JPH10125680A

JPH10125680A - 多層配線の形成方法

Info

Publication number: JPH10125680A
Application number: JP29738996A
Authority: JP
Inventors: Toshio Nakanishi; 敏雄中西; Muneo Harada; 宗生原田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】下層Ａｌ配線１３をエッチングすることなく
反射防止膜１４のみを除去することができ、且つアフタ
−コロ−ジョンを生じさせることなく良好なコンタクト
を得ることができる多層配線の形成方法を提供するこ
と。【解決手段】下層Ａｌ配線１３上に形成されたＴｉＮ
とＴｉとの２層からなる反射防止膜１４上に層間絶縁膜
１５を積層し（工程（ｂ））、層間絶縁膜１５を選択的
にエッチングしてコンタクトホ−ル１７を形成した後
（工程（ｃ））、Ｓｉ基板１１の温度を例えば１５０℃
に保持した状態でＣＦ₄ ／Ｏ₂ の混合ガスプラズマで反
射防止膜１４を除去する（工程（ｄ））。その後、上層
Ａｌ配線１８を形成する（工程（ｅ））。

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における
多層配線の形成方法に関し、より詳細には反射防止膜を
有する多層配線の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体装置の高集積化、高速化に伴
い素子の微細化が著しい。素子の微細化によりそれぞれ
の素子の動作速度は速くなる。しかし、それにともない
素子間を接続する配線断面積も縮小するため配線抵抗が
増大するという問題が生じている。この問題を解決する
ため、配線材には低抵抗材であるＡｌまたはＡｌ合金を
用い、さらにこのＡｌまたはＡｌ合金からなる配線（以
下、単に「Ａｌ配線」という）を多層とし、それらの層
間を３次元的に接続した多層配線構造が用いられてい
る。そして前記多層配線間の接続は、層間絶縁膜、一般
的には酸化シリコン膜をエッチングすることにより形成
されたコンタクトホ−ルを介して行われている。

【０００３】このような多層配線構造を用いると層間絶
縁膜の膜厚は場所により異なってくる。この膜厚が異な
る層間絶縁膜の複数箇所にコンタクトホ−ルをエッチン
グにより同時に形成すると、層間絶縁膜下のＡｌ配線は
層間絶縁膜の膜厚が薄いところでは該膜厚の厚い所より
も過大にエッチングされることになる。

【０００４】層間絶縁膜として用いられる酸化シリコン
膜のエッチングは、通常、エッチャントとしてＣＨＦ
₃ 、ＣＦ₄ 等を用い、強固なＳｉ−Ｏ結合を切断するた
めに高い入射イオンエネルギーが得られる条件下で行わ
れる。つまり、酸化シリコン膜のエッチングのメカニズ
ムはラジカル反応の様な化学的なものではなく、スパッ
タリングの様な物理的過程に近い。このような条件下で
エッチングを行うと、層間絶縁膜のみならずＡｌ配線も
エッチングされ、Ａｌ−Ｆ系反応生成物を主成分とした
Ａｌクラウンが生じ、コンタクト抵抗が増大する。

【０００５】一方、配線の多層化が進むにつれて下地基
板との段差が大きくなり、配線形成のフォトリソグラフ
ィー工程におけるハレーションが深刻な問題となってい
る。このハレーションは露光光が前記段差部に隣接した
レジストパターン側に反射され、本来レジストパターン
として残しておくべき部分までもが感光して該レジスト
パターンが崩れてしまう現象である。この様なハレーシ
ョンにより崩れたレジストパターンは、続く配線エッチ
ング工程においてＡｌまたはＡｌ合金膜に転写され、Ａ
ｌ配線の断線を招く。

【０００６】このハレーションの対策としてＡｌまたは
Ａｌ合金膜上に反射防止膜として低反射率の金属薄膜を
形成する方法が一般的に採用されている。材料としては
ＴｉＮ、Ｔｉ、ＴｉＷ、ＴｉＯＮ、Ｗ、ＷＳｉ、Ｓｉ等
が一般的である。

