JPH11214354A

JPH11214354A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11214354A
Application number: JP860398A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ichinose; 秀夫市之瀬; Norihisa Oiwa; 徳久大岩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｗ膜およびＴｉＮ膜をＲＩＥ法を用いて同一の
エッチング工程でエッチングすること。【解決手段】Ｃｌ₂ とＯ₂ の混合ガスにＣＦ₄ ガスを添
加したエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＷ膜およ
びＴｉＮ膜をエッチングする際に、エッチングガス中の
フッ素比率を略０．０５に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）によるエッチ
ング工程を有する半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、シリコンＵＬＳＩの高性能化に伴
い、ＤＲＡＭ等の半導体メモリにおいては、タングステ
ン（Ｗ）からなるビット線（Ｗビット線）が用いられる
ようになっている。その理由は、Ｗは高融点・低抵抗の
金属材料であるからである。

【０００３】従来、ＣＯＢ（Capasitor Over Bitline）
方式のスタック型ＤＲＡＭにおいては、次に示す手順で
Ｗビット線およびコンタクトホールを形成していた。ま
ず始めにＷ膜をＣＶＤ法を用いて堆積し、次いでこのＷ
膜をＲＩＥ法を用いてエッチング加工することにより、
Ｗビット線を形成する。次にこのＷビット線を覆うよう
に層間絶縁膜をプラズマＣＶＤ法を用いて堆積した後、
その表面を平坦化する。

【０００４】次に層間絶縁膜上にレジストパターンをフ
ォトリソグラフィ法を用いて形成した後、このレジスト
パターンをマスクにして層間絶縁膜をエッチングし、Ｗ
ビット線間の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成す
る。

【０００５】ところで、近年のデバイスの配線間の寸法
縮小化に伴い、この種の形成方法では以下のような問題
が顕在化している。すなわち、レジストパターンを形成
する際のフォトリソグラフィの露光精度が不十分とな
り、ビット線間にコンタクトホールを正確に形成するこ
とが困難になってきている。また、層間絶縁膜のステッ
プカバレッジが低下し、ビット線間を層間絶縁膜で埋め
込むことが困難になってきている。

【０００６】この問題に対して、埋込み型配線（ダマシ
ン配線）と呼ばれている方法が注目されている。この方
法では、まず、層間絶縁膜としての酸化シリコン膜の表
面に配線溝を形成し、次いでＷビット線となるＷ膜を全
面に形成する。

【０００７】次に配線溝外の不要なＷ膜をＣＭＰ(Chemi
cal Mechanical Polishing) 法を用いて除去した後、配
線溝内のＷ膜の上半分をＲＩＥ法を用いて除去すること
により、Ｗビット線を形成する。

【０００８】次に全面に窒化シリコン膜を形成した後、
配線溝外の不要な窒化シリコン膜をＣＭＰ法を用いて除
去する。この結果、配線溝の上半分は、窒化シリコン膜
で埋め込まれることになる。

【０００９】次に窒化シリコン膜をマスクにして、酸化
シリコン膜を選択的にエッチングすることにより、Ｗビ
ット線間の酸化シリコン膜にコンタクトホールを自己整
合的に形成する。

【００１０】この方法において、Ｗビット線としてのＷ
膜を形成する前に、バリアメタル膜としてのＴｉＮ膜を
形成する場合には、配線溝外のＴｉＮ膜を除去する工程
が必要となる。

【００１１】ここで、Ｗ膜とＴｉＮ膜をＲＩＥ法を用い
て同時にエッチングすることは不可能なので、従来はＷ
膜とＴｉＮ膜を別々にエッチングしていた。具体的に
は、最初にＷ膜をＲＩＥ法を用いてエッチングし、次に
ＴｉＮ膜をダウンストリーム法を用いてエッチングして
いた。

【００１２】しかしながら、このようにＷ膜とＴｉＮ膜
を別々にエッチングすると、工程数が増加するうえに、
ダウンストリーム方式のエッチング装置が必要となるた
め、処理時間や生産コストが大幅に増大する。

【００１３】なお、ダウンストリームエッチング法によ
り、Ｗ膜とＴｉＮ膜を同時にエッチングすることが可能
であることが知られているが、ダウンストリームエッチ
ング法を用いてＷ膜をエッチングしてビット線を形成す
ると、ビット線の抵抗のばらつきが大きくなるという問
題がある。

