JPS61147531A - 反応性イオンエツチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野〕 本発明は、反応性イオンエツチング方法に関し、特にウ
ェハ上のへλ膜又はＡｇとＳｉ、Ｃｕとの合金膜をエツ
チングする反応性イオンエツチング方法に係わる。

（発明の技術的背景とその問題点〕 ＡＲ又はその合金は集積回路の配線材料として汎用され
ている。かかるＡｌ１等の配線を形成するには、ウェハ
上に蒸着法、スパッタリング法又はＣＶＤ法によりＡｌ
膜又はＡＭ合金膜を堆積した後、該Ａ℃模膜上写真蝕剣
法によりレジストパターンを形成し、該レジストパター
ンをマスクとしてへ２膜等を選択的にエツチングする方
法が採用されている。このエツチング方法においては、
従来よりエツチング液を用いる湿式エツチング法が使用
されている。しかしながら、この方法は等方向にエツチ
ングが進行するため、３μｍ以下の微細な配線パターン
の形成が不可能であった。

このようなことから、最近、異方性エツチングが可能な
反応性イオンエツチングが使用され始めている。この方
法は、反応性ガスプラス中でへ２膜等を堆積したウェハ
を設置し、直流電界で加速されたイオンをウェハの表面
に対して垂直に入射させるため、異方性エツチングが可
能となる。

ところで、ウェハの大口径化、プロセスの自動化に対抗
するために枚葉式の装置が主流になっている。枚葉式に
おいては、当然バッチ方式に比べてスループットで対向
するには、高速エツチングが要求される。しかも、エツ
チング選択比や加工形状等の緒特性は、バッチ方式に比
べて遜色なく、更に高速エツチングが要求される。上述
した反応性イオンエツチングでは、これらの要求を満た
すために多くの方法が検討されている。その−例として
、Ｂ（１！３、Ｃり２、ＣＣり＋、５ｉＣｆｆｉ＋等の
エツチングガスを使用する方法、ウェハを載置する電極
に高周波を印加するカッ−・ドカップル法、対向電極に
ウェハを載置するアノードカップル法の高周波印加を改
善した方法等が提案されている。しかしながら、いずれ
の方法によっても加工形状、エツチング選択比を満足し
、更に高速エツチングを達成することはｍＨであった。

この原因は多くあるが、主要なものは以下の３点である
。

■、八２の表面は酸化され易く、堅いＡり２０３膜で覆
われているため、これをエツチングするには長い時間を
要し、全体としてのエツチング速度が低下する。

■、八２は、本来化学的にエツチングされる（プラズマ
の雰囲気でなくともエツチングが進行する）ため、余り
エツチングを速めると、等方向なエツチング形状となり
易い。

■、Ａｆｆｉのエツチング速度を高速化すると、反応熱
によりレジストの劣化を招く。

〔発明の目的〕

本発明は、ウェハ上のＡ１２１１！又はＡ多合金膜の反
応性イオンエツチングに際して、高速で異方性のエツチ
ングが可能で、更にレジストの劣化を防止し得る反応性
イオンエツチング方法を提供しようとするものである。

（発明の概要〕 本発明者らは、Ａρ膜等の表面に形成されたＡｇ３０３
１ＦＪの除去に効果的に作用するＢＣｆｆｉ３を用い、
かつエツチング速度の増加のためにＣＣ２を用い、更に
冷却効果のあるＨｅを使用することによって、既述の如
くウェハ上のＡｆｆｉ膜又はへ２合金膜の反応性イオン
エツチングに際して、高速で異方性のエツチングが可能
で、更にレジストの劣化を防止し得る反応性イオンエツ
チング方法を見出したものである。

即ち、本発明は、真空チャンバ内でシリコンウェハ上に
堆積したＡｌ嘆又はＡｌを主成分とする合金膜をＢＣｆ
ｆｉ　、Ｃｆ；１２、Ｈｅの混合ガスでエツチングを行
なうことを特徴とするものである。

上記へ２を主成分とする合金膜としては、例えばＡｐ−
ｓ：合金膜、八り−Ｃｕ合金膜、Ａ℃−ｓ　ｒ　−ｃｕ
合金膜等を挙げることができる。

上記チャンバ内でのエツチング時の作動圧力は、枚葉式
で実用上差支えないエツチング速度を示し、同時に異方
性形状を確保する観点がら、８０Ｐａ〜１８０Ｐａの範
囲にすることが望ましい。

