JPH05283376A

JPH05283376A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH05283376A
Application number: JP8202792A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yanagida; 敏治柳田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1993-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】３層レジスト・プロセスにおいて、下層レジ
スト層のエッチング時の下地選択性を改善する。【構成】Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層２上の下層
レジスト層３を、ＳＯＣｌ₂／Ｏ₂混合ガスを用いてエ
ッチングする。このとき形成される側壁保護膜６は、Ｃ
Ｃｌ_xにチオニル基（＞Ｓ＝Ｏ）が導入された炭素系ポ
リマーであり、強い化学結合と静電吸着力とにより高い
エッチング耐性を有する。したがって、異方性加工に必
要な入射イオン・エネルギーが低減でき、下地選択性が
向上するので、Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層２のス
パッタ再付着物が生じない。上記ガス系にＳ₂Ｃｌ₂を
添加してＳの堆積を併用すれば、一層の高選択化、低ダ
メージ化、低汚染化が実現できる。上記ＳＯＣｌ₂の代
わりにＳＯ₂Ｃｌ₂（塩化スルフリル）等を用いても、
同様の効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング方法に
関し、特にたとえば多層レジスト・プロセスにおいて下
層レジスト層をエッチングする際の異方性加工に必要な
入射イオン・エネルギーを低減することにより、下地選
択性を向上させ、かつ下地材料のスパッタ再付着を防止
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置のデザイン・ルールがサブミ
クロンからクォーターミクロンのレベルへと高度に微細
化されるに伴い、フォトリソグラフィやドライエッチン
グ等の各種加工技術に対する要求も一段と厳しさを増し
ている。フォトリソグラフィ技術においては、近年、高
解像度を求めて露光波長が短波長化され、さらに基板の
表面段差が増大していることもあって、多層レジスト・
プロセスの採用が必須となりつつある。多層レジスト・
プロセスは、基板の表面段差を吸収するに十分な厚い下
層レジスト層と、高解像度を達成するに十分な薄い上層
レジスト層の少なくとも２種類のレジスト層とを組み合
わせて使用する方法である。

【０００３】良く知られた方法としては、Ｊ．Ｖａｃ．
Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，１６，（１９７９），ｐ．１６２
０に報告されている、いわゆる３層レジスト・プロセス
がある。これは、基板の表面段差を平坦化する厚い下層
レジスト層、この下層レジスト層をエッチングする際の
マスクを構成するための無機材料からなる薄い中間層、
およびフォトリソグラフィと現像処理によりパターニン
グされる薄い上層レジスト層の３種類の層を使用するも
のである。このプロセスでは、まず上層レジスト層が所
定の形状にパターニングされ、これをマスクとしてその
下の中間層がＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）によ
りパターニングされ、さらに前記上層レジスト層と中間
層とをマスクとしてＯ₂ガス等を用いるドライエッチン
グにより下層レジスト層がパターニングされる。

【０００４】ところで、Ｏ₂ガスにより有機材料層であ
る下層レジスト層をエッチングする工程においては、Ｏ
^*（酸素ラジカル）による等方的な燃焼反応に起因する
パターン形状劣化を防止するために、イオン入射エネル
ギーをある程度高めた条件を採用することが必要とな
る。つまり、低ガス圧かつ高バイアス・パワーといった
条件下でイオンの平均自由行程と自己バイアス電位Ｖ_dc
を増大させ、このイオンの高い運動エネルギーを利用し
てスパッタリングを起こさせることにより、高異方性を
達成するわけである。

【０００５】ところが、かかるエッチング条件の採用は
下地材料層に対する選択性の低下につながり、これが多
層レジスト・プロセスの実用化を妨げる原因ともなって
いる。この問題を、図３を参照しながら説明する。図３
（ａ）は、３層レジスト・プロセスにおいて、上層レジ
スト・パターン１５が形成されたウェハの状態を示して
いる。ここまでの工程を簡単に説明すると、まず段差を
有するＳｉＯ₂層間絶縁膜１１上にこの段差にならった
下地材料層１２を形成し、この段差を吸収してウェハの
表面を平坦化できる厚さを有する下層レジスト層１３、
および回転塗布ガラス（ＳＯＧ）からなる薄いＳＯＧ中
間層１４を順次形成し、さらにこのＳＯＧ中間層１４の
上に薄い上層レジスト層を形成する。この上層レジスト
層をフォトリソグラフィと現像処理によりパターニング
すると、上述の上層レジスト・パターン１５が得られ
る。このときのフォトリソグラフィの解像度は極めて高
く、上記上層レジスト・パターン１５は０．３５μｍ幅
の明瞭なエッジを有している。