【０００７】この様な反射防止膜を有する下層配線上に
層間絶縁膜を形成した後、上層配線との電気的導通をと
るための接続孔（コンタクトホ−ル）を形成する。この
コンタクトホ−ルを介して上下部配線は接続される。し
かし反射防止膜として用いられる前記金属材料は電気抵
抗値が高いためコンタクト抵抗が増大する。

【０００８】さらに素子の微細化に伴い、コンタクトホ
−ルの深さをその直径で除した所謂アスペクト比が増す
とコンタクトホ−ルの内壁面へのＡｌまたはＡｌ合金の
スパッタリングを妨害するシャドー効果が増大し、コン
タクトホ−ル内部におけるＡｌまたはＡｌ合金の膜厚が
極端に薄くなり、この部分で断線する虞が生じる。

【０００９】これらの問題を解決するため、反射防止膜
を有する配線上に層間絶縁膜を形成し、エッチングによ
りコンタクトホールを形成した後、コンタクトホール部
の反射防止膜をエッチングにより除去し、同時にコンタ
クトホール開口部に傾斜面を付ける方法が提案されてい
る。（特開平６−９７２８９号公報）この方法によれば
層間絶縁膜エッチング時にＡｌ配線に対して過大なエッ
チングがなされないのでＡｌ−Ｆ系反応生成物が生成せ
ず、また反射防止膜を除去するためコンタクト抵抗が増
大することがなく、エッチングの際、開口部に傾斜面を
形成するためＡｌ配線の被覆性が向上するとされてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし近年スパッタ技
術の発達によりＡｌの被覆性が向上しており（例えば、
コリメーテッドスパッタ法、遠距離スパッタ法等があ
る。）、スパッタにより０．２５μｍ径のコンタクトホ
ールにも安定したＡｌの埋め込みが可能になってきてお
り、コンタクトホール開口部に傾斜面を付ける必要は無
くなってきている。そればかりかコンタクトホール開口
部に傾斜面を付けることは素子の高集積化の妨げになっ
ている。

【００１１】また通常ドライエッチング時には反応性の
高いハロゲン系のガスが用いられる。このことはコンタ
クトホール部の反射防止膜をエッチングする際にも同様
である。よってコンタクトホール部の反射防止膜をエッ
チングする際には反応性の高いハロゲン系のＦ、Ｃｌ、
Ｂｒが用いられる（ヨウ素Ｉはそのエッチャント自身の
蒸気圧が低いためにドライエッチングに用いることは困
難である）。またそのエッチングの際に同時にコンタク
トホール開口部に傾斜面を付けるためにはイオンエネル
ギーを大きくしなければならない。イオンエネルギーが
高い条件で反射防止膜のエッチングを行うとき、ガス系
がＦである場合、先に示したようにＡｌＦ_X の蒸気圧が
低いためＡｌクラウンを生じコンタクト抵抗の増大を招
く。ガス系がＣｌ、Ｂｒの時はＡｌとの反応生成物の蒸
気圧が高いためＡｌクラウンを生じることはない。

【００１２】このようにコンタクトホール部の反射防止
膜をエッチングにより除去し、同時にコンタクトホール
開口部に傾斜面を付けて信頼性の高いコンタクトを得る
ためには、反射防止膜のエッチング時にＣｌ、あるいは
Ｂｒ系のガスを用いねばならない。

【００１３】しかし９２年度Digest of Paper Micro Pr
ocess '92 pp144,145 や半導体研究１９巻、ｐ２５８
（西澤潤一編、１９８２年８月２０日、工業調査会発
行）や超ＬＳＩプロセスデータハンドブック、ｐ４７９
〜ｐ４８１（昭和５７年４月１５日、サイエンスフォー
ラム発行）に示されているようにＢｒやＣｌにより簡単
にＡｌはエッチングされてしまう。このためＢｒ系、Ｃ
ｌ系ガスプラズマを用いて反射防止膜を除去した場合、
下地のＡｌ配線に対して安定に高選択比を得るのが困難
であり、Ａｌ配線は当然エッチングされてしまう。その
ため上層配線と下層配線間とのコンタクトの信頼性が劣
化する。またＣｌ系プラズマによるエッチング後にはウ
ェハー表面に塩素が残留してしまう。この残留塩素が一
旦大気解放されて湿分に接触するとアフターコロージョ
ンを引き起こし、上層配線と下層配線との間のコンタク
トの信頼性を劣化させる。

