JPH06295886A - 塩化水素、塩素含有エッチャントおよび窒素を使用するアルミニウムおよびその合金のエッチング方法 - Google Patents

塩化水素、塩素含有エッチャントおよび窒素を使用するアルミニウムおよびその合金のエッチング方法

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JPH06295886A
JPH06295886A JP6020506A JP2050694A JPH06295886A JP H06295886 A JPH06295886 A JP H06295886A JP 6020506 A JP6020506 A JP 6020506A JP 2050694 A JP2050694 A JP 2050694A JP H06295886 A JPH06295886 A JP H06295886A
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process gas
etching
layer
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Xiaobing Diana Ma
ダイアナ マー シャオビン
Charles S Rhoades
スティーヴ ローデス チャールズ
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    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な選択比、減少されたエッチング断面形
状の細密充填(microloading)、および実質的に異方性エ
ッチングをもたらすアルミニウムおよびその合金のエッ
チング方法を提供すること。 【構成】 アルミニウム部がレジスト材料によって保護
されている基板からアルミニウムをエッチングする方
法。基板は、チャンバの中に置かれ、ＨＣｌ、塩素含有
エッチャントおよびＮ2 を含むプロセスガスが該チャン
バ中に導入される。プラズマがこのチャンバ内に発生
し、この基板からアルミニウムを高速でエッチングする
エッチングガスがこのプロセスガスから発生し、良好な
選択比と、減少されたエッチング断面形状の細密充填
と、実質的に異方性エッチングとを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板からアルミニウム
をエッチングする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】リアクティブイオンエッチングする方法
は、例えば集積回路チップのようなサブミクロン寸法で
作られた造作(features)を有する半導体デバイスおよび
その他のデバイスの製造に使われている。これらの方法
は、シリコンウエーハの表面からアルミニウム合金をエ
ッチングする(etch)ために使われ、そのアルミニウムの
一部(portions)は、フォトレジストあるいは酸化物の硬
質マスク等のエッチング耐性を有する「レジスト」材料
のパターンによって保護されている。保護されたアルミ
ニウム部は、ウエーハ上に処理された(processed) 集積
回路の部分を形成するためにシリコンウエーハに残され
た造作を形成する。エッチングは、プロセスガス(proce
ss gas) をチャンバ内に導入し、該チャンバ内でプラズ
マを発生させて、基板からアルミニウムをエッチングし
ＡｌＣｌ3 等の揮発性のアルミニウム含有化合物を創出
する(create)エッチングガスを創り、該チャンバからそ
の揮発性のアルミニウム含有化合物を除去することによ
って行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】典型的には、プロセス
ガスはＢＣｌ3 およびＣｌ2 から成り、必要に応じてＮ
2 を含む。このプロセスガスについての問題は、Ａｌ，
Ｃｌ，ＢおよびＮを含む比較的厚い残渣ないし堆積物(r
esidues or deposits)が、チャンバ壁上およびレジスト
材料上に形成されることである。チャンバ壁上の堆積物
は、ウエーハを汚染するパーティクル(particles) を形
成する可能性がある。さらに、レジスト材料上には、過
度の量の残渣が形成され、これにより、レジスト材料に
よって保護されるエリア(area)が好ましくなく増加する
可能性がある。これらの問題は、処理されたウエーハを
使用不向き(unsuitable for use)にしうる。
【０００４】堆積層はまたアルミニウム含有層内に新た
にエッチングされた溝(channels)の側壁(sidewalls) 上
に形成されうる。この堆積層は、継続されるエッチング
を妨害する不動態化（passivating)障壁として働き、こ
れにより「等方性」エッチングあるいはアンダーカッテ
ィング(undercutting)を阻止する。等方性エッチング
は、被覆されていない部分を通じて垂直方向に(vertica
lly)進行する代わりに、レジスト層下においては、これ
が水平方向に(horizontally)進行する時に生じ、その結
果、この造作の下部(lower portions)が内方に傾斜され
た(inwardly sloped) ものになる。垂直異方性エッチン
グが望ましいが、側壁上の過度の不動態化層をその後に
取り除くことは困難である。典型的な「ＢＣｌ3 に基づ
く系」(BCl3 based systems) に関しては、側壁上の堆
