JP3118946B2

JP3118946B2 - ドライエッチング方法

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Publication number: JP3118946B2
Application number: JP10222192A
Authority: JP
Inventors: 敏治柳田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-03-28
Filing date: 1992-03-28
Publication date: 2000-12-18
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: JPH05275393A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング方法に
関し、特にたとえば３層レジスト・プロセスにおいて酸
化シリコン系中間層をマスクとして下層レジスト層をエ
ッチングする際の対マスク選択性、対下地選択性を向上
させると共に、下地材料のスパッタ再付着を防止する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置のデザイン・ルールがサブミ
クロンからクォーターミクロンのレベルへと高度に微細
化されるに伴い、フォトリソグラフィやドライエッチン
グ等の各種加工技術に対する要求も一段と厳しさを増し
ている。フォトリソグラフィ技術においては、近年、高
解像度を求めて露光波長が短波長化され、さらに基板の
表面段差が増大していることもあって、多層レジスト・
プロセスの採用が必須となりつつある。多層レジスト・
プロセスは、基板の表面段差を吸収するに十分な厚い下
層レジスト層と、高解像度を達成するに十分な薄い上層
レジスト層の少なくとも２種類のレジスト層とを組み合
わせて使用する方法である。

【０００３】良く知られた方法としては、Ｊ．Ｖａｃ．
Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，１６，（１９７９），ｐ．１６２
０に報告されている、いわゆる３層レジスト・プロセス
がある。これは、基板の表面段差を平坦化する厚い下層
レジスト層、この下層レジスト層をエッチングする際の
マスクを構成するための無機材料からなる薄い中間層、
およびフォトリソグラフィと現像処理によりパターニン
グされる薄い上層レジスト層の３種類の層を使用するも
のである。このプロセスでは、まず上層レジスト層が所
定の形状にパターニングされ、これをマスクとしてその
下の中間層がＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）によ
りパターニングされ、さらに前記上層レジスト層と中間
層とをマスクとしてＯ₂ガス等を用いるドライエッチン
グにより下層レジスト層がパターニングされる。

【０００４】ところで、Ｏ₂ガスにより有機材料層であ
る下層レジスト層をエッチングする工程においては、Ｏ
^*（酸素ラジカル）による等方的な燃焼反応に起因する
パターン形状劣化を防止するために、イオン入射エネル
ギーをある程度高めた条件を採用することが必要とな
る。つまり、低ガス圧かつ高バイアス・パワーといった
条件下でイオンの平均自由行程と自己バイアス電位Ｖ_dc
を増大させ、このイオンの高い運動エネルギーを利用し
たスパッタリングにより高異方性を達成するわけであ
る。

【０００５】ところが、かかるエッチング条件の採用は
下地材料層に対する選択性の低下につながり、これが多
層レジスト・プロセスの実用化を妨げる原因ともなって
いる。この問題を、図３を参照しながら説明する。図３
（ａ）は、３層レジスト・プロセスにおいて、上層レジ
スト・パターン１５が形成されたウェハの状態を示して
いる。ここまでの工程を簡単に説明すると、まず段差を
有するＳｉＯ₂層間絶縁膜１１上にこの段差にならった
下地材料層１２を形成し、この段差を吸収してウェハの
表面を平坦化できる厚さを有する下層レジスト層１３、
および回転塗布ガラス（ＳＯＧ）からなる薄いＳＯＧ中
間層１４を順次形成し、さらにこのＳＯＧ中間層１４の
上に薄い上層レジスト層を形成する。この上層レジスト
層をフォトリソグラフィと現像処理によりパターニング
すると、上述の上層レジスト・パターン１５が得られ
る。このときのフォトリソグラフィの解像度は極めて高
く、上記上層レジスト・パターン１５は０．３５μｍ幅
の明瞭なエッジを有している。

【０００６】次に、上層レジスト・パターン１５をマス
クとしてＳＯＧ中間層１４をＲＩＥ（反応性イオン・エ
ッチング）によりパターニングし、図３（ｂ）に示され
るようにＳＯＧパターン１４ａを形成する。このＳＯＧ
パターン１４ａも、極めて明瞭なエッジを有している。

