmのＣｌ2、４０sccmのＢＣｌ3、および、
この合計のガス流量８％に当たる１６sccmの側壁保護ガ
スを流し、処理室ガス圧力１．０８Ｐａで試料をエッチ
ングした。側壁保護ガスとしては、ＣＨ4（メタン）、
Ｃ2Ｈ6（エタン）、Ｃ2Ｈ4（エチレン）、Ｃ2Ｈ2（アセ
チレン）の４種類を検討した。また、試料としては層間
絶縁膜上に形成したＴｉＮ（６５nm）／Ａｌ−Ｃｕ−Ｓ
ｉ（４００nm）／ＴｉＮ（１３５nm）の積層構造上に
０．２５μmＬ＆Ｓのレジストマスクを形成させたもの
を用いた。
て、１６０sccmのＣｌ2、４０sccmのＢＣｌ3、および、
この合計のガス流量８％に当たる１６sccmの側壁保護ガ
スを流し、処理室ガス圧力１．０８Ｐａで試料をエッチ
ングした。側壁保護ガスとしては、ＣＨ4（メタン）、
Ｃ2Ｈ6（エタン）、Ｃ2Ｈ4（エチレン）、Ｃ2Ｈ2（アセ
チレン）の４種類を検討した。また、試料としては層間
絶縁膜上に形成したＴｉＮ（６５nm）／Ａｌ−Ｃｕ−Ｓ
ｉ（４００nm）／ＴｉＮ（１３５nm）の積層構造上に
０．２５μmＬ＆Ｓのレジストマスクを形成させたもの
を用いた。
【００１１】図１にノッチおよびサイドエッチの定義を
示す。図１において１はＴｉＮ層、２はＡｌ−Ｃｕ−Ｓ
ｉ層、３はＴｉＮ層である。ノッチの大きさは、ＴｉＮ
層１の下端の幅ＢとＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ層２の上端部の幅
Ｃとの差、すなわち（Ｂ−Ｃ）／２と定義した。また、
サイドエッチの大きさは、下層のＴｉＮ層３の上端部の
幅Ｅと上層のＴｉＮ層１の下端の幅Ｂの平均値Ｃと、Ａ
ｌ−Ｃｕ−Ｓｉ層２の上端部以外で最も細い部分の幅Ｄ
との差、すなわち（（Ｂ＋Ｅ）／２−Ｄ）／２と定義し
た。
示す。図１において１はＴｉＮ層、２はＡｌ−Ｃｕ−Ｓ
ｉ層、３はＴｉＮ層である。ノッチの大きさは、ＴｉＮ
層１の下端の幅ＢとＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ層２の上端部の幅
Ｃとの差、すなわち（Ｂ−Ｃ）／２と定義した。また、
サイドエッチの大きさは、下層のＴｉＮ層３の上端部の
幅Ｅと上層のＴｉＮ層１の下端の幅Ｂの平均値Ｃと、Ａ
ｌ−Ｃｕ−Ｓｉ層２の上端部以外で最も細い部分の幅Ｄ
との差、すなわち（（Ｂ＋Ｅ）／２−Ｄ）／２と定義し
た。
【００１２】図２に側壁保護ガスの種類とサイドエッチ
およびノッチの大きさとの関係を示す。サイドエッチに
関しては、分子構造中にＣ−Ｃ結合のないメタンに比
べ、Ｃ−Ｃ結合のあるエタン、エチレン、アセチレンの
方がＣＣｌxの生成効率が高いため、サイドエッチが少
ない。また、Ｃ−Ｃ結合のあるガスの中でも、単結合の
エタンよりも、２重結合のエチレンの方がサイドエッチ
が少なく、さらに２重結合のエチレンよりも３重結合の
アセチレンの方がサイドエッチが少ない。
およびノッチの大きさとの関係を示す。サイドエッチに
関しては、分子構造中にＣ−Ｃ結合のないメタンに比
べ、Ｃ−Ｃ結合のあるエタン、エチレン、アセチレンの
方がＣＣｌxの生成効率が高いため、サイドエッチが少
ない。また、Ｃ−Ｃ結合のあるガスの中でも、単結合の
エタンよりも、２重結合のエチレンの方がサイドエッチ
が少なく、さらに２重結合のエチレンよりも３重結合の
アセチレンの方がサイドエッチが少ない。
【００１３】この傾向は、ノッチについても同様であっ
た。
た。
【００１４】本実施例ではＣＨ4（メタン）、Ｃ2Ｈ
6（エタン）、Ｃ2Ｈ4（エチレン）、Ｃ2H2（アセチレ
ン）の４種類について述べたが、他のＣ−Ｃの結合を有
するＣxＨy系の材料や他の二重結合、三重結合を有する
ＣxＨy系の材料についても同様の効果がある。また、本
実施例では側壁保護ガス単体を添加したが、これらのガ
スの希釈ガスを用いた場合でも同様の傾向を示す。
6（エタン）、Ｃ2Ｈ4（エチレン）、Ｃ2H2（アセチレ
ン）の４種類について述べたが、他のＣ−Ｃの結合を有
するＣxＨy系の材料や他の二重結合、三重結合を有する
ＣxＨy系の材料についても同様の効果がある。また、本
実施例では側壁保護ガス単体を添加したが、これらのガ
スの希釈ガスを用いた場合でも同様の傾向を示す。
【００１５】（実施例２）ＵＬＳＩの量産ライン中のメ
タルエッチング装置において、Ｎ2、ＣＨ2Ｆ2、アセチ
レンの三種類の側壁保護用添加ガスについて、パーティ
クルの発生を比較した。
タルエッチング装置において、Ｎ2、ＣＨ2Ｆ2、アセチ
レンの三種類の側壁保護用添加ガスについて、パーティ
クルの発生を比較した。
【００１６】図３に実サンプルのエッチングと酸素プラ
ズマクリーニングを交互に繰り返し、１０００枚の連続
処理後に、新品のＳｉウェハを処理し、ウェハ上に付着
したパーティクルの個数を調べた結果を示す。Ｎ2やＣ
Ｈ2Ｆ2にくらべ、アセチレンを用いた実施例では、計数
されたパーティクルの個数がきわめて少なく、パーティ
クルの発生が抑えられていることがわかる。本実施例で
はアセチレンについて述べたが、アセチレン以外のＣx
Ｈy系を用いた場合や、これらのＣxＨy系ガスを希ガス
で希釈したガスを用いた場合でも、同様の低パーティク
ルの特性を示す。
