JPH06314689A - アルミニウム系パターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ａｌ系材料層のドライエッチングにおけるマ
スク選択性、下地選択性を向上させ、パーティクルとア
フターコロージョンを低減する。 【構成】 Ａｌ系多層膜７をＣＯ／Ｃｌ₂ ／ＢＣｌ₃ 混
合ガスを用いてエッチングする。このとき、レジスト・
マスク８の分解生成物から形成されるＣＣｌ_x ポリマー
にはＣ−Ｏ結合やカルボニル基が導入されて強い化学結
合と静電吸着力が付与され、少量の堆積量で優れたレジ
スト・マスク８の表面保護効果とパターンの側壁保護効
果を発揮する。これにより、異方性加工に必要な入射イ
オン・エネルギーを低減でき、高選択性、低汚染性、低
コロージョン性が得られる。Ｓ（イオウ）の堆積を併用
してさらにプロセスを低汚染化したり、エッチング後に
フッ素系ガスによるプラズマ・クリーニングを行って低
コロージョン化を徹底させることも有効。

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製造分野等
において適用されるアルミニウム（Ａｌ）系パターンの
形成方法に関し、特にＡｌ系配線層のドライエッチング
においてレジスト選択性の向上、パーティクル汚染の低
減、アフターコロージョンの抑制等を図る方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の電極配線材料としては、Ａ
ｌ、あるいはこれに１〜２％のシリコン（Ｓｉ）を添加
したＡｌ−Ｓｉ合金、さらにストレス・マイグレーショ
ン対策として０．５〜１％の銅（Ｃｕ）を添加したＡｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ合金等のＡｌ系材料が広く使用されてい
る。

【０００３】Ａｌ系配線層のドライエッチングは、一般
に塩素系ガスを使用して行われている。たとえば、特公
昭５９−２２３７４号公報に開示されるＢＣｌ₃ ／Ｃｌ
₂ 混合ガスはその代表例である。Ａｌ系配線層のエッチ
ングにおいて主エッチング種として寄与する化学種はＣ
ｌ^* （塩素ラジカル）であり、自発的で極めて速やかな
エッチング反応を進行させる。しかし、Ｃｌ^* のみでは
エッチングが等方的に進行するため、通常は入射イオン
・エネルギーをある程度高めた条件下でイオン・アシス
ト反応を進行させ、かつ入射イオンにスパッタされたレ
ジスト・マスクの分解生成物を側壁保護膜として利用す
ることで、高選択性を達成している。ＢＣｌ₃ は、ＢＣ
ｌ_x ⁺ ，Ｃｌ^* 等の化学種を供給すると共に、Ａｌ系配
線層の表面の自然酸化膜を還元する重要な役目を担って
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に異方性を確保するためにある程度大きな入射イオン・
エネルギーを用いてレジスト・マスクをスパッタするプ
ロセスでは、必然的にレジスト選択性の低下が問題とな
る。典型的なプロセスにおけるレジスト選択比は、わず
かに２程度である。かかる選択性の低さは、微細な配線
パターンの加工においてレジスト・マスクとの寸法変換
差を発生させたり、異方性形状を劣化させること等の原
因となる。

【０００５】その一方で、高度に微細化された半導体装
置のデザイン・ルールの下では、フォトリソグラフィに
おける解像度を向上させる観点からレジスト塗膜の膜厚
を薄くすることが要求されている。したがって、薄いレ
ジスト塗膜にもとづく高解像度と、このレジスト塗膜か
ら形成されるレジスト・マスクを介した高精度エッチン
グとを両立させることが困難となりつつある。

【０００６】この問題に対処するため、従来からレジス
ト・マスクの表面に反応生成物を堆積させて選択性を確
保する方法が提案されている。たとえば、第３３回集積
回路シンポジウム講演予稿集（１９８７年），ｐ．１１
４にはエッチング・ガスとしてＳｉＣｌ₄ を用いるプロ
セスが報告されている。これは、レジスト・マスクの表
面をＳｉで被覆することにより、該レジスト・マスクの
エッチング耐性を高めようとするものである。