【０００７】次に、Ｏ₂ガスを用い、上記下層レジスト
層１３をエッチングする。このエッチング過程では、薄
い上層レジスト・パターン１５が途中で消失し、それ以
降はＳＯＧパターン１４ａのみがエッチング・マスクと
して機能する。ここで、下層レジスト層１３は、３層レ
ジスト・プロセスの趣旨にもとづいてウェハの表面段差
を吸収するに十分な膜厚に形成される層であるから、そ
の膜厚はウェハ上の領域により大きく異なっており、エ
ッチングに要する時間も当然異なる。たとえば、下地材
料層１２の段差の上部に対応する領域では、図３（ｃ）
に示されるように早い時期に下層レジスト・パターン１
３ａが完成され（ジャストエッチング状態）、下地材料
層１２が露出してしまう。

【０００８】続いて、段差の下部に対応する領域におい
て残余部１３ｂを除去するためのオーバーエッチングを
行うと、段差の上部では下地材料層１２が大きな入射エ
ネルギーを有するイオンの照射を受け、スパッタされ
る。スパッタ生成物の一部は、下層レジスト・パターン
１３ａの側壁部に再付着し、図３（ｄ）に示されるよう
な再付着物層１２ａを形成する。特に下地材料層１２が
金属配線材料等である場合、この再付着物層１２ａは除
去が困難であり、パーティクル汚染源となる。また、Ｓ
ＯＧパターン１４ａがイオン照射により後退する他、上
述の再付着物層１２ａがエッチング・マスクの実質的な
線幅を太らせるので、寸法変換差が発生し易くなる。

【０００９】上述のような再付着物の問題は、たとえば
第３３回応用物理学関係連合講演会（１９８６年春季年
会）講演予稿集ｐ．５４２，演題番号２ｐ−Ｑ−８でも
指摘されており、周知のところである。再付着物層２８
の形成を抑制するには入射イオン・エネルギーの低減が
効果的であるのは明白だが、これでは前述の等方的な燃
焼反応が優勢となり、異方性が低下してしまう。

【００１０】このため、入射イオン・エネルギーの低減
と高異方性の達成とを両立し得るレジスト材料層のドラ
イエッチング方法が切望されている。

【００１１】かかる要望に対応する技術として、本願出
願人はこれまでに、高異方性の達成をラジカル性の低減
とイオン性の増強のみに依存するのではなく、反応生成
物による側壁保護を併用して達成しようとする技術を各
種提案している。つまり、側壁保護を併用すれば、イオ
ン入射エネルギーを実用的なエッチング速度を損なわな
い程度に低減することができ、また低温エッチングを行
うにしても従来よりも遙かに室温に近い温度域で同等の
効果が得られるからである。

【００１２】たとえば、特開平２−２４４６２５号公報
には、Ｏ₂に塩素（Ｃｌ）系ガスを添加したエッチング
・ガスを使用することにより、下層レジスト層とＣｌ系
ガスとの反応生成物であるＣＣｌ_xを側壁保護膜として
堆積させながら該下層レジスト層の異方性エッチングを
行う技術を開示した。また、特願平２−１９８０４４号
明細書には、ウェハ温度を５０℃以下に制御した状態で
ＮＨ₃を主体とするエッチング・ガスを使用してレジス
ト材料層をエッチングする技術を提案している。ここで
は、少なくともＮ，Ｃ，Ｏを構成元素として含むエッチ
ング反応生成物が側壁保護膜の役割を果たす。

【００１３】さらに、特願平２−２９８１６７号明細書
には、Ｏ₂に臭素（Ｂｒ）系ガスを添加したエッチング
・ガスを使用することにより、下層レジスト層とＢｒ系
ガスとの反応生成物であるＣＢｒ_xを側壁保護膜として
堆積させながら該下層レジスト層の異方性エッチングを
行う技術を提案した。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本願出願人が先に提案
した各ドライエッチング方法は、実用的なエッチング速
度を確保した上で低エネルギーのイオンによる異方性加
工を実用的な温度域で達成したという点において、いず
れも極めて画期的な技術であった。しかし、これらの技
術を下地材料層に銅（Ｃｕ）が含まれる場合に適用する
ためには、新たな課題を克服しなければならないことが
判ってきた。

