JPH07263425A - Dry etching of laminated wiring - Google Patents
Dry etching of laminated wiringInfo
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- JPH07263425A JPH07263425A JP5616494A JP5616494A JPH07263425A JP H07263425 A JPH07263425 A JP H07263425A JP 5616494 A JP5616494 A JP 5616494A JP 5616494 A JP5616494 A JP 5616494A JP H07263425 A JPH07263425 A JP H07263425A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置等に用いる積
層配線のドライエッチング方法に関し、更に詳しくは高
融点金属層上にＡｌ系金属層が形成された構造を含む積
層配線のドライエッチング方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method for laminated wiring used in semiconductor devices and the like, and more particularly to a dry etching method for laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の集積度が進み、
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、内部配線の
パターン幅も縮小されつつある。従来内部配線材料とし
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
し、デバイス信頼性の上で大きな問題となってきてい
る。2. Description of the Related Art The degree of integration of semiconductor devices such as LSIs has increased,
As the design rule is scaled down from the sub-half micron level to the quarter micron level, the pattern width of the internal wiring is being reduced. Conventionally, low resistance Al and Al-based alloys have been often used as internal wiring materials, but due to the reduction of the wiring width, disconnection occurs due to electromigration or stress migration, which is a major problem in device reliability. Is coming.
【０００３】このような各種マイグレーションの対策の
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、ある程度の導電性を確
保でき、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に報告があり、広く知られていると
ころである。ただＷは電気抵抗がＡｌに比して高いので
単層では使いづらいことから、両者を組み合わせ、たと
え低抵抗のＡｌ系金属層が断線しても下層の高融点金属
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という考え方に基づいている。
なかでもＷを用いる場合は、高融点金属の内では比較的
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。As one of the countermeasures against such various migrations, like Al-Cu and Al-Si-Cu,
Methods such as alloying with a low resistance metal such as Cu or stacking with a barrier metal such as TiN are adopted. In recent years, as a more effective wiring structure, a high-rigidity wiring layer such as W, Mo, Ta, and other refractory metals and their alloys, compounds, etc., which can secure a certain degree of conductivity, and has a high rigidity is formed below the Al-based metal layer. The formed laminated wiring is examined. Refractory metals such as W have significantly higher electromigration resistance than Al-based metals. For example, Proceedings of the 35th Joint Lecture on Applied Physics (Spring 1988) p642, Lecture No. 29p-V-9 It has been reported to and is widely known. However, since the electric resistance of W is higher than that of Al, it is difficult to use in a single layer. Therefore, even if both are combined, even if the low resistance Al-based metal layer is disconnected, the existence of the lower refractory metal layer makes it redundant. It is based on the idea that the effect can be utilized to avoid disconnection in the entire wiring layer.
In particular, when W is used, it is a material having a relatively low resistance among refractory metals, and since a film forming method by blanket CVD has been established, it is expected as a highly reliable laminated wiring structure in the future. .
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｗ等の
高融点金属層上にＡｌ系金属層を形成した構造を含む積
層配線のパターニングは、異なる複数の材料層に対し共
に異方性加工を施す必要があることから、ドライエッチ
ングプロセスに新たな困難をもたらした。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差に
より、Ａｌ系金属層はＣｌ系ガスで、Ｗ層はＦ系ガスに
切り替えてパターニングを行うのであるが、このエッチ
ングガスの切り替えに基づくプロセス上の問題点を図２
（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。However, in patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer such as W, anisotropic processing is performed on a plurality of different material layers. The need brought new challenges to the dry etching process. That is, the Al-based metal layer is switched to the Cl-based gas and the W layer is switched to the F-based gas for patterning due to the difference in vapor pressure of the halide which is an etching reaction product. Figure 2 shows the problems in the process
This will be described with reference to (a) to (d).
【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密着層２、ＴｉＮバ
リアメタル層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
表面に段差があ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）に示すようにレジストの分解
生成物ＣＣｌx を含むＡｌＣｌx 系の反応生成物がレジ
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の側面に側壁付着膜８となって付着し異方性
エッチングに寄与する。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、バリアメタル層３と密着
層２をエッチングする。このとき、ＡｌＣｌx 系の側壁
付着膜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ＡｌＦ
x 系の側壁変質膜９に変換される。側壁変質膜９はＡｌ
Ｆ3 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。First, as shown in FIG. 2A, a Ti adhesion layer 2, a TiN barrier metal layer 3, a refractory metal layer 4 such as W, and an Al-based layer are formed on an insulating layer 1 on a semiconductor substrate (not shown). The metal layer 5 and the antireflection layer 6 are applied in this order to form a resist mask 7 for patterning. The antireflection layer 6 is for preventing irregular reflection of exposure light and performing exposure with good controllability when patterning a resist mask on the Al-based metal layer 5 having high reflectance. This is necessary when there is a step on the surface of the Al-based metal layer 5. Next, when the antireflection layer 6 and the Al-based metal layer 5 are etched with a Cl-based etching gas, as shown in FIG. 2B, the AlCl x -based reaction product containing the decomposition product CCl x of the resist causes a resist mask. 7 and patterned antireflection layer 6, Al
The side wall adhering film 8 adheres to the side surface of the base metal layer 5 to contribute to anisotropic etching. Next, the etching gas is switched to the F-based gas, and the refractory metal layer 4, the barrier metal layer 3 and the adhesion layer 2 are etched. At this time, the AlCl x- based side wall adhesion film 8 is exposed to fluorine plasma to cause replacement of halogen atoms, and as shown in FIG.
It is converted into the x- type sidewall altered film 9. The side wall altered film 9 is made of Al
Although it is a substance containing F 3 as a main component, this AlF 3 has a sublimation temperature of 1294 ° C. under atmospheric pressure, has a very low vapor pressure, and has low solubility in acids, alkalis, water, and organic solvents. It cannot be removed with a resist stripper. Also O 2
When the resist ashing is performed with Al or O 3 , the side wall altered film 9 is further converted into an Al 2 O 3 based substance, and the resist mask 7 is formed.
Since it covers the resist ashing,
Alternatively, after the resist ashing, it remains as a fence-like residue as shown in FIG. Especially in the latter case, the shape may be called a rabbit ear.
【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リッジを悪化
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。As described above, once the AlF x system side wall altered film 9 is formed, it is difficult to remove it, and the step coverage of the interlayer insulating film or the like formed on the laminated wiring is deteriorated, resulting in device failure. Cause. Further, the fence-like residue that has partly peeled off results in particle contamination of the substrate to be etched and the etching apparatus. In addition, for strong removal, a wet process using strong mechanical and physical external forces such as spin cleaning and scrub cleaning is required, which may lead to device damage, process complexity, and throughput reduction. There is.
【０００７】ＡｌＦx 系の側壁変質膜９の形成を制御す
るには、ＳｉＯ2 等の無機系材料をマスクとして用い、
マスク材の厚さを減らすことが有効である。これは、無
機系材料にはＡｌＣｌx が付着しにくいこと、および付
着面積そのものが減少すること等の理由による。しかし
ながら、無機材料系マスクによるプロセスでは、別の問
題が発生する。これを図３（ａ）〜（ｃ）を参照して説
明する。In order to control the formation of the AlF x- based side wall altered film 9, an inorganic material such as SiO 2 is used as a mask,
It is effective to reduce the thickness of the mask material. This is because AlCl x is difficult to adhere to the inorganic material, and the adhesion area itself is reduced. However, another problem occurs in the process using an inorganic material-based mask. This will be described with reference to FIGS.
