JP3353490B2 - Patterning method for laminated wiring - Google Patents

Patterning method for laminated wiring

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JP3353490B2 JP24580094A JP24580094A JP3353490B2 JP 3353490 B2 JP3353490 B2 JP 3353490B2 JP 24580094 A JP24580094 A JP 24580094A JP 24580094 A JP24580094 A JP 24580094A JP 3353490 B2 JP3353490 B2 JP 3353490B2
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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等の内部配線
に用いる積層配線のパターニング方法に関し、更に詳し
くは、高融点金属層上にAl系金属層が形成された構造
を含む積層配線のパターニング方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of patterning a laminated wiring used for an internal wiring of a semiconductor device or the like, and more particularly, to a method of patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer. About the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置の集積度が進み、
そのデザインルールがサブハーフミクロンからクォータ
ミクロンのレベルへと微細化されるに伴い、内部配線の
パターン幅も縮小されつつある。従来より内部配線材料
として、低抵抗のAlやAl系合金が多く用いられてき
たが、かかる配線幅の減少により、エレクトロマイグレ
ーションやストレスマイグレーションによる断線が発生
し、デバイス信頼性の上で大きな問題となってきてい
る。
2. Description of the Related Art The degree of integration of semiconductor devices such as LSIs has increased.
As the design rules are refined from sub-half micron to quarter micron, the pattern width of the internal wiring is also being reduced. Conventionally, low-resistance Al and Al-based alloys have been often used as internal wiring materials. However, such a reduction in wiring width causes disconnection due to electromigration or stress migration, which is a major problem in device reliability. It has become to.

【0003】このような各種マイグレーションの対策の
1つとして、Al−CuやAl−Si−Cuのように、
Cu等の低抵抗金属との合金化や、TiN等のバリアメ
タルとの積層化等の方法が採用されている。また近年で
は、より効果的な配線構造としてW、MoやTa等の高
融点金属やその合金、化合物等、ある程度の導電性を確
保でき、かつ高剛性の配線層をAl系金属層の下層に形
成した積層配線が検討されている。W等の高融点金属
は、Al系金属に比べて著しくエレクトロマイグレーシ
ョン耐性が高いことが例えば第35回応用物理学関係連
合講演会講演予稿集(1988年春季)p642、講演
番号29p−V−9に報告があり、広く知られていると
ころである。しかし、Wは電気抵抗がAlに比して高い
ので単層では配線抵抗の増大や信号伝播速度の低下が見
られるので、両者を組み合わせ、たとえ低抵抗のAl系
金属層が断線しても下層の高融点金属層の存在により、
その冗長効果を利用して配線層全体としては断線を回避
しうるという考え方に基づいている。なかでもWを用い
る場合は、高融点金属の中では比較的低抵抗の材料であ
り、ブランケットCVDによる成膜法が確立されている
ことから、今後の高信頼性積層配線構造として期待され
ている。
[0003] As one of measures against such various migrations, as in Al-Cu and Al-Si-Cu,
Methods such as alloying with a low-resistance metal such as Cu and lamination with a barrier metal such as TiN have been adopted. In recent years, as a more effective wiring structure, a high-melting-point metal such as W, Mo or Ta, an alloy thereof, a compound, etc., which can secure a certain degree of conductivity and a high-rigidity wiring layer is formed below the Al-based metal layer. The formed laminated wiring is being studied. High melting point metals such as W have remarkably higher electromigration resistance than Al-based metals. For example, the 35th Federation of Applied Physics-related lectures (Spring 1988) p642, lecture number 29p-V-9 And is widely known. However, since W has a higher electric resistance than Al, a single layer shows an increase in wiring resistance and a decrease in signal propagation speed. Therefore, a combination of both is used even if a low-resistance Al-based metal layer is disconnected. Due to the presence of the high melting point metal layer,
It is based on the idea that disconnection can be avoided in the entire wiring layer by utilizing the redundancy effect. Among them, when W is used, it is a material having a relatively low resistance among the high melting point metals, and a film formation method by blanket CVD has been established, so that it is expected as a highly reliable laminated wiring structure in the future. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、W等の
高融点金属層上にAl系金属層を形成した構造を含む積
層配線のパターニングは、異なる複数の材料層に対し共
に異方性加工を施す必要があることから、ドライエッチ
ングプロセスに新たな困難をもたらした。すなわち、エ
ッチング反応生成物であるハロゲン化物の蒸気圧の観点
から、Al系金属層はCl系ガスで、W層はF系ガスに
切り替えてパターニングを行うのであるが、このエッチ
ングガスの切り替えに起因するプロセス上の問題点を図
3(a)〜(d)を参照して説明する。
However, in the patterning of a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a high melting point metal layer such as W, anisotropic processing is performed on a plurality of different material layers. The need has brought new difficulties to the dry etching process. That is, from the viewpoint of the vapor pressure of the halide as an etching reaction product, the Al-based metal layer is switched to the Cl-based gas and the W layer is switched to the F-based gas for patterning. The problem in the process to be performed will be described with reference to FIGS.

【0005】まず図3(a)に示すように、半導体基板
(図示せず)上の絶縁層1上にTi等による密着層2、
TiN等のバリアメタル層3、W等の高融点金属層4、
Al系金属層5、反射防止層6をこの順に被着し、パタ
ーニング用のレジストマスク7を形成する。反射防止層
6は、高反射率のAl系金属層5上にレジストマスクを
パターニングする際に、露光光の不規則な反射を防止し
て制御性のよい露光を施すためのものであり、特にAl
系金属層5の表面に段差が有る場合に必要である。次に
Cl系エッチングガスにより、反射防止層6とAl系金
属層5をエッチングすると、図3(b)に示すようにA
lClx 系の反応生成物がレジストの分解生成物である
CClx とともに、レジストマスク7とパターニングさ
れた反射防止層6、Al系金属層5の側面に側壁付着膜
8となって付着する。次にエッチングガスをF系ガスに
切り替え、高融点金属層4、バリアメタル層3と密着層
2をエッチングする。このとき、AlClx 系の側壁付
着膜8はフッ素プラズマに曝されることによりハロゲン
原子の置換が起こり、図3(c)に示すようにAlFx
系の側壁変質膜10に変換される。側壁変質膜9はAl
3 を主成分とする物質であるが、このAlF3 は大気
圧下での昇華温度が1294℃であり蒸気圧が極めて小
さく、また酸、アルカリ、水、有機溶媒への溶解度が小
さいので、レジスト剥離液では除去できない。またO2
やO3 でレジストアッシングすると、側壁変質膜9はさ
らにAl2 3 系の物質に変換されてレジストマスク7
を覆うので、レジストアッシングに支障をきたしたり、
あるいはレジストアッシング後も図3(d)に示すよう
にフェンス状の残渣として残留する。特に後者の場合に
は、その形状からラビットイアと呼ばれる場合もある。
First, as shown in FIG. 3A, an adhesion layer 2 made of Ti or the like is formed on an insulating layer 1 on a semiconductor substrate (not shown).
A barrier metal layer 3 such as TiN, a high melting point metal layer 4 such as W,
An Al-based metal layer 5 and an antireflection layer 6 are applied in this order, and a resist mask 7 for patterning is formed. The anti-reflection layer 6 is used for patterning a resist mask on the Al-based metal layer 5 having high reflectivity to prevent irregular reflection of exposure light and perform exposure with good controllability. Al
This is necessary when the surface of the system metal layer 5 has a step. Next, when the anti-reflection layer 6 and the Al-based metal layer 5 are etched with a Cl-based etching gas, as shown in FIG.
The lCl x -based reaction product, together with CCl x , which is a decomposition product of the resist, adheres to the resist mask 7, the patterned antireflection layer 6, and the side surface of the Al-based metal layer 5 as a sidewall adhesion film 8. Next, the etching gas is switched to an F-based gas, and the refractory metal layer 4, the barrier metal layer 3, and the adhesion layer 2 are etched. At this time, the sidewall deposition film 8 AlCl x system substitution of halogen atoms occurs by exposure to fluorine plasma, AlF as shown in FIG. 3 (c) x
It is converted into a side wall altered film 10 of the system. The side wall altered film 9 is made of Al
This substance is a substance containing F 3 as a main component, and since this AlF 3 has a sublimation temperature under atmospheric pressure of 1294 ° C. and a very low vapor pressure, and has a low solubility in acids, alkalis, water and organic solvents, It cannot be removed with a resist stripper. Also O 2
When resist ashing is performed with O 3 or O 3 , the side wall altered film 9 is further converted to an Al 2 O 3 -based material,
So that it may interfere with resist ashing,
Alternatively, even after the resist ashing, it remains as a fence-shaped residue as shown in FIG. Particularly in the latter case, it may be called a rabbit ear because of its shape.