【００１５】Ｃｕは、Ａｌ系配線のエレクトロマイグレ
ーション耐性およびストレスマイグレーション耐性を向
上させる目的で、近年、Ａｌに対して０．５〜１％程度
の割合で添加されるようになってきている。また、Ｃｕ
は電気抵抗率が約１．４μΩｃｍと低くＡｌの半分程度
であるため、有効なドライエッチング技術さえ確立され
れば半導体装置における将来の配線材料としての期待も
高い。

【００１６】ところが、Ｃｕの塩化物や臭化物は蒸気圧
が低い。したがって、Ｃｕを含む下地材料層上でＣｌ系
ガスやＢｒ系ガスを用いて下層レジスト層をエッチング
すると、下地材料層の露出面から供給されたＣｕがＣｕ
₂Ｃｌ₂やＣｕ₂Ｂｒ₂等の形でパターン側壁面上に付
着し、パーティクル汚染が一層深刻化することが予想さ
れる。

【００１７】そこで、この問題に対処するため、本発明
者は先に特願平３−４２２２号明細書において、オーバ
ーエッチング時のガス組成を窒素系化合物と酸素系化合
物の混合組成、もしくは酸化窒素系化合物を含む組成と
する方法を提案している。これは、下地材料層がＣｕで
ある場合にも、Ｃｕを蒸気圧の比較的高い硝酸銅Ｃｕ
（ＮＯ₃ ）₂ の形で揮発除去させることができる極めて
優れた方法である。しかし、硝酸の関与するこのエッチ
ング反応系は酸化性が強いため、条件によってはＣｕの
露出表面から内部に向けて徐々に酸化が進行し、最終的
に形成されるＣｕ配線パターンの配線抵抗が上昇してし
まうという懸念がある。

【００１８】そこで本発明は、ＳＯＧ等の酸化シリコン
系マスクに対する選択性を向上させ、下地材料層に由来
するスパッタ生成物の再付着を効果的に防止し、かつ下
地材料層の抵抗の上昇を招かないレジスト層（有機材料
層）のドライエッチング方法を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、下地材料層上に形成された有機材料層を、この
有機材料層の上に選択的に形成された酸化シリコン系パ
ターンをマスクとしてエッチングするドライエッチング
方法において、前記エッチングをヨウ化水素と酸素系化
合物とを含むエッチング・ガスを用いて行うことを特徴
とする。

【００２０】また本発明は、前記エッチング・ガスがさ
らにイオウ系化合物を含むことを特徴とする。

【００２１】また本発明は、前記エッチングを２段階に
分割し、ヨウ素系化合物と酸素系化合物とを含むエッチ
ング・ガスを用いて前記有機材料層を実質的に前記下地
材料層が露出する直前までエッチングするジャストエッ
チング工程と、ヨウ素系化合物とＮＨ₃とを含むエッチ
ング・ガスを用い、被エッチング基板を加熱しながら前
記有機材料層の残余部をエッチングするオーバーエッチ
ング工程とを有することを特徴とする。

【００２２】さらに本発明は、前記下地材料層がＣｕを
含有することを特徴とする。

【００２３】

【作用】本発明のポイントは、酸化シリコン系パターン
をマスクとして有機材料層をエッチングする場合のエッ
チング種として、ヨウ素を使用することである。ヨウ素
系化合物と酸素系化合物を含むエッチング・ガスを用い
て有機材料層をエッチングする場合、Ｏ^*による等方的
な燃焼反応がＩ⁺，Ｏ⁺等のイオンの入射エネルギーに
アシストされる機構で異方性エッチングが進行する。た
だし、ヨウ素は酸化シリコン系材料に対する化学反応性
に乏しいため、従来から提案されているＯ₂／Ｃｌ
₂系、Ｏ₂／Ｂｒ₂系等に比べて酸化シリコン系のマス
クに対する選択性を向上させることができる。したがっ
て、３層レジスト・プロセスにおけるＳＯＧ中間層のよ
うに極めて薄い酸化シリコン系パターンをマスクとする
場合にも、エッチング中のマスクの後退およびこれに起
因する寸法変換差の発生を防止することができる。しか
も、有機材料層の分解生成物にヨウ素が結合するとＣＩ
_xポリマーが形成され、これがイオンの垂直入射が原理
的に生じないパターン側壁部に堆積して側壁保護効果を
発揮する。したがって、異方性加工に必要なイオン入射
エネルギーを従来プロセスに比べて低減させることがで
き、マスク選択性はもちろん、下地選択性も向上する。