【００１４】その理由は以下の通りである。全面に形成
したＷ膜のうち、配線溝上のＷ膜の表面にはシームと呼
ばれる溝が存在する。このシームの大さは配線溝間でば
らついている。

【００１５】このようなシームが存在するＷ膜をダウン
ストリームエッチング法によりエッチングすると、その
シームは広がる。シームの広がりは、初期のシームの広
がりに依存する。また、初期のシームの広がりにはばら
つきがある。

【００１６】したがって、ダウンストリームエッチング
法を用いてＷ膜をエッチングすると、シームの広がりの
ばらつきがさらに大きくなり、抵抗のばらつきが大きい
ビット線が形成されることになる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来、Ｔ
ｉ膜／Ｗ膜の積層膜をＲＩＥ法を用いて同時にエッチン
グすることが不可能であったので、Ｗ膜をＲＩＥ法を用
いてエッチングした後、Ｔｉ膜をダウンストリーム法を
用いてエッチングしていた。

【００１８】しかしながら、このようにＷ膜とＴｉＮ膜
を別々にエッチングすると、工程数が増加するうえに、
ダウンストリーム方式のエッチング装置が必要となるた
め、処理時間や生産コストが大幅に増大するという問題
があった。

【００１９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、チタンを含む第１の導
電膜およびタングステンを含む第２の導電膜をＲＩＥ法
を用いて同一のエッチング工程でエッチングできる半導
体装置の製造方法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】［構成］上記目的を達成
するために、本発明に係る（請求項１）は、エッチング
ガスとして、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスに、炭素、
弗素および窒素の少なくとも１種類の原子を含むガスを
所定量添加したガスを用いた反応性イオンエッチングに
より、チタンを含む第１の導電膜およびタングステンを
含む第２の導電膜を同一のエッチング工程でエッチング
することを特徴とする。

【００２１】ここで、前記所定量は、例えばエッチング
ガス中の総原子数に対する弗素原子数の比が０．０５以
上となる量である（請求項２）。または前記所定量は、
例えばエッチングガス中の酸素原子数に対する窒素原子
数の比が１０以上となる量である（請求項３）。

【００２２】本発明において、第１の導電膜は、例えば
絶縁膜の表面に形成された溝の底面および側面を被覆す
るように形成され、第２の導電膜は、第１の導電膜を介
して前記溝の内部を充填するように形成されたものであ
る（請求項４）。

【００２３】ここで、第１および第２の導電膜のエッチ
ング工程を真空雰囲気で行ない、かつ前記エッチング工
程の後に、上記絶縁膜、ならびに上記第１および第２の
導電膜を大気に晒さずにこれらの膜の表面に酸素を含ま
ないパージガスを流すことが好ましい（請求項５）。

【００２４】また、上記第１および第２の導電膜のエッ
チング工程の後に、上記絶縁膜、ならびに上記第１およ
び第２の導電膜に水洗処理または硫酸処理を施すことが
好ましい（請求項６）。

【００２５】［作用］本発明者らの研究によれば、反応
性イオンエッチングにおいて、エッチングガスとして、
塩素ガスと酸素ガスの混合ガスに、炭素、弗素および窒
素の少なくとも１種類の原子を含むガスを所定量添加し
たガスを用いた場合には、チタンを含む第１の導電膜お
よびタングステンを含む第２の導電膜を略同一のエッチ
ング速度でエッチングできることが分かった。

【００２６】したがって、このようなエッチングガスを
用いた本発明によれば、チタンを含む第１の導電膜およ
びタングステンを含む第２の導電膜を同一のエッチング
工程でエッチングできるようになる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。（第１の実施形態）図１、図２は、本発明の第１の実施
形態に係る金属配線の形成方法を示す工程断面図であ
る。

【００２８】まず、図１（ａ）に示すように、図示しな
いシリコン基板上に形成された酸化シリコン膜１の表面
に、周知のリソグラフィー法およびＲＩＥ法を用いて配
線溝２を形成する。この配線溝２の深さは４００ｎｍ、
幅は０．２２μｍである。

【００２９】次に図１（ｂ）に示すように、スパッタリ
ング法を用いてバリアメタル膜としての厚さ２５ｎｍの
ＴｉＮ膜３を全面に堆積する。この結果、配線溝２の表
面（側面および底面）は、ＴｉＮ膜３により被覆される
ことになる。

