(57)【要約】【課題】　Ｎ２ガスを主成分とするエッチングガスを使用してＡｌ配線層をエッチングする方法及びそれを利用した半導体素子の配線形成方法を提供する。【解決手段】　本発明による方法では、半導体基板上にＡｌ膜を形成する。前記Ａｌ膜上に前記Ａｌ膜の一部を露出させるハードマスクパターンを形成する。Ｃｌ２ガス及びＮ２ガスが１：１〜１：１０の流量比で混合されたエッチングガスを使用して前記露出されたＡｌ膜をエッチングする。【選択図】　図１Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　金属膜上に前記金属膜の一部を露出させるマスクパターンを形成する段階と、
　Ｃｌ２及びＮ２が混合されたエッチングガスを使用して前記露出された金属膜をエッチングする段階と、を含むことを特徴とする金属膜エッチング方法。
【請求項２】
　前記金属膜はＡｌまたはＡｌ合金で形成されることを特徴とする請求項１に記載の金属膜エッチング方法。
【請求項３】
　前記エッチングガスはＣｌ２及びＮ２が１：１〜１：１０の流量比で混合されることを特徴とする請求項１に記載の金属膜エッチング方法。
【請求項４】
　前記マスクパターンはハードマスクパターンであることを特徴とする請求項１に記載の金属膜エッチング方法。
【請求項５】
　前記マスクパターンは酸化物、窒化物及び酸化窒化物よりなる群から選択されたもので形成されることを特徴とする請求項１に記載の金属膜エッチング方法。
【請求項６】
　前記Ｎ２は前記エッチングガス総流量の４５〜６５％の流量比で供給されることを特徴とする請求項１に記載の金属膜エッチング方法。
【請求項７】
　前記エッチングガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ及びＸｅよりなる群から選択された不活性ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の金属膜エッチング方法。
【請求項８】
　前記エッチングガスは、前記エッチングガス総流量の２０％までの流量比で供給される付加ガスをさらに含み、前記付加ガスは、Ｈ、Ｏ、Ｆ、Ｈｅ及びＣよりなる群から選択された少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項７に記載の金属膜エッチング方法。
【請求項９】
　前記付加ガスは、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＳＦ５、ＮＦ３、Ｈ２、Ｏ２、ＳｉＣｌ４、ＣＯ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ６、Ｈｅ−Ｏ２及びＣＣｌ４よりなる群から選択されたガスであることを特徴とする請求項８に記載の金属膜エッチング方法。
【請求項１０】
　金属膜を含む配線層上にマスクパターンを形成する段階と、
　前記マスクパターンをエッチングマスクとしてＣｌ２及びＮ２が混合されたエッチングガスで前記配線層をエッチングして配線パターンを形成する段階と、を含むことを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項１１】
　前記金属膜はＡｌまたはＡｌ合金で形成されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１２】
　前記エッチングガスはＣｌ２及びＮ２が１：１〜１：１０の流量比で混合されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１３】
　前記マスクパターンはハードマスクパターンであることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１４】
　前記マスクパターンは、酸化物、窒化物及び酸化窒化物よりなる群から選択されたもので形成されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１５】
　前記Ｎ２は前記エッチングガス総流量の４５〜６５％の流量比で供給されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１６】
　前記エッチングガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ及びＸｅよりなる群から選択された不活性ガスを含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１７】
