JP3887123B2 - Dry etching method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上の層間絶縁膜に形成された配線溝又は接続孔の内部に接続用金属を形成するためのドライエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造において、半導体基板上の層間絶縁膜内に配線溝を形成し、配線溝内に接続用金属を埋め込み形成する場合、及び半導体基板上の抵抗層や下層配線などの導電層に達する層間絶縁膜の接続孔内に接続用金属を埋め込み形成する場合、以下のような工程が実施されている。
【0003】
まず初めに、半導体基板上にシリコン酸化膜等より成る層間絶縁膜を形成する。次に、所定のパターンを有するフォトレジスト等のマスクを用いてこの層間絶縁膜をドライエッチング等によりエッチングし、これにより、配線溝を形成し、或いは導電層に達する接続孔を形成する。
【0004】
その後、スパッタリング等の成膜方法により、配線溝内及び層間絶縁膜の上に、或いは接続孔内及び層間絶縁膜の上に、チタン膜とチタン化合物膜との複合膜又はチタン化合物膜等より成るバリアメタル膜を形成する。次に、化学気相成長法(CVD)等により、バリアメタル膜の上にタングステン膜を形成し、配線溝の内部、又は接続孔の内部をタングステン膜によって埋める。
【0005】
次に、配線溝又は接続孔の内部のタングステン膜及びバリアメタル膜を残して、その他の部分のタングステン膜及びバリアメタル膜を除去することにより、タングステン膜とバリアメタル膜とから成る接続用金属を、配線溝又は接続孔の内部に埋め込み形成することができる。
【0006】
ここで、タングステン膜及びバリアメタル膜を除去する工程においては、一般に、まず初めにケミカルドライエッチング(CDE)法によって配線溝又は接続孔の内部以外のタングステン膜を除去し、しかる後、ケミカル・メカニカル・ポリッシング(CMP)法により層間絶縁膜上のバリアメタル膜を除去する2段階方式が採用されている。また、CDE法に代えて、リアクティブ・イオン・エッチング(RIE)法が用いられる場合もある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の技術において用いられるCMP法では、層間絶縁膜にスクラッチと呼ばれる傷が付くことがあった。また、RIE法を用いた場合、プラズマ中で生成された荷電粒子が自己バイアスで加速されて被エッチング膜に入射するため、被エッチング膜の下地にイオン打ち込みによる汚染や結晶の乱れによるダメージが生じるという問題があった。
【0008】
従来の技術においては、CDE法を用いた場合でも、RIE法を用いた場合でも、いずれの場合においてもエッチング後にバリアメタル膜が残るので、残存したバリアメタル膜をCMP法等で除去する工程を経なければ、接続用金属の埋め込み工程を完了させることができなかった。
【0009】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであって、CMP法を用いることなく、ドライエッチング処理によって接続用金属の埋め込み工程を完了することができるドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基板上の層間絶縁膜に形成された配線溝又は接続孔の内部に接続用金属を形成するためのドライエッチング方法において、前記層間絶縁膜の上面及び前記配線溝又は接続孔の内面に形成されたチタン系バリアメタル膜と、このチタン系バリアメタル膜の上に形成されたタングステン系金属膜と、を有する被処理物の表面に、フッ素原子を含むガスと酸素ガスとを少なくとも含むプロセスガスを活性化して供給し、前記配線溝又は接続孔の内部以外の部分の前記タングステン系金属膜を、前記チタン系バリアメタル膜に対して選択的にエッチングして除去する金属膜除去工程と、前記金属膜除去工程後の前記被処理物の表面に、フッ素原子を含むガスと塩素原子を含むガスと酸素ガスとを少なくとも含むプロセスガスを活性化して供給し、前記金属膜除去工程後に残存する前記チタン系バリアメタル膜を、前記配線溝又は接続孔の内部に残存する前記タングステン系金属膜に対して選択的にエッチングして除去するバリアメタル膜除去工程と、を備え、前記バリアメタル膜除去工程においては、前記被処理物の温度を70〜130℃に保持すると共に前記フッ素原子を含むガスと前記酸素ガスとの合計流量に対する前記塩素原子を含むガスの流量の比を12%以上として前記チタン系バリアメタル膜の選択的なエッチングを行うことを特徴とする。
【0011】
