JP3170791B2 - Al系材料膜のエッチング方法 - Google Patents
Al系材料膜のエッチング方法Info
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Description
方法に関する。本発明は、Al系材料膜をエッチングする
各種の分野に汎用でき、例えば、電子材料(半導体装置
等)の形成プロセスにおいて、配線材料等として用いる
アルミニウム系材料膜をドライエッチングして配線構造
を形成する場合等に適用することができる。
製造プロセスにおいて、半導体集積回路等の配線として
用いられるAl配線やAl合金配線の形成等のために用いら
れている。
して用いられているAlや、Al合金膜としては、最近バリ
アメタルと積層になっているAl多層膜構造が用いられる
ようになって来ている。即ち、耐マイグレーション性、
コンタクト抵抗の信頼性などの面から、例えば、Al膜や
Al合金(Al−Si等)膜の下に、TiON/Tiや、TiWや、TiW/
Ti層を形成したバリアメタル構造で用いられるようにな
りつつある。
ターニングに悪影響が及ぼされるおそれがあるというこ
とから、これを防止すべく、Al表面に、反射防止膜(例
えば無機系の反射防止膜としてはTiON層など)を形成し
た構造が用いられて来ている。
造の積層膜が用いられるようになっている。第3図中、
1はアルミニウム系材料膜で、例えばAl−Si(例えばSi
を1wt%程度含有する合金)膜である。2はバリアメタ
ル層で、Al系材料膜1に接する側からTiON層21及びTi層
22で構成されている。また、3は、Al系材料膜1の表面
に形成した反射防止膜で、ここではTiON層である。
うとして、従来から用いられているAl−Si膜のみの単層
を異方性良くエッチングする条件をそのまま適用して
も、良好なエッチングは達成できない。即ち、上記第3
図の構造を通常のレジストマスク4でエッチングする場
合、 第3図に示すようにレジストマスク4とAl系材料膜1
との間に反射防止膜3であるTiON層が存在すること Al系材料膜1の下にバリアメタル層2であるTiON/Ti
が存在すること という条件があることから、必ずしも従来知られていた
エッチング条件では良好な加工はできないのである。
メタル層2とを連続してエッチング加工しようとする
と、バリアメタル層2をエッチングする時間は、アルミ
ニウム系材料膜1はオーバーエッチングの状態となりア
ンダーカットが入りやすい。
を、ECRエッチング装置により、 使用ガス系:BCl3/Cl2=60/90 SCCM 圧力 :16mTorr マイクロ波:300mA RFバイアス:40W のエッチング条件でエッチングした場合を示すが、図の
如く、バリアメタル層2は良好にエッチングされている
が、アルミニウム系材料膜1は異方性が良好にならず、
アンダーカットが生じてしまう。
ネルギーを大きくし、レジスト分解物の供給量を多くし
てデポ(堆積)物により側壁保護を行うと、異方性形状
にはなる。しかし、イオンの入射エネルギーが大きいこ
とから、次の問題が生じる。 (1)対レジスト、対下地5(SiO2等)選択比は低下す
る。 (2)オーバーエッチの際、下地5のスパッタ物がレジ
ストや形成されたパターンの側壁に付着し易い。よって
例えばエッチングガス系に塩素原子を含むものが含有さ
れている場合、それらの再デポ物は塩素を含むため、腐
食、いわゆるアフターコロージョンに対しても不利にな
る(コロージョンの問題については、篠原ほか「半導体
・集積回路技術第35回シンポジウム講演論文集」13〜18
頁、論文番号3、1988年12月参照)。
については、SiCl4などのデポ(堆積性)ガスを使用ガ
ス系に積極的に添加してデポ物により側壁を保護する技
術が提案されているものの、この従来方法では、ガス自
体が堆積性をもつため、被エッチングチェンバー全体が
