JPH07249611A

JPH07249611A - 積層配線のドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH07249611A
Application number: JP4009994A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tatsumi; 哲也辰己
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 1995-09-26

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｗ層上にＡｌ系金属層が形成された、マイグ
レーション耐性に優れた積層配線を、残渣やパーティク
ル汚染の発生を伴わずに異方性エッチングする。【構成】Ａｌ系金属層５をＣｌ系ガスでパターニング
後、高融点金属層４はＣｌ系とＯ系の混合ガスに切り替
えてパターニングする。Ａｌ系金属層５パターン側面に
酸化処理を施してから高融点金属層をエッチングしても
よい。【効果】Ｗ等の高融点金属層はオキシ塩化物となり、
イオンモードでエッチングされるので異方性に優れる。
Ａｌ系金属層パターンの酸化処理はラジカルによるサイ
ドアタックを防止する。Ｆ系ガスを用いないので、Ａｌ
Ｆ_x系の変質膜がフェンス状残渣となって残ることがな
い。Ｃｌ系ガスとして塩化イオウガスを用いると、イオ
ウ系の側壁保護膜の併用ができるので、一層の異方性形
状の向上が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置等に用いる積
層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。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の集積度が進み、
そのデザインルールがサブ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。

【０００３】このような各種マイグレーションの対策の
１つとして、Ａｌ−ＣｕやＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕのように、
Ｃｕ等の低抵抗金属との合金化や、ＴｉＮ等のバリアメ
タルとの積層化等の方法が採用されている。また近年で
は、より効果的な配線構造としてＷ、ＭｏやＴａ等の高
融点金属やその合金、化合物等、ある程度の導電性を確
保でき、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。Ｗ等の高融点金属
は、Ａｌ系金属に比べて著しくエレクトロマイグレーシ
ョン耐性が高いことが例えば第３５回応用物理学関係連
合講演会講演予稿集（１９８８年春季）ｐ６４２、講演
番号２９ｐ−Ｖ−９に報告があり、広く知られていると
ころである。ただＷは電気抵抗がＡｌに比して高いので
単層では使いづらいことから、両者を組み合わせ、たと
え低抵抗のＡｌ系金属層が断線しても下層の高融点金属
層の存在により、その冗長効果を利用して配線層全体と
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、高融点金属の内では比較的
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
造として期待されている。

【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うのであるが、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３
（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

【０００５】まず図３（ａ）に示すように、半導体基板
（図示せず）上の絶縁層１上にＴｉ密着層２、ＴｉＯＮ
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。反射防止層６は、高反
射率のＡｌ系金属層５上にレジストマスクをパターニン
グする際に、露光光の不規則な反射を防止して制御性の
よい露光を施すためのものであり、特にＡｌ系金属層５
の表面に段差が有る場合に必要である。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３（ｂ）に示すようにＡｌＣｌ_x系
の反応生成物がレジストマスク７とパターニングされた
反射防止層６、Ａｌ系金属層５の側面に側壁付着膜８と
なって付着する。次にエッチングガスをＦ系ガスに切り
替え、高融点金属層４、バリアメタル層３と密着層２を
エッチングする。このとき、ＡｌＣｌ_x系の側壁付着膜
８はフッ素プラズマに曝されることによりハロゲン原子
の置換が起こり、図３（ｃ）に示すようにＡｌＦ_x系の
側壁変質膜９に変換される。側壁変質膜９はＡｌＦ ₃を
主成分とする物質であるが、このＡｌＦ₃は大気圧下で
の昇華温度が１２９４℃であり蒸気圧が極めて小さく、
また酸、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、側壁変質膜９はさらにＡ
ｌ₂Ｏ₃系の物質に変換されてレジストマスク７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図３（ｄ）に示すようにフェ
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。

【０００６】このように、一旦ＡｌＦ_x系の側壁変質膜
９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等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。また一部剥がれ落ちた
フェンス状残渣は、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、スピン洗浄やさらにはスクラブ洗浄等、強
度の機械的・物理的外力を併用したウェットプロセスが
必要であり、デバイスの損傷やプロセスの複雑化、スル
ープットの低下を招く虞れがある。

