JP2000269188A

JP2000269188A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JP2000269188A
Application number: JP11068052A
Authority: JP
Inventors: Masaki Narita; 雅貴成田; Hiroshi Sugiura; 弘杉浦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】金属配線を半導体基板上に形成する方法にお
いて、少なくともバリア層及びその上のアルミニウムを
主成分とする金属膜を含む積層膜を寸法変換差が低減さ
れるようにパターニングするドライエッチング方法を提
供する。【解決手段】半導体基板１０上に少なくともアルミニ
ウムを主成分とする金属膜１４及びその下のバリア層１
２、１３を含む積層膜上に所定のパタ−ンを有するマス
ク１８を形成し、このマスクを用いて積層膜をエッチン
グして金属配線を形成するドライエッチング方法におい
て、マスク側壁に過剰なエッチング生成物が堆積しない
ようにするエッチングガスを用いる。マスク側壁に過剰
なエッチング生成物が堆積しないようにするエッチング
ガスとして、酸素原子を含むガスを用いる。酸素原子を
含むガスは、酸素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガ
スのうちいずれかを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置のドラ
イエッチング方法に係り、とくにアルミニウムを主成分
とする金属膜及びバリア層を含む積層膜をエッチングし
て配線を形成す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】従来半導体基板上の金属配線は、ドライ
エッチング法により金属膜を含む積層膜をパターニング
して形成される。図１３は、金属配線が形成された半導
体基板の断面図である。シリコンなどの半導体基板１０
１上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ ₂）などからなる絶縁膜
１０２が形成されている。この絶縁膜１０２の表面は、
平坦化され、この表面に金属配線１０３が形成されてい
る。金属配線１０３は、図示しない下層の配線、半導体
基板１０１、図示しないＭＯＳトランジスタのゲートな
どに電気的に接続されることができ、更に絶縁膜１０５
上に形成される上層の金属配線（図示しない）にも接続
される。シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）などからなる絶縁
膜１０５は、金属配線１０３を被覆するように半導体基
板１０１上に形成される。金属配線１０３は、アルミニ
ウムを主成分とし、銅やシリコンが適宜含有された金属
膜１０３ａと、前記金属膜１０３ａ上に配線としての信
頼性を向上させる金属薄膜もしくは金属化合物膜１０３
ｂと、金属膜１０３ａの下に形成され、金属配線１０３
を下層の配線や半導体に接合する際にアルミニウムがこ
れら配線や半導体と反応するのを防止するバリヤ層１０
３ｄとを積層している積層膜を有している。金属もしく
は金属化合物膜１０３ｂは、チタン、タングステンなど
の金属やチタンナイトライド、タングステンシリサイド
などの金属化合物あるいは金属と金属化合物との積層膜
などから構成されている。バリア層１０３ｄは、チタン
などの金属やチタンナイトライドなどの金属化合物ある
いは金属と金属化合物との積層膜などから構成されてい
る。

【０００３】この金属配線である積層膜は、図１０乃至
図１３に示すように以下の工程で形成される。半導体基
板１０１上の絶縁膜１０２に、バリア層１０３ｄ、金属
膜１０３ａ、配線としての信頼性を向上させる金属もし
くは金属化合物膜１０３ｂ及びフォトレジストに反射光
が作用するのを防止する反射防止膜１０３ｃとを順次積
層して積層膜１０３を形成する（図１０）。反射防止膜
１０３ｃは、カーボンなどの有機化合物膜などから構成
されている。次に、積層膜１０３上にフォトレジスト１
０４を形成し、露光技術を用いてこれを金属配線のパタ
ーンと同じ形状にパターニングする（図１１）。次に、
このパターニングされたフォトレジスト１０４をマスク
にして積層膜１０３をドライエッチング法によりエッチ
ングして所定のパターンを有する積層膜１０３を形成す
る。この積層膜が金属配線１０３となる（図１２）。こ
の後、フォトレジスト１０４及び反射防止膜１０３ｃを
除去してから金属配線１０３を被覆するように絶縁膜１
０５を半導体基板１０１上に堆積させる（図１３）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、アルミニウムを
主成分とする金属配線には、配線の信頼性を向上させる
ため、銅あるいはシリコンをわずかに添加した金属膜が
使われている。このアルミニウムを主成分とする金属膜
の下にはバリア層として異種金属が用いられいるバリア
層は、通常Ｔｉ、ＴｉＮなどのチタン系金属もしくはそ
の金属化合物膜が用いられる。また、加工マスクを露光
する際には、アルミニウムを主成分とする金属膜からの
露光光の反射を防止するために、この金属膜上に反射防
止膜を用いる場合もある。その反射防止膜には、反射率
の低いＴｉ、ＴｉＮ等の金属膜もしくは金属化合物薄膜
が用いられる。最近では、炭素を主成分とする有機系の
反射防止膜が用いられている。このようにアルミニウム
を主成分とする金属配線は、バリア金属を含む積層膜構
造をなしており、その配線を形成するためのドライエッ
チング時にはこれら数種類の金属膜を連続加工しなけれ
ばならない。近年のように、半導体装置の集積化が進む
と、金属配線も微細化が要求され、配線部分並びに配線
間隔が狭くなり、高精度の加工が要求されるようになっ
た。その際、問題となるのが一般に寸法変換差と呼ばれ
るマスク寸法と加工後の配線寸法あるいは配線間の寸法
の違いである。