【0006】このように、一旦AlFx 系の側壁変質膜
10が形成されると、その除去は困難であり、積層配線
上に形成する層間絶縁膜等のステップカバレッジを悪化
し、デバイス不良の原因となる。また一部剥がれ落ちた
フェンス状残渣は、被エッチング基板やエッチング装置
チャンバ内のパーティクル汚染をも招く結果となる。ま
た強いて除去するには、スピン洗浄やさらにはスクラブ
洗浄等、強度の機械的・物理的外力を併用したウェット
プロセスが必要であり、デバイスの損傷やプロセスの複
雑化、スループットの低下を招く虞れがある。
[0006] As described above, once the AlF x -based deteriorated film 10 is formed, it is difficult to remove it, and the step coverage of an interlayer insulating film or the like formed on the laminated wiring is degraded, causing a device failure. Becomes In addition, the fence-shaped residue that has been partially peeled off results in particle contamination in the substrate to be etched and the chamber of the etching apparatus. In order to remove by force, a wet process using a strong mechanical / physical external force such as spin cleaning or scrub cleaning is required, which may cause damage to the device, complicate the process, and decrease the throughput. There is.

【0007】AlFx 系の側壁変質膜10の形成を回避
するには、高融点金属層4のエッチング時にF系ガスを
使用せず、Cl系ガスとO系ガスの混合ガスを用い、高
融点金属のオキシ塩化物を形成しつつエッチングすれば
よい。しかしこの方法を積層配線のパターニングに採用
すると、Al系金属層のパターニング終了後も、Al系
金属層パターン側面が長時間Cl系プラズマに曝される
ので、実質的に過剰のオーバーエッチングを続行する状
態となる。このため異方性加工されたAl系金属層パタ
ーンにサイドエッチングが入るという新たな問題が生じ
る。
In order to avoid the formation of the AlF x -based side wall altered film 10, the F-based gas is not used at the time of etching the refractory metal layer 4, and a mixed gas of a Cl-based gas and an O-based gas is used. The etching may be performed while forming a metal oxychloride. However, if this method is adopted for patterning the laminated wiring, the side surface of the Al-based metal layer pattern is exposed to the Cl-based plasma for a long time even after the patterning of the Al-based metal layer is completed, so that substantially excessive over-etching is continued. State. For this reason, there is a new problem that side etching occurs in the Al-based metal layer pattern that has been anisotropically processed.

【0008】かかるサイドエッチングは、サブハーフミ
クロン級の微細配線による半導体装置においては配線抵
抗値の増加や動作速度の低下、ストレスマイグレーショ
ン耐性の低下等の問題を発生し、積層配線の特長を相殺
しかねない。
Such side etching causes problems such as an increase in wiring resistance, a decrease in operation speed, and a decrease in stress migration resistance in a semiconductor device using sub-half micron-class fine wiring, and offsets the features of the stacked wiring. Maybe.

【0009】そこで本発明の課題は、高融点金属層上に
Al系金属層が形成された構造を含む微細幅の積層配線
のパターニングにおいて、アンダカットやサイドエッチ
ングの発生のない、異方性にすぐれたパターニング方法
を新たに提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an anisotropic pattern having no undercut or side etching in patterning of a fine-width laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a high-melting metal layer. It is to provide a new excellent patterning method.

【0010】また本発明の課題は、高融点金属層上にA
l系金属層が形成された構造を含む微細幅の積層配線の
パターニングにおいて、フェンス状残渣の発生を防止
し、被処理基板やドライエッチング装置のパーティクル
汚染発生の虞れなく異方性加工しうるクリーンなパター
ニング方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a method for forming an A
In patterning a fine-width stacked wiring including a structure in which an l-based metal layer is formed, it is possible to prevent the generation of fence-like residues and perform anisotropic processing without fear of particle contamination of a substrate to be processed or a dry etching apparatus. It is to provide a clean patterning method.

【0011】さらに本発明の課題は、側壁に残留する変
質膜等に起因して、積層配線上に形成する層間絶縁膜の
ステップカバレッジを低下することのない、信頼性のあ
る多層配線構造を形成しうる積層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、
本願明細書および添付図面の説明により明らかにされ
る。
Another object of the present invention is to form a reliable multilayer wiring structure which does not lower the step coverage of an interlayer insulating film formed on a laminated wiring due to a deteriorated film remaining on a side wall. It is an object of the present invention to provide a method for patterning a laminated wiring that can be performed. Problems other than the above of the present invention are:
It is made clear by the description in the present specification and the accompanying drawings.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の積層配線のパタ
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、高融点金属層上にAl系金属層が形成され
た構造を含む積層配線のパターニング方法において、A
l系金属層を少なくともBr系ガスを含むガスでエッチ
ングし、この後高融点金属層を少なくともCl系ガスと
O系ガスを含む混合ガスによりエッチングすることを特
徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION A method for patterning a laminated wiring according to the present invention is proposed to solve the above-mentioned problems, and includes a structure in which an Al-based metal layer is formed on a high melting point metal layer. In the method for patterning a laminated wiring, A
The l-type metal layer is etched with a gas containing at least a Br-based gas, and thereafter, the refractory metal layer is etched with a mixed gas containing at least a Cl-based gas and an O-based gas.

【0013】また本発明の積層配線のパターニング方法
は、高融点金属層上にAl系金属層が形成された構造を
含む積層配線のパターニング方法において、Al系金属
層を少なくともBr系ガスを含むガスでエッチングし、
続けてAl系金属層パターン側面に不動態処理を施し、
この後高融点金属層を少なくともCl系ガスとO系ガス
を含む混合ガスによりエッチングすることを特徴とする
ものである。
The method of patterning a laminated wiring according to the present invention is a method of patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a high-melting metal layer, wherein the Al-based metal layer is formed of a gas containing at least a Br-based gas. Etching with
Subsequently, passivation treatment is performed on the side surface of the Al-based metal layer pattern,
Thereafter, the high melting point metal layer is etched by a mixed gas containing at least a Cl-based gas and an O-based gas.

