JP2001007085A - ドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｗ系導電材層（Ｗ，ＷＳｉ_２等）をポリＳｉ
層に重ねた積層のドライエッチング方法において、異方
性形状の確保とエッチングダメージの軽減とを可能にす
る。 【解決手段】 絶縁膜１２の上にポリＳｉ層１４及びＷ
Ｓｉ_２層の積層を形成した後、ＷＳｉ_２層の上にレジス
ト層１８ａ，１８ｂを大間隔で、レジスト層１８ｂ〜１
８ｄを小間隔でそれぞれ形成する。Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスの
プラズマでＷＳｉ_２層をジャストエッチングした後、Ｈ
Ｂｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスのプラズマにより反応生成物で
サイドエッチングを抑制しつつオーバーエッチングを行
なってＷＳｉ_２層１６ｅ，１６ｆを除去することにより
層１８ａ〜１８ｄに対応するＷＳｉ_２層１６ａ〜１６ｄ
を得る。ＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスのプラズマにより反
応生成物でサイドエッチングを抑制しつつ層１４を選択
的にエッチングする。本方法は、Ｗ系導電材の単層にも
応用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｗ（タングステ
ン）、ＷＳｉ_２（タングステンシリサイド）等のＷ系導
電材層をポリＳｉ（シリコン）層に重ねた積層又はＷ系
導電材の単層をドライエッチングする方法に関し、特に
Ｃｌ（塩素）含有ガスとＯ_２（酸素）ガスとの混合ガス
をエッチングガスとするドライエッチングによりＷ系導
電材層をジャストエッチングした後該混合ガスにＢｒ
（臭素）含有ガス又はＩ（ヨウ素）含有ガスを添加して
オーバーエッチングを行なうことにより異方性形状の確
保とエッチングダメージの軽減とを可能にしたものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＷＳｉ_２層をポリＳｉ層に重ねた
積層（Ｗポリサイド層）を用いる配線形成法としては、
図１１〜１３に示すような方法が知られている（例え
ば、特開平７−９４４６９号公報参照）。

【０００３】図１１の工程では、シリコン基板１の表面
を覆うゲート酸化膜２の上にポリＳｉ層３及びＷＳｉ_２
層４を順次に堆積形成した後、ＷＳｉ_２層４の上にホト
リソグラフィ処理によりレジスト層５ａ〜５ｄを形成す
る。レジスト層５ａ，５ｂは、疎パターン領域ａにおい
て大きな間隔で配置し、レジスト層５ｂ〜５ｄは、密パ
ターン領域ｂにおいて小さな間隔で配置する。

【０００４】図１２の工程では、Ｆ（フッ素）含有ガス
（例えばＳ_２Ｆ_６ガス）を用いるプラズマエッチングに
よりポリＳｉ層３及びＷＳｉ_２層４の積層を疎パターン
領域ａにて厚さがゼロ又はその近傍の値になるようにジ
ャストエッチングする。この結果、レジスト層５ａ〜５
ｄにそれぞれ対応したパターンを有するＷＳｉ_２層４ａ
〜４ｄが残存する。また、密パターン領域ｂでは、いわ
ゆるＲＩＥｌａｇ現象（又はマイクロローディング効
果）によりエッチング速度が低下するため、疎パターン
領域ａにおけるポリＳｉ層３の被エッチング部３ｅに比
べてポリＳｉ層３の被エッチング部３ｆが厚く残存す
る。

【０００５】図１３の工程では、Ｂｒ含有ガス（例えば
ＨＢｒガス）及びＯ_２ガスの混合ガスを用いるプラズマ
エッチングによりオーバーエッチングを行なってポリＳ
ｉ層３における３ｅ，３ｆ等の被エッチング部を除去す
る。ＨＢｒ等のＢｒ系ガスとＯ_２ガスとの混合ガスを用
いるプラズマエッチングは、ゲート酸化膜２に対するポ
リＳｉ層３の選択性が高い。オーバーエッチングの結果
として、レジスト層５ａ〜５ｄにそれぞれ対応したパタ
ーンを有するポリＳｉ層３ａ〜３ｄが残存する。オーバ
ーエッチング時には、パターン側壁に付着した反応生成
物がＷＳｉ_２層４ａ〜４ｄ及びポリＳｉ層３ａ〜３ｄの
サイドエッチングを抑制するので、４ａ／３ａ，４ｂ／
３ｂ，４ｃ／３ｃ，４ｄ／３ｄ等の積層に異方性形状を
持たせることができる。オーバーエッチングの後は、レ
ジスト層５ａ〜５ｄを除去する。４ａ／３ａ等の積層
は、ゲート電極乃至配線層として使用される。

