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JP2500435B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング方法

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Publication number
JP2500435B2
JP2500435B2 JP5105994A JP10599493A JP2500435B2 JP 2500435 B2 JP2500435 B2 JP 2500435B2 JP 5105994 A JP5105994 A JP 5105994A JP 10599493 A JP10599493 A JP 10599493A JP 2500435 B2 JP2500435 B2 JP 2500435B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
etching
transition metal
metal
dry etching
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP5105994A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH06295885A (ja
Inventor
秀充 青木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP5105994A priority Critical patent/JP2500435B2/ja
Publication of JPH06295885A publication Critical patent/JPH06295885A/ja
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Anticipated expiration legal-status Critical
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子デバイス等の半導
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。
【0002】
【従来の技術】最近のLSI技術においては、微細化で
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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】Cu膜のエッチング
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。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の第1は、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。
【0005】本発明において、遷移金属あるいはアルカ
リ土類金属を含む膜としては、[Pb(ZrTi)
3]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。
【0006】
【作用】遷移金属膜であるCu膜をドライエッチングす
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。
【0007】また、Cuの塩化物であるCuCl2の融
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。
【0008】さらに、本発明による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。
【0009】[Pb(ZrTi)O3]膜、[BaSr
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。
【0010】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。 実施例1 図1は本発明の方法によるCu膜エッチングの実施例を
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。
【0011】実施例2 図2は本発明の方法による高誘電体膜のエッチングの実
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。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のエッチン
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実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】本発明の別の一実施例を説明するための半導体
チップの断面図である。
【符号の説明】
1 Si基板 2 下地酸化膜 3 Zn添加Cu膜 4 フォトレジスト膜 20 基板 21 下地層間絶縁膜 22 Ta膜 23 Pt膜 24 BaSrTiO3膜 25 Al電極膜 26 酸化膜 27 フォトレジスト膜

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
JP5105994A 1993-04-09 1993-04-09 ドライエッチング方法 Expired - Lifetime JP2500435B2 (ja)

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JPH06295885A JPH06295885A (ja) 1994-10-21
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (3)

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