【０００７】ＡｌＦ_x系の側壁変質膜９の形成を制御す
るには、ＳｉＯ₂等の無機系材料をマスクとして用い、
マスク材の厚さを減らすことが有効である。しかし、Ａ
ｌ−１％Ｓｉ等のＡｌ系金属層５上にＳｉＯ₂等の無機
系材料を一例としてプラズマＣＶＤ等で形成すると、エ
ッチング耐性の高い緻密な膜を形成するには４００℃前
後のプロセス温度が必要なので、Ａｌ系金属層と下層の
高融点金属層との界面にＳｉがノジュール化して析出す
る問題があらたに発生する。Ｓｉノジュールは、異方性
加工のために被エッチング基板に垂直に入射するイオン
を散乱し、異方性形状の低下や、アンダカットを引き起
こす問題がある。

【０００８】また、Ｆ系ガスに切り替えて高融点金属層
４やバリアメタル層３、密着層２をパターニング後、引
き続きオーバーエッチングを行う場合には、過剰となっ
たＦラジカル（Ｆ^*）により高融点金属層４にサイドエ
ッチングが入り異方性形状が損なわれる問題がある。

【０００９】これらアンダカットやサイドエッチング
は、サブハーフミクロン級の微細配線においては配線抵
抗値の増加や、ストレスマイグレーション耐性の低下等
の問題を発生し、許容できるものではない。

【００１０】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微細幅の積層配線
のパターニングにおいて、アンダカットやサイドエッチ
ングの発生のない、異方性にすぐれたドライエッチング
方法を新たに提供することである。

【００１１】また本発明の課題は、高融点金属層上にＡ
ｌ系金属層形成された構造を含む微細幅の積層配線のパ
ターニングにおいて、フェンス状残渣の発生を防止し、
被処理基板やドライエッチング装置のパーティクル汚染
発生の虞れなく異方性加工するクリーンなドライエッチ
ング方法を提供することである。

【００１２】さらに本発明の課題は、側壁に残留する変
質膜等に起因して、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低下することのない、形状のすぐ
れた異方性加工を可能とするドライエッチング方法を提
供することである。

【００１３】さらにまた本発明の別の課題は、Ｓｉノジ
ュール発生の懸念がない低温で形成可能なレジストマス
クを用い、上記課題を達成することである。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。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の積層配線のドラ
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
された構造を含む積層配線のドライエッチング方法にお
いて、Ａｌ系金属層をＣｌ系ガスでエッチング後、下層
の高融点金属層をＣｌ系ガスとＯ系ガスとの混合ガスに
切り替えてエッチングするものである。

【００１５】また本発明の積層配線のドライエッチング
方法は、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おいて、Ａ
ｌ系金属層をＣｌ系ガスでエッチング後、Ａｌ系金属層
パターン側壁に酸化処理を施し、この後下層の高融点金
属層をＣｌ系ガスとＯ系ガスとの混合ガスに切り替えて
エッチングするのである。

【００１６】本発明で用いるＣｌ系ガスは、Ｃｌ₂、Ｂ
Ｃｌ₃、ＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄、Ｓ ₂Ｃｌ₂、Ｓ₃Ｃｌ
₂およびＳＣｌ₂を例示することができる。

【００１７】

【作用】本発明の特徴は、Ａｌ系金属層をＣｌ系ガスで
エッチング後、下層のＷ等の高融点金属層をＣｌ系ガス
とＯ系ガスとの混合ガスによりエッチングする点にあ
る。先に記したように、Ｗの塩化物であるＷＣｌ₆は蒸
気圧が小さく、その１気圧での沸点は３４６．７℃と高
いのでＣｌ系ガスのみではエッチングは困難である。と
ころがＷのオキシ塩化物ＷＯ_xＣｌ_yの蒸気圧ははるか
に大きく、代表的なオキシ塩化物であるＷＯＣｌ₄の沸
点は２２７．５℃である。ＷＦ₆の沸点である１７．５
℃には及ばないものの、Ｗ等の高融点金属層はＣｌ系ガ
スとＯ系ガスとの混合ガスにより充分エッチング可能で
ある。なお沸点のデータはＣＲＣＨａｎｄｂｏｏｋ
ｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＰｈｉｓｉｃｓ
７１ｓｔ．Ｅｄｉｔｉｏｎ（１９９０，ＣＲＣＰｒｅ
ｓｓ社刊）による。

