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JPH11329793A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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Publication number
JPH11329793A
JPH11329793A JP10130871A JP13087198A JPH11329793A JP H11329793 A JPH11329793 A JP H11329793A JP 10130871 A JP10130871 A JP 10130871A JP 13087198 A JP13087198 A JP 13087198A JP H11329793 A JPH11329793 A JP H11329793A
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JP
Japan
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etching
time
frequency
ion
power supply
Prior art date
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Application number
JP10130871A
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Japanese (ja)
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JP2917993B1 (en
Inventor
Masahiko Ouchi
雅彦 大内
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Plasma Technology (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable suppression of etching mount of photoresist to minimum without side etching in spite of a high aspect ratio pattern in metal film dry etching. SOLUTION: This dry etching method is provided with an etching device controllable separately of plasma generating and ion detecting, by which bias power or frequency of high frequency power supply 8 for ion detecting is increased as time lapses linearly or in curved line to etching time (t), so that a wafer is dry etched without changing the number of etching ions against the etching depth thereof.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は金属膜のドライエッ
チング方法に関し、特に高アスペクト比のパターンでも
サイドエッチングすることがなく、更にレジスト膜の減
少量を最低限に抑えることが可能なドライエッチング方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method for a metal film, and more particularly to a dry etching method capable of minimizing the amount of reduction of a resist film without side etching even in a pattern having a high aspect ratio. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】集積回路の微細化が進むにつれて、Al
Cu厚膜のエッチングの際に、図14に示すようなリモ
ートプラズマ方式のエッチング装置を使用すると、エッ
チング深さが深いところでサイドエッチングが生じるよ
うになった。図14はリモートプラズマ方式のエッチン
グ装置を示す。このリモートプラズマ方式とは、プラズ
マ生成とイオン引き込みが独立に制御できる方式をい
う。このエッチング装置においては、プラズマ生成及び
エッチング処理室6内の底部に被エッチングウエハ10
を保持するための電極兼支持台10が設置されており、
処理室6の側面にはエッチングガスを処理室6内に導入
するためのエッチングガス導入口12及び処理室6内を
排気するための排気口13が設けられている。電極兼支
持台10のは処理室6の外部に設けたブロッキングコン
デンサ9を介してイオン引き込み用高周波電源8に接続
されている。処理室6の自体はプラズマ生成用高周波電
源7が接続されている。このように構成されたエッチン
グ装置は、例えば、電子サイクロトロン共鳴放電(EC
R;Ellectron Cyclotoron Re
sonance)、誘導結合高周波プラズマ(ICP;
InductivelyCoupled Plasm
a)、ヘリコン、2周波反応性イオンエッチング(RI
E;Reactive Ion Etching、以
下、反応性イオンエッチングをRIEと略す。)及び2
電源RIE等、プラズマを生成する高周波電源7とプラ
ズマシース電位を変化させ半導体基板上へのイオン引き
込みの強さを制御する高周波電源8との2つ又はそれ以
上の電源を独立又は独立に近い形で持つもののうち、平
行平板型RIE装置以外の殆ど全てのエッチング装置に
対応するものである。
2. Description of the Related Art As integrated circuits become finer, Al
When a remote plasma type etching apparatus as shown in FIG. 14 is used for etching a Cu thick film, side etching occurs at a deep etching depth. FIG. 14 shows a remote plasma type etching apparatus. The remote plasma method refers to a method in which plasma generation and ion attraction can be controlled independently. In this etching apparatus, the wafer 10 to be etched is placed at the bottom in the plasma generation and etching chamber 6.
Electrode and support base 10 for holding the
An etching gas inlet 12 for introducing an etching gas into the processing chamber 6 and an exhaust port 13 for exhausting the inside of the processing chamber 6 are provided on a side surface of the processing chamber 6. The electrode / support base 10 is connected to a high-frequency power supply 8 for ion attraction via a blocking capacitor 9 provided outside the processing chamber 6. The processing chamber 6 itself is connected to a high frequency power source 7 for plasma generation. The etching apparatus configured as described above is, for example, an electron cyclotron resonance discharge (EC
R; Electron Cyclotron Re
sound, inductively coupled radio frequency plasma (ICP;
Inductively Coupled Plasm
a), helicon, dual frequency reactive ion etching (RI
E: Reactive Ion Etching; hereinafter, reactive ion etching is abbreviated as RIE. ) And 2
Two or more power supplies, such as a power supply RIE or other high-frequency power supply 7 for generating plasma and a high-frequency power supply 8 for changing the plasma sheath potential and controlling the strength of ion attraction onto the semiconductor substrate, are independent or nearly independent. Among them, those corresponding to almost all etching apparatuses other than the parallel plate type RIE apparatus.

【0003】図15はこのエッチング装置を使用した従
来のドライエッチング方法におけるエッチング進行面を
説明する断面図である。集積回路の微細化により配線ピ
ッチが小さくなることによって、イオン又はラジカルが
その狭いスペースに入っていきにくくなる結果、側壁保
護のデポジション5が不足しやすくなる。また、サイド
エッチングを発生させないためにバイアスを上昇させる
と、レジスト4の残膜が減少してしまうとともに、オー
バーエッチングマージンが少なくなってしまう。
FIG. 15 is a sectional view for explaining an etching progress surface in a conventional dry etching method using this etching apparatus. As the wiring pitch becomes smaller due to the miniaturization of the integrated circuit, it becomes difficult for ions or radicals to enter the narrow space, and as a result, the deposition 5 for protecting the side wall tends to be insufficient. If the bias is increased to prevent side etching, the remaining film of the resist 4 decreases, and the over-etching margin decreases.

