JP3371180B2 - 配線形成方法 - Google Patents
配線形成方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置のゲート電極
や内部配線等に用いる配線形成方法に関し、さらに詳し
くは、エッチング選択比が高く、加工形状に優れた微細
幅の高融点金属シリサイドまたは高融点金属ポリサイド
からなる配線形成方法に関する。
や内部配線等に用いる配線形成方法に関し、さらに詳し
くは、エッチング選択比が高く、加工形状に優れた微細
幅の高融点金属シリサイドまたは高融点金属ポリサイド
からなる配線形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】LSI等の半導体装置のゲート電極およ
びゲート電極から延在する配線材料としては、従来より
多結晶シリコンが汎用されてきた。近年、半導体装置の
デザインルールが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つつあり、かつ高集積メモリ装
置等、デバイスの高速化への要求が高まるにつれ、多結
晶シリコンより約1桁小さい抵抗値を持つ、高融点金属
シリサイドが用いられるようになりつつある。高融点金
属シリサイドを用いてゲート電極・配線を形成する場合
には、高融点金属シリサイド層単独で用いられる場合も
あるが、デバイス特性や信頼性に影響を与え易いゲート
絶縁膜との界面特性を考慮して、まずゲート絶縁膜上に
従来より実績のある不純物含有多結晶シリコン(DOP
OS; Doped Polysilicon)層を形
成し、この上部に高融点金属シリサイド層を積層する場
合が多い。かかる積層構造はポリサイドと総称される。
高融点金属シリサイドとしてはタングステンシリサイド
(WSix )が一般的であり、このWSix を有するポ
リサイドを特にタングステンポリサイド(Wポリサイ
ド)と称する。
びゲート電極から延在する配線材料としては、従来より
多結晶シリコンが汎用されてきた。近年、半導体装置の
デザインルールが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つつあり、かつ高集積メモリ装
置等、デバイスの高速化への要求が高まるにつれ、多結
晶シリコンより約1桁小さい抵抗値を持つ、高融点金属
シリサイドが用いられるようになりつつある。高融点金
属シリサイドを用いてゲート電極・配線を形成する場合
には、高融点金属シリサイド層単独で用いられる場合も
あるが、デバイス特性や信頼性に影響を与え易いゲート
絶縁膜との界面特性を考慮して、まずゲート絶縁膜上に
従来より実績のある不純物含有多結晶シリコン(DOP
OS; Doped Polysilicon)層を形
成し、この上部に高融点金属シリサイド層を積層する場
合が多い。かかる積層構造はポリサイドと総称される。
高融点金属シリサイドとしてはタングステンシリサイド
(WSix )が一般的であり、このWSix を有するポ
リサイドを特にタングステンポリサイド(Wポリサイ
ド)と称する。
【0003】高融点金属シリサイド層やポリサイド層を
プラズマエッチングしてゲート電極・配線を形成するプ
ロセスにおいては、Cl系ガスやBr系ガス等、F系ガ
ス以外のハロゲン系ガスを採用し、高選択比の異方性加
工を施すことが一般的となりつつある。F系ガスを採用
する場合には、反応性の高いF* (Fラジカル)による
サイドエッチングを防止するために、CF系ポリマ等に
よる側壁保護膜を厚く堆積する必要があり、寸法変換差
やパーティクル汚染の問題を発生し、また下地ゲート酸
化膜とのエッチング選択比が好ましくないためである。
プラズマエッチングしてゲート電極・配線を形成するプ
ロセスにおいては、Cl系ガスやBr系ガス等、F系ガ
ス以外のハロゲン系ガスを採用し、高選択比の異方性加
工を施すことが一般的となりつつある。F系ガスを採用
する場合には、反応性の高いF* (Fラジカル)による
サイドエッチングを防止するために、CF系ポリマ等に
よる側壁保護膜を厚く堆積する必要があり、寸法変換差
やパーティクル汚染の問題を発生し、また下地ゲート酸
化膜とのエッチング選択比が好ましくないためである。
【0004】またゲート電極構造そのものも多様化して
おり、デザインルールの微細化とともに、セルフアライ
ンコンタクト(SAC; Self Aligned
Contact)構造用のゲート電極形成方法が必要と
されている。セルフアラインコンタクトは、ゲート電極
の側面にエッチバック技術により残置形成した絶縁性の
サイドウォールを利用して、不純物拡散層との接続孔を
自己整合的に形成する方法であり、例えば特開平6−5
814号公報にその一例が開示されている。実際には、
ゲート電極上に酸化シリコン系材料層等によるオフセッ
ト酸化膜を形成しておくことにより、接続孔の形状を制
御することがおこなわれる。この場合には通常オフセッ
ト酸化膜をパターニング後、このオフセット酸化膜をマ
スクにして下層の高融点金属ポリサイド層等のゲート電
極をパターニングすることが行われる。
おり、デザインルールの微細化とともに、セルフアライ
ンコンタクト(SAC; Self Aligned
Contact)構造用のゲート電極形成方法が必要と
されている。セルフアラインコンタクトは、ゲート電極
の側面にエッチバック技術により残置形成した絶縁性の
サイドウォールを利用して、不純物拡散層との接続孔を
自己整合的に形成する方法であり、例えば特開平6−5
814号公報にその一例が開示されている。実際には、
ゲート電極上に酸化シリコン系材料層等によるオフセッ
ト酸化膜を形成しておくことにより、接続孔の形状を制
御することがおこなわれる。この場合には通常オフセッ
ト酸化膜をパターニング後、このオフセット酸化膜をマ
スクにして下層の高融点金属ポリサイド層等のゲート電
極をパターニングすることが行われる。
【0005】オフセット酸化膜に限らず、SiO2 等酸
化シリコン系材料層をエッチングマスクとしたゲート電
極加工の特徴として、レジストマスクを用いたゲート電
極加工の場合と比較すると、ゲート酸化膜等のエッチン
グレートが小さくなることが挙げられる。すなわち、レ
ジストマスクを用いた場合には、エッチング中にこのレ
ジストマスクからカーボン成分が供給され、この炭素原
子がゲート酸化膜を構成するSiO2 から、 C + O → CO(またはCO2 ) の形で酸素を引き抜き、SiO2 のエッチングレートを
向上させる。しかしながら、酸化シリコン系材料層パタ
ーンがエッチングマスクの場合には、このマスクから炭
素成分の供給は起こらないので、SiO2 のエッチング
レートはレジストマスクを用いた場合の約1/2程度に
減少する。
化シリコン系材料層をエッチングマスクとしたゲート電
極加工の特徴として、レジストマスクを用いたゲート電
極加工の場合と比較すると、ゲート酸化膜等のエッチン
グレートが小さくなることが挙げられる。すなわち、レ
ジストマスクを用いた場合には、エッチング中にこのレ
ジストマスクからカーボン成分が供給され、この炭素原
子がゲート酸化膜を構成するSiO2 から、 C + O → CO(またはCO2 ) の形で酸素を引き抜き、SiO2 のエッチングレートを
向上させる。しかしながら、酸化シリコン系材料層パタ
ーンがエッチングマスクの場合には、このマスクから炭
素成分の供給は起こらないので、SiO2 のエッチング
レートはレジストマスクを用いた場合の約1/2程度に
減少する。
【0006】酸化シリコン系材料層パターンをエッチン
グマスクとして用いた場合のSiO2 のエッチングレー
トの低下は、ゲート電極の下地材料層であるゲート酸化
膜とのエッチング選択比向上には有利に働く反面、ゲー
ト電極材料である高融点金属シリサイド層あるいは高融
点金属ポリサイド層表面に不可避的に形成される酸化膜
の除去(ブレークスルー)ステップが著しく困難となる
デメリットをもたらす。この問題を図4および図5を参
照して説明する。
グマスクとして用いた場合のSiO2 のエッチングレー
トの低下は、ゲート電極の下地材料層であるゲート酸化
膜とのエッチング選択比向上には有利に働く反面、ゲー