　前記エッチングガスは、前記エッチングガス総流量の２０％までの流量比で供給される付加ガスをさらに含み、前記付加ガスは、Ｈ、Ｏ、Ｆ、Ｈｅ及びＣよりなる群から選択された少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項１６に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項１８】
　前記付加ガスは、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＳＦ５、ＮＦ３、Ｈ２、Ｏ２、ＳｉＣｌ４、ＣＯ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ６、Ｈｅ−Ｏ２及びＣＣｌ４よりなる群から選択されたガスであることを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の配線形成。
【請求項１９】
　前記配線層は、前記金属膜の底面下に位置するバリア膜を含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項２０】
　前記配線層は前記金属膜と前記マスクパターンとの間に形成された反射防止膜を含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項２１】
　基板上に金属膜を含む配線層を形成する段階と、
　前記配線層上にマスクパターンを形成する段階と、
　前記マスクパターンをエッチングマスクとしてＣｌ２及びＮ２で形成されたエッチングガスで前記配線層をエッチングする段階と、を含むことを特徴とする半導体素子の配線形成方法。
【請求項２２】
　前記金属膜はＡｌまたはＡｌ合金で形成されることを特徴とする請求項２１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項２３】
　前記Ｎ２は前記エッチングガス総流量の４５〜６５％の流量比で供給されることを特徴とする請求項２１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項２４】
　前記Ｎ２は前記エッチングガス内で前記Ｃｌ２の量と同じか、又は前記Ｃｌ２の量よりも多量に存在することを特徴とする請求項２３に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項２５】
　前記エッチングガスはＣｌ２及びＮ２が１：１〜１：１０の流量比で混合されることを特徴とする請求項２４に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項２６】
　前記エッチングガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ及びＸｅよりなる群から選択された不活性ガスを含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項２７】
　前記エッチングガスは、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＳＦ５、ＮＦ３、Ｈ２、Ｏ２、ＳｉＣｌ４、ＣＯ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ６、Ｈｅ−Ｏ２及びＣＣｌ４よりなる群から選択され、前記エッチングガス総流量の２０％までの流量比で供給される付加ガスをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項２８】
　前記マスクパターンはハードマスクパターンであることを特徴とする請求項２１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項２９】
　前記マスクパターンは酸化物、窒化物及び酸化窒化物よりなる群から選択されたもので形成されることを特徴とする請求項２１に記載の半導体素子の配線形成方法。
【請求項３０】
　Ｎ２がＣｌ２の量と同じか、又はＣｌ２の量よりも多量に存在するようにＣｌ２及びＮ２を含むエッチングガスを使用して金属膜を含む配線層をエッチングする段階を含むことを特徴とする半導体素子でのマイクロローディング及びコーン欠陥発生減少方法。
【請求項３１】
　前記金属膜はＡｌまたはＡｌ合金で形成されることを特徴とする請求項３０に記載の半導体素子でのマイクロローディング及びコーン欠陥発生減少方法。
【請求項３２】
　前記Ｎ２は前記エッチングガス総流量の４５〜６５％の流量比で供給されることを特徴とする請求項３０に記載の半導体素子でのマイクロローディング及びコーン欠陥発生減少方法。
【請求項３３】
