JPH07230984A - Method of dry-etching laminated wiring - Google Patents

Method of dry-etching laminated wiring

Info

Publication number
JPH07230984A
JPH07230984A JP6020640A JP2064094A JPH07230984A JP H07230984 A JPH07230984 A JP H07230984A JP 6020640 A JP6020640 A JP 6020640A JP 2064094 A JP2064094 A JP 2064094A JP H07230984 A JPH07230984 A JP H07230984A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
metal layer
resist mask
sulfur
laminated wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6020640A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shingo Kadomura
新吾 門村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP6020640A priority Critical patent/JPH07230984A/en
Publication of JPH07230984A publication Critical patent/JPH07230984A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To enable a laminated wiring which is composed of a W layer and an Al metal layer formed on it and excellent in migration resistance to be anisotropically etched without leaving residues and generating contaminants. CONSTITUTION:An Al metal layer 5 formed on a high-melting point metal layer 4 of W or the like is patterned, a sulfur layer or a polythyazyl layer 9 is formed as a protective film, and then the high-melting point metal layer 4 is patterned. Therefore, an AlClx side wall-deposited film 8 formed on the side face of a resist mask 7 as deposited to it is hardly converted into an AlFx side wall modified film when it is exposed to F plasma, wherein an AlFx side wall modified film is hard to remove. Therefore, a resist mask is smoothly ashed or separated, so that particle contamination can be prevented.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置等に用いる内
部配線のドライエッチング方法に関し、更に詳しくは高
融点金属層上にAl系金属層が形成された構造を含む積
層配線のドライエッチング方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method for internal wiring used in semiconductor devices and the like, and more particularly to a dry etching method for laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer. .

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置のデザインルール
がハーフミクロンからクォータミクロンのレベルへと微
細化されるに伴い、内部配線のパターン幅も縮小されつ
つある。従来内部配線材料として、低抵抗のAlやAl
系合金が多く用いられてきたが、かかる配線幅の減少に
より、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレ
ーションによる断線が発生し、デバイス信頼性の上で大
きな問題となってきている。
2. Description of the Related Art As the design rules of semiconductor devices such as LSI are miniaturized from half micron to quarter micron, the pattern width of internal wiring is being reduced. As a conventional internal wiring material, low resistance Al or Al
Although many alloys have been used, a decrease in the wiring width causes disconnection due to electromigration or stress migration, which is a serious problem in device reliability.

【0003】このような各種マイグレーションの対策と
して、W、MoやTa等の高融点金属やその合金、化合
物等、導電性がありかつ高剛性の配線層をAl系金属層
の下層に形成した積層配線が検討されている。これは、
たとえAl系金属層が断線しても下層の高融点金属層が
存在するので、その冗長効果により配線層全体としては
断線を回避しうるという考え方に基づいている。なかで
もWを用いる場合は、比較的低抵抗の材料であり、ブラ
ンケットCVDによる成膜法が確立されていることか
ら、今後の高信頼性積層配線構造として期待できる。
As a countermeasure against such various migrations, a conductive and highly rigid wiring layer of a refractory metal such as W, Mo, Ta, etc., its alloys, compounds, etc. is formed under the Al-based metal layer. Wiring is being considered. this is,
Even if the Al-based metal layer is broken, the underlying high-melting-point metal layer still exists, so that the wiring layer as a whole can avoid the breakage due to its redundancy effect. In particular, when W is used, it is a material having a relatively low resistance, and since a film formation method by blanket CVD has been established, it can be expected as a highly reliable laminated wiring structure in the future.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、W等の
高融点金属層上にAl系金属層を形成した構造を含む積
層配線のパターニングは、異なる複数の材料層に対し共
に異方性加工を施す必要があることから、ドライエッチ
ングプロセスに新たな困難をもたらした。すなわち、エ
ッチング反応生成物であるハロゲン化物の蒸気圧の差に
より、Al系金属層はCl系ガスで、W層はF系ガスに
切り替えてパターニングを行っている。このエッチング
ガスの切り替えに基づくプロセス上の問題点を図2
(a)〜(c)を参照して説明する。
However, in patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer such as W, anisotropic processing is performed on a plurality of different material layers. The need brought new challenges to the dry etching process. That is, the Al-based metal layer is switched to the Cl-based gas and the W layer is switched to the F-based gas for patterning due to the difference in vapor pressure of the halide, which is an etching reaction product. Fig. 2 shows the problems in the process based on this etching gas switching.
This will be described with reference to (a) to (c).

【0005】まず図2(a)に示すように、半導体基板
1上の絶縁膜2上に密着層兼バリアメタル層3、W等の
高融点金属層4、Al系金属層5、反射防止層6をこの
順に被着し、パターニング用のレジストマスク7を形成
する。次にCl系エッチングガスにより、反射防止層6
とAl系金属層5をエッチングすると、図2(b)に示
すようにAlClx 系の反応生成物がレジストマスク7
の側面に側壁付着膜8となって残留する。ここでエッチ
ングガスをF系ガスに切り替え、高融点金属層4と密着
層兼バリアメタル層3エッチングする。このとき、図2
(c)に示すようにAlClx 系の側壁付着膜8はフッ
素プラズマに晒されることによりハロゲン原子の置換が
起こり、AlFx 系の側壁変質膜10に変換される。側
壁変質膜10はAlF3 を主成分とする物質であるが、
このAlF3 は蒸気圧が極めて小さく、かつ酸、アルカ
リ、水、有機溶媒への溶解度が小さいので、レジスト剥
離液では除去できない。またO2 やO3 でレジストアッ
シングすると、さらにAl 2 3 系の物質に変換されて
レジストマスクを覆うので、レジストアッシングに支障
をきたしたり、あるいはレジストアッシング後もフェン
ス状の残渣として残留する。特に後者の場合には、その
形状からラビットイアと呼ばれる場合もある。
First, as shown in FIG. 2A, a semiconductor substrate
On the insulating film 2 on 1 such as adhesion layer and barrier metal layer 3, W
The refractory metal layer 4, the Al-based metal layer 5, and the antireflection layer 6 are
Deposit in order and form a resist mask 7 for patterning
To do. Next, the antireflection layer 6 is formed with a Cl-based etching gas.
And the Al-based metal layer 5 are etched, as shown in FIG.
AlClxThe reaction product of the system is the resist mask 7
A side wall adhesion film 8 remains on the side surface of the. Etch here
Switching the fusing gas to F-based gas and adhering to the refractory metal layer 4
The layer / barrier metal layer 3 is etched. At this time,
As shown in (c), AlClxThe side wall adhesion film 8 of the system is
Substitution of halogen atoms by exposure to elementary plasma
Happens, AlFxIt is converted to the side wall altered film 10 of the system. ~ side
Wall alteration film 10 is AlF3Is a substance whose main component is
This AlF3Has a very low vapor pressure and is
Since it has low solubility in water, water, and organic solvents, resist removal
It cannot be removed by syneresis. Again O2And O3Register at
If you sing, you will get more Al 2O3Converted to the substance of the system
As it covers the resist mask, it hinders resist ashing.
Or even after resist ashing
It remains as a soot-like residue. Especially in the latter case,
It is sometimes called Rabbit Ear due to its shape.