【００１４】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、反射防止膜下のＡｌ配線材をエッチング
することなく反射防止膜のみを除去し、且つアフターコ
ロージョンを生じさせずに良好なコンタクトを得ること
ができる多層配線の形成方法を提供することを目的とし
ている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る多層配線の形成方法（１）は、半導体素
子が形成された半導体基板上に設けられた反射防止膜を
有するＡｌまたはＡｌ合金からなる金属配線上に層間絶
縁膜を積層し、該層間絶縁膜を選択的にエッチングして
コンタクトホ−ルを開口した後、フルオロカーボン系ガ
スあるいはフルオロカーボン系ガスに含まれる一部もし
くは全ての炭素を窒素、硫黄、水素のいずれかと置き換
えた置換体であるガスを用いたプラズマ、または該ガス
とＯ₂ との混合ガスを用いたプラズマにより前記反射防
止膜を除去することを特徴としている。また本発明に係
る多層配線の形成方法（２）は、上記多層配線の形成方
法（１）において、前記反射防止膜がＴｉ、ＴｉＮ、Ｔ
ｉＷ、ＴｉＯＮあるいはこれらの積層膜で構成され、前
記プラズマによる反射防止膜除去時における前記半導体
基板の温度を１００℃以上４００℃以下とすることを特
徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明者らは反射防止膜を除去す
る方法として、Ｆ系ガスによるプラズマを用いる事に注
目し、Ｆ系ガスプラズマでのＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｔ
ｉＯＮのＴｉ系金属のエッチレートの温度依存性を調
べ、温度が１００℃以下ではほとんどエッチングされな
いが、温度が１００℃以上になると急激にエッチレート
が上昇する事を見いだした（図３、図４参照）。図３
（ａ）はＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガス系でのＴｉ系金属のエッチレ
ートの温度依存性、図３（ｂ）はＣＦ₄ ガスでのＴｉ系
金属のエッチレートの温度依存性、図４（ａ）はＳＦ₆
／Ｏ₂ ガス系でのＴｉ系金属のエッチレートの温度依存
性、図４（ｂ）はＳＦ₆ ガスでのＴｉ系金属のエッチレ
ートの温度依存性を示したものである。

【００１７】このようにＦ系ガスプラズマにより１００
℃以上でエッチングすることにより容易にＴｉ系金属を
除去できる。

【００１８】Ｔｉ系金属以外の反射防止膜、例えばＷ、
Ｓｉ、ＷＳｉ₂ はエッチレートの温度依存性が小さく１
００℃以下の低温でもＦ系ガスプラズマにより除去可能
であった（図５、６参照）。図５（ａ）はＣＦ₄ ／Ｏ₂
ガス系でのＷ、Ｓｉ、ＷＳｉ₂ のエッチレートの温度依
存性、図５（ｂ）はＣＦ₄ ガスでのＷ、Ｓｉ、ＷＳｉ₂
のエッチレートの温度依存性、図６（ａ）はＳＦ₆ ／Ｏ
₂ ガス系でのＷ、Ｓｉ、ＷＳｉ₂ のエッチレートの温度
依存性、図６（ｂ）はＳＦ₆ ガスでのＷ、Ｓｉ、ＷＳｉ
₂ のエッチレートの温度依存性を示したものである。

【００１９】このような温度依存性を示す原因は図７に
示したようにＴｉ系金属がＴｉ−Ｆｘとしてエッチング
される際の活性化エネルギーが他の反応に比べ非常に大
きいためである。図７は図１（ａ）をアレニウスプロッ
トして活性化エネルギーを求めたものであるが、Ｔｉ系
金属の活性化エネルギーは０．５〜０．５５ｅＶと他の
物質の活性化エネルギーに比べ一桁程度大きい。

