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Dokumentenidentifikation DE4214091A1 05.11.1992
Titel Trockenätzverfahren für eine Verbindungsschicht
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Ishida, Tomoaki, Itami, Hyogo, JP
Vertreter Prüfer, L., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 29.04.1992
DE-Aktenzeichen 4214091
Offenlegungstag 05.11.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.11.1992
IPC-Hauptklasse H01L 21/90
IPC-Nebenklasse C23F 1/02   C23F 1/12   H01L 23/532   
Zusammenfassung Es wird ein verbessertes Trockenätzverfahren zum Erzeugen einer Kupferverbindungsstruktur (20a) mit hoher Genauigkeit der Abmessungen beschrieben. Ein Resistmuster (14) wird auf einer Kupferverbindungsschicht (20) gebildet, die auf einem Substrat (11) gebildet ist. Unter Benutzung des Resistmusters (14) als Maske wird die Kupferverbindungsschicht (20) mit dem Plasma einer Verbindung vom Jodtyp geätzt, die aus der Gruppe HI, I2, BI3 und SiI4 ausgewählt wird.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Trockenätzverfahren für Verbindungsschichten, welches dahingehend verbessert ist, daß eine hinreichende Ätzrate erzielt werden kann, ohne daß Substrate auf hohe Temperaturen erwärmt werden müssen.

Mit dem Fortschreiten von Integration, Leistung und Geschwindigkeit von Halbleitervorrichtungen werden Metallfilmverbindungen in Halbleitervorrichtungen (beispielsweise LSI) zunehmend miniaturisiert. Mit der Miniaturisierung der Metallfilmverbindung nimmt die in der Metallfilmverbindung fließende Stromdichte zu. Folglich müssen an die Zuverlässigkeit der Metallfilmverbindung, also die Resistenz gegen Elektromigration (Electromigration) und Spannungsmigration (Stressmigration), extrem hohe Anforderungen bezüglich der Charakteristiken gestellt werden. Folglich befinden sich die Materialien einer Metallfilmverbindung ebenfalls in der Entwicklung.

Beispielsweise wurde bei einem dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) vor der Entwicklung von 156 Kbit-Einheiten eine Aluminium-Siliziumlegierung (AlSi) für die Metallfilmverbindung benutzt. Für die Generation der 1Mbit bis 16Mbit- Bausteine wurde zum Verbessern der Resistenz gegen Elektromigration und Spannungsmigration eine AlSiCu-Legierung, der Kupfer hinzugefügt wurde, für die Metallfilmverbindung eingesetzt. Unter diesen Bedingungen ist es für die Generation der 64Mbit oder größerer Bausteine fast sicher, daß, wegen des Bedarfs nach weiterer Verbesserung der Zuverlässigkeit, Verbindungen mit Kupfer oder Kupferlegierungen eingesetzt werden.

Folglich ist es zum Herstellen von DRAMs von 64Mbit oder größer nötig, daß die Feinverarbeitungstechnologie von Kupfer und Kupferlegierungsfilmen weiterentwickelt wird.

Allerdings ist die Feinverarbeitungstechnologie (Fine Processing Technology) von Kupfer und Kupferlegierungsfilmen, also die Trockenätztechnologie, nicht befriedigend. Obwohl ein Kupfertrockenätzverfahren, das Methyliodid einsetzt, bekannt ist (Japanische Offenlegungsschrift, Nr. 60-86 285), ist dieses, wie nachfolgend unter Bezug auf die Tabelle 1 beschrieben wird, nicht befriedigend.

Die Fig. 4 ist eine teilweise Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung in der Reihenfolge von aufeinanderfolgenden Schritten bei einem herkömmlichen Trockenätzverfahren für Cu- oder Cu-Legierungsfilme. Die Fig. 5 zeigt ein Schemadiagramm einer Reaktions-Ionenätzvorrichtung zum Realisieren des Trockenätzens (Dry Etching). Vor der Beschreibung des in Fig. 4 gezeigten herkömmlichen Trockenätzverfahrens wird nachfolgend der Aufbau der in Fig. 5 gezeigten Reaktions-Ionenätzvorrichtung beschrieben.

