JPH0997797A

JPH0997797A - 積層配線の形成方法

Info

Publication number: JPH0997797A
Application number: JP25244395A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yanagida; 敏治柳田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｗ層とＡｌ系金属層とが積層された、マイグ
レーション耐性に優れた高信頼性積層配線を、サイドエ
ッチングやパーティクル汚染の発生を伴わずに形成す
る。【解決手段】エッチングガスとして、Ｈ₂Ｏ等のＨお
よびＯを構成元素とするガスと、塩素系化学種を発生し
うるガスとを含むガスにより、積層配線をプラズマエッ
チングする。【効果】高融点金属層４はオキシ塩化物を形成してエ
ッチングが進行するとともに、高融点金属の塩化物を含
む側壁保護膜８が形成され異方性加工される。またＦ系
ガスを用いないので、ＡｌＣｌ_xＯ_y等を含むＡｌ系金
属層５の側壁保護膜８がＡｌＦ_xに変質し、これがフェ
ンス状残渣となってパーティクルとなることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【配線の属する技術分野】本発明は半導体装置等の内部
配線に用いる積層配線の形成方法に関し、更に詳しく
は、Ｗ等の高融点金属層と、Ａｌ系金属層とが積層され
た構造を有する微細幅の積層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。従来より内部配線材料
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
する場合があり、デバイス信頼性の上で大きな問題とな
っている。

【０００３】このような各種マイグレーション対策の１
つとして、Ａｌ−ＣｕやＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕのように、Ｃ
ｕ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、高耐熱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。しかし、Ｗは電気抵抗がＡｌに比して
高く、Ｗ単層である程度の長さの配線を形成した場合に
は、配線抵抗の増大や信号伝播速度の低下が見られる。
そこで両者を組み合わせた積層配線とすることで配線抵
抗値を確保し、たとえ低抵抗のＡｌ系金属層が断線して
も、積層された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、
高融点金属の中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
高融点金属層とＡｌ系金属層とを積層した構造を含む積
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、プラズマエッ
チングにおけるガスケミストリ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
物の蒸気圧の関係から、Ａｌ系金属層はＣｌ系ガスで、
Ｗ層はＦ系ガスに切り替えてプラズマエッチングを施す
のが通常であるが、このエッチングガスの切り替えに起
因するプロセス上の問題点を図２（ａ）〜（ｄ）を参照
して説明する。

【０００５】まず図２（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等による密着層２、
ＴｉＮ等のバリアメタル層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２（ｂ）に示すようにＡ
ｌＣｌ_x系の反応生成物がレジストの分解生成物である
ＣＣｌ_xとともに、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の側面に側壁保護膜
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２（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Ａｌ₂Ｏ₃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２（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レッジを悪化
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
チャンバ内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の形成を回避す
るには、高融点金属層４のエッチング時にＦ系ガスを使
用せず、Ａｌ系金属層と同様Ｃｌ系ガスによりプラズマ
エッチングする方法も考えられる。しかしこの場合には
反応生成物であるＷＣｌ₆やＷＣｌ₅をはじめとする高
融点金属の塩化物の蒸気圧が低いので、エッチングレー
トを確保するためには被エッチング基板を加熱したり、
基板バイアスを高めた条件でパターニングする必要があ
り、レジストマスクや下地材料層との選択比の確保が困
難である。そこで蒸気圧が比較的大きいＷＯＣｌ₄等の
オキシ塩化物に注目し、Ｃｌ₂／Ｏ₂系混合ガスを用い
る方法もある。しかしこれらの方法を積層配線のパター
ニングに採用すると、Ａｌ系金属層のパターニング終了
後も、Ａｌ系金属層パターン側面が長時間Ｃｌ系プラズ
マに曝されるので、実質的に過剰のオーバーエッチング
を続行する状態となる。このため異方性加工されたＡｌ
系金属層パターンにサイドエッチングが入るという新た
な問題が生じる。エッチング反応生成物のフッ点の具体
的数値については、後に述べる。