【００３０】次に図１（ｃ）に示すように、配線溝２の
内部を完全に充填するように、全面に金属配線としての
厚さ８００ｎｍのＷ膜４をＣＶＤ法を用いて堆積する。
このとき、Ｗ膜４にはシーム５が形成される。

【００３１】次に図１（ｄ）に示すように、酸化シリコ
ン膜１の表面が露出するまで、Ｗ膜４およびＴｉＮ膜３
をＣＭＰ法を用いて研磨することによって、配線溝２外
の不要なＷ膜４およびＴｉＮ膜３を除去する。

【００３２】次に図２（ｅ）に示すように、Ｃｌ₂ とＯ
₂ の混合ガスに、Ｃ、ＮおよびＦの少なくとも１種類の
原子を含むガスを所定量添加したガスを用いたＲＩＥ法
により、Ｗ膜４およびＴｉＮ膜３を略同じエッチング速
度でもってエッチングすることによって、酸化シリコン
膜１の表面から２００ｎｍまでの深さのＷ膜４およびＴ
ｉＮ膜３を同一のエッチング工程で除去する。なお、所
定量については後述する。

【００３３】このようにして配線溝２内の下半分は、Ｔ
ｉＮ膜３を介してＷ膜４からなる金属配線により埋め込
まれることになる。次に図２（ｆ）に示すように、配線
溝２の内部を完全に充填するように、全面に厚さ３００
ｎｍの窒化シリコン膜６をＣＶＤ法を用いて堆積する。

【００３４】次に図２（ｇ）に示すように、酸化シリコ
ン膜１の表面が露出するまで、窒化シリコン膜６をＣＭ
Ｐ法を用いて研磨することによって、配線溝２外の不要
な窒化シリコン膜６を除去する。

【００３５】以上の工程により、半導体基板上に形成さ
れた酸化シリコン膜１には配線溝２が形成され、この配
線溝２内の下半分はＴｉＮ膜３を介してＷ膜４からなる
金属配線により埋め込まれ、その上半分は窒化シリコン
膜６により埋め込まれた配線構造が得られる。

【００３６】なお、実際のＬＳＩのプロセスでは、この
ような配線構造を複数形成し、図２（ｈ）に示すよう
に、窒化シリコン膜６をマスクにして、上記配線構造間
の酸化シリコン膜１を選択的にエッチングすることによ
り、接続孔（コンタクトホール、ヴィアホール）７を自
己整合的に形成する。

【００３７】また、実際のＬＳＩのプロセスにおいて、
Ｗ膜４からなる金属配線は、例えば図３に示すようなＤ
ＲＡＭのＷビット線２４である。図３（ａ）はワード線
に平行なワード線間の断面図、図３（ｂ）はビット線に
平行なビット線間の断面図である。

【００３８】また、図において、１０はシリコン基板、
１１はＴＥＯＳ膜（素子分離絶縁膜）、１２は多結晶シ
リコン膜（第１のビット線プラグ）、１３はＷ膜（ゲー
ト電極）、１４は多結晶シリコン膜（ゲート電極）、１
５は窒化シリコン膜（ゲート上部絶縁膜）、１６は窒化
シリコン膜（ゲート側壁絶縁膜）、１７はＴＥＯＳ膜
（層間絶縁膜）、１８は窒化シリコン膜、１９は多結晶
シリコン膜（第２のビット線プラグ）、２０はＲｕ膜
（下部キャパシタ電極）、２１はＢＳＴ膜（キャパシタ
絶縁膜）、２２はＲｕ膜（上部キャパシタ電極）、２３
はＴｉＮ膜、２５は窒化シリコン膜を示している。な
お、ゲート絶縁膜は省略してある。

【００３９】図２（ｅ）の配線溝２内の上半分のＷ膜４
およびＴｉＮ膜３を除去工程は、従来は、図４に示すよ
うに、ＲＩＥによるＷ膜４の第１のエッチング工程と、
ダウンストリームエッチングによるＴｉＮ膜３の第２の
エッチング工程との２つのエッチング工程が必要であっ
た。

【００４０】第１のエッチング工程は、Ｃｌ₂ とＯ₂ の
混合ガスを用いたＲＩＥ法により、Ｗ膜４を酸化シリコ
ン膜１に対して選択的にエッチングする工程である。こ
のエッチング工程で用いるＲＩＥは選択的な異方性エッ
チングであるため、Ｗ膜４のシーム５は拡大しないが、
図４（ｂ）に示すように、ＴｉＮ膜３はエッチングされ
ずに残ってしまう。

