JP2500435B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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Description
体製造プロセスに用いられるドライエッチング方法に関
するものである。
ドライエッチングが進む一方、微細な配線では電流密度
の増大が不可避となり、エレクトロマイグレーション問
題が顕在化してきた。この問題に対処して、配線の信頼
性を向上するために、アルミニウムにSiやCuを添加
することが試みられている。更に微細化を進めるうえ
で、従来のAl合金膜よりマイグレーション耐性が高
く、配線抵抗が低いCu配線についての検討もなされて
いる。Cu膜を加工する場合には、一般に塩素系のガス
を用いてドライエッチングを施すが、CuClXの蒸気
圧が低いため、基板温度を250℃以上に昇温してドラ
イエッチングを行っている。一方、微細化に伴い、DR
AMやFRAMの容量部に、[Pb(ZrTi)O 3]
膜、[BaSrTiO3]膜、[SrTiO3]膜等の高
誘電体膜、容量電極膜にPtを利用することが検討され
ている。これらの膜を加工するために、ミリング等によ
るスパッタエッチングが施されているが、サブミクロン
以下の微細加工を施すための手段はない。更に、YBa
CuOX等の酸化物超電導膜に対しても同様に微細加工
の要求があるが、この有効な手段は見つかっていない。
は、塩素系のガスを用い、基板温度を250℃以上に昇
温して、エッチングを行っている。この場合、通常のフ
ォトレジストマスクでは、耐熱性がないため、窒化膜等
の耐熱性の高いマスク材料を使用しなければならない。
また、高温でエッチングすることによりサイドエッチン
グの抑制が困難になるうえ、アフターコロージョン(エ
ッチング処理後の腐食)が発生しやすく、配線の断線が
発生したり、信頼性の低下を引き起こす。次に、Pt
膜、高誘電体膜や酸化物超電導膜は、ミリング等による
スパッタエッチングを用いて加工することはできるが、
サブミクロン以下の微細加工は困難である。また、ミリ
ングでは、マスクの側面に側壁膜が付着し、エッチング
後、これを除去することは極めて困難である。本発明
は、このような従来の問題点を解決しうるドライエッチ
ング方法を提供することを目的とする。
属膜、アルカリ土類金属膜、または遷移金属あるいはア
ルカリ土類金属を含む膜のドライエッチング方法におい
て、III族金属のハロゲン化合物をエッチングガスとし
て用いることを特徴とするドライエッチング方法であ
る。本発明の第2は、遷移金属膜のドライエッチング方
法において、遷移金属膜としてハロゲン化合物の融点が
低い遷移金属またはIII族金属を添加した遷移金属膜を
用いることを特徴とするドライエッチング方法である。
さらに本発明の第3は、ハロゲン化合物の融点が低い遷
移金属またはIII族金属を添加した遷移金属膜よりなる
ことを特徴とする配線材料である。
リ土類金属を含む膜としては、[Pb(ZrTi)
O3]膜、[BaSrTiO3]膜、[SrTiO3]膜
等の高誘電体膜やYBaCuOX等の酸化物超電導膜等
の遷移金属、アルカリ土類金属を含む膜が挙げられる。
また、エッチングガスであるIII族金属のハロゲン化合
物としては、例えば塩化アルミニウムや塩化ガリウムが
挙げられる。また、ハロゲン化合物の融点が高いCu等
の遷移金属膜は、膜中にハロゲン化合物の融点が低いZ
nや他の遷移金属またはAl等のIII族金属を添加した
金属膜としてドライエッチングを行う。これらのエッチ
ング方法によれば、いずれもエッチング時に金属錯体が
形成され、その結果、比較的低温でエッチング種を揮発
できる。
る場合、従来は塩素ガスを用いていたが、本発明では、
塩化ガリウムや塩化アルミニウム等のIII族金属を含む
塩素ガスを用いてエッチングを行うことにより、金属錯
体の一種であるCaCl4 2-・Cu2+またはAlCl4 2-
・Cu2+を形成するため、比較的低温でCu膜をエッチ
ングすることができる。従って、従来必要とされていた
250℃前後のエッチング温度を100℃程度まで低下
させることができる。
点は620℃であるが、この膜に融点の低いAl(Al
Clの融点:190℃)、Zn(ZnCl2の融点:2
83℃)等を添加することにより、塩素系ガスにてドラ
イエッチングを行った場合、ZnまたはAlの添加によ
りCuClxの脱離が促進され、比較的低温で揮発させ
ることができる。例えば、Cu膜にZnを添加した膜
は、100℃〜500℃の範囲ではCu中にα状態で3
5%程度固溶し、Cl系のガスでエッチングした場合、
比較的融点が低いZnCl4 2-・Cu2+を形成するた
