JP3198599B2 - Method of forming aluminum-based pattern - Google Patents

Method of forming aluminum-based pattern

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JP3198599B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造分野等
において適用されるアルミニウム(Al)系パターンの
形成方法に関し、特にAl系材料層のドライエッチング
においてレジスト選択性の向上、パーティクル汚染の低
減、アフターコロージョンの抑制等を図る方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming an aluminum (Al) -based pattern applied in the field of manufacturing semiconductor devices and the like, and more particularly to improvement of resist selectivity and reduction of particle contamination in dry etching of an Al-based material layer. And methods for suppressing after-corrosion.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の電極配線材料としては、A
l、あるいはこれに1〜2%のシリコン(Si)を添加
したAl−Si合金、さらにストレス・マイグレーショ
ン対策として0.5〜1%の銅(Cu)を添加したAl
−Si−Cu合金等のAl系材料が広く使用されてい
る。
2. Description of the Related Art As an electrode wiring material of a semiconductor device, A
or an Al-Si alloy to which 1-2% silicon (Si) is added, and an Al to which 0.5-1% copper (Cu) is added as a measure against stress migration
Al-based materials such as -Si-Cu alloys are widely used.

【0003】Al系材料層のドライエッチングは、一般
に塩素系ガスを使用して行われている。たとえば、特公
昭59−22374号公報に開示されるBCl3 /Cl
2 混合ガスはその代表例である。Al系材料層のエッチ
ングにおいて主エッチング種として寄与する化学種はC
* (塩素ラジカル)であり、自発的で極めて速やかな
エッチング反応を進行させる。しかし、Cl* のみでは
エッチングが等方的に進行するため、通常は入射イオン
・エネルギーをある程度高めた条件下でイオン・アシス
ト反応を進行させ、かつ入射イオンにスパッタされたレ
ジスト・マスクの分解生成物を側壁保護膜として利用す
ることで、高選択性を達成している。BCl3 は、Al
系材料層の表面の自然酸化膜を還元するために添加され
ている化合物であるが、上記入射イオンとしてBClx
+ を供給するという重要な役目も担っている。
[0003] Dry etching of an Al-based material layer is generally performed using a chlorine-based gas. For example, BCl 3 / Cl disclosed in JP-B-59-22374 is disclosed.
Two- mixed gas is a typical example. The chemical species that contributes as the main etching species in the etching of the Al-based material layer is C
l * (chlorine radical), which promotes spontaneous and extremely rapid etching reaction. However, since etching proceeds isotropically with Cl * alone, the ion assist reaction usually proceeds under conditions where the incident ion energy is increased to some extent, and the decomposition and generation of the resist mask sputtered by the incident ions. High selectivity is achieved by using the material as a sidewall protective film. BCl 3 is Al
Is a compound added to reduce the natural oxide film on the surface of the system material layer, BCl x as the incident ions
It also plays an important role in supplying + .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に異方性を確保するためにある程度大きな入射イオン・
エネルギーを用いてレジスト・マスクをスパッタするプ
ロセスでは、必然的にレジスト選択性の低下が問題とな
る。典型的なプロセスにおけるレジスト選択比は、わず
かに2程度である。かかる選択性の低さは、微細な配線
パターンの加工においてレジスト・マスクとの寸法変換
差を発生させたり、異方性形状を劣化させること等の原
因となる。
By the way, as described above, a certain amount of incident ions and
In the process of sputtering a resist mask using energy, there is inevitably a problem of reduced resist selectivity. The resist selectivity in a typical process is only on the order of two. Such low selectivity causes a dimensional conversion difference from a resist mask in processing of a fine wiring pattern, or causes deterioration of an anisotropic shape.

【0005】その一方で、高度に微細化された半導体装
置のデザイン・ルールの下では、フォトリソグラフィに
おける解像度を向上させる観点からレジスト塗膜の膜厚
を薄くすることが要求されている。したがって、薄いレ
ジスト塗膜にもとづく高解像度と、このレジスト塗膜か
ら形成されるレジスト・マスクを介した高精度エッチン
グとを両立させることが困難となりつつある。
On the other hand, under the design rules of highly miniaturized semiconductor devices, it is required to reduce the thickness of a resist coating film from the viewpoint of improving resolution in photolithography. Therefore, it is becoming difficult to achieve both high resolution based on a thin resist coating and high-precision etching through a resist mask formed from the resist coating.

