JP2613803B2 - 銅薄膜のエッチング方法 - Google Patents
銅薄膜のエッチング方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、銅薄膜のエツチング方法に係り、特に半
導体装置の製造工程等の中で電極配線として用いる銅薄
膜のエツチング工程に関し、詳細には銅薄膜を方向性を
もたせてエツチングする方法に関するものである。
導体装置の製造工程等の中で電極配線として用いる銅薄
膜のエツチング工程に関し、詳細には銅薄膜を方向性を
もたせてエツチングする方法に関するものである。
従来、基板上に銅薄膜による電極配線を形成する場
合、銅薄膜の加工方法としては、銅薄膜上を部分的にマ
スク材料で覆い、酸性あるいはアルカリ性の溶液に浸し
化学反応によりエツチングする湿式エツチング法が行わ
れている。しかしながら、この方法を半導体装置の電極
配線として用いる銅薄膜の加工に適用した場合、湿式エ
ツチング法ではエツチングに方向性を持たず等方的にエ
ツチングされるため電極の幅はマスクの幅に比べ細まり
銅薄膜の厚さと同程度かあるいはそれより細い電極の形
成は困難であつた。方向性を持つたエツチング法として
は、ドライエツチング法が知られているが、そのうち、
スパツタエツチング法は物理的なイオン衝撃で加工を行
う方法であり、マスク材料や下地の膜との選択性が大き
く取れないため、微細なエツチングが難しい。また、エ
ツチングされた材料が側壁などに付着し微細の線間のエ
ツチングが難しい。
合、銅薄膜の加工方法としては、銅薄膜上を部分的にマ
スク材料で覆い、酸性あるいはアルカリ性の溶液に浸し
化学反応によりエツチングする湿式エツチング法が行わ
れている。しかしながら、この方法を半導体装置の電極
配線として用いる銅薄膜の加工に適用した場合、湿式エ
ツチング法ではエツチングに方向性を持たず等方的にエ
ツチングされるため電極の幅はマスクの幅に比べ細まり
銅薄膜の厚さと同程度かあるいはそれより細い電極の形
成は困難であつた。方向性を持つたエツチング法として
は、ドライエツチング法が知られているが、そのうち、
スパツタエツチング法は物理的なイオン衝撃で加工を行
う方法であり、マスク材料や下地の膜との選択性が大き
く取れないため、微細なエツチングが難しい。また、エ
ツチングされた材料が側壁などに付着し微細の線間のエ
ツチングが難しい。
一方、反応性イオンエツチング法を用いた銅薄膜の加
工法が、G.C.SchwartzとP.M.Schaibleによる論文（「リ
アクテイブ イオン エツチング オブ カツパー フ
イルムズ」、ジヤーナル オブ エレクトロケミカル
ソサイエテイ,130巻,1777頁,1983年。（“Reactive lon
Etching of Copper Films",Journal of Electrochemic
al Soclety,130,1777（1983））に示されている。この
反応性イオンエツチング法は、化学反応とイオン衝撃を
利用して方向性エツチングを行うものであり、基本的に
は微細加工性に優れ、マスクとの選択性も得られる。
工法が、G.C.SchwartzとP.M.Schaibleによる論文（「リ
アクテイブ イオン エツチング オブ カツパー フ
イルムズ」、ジヤーナル オブ エレクトロケミカル
ソサイエテイ,130巻,1777頁,1983年。（“Reactive lon
Etching of Copper Films",Journal of Electrochemic
al Soclety,130,1777（1983））に示されている。この
反応性イオンエツチング法は、化学反応とイオン衝撃を
利用して方向性エツチングを行うものであり、基本的に
は微細加工性に優れ、マスクとの選択性も得られる。
しかしながら、上記のG.C.Schwartzらの論文により示
された四塩化炭素とアルゴンとの混合ガス系では、微細
な線間の銅膜がエツチングしにくい、高い電力密度でエ
ツチングするので、下地との選択比が小さい、マスク材
料として有機レジスト材料が使用できない等の問題があ
つた。
された四塩化炭素とアルゴンとの混合ガス系では、微細