【００２４】上記のガス系にさらにイオウ系化合物を添
加すると、選択性を一層向上させることができる。これ
は、上述のＣＩ_xポリマーに加えて、放電解離条件下で
上記イオウ系化合物からプラズマ中に生成するＳ（イオ
ウ）も側壁保護に利用できるようになるからである。Ｓ
は、条件にもよるが、ウェハがおおよそ室温以下に温度
制御されていればその表面に堆積し、おおよそ９０℃以
上に加熱されれば容易に昇華する。したがって、Ｓの利
用によりパーティクル汚染が増大することは一切ない。

【００２５】また本発明では、下地材料層の酸化を効果
的に防止するため、有機材料層と下地材料層との界面近
傍においてガス系から酸素を排除し、ヨウ素系化合物と
ＮＨ₃とを含むエッチング・ガスを用いてオーバーエッ
チングを行う方法も提案する。ＮＨ₃を用いた場合のエ
ッチング機構については、上述の特願平２−１９８０４
４号明細書に明らかにされているとおりであり、これに
ＣＩ_xポリマーによる側壁保護効果が加わって低入射イ
オン・エネルギー下での高選択高異方性エッチングが実
現される。この方法は、特に下地材料層がＣｕ等の酸化
され易い材料層である場合に、その露出表面の酸化を防
止する上で有効である。

【００２６】ところで、本発明において酸化シリコン系
のエッチング・マスクおよび下地材料層に対する選択性
が向上することは上述のとおりであるが、エッチング種
としてヨウ素を利用することには、もうひとつの重要な
メリットがある。それは、下地材料層がＣｕを含む場合
に、この下地材料層のスパッタにより放出されたＣｕが
蒸気圧の比較的高いＣｕ₂Ｉ₂の形で速やかに除去でき
る点である。

【００２７】ＣＲＣＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＣｈｅ
ｍｉｓｔｒｙａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，７１ｓｔＥ
ｄｉｔｉｏｎ，６−５１（ＣＲＣＰｒｅｓｓＩｎ
ｃ．）、あるいは同５３ｒｄＥｄｉｔｉｏｎ，Ｄ−１
７２に記載されている無機化合物の蒸気圧のデータによ
ると、１〜７６０ｍｍＨｇ（＝１．３３×１０²〜１．
０１×１０⁵Ｐａ）の蒸気圧を示す時の温度は、Ｃｕ₂
Ｉ₂がＣｕ₂Ｃｌ₂，Ｃｕ₂Ｂｒ₂のいずれよりも低い
ことが明らかである。このことは、換言すれば、同一の
温度におけるＣｕ₂Ｉ₂の蒸気圧が、Ｃｕ₂Ｃｌ₂，Ｃ
ｕ₂Ｂｒ₂のいずれの蒸気圧よりも高いということであ
る。通常のドライエッチングが行われるエッチング反応
系のガス圧は、上述の圧力範囲よりは遙かに低い領域に
属しているが、かかる低圧下でも同様の傾向は維持され
ている。

【００２８】したがって、ウェハを適当に加熱しながら
ヨウ素系化合物を含むガス系を用いてエッチングを行え
ば、従来から提案されているＯ₂／Ｃｌ₂系、Ｏ₂／Ｂ
ｒ₂系等に比べて、Ｃｕに起因するパーティクル汚染を
大幅に低減させることができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００３０】実施例１本実施例は、３層レジスト・プロセスにおいてＡｌ−１
％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層の上に形成された下層レジスト
層を、ＳＯＧパターンをマスクとし、ＨＩ／Ｏ₂混合ガ
スを用いてエッチングした例である。このプロセスを、
図１を参照しながら説明する。

