JPH06177085A

JPH06177085A - 配線形成方法

Info

Publication number: JPH06177085A
Application number: JP32910392A
Authority: JP
Inventors: Sakae Matsuzaki; 栄松崎; Hiroyuki Nakada; 博之中田
Original assignee: Hitachi Microcomputer System Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Microcomputer System Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】高融点金属４を配線材料の主体とする配線形
成技術において、高融点金属層の異方性エッチングによ
る微細加工を実現できる。【構成】配線形成方法において、基板２の主表面上の
全面に下地絶縁層３を介在して高融点金属層４を堆積す
る工程、高融点金属層４の一部の領域の表面上にエッチ
ングマスク５を形成する工程、Ｃｌ₂ 及びＯ₂ の混合エ
ッチングガスを使用するドライエッチング法により、前
記基板２の冷却なしで高融点金属層４のエッチングマス
ク５以外の領域を表面から膜厚方向に一部エッチングす
る工程、基板２の冷却ありでマイクロ波ドライエッチン
グ法により、高融点金属層４のエッチングマスク５以外
の領域の残部をエッチングする工程の夫々を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配線形成技術に関し、
特に、高融点金属層の単層又は前記高融点金属層を主体
とする積層で形成される配線を備えた半導体集積回路装
置の配線形成技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＯＳ・ＬＳＩ，ＣＭＯＳ・ＬＳＩ等、半
導体集積回路装置に搭載されたＭＯＳＦＥＴのゲート電
極材料として、ＭｏＳｉ₂ ，ＷＳｉ₂ 等のシリサイド層
の単層、或いは多結晶珪素層（polyＳｉ）上に前記シリ
サイド層を積層したポリサイド層が使用される傾向にあ
る。また、前記ＭＯＳＦＥＴ間等、半導体素子間を接続
する配線材料としてアルミニウム合金層が使用される傾
向にある。アルミニウム合金層は、アルミニウムにＳｉ
やＣｕを数〔％〕混入し、Ｓｉ析出の抑制やエレクトロ
マイグレーション耐性の向上を狙った配線材料として広
く使用されている。最近においては、前記アルミニウム
合金層にＭｏＳｉ₂ 層、ＴｉＷ層等のバリアメタル層が
積層され、積層配線として使用される動きがある。

【０００３】前記シリサイド層、ポリサイド層の上層の
シリサイド層の成膜方法はスパッタ法若しくはＣＶＤ法
が使用されるが、成膜された層の結晶が粒状となり、膜
質の再現性、安定性、低発塵性に問題を残している。ま
た、前記アルミニウム合金層においては耐熱性に乏しい
などいくつかの欠点がある。

【０００４】一方、高融点金属例えばＭｏは、その物性
の点において未解明な問題を残しているが、熱的に安定
であり、比較的電気抵抗が小さいので、高周波トランジ
スタのゲート電極として既に利用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記Ｍｏは電気的特性
に優れかつ熱的特性に優れていたにもかかわらず、これ
まで一部の半導体素子への適用に留まっていた最大の理
由は加工方法にある。従来、Ｍｏのエッチング（パター
ンニング）方法としてはウェットエッチング（等方性エ
ッチング）方法、プラズマエッチング方法の夫々が知ら
れている。ウェットエッチング方法としてはフェリシア
ン化カリウム水溶液系での方法が知られている。プラズ
マエッチング方法としてはフレオンガスによるプラズマ
エッチング方法とイオンビームによるスパッタエッチン
グ方法とが知られている。

【０００６】前記ウェットエッチング方法においてはサ
イドエッチング量が大きく微細加工には不向きである。

【０００７】前記フレオンガスによるプラズマエッチン
グ方法においては下地（通常は酸化珪素層）とのエッチ
ングレート比（選択比）が小さい。このため、サブミク
ロンの加工精度が要求される今日では、エッチングがＦ
ラジカルで進行するプラズマエッチング方法は、寸法シ
フトが大きく（パターンニング精度が低く）、加工形状
も不安定であるため、やはり微細加工には不向きであ
る。同様に、イオンビームによるスパッタエッチング方
法も、下地との選択比が確保できず、寸法シフトが大き
く、寸法のばらつきが大きいので、再現性の点において
不足し、微細加工には不向きである。