また、前記金属膜除去工程においては、前記被処理物の温度を5〜50℃に保持して前記タングステン系金属膜の選択的なエッチングを行うことができる。
【0012】
また、前記金属膜除去工程及び前記バリアメタル膜除去工程においては、放電分離型のケミカルドライエッチング装置を用いたケミカルドライエッチングによって前記タングステン系金属膜及び前記チタン系バリアメタル膜の除去を行うことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態によるドライエッチング方法について図面を参照して説明する。
【0014】
図1は、本実施形態によるドライエッチング方法を実施する際に使用される放電分離型ケミカルドライエッチング装置(以下「CDE装置」と言う。)の概略断面図である。このCDE装置においては、減圧雰囲気下にある真空容器1内のエッチング室2でシリコンウエハ等の被処理物3のエッチング処理が行われる。エッチング室2内には被処理物3を載置する載置台4が設けられ、この載置台4は電熱器や誘導加熱装置等を熱源とする温度調節機構(図示せず)を有しており、その上に載置された被処理物3の温度を制御できるようになっている。
【0015】
真空容器1の天壁には活性種輸送管5の一端が接続されており、その他端には放電管6の一端が接続されている。放電管6の他端はガス導入口7を形成しており、ガス導入口7からプロセスガス(反応ガス)が導入される。放電管6には、マイクロ波導波管8が接続されており、ガス導入口7から放電管6内に導入されたプロセスガスに、マイクロ波導波管8を介して導かれたマイクロ波が印加され、放電管6内にプラズマが生成される。
【0016】
放電管6内のプラズマによってプロセスガスが活性化されて活性種(ラジカル)が生成され、この活性種は活性種輸送管5を経由してエッチング室2内に導かれ、被処理物3の表面に到達した活性種によって被処理物3の表面のエッチング処理が施される。被処理物3のエッチングに供されたプロセスガス及び反応生成ガスは、排気口9を介してエッチング室2の外部に排気される。
【0017】
図2は、本実施形態によるドライエッチング方法によって処理される被処理物3を示した部分縦断面図である。なお、本実施形態の説明においては接続孔(ビアホール又はコンタクトホールとも言う。)を例示するが、配線溝に関しても、接続用金属の構成は同一であり、本実施形態によるドライエッチング方法を同様にして適用することができる。
【0018】
図2に示したように被処理物3は、シリコン半導体基板100の上に絶縁膜102が形成されており、この絶縁膜102を介して下層配線101が形成されている。下層配線101上には、層間絶縁膜であるシリコン酸化膜(SiO2)10が形成されている。このシリコン酸化膜10には接続孔14が形成されており、接続孔14の底部には下層配線101が露出している。接続孔14は、シリコン酸化膜10をフォトレジストで被覆し、これをパターニングしてマスクを形成し、このマスクを利用したドライエッチングによって形成したものである。
【0019】
シリコン酸化膜10の上面及び接続孔14の内面にはチタン(Ti)膜11及び窒化チタン(TiN)膜12が順次スパッタリング法又はCVD法等で形成されてチタン系バリアメタル膜15が形成されている。さらにその上に、CVD法を用いて、タングステン系金属膜であるタングステン(W)膜13が形成されており、このタングステン膜13によって、接続孔14の内部が埋められると共に接続孔14以外の部分の窒化チタン膜12の表面も覆われている。
【0020】
図3は、接続用金属を構成するタングステン膜及び窒化チタン膜のエッチング速度(エッチングレート)の温度依存性を示す特性図である。縦軸はタングステン膜及び窒化チタン膜に対するエッチング速度(nm/min)を示し、横軸は載置台4の温度(1000/T(=K)、C(℃)=(1000/K)-273.16)を示している。
【0021】
図3から分かるように、タングステン膜のエッチング速度は、100℃までは直線的に上昇するが、100℃以上では供給律速反応になっているため、タングステン膜のエッチング速度は一定となる。一方、窒化チタン膜のエッチング速度は、70℃以上の温度領域ではタングステン膜のエッチング速度とほぼ同じになる。したがって、載置台4の温度を、70℃以下、好ましくは50℃以下にすることによって、窒化チタン膜に対してタングステン膜を選択的にエッチング除去することができる。
【0022】
図4は、タングステン膜、窒化チタン膜、チタン膜のエッチング速度(エッチグレート)の塩素ガス流量依存性を示した特性図である。縦軸はエッチング速度(nm/min)を示し、横軸は、反応ガスの酸素ガス(O2)とCF4とを合わせた流量に対する塩素ガス(Cl2)の流量の割合(塩素流量比)を示している。