【0006】このように、一旦AlFx 系の側壁変質膜
10が形成されると、その除去は困難であり、積層配線
上に形成する層間絶縁膜のステップカバリッジを悪化
し、デバイス不良の原因となる。また被エッチング基板
やエッチング装置のパーティクル汚染をも招く結果とな
る。また、強いて除去するにはスピン洗浄やスクラブ洗
浄等の機械的外力を併用したウェットプロセスが必要で
あり、プロセスの複雑化やスループットの低下を招く虞
れがある。
As described above, once the AlF x- based side wall altered film 10 is formed, it is difficult to remove it, and the step coverage of the interlayer insulating film formed on the laminated wiring is deteriorated, causing a device failure. Becomes Further, this also results in particle contamination of the substrate to be etched and the etching apparatus. In addition, a wet process using a mechanical external force such as spin cleaning or scrub cleaning is required for strong removal, which may result in complication of the process and reduction in throughput.

【0007】そこで本発明の課題は、高融点金属層上に
Al系金属層が形成された構造を含む積層配線のドライ
エッチングにおいて、サイドエッチング等形状劣化のな
い異方性にすぐれた積層配線の形成が可能なドライエッ
チング方法を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a laminated wiring excellent in anisotropy which is free from shape deterioration such as side etching in dry etching of a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer. It is to provide a dry etching method that can be formed.

【0008】また本発明の別の課題は、側壁変質膜等に
よる層間絶縁膜のステップカバリッジの悪化や残渣によ
るパーティクル汚染の発生がないクリーンなドライエッ
チング方法を提供するとともに、プロセス全体のスルー
プットの低下のないドライエッチングをも提供すること
である。本発明の上記以外の課題は、本願明細書および
添付図面の説明により明らかにされる。
Another object of the present invention is to provide a clean dry etching method which does not cause deterioration of step coverage of an interlayer insulating film due to a side wall altered film or the like and generation of particle contamination due to residues, and also to improve the throughput of the entire process. It is also to provide dry etching without degradation. Other problems of the present invention will be made clear by the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0009】[0009]

【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、上述の課題を解決するために発案したもので
あり、高融点金属層上にAl系金属層が形成された積層
配線のドライエッチング方法において、まずAl系金属
層をパターニング後、少なくともエッチングマスクであ
るレジストマスク側面にイオウ層を形成し、この後高融
点金属層をパターニングするものである。
The dry etching method of the present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and dry etching a laminated wiring in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer. In the method, first, after patterning an Al-based metal layer, a sulfur layer is formed on at least a side surface of a resist mask which is an etching mask, and then the refractory metal layer is patterned.

【0010】イオウ層は、放電解離条件下で遊離のイオ
ウをを生成しうる特定のガスを用い、気相中から形成す
る。この特定のガスの例としては、S2 Cl2 、S3
2、SCl2 、S2 Br2 、S3 Br2 、SBr2
よびH2 Sを挙げることができる。
The sulfur layer is formed from the gas phase by using a specific gas capable of forming free sulfur under discharge dissociation conditions. Examples of this particular gas are S 2 Cl 2 , S 3 C
L 2 , SCl 2 , S 2 Br 2 , S 3 Br 2 , SBr 2 and H 2 S can be mentioned.

【0011】また本発明のドライエッチング方法は、同
じくまずAl系金属層をパターニング後、少なくともエ
ッチングマスクであるレジストマスク側面にポリチアジ
ル層を形成し、この後高融点金属層をパターニングする
ものである。
In the dry etching method of the present invention, first, after patterning the Al-based metal layer, a polythiazyl layer is formed on at least the side surface of the resist mask which is an etching mask, and then the refractory metal layer is patterned.

【0012】ポリチアジル層は、放電解離条件下で遊離
のイオウをを生成しうる特定のガスとN系のガスとを用
い、気相中から形成する。この特定のガスの例として
は、同じくS2 Cl2 、S3 Cl2 、SCl2 、S2
2 、S3 Br2 、SBr2 およびH2 Sを挙げること
ができる。
The polythiazyl layer is formed from the gas phase by using a specific gas capable of producing free sulfur under discharge dissociation conditions and an N-based gas. Examples of this particular gas also include S 2 Cl 2 , S 3 Cl 2 , SCl 2 and S 2 B.
Mention may be made of r 2 , S 3 Br 2 , SBr 2 and H 2 S.