Wie in Fig. 5 gezeigt, umfaß die Reaktions-Ionenätzvorrichtung einen hohlen Verarbeitungsbehälter 1. Im Verarbeitungsbehälter 1 sind eine obere, flache Hochfrequenzelektrode 2 und eine untere, flache Hochfrequenzelektrode 3 parallel zueinander vorgesehen. Eine Auslaßöffnung 6 zum Auslassen von Gas aus dem Verarbeitungsbehälter 1 zum Realisieren einer Vakuumbedingung innerhalb des Verarbeitungsbehälters 1 ist in einem unteren Bereich des Verarbeitungsbehälters 1 vorgesehen. Eine Gaseinlaßöffnung 5 ist an einem oberen Bereich des Verarbeitungsbehälters 1 zum Einlassen von reagierendem Gas in den Verarbeitungsbehälter 1 vorgesehen, das Chlorgas als Hauptbestandteil enthält: ein Ausgang auf einer Seite einer Hochfrequenzleistungsquelle ist direkt mit der oberen flachen Hochfrequenzelektrode 2 verbunden. Der andere seitliche Ausgang der Hochfrequenzleistungsquelle 7 ist mit der unteren flachen Hochfrequenzelektrode 3 über einen Kondensator 8 für die Hochfrequenzkopplung verbunden.

Nachfolgend wird unter Bezug auf die Fig. 4 und 5 ein herkömmliches Trockenätzverfahren für Cu- oder Cu-Legierungsfilme beschrieben.

Wie in Fig. 4(a) gezeigt, wird ein zu verarbeitendes Substrat 4 (nachfolgend als Substrat 4 bezeichnet) vorbereitet. Das Substrat 4 umfaßt ein Siliziumsubstrat 11, einen Siliziumoxidfilm 12 (Isolationszwischenschichtfilm), der auf dem Siliziumsubstrat 11 vorgesehen ist, eine aus Cu- oder cu-Legierungsfilm gebildete und auf dem Siliziumoxidfilm 12 vorgesehene Verbindungsschicht 13 sowie ein Resistmuster 14 (Resiststruktur), die beispielsweise auf der Verbindungsschicht 13 aufgebracht ist.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird das Substrat 4 von der unteren flachen Hochfrequenzelektrode 3 gestützt. Anschließend wird ein reaktives, chlorbasiertes Gas (z. B. HCl) über die Gas-Einlaßöffnung 5 in den Verarbeitungsbehälter 1 geführt, und gleichzeitig wird das Gas aus der Auslaßöffnung 6 herausgeführt, um einen vorbestimmten Druck im Verarbeitungsbehälter 1 aufrecht zu erhalten. Eine Wärmevorrichtung 9 wird zum Halten der unteren flachen Hochfrequenzelektrode 3 und des Substrates 4 auf einer vorbestimmten Temperatur von 200°C oder höher betrieben.

Der Zustand des Substrates 4 zu diesem Zeitpunkt wird in Fig. 4(b) gezeigt.

Von der Hochfrequenzleistungsquelle 7 abgegebene Hochfrequenzspannung wird zwischen der unteren flachen Hochfrequenzelektrode 3 und der oberen flachen Hochfrequenzelektrode 2 angelegt, um Plasma 10 des reaktiven Gases im Verarbeitungsbehälter 1 zu erzeugen.

Wenn das Plasma 10 im Verarbeitungsbehälter 1 erzeugt ist, wird die untere plattenförmige Hochfrequenzelektrode 3 auf negatives Potential geladen, und im Plasma 10 erzeugte reaktive Ionen werden durch das Potential beschleunigt, so daß sie auf das Substrat 4 auftreffen. Im Plasma 10 erzeugte neutrale Radikalmoleküle verteilen sich ebenfalls im Plasma und erreichen die Oberfläche des Substrates 4. Die reaktiven Ionen vom Chlortyp und die die Oberfläche des Substrates 4 erreichenden neutralen Radikale reagieren mit Cu oder der Cu-Legierung auf einem Bereich, der nicht mit dem Resistmuster 14 bedeckt ist, und führen zu einem Reaktionsprodukt, welches hauptsächlich CuClx aufweist, wie in Fig. 4(b) gezeigt. Das Substrat 4 wird auf eine Temperatur von 200°C oder höher erwärmt, und die Temperatur auf der Oberfläche des Substrates 4 beträgt bis zu mehreren 100 C, und das CuClx als Hauptkomponente enthaltende Reaktionsprodukt wird verdampft und damit von der Oberfläche des Substrates 4 entfernt. Auf diese Weise schreitet das Ätzen der Verbindungsschicht 13 mit einem Resist 14 als Maske fort.