【０００７】また、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔ
ｈｅ １１ｔｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｄｒｙ
Ｐｒｏｃｅｓｓ，ｐ．４５（１９８９）には、ＢＢｒ₃
を用いるプロセスが報告されている。これは、レジスト
・マスクの表面を蒸気圧の低いＣＢｒ_x で被覆すること
により、該レジスト・マスクのエッチング耐性を一層高
めようとするものである。このＣＢｒ_x によるレジスト
・マスクの保護メカニズム等については、月刊セミコン
ダクターワールド１９９０年１２月号，ｐ１０３〜１０
７（プレスジャーナル社刊）に詳述されており、レジス
ト選択比として約５の値が報告されている。

【０００８】しかし、上記のレベルでレジスト選択比を
達成するためには、ＳｉやＣＢｒ_xをかなり多量に堆積
させることが必要となり、実際の製造ラインではパーテ
ィクル・レベルを悪化が問題となる虞れが大きい。

【０００９】一方、Ａｌ系配線層のエッチングに特有の
問題として、残留ハロゲン、特に残留塩素によるアフタ
ーコロージョンが挙げられる。近年ではＡｌ系配線層に
Ｃｕが添加されたり、あるいはＡｌ系材料層がバリヤメ
タルや反射防止膜等の異種材料層と積層されるなど、ア
フターコロージョン防止の観点からは不利な条件が揃っ
ており、従来にも増して徹底した対策が切望されてい
る。

【００１０】アフターコロージョン対策としては、これ
までに（ａ）ＣＦ₄ やＣＨＦ₃ 等のフルオロカーボン系
ガスを用いるプラズマ・クリーニング、（ｂ）Ｏ₂ プラ
ズマ・アッシングによるレジスト・マスクと側壁保護膜
の除去、（ｃ）ＮＨ₃ ガスによるプラズマ・クリーニン
グとウェハ水洗の組合せ等が知られている。これらの対
策は、いずれも残留ハロゲンの除去を目的とするもので
ある。すなわち、残留する塩素や臭素をフッ素に置換し
て反応生成物の蒸気圧を高めるか、残留ハロゲンを大量
に含むレジスト・マスクや側壁保護膜を大気開放前にア
ッシングで除去してしまうか、塩素化合物を塩化アンモ
ニウムのような不活性な化合物に変換するか、あるいは
これらと同時に耐蝕性の高いＡｌＦ₃ やＡｌ₂ Ｏ₃ の被
膜をＡｌ系材料層の表面に形成することにより、アフタ
ーコロージョンを抑制するのである。

【００１１】しかし、上記コロージョン対策のいずれも
決定的な効果を挙げるには至っていない。そこで本発明
は、パーティクルの増大を招かないクリーンなプロセス
で、レジスト選択比を十分に大きく維持でき、かつアフ
ターコロージョンを効果的に防止しながらＡｌ系配線層
のドライエッチングを行うことが可能なアルミニウム系
パターンの形成方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のＡｌ系パターン
の形成方法は、上述の目的を達成するために提案される
ものであり、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選ば
れる少なくとも１種類の無機酸化物とハロゲン化合物と
を含むエッチング・ガスを用いて基板上のＡｌ系配線層
をエッチングするものである。

【００１３】ここで上記酸化炭素として実用性の高い化
合物としては、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＯ₂ （二酸化炭
素）、Ｃ₃ Ｏ₂ （二酸化三炭素，沸点７℃）を挙げるこ
とができる。酸化炭素には、この他にも分子内の炭素原
子数が酸素原子数よりも多い、亜酸化炭素と総称される
化合物が知られており、一酸化炭素中で無声放電を行っ
た場合に生成する組成の一定しない物質や、二酸化五炭
素、九酸化十二炭素（無水メリト酸）等がある。

【００１４】また、実用性の高い酸化窒素としては、Ｎ
₂ Ｏ（酸化二窒素）、ＮＯ（一酸化窒素）、Ｎ₂ Ｏ
₃ （三酸化二窒素）、ＮＯ₂ （二酸化窒素）、ＮＯ
₃ （三酸化窒素）を挙げることができる。この他に知ら
れている酸化窒素としては、Ｎ₂ Ｏ₅（五酸化二窒素）
とＮ₂ Ｏ₆ （六酸化二窒素）があるが、前者は昇華点３
２．４℃（１気圧）の固体、後者は不安定な固体であ
る。