【０００５】通常、所望のマスクパタ−ンを金属配線が
形成される積層膜上に形成し、この後ドライエッチング
法により積層膜を加工した場合には、マスク寸法に比べ
て加工後の配線幅が大きくなる。これでは配線間が狭く
なり、配線間の短絡を引き起こし易くなる。さらに、配
線間の容量も増加し、デバイス特性の劣化も引き起こす
ことになる。従来のこのような問題を解決する際には、
あらかじめ寸法変換差を測定しておき、マスク形成の
際、露光量を調節し、寸法変換差の分だけあらかじめ配
線部分の寸法を細めたり、また露光マスクにあらかじめ
変換差の分を考慮して露光マスクを作成したりしてい
た。このような方法でも従来のような微細化されていな
いデバイス加工においては充分対応できるが、近年のよ
うに微細された半導体装置に対しては、もはや対応が困
難になってきている。それは、半導体装置が集積化し、
微細加工が要求されても配線の膜厚は、配線抵抗が増大
するので薄くできず、そのためエッチングマスクの膜厚
も薄くすることができない。この場合、微細な配線を加
工するためのマスク幅は、細くなり、フォトレジストの
アスペクト比（マスクの高さと幅の比）が高くなる。こ
の場合、例えば、現像後の水洗処理等の際、物理的に倒
れ易くなるという現象が生じている。またドライエッチ
ング時の寸法変換差をマスクで補正する場合には、さら
にマスクのアスペクト比が大きくなり、より一層倒れ易
くなる。

【０００６】この寸法変換差の原因は、金属配線のアル
ミニウムを主成分とする金属膜がテ−パ−形状になった
り、バリア層の加工形状が裾を引くようになる等にあ
る。この金属膜の垂直な加工は、加工条件、ガス組成、
圧力、温度等を最適化することで達成できるが、この金
属膜の下にあるバリア層に対しては現在のところ、マス
ク寸法通り垂直加工するのが困難であるのが現状であ
る。本発明は、このような事情によりなされたものであ
り、金属配線を半導体基板上に形成する方法において、
少なくともバリア層及びその上のアルミニウムを主成分
とする金属膜を含む積層膜を寸法変換差が低減されるよ
うにパターニングするドライエッチング方法を提供す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に少なくともアルミニウムを主成分とする金属膜及びそ
の下のバリア層を含む積層膜上に所定のパタ−ンを有す
るマスクを形成し、このマスクを用いて積層膜をエッチ
ングして金属配線を形成するドライエッチング方法にお
いて、マスク側壁及び加工される配線側壁に過剰なエッ
チング生成物が堆積しないようにするエッチングガスを
用いることを特徴としている。すなわち、本発明のドラ
イエッチング方法は、半導体基板上にバリア層とアルミ
ニウムを主成分とする金属膜とを順次形成してなる積層
膜上にマスクを形成する工程と、前記積層膜をドライエ
ッチング法により前記マスクを用いてエッチングして配
線パタ−ンを形成する工程とを具備し、前記配線パター
ンを形成する工程は、酸素原子を含むエッチングガスを
用いることを第１の特徴としている。また、本発明のド
ライエッチング方法は、半導体基板上にバリア層、アル
ミニウムを主成分とする金属膜、金属もしくは金属化合
物薄膜とを順次形成してなる積層膜上にマスクを形成す
る工程と、前記積層膜をドライエッチング法により前記
マスクを用いてエッチングして配線パタ−ンを形成する
工程とを具備し、前記配線パターンを形成する工程は、
酸素原子を含むエッチングガスを用いることを第２の特
徴としている。

【０００８】また、本発明のドライエッチング方法は、
半導体基板上にバリア層、アルミニウムを主成分とする
金属膜、金属もしくは金属化合物薄膜、反射防止膜とを
順次形成してなる積層膜上にマスクを形成する工程と、
前記積層膜をドライエッチング法により前記マスクを用
いてエッチングして配線パタ−ンを形成する工程とを具
備し、前記配線パターンを形成する工程は、酸素原子を
含むエッチングガスを用いることを第３の特徴としてい
る。前記アルミニウムを主成分とする金属膜は、少なく
とも銅及びシリコンのいずれか一方を含むようにしても
良い。前記エッチングガスは、前記配線パターンを形成
する工程において、前記バリア層の一部が露出してから
用いるようにしても良い。前記バリア層は、チタンなど
の金属膜あるいはチタンナイトライドなどの金属化合物
膜もしくは金属膜と金属化合物膜とからなる積層膜であ
るようにしても良い。前記酸素原子を含むエッチングガ
スは、酸素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスのう
ち少なくとも１つを用いるようにしても良い。前記酸素
原子を含むエッチングガスは、２ｓｃｃｍ以上の酸素を
含むようにしても良い。