【００３１】まず、図１（ａ）に示されるように、段差
を有するＳｉＯ₂層間絶縁膜１上にこの段差にならった
Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層２を約０．７μｍの厚
さに形成し、さらにこの上にたとえばノボラック系ポジ
型フォトレジスト（東京応化工業社製；商品名ＯＦＰＲ
−８００）を塗布して下層レジスト層３を形成した。こ
こで、段差の下部に対応する領域の下層レジスト層３の
厚さは、約１．０μｍである。この下層レジスト層３の
上には、ＳＯＧ（東京応化工業社製；商品名ＯＣＤ−Ｔ
ｙｐｅ２）をスピンコートし、厚さ約０．２μｍのＳＯ
Ｇ中間層４を形成した。さらに、このＳＯＧ中間層４の
上には、所定の形状にパターニングされた上層レジスト
・パターン５を形成した。この上層レジスト・パターン
５は、一例としてネガ型３成分化学増幅系レジスト材料
（シプレー社製；商品名ＳＡＬ−６０１）からなる厚さ
約０．７μｍの塗膜についてＫｒＦエキシマ・レーザ・
リソグラフィおよび現像処理を行うことにより形成し
た。この上層レジスト・パターン５のパターン幅は、約
０．３５μｍである。

【００３２】次に、このウェハをヘキソード型のＲＩＥ
（反応性イオン・エッチング）装置にセットし、上層レ
ジスト・パターン５をマスクとしてＳＯＧ中間層４をエ
ッチングした。このときの条件は、一例としてＣＨＦ₃
流量７５ＳＣＣＭ，Ｏ₂流量８ＳＣＣＭ，ガス圧６．５
Ｐａ，ＲＦパワー１３５０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）とし
た。この結果、図１（ｂ）に示されるように、上層レジ
スト・パターン５の直下にＳＯＧパターン４ａが形成さ
れた。

【００３３】次に、ウェハをＲＦバイアス印加型の有磁
場マイクロ波プラズマ・エッチング装置に移設し、一例
として下記の条件で下層レジスト層３をエッチングし
た。ＨＩ流量１５ＳＣＣＭＯ₂流量４５ＳＣＣＭガス圧１．５Ｐａマイクロ波パワー９００ＷＲＦバイアス・パワー３００Ｗ（２ＭＨｚ）このエッチング過程では、Ｏ^*による等方的な燃焼反応
がＩ⁺，Ｏ⁺等のイオンにアシストされる一方、エッチ
ング反応生成物であるＣＩ_xがパターン側壁面上に堆積
し、側壁保護膜６が形成された。これらイオン・アシス
ト機構および側壁保護効果により、図１（ｃ）に示され
るように、異方性形状を有する下層レジスト・パターン
３ａが形成された。

【００３４】本実施例では、Ｓｉに対する化学反応性の
低いＩ^*，Ｉ⁺がエッチング種として使用されることに
より、ＳＯＧパターン４ａに対する選択性が向上し、マ
スクの後退やこれに伴う寸法変換差が発生することはな
かった。

【００３５】実施例２本実施例は、３層レジスト・プロセスにおいてＡｌ−１
％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層の上に形成された下層レジスト
層を、ＳＯＧパターンをマスクとし、Ｓ₂Ｂｒ₂／ＨＩ
／Ｏ₂混合ガスを用いてエッチングした例である。ま
ず、前出の図１（ｂ）に示されるウェハを有磁場マイク
ロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例として
下記の条件で下層レジスト層３をエッチングした。

【００３６】Ｓ₂Ｂｒ₂流量１０ＳＣＣＭＨＩ流量１５ＳＣＣＭＯ₂流量５０ＳＣＣＭガス圧１．５Ｐａマイクロ波パワー９００ＷＲＦバイアス・パワー１８０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度０℃（エタノール系冷媒使
用）このエッチング過程では、下層レジスト層３に由来する
エッチング反応生成物ＣＩ_xの他に、Ｓ₂Ｂｒ₂の放電
解離により気相中に生成するＳが冷却されたウェハ上で
側壁保護に寄与した。すなわち、図１（ｃ）に示される
ように、ＣＩ_xとＳとの混合物からなる側壁保護膜７が
形成された。また、ウェハの冷却により等方的なラジカ
ル反応もある程度抑制された。かかる側壁保護効果の強
化およびラジカル反応の抑制により、実施例１よりも大
幅に入射イオン・エネルギーを低下させた条件でも良好
な異方性加工を行うことができ、またＳＯＧパターン４
ａやＡｌ−１％Ｓｉ−０．５Ｃｕ層２に対する選択性を
一層向上させることができた。特に、下地のＡｌ−１％
Ｓｉ−０．５Ｃｕ層２に由来する再付着物はほとんど確
認されなくなった。