【0013】[0013]

【作用】本発明のポイントは、Al系金属層のエッチン
グに続けて高融点金属層のエッチングを行うエッチング
ガスの切り替え前に、予め少なくともレジストマスク側
面にイオウ層またはポリチアジル層を形成しておく点に
ある。すなわち、Al系金属層のエッチングが終了した
時点でレジストマスク側面に形成されるているAlCl
x 系側壁付着膜と、フッ素プラズマとの接触を防止する
ための保護膜としてイオウ層あるいはポリチアジル層を
用いるのである。
The point of the present invention is that the sulfur layer or the polythiazyl layer is formed on at least the side surface of the resist mask in advance before the etching gas is switched to perform the etching of the refractory metal layer after the etching of the Al-based metal layer. It is in. That is, the AlCl formed on the side surface of the resist mask when the etching of the Al-based metal layer is completed.
A sulfur layer or a polythiazyl layer is used as a protective film for preventing contact between the x- based side wall adhesion film and fluorine plasma.

【0014】このため、高融点金属層のエッチングのた
めにエッチングガスをF系ガスに切り替えてF系プラズ
マ雰囲気となった時点では、レジストマスク側面はイオ
ウ層ないしポリチアジル層の保護膜で被覆されているの
で、レジストマスク側面に形成されているAlClx
側壁付着膜はAlFx 系の変質膜に変換されることがな
くなる。
Therefore, when the etching gas is switched to the F-based gas for etching the refractory metal layer and the F-based plasma atmosphere is established, the side surface of the resist mask is covered with the protective film of the sulfur layer or the polythiazyl layer. Therefore, the AlCl x system side wall adhesion film formed on the side surface of the resist mask is not converted into an AlF x system alteration film.

【0015】レジストマスク側面に形成されたイオウま
たはポリチアジル層は、高融点金属層のパターニング中
は保護膜としての役割を果たし、高融点金属層パターニ
ング終了後は、被エッチング基板を同じエッチング装置
の減圧雰囲気中で加熱することにより、昇華除去可能で
ある。加熱温度は、イオウ層では約90℃以上、ポリチ
アジル層の場合は約130℃以上で昇華させることがで
きる。あるいはまた、エッチング終了後にレジストマス
クをアッシングする場合には、イオウ層あるいはポリチ
アジル層ともに、レジストと同時にアッシング除去する
こともできる。この場合には、側壁付着膜AlClx
の塩素成分をも同時に除去できる。いずれの場合にあっ
ても、イオウ層ないしポリチアジル層が新たなパーティ
クル汚染源になる虞れはない。
The sulfur or polythiazyl layer formed on the side surface of the resist mask serves as a protective film during the patterning of the refractory metal layer, and after the refractory metal layer patterning is completed, the substrate to be etched is depressurized by the same etching apparatus. Sublimation can be removed by heating in an atmosphere. The heating temperature can be sublimated at about 90 ° C. or higher for the sulfur layer and about 130 ° C. or higher for the polythiazyl layer. Alternatively, when the resist mask is ashed after the etching is completed, both the sulfur layer and the polythiazyl layer can be removed by ashing at the same time as the resist. In this case, the chlorine component in the sidewall adhering film AlCl x can also be removed at the same time. In either case, the sulfur layer or polythiazyl layer is unlikely to become a new source of particle contamination.

【0016】イオウ層は、S2 Cl2 、S3 Cl2 、S
Cl2 、S2 Br2 、S3 Br2 、SBr2 およびH2
Sから選ばれる単独、あるいは混合ガスを放電解離すれ
ばイオウラジカル(S* )とハロゲンラジカルが生成
し、このうちS* が遊離のイオウとして被エッチング基
板上に堆積するのである。先にも述べた通り、イオウは
被処理基板温度が90℃以下のばあいに堆積することが
できる。堆積したイオウ層の膜質は緻密であり、保護膜
として充分なバリア性を有する。
The sulfur layer is composed of S 2 Cl 2 , S 3 Cl 2 , S
Cl 2 , S 2 Br 2 , S 3 Br 2 , SBr 2 and H 2
Sulfur radicals (S * ) and halogen radicals are generated when a single gas or a mixed gas selected from S is discharged and dissociated, and of these, S * is deposited as free sulfur on the substrate to be etched. As described above, sulfur can be deposited when the substrate temperature to be processed is 90 ° C. or lower. The deposited sulfur layer has a dense film quality and has a sufficient barrier property as a protective film.

【0017】またポリチアジル層は、S2 Cl2 、S3
Cl2 、SCl2 、S2 Br2 、S 3 Br2 、SBr2
およびH2 Sから選ばれるガスと、N2 、NF3 、N2
4等のN系ガスとの混合ガスを放電解離することによ
り生成するS* とN* が反応してまずチアジル(SN)
が形成され、これが重合して(SN)n の形で被エッチ
ング基板上に堆積する。ポリチアジルは、先に記したよ
うに、被処理基板温度が130℃以下のとき、堆積する
ことができる。堆積したポリチアジル層の膜質も極めて
緻密なものであり、F系プラズマからの保護膜として充
分なバリア性を持つ。
The polythiazyl layer is S2Cl2, S3
Cl2, SCl2, S2Br2, S 3Br2, SBr2
And H2Gas selected from S and N2, NF3, N2
HFourDischarge dissociation of mixed gas with N-based gas such as
S to generate*And N*Reacts first and then thiazyl (SN)
Are formed, and these are polymerized (SN)nIn the form of
Deposited on the substrate. Polythiazil I mentioned earlier
As described above, when the temperature of the substrate to be processed is 130 ° C. or lower, it is deposited.
be able to. The quality of the deposited polythiazyl layer is also extremely high
It is dense and serves as a protective film from F-based plasma.
Has a sufficient barrier property.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき図面を参
照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】実施例1 本実施例は、レジストマスク側面にイオウ層を保護膜と
して形成した例であり、このプロセスを図1(a)〜
(d)を参照して説明する。なお、図1では従来例の説
明に用いた図2と同様の部分には同じ参照番号を付すも
のとする。
Example 1 This example is an example in which a sulfur layer is formed as a protective film on the side surface of a resist mask, and this process is shown in FIG.
This will be described with reference to (d). In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 2 used for explaining the conventional example are designated by the same reference numerals.

