JPH08316207A

JPH08316207A - 配線形成方法

Info

Publication number: JPH08316207A
Application number: JP12122795A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tatsumi; 哲也辰巳
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 1996-11-29
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JP3371179B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高融点金属シリサイド層を、酸化シリコン系
材料層パターンをマスクに、Ｃｌ₂／Ｏ₂混合ガスを用
いてプラズマエッチングする際のエッチング形状の制御
性を向上する。【構成】第１の発明では、高融点金属シリサイド層４
上に接して多結晶シリコン等のシリコン系緩衝層５を形
成しておく。第２の発明では、酸化シリコン系材料層パ
ターン７上に接して有機材料層を配してプラズマエッチ
ングする。【効果】第１の発明では、高融点金属シリサイド層４
上に自然酸化膜が形成されないので、ブレークスルース
テップに伴って発生する低蒸気圧の反応生成物が過度に
堆積しない。第２の発明では、有機材料層から供給され
る炭素成分によって、高融点金属シリサイド層上の自然
酸化膜６は特段のブレークスルーステップを用いなくて
もスムーズに除去される。いずれの方法においても、高
融点金属シリサイド層４パターンに過度のテーパや寸法
変換差が発生することがない。

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のゲート電極
や内部配線等に用いる配線形成方法に関し、さらに詳し
くは、加工寸法の変換差が少なく、加工形状に優れた微
細幅の高融点金属シリサイドまたは高融点金属ポリサイ
ドからなる配線形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置のゲート電極・配
線材料としては、従来より多結晶シリコンが汎用されて
きた。近年、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つつ
あり、かつ高集積メモリ装置等、デバイスの高速化への
要求が高まるにつれ、多結晶シリコンより約１桁低い抵
抗値を持つ、高融点金属シリサイドが用いられるように
なりつつある。高融点金属シリサイドを用いてゲート電
極・配線を形成する場合には、高融点金属シリサイド層
単独で用いられる場合もあるが、デバイス特性や信頼性
に影響を与え易いゲート絶縁膜との界面特性を考慮し
て、まずゲート絶縁膜上に従来より実績のある不純物含
有多結晶シリコン（ＤＯＰＯＳ；ＤｏｐｅｄＰｏｌ
ｙｓｉｌｉｃｏｎ）層を形成し、この上部に高融点金属
シリサイド層を積層する場合が多い。かかる積層構造は
ポリサイドと総称される。高融点金属シリサイドとして
はタングステンシリサイド（ＷＳｉ_x）が一般的であ
り、このＷＳｉ_xを有するポリサイドを特にタングステ
ンポリサイド（Ｗポリサイド）と称する。

【０００３】高融点金属シリサイド層やポリサイド層を
プラズマエッチングしてゲート電極・配線を形成するプ
ロセスにおいては、Ｃｌ系ガスやＢｒ系ガス等、Ｆ系ガ
ス以外のハロゲン系ガスを採用し、高選択比の異方性加
工を施すことが一般的となりつつある。Ｆ系ガスを採用
する場合には、反応性の高いＦ^*（Ｆラジカル）による
サイドエッチングを防止するために、ＣＦ系ポリマ等に
よる側壁保護膜を厚く形成する必要があり、寸法変換差
やパーティクル汚染の問題があり、また下地ゲート酸化
膜とのエッチング選択比が好ましくないためである。

【０００４】またゲート電極構造そのものも多様化して
おり、デザインルールの微細化とともに、セルフアライ
ンコンタクト（ＳＡＣ；ＳｅｌｆＡｌｉｇｎｅｄ
Ｃｏｎｔａｃｔ）構造用のゲート電極形成方法が必要と
されている。セルフアラインコンタクトは、ゲート電極
の側面にエッチバック技術により残置形成したサイドウ
ォールを利用して、不純物拡散層との接続孔を自己整合
的に形成する方法であり、例えば特開平６−５８１４号
公報にその一例が開示されている。実際には、ゲート電
極上に酸化シリコン系材料層等によるオフセット酸化膜
を形成しておくことにより、接続孔の形状を制御するこ
とがおこなわれる。この場合には通常オフセット酸化膜
をパターニング後、このオフセット酸化膜をマスクにし
て下層の高融点金属ポリサイド層等のゲート電極をパタ
ーニングする。

