JP3371180B2

JP3371180B2 - 配線形成方法

Info

Publication number: JP3371180B2
Application number: JP14357295A
Authority: JP
Inventors: 哲也辰巳
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-06-09
Filing date: 1995-06-09
Publication date: 2003-01-27
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JPH08340004A

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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；ＤｏｐｅｄＰｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ）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
（ＷＳｉ_x）が一般的であり、このＷＳｉ_x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。

【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；ＳｅｌｆＡｌｉｇｎｅｄ
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。

【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。

【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、ＷＳｉ_x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。

【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、
ＷＳｉ_x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ＷＯ_xＦ_y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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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ＷＣｌ_xの生
成が蒸気圧の大きいＷＯ_xＣｌ_yの生成に卓越し、ＷＣ
ｌ_x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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。ＴＥＯＳ５００ｓｃｃｍＯ₂ １０００ｓｃｃｍガス圧力５Ｐａ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。

【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 ２６０ｓｃｃｍＣＯ４０ｓｃｃｍガス圧力５ＰａＲＦ電力１．５ｋＷ（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 １２０ｓｃｃｍＣ₂Ｆ₆ ６０ｓｃｃｍガス圧力２．７ｋＰａＲＦ電力７００Ｗ（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。ＣＨ₂Ｆ₂ ５００ｓｃｃｍガス圧力３．０ｋＰａＲＦ電力１０００Ｗ（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 ７５ｓｃｃｍＯ₂ ８ｓｃｃｍガス圧力０．５Ｐａマイクロ波８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）基板バイアス７０Ｗ（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ＷＣｌ_x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。

【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。

【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。

【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 ７５ｓｃｃｍＯ₂ ５ｓｃｃｍＣＯ₂ １０ｓｃｃｍガス圧力０．４Ｐａマイクロ波８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）基板バイアス７０Ｗ（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 ７５ｓｃｃｍＯ₂ ８ｓｃｃｍガス圧力０．５Ｐａマイクロ波８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）基板バイアス７０Ｗ（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ＷＣｌ_x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。

【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。

【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。

【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、ＮＯ_x系ガスやＣＯ_x系ガス、Ｈ
₂Ｏ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。

【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ＣＨ₂Ｆ₂によ
るプラズマ処理を採用したが、ＣＨ₃ＦやＣＨＦ₃等の
他のＣＨＦ系ガスやＣ₂Ｆ₆等のＣＦ系ガス、ＣＨ₄や
Ｃ₂Ｈ₄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、Ｃ₂Ｈ₆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
Ｓｉ_xの積層構造のＷポリサイド配線を例示したが、Ｍ
ｏＳｉ_xやＴｉＳｉ_x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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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１０ＷＣｌ_x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

(57)【特許請求の範囲】

【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。