【０００６】従来、Ｗ層を用いる配線形成法としては、
図１４〜１６に示すような方法が提案されている。

【０００７】図１４の工程では、シリコン等の半導体基
板６の表面を覆うシリコンオキサイド等の絶縁膜７の上
にＷ層８を形成する。そして、Ｗ層８の上にレジスト層
９ａ，９ｂを互いに接近させて形成する。

【０００８】図１５の工程では、Ｆ含有ガスとしてＳＦ
_６を用いるプラズマエッチングによりＷ層８をレジスト
層９ａ，９ｂ間の間隔より広いレジスト不存在領域にて
厚さがゼロ又はその近傍の値になるようにジャストエッ
チングする。この結果、レジスト層９ａ，９ｂにそれぞ
れ対応したＷ層８ａ，８ｂが残存すると共に、Ｗ層８
ａ，８ｂの間にはＲＩＥｌａｇ現象により薄いＷ層８ｃ
が残存する。

【０００９】図１６の工程では、図１５の工程に引き続
いて図１５の工程と同様のプラズマエッチングによりオ
ーバーエッチングを行なってＷ層８ｃを除去し、Ｗ層８
ａ，８ｂを残存させる。この後、レジスト層９ａ，９ｂ
を除去する。Ｗ層８ａ，８ｂは、配線層として使用され
る。

【００１０】図１５，１６のＳＦ_６によるプラズマエッ
チング工程において、異方性エッチングを行なうには、
基板に入射するイオンのエネルギーを高くしたり、基板
の温度を低くしたりする必要がある。また、反応生成物
でサイドエッチングを抑制して異方性形状を確保する方
法も提案されている。例えば、特開平７−１４７２７１
号公報には、ＳＦ_６にＮ_２やＮＨ_３を添加したガスのプ
ラズマでＷ層をエッチングすることにより反応生成物で
あるＷＮによりサイドエッチングを抑制することが示さ
れている。特開平１０−３２６７７４号公報にも、ＳＦ
_６にＣＨＦ_３及びＮ_２を添加したガスのプラズマでＷ層
をエッチングする方法が示されている。特開平７−１６
９７４４号公報には、Ｗ層の下にＴｉ又はＴｉ化合物の
膜を敷き、エッチング活性種であるＦとＴｉとの反応で
生成される低蒸気圧のフッ化チタンでサイドエッチング
を抑制することが示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図１１〜１３の方法に
よると、下地にエッチングダメージが生じやすい。すな
わち、図１３のオーバーエッチング工程では、前述した
ようにゲート酸化膜２に対するポリＳｉ層３の選択比が
高いものの、図１２のジャストエッチング工程では、フ
ッ素系ガスのプラズマでエッチングを行なうので、ゲー
ト酸化膜２に対するポリＳｉ層３の選択比が低く、ゲー
ト酸化膜２がエッチングされることがある。これを防ぐ
には、ポリＳｉ層３の厚さがゼロになる前にジャストエ
ッチングを停止するように工程管理を厳しくする必要が
ある。また、ゲート絶縁膜２を含むゲート部は、図１２
のジャストエッチング時及び図１３のオーバーエッチン
グ時にプラズマにさらされるので、イオン衝撃によるダ
メージを受けやすい。

【００１２】一方、図１４〜１６の方法によると、フッ
素系ガスのプラズマでエッチングを行なうので、絶縁膜
７を構成するシリコンオキサイドに対するＷの選択比が
低く、図１６に示すようにオーバーエッチングの際に絶
縁膜７がＷ層８ａ，８ｂの側方でエッチングされる。こ
のため、配線段差が大きくなる不都合がある。