【0023】
図4から分かるように、塩素流量比が増加するに従ってタングステン膜のエッチング速度が急激に小さくなる。一方、窒化チタン膜又はチタン膜等のチタン系バリアメタルについては、塩素ガスの割合が増加してもエッチング速度はあまり変化しない。そして、特に塩素流量比が12%以上の領域において、タングステン膜とチタン系バリアメタル膜とのエッチング速度の差(選択性)が大きく、タングステン膜に対するチタン系バリアメタル膜の選択比を十分に大きく確保することができる。
【0024】
そして、本実施形態によるドライエッチング方法においては、図2に示した被処理物3に対して、次のような条件で、金属膜除去工程及びバリアメタル膜除去工程を行う。
【0025】
まず、金属膜除去工程においては、プロセスガス(反応性ガス)として、CF4ガスとO2ガスとの混合ガスを用いる。混合ガスの総流量を250sccm、マイクロ波パワーを700W、圧力を30Paとし、この条件で被処理物3が載置されている載置台4の温度(基板温度)を5〜50℃に制御する。このような条件においては、図3から分かるように窒化チタン膜12(チタン系バリアメタル)のエッチング速度が十分に小さいため、窒化チタン膜12に対してタングステン膜13が選択的にエッチングされる。
【0026】
なお、CF4ガスに代えて、C2F6、C3F8、NF3、C5F8又はSF6を使用することができる。
【0027】
また、プロセスガスの中にCl2を加えることもできる。
【0028】
図5(a)は、金属膜除去工程後の状態、すなわちタングステン膜13を選択的にエッチングして除去した後の状態を示している。図5(a)から分かるように、タングステン膜13はエッチバックされているが、チタン系バリアメタル膜15はエッチングされることなく残っている。
【0029】
次に、バリアメタル膜除去工程においては、CF4ガスとO2ガスとCl2ガスとの混合ガスの総流量を500sccm、マイクロ波パワーを700W、圧力を50Paとし、この条件で被処理物3が載置されている載置台4の温度(基板温度)を70〜130℃に制御し、さらに、CF4ガスとO2ガスとの合計流量に対するCl2ガスの流量の比を12%以上とする。
【0030】
このような条件においては、図4から分かるようにタングステン膜13のエッチング速度が低下するので、窒化チタン膜12及びチタン膜11から成るチタン系バリアメタル膜15を、タングステン膜13に対して選択的にエッチングすることができる。なお、このとき、CF4ガスに代えて、C2F6、C3F8、NF3、C5F8又はSF6を使用することができる。
【0031】
図5(b)は、バリアメタル膜除去工程後の状態、すなわちチタン系バリアメタル膜15を選択的にエッチングして除去した状態を示している。図5(b)から分かるように、チタン系バリアメタル膜15がエッチバックされて、タングステン膜13、窒化チタン膜12、及びチタン膜11から成る平坦な接続用金属が良好に接続孔14に埋め込まれている。
【0032】
このようにして処理された被処理物3は、後工程において、シリコン酸化膜10上に配線が形成され、この配線を接続孔14内の接続用金属に接続して配線と下層配線101とが電気的に接続され、さらに後工程が行われて半導体装置が形成される。
【0033】
図6は、タングステン膜をエッチングした場合に生成される反応物の蒸気圧曲線を示している。図6を参照して、本実施形態によるドライエッチング方法において、チタン系バリアメタル膜15を選択的にエッチング除去する方法についてさらに説明する。
【0034】
本実施形態で用いた放電分離型ケミカルドライエッチング方法においては、CF4ガスとO2ガスとCl2ガスとの混合ガスを放電させて得られるフッ素ラジカルによって、チタン膜11及び窒化チタン膜12から成るチタン系バリアメタル膜15並びにタングステン膜13をエッチング除去するが、チタン系バリアメタル膜15をエッチング除去する際には、上述したように載置台4の温度(基板温度)を70〜130℃にする。さらに、チタン系バリアメタル膜15を選択的にエッチングするために、Cl2ガスを添加すると共にその流量比を所定値(12%)以上とする。
【0035】
Cl2ガスを添加すると、図6から分かるように、タングステン膜13の表面でW+6Cl→WCl6反応が起こり、WCl6はWF6に比較して蒸気圧が十分に低いため、タングステン膜13のエッチング反応が起こり難くなる。つまり、Cl2ガスを添加することによって、タングステン膜13に対してチタン系バリアメタル膜15を選択的にエッチング除去することが可能となる。
