JP2001358218A

JP2001358218A - 有機膜のエッチング方法及び素子の製造方法

Info

Publication number: JP2001358218A
Application number: JP2001108725A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kitagawa; 英夫北川; Nobumasa Suzuki; 伸昌鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2001-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】所望の形状を得るためのエッチングを高速に
でき、ハードマスクに対する選択比の高い有機膜のエッ
チング方法及び素子の製造方法を提供することにある。【解決手段】有機膜上に中間層及びパターニングされ
たレジスト層を形成し、該レジスト層から露出した該中
間層をエッチングした後、ガスのプラズマを用いて前記
有機膜をエッチングする有機膜のエッチング方法におい
て、該中間層が金属又は金属の化合物からなる層を含む
ことを特徴とする有機膜のエッチング方法及び該エッチ
ング方法を用いる素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩ、表示素
子、マイクロメカニクス素子等の素子の製造方法及びそ
れに用いられる有機膜の製造方法に関し、特に有機Ｌｏ
ｗ−ｋ膜と呼ばれる有機低誘電率膜のエッチング方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ、表示素子、マイクロメカニクス
素子等の素子の製造方法は、膜の形成工程、膜のエッチ
ング工程等を含んでいる。

【０００３】ＬＳＩの製造工程を例に挙げると、近年求
められる素子の微細加工に応じて、配線部を形成する導
電体の低抵抗化と共に、絶縁体の低誘電率化が要求され
る。

【０００４】そこで、絶縁体は、比誘電率が３．９〜
４．５程度の酸化シリコンに代えて、３．５〜４．０程
度のフッ素ドープの酸化シリコンが用いられるようにな
り、更には、比誘電率が２．４〜３．４程度の有機低誘
電率膜が用いられるようになった。

【０００５】従来の有機低誘電率膜のエッチング工程
を、図６を用いて説明する。図６において、１はレジス
トマスク、２はＣＶＤ法又は塗布法により形成されたＳ
ｉＯ₂膜、３は例えば比誘電率が３以下である有機ポリ
マーからなる有機低誘電率絶縁膜、４は金属配線、５は
配線溝又はビアホール、６は側壁保護膜を示している。

【０００６】エッチング処理前のウエハ上の断面構造は
図６（ａ）に示す通りであり、金属配線４上に有機低誘
電率膜３、ハードマスクとして用いられるＳｉＯ₂膜又
はＳＯＧ等の膜２が積層され、その上にフォトレジスト
を用いてマスクパターンが形成されている。ここで、有
機低誘電率膜としては、例えばポリアリールエーテル
｛下記式（１）｝又はフッ素化ポリアリールエーテル
｛下記式（２）｝等が用いられている。上記構造体に対
し、まず図６（ｂ）に示すようにフルオロカーボン系の
ガス（例えばＣ₄Ｆ₈／Ａｒ）を用いてハードマスク２の
エッチングを行う。次に、図６（ｃ）に示すようにＯ₂
系又はＮ₂／Ｈ₂系のガスを用いて有機低誘電率膜３のエ
ッチングが行われる。最後に、残留したフォトレジスト
マスク１及び側壁保護膜６を除去するための、クリーニ
ング処理が行われ、図６（ｄ）に示す構造体が得られ
る。

【０００７】

【化１】

【０００８】

【化２】

【０００９】以上の様に、有機低誘電率膜のエッチング
においては、フォトレジストマスク１と有機低誘電率膜
２の主成分がいずれも有機物であり、エッチング形状を
維持するのに十分な選択比を確保することが困難である
ことから、ＳｉＯ₂等の無機膜２に一度フォトレジスト
パターンを転写し、該無機膜２をマスクとして有機低誘
電率膜３をエッチングする。所謂ハードマスク法が一般
的に使われている。

【００１０】しかしながら、ハードマスクであるＳｉＯ
₂と有機低誘電率膜とのエッチング選択比が充分に大き
いものとはならずに、エッチング後の形状が期待通りに
ならないことがあった。特に、高速でエッチングしよう
とするとその問題は顕著になる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、所望
の形状を得るためのエッチングを高速にできる有機膜の
エッチング方法及び素子の製造方法を提供することにあ
る。

【００１２】本発明の別の目的は、ハードマスクに対す
る選択比の高い有機膜のエッチング方法及び素子の製造
方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に従って、有機膜
上に中間層及びパターニングされたレジスト層を形成
し、該レジスト層から露出した該中間層をエッチングし
た後、ガスのプラズマを用いて前記有機膜をエッチング
する有機膜のエッチング方法において、該中間層が金属
又は金属の化合物からなる層を含むことを特徴とする有
機膜のエッチング方法が提供される。

【００１４】本発明に従って、素子の製造方法におい
て、基体上に有機絶縁膜と中間層とパターニングされた
レジスト膜を形成する工程、該レジスト膜から露出した
該中間層をエッチングした後、ガスのプラズマを用いて
該有機絶縁膜をエッチングする工程、該有機絶縁膜がエ
ッチングされた部分に導電体を充填する工程、を含み、
前記中間層が、金属又は金属の化合物からなる層を含む
ことを特徴とする素子の製造方法が提供される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を詳
細に説明する。

【００１６】図１を参照して本発明による有機膜のエッ
チング方法及び素子の製造方法について述べる。

【００１７】まず、必要に応じてＳｉ等の基体上にトラ
ンジスタ等の素子を形成した後、Ａｌや、ＣｕとＴｉＮ
との積層体等からなる第１層金属配線４を形成する。

【００１８】次に、必要に応じて窒化シリコン等からな
るストッパー膜７を形成する。続いて、塗布法等により
有機絶縁膜３を形成する。そして、ＣＶＤ法や塗布法等
によりＳｉＯ₂膜２を形成する。更に、スパッタリング
法やＣＶＤ法等によりハードマスク用金属膜１２を形成
する。