積物の量を制御することは困難である。
【０００５】さらにまた、典型的な「ＢＣｌ3 に基づく
系」は、増大された断面形状の細密充填(profile micro
loading)に帰着し、これは、アルミニウム含有層に形成
された造作の断面形状(cross-sectional profile) が該
造作間の間隔(spacing) の一関数として変化する時に起
こる。造作間の間隔にかかわらず、均一な断面を有する
造作を与えるエッチング方法を得ることが望ましい。
【０００６】処理効能(process efficacy)に対しては、
高エッチングレート(etching rate)および高いアルミニ
ウムのレジストに対するエッチング選択比(etching sel
ectivity ratio) を得ることもまた望ましい。
【０００７】したがって、チャンバおよび基板の汚染を
最小限にし、実質的に異方性(anisotropic) だけであ
り、寸法超過の(oversized) 造作の形成に帰着せず、減
少された断面形状の細密充填(reduced profile microlo
ading)を与え、エッチングされた溝(channels)の側壁上
に過度の堆積物を形成しない、アルミニウム含有材料を
エッチングする方法が要求される。高エッチングレート
およびアルミニウムのレジストに対する高い選択比を得
ることもまた望ましい。
【０００８】
【課題を解決する手段および作用】本発明は、これらの
要求を満足する方法に向けられたものである。特に、本
発明は、エッチング可能な(etchable)アルミニウム含有
層の少くとも一部を基板から除去する方法を提供する。
本方法によれば、基板はチャンバ内に置かれ、ＨＣｌ、
塩素含有エッチャント(etchant) およびＮ2 を含むプロ
セスガスが該チャンバ内に導入される。「塩素含有エッ
チャント」という用語は、ＨＣｌを除外し、換言すれ
ば、プロセスガスはＨＣｌおよびＮ2 だけを含むことは
できない。塩素含有エッチング試薬は、Ｃｌ2 ，ＳｉＣ
ｌ4 、ＣＣｌ4 、ＢＣｌ3 、およびこれらの混合物を包
含することができる。プラズマは、基板からアルミニウ
ムをエッチングするエッチングガス(etch gas)を発生す
るためにチャンバ内に生成され、これにより、揮発性の
アルミニウム含有化合物を創り出し、これはその後(sub
sequently)チャンバから除去される。
【０００９】典型的には、基板はシリコンウエーハ(sil
icon wafer) であり、エッチング可能なアルミニウム層
は、その上にレジスト材料のパターンを有しており、そ
のパターン下のアルミニウム含有材料のエッチングを阻
止する。エッチング可能な層とシリコンウエーハとの間
には複数の障壁層が存在してもよく、アルミニウム含有
層の上に(on top of) 、反射防止被覆(antireflective
coating)のような層が存在してもよい。
【００１０】基板は、典型的には、エッチングチャンバ
(etch chamber)内のカソード上に置かれ、エッチング処
理中に形成される、ＡｌＣｌ3 等のエッチング副産物を
揮発させるために充分に高い温度まで該カソードは加熱
される。カソードが加熱されるべき温度は、エッチング
されたアルミニウム上に形成された不動態化堆積物の薄
い層が揮発されないように、充分低いものである。
【００１１】典型的には、プロセスガスは、本質的にＨ
Ｃｌ、塩素含有エッチャントおよびＮ2 から成る(consi
sts essentially of) 。塩素含有エッチャントは、本質
的にＣｌ2 ，ＳｉＣｌ4 ，ＣＣｌ4 ，ＢＣｌ3 又はこれ
らの混合物を含むことができる。好ましくは、該塩素含
有エッチャントはＣｌ2 である。好ましくは、プロセス
ガスは、レジスト下のアルミニウム含有材料が実質的に
エッチングされず、且つ実質的にアルミニウムの異方性
エッチングのみが起こるのに充分なＮ2 を含む。
【００１２】プロセスガスの組成の適切なコントロール
によって、アルミニウムのレジストに対する選択比(alu
minum to resist selectivity ratio)は４よりも大きく
することができ、エッチングレート（エッチング速度）
は５０００Å／ｍｉｎよりも大きくすることができ、さ
らには１０，０００Å／ｍｉｎよりも大きくすることが
できる。典型的には、塩素含有エッチング試薬のＨＣｌ
に対する体積流量比(volumetric flow ratio) は約１
０：１から約０．１：１までであり、塩素含有エッチャ
ントのＮ2 に対する体積流量比は約１０：１から約０．
１：１までである。
【００１３】エッチングは、プラズマプロセス又は励起
された(enhanced)プラズマプロセスで行うことができ
る。この励起は、電子サイクロトロン共鳴、磁気的に励
起された反応器(reactor) 、あるいは誘導的に結合され
たプラズマ(inductively coupled plasma)等の磁界又は
誘導結合(inductive coupling)によって得られることが
できる。好ましくは、磁気励起のリアクティブイオン反
応装置が用いられる。
【００１４】後述する実験的作業は、本発明による方法
が、高いエッチングレート、アルミニウムのレジストに
対する良好な選択比および減少された断面形状の細密充
填を有するだけでなく、先行技術のＢＣｌ3 ／Ｃｌ3 ／
Ｎ2 プロセスに比較して、パーティクルおよび堆積物汚
染は減少しており、清浄で、実質的に異方性のプロセス
であることを明らかにするものである。