【００４１】しかし、第２のエッチング工程で用いるダ
ウンストリームエッチングは等方性エッチングであるた
め、図４（ｃ）に示すように、Ｗ膜４のシーム５は広が
ってしまう。

【００４２】図５に、Ｃｌ₂ とＯ₂ の混合ガスを用いた
ＲＩＥにおいて、酸素濃度（％）を変えたときのＷ膜、
ＴｉＮ膜およびＴＥＯＳ膜のそれぞれのエッチング速度
を示す。

【００４３】ここでは、エッチング装置としてマグネト
ロンエッチング装置を用い、パワーを２００Ｗ、ガス圧
を７５ｍＴｏｒｒ、総流量を５０ｃｃｍ、基板温度を８
０℃に設定してエッチングを行なった。

【００４４】図から、酸素濃度が２０％程度の場合に、
ＴＥＯＳ膜に対してＷ膜のエッチング選択比が最大にな
るが、この条件ではＴｉＮ膜はエッチングされないこと
が分かる。

【００４５】これは、Ｔｉ−Ｃｌの結合力（２６ｋｃａ
ｌ／ｍｏｌｅ）よりもＴｉ−Ｏの結合力（１５７ｋｃａ
ｌ／ｍｏｌｅ）のほうが大きいため、酸素添加によりＴ
ｉＮ膜３のＲＩＥにおける反応生成物であるＴｉＣｌ₄
の形成が抑制されるからである。

【００４６】このため、従来法では、Ｃｌ₂ とＯ₂ の混
合ガスを用いたＲＩＥ後（第１のエッチング工程後）に
は、ＴｉＮ膜３がエッチングされずに残り、例えばＣＦ
₄ ／Ｏ₂ ガス系を用いたダウンストリームエッチング法
によりＴｉＮ膜３をエッチングする工程（第２のエッチ
ング工程）が必要となる。

【００４７】したがって、従来法は、本実施形態の方法
に比べて、ダウンストリームエッチング法によるエッチ
ング工程の分だけ工程数が増加するうえ、ダウンストリ
ームエッチング装置が必要となるため、処理時間、コス
トが大幅に増大するという問題があった。

【００４８】一方、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガス系を用いたダウン
ストリームエッチング法によれば、Ｗ膜４およびＴｉＮ
膜３の一括エッチングは可能であるが、ダウンストリー
ムエッチング法はラジカルによる等方エッチングである
ため、図６に示すように、ダウンストリームエッチング
法を用いた加工後に、シーム５´が大きく拡大してしま
うという問題がある。

【００４９】シーム５´の広がりは初期のシーム５の広
がりに大きく依存し、また初期のシーム５の広がりには
ばらつきがある。そのため、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガス系を用い
たダウンストリームエッチングによる一括エッチングを
行なうと、エッチング後の配線抵抗の不均一性が大きく
なる。したがって、ダウンストリームエッチングを用い
た方法の実用化は困難である。

【００５０】ここで、本発明者らの研究によれば、Ｃｌ
₂ とＯ₂ の混合ガスに、Ｃ、ＮおよびＦの少なくとも１
種類の原子を含むガスを所定量添加したガスを用いたＲ
ＩＥにより、Ｗ膜４およびＴｉＮ膜３を略同じエッチン
グ速度でもって同時にエッチングできることが分かっ
た。また、ＲＩＥによる異方性エッチングであるため、
加工後のシームの拡大は極めて小さい。

【００５１】図７に、Ｃｌ₂ とＯ₂ の混合ガスにＣＦ₄
ガスを添加したガスを用いたＲＩＥにおいて、フッ素比
率（＝エッチングガス中のＦ原子数／エッチングガス中
の全原子数）を変えたときのＷ膜、ＴｉＮ膜およびＴＥ
ＯＳ膜のそれぞれのエッチング速度を示す。

【００５２】ここでは、エッチング装置としてマグネト
ロンエッチング装置を用い、パワーを２００Ｗ、ガス圧
を７５ｍＴｏｒｒ、総流量を５０ｃｃｍ、基板温度を８
０℃に設定してエッチングを行なった。