【０００６】次に、上層レジスト・パターン１５をマス
クとしてＳＯＧ中間層１４をＲＩＥ（反応性イオン・エ
ッチング）によりパターニングし、図３（ｂ）に示され
るようにＳＯＧパターン１４ａを形成する。このＳＯＧ
パターン１４ａも、極めて明瞭なエッジを有している。

【０００７】次に、Ｏ₂ガスを用い、上記下層レジスト
層１３をエッチングする。このエッチング過程では、薄
い上層レジスト・パターン１５が途中で消失し、それ以
降はＳＯＧパターン１４ａのみがエッチング・マスクと
して機能する。ここで、下層レジスト層１３は、３層レ
ジスト・プロセスの趣旨にもとづいてウェハの表面段差
を吸収するに十分な膜厚に形成される層であるから、そ
の膜厚はウェハ上の領域により大きく異なっており、エ
ッチングに要する時間も当然異なる。たとえば、下地材
料層１２の段差の上部に対応する領域では、図３（ｃ）
に示されるように早い時期に下層レジスト・パターン１
３ａが完成され（ジャストエッチング状態）、下地材料
層１２が露出してしまう。

【０００８】続いて、段差の下部に対応する領域におい
て残余部１３ｂを除去するためのオーバーエッチングを
行うと、段差の上部では下地材料層１２が大きな入射エ
ネルギーを有するイオンの照射を受け、スパッタされ
る。スパッタ生成物の一部は、下層レジスト・パターン
１３ａの側壁部に再付着し、図３（ｄ）に示されるよう
な再付着物層１２ａを形成する。特に下地材料層１２が
金属配線材料等である場合、この再付着物層１２ａは除
去が困難であり、パーティクル汚染源となる。また、Ｓ
ＯＧパターン１４ａがイオン照射により後退する他、上
述の再付着物層１２ａがエッチング・マスクの実質的な
線幅を太らせるので、寸法変換差が発生し易くなる。

【０００９】上述のような再付着物の問題は、たとえば
第３３回応用物理学関係連合講演会（１９８６年春季年
会）講演予稿集ｐ．５４２，演題番号２ｐ−Ｑ−８でも
指摘されており、周知のところである。再付着物層１２
ａの形成を抑制するには入射イオン・エネルギーの低減
が効果的であるのは明白だが、これでは前述の等方的な
燃焼反応が優勢となり、異方性が低下してしまう。

【００１０】このため、入射イオン・エネルギーの低減
と高異方性の達成とを両立し得るレジスト材料層のドラ
イエッチング方法が切望されている。

【００１１】かかる要望に対応する技術として、本願出
願人はこれまでに、高異方性の達成をラジカル性の低減
とイオン性の増強のみに依存するのではなく、反応生成
物による側壁保護を併用して達成しようとする技術を各
種提案している。つまり、側壁保護を併用すれば、イオ
ン入射エネルギーを実用的なエッチング速度を損なわな
い程度に低減することができ、また近年注目されている
低温エッチングを行うにしても、従来よりも遙かに室温
に近い温度域で同等の効果が得られるからである。

【００１２】たとえば、特開平２−２４４６２５号公報
には、Ｏ₂に塩素（Ｃｌ）系ガスを添加したエッチング
・ガスを使用することにより、下層レジスト層とＣｌ系
ガスとの反応生成物であるＣＣｌ_xを側壁保護膜として
堆積させながら該下層レジスト層の異方性エッチングを
行う技術を開示した。また、特願平２−１９８０４４号
明細書には、ウェハ温度を５０℃以下に制御した状態で
ＮＨ₃を主体とするエッチング・ガスを使用してレジス
ト材料層をエッチングする技術を提案している。ここで
は、少なくともＮ，Ｃ，Ｏを構成元素として含むエッチ
ング反応生成物が側壁保護膜の役割を果たす。