　前記エッチングガスは、Ｃｌ２及びＮ２が１：１〜１：１０の流量比で混合されることを特徴とする請求項３２に記載の半導体素子でのマイクロローディング及びコーン欠陥発生減少方法。
【請求項３４】
　前記エッチングガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ及びＸｅよりなる群から選択された不活性ガスを含むことを特徴とする請求項３２に記載の半導体素子でのマイクロローディング及びコーン欠陥発生減少方法。
【請求項３５】
　前記エッチングガスは、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＳＦ５、ＮＦ３、Ｈ２、Ｏ２、ＳｉＣｌ４、ＣＯ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ６、Ｈｅ−Ｏ２及びＣＣｌ４よりなる群から選択され、前記エッチングガス総流量の２０％までの流量比で供給される付加ガスをさらに含むことを特徴とする請求項３４に記載の半導体素子でのマイクロローディング及びコーン欠陥発生減少方法。
【請求項３６】
　Ｃｌ２及びＮ２が１：１〜１：１０の流量比で混合されることを特徴とする半導体素子の金属膜エッチング用エッチングガス。
【請求項３７】
　Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ及びＸｅよりなる群から選択された不活性ガスをさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の半導体素子の金属膜エッチング用エッチングガス。
【請求項３８】
　ＨＢｒ、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＳＦ５、ＮＦ３、Ｈ２、Ｏ２、ＳｉＣｌ４、ＣＯ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ６、Ｈｅ−Ｏ２及びＣＣｌ４よりなる群から選択された付加ガスをさらに含むことを特徴とする請求項３７に記載の半導体素子の金属膜エッチング用エッチングガス。
【請求項３９】
　金属膜上に前記金属膜の一部を露出させるマスクパターンを形成する段階と、
　請求項３６によるエッチングガスを使用して前記露出された金属膜をエッチングする段階と、を含むことを特徴とする金属膜エッチング方法。
【請求項４０】
　金属膜を含む配線層上にマスクパターンを形成する段階と、
　前記マスクパターンをエッチングマスクとして請求項３６によるエッチングガスで前記配線層をエッチングして配線層パターンを形成する段階と、を含むことを特徴とする金属膜エッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法に係り、特に、Ｃｌ２及びＮ２を含むエッチングガスを使用する配線形成方法及び金属膜エッチング方法、並びにＣｌ２及びＮ２で形成されるエッチングガスに関する。
【背景技術】
【０００２】
　半導体素子の集積度が高まるにつれて、多層金属配線構造を構成する金属配線層の線幅と金属配線層間の間隔とは順次に縮まる一方、金属配線層の高さは高くなってアスペクト比が高まっている。金属配線層はそれぞれの単位素子を完成させた後、これらの各素子間を電気的に連結する役割を果たすものであって、素子の速い動作速度を具現するためには低抵抗材料を使用することが望ましい。金属配線層の形成のための材料としては現在まで公知された材料のうち最も低い比抵抗を有するＡｌまたはその合金が主に使われている。
【０００３】
　Ａｌは電気伝導度は優秀であるが、エッチング時にフォトレジスト材料とのエッチング選択比がよくないので、フォトレジスト膜を厚くしなければならない。フォトレジスト膜を厚く形成する場合、工程処理量が低下し、フォトレジスト膜を微細にパターニングすることが難しくなる。このような結果を避けるために高集積半導体素子の金属配線形成時にフォトレジスト膜パターンを薄くする場合には、金属配線層のパターニング工程時に保護される他の領域を十分に保護できない問題がある。
【０００４】
　それによって、高集積半導体素子に必要な微細なサイズの金属配線パターンを形成するために、Ａｌ配線層をエッチングするにおいて、ハードマスクを使用する技術が提案された。
【０００５】
　ハードマスクを使用する金属配線形成のためのエッチング工程において、反応生成物はエッチング工程中に除去されたりもするが、エッチングチャンバの内壁面などに蒸着されることもある。このようにチャンバの内壁面に蒸着された副産物は硬く蒸着されないとエッチング工程中にチャンバの内壁面からウェーハの表面上に落ちる。このようにウェーハ上に落ちた副産物は金属配線パターンの間で短絡の原因として作用することもある。