【００１９】金属膜１２の上にフォトレジスト材料を塗
布し、ベーキングした後、ＫｒＦエキシマレーザ、Ａｒ
Ｆエキシマレーザ、Ｆ₂エキシマレーザ等の紫外光によ
ってフォトレジスト材料を露光し、現像して、レジスト
マスク１を形成する。こうして、図１（ａ）に示す構造
体が得られる。ここでは、金属膜１２とＳｉＯ₂膜２と
が中間層となる。

【００２０】次に、レジストマスク１から露出した中間
層をエッチングする。より詳しくは、レジストマスク１
を用いて金属膜１２をエッチングした後、露出したＳｉ
Ｏ₂膜をエッチングする。こうして、図１（ｂ）に示す
構造体が得られれる。図１では側壁保護膜は省略して描
いている。

【００２１】そして、露出した有機絶縁膜３をエッチン
グする。更に、その下のストッパー膜７をエッチングし
て、第１層金属配線４を露出させる。こうして、図１
（ｃ）に示す構造体が得られる。有機絶縁膜３及びスト
ッパー膜７のエッチング終了後には、図示したようにレ
ジストマスクが殆ど残らない。もし、レジストマスクあ
るいはその残渣が薄く残る場合には、それを除去すれば
よい。

【００２２】本実施形態の有機膜のエッチング方法によ
れば、中間層として金属膜１２を用いることにより、高
速で所望のエッチング形状を得ることができる。

【００２３】金属膜１２としては、アルミニウム（Ａ
ｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、タンタル（Ｔａ）、プラチナ（Ｐｔ）、タングス
テン（Ｗ）及びクロム（Ｃｒ）等からなる群より選択さ
れる少なくとも１種の純金属又は合金を用いることがで
きる。あるいは、これらから選択される金属の硅化物や
窒化物を用いることもできる。具体的には、窒化タンタ
ル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タングステ
ン（ＷＮ）、窒化硅素チタン（ＴｉＳｉＮ）、窒化硅素
タンタル（ＴａＳｉＮ）及び窒化硅素タングステン（Ｗ
ＳｉＮ）等である。

【００２４】とりわけ、エッチングガスによりドライエ
ッチング可能な金属又は金属化合物を用いることが好ま
しい。

【００２５】更に、必要に応じて窒化チタン等のバリア
メタルを形成した後、図１（ｄ）に示すようにタングス
テンや銅等の導電体を堆積させ、エッチングされて形成
された配線溝又は開孔を導電体で充填する。こうして、
第２層配線用の導電体８を形成する。

【００２６】そして、図１（ｅ）に示すように、必要に
応じて有機絶縁膜３の上方に残っている導電体８を除去
すれば、溝又は開孔５内にのみ導電体８が残る。

【００２７】本実施形態の素子の製造方法によれば、所
望の形状の配線又は電極の構造を得ることができる。

【００２８】本発明に用いられる有機絶縁膜３として
は、酸化シリコンよりも誘電率の低い低誘電率材料が用
いられる。好ましくは、比誘電率が３．４以下、より好
ましくは、３．０以下の材料であり、具体的には、前述
したフッ素ポリアリールエーテル又は非フッ素化ポリア
リールエーテルである。

【００２９】本発明に用いられる有機絶縁膜３のエッチ
ング用のガスとしては、酸素含有ガズや水素含有ガス等
が挙げられるが、後述する理由により窒素又は水素を含
有するガスが好ましく用いられる。

【００３０】窒素又は水素を含有するガスとしては、Ｎ
₂ガス、Ｈ₂ガス、ＮＨ₃ガス、Ｎ₂Ｈ ₂ガスあるいはＮ₂と
Ｈ₂との混合ガスであり、必要に応じて希ガスと共に用
いてもよい。

【００３１】また、中間層を構成しているＳｉＯ₂膜２
に代えて、フッ素ドープのＳｉＯ₂膜やＳｉＣ膜等の無
機絶縁膜を用いてもよい。

【００３２】ストッパー膜７としては、ＳｉＮ膜に代え
て酸化シリコン等の無機絶縁膜を用いてもよい。

【００３３】導電体８としては、ＣＶＤ、スパッタリン
グ、メッキ等の方法により形成されたタングステン、銅
又はアルミニウムから選択される少なくとも１種を含む
純金属、合金が好ましく用いられ、導電体８と各層１
２、２、３、７及び４との界面にバイアメタルとなるＴ
ｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＳｉＮ又はＴａ
ＳｉＮ等から選択される少なくとも１層を介在させても
よい。

【００３４】有機低誘電率絶縁膜は、酸素を含むガスの
プラズマによりエッチングできることが知られている。
例えば、特開平８−３１６２０９号公報に開示されてい
るように、Ｏ₂やＣＯ₂ガスのプラズマを用いれば、ほと
んどの有機低誘電率絶縁膜を高いエッチング速度で容易
にエッチングすることが可能である。しかし、第５９回
応用物理学会学術講演会（１９９８年秋季）講演予稿集
１５ｐ−Ｃ−１０にも記載されている様に、有機物は酸
素イオンのみならず酸素ラジカルとも反応して、等方的
にエッチングが進むため、ホールや溝の断面形状が、い
わゆるボーイング形状と呼ばれる樽型の形状となり易
い。このような形状になると、引き続き行われる配線金
属の成膜工程において、穴や溝内部への金属の埋め込み
不良が発生し、配線抵抗の増大や、最悪の場合、配線の
断線といった不良を引き起こすことがある。

