JPH09289213A - 高融点金属配線形成方法 - Google Patents
高融点金属配線形成方法Info
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- JPH09289213A JPH09289213A JP10028196A JP10028196A JPH09289213A JP H09289213 A JPH09289213 A JP H09289213A JP 10028196 A JP10028196 A JP 10028196A JP 10028196 A JP10028196 A JP 10028196A JP H09289213 A JPH09289213 A JP H09289213A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 微細幅の高融点金属配線を、エッチングマス
クとの選択比を充分に確保しつつ、実用的なエッチング
レートでパターニングする。 【解決手段】 エッチングマスクとしてＡｌ系金属層６
を採用する。このＡｌ系金属層上に反射防止層を形成し
てもよい。 【効果】 Ａｌ系金属層６表面はエッチング耐性の高い
ＡｌＦ3 に変換され、エッチングマスクとしての機能を
充分に果たす。Ａｌ系金属層６マスクは、高融点金属層
５の下層のＴｉ系材料層４のパターニング時に同時に除
去できるので、スループット低下の虞れはなく、配線ア
スペクト比の増加もない。
クとの選択比を充分に確保しつつ、実用的なエッチング
レートでパターニングする。 【解決手段】 エッチングマスクとしてＡｌ系金属層６
を採用する。このＡｌ系金属層上に反射防止層を形成し
てもよい。 【効果】 Ａｌ系金属層６表面はエッチング耐性の高い
ＡｌＦ3 に変換され、エッチングマスクとしての機能を
充分に果たす。Ａｌ系金属層６マスクは、高融点金属層
５の下層のＴｉ系材料層４のパターニング時に同時に除
去できるので、スループット低下の虞れはなく、配線ア
スペクト比の増加もない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置等に用い
る高融点金属配線の形成方法に関し、更に詳しくは、微
細幅の高融点金属配線をエッチングマスクとの寸法変換
差やエッチングレートの低下をきたすことなくパターニ
ングすることが可能な高融点金属配線の形成方法に関す
る。
る高融点金属配線の形成方法に関し、更に詳しくは、微
細幅の高融点金属配線をエッチングマスクとの寸法変換
差やエッチングレートの低下をきたすことなくパターニ
ングすることが可能な高融点金属配線の形成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積化が進展
するにともない、内部配線や電極等の線幅の微細化が進
行しつつある。ＭＯＳトランジスタのゲート電極等に適
用される最小デザインルールは、ＤＲＡＭ(Dynamic Ran
dom Access Memory)を例にとると、１６ＭＤＲＡＭで
０．５μｍ、６４ＭＤＲＡＭで０．３５μｍ、そして次
世代の２５６ＭＤＲＡＭでは０．２５μｍとされてい
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。
するにともない、内部配線や電極等の線幅の微細化が進
行しつつある。ＭＯＳトランジスタのゲート電極等に適
用される最小デザインルールは、ＤＲＡＭ(Dynamic Ran
dom Access Memory)を例にとると、１６ＭＤＲＡＭで
０．５μｍ、６４ＭＤＲＡＭで０．３５μｍ、そして次
世代の２５６ＭＤＲＡＭでは０．２５μｍとされてい
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、半導体装置の第１層金属配線材料に近年
Ｗ、ＭｏやＴａ等の高融点金属配線を採用する動向が増
えている。これら高融点金属配線はＡｌ系金属配線に比
較して著しくその剛性が大きいのでストレスマイグレー
ション耐性が高く、またエレクトロマイグレーション耐
性も高いことが例えば第３５回応用物理学関係連合講演
会（１９８８年春季年会）講演予稿集ｐ６４２、講演番
２９ｐ−Ｖ−９に報告があり、広く知られているところ
である。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。
１つとして、半導体装置の第１層金属配線材料に近年
Ｗ、ＭｏやＴａ等の高融点金属配線を採用する動向が増
えている。これら高融点金属配線はＡｌ系金属配線に比
較して著しくその剛性が大きいのでストレスマイグレー
ション耐性が高く、またエレクトロマイグレーション耐
性も高いことが例えば第３５回応用物理学関係連合講演
会（１９８８年春季年会）講演予稿集ｐ６４２、講演番
２９ｐ−Ｖ−９に報告があり、広く知られているところ
である。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
高融点金属層のパターニングに用いるエッチャントであ
るフッ素ラジカル（Ｆ* ）は、エッチングマスクである
フォトレジストとも反応しやすいのでこれを浸す。この
ため、塩素ラジカル（Ｃｌ* ）をエッチャントとするＡ
