JPH07335623A - プラズマエッチング方法 - Google Patents
プラズマエッチング方法Info
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- JPH07335623A JPH07335623A JP6128593A JP12859394A JPH07335623A JP H07335623 A JPH07335623 A JP H07335623A JP 6128593 A JP6128593 A JP 6128593A JP 12859394 A JP12859394 A JP 12859394A JP H07335623 A JPH07335623 A JP H07335623A
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Abstract
板に対し、最適のエッチング条件を与えるプラズマエッ
チング方法を提供する。 【構成】 Al系金属層等の被エッチング層4上にTi
ON等のモニタ層5と、レジストマスク6を形成し、ま
ずモニタ層5をプラズマエッチングすると、モニタ層6
の露出面積に対応した強度の発光スペクトル値がモニタ
される。このモニタ値にもとづき被エッチング層の露出
面積を算出し、最適エッチング条件に切り替えて被エッ
チング層をパターニングする。 【効果】 被エッチング層の露出面積に応じた最適エッ
チング条件の採用により、サイドエッチングやパターン
シフトのない制御性のよい異方性エッチングが可能とな
る。
Description
で適用されるプラズマエッチング方法に関し、更に詳し
くはAl系金属層等の被エッチング層の、均一で異方性
にすぐれたプラズマエッチング方法に関する。
性能化が進展するに伴い、そのデザインルールはハーフ
ミクロンからクォータミクロンへと縮小し、微細加工を
施すためのプラズマエッチング方法にも高度の制御性が
要求されている。例えば、内部配線材料として一般的に
用いられているAlやAl合金等、Al系金属のプラズ
マエッチングにおいては、配線断面の異方性形状を確保
するため、レジストマスクをスパッタリングしてレジス
ト分解物を生成し、これをパターン側壁に付着させるこ
とにより、ラジカルのアタックによるサイドエッチング
を防止している。このようにレジストの分解生成物を側
壁保護膜に利用する異方性エッチング方法においては、
レジストマスクを積極的にスパッタリングするのである
から、対レジスト選択比を大きくとることは原理的に望
めない。被エッチング基板への入射イオンエネルギを下
げれば対レジスト選択比向上は可能であるが、レジスト
分解生成物の発生が少なくなり、側壁保護膜の形成が不
十分となり、サイドエッチングが発生する。
の面積比が大きい場合、すなわち配線となるべき部分の
パターン密度が高く、被エッチング層のレジストマスク
からの露出面積が小さい場合には、入射イオンによるレ
ジストの分解生成物の発生量が多く、側壁保護膜の形成
も十分に行われるため異方性形状が得られやすい。一
方、被エッチング基板上のレジストマスクの面積比が小
さい場合、すなわち配線となるべき部分のパターン密度
が低く、被エッチング層のレジストマスクからの露出面
積が大きい場合には、前述した現象とは逆となる。すな
わち、入射イオンによるレジストの分解生成物の発生量
が少なく、側壁保護膜の形成が不十分なため異方性形状
が得られずサイドエッチングが発生する。同様の問題
は、バッチ式のプラズマエッチング装置において、何枚
の被エッチング基板を一度に処理するかによっても発生
する。これらの現象は、一般的にローディング効果ない
しはマイクロローディング効果と呼称され、エッチング
の均一性の観点から問題視されている。
特開平1−30227号公報にはCl系を主体とするエ
ッチングガス系に、HBr等のBr系ガスを添加する方
法が開示されている。これはプラズマ中に生成するBr
ラジカルとAlとの反応生成物AlBrx 、およびBr
ラジカルとレジストとの反応生成物CBrx を共に側壁
保護膜に利用し、その機能を高める考え方にもとづくも
のである。
護膜のソースをエッチングガス成分に一部依存する上記
エッチング方法においても、側壁保護膜のソースの一部
はレジストや被エッチング層であることから、依然とし
て被エッチング層の露出面積にエッチング形状や均一性
を左右されやすい。そこでサイドエッチングの発生しや
すい、被エッチング層の露出面積が大きな被エッチング
基板に対しても、十分な側壁保護膜が形成されるエッチ
ング条件に固定して、被エッチング層の露出面積の異な
るすべての被エッチング基板を処理することも考えられ
る。しかしこの場合には、被エッチング層の露出面積の
小さな被エッチング基板に対しては、側壁保護膜の形成
が過剰となり、得られる配線の断面形状は順テーパの台
形状となる。すなわち配線の幅や断面積が、被エッチン
グ層のパターン密度に影響される問題が生じる。