Wie in den Fig. 4(b) und (c) gezeigt, wird durch Entfernen des Resistmusters 14 das Verbindungsmuster 13a des Cu oder der Cu-Legierung gebildet.

Das herkömmliche Trockenätzen von Cu oder Cu-Legierung ist, wie oben beschrieben, unter Einsatz eines Plasmas eines Gases vom Chlortyp durchgeführt worden. Folglich ist der Dampfdruck des erzeugten Reaktionsprodukts (CuClx) niedrig, und das Substrat 4mußte auf 200°C oder höher erwärmt werden, um eine praktikable Ätzrate zu erzielen.

Wenn das zu verarbeitende Substrat auf 200°C oder höher erwärmt wird, entstand allerdings, wie in Fig. 4(b) gezeigt, das Problem, daß das Resistmuster 14 schmilzt und daher durch die Wärme deformiert wird. Wenn das Resistmuster 14 seine Form wie in der Figur gezeigt ändert, wie in Fig. 4(c) gezeigt, ist die Querschnittsform des Verbindungsmusters 13a nach oben konisch zulaufend, was im Hinblick auf die Zuverlässigkeit ein Problem darstellte. Außerdem entstand das Problem, daß das Entfernen des Resistmusters 14 nach dem Beenden des Ätzens unmöglich wurde.

Zum Lösen des Problems der Deformation des Resistmusters 14 durch Wärme wurde das Verfahren zum Ätzen von Cu oder Cu-Legierung mit einem Siliziumoxidfilm als Maske bekannt, wie in Figur 6 gezeigt.

Das bedeutet, wie in Fig. 6(a) gezeigt, daß ein Zwischenschichtisolationsfilm 12 und eine Cu- oder Cu-Legierungs-Verbindungsschicht 13 auf einem Siliziumsubstrat 11 gebildet sind. Ein Muster 15 aus einem Siliziumoxidfilm ist auf der Cu- oder Cu-Legierungs-Verbindungsschicht 13 gebildet.

Wie in Fig. 6(b) gezeigt, während das Siliziumsubstrat 11 auf die Temperatur von 200°C oder höher erwärmt wird, wobei das Muster 15 des Siliziumoxidfilmes als Maske benutzt wird, wird die Cu- oder Cu-Legierungs-Verbindungsschicht 13 mit Plasma des Gases vom Chlortyp bemustert (strukturiert). Bei diesem Verfahren ist die Wärmewiderstandsfähigkeit des Musters 15 gut, so daß die Form des Musters 15 sich nicht ändert, selbst wenn das Substrat auf 200°C oder höher erwärmt wird. Folglich kann ein Verbindungsmuster des Cu oder der Cu-Legierung mit hoher Genauigkeit erzielt werden, dessen Seitenwand senkrecht zum Substrat steht.

Allerdings benötigt dieses Verfahren einen Schritt zum Bilden des Musters 15 aus Siliziumoxidfilm, was zu Problemen durch Anstieg der Zahl der Verfahrensschritte und entsprechendem Anstieg der Herstellungskosten führt.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Kupferverbindungsschicht oder eine Kupferlegierungsverbindungsschicht bei relativ niedriger Temperatur trockengeätzt werden kann. Dabei soll auch eine Verbindungsschicht mit geschichteter Struktur, die eine Kupferschicht umfaßt, geätzt werden, und das Trockenätzen soll ohne Erhöhung der Zahl der Herstellungsschritte erfolgen.

Die Aufgabe wird durch das Trockenätzverfahren nach den Patentansprüchen 1, 4 und 9 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Für ein Trockenätzverfahren einer auf einem Substrat gebildeten Kupfer-Verbindungsschicht wird ein Resistmuster zuerst auf der Kupferverbindungsschicht gebildet. Unter Benutzung des Resistmusters als Maske wird die Kupferverbindungsschicht durch Plasma eines Jodtyps geatzt, das aus der Gruppe HI, I2, BI3 und SiI4 ausgewählt wird.