【0036】
以上述べたように本実施形態によるドライエッチング方法によれば、被処理物3を比較的低温に制御してタングステン膜13を選択的にエッチングし、その後、被処理物3を比較的高温に制御し且つ所定流量比以上のCl2ガスを添加してチタン系バリアメタル膜15を選択的にエッチングするようにしたので、配線溝或いは接続孔14の内部に平坦な接続用金属を埋め込み形成することができる。
【0037】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によるドライエッチング方法によれば、チタン系バリアメタル膜の上に形成されたタングステン系金属膜を、チタン系バリアメタル膜に対して選択的にエッチングして除去した後、残存するチタン系バリアメタル膜を、配線溝又は接続孔の内部に残存するタングステン系金属膜に対して選択的にエッチングして除去するようにしたので、従来のようなCMP法によるチタン系バリアメタル膜の除去は不要であり、ドライエッチング処理によって接続用金属の埋め込み工程を完了することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるドライエッチング方法において使用される放電分離型ケミカルドライエッチング装置の概略構成を示した縦断面図。
【図2】本発明の一実施形態によるドライエッチング方法によって処理される被処理物の部分縦断面図。
【図3】接続用金属を構成するタングステン膜及び窒化チタン膜のエッチング速度の温度依存性を示す特性図。
【図4】タングステン膜、窒化チタン膜、チタン膜のエッチング速度の塩素ガス流量依存性を示した特性図。
【図5】本発明の一実施形態によるドライエッチング方法によって処理された被処理物を示した部分縦断面図であり、(a)は金属膜除去工程後の状態を示し、(b)はバリアメタル膜除去工程後の状態を示している。
【図6】タングステン膜をエッチングした場合に生成される反応物の蒸気圧曲線を示したグラフ。
【符号の説明】
1 真空容器
2 エッチング室
3 被処理物
4 載置台
5 活性種輸送管
6 放電管
7 ガス導入口
8 マイクロ波導波管
10 シリコン酸化膜(層間絶縁膜)
11 チタン膜
12 窒化チタン膜
13 タングステン膜(タングステン系金属膜)
14 接続孔
15 チタン系バリアメタル膜
100 シリコン半導体基板
101 下層配線
102 絶縁膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dry etching method for forming a connection metal in a wiring groove or a connection hole formed in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the manufacture of a semiconductor device, a wiring groove is formed in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate and a connecting metal is embedded in the wiring groove, and a conductive layer such as a resistance layer or a lower layer wiring on the semiconductor substrate. When a connection metal is embedded in the connection hole of the interlayer insulating film reaching the thickness, the following steps are performed.
[0003]
First, an interlayer insulating film made of a silicon oxide film or the like is formed on a semiconductor substrate. Next, the interlayer insulating film is etched by dry etching or the like using a mask such as a photoresist having a predetermined pattern, thereby forming a wiring groove or a connection hole reaching the conductive layer.