【０００８】最近、適用が盛んに行われる枚葉式マイク
ロ波ドライエッチング装置を用いた反応性イオンエッチ
ング（反応性スパッタエッチング）方法においても、下
記の不具合が存在する。反応性イオンエッチング方法
は、枚葉式マイクロ波ドライエッチング装置の電極上で
半導体ウエーハ（単結晶珪素基板）をクランプし、半導
体ウエーハの裏面からＨｅ等の冷却ガスを導入し、電極
−半導体ウエーハ間で熱交換を行い、半導体ウエーハの
温度を一定に保持した状態において、エッチングが行わ
れる。枚葉式マイクロ波ドライエッチング装置において
は、プラズマからの輻射熱及びイオンの入射で発生する
熱によって半導体ウエーハが加熱されるので、半導体ウ
エーハのエッチングの際の温度を一定に保持する必要が
ある。しかしながら、一般に行われる冷却方法は、電極
−半導体ウエーハ間の距離の分布と半導体ウエーハの裏
面に供給される冷却ガスの圧力分布に起因し、半導体ウ
エーハの主表面（素子形成面）において２０〔℃〕以上
の温度差が発生する。前記Ｍｏのエッチングレートは温
度変化に影響を受けるので、結果としてＭｏのエッチン
グに際してエッチングレートのばらつきとなって現れ
る。このエッチングレートのばらつきはＭｏのパターン
ニング精度のばらつきを大きくし、エッチングマスクと
なるレジスト（通常はフォトレジスト）のマージン不足
となる。

【０００９】また、Ｍｏのドライエッチングにおいては
エッチングがスパッタ方法で成膜されたＭｏの膜質に大
きく依存する。つまり、公知のスパッタ法による純粋な
Ｍｏ層を通常のＣＦ₄ ガス、Ｃｌ₂ ガス、ＳＦ₆ ガスの
いずれかのエッチングガスを用いた反応性イオンエッチ
ング法でエッチングしようとする場合、エッチングレー
トが著しく小さくなる。そこで、原理はさだかではない
が、スパッタ中にＯ₂ガスをリーク(混入)することによ
り有効なエッチングレートを得ることができる。ただ
し、この場合には加工形状が不安定（ばらつき）とな
り、微細加工には不都合となる。

【００１０】本発明の目的は、高融点金属を配線材料の
主体とする配線形成技術において、高融点金属層の異方
性エッチングによる微細加工を実現することができる技
術を提供する。さらに詳細には、本発明の目的は、高融
点金属を配線材料の主体とする配線形成技術において、
高融点金属層とその下地層との間のエッチングレート比
を充分確保し、高融点金属層のエッチングのばらつきを
減少し、かつ高融点金属層とそのエッチングマスクとの
間のエッチングレート比を充分確保することによって、
高融点金属層の微細加工精度を向上することができる技
術を提供する。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記のとおりである。

【００１３】配線形成方法において、基板の主表面上の
全面に下地絶縁層を介在して高融点金属層を堆積する工
程、前記高融点金属層の一部の領域の表面上にエッチン
グマスクを形成する工程、塩素ガス及び酸素ガスの混合
エッチングガスを使用するドライエッチング法により、
前記基板を冷却しない状態において、前記高融点金属層
の前記エッチングマスク以外の領域を表面から膜厚方向
に一部エッチングする工程、前記基板を冷却した状態に
変更し、引き続き、マイクロ波ドライエッチング法によ
り、前記高融点金属層の前記エッチングマスク以外の領
域の残部をエッチングする工程の夫々を具備する。

【００１４】前記ドライエッチング法はマイクロ波ドラ
イエッチング法が使用される。また、前記エッチングマ
スクは多層構造のエッチングマスクが使用される。

【００１５】

【作用】上述した手段によれば、下記の作用効果が得ら
れる。（１）前記高融点金属層のパターンニングに塩素
ガス及び酸素ガスの混合エッチングガスを使用し、高融
点金属、塩素及び酸素の昇華性に優れた反応生成物を生
成することによってエッチングを実現でき、しかも前記
塩素は高融点金属層のパターンニングに際して異方性を
促進し、前記酸素は高融点金属層のエッチング表面の清
浄化に優れエッチングを継続できるので、ドライエッチ
ングによる前記高融点金属層のパターンニング精度（エ
ッチングマスクのパターンの転写精度）を向上できる。
（２）前記高融点金属層のパターンニングに際し、基板
を冷却しないので、高融点金属層のエッチングレートを
速くできるとともに、前記基板の表面の全面において高
融点金属層のエッチングのばらつきを低減できる。
（３）前記高融点金属層のパターンニングに際し、エッ
チングの終段において、基板を冷却したので、前記エッ
チングマスクのエッチング速度を遅くしてエッチングマ
スクを保護し、前記高融点金属層のパターンニング精度
を向上できる。

【００１６】以下、本発明の構成について、高融点金属
のうち、Ｍｏ（モリブデン）を配線材料とする半導体集
積回路装置の配線形成技術に本発明を適用した、一実施
例とともに説明する。

【００１７】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例で使用される有磁場型マイ
クロ波ドライエッチング装置のシステム構成を図１（概
略構成図）で示す。