【０００９】また、本発明のドライエッチング方法は、
半導体基板上にバリア層、アルミニウムを主成分とする
金属膜、金属もしくは金属化合物薄膜を順次形成してな
る積層膜上にマスクを形成する工程と、前記積層膜をド
ライエッチング法により前記マスクを用いてエッチング
して配線パタ−ンを形成する工程とを具備し、前記配線
パターンを形成する工程は、前記金属膜を加工しないガ
ス組成の第１のエッチングガスを用いて前記金属もしく
は金属化合物薄膜をエッチング加工する第１の工程及び
前記第１の工程終了後に前記第１のエッチングガスとは
異なるガス組成を有する第２のエッチングガスを用いて
前記金属膜をエッチング加工する第２の工程と、前記第
２の工程終了後に酸素原子を含む第３のエッチングガス
で前記バリア層をエッチング加工する第３の工程とを有
することを第４の特徴としている。前記第１のエッチン
グガスは、塩素ガス、アルゴンガス及び０〜３０ｓｃｃ
ｍの四弗化ガスからなり、前記第２のエッチングガス
は、塩素ガスと三塩化硼素ガスからなり、前記第３のエ
ッチングガスは、２ｓｃｃｍ以上の酸素を含むようにし
ても良い。

【００１０】次に、本発明の作用を説明する。発明者ら
は、アルミニウムを主成分とし銅を含む金属膜とその下
に形成されたＴｉ膜及びその上のＴｉＮ膜からなるバリ
ア層とを有する積層膜をエッチングした際に生じる下層
のバリア層の裾引きがどのように起こるかを知るために
以下のような実験を行った。最初にフォトレジストパタ
−ンをエッチングマスクにし、配線下層にバリア層とし
てＴｉＮ／Ｔｉ膜、反射防止膜としてＴｉＮを備えたア
ルミニウムを主成分とする金属膜（Ａｌ−Ｃｕ膜（Ｃｕ
含有量１ｗｔ％））をＣｌ₂＋ＢＣｌ₃の混合ガスを用
いて、エッチングを行い、各段階でのマスク寸法を測定
する。その結果は図６に示されている。図６は、従来の
ドライエッチング方法の工程図である。図６に示される
様に、マスク寸法は、Ａｌ−Ｃｕ膜を加工している時
（Ａｌ加工中、例えば、状態（ｂ））は、殆ど変化な
く、Ａｌ−Ｃｕ膜の加工終了を示すＡｌエンドポイント
検出以降に急激に寸法が大きくなることが明らかとなっ
た。このＡｌエンドポイントは、プラズマ発光の内、２
６１ｎｍの発光強度もモニタ−し、その発光強度が最大
時の８０％まで低下したところをもってエンドポイント
とした。すなわち、エンドポイント検出時は、処理すべ
き半導体基板上のＡｌ−Ｃｕ膜の一部は、加工を終了し
ているが一部はまだＡｌ−Ｃｕの加工が終了していない
状態である（状態（ｃ））。Ａｌエンドポイント＋６１
秒の時点でエッチングが終了する（状態（ｅ））。図７
に図６で説明したエッチング工程の各段階の状態（ａ）
〜（ｅ）を示す。

【００１１】さらに、通常、ドライエッチングではマイ
クロロ−デイング効果があり、配線ラインが並んで配置
されている部分より配線ラインが無い部分のエッチング
速度が早く、Ａｌエンドポイント検出時は、配線ライン
が並んでいる部分ではＡｌ−Ｃｕ膜の加工は終了してい
ない。また、Ａｌエンドポイント検出以降、マスク寸法
が大きくなる理由を見出すため、エッチングの各段階で
レジレジスト膜厚の変化を調べた。その結果は、図８に
示されている。図８は、図６で説明したエッチング工程
の各段階の状態（ａ）〜（ｅ）を示す工程図である。図
８に示すように、Ａｌ−Ｃｕ膜のＡｌエンドポイント検
出時以降、マスクの後退速度が上がることがわかった。
この結果より、積層膜の加工時における下層のバリア層
の裾引き原因は、次のような理由で起こることが分かっ
た。

【００１２】Ａｌ−Ｃｕ膜加工のＡｌエンドポイント付
近で、処理すべき半導体基板上の一部のＡｌ−Ｃｕ膜の
加工が終了し、下地のバリア層が露出する。それ以降Ａ
ｌ−Ｃｕ膜の加工面積は減少し、それまでＡｌ−Ｃｕ膜
加工に消費されていたＣｌガスに活性種が余剰になり、
マスクとして用いられるフォトレジストのエッチング速
度が上昇する。エッチングされたフォトレジストは、Ｃ
Ｃｌ₄等の形で排気されるが、プラズマ中で再分解が起
こり処理すべき半導体基板の上、すなわちマスク上に堆
積する。マスクの上面に堆積したものは、イオンによっ
てエッチングされるが、マスクの側面に堆積したもの
は、イオンによるエッチングの速度が遅く、堆積速度の
方が速いためマスク寸法が太るものと考えられる。この
傾向はバリア層加工後、下地酸化膜が露出した場合には
更に顕著になることがわかった。上記の結果により、ア
ルミニウムを主成分とする金属膜の加工終了を示すＡｌ
エンドポイント検出以降、マスク側壁に堆積するレジス
トの分解物を除去する目的で酸素の添加を行った。その
時のマスク寸法値を調べたところ、図９に示す結果が得
られた。

