JPH05206081A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPH05206081A
JPH05206081A JP3574292A JP3574292A JPH05206081A JP H05206081 A JPH05206081 A JP H05206081A JP 3574292 A JP3574292 A JP 3574292A JP 3574292 A JP3574292 A JP 3574292A JP H05206081 A JPH05206081 A JP H05206081A
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JP
Japan
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etching
layer
barrier metal
blk
gas
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JP3574292A
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Inventor
Shingo Kadomura
新吾 門村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To suppress the loading effect and improve the selectiveness for a Ti barrier metal when a W layer (Blk-W layer) formed by the blanket CVD method is etched back. CONSTITUTION:In the etch back process of a Blk-W layer 5, Br gas is used at least in the vicinity of the interface with a TiN barrier metal 4 and a wafer is heated. The reaction product WBr6 of Br and W has relatively low vapor pressure and the reacting product TiBr4 of Br and Ti has relatively high vapor pressure. Namely, the etching speed is decreased and the loading effect is suppressed compared with the case that F gas is used for etch back and higher selection ratio is allowed compared with the case that Cl gas is used. For example, when HBr/SF6 mixed gas is used for just etching and HBr is used for over etching, a connecting hole 3a is flatly buried by the high-speed etch back.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造分野等
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
いわゆるブランケットCVD法により形成される高融点
金属層のエッチバックを行うにあたり、チタン(Ti)
系バリヤメタルに対して高選択性を確保しながらローデ
ィング効果を抑制する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method applied in the field of manufacturing semiconductor devices, and particularly titanium (Ti) for etching back a refractory metal layer formed by a so-called blanket CVD method.
The present invention relates to a method of suppressing a loading effect while ensuring high selectivity with respect to a system barrier metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のVLSI,ULSI等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、デバイス・チップ上では配線部分の占める割合
が増大する傾向にあるが、これによるチップ面積の大幅
な増大を防止するために多層配線が今や必須の技術とな
っている。従来、配線形成方法としては、アルミニウム
等からなる金属薄膜をスパッタリング法により形成する
ことが広く行われてきた。しかし、上述のように配線の
多層化が進行し、その結果として基体の表面段差や接続
孔のアスペクト比が増大している状況下では、スパッタ
リング法におけるステップ・カバレージの不足により上
層配線と半導体基板との間の接続不良や配線間における
接続不良がすでに重大な問題となっている。
2. Description of the Related Art As the integration and performance of semiconductor devices have increased as seen in VLSI, ULSI and the like in recent years, the proportion of the wiring portion on the device chip tends to increase. Multilayer wiring is now an indispensable technology in order to prevent a large increase in chip area. Conventionally, as a wiring forming method, a metal thin film made of aluminum or the like has been widely formed by a sputtering method. However, under the situation where the multilayer wiring progresses as described above, and as a result, the surface step of the substrate and the aspect ratio of the connection hole increase, due to the lack of step coverage in the sputtering method, the upper wiring and the semiconductor substrate A poor connection between the wiring and the wiring has already become a serious problem.

【0003】そこで近年、タングステン(W),モリブ
デン(Mo),タンタル(Ta)等の高融点金属、ある
いはアルミニウム(Al),銅(Cu)等の金属を接続
孔内に選択的に成長させることによりアスペクト比の高
い接続孔を埋め込む技術が提案されている。かかる選択
成長の手法としては、金属フッ化物や有機金属化合物等
のガスを下層配線材料により還元して金属を析出させる
選択CVD法がその代表的なものである。
Therefore, in recent years, refractory metals such as tungsten (W), molybdenum (Mo) and tantalum (Ta) or metals such as aluminum (Al) and copper (Cu) are selectively grown in the connection holes. Has proposed a technique for filling a connection hole having a high aspect ratio. A typical example of such a selective growth method is a selective CVD method in which a gas such as a metal fluoride or an organic metal compound is reduced by a lower wiring material to deposit a metal.

【0004】しかし、選択CVD法は研究レベルではか
なり良い結果を得ているものの、次第に選択性が劣化す
ること、あるいはネイルヘッドと通称される過剰成長部
のエッチバック除去の際の制御性が乏しいこと等の難点
があり、当初の期待に反して量産への導入の見通しが立
っていないのが現状である。この選択CVDに代わって
改めて注目を集めているのが、ブランケットCVD法で
ある。これは、基体の全面に金属または合金を析出させ
る技術であり、たとえば接続孔が開口された絶縁膜の全
面を被覆して該接続孔を埋め込むごとくW等の高融点金
属層を形成するプロセスはその代表例である。
However, although the selective CVD method has obtained quite good results at the research level, the selectivity gradually deteriorates, or the controllability at the time of etching back removal of an overgrown portion, which is commonly called a nail head, is poor. Due to such difficulties, the current situation is that there is no prospect of introduction to mass production, contrary to the initial expectations. In place of this selective CVD, the blanket CVD method has attracted attention again. This is a technique for depositing a metal or an alloy on the entire surface of the base body. For example, the process of forming the refractory metal layer of W or the like by covering the entire surface of the insulating film in which the connection hole is opened and filling the connection hole is not performed. This is a typical example.

【0005】ところで、上記高融点金属層を接続孔内部
に埋め込んで、いわゆるプラグとして使用する場合に
は、該高融点金属層のエッチバックが当然必要となる。
このエッチバック工程では、ウェハ面内における処理の
均一性を考慮して5〜10%程度のオーバーエッチング
が行われるのが普通である。しかし、同じウェハ面でも
エッチング装置内のプラズマ密度の比較的高い領域に近
接している部分では、それ以外の部分と比較してエッチ
ング速度が速くなっているため、被エッチング面積の急
激な減少が早い時期に生ずる。すると、結合の相手(す
なわち高融点金属)を失って相対的に過剰となったラジ
カルが接続孔内に集中し、そこに埋め込まれたバリヤメ
タルや高融点金属層を大きく浸食するという問題があ
る。この問題を、図2を参照しながら説明する。
By the way, when the refractory metal layer is embedded in the connection hole and used as a so-called plug, it is necessary to etch back the refractory metal layer.
In this etch-back process, it is usual to perform over-etching of about 5 to 10% in consideration of the uniformity of processing on the wafer surface. However, even on the same wafer surface, the etching rate is higher in the portion close to the region where the plasma density in the etching apparatus is relatively high, so that the area to be etched is not rapidly reduced. It occurs early. Then, there is a problem in that radicals that have lost a binding partner (that is, a refractory metal) and are relatively excessive are concentrated in the connection hole, and the barrier metal and the refractory metal layer embedded therein are largely eroded. This problem will be described with reference to FIG.

