JPH10107013A - サブミクロン金属エッチング用の低圧力低電力塩素／塩化水素プロセス - Google Patents
サブミクロン金属エッチング用の低圧力低電力塩素／塩化水素プロセスInfo
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- JPH10107013A JPH10107013A JP9204916A JP20491697A JPH10107013A JP H10107013 A JPH10107013 A JP H10107013A JP 9204916 A JP9204916 A JP 9204916A JP 20491697 A JP20491697 A JP 20491697A JP H10107013 A JPH10107013 A JP H10107013A
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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】 （修正有）
【課題】 アルミニウム合金エッチングにおいて垂直な
側壁形状を形成し、かつ腐食を減らす、Ｃｌ2ガスおよ
びＨＣｌガスを使用した低電力低圧力のＲＩＥ方法。 【解決手段】 エッチングすべきメタライゼーションを
その上に有する基板の上下に配置された電極に電力を加
えて変圧器結合プラズマを生成することによって、反応
種としてＣｌ2およびＨＣｌを使用して低電力および低
圧力でメタライゼーションのＲＩＥを達成する。例えば
Ｔｉ／ＴｉＮから作成したバリア層の間に挟まれたバル
ク・アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む層メタ
ライゼーションを３段階プロセスでエッチングする。た
だし、バリア層のエッチング中には相対的に少量のＣｌ
2をプラズマ中で使用し、バルク・アルミニウムまたは
アルミニウム合金のエッチング中には相対的に多量のＣ
ｌ2を使用する。ＲＩＥ中に生成される反応副成物の非
常に薄い側壁層（１０〜１００Å）が、エッチング中に
メタライゼーション中に形成されるトレンチの側壁上に
付着するように、エッチング剤Ｃｌ2とＨＣｌとＮ2など
不活性ガスの比率を制御する。
側壁形状を形成し、かつ腐食を減らす、Ｃｌ2ガスおよ
びＨＣｌガスを使用した低電力低圧力のＲＩＥ方法。 【解決手段】 エッチングすべきメタライゼーションを
その上に有する基板の上下に配置された電極に電力を加
えて変圧器結合プラズマを生成することによって、反応
種としてＣｌ2およびＨＣｌを使用して低電力および低
圧力でメタライゼーションのＲＩＥを達成する。例えば
Ｔｉ／ＴｉＮから作成したバリア層の間に挟まれたバル
ク・アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む層メタ
ライゼーションを３段階プロセスでエッチングする。た
だし、バリア層のエッチング中には相対的に少量のＣｌ
2をプラズマ中で使用し、バルク・アルミニウムまたは
アルミニウム合金のエッチング中には相対的に多量のＣ
ｌ2を使用する。ＲＩＥ中に生成される反応副成物の非
常に薄い側壁層（１０〜１００Å）が、エッチング中に
メタライゼーション中に形成されるトレンチの側壁上に
付着するように、エッチング剤Ｃｌ2とＨＣｌとＮ2など
不活性ガスの比率を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、半導体デ
バイスおよび回路の製造に関し、さらに詳細には、反応
性イオン・エッチング（ＲＩＥ）においてサブミクロン
金属エッチング用に塩素（Ｃｌ2）ガスおよび塩化水素
（ＨＣｌ）ガスを使用する方法に関する。
バイスおよび回路の製造に関し、さらに詳細には、反応
性イオン・エッチング（ＲＩＥ）においてサブミクロン
金属エッチング用に塩素（Ｃｌ2）ガスおよび塩化水素
（ＨＣｌ）ガスを使用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＲＩＥ法では、相対的に高い電源
電力（５００ワット以上）を用いて塩化ホウ素（ＢＣｌ
3）およびＣｌ2という化学物質を利用する。ＢＣｌ3を
使用する歴史上の理由は、このガスがエッチング剤の役
割を果たす他に、反応器内で酸素（Ｏ2）除去剤の役割
をも果たすことである。Ｏ2（または水分）の存在下で
は、ＢＣｌ3はＢ2Ｏ3とＣｌ2に解離する。ＢＣｌ3の欠
点は、Ｂ2Ｏ3が反応器内で微粒子の発生源になることで
ある。
電力（５００ワット以上）を用いて塩化ホウ素（ＢＣｌ
3）およびＣｌ2という化学物質を利用する。ＢＣｌ3を
使用する歴史上の理由は、このガスがエッチング剤の役
割を果たす他に、反応器内で酸素（Ｏ2）除去剤の役割
をも果たすことである。Ｏ2（または水分）の存在下で
は、ＢＣｌ3はＢ2Ｏ3とＣｌ2に解離する。ＢＣｌ3の欠
点は、Ｂ2Ｏ3が反応器内で微粒子の発生源になることで
ある。
【０００３】１５ミリトル（ｍＴ）未満で動作する現代
の高イオン密度反応器では、Ｏ2または水分の除去剤は
不要であり、したがってＢＣｌ3のこの性質は利用でき
ない。また、この手法を使用する高電力プロセスにはい
くつかの問題がある。その問題の１つは、レジスト腐食
の速度が速いこと、およびかなりの量の基板誘電体、一
般に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）が失われることである。
さらに、このタイプのプロセスでは、腐食が起こりやす
く、また望ましくないＡｌＣｕ（アルミニウム中０．５
％の銅）の横方向損失として特徴付けられるいわゆる
「マウス・バイト（ｍｏｕｓｅ ｂｉｔｅｓ）」（腐食
の一形態）が生じやすい。図１は、「マウス・バイト」
の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）であり、図２は、腐食
の一例を示すＳＥＭである。腐食は、Ｈ2Ｏの存在下で
Ｃｌ2がエッチングされた金属線の側壁（ＳＷ）を冒す
ために起こる。「マウス・バイト」は、ＳＷパッシベー
ションがないために起こる腐食の一形態である。
の高イオン密度反応器では、Ｏ2または水分の除去剤は
不要であり、したがってＢＣｌ3のこの性質は利用でき
ない。また、この手法を使用する高電力プロセスにはい
くつかの問題がある。その問題の１つは、レジスト腐食
の速度が速いこと、およびかなりの量の基板誘電体、一
般に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）が失われることである。
さらに、このタイプのプロセスでは、腐食が起こりやす
く、また望ましくないＡｌＣｕ（アルミニウム中０．５
％の銅）の横方向損失として特徴付けられるいわゆる
「マウス・バイト（ｍｏｕｓｅ ｂｉｔｅｓ）」（腐食
の一形態）が生じやすい。図１は、「マウス・バイト」
の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）であり、図２は、腐食
の一例を示すＳＥＭである。腐食は、Ｈ2Ｏの存在下で
Ｃｌ2がエッチングされた金属線の側壁（ＳＷ）を冒す
ために起こる。「マウス・バイト」は、ＳＷパッシベー
ションがないために起こる腐食の一形態である。
【０００４】従来の金属エッチングでは、イオン密度が
側壁形状を制御するものと見なされ、高い電源電力（５
００ワット程度それ以上）が高いイオン密度を達成する
一般的な方法である。シャオビン他の米国特許第５３８
７５５６号には、ＨＣｌ、Ｃｌ含有エッチング剤および
窒素（Ｎ2）を使用してアルミニウムおよびアルミニウ
ム合金をエッチングする従来の容量結合プラズマ技術を
使用した方法が開示されている。容量結合プラズマ内で
は、電力がチャンバの上部または底部に供給され、プラ
ズマはコンデンサの働きをする。電力が高くなり、チャ
ンバ内の圧力が高くなるにつれて、イオン密度が高くな
る。残念ながら、電力および圧力が高くなると、側壁の
腐食が激しくなり、また電荷損傷および腐食を受けやす