【０００５】ＳｉＯ₂等酸化シリコン系材料層をエッチ
ングマスクとしたゲート電極加工の特徴として、レジス
トマスクを用いたゲート電極加工の場合と比較すると、
ゲート酸化膜等のエッチングレートが小さくなることが
挙げられる。すなわち、レジストマスクを用いた場合に
は、エッチング中にこのレジストマスクからカーボン成
分が供給され、この炭素原子がゲート酸化膜を構成する
ＳｉＯ₂から、Ｃ＋Ｏ → ＣＯ（またはＣＯ₂）の形で酸素を引き抜き、ＳｉＯ₂のエッチングレートを
向上させる。しかしながら、酸化シリコン系材料層パタ
ーンがエッチングマスクの場合には、このマスクから炭
素成分の供給は起こらないので、ＳｉＯ₂のエッチング
レートはレジストマスクを用いた場合の約１／２程度に
減少する。

【０００６】酸化シリコン系材料層パターンをエッチン
グマスクとして用いた場合のＳｉＯ₂のエッチングレー
トの低下は、ゲート電極の下地材料層であるゲート酸化
膜とのエッチング選択比向上には有利に働く反面、ゲー
ト電極材料である高融点金属シリサイド層あるいは高融
点金属ポリサイド層表面に存在する自然酸化膜の除去
（ブレークスルー）が著しく困難となるデメリットをも
たらす。この問題を図３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明
する。

【０００７】同図は酸化シリコン系材料層パターンをマ
スクとして、高融点金属ポリサイド層をプラズマエッチ
ングする場合の問題点を指摘する図である。シリコン等
の半導体基板１上に熱酸化によりゲート酸化膜２を形成
し、続けてＣＶＤにより不純物を含有する多結晶シリコ
ン層３、ＷＳｉ_xからなる高融点金属シリサイド層４を
順次形成する。高融点金属シリサイド層４上に酸化シリ
コン系材料層を形成し、レジストマスク（図示せず）を
用いて酸化シリコン系材料層をパターニングして酸化シ
リコン系材料層パターン７を形成する。酸化シリコン系
材料層パターン７は高融点金属ポリサイド層のエッチン
グマスクであると同時に、次工程のセルフアラインコン
タクトパターニング時のオフセット酸化膜ともなるもの
である。レジストマスクをアッシング除去した状態を図
３（ａ）に示す。高融点金属シリサイド層４上には、例
えば数ｎｍの厚さにＳｉＯ₂を主体とする自然酸化膜６
が不可避的に形成されている。

【０００８】図３（ａ）に示す状態の構造を有する被エ
ッチング基板を、Ｃｌ₂／Ｏ₂混合ガスを用いてプラズ
マエッチングする場合には、まず自然酸化膜６をブレー
クスルーして初めて高融点金属シリサイド層４のエッチ
ングが進行する。ここで問題となるのは、自然酸化膜６
を除去するためには、Ｏ₂の混合比を減らし、自然酸化
膜６を構成するＳｉＯ₂のエッチングレートを上げる必
要があることである。酸化シリコン系材料層パターン７
をエッチングマスクとする場合には、自然酸化膜６のブ
レークスルーには、一例として２５ｎｍ／分以上のＳｉ
Ｏ₂のエッチングレートが必要である。このためには、
セルフバイアス電圧が約３００Ｖ程度のイオン性の強い
エッチング条件下で、Ｏ₂の混合比は５％以下に抑える
ことが要求される。

【０００９】Ｃｌ₂／Ｏ₂混合ガスを用いる高融点金属
シリサイド層のエッチングは、反応生成物として、蒸気
圧の大きいオキシ塩化物ＷＯＣｌ_xを形成することによ
り進行する。しかしながら、上述した自然酸化膜６の除
去の目的でＯ₂の混合比５％以下にを減らした場合に
は、酸素系化学種の不足により、ＷＯＣｌ_xよりも蒸気
圧の小さいＷＣｌ_xの生成が優勢となる。生成されるＷ
Ｃｌ_xは、被エッチング基板上から速やかに除去され
ず、イオン入射が原理的に少ない高融点金属シリサイド
層４パターンの側面に堆積してＷＣｌ_x系側壁保護膜１
０を形成する。このＷＣｌ_x系側壁保護膜１０の過剰の
堆積の結果、高融点金属シリサイド層４パターンは図３
（ｂ）に示すようにテーパ形状を呈することとなる。な
お、ＣＲＣＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒ
ｙａｎｄＰｈｉｓｉｃｓ７５ｔｈ．Ｅｄｉｔｉｏ
ｎ（１９９４、ＣＲＣＰｒｅｓｓ）によれば、ＷＯＣ
ｌ₄およびＷＣｌ₅、ＷＣｌ₆の沸点は、次の値が報告
されている。ＷＯＣｌ₄ ２２７．５℃ ＷＣｌ₅ ２７５．６℃ ＷＣｌ₆ ３４６．７℃ これら沸点のデータからも、高融点金属塩化物の除去が
困難であることが明らかである。