Bei einem Verfahren zum Trockenätzen einer Kupferlegierungsverbindungsschicht, die auf einem Substrat vorgesehen ist, wird zuerst ein Resistmuster auf der Kupferlegierungsverbindungsschicht gebildet. Unter Benutzung des Resistmusters wird die Kupferlegierungsverbindungsschicht durch Plasma eines Gasgemisches geätzt, das eine Verbindung aus der Gruppe HI, I2, BI3 und SiI4 sowie Verbindungen vom Chlortyp enthält, wobei das Resistmuster benutzt wird.

Gemäß einem weiteren Trockenätzverfahren einer Verbindungsschicht mit laminierter Filmstruktur auf einen Substrat, die eine Kupferschicht aufweist, wird entsprechend einer weiteren Ausführungsform ein Resistmuster zuerst auf der die Laminarstruktur mit Kupferschicht aufweisenden Verbindungsschicht gebildet. Mit Hilfe des Resistmusters als Maske wird die Verbindungsschicht aus laminiertem Film mit Plasma eines Gasgemisches trockengeätzt, das eine Verbindung vom Jodtyp aus der Gruppe HI, I2, BI3 und SiI4 sowie eine Verbindung vom Chlortyp aufweist.

Beim Trockenätzverfahren einer Kupferverbindungsschicht wird das Trockenätzen mit Plasma eines Gemisches vom Jodtyp durchgeführt. Der Dampfdruck des CuIx, das durch die Reaktion einer Kupferverbindungsschicht und eines Gemisches vom Jodtyp erzeugt wird, ist höher als der vom CuClx, so daß das Trockenätzen bei einer Temperatur durchgeführt werden kann, die niedriger als die im herkömmlichen Trockenätzverfahren mit Gasplasma vom Chlortyp ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Trockenätzen einer Kupferlegierungsverbindungsschicht mit Plasma eines gemischten Gases durchgeführt, welches eine Jodtypverbindung und eine Chlortypverbindung enthält. Da der Dampfdruck des CuIx, das durch die Reaktion der Kupferschicht und der Verbindung vom Jodtyp erzeugt wird, höher als der von CuClx ist, wie bei einer herkömmlichen Ätzmethode, die Plasma nur eines Gases vom Chlortyp einsetzt, kann das Trockenätzen bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt werden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 teilweise Schnittansichten einer Halbleitervorrichtung in der Reihenfolge der jeweiligen Schritte eines Herstellungsverfahrens entsprechend einer Ausführungsform;

Fig. 2 ein Diagramm von Dampfdruckkurven von CuI, CuBr und CuCl;

Fig. 3 teilweise Schnittansichten einer Halbleitervorrichtung in der Reihenfolge jeweiliger Schritte eines Herstellungsverfahrens entsprechend einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 4 teilweise Schnittansichten einer Halbleitervorrichtung in der Reihenfolge der jeweiligen Schritte eines herkömmlichen Ätzverfahrens einer Kupfer-Verbindungsschicht;

Fig. 5 ein Schemadiagramm einer Reaktions-Ionenätzvorrichtung;

Fig. 6 teilweise schnittansichten einer Halbleitervorrichtung in der Reihenfolge jeweiliger Schritte bei einem herkömmlichen Trockenätzverfahren für eine Kupfer-Verbindungsschicht mit einem Siliziumoxidfilm als Maske; und

Fig. 7 ein Diagramm zum Verdeutlichen eines Falles, bei dem CH3I als Ätzgas benutzt wird.

Eine Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezug auf die Figuren beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine teilweise Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung in mehreren Schritten in der Reihenfolge eines Herstellungsverfahrens entsprechend einer Ausführungsform. Als Trockenätzvorrichtung ist die herkömmliche reaktive Ionenätzvorrichtung nach Fig. 5 eingesetzt.

Wie in Fig. 1(a) gezeigt, ist ein Isolationszwischenschichtfilm 12 auf einem Siliziumsubstrat 11 gebildet. Eine Kupferverbindungsschicht 20 ist auf dem Isolationszwischenschichtfilm 12 gebildet. Ein Resistmuster ist auf der Kupferverbindungsschicht 20 gebildet.