【０００８】かかる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よる半導体装置においては配線抵
抗値の増加や動作速度の低下、各種マイグレーション耐
性の低下等の問題を発生し、積層配線の特長を相殺しか
ねない。これらの問題は、高融点金属層上にＡｌ系金属
層が形成された構造の積層配線のパターニング時の問題
点であるが、Ａｌ系金属層上に高融点金属層が形成され
た積層配線のパターニングにおいても、エッチングガス
の切り替え等、プロセスの煩雑さやスループット低減等
の問題については同様である。

【０００９】そこで本発明の課題は、高融点金属層とＡ
ｌ系金属層とが積層された構造を含む微細幅の積層配線
の形成方法において、アンダカットやサイドエッチング
の発生のない、異方性と選択性にすぐれたスループット
の高いプラズマエッチング方法を新たに提供することで
ある。

【００１０】また本発明の課題は、高融点金属層とＡｌ
系金属層が積層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、
被処理基板やプラズマ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しうるクリーンなパターニ
ング方法を提供することである。

【００１１】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
ステップカバレッジを低下することのない、信頼性のあ
る多層配線構造を形成しうる積層配線のパターニング方
法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために提案するものであり、第１の発明による積
層配線のパターニング方法は、高融点金属層とＡｌ系金
属層とが積層された積層構造を有する積層配線の形成方
法において、少なくともＨおよびＯを構成元素とするガ
スと、塩素系化学種を発生しうるガスとを含むエッチン
グガスを用いて、この積層構造をプラズマエッチングす
ることを特徴とするものである。

【００１３】第２の発明による積層配線のパターニング
方法は、高融点金属層とＡｌ系金属層との積層構造を有
する積層配線の形成方法において、被エッチング基板温
度を室温以下に制御しつつ、少なくともＨおよびＯを構
成元素とするガスと、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塩化イオウ系化合物とを含むエ
ッチングガスを用いて、この積層構造をプラズマエッチ
ングすることを特徴とするものである。

【００１４】いずれの発明においても、ＨおよびＯを構
成元素とするガスは、Ｈ₂ＯおよびＨ₂Ｏ₂からから選
ばれる少なくとも１種であることが望ましい。

【００１５】また本発明で採用する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塩化イオウ系化合
物としては、Ｓ₃Ｃｌ₂、Ｓ₂Ｃｌ₂およびＳＣｌ₂等
があり、これらのうちの少なくとも１種を単独あるいは
混合して用いればよい。

【００１６】本発明において被エッチング基板を室温以
下に制御するという温度条件は、一般的な半導体製造工
程におけるクリーンルームの温度以下を意味し、通常は
２５℃以下である。エッチング温度の下限は特に限定は
ないが、エッチングレートやエッチング装置との関連か
ら−数十℃が一応の目安となる。極端な低温冷却、例え
ば液体窒素を用いた−数十℃以下の低温は必ずしも必要
としない。

【００１７】本発明によって形成する積層配線のパター
ン幅は、０．５μｍ以下の微細配線であるときに特に好
ましく適用することができる。

【００１８】つぎに本発明の作用の説明に移る。本発明
の骨子は、高融点金属層とＡｌ系金属層とが積層された
積層構造を有する積層配線の形成方法において、塩素系
化学種を発生しうるガスに加えて、Ｈ₂ＯやＨ₂Ｏ₂を
含む混合ガスを用いて１ステップでプラズマエッチング
する点にある。Ｈ₂ＯやＨ₂Ｏ₂はプラズマ中で解離
し、Ｈ^*やＨ⁺、Ｈ原子等のＨ系化学種と、Ｏ^*や
Ｏ⁺、Ｏ原子等のＯ系化学種とを発生する。