【００１３】さらに、特願平２−２９８１６７号明細書
には、Ｏ₂に臭素（Ｂｒ）系ガスを添加したエッチング
・ガスを使用することにより、下層レジスト層とＢｒ系
ガスとの反応生成物であるＣＢｒ_xを側壁保護膜として
堆積させながら該下層レジスト層の異方性エッチングを
行う技術を提案した。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本願出願人が先に提案
した各ドライエッチング方法は、実用的なエッチング速
度を確保した上で低エネルギーのイオンによる異方性加
工を実用的な温度域で達成したという点において、いず
れも極めて画期的な技術であった。しかし、今後、デバ
イスの高集積化が進行してウェハの表面段差が増大する
と、１００％ものオーバーエッチングを必要とするケー
スも生ずる。しかし、このように長時間のイオン入射を
受けるプロセスにおいて、下地材料層のスパッタ再付着
を防止することは依然として困難である。入射イオン・
エネルギーをさらに低下させることも考えられるが、こ
れでは異方性を確保するために塩素系ガスや臭素系ガス
の添加量を増大せざるを得ず、エッチング速度の低下や
パーティクル・レベルの悪化を免れない。

【００１５】さらに、下地材料層の種類によっては、パ
ーティクル汚染が深刻化することも指摘されている。こ
れは、特に下地材料層に銅（Ｃｕ）が含有される場合に
問題となる。Ｃｕは、Ａｌ系配線のエレクトロマイグレ
ーション耐性およびストレスマイグレーション耐性を向
上させる目的で、近年、Ａｌに対して０．５〜１％程度
の割合で添加されるようになってきている。また、Ｃｕ
は電気抵抗率が約１．４μΩｃｍと低くＡｌの半分程度
であるため、有効なドライエッチング技術さえ確立され
れば半導体装置における将来の配線材料としての期待も
高い。

【００１６】ところが、Ｃｕの塩化物や臭化物は蒸気圧
が低い。したがって、Ｃｕを含む下地材料層上でＣｌ系
ガスやＢｒ系ガスを用いて下層レジスト層をエッチング
すると、下地材料層の露出面から供給されたＣｕがＣｕ
₂Ｃｌ₂やＣｕ₂Ｂｒ₂等の形でパターン側壁面上に再
付着する。また、このときのエッチング・ガスの主成分
であるＯ₂によっても蒸気圧の低い酸化銅が生成し、こ
れもパターン側壁面上に再付着する。これらの再付着物
は除去が困難であり、パーティクル汚染の原因となる。

【００１７】そこで、この問題に対処するため、本発明
者は先に特願平３−４２２２号明細書において、オーバ
ーエッチング時のガス組成を窒素系化合物と酸素系化合
物の混合組成、もしくは酸化窒素系化合物を含む組成と
する方法を提案している。これは、下地材料層がＣｕで
ある場合にも、Ｃｕを蒸気圧の比較的低い硝酸銅Ｃｕ
（ＮＯ₃）₂の形で揮発除去させることができる極めて
優れた方法である。しかし、硝酸の関与するこのエッチ
ング反応系は酸化性が強いため、条件によってはＣｕの
露出表面から内部に向けて徐々に酸化が進行し、最終的
に形成されるＣｕ配線パターンの配線抵抗が上昇してし
まうという懸念がある。

【００１８】そこで本発明は、下地材料層に由来するス
パッタ生成物の再付着を効果的に防止し、かつ下地材料
層がＣｕからなる場合にはその抵抗の上昇を招かないレ
ジスト層（有機材料層）のドライエッチング方法を提供
することを目的とする。

【００１９】

【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
であり、下地材料層上に形成された有機材料層を、分子
内にチオニル基もしくはスルフリル基の少なくとも一方
の官能基を有する化合物を含むエッチング・ガスを用い
てエッチングすることを特徴とする。

【００２０】また本発明は、上記エッチング・ガスがさ
らに放電解離条件下でプラズマ中にイオウを放出し得る
イオウ系化合物を含むことを特徴とする。

【００２１】また本発明は、上記エッチングをジャスト
エッチング工程とオーバーエッチング工程の２段階に分
け、ジャストエッチング工程では分子内にチオニル基も
しくはスルフリル基の少なくとも一方の官能基を有する
化合物と上記イオウ系化合物とを含むエッチング・ガス
を用い、オーバーエッチング工程ではＮＨ₃を含むエッ
チング・ガスを用い、かつ被エッチング基板を加熱する
ことを特徴とする。