【００５３】図から、ＴｉＮ膜はＣＦ₄ ガスを添加しな
いとエッチングされないが、ＣＦ_４ガスの添加量（フッ
素比率）の増加とともに、エッチング速度が速くなるこ
とが分かる。そして、フッ素比率が０．０５を越える
と、ＴｉＮ膜のエッチング速度を他の膜（Ｗ膜、ＴＥＯ
Ｓ膜）よりも速くなることが分かる。また、そのときの
ＴｉＮ膜のエッチング速度の値自身も大きい。

【００５４】したがって、フッ素比率を略０．０５に設
定することにより、Ｗ膜のエッチング速度とＴｉＮ膜の
それとを略同じにすることが可能となり、Ｗ膜とＴｉＮ
膜を同一のエッチング工程でエッチングすることができ
るようになる。

【００５５】ここでは、フッ素比率を略０．０５に設定
したが、エッチングの条件によっては、０．０５よりも
さらに高いフッ素比率でＷ膜のエッチング速度とＴｉＮ
膜のそれとが略等しくなる。

【００５６】すなわち、本発明者らの研究によれば、一
般的には、フッ素比率を０．０５以上に設定することに
より、Ｗ膜のエッチング速度とＴｉＮ膜のそれとを略等
しくできることが分かった。

【００５７】図７に、Ｃｌ_２とＯ₂ の混合ガスにＣＦ
₄ ガスを添加したガスを用いたＲＩＥ後のチャンバ内の
堆積膜厚とフッ素比率との関係を示す。ここでは、エッ
チング装置としてマグネトロンエッチング装置を用い、
パワーを２００Ｗ、ガス圧を７５ｍＴｏｒｒ、総流量を
５０ｃｃｍ、基板温度を８０℃、エッチング時間を６０
分に設定してエッチングを行なった。

【００５８】また、堆積膜厚は、カプトンテープを貼っ
たＳｉウェハをチェンバ側壁に設置し、プロセス終了後
にカプトンテープを剥がし、それに形成された段差を段
差計で測定することにより求めた。

【００５９】図から、フッ素比率（ＣＦ₄ ガスの添加
量）の増加に伴い堆積膜厚が薄くなることが分かる。こ
の効果は、フッ素比率を０．０５以上とすると、特に顕
著になる。

【００６０】したがって、フッ素比率を０．０５以上に
することにより、チャンバのクリーニングを行なう頻度
を低くできるので、メンテナンスの時間およびコストを
大幅に低減できるようになる。しかも、Ｗ膜とＴｉＮ膜
を同一のエッチング工程でエッチングすることも可能と
なる。

【００６１】ところで、図２（ｅ）の工程（Ｗ膜４およ
びＴｉＮ膜３のＲＩＥ工程）の後に大気に晒すと、図９
に示すように、配線溝の内外にタンダステン酸化膜から
なる残査８が形成される。このような残渣８が形成され
ると、図２（ｆ）の工程で形成する窒化シリコン膜６の
段差被覆性が劣化し、配線溝２の内部を完全に充填でき
なくなる。

【００６２】ここで、図２（ｅ）の工程後に残渣８が形
成されない場合の配線溝２の未充填部分の断面積をＡ、
残渣８が形成された場合のそれをＢとし、Ｂ／Ａを残査
堆積率と定義する（図９）。

【００６３】図１０に、図２（ｅ）のＲＩＥ工程後に大
気に直接晒した場合の残査堆積率と、チェンバ内でＯ₂
またはＮ₂ によるガスフロー（パージ）を行なった場合
の残査堆積率を示す。

【００６４】図から、残査８はＯ₂ との反応で形成さ
れ、Ｎ₂ ガスフローを行なうことによって残査堆積率を
小さくできることが分かる。このよう残査抑制効果は、
ヘリウム等の酸素原子を含まない他の不活性ガスを用い
ても得られることを確認した。

【００６５】したがって、以上の結果から、図２（ｅ）
のＷ膜４およびＴｉＮ膜３のＲＩＥの後に、試料（酸化
シリコン膜１、Ｗ膜４、ＴｉＮ膜３）を大気に晒さず、
その表面をヘリウム等やＮ₂ 等の不活性ガスによりパー
ジすることが好ましい。

【００６６】図１１に、図２（ｅ）のＲＩＥ工程後に水
洗処理または希硫酸処理を行なった場合の残査堆積率
と、このような処理を行なわなかった場合の残査堆積率
を示す。