くなる。さらに、シャオビン他の前記特許では、エッチ
ング中に磁界を使用するが、これは、ウエハ上の半導体
デバイスが電荷損傷を受ける可能性があるために好まし
くない。また、ハーヴィルチャック他の米国特許第３９
９４７９３号には、ハロゲン含有エッチング剤、特に塩
素、臭素、塩酸、および四塩化炭素を使用したアルミニ
ウムのＲＩＥが開示されている。また、ハーヴィルチャ
ック他の前記特許では、容量結合プラズマの使用も教示
されており、エッチングすべき層を塩素イオンまたは臭
素イオンで「スパッタリング」しまたは「打ち込む」。
カワイの米国特許第５２２３０８５号では、ハロゲン化
水素から生成されたプラズマを使用した層の異方性エッ
チングが論じられている。カワイ他の前記特許では、高
い電力入力を使用して、共鳴整合方式によってエネルギ
ーをプラズマ中の電子に移す電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）発生源からプラズマを生成する。
側壁形状を制御するものと見なされ、高い電源電力（５
００ワット程度それ以上）が高いイオン密度を達成する
一般的な方法である。シャオビン他の米国特許第５３８
７５５６号には、ＨＣｌ、Ｃｌ含有エッチング剤および
窒素（Ｎ2）を使用してアルミニウムおよびアルミニウ
ム合金をエッチングする従来の容量結合プラズマ技術を
使用した方法が開示されている。容量結合プラズマ内で
は、電力がチャンバの上部または底部に供給され、プラ
ズマはコンデンサの働きをする。電力が高くなり、チャ
ンバ内の圧力が高くなるにつれて、イオン密度が高くな
る。残念ながら、電力および圧力が高くなると、側壁の
腐食が激しくなり、また電荷損傷および腐食を受けやす
くなる。さらに、シャオビン他の前記特許では、エッチ
ング中に磁界を使用するが、これは、ウエハ上の半導体
デバイスが電荷損傷を受ける可能性があるために好まし
くない。また、ハーヴィルチャック他の米国特許第３９
９４７９３号には、ハロゲン含有エッチング剤、特に塩
素、臭素、塩酸、および四塩化炭素を使用したアルミニ
ウムのＲＩＥが開示されている。また、ハーヴィルチャ
ック他の前記特許では、容量結合プラズマの使用も教示
されており、エッチングすべき層を塩素イオンまたは臭
素イオンで「スパッタリング」しまたは「打ち込む」。
カワイの米国特許第５２２３０８５号では、ハロゲン化
水素から生成されたプラズマを使用した層の異方性エッ
チングが論じられている。カワイ他の前記特許では、高
い電力入力を使用して、共鳴整合方式によってエネルギ
ーをプラズマ中の電子に移す電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）発生源からプラズマを生成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
一目的は、サブミクロン・アルミニウムおよびアルミニ
ウム合金エッチングにおいてより垂直な側壁形状を形成
し、かつ腐食を減らす、Ｃｌ2ガスおよびＨＣｌガスを
使用した低電力低圧力ＲＩＥ方法を提供することであ
る。
一目的は、サブミクロン・アルミニウムおよびアルミニ
ウム合金エッチングにおいてより垂直な側壁形状を形成
し、かつ腐食を減らす、Ｃｌ2ガスおよびＨＣｌガスを
使用した低電力低圧力ＲＩＥ方法を提供することであ
る。
【０００６】本発明の他の目的は、磁界を使用せず、し
たがってウエハまたは他の基板上のデバイスの電荷損傷
が回避されるエッチング方法を提供することである。
たがってウエハまたは他の基板上のデバイスの電荷損傷
が回避されるエッチング方法を提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、チタン・ベースの保
護層または「バリア（ｂａｒｒｉｅｒ）」層の物理的ス
パッタリング、および多層メタライゼーション用のバル
ク・アルミニウムまたはアルミニウム合金層の化学エッ
チングを使用する３段階プロセスを提供することであ
る。
護層または「バリア（ｂａｒｒｉｅｒ）」層の物理的ス
パッタリング、および多層メタライゼーション用のバル
ク・アルミニウムまたはアルミニウム合金層の化学エッ
チングを使用する３段階プロセスを提供することであ
る。
【０００８】本発明の他の目的は、エッチング・プロセ
ス中に等方性エッチングを防ぎ、かつそれ自体が後で腐
食の発生源の働きをしないように側壁剥離によって容易
に除去される、非常に薄い側壁「パッシベーション」層
または「ポリマー」層または「付着」層を形成すること
ができる、ＲＩＥ方法における反応性ガスの比率を制御
する制御方式を提供することである。
ス中に等方性エッチングを防ぎ、かつそれ自体が後で腐
食の発生源の働きをしないように側壁剥離によって容易
に除去される、非常に薄い側壁「パッシベーション」層
または「ポリマー」層または「付着」層を形成すること
ができる、ＲＩＥ方法における反応性ガスの比率を制御
する制御方式を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、低い電
力（３５０Ｗ未満）および低い圧力（１５ミリトル（ｍ
Ｔ）未満）を使用して、アルミニウムおよびアルミニウ
ム合金をＲＩＥによって異方性エッチングし、それによ
り側壁の侵食および高電力ＲＩＥに伴う他の問題を回避
する。また、低電力プロセスを使用すると、ＲＩＥ中に
アルミニウムまたはアルミニウム合金をパターン化する
のに使用される上を覆うパターン付きフォトレジストの
紫外線（ＵＶ）硬化が少なくなり、したがってフォトレ
ジストがレジスト剥離中により容易に除去できるように
なる。一般に、集積回路内で使用されるアルミニウム・
メタライゼーションは、バルク・アルミニウムまたはア
ルミニウム合金層を挟む上部バリア層および底部バリア
層を有する。上部層および底部層は一般に、チタンまた
はチタン合金、他の金属、金属合金または金属窒化物を
含んでいる。本発明によればこれら３層メタライゼーシ
ョンを３段階プロセスを使用してパターン化する。ただ
し、上部層および底部層内ではスパッタリングと呼ばれ
る物理タイプのエッチングが達成され、バルク・アルミ
ニウム層内では化学エッチングが達成されるように反応
物の比率を調整する。スパッタリングでは、上部バリア
層の突破（ｂｒｅａｋ ｔｈｒｏｕｇｈ）、および底部
バリア層をエッチングした後のアンダーカットの減少が
達成される。この３段階プロセスは、バリア層のエッチ
ング中は塩素含有量を減らし、バルク・アルミニウムま
たはアルミニウム合金の化学エッチング中は塩素含有量
を増やすことによって簡単に達成される。本発明はま
た、プラズマ・チャンバから気体副成物として除去され
ない炭素、チタン化合物、酸素化化合物などのエッチン
グ生成物が、エッチング中に金属中に形成されるトレン
チ上に非常に薄い側壁付着層を生成する、アルミニウム
・メタライゼーションのＲＩＥ用の反応性ガスの最適比
率を提供する。反応性ガスとしては、塩素、ＨＣｌ、お
よび不活性ガス（例えば、窒素、アルゴン、ヘリウムな
ど）がある。この側壁付着は、厚さ１０〜１００Å程度
であり、ＲＩＥ中のアルミニウムまたはアルミニウム合
金の等方性エッチングを防ぎまたは削減し、それによっ
て明確な側壁形状を提供することができる。薄い側壁付
着物は、従来の側壁剥離操作（例えば、ＣＦ4、酸素、
Ｈ2Ｏガス（蒸気））によって容易に除去される。ＳＷ
付着物が厚すぎると、厚いＳＷポリマーが金属線を冒す
Ｃｌ2をより多く捕獲するために図２に示すような腐食
が起こるので、ＳＷ付着物の厚さが薄いことが本発明の
重要な特徴である。また、ＳＷパッシベーションが厚い
と、絶縁された線および重なり合った線についてチップ
線幅のばらつき（ＡＣＬＶ）が生じる。側壁付着層の厚
さを調整すると、ＡＣＬＶは小さくなる。このプロセス
では、腐食が起こらず、また「マウス・バイト」のない
エッチング形状が形成される。腐食はデバイスの歩留ま
りおよび信頼性の低下をもたらすので、このプロセスは
歩留まりおよび信頼性の向上をもたらす。