【００１３】この発明の目的は、異方性形状を確保しつ
つエッチングダメージを軽減することができる新規なド
ライ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】この発明に係る第１のド
ライエッチング方法は、基板を覆う絶縁膜の上に、ポリ
シリコン層にタングステン系導電材層を重ねた積層を形
成する工程と、前記タングステン系導電材層の上に複数
のレジスト層を互いに接近させて形成する工程と、塩素
含有ガス及び酸素ガスの混合ガスをエッチングガスとし
且つ前記複数のレジスト層をマスクとするドライエッチ
ングにより前記タングステン系導電材層をその厚さが前
記複数のレジスト層の間の間隔より広いレジスト不存在
領域にてゼロ又はその近傍の値になるようにエッチング
する工程と、少なくとも臭素含有ガス又はヨウ素含有ガ
スと酸素ガスとを含む混合ガスをエッチングガスとし且
つ前記複数のレジスト層をマスクとするドライエッチン
グにより反応生成物で前記タングステン系導電材層のサ
イドエッチングを抑制しつつ前記複数のレジスト層の間
のタングステン系導電材を除去することにより前記複数
のレジスト層にそれぞれ対応したパターンを有する複数
のタングステン系導電材層を形成する工程と、臭素含有
ガス又はヨウ素含有ガスと塩素含有ガスと酸素ガスとの
混合ガスをエッチングガスとし且つ前記複数のレジスト
層及び前記複数のタングステン系導電材層をマスクとす
るドライエッチングにより前記ポリシリコン層を選択的
に除去することにより前記複数のレジスト層にそれぞれ
対応したパターンを有する複数のポリシリコン層を形成
する工程とを含むものである。

【００１５】第１のドライエッチング方法によれば、Ｃ
ｌ_２等の塩素含有ガス及びＯ_２ガスの混合ガスをエッチ
ングガスとするドライエッチングによりＷ，ＷＳｉ_２等
のＷ系導電材層をジャストエッチングした後該混合ガス
にＨＢｒ等の臭素含有ガス（又はヨウ素含有ガス）を添
加してＷ系導電材のオーバーエッチングを行ない、この
後ポリＳｉ単層のドライエッチングを行なう。オーバー
エッチングでは、Ｏ_２ガスの流量割合を高く設定するこ
とによりポリＳｉに対するＷ系導電材の選択比を高くす
ることができ、Ｗ系導電材を選択的に除去することが可
能となる。また、オーバーエッチングでは、臭素含有ガ
ス（又はヨウ素含有ガス）の流量割合を所定の値に設定
することによりＷ系導電材について異方性形状を確保し
つつエッチングを行なうことができる。さらに、ジャス
トエッチング及びオーバーエッチングは、下地膜として
の絶縁膜の上にポリＳｉ層が存在する状態で行なわれる
ので、下地膜（絶縁膜）がエッチングされたり、イオン
衝撃にさらされたりすることがなく、エッチングダメー
ジの軽減が可能となる。

【００１６】この発明に係る第２のエッチング方法は、
基板を覆う絶縁膜の上にタングステン系導電材層を形成
する工程と、前記タングステン系導電材層の上に複数の
レジスト層を互いに接近させて形成する工程と、塩素含
有ガス及び酸素ガスの混合ガスをエッチングガスとし且
つ前記複数のレジスト層をマスクとするドライエッチン
グにより前記タングステン系導電材層をその厚さが前記
複数のレジスト層の間の間隔より広いレジスト不存在領
域にてゼロ又はその近傍の値になるようにエッチングす
る工程と、臭素含有ガス又はヨウ素含有ガスと塩素含有
ガスと酸素ガスとの混合ガスをエッチングガスとし且つ
前記複数のレジスト層をマスクとするドライエッチング
により反応生成物で前記タングステン系導電材層のサイ
ドエッチングを抑制しつつ前記複数のレジスト層の間の
タングステン系導電材を除去することにより前記複数の
レジスト層にそれぞれ対応したパターンを有する複数の
タングステン系導電材層を形成する工程とを含むもので
ある。

【００１７】第２のドライエッチング方法によれば、Ｃ
ｌ_２等の塩素含有ガス及びＯ_２ガスの混合ガスをエッチ
ングガスとするドライエッチングによりＷ，ＷＳｉ_２等
のＷ系導電材層をジャストエッチングした後該混合ガス
にＨＢｒ等の臭素含有ガス（又はヨウ素含有ガス）を添
加してＷ系導電材のオーバーエッチングを行なう。ジャ
ストエッチング及びオーバーエッチングのいずれにおい
ても、塩素含有ガス及びＯ_２ガスの混合ガスをエッチン
グガスとして用いるので、下地膜としての絶縁膜を構成
するシリコンオキサイド等に対する選択比が向上し、下
地膜（絶縁膜）のエッチングを抑制することができる。
また、オーバーエッチングでは、臭素含有ガス（又はヨ
ウ素含有ガス）の添加によりＷ系導電材のサイドエッチ
ングが抑制されるので、良好な異方性形状を得ることが
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１〜３は、この発明の一実施形
態に係る配線形成法を示すものである。