ト電極材料である高融点金属シリサイド層あるいは高融
点金属ポリサイド層表面に不可避的に形成される酸化膜
の除去(ブレークスルー)ステップが著しく困難となる
デメリットをもたらす。この問題を図4および図5を参
照して説明する。
【0007】同図は酸化シリコン系材料層パターンをマ
スクとして、高融点金属ポリサイド層をプラズマエッチ
ングする場合の問題点を説明する図である。まず図4
(a)に示すように、シリコン等の半導体基板1上に熱
酸化によりゲート酸化膜2を形成し、続けてCVDによ
り不純物を含有する多結晶シリコン層3、WSix から
なる高融点金属シリサイド層4、酸化シリコン系材料層
5を順次形成する。つぎにレジストマスク6を用いて酸
化シリコン系材料層5をパターニングして酸化シリコン
系材料層パターン5aを形成する。酸化シリコン系材料
層5のパターニングに際しては、F系ガスを用いて高イ
オンエネルギのエッチング条件を採用する必要があり、
このためレジストマスク6の表面が変質硬化するととも
に、酸化シリコン系材料層パターン5a側面には強固な
CF系ポリマによる炭素系側壁保護膜7が付着形成され
る。この炭素系側壁保護膜7は、エッチングガスやレジ
ストマスクの解離生成物と、被エッチング層である酸化
シリコン系材料層5が高エネルギの入射イオンによりス
パッタリングされた反応生成物との混合物と考えられ
る。この状態を図4(b)に示す。
スクとして、高融点金属ポリサイド層をプラズマエッチ
ングする場合の問題点を説明する図である。まず図4
(a)に示すように、シリコン等の半導体基板1上に熱
酸化によりゲート酸化膜2を形成し、続けてCVDによ
り不純物を含有する多結晶シリコン層3、WSix から
なる高融点金属シリサイド層4、酸化シリコン系材料層
5を順次形成する。つぎにレジストマスク6を用いて酸
化シリコン系材料層5をパターニングして酸化シリコン
系材料層パターン5aを形成する。酸化シリコン系材料
層5のパターニングに際しては、F系ガスを用いて高イ
オンエネルギのエッチング条件を採用する必要があり、
このためレジストマスク6の表面が変質硬化するととも
に、酸化シリコン系材料層パターン5a側面には強固な
CF系ポリマによる炭素系側壁保護膜7が付着形成され
る。この炭素系側壁保護膜7は、エッチングガスやレジ
ストマスクの解離生成物と、被エッチング層である酸化
シリコン系材料層5が高エネルギの入射イオンによりス
パッタリングされた反応生成物との混合物と考えられ
る。この状態を図4(b)に示す。
【0008】つぎにレジストマスク6と炭素系側壁保護
膜7とをともにアッシング除去する。アッシングガスと
しては、変質硬化レジストやSiを含む強固な側壁保護
膜を除去するために、O2 にCF4 等のF系ガスを加え
た混合ガスの採用が一般的である。特に、デザインルー
ルの微細化にともなって、エキシマレーザリソグラフィ
用の化学増幅型レジスト等、耐エッチング性の低いレジ
ストマスクを採用して酸化シリコン系材料層5をパター
ニングする場合には、COガス等を添加して炭素系側壁
保護膜7の膜質を強化することが行われる。強化の機構
は、COの添加によりプラズマ中のF* をCOFの形で
捕捉してチャンバ外へ排気し、CF系ポリマ中のF成分
を低減し、Cリッチなポリマを堆積するものとされてい
る。かかる強固な変質硬化レジストや側壁保護膜ををア
ッシングするためにもO2 /F系ガスからなる混合ガス
の採用は必須である。
膜7とをともにアッシング除去する。アッシングガスと
しては、変質硬化レジストやSiを含む強固な側壁保護
膜を除去するために、O2 にCF4 等のF系ガスを加え
た混合ガスの採用が一般的である。特に、デザインルー
ルの微細化にともなって、エキシマレーザリソグラフィ
用の化学増幅型レジスト等、耐エッチング性の低いレジ
ストマスクを採用して酸化シリコン系材料層5をパター
ニングする場合には、COガス等を添加して炭素系側壁
保護膜7の膜質を強化することが行われる。強化の機構
は、COの添加によりプラズマ中のF* をCOFの形で
捕捉してチャンバ外へ排気し、CF系ポリマ中のF成分
を低減し、Cリッチなポリマを堆積するものとされてい
る。かかる強固な変質硬化レジストや側壁保護膜ををア
ッシングするためにもO2 /F系ガスからなる混合ガス
の採用は必須である。
【0009】しかしながら、O2 /F系ガスからなる混
合ガスを採用したアッシングによって、図4(c)に示
すように酸化シリコン系材料層5パターニング後に露出
した高融点金属シリサイド層4表面に比較的厚い酸化層
8の形成が促進され、以下の高融点金属ポリサイド層の
パターニングに影響を与えることが判明した。これは、
WSix からなる高融点金属シリサイド層表面がFを含
む酸素プラズマに曝されることにより、表面近傍のW原
子が蒸気圧の大きいWOx Fy を形成して選択的に除去
され、残ったSi原子が容易にSi−O結合を形成する
ためと考えられる。このようにして形成された酸化層8
は、XPS分析では10nm以上の厚さを有し、いわゆ
る自然酸化膜よりも厚い。
合ガスを採用したアッシングによって、図4(c)に示
すように酸化シリコン系材料層5パターニング後に露出
した高融点金属シリサイド層4表面に比較的厚い酸化層
8の形成が促進され、以下の高融点金属ポリサイド層の
パターニングに影響を与えることが判明した。これは、
WSix からなる高融点金属シリサイド層表面がFを含
む酸素プラズマに曝されることにより、表面近傍のW原
子が蒸気圧の大きいWOx Fy を形成して選択的に除去
され、残ったSi原子が容易にSi−O結合を形成する
ためと考えられる。このようにして形成された酸化層8
は、XPS分析では10nm以上の厚さを有し、いわゆ
る自然酸化膜よりも厚い。
【0010】かかる厚い酸化層をブレークスルーする場
合には、レジストマスクとは異なり無機系マスクである
酸化シリコン系材料層パターン5aからの炭素成分の供
給は存在しないので、SiO2 を主成分とする酸化層8
のエッチングレートは非常に小さくなる。したがって、
酸化層8のブレークスルーが完了するまでには、通常の
自然酸化膜をブレークスルーする場合の倍以上、例えば
10秒以上の時間を要する。さらに入射イオンがエッチ
ングマスクである酸化シリコン系材料層パターン5a近
傍で散乱し、酸化シリコン系材料層パターン5a側面直
下でエッチングが先行して図5(d)に示すような異常
ブレークスルー部分11が発生し、極端な場合にはゲー
ト酸化膜2の1部が露出したり除去される場合がある。
このため、高融点金属ポリサイド層のパターニングが終
了する時点では、図5(e)に示すように下地の半導体
基板1の1部にダメージ部分12が入る場合もあった。
合には、レジストマスクとは異なり無機系マスクである
酸化シリコン系材料層パターン5aからの炭素成分の供
給は存在しないので、SiO2 を主成分とする酸化層8
のエッチングレートは非常に小さくなる。したがって、
酸化層8のブレークスルーが完了するまでには、通常の
自然酸化膜をブレークスルーする場合の倍以上、例えば
10秒以上の時間を要する。さらに入射イオンがエッチ
ングマスクである酸化シリコン系材料層パターン5a近
傍で散乱し、酸化シリコン系材料層パターン5a側面直
下でエッチングが先行して図5(d)に示すような異常
ブレークスルー部分11が発生し、極端な場合にはゲー
ト酸化膜2の1部が露出したり除去される場合がある。
このため、高融点金属ポリサイド層のパターニングが終
了する時点では、図5(e)に示すように下地の半導体
基板1の1部にダメージ部分12が入る場合もあった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
の配線形成方法に付随する問題点を解決することを目的
とする。すなわち本発明の課題は、高融点金属シリサイ
ド層上に形成された酸化シリコン系材料層パターンをエ
ッチングマスクとするとともに、フッ素系化学種以外の
ハロゲン系化学種を発生しうるガスと、酸素系化学種を
発生しうるガスを含む混合ガスにより高融点金属シリサ
イド層をパターニングするにあたり、高融点金属シリサ