【００６７】図から、水洗処理または希硫酸処理を行な
った場合は、残査堆積率が０となることが分かる。ま
た、このような処理でＲＩＥにより生じた残渣８を除去
した後に、窒化シリコン膜６の成膜を行なったところ、
配線溝２内を完全に充填できることを確認した。

【００６８】したがって、以上の結果から、図２（ｅ）
のＲＩＥ工程後に水洗処理または希硫酸処理を行なうこ
とが好ましい。（第２の実施形態）本実施形態が第１の実施形態と異な
る点は、図２（ｅ）のＲＩＥ工程において、エッチング
ガスとして、Ｃｌ₂ とＯ₂ の混合ガスにＮ₂ ガスを添加
したガスを用いたことにある。

【００６９】図１２に、Ｃｌ₂ とＯ₂ の混合ガスにＮ₂
ガスを添加したガスを用いたＲＩＥにおいて、窒素比率
（＝エッチングガス中のＮ原子数／エッチングガス中の
Ｏ原子数）を変えたときのＷ膜、ＴｉＮ膜およびＴＥＯ
Ｓ膜のそれぞれのエッチング速度を示す。

【００７０】図から、ＴｉＮ膜はＮ₂ ガスを添加しない
とエッチングされないが、Ｎ₂ ガスの添加量（窒素比
率）の増加とともに、エッチング速度が速くなることが
分かる。そして、窒素比率が１０を越えると、ＴｉＮ膜
のエッチング速度を他の膜（Ｗ膜、ＴＥＯＳ膜）よりも
速くなることが分かる。また、そのときのＴｉＮ膜のエ
ッチング速度の値自身も大きい。

【００７１】したがって、窒素比率を略１０に設定する
ことにより、ＣＦ₄ ガス添加の場合と同様に、Ｗ膜のエ
ッチング速度とＴｉＮ膜のそれとを略同じにでき、これ
によりＷ膜とＴｉＮ膜を同一のエッチング工程でエッチ
ングできるようになる。

【００７２】ここでは、窒素比率を略１０に設定した
が、エッチングの条件によっては、１０よりもさらに高
い窒素比率でＷ膜のエッチング速度とＴｉＮ膜のそれと
が略等しくなる。

【００７３】すなわち、本発明者らの研究によれば、一
般的には、窒素比率を１０以上に設定することにより、
Ｗ膜のエッチング速度とＴｉＮ膜のそれとを略等しくで
きることが分かった。

【００７４】また、窒素比率を高くすると、Ｎ₂ ガスの
パージガスとしての機能を高くなり、チャンバ内のエッ
チング生成物を効果的に排気でき、エッチング残渣を数
分の１に抑制できることを見出だした。

【００７５】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではない。例えば、上記実施形態では、塩素ガスと
酸素ガスの混合ガスに、弗素原子を含むガスまたは窒素
ガスを添加した場合について説明したが、炭素原子を含
むガスを添加してもＷ膜のエッチング速度とＴｉＮ膜の
それとを略等しくできる。この場合、炭素原子は、エッ
チングを阻害するＴｉＮ膜表面のＴｉ−Ｏ結合から、Ｃ
Ｏの形でＯ原子を引き抜く役割がある。しかし、Ｃ原子
が大量に存在すると堆積してしまうため、全エッチング
ガス原子中のＣ原子数の比は５０％以下であることが望
ましい。

【００７６】さらに弗素系ガス、窒素ガス、炭素系ガス
のうちの２つ、または全てのガスを添加してもＷ膜のエ
ッチング速度とＴｉＮ膜のそれとを略等しくできる。ま
た、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスもＣｌ₂ とＯ₂ の混
合ガスに限定されるものではない。

【００７７】また、被エッチング膜もＷ膜およびＴｉＮ
膜に限定されるものではなく、例えばＷ膜の代わりにＷ
化合物膜、ＴｉＮ膜の代わりにＴｉ膜であっても良い。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施できる。

【００７８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、エ
ッチングガスとして所定のガスを用いることにより、チ
タンを含む第１の導電膜およびタングステンを含む第２
の導電膜を反応性イオンエッチング法を用いて同一のエ
ッチング工程でエッチングできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る金属配線の前半
の形成方法を示す工程断面図