【００１９】図１の工程では、シリコン等の半導体基板
１０の表面に熱酸化法等によりシリコンオキサイドから
なるゲート絶縁膜１２を形成する。ゲート絶縁膜１２の
上には、ＣＶＤ（ケミカル・ベーパー・デポジション）
法等によりポリＳｉ層１４及びＷＳｉ_２層１６を順次に
堆積形成する。ポリＳｉ層１４及びＷＳｉ_２層１６は、
ゲート電極乃至配線層を形成するためのもので、ポリＳ
ｉ層１４は、導電型決定不純物のドーピングにより低抵
抗化されている。

【００２０】ＷＳｉ_２層１６の上には、周知のホトリソ
グラフィ処理により所望のゲート電極・配線パターンに
従ってレジスト層１８ａ〜１８ｄを形成する。レジスト
層１８ａ，１８ｂは、疎パターン領域Ａにおいて大きな
間隔で配置し、レジスト層１８ｂ〜１８ｄは、密パター
ン領域Ｂにおいて小さな間隔で配置する。

【００２１】図２の工程では、Ｃｌ_２ガス及びＯ_２ガス
の混合ガス（Ｃｌ_２／Ｏ_２ガス）を用いるプラズマエッ
チングによりＷＳｉ_２層１６を疎パターン領域Ａにて厚
さがゼロ又はその近傍の値になるようにジャストエッチ
ングする。このときのエッチングは、一例として図４の
ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）型プラズマエッチン
グ装置を用いて行ない、エッチング条件は、 圧力：１ｍＴｏｒｒ マイクロ波電力：１０００Ｗ 高周波電力：５０Ｗ ガス流量：Ｃｌ_２／Ｏ_２＝５０／１０ｓｃｃｍ とした。

【００２２】ジャストエッチングの結果として、レジス
ト層１８ａ〜１８ｂにそれぞれ対応したパターンを有す
るＷＳｉ_２層１６ａ〜１６ｄが残存する。また、密パタ
ーン領域Ｂでは、ＲＩＥｌａｇ現象によりエッチング速
度が低下するため、比較的薄いＷＳｉ_２層１６ｅ及び１
６ｆがＷＳｉ_２層１６ｂ，１６ｃの間及びＷＳｉ_２層１
６ｃ，１６ｄの間にそれぞれ残存する。

【００２３】この後、Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスにＨＢｒガスを
添加したＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスを用いるプラズマエ
ッチングによりオーバーエッチングを行なってＷＳｉ_２
層１６ｅ，１６ｆを除去する。このときのエッチング
は、一例として図４のエッチング装置を用いて行ない、
エッチング条件は、 圧力：１ｍＴｏｒｒ マイクロ波電力：１０００Ｗ 高周波電力：５０Ｗ ガス流量：ＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２＝８．５／２１．５／
２０ｓｃｃｍ とした。

【００２４】オーバーエッチングにおいてＯ_２流量割合
を高くしたのは、ポリＳｉに対するＷＳｉ_２の選択比を
高くして１６ｅ，１６ｆ等のＷＳｉ_２層の除去を容易に
するためである。このようにＯ_２流量割合の高いＣｌ_２
／Ｏ_２エッチングプロセスでは、Ｗが蒸気圧の高いＷＯ
Ｃｌ_４となってＷＳｉ_２層１６ａ〜１６ｄの側壁をエッ
チング（サイドエッチング）し、ＷＳｉ_２層１６ａ〜１
６ｄの異方性形状が損なわれる。そこで、オーバーエッ
チング時には、Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスにＨＢｒを添加して蒸
気圧の低いＷＯＢｒ_４やＷＢｒ_５を生成させてＷＳｉ_２
層１６ａ〜１６ｄの側壁に保護膜を形成しつつ（サイド
エッチングを抑制しつつ）エッチングを行なう。この結
果、ＷＳｉ_２層１６ａ〜１６ｄの異方性形状が確保され
る。また、ジャストエッチング及びオーバーエッチング
は、ゲート絶縁膜１２上にポリＳｉ層１４が存在する状
態で行なわれるので、ゲート絶縁膜１２がエッチングさ
れたり、イオン衝撃にさらされたりすることがなく、エ
ッチングダメージが軽減される。

【００２５】図３の工程では、ＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２ガ
スを用いるプラズマエッチングによりレジスト層１８ａ
〜１８ｄ及びＷＳｉ_２層１６ａ〜１６ｄをマスクとして
ポリＳｉ層１４を選択的にエッチングする。このエッチ
ングは、一例として図４のエッチング装置を用いて行な
い、エッチング条件は、 圧力：２ｍＴｏｒｒ マイクロ波電力：１０００Ｗ 高周波電力：３５Ｗ ガス流量：ＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２＝１００／５／５ｓｃ
ｃｍ とした。エッチング条件の他の例としては、Ｃｌ_２等の
塩素含有ガスを用いないものも可能であり、マイクロ波
電力：８００〜１５００Ｗ、ガス流量：ＨＢｒ／Ｏ_２＝
１００／５ｓｃｃｍとすることができる。