【0006】たとえば図2(a)に示されるように、予
め不純物拡散領域12の形成された半導体基板11上に
層間絶縁膜13が形成され、この層間絶縁膜13に上記
不純物拡散領域12に臨む接続孔13aが開口され、ス
パッタリング法により全面にTiNバリヤメタル14が
形成され、さらにブランケットCVD法により前記接続
孔13aを埋め込むごとくBlk−W層15が形成され
ているウェハを考える。
For example, as shown in FIG. 2A, an interlayer insulating film 13 is formed on a semiconductor substrate 11 in which an impurity diffusion region 12 is formed in advance, and the interlayer insulating film 13 faces the impurity diffusion region 12. Consider a wafer in which a connection hole 13a is opened, a TiN barrier metal 14 is formed on the entire surface by a sputtering method, and a Blk-W layer 15 is formed so as to fill the connection hole 13a by a blanket CVD method.

【0007】ここで、フッ素系ガスを用いて上記Blk
−W層15をエッチバックすると、高プラズマ密度領域
の近傍ではTiNバリヤメタル14の表面が露出した段
階で早い時期にF* が過剰となる。これが接続孔13a
内に埋め込まれたBlk−W層15の表面に集中し、オ
ーバーエッチングを行っている間に図2(b)に示され
るような大きな浸食部16を形成してしまうのである。
しかも、TiNバリヤメタル14に対する選択性が不十
分であるために、このTiNバリヤメタル14の表面に
Blk−W層15の粗い表面モホロジーが転写されてし
まう。
Here, the above-mentioned Blk is produced by using a fluorine-based gas.
When the -W layer 15 is etched back, F * becomes excessive at an early stage when the surface of the TiN barrier metal 14 is exposed near the high plasma density region. This is the connection hole 13a
This concentrates on the surface of the Blk-W layer 15 buried inside, and forms a large eroded portion 16 as shown in FIG. 2B during overetching.
Moreover, since the selectivity to the TiN barrier metal 14 is insufficient, the rough surface morphology of the Blk-W layer 15 is transferred to the surface of the TiN barrier metal 14.

【0008】続いて、エッチング・ガスを塩素系ガス等
に切り替えてバリヤメタル14をエッチバックすると、
今度は層間絶縁膜13の表面が露出した時点でラジカル
が過剰となり、これが接続孔13内に埋め込まれたバリ
ヤメタル14のわずかな断面に集中する。この結果、図
2(c)に示されるように、大きな浸食部17が形成さ
れてしまう。また、TiNバリヤメタル14の表面モホ
ロジーは、層間絶縁膜13にも転写され、後工程で形成
する上層配線の密着性や信頼性に悪影響を与える虞れが
大きい。
Then, when the etching gas is switched to chlorine gas or the like and the barrier metal 14 is etched back,
This time, radicals become excessive when the surface of the interlayer insulating film 13 is exposed, and these radicals are concentrated on a slight cross section of the barrier metal 14 embedded in the connection hole 13. As a result, a large eroded portion 17 is formed as shown in FIG. Further, the surface morphology of the TiN barrier metal 14 is also transferred to the interlayer insulating film 13, and there is a great possibility that the adhesion and reliability of the upper layer wiring formed in a later step are adversely affected.

【0009】このように、被エッチング材料層の面積の
減少に伴ってラジカルが相対的に過剰となり、急激にエ
ッチング速度が上昇してしまう現象はローディング効果
と呼ばれており、ブランケットCVD法の実用化を事実
上妨げている原因である。今後の半導体装置の製造分野
では、デバイス・チップの大型化に伴ってウェハが大口
径化され、しかもスループットの低下を招かないように
高密度プラズマを用いて高速エッチングを行う枚葉式プ
ラズマ・エッチング装置が主流となると予想されるた
め、ローディング効果は一層顕著になるものと考えられ
る。したがって、その早急な解決策が望まれている。
As described above, the phenomenon that radicals become relatively excessive as the area of the material layer to be etched decreases and the etching rate rapidly increases is called a loading effect, and the blanket CVD method is practically used. It is the cause that is hindering the realization. In the field of semiconductor device manufacturing in the future, single wafer type plasma etching in which high-speed etching is performed using high-density plasma so that the diameter of the wafer will increase with the increase in the size of device chips and that throughput will not decrease. Since the device is expected to become the mainstream, it is considered that the loading effect becomes more remarkable. Therefore, an urgent solution is desired.

【0010】かかるローディング効果の解消手段とし
て、市販の装置等においても適用されている公知技術の
ひとつに、エッチバックをジャストエッチング工程とオ
ーバーエッチング工程の2工程に分け、後者においてエ
ッチング速度を低下させる技術がある。この技術により
たとえばBlk−W層のエッチバックを行う場合、ジャ
ストエッチング工程、すなわち実質的に下地が露出する
直前までの工程ではF*を主エッチング種として高速エ
ッチングを行い、オーバーエッチング工程ではCl2
2 混合ガスを用いて低速エッチングを行う。ここで、
オーバーエッチング工程で単にCl2 のみではなく、O
2 を添加したエッチング・ガスを使用するのは、エッチ
ング反応生成物として蒸気圧の低いWCl6 (沸点34
6.7℃)のみを生成させるのではなく、これより蒸気
圧のやや高いWCl4 O(沸点227.4℃)、WCl
2 2 (沸点266℃)等のオキシ塩化物をも生成させ
ることにより、低速ながらもエッチングを円滑に進行さ
せるためである。
As a means for eliminating such a loading effect, one of the known techniques applied to commercially available devices and the like is to divide the etch back into two steps, a just etching step and an over etching step, and in the latter, lowers the etching rate. There is technology. When the Blk-W layer is etched back by this technique, for example, high-speed etching is performed using F * as the main etching species in the just etching step, that is, the step immediately before the underlying layer is substantially exposed, and Cl 2 is used in the overetching step. /
Slow etching is performed using O 2 mixed gas. here,
In the overetching process, not only Cl 2 but O
The etching gas containing 2 is used because WCl 6 having a low vapor pressure (boiling point 34
6.7 ° C) alone, but with a slightly higher vapor pressure than WCl 4 O (boiling point 227.4 ° C), WCl 4
This is because the oxychloride such as 2 O 2 (boiling point 266 ° C.) is also generated so that the etching proceeds smoothly at a low speed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】このように、Blk−
W層に関するローディング効果の抑制は、オーバーエッ
チング工程においてBlk−W層をオキシ塩化物の形で
除去する上述の技術により一応達成された。しかしなが
ら、このプロセスは新たに次のような問題を提起するこ
ととなった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
The suppression of the loading effect on the W layer was tentatively achieved by the above-mentioned technique of removing the Blk-W layer in the form of oxychloride in the overetching step. However, this process raises the following new issues.