【0020】まず図1(a)に示すように、Si等の半
導体基板1上にSiO2 等の絶縁膜2、TiおよびTi
Nの積層膜からなる密着層兼バリアメタル層3、ブラン
ケットCVDにより成膜したWからなる高融点金属層
4、Al−1%SiからなるAl系金属層5、一例とし
てTiONからなる反射防止層6をこの順に順次形成す
る。絶縁膜2に形成された図示しない接続孔により半導
体基板1と上層の密着層兼バリアメタル層3、高融点金
属層4、Al系金属層5が接続されていてもよい。もち
ろん半導体基板1は多結晶Si等からなる下層配線層で
あってもよい。各層の厚さは、例えば密着層兼バリアメ
タル層3があわせて70nm、高融点金属層4が200
nm、Al系金属層5は500nm、反射防止層6は5
0nmである。
[0020] First, as shown in FIG. 1 (a), an insulating film 2 of SiO 2 or the like on a semiconductor substrate 1 such as Si, Ti and Ti
An adhesion layer / barrier metal layer 3 made of a laminated film of N, a refractory metal layer 4 made of W formed by blanket CVD, an Al-based metal layer 5 made of Al-1% Si, and an antireflection layer made of TiON as an example. 6 are sequentially formed in this order. The semiconductor substrate 1 and the upper adhesion layer / barrier metal layer 3, refractory metal layer 4, and Al-based metal layer 5 may be connected to each other by a connection hole (not shown) formed in the insulating film 2. Of course, the semiconductor substrate 1 may be a lower wiring layer made of polycrystalline Si or the like. The thickness of each layer is, for example, 70 nm for the adhesion layer / barrier metal layer 3 in total and 200 nm for the refractory metal layer 4.
nm, the Al-based metal layer 5 is 500 nm, and the antireflection layer 6 is 5 nm.
It is 0 nm.

【0021】つぎに、一例としてネガ型3成分系の化学
増幅型フォトレジストであるシプレー社製SAL−60
1とKrFエキシマレーザリソグラフィにより、0.3
5μm幅のレジストマスク7を形成する。ここまで形成
した試料を被エッチング基板と呼ぶこととする。
Next, as an example, a negative-type three-component system chemically amplified photoresist SAL-60 manufactured by Shipley Co., Ltd.
1 and 0.3 by KrF excimer laser lithography
A resist mask 7 having a width of 5 μm is formed. The sample formed up to this point will be referred to as a substrate to be etched.

【0022】この被エッチング基板を、基板バイアス印
加型ECRプラズマエッチング装置により、一例として
下記エッチング条件でまず反射防止層6とAl系金属層
5をエッチングする。 BCl3 60 sccm Cl2 90 sccm ガス圧力 1.3 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 60 W(2MHz) 基板温度 室温 本エッチング過程では、Al系金属層5は蒸気圧の大き
い反応生成物AlCl3となって除去されるが、図1
(b)に示すようにその一部は側壁付着膜8となってレ
ジストマスク5側面に付着する。側壁付着膜はパターニ
ングされた反射防止層6やAl系金属層5の側面にも付
着するが、図1(b)ではレジストマスク側面の側壁付
着膜9のみを図示している。
The substrate to be etched is first subjected to etching of the antireflection layer 6 and the Al-based metal layer 5 under the following etching conditions by a substrate bias application type ECR plasma etching apparatus. BCl 3 60 sccm Cl 2 90 sccm Gas pressure 1.3 Pa Microwave power 1200 W (2.45 GHz) RF bias power 60 W (2 MHz) Substrate temperature Room temperature In this etching process, the Al-based metal layer 5 has a large vapor pressure. The reaction product, AlCl 3 , is removed and is shown in FIG.
As shown in (b), a part thereof becomes the side wall adhesion film 8 and adheres to the side surface of the resist mask 5. The side wall adhesion film adheres also to the side surfaces of the patterned antireflection layer 6 and the Al-based metal layer 5, but FIG. 1B shows only the side wall adhesion film 9 on the side surface of the resist mask.

【0023】次にレジストマスク側面にイオウ層8から
なる保護膜を形成する。イオウ層9は一例として下記条
件により20秒間処理することにより形成する。 S2 Cl2 20 sccm H2 20 sccm ガス圧力 1.3 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45GHz) 基板温度 室温 本処理過程では、プラズマ中に生成するS* は遊離のイ
オウとなって被エッチング基板全面に10nm程度の厚
さで堆積する。H2 ガスの添加は、Cl* を消費してイ
オウの堆積を助長する効果を担うが、必ずしも添加する
必要はない。このようなハロゲンラジカルを消費する効
果のあるガスとして、SiH4 等他のH系ガスを用いて
もよい。イオウ層9は、レジストマスク7側面の側壁付
着膜8のみを保護するごとく被着すればよいのである
が、実際には図1(c)に示すようにレジストマスク7
側面の側壁付着膜8およびパターニングされた反射防止
層6、Al系金属層5の側面を覆って均一な膜厚で緻密
に形成される。イオウはレジストマスク7上面や露出し
た高融点金属層4の表面にも堆積するが、図1(c)で
は高融点金属層4上の堆積膜は図示を省略している。
Next, a protective film made of the sulfur layer 8 is formed on the side surface of the resist mask. As an example, the sulfur layer 9 is formed by processing for 20 seconds under the following conditions. S 2 Cl 2 20 sccm H 2 20 sccm Gas pressure 1.3 Pa Microwave power 1200 W (2.45 GHz) Substrate temperature Room temperature In this process, S * generated in plasma becomes free sulfur and is etched. A thickness of about 10 nm is deposited on the entire surface of the substrate. The addition of H 2 gas has the effect of consuming Cl * and promoting the deposition of sulfur, but it is not necessary to add it. Other H-based gas such as SiH 4 may be used as the gas having the effect of consuming the halogen radicals. The sulfur layer 9 may be applied so as to protect only the side wall adhesion film 8 on the side surface of the resist mask 7, but in practice, as shown in FIG.
The side wall adhering film 8 on the side surface, the patterned antireflection layer 6, and the side surface of the Al-based metal layer 5 are covered and are densely formed with a uniform film thickness. Sulfur is also deposited on the upper surface of the resist mask 7 and the exposed surface of the refractory metal layer 4, but the deposited film on the refractory metal layer 4 is omitted in FIG. 1C.