【００２０】また反射防止膜は層間膜に比べ遥かに薄い
膜であり、且つシリコン酸化膜をエッチングするのに比
べ遥かに入射イオンエネルギーが低い条件でエッチング
することができる。そのためＡｌ配線はエッチングされ
ず、Ａｌ−Ｆ系反応生成物によるＡｌクラウンは形成さ
れない。（図５、図６には示されていないが条件に依存
せずＡｌ配線はエッチングされなかった。）このように
反射防止膜はＦ系ガスプラズマにより下地Ａｌ配線をエ
ッチングすることなく除去できる。特にＴｉ、ＴｉＮ、
ＴｉＷ、ＴｉＯＮのＴｉ系金属に関しては半導体基板温
度を１００℃以上とすることで十分に除去できる。また
反射防止膜エッチング後に塩素が残留することがなく、
反射防止膜下のＡｌのアフターコロージョンは生じな
い。

【００２１】一方、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＯＮあ
るいはこれらの積層膜で構成された反射防止膜を除去す
る際の半導体基板の温度が４００℃を超えると、層間膜
あるいはＡｌ配線自体に大きなストレスを生じ、Ａｌ配
線の信頼性が低下するので、この時の半導体基板の温度
は４００℃以下とするのが好ましい。

【００２２】本発明によればコンタクトホ−ル開口後に
Ｆ系ガスを用いて反射防止膜を除去するため、反射防止
膜下のＡｌはエッチングされずＡｌクラウンが生じな
い。またアフターコロージョンも生じないため、信頼性
の高い良好なコンタクトを得ることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明に係る多層配線の形成方法の実
施例を図面に基づいて説明する。また比較例も示す。

【００２４】実施例１図１（ａ）〜（ｅ）は実施例１に係る多層配線の形成方
法を説明するために各工程を模式的に示した断面図であ
る。半導体素子等（図示せず）を形成したＳｉ基板１１
上にＣＶＤ法により絶縁膜（ＳｉＯ₂ 膜）１２を堆積さ
せた後、コリメーテッドスパッタ装置（図示せず）でＡ
ｌＳｉＣｕ膜を６００ｎｍ、Ｔｉ膜を１０ｎｍ、ＴｉＮ
膜を２５ｎｍ、順に真空中で連続的に形成した。その
後、通常のフォトリソグラフィ−及びエッチング工程を
施して反射防止膜（この場合ＴｉＮ／Ｔｉ）１４を有す
る下層Ａｌ配線１３を形成した（工程（ａ））。次に、
プラズマＣＶＤ法により反射防止膜１４上に層間絶縁膜
（ＳｉＯ₂ 膜）１５を８００ｎｍ堆積させた（工程
（ｂ））。

【００２５】次に、層間絶縁膜１５上にレジスト層１６
を形成した後、フォトリソグラフィー及びエッチング工
程を施して層間絶縁膜１５にコンタクトホール１７を開
口した。このときエッチング装置としては陰極結合平行
平板エッチング装置を用い、エッチング条件はＣＦ₄ ＝
２０sccm、ＣＨＦ₃ ＝２０sccm、Ａｒ＝３００sccm、ウ
ェハー温度＝−３０℃、Press.＝５００mtorr 、ＲＦパ
ワー＝８５０Ｗであった。この時、ＴｉＮとＴｉとの２
層からなる反射防止膜１４の上層を構成するＴｉＮに対
する層間絶縁膜１５のエッチング選択比は約５０であ
り、選択的に層間絶縁膜１５をエッチングすることがで
きた（工程（ｃ））。

【００２６】次に、アッシング及びレジスト剥離により
レジスト層１６を除去した後、層間絶縁膜１５をマスク
として反射防止膜１４を選択的に除去するため、陽極結
合平行平板エッチング装置を用い、ＣＦ₄ ＝１００scc
m、Ｏ₂ ＝２５sccm、ウェハー温度＝１５０℃、Press.
＝５００mtorr 、ＲＦパワー＝５００ｗのエッチング条
件でエッチングを行った。このエッチングにより反射防
止膜１４はＴｉＦｘの形で除去された。上記のエッチン
グは陽極結合平行平板エッチング装置を用いているた
め、層間絶縁膜１５のエッチング時に比べイオンエネル
ギーが低く抑えられ、下地の下層Ａｌ配線１３を構成す
るＡｌＳｉＣｕに対して高い選択比が得られ、Ａｌ−Ｆ
系反応生成物によるＡｌクラウンが形成されることはな
かった。また塩素を用いないためアフターコロージョン
を生じることはなかった（工程（ｄ））。