露出面積が異なる複数の被エッチング基板に対して、そ
れぞれ最適のエッチングパラメータでエッチングするこ
とが可能なプラズマエッチング方法を提供することであ
る。
の露出面積が異なる複数の被エッチング基板に対して、
常に異方性形状にすぐれた配線パターンを形成すること
が可能なプラズマエッチング方法を提供することであ
る。
露光時の下地層からの反射を防止し、段差基板上であっ
ても制御性のよいレジストパターニングを可能とするこ
とである。本発明の上記以外の目的は、本願明細書およ
び添付図面の説明により明らかにされる。
ング方法は、上述の課題を解決するために発案したもの
であり、被エッチング層上にモニタ層を形成し、このモ
ニタ層のプラズマ発光スペクトル強度の測定値にもとづ
き、前記被エッチング層のエッチングパラメータを制御
することを特徴とするものである。モニタ層としてはT
iON、TiN、TiOあるいはTiW等、Ti系化合
物を用いることが好ましい。これらTi系化合物のうち
の一部は、レジストパターンのリソグラフィ時の反射防
止層を兼ねてもよい。
のは、エッチングガス流量、エッチングガス圧力、入射
イオンエネルギおよびプラズマの放電電力等を挙げるこ
とができる。これらエッチングパラメータの制御によ
り、被エッチング層またはレジストマスクのエッチング
レートを変化させることにより、上記課題を達成するこ
とが可能である。
チング層上にTi化合物等のモニタ層を形成しておき、
このモニタ層のプラズマ発光スペクトル強度の測定値に
もとづき、被エッチング層のエッチングパラメータを制
御する点にある。モニタ層上のレジストマスクをエッチ
ングマスクとして、この被エッチング基板をプラズマエ
ッチングすると、まずモニタ層がエッチングされること
によりモニタ層の反応生成物にもとづく発光スペクトル
が発生する。この発光スペクトル強度は、モニタ層の露
出面積、すなわち被エッチング層の露出面積にほぼ比例
する。すなわち、予め発光スペクトル強度と被エッチン
グ層の露出面積のキャリブレーションカーブを採ってお
けば、発光スペクトル強度から被エッチング層の露出面
積を演算することが可能である。したがって、モニタ層
のエッチング時間中に次の被エッチング層のプラズマエ
ッチングのパラメータを最適条件に設定することが可能
となるのである。
エッチングガス流量、エッチングガス圧力、入射イオン
エネルギおよびプラズマの放電電力等であり、これらエ
ッチングパラメータの制御により、被エッチング層また
はレジストマスクのエッチングレートを変化させる。
被エッチング基板の場合は、被エッチング層の露出面積
が小さい。すなわち、逆にレジストマスクの面積は大き
く、レジストの分解生成物にもとづく側壁保護膜の供給
は十分である。このような場合は、被エッチング層のエ
ッチングレートが大きくなるようにエッチングパラメー
タを決定しても、サイドエッチングが発生する虞れはな
い。あるいはレジストマスクのエッチングレートが小さ
くなるようなエッチングパラメータを決定しても、やは
りサイドエッチングが発生することはなく、異方性エッ
チングが達成される。
チング基板の場合は、被エッチング層の露出面積が大き
いのであるから、上述した条件と反対に、被エッチング
層のエッチングレートを小さく設定するか、レジストマ
スクのエッチングレートを大きく設定すれば異方性エッ
チングが可能である。
するが、さらに上記モニタ層に反射防止層の機能を兼ね
るプラズマエッチング方法をも提案する。周知のごと
く、Al系金属層のように光反射率が大きい配線材料の
場合には、この上に形成したレジスト層の露光時に何ら
かの反射低減措置を施すことが一般的であり、特に段差
基板上のリソグラフィにおいては必須である。本発明に
おいては、Ti系化合物層が反射防止層としての機能を
兼備することにより、制御性のよいレジストパターニン
グが可能となり、前記作用と併せて、配線幅の制御され
た異方性にすぐれたプラズマエッチングが可能となるの
である。
面を参照して説明する。なお以下の実施例は、いずれも
半導体装置の微細内部配線としてのAl系金属配線を形
成する場合に本発明を適用した例である。
チング層のエッチングパラメータのうちガス流量を制御
して、被エッチング層のエッチングレートを変えた例で
あり、これを図1(a)〜(c)に示す本発明のプラズ
マエッチング方法をその工程順に説明する概略断面図を
参照して説明する。まず図1(a)に示すようにSi等
の半導体基板1を熱酸化してSiO2 からなる絶縁層2
を形成する。絶縁層2はCVDで形成してもよく、図示
しない接続孔により半導体基板1の不純物拡散層に臨む
接続孔が開口されていてもい。つぎに密着層兼バリアメ
タル層3としてTiおよびTiNをこの順に10nmお
よび70nm、スパッタリングおよび反応性スパッタリ
ングにより形成する。続けてAl−1%Si等のAl系
金属からなる被エッチング層4を例えば500nm、T
