JPH04234117A - エッチング方法 - Google Patents
エッチング方法Info
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- JPH04234117A JPH04234117A JP3237326A JP23732691A JPH04234117A JP H04234117 A JPH04234117 A JP H04234117A JP 3237326 A JP3237326 A JP 3237326A JP 23732691 A JP23732691 A JP 23732691A JP H04234117 A JPH04234117 A JP H04234117A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
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- H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
- H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- 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
- C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ・エッチング
法に関するものであり、とりわけ、シリコンにパターン
形成した集積回路の相互接続を含むタングステンのエッ
チング法に関するものである。
法に関するものであり、とりわけ、シリコンにパターン
形成した集積回路の相互接続を含むタングステンのエッ
チング法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】トランジスタの相互接続を形成するため
、チタン・タングステン及びタングステンのフィルムが
よく用いられる。相互接続を形成するため、一般に、二
ケイ化チタン、窒化チタン、または、二酸化シリコンか
ら成る下層の上に、化学蒸着技法(CVD)またはスパ
ッタリングによって、チタン・タングステンまたはタン
グステンの層を被着させることができる。窒化チタンの
下層は、とりわけ、タングステンの付着に良好なベース
となる。相互接続を形成するには、下層にあまり影響が
ないようにして、チタン・タングステンまたはタングス
テンの層の一部を除去することが必要になる。これを行
なうための方法が、いくつか提案されている。
、チタン・タングステン及びタングステンのフィルムが
よく用いられる。相互接続を形成するため、一般に、二
ケイ化チタン、窒化チタン、または、二酸化シリコンか
ら成る下層の上に、化学蒸着技法(CVD)またはスパ
ッタリングによって、チタン・タングステンまたはタン
グステンの層を被着させることができる。窒化チタンの
下層は、とりわけ、タングステンの付着に良好なベース
となる。相互接続を形成するには、下層にあまり影響が
ないようにして、チタン・タングステンまたはタングス
テンの層の一部を除去することが必要になる。これを行
なうための方法が、いくつか提案されている。
【0003】1つの方法は、グロー放電を利用して、比
較的不活性な分子ガスから化学反応種を発生することで
ある。エッチング・ガスは、エッチングを施される材料
と化学的に反応し、そのエッチングを施される材料との
反応生成物が揮発性になる種を発生するように選択され
る。既知のプラズマ・エッチング・プロセスが、以下に
例示されている。
較的不活性な分子ガスから化学反応種を発生することで
ある。エッチング・ガスは、エッチングを施される材料
と化学的に反応し、そのエッチングを施される材料との
反応生成物が揮発性になる種を発生するように選択され
る。既知のプラズマ・エッチング・プロセスが、以下に
例示されている。
【0004】米国特許第4,842,687号及び第4
,842,676号には、フッ素源(SF6 )、臭素
源(HBr )、及び、メタンのような炭化水素を含む
混合ガスを用いて、タングステン・フィルムにエッチン
グを施す方法が開示されている。これらの特許に記載の
エッチング方法は、二酸化ケイ素及びフォトレジスト層
から選択するものである。2〜3対1のエッチング速度
比が、これらの方法を用いることによって得られる。
,842,676号には、フッ素源(SF6 )、臭素
源(HBr )、及び、メタンのような炭化水素を含む
混合ガスを用いて、タングステン・フィルムにエッチン
グを施す方法が開示されている。これらの特許に記載の
エッチング方法は、二酸化ケイ素及びフォトレジスト層
から選択するものである。2〜3対1のエッチング速度
比が、これらの方法を用いることによって得られる。
【0005】Daubenspeck他に対する米国特
許第4,836,887号には、フッ素化ガス、酸化体
、及び、15〜20パーセントのクロロフルオロメタン
・ガスを用いた、タングステンの選択的エッチング法が
解説されている。この方法によれば、タングステンとフ
ォトレジストの最大エッチング速度比が2.5未満にな
る。また、このエッチング法を用いると、シリコンを含
むフィルムの高エッチング速度を得ることができること
も示されている。
許第4,836,887号には、フッ素化ガス、酸化体
、及び、15〜20パーセントのクロロフルオロメタン
・ガスを用いた、タングステンの選択的エッチング法が
解説されている。この方法によれば、タングステンとフ
ォトレジストの最大エッチング速度比が2.5未満にな
る。また、このエッチング法を用いると、シリコンを含
むフィルムの高エッチング速度を得ることができること
も示されている。
【0006】米国特許第4,836,886号には、D
aubenspeckによって、トリフルオロクロロメ
タン及び少なくとも50パーセント酸素でタングステン
及びシリコンにエッチングを施す方法が示されている。 この方法の場合、タングステンとシリコンの両方につい
て高エッチング速度が得られる。やはり、この方法によ
れば、タングステン及びフォトレジストに関して、2.
5未満の最大エッチング速度比が得られる。
aubenspeckによって、トリフルオロクロロメ
タン及び少なくとも50パーセント酸素でタングステン
及びシリコンにエッチングを施す方法が示されている。 この方法の場合、タングステンとシリコンの両方につい
て高エッチング速度が得られる。やはり、この方法によ
れば、タングステン及びフォトレジストに関して、2.