【0006】この問題に対処するため、従来からレジス
ト・マスクの表面に反応生成物を堆積させる方法が提案
されている。たとえば、第33回集積回路シンポジウム
講演予稿集(1987年),p.114にはエッチング
・ガスとしてSiCl4 を用いるプロセスが報告されて
いる。これは、レジスト・マスクの表面をSiで被覆す
ることにより、該レジスト・マスクのエッチング耐性を
高めようとするものである。
To cope with this problem, a method of depositing a reaction product on the surface of a resist mask has been conventionally proposed. For example, see the 33rd Integrated Circuit Symposium Proceedings (1987), p. No. 114 reports a process using SiCl 4 as an etching gas. This is to improve the etching resistance of the resist mask by coating the surface of the resist mask with Si.

【0007】また、Proceedings of t
he 11th Symposium on Dry
Process,p.45,II−2,(1989)に
は、BBr3 を用いるプロセスが報告されている。これ
は、レジスト・マスクの表面をCBrx で被覆すること
により、該レジスト・マスクのエッチング耐性を一層高
めようとするものである。このCBrx によるレジスト
・マスクの保護メカニズム等については、月刊セミコン
ダクターワールド1990年12月号,p103〜10
7(プレスジャーナル社刊)に詳述されており、レジス
ト選択比として約5の値が報告されている。
[0007] Also, Proceedings of
he 11th Symposium on Dry
Process, p. 45, II-2, (1989) has been reported process using BBr 3. This is intended to further enhance the etching resistance of the resist mask by coating the surface of the resist mask with CBr x . Regarding the protection mechanism of the resist mask by CBr x, etc., see the monthly Semiconductor World, December 1990 issue, p.
7 (published by Press Journal), and a value of about 5 is reported as a resist selectivity.

【0008】しかし、上記のレベルでレジスト選択比を
達成するためには、SiやCBrxをかなり多量に堆積
させることが必要となり、実際の製造ラインではパーテ
ィクル・レベルを悪化させる虞れが大きい。そこで本発
明は、上述の諸問題を解決し、パーティクル汚染を抑制
しながら高いレジスト選択性が達成可能なAl系パター
ンの形成方法を提供することを目的とする。
However, in order to achieve the resist selectivity at the above-described level, it is necessary to deposit Si and CBr x in a considerably large amount, and there is a great possibility that the particle level will be deteriorated in an actual production line. Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an Al-based pattern forming method capable of achieving high resist selectivity while suppressing particle contamination.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のAl系パターン
の形成方法は、基板上のアルミニウム系材料層を、塩素
ガス、塩化イオウガスから選ばれるハロゲン系化合物を
エッチング・ガスとして用いるとともに、硫化カルボニ
ルを添加することで炭素系ポリマーの膜質を強化しなが
らエッチングすることを特徴とする。
According to the method of forming an Al-based pattern of the present invention, an aluminum-based material layer on a substrate is formed by using a halogen-based compound selected from chlorine gas and sulfur chloride gas as an etching gas, Is characterized in that etching is performed while the film quality of the carbon-based polymer is enhanced by the addition of.

【0010】本発明はまた、基板上のアルミニウム系材
料層を、ハロゲン系化合物をエッチング・ガスとして用
いるとともに、放電解離条件下でプラズマ中にイオウを
放出し得るイオウ系化合物及び硫化カルボニルを添加す
ることでSの堆積を増強し且つ炭素系ポリマーの膜質を
強化しながらエッチングすることを特徴とする。
According to the present invention, a halogen-based compound is used as an etching gas in an aluminum-based material layer on a substrate, and a sulfur-based compound capable of releasing sulfur into plasma under discharge dissociation conditions and carbonyl sulfide are added. Thus, the etching is performed while enhancing the deposition of S and enhancing the film quality of the carbon-based polymer.

【0011】本発明はさらに、前記Al系材料層のエッ
チングを終了した後、前記基板を加熱しながらフッ素系
化合物を含む処理ガスを用いてプラズマ処理を行うこと
を特徴とする。
The present invention is further characterized in that after the etching of the Al-based material layer is completed, a plasma process is performed using a processing gas containing a fluorine-based compound while heating the substrate.

【0012】[0012]

【作用】本発明では、Al系材料層のエッチング・ガス
として、少なくとも硫化カルボニル(COS)とハロゲ
ン系化合物とを含む混合系を使用する。ここで、ハロゲ
ン系化合物は、言うまでもなくAl系材料層の主エッチ
ング種であるハロゲン系化学種を提供するために添加さ
れている。
In the present invention, a mixed system containing at least carbonyl sulfide (COS) and a halogen-based compound is used as an etching gas for the Al-based material layer. Here, the halogen-based compound is added to provide a halogen-based chemical species which is a main etching species of the Al-based material layer.