【００１９】この場合、Ａｌ系金属層のプラズマエッチ
ングにおいては、反応生成物として蒸気圧の大きいＡｌ
Ｃｌ_xを形成してエッチング反応を進めるとともに、レ
ジストマスクの分解生成物や反応生成物ＡｌＣｌ_xＯ_y
を側壁保護膜として利用する。Ａｌ系金属層パターン側
面は同時にＯ系化学種により僅かに酸化され、薄いアル
ミナ系の酸化膜が形成される。さらに過剰の塩素系化学
種が存在する場合には、これをＨ系化学種が捕捉してエ
ッチング反応系外に除去する。これらはいずれもＡｌ系
金属層の異方性加工に寄与し、引き続く高融点金属層の
エッチング時にもすでにパターニングされているＡｌ系
金属層パターンのサイドエッチングを防止する。

【００２０】一方、Ｗをはじめとする高融点金属層は、
反応生成物としてオキシ塩化物を生成してエッチング反
応が進行する。一般的に高融点金属のオキシ塩化物の蒸
気圧は、高融点金属塩化物と高融点金属フッ化物の中間
に位置する。このため、酸化塩素系化合物ガスを用いた
高融点金属層のプラズマエッチングは、Ｃｌ系ガスを用
いた場合よりエッチングレートが大きく、しかもイオン
の垂直入射を受けるパターン底部においてのみ、イオン
アシスト反応によりオキシ塩化物系の反応生成物が揮発
ないし昇華除去される。この反面、イオンの垂直入射が
原理的に生じないパターンの側面においは、反応生成物
が除去されずに留まるので側壁保護膜の機能を果たし、
ラジカル反応による等方的なサイドエッチングを防止す
るので、効果的に異方性エッチングが進行し、オーバー
エッチング工程においてもこの作用は持続する。このた
め、従来のＦ系ガスによる高融点金属層のプラズマエッ
チングのように、ポリマ系の側壁保護膜を厚く堆積する
ことなく、高異方性加工が達成される。代表的な高融点
金属であるＷの化合物の大気圧下でのフッ点を下記に示
す。ＷＦ₆ １７．５ ℃ ＷＯＣｌ₄ ２２７．５ ℃ ＷＣｌ₅ ２７５．６ ℃ ＷＣｌ₆ ３４６．７ ℃ なお化合物のフッ点のデータは、ＣＲＣＨａｎｄｂｏ
ｏｋｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＰｈｉｓｉ
ｃｓ７５ｔｈ．Ｅｄｉｔｉｏｎ（１９９４，ＣＲＣ
Ｐｒｅｓｓ社刊）による。

【００２１】さらに、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_xＯ_yを含む
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
層間絶縁膜や上層配線のステップカバレッジの低下もな
くなる。

【００２２】本発明は以上のような技術思想を根底とし
ているが、より一層の効果の徹底を図るため、第２の発
明においてはＨおよびＯを構成元素とするガスと、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塩
化イオウ系化合物との混合ガスを採用してプラズマエッ
チングする方法をも提案している。この場合、プラズマ
中で解離生成する遊離のイオウは、室温以下に制御され
た被エッチング基板上に堆積し、入射イオンに平行なパ
ターン側面にイオウの側壁保護膜を形成する。イオウは
先述したレジストマスクの分解生成物や反応生成物と協
調して、より強固な側壁保護膜を形成する。このため、
異方性加工に必要な入射イオンエネルギを低減でき、よ
り一層の選択性の向上と、エッチングダメージの低減が
達成できる。

【００２３】また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Ｓ系化合物に、さらにＮ₂等のＮ系
ガスを添加すれば、プラズマ中にチアジル（ＳＮ）が形
成され、これは直ちに重合して室温以下に制御された被
エッチング基板上に堆積するので、ポリチアジル（Ｓ
Ｎ）_nの側壁保護膜の利用が可能となる。ポリチアジル
はイオウよりさらに強固な側壁保護膜を形成するので、
さらに一層の選択性の向上と低ダメージ化に寄与する。
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１５０℃以上である。これらのイオウ系の側壁保
護膜はまた、レジストマスクのアッシング時に同時に除
去してもよい。Ｎ系ガスとしてはＮ₂の他にＮ₂Ｈ₂や
その誘導体、ＮＦ₃等がある。

