JPH06108272A - プラズマエッチング方法 - Google Patents

プラズマエッチング方法

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JPH06108272A
JPH06108272A JP4262309A JP26230992A JPH06108272A JP H06108272 A JPH06108272 A JP H06108272A JP 4262309 A JP4262309 A JP 4262309A JP 26230992 A JP26230992 A JP 26230992A JP H06108272 A JPH06108272 A JP H06108272A
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JP
Japan
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gas
plasma
layer
plasma etching
alloy layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP4262309A
Other languages
English (en)
Inventor
Hironori Araki
宏典 荒木
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Al合金層とW層またはW合金層とを有する
金属膜に対して、均一に再現性良くプラズマエッチング
処理を実施する。 【構成】 パターン化されたフォトレジスト15をマスク
として、塩素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いたAl
合金層14のプラズマエッチング処理と、塩素ガスと酸素
ガスとの混合ガスを用いたW層13のプラズマエッチング
処理とを同一チャンバ内にて連続的に実行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属膜をプラズマエッ
チングする方法に関し、特にAl合金層とW層またはW
合金層とを含む金属膜のプラズマエッチング方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】LSI等の半導体集積回路の配線材料と
しては、主にAl合金が用いられている。集積度が16M
ビット以上である高集積LSIにおいては、パターンサ
イズの微細化に伴って配線密度が増大する。配線密度が
増大すると、Al合金製の配線にエレクトロマイグレー
ションが発生し、配線の断線等の素子不良の原因とな
る。このエレクトロマイグレーションを防ぐために、A
l合金層と下地との間にWまたはTiW等のW合金から
なる金属層を挿入した多層膜構造が採用されている。
【0003】このようなAl合金層とW層またはW合金
層とからなる金属膜を所定パターンにプラズマエッチン
グする場合、それぞれの金属層に適した別の混合ガスが
使用される。Al合金層のプラズマエッチングには、塩
素ガスとBCl3 ガス等との塩素系混合ガスが使用さ
れ、W層またはW合金層のプラズマエッチングには、S
6 ガスまたはCF4 ガス等のフッ素系ガスを含む混合
ガスあるいは塩素ガスと酸素ガス等との塩素系混合ガス
が使用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、塩素系混合
ガスによるAl合金層のプラズマエッチングと、フッ素
系混合ガスによるW層またはW合金層のプラズマエッチ
ングとを、単一チャンバ内にて交互に行うと、エッチン
グの再現性が低下する。
【0005】また、Al合金層を塩素ガスとBCl3
スとの混合ガスにてプラズマエッチングした後、W層ま
たはW合金層を塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスにてプ
ラズマエッチングすると、チャンバ内に残留したBと導
入されたOとが反応して、生成物(Bm n )が発生す
る。従って、多数枚の試料にプラズマエッチング処理を
施すと、この生成物がチャンバの壁面に堆積しパーティ
クルの原因となったり、壁面からの剥離物がエッチング
対象の試料の表面に付着し、エッチング速度の低下また
はエッチング不良が生じる。
【0006】このような事態を回避するためには、Al
合金層とW層またはW合金層とを別々のチャンバ内にて
プラズマエッチングするか、または、反応室の壁面に多
くの生成物が堆積する前にその壁面を清掃する必要があ
る。しかしながら、このような方法では、LSI作製に
長時間を要する、装置稼働率が低下する等の問題点があ
る。
【0007】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、Al合金層とW層またはW合金層とを含む金属
多層膜が形成された多数枚の試料に対して、これらの各
金属層を単一チャンバ内にて再現性良く連続的に短時間
にてプラズマエッチングできるプラズマエッチング方法