Das Substrat 4, auf dem das Resistmuster 14 gebildet ist, wird, wie in Fig. 5 gezeigt, auf eine untere flache Hochfrequenzelektrode 3 gebracht. Das Substrat 4 wird durch eine Wärmvorrichtung 9 auf eine vorbestimmte Temperatur von 100°C oder niedriger gewärmt. Dann wird ein Wasserstoff-Jodgas in den Verarbeitungsbehälter 1 durch die Gaseinlaßöffnung 5 eingelassen, und gleichzeitig wird das Gas aus der Auslaßöffnung 6 ausgelassen. Das Wasserstoff-Jodgas wird in den Verarbeitungsbehälter 1 mit einer Flußrate von 50-500 SCCM, vorzugsweise 300 SCCM, eingelassen. Der Druck innerhalb des Verarbeitungsbehälters 1 wird auf 50 bis 400 mTorr, vorzugsweise 200 mTorr gesetzt. Bei diesen Bedingungen wird mit Hilfe einer Hochfrequenzleistungsquelle 7 eine Hochfrequenzspannung zwischen die untere flache Hochfrequenzelektrode 3 und die obere flache Hochfrequenzelektrode 2 angelegt. Die angelegte Hochfrequenzleistung beträgt 200 bis 600 W, vorzugsweise 400 W. Durch das Anlegen der Hochfrequenzspannung zwischen der unteren flachen Hochfrequenzelektrode 3 und der oberen flachen Hochfrequenzelektrode 2 wird Plasma 10 des Wasserstoff-Jodgases erzeugt, wie durch den unteren Ausdruck gezeigt:

HI→(HI)*.

Wenn das Plasma 10 zwischen der unteren flachen Hochfrequenzelektrode 3 und der oberen flachen Hochfrequenzelektrode 2 erzeugt wird, wird die untere flache Hochfrequenzelektrode 2 auf ein negatives Potential aufgeladen, und die reaktiven Jodionen, die im Plasma 10 erzeugt werden, werden durch das Potential beschleunigt, so daß sie auf das Substrat 4 auftreffen. Neutrale Radikalmoleküle vom Jodtyp, die im Plasma 10 erzeugt werden, verteilen sich ebenfalls im Plasma 10 und erreichen die Oberfläche des Substrates 4. Die reaktiven Ionen vom Jodtyp oder die die Oberfläche des Substrates 4 erreichenden neutralen Radikalen, wie in Fig. 1(a) gezeigt, reagieren mit dem Cu auf der Oberfläche der Kupferverbindungsschicht 20, die nicht mit dem Resistmuster 14 bedeckt ist, und erzeugen ein Reaktionsprodukt, das als Hauptkomponente CuIx enthält.

Der Dampfdruck des Produktes CuIx ist höher als der Dampfdruck eines Reaktinsproduktes CuClx entsprechend dem herkömmlichen Verfahren (siehe Fig. 2). Das Siliziumsubstrat 11 wird auf eine Temperatur von 100°C oder niedriger gehalten, aber die Oberfläche der Kupferverbindungsschicht 20 ist örtlich 600°C warm oder wärmer, durch den Aufprall der Ionen. Im Temperaturbereich von 600°C oder höher ist der Dampfdruck von CuIx bei einer Temperatur von 600°C oder höher etwa derselbe wie der Dampfdruck von CuClx bei einer Temperatur, die um etwa 100°C über dieser bestimmten Temperatur liegt. Dies bedeutet, daß bei Benutzen eines Plasmas eines Wasserstoff-Jodgases zum Trockenätzen von Kupferverbindungsschichten verglichen mit dem konventionellen Trockenätzen mit Plasma eines Gases vom Chlortyp die Temperatur zum Erwärmen des Substrates um 100 bis 200°C niedriger gewählt werden kann.

Dies bedeutet, daß bei der Benutzung des Plasmas eines HI-Gases zum Trockenätzen einer Kupferverbindungsschicht die Wärmvorrichtung 9 auf eine Temperatur von 200°C oder niedriger gesetzt werden kann, und eine ausreichende Ätzrate erzielt werden kann.

