JP3336769B2 - Ａｌ系金属配線のパターニング方法 - Google Patents
Ａｌ系金属配線のパターニング方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の電極・配線
等に用いるＡｌ系金属配線のパターニング方法に関し、
さらに詳しくは、レジストマスクとの選択比を高めたＡ
ｌ系金属配線のパターニング方法に関する。
等に用いるＡｌ系金属配線のパターニング方法に関し、
さらに詳しくは、レジストマスクとの選択比を高めたＡ
ｌ系金属配線のパターニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の内部配線や電極
材料として、純Ａｌやこれに１〜２％のＳｉを添加した
Ａｌ−Ｓｉ合金、あるいはエレクトロマイグレーション
耐性を高めるため、さらに０．５〜１％のＣｕを加えた
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金等のＡｌ系金属が広く使用されて
いる。
材料として、純Ａｌやこれに１〜２％のＳｉを添加した
Ａｌ−Ｓｉ合金、あるいはエレクトロマイグレーション
耐性を高めるため、さらに０．５〜１％のＣｕを加えた
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金等のＡｌ系金属が広く使用されて
いる。
【０００３】Ａｌ系金属層のパターニングは、蒸気圧の
高いＡｌＣｌx 系の反応生成物を形成するために、一般
にＣｌ系ガスによるプラズマエッチングがおこなわれ
る。例えば米国特許第４，２５６，５３４号明細書に
は、ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 混合ガスによるパターニング方法
が開示されている。
高いＡｌＣｌx 系の反応生成物を形成するために、一般
にＣｌ系ガスによるプラズマエッチングがおこなわれ
る。例えば米国特許第４，２５６，５３４号明細書に
は、ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 混合ガスによるパターニング方法
が開示されている。
【０００４】Ａｌ系金属層のプラズマエッチングにおい
ては、メインエッチャントはＣｌ*（Ｃｌラジカル）で
あり、自発的かつ速やかなエッチング反応が進行する。
このため、Ｃｌ* のみでは等方性の強いエッチングとな
りサイドエッチングが発生する。そこで通常は、ある程
度被処理基板への垂直入射イオンエネルギを高めたプラ
ズマエッチング条件の採用により、イオンアシスト反応
を併用するとともに、入射イオンによりスパッタされた
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、異方性エッチングを達成している。混合ガス
中のＢＣｌ3 は、Ａｌ系金属層の表面に存在する自然酸
化膜のブレークスルーに用いる還元剤であるとともに、
入射イオンとしてのＢＣｌx + を供給するという重要な
役割を持っている。
ては、メインエッチャントはＣｌ*（Ｃｌラジカル）で
あり、自発的かつ速やかなエッチング反応が進行する。
このため、Ｃｌ* のみでは等方性の強いエッチングとな
りサイドエッチングが発生する。そこで通常は、ある程
度被処理基板への垂直入射イオンエネルギを高めたプラ
ズマエッチング条件の採用により、イオンアシスト反応
を併用するとともに、入射イオンによりスパッタされた
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、異方性エッチングを達成している。混合ガス
中のＢＣｌ3 は、Ａｌ系金属層の表面に存在する自然酸
化膜のブレークスルーに用いる還元剤であるとともに、
入射イオンとしてのＢＣｌx + を供給するという重要な
役割を持っている。
【０００５】ところで、上述のようにレジストマスクの
スパッタによる分解生成物を側壁保護膜として積極的に
用いる異方性エッチングにおいては、必然的にレジスト
マスクとの選択比が低下する。ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 混合ガ
スによる典型的なＡｌ系金属層のパターニングにおいて
は、対レジストマスク選択比はわずかに２程度である。
サブハーフミクロンクラスの高集積化した微細なデザイ
ンルールのもとでは、露光波長の単波長化にともない、
ＫｒＦ等のエキシマレーザリソグラフィが採用されつつ
あるが、これらキシマレーザリソグラフィ対応の化学増
幅型レジストはイオン入射耐性が必ずしも充分でなく、
レジストマスク選択比の問題は重要である。
スパッタによる分解生成物を側壁保護膜として積極的に
用いる異方性エッチングにおいては、必然的にレジスト
マスクとの選択比が低下する。ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 混合ガ
スによる典型的なＡｌ系金属層のパターニングにおいて
は、対レジストマスク選択比はわずかに２程度である。
サブハーフミクロンクラスの高集積化した微細なデザイ
ンルールのもとでは、露光波長の単波長化にともない、
ＫｒＦ等のエキシマレーザリソグラフィが採用されつつ
あるが、これらキシマレーザリソグラフィ対応の化学増
幅型レジストはイオン入射耐性が必ずしも充分でなく、
レジストマスク選択比の問題は重要である。
【０００６】一方、サブハーフミクロンクラスの高集積
化した微細なデザインルールのもとでは、フォトリソグ
ラフィにおける露光時の解像度を向上するためにも、レ
ジストの塗布厚を低減することが要求される。したがっ
て、レジスト塗布厚低減による微細加工性の確保と、レ
ジストマスクとの選択比確保とはトレードオフの関係に
あり、特に段差下地上のＡｌ系金属層のパターニングに
おいて段差部の残渣を除去するオーバーエッチングで
は、レジストマスクの膜減りによるパターン変換差の問
題は無視できないレベルとなっている。
化した微細なデザインルールのもとでは、フォトリソグ
ラフィにおける露光時の解像度を向上するためにも、レ
ジストの塗布厚を低減することが要求される。したがっ
て、レジスト塗布厚低減による微細加工性の確保と、レ
ジストマスクとの選択比確保とはトレードオフの関係に
あり、特に段差下地上のＡｌ系金属層のパターニングに
おいて段差部の残渣を除去するオーバーエッチングで
は、レジストマスクの膜減りによるパターン変換差の問
題は無視できないレベルとなっている。
【０００７】かかる問題に対処するために、従来よりレ
ジストマスクの補強策として、レジストマスクの表面に
イオン衝撃耐性の高い材料を形成する試みがなされてい
る。例えば、エッチングガスとしてＳｉＣｌ4 を用い
て、レジストマスクの表面をＳｉで被覆する方法が第３
３回集積回路シンポジウム講演予稿集（１９８７年）、
ｐ．１１４に報告されている。
ジストマスクの補強策として、レジストマスクの表面に
イオン衝撃耐性の高い材料を形成する試みがなされてい
る。例えば、エッチングガスとしてＳｉＣｌ4 を用い
て、レジストマスクの表面をＳｉで被覆する方法が第３
３回集積回路シンポジウム講演予稿集（１９８７年）、
ｐ．１１４に報告されている。
【０００８】またＢＢｒ3 等のＢｒ系ガスを用いるプロ
セスがＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １１ｔ
ｈ． Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｄｒｙ Ｐｒｏｃｅ
ｓｓ、ＩＩ−２、ｐ．４５、あるいは特開平１−３０２
２７号公報に報告ないしは開示されている。このプロセ
スは、レジストマスク表面を蒸気圧の小さい反応生成物
ＣＢｒx で被覆してエッチング耐性を高めるものであ
る。ＣＢｒx によるレジストマスク保護のメカニズムに
ついては、月刊セミコンダクター・ワールド誌（プレス
ジャーナル社刊）１９９０年１２月号、ｐ．１０３〜１
０７に詳述されており、対レジストマスク選択比として
５の値が報告されている。しかしながら、かかるレベル
の選択比を達成するにはＳｉあるいはＣＢｒx を多量に
堆積する必要があり、被処理基板やプラズマエッチング
装置内部のパーティクルレベルを悪化させる虞れが大き
い。
セスがＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １１ｔ
ｈ． Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｄｒｙ Ｐｒｏｃｅ
ｓｓ、ＩＩ−２、ｐ．４５、あるいは特開平１−３０２
２７号公報に報告ないしは開示されている。このプロセ
スは、レジストマスク表面を蒸気圧の小さい反応生成物
ＣＢｒx で被覆してエッチング耐性を高めるものであ
る。ＣＢｒx によるレジストマスク保護のメカニズムに