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマエ
ッチング方法は、Al合金層とW層またはW合金層とを
有する金属膜を単一チャンバ内にてプラズマエッチング
する方法において、前記Al合金層のプラズマエッチン
グには塩素ガスと窒素ガスとを含む混合ガスを用い、前
記W層またはW合金層のプラズマエッチングには塩素ガ
スと酸素ガスとを含む混合ガスを用いることを特徴とす
る。
【0009】
【作用】本発明のプラズマエッチング方法では、塩素ガ
スと窒素ガスとの混合ガスを用いてAl合金層をプラズ
マエッチングし、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用
いてW層またはW合金層をプラズマエッチングする。塩
素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いてAl合金層をプ
ラズマエッチングしても、塩素ガスとBCl3 ガスとの
混合ガスを用いてエッチングした場合とほぼ同様のエッ
チング形状が得られる。Al合金層を塩素ガスと窒素ガ
スとの混合ガスにてプラズマエッチングした後、連続し
て同一チャンバ内でW層またはW合金層を塩素ガスと酸
素ガスとの混合ガスにてプラズマエッチングしても、残
留する窒素ガスは酸素ガスと反応せず反応したとしても
窒素酸化物ガスとなるだけであって、チャンバの壁面に
生成物は堆積せず、再現性が良好なエッチング形状が得
られる。
【0010】
【実施例】以下、本発明をその実施例について具体的に
説明する。
【0011】まず、本発明のプラズマエッチング方法の
実施に使用する装置について説明する。図1は、プラズ
マエッチング装置の例として電子・サイクロトロン共鳴
を利用したECRプラズマエッチング装置の縦断面図で
ある。図中、1はプラズマ室、2は導波管、3は反応
室、4は励磁コイルを示している。
【0012】プラズマ室1は、周囲壁を2重構造として
冷却水の通流室1aを備える中空円筒形をなし、マイクロ
波に対して空洞共振器を構成するように形成されてい
る。通流室1aには、冷却水の給水系1f, 排水系1gが連通
されている。プラズマ室1の上部壁中央には石英ガラス
板1bで閉鎖されたマイクロ波導入口1cが設けられ、また
その下部壁中央にはマイクロ波導入口1cと対向する位置
にプラズマ引出し窓1dが設けられている。プラズマ室1
の下部壁を貫通する態様で、反応室3側からプラズマ室
1内に向けて、エッチングガスを導入するためのガス導
入管1eが設けられている。
【0013】マイクロ波導入口1cには導波管2の一端部
が接続され、また、プラズマ引出し窓1dにはこれに臨ま
せて反応室3が配設されている。プラズマ室1及びこれ
に連結された導波管2の一端部の周囲には、励磁コイル
4が配設されている。導波管2の他端部は、マイクロ波
発振器(図示せず)(周波数:2.45GHz)に接続さ
れ、発生したマイクロ波がプラズマ室1に導入されるよ
うになっている。励磁コイル4は直流電源(図示せず)
に接続されており、直流電源の通流によって磁界を発生
させ、プラズマ室1にマイクロ波を導入させることによ
ってプラズマを生成させる。また、励磁コイル4によっ
て、反応室3側に向けて磁束密度が低くなる発散磁界を
発生させ、この発散磁界によって、プラズマ室1内に生
成されたプラズマを反応室3内に投射せしめるようにな
っている。
【0014】反応室3には、プラズマ引出し窓1dと対向
する底壁に、排気装置(図示せず)に連なる排気口3aが
開口している。また、反応室3の内部にはプラズマ引出
し窓1dの直下にこれと対向させて試料台5が配設され、
この試料台5上にプラズマ引出し窓1dと対向させてエッ
チング対象の試料Sが載置されている。試料台5は、マ
ッチングボックス7を介して高周波電源6(周波数:1
3.56 MHz)と接続されている。反応室3の側壁に
は、反応室3に連なるガス供給系3bが貫通している。
【0015】このような構成のプラズマエッチング装置
において、プラズマ室1,反応室3を所定の真空度に設
定した後、ガス導入管1eを介してプラズマ室1内にエッ
チングガスを導入し、試料台5に高周波電源6にて高周
波電圧を印可し、励磁コイル4にて磁界を形成しつつマ
イクロ波導入口1cを通じてプラズマ室1内にマイクロ波
を導入し、プラズマ室1を空洞共振器としてエッチング
ガスを共鳴励起させてプラズマを生成させる。生成され
たプラズマは、励磁コイル4にて形成された反応室3に
向かうに従って磁束密度が低下する発散磁界によって、
試料台5上の試料S周辺に投射され、試料Sに対するエ
ッチング処理が行われる。
【0016】次に、本発明の具体的な実施例について説
明する。図2(a)は、図1の試料台5上に載置するエ
ッチング対象の試料Sの構造を示す断面図である。この
試料Sは、シリコン基板11上に、下地のSiO2 層12
(膜厚:0.3 μm)、W層13(膜厚:0.2 μm)、Al
−Si−Cu合金(Si:1%,Cu:0.5 %)からな
るAl合金層14(膜厚:1.0 μm)をこの順に積層し、
更にフォトリソグラフィの手法を用いてマスクパターン
としてのフォトレジスト15(膜厚:1.5 μm,線幅:0.