5未満の最大エッチング速度比が得られる。
【0007】米国特許第4,797,178号には、大
質量の不活性ガス(アルゴンのような)及びCF4 及
びO2 を用いて、金属層、例えば、タングステン層に
エッチングを施すプラズマ・クリーニング法が記載され
ている。大質量のガスは、表面上に形成され、エッチン
グを阻止する働きをする重合過フッ化炭化水素を機械的
に除去する。
質量の不活性ガス(アルゴンのような)及びCF4 及
びO2 を用いて、金属層、例えば、タングステン層に
エッチングを施すプラズマ・クリーニング法が記載され
ている。大質量のガスは、表面上に形成され、エッチン
グを阻止する働きをする重合過フッ化炭化水素を機械的
に除去する。
【0008】米国特許第4,786,360号には、塩
素ガスと25〜24パーセント酸素の二元混合物を利用
したタングステンに関する選択的エッチング法が記載さ
れている。このエッチング法によれば、タングステン及
び窒化チタンに関して高エッチング速度が得られ、bo
ro−phososilicate glass(B
PSG)、phososilicate glass
(PSG)、及び、ポリイミドのようなポリマに関連し
て選択性が高くなる。
素ガスと25〜24パーセント酸素の二元混合物を利用
したタングステンに関する選択的エッチング法が記載さ
れている。このエッチング法によれば、タングステン及
び窒化チタンに関して高エッチング速度が得られ、bo
ro−phososilicate glass(B
PSG)、phososilicate glass
(PSG)、及び、ポリイミドのようなポリマに関連し
て選択性が高くなる。
【0009】米国特許第4,713,141号には、T
sangによって、タングステンに関する異方性プラズ
マ・エッチング法が開示されている。この方法によれば
、塩素の濃度が20〜50%の場合、SF6 及びCl
2 の混合ガスが用いられる。
sangによって、タングステンに関する異方性プラズ
マ・エッチング法が開示されている。この方法によれば
、塩素の濃度が20〜50%の場合、SF6 及びCl
2 の混合ガスが用いられる。
【0010】米国特許第4,692,205号には、S
achdev他によって、シリコン・ポリイミドのエッ
チング・バリヤ、及び、CF4 及びO2 反応イオン
・エッチング液を用いたイオン・エッチング法が示され
ている。CF4 /O2 混合ガスによって、反応イオ
ン・エッチング条件下で、シリコン・ポリイミドのバリ
ヤ層に有効にエッチングが施される。
achdev他によって、シリコン・ポリイミドのエッ
チング・バリヤ、及び、CF4 及びO2 反応イオン
・エッチング液を用いたイオン・エッチング法が示され
ている。CF4 /O2 混合ガスによって、反応イオ
ン・エッチング条件下で、シリコン・ポリイミドのバリ
ヤ層に有効にエッチングが施される。
【0011】米国特許第4,675,073号には、D
ouglasによって、TiSi2 に関する選択性の
向上したTiNに対するエッチング法の教示がある。こ
の方法は、CF4 のような穏やかなフッ素源、フッ素
を洗浄するためのシリコンまたはグラファイトのような
還元電極、比較的少ない流量、及び60℃〜100℃の
基板温度を利用する。
ouglasによって、TiSi2 に関する選択性の
向上したTiNに対するエッチング法の教示がある。こ
の方法は、CF4 のような穏やかなフッ素源、フッ素
を洗浄するためのシリコンまたはグラファイトのような
還元電極、比較的少ない流量、及び60℃〜100℃の
基板温度を利用する。
【0012】以上のエッチング法によって、タングステ
ン及びタングステンを含んだフィルムに関して良好なエ
ッチング速度が得られるが、これらの方法は、シリコン
を含むフィルムのエッチングにも役に立つ。実際には、
方法によって、シリコン・フィルムの方が、金属フィル
ムに比べてエッチング速度が速い場合もある。これら先
行技術の方法は、シリコンを含むフィルムにエッチング
を施すだけでなく、二ケイ化チタン、窒化チタン、及び
、二酸化シリコンから成る下層に対するエッチングにも
かなり有効である。従って、先行技術の方法によってタ
ングステンを含むフィルムにエッチングを施す場合、こ
れらの下層に対するエッチングが過度にならないように
、エッチング・バリヤが用いられたり、あるいは、エッ
チング時間に慎重な制御が加えられる場合がよくある。
ン及びタングステンを含んだフィルムに関して良好なエ
ッチング速度が得られるが、これらの方法は、シリコン
を含むフィルムのエッチングにも役に立つ。実際には、
方法によって、シリコン・フィルムの方が、金属フィル
ムに比べてエッチング速度が速い場合もある。これら先
行技術の方法は、シリコンを含むフィルムにエッチング
を施すだけでなく、二ケイ化チタン、窒化チタン、及び
、二酸化シリコンから成る下層に対するエッチングにも
かなり有効である。従って、先行技術の方法によってタ
ングステンを含むフィルムにエッチングを施す場合、こ
れらの下層に対するエッチングが過度にならないように
、エッチング・バリヤが用いられたり、あるいは、エッ
チング時間に慎重な制御が加えられる場合がよくある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、二ケ
イ化チタン、窒化チタン、及び、二酸化ケイ素から作ら
れる下層に関して選択性の高い、タングステン及びチタ
ン・タングステンのフィルムに対するエッチング方法を
提供することにある。
イ化チタン、窒化チタン、及び、二酸化ケイ素から作ら
れる下層に関して選択性の高い、タングステン及びチタ
ン・タングステンのフィルムに対するエッチング方法を
提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】以上の課題は、下層のエ