ｌ系金属配線のパターニングに比較すると、対レジスト
マスク選択比は一般的に劣る傾向にある。またデザイン
ルールの微細化に伴ってレジストマスクの薄膜化も進ん
でおり、なおかつ化学増幅レジストに代表されるように
フォトレジスト樹脂材料自身の耐ドライエッチング性も
低下する方向にある。このように、僅かの寸法変換差も
許容し難い０．５μｍ以下の微細幅の高融点金属層のパ
ターニングにおいては、レジストマスクとのエッチング
選択比の面からは不利な条件が揃っており、レジストマ
スクの後退による負の加工寸法変換差の発生が実用化の
妨げとなっている。
高融点金属層のパターニングに用いるエッチャントであ
るフッ素ラジカル（Ｆ* ）は、エッチングマスクである
フォトレジストとも反応しやすいのでこれを浸す。この
ため、塩素ラジカル（Ｃｌ* ）をエッチャントとするＡ
ｌ系金属配線のパターニングに比較すると、対レジスト
マスク選択比は一般的に劣る傾向にある。またデザイン
ルールの微細化に伴ってレジストマスクの薄膜化も進ん
でおり、なおかつ化学増幅レジストに代表されるように
フォトレジスト樹脂材料自身の耐ドライエッチング性も
低下する方向にある。このように、僅かの寸法変換差も
許容し難い０．５μｍ以下の微細幅の高融点金属層のパ
ターニングにおいては、レジストマスクとのエッチング
選択比の面からは不利な条件が揃っており、レジストマ
スクの後退による負の加工寸法変換差の発生が実用化の
妨げとなっている。
【０００５】エッチング選択比を向上する試みとして、
レジスト以外のハードマスクとしてＴｉ金属膜をエッチ
ングマスクとするＷのプラズマエッチング方法が例えば
第５６回応用物理学会学術講演会（１９９５年秋季年
会）講演予稿集ｐ５０８、講演番号２６ａ−ＺＴ−１０
に報告されている。この方法によれば、エッチングマス
クとの選択比は向上するものの、反応生成物であるＴｉ
のフッ化物（ＴｉＦx ）がＷ表面を被覆するため、実用
的なエッチングレートが得られない問題点がある。
レジスト以外のハードマスクとしてＴｉ金属膜をエッチ
ングマスクとするＷのプラズマエッチング方法が例えば
第５６回応用物理学会学術講演会（１９９５年秋季年
会）講演予稿集ｐ５０８、講演番号２６ａ−ＺＴ−１０
に報告されている。この方法によれば、エッチングマス
クとの選択比は向上するものの、反応生成物であるＴｉ
のフッ化物（ＴｉＦx ）がＷ表面を被覆するため、実用
的なエッチングレートが得られない問題点がある。
【０００６】本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み
て案出されたものであり、エッチングマスクとの選択比
を充分確保しつつ、エッチングレートの低下をきたすこ
とのない、Ｗ等の高融点金属配線の形成方法を提供する
ことをその課題とする。また本発明はマイグレーション
耐性にすぐれた微細幅の配線を、寸法変換差を生じるこ
となく信頼性高く形成しうる、高融点金属配線の形成方
法を提供することを課題とする。
て案出されたものであり、エッチングマスクとの選択比
を充分確保しつつ、エッチングレートの低下をきたすこ
とのない、Ｗ等の高融点金属配線の形成方法を提供する
ことをその課題とする。また本発明はマイグレーション
耐性にすぐれた微細幅の配線を、寸法変換差を生じるこ
となく信頼性高く形成しうる、高融点金属配線の形成方
法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の高融点金属配線
形成方法は、上述の課題を解決するために発案したもの
であり、下地材料層上に高融点金属層、Ａｌ系金属層お
よびレジストパターンを形成する工程、レジストパター
ンをエッチングマスクにして、まずＡｌ系金属層をパタ
ーニングする工程、レジストパターンをアッシングする
工程、Ａｌ系金属層パターンをエッチングマスクにし
て、高融点金属層をパターニングする工程、Ａｌ系金属
層パターンを除去する工程、以上の各工程を有すること
を特徴とするものである。
形成方法は、上述の課題を解決するために発案したもの
であり、下地材料層上に高融点金属層、Ａｌ系金属層お
よびレジストパターンを形成する工程、レジストパター
ンをエッチングマスクにして、まずＡｌ系金属層をパタ
ーニングする工程、レジストパターンをアッシングする
工程、Ａｌ系金属層パターンをエッチングマスクにし
て、高融点金属層をパターニングする工程、Ａｌ系金属
層パターンを除去する工程、以上の各工程を有すること
を特徴とするものである。
【０００８】本発明の一実施態様においては、下地材料
層と高融点金属層との間にはＴｉ系材料層をさらに有
し、Ａｌ系金属層パターンを除去する工程と同時に、露
出したこのＴｉ系材料層を除去する工程を有することが
望ましい。また本発明の別の一実施態様としては、Ａｌ
系金属層上に反射防止層をさらに有し、Ａｌ系金属層を
パターニングする工程に先立ちこの反射防止層をパター
ニングする工程と、Ａｌ系金属層をパターニングする工
程の後にこの反射防止層パターンを除去する工程をと有
することが望ましい。
層と高融点金属層との間にはＴｉ系材料層をさらに有
し、Ａｌ系金属層パターンを除去する工程と同時に、露
出したこのＴｉ系材料層を除去する工程を有することが