【0012】上記のエッチング・ガスにはCl2 が含ま
れているが、このCl2 とチタンとの代表的な反応生成
物であるTiCl4 は、沸点が136.4℃と低く、オ
キシ塩化タングステンよりも遙かに高い蒸気圧を有して
いる。つまり、Blk−W層をエッチバックする過程で
Ti系バリヤメタルが一旦露出すると、Blk−W層よ
りもTi系バリヤメタルの方が速くエッチングされてし
まうのである。
Although Cl 2 is contained in the above etching gas, TiCl 4 which is a typical reaction product of Cl 2 and titanium has a low boiling point of 136.4 ° C. and has a tungsten oxychloride. It has a much higher vapor pressure. That is, once the Ti-based barrier metal is exposed in the process of etching back the Blk-W layer, the Ti-based barrier metal is etched faster than the Blk-W layer.

【0013】したがって、図3に示されるように、たと
えBlk−W層15についてローディング効果を防止す
ることができても、接続孔13a内部におけるTiNバ
リヤメタル14についてはやはり浸触部17の形成を防
止することが困難である。そこで本発明は、ブランケッ
トCVD法により形成される高融点金属層をエッチバッ
クする際に、Ti系バリヤメタルに対して高選択性を確
保し、かつローディング効果を効果的に抑制できる方法
を提供することを目的とする。
Therefore, as shown in FIG. 3, even if the loading effect can be prevented for the Blk-W layer 15, the formation of the contact portion 17 is prevented for the TiN barrier metal 14 inside the connection hole 13a. Difficult to do. Therefore, the present invention provides a method capable of ensuring high selectivity with respect to a Ti-based barrier metal and effectively suppressing a loading effect when etching back a refractory metal layer formed by a blanket CVD method. With the goal.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
である。すなわち、本願の第1の発明にかかるドライエ
ッチング方法は、Ti系バリヤメタルと高融点金属層と
をこの順に積層することにより構成され、層間絶縁膜に
開口された接続孔を略平坦に埋め込むごとく形成されて
なる積層配線層をエッチバックする方法であって、少な
くとも臭素系化合物を含むエッチング・ガスを用いて前
記高融点金属層をエッチバックする第1の工程と、前記
Ti系バリヤメタルをエッチバックする第2の工程とを
有することを特徴とする。
The dry etching method of the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object. That is, the dry etching method according to the first invention of the present application is configured by laminating a Ti-based barrier metal and a refractory metal layer in this order, and is formed in such a manner that the connection hole opened in the interlayer insulating film is buried substantially flat. A method of etching back the laminated wiring layer formed by: etching the refractory metal layer using an etching gas containing at least a bromine compound; and etching back the Ti barrier metal. And a second step.

【0015】本願の第2の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、前記第1の工程において、前記エッチング・
ガスがさらにフッ素系化合物を含むことを特徴とする。
In the dry etching method according to the second invention of the present application, in the first step, the etching
The gas further contains a fluorine-based compound.

【0016】本願の第3の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、同じく積層配線層をエッチバックする方法で
あって、少なくともフッ素系化合物を含むエッチング・
ガスを用いて前記高融点金属層を実質的に前記Ti系バ
リヤメタルが露出する直前までエッチバックする第1の
工程と、少なくとも臭素系化合物を含むエッチング・ガ
スを用い、被エッチング基板を加熱しながら前記高融点
金属層をオーバーエッチングする第2の工程と、前記T
i系バリヤメタルをエッチバックする第3の工程とを有
することを特徴とする。
The dry etching method according to the third invention of the present application is also a method of etching back the laminated wiring layer, which comprises etching at least a fluorine compound.
A first step of etching back the refractory metal layer with a gas until substantially immediately before the Ti-based barrier metal is exposed; and an etching gas containing at least a bromine-based compound while heating the substrate to be etched. A second step of overetching the refractory metal layer;
and a third step of etching back the i-type barrier metal.

【0017】さらに、本願の第4の発明にかかるドライ
エッチング方法は、前記第3の発明の第2の工程におい
て、前記エッチング・ガスがさらにフッ素系化合物を含
むことを特徴とする。
Further, the dry etching method according to the fourth invention of the present application is characterized in that, in the second step of the third invention, the etching gas further contains a fluorine compound.

【0018】[0018]

【作用】高融点金属層のエッチバックにおいて、ローデ
ィング効果を抑制すると共にTi系バリヤメタルに対し
て従来よりも選択性を改善するためには、高融点金属と
反応した場合にフッ化物ほど高くはないが減圧下で揮発
除去するには十分に高い蒸気圧を有する反応生成物を与
え、しかもTi系バリヤメタルと反応した場合に塩化チ
タンよりも十分に低い蒸気圧を有する反応生成物を与え
るエッチング種が必要である。かかるエッチング種とし
て、本発明者は臭素(Br)に着目した。
In the etching back of the refractory metal layer, in order to suppress the loading effect and improve the selectivity with respect to the Ti-based barrier metal as compared with the conventional case, it is not as high as fluoride when reacted with the refractory metal. Is an etching species that gives a reaction product having a vapor pressure sufficiently high for volatilization and removal under reduced pressure, and further a reaction product having a vapor pressure sufficiently lower than titanium chloride when reacted with a Ti-based barrier metal. is necessary. As the etching species, the present inventor has focused on bromine (Br).

【0019】たとえば、高融点金属の代表例としてWを
考えた場合、BrとWとの反応生成物であるWBr6
沸点は232℃であり、WCl6 (沸点346.7℃)
よりも100℃以上低く、前述のWCl4 O(沸点22
7.4℃)と同程度である。つまり、被エッチング基板
(ウェハ)が反応生成物の脱離が促進される程度に加熱
されていれば、Brのみをエッチング種としても高融点
金属層のエッチバックは十分に可能なわけである。
For example, when W is considered as a typical refractory metal, the boiling point of WBr 6 , which is a reaction product of Br and W, is 232 ° C., and WCl 6 (boiling point 346.7 ° C.)
100 ° C lower than that of the above-mentioned WCl 4 O (boiling point 22
(7.4 ° C). That is, if the substrate to be etched (wafer) is heated to such an extent that the desorption of the reaction product is promoted, the refractory metal layer can be sufficiently etched back even if only Br is used as the etching species.