【００１８】ただしＷをＦ系のガスでエッチングする場
合の反応生成物であるＷＦ₆の蒸気圧に比較すれば、Ｗ
ＯＣｌ₄の蒸気圧はかなり小さいことも事実である。こ
のため、Ｗ等の高融点金属層をＣｌ系ガスとＯ系ガスと
の混合ガスによりエッチングする場合には、イオン照射
面でのみイオンアシスト反応の形でエッチングが進行す
る。すなわち、Ｃｌ^*による等方的なエッチングは起こ
らず、サイドエッチングの問題は解決される。このこと
は、Ｆ系ガスによるＷのエッチングの場合、方向性の乏
しいＦ^*による等方性反応が進み、サイドエッチングが
入りやすいことと大きく異なる点である。

【００１９】さらに、上層のＡｌ系金属層のエッチング
後、Ｆ系ガスを用いることがないので、ＡｌＣｌ_x系の
側壁付着膜はＡｌＦ_x系の側壁変質膜に変換されること
がない。このため除去困難なフェンス状残渣が残留せ
ず、被エッチング基板ならびにエッチング装置内のパー
ティクル汚染の問題も解決できる。同時に後に形成する
層間絶縁膜のステップカバリッジの低下もなくなる。

【００２０】本発明は以上のような基本概念を骨子とす
るが、さらに一層の異方性形状の向上のため、Ａｌ系金
属層のパターニング後、Ａｌ系金属層パターン側壁に酸
化処理を施す方法を提案する。酸化処理の方法は比較的
低温での反応が可能なＯ₂やＮＯ₂によるプラズマ酸化
が望ましい。Ｏ₃やＯ₂中でのＵＶランプ照射を併用し
た酸化も有効である。もちろんレジストマスクの耐熱温
度以下で熱酸化してもよい。この場合水蒸気の添加は効
果的である。

【００２１】これらの酸化処理により、Ａｌ系金属層側
壁にはＡｌＯ_x系の酸化膜が形成される。このため、引
き続き高融点金属層をエッチングあるいはオーバーエッ
チングする際のＣｌ^*のアタックからＡｌ系金属層パタ
ーンを保護し、Ａｌ系金属層のサイドエッチングを防止
する。この酸化処理においては、露出した下地高融点金
属層の表面も同時に酸化されるが、これはＷのオキシ塩
化物ＷＯ_xＣｌ_yの形でエッチング除去できることは前
述した通りであり、エッチングの阻害要因とはならな
い。

【００２２】本発明で用いるＣｌ系ガスのうちで挙げた
Ｓ₂Ｃｌ₂、Ｓ₃Ｃｌ₂およびＳＣｌ₂等塩化イオウ系
ガスを用いると、プラズマ中で発生する遊離のイオウは
被エッチング基板上に堆積し、入射イオンに平行なパタ
ーン側壁にイオウの側壁保護膜を形成する。またこれら
塩化イオウ系ガスにさらにＮ₂等Ｎ系ガスを添加すれ
ば、ポリチアジル（ＳＮ）_nの側壁保護膜の利用が可能
である。これらイオウ系の側壁保護膜は、Ｃｌ^*の攻撃
からパターン側壁を保護し、一層の異方性加工に寄与す
る。またこれらイオウ系の側壁保護膜は、エッチング終
了後被エッチング基板を減圧下で加熱すれば容易に昇華
除去できるので基板汚染やパーティクルレベルの低下の
虞れはない。昇華温度はイオウで約９０℃以上、ポリチ
アジルで約１３０℃以上である。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照しながら説明する。

【００２４】実施例１本実施例は、Ｗ層上にＡｌ−１％Ｓｉ合金層が形成され
た積層構造をエッチングした例であり、これを図１
（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。なお、従来例の説
明に用いた図３と同様の部分には同一の参照番号を付与
するものとする。

【００２５】まず図１（ａ）に示すように、Ｓｉ等の半
導体基板（図示せず）上にＳｉＯ₂等の絶縁膜１を形成
する。次にＴｉからなる密着層２、ＴｉＯＮからなるバ
リアメタル層３、ブランケットＣＶＤによるＷからなる
高融点金属層４、スパッタリングによるＡｌ−１％Ｓｉ
からなるＡｌ系金属層５、ＴｉＯＮからなる反射防止層
６をこの順に形成する。なお、絶縁膜２には図示しない
が接続孔が開口され、半導体基板に形成された不純物拡
散領域とコンタクトする多層配線構造であってもよい。
またＳｉ等の半導体基板は、Ａｌ合金や多結晶Ｓｉ等か
らなる下層配線層であってもよい。各層の厚さは、一例
として密着層２が３０ｎｍ、バリアメタル層３が７０ｎ
ｍ、高融点金属層４が２００ｎｍ、Ａｌ系金属層５が５
００ｎｍそして反射防止層６が３５ｎｍである。