【0013】一方のCOSは、炭素系ポリマーの膜質を
強化するために添加されている。炭素系ポリマーの強化
により、その堆積量を減少させても十分に高いレジスト
選択性を達成する点は、本発明の最大のポイントであ
る。COSは、O=C=Sなる直線状の分子構造を有
し、この分子内のカルボニル基が高い重合促進活性を有
することにより、炭素系ポリマーの重合度を上昇させ、
イオン入射やラジカルの攻撃に対する耐性を高める。ま
た、炭素系ポリマーにカルボニル基が導入されると、単
に−CX2 −(Xはハロゲン原子を表す。)の繰り返し
構造からなる従来の炭素系ポリマーよりも化学的,物理
的安定性が増すことも、近年の研究により明らかとなっ
ている。これは、2原子間の結合エネルギーを比較する
と、C−O結合(1077kJ/mol)がC−C結合
(607kJ/mol)より遙かに大きいことからも直
観的に理解される。さらに、カルボニル基の導入により
炭素系ポリマーの極性が増大し、エッチング中は負に帯
電しているウェハに対してその静電吸着力が高まること
によっても、炭素系ポリマーの表面保護効果は向上す
る。
On the other hand, COS is added to enhance the film quality of the carbon-based polymer. The greatest point of the present invention is that a sufficiently high resist selectivity is achieved by reducing the deposition amount by strengthening the carbon-based polymer. COS has a linear molecular structure of O = C = S, and the carbonyl group in the molecule has a high polymerization promoting activity, thereby increasing the degree of polymerization of the carbon-based polymer.
Increases resistance to ion incidence and radical attack. Further, when a carbonyl group is introduced into a carbon-based polymer, chemical and physical stability is increased as compared with a conventional carbon-based polymer having a repeating structure of -CX 2- (X represents a halogen atom). Has also been clarified by recent studies. This is intuitively understood from the comparison of the bond energy between two atoms that the C—O bond (1077 kJ / mol) is much larger than the C—C bond (607 kJ / mol). Furthermore, the introduction of the carbonyl group increases the polarity of the carbon-based polymer, and increases the electrostatic attraction force of the negatively charged wafer during etching, thereby improving the surface protection effect of the carbon-based polymer. .

【0014】さらに、硫化カルボニルは放電解離条件下
でS(イオウ)を放出することができる。このSは、条
件にもよるが、ウェハがおおよそ室温以下に温度制御さ
れていればその表面へ堆積し、側壁保護もしくは下地表
面保護に寄与する。しかも、ウェハをおおよそ90℃以
上に加熱すれば容易に昇華するので、S自身は何らパー
ティクル汚染源となるものではない。
Further, carbonyl sulfide can release S (sulfur) under discharge dissociation conditions. This S is deposited on the surface of the wafer if the temperature is controlled to be approximately equal to or lower than room temperature, depending on conditions, and contributes to the protection of the side wall or the surface of the base. In addition, if the wafer is heated to about 90 ° C. or higher, it easily sublimates, and S itself does not become a source of particle contamination.

【0015】このように、炭素系ポリマー自身の膜質が
強化されること、およびSの堆積が期待できること等の
理由から、本発明では異方性加工に必要な入射イオン・
エネルギーを低減させることができ、レジスト選択性を
向上させることができる。これにより、比較的薄いフォ
トレジスト塗膜からも十分に実用に耐えるエッチング・
マスクが形成できるようになり、加工寸法変換差の発生
を防止できる一方で、フォトリソグラフィにおける高解
像度を犠牲にせずに済む。また、高異方性、高選択性を
達成するために必要な炭素系ポリマーの堆積量を低減で
きるので、従来技術に比べてパーティクル汚染を減少さ
せることができる。また、炭素系ポリマーに取り込まれ
る形で存在する残留塩素も減少するので、アフターコロ
ージョン耐性も向上する。
[0015] As described above, the film quality of the carbon-based polymer itself is enhanced, and the deposition of S can be expected.
Energy can be reduced and resist selectivity can be improved. This makes it possible to etch practically even from relatively thin photoresist coatings.
A mask can be formed, and a difference in processing size conversion can be prevented, but high resolution in photolithography is not sacrificed. In addition, the amount of carbon-based polymer deposited for achieving high anisotropy and high selectivity can be reduced, so that particle contamination can be reduced as compared with the prior art. In addition, the residual chlorine existing in the form of being incorporated into the carbon-based polymer is also reduced, so that the after-corrosion resistance is also improved.

【0016】さらに、入射イオン・エネルギーの低減は
当然、下地選択性の向上にもつながるので、たとえばA
l系材料層の下地の層間絶縁膜のスパッタを減少させ、
そのパターン側壁部への再付着等を抑制することができ
る。したがって、再付着物に取り込まれる形で存在する
残留塩素も減少し、このことによってもアフターコロー
ジョンを効果的に抑制することが可能となる。
Further, the reduction of the incident ion energy naturally leads to an improvement in the underlayer selectivity.
reduce the sputter of the interlayer insulating film underlying the l-type material layer,
The re-adhesion to the pattern side wall and the like can be suppressed. Therefore, the residual chlorine present in the form of being incorporated into the reattachment is also reduced, and this also makes it possible to effectively suppress after-corrosion.