力（３５０Ｗ未満）および低い圧力（１５ミリトル（ｍ
Ｔ）未満）を使用して、アルミニウムおよびアルミニウ
ム合金をＲＩＥによって異方性エッチングし、それによ
り側壁の侵食および高電力ＲＩＥに伴う他の問題を回避
する。また、低電力プロセスを使用すると、ＲＩＥ中に
アルミニウムまたはアルミニウム合金をパターン化する
のに使用される上を覆うパターン付きフォトレジストの
紫外線（ＵＶ）硬化が少なくなり、したがってフォトレ
ジストがレジスト剥離中により容易に除去できるように
なる。一般に、集積回路内で使用されるアルミニウム・
メタライゼーションは、バルク・アルミニウムまたはア
ルミニウム合金層を挟む上部バリア層および底部バリア
層を有する。上部層および底部層は一般に、チタンまた
はチタン合金、他の金属、金属合金または金属窒化物を
含んでいる。本発明によればこれら３層メタライゼーシ
ョンを３段階プロセスを使用してパターン化する。ただ
し、上部層および底部層内ではスパッタリングと呼ばれ
る物理タイプのエッチングが達成され、バルク・アルミ
ニウム層内では化学エッチングが達成されるように反応
物の比率を調整する。スパッタリングでは、上部バリア
層の突破（ｂｒｅａｋ ｔｈｒｏｕｇｈ）、および底部
バリア層をエッチングした後のアンダーカットの減少が
達成される。この３段階プロセスは、バリア層のエッチ
ング中は塩素含有量を減らし、バルク・アルミニウムま
たはアルミニウム合金の化学エッチング中は塩素含有量
を増やすことによって簡単に達成される。本発明はま
た、プラズマ・チャンバから気体副成物として除去され
ない炭素、チタン化合物、酸素化化合物などのエッチン
グ生成物が、エッチング中に金属中に形成されるトレン
チ上に非常に薄い側壁付着層を生成する、アルミニウム
・メタライゼーションのＲＩＥ用の反応性ガスの最適比
率を提供する。反応性ガスとしては、塩素、ＨＣｌ、お
よび不活性ガス（例えば、窒素、アルゴン、ヘリウムな
ど）がある。この側壁付着は、厚さ１０〜１００Å程度
であり、ＲＩＥ中のアルミニウムまたはアルミニウム合
金の等方性エッチングを防ぎまたは削減し、それによっ
て明確な側壁形状を提供することができる。薄い側壁付
着物は、従来の側壁剥離操作（例えば、ＣＦ4、酸素、
Ｈ2Ｏガス（蒸気））によって容易に除去される。ＳＷ
付着物が厚すぎると、厚いＳＷポリマーが金属線を冒す
Ｃｌ2をより多く捕獲するために図２に示すような腐食
が起こるので、ＳＷ付着物の厚さが薄いことが本発明の
重要な特徴である。また、ＳＷパッシベーションが厚い
と、絶縁された線および重なり合った線についてチップ
線幅のばらつき（ＡＣＬＶ）が生じる。側壁付着層の厚
さを調整すると、ＡＣＬＶは小さくなる。このプロセス
では、腐食が起こらず、また「マウス・バイト」のない
エッチング形状が形成される。腐食はデバイスの歩留ま
りおよび信頼性の低下をもたらすので、このプロセスは
歩留まりおよび信頼性の向上をもたらす。
【００１０】
【発明の実施の形態】変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）を
使用する場合、塩素および塩化水素を用いてアルミニウ
ムおよびアルミニウム合金をエッチングするのに高電力
は不要であることが分かっている。「誘導結合プラズ
マ」と呼ばれることの多いＴＣＰでは、イオン化の効率
が良い。ＴＣＰでは、異なる電源を使用して、エッチン
グ・チャンバ内の上部電極と底部電極の両方に電力を加
え、プラズマ中の電子の滞留時間が一般に長くなり、そ
の結果衝突の回数が増え、イオン発生量が多くなり、し
たがってイオン密度が高くなる。ＴＣＰにおいて使用さ
れる電極は様々であり、コイルなどが含まれる。ＴＣＰ
は当技術分野において周知であり、ＬＡＭ９６００な
ど、ＴＣＰを使用する装置が市販されている。しかしな
がら、ＴＣＰを実施する装置のベンダは、容量結合プラ
ズマでの過去の経験から、またアルミニウムとアルミニ
ウム合金以外の基板（例えば、ポリイミドとその他の誘
電体など）をエッチングするのに必要な要件のために、
高電力エッチング（５００Ｗ以上）を推奨している。し
たがって、本発明では、特に、低電力（３５０Ｗ未満）
および低圧力（１５ミリトル（ｍＴ）未満）を使用して
アルミニウムおよびアルミニウム合金をＲＩＥによって
エッチングできることを企図している。
使用する場合、塩素および塩化水素を用いてアルミニウ
ムおよびアルミニウム合金をエッチングするのに高電力
は不要であることが分かっている。「誘導結合プラズ
マ」と呼ばれることの多いＴＣＰでは、イオン化の効率
が良い。ＴＣＰでは、異なる電源を使用して、エッチン
グ・チャンバ内の上部電極と底部電極の両方に電力を加
え、プラズマ中の電子の滞留時間が一般に長くなり、そ
の結果衝突の回数が増え、イオン発生量が多くなり、し
たがってイオン密度が高くなる。ＴＣＰにおいて使用さ
れる電極は様々であり、コイルなどが含まれる。ＴＣＰ
は当技術分野において周知であり、ＬＡＭ９６００な
ど、ＴＣＰを使用する装置が市販されている。しかしな
がら、ＴＣＰを実施する装置のベンダは、容量結合プラ
ズマでの過去の経験から、またアルミニウムとアルミニ
ウム合金以外の基板（例えば、ポリイミドとその他の誘
電体など）をエッチングするのに必要な要件のために、
高電力エッチング（５００Ｗ以上）を推奨している。し
たがって、本発明では、特に、低電力（３５０Ｗ未満）
および低圧力（１５ミリトル（ｍＴ）未満）を使用して
アルミニウムおよびアルミニウム合金をＲＩＥによって
エッチングできることを企図している。
【００１１】この方法は、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社
から市販されているＬＡＭ９６００装置で実施され、使
用した代表的なガス流量および低電力を表１に示す。
から市販されているＬＡＭ９６００装置で実施され、使
用した代表的なガス流量および低電力を表１に示す。
【表１】 パラメータ 値 圧力（ｍＴ） ６〜１２ 上部電力（ワット（Ｗ）） ５０〜３５０ 底部電力（Ｗ） ５０〜３５０ Ｃｌ2（標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）） ２５〜１５０ ＨＣｌ（ｓｃｃｍ） １０〜１００ Ｎ2（ｓｃｃｍ） ０〜３０ 電極温度（℃） ２０〜７０ Ｈｅ裏面圧力（Ｔ） ４〜１０
【００１２】表１は、６〜１２のエッチング・チャンバ
の最適圧力を示すが、この方法によるＲＩＥは、１５ｍ
Ｔ未満の任意の圧力で行えることを理解されたい。パラ
メータ「上部電力」は、エッチングすべき基板の上に配
置された上部電極に加えられる電力であり、パラメータ
「底部電力」は、エッチングすべき基板の下に配置され
た下部電極に加えられる電力である。上部電力および底
部電力の値によって、プラズマ中のイオン密度および基
板上のイオン衝撃エネルギーが調節される。底部電力
は、エッチング中に時々上部電力を超えることがあり、
またこのエッチング手順の目的は、プラズマ内での電子
の滞留時間を延長することによってプラズマ中のイオン
密度を高めることであることを理解されたい。塩素イオ
ンの滞留時間が長くなると、衝突の回数が増え、イオン
発生量が多くなり、イオン密度が高くなる。上部電力お
よび底部電力のばらつきを利用して、エッチングすべき
メタライゼーションの側壁形状の角度を変えることがで
きる。しかしながら、好ましい実施形態では、エッチン
グすべきメタライゼーション層中に垂直側壁を有する金
属線が形成されるように、上部電力および底部電力をＲ
ＩＥ中に調整する。
の最適圧力を示すが、この方法によるＲＩＥは、１５ｍ
Ｔ未満の任意の圧力で行えることを理解されたい。パラ
メータ「上部電力」は、エッチングすべき基板の上に配
置された上部電極に加えられる電力であり、パラメータ
「底部電力」は、エッチングすべき基板の下に配置され
た下部電極に加えられる電力である。上部電力および底
部電力の値によって、プラズマ中のイオン密度および基
板上のイオン衝撃エネルギーが調節される。底部電力
