JPH08274103A - 積層配線のパターニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｗ層とＡｌ系金属層とが積層された、マイグ
レーション耐性に優れた積層配線を、サイドエッチング
やパーティクル汚染の発生を伴わずに異方性エッチング
する。 【構成】 エッチングガスとしてＣｌ₂ Ｏ等の酸化塩素
系化合物ガスを採用し、１ステップでプラズマエッチン
グする。Ｓ₂ Ｃｌ₂ 等の塩化イオウ系ガスを添加しても
よい。 【効果】 高融点金属層４はオキシ塩化物を形成してエ
ッチングが進行するとともに、高融点金属の塩化物を含
む側壁保護膜８が形成され異方性加工される。またＦ系
ガスを用いないので、ＡｌＣｌ_x を含むＡｌ系金属層５
の側壁保護膜８がＡｌＦ_x 系のフェンス状残渣となって
残ることがない。

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等の内部配線
に用いる積層配線のパターニング方法に関し、更に詳し
くは、高融点金属層と、Ａｌ系金属層とが積層された構
造を有する積層配線のパターニング方法に関する。

【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。従来より内部配線材料
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
する場合があり、デバイス信頼性の上で大きな問題とな
っている。

【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。しかし、Ｗは電気抵抗がＡｌに比して高
く、Ｗ単層である程度の長さの配線を形成した場合に
は、配線抵抗の増大や信号伝播速度の低下が見られる。
そこで両者を組み合わせた積層配線とすることで配線抵
抗値を確保し、たとえ低抵抗のＡｌ系金属層が断線して
も、積層された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、
高融点金属の中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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｗ等の
高融点金属層とＡｌ系金属層とを積層した構造を含む積
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観点
から、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起因するプロセス上の問題点を図
２（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

【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等による密着層２、
ＴｉＮ等のバリアメタル層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の表面に段差が有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Ａ
ｌＣｌ_x 系の反応生成物がレジストの分解生成物である
ＣＣｌ_x とともに、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、ＡｌＣｌ_x 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ＡｌＦ
₃ 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。

【０００６】このように、一旦ＡｌＦ_x 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レッジを悪化
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
チャンバ内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。

【０００７】ＡｌＦ_x 系の側壁変質膜９の形成を回避す
るには、高融点金属層４のエッチング時にＦ系ガスを使
用せず、Ａｌ系金属層と同様Ｃｌ系ガスによりプラズマ
エッチングする方法も考えられる。しかしこの場合には
反応生成物であるＷＣｌ₅ をはじめとする高融点金属の
塩化物の蒸気圧が低いので、エッチングレートを確保す
るためには被エッチング基板を加熱したり、基板バイア
スを高めた条件でパターニングする必要があり、レジス
トマスクや下地材料層との選択比の確保が困難である。
さらに、この方法を積層配線のパターニングに採用する
と、Ａｌ系金属層のパターニング終了後も、Ａｌ系金属
層パターン側面が長時間Ｃｌ系プラズマに曝されるの
で、実質的に過剰のオーバーエッチングを続行する状態
となる。このため異方性加工されたＡｌ系金属層パター
ンにサイドエッチングが入るという新たな問題が生じ
る。

【０００８】かかるサイドエッチングは、サブハーフミ
クロン級の微細配線による半導体装置においては配線抵
抗値の増加や動作速度の低下、ストレスマイグレーショ
ン耐性の低下等の問題を発生し、積層配線の特長を相殺
しかねない。これらの問題は、高融点金属層上にＡｌ系
金属層が形成された構造の積層配線のパターニング時の
問題点であるが、Ａｌ系金属層上に高融点金属層が形成
された積層配線のパターニングにおいても、エッチング
ガスの切り替え等、プロセスの煩雑さやスループット低
減等の問題については同様である。

【０００９】そこで本発明の課題は、高融点金属層とＡ
ｌ系金属層とが積層された構造を含む微細幅の積層配線
のパターニングにおいて、アンダカットやサイドエッチ
ングの発生のない、異方性と選択性にすぐれたスループ
ットの高いパターニング方法を新たに提供することであ
る。

【００１０】また本発明の課題は、高融点金属層とＡｌ
系金属層が積層された構造を含む微細幅の積層配線のパ
ターニングにおいて、フェンス状残渣の発生を防止し、
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しうるクリーンなパターニン
グ方法を提供することである。