ッチング速度が大幅に低下し、タングステンを含むフィ
ルムのエッチング速度が高レベルにとどまるプラズマ・
エッチング法によって可能となった。これは、該方法に
用いられる相対的組成、流量、及び直流バイアス電圧に
関して、エッチングに利用されるプラズマ・ガスに慎重
な制御を加えることによって実現する。
ッチング速度が大幅に低下し、タングステンを含むフィ
ルムのエッチング速度が高レベルにとどまるプラズマ・
エッチング法によって可能となった。これは、該方法に
用いられる相対的組成、流量、及び直流バイアス電圧に
関して、エッチングに利用されるプラズマ・ガスに慎重
な制御を加えることによって実現する。
【0015】とりわけ、新規の方法は、反応イオン・エ
ッチング(RIE)、すなわち、電極に取りつけられた
対象に対してプラズマによるボンバードが加えられる、
ガス流による低圧力条件下におけるプラズマ・エッチン
グを利用する。このエッチング法は、半導体ウェーハの
ようなエッチングを施すべき対象が高周波電極に取りつ
けられる、プラズマ・エッチング反応器において実施さ
れる。この方法において用いられるガスは、四フッ化炭
素(CF4 )と酸素(O2 )から構成される。ガス
流量、混合ガスの組成、及び、電極にかかるバイアス電
圧などのエッチング・プロセス・パラメータに慎重に制
御を加えることによって、高い選択性の得られることが
分った。実際には、このプロセスによって、スパッタリ
ングを施されたチタン・タングステン・フィルムには、
二ケイ化チタン(TiSi2 )または窒化チタン(T
iN)フィルムに関するエッチング速度に比べて約15
〜30倍速い速度で、また、熱的に成長させた二酸化ケ
イ素(SiO2 )フィルムに関するエッチング速度に
比べて約15倍速い速度でエッチングが施されることに
なる。
ッチング(RIE)、すなわち、電極に取りつけられた
対象に対してプラズマによるボンバードが加えられる、
ガス流による低圧力条件下におけるプラズマ・エッチン
グを利用する。このエッチング法は、半導体ウェーハの
ようなエッチングを施すべき対象が高周波電極に取りつ
けられる、プラズマ・エッチング反応器において実施さ
れる。この方法において用いられるガスは、四フッ化炭
素(CF4 )と酸素(O2 )から構成される。ガス
流量、混合ガスの組成、及び、電極にかかるバイアス電
圧などのエッチング・プロセス・パラメータに慎重に制
御を加えることによって、高い選択性の得られることが
分った。実際には、このプロセスによって、スパッタリ
ングを施されたチタン・タングステン・フィルムには、
二ケイ化チタン(TiSi2 )または窒化チタン(T
iN)フィルムに関するエッチング速度に比べて約15
〜30倍速い速度で、また、熱的に成長させた二酸化ケ
イ素(SiO2 )フィルムに関するエッチング速度に
比べて約15倍速い速度でエッチングが施されることに
なる。
【0016】TiSi2 またはTiNの下層に関する
こうした高い選択性は、主としてエッチング・プロセス
に対する酸素の効果によるものである。一方、SiO2
の場合、高選択性は、主として、用いられる電極の電
圧によるものである。実際には、所与の反応器に関する
所望の高選択性エッチングが得られる正確なプロセス条
件を経験的に導き出さなければならない。それにもかか
わらず、上述のプロセス条件は、反応器で高い選択性を
得るには、クリティカルであるように思われる。
こうした高い選択性は、主としてエッチング・プロセス
に対する酸素の効果によるものである。一方、SiO2
の場合、高選択性は、主として、用いられる電極の電
圧によるものである。実際には、所与の反応器に関する
所望の高選択性エッチングが得られる正確なプロセス条
件を経験的に導き出さなければならない。それにもかか
わらず、上述のプロセス条件は、反応器で高い選択性を
得るには、クリティカルであるように思われる。
【0017】例えば、Applied Materi
alのエッチャ・モデル8130に関する特定のプロセ
ス条件は、本発明の譲受人によって実施されたテストで
決定された。高い選択性は、CF4 の流量を約40S
CCMに設定し、O2 の流量を10〜50SCCMの
範囲内に設定することによって得られた。−100ボル
ト以上の電極電圧が、選択性を高めることが分った。約
30mTorrの反応器圧力及び約45℃の温度は、主
として用いられた反応器の規格であるため、これらのテ
ストを通じて一定の条件であった。用いられた流量は、
反応器の容量にもある程度依存している。従って、これ
らの正確な条件及び流量は、クリティカルではないが、
この方法は、低圧力、適度な温度、及び、流量の範囲内
で実施することができる。
alのエッチャ・モデル8130に関する特定のプロセ
ス条件は、本発明の譲受人によって実施されたテストで
決定された。高い選択性は、CF4 の流量を約40S
CCMに設定し、O2 の流量を10〜50SCCMの
範囲内に設定することによって得られた。−100ボル
ト以上の電極電圧が、選択性を高めることが分った。約
30mTorrの反応器圧力及び約45℃の温度は、主
として用いられた反応器の規格であるため、これらのテ
ストを通じて一定の条件であった。用いられた流量は、
反応器の容量にもある程度依存している。従って、これ
らの正確な条件及び流量は、クリティカルではないが、
この方法は、低圧力、適度な温度、及び、流量の範囲内
で実施することができる。
【0018】高い選択性が得られるようにする能力に関
して、いくつかの混合ガスがテストされたが、意外にも
、CF4 /O2 のガスの組合せによって最良な結果
が得られた。CF4 /O2 は、シリコンを含むフィ
ルムにおいてエッチング速度が高くなることが分ってい