は、エッチング中に時々上部電力を超えることがあり、
またこのエッチング手順の目的は、プラズマ内での電子
の滞留時間を延長することによってプラズマ中のイオン
密度を高めることであることを理解されたい。塩素イオ
ンの滞留時間が長くなると、衝突の回数が増え、イオン
発生量が多くなり、イオン密度が高くなる。上部電力お
よび底部電力のばらつきを利用して、エッチングすべき
メタライゼーションの側壁形状の角度を変えることがで
きる。しかしながら、好ましい実施形態では、エッチン
グすべきメタライゼーション層中に垂直側壁を有する金
属線が形成されるように、上部電力および底部電力をＲ
ＩＥ中に調整する。
【００１３】表１に電極温度およびエッチングすべき基
板の裏面に加わる裏面圧力の値を示すが、これらの値
は、用途に応じて提案の範囲外で変えることができ、ま
た本発明を実施するために必ずしも必要ではないことを
理解されたい。この電極温度および裏面圧力は、単に本
発明のＲＩＥが低温度および低圧力で実施できることを
実証するために示したものにすぎない。したがって、こ
のプロセスは経済的でもある。
板の裏面に加わる裏面圧力の値を示すが、これらの値
は、用途に応じて提案の範囲外で変えることができ、ま
た本発明を実施するために必ずしも必要ではないことを
理解されたい。この電極温度および裏面圧力は、単に本
発明のＲＩＥが低温度および低圧力で実施できることを
実証するために示したものにすぎない。したがって、こ
のプロセスは経済的でもある。
【００１４】表１には、本発明のＲＩＥエッチング・プ
ロセスの異方性を助長するＣｌ2、ＨＣｌ、およびＮ2反
応物の値を示す。表１では、不活性ガスとして窒素が使
用されているが、アルゴンやヘリウムなど他の不活性ガ
スも使用できることを理解されたい。ただし、窒素には
最終製品中のマウス・バイトを除去する利点があること
がこの結果から分かる。反応性ガスおよび不活性ガスの
範囲は、反応チャンバからポンプで排出されないエッチ
ング中に形成される非気体副成物が、トレンチがメタラ
イゼーション中に形成されているときにそれらの側壁上
に堆積し、薄い保護層を形成するように選択してある。
ロセスの異方性を助長するＣｌ2、ＨＣｌ、およびＮ2反
応物の値を示す。表１では、不活性ガスとして窒素が使
用されているが、アルゴンやヘリウムなど他の不活性ガ
スも使用できることを理解されたい。ただし、窒素には
最終製品中のマウス・バイトを除去する利点があること
がこの結果から分かる。反応性ガスおよび不活性ガスの
範囲は、反応チャンバからポンプで排出されないエッチ
ング中に形成される非気体副成物が、トレンチがメタラ
イゼーション中に形成されているときにそれらの側壁上
に堆積し、薄い保護層を形成するように選択してある。
【００１５】図４、図５および図６を参照すると、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金のメタライゼーション
は一般に、底部バリア層１０、バルク・アルミニウムま
たはアルミニウム合金１２、および上部バリア層１４か
ら構成されることが分かる。底部バリア層１０および上
部バリア層１４は、一般に厚さ５〜１５０ｎｍ程度であ
り、バルク・アルミニウムまたはアルミニウム合金１２
は、一般に厚さ１００〜１５００ｎｍ程度である。好ま
しいアルミニウム合金としては、濃度０〜５重量％のＣ
ｕまたはＳｉあるいはその両方を有するものがある。パ
ターン付きフォトレジスト１６または他のパターン付き
マスキング材料は、領域１８を露出したまま残す。バリ
ア層は、一般にチタンまたはチタン合金から作成される
が、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデ
ン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオ
ブ（Ｎｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、レニウム（Ｒ
ｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、および金属窒化物（Ｍｅ
Ｎ）または金属シリコン窒化物（Ｍｅ−Ｓｉ−Ｎ）な
ど、他の金属または金属合金（Ｍｅ）から作成すること
もできる。フォトレジスト１６は、各種の材料のどれで
もよいが、ＡｌＣｕ金属用のエッチング剤のフォトレジ
ストに対する選択性が５以上であるので、本発明を実施
する際には、従来のリソグラフィを使用してパターン化
される深紫外（ＤＵＶ）タイプのフォトレジストまたは
中紫外タイプのフォトレジストが好ましいことが分かっ
ている。適切なフォトレジストは、Ｈｏｅｃｈｓｔ、Ｓ
ｈｉｐｌｅｙ、ＩＢＭ、ＪＳＲ、ＴＯＫから市販されて
おり、ＡＺ、Ａｐｅｘ、ＪＳＲ、およびＴＯＫなどがあ
る。
ミニウムまたはアルミニウム合金のメタライゼーション
は一般に、底部バリア層１０、バルク・アルミニウムま
たはアルミニウム合金１２、および上部バリア層１４か
ら構成されることが分かる。底部バリア層１０および上
部バリア層１４は、一般に厚さ５〜１５０ｎｍ程度であ
り、バルク・アルミニウムまたはアルミニウム合金１２
は、一般に厚さ１００〜１５００ｎｍ程度である。好ま
しいアルミニウム合金としては、濃度０〜５重量％のＣ
ｕまたはＳｉあるいはその両方を有するものがある。パ
ターン付きフォトレジスト１６または他のパターン付き
マスキング材料は、領域１８を露出したまま残す。バリ
ア層は、一般にチタンまたはチタン合金から作成される
が、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデ
ン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオ
ブ（Ｎｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、レニウム（Ｒ
ｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、および金属窒化物（Ｍｅ
Ｎ）または金属シリコン窒化物（Ｍｅ−Ｓｉ−Ｎ）な
ど、他の金属または金属合金（Ｍｅ）から作成すること
もできる。フォトレジスト１６は、各種の材料のどれで
もよいが、ＡｌＣｕ金属用のエッチング剤のフォトレジ
ストに対する選択性が５以上であるので、本発明を実施
する際には、従来のリソグラフィを使用してパターン化
される深紫外（ＤＵＶ）タイプのフォトレジストまたは
中紫外タイプのフォトレジストが好ましいことが分かっ
ている。適切なフォトレジストは、Ｈｏｅｃｈｓｔ、Ｓ
ｈｉｐｌｅｙ、ＩＢＭ、ＪＳＲ、ＴＯＫから市販されて
おり、ＡＺ、Ａｐｅｘ、ＪＳＲ、およびＴＯＫなどがあ
る。
【００１６】メタライゼーションをエッチングする際
に、塩化アルミニウムなどいくつかの副成物が反応チャ
ンバからポンプで排出される。しかし、炭素または酸素
またはチタンまたは他の材料を含む非気体副成物が、ト
レンチの側壁上に薄い付着膜または層２０を形成する。
この付着層２０は、トレンチの形成時に領域１８内に形
成される。これらの副成物は、フォトレジストとエッチ
ング剤の反応、ならびにバリア層１４から形成されたエ
ッチング副成物から生じる。図５および図６は、メタラ
イゼーション層レイアップ全体（１０、１２および１
４）でエッチングが進行する際の付着層２０を示す。
に、塩化アルミニウムなどいくつかの副成物が反応チャ
ンバからポンプで排出される。しかし、炭素または酸素
またはチタンまたは他の材料を含む非気体副成物が、ト
レンチの側壁上に薄い付着膜または層２０を形成する。
この付着層２０は、トレンチの形成時に領域１８内に形
成される。これらの副成物は、フォトレジストとエッチ
ング剤の反応、ならびにバリア層１４から形成されたエ
ッチング副成物から生じる。図５および図６は、メタラ
イゼーション層レイアップ全体（１０、１２および１
４）でエッチングが進行する際の付着層２０を示す。
【００１７】本発明の特定の利点は、エッチング中に磁
