JPH10150024A - 積層配線の形成方法 - Google Patents

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、ＣＳ₂ 等の炭素
およびイオウ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混合ガスにより、積層配線をプ
ラズマエッチングする。このとき側壁保護膜８として積
層配線パターンの側面に付着するポリマは、ＣＳ₂ の解
離による炭素をそのネットワーク中に採り込んだ、カー
ボンリッチな耐イオン衝撃性の高いものである。 【効果】 Ａｌ系金属層５や高融点金属層４のサイドエ
ッチングが効果的に防止される。またＦ系ガスを用いな
いので、塩素をも含む側壁保護膜８がＡｌＦ_x に変質し
て、これがアッシング時にフェンス状残渣となってパー
ティクルレベルを悪化することがない。

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内部配
線等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等の半導体装置の高集積化が進
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、半導体
チップ上に形成される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、比較的低抵抗で高耐熱
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に報告されている。しかし、Ｗは電気抵抗がＡ
ｌに比較した場合にはやはり高く、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
積層配線とすれば、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のである。なかでもＷを用いる場
合は、高融点金属の中では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連
続的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問題点が発
生する。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ＡｌＣｌ
_x 系の反応生成物がレジストの分解生成物であるＣＨ系
ポリマとともに、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 系の側壁保護膜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ＡｌＦ₃ 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Ａｌ₂
Ｏ₃ 系の物質に変換されてアッシング中のレジストマス
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
の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、上層の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、少なくとも炭素およびイオウを構成元素と
する化合物ガスと、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。

【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、少なくとも炭素およびイオ
ウを構成元素とする化合物ガスと、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、Ａｌ系金
属層をプラズマエッチングする工程と、少なくとも塩素
系化学種を発生しうるガスと、酸素系化学種を発生しう
るガスとを含むエッチングガスを用いて、高融点金属層
をプラズマエッチングする工程とを含むことを特徴とす
る。

【００１４】いずれの発明においても、炭素およびイオ
ウを構成元素とする化合物は、ＣＳ₂ およびＣ₃ Ｓ₂ の
うちのいずれか少なくとも１種であることが望ましい。

【００１５】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。

【００１６】つぎに本発明の作用の説明に移る。本発明
の技術的ポイントは、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、炭素およ
びイオウを構成元素とする化合物ガスを含む混合ガスを
用いてプラズマエッチングする点にある。ＣＳ₂ やＣ₃
Ｓ₂ のような炭素およびイオウを構成元素とする化合物
は、プラズマ中で解離し、炭素系化学種を発生する。

【００１７】通常Ａｌ系金属層のプラズマエッチングに
おいては、ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ 混合ガスに代表されるＣｌ
系エッチングガスを用い、反応生成物として蒸気圧の大
きいＡｌＣｌ_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を側壁保護膜として
利用し、パターニングされつつあるＡｌ系金属層パター
ンのサイドエッチングを防止して異方性形状を達成す
る。レジストマスクの分解生成物からなる側壁保護膜
は、ＣＨ系ポリマを主体としこれに塩素を含有したもの
である。

【００１８】本願の第１の発明においては、Ｃｌ系エッ
チングガスに加えて炭素およびイオウを構成元素とする
化合物ガスを用いるため、プラズマ中で解離生成した炭
素系化学種がＣＨ系ポリマ中に取り込まれ、側壁保護膜
中の炭素原子の組成比が高まるとともに、塩素の含有量
が相対的に低いものとなる。かかる炭素リッチで低ハロ
ゲン含有量の側壁保護膜は、単なるレジストマスクの分
解生成物に比較して、イオンの入射やラジカルの攻撃に
対する耐性が飛躍的に高まる。側壁保護膜が強固なもの
となった分だけ、異方性加工に必要な入射イオンエネル
ギを低減することができ、対レジストマスク選択比が向
上し、下地のダメージも軽減される。Ａｌ系金属層に続
けてＷ等の高融点金属層を同じエッチングガスで加工す
る間にも、強固な結合を有する側壁保護膜の生成によ
り、上層のＡｌ系金属層パターンにサイドエッチングが
入ることなく異方性形状が維持される。このため、高融
点金属層のエッチングをＦ系のエッチングガスに切り替
える際に問題となるストリンガ残渣は原理的に発生しな
い。また例えば臭素系ガスをエッチングガスに用いた場
合のように、エッチングレートの大幅な低下や、エッチ
ング残渣によるパーティクルレベルの劣化も発生しな
い。さらに、ＣＨ系ポリマを主体とする側壁保護膜中に
採り込まれる形でパターニング後の積層配線の側壁に残
留する塩素量が軽減するので、アフターコロージョン耐
性を向上することもできる。