望ましい。また本発明の別の一実施態様としては、Ａｌ
系金属層上に反射防止層をさらに有し、Ａｌ系金属層を
パターニングする工程に先立ちこの反射防止層をパター
ニングする工程と、Ａｌ系金属層をパターニングする工
程の後にこの反射防止層パターンを除去する工程をと有
することが望ましい。
【０００９】次に作用の説明に移る。本発明はＷ等の高
融点金属層パターニング時のハードマスクとして、Ａｌ
系金属層パターンを用いた点に特徴を有する。高融点金
属層のプラズマエッチング中、Ａｌ系金属層パターンは
フッ素系プラズマに曝されるため、Ａｌ系金属パターン
表面はフッ化物で薄く被覆される。Ａｌのフッ化物であ
るＡｌＦ3 はその昇華点が１２９１℃と極めて高く、選
択比の高いエッチングマスクとしての機能に充分に果た
す。またＡｌＦ3 はその昇華点から予想されるように難
スパッタリング性物質であり、イオン照射によりスパッ
タリングされて高融点金属層表面に付着し、エッチング
レートを低下する虞れがない。この点、先述したＴｉ膜
をエッチングマスクとし、この場合Ｔｉ膜表面や高融点
金属層表面がＴｉＦ4 （昇華点２８４℃）を代表とする
フッ化チタンで被覆される従来技術と大きく異なる。下
地材料層と高融点金属層との間にＴｉやＴｉＮ等のＴｉ
系材料層を密着層あるいはバリアメタル層として挿入す
る場合には、高融点金属配線のパターニング後、露出し
たこのＴｉ系材料層を除去する際にＣｌ* を用いれば、
エッチングマスクとしてのＡｌ系金属層パターンも同時
に除去される。このためＡｌ系金属層パターン除去のた
めに工程数が増加することはなく、また高融点金属配線
の実質的なアスペクト比を増大することもない。
融点金属層パターニング時のハードマスクとして、Ａｌ
系金属層パターンを用いた点に特徴を有する。高融点金
属層のプラズマエッチング中、Ａｌ系金属層パターンは
フッ素系プラズマに曝されるため、Ａｌ系金属パターン
表面はフッ化物で薄く被覆される。Ａｌのフッ化物であ
るＡｌＦ3 はその昇華点が１２９１℃と極めて高く、選
択比の高いエッチングマスクとしての機能に充分に果た
す。またＡｌＦ3 はその昇華点から予想されるように難
スパッタリング性物質であり、イオン照射によりスパッ
タリングされて高融点金属層表面に付着し、エッチング
レートを低下する虞れがない。この点、先述したＴｉ膜
をエッチングマスクとし、この場合Ｔｉ膜表面や高融点
金属層表面がＴｉＦ4 （昇華点２８４℃）を代表とする
フッ化チタンで被覆される従来技術と大きく異なる。下
地材料層と高融点金属層との間にＴｉやＴｉＮ等のＴｉ
系材料層を密着層あるいはバリアメタル層として挿入す
る場合には、高融点金属配線のパターニング後、露出し
たこのＴｉ系材料層を除去する際にＣｌ* を用いれば、
エッチングマスクとしてのＡｌ系金属層パターンも同時
に除去される。このためＡｌ系金属層パターン除去のた
めに工程数が増加することはなく、また高融点金属配線
の実質的なアスペクト比を増大することもない。
【００１０】
【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。
照しながら説明する。
【００１１】実施例１ 本実施例は、Ａｌ系金属層上に直接レジストパターンを
形成した例であり、これを図１を参照して説明する。本
実施例で採用した被エッチング基板は、図１（ａ）に示
すように層間絶縁膜等の下地材料層１上に、Ｔｉ層２お
よびＴｉＮ層３からなるＴｉ系材料層４、主導電層とな
るＷからなる高融点金属層５、エッチングマスクとなる
Ａｌ系金属層６およびレジストパターン８がこの順に順
次形成されたものである。層間絶縁膜等の下地材料層１
には図示しない接続孔が開口され、これも図示しないシ
リコン等の半導体基板の不純物拡散層とＴｉ系材料層４
や高融点金属層５が接続される構造であってもよい。な
おＴｉ系材料層４は、デバイス構造上不要であれば省略
してもよい。各層は一例として、オーミックコンタクト
層あるいは密着層としてのタＴｉ層２が３０ｎｍ、バリ
ア層としてのＴｉＮ層３が７０ｎｍで、これらからなる
Ｔｉ系材料層４はスパッタリングあるいはプラズマＣＶ
Ｄにより形成した後、ＲＴＡ(Rapid Thermal Annealin
g) により６００℃の熱処理を施したものである。また
高融点金属層５はブランケットＣＶＤにより４５０ｎｍ
の厚さに、Ａｌ系金属層６は、スパッタリングにより５
０ｎｍの厚さに形成した。またレジストパターン８はこ
れも一例としてポジ型化学増幅レジストを３００ｎｍの
厚さに形成し、これをエキシマレーザリソグラフィによ
り０．２５ｎｍの幅にパターニングしたものである。な
お被エッチング基板の径は８インチのものを使用した。
形成した例であり、これを図１を参照して説明する。本
実施例で採用した被エッチング基板は、図１（ａ）に示
すように層間絶縁膜等の下地材料層１上に、Ｔｉ層２お
よびＴｉＮ層３からなるＴｉ系材料層４、主導電層とな
るＷからなる高融点金属層５、エッチングマスクとなる
Ａｌ系金属層６およびレジストパターン８がこの順に順
次形成されたものである。層間絶縁膜等の下地材料層１
には図示しない接続孔が開口され、これも図示しないシ
リコン等の半導体基板の不純物拡散層とＴｉ系材料層４
や高融点金属層５が接続される構造であってもよい。な