【0024】引き続き、高融点金属層4と密着層兼バリ
アメタル層3を下記エッチング条件により連続的にパタ
ーニングする。 S2 2 50 sccm Cl2 50 sccm ガス圧力 1.3 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 60 W(2MHz) 基板温度 室温 本エッチング過程においては、高融点金属層4はS2
2 の放電解離により生成するF* によるラジカル反応
が、同じくS2 2 から解離生成するS+ 、SF+等の
イオンの入射エネルギにアシストされる機構でエッチン
グが進む。また密着層兼バリアメタル層3は添加したC
2 ガスによってエッチングされる。一方、S2 2
ら解離生成するS* は、遊離のイオウとなってイオン入
射の少ない高融点金属層4および密着層兼バリアメタル
層3のパターン側壁部に堆積し、異方性エッチングに寄
与する。
Subsequently, the refractory metal layer 4 and the adhesion layer / barrier metal layer 3 are continuously patterned under the following etching conditions. S 2 F 2 50 sccm Cl 2 50 sccm Gas pressure 1.3 Pa Microwave power 1200 W (2.45 GHz) RF bias power 60 W (2 MHz) Substrate temperature Room temperature In the etching process, the refractory metal layer 4 is S. 2 F
Radical reaction by F * produced by second discharge dissociation, also S S + that dissociated from 2 F 2, the etching proceeds in mechanism is assisted on the incident energy of ions of SF + like. In addition, the adhesion layer / barrier metal layer 3 is the added C
Etched with l 2 gas. On the other hand, S * generated by dissociation from S 2 F 2 becomes free sulfur and is deposited on the pattern side wall portion of the refractory metal layer 4 and the adhesion layer / barrier metal layer 3 where the ion incidence is small, and is subjected to anisotropic etching. Contribute.

【0025】上記エッチング過程中、レジストマスク側
面の側壁付着膜8は最後までイオウ層9からなる保護膜
によりF系プラズマから隔離されるので、難除去性のA
lF x に変換されることはない。エッチング終了後、被
エッチング基板を減圧雰囲気下で90℃以上に加熱する
と、イオウは昇華除去され、この結果図1(d)に示す
ように反射防止層6、Al系金属層5、高融点金属層
4、密着層兼バリアメタル層3からなる積層配線がレジ
ストマスクの幅である0.35μm幅で異方性よく形成
された。レジストマスク側面には、AlClx 系の側壁
付着膜が一部残留するが、図1(d)では図示を省略す
る。
During the above etching process, the resist mask side
Side wall adhesion film 8 is a protective film consisting of sulfur layer 9 to the end
Is separated from the F-based plasma by the
IF xWill never be converted to. After etching is completed,
The etching substrate is heated to 90 ° C. or higher in a reduced pressure atmosphere.
And sulfur was removed by sublimation, and as a result, it is shown in FIG. 1 (d).
Antireflection layer 6, Al-based metal layer 5, refractory metal layer
4. Laminated wiring consisting of adhesion layer and barrier metal layer 3
Strokes with a width of 0.35 μm, which is highly anisotropic
Was done. On the side surface of the resist mask, AlClxSystem side wall
A part of the adhered film remains, but the illustration is omitted in FIG.
It

【0026】この後、アッシングあるいは剥離液によ
り、レジストマスク7を除去する。レジストマスク側面
にはAlFx 系の側壁変質膜の残留はないので、いずれ
の除去方法によってもレジストマスク7は完全に除去で
き、パーティクル汚染の発生はない。
After that, the resist mask 7 is removed by ashing or a stripping solution. Because the resist mask side AlF x system no residual sidewall alteration film, the resist mask 7 by any removal method can be completely eliminated, the occurrence of particle contamination are not.

【0027】実施例2 本実施例はイオウ層9の形成プロセスをH2 Sで行った
例であり、その前後のエッチングプロセスは実施例1と
同じであるので、再び図1を参照してイオウ層9の形成
プロセスのみを説明する。イオウ層9からなる保護膜
は、一例として下記条件により20秒間処理することに
より形成する。 H2 S 50 sccm ガス圧力 1.3 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45GHz) 基板温度 室温 本処理過程では、H2 Sの放電解離によりプラズマ中に
生成するS* は遊離のイオウとなって被エッチング基板
全面に10nm程度の厚さで堆積する。イオウ層9は、
レジストマスク7側面の側壁付着膜8およびパターニン
グされた反射防止層6、Al系金属層5の側面を覆って
形成される。上記処理条件は基板バイアスを印加してい
ないので、レジストマスク9上面や、露出した高融点金
属層4表面にもイオウは堆積するが、図1(c)では高
融点金属層4上の堆積は図示を省略している。
Example 2 This example is an example in which the process for forming the sulfur layer 9 was carried out with H 2 S, and the etching process before and after that was the same as that in Example 1, so refer again to FIG. Only the process of forming layer 9 will be described. The protective film composed of the sulfur layer 9 is formed by, for example, treating the material for 20 seconds under the following conditions. H 2 S 50 sccm Gas pressure 1.3 Pa Microwave power 1200 W (2.45 GHz) Substrate temperature Room temperature During this treatment process, S * generated in plasma by discharge dissociation of H 2 S becomes free sulfur. A thickness of about 10 nm is deposited on the entire surface of the substrate to be etched. The sulfur layer 9 is
The side wall adhesion film 8 on the side surface of the resist mask 7, the patterned antireflection layer 6, and the side surface of the Al-based metal layer 5 are formed. Since the substrate bias is not applied under the above processing conditions, sulfur is also deposited on the upper surface of the resist mask 9 and the exposed surface of the refractory metal layer 4. However, in FIG. Illustration is omitted.