【0014】この不動態処理とは、酸化処理、窒化処理
および炭化処理等であり、Al系金属層パターン側面を
化学的活性の低いAlOx 、AlNx およびAlCx
の薄層を形成する処理である。形成手段は反応性雰囲気
中でのプラズマ処理、熱処理や、反応溶液中での化成処
理等、その手段は問わない。
The passivation treatment is an oxidation treatment, a nitridation treatment, a carbonization treatment, or the like, and a treatment for forming a thin layer of AlO x , AlN x, AlC x or the like having a low chemical activity on the side surface of the Al-based metal layer pattern. It is. The forming means is not limited, such as a plasma treatment in a reactive atmosphere, a heat treatment, and a chemical conversion treatment in a reaction solution.

【0015】本発明で用いるBr系ガスは、HBr、B
2 、BBr3 、CBr4 、SiBr4 、S2 Br2
3 Br2 およびSBr2 等を例示できる。また本発明
で用いるO系ガスは、O2 、やNO2 等がある。さらに
また本発明で用いるCl系ガスは、HCl、Cl2 、B
Cl3 、CCl4 、SiCl4 、S2 Cl2 、S3 Cl
2 およびSCl2 を例示することができる。
The Br-based gas used in the present invention is HBr, B
r 2 , BBr 3 , CBr 4 , SiBr 4 , S 2 Br 2 ,
Examples include S 3 Br 2 and SBr 2 . The O-based gas used in the present invention includes O 2 and NO 2 . Further, the Cl-based gas used in the present invention is HCl, Cl 2 , B
Cl 3 , CCl 4 , SiCl 4 , S 2 Cl 2 , S 3 Cl
2 and SCl 2 .

【0016】本発明においては、エッチング時には、被
エッチング基板を室温以下、例えば0℃に制御すること
が望ましい。被エッチング基板温度は、過度に冷却する
とエッチングレートが低下し、またエッチング装置の管
理も複雑化するので、−数十℃が下限の目安となる。
In the present invention, it is desirable that the substrate to be etched be controlled to a room temperature or less, for example, 0 ° C. during etching. If the temperature of the substrate to be etched is excessively cooled, the etching rate is lowered, and the management of the etching apparatus is complicated.

【0017】また本発明は、0.5μm以下のパターン
幅のサブハーフミクロン級の積層配線をパターニングす
る場合に特にその効果を発揮する。
The present invention is particularly effective when patterning a sub-half micron-class laminated wiring having a pattern width of 0.5 μm or less.

【0018】[0018]

【作用】本発明のポイントは、積層配線の下層であるW
等の高融点金属層をCl系ガスとO系ガスを含む混合ガ
スによりエッチングするに際し、先にパターニングが終
了している上層のAl系金属層パターンのサイドエッチ
ングを防止する手段を提供する点にある。
The point of the present invention is that W, which is the lower layer of the laminated wiring, is used.
In etching a high melting point metal layer such as a mixture gas containing a Cl-based gas and an O-based gas, a means for preventing side etching of an upper Al-based metal layer pattern that has been previously patterned is provided. is there.

【0019】具体的には、Al系金属層のエッチングは
Br系ガスを含むエッチングガスを採用し、被エッチン
グ層やレジストとエッチングガスとの反応生成物である
AlBrx やCBrx を主成分とする強固な側壁保護膜
を形成しながらエッチングする。Brを含むこの側壁保
護膜は、引き続き基板バイアスを印加しつつAl系金属
層をエッチングする間中も残存し、Al系金属層パター
ンの側壁をCl* (塩素ラジカル)のアタックから保護
する。
More specifically, the etching of the Al-based metal layer employs an etching gas containing a Br-based gas, and mainly includes AlBr x or CBr x which is a reaction product between the layer to be etched or the resist and the etching gas. Etching while forming a strong side wall protective film. This sidewall protective film containing Br remains during the etching of the Al-based metal layer while continuously applying a substrate bias, and protects the sidewall of the Al-based metal layer pattern from Cl * (chlorine radical) attack.

【0020】このとき、エッチング時には被エッチング
基板を室温以下に制御すれば、AlBrx やCBrx
主成分とする側壁保護膜の堆積は助長されるとともに、
Al系金属層パターン側壁部におけるCl* の反応自体
が抑制されるので、Al系金属層パターンにサイドエッ
チング防止効果は徹底される。
At this time, if the substrate to be etched is controlled at room temperature or lower during the etching, the deposition of the sidewall protective film mainly composed of AlBr x or CBr x is promoted, and
Since the reaction of Cl * on the side wall portion of the Al-based metal layer pattern itself is suppressed, the effect of preventing side etching in the Al-based metal layer pattern is thorough.

【0021】一方、下層のW等の高融点金属層は、Cl
系ガスとO系ガスとの混合ガスによりエッチングする。
先に記したように、Wの塩化物であるWCl6 は蒸気圧
が小さく、その1気圧での沸点は346.7℃と高いの
でCl系ガスのみではWのエッチングは困難である。と
ころがWのオキシ塩化物WOx Cly の蒸気圧ははるか
に大きく、代表的なオキシ塩化物であるWOCl4 の沸
点は227.5℃である。WF6 の沸点である17.5
℃には及ばないものの、W等の高融点金属層はCl系ガ
スとO系ガスとの混合ガスにより充分エッチング可能で
ある。ただしWをF系のガスでエッチングする場合の反
応生成物であるWF6 の蒸気圧に比較すれば、WOCl
4 の蒸気圧はかなり小さいことも事実である。このた
め、W等の高融点金属層をCl系ガスとO系ガスとの混
合ガスによりエッチングする場合には、イオン照射面で
のみイオンアシスト反応の形でエッチングが進行する。
すなわち、Cl* による等方的なエッチングは起こら
ず、サイドエッチングの問題は解決される。この時も、
被エッチング基板を室温以下に制御すれば異方性向上に
は効果的である。このことは、F系ガスによるWのエッ
チングの場合、方向性の乏しいF* による等方性反応が
進み、サイドエッチングが入りやすいことと大きく異な
る点である。なお沸点のデータはCRC Handbo
ok of Chemistry and Phisi
cs 71st.Edition(1990,CRC
Press社刊)による。
On the other hand, the lower refractory metal layer such as W
Etching is performed using a mixed gas of a system gas and an O system gas.
As described above, WCl 6 , which is a chloride of W, has a low vapor pressure and a high boiling point at 1 atm of 346.7 ° C., so that it is difficult to etch W with only a Cl-based gas. However, the vapor pressure of W oxychloride WO x C y is much higher, and the boiling point of WOCl 4 , which is a typical oxy chloride, is 227.5 ° C. 17.5 which is the boiling point of WF 6
Although not as high as ° C., the refractory metal layer such as W can be sufficiently etched by a mixed gas of a Cl-based gas and an O-based gas. However, when compared with the vapor pressure of WF 6 which is a reaction product when W is etched with an F-based gas, WOCl
It is also true that the vapor pressure of 4 is quite small. For this reason, when a high melting point metal layer such as W is etched by a mixed gas of a Cl-based gas and an O-based gas, the etching proceeds only on the ion irradiation surface in the form of an ion-assisted reaction.
That is, isotropic etching by Cl * does not occur, and the problem of side etching is solved. At this time,
Controlling the substrate to be etched to a temperature equal to or lower than room temperature is effective for improving anisotropy. This is significantly different from the fact that in the case of etching W with an F-based gas, an isotropic reaction due to poor directivity of F * proceeds and side etching easily occurs. The data of the boiling point is CRC Handbo
ok of Chemistry and Physi
cs 71st. Edition (1990, CRC
Press).