iON等Ti系化合物からなるモニタ層5をいずれもス
パッタリングおよび反応性スパッタリングにより形成す
る。なおモニタ層5の厚さは20〜40nmの範囲を選
択することにより、反射防止層としての機能を持たせる
ことができる。
マレーザリソグラフィにより、0.35μm幅のレジス
トマスク6をモニタ層5上に形成する。ここまで形成し
た図1(a)に示すサンプルを被エッチング基板とす
る。なおレジストマスク6のパターン密度は各種のもの
を用意し、被エッチング層の露出面積率を変えた各種被
エッチング基板を用意した。
は、一例として基板バイアス印加型の枚葉式ECRプラ
ズマエッチング装置であり、プラズマの発光スペクトル
強度モニタ装置を有するとともに、この発光スペクトル
強度値にもとづき被エッチング層の面積を演算し、さら
にこの演算値にもとづき各種エッチングパラメータを制
御する制御手段としてのマイクロコンピュータを具備し
たものである。
ジに被エッチング基板をセットし、一例として下記条件
によりTiONからなるモニタ層5のプラズマエッチン
グを行った。 BCl3 60 sccm Cl2 90 sccm ガス圧力 1.3 Pa マイクロ波電源パワー 300 mA(2.45GH
z) RFバイアス 40 W(13.56MH
z) 被エッチング基板温度 常温 本エッチング条件により、図1(b)に示すようにモニ
タ層5のエッチングが進行するとともに、プラズマ中に
410nm〜420nmの領域でTiClx に起因する
特性発光スペクトルが観測される。この発光スペクトル
強度はモニタ層の露出面積、すなわち被エッチング層の
露出面積に依存する。図2に、同エッチング条件におけ
るモニタ層の露出面積率と、相対発光スペクトル強度の
関係を実験により求め、これをグラフ化して示した。こ
のグラフより、発光スペクトル強度の測定値から一義的
に被エッチング層の露出面積を演算することができる。
としてのマイクロコンピュータのメモリには、エッチン
グパラメータがインプットしてあり、相対発光スペクト
ル強度を入力すると、これに応じた最適エッチングパラ
メータを選んでエッチング制御系に指令を出す。本実施
例においては、エッチングガス流量を制御することによ
り、被エッチング層のエッチングレートを変化させた。
下表に発光スペクトル強度に対応した最適エッチングパ
ラメータを示す。なお相対発光スペクトル強度は、被エ
ッチング層上すべてがモニタ層の場合を100%、被エ
ッチング層上にモニタ層が存在しない場合が0である。
光スペクトル強度を測定し、被エッチング層4が露出し
た時点、すなわちTiClx に起因する発光スペクトル
強度が落ち始めた時点で上記3種のエッチングパラメー
タの組み合わせの内から最適のものを選択する。例え
ば、相対発光スペクトル強度が20%であれば、被エッ
チング層の露出面積が少なく、逆にレジストマスク面積
が広いので、レジストマスクのスパッタリングによる分
解生成物にもとづく側壁保護膜の形成は多い。この場合
には、Cl2 ガス流量を110sccmとし、被エッチ
ング層のエッチングレートを高める。また相対発光スペ
クトル強度が70%の場合には、被エッチング層の露出
面積が多く、逆にレジストマスク面積は小さいので、レ
ジストマスクのスパッタリングによる分解生成物にもと
づく側壁保護膜の形成も少ない。この場合は、Cl2 ガ
ス流量を70sccmとし、被エッチング層のエッチン
グレートを下げる。
より、被エッチング層の露出面積に応じた最適のプラズ
マエッチングを施すことが可能であり、図1(c)に示
すようにサイドエッチングの無い異方性にすぐれたAl
系金属配線が形成される。密着層兼バリアメタル層3
は、Al系金属層からなる被エッチング層4と同一条件
でパターニング可能である。本実施例では、ガス流量を
3種類に変化したが、より多水準の流量設定をして、き
め細かくエッチングパラメータを制御してもよい。これ
らは、いずれもマイクロコンピュータで自動制御するこ
とが可能である。またガス流量以外のエッチングパラメ
ータを制御して、被エッチング層のエッチングレートを
変えてもよい。
用いて同じ被エッチング基板をプラズマエッチングした
例であるが、発光スペクトル強度値にもとづきエッチン
グパラメータのうち入射イオンエネルギを制御して、主
としてレジストマスクのエッチングレートを変えた例で
あり、これを同じく図1(a)〜(c)を参照して説明
する。
置、および図1(a)に示す被エッチング基板に関して
は、実施例1と同一であるのでその説明を省略する。こ
の被エッチング基板を基板ステージに載置し、一例とし
て下記条件によりTiONからなるモニタ層5のプラズ
マエッチングを行った。 BCl3 60 sccm Cl2 90 sccm ガス圧力 1.3 Pa マイクロ波電源パワー 300 mA(2.45GH
z) RFバイアス 40 W(13.56MH
z) 被エッチング基板温度 常温 このエッチング条件も実施例1と同じである。本実施例