【００１０】さらにこのＷＣｌ_x系側壁保護膜１０はエ
ッチング工程中に部分的に削れ落ちる場合があり、この
場合には図３（ｃ）に示すように高融点金属シリサイド
層４パターン側面に不規則な段部が形成されることとな
る。

【００１１】このように、酸化シリコン系材料層マスク
７により、高融点金属シリサイド層４をＣｌ₂／Ｏ₂混
合ガスを用いてパターニングする場合には、形成される
高融点金属シリサイド層４のパターン幅がマスク幅より
拡がる結果となる。このことは、エッチングにおける寸
法変換差の制御が極めて重要な意味を持つサブクォータ
ミクロンのデザインルールの半導体装置においては、例
えばゲート電極幅の不安定要因となる虞れがある。同様
の問題は、ＨＢｒ／Ｏ₂や、ＨＩ／Ｏ₂等の混合ガス系
により高融点金属シリサイド層をプラズマエッチングす
る場合にも発生する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
の配線形成方法に付随する諸問題点を解決することを目
的とする。すなわち本発明の課題は、高融点金属シリサ
イド層上に形成された酸化シリコン系材料層パターンを
エッチングマスクとして、高融点金属シリサイド層をＣ
ｌ₂／Ｏ₂混合ガス等を用いてパターニングするにあた
り、高融点金属シリサイド層上の自然酸化膜の除去に起
因して高融点金属シリサイド層に不所望の寸法変換差や
テーパ形状あるいは形状異常の生じない、配線形成方法
を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の配線形成方法
は、上述の課題を解決するために提案するもである。す
なわち、請求項１の発明においては、高融点金属シリサ
イド層上に選択的に形成された酸化シリコン系材料層パ
ターンをエッチングマスクとするとともに、この高融点
金属シリサイド層を、フッ素系化学種以外のハロゲン系
化学種を発生しうるガスと、酸素系化学種を発生しうる
ガスを含む混合ガスを用いてプラズマエッチングする工
程を有する配線形成方法であって、この高融点金属シリ
サイド層上に接してシリコン系緩衝層を設け、シリコン
系緩衝層上に酸化シリコン系材料層パターンを形成して
プラズマエッチングすることを特徴とするものである。

【００１４】シリコン系緩衝層としては、多結晶シリコ
ン層および非晶質シリコン層のうちのいずれかであるこ
とが望ましい。またその厚さは、高融点金属シリサイド
層表面の酸化を防止機能を有すればよいので、薄くてよ
い。一例として数ｎｍから数十ｎｍの範囲でよい。

【００１５】また本発明の請求項３の配線形成方法は、
高融点金属シリサイド層上に選択的に形成された酸化シ
リコン系材料層パターンをエッチングマスクとするとと
もに、この高融点金属シリサイド層を、フッ素系化学種
以外のハロゲン系化学種を発生しうるガスと、酸素系化
学種を発生しうるガスを含む混合ガスを用いてプラズマ
エッチングする工程を有する配線形成方法であって、こ
の酸化シリコン系材料層上に接して、有機材料層パター
ンを配設してプラズマエッチングすることを特徴とする
ものである。

【００１６】この有機材料層としては、形成された酸化
シリコン系材料層パターン上に新たに設けてもよいが、
酸化シリコン系材料層パターンをパターニングする際に
用いたレジストマスクにＯ₂プラズマ処理を施し、ハー
フアッシングして残存させたものを用いれば好都合であ
る。

【００１７】またＯ₂プラズマ処理により、酸化シリコ
ン系材料層パターンをパターニングする際に酸化シリコ
ン系材料層パターン側面に形成された炭素ポリマ系側壁
保護膜を同時に除去することが望ましい。