おＴｉ系材料層４は、デバイス構造上不要であれば省略
してもよい。各層は一例として、オーミックコンタクト
層あるいは密着層としてのタＴｉ層２が３０ｎｍ、バリ
ア層としてのＴｉＮ層３が７０ｎｍで、これらからなる
Ｔｉ系材料層４はスパッタリングあるいはプラズマＣＶ
Ｄにより形成した後、ＲＴＡ(Rapid Thermal Annealin
g) により６００℃の熱処理を施したものである。また
高融点金属層５はブランケットＣＶＤにより４５０ｎｍ
の厚さに、Ａｌ系金属層６は、スパッタリングにより５
０ｎｍの厚さに形成した。またレジストパターン８はこ
れも一例としてポジ型化学増幅レジストを３００ｎｍの
厚さに形成し、これをエキシマレーザリソグラフィによ
り０．２５ｎｍの幅にパターニングしたものである。な
お被エッチング基板の径は８インチのものを使用した。
【００１２】プラズマエッチング装置としては、インラ
インのアッシング装置が付属した基板バイアス印加型Ｅ
ＣＲプラズマエッチング装置を採用した。本プラズマエ
ッチング装置は、基板バイアス周波数の切り替え手段、
エタノール冷媒等による基板ステージ冷却手段等を有す
るものである。まず最初に、レジストパターン８の形状
をＡｌ系金属層６に転写した。Ａｌ系金属層６のプラズ
マエッチングは一例として下記条件によった。 Ａｌ系金属層プラズマエッチング条件 ＢＣｌ3 ８０ ｓｃｃｍ Ｃｌ2 １２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．０ Ｐａ マイクロ波パワー １０００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー １００ Ｗ（２．０ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ オーバーエッチング率 ５０ ％ Ａｌ系金属層６は５０ｎｍと薄いので、３００ｎｍの薄
膜レジストパターン８を採用しても充分なオーバーエッ
チングマージンをとることが可能であり、レジストパタ
ーン８の形状は正確に転写される。
インのアッシング装置が付属した基板バイアス印加型Ｅ
ＣＲプラズマエッチング装置を採用した。本プラズマエ
ッチング装置は、基板バイアス周波数の切り替え手段、
エタノール冷媒等による基板ステージ冷却手段等を有す
るものである。まず最初に、レジストパターン８の形状
をＡｌ系金属層６に転写した。Ａｌ系金属層６のプラズ
マエッチングは一例として下記条件によった。 Ａｌ系金属層プラズマエッチング条件 ＢＣｌ3 ８０ ｓｃｃｍ Ｃｌ2 １２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．０ Ｐａ マイクロ波パワー １０００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー １００ Ｗ（２．０ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ オーバーエッチング率 ５０ ％ Ａｌ系金属層６は５０ｎｍと薄いので、３００ｎｍの薄
膜レジストパターン８を採用しても充分なオーバーエッ
チングマージンをとることが可能であり、レジストパタ
ーン８の形状は正確に転写される。
【００１３】つぎに被エッチング基板を大気に触れさせ
ることなくアッシング装置に搬送し、一例として下記条
件によりレジストパターン８のアッシングと残留塩素の
除去をおこなう。本アッシング装置は一例としてマイク
ロ波励起のダウンフロー型のものであるる。 アッシング条件 Ｏ2 ８００ ｓｃｃｍ ＩＰＡ(Isopropyl alchol)１００ ｓｃｃｍ ガス圧力 １８０ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） 基板温度 ２５０ ℃ オーバーエッチング率 １００ ％ アッシング終了後の被エッチング基板の状態を図１
（ｂ）に示す。
ることなくアッシング装置に搬送し、一例として下記条
件によりレジストパターン８のアッシングと残留塩素の
除去をおこなう。本アッシング装置は一例としてマイク
ロ波励起のダウンフロー型のものであるる。 アッシング条件 Ｏ2 ８００ ｓｃｃｍ ＩＰＡ(Isopropyl alchol)１００ ｓｃｃｍ ガス圧力 １８０ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） 基板温度 ２５０ ℃ オーバーエッチング率 １００ ％ アッシング終了後の被エッチング基板の状態を図１
（ｂ）に示す。
【００１４】つぎに図１（ｂ）に示す状態の被エッチン
グ基板を再び基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッチ
ング装置に戻し、Ａｌ系金属層６パターンをエッチング
マスクとして高融点金属層５をパターニングする。エッ
チング条件は一例として下記条件によった。 高融点金属層プラズマエッチング条件 ＣＨ2 Ｆ2 ５０ ｓｃｃｍ ＳＦ6 １５０ ｓｃｃｍ Ａｒ ２００ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２．０ Ｐａ マイクロ波パワー １６００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ４０ Ｗ（８００ｋＨｚ） 基板温度 −１０ ℃ オーバーエッチング率 ２０ ％ 本プラズマエッチング条件はＲＦバイアスを低く設定し