【００１１】さらに本発明の課題は、側壁に残留する変
質膜等に起因して、積層配線上に形成する層間絶縁膜の
ステップカバレッジを低下することのない、信頼性のあ
る多層配線構造を形成しうる積層配線のパターニング方
法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の積層配線のパタ
ーニング方法は、上述の課題を解決するために提案する
ものであり、高融点金属層とＡｌ系金属層とが積層され
た積層構造を有する積層配線のパターニング方法におい
て、被エッチング基板を室温以下に制御しつつ、少なく
とも酸化塩素系化合物ガスを含むエッチングガスを用い
て、この積層構造をプラズマエッチングすることを特徴
とするものである。

【００１３】また本発明の積層配線のパターニング方法
は、高融点金属層とＡｌ系金属層とが積層された積層構
造を有する積層配線のパターニング方法において、被エ
ッチング基板を室温以下に制御しつつ、少なくとも酸化
塩素系化合物ガスと、放電解離条件下でプラズマ中に遊
離のイオウを生成しうる塩化イオウ系化合物とを含むエ
ッチングガスを用いて、この積層構造をプラズマエッチ
ングすることを特徴とするものである。

【００１４】本発明で採用する酸化塩素系化合物ガスと
しては、Ｃｌ₂ Ｏ、ＣｌＯ₂ およびＣｌ₂ Ｏ₇ 等が例示
され、これらのうちの少なくとも１種を単独あるいは混
合して用いればよい。

【００１５】また本発明で採用する放電解離条件下でプ
ラズマ中に遊離のイオウを生成しうる塩化イオウ系化合
物としては、Ｓ₃ Ｃｌ₂ 、Ｓ₂ Ｃｌ₂ およびＳＣｌ₂ 等
があり、これらのうちの少なくとも１種を単独あるいは
混合して用いればよい。

【００１６】本発明において被エッチング基板を室温以
下に制御するという温度条件は、通常の半導体製造工程
におけるクリーンルームの温度以下を意味し、通常は２
５℃以下である。極端な低温冷却、例えば液体窒素を用
いた−数十℃以下の低温は必要としない。本発明の積層
配線のパターニング方法は、積層配線のパターン幅が
０．５μｍ以下の微細幅である場合にも好適に用いるこ
とができる。

【００１７】

【作用】本発明の骨子は、高融点金属層とＡｌ系金属層
とが積層された積層構造を有する積層配線のパターニン
グ方法において、被エッチング基板を室温以下に制御し
つつ、酸化塩素系化合物ガスを用いて１ステップでプラ
ズマエッチングする点にある。

【００１８】この場合、Ａｌ系金属層のプラズマエッチ
ングにおいては、反応生成物として蒸気圧の大きいＡｌ
Ｃｌ_x を形成してエッチング反応を進めるとともに、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。Ａｌ系金属層パターニング側面は同時に僅かに酸化
され、薄いアルミナ系の酸化膜が形成される。これらは
いずれもＡｌ系金属層の異方性加工に寄与し、引き続く
高融点金属層のエッチング時にもサイドエッチングを防
止する。本発明においては、被エッチング基板を室温以
下、例えば０℃に制御しているので、ラジカル反応は抑
制され、エッチング期間中を通じてＡｌ系金属層パター
ンの側壁をＣｌ^* （塩素ラジカル）のアタックから保護
することも異方性エッチングに役立つ。

【００１９】一方、Ｗをはじめとする高融点金属層は、
反応生成物としてオキシ塩化物を生成してエッチング反
応が進行する。一般的に高融点金属のオキシ塩化物の蒸
気圧は、高融点金属塩化物と高融点金属フッ化物の中間
に位置する。このため、酸化塩素系化合物ガスを用いた
高融点金属層のプラズマエッチングは、Ｃｌ系ガスを用
いた場合よりエッチングレートが大きく、しかもイオン
の垂直入射を受けるパターン底部においてのみ、イオン
アシスト反応によりオキシ塩化物系の反応生成物が揮発
ないし昇華除去される。この反面、イオンの垂直入射が
原理的に生じないパターンの側面においは、反応生成物
が除去されずに留まるので側壁保護膜の機能を果たし、
もともと被エッチング基板の温度制御により弱められて
いるラジカル反応による等方的なサイドエッチングを防
止するので、効果的に異方性エッチングが進行する。こ
のため、従来のＦ系ガスによる高融点金属層のプラズマ
エッチングのように、ポリマ系の側壁保護膜を厚く堆積
することなく、高異方性加工が達成される。またＢｒ系
ガスを採用した場合のように、エッチングレートの大幅
な低下や、エッチング残渣の発生を招く虞れはない。代
表的な高融点金属であるＷの化合物の大気圧下でのフッ
点を下記に示す。 ＷＦ₆ １７．５ ℃ ＷＯＣｌ₄ ２２７．５ ℃ ＷＣｌ₅ ２７５．６ ℃ ＷＢｒ₅ ３３３ ℃ なお化合物のフッ点のデータは、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏ
ｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｉｓｉ
ｃｓ ７５ｔｈ．Ｅｄｉｔｉｏｎ（１９９４，ＣＲＣ
Ｐｒｅｓｓ社刊）による。