【００１５】本発明の上述した特徴および他の特徴、態
様(aspects) 、および利点は、以下の記載および請求の
範囲の記載により、より良好に理解される。
【００１６】本発明は、イオン励起プラズマプロセス(i
on enhanced plasma process) で、基板からアルミニウ
ムをエッチングするプロセスに向けられたものであり、
該プロセスにおいて、プロセスガスはエッチングチャン
バ内へ導入され、このプロセスガスは、ＨＣｌと、塩素
含有エッチャントと、Ｎ2 とを含む。「塩素含有エッチ
ャント」という用語は、ＨＣｌを排除している。すなわ
ち、プロセスガスはＨＣｌおよびＮ2 だけを含むことは
できない。塩素含有エッチャントは、Ｃｌ2 ，ＳｉＣｌ
4 、ＣＣｌ4 、ＢＣｌ3 、又はこれらの混合物を含み得
る。
【００１７】基板は、アルミニウム含有層が堆積される
ものでならば何でもよい。より具体的には、シリコンウ
エーハ、ガラス、および金属基板が例示される。典型的
には、基板は多層(multiple layers) を含むシリコンウ
エーハであり、該多層のうちの一つは、アルミニウム含
有層である。シリコンウエーハとアルミニウム含有層と
の間には、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｗ、シリコン酸化物等、あ
るいはこれらの混合物から成るベース(base)ないし障壁
層(barrier layer) が存在していてもよい。該アルミニ
ウム含有層は、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｗ等の反射防止被覆で
被覆されていてもよい。
【００１８】アルミニウム含有層は、実質的に純粋なア
ルミニウムであってもよく、あるいは、より典型的に
は、アルミニウム合金、例えば、アルミニウムと、銅、
シリコンおよび／またはチタンのうちの一つないしそれ
以上の材質との合金であってもよい。
【００１９】典型的には、アルミニウム含有層の一部
は、レジスト材料のパターン化された上敷き(patterned
overlay) によって保護されているため、アルミニウム
含有層の一部はエッチングにより除去されず、したがっ
て、半導体デバイスの部分を形成する造作(features)が
残る。これらの造作は約１０ミクロンから、約０．５な
いし０．６ミクロン以下までのサイズを有することがで
き、接近した間隔(spacing) に関しては、０．５〜０．
６ミクロンオーダの繰り返し(again on the order of
0.5 to micron) となる。
【００２０】基板は、典型的には、エッチングチャンバ
のカソード上に置かれ、該カソードは、エッチングプロ
セスの間に形成されるＡｌＣｌ3 等のエッチング副産物
を揮発させるために充分高い温度に加熱されるが、新た
にエッチングされた溝の側壁上に形成される不動態化堆
積層が揮発されないように、充分低い温度に加熱され
る。典型的には、カソードは少なくとも７０°Ｃの温度
に加熱され、より典型的には、約７０°Ｃから約１００
°Ｃまでの温度、そして好ましくは約８０°Ｃから約９
０°Ｃの温度まで加熱される。
【００２１】好ましくは、上記プロセスガスは、本質的
にＨＣｌと、塩素含有エッチャントと、Ｎ2 とから成
る。該塩素含有エッチャントは、本質的にＣｌ2 ，Ｓｉ
Ｃｌ4，ＣＣｌ4 ，ＢＣｌ3 あるいはこれらの混合物か
ら成り得る。好ましくは、塩素含有エッチャントはＣｌ
2 である。塩素含有エッチャントのＨＣｌに対する体積
流量比は、約１０：１から約０．１：１までとすること
ができる。この割合があまりにも高い、すなわち、塩素
含有エッチャントがあまりにも多すぎるならば、レジス
ト材料下のアルミニウムがエッチされる可能性がある。
この割合が、あまりにも低い、すなわち、塩素含有エッ
チャントが不十分であるならば、エッチングレートは業
務目的(commercial purposes) に対してあまりにも低
い。これらの理由により、好ましくは、塩素含有エッチ
ャントのＨＣｌに対する体積流量比は、約８：１から約
１：１までであり、より好ましくは、少なくとも約４：
１である。
【００２２】塩素含有エッチャントの窒素に対する割合
は、エッチングレート、チャンバ壁上に形成される堆積
物の量、およびエッチングされた溝の側壁上の堆積物の
量をコントロールすると信じられている。あまりにも少
ない窒素は、アンターカッティング、すなわちレジスト
材料下のアルミニウムのエッチングに帰着する。あまり
にも多い窒素は、遅いエッチングレート、チャンバ壁上
および溝側壁上の堆積物の過度な量の形成に帰着する。
プロセスガスに含まれている窒素の量は、充分多いの
で、レジスト下のアルミニウムは実質的にエッチングさ
れず、実質的にアルミニウムの異方性エッチングのみが
起こる。これらの理由から、典型的には、塩素含有エッ
チング試薬の窒素に対する体積流量比は、約１０：１か
ら約０．１：１までであり、好ましくは約５：１から約
２：１までであり、そして最も好ましくは、約４：１以
下(no more than 4:1)である。
【００２３】「体積流量比」という用語によって、
（ｉ）あるガスの単位時間あたりの体積の（ｉｉ）第２
のガスの単位時間あたりの体積に対する割合が意味され
る。
【００２４】プラズマ条件下において、導入されるプロ
セスガスは、アルミニウムおよびその合金をエッチング
除去することができるエッチングガスを形成し、チャン
バからガスとして取り除かれる、ＡｌＣｌ3 等の揮発性