【００１３】図９は、本発明におけるＡｌエンドポイン
ト検出時以降に添加する酸素の流量とマスク寸法の関係
を示した特性図である。縦軸は、マスク寸法（μｍ）、
横軸は、エッチングガスに対する酸素の添加量（ｓｃｃ
ｍ）を表わしている。本発明の方法では酸素流量の添加
増大にしたがってマスク寸法の増加が抑えられることが
分かった。また、本発明の方法における効果を確認する
この実験では、２ｓｃｃｍ以上の酸素の添加でマスク寸
法を元のサイズに実質的に減少させるという効果が得ら
れた。また、この実験ではＡｌエンドポイント検出以降
に酸素を添加したが、最初から添加を行った場合にはマ
スク寸法の減少は見られなかった。この理由は、恐らく
酸素添加量が微量であると、マスクそのもののエッチン
グにはあまり寄与せずプラズマ中で再分解して生じる炭
素のみのスカベンジに寄与するものである。しかし、エ
ッチングガスに対する酸素添加量がある限度（この場合
５ｓｃｃｍ）を越えるとマスク寸法が減少を始める。マ
スク寸法を減少させる材料としては酸素（Ｏ₂）以外に
一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）等でも同様
な効果が見られた。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施の形態を説明する。まず、図１を参照して実施例を
説明する。図１は、ドライエッチング装置の概略断面図
である。この実施例では、図１０乃至図１３の半導体装
置の製造工程にしたがって、金属配線が形成される際に
用いられるドライエッチング装置を詳細に説明する。こ
のドライエッチング装置は、内面に酸化被膜（アルマイ
ト）加工を施したアルミニウム合金を使用した反応処理
室１００内にプラズマを生成するための誘導結合型プラ
ズマ（ＩＣＰ）コイル２１を有している。反応処理室１
００の内部に下部電極２２が収納され、ＩＣＰコイル２
１及び下部電極２２に高周波電力を供給する高周波電源
２７が備え付けられている。半導体ウェーハなどの被処
理体２５は、下部電極２２上に載置され、反応ガスは、
ガス導入口２３から内部に導入され、セラミックパ−ツ
（隔壁）２４に形成された透孔２８から反応室１００内
に供給される。反応処理室１００内ではＩＣＰコイル１
及び下部電極２２に高周波電力を印加してプラズマを生
成させている。このプラズマを用いてシリコンウェーハ
などの被処理体２５上に形成された薄膜のエッチング処
理を行なっている。被処理体２５と反応した反応ガス
は、排気口２９より反応処理室１００の外に排気され
る。

【００１５】次に、図２乃至図４を参照して実施例を説
明する。図１のドライエッチング装置を用いて行われる
半導体装置の製造工程における金属配線形成時のエッチ
ング処理に関するものであり、図１０乃至図１３に示す
エッチング処理工程とは金属配線を形成する積層膜の構
造が異なるが、それ以外の構成は同じである。図２は、
金属配線を形成する積層膜及びフォトレジストマスクが
形成された半導体基板の断面図である。シリコンなどの
半導体基板１０上にはシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）など
からなる絶縁膜１１が形成されている。この絶縁膜１１
の表面は、平坦化され、その上にバリア層が形成されて
いる。バリア層は、絶縁膜１１上に形成された膜厚１０
ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜１２及びＴｉ膜１２上の膜厚４
０ｎｍのチタンナイトライト（ＴｉＮ）膜１３の積層膜
から構成されている。このバリア層の上には膜厚が３３
０ｎｍのアルミニウムを主成分とするＣｕを１ｗｔ％含
有する金属膜１４及び配線としての信頼性を向上させる
金属もしくは金属化合物薄膜を順次積層する。金属もし
くは金属化合物薄膜は、金属膜１４の上に形成された膜
厚１０ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜１５及びＴｉ膜１５上に
堆積された膜厚５０ｎｍのチタンナイトライド（Ｔｉ
Ｎ）膜１６から構成されている。

【００１６】この金属もしくは金属化合物薄膜の上には
カーボン系有機化合物からなる反射防止膜１７がさらに
形成されている。次に、反射防止膜１７の上にフォトレ
ジスト１８を形成し、露光技術を用いてフォトレジスト
１８を金属配線のパターンと同じ形状にパターニングす
る。なお、パターンサイズは、ライン及びスペース（Ｌ
／Ｓ）とも０．１７５μｍである。次に、このパターニ
ングされたフォトレジスト１８をマスクにして積層膜を
ドライエッチング法によりエッチングして所定のパター
ンを有する積層膜を形成する。この積層膜が金属配線と
なる。この後、フォトレジスト１８を除去してからＳｉ
Ｏ₂などの絶縁膜（図示しない）を半導体基板１０上に
堆積させる。