Ätzraten für verschiedene Gase sind in der Tabelle 1 aufgeführt. In der Tabelle 1 ist das Trockenätzverfahren von Kupfer unter Benutzung von Methyliodid in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 60-86 285 offenbart.

Ätzrate bei Einsatz von verschiedenen Gasarten Gasart Ätzrate (Å/min) HCl 20 CH&sub3;I 500 HI 3500 BI&sub3; 2600 SiI&sub4; 1800 I&sub2; 3200


RF: 13,56 MHz Temperatur zum Erwärmen des Substrates: 100°C RF-Leistung: 400 W Gasflußrate: 300 SCCM Druck: 200 mTorr


Wie klar in Tabelle 1 zu sehen, kann bei der Benutzung von HI, BI3, SiI4, I2 Gasen eine vergleichsweise größere Ätzrate erreicht werden als bei Fällen, bei denen HCl oder CH3I Gase benutzt wurden.

Der Grund dafür, daß bei der Benutzung von CH3I keine hohe Ätzrate erreichbar ist, wird nachfolgend beschrieben.

Die Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht mit Trockenätzbedingungen eines Substrates 11 unter Benutzung eines Resists 14 als Maske und CH3 I-Gas.

Wie in der Figur gezeigt, bleibt bei der Benutzung von CH3 I-Gas ein Rest 14a des Resists auf der Oberfläche des Substrates 11.

Es wird berücksichtigt, daß beim Ätzen der Rest 14a den Ätzvorgang behindert und die Ätzrate vermindert.

Da HI, BI3, SiI4, I2 keine Kohlenstoffatome enthalten, werden keine derartigen Resistreste erzeugt.

Außerdem führt, wie in Tabelle 1 deutlich zu sehen, ein Wasserstoff-Jodgas zu einer besonders großen Ätzrate, so daß dieses als Ätzgas bei der vorliegenden Erfindung vorzuziehen ist.

Wenn das Plasma eines Wasserstoff-Jodgases zum Trockenätzen von Kupferverbindungsschichten benutzt wird, kann eine hinreichende Ätzrate erreicht werden, selbst wenn die Wärmequelle 9 auf 200°C oder niedriger gesetzt wird.

Bei der Benutzung eines Wasserstoff-Jodgases muß das Substrat 11 nicht auf Temperaturen von 200°C oder höher erhitzt werden, so daß das Resistmuster 14 keinen thermischen Veränderungen unterliegt, wie diese in den Fig. 1(a) und (b) gezeigt sind.

Wie in Fig. 1(b) gezeigt, da das Trockenätzen einer Kupferverbindungsschicht davon abhängt, ob die Form des Resists 14 klar erhalten bleibt, ist die Genauigkeit der Strukturierung der Kupferverbindungsschicht 20 hoch.

Als Ergebnis ist, wie in Fig. 1(c) gezeigt, beim Entfernen des Resists 14 ein Kupferverbindungsmuster 20a mit großer Präzision der Abmessungen zu erhalten, dessen Seitenwände senkrecht auf dem Substrat stehen.

Obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Wasserstoff-Jodgas als Reaktionsgas benutzt wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt, und I2, BI3, SiI4 oder CI4 können ebenfalls vorteilhaft genutzt werden.

Beim oben beschriebenen Fall wurde Wasserstoffiodid zum Ätzen einer Kupferverbindungsschicht benutzt, und wenn eine Verbindungsschicht trockenzuätzen ist, die aus einer Kupferlegierung wie Cu-Al oder Cu-Al-Si gebildet ist, wird ein Gasgemisch benutzt, das eine Verbindung vom Jodtyp enthält, die aus der Gruppe von HI, I2, BI3, SiI4 und CI4 ausgewählt wird, sowie eine Verbindung vom Chlortyp (z. B. HCl, Cl2). 50 Volumenprozent oder mehr einer Jodtypverbindung, vorzugsweise 50 bis 80 Volumenprozent, sind im Gasgemisch enthalten. Wenn die Cu-Al- Legierung mit Hilfe eines derartigen Gasgemisches geätzt wird, wird Cu durch die reaktiven Ionen des Jods geätzt, und Al wird durch die reaktiven Ionen des Chlors geätzt. Wie oben beschrieben, wenn Cu mit Jod geätzt wird, findet das Ätzen bei einer niedrigeren Temperatur statt als beim Ätzen nur mit Chlor.