5 μm)を形成した構成をなす。
【0017】このような構成をなす試料Sを試料台5上
に載置し、ガス導入管1eから塩素ガスと窒素ガスとの混
合ガスを導入して、試料SのAl合金層14をプラズマエ
ッチングする。この際のプラズマ発生条件は、ガス圧力
が5mTorr、マイクロ波パワーが1000Wである。ま
た、導入する混合ガスの流量は、塩素ガス75sccm、
窒素ガス25sccmであり、トータルのガス流量が100
sccmである。なお、塩素ガスと窒素ガスとの混合割
合の好ましい例は、N2 /(Cl2 +N2 )=2〜40%
である。
【0018】Al合金層14のエッチングが終了すると、
ガス導入管1eから導入するガスを、塩素ガスと窒素ガス
との混合ガスから塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスに切
り換える。なおここで、光学的な手法によりAlClの
発光波長の強度をモニタし、その強度が減少して変化し
なくなった時点をAl合金層14のエッチング終了時点と
判定する。そして、Al合金層14のエッチング終了を確
認した後、エッチングガスを切り換える。このエッチン
グガスの切り換え方法には、マイクロ波の導入と高周波
電圧の印可とを停止した後、窒素ガスを止めて酸素ガス
を導入してマイクロ波の導入と高周波電圧の印可とを再
開する方法と、マイクロ波の導入と高周波電圧の印可と
はそのままにしておき、窒素ガスのみを止めて酸素ガス
を導入する方法との2通りの方法がある。
【0019】塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用い
て、W層13をプラズマエッチングする。この際のプラズ
マ発生条件は、ガス圧力が5mTorr、マイクロ波パ
ワーが1000Wである。また、導入する混合ガスの流量
は、塩素ガス60sccm、酸素ガス40sccmであり、
トータルのガス流量が100 sccmである。なお、塩素
ガスと酸素ガスとの混合割合の好ましい例は、O2
(Cl2 +O2 )=20〜60%である。
【0020】このようなエッチングに従って、図2
(b)に示すように、フォトレジスト15も多少エッチン
グされて、その膜厚は減少するが、Al合金層14及びW
層13がパターンエッチングされて、そのエッチング側面
が垂直な形状となる。
【0021】図3は、本発明のプラズマエッチング方法
を用いて、図2に示すような構成の多数枚(1000枚)の
試料にプラズマエッチング処理を施した場合のエッチン
グ速度の変化(図中●−●)を示している。図3では、
1枚目の試料におけるエッチング速度を1とし、各枚数
目の試料におけるAl合金層14のエッチング速度を規格
化した結果を示している。また、図3には、同一の試料
に対して、Al合金層14のプラズマエッチングには塩素
ガスとBCl3 との混合ガスを用い、W層13のプラズマ
エッチングには塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用い
てプラズマエッチング処理を施した従来例におけるエッ
チング速度の変化(図中○−○)も併せて示している。
【0022】従来例の場合には、処理枚数の増加に伴っ
てAl合金層14のエッチング速度が顕著に低下する(10
00枚後に18%程度減少)のに対して、本発明のプラズマ
エッチング方法では、1000枚の処理後のエッチング速度
は、エッチング初期に比較して数%低下するに過ぎな
い。
【0023】なお、本実施例では、電子・サイクロトロ
ン共鳴を利用したECRプラズマエッチング装置を使用
した場合について説明したが、高周波電圧を利用した平
行平板型の他のプラズマエッチング装置を使用しても良
いことは勿論である。また、プラズマの安定化, エッチ
ング速度の向上等のため、He,Ar等のガスを添加し
ても良いことは勿論である。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明のプラズマエッチン
グ方法では、Al合金層のプラズマエッチングには塩素
ガスと窒素ガスとの混合ガスを用い、W層またはW合金
層のプラズマエッチングには塩素ガスと酸素ガスとの混
合ガスを用いることにしたので、単一チャンバ内にて連
続的にAl合金層とW層またはW合金層とをプラズマエ
ッチングする場合にあっても、チャンバ内の壁面に反応
生成物が堆積せず、均一にかつ再現性良く多数枚の試料
に対してプラズマエッチングを施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマエッチング方法を実施するた
めのECRプラズマエッチング装置の構成を示す縦断面
図である。
【図2】本発明のプラズマエッチング方法の実施対象の
試料のエッチング処理前及びエッチング処理後の形状を
示す断面図である。
【図3】複数枚の試料をプラズマエッチングエッチング
処理した際のエッチング速度の変化を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1 プラズマ室 1e ガス導入管 2 導波管 3 反応室 4 励磁コイル 5 試料台 6 高周波電源 11 Si基板 12 SiO2 層 13 W層 14 Al合金層 15 フォトレジスト S 試料

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al合金層とW層またはW合金層とを有
    する金属膜を単一チャンバ内にてプラズマエッチングす
    る方法において、前記Al合金層のプラズマエッチング
    には塩素ガスと窒素ガスとを含む混合ガスを用い、前記
    W層またはW合金層のプラズマエッチングには塩素ガス
    と酸素ガスとを含む混合ガスを用いることを特徴とする
    プラズマエッチング方法。
JP4262309A 1992-09-30 1992-09-30 プラズマエッチング方法 Pending JPH06108272A (ja)

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