イド層表面の酸化層のブレークスルーステップにともな
う形状異常やダメージ部分の発生のない配線形成方法を
提供することである。
の配線形成方法に付随する問題点を解決することを目的
とする。すなわち本発明の課題は、高融点金属シリサイ
ド層上に形成された酸化シリコン系材料層パターンをエ
ッチングマスクとするとともに、フッ素系化学種以外の
ハロゲン系化学種を発生しうるガスと、酸素系化学種を
発生しうるガスを含む混合ガスにより高融点金属シリサ
イド層をパターニングするにあたり、高融点金属シリサ
イド層表面の酸化層のブレークスルーステップにともな
う形状異常やダメージ部分の発生のない配線形成方法を
提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の配線形成方法
は、上述の課題を解決するために提案するものである。
すなわち、第1の発明(請求項1)においては、高融点
金属シリサイド層上に、レジストマスクを用いて酸化シ
リコン系材料層パターンを選択的に形成する工程、この
レジストマスクをアッシング除去する工程、この酸化シ
リコン系材料層パターンをエッチングマスクとするとと
もに、高融点金属シリサイド層を、フッ素系化学種以外
のハロゲン系化学種を発生しうるガスと、酸素系化学種
を発生しうるガスを含む混合ガスを用いてプラズマエッ
チングする工程を有する配線形成方法であって、この混
合ガスを用いたプラズマエッチング工程に先立ち、少な
くとも高融点金属シリサイド層上、より厳密には高融点
金属シリサイド層上に形成された酸化層上に炭素系ポリ
マ層を堆積する工程をさらに有し、この後高融点金属シ
リサイド層を先の混合ガスを用いてプラズマエッチング
する工程を施すことを特徴とするものである。
は、上述の課題を解決するために提案するものである。
すなわち、第1の発明(請求項1)においては、高融点
金属シリサイド層上に、レジストマスクを用いて酸化シ
リコン系材料層パターンを選択的に形成する工程、この
レジストマスクをアッシング除去する工程、この酸化シ
リコン系材料層パターンをエッチングマスクとするとと
もに、高融点金属シリサイド層を、フッ素系化学種以外
のハロゲン系化学種を発生しうるガスと、酸素系化学種
を発生しうるガスを含む混合ガスを用いてプラズマエッ
チングする工程を有する配線形成方法であって、この混
合ガスを用いたプラズマエッチング工程に先立ち、少な
くとも高融点金属シリサイド層上、より厳密には高融点
金属シリサイド層上に形成された酸化層上に炭素系ポリ
マ層を堆積する工程をさらに有し、この後高融点金属シ
リサイド層を先の混合ガスを用いてプラズマエッチング
する工程を施すことを特徴とするものである。
【0013】このとき好ましい態様としては、被エッチ
ング層として高融点金属シリサイド層の下面に接して多
結晶シリコン層を有し、高融点金属シリサイド層と多結
晶シリコン層により高融点金属ポリサイド層が形成さ
れ、高融点金属シリサイド層と多結晶シリコン層とを、
同一組成の混合ガスにより連続的にプラズマエッチング
する場合にも好適に適用することができる。
ング層として高融点金属シリサイド層の下面に接して多
結晶シリコン層を有し、高融点金属シリサイド層と多結
晶シリコン層により高融点金属ポリサイド層が形成さ
れ、高融点金属シリサイド層と多結晶シリコン層とを、
同一組成の混合ガスにより連続的にプラズマエッチング
する場合にも好適に適用することができる。
【0014】炭素系ポリマ層としては、炭素系ガスの放
電解離によるプラズマ重合ポリマであることが望まし
い。またこのときの炭素系ガスは、CF系ガス、CHF
系ガスおよびCH系ガスのうちの少なくとも1種である
ことが望ましい。また炭素系ポリマ層の堆積厚さは特に
限定しないが、後述の作用の項で述べるように酸化層8
のブレークスルー時にのみ炭素成分を供給しうる厚さで
あれば良いので、例えば数nmから数十nm程度あれば
よい。炭素系ポリマ層の堆積方法としては、アッシング
後の同一のアッシング装置内でCF系ガス等のプラズマ
放電を施せばよい。もちろん他のプラズマ装置を用いて
もよいし、高融点金属シリサイド層のプラズマエッチン
グを施すプラズマエッチング装置内でCHF系ガス等の
プラズマ予備放電により堆積してもよい。
電解離によるプラズマ重合ポリマであることが望まし
い。またこのときの炭素系ガスは、CF系ガス、CHF
系ガスおよびCH系ガスのうちの少なくとも1種である
ことが望ましい。また炭素系ポリマ層の堆積厚さは特に
限定しないが、後述の作用の項で述べるように酸化層8
のブレークスルー時にのみ炭素成分を供給しうる厚さで
あれば良いので、例えば数nmから数十nm程度あれば
よい。炭素系ポリマ層の堆積方法としては、アッシング
後の同一のアッシング装置内でCF系ガス等のプラズマ
放電を施せばよい。もちろん他のプラズマ装置を用いて
もよいし、高融点金属シリサイド層のプラズマエッチン
グを施すプラズマエッチング装置内でCHF系ガス等の
プラズマ予備放電により堆積してもよい。
【0015】つぎに第2の発明(請求項6)において
は、高融点金属シリサイド層上に、レジストマスクを用
いて酸化シリコン系材料層パターンを選択的に形成する
工程、このレジストマスクをアッシング除去する工程、
この酸化シリコン系材料層パターンをエッチングマスク
とするとともに、高融点金属シリサイド層を、フッ素系
化学種以外のハロゲン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を含む混合ガスを用いてプ
ラズマエッチングする工程を有する配線形成方法であっ
て、混合ガスを用いたプラズマエッチング工程に先立
ち、この混合ガスに炭素系化学種を発生しうるガスを添
加し、少なくとも高融点金属シリサイド層の層厚方向の
1部をプラズマエッチング除去する工程をさらに有し、
この後高融点金属シリサイド層の層厚方向の残部を先の
混合ガスを用いてプラズマエッチングする工程を施すこ
とを特徴とするものである。
は、高融点金属シリサイド層上に、レジストマスクを用
いて酸化シリコン系材料層パターンを選択的に形成する
工程、このレジストマスクをアッシング除去する工程、
この酸化シリコン系材料層パターンをエッチングマスク
とするとともに、高融点金属シリサイド層を、フッ素系
化学種以外のハロゲン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を含む混合ガスを用いてプ
ラズマエッチングする工程を有する配線形成方法であっ
て、混合ガスを用いたプラズマエッチング工程に先立
ち、この混合ガスに炭素系化学種を発生しうるガスを添
加し、少なくとも高融点金属シリサイド層の層厚方向の
1部をプラズマエッチング除去する工程をさらに有し、
この後高融点金属シリサイド層の層厚方向の残部を先の
混合ガスを用いてプラズマエッチングする工程を施すこ
とを特徴とするものである。
【0016】このとき好ましい態様として、被エッチン
グ層として高融点金属シリサイド層の下面に接して多結
晶シリコン層を有し、高融点金属シリサイド層と多結晶
シリコン層により高融点金属ポリサイド層が形成され、
高融点金属シリサイド層の層厚方向の残部と多結晶シリ
コン層とを、同一組成の混合ガスにより連続的にプラズ
マエッチングする場合にも好適に適用することができ
る。
グ層として高融点金属シリサイド層の下面に接して多結
晶シリコン層を有し、高融点金属シリサイド層と多結晶
シリコン層により高融点金属ポリサイド層が形成され、
高融点金属シリサイド層の層厚方向の残部と多結晶シリ
コン層とを、同一組成の混合ガスにより連続的にプラズ
マエッチングする場合にも好適に適用することができ
る。
【0017】いずれの発明においても、混合ガス中の酸
素系化学種を発生しうるガスの混合比は、5%以上20
%以下であることが望ましい。
素系化学種を発生しうるガスの混合比は、5%以上20
%以下であることが望ましい。
【0018】本発明で用いるフッ素系化学種以外のハロ
ゲン系化学種とは、塩素、臭素および沃素系化学種を表
すものである。
ゲン系化学種とは、塩素、臭素および沃素系化学種を表
すものである。
【0019】
【作用】レジストマスクおよび炭素系側壁保護膜の除去