においてもプラズマ中に410nm〜420nmの領域
にTiClx に起因する特性発光スペクトルが観測さ
れ、この発光スペクトル強度と図2に示すグラフから、
被エッチング層の露出面積を演算することができる。本
実施例ではモニタ層5のプラズマエッチング時の発光ス
ペクトル強度に応じて、エッチングパラメータを表2の
5種類に制御した。なお本実施例では、エッチングパラ
メータとしてRFバイアス電力のみを変化させており、
他のエッチングパラメータは上記モニタ層のエッチング
条件と同一であるので、表2ではRFバイアス電力
(W)をパラメータとして採り上げる。
スペクトル強度を測定し、上記5種類のエッチングパラ
メータの内から最適のものを選択して、被エッチング層
4が露出した時点で切り替える。例えば、相対発光スペ
クトル強度が20%以下であれば、被エッチング層の露
出面積が小さく、逆にレジストマスクの面積が大きいの
であるから、レジストマスクのスパッタリングによる分
解生成物にもとづく側壁保護膜の形成は多めとなる。こ
の場合は、RFバイアス電力を30Wとすることで、レ
ジストマスクのエッチングレートを下げる。また相対発
光スペクトル強度が70%の場合には、RFバイアスを
40Wとし、レジストマスクのエッチングレートを高め
る。
より、被エッチング層の露出面積に応じた最適のプラズ
マエッチングを施すことが可能であり、図1(c)に示
すようにサイドエッチングの無い異方性にすぐれたAl
系金属配線が形成される。密着層兼バリアメタル層3は
Al系金属層からなる被エッチング層と同一条件でパタ
ーニング可能である。本実施例では、RFバイアスを5
種類に変化したが、より多水準の流量設定をして、きめ
細かくエッチングパラメータを制御してもよい。いずれ
の場合においてもマイクロコンピュータで自動制御する
ことが可能である。またガス流量以外のエッチングパラ
メータを制御してレジストマスクのエッチングレートを
変えてもよい。
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。
板バイアス印加型のECRプラズマエッチング装置を例
示したが、平行平板型RIE装置や磁界を併用したマグ
ネトロンRIE装置、ヘリコン波プラズマエッチング装
置、ICP(Inductively Coupled
Plasma)エッチング装置、TCP(Trans
former Coupled Plasma)エッチ
ング装置等のプラズマエッチング装置に発光スペクトル
強度モニタと前記機能を有するマイクロコンピュータを
組み合わせてもよい。
エッチング装置を例示したが、バッチ式のプラズマエッ
チング装置であってもよい。この場合には、被エッチン
グ基板のローデイング枚数に応じてもプラズマの発光ス
ペクトル強度が変わるので、処理枚数に応じたエッチン
グパラメータの選択が可能である。
示したが、純AlやAl−Cu、Al−Si−Cu等他
のAl系金属であってもよい。また他種の金属、例えば
WやCu、金属シリサイドや多結晶シリコン等が被エッ
チング層であってもよい。しかしながら、被エッチング
層の発光スペクトル強度が絶対的に小さく、しかも高反
射率の材料層の場合に本発明は多大の効果を発揮する。
の露出面積を算出するには、プラズマの発光スペクトル
強度をモニタする以外にも、エッチング反応後の排出ガ
スの分析、すなわち質量分析、赤外分光分析、ラマン分
光分析等各種ガス分析値から算出することも可能であ
る。
は被エッチング層の露出面積が異なる複数の被エッチン
グ基板をシリアルにプラズマエッチングする場合におい
ても、それぞれの被エッチング基板に対して最適のエッ
チングパラメータを選択してプラズマエッチングを施す
ことができる。このことは、多種類の被エッチング基板
を同一エッチングラインで流す場合には多大の効果が得
られる。
件を選択することにより、サイドエッチングやテーパエ
ッチング、あるいはパターンシフトのない異方性形状に
すぐれた配線パターンを均一に形成することが可能とな
り、半導体装置の信頼性の向上に寄与する。
おける反射防止効果を享受することもできるので、Al
系金属配線のような高反射率の材料層や、段差基板上の
パターニングにおいて配線の線幅の制御性のよいプラズ
マエッチングが可能となる。上記した一連の効果は、発
光スペクトル強度のモニタからエッチングパラメータの
制御まで、すべて自動的に設定可能であるので、人為的
な設定ミスによる事故を防止することが可能である。
に基づく内部配線のパターニングを信頼性高く行うこと
ができ、本発明が半導体装置等の製造プロセスに与える
寄与は大きい。
施例1および2を、その工程順に説明する概略断面図で
あり、(a)は被エッチング層上にモニタ層およびレジ
ストマスクを形成した状態、(b)は発光スペクトル強
度をモニタしつつ、モニタ層をプラズマエッチングして
いる状態、(c)は被エッチング層のパターニングが完
了した状態である。