【0004】従来のエッチング方法においては、図16
(a)に示すようにイオン引き込み用高周波電源8の印
加パワ一を定にしてオーバーエッチングを防止したり、
又は図16(b)に示すようにイオン引き込み用高周波
電源8のバイアスパワーを段階的に切り替える方法によ
りエッチングを行っている。例えば、周波数を一定にし
てバイアスパワーを段階的に上昇させている。また、高
周波の振幅を一定にして周波数を段階的に上昇させる方
法も開示されている(特開平5−275194号公
報)。また、電子サイクロトロン共鳴放電ドライエッチ
ング装置を使用して、紫外線源のランプ電圧を時間の関
数として制御することにより、エッチング速度を変化さ
せてエッチング部の側壁をなだらかな形状にする方法が
開示されている(特開平6−29265)。
In a conventional etching method, FIG.
As shown in (a), the applied power of the high-frequency power supply 8 for ion attraction is fixed to prevent over-etching,
Alternatively, as shown in FIG. 16B, the etching is performed by a method of switching the bias power of the high frequency power supply 8 for ion pulling in stepwise. For example, the bias power is increased stepwise at a constant frequency. Also, a method of increasing the frequency stepwise while keeping the amplitude of the high frequency constant has been disclosed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-275194). Also disclosed is a method of controlling the lamp voltage of an ultraviolet light source as a function of time by using an electron cyclotron resonance discharge dry etching apparatus, thereby changing an etching rate to make a sidewall of an etched portion gentle. (JP-A-6-29265).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の方法によりエッチングを行う場合には、バイアス
パワーをどの段階で切り替えるかの判断が難しい。
However, when etching is performed by the above-described conventional method, it is difficult to determine at what stage the bias power is switched.

【0006】図17は従来のエッチング方法において、
エッチング深さdによる到達エッチングイオン数の変化
を示すグラフ図である。図18は従来のエッチング方法
において、エッチング深さdの側壁に付着するデポジシ
ョンの厚さaへの依存性を示すグラフ図である。エッチ
ング進行面上に到達するイオン数Nion又はエッチング
性及び重合性のラジカルの数Nradはレジストパターン
の高さdが増加するに従い、図17に示すように減少す
る。図15の側壁保護の役目をするデポジション5の厚
さaはエッチング面に到達する重合性ラジカルの量N
radに依存するので、図16(a)のように高周波バイ
アスパワーを一定に保った場合、図18に示すようにエ
ッチングが進行するに従い側壁保護がされにくくなり、
サイドエッチングが生じ易くなる。ガス又はプラズマの
密度を変更して重合性ラジカルの数を増やしただけで
は、図15に示すように不均一な厚さを有する側壁デポ
ジション5が形成されることは改善されない。
FIG. 17 shows a conventional etching method.
FIG. 7 is a graph showing a change in the number of reached etching ions depending on an etching depth d. FIG. 18 is a graph showing the dependency of the deposition depth d on the side wall of the etching depth d in the conventional etching method. As shown in FIG. 17, the number N ions of ions reaching the etching progress surface or the number N rad of the etching and polymerizable radicals decreases as the height d of the resist pattern increases. In FIG. 15, the thickness a of the deposition 5 serving to protect the side wall is determined by the amount N of the polymerizable radical reaching the etched surface.
When the high-frequency bias power is kept constant as shown in FIG. 16A, the protection of the side wall becomes difficult as the etching proceeds as shown in FIG.
Side etching is likely to occur. Simply increasing the number of polymerizable radicals by changing the density of the gas or plasma does not improve the formation of the sidewall deposition 5 having a non-uniform thickness as shown in FIG.

【0007】AlCuの膜厚を厚くするだけではレジス
トの膜厚を厚くすることはできない。むしろ、半導体装
置の微細化が進むにつれて、薄膜化されている。リソグ
ラフィーの場合に、フォトレジスト膜厚はI線では10
000Åが最適であり、KrF線では7000Å〜80
00Åが最適な膜厚であり、KrF領域の方がレジスト
が薄膜化される。フォトレジストのエッチングレート/
Alエッチングレートの選択比も上限がある上、単純に
上げすぎれば側壁保護膜が不足し、サイドエッチングが
生じる。
It is not possible to increase the thickness of the resist only by increasing the thickness of AlCu. Rather, as semiconductor devices become more miniaturized, they are becoming thinner. In the case of lithography, the photoresist film thickness is 10 for I-line.
000Å is optimal, and 7000Å-80 for KrF line
00 ° is the optimum film thickness, and the resist becomes thinner in the KrF region. Photoresist etching rate /
The selectivity of the Al etching rate also has an upper limit, and if it is simply increased too much, the side wall protective film becomes insufficient and side etching occurs.