【0028】上記の処理条件により、緻密なイオウ層9
が形成されるので、実施例1と同様の効果が得られる
他、低廉なH2 Sガスの使用による経済的メリットもあ
る。
Under the above processing conditions, the dense sulfur layer 9
As a result, the same effects as in Example 1 can be obtained, and there is also an economic merit due to the use of inexpensive H 2 S gas.

【0029】実施例3 本実施例は、レジストマスク側面にポリチアジルからな
る保護膜を形成した例であり、その前後のエッチングプ
ロセスは実施例1と同じであるのでこれも図1を参照し
てポリチアジル層9の形成プロセスのみを説明する。ポ
リチアジル層9は、一例として下記条件により20秒間
形成した。 S2 Br2 20 sccm N2 20 sccm ガス圧力 1.3 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45GHz) 基板温度 室温 この処理過程では、S2 Br2 から解離生成するS*
2 から解離生成するN * とがプラズマ中で反応して最
初にチアジルを生成し、これが重合して被処理基板上に
堆積する。ポリチアジル層9は、図1(c)に示すよう
にレジストマスク7側面の側壁付着膜8およびパターニ
ングされた反射防止層6、Al系金属層5の側面を覆っ
て約10nmの均一な膜厚で極めて緻密に形成される。
ポリチアジルはレジストマスク7上面や露出した高融点
金属層4の表面にも堆積するが、図1(c)では高融点
金属層4上の堆積膜は図示を省略している。
Example 3 In this example, the side surface of the resist mask was made of polythiazil.
This is an example of forming a protective film for
The process is the same as in Example 1, so refer also to FIG.
Only the formation process of the polythiazyl layer 9 will be described. Po
The lithiadyl layer 9 is, for example, for 20 seconds under the following conditions.
Formed. S2Br2 20 sccm N2 20 sccm Gas pressure 1.3 Pa Microwave power 1200 W (2.45 GHz) Substrate temperature Room temperature In this process, S2Br2Dissociated from S*When
N2Dissociated from N *And react in the plasma
First, it produces thiazil, which polymerizes and forms on the substrate to be processed.
accumulate. The polythiazyl layer 9 is as shown in FIG.
The side wall adhesion film 8 on the side surface of the resist mask 7 and the pattern
To cover the side surfaces of the antireflection layer 6 and the Al-based metal layer 5 that have been coated.
And is formed extremely densely with a uniform film thickness of about 10 nm.
Polythiazyl has a high melting point on the upper surface of the resist mask 7
Although it is also deposited on the surface of the metal layer 4, it has a high melting point in FIG.
The deposited film on the metal layer 4 is not shown.

【0030】本実施例においては、ポリチアジル層9の
膜質がイオウよりもさらに緻密であるので、イオン入射
に対する耐性が大きく、保護膜としての効果はより完全
である。
In the present embodiment, since the film quality of the polythiazyl layer 9 is more dense than that of sulfur, the polythiazyl layer 9 has a high resistance to the incidence of ions and the effect as a protective film is more complete.

【0031】以上、本発明を3例の実施例をもって説明
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。
Although the present invention has been described with reference to the three examples, the present invention is not limited to these examples.

【0032】イオウ層あるいはポリチアジル層の形成に
はS2 Cl2 、H2 S、S2 Br2の3種のガスを例示
したが、この他S3 Cl2 、SCl2 等のSCl系ガ
ス、S 3 Br2 、SBr2 等のSBr系ガスおよびH2
Sを用いることができる。またこれらのガスを混合して
用いてもよい。
For forming a sulfur layer or a polythiazyl layer
Is S2Cl2, H2S, S2Br2Three types of gas are illustrated
However, other than this S3Cl2, SCl2SCl-based gas such as
Su, S 3Br2, SBr2SBr-based gas such as H and H2
S can be used. Also mix these gases
You may use.

【0033】高融点金属層と密着層兼バリアメタル層の
エッチングにはS2 2 とCl2 の混合ガスを用いた
が、各層毎に高融点金属層にはF系ガス、密着層兼バリ
アメタル層にはCl系ガスとエッチングガスを切り替え
て使用してもよい。S2 2 やこれにN系ガスを添加し
た混合ガスによる単層のW等高融点金属層のエッチング
は、本発明者が先に出願した特願平4−288885号
明細書で提案したエッチング方法であり、イオウやポリ
チアジル等、イオウ系の側壁保護膜を用いた再現性の高
い異方性ドライエッチング方法である。もちろん、SF
6 等汎用のF系ガスにより高融点金属層をエッチングし
てもよい。
A mixed gas of S 2 F 2 and Cl 2 was used for etching the refractory metal layer and the adhesion layer / barrier metal layer. A Cl-based gas and an etching gas may be switched and used for the metal layer. The etching of a single-layer high-melting-point metal layer such as W using S 2 F 2 or a mixed gas obtained by adding an N-based gas thereto is performed by the etching proposed in Japanese Patent Application No. 4-288885 filed by the present inventor. This is a highly reproducible anisotropic dry etching method using a sulfur-based side wall protective film such as sulfur or polythiazyl. Of course, SF
The refractory metal layer may be etched with a general-purpose F-based gas such as 6 .