ズマクリーニングを交互に繰り返し、１０００枚の連続
処理後に、新品のＳｉウェハを処理し、ウェハ上に付着
したパーティクルの個数を調べた結果を示す。Ｎ2やＣ
Ｈ2Ｆ2にくらべ、アセチレンを用いた実施例では、計数
されたパーティクルの個数がきわめて少なく、パーティ
クルの発生が抑えられていることがわかる。本実施例で
はアセチレンについて述べたが、アセチレン以外のＣx
Ｈy系を用いた場合や、これらのＣxＨy系ガスを希ガス
で希釈したガスを用いた場合でも、同様の低パーティク
ルの特性を示す。
【００１７】（実施例３）アセチレンを単体で添加する
ことには爆発の危険が伴う。そこで、適宜の稀ガスでア
セチレンを爆発下限の２．５％以下に希釈し、添加ガス
として使用することもできる。以下の実施例では、アセ
チレンをアルゴン（Ａｒ）で２．５％に希釈した混合ガ
スを添加した例について述べる。
ことには爆発の危険が伴う。そこで、適宜の稀ガスでア
セチレンを爆発下限の２．５％以下に希釈し、添加ガス
として使用することもできる。以下の実施例では、アセ
チレンをアルゴン（Ａｒ）で２．５％に希釈した混合ガ
スを添加した例について述べる。
【００１８】マイクロ波プラズマエッチング装置におい
て、１６０sccmのＣｌ2、４０sccmのＢＣｌ3、および、
アセチレン／Ａｒ希釈ガスを３２０sccm添加し、処理室
ガス圧力２．６Ｐａで試料をエッチングした。このとき
の実質的なアセチレン流量は８sccm、またアセチレン分
圧は０．０４Ｐａ、Ｃｌ2分圧は０．８Ｐａ、ＢＣｌ3分
圧は０．２Ｐａである。
て、１６０sccmのＣｌ2、４０sccmのＢＣｌ3、および、
アセチレン／Ａｒ希釈ガスを３２０sccm添加し、処理室
ガス圧力２．６Ｐａで試料をエッチングした。このとき
の実質的なアセチレン流量は８sccm、またアセチレン分
圧は０．０４Ｐａ、Ｃｌ2分圧は０．８Ｐａ、ＢＣｌ3分
圧は０．２Ｐａである。
【００１９】一方、Ａｒを使用せず、アセチレン流量お
よびアセチレン、Ｃｌ2、ＢＣｌ3の各分圧が上記実施例
と同じ値になる条件でも試料を同様にエッチングした。
このときの処理室ガス圧力は１．０４Ｐａ、Ｃｌ2／Ｂ
Ｃｌ2／Ｃ2Ｈ2流量はそれぞれ１６０／４０／８sccmと
した。
よびアセチレン、Ｃｌ2、ＢＣｌ3の各分圧が上記実施例
と同じ値になる条件でも試料を同様にエッチングした。
このときの処理室ガス圧力は１．０４Ｐａ、Ｃｌ2／Ｂ
Ｃｌ2／Ｃ2Ｈ2流量はそれぞれ１６０／４０／８sccmと
した。
【００２０】上記二つの条件でのエッチングにおいて、
エッチング速度やエッチング形状がほぼ同じになる結果
が得られた。すなわち、アセチレン流量、アセチレン分
圧、Ｃｌ2分圧、ＢＣｌ3分圧が同じである場合には、Ａ
ｒ希釈した場合でも、希釈しない場合と同等のサイドエ
ッチ抑制の効果が得られることがわかった。
エッチング速度やエッチング形状がほぼ同じになる結果
が得られた。すなわち、アセチレン流量、アセチレン分
圧、Ｃｌ2分圧、ＢＣｌ3分圧が同じである場合には、Ａ
ｒ希釈した場合でも、希釈しない場合と同等のサイドエ
ッチ抑制の効果が得られることがわかった。
【００２１】本実施例では、希釈ガスとしてＡｒを用い
たが、他の希ガスを用いた場合でも同様の効果が得られ
る。
たが、他の希ガスを用いた場合でも同様の効果が得られ
る。
【００２２】
【発明の効果】本発明を用いれば、対レジスト高選択
性、低サイドエッチ、低ノッチ、低パーティクルのエッ
チングが可能である。
性、低サイドエッチ、低ノッチ、低パーティクルのエッ
チングが可能である。
【図１】サイドエッチ量、ノッチ量の定義を示す断面
図。
図。
【図２】側壁保護ガスとサイドエッチ量、ノッチ量の比
較を示した測定図。
較を示した測定図。
【図３】側壁保護ガスとパーティクルの計数値を比較し
た測定図。
た測定図。
１…ＴｉＮ層、２…Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ層、３…ＴｉＮ
層。
層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堤 貴志 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 藤井 敬 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 Ｆターム(参考） 4K057 DA01 DA12 DA13 DB05 DE01 DE04 DE06 DE14 DE20 DG06 DG12 DN01 5F004 AA02 AA14 AA15 AA16 BD02 DA00 DA04 DA11 DA15 DA22 DA23 DA25 DB09 DB16 EB02
Claims (7)
- 【請求項１】減圧処理室内に混合ガスを導入し、上記ガ
スからガスプラズマを生成し、上記ガスプラズマによっ
て被処理物をエッチングするドライエッチング方法にお
いて、上記混合ガスの中に含まれるガスのひとつの分子
構造がＣとＨのみよりなり、かつ、上記ガスの分子構造
中にＣとＣの結合を有することを特徴とするドライエッ
チング方法。 - 【請求項２】請求項１記載のドライエッチング方法にお