【0008】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、金属膜のドライエッチングにて、高アスペ
クト比のパターンでもサイドエッチングせず、また、フ
ォトレジストのエッチング量を最小限に抑えることが可
能なドライエッチング方法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of such a problem, and does not perform side etching even in a pattern having a high aspect ratio by dry etching of a metal film, and minimizes the etching amount of a photoresist. It is an object of the present invention to provide a dry etching method capable of performing the method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る金属膜のド
ライエッチング方法は、プラズマ生成とイオン引き込み
が独立に制御可能なエッチング装置によりウエハをドラ
イエッチングする方法において、イオンを引き込むイオ
ン引き込み用高周波電源の周波数を一定にし、その電圧
を経時的に上昇させることにより、イオンエネルギーを
連続的に上昇させつつウエハをエッチングすることを特
徴とする。
A method for dry etching a metal film according to the present invention is a method for dry etching a wafer by an etching apparatus capable of independently controlling plasma generation and ion attraction. It is characterized in that the wafer is etched while the ion energy is continuously increased by keeping the frequency of the power supply constant and increasing the voltage over time.

【0010】このドライエッチング方法においては、前
記イオン引き込み用高周波電源の電圧を、エッチング開
始時の電圧、エッチング終了時の電圧及び総エッチング
時間から求めた一次関数を使用して、時間の関数として
制御し、経時的に直線的に上昇させることができる。ま
た、前記高周波電源の電圧を、エッチング面へのエッチ
ングイオンの到達数の経時変化から求めた下に凸な増加
関数を使用して、時間の関数として制御することにより
経時的に曲線的に上昇させることもできる。
In this dry etching method, the voltage of the high frequency power supply for ion attraction is controlled as a function of time using a linear function obtained from a voltage at the start of etching, a voltage at the end of etching, and a total etching time. And can be increased linearly with time. Further, the voltage of the high-frequency power supply is controlled as a function of time by using a downwardly convex increasing function obtained from a change with time of the number of arrivals of the etching ions on the etching surface, so that the voltage rises in a curve with time. It can also be done.

【0011】本発明に係る金属膜のドライエッチング方
法は、プラズマ生成とイオン引き込みが独立に制御可能
なエッチング装置によりウエハをドライエッチングする
方法において、イオンを引き込むイオン引き込み用高周
波電源の電圧を一定にし、周波数を経時的に上昇させる
ことにより、イオンエネルギーを連続的に上昇させつつ
ウエハをエッチングすることを特徴とする。
A dry etching method for a metal film according to the present invention is a method for dry etching a wafer by an etching apparatus capable of independently controlling plasma generation and ion attraction, wherein the voltage of a high-frequency power supply for ion attraction for inducing ions is kept constant. In addition, the wafer is etched while the ion energy is continuously increased by increasing the frequency over time.

【0012】このドライエッチング方法においては、前
記高周波電源の周波数を、エッチング開始時の周波数、
エッチング終了時の周波数及び総エッチング時間から求
めた一次関数を使用して、時間の関数として制御し、経
時的に直線的に上昇させることができる。また、前記高
周波電源の周波数を、エッチング面へのエッチングイオ
ンの到達数の経時変化から求めた下に凸な増加関数を使
用して、時間の関数として制御し、経時的に曲線的に上
昇させることもできる。
In this dry etching method, the frequency of the high frequency power supply is set to the frequency at the start of etching,
Using a linear function obtained from the frequency at the end of the etching and the total etching time, it can be controlled as a function of time and can be increased linearly with time. Further, the frequency of the high-frequency power supply is controlled as a function of time using a downwardly convex increasing function obtained from a change with time of the number of etching ions reaching the etching surface, and is increased in a curve with time. You can also.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係るドラ
イエッチング方法について、添付の図面を参照して具体
的に説明する。図1は本発明の実施例に係る被エッチン
グサンプルを示す断面図、図2は本発明の実施例におけ
るエッチング進行面の変化の様子を示す断面図である。
なお、本実施例のエッチング方法にて使用するエッチン
グ装置は、図14に示すものと同様である。また、図3
は一般的なイオンエネルギーとAlCuのエッチングレ
ートとの関係を説明するグラフ図、図4は本発明の第1
の実施例におけるバイアスパワーの経時変化を示したグ
ラフ図、図5は従来のエッチング方法におけるエッチン
グ深さdによる到達エッチングイオン数の変化を示すグ
ラフ図、図6は一般的なイオンエネルギーとフォトレジ
ストのエッチングレートの関係を説明するグラフ図、図
7は本実施例のエッチング方法におけるエッチング開始
時から時間t経過後までのフォトレジストのエッチング
量を示すグラフ図、図8は従来のエッチング方法におけ
るエッチング開始時から時間t経過後までのフォトレジ
ストのエッチング量を示すグラフ図である。図8におい
て破線が本実施例におけるフォトレジストのエッチング
量を示し、斜線部が全エッチング量を示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a dry etching method according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a sample to be etched according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing how an etching progress surface changes in the embodiment of the present invention.
The etching apparatus used in the etching method of this embodiment is the same as that shown in FIG. FIG.
FIG. 4 is a graph illustrating the relationship between general ion energy and the etching rate of AlCu, and FIG.
FIG. 5 is a graph showing changes in the number of etching ions reached according to the etching depth d in the conventional etching method, and FIG. 6 is a graph showing general ion energy and photoresist. FIG. 7 is a graph illustrating the relationship between the etching rates of the photoresist, FIG. 7 is a graph illustrating the amount of etching of the photoresist from the start of etching in the etching method of this embodiment to the lapse of time t, and FIG. FIG. 9 is a graph showing the amount of etching of the photoresist from the start to after a lapse of time t. In FIG. 8, the dashed line indicates the etching amount of the photoresist in the present embodiment, and the hatched portion indicates the total etching amount.