【０００８】図３（ａ）は、図２（ａ）で使用したレジ
ストマスク７に替えて、ＳｉＯ2 からなる無機材料系マ
スク１１を採用した他は図２（ａ）と同じ層構成であ
る。次に、Ｃｌ系ガスによりＡｌ系金属層５をエッチン
グするのであるが、レジストマスクの場合はレジストの
分解生成物ＣＣｌx を含む側壁付着膜が形成されるが、
無機材料系マスクの場合にはこの側壁付着膜は形成され
ない。このためＡｌ系金属層パターン側面はＣｌラジカ
ル（Ｃｌ* ）の攻撃を受けて図３（ｂ）に示すようなサ
イドエッチングが入る。FIG. 3 (a) has the same layer structure as FIG. 2 (a) except that the resist mask 7 used in FIG. 2 (a) is replaced with an inorganic material type mask 11 made of SiO 2 . . Next, the Al-based metal layer 5 is etched with Cl-based gas. In the case of a resist mask, a sidewall adhesion film containing the decomposition product CCl x of the resist is formed.
In the case of an inorganic material type mask, this side wall adhesion film is not formed. Therefore, the side surface of the Al-based metal layer pattern is attacked by Cl radicals (Cl * ) and side etching as shown in FIG.
【０００９】続けてＦ系ガスに切り替え、高融点金属層
４をパターニングした状態が図３（ｃ）である。このと
き、高融点金属層４パターンにもサイドエッチングが入
る可能性のあることはＡｌ系金属層５のパターニングの
場合と同様である。かかるサイドエッチングによる積層
配線構造の細りは、サブハーフミクロンのデザインルー
ルの下での半導体装置にあっては、配線抵抗の増加や信
号遅延、マイグレーション耐性やステップカバリッジの
劣化等、許容できるものではない。FIG. 3 (c) shows a state in which the refractory metal layer 4 is continuously patterned by switching to the F type gas. At this time, side etching may occur in the refractory metal layer 4 pattern as in the case of patterning the Al-based metal layer 5. In the semiconductor device under the sub-half-micron design rule, the thinning of the laminated wiring structure due to such side etching is not tolerable due to an increase in wiring resistance, signal delay, migration resistance, deterioration of step coverage, etc. Absent.
【００１０】サイドエッチング防止のために、カーボン
を含むガスを添加し、カーボン系のプラズマポリマを堆
積する方法がある。しかしこの場合には、被エッチング
基板やエッチングチャンバのパーティクル汚染の問題が
別に発生する。In order to prevent side etching, there is a method of adding a gas containing carbon and depositing a carbon-based plasma polymer. However, in this case, the problem of particle contamination of the substrate to be etched and the etching chamber separately occurs.
【００１１】また別のサイドエッチング防止方法とし
て、被エッチング基板を０℃以下に冷却し、ラジカルモ
ードの反応を抑制する方法があるが、エッチングレート
の低下や装置の複雑化の問題がある。As another side etching preventing method, there is a method of cooling the substrate to be etched to 0 ° C. or lower to suppress the reaction in the radical mode, but there is a problem that the etching rate is lowered and the apparatus is complicated.
【００１２】そこで本発明の課題は、高融点金属層上に
Ａｌ系金属層が形成された構造を含む微細幅の積層配線
を無機材料系マスクを用いてパターニングするドライエ
ッチング方法において、アンダカットやサイドエッチン
グの発生のない、異方性にすぐれたドライエッチング方
法を新たに提供することである。Therefore, an object of the present invention is to provide a dry etching method for patterning a laminated wiring having a fine width including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer by using an inorganic material-based mask, and undercut or Another object of the present invention is to newly provide a dry etching method excellent in anisotropy without causing side etching.
【００１３】また本発明の課題は、高融点金属層上にＡ
ｌ系金属層が形成された構造を含む微細幅の積層配線を
無機材料系マスクを用いてパターニングするドライエッ
チング方法において、被処理基板やドライエッチング装
置のパーティクル汚染発生の虞れなく異方性加工するク
リーンなドライエッチング方法を提供することである。Another object of the present invention is to provide A on the refractory metal layer.
In a dry etching method of patterning a laminated wiring having a fine width including a structure in which an l-based metal layer is formed using an inorganic material-based mask, anisotropic processing is performed without fear of particle contamination of a substrate to be processed or a dry etching apparatus. To provide a clean dry etching method.
【００１４】さらに本発明の課題は、上記エッチングを
実用的なエッチングレートのもとで達成することであ
る。本発明の上記以外の課題は、本願明細書および添付
図面の説明により明らかにされる。A further object of the present invention is to achieve the above etching at a practical etching rate. Other problems of the present invention will be made clear by the description of the present specification and the accompanying drawings.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の積層配線のドラ
イエッチング方法は、上述の課題を解決するために発案
したものであり、高融点金属層上にＡｌ系金属層が形成
された構造を含む積層配線を無機材料系マスクを用いて
パターニングするドライエッチング方法において、Ａｌ
系金属層を塩化イオウ系ガスでエッチング後、下層の高
融点金属層をフッ化イオウ系ガスに切り替えてエッチン
グするものである。The dry-etching method for laminated wiring of the present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and has a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer. In the dry etching method for patterning the laminated wiring including the Al using an inorganic material mask,
After etching the system-based metal layer with a sulfur chloride-based gas, the lower refractory metal layer is switched to the sulfur fluoride-based gas for etching.
【００１６】また本発明の積層配線のドライエッチング
方法は、高融点金属層上にＡｌ系金属層が形成された構
造を含む積層配線を無機材料系マスクを用いてパターニ
ングするドライエッチング方法において、Ａｌ系金属層
を塩化イオウ系ガスとＮ系ガスとの混合ガスでエッチン
グ後、下層の高融点金属層をフッ化イオウ系ガスとＮ系
ガスとの混合ガスに切り替えてエッチングするものであ
る。The dry etching method for a laminated wiring of the present invention is a dry etching method for patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer using an inorganic material-based mask. The base metal layer is etched with a mixed gas of sulfur chloride based gas and N based gas, and then the lower refractory metal layer is switched to a mixed gas of sulfur fluoride based gas and N based gas for etching.
【００１７】本発明で用いる塩化イオウ系ガスは、Ｓ2
Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 およびＳＣｌ2等を例示することが
できる。また本発明で使用するフッ化イオウ系ガスは、
Ｓ2Ｆ2 、ＳＦ2 、ＳＦ4 およびＳ2 Ｆ10等が例示でき
る。The sulfur chloride gas used in the present invention is S 2
Examples include Cl 2 , S 3 Cl 2 and SCl 2 . The sulfur fluoride gas used in the present invention is
Examples thereof include S 2 F 2 , SF 2 , SF 4 and S 2 F 10 .