ており、またフッ素系ガスをメインエッチャントとして
いるため、Ａｌ系金属層６パターンはほとんどエッチン
グされず、したがって高融点金属層５パターンに寸法変
換差が発生することはない。さらにＣＨ2 Ｆ2 のプラズ
マ解離および再重合により堆積するＣＦ系ポリマが、側
壁保護膜９となってパターニングされつつある高融点金
属層５パターン側面に付着し、Ｆ* によるサイドエッチ
ングを防止する。プラズマエッチング終了後の被エッチ
ング基板の状態を図１（ｃ）に示す。
グ基板を再び基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッチ
ング装置に戻し、Ａｌ系金属層６パターンをエッチング
マスクとして高融点金属層５をパターニングする。エッ
チング条件は一例として下記条件によった。 高融点金属層プラズマエッチング条件 ＣＨ2 Ｆ2 ５０ ｓｃｃｍ ＳＦ6 １５０ ｓｃｃｍ Ａｒ ２００ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２．０ Ｐａ マイクロ波パワー １６００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ４０ Ｗ（８００ｋＨｚ） 基板温度 −１０ ℃ オーバーエッチング率 ２０ ％ 本プラズマエッチング条件はＲＦバイアスを低く設定し
ており、またフッ素系ガスをメインエッチャントとして
いるため、Ａｌ系金属層６パターンはほとんどエッチン
グされず、したがって高融点金属層５パターンに寸法変
換差が発生することはない。さらにＣＨ2 Ｆ2 のプラズ
マ解離および再重合により堆積するＣＦ系ポリマが、側
壁保護膜９となってパターニングされつつある高融点金
属層５パターン側面に付着し、Ｆ* によるサイドエッチ
ングを防止する。プラズマエッチング終了後の被エッチ
ング基板の状態を図１（ｃ）に示す。
【００１５】続けて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エッチングガスを切り替え、Ｔ
ｉ系材料層４をパターニングすると同時に、Ａｌ系金属
層６パターンも除去する。 Ｔｉ系材料層／Ａｌ系金属層プラズマエッチング条件 Ｃｌ2 ２００ ｓｃｃｍ Ａｒ ２００ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２．０ Ｐａ マイクロ波パワー １６００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ６０ Ｗ（２．０ＭＨｚ） 基板温度 −１０ ℃ オーバーエッチング率 ５０ ％ 本プラズマエッチングはＣｌ* をメイネッチャントとす
るものであり、Ｗからなる高融点金属層５パターンは殆
どエッチングされず、Ｔｉ系材料層４パターニング時の
エッチングマスクとしても機能する。また本エッチング
条件により、同時にＡｌ系金属層６パターンも完全にエ
ッチオフされるので、配線のアスペクト比を上昇させる
こともない。エッチング終了後の被エッチング基板の状
態を図１（ｄ）に示す。
ズマエッチング装置内でエッチングガスを切り替え、Ｔ
ｉ系材料層４をパターニングすると同時に、Ａｌ系金属
層６パターンも除去する。 Ｔｉ系材料層／Ａｌ系金属層プラズマエッチング条件 Ｃｌ2 ２００ ｓｃｃｍ Ａｒ ２００ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２．０ Ｐａ マイクロ波パワー １６００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ６０ Ｗ（２．０ＭＨｚ） 基板温度 −１０ ℃ オーバーエッチング率 ５０ ％ 本プラズマエッチングはＣｌ* をメイネッチャントとす
るものであり、Ｗからなる高融点金属層５パターンは殆
どエッチングされず、Ｔｉ系材料層４パターニング時の
エッチングマスクとしても機能する。また本エッチング
条件により、同時にＡｌ系金属層６パターンも完全にエ
ッチオフされるので、配線のアスペクト比を上昇させる
こともない。エッチング終了後の被エッチング基板の状
態を図１（ｄ）に示す。
【００１６】本実施例によれば、Ａｌ系金属層パターン
をエッチングマスクにして高融点金属層をパターニング
することにより、充分な選択比を確保しつつ実用的なエ
ッチングレートを得ることができる。また高融点金属層
の下地のＴｉ系材料層をエッチングする際に、Ａｌ系金
属層パターンを同時にエッチオフすることができるの
で、スループットの低下や配線アスペクト比の上昇をも
たらすことがない。したがって、後工程の層間絶縁膜の
形成をステップカバレッジ良く施すことができる。
をエッチングマスクにして高融点金属層をパターニング
することにより、充分な選択比を確保しつつ実用的なエ
ッチングレートを得ることができる。また高融点金属層
の下地のＴｉ系材料層をエッチングする際に、Ａｌ系金
属層パターンを同時にエッチオフすることができるの