【0014】図1に示すように、エッチングサンプルは
半導体基板1上に絶縁膜2が成膜されており、この絶縁
膜2上にPVD法又はCVD法により金属膜3が成膜さ
れている。なお、絶縁膜2の膜種及び絶縁膜の膜厚は任
意であり、基板上に電気回路が形成されていてもよい。
また、絶縁膜2と金属膜3の間にポリシリコンなどの導
電性膜が存在してもよい。金属膜3上にはフォトレジス
ト4がパターニングされている。なお、フォトレジスト
4としては、酸化膜、SiON膜等のハードマスクを使
用する場合もあるが、このハードマスク形成時のフォト
レジストは残したままであるとする。
As shown in FIG. 1, in the etching sample, an insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1, and a metal film 3 is formed on the insulating film 2 by a PVD method or a CVD method. The type of the insulating film 2 and the thickness of the insulating film are arbitrary, and an electric circuit may be formed on the substrate.
Further, a conductive film such as polysilicon may be present between the insulating film 2 and the metal film 3. On the metal film 3, a photoresist 4 is patterned. Although a hard mask such as an oxide film or a SiON film may be used as the photoresist 4 in some cases, it is assumed that the photoresist at the time of forming the hard mask is left.

【0015】エッチングガスは膜種がAlの場合にはC
2及びBCl3の混合ガスに必要に応じてCHxy、N
2又は希釈ガスAr等を添加したものを使用し、膜種が
Wの場合にはSF6と添加ガスとしてO2、N2及びAr
の混合ガスを使用する。これらのハロゲンガスをプラズ
マ生成用高周波電源から印加された電圧によりプラズマ
化し、金属膜の異方性エッチングを行う。本実施例にお
いてはAl合金の薄膜を使用した場合について説明す
る。
The etching gas is C when the film type is Al.
CH x F y , N if necessary for the mixed gas of l 2 and BCl 3
2 or a gas to which diluent gas Ar or the like is added, and when the film type is W, SF 6 and O 2 , N 2 and Ar as additional gases are used.
Use a mixed gas of These halogen gases are turned into plasma by a voltage applied from a high frequency power supply for plasma generation, and anisotropic etching of the metal film is performed. In this embodiment, a case where a thin film of an Al alloy is used will be described.

【0016】AlCu中のCuが揮発するのに必要な最
低限のエッチングイオンの入射エネルギーをV0とす
る。V0の値は温度、圧力、プラズマ密度及び装置の排
気口率などのエッチング条件、成膜温度及びCuの含有
率等の成膜条件及び装置によって異なるが、実用的なレ
ベルではおおよそ10eV〜50eVである。
It is assumed that the minimum incident energy of etching ions required for volatilization of Cu in AlCu is V 0 . The value of V 0 varies depending on etching conditions such as temperature, pressure, plasma density and exhaust port ratio of the device, film forming conditions such as a film forming temperature and a Cu content, and a device, but at a practical level, it is approximately 10 eV to 50 eV. It is.

【0017】次に、AlCuのエッチング終了時におけ
るアスペクト比で、側壁に付着するデポジションが十分
に得られるエッチングイオン入射エネルギーをV1とす
る。アスペクト比とは図2に示すdとsの比、つまりd
/sのことであり、sは一定であるがdが変化する。d
はAlCuエッチング深さd1とレジストの残膜量d2
を加算したものである。
Next, let V 1 be the incident energy of the etching ions at which the deposition on the side wall is sufficiently obtained by the aspect ratio at the end of the etching of AlCu. The aspect ratio is the ratio of d to s shown in FIG.
/ S, where s is constant but d changes. d
Is the AlCu etching depth d1 and the remaining resist film amount d2
Is added.

【0018】なお、エッチングイオン入射エネルギーと
はイオンがプラズマ化したときの熱エネルギーのことで
はなく、引き込み用電源7によって生じるプラズマシー
スの絶対電位Vdcで加速される静電エネルギーであ
り、イオンがウエハ10に到達する際には運動エネルギ
ーに変換され、その速度はウエハ10に垂直に入射する
速度に比例する。また、Alのエッチング速度は図4に
示すように、そのイオンエネルギーに殆ど依存しない領
域があるのが特徴的である。つまり、下記反応式1の反
応はイオンアシストを必要としない。
The etching ion incident energy is not the thermal energy when the ions are turned into plasma, but the electrostatic energy accelerated by the absolute potential Vdc of the plasma sheath generated by the power supply 7 for drawing in. When it reaches 10, it is converted into kinetic energy, the speed of which is proportional to the speed of normal incidence on the wafer 10. Further, as shown in FIG. 4, there is a characteristic that the etching rate of Al has a region that hardly depends on the ion energy. That is, the reaction of the following reaction formula 1 does not require ion assist.