【００２４】本発明においては、上述の機構により積層
配線のサイドエッチングやパターン変換差の発生を防止
することが可能となるので、とりわけパターン幅が０．
５μｍ以下の微細な積層配線のパターニングに用いた場
合に配線抵抗の増加やマイグレーション耐性等の諸問題
を解決することができ、その効果が大きい。

【００２５】

【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。

【００２６】実施例１本実施例は第１の発明を適用し、Ｗ層上にＡｌ−１％Ｓ
ｉ合金層が形成された積層構造のパターニングにおい
て、ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂／Ｈ₂Ｏ混合ガスによりプラズマ
エッチングした例であり、これを図１（ａ）〜（ｃ）を
参照して説明する。なお、従来例の説明に用いた図２と
同様の構成部分には同一の参照番号を付与するものとす
る。

【００２７】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、一例としてＳｉ等の半導体基
板（図示せず）上にＳｉＯ₂等の絶縁膜１、Ｔｉからな
る密着層２、ＴｉＮ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、そしてＴｉＯＮからなる反射防止層６がこの順に形
成されたものである。バリアメタル層形成後、不活性雰
囲気中で例えば６５０℃で６０秒程度のＲＴＡを施し、
バリア性を向上してもよい。なお、絶縁膜２には図示し
ないが接続孔が開口され、これも図示しない半導体基板
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、多結
晶シリコンや高融点金属ポリサイド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７０ｎｍ、高融点金属
層４が２００ｎｍ、Ａｌ系金属層５が３００ｎｍそして
反射防止層６が７０ｎｍである。

【００２８】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。

【００２９】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の基板ステージ上に
セッティングし、一例として下記エッチング条件で各層
を１ステップによりエッチングする。ＢＣｌ₃ ３０ｓｃｃｍＣｌ₂ ３０ｓｃｃｍＨ₂Ｏ２０ｓｃｃｍガス圧力２．０Ｐａマイクロ波パワー９００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー４０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）基板温度２０ ℃ 本エッチング工程では、ＥＣＲ放電によりＣｌ₂とＢＣ
ｌ₃から解離生成するＣｌ^*を主エッチング種とするラ
ジカル反応が、Ｃｌ_x ⁺、ＢＣｌ_x ⁺およびＯ⁺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。
この際、反射防止膜７とＡｌ系金属層５は反応生成物と
してＴｉＣｌ_x、ＡｌＣｌ_x等を生成してエッチングが
進行する。また高融点金属層と密着層、バリアメタル層
はＷＯＣｌ₄、ＴｉＣｌ_x等を反応生成物として除去さ
れる。

【００３０】また同時に、レジストマスク７とパターニ
ングされつつある積層配線の側面には、図１（ｂ）に示
すようにレジストマスクの分解生成物に由来する炭素系
ポリマや、反応生成物であるＡｌＯ_xＣｌ_yやＷＣｌ_x
が付着し、側壁保護膜８を形成し異方性加工に寄与す
る。

【００３１】この後、通常のＯ₂プラズマアッシングに
よりレジストマスク７と側壁保護膜８を除去し、図１
（ｃ）に示すようにＡｌ／Ｗ系の積層配線のパターニン
グが終了する。

【００３２】本実施例によれば、ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂／Ｈ
₂Ｏ／混合ガスを用いた１ステップエッチングにより、
Ａｌ／Ｗ系の積層配線がサイドエッチングを生じること
なく異方性よくパターニングされる。また高融点金属層
４のエッチングガスからＦ系ガスを排除したことによ
り、ＡｌＯ_xＣｌ_yを含む側壁保護膜８がＡｌＦ_x系の
変質膜に変換されることがない。このため、側壁保護膜
８はエッチング終了後のアッシングにより容易に除去す
ることが可能でありフェンス状残渣を残すことがない。
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。