【００２０】さらに、Ａｌ系金属層のエッチング後、Ｆ
系ガスを用いることがないので、ＡｌＣｌ_x を含む側壁
付着膜はＡｌＦ_x 系の側壁変質膜に変換されることがな
い。このため除去困難なフェンス状残渣が残留せず、被
エッチング基板ならびにエッチング装置内のパーティク
ル汚染の問題も解決できる。同時に後に形成する層間絶
縁膜や上層配線のステップカバレッジの低下もなくな
る。

【００２１】本発明は以上のような技術思想を根底とす
るが、より一層の効果の徹底を図るため、酸化塩素系化
合物ガスと、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオ
ウを生成しうるＳ系化合物との混合ガスを採用してプラ
ズマエッチングする方法を提案している。この場合、プ
ラズマ中で解離生成する遊離のイオウは、室温以下に制
御された被エッチング基板上に堆積し、入射イオンに平
行なパターン側面にイオウの側壁保護膜を形成する。イ
オウは先述したレジストマスクの分解生成物や反応生成
物と協調して、より強固な側壁保護膜を形成する。この
ため、異方性加工に必要な入射イオンエネルギを低減で
き、より一層の選択性の向上と、エッチングダメージの
低減が達成できる。

【００２２】また放電解離条件下でプラズマ中に遊離の
イオウを生成しうるＳ系化合物に、さらにＮ₂ 等のＮ系
ガスを添加すれば、プラズマ中にチアジル（ＳＮ）が形
成され、これは直ちに重合するのでポリチアジル（Ｓ
Ｎ）_n の側壁保護膜の利用が可能となる。ポリチアジル
はイオウよりさらに強固な側壁保護膜を形成するので、
さらに一層の選択性の向上と低ダメージ化に寄与する。
またこれらイオウ系の側壁保護膜は、エッチング終了後
被エッチング基板を減圧下で加熱すれば容易に昇華除去
できるので基板汚染やパーティクルレベルの低下の虞れ
はない。昇華温度はイオウで約９０℃以上、ポリチアジ
ルで約１５０℃以上である。これらのイオウ系の側壁保
護膜はまた、レジストマスクのアッシング時に同時に除
去してもよい。Ｎ系ガスとしてはＮ₂ の他にＮ₂ Ｈ₂ や
その誘導体、ＮＦ₃ 等がある。

【００２３】本発明においては、上述の機構により積層
配線のサイドエッチングやパターン変換差の発生を防止
することが可能となるので、とりわけパターン幅が０．
５μｍ以下の微細な積層配線のパターニングに用いた場
合に配線抵抗の増加やアフターコロージョン等の諸問題
を解決することができ、その効果が大きい。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照しながら説明する。

【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
た積層構造のパターニングにおいて、酸化塩素系化合物
ガスとしてＣｌ₂ Ｏを採用し、Ｃｌ₂ Ｏ／ＢＣｌ₃ 混合
ガスによりエッチングした例であり、これを図１（ａ）
〜（ｃ）を参照して説明する。なお、従来例の説明に用
いた図２と同様の構成部分には同一の参照番号を付与す
るものとする。

【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、これも図示しない半導体基板
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７０ｎｍ、高融点金属層４が２００ｎ
ｍ、Ａｌ系金属層５が３００ｎｍそして反射防止層６が
７０ｎｍである。

【００２７】つぎに、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り、０．３５
μｍ幅のレジストマスクマスク７を形成する。ここまで
形成した図１（ａ）に示す試料を被エッチング基板とす
る。

【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各層を１ステップによりエッチン
グする。 Ｃｌ₂ Ｏ ６０ ｓｃｃｍ ＢＣｌ₃ ６０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２．０ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ４０ Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ） 基板温度 ０ ℃ 本エッチング工程では、ＥＣＲ放電によりＣｌ₂ とＢＣ
ｌ₃ から解離生成するＣｌ^* を主エッチング種とするラ
ジカル反応が、Ｃｌ_x ⁺ 、ＢＣｌ_x ⁺ およびＯ⁺ 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。
この際、反射防止膜７とＡｌ系金属層５は反応生成物と
してＴｉＣｌ_x 、ＡｌＣｌ_x 等を生成してエッチングが
進行する。また高融点金属層と密着層、バリアメタル層
はＷＯＣｌ₄ 、ＴｉＣｌ_x 等を反応生成物として除去さ
れる。