な線間の銅膜がエツチングしにくい、高い電力密度でエ
ツチングするので、下地との選択比が小さい、マスク材
料として有機レジスト材料が使用できない等の問題があ
つた。
この発明は、上述の課題を解決するためになされたも
のであり、有機レジスト材料をマスクとし、マスクや下
地との十分な選択比を持ち、微細な線間の銅エツチング
が可能な銅薄膜の方向性エツチング方法を提供すること
を目的としている。
のであり、有機レジスト材料をマスクとし、マスクや下
地との十分な選択比を持ち、微細な線間の銅エツチング
が可能な銅薄膜の方向性エツチング方法を提供すること
を目的としている。
この目的を達成するためにこの発明においては、ガス
系として四塩化珪素と窒素との混合ガス系を用いる。ま
た、被エツチング物の基板を配置する電極を加熱するこ
とにより、前記基板を230℃より高い温度、標準的には2
50℃に加熱する。
系として四塩化珪素と窒素との混合ガス系を用いる。ま
た、被エツチング物の基板を配置する電極を加熱するこ
とにより、前記基板を230℃より高い温度、標準的には2
50℃に加熱する。
この場合に前記被エツチング物の基板としては、基板
と銅薄膜との間に窒化チタン膜を挾み、その上を窒化チ
タン膜と有機レジスト材料とで覆い、有機レジスト材料
を露光，現像によりパタンニングしたものを用いる。
と銅薄膜との間に窒化チタン膜を挾み、その上を窒化チ
タン膜と有機レジスト材料とで覆い、有機レジスト材料
を露光，現像によりパタンニングしたものを用いる。
このエツチング方法においては、銅は四塩化珪素が放
電により分解してできた塩素ラジカルと反応し、塩化銅
となるが、基板が230℃より高く加熱されているので、
塩化銅が揮発しやすくなり、銅薄膜のエツチングが進行
する。また、四塩化珪素と窒素とが放電により分解する
ことにより、基板の表面には窒化珪素膜が形成される
が、基板に垂直入射するイオンが銅表面の窒化珪素膜を
除去するので、銅薄膜のエツチングが進行する。しか
し、マスク材料で覆われたパタンの側壁はイオンが当た
らないので、窒化珪素膜で覆われ、銅薄膜の方向性エツ
チングが可能となる。下地や有機レジスト材料との間の
窒化チタン膜は銅と下地や有機レジスト材料との界面の
密着性が悪いために挿入する膜であり、銅の界面に塩素
ラジカルが拡散して異常なアンダカツトが入るのを防
ぎ、完全な方向性エツチングを可能とする。
電により分解してできた塩素ラジカルと反応し、塩化銅
となるが、基板が230℃より高く加熱されているので、
塩化銅が揮発しやすくなり、銅薄膜のエツチングが進行
する。また、四塩化珪素と窒素とが放電により分解する
ことにより、基板の表面には窒化珪素膜が形成される
が、基板に垂直入射するイオンが銅表面の窒化珪素膜を
除去するので、銅薄膜のエツチングが進行する。しか
し、マスク材料で覆われたパタンの側壁はイオンが当た
らないので、窒化珪素膜で覆われ、銅薄膜の方向性エツ
チングが可能となる。下地や有機レジスト材料との間の
窒化チタン膜は銅と下地や有機レジスト材料との界面の
密着性が悪いために挿入する膜であり、銅の界面に塩素
ラジカルが拡散して異常なアンダカツトが入るのを防
ぎ、完全な方向性エツチングを可能とする。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図はこの発明に係る銅薄膜のエツチング行う装置
の一例の概略図である。同図において、１はエツチング
電極、２は被エツチング物の基板、３は対向電極、４は
エツチングチヤンバ、５はガス導入系、６は高周波電
源、７はマツチングボツクス、８は静電チヤツク用の基
板台でありここではセラミツクにタングステン電極を埋
め込んだものを用いた。実際に基板２を吸着させるとき
にはこのタングステン電極に高電圧例えば1000Vを印加
する。９はカセツト、10はロードロツク室、11は基板２
の搬送用アーム、12は真空排気用ポンプでありここでは
ターボ分子ポンプを用いた。13はガス圧調整用のコンダ
クタンスバルブである。20はエツチング電極加熱用のヒ
ータ、21は温度測定用の熱電対であり、制御系によりエ
ツチング電極の温度を一定に保つている。
の一例の概略図である。同図において、１はエツチング