【００１７】本発明の効果を説明するために、まず従来
の方法を説明する。従来の方法は、図１に示すドライエ
ッチング装置を用いて、図２に示した積層膜をエッチン
グして金属配線を得る。そして、この金属配線の形状
は、図３に示される。図３は、従来のドライエッチング
方法による金属配線の断面図である。反射防止膜１７
は、最終的に金属配線上から除去される。まず、エッチ
ングは、２段階で行い、最初のステップをメインエッチ
ング、ついでオーバーエッチングを行う。エッチング条
件は、メインエッチングが圧力１２ｍＴｏｒｒ、Ｃ
ｌ₂、ＢＣｌ₃及びＮ₂からなるエッチングガスが、Ｃ
ｌ₂／ＢＣｌ₃／Ｎ₂＝８０／７０／５ｓｃｃｍ、基板
処理温度が３５℃、コイルに印加した電力が５００Ｗ、
下部電極に印加するバイアス電力が３５０Ｗである。金
属配線のＡｌエンドポイント以降のエッチング条件は、
圧力が１２ｍＴｏｒｒ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃及びＮ ₂から
なるエッチングガスが、Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃／Ｎ₂＝６０
／４０／５ｓｃｃｍ、基板処理温度が３５℃、コイルに
印加した電力が３５０Ｗ、下部電極に印加するバイアス
電力が２０００Ｗである。

【００１８】Ａｌエンドポイントの検出は、プラズマの
発光の内、２６１ｎｍの発光強度もモニターし、その発
光強度が最大時の８０％まで低下したところをＡｌエン
ドポイントとする。すなわち、Ａｌエンドポイント検出
時は、処理基板上のＡｌを主成分とする金属膜の一部
は、加工終了しているが一部はまだ金属膜の加工が終了
していない状態であることは前述の通りである。この従
来のドライエッチング方法では金属配線が図３に示す形
状になる。金属配線は、バリア層（１２、１３）、バリ
ア層上のアルミニウムを主成分とする金属膜１４及び金
属膜１４上の金属もしくは金属化合物薄膜（１５、１
６）からなり、図のように、金属膜１４の下に配置され
たバリア層は、裾を引き、マスク寸法（０．１７５μ
ｍ）より０．０８μｍ程度増大する。次に、実施例のド
ライエッチング方法を用いて加工したときの金属配線の
形状を説明する。この場合も図１に示すドライエッチン
グ装置を用いて、図２に示した半導体基板上の積層膜を
ドライエッチングする。その結果による金属配線の形状
は、図４に示される。図４は、本発明のドライエッチン
グ方法による金属配線の断面図である。エッチングは、
前記従来方法と同様であり、２段階で行い、最初のステ
ップをメインエッチング、ついでオーバーエッチングと
呼ぶ。

【００１９】エッチングの条件は、メインエッチングが
圧力１２ｍＴｏｒｒ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃及びＮ₂からな
るエッチングガスがＣｌ₂／ＢＣｌ₃／Ｎ₂＝８０／７
０／５ｓｃｃｍ、基板処理温度が３５℃、コイルに印加
した電力が５００Ｗ、下部電極に印加するバイアス電力
が３５０Ｗである。アルミニウムを主成分とする金属膜
のＡｌエンドポイント以降のドライエッチングのエッチ
ング条件は、圧力１２ｍＴｏｒｒ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃、
Ｎ₂及びＯ₂からなるエッチングガスがＣｌ₂／ＢＣｌ
₃／Ｎ₂／Ｏ₂＝６０／４０／５／２ｓｃｃｍ、基板処
理温度が３５℃、コイルに印加した電力が３５０Ｗ、下
部電極に印加するバイアス電力が２００Ｗである。この
ようにエッチングガスには、酸素（Ｏ₂）が２ｓｃｃｍ
添加されている。Ａｌエンドポイントの検出は、プラズ
マの発光の内、２６１ｎｍの発光強度もモニターし、そ
の発光強度が最大時の８０％まで低下したところをＡｌ
エンドポイントとする。

【００２０】この実施例による金属配線の断面図は、図
４に示す通りである。金属配線は、従来と同様にバリア
層（１２、１３）、バリア層上のアルミニウムを主成分
とする金属膜１４及び金属膜１４上の金属もしくは金属
化合物薄膜（１５、１６）からなる。金属膜１４の下に
配置されたバリア層は、裾引きが殆どなく、マスク寸法
（０．１７５μｍ）より０．０２μｍ程度増大するにす
ぎない。