【００１９】図１に示すように、空洞共振型マイクロ波
ドライエッチング装置１は、ローダカセット部１０とア
ンローダカセット部２０との間に前者から後者に向って
供給側真空室３０、ドライエッチング処理室（放電管）
４０、搬送室５０、レジストアッシング処理室６０、排
出側真空室７０の夫々が順次配置される。前記供給側真
空室３０から排出側真空室７０までの間において、各処
理室間は、シャッタ９１、９２、９３、９４の夫々を介
在して相互に連結され、又各々の処理室は真空度や処理
雰囲気を独立に制御できる。

【００２０】前記ローダカセット部１０は、複数枚の未
処理の半導体ウエーハ８０Ｓを収納したカセット１１が
装着され、このカセット１１から未処理の半導体ウエー
ハ８０Ｓを供給側真空室３０に供給する。未処理の半導
体ウエーハ８０Ｓは、本実施例において、半導体ウエー
ハの主表面上の全面に下地絶縁層（３）を介在して堆積
されたＭｏ層（４）、フォトリソグラフィ技術で形成さ
れた有機系のエッチングマスク（フォトレジスト層５）
の夫々が積層される。

【００２１】供給側真空室３０は、ローダカセット部１
０から供給される未処理の半導体ウエーハ８０Ｓを開閉
シャッタ３１を通して一旦テーブル３３に配置し、この
テーブル３３に配置された未処理の半導体ウエーハ８０
Ｓをスイングアーム３２を介在して次段のドライエッチ
ング処理室４０に搬送する。

【００２２】ドライエッチング処理室４０は、供給側真
空室３０から供給された未処理の半導体ウエーハ８０Ｓ
をテーブル４２に配置し、未処理の半導体ウエーハ８０
Ｓの主表面上のＭｏ層にエッチングマスクを使用してパ
ターンニングを施す（ドライエッチング処理を行う）。
テーブル４２は、交流電源４８が接続され、電極として
も使用される。

【００２３】前記ドライエッチング処理室４０は、制御
バルブ４４を介在してターボポンプ４３、ロータリポン
プ４５の夫々に連結される。また、ドライエッチング処
理室４０はガス供給システム４９に連結され、ガス供給
システム４９は少なくともＣｌ₂ （塩素ガス）、Ｏ₂
（酸素ガス）の夫々を供給する。Ｃｌ₂ 及びＯ₂ はＭｏ
層のＭｏと反応し、低温度において昇華する性質を有す
る反応生成物、ＭｏＯＣｌｎ（ｎ＝３が知られている）
を生成する。また、前記Ｃｌ₂ はＭｏ層のエッチングに
際して異方性に優れ、Ｏ₂ はＭｏ層のエッチングされた
表面の清浄性に優れている。また、前記ガス供給システ
ム４９は、Ｍｏ層以外の配線材料としてＡｌ（アルミニ
ウム）若しくはＡｌ合金に異方性エッチングが施せるガ
ス供給系を備えており、このガス供給系はＣｌ系ガス例
えばＣｌ₂ を除きＢＣｌ₄ 、ＣＣｌ₄ 、ＳｉＣｌ₄ のい
ずれかを供給できる。前記ドライエッチング処理室４０
は、ソレノイドコイル４７で周囲を囲まれた空洞共振管
を通してマグネトロン４６からマイクロ波が供給され
る。

【００２４】また、前記ドライエッチング処理室４０の
テーブル（電極）４２には未処理の半導体ウエーハ８０
Ｓをその裏面から冷却する冷却システム４９Ｈが配置さ
れる。この冷却システム４９Ｈは冷却ガスとして例えば
Ｈｅガスが使用され、このＨｅガスの供給及び流量は制
御バルブにおいて制御される。

【００２５】搬送室５０は、ドライエッチング処理室４
０でドライエッチング処理が行われた処理後の半導体ウ
エーハ８０Ｅをスイングアーム５１を介在して次段のレ
ジストアッシング処理室６０に搬送する。搬送室５０は
制御バルブ５２を介在して真空ポンプ５３、ロータリポ
ンプ５４の夫々に連結される。この搬送室５０に連結さ
れる真空ポンプ５３は次段のレジストアッシング処理室
６０の真空ポンプとしても共用される。

【００２６】レジストアッシング処理室６０は、ヒータ
６２が設置されたテーブル６１に前段のドライエッチン
グ処理室４０から搬送された処理後の半導体ウエーハ８
０Ｅを配置し、処理後の半導体ウエーハ８０Ｅのパター
ンニングされたＭｏ層の表面上に残存するエッチングマ
スクをレジストアッシング処理で除去する。レジストア
ッシング処理室６０は、制御バルブを介在して真空ポン
プ５３に連結され、又制御バルブ６３を介在してロータ
リポンプ６４に連結される。