【００１５】さらに、実用性の高い酸化イオウとして
は、ＳＯ（一酸化イオウ）、ＳＯ₂ （二酸化イオウ）を
挙げることができる。この他にも数種類の酸化イオウが
知られているが、室温近傍では分解等により複雑な相や
組成を有する混合物として存在するものが多い。たとえ
ば、Ｓ₂ Ｏ₃ （三酸化二イオウ）は加熱によりＳ，Ｓ
Ｏ，ＳＯ₂ に分解する固体である。ＳＯ₃ （三酸化イオ
ウ）は、室温近傍で液体、あるいは融点の異なるα型，
β型，γ型のいずれかの形をとる固体である。Ｓ₂Ｏ₇
（七酸化二イオウ）は融点０℃、昇華点１０℃の固体で
ある。さらに、ＳＯ₄ （四酸化イオウ）は融点３℃の固
体であるが、酸素を発生して分解し、七酸化二イオウを
生成する。

【００１６】本発明はまた、前記ハロゲン化合物として
塩素系化合物または臭素系化合物の少なくとも一方を用
いるものである。

【００１７】本発明はまた、前記エッチング・ガスとし
て放電解離条件下で遊離のイオウ（Ｓ）を放出し得るガ
スを用いるものである。Ｓは上述のハロゲン化合物から
ハロゲン系化学種と同時に供給されても、あるいは別に
添加されたイオウ系化合物から供給されても、どちらで
も構わない。具体的には、Ｈ₂ Ｓ、あるいは本願出願人
が先に特願平３−２１０５１６号明細書で提案した各種
ハロゲン化イオウ、すなわちＳ₂ Ｃｌ₂ ，Ｓ₃ Ｃｌ₂ ，
ＳＣｌ₂等の塩化イオウやＳ₃ Ｂｒ₃ ，Ｓ₂ Ｂｒ₂ ，Ｓ
Ｂｒ₂ 等の臭化イオウを使用することができる。このう
ち、ハロゲン化イオウはハロゲン・ラジカルの供給源を
兼ねる。ハロゲン化イオウにはこの他、Ｓ₂ Ｆ₂ ，ＳＦ
₂ ，ＳＦ₄ ，Ｓ₂ Ｆ₁₀等のフッ化イオウが知られている
が、Ａｌ系配線層のエッチングにこのようなＦ^* を生成
するガスを用いると、蒸気圧の低いＡｌＦ_x が生成する
ため、推奨されない。

【００１８】本発明はさらに、前記アルミニウム系配線
層のエッチングを終了した後に前記基板を加熱しながら
フッ素系化合物を含む処理ガスを用いてプラズマ処理を
行うものである。

【００１９】

【作用】本発明のポイントは、炭素系ポリマー自身の膜
質を強化することにより、その堆積量を減少させても十
分に高いレジスト選択性を達成し、またアフターコロー
ジョンを抑制する点にある。本発明では、酸化炭素、酸
化窒素、酸化イオウの少なくともいずれかをエッチング
・ガスの構成成分のひとつとして使用する。これら無機
酸化物は、分子内に異種原子間の多重結合を有してお
り、幾つかの分極構造の共鳴混成体として存在する。こ
れらの分極構造のある種のものが高い重合促進活性を有
するために、有機材料層の分解生成物に由来する炭素系
ポリマーの重合度が増し、強固な側壁保護膜が形成され
る。

【００２０】また、これらの無機酸化物の分解生成物
は、炭素系ポリマーにカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ），ニト
ロシル基（−Ｎ＝Ｏ），ニトリル基（−ＮＯ₂ ），チオ
ニル基＞Ｓ＝Ｏ），スルフリル基（−ＳＯ₂ ）等の極性
基を導入することができる。炭素系ポリマーにかかる極
性基が導入されると、単に−ＣＸ₂ −（Ｘはハロゲン原
子を表す。）の繰り返し構造からなる従来の炭素系ポリ
マーよりも化学的，物理的安定性が増すことが、近年の
研究により明らかとなっている。