のためのアッシング工程にともなって高融点金属シリサ
イド層上に形成される酸化層は、前述したように10n
m以上と厚いものであり、通常のメインエッチング条件
をブレークスルーステップに援用した場合には高融点金
属ポリサイド層や下地層に形状異常が発生する。したが
って、ブレークスルーステップでは酸化層のエッチング
レートを高めたエッチング条件を採用することが解決策
となる。現在高融点金属シリサイド層のパターニングに
用いられているCl2 /O2 混合ガスによるプラズマエ
ッチングにおいて酸化層のエッチングレートを高めるに
は、(1)入射イオンエネルギを高めるか、(2)O2
の混合比を小とする、のいずれかの方法が有効である。
しかしながら、(1)の方法では入射イオンの散乱効果
が強くなり前述した異常ブレークスルー部分や下地層の
ダメージ部分の形成が助長される。また(2)の方法に
よれば、反応生成物として蒸気圧の小さいWClx の生
成が蒸気圧の大きいWOx Cly の生成に卓越し、WC
lx 系の過剰堆積により高融点金属シリサイド層パター
ンがテーパ形状化し、寸法変換差が生じる。
のためのアッシング工程にともなって高融点金属シリサ
イド層上に形成される酸化層は、前述したように10n
m以上と厚いものであり、通常のメインエッチング条件
をブレークスルーステップに援用した場合には高融点金
属ポリサイド層や下地層に形状異常が発生する。したが
って、ブレークスルーステップでは酸化層のエッチング
レートを高めたエッチング条件を採用することが解決策
となる。現在高融点金属シリサイド層のパターニングに
用いられているCl2 /O2 混合ガスによるプラズマエ
ッチングにおいて酸化層のエッチングレートを高めるに
は、(1)入射イオンエネルギを高めるか、(2)O2
の混合比を小とする、のいずれかの方法が有効である。
しかしながら、(1)の方法では入射イオンの散乱効果
が強くなり前述した異常ブレークスルー部分や下地層の
ダメージ部分の形成が助長される。また(2)の方法に
よれば、反応生成物として蒸気圧の小さいWClx の生
成が蒸気圧の大きいWOx Cly の生成に卓越し、WC
lx 系の過剰堆積により高融点金属シリサイド層パター
ンがテーパ形状化し、寸法変換差が生じる。
【0020】そこで本発明は、高融点金属シリサイド層
表面の酸化層のブレークスルーステップ時にのみ炭素成
分を供給し、酸化層を構成するSiO2 から C + O → CO (またはCO2 ) の形で酸素を引き抜き、酸化層のエッチングレートを高
める方法を採用する。この方法により、無機系材料マス
クを用いながらも酸化層のブレークスルーを容易に施す
ことが可能となる。
表面の酸化層のブレークスルーステップ時にのみ炭素成
分を供給し、酸化層を構成するSiO2 から C + O → CO (またはCO2 ) の形で酸素を引き抜き、酸化層のエッチングレートを高
める方法を採用する。この方法により、無機系材料マス
クを用いながらも酸化層のブレークスルーを容易に施す
ことが可能となる。
【0021】かかる技術的思想を実現するため第1の発
明においては、炭素成分の供給を高融点金属シリサイド
層上に炭素系ポリマ層を予め堆積しておくことにより、
ブレークスルーステップ時にのみ炭素成分を供給するこ
とを可能にしている。炭素系ポリマ層はブレークスルー
ステップ時には少なくとも存在し、下地のゲート酸化膜
等が露出する時点ではエッチオフされているので、ゲー
ト酸化膜とのエッチング選択比が低下する虞れはない。
明においては、炭素成分の供給を高融点金属シリサイド
層上に炭素系ポリマ層を予め堆積しておくことにより、
ブレークスルーステップ時にのみ炭素成分を供給するこ
とを可能にしている。炭素系ポリマ層はブレークスルー
ステップ時には少なくとも存在し、下地のゲート酸化膜
等が露出する時点ではエッチオフされているので、ゲー
ト酸化膜とのエッチング選択比が低下する虞れはない。
【0022】また第2の発明においては、炭素成分の供
給を別途炭素系化学種を発生しうるガスをブレークスル
ーステップ時に添加することにより可能としている。こ
の場合にも高融点金属シリサイド層のメインエッチング
時には炭素系化学種を発生しうるガスを遮断するので、
エッチングマスクや下地ゲート酸化膜のエッチン選択比
が低下することはない。
給を別途炭素系化学種を発生しうるガスをブレークスル
ーステップ時に添加することにより可能としている。こ
の場合にも高融点金属シリサイド層のメインエッチング
時には炭素系化学種を発生しうるガスを遮断するので、
エッチングマスクや下地ゲート酸化膜のエッチン選択比
が低下することはない。
【0023】いずれの発明においても、ブレークスルー
ステップにおいて入射イオンエネルギを高めたり、O2
の混合比を下げる必要がなくなるので、高融点金属シリ
サイド層パターンに過度なテーパや寸法変換差が発生し
たり、ゲート酸化膜や半導体基板にダメージ部分が発生
することがない。O2 の混合比、すなわち混合ガス中に
おける酸素系化学種を発生しうるガスの混合比は、5%
未満では高融点金属シリサイド層パターンがテーパ形状
化し、20%を超えると高融点金属シリサイド層や多結
晶シリコン層のエッチングレートが低下する。このため
5%以上20%以下の混合比が望ましい。
ステップにおいて入射イオンエネルギを高めたり、O2
の混合比を下げる必要がなくなるので、高融点金属シリ
サイド層パターンに過度なテーパや寸法変換差が発生し
たり、ゲート酸化膜や半導体基板にダメージ部分が発生
することがない。O2 の混合比、すなわち混合ガス中に
おける酸素系化学種を発生しうるガスの混合比は、5%
未満では高融点金属シリサイド層パターンがテーパ形状
化し、20%を超えると高融点金属シリサイド層や多結
晶シリコン層のエッチングレートが低下する。このため
5%以上20%以下の混合比が望ましい。
【0024】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照しつつ説明する。なお実施例の説明で参照する図
面中で、従来技術の説明で参照した図4および図5の中
の構成要素部分と同様の構成要素部分には同じ参照符号
を付すものとする。
を参照しつつ説明する。なお実施例の説明で参照する図
面中で、従来技術の説明で参照した図4および図5の中
の構成要素部分と同様の構成要素部分には同じ参照符号
を付すものとする。
【0025】実施例1
本実施例は第1の発明を適用し、高融点金属シリサイド
層上に炭素系ポリマ層を堆積し、この後高融点金属シリ
サイド層をプラズマエッチングした例であり、このプロ
セスを図1および図2を参照して説明する。
層上に炭素系ポリマ層を堆積し、この後高融点金属シリ
サイド層をプラズマエッチングした例であり、このプロ
セスを図1および図2を参照して説明する。
【0026】まず、シリコン等の半導体基板1上に熱酸
化によりゲート酸化膜2を10nm形成し、続けて減圧
CVDにより不純物を含む多結晶シリコン層3、WSi
x からなる高融点金属シリサイド層4を各70nmの厚
さに形成し、高融点金属ポリサイド構造層を形成する。
次に高融点金属シリサイド層4上に、セルフアラインコ
ンタクト形成時のオフセット酸化膜となる酸化シリコン
系材料層5を下記減圧CVD条件により例えば50nm
の厚さに形成する。 TEOS 500 sccm O2 1000 sccm ガス圧力 5 Pa 基板温度 400 ℃
化によりゲート酸化膜2を10nm形成し、続けて減圧
CVDにより不純物を含む多結晶シリコン層3、WSi
x からなる高融点金属シリサイド層4を各70nmの厚
さに形成し、高融点金属ポリサイド構造層を形成する。
次に高融点金属シリサイド層4上に、セルフアラインコ
ンタクト形成時のオフセット酸化膜となる酸化シリコン
系材料層5を下記減圧CVD条件により例えば50nm
の厚さに形成する。 TEOS 500 sccm O2 1000 sccm ガス圧力 5 Pa 基板温度 400 ℃
【0027】酸化シリコン系材料層5上に化学増幅型レ
ジストを塗布し、KrFエキシマレーザリソグラフィ等
により露光、現像して0.20μm幅のレジストマスク