【0022】さらに、上層のAl系金属層のエッチング
後、F系ガスを用いることがないので、AlClx 系の
側壁付着膜はAlFx 系の側壁変質膜に変換されること
がない。このため除去困難なフェンス状残渣が残留せ
ず、被エッチング基板ならびにエッチング装置内のパー
ティクル汚染の問題も解決できる。同時に後に形成する
層間絶縁膜や上層配線のステップカバレッジの低下もな
くなる。
Further, since the F-based gas is not used after the etching of the upper Al-based metal layer, the AlCl x -based side wall adhered film is not converted into an AlF x -based side wall altered film. For this reason, a fence-shaped residue that is difficult to remove does not remain, and the problem of particle contamination in the substrate to be etched and the etching apparatus can be solved. At the same time, the step coverage of the interlayer insulating film and the upper wiring to be formed later is not reduced.

【0023】本発明は以上のような基本概念を骨子とす
るが、より一層の効果の徹底を図るため、パターニング
が終了したAl系金属層パターンの側面に不動態処理を
施し、このAl系金属層パターンをCl* の攻撃から保
護する方法をも提供する。すなわち、AlOx 、AlN
x およびAlCx 等の不動態被膜の形成により、Al系
金属層パターンのサイドエッチングの虞れはなくなる。
これら不動態被膜の膜厚は数nm以下であり、配線抵抗
の増加は実質上問題となるレベルではない。またこの窒
化膜または炭化膜の存在により、Al系金属層パターン
のアフターコロージョンが防止される副次的効果も得ら
れる。
Although the present invention is based on the basic concept as described above, in order to further enhance the effect, a passivation treatment is performed on the side surface of the patterned Al-based metal layer pattern, and the Al-based metal It also provides a way to protect the layer pattern from Cl * attacks. That is, AlO x , AlN
By forming a passivation film such as x and AlC x, there is no fear of side etching of the Al-based metal layer pattern.
The film thickness of these passivation films is several nm or less, and the increase in wiring resistance is not at a level that causes a substantial problem. The presence of the nitride film or the carbide film also has a secondary effect of preventing after-corrosion of the Al-based metal layer pattern.

【0024】本発明で用いるBr系ガスやCl系ガスの
うち、S2 Br2 、S3 Br2 およびSBr2 等の臭化
イオウ系ガス、あるいはS2 Cl2 、S3 Cl2 および
SCl2 等塩化イオウ系ガスを用いると、プラズマ中で
解離生成する遊離のイオウは室温以下に制御された被エ
ッチング基板上に堆積し、入射イオンに平行なパターン
側壁にイオウの側壁保護膜を形成する。またこれら塩化
イオウ系ガスにさらにN2 等N系ガスを添加すれば、プ
ラズマ中にチアジル(SN)が形成され、これは直ちに
重合するのでポリチアジル(SN)n の側壁保護膜の利
用が可能となる。これらイオウ系の側壁保護膜は、Cl
* の攻撃からパターン側壁を保護し、一層の異方性加工
に寄与する。またこれらイオウ系の側壁保護膜は、エッ
チング終了後被エッチング基板を減圧下で加熱すれば容
易に昇華除去できるので基板汚染やパーティクルレベル
の低下の虞れはない。昇華温度はイオウで約90℃以
上、ポリチアジルで約150℃以上である。
Among the Br-based gases and Cl-based gases used in the present invention, sulfur bromide-based gases such as S 2 Br 2 , S 3 Br 2 and SBr 2 , or S 2 Cl 2 , S 3 Cl 2 and SCl 2 When an isochloride-based gas is used, free sulfur dissociated and generated in the plasma is deposited on the substrate to be etched at a temperature lower than room temperature, and forms a sulfur sidewall protective film on the pattern sidewall parallel to the incident ions. If an N-based gas such as N 2 is further added to these sulfur chloride-based gases, thiazyl (SN) is formed in the plasma, and this is polymerized immediately. Therefore, it is possible to use a sidewall protective film of polythiazyl (SN) n. Become. These sulfur-based side wall protective films are made of Cl.
* Protects the pattern side wall from attack and contributes to further anisotropic processing. In addition, since these sulfur-based side wall protective films can be easily removed by sublimation by heating the substrate to be etched under reduced pressure after etching, there is no fear of substrate contamination or reduction in particle level. The sublimation temperature is about 90 ° C. or more for sulfur and about 150 ° C. or more for polythiazyl.

【0025】本発明においては、上述の機構によりAl
系金属配線のサイドエッチングを防止することが可能と
なるので、とりわけパターン幅が0.5μm以下の微細
な積層配線のパターニングに用いた場合に配線抵抗の増
加やアフターコロージョン等の諸問題を解決することが
でき、その効果が大きい。
In the present invention, Al
Since it becomes possible to prevent side etching of the system metal wiring, it is possible to solve various problems such as an increase in wiring resistance and after-corrosion particularly when used for patterning a fine laminated wiring having a pattern width of 0.5 μm or less. The effect can be great.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0027】実施例1 本実施例は、W層上にAl−1%Si合金層が形成され
た積層構造のパターニングにおいて、Al−1%Si合
金層をBr系ガスを含むエッチングガスでエッチング
後、W層をCl系ガスとO系ガスを含む混合ガスにより
エッチングした例であり、これを図1(a)〜(d)を
参照して説明する。なお、従来例の説明に用いた図3と
同様の構成部分には同一の参照番号を付与するものとす
る。
Embodiment 1 In this embodiment, in patterning a laminated structure in which an Al-1% Si alloy layer is formed on a W layer, the Al-1% Si alloy layer is etched with an etching gas containing a Br-based gas. , W layer is etched by a mixed gas containing a Cl-based gas and an O-based gas, which will be described with reference to FIGS. The same components as those in FIG. 3 used in the description of the conventional example are denoted by the same reference numerals.

【0028】まず図1(a)に示すように、Si等の半
導体基板(図示せず)上にSiO2等の絶縁膜1を形成
する。次にTiからなる密着層2、TiNからなるバリ
アメタル層3、ブランケットCVDによるWからなる高
融点金属層4、スパッタリングによるAl−1%Siか
らなるAl系金属層5、TiONからなる反射防止層6
をこの順に形成する。バリアメタル層形成後、不活性雰
囲気中で例えば650℃で60秒程度のRTAを施し、
バリア性を向上してもよい。なお、絶縁膜2には図示し
ないが接続孔が開口され、半導体基板に形成された不純
物拡散領域とコンタクトする多層配線構造であってもよ
い。またSi等の半導体基板は、Al合金や多結晶Si
等からなる下層配線層であってもよい。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7
0nm、高融点金属層4が200nm、Al系金属層5
が300nmそして反射防止層6が70nmである。
First, as shown in FIG. 1A, an insulating film 1 such as SiO 2 is formed on a semiconductor substrate (not shown) such as Si. Next, an adhesion layer 2 made of Ti, a barrier metal layer 3 made of TiN, a refractory metal layer 4 made of W by blanket CVD, an Al-based metal layer 5 made of Al-1% Si by sputtering, and an antireflection layer made of TiON 6
Are formed in this order. After forming the barrier metal layer, RTA is performed at 650 ° C. for about 60 seconds in an inert atmosphere,
The barrier properties may be improved. Although not shown, the insulating film 2 may have a multi-layer wiring structure in which a connection hole is opened to make contact with an impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate. Semiconductor substrates such as Si are made of Al alloy or polycrystalline Si.
A lower wiring layer made of the same may be used. The thickness of each layer is
As an example, the adhesion layer 2 is 30 nm, and the barrier metal layer 3 is 7 nm.
0 nm, refractory metal layer 4 is 200 nm, Al-based metal layer 5
Is 300 nm and the thickness of the antireflection layer 6 is 70 nm.