【００１８】[0018]
【作用】本発明の特徴は、無機材料系マスクを使用して
Ａｌ系金属層をＣｌ系ガスでエッチングし、引き続き高
融点金属層をＦ系ガスでエッチングするにあたり、側壁
保護膜としてイオウまたはポリチアジルを用いる点にあ
る。先に記したように、無機材料系マスクを用いる場合
にはレジストの分解生成物による側壁保護効果を期待で
きない。そこでエッチングガスの解離生成物を側壁保護
膜として用いるのであるが、この方法は、異方性の向上
とパーティクルレベルの低下とがトレードオフの関係に
ある。本発明は、この問題を昇華性の側壁保護膜を採用
するすることにより解決するのである。The feature of the present invention is that when the Al-based metal layer is etched with the Cl-based gas using the inorganic material-based mask and the refractory metal layer is subsequently etched with the F-based gas, sulfur or polythiazyl is used as the side wall protective film. The point is to use. As described above, when the inorganic material-based mask is used, the sidewall protection effect due to the decomposition product of the resist cannot be expected. Therefore, the dissociation product of the etching gas is used as the side wall protective film, but this method has a trade-off relationship between the improvement of anisotropy and the reduction of the particle level. The present invention solves this problem by employing a sublimable side wall protective film.
【００１９】昇華性の側壁保護膜として、制御性よく被
エッチング基板上に堆積でき、しかもエッチング終了後
は基板ダメージや汚染を残さず除去できる材料が望まし
い。本発明ではこの材料としてイオウまたはポリチアジ
ルを採用した。As the sublimable side wall protective film, a material which can be deposited on the substrate to be etched with good controllability and which can be removed without leaving substrate damage or contamination after the etching is desirable. In the present invention, sulfur or polythiazyl was used as this material.
【００２０】Ａｌ系金属層のエッチャントであるＣｌ*
を供給しつつプラズマ中に遊離のイオウを生成しうるガ
スとして、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 およびＳＣｌ2 等の
塩化イオウ系ガスを例示することが出来る。イオウは、
被エッチング基板を約９０℃以下に制御することによ
り、被エッチング基板上に堆積し、イオン入射の少ない
被エッチング層パターン側面に側壁保護膜として残留す
る。エッチングガス中に塩化イオウ系ガスに加えてＮ2
等Ｎ系ガスを添加すると、プラズマ中にチアジル（Ｓ
Ｎ）を生成する。チアジルは、気相中あるいは被エッチ
ング基板上で直ちに重合して強固なポリチアジル（Ｓ
Ｎ）n の側壁保護膜を形成するのである。Cl * which is an etchant for the Al-based metal layer
Examples of the gas capable of generating free sulfur in the plasma while supplying the gas include sulfur chloride-based gases such as S 2 Cl 2 , S 3 Cl 2 and SCl 2 . Sulfur is
By controlling the substrate to be etched to about 90 ° C. or lower, it is deposited on the substrate to be etched and remains as a side wall protective film on the side surface of the layer to be etched pattern with a small number of incident ions. N 2 in addition to sulfur chloride gas in etching gas
Addition of N-type gas such as thiazyl (S
N) is generated. Thiazyl is a strong polythiazyl (S) polymerized immediately in the gas phase or on the substrate to be etched.
N) n side wall protective film is formed.
【００２１】高融点金属層のエッチングにおいては、そ
のエッチャントであるＦ* を供給しつつプラズマ中に遊
離のイオウを生成しうるガスとして、Ｓ2 Ｆ2 、Ｓ
Ｆ2 、ＳＦ4 およびＳ2 Ｆ10等のフッ化イオウ系ガスが
例示できる。ただし、代表的なフッ化イオウガスである
ＳＦ6 は、１分子中のＦ原子とＳ原子の比を表すＦ／Ｓ
比が６と大きく、プラズマ中に遊離のイオウを放出する
効果を有しないので、本発明ではこれを除外する。上記
フッ化イオウ系ガスにＮ2 等Ｎ系ガスを添加すれば、ポ
リチアジルの側壁保護膜を形成することは、塩化イオウ
系ガスの場合と同様である。In etching the refractory metal layer, S 2 F 2 and S 2 are used as gases capable of generating free sulfur in plasma while supplying F * which is an etchant thereof.
Sulfur fluoride-based gases such as F 2 , SF 4 and S 2 F 10 can be exemplified. However, SF 6 which is a typical sulfur fluoride gas is F / S which represents the ratio of F atom to S atom in one molecule.
Since the ratio is as large as 6 and it has no effect of releasing free sulfur into the plasma, this is excluded in the present invention. As in the case of the sulfur chloride-based gas, the sidewall protective film of polythiazyl is formed by adding the N-based gas such as N 2 to the above-mentioned sulfur fluoride-based gas.
【００２２】イオウあるいはポリチアジルともに、被エ
ッチング層パターン側面に一旦堆積すると、ラジカルの
アタックからパターンを保護する強力な作用を発揮す
る。このため、Ａｌ系金属層、高融点金属層ともにサイ
ドエッチングされることなしに、異方的にパターニング
されるのである。またエッチング終了後は、被エッチン
グ基板を加熱すれば痕跡や汚染を残さず昇華除去するこ
とができる。昇華温度は、イオウで約９０℃以上、ポリ
チアジルで約１３０℃以上である。基板加熱による昇華
の他に、Ｏ2 やＯ3 ガスを用いたアッシングにより酸化
除去する方法を採ってもよい。Both sulfur and polythiazil, once deposited on the side surface of the pattern to be etched, exert a strong action of protecting the pattern from the attack of radicals. Therefore, the Al-based metal layer and the refractory metal layer are anisotropically patterned without being side-etched. After the etching is finished, the substrate to be etched can be heated to remove it by sublimation without leaving traces or contamination. The sublimation temperature is about 90 ° C. or higher for sulfur and about 130 ° C. or higher for polythiazyl. In addition to sublimation by heating the substrate, a method of oxidizing and removing by ashing using O 2 or O 3 gas may be adopted.
【００２３】本発明のエッチング方法によれば、側壁保
護膜はエッチングガスの解離により気相中から供給され
るので、無機材料系マスクのパターン密度の疎密に依存
しない良好な異方性エッチングが可能である。これは、
レジストマスクの分解生成物を側壁保護膜に用いる場合
に比較して、異方性形状の面内均一性を向上する観点か
ら有利である。According to the etching method of the present invention, since the side wall protective film is supplied from the gas phase by the dissociation of the etching gas, it is possible to perform good anisotropic etching which does not depend on the density of the pattern density of the inorganic material type mask. Is. this is,
This is advantageous from the viewpoint of improving the in-plane uniformity of the anisotropic shape, as compared with the case where the decomposition product of the resist mask is used for the sidewall protective film.
【００２４】[0024]
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００２５】実施例１ 本実施例は、Ｗ層上にＡｌ−１％Ｓｉ合金層が形成され
た構造を含む積層配線のエッチングにおいて、ＳｉＯ2
からなる無機材料系マスクを用い、被エッチング基板上
にイオウを堆積しながらエッチング施した例である。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３と同様の部分には同一の参照番
号を付与するものとする。Example 1 In this example, in etching a laminated wiring including a structure in which an Al-1% Si alloy layer is formed on a W layer, SiO 2
This is an example of performing etching while depositing sulfur on a substrate to be etched using an inorganic material-based mask made of. This will be described with reference to FIGS. The same parts as those in FIG. 3 used for explaining the conventional example are designated by the same reference numerals.