【００２２】さらに本発明は、前記下地材料層がＣｕを
含有することを特徴とする。

【００２３】

【作用】本発明のポイントは、炭素系ポリマー自身の膜
質を強化することにより、その堆積量を減少させても十
分に高いマスク選択性および下地選択性を達成する点に
ある。炭素系ポリマー自身の膜質を強化する方法とし
て、本発明では分子中にチオニル基（＞Ｓ＝Ｏ）もしく
はスルフリル基（＞ＳＯ₂）の少なくとも一方の官能基
を有する化合物を使用する。

【００２４】これらの化合物は、分子内にＯ原子を含む
ことから、原理的には単独でも有機材料層用のエッチン
グ・ガスを構成することができる。しかし、本発明のエ
ッチング反応系における上記化合物の重要な作用は、上
記の各官能基がＳ原子が正電荷、Ｏ原子が負電荷を帯び
るごとく分極した構造をとることができ、高い重合促進
活性を有することである。つまり、かかる官能基もしく
はこれに由来する原子団がプラズマ中に存在することに
より、炭素系ポリマーの重合度が上昇し、イオン入射や
ラジカルの攻撃に対する耐性を高めることができる。ま
た、炭素系ポリマーに上述の官能基が導入されると、単
に−ＣＸ₂−（Ｘはハロゲン原子を表す。）の繰り返し
構造からなる従来の炭素系ポリマーよりも化学的，物理
的安定性が増すことも、近年の研究により明らかとなっ
ている。これは、２原子間の結合エネルギーを比較する
と、Ｃ−Ｓ結合（７１３．４ｋＪ／ｍｏｌ）がＣ−Ｃ結
合（６０７ｋＪ／ｍｏｌ）より大きいことからも直観的
に理解される。さらに、上述のような官能基の導入によ
り炭素系ポリマーの極性が増大し、エッチング中は負に
帯電しているウェハに対してその静電吸着力が高まるこ
とによっても、炭素系ポリマーのエッチング耐性は向上
する。

【００２５】このように、炭素系ポリマー自身の膜質が
強化されることにより、異方性加工に必要な入射イオン
・エネルギーを低減させることができ、ＳＯＧ等からな
るマスクや下地材料層に対する選択性が向上する他、下
地材料層へのダメージ発生も少なくなる。また、高異方
性、高選択性を達成するために必要な炭素系ポリマーの
堆積量も低減できるので、従来技術に比べてパーティク
ル汚染を減少させることができる。

【００２６】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の低汚染化と低ダメージ化を目指
す方法も提案する。そのひとつは、上記のエッチング・
ガスに、さらに放電解離条件下でプラズマ中にイオウ
（Ｓ）を放出できるイオウ系化合物を添加することであ
る。この場合、エッチング反応生成物である炭素系ポリ
マーに加え、Ｓも側壁保護に利用できるようになるから
である。したがって、入射イオン・エネルギーを一層低
減でき、低ダメージ化を徹底することができる。また、
炭素系ポリマーの堆積量を相対的に減少させることがで
き、パーティクル汚染をそれだけ減少させることができ
る。しかもＳは、条件にもよるが、ウェハがおおよそ室
温以下に温度制御されていればその表面に堆積し、おお
よそ９０℃以上に加熱されれば容易に昇華するので、Ｓ
自身がパーティクル汚染源となる虞れがない。

【００２７】また本発明では、下地材料層の酸化を効果
的に防止するため、上記エッチングをジャストエッチン
グ工程とオーバーエッチング工程とに分け、後者のオー
バーエッチング工程においてガス系から酸素を排除し、
ＮＨ₃とを含むエッチング・ガスを用いてオーバーエッ
チングを行う方法も提案する。ＮＨ₃を用いた場合のエ
ッチング機構については、上述の特願平２−１９８０４
４号明細書に明らかにされているとおりである。この方
法は、特に下地材料層がＣｕ等の酸化され易い材料層か
らなる場合に、その露出表面の酸化や再付着層の形成を
防止する上で極めて効果的である。

【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。

【００２９】実施例１本実施例は、３層レジスト・プロセスにおいてＡｌ−１
％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層の上に形成された下層レジスト
層を、ＳＯＣｌ₂（塩化チオニル）／Ｏ₂混合ガスを用
いてエッチングした例である。このプロセスを、図１を
参照しながら説明する。