界を必要としないまたは使用しないことである。磁界を
使用しないので、ウエハまたは他の基板上のデバイスの
電荷損傷の危険が回避される。
界を必要としないまたは使用しないことである。磁界を
使用しないので、ウエハまたは他の基板上のデバイスの
電荷損傷の危険が回避される。
【００１８】本発明の特定の態様は、厚さ１０〜１００
Å程度の非常に薄い側壁付着層２０の形成を対象とす
る。薄い側壁付着層２０は、バルク材料１２またはバリ
ア層１０および１４よりも反応性イオンに対する抵抗力
が大きいので、領域１８におけるエッチングの等方性を
高くする利点がある。ただし、厚い側壁ほど腐食を引き
起こす塩素をより多く捕獲し、また側壁が厚いほどＡＣ
ＬＶが増加するので、付着層２０が厚すぎると、領域１
８内に形成されたトレンチの側壁が腐食しやすくなる。
Å程度の非常に薄い側壁付着層２０の形成を対象とす
る。薄い側壁付着層２０は、バルク材料１２またはバリ
ア層１０および１４よりも反応性イオンに対する抵抗力
が大きいので、領域１８におけるエッチングの等方性を
高くする利点がある。ただし、厚い側壁ほど腐食を引き
起こす塩素をより多く捕獲し、また側壁が厚いほどＡＣ
ＬＶが増加するので、付着層２０が厚すぎると、領域１
８内に形成されたトレンチの側壁が腐食しやすくなる。
【００１９】表１に示した不活性ガス、塩素およびＨＣ
ｌの比率は、表１に示した低圧力条件下で厚さ１０〜１
００Åの付着層２０が形成されるように実験テストによ
って選択してある。本発明の一様態を実施する場合、ガ
スの比率が、Ｃｌ2：ＨＣｌ：不活性ガスについて２５
〜１５０：１０〜１００：０〜３０であることが好まし
く、ガスの比率がＣｌ2：ＨＣｌ：不活性ガスについて
５０〜１００：１０〜３５：１０〜２０であることがよ
り好ましい。
ｌの比率は、表１に示した低圧力条件下で厚さ１０〜１
００Åの付着層２０が形成されるように実験テストによ
って選択してある。本発明の一様態を実施する場合、ガ
スの比率が、Ｃｌ2：ＨＣｌ：不活性ガスについて２５
〜１５０：１０〜１００：０〜３０であることが好まし
く、ガスの比率がＣｌ2：ＨＣｌ：不活性ガスについて
５０〜１００：１０〜３５：１０〜２０であることがよ
り好ましい。
【００２０】また、本発明では、エッチング・チャンバ
またはエッチング・チャンバから通ずる導管に接続され
た分光測光法または他の検出技術を使用して、反応性副
成物をエッチング中に同時に分析することもでき、また
検出された反応性副成物をフィードバック制御ループ内
で使用して、付着層２０が厚すぎたりまた薄すぎたりし
ないように（例えば、厚さ１０〜１００Å程度が好まし
い）Ｃｌ2：ＨＣｌ：不活性ガスの比率を調整すること
も企図されている。
またはエッチング・チャンバから通ずる導管に接続され
た分光測光法または他の検出技術を使用して、反応性副
成物をエッチング中に同時に分析することもでき、また
検出された反応性副成物をフィードバック制御ループ内
で使用して、付着層２０が厚すぎたりまた薄すぎたりし
ないように（例えば、厚さ１０〜１００Å程度が好まし
い）Ｃｌ2：ＨＣｌ：不活性ガスの比率を調整すること
も企図されている。
【００２１】また、水素（Ｈ2）を好ましくは０〜１０
０ｓｃｃｍの量だけプラズマに加えることができ、腐食
を減らすのに有用である。水素は、自由塩素と反応し
て、相対的に安定なＨＣｌ生成物を形成することによっ
て腐食を軽減させる。さらにまた、Ｈ2は、側壁上への
ＳｉＯ2およびＳｉの付着を可能にするので、より頑丈
な側壁が得られる。
０ｓｃｃｍの量だけプラズマに加えることができ、腐食
を減らすのに有用である。水素は、自由塩素と反応し
て、相対的に安定なＨＣｌ生成物を形成することによっ
て腐食を軽減させる。さらにまた、Ｈ2は、側壁上への
ＳｉＯ2およびＳｉの付着を可能にするので、より頑丈
な側壁が得られる。
【００２２】メタライゼーションをエッチングした後、
水蒸気処理（Ｈ2Ｏガス）、酸素プラズマ、ＣＦ4処理な
ど標準の側壁剥離手順を使用して、付着層２０を除去す
る。図７および図８にそれぞれ、本発明のエッチング・
プロセスを使用してエッチングした後の金属線の腐食お
よびマウス・バイトのない側壁およびＡｌＣｕ線の側壁
形状を示す。エッチング・プロセスでは、チップ線幅の
ばらつき（ＡＣＬＶ）をもたらすマウス・バイトまたは
腐食の少ない垂直な側壁を有するサブミクロン線を生じ
ることが分かる。
水蒸気処理（Ｈ2Ｏガス）、酸素プラズマ、ＣＦ4処理な
ど標準の側壁剥離手順を使用して、付着層２０を除去す
る。図７および図８にそれぞれ、本発明のエッチング・
プロセスを使用してエッチングした後の金属線の腐食お
よびマウス・バイトのない側壁およびＡｌＣｕ線の側壁
形状を示す。エッチング・プロセスでは、チップ線幅の
ばらつき（ＡＣＬＶ）をもたらすマウス・バイトまたは
腐食の少ない垂直な側壁を有するサブミクロン線を生じ
ることが分かる。
【００２３】図３ないし図６に、層１０、１２、１４か
ら構成されるメタライゼーションを基本的に３段階でエ
ッチングする本発明の他の様態を強調して示す。具体的
には、イオン衝撃を用いた「物理的」スパッタリング・
タイプのエッチング・プロセスを多く使用して、上部バ
リア層１４をエッチングする。これは、プラズマ中のＣ
ｌ2を減らして、バリア層１４中のチタンまたは窒化チ
タンあるいはその両方が（Ｔｉ／ＴｉＮ）が塩素イオン
およびＨＣｌイオンのスパッタリング作用によって大部
分除去されるようにすることによって達成される。例え
ば、Ｃｌ2は０〜１２０ｓｃｃｍに減らすことができ
る。スパッタリングは、バリア層１４の厚さに応じて短
時間（例えば、５〜２５秒）の間に進行するが、バリア
層１４を突破するのに十分長い時間持続すべきであり、
同時にレジスト１６の腐食を最小限に抑えなければなら
ない。次いで、すべての反応性ガス（例えば、２５〜１
５０ｓｃｃｍのＣｌ2）を用いて、アルミニウムまたは
アルミニウム合金１２を選択的にエッチングする。これ
は、アルミニウムを塩化アルミニウムおよび他の副成物
として除去する、化学エッチングにより類似している。
バルク・アルミニウムおよびアルミニウム合金１２をエ
ッチングするのに使用するＣｌ2の量は、バリア層１４
のエッチング中に使用する量よりも多くすることが好ま
しい。選択的エッチングは、フォトレジスト１６よりも
アルミニウムまたはアルミニウム合金１２に対してプラ
ズマの選択性が大きいために達成される。アルミニウム
またはアルミニウム合金１２をエッチングした後、好ま
しくはアルミニウムまたはアルミニウム合金層のエッチ
ング中に使用する流量よりも少ない流量（例えば、０〜
１２０ｓｃｃｍ）のＣｌ2を使用して、物理タイプのス
パッタリング反応または「イオン衝撃」をより多く行っ
て、一般にＴｉ／ＴｉＮを含む底部バリア層１０をエッ
チングする。この最後のエッチングのステップは、側壁
形状に影響を及ぼさず、また少量のＣｌ2を使用するた
め、エッチング後のアンダーカットが最小限に抑えられ
る。
ら構成されるメタライゼーションを基本的に３段階でエ
ッチングする本発明の他の様態を強調して示す。具体的
には、イオン衝撃を用いた「物理的」スパッタリング・
タイプのエッチング・プロセスを多く使用して、上部バ
リア層１４をエッチングする。これは、プラズマ中のＣ
ｌ2を減らして、バリア層１４中のチタンまたは窒化チ
タンあるいはその両方が（Ｔｉ／ＴｉＮ）が塩素イオン
およびＨＣｌイオンのスパッタリング作用によって大部
分除去されるようにすることによって達成される。例え
ば、Ｃｌ2は０〜１２０ｓｃｃｍに減らすことができ
る。スパッタリングは、バリア層１４の厚さに応じて短
時間（例えば、５〜２５秒）の間に進行するが、バリア
層１４を突破するのに十分長い時間持続すべきであり、
同時にレジスト１６の腐食を最小限に抑えなければなら
ない。次いで、すべての反応性ガス（例えば、２５〜１
５０ｓｃｃｍのＣｌ2）を用いて、アルミニウムまたは
アルミニウム合金１２を選択的にエッチングする。これ
は、アルミニウムを塩化アルミニウムおよび他の副成物