【0020】一方、BrとTiとの反応生成物であるT
iBr4 の沸点は230℃であり、前述のTiCl
4 (136.4℃)よりも100℃近くも高い。つま
り、Ti系バリヤメタルが露出した時点では、その表面
に蒸気圧の低い反応生成物が形成され、エッチング速度
が低下して高選択性が確保される。このように、Brを
エッチング種として用いれば、従来のCl2 /O2 混合
ガス系を用いた場合と同等の速度で高融点金属層がエッ
チバックできる上、下地のTi系バリヤメタルに対して
はより高い選択性が達成できるのである。
On the other hand, T which is a reaction product of Br and Ti
The boiling point of iBr 4 is 230 ° C.
Nearly 100 ° C higher than 4 (136.4 ° C). That is, when the Ti-based barrier metal is exposed, a reaction product having a low vapor pressure is formed on the surface of the Ti-based barrier metal, and the etching rate is reduced to ensure high selectivity. As described above, when Br is used as the etching species, the refractory metal layer can be etched back at the same rate as in the case of using the conventional Cl 2 / O 2 mixed gas system, and the underlying Ti-based barrier metal can be removed. Higher selectivity can be achieved.

【0021】Ti系バリヤメタルに対してこのように高
い選択性が達成されれば、このTi系バリヤメタルのオ
ーバーエッチング量を少なくすることも可能である。な
ぜなら、Ti系バリヤメタルの露出面上において高融点
金属層を徹底的に除去しても、Ti系バリヤメタルに高
融点金属層の粗い表面モホロジーが転写されなくなるか
らである。これにより、接続孔内部のTi系バリヤメタ
ルの浸触を防止することが容易となる。
If such high selectivity is achieved for the Ti-based barrier metal, it is possible to reduce the amount of overetching of the Ti-based barrier metal. This is because even if the refractory metal layer is thoroughly removed on the exposed surface of the Ti-based barrier metal, the rough surface morphology of the refractory metal layer is not transferred to the Ti-based barrier metal. This makes it easy to prevent the Ti-based barrier metal from invading the inside of the connection hole.

【0022】ここで、Brを供給するためのBr系化合
物は、高融点金属層のエッチバック工程の全般にわたっ
て使用しても、あるいは、下地のTi系バリヤメタルと
の選択性が重視されるオーバーエッチング工程でのみ使
用しても、いずれでも構わない。また、高融点金属の種
類によっては臭化物の蒸気圧が低い場合があるので、エ
ッチングを高速化するためにフッ素系化合物を使用して
も良い。このフッ素系化合物は、高融点金属層のエッチ
バック工程の全般にわたって使用しても、あるいはジャ
ストエッチング工程でのみ使用しても、いずれでも構わ
ない。
Here, the Br-based compound for supplying Br is used over the entire etch-back process of the refractory metal layer, or over-etching in which the selectivity with respect to the underlying Ti-based barrier metal is important. It does not matter whether it is used only in the process. Further, since the vapor pressure of bromide may be low depending on the type of refractory metal, a fluorine-based compound may be used to speed up the etching. This fluorine-based compound may be used throughout the etch-back process of the refractory metal layer, or may be used only in the just etching process.

【0023】以上の条件を考慮すると、次の4通りのプ
ロセス(a)〜(d)が考えられる。 (a)エッチバック全般を、ウェハを加熱しながら実質
的に臭素系化合物のみを用いて行う。 (b)エッチバック全般を、ウェハを加熱しながら臭素
系化合物とフッ素系化合物との混合系を用いて行う。
Considering the above conditions, the following four processes (a) to (d) can be considered. (A) The entire etch back is performed using only the bromine-based compound while heating the wafer. (B) The entire etch back is performed using a mixed system of a bromine compound and a fluorine compound while heating the wafer.

【0024】(c)ジャストエッチングは実質的にフッ
素系化合物のみを用い、オーバーエッチングはウェハを
加熱しながら実質的に臭素系化合物のみを用いて行う。 (d)ジャストエッチングは実質的にフッ素系化合物の
みを用い、オーバーエッチングはウェハを加熱しながら
臭素系化合物とフッ素系化合物との混系を用いて行う。
(C) Just etching is performed using substantially only a fluorine-based compound, and overetching is performed using only a bromine-based compound while heating the wafer. (D) Just etching uses substantially only a fluorine compound, and over etching is performed using a mixed system of a bromine compound and a fluorine compound while heating the wafer.

【0025】ここで、一部で「実質的に」と断ったの
は、Ar,He等のように主エッチング種を供給しない
不活性ガスが添加される場合も想定しているからであ
る。これらのプロセス(a)〜(d)は、この順番のま
ま、本願の第1の発明〜第4の発明に対応するものであ
る。エッチング速度は、第1の発明〔(a)に対応。〕
から第4の発明〔(d)に対応。〕の順に速くなる。
Here, the reason for partially saying "substantially" is that it is assumed that an inert gas such as Ar or He that does not supply the main etching species is added. These processes (a) to (d) correspond to the first to fourth inventions of the present application in this order. The etching rate corresponds to the first invention [(a). ]
From the fourth invention [corresponding to (d). ] Becomes faster in that order.

【0026】なお、本願出願人は今回の発明に関連する
技術として、先に特願平3−29658号明細書におい
て、ジャストエッチング工程ではフッ化イオウ系ガスに
富み、オーバーエッチング工程ではHBrガスに富む条
件で高融点金属層をエッチバックする技術を提案してい
る。これは、エッチバックの終点付近、すなわちSiO
2 層間絶縁膜との界面付近においてエッチング反応生成
物の蒸気圧を低下させ、これによりエッチング速度を低
下させて制御性を高めることを目的としたものである。
As a technique related to the present invention, the applicant of the present invention has previously described in Japanese Patent Application No. 3-29658 that a sulfur dioxide gas is rich in the just etching process and HBr gas is used in the over etching process. We propose a technology to etch back the refractory metal layer under rich conditions. This is near the end of etch back, that is, SiO
The purpose is to lower the vapor pressure of the etching reaction product near the interface with the two- layer insulating film, thereby lowering the etching rate and improving the controllability.

【0027】これに対し、今回の発明は高融点金属層が
Ti系バリヤメタルとの積層系として使用されることを
想定し、ローディング効果を抑制しながらこのTi系バ
リヤメタルに対する高選択性を達成することを目的とし
ている。したがって、先願とは目的も構成も異なるもの
である。
On the other hand, the present invention assumes that the refractory metal layer is used as a laminated system with the Ti-based barrier metal, and achieves high selectivity for the Ti-based barrier metal while suppressing the loading effect. It is an object. Therefore, the purpose and structure are different from those of the prior application.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below.

