JPH0945696A - 配線形成方法およびこれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高融点金属ポリサイド層を、疎密を有するレ
ジストパターンをマスクにプラズマエッチングする際の
寸法変換差を低減しうる配線形成方法、およびこれを用
いた均一な微細配線幅を有する半導体装置を提供する。 【構成】 高融点金属ポリサイド層５を、孤立ラインパ
ターンとラインアンドスペースパターンを有するレジス
トパターン６をマスクとし、Ｃｌ₂ ／Ｏ混合ガスにより
プラズマエッチングする。この際、孤立ラインパターン
近傍の酸素系化学種の濃度が孤立ラインパターン近傍の
酸素系化学種濃度より大きくなるプラズマエッチング条
件を設定する。 【効果】 孤立ラインパターン近傍の等方的ラジカル反
応が優勢となり、側壁保護膜の過剰な堆積が抑制され寸
法変換差が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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およびこれを用
いた半導体装置に関し、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を
含む配線形成方法およびこれを用いた半導体装置に関す
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
ロンからサブ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； Ｄｏｐｅｄ Ｐｏ
ｌｙｓｉｌｉｃｏｎ）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、エッチングレートに優れるものの、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
の問題が避けられず、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。とりわけ０．１
８μｍ以下のデザインルールのゲート電極・配線加工に
おいては、異方性を保ちつつ超高選択比を達成できるプ
ラズマエッチング方法および装置が必要である。これに
対し、近年ではＣｌ系ガスによる高密度プラズマエッチ
ングが主流となりつつあり、多結晶シリコンの場合に
は、下地のＳｉＯ₂ に対し３０を超える選択比が達成で
きるようになっている。

【０００４】Ｃｌ系ガスを用いたＷポリサイド層のプラ
ズマエッチングは、通常Ｃｌ₂ ／Ｏ₂ 混合ガスが用いら
れる。この場合には、Ｃｌ^* ラジカルおよびＯ^* ラジカ
ルによるエッチングの反応生成物として、Ｗポリサイド
の構成元素であるＷおよびＳｉの塩化物（ＷＣｌ_x およ
びＳｉＣｌ_x ）、もしくはオキシ塩化物（ＷＯＣｌ_xお
よびＳｉＯＣｌ_x ）等が形成される。

【０００５】これらの反応生成物のうち、比較的小さい
蒸気圧を有するＷＯＣｌ_x およびＳｉＣｌ_x はイオン入
射にアシストされる形で気化除去され、エッチングが進
行する一方、比較的小さい蒸気圧を有するＷＣｌ_x およ
びＳｉＯＣｌ_x は、エッチング中にイオン入射の少ない
パターン側面に堆積し、側壁保護膜となって異方性加工
に寄与する。Ｗの代表的な反応生成物であるＷＯＣｌ₄
およびＷＣｌ₆ の沸点はＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏ
ｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｉｓｉｃｓ ７
５ｔｈ．Ｅｄｉｔｉｏｎ（１９９４、ＣＲＣ Ｐｒｅｓ
ｓ）によれば次の値が報告されている。 ＷＯＣｌ₄ ２２７．５℃ ＷＣｌ₆ ３４６．７℃ このように、ＷＣｌ₆ はＷＯＣｌ₄ に比較して沸点が１
００℃以上高いので、被エッチング基板温度が低いか、
あるいは被エッチング基板上の酸素系化学種の量が不足
する場合には非常に厚い側壁保護膜を形成する。この傾
向は、Ｃｌ系ガス以外のハロゲン系ガスを用いた場合も
同様である。したがって、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
うるガスとの混合ガスにより高融点金属を含む配線層を
プラズマエッチングする配線形成方法においては、エッ
チング反応生成物中のオキシハロゲン化物の生成割合を
制御することが重要なエッチングパラメータとなる。