【0019】[0019]

【化1】Al+Cl→AlCl↑ 一方、フォトレジストなどの有機膜のエッチング速度は
図7に示すようにイオン入射エネルギーに依存し、その
反応にはイオンアシストがある程度必要である。
## STR1 ## On the other hand, the etching rate of an organic film such as a photoresist depends on the ion incident energy as shown in FIG. 7, and the reaction requires a certain degree of ion assist.

【0020】ラジカルの数Nradは下記数式1に示すよ
うにエッチング入射するイオンの数Nionが増えるほ
ど、入射イオンエネルギーVが大きいほどイオンに衝突
を受ける回数、衝突後の速度が高まり、増加する。
[0020] The number N rad radical The more the number N ion ion etching incident as shown in Equation 1 below, the number of times receiving a collision incident ion energy V The larger ions, increases the speed after the collision, increased I do.

【0021】[0021]

【数1】デポジション量(側壁デポジションの厚さa)
∝ラジカル量Nrad=f(Nion,V) シースとウエハ10の間の距離Dはdよりも十分大きい
ので、到達イオンのエネルギーVはdに依存せず、デポ
ジション側壁膜の厚さaは到達イオンの数Nio nのみに
依存し、Nionが減少するに従って薄くなる。f
(Nion,V)はNionとVの増加関数である。本実施例
においては、電源7に印加するパワーPを連続的に増加
させることにより、このVをdの増加に従って連続的に
増加させる。これにより、狭い所に入るNionを増加さ
せてNradが増加し、デポジション厚さaをdに依存さ
せなくする。
## EQU1 ## Deposition amount (sidewall deposition thickness a)
∝Radical amount N rad = f (N ion , V) Since the distance D between the sheath and the wafer 10 is sufficiently larger than d, the energy V of the arriving ions does not depend on d, and the thickness a of the deposition side wall film a only depends on the number n io n of arrival ions gradually decreases n ion decreases. f
(N ion , V) is an increasing function of N ion and V. In the present embodiment, by continuously increasing the power P applied to the power supply 7, this V is continuously increased as d increases. This increases the N ion entering the narrow space and increases the N rad, making the deposition thickness a independent of d.

【0022】バイアスパワーPの増加率Rは以下のよう
な方法により導出する。即ち、バイアスパワーPと時間
tは下記数式2に示すような一次関数の関係を有する。
The increasing rate R of the bias power P is derived by the following method. That is, the bias power P and the time t have a linear function relationship as shown in the following Expression 2.

【0023】[0023]

【数2】P=Rt+P0 Alのエッチング速度は図4に示すように、そのイオン
エネルギーにほとんど依存しない領域があるので、エッ
チング終了時間tendはバイアスパワーPを一定にした
場合も連続的に上昇させた場合もほぼ同じであり、バイ
アスパワーPの増加率Rは以下の実験により導出でき
る。即ち、バイアスパワーPを一定にして実際にエッチ
ングを行い、従来のエッチング終点検出法にてtend
測定する。Pの値は装置によって異なるが、V0を与え
るバイアスパワーP0以上ありさえすればよい。そし
て、V1を与えるバイアスパワーP1を求める。P1とt
endの間には下記数式3の関係があるので、下記数式4
の関係が得られ、実験で求められているP1とP0を代入
すればバイアスパワーの増加率Rを計算することができ
る。
## EQU2 ## P = Rt + P0  As shown in FIG. 4, the etching rate of Al
Since there is a region that hardly depends on energy,
Ching end time tendMade the bias power P constant
Is almost the same in both cases.
The rate of increase R of aspower P can be derived by the following experiment.
You. That is, while the bias power P is kept constant,
And etching is performed using the conventional etching end point detection method.endTo
Measure. The value of P depends on the device, but V0give
Bias power P0All you have to do is to have it. Soshi
And V1Bias power P that gives1Ask for. P1And t
endSince there is a relationship of the following formula 3, the following formula 4
Is obtained, and P obtained in the experiment is obtained.1And P0Assign
Then the bias power increase rate R can be calculated
You.

【0024】[0024]

【数3】P1=Rtend+P0 ## EQU3 ## P 1 = Rt end + P 0

【0025】[0025]

【数4】R=(P1−P0)/tend このようにして求めた条件を使用して、時間tに対して
バイアスパワーを図4のように連続的に上昇させること
により、側壁保護のデポジション膜厚aを均一化し、サ
イドエッチングのないエッチングを行うことが可能にな
る。レジストは狭いパターン内ではなく最上層に位置す
るので、図5のようなエッチングイオン数の減少は考慮
しなくて良く、図6に示すフォトレジストのエッチング
速度及び図4から本実施例のフォトレジストのエッチン
グ量の時間変化を示すグラフ図7が求まる。斜線部が本
実施例の全エッチング量である。図8は本実施例との比
較のために従来の方法によりフォトレジストのエッチン
グ量の時間変化を示したグラフ図であるが、フォトレジ
ストのエッチング量は本実施例の場合よりも従来の方法
の方が多くなる。従って、本実施例は従来の方法よりも
レジスト残膜のマージンが大きく、微細なパターンによ
り、厚いAlCu膜のエッチングが可能であると言え
る。
R = (P 1 −P 0 ) / t end By using the conditions obtained in this way, the bias power is continuously increased as shown in FIG. It is possible to make the protective deposition thickness a uniform and perform etching without side etching. Since the resist is located not in the narrow pattern but in the uppermost layer, the reduction in the number of etching ions as shown in FIG. 5 does not need to be considered, and the etching rate of the photoresist shown in FIG. FIG. 7 is a graph showing the change over time of the etching amount of FIG. The hatched portion indicates the total etching amount in this embodiment. FIG. 8 is a graph showing the change over time of the etching amount of the photoresist by the conventional method for comparison with the present embodiment. The etching amount of the photoresist is smaller than that of the present embodiment by the conventional method. More. Therefore, in this embodiment, it can be said that the margin of the resist remaining film is larger than that of the conventional method, and a thick AlCu film can be etched by a fine pattern.