ついては、月刊セミコンダクター・ワールド誌（プレス
ジャーナル社刊）１９９０年１２月号、ｐ．１０３〜１
０７に詳述されており、対レジストマスク選択比として
５の値が報告されている。しかしながら、かかるレベル
の選択比を達成するにはＳｉあるいはＣＢｒx を多量に
堆積する必要があり、被処理基板やプラズマエッチング
装置内部のパーティクルレベルを悪化させる虞れが大き
い。
【０００９】これとは別に、レジストマスク構成元素で
ある、Ｃ、ＨおよびＯを含む化合物であるメタノールを
添加し、Ｃｌ2 ／ＣＨ3 ＯＨ混合ガスによりＡｌ系金属
層をプラズマエッチングする例が特開平４−１４７６２
１号公報に開示されている。これはＣＨ3 ＯＨの添加に
より、レジストマスクの分解が相対的に少なくなること
を利用し、選択比３．５〜４を達成するものである。し
かし、ＢＣｌx + 等質量の大きなイオン種のスパッタリ
ング効果は期待できず、自然酸化膜の除去に難があり、
このため実際にエッチングが始まる迄のｉｎｄｕｃｔｉ
ｏｎ ｔｉｍｅ（ｄｅａｄ ｔｉｍｅ）の長時間化やパ
ターニングの均一性に問題があった。
ある、Ｃ、ＨおよびＯを含む化合物であるメタノールを
添加し、Ｃｌ2 ／ＣＨ3 ＯＨ混合ガスによりＡｌ系金属
層をプラズマエッチングする例が特開平４−１４７６２
１号公報に開示されている。これはＣＨ3 ＯＨの添加に
より、レジストマスクの分解が相対的に少なくなること
を利用し、選択比３．５〜４を達成するものである。し
かし、ＢＣｌx + 等質量の大きなイオン種のスパッタリ
ング効果は期待できず、自然酸化膜の除去に難があり、
このため実際にエッチングが始まる迄のｉｎｄｕｃｔｉ
ｏｎ ｔｉｍｅ（ｄｅａｄ ｔｉｍｅ）の長時間化やパ
ターニングの均一性に問題があった。
【００１０】一方、Ａｌ系金属配線のパターニングに特
有の現象として、パターン上への残留Ｃｌによるアフタ
ーコロージョンの問題がある。特に最近ではＡｌ系金属
配線にＣｕが添加したり、バリアメタル層や反射防止層
等の異種材料層との積層構造の採用により、アフターコ
ロージョン防止の観点からは不利な条件が揃っている。
このため、従来にも増して徹底したアフターコロージョ
ン対策が望まれる。
有の現象として、パターン上への残留Ｃｌによるアフタ
ーコロージョンの問題がある。特に最近ではＡｌ系金属
配線にＣｕが添加したり、バリアメタル層や反射防止層
等の異種材料層との積層構造の採用により、アフターコ
ロージョン防止の観点からは不利な条件が揃っている。
このため、従来にも増して徹底したアフターコロージョ
ン対策が望まれる。
【００１１】アフターコロージョン対策としては種々の
方法が提案されており、例えば（ａ）ＣＦ4 やＣＨＦ3
等のＣＦ系ガスによるプラズマ処理、（ｂ）Ｏ2 プラズ
マアッシングによるレジストマスクと側壁保護膜の除
去、（ｃ）ＮＨ3 によるプラズマ処理と純水洗浄の組み
合わせ等がある。これらはいずれも大量の残留Ｃｌの除
去をその主眼とするものである。すなわち、残留Ｃｌ
（あるいは残留Ｂｒ）をＦと置換し、蒸気圧の小さいＡ
ｌＦ3 として安定化するか（ａ）、残留Ｃｌを含むレジ
ストマスクや側壁保護膜を、被処理基板の大気解放前に
アッシング除去するか（ｂ）、残留Ｃｌを不活性で水溶
性のなＮＨ4 Ｃｌに変換し、これを純水で除去するか
（ｃ）、あるいはこれらと同時に耐蝕性の高いＡｌＦ3
やＡｌ2 Ｏ3 等の保護被膜をＡｌ系金属配線の表面に形
成してアフターコロージョンを抑制するものである。し
かしいずれも大量の残留Ｃｌを前提とした対策であり、
根本的な解決策とはならない。
方法が提案されており、例えば（ａ）ＣＦ4 やＣＨＦ3
等のＣＦ系ガスによるプラズマ処理、（ｂ）Ｏ2 プラズ
マアッシングによるレジストマスクと側壁保護膜の除
去、（ｃ）ＮＨ3 によるプラズマ処理と純水洗浄の組み
合わせ等がある。これらはいずれも大量の残留Ｃｌの除
去をその主眼とするものである。すなわち、残留Ｃｌ
（あるいは残留Ｂｒ）をＦと置換し、蒸気圧の小さいＡ
ｌＦ3 として安定化するか（ａ）、残留Ｃｌを含むレジ
ストマスクや側壁保護膜を、被処理基板の大気解放前に
アッシング除去するか（ｂ）、残留Ｃｌを不活性で水溶
性のなＮＨ4 Ｃｌに変換し、これを純水で除去するか
（ｃ）、あるいはこれらと同時に耐蝕性の高いＡｌＦ3
やＡｌ2 Ｏ3 等の保護被膜をＡｌ系金属配線の表面に形
成してアフターコロージョンを抑制するものである。し
かしいずれも大量の残留Ｃｌを前提とした対策であり、
根本的な解決策とはならない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な技術的背景をふまえ、これらの問題点を解決すること
をその課題とするものである。すなわち本発明の課題
は、対レジストマスク選択比が大きく、異方性に優れ、
しかも過剰な側壁保護膜の堆積によるパーティクル汚染
のない、Ａｌ系金属配線のパターニング方法を提供する
ことである。
な技術的背景をふまえ、これらの問題点を解決すること
をその課題とするものである。すなわち本発明の課題
は、対レジストマスク選択比が大きく、異方性に優れ、
しかも過剰な側壁保護膜の堆積によるパーティクル汚染
のない、Ａｌ系金属配線のパターニング方法を提供する
ことである。
【００１３】また本発明の別の課題は、異種材料との積
層構造を採用したＡｌ系金属配線においても、アフター
コロージョンを発生することのないＡｌ系金属配線のパ
ターニング方法を提供することである。本発明の上記以
外の課題は、本願明細書中の記載および添付図面の説明
により明らかとなる。
層構造を採用したＡｌ系金属配線においても、アフター
コロージョンを発生することのないＡｌ系金属配線のパ
ターニング方法を提供することである。本発明の上記以
外の課題は、本願明細書中の記載および添付図面の説明
により明らかとなる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明のＡｌ系金属配線
のパターニング方法は、上述の課題を解決するために提
案するものであり、エーテル、ケトン、エステル、カル
ボン酸およびアルデヒドからなる群から選ばれる少なく
とも１種類の有機化合物ガスと、ハロゲン化硼素ガスを
含む混合ガスにより、Ａｌ系金属層をプラズマエッチン
グすることを特徴とするものである。ハロゲン化硼素ガ
スとしては、ＢＣｌ3 およびＢＢｒ3 のうちのいずれか
であることが望ましい。
のパターニング方法は、上述の課題を解決するために提
案するものであり、エーテル、ケトン、エステル、カル
ボン酸およびアルデヒドからなる群から選ばれる少なく
とも１種類の有機化合物ガスと、ハロゲン化硼素ガスを
含む混合ガスにより、Ａｌ系金属層をプラズマエッチン
グすることを特徴とするものである。ハロゲン化硼素ガ
スとしては、ＢＣｌ3 およびＢＢｒ3 のうちのいずれか
であることが望ましい。
【００１５】また本発明のＡｌ系金属配線のパターニン
グ方法は、Ｃ−Ｏ結合を有する有機化合物ガスと、ハロ
ゲン化硼素ガスおよび放電解離条件下でプラズマ中に遊
離のイオウを生成しうるハロゲン化イオウ系ガスを含む
混合ガスにより、被処理基板温度を室温以下に制御しな
がらＡｌ系金属層をプラズマエッチングするものであ
る。ハロゲン化硼素ガスは、ＢＣｌ3 およびＢＢｒ3 の
うちのいずれかであることが望ましい。またハロゲン化
イオウ系ガスとしては、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2、ＳＣ
ｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ2 およびＳＢｒ2 のうちの
少なくとも１種であることが望ましい。
グ方法は、Ｃ−Ｏ結合を有する有機化合物ガスと、ハロ
ゲン化硼素ガスおよび放電解離条件下でプラズマ中に遊
離のイオウを生成しうるハロゲン化イオウ系ガスを含む
混合ガスにより、被処理基板温度を室温以下に制御しな
がらＡｌ系金属層をプラズマエッチングするものであ
る。ハロゲン化硼素ガスは、ＢＣｌ3 およびＢＢｒ3 の
うちのいずれかであることが望ましい。またハロゲン化
イオウ系ガスとしては、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2、ＳＣ
ｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ2 およびＳＢｒ2 のうちの
少なくとも１種であることが望ましい。
【００１６】さらにまた本発明のＡｌ系金属配線のパタ
ーニング方法は、Ｃ−Ｏ結合を有する有機化合物ガス
と、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成
しうる塩化イオウ系ガスを含む混合ガスにより、被処理
基板温度を室温以下に制御しながらＡｌ系金属層をプラ