【０００６】ところで、米国半導体工業会（ＳＩＡ）が
まとめた２０１０年までの半導体技術ロードマップによ
れば、０．１８μｍ世代のゲート電極加工に許容される
寸法変換差（ＣＤ Ｌｏｓｓ； Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄ
ｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｌｏｓｓ）は１８ｎｍ以下すなわち
１０％以下とされている。寸法変換差が過大となると、
配線抵抗の変動やマイグレーション耐性の劣化等、半導
体装置の信頼性や均一性が低下する。これに対し、前述
のＷＣｌ_x 等高融点金属ハロゲン化物が堆積して形成さ
れる側壁保護膜の厚さは、５ｎｍ〜５０ｎｍと無視でき
ないレベルにある。したがってこの側壁保護膜の厚さに
起因する寸法変換差が発生し、高集積度半導体装置の製
造プロセスにおける大きな障害となる。

【０００７】被エッチング基板上に堆積する反応生成物
の総量については、被エッチング基板温度が低ければ多
く、逆に高ければ少ないので、被エッチング基板温度に
より制御することが可能である。したがって、被エッチ
ング基板全体として、反応生成物の堆積量を制御するこ
とは容易であり、異方性加工を確保できる最小限の厚さ
の側壁保護膜を堆積し、寸法変換差を最小限に抑えてプ
ラズマエッチングする方法が採用される。

【０００８】一方、１枚の被エッチング基板内におい
て、場所により側壁保護膜の厚さが異なる現象がある。
側壁保護膜の厚さは、特にエッチングで残すべき配線パ
ターン横のスペース幅に大きく依存する。この問題をを
図４（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。同図は半導体
基板１上のゲート絶縁膜２上に形成された多結晶シリコ
ン層３と高融点金属層４からなる高融点金属ポリサイド
層５をレジストパターン６をマスクとしてプラズマエッ
チングしている状態を示す。レジストパターン６は孤立
ラインパターン（図の右側）とラインアンドスペースパ
ターン（図の左側）が共存している。図４（ａ）では黒
矢印で示す反応生成物８が被エッチング層から除去され
つつある状態を示ている。同図に見られるように、孤立
ラインパターンの周囲は被エッチング層が広く露出して
いるので反応生成物８の発生量が多い。この反応生成物
８のうち、蒸気圧の小さい成分は孤立ラインパターンの
側面に堆積し、側壁保護膜７が厚く形成される。一方ラ
インアンドスペースパターンの周囲は被エッチング層の
露出面積が小さく、反応生成物８の発生量が少ない。し
たがってパターン側面に付着する側壁保護膜（図示せ
ず）の厚さも薄い。

【０００９】他方、一旦気化した反応生成物が高密度プ
ラズマ中で再解離し、被エッチング基板上に堆積する成
分もある。図４（ｂ）は破線矢印で示す再解離生成物９
の堆積の様子を示す図である。この場合にも孤立ライン
パターンの周囲は広く空いており、孤立パターンを臨む
見込み角θ_i が大きく、このため等方的に入射する堆積
物量は多いのでこの面からも側壁保護膜７は厚く堆積す
る。この反面、ラインアンドスペースパターンの周囲は
隣り合うパターンとの距離が狭く、このためラインアン
ドスペースパターンを臨む見込み角θ_lsは小さい。この
ため等方的に入射する堆積物量は少なく、この面からも
側壁保護膜（図示せず）は薄い。

【００１０】以上の理由により、ラインアンドスペース
パターン部分において異方性を確保しうる必要最小限の
側壁保護膜を形成しうるプラズマエッチング条件を採用
しても、寸法変換差はスペース幅に従って大きくなり、
孤立ラインパターンにおいては例えば２０ｎｍ以上に達
する寸法変換差が発生する。逆に孤立ラインパターンに
おいて異方性を確保しうる必要最小限の側壁保護膜を形
成しうるプラズマエッチング条件を採用した場合には、
ラインアンドスペースパターンにおいては側壁保護膜の
厚さが不足し、サイドエッチングによる負の寸法変換差
が発生する。これは現状のプラズマエッチング装置ある
いはプラズマエッチング方法では避けることができない
問題である。