【００３５】更に、酸素プラズマによるエッチングのも
う一つのデメリットとして、例えばＰｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓｏｆＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＤｒｙＰｒ
ｏｃｅｓｓ１９９８ｐ．１７５に記載されている様
な、膜質の劣化の問題がある。即ちこれは、酸素プラズ
マに晒された有機低誘電率絶縁膜が、酸素を吸着した
り、或いは酸素と結合したＯＨ基を含む変質層を形成し
てしまい、この酸素が、引き続き行われる配線金属形成
工程、例えばタングステンプラグのＣＶＤ工程中に脱離
することにより、穴や溝内部の埋め込み不良が発生する
という問題である。

【００３６】上記問題点を解決するため、特許第２７８
６１９８号公報では、ＮＨ₃ガスのプラズマを用いる方
法が開示されている。ＮＨ₃プラズマを用いることによ
り、前記酸素吸着による有機膜の膜質劣化は完全に解消
される。しかし、ＮＨ₃プラズマの問題点として、従来
ハードマスクとして用いられてきたＳｉＯ₂系の膜に対
する選択性が十分でないという点が挙げられる。

【００３７】図２に、表面波干渉型プラズマ装置（以下
ＳＩＰと記述）を用いた場合の、ＮＨ₃プラズマにおけ
る、有機低誘電率膜とＳｉＯ₂膜のエッチング速度のＶ
ｐｐ依存性を示す。ＳＩＰは、特開平１１−４０３９７
号公報等に開示されている装置を用いればよい。ここで
言うＶｐｐとは、基板に印加した高周波バイアスのピー
ク間電圧である。基板に２ＭＨｚ以下の周波数の高周波
バイアスを印加すると、プラス側の半周期で電子が加速
され、マイナス側の半周期でイオンが加速される。即
ち、Ｖｐｐ／２は、プラズマ中のイオン又は電子が加速
される電圧の最大値を示している。例えば、Ｖｐｐ／２
が６００Ｖの場合には、イオンは最大６００ｅＶのエネ
ルギーを持って基板に入射することを意味している。

【００３８】図において、図２（ａ）は有機低誘電率膜
のエッチング速度のＶｐｐ依存性、図２（ｂ）はＳｉＯ
₂膜のエッチング速度のＶｐｐ依存性、図２（ｃ）は選
択比のＶｐｐ依存性を示している。

【００３９】図２（ａ）に示す有機低誘電率膜のエッチ
ング速度の最大値は、プラズマ密度に依存している。例
えば、高密度プラズマであるヘリコン波プラズマ源を用
いると、最大エッチング速度は約３００ｎｍ／ｍｉｎで
あり、それ以上はいくら高周波電力を投入しても、エッ
チング速度は増加しない。ＩＣＰ型プラズマ源を用いて
も、せいぜい４００ｎｍ／ｍｉｎ程度である。しかし、
ＳＩＰを用いれば、８００ｎｍ／ｍｉｎ以上という高い
エッチング速度を実現することができる。これは、ＳＩ
Ｐが、他方式をはるかに上回るプラズマ密度を実現して
いることを示している。

【００４０】ところが、図２より明らかなように、ＳＩ
Ｐを用いても、ハードマスクであるＳｉＯ₂に対する有
機絶縁膜のエッチング選択比を、形状維持に十分な値で
ある１００以上にしようとすると、Ｖｐｐ／２を４００
Ｖ以下に下げる必要があり、エッチング速度が約４００
ｎｍ／ｍｉｎと実用には不十分なエッチング速度となっ
てしまうことがある。また、実用上十分なエッチング速
度である８００ｎｍ／ｍｉｎを達成しようとすると、ハ
ードマスクであるＳｉＯ₂に対する選択比が約３０まで
低下し、図４に示すような、ハードマスクのファセッテ
ィングによる開孔径の広がりが発生してしまう。

【００４１】以上の様に、酸素系のガスによるプラズマ
では、有機低誘電率絶縁膜への酸素吸着による膜質の劣
化を避けることができないため、引き続き行われるタン
グステンプラグ等の導電体の成膜プロセス中に酸素が脱
離することが原因による成膜異常が発生してしまうこと
もある。

【００４２】また、ＮＨ₃系のプラズマを用いた場合、
高速でエッチングするとハードマスクであるＳｉＯ₂と
の選択比が低下してエッチング形状が崩れてしまい、Ｓ
ｉＯ₂に対して高選択比で有機絶縁膜をエッチングする
とエッチング速度が実用上不十分な値になってしまうこ
とがある。

【００４３】そこで、マスクに対するより高い選択比と
より高速なエッチングとを両立するには、有機低誘電率
膜上に中間層及びパターニングされたレジスト層を形成
し、中間層にフォトレジストのパターンを転写し、窒素
と水素の何れかを含むガスのプラズマを用いて前記有機
低誘電率膜をエッチングする工程において、該中間層の
一部に金属又は金属の窒化物を用いるドライエッチング
方法を採用することがよい。