め、Cuの脱離を支援することができる。この場合、C
u膜中へZnを添加しても、ZnはCuと質量数がほぼ
同じであることからCu膜に比べエレクトロマイグレー
ションやストレスマイグレーション耐性は劣化せず、抵
抗値もさほど低下しない。このように、Cu膜へZnを
添加することは、低温でCu膜の微細加工を可能にする
ため、フォトレジストマスクでエッチングが可能になる
うえ、サイドエッチングの抑制やアフターコロージョン
の抑制をすることができる。また、ECR(Electron C
yclotron Resonance)エッチングやマグネトロンエッチ
ング等の低圧(10-4Torr程度)でしかも高密度プ
ラズマを発生できる方式を利用することにより、更に脱
離温度を低下させ、低温(100℃以下)でエッチング
を実現することができる。
点が低い遷移金属またはIII族金属を添加した遷移金属
膜よりなる配線材料は、低温でのエッチングが可能とな
るほかに、例えば、Zn,Sn,Ge等を添加したCu
膜は、純Cuに比べてリフロー性が高く、ホールの埋め
込みが容易になる。また、AlにCuを添加した配線材
料よりもエレクトロマイグレーションやストレスマイグ
レーション耐性が高いため、配線の長期安定性が向上す
る。
TiO3]膜、[SrTiO3]膜等の高誘電体膜やYB
aCuOX等の酸化物超電導膜の遷移金属、アルカリ土
類金属を含む膜をドライエッチングする場合も、塩化ア
ルミニウムや塩化ガリウム等のIII族金属のハロゲン化
合物ガスを利用することにより、Pb、Zr、Sr、B
a、Yを含む金属錯体を形成するため、エッチング反応
が促進される。従って、化学反応を用いたエッチングが
進行するため、サブミクロン以下の微細加工を施すこと
が可能となる。
説明するための半導体チップの断面図である。図1
(a)に示すSi基板1上に、下地酸化膜2を熱酸化法
またはCVD法にて形成し、この酸化膜2上にスパッタ
法、CVD法または蒸着法にてZnを20%程度添加し
たCu膜3(500nm)を形成する。次いで、Cu膜
3の上に通常のフォトレジスト4を塗布し、通常のフォ
トレジスト工程にて、レジスト4をパターニングする。
次いで、図1(b)に示すように、レジスト4をマスク
として、Zn添加のCu膜3を塩素ガスにてエッチング
する。エッチング後、図1(c)に示すように、レジス
ト4を酸素ガスプラズマにて除去する。この場合のエッ
チングガスは、塩化ガリウムガス、塩化アルミニウムガ
スまたは有機金属を含む塩素ガスを用いてもよい。ま
た、この場合のマスクは、二層レジストマスク(エキシ
マレーザー用レジスト/有機膜)、三層レジストマスク
(EB(Electron Beam)用レジスト/塗布型酸化膜/有
機膜)を用いてもよい。上記のCu膜3をエッチングす
る場合は、低圧力(10-4〜10-3Torr)で高密度
プラズマが得られるECRエッチング装置またはマグネ
トロンエッチング装置にて行う。
施例を説明するための半導体チップの断面図である。図
2(a)に示すように、基板20上に下地層間絶縁膜2
1をCVD法にて形成し、この絶縁膜上にスパッタ法ま
たは蒸着法によりTa膜22(50nm)とPt膜23
(50nm)を形成し、更にスパッタ法、CVD法また
は蒸着法にて高誘電体膜BaSrTiO3膜24(15
0nm)を形成する。次いで、該膜の上にAl電極膜2
5(100nm)を形成し、酸化膜26(300nm)
を形成し、通常のフォトレジスト膜27を塗布し、通常
のフォトレジスト工程にて、レジストのパターニングを
行う。次いで、図2(b)に示すように、Al膜上の酸
化膜26は、CF4とCHF3ガスによるドライエッチン
グでパターニングを行い、Ta膜22〜Al膜25の多
層膜をエッチングするためのマスクとして用いる。酸化
膜マスクパターニング後、レジスト27を酸素プラズマ
アッシングによって剥離する。その後、エッチングガス
として塩化ガリウムガス、塩化アルミニウムガスまたは
有機金属を含む塩素ガスを用いて、図2(c)に示すよ
うにTa膜22〜Al膜25の多層膜を加工する。この
酸化膜マスクを形成する場合は、二層レジストマスク
(エキシマレーザー用レジスト/有機膜)、三層レジス
トマスク((EB(Electron Beam)用レジスト/塗布型
酸化膜/有機膜)を用いてもよい。上記の多層膜22〜
25をエッチングする場合は、低圧力(10-4〜10-3
Torr)で高密度プラズマが得られるECRエッチン
グ装置またはマグネトロンエッチング装置にて行う。
グガスにIII族金属のハロゲン化合物ガスを利用する方
法、および膜中にハロゲン化合物の融点の低い遷移金属
またはIII族金属を添加した膜としてエッチングを行う
方法は、例えば通常250℃以上の高温でエッチングし