【００２１】次に、図２及び図５を参照して他の実施例
を説明する。以上、本発明のドライエッチング方法によ
り金属配線を構成するアルミニウムを主成分とする金属
配線の下に形成されたバリア層が裾引きが大幅に改善さ
れ、マスク寸法との差が０．０２μｍまで低減すること
ができる。本発明のドライエッチング方法は、図２に示
すような金属配線を構成する積層膜をエッチング処理す
るものであり、アルミニウムを主成分とする金属膜上に
形成された金属もしくは金属化合物薄膜に対してバリア
層に対する問題と共に次のような問題がある。従来半導
体基板上に形成された反射防止膜、金属配線の信頼性を
向上させる金属もしくは金属化合物薄膜、アルミニウム
を主成分とする金属膜は、通常アルミニウム膜を加工す
る場合と同じである塩素ガス（Ｃｌ₂）と三塩化ホウ素
（ＢＣｌ₃）を含むガス系でエッチングされている。

【００２２】半導体基板上に形成された反射防止膜、金
属もしくは金属化合物薄膜、アルミニウムを主成分とす
る金属膜をエッチングする場合において、塩素ガスと三
塩化ホウ素を含むガス系でエッチングを行う場合、塩素
ガスの混合比を高めると、反射防止膜及び金属もしくは
金属化合物薄膜は垂直にエッチングされるが、同時に金
属もしくは金属化合物薄膜直下のアルミニウムを主成分
とする金属膜がサイドエッチングされる。一方、塩素ガ
スの混合比を下げていくと、アルミニウムを主成分とす
る金属膜のサイドエッチングは減少するが、金属もしく
は金属化合物薄膜はテーパー形状でエッチングされる。
図５（ａ）及び図５（ｃ）は、その状態を説明してい
る。

【００２３】すなわち、塩素流量比が高い場合は金属も
しくは金属化合物薄膜１０３ｂはアルミニウムを主成分
とする金属膜１０３ａに対してひさし状の形状になり
（図５（ａ））、塩素流量比が低い場合は金属もしくは
金属化合物薄膜（例えば、窒化チタンとチタニウムの積
層膜）１０３ｂのテ−バ−形状による寸法増加がおこり
（図５（ｃ））、配線パターンとなる金属膜１０３ａの
配線間隔が狭まって微細な金属配線加工は困難となる。
両者を組み合わせて、金属もしくは金属化合物薄膜の途
中までは塩素ガスの混合比を高くしてエッチングし、途
中で塩素ガスの混合比を下げてエッチングすることによ
り両者の良い面を合わせることが考えられるが、半導体
基板面内でエッチング速度に不均一があるため半導体基
板面内全体を制御することは困難である。

【００２４】発明者は、このような事情を鑑みて金属も
しくは金属化合物薄膜とアルミニウムを主成分とする金
属膜の積層膜又は反射防止膜と金属もしくは金属化合物
薄膜とアルミニウムを主成分とする金属膜との積層膜を
ドライエッチングする際に、アルミニウムを主成分とす
る金属膜上の金属もしくは金属化合物薄膜及び反射防止
膜を垂直に近い角度で加工し、かつ金属もしくは金属化
合物薄膜直下のアルミニウムを主成分とする金属膜のサ
イドエッチングを防ぐことができるドライエッチング方
法を提案した（特願平１１−６５０４６号）。この方法
は、金属もしくは金属化合物薄膜をエッチングする際に
は、金属もしくは金属化合物薄膜を垂直に加工し、且つ
アルミニウムを主成分とする金属膜の表層でエッチング
が停止するガスを用いて金属もしくは金属化合物薄膜を
加工し、引き続いて、アルミニウムを主成分とする金属
膜を加工する際には、アルミニウムを主成分とする金属
膜がサイドエッチングされるのを防ぐため、先ずは対フ
ォトレジスト選択比の低い条件でドライエッチングを開
始し、フォトレジスト膜から側壁保護膜源を供給した
後、対フォトレジスト選択比の高い条件に切り替えてア
ルミニウムを主成分とする金属膜を加工するというもの
である。

【００２５】金属もしくは金属化合物薄膜、例えば、チ
タン化合物薄膜を加工する際、フッ素を含むガスを用い
る。この時、チタン化合物に含まれるチタンとフッ素が
化合しフッ化チタンになりエッチングが進むが、チタン
化合物膜の下にあるアルミニウム合金膜までエッチング
が進行すると、フッ素はアルミニウムと化合しフッ化ア
ルミニウムが生成される。フッ化アルミニウムは気化す
ることなくアルミニウム膜上に堆積され、これ以上エッ
チングが進むのを阻止する。フッ素を含むガスとして、
フッ素原子を含むガスと塩素ガスを含むガスを用いる
と、金属もしくは金属化合物薄膜のエッチングレ−トを
上げられるが、塩素ガスの混合比が大きいと金属もしく
は金属化合物薄膜下にあるアルミニウムを主成分とする
金属膜の表層にフッ化アルミニウムが形成するよりも早
く、塩素とアルミニウムが結合して塩化アルミニウムに
なりアルミニウムを主成分とする金属膜がエッチングさ
れる。この状態では、この金属膜はサイドエッチングさ
れてしまうが、混合ガスに含まれる塩素原子数をフッ素
原子数より少なくすると塩素とアルミニウムの結合を妨
げることができる。