のアルミニウム含有材料を生成する。レジスト材料は、
この下にあるアルミニウムを保護し、その結果、エッチ
ングされない領域にアルミニウムの造作(features)が形
成される。プラズマを発生させるために必要とされる出
力量(amount of power) は、典型的には、１００〜１０
００［Ｗ］であり、更には５００〜１０００［Ｗ］、最
も典型的には、約６００〜約８５０［Ｗ］である。
【００２５】エッチングは、励起されたプラズマプロセ
スにおいて行うことができる。その励起は、磁界ないし
誘導結合によって得られることができる。例えば、その
励起は、電子サイクロトロン共鳴、磁気励起反応器(rea
ctor) 、または誘導結合プラズマによって得られること
ができる。好ましくは、磁気励起されたリアクティブイ
オン反応器が用いられている。
【００２６】この反応器中の磁界は、プラズマ内に形成
されるイオンの密度を増加させるために充分強くなけれ
ばならないが、ＣＭＯＳゲートのような造作を破壊する
ようなチャージアップダメージを誘導するほど、強くな
い。一般には、ウエーハ表面上の磁界は５００ｇａｕｓ
ｓ以下であり、典型的には、約２０〜約８０ｇａｕｓｓ
であり、最も好ましくは、約４０〜約６０ｇａｕｓｓで
ある。磁気励起反応器では、ゲートへのチャージアップ
ダメージの可能性を減少させるために、６０ｇａｕｓｓ
の最大限界が好ましい。
【００２７】典型的には、チャンバは約１ｍＴｏｒｒか
ら約３００ｍＴｏｒｒの圧力で保持されており、好まし
くは、少なくとも約１００ｍＴｏｒｒに保持され、最も
好ましくは、約２００ｍＴｏｒｒ〜約２５０ｍＴｏｒｒ
に保持される。
【００２８】プロセス条件はエッチングプロセスの間に
変えられてもよい。保護被覆または上敷き層(over laye
r)を有するアルミニウム含有層に対しては、典型的に
は、該プロセスは三つの段階(stages)を有する。最初
の、比較的遅い(slow)段階においては、プロセス条件は
反射防止被覆を効果的にエッチング除去してアルミニウ
ム含有層へとエッチングが至る(etch into) ように選択
される。次いで、該プロセスは第２の主たるエッチング
段階において、より厳しい条件下で加速され、アルミニ
ウム層を迅速にエッチング除去する。アルミニウム層が
完全にエッチング除去されたちょうどその時、あるいは
そのアルミニウム層がエッチング除去され、エッチング
がアルミニウム層下の層に進行した後、該プロセスは三
番目の段階において、より厳しくない条件下で完了され
る。エッチング後、レジスト材料、およびウエーハ上に
残されている側壁堆積物(sidewall deposits) のような
いかなる堆積物をも除去するために、基板はクリーニン
グされる。このような多段階プロセスのプロセスパラメ
ータは、後述する実施例１〜１２の中に与えられてい
る。
【００２９】第１の段階の間中、典型的には１０００Å
／ｍｉｎより小さいエッチングレートが適している。主
たるエッチングは商業的に量産実行可能なプロセスに対
して、好ましくは、少なくとも５０００Å／ｍｉｎであ
り、より好ましくは約１０，０００Å／ｍｉｎ以上であ
る。１５，０００Å／ｍｉｎを超過する(in excess of)
レートでエッチングすることは困難である。何故なら
ば、このような高いレートでは、その層上に残るアルミ
ニウム含有層に含まれているエッチングされない不純物
の量が増大するからである。最終エッチング段階の間の
エッチングレートは、典型的には約３０００〜５０００
Å／ｍｉｎである。
【００３０】本発明による方法は効果的である。主たる
エッチング中において５０００Å／ｍｉｎを超えるエッ
チングレートを達成することが可能であり、実質的にア
ンダーカットなしで、すなわち、レジスト下のアルミニ
ウムはエッチングされず、実質的にアルミニウム含有層
の異方性エッチングだけを起こさせることができる。チ
ャンバの汚染物量が著しく減少されたという結果がもた
らされ、新しくエッチングされた溝の側壁上の不動態化
堆積物層を取り除くことが比較的容易となる。さらにま
た、アルミニウム含有層のエッチングのレジスト層のエ
ッチングに対する比率、すなわち、アルミニウムのレジ
ストに対する選択比(selectivity ration)は６よりも大
きくなり得る。
【００３１】さらにまた、ＨＣｌによる腐食(corrosio
n) に対してより耐性を有する材料を使用するという修
正(possible modification) を施すだけで、ＢＣｌ3 ／
Ｃｌ2／Ｎ2 系のプロセスに対して使われている現在あ
る設備を使うことができる。これらの耐食(corrosion r
esistant) 材料としてはクロムまたはモルブデンの含浸
スチール(chrome or molybdenum impregnated steel)を
用いることができる。
【００３２】以下の例は本発明の効能を明示する。
【００３３】
【実施例】実施例１〜４ これらの実施例は、本発明による方法は高いエッチング
レート（５０００Å／ｍｉｎより大）を有し、アルミニ
ウムのレジストに対する良好な選択比を有し、レジスト
下に形成された造作に対して満足した側壁形状(sidewal
l profile)を有する。
【００３４】テストは、磁気励起リアクティブイオン反
応装置、特にカリフォルニア州サンタクララのアプライ
ドマテリアルズ社（Applied Materials,Inc, Santa Cla
ra,California) から入手できるプレシジョン５０００
