(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ系金属層のマイグレーション対策用の冗長配線層としてのＷ、ＭｏおよびＴａのうちのいずれか一種の高融点金属、もしくはその合金、もしくはそのシリサイドからなる層と、前記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、
炭素およびイオウのみ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Ｗ、ＭｏおよびＴａのうちのいずれか一種の高融点金属、もしくはその合金、もしくはそのシリサイドからなる層と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。
【請求項２】
Ａｌ系金属層のマイグレーション対策用の冗長配線層としてのＷ、ＭｏおよびＴａのうちのいずれか一種の高融点金属、もしくはその合金、もしくはそのシリサイドからなる層と、前記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、
炭素およびイオウのみ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、
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からなるエッチングガスを用いて、
前記Ｗ、ＭｏおよびＴａのうちのいずれか一種の高融点金属、もしくはその合金、もしくはそのシリサイドからなる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。
【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、Ｃｕ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Ａｌ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ＡｌＣｌx 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、ＡｌＣｌx 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ＡｌＦx 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ＡｌＦx 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】
ＡｌＦx 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Ａｌ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、Ａｌ系金属層のマイグレーション対策用の冗長配線層としてのＷ、ＭｏおよびＴａのうちのいずれか一種の高融点金属、もしくはその合金、もしくはそのシリサイドからなる層と、前記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、炭素およびイオウのみ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、Ａｌ系金属層のマイグレーション対策用の冗長配線層としてのＷ、ＭｏおよびＴａのうちのいずれか一種の高融点金属、もしくはその合金、もしくはそのシリサイドからなる層と、前記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、炭素およびイオウのみ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、
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からなるエッチングガスを用いて、
Ｗ、ＭｏおよびＴａのうちのいずれか一種の高融点金属、もしくはその合金、もしくはそのシリサイドからなる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、炭素およびイオウのみを構成元素とする化合物は、ＣＳ2およびＣ3Ｓ2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ＡｌＣｌx 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  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  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、ＡｌＦx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査が残留せず、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％Ｓｉ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ＲＴＡ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、０．３５μｍ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ＲＦ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、Ｃｌx + 、ＢＣｌx + 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ＴｉＣｌx 、ＡｌＣｌx 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ＷＣｌx 、ＴｉＣｌx 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 ／Ｃｌ2 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、Ｃｌを含む側壁保護膜８がＡｌＦx 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％Ｓｉ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、Ｃｌx + 、ＨＣｌx + 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ＴｉＣｌx 、ＡｌＣｌx 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、Ｃｌx + 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ＷＯx Ｃｌy やＴｉＣｌx 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／Ｃｌ2 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Ａｌ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 、Ｓｉ3 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ＴｉＮを用いたが、ＴｉＯＮ、ＴｉＷ、ＴｉＳｉx 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ＳｉＣｌ4 、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ＣＳ2 （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ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いたが、平行平板型ＲＩＥ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
【図１】
0003750231.tif 000002
【図２】
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