ズマエッチングすることを特徴とするものである。塩化
イオウ系ガスとしては、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 および
ＳＣｌ2 のうちの少なくとも１種であことが望ましい。
ーニング方法は、Ｃ−Ｏ結合を有する有機化合物ガス
と、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成
しうる塩化イオウ系ガスを含む混合ガスにより、被処理
基板温度を室温以下に制御しながらＡｌ系金属層をプラ
ズマエッチングすることを特徴とするものである。塩化
イオウ系ガスとしては、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 および
ＳＣｌ2 のうちの少なくとも１種であことが望ましい。
【００１７】上述したＣ−Ｏ結合を有する有機化合物ガ
スとしては、アルコール、エーテル、ケトン、カルボン
酸、エステルおよびアルデヒド等を例示することができ
る。例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、
ブタノール、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテ
ル、ジエチルエーテル、アセトン、メチルエチルケト
ン、ギ酸、酢酸、ギ酸メチル、酢酸メチル、ホルムアル
デヒド、アセトアルデヒド等、分子中に少なくとも１つ
のＣ−Ｏ結合を有する化合物である。これらの化合物を
単独であるいは組み合わせて使用する。Ｃ−Ｏ結合は、
２重結合であってもよい。これら有機化合物のうち、常
温で液体のものは、公知の加熱バブりング法やベーキン
グ法によりエッチングチャンバ内へ導入すればよい。
スとしては、アルコール、エーテル、ケトン、カルボン
酸、エステルおよびアルデヒド等を例示することができ
る。例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、
ブタノール、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテ
ル、ジエチルエーテル、アセトン、メチルエチルケト
ン、ギ酸、酢酸、ギ酸メチル、酢酸メチル、ホルムアル
デヒド、アセトアルデヒド等、分子中に少なくとも１つ
のＣ−Ｏ結合を有する化合物である。これらの化合物を
単独であるいは組み合わせて使用する。Ｃ−Ｏ結合は、
２重結合であってもよい。これら有機化合物のうち、常
温で液体のものは、公知の加熱バブりング法やベーキン
グ法によりエッチングチャンバ内へ導入すればよい。
【００１８】本発明においては、Ａｌ系金属配線のパタ
ーニング終了後、被処理基板を加熱しつつＦ系ガスを含
むガスによりプラズマ処理を施すことが望ましい。Ｆ系
ガスは、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 、ＳＦ6 およびＮＦ3 等のＦ
原子を含む汎用ガスであってよい。
ーニング終了後、被処理基板を加熱しつつＦ系ガスを含
むガスによりプラズマ処理を施すことが望ましい。Ｆ系
ガスは、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 、ＳＦ6 およびＮＦ3 等のＦ
原子を含む汎用ガスであってよい。
【００１９】
【作用】本発明のポイントは、異方性エッチングに不可
欠の側壁保護膜の構成材料を、主としてレジストマスク
の分解生成物に求め、その膜質を強化して耐イオン衝撃
性と耐ラジカルアタック性を高める点にある。これによ
り、側壁保護膜の付着量を低減しても十分な側壁保護効
果を得ることができ、異方性形状を確保できる。また側
壁保護膜の強化により、イオン入射エネルギを低減して
も充分な異方性形状を確保できるので、対レジストマス
ク選択比や対下地層間絶縁膜選択比を向上できる。
欠の側壁保護膜の構成材料を、主としてレジストマスク
の分解生成物に求め、その膜質を強化して耐イオン衝撃
性と耐ラジカルアタック性を高める点にある。これによ
り、側壁保護膜の付着量を低減しても十分な側壁保護効
果を得ることができ、異方性形状を確保できる。また側
壁保護膜の強化により、イオン入射エネルギを低減して
も充分な異方性形状を確保できるので、対レジストマス
ク選択比や対下地層間絶縁膜選択比を向上できる。
【００２０】本発明においては、側壁保護膜としての炭
素系ポリマの膜質を強化する手段として、Ｃ−Ｏ結合を
有する有機化合物ガスをエッチングガス中に混合する方
法を採用する。アルコール、エーテル、ケトン、エステ
ル、カルボン酸およびアルデヒド等からなるこれら有機
化合物ガスは、いずれも一般式Ｃx Ｈy Ｏz で表され、
放電解離条件下で生成するＨやＣＯの活性種がプラズマ
中のハロゲンラジカルを捕捉することで、炭素系ポリマ
中のハロゲン含有量を低減する。さらにＣ−Ｈ結合やＣ
−Ｏ結合を有する分極構造を持つ原子団がプラズマ中に
発生することにより、レジストマスクの分解生成物に起
因する炭素系ポリマの重合度が上昇する。かかる構造の
炭素系ポリマは、単に -（ＣＸ）n - や -（ＣＨ）n -
の繰り返し単位構造からなる従来の炭素系プラズマポリ
マよりも、化学的、物理的安定性が増すことは近年の研
究から明らかになっている（ここでＸはハロゲン元素
を、ｎは自然数をそれぞれ表す）。これは、２原子間の
結合エネルギで比較すると、Ｃ−Ｏ結合（１０７７ｋＪ
／ｍｏｌ）がＣ−Ｃ結合（６０７ｋＪ／ｍｏｌ）より大
きいことからも支持される。これらはいずれも側壁保護
膜の膜質を強化し、入射イオンやラジカルのアタックか
らパターン側面を保護する効果を高める。
素系ポリマの膜質を強化する手段として、Ｃ−Ｏ結合を
有する有機化合物ガスをエッチングガス中に混合する方
法を採用する。アルコール、エーテル、ケトン、エステ
ル、カルボン酸およびアルデヒド等からなるこれら有機
化合物ガスは、いずれも一般式Ｃx Ｈy Ｏz で表され、
放電解離条件下で生成するＨやＣＯの活性種がプラズマ
中のハロゲンラジカルを捕捉することで、炭素系ポリマ
中のハロゲン含有量を低減する。さらにＣ−Ｈ結合やＣ
−Ｏ結合を有する分極構造を持つ原子団がプラズマ中に
発生することにより、レジストマスクの分解生成物に起
因する炭素系ポリマの重合度が上昇する。かかる構造の
炭素系ポリマは、単に -（ＣＸ）n - や -（ＣＨ）n -
の繰り返し単位構造からなる従来の炭素系プラズマポリ
マよりも、化学的、物理的安定性が増すことは近年の研
究から明らかになっている（ここでＸはハロゲン元素
を、ｎは自然数をそれぞれ表す）。これは、２原子間の
結合エネルギで比較すると、Ｃ−Ｏ結合（１０７７ｋＪ
／ｍｏｌ）がＣ−Ｃ結合（６０７ｋＪ／ｍｏｌ）より大
きいことからも支持される。これらはいずれも側壁保護
膜の膜質を強化し、入射イオンやラジカルのアタックか
らパターン側面を保護する効果を高める。
【００２１】このように、側壁保護膜としての炭素系ポ
リマの膜質が強化されるので、異方性加工に必要な入射
イオンエネルギを低減でき、対レジストマスク選択比が
向上する。またこれにより、従来より薄いフォトレジス
ト塗布膜であっても、十分実用に耐えるレジストマスク
を形成でき、リソグラフィ時における解像度の向上に寄
与する他、加工寸法変換差の低減が図れる。
リマの膜質が強化されるので、異方性加工に必要な入射
イオンエネルギを低減でき、対レジストマスク選択比が
向上する。またこれにより、従来より薄いフォトレジス
ト塗布膜であっても、十分実用に耐えるレジストマスク
を形成でき、リソグラフィ時における解像度の向上に寄
与する他、加工寸法変換差の低減が図れる。
【００２２】また入射イオンエネルギの低減効果は、当
然ながら対下地選択比の向上にもつながる。ただし、Ａ
ｌ系金属層のプラズマエッチングにおいては、表面に存
在するＡｌ2 Ｏ3 系の自然酸化膜のブレークスルーが不
可欠であるので、還元性を有し、しかもある程度の質量
を有しスパッタリング効果のあるＢＣｌx + やＢＢｒ x
+ を発生しうるハロゲン化硼素ガスを用いるのである。
さらに、側壁保護膜としての炭素系ポリマの堆積量を低
減できるので、従来よりパーティクル汚染を低減するこ
とが可能となる。
然ながら対下地選択比の向上にもつながる。ただし、Ａ
ｌ系金属層のプラズマエッチングにおいては、表面に存
在するＡｌ2 Ｏ3 系の自然酸化膜のブレークスルーが不
可欠であるので、還元性を有し、しかもある程度の質量
を有しスパッタリング効果のあるＢＣｌx + やＢＢｒ x
+ を発生しうるハロゲン化硼素ガスを用いるのである。
さらに、側壁保護膜としての炭素系ポリマの堆積量を低
減できるので、従来よりパーティクル汚染を低減するこ
とが可能となる。
【００２３】本発明は以上のような技術的思想を基本原
理としているが、さらに一層の高異方性、低パーティク