【００１８】本発明で用いるフッ素系化学種以外のハロ
ゲン系化学種とは、塩素、臭素および沃素を表すもので
ある。

【００１９】

【作用】本発明の請求項１の配線形成方法においては、
高融点金属シリサイド層上に接してシリコン系緩衝層が
設けられており、このシリコン系緩衝層の上にエッチン
グマスクとしての酸化シリコン系材料層パターンが形成
されている。この場合にも、多結晶シリコンや非晶質シ
リコンからなるシリコン系緩衝層表面には薄い自然酸化
膜が不可避的に形成されているが、高融点金属シリサイ
ド層表面には自然酸化膜は存在しない。このシリコン系
緩衝層表面の薄い自然酸化膜を除去する場合にも、当然
Ｏ₂の混合比を下げ、イオン性の強いエッチング条件を
用いる必要がある。しかしながら、このシリコン系緩衝
層表面の薄い自然酸化膜を低Ｏ₂含有量のＣｌ₂／Ｏ₂
混合ガスでブレークスルーしても、反応生成物は蒸気圧
の大きなＳｉＣｌ₄（ｂｐ＝５７．６℃）であり、ＷＣ
ｌ_xのような低蒸気圧の反応生成物がパターン側面に堆
積することはない。シリコン系緩衝層表面の薄い自然酸
化膜除去のブレークスルーステップが終われば、Ｃｌ₂
／Ｏ₂混合ガスのＯ_２含有量を通常の混合比とし、低イ
オンエネルギ条件での高融点金属シリサイド層のパター
ニングが進行する。したがって、高融点金属シリサイド
層のパターニングにおいて垂直にエッチングが進み、異
方性形状が得られる。

【００２０】本発明の請求項３の配線形成方法において
は、酸化シリコン系材料層パターン上に接して有機材料
層を有している。このため、高融点金属シリサイド層上
の自然酸化膜のブレークスルー時には、この有機材料層
から供給される炭素成分により、ＳｉＯ_２のエッチン
グレートが向上する。したがって、Ｃｌ₂／Ｏ₂混合ガ
スのＯ₂含有量が５％以上、かつ低イオンエネルギの条
件下でも高融点金属シリサイド層上の自然酸化膜はスム
ーズに除去される。

【００２１】酸化シリコン系材料層パターン上に接して
設ける有機材料層は、酸化シリコン系材料層パターンの
パターニング時に用いたレジストマスクをそのまま使用
してもよい。ただし、酸化シリコン系材料層パターンの
プラズマエッチング直後には、酸化シリコン系材料層パ
ターン側面やレジストマスクの側面には炭素ポリマ系側
壁保護膜が残存しているので、この状態のまま高融点金
属シリサイド層をプラズマエッチングした場合には寸法
変換差が発生する。したがって、これを除去してから高
融点金属シリサイド層をプラズマエッチングしなければ
ならない。この炭素ポリマ系側壁保護膜は、酸化シリコ
ン系材料層パターンの異方性エッチング時に用いたフル
オロカーボン系ガスのプラズマから生成されたものであ
る。炭素ポリマ系側壁保護膜は、Ｏ₂プラズマ処理によ
り容易に除去できるが、この場合レジストマスクそのも
のも等方的にアッシングされてエッジが後退し、例えば
１０〜５０％程度細り、ハーフアッシングの状態とな
る。この程度除去されて細ったレジストマスクであって
も、ブレークスルー時の炭素成分供給源としては充分な
機能を発揮する。

【００２２】Ｏ₂プラズマ処理の方法としては、１．静電チャックの除電ステップを兼用する。すなわ
ち、酸化シリコン系材料層パターンを加工するプラズマ
エッチング装置において、被エッチング基板を静電チャ
ック保持、殊に単極式静電チャックにより保持した場合
には、エッチング終了後に残留電荷を除去し静電吸着力
をキャンセルしてから搬出する必要がある。この残留電
荷の除去には、実質的にエッチング作用のないガスを用
いたプラズマ処理が有効である。そこで残留電荷の除去
用にＯ₂プラズマ用いるとともに、この除電ステップ用
Ｏ₂プラズマ処理を、炭素ポリマ系側壁保護膜の除去や
レジストマスクのハーフアッシング用のＯ₂プラズマ処
理と兼用させる。２．酸化シリコン系材料層パターニング終了後被エッチ
ング基板をアッシング装置に搬送し、ここでＯ₂プラズ
マ処理を施す。３．次工程の高融点金属シリサイド層のプラズマエッチ
ング装置内で、高融点金属シリサイド層表面の自然酸化
膜のブレークスルーの前にＯ₂プラズマのステップを挿
入する。等の方法が考えられ、いずれの方法でも目的は達せられ
るが、最初の方法によれば工程数が減り、スループット
の向上も図れる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照しつつ説明する。なお実施例の説明で参照する図
面中で、従来技術の説明で参照した図３の中の構成要素
部分と同様の構成要素部分には同じ参照符号を付すもの
とする。

【００２４】実施例１本実施例は、本発明の請求項１を適用し、高融点金属シ
リサイド層上に接してシリコン系緩衝層を設け、このシ
リコン系緩衝層上にエッチングマスクとしての酸化シリ
コン系材料層パターンを形成し、高融点金属シリサイド
層をパターニングしたものであり、このプロセスを図１
（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。