【００４４】図４（ａ）に、ＳＩＰを用いたＮＨ₃ガス
によるＳｉＯ₂とＡｌのエッチング速度のＶｐｐ依存性
を、図４（ｂ）にＳＩＰを用いたＮＨ₃ガスによるＳｉ
Ｏ₂とＡｌの有機低誘電率膜に対する選択比のＶｐｐ依
存性を示す。図４（ａ）より、Ａｌのエッチング速度は
ＳｉＯ₂のエッチング速度の１／５以下であり、Ｖｐｐ
／２が約６００Ｖの条件でも、エッチング速度は約５ｎ
ｍ／ｍｉｎ程度と、Ａｒによるスパッタリング速度に近
い値になる。即ち、ＮＨ₃プラズマによるＡｌのエッチ
ングは、イオンによる完全なスパッタリング反応である
のに対し、ＳｉＯ₂のエッチングは、何らかの化学反応
が関与している可能性が高いと言える。上記事実は、Ｎ
₂によるＳｉＯ₂エッチング速度に若干の温度依存性があ
るという点でも裏付けられている。反応のメカニズムは
未だ明らかになっていないが、Ｎ₂及びＮＨ₃プラズマの
何れにおいても、ＳｉＯ₂のエッチング速度が、Ａｒに
よるスパッタリング速度より一桁以上大きいことから、
Ｎ原子がエッチング反応に寄与している可能性が高いと
考えられる。また、図４（ｂ）を見れば明らかな様に、
Ｖｐｐ／２が６００Ｖの条件でＳｉＯ₂マスクでは選択
比が約３０であるのに対し、Ａｌマスクでは２００近い
選択比を実現している。これは、ＳｉＯ₂マスクでＶｐ
ｐ／２が３５０Ｖの時とほぼ同等の選択比であり、形状
維持には十分な選択比であると言える。

【００４５】以上の実験事実を元に考察すると、ＮＨ₃
ガスを用いた有機低誘電率膜のエッチングにおけるハー
ドマスク（中間層）の材質は、ＮＨ₃プラズマに対して
反応性のない材質であり、かつ既存の半導体製造プロセ
スとの適合性の高い材質が最もふさわしいと考えられ
る。上記条件を満たす材質としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔ
ｉ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｐｔ及びＷ等の配線用金属、ＴｉＮ、
ＷＮ及びＴａＮ等のバリアメタル用金属窒化物が考えら
れる。一般的に金属の窒化物は、融点が２０００℃以上
の高融点化合物となり、例えば、ＡｌＮ：２７００℃、
ＴｉＮ：３２００℃と非常に高温まで安定である。そこ
で、仮にエッチング中の金属表面に窒化物が生成して
も、金属表面に不動態膜として留まり、決して反応生成
物として揮発することはない。また、ＴｉＮやＴａＮ等
の金属窒化物は、これ以上窒素との化学反応（窒化）を
起こすことはない。即ち、上記材料のＮＨ₃プラズマに
よるエッチングは、物理的なスパッタリングのみによっ
て起こると言うことができる。

【００４６】以上、ＮＨ₃プラズマを用いてより好まし
い実施形態について説明してきたが、Ｎ₂／Ｈ₂系のガス
であれば、いかなるガス系においても同様の効果を得る
ことができる。Ｎ₂／Ｈ₂系のガスとしては、前述したよ
うにＮＨ₃の他にＮ₂、Ｈ₂、Ｎ₂／Ｈ₂の混合ガス、Ｎ₂Ｈ
₄等が考えられる。

【００４７】再び、図１を参照して本発明の好適な実施
形態について述べる。本形態は、上記金属膜を有機低誘
電率膜エッチングのハードマスクとして使用した場合
の、シングルダマシンプロセスである。図において、１
はフォトレジストマスク、１２はハードマスク用金属膜
（中間層）、２はＣＶＤ−ＳｉＯ₂膜（中間層）、３は
有機低誘電率膜、７はストッパーＳｉＮ膜、４は第１層
金属配線、５は配線溝又はビアホール、８は第２層配線
用金属膜である。

【００４８】まず、第１層金属配線形成工程の終了後、
ビアホールエッチングのストッパー用のＳｉＮ膜７、有
機低誘電率膜３、ＣＶＤ−ＳｉＯ₂膜２、ハードマスク
用金属膜１２を順に成膜し、その上にフォトレジストマ
スク１を形成する｛図１（ａ）｝。ＳｉＮ膜７及びＳｉ
Ｏ₂膜２は、プラズマＣＶＤ法を用いて形成される。ま
た、有機低誘電率膜３は、回転塗布法により形成され
る。ハードマスク用金属膜１２は、後で除去してもよい
膜であり、膜の配向性や抵抗率等の特性には特にこだわ
らないので、成膜方法としてはスパッタ法、ＣＶＤ法及
び蒸着法等の何れの方法を用いても構わない。また、金
属表面からの反射で微細なフォトレジストパターンの形
成が困難な場合は、必要に応じて反射防止膜の成膜を行
ってもよい。

【００４９】次に、レジスト１をマスクとして、ハード
マスク用金属膜１２のエッチングを行う。エッチングガ
スは、例えば金属膜がＡｌの場合にはＣｌ₂／ＢＣｌ₃の
混合ガス、ＴｉやＴｉＮの場合にはＣＦ₄やＳＦ₆等のフ
ッ素系ガスを用いれば容易にドライエッチングすること
ができる。

【００５０】次に、レジスト１及び金属膜１２をマスク
として、ＳｉＯ₂膜２のエッチングを行う。エッチング
ガスは、例えばＣ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ａｒの混合ガスを用いれ
ば、容易にエッチングすることができる｛図１
（ｂ）｝。