【0017】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の低汚染化と低ダメージ化を目指
す方法も提案する。その方法とは、上記のエッチング・
ガスに、さらに放電解離条件下でプラズマ中にイオウ
(S)を放出できるイオウ系化合物を添加することであ
る。この場合、Sの堆積が増強されるので入射イオン・
エネルギーを一層低減でき、高選択化、低汚染化、低ダ
メージ化を徹底することができる。また、炭素系ポリマ
ーの堆積量を相対的に減少させることができ、パーティ
クル汚染やアフターコロージョンをより効果的に低減す
ることができる。
The present invention is based on the above concept, but also proposes a method for further reducing pollution and damage. The method is the above-mentioned etching and
This is to add a sulfur-based compound capable of releasing sulfur (S) into plasma under discharge dissociation conditions to the gas. In this case, since the deposition of S is enhanced, the incident ions
Energy can be further reduced, and high selection, low pollution, and low damage can be thoroughly achieved. Further, the amount of carbon-based polymer deposited can be relatively reduced, and particle contamination and after-corrosion can be more effectively reduced.

【0018】本発明ではさらにアフターコロージョン対
策を徹底させる方法も提案する。すなわち、Al系材料
層のエッチングが終了した後、基板(ウェハ)を加熱し
ながらフッ素系化合物を含む処理ガスを用いてプラズマ
処理を行う。これにより、パターン近傍に残留する残留
塩素がフッ素に置換されると共に、残留塩素を結合もし
くは吸蔵している側壁保護物質の蒸気圧がプラズマ輻射
熱やウェハの直接加熱等により高められ、脱離し易くな
る。したがって、エッチング後のウェハに水分が吸着し
ても、残留塩素を電解質とする局部電池が形成されにく
くなり、Al系パターンの腐食を抑制することができ
る。
The present invention further proposes a method for thoroughly taking measures against after-corrosion. That is, after the etching of the Al-based material layer is completed, plasma processing is performed using a processing gas containing a fluorine-based compound while heating the substrate (wafer). As a result, the residual chlorine remaining in the vicinity of the pattern is replaced with fluorine, and the vapor pressure of the side wall protective material that binds or occludes the residual chlorine is increased by plasma radiant heat or direct heating of the wafer, etc., thereby facilitating desorption. . Therefore, even if moisture is adsorbed on the etched wafer, a local battery using residual chlorine as an electrolyte is less likely to be formed, and corrosion of the Al-based pattern can be suppressed.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【0020】実施例1 本実施例は、バリヤメタル,Al−1%Si層,反射防
止膜が順次積層されてなるAl系多層膜を、COS/C
2 混合ガスを用いてエッチングした例である。このプ
ロセスを、図1(a),(b),(d)を参照しながら
説明する。まず、一例として図1(a)に示されるよう
に、SiO2 層間絶縁膜1上に厚さ約0.13μmのバ
リヤメタル4、厚さ約0.3μmのAl−1%Si層
5、厚さ約0.1μmのTiON反射防止膜6が順次積
層されてなるAl系多層膜7が形成され、さらにこの上
にレジスト・マスク8が形成されたウェハを準備した。
ここで、上記バリヤメタル4は、下層側から順に、厚さ
約0.03μmのTi層2と厚さ約0.1μmのTiO
N層3が順次積層されたものである。
Embodiment 1 In this embodiment, an Al-based multilayer film in which a barrier metal, an Al-1% Si layer, and an antireflection film are sequentially laminated is formed by using a COS / C
This is an example in which etching is performed using a l 2 mixed gas. This process will be described with reference to FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (d). First, as an example, as shown in FIG. 1A, a barrier metal 4 having a thickness of about 0.13 μm, an Al-1% Si layer 5 having a thickness of about 0.3 μm, and a thickness 5 are formed on the SiO 2 interlayer insulating film 1. A wafer having an Al-based multilayer film 7 formed by sequentially laminating a TiON anti-reflection film 6 of about 0.1 μm and a resist mask 8 formed thereon was prepared.
Here, the barrier metal 4 includes a Ti layer 2 having a thickness of about 0.03 μm and a TiO layer having a thickness of about 0.1 μm in this order from the lower layer side.
The N layers 3 are sequentially laminated.