【００２６】まず図１（ａ）に示すように、Ｓｉ等の半
導体基板（図示せず）上にＳｉＯ2等の絶縁膜１を形成
する。次にＴｉからなる密着層２、ＴｉＮからなるバリ
アメタル層３、ブランケットＣＶＤによるＷからなる高
融点金属層４、スパッタリングによるＡｌ−１％Ｓｉか
らなるＡｌ系金属層５、ＴｉＯＮからなる反射防止層６
をこの順に形成する。バリアメタル層形成後、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２には図示し
ないが接続孔が開口され、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、Ａｌ合金や多結晶Ｓｉ
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、バリアメタル層３が７
０ｎｍ、高融点金属層４が２００ｎｍ、Ａｌ系金属層５
が５００ｎｍそして反射防止層６が３５ｎｍである。First, as shown in FIG. 1A, an insulating film 1 such as SiO 2 is formed on a semiconductor substrate (not shown) such as Si. Next, an adhesion layer 2 made of Ti, a barrier metal layer 3 made of TiN, a refractory metal layer 4 made of W by blanket CVD, an Al-based metal layer 5 made of Al-1% Si by sputtering, and an antireflection layer made of TiON. 6
Are formed in this order. After forming the barrier metal layer, RTA is performed at 650 ° C. for about 60 seconds in an inert atmosphere,
The barrier property may be improved. Although not shown, the insulating film 2 may have a multilayer wiring structure in which a connection hole is opened and which contacts an impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate. Further, the semiconductor substrate such as Si is made of Al alloy or polycrystalline Si.
It may be a lower wiring layer composed of the like. The thickness of each layer is
As an example, the adhesion layer 2 is 30 nm and the barrier metal layer 3 is 7 nm.
0 nm, refractory metal layer 4 is 200 nm, Al-based metal layer 5
Is 500 nm and the antireflection layer 6 is 35 nm.
【００２７】つぎに、例えばプラズマＣＶＤによりＳｉ
Ｏ2 を堆積し、これを一例としてネガ型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る０．３５μ
ｍ幅のレジストマスクによりパターニングし、無機材料
系マスク１１を形成する。無機材料系マスクの厚さは、
例えば１５０ｎｍである。ここまで形成した試料を被エ
ッチング基板とする。なお、レジストマスクは除去して
おく。Next, Si is formed by plasma CVD, for example.
O 2 is deposited, and as an example, a negative-type three-component chemically amplified photoresist SAL-601 manufactured by Shipley Co., Ltd.
And KrF excimer laser lithography 0.35μ
Patterning is performed with an m-width resist mask to form an inorganic material-based mask 11. The thickness of the inorganic material mask is
For example, it is 150 nm. The sample thus formed is used as the substrate to be etched. Note that the resist mask is removed.
【００２８】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により、一例として
下記エッチング条件によりまずＴｉＯＮからなる反射防
止層６とＡｌ系金属層５をエッチングする。 Ｓ2 Ｃｌ2 ３０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．５ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ５０ Ｗ（２．０ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ 本エッチング過程では、Ｃｌ* によるラジカル反応がＣ
ｌ+ 、ＳＣｌx + 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。また同時に、パターニングされ
たＡｌ系金属層５の側面には図１（ｂ）に示すようにイ
オウからなる側壁保護膜１０が形成され、異方性エッチ
ングに寄与する。エッチングは高融点金属層４の表面が
露出すると、この面でストップする。これはＷＣｌ6 の
蒸気圧が低く、エッチングレートが極端に小さいためで
ある。On this substrate to be etched, the antireflection layer 6 made of TiON and the Al-based metal layer 5 are first etched under the following etching conditions, for example, by a substrate bias application type ECR plasma etching apparatus. S 2 Cl 2 30 sccm Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 50 W (2.0 MHz) Substrate temperature 20 ° C. In this etching process, the radical reaction by Cl * is C
Etching proceeds anisotropically in the form of being assisted by ions such as l + and SCl x + . At the same time, a side wall protective film 10 made of sulfur is formed on the side surface of the patterned Al-based metal layer 5 as shown in FIG. 1B, which contributes to anisotropic etching. When the surface of the refractory metal layer 4 is exposed, the etching stops at this surface. This is because the vapor pressure of WCl 6 is low and the etching rate is extremely small.
【００２９】反射防止層６とＡｌ系金属層５をエッチン
グ後、エッチングガスを切り替え、同じ基板バイアス印
加型ＥＣＲプラズマエッチング装置により一例として下
記エッチング条件で下層の高融点金属層４、バリアメタ
ル層３、密着層２ををパターニングする。 Ｓ2 Ｆ2 ３０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．５ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ５０ Ｗ（２．０ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ 本エッチング過程では、Ｗ等の高融点金属層４はＦ* に
よるラジカル反応がＦ + 、ＳＦ+ 等のイオン入射にアシ
ストされる形でエッチングは異方的に進む。同時にパタ
ーニングされた高融点金属層４の側面にイオウが側壁保
護膜１０として付着し異方性エッチングに寄与する。こ
のため、オーバーエッチング段階においても高融点金属
層パターンにサイドエッチングが入ることがない。下層
のバリアメタル層３、密着層２も同様にＴｉのフッ化物
としてスパッタ除去される。この結果、図１（ｃ）に示
すように高融点金属層４、バリアメタル層３、密着層２
はいずれも異方性よくパターニングされる。Etching the antireflection layer 6 and the Al-based metal layer 5
After etching, the etching gas is changed and the same substrate bias mark is applied.
With an ECR plasma etching system as an example,
Under the etching conditions, the lower refractory metal layer 4 and the barrier metal are
The contact layer 2 and the adhesion layer 2 are patterned. S2F2 30 sccm Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 50 W (2.0 MHz) Substrate temperature 20 ° C In this etching process, the refractory metal layer 4 such as W is F*To
Radical reaction by F +, SF+Assists in ion injection
The etching progresses anisotropically in a striking manner. At the same time
The side wall of the high-melting-point metal layer 4 that has been burned has sulfur on its side wall
It adheres as a protective film 10 and contributes to anisotropic etching. This
Therefore, even in the over-etching stage, refractory metal
Side etching does not enter the layer pattern. Underlayer
Similarly, the barrier metal layer 3 and the adhesion layer 2 of Ti are fluorides of Ti.
Is removed by sputtering. As a result, as shown in FIG.
The refractory metal layer 4, the barrier metal layer 3, and the adhesion layer 2
Is patterned with good anisotropy.
【００３０】また被エッチング基板温度を２０℃に設定
しているので、イオウは効率よく被エッチング基板上に
堆積し、またこの温度ではエッチングレートも実用上充
分な値が得られる。エッチング終了後、被エッチング基
板を９０℃以上に加熱することにより、イオウの側壁保
護膜１０は昇華除去され図１（ｄ）に示すようにパター
ン変換差のない０．３５μｍ幅の積層配線が完成する。
無機材料系マスク１１、反射防止層６ともに別途除去し
てもよいし、このまま残して層間絶縁膜の１部として使
用してもよい。Further, since the temperature of the substrate to be etched is set to 20 ° C., sulfur is efficiently deposited on the substrate to be etched, and at this temperature, the etching rate of practically sufficient value can be obtained. After the etching is finished, by heating the substrate to be etched to 90 ° C. or higher, the sulfur side wall protective film 10 is removed by sublimation and a 0.35 μm wide laminated wiring with no pattern conversion difference is completed as shown in FIG. 1D. To do.