【００１１】

【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し、この方法
を用いた半導体装置を提供することをその目的とする。
すなわち本発明の課題は、高融点金属を含む配線層をプ
ラズマエッチングするにあたり、パターンの疎密に起因
する寸法変換差の少ない配線形成方法を提供することで
ある。

【００１２】また本発明の別の課題は、高融点金属を含
む０．２μｍ幅以下の微細配線を用いた半導体装置にお
いて、パターン疎密に起因する寸法変換差が２０ｎｍ以
下である半導体装置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、孤立ラインパターンとラインアンドスペースパ
ターンとが共存するレジストマスクを用いるとともに、
フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種と、酸素系化学
種とにより、高融点金属を含む配線層を少なくとも等方
的ラジカル反応を含んでプラズマエッチングする配線形
成方法であって、孤立ラインパターンにおける等方的ラ
ジカル反応は、ラインアンドスペースパターンにおける
等方的ラジカル反応よりも優勢である条件を設定してプ
ラズマエッチングすることを特徴とするものである。

【００１４】本発明の好ましい実施態様においては、こ
の条件の設定は、混合エッチングガス中の酸素系化学種
を発生しうるガスの混合比により設定するものであるこ
とを特徴とする。本発明の別の好ましい実施態様におい
ては、この条件の設定は、エッチングチャンバ内壁材料
を酸素を含有する材料で構成するとともに、このエッチ
ングチャンバのスパッタリングによる酸素系化学種の供
給により設定するものであることを特徴とする。

【００１５】いずれの実施態様においても、孤立ライン
パターン近傍における酸素系化学種の濃度は、ラインア
ンドスペースパターン近傍における酸素系化学種の濃度
よりも大であることが望ましい。より具体的には、本発
明者が検討を加えた基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマ
エッチング装置あるいはマグネトロンＲＩＥ装置におけ
る結果によれば、孤立ラインパターン近傍における酸素
系化学種の濃度は２０％を超え、ラインアンドスペース
パターン近傍における酸素系化学種の濃度は２０％以下
であることが望ましい。ただしこの酸素系化学種の濃度
の数値は、基板温度やイオンエネルギといったエッチン
グ条件やエッチング装置、あるいは被エッチング層の種
類により、最適値が若干変動することもある。

【００１６】本発明の半導体装置は、孤立ラインパター
ンとラインアンドスペースパターンが共存する、高融点
金属を含む配線を用いた半導体装置であって、孤立パタ
ーンのパターン幅と、ラインアンドスペースパターンの
パターン幅は、いずれも０．２μｍ以下であるととも
に、孤立ラインパターンのパターン幅と、ラインアンド
スペースパターンのパターン幅の差は、２０ｎｍ以下で
あることを特徴とするものである。

【００１７】本発明における高融点金属を含む配線と
は、高融点金属配線、高融点金属シリサイド配線および
高融点金属ポリサイド配線のうちのいずれか１種であ
る。また本明細書中における配線とは、ゲート電極およ
びゲート電極から延在する配線等を含むものとする。

【００１８】本発明におけるフッ素系化学種以外のハロ
ゲン系化学種とは、塩素系化学種、臭素系化学種および
ヨウ素系化学種のうちのいずれかの化学種のことであ
る。

【００１９】

【作用】前述したように、高融点金属を含む配線層のプ
ラズマエッチングにおいて、寸法変換差に影響を及ぼす
主な要素は側壁保護膜の堆積厚さである。特にＣｌ₂ ／
Ｏ₂ 混合ガスのように、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採用する場合には、プラズマ中
の塩素系化学種の濃度が５％以下となると、蒸気圧の小
さいＷＣｌ_x の堆積が顕著に増加し側壁保護膜が厚くな
り、正の寸法変換差が生じる。逆にプラズマ中の塩素系
化学種の濃度が２０％以上となると、蒸気圧の大きなＷ
Ｏ_x Ｃｌ_y の生成が過剰となり、ＷＣｌ_x の堆積は減る
結果、ラジカル反応による等方性エッチング、すなわち
ボウイングもしくはサイドエッチングが高融点金属を含
む配線層に観察され、負の寸法変換差が発生する。この
関係をグラフ化して図５に示す。したがって、通常は酸
素系化学種の濃度を５〜２０％程度の範囲で制御し、側
壁保護膜の堆積量を制御して寸法変換差を低減すること
が行われる。なおここで例示した酸素系化学種の濃度
は、先述したようにエッチング条件やプラズマエッチン
グ装置、あるいは被エッチング層の種類により若干変動
するが、大方の目安としては上述した数値の範囲とな
る。実際には個々のプラズマエッチング装置や被エッチ
ング基板に応じて最適値ｘを予め実験により求めておく
ことが望ましい。