6を形成しする。この状態を図1(a)に示す。
ジストを塗布し、KrFエキシマレーザリソグラフィ等
により露光、現像して0.20μm幅のレジストマスク
6を形成しする。この状態を図1(a)に示す。
【0028】レジストマスク6をエッチングマスクと
し、下記RIE条件で酸化シリコン系材料層5をパター
ニングする。 CHF3 260 sccm CO 40 sccm ガス圧力 5 Pa RF電力 1.5 kW(13.56MHz) 基板温度 −30 ℃ 酸化シリコン系材料層パターン5aが形成された状態を
図1(b)に示す。レジストマスク6はF系ガスを用い
た高イオンエネルギのエッチング条件により変質硬化す
るとともに、COの添加効果により、強固な膜質の炭素
系側壁保護膜7が酸化シリコン系材料層パターン5a側
面に形成されている。
し、下記RIE条件で酸化シリコン系材料層5をパター
ニングする。 CHF3 260 sccm CO 40 sccm ガス圧力 5 Pa RF電力 1.5 kW(13.56MHz) 基板温度 −30 ℃ 酸化シリコン系材料層パターン5aが形成された状態を
図1(b)に示す。レジストマスク6はF系ガスを用い
た高イオンエネルギのエッチング条件により変質硬化す
るとともに、COの添加効果により、強固な膜質の炭素
系側壁保護膜7が酸化シリコン系材料層パターン5a側
面に形成されている。
【0029】酸化シリコン系材料層パターン5aを形成
後、平行平板型アッシング装置を用いて下記アッシング
条件によりレジストマスク6および酸化シリコン系材料
層パターン5aの側面に堆積した炭素系側壁保護膜7を
アッシング除去する。 O2 120 sccm C2 F6 60 sccm ガス圧力 2.7 kPa RF電力 700 W(13.56MHz) 基板温度 250 ℃ アッシング処理により高融点金属シリサイド層4表面に
は図1(c)に示すように酸化層8が形成される。ここ
までは従来の無機材料系マスクの形成工程に準拠したも
のである。
後、平行平板型アッシング装置を用いて下記アッシング
条件によりレジストマスク6および酸化シリコン系材料
層パターン5aの側面に堆積した炭素系側壁保護膜7を
アッシング除去する。 O2 120 sccm C2 F6 60 sccm ガス圧力 2.7 kPa RF電力 700 W(13.56MHz) 基板温度 250 ℃ アッシング処理により高融点金属シリサイド層4表面に
は図1(c)に示すように酸化層8が形成される。ここ
までは従来の無機材料系マスクの形成工程に準拠したも
のである。
【0030】つぎに同じアッシング装置を用い、下記条
件によりCHF系ガスによるプラズマ処理を施し、炭素
系ポリマ層9を全面に薄く形成する。 CH2 F2 500 sccm ガス圧力 3.0 kPa RF電力 1000 W(13.56MHz) 基板温度 50 ℃ このプラズマ処理により、図2(d)に示すように高融
点金属シリサイド層4上、正確には高融点金属シリサイ
ド層4上に形成された酸化層8上や酸化シリコン系材料
層パターン5a表面に、炭素系ポリマ層9が形成され
る。
件によりCHF系ガスによるプラズマ処理を施し、炭素
系ポリマ層9を全面に薄く形成する。 CH2 F2 500 sccm ガス圧力 3.0 kPa RF電力 1000 W(13.56MHz) 基板温度 50 ℃ このプラズマ処理により、図2(d)に示すように高融
点金属シリサイド層4上、正確には高融点金属シリサイ
ド層4上に形成された酸化層8上や酸化シリコン系材料
層パターン5a表面に、炭素系ポリマ層9が形成され
る。
【0031】この後、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移し、一例とし
て下記条件により高融点金属シリサイド層4と多結晶シ
リコン層3を同一条件により連続的にプラズマエッチン
グする。 Cl2 75 sccm O2 8 sccm ガス圧力 0.5 Pa マイクロ波 850 W(2.45GHz) 基板バイアス 70 W(2MHz) 基板温度 20 ℃ 本エッチング工程の初期段階では、炭素系ポリマ層9が
スパッタリングされてプラズマ中に炭素系化学種が供給
されることにより、酸化層8のエッチングレートが高ま
り炭素系ポリマ層9が存在しない場合の2倍以上とな
る。このため短時間でブレークスルーを完了することが
でき、酸化シリコン系材料層パターン5a直下に異常ブ
レークスルー部分が形成されることはない。
印加型ECRプラズマエッチング装置に移し、一例とし
て下記条件により高融点金属シリサイド層4と多結晶シ
リコン層3を同一条件により連続的にプラズマエッチン
グする。 Cl2 75 sccm O2 8 sccm ガス圧力 0.5 Pa マイクロ波 850 W(2.45GHz) 基板バイアス 70 W(2MHz) 基板温度 20 ℃ 本エッチング工程の初期段階では、炭素系ポリマ層9が
スパッタリングされてプラズマ中に炭素系化学種が供給
されることにより、酸化層8のエッチングレートが高ま
り炭素系ポリマ層9が存在しない場合の2倍以上とな
る。このため短時間でブレークスルーを完了することが
でき、酸化シリコン系材料層パターン5a直下に異常ブ
レークスルー部分が形成されることはない。
【0032】またブレークスルー完了後においても、混
合ガス中のO2 の混合比は6.7%であるので反応生成
物としてWClx が過剰に堆積することはなく、パター
ン側面には薄いWClx 系側壁保護膜10が形成される
のみで異方性エッチングが進行する。下地のゲート酸化
膜2が露出した時点においては、プラズマ雰囲気中には
最早炭素系化学種は存在しないので、ゲート酸化膜2と
のエッチング選択比は充分にとれるが、この段階で基板
バイアスのみを70Wから例えば40Wに低減し、オー
バーエッチング工程を追加してもよい。高融点金属シリ
サイド層4および多結晶シリコン層3のパターニングが
終了し、高融点金属ポリサイド層ゲートが形成された状
態を図2(e)に示す。
合ガス中のO2 の混合比は6.7%であるので反応生成
物としてWClx が過剰に堆積することはなく、パター
ン側面には薄いWClx 系側壁保護膜10が形成される
のみで異方性エッチングが進行する。下地のゲート酸化
膜2が露出した時点においては、プラズマ雰囲気中には
最早炭素系化学種は存在しないので、ゲート酸化膜2と
のエッチング選択比は充分にとれるが、この段階で基板
バイアスのみを70Wから例えば40Wに低減し、オー
バーエッチング工程を追加してもよい。高融点金属シリ
サイド層4および多結晶シリコン層3のパターニングが
終了し、高融点金属ポリサイド層ゲートが形成された状
態を図2(e)に示す。
【0033】本実施例によれば、高融点金属シリサイド
層上に炭素系ポリマ層を薄く堆積しておく工程を追加す
るのみで、高融点金属シリサイド層あるいは高融点金属
ポリサイド層を形状制御性よく、下地材料層にダメージ
を与えることなく異方性加工することが可能である。
層上に炭素系ポリマ層を薄く堆積しておく工程を追加す
るのみで、高融点金属シリサイド層あるいは高融点金属
ポリサイド層を形状制御性よく、下地材料層にダメージ
を与えることなく異方性加工することが可能である。
【0034】実施例2
本実施例は第2の発明を適用し、炭素系化学種を発生し
うるガスをを添加して高融点金属シリサイド層のブレー
クスルーを施した例であり、このプロセスを図1および
図3を参照して説明する。
うるガスをを添加して高融点金属シリサイド層のブレー
クスルーを施した例であり、このプロセスを図1および
図3を参照して説明する。
【0035】本実施例においては、高融点金属シリサイ
ド層4上に酸化シリコン系材料層パターン5aを形成
し、レジストマスク6および炭素系側壁保護膜7をアッ
シング除去する工程、すなわち図1(a)〜(c)に示
す工程までは前実施例と同様であるので、重複する説明
を省略する。高融点金属シリサイド層4上には、アッシ
ングにともない形成される酸化層8が存在する。
ド層4上に酸化シリコン系材料層パターン5aを形成
し、レジストマスク6および炭素系側壁保護膜7をアッ
シング除去する工程、すなわち図1(a)〜(c)に示