デポ雰囲気になって、この結果パーティクルが発生する
ことが避けられず、抜本的な問題解決にはならない。
る。即ち、本発明は、Al系材料膜をエッチングする場合
に、被エッチング構造がバリアメタル及び/または反射
防止膜などとAl系材料膜との多層膜である場合も、良好
な形状でAl系材料膜をエッチングでき、しかもその際イ
オンエネルギーを増大させる必要なく、また堆積性のガ
スを添加する必要なく、良好な形状のエッチングを行う
ことができ、また、その場合に、オーバーエッチ、特に
過剰なオーバーエッチが必要である場合も、該オーバー
エッチ時の過剰なラジカル等による側壁のエッチング
(サイドアタック反応による側壁のえぐれ)を防止して
良好なエッチングを実現できるエッチング方法を提供せ
んとするものである。
チング方法は、次の構成とする。即ち、本発明は、下地
上に形成されたAl系材料膜をエッチングするAl系材料膜
のエッチング方法において、水素を構成元素として分子
中に含むとともに堆積性を有さないガスを10〜99%含有
し、かつ被エッチング材のエッチャントとなるガスを含
有してなる混合ガスを用いて下地が露出するまで継続し
てエッチングを行い、酸化性のガスを用いたエッチング
を行うことによって前記混合ガスを用いたエッチングに
より形成されたAl系材料パターンの側壁に保護膜を形成
し、その後オーバーエッチングを行うに際し、上記水素
を構成元素として分子中に含むとともに堆積性を有さな
いガスとして、HCl、HBr、HFの群から選ばれる少なくと
も1種を用いることを特徴とするAl系材料膜のエッチン
グ方法である。
ニウム、アルミニウム合金、アルミニウム化合物、もし
くはこれらを成分として含有する材料から成る膜をい
う。
下含Hガスと略称する)とは、エッチング時に分解して
分子中から水素原子(H)が発生し得るガスを言い、例
えば、水素ガス、ハロゲン化水素、硫化水素、その他の
非金属元素と水素との化合物等である。含Hガスとして
は、それ自体は堆積性を有さないものを用いる。すなわ
ち、CやSiを分子中に含むガスは採用しない。本発明に
おいて該水素を構成元素として分子中に含むとともに堆
積性を有さないガスとしては、HCl、HBr、HFの群から選
ばれる少なくとも1種を用いる。
は、被エッチング材であるAl系材料膜をエッチングする
エッチャントとなるガス成分のほかに、該含有Hガスが
全体の10〜99%(体積%、即ち流量%である)含有され
ているものを言う。含Hガスの更に好ましい含有量は、
エッチレートも考慮すると、20%以上であり、特に20〜
50%である。
ングガスとして知られる各種のものを任意に用いること
ができ、塩素系ガスを好ましく用いることができる。例
えば、BCl3、Cl2や、これらの混合ガス系などである。
また、エッチャントとなるガス、含Hガスのほかに、適
宜希釈ガス等として、他のガスを添加しても差支えな
い。
によりパターニングされたAl系材料の側壁に酸化膜等の
保護膜を形成し得るガスを言う。このような酸化性のガ
スとしては、例えば、O2(酸素)、O3(オゾン)、NO、
NO2等の少なくとも酸素原子を構成元素として分子中に
有するガスを用いることができる。放電のない条件で
は、O2やO3が好ましい。
うな作用を示すと考えられる。 含Hガス自体は、堆積性がない。例えばHClなどは、
全く堆積性がない。 エッチング時に、プラズマ等により発生する水素
(H)は、これとレジスト分解物(CzHy)との反応によ
り、カーボン系物質の堆積を起こし易くする。
ガスを用いて下地が露出するまでエッチングを行って、
オーバーエッチングに先立ち、酸化性のガスを用いてAl
系材料パターンの側壁保護膜を形成し、その後オーバー
エッチングするので、オーバーエッチ時にパターン側壁
がエッチングされることが、該保護膜により防止され
る。従って、サイドアタックによる側壁のエッチングが