Die Fig. 3 zeigt eine teilweise Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit verschiedenen Schritten in der Reihenfolge eines Trockenätzverfahrens einer Verbindungsschicht, die eine laminierte Filmstruktur mit einer Kupferschicht aufweist, entsprechend einer weiteren Ausführungsform.

Wie in Fig. 3(a) gezeigt, ist eine Gateelektrode 23 auf einem Siliziumsubstrat 11 gebildet. Ein Source-Bereich 21 und ein Drain-Bereich 22 sind an beiden Seiten der Gateelektrode 23 auf eine Hauptoberfläche des Substrates 11 gebildet. Die Gateelektrode 23 bedeckend ist ein Zwischenschichtisolationsfilm 12 auf dem Substrat 11 gebildet. Eine Kontaktöffnung 12a ist zum Freilegen eines Teiles des Source-Bereiches 21 im Zwischenschichtisolationsfilm 12 gebildet. Ein Sperrmetall (Barrier) 24 ist die Flächen der Seitenwände und die Bodenfläche der Kontaktöffnung 12a bedeckend gebildet. Für das Sperrmetall 24 werden Ti, TiN, W, TiW usw. eingesetzt. Eine Kupfer- oder Kupferlegierungsschicht 25 ist auf dem Sperrmetall 24 gebildet. Das Sperrmetall 24 ist vorgesehen, um die Diffusion des Kupfers in den source-Bereich 21 zu verhindern.

Ein Resistmuster 14 mit vorbestimmter Form ist auf der Kupfer- oder Kupferlegierungsschicht 25 gebildet.

Wie in Fig. 3(b) gezeigt, werden unter Benutzung des Resistmusters 14 als Maske die Metallsperrschicht 24 und die Kupfer- oder Kupferlegierungsschicht 2 mit dem Plasma eines gemischten Gases trockengeätzt, das eine Jodtypverbindung aus der Gruppe von HI, I2, BI3 und SiI4 sowie eine Chlortypverbindung enthält. In diesem Fall wird das Siliziumsubstrat 11 auf eine vorbestimmte Temperatur von 200°C oder niedriger, vorzugsweise 100°C oder niedriger, gewärmt. Beim Durchführen des Trockenätzens mit einem derartigen gemischten Gas wird das Kupfer durch reaktive Ionen des Jods geätzt, und die Metallsperrschicht 24 wird durch Plasma der Verbindung vom Chlortyp geätzt. Wie oben beschrieben wird bei der Benutzung eines Jodtypgases das Resistmuster 14 durch die Wärme nicht deformiert, da das Substrat 11 nicht auf Temperaturen von 200°C oder höher erwärmt werden muß. Das Trockenätzen schreitet fort, wobei die Form des Resistmusters 14 gut erhalten bleibt, so daß die Präzision der Bemusterung (Strukturierung) der Kupfer- oder Kupferlegierungsverbindungsschicht und der Metallsperrschicht 24 hoch ist.

Als Ergebnis kann, wie in Fig. 3(c) gezeigt, nach dem Entfernen des Resistmusters 14 ein Verbindungsmuster 30 mit hoher Genauigkeit der Abmessungen erzielt werden.

Durch das Trockenätzverfahren einer Kupferverbindungsschicht gemäß der Erfindung wird das Trockenätzen mit einem Plasma einer Jodverbindung durchgeführt. Das als Reaktion einer Kupferverbindungsschicht und einer Jodverbindung erzeugte CuIx weist einen Dampfdruck auf, der höher als der von CuClx ist, so daß das Trockenätzen bei einer Temperatur durchgeführt werden kann, die niedriger als die beim herkömmlichen Ätzen unter Benutzung eines Gasplasmas vom Chlortyp ist. Folglich muß das Substrat nicht auf Temperaturen von 200°C oder höher erwärmt werden. Daher schreitet das Trockenätzen fort und die Form des Resists bleibt erhalten, wodurch die Wirkung erzielt wird, daß die Genauigkeit der Strukturierung der Kupferverbindungsschicht erhöht wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Kupferlegierungsverbindungsschicht mit dem Plasma eines gemischten Gases trockengeätzt, das eine Jodtypverbindung und eine Chlortypverbindung enthält. Das durch die Reaktion des Kupfers und einer Jodtypverbindung erzeugte CuIx weist einen Dampfdruck (Verdunstungsdruck) auf, der höher als der von CuClx ist, so daß das Trockenätzen bei einer niedrigeren Temperatur verglichen mit dem herkömmlichen Ätzen durchgeführt werden kann, das nur eine Chlortypverbindung benutzt. Folglich ist eine Kupferverbindungsschicht mit hoher Abmessungsgenauigkeit erreichbar, mit derselben Wirkung, wie im Fall der oben beschriebenen Kupferisolationsschicht.