るので、意外であった。ただし、このエッチング方法を
用いる場合、この組合せによって、TiNに関するエッ
チング速度だけでなく、TiSi2 及びSiO2 に
関するエッチング速度も実際に抑制される。さらに、タ
ングステンを含むフィルムに関するエッチング速度は、
最高速度になるが、下層に関するエッチング速度は、最
低またはそれに近い速度になる。これらのガスの流量が
少ないということは、これらの結果を得る上で重要な要
素である場合もあれば、そうでない場合もある。前述の
ように、用いられた反応器モデルによってプロセスに加
えられる制約のため、比較的少ない流量が利用された。 従って、高選択性は、テスト流量より多い流量でも得る
ことが可能である。
して、いくつかの混合ガスがテストされたが、意外にも
、CF4 /O2 のガスの組合せによって最良な結果
が得られた。CF4 /O2 は、シリコンを含むフィ
ルムにおいてエッチング速度が高くなることが分ってい
るので、意外であった。ただし、このエッチング方法を
用いる場合、この組合せによって、TiNに関するエッ
チング速度だけでなく、TiSi2 及びSiO2 に
関するエッチング速度も実際に抑制される。さらに、タ
ングステンを含むフィルムに関するエッチング速度は、
最高速度になるが、下層に関するエッチング速度は、最
低またはそれに近い速度になる。これらのガスの流量が
少ないということは、これらの結果を得る上で重要な要
素である場合もあれば、そうでない場合もある。前述の
ように、用いられた反応器モデルによってプロセスに加
えられる制約のため、比較的少ない流量が利用された。 従って、高選択性は、テスト流量より多い流量でも得る
ことが可能である。
【0019】また、これらのテストから、二ケイ化チタ
ン及び窒化チタンに関するエッチング速度は、意外にも
、CF4 /O2 混合ガス中におけるO2 の追加量
に応じて線形に低下するので、CF4 に対するO2
のパーセンテージは、重要な尺度になることが分った。 エッチング速度は、O2 が少なくともプラズマの10
〜20%を形成すると、低下し始めるだけである。現在
のところ、これらのエッチング速度が追加のO2 によ
って低下する理由は分らないが、TiSi2 及びTi
Nの表面にある種のパッシベーション反応が生じるもの
と考えられる。 追加O2 によって、TiSi2 及びTiNのエッチ
ングは抑制されるが、タングステンを含むフィルムのエ
ッチング速度は、有効に上昇する。
ン及び窒化チタンに関するエッチング速度は、意外にも
、CF4 /O2 混合ガス中におけるO2 の追加量
に応じて線形に低下するので、CF4 に対するO2
のパーセンテージは、重要な尺度になることが分った。 エッチング速度は、O2 が少なくともプラズマの10
〜20%を形成すると、低下し始めるだけである。現在
のところ、これらのエッチング速度が追加のO2 によ
って低下する理由は分らないが、TiSi2 及びTi
Nの表面にある種のパッシベーション反応が生じるもの
と考えられる。 追加O2 によって、TiSi2 及びTiNのエッチ
ングは抑制されるが、タングステンを含むフィルムのエ
ッチング速度は、有効に上昇する。
【0020】バイアス電圧に関して、テストによって、
さらに、チタン・タングステンのエッチング速度は、電
極の電圧が0〜−100ボルトの範囲で変動する場合に
は、急速に上昇するが、それ以降は、さらに電圧が降下
してもほぼ変化しないということが分った。従って、チ
タン・タングステンにエッチングについては、“飽和”
電圧があると考えられる。一方、二酸化ケイ素の場合、
エッチング速度は、−100ボルトを優に超える広範囲
の電極電圧にわたって線形に上昇するが、他のプロセス
・パラメータに対しては反応を示さないように思われる
。従って、チタン・タングステンと二酸化ケイ素との間
における最大の選択性は、飽和電圧、この場合、約−1
00ボルトまたはその近くに設定された電極電圧によっ
て得られる。
さらに、チタン・タングステンのエッチング速度は、電
極の電圧が0〜−100ボルトの範囲で変動する場合に
は、急速に上昇するが、それ以降は、さらに電圧が降下
してもほぼ変化しないということが分った。従って、チ
タン・タングステンにエッチングについては、“飽和”
電圧があると考えられる。一方、二酸化ケイ素の場合、
エッチング速度は、−100ボルトを優に超える広範囲
の電極電圧にわたって線形に上昇するが、他のプロセス
・パラメータに対しては反応を示さないように思われる
。従って、チタン・タングステンと二酸化ケイ素との間
における最大の選択性は、飽和電圧、この場合、約−1
00ボルトまたはその近くに設定された電極電圧によっ
て得られる。
【0021】本エッチング・プロセスの利点は、チタン
・タングステン及びタングステンのフィルムと上述の下
層との間で見られる選択性の向上である。実際、このプ
ロセスによって、先行技術によるプロセスに比べて選択
性が約5〜10倍改善されることになる。従って、こう
した高い選択性によって、エッチング・バリヤを用いな
い、あるいは、エッチング時間にあまり精密な制御を加
えないエッチングが可能になるため、相互接続の製造が
複雑さを減じ、生産性が向上する。
・タングステン及びタングステンのフィルムと上述の下
層との間で見られる選択性の向上である。実際、このプ
ロセスによって、先行技術によるプロセスに比べて選択
性が約5〜10倍改善されることになる。従って、こう
した高い選択性によって、エッチング・バリヤを用いな
い、あるいは、エッチング時間にあまり精密な制御を加
えないエッチングが可能になるため、相互接続の製造が
複雑さを減じ、生産性が向上する。
【0022】
【実施例】図1を参照すると、簡略化された半導体積層
構造の断面が示されている。一般に、該構造は、ウェー