【０００６】
　特許文献１によれば、ハードマスクを使用する金属配線形成工程において使われるエッチングガスとしてフォトレジスト膜をエッチングマスクに使用する場合に適用したＣｌ２及びＢＣｌ３の他に、金属配線パターンの側面をパッシベーションするためのＣＦ４、ＣＨＦ３などのようなフッ化炭素系列のガスをエッチングガスに添加して使用した。このように、フッ化炭素系列のガスを使用する場合、チャンバの内壁面に形成される副産物の積層は接着力の低い片状に蒸着されてエッチング工程中にウェーハの表面上に落ちやすい問題がある。その結果、ウェーハ上のパーティクルを増加させるようになり、これは収率低下の原因として作用する。
【０００７】
　特許文献２によれば、チャンバ内にパーティクルを誘発するフッ化炭素系列のガスを使用せずに、パッシベーションガスとしてＮ２を使用してＣｌ２／ＢＣｌ３／Ｎ２をエッチングガスに使用する工程が提案された。しかし、この場合にはＢＣｌ３の使用によってウェーハ上にコーン形態の欠陥が多発する問題がある。
【０００８】
　また、高集積半導体素子で配線パターンのアスペクト比が大きくなるにつれて、同じウェーハ上の同じチップ内で各領域のパターン密度によってエッチング率が変わったり、断面プロファイルで上部と底部とでのＣＤ（ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｄｉｅｍｎｓｉｏｎ）差が発生してプロファイル形態が変わるマイクロローディング現象が発生したりする。配線パターンの線間幅が狭くなるほど前記のようなマイクロローディング現象によって素子の誤動作を誘発しうる不良が引き起こされる確率が高まる。
【特許文献１】米国特許第５,３６９,０５３号明細書
【特許文献２】米国特許第６,２４２,３５８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
　本発明の目的は、前記のような従来技術での問題点を解決しようとするものであって、マスクを使用して金属膜よりなる配線層パターン形成のためのエッチング工程を行なうにおいて、パーティクルによる悪影響を最小化でき、ＢＣｌ３の使用によるコーン形態の欠陥発生を抑制できる金属膜エッチング方法を提供することである。
【００１０】
　本発明の他の目的は、マスクを使用して金属膜を含む配線形成時、パーティクルによる欠陥及びコーン形態の欠陥発生を防止すると同時に、ウェーハ上のパターン密度によってエッチング結果が変わるマイクロローディング現象を抑制できる半導体素子の配線形成方法を提供することである。
【００１１】
　本発明のさらに他の目的は、コーン形態の欠陥発生を防止してマイクロローディング現象を抑制できる金属膜エッチング用エッチングガスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
　前記目的を達成するために、本発明による金属膜エッチング方法では半導体基板上に金属膜を形成する。前記金属膜上に前記金属膜の一部を露出させるマスクパターンを形成する。Ｃｌ２ガス及びＮ２ガスが１：１〜１：１０の流量比で混合されたエッチングガスを使用して前記露出された金属膜をエッチングする。
【００１３】
　前記マスクパターンは酸化物、窒化物、または酸化窒化物よりなりうる。
　前記エッチングガスは前記エッチングガスの総流量の４５〜６５％の流量比で供給されるＮ２ガスを含有する。
　前記エッチングガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ及びＸｅよりなる群から選択された不活性ガスをさらに含みうる。
【００１４】
　また、必要に応じて前記エッチングガスは、Ｈ、Ｏ、Ｆ、Ｈｅ、またはＣを含有する少量の付加ガスをさらに含むことができる。前記付加ガスは前記エッチングガスの総流量の０〜２０％の流量比で供給されうる。例えば、前記付加ガスとして、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＳＦ５、ＮＦ３、Ｈ２、Ｏ２、ＳｉＣｌ４、ＣＯ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ６、Ｈｅ−Ｏ２、またはＣＣｌ４を使用できるが、これに制限されるものではない。
【００１５】
　前記他の目的を達成するために、本発明の第１態様による半導体素子の配線形成方法では、半導体基板上に金属膜よりなる配線層を形成する。前記配線層の上にマスクパターンを形成する。前記マスクパターンをエッチングマスクにしてＣｌ２ガス及びＮ２ガスが１：１〜１：１０の流量比で混合されたエッチングガスで前記配線層をエッチングして配線パターンを形成する。