【0034】高融点金属層としてWを例示したが、T
a、Mo等他の高融点金属であってもよい。またAl系
金属層下の高融点金属シリサイド等、F系ガスでエッチ
ングするプロセスが入る積層配線構造のドライエッチン
グに適用できることは明白である。また、本実施例で採
用した反射防止層、密着層兼バリアメタル層の材料、構
成さらにはその有無等は任意に選択してよい。
Although W is exemplified as the refractory metal layer, T
Other refractory metals such as a and Mo may be used. Further, it is obvious that the method can be applied to dry etching of a laminated wiring structure in which a process of etching with an F-based gas such as a refractory metal silicide under an Al-based metal layer is performed. Further, the materials and constitutions of the antireflection layer and the adhesion layer / barrier metal layer adopted in this embodiment, and the presence or absence thereof may be arbitrarily selected.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は高融点金属層上にAl系金属層が形成された構造を含
む積層配線をレジストマスクを用いてパターニングする
ドライエッチング方法において、エッチング終了後に除
去困難な残渣を発生することなく、層間絶縁膜のステッ
プカバリッジを悪化することがなく、またパーティクル
汚染のないクリーンなプロセスを実現できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, a dry etching method for patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer using a resist mask is used. It is possible to realize a clean process that does not generate a difficult-to-remove residue after completion, does not deteriorate step coverage of the interlayer insulating film, and does not cause particle contamination.

【0036】また本発明は、一連の工程をすべて同一エ
ッチング装置内でガスの切り替えのみで連続して行える
ので、ウェットプロセスを用いることがなく、プロセス
全体としてのスループットに優れる。
Further, according to the present invention, since a series of steps can be continuously performed only by switching the gas in the same etching apparatus, a wet process is not used and the throughput of the whole process is excellent.

【0037】また積層配線の各層をそれぞれ最適のエッ
チングガスによりパターニングするので、異方性形状に
すぐれた配線加工ができる。また高融点金属層のパター
ニングにイオウやポリチアジルの側壁保護膜を形成する
プロセスを用いれば、一層の異方性形状の向上がえられ
る。また同時に、レジストマスク側面にもイオウ系の側
壁保護膜が形成されるので、レジストマスクの膜減りの
ない制御性のよいエッチングが可能である。またレジス
トマスクの保護効果を期待できるので、その膜厚を低減
でき、微細加工性の向上に一層寄与する。
Further, since each layer of the laminated wiring is patterned by the optimum etching gas, wiring having an excellent anisotropic shape can be processed. Further, if a process of forming a side wall protective film of sulfur or polythiazyl is used for patterning the refractory metal layer, the anisotropic shape can be further improved. At the same time, since the sulfur-based side wall protective film is also formed on the side surface of the resist mask, etching with good controllability without film loss of the resist mask is possible. Further, since the protective effect of the resist mask can be expected, the film thickness thereof can be reduced, which further contributes to the improvement of fine workability.

【0038】上記効果により、高融点金属層とAl系金
属層の積層配線を信頼性高く加工することができるよう
になり、とくに例えば0.5μm以下の微細なデサイン
ルールにもとづく積層配線構造を有する半導体装置の製
造プロセスにおいて極めて有効である。
Due to the above effect, the laminated wiring of the refractory metal layer and the Al-based metal layer can be processed with high reliability, and in particular, it has a laminated wiring structure based on a fine design rule of, for example, 0.5 μm or less. It is extremely effective in the manufacturing process of semiconductor devices.

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

【図1】本発明を適用した実施例1、2および3を、そ
の工程順に説明する概略断面図であり、(a)はレジス
トマスクが形成された被エッチング基板の断面図、
(b)はAl系金属層をパターニングしレジストマスク
側面に側壁付着膜が形成された状態、(c)はイオウ層
またはポリチアジル層からなる保護膜を形成した状態、
(d)は高融点金属層と密着層兼バリアメタル層をエッ
チングして積層配線構造が完成した状態である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining Embodiments 1, 2 and 3 to which the present invention is applied in the order of steps, (a) is a cross-sectional view of a substrate to be etched having a resist mask formed thereon,
(B) shows a state in which a sidewall adhesion film is formed on the side surface of the resist mask by patterning an Al-based metal layer, (c) shows a state in which a protective film made of a sulfur layer or a polythiazyl layer is formed,
(D) shows a state in which the laminated wiring structure is completed by etching the refractory metal layer and the adhesion layer / barrier metal layer.

【図2】従来の積層配線のドライエッチングにおける問
題点を説明する概略断面図であり、(a)はレジストマ
スクが形成された被エッチング基板の断面図、(b)は
Al系金属層をパターニングしレジストマスク側面に側
壁付着膜が形成された状態、(c)は高融点金属層と密
着層兼バリアメタル層をエッチングして積層配線構造が
パターニングされ、側壁変質膜が形成された状態であ
る。
2A and 2B are schematic cross-sectional views illustrating a problem in dry etching of a conventional laminated wiring, FIG. 2A is a cross-sectional view of an etched substrate on which a resist mask is formed, and FIG. 2B is a patterning of an Al-based metal layer. Then, the side wall adhesion film is formed on the side surface of the resist mask, and (c) is the state where the laminated wiring structure is patterned by etching the refractory metal layer and the adhesion layer / barrier metal layer to form the side wall alteration film. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 絶縁膜 3 密着層兼バリアメタル層 4 高融点金属層 5 Al系金属層 6 反射防止層 7 レジストマスク 8 側壁付着膜 9 イオウ層またはポリチアジル層 10 側壁変質膜 1 Semiconductor Substrate 2 Insulating Film 3 Adhesion Layer and Barrier Metal Layer 4 Refractory Metal Layer 5 Al-based Metal Layer 6 Antireflection Layer 7 Resist Mask 8 Sidewall Adhesive Film 9 Sulfur or Polythiazyl Layer 10 Sidewall Altered Film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3213 H05H 1/46 A 9014−2G H01L 21/88 R D ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 21/3213 H05H 1/46 A 9014-2G H01L 21/88 RD