【００２６】純粋なアルミニウム膜を塩素を含むガスに
晒すと等方的にエッチングされるが、この発明者が提案
したドライエッチング方法を用いると、金属もしくは金
属化合物薄膜をエッチングした時に、アルミニウムを主
成分とする金属膜表面はフッ素等と結合している状態と
なる。アルミニウムを主成分とする金属膜表層にアルミ
ニウム化合物が生成されているため、この金属膜をエッ
チングする際、塩素ガスを用いても等方的にエッチング
されるのを防ぐことができ、この金属膜はサイドエッチ
ングされることなく加工できるようになる。アルミニウ
ムを主成分とする金属膜のエッチングは、この金属膜の
エッチング中にサイドエッチングされるのを防ぐため、
まず対フォトレジスト選択比の低い条件でこの金属膜の
エッチングを開始し、途中で対フォトレジスト選択比の
高い条件に切り替えることにより、金属もしくは金属化
合物薄膜及びアルミニウムを主成分とする金属膜を垂直
かつサイドエッチングされることなくエッチングするこ
とができる。

【００２７】前記他の実施例は、図５（ｂ）に示すよう
な実質的にバリア層の裾引きが大幅に低減され、且つ金
属もしくは金属化合物薄膜及びアルミニウムを主成分と
する金属膜をサイドエッチングされずに垂直にエッチン
グすることが可能になる。この実施例では図２を参照す
る。半導体基板１０を被覆するＳｉＯ₂などの絶縁膜１
１の上にバリア層（１２、１３）と、このバリア層上の
アルミニウムを主成分とする金属膜１４と、この金属膜
上の金属もしくは金属化合物薄膜（１５、１６）とを積
層してなる積層膜上にエッチングマスクに用いるフォト
レジスト１８を形成する。金属もしくは金属化合物薄膜
の上にカーボン系の有機反射防止膜１７を形成しても良
い。フォトレジスト１８をエッチングマスクとして、積
層膜をドライエッチング法によりエッチングして積層膜
からなる配線を形成する。

【００２８】配線を形成する工程において、第１の工程
は、前記金属膜を加工しないガス組成の第１のエッチン
グガスを用いて前記金属もしくは金属化合物薄膜をエッ
チング加工する。第１のエッチングガスは、例えば、塩
素ガスを３０ｓｃｃｍ、アルゴンガスを１００ｓｃｃ
ｍ、弗素を含むガス（ＣＦ₄）を０〜３０ｓｃｃｍから
なる。弗素を含むガスが１０ｓｃｃｍを越える付近で金
属膜１４がエッチングされなくなる。次の第２の工程で
第１の工程及び前記第１の工程終了後に前記ガス組成と
は異なるガス組成の第２のエッチングガスで金属膜１４
をエッチングする。第２のエッチングガスは、例えば、
塩素ガスと三塩化硼素ガス系の混合ガスを用いる。次の
第３の工程で、前記第２の工程終了後に前記マスク側壁
に過剰なエッチング生成物が堆積しないようにする第３
のエッチングガスを用いてバリア層をエッチングする。
第３のエッチングガスは、例えば、塩素ガス（Ｃ
ｌ₂）、三塩化硼素ガス（ＢＣｌ₃）、窒素ガス
（Ｎ₂）及び酸素ガス（Ｏ₂）からなり、Ｃｌ₂／Ｂ
Ｃｌ₃／Ｎ₂／Ｏ₂＝６０／４０／５／２ｓｃｃｍの流
量比を有している。

【００２９】この実施例のドライエッチング方法によれ
ば、図５（ｂ）に示すように、バリア層、アルミニウム
を主成分とする金属膜及びこの金属膜上の金属もしくは
金属化合物薄膜を一様にエッチングすることができ、サ
イドエッチングのない、且つバリア層の裾引きが大幅に
低減された金属配線が得られる。

【００３０】

【発明の効果】以上の構成により、本発明は、バリア層
とその上に形成されたアルミニウムを主成分とする金属
膜を含む積層膜をドライエッチングする際にバリア層の
裾引きを大幅に低減することができ、その結果高精度の
加工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドライエッチング方法に適用されるド
ライエッチング装置の概略断面図。