【００２７】前記レジストアッシング処理室６０はガス
供給システム６５に連結される。ガス供給システム６５
はレジストアッシングガスとして少なくともＯ₂ を供給
する。また、ガス供給システム６５は、Ａｌ若しくはＡ
ｌ合金を配線材料とする場合に対処するために、防食処
理としてＣＨＦ₃ を供給する。防食処理は、前述のＣＨ
Ｆ₃ に限らず、Ｈを含む物質例えばＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ
₃Ｆ、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂ のいずれかを使用できる。

【００２８】このレジストアッシング処理室６０でエッ
チングマスクが除去された処理後の半導体ウエーハ８０
Ｅは排出側真空室７０に供給される。

【００２９】排出側真空室７０は、レジストアッシング
処理室６０から搬送される処理後の半導体ウエーハ８０
Ｅを一旦テーブル７１に配置し、このテーブル７１から
開閉シャッタ７２を通してアンローダカセット部２０に
処理後の半導体ウエーハ８０Ｅを搬送する。

【００３０】アンローダカセット部２０はその内部に装
着されるカセット２１に処理後の半導体ウエーハ８０Ｅ
を順次収納する。

【００３１】次に、本実施例の基本プロセスの概要につ
いて説明する。

【００３２】〈第１基本プロセス〉まず、第１基本プロ
セスについて、図２（工程毎に示す概略断面図）を使用
し簡単に説明する。この第１基本プロセスは以下の通り
である。

【００３３】半導体製造工程において、基板（２：半導
体ウエーハ８０）の主表面の全面に、下地絶縁層３を介
在し、スパッタ法で純粋なＭｏ層（薄膜）４を堆積する
（図２（Ａ）参照）。下地絶縁層３は例えば酸化珪素層
で形成される。

【００３４】次に、図２（Ａ）に示すように、前記Ｍｏ
層４の表面上の一部分に周知のフォトリソグラフィ技術
によってフォトレジスト層からなるエッチングマスク５
を形成する。

【００３５】次に、前記図１に示す空洞共振型マイクロ
波ドライエッチング装置１を使用し、ドライエッチング
処理室４０において、図２（Ｂ）に示すように、前記Ｍ
ｏ層４の前記エッチングマスク５以外の領域をドライエ
ッチングにより除去する。このドライエッチングは、Ｃ
ｌ₂ 及びＯ₂ の混合ガスをエッチングガスとして使用す
るとともに、プラズマを放電しかつイオンを基板（２）
に入射する所謂反応性イオンエッチング（反応性スパッ
タエッチング）で行われるので、Ｍｏ層４のパターンニ
ング精度、下地絶縁層３に対するＭｏ層４のエッチング
レートのいずれも向上できる。

【００３６】通常、スパッタ法で堆積される純粋なＭｏ
層はＦ（フッ素ガス）やＣｌをエッチングガスとする反
応性イオンエッチングにおいてはエッチングできない
が、本実施例の第１基本プロセスにおいてはＭｏ層のエ
ッチングが実現できる。表１にＭｏとＦとの化合物、Ｍ
ｏとＣｌとの化合物の夫々の物性値を示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】この表１から予測されることは、ＭｏはＣ
ｌやＦと反応して容易に蒸発する物質に変わる。したが
って、ＭｏはドライエッチングガスとしてＣＦ₄ 、Ｃｌ
₂ 、ＳＦ₆ のいずれかを使用することでドライエッチン
グが可能なはずである。しかし、事実は相違しており、
スパッタ法で堆積されたＭｏ層は、Ｏ₂ をリーク（混
入）した場合にＣＦ₄ 、ＳＦ₆ の夫々でドライエッチン
グが実現でき、又Ｃｌ₂にＯ₂ を添加することでドライ
エッチングが実現できる。この事実から導きだされるこ
とは、Ｍｏのドライエッチングにおける反応生成物はＭ
ｏＯＦｎ又はＭｏＯＣｌｎである。一般にはＭｏＯＣｌ
₃ が知られており、このＭｏＯＣｌ₃ は１００〔℃〕の
低温度において昇華する。本実施例においては、Ｍｏ層
のエッチングレートが基板（半導体ウエーハ）の温度に
影響されることから、反応生成物は前記ＭｏＯＣｌ₃ で
あると認められる。また、Ｍｏ層が垂直方向にしかエッ
チングされない事実から、イオンアシストによりエッチ
ングが進行していると認められる。

【００３９】〈第２基本プロセス〉次に、第２基本プロ
セスについて簡単に説明する。この第２基本プロセスは
以下の通りである。

【００４０】前記図１に示す空洞共振型マイクロ波ドラ
イエッチング装置１が枚葉式の場合、ドライエッチング
の開始から終了に到る直前までは基板２の裏面への冷却
ガスの供給を停止する。この冷却ガスの供給の停止は、
基板２の主表面の全域に堆積されたＭｏ層４の面内部分
（半導体ウエーハの主表面内又は素子形成面内）におい
て、Ｍｏ層のエッチングレートのばらつきを最小限に減
少できる。