【００２６】ポリＳｉ層１４の選択エッチングの結果と
して、レジスト層１８ａ〜１８ｄにそれぞれ対応したパ
ターンを有するポリＳｉ層１４ａ〜１４ｄが残存する。
ポリＳｉエッチング時には、ＳｉＯ_ｘ，ＳｉＢｒ_ｘ等の
反応生成物がＷＳｉ_２層１６ａ〜１６ｄ及びポリＳｉ層
１４ａ〜１４ｄのサイドエッチングを抑制するので、１
６ａ／１４ａ，１６ｂ／１４ｂ，１６ｃ／１４ｃ，１６
ｄ／１４ｄ等の積層に良好な異方性形状を持たせること
ができる。ポリＳｉは、ＷＳｉ_２に比べてＲＩＥｌａｇ
が少なく、エッチングしやすい。ポリＳｉエッチングの
後は、周知のアッシング処理によりレジスト層１８ａ〜
１８ｄを除去する。１６ａ／１４ａ等のＷＳｉ_２／ポリ
Ｓｉ積層は、ゲート電極乃至配線層として使用される。

【００２７】発明者は、Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスを用いるプラ
ズマエッチングがＷＳｉ_２／ポリＳｉ積層（Ｗポリサイ
ド層）のエッチングにおいてポリＳｉに対するＷＳｉ_２
の選択比を高く設定可能である点に着目し、図４のエッ
チング装置を用いて種々の実験を行なった。

【００２８】図４の装置において、処理室２０は、プラ
ズマ室２２ａ及び反応室２２ｂからなっている。反応室
２２ｂの底部には、試料台（電極）２４が設けられてお
り、試料台２４の上面には、被処理ウエハ２６が載置さ
れる。

【００２９】試料台２４には、高周波電源２８が接続さ
れ、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給され
る。反応室２２ｂは、図示しないガス供給源に接続され
ると共に排気装置ＶＡＣに接続される。

【００３０】プラズマ室２２ａの上部には、図示しない
マイクロ波電源からマイクロ波導入窓３０を介して例え
ば２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＭＷが供給される。窓３
０は、通常、石英で構成される。処理室２０の上部を取
囲むようにソレノイドコイル３２が設けられている。

【００３１】図４のエッチング装置を用いてＣｌ_２／Ｏ
_２ガスのプラズマでＷＳｉ_２及びポリＳｉのエッチング
を行ない、ＷＳｉ_２／ポリＳｉ選択比のＯ_２流量割合依
存性を調べた結果を図５に示す。実験には、シリコン基
板上にシリコンオキサイド膜を介してＷＳｉ_２層を堆積
形成したサンプルを９個含む第１のサンプル群と、シリ
コン基板上にシリコンオキサイド膜を介してポリＳｉ層
を堆積形成したサンプルを９個含む第２のサンプル群と
を用いた。各シリコン基板の直径は、２００ｍｍとし
た。各サンプルを図４のエッチング装置内に被処理ウエ
ハ２６として挿入し、エッチングを行なった。エッチン
グ条件は、 圧力：１ｍＴｏｒｒ マイクロ波電力：１４００Ｗ 高周波電力：５０Ｗ ガス流量：Ｃｌ_２＋Ｏ_２＝５０ｓｃｃｍ とした。

【００３２】第１のサンプル群中の９個のサンプルにつ
いては、Ｏ_２流量割合を０，１０，２０，２２，２４，
２６，２８，３０，４０％のように変化させ、各サンプ
ル毎にＷＳｉ_２のエッチング速度を求めた。その結果を
図５にて線Ｐで示す。また、第２のサンプル群中の９個
のサンプルについては、Ｏ_２流量割合を第１のサンプル
群の場合と同様に変化させ、各サンプル毎にポリＳｉの
エッチング速度を求めた。その結果を図５にて線Ｑで示
す。

【００３３】ＷＳｉ_２／ポリＳｉ選択比は、第１のサン
プル群と第２のサンプル群とでＯ_２流量割合が同じサン
プル毎にＷＳｉ_２のエッチング速度／ポリＳｉのエッチ
ング速度の比を求めることにより算出した。その結果を
図５にて線Ｒで示す。