電極、２は被エツチング物の基板、３は対向電極、４は
エツチングチヤンバ、５はガス導入系、６は高周波電
源、７はマツチングボツクス、８は静電チヤツク用の基
板台でありここではセラミツクにタングステン電極を埋
め込んだものを用いた。実際に基板２を吸着させるとき
にはこのタングステン電極に高電圧例えば1000Vを印加
する。９はカセツト、10はロードロツク室、11は基板２
の搬送用アーム、12は真空排気用ポンプでありここでは
ターボ分子ポンプを用いた。13はガス圧調整用のコンダ
クタンスバルブである。20はエツチング電極加熱用のヒ
ータ、21は温度測定用の熱電対であり、制御系によりエ
ツチング電極の温度を一定に保つている。
第２図はエツチングに用いた被エツチング物の基板の
断面図である。同図において、14はシリコンウエハであ
り、このシリコンウエハ14上には通常半導体素子が形成
されているが図では省略した。15はシリコン基板から電
極を絶縁するための二酸化シリコン膜でありここではCV
D法により形成した。16は窒化チタン膜でありここでは
反応性スパツタ法により約500オングストロームの厚さ
に形成した。17は銅薄膜でありスパツタ法により１μｍ
の厚さに形成した。18は窒化チタン膜であり形成法，膜
厚は窒化チタン膜16と同様である。また、窒化チタン膜
16,銅薄膜17および窒化チタン膜18は同一の装置内で連
続的に形成した。19は有機レジスト膜でありノボラツク
系のポジ型光レジストを用いた。また、有機レジストの
耐熱性向上のため、遠紫外光によるキユア処理と高温ベ
ークとを行つた。
断面図である。同図において、14はシリコンウエハであ
り、このシリコンウエハ14上には通常半導体素子が形成
されているが図では省略した。15はシリコン基板から電
極を絶縁するための二酸化シリコン膜でありここではCV
D法により形成した。16は窒化チタン膜でありここでは
反応性スパツタ法により約500オングストロームの厚さ
に形成した。17は銅薄膜でありスパツタ法により１μｍ
の厚さに形成した。18は窒化チタン膜であり形成法，膜
厚は窒化チタン膜16と同様である。また、窒化チタン膜
16,銅薄膜17および窒化チタン膜18は同一の装置内で連
続的に形成した。19は有機レジスト膜でありノボラツク
系のポジ型光レジストを用いた。また、有機レジストの
耐熱性向上のため、遠紫外光によるキユア処理と高温ベ
ークとを行つた。
次に第１図の装置を用いて第２図に示した銅薄膜のエ
ツチングを行う方法について説明する。エツチング電極
１は予めヒータにより230℃より高い温度に保持する。
ここでは主に250℃とした。基板２はカセツト９から真
空に伯父されたロードロツク室10を介して同じく真空に
保持されたエツチング電極１に送られ、静電チヤツク機
構８により電極面に固定される。ロードロツク室10を通
すのは、高温下で銅薄膜が空気に触れて酸化されのを防
ぐためである。また、静電チヤツク機構８により固定す
るのは、エツチング電極１と基板２との熱接触を改善
し、基板２を加熱するためである。その後、ガス導入系
５より流量制御された四塩化珪素と窒素との混合ガスを
例えば100SCCM導入し、ポンプ12により排気してコンダ
クタンスバルブ13の調節によりチヤンバ４内を例えば2P
aに維持する。その後、エツチング電極１に高周波電極
６より例えば100Wの高周波電力を印加する。これによつ
てエツチング電極１と対向電極３との間にグロー放電を
生じ、ガスが分解してラジカルを生じるとともにエツチ
ング電極１側には加速されたイオンが電極面に垂直に照
射される。これによつて基板２上の窒化チタン膜16,銅
薄膜17および窒化チタン膜18はイオン衝撃と塩素ラジカ
ルとの相乗効果によりエツチングされる。第３図はこの
ときの加工形状の断面を示したものである。第３図
（ａ）の窒素が20％の場合は銅薄膜17にアンダカツトを
生じているが、第３図（ｂ）に示したように窒素50％に
することにより垂直な形状が得られる。さらに窒素を増
して第３図（ｃ）に示すように80％とした場合は順テー
パの傾斜を持つたパタンが得られた。窒素を混合したと
き、このような加工形状制御が行えるのは、四塩化珪素