【0026】図9は本発明の第2の実施例に係る高周波
電源7のエッチング時間tと周波数ωとの関係を示すグ
ラフ図である。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the etching time t and the frequency ω of the high frequency power supply 7 according to the second embodiment of the present invention.

【0027】第2の実施例は高周波電源7のバイアスパ
ワーVは一定にしたまま、周波数を変えることによりイ
オンエネルギーを連続的に上昇させて金属膜のエッチン
グを行う。イオンの引き込みは、イオンと電子の易動度
の違いで制御されるから、軽い電子は高周波(数MHz
〜数100MHz)のバイアス変化に追従するので、チ
ャンバ壁又は電極に流れるが、重いイオンは10MHz
以上では追従できなくなり、プラズマとウエハ10表面
上に電位差が生じる。従って、電気的にマイナスなウエ
ハ10表面に向かってプラスのイオンが引き込まれる。
この原理から、イオンの追従しやすい1〜2MHzでは
イオンエネルギーが大きく、高周波にしていくとイオン
エネルギーが小さくなるので、図9のように周波数をエ
ッチング時間tに対して連続的に変化させれば、イオン
エネルギーを連続的に上昇させてドライエッチングを行
うことができ、従来の方法よりもレジスト残膜のマージ
ンが大きく、微細なパターンによる厚いAlCu膜のエ
ッチングが可能となる。
In the second embodiment, the metal film is etched by continuously increasing the ion energy by changing the frequency while the bias power V of the high frequency power supply 7 is kept constant. Ion attraction is controlled by the difference in mobility between ions and electrons.
(100 MHz to several hundred MHz), so that it flows to the chamber wall or electrode, but heavy ions
Above, it becomes impossible to follow, and a potential difference occurs between the plasma and the surface of the wafer 10. Therefore, positive ions are drawn toward the electrically negative surface of the wafer 10.
According to this principle, the ion energy is large at 1 to 2 MHz where the ions can easily follow, and the ion energy decreases as the frequency is increased. Therefore, if the frequency is continuously changed with respect to the etching time t as shown in FIG. In addition, dry etching can be performed by continuously increasing the ion energy, the margin of the resist remaining film is larger than in the conventional method, and a thick AlCu film can be etched by a fine pattern.

【0028】図10は本発明の第3の実施例に係る高周
波電源7のエッチング時間tとバイアスパワーPとの関
係を示すグラフ図である。図11は本発明の第3の実施
例に係るエッチング時間tによる酸化膜のエッチング量
の変化を示すグラフ図である。図12は本発明の第3の
実施例に係るエッチング時間tによるエッチングレート
の変化を示すグラフ図である。図13は本発明のエッチ
ング方法におけるエッチング深さdと側壁に付着するデ
ポジションの厚さaとの関係を示す図である。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the etching time t of the high frequency power supply 7 and the bias power P according to the third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a graph showing a change in the etching amount of the oxide film with respect to the etching time t according to the third embodiment of the present invention. FIG. 12 is a graph showing a change in an etching rate depending on an etching time t according to the third embodiment of the present invention. FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the etching depth d and the thickness a of the deposition attached to the side wall in the etching method of the present invention.

【0029】第3の実施例はエッチング面へのエッチン
グイオンの到達数Nionが、よりエッチング深さによっ
て変化しないように図10に示すグラフ図のようにバイ
アスパワーPをエッチング時間tに対して曲線状に連続
的に上昇させるものである。
In the third embodiment, the bias power P is changed with respect to the etching time t as shown in the graph of FIG. 10 so that the arrival number N ion of the etching ions on the etching surface does not change with the etching depth. It is to be raised continuously in a curved shape.