[0004]
After that, by a film forming method such as sputtering, a composite film of a titanium film and a titanium compound film or a titanium compound film is formed in the wiring trench and on the interlayer insulating film, or in the connection hole and on the interlayer insulating film. A barrier metal film is formed. Next, a tungsten film is formed on the barrier metal film by chemical vapor deposition (CVD) or the like, and the inside of the wiring trench or the connection hole is filled with the tungsten film.
[0005]
Next, by leaving the tungsten film and the barrier metal film inside the wiring trench or the connection hole, and removing the tungsten film and the barrier metal film in other portions, the connecting metal composed of the tungsten film and the barrier metal film is removed. Further, it can be embedded in the wiring groove or the connection hole.
[0006]
Here, in the process of removing the tungsten film and the barrier metal film, generally, first, the tungsten film other than the inside of the wiring trench or the connection hole is removed by a chemical dry etching (CDE) method, and then the chemical mechanical A two-stage method is employed in which the barrier metal film on the interlayer insulating film is removed by a polishing (CMP) method. Further, a reactive ion etching (RIE) method may be used instead of the CDE method.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the CMP method used in the above-described conventional technology, the interlayer insulating film may be scratched called scratch. In addition, when the RIE method is used, charged particles generated in the plasma are accelerated by self-bias and are incident on the etching target film, so that contamination due to ion implantation or damage due to disorder of the crystal occurs in the base of the etching target film. There was a problem.
[0008]
In the conventional technique, the barrier metal film remains after the etching in any case, whether the CDE method or the RIE method is used. Therefore, the process of removing the remaining barrier metal film by the CMP method or the like is performed. Otherwise, the connecting metal embedding process could not be completed.
[0009]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a dry etching method capable of completing a connection metal embedding process by dry etching without using a CMP method. And
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a dry etching method for forming a connection metal inside a wiring groove or a connection hole formed in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, wherein the upper surface of the interlayer insulating film and the wiring groove or the connection hole are formed. At least a gas containing fluorine atoms and an oxygen gas are provided on the surface of an object having a titanium-based barrier metal film formed on the inner surface and a tungsten-based metal film formed on the titanium-based barrier metal film. A metal film removing step of activating and supplying a process gas containing and selectively removing the tungsten-based metal film in a portion other than the inside of the wiring groove or connection hole with respect to the titanium-based barrier metal film; And a process gas including at least a gas containing fluorine atoms, a gas containing chlorine atoms, and an oxygen gas on the surface of the object to be processed after the metal film removal step. And removing the titanium-based barrier metal film remaining after the metal film removal step by selectively etching the titanium-based barrier metal film remaining in the wiring groove or the connection hole. In the barrier metal film removing step, the temperature of the object to be processed is maintained at 70 to 130 ° C. and the chlorine atoms with respect to the total flow rate of the gas containing fluorine atoms and the oxygen gas are changed. The titanium-based barrier metal film is selectively etched by setting the flow rate ratio of the contained gas to 12% or more .
[0011]
Further, in the above metal film removing step, the temperature of the object to be treated can be held in 5 to 50 ° C. performing selective etching of the tungsten-based metal film.
[0012]
In the metal film removal step and the barrier metal film removal step, the tungsten-based metal film and the titanium-based barrier metal film may be removed by chemical dry etching using a discharge separation type chemical dry etching apparatus. it can.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a dry etching method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a discharge separation type chemical dry etching apparatus (hereinafter referred to as “CDE apparatus”) used when performing the dry etching method according to the present embodiment. In this CDE apparatus, an object to be processed 3 such as a silicon wafer is etched in an etching chamber 2 in a
[0015]
One end of the active
[0016]
The process gas is activated by the plasma in the discharge tube 6 to generate active species (radicals). The active species are guided into the etching chamber 2 through the active
[0017]
FIG. 2 is a partial vertical cross-sectional view showing the
[0018]
As shown in FIG. 2, in the
[0019]
A titanium (Ti) film 11 and a titanium nitride (TiN) film 12 are sequentially formed on the upper surface of the
[0020]
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the temperature dependence of the etching rate (etching rate) of the tungsten film and the titanium nitride film constituting the connecting metal. The vertical axis represents the etching rate (nm / min) for the tungsten film and the titanium nitride film, and the horizontal axis represents the temperature (1000 / T (= K), C (° C.) = (1000 / K) −273. 16).
