JPS6199681A - Etching method of metal film - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To form fine metal film pattern with superior uniformity and reproducibility, by using gaseous Cl to which N2 and H2 are added,in dry etching of Al metal film for forming electrode wiring of semiconductor device. CONSTITUTION:Al or Al alloy film formed on surface of semiconductor wafer is dry etched to form pattern of electrode wiring, etc. In this case, Cl system gas of either one of Cl2, CCl4, BCl3, CHCl3, SiCl4 or combination thereof is used for dry etching, further gaseous N2, H2 are added thereto at specified ratios, these are mixed and used. Independently of the number of said wafers to be etching treated, fine and highly precise pattern can be always etched with superior uniformity and reproducibility, without side etching on Al or Al alloy film.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は金属膜のエッチ７グ方法、特に半導体装置の電
極配線の形成に用いる胃力ｒ＋＝ドライエ。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for etching metal films, particularly a dry etching method used for forming electrode wiring of semiconductor devices.

チング方法に関するものである。The present invention relates to a ching method.

従来例の構成とその問題点 半導体装置の電極配線には、通常アルミニウムあるいは
、アルミニウム合金で代表される金べ膜が用いられてい
るが、近年、半導体装置の高集積化に伴い、電極配線を
微細化する要求が高まっている。このために、サイドエ
ツチングの少ない塩素系ガスを用いた反応性イオンエツ
チングに代表される異方性ドライエツチングが、主流に
なってきている。Conventional Structures and Problems The electrode wiring of semiconductor devices usually uses aluminum or a gold film typified by an aluminum alloy. Demand for miniaturization is increasing. For this reason, anisotropic dry etching, typified by reactive ion etching using a chlorine-based gas, which causes less side etching, has become mainstream.

しかし、塩素系ガスのみを用いた反応性イオンエツチン
グにおいては、形成された成極配線膜の均一性と再現性
に大きな悪影響を及ぼすローディング効果が発生する。However, in reactive ion etching using only chlorine-based gas, a loading effect occurs that has a significant negative effect on the uniformity and reproducibility of the formed polarization wiring film.

このローディング効果は、エツチングされるウェハ枚数
に対するエツチング速度の依存性として定義されており
、ウニ・・枚数が増加するに従ってエツチング速度が遅
くなる現象である。この現象は特に、アルミニウム膜の
反応性イオンエノチングにおいて顕著となり、ウニ・・
枚数の増減にともないアルミニウム電極配線の均一性、
再現性が大きく損われる。すなわち、ウエノ・枚数の変
化によるエツチング速度の違いにより、エツチング時間
がそれぞれ変化するためエツチングのエンドポイントが
ばらつくこと、また、ウエノ・枚数が増すことによりエ
ツチング速度が低下すると、アルミニウム膜とフォトレ
ジスト膜の選択比が低下することなどによって上記の問
題が生じる。This loading effect is defined as the dependence of the etching speed on the number of wafers to be etched, and is a phenomenon in which the etching speed becomes slower as the number of wafers increases. This phenomenon is particularly noticeable in reactive ion etching of aluminum films, and sea urchins...
As the number of aluminum electrodes increases or decreases, the uniformity of aluminum electrode wiring increases.
Reproducibility is greatly impaired. In other words, the etching time varies due to the difference in etching speed due to changes in the number of wafers and sheets, which causes the etching end point to vary.Also, when the etching speed decreases due to an increase in the number of wafers and sheets, the aluminum film and photoresist film The above problem arises due to a decrease in the selectivity of .

このローディング効果を軽減する方法として、従来は、
エツチングガスの流量を増加（〜数百ＳＣＣＭ）させる
方法、あるいは、エツチング時の高周波電力を高＜（６
００〜１ｏｏｏＷ）する方法が採られている。しかし、
前者の方法は、真空ポンプ排気能力の制限を受け、ロー
ディング効果を確実に抑制することができない。一方、
後者の方法には、エツチングのマスクとして用いるフォ
トレジスト膜とアルミニウム膜との選択比を低下させる
問題がある。すなわち、これらの方法には依然として改
善すべき問題があり、ローディング効果を抑制する方法
としては必ずしも十分でｊ’ｉなかった０ 発明の目的 本発明の目的は、上記の不都合を排除することができる
金属膜のエツチング方法、すなわち、ガス流量および高
周波電力を抑えながらもローディング効果を抑え、均一
性、再現性のよい微細な金属膜パターンを得ることがで
きる金属膜のエツチング方法を提供することにある。Conventionally, as a method to reduce this loading effect,
A method of increasing the flow rate of etching gas (~several hundred SCCM) or increasing the high frequency power during etching to
00 to 1oooW). but,
The former method cannot reliably suppress the loading effect due to the limited capacity of the vacuum pump. on the other hand,
The latter method has the problem of lowering the selectivity between the photoresist film used as an etching mask and the aluminum film. That is, these methods still have problems that need to be improved, and are not necessarily sufficient as methods for suppressing loading effects. An object of the present invention is to provide a method for etching a metal film, that is, a method for etching a metal film, which suppresses loading effects while suppressing gas flow rate and high-frequency power, and can obtain a fine metal film pattern with good uniformity and reproducibility. .