【0021】このウェハを、RFバイアス印加型の有磁
場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一
例として下記の条件で上記Al系多層膜7をエッチング
した。 COS流量 30SCCM Cl2 流量 90SCCM ガス圧 2Pa(=15mTor
r) マイクロ波パワー 900W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 30W(13.56MHz) ウェハ温度 常温 この過程では、ECR放電によりCl2 から解離生成す
るCl* を主エッチング種とするラジカル反応が、Cl
x + ,S+ ,CO+ ,COS+ 等のイオンにアシストさ
れる機構でエッチングが進行し、Al系多層膜7はAl
Clx ,TiClx 等の形で除去された。またこれと同
時に、レジスト・マスク8の分解生成物に由来してCC
x が生成し、さらにカルボニル基がその構造中に取り
込まれて強固な炭素系ポリマーが生成した。この炭素系
ポリマーは、RFバイアス・パワーが低いために生成量
こそ従来プロセス程多くはないが、パターン側壁部に堆
積して図1(b)に示されるような側壁保護膜9を形成
し、少量でも高いエッチング耐性を発揮し、異方性加工
に寄与した。さらに、COSからはSが放出され、この
Sも上記炭素系ポリマーと共に側壁保護膜9を構成し
た。
This wafer was set in an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the Al-based multilayer film 7 was etched under the following conditions. COS flow rate 30 SCCM Cl 2 flow rate 90 SCCM Gas pressure 2 Pa (= 15 mTorr)
r) Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 30 W (13.56 MHz) Wafer temperature Room temperature In this process, the radical reaction using Cl *, which is dissociated and generated from Cl 2 by ECR discharge, as a main etching species is Cl
Etching proceeds by a mechanism assisted by ions such as x + , S + , CO + , COS + , and the Al-based multilayer film 7
It was removed in the form of Cl x , TiCl x, etc. At the same time, CC derived from the decomposition product of the resist mask 8
l x is generated, strong carbonaceous polymer was formed additionally carbonyl group is incorporated into its structure. The amount of this carbon-based polymer is not as large as that of the conventional process due to low RF bias power. However, the carbon-based polymer is deposited on the pattern side wall to form a side wall protective film 9 as shown in FIG. Even a small amount exhibited high etching resistance and contributed to anisotropic processing. Further, S was released from COS, and this S also constituted the side wall protective film 9 together with the carbon-based polymer.

【0022】この結果、図1(b)に示されるように、
良好な異方性形状を有するAl系配線パターン7aが形
成された。ただし、図中、パターニング後の各材料層
は、対応する元の材料層の符号に添字aを付して表して
ある。さらに、上記の程度のRFバイアス・パワーでは
下地のSiO2 層間絶縁膜1がスパッタされてパターン
側壁部に再付着することもなく、アフターコロージョン
の早期発生が抑制された。なお、本実施例におけるAl
系多層膜7のエッチング速度は約950nm/分、対レ
ジスト選択比は約5であった。
As a result, as shown in FIG.
An Al-based wiring pattern 7a having a good anisotropic shape was formed. However, in the drawing, each material layer after patterning is represented by adding a suffix a to the code of the corresponding original material layer. Furthermore, with the RF bias power of the above-described level, the underlying SiO 2 interlayer insulating film 1 was not sputtered and re-adhered to the pattern side wall portion, and early generation of after-corrosion was suppressed. Note that, in the present embodiment, Al
The etching rate of the system multilayer film 7 was about 950 nm / min, and the resist selectivity was about 5.

【0023】エッチング終了後、このウェハを上記エッ
チング装置に付属のプラズマ・アッシング装置に搬送
し、通常の条件でO2 プラズマ・アッシングを行った。
この結果、図1(d)に示されるように、レジスト・マ
スク8と側壁保護膜9が燃焼除去された。本実施例のプ
ロセスでは炭素系ポリマーの生成量が少ないため、ウェ
ハ処理数を重ねてもパーティクル・レベルが悪化するこ
とはなかった。
After completion of the etching, the wafer was transferred to a plasma ashing device attached to the above etching device, and subjected to O 2 plasma ashing under normal conditions.
As a result, as shown in FIG. 1D, the resist mask 8 and the sidewall protective film 9 were removed by burning. In the process of this example, the amount of carbon-based polymer produced was small, so that even if the number of wafer treatments was increased, the particle level did not deteriorate.

【0024】実施例2 本実施例は、同じAl系多層膜をCOS/S2 Cl2
合ガスを用いてエッチングした例である。まず、前出の
図1(a)に示したウェハを有磁場マイクロ波プラズマ
・エッチング装置にセットし、一例として下記の条件で
Al系多層膜7をエッチングした。
Embodiment 2 This embodiment is an example in which the same Al-based multilayer film is etched using a COS / S 2 Cl 2 mixed gas. First, the wafer shown in FIG. 1A was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the Al-based multilayer film 7 was etched under the following conditions.