【００３４】図５の実験結果によれば、Ｏ_２の流量割合
を３０％以上にすれば、ほぼＷＳｉ _２のみがエッチング
されるプロセス条件になることがわかる。図２のオーバ
ーエッチングでは、Ｏ_２の流量割合を４０％としたの
で、狭いスペースに残存した１６ｅ，１６ｆ等のＷＳｉ
_２層を効率的に除去することができる。その結果、ＷＳ
ｉ_２のＲＩＥｌａｇ現象に基づくエッチング速度のパタ
ーン依存性をキャンセルすることができる。

【００３５】図６は、ＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスを用い
るプラズマエッチングにおけるＷＳｉ_２サイドエッチン
グ量のＨＢｒ流量割合依存性を調べた結果を示すもので
ある。実験には、直径２００ｍｍのシリコン基板上にシ
リコンオキサイド膜を介してＷＳｉ_２／ポリＳｉ積層
（Ｗポリサイド層）を形成したサンプルを４個用いた。
各サンプルには、図１の密パターン領域Ｂに示すように
ライン／スペース＝１．０／０．６μｍのパターンに従
って多数のレジスト層を並設した。このようにレジスト
層を設けた各サンプルを図４のエッチング装置内に被処
理ウエハ２６として挿入し、エッチングを行なった。エ
ッチング条件は、 圧力：１ｍＴｏｒｒ マイクロ波電力：１４００Ｗ 高周波電力：５０Ｗ ガス流量：Ｃｌ_２＋ＨＢｒ＝３０ｓｃｃｍ，Ｏ_２＝２０
ｓｃｃｍ とした。ここで、Ｏ_２流量割合は、図１でＷＳｉ_２／ポ
リＳｉ選択比が無限大となる４０％である。

【００３６】４個のサンプルについては、Ｃｌ_２＋ＨＢ
ｒのうちＨＢｒを０，１０，２０，３０％のように変化
させ、各サンプル毎にＷＳｉ_２のサイドエッチング量Ｓ
（μｍ）を求めた。サイドエッチング量Ｓは、図７にＷ
Ｓｉ_２層１６ａに関して例示するようにＳ＝頂面で測定
した幅Ｗｔｏｐ−底面で測定した幅Ｗｂｏｔとして求め
ることができる。Ｓ＜０は順テーパ形状を、Ｓ＞０はサ
イドエッチ形状（逆テーパ形状）をそれぞれ表わす。

【００３７】図６の実験結果によれば、ＨＢｒ流量割合
１７％でサイドエッチングがゼロとなり、垂直な異方性
エッチング形状が得られることがわかる。しかしなが
ら、ＨＢｒ流量割合１７％の条件にすると、ライン／ス
ペースパターンでは垂直形状が得られるものの、孤立ラ
インでは側壁に多量の反応生成物が付着するため、順テ
ーパ形状になってしまう。

【００３８】図２の工程では、Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスを用い
るプラズマエッチングでジャストエッチングを行なうよ
うにしたので、ＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２プロセスで起こっ
たような孤立ラインでの順テーパ形状の発生を防ぐこと
ができる。また、高Ｏ_２流量のＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２ガ
スプラズマエッチングプロセスを用いてＷＳｉ_２のオー
バーエッチングを行なうようにしたので、ポリＳｉに対
するＷＳｉ_２の選択比を高く保ちながら、狭いスペース
に残存したＷＳｉ_２のみをエッチング除去することがで
き、しかもＨＢｒの添加効果によりＷＳｉ_２のサイドエ
ッチングを防ぐことができる。

【００３９】図８〜１０は、この発明の他の実施形態に
係る配線形成法を示すものである。

【００４０】図８の工程では、シリコン等の半導体基板
４０の表面を覆うシリコンオキサイド等の絶縁膜４２の
上にＷ層４４をスパッタ法等により形成する。そして、
Ｗ層４４の上に所望の配線パターンに従ってレジスト層
４６ａ，４６ｂを互いに接近させて形成する。

【００４１】図９の工程では、Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスを用い
るプラズマエッチングによりＷ層４４をレジスト層４６
ａ，４６ｂの間隔より広いレジスト不存在領域で厚さが
ゼロ又はその近傍の値になるようにジャストエッチング
する。このときのエッチングは、図２で述べたジャスト
エッチングと同様の条件で行なうことができる。ジャス
トエッチングの結果として、レジスト層４６ａ，４６ｂ
にそれぞれ対応したＷ層４４ａ，４４ｂが得られると共
に、Ｗ層４４ａ，４４ｂの間にはＲＩＥｌａｇ現象によ
り薄いＷ層４４ｃが残存する。