【００４１】次に、ドライエッチングの終了直前から終
了に到るまでは、冷却ガスの供給を開始する。後に詳述
するが、本実施例において、Ｍｏ層４は例えば４５０
〔ｎｍ〕の膜厚において堆積され、冷却ガスの供給を停
止した状態においてＭｏ層４はその表面から約３５０
〔ｎｍ〕程度ドライエッチングされた後に、冷却ガスの
供給を開始した状態においてＭｏ層４は残りの約１００
〔ｎｍ〕程度の膜厚がドライエッチングされる。前記冷
却ガスの供給の開始はエッチングマスク５の保護つまり
エッチングマスク５のパターン寸法シフト（パターン寸
法の減少）を減少できる。

【００４２】図８に半導体ウエーハ面内において半導体
ウエーハの裏面を冷却した場合としない場合のＭｏ層の
エッチングレートの分布を示す。空洞共振型マイクロ波
ドライエッチング装置１は枚葉式であり、エッチングガ
スはＣｌ₂ 及びＯ₂ の混合ガスが使用される。このドラ
イエッチングは、Ｃｌ₂ の流量が８０〔sccm〕、Ｏ₂の
流量が２０〔sccm〕、エッチング圧力１０〔ｍtorr〕、
マイクロ波パワーが２００〔ｍＡ〕、ＲＦ出力が２５
〔Ｗ〕の夫々の条件下において行われる。冷却ガスはＨ
ｅが使用され、このＨｅの流量は１０〔sccm〕である。
この実験事実は半導体ウエーハ自身の反りにも影響を受
けるので完全に再現することは難しいが、大旨は一致し
た傾向のエッチングレートの分布を示す。

【００４３】また、図９に半導体ウエーハの冷却を実施
した状態においてテーブル（電極）４２の温度を変化さ
せた場合のＭｏ層４、エッチングマスク５の夫々のエッ
チングレートの変化を示す。このドライエッチングは、
Ｃｌ₂ の流量が６０〔sccm〕、Ｏ₂ の流量が４０〔scc
m〕、エッチング圧力５〔ｍtorr〕、マイクロ波パワー
が２００〔ｍＡ〕、ＲＦ出力が５０〔Ｗ〕の夫々の条件
下において行われる。

【００４４】前記図８及び図９の実験結果から明らかな
ように、（１）Ｍｏ層のエッチングレートは半導体ウエ
ーハの温度変化に影響を受け、半導体ウエーハの温度を
上昇すれば、Ｍｏ層のエッチングレートを上昇できる
（エッチングレートを制御できる）。（２）空洞共振型
マイクロ波ドライエッチング装置１が枚葉式の場合（半
導体ウエーハの裏面冷却機構を備えた装置の場合）、ド
ライエッチングのときに半導体ウエーハの主表面内の温
度を均一に維持することが難しい。ところが、半導体ウ
エーハの裏面を冷却しなければ、半導体ウエーハの主表
面の温度は均一にできる。（３）半導体ウエーハはドラ
イエッチング時間の経過に伴い温度が上昇するので、耐
熱性の点において、エッチングマスク５を保護する必要
性が発生する。

【００４５】したがって、第２基本プロセスは前述のよ
うにドライエッチングにおいて半導体ウエーハの裏面の
冷却を制限し、エッチング開始から終了に到る直前まで
はエッチングレートに均一性を持つ冷却を行わない状態
でドライエッチングを行う。そして、ドライエッチング
の終了直前から終了に到るまでは冷却を行った状態でド
ライエッチングを行う。冷却を行わない状態でドライエ
ッチングを終了に到る直前で停止するのは、半導体ウエ
ーハの温度上昇速度がドライエッチングの終了（ジャス
トエッチング）を境界として急激に増大するためであ
る。これは、半導体ウエーハの熱を吸収して蒸発（昇
華）する反応生成物がなくなり、この反応生成物による
半導体ウエーハの冷却効果がなくなることに起因する。

【００４６】〈第３基本プロセス〉次に、第３基本プロ
セスについて、図３（工程毎に示す概略断面図）及び図
４（工程毎に示す概略断面図）を使用し簡単に説明す
る。この第３基本プロセスは以下の通りである。

【００４７】前記第１基本プロセス、第２基本プロセス
の夫々において、Ｍｏ層４のドライエッチングに際し、
図３に示すように多層構造のエッチングマスク５又は図
４に示すように無機系材料を使用したエッチングマスク
５のいずれかを使用する。