として除去する、化学エッチングにより類似している。
バルク・アルミニウムおよびアルミニウム合金１２をエ
ッチングするのに使用するＣｌ2の量は、バリア層１４
のエッチング中に使用する量よりも多くすることが好ま
しい。選択的エッチングは、フォトレジスト１６よりも
アルミニウムまたはアルミニウム合金１２に対してプラ
ズマの選択性が大きいために達成される。アルミニウム
またはアルミニウム合金１２をエッチングした後、好ま
しくはアルミニウムまたはアルミニウム合金層のエッチ
ング中に使用する流量よりも少ない流量（例えば、０〜
１２０ｓｃｃｍ）のＣｌ2を使用して、物理タイプのス
パッタリング反応または「イオン衝撃」をより多く行っ
て、一般にＴｉ／ＴｉＮを含む底部バリア層１０をエッ
チングする。この最後のエッチングのステップは、側壁
形状に影響を及ぼさず、また少量のＣｌ2を使用するた
め、エッチング後のアンダーカットが最小限に抑えられ
る。
【００２４】塩化アルミニウムおよび他の副成物を検出
する検出器を使用して、エッチング中のＣｌ2の流量の
増減を制御することができる。あるいは、Ｃｌ2の流量
の多い期間およびＣｌ2の流量の少ない期間を実験的に
決定することができ、それらの量は各層の厚さ、ならび
にＲＩＥチャンバ内で使用される圧力条件に応じて変化
する。異なるメタラジに対して、何らかのプロセス最適
化が必要である。図３に、フィルタ付きダイオードであ
るＬＡＭ ＴＣＰチャンバからの標準の光学装置からの
代表的な終点トレースを示す。図３において、チャネル
Ａは、バリア層１０および１４のエッチング中の信号強
度が大きいことを示し、チャネルＢは、アルミニウムま
たはアルミニウム合金１２のエッチング中の信号強度が
大きいことを示す。チャネルＡおよびＢを使用して、異
なる波長を有する反応副成物の放出を検出する（Ａフィ
ルタ＝７０３ｎｍはＣｌおよびＴｉの励起状態を示し、
Ｂフィルタ＝２６１ｎｍは、塩化アルミニウムの励起状
態を示す）。
する検出器を使用して、エッチング中のＣｌ2の流量の
増減を制御することができる。あるいは、Ｃｌ2の流量
の多い期間およびＣｌ2の流量の少ない期間を実験的に
決定することができ、それらの量は各層の厚さ、ならび
にＲＩＥチャンバ内で使用される圧力条件に応じて変化
する。異なるメタラジに対して、何らかのプロセス最適
化が必要である。図３に、フィルタ付きダイオードであ
るＬＡＭ ＴＣＰチャンバからの標準の光学装置からの
代表的な終点トレースを示す。図３において、チャネル
Ａは、バリア層１０および１４のエッチング中の信号強
度が大きいことを示し、チャネルＢは、アルミニウムま
たはアルミニウム合金１２のエッチング中の信号強度が
大きいことを示す。チャネルＡおよびＢを使用して、異
なる波長を有する反応副成物の放出を検出する（Ａフィ
ルタ＝７０３ｎｍはＣｌおよびＴｉの励起状態を示し、
Ｂフィルタ＝２６１ｎｍは、塩化アルミニウムの励起状
態を示す）。
【００２５】図９は、本発明のＣｌ2／ＨＣｌプロセス
を使用してウエハ上にアルミニウム線をエッチングした
複数の試験、および従来のＣｌ2／ＢＣｌ3プロセスを使
用してウエハ上にアルミニウム線をエッチングした複数
の試験についての金属「短絡」の歩留まりを示す。この
データは、本発明の方法を使用した場合に改善された結
果が得られることを示す。
を使用してウエハ上にアルミニウム線をエッチングした
複数の試験、および従来のＣｌ2／ＢＣｌ3プロセスを使
用してウエハ上にアルミニウム線をエッチングした複数
の試験についての金属「短絡」の歩留まりを示す。この
データは、本発明の方法を使用した場合に改善された結
果が得られることを示す。
【００２６】図１０および図１１はそれぞれ、本発明の
ＨＣｌ／Ｃｌ2プロセスおよびＣｌ2／ＢＣｌ3プロセス
を使用してエッチングしたアルミニウム線について、オ
ーム単位で表したシート抵抗または「電気的バイアス」
を、マイクロメートル単位で表した線幅に対してプロッ
トしたグラフを示す。これらの図は、ＨＣｌ／Ｃｌ2プ
ロセスを使用した場合、相対的に密な分布が達成される
ことを示す。
ＨＣｌ／Ｃｌ2プロセスおよびＣｌ2／ＢＣｌ3プロセス
を使用してエッチングしたアルミニウム線について、オ
ーム単位で表したシート抵抗または「電気的バイアス」
を、マイクロメートル単位で表した線幅に対してプロッ
トしたグラフを示す。これらの図は、ＨＣｌ／Ｃｌ2プ
ロセスを使用した場合、相対的に密な分布が達成される
ことを示す。
【００２７】以上、本発明をその好ましい実施形態に関
して説明したが、本発明は、頭記の請求の範囲の精神お
よび範囲内で修正を加えて実施できることを当業者なら
理解できよう。
して説明したが、本発明は、頭記の請求の範囲の精神お
よび範囲内で修正を加えて実施できることを当業者なら
理解できよう。
【００２８】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００２９】（１）アルミニウム・メタライゼーション
をエッチング・チャンバ内で布設するステップと、前記
アルミニウム・メタライゼーションの上下に配置され、
別々に電力供給される電極を使用して、前記エッチング
・チャンバ内でＣｌ2、ＨＣｌ、および不活性ガスから
プラズマを生成するステップと、前記アルミニウム・メ
タライゼーションを前記プラズマ中で形成されたイオン
およびラジカルでエッチングするステップとを含み、前
記各電極に供給される電力が３５０ワット未満であり、
かつ前記エッチング・チャンバ内の圧力が１５ミリトル
未満である、アルミニウム・メタライゼーションをパタ
ーン化する方法。 （２）前記アルミニウム・メタライゼーションの上面に
パターン化材料を塗布するステップと、前記アルミニウ
ム・メタライゼーションの領域が露出するように前記パ
ターン化材料をパターン化するステップとをさらに含
む、上記（１）に記載の方法。 （３）前記パターン化材料がフォトレジストであり、か
つ前記パターン化ステップがリソグラフィを使用して実
施されることを特徴とする、上記（２）に記載の方法。 （４）前記アルミニウム・メタライゼーションをアルミ
ニウムおよびアルミニウム合金からなるグループから選
択するステップをさらに含む、上記（１）に記載の方
法。 （５）前記選択ステップが、少なくとも１つの表面をバ
リア層で被覆したアルミニウム・メタライゼーションを
使用するステップをさらに含む、上記（４）に記載の方
法。 （６）前記バリア層を金属、金属窒化物、および金属シ
リコン窒化物からなるグループから選択するステップを
さらに含み、金属をＴａ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｎｏ、Ｈｆ、Ｖ、およびＺｒからなるグループから
選択することを特徴とする、上記（５）に記載の方法。 （７）前記生成ステップ中および前記エッチング・ステ
ップ中に前記プラズマ中の前記Ｃｌ2の濃度を、前記ア
ルミニウム・メタライゼーションのエッチング中の相対
的に高い第１の濃度と、前記バリア層のエッチング中の
相対的に低い第２の濃度との間で調節するステップをさ
らに含む、上記（５）に記載の方法。 （８）前記選択ステップが、その上面および底面をバリ
ア層で被覆したアルミニウム・メタライゼーションを使
用するステップをさらに含み、前記生成ステップ中およ
び前記エッチング・ステップ中に前記プラズマ中の前記
Ｃｌ2の濃度を、前記上面上の前記バリア層のエッチン
グ中の相対的に低い第１の濃度と、前記アルミニウム・
メタライゼーションのエッチング中の相対的に高い第２
の濃度と、前記底面上の前記バリア層のエッチング中
の、前記相対的に高い第２の濃度に比べて相対的に低い
第３の濃度との間で調節するステップをさらに含む、上
記（４）に記載の方法。 （９）前記相対的に低い第１の濃度と前記相対的に低い
第３の濃度がほぼ同じであることを特徴とする、上記
（８）に記載の方法。 （１０）前記アルミニウム・メタライゼーションの上に
配置され、５０〜３５０ワットの電力を供給される前記
第１の電極を選択するステップ、および前記アルミニウ