【００１６】
　前記配線層は、前記金属膜の底面の下に位置するバリア膜をさらに含むことができる。また、前記配線層は前記金属膜と前記マスクパターンとの間に形成された反射防止膜をさらに含むことができる。
【００１７】
　前記他の目的を達成するために、本発明の第２態様による半導体素子の配線形成方法では、半導体基板上に金属膜よりなる配線層を形成する。前記配線層上にマスクパターンを形成する。前記マスクパターンをエッチングマスクとしてＣｌ２ガス及びＮ２ガスよりなるエッチングガスで前記配線層をエッチングする。
【００１８】
　本発明によれば、ＢＣｌ３を使用しないことによって、配線パターンでのコーン欠陥発生を抑制でき、配線パターンでアンダーカット現象の発生を防止できる。また、Ｎ２ガスの流量を調節することによって、ウェーハ上でのマイクロローディング現象を抑制してウェーハ上の各領域でパターン密度差に関係なく、大抵同じエッチング率及び良好な側壁プロファイルが得られる。また、エッチングチャンバ内側壁には緻密なカラム構造を有する接着力の優れた副産物層が固く蒸着されて、ウェーハ上にパーティクルを誘発する恐れがない。
【発明の効果】
【００１９】
　本発明によれば、ハードマスクを使用してＡｌ配線を形成するにおいて、ＢＣｌ３、またはＣＦ４、ＣＨＦ３などのようなフッ化炭素系列のガスを使用せずともＮ２ガスの量を調節することによって、コーン欠陥がなくて良好な断面プロファイルを有する配線パターンを形成でき、工程収率低下の主な原因に作用するパーティクル発生を効果的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
　下記に例示する実施例はいろいろな他の形態に変形でき、本発明の範囲が次に説明する実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は当業者に本発明をより完全に説明するために提供される。図面で膜または領域の大きさまたは厚さは明細書の明確性のために誇張されている。また、ある膜が他の膜または基板の「上」にあると記載された場合、前記ある膜が前記他の膜の上に直接存在する場合もあり、その間に第３の他の膜が介在される場合もある。
【００２１】
　図１Ａないし図１Ｄは、本発明の望ましい実施例による半導体素子の配線形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【００２２】
　図１Ａを参照すれば、半導体基板１０上にバリア膜２２、配線用金属膜２４及び反射防止膜２６を順に形成して配線層２０を形成する。
【００２３】
　前記バリア膜２２は前記半導体基板１０と後続工程で形成される配線層との接着を良くし、配線層から前記半導体基板１０への金属物質の拡散を防止するために形成するものであって、Ｔｉ、ＴｉＮ、またはＴｉ／ＴｉＮの積層構造よりなる。例えば、前記バリア膜２２は約６０ÅのＴｉ膜と約２５０ÅのＴｉＮ膜とを順に蒸着して形成することができる。
【００２４】
　前記金属膜２４はＡｌまたはＡｌ合金よりなり、例えば、約３０００〜４０００Åの厚さに形成することができる。
　また、前記反射防止膜２６は後続の写真工程時、配線層での光の乱反射を減らすために形成するものであって、ＴｉＮまたはＴｉ／ＴｉＮの積層構造よりなる。例えば、前記反射防止膜２６は約１００ÅのＴｉ膜と約８００ÅのＴｉＮ膜とを順に蒸着して形成できる。
【００２５】
　図１Ｂを参照すれば、前記配線層２０上にハードマスク層３０を形成する。前記ハードマスク層３０は前記配線層２０のパターニングのためのエッチング工程時に使われるエッチングガスに対してエッチング耐性を有する物質よりなり、例えば、シリコン系酸化物、シリコン系窒化物、または酸化窒化物のような絶縁物質よりなりうる。例えば、前記ハードマスク層３０は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、ＰＥ−ＴＥＯＳなどよりなりうる。
【００２６】
　前記ハードマスク層３０上に前記ハードマスク層３０上面の一部を露出させるフォトレジスト膜パターン４０を形成する。前記フォトレジスト膜パターン４０は前記ハードマスク層３０をパターニングするための最小限の厚さ、例えば、約４０００Åの厚さに形成しても充分である。
【００２７】
　図１Ｃを参照すれば、前記フォトレジスト膜パターン４０をエッチングマスクとして前記ハードマスク層３０をエッチングして前記配線層２０上面を一部露出させるハードマスクパターン３０ａを形成する。その後、前記フォトレジスト膜パターン４０を除去する。