【００２１】この現象の理由に関する論拠は、おおよそ
次の２点である。そのひとつは、Ｃ−Ｏ結合（１０７７
ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｎ結合（７７０ｋＪ／ｍｏｌ）、
Ｎ−Ｏ結合（６３１ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｓ結合（７１
３ｋＪ／ｍｏｌ）の原子間結合エネルギーが、いずれも
Ｃ−Ｃ結合（６０７ｋＪ／ｍｏｌ）よりも大きいという
事実である。

【００２２】いまひとつは、上記の官能基の導入により
炭素系ポリマーの極性が増大し、負に帯電しているエッ
チング中のウェハに対してその静電吸着力が高まるとい
うものである。このことによっても、炭素系ポリマーの
表面保護効果は向上する。

【００２３】このように、炭素系ポリマー自身の膜質が
強化されることにより、異方性加工に必要な入射イオン
・エネルギーを低減させることができ、レジスト選択性
を向上させることができる。このことは、比較的薄いフ
ォトレジスト塗膜からも十分に実用に耐えるエッチング
・マスクが形成できることを意味し、加工寸法変換差の
発生が防止できる。また、フォトリソグラフィにおける
高解像度を達成できるという波及効果も得られる。ま
た、入射イオン・エネルギーの低減は、当然ながら下地
選択性の向上にもつながる。さらに、高異方性、高選択
性を達成するために必要な炭素系ポリマーの堆積量を低
減できるので、従来技術に比べてパーティクル汚染を減
少させることができる。また、炭素系ポリマーに取り込
まれる形で存在する残留塩素も減少するので、アフター
コロージョン耐性も向上する。

【００２４】さらに、入射イオン・エネルギーの低減は
当然、下地選択性の向上にもつながるので、たとえばＡ
ｌ系配線層の下地の層間絶縁膜のスパッタを減少させ、
そのパターン側壁部への再付着等を抑制することができ
る。したがって、再付着物に取り込まれる形で存在する
残留塩素も減少し、このことによってもアフターコロー
ジョンを効果的に抑制することが可能となる。

【００２５】ところで、上述の無機酸化物はＡｌ系配線
層をエッチング種となるハロゲン原子を持っていないの
で、エッチング・ガスの構成成分としては別にハロゲン
化合物が必要である。しかも、このハロゲン化合物とし
ては、蒸気圧の高いＡｌのハロゲン化物を生成させる必
要から、塩素系化合物もしくは臭素系化合物が選択され
る。

【００２６】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらにイオウ（Ｓ）の堆積を併用して一層の
低汚染化と低ダメージ化を目指す方法を提案する。Ｓの
堆積は、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のＳを放出
できる組成のエッチング・ガスを用いることにより可能
となる。Ｓは昇華性物質であり、通常のドライエッチン
グが行われるような高真空下であれば、条件にもよるが
ウェハがおおよそ９０℃以下に温度制御されている場合
にその表面へ堆積することができる。

【００２７】また、エッチング反応系に窒素系化学種が
存在している場合には、上記Ｓの少なくとも一部がこの
窒素系化学種と反応し、ポリチアジル（ＳＮ）_x を始め
とする種々の窒化イオウ系化合物が生成する可能性があ
る。この窒化イオウ系化合物は昇華性もしくは熱分解性
物質であり、ウェハがおおよそ１３０℃以下に温度制御
されている場合に、その表面へ堆積することができる。

【００２８】これらＳや窒化イオウ系化合物の堆積が期
待できる場合には、その分、炭素系ポリマーの堆積量が
少なくて済む。このため、レジスト・マスクをスパッタ
するイオンの入射エネルギーを低減してレジスト選択比
を向上させることができ、またパーティクル汚染やアフ
ターコロージョンを低減することができる。なお、Ｓや
窒化イオウ系化合物は、エッチング終了後にウェハをそ
れぞれ上述の温度以上に加熱するか、酸素系プラズマ処
理を行うことにより、容易に昇華，分解，燃焼等の機構
にしたがって除去することができる。もちろん、レジス
ト・アッシングが行われるプロセスであれば、この時に
同時に除去できる。いずれにしても、Ｓや窒化イオウ系
化合物そのものがパーティクル汚染源となる懸念は、一
切ない。