発明の構成 本発明の金属膜のエツチング方法は、塩素系ガスによる
反応性イオンエツチングで基本上に形成された金属膜を
エツチングするにあたり、前記塩素系ガスに窒素および
水素を添加して金属膜をエツチングする方法である。Structure of the Invention The method for etching a metal film of the present invention includes, when etching a metal film formed on a substrate by reactive ion etching using a chlorine-based gas, adding nitrogen and hydrogen to the chlorine-based gas to form a metal film. This is an etching method.

この方法によれば、ローディング効果を除去することが
でき、ウェハ枚数の増減にかかわらず、均一性、再現性
のよい金属膜パターンを形成することができる。According to this method, the loading effect can be eliminated, and a metal film pattern with good uniformity and reproducibility can be formed regardless of an increase or decrease in the number of wafers.

実施例の説明 本発明の金属膜のエツチング方法の一実施例を以下に詳
しく説明する。DESCRIPTION OF EMBODIMENTS An embodiment of the metal film etching method of the present invention will be described in detail below.

図は、金属膜として半導体ウニ・・上に形成されたアル
ミニウム膜を、また、塩素系ガスとして、ＣＣ６４とＣ
６２を使用するとともに、反応性イオンエツチング装置
内の圧力を５０　ｍＴｏｒ　ｒ、高周波電力を３３０Ｗ
に設定し、さらに、ＣＣ２４とＣ４２およびＮ２の流量
比を１：２：３に″固定した条件の下でＮ２の流量を変
化させ、しかも、エツチングガスの総流量を−ｒｏＳＣ
ＣＭに固定してエツチングをおこなった実験結果を示し
たものであり、アルミニウム膜を有する被エツチングウ
エノ・の枚数を横軸に、エツチング速度を縦軸にとり、
Ｎ２をパラメータとして示したものである。The figure shows an aluminum film formed on a semiconductor sea urchin as a metal film, and CC64 and C as a chlorine gas.
62, the pressure inside the reactive ion etching apparatus was 50 mTorr, and the high frequency power was 330 W.
Furthermore, the flow rate of N2 was changed under the condition that the flow rate ratio of CC24, C42 and N2 was fixed at 1:2:3, and the total flow rate of the etching gas was changed to -roSC.
This shows the results of an experiment in which etching was performed while fixed to a CM.
This shows N2 as a parameter.

図中Ｎ２が０％で示される曲線が通常ローディング効果
と称されるものであり、被エツチングウェハ枚数の増加
と共にエツチング速度が低下している。このエツチング
速度の低下は、フォトレジストのエツチング速度は一定
であるので、フォトレジストとの選択比の低下を招き、
仕上がりのパターン精度を劣化きせる。ローディング効
果は、ウェハ枚数だけに限られるわけでなく、ウェハサ
イズ、電極配線パターンの違いによっても発生し、電極
配線の仕上りパターン精度に影響を与える。In the figure, the curve where N2 is 0% is what is usually called the loading effect, and the etching speed decreases as the number of wafers to be etched increases. Since the etching speed of photoresist is constant, this decrease in etching speed causes a decrease in the selectivity with respect to photoresist.
This will degrade the accuracy of the finished pattern. The loading effect is not limited to the number of wafers, but also occurs due to differences in wafer size and electrode wiring pattern, and affects the finished pattern accuracy of the electrode wiring.

一方、Ｎ２を添加し、その添加量を増加させて行くと、
エツチング速度が増加しなからローディング効果が減少
する。そして、図に示すようにＮ２の流量を総流量に対
して１４％に設定したとき、ウェハ枚数に関係なくエツ
チング速度が一定になる結果が得られた。実験によると
、Ｎ２の流量が総流量に対して１０〜１８％の割合とな
る範囲でローディング効果をほぼ除くことができた。On the other hand, when N2 is added and the amount added is increased,
The loading effect decreases as the etching speed increases. As shown in the figure, when the N2 flow rate was set to 14% of the total flow rate, the etching rate was constant regardless of the number of wafers. According to experiments, the loading effect could be almost eliminated within a range where the flow rate of N2 was 10 to 18% of the total flow rate.