【0025】 COS流量 25SCCM S2 Cl2 流量 95SCCM ガス圧 2Pa(=15mTor
r) マイクロ波パワー 900W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 15W(13.56MHz) ウェハ温度 0℃(エタノール系冷媒使
用) ここで、上記のウェハ冷却は、ウェハ載置電極に埋設さ
れた冷却配管に、装置外部に設置されるチラーからエタ
ノール系冷媒を供給し循環させることにより行った。
COS flow rate 25 SCCM S 2 Cl 2 flow rate 95 SCCM Gas pressure 2 Pa (= 15 mTorr)
r) Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 15 W (13.56 MHz) Wafer temperature 0 ° C. (using ethanol-based refrigerant) Here, the above-mentioned wafer cooling is performed by a cooling pipe buried in a wafer mounting electrode. Then, an ethanol-based refrigerant was supplied from a chiller installed outside the apparatus and circulated.

【0026】このエッチング過程では、CClx 、カル
ボニル基を含むCClx 、COSから解離生成するSの
他、S2 Cl2 から解離生成するSも側壁保護膜9の構
成に加わった。つまり、実施例1よりもさらにSの堆積
量が増加している。したがって、実施例1よりもRFバ
イアス・パワーを若干低減させているにもかかわらず、
図1(b)に示されるように、良好な異方性形状を有す
るAl系配線パターン7aを形成することができた。本
実施例におけるAl系多層膜7のエッチング速度は、ウ
ェハ冷却および堆積物の増加により実施例1よりも僅か
に低下して約900nm/分となったが、対レジスト選
択比は約10に向上した。これにより、レジスト・マス
ク8の膜厚の減少やエッジの後退は、ほとんど認められ
なくなった。また、Sの堆積が期待できる分だけ炭素系
ポリマーの生成量を低減できたこと、および低バイアス
化により下地選択性が向上し、SiO2 層間絶縁膜1の
スパッタ再付着が抑制されたこと等の理由により、アフ
ターコロージョン耐性も大幅に向上した。
[0026] In this etching process, CCl x, CCl x containing a carbonyl group, other S generating dissociated from COS, S to produce dissociated from S 2 Cl 2 was also added to the configuration of the sidewall protection film 9. That is, the deposition amount of S is further increased as compared with the first embodiment. Therefore, although the RF bias power is slightly reduced compared to the first embodiment,
As shown in FIG. 1B, an Al-based wiring pattern 7a having a favorable anisotropic shape could be formed. Although the etching rate of the Al-based multilayer film 7 in this embodiment is slightly lower than that in Embodiment 1 to about 900 nm / min due to the cooling of the wafer and the increase of the deposits, the selectivity to resist is improved to about 10. did. As a result, almost no decrease in the thickness of the resist mask 8 or retreat of the edge was recognized. In addition, the amount of carbon-based polymer produced could be reduced by an amount that could be expected to deposit S, and the under bias was improved to improve the underlayer selectivity, and the sputter re-deposition of the SiO 2 interlayer insulating film 1 was suppressed. For this reason, after-corrosion resistance has also been greatly improved.

【0027】エッチング終了後にO2 プラズマ・アッシ
ングを行ったところ、図1(d)に示されるように、レ
ジスト・マスク8と側壁保護膜9は速やかに除去され
た。ここで、側壁保護膜9には炭素系ポリマーとSとが
含まれているが、Sはプラズマ輻射熱や反応熱により昇
華除去される他、O* による燃焼反応によっても除去さ
れ、何らウェハ上にパーティクル汚染を残すことはなか
った。
When O 2 plasma ashing was performed after the etching was completed, the resist mask 8 and the side wall protective film 9 were promptly removed as shown in FIG. Here, although the carbon-based polymer and S are contained in the side wall protective film 9, S is removed by sublimation by plasma radiant heat or reaction heat, and also removed by a combustion reaction by O *. There was no particle contamination left.

【0028】実施例3 本実施例は、同じAl系多層膜をCOS/S2 Cl2
合ガスを用いてエッチングした後、CF4 /O2 混合ガ
スを用いてプラズマ処理を行った例である。このプロセ
スを、図1(a),(b),(c),(d)を参照しな
がら説明する。まず、図1(a)に示されるウェハを有
磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、
実施例2と同じ条件でAl系多層膜7をエッチングし
た。
Embodiment 3 This embodiment is an example in which the same Al-based multilayer film is etched using a COS / S 2 Cl 2 mixed gas and then subjected to a plasma treatment using a CF 4 / O 2 mixed gas. . This process will be described with reference to FIGS. 1 (a), 1 (b), 1 (c) and 1 (d). First, the wafer shown in FIG. 1A is set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus,
The Al-based multilayer film 7 was etched under the same conditions as in Example 2.