【0029】つぎに、一例としてネガ型3成分系化学増
幅型フォトレジストであるシプレー社製SAL−601
とKrFエキシマレーザリソグラフィにより、0.35
μm幅のレジストマスクマスク7を形成する。ここまで
形成した図1(a)に示す試料を被エッチング基板とす
る。
Next, as an example, a negative type three-component chemically amplified photoresist, SAL-601 manufactured by Shipley Co., Ltd.
0.35 by KrF excimer laser lithography
A resist mask having a width of μm is formed. The sample formed so far and shown in FIG. 1A is used as a substrate to be etched.

【0030】この被エッチング基板を、基板バイアス印
加型ECRプラズマエッチング装置により、一例として
下記エッチング条件によりまずTiONからなる反射防
止層6とAl系金属層5をエッチングする。 Cl2 60 sccm BCl3 60 sccm HBr 30 sccm ガス圧力 2.0 Pa マイクロ波パワー 900 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 35 W(13.56MH
z) 基板温度 0 ℃ 本エッチング工程では、ECR放電によりCl2 とBC
3 から解離生成するCl* によるラジカル反応がCl
x + 、BClx + およびBrx + 等のイオンにアシスト
される形でエッチングは異方的に進み、反射防止膜7と
Al系金属層5はTiClx 、AlClx 等を生成して
エッチングが進行した。また同時に、レジストマスクと
パターニングされた反射防止層6、Al系金属層5の側
面には図1(b)に示すようにレジストマスクの分解生
成物に由来するCBrx や反応生成物であるAlBrX
が付着し、側壁保護膜8aを形成し異方性加工に寄与す
る。被エッチング基板が0℃に制御されラジカル反応が
抑制されていることもあり、良好な異方性形状を持つA
l系金属層5パターンが形成された。エッチングは高融
点金属層4表面が露出すると、この面でストップする。
これは先に述べたようにWCl6 やWBr6 の蒸気圧が
低く、エッチングレートが極端に小さいためである。
The anti-reflection layer 6 made of TiON and the Al-based metal layer 5 are first etched from the substrate to be etched by a substrate bias applying type ECR plasma etching apparatus under the following etching conditions, for example. Cl 2 60 sccm BCl 3 60 sccm HBr 30 sccm Gas pressure 2.0 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 35 W (13.56 MH)
z) Substrate temperature 0 ° C. In this etching step, Cl 2 and BC are
Cl * by radical reaction Cl to dissociated from l 3
The etching proceeds anisotropically in a form assisted by ions such as x + , BCl x +, and Br x + , and the antireflection film 7 and the Al-based metal layer 5 generate TiCl x , AlCl x, etc. Advanced. At the same time, on the side surfaces of the resist mask and the patterned antireflection layer 6 and the Al-based metal layer 5, as shown in FIG. 1B, CBr x derived from the decomposition product of the resist mask and AlBr which is a reaction product are formed. X
Adheres to form the side wall protective film 8a and contribute to anisotropic processing. Since the substrate to be etched is controlled at 0 ° C. and the radical reaction is suppressed, A having a good anisotropic shape
5 patterns of the l-based metal layer were formed. When the surface of the refractory metal layer 4 is exposed, the etching stops at this surface.
This is because the vapor pressure of WCl 6 or WBr 6 is low and the etching rate is extremely low as described above.

【0031】次にCl系とO系の混合ガスに切り替え、
一例として下記エッチング条件で下層の高融点金属層
4、バリアメタル層3、密着層2ををパターニングす
る。 Cl2 90 sccm O2 30 sccm HBr 10 sccm ガス圧力 2.0 Pa マイクロ波パワー 900 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 35 W(13.56MH
z) 基板温度 25 ℃ 本エッチング工程では、W等の高融点金属層4はCl*
によるラジカル反応がCl+ 、O+ 等のイオン入射にア
シストされる形でエッチングは異方的に進む。これは脱
離する反応生成物がWOCl4 等のWのオキシ塩化物で
あり、蒸気圧が比較的低いので基板に入射するイオンの
垂直入射面のみがエッチングされるからである。バリア
メタル層3および密着層2はTiClx を形成して除去
される。これと同時に、レジストマスク7の分解生成物
CClx 、CBrx を主とする側壁保護膜8bが付着形
成され、高融点金属層4の異方性加工に寄与する。Al
系金属層5パターン側面には前述した側壁保護膜8aが
引き続き残留しているので、Cl* によるラジカル反応
を阻止する。エッチング終了後の状態を図1(c)に示
す。
Next, the mixture is switched to a Cl-based and O-based mixed gas.
As an example, the lower refractory metal layer 4, barrier metal layer 3, and adhesion layer 2 are patterned under the following etching conditions. Cl 2 90 sccm O 2 30 sccm HBr 10 sccm Gas pressure 2.0 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 35 W (13.56 MH)
The z) substrate temperature 25 ° C. This etching step, the refractory metal layer 4 such as W is Cl *
Etching proceeds anisotropically in such a manner that a radical reaction caused by Cl + and O + is assisted by the incidence of ions such as Cl + and O + . This is because the desorbed reaction product is W oxychloride such as WOCl 4 and the vapor pressure is relatively low, so that only the vertical incidence surface of ions incident on the substrate is etched. The barrier metal layer 3 and the adhesion layer 2 are removed by forming TiCl x . At the same time, a side wall protective film 8b mainly composed of decomposition products CCl x and CBr x of the resist mask 7 is attached and contributes to the anisotropic processing of the high melting point metal layer 4. Al
Since the above-mentioned side wall protective film 8a remains on the side surface of the pattern of the base metal layer 5, the radical reaction due to Cl * is prevented. FIG. 1C shows the state after the end of the etching.

【0032】この後、通常のO2 プラズマアッシングに
よりレジストマスク7と側壁保護膜8aおよび8bを除
去し、図1(d)に示すように、基板バイアスを印加し
つつ行ったエッチングによるAl/W系の積層配線のパ
ターニングが終了する。
Thereafter, the resist mask 7 and the side wall protective films 8a and 8b are removed by ordinary O2 plasma ashing, and a substrate bias is applied as shown in FIG.
Then, the patterning of the Al / W-based stacked wiring by the etching performed is completed.

【0033】本実施例によれば、CBrx やAlBrX
によるラジカル耐性の高い側壁保護膜8aを形成したこ
とにより、Al系金属層5パターンのサイドエッチング
が効果的に防止される。また高融点金属層4のエッチン
グガスからF系ガスを排除したことにより、この側壁保
護膜8aがAlFx 系の変質膜に変換されることがな
い。このため、側壁保護膜8aはエッチング終了後のア
ッシングにより容易に除去することが可能でありフェン
ス状残渣を残すことがない。レジスト剥離液によりレジ
ストマスク7を除去する場合には、剥離液処理およびこ
れに続く純水洗浄により、側壁付着膜8aおよび8bも
同時にウェット除去可能であり、なんら残渣を残す虞れ
はない。
According to the present embodiment, CBr x or AlBr x
By forming the sidewall protective film 8a having high radical resistance due to the above, side etching of the pattern of the Al-based metal layer 5 is effectively prevented. Further, by the etching gas of the refractory metal layer 4 to eliminate the F-based gas, never the sidewall protection film 8a is converted into altered membrane AlF x system. For this reason, the sidewall protective film 8a can be easily removed by ashing after the end of the etching, and a fence-shaped residue does not remain. When the resist mask 7 is removed with a resist stripping solution, the side wall deposition films 8a and 8b can be simultaneously wet-removed by the stripping solution treatment and the subsequent pure water cleaning, and there is no possibility of leaving any residue.