ル化と高選択比を目指す方法をも提供する。その一つ
は、Ｃ−Ｏ結合を有する有機化合物ガスとハロゲン化硼
素を含む混合ガスに、さらにハロゲン化イオウガスを添
加するものである。これにより、上述した側壁保護強化
の機構に加えて、イオウ系材料をも側壁保護膜として併
用しこの膜質をさらに強化する方法である。イオウ系材
料としては、遊離のイオウまたはポリチアジル（ＳＮ）
n を利用することができる。Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、
ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ2 およびＳＢｒ2 等の
ハロゲン化イオウガスは、放電解離条件下でプラズマ中
に遊離のイオウを生成し、元素状のイオウを被処理基板
上に堆積してイオウの側壁保護膜を形成する。さらにエ
ッチングガス中にＮ2 、Ｎ2 Ｈ2 等のＮ系ガスを添加し
ておけば、プラズマ中の遊離のイオウを窒化して（Ｓ
Ｎ）nポリマすなわちポリチアジルを生成しこれも被処
理基板上に堆積してポリチアジルの側壁保護膜を形成す
る。
理としているが、さらに一層の高異方性、低パーティク
ル化と高選択比を目指す方法をも提供する。その一つ
は、Ｃ−Ｏ結合を有する有機化合物ガスとハロゲン化硼
素を含む混合ガスに、さらにハロゲン化イオウガスを添
加するものである。これにより、上述した側壁保護強化
の機構に加えて、イオウ系材料をも側壁保護膜として併
用しこの膜質をさらに強化する方法である。イオウ系材
料としては、遊離のイオウまたはポリチアジル（ＳＮ）
n を利用することができる。Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、
ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ2 およびＳＢｒ2 等の
ハロゲン化イオウガスは、放電解離条件下でプラズマ中
に遊離のイオウを生成し、元素状のイオウを被処理基板
上に堆積してイオウの側壁保護膜を形成する。さらにエ
ッチングガス中にＮ2 、Ｎ2 Ｈ2 等のＮ系ガスを添加し
ておけば、プラズマ中の遊離のイオウを窒化して（Ｓ
Ｎ）nポリマすなわちポリチアジルを生成しこれも被処
理基板上に堆積してポリチアジルの側壁保護膜を形成す
る。
【００２４】本発明の３番目のポイントは、メインエッ
チャントとして塩化イオウガスを用い、これとＣ−Ｏ結
合を有する有機化合物ガスを含む混合ガスによりＡｌ系
金属層をパターニングするものである。Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ
3 Ｃｌ2 およびＳＣｌ2 等の塩化イオウガスは、Ｃｌ*
を供給するとともに、質量が大きくかつ還元性のＳＣｌ
x + を供給するので、自然酸化膜のブレークスルーを含
めてＡｌ系金属層の優れたエッチャントとなる。またプ
ラズマ中に遊離のイオウを放出してイオウ系の側壁保護
膜を形成しうる機構は前述の通りである。
チャントとして塩化イオウガスを用い、これとＣ−Ｏ結
合を有する有機化合物ガスを含む混合ガスによりＡｌ系
金属層をパターニングするものである。Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ
3 Ｃｌ2 およびＳＣｌ2 等の塩化イオウガスは、Ｃｌ*
を供給するとともに、質量が大きくかつ還元性のＳＣｌ
x + を供給するので、自然酸化膜のブレークスルーを含
めてＡｌ系金属層の優れたエッチャントとなる。またプ
ラズマ中に遊離のイオウを放出してイオウ系の側壁保護
膜を形成しうる機構は前述の通りである。
【００２５】イオウやポリチアジル等のイオウ系材料
は、被処理基板の温度を室温、例えば、２０℃以下に制
御しておけば被処理基板上に堆積することが可能であ
る。堆積したイオウ系材料はイオン入射の少ないレジス
トマスクやＡｌ系金属配線パターン側面に残留し、強化
された炭素系ポリマと共同して強固な側壁保護膜を形成
する。これらイオウ系材料はプラズマエッチング終了
後、被エッチング基板を加熱するだけで昇華除去するこ
とができる。昇華温度はイオウは約９０℃以上、ポリチ
アジルは約１５０℃以上であり、昇華後は被エッチング
基板上に何らパーティクル汚染やコンタミネーションを
残すことはない。
は、被処理基板の温度を室温、例えば、２０℃以下に制
御しておけば被処理基板上に堆積することが可能であ
る。堆積したイオウ系材料はイオン入射の少ないレジス
トマスクやＡｌ系金属配線パターン側面に残留し、強化
された炭素系ポリマと共同して強固な側壁保護膜を形成
する。これらイオウ系材料はプラズマエッチング終了
後、被エッチング基板を加熱するだけで昇華除去するこ
とができる。昇華温度はイオウは約９０℃以上、ポリチ
アジルは約１５０℃以上であり、昇華後は被エッチング
基板上に何らパーティクル汚染やコンタミネーションを
残すことはない。
【００２６】本発明において形成される側壁保護膜は、
上述した作用によりもともと塩素の含有量が少なく、ま
た堆積量そのものも少ないので、アフターコロージョン
の低減には有利な条件を備えたものである。しかし、さ
らに一層のアフターコロージョンの低減のためにプラズ
マエッチング終了後、被処理基板を加熱しながらＦ系ガ
スを含むプラズマにより処理を施す。このＦ系プラズマ
処理により、Ａｌ系金属配線パターン表面に残留する塩
素がフッ素に置換される。また側壁保護膜に結合または
含まれている残留塩素はプラズマの輻射熱や基板加熱に
より脱離する。したがって、パターニング終了後の被処
理基板を大気中に搬出して水分が吸着しても、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、アフタ
ーコロージョンの防止が可能となる。
上述した作用によりもともと塩素の含有量が少なく、ま
た堆積量そのものも少ないので、アフターコロージョン
の低減には有利な条件を備えたものである。しかし、さ
らに一層のアフターコロージョンの低減のためにプラズ
マエッチング終了後、被処理基板を加熱しながらＦ系ガ
スを含むプラズマにより処理を施す。このＦ系プラズマ
処理により、Ａｌ系金属配線パターン表面に残留する塩
素がフッ素に置換される。また側壁保護膜に結合または
含まれている残留塩素はプラズマの輻射熱や基板加熱に
より脱離する。したがって、パターニング終了後の被処
理基板を大気中に搬出して水分が吸着しても、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、アフタ
ーコロージョンの防止が可能となる。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、図面を
参照しつつ説明する。なお以下に示す各実施例は、いず
れもエッチング装置として基板バイアス印加型ＥＣＲプ
ラズマエッチング装置に、アッシング装置や例えばダウ
ンフロー型のプラズマ処理装置が付属した連続装置を用
いた。
参照しつつ説明する。なお以下に示す各実施例は、いず
れもエッチング装置として基板バイアス印加型ＥＣＲプ
ラズマエッチング装置に、アッシング装置や例えばダウ
ンフロー型のプラズマ処理装置が付属した連続装置を用
いた。
【００２８】実施例１ 本実施例は、メタノールとＢＣｌ3 を含む混合ガスによ
りＡｌ系金属配線をパターニングした例であり、これを
図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
りＡｌ系金属配線をパターニングした例であり、これを
図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００２９】本実施例で用いた被処理基板は、Ｓｉ等の
半導体基板（図示せず）上の層間絶縁膜１上に形成した
Ｔｉからなる密着層２、ＴｉＮからなるバリアメタル層
３、Ａｌ−１％ＳｉからなるＡｌ系金属層４、ＴｉＯＮ
からなる反射防止層５およびレジストマスク６が順次形
成されたものである。各層の厚さは一例として密着層２
が３０ｎｍ、バリアメタル層３が７０ｎｍ、Ａｌ系金属
層４が３００ｎｍ、反射防止層５が６０ｎｍそしてレジ
ストマスク６が８００ｎｍである。なおレジストマスク
６は一例として化学増幅型レジストとＫｒＦエキシマレ
ーザリソグラフィにより０．３５μｍの幅に形成したも
のである。
半導体基板（図示せず）上の層間絶縁膜１上に形成した
Ｔｉからなる密着層２、ＴｉＮからなるバリアメタル層
３、Ａｌ−１％ＳｉからなるＡｌ系金属層４、ＴｉＯＮ
からなる反射防止層５およびレジストマスク６が順次形
成されたものである。各層の厚さは一例として密着層２
が３０ｎｍ、バリアメタル層３が７０ｎｍ、Ａｌ系金属
層４が３００ｎｍ、反射防止層５が６０ｎｍそしてレジ
ストマスク６が８００ｎｍである。なおレジストマスク
６は一例として化学増幅型レジストとＫｒＦエキシマレ