上記混合ガスを構成するＢＣβ３とＣβ２とのガス流量
比は、枚葉式で実用上差支えないエツチング速度を示し
、同時に異方性形状を確保する観点から、０℃２　／　
（８０ｇ３＋Ｃｊ２２）で、３０〜６０％の範囲にする
ことが望ましい。

上記混合ガスを構成するＨｅの供給量は、エツチング時
の冷却効果を充分に図る観点から、５００８ＣＣＭ以上
にすることが望ましい。なお、Ｈｅの供給上限は排気能
力等の点から２０００８ＣＣＭにすることが望ましい。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図を参照して詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の実施例に用いるカソードカップルタ
イプの反応性イオンエツチング装置の概略断面である。

図中の１は真空チャンバである。

このチャンバ１内には、平行して対向する一対の電極２
．３が配設されている。この上部電極２は、箱形になっ
ており、前記下部電極３と対向する面にガスの噴出口（
図示せず）が開孔され、かつ該電極２はガス導入管４と
連結されている。このガス導入管４には、反応ガスとし
てのＢＣｎａとＣり２とＨｅとの混合ガスが供給される
。これらガスはマスフローにより自由に流Ｍを設定でき
るようになっている。また、前記上部゛電極２はグラン
ドに接続されている。前記下部型ｗＡ３には、同電極３
を冷却するための冷却水循環配管５が連結されている。

また、この下部電極３はマツチングネットワーク６及び
高周波電源７を介してグランドに接続されている。こう
した高周波電源７から一対の電極２．３の間に高周波を
入力すると、イオンと電子の易動度の差から下部Ｎ極３
近隣に自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）が発生し、これによ
り加速されたイオンが下部電極上のウェハに衝突する。

前記真空チャンバ１の下部には、排気管８が連結されて
いる。この排気管８には、図示しないロータリーポンプ
及びメカニカルブースターポンプが連結されている。ま
た、同チャンバ１の外周には加熱ヒータ９が設けられて
いる。

次に、前述した反応性イオンエツチング装置を用いて本
発明のエツチング方法を説明する。

まず、直径５インチの単結晶シリコンからなる半導体基
板（シリコンウェハ）１１上に熱酸化処理により厚さ約
１０００人の酸化膜１２を形成し、更にスパッタリング
法により該酸化膜１２上に厚さ約８０００人のＡｆｆｉ
−３ｉ膜１３を堆積した侵、写真蝕刻法により該Ａλ−
８ｉ　Ｍｌ　１３上にレジストパターン１４を形成した
く第２図図示）。つづいて、このウェハ１１を前述した
第１図図示の真空チャンバ１内の下部電極３上にセット
した。ひきつづき、図示しないロータリーポンプ及びメ
カニカルブースターポンプを佐渡してチャンバ１内を１
×１０°３　ｔｏｒｒまで真空引きを行ない、残留ガス
を充分に排気管８から排気した。次いで、反応性ガスと
しのＢＣｎａ　、ＣＱ２及びＨｅガスをマスフローコン
トロールを通して流量制御してガス導入管４からチャン
バ１内に供給し、更にチャンバ１とメカニカルブースタ
の間にあるコンダクションバルブにより圧力を制卸し、
同時だ後、高周波電源（１３，５６Ｍｌ−１ｚ）７から
下部電極３に３００Ｗの高周波電力を印加して、電極２
．３間にプラズマを発生させ、加速されたイオンをウェ
ハ１１のレジストパターン″１４から露出したＡｇ−３
ｉ膜１３に衝突させ、Ａｇ−５ｒ膜１３のエツチングを
行なった。