The inorganic material-based mask 11 and the antireflection layer 6 may be removed separately, or may be left as they are and used as a part of the interlayer insulating film.
【００３１】実施例２ 本実施例は、実施例１と同じ被エッチング基板を用い、
被エッチング基板上にポリチアジルを堆積しながらエッ
チングした例であり、同じく図１（ａ）〜（ｄ）を参照
して説明する。Example 2 This example uses the same substrate to be etched as in Example 1,
This is an example of etching while depositing polythiazil on a substrate to be etched, and will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (d).
【００３２】図１（ａ）に示すように被エッチング基板
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てまずＴｉＯ
Ｎからなる反射防止層６とＡｌ系金属層５をエッチング
する。 Ｓ2 Ｃｌ2 ３０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．５ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（２．０ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ 本エッチング過程では、Ｃｌ* を主エッチャントとする
ラジカル反応がＣｌ+、ＳＣｌx + 、Ｎ+ 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。また同
時に、パターニングされたＡｌ系金属層５の側面には図
１（ｂ）に示すようにポリチアジルを主成分とする強固
な側壁保護膜１０が形成され異方性の向上に寄与する。
エッチングは高融点金属層４表面が露出すると、この面
でストップする。As shown in FIG. 1A, the substrate to be etched is first subjected to TiO 2 under the following etching conditions by a substrate bias application type ECR plasma etching apparatus.
The antireflection layer 6 made of N and the Al-based metal layer 5 are etched. S 2 Cl 2 30 sccm N 2 20 sccm Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 30 W (2.0 MHz) Substrate temperature 20 ° C. In the etching process, Cl * is the main etchant. The etching proceeds anisotropically in such a manner that the radical reaction to be assisted by ions such as Cl + , SCl x + and N + . At the same time, a strong side wall protective film 10 containing polythiazyl as a main component is formed on the side surface of the patterned Al-based metal layer 5 as shown in FIG.
When the surface of the refractory metal layer 4 is exposed, the etching stops at this surface.
【００３３】次に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で下層の高融点金属層４、バリア
メタル層３、密着層２ををパターニングする。 Ｓ2 Ｆ2 ３０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．５ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（２．０ＭＨｚ） 基板温度 ２０ ℃ 本エッチング過程では、Ｗ等の高融点金属層４はＦ* に
よるラジカル反応がＳＦx + 、Ｎ+ 等のイオン入射にア
シストされる形でエッチングは異方的に進む。同時にポ
リチアジルがパターニングされた高融点金属層４の側面
に堆積し、エッチングの異方性を高める。下層のバリア
メタル層３、密着層２も同様にＴｉのフッ化物としてス
パッタ除去される。この結果、図１（ｃ）に示すように
高融点金属層４、バリアメタル層３、密着層２はいずれ
も異方性よくパターニングされる。Next, the etching gas is switched to pattern the lower refractory metal layer 4, the barrier metal layer 3, and the adhesion layer 2 under the following etching conditions as an example. S 2 F 2 30 sccm N 2 20 sccm Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 30 W (2.0 MHz) Substrate temperature 20 ° C. In this etching process, a high melting point such as W is used. The metal layer 4 is anisotropically etched in such a manner that the radical reaction by F * is assisted by the incidence of ions such as SF x + and N + . At the same time, polythiazyl is deposited on the side surface of the patterned refractory metal layer 4 to enhance etching anisotropy. The lower barrier metal layer 3 and the adhesion layer 2 are similarly sputtered off as Ti fluoride. As a result, as shown in FIG. 1C, the refractory metal layer 4, the barrier metal layer 3, and the adhesion layer 2 are patterned with good anisotropy.
【００３４】また被エッチング基板温度を２０℃に設定
しているので、ポリチアジルは効率よく被エッチング基
板上に堆積し、またこの温度ではエッチングレートも実
用上充分な値が得られる。エッチング終了後、被エッチ
ング基板を１３０℃以上に加熱することにより、ポリチ
アジルの側壁保護膜１０は昇華除去され図１（ｄ）に示
すように０．３５μｍ幅の積層配線が完成する。無機材
料系マスク１１、反射防止層６ともに別途除去してもよ
いし、このまま残して層間絶縁膜の１部として使用して
もよい。Since the temperature of the substrate to be etched is set to 20 ° C., polythiazyl is efficiently deposited on the substrate to be etched, and at this temperature, the etching rate of practically sufficient value can be obtained. After the etching is finished, the substrate to be etched is heated to 130 ° C. or higher, whereby the polythiazyl side wall protective film 10 is removed by sublimation to complete a laminated wiring having a width of 0.35 μm as shown in FIG. The inorganic material-based mask 11 and the antireflection layer 6 may be removed separately, or may be left as they are and used as a part of the interlayer insulating film.
【００３５】本実施例では、ポリチアジルの強固な側壁
保護膜１０を用いるので、実施例１に比して基板バイア
スパワーを大幅に下げているにもかかわらずサイドエッ
チングが有効に防止され、完成した積層配線の異方性形
状はいささかの劣化もない。これはオーバーエッチング
率が大きな場合には特に有利である。またバイアスパワ
ー低減の効果により、下地絶縁膜１等のスパッタによる
再付着がなく、パーティクル汚染の防止に寄与する。In this embodiment, since the strong side wall protective film 10 of polythiazyl is used, side etching is effectively prevented and completed even though the substrate bias power is greatly reduced as compared with the first embodiment. The anisotropic shape of the laminated wiring does not cause any deterioration. This is particularly advantageous when the overetching rate is large. Further, due to the effect of reducing the bias power, there is no redeposition of the base insulating film 1 or the like due to sputtering, which contributes to prevention of particle contamination.
【００３６】実施例３ 本実施例はＳｉ3 Ｎ4 を無機材料系マスクとして使用
し、ポリチアジルを堆積しながら積層配線をエッチング
した例であり、このプロセスを同じく図１（ａ）〜
（ｄ）を参照して説明する。Example 3 This example is an example in which Si 3 N 4 is used as an inorganic material type mask and the laminated wiring is etched while polythiazil is deposited. This process is also shown in FIG.
This will be described with reference to (d).
【００３７】本実施例で用いる被エッチング基板は無機
材料系マスクとしてＳｉＯ2 に替えてＳｉ3 Ｎ4 を用い
た他は実施例１で用いた図１（ａ）に示すものと同じな
ので、重複する説明を省略する。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に
より、一例として下記条件にてＴｉＯＮからなる反射防
止層６とＡｌ系金属層５をエッチングする。 Ｓ2 Ｃｌ2 ３０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．５ 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 ℃ 本エッチング過程では、Ｃｌ* によるラジカル反応がＣ
ｌ+ 、ＳＣｌx + 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。また同時に、Ｓｉ3 Ｎ 4 マスク
からスパッタされるＮ原子と、プラズマ中で放電解離し
て生成する遊離のイオウとがチアジルを形成し、被エッ
チング基板上にはポリチアジルとなって堆積して側壁保
護膜１０を形成し、異方性エッチングに寄与する。エッ
チングは高融点金属層４表面が露出すると、この面で停
止する。The substrate to be etched used in this example is inorganic.