【００１９】また本願の第２の発明においては、上層の
Ａｌ系金属層のパターニングは前述した第１の発明に準
じた機構でパターニングされるが、被エッチング基板が
低温冷却されているのでラジカルの攻撃によるサイドエ
ッチングが抑制され、異方性加工にはさらに有利な条件
となる。一方下層の高融点金属層のパターニング時には
Ｃｌ系ガスとＯ系ガスの混合ガスに切り替えるので、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、Ｃｌ系ガスとＯ系ガスの混合ガス
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直接に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
ては、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、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏ
ｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ ７５ｔｈ．Ｅｄｉｔｉｏｎ（１９９４，ＣＲＣ
Ｐｒｅｓｓ社刊）による。

【００２０】高融点金属層のパターニング期間中、すで
にパターニングされた上層のＡｌ系金属層パターン側面
には前述した強固なＣＨ系ポリマで保護され続ける。ま
た、Ｏ系ガスによる僅かな酸化作用による側壁保護効果
も得られ、低温冷却効果も寄与するので、Ａｌ系金属層
パターンのサイドエッチング防止効果はさらに徹底した
ものとなる。したがって、異方性加工に必要な入射イオ
ンエネルギを一層低減でき、選択比の向上とエッチング
ダメージの防止効果が高まる。すなわち、積層配線のエ
ッチオフ後のオーバーエッチング時において、下地の層
間絶縁膜のスッパッタを低減し、積層配線側面への再付
着等を抑制する。このため、再付着物に取り込まれて残
留する塩素が低減され、アフターコロージョンの防止効
果がさらに徹底される。第２の発明においても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、ＡｌＦ_x 系の側壁変質膜が生成されることがない。
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。

【００２１】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る。

【００２２】

【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。

【００２３】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、ＣＳ₂ ／ＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ 混合ガスによりプラズマ
エッチングしてパターニングした例であり、これを図１
（ａ）〜（ｄ）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。

【００２４】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からなるバリア層３、ブランケット
ＣＶＤにより形成されたＷからなる高融点金属層４、ス
パッタリングにより形成された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。バリア層３を形成
後、不活性雰囲気中で例えば６５０℃で６０秒程度のＲ
ＴＡを施し、バリア性を向上してもよい。なお、絶縁膜
１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。

【００２５】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７を形成する。

【００２６】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。 ＣＳ₂ １０ ｓｃｃｍ ＢＣｌ₃ ４０ ｓｃｃｍ Ｃｌ₂ ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２．０ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ４０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ 本エッチング条件は、従来のエッチング条件に比してＲ
Ｆバイアスパワーが低減されたものであり、ＥＣＲ放電
によりＣｌ₂ とＢＣｌ₃ 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ＣＳ⁺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、反射防止層６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４と
バリア層３、密着層２はＷＣｌ_x、ＴｉＣｌ_x 等を反応
生成物として除去される。

【００２７】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）およ
び（ｃ）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が付着し、側壁保護膜８を形成しつ
つ異方性加工に寄与する。この炭素系ポリマは、ＣＳ₂
の解離により生成した炭素や少量のイオウをもそのネッ
トワーク中に採り込み、相対的に塩素含有量の少ない強
固なものである。炭素系ポリマの生成量は、ＲＦバイア
スパワーの低減によりレジストマスク７のスパッタ再付
着が減った分だけ、従来例ほど多くはなく、側壁保護膜
８の厚さも薄いが、高いエッチング耐性を示し、Ａｌ系
金属層５と高融点金属層４を含む積層配線の異方性加工
が達成された。

【００２８】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
（ｄ）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。

【００２９】本実施例によれば、ＣＳ₂ ／ＢＣｌ₃ ／Ｃ
ｌ₂ 混合ガスを用いた１ステップエッチングにより、Ａ
ｌ／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、
Ｃｌ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、側壁保護膜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。

【００３０】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、
被エッチング基板を室温以下に制御しつつ、Ａｌ系金属
層をＣＳ₂ ／ＨＣｌ／Ｃｌ₂ 混合ガスでパターニング
後、高融点金属層をＣｌ₂ ／Ｏ₂ 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）〜（ｄ）
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。

【００３１】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まず反射防止
層６とＡｌ系金属層５をパターニングする。 ＣＳ₂ １０ ｓｃｃｍ ＨＣｌ ４０ ｓｃｃｍ Ｃｌ₂ ２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２．０ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ２５ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本エッチング工程では、ＥＣＲ放電によりＨＣｌとＣｌ
₂ 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 ⁺ 、ＨＣｌ_x ⁺ およびＣＳ⁺ 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、反射防止層６とＡｌ系金属層５は反応生成
物としてＴｉＣｌ_x 、ＡｌＣｌ_x として除去される。