しかして、上記実施例においてＨｅを１４００ＳＣＣＭ
供給し、ＢＣＲヨとＣＪ２２の両者を７０８ＣＣＭ供給
すると共に、８０ｇ３／Ｃｆｆ１２の比をパラメータと
した時のへρ−３ｉ膜のエツチング速度と、同Ａλ−８
１膜の加工形状との関係を調べたところ、第３図に示す
特性図を得た。なお、Ａｙ−ｓ＋膜のエツチング速度は
反応性イオンエツチング後、バレル型アッシャ−装置に
てレジストパターン１４を剥離し、Ａｆｆｉ−８ｉ膜面
にエツチングにより形成、された段差をタリーステップ
装置によって測定した。また、ＡＱ−３ｉ膜の加工形状
の観察は、Ａｆｆ−８ｉ膜の反応性イオンエツチング後
、ウェハ１１を男開し、走査型電子顕微鏡で断面を観察
することによって異方性を判定した。第３図中の斜線よ
り右側の領域は、アンダーカットが発生する領域である
。第３図より明らかなようにＢＣ℃３／Ｃｇ２／Ｈｅの
混合ガスによる反応性イオンエツチングにおいて、Ｃｌ
２の供給量を増大、即ちＢＧ／！、ａ／ＣＲ２比を減少
させると、へλ−８ｉ膜のエツチング速度は増加するが
、加工形状はアンダーカットが発生した状態となる。一
方、Ｃｌ２の供給量を減少させ、ＢＣλ〕の量を増加す
ると、加工形状が異方性となる。こうしたことより、枚
葉式で実用上支障のないエツチング速度を示し、同時に
異方性形状を確保できるＢＣｎａとＧＱ２の流量比条件
は、ＣｆＪ１２／　（ＢＣクヨ＋Ｃλ２）が３０〜６０
％の範囲であることがわかる。

また、０ｇ２／（ＢＣり３　＋ＣＪ２２　＞が４５％に
設定した時のエツチング速度の圧力依存性（チャンバ内
圧力）を調べたところ、第４図に示す特性図を得た。こ
の第４図より明らかなように枚葉式で実用上支障のない
エツチング速度を示し、同時に異方性形状を確保できる
圧力条件は８０Ｐａ〜１８０Ｐａの範囲であることがわ
かる。

なお、上記実施例ではカソードカップルタイプの反応性
イオンエツチング装置を用いて説明したが、ＢＣｆｆｉ
ａとＣｌ２２との比を前記範囲内で制鉗すること等によ
って、アノードカップルタイプの反応性イオンエツチン
グ装置を使用しても同様な効果を達成できる。

〔発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によればウェハ上のＡＲＩＩ
！又はＡｌ合金膜の反応性イオンエツチングに際して、
高速で異方性のエツチングが可能で、更にレジストの劣
化を防止でき、ひいては高精度の八２又はへ２合金配線
を効率よく形成し得る等顕著な効果を有する反応性イオ
ンエツチング方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で使用したカソードカップルタ
イプの反応性イオンエツチング装置の一形態を示す概略
断面図、第２図は本実施例における反応性イオンエツチ
ングを行なうウェハの形状を示す断面図、第３図はＣｌ
２／　（ＢＣり３＋０２２）の比率とＡＱ−８ｉＩ１９
！のエツチング速度との関係を示す特性図、第４図は真
空チャンバ内の作動圧力とエツチング速度との関係を示
す特性図である。 １・・・真空チャンバ、２・・・上部電極、３・・・下
部電極、４・・・ガス導入管、７・・・高周波電源、８
・・・排気管、１１・・・ウェハ、１３・・・Δｇ−８
ｉ膜、１４・・・レジストパターン。 出願人代理人　弁理士　　鈴江武彦 ′；２１図 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空チャンバ内でシリコンウェハ上に堆積したＡ
   ｌ膜又はＡｌを主成分とする合金膜をＢＣｌ＿３、Ｃｌ
   ＿２、Ｈｅの混合ガスでエッチングを行なうことを特徴
   とする反応性イオンエッチング方法。
2. （２）エッチング時の動作圧力が８０Ｐａ〜１８０Ｐａ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の反
   応性イオンエッチング方法。
3. （３）ＢＣｌ＿３とＣｌ＿２のガス流量比がＣｌ＿２／
   （ＢＣｌ＿３＋Ｃｌ＿２）で３０〜６０％であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の反応
   性イオンエッチング方法。
4. （４）ウェハを１枚毎枚葉式にエッチングすることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の反応性
   イオンエッチング方法。