強度の関係を示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 被エッチング層上にモニタ層を形成し、
該モニタ層のプラズマ発光スペクトル強度の測定値にも
とづき、前記被エッチング層のエッチングパラメータを
制御することを特徴とする、プラズマエッチング方法。 - 【請求項2】 被エッチング層はAl系金属層であり、
モニタ層はTi系化合物層であることを特徴とする、請
求項1記載のプラズマエッチング方法。 - 【請求項3】 モニタ層は反射防止層を兼ねることを特
徴とする、請求項1記載のプラズマエッチング方法。 - 【請求項4】 エッチングパラメータは、エッチングガ
ス流量、エッチングガス圧力、入射イオンエネルギおよ
びプラズマの放電電力のうちのいずれかであることを特
徴とする、請求項1記載のプラズマエッチング方法。 - 【請求項5】 エッチングパラメータの制御により、被
エッチング層のエッチングレートを変化させることを特
徴とする、請求項1記載のプラズマエッチング方法。 - 【請求項6】 エッチングパラメータの制御により、レ
ジストマスクのエッチングレートを変化させることを特
徴とする、請求項1記載のプラズマエッチング方法。 - 【請求項7】 Al系金属層からなる被エッチング層上
にTi系化合物層からなるモニタ層を形成する工程、該
モニタ層上にレジストパターンを選択的に形成する工
程、発光スペクトル強度をモニタしつつ該モニタ層をエ
ッチングする工程、前記発光スペクトル強度値にもとづ
き該モニタ層の露出面積を演算する工程、前記露出面積
の演算値にもとづき、前記被エッチング層のエッチング
パラメータを制御することを特徴とする、プラズマエッ
チング方法。 - 【請求項8】 エッチングパラメータは、エッチングガ
ス流量、エッチングガス圧力、入射イオンエネルギおよ
びプラズマの放電電力のうちのいずれかであることを特
徴とする、請求項7記載のプラズマエッチング方法。 - 【請求項9】 エッチングパラメータの制御により、被
エッチング層のエッチングレートを変化させることを特
徴とする、請求項7記載のプラズマエッチング方法。 - 【請求項10】 エッチングパラメータの制御により、
レジストマスクのエッチングレートを変化させることを
特徴とする、請求項7記載のプラズマエッチング方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6128593A JPH07335623A (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | プラズマエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6128593A JPH07335623A (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | プラズマエッチング方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07335623A true JPH07335623A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=14988606
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6128593A Pending JPH07335623A (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | プラズマエッチング方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07335623A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2004165675A (ja) * | 2000-10-02 | 2004-06-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体集積回路装置の製造方法 |
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-
1994
- 1994-06-10 JP JP6128593A patent/JPH07335623A/ja active Pending
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JP2017520909A (ja) * | 2014-05-09 | 2017-07-27 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | 基板をエッチングする方法、デバイス構造をエッチングする方法及び処理装置 |
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