【００２０】ここで注意すべきことは、実際のエッチン
グに寄与する酸素系化学種の濃度は、原料の混合ガスに
添加される量と、マスクであるレジストパターン中の炭
素により消費（Ｃ＋Ｏ → ＣＯ↑）される量とのバラ
ンスにより決定される点である。この現象を本発明者は
着目し、エッチングガス中の酸素系化学種発生しうるガ
スの混合比、あるいはエッチングチャンバ内壁材料から
スパッタリングされる酸素系化学種の量を最適化するこ
とにより、レジストパターン密度が小さくＯ^* の消費量
が少ない孤立ラインパターン部分では酸素系化学種の濃
度が２０％を超える条件を設定してプラズマエッチング
を行い、これと同時に、レジストパターン密度が大きく
Ｏ^* の消費量が多いラインアンドスペースパターン部分
では酸素系化学種の濃度が２０％以下となる条件を設定
してプラズマエッチングを施すこととした。

【００２１】この条件設定により、反応生成物の絶対量
が多い孤立ラインパターン部分でのみ、ＷＯ_x Ｃｌ_y の
生成が卓越し、ＷＣｌ_x の堆積は減る結果、側壁保護膜
の厚さが薄くなる方向となり、寸法変換差はラインアン
ドスペースパターンでの寸法変換差と同様ごく少ないも
のとなる。この関係を示すのが図６（ａ）〜（ｂ）であ
る。図６（ａ）は図４（ａ）と同じ被エッチング基板を
プラズマエッチングしている状態であり、黒矢印で表す
反応生成物８と、破線矢印で表す再解離生成物９を共に
示してあり、図４（ａ）と図４（ｂ）を合成したもので
ある。ここでは孤立ラインパターンにおいて側壁保護膜
が厚く形成され、この結果配線が太り正の寸法変換差が
発生する様子を示す。一方図６（ｂ）は、酸素系化学種
１０の挙動を示す図であり、孤立ラインパターン部分で
はレジストパターンにより消費されるＯ^* 量が少なく、
したがってこの近傍におけるＯ^* 量が多くなり、側壁保
護膜の堆積が不十分となって配線が細り、ラジカル反応
による負の寸法変換差が発生する様子を示す。実際に
は、上述した正の寸法変換差と負の寸法変換差が競合し
て起こり、孤立ラインパターンにおける寸法変換差とラ
インアンドスペースパターンにおける寸法変換差を低減
する方向に働く。以上の関係をグラフ化したのが図７
（ａ）〜（ｂ）である。図７（ａ）は側壁保護膜の堆積
により正の寸法変換差が発生する反応（Ａ）、およびラ
ジカル反応により負の寸法変換差が発生する反応（Ｂ）
の各反応につき、配線パターン間のスペース幅依存性を
示す。一方図７（ｂ）は実際の寸法変換差の配線パター
ン間のスペース幅依存性を示し、（Ｃ）はラジカル反応
（Ｂ）がない場合、（Ｄ）はラジカル反応を最適化した
本発明の場合である。これにより、従来スペース幅の増
加とともに増大していた寸法変換差を孤立ラインパター
ン部分で抑制し、結果として寸法変換差のスペース幅依
存性を低減することが可能となった。