【００２６】つぎに、一例としてネガ型３成分系化学増
幅型フォトレジストであるシプレー社製ＳＡＬ−６０１
とＫｒＦエキシマレーザリソグラフィにより、０．３５
μｍ幅のレジストマスクマスク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する。

【００２７】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にてまずＴｉＯＮからなる反射防止
層６とＡｌ系金属層５をエッチングする。ＢＣｌ₃ ３０ｓｃｃｍＣｌ₂ ７０ｓｃｃｍガス圧力０．５Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー４０Ｗ（２ＭＨｚ）基板温度３０ ℃ 本エッチング過程では、Ｃｌ^*によるラジカル反応がＣ
ｌ⁺、ＢＣｌ_x ⁺等のイオンにアシストされる形でエッ
チングは異方的に進む。また同時に、レジストマスクと
パターニングされた反射防止層６、Ａｌ系金属層５の側
面には図１（ｂ）に示すようにＡｌＣｌ_Xを主成分とす
る側壁付着膜８が形成される。エッチングは高融点金属
層４表面が露出すると、この面でストップする。これは
先に述べたようにＷＣｌ₆の蒸気圧が低く、エッチング
レートが極端に小さいためである。

【００２８】次にエッエッチングをＣｌ系とＯ系の混合
ガスに切り替え、一例として下記エッチング条件で下層
の高融点金属層４、バリアメタル層３、密着層２ををパ
ターニングする。Ｃｌ₂ ７０ｓｃｃｍＯ₂ ２０ｓｃｃｍガス圧力０．５Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー４０Ｗ（２ＭＨｚ）基板温度３０ ℃ 本エッチング過程では、Ｗ等の高融点金属層４はＣｌ^*
によるラジカル反応がＣｌ⁺、Ｏ⁺等のイオン入射にア
シストされる形でエッチングは異方的に進む。これは脱
離する反応生成物がＷＯＣｌ₄等のＷのオキシ塩化物で
あり、蒸気圧が比較的低いので基板に垂直に入射するイ
オンの入射面のみがエッチングされるからである。この
ため、オーバーエッチング段階においても高融点金属層
パターンにサイドエッチングが入ることがない。下層の
バリアメタル層３、密着層２も同様にＴｉのオキシ塩化
物として除去される。この結果、図１（ｃ）に示すよう
に高融点金属層４、バリアメタル層３および密着層２は
いずれも異方性よくパターニングされる。

【００２９】またＦ系ガスを使用しないため、ＡｌＣｌ
_x系の側壁付着膜８がＡｌＦ_x系の変質膜に変換される
ことがない。このため、側壁付着膜はエッチング終了後
の２５０℃程度の基板加熱により、容易に除去すること
が可能である。基板加熱は、エッチング装置に連結した
真空予備室に搬送しランプアニールを施せばスループッ
ト低下が抑えられる。この後、レジストアッシングを施
し、レジストマスク８を除去すると、図１（ｄ）に示す
積層配線が完成する。レジスト剥離液によりレジストマ
スク７を除去する場合には、剥離液処理およびこれに続
く純水洗浄により、側壁付着膜８も同時にウェット除去
可能であり、なんら残渣を残す虞れはない。

【００３０】本実施例によれば、形状にすぐれた積層配
線のパターニングがフェンス状残渣の発生を伴わずに可
能となる。

【００３１】実施例２本実施例はＣｌ系ガスとしてＳ₂Ｃｌ₂を用いて積層配
線をエッチングした例であり、このプロセスを同じく図
１（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

【００３２】図１（ａ）に示す被エッチング基板は実施
例１で用いたものと同じなので、説明を省略する。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、一例として下記条件にてＴｉＯ
Ｎからなる反射防止層６とＡｌ系金属層５をエッチング
する。Ｓ₂Ｃｌ₂ １００ｓｃｃｍガス圧力０．５Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー３０Ｗ（２ＭＨｚ）基板温度２０ ℃ 本エッチング過程では、Ｃｌ^*によるラジカル反応がＣ
ｌ⁺、ＳＣｌ_x ⁺等のイオンにアシストされる形でエッ
チングは異方的に進む。また同時に、プラズマ中で放電
解離して生成する遊離のイオウが被エッチング基板上に
堆積する。このため、レジストマスク７とパターニング
された反射防止層６、Ａｌ系金属層５の側面には図１
（ｂ）に示すようにイオウおよびＡｌＣｌ_Xを主成分と
する側壁付着膜８が形成される。エッチングは高融点金
属層４表面が露出すると、この面で停止する。