【００２９】本発明では、さらにアフターコロージョン
対策を徹底させる方法も提案する。すなわち、Ａｌ系配
線層のエッチングが終了した後、基板（ウェハ）を加熱
しながらフッ素系化合物を含む処理ガスを用いてプラズ
マ処理を行う。これにより、パターン近傍に残留する残
留ハロゲンがフッ素に置換されると共に、残留ハロゲン
を結合もしくは吸蔵している側壁保護物質の蒸気圧がプ
ラズマ輻射熱やウェハの直接加熱等により高められ、脱
離し易くなる。したがって、エッチング後のウェハに水
分が吸着しても、残留塩素を電解質とする局部電池が形
成されにくくなり、Ａｌ系パターンの腐食を抑制するこ
とができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００３１】実施例１ 本実施例は、バリヤメタル，Ａｌ−１％Ｓｉ層，反射防
止膜が順次積層されてなるＡｌ系多層膜を、ＣＯ／Ｃｌ
₂ ／ＢＣｌ₃ 混合ガスを用いてエッチングした例であ
る。このプロセスを、図１（ａ），（ｂ），（ｄ）を参
照しながら説明する。

【００３２】まず、一例として図１（ａ）に示されるよ
うに、ＳｉＯ₂ 層間絶縁膜１上に厚さ約０．１３μｍの
バリヤメタル４、厚さ約０．３μｍのＡｌ−１％Ｓｉ層
５、厚さ約０．１μｍのＴｉＯＮ反射防止膜６が順次積
層されてなるＡｌ系多層膜７が形成され、さらにこの上
にレジスト・マスク８が形成されたウェハを準備した。
ここで、上記バリヤメタル４は、下層側から順に、厚さ
約０．０３μｍのＴｉ層２と厚さ約０．１μｍのＴｉＯ
Ｎ層３が順次積層されたものである。

【００３３】このウェハを、ＲＦバイアス印加型の有磁
場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一
例として下記の条件で上記Ａｌ系多層膜７をエッチング
した。 ＣＯ流量 ４０ ＳＣＣＭ Ｃｌ₂ 流量 ４０ ＳＣＣＭ ＢＣｌ₃ 流量 ８０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ３０ Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 常温

【００３４】このエッチング過程では、ＥＣＲ放電によ
りＣｌ₂ およびＢＣｌ₃ 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
⁺ ，ＣＯ⁺ 等のイオンにアシストされる機構でエッチン
グが進行し、Ａｌ系多層膜７はＡｌＣｌ_x ，ＴｉＣｌ_x
等の形で除去された。またこれと同時に、レジスト・マ
スク８の分解生成物に由来してＣＣｌ_x が生成し、さら
にＣ−Ｏ結合やカルボニル基がその構造中に取り込まれ
て強固な炭素系ポリマーが生成した。この炭素系ポリマ
ーは、ＲＦバイアス・パワーが低いために生成量こそ従
来プロセス程多くはないがエッチング耐性に優れ、レジ
スト・マスク８の表面保護に寄与する他、パターン側壁
部に堆積して図１（ｂ）に示されるような側壁保護膜９
を形成し、異方性加工にも寄与した。

【００３５】この結果、良好な異方性形状を有するＡｌ
系配線パターン７ａが、クリーンな条件下で形成され
た。ただし、図中、パターニング後の各材料層は、対応
する元の材料層の符号に添字ａを付して表してある。さ
らに、上記の程度のＲＦバイアス・パワーでは下地のＳ
ｉＯ₂ 層間絶縁膜１がスパッタされてパターン側壁部に
再付着することもなく、アフターコロージョンの早期発
生が抑制された。なお、本実施例におけるＡｌ系多層膜
７のエッチング速度は約９５０ｎｍ／分、対レジスト選
択比は約５であった。

【００３６】エッチング終了後、このウェハを上記エッ
チング装置に付属のプラズマ・アッシング装置に搬送
し、通常の条件でＯ₂ プラズマ・アッシングを行った。
この結果、図１（ｄ）に示されるように、レジスト・マ
スク８と側壁保護膜９が燃焼除去された。本実施例のプ
ロセスでは炭素系ポリマーの生成量が少ないため、ウェ
ハ処理数を重ねてもパーティクル・レベルが悪化するこ
とはなかった。

【００３７】実施例２ 本実施例は、同じＡｌ系多層膜をＮＯ／Ｃｌ₂ ／ＢＣｌ
₃ 混合ガスを用いてエッチングした例である。本実施例
におけるエッチング条件は、ＣＯに替えてＮＯを用いた
他は、すべて実施例１と同じである。