で、スループットの低下や配線アスペクト比の上昇をも
たらすことがない。したがって、後工程の層間絶縁膜の
形成をステップカバレッジ良く施すことができる。
【００１７】実施例２ 本実施例はエッチングマスクとなるＡｌ系金属層上に反
射防止層を形成し、レジストパターン露光時のＡｌ系金
属層からの反射を効果的に抑制することにより、精度の
高いパターニングをおこなった例であり、これを図２を
参照して説明する。
射防止層を形成し、レジストパターン露光時のＡｌ系金
属層からの反射を効果的に抑制することにより、精度の
高いパターニングをおこなった例であり、これを図２を
参照して説明する。
【００１８】本実施例で採用した図２（ａ）に示す被エ
ッチング基板およびプラズマエッチング装置は、基本的
には前実施例１に準じるものであり、相違点のみを説明
する。すなわち、図２（ａ）に示す被エッチング基板
は、高融点金属層５の形成段階迄は前実施例１で図１
（ａ）として示した被エッチング基板と同じである。本
実施例においては、この後高融点金属層５上にＡｌ系金
属層６とＴｉＮからなる反射防止層７とをスパッタリン
グにより形成した。各層の厚さは一例としてＡｌ系金属
層６が８０ｎｍ、反射防止層７は２０ｎｍである。
ッチング基板およびプラズマエッチング装置は、基本的
には前実施例１に準じるものであり、相違点のみを説明
する。すなわち、図２（ａ）に示す被エッチング基板
は、高融点金属層５の形成段階迄は前実施例１で図１
（ａ）として示した被エッチング基板と同じである。本
実施例においては、この後高融点金属層５上にＡｌ系金
属層６とＴｉＮからなる反射防止層７とをスパッタリン
グにより形成した。各層の厚さは一例としてＡｌ系金属
層６が８０ｎｍ、反射防止層７は２０ｎｍである。
【００１９】レジストパターン８は前実施例と同様に一
例としてポジ型化学増幅レジストを３００ｎｍの厚さに
形成し、これをエキシマレーザリソグラフィにより０．
２５ｎｍの幅にパターニングしたものである。本実施例
においては、露光時にＡｌ系金属層表面からの反射光が
激減するため、特に高融点金属層５表面が粗面の場合
や、段差を有する場合にも精度の高いレジストパターン
８を形成することが可能である。
例としてポジ型化学増幅レジストを３００ｎｍの厚さに
形成し、これをエキシマレーザリソグラフィにより０．
２５ｎｍの幅にパターニングしたものである。本実施例
においては、露光時にＡｌ系金属層表面からの反射光が
激減するため、特に高融点金属層５表面が粗面の場合
や、段差を有する場合にも精度の高いレジストパターン
８を形成することが可能である。
【００２０】つぎにレジストパターン８をエッチングマ
スクとし、レジストパターン８の形状を反射防止層７お
よびＡｌ系金属層６に転写した。反射防止層７およびＡ
ｌ系金属層６のプラズマエッチング条件は前実施例と同
様でよい。Ａｌ系金属層６は８０ｎｍと薄く、また反射
防止層７も２０ｎｍと薄いので、３００ｎｍの薄膜レジ
ストパターン８を採用しても充分なオーバーエッチング
マージンをとることが可能であり、レジストパターン８
の形状は極めて正確に転写される。この後のレジストパ
ターン８のアッシング工程と残留塩素の除去工程も前実
施例１と同様である。アッシング終了後の被エッチング
基板の状態を図２（ｂ）に示す。
スクとし、レジストパターン８の形状を反射防止層７お
よびＡｌ系金属層６に転写した。反射防止層７およびＡ
ｌ系金属層６のプラズマエッチング条件は前実施例と同
様でよい。Ａｌ系金属層６は８０ｎｍと薄く、また反射
防止層７も２０ｎｍと薄いので、３００ｎｍの薄膜レジ
ストパターン８を採用しても充分なオーバーエッチング
マージンをとることが可能であり、レジストパターン８
の形状は極めて正確に転写される。この後のレジストパ
ターン８のアッシング工程と残留塩素の除去工程も前実
施例１と同様である。アッシング終了後の被エッチング
基板の状態を図２（ｂ）に示す。
【００２１】つぎに本実施例においては、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
置に戻し、反射防止層７を除去する。 反射防止層プラズマエッチング条件 ＢＣｌ3 ８０ ｓｃｃｍ Ｃｌ2 ４０ ｓｃｃｍ Ａｒ ８０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．０ Ｐａ マイクロ波パワー １０００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー １００ Ｗ（２．０ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ 本プラズマエッチングにおいては、予め同じプラズマエ
ッチング条件によりＴｉＮのエッチングレートを求めて
おき、時間コントロールエッチングにより反射防止層７
ををエッチオフする。この際、ＴｉＮ４０ｎｍ相当（オ
ーバーエッチング１００％に相当）のエッチング時間を
採用すれば、反射防止層７は完全に除去される。この際
Ａｌ系金属層６も一部除去されるが、上述した条件を採
用すればＡｌ系金属層６を５０ｎｍ程度残すことができ
る。他にプラズマの発光スペクトルをモニタし、Ｔｉの
発光スペクトルが完全に消失する時点、あるいはＡｌの