【００２５】まず、シリコン等の半導体基板１上に熱酸
化によりゲート酸化膜２を１０ｎｍ形成し、続けて減圧
ＣＶＤにより不純物を含む多結晶シリコン層３、ＷＳｉ
_xからなる高融点金属シリサイド層４を各７０ｎｍの厚
さに形成し、高融点金属ポリサイド構造層を形成する。
高融点金属シリサイド層４表面を大気に曝すことなく、
連続的に多結晶シリコンからなるシリコン系緩衝層５を
下記の減圧ＣＶＤ条件により例えば２０ｎｍの厚さに形
成する。ＳｉＨ₄ ５００ｓｃｃｍＰＨ₃ ０．３ｓｃｃｍガス圧力１００Ｐａ基板温度５００ ℃

【００２６】次に酸化シリコン系材料層を下記減圧ＣＶ
Ｄ条件により例えば５０ｎｍの厚さに形成する。ＴＥＯＳ５００ｓｃｃｍＯ₂ １０００ｓｃｃｍガス圧力５Ｐａ基板温度４００ ℃

【００２７】酸化シリコン系材料層上に化学増幅型レジ
ストを塗布し、ＫｒＦエキシマレーザリソグラフィ等に
より露光、現像して０．２０μｍ幅のレジストマスクを
形成しする。このレジストマスクをエッチングマスクと
し、下記ＲＩＥ条件で酸化シリコン系材料層をパターニ
ングする。ＣＨＦ₃ ２６０ｓｃｃｍＣＯ４０ｓｃｃｍガス圧力５ＰａＲＦ電力１４５０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）基板温度 −５０ ℃ 酸化シリコン系材料層のパターニング終了後、レジスト
マスクを剥離して酸化シリコン系材料層パターン７が形
成された状態を図１（ａ）に示す。多結晶シリコンから
なるシリコン系緩衝層５表面には、不可避的に自然酸化
膜６が形成されている。

【００２８】つぎに、高融点金属ポリサイド層のプラズ
マエッチング工程に移る。図１（ａ）に示す被エッチン
グ基板を例えば基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッ
チング装置の基板ステージ上にセットし、まずシリコン
系緩衝層５をエッチングする。この際、シリコン系緩衝
層５表面の自然酸化膜６をブレークスルーするために、
Ｏ₂添加量を５％以下に制御し、高基板バイアスの下記
エッチング条件を採用する。Ｃｌ₂ ７５ｓｃｃｍＯ₂ ２ｓｃｃｍガス圧力０．４Ｐａマイクロ波２５０ｍＡ（２．４５ＧＨｚ）基板バイアス８０Ｗ（２ＭＨｚ）基板温度２０ ℃ 本エッチング工程では、自然酸化膜６とともにシリコン
系緩衝層５の層厚方向の一部または全部が除去される
が、シリコン系緩衝層５中にはＷ等の高融点金属は含ま
れていないので、低Ｏ₂混合比ではあるがＷＣｌ_x等の
低蒸気圧の反応生成物が過剰に堆積することはない。こ
の状態を図１（ｂ）に示す。

【００２９】次にプラズマエッチング条件を高Ｏ₂混合
比、かつ低基板バイアスの下記条件に切り替え、高融点
金属シリサイド層４および多結晶シリコン層３を連続的
にパターニングする。Ｃｌ₂ ７５ｓｃｃｍＯ₂ ８ｓｃｃｍガス圧力０．４Ｐａマイクロ波２５０ｍＡ（２．４５ＧＨｚ）基板バイアス３０Ｗ（２ＭＨｚ）基板温度２０ ℃ 本エッチング工程においては、高融点金属シリサイド層
は蒸気圧が比較的大きいＷＯＣｌ_xを、多結晶シリコン
層はＳｉＣｌ_xを反応生成物として形成しつつ除去され
る。先のブレークスルーステップにおいてＷＣｌ_x系側
壁保護膜が堆積することがなかったし、本プラズマエッ
チング工程においても過剰のＷＣｌ_x系側壁保護膜が堆
積することはないので、高融点金属シリサイド層パター
ンにテーパ形状や段差が発生することがない。高融点金
属シリサイド層パターン上に残ったシリコン系緩衝層５
は、このまま残して配線の一部として利用できる。この
状態を図１（ｃ）に示す。

【００３０】本実施例にれば、パターン側面がほぼ垂直
の良好な異方性形状を有する高融点金属シリサイド層パ
ターンが形成できる。酸化シリコン系材料層パターン７
は、次工程でセルフアラインコンタクトをエッチバック
により形成する際のオフセット酸化膜としてそのまま利
用できる。