【0034】実施例2 本実施例は、W層上にAl−1%Si合金層が形成され
た積層構造のエッチングにおいて、Al−1%Si合金
層をBr系ガスを含むエッチングガスでエッチング後、
Al−1%Si合金層パターン側面をプラズマ窒化して
不動態処理を施し、この後W層をCl系ガスとO系ガス
を含む混合ガスによりエッチングした例であり、これを
図2(a)〜(e)を参照して説明する。なお、図2に
おいても従来例の説明に用いた図3と同様の構成部分に
は同一の参照番号を付与するものとする。
Embodiment 2 In this embodiment, in the etching of a laminated structure in which an Al-1% Si alloy layer is formed on a W layer, the Al-1% Si alloy layer is etched with an etching gas containing a Br-based gas. ,
This is an example in which the side surface of the Al-1% Si alloy layer pattern is plasma-nitrided and subjected to a passivation treatment, and then the W layer is etched with a mixed gas containing a Cl-based gas and an O-based gas, as shown in FIG. This will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 3 used for the description of the conventional example are given the same reference numerals.

【0035】本実施例において採用した図2(a)に示
す被エッチング基板は、実施例1で説明した図1(a)
に示す被エッチング基板と同じであり、重複する説明を
省略する。この被エッチング基板を、基板バイアス印加
型ECRプラズマエッチング装置により、一例として下
記エッチング条件によりまずTiONからなる反射防止
層6とAl系金属層5をエッチングする。 Cl2 90 sccm BBr3 40 sccm ガス圧力 2.0 Pa マイクロ波パワー 900 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 35 W(13.56MH
z) 基板温度 0 ℃ 本エッチング工程では、ECR放電によりCl2 から解
離生成するCl* によるラジカル反応がClx + 、BB
x + およびBrx + 等のイオンにアシストされる形で
エッチングは異方的に進み、反射防止膜7とAl系金属
層5はTiCl x 、AlClx 等を生成してエッチング
が進行した。また同時に、レジストマスクとパターニン
グされた反射防止層6、Al系金属層5の側面には図1
(b)に示すようにレジストマスクの分解生成物に由来
するCClx 、CBrx や反応生成物であるAlBrX
が付着し、側壁保護膜8aを形成し異方性加工に寄与す
る。被エッチング基板が0℃に制御されラジカル反応が
抑制されていることもあり、良好な異方性形状を持つA
l系金属層パターンが形成された。エッチングは高融点
金属層4表面が露出すると、この面で停止する。
FIG. 2A employed in this embodiment is shown in FIG.
The substrate to be etched is the same as that shown in FIG.
It is the same as the substrate to be etched shown in
Omitted. The substrate to be etched is applied with a substrate bias.
Type ECR plasma etching equipment
First anti-reflection made of TiON depending on the etching conditions
The layer 6 and the Al-based metal layer 5 are etched. ClTwo 90 sccm BBrThree 40 sccm gas pressure 2.0 Pa microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 35 W (13.56 MH)
z) Substrate temperature 0 ° C. In this etching step, Cl is discharged by ECR discharge.TwoSolution from
Cl generated by separation*Radical reaction caused by Clx +, BB
rx +And Brx +In the form assisted by ions such as
The etching proceeds anisotropically, and the antireflection film 7 and the Al-based metal
Layer 5 is TiCl x, AlClxEtching to generate etc.
Has progressed. At the same time, resist mask and patterning
FIG. 1 shows a side view of the anti-reflection layer 6 and the Al-based metal layer
Derived from decomposition products of resist mask as shown in (b)
CClx, CBrxAnd the reaction product AlBrX
Adheres to form the sidewall protective film 8a and contribute to anisotropic processing.
You. The substrate to be etched is controlled at 0 ° C.
A with good anisotropic shape
An l-based metal layer pattern was formed. Etching is high melting point
When the surface of the metal layer 4 is exposed, it stops at this surface.

【0036】続けて、下記条件でパターニングされたA
l系金属層5の側面のプラズマ窒化をおこなった。 NH3 90 sccm Ar 60 sccm ガス圧力 2.0 Pa マイクロ波パワー 900 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 0 W(13.56MH
z) 基板温度 0 ℃ 本プラズマ処理工程においては、側壁保護膜8aはCN
x 等となり除去される一方、Al系金属層5パターン側
面には薄くAlNからなる不動態被膜9が形成される。
Subsequently, A patterned under the following conditions
Plasma nitriding of the side surface of the l-based metal layer 5 was performed. NH 3 90 sccm Ar 60 sccm Gas pressure 2.0 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 0 W (13.56 MH)
z) Substrate temperature 0 ° C. In this plasma processing step, the side wall protective film 8a is formed of CN
While removed becomes x, etc., passive film 9 made of thin AlN in the Al-based metal layer 5 pattern side is formed.

【0037】次にCl系とO系の混合ガスに切り替え、
一例として下記エッチング条件で下層の高融点金属層
4、バリアメタル層3、密着層2ををパターニングす
る。 HCl 90 sccm O2 20 sccm ガス圧力 2.0 Pa マイクロ波パワー 900 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 35 W(13.56MH
z) 基板温度 0 ℃ 本エッチング工程では、W等の高融点金属層4はCl*
によるラジカル反応がCl+ 、O+ 等のイオン入射にア
シストされる形でエッチングは異方的に進む。脱離する
反応生成物がWOCl4 等のWOx Cly 系のオキシ塩
化物であり、蒸気圧が比較的低いので基板に入射するイ
オンの垂直入射面のみがエッチングされるからである。
バリアメタル層3および密着層2はTiClx を形成し
て除去される。これと同時に、レジストマスク7の分解
生成物CClx を主とする側壁保護膜8bが付着形成さ
れ、高融点金属層4の異方性加工に寄与する。Al系金
属層5パターン側面には前述した強固な不動態被膜9が
存在しCl* によるラジカル反応を阻止する。エッチン
グ終了後の状態を図2(d)に示す。
Next, switching to a Cl-based and O-based mixed gas,
As an example, the lower refractory metal layer 4, barrier metal layer 3, and adhesion layer 2 are patterned under the following etching conditions. HCl 90 sccm O 2 20 sccm Gas pressure 2.0 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 35 W (13.56 MH)
The z) substrate temperature 0 ℃ the etching step, the refractory metal layer 4 such as W is Cl *
Etching proceeds anisotropically in such a manner that a radical reaction caused by Cl + and O + is assisted by the incidence of ions such as Cl + and O + . The reaction product which leaves are WO x Cl y based oxychlorides of such WOCl 4, because due to the relatively low vapor pressure only the vertical plane of incidence of ions incident on the substrate is etched.
The barrier metal layer 3 and the adhesion layer 2 are removed by forming TiCl x . At the same time, the side wall protective film 8b mainly composed of the decomposition product CCl x of the resist mask 7 is attached and contributes to the anisotropic processing of the refractory metal layer 4. The strong passivation film 9 described above is present on the side surface of the pattern of the Al-based metal layer 5, and prevents a radical reaction due to Cl * . FIG. 2D shows the state after the completion of the etching.

【0038】この後、通常のO2 プラズマアッシングに
よりレジストマスク7と側壁保護膜8bを除去し、図2
(e)に示すようにAl/W系の積層配線のパターニン
グが終了する。
Thereafter, the resist mask 7 and the side wall protective film 8b are removed by ordinary O 2 plasma ashing, and FIG.
As shown in (e), the patterning of the Al / W-based laminated wiring is completed.