【００３０】まず、図１（ａ）に示されるように、段差
を有するＳｉＯ₂層間絶縁膜１上にこの段差にならった
Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層２を約０．７μｍの厚
さに形成し、さらにこの上にたとえばノボラック系ポジ
型フォトレジスト（東京応化工業社製；商品名ＯＦＰＲ
−８００）を塗布して下層レジスト層３を形成した。こ
こで、段差の下部に対応する領域の下層レジスト層３の
厚さは、約１．０μｍである。この下層レジスト層３の
上には、ＳＯＧ（東京応化工業社製；商品名ＯＣＤ−Ｔ
ｙｐｅ２）をスピンコートし、厚さ約０．２μｍのＳＯ
Ｇ中間層４を形成した。さらに、このＳＯＧ中間層４の
上には、所定の形状にパターニングされた上層レジスト
・パターン５を形成した。この上層レジスト・パターン
５は、一例としてネガ型３成分化学増幅系レジスト材料
（シプレー社製；商品名ＳＡＬ−６０１）からなる厚さ
約０．７μｍの塗膜についてＫｒＦエキシマ・レーザ・
リソグラフィおよび現像処理を行うことにより形成し
た。この上層レジスト・パターン５のパターン幅は、約
０．３５μｍである。

【００３１】次に、このウェハをヘキソード型のＲＩＥ
（反応性イオン・エッチング）装置にセットし、上層レ
ジスト・パターン５をマスクとしてＳＯＧ中間層４をエ
ッチングした。このときの条件は、一例としてＣＨＦ₃
流量７５ＳＣＣＭ，Ｏ₂流量８ＳＣＣＭ，ガス圧６．５
Ｐａ，ＲＦパワー１３５０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）とし
た。この結果、図１（ｂ）に示されるように、上層レジ
スト・パターン５の直下にＳＯＧパターン４ａが形成さ
れた。

【００３２】次に、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・エッチング装置に移設し、一例
として下記の条件で下層レジスト層３をエッチングし
た。ＳＯＣｌ₂流量１５ＳＣＣＭＯ₂流量４５ＳＣＣＭガス圧１．５Ｐａマイクロ波パワー９００ＷＲＦバイアス・パワー３００Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度室温ここで、上記ＳＯＣｌ₂は常温では液状物質であるた
め、Ｈｅガスを用いるバブリングにより気化させた後、
エッチング・チャンバ内に導入した。

【００３３】上記のガス系は、最も一般的なレジスト材
料層のエッチング・ガスであるＯ₂に、ＳＯＣｌ₂を添
加したものである。ＳＯＣｌ₂は単独でもエッチング・
ガスを構成できなくはないが、分子内にＯ原子を１個し
か持たないため、実用的なエッチング速度を得るために
Ｏ₂と併用しているのである。

【００３４】このエッチング過程では、Ｏ^*による等方
的な燃焼反応がＳ⁺，ＳＯ⁺，ＳＯＣｌ_x ⁺，Ｏ⁺等の
イオンにアシストされる機構でエッチングが進行した。
また、従来のＯ₂／Ｃｌ系ガスを用いた場合と同様に下
層レジスト層３から供給される炭素系の分解生成物に起
因してＣＣｌ_xが生成する一方、さらにチオニル基がそ
の構造中に取り込まれ、強固な炭素系ポリマーが生成し
た。この炭素系ポリマーは、パターン側壁部に堆積して
側壁保護膜６を形成し、異方性加工に寄与した。この結
果、図１（ｃ）に示されるように、異方性形状を有する
下層レジスト・パターン３ａが形成された。

【００３５】本実施例ではまた、Ａｌ−１％Ｓｉ−０．
５％Ｃｕ層２に対して高い選択性が達成された。これ
は、上記の炭素系ポリマーがその構造が強化されること
により少量でも高いエッチング耐性を発揮し、Ａｌ−１
％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層２の表面においてそのエッチン
グ速度を大幅に低下させたからである。