Bei einem Trockenätzverfahren einer Verbindungsschicht mit einer eine Kupferschicht aufweisenden Laminatfilmstruktur entsprechend einer weiteren Ausführungsform wird das Trockenätzen mit dem Plasma eines Gasgemisches durchgeführt, das eine Jodtypverbindung und eine Chlortypverbindung enthält. Der Dampfdruck des als Reaktion des Kupfers mit der Jodtypverbindung erzeugten CuI ist höher als der des CuClx, so daß das Trockenätzen bei einer niedrigeren Temperatur verglichen mit einem herkömmlichen Trockenätzverfahren durchgeführt werden kann, das nur eine Chlortypverbindung einsetzt. Als Ergebnis kann durch dieselbe Wirkung, die oben für eine Kupferisolationsschicht beschrieben wurde, eine Laminat-Verbindungsstruktur mit hoher Genauigkeit der Abmessungen erzeugt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Trockenätzverfahren für eine auf einem Substrat (11) gebildete Kupferverbindungsschicht, mit den Schritten:

    Bilden eines Resistmusters (14) auf einer Kupferverbindungsschicht (20) und Ätzen der Kupferverbindungsschicht (20) mit einem Plasma einer Verbindung vom Jodtyp, die aus der Gruppe HI, I2, BI3 und SiI4 ausgewählt wird, wobei das Resistmuster (14) als Maske benutzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung vom Jodtyp HI ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen durchgeführt wird, während die Temperatur des Substrates (11) auf einer Temperatur von 200°C oder niedriger gehalten wird.
  4. 4. Verfahren zum Trockenätzen einer auf einem Substrat (11) vorgesehenen Kupferlegierungsverbindungsschicht (20), mit den Schritten:

    Bilden eines Resistmusters auf der Kupferlegierungsverbindungsschicht (20) und Ätzen der Kupferlegierungsverbindungsschicht (20) mit einem Plasma eines Gasgemisches, das eine Verbindung vom Jodtyp aufweist, die aus der Gruppe mit HI, I2, BI3 und SiI4 ausgewählt wird, sowie eine Verbindung vom Chlortyp aufweist, wobei das Resistmuster (14) als Maske benutzt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung vom Jodtyp HI ist.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch die Verbindung vom Jodtyp mit 50 Volumenprozent oder mehr enthält.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch die Verbindung vom Jodtyp mit 50 bis 80 Volumenprozent enthält.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferlegierung eine Cu-Al-Legierung oder eine Cu-Al-Si-Legierung aufweist.
  9. 9. Verfahren zum Trockenätzen eines Verbindungsfilmes mit laminierter Filmstruktur (24, 25), die eine Kupferschicht (25) aufweist und auf einem Substrat (11) vorgesehen ist, mit den Schritten:

    Bilden eines Resistmusters (14) auf der Verbindungsschicht mit Laminatstruktur (24, 25) und Trockenätzen der Verbindungsschicht mit Laminatstruktur (24, 25) mit einem Plasma eines Gasgemisches, das eine Verbindung vom Jodtyp aus der Gruppe aus HI, I2, BI3, SiI4 sowie eine Verbindung vom Chlortyp aufweist.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht mit Laminatstruktur (24, 25) eine Ti-Schicht (24), eine TiN-Schicht, eine W-Schicht oder eine Ti-W-Schicht zusätzlich zur Kupferschicht (25) aufweist.






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