【００３３】実施例２本実施例は第２の発明を適用し、Ｗ層上にＡｌ−１％Ｓ
ｉ合金層が形成された積層構造のエッチングにおいて、
Ｓ₂Ｃｌ₂／Ｈ₂Ｏ混合ガスによりパターニングした例
であり、これを同じく図１（ａ）〜（ｃ）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前実施
例と同様であるので重複する説明は省略する。

【００３４】図１（ａ）に示す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より各層を連続的
にエッチングする。Ｓ₂Ｃｌ₂ ６０ｓｃｃｍＨ₂Ｏ４０ｓｃｃｍガス圧力２．０Ｐａマイクロ波パワー９００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー２５Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）基板温度０ ℃ 本エッチング工程では、ＥＣＲ放電によりＳ₂Ｃｌ₂か
ら解離生成するＣｌ^*を主エッチング種とするラジカル
反応が、Ｃｌ_x ⁺、ＳＣｌ_x ⁺およびＯ⁺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行する。こ
の際、反射防止膜７とＡｌ系金属層５は反応生成物とし
てＴｉＣｌ_x、ＡｌＣｌ_x等を生成してエッチングが進
行する。また高融点金属層と密着層、バリアメタル層は
ＷＯＣｌ₄、ＴｉＣｌ_x等を反応生成物として除去され
る。

【００３５】また同時に、レジストマスク７とパターニ
ングされたＡｌ系金属層５や高融点金属層４等の側面に
は、図１（ｂ）に示すようにレジストマスクの分解生成
物に由来する炭素系ポリマや、反応生成物であるＡｌＯ
_xＣｌ_yやＷＣｌ_xに加えて、本実施例においてはイオ
ウも堆積し、強固な側壁保護膜８を形成し異方性加工に
寄与する。このため、実施例１よりも入射イオンエネル
ギを下げたプラズマエッチング条件であるにかかわら
ず、良好な異方性加工が可能となり、同時に選択比も向
上し、エッチングダメージもより低減された。被エッチ
ング基板が０℃に制御されラジカル反応が抑制されてい
ることも、良好な異方性加工に寄与した。さらに、イオ
ウの堆積を利用することから、レジストマスクの分解生
成物である炭素系ポリマの堆積を低減でき、パーティク
ル汚染が減少する。

【００３６】この後、通常のＯ₂プラズマアッシングに
よりレジストマスク７と側壁保護膜８を除去し、図１
（ｃ）に示すようにＡｌ／Ｗ系の積層配線のパターニン
グが終了する。

【００３７】本実施例によれば、Ｓ₂Ｃｌ₂／Ｈ₂Ｏ混
合ガスを用いた低イオンエネルギの１ステップエッチン
グにより、Ａｌ／Ｗ系の積層配線がサイドエッチングを
生じることなく異方性よく、また選択性よくパターニン
グされる。さらに高融点金属層４のエッチングガスから
Ｆ系ガスを排除したことにより、ＡｌＯ_xＣｌ_yを含む
側壁保護膜８がＡｌＦ_x系の変質膜に変換されることが
ない。このため、側壁保護膜８はエッチング終了後のア
ッシングにより容易に除去することが可能でありフェン
ス状残渣を残すことがない。

【００３８】以上、本発明を２例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ことはな
い。

【００３９】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−１％Ｓｉを例示したが、Ａｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｔｉ合金等他のＡｌ
合金や純Ａｌを用いてもよい。また高融点金属層上にＡ
ｌ系金属層が積層された積層配線のパターニングを例に
とったが、逆にＡｌ系金属層上に高融点金属層が形成さ
れた積層配線や、高融点金属層とＡｌ系金属層が交互に
積層された多層積層配線のパターニングであってもよ
い。

【００４０】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ＴｉＮを用いたが、ＴｉＯＮ、ＴｉＷ、ＴｉＳｉ_x
等を用いてもよい。これら反射防止層、バリアメタル層
や密着層は、必要が無ければ使用しなくてもよい。