（商標）マークIIシステム（Precision 5000 (TM) Mark
II system) を使用し、同様にアプライドマテリアルズ
社から入手できるアルミニウムエッチフェイズIIプロセ
スキット（Aluminumetch Phase II process kit) を利
用して行った。使用したウエーハは、５０００Å酸化物
層、１０００Åのチタニウム層、０．５％の銅を含む
１．０ミクロンのアルミニウム層、４０００Åのチタン
ナイトライド(TiN) 層、および選択されたエリアにおい
て厚さ１．４５ミクロンのレジストで連続的に(success
ively)被覆された直径２００ｍｍのシリコンウエーハで
あった。Ｇ線(G line)のフォトレジスト材料が使われ
た。該レジストは、ウエーハ表面エリアの約５０％に置
かれ、間隔と寸法とを変える造作を与えた。最も高い密
度の造作は、０．８ミクロン間隙で離して置かれ、その
造作は、０．６ミクロン幅であった。
【００３５】ウエーハは三段階、すなわち、予備エッチ
ング、主エッチングおよび最終エッチングでエッチング
された。最終エッチングとしては二つの異なるタイプが
使われた。予備および最終エッチングに対するプロセス
条件は表１に要約されている。
【００３６】実施例１〜４に対するプロセス条件
【００３７】
【表１】
【００３８】予備エッチングは、突破（breakthrough)
に至るように、すなわち、ＴｉＮの上敷き層が貫いてエ
ッチングされ(etched through)、アルミニウム層がエッ
チングされ始めるように時間が定められた(timed) 。主
エッチングは、アルミニウム合金が貫いてエッチングさ
れ、ＴｉＮの下敷き層のエッチングが始まるまで行われ
た。最終エッチングは、ＴｉＮの下敷き層が貫いてエッ
チングされ、エッチングが基板に入り込むように、時間
が定められた。エッチングの進行は光学的放射技術(opt
ical emission technique)を使い、チャンバから回収さ
れた(withdrawn) ガスの組成をモニタすることによって
モニタされた。
【００３９】主たるエッチングの間中、壁温度は６５°
Ｃに保持され、ヘリウム１０Ｔｏｒｒの圧力で、温度コ
ントロールのためにウエハ裏面に保持された。
【００４０】エッチング形状、レジストの残り具合、側
壁の滑らかさ、および残っている残さ量は、エッチング
されたウエーハのＳＥＭ写真から評価された。アルミニ
ウムのエッチングレートは、部分的にエッチングされた
ウエーハ内の造作の深さを測定することにより、計算さ
れた。レジストの剥離能力(stripability)（ウエーハか
ら、残っているレジストを剥離する能力）、および側壁
堆積物除去（アルミニウム造作の側壁上の堆積物を除去
する能力）は、ドライ剥離だけ、またはウェット処理と
の組合わせによって試験された。ドライ剥離は、ブラン
ソン（Branson)レジストアッシャ中で、７５分のアッシ
ング時間、または、ガソニックス（Gasonics) のレジス
ト剥離装置において２分間、行われた。このウェット処
理は、「ＡＣＴ−１５０」の商品名で売られている既成
の剥離製品の中で、９０℃で１０分間の浸漬(dip) また
は、「ＡＳＨＬＡＮＤ ＲＯＡ」の商品名で売られてい
るエチレングリコールをベースとした既成の剥離溶媒中
で、室温で３分間の浸漬で行われうる。
【００４１】実験結果は表２に与えられている。
【００４２】実施例１〜４*1に対する結果およびプロセ
ス条件
【００４３】
【表２】
【００４４】＊１： 全てのプロセス条件は主エッチン
グに対するものである。予備エッチングおよび最終エッ
チングの条件は、表１にリストされている。
【００４５】＊２： フォトレジスト層 ＊３： １．０ミクロンよりも大きく間隔が開けられた
側壁ラインが、全てのラン(run) において滑らかであっ
たので、側壁の滑らかさは０．６ミクロン密ラインで評
価された。０の滑らかさを有する側壁は、非常に滑らか
であることを意味する。
【００４６】これらの結果は、４よりも大きいアルミニ
ウムのレジストに対するエッチング比が実施例４におい
て達成されたことを示す。密に詰まった(densely packe
d)造作と、孤立された造作との両方に対して残っている
アルミニウムの側壁形状の満足すべき形状が得られ、且
つ非常に滑らかな側壁が実施例３および４において達成
された。側壁堆積物は、特に、造作が互いに接近してい
る領域において見られた。目に見える「うさぎの耳」(v
isible rabbit ear)は、認められなかった。側壁堆積物
およびレジスト残さは、９０℃、１０分間の「ＡＣＴ１
５０」浸漬か、「ＡＳＨＬＡＮＤ ＲＯＡ」の室温３分
間浸漬のいずれかによって完全に除去されうる。
【００４７】実施例５〜１０ これらの実施例は、本発明による方法は、チャンバ壁上
の堆積物に関して、先行技術のＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ／Ｎ2
プロセスよりも、より清浄であることを明示している。
【００４８】使われたウエーハは、実施例１〜４に用い
られたものと同じであった。使われたプロセス条件は、
表３に示される。
【００４９】実施例５〜１０に対するプロセス条件
【００５０】
【表３】
【００５１】カソードは８０℃に保持され、壁温度は６
５℃に保持され、ウエーハの裏面はヘリウムの１０Ｔｏ
ｒｒにさらされていた。
【００５２】テストの結果は、表４の中に示されてい
る。
【００５３】実施例５〜１０に対するチャンバ壁上の堆