いて、上記被処理物中にアルミニウムが含まれることを
特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項３】請求項１または２記載のドライエッチング
方法において、上記Ｃ−Ｃ結合に２重結合が含まれるこ
とを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項４】請求項３のドライエッチング方法におい
て、上記ガスがエチレンであることを特徴とするドライ
エッチング方法。 - 【請求項５】請求項１または２記載のドライエッチング
方法において、上記Ｃ−Ｃ結合に３重結合が含まれるこ
とを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項６】請求項５記載のドライエッチング方法にお
いて、上記ガスがアセチレンであることを特徴とするド
ライエッチング方法。 - 【請求項７】請求項３記載のドライエッチング方法にお
いて、上記混合ガスの内に、希ガスが含まれることを特
徴とするドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11223432A JP2001053059A (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11223432A JP2001053059A (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | ドライエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001053059A true JP2001053059A (ja) | 2001-02-23 |
Family
ID=16798062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11223432A Pending JP2001053059A (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001053059A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006237432A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Hitachi High-Technologies Corp | エッチング装置のクリーニング方法 |
| JP2007080983A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Hitachi High-Technologies Corp | ドライエッチング方法 |
| JP2007210864A (ja) * | 2006-02-13 | 2007-08-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ドライエッチング方法、微細構造形成方法、モールド及びその製造方法 |
| US20100301008A1 (en) * | 2009-05-27 | 2010-12-02 | Canon Anelva Corporation | Process and apparatus for fabricating magnetic device |
-
1999
- 1999-08-06 JP JP11223432A patent/JP2001053059A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006237432A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Hitachi High-Technologies Corp | エッチング装置のクリーニング方法 |
| JP2007080983A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Hitachi High-Technologies Corp | ドライエッチング方法 |
| JP4554479B2 (ja) * | 2005-09-13 | 2010-09-29 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | ドライエッチング方法 |
| JP2007210864A (ja) * | 2006-02-13 | 2007-08-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ドライエッチング方法、微細構造形成方法、モールド及びその製造方法 |
| US20100301008A1 (en) * | 2009-05-27 | 2010-12-02 | Canon Anelva Corporation | Process and apparatus for fabricating magnetic device |
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