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高融点金属層上にAl系金属層が形成さ
れた構造を含む積層配線をレジストマスクを用いてパタ
ーニングするドライエッチング方法において、 前記Al系金属層をパターニング後、少なくとも該レジ
ストマスク側面にイオウ層を形成し、この後前記高融点
金属層をパターニングすることを特徴とする、積層配線
のドライエッチング方法。
1. A dry etching method for patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer by using a resist mask, wherein at least the resist mask is formed after the Al-based metal layer is patterned. A dry etching method for laminated wiring, comprising forming a sulfur layer on a side surface and then patterning the refractory metal layer.
【請求項2】 イオウ層は、放電解離条件下でプラズマ
中に遊離のイオウを生成しうるガスを用いて形成するこ
とを特徴とする、請求項1記載の積層配線のドライエッ
チング方法。
2. The dry etching method for laminated wiring according to claim 1, wherein the sulfur layer is formed by using a gas that can generate free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions.
【請求項3】 イオウ層は、S2 Cl2 、S3 Cl2
SCl2 、S2 Br2、S3 Br2 、SBr2 およびH
2 Sからなる群から選ばれる少なくとも1種のガスの放
電解離により形成することを特徴とする、請求項1記載
の積層配線のドライエッチング方法。
3. The sulfur layer comprises S 2 Cl 2 , S 3 Cl 2 ,
SCl 2 , S 2 Br 2 , S 3 Br 2 , SBr 2 and H
The dry etching method for laminated wiring according to claim 1, wherein the dry etching is performed by discharge dissociation of at least one gas selected from the group consisting of 2 S.
【請求項4】 高融点金属層上にAl系金属層が形成さ
れた構造を含む積層配線をレジストマスクを用いてパタ
ーニングするドライエッチング方法において、 前記Al系金属層をパターニング後、少なくとも該レジ
ストマスク側面にポリチアジル層を形成し、この後前記
高融点金属層をパターニングすることを特徴とする、積
層配線のドライエッチング方法。
4. A dry etching method of patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer by using a resist mask, wherein at least the resist mask is formed after the Al-based metal layer is patterned. A dry etching method for laminated wiring, comprising forming a polythiazyl layer on a side surface and then patterning the refractory metal layer.
【請求項5】 ポリチアジル層は、放電解離条件下でプ
ラズマ中に遊離のイオウを生成しうるガスとN系ガスと
を用いて形成することを特徴とする、請求項4記載の積
層配線のドライエッチング方法。
5. The dry layered wiring according to claim 4, wherein the polythiazyl layer is formed by using a gas capable of generating free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions and an N-based gas. Etching method.
【請求項6】 ポリチアジル層は、S2 Cl2 、S3
2 、SCl2 、S2Br2 、S3 Br2 、SBr2
よびH2 Sからなる群から選ばれる少なくとも1種のガ
スとN系ガスの放電解離により形成することを特徴とす
る、請求項4記載の積層配線のドライエッチング方法。
6. The polythiazyl layer comprises S 2 Cl 2 , S 3 C
l 2 , SCl 2 , S 2 Br 2 , S 3 Br 2 , SBr 2 and H 2 S and at least one gas selected from the group consisting of an N-based gas and formed by discharge dissociation. Item 4. A dry etching method for laminated wiring according to item 4.
【請求項7】 積層配線のパターン幅は、0.5μm以
下であることを特徴とする、請求項1および4記載の積
層配線のドライエッチング方法。
7. The dry etching method for laminated wiring according to claim 1, wherein the pattern width of the laminated wiring is 0.5 μm or less.
JP6020640A 1994-02-17 1994-02-17 Method of dry-etching laminated wiring Pending JPH07230984A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6020640A JPH07230984A (en) 1994-02-17 1994-02-17 Method of dry-etching laminated wiring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6020640A JPH07230984A (en) 1994-02-17 1994-02-17 Method of dry-etching laminated wiring

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07230984A true JPH07230984A (en) 1995-08-29

Family

ID=12032834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6020640A Pending JPH07230984A (en) 1994-02-17 1994-02-17 Method of dry-etching laminated wiring

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07230984A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100399443B1 (en) * 2001-06-28 2003-09-29 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming a metal line

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100399443B1 (en) * 2001-06-28 2003-09-29 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming a metal line

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4690512B2 (en) Method for reducing polymer deposition on etched vertical metal lines, corrosion of etched metal lines and corrosion during wet cleaning of etched metal features
KR100584485B1 (en) Method for preventing metal corrosion of semiconductor devices
JP2003504693A (en) Photoresist removal process using forming gas plasma
US5792672A (en) Photoresist strip method
EP1053566B1 (en) Method and composition for dry photoresist stripping in semiconductor fabrication
JP3266109B2 (en) Manufacturing method of electronic device
JP3293564B2 (en) Manufacturing method of electronic device
JPH07230984A (en) Method of dry-etching laminated wiring
JP3353462B2 (en) Dry etching method
JPH07263425A (en) Dry etching of laminated wiring
US6613680B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
JPH10150024A (en) Multilayer wiring
JPH07263426A (en) Dry etching of laminated wiring
JPH11145282A (en) Etching method
JPH07297281A (en) Method for manufacturing connection hole
JP3353490B2 (en) Patterning method for laminated wiring
JPH11238732A (en) Wiring structure and formation of bonding pad opening
JPH05109673A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH07249611A (en) Dry etching method of laminated wiring
JP3353443B2 (en) Dry etching method for laminated wiring
JP3271085B2 (en) Etching method
KR100284311B1 (en) Method of manufacturing semiconductor device for improving via contact resistance
JPH03198331A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH05175159A (en) Manufacture of semiconductor element
KR100223942B1 (en) Method of manufacturing gate of semiconductor device