なければならないとされていたCu膜を100℃前後で
エッチングすることが可能になるなど、エッチング温度
を従来よりも低くすることが可能となる。従って、フォ
トレジストをマスクに利用することができるうえ、サイ
ドエッチングの抑制やアフターコロージョンの抑制もで
きるため、配線の断線が発生したり、信頼性の低下を引
き起こすことがない。また、Pt膜、高誘電体膜、酸化
物超電導膜等の遷移金属膜、アルカリ土類金属膜、また
は遷移金属あるいはアルカリ土類金属を含む膜の微細加
工は困難とされていたが、本発明によるドライエッチン
グ方法にて微細加工が可能となる。
プの断面図である。
チップの断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 遷移金属膜、アルカリ土類金属膜、また
は遷移金属あるいはアルカリ土類金属を含む膜のドライ
エッチング方法において、III族金属のハロゲン化合物
をエッチングガスとして用いることを特徴とするドライ
エッチング方法。 - 【請求項2】 遷移金属膜のドライエッチング方法にお
いて、遷移金属膜としてハロゲン化合物の融点が低い遷
移金属またはIII族金属を添加した遷移金属膜を用いる
ことを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項3】 ハロゲン化合物の融点が低い遷移金属ま
たはIII族金属を添加した遷移金属膜よりなることを特
徴とする配線材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5105994A JP2500435B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5105994A JP2500435B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06295885A JPH06295885A (ja) | 1994-10-21 |
JP2500435B2 true JP2500435B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=14422280
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5105994A Expired - Lifetime JP2500435B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2500435B2 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62163408A (ja) * | 1986-01-13 | 1987-07-20 | Hitachi Ltd | 弾性表面波装置 |
JPH04173988A (ja) * | 1990-11-02 | 1992-06-22 | Nissin Electric Co Ltd | ドライエッチング方法 |
JPH0541364A (ja) * | 1991-08-02 | 1993-02-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 金属薄膜のドライエツチング方法及びドライエツチング装置 |
-
1993
- 1993-04-09 JP JP5105994A patent/JP2500435B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62163408A (ja) * | 1986-01-13 | 1987-07-20 | Hitachi Ltd | 弾性表面波装置 |
JPH04173988A (ja) * | 1990-11-02 | 1992-06-22 | Nissin Electric Co Ltd | ドライエッチング方法 |
JPH0541364A (ja) * | 1991-08-02 | 1993-02-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 金属薄膜のドライエツチング方法及びドライエツチング装置 |
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Publication number | Publication date |
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JPH06295885A (ja) | 1994-10-21 |
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