ーザリソグラフィにより０．３５μｍの幅に形成したも
のである。
【００３０】図１（ａ）に示すこの被処理基板を基板バ
イアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ステ
ージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッ
チング条件で反射防止層５、Ａｌ系金属層４、バリアメ
タル層３および密着層２を含む多層膜をパターニングし
た。 ＣＨ3 ＯＨ流量 ２０ ｓｃｃｍ Ｃｌ2 流量 ４０ ｓｃｃｍ ＢＣｌ3 流量 ８０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ 本パターニング工程においては、Ｃｌ2 とＢＣｌ3 の解
離により生成するＣｌ * を主エッチング種とするラジカ
ル反応が、ＢＣｌx + 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系金属層４を含む多層膜は
反応生成物ＡｌＣｌx 、ＴｉＣｌx を形成しつつ除去さ
れた。またこれと同時に、レジストマスク６の分解生成
物に由来する、 -（ＣＣｌ2 ）n - や -（ＣＨ2 ）n -
等の繰り返し単位構造からなる炭素系ポリマによる側壁
保護膜７がパターン側面に形成され、異方性加工に寄与
した。本実施例における側壁保護膜７を構成する炭素系
ポリマは、ＣＨ3 ＯＨの放電解離により生成するＨやＣ
Ｏの活性種がＣｌ* を捕捉することから、ＢＣｌ3 ／Ｃ
ｌ2 混合ガス等Ｃｌ系ガスのみによる従来のプロセスに
より形成される側壁保護膜よりもＣｌの含有量が少な
く、さらにＣＯ結合ををそのネットワーク中に取り込ん
だ、重合度の大きい強固なものである。この炭素系ポリ
マは、ＲＦバイアスを低めに設定したこともあり、生成
量こそ従来のエッチング条件による場合ほど多くはない
ものの、側壁保護膜７は高いエッチング耐性を示し、Ａ
ｌ系金属配線の異方性加工に寄与する。図１（ｂ）では
この側壁保護膜７は、厚さを誇張して示してあるが、実
際には極めて薄い膜であり、パターン変換差の発生は少
ない。
イアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ステ
ージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッ
チング条件で反射防止層５、Ａｌ系金属層４、バリアメ
タル層３および密着層２を含む多層膜をパターニングし
た。 ＣＨ3 ＯＨ流量 ２０ ｓｃｃｍ Ｃｌ2 流量 ４０ ｓｃｃｍ ＢＣｌ3 流量 ８０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ 本パターニング工程においては、Ｃｌ2 とＢＣｌ3 の解
離により生成するＣｌ * を主エッチング種とするラジカ
ル反応が、ＢＣｌx + 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系金属層４を含む多層膜は
反応生成物ＡｌＣｌx 、ＴｉＣｌx を形成しつつ除去さ
れた。またこれと同時に、レジストマスク６の分解生成
物に由来する、 -（ＣＣｌ2 ）n - や -（ＣＨ2 ）n -
等の繰り返し単位構造からなる炭素系ポリマによる側壁
保護膜７がパターン側面に形成され、異方性加工に寄与
した。本実施例における側壁保護膜７を構成する炭素系
ポリマは、ＣＨ3 ＯＨの放電解離により生成するＨやＣ
Ｏの活性種がＣｌ* を捕捉することから、ＢＣｌ3 ／Ｃ
ｌ2 混合ガス等Ｃｌ系ガスのみによる従来のプロセスに
より形成される側壁保護膜よりもＣｌの含有量が少な
く、さらにＣＯ結合ををそのネットワーク中に取り込ん
だ、重合度の大きい強固なものである。この炭素系ポリ
マは、ＲＦバイアスを低めに設定したこともあり、生成
量こそ従来のエッチング条件による場合ほど多くはない
ものの、側壁保護膜７は高いエッチング耐性を示し、Ａ
ｌ系金属配線の異方性加工に寄与する。図１（ｂ）では
この側壁保護膜７は、厚さを誇張して示してあるが、実
際には極めて薄い膜であり、パターン変換差の発生は少
ない。
【００３１】下地のＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜１表面
が露出し、必要に応じてオーバーエッチング工程を施し
ても、ＲＦバイアスパワーを低めに設定していることか
ら、層間絶縁膜１がスパッタされて側壁保護膜７の表面
に再付着することはない。このため、Ｃｌを含む側壁保
護膜をスパッタ再付着物が包囲することがない。またこ
の側壁保護膜中のＣｌ含有量も低減されていることも、
エッチング後のパターン側面に残留するＣｌが主因で誘
起されるアフターコロージョンは抑制される。
が露出し、必要に応じてオーバーエッチング工程を施し
ても、ＲＦバイアスパワーを低めに設定していることか
ら、層間絶縁膜１がスパッタされて側壁保護膜７の表面
に再付着することはない。このため、Ｃｌを含む側壁保
護膜をスパッタ再付着物が包囲することがない。またこ
の側壁保護膜中のＣｌ含有量も低減されていることも、
エッチング後のパターン側面に残留するＣｌが主因で誘
起されるアフターコロージョンは抑制される。
【００３２】パターニング終了後、被処理基板をアッシ
ング装置に搬送し、Ｏ2 プラズマアッシングによりレジ
ストマスク６と側壁保護膜７を除去した。Ａｌ系金属配
線が完成した状態が図１（ｃ）である。なお本実施例に
おけるＡｌ系金属層のエッチングレートは１μｍ／ｍｉ
ｎ、対レジストマスク選択比は約４であった。
ング装置に搬送し、Ｏ2 プラズマアッシングによりレジ
ストマスク６と側壁保護膜７を除去した。Ａｌ系金属配
線が完成した状態が図１（ｃ）である。なお本実施例に
おけるＡｌ系金属層のエッチングレートは１μｍ／ｍｉ
ｎ、対レジストマスク選択比は約４であった。
【００３３】本実施例によれば、Ｃ−Ｏ結合を含む有機
化合物ガスであるＣＨ3 ＯＨと、ハロゲン化硼素を含む
混合ガスの採用により、強固な側壁保護膜が形成され、
低めのＲＦバイアスパワーであっても異方性エッチング
が可能である。このため、対レジストマスクおよび対層
間絶縁膜選択比が向上し、制御性のよい微細加工が可能
となる。またレジストマスクのスパッタリングによる炭
素系ポリマの生成量が少ないので、被処理基板およびエ
ッチングチャンバ内部のパーティクル汚染がない。特に
被処理基板の処理枚数を重ねても炭素系ポリマの蓄積が
少ないので、チャンバクリーニングのメンテナンス工数
の低減ができる。
化合物ガスであるＣＨ3 ＯＨと、ハロゲン化硼素を含む
混合ガスの採用により、強固な側壁保護膜が形成され、
低めのＲＦバイアスパワーであっても異方性エッチング
が可能である。このため、対レジストマスクおよび対層
間絶縁膜選択比が向上し、制御性のよい微細加工が可能
となる。またレジストマスクのスパッタリングによる炭
素系ポリマの生成量が少ないので、被処理基板およびエ
ッチングチャンバ内部のパーティクル汚染がない。特に
被処理基板の処理枚数を重ねても炭素系ポリマの蓄積が
少ないので、チャンバクリーニングのメンテナンス工数
の低減ができる。
【００３４】実施例２ 本実施例はアセトンとＢＣｌ3 を含む混合ガスによりＡ
ｌ系金属配線をパターニングした例であり、これを同じ
く図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
ｌ系金属配線をパターニングした例であり、これを同じ
く図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００３５】本実施例で用いた図１（ａ）に示す被処理
基板およびエッチング装置は、実施例１で用いたものと
同じであり、重複する説明は省略する。この被処理基板
を一例として下記条件によりＡｌ系金属層４を含む多層
膜をパターニングした。 ＣＨ3 ＣＯＣＨ3 流量 ２０ ｓｃｃｍ Ｃｌ2 流量 ４０ ｓｃｃｍ ＢＣｌ3 流量 ８０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ 本パターニング工程におけるエッチングの機構は実施例
１に準じたものであるが、本実施例でプラズマ中のＣｌ
* を捕捉するＨやＣＯの活性種はＣＨ3 ＣＯＣＨ3 の放
電解離により生成したものである。これにより、図１
（ｂ）に示すように強固で薄い側壁保護膜７が形成さ
れ、高選択比エッチングが達成される。パターニング終
了後、Ｏ2 プラズマアッシングによりレジストマスク６
と側壁保護膜７を除去してＡｌ系金属配線が完成した状
態が図１（ｃ）である。本実施例においても、Ａｌ系金
属層のエッチングレートは１μｍ／ｍｉｎ、対レジスト
マスク選択比は約４であった。
基板およびエッチング装置は、実施例１で用いたものと