ハの形態をとる。半導体回路の設計には、相互接続の形
成が必要になる。最新のシリコンをベースにした集積回
路に用いられる相互接続及び接触プラグの形成には、チ
タン・タングステン、及び、タングステンのフィルムが
広く用いられている。相互接続の形成のため、スパッタ
リングまたは蒸着によって、積層表面にチタン・タング
ステンまたはタングステンのフィルムを被着させて、表
面層12が形成される。この層は、一般に、二ケイ化チ
タン(TiSi2 )、窒化チタン(TiN)、または
、二酸化ケイ素(SiO2 )のフィルムから成る下層
14に被着される。この2つの層12及び14は、さら
に、シリコン・ウェーハのような支持層16によって支
持されている。積層内には他の層及び構造も存在するが
、図を簡略化するため、示されていない。マスク18を
利用して、所望のパターン形成が行なわれる。
構造の断面が示されている。一般に、該構造は、ウェー
ハの形態をとる。半導体回路の設計には、相互接続の形
成が必要になる。最新のシリコンをベースにした集積回
路に用いられる相互接続及び接触プラグの形成には、チ
タン・タングステン、及び、タングステンのフィルムが
広く用いられている。相互接続の形成のため、スパッタ
リングまたは蒸着によって、積層表面にチタン・タング
ステンまたはタングステンのフィルムを被着させて、表
面層12が形成される。この層は、一般に、二ケイ化チ
タン(TiSi2 )、窒化チタン(TiN)、または
、二酸化ケイ素(SiO2 )のフィルムから成る下層
14に被着される。この2つの層12及び14は、さら
に、シリコン・ウェーハのような支持層16によって支
持されている。積層内には他の層及び構造も存在するが
、図を簡略化するため、示されていない。マスク18を
利用して、所望のパターン形成が行なわれる。
【0023】エッチング・プロセスの望ましい特性には
、1)マスク層材料18へのエッチングに対する高選択
性、2)エッチングを施すフィルム12の下の材料への
エッチングに対する高選択性、3)大生産量を可能にす
るのに十分なエッチング速度、4)ウェーハ全体、ウェ
ーハ間、及び、ラン(run)間における均一なエッチ
ング、5)基板に対する損傷が生じそうにないこと、及
び、6)微粒子汚染及びフィルム汚染の低発生率がある
。これら6つの特性のうち、本発明では、特に、第2と
第3の特性を取り扱う。
、1)マスク層材料18へのエッチングに対する高選択
性、2)エッチングを施すフィルム12の下の材料への
エッチングに対する高選択性、3)大生産量を可能にす
るのに十分なエッチング速度、4)ウェーハ全体、ウェ
ーハ間、及び、ラン(run)間における均一なエッチ
ング、5)基板に対する損傷が生じそうにないこと、及
び、6)微粒子汚染及びフィルム汚染の低発生率がある
。これら6つの特性のうち、本発明では、特に、第2と
第3の特性を取り扱う。
【0024】上述の特性を備えたプラズマ・エッチング
・プロセスが、タングステンを含むフィルムに関して見
出されており、この場合、四フッ化炭素(CF4 )及
び酸素(O2 )が用いられることになる。このプロセ
スには、ガス流量、混合組成、及び、電極電圧といった
パラメータを指定範囲内に納まるように制御することが
必要になる。ガスCF4 及びO2は、グロー放電なし
に、それ自体でエッチングを施すことはできないという
点に留意されたい。従って、CF4 の放電が生じる場
合、エッチング反応に関与するのはCF4 分子ではな
い。その代りに、CF4 分子の解離によって生じるラ
ジカル種、すなわち、フッ素原子によってエッチングが
行なわれる。 CF4 フィード・ガスにO2 が付加されると、フッ
素原子の濃度が増す。これには、タングステンのエッチ
ング速度を増すという効果があるが、意外にも、二ケイ
化チタン及び窒化チタンのエッチング速度は低下する。
・プロセスが、タングステンを含むフィルムに関して見
出されており、この場合、四フッ化炭素(CF4 )及
び酸素(O2 )が用いられることになる。このプロセ
スには、ガス流量、混合組成、及び、電極電圧といった
パラメータを指定範囲内に納まるように制御することが
必要になる。ガスCF4 及びO2は、グロー放電なし
に、それ自体でエッチングを施すことはできないという
点に留意されたい。従って、CF4 の放電が生じる場
合、エッチング反応に関与するのはCF4 分子ではな
い。その代りに、CF4 分子の解離によって生じるラ
ジカル種、すなわち、フッ素原子によってエッチングが
行なわれる。 CF4 フィード・ガスにO2 が付加されると、フッ
素原子の濃度が増す。これには、タングステンのエッチ
ング速度を増すという効果があるが、意外にも、二ケイ
化チタン及び窒化チタンのエッチング速度は低下する。
【0025】タングステンを含むフィルムに関する新規
のエッチング・プロセスは、Applied Mat
erialの金属エッチャや、モデル・ナンバ8130
に見受けられるようなプラズマ・エッチング反応器で行
なうのが望ましい。こうしたプラズマ・エッチング反応
器については、米国特許第4,842,683号に記載
がある。反応器には、エッチングを施すべきものが取り
つけられる六角形の高周波電極(六極管)が含まれてい
る。反応器の壁は円筒状をなし、対置する電極の働きを
する。このタイプのプラズマ反応器によって、半導体ウ
ェーハのようないくつかの部材を同時にバッチ処理する
ことができる。このエッチング・プロセスは、反応イオ
ン・エッチング(RIE)条件下で実施される。
のエッチング・プロセスは、Applied Mat
erialの金属エッチャや、モデル・ナンバ8130
に見受けられるようなプラズマ・エッチング反応器で行
なうのが望ましい。こうしたプラズマ・エッチング反応
器については、米国特許第4,842,683号に記載