【００２８】
　図１Ｄを参照すれば、前記ハードマスクパターン３０ａをエッチングマスクとしてＣｌ２ガス及びＮ２ガスよりなるエッチングガスで前記配線層２０をエッチングしてバリア膜パターン２２ａ、金属膜パターン２４ａ及び反射防止膜パターン２６ａよりなる配線パターン２０ａを形成する。前記配線層２０のエッチング工程はＩＣＰ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）エッチング装備を利用してＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）方法によって行なわれうる。ここで、デュアルパワーソースを使用する場合には、前記配線層２０のエッチングのためにソースパワーＷｓは約５００〜２５００Ｗ、バイアスパワーＷｂは約４０〜３５０Ｗ、圧力は約３〜３０ｍＴの条件下でエッチング工程を行なうことができる。シングルパワーソースを使用する場合には、前記配線層２０エッチングのために約２５０〜２０００Ｗのパワー及び約３０〜３００ｍＴの圧力条件下でエッチング工程を行なうことができる。望ましくは、前記エッチングガスのうちＮ２ガスは前記エッチングガス総流量の約４５〜６５％の流量比で供給される。
【００２９】
　前記エッチングガスはＣｌ２ガス及びＮ２ガスのみよりなりうる。または、前記エッチングガスは、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、またはＸｅのような不活性ガスをさらに含むこともできる。前記不活性ガスは従来技術でエッチングガスのある１成分として使われたＢＣｌ３に替わりうる役割を果たすものであって、エッチング工程時、前記エッチングガスの直進性を付与し、プラズマ状態を安定的に維持させうる。
【００３０】
　また、前記エッチングガスは、エッチング効率をさらに向上させるために必要に応じて少量の付加ガスをさらに含むことができる。前記付加ガスとして、例えば、Ｈ、Ｏ、Ｆ、Ｈｅ、またはＣを含有するガスを使用でき、前記付加ガスは前記エッチングガスの総流量の０〜２０％の流量比で供給されうる。例えば、前記付加ガスはＨＢｒ、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＳＦ５、ＮＦ３、Ｈ２、Ｏ２、ＳｉＣｌ４、ＣＯ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ６、Ｈｅ−Ｏ２及びＣＣｌ４よりなる群から選択されうる。
【００３１】
　前記エッチングガス内でＣｌ２ガス及びＮ２ガスが１：１〜１：１０の流量比で混合されるように前記エッチングガス構成成分の流量を調節することが望ましい。これは前記配線層２０のエッチング結果で得られた配線パターンでアンダーカット現象が発生することを防止するために、Ｎ２ガスの量をＣｌ２ガスの量と同じか、それよりもさらに多くするためである。
【００３２】
　前記のような方法で前記配線層２０をエッチングすることによって、前記配線パターン２０ａでのコーン発生を抑制でき、前記配線パターン２０ａでアンダーカット現象が発生することを防止できる。また、ウェーハ上でのマイクロローディング現象を防止できる。すなわち、ウェーハ上の全ての領域でパターン密度差に関係なく大抵均一したエッチング率が得られ、このような方法で得られた前記配線パターン２０ａの断面プロファイルにおいて、上部と底部とのＣＤ差がほとんどなく大抵垂直の側壁が得られる。
【００３３】
　前記のような本発明による方法で、エッチングチャンバ内で前記配線層２０をエッチングする工程を数百回進行した後、前記エッチングチャンバの内側壁に積層された副産物層をＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を通じて観察した結果、この副産物層は緻密なカラム構造に蒸着されて、ウェーハ上にパーティクルを発生させない程度に優れた接着力で硬く蒸着されていることを確認した。
【００３４】
　前記説明したような本発明による半導体素子の配線形成方法において、配線層のエッチング工程時に使われるエッチングガスの総流量による影響を評価した。このために、前記エッチングガスとして、Ｃｌ２ガス、Ｎ２ガス、及び不活性ガスとして添加されるＡｒの混合ガスを使用し、前記エッチングガスの各構成成分の間の流量比を８：１０：４に一定に維持させた状態でエッチングガス総流量をそれぞれ１１０ｓｃｃｍ、２２０ｓｃｃｍ、２７５ｓｃｃｍ、及び３３０ｓｃｃｍに変化させながらＡｌ膜をエッチングし、その結果、得られたＡｌ膜パターンでのコーン発生量を比較した。その結果、エッチングガスの総流量が変化することによって、エッチング結果得られた配線パターンでは如何なる場合にもコーン欠陥が全く発生しなかった。