【００５１】次に、Ｎ₂／Ｈ₂系のガスを用い、高いバイ
アス電圧の条件で有機低誘電率膜３のエッチングを行う
｛図１（ｃ）｝。この時、エッチング初期にはレジスト
１／金属ハードマスク１２／ＳｉＯ₂ハードマスク２の
３層がマスクとなるが、Ｎ₂／Ｈ₂系ガスでは有機絶縁膜
３とほとんど同じ主成分をもつレジスト１のエッチング
速度は非常に速いため、エッチング途中で金属ハードマ
スク１２が露出する。ここで、金属ハードマスク１２が
ない場合は、露出したＳｉＯ₂ハードマスク２がエッチ
ングされ、図３に示したようにエッチング形状異常が発
生する。しかし、金属ハードマスク１２を用いること
で、高いＶｐｐの条件においてもマスクのエッチング速
度が非常に低くなるため、マスクのファセッティングに
よる形状異常は発生しない。有機低誘電率膜エッチング
終了後、エッチストッパーのＳｉＮ膜７を、ＣＦ₄系ガ
スのプラズマを用いてエッチングする。必要に応じてウ
エハを洗浄した後、スパッタ法、ＣＶＤ法又はめっき法
等を用いて第２層配線用金属膜８を成膜する｛図１
（ｄ）｝。

【００５２】最後に、エッチングやＣＭＰ法を用いて、
溝の外の金属膜を除去する。この際に、金属ハードマス
クも同時に除去する｛図１（ｅ）｝。この時、ＳｉＯ₂
ハードマスク２は、ＣＭＰのストッパー膜として作用す
る。

【００５３】以上、本発明のエッチング方法をシングル
ダマシンプロセスを用いて説明したが、同様の手順を繰
り返すことによって、デュアルダマシンプロセスにも適
用することが可能である。

【００５４】図５を参照して本発明の実施形態にするエ
ッチング方法を用いたデュアルダマシン法による配線形
成工程を含む素子の製造方法について説明する。

【００５５】素子が形成された基体上に、Ｗ、Ｃｕ、バ
イアメタル等からなる第１の金属配線層１４、ＳｉＮや
ＳｉＯ等からなるストッパー層１７、有機低誘電膜３、
ハードマスクとなる中間層２及び１２を形成する。そし
て、不図示のレジストマスクを用いたエッチングによ
り、コンタクトホール１５を形成し、その後、配線溝１
６の形成用のパターニングされたレジストマスク１を形
成する。こうして、図５（ａ）に示す構造体が得られ
る。

【００５６】そして、レジストマスク１から露出した中
間層としての金属膜１２をエッチング除去し、次に中間
層としてＳｉＯ_２膜２をエッチング除去する。

【００５７】更に、上層の有機低誘電膜３をエッチング
除去して、図５（ｂ）に示す構造体を得る。

【００５８】必要に応じて、クリーニングを行った後、
ＣＶＤやスパッタリング等によりバイアメタル１８を形
成する。バイアメタル１８と金属膜１２とに同じ材料を
用いるとよい。そして、ＣＶＤ、スパッタリングあるい
はメッキによりＣｕ等からなる導電体８をホール１５
内、溝１６内及びバイアメタル１８上に堆積させる。

【００５９】その後、エッチングやＣＭＰにより、酸化
シリコン膜２の上方にあった金属膜１２、バイアメタ
ル、導電体を除去して、ホール１５及び溝１６内にのみ
導電体８を残す。こうして、図５（ｃ）に示すような構
造体が得られる。

【００６０】各層のより詳しい形成方法やエッチング方
法は前述した通りである。

【００６１】本発明のエッチング方法は、有機低誘電率
膜を高速でエッチングすることができる装置において、
その優位性が顕著になる。即ち、ヘリコン波或いはＩＣ
Ｐといったプラズマ源では、有機低誘電率膜のエッチン
グ速度が高々４００ｎｍ／ｍｉｎであり、所謂“低速高
選択比”のプロセスしか実現することができない。“低
速高選択比”の条件では、ＳｉＯ₂ハードマスクでも金
属ハードマスクと同等のエッチング形状を実現できる
が、エッチング速度が遅いという大きな欠点がある。一
方、ＳＩＰを用いた場合、８００ｎｍ／ｍｉｎ以上とい
う高速のエッチングを行うことが可能であるが、ＳｉＯ
₂ハードマスクがエッチングされ、図３に示したよう
に、孔の口径の広がりが発生してしまう。そこで、ＳＩ
Ｐの高速エッチング条件と、メタルハードマスクを併用
することにより、初めて高速且つマスクに対する高選択
比の両特性を同時に実現することが可能となる。

【００６２】有機低誘電率膜は、ポリアリールエーテル
又はフッ素化ポリアリールエーテルであることが好まし
いが、特には非フッ素化ポリアリールエーテルであるこ
とが好ましい。具体的には、ダウケミカル社製の「Ｓｉ
ＬＫ^TM」（比誘電率２．６５）アライドシグナル社製
「ＦＬＡＲＥ^TM」（比誘電率２．８）である。

【００６３】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明のプラズマ処
理方法をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施
例に限定されるものではない。

【００６４】（実施例１）本発明の第１の実施例とし
て、金属ハードマスクにＡｌを使用した例を示す。ま
た、有機低誘電率膜は、ポリアリールエーテル（アライ
ドシグナル社製商品名：ＦＬＡＲＥ^TM）を使用した。
まず、図１（ａ）に示した断面構造を持つ８インチウエ
ハを準備した。各膜の膜厚は、ストッパーＳｉＮ膜１０
０ｎｍ、有機低誘電率膜の膜厚６００ｎｍ、ＳｉＯ₂膜
２００ｎｍ、Ａｌ膜１００ｎｍ、フォトレジストマスク
は６７０ｎｍであった。また、フォトレジストマスクに
は、０．２μｍのホールパターンをウエハ全面にわたっ
てパターニングした。このウエハを、不図示の表面波干
渉型プラズマ源（ＳＩＰ）を搭載したエッチング装置に
入れ、処理室内を１×１０^-3Ｐａまで真空排気した後、
金属ハードマスクであるＡｌ膜のエッチングを行った。
エッチング条件は、以下の通りであった。