【００３６】実施例２本実施例は、同じく下層レジスト層を、ＳＯＢｒ₂（臭
化チオニル）／Ｏ₂混合ガスを用いてエッチングした例
である。まず、前出の図１（ｂ）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、
下層レジスト層３をエッチングした。このときの条件
は、ＳＯＣｌ₂をＳＯＢｒ₂に代えた他は実施例１と同
じである。ＳＯＢｒ₂も、やはりＨｅガス・バブリング
により気化させた後、エッチング・チャンバ内へ導入し
た。

【００３７】このエッチング過程では、ＣＢｒ_x、およ
びこれにチオニル基が取り込まれた炭素系ポリマーが生
成し、これらの堆積物により側壁保護膜６が形成され
た。特に、本実施例では原子半径が大きくＳｉに対する
反応性の低いＢｒ系の化学種を用いていることにより、
実施例１に比べてＳＯＧパターン４ａに対する選択性が
向上した。

【００３８】実施例３本実施例は、同じく下層レジスト層を、ＳＯＣｌ₂／Ｓ
₂Ｃｌ₂／Ｏ₂混合ガスを用いてエッチングした例であ
る。まず、図１（ｂ）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
下記の条件で下層レジスト層３をエッチングした。

【００３９】ＳＯＣｌ₂流量１５ＳＣＣＭＳ₂Ｃｌ₂流量１５ＳＣＣＭＯ₂流量４０ＳＣＣＭガス圧１．５Ｐａマイクロ波パワー９００ＷＲＦバイアス・パワー１８０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −２０℃（エタノール系冷媒使
用）上記のガス系は、実施例１で使用したガス系にＳ₂Ｃｌ
₂を添加したものである。これにより、ＣＣｌ_xやチオ
ニル基を含む炭素系ポリマーの他、Ｓ₂Ｃｌ₂から解離
生成するＳも側壁保護に寄与し、これらが混合してなる
側壁保護膜７が形成された。また、ウェハが低温冷却さ
れていることにより、イオン入射の無いパターン側壁部
においてラジカル反応が抑制された。したがって、異方
性加工に要する入射イオン・エネルギーを実施例１より
も低減することができ、ＳＯＧパターン４ａの後退や、
Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層２に由来する再付着物
層はほとんど観察されなくなった。

【００４０】実施例４本実施例は、同じく下層レジスト層を、ＳＯＢｒ₂／Ｓ
₂Ｂｒ₂／Ｏ₂混合ガスを用いてエッチングした例であ
る。本実施例におけるエッチング条件は、ＳＯＣｌ₂に
代えてＳＯＢｒ₂を、またＳ₂Ｃｌ₂に代えてＳ₂Ｂｒ
₂を使用した他は、すべて実施例３と同じである。

【００４１】本実施例では、Ｂｒ系の化学種がエッチン
グ反応系に関与していることにより、ＳＯＧパターン４
ａやＡｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層２に対する選択性
が実施例３よりもさらに向上した。

【００４２】実施例５本実施例は、Ｃｕ層の上に形成された下層レジスト層
を、ＳＯ₂Ｃｌ₂（塩化スルフリル）／Ｈ₂Ｓ／Ｏ₂混
合ガスを用いてジャストエッチングした後、Ｃｌ ₂／Ｎ
Ｈ₃混合ガスを用いてオーバーエッチングした例であ
る。このプロセスを、図２を参照しながら説明する。な
お、図２の参照符号は図１と一部共通である。

【００４３】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２（ａ）に示されるように、段差を
有するＳｉＯ₂層間絶縁膜１上にこの段差にならったＣ
ｕ層８が形成され、さらにこの上に３層レジスト・プロ
セスにより下層レジスト層３、ＳＯＧパターン４ａ、上
層レジスト・パターン５が順次形成されてなるものであ
る。ここで、ＳＯＧパターン４ａおよび上層レジスト・
パターン５のパターニング方法は、実施例１で前述した
とおりである。

【００４４】次に、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
件で下層レジスト層３をジャストエッチングした。ＳＯ₂Ｃｌ₂流量１５ＳＣＣＭＨ₂Ｓ流量１０ＳＣＣＭＯ₂流量４５ＳＣＣＭガス圧１．５Ｐａマイクロ波パワー９００ＷＲＦバイアス・パワー１８０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −２０℃（エタノール系冷媒使
用）ここで、上記ＳＯ₂Ｃｌ₂はＨｅガス・バブリングによ
り気化させた後、エッチング・チャンバ内へ導入した。