【００４２】図１０の工程では、Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスにＨ
Ｂｒを添加したＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｏ _２ガスを用いるプラ
ズマエッチングによりオーバーエッチングを行なってＷ
層４４ｃを除去し、Ｗ層４４ａ，４４ｂを残存させる。
このときのエッチングは、図２で述べたオーバーエッチ
ングと同様の条件で行なうことができる。オーバーエッ
チングの後は、レジスト層４６ａ，４６ｂをアッシング
処理等により除去する。Ｗ層４４ａ，４４ｂは、配線層
として使用される。

【００４３】図９，１０のエッチング処理では、Ｃｌ_２
／Ｏ_２ガスをエッチングガスとして用いるので、絶縁膜
４２を構成するシリコンオキサイドに対するＷの選択比
が向上する。従って、絶縁膜４２の膜減りや配線段差の
増大を防止することができる。また、図１０のオーバー
エッチングでは、ＨＢｒの添加によりＷ層４４ａ，４４
ｂのサイドエッチングが抑制されるので、Ｗ層の形状劣
化（逆テーパ形状等）を防ぐことができる。

【００４４】図８〜１０に関して上記した配線形成法
は、Ｗ層４４の代りにＷＳｉ_２層を用いて実施してもよ
く、上記したと同様の作用効果が得られる。

【００４５】この発明は、上記した実施形態に限定され
るものではなく、種々の改変形態で実施可能なものであ
る。例えば、次のような変更が可能である。

【００４６】（１）Ｗ系導電材層としては、Ｗ，ＷＳｉ
_２に限らず、Ｗ合金を用いてもよい。タングステンシリ
サイドとしては、ＷＳｉ_２のように化学量論的なものに
限らず、非化学量論的なものを用いてもよく、一般的に
はＷＳｉ_ｘを使用可能である。

【００４７】（２）臭素含有ガスとしては、ＨＢｒに限
らず、Ｂｒ_２，ＢＢｒ_３，ＣＢｒ_４，ＳｉＢｒ_４等を用
いてもよい。Ｂｒ_２等のガスの添加量は、プラズマ中に
存在するＢｒ原子の量が前記実施形態で示したＨＢｒの
場合と同等になるように設定すればよい。また、臭素含
有ガスの代りに、ＨＩ，Ｉ_２，ＢＩ_３，ＣＩ_４，ＳｉＩ
_４等のヨウ素含有ガスを用いてもよい。ＨＢｒ又はＨＩ
等のガスあるいはＯ_２ガスについて、添加量の最適値
は、被エッチング膜の膜質に依存する（例えば、成膜方
法、成膜後の処理条件、成膜装置等に依存する）ので、
被エッチング膜毎に調整するのが望ましい。

【００４８】（３）Ｗ系導電材層をドライエッチングす
る場合、Ｗ系導電材層の上に予めＴｉＮ，ＴｉＯＮ等の
反射防止膜を設けておいてもよい。また、Ｗ系導電材層
とポリＳｉ層との間にＷＮ層等を介在させておいてもよ
い。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、塩素
系ガス及び酸素ガスの混合ガスをエッチングガスとする
ドライエッチングによりＷ系導電材層をジャストエッチ
ングした後該混合ガスに臭素含有ガス（又はヨウ素含有
ガス）を添加してＷ系導電材のオーバーエッチングを行
ない、この後ポリＳｉ単層のドライエッチングを行なう
ようにしたので、異方性形状を確保しつつエッチングダ
メージを軽減することができ、歩留りが向上する効果が
得られる。

【００５０】また、塩素含有ガス及び酸素ガスの混合ガ
スをエッチングガスとするドライエッチングによりＷ系
導電材層をジャストエッチングした後該混合ガスに臭素
含有ガス（又はヨウ素含有ガス）を添加してＷ系導電材
のオーバーエッチングを行なうようにしたので、異方性
形状を確保しつつ下地絶縁膜のエッチングを抑制するこ
とができ、歩留りが向上する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態に係る配線形成法にお
けるレジスト層形成工程を示す基板断面図である。

【図２】 図１の工程に続くＷＳｉ_２層のジャストエッ
チング工程及びオーバーエッチング工程を示す基板断面
図である。

【図３】 図２の工程に続くポリＳｉ層エッチング工程
及びレジスト層除去工程を示す基板断面図である。

【図４】 この発明の実施に用いられるプラズマエッチ
ング装置を示す断面図である。

【図５】 Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスを用いるプラズマエッチン
グにおける選択比（ＷＳｉ_２／ポリＳｉ）のＯ_２流量割
合依存性を示すグラフである。