【００２７】次に、コリメーテッドスパッタ装置により
層間絶縁膜１５及びコンタクトホ−ル１７上にＡｌＳｉ
Ｃｕ膜を８００ｎｍ形成し、その後、通常のフォトリソ
グラフィ−及びエッチング工程を施して上層Ａｌ配線１
８を形成した（工程（ｅ））。

【００２８】実施例２次に、本発明に係る多層配線の形成方法の実施例２を説
明する。実施例２に係る多層配線の形成方法も図１
（ａ）〜（ｅ）に示した各工程にしたがって多層配線が
形成される。実施例２に係る多層配線の形成方法は、実
施例１に係る多層配線の形成方法と工程（ｄ）において
反射防止膜１４を選択的に除去する場合のエッチング条
件が異なっているのみであり、この点以外は実施例１に
係る多層配線の形成方法の場合と同じである。

【００２９】すなわち、実施例２に係る多層配線の形成
方法の場合、層間絶縁膜１５をマスクとして反射防止膜
１４を選択的に除去するため、陽極結合平行平板エッチ
ング装置を用い、ＳＦ₆ ＝１００sccm、Ｏ₂ ＝２５scc
m、ウェハー温度＝１００℃、Press.＝５００mtorr 、
ＲＦパワー＝５００ｗのエッチング条件でエッチングを
行った。実施例２に係る多層配線の形成方法の場合にお
いても、前記エッチングにより反射防止膜１４はＴｉＦ
ｘの形で除去された。また、前記エッチングは陽極結合
平行平板エッチング装置を用いているため、層間絶縁膜
１５のエッチング時に比べイオンエネルギーが低く抑え
られ、下地の下層Ａｌ配線１３を構成するＡｌＳｉＣｕ
膜に対して高い選択比が得られ、Ａｌ−Ｆ系反応生成物
によるＡｌクラウンが形成されることはなかった。また
塩素を用いないためアフターコロージョンを生じること
はなかった。

【００３０】実施例３次に、図２に基づいて実施例３に係る多層配線の形成方
法を説明する。図２（ａ）〜（ｅ）は実施例３に係る多
層配線の形成方法を説明するために各工程を模式的に示
した断面図である。半導体素子等（図示せず）を形成し
たＳｉ基板１１上にＣＶＤ法により絶縁膜（ＳｉＯ₂
膜）１２を堆積させた後、コリメーテッドスパッタ装置
でＡｌＳｉＣｕ膜を６００ｎｍ、Ｗ膜を２５ｎｍ、順に
真空中で連続的に形成した。その後、通常のフォトリソ
グラフィ−及びエッチング工程を施して反射防止膜
（Ｗ）２４を有する下層Ａｌ配線１３を形成した（工程
（ａ））。次に、プラズマＣＶＤ法により反射防止膜２
４上に層間絶縁膜（ＳｉＯ₂ 膜）１５を８００ｎｍ堆積
させた（工程（ｂ））。

【００３１】次に、層間絶縁膜１５上にレジスト層１６
を形成した後、フォトリソグラフィー及びエッチング工
程を施して層間絶縁膜１５にコンタクトホール１７を開
口した。このときエッチング装置は陰極結合平行平板エ
ッチング装置を用い、エッチング条件はＣＦ₄ ＝２０sc
cm、ＣＨＦ₃ ＝２０sccm、Ａｒ＝３００sccm、ウェハー
温度＝−３０℃、Press.＝５００mtorr 、ＲＦパワー＝
８５０Ｗであり、反射防止膜（Ｗ）２４に対する層間絶
縁膜１５のエッチング選択比は約１５であり、選択的に
層間絶縁膜１５をエッチングすることができた（工程
（ｃ））。