ム・メタライゼーションの下に配置され、５０〜３５０
ワットの電力を供給される前記第２の電極を選択するス
テップをさらに含む、上記（１）に記載の方法。 （１１）前記生成ステップ中および前記エッチング・ス
テップ中に前記第１の電極および前記第２の電極の電力
を調節するステップをさらに含む、上記（１０）に記載
の方法。 （１２）前記不活性ガスとしてＮ2を選択するステップ
をさらに含む、上記（１）に記載の方法。 （１３）前記Ｃｌ2、前記ＨＣｌ、前記Ｎ2の比率をＣｌ
2：ＨＣｌ：Ｎ2が２５〜１５０：１０〜１００：０〜３
０となるように制御するステップをさらに含む、上記
（１２）に記載の方法。 （１４）前記Ｃｌ2、前記ＨＣｌ、前記Ｎ2の比率が、Ｃ
ｌ2：ＨＣｌ：Ｎ2について５０〜１００：１０〜３５：
１０〜２０であることを特徴とする、上記（１３）に記
載の方法。 （１５）前記生成ステップ中に前記エッチング・チャン
バに水素を加えるステップをさらに含む、上記（１）に
記載の方法。 （１６）前記生成ステップおよび前記エッチング・ステ
ップが、前記エッチング・チャンバ内で磁界を使用せず
に実施されることを特徴とする、上記（１）に記載の方
法。 （１７）前記エッチング・ステップ中に前記アルミニウ
ム・メタライゼーション内に形成されたトレンチ上に、
前記エッチング・ステップ中に生成されたエッチング副
成物から形成される側壁層を形成するステップと、前記
側壁層の厚さを厚さ１０Å〜１００Åになるように制御
するステップとをさらに含む、上記（１）に記載の方
法。
をエッチング・チャンバ内で布設するステップと、前記
アルミニウム・メタライゼーションの上下に配置され、
別々に電力供給される電極を使用して、前記エッチング
・チャンバ内でＣｌ2、ＨＣｌ、および不活性ガスから
プラズマを生成するステップと、前記アルミニウム・メ
タライゼーションを前記プラズマ中で形成されたイオン
およびラジカルでエッチングするステップとを含み、前
記各電極に供給される電力が３５０ワット未満であり、
かつ前記エッチング・チャンバ内の圧力が１５ミリトル
未満である、アルミニウム・メタライゼーションをパタ
ーン化する方法。 （２）前記アルミニウム・メタライゼーションの上面に
パターン化材料を塗布するステップと、前記アルミニウ
ム・メタライゼーションの領域が露出するように前記パ
ターン化材料をパターン化するステップとをさらに含
む、上記（１）に記載の方法。 （３）前記パターン化材料がフォトレジストであり、か
つ前記パターン化ステップがリソグラフィを使用して実
施されることを特徴とする、上記（２）に記載の方法。 （４）前記アルミニウム・メタライゼーションをアルミ
ニウムおよびアルミニウム合金からなるグループから選
択するステップをさらに含む、上記（１）に記載の方
法。 （５）前記選択ステップが、少なくとも１つの表面をバ
リア層で被覆したアルミニウム・メタライゼーションを
使用するステップをさらに含む、上記（４）に記載の方
法。 （６）前記バリア層を金属、金属窒化物、および金属シ
リコン窒化物からなるグループから選択するステップを
さらに含み、金属をＴａ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｎｏ、Ｈｆ、Ｖ、およびＺｒからなるグループから
選択することを特徴とする、上記（５）に記載の方法。 （７）前記生成ステップ中および前記エッチング・ステ
ップ中に前記プラズマ中の前記Ｃｌ2の濃度を、前記ア
ルミニウム・メタライゼーションのエッチング中の相対
的に高い第１の濃度と、前記バリア層のエッチング中の
相対的に低い第２の濃度との間で調節するステップをさ
らに含む、上記（５）に記載の方法。 （８）前記選択ステップが、その上面および底面をバリ
ア層で被覆したアルミニウム・メタライゼーションを使
用するステップをさらに含み、前記生成ステップ中およ
び前記エッチング・ステップ中に前記プラズマ中の前記
Ｃｌ2の濃度を、前記上面上の前記バリア層のエッチン
グ中の相対的に低い第１の濃度と、前記アルミニウム・
メタライゼーションのエッチング中の相対的に高い第２
の濃度と、前記底面上の前記バリア層のエッチング中
の、前記相対的に高い第２の濃度に比べて相対的に低い
第３の濃度との間で調節するステップをさらに含む、上
記（４）に記載の方法。 （９）前記相対的に低い第１の濃度と前記相対的に低い
第３の濃度がほぼ同じであることを特徴とする、上記
（８）に記載の方法。 （１０）前記アルミニウム・メタライゼーションの上に
配置され、５０〜３５０ワットの電力を供給される前記
第１の電極を選択するステップ、および前記アルミニウ
ム・メタライゼーションの下に配置され、５０〜３５０
ワットの電力を供給される前記第２の電極を選択するス
テップをさらに含む、上記（１）に記載の方法。 （１１）前記生成ステップ中および前記エッチング・ス
テップ中に前記第１の電極および前記第２の電極の電力
を調節するステップをさらに含む、上記（１０）に記載
の方法。 （１２）前記不活性ガスとしてＮ2を選択するステップ
をさらに含む、上記（１）に記載の方法。 （１３）前記Ｃｌ2、前記ＨＣｌ、前記Ｎ2の比率をＣｌ
2：ＨＣｌ：Ｎ2が２５〜１５０：１０〜１００：０〜３
０となるように制御するステップをさらに含む、上記
（１２）に記載の方法。 （１４）前記Ｃｌ2、前記ＨＣｌ、前記Ｎ2の比率が、Ｃ
ｌ2：ＨＣｌ：Ｎ2について５０〜１００：１０〜３５：
１０〜２０であることを特徴とする、上記（１３）に記
載の方法。 （１５）前記生成ステップ中に前記エッチング・チャン
バに水素を加えるステップをさらに含む、上記（１）に
記載の方法。 （１６）前記生成ステップおよび前記エッチング・ステ
ップが、前記エッチング・チャンバ内で磁界を使用せず
に実施されることを特徴とする、上記（１）に記載の方
法。 （１７）前記エッチング・ステップ中に前記アルミニウ
ム・メタライゼーション内に形成されたトレンチ上に、
前記エッチング・ステップ中に生成されたエッチング副
成物から形成される側壁層を形成するステップと、前記
側壁層の厚さを厚さ１０Å〜１００Åになるように制御
するステップとをさらに含む、上記（１）に記載の方
法。
【図１】ＢＣｌ3エッチングにおける「マウス・バイ
ト」（腐食の一形態）の代表的な例を示す走査電子顕微
鏡写真（ＳＥＭ）である。
ト」（腐食の一形態）の代表的な例を示す走査電子顕微
鏡写真（ＳＥＭ）である。
【図２】従来のプロセスにおいて生じる腐食の一例を示
すＳＥＭである。
すＳＥＭである。
【図３】本プロセスにおいて使用される３つのステッ
プ、すなわち、上部バリア層を除去するための「突破」
ステップ、バルク・アルミニウムまたはアルミニウム合
金（例えば、ＡｌＣｕ）をエッチングする「メイン・エ
ッチング」ステップ、および底部バリア層を除去する
「オーバエッチング」ステップの代表的な終点レースを
示すグラフである。
プ、すなわち、上部バリア層を除去するための「突破」
ステップ、バルク・アルミニウムまたはアルミニウム合
金（例えば、ＡｌＣｕ）をエッチングする「メイン・エ
ッチング」ステップ、および底部バリア層を除去する
「オーバエッチング」ステップの代表的な終点レースを
示すグラフである。
【図４】本発明に従ってエッチングした３部メタライゼ
ーション層の順次横断面図である。
ーション層の順次横断面図である。
【図５】本発明に従ってエッチングした３部メタライゼ
ーション層の順次横断面図である。
ーション層の順次横断面図である。
【図６】本発明に従ってエッチングした３部メタライゼ
ーション層の順次横断面図である。
ーション層の順次横断面図である。
【図７】本発明の方法によって形成した金属線の腐食お
よびマウス・バイトのない側壁を示すＳＥＭである。
よびマウス・バイトのない側壁を示すＳＥＭである。
【図８】エッチング後のＡｌＣｕ線の側壁形状を示すＳ
ＥＭである。
ＥＭである。
【図９】本発明の方法を使用して作成したウエハ上の線
の、従来の方法を使用して得られるものに比べて電気的
短絡歩留まりの点で相対的に良好な結果を示すグラフで
ある。