【００６５】ガス種・流量：Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃＝６０／４０ｓｃｃｍ圧力：３Ｐａマイクロ波電力：１．５ＫＷＲＦバイアス：３００Ｗ

【００６６】上記条件で１７秒間エッチングを行い、レ
ジストマスクから露出していたＡｌ膜を全て除去した。
エッチングの終点は、Ａｌの発光（波長３９６ｎｍ）を
用いて判定した。エッチング終点検出後、２０％のオー
バーエッチングを実施した。

【００６７】次に、ウエハを真空に保持したまま別の処
理室に移動し、処理室内を１×１０ ^-3Ｐａまで真空排気
した後、レジストマスクから露出したハードマスクであ
るＳｉＯ₂膜のエッチングを行った。エッチング条件
は、以下の通りであった。

【００６８】ガス種・流量：Ｃ₄Ｆ₈／Ａｒ＝１５／１８５ｓｃｃｍ圧力：１５Ｐａマイクロ波電力：１．５ＫＷＲＦバイアス電力：３５０Ｗ

【００６９】上記条件で３０秒間エッチングを行い、レ
ジストマスクから露出していたＳｉＯ₂膜を全てエッチ
ング除去した。エッチングの終点は、ＳｉＦの発光（波
長６４０ｎｍ）を用いて判定した。

【００７０】ＳｉＯ₂エッチング終了後、ウエハを真空
に保持したまま別の処理室に移動し、処理室内を１×１
０^-3Ｐａまで真空排気した後、有機低誘電率膜の膜のエ
ッチングを行った。エッチング条件は、以下の通りであ
った。

【００７１】ガス種・流量：ＮＨ₃＝２００ｓｃｃｍ圧力：１Ｐａマイクロ波電力：２．５ＫＷＬＦバイアス周波数：１．５ＭＨｚＬＦバイアス電力：６００Ｗ

【００７２】上記条件で６０秒間エッチングを行い、ハ
ードマスクから露出した有機低誘電率膜の膜を全てエッ
チング除去した。エッチングの終点は、ＣＮの発光（波
長３８８ｎｍ）を用いて判定した。処理終了後、ウエハ
の断面をＳＥＭを用いて観察したが、ハードマスクのフ
ァセッティングによるホール径の広がりは全く観察され
なかった。

【００７３】（実施例２）本発明の第２の実施例とし
て、金属ハードマスクにＴｉＮを使用した例を示す。ま
た、有機低誘電率膜は、実施例１と同じくポリアリール
エーテル（アライドシグナル社製商品名：ＦＬＡＲＥ
^TM）を使用した。まず、図１（ａ）に示した断面構造を
持つ８インチウエハを準備した。各膜の膜厚は、ストッ
パーＳｉＮ膜１００ｎｍ、有機低誘電率膜の膜厚６００
ｎｍ、ＳｉＯ₂膜２００ｎｍ、ＴｉＮ膜１２０ｎｍ、フ
ォトレジストマスクは６７０ｎｍであった。また、フォ
トレジストマスクには、０．２μｍのホールパターンを
ウエハ全面にわたってパターンニングした。このウエハ
を、不図示のＳＩＰを搭載したエッチング装置に入れ、
処理室内を１×１０^-3Ｐａまで真空排気した後、金属ハ
ードマスクであるＴｉＮ膜のエッチングを行った。エッ
チング条件は、以下の通りであった。

【００７４】ガス種・流量：Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃＝３０／７０ｓｃｃｍ圧力：３Ｐａマイクロ波電力：１．５ＫＷＲＦバイアス：４５０Ｗ

【００７５】上記条件で３０秒間エッチングを行い、レ
ジストマスクから露出したＴｉＮ膜を全て除去した。

【００７６】次に、ウエハを真空に保持したまま別の処
理室に移動し、処理室内を１×１０ ^-3Ｐａまで真空排気
した後、ハードマスクであるＳｉＯ₂膜のエッチングを
行った。エッチング条件は、以下の通りであった。

【００７７】ガス種・流量：Ｃ₄Ｆ₈／Ａｒ＝１５／１８５ｓｃｃｍ圧力：１５Ｐａマイクロ波電力：１．５ＫＷＲＦバイアス電力：３５０Ｗ

【００７８】上記条件で３０秒間エッチングを行い、レ
ジストマスクから露出したＳｉＯ₂膜を全てエッチング
除去した。エッチングの終点は、ＳｉＦの発光（波長６
４０ｎｍ）を用いて判定した。

【００７９】ＳｉＯ₂エッチング終了後、ウエハを真空
の保持したまま別の処理室に移動し、処理室内を１×１
０^-3Ｐａまで真空排気した後、有機低誘電率膜の膜のエ
ッチングを行った。エッチング条件は、以下の通りであ
った。

【００８０】ガス種・流量：ＮＨ₃＝２００ｓｃｃｍ圧力：１Ｐａマイクロ波電力：２．５ＫＷＬＦバイアス周波数：１．５ＭＨｚＬＦバイアス電力：６００Ｗ

【００８１】上記条件で６０秒間エッチングを行い、ハ
ードマスクから露出した有機低誘電率膜の膜を全てエッ
チング除去した。エッチングの終点は、ＣＮの発光（波
長３８８ｎｍ）を用いて判定した。処理終了後、ウエハ
の断面をＳＥＭを用いて観察したが、ハードマスクのフ
ァセッティングによるホール径の広がりは全く観察され
なかった。