【0030】図10に示したエッチング時間tとバイア
スパワーPの関係は以下のようにして求める。まず、エ
ッチング面へのイオンの到達数とエッチング深さdの関
係を得るために、金属膜1を熱酸化膜に置き換えたサン
プルを用意する。Alエッチングと同条件のバイアスV
でそのサンプルをエッチングし、エッチング量の時間変
化を測定し、図12を得る。図11よりエッチングレー
トを求め、エッチングレートの時間変化を示す図12を
求める。エッチング量はエッチング面に到達するエッチ
ングイオンの数に比例するから、下記数式5を利用して
図12からエッチング面へのイオンの到達数とエッチン
グ深さdの関係を示す図5を得る。
The relationship between the etching time t and the bias power P shown in FIG. 10 is obtained as follows. First, a sample in which the metal film 1 is replaced with a thermal oxide film is prepared in order to obtain the relationship between the number of ions reaching the etching surface and the etching depth d. Bias V under the same conditions as Al etching
Then, the sample is etched, and the time change of the etching amount is measured to obtain FIG. The etching rate is obtained from FIG. 11, and FIG. 12 showing the time change of the etching rate is obtained. Since the amount of etching is proportional to the number of etching ions reaching the etching surface, the following equation 5 is used to obtain FIG. 5 showing the relationship between the number of ions reaching the etching surface and the etching depth d from FIG.

【0031】[0031]

【数5】 d=(エッチングレート)×(エッチング時間t) バイアスパワーV0及びV1は従来のエッチング方法と同
じであるので、図5のイオンの到達数にバイアスパワー
を反比例させることによりV0からV1へのバイアスパワ
ーの時間変化の過程を、図10に示す下に凸な増加関数
として導く。
D = (etching rate) × (etching time t) Since the bias powers V 0 and V 1 are the same as those of the conventional etching method, the bias power is inversely proportional to the arrival number of ions in FIG. The process of the time change of the bias power from 0 to V 1 is derived as a downward convex increasing function shown in FIG.

【0032】図10のようにバイアスパワーをエッチン
グ時間t対して上昇させてドライエッチングすることに
より、図13に示すようにNionがエッチング深さによ
らず一定になり、側壁デポジション厚さaがより均一に
なり、サイドエッチングのない形状が得られ、更にレジ
ストの残膜量が大きくなる。
By performing dry etching by increasing the bias power with respect to the etching time t as shown in FIG. 10, N ion becomes constant irrespective of the etching depth as shown in FIG. Is more uniform, a shape without side etching is obtained, and the remaining film amount of the resist is further increased.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
エッチング時間tに対して高周波電源のバイアスパワー
又は周波数を連続的に上昇させることにより、エッチン
グイオンの数がエッチング深さによらず一定になり、側
壁保護のデポジション膜厚を均一化し、サイドエッチン
グのないエッチングを行うことが可能になり、さらにフ
ォトレジストの残膜量が大きな半導体装置を製造するこ
とができる。
As described in detail above, according to the present invention,
By continuously increasing the bias power or frequency of the high-frequency power supply with respect to the etching time t, the number of etching ions becomes constant regardless of the etching depth, the deposition thickness for sidewall protection is made uniform, and the side etching is performed. It is possible to perform a dry etching, and to manufacture a semiconductor device having a large remaining amount of photoresist.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る被エッチングサン
プルの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a sample to be etched according to a first example of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例に係るエッチング進行面
を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing an etching progress surface according to the first example of the present invention.

【図3】イオンエネルギーとAlCuのエッチングレー
トの一般的な関係を説明するグラフ図である。
FIG. 3 is a graph illustrating a general relationship between ion energy and an etching rate of AlCu.

【図4】本発明の第1の実施例に係るエッチング時間と
バイアスパワーの変化の関係を示したグラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an etching time and a change in bias power according to the first embodiment of the present invention.

【図5】従来のエッチング方法におけるエッチング深さ
dによる到達エッチングイオン数の変化を示すグラフ図
である。
FIG. 5 is a graph showing a change in the number of reached etching ions depending on an etching depth d in a conventional etching method.

【図6】イオンエネルギーとフォトレジストのエッチン
グレートの一般的な関係を説明するグラフ図である。
FIG. 6 is a graph illustrating a general relationship between ion energy and a photoresist etching rate.

【図7】本発明のエッチング方法におけるエッチング開
始時から時間t経過後までのエッチング量を示すグラフ
図である。
FIG. 7 is a graph showing the amount of etching from the start of etching to the lapse of time t in the etching method of the present invention.

【図8】従来のエッチング方法におけるエッチング開始
時から時間t経過後までのエッチング量を示すグラフ図
である。
FIG. 8 is a graph showing the amount of etching from the start of etching to the lapse of time t in the conventional etching method.

【図9】本発明の第2の実施例に係るエッチング時間t
と高周波電源7の周波数ωとの関係を示すグラフ図であ
る。
FIG. 9 shows an etching time t according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the frequency and the frequency ω of the high frequency power supply 7.

【図10】本発明の第3の実施例に係るエッチング時間
tと高周波電源7のバイアスパワーPとの関係を示すグ
ラフ図である。
FIG. 10 is a graph showing a relationship between an etching time t and a bias power P of a high-frequency power supply 7 according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3の実施例に係るエッチング時間
tによる酸化膜のエッチング量の変化を示すグラフ図で
ある。
FIG. 11 is a graph showing a change in an etching amount of an oxide film according to an etching time t according to a third example of the present invention.

【図12】本発明の第3の実施例に係るエッチング時間
tと酸化膜のエッチングエッチングレートの関係を示す
グラフ図である。
FIG. 12 is a graph showing a relationship between an etching time t and an etching rate of an oxide film according to a third example of the present invention.