【００２２】したがって、高融点金属を含む０．２μｍ
幅以下の微細配線を用いた半導体装置において、パター
ン疎密に起因する寸法変換差が２０ｎｍ以下である半導
体装置を安定に提供することが可能となる。

【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、前述の説明で参照した図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、混合エッチングガス中の酸素系化学種を発
生しうるガスの混合比を最適化することにより寸法変換
差を制御した例であり、これを図１（ａ）〜（ｂ）およ
び図２を参照して説明する。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絶縁膜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層５
を形成する。多結晶シリコン層３の減圧ＣＶＤ条件は一
例として ＳｉＨ₄ ５００ ｓｃｃｍ ＰＨ₃ ０．３５ ｓｃｃｍ ガス圧力 １００ Ｐａ 基板温度 ５００ ℃ であり、また高融点金属シリサイド層４の減圧ＣＶＤ条
件は一例として ＷＦ₆ ３ ｓｃｃｍ ＳｉＨ₄ ３００ ｓｃｃｍ Ｈｅ ５００ ｓｃｃｍ ガス圧力 ７０ Ｐａ 基板温度 ３６０ ℃ である。高融点金属シリサイド層４上に化学増幅型レジ
ストを塗布し、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幅のレジストパターン６を形
成する。レジストパターン６は、孤立ラインパターンと
ラインアンドスペースパターンが共存している。このパ
ターン疎密は、例えばＤＲＡＭにおるメモリセル領域と
周辺回路領域におけるパターンレイアウト等に見られる
ものである。図１（ａ）に示すこのサンプルを被エッチ
ング基板とする。

【００２５】この被エッチング基板１１を図２にその概
略断面図を示す、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１２上に載置する。同装置
は図示しないマグネトロンにより発生する２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を導波管１４により石英チャンバ１５に
導入し、ソレノイドコイル１６が発生する０．０８７５
Ｔの磁場との相互作用により石英チャンバ１５内にＥＣ
Ｒ放電によるプラズマを生成するものである。基板ステ
ージ１２には２．０ＭＨｚの基板バイアス電源１３を接
続する。なお同図では、ガス導入孔や真空ポンプ等の細
部は図示を省略する。

【００２６】次に一例として下記プラズマエッチング条
件により、高融点金属ポリサイド層５をパターニングす
る。 Ｃｌ₂ ７５ ｓｃｃｍ Ｏ₂ ２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．５ Ｐａ マイクロ波電力 ８５０ Ｗ 基板バイアス電力 ９０ Ｗ 基板温度 ５０ ℃ 本エッチング条件におけるＯ₂ の混合比は２１．１％で
ある。しかし被エッチング基板１１上における酸素系化
学種（Ｏ^* ）の濃度は、孤立ラインパターン近傍では実
質的に２０％超が維持されたのに対し、ラインアンドス
ペースパターン近傍では２０％以下となった。これは孤
立ラインパターン近傍ではレジストパターン６が少ない
ので酸素系化学種の消費が少なく、ラインアンドスペー
スパターン近傍はこの逆であるためである。

【００２７】このため本来反応生成物や再解離生成物が
多く堆積する孤立ラインパターン近傍において、ＷＯＣ
ｌ_x 生成のラジカル反応が促進され、結果的に孤立ライ
ンパターンとラインアンドスペースパターンにおける寸
法変換差は均一化され、いずれも２０ｎｍ以下であっ
た。プラズマエッチング終了後の高融点金属ポリサイド
層５からなる配線の状態を図１（ｂ）に示す。

【００２８】本実施例によれば、混合ガス中の酸素系化
学種の混合比を最適化することにより、レジストパター
ンの疎密に起因する寸法変換差やサイドエッチングを抑
制することが可能である。