SiO as material mask2Instead of Si3NFourUsing
Other than that, it is the same as that shown in FIG.
Therefore, redundant description will be omitted. This etched substrate
To the substrate bias application type ECR plasma etching system
Therefore, as an example, the antireflection coating made of TiON under the following conditions
The stop layer 6 and the Al-based metal layer 5 are etched. S2Cl2 30 sccm Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 40 W (2 MHz) Substrate temperature 20 ° C. In this etching process, Cl*Radical reaction by C
l+, SClx +Etch is assisted by ions such as
The ching progresses anisotropically. At the same time, Si3N Fourmask
From the N atoms sputtered from the
The free sulfur that is generated as a result forms thiazyl and
Polythiazil is deposited on the substrate to form a sidewall protection
It forms the protective film 10 and contributes to anisotropic etching. Eh
When the surface of the refractory metal layer 4 is exposed, the ching stops on this surface.
Stop.
【００３８】反射防止層６とＡｌ系金属層５をエッチン
グ後、エッチングガスを切り替え、一例として下記エッ
チング条件で下層の高融点金属層４、バリアメタル層
３、密着層２ををパターニングする。 Ｓ2 Ｆ2 ３０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．５ 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 ℃ 本エッチング過程では、Ｗ等の高融点金属層４はＦ* に
よるラジカル反応がＦ + 、ＳＦx + 等のイオン入射にア
シストされる形でエッチングは異方的に進む。また同時
に、Ｓｉ3 Ｎ4 マスクからスパッタされるＮ原子と、プ
ラズマ中で放電解離して生成する遊離のイオウとが１部
チアジルを形成し、被エッチング基板上にはイオウおよ
びポリチアジルが堆積して側壁保護膜１０を形成し、異
方性エッチングに寄与する。下層のバリアメタル層３、
密着層２も同様にＴｉのフッ化物としてスパッタ除去さ
れる。この結果、図１（ｃ）に示すように高融点金属層
４、バリアメタル層３、密着層２はいずれも異方性よく
パターニングされる。Etching the antireflection layer 6 and the Al-based metal layer 5
After etching, switch the etching gas and
High melting point metal layer 4 and barrier metal layer under the etching conditions
3. The adhesion layer 2 is patterned. S2F2 30 sccm Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 40 W (2 MHz) Substrate temperature 20 ° C In this etching process, the refractory metal layer 4 such as W is F*To
Radical reaction by F +, SFx +For ion injection such as
Etching proceeds anisotropically in the form of cysts. Again at the same time
, Si3NFourN atoms sputtered from the mask and
1 part of free sulfur generated by discharge dissociation in plasma
It forms thiazil, and sulfur and
And polythiazyl are deposited to form the side wall protective film 10,
Contributes to isotropic etching. The lower barrier metal layer 3,
The adhesion layer 2 is also sputter-removed as Ti fluoride.
Be done. As a result, as shown in FIG. 1C, the refractory metal layer
4, the barrier metal layer 3 and the adhesion layer 2 all have good anisotropy
Patterned.
【００３９】また被エッチング基板温度を２０℃に設定
しているので、ポリチアジルは効率よく被エッチング基
板上に堆積し、またこの温度ではエッチングレートも実
用上充分な値が得られる。エッチング終了後、被エッチ
ング基板を１３０℃以上に加熱することにより、イオウ
およびポリチアジルからなる側壁保護膜１０は昇華除去
され図１（ｄ）に示すように０．３５μｍ幅の積層配線
が完成する。無機材料系マスク１１、反射防止層６とも
に別途除去してもよいし、このまま残して層間絶縁膜の
１部として使用してもよい。Further, since the temperature of the substrate to be etched is set to 20 ° C., polythiazyl is efficiently deposited on the substrate to be etched, and at this temperature, the etching rate of practically sufficient value can be obtained. After the etching is finished, by heating the substrate to be etched to 130 ° C. or higher, the side wall protective film 10 made of sulfur and polythiazil is removed by sublimation to complete a laminated wiring having a width of 0.35 μm as shown in FIG. 1D. The inorganic material-based mask 11 and the antireflection layer 6 may be removed separately, or may be left as they are and used as a part of the interlayer insulating film.
【００４０】本実施例では、イオウおよびポリチアジル
からなる側壁保護膜１０を用いるので、実施例１に比し
て基板バイアスパワーを下げているにもかかわらずサイ
ドエッチングが有効に防止され、完成した積層配線の異
方性形状の劣化は見られない。またバイアスパワー低減
の効果により、下地絶縁膜１等のスパッタによる再付着
がなく、パーティクル汚染の防止に寄与する。In this embodiment, since the side wall protective film 10 made of sulfur and polythiazil is used, side etching is effectively prevented even though the substrate bias power is lowered as compared with the first embodiment, and the completed laminated film is obtained. No deterioration of the anisotropic shape of the wiring is observed. Further, due to the effect of reducing the bias power, there is no redeposition of the base insulating film 1 or the like due to sputtering, which contributes to prevention of particle contamination.
【００４１】以上、本発明を３例の実施例をもって説明
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。Although the present invention has been described with reference to the three examples, the present invention is not limited to these examples.
【００４２】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
６として、Ａｌ−Ｓｉを例示したが、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
合金、Ａｌ−Ｃｕ合金や純Ａｌを用いてもよい。Blanket CVD as refractory metal layer 4
However, other refractory metals such as Ta and Mo, their alloys, and silicides may be used. Although Al-Si is exemplified as the Al-based metal layer 6, Al-Si-Cu is used.
An alloy, an Al-Cu alloy, or pure Al may be used.
【００４３】無機材料系マスクとして、ＳｉＯ2 、Ｓｉ
3 Ｎ4 を用いたが、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 等他
の材料を単層または積層して適宜使用してよい。光学的
条件を満たせば、下地の反射防止層と兼用してもよい。As an inorganic material type mask, SiO 2 , Si
Although 3 N 4 is used, other materials such as SiON, SiC, and Al 2 O 3 may be used as a single layer or a laminate as appropriate. If it satisfies the optical conditions, it may also serve as the underlying antireflection layer.
【００４４】反射防止層としてＴｉＯＮを例示したが、
露光波長等の条件を選ぶことによりａ−Ｓｉ、Ｓｉ
Ｏ2 、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。反射防止層は必要が
なければ省略してよい。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。バリアメタル層と密着層は、必要が無ければ使
用しなくてもよい。Although TiON is exemplified as the antireflection layer,
A-Si, Si by selecting conditions such as exposure wavelength
O 2 , Si 3 N 4 , SiON, SiC, or an organic material may be appropriately selected and used. The antireflection layer may be omitted if not necessary. TiN also as a barrier metal layer
However, TiON, TiW, TiSi x or the like may be used. The barrier metal layer and the adhesion layer may not be used if there is no need.