[0021]
As can be seen from FIG. 3, the etching rate of the tungsten film increases linearly up to 100 ° C., but since the rate-limiting reaction is performed at 100 ° C. or higher, the etching rate of the tungsten film is constant. On the other hand, the etching rate of the titanium nitride film is substantially the same as the etching rate of the tungsten film in the temperature range of 70 ° C. or higher. Therefore, by setting the temperature of the mounting table 4 to 70 ° C. or less, preferably 50 ° C. or less, the tungsten film can be selectively removed by etching with respect to the titanium nitride film.
[0022]
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the chlorine gas flow rate dependency of the etching rate (etch rate) of the tungsten film, titanium nitride film, and titanium film. The vertical axis represents the etching rate (nm / min), and the horizontal axis represents the ratio of the flow rate of chlorine gas (Cl 2 ) to the combined flow rate of oxygen gas (O 2 ) and CF 4 (reaction rate of chlorine gas). Is shown.
[0023]
As can be seen from FIG. 4, the etching rate of the tungsten film rapidly decreases as the chlorine flow ratio increases. On the other hand, for a titanium-based barrier metal such as a titanium nitride film or a titanium film, the etching rate does not change much even if the proportion of chlorine gas increases. In particular, in the region where the chlorine flow ratio is 12% or more, the etching rate difference (selectivity) between the tungsten film and the titanium-based barrier metal film is large, and the selectivity ratio of the titanium-based barrier metal film to the tungsten film is sufficiently large. Can be secured.
[0024]
In the dry etching method according to the present embodiment, the metal film removal step and the barrier metal film removal step are performed on the
[0025]
First, in the metal film removal step, a mixed gas of CF 4 gas and O 2 gas is used as a process gas (reactive gas). The total flow rate of the mixed gas is 250 sccm, the microwave power is 700 W, and the pressure is 30 Pa. Under these conditions, the temperature (substrate temperature) of the mounting table 4 on which the
[0026]
In place of CF 4 gas, C 2 F 6 , C 3 F 8 , NF 3 , C 5 F 8 or SF 6 can be used.
[0027]
It is also possible to add Cl 2 into the process gas.
[0028]
FIG. 5A shows a state after the metal film removal step, that is, a state after the tungsten film 13 is selectively etched and removed. As can be seen from FIG. 5A, the tungsten film 13 is etched back, but the titanium-based
[0029]
Next, in the barrier metal film removing step, the total flow rate of the mixed gas of CF 4 gas, O 2 gas, and Cl 2 gas is set to 500 sccm, the microwave power is set to 700 W, and the pressure is set to 50 Pa. Is controlled at 70 to 130 ° C., and the ratio of the flow rate of Cl 2 gas to the total flow rate of CF 4 gas and O 2 gas is 12% or more. To do.