【００３１】実施例２本実施例は、本発明の請求項３を適用し、エッチングマ
スクとしての酸化シリコン系材料層パターン上に接して
有機材料層を配し、高融点金属シリサイド層をパターニ
ングしたものであり、このプロセスを図２（ａ）〜
（ｄ）を参照して説明する。

【００３２】まず、シリコン等の半導体基板１上に熱酸
化によりゲート酸化膜２を１０ｎｍ形成し、続けて減圧
ＣＶＤにより不純物を含む多結晶シリコン層３、ＷＳｉ
_xからなる高融点金属シリサイド層４を各７０ｎｍの厚
さに形成し、高融点金属ポリサイド構造層を形成する。
ここまでの工程は実施例１と同様である。本実施例で
は、この後高融点金属シリサイド層４上に直接酸化シリ
コン系材料層を下記減圧ＣＶＤ条件により例えば５０ｎ
ｍの厚さに形成する。言うまでもなく、この段階ではす
でに高融点金属シリサイド層４上に自然酸化膜６が不可
避的に形成されている。ＴＥＯＳ５００ｓｃｃｍＯ₂ １０００ｓｃｃｍガス圧力５Ｐａ基板温度４００ ℃ 酸化シリコン系材料層上に化学増幅型レジストを塗布
し、ＫｒＦエキシマレーザリソグラフィにより露光、現
像して０．２０μｍ幅のレジストマスクを形成する。

【００３３】このレジストマスク８をエッチングマスク
とし、下記ＲＩＥ条件で酸化シリコン系材料層をパター
ニングする。ＣＨＦ₃ ２６０ｓｃｃｍＣＯ４０ｓｃｃｍガス圧力５ＰａＲＦ電力１４５０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）基板温度 −５０ ℃ 酸化シリコン系材料層パターン７が形成された状態を図
２（ａ）に示す。酸化シリコン系材料層パターンの側面
やレジストマスク８の側面には、炭素ポリマ系側壁保護
膜９が形成されている。したがって、この状態のまま高
融点金属シリサイド層４をパターニングすると、炭素ポ
リマ系側壁保護膜９の厚さ分だけ寸法変換差が発生す
る。

【００３４】このため、本実施例では酸化シリコン系材
料層パターン７のパターニングが終了した被エッチング
基板を、基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング
装置の基板ステージ上に移載し、一例として下記エッチ
ング条件で炭素ポリマ系側壁保護膜９をアッシング除去
する。Ｏ₂ １０ｓｃｃｍＨｅ５０ｓｃｃｍガス圧力０．４Ｐａマイクロ波２００ｍＡ（２．４５ＧＨｚ）基板バイアス０Ｗ（ｏｆｆの状態）基板温度＋２０ ℃ 本アッシング工程により、炭素ポリマ系側壁保護膜９と
同時にレジストマスク８を全て除去することも可能であ
るが、ここでは時間コントロールエッチングにより、あ
えてレジストマスク８はハーフアッシングに止め、その
一部を酸化シリコン系材料層パターン７上に残す。この
状態を図２（ｂ）に示す。レジストマスク８を残存させ
る量は、次工程の高融点金属シリサイド層４のパターニ
ング終了時に、少なくともその一部が残存している量と
する。

【００３５】続けて、同じエッチング装置内でエッチン
グ条件を切り替え、一例として下記エッチング条件で高
融点金属シリサイド層４と多結晶シリコン層３を連続的
にパターニングする。Ｃｌ₂ ７５ｓｃｃｍＯ₂ ８ｓｃｃｍガス圧力０．４Ｐａマイクロ波２５０ｍＡ（２．４５ＧＨｚ）基板バイアス３０Ｗ（２ＭＨｚ）基板温度２０ ℃ 本エッチング条件は、Ｃｌ₂／Ｏ₂混合ガス中のＯ₂混
合比は５％以上であるが、エッチングマスクとしての酸
化シリコン系材料層パターン７上には有機材料層として
のレジストマスク８の一部が残存しているので、図２
（ｃ）に示すようにここから炭素成分が供給さる。した
がって、特段のブレークスルーステップを挿入しなくて
も、自然酸化膜６はスムーズに除去され、１ステップで
高融点金属ポリサイド層のパターニングに入れる。また
Ｏ₂の混合比が高いので、高融点金属シリサイド層４の
パターニング時に低蒸気圧のＷＣｌ_xがパターン側面に
過剰に堆積することがなく、垂直異方性加工が達成され
る。