【００３５】
　図２は、従来技術でエッチングガスの１成分に使われたＢＣｌ３の添加量によるコーン発生量を評価した結果を示したグラフである。
【００３６】
　図２の評価のために、前記説明した本発明によるエッチングガス総流量による影響評価時に使われたエッチングガス、すなわち、Ｃｌ２、Ｎ２及びＡｒがそれぞれ８：１０：４の一定の流量比として１１０ｓｃｃｍ、２２０ｓｃｃｍ、２７５ｓｃｃｍ、及び３３０ｓｃｃｍの総流量で供給されるエッチングガスに、ＢＣｌ３をそれぞれ０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍ、６０ｓｃｃｍ及び８０ｓｃｃｍの流量で付加供給してＡｌ膜のエッチング工程を行なった後、得られたＡｌ膜パターンで発生したコーン発生量を観察した。
【００３７】
　図２で分かるように、ＢＣｌ３が添加されていない場合にはコーン欠陥が全く発生しない一方、ＢＣｌ３を付加した場合にはＢＣｌ３の添加量が増加するにつれてコーン発生量が増加する。
【００３８】
　図３は、従来技術で使われたＡｌ膜エッチングガス内に存在するＮ２ガスの量によるマイクロローディング効果を評価した結果を示したグラフである。
【００３９】
　図３の評価のために、Ａｌ膜のエッチング時にデュアルパワーソース形態のＩＣＰエッチング装備を使用し、この時、１６００ＷのソースパワーＷｓ、２２０ＷのバイアスパワーＷｂ、及び１８ｍＴの圧力条件を適用した。また、エッチングガスとして、１５０ｓｃｃｍのＣｌ２、６０ｓｃｃｍのＢＣｌ３ 及び多様な流量のＮ２ガスの混合ガスを使用した。前記条件でＡｌ膜をエッチングした後、ウェーハ上での「エッチング率のローディング％」と、エッチング結果得られたＡｌ膜パターンでの「Δプロファイル」とを評価した。図３で、「エッチング率のローディング％」はウェーハ上で選択された任意の２つの領域のうちパターン密度の高い領域とパターン密度の低い領域とでのエッチング率の差から得られた値であり、「Δプロファイル」はエッチング結果得られたＡｌ膜パターンの断面プロファイルにおいて上部及び底部でのＣＤ差によって得られた値である。
【００４０】
　図３の評価結果、Ｎ２の量が増加するにつれてパターン密度の高い領域でエッチング率が低くなるマイクロローディング効果は改善されるが、Ｎ２の量が増加しすぎるとパターン密度の高い領域でむしろエッチング率が高くなる逆マイクロローディング効果が観察された。このような結果から、Ａｌ膜のエッチング時にＮ２の量を調節することによって、ウェーハ上のパターン密度差に関係なしにウェーハ上の全ての領域でほとんど同じエッチング率が得られることが分かる。
【００４１】
　図４は、本発明による半導体素子の配線形成方法によって、Ｃｌ２ガス及びＮ２ガスよりなるエッチングガスを使用してＡｌ膜をエッチングしてＡｌ膜パターンを形成する時、Ｃｌ２ガス及びＮ２ガスの流量比によるエッチング率変化を評価した結果を示したグラフである。
【００４２】
　図４の評価のために、半導体基板上にＡｌ膜を含む配線層を形成し、その上にハードマスクパターンを形成した後、ＩＣＰエッチング装備を利用してＣｌ２ガス及びＮ２ガスの流量比をそれぞれ１００ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ、８０ｓｃｃｍ／４０ｓｃｃｍ、８０ｓｃｃｍ／８０ｓｃｃｍ、及び４０ｓｃｃｍ／８０ｓｃｃｍにして２０ｓｃｃｍのＡｒと共に供給して前記配線層をエッチングした。この場合において、全体エッチングガスのうちＮ２の流量比はそれぞれ１４％、２８％、４４％、及び５７％であった。前記配線層は、６０ÅのＴｉ膜及び２５０ÅのＴｉＮ膜よりなるバリア膜と、３５００ÅのＡｌ膜と、１００ÅのＴｉ膜及び８００ÅのＴｉＮ膜よりなる反射防止膜とを順に積層して形成し、前記ハードマスクパターンは、１５００ÅのＰＥ−ＴＥＯＳ膜及び４００ÅのＳｉＯＮ膜を順に積層して形成した。この時、デュアルパワーソース形態のＩＣＰエッチング装備を使用し、１６００ＷのソースパワーＷｓ、２２０ＷのバイアスパワーＷｂ、及び１８ｍＴの圧力条件を適用した。前記条件で配線層をエッチングしてＥＰＤ（ｅｎｄ ｐｏｉｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）時間を測定した。
【００４３】