が分解して生じたシリコンと窒素とが分解して生じた窒
素ラジカルが反応して窒化シリコン膜が基板２の表面に
形成され、銅薄膜17の表面ではイオンの効果により窒化
シリコン膜は取り除かれて銅のエツチングが進行するの
に対し、レジストパタン下の側壁ではイオンが当たらな
いので窒化シリコン膜が成長して塩素ラジカルによる銅
のエツチングを阻止するためと考えられる。また、窒素
が50％の場合の銅薄膜17のエツチングレートは、四塩化
珪素100％の場合とほぼ同じ200オングストローム/minで
あり、有機レジスト膜19との選択比は約２、二酸化シリ
コン膜15との選択比は約５が得られた。さらに従来見ら
れた微細な線間で銅薄膜17がエツチングしにくく残留す
るという現象は観察されず、１μｍ程度の線間の銅もき
れいにエツチングされた。
ツチングを行う方法について説明する。エツチング電極
１は予めヒータにより230℃より高い温度に保持する。
ここでは主に250℃とした。基板２はカセツト９から真
空に伯父されたロードロツク室10を介して同じく真空に
保持されたエツチング電極１に送られ、静電チヤツク機
構８により電極面に固定される。ロードロツク室10を通
すのは、高温下で銅薄膜が空気に触れて酸化されのを防
ぐためである。また、静電チヤツク機構８により固定す
るのは、エツチング電極１と基板２との熱接触を改善
し、基板２を加熱するためである。その後、ガス導入系
５より流量制御された四塩化珪素と窒素との混合ガスを
例えば100SCCM導入し、ポンプ12により排気してコンダ
クタンスバルブ13の調節によりチヤンバ４内を例えば2P
aに維持する。その後、エツチング電極１に高周波電極
６より例えば100Wの高周波電力を印加する。これによつ
てエツチング電極１と対向電極３との間にグロー放電を
生じ、ガスが分解してラジカルを生じるとともにエツチ
ング電極１側には加速されたイオンが電極面に垂直に照
射される。これによつて基板２上の窒化チタン膜16,銅
薄膜17および窒化チタン膜18はイオン衝撃と塩素ラジカ
ルとの相乗効果によりエツチングされる。第３図はこの
ときの加工形状の断面を示したものである。第３図
（ａ）の窒素が20％の場合は銅薄膜17にアンダカツトを
生じているが、第３図（ｂ）に示したように窒素50％に
することにより垂直な形状が得られる。さらに窒素を増
して第３図（ｃ）に示すように80％とした場合は順テー
パの傾斜を持つたパタンが得られた。窒素を混合したと
き、このような加工形状制御が行えるのは、四塩化珪素
が分解して生じたシリコンと窒素とが分解して生じた窒
素ラジカルが反応して窒化シリコン膜が基板２の表面に
形成され、銅薄膜17の表面ではイオンの効果により窒化
シリコン膜は取り除かれて銅のエツチングが進行するの
に対し、レジストパタン下の側壁ではイオンが当たらな
いので窒化シリコン膜が成長して塩素ラジカルによる銅
のエツチングを阻止するためと考えられる。また、窒素
が50％の場合の銅薄膜17のエツチングレートは、四塩化
珪素100％の場合とほぼ同じ200オングストローム/minで
あり、有機レジスト膜19との選択比は約２、二酸化シリ
コン膜15との選択比は約５が得られた。さらに従来見ら
れた微細な線間で銅薄膜17がエツチングしにくく残留す
るという現象は観察されず、１μｍ程度の線間の銅もき
れいにエツチングされた。
第４図は基板の温度とエツチング速度との関係を示し
たものである。同図において、基板温度が230℃以下で
はエツチング速度は低くまた条件によつては残留物が堆
積する。これは温度が低すぎて塩化銅の蒸気圧が低く揮
発しないためである。240℃と250℃との間でエツチング
速度は急上昇し、それより高いと飽和する。したがつて
この系での基板の温度は少なくとも230℃より高くなけ
ればならず、250℃程度が最適である。
たものである。同図において、基板温度が230℃以下で
はエツチング速度は低くまた条件によつては残留物が堆
積する。これは温度が低すぎて塩化銅の蒸気圧が低く揮
発しないためである。240℃と250℃との間でエツチング
速度は急上昇し、それより高いと飽和する。したがつて
この系での基板の温度は少なくとも230℃より高くなけ