【００８２】（実施例３）本発明の第３の実施例とし
て、金属ハードマスクにＴｉＮを使用し、Ｎ₂ガスを用
いてエッチングした例を示す。また、有機低誘電率膜
は、実施例１と同じくポリアリールエーテル（アライド
シグナル社製商品名：ＦＬＡＲＥ^TM）を使用した。ま
ず、図１（ａ）に示した断面構造を持つ８インチウエハ
を準備した。各膜の膜厚は、ストッパーＳｉＮ膜１００
ｎｍ、有機低誘電率膜の膜厚６００ｎｍ、ＳｉＯ₂膜２
００ｎｍ、ＴｉＮ膜１２０ｎｍ、フォトレジストマスク
は６７０ｎｍであった。また、フォトレジストマスクに
は、０．２μｍのホールパターンをウエハ全面にわたっ
てパターンニングした。このウエハを、不図示のＳＩＰ
を搭載したエッチング装置に入れ、処理室内を１×１０
^-3Ｐａまで真空排気した後、金属ハードマスクであるＴ
ｉＮ膜のエッチングを行った。エッチング条件は、以下
の通りであった。

【００８３】ガス種・流量：Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃＝３０／７０ｓｃｃｍ圧力：３Ｐａマイクロ波電力：１．５ＫＷＲＦバイアス：４５０Ｗ

【００８４】上記条件で３０秒間エッチングを行い、レ
ジストマスクから露出したＴｉＮ膜を全て除去した。

【００８５】次に、ウエハを真空に保持したまま別の処
理室に移動し、処理室内を１×１０ ^-3Ｐａまで真空排気
した後、ハードマスクであるＳｉＯ₂膜のエッチングを
行った。エッチング条件は、以下の通りであった。

【００８６】ガス種・流量：Ｃ₄Ｆ₈／Ａｒ＝１５／１８５ｓｃｃｍ圧力：１５Ｐａマイクロ波電力：１．５ＫＷＲＦバイアス電力：３５０Ｗ

【００８７】上記条件で３０秒間エッチングを行い、レ
ジストマスクから露出したＳｉＯ₂膜を全てエッチング
除去した。エッチングの終点は、ＳｉＦの発光（波長６
４０ｎｍ）を用いて判定した。

【００８８】ＳｉＯ₂エッチング終了後、ウエハを真空
の保持したまま別の処理室に移動し、処理室内を１×１
０^-3Ｐａまで真空排気した後、有機低誘電率膜の膜のエ
ッチングを行った。エッチング条件は、以下の通りであ
った。

【００８９】ガス種・流量：Ｎ₂＝２００ｓｃｃｍ圧力：１Ｐａマイクロ波電力：２．５ＫＷＬＦバイアス周波数：１．５ＭＨｚＬＦバイアス電力：８００Ｗ

【００９０】上記条件で９０秒間エッチングを行い、ハ
ードマスクから露出した有機低誘電率膜の膜を全てエッ
チング除去した。エッチングの終点は、ＣＮの発光（波
長３８８ｎｍ）を用いて判定した。処理終了後、ウエハ
の断面をＳＥＭを用いて観察した。エッチングの終点時
間から判断すると、Ｎ₂プラズマのエッチング速度はＮ
Ｈ₃に比べて約３０％低下していたが、ハードマスクの
ファセッティングによるホール径の広がりは全く観察さ
れなかった。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ハードマスクに金属又は金属の化合物を用いることによ
り、Ｎ₂／Ｈ₂系ガスのプラズマを利用して、有機低誘電
率膜のエッチングを行っても、ハードマスクのファセッ
ティングによるホール径の広がり等の形状異常が発生し
ないドライエッチング方法を提供することが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を金属配線形成工程に適用した際のプロ
セスフローを示した図である。

【図２】従来例であるＳｉＯ₂ハードマスクと有機低誘
電率膜のエッチング特性を示した図である。（ａ）有機低誘電率膜のエッチング速度のＶｐｐ依存
性。（ｂ）ＳｉＯ₂のエッチング速度のＶｐｐ依存性。（ｃ）ＳｉＯ₂の対有機低誘電率膜選択比のＶｐｐ依存
性。

【図３】従来例であるＳｉＯ₂ハードマスクを用いた場
合の、ビアホールのエッチング形状を模式的に示した図
である。

【図４】本発明の金属ハードマスク（Ａｌ）と従来例の
ＳｉＯ₂ハードマスクの、エッチング速度及び対有機低
誘電率膜選択比のＶｐｐ依存性を比較した図である。（ａ）金属ハードマスク（Ａｌ）とＳｉＯ₂ハードマス
クのエッチング速度のＶｐｐ依存性の比較図。（ｂ）金属ハードマスク（Ａｌ）とＳｉＯ₂ハードマス
クの対有機低誘電率膜選択比のＶｐｐ依存性の比較図。

【図５】本発明をデュアルダマシン法による金属配線形
成工程に適用した際のプロセスフローを示した図であ
る。

【図６】従来例の有機低誘電率膜エッチングのプロセス
フローを示した図である。

【符号の説明】

１レジストマスク２ＳｉＯ₂膜３有機膜４第１層金属配線５配線溝（ビアホール）６側壁保護膜７ストッパー膜８導電体１２金属膜１４第１層金属配線１５ホール１６配線溝１７ストッパー層１８バリアメタル