【0029】次に、ウェハを上記エッチング装置に付属
の後処理チャンバへ搬送し、一例として下記の条件でプ
ラズマ処理を行った。 CF4 流量 100SCCM O2 流量 50SCCM ガス圧 10Pa(=75mTor
r) マイクロ波パワー 900W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 0W(13.56MHz) ウェハ温度 100℃ このプラズマ処理により、図1(c)に示されるよう
に、側壁保護膜9が速やかに除去された。この除去の機
構は、炭素系ポリマーに関してはO* による燃焼、フッ
素置換による蒸気圧の上昇等であり、Sに関してはウェ
ハ加熱による昇華、O* による燃焼、F* によるSFx
の形成等である。
Next, the wafer was transferred to a post-processing chamber attached to the etching apparatus, and subjected to a plasma process under the following conditions as an example. CF 4 flow rate 100 SCCM O 2 flow rate 50 SCCM Gas pressure 10 Pa (= 75 mTorr)
r) Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 0 W (13.56 MHz) Wafer temperature 100 ° C. By this plasma treatment, as shown in FIG. 1C, the sidewall protective film 9 is quickly removed. Was. The mechanism of this removal is, for carbon-based polymers, combustion by O * , increase in vapor pressure by fluorine substitution, etc., and for S, sublimation by wafer heating, combustion by O * , and SF x by F *.
And the like.

【0030】なお、このプラズマ処理により、レジスト
・マスク8に吸蔵もしくは結合されているClもFに置
換された。
By this plasma treatment, Cl absorbed or bonded to the resist mask 8 was also replaced by F.

【0031】続いて、通常のO2 プラズマ・アッシング
を行い、図1(d)に示されるようにレジスト・マスク
8を除去した。レジスト・アッシング後のウェハを試験
的に大気開放したが、96時間後でもアフターコロージ
ョンの発生は認められなかった。
Subsequently, ordinary O 2 plasma ashing was performed to remove the resist mask 8 as shown in FIG. The wafer after the resist ashing was experimentally opened to the atmosphere, but no after-corrosion was observed even after 96 hours.

【0032】以上、本発明を3例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、放電解離条件下でプラズマ中
にイオウを放出し得るイオウ系化合物としては、上記の
2 Cl2 の他、S3 Cl2 ,SCl2 等の塩化イオ
ウ、S3Br2 ,S2 Br2 ,SBr2 等の臭化イオ
ウ、H2 S等を使用することができる。S2 2 ,SF
2 ,SF4 ,S2 10等のフッ化イオウもSを放出する
ことができるが、これらの化合物から生成するF* はA
lやTiと結合して蒸気圧の低いAlFx ,TiFx
を生成させ、エッチング速度を低下させたりパーティク
ル・レベルを悪化させたりする可能性が高いので、レジ
スト・マスクの耐熱性を劣化させない範囲でウェハを加
熱する等の考慮が必要である。
Although the present invention has been described based on the three embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, as the sulfur-based compound capable of releasing sulfur into plasma under discharge dissociation conditions, in addition to the above-mentioned S 2 Cl 2 , sulfur chloride such as S 3 Cl 2 and SCl 2 , S 3 Br 2 , S 2 Br 2 , sulfur bromide such as SBr 2 , H 2 S or the like can be used. S 2 F 2 , SF
Sulfur fluorides such as 2 , SF 4 and S 2 F 10 can also release S, but the F * generated from these compounds is A
Since it combines with 1 and Ti to generate AlF x , TiF x, etc. having a low vapor pressure, it is highly possible to lower the etching rate or deteriorate the particle level, so that the heat resistance of the resist mask is not deteriorated. It is necessary to consider, for example, heating the wafer in the range.

【0033】本発明で使用するエッチング・ガスには、
スパッタリング効果,希釈効果,冷却効果等を期待する
意味で、Ar,He等の希ガスが適宜添加されていても
良い。プラズマ処理に用いるガスとしては、上述のCF
4 /O2 混合ガス以外にも、NF3 /O2 混合ガス等を
用いることができる。
The etching gas used in the present invention includes:
A rare gas such as Ar or He may be appropriately added in the sense of expecting a sputtering effect, a dilution effect, a cooling effect, and the like. As the gas used for the plasma processing, the above-mentioned CF
In addition to the 4 / O 2 mixed gas, an NF 3 / O 2 mixed gas or the like can be used.