【0029】実施例1 本実施例は、本願の第1の発明を適用し、TiNバリヤ
メタル上に積層されたBlk−W層を、ウェハを加熱し
ながらHBrを用いてエッチバックした例である。この
プロセスを、図1を参照しながら説明する。本実施例で
エッチング・サンプルとして使用したウェハは、図1
(a)に示されるように、予め不純物拡散領域2の形成
されたシリコン基板1上に、該不純物拡散領域2に臨ん
でコンタクト・ホール3aが開口されたSiO2 層間絶
縁膜3が形成され、前記コンタクト・ホール3aを埋め
込まない程度に基体の全面に薄いTiNバリヤメタル4
が形成され、さらに前記コンタクト・ホール3aを埋め
込みかつ全面を被覆するごとくブランケットCVD法に
よりBlk−W層5が形成されてなるものである。ここ
で、上記ブランケットCVD法では、たとえばWF6
量25SCCM,SiH4 流量10SCCM,ガス圧
1.06×104 Pa(80Torr),ウェハ温度4
75℃の条件で20秒間の核成長を行った後、ガス供給
条件をWF6 流量60SCCM,H2 流量360SCC
Mと変化させてWを堆積させた。このようにして形成さ
れたBlk−W層5は、模式的に図示されるごとく、粗
い表面モホロジーを有していた。
Example 1 This example is an example in which the first invention of the present application is applied and a Blk-W layer laminated on a TiN barrier metal is etched back by using HBr while heating a wafer. This process will be described with reference to FIG. The wafer used as the etching sample in this example is shown in FIG.
As shown in (a), an SiO 2 interlayer insulating film 3 is formed on a silicon substrate 1 in which an impurity diffusion region 2 is formed in advance, and a contact hole 3a is formed so as to face the impurity diffusion region 2. A thin TiN barrier metal 4 is formed on the entire surface of the substrate so as not to fill the contact hole 3a.
And a Blk-W layer 5 is formed by a blanket CVD method so as to fill the contact hole 3a and cover the entire surface. Here, in the blanket CVD method, for example, the WF 6 flow rate is 25 SCCM, the SiH 4 flow rate is 10 SCCM, the gas pressure is 1.06 × 10 4 Pa (80 Torr), and the wafer temperature is 4
After performing nuclei growth for 20 seconds at 75 ° C., the gas supply conditions are WF 6 flow rate 60 SCCM, H 2 flow rate 360 SCC.
W was deposited while changing to M. The Blk-W layer 5 thus formed had a rough surface morphology as schematically shown.

【0030】次に、上記ウェハをRFバイアス印加型の
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセット
し、一例として下記の条件でBlk−W層5をエッチバ
ックした。 HBr流量 50SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 50W(2MHz) ウェハ温度 200℃ この過程では、HBrとBlk−W層5とが反応し、エ
ッチング反応生成物として主としてWBr6 が生成する
が、減圧下でウェハが200℃に加熱されているのでこ
のWBr6 は十分な蒸気圧を有し、速やかに脱離した。
Next, the above wafer was set in an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the Blk-W layer 5 was etched back under the following conditions. HBr flow rate 50 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 50 W (2 MHz) Wafer temperature 200 ° C. In this process, HBr reacts with the Blk-W layer 5 to cause etching reaction. Although WBr 6 was mainly produced as a product, since the wafer was heated to 200 ° C. under reduced pressure, this WBr 6 had a sufficient vapor pressure and was rapidly desorbed.

【0031】上記エッチバックの途中状態を示したもの
が、図1(b)である。この段階では、図示されないウ
ェハ上の他の領域において、既に下地のTiNバリヤメ
タル4が露出している場合もある。さらにエッチバック
を続け、図1(c)に示されるように、ウェハ上の全域
においてTiNバリヤメタル4が露出したところで終了
した。TiNバリヤメタル4の露出面上では主としてT
iBr4 が形成される。このTiBr4 はWBr6と沸
点が極めて近いことから、エッチング反応系内では両者
は同等の蒸気圧を有していると考えられる。したがっ
て、Cl2 /O2 混合ガス系を用いた従来の方法とは異
なり、この段階でTiNバリヤメタル4がBlk−W層
5よりも先にエッチングされてしまうことはない。この
段階において、TiNバリヤメタル4に対する選択比は
約5となり、TiNバリヤメタル4の露出面上で十分に
Blk−W層5を除去したとしても、コンタクト・ホー
ル3a内部においてBlk−W層5が何ら浸触されるこ
とはなかった。また、Blk−W層5の粗い表面モホロ
ジーがTiNバリヤメタル4に転写されることもなかっ
た。
FIG. 1B shows an intermediate state of the etch back. At this stage, the underlying TiN barrier metal 4 may already be exposed in another region on the wafer (not shown). Etching back was further continued, and was completed when the TiN barrier metal 4 was exposed over the entire area of the wafer as shown in FIG. 1 (c). On the exposed surface of the TiN barrier metal 4, mainly T
iBr 4 is formed. Since TiBr 4 has a boiling point extremely close to that of WBr 6 , it is considered that both have the same vapor pressure in the etching reaction system. Therefore, unlike the conventional method using the Cl 2 / O 2 mixed gas system, the TiN barrier metal 4 is not etched earlier than the Blk-W layer 5 at this stage. At this stage, the selection ratio with respect to the TiN barrier metal 4 becomes about 5, and even if the Blk-W layer 5 is sufficiently removed on the exposed surface of the TiN barrier metal 4, the Blk-W layer 5 is not immersed in the contact hole 3a. It wasn't touched. Moreover, the rough surface morphology of the Blk-W layer 5 was not transferred to the TiN barrier metal 4.