【００３２】次に、アッシング及びレジスト剥離により
レジスト層１６を除去した後、層間絶縁膜１５をマスク
として反射防止膜２４を選択的に除去するため、陽極結
合平行平板エッチング装置を用い、ＣＦ₄ ＝１００scc
m、Ｏ₂ ＝２５sccm、ウェハー温度＝５０℃、Press.＝
５００mtorr 、ＲＦパワー＝５００ｗのエッチング条件
でエッチングを行った。該エッチングにより反射防止膜
２４はＷＦｘの形で除去された。上記エッチングは陽極
結合平行平板エッチング装置を用いているため、層間絶
縁膜１５のエッチング時に比べイオンエネルギーが低く
抑えられ、下地の下層Ａｌ配線１３を構成するＡｌＳｉ
Ｃｕに対して高い選択比が得られ、Ａｌ−Ｆ系反応生成
物によるＡｌクラウンが形成されることはなかった。ま
た塩素を用いないためアフターコロージョンを生じるこ
とはなかった（工程（ｄ））。

【００３３】次に、コリメーテッドスパッタ装置により
層間絶縁膜１５及びコンタクトホ−ル１７上にＡｌＳｉ
Ｃｕ膜を８００ｎｍ形成し、その後、通常のフォトリソ
グラフィ−及びエッチング工程を施して上層Ａｌ配線１
８を形成した（工程（ｅ））。

【００３４】比較例１図８（ａ）〜（ｅ）は比較例としての従来例に係る多層
配線の形成方法を説明するために各工程を模式的に示し
た断面図である。半導体素子等（図示せず）を形成した
Ｓｉ基板１１上にＣＶＤ法により絶縁膜（ＳｉＯ₂ 膜）
１２を堆積させた後、コリメーテッドスパッタ装置でＡ
ｌＳｉＣｕ膜を６００ｎｍ、Ｔｉ膜を１０ｎｍ、ＴｉＮ
膜を２５ｎｍ、順に真空中で連続的に形成した。その
後、通常のフォトリソグラフィ−及びエッチング工程を
施して反射防止膜（この場合ＴｉＮ／Ｔｉ）１４を有す
る下層Ａｌ配線１３を形成した（工程（ａ））。次に、
プラズマＣＶＤ法により反射防止膜１４上に層間絶縁膜
（ＳｉＯ₂ 膜）１５を８００ｎｍ堆積させた（工程
（ｂ））。

【００３５】次に、層間絶縁膜１５上にレジスト層１６
を形成した後、フォトリソグラフィー及びエッチング工
程を施して層間絶縁膜１５にコンタクトホール１７を開
口した。このときエッチング装置は陰極結合平行平板エ
ッチング装置を用い、エッチング条件はＣＦ₄ ＝２０sc
cm、ＣＨＦ₃ ＝２０sccm、Ａｒ＝３００sccm、ウェハー
温度＝−３０℃、Press.＝５００mtorr 、ＲＦパワー＝
８５０Ｗであり、ＴｉＮとＴｉとの２層からなる反射防
止膜１４の上層を構成するＴｉＮに対する層間絶縁膜１
５のエッチング選択比は約５０であり、選択的に層間絶
縁膜１５をエッチングすることができた（工程
（ｃ））。

【００３６】次に、アッシング及びレジスト剥離により
レジスト層１６を除去した後、層間絶縁膜１５をマスク
として反射防止膜１４を選択的に除去するため、下記の
条件でエッチングを行った。ＢＣｌ₃ ＝２５sccm、Ｃｌ
₂ ＝２５sccm、ウェハー温度＝５０℃、Press.＝１０mt
orr 、ＲＦパワー＝３００ｗ、但しコンタクトホール１
７に傾斜面を付けるためにイオンエネルギーを大きくし
なければならず、ＲＦパワーは陰極で結合した。このエ
ッチングにより反射防止膜１４はＴｉＣｌｘの形で除去
されたが、下層Ａｌ配線１３もエッチングされ（工程
ｄ））、アフターコロージョン２０が生じた（工程
（ｅ））。

【００３７】次に、コリメーテッドスパッタ装置により
層間絶縁膜１５及びコンタクトホ−ル１７上にＡｌＳｉ
Ｃｕ膜を８００ｎｍ形成し、その後、通常のフォトリソ
グラフィ−及びエッチング工程を施して上層Ａｌ配線１
８を形成した（工程（ｆ））。しかし、工程（ｆ））に
図示したように、コンタクトホ−ル１７においてコンタ
クト不良１９が生じた。