【0034】さらに、サンプル・ウェハの構成、使用す
るエッチング装置、エッチング条件等は、適宜変更可能
であることは言うまでもない。
Further, it goes without saying that the configuration of the sample wafer, the etching apparatus to be used, the etching conditions, and the like can be appropriately changed.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではAl系材料層のエッチングにおいて、主エッチン
グ種を供給するハロゲン化合物にCOSを添加したエッ
チング・ガスを使用することにより、炭素系ポリマーの
膜質を強化し、その堆積量を減少させても高異方性、高
選択性を達成することが可能となる。したがって、加工
寸法変換差の発生を防止し、アフターコロージョン耐性
を大幅に向上させることができる。また、上記エッチン
グ・ガスに放電解離条件下でSを放出し得るイオウ系化
合物を添加すれば、更なる高選択化、低汚染化、低ダメ
ージ化等を図ることができる。しかも、側壁保護に寄与
したSは容易に昇華除去できるため、パーティクル汚染
の原因とはならない。
As is apparent from the above description, in the present invention, in etching an Al-based material layer, a carbon-based etching gas in which COS is added to a halogen compound that supplies a main etching species is used. High anisotropy and high selectivity can be achieved even when the film quality of the polymer is enhanced and the amount of the polymer deposited is reduced. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of the processing size conversion difference, and to greatly improve the after-corrosion resistance. Further, if a sulfur-based compound capable of releasing S under discharge dissociation conditions is added to the etching gas, higher selection, lower contamination, lower damage, and the like can be achieved. In addition, S that has contributed to side wall protection can be easily removed by sublimation and does not cause particle contamination.

【0036】したがって、本発明は微細なデザイン・ル
ールにもとづいて設計され、高集積度、高性能、高信頼
性を要求される半導体装置の製造に極めて有効である。
Therefore, the present invention is designed based on a fine design rule, and is extremely effective for manufacturing a semiconductor device which requires high integration, high performance and high reliability.

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

【図1】本発明を適用したプロセス例をその工程順にし
たがって示す概略断面図であり、(a)はAl系多層膜
上にレジスト・マスクが形成された状態、(b)は側壁
保護膜が形成されながら異方性形状を有するAl系配線
パターンが形成された状態、(c)は側壁保護膜が除去
された状態、(d)はレジスト・マスクがアッシング除
去された状態をそれぞれ表す。
FIGS. 1A and 1B are schematic cross-sectional views showing a process example to which the present invention is applied in the order of steps, wherein FIG. 1A shows a state in which a resist mask is formed on an Al-based multilayer film, and FIG. A state in which an Al-based wiring pattern having an anisotropic shape is formed while being formed, (c) shows a state in which a sidewall protective film is removed, and (d) shows a state in which a resist mask is removed by ashing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・SiO2 層間絶縁膜 2 ・・・Ti層 3 ・・・TiON層 4 ・・・バリヤメタル 5 ・・・Al−1%Si層 6 ・・・TiON反射防止膜 7 ・・・Al系多層膜 7a・・・Al系配線パターン 8 ・・・レジスト・マスク 9 ・・・側壁保護膜1 ... SiO 2 interlayer insulating film 2 ... Ti layer 3 ... TiON layer 4 ... barrier metal 5 ··· Al-1% Si layer 6 ... TiON antireflection film 7 ... Al system Multilayer film 7a: Al-based wiring pattern 8: Resist mask 9: Side wall protective film

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上のアルミニウム系材料層を、塩素
ガス、塩化イオウガスから選ばれるハロゲン系化合物
エッチング・ガスとして用いるとともに、硫化カルボニ
ルを添加することで炭素系ポリマーの膜質を強化しなが
らエッチングすることを特徴とするアルミニウム系パタ
ーンの形成方法。
An aluminum-based material layer on a substrate is made of chlorine.
A method for forming an aluminum-based pattern, characterized in that a halogen-based compound selected from a gas and a sulfur chloride gas is used as an etching gas , and etching is performed by adding carbonyl sulfide while enhancing the film quality of a carbon-based polymer.
【請求項2】 基板上のアルミニウム系材料層を、ハロ
ゲン系化合物をエッチング・ガスとして用いるととも
に、放電解離条件下でプラズマ中にイオウを放出し得る
イオウ系化合物及び硫化カルボニルを添加することでS
の堆積を増強し且つ炭素系ポリマーの膜質を強化しなが
らエッチングすることを特徴とするアルミニウム系パタ
ーンの形成方法。
2. An aluminum-based material layer on a substrate is formed by adding a sulfur-based compound capable of releasing sulfur into plasma under discharge dissociation conditions and carbonyl sulfide while using a halogen-based compound as an etching gas.
A method of forming an aluminum-based pattern, characterized in that etching is performed while enhancing deposition of carbon and enhancing the film quality of a carbon-based polymer.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の前記ア
ルミニウム系材料層のエッチングを終了した後、前記基
板を加熱しながらフッ素系化合物を含む処理ガスを用い
てプラズマ処理を行うことを特徴とするアルミニウム系
パターンの形成方法。
3. After the etching of the aluminum-based material layer according to claim 1 or 2, plasma processing is performed using a processing gas containing a fluorine-based compound while heating the substrate. Method for forming an aluminum-based pattern.
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