【００３７】実施例３本実施例は、Ｃｕ層の上に形成された下層レジスト層
を、ＳＯＧパターンをマスクとし、Ｈ₂Ｓ／ＨＩ／Ｏ₂
混合ガスを用いてジャストエッチングした後、ＨＩ／Ｎ
Ｈ₃混合ガスを用いてオーバーエッチングを行った例で
ある。このプロセスを、図２を参照しながら説明する。
なお、図２の参照符号は図１と一部共通である。

【００３８】本実施例でエッチング・サンプルとして使
用したウェハは、図２（ａ）に示されるように、段差を
有するＳｉＯ₂層間絶縁膜１上にこの段差にならったＣ
ｕ層８が形成され、さらにこの上に３層レジスト・プロ
セスにより下層レジスト層３、ＳＯＧパターン４ａ、上
層レジスト・パターン５が順次形成されてなるものであ
る。ここで、ＳＯＧパターン４ａおよび上層レジスト・
パターン５のパターニング方法は、実施例１で前述した
とおりである。

【００３９】次に、このウェハを有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置にセットし、一例として下記の条
件で下層レジスト層３をジャストエッチングした。Ｈ₂Ｓ流量１０ＳＣＣＭＨＩ流量１５ＳＣＣＭＯ₂流量５０ＳＣＣＭガス圧１．５Ｐａマイクロ波パワー９００ＷＲＦバイアス・パワー１８０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度０℃（エタノール系冷媒使
用）このジャストエッチング工程では、ＣＩ_xとＳとが混合
してなる側壁保護膜７が形成されながら、異方的にエッ
チングが進行した。このエッチングは、図２（ｂ）に示
されるように、段差の上部においてＣｕ層８の表面が露
出した段階で停止させた。このとき、段差の下部に対応
する領域には、下層レジスト層３の残余部３ｂが残って
いた。

【００４０】そこで、上記残余部３ｂを除去するため
に、エッチング条件を一例として下記のように切り替え
てオーバーエッチングを行った。ＨＩ流量１５ＳＣＣＭＮＨ₃流量４５ＳＣＣＭガス圧１．５Ｐａマイクロ波パワー９００ＷＲＦバイアス・パワー１２０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度１５０℃ ここで、ウェハの加熱は、ウェハ・ステージに内蔵され
たヒータを作動させることにより行った。

【００４１】このオーバーエッチング工程では、ガス系
にヨウ素が含まれており、しかもウェハが加熱されてい
ることから、下地のＣｕ層８からスパッタ放出されたＣ
ｕがＣｕ₂Ｉ₂の形で速やかに揮発除去され、何ら再付
着物層が形成されることはなかった。この段階で形成さ
れる側壁保護膜６は、ＣＩ_xを主体としたものである。
また、ＲＦバイアス・パワーがジャストエッチング工程
に比べて低減されていることにより、Ｃｕのスパッタ放
出そのものも抑制されている。

【００４２】本実施例のいまひとつの重要なメリット
は、後工程で形成されるＣｕ配線パターンの配線抵抗が
上昇しないことである。これは、上述のオーバーエッチ
ング工程においてエッチング反応系から酸素を排除した
ことにより、Ｃｕ層８の露出面における酸化反応が防止
されたからである。

【００４３】なお、本実施例のようにウェハ温度の大き
く異なるエッチング・プロセスを連続して行う場合に
は、ウェハの昇降温のための所要時間によりスループッ
トを低下させないために、ウェハ・ステージの設定温度
の異なる複数のエッチング・チャンバを高真空下に接続
したマルチ・チャンバ型のエッチング装置を使用するこ
とが特に好ましい。あるいは、本発明者が先に特願平３
−３０１２７９号明細書において提案しているように、
冷却手段を有する固定電極と加熱手段を有する可動電極
とを組み合わせたウェハ・ステージを装備したＥＣＲプ
ラズマ装置等を使用することも、極めて有効である。

【００４４】以上、本発明を３例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、酸素系化合物としては上述の
Ｏ₂の他、Ｏ₃も使用できる。イオウ系化合物としては
上述のＳ₂Ｂｒ₂やＨ₂Ｓの他、Ｓ₂Ｃｌ₂，Ｓ₃Ｃｌ
₂，ＳＣｌ₂等の塩化イオウ、Ｓ₃Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂等
の臭化イオウを使用することもできる。Ｓ₂Ｆ₂等のフ
ッ化イオウは、放電解離条件下でＳを放出することはで
きるが、Ｆ^*により酸化シリコン系のマスクに対する選
択性が低下するので、本発明で使用するには不適当であ
る。