がある。反応器には、エッチングを施すべきものが取り
つけられる六角形の高周波電極(六極管)が含まれてい
る。反応器の壁は円筒状をなし、対置する電極の働きを
する。このタイプのプラズマ反応器によって、半導体ウ
ェーハのようないくつかの部材を同時にバッチ処理する
ことができる。このエッチング・プロセスは、反応イオ
ン・エッチング(RIE)条件下で実施される。
【0026】図1及び図2を参照すると、タングステン
を含む表面層12に所望のパターンのエッチングが施さ
れると、当該技術における周知の方法によって、積層構
造10からマスク18を取り除くことができる。このエ
ッチング法の選択性は極めて高いので、下層14におけ
る変化はほとんどない。
を含む表面層12に所望のパターンのエッチングが施さ
れると、当該技術における周知の方法によって、積層構
造10からマスク18を取り除くことができる。このエ
ッチング法の選択性は極めて高いので、下層14におけ
る変化はほとんどない。
【0027】下記の表1及び2には、本発明の特性を検
証した実験結果が示されている。全ての実験が、上述の
Applied Materialのエッチャや81
30を利用して行なわれた。
証した実験結果が示されている。全ての実験が、上述の
Applied Materialのエッチャや81
30を利用して行なわれた。
【0028】表1の実験のランA1〜A6は、圧力が3
0ミリ・トル、温度が45℃、電極電圧が−260ボル
トという同じ条件で実施された。異なる混合ガスを利用
して、TiSi2 のエッチング速度(ER)にどんな
効果があるかが確められた。表1に示す結果は、CF4
とO2 の組合せによって、エッチング速度が極めて
遅くなることを証明している。試してみた別の組合せの
ガスの場合、エッチング速度はもっと速かった。
0ミリ・トル、温度が45℃、電極電圧が−260ボル
トという同じ条件で実施された。異なる混合ガスを利用
して、TiSi2 のエッチング速度(ER)にどんな
効果があるかが確められた。表1に示す結果は、CF4
とO2 の組合せによって、エッチング速度が極めて
遅くなることを証明している。試してみた別の組合せの
ガスの場合、エッチング速度はもっと速かった。
【0029】
【表1】
【0030】ランA1〜A4において、TiSi2 に
関してエッチング速度が最も遅くなるのは、A4であり
、CF4 とN2 が用いられた。ただし、この80Å
/分というエッチング速度は、CF4 及びO2 が用
いられたランA6のエッチング速度に比べると、2.5
倍も速い。 ランA5及びA6は、酸素がTiSi2 のエッチング
速度に及ぼす効果を示している。A5の場合、O2 の
流量は5SCCMであり、エッチング速度は75Å/分
になった。O2 の流量を10〜50SCCMに増すと
、エッチング速度は30Å/分となり、ランA5の結果
に比べると、少なくとも2.5倍の差が生じた。従って
、10〜50SCCMの範囲内におけるO2 の流量が
望ましい。それは、CF4 の流量が40SCCM±4
SCCMに保たれる場合、全流量の約20〜60%にな
る。窒化チタンに関する結果も同様である。
関してエッチング速度が最も遅くなるのは、A4であり
、CF4 とN2 が用いられた。ただし、この80Å
/分というエッチング速度は、CF4 及びO2 が用
いられたランA6のエッチング速度に比べると、2.5
倍も速い。 ランA5及びA6は、酸素がTiSi2 のエッチング
速度に及ぼす効果を示している。A5の場合、O2 の
流量は5SCCMであり、エッチング速度は75Å/分
になった。O2 の流量を10〜50SCCMに増すと
、エッチング速度は30Å/分となり、ランA5の結果
に比べると、少なくとも2.5倍の差が生じた。従って
、10〜50SCCMの範囲内におけるO2 の流量が
望ましい。それは、CF4 の流量が40SCCM±4
SCCMに保たれる場合、全流量の約20〜60%にな
る。窒化チタンに関する結果も同様である。
【0031】それ以上の実験では、以下の条件が一定に
保たれた:反応器のチャンバ内における圧力は、30ミ
リ・トルに維持され;温度は、45℃に維持され;−2
60ボルトの負電圧が、電極に印加され;CF4 の流
量が、40SCCM±4SCCMに保持された。唯一の
変数は、O2 の流量である。流量が5SCCM〜50
SCCMの範囲で変動すると、TiSi2 のエッチン
グ速度は、75Å/分から30Å/分未満にまで線形に
低下した。窒化チタンが同様のパターンを示した。
保たれた:反応器のチャンバ内における圧力は、30ミ
リ・トルに維持され;温度は、45℃に維持され;−2
60ボルトの負電圧が、電極に印加され;CF4 の流
量が、40SCCM±4SCCMに保持された。唯一の
変数は、O2 の流量である。流量が5SCCM〜50
SCCMの範囲で変動すると、TiSi2 のエッチン
グ速度は、75Å/分から30Å/分未満にまで線形に
低下した。窒化チタンが同様のパターンを示した。
【0032】表2には、O2 が,タイプIとタイプI
Iの両方について窒化チタンのエッチング速度にどんな
影響を及ぼすかを確めるために実施された、テスト結果
が示されている。テスト条件は、圧力が30ミリ・トル
、温度が45℃、及び、電極の電圧が−260ボルトで
ある。
Iの両方について窒化チタンのエッチング速度にどんな
影響を及ぼすかを確めるために実施された、テスト結果
が示されている。テスト条件は、圧力が30ミリ・トル
、温度が45℃、及び、電極の電圧が−260ボルトで
ある。
【0033】
【表2】
【0034】テスト・ランC1及びC2は、O2 の流
量が5SCCMから30SCCMに増すと、TiWのタ
イプIとタイプIIの両方におけるエッチング速度が低
下する。実際のところ、タイプIの場合、56%低下し