す工程までは前実施例と同様であるので、重複する説明
を省略する。高融点金属シリサイド層4上には、アッシ
ングにともない形成される酸化層8が存在する。
【0036】つぎに、図1(c)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
の基板ステージ上に載置し、一例として下記条件により
酸化層8のブレークスルーを施す。 Cl2 75 sccm O2 5 sccm CO2 10 sccm ガス圧力 0.4 Pa マイクロ波 850 W(2.45GHz) 基板バイアス 70 W(2MHz) 基板温度 20 ℃ 本ブレークスルー条件は、エッチングガス中に炭素系化
学種を発生しうるガスとしてCO2 を添加しているの
で、SiO2 のエッチングレートが向上し、CO2 を添
加しない場合の2倍以上となる。このため短時間でブレ
ークスルーを完了することができ、酸化シリコン系材料
層パターン5a直下に異常ブレークスルー部分が形成さ
れることはない。酸化層8のブレークスルーが終了した
状態を図3(a)に示す。
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載置し、一例として下記条件により
酸化層8のブレークスルーを施す。 Cl2 75 sccm O2 5 sccm CO2 10 sccm ガス圧力 0.4 Pa マイクロ波 850 W(2.45GHz) 基板バイアス 70 W(2MHz) 基板温度 20 ℃ 本ブレークスルー条件は、エッチングガス中に炭素系化
学種を発生しうるガスとしてCO2 を添加しているの
で、SiO2 のエッチングレートが向上し、CO2 を添
加しない場合の2倍以上となる。このため短時間でブレ
ークスルーを完了することができ、酸化シリコン系材料
層パターン5a直下に異常ブレークスルー部分が形成さ
れることはない。酸化層8のブレークスルーが終了した
状態を図3(a)に示す。
【0037】上述のブレークスルー条件により、高融点
金属シリサイド層4や多結晶シリコン層3のパターニン
グを継続することは可能であるが、酸化シリコン系材料
層パターン5aや下地のゲート酸化膜2とのエッチング
選択比は低い。そこででメインエッチングは一例として
下記条件に切り替え、高融点金属シリサイド層4と多結
晶シリコン層3を同一条件により連続的にプラズマエッ
チングする。 Cl2 75 sccm O2 8 sccm ガス圧力 0.5 Pa マイクロ波 850 W(2.45GHz) 基板バイアス 70 W(2MHz) 基板温度 20 ℃ 本エッチング工程においても、混合ガス中のO2 の混合
比は6.7%であるので反応生成物としてWClx が過
剰に堆積することはなく、パターン側面には薄いWCl
x 系側壁保護膜10が形成されるのみで異方性エッチン
グが進行する。下地のゲート酸化膜2が露出した時点に
おいては、プラズマ雰囲気中には最早CO2 は存在しな
いので、ゲート酸化膜2とのエッチング選択比は充分に
とれる。またこの段階で基板バイアスのみを70Wから
例えば40Wに低減し、オーバーエッチング工程を追加
してもよい。高融点金属シリサイド層4および多結晶シ
リコン層3のパターニングが終了し、高融点金属ポリサ
イド層ゲートが形成された状態を図3(b)に示す。
金属シリサイド層4や多結晶シリコン層3のパターニン
グを継続することは可能であるが、酸化シリコン系材料
層パターン5aや下地のゲート酸化膜2とのエッチング
選択比は低い。そこででメインエッチングは一例として
下記条件に切り替え、高融点金属シリサイド層4と多結
晶シリコン層3を同一条件により連続的にプラズマエッ
チングする。 Cl2 75 sccm O2 8 sccm ガス圧力 0.5 Pa マイクロ波 850 W(2.45GHz) 基板バイアス 70 W(2MHz) 基板温度 20 ℃ 本エッチング工程においても、混合ガス中のO2 の混合
比は6.7%であるので反応生成物としてWClx が過
剰に堆積することはなく、パターン側面には薄いWCl
x 系側壁保護膜10が形成されるのみで異方性エッチン
グが進行する。下地のゲート酸化膜2が露出した時点に
おいては、プラズマ雰囲気中には最早CO2 は存在しな
いので、ゲート酸化膜2とのエッチング選択比は充分に
とれる。またこの段階で基板バイアスのみを70Wから
例えば40Wに低減し、オーバーエッチング工程を追加
してもよい。高融点金属シリサイド層4および多結晶シ
リコン層3のパターニングが終了し、高融点金属ポリサ
イド層ゲートが形成された状態を図3(b)に示す。
【0038】本実施例によれば、高融点金属シリサイド
層上の酸化層をブレークスルーする初期段階において、
エッチングガス中に炭素系化学種を発生しうるガスを添
加し、2段階エッチングを施すことにより、高融点金属
シリサイド層あるいは高融点金属ポリサイド層を形状制
御性よく、下地材料層にダメージを与えることなく異方
性加工することが可能である。
層上の酸化層をブレークスルーする初期段階において、
エッチングガス中に炭素系化学種を発生しうるガスを添
加し、2段階エッチングを施すことにより、高融点金属
シリサイド層あるいは高融点金属ポリサイド層を形状制
御性よく、下地材料層にダメージを与えることなく異方
性加工することが可能である。
【0039】以上、本発明を2種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ものでは
ない。
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。
【0040】例えば、フッ素系化学種以外のハロゲン系
化学種を発生しうるエッチングガスとして、Cl2 を例
示したが他のCl系ガスを用いてもよい。またHBrや
Br2 のようなBr系ガスや、HIのようなI系ガスを
用いてもよい。
化学種を発生しうるエッチングガスとして、Cl2 を例
示したが他のCl系ガスを用いてもよい。またHBrや
Br2 のようなBr系ガスや、HIのようなI系ガスを
用いてもよい。
【0041】また酸素系化学種を発生しうるガスとして
O2 を採り上げたが、NOx 系ガスやCOx 系ガス、H
2 O等プラズマ中でO* を発生しうるガスを適宜使用で
きる。
O2 を採り上げたが、NOx 系ガスやCOx 系ガス、H
2 O等プラズマ中でO* を発生しうるガスを適宜使用で
きる。
【0042】エッチングマスク層としてに酸化シリコン
系材料層としてSiO2 を例示したが、PSGやBPS
G等の不純物含有酸化シリコンや、SiONであっても
よい。
系材料層としてSiO2 を例示したが、PSGやBPS
G等の不純物含有酸化シリコンや、SiONであっても
よい。
【0043】高融点金属シリサイド層上に炭素系ポリマ
層を形成する際に、CHF系ガスであるCH2 F2 によ
るプラズマ処理を採用したが、CH3 FやCHF3 等の
他のCHF系ガスやC2 F6 等のCF系ガス、CH4 や
C2 H4 等のCH系ガスを用いてプラズマ処理を施して
もよい。CH系ガスの場合には、炭素系ポリマの他に無
機炭素(カーボン)が堆積する場合があるが、無機炭素
の堆積でもブレークスルーの目的には充分機能を発揮す
る。
層を形成する際に、CHF系ガスであるCH2 F2 によ
るプラズマ処理を採用したが、CH3 FやCHF3 等の
他のCHF系ガスやC2 F6 等のCF系ガス、CH4 や
C2 H4 等のCH系ガスを用いてプラズマ処理を施して
もよい。CH系ガスの場合には、炭素系ポリマの他に無
機炭素(カーボン)が堆積する場合があるが、無機炭素
の堆積でもブレークスルーの目的には充分機能を発揮す
る。
【0044】さらに炭素系化学種を発生しうるガスとし
てCO2 を例示したが、COやCH4 、C2 H6 等、放
電解離によりプラズマ中に炭素を放出しうるガスを選定
して任意に用いることができる。
てCO2 を例示したが、COやCH4 、C2 H6 等、放
電解離によりプラズマ中に炭素を放出しうるガスを選定
して任意に用いることができる。
【0045】配線の形成例として、多結晶シリコンとW
Six の積層構造のWポリサイド配線を例示したが、M