発光スペクトルが出現して定常値になる時点を終点と
し、反射防止層７を除去してもよい。反射防止層除去後
の被エッチング基板の状態を図２（ｃ）に示す。このよ
うに、Ａｌ系金属層６パターン上のＴｉＮからなる反射
防止層７を完全に除去しておき、Ａｌ系金属層６パター
ンのみをエッチングマスクとして用いる点が重要であ
り、これにより高融点金属層５のエッチングレートの低
下を防止することが可能となる。
基板を基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装
置に戻し、反射防止層７を除去する。 反射防止層プラズマエッチング条件 ＢＣｌ3 ８０ ｓｃｃｍ Ｃｌ2 ４０ ｓｃｃｍ Ａｒ ８０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．０ Ｐａ マイクロ波パワー １０００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー １００ Ｗ（２．０ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ 本プラズマエッチングにおいては、予め同じプラズマエ
ッチング条件によりＴｉＮのエッチングレートを求めて
おき、時間コントロールエッチングにより反射防止層７
ををエッチオフする。この際、ＴｉＮ４０ｎｍ相当（オ
ーバーエッチング１００％に相当）のエッチング時間を
採用すれば、反射防止層７は完全に除去される。この際
Ａｌ系金属層６も一部除去されるが、上述した条件を採
用すればＡｌ系金属層６を５０ｎｍ程度残すことができ
る。他にプラズマの発光スペクトルをモニタし、Ｔｉの
発光スペクトルが完全に消失する時点、あるいはＡｌの
発光スペクトルが出現して定常値になる時点を終点と
し、反射防止層７を除去してもよい。反射防止層除去後
の被エッチング基板の状態を図２（ｃ）に示す。このよ
うに、Ａｌ系金属層６パターン上のＴｉＮからなる反射
防止層７を完全に除去しておき、Ａｌ系金属層６パター
ンのみをエッチングマスクとして用いる点が重要であ
り、これにより高融点金属層５のエッチングレートの低
下を防止することが可能となる。
【００２２】この後、残されたＡｌ系金属層６パターン
のみをエッチングマスクとして高融点金属層５をパター
ニングする工程、Ｔｉ系材料層４のパターニングと同時
にＡｌ系金属層６パターンをエッチオフする工程は前実
施例１と同様であり、重複する説明は省略する。エッチ
ング終了後の被エッチング基板の状態を図２（ｄ）に示
す。
のみをエッチングマスクとして高融点金属層５をパター
ニングする工程、Ｔｉ系材料層４のパターニングと同時
にＡｌ系金属層６パターンをエッチオフする工程は前実
施例１と同様であり、重複する説明は省略する。エッチ
ング終了後の被エッチング基板の状態を図２（ｄ）に示
す。
【００２３】本実施例によれば、実施例１の効果に加
え、Ａｌ系金属層上に反射防止層を形成しておくことに
より、Ａｌ系金属層による精度の高いエッチングマスク
の形成ができ、結果として高融点金属層からなる配線も
極めて高精度のパターニングが可能である。
え、Ａｌ系金属層上に反射防止層を形成しておくことに
より、Ａｌ系金属層による精度の高いエッチングマスク
の形成ができ、結果として高融点金属層からなる配線も
極めて高精度のパターニングが可能である。
【００２４】以上、本発明を２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。
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。
【００２５】例えば、高融点金属層５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としては純Ａｌの他にＡｌ系金属配線形成用
のＡｌ−ＳｉやＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金を用いることがで
きる。
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としては純Ａｌの他にＡｌ系金属配線形成用
のＡｌ−ＳｉやＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金を用いることがで
きる。
【００２６】Ａｌ系金属層の下地となるＴｉ系材料層と
してはＴｉ層、ＴｉＮ層の他にＴｉＯＮ層やＴｉＷ層等
を単層あるいは積層して用いてよい。また反射防止層７
としてもＴｉＮの他にＴｉＯＮを用いることができる。
その他被エッチング基板構成やプラズマエッチング装
置、プラズマエッチング条件等は各種変更が可能であ
る。
してはＴｉ層、ＴｉＮ層の他にＴｉＯＮ層やＴｉＷ層等
を単層あるいは積層して用いてよい。また反射防止層７
としてもＴｉＮの他にＴｉＯＮを用いることができる。
その他被エッチング基板構成やプラズマエッチング装
置、プラズマエッチング条件等は各種変更が可能であ
る。
【００２７】
【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等の高融点金属層をエッチングマスクとの選