[0030]
Under such conditions, the etching rate of the tungsten film 13 decreases as can be seen from FIG. 4, so that the titanium-based
[0031]
FIG. 5B shows a state after the barrier metal film removing step, that is, a state where the titanium-based
[0032]
In the post-process, the object to be processed 3 thus processed is formed with a wiring on the
[0033]
FIG. 6 shows a vapor pressure curve of a reaction product generated when the tungsten film is etched. With reference to FIG. 6, the method for selectively etching away the titanium-based
[0034]
In the discharge separation type chemical dry etching method used in the present embodiment, the fluorine film obtained by discharging a mixed gas of CF 4 gas, O 2 gas and Cl 2 gas causes the titanium film 11 and the titanium nitride film 12 to be removed. The titanium-based
[0035]
When Cl 2 gas is added, as shown in FIG. 6, W + 6Cl → WCl 6 reaction occurs on the surface of the tungsten film 13, and WCl 6 has a sufficiently lower vapor pressure than WF 6. The reaction is less likely to occur. That is, by adding Cl 2 gas, the titanium-based
[0036]
As described above, according to the dry etching method according to the present embodiment, the tungsten film 13 is selectively etched by controlling the
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the dry etching method of the present invention, after removing the tungsten-based metal film formed on the titanium-based barrier metal film by selectively etching the titanium-based barrier metal film, The remaining titanium-based barrier metal film is selectively removed by etching with respect to the tungsten-based metal film remaining inside the wiring trench or connection hole, so that the titanium-based barrier metal by the conventional CMP method is removed. The removal of the film is unnecessary, and the connecting metal embedding step can be completed by dry etching.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a discharge separation type chemical dry etching apparatus used in a dry etching method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial longitudinal sectional view of an object to be processed which is processed by a dry etching method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the temperature dependence of the etching rate of a tungsten film and a titanium nitride film constituting the connecting metal.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the chlorine gas flow rate dependence of the etching rate of a tungsten film, a titanium nitride film, and a titanium film.
FIGS. 5A and 5B are partial vertical sectional views showing an object to be processed which is processed by a dry etching method according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 5A shows a state after a metal film removing step, and FIG. The state after a metal film removal process is shown.
FIG. 6 is a graph showing a vapor pressure curve of a reaction product generated when a tungsten film is etched.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
11 Titanium film 12 Titanium nitride film 13 Tungsten film (tungsten metal film)
14
Claims (3)
前記層間絶縁膜の上面及び前記配線溝又は接続孔の内面に形成されたチタン系バリアメタル膜と、このチタン系バリアメタル膜の上に形成されたタングステン系金属膜と、を有する被処理物の表面に、フッ素原子を含むガスと酸素ガスとを少なくとも含むプロセスガスを活性化して供給し、前記配線溝又は接続孔の内部以外の部分の前記タングステン系金属膜を、前記チタン系バリアメタル膜に対して選択的にエッチングして除去する金属膜除去工程と、
前記金属膜除去工程後の前記被処理物の表面に、フッ素原子を含むガスと塩素原子を含むガスと酸素ガスとを少なくとも含むプロセスガスを活性化して供給し、前記金属膜除去工程後に残存する前記チタン系バリアメタル膜を、前記配線溝又は接続孔の内部に残存する前記タングステン系金属膜に対して選択的にエッチングして除去するバリアメタル膜除去工程と、を備え、
前記バリアメタル膜除去工程においては、前記被処理物の温度を70〜130℃に保持すると共に前記フッ素原子を含むガスと前記酸素ガスとの合計流量に対する前記塩素原子を含むガスの流量の比を12%以上として前記チタン系バリアメタル膜の選択的なエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。In a dry etching method for forming a connection metal inside a wiring groove or connection hole formed in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate,
A titanium-based barrier metal film formed on the upper surface of the interlayer insulating film and the inner surface of the wiring groove or connection hole, and a tungsten-based metal film formed on the titanium-based barrier metal film. A process gas including at least a gas containing fluorine atoms and an oxygen gas is activated and supplied to the surface, and the tungsten-based metal film in a portion other than the inside of the wiring groove or connection hole is used as the titanium-based barrier metal film. In contrast, a metal film removing step of selectively etching and removing,
A process gas containing at least a gas containing fluorine atoms, a gas containing chlorine atoms, and an oxygen gas is activated and supplied to the surface of the workpiece after the metal film removal step, and remains after the metal film removal step. A barrier metal film removing step of selectively etching and removing the titanium-based barrier metal film with respect to the tungsten-based metal film remaining inside the wiring groove or connection hole ,
In the barrier metal film removing step, the ratio of the flow rate of the gas containing chlorine atoms to the total flow rate of the gas containing fluorine atoms and the oxygen gas is maintained while maintaining the temperature of the object to be processed at 70 to 130 ° C. A dry etching method , wherein the titanium-based barrier metal film is selectively etched at 12% or more .
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