同じであり、重複する説明は省略する。この被処理基板
を一例として下記条件によりＡｌ系金属層４を含む多層
膜をパターニングした。 ＣＨ3 ＣＯＣＨ3 流量 ２０ ｓｃｃｍ Ｃｌ2 流量 ４０ ｓｃｃｍ ＢＣｌ3 流量 ８０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ 本パターニング工程におけるエッチングの機構は実施例
１に準じたものであるが、本実施例でプラズマ中のＣｌ
* を捕捉するＨやＣＯの活性種はＣＨ3 ＣＯＣＨ3 の放
電解離により生成したものである。これにより、図１
（ｂ）に示すように強固で薄い側壁保護膜７が形成さ
れ、高選択比エッチングが達成される。パターニング終
了後、Ｏ2 プラズマアッシングによりレジストマスク６
と側壁保護膜７を除去してＡｌ系金属配線が完成した状
態が図１（ｃ）である。本実施例においても、Ａｌ系金
属層のエッチングレートは１μｍ／ｍｉｎ、対レジスト
マスク選択比は約４であった。
【００３６】本実施例によれば、Ｃ−Ｏ結合を含む有機
化合物ガスであるＣＨ3 ＣＯＣＨ3と、ハロゲン化硼素
を含む混合ガスの採用により、強固な側壁保護膜が形成
され、低めのＲＦバイアスパワーであっても異方性エッ
チングが可能である。このため、対レジストマスクおよ
び対層間絶縁膜選択比が向上し、制御性のよいクリーン
な微細加工が可能である。
化合物ガスであるＣＨ3 ＣＯＣＨ3と、ハロゲン化硼素
を含む混合ガスの採用により、強固な側壁保護膜が形成
され、低めのＲＦバイアスパワーであっても異方性エッ
チングが可能である。このため、対レジストマスクおよ
び対層間絶縁膜選択比が向上し、制御性のよいクリーン
な微細加工が可能である。
【００３７】実施例３ 本実施例は、メタノール、ＢＣｌ3 およびＳ2 Ｂｒ2 を
含む混合ガスにより、被処理基板を室温以下に制御しな
がらイオウを堆積しつつＡｌ系金属配線をパターニング
した例であり、これも図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説
明する。
含む混合ガスにより、被処理基板を室温以下に制御しな
がらイオウを堆積しつつＡｌ系金属配線をパターニング
した例であり、これも図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説
明する。
【００３８】本実施例で用いた図１（ａ）に示す被処理
基板およびエッチング装置は、実施例１で用いたものと
同じであり、重複する説明は省略する。この被処理基板
を一例として下記条件によりＡｌ系金属層４を含む多層
膜をパターニングした。 ＣＨ3 ＯＨ流量 ２０ ｓｃｃｍ ＢＣｌ3 流量 ３０ ｓｃｃｍ Ｓ2 Ｂｒ2 流量 ６０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー １５ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本パターニング工程においては、Ｓ2 Ｂｒ2 とＢＣｌ3
の解離生成によるＣｌ * やＢｒ* を主エッチング種とす
るラジカル反応が、ＢＣｌx + やＳＢｒx + 等のイオン
にアシストされながらエッチングが進行する。また特に
本実施例においては、先の実施例と同様、強固な炭素系
ポリマに加え、Ｓ2 Ｂｒ2 の放電解離による生成するイ
オウも側壁保護膜の形成に寄与し、その膜質を一層強固
なものにする。図１（ｂ）に示す側壁保護膜７は、Ｃｌ
やＢｒの含有量が少なくかつＣＯ結合を含む炭素系ポリ
マとイオウとが混合した構造を有する。
基板およびエッチング装置は、実施例１で用いたものと
同じであり、重複する説明は省略する。この被処理基板
を一例として下記条件によりＡｌ系金属層４を含む多層
膜をパターニングした。 ＣＨ3 ＯＨ流量 ２０ ｓｃｃｍ ＢＣｌ3 流量 ３０ ｓｃｃｍ Ｓ2 Ｂｒ2 流量 ６０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー １５ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本パターニング工程においては、Ｓ2 Ｂｒ2 とＢＣｌ3
の解離生成によるＣｌ * やＢｒ* を主エッチング種とす
るラジカル反応が、ＢＣｌx + やＳＢｒx + 等のイオン
にアシストされながらエッチングが進行する。また特に
本実施例においては、先の実施例と同様、強固な炭素系
ポリマに加え、Ｓ2 Ｂｒ2 の放電解離による生成するイ
オウも側壁保護膜の形成に寄与し、その膜質を一層強固
なものにする。図１（ｂ）に示す側壁保護膜７は、Ｃｌ
やＢｒの含有量が少なくかつＣＯ結合を含む炭素系ポリ
マとイオウとが混合した構造を有する。
【００３９】このため本実施例においてはＲＦバイアス
パワーをさらに低減した条件においても、良好な異方性
形状を持つＡｌ系金属配線パターンの形成が可能となっ
た。このＲＦバイアスパワーの低減は、対レジストマス
ク６選択比や対下地の層間絶縁膜１選択比の一層の向上
に役立つ。これらは微細加工性の向上や、スパッタ再付
着物の減少によるアフターコロージョン低減等の効果を
もたらす。さらに、イオウの堆積を併用する分だけ炭素
系ポリマの堆積は低減できるので、パーティクル汚染防
止にも有利である。
パワーをさらに低減した条件においても、良好な異方性
形状を持つＡｌ系金属配線パターンの形成が可能となっ
た。このＲＦバイアスパワーの低減は、対レジストマス
ク６選択比や対下地の層間絶縁膜１選択比の一層の向上
に役立つ。これらは微細加工性の向上や、スパッタ再付
着物の減少によるアフターコロージョン低減等の効果を
もたらす。さらに、イオウの堆積を併用する分だけ炭素
系ポリマの堆積は低減できるので、パーティクル汚染防
止にも有利である。
【００４０】パターニング終了後、Ｏ2 プラズマアッシ
ングによりレジストマスク６と側壁保護膜７を除去して
Ａｌ系金属配線が完成した状態が図１（ｃ）である。側
壁保護膜７中のイオウは、アッシング前の基板加熱ある
いはアッシング時のプラズマ輻射熱や反応熱により昇華
あるいは燃焼除去される。本実施例においては、被処理
基板温度を０℃に制御したことによりラジカル反応が抑
制されたこと、および被処理基板への堆積物の増加によ
りＡｌ系金属層のエッチングレートは９００ｎｍ／ｍｉ
ｎと低下したものの、対レジストマスク選択比は約６と
向上した。
ングによりレジストマスク６と側壁保護膜７を除去して
Ａｌ系金属配線が完成した状態が図１（ｃ）である。側
壁保護膜７中のイオウは、アッシング前の基板加熱ある
いはアッシング時のプラズマ輻射熱や反応熱により昇華
あるいは燃焼除去される。本実施例においては、被処理
基板温度を０℃に制御したことによりラジカル反応が抑
制されたこと、および被処理基板への堆積物の増加によ
りＡｌ系金属層のエッチングレートは９００ｎｍ／ｍｉ
ｎと低下したものの、対レジストマスク選択比は約６と
向上した。
【００４１】実施例４ 本実施例はエタノールとＳ2 Ｃｌ2 をを含む混合ガスに
より、被処理基板を室温以下に制御しながらポリチアジ
ルを堆積しつつＡｌ系金属配線をパターニングした後、
被処理基板を加熱しつつＦ系ガスを含むガスによるプラ
ズマ処理を施した例であり、これを図２（ａ）〜（ｄ）
を参照して説明する。
より、被処理基板を室温以下に制御しながらポリチアジ
ルを堆積しつつＡｌ系金属配線をパターニングした後、
被処理基板を加熱しつつＦ系ガスを含むガスによるプラ
ズマ処理を施した例であり、これを図２（ａ）〜（ｄ）
を参照して説明する。
【００４２】本実施例で用いた図２（ａ）に示す被処理
基板およびエッチング装置は、実施例１で用いた図１
（ａ）に示すものと同じであり、重複する説明は省略す
る。この被処理基板を一例として下記条件によりＡｌ系
金属層４を含む多層膜をパターニングした。 ＣＨ3 ＯＨ流量 ２０ ｓｃｃｍ Ｓ2 Ｃｌ2 流量 ９０ ｓｃｃｍ Ｎ2 流量 ４０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー １５ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本パターニング工程においては、Ｓ2 Ｃｌ2 の解離生成
によるＣｌ* を主エッチング種とするラジカル反応が、
ＳＣｌx + 等のイオンにアシストされながらエッチング
が進行する。また特に本実施例においては、先の実施例
と同様、強固な炭素系ポリマに加え、Ｓ2 Ｃｌ2 の放電
解離による生成するイオウとＮとの反応生成物であるポ
リチアジルも側壁保護膜の形成に寄与し、その膜質を一
層強固なものにする。図１（ｂ）に示す側壁保護膜７
は、Ｃｌの含有量が少なくかつＣＯ結合を含む炭素系ポ
リマとポリチアジルとが混合した構造を有する。このポ
リチアジルは、（ＳＮ）n の分子式で示されるように無