【００４５】このジャストエッチング工程では、スルフ
リル基の導入により強化された炭素系ポリマーとＨ₂Ｓ
から解離生成するＳとが混合してなる側壁保護膜７が形
成されながら、異方的にエッチングが進行した。ただ
し、上記ＳＯ₂Ｃｌ₂は前述のＳＯＣｌ₂に比べて分子
中のＯ原子数が多いため、エッチング速度が低下するこ
とはなかった。このエッチングは、図２（ｂ）に示され
るように、段差の上部においてＣｕ層８の表面が露出し
た段階で停止させた。このとき、段差の下部に対応する
領域には、下層レジスト層３の残余部３ｂが残ってい
た。

【００４６】そこで、上記残余部３ｂを除去するため
に、エッチング条件を一例として下記のように切り替え
てオーバーエッチングを行った。Ｃｌ₂流量１５ＳＣＣＭＮＨ₃流量４５ＳＣＣＭガス圧１．５Ｐａマイクロ波パワー９００ＷＲＦバイアス・パワー１２０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度１５０℃ ここで、ウェハの加熱は、ウェハ・ステージに内蔵され
たヒータを作動させることにより行った。このオーバー
エッチング工程では、Ｃ，Ｃｌ，Ｎ，Ｏを構成元素とす
る炭素系ポリマーが堆積して側壁保護膜６が形成されな
がらエッチングが進行した。

【００４７】ところで、本実施例の重要なメリットは、
後工程で形成されるＣｕ配線パターンの配線抵抗が上昇
しないことである。これは、上述のオーバーエッチング
工程においてエッチング反応系から酸素を排除したこと
により、Ｃｕ層８の露出面における酸化反応が防止され
たからである。

【００４８】なお、本実施例のようにウェハ温度の大き
く異なるエッチング・プロセスを連続して行う場合に
は、ウェハの昇降温のための所要時間によりスループッ
トを低下させないために、ウェハ・ステージの設定温度
の異なる複数のエッチング・チャンバを高真空下に接続
したマルチ・チャンバ型のエッチング装置を使用するこ
とが特に好ましい。あるいは、本発明者が先に特願平３
−３０１２７９号明細書において提案しているように、
冷却手段を有する固定電極と加熱手段を有する可動電極
とを組み合わせたウェハ・ステージを装備したＥＣＲプ
ラズマ装置等を使用することも、極めて有効である。

【００４９】実施例６本実施例は、Ｃｕ層の上に形成された下層レジスト層
を、ＳＯＢｒ₂（臭化チオニル）／Ｈ₂Ｓ／Ｏ₂混合ガ
スを用いてジャストエッチングした後、Ｃｌ₂／ＮＨ₃
混合ガスを用いてオーバーエッチングした例である。本
実施例のジャストエッチング条件は、ＳＯ₂Ｃｌ₂をＳ
ＯＢｒ₂に代えた他は、すべて実施例５と同じである。
また、オーバーエッチング条件も実施例５と同じであ
る。

【００５０】本実施例では、ジャストエッチング工程に
おけるハロゲン化学種としてＢｒを使用していることに
より、ＳＯＧパターン４ａおよびＣｕ層８に対する選択
比が実施例５よりも一層向上した。

【００５１】以上、本発明を６例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、分子内にチオニル基を有する
化合物としては、上述のＳＯＣｌ₂，ＳＯＢｒ₂の他、
ＳＯＣｌＢｒ（塩化臭化チオニル；液体）等を使用する
ことができる。ＳＯＦ₂（フッ化チオニル）やＳＯＦ₄
（四フッ化チオニル）等のチオニル化合物も存在する
が、これらはＦ^*を発生するため、上述のＳＯＧパター
ンのような酸化シリコン系のエッチング・マスクを使用
する場合には、マスク選択性の低下を招き好ましくな
い。

【００５２】同様に、分子内にスルフリル基を有するも
のとしてＳＯ₂Ｆ₂（フッ化スルフリル），ＳＯ₂Ｃｌ
Ｆ（塩化フッ化スルフリル），ＳＯ₂ＢｒＦ（臭化フッ
化スルフリル；液体）等の化合物が知られているが、こ
れらもＦ^*を発生するため、同様の理由により使用には
注意を要する。なお、上記日本語名の後に「液体」と記
載した化合物は常温で液体であることを示し、記載のな
いものはすべて気体である。