oSix やTiSix 等、他の高融点金属シリサイドを
用いたポリサイド構造であってもよい。高融点金属シリ
サイド層単層の配線にも本発明が適用できることは言う
までもない。
Six の積層構造のWポリサイド配線を例示したが、M
oSix やTiSix 等、他の高融点金属シリサイドを
用いたポリサイド構造であってもよい。高融点金属シリ
サイド層単層の配線にも本発明が適用できることは言う
までもない。
【0046】高融点金属ポリサイド層の下層としては多
結晶シリコンを用いるのが通常であるが、本出願人が先
に出願した特開昭63−163号公報で開示したよう
に、非晶質シリコンを用いてもよい。非晶質シリコンの
エッチング特性は多結晶シリコンとほぼ同一である。こ
の非晶質シリコンも、MOSFETのゲート電極・配線
として最終的に機能する段階では、注入不純物の活性化
熱処理工程により多結晶シリコンに変換されるので、ポ
リサイド構造となる。
結晶シリコンを用いるのが通常であるが、本出願人が先
に出願した特開昭63−163号公報で開示したよう
に、非晶質シリコンを用いてもよい。非晶質シリコンの
エッチング特性は多結晶シリコンとほぼ同一である。こ
の非晶質シリコンも、MOSFETのゲート電極・配線
として最終的に機能する段階では、注入不純物の活性化
熱処理工程により多結晶シリコンに変換されるので、ポ
リサイド構造となる。
【0047】さらに、高融点金属ポリサイド層のパター
ニング時に使用するエッチング装置として基板バイアス
印加型のECRプラズマエッチング装置を採り上げた
が、平行平板型RIE装置、ヘリコン波プラズマエッチ
ング装置、ICP(InductivelyCoupled Plasma)エッチ
ング装置、TCP(Transformer Coupled Plasma) エッ
チング装置等、各種エッチング装置を使用可能であるこ
とは言うまでもない。
ニング時に使用するエッチング装置として基板バイアス
印加型のECRプラズマエッチング装置を採り上げた
が、平行平板型RIE装置、ヘリコン波プラズマエッチ
ング装置、ICP(InductivelyCoupled Plasma)エッチ
ング装置、TCP(Transformer Coupled Plasma) エッ
チング装置等、各種エッチング装置を使用可能であるこ
とは言うまでもない。
【0048】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1の発明によれば表面に酸化層を有する高融点金属シリ
サイド層を、酸化シリコン系材料層マスクを用い、Cl
2 /O2 等のフッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を
発生しうるガスと、酸素系化学種を発生しうるガスを含
む混合ガスを用いてプラズマエッチングする際に、この
高融点金属シリサイド層上に炭素系ポリマを堆積してお
くことにより、ブレークスルーステップに要する時間が
短縮される。これにより、異常ブレークスルー部分や下
地ゲート酸化膜や半導体基板にダメージ部分が発生する
ことがない。
1の発明によれば表面に酸化層を有する高融点金属シリ
サイド層を、酸化シリコン系材料層マスクを用い、Cl
2 /O2 等のフッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を
発生しうるガスと、酸素系化学種を発生しうるガスを含
む混合ガスを用いてプラズマエッチングする際に、この
高融点金属シリサイド層上に炭素系ポリマを堆積してお
くことにより、ブレークスルーステップに要する時間が
短縮される。これにより、異常ブレークスルー部分や下
地ゲート酸化膜や半導体基板にダメージ部分が発生する
ことがない。
【0049】また請求項6の発明によれば、表面に酸化
層を有する高融点金属シリサイド層を、酸化シリコン系
材料層マスクを用い、Cl2 /O2 等のフッ素系化学種
以外のハロゲン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を含む混合ガスを用いてプラズマ
エッチングする際に、エッチングの初期段階にCO2等
の炭素系化学種を発生しうるガスを添加して2段階エッ
チングを施すことによって、やはりブレークスルーステ
ップに要する時間が短縮される。これにより、異常ブレ
ークスルー部分や下地ゲート酸化膜や半導体基板にダメ
ージ部分が発生することが防止できる。
層を有する高融点金属シリサイド層を、酸化シリコン系
材料層マスクを用い、Cl2 /O2 等のフッ素系化学種
以外のハロゲン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を含む混合ガスを用いてプラズマ
エッチングする際に、エッチングの初期段階にCO2等
の炭素系化学種を発生しうるガスを添加して2段階エッ
チングを施すことによって、やはりブレークスルーステ
ップに要する時間が短縮される。これにより、異常ブレ
ークスルー部分や下地ゲート酸化膜や半導体基板にダメ
ージ部分が発生することが防止できる。
【0050】いずれの発明においても、酸化シリコン系
材料層パターンはそのまま残した状態で、次工程のセル
フアラインコンタクト形成時のオフセット酸化膜として
用いることができ、高集積度の半導体装置のゲート電極
・配線や層間接続を信頼性高く実現できる。
材料層パターンはそのまま残した状態で、次工程のセル
フアラインコンタクト形成時のオフセット酸化膜として
用いることができ、高集積度の半導体装置のゲート電極
・配線や層間接続を信頼性高く実現できる。
【図1】本発明を適用した実施例1および2の前半の工
程を、その工程順に説明する概略断面図であり、(a)
は下地ゲート酸化膜上に多結晶シリコン層と高融点金属
シリサイド層からなる高融点金属ポリサイド層を形成
し、さらに酸化シリコン系材料層とレジストマスクを形
成した状態であり、(b)は酸化シリコン系材料層をエ
ッチングして酸化シリコン系材料層パターンを形成した
状態、(c)はレジストマスクと炭素系側壁保護膜をア
ッシング除去して高融点金属シリサイド層上には酸化層
が形成された状態である。
程を、その工程順に説明する概略断面図であり、(a)
は下地ゲート酸化膜上に多結晶シリコン層と高融点金属
シリサイド層からなる高融点金属ポリサイド層を形成
し、さらに酸化シリコン系材料層とレジストマスクを形
成した状態であり、(b)は酸化シリコン系材料層をエ
ッチングして酸化シリコン系材料層パターンを形成した
状態、(c)はレジストマスクと炭素系側壁保護膜をア
ッシング除去して高融点金属シリサイド層上には酸化層
が形成された状態である。
【図2】本発明を適用した実施例1の後半の工程を、そ
の工程順に説明するための概略断面図であり、(d)は
高融点金属シリサイド層上に炭素系ポリマ層を堆積した
状態、(e)は酸化層をブレークスルーしさらに高融点
金属シリサイド層と多結晶シリコンを連続的にプラズマ
エッチングして高融点金属ポリサイド層パターンが完成
した状態である。
の工程順に説明するための概略断面図であり、(d)は
高融点金属シリサイド層上に炭素系ポリマ層を堆積した
状態、(e)は酸化層をブレークスルーしさらに高融点
金属シリサイド層と多結晶シリコンを連続的にプラズマ
エッチングして高融点金属ポリサイド層パターンが完成
した状態である。
【図3】本発明を適用した実施例2の後半の工程を、そ
の工程順に説明するための概略断面図であり、(a)は
炭素系化学種を添加したエッチングガスにより酸化層を
ブレークスルーした状態、(b)は続けて高融点金属シ
リサイド層と多結晶シリコンを連続的にプラズマエッチ
ングして高融点金属ポリサイド層パターンが完成した状
態である。
の工程順に説明するための概略断面図であり、(a)は
炭素系化学種を添加したエッチングガスにより酸化層を
ブレークスルーした状態、(b)は続けて高融点金属シ
リサイド層と多結晶シリコンを連続的にプラズマエッチ
ングして高融点金属ポリサイド層パターンが完成した状
態である。
【図4】従来の配線形成方法の問題点を説明するための
前半の工程の概略断面図であり、(a)は下地ゲート酸