【００２９】実施例２ 本実施例はエッチングチャンバ内壁のスパッタリングに
より酸素系化学種を供給しその濃度を制御することによ
り寸法変換差を抑制した例であり、これを再び図１
（ａ）〜（ｂ）および図３を参照して説明する。図１
（ａ）に示す被エッチング基板は前実施例１と同様の構
成であるので重複する説明を省略する。この被エッチン
グ基板１１を図３にその概略断面図を示す、トライオー
ド型ＲＩＥ装置の基板ステージ（カソード電極）１２上
に載置する。同装置の基板ステージ１２には一例として
１００ｋＨｚの第１のＲＦ電源１４を接続し、対向する
アノード電極１５との間にプラズマを生成し、また基板
ステージ１２上にイオンシースを形成する。同装置のト
ライオード電極１６は石英スリーブによるチャンバ内壁
（図示せず）の外側に接して形成し、ここには一例とし
て１３．５６ＭＨｚの第２のＲＦ電源１７を接続する。
さらにトライオード電極１６の外周には図示しない磁石
を配設し、マグネトロン運動によりチャンバ内壁より効
率よく酸素系化学種を供給することが可能であるととも
に、その供給量は第２のＲＦ電源１７の印加電力により
制御可能である。なお同図でもエッチングガス導入孔や
真空ポンプ等の細部は図示を省略する。

【００３０】次に一例として下記プラズマエッチング条
件により、高融点金属ポリサイド層５をパターニングす
る。 Ｃｌ₂ ７５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．４ Ｐａ 第１のＲＦ電力 １２００ Ｗ 第２のＲＦ電力 ２０ Ｗ 基板温度 ７０ ℃ 本エッチング条件においてはエッチングガス中に酸素系
化学種を添加していないが、石英チャンバ内壁がスパッ
タリングされることにより生成するＯ^* がチャンバ内に
供給される。被エッチング基板１１上におけるＯ^* の濃
度は、孤立ラインパターン近傍では実質的に２０％超と
なるのに対し、ラインアンドスペースパターン近傍では
２０％以下となった。これは孤立ラインパターン近傍で
はレジストパターン６が少ないので酸素系化学種の消費
が少なく、ラインアンドスペースパターン近傍はこの逆
であるためである。

【００３１】このため本来反応生成物や再解離生成物が
多く堆積する孤立ラインパターン近傍において、ＷＯＣ
ｌ_x 生成のラジカル反応が促進され、結果的に孤立ライ
ンパターンとラインアンドスペースパターンにおける寸
法変換差は均一化され、いずれも２０ｎｍ以下であっ
た。プラズマエッチング終了後の高融点金属ポリサイド
層５からなる配線の状態を図１（ｂ）に示す。

【００３２】本実施例によれば、石英チャンバのスパッ
タリングにより酸素系化学種を供給し、その濃度を最適
化することにより、レジストパターンの疎密に起因する
寸法変換差やサイドエッチングを抑制することが可能で
ある。なお本実施例ではエッチングガスはＣｌ₂ 単独で
あるが、Ｏ₂ を少量添加した混合ガスを用い、不足する
酸素系化学種をエッチングチャンバのスパッタリングに
より補充してもよい。

【００３３】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。

【００３４】例えば、高融点金属を含む配線層としてＷ
ポリサイド層のパターニングを例示したが、Ｗ等の高融
点金属層、ＷＳｉ_x 等の高融点金属シリサイド層のパタ
ーニングであってもよい。また高融点金属として、Ｗ以
外にＭｏ、Ｔａ、Ｔｉ等、ハロゲン化物とオキシハロゲ
ン化物の蒸気圧に差がある金属に広く適用することがで
きる。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
程等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。

【００３５】また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Ｂｒ
₂ 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。

【００３６】さらに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、
Ｈ₂ Ｏ等プラズマ中でＯ^* を発生しうるガスを適宜使用
できる。

【００３７】その他エッチング装置や被エッチング基板
構造等、本発明の技術的思想の範囲内で適宜変更するこ
とが可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の配線形成方法によればパターンの疎密に起因する寸法
変換差を制御した、高融点金属を含む配線層のプラズマ
エッチングが可能となる。