機高分子の一種でありイオウ単体より対イオン衝撃性や
ラジカルアタック耐性が大きい。
基板およびエッチング装置は、実施例１で用いた図１
（ａ）に示すものと同じであり、重複する説明は省略す
る。この被処理基板を一例として下記条件によりＡｌ系
金属層４を含む多層膜をパターニングした。 ＣＨ3 ＯＨ流量 ２０ ｓｃｃｍ Ｓ2 Ｃｌ2 流量 ９０ ｓｃｃｍ Ｎ2 流量 ４０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー １５ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本パターニング工程においては、Ｓ2 Ｃｌ2 の解離生成
によるＣｌ* を主エッチング種とするラジカル反応が、
ＳＣｌx + 等のイオンにアシストされながらエッチング
が進行する。また特に本実施例においては、先の実施例
と同様、強固な炭素系ポリマに加え、Ｓ2 Ｃｌ2 の放電
解離による生成するイオウとＮとの反応生成物であるポ
リチアジルも側壁保護膜の形成に寄与し、その膜質を一
層強固なものにする。図１（ｂ）に示す側壁保護膜７
は、Ｃｌの含有量が少なくかつＣＯ結合を含む炭素系ポ
リマとポリチアジルとが混合した構造を有する。このポ
リチアジルは、（ＳＮ）n の分子式で示されるように無
機高分子の一種でありイオウ単体より対イオン衝撃性や
ラジカルアタック耐性が大きい。
【００４３】このため本実施例においてはＲＦバイアス
パワーを低減した条件においても、良好な異方性形状を
持つＡｌ系金属配線パターンの形成が可能となった。こ
のＲＦバイアスパワーの低減は、対レジストマスク６選
択比や対下地の層間絶縁膜１選択比の向上に役立つ。こ
れらは微細加工性の向上や、スパッタ再付着物の減少に
よるアフターコロージョン低減等の効果をもたらす。さ
らに、ポリチアジルの堆積を併用する分だけ炭素系ポリ
マの堆積は低減できるので、パーティクル汚染防止にも
有利である。
パワーを低減した条件においても、良好な異方性形状を
持つＡｌ系金属配線パターンの形成が可能となった。こ
のＲＦバイアスパワーの低減は、対レジストマスク６選
択比や対下地の層間絶縁膜１選択比の向上に役立つ。こ
れらは微細加工性の向上や、スパッタ再付着物の減少に
よるアフターコロージョン低減等の効果をもたらす。さ
らに、ポリチアジルの堆積を併用する分だけ炭素系ポリ
マの堆積は低減できるので、パーティクル汚染防止にも
有利である。
【００４４】パターニング終了後、被処理基板をエッチ
ング装置に付属の後処理チャンバに搬送し、一例として
下記条件によりＦ系ガスによるダウンフロープラズマ処
理を施した。 ＣＦ4 １００ ｓｃｃｍ Ｏ2 流量 ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １０ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） 基板温度 １５０ ℃ このプラズマ処理により、図２（ｃ）に示すように側壁
保護膜７が除去される。この機構は、側壁保護膜７中の
炭素系ポリマについてはＯ* による燃焼および含有Ｃｌ
とＦ原子との置換による蒸気圧の高い生成物の形成によ
る除去であり、ポリチアジルに関してはＯ* による燃
焼、およびその反応熱と被処理基板加熱による昇華であ
る。なおこのプラズマ処理により、レジストマスク６に
吸蔵もしくは結合して残留していたＣｌもＦに置換され
る。
ング装置に付属の後処理チャンバに搬送し、一例として
下記条件によりＦ系ガスによるダウンフロープラズマ処
理を施した。 ＣＦ4 １００ ｓｃｃｍ Ｏ2 流量 ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １０ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） 基板温度 １５０ ℃ このプラズマ処理により、図２（ｃ）に示すように側壁
保護膜７が除去される。この機構は、側壁保護膜７中の
炭素系ポリマについてはＯ* による燃焼および含有Ｃｌ
とＦ原子との置換による蒸気圧の高い生成物の形成によ
る除去であり、ポリチアジルに関してはＯ* による燃
焼、およびその反応熱と被処理基板加熱による昇華であ
る。なおこのプラズマ処理により、レジストマスク６に
吸蔵もしくは結合して残留していたＣｌもＦに置換され
る。
【００４５】続けてＯ2 プラズマアッシングによりレジ
ストマスク６を除去したところ、図２（ｄ）に示すよう
にアッシング残渣のないＡｌ系金属配線が完成した。本
実施例においては、被処理基板温度を０℃に制御したこ
とによりラジカル反応が抑制されたこと、および被処理
基板への堆積物の増加によりＡｌ系金属層のエッチング
レートは８５０ｎｍ／ｍｉｎと低下したものの、対レジ
ストマスク選択比は約６．５と向上した。
ストマスク６を除去したところ、図２（ｄ）に示すよう
にアッシング残渣のないＡｌ系金属配線が完成した。本
実施例においては、被処理基板温度を０℃に制御したこ
とによりラジカル反応が抑制されたこと、および被処理
基板への堆積物の増加によりＡｌ系金属層のエッチング
レートは８５０ｎｍ／ｍｉｎと低下したものの、対レジ
ストマスク選択比は約６．５と向上した。
【００４６】以上、本発明を４種類の実施例により説明
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。
【００４７】まず、上述の各実施例では、Ａｌ系金属配
線として層間絶縁膜上に形成された密着層、バリアメタ
ル層、Ａｌ系金属層および反射防止層からなる積層構造
をパターニングする場合を例示したが、この構造以外の
層構成であってもよい。例えば高融点金属層上に形成さ
れたＡｌ系金属層をパターニングする場合に用いること
ができる。この層構造は、ストレスマイグレーション対
策として注目される構造である。
線として層間絶縁膜上に形成された密着層、バリアメタ
ル層、Ａｌ系金属層および反射防止層からなる積層構造
をパターニングする場合を例示したが、この構造以外の
層構成であってもよい。例えば高融点金属層上に形成さ
れたＡｌ系金属層をパターニングする場合に用いること
ができる。この層構造は、ストレスマイグレーション対
策として注目される構造である。
【００４８】Ａｌ系金属層としてＡｌ−１％Ｓｉを例示
したが、純ＡｌやＡｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ等の各
種Ａｌ合金を用いてもよい。
したが、純ＡｌやＡｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ等の各
種Ａｌ合金を用いてもよい。
【００４９】Ｃ−Ｏ結合を含む有機化合物として、メタ
ノール、エタノールおよびアセトンを例示したがこれら
以外にも先述した各種化合物を適宜用いてよい。ハロゲ
ン化イオウガス、塩化イオウガス、さらにＦ系ガスにつ
いても同様である。またエッチングガス中にＡｒ、Ｈｅ
等の希ガス、あるいはＣＯ、ＮＯ、Ｈ2 等ハロゲンを捕
獲しその濃度を制御するガスを添加してもよい。
ノール、エタノールおよびアセトンを例示したがこれら
以外にも先述した各種化合物を適宜用いてよい。ハロゲ
ン化イオウガス、塩化イオウガス、さらにＦ系ガスにつ
いても同様である。またエッチングガス中にＡｒ、Ｈｅ
等の希ガス、あるいはＣＯ、ＮＯ、Ｈ2 等ハロゲンを捕
獲しその濃度を制御するガスを添加してもよい。
【００５０】エッチング装置は基板バイアス印加型ＥＣ
Ｒプラズマエッチング装置を用いたが、より一般的な平
行平板型ＲＩＥ装置や、高密度プラズマによる処理が可
能なヘリコン波プラズマエッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎ
ｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）
エッチング装置、ＴＣＰ（ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＣｏ
ｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置等を用いる
事が可能である。
Ｒプラズマエッチング装置を用いたが、より一般的な平
行平板型ＲＩＥ装置や、高密度プラズマによる処理が可
能なヘリコン波プラズマエッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎ
ｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）
エッチング装置、ＴＣＰ（ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＣｏ
ｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置等を用いる
事が可能である。
【００５１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のＡｌ系金属配線のパターニング方法によれば、対レジ
ストマスク選択比はもとより対層間絶縁膜選択比が大き
な微細加工性に富んだ製造プロセスを提供することが可
能である。
のＡｌ系金属配線のパターニング方法によれば、対レジ
ストマスク選択比はもとより対層間絶縁膜選択比が大き
な微細加工性に富んだ製造プロセスを提供することが可
能である。
【００５２】また本発明によれば、強固な側壁保護膜の
採用により、その膜厚を低減しても異方性加工を達成で
き、過剰な堆積によるパーティクルレベルの上昇やパタ
ーン変換差を生じることなく、異方性形状に優れたＡｌ
系金属配線のパターニングが可能である。
採用により、その膜厚を低減しても異方性加工を達成で
き、過剰な堆積によるパーティクルレベルの上昇やパタ
ーン変換差を生じることなく、異方性形状に優れたＡｌ
系金属配線のパターニングが可能である。
【００５３】さらにまた本発明によれば、側壁保護膜中
のＣｌ含有量を低減できるので、本質的な意味でのアフ
ターコロージョンの低減に適したＡｌ系金属配線のパタ
ーニング方法が提供できる。Ｆ系ガスを含むプラズマ処
理を併用すれば、アフターコロージョン防止効果はより
一層徹底される。
のＣｌ含有量を低減できるので、本質的な意味でのアフ
ターコロージョンの低減に適したＡｌ系金属配線のパタ
ーニング方法が提供できる。Ｆ系ガスを含むプラズマ処
理を併用すれば、アフターコロージョン防止効果はより
一層徹底される。
【００５４】以上述べたように、本発明はデザインルー
ルの微細化によるレジストマスクの薄膜化にも充分対応
できる、優れたＡｌ系金属配線のパターニング方法を提
供するものである。
ルの微細化によるレジストマスクの薄膜化にも充分対応
できる、優れたＡｌ系金属配線のパターニング方法を提
供するものである。
【図１】本発明を適用した実施例１、２および３を、そ
の工程順に説明する概略断面図であり、（ａ）はＡｌ系
金属層を含む積層膜上にレジストマスクを形成した状
態、（ｂ）は側壁保護膜を形成しつつＡｌ系金属層を含
む積層膜をパターニングした状態、（ｃ）はレジストマ
スクおよび側壁保護膜を除去してＡｌ系金属配線が完成
した状態である。
の工程順に説明する概略断面図であり、（ａ）はＡｌ系
金属層を含む積層膜上にレジストマスクを形成した状
態、（ｂ）は側壁保護膜を形成しつつＡｌ系金属層を含
む積層膜をパターニングした状態、（ｃ）はレジストマ
スクおよび側壁保護膜を除去してＡｌ系金属配線が完成
した状態である。
【図２】本発明を適用した実施例４を、その工程順に説
明する概略断面図であり、（ａ）はＡｌ系金属層を含む
積層膜上にレジストマスクを形成した状態、（ｂ）は側
壁保護膜を形成しつつＡｌ系金属層を含む積層膜をパタ
ーニングした状態、（ｃ）はＦ系ガスを含むプラズマに
より側壁保護膜を除去した状態、（ｄ）は側壁保護膜を
除去してＡｌ系金属配線が完成した状態である。
明する概略断面図であり、（ａ）はＡｌ系金属層を含む
積層膜上にレジストマスクを形成した状態、（ｂ）は側
壁保護膜を形成しつつＡｌ系金属層を含む積層膜をパタ
ーニングした状態、（ｃ）はＦ系ガスを含むプラズマに
より側壁保護膜を除去した状態、（ｄ）は側壁保護膜を
除去してＡｌ系金属配線が完成した状態である。
１ 層間絶縁膜 ２ 密着層 ３ バリアメタル層 ４ Ａｌ系金属層 ５ 反射防止層 ６ レジストマスク ７ 側壁保護膜
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/3213
Claims (8)
- 【請求項１】 エーテル、ケトン、エステル、カルボン
酸およびアルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも
１種類の有機化合物ガスと、ハロゲン化硼素ガスを含む
混合ガスにより、Ａｌ系金属層をプラズマエッチングす
ることを特徴とする、Ａｌ系金属配線のパターニング方
法。 - 【請求項２】 Ｃ−Ｏ結合を有する有機化合物ガスと、
ハロゲン化硼素ガスおよび放電解離条件下でプラズマ中
に遊離のイオウを生成しうるハロゲン化イオウ系ガスを
含む混合ガスにより、被処理基板温度を室温以下に制御
しながらＡｌ系金属層をプラズマエッチングすることを
特徴とする、Ａｌ系金属配線のパターニング方法。 - 【請求項３】 ハロゲン化硼素ガスは、ＢＣｌ3 および
ＢＢｒ3 のうちのいずれかであることを特徴とする、請
求項１または２記載のＡｌ系金属配線のパターニング方
法。 - 【請求項４】 ハロゲン化イオウ系ガスは、Ｓ2 Ｃ
ｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ2
およびＳＢｒ2 からなる群から選ばれる少なくとも１種
であることを特徴とする、請求項２記載のＡｌ系金属配
線のパターニング方法。 - 【請求項５】 Ｃ−Ｏ結合を有する有機化合物ガスと、
放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成しう
る塩化イオウ系ガスを含む混合ガスにより、被処理基板
温度を室温以下に制御しながらＡｌ系金属層をプラズマ
エッチングすることを特徴とする、Ａｌ系金属配線のパ
ターニング方法。 - 【請求項６】 塩化イオウ系ガスは、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3
Ｃｌ2 およびＳＣｌ2 からなる群から選ばれる少なくと
も１種であることを特徴とする、請求項５記載のＡｌ系
金属配線のパターニング方法。 - 【請求項７】 Ｃ−Ｏ結合を有する有機化合物ガスは、
アルコール、エーテル、ケトン、エステル、カルボン酸
およびアルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも１
種類であることを特徴とする、請求項２または５記載の
Ａｌ系金属配線のパターニング方法。 - 【請求項８】 パターニング終了後、被処理基板を加熱
しつつＦ系ガスを含むガスによりプラズマ処理を施すこ
とを特徴とする、請求項１、２または５記載のＡｌ系金
属配線のパターニング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24363694A JP3336769B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | Ａｌ系金属配線のパターニング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24363694A JP3336769B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | Ａｌ系金属配線のパターニング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08111396A JPH08111396A (ja) | 1996-04-30 |
| JP3336769B2 true JP3336769B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=17106774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24363694A Expired - Fee Related JP3336769B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | Ａｌ系金属配線のパターニング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3336769B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6341126B2 (ja) * | 2015-03-20 | 2018-06-13 | 豊田合成株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP6519364B2 (ja) * | 2015-07-06 | 2019-05-29 | 株式会社デンソー | 金属パターンの製造方法 |
-
1994
- 1994-10-07 JP JP24363694A patent/JP3336769B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08111396A (ja) | 1996-04-30 |
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