【００３３】次にエッエッチングをＳ₂Ｃｌ₂とＯ系の
混合ガスに切り替え、一例として下記エッチング条件で
下層の高融点金属層４、バリアメタル層３、密着層２を
をパターニングする。Ｓ₂Ｃｌ₂ ８０ｓｃｃｍＯ₂ １０ｓｃｃｍガス圧力０．５Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー３０Ｗ（２ＭＨｚ）基板温度２０ ℃ 本エッチング過程では、Ｗ等の高融点金属層４はＣｌ^*
によるラジカル反応がＣｌ⁺、ＳＣｌ_x ⁺、Ｏ⁺等のイ
オン入射にアシストされる形でエッチングは異方的に進
む。このとき脱離する反応生成物はＷＯＣｌ₄等のＷの
オキシ塩化物であり、蒸気圧が比較的低いので基板に垂
直に入射するイオンの入射面でのみエッチングが進行す
る。また前段のエッチング同様、イオウの側壁付着膜が
高融点金属層パターンの側面に付着することも寄与し
て、オーバーエッチング段階においても高融点金属層パ
ターンにサイドエッチングが入ることがない。下層のバ
リアメタル層３、密着層２も同様にＴｉのオキシ塩化物
として除去される。この結果、図１（ｃ）に示すように
高融点金属層４、バリアメタル層３および密着層２はい
ずれも異方性よくパターニングされる。

【００３４】またＦ系ガスを使用しないため、ＡｌＣｌ
_x系の側壁付着膜８がＡｌＦ_x系の変質膜に変換される
ことがない。このためエッチング終了後の基板加熱によ
り、ＡｌＣｌ_x系の側壁付着膜８は容易に除去できる。
同時に、イオウの側壁付着膜も昇華除去できる。この
後、レジストアッシングによりレジストマスク８を除去
し、図１（ｄ）に示すように積層配線を完成する。レジ
ストマスク除去は剥離液によってもよい。

【００３５】本実施例によれば、Ｃｌ系ガスとしてＳ₂
Ｃｌ₂を用い、イオウの側壁付着膜をも併用したので、
基板バイアスパワーを実施例１に比して下げたにもかか
わらず異方性形状はいささかの悪化もない。加えて、下
地絶縁膜１やレジストマスク７との選択比が向上し、絶
縁膜２１のダメージが低減する。また下地絶縁膜１のス
パッタによる再付着がないので、パーティクルレベルの
改善にも貢献する。

【００３６】本実施例では塩化イオウ系ガスとしてＳ₂
Ｃｌ₂を用いたが、Ｓ₃Ｃｌ₂、ＳＣｌ₂あるいはこれ
らの混合ガスであっても効果は同様である。またこれら
塩化イオウ系ガスにＮ系のガスをさらに添加すると、プ
ラズマ中に生成するチアジル（ＳＮ）は気相中で重合
し、ポリチアジル（ＳＮ）_nとなって被エッチング基板
上に堆積する。Ｎ系ガスとしてはＮ₂、Ｎ₂Ｈ₄等を使
用できる。ポリチアジルはイオウより一層強固な側壁保
護膜を形成するので、エッチングにおける基板バイアス
をより一層低減でき、実施例２における上記効果の徹底
に有効である。ポリチアジルの昇華除去温度は、減圧雰
囲気中で１３０℃以上であり、残渣や汚染を残す虞れは
ない。

【００３７】実施例３本実施例はＡｌ系金属層をＣｌ系ガスでエッチング後、
Ａｌ系金属層パターン側面に酸化処理を施し、この後高
融点金属層Ｃｌ系ガスとＯ系ガスの混合ガスでエッチン
グした例であり、このプロセスを図２（ａ）〜（ｄ）を
参照して説明する。