ればならず、250℃程度が最適である。
ここで、基板２として窒化チタン膜16,18を下地や有
機レジスト膜19と銅薄膜17との間に挾まないと、銅薄膜
17は下地の二酸化シリコン膜15や有機レジスト膜19との
密着性が悪く界面を塩素ラジカルが異常に拡散してエツ
チング中にマスクが剥離したり、大きなアンダカツトを
生じたりする。したがつてこのような銅薄膜のエツチン
グにおいては密着性改善のための膜構成をとつた方が良
い。すなわち、被エツチング物の基板２構成として銅薄
膜17と二酸化シリコン膜15との間および銅薄膜17と有機
レジスト膜19との間にそれぞれ窒化チタン膜16および18
を挾むことにより、銅界面での異常拡散が防止され、品
質の高い電極配線が得られることになる。
機レジスト膜19と銅薄膜17との間に挾まないと、銅薄膜
17は下地の二酸化シリコン膜15や有機レジスト膜19との
密着性が悪く界面を塩素ラジカルが異常に拡散してエツ
チング中にマスクが剥離したり、大きなアンダカツトを
生じたりする。したがつてこのような銅薄膜のエツチン
グにおいては密着性改善のための膜構成をとつた方が良
い。すなわち、被エツチング物の基板２構成として銅薄
膜17と二酸化シリコン膜15との間および銅薄膜17と有機
レジスト膜19との間にそれぞれ窒化チタン膜16および18
を挾むことにより、銅界面での異常拡散が防止され、品
質の高い電極配線が得られることになる。
以上説明したようにこの発明に係る銅薄膜のエツチン
グ方法によれば、四塩化珪素，窒素の混合ガス系におけ
る窒素の割合を制御することにより、銅薄膜の加工形状
が制御でき、アンダカツトのない方向性をもつた微細な
線間での銅の残留のない銅薄膜の配線パタンが容易に得
られる。また、基板の温度を230℃以上とすることによ
り、残留物のないきれいなエツチングがしかも高いエツ
チング速度で行なえるなどの極めて優れた効果が得られ
る。
グ方法によれば、四塩化珪素，窒素の混合ガス系におけ
る窒素の割合を制御することにより、銅薄膜の加工形状
が制御でき、アンダカツトのない方向性をもつた微細な
線間での銅の残留のない銅薄膜の配線パタンが容易に得
られる。また、基板の温度を230℃以上とすることによ
り、残留物のないきれいなエツチングがしかも高いエツ
チング速度で行なえるなどの極めて優れた効果が得られ
る。
第１図はこの発明に係る銅薄膜のエツチングを行う装置
の概略の一例を示す図、第２図はエツチングに用いた被
エツチング物の基板の断面を示す図、第３図は本発明に
よる加工形状の断面を示す図、第４図は基板の温度とエ
ツチング速度との関係を示す図である。 １……エツチング電極、２……被エツチング物の基板、
３……対向電極、４……エツチングチヤンバ、５……ガ
ス導入系、６……高周波電源、７……マツチングボツク
ス、８……静電チヤツク用の基板台、９……カセツト、
10……ロードロツク室、11……基板の搬送用アーム、12
……真空排気用ポンプ、13……コンダクタンスバルブ、
14……シリコンウエハ、15……二酸化シリコン膜、16…
…窒化チタン膜、17……銅薄膜、18……窒化チタン膜、
19……有機レジスト膜、20……エツチング電極加熱用の
ヒータ、21……熱電対。
の概略の一例を示す図、第２図はエツチングに用いた被
エツチング物の基板の断面を示す図、第３図は本発明に
よる加工形状の断面を示す図、第４図は基板の温度とエ
ツチング速度との関係を示す図である。 １……エツチング電極、２……被エツチング物の基板、
３……対向電極、４……エツチングチヤンバ、５……ガ
ス導入系、６……高周波電源、７……マツチングボツク
ス、８……静電チヤツク用の基板台、９……カセツト、
10……ロードロツク室、11……基板の搬送用アーム、12
……真空排気用ポンプ、13……コンダクタンスバルブ、
14……シリコンウエハ、15……二酸化シリコン膜、16…
…窒化チタン膜、17……銅薄膜、18……窒化チタン膜、
19……有機レジスト膜、20……エツチング電極加熱用の