【0032】さらに、上記ウェハを別チャンバに移設
し、一例として下記の条件でTiNバリヤメタル4をエ
ッチバックした。 Cl2 流量 40SCCM O2 流量 10SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 100W(2MHz) ウェハ温度 200℃ このエッチバックは、SiO2 層間絶縁膜3が露出した
時点で停止した。この結果、図1(d)に示されるよう
に、コンタクト・ホール3a内をTiNバリヤメタル4
とBlk−W層5からなるプラグにより平坦に埋め込む
ことができた。しかも、エッチバック開始前のTiNバ
リヤメタル4の表面モホロジーが良好であるため、オー
バーエッチング量も少なくて済み、コンタクト・ホール
3a内においてTiNバリヤメタル4が浸触されること
もなかった。もちろん、下地のSiO2 層間絶縁膜3の
表面モホロジーも良好であった。
Further, the above-mentioned wafer was transferred to another chamber, and as an example, the TiN barrier metal 4 was etched back under the following conditions. Cl 2 flow rate 40 SCCM O 2 flow rate 10 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 100 W (2 MHz) Wafer temperature 200 ° C. In this etch back, the SiO 2 interlayer insulating film 3 is exposed. It stopped when it did. As a result, as shown in FIG. 1D, the TiN barrier metal 4 is formed in the contact hole 3a.
And the Blk-W layer 5 were plugged flat. Moreover, since the surface morphology of the TiN barrier metal 4 before the start of etch back was good, the overetching amount was small, and the TiN barrier metal 4 was not touched in the contact hole 3a. Of course, the surface morphology of the underlying SiO 2 interlayer insulating film 3 was also good.

【0033】実施例2 本実施例は、本願の第2の発明を適用し、TiNバリヤ
メタル上に積層されたBlk−W層を、ウェハを加熱し
ながらHBr/SF6 混合ガスを用いてエッチバックし
た例である。エッチング・サンプルとして使用したウェ
ハは、図1(a)に示したものと同じである。このウェ
ハを有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセッ
トし、一例として下記の条件でBlk−W層5をエッチ
バックした。
Example 2 In this example, the second invention of the present application is applied, and a Blk-W layer laminated on a TiN barrier metal is etched back using a HBr / SF 6 mixed gas while heating a wafer. It is an example. The wafer used as the etching sample is the same as that shown in FIG. This wafer was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the Blk-W layer 5 was etched back under the following conditions.

【0034】 HBr流量 45SCCM SF6 流量 5SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 50W(2MHz) ウェハ温度 200℃ この過程では、実施例1で上述した機構に加え、SF6
から解離生成するF*の寄与によりBlk−W層5がW
6 の形でも除去されるようになる。したがって、実施
例1に比べてエッチング速度が上昇した。しかし、SF
6 の添加量は少量なので、ローディング効果が顕在化す
るには至らなかった。TiNバリヤメタル4の露出面上
において高選択性が達成される機構は、実施例1で上述
したとおりである。
HBr flow rate 45 SCCM SF 6 flow rate 5 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 50 W (2 MHz) Wafer temperature 200 ° C. In this process, the mechanism described in Example 1 was used. In addition to SF 6
The Blk-W layer 5 becomes W by the contribution of F * generated by dissociation from
It is also removed in the form of F 6 . Therefore, the etching rate was higher than that in Example 1. But SF
Since the amount of 6 added was small, the loading effect could not be realized. The mechanism by which high selectivity is achieved on the exposed surface of the TiN barrier metal 4 is as described above in the first embodiment.

【0035】実施例3 本実施例は、本願の第3の発明を適用し、Blk−W層
のジャストエッチング工程ではSF6 /Ar混合ガス、
オーバーエッチング工程ではHBrを使用した例であ
る。まず、図1(a)に示されるウェハを有磁場マイク
ロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例として
下記の条件でBlk−W層5をジャストエッチングし
た。
Example 3 In this example, the third invention of the present application is applied, and SF 6 / Ar mixed gas is used in the just etching process of the Blk-W layer.
This is an example in which HBr is used in the overetching process. First, the wafer shown in FIG. 1A was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the Blk-W layer 5 was just-etched under the following conditions.

【0036】 SF6 流量 50SCCM Ar流量 50SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 100W(2MHz) ウェハ温度 200℃ この過程では、SF6 から解離生成するF* の寄与によ
りBlk−W層5が主としてWF6 の形で除去され、し
かもこのラジカル反応がSFx + ,Ar+ 等のイオンの
入射エネルギーにアシストされているため、高速エッチ
ングが進行した。このジャストエッチングは、図1
(b)に示されるように、TiNバリヤメタル4上にお
いてBlk−W層5の残量が僅かとなった時点で終了し
た。
SF 6 flow rate 50 SCCM Ar flow rate 50 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 100 W (2 MHz) Wafer temperature 200 ° C. In this process, F generated by dissociation from SF 6 is generated. Due to the contribution of *, the Blk-W layer 5 was mainly removed in the form of WF 6 , and since this radical reaction was assisted by the incident energy of ions such as SF x + , Ar + , high-speed etching proceeded. This just etching is shown in Figure 1.
As shown in (b), the process was completed when the remaining amount of the Blk-W layer 5 on the TiN barrier metal 4 became small.

【0037】次に、エッチバック条件を一例として実施
例1で上述した条件に切り替え、Blk−W層5をオー
バーエッチングした。このオーバーエッチング工程で
は、HBrが単独で使用されているため、ジャストエッ
チング工程におけるよりもエッチング速度が低下し、ロ
ーディング効果が抑制された。また、TiNバリヤメタ
ル4に対する選択性が向上した。
Next, the Blk-W layer 5 was overetched by switching the etchback conditions to those described in Example 1 as an example. In this overetching process, HBr is used alone, so the etching rate is lower than in the just etching process, and the loading effect is suppressed. Further, the selectivity for the TiN barrier metal 4 was improved.

【0038】本実施例では、エッチバック・プロセスの
所要時間の大部分を占めるジャストエッチング工程にお
いてエッチング速度が大幅に上昇したので、プロセス全
体の所要時間が実施例1に比べて大幅に短縮された。
In the present embodiment, the etching rate was greatly increased in the just etching step, which occupies most of the time required for the etch-back process, so that the time required for the entire process was greatly shortened as compared with the first embodiment. ..

【0039】実施例4 本実施例も実施例3と同様、本願の第3の発明の適用例
であり、Blk−W層のジャストエッチング工程ではS
6 /Ar混合ガス、オーバーエッチング工程ではS2
Br2 を使用した。まず、図1(a)に示されるウェハ
を有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセット
し、実施例3で上述した条件でBlk−W層5をジャス
トエッチングした。この工程は、前述のように高速に進
行した。
Example 4 This example is also an application example of the third invention of the present application, similar to Example 3, and in the just etching step of the Blk-W layer, S is applied.
F 6 / Ar mixed gas, S 2 in the over etching process
Br 2 was used. First, the wafer shown in FIG. 1A was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and the Blk-W layer 5 was just-etched under the conditions described in Example 3. This process proceeded at high speed as described above.