防止されて、えぐれ(アンダーカット)の発生が防が
れ、形状劣化を抑制できる。
に機能して、良好なエッチングを達成できるのは、含H
ガスが10〜99%、好ましくは20〜50%である場合であ
る。これは本発明者の検討の結果見い出されたことであ
る。
で、パーティクルが増大するなどの問題は原理的に無
い。(CHCl3を添加することにより形状改善を行う技術
が知られているが、これはプラズマ放電させるとプラズ
マ中すべての領域で堆積雰囲気となり、ダストが発生し
易いという問題があるが、本発明はそのおそれがな
い)。
系に含塩素ガスを用いても、アッシング後の残留塩素量
の低減をも可能にすることができるものである。
あるが、本発明は以下述べる実施例により限定されるも
のではない。
て、第3図に示したバリアメタル層2及び反射防止膜3
を有するAl系材料膜1を使用した。Al系材料膜1は、Al
−Si合金(Silwt%含有)から成り、バリアメタル層2
はTiON層21及びTi層22から成る。反射防止膜3は、TiON
層である。下地5はSiO2である。
ッチングを行った。 使用ガス系:BCl3/Cl2/HCl=60/40/100 SCCM 圧 力 :16mTorr マイクロ波:300mA RFバイアス:30W
置を用いた。第4図中、10は被エッチング材である半導
体ウェハであり、11はこれを支持する載置台(ウェハサ
セプタ)である。6は反応室であり、61は石英ベルジ
ャ、62はマグネトロン、63は導波管、64は磁場形成用ソ
レノイドコイルである。65はエッチングガス導入系、66
は排気等を示す。67は高周波電源である。
l2)を用いた場合、被エッチング材であるウェハに印加
するRFバイアスは50Wにしないと異方性形状は得られな
かったのに対し、その60%である30Wの印加で異方性形
状が得られた。
行う場合、30%程度のオーバーエッチでは問題無いもの
の、50%以上オーバーエッチを行うと、過剰な塩素ラジ
カルによりパターンの側壁のサイドアタック反応が起こ
り、パターンにアンダーカットが生じるなど形状が悪化
することがある。
工程を設けて、その後第3ステップでオーバーエッチン
グを行うようにした。
露出するまでエッチングを行い、第2ステップでは、下
記条件でエッチングした。 使用ガス系:O2=200 SCCM 圧 力 :16mTorr マイクロ波:300mA RFバイアス:OW 時 間 :2秒
に安定な酸化膜を形成し、これを保護膜とする。このと
き同時に、レジスト4は1000Å程度エッチングされる。
を行う。 使用ガス系:BCl3/Cl2/HCl=60/40/100 SCCM 圧 力:16mTorr マイクロ波:300mA RFバイアス:30W
ある。本実施例ではこの条件で、例えば50%のオーバー
エッチングを行った。なお場合によっては、ガス系を第
1ステップと変えてもよい。このオーバーエッチ時には
Al系材料膜1の側壁には第2ステップで形成された保護
膜(この例では安定な酸化膜と考えられる)が形成され
ているため、本実施例にように含HガスとしてのHClの
如き含Clガスを用いても、オーバーエッチ時にもパター
ン側壁は過剰な塩素ラジカルのサイドアタック反応から
保護される。
オーバーエッチングがなされ最終的に良好なエッチング
形状を得ることができる。
ットの無い異方性の良好なエッチングが達成された。
いるが、残留塩素は非常に少ないものであった。
実施例でエッチングした場合とについて、エッチング後
に残留塩素を分析した結果を示すが、Aで示す従来プロ
セス(1ウェハにつき約20μg強)に比し、Bに示す本
実施例では残留塩素ははるかに少なくなっている(同約
15μg弱)。第6図には、エッチング後、更にアッシン
グを行ったサンプルについて残留塩素を分析した結果を
示すが、2サンプルについて、従来プロセスでは1ウェ
ハにつき0.16μg程度(A1,A2)であるのに対し、本実