【図２】本発明の第２の実施形態に係る金属配線の前半
の形成方法を示す工程断面図

【図３】第１の実施形態の金属配線の形成方法を適用で
きるＤＲＡＭの断面図

【図４】従来の配線溝内のＷ膜およびＴｉＮ膜の除去方
法を示す工程断面図

【図５】Ｃｌ₂ とＯ₂ の混合ガスを用いたＲＩＥにおい
て、酸素濃度を変えたときのＷ膜、ＴｉＮ膜、ＴＥＯＳ
膜のエッチング速度を示す図

【図６】ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガス系を用いたダウンストリーム
エッチングにより、Ｗ膜およびＴｉＮ膜を一括エッチン
グする方法の問題点を説明するための断面図

【図７】Ｃｌ₂ とＯ₂ の混合ガスにＣＦ₄ ガスを添加し
たガスを用いたＲＩＥにおけるＷ膜、ＴｉＮ膜、ＴＥＯ
Ｓ膜のエッチング速度のフッ素比率依存性を示す図

【図８】Ｃｌ₂ とＯ₂ の混合ガスにＣＦ₄ ガスを添加し
たガスを用いたＲＩＥ後のチャンバ内の堆積膜厚のフッ
素比率依存性を示す図

【図９】配線溝の内外の残渣および残査堆積率の定義を
説明するための図

【図１０】図２（ｅ）のＲＩＥ工程後に大気に直接晒し
た場合の残査堆積率と、チェンバ内でＯ₂ またはＮ₂ に
よるガスフロー（パージ）を行なった場合の残査堆積率
を示す図

【図１１】図２（ｅ）のＲＩＥ工程後に水洗処理または
希硫酸処理を行なった場合の残査堆積率と、同処理を行
なわなかった場合の残査堆積率を示す図

【図１２】Ｃｌ₂ とＯ₂ の混合ガスにＮ₂ ガスを添加し
たガスを用いたＲＩＥにおけるＷ膜、ＴｉＮ膜、ＴＥＯ
Ｓ膜のエッチング速度の窒素比率依存性を示す図

【符号の説明】

１…酸化シリコン膜２…配線溝３…ＴｉＮ膜（第１の導電膜）４…Ｗ膜（第２の導電膜）５，５´…シーム６…窒化シリコン膜７…接続孔８…残渣１０…シリコン基板１１…ＴＥＯＳ膜（素子分離絶縁膜）１２…多結晶シリコン膜（第１のビット線プラグ）１３…Ｗ膜（ゲート電極）１４…多結晶シリコン膜（ゲート電極）１５…窒化シリコン膜（ゲート上部絶縁膜）１６…窒化シリコン膜（ゲート側壁絶縁膜）１７…ＴＥＯＳ膜（層間絶縁膜）１８…窒化シリコン膜１９…多結晶シリコン膜（第２のビット線プラグ）２０…Ｒｕ膜（下部キャパシタ電極）２１…ＢＳＴ膜（キャパシタ絶縁膜）２２…Ｒｕ膜（上部キャパシタ電極）２３…ＴｉＮ膜（第１の導電膜）２４…Ｗビット線（第２の導電膜）２５…窒化シリコン膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチングガスとして、塩素ガスと酸素ガ
スの混合ガスに、炭素、弗素および窒素の少なくとも１
種類の原子を含むガスを所定量添加したガスを用いた反
応性イオンエッチングにより、チタンを含む第１の導電
膜およびタングステンを含む第２の導電膜を同一のエッ
チング工程でエッチングすることを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項２】前記所定量は、前記エッチングガス中の総
原子数に対する弗素原子数の比が０．０５以上となる量
であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項３】前記所定量は、前記エッチングガス中の酸
素原子数に対する窒素原子数の比が１０以上となる量で
あることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項４】前記第１の導電膜は、絶縁膜の表面に形成
された溝の底面および側面を被覆するように形成され、
前記第２の導電膜は、前記第１の導電膜を介して前記溝
の内部を充填するように形成されたものであることを特
徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項５】前記第１および第２の導電膜のエッチング
工程を真空雰囲気で行ない、かつ前記エッチング工程の
後に、前記絶縁膜、ならびに前記第１および第２の導電
膜を大気に晒さずにこれらの膜の表面に酸素を含まない
パージガスを流すことを特徴とする請求項４に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項６】前記第１および第２の導電膜のエッチング
工程の後に、前記絶縁膜、ならびに前記第１および第２
の導電膜に水洗処理または硫酸処理を施すことを特徴と
する請求項４に記載の半導体装置の製造方法。