【００２９】また同時に、レジストマスク７とパターニ
ングされつつある積層配線の側面には、図１（ｂ）に示
すようにレジストマスクの分解生成物に由来する炭素系
ポリマや、反応生成物であるＡｌＯ_x Ｃｌ_y やＷＣｌ_x
が付着し、側壁保護膜８を形成し異方性加工に寄与す
る。被エッチング基板が０℃に制御されラジカル反応が
抑制されていることもあり、良好な異方性形状を持つ積
層配線パターンが形成された。

【００３０】この後、通常のＯ₂ プラズマアッシングに
よりレジストマスク７と側壁保護膜８ａおよび８ｂを除
去し、図１（ｃ）に示すようにＡｌ／Ｗ系の積層配線の
パターニングが終了する。

【００３１】本実施例によれば、Ｃｌ₂ Ｏ／ＢＣｌ₃ 混
合ガスを用いた１ステップエッチングにより、Ａｌ／Ｗ
系の積層配線がサイドエッチングを生じることなく異方
性よくパターニングされる。また高融点金属層４のエッ
チングガスからＦ系ガスを排除したことにより、ＡｌＯ
_x Ｃｌ_y 系の側壁保護膜８がＡｌＦ_x 系の変質膜に変換
されることがない。このため、側壁保護膜８はエッチン
グ終了後のアッシングにより容易に除去することが可能
でありフェンス状残渣を残すことがない。レジスト剥離
液によりレジストマスク７を除去する場合には、剥離液
処理およびこれに続く純水洗浄により、側壁付着膜８も
同時にウェット除去可能であり、なんら残渣を残す虞れ
はない。

【００３２】実施例２ 本実施例は、Ｗ層上にＡｌ−１％Ｓｉ合金層が形成され
た積層構造のエッチングにおいて、ＣｌＯ₂ ／Ｓ₂ Ｃｌ
₂ 混合ガスによりパターニングした例であり、これを同
じく図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。

【００３３】まず、図１（ａ）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
により、一例として下記エッチング条件により各層を連
続的にエッチングする。 ＣｌＯ₂ ６０ ｓｃｃｍ Ｓ₂ Ｃｌ₂ ６０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ２．０ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３５ Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ） 基板温度 ０ ℃ 本エッチング工程では、ＥＣＲ放電によりＣｌ₂ Ｏおよ
びＳ₂ Ｃｌ₂ から解離生成するＣｌ^* を主エッチング種
とするラジカル反応が、Ｃｌ_x ⁺ 、ＳＣｌ_x ⁺およびＯ
⁺ 等のイオンにアシストされる形でエッチングは異方的
に進行する。この際、反射防止膜７とＡｌ系金属層５は
反応生成物としてＴｉＣｌ_x 、ＡｌＣｌ_x 等を生成して
エッチングが進行する。また高融点金属層と密着層、バ
リアメタル層はＷＯＣｌ₄ 、ＴｉＣｌ_x 等を反応生成物
として除去される。

【００３４】また同時に、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の側面には図
１（ｂ）に示すようにレジストマスクの分解生成物に由
来する炭素系ポリマや、反応生成物であるＡｌＯ_x Ｃｌ
_y やＷＣｌ_x に加えて、本実施例においてはイオウも堆
積し、強固な側壁保護膜８を形成し異方性加工に寄与す
る。このため、実施例１よりも入射イオンエネルギを下
げたプラズマエッチング条件であるにかかわらず、良好
な異方性加工が可能となり、同時に選択比の向上とエッ
チングダメージもより低減された。被エッチング基板が
０℃に制御されラジカル反応が抑制されていることも、
良好な異方性加工に寄与した。さらに、イオウの堆積を
利用することから、レジストマスクの分解生成物である
炭素系ポリマの堆積を低減でき、パーティクル汚染が減
少する。

【００３５】この後、通常のＯ₂ プラズマアッシングに
よりレジストマスク７と側壁保護膜８を除去し、図１
（ｃ）に示すようにＡｌ／Ｗ系の積層配線のパターニン
グが終了する。