択比を充分確保しつつ、また実用的なエッチングレート
をもってパターニングすることができる。これにより、
特にサブハーフミクロン以下の微細なデザインルールに
基づく半導体装置の高融点金属配線を、寸法変換差を発
生することなく、高精度に形成することが可能となる。
よれば、Ｗ等の高融点金属層をエッチングマスクとの選
択比を充分確保しつつ、また実用的なエッチングレート
をもってパターニングすることができる。これにより、
特にサブハーフミクロン以下の微細なデザインルールに
基づく半導体装置の高融点金属配線を、寸法変換差を発
生することなく、高精度に形成することが可能となる。
【図１】本発明の実施例１を、その工程順に説明する概
略断面図である。
略断面図である。
【図２】本発明の実施例２を、その工程順に説明する概
略断面図である。
略断面図である。
１…下地材料層、２…Ｔｉ層、３…ＴｉＮ層、４…Ｔｉ
系材料層、５…高融点金属層、６…Ａｌ系金属層、７…
反射防止層、８…レジストパターン、９…側壁保護膜
系材料層、５…高融点金属層、６…Ａｌ系金属層、７…
反射防止層、８…レジストパターン、９…側壁保護膜
Claims (4)
- 【請求項１】 下地材料層上に高融点金属層、Ａｌ系金
属層およびレジストパターンを形成する工程、 前記レジストパターンをエッチングマスクにして、前記
Ａｌ系金属層をパターニングする工程、 前記レジストパターンをアッシングする工程、 前記Ａｌ系金属層パターンをエッチングマスクにして、
前記高融点金属層をパターニングする工程、 前記Ａｌ系金属層パターンを除去する工程、 以上の各工程を有することを特徴とする高融点金属配線
形成方法。 - 【請求項２】 下地材料層と高融点金属層との間にはＴ
ｉ系材料層をさらに有し、 前記Ａｌ系金属層パターンを除去する工程と同時に、露
出した前記Ｔｉ系材料層を除去する工程を有することを
特徴とする請求項１記載の高融点金属配線形成方法。 - 【請求項３】 Ａｌ系金属層上に反射防止層をさらに有
し、 前記Ａｌ系金属層をパターニングする工程に先立ち前記
反射防止層をパターニングする工程と、 前記Ａｌ系金属層をパターニングする工程の後に前記反
射防止層パターンを除去する工程をと有することを特徴
とする請求項１記載の高融点金属配線形成方法。 - 【請求項４】 高融点金属配線の線幅は、０．５μｍ以
下であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１
項記載の高融点金属配線形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10028196A JPH09289213A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 高融点金属配線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10028196A JPH09289213A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 高融点金属配線形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09289213A true JPH09289213A (ja) | 1997-11-04 |
Family
ID=14269821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10028196A Pending JPH09289213A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 高融点金属配線形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09289213A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1137058A1 (en) * | 2000-03-23 | 2001-09-26 | Motorola, Inc. | A method for pattering layers of semiconductor devices |
| KR100897813B1 (ko) * | 2007-10-18 | 2009-05-15 | 주식회사 동부하이텍 | 반도체 소자의 배선 형성 방법 |
-
1996
- 1996-04-22 JP JP10028196A patent/JPH09289213A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1137058A1 (en) * | 2000-03-23 | 2001-09-26 | Motorola, Inc. | A method for pattering layers of semiconductor devices |
| KR100897813B1 (ko) * | 2007-10-18 | 2009-05-15 | 주식회사 동부하이텍 | 반도체 소자의 배선 형성 방법 |
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