積物厚さ（単位：Å）
【００５４】
【表４】
【００５５】一般に、ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ／Ｎ2 系は、Ｈ
Ｃｌ／Ｃｌ2 ／Ｎ2 系プロセスよりもチャンバ壁上の堆
積物が５．５倍であった。このようにして、ＨＣｌ／Ｃ
ｌ2／Ｎ2 系化学は、実質的にチャンバ壁上の堆積物を
減少させ、これによりチャンバ清浄度(cleanliness)を
改善する。
【００５６】実施例１１〜１２ 実施例１１および１２は、本発明による方法が、非常に
高いアルミニウムエッチレートを達成できることを示し
ている。
【００５７】これらの実施例において使われたウエーハ
は、実施例１〜４で用いられたものと同じであった。プ
ロセス条件は表５の中に要約されている。
【００５８】実施例１１および１２のプロセス条件＊４
【００５９】
【表５】
【００６０】＊ＥＰＢ：基部のエンドポイント ＊＊ＥＰＴ：頭部のエンドポイント（ｅｎｄ ｐｏｉｎ
ｔ ｗｈｅｎ ｔｏｐ） ＊４： 予備および最終の同じプロセス条件が、実施例
１５および１６に対して使用された。
【００６１】カソードは８０℃に保持され、ヘリウムの
１０Ｔｏｒｒがウエーハの裏面に使われた。
【００６２】実施例１１に対する主エッチングは、実質
的にアルミニウム全体がエッチングされるまで行われ
た。これは表５の中に、「基部でのエンドポイント(end
pointat bottom) 」を表わす「ＥＰＢ」として示され
ている。
【００６３】実施例１２において、主エッチングは「頭
部でのエンドポイント(end point when top) 」を表わ
す「ＥＰＴ」で停止された。回収されたガス中のアルミ
ニウム量の減少が、最初に観察されたときにエッチング
は、停止された。
【００６４】実施例１１に対するアルミニウムのエッチ
ングレートは、７３１７Å／ｍｉｎであり、実施例１２
に対しては、これは１４０００Å／ｍｉｎであった。平
均の残りレジストは、実施例１１に対しては９４２６Å
であり、実施例１２に対しては、これは１３０００Å／
ｍｉｎであった。アルミニウムのレジストに対する選択
比は、実施例１１に対しては４．５８であり、実施例１
２に対しては、６よりも大きかった。ウエーハに残され
た残さは、極めて少なかった(very little) 。双方の実
施例に対して、中心の密な領域においては残さがいくら
か残され、実施例１１に対する密な領域においては、少
量の残さがあった。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルミニウム含有材料の高エッチレート、アルミニウム
のレジストに対する良好な選択比、およびこの断面形状
の細密充填効果が減少する。更に、本発明によれば、汚
染粒子および堆積物による汚染が減少し、清浄で、実質
的に異方性を有するエッチングを実現することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ スティーヴ ローデス アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95032， ロス ガトス， ハーウッド ロード 16494

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 (a) アルミニウムを含む(comprising)材
    料層をその上に有する基板をチャンバの中に配置するス
    テップと、 (b) ＨＣｌと、塩素含有エッチャントと、Ｎ2 とを含む
    プロセスガスを前記チャンバ中に導入するステップと、 (c) 前記チャンバ中にプラズマを発生させ、前記基板か
    らアルミニウムをエッチングして揮発性のアルミニウム
    含有化合物を与えるエッチングガスを、前記プロセスガ
    スから発生させるステップと、 (d) 前記揮発性のアルミニウム含有化合物をチャンバか
    ら除去するステップとを含む基板からアルミニウム含有
    材料を除去する方法。
  2. 【請求項２】 前記塩素含有エッチャントが、Ｃｌ2 、
    ＳｉＣｌ4 、ＣＣｌ4 およびＢＣｌ3 から成るグループ
    から選ばれる請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記プロセスガスが、本質的にＨＣｌ、
    Ｃｌ2 およびＮ2 からな成る請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記塩素含有エッチャントが、Ｃｌ2 で
    ある請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記材料層の一部が、その上に前記基板
    からのアルミニウムのエッチングを防止するレジストを
    有する請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記プロセスガスが、レジスト下のアル
    ミニウムがエッチングされないように充分なＮ2 を含有
    する請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 アルミニウムを含む前記材料層が、その
    上に反射防止被覆を有しており、その反射防止被覆がア
    ルミニウムを含む前記材料層と、前記レジストとの間に