【図13】本発明のエッチング方法におけるエッチング
深さdと側壁に付着するデポジションの厚さaの関係を
示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between an etching depth d and a thickness a of deposition deposited on a side wall in the etching method of the present invention.

【図14】リモートプラズマ方式のエッチング装置の概
略図である。
FIG. 14 is a schematic diagram of a remote plasma type etching apparatus.

【図15】従来のエッチング方法におけるエッチング深
さdと側壁に付着するデポジションの厚さaとの関係を
示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a relationship between an etching depth d and a deposition thickness a attached to a side wall in a conventional etching method.

【図16】従来のエッチング方法におけるエッチング時
間とバイアスパワーとの関係を示したグラフ図である。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between etching time and bias power in a conventional etching method.

【図17】従来のエッチング方法におけるエッチング深
さdと到達エッチングイオン数の関係を示すグラフ図で
ある。
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the etching depth d and the number of reached etching ions in a conventional etching method.

【図18】従来のエッチング方法におけるエッチング深
さdと側壁に付着するデポジションの厚さaとの関係を
示すグラフ図である。
FIG. 18 is a graph showing a relationship between an etching depth d and a thickness a of deposition deposited on a side wall in a conventional etching method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;半導体基盤 2;絶縁膜 3;金属膜 4;レジスト 5;デポジション 6;処理室 7;プラズマ生成用高周波電源 8;イオン引き込み用高周波電源 9;ブロッキングコンデンサ 10;被エッチングウエハ 11;電極支持台 12;エッチングガス導入口 13;排気口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Semiconductor base 2; Insulating film 3; Metal film 4; Resist 5; Deposition 6; Processing chamber 7; High-frequency power supply for plasma generation 8; Table 12; Etching gas inlet 13;

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ生成とイオン引き込みが独立に
制御可能なエッチング装置によりウエハをドライエッチ
ングする方法において、イオンを引き込むイオン引き込
み用高周波電源の周波数を一定にし、その電圧を経時的
に上昇させることにより、イオンエネルギーを連続的に
上昇させつつウエハをエッチングすることを特徴とする
ドライエッチング方法。
1. A method for dry-etching a wafer using an etching apparatus capable of independently controlling plasma generation and ion attraction, wherein the frequency of a high-frequency power supply for ion attraction for inducing ions is made constant, and the voltage is increased with time. And etching the wafer while continuously increasing the ion energy.
【請求項2】 前記イオン引き込み用高周波電源の電圧
は、エッチング開始時の電圧、エッチング終了時の電圧
及び総エッチング時間から求めた一次関数を使用して、
時間の関数として制御し、経時的に直線的に上昇させる
ことを特徴とする請求項1に記載のドライエッチング方
法。
2. The voltage of the high-frequency power supply for ion attraction is calculated using a linear function obtained from a voltage at the start of etching, a voltage at the end of etching, and a total etching time,
2. The dry etching method according to claim 1, wherein the method is controlled as a function of time, and is increased linearly with time.
【請求項3】 前記イオン引き込み用高周波電源の電圧
は、エッチング面へのエッチングイオンの到達数の経時
変化から求めた下に凸な増加関数を使用して、時間の関
数として制御し、経時的に曲線的に上昇させることを特
徴とする請求項1に記載のドライエッチング方法。
3. The voltage of the high-frequency power supply for ion attraction is controlled as a function of time by using a downwardly convex increasing function obtained from a change over time of the number of etching ions reaching the etching surface. 2. The dry etching method according to claim 1, wherein the temperature is raised in a curve.
【請求項4】 プラズマ生成とイオン引き込みが独立に
制御可能なエッチング装置によりウエハをドライエッチ
ングする方法において、イオンを引き込むイオン引き込
み用高周波電源の電圧を一定にし、その周波数を経時的
に上昇させることにより、イオンエネルギーを連続的に
上昇させつつウエハをエッチングすることを特徴とする
ドライエッチング方法。
4. A method for dry-etching a wafer by an etching apparatus capable of independently controlling plasma generation and ion attraction, wherein a voltage of a high-frequency power supply for ion attraction for inducing ions is kept constant and its frequency is increased with time. And etching the wafer while continuously increasing the ion energy.
【請求項5】 前記イオン引き込み用高周波電源の周波
数は、エッチング開始時の周波数、エッチング終了時の
周波数及び総エッチング時間から求めた一次関数を使用
して、時間の関数として制御し、経時的に直線的に上昇
させることを特徴とする請求項4に記載のドライエッチ
ング方法。
5. The frequency of the high-frequency power supply for ion attraction is controlled as a function of time by using a linear function obtained from a frequency at the start of etching, a frequency at the end of etching, and a total etching time. 5. The dry etching method according to claim 4, wherein the temperature is increased linearly.
【請求項6】 前記イオン引き込み用高周波電源の周波
数は、エッチング面へのエッチングイオンの到達数の経
時変化から求めた下に凸な増加関数を使用して、時間の
関数として制御し、経時的に曲線的に上昇させることを
特徴とする請求項4に記載のドライエッチング方法。
6. The frequency of the high-frequency power supply for ion attraction is controlled as a function of time by using a downwardly convex increasing function obtained from a time-dependent change in the number of etching ions reaching the etching surface. 5. The dry etching method according to claim 4, wherein the temperature is raised in a curve.
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