【００３８】比較例２図９（ａ）〜（ｅ）は比較例としての別の従来例に係る
多層配線の形成方法を説明するために各工程を模式的に
示した断面図である。半導体素子等（図示せず）を形成
したＳｉ基板１１上にＣＶＤ法により絶縁膜（ＳｉＯ₂
膜）１２を堆積させた後、コリメーテッドスパッタ装置
でＡｌＳｉＣｕ膜を６００ｎｍ、Ｔｉ膜を１０ｎｍ、Ｔ
ｉＮ膜を２５ｎｍ、順に真空中で連続的に形成した。そ
の後、通常のフォトリソグラフィ−及びエッチング工程
を施して反射防止膜（この場合ＴｉＮ／Ｔｉ）１４を有
する下層Ａｌ配線１３を形成した（工程（ａ））。次
に、プラズマＣＶＤ法により反射防止膜１４上に層間絶
縁膜（ＳｉＯ₂ 膜）１５を８００ｎｍ堆積させた（工程
（ｂ））。

【００３９】次に、層間絶縁膜１５上にレジスト層１６
を形成した後、フォトリソグラフィー及びエッチング工
程を施して層間絶縁膜１５にコンタクトホール１７を開
口した。このときエッチング装置は陰極結合平行平板エ
ッチング装置を用い、エッチング条件はＣＦ₄ ＝２０sc
cm、ＣＨＦ₃ ＝２０sccm、Ａｒ＝３００sccm、ウェハー
温度＝−３０℃、Press.＝５００mtorr 、ＲＦパワー＝
８５０ｗであり、ＴｉＮとＴｉとの２層からなる反射防
止膜１４の上層を構成するＴｉＮに対する層間絶縁膜１
５のエッチング選択比は約５０であり、選択的に層間絶
縁膜１５をエッチングすることができた（工程
（ｃ））。

【００４０】次に、アッシング及びレジスト剥離により
レジスト層１６を除去した後、層間絶縁膜１５をマスク
として反射防止膜１４を選択的に除去するため、下記の
条件でエッチングを行った。ＨＢｒ＝７０sccm、ウェハ
ー温度＝５０℃、Press.＝１０mtorr 、ＲＦパワー＝３
００ｗ、但しコンタクトホ−ル１７に傾斜面を付けるた
めにイオンエネルギーを大きくしなければならず、ＲＦ
パワーは陰極で結合した。このエッチングにより反射防
止膜１４はＴｉＢｒｘの形で除去されたが、下層Ａｌ配
線１３もエッチングされてしまった（工程（ｄ））。

【００４１】次に、コリメーテッドスパッタ装置により
層間絶縁膜１５及びコンタクトホ−ル１７上にＡｌＳｉ
Ｃｕ膜を８００ｎｍ形成し、その後、通常のフォトリソ
グラフィ−及びエッチング工程を施して上層Ａｌ配線１
８を形成した（工程（ｅ））。しかし、工程（ｅ）に図
示したように、コンタクトホ−ル１７においてコンタク
ト不良１９が生じた。

【００４２】比較例３比較例３として反射防止膜１４を除去せずに多層配線を
形成した。反射防止膜１４はＴｉＮ２５ｎｍ／Ｔｉ１０
ｎｍの２層構造であり、反射防止膜１４を除去しないこ
と以外、多層配線の形成方法は実施例１の場合と全く同
様にした。

【００４３】

【表１】

【００４４】以上、実施例１〜３及び比較例１〜３に係
る２層Ａｌ配線コンタクトの歩留まり、抵抗値を表１に
示した。これはウェハー面内に２１０個形成されたホー
ル径０．３５μｍ、１０００段のコンタクトチェーンの
測定結果である。抵抗値が１０⁶ Ω未満を良品とし、良
品数／２１０個が表１における歩留まり、良品の抵抗値
の平均が表１における抵抗値である。