【００３６】多結晶シリコン層３のパターニングが完了
して、なおレジストマスク８の一部が残存している場合
にはこれを剥離し、高融点金属ポリサイド層パターンを
完成する。この状態を図１（ｄ）に示す。

【００３７】本実施例によっても、パターン側面がほぼ
垂直の良好な異方性形状を有し、寸法変換差のない高融
点金属シリサイド層パターンが形成できる。酸化シリコ
ン系材料層パターン７は、次工程でエッチバックにより
セルフアラインコンタクトを形成する際のオフセット酸
化膜としてそのまま利用できる。

【００３８】以上、本発明を２種の実施例により説明し
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。

【００３９】例えば、フッ素系化学種以外のハロゲン系
化学種を発生しうるエッチングガスとして、Ｃｌ₂を例
示したが他のＣｌ系ガスを用いてもよい。またＨＢｒや
Ｂｒ₂のようなＢｒ系ガスや、ＨＩのようなＩ系ガスを
用いてもよい。

【００４０】また酸素系化学種を発生しうるガスとして
Ｏ₂を採り上げたが、ＮＯ_x系ガスやＣＯ_x系ガス、Ｈ
₂Ｏ等プラズマ中でＯ^*を発生しうるガスを適宜使用で
きる。

【００４１】エッチングマスク層としてに酸化シリコン
系材料層としてＳｉＯ₂を例示したが、ＰＳＧやＢＰＳ
Ｇ等の不純物含有酸化シリコンや、ＳｉＯＮであっても
よい。

【００４２】シリコン系緩衝層として多結晶シリコンを
採用したが、非晶質シリコンや、こっらに不純物を含む
材料であってもよい。

【００４３】配線の形成例として、多結晶シリコンとＷ
Ｓｉ_xの積層構造のＷポリサイド配線を例示したが、Ｍ
ｏＳｉ_xやＴｉＳｉ_x等、他の高融点金属シリサイドを
用いたポリサイド構造であってもよい。高融点金属シリ
サイド層単層の配線にも本発明が適用できることは言う
までもない。

【００４４】高融点金属ポリサイド層の下層としては多
結晶シリコンを用いるのが通常であるが、本出願人が先
に出願した特開昭６３−１６３号公報で開示したよう
に、非晶質シリコンを用いてもよい。非晶質シリコンの
エッチング特性は多結晶シリコンとほぼ同一である。こ
の非晶質シリコンも、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極・配線
として最終的に機能する段階では、注入不純物の活性化
熱処理工程により多結晶シリコンに変換されるので、ポ
リサイド構造となる。

【００４５】さらに、高融点金属ポリサイド層のパター
ニング時に使用するエッチング装置として基板バイアス
印加型のＥＣＲプラズマエッチング装置を採り上げた
が、平行平板型ＲＩＥ装置、ヘリコン波プラズマエッチ
ング装置、ＩＣＰ(InductivelyCoupled Plasma)エッチ
ング装置、ＴＣＰ（Transformer Coupled Plasma) エッ
チング装置等、各種エッチング装置を使用可能であるこ
とは言うまでもない。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、従来は
高融点金属シリサイド層を酸化シリコン系材料層パター
ンをマスクとし、Ｃｌ₂／Ｏ₂混合ガス等によりパター
ニングする際に、高融点金属シリサイド層上の自然酸化
膜の除去工程に起因してパターン制御性に難点があった
配線形成方法が、本発明によれば極めて容易にその問題
点を解決できる。

【００４７】すなわち、本発明の請求項１によれば、高
融点金属シリサイド層上に接して多結晶シリコン等のシ
リコン系緩衝層を設け、この上にエッチングマスクとし
ての酸化シリコン系材料層パターンを形成するので、高
融点金属シリサイド層上に自然酸化膜は原理的に存在し
ない。したがって、高融点金属シリサイド層の自然酸化
膜のブレークスルーステップは不要で、高Ｏ₂混合比の
エッチングガスが採用でき、低蒸気圧成分のＷＣｌ_x等
が過剰に発生せず、垂直な異方性加工が達成できる。

【００４８】また本発明の請求項３によれば、酸化シリ
コン系材料層上に有機材料層を設けた状態で高融点金属
シリサイド層をプラズマエッチングするので、高融点金
属シリサイド層の自然酸化膜はスムーズに除去され、こ
こでもパターン変換差のない高精度の異方性加工がなさ
れる。