【００４８】つまり、図３（Ａ）に示すように、まず、
Ｍｏ層４の主表面上の一部の領域に多層レジスト技術に
基づき、下層レジスト層５Ａ及びその表面上に積層され
た上層レジスト層５Ｂで形成される２層構造のエッチン
グマスク５を形成する。このエッチングマスク５の下層
レジスト層５Ａ、上層レジスト層５Ｂの夫々はいずれも
有機系材料で形成されるが、下層レジスト層５ＡはＭｏ
層４のドライエッチングに対して上層レジスト層５Ｂよ
りもエッチングレートが遅い性質を有する。上層レジス
ト層５Ｂは、Ｍｏ層５のドライエッチングに際してエッ
チングマスクとして使用されるとともに、下層レジスト
５Ａをパターンニングする目的でも形成される。このエ
ッチングマスク５は前述の図２に示すエッチングマスク
５に比べて急峻な側壁を有し（図２に示すエッチングマ
スク５の断面テーパ形状から断面方形状に改善し）、フ
ォトリソグラフィ技術においてレチクルからエッチング
マスク５へのパターン寸法に変化が少ない正確な転写が
行える。

【００４９】この結果、図３（Ｂ）に示すように、異方
性を有するドライエッチングが行われても、エッチング
マスク５のパターン寸法シフトがほとんどなく、したが
って、Ｍｏ層４のパターン寸法シフトもほとんどなくな
る。

【００５０】また、図４（Ａ）に示すように、まず、Ｍ
ｏ層４の主表面上の一部の領域に下層レジスト層５Ｄ及
びその表面上に積層された上層レジスト層５Ｂで形成さ
れる２層構造のエッチングマスク５を形成する。このエ
ッチングマスク５の上層レジスト層５Ｂは有機系材料で
形成されるが、下層レジスト層５ＤはＭｏ層４に対して
エッチングレートが極めて小さい無機系材料、例えばＳ
ＯＧ（Ｓpin Ｏn Ｇlass）法で塗布しベーク処理で硬化
した酸化珪素層で形成される。上層レジスト層５Ｂは、
Ｍｏ層５のドライエッチングに際してエッチングマスク
として使用されるとともに、下層レジスト層５Ｄをパタ
ーンニングする目的でも形成される。この下層レジスト
層５Ｄは薄い膜厚で形成されるので、この下層レジスト
層５Ｄのパターンニングの際のサイドエッチング量を小
さく抑えることができ、下層レジスト層５Ｄ自体のパタ
ーン寸法シフト量を小さくできる。つまり、エッチング
マスク５は同様にパターン寸法に変化が少ない正確な転
写が行える。

【００５１】この結果、図４（Ｂ）に示すように、異方
性を有するドライエッチングが行われても、エッチング
マスク５のパターン寸法シフトがほとんどなく、したが
って、Ｍｏ層４のパターン寸法シフトもほとんどなくな
る。

【００５２】次に、前述の基本プロセスにしたがい、具
体的なプロセスについて説明する。

【００５３】〈第１プロセス〉まず、第１プロセスにつ
いて、図５（工程毎に示す要部断面図）を使用し説明す
る。

【００５４】半導体製造工程にしたがい、半導体ウエー
ハ（基板）２の主表面上の全面に下地絶縁層３を形成
し、この下地絶縁層３の表面上の全面に純粋なＭｏ層４
を堆積する。前記下地絶縁層３は例えば酸化珪素層で形
成され、この酸化珪素層は、例えばＭＩＳＦＥＴのゲー
ト絶縁膜として使用され、１００〔ｎｍ〕の膜厚で形成
される。前記Ｍｏ層４は、例えばＭＩＳＦＥＴのゲート
電極として使用され、基板温度を３５０〔℃〕としたス
パッタ法において堆積し、このＭｏ層４は４５０〔ｎ
ｍ〕の膜厚で形成される。

【００５５】次に、前記Ｍｏ層４の表面上の全面にエッ
チングマスク５を形成する下層レジスト層５Ｄ、上層レ
ジスト層５Ｂの夫々を堆積する。下層レジスト層５Ｄは
ＳＯＧ法で形成された無機系材料の酸化珪素層で形成さ
れ、この酸化珪素層は例えば２０〔ｎｍ〕の膜厚で形成
される。上層レジスト層５Ｂは、有機系材料で形成さ
れ、例えば２.０〜２.４〔μｍ〕の膜厚で形成される。
この有機系材料で形成された上層レジスト層５Ｂには、
耐熱性を向上する目的において、紫外線を照射する。

【００５６】次に、図５（Ａ）に示すように、上層レジ
スト層５Ｂにパターンニングを行い、引き続き、上層レ
ジスト層５Ｂで下層レジスト層５Ｄにパターンニングを
行い、この後、図５（Ｂ）に示すように、上層レジスト
層５Ｂを除去する。