【0040】次に、エッチバック条件を一例として下記
の条件に切り替え、Blk−W層5をオーバーエッチン
グした。 S2 Br2 流量 50SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 50W(2MHz) ウェハ温度 140℃ ここで、上記S2 Br2 は、本願出願人が特願平3−2
10516号明細書等においてシリコン系材料層、Al
系材料層用のエッチング・ガスとして提案した化合物で
あり、放電解離条件下でBr* を生成する一方、遊離の
Sを放出することができる。このSは、ウェハがおおよ
そ室温域に冷却されていればウェハ上へ堆積するが、本
実施例ではウェハが加熱されているので、かかる堆積は
生じない。しかし、TiNバリヤメタル4の表面が露出
すると、ここから供給されるNと上記Sとが結合し、ポ
リチアジル(SN)x をはじめとする窒化イオウ系化合
物が形成される。上記のウェハ温度は、窒化イオウ系化
合物が安定に存在し得る温度の上限に近いが、本実施例
ではTiBr4 に加えて窒化イオウ系化合物による選択
性の向上が期待できる。本実施例では、選択比が約20
に向上した。
Next, the Blk-W layer 5 was overetched by switching the etchback conditions to the following conditions as an example. S 2 Br 2 flow rate 50 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 50 W (2 MHz) Wafer temperature 140 ° C. Here, the above S 2 Br 2 is characterized by the applicant. Wishhei 3-2
No. 10516 specification, silicon-based material layer, Al
It is a compound proposed as an etching gas for the system material layer, which can generate Br * under discharge dissociation conditions while releasing free S. This S is deposited on the wafer if the wafer is cooled to approximately the room temperature range, but since the wafer is heated in this embodiment, such deposition does not occur. However, when the surface of the TiN barrier metal 4 is exposed, N supplied from the TiN bonds with the above S, and a sulfur nitride compound such as polythiazyl (SN) x is formed. The above wafer temperature is close to the upper limit of the temperature at which the sulfur nitride-based compound can exist stably, but in this embodiment, the selectivity can be expected to be improved by the sulfur nitride-based compound in addition to TiBr 4 . In this embodiment, the selection ratio is about 20.
Improved.

【0041】なお、ウェハ上に残存した窒化イオウ系化
合物は、エッチバック終了後にウェハを約150℃以上
に加熱することにより容易に昇華もしくは分解させるこ
とができ、ウェハ上に何らパーティクル汚染を惹起させ
るものではなかった。
The sulfur nitride-based compound remaining on the wafer can be easily sublimated or decomposed by heating the wafer to about 150 ° C. or higher after completion of the etch back, and cause any particle contamination on the wafer. It wasn't something.

【0042】実施例5 本実施例は、本願の第4の発明を適用し、Blk−W層
のジャストエッチング工程ではSF6 /Ar混合ガス、
オーバーエッチング工程ではS2 Br2 /S22 混合
ガスを使用した例である。まず、図1(a)に示される
ウェハを有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置に
セットし、実施例3で上述した条件でBlk−W層5を
ジャストエッチングした。この工程は、前述のように高
速に進行した。
Example 5 In this example, the fourth invention of the present application is applied, and SF 6 / Ar mixed gas is used in the just etching step of the Blk-W layer.
In the over-etching process, this is an example in which S 2 Br 2 / S 2 F 2 mixed gas is used. First, the wafer shown in FIG. 1A was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and the Blk-W layer 5 was just-etched under the conditions described in Example 3. This process proceeded at high speed as described above.

【0043】次に、エッチバック条件を一例として下記
の条件に切り替え、Blk−W層5をオーバーエッチン
グした。 S2 Br2 流量 40SCCM S2 2 流量 10SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 50W(2MHz) ウェハ温度 100℃ ここで、上記S2 2 は、本願出願人がやはり特願平3
−210516号明細書等においてシリコン系材料層、
Al系材料層用のエッチング・ガスとして提案した化合
物であり、放電解離条件下でF* を生成する一方、遊離
のSを放出することができる。本実施例では、オーバー
エッチング工程にもF* が関与することにより、前述の
実施例4よりもさらにウェハ温度を下げた条件でも高速
にエッチバックが進行し、しかもTiNバリヤメタル4
の露出表面上における窒化イオウ系化合物の生成が促進
された。これにより、ローディング効果を抑制しなが
ら、Blk−W層5の高速,高選択性エッチバックを行
うことができた。
Next, the Blk-W layer 5 was over-etched by changing the etch-back conditions to the following conditions as an example. S 2 Br 2 flow rate 40 SCCM S 2 F 2 flow rate 10 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 50 W (2 MHz) Wafer temperature 100 ° C. where S 2 F 2 is The applicant of the present application is also Japanese Patent Application No. 3
-210516 specification, etc., a silicon-based material layer,
It is a compound proposed as an etching gas for an Al-based material layer, which can generate F * under discharge dissociation conditions while releasing free S. In this embodiment, F * also participates in the over-etching process, so that the etch-back progresses at a high speed even under the condition that the wafer temperature is lower than that in the above-described Embodiment 4, and the TiN barrier metal 4 is used.
The formation of sulfur nitride based compounds on the exposed surface of Al was promoted. As a result, the Blk-W layer 5 can be etched back at high speed and with high selectivity while suppressing the loading effect.

【0044】以上、本発明を5つの実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、エッチング・ガスに含まれる
臭素系化合物としては、上述のHBr,S2 Br2 以外
にも、Br2 ,BBr3 ,CBr4 ,SiBr4 ,CH
Br3,SBr2 ,S3 Br2 等を使用することができ
る。
The present invention has been described above based on the five embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, as the bromine-based compound contained in the etching gas, in addition to HBr, S 2 Br 2 described above, Br 2 , BBr 3 , CBr 4 , SiBr 4 , CH
Br 3 , SBr 2 , S 3 Br 2 or the like can be used.

【0045】エッチング・ガスに含まれるフッ素系化合
物としては、上述のSF6 ,S2 2 の他、NF3 ,S
2 ,SF4 ,S2 10等を使用することができる。エ
ッチング・ガスには、He,Ar等の希ガスを添加し、
冷却効果,スパッタリング効果,希釈効果等を得るよう
にしても良い。高融点金属層は、上述のW層の他、Mo
層,Ti層,Ta層等であっても良い。
Fluorine compounds contained in the etching gas include SF 6 , S 2 F 2 and NF 3 , S.
F 2 , SF 4 , S 2 F 10, etc. can be used. A rare gas such as He or Ar is added to the etching gas,
You may make it obtain a cooling effect, a sputtering effect, a dilution effect, etc. The refractory metal layer is made of Mo in addition to the W layer described above.
It may be a layer, a Ti layer, a Ta layer, or the like.