【００４５】このように実施例に係る多層配線の形成方
法により形成した２層Ａｌ配線コンタクトは１００％と
良好な歩留まり、及び低い抵抗値を有していたが、比較
例１及び比較例２に係る方法では反射防止膜１４のエッ
チング時に下層Ａｌ配線１３のエッチングが生じたり、
アフターコロージョン２０が生じたりして歩留まりが著
しく低下した。また比較例３は反射防止膜１４を除去し
ていないものであるが、歩留まりは１００％と良好であ
るものの、コンタクト抵抗値が１０⁵ Ωと大きな値を示
した。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る多層配
線の形成方法においては、コンタクトホール開口後にＦ
系プラズマにより反射防止膜を除去する。特に反射防止
膜がＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＯＮ等のＴｉ系金属で
ある場合には半導体基板温度を１００℃以上４００℃以
下とすることでＦ系ガスプラズマにより容易に反射防止
膜を除去できる。このようにＦ系ガスを用いて反射防止
膜を除去するため、反射防止膜下のＡｌ配線はエッチン
グされずＡｌクラウンが生じず、またアフターコロージ
ョンも生じないため、信頼性の高い、低抵抗なコンタク
トを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施例１に係る多層
配線の形成方法を説明するために各工程を模式的に示し
た断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施例３に係る多層
配線の形成方法を説明するために各工程を模式的に示し
た断面図である。

【図３】（ａ）はＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガス系でのＴｉ金属系エ
ッチレ−トの温度依存性を概略的に示したグラフであ
り、（ｂ）はＣＦ₄ ガスでのＴｉ金属系エッチレ−トの
温度依存性を概略的に示したグラフである。

【図４】（ａ）はＳＦ₆ ／Ｏ₂ ガス系でのＴｉ系金属エ
ッチレ−トの温度依存性を概略的に示したグラフであ
り、（ｂ）はＳＦ₆ ガスでのＴｉ系金属エッチレ−トの
温度依存性を概略的に示したグラフである。

【図５】（ａ）はＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガス系でのＷ、Ｓｉ、Ｗ
Ｓｉ₂ エッチレ−トの温度依存性を概略的に示したグラ
フであり、（ｂ）はＣＦ₄ ガスでのＷ、Ｓｉ、ＷＳｉ₂
エッチレ−トの温度依存性を概略的に示したグラフであ
る。

【図６】（ａ）はＳＦ₆ ／Ｏ₂ ガス系でのＷ、Ｓｉ、Ｗ
Ｓｉ₂ エッチレ−トの温度依存性を概略的に示したグラ
フであり、（ｂ）はＳＦ₆ ガスでのＷ、Ｓｉ、ＷＳｉ₂
エッチレ−トの温度依存性を概略的に示したグラフであ
る。

【図７】Ｆ系ガスプラズマによるエッチング時の各物質
の活性化エネルギ−を示したグラフである。

【図８】（ａ）〜（ｆ）は従来の多層配線の形成方法を
説明するために各工程を模式的に示した断面図である。

【図９】（ａ）〜（ｅ）は別の従来の多層配線の形成方
法を説明するために各工程を模式的に示した断面図であ
る。

【符号の説明】１１Ｓｉ基板１２絶縁膜１３下層Ａｌ配線１４、２４反射防止膜１５層間絶縁膜１７コンタクトホ−ル１８上層Ａｌ配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子が形成された半導体基板上に
設けられた反射防止膜を有するＡｌまたはＡｌ合金から
なる金属配線上に層間絶縁膜を積層し、該層間絶縁膜を
選択的にエッチングしてコンタクトホ−ルを開口した
後、フルオロカーボン系ガスあるいはフルオロカーボン
系ガスに含まれる一部もしくは全ての炭素を窒素、硫
黄、水素のいずれかと置き換えた置換体であるガスを用
いたプラズマ、または該ガスとＯ₂ との混合ガスを用い
たプラズマにより前記反射防止膜を除去する工程を含む
ことを特徴とする多層配線の形成方法。
【請求項２】前記反射防止膜がＴｉ、ＴｉＮ、Ｔｉ
Ｗ、ＴｉＯＮあるいはこれらの積層膜で構成され、前記
プラズマによる反射防止膜除去時における前記半導体基
板の温度を１００℃以上４００℃以下とすることを特徴
とする請求項１記載の多層配線の形成方法。