【００５７】次に、前述の基本プロセスにしたがい、下
層レジスト層５Ｄを用いてＭｏ層４にマイクロ波ドライ
エッチングを行い、図５（Ｃ）に示すようにＭｏ層４を
パターンニングする。このパターンニング後、下層レジ
スト層５Ｄは除去される。前記マイクロ波ドライエッチ
ングのプログラム（ステップ及びステップ毎の条件）に
ついて表２に示す。

【００５８】

【表２】

【００５９】この表２において、ステップ１、３の夫々
は半導体ウエーハの裏面冷却を行わない状態でのエッチ
ングであり、Ｍｏ層４の膜厚を１００〔ｎｍ〕程度残し
てエッチングを停止する。エッチングマスク５として上
層レジスト層５Ｂを下層レジスト層５Ｄと併用する場
合、有機系材料で形成される上層レジスト層５Ｂの耐熱
性を確保するためにはステップ１、３の２段階に分ける
エッチングが有効である。なお、上層レジスト層５Ｂの
紫外線の照射条件を変更し、耐熱性を向上した場合に
は、ステップ１、３の夫々を１つのステップにすること
ができる。ステップ２は半導体ウエーハを冷却するため
の放冷時間である。ステップ４は、前述の半導体ウエー
ハを冷却した状態でのエッチングであり、エッチング終
了直前から終了のジャストエッチングに到るまで、及び
下地絶縁層２の表面の段差部分に残存するＭｏ層４をエ
ッチングする所謂オーバエッチングを含む。

【００６０】前記下層レジスト層５Ｄの除去は、ドライ
エッチング終了後、Ｍｏ層４の表面や下地絶縁層３の表
面にＣｌが残存する可能性があるので、このＣｌを除去
する目的でアルカリ現像液処理（メチルエチルソブルア
セテート２.３８〔％〕水溶液）を約１５秒行い、充分
水洗し、ベークした後に行われる。下層レジスト層５Ｄ
の除去は、周知のアッシング処理と、有機剥離液処理
（例えば、東京応化工業、商品名「Ｓ５０２Ａ」）を使
用し行われる。

【００６１】図１０に本実施例のプロセスでドライエッ
チングが行われた直後のＭｏ層４の断面の電子顕微鏡写
真を正確に描写した図を示す。

【００６２】〈第２プロセス〉次に、第２プロセスにつ
いて、図６（工程毎に示す要部断面図）を使用し説明す
る。

【００６３】第２プロセスは、エッチングマスク５を３
層構造にし、このエッチングマスク５の最も下層に平坦
化を目的とした下層レジスト５Ａを形成した点におい
て、前記第１プロセスと相違する。下層レジスト５Ａは
例えば有機系材料で形成される。第２プロセスはこの点
を除き基本的には第１プロセスと実質的に同一である。

【００６４】〈第３プロセス〉次に、第３プロセスにつ
いて、図７（工程毎に示す要部断面図）を使用し説明す
る。

【００６５】第３プロセスは、前記第２基本プロセスと
実質的同一である。

【００６６】以上説明したように、半導体集積回路装置
の配線形成方法において、（１）基板（半導体ウエー
ハ）２の主表面上の全面に下地絶縁層３を介在してＭｏ
層（高融点金属層）４を堆積する工程、（２）前記Ｍｏ
層４の一部の領域の表面上にエッチングマスク５を形成
する工程、（３）Ｃｌ₂ 及びＯ₂ の混合エッチングガス
を使用するドライエッチング法により、前記基板２を冷
却しない状態において、前記Ｍｏ層４の前記エッチング
マスク５以外の領域を表面から膜厚方向に一部エッチン
グする工程、（４）前記基板２を冷却した状態に変更
し、引き続き、マイクロ波ドライエッチング法により、
前記Ｍｏ層４の前記エッチングマスク５以外の領域の残
部をエッチングする工程の夫々を具備する。前記ドライ
エッチング法はマイクロ波ドライエッチング法が使用さ
れる。また、前記エッチングマスク５は多層構造のエッ
チングマスク５が使用される。

【００６７】この構成により、下記の作用効果が得られ
る。（１）前記Ｍｏ層４のパターンニングにＣｌ₂ 及び
Ｏ₂ の混合エッチングガスを使用し、Ｍｏ−Ｏ−Ｃｌｎ
の昇華性に優れた反応生成物を生成することによってエ
ッチングを実現でき、しかも前記ＣｌはＭｏ層４のパタ
ーンニングに際して異方性を促進し、前記ＯはＭｏ層４
のエッチング表面の清浄化に優れエッチングを継続でき
るので、ドライエッチングによる前記Ｍｏ層４のパター
ンニング精度（エッチングマスク５のパターンの転写精
度）を向上できる。（２）前記Ｍｏ層４のパターンニン
グに際し、基板２を冷却しないので、Ｍｏ層４のエッチ
ングレートを速くできるとともに、前記基板２の表面の
全面においてＭｏ層４のエッチングのばらつきを低減で
きる。（３）前記Ｍｏ層４のパターンニングに際し、エ
ッチングの終段において、基板２を冷却したので、前記
エッチングマスク５のエッチング速度を遅くしてエッチ
ングマスク５を保護し、前記Ｍｏ層４のパターンニング
精度を向上できる。