、タイプIIの場合、39%低下した。O2 の流量が
30SCCMを超えると、これらのエッチング速度はそ
れ以上低下するようにさえ思われる。
量が5SCCMから30SCCMに増すと、TiWのタ
イプIとタイプIIの両方におけるエッチング速度が低
下する。実際のところ、タイプIの場合、56%低下し
、タイプIIの場合、39%低下した。O2 の流量が
30SCCMを超えると、これらのエッチング速度はそ
れ以上低下するようにさえ思われる。
【0035】表3には、電極の電圧における変化がチタ
ン・タングステン(Ti W)及び二酸化シリコン(S
iO2 )のエッチング速度(ER)にどんな影響を及
ぼすかが示されている。この1組の実験において、CF
4 の流量は、40SCCMに設定され、O2 の流量
は、5SCCMに設定され、圧力は、30ミリ・トルに
設定され、温度は、45℃に設定された。
ン・タングステン(Ti W)及び二酸化シリコン(S
iO2 )のエッチング速度(ER)にどんな影響を及
ぼすかが示されている。この1組の実験において、CF
4 の流量は、40SCCMに設定され、O2 の流量
は、5SCCMに設定され、圧力は、30ミリ・トルに
設定され、温度は、45℃に設定された。
【0036】
【表3】
【0037】実験ランD1〜D4の結果、TiWのエッ
チング速度が、−100ボルトの電極電圧によって最大
になることが実施された。一方、SiO2 のエッチン
グ速度は、電圧の上昇につれて着実に増すことになる。 SiO2 のエッチング速度の上昇は、部分的には、よ
り高いバイアス電圧によって生じるイオン・ボンバード
の増大の影響による可能性がある。このボンバードは、
不揮発性残留物を除去し、それによって、エッチングを
可能ならしめるのに役立つ。最大エッチング速度比は、
表3の結果をグラフ表示した図3により明確に示されて
いる。従って、最高のエッチング速度比(ERR)は、
−100ボルトのあたりで生じる。この比は、O2 の
流量がわずか5SCCMの場合には、約8:1である。 O2 の流量がその望ましい範囲である10〜50SC
CMまで増すと、エッチング速度比が高くなる。これは
、下記の表5に示すように、TiWのエッチング速度の
上昇によるものである。
チング速度が、−100ボルトの電極電圧によって最大
になることが実施された。一方、SiO2 のエッチン
グ速度は、電圧の上昇につれて着実に増すことになる。 SiO2 のエッチング速度の上昇は、部分的には、よ
り高いバイアス電圧によって生じるイオン・ボンバード
の増大の影響による可能性がある。このボンバードは、
不揮発性残留物を除去し、それによって、エッチングを
可能ならしめるのに役立つ。最大エッチング速度比は、
表3の結果をグラフ表示した図3により明確に示されて
いる。従って、最高のエッチング速度比(ERR)は、
−100ボルトのあたりで生じる。この比は、O2 の
流量がわずか5SCCMの場合には、約8:1である。 O2 の流量がその望ましい範囲である10〜50SC
CMまで増すと、エッチング速度比が高くなる。これは
、下記の表5に示すように、TiWのエッチング速度の
上昇によるものである。
【0038】表4には、酸素流量の関数として、TiW
及びSiO2 のエッチング速度が示されている。テス
トの実施条件は、圧力が30ミリ・トル、温度が45℃
、電極に印加される電圧が−100ボルトであった。
及びSiO2 のエッチング速度が示されている。テス
トの実施条件は、圧力が30ミリ・トル、温度が45℃
、電極に印加される電圧が−100ボルトであった。
【0039】
【表4】
【0040】テスト・ランE1〜E5は、O2 の付加
が、TiW対SiO2 のエッチング速度比(ERR)
に及ぼす劇的な影響を示している。O2 の流量が20
SCCMの場合(テスト・ランE5)ERRは、15:
1を超えた。これは、このエッチング法が、とりわけ、
先行技術による3:1未満のエッチング速度比に比べる
と、SiO2 に対する選択性が極めて高いということ
を表わしている。従って、このエッチング法によれば、
選択性の向上は5倍以上になる。
が、TiW対SiO2 のエッチング速度比(ERR)
に及ぼす劇的な影響を示している。O2 の流量が20
SCCMの場合(テスト・ランE5)ERRは、15:
1を超えた。これは、このエッチング法が、とりわけ、
先行技術による3:1未満のエッチング速度比に比べる
と、SiO2 に対する選択性が極めて高いということ
を表わしている。従って、このエッチング法によれば、
選択性の向上は5倍以上になる。
【0041】TiSi2 及びTiNの場合、選択性は
さらに高くなる。TiWのエッチング速度(ER)が7
60Å/分で、TiSi2 のエッチング速度が、<3
0Å/分の場合(表1から)、TiW対TiSi2のエ
ッチング速度比(ERR)は、少なくとも25:1であ
り、30:1に近づくことになる。これは、TiSi2
の選択性については、先行技術に比べてほぼ10倍に
高められることを表わしている。同様の結果が、TiN
についても得られる。
さらに高くなる。TiWのエッチング速度(ER)が7
60Å/分で、TiSi2 のエッチング速度が、<3
0Å/分の場合(表1から)、TiW対TiSi2のエ
ッチング速度比(ERR)は、少なくとも25:1であ
り、30:1に近づくことになる。これは、TiSi2
の選択性については、先行技術に比べてほぼ10倍に
高められることを表わしている。同様の結果が、TiN
についても得られる。
【0042】上記テストは、TiWフィルムのエッチン
グを取り扱っているが、このエッチング方法によれば、
タングステンについても、当該技術において一般に期待
されるように、同様の結果が得られる。さらに、テスト
は、30ミリ・トルの圧力で行なったが、本発明の利点