施例では0.1μgを少し上まわるもの(B1)と、これを
下まわるもの(B2)とが得られるという結果が出、残留
塩素についても再現性良く良好な結果が得られているこ
とがわかる。
例のサンプルについては側壁保護膜はアッシングで除去
されており、該保護膜に起因する残留塩素はないと考え
られ、残留塩素が少ないことも含Hガスを用いたことに
よる効果と考えられるが、いずれにしても本実施例によ
れば、塩素に基づくコロージョンの問題に対しても有利
であることがわかる。
ては、本実施例では、ここで用いるHClが側壁保護膜形
成に寄与しているので該側壁保護膜がハイドロカーボン
系に近くなり、これによりアッシングで除去され易い状
態となって、この結果これが良好に除去されるものと考
えられる。
材(ウェハ)に一定量の純水を盛り、一定時間後採取し
てイオンクロマトグラフィーで測定したものである。
系材料から成るパターンの側壁を酸化性のガスにより処
理し、その後オーバーエッチを行うことにより、側壁に
アンダーカットの無い良好な異方性形状が得られる。か
つこのオーバーエッチ前の酸化性ガスによる処理は、例
えば単に系内にO2を流すだけで容易に実施できる。
るRFバイアスを小さくできる(例えば50Wから30W)。こ
のことによっても、本例の如くClを含有するガスを用い
た場合も、オーバーエッチ時の塩素を含んだ下地スパッ
タ物の量を少なくでき、残留塩素を低減できる。
等)によっても、残留塩素低減効果が高められていると
考えられる。
ある。
ル等の発生を防止できるという点でも有利である。
好にエッチングできるものであり、例えば、被エッチン
グ構造がバリアメタル及び/または反射防止膜などとAl
系材料膜との多層膜である場合も、良好な形状でAl系材
料膜をエッチングできる。しかもその際イオンエネルギ
ーを増大させる必要もなく、また堆積性のガスを添加す
る必要もなく、異方性を向上させることができる。更
に、オーバーエッチ時には保護膜によりパターン側壁が
保護されるので、オーバーエッチ時における形状劣化も
なく、良好なエッチング形状が得られる。
図である。 第2図は、従来例(比較例)で得られたエッチング形状
の断面図である。 第3図は、被エッチング材の一例を示す断面図である。 第4図は、実施例−1で用いたエッチング装置の構成図
である。 第5図及び第6図は、残留塩素を従来例、実施例につい
て分析した結果を示す図である
3……反射防止膜、5……下地。
Claims (3)
- 【請求項1】下地上に形成されたAl系材料膜をエッチン
グするAl系材料膜のエッチング方法において、 水素を構成元素として分子中に含むとともに堆積性を有
さないガスを10〜99%含有し、かつ被エッチング材のエ
ッチャントとなるガスを含有してなる混合ガスを用いて
下地が露出するまで継続してエッチングを行い、 酸化性のガスを用いたエッチングを行うことによって前
記混合ガスを用いたエッチングにより形成されたAl系材
料パターンの側壁に保護膜を形成し、 その後オーバーエッチングを行うに際し、 上記水素を構成元素として分子中に含むとともに堆積性
を有さないガスとして、HCl、HBr、HFの群から選ばれる
少なくとも1種を用いる ことを特徴とするAl系材料膜のエッチング方法。 - 【請求項2】請求項1に記載のAl系材料膜のエッチング
方法であって、 上記混合ガスは上記水素を構成元素として分子中に含む
とともに堆積性を有さないガスを20〜99%含有すること
を特徴とするAl系材料膜のエッチング方法。 - 【請求項3】請求項1に記載のAl系材料膜のエッチング
方法であって、 上記混合ガスは上記水素を構成元素として分子中に含む
とともに堆積性を有さないガスを20〜50%含有すること
を特徴とするAl系材料膜のエッチング方法。
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