    存在する請求項５記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記アルミニウムの異方性エッチングだ
    けが実質的に起こるのに充分なＮ2 を、前記プロセスガ
    スが含有している請求項５記載の方法。
  9. 【請求項９】 不動態化堆積物層(passivating deposit
    layer) が前記アルミニウムの前記エッチングされた部
    分上に形成されており、前記不動態化堆積物層が前記エ
    ッチングされたアルミニウムの更なるエッチングを防止
    して、実質的に異方性エッチングを生じさせる請求項５
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記エッチングされたアルミニウム上
    のいかなる保護堆積物も揮発されないように充分に低い
    温度に、ウエーハが加熱されている請求項９記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】 前記チャンバから前記揮発性のアルミ
    ニウム含有化合物を揮発させるように充分に高い温度に
    前記ウエーハが加熱されている請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記アルミニウム含有材料層が、その
    上に被覆を有する請求項１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記基板が前記チャンバ内の支持体(s
    upport) 上に配置されており、前記支持体が７０℃より
    高い温度に加熱されている請求項１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記基板が前記チャンバ内の支持体上
    に配置されており、前記支持体が約７０℃と約１００℃
    との間の温度に加熱されている請求項１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記基板がチャンバ内の支持体上に配
    置されており、前記支持体が約８０℃と約９０℃との間
    の温度に加熱されている請求項１記載の方法。
  16. 【請求項１６】 塩素含有エッチャントと、ＨＣｌと、
    Ｎ2 との体積流量比が、アルミニウムのレジストに対す
    る選択比が４よりも大きくなるように選択される請求項
    １記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記プロセスガスを導入するステップ
    が、エッチレートが一分あたり５０００Åよりも大きい
    ように充分なプロセスガスを導入するステップを含む請
    求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記プロセスガスを導入するステップ
    が、エッチレートが一分あたり１００００Åよりも大き
    いように充分な処理ガスを導入するステップを備える請
    求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記チャンバ中の圧力が、１ｍＴｏｒ
    ｒよりも大きく保持されている請求項１記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記基板がシリコンウエーハである請
    求項１記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記基板が、前記アルミニウム含有材
    料層と、前記シリコンウエーハとの間に、複数の障壁層
    (barrier layers)を有する請求項２０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記障壁層が、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｗ、
    およびシリコン酸化物から成るグループから選択された
    材料から成る(consist of)請求項２１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記プラズマの密度が、電子サイクロ
    トロン共鳴と、磁気励起反応器と、誘導結合プラズマと
    から成るグループから選択された方法によって励起され
    る請求項１記載の方法。
  24. 【請求項２４】 (a) その上にアルミニウム含有層を有
    しており、前記アルミニウム含有層の一部がその上にレ
    ジスト材料を有するシリコンウエーハをチャンバの中へ
    入れるステップと、 (b) ＨＣｌ，Ｃｌ2 およびＮ2 を含むプロセスガスを、
    Ｃｌ2 のＨＣｌに対する体積流量比が約１０：１から約
    ０．１：１であり、且つＣｌ2 のＮ2 に対する体積流量
    比が約１０：１から約０．１：１であるように前記チャ
    ンバの中へ導入するステップと、 (c) 前記チャンバ中にプラズマを発生させ、基板上のア
    ルミニウムの部分をエッチングして揮発性のアルミニウ
    ム含有化合物を作り出し、且つレジスト材料に優先して
    前記アルミニウムをエッチングするエッチングガスを前
    記プロセスガスから発生させるステップと、 (d) 前記揮発性のアルミニウム含有化合物を前記チャン
    バから除去するステップとを含む基板からアルミニウム
    含有材料を除去する方法。