【図６】 ＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２ガスを用いるプラズマ
エッチングにおけるＷＳｉ_２サイドエッチング量のＨＢ
ｒ流量割合依存性を示すグラフである。

【図７】 ＷＳｉ_２／ポリＳｉ積層エッチングにおける
ＷＳｉ_２層のサイドエッチング状況を示す断面図であ
る。

【図８】 この発明の他の実施形態に係る配線形成法に
おけるレジスト層形成工程を示す基板断面図である。

【図９】 図８の工程に続くＷ層のジャストエッチング
工程を示す基板断面図である。

【図１０】 図９の工程に続くオーバーエッチング工程
を示す基板断面図である。

【図１１】 従来の配線形成法の一例におけるレジスト
層形成工程を示す基板断面図である。

【図１２】 図１１の工程に続くＷＳｉ_２／ポリＳｉ積
層のジャストエッチング工程を示す基板断面図である。

【図１３】 図１２の工程に続くオーバーエッチング工
程及びレジスト層除去工程を示す基板断面図である。

【図１４】 従来の配線形成法の他の例におけるレジス
ト層形成工程を示す基板断面図である。

【図１５】 図１４の工程に続くＷ層のジャストエッチ
ング工程を示す基板断面図である。

【図１６】 図１５の工程に続くオーバーエッチング工
程を示す基板断面図である。

【符号の説明】

１０，４０：半導体基板、１２，４２：絶縁膜、１４，
ポリＳｉ層，１６：ＷＳｉ_２層、１８ａ〜１８ｄ，４６
ａ，４６ｂ：レジスト層、４４：Ｗ層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を覆う絶縁膜の上に、ポリシリコン層
   にタングステン系導電材層を重ねた積層を形成する工程
   と、 前記タングステン系導電材層の上に複数のレジスト層を
   互いに接近させて形成する工程と、 塩素含有ガス及び酸素ガスの混合ガスをエッチングガス
   とし且つ前記複数のレジスト層をマスクとするドライエ
   ッチングにより前記タングステン系導電材層をその厚さ
   が前記複数のレジスト層の間の間隔より広いレジスト不
   存在領域にてゼロ又はその近傍の値になるようにエッチ
   ングする工程と、 臭素含有ガスはヨウ素含有ガスと塩素含有ガスと酸素ガ
   スとの混合ガスをエッチングガスとし且つ前記複数のレ
   ジスト層をマスクとするドライエッチングにより反応生
   成物で前記タングステン系導電材層のサイドエッチング
   を抑制しつつ前記複数のレジスト層の間のタングステン
   系導電材を除去することにより前記複数のレジスト層に
   それぞれ対応したパターンを有する複数のタングステン
   系導電材層を形成する工程と、 少なくとも臭素含有ガス又はヨウ素含有ガスと酸素ガス
   とを含む混合ガスをエッチングガスとし且つ前記複数の
   レジスト層及び前記複数のタングステン系導電材層をマ
   スクとするドライエッチングにより前記ポリシリコン層
   を選択的に除去することにより前記複数のレジスト層に
   それぞれ対応したパターンを有する複数のポリシリコン
   層を形成する工程とを含むドライエッチング方法。
2. 【請求項２】基板を覆う絶縁膜の上にタングステン系導
   電材層を形成する工程と、 前記タングステン系導電材層の上に複数のレジスト層を
   互いに接近させて形成する工程と、 塩素含有ガス及び酸素ガスの混合ガスをエッチングガス
   とし且つ前記複数のレジスト層をマスクとするドライエ
   ッチングにより前記タングステン系導電材層をその厚さ
   が前記複数のレジスト層の間の間隔より広いレジスト不
   存在領域にてゼロ又はその近傍の値になるようにエッチ
   ングする工程と、 臭素含有ガス又はヨウ素含有ガスと塩素含有ガスと酸素
   ガスとの混合ガスをエッチングガスとし且つ前記複数の
   レジスト層をマスクとするドライエッチングにより反応
   生成物で前記タングステン系導電材層のサイドエッチン
   グを抑制しつつ前記複数のレジスト層の間のタングステ
   ン系導電材を除去することにより前記複数のレジスト層
   にそれぞれ対応したパターンを有する複数のタングステ
   ン系導電材層を形成する工程とを含むドライエッチング
   方法。