【００３８】図２（ａ）に示す被エッチング基板および
Ａｌ系金属層５までのエッチングプロセスは実施例１と
同じであるので重複する説明を省略する。反射防止層６
とＡｌ系金属層５をエッチング後、同じ基板バイアス印
加型ＥＣＲプラズマエッチング装置内で一例として次の
条件によりＯ₂プラズマ処理を５秒間だけ施す。Ｏ₂ ５０ｓｃｃｍガス圧力１．０Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー０Ｗ基板温度３０ ℃ Ｏ₂プラズマ処理の前に２５０℃程度の基板加熱を施
し、ＡｌＣｌ_x系の側壁付着膜８を除去してもよい。こ
の短時間のＯ₂放電により、Ａｌ系金属層５パターン側
面にはＡｌＯ_x系の側壁酸化膜１０が形成される。この
様子を図２（ｂ）に示す。同図では、側壁酸化膜１０の
厚さは説明のために膜厚を強調して示してある。

【００３９】続けて一例として実施例１と同じ条件によ
り高融点金属層４とバリアメタル層３、密着層２をエッ
チングする。Ａｌ系金属層５パターンは、側壁酸化膜１
０により保護されているので、高融点金属層４のエッチ
ング中あるいはオーバーエッチング中、Ｃｌ^*のアタッ
クから保護されサイドエッチングの発生はない。先のＯ
₂プラズマ処理により、高融点金属層４の露出表面は酸
化されているが、本エッチング工程初期にＷのオキシ塩
化物として除去されるので、高融点金属層４のエッチン
グを妨げることはない。この結果、図２（ｃ）に示すよ
うに高融点金属層４、バリアメタル層３および密着層２
は異方的にエッチングされる。

【００４０】続けて必要に応じて側壁付着膜８を加熱除
去後、レジストマスクをアッシングにより除去して積層
配線を図２（ｄ）に示すように完成する。レジストマス
クはレジスト剥離液により除去してもよい。

【００４１】本実施例によれば、ＡｌＦ_x系残渣に基づ
くパーティクル汚染や層間絶縁膜のステップカバリッジ
の悪化の虞れはない他、ＡｌＯ_x系の強固な側壁酸化膜
１０の効果によりＡｌ系金属層のサイドエッチングの発
生は防止される。また側壁酸化膜１０は積層配線完成後
もＡｌ系金属層５パターン側面に残るので、アフターコ
ロージョン防止の効果も併せ持つ。なお側壁酸化膜１０
の厚さは数ｎｍであるので配線抵抗の増加は実質上問題
となるレベルではない。

【００４２】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。

【００４３】高融点金属層４としてブランケットＣＶＤ
によるＷを例示したが、Ｔａ、Ｍｏ等他の高融点金属や
その合金、シリサイド等を用いてもよい。Ａｌ系金属層
６として、Ａｌ−Ｓｉを例示したが、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
合金、Ａｌ−Ｃｕ合金や純Ａｌを用いてもよい。

【００４４】反射防止層としてＴｉＯＮを例示したが、
露光波長等の条件を選ぶことによりａ−Ｓｉ、Ｓｉ
Ｏ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯＮ、ＳｉＣあるいは有機系材
料等を適宜選択して用いてもよい。バリアメタル層とし
てもＴｉＯＮを用いたが、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＳｉ_x
等を用いてもよい。バリアメタル層と密着層は、必要が
無ければ使用しなくてもよい。

【００４５】エッチングガス系についても実施例にあげ
た例に限定されるものでははない。例えば、Ｃｌ系ガス
としてＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄等他のガスを用いてもよ
い。またＨＢｒ等Ｂｒ系ガスやＨＩ等ヨウ素系の添加も
レジストマスクや下地材料層との選択性向上に有効であ
る。勿論Ａｒ、Ｈｅ等の不活性希釈ガスを添加してもよ
い。エッチング装置は基板バイアス印加型ＥＣＲプラズ
マエッチング装置を用いたが、平行平板型ＲＩＥ装置、
マグネトロンＲＩＥ装置、ヘリコン波プラズマエッチン
グ装置等特に形式を問わない。ロードロック室、基板加
熱室、アッシンング室等で構成された多室連続処理シス
テムを用いればスループットの向上が期待できる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によればＷ等高融点金属層上に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おい
て、エッチングガス系からＦ系ガスを排除し、Ｃｌ系ガ
スおよびＣｌ系とＯ系の混合ガスでエッチングすること
により下記の効果を発揮する。