【0039】本実施例によれば、CBrx やAlBrX
によるラジカル耐性の高い側壁保護膜8aを形成したこ
とにより、Al系金属層5パターニング時のサイドエッ
チングが効果的に防止される。また、Al系金属層5の
パターニング終了後はAlNからなる不動態被膜9を形
成したことにより、引き続く高融点金属層4のエッチン
グ時にもAl系金属層5パターンがサイドエッチングを
受けることがない。側壁保護膜8bはエッチング終了後
のアッシングにより容易に除去できる性質のものであ
り、フェンス状残渣を残すことがない。レジスト剥離液
によりレジストマスク7を除去する場合には、剥離液処
理およびこれに続く純水洗浄により、側壁付着膜8bも
同時にウェット除去可能であり、なんら残渣を残す虞れ
はない。
According to the present embodiment, CBr x or AlBr x
By forming the sidewall protection film 8a having high radical resistance due to the above, the side etching at the time of patterning the Al-based metal layer 5 is effectively prevented. In addition, since the passivation film 9 made of AlN is formed after the patterning of the Al-based metal layer 5 is completed, the pattern of the Al-based metal layer 5 is not subjected to side etching even when the refractory metal layer 4 is subsequently etched. The sidewall protective film 8b has such a property that it can be easily removed by ashing after the etching, and does not leave a fence-like residue. When the resist mask 7 is removed with a resist stripper, the side wall adhesion film 8b can be simultaneously wet-removed by the stripper solution treatment and the subsequent pure water cleaning, and there is no risk of leaving any residue.

【0040】以上、本発明を2例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ことはな
い。
Although the present invention has been described with reference to the two embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.

【0041】高融点金属層4としてブランケットCVD
によるWを例示したが、Ta、Mo等他の高融点金属や
その合金、シリサイド等を用いてもよい。Al系金属層
6として、Al−1%Siを例示したが、Al−Si−
Cu合金、Al−Cu合金等他のAl合金や純Alを用
いてもよい。
Blanket CVD as high melting point metal layer 4
However, other refractory metals such as Ta and Mo, alloys thereof, and silicide may be used. Although Al-1% Si is exemplified as the Al-based metal layer 6, Al-Si-
Other Al alloys such as Cu alloy and Al-Cu alloy or pure Al may be used.

【0042】反射防止層としてTiONを例示したが、
露光波長等の条件を選ぶことによりa−Si、Si
2 、Si3 4 、SiON、SiCあるいは有機系材
料等を適宜選択して用いてもよい。バリアメタル層とし
てもTiNを用いたが、TiON、TiW、TiSix
等を用いてもよい。バリアメタル層と密着層は、必要が
無ければ使用しなくてもよい。
Although TiON is exemplified as the antireflection layer,
By selecting conditions such as exposure wavelength, a-Si, Si
O 2 , Si 3 N 4 , SiON, SiC or an organic material may be appropriately selected and used. Barrier was also used TiN as a metal layer, TiON, TiW, TiSi x
Etc. may be used. The barrier metal layer and the adhesion layer may not be used if unnecessary.

【0043】不動態処理としてプラズマ窒化を例示した
が、例えばO2 ガスやCH4 ガス中でのプラズマ酸化や
プラズマ炭化処理であってもよい。またプラズマ処理以
外にも、反応性ガス中での熱処理や、陽極酸化等の溶液
中の化成処理により不動態被膜を形成してもよい。
Although the plasma nitriding is exemplified as the passivation process, for example, plasma oxidation or plasma carbonization in O 2 gas or CH 4 gas may be used. In addition to the plasma treatment, the passivation film may be formed by a heat treatment in a reactive gas or a chemical conversion treatment in a solution such as anodic oxidation.

【0044】エッチングガス系についても実施例にあげ
た例に限定されるものではない。例えば、Br系ガスと
してBr2 やCBr4 、Cl系ガスとしてCCl4 、S
iCl4 等他のガスを用いてもよい。臭化イオウ系ガス
や塩化イオウ系ガスを用いれば、側壁保護膜としてイオ
ウ系材料の堆積を併用出来るので、より一層の側壁保護
効果によるサイドエッチング防止に有効である。またH
I等のI系ガスの添加もレジストマスクや下地材料層と
の選択性向上に有効である。勿論Ar、He等の不活性
希釈ガスを添加してもよい。エッチング装置は基板バイ
アス印加型ECRプラズマエッチング装置を用いたが、
平行平板型RIE装置、マグネトロンRIE装置、ヘリ
コン波プラズマエッチング装置等特に形式を問わない。
ロードロック室、アッシング室等で構成された多室連続
処理システムを用いればスループットを向上することが
できる。
The etching gas system is not limited to the examples described in the embodiments. For example, Br 2 or CBr 4 as a Br-based gas, CCl 4 or S as a Cl-based gas
Other gases such as iCl 4 may be used. If a sulfur bromide-based gas or a sulfur chloride-based gas is used, the deposition of a sulfur-based material can be used in combination as a sidewall protective film, which is effective in preventing side etching by a further sidewall protective effect. Also H
Addition of an I-based gas such as I is also effective for improving the selectivity with respect to a resist mask and a base material layer. Of course, an inert diluent gas such as Ar or He may be added. The etching device used was a substrate bias application type ECR plasma etching device.
A parallel plate type RIE apparatus, a magnetron RIE apparatus, a helicon wave plasma etching apparatus and the like are not particularly limited.
Throughput can be improved by using a multi-chamber continuous processing system including a load lock chamber, an ashing chamber, and the like.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によればW等高融点金属層上にAl系金属層が形成され
た構造を含む積層配線のパターニング方法において、エ
ッチングガス系からF系ガスを排除し、Al系金属層を
Br系ガスでエッチング後、高融点金属層をCl系とO
系の混合ガスでエッチングすることにより、下記の効果
を発揮する。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in the method of patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a high-melting-point metal layer such as W, an etching gas system is used to convert F to F. After removing the Al-based gas and etching the Al-based metal layer with the Br-based gas, the refractory metal layer is changed to Cl-based and O-based.
The following effects are exhibited by etching with a system mixed gas.

【0046】Al系金属層のエッチング時にBr系ガス
の採用により、CBrx やAlBr x 等の強固な側壁保
護膜を形成でき、Al系金属層のパターニング時のサイ
ドエッチングが防止できるとともに、引き続く高融点金
属層のパターニング時にもAl系金属層パターン側面を
保護してサイドエッチングを防止する。
Br-based gas when etching the Al-based metal layer
The adoption of CBrxAnd AlBr xStrong sidewall protection
A protective film can be formed, and the
High-melting point gold
When patterning the metal layer, keep the Al-based metal layer pattern side
Protect to prevent side etching.

【0047】高融点金属層のエッチング時にはCl系ガ
スとO系ガスの混合ガスを含むガスによりエッチングす
るので、Al系金属層パターン側面の側壁保護膜がAl
F系の物質に変換される不都合はなく、したがってフェ
ンス状残渣による上層の層間絶縁膜のステップカバレッ
ジの悪化やパーティクル汚染の虞れがない。
Since the refractory metal layer is etched with a gas containing a mixed gas of a Cl-based gas and an O-based gas, the side wall protective film on the side surface of the Al-based metal layer pattern is made of Al.
There is no inconvenience of being converted into F-based material, and therefore, there is no fear of deterioration of step coverage of the upper interlayer insulating film due to the fence-like residue or particle contamination.

【0048】またAl系金属層パターン側壁にはAlN
x 、AlOx やAlCx 等の薄く強固な側壁保護膜が形
成すればサイドエッチング防止効果は徹底されるととも
に、アフターコロージョンの防止に有効であることも付
帯的な効果である。
On the side walls of the Al-based metal layer pattern, AlN
If a thin and strong sidewall protective film such as x , AlO x, or AlC x is formed, the side etching preventing effect is thorough, and it is an incidental effect that it is effective in preventing after-corrosion.