【００４９】いずれの発明においても、酸化シリコン系
材料層パターンはそのまま残した状態で、次工程のセル
フアラインコンタクト形成時のオフセット酸化膜として
用いることができ、高集積度の半導体装置のゲート電極
・配線や層間接続を信頼性高く実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施例１を、その工程順に説
明する概略断面図であり、（ａ）は下地ゲート酸化膜上
に多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層からなる
高融点金属ポリサイド層を形成し、さらにシリコン系緩
衝層と酸化シリコン系材料層パターンを形成した状態で
あり、（ｂ）は酸化シリコン系材料層パターンをエッチ
ングマスクとしてシリコン系緩衝層上の自然酸化膜をブ
レークスルーした状態、（ｃ）は酸化シリコン系材料層
パターンをエッチングマスクとしてシリコン系緩衝層、
高融点金属シリサイド層および多結晶シリコン層を連続
的にプラズマエッチングして高融点金属ポリサイド層パ
ターンが完成した状態である。

【図２】本発明を適用した実施例２を、その工程順に説
明するための概略断面図であり、（ａ）は下地ゲート酸
化膜上に多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層か
らなる高融点金属ポリサイド層を形成し、さらに酸化シ
リコン系材料層を形成してレジストマスクをマスクに酸
化シリコン系材料層パターンを形成した状態であり、
（ｂ）は酸化シリコン系材料層パターン側面の炭素ポリ
マ系側壁保護膜を除去するとともにレジストマスクをハ
ーフアッシングした状態、（ｃ）は酸化シリコン系材料
層パターンをエッチングマスクとして高融点金属シリサ
イド層をプラズマエッチングしつつある状態、（ｄ）は
多結晶シリコン層を連続的にプラズマエッチングして高
融点金属ポリサイド層パターンが完成した状態である。

【図３】従来の配線形成方法の問題点をその工程順に説
明するための概略断面図であり、（ａ）は下地ゲート酸
化膜上に多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層か
らなる高融点金属ポリサイド層を形成し、さらに酸化シ
リコン系材料層パターンを形成した状態であり、（ｂ）
は高融点金属シリサイド層上の自然酸化膜のブレークス
ルーステップにより、ＷＣｌ_x系側壁保護膜が過剰に堆
積し、高融点金属シリサイド層パターンに過度のテーパ
が形成された状態、そして（ｃ）は連続的に多結晶シリ
コン層をプラズマエッチングして、高融点金属ポリサイ
ド層パターンが完成した状態である。

【符号の説明】

１半導体基板２ゲート酸化膜３多結晶シリコン層４高融点金属シリサイド層５シリコン系緩衝層６自然酸化膜７酸化シリコン系材料層パターン８レジストマスク９炭素ポリマ系側壁保護膜１０ＷＣｌ_x系側壁保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高融点金属シリサイド層上に選択的に形
成された酸化シリコン系材料層パターンをエッチングマ
スクとするとともに、前記高融点金属シリサイド層を、フッ素系化学種以外の
ハロゲン系化学種を発生しうるガスと、酸素系化学種を発生しうるガスを含む混合ガスを用いて
プラズマエッチングする工程を有する配線形成方法であ
って、前記高融点金属シリサイド層上に接して、シリコン系緩
衝層を設け、前記シリコン系緩衝層上に前記酸化シリコ
ン系材料層パターンを形成してプラズマエッチングする
ことを特徴とする、配線形成方法。
【請求項２】シリコン系緩衝層は、多結晶シリコン層
および非晶質シリコン層のうちのいずれかであることを
特徴とする、請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】高融点金属シリサイド層上に選択的に形
成された酸化シリコン系材料層パターンをエッチングマ
スクとするとともに、前記高融点金属シリサイド層を、フッ素系化学種以外の
ハロゲン系化学種を発生しうるガスと、酸素系化学種を発生しうるガスを含む混合ガスを用いて
プラズマエッチングする工程を有する配線形成方法であ
って、前記酸化シリコン系材料層パターン上に接して、有機材
料層パターンを配設してプラズマエッチングすることを
特徴とする、配線形成方法。
【請求項４】有機材料層パターンは、酸化シリコン系
材料層パターンをパターニングする際に用いたレジスト
マスクにＯ₂プラズマ処理を施し、ハーフアッシングし
て残存させたものであることを特徴とする、請求項３記
載の配線形成方法。
【請求項５】酸化シリコン系材料層パターンをパター
ニングする際に、前記酸化シリコン系材料層パターン側
面に形成された炭素系ポリマ側壁保護膜を、Ｏ₂プラズ
マ処理により同時に除去することを特徴とする、請求項
４記載の配線形成方法。