【００３９】また本発明の半導体装置によれば、パター
ンに疎密がある高融点金属を含む微細配線の寸法変換差
を制御し、均一性、信頼性にすぐれた半導体装置を提供
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施例を、その工程順に説明
する概略断面図であり、（ａ）は下地ゲート絶縁膜上に
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、さらに孤立ラインパタ
ーンとラインアンドスペースパターンを有するレジスト
パターンを形成した状態であり、（ｂ）は高融点金属ポ
リサイド層からなる配線が完成した状態である。

【図２】本発明を適用した実施例１で採用するプラズマ
エッチング装置の概略断面図である。

【図３】本発明を適用した実施例２で採用するプラズマ
エッチング装置の概略断面図である。

【図４】側壁保護膜の堆積厚さのスペース幅依存性を示
す概念図であり、（ａ）は反応生成物によるもの、
（ｂ）は再解離生成物によるものである。

【図５】寸法変換差の酸素系化学種濃度依存性を示すグ
ラフである。

【図６】寸法変換差のスペース幅依存性を示す概念図で
あり、（ａ）は正の寸法変換差を、（ｂ）は負の寸法変
換差を示す。

【図７】プラズマエッチング反応量および寸法変換差の
スペース幅依存性を示すグラフであり（ａ）は反応量
を、（ｂ）は寸法変換差を示す。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ ゲート絶縁膜 ３ 多結晶シリコン層 ４ 高融点金属シリサイド層 ５ 高融点金属ポリサイド層 ６ レジストパターン ７ 側壁保護膜 ８ 反応生成物 ９ 再解離生成物 １１ 被エッチング基板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 孤立ラインパターンとラインアンドスペ
   ースパターンとが共存するレジストマスクを用いるとと
   もに、 フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種と、酸素系化学
   種とにより、 高融点金属を含む配線層を少なくとも等方的ラジカル反
   応を含んでプラズマエッチングする配線形成方法であっ
   て、 前記孤立ラインパターンにおける等方的ラジカル反応
   は、 前記ラインアンドスペースパターンにおける等方的ラジ
   カル反応よりも優勢である条件を設定してプラズマエッ
   チングすることを特徴とする配線形成方法。
2. 【請求項２】 条件の設定は、混合エッチングガス中の
   酸素系化学種を発生しうるガスの混合比により設定する
   ものであることを特徴とする、請求項１記載の配線形成
   方法。
3. 【請求項３】 条件の設定は、エッチングチャンバ内壁
   材料を酸素を含有する材料で構成するとともに、 前記エッチングチャンバ内壁のスパッタリングによる酸
   素系化学種の供給により設定するものであることを特徴
   とする、請求項１記載の配線形成方法。
4. 【請求項４】 孤立ラインパターン近傍における酸素系
   化学種の濃度は、 ラインアンドスペースパターン近傍における酸素系化学
   種の濃度よりも大であることを特徴とする、請求項１記
   載の配線形成方法。
5. 【請求項５】 孤立ラインパターン近傍における酸素系
   化学種の濃度は２０％を超え、 ラインアンドスペースパターン近傍における酸素系化学
   種の濃度は２０％以下であることを特徴とする、請求項
   １記載の配線形成方法。
6. 【請求項６】 高融点金属を含む配線層は、高融点金属
   層、高融点金属シリサイド層および高融点金属ポリサイ
   ド層のうちのいずれか１種であることを特徴とする、請
   求項１記載の配線形成方法。
7. 【請求項７】 孤立ラインパターンとラインアンドスペ
   ースパターンが共存する高融点金属を含む配線を用いた
   半導体装置であって、 前記孤立ラインパターンのパターン幅と、前記ラインア
   ンドスペースパターンのパターン幅は、いずれも０．２
   μｍ以下であるとともに、 前記孤立ラインパターンのパターン幅と、前記ラインア
   ンドスペースパターンのパターン幅の差は、２０ｎｍ以
   下であることを特徴とする半導体装置。
8. 【請求項８】 高融点金属を含む配線は、高融点金属配
   線、高融点金属シリサイド配線および高融点金属ポリサ
   イド配線のうちのいずれか１種であることを特徴とす
   る、請求項７記載の半導体装置。