【００３６】本実施例によれば、ＣｌＯ₂ ／Ｓ₂ Ｃｌ₂
混合ガスを用いた１ステップエッチングにより、Ａｌ／
Ｗ系の積層配線がサイドエッチングを生じることなく異
方性よくパターニングされる。また高融点金属層４のエ
ッチングガスからＦ系ガスを排除したことにより、Ａｌ
Ｏ_x Ｃｌ_y を含む側壁保護膜８がＡｌＦ_x 系の変質膜に
変換されることがない。このため、側壁保護膜８はエッ
チング終了後のアッシングにより容易に除去することが
可能でありフェンス状残渣を残すことがない。

【００３７】以上、本発明を２例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ことはな
い。

【００３８】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−１％Ｓｉを例示したが、Ａｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｃｕ合金等他のＡｌ合金や純Ａｌを用
いてもよい。また高融点金属層上にＡｌ系金属層が積層
された積層配線のパターニングを例にとったが、逆にＡ
ｌ系金属層上に高融点金属層が形成された積層配線のパ
ターニングであってもよい。

【００３９】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。バリアメタル層とし
てもＴｉＮを用いたが、ＴｉＯＮ、ＴｉＷ、ＴｉＳｉ_x
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。

【００４０】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ない。例えば、酸化塩素系化
合物ガスとして先述したようにＣｌ₂ Ｏ、ＣｌＯ₂ 以外
にもＣｌ₂ Ｏ₇ を用いることも可能である。放電解離条
件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成しうる塩化イオ
ウ系化合物も、Ｓ₂ Ｃｌ₂ の他に先述した各種ＳＣｌ系
化合物を使用することが可能である。これら塩化イオウ
系化合物ガスにＮ₂ 等のＮ系化合物を添加すれば、ポリ
チアジルによる強固な側壁保護膜を利用できる。勿論Ａ
ｒ、Ｈｅ等の不活性希釈ガスを添加してもよい。エッチ
ング装置は基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッチン
グ装置を用いたが、平行平板型ＲＩＥ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、アッシング室等で
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
トを向上することができる。

【００４１】

【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等の高融点金属層とＡｌ系金属層が積層され
た構造を含む積層配線のパターニング方法において、酸
化塩素系化合物ガスを含むエッチングガスにより１ステ
ップでエッチングすることにより、下記の効果を発揮す
る。

【００４２】エッチングにより除去される反応生成物、
および側壁保護膜として堆積する反応生成物の最適化に
より、実用的なエッチングレートを確保しつつ、サイド
エッチングのない高異方性加工が可能となる。また基板
バイアスを過度に高める必要がないので、高選択比加工
も可能となる。

【００４３】またエッチング反応系からフッ素系ガスを
排除したことにより、フェンス状残渣の発生がなく、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が
ない。また当然積層配線上に形成する層間絶縁膜のステ
ップカバレッジの低下がない。これらの効果は、酸化塩
素系化合物ガスに放電解離条件下でプラズマ中に遊離の
イオウを生成しうる塩化イオウ系化合物を添加すること
により、より一層徹底される。

【００４４】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すぐれた低抵抗の信頼性に
富んだ積層配線のパターニ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パターニン
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層配線のパターニング方法を、その
工程順に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）は側壁保護膜を形成しつつ積層配線をパター
ニングした状態、（ｃ）はレジストマスクと側壁保護膜
をアッシング除去して積層配線が完成した状態である。

【図２】従来の積層配線のパターニング方法における問
題点を、その工程順に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）は反射防止層とＡｌ系金属層
をパターニングして側壁保護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。

【符号の説明】

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 側壁保護膜 ９ 側壁変質膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高融点金属層とＡｌ系金属層との積層構
   造を有する積層配線のパターニング方法において、 被エッチング基板を室温以下に制御しつつ、少なくとも
   酸化塩素系化合物ガスを含むエッチングガスを用いて、
   前記積層構造をプラズマエッチングすることを特徴とす
   る、積層配線のパターニング方法。
2. 【請求項２】 高融点金属層とＡｌ系金属層との積層構
   造を有する積層配線のパターニング方法において、 被エッチング基板を室温以下に制御しつつ、少なくとも
   酸化塩素系化合物ガスと、放電解離条件下でプラズマ中
   に遊離のイオウを生成しうる塩化イオウ系化合物とを含
   むエッチングガスを用いて、前記積層構造をプラズマエ
   ッチングすることを特徴とする、積層配線のパターニン
   グ方法。
3. 【請求項３】 酸化塩素系化合物ガスは、Ｃｌ₂ Ｏ、Ｃ
   ｌＯ₂ およびＣｌ₂ Ｏ₇ 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または２記
   載の積層配線のパターニング方法。
4. 【請求項４】 積層配線のパターン幅は、０．５μｍ以
   下であることを特徴とする、請求項１または２記載の積
   層配線のパターニング方法。