【0046】Ti系バリヤメタルも、通常使用されてい
る組成もしくは構成のものを適宜選択して使用できる。
さらに、オーバーエッチング時には、RFバイアスのパ
ワーを低下させたり、RF周波数を増大させることによ
り、より優れた対下地選択性を達成することも可能であ
る。
As the Ti-based barrier metal, one having a commonly used composition or constitution can be appropriately selected and used.
Further, at the time of over-etching, it is possible to achieve a higher selectivity to the ground by reducing the RF bias power or increasing the RF frequency.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のドライエッチング方法によれば、ブランケットCV
D法により形成された高融点金属層のエッチバックを、
ローディング効果を極めて良好に抑制しながら、しかも
Ti系バリヤメタルに対して高い選択性を維持しながら
行うことができる。これにより、層間絶縁膜に開口され
た接続孔に信頼性の高いプラグを形成することが可能と
なる。
As is apparent from the above description, according to the dry etching method of the present invention, the blanket CV is used.
Etching back of the refractory metal layer formed by the D method
It can be carried out while suppressing the loading effect extremely well and maintaining a high selectivity for the Ti-based barrier metal. This makes it possible to form a highly reliable plug in the connection hole formed in the interlayer insulating film.

【0048】したがって、本発明は微細なデザイン・ル
ールにもとづいて設計され、高集積度,高性能,高信頼
性を要求される半導体装置の製造に極めて有用である。
Therefore, the present invention is extremely useful for manufacturing a semiconductor device which is designed based on a fine design rule and which requires high integration, high performance and high reliability.

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

【図1】本発明のドライエッチング方法をTiNバリヤ
メタルと積層されたBlk−W層のエッチバックに適用
したプロセス例をその工程順にしたがって示す概略断面
図であり、(a)はBlk−W層が形成された状態、
(b)はBlk−W層がジャストエッチングされた状
態、(c)はBlk−W層がオーバーエッチングされた
状態、(d)はTiNバリヤメタルがエッチバックされ
た状態をそれぞれ表す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process in which the dry etching method of the present invention is applied to etch back a Blk-W layer laminated with a TiN barrier metal in the order of steps, and FIG. Formed state,
(B) shows a state where the Blk-W layer is just etched, (c) shows a state where the Blk-W layer is over-etched, and (d) shows a state where the TiN barrier metal is etched back.

【図2】従来のBlk−W層のエッチバックにおける問
題点を説明するための概略断面図であり、(a)はBl
k−W層が形成された状態、(b)はバリヤメタルの表
面モホロジーが劣化し、Blk−W層が浸食された状
態、(c)は層間絶縁膜の表面モホロジーが劣化し、B
lk−W層とTiNバリヤメタルが浸食された状態をそ
れぞれ表す。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a problem in the conventional etch back of a Blk-W layer, (a) of FIG.
The state in which the k-W layer is formed, (b) the surface morphology of the barrier metal is deteriorated, and the state in which the Blk-W layer is eroded, (c) the surface morphology of the interlayer insulating film is deteriorated, and
The lk-W layer and the TiN barrier metal are eroded.

【図3】従来のBlk−W層のエッチバックにおける他
の問題点を説明するための概略断面図であり、ウェハの
表面モホロジーが劣化し、TiNバリヤメタルが浸触さ
れた状態をそれぞれ表す。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining another problem in the conventional etch back of the Blk-W layer, showing a state where the surface morphology of the wafer is deteriorated and a TiN barrier metal is infiltrated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・シリコン基板 2 ・・・不純物拡散領域 3 ・・・SiO2 層間絶縁膜 3a ・・・接続孔 4 ・・・TiNバリヤメタル 5 ・・・Blk−W層1 ... silicon substrate 2 ... impurity diffusion regions 3 ... SiO 2 interlayer insulating film 3a ... connection hole 4 ... TiN barrier metal 5 ... Blk-W layer

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3205 Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display area H01L 21/3205

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チタン系バリヤメタルと高融点金属層と
をこの順に積層することにより構成され、層間絶縁膜に
開口された接続孔を略平坦に埋め込むごとく形成されて
なる積層配線層をエッチバックするドライエッチング方
法において、 少なくとも臭素系化合物を含むエッチング・ガスを用い
て前記高融点金属層をエッチバックする第1の工程と、 前記チタン系バリヤメタルをエッチバックする第2の工
程とを有することを特徴とするドライエッチング方法。
1. A laminated wiring layer formed by laminating a titanium-based barrier metal and a refractory metal layer in this order, and etching back a laminated wiring layer formed so as to fill a connection hole opened in an interlayer insulating film substantially flat. The dry etching method has a first step of etching back the refractory metal layer using an etching gas containing at least a bromine-based compound, and a second step of etching back the titanium-based barrier metal. And a dry etching method.
【請求項2】 前記第1の工程において、前記エッチン
グ・ガスがさらにフッ素系化合物を含むことを特徴とす
る請求項1記載のドライエッチング方法。
2. The dry etching method according to claim 1, wherein in the first step, the etching gas further contains a fluorine compound.
【請求項3】 チタン系バリヤメタルと高融点金属層と
をこの順に積層することにより構成され、層間絶縁膜に
開口された接続孔を略平坦に埋め込むごとく形成されて
なる積層配線層をエッチバックするドライエッチング方
法において、 少なくともフッ素系化合物を含むエッチング・ガスを用
いて前記高融点金属層を実質的に前記チタン系バリヤメ
タルが露出する直前までエッチバックする第1の工程
と、 少なくとも臭素系化合物を含むエッチング・ガスを用
い、被エッチング基板を加熱しながら前記高融点金属層
をオーバーエッチングする第2の工程と、 前記チタン系バリヤメタルをエッチバックする第3の工
程とを有することを特徴とするドライエッチング方法。
3. A laminated wiring layer formed by laminating a titanium-based barrier metal and a refractory metal layer in this order, and etching back a laminated wiring layer formed so as to bury a connection hole opened in an interlayer insulating film substantially flat. In the dry etching method, a first step of etching back the refractory metal layer substantially immediately before the titanium-based barrier metal is exposed using an etching gas containing at least a fluorine-based compound, and at least a bromine-based compound Dry etching comprising: a second step of over-etching the refractory metal layer while heating the substrate to be etched using an etching gas; and a third step of etching back the titanium-based barrier metal. Method.
【請求項4】 前記第2の工程において、前記エッチン
グ・ガスがさらにフッ素系化合物を含むことを特徴とす
る請求項3記載のドライエッチング方法。
4. The dry etching method according to claim 3, wherein in the second step, the etching gas further contains a fluorine compound.
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