【００４５】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はない。例えば、塩化イオウ
系ガスとしてＳ3 Ｃｌ2 やＳＣｌ2 等他のガスを用いて
もよい。フッ化イオウ系ガスとして、ＳＦ2 、ＳＦ4 、
Ｓ2 Ｆ10等のガスを使用してもよい。これらのガスに、
Ｈ2 、Ｈ2 Ｓ、ＳｉＨ4 等のＨ系ガスを添加すると、Ｃ
ｌやＦのイオンやラジカルを消費し、イオウやポリチア
ジルの堆積効率を上昇する効果がある。The etching gas system is not limited to the examples given in the examples. For example, other gases such as S 3 Cl 2 and SCl 2 may be used as the sulfur chloride gas. SF 2 , SF 4 ,
A gas such as S 2 F 10 may be used. To these gases,
When H-based gas such as H 2 , H 2 S and SiH 4 is added, C
It has the effect of consuming the ions and radicals of 1 and F and increasing the deposition efficiency of sulfur and polythiazyl.
【００４６】Ｎ系ガスとしては、Ｎ2 の他にＮＦ3 、Ｎ
2 Ｈ4 が使用できる。ＮＨ3 の添加は、硫化アンモニウ
ムを生成し、このものは昇華では除去困難であるので好
ましくない。またＨＢｒ等Ｂｒ系ガスやＨＩ等のＩ系ガ
スの添加もレジストマスクや下地材料層との選択性向上
に有効である。勿論Ａｒ、Ｈｅ等の不活性希釈ガスを添
加してもよい。As the N-based gas, in addition to N 2 , NF 3 , N
2 H 4 can be used. Addition of NH 3 is not preferable because it produces ammonium sulfide, which is difficult to remove by sublimation. Further, addition of Br-based gas such as HBr or I-based gas such as HI is also effective for improving the selectivity with respect to the resist mask and the base material layer. Of course, an inert diluent gas such as Ar or He may be added.
【００４７】エッチング装置は基板バイアス印加型ＥＣ
Ｒプラズマエッチング装置を用いたが、平行平板型ＲＩ
Ｅ装置、マグネトロンＲＩＥ装置、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、基板加熱室、アッシン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の向上が期待で
きる。The etching apparatus is a substrate bias application type EC
R parallel plasma type RI was used.
The E apparatus, the magnetron RIE apparatus, the helicon wave plasma etching apparatus, etc. may be of any type. Throughput can be expected to be improved by using a multi-chamber continuous processing system composed of a load lock chamber, a substrate heating chamber, an assing chamber, and the like.
【００４８】[0048]
【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等高融点金属層上にＡｌ系金属層が形成され
た構造を含む積層配線を無機材料系マスクを用いてパタ
ーニングするドライエッチング方法において、イオウま
たはポリチアジルの側壁保護膜を形成しながらエッチン
グすることにより、次の効果を得られる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the laminated wiring including the structure in which the Al-based metal layer is formed on the refractory metal layer such as W is patterned using the inorganic material-based mask. In the dry etching method, the following effects can be obtained by etching while forming the side wall protective film of sulfur or polythiazyl.
【００４９】無機材料系マスクによる上記積層配線構造
のエッチングでは、ＡｌＦx 系のフェンス状残渣による
パーティクル汚染等の問題を防止できる代償として、サ
イドエッチングの発生を防ぎきれなかった。本発明で
は、イオウまたはポリチアジルの堆積物をエッチングガ
ス中から供給し、これを側壁保護膜として利用するた
め、サイドエッチングのない異方性形状にすぐれたパタ
ーニングが可能となった。In the etching of the above-mentioned laminated wiring structure using the inorganic material type mask, side etching cannot be completely prevented at the cost of being able to prevent problems such as particle contamination due to the fence-like residue of AlF x type. In the present invention, the deposit of sulfur or polythiazyl is supplied from the etching gas and is used as the side wall protective film, so that it is possible to perform excellent patterning in an anisotropic shape without side etching.
【００５０】イオウまたはポリチアジルの側壁保護膜
は、被エッチング層の側面をラジカルのアタックから保
護する効果に優れる一方、エッチング終了後には被エッ
チング基板の加熱により容易に昇華除去できるので、被
エッチング基板やエッチングチャンバに汚染を残す虞れ
はない。The side wall protective film of sulfur or polythiazyl has an excellent effect of protecting the side surface of the layer to be etched from the attack of radicals, while it can be easily sublimated and removed by heating the substrate to be etched after etching. There is no risk of leaving contamination in the etching chamber.
【００５１】レジストマスクによるパターニングの場合
には、レジストマスクの分解生成物を側壁保護膜として
利用するので、マスクのパターン密度の疎密の影響を受
け、側壁保護膜の効果も不均一であった。本発明のよう
に、エッチングガスから側壁保護膜材料を供給すれば、
マスクパターンの疎密に左右されることなく均一な側壁
保護膜を形成できる。このため、サイドエッチング防止
の効果も極めて均一なものである。In the case of patterning with a resist mask, the decomposition product of the resist mask is used as a side wall protective film, so that the effect of the side wall protective film was non-uniform due to the influence of the density of the pattern density of the mask. If the sidewall protective film material is supplied from the etching gas as in the present invention,
It is possible to form a uniform side wall protective film without depending on the density of the mask pattern. Therefore, the effect of preventing side etching is also extremely uniform.
【００５２】本発明のエッチング方法は、基板を０℃以
下の低温に冷却してラジカル反応を抑制する方法を採ら
ないので、実用的なエッチングレートを確保した上で上
記効果を達成できる。Since the etching method of the present invention does not employ a method of suppressing the radical reaction by cooling the substrate to a low temperature of 0 ° C. or lower, the above effect can be achieved while ensuring a practical etching rate.
【００５３】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優れた低抵抗の信頼性に富ん
だ積層配線のドライエッチング方法が確立され、その実
用化が可能となる。本発明による積層配線のドライエッ
チング方法は、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、本発明が奏する効果は極めて大きい。With the above effects, a dry etching method for a laminated wiring having low resistance and excellent resistance to various migration such as electromigration and stress migration and having a high reliability is established, and its practical application becomes possible. The dry etching method for laminated wiring according to the present invention is particularly effective when used for internal wiring of a semiconductor device having a fine wiring width of 0.5 μm or less, and the effect of the present invention is extremely large.
【図１】本発明の積層配線のドライエッチング方法の実
施例１、２および３における工程を示す概略断面図であ
り、（ａ）は下地絶縁膜上に密着層、バリアメタル層、
高融点金属層、Ａｌ系金属層、反射防止層および無機材
料系マスクを順次形成した状態、（ｂ）は反射防止層と
Ａｌ系金属層を側壁保護膜を形成しつつパターニングし
た状態、（ｃ）は高融点金属層、バリアメタル層および
密着層を側壁保護膜を形成しつつパターニングした状
態、（ｄ）は側壁保護膜を除去して積層配線が完成した
状態である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the steps in Examples 1, 2 and 3 of the method for dry-etching a laminated wiring according to the present invention, in which (a) is an adhesion layer, a barrier metal layer, and
A state in which a refractory metal layer, an Al-based metal layer, an antireflection layer, and an inorganic material-based mask are sequentially formed, (b) a state in which the antireflection layer and the Al-based metal layer are patterned while forming a sidewall protective film, (c) () Is a state in which the refractory metal layer, the barrier metal layer and the adhesion layer are patterned while forming the side wall protective film, and (d) is a state in which the side wall protective film is removed to complete the laminated wiring.