の、従来の方法を使用して得られるものに比べて電気的
短絡歩留まりの点で相対的に良好な結果を示すグラフで
ある。
【図１０】本発明の方法に従ってＣｌ2／ＨＣｌを用い
てエッチングしたウエハの、従来のＣｌ2／ＢＣｌ3プロ
セスに比べて密な分布を示す、シート抵抗（電気的バイ
アス）として測定した臨界寸法（ＣＤ）を示す比較グラ
フである。
てエッチングしたウエハの、従来のＣｌ2／ＢＣｌ3プロ
セスに比べて密な分布を示す、シート抵抗（電気的バイ
アス）として測定した臨界寸法（ＣＤ）を示す比較グラ
フである。
【図１１】本発明の方法に従ってＣｌ2／ＨＣｌを用い
てエッチングしたウエハの、従来のＣｌ2／ＢＣｌ3プロ
セスに比べて密な分布を示す、シート抵抗（電気的バイ
アス）として測定した臨界寸法（ＣＤ）を示す比較グラ
フである。
てエッチングしたウエハの、従来のＣｌ2／ＢＣｌ3プロ
セスに比べて密な分布を示す、シート抵抗（電気的バイ
アス）として測定した臨界寸法（ＣＤ）を示す比較グラ
フである。
１０ 底部バリア層 １２ バルク・アルミニウムまたはアルミニウム合金 １４ 上部バリア層 １６ フォトレジスト ２０ 付着層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 593062337 シーメンス・アクチエンゲゼルシャフト ドイツ国ミュンヘン80333、ヴィッテルス バッハープラッツ２ (72)発明者 ムニール・ディー・ナーイーム アメリカ合衆国12603 ニューヨーク州ポ ーキプシー ルビー・サイクル ４ クリ スタル・グレン (72)発明者 スチュアート・エム・バーンズ アメリカ合衆国06877 コネチカット州リ ッジフィールド ノース・サーレム・ロー ド 623ビー (72)発明者 ローズマリー・クリスティー アメリカ合衆国12550 ニューヨーク州ニ ューバーグ コートランド・ドライブ ６ エフ (72)発明者 ヴィリンダー・グリューワル アメリカ合衆国12524 ニューヨーク州フ ィッシュキル ローレル・コート ９ (72)発明者 ウォルター・ダブリュー・ココン アメリカ合衆国12590 ニューヨーク州ワ ッピンガーズ・フォールズ バレー・ロー ド 25 (72)発明者 成田 雅貴 神奈川県横浜市磯子区汐見台２−５−３ 東芝アパート2517、1722号室 (72)発明者 ブルーノ・シュプラー ドイツ 81371 ミューニヒ ダイザーシ ュトラーセ 24 (72)発明者 シー＝ホア・ヤン アメリカ合衆国10598 ニューヨーク州ヨ ークタウン ファーサンド・コート 2666
Claims (17)
- 【請求項１】アルミニウム・メタライゼーションをエッ
チング・チャンバ内で布設するステップと、 前記アルミニウム・メタライゼーションの上下に配置さ
れ、別々に電力供給される電極を使用して、前記エッチ
ング・チャンバ内でＣｌ2、ＨＣｌ、および不活性ガス
からプラズマを生成するステップと、 前記アルミニウム・メタライゼーションを前記プラズマ
中で形成されたイオンおよびラジカルでエッチングする
ステップとを含み、 前記各電極に供給される電力が３５０ワット未満であ
り、かつ前記エッチング・チャンバ内の圧力が１５ミリ
トル未満である、アルミニウム・メタライゼーションを
パターン化する方法。 - 【請求項２】前記アルミニウム・メタライゼーションの
上面にパターン化材料を塗布するステップと、 前記アルミニウム・メタライゼーションの領域が露出す
るように前記パターン化材料をパターン化するステップ
とをさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記パターン化材料がフォトレジストであ
り、かつ前記パターン化ステップがリソグラフィを使用
して実施されることを特徴とする、請求項２に記載の方
法。 - 【請求項４】前記アルミニウム・メタライゼーションを
アルミニウムおよびアルミニウム合金からなるグループ
から選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の
方法。 - 【請求項５】前記選択ステップが、少なくとも１つの表
面をバリア層で被覆したアルミニウム・メタライゼーシ
ョンを使用するステップをさらに含む、請求項４に記載
の方法。 - 【請求項６】前記バリア層を金属、金属窒化物、および
金属シリコン窒化物からなるグループから選択するステ
ップをさらに含み、金属をＴａ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｃｒ、Ｎｏ、Ｈｆ、Ｖ、およびＺｒからなるグルー
プから選択することを特徴とする、請求項５に記載の方
法。 - 【請求項７】前記生成ステップ中および前記エッチング
・ステップ中に前記プラズマ中の前記Ｃｌ2の濃度を、
前記アルミニウム・メタライゼーションのエッチング中
の相対的に高い第１の濃度と、前記バリア層のエッチン
グ中の相対的に低い第２の濃度との間で調節するステッ
プをさらに含む、請求項５に記載の方法。 - 【請求項８】前記選択ステップが、その上面および底面
をバリア層で被覆したアルミニウム・メタライゼーショ
ンを使用するステップをさらに含み、前記生成ステップ
中および前記エッチング・ステップ中に前記プラズマ中
の前記Ｃｌ2の濃度を、前記上面上の前記バリア層のエ
ッチング中の相対的に低い第１の濃度と、前記アルミニ
ウム・メタライゼーションのエッチング中の相対的に高
い第２の濃度と、前記底面上の前記バリア層のエッチン
グ中の、前記相対的に高い第２の濃度に比べて相対的に
低い第３の濃度との間で調節するステップをさらに含
む、請求項４に記載の方法。 - 【請求項９】前記相対的に低い第１の濃度と前記相対的
に低い第３の濃度がほぼ同じであることを特徴とする、
請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】前記アルミニウム・メタライゼーション
の上に配置され、５０〜３５０ワットの電力を供給され
る前記第１の電極を選択するステップ、および前記アル
ミニウム・メタライゼーションの下に配置され、５０〜
３５０ワットの電力を供給される前記第２の電極を選択
するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】前記生成ステップ中および前記エッチン
グ・ステップ中に前記第１の電極および前記第２の電極
の電力を調節するステップをさらに含む、請求項１０に
記載の方法。 - 【請求項１２】前記不活性ガスとしてＮ2を選択するス
テップをさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１３】前記Ｃｌ2、前記ＨＣｌ、前記Ｎ2の比率
をＣｌ2：ＨＣｌ：Ｎ2が２５〜１５０：１０〜１００：
０〜３０となるように制御するステップをさらに含む、
請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１４】前記Ｃｌ2、前記ＨＣｌ、前記Ｎ2の比率
が、Ｃｌ2：ＨＣｌ：Ｎ2について５０〜１００：１０〜
３５：１０〜２０であることを特徴とする、請求項１３
に記載の方法。 - 【請求項１５】前記生成ステップ中に前記エッチング・
チャンバに水素を加えるステップをさらに含む、請求項
１に記載の方法。 - 【請求項１６】前記生成ステップおよび前記エッチング
・ステップが、前記エッチング・チャンバ内で磁界を使
用せずに実施されることを特徴とする、請求項１に記載
の方法。 - 【請求項１７】前記エッチング・ステップ中に前記アル
ミニウム・メタライゼーション内に形成されたトレンチ
上に、前記エッチング・ステップ中に生成されたエッチ
ング副成物から形成される側壁層を形成するステップ
と、 前記側壁層の厚さを厚さ１０Å〜１００Åになるように
制御するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方
法。
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