【００４５】その他、ウェハの構成、エッチング条件、
使用するエッチング装置、エッチング・ガスの組成等は
適宜変更可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では酸化シリコン系パターンをマスクとして有機材料
層をエッチングする場合に、エッチング種としてＳｉに
対する化学反応性の低いヨウ素を使用することにより、
対マスク選択性を向上させることができる。このとき、
エッチング反応生成物のＣＩ_xポリマーを側壁保護に利
用することができるので、異方性加工に必要な入射イオ
ン・エネルギーを低減させることができ、下地材料層に
対する選択性も向上する。しかも、この下地材料層がＣ
ｕを含む場合、Ｃｕがスパッタ放出されたとしてもエッ
チング反応系に存在するヨウ素によりＣｕ₂Ｉ₂の形で
これを除去することができるので、パターン側壁面上へ
のＣｕの再付着やこれに伴うパーティクル汚染を防止す
ることができる。したがって、多層レジスト・プロセス
の実用性を真に高めることができる。

【００４７】本発明は、微細なデザイン・ルールにもと
づいて設計され、高集積度，高性能，高信頼性を要求さ
れる半導体装置の製造において極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプロセス例をその工程順にし
たがって説明する概略断面図であり、（ａ）は段差を有
するＡｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層上に下層レジスト
層、ＳＯＧ中間層、上層レジスト・パターンが順次形成
された状態、（ｂ）はＳＯＧパターンが形成された状
態、（ｃ）は少なくともＳＯＧパターンをマスクとして
下層レジスト層をエッチングすることにより、下層レジ
スト・パターンが形成された状態をそれぞれ表す。

【図２】本発明を適用した他のプロセス例をその工程順
にしたがって説明する概略断面図であり、（ａ）は段差
を有するＣｕ層上に下層レジスト層、ＳＯＧパターン、
上層レジスト・パターンが順次形成された状態、（ｂ）
は下層レジスト層がジャストエッチングされた状態、
（ｃ）は下層レジスト層がオーバーエッチングされた状
態をそれぞれ表す。

【図３】従来のプロセスにおける問題点を説明する概略
断面図であり、（ａ）は段差を有する下地材料層上に下
層レジスト層、ＳＯＧ中間層、上層レジスト・パターン
が順次形成された状態、（ｂ）はＳＯＧパターンが形成
された状態、（ｃ）は下層レジスト層がジャストエッチ
ングされた状態、（ｄ）はオーバーエッチング中に下地
材料層のスパッタ生成物からなる再付着物層が形成され
た状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】

１・・・ＳｉＯ₂層間絶縁膜２・・・Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ層３・・・下層レジスト層３ａ・・・下層レジスト・パターン３ｂ・・・（下層レジスト層の）残余部４・・・ＳＯＧ中間層４ａ・・・ＳＯＧパターン５・・・上層レジスト・パターン６・・・側壁保護膜（ＣＩ_x）７・・・側壁保護膜（ＣＩ_x＋Ｓ）８・・・Ｃｕ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下地材料層上に形成された有機材料層
を、この有機材料層の上に選択的に形成された酸化シリ
コン系パターンをマスクとしてエッチングするドライエ
ッチング方法において、前記エッチングをヨウ化水素と酸素系化合物とを含むエ
ッチング・ガスを用いて行うことを特徴とするドライエ
ッチング方法。
【請求項２】前記エッチング・ガスがイオウ系化合物
を含むことを特徴とする請求項１記載のドライエッチン
グ方法。
【請求項３】下地材料層上に形成された有機材料層
を、この有機材料層の上に選択的に形成された酸化シリ
コン系パターンをマスクとしてエッチングするドライエ
ッチング方法において、ヨウ素系化合物と酸素系化合物とを含むエッチング・ガ
スを用いて前記有機材料層を実質的に前記下地材料層が
露出する直前までエッチングするジャストエッチング工
程と、ヨウ素系化合物とＮＨ３とを含むエッチング・ガスを
用い、被エッチング基板を加熱しながら前記有機材料層
の残余部をエッチングするオーバーエッチング工程とを
有することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項４】前記下地材料層が銅を含有することを特
徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載
のドライエッチング方法。