【図２】金属配線を形成する積層膜及びフォトレジスト
マスクが形成された半導体基板の断面図。

【図３】従来のドライエッチング方法による金属配線の
断面図。

【図４】本発明のドライエッチング方法による金属配線
の断面図。

【図５】本発明及び従来のドライエッチング方法による
金属配線の断面図。

【図６】従来のドライエッチング方法の工程図。

【図７】図６で説明した状態（ａ）〜（ｅ）の金属配線
の断面図。

【図８】従来のドライエッチング方法の工程図。

【図９】本発明におけるＡｌエンドポイント検出時以降
に添加する酸素の流量とマスク寸法の関係を示した特性
図。

【図１０】本発明及び従来のドライエッチング方法を説
明する工程断面図。

【図１１】本発明及び従来のドライエッチング方法を説
明する工程断面図。

【図１２】本発明及び従来のドライエッチング方法を説
明する工程断面図。

【図１３】本発明及び従来のドライエッチング方法を説
明する工程断面図。

【符号の説明】

１０、１０１・・・半導体基板、１１、１０２、１
０５・・・絶縁膜、１２、１５・・・Ｔｉ膜、１
３、１６・・・ＴｉＮ膜、１４・・・アルミニウムを主
成分とする金属膜、１７、１０３ｃ・・・有機反射防止
膜、１８、１０４・・・フォトレジストマスク、２１・
・・ＩＣＰコイル、２２・・・下部電極、２３・・
・ガス導入バルブ、２４・・・セラミックパーツ（隔
壁）、２５・・・被処理体、２６・・・ブロッキン
グコンデンサ、２７・・・高周波電源、２８・・・
透孔、２９・・・排気口、１００・・・反応処理
室、１０３ｂ・・・金属もしくは金属化合物薄膜、１
０３ｄ・・・バリア層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F004 AA09 BA20 BB11 CB02 DA00 DA01 DA04 DA11 DA23 DA25 DA26 DB00 DB08 DB12 DB16 DB17 EA13 EA22 EA28 EB02 5F033 HH09 HH18 HH33 MM08 MM13 QQ04 QQ08 QQ10 QQ11 QQ15 QQ21 RR04 RR21 TT01 TT04 WW06 XX03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上にバリア層とアルミニウム
を主成分とする金属膜とを順次形成してなる積層膜上に
マスクを形成する工程と、前記積層膜をドライエッチン
グ法により前記マスクを用いてエッチングして配線パタ
−ンを形成する工程とを具備し、前記配線パターンを形
成する工程は、酸素原子を含むエッチングガスを用いる
ことを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】半導体基板上にバリア層、アルミニウム
を主成分とする金属膜、金属もしくは金属化合物薄膜と
を順次形成してなる積層膜上にマスクを形成する工程
と、前記積層膜をドライエッチング法により前記マスク
を用いてエッチングして配線パタ−ンを形成する工程と
を具備し、前記配線パターンを形成する工程は、酸素原
子を含むエッチングガスを用いることを特徴とするドラ
イエッチング方法。
【請求項３】半導体基板上にバリア層、アルミニウム
を主成分とする金属膜、金属もしくは金属化合物薄膜、
反射防止膜とを順次形成してなる積層膜上にマスクを形
成する工程と、前記積層膜をドライエッチング法により
前記マスクを用いてエッチングして配線パタ−ンを形成
する工程とを具備し、前記配線パターンを形成する工程
は、酸素原子を含むエッチングガスを用いることを特徴
とするドライエッチング方法。
【請求項４】前記アルミニウムを主成分とする金属膜
は、少なくとも銅及びシリコンのいずれか一方を含むこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
のドライエッチング方法。
【請求項５】前記エッチングガスは、前記配線パター
ンを形成する工程において、前記バリア層の一部が露出
してから用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４
のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項６】前記バリア層は、チタンなどの金属膜あ
るいはチタンナイトライドなどの金属化合物膜もしくは
金属膜と金属化合物膜とからなる積層膜であることを特
徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のドラ
イエッチング方法。
【請求項７】前記酸素原子を含むエッチングガスは、
酸素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスのうち少な
くとも１つを用いることを特徴とする請求項１乃至請求
項６のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項８】前記酸素原子を含むエッチングガスは、
２ｓｃｃｍ以上の酸素を含むことを特徴とする請求項１
乃至請求項７のいずれかに記載のドライエッチング方
法。
【請求項９】半導体基板上にバリア層、アルミニウム
を主成分とする金属膜、金属もしくは金属化合物薄膜を
順次形成してなる積層膜上にマスクを形成する工程と、
前記積層膜をドライエッチング法により前記マスクを用
いてエッチングして配線パタ−ンを形成する工程とを具
備し、前記配線パターンを形成する工程は、前記金属膜
を加工しないガス組成の第１のエッチングガスを用いて
前記金属もしくは金属化合物薄膜をエッチング加工する
第１の工程及び前記第１の工程終了後に前記第１のエッ
チングガスとは異なるガス組成を有する第２のエッチン
グガスを用いて前記金属膜をエッチング加工する第２の
工程と、前記第２の工程終了後に酸素原子を含む第３の
エッチングガスで前記バリア層をエッチング加工する第
３の工程とを有することを特徴とするドライエッチング
方法。
【請求項１０】前記第１のエッチングガスは、塩素ガ
ス、アルゴンガス及び０〜３０ｓｃｃｍの四弗化ガスか
らなり、前記第２のエッチングガスは、塩素ガスと三塩
化硼素ガスからなり、前記第３のエッチングガスは、２
ｓｃｃｍ以上の酸素を含むことを特徴とする請求項９に
記載のドライエッチング方法。