は、他の圧力においても同様に実現する。だたし、圧力
は、20〜40ミリ・トルの範囲内にとどめるのが望ま
しい。
グを取り扱っているが、このエッチング方法によれば、
タングステンについても、当該技術において一般に期待
されるように、同様の結果が得られる。さらに、テスト
は、30ミリ・トルの圧力で行なったが、本発明の利点
は、他の圧力においても同様に実現する。だたし、圧力
は、20〜40ミリ・トルの範囲内にとどめるのが望ま
しい。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とにより、二ケイ化チタン、窒化チタン、及び二酸化ケ
イ素から形成された下層に対して選択性の高い、タング
ステン及びチタン・タングステンのフィルムに対するエ
ッチングを行うことができる。これにより、エッチング
・バリヤを用いない、あるいは、エッチング時間にあま
り精密な制御を加えないエッチングが可能になり、相互
接続の製造における複雑さが減じ、生産性が向上する。
とにより、二ケイ化チタン、窒化チタン、及び二酸化ケ
イ素から形成された下層に対して選択性の高い、タング
ステン及びチタン・タングステンのフィルムに対するエ
ッチングを行うことができる。これにより、エッチング
・バリヤを用いない、あるいは、エッチング時間にあま
り精密な制御を加えないエッチングが可能になり、相互
接続の製造における複雑さが減じ、生産性が向上する。
【図1】本発明の方法によるエッチング前の半導体積層
構造の断面図である。
構造の断面図である。
【図2】本発明の方法によるエッチング後の前記半導体
積層構造の断面図である。
積層構造の断面図である。
【図3】エッチング速度に関する電極電圧の効果を示す
図である。
図である。
Claims (2)
- 【請求項1】タングステンを含むフィルムを有する対象
物を用意する段階と、該対象物に負の電圧を印加し、前
記タングステンを含むフィルムを、反応イオン・エッチ
ング条件下で供給されたCF4 及びO2 の混合ガス
を含むプラズマ環境にさらす段階と、を備えて成る、タ
ングステンまたはタングステン合金のフィルムをエッチ
ングする方法。 - 【請求項2】タングステンを含むフィルムを有する対象
物を、20ミリトル及至40ミリトルの範囲の圧力に維
持されたプラズマ・エッチング反応器に用意する段階と
、前記対象物に少なくとも100ボルトの負電圧を印加
する段階と、前記タングステンを含むフィルムを、反応
イオン・エッチング条件下の反応器に送られる、O2
ガスが体積でその20%及至60%を占めるCF4 及
びO2 の混合ガスを含むプラズマ環境にさらす段階と
、を備えて成る、タングステンまたはタングステン合金
のフィルムをエッチングする方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/572,188 US5108542A (en) | 1990-08-23 | 1990-08-23 | Selective etching method for tungsten and tungsten alloys |
US572188 | 1990-08-23 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04234117A true JPH04234117A (ja) | 1992-08-21 |
Family
ID=24286739
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3237326A Pending JPH04234117A (ja) | 1990-08-23 | 1991-08-23 | エッチング方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5108542A (ja) |
JP (1) | JPH04234117A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016032117A (ja) * | 2014-07-29 | 2016-03-07 | ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation | タングステン含有層をエッチングする方法 |
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JPH11354499A (ja) | 1998-04-07 | 1999-12-24 | Oki Electric Ind Co Ltd | コンタクトホール等の形成方法 |
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JP2003068705A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Hitachi Ltd | 半導体素子の製造方法 |
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-
1990
- 1990-08-23 US US07/572,188 patent/US5108542A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-08-23 JP JP3237326A patent/JPH04234117A/ja active Pending
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5108542A (en) | 1992-04-28 |
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