【００５３】また、イオウ系化合物としては上述のＳ₂
Ｃｌ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，Ｈ₂Ｓの他、Ｓ₃Ｃｌ₂，ＳＣｌ
₂等の塩化イオウ、Ｓ₃Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂等の臭化イオ
ウを使用することもできる。Ｓ₂Ｆ₂等のフッ化イオウ
も放電解離条件下でＳを放出することはできるが、Ｆ^*
を発生するため注意を要する。その他、ウェハの構成、
エッチング条件、使用するエッチング装置、エッチング
・ガスの組成等は適宜変更可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では有機材料層のエッチングにおいてチオニル基また
はスルフリル基を含む化合物を添加したエッチング・ガ
スを使用することにより、炭素系ポリマーの膜質を強化
し、その堆積量を減少させても高異方性、高選択性を達
成することが可能となる。この化合物を放電解離条件下
でＳを放出し得るイオウ系化合物と併用すれば、更なる
高選択化、高速化、低汚染化、低ダメージ化等を図るこ
とができる。これにより、たとえば３層レジスト・プロ
セスの実用性を真に高めることができる。また、特に有
機材料層の下地材料層にＣｕが含まれている場合には、
オーバーエッチング時に酸素を排除したガス系を使用す
ることにより、Ｃｕの再付着やこれに伴うパーティクル
汚染を防止することができる。

【００５５】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おいて極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプロセス例をその工程順にし
たがって説明する概略断面図であり、（ａ）は段差を有
するＡｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層上に下層レジスト
層、ＳＯＧ中間層、上層レジスト・パターンが順次形成
された状態、（ｂ）はＳＯＧパターンが形成された状
態、（ｃ）は少なくともＳＯＧパターンをマスクとして
下層レジスト層をエッチングすることにより、下層レジ
スト・パターンが形成された状態をそれぞれ表す。

【図２】本発明を適用した他のプロセス例をその工程順
にしたがって説明する概略断面図であり、（ａ）は段差
を有するＣｕ層上に下層レジスト層、ＳＯＧパターン、
上層レジスト・パターンが順次形成された状態、（ｂ）
は下層レジスト層がジャストエッチングされた状態、
（ｃ）は下層レジスト層がオーバーエッチングされた状
態をそれぞれ表す。

【図３】従来のプロセスにおける問題点を説明する概略
断面図であり、（ａ）は段差を有する下地材料層上に下
層レジスト層、ＳＯＧ中間層、上層レジスト・パターン
が順次形成された状態、（ｂ）はＳＯＧパターンが形成
された状態、（ｃ）は下層レジスト層がジャストエッチ
ングされた状態、（ｄ）はオーバーエッチング中に下地
材料層のスパッタ生成物からなる再付着物層が形成され
た状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】

１・・・ＳｉＯ₂層間絶縁膜２・・・Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層３・・・下層レジスト層３ａ・・・下層レジスト・パターン３ｂ・・・（下層レジスト層の）残余部４・・・ＳＯＧ中間層４ａ・・・ＳＯＧパターン５・・・上層レジスト・パターン６・・・側壁保護膜（炭素系ポリマー）７・・・側壁保護膜（炭素系ポリマー＋Ｓ）８・・・Ｃｕ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下地材料層上に形成された有機材料層
を、分子内にチオニル基もしくはスルフリル基の少なく
とも一方の官能基を有する化合物を含むエッチング・ガ
スを用いてエッチングすることを特徴とするドライエッ
チング方法。
【請求項２】前記エッチング・ガスが放電解離条件下
でプラズマ中にイオウを放出し得るイオウ系化合物を含
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。
【請求項３】下地材料層上に形成された有機材料層
を、分子内にチオニル基もしくはスルフリル基の少なく
とも一方の官能基を有する化合物と放電解離条件下でプ
ラズマ中にイオウを放出し得るイオウ系化合物とを含む
エッチング・ガスを用いて実質的に前記下地材料層が露
出する直前までエッチングするジャストエッチング工程
と、ＮＨ₃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有機材料層の残余部をエッチング
するオーバーエッチング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。
【請求項４】前記下地材料層が銅を含有することを特
徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載
のドライエッチング方法。