【0049】以上の効果により、低抵抗でしかもエレク
トロマイグレーションやストレスマイグレーション等、
各種マイグレーション耐性にすぐれた低抵抗の信頼性に
富んだ積層配線のパターニング方法が確立され、その実
用化が可能となる。本発明による積層配線のパターニン
グ方法は、特に0.5μm以下の微細な配線幅を有する
半導体装置の内部配線に用いて効力を発揮するものであ
り、本発明が奏する効果は極めて大きい。
By the above effects, low resistance and electromigration, stress migration, etc.
A method for patterning a multilayer wiring with excellent resistance to various migrations and a low resistance and high reliability has been established, and its practical use is possible. The method of patterning a laminated wiring according to the present invention is particularly effective when used for internal wiring of a semiconductor device having a fine wiring width of 0.5 μm or less, and the effect of the present invention is extremely large.

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

【図1】本発明の積層配線のパターニング方法の実施例
1を、その工程順に示す概略断面図であり、(a)は下
地絶縁膜上に密着層、バリアメタル層、高融点金属層、
Al系金属層、反射防止層およびレジストマスクを順次
形成した状態、(b)は反射防止層とAl系金属層をパ
ターニングした状態、(c)は続けて高融点金属層、密
着層とバリアメタル層をパターニングした状態、(d)
はレジストマスクをアッシング除去して積層配線が完成
した状態である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of a method for patterning a laminated wiring according to the present invention in the order of steps, and FIG. 1 (a) shows an adhesion layer, a barrier metal layer, a high melting point metal layer on a base insulating film;
An Al-based metal layer, an anti-reflection layer and a resist mask are sequentially formed, (b) is a state in which the anti-reflection layer and the Al-based metal layer are patterned, and (c) is a refractory metal layer, an adhesion layer and a barrier metal. State where the layer is patterned, (d)
Shows a state where the laminated wiring is completed by removing the resist mask by ashing.

【図2】本発明の積層配線のパターニング方法の実施例
2を、その工程順に示す概略断面図であり、(a)は下
地絶縁膜上に密着層、バリアメタル層、高融点金属層、
Al系金属層、反射防止層およびレジストマスクを順次
形成した状態、(b)は反射防止層とAl系金属層をパ
ターニングした状態、(c)はAl系金属層パターン側
面に不動態処理を施した状態、(d)は続けて高融点金
属層、密着層とバリアメタル層をパターニングした状
態、(e)はレジストマスクをアッシング除去して積層
配線が完成した状態である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing Example 2 of the method of patterning a laminated wiring according to the present invention in the order of steps, and FIG. 2 (a) shows an adhesion layer, a barrier metal layer, a high melting point metal layer on a base insulating film;
A state in which an Al-based metal layer, an anti-reflection layer and a resist mask are sequentially formed, (b) shows a state in which the anti-reflection layer and the Al-based metal layer are patterned, and (c) shows a passivation treatment on the side surface of the Al-based metal layer pattern. (D) is a state in which the refractory metal layer, the adhesion layer and the barrier metal layer are continuously patterned, and (e) is a state in which the resist mask is removed by ashing to complete the laminated wiring.

【図3】従来の積層配線のパターニング方法における問
題点を示す概略断面図であり、(a)は下地絶縁膜上に
密着層、バリアメタル層、高融点金属層、Al系金属
層、反射防止層およびレジストマスクを順次形成した状
態、(b)は反射防止層とAl系金属層をパターニング
して側壁保護膜が形成された状態、(c)は続けて高融
点金属層と密着層、バリアメタル層をパターニングして
側壁変質膜が形成された状態、(d)はレジストマスク
をアッシング除去してフェンス状残渣が形成された状態
である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a problem in a conventional method of patterning a laminated wiring, in which (a) shows an adhesion layer, a barrier metal layer, a refractory metal layer, an Al-based metal layer, an anti-reflection layer on a base insulating film. (B) is a state in which an antireflection layer and an Al-based metal layer are patterned to form a side wall protective film, (c) is a state in which a refractory metal layer and an adhesion layer, and a barrier are continuously formed. The state in which the side wall altered film is formed by patterning the metal layer, and the state (d) is a state in which the resist mask is removed by ashing to form a fence-shaped residue.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁膜 2 密着層 3 バリアメタル層 4 高融点金属層 5 Al系金属層 6 反射防止層 7 レジストマスク 8、8a、8b 側壁保護膜 9 不動態被膜 10 側壁変質膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating film 2 Adhesion layer 3 Barrier metal layer 4 Refractory metal layer 5 Al-based metal layer 6 Anti-reflection layer 7 Resist mask 8, 8a, 8b Side wall protective film 9 Passive film 10 Side wall altered film

───────────────────────────────────────────────────── 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 C23F 1/00 - 4/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/3213 C23F 1/00-4/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 高融点金属層上にAl系金属層が形成さ
れた構造を含む積層配線のパターニング方法において、 前記Al系金属層を少なくともBr系ガスを含むガスで
エッチングし、この後前記高融点金属層を少なくともC
l系ガスとO系ガスを含む混合ガスによりエッチングす
ることを特徴とする、積層配線のパターニング方法。
1. A method for patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer, wherein the Al-based metal layer is etched with a gas containing at least a Br-based gas, and The melting point metal layer should be at least C
A patterning method for a laminated wiring, characterized by etching with a mixed gas containing an l-based gas and an O-based gas.
【請求項2】 高融点金属層上にAl系金属層が形成さ
れた構造を含む積層配線のパターニング方法において、 前記Al系金属層を少なくともBr系ガスを含むガスで
エッチングし、続けて前記Al系金属層パターン側面に
不動態処理を施し、この後前記高融点金属層を少なくと
もCl系ガスとO系ガスを含む混合ガスによりエッチン
グすることを特徴とする、積層配線のパターニング方
法。
2. A method of patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer, wherein the Al-based metal layer is etched with a gas containing at least a Br-based gas. A patterning method for a laminated wiring, wherein a passivation treatment is performed on a side surface of a system metal layer pattern, and thereafter, the refractory metal layer is etched with a mixed gas containing at least a Cl system gas and an O system gas.
【請求項3】 不動態処理は、酸化処理、窒化処理およ
び炭化処理のうちのいずれかであることを特徴とする、
請求項2記載の積層配線のパターニング方法。
3. The passivation treatment is any one of an oxidation treatment, a nitridation treatment and a carbonization treatment,
The method for patterning a laminated wiring according to claim 2.
【請求項4】 エッチング時には、被エッチング基板を
室温以下に制御することを特徴とする、請求項1または
請求項2記載の積層配線のパターニング方法。
4. The method according to claim 1, wherein the substrate to be etched is controlled at room temperature or lower during etching.
【請求項5】 積層配線のパターン幅は、0.5μm以
下であることを特徴とする、請求項1または請求項2記
載の積層配線のパターニング方法。
5. The method according to claim 1, wherein a pattern width of the stacked wiring is 0.5 μm or less.
【請求項6】 前記高融点金属層は前記Al系金属層の6. The refractory metal layer is formed of the Al-based metal layer.
エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーElectromigration and stress migration
ション対策用の冗長層であることを特徴とする、請求項Claims, characterized in that it is a redundant layer for countermeasures.
1または請求項2記載の積層配線のパターニング方法。3. The method for patterning a laminated wiring according to claim 1.
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