【００６８】具体的に、前述の第１基本プロセスに示す
単層レジストからなるエッチングマスク５を使用する場
合、エッチングマスク５からＭｏ層４に転写されるパタ
ーン寸法シフトは約０.２５〔μｍ〕、半導体ウエーハ
の主表面内でのばらつきに起因するエッチングマスク５
のばらつきが±約０.０５〔μｍ〕として、これを含ん
でもＭｏ層４に転写されるパターン寸法シフトの合計は
±約１.０〔μｍ〕未満になる。この数値はエッチング
マスク５のばらつきと同等かそれ以下になる。Ｍｏ層４
と下地絶縁層（酸化珪素層）３との間のエッチング選択
比は１００〜１２５になる。

【００６９】また、エッチングマスク５に多層レジスト
構造若しくはＳＯＧ法で塗布された無機系材料のレジス
ト層を使用する場合、エッチングマスク５からＭｏ層４
に転写されるパターン寸法シフトは約０.０５〔μｍ〕
未満、半導体ウエーハの主表面内でのばらつきに起因す
るエッチングマスク５のばらつきが同様に±約１.０
〔μｍ〕未満になる。Ｍｏ層４と下地絶縁層３との間の
エッチング選択比は１００〜１２５になる。

【００７０】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。

【００７１】例えば、本発明は、配線材料として、Ｍｏ
以外の高融点金属、具体的にはＷを使用してもよい。

【００７２】また、本発明は、Ｍｏの単層に限定され
ず、このＭｏ層を主体とする積層、例えばＡｌ合金層及
びその表面上に形成されたＭｏ層からなる積層に適用で
きる。

【００７３】また、本発明は、半導体集積回路装置に限
らず、プリント配線基板、マザーボード、ベビーボード
等の配線基板の配線形成技術に適用できる。

【００７４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００７５】高融点金属を配線材料の主体とする配線形
成技術において、高融点金属層の異方性エッチングによ
る微細加工を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のマイクロ波ドライエッチ
ング装置の概略構成図、

【図２】第１基本プロセスを示す工程毎の断面図、

【図３】第２基本プロセスを示す工程毎の断面図、

【図４】第３基本プロセスを示す工程毎の断面図、

【図５】第１具体的プロセスを示す工程毎の断面図、

【図６】第２具体的プロセスを示す工程毎の断面図、

【図７】第３具体的プロセスを示す工程毎の断面図、

【図８】基板表面でのエッチングレートの分布及びエ
ッチングレートの温度依存性を示す図、

【図９】エッチングレートの温度依存性を示す図、

【図１０】電子顕微鏡写真を描写した図。

【符号の説明】

１…マイクロ波ドライエッチング装置、４０…ドライエ
ッチング処理室、４９Ｈ…冷却システム、２…基板（半
導体ウエーハ）、３…下地絶縁層、４…Ｍｏ層、５…エ
ッチングマスク、５Ａ，５Ｂ，５Ｄ…レジスト層。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の工程を具備したことを特徴する配
線形成方法。（１）基板の主表面上の全面に下地絶縁層を介在して高
融点金属層を堆積する工程、（２）前記高融点金属層の
一部の領域の表面上にエッチングマスクを形成する工
程、（３）塩素ガス及び酸素ガスの混合エッチングガス
を使用するドライエッチング法により、前記基板を冷却
しない状態において、前記高融点金属層の前記エッチン
グマスク以外の領域を表面から膜厚方向に一部エッチン
グする工程、（４）前記基板を冷却した状態に変更し、
引き続き、マイクロ波ドライエッチング法により、前記
高融点金属層の前記エッチングマスク以外の領域の残部
をエッチングする工程。
【請求項２】前記請求項１に記載されるドライエッチ
ング法は、被エッチング体に入射するイオンを独立に制
御するとともにプラズマの放電及び維持にマイクロ波発
振を使用するマイクロ波ドライエッチング法であること
を特徴とする配線形成方法。
【請求項３】前記請求項１又は請求項２に記載される
エッチングマスクは、前記ドライエッチングに対して、
上層側よりも下層側のエッチング速度が遅い多層構造の
エッチングマスクが使用されることを特徴とする配線形
成方法。