ヒータ、21……熱電対。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−239620（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−162338（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−194524（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】基板上を被覆した銅薄膜のエッチング方法
において、前記銅薄膜上を部分的にマスク材で被覆した
基板を対向電極型反応性イオンエッチング装置の一方の
電極上に配置し、前記電極上に配置した基板を加熱し、
前記対向電極型反応性イオンエッチング装置内に四塩化
珪素と窒素とを混合した反応ガスを導入し、対向電極型
反応性イオンエッチング装置の対向する電極間に高周波
電力を印加することによりグロー放電を発生させ、前記
銅薄膜の方向性エッチングを行うことを特徴とした銅薄
膜のエッチング方法。 - 【請求項２】請求項１において、前記基板を配置した電
極を加熱し、前記基板の温度を230℃より高くしてエッ
チングを行うことを特徴とした銅薄膜のエッチング方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1079688A JP2613803B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 銅薄膜のエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1079688A JP2613803B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 銅薄膜のエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02260422A JPH02260422A (ja) | 1990-10-23 |
| JP2613803B2 true JP2613803B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=13697144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1079688A Expired - Fee Related JP2613803B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 銅薄膜のエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2613803B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0372625A (ja) * | 1989-08-11 | 1991-03-27 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH04329640A (ja) * | 1991-05-01 | 1992-11-18 | Mitsubishi Electric Corp | 配線層のドライエッチング方法 |
| JP2005217088A (ja) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Chi Mei Electronics Corp | 基板上の配線および配線形成方法 |
| GB201811873D0 (en) | 2018-07-20 | 2018-09-05 | Oxford Instruments Nanotechnology Tools Ltd | Semiconductor etching methods |
-
1989
- 1989-03-30 JP JP1079688A patent/JP2613803B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02260422A (ja) | 1990-10-23 |
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