【００４７】まず、レジストマスクや配線パターン側面
に付着するＡｌＦ_x系の側壁変質膜にもとづくフェンス
状残渣による被エッチング基板やエッチング装置のパー
ティクル汚染の虞れを回避可能となる。また従来フェン
ス状残渣を除去するため行っていた強度の機械的・物理
的外力をともなうウェット洗浄の必要がなくなるので、
被エッチング基板に対するダメージがなくなる。

【００４８】フェンス状残渣がエッチング終了後の積層
配線に残留することがないので、この上に形成する層間
絶縁膜のステップカバリッジが向上する。

【００４９】本発明のドライエッチング方法は、無機系
マスクを使用する必要がなく、レジストマスクによるプ
ロセスであるので、無機系マスクのＣＶＤにともなう４
００℃前後の熱履歴が入らず、従ってＡｌ系金属層にＳ
ｉノジュールが析出することがない。このためＳｉノジ
ュールによるイオンの散乱に起因する異方性形状の悪化
の懸念もなくなる。

【００５０】以上の効果により、低抵抗でしかもエレク
トロマイグレーションやストレスマイグレーション等各
種マイグレーション耐性にすぐれた低抵抗の信頼性に富
んだ積層配線のドライエッチング方法が確立され、その
実用化が可能となる。本発明による積層配線のドライエ
ッチング方法は、特に０．５μｍ以下の微細な配線幅を
有する半導体装置の内部配線に用いて効力を発揮するも
のであり、本発明が奏する効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層配線のドライエッチング方法の実
施例１および２における工程を示す概略断面図であり、
（ａ）は下地絶縁膜上に密着層、バリアメタル層、高融
点金属層、Ａｌ系金属層、反射防止層およびレジストマ
スクを順次形成した状態、（ｂ）は反射防止層とＡｌ系
金属層をパターニングして側壁付着膜が形成された状
態、（ｃ）は続けて高融点金属層、密着層とバリアメタ
ル層をパターニングした状態、（ｄ）はレジストマスク
をアッシング除去して積層配線が完成した状態である。

【図２】本発明の積層配線のドライエッチング方法の実
施例３における工程を示す概略断面図であり、（ａ）は
下地絶縁膜上に密着層、バリアメタル層、高融点金属
層、Ａｌ系金属層、反射防止層およびレジストマスクを
順次形成した状態、（ｂ）は反射防止層とＡｌ系金属層
をパターニング後酸化処理を施し、側壁付着膜と側壁酸
化膜が形成された状態、（ｃ）は続けて高融点金属層、
密着層とバリアメタル層をパターニングした状態、
（ｄ）はレジストマスクをアッシング除去して積層配線
が完成した状態である。

【図３】従来の積層配線のドライエッチング方法におけ
る工程の問題点を示す概略断面図であり、（ａ）は下地
絶縁膜上に密着層、バリアメタル層、高融点金属層、Ａ
ｌ系金属層、反射防止層およびレジストマスクを順次形
成した状態、（ｂ）は反射防止層とＡｌ系金属層をパタ
ーニングして側壁付着膜が形成された状態、（ｃ）は続
けて高融点金属層と密着層、バリアメタル層をパターニ
ングして側壁変質膜が形成された状態、（ｄ）はレジス
トマスクをアッシング除去した状態である。

【符号の説明】

１絶縁膜２密着層３バリアメタル層４高融点金属層５Ａｌ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側壁変質膜１０側壁酸化膜

Claims

【特許請求の範囲】

【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のドライエッチング方法におい
て、該Ａｌ系金属層をＣｌ系ガスを含むガスでエッチング
後、前記高融点金属層をＣｌ系ガスとＯ系ガスを含む混
合ガスによりエッチ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。
【請求項２】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おい
て、該Ａｌ系金属層をＣｌ系ガスを含むガスでエッチング
後、該Ａｌ系金属層パターン側壁に酸化処理を施し、こ
の後前記高融点金属層をＣｌ系ガスとＯ系ガスを含む混
合ガスによりエッチ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。
【請求項３】Ｃｌ系ガスは、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃、ＣＣ
ｌ₄、ＳｉＣｌ₄、Ｓ ₂Ｃｌ₂、Ｓ₃Ｃｌ₂およびＳＣ
ｌ₂からなる群から選ばれる少なくとも１種であること
を特徴とする、請求項１および２記載のドライエッチン
グ方法。
【請求項４】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２記載のド
ライエッチング方法。