フロントページの続きＦターム(参考） 4M104 BB02 BB14 BB17 BB25 BB27 BB30 BB32 BB33 CC01 DD08 DD16 DD17 DD20 DD22 DD37 DD43 DD52 DD53 DD65 DD71 DD72 DD75 EE08 EE12 EE14 EE18 FF13 FF17 FF18 FF22 HH14 5F004 CA06 DA03 DA04 DA11 DA24 DA25 DB08 DB09 DB10 DB12 DB23 EA03 EA05 EA06 EA23 EA28 EB01 EB03 5F033 HH08 HH09 HH11 HH12 HH18 HH19 HH21 HH27 HH32 HH33 HH34 JJ01 JJ08 JJ09 JJ11 JJ12 JJ19 JJ27 JJ30 JJ32 JJ33 JJ34 KK08 KK11 KK33 MM01 MM02 MM05 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 PP19 PP27 PP28 QQ08 QQ09 QQ10 QQ11 QQ12 QQ20 QQ25 QQ27 QQ28 QQ30 QQ31 QQ37 QQ48 QQ49 QQ98 RR01 RR04 RR06 RR09 RR11 RR21 RR24 SS11 SS15 SS21 TT04 XX03 XX24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機膜上に中間層及びパターニングされ
たレジスト層を形成し、該レジスト層から露出した該中
間層をエッチングした後、ガスのプラズマを用いて前記
有機膜をエッチングする有機膜のエッチング方法におい
て、該中間層が金属又は金属の化合物からなる層を含む
ことを特徴とする有機膜のエッチング方法。
【請求項２】前記金属が、アルミニウム、銅、チタ
ン、コバルト、タンタル、プラチナ、クロム又はタング
ステンである請求項１に記載の有機膜のエッチング方
法。
【請求項３】前記金属の化合物が、窒化チタン、窒化
タングステン又は窒化タンタルである請求項１に記載の
有機膜のエッチング方法。
【請求項４】前記ガスが、Ｎ₂、Ｈ₂、Ｎ₂とＨ₂の混合
ガス、ＮＨ₃又はＮ₂Ｈ₄である請求項１に記載の有機膜
のエッチング方法。
【請求項５】前記プラズマは表面波干渉型プラズマで
ある請求項１に記載の有機膜のエッチング方法。
【請求項６】前記有機膜が、ポリアリールエーテル又
はフッ素化ポリアリールエーテルである請求項１に記載
の有機膜のエッチング方法。
【請求項７】前記有機膜は酸化シリコンよりも比誘電
率の低い比誘電率材料からなる請求項１に記載の有機膜
のエッチング方法。
【請求項８】前記有機膜は酸化シリコンよりも比誘電
率の低い比誘電率材料からなり、前記ガスは窒素又は水
素のうち少なくともいずれか一方を含むガスである請求
項１に記載の有機膜のエッチング方法。
【請求項９】前記中間層は前記有機膜に接する無機絶
縁層を含む請求項１に記載の有機膜のエッチング方法。
【請求項１０】有機低誘電率膜上に中間層及びパター
ニングされたレジスト層を形成し、該レジスト層から露
出した該中間層をエッチングした後、窒素と水素の何れ
かを含むガスのプラズマを用いて前記有機低誘電率膜を
エッチングする有機膜のエッチング方法において、該中
間層が金属又は金属の窒化物からなる層を含むことを特
徴とする有機膜のエッチング方法。
【請求項１１】素子の製造方法において、基体上に有機絶縁膜と中間層とパターニングされたレジ
スト膜を形成する工程、該レジスト膜から露出した該中間層をエッチングした
後、ガスのプラズマを用いて該有機絶縁膜をエッチング
する工程、該有機絶縁膜がエッチングされた部分に導電体を充填す
る工程、を含み、前記中間層が、金属又は金属の化合物
からなる層を含むことを特徴とする素子の製造方法。
【請求項１２】前記導電体を充填した後、前記金属又
は金属の化合物からなる層を除去する請求項１１に記載
の素子の製造方法。
【請求項１３】前記金属が、アルミニウム、銅、チタ
ン、コバルト、タンタル、プラチナ、クロム又はタング
ステンである請求項１１に記載の素子の製造方法。
【請求項１４】前記金属の化合物が、窒化チタン、窒
化タングステン又は窒化タンタルである請求項１１に記
載の素子の製造方法。
【請求項１５】前記ガスが、Ｎ₂、Ｈ₂、Ｎ₂とＨ₂の混
合ガス、ＮＨ₃又はＮ₂Ｈ₄である請求項１１に記載の素
子の製造方法。
【請求項１６】前記プラズマは、表面波干渉型プラズ
マである請求項１１に記載の素子の製造方法。
【請求項１７】前記有機膜が、ポリアリールエーテル
又はフッ素化ポリアリールエーテルである請求項１１に
記載の素子の製造方法。
【請求項１８】前記有機膜は酸化シリコンよりも比誘
電率の低い比誘電率材料からなる請求項１１に記載の素
子の製造方法。
【請求項１９】前記有機膜は酸化シリコンよりも比誘
電率の低い比誘電率材料からなり、前記ガスは窒素又は
水素のうち少なくともいずれか一方を含むガスである請
求項１１に記載の素子の製造方法。
【請求項２０】前記中間層は前記有機膜に接する無機
絶縁層を含む請求項１１に記載の素子の製造方法。
【請求項２１】素子の製造方法において、基体上に有
機低誘電率膜と中間層とパターニングされたレジスト層
を形成し、該レジスト層から露出した該中間層をエッチ
ングした後、窒素と水素の何れかを含むガスのプラズマ
を用いて前記有機低誘電率膜をエッチングする工程を含
み、該中間層が金属又は金属の窒化物からなる層を含む
ことを特徴とする素子の製造方法。