【図２】従来のレジストマスクを用いた積層配線のドラ
イエッチング方法の工程における問題点を示す概略断面
図であり、（ａ）は下地絶縁膜上に密着層、バリアメタ
ル層、高融点金属層、Ａｌ系金属層、反射防止層および
レジストマスクを順次形成した状態、（ｂ）は反射防止
層およびＡｌ系金属層をエッチングして側壁付着膜が形
成された状態、（ｃ）は続けて高融点金属層、密着層と
バリアメタル層をパターニングして側壁変質膜が形成さ
れた状態、（ｄ）はレジストマスクをアッシング除去し
た状態である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a problem in a step of a dry etching method for a laminated wiring using a conventional resist mask, and (a) is an adhesion layer, a barrier metal layer, and a refractory metal layer on a base insulating film. , A state in which an Al-based metal layer, an antireflection layer, and a resist mask are sequentially formed, (b) is a state in which the antireflection layer and the Al-based metal layer are etched to form a sidewall adhesion film, and (c) is a high level. The melting point metal layer, the adhesion layer and the barrier metal layer are patterned to form a side wall altered film, and (d) is a state where the resist mask is removed by ashing.
【図３】従来の無機材料系マスクを用いた積層配線のド
ライエッチング方法の工程における問題点を示す概略断
面図であり、（ａ）は下地絶縁膜上に密着層、バリアメ
タル層、高融点金属層、Ａｌ系金属層、反射防止層およ
び無機材料系マスクを順次形成した状態、（ｂ）は反射
防止層とＡｌ系金属層をパターニングしてサイドエッチ
ングが発生した状態、（ｃ）は続けて高融点金属層と密
着層、バリアメタル層をパターニングしてた状態であ
る。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a problem in a step of a dry etching method for a laminated wiring using a conventional inorganic material-based mask, (a) showing an adhesion layer, a barrier metal layer, and a high melting point on a base insulating film. A state in which a metal layer, an Al-based metal layer, an antireflection layer, and an inorganic material-based mask are sequentially formed, (b) is a state in which the antireflection layer and the Al-based metal layer are patterned to cause side etching, and (c) is continued. The refractory metal layer, the adhesion layer, and the barrier metal layer are patterned.
１ 絶縁膜 ２ 密着層 ３ バリアメタル層 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 側壁付着膜 ９ 側壁変質膜 １０ 側壁保護膜 １１ 無機材料系マスク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulation film 2 Adhesion layer 3 Barrier metal layer 4 Refractory metal layer 5 Al-based metal layer 6 Antireflection layer 7 Resist mask 8 Side wall adhesion film 9 Side wall alteration film 10 Side wall protection film 11 Inorganic material type mask
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3205 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｎ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 21/3205 H01L 21/88 N
Claims (9)
れた構造を含む積層配線を、無機材料系マスクを用いて
パターニングするドライエッチング方法において、 該Ａｌ系金属層を塩化イオウ系ガスを含むガスでエッチ
ング後、前記高融点金属層をフッ化イオウ系ガスを含む
ガスによりエッチングすることを特徴とする、積層配線
のドライエッチング方法。1. A dry etching method of patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer using an inorganic material-based mask, wherein the Al-based metal layer is sulfur chloride-based gas. A method for dry-etching a laminated wiring, wherein the refractory metal layer is etched with a gas containing a sulfur fluoride-based gas after etching with a gas containing a.
ジルから選ばれる少なくとも１種を堆積しながらエッチ
ングすることを特徴とする、請求項１記載のドライエッ
チング方法。2. The dry etching method according to claim 1, wherein etching is performed while depositing at least one selected from sulfur and polythiazyl on the substrate to be etched.
れた構造を含む積層配線を、無機材料系マスクを用いて
パターニングするドライエッチング方法において、 該Ａｌ系金属層を塩化イオウ系化合物とＮ系ガスとを含
む混合ガスでエッチング後、前記高融点金属層をフッ化
イオウ系ガスとＮ系ガスとを含む混合ガスによりエッチ
ングすることを特徴とする、積層配線のドライエッチン
グ方法。3. A dry etching method for patterning a laminated wiring including a structure in which an Al-based metal layer is formed on a refractory metal layer using an inorganic material-based mask, wherein the Al-based metal layer is a sulfur chloride-based compound. A dry etching method for laminated wiring, which comprises etching the high melting point metal layer with a mixed gas containing a sulfur fluoride-based gas and an N-based gas after etching with a mixed gas containing an N-based gas.
積しながらエッチングすることを特徴とする、請求項３
記載のドライエッチング方法。4. The method according to claim 3, wherein etching is performed while depositing polythiazyl on the substrate to be etched.
The dry etching method described.
９０℃以上に加熱し、イオウを昇華除去することを特徴
とする、請求項２記載のドライエッチング方法。5. The dry etching method according to claim 2, wherein after the etching is finished, the substrate to be etched is heated to 90 ° C. or higher to remove sulfur by sublimation.
１３０℃以上に加熱し、ポリチアジルを昇華除去するこ
とを特徴とする、請求項２および４記載のドライエッチ
ング方法。6. The dry etching method according to claim 2, wherein after the etching is finished, the substrate to be etched is heated to 130 ° C. or higher to sublimate and remove polythiazyl.
Ｃｌ2 およびＳＣｌ2からなる群から選ばれる少なくと
も１種であることを特徴とする、請求項１および３記載
のドライエッチング方法。7. Sulfur chloride-based gas is S 2 Cl 2 , S 3
4. The dry etching method according to claim 1, wherein the dry etching method is at least one selected from the group consisting of Cl 2 and SCl 2 .
2 、ＳＦ4 およびＳ2Ｆ10からなる群から選ばれる少な
くとも１種であることを特徴とする、請求項１および３
記載のドライエッチング方法。8. Sulfur fluoride gas is S 2 F 2 or SF
2. At least one member selected from the group consisting of 2 , SF 4 and S 2 F 10 , and
The dry etching method described.
下であることを特徴とする、請求項１および３記載のド
ライエッチング方法。9. The dry etching method according to claim 1, wherein the pattern width of the laminated wiring is 0.5 μm or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5616494A JPH07263425A (en) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | Dry etching of laminated wiring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5616494A JPH07263425A (en) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | Dry etching of laminated wiring |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263425A true JPH07263425A (en) | 1995-10-13 |
Family
ID=13019459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5616494A Pending JPH07263425A (en) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | Dry etching of laminated wiring |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07263425A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998032162A1 (en) * | 1997-01-21 | 1998-07-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pattern forming method |
| KR100399443B1 (en) * | 2001-06-28 | 2003-09-29 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming a metal line |
| JP2007266307A (en) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device, and manufacturing method thereof |
| JP2007273907A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Oki Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing same |
| KR101038929B1 (en) * | 2009-02-12 | 2011-06-07 | 주식회사 하이닉스반도체 | Phase Change RAM device and method of manufacturing the same |
-
1994
- 1994-03-25 JP JP5616494A patent/JPH07263425A/en active Pending
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