　図４の結果から、Ｎ２の流量比が増加するにつれてエッチング率が低下することが分かる。また、Ｎ２の流量比が１４％である場合には、配線層パターンのパッシベーションが不足して、エッチング後に得られた配線パターンのプロファイルにおいてアンダーカット現象が発生することをＳＥＭ写真を通じて確認した。このような現象は、Ｎ２の流量比が２８％である場合にも観察された。しかし、Ｎ２の流量比が４５％以上の場合には充分なパッシベーション効果が得られて配線パターンのプロファイルが良好になることをＳＥＭ写真を通じて確認した。しかし、Ｎ２の流量比が６５％以上になれば、エッチング率が大幅に落ち、配線パターンの側壁プロファイルでの「Δプロファイル」も後続工程で調節し難い程度に不良な状態になることを確認した。前記のような結果から、エッチングガスのうちＮ２ガスの流量比は前記エッチングガス総流量の約４５〜６５％の流量比で供給されることが望ましい。
【００４４】
　本発明によるＡｌ膜エッチング方法及び半導体素子の配線形成方法では、ＡｌまたはＡｌ合金よりなる金属膜を含む配線層をエッチングするために、ＢＣｌ３を使用せずにＣｌ２及びＮ２ガよりなるエッチングガスを使用し、前記エッチングガスのうちＮ２ガスが前記エッチングガスの総流量の約４５〜６５％の流量比で供給されて前記エッチングガスの主成分をなす。したがって、本発明によれば、配線パターンでのコーン欠陥の発生を抑制でき、配線パターンでアンダーカット現象が発生することを防止できる。
【００４５】
　また、エッチングガスのうちＮ２ガスの流量を調節してウェーハ上でのマイクロローディング現象を抑制することによって、ウェーハ上の全ての領域でパターン密度差に関係なく大抵均一したエッチング率が得られ、このような方法で得られた前記配線パターンの断面プロファイルにおいて上部と底部とのＣＤ差がほとんどない大抵垂直の側壁が得られる。また、本発明による方法によってＡｌまたはＡｌ合金よりなる配線層をエッチングした後、エッチングチャンバ内側壁には緻密なカラム構造を有する接着力に優れた副産物層が固く蒸着されて、ウェーハ上にパーティクルを誘発する恐れがない。
【００４６】
　以上、本発明を望ましい実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によっていろいろな変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
　本発明は、配線層としてＡｌまたはＡｌ合金を使用する半導体素子の製造分野に幅広く適用できる。本発明によれば、半導体素子製造時にハードマスクを使用したＡｌ配線の形成において、ＢＣｌ３、またはＣＦ４、ＣＨＦ３などようなフッ化炭素系列のガスを使用しなくてもＮ２ガスの量を調節することによって、コーン欠陥がなくて良好な断面プロファイルを有する配線パターンが形成でき、工程収率低下の主な原因に作用するパーティクル発生を効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】本発明の望ましい実施例による半導体素子の配線形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【図１Ｂ】本発明の望ましい実施例による半導体素子の配線形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【図１Ｃ】本発明の望ましい実施例による半導体素子の配線形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【図１Ｄ】本発明の望ましい実施例による半導体素子の配線形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【図２】従来技術で使われたエッチングガスのうちＢＣｌ３の添加量によるコーン欠陥発生量を評価した結果を示したグラフである。
【図３】従来技術で使われたエッチングガス内でＮ２ガスの量によるマイクロローディング効果を評価した結果を示したグラフである。
【図４】本発明による半導体素子の配線形成方法によって、Ａｌ膜をエッチングするにおいて、Ｃｌ２ガス及びＮ２ガスの流量比によるエッチング率の変化を評価した結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
　１０　半導体基板
　２０ａ　配線パターン
　２２ａ　バリア膜パターン
　２４ａ　金属膜パターン
　２６ａ　反射防止膜パターン
　３０ａ　ハードマスクパターン
【図１Ａ】
2004080045.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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