ところで、Ｎ２の添加の割合を上記の値よりもさらに増
加させてゆくと、ローディング効果とは逆の現象が現わ
れ、ウニ・・枚数が多くなるに従ってエツチング速度が
増加する現象を示した。図中には、Ｎ２の流量を総流量
に対して５７％に設定したときの曲線を示す。By the way, when the rate of addition of N2 was further increased from the above value, a phenomenon opposite to the loading effect appeared, in which the etching rate increased as the number of sea urchins increased. The figure shows a curve when the flow rate of N2 is set to 57% of the total flow rate.

以上の結果より、エツチングガス中のＮ２の流量比を適
当に設定することによりローディング効果を減少させる
ことが可能である。From the above results, it is possible to reduce the loading effect by appropriately setting the flow rate ratio of N2 in the etching gas.

なお、以上説明した実施例においては、ＣＣ６４とＣｔ
およびＮ２の流量比を１　：２：３とし、かつ総流量を
７０８ＣＣＭと固定したが、この条件は、ａ−ディング
効果がなくなるときに最適なエツチング速度が得られ、
しかも、ローディング効果を除くことを意図して設定し
たものであり、上記の流量比あるいは総流量を変えるこ
とＫよってもローディング効果を減少させることができ
る。ただしこのときは、ローディング効果の無くなるＮ
２の流量比か、上記の値とは異る値になるばかりでなく
、ａ−ディング効果がなくなるときのエツチング速度も
変化する。In addition, in the embodiment described above, CC64 and Ct
The flow rate ratio of N2 and N2 was set to 1:2:3, and the total flow rate was fixed at 708 CCM, but under these conditions, the optimum etching rate can be obtained when the a-ding effect disappears.
Moreover, it is set with the intention of eliminating the loading effect, and the loading effect can also be reduced by changing the above-mentioned flow rate ratio or total flow rate. However, in this case, N
Not only does the flow rate ratio of 2, which is different from the above value, but also the etching rate when the a-ding effect disappears, also changes.

また、塩素系ガスばＣＣｌ４やＣ６２に限られるわけで
はなく、１３ｃｚｃＨｃｚおよび５ＩＣ６４であっても
よい。Further, the chlorine-based gas is not limited to CCl4 and C62, and may be 13czcHcz or 5IC64.

さらに、被エツチング金属膜はアルミニウムやアルミニ
ウム合金に限られるわけではなく、塩素系のガスでエツ
チングが可能な他の金属膜であってもよい。Furthermore, the metal film to be etched is not limited to aluminum or aluminum alloy, but may be other metal films that can be etched with chlorine-based gas.

以上説明したのは半導体ウェハ上の電憧配線形成用のエ
ツチングに関してであったが、これに限られるわけでな
く、セラミックその他の種々の基板の上に微細な金属膜
パターンを形成するのに応用できる。The above explanation has been about etching for forming electrical wiring on semiconductor wafers, but it is not limited to this, but can also be applied to forming fine metal film patterns on ceramic and other various substrates. can.

発明の詳細 な説明したように、本発明の金属膜のエツチング方法に
よれば、反応性イオンエツチング法において、エツチン
グガスの流量を増加させたり、エツチングするときの高
周波電力を高くすることなく、Ｎ２とＮ２を添加すると
いう簡単なプロセス工程だけでローディング効果をなく
すことができ、微細な金属膜パターンを均一性、再現性
よく容易に形成できる効果が奏される。As described in detail, the metal film etching method of the present invention allows N2 to be etched without increasing the flow rate of etching gas or increasing the high frequency power during etching in the reactive ion etching method. The loading effect can be eliminated by a simple process step of adding N2 and N2, and a fine metal film pattern can be easily formed with good uniformity and reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図は本発明の金属膜のエツチング方法を説明するための
一実施例のグラフである。The figure is a graph of an example for explaining the metal film etching method of the present invention.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）塩素系ガスによる反応性イオンエッチングで基板
上に形成された金属膜をエッチングするにあたり、前記
塩素系ガスに窒素および水素を添加することを特徴とす
る金属膜のエッチング方法。(1) A method for etching a metal film, which comprises adding nitrogen and hydrogen to the chlorine-based gas when etching a metal film formed on a substrate by reactive ion etching using a chlorine-based gas. （２）金属膜が、半導体装置の電極配線用のアルミニウ
ムあるいは、アルミニウム合金であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の金属膜のエッチング方法
。(2) The method of etching a metal film according to claim 1, wherein the metal film is aluminum or an aluminum alloy for electrode wiring of a semiconductor device. （３）塩素系ガスがＣｌ＿２、ＣＣｌ＿４、ＢＣｌ＿３
、ＣＨＣｌ＿３およびＳｉＣｌ＿４のいずれか１つ、あ
るいはこれらの中のいずれかの組み合わせであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の金属膜のエッ
チング方法。(3) Chlorine gases are Cl_2, CCl_4, BCl_3
, CHCl_3, and SiCl_4, or a combination thereof.