【００３２】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
ポリマによる側壁保護膜８が堆積する。この炭素系ポリ
マはＣＳ₂ の解離による炭素やイオウをそのネットワー
ク中に採り込み、相対的に塩素含有量が低減された強固
なものであり、その生成量は従来例ほど多くはないもの
の、高いエッチング耐性を示し、Ａｌ系金属層５の異方
性加工に寄与する。また被エッチング基板の低温冷却に
よりラジカル反応が抑制されることにより、オーバーエ
ッチング工程においてもサイドエッチングが入ることは
ない。本エッチング工程は、レジストマスク７から露出
するＡｌ系金属層５が完全に除去され、高融点金属層４
の表面が露出した段階で終了した。

【００３３】続けてエッチングガスを切り替え、一例と
して下記エッチング条件によりまず高融点金属層４とバ
リア層３、密着層２を連続的にパターニングする。 Ｃｌ₂ ９０ ｓｃｃｍ Ｏ₂ ３０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２．０ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ２５ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本エッチング工程では、ＥＣＲ放電によりＣｌ₂ 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 ⁺ 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、高融点金属
層４とバリア層３、密着層２は、反応生成物ＷＯ_x Ｃｌ
_y やＴｉＣｌ_x として除去される。

【００３４】また同時に、パターニングされつつある高
融点金属層４の側面には、図１（ｃ）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による
側壁保護膜８が堆積し、異方性加工が達成される。この
とき、Ａｌ系金属層５パターンの側面には、すでに炭素
リッチなＣＨ系ポリマによる強固な側壁保護膜８が残留
しており、またＡｌ系金属層５パターンの側面を僅かに
酸化しながら高融点金属層４をパターニングするので、
この酸化被膜も側壁保護の効果を果たし、サイドエッチ
ングが発生する虞れはない。

【００３５】なお本実施例では被エッチング基板を低温
冷却しているのでラジカルの等方的反応が抑制され、こ
の面からもサイドエッチングは抑制される。このため、
前実施例１よりさらに入射イオンエネルギを下げた条件
にかかわらず、積層配線の良好な異方性形状が得られる
とともに、選択比の向上とエッチングダメージの一層の
向上が達成される。低バイアス化の効果は、下地の絶縁
膜１のスパッタリング防止および塩素を含むスパッタ再
付着物の低減をもたらすこととなり、積層配線側面の残
留塩素低減によるアフターコロージョン耐性もさらに向
上した。

【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
（ｄ）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、ＣＳ₂ ／ＨＣｌ／Ｃｌ
₂ 混合ガスとＣｌ₂ ／Ｏ₂ 混合ガスを切り替え使用した
２ステップエッチングにより、実施例１の効果、すなわ
ちサイドエッチング、残渣およびダメージ防止等を徹底
することができる。

【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
５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、
膜厚や露光波長等の条件次第でａ−Ｓｉ、ＳｉＯ₂ 、Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ 、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Ｔｉ
Ｎ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Ｓ₂ Ｃｌ₂ 等を用いてもよい。また炭
素およびイオウを構成元素とする化合物としてＣＳ
₂ （ｍｐ＝−１１０．８℃、ｂｐ＝４６．３℃）の他に
Ｃ₃ Ｓ₂ （ｍｐ＝−０．５℃）を用いてもよい。これら
はいずれも室温で液体ソースなので、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。勿論Ａｒ、
Ｈｅ等の不活性希釈ガスを添加してもよい。

【００４２】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。

【００４３】

【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、特定のエッ
チングガスを採用することにより、側壁保護膜が強化さ
れ、選択比の向上、サイドエッチングの防止、ダメージ
低減効果が得られる。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。

【００４４】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形成方法を、その工程順に
示す概略断面図である。

【図２】従来の積層配線の形成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る。

【符号の説明】

１…絶縁膜、２…密着層、３…バリア層、４…高融点金
属層、５…Ａｌ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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 少なくとも炭素およびイオウを構成元素とする化合物ガ
   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、 前記高融点金属層とＡｌ系金属層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。
2. 【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、 少なくとも炭素およびイオウを構成元素とする化合物ガ
   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Ａｌ系金属層をプラズマエッチングする工程と、 少なくとも塩素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を含むエッチングガス
   を用いて、 前記高融点金属層をプラズマエッチングする工程とを含
   むことを特徴とする積層配線の形成方法。
3. 【請求項３】 炭素およびイオウを構成元素とする化合
   物は、ＣＳ₂ およびＣ₃ Ｓ₂ のうちのいずれか少なくと
   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。
4. 【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。