【００４１】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ない。例えば、塩素系化学種
を発生しうるガスとしてＢＣｌ₃、Ｃｌ₂の他にＳｉＣ
ｌ₄、ＣＣｌ₄やＨＣｌ等を用いてもよい。またＨとＯ
を構成元素とするガスとしてＨ₂Ｏの他にＨ₂Ｏ₂（ｂ
ｐ＝１５０．２℃）を用いてもよい。また混合物として
市販の過酸化水素水（３０％あるいは２．５〜３．０
％）を用いてもよい。これらはいずれも液体ソースなの
で、Ｈｅ等のキャリアガスによるバブリング、加熱気化
あるいは超音波気化等の手法でエッチングチャンバ内に
導入する。

【００４２】放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオ
ウを生成しうる塩化イオウ系化合物も、Ｓ₂Ｃｌ₂の他
に先述した各種ＳＣｌ系化合物を使用することが可能で
ある。これら塩化イオウ系化合物ガスにＮ₂等のＮ系化
合物を添加すれば、ポリチアジルによる強固な側壁保護
膜を利用できる。勿論Ａｒ、Ｈｅ等の不活性希釈ガスを
添加してもよい。

【００４３】エッチング装置は基板バイアス印加型ＥＣ
Ｒプラズマエッチング装置を用いたが、平行平板型ＲＩ
Ｅ装置、マグネトロンＲＩＥ装置、誘導結合プラズマエ
ッチング装置や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、アッシング室等
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
ットを向上することができる。

【００４４】

【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等の高融点金属層とＡｌ系金属層が積層され
た構造を含む積層配線の形成方法において、塩素系化学
種を発生しうるガスと、ＨとＯを構成元素とするガスを
含むエッチングガスを採用することにより、１ステップ
でエッチングすることが可能であるとともにに、下記の
効果を発揮する。

【００４５】エッチングにより除去される反応生成物、
および側壁保護膜として堆積する反応生成物の最適化に
より、実用的なエッチングレートを確保しつつ、サイド
エッチングのない高異方性加工が可能となる。また基板
バイアスを過度に高める必要がないので、高選択比かつ
低ダメージ加工も可能となる。

【００４６】またエッチング反応系からフッ素系ガスを
排除したことにより、フェンス状残渣の発生がなく、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が
ない。また当然積層配線上に形成する層間絶縁膜のステ
ップカバレッジの低下がない。これらの効果は、酸化塩
素系化合物ガスに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塩化イオウ系化合物を添加すること
により、より一層徹底される。

【００４７】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
富んだ積層配線の形成方法が確立され、その実用化が可
能となる。本発明による積層配線の形成方法は、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、本発明が高
集積度半導体装置の製造プロセスに寄与する効果は極め
て大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層配線のパターニング方法を、その
工程順に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）は側壁保護膜を形成しつつ積層配線をパター
ニングした状態、（ｃ）はレジストマスクと側壁保護膜
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】従来の積層配線のパターニング方法における問
題点を、その工程順に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保護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側壁保護膜９側壁変質膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高融点金属層とＡｌ系金属層との積層構
造を有する積層配線の形成方法において、少なくともＨおよびＯを構成元素とするガスと、塩素系化学種を発生しうるガスとを含むエッチングガス
を用いて、前記積層構造をプラズマエッチングすることを特徴とす
る、積層配線の形成方法。
【請求項２】高融点金属層とＡｌ系金属層との積層構
造を有する積層配線の形成方法において、被エッチング基板温度を室温以下に制御しつつ、少なくともＨおよびＯを構成元素とするガスと、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
る塩化イオウ系化合物とを含むエッチングガスを用い
て、前記積層構造をプラズマエッチングすることを特徴とす
る、積層配線の形成方法。
【請求項３】ＨおよびＯを構成元素とするガスは、Ｈ
₂ＯおよびＨ₂Ｏ₂から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または２記載の積層配
線の形成方法。
【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または２記載の積
層配線の形成方法。