化膜上に多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層か
らなる高融点金属ポリサイド層を形成し、さらに酸化シ
リコン系材料層とレジストマスクを形成した状態であ
り、(b)は酸化シリコン系材料層をエッチングして酸
化シリコン系材料層パターンを形成した状態、(c)は
レジストマスクと炭素系側壁保護膜をアッシング除去し
て高融点金属シリサイド層上には酸化層が形成された状
態である。
前半の工程の概略断面図であり、(a)は下地ゲート酸
化膜上に多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層か
らなる高融点金属ポリサイド層を形成し、さらに酸化シ
リコン系材料層とレジストマスクを形成した状態であ
り、(b)は酸化シリコン系材料層をエッチングして酸
化シリコン系材料層パターンを形成した状態、(c)は
レジストマスクと炭素系側壁保護膜をアッシング除去し
て高融点金属シリサイド層上には酸化層が形成された状
態である。
【図5】従来の配線形成方法の問題点を説明するための
後半の工程の概略断面図であり、(d)は酸化層のブレ
ークスルーにより異常ブレークスルー部分が形成された
状態、(e)は高融点金属シリサイド層と多結晶シリコ
ン層をパターニングして下地のゲート酸化膜と半導体基
板にダメージ部分が発生した状態である。
後半の工程の概略断面図であり、(d)は酸化層のブレ
ークスルーにより異常ブレークスルー部分が形成された
状態、(e)は高融点金属シリサイド層と多結晶シリコ
ン層をパターニングして下地のゲート酸化膜と半導体基
板にダメージ部分が発生した状態である。
1 半導体基板
2 ゲート酸化膜
3 多結晶シリコン層
4 高融点金属シリサイド層
5 酸化シリコン系材料層
5a 酸化シリコン系材料層パターン
6 レジストマスク
7 炭素系側壁保護膜
8 酸化層
9 炭素系ポリマ層
10 WClx 系側壁保護膜
11 異常ブレークスルー部分
12 ダメージ部分
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 21/3205
H01L 21/321
H01L 21/768
H01L 21/3213
Claims (8)
- 【請求項1】 高融点金属シリサイド層上に、レジスト
マスクを用いて酸化シリコン系材料層パターンを選択的
に形成する工程、 前記レジストマスクをアッシング除去する工程、 前記高融点金属シリサイド層を、前記酸化シリコン系材
料層パターンをエッチングマスクとするとともに、フッ
素系化学種以外のハロゲン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を含む混合ガスを用
いてプラズマエッチングする工程を有する配線形成方法
であって、 前記混合ガスを用いたプラズマエッチング工程に先立
ち、 少なくとも前記高融点金属シリサイド層上に炭素系ポリ
マ層を堆積する工程をさらに有し、 この後前記高融点金属シリサイド層を前記混合ガスを用
いてプラズマエッチングする工程を施すことを特徴とす
る配線形成方法。 - 【請求項2】 高融点金属シリサイド層の下面に接して
多結晶シリコン層を有し、前記高融点金属シリサイド層
と前記多結晶シリコン層により高融点金属ポリサイド層
が形成され、 前記高融点金属シリサイド層と前記多結晶シリコン層と
を、同一組成の混合ガスにより連続的にプラズマエッチ
ングすることを特徴とする、請求項1記載の配線形成方
法。 - 【請求項3】 混合ガス中の酸素系化学種を発生しうる
ガスの混合比は、5%以上20%以下であることを特徴
とする、請求項1記載の配線形成方法。 - 【請求項4】 炭素系ポリマ層は、炭素系ガスの放電解
離によるプラズマ重合ポリマであることを特徴とする、
請求項1記載の配線形成方法。 - 【請求項5】 炭素系ガスは、CF系ガス、CHF系ガ
スおよびCH系ガスのうちの少なくとも1種であること
を特徴とする、請求項4記載の配線形成方法。 - 【請求項6】 高融点金属シリサイド層上に、レジスト
マスクを用いて酸化シリコン系材料層パターンを選択的
に形成する工程、 前記レジストマスクをアッシング除去する工程、 前記高融点金属シリサイド層を、前記酸化シリコン系材
料層パターンをエッチングマスクとするとともに、フッ
素系化学種以外のハロゲン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を含む混合ガスを用いて
プラズマエッチングする工程を有する配線形成方法であ
って、 前記混合ガスを用いたプラズマエッチング工程に先立
ち、 前記混合ガスに炭素系化学種を発生しうるガスを添加
し、少なくとも前記高融点金属シリサイド層の層厚方向
の1部をプラズマエッチング除去する工程をさらに有
し、 この後前記高融点金属シリサイド層の層厚方向の残部を
前記混合ガスを用いてプラズマエッチングする工程を施
すことを特徴とする配線形成方法。 - 【請求項7】 高融点金属シリサイド層の下面に接して
多結晶シリコン層を有し、前記高融点金属シリサイド層
と前記多結晶シリコン層により高融点金属ポリサイド層
が形成され、 前記高融点金属シリサイド層の層厚方向の残部と前記多
結晶シリコン層とを、同一組成の混合ガスにより連続的
にプラズマエッチングすることを特徴とする、請求項6
記載の配線形成方法。 - 【請求項8】 混合ガス中の酸素系化学種を発生しうる
ガスの混合比は、5%以上20%以下であることを特徴
とする、請求項6記載の配線形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14357295A JP3371180B2 (ja) | 1995-06-09 | 1995-06-09 | 配線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14357295A JP3371180B2 (ja) | 1995-06-09 | 1995-06-09 | 配線形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08340004A JPH08340004A (ja) | 1996-12-24 |
JP3371180B2 true JP3371180B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=15341871
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14357295A Expired - Fee Related JP3371180B2 (ja) | 1995-06-09 | 1995-06-09 | 配線形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3371180B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6194323B1 (en) * | 1998-12-16 | 2001-02-27 | Lucent Technologies Inc. | Deep sub-micron metal etch with in-situ hard mask etch |
JP4865373B2 (ja) * | 2006-03-17 | 2012-02-01 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | ドライエッチング方法 |
JP5578389B2 (ja) * | 2006-05-16 | 2014-08-27 | Nltテクノロジー株式会社 | 積層膜パターン形成方法及びゲート電極形成方法 |
-
1995
- 1995-06-09 JP JP14357295A patent/JP3371180B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08340004A (ja) | 1996-12-24 |
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