  25. 【請求項２５】 Ｃｌ2 のＨＣｌに対する体積流量比
    が、約８：１から約１：１までである請求項２４に記載
    の方法。
  26. 【請求項２６】 Ｃｌ2 のＨＣｌに対する体積流量比
    が、４：１よりも大きい請求項２５に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 Ｃｌ2 のＮ2 に対する体積流量比が、
    約５：１から約２：１までである請求項２４に記載の方
    法。
  28. 【請求項２８】 Ｃｌ2 のＮ2 に対する体積流量比が
    ４：１よりも大きい請求項２７に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記プロセスガスを導入するステップ
    が、約５００ｓｃｃｍより小さい体積流量レートで前記
    プロセスガスを導入するステップを含む請求項２４に記
    載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記プロセスガスは、レジスト下のア
    ルミニウムは実質的にエッチングしないように充分なＮ
    2 を含有する請求項２４に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記プロセスガスは、実質的にアルミ
    ニウムの異方性エッチングだけが起こるように充分なＮ
    2 を含む請求項２４に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 前記プロセスガスを導入するステップ
    が、アルミニウムが少なくとも５０００Å／ｍｉｎのレ
    ートでエッチングされるのに充分なプロセスガスを導入
    するステップを含む請求項２４に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 前記アルミニウム含有層がその上に被
    覆を有し、前記被覆が前記アルミニウム含有層と前記レ
    ジストとの間に存在する請求項２４に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 不動態化堆積物層が前記アルミニウム
    の前記エッチングされた部分上に形成され、前記不動態
    化堆積物層がこのエッチングされたアルミニウムのエッ
    チングをさらに防止して実質的に異方性エッチングをも
    たらす請求項２４に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 前記エッチングされたアルミニウム上
    のいかなる不動態化堆積物も揮発されないように充分低
    い温度に前記ウエーハを加熱する請求項３４に記載の基
    板からアルミニウム含有材料を除去する方法。
  36. 【請求項３６】 前記ウエーハが前記チャンバ内の支持
    体上に置かれ、前記支持体が７０℃より高い温度に加熱
    されている請求項２４に記載の方法。
  37. 【請求項３７】 前記ウエーハから前記チャンバ内の支
    持体上に置かれ、前記支持体が約７０℃から約１００℃
    までの間の温度に加熱されている請求項２４に記載の方
    法。
  38. 【請求項３８】 前記ウエーハが前記チャンバ内の支持
    体上に置かれ、前記支持部が約８０℃から約９０℃まで
    の間の温度に加熱されている請求項２４に記載の方法。
  39. 【請求項３９】 前記プラズマの密度が電子サイクロト
    ロン共鳴、磁気励起反応器および誘導結合プラズマから
    成るグループから選択された方法によって励起されてい
    る請求項２４に記載の方法。
  40. 【請求項４０】 (a) その上にアルミニウム含有層を有
    し、前記アルミニウム含有層の一部がその上にレジスト
    を有しているシリコンウエーハをチャンバの中に入れる
    ステップと、 (b) 本質的にＨＣｌ、Ｃｌ2 およびＮ2 から成る処理ガ
    スを約５００ｓｃｃｍより小さい体積流量レートで、Ｃ
    ｌ2 のＨＣｌに対する前記堆積流量レートが約１０：１
    から約０．１：１までであり、且つＣｌ2 のＮ2 に対す
    る前記堆積流量レートが約１０：１から約０．１：１ま
    でであるように前記チャンバの中に導入するステップ
    と、 (c) 前記チャンバ内にプラズマを発生させ、基板上のア
    ルミニウムをエッチングして、揮発性のアルミニウム含
    有化合物を作り出し、且つレジスト材料に優先してアル
    ミニウムをエッチングするエッチングガスを前記プロセ
    スガスから発生させるステップと、 (d) 前記揮発性のアルミニウム含有化合物を前記チャン
    バから除去するステップとを含み、 前記プロセスガスは、前記レジスト下のアルミニウムが
    実質的にエッチングされず、且つ実質的に前記アルミニ
    ウムの異方性エッチングだけが起こるのに充分なＮ2 を
    有する、シリコンウエーハからアルミニウムを含む材料
    を除去する方法。
JP6020506A 1993-02-24 1994-02-17 塩化水素、塩素含有エッチャントおよび窒素を使用するアルミニウムおよびその合金のエッチング方法 Pending JPH06295886A (ja)

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