【００３８】このエッチング過程では、ＣＣｌ_x にＣ−
Ｎ結合やニトロシル基が取り込まれた炭素系ポリマーが
生成し、強固な側壁保護膜９が形成された。本実施例に
よっても、パーティクル汚染、アフターコロージョンの
発生、レジスト・マスク８の後退等を防止しながら、良
好な異方性加工を行うことができた。

【００３９】実施例３ 本実施例は、同じＡｌ系多層膜をＳＯ₂ ／Ｃｌ₂ ／ＢＣ
ｌ₃ 混合ガスを用いてエッチングした例である。本実施
例におけるエッチング条件は、ＣＯに替えてＳＯ₂ を用
いた他は、すべて実施例１と同じである。

【００４０】このエッチング過程では、ＣＣｌ_x にＣ−
Ｓ結合，スルフリル基，チオニル基が取り込まれた炭素
系ポリマーが生成し、強固な側壁保護膜９が形成され
た。本実施例によっても、パーティクル汚染、アフター
コロージョンの発生、レジスト・マスク８の後退等を防
止しながら、良好な異方性加工を行うことができた。

【００４１】実施例４ 本実施例は、同じＡｌ系多層膜をＣ₃ Ｏ₂ ／Ｓ₂ Ｃｌ₂
混合ガスを用いてエッチングした例である。まず、前出
の図１（ａ）に示したウェハを有磁場マイクロ波プラズ
マ・エッチング装置にセットし、一例として下記の条件
でＡｌ系多層膜７をエッチングした。

【００４２】 Ｃ₃ Ｏ₂ 流量 ３０ ＳＣＣＭ Ｓ₂ Ｃｌ₂ 流量 ９０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー １５ Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃（エタノール系冷媒
使用） ここで、上記のウェハ冷却は、ウェハ載置電極に埋設さ
れた冷却配管に、装置外部に設置されるチラーからエタ
ノール系冷媒を供給し循環させることにより行った。

【００４３】このエッチング過程では、Ｃ−Ｏ結合やカ
ルボニル基の導入により強化されたＣＣｌ_x ポリマーの
他、Ｓ₂ Ｃｌ₂ から解離生成するＳがレジスト・マスク
８の表面保護や側壁保護膜９の形成に寄与した。したが
って、図１（ｂ）に示されるように、実施例１よりさら
にＲＦバイアス・パワーを下げた条件でも、良好な異方
性形状を有するＡｌ系配線パターン７ａを形成すること
ができた。本実施例におけるＡｌ系多層膜７のエッチン
グ速度は、ウェハ冷却および堆積物の増加により実施例
１よりもやや低下して約８５０ｎｍ／分となったが、対
レジスト選択比は約８に向上した。これにより、レジス
ト・マスク８の膜厚の減少やエッジの後退は、ほとんど
認められなくなった。

【００４４】また、Ｓの堆積が期待できる分だけ炭素系
ポリマーの生成量を低減できたこと、および低バイアス
化により下地選択性が向上し、ＳｉＯ₂ 層間絶縁膜１の
スパッタ再付着が抑制されたこと等の理由により、アフ
ターコロージョン耐性も大幅に向上した。

【００４５】エッチング終了後にＯ₂ プラズマ・アッシ
ングを行ったところ、図１（ｄ）に示されるように、レ
ジスト・マスク８と側壁保護膜９は速やかに除去され
た。ここで、側壁保護膜９には炭素系ポリマーとＳが含
まれているが、これらはプラズマ輻射熱や反応熱により
昇華される他、Ｏ^* によっても燃焼除去され、何らウェ
ハ上にパーティクル汚染を残すことはなかった。

【００４６】実施例５ 本実施例は、同じＡｌ系多層膜をＣＯ／ＢＣｌ₃ ／Ｓ₂
Ｃｌ₂ 混合ガスを用いてエッチングした後、ＣＦ₄ ／Ｏ
₂ 混合ガスを用いてプラズマ処理を行った例である。こ
のプロセスを、図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を
参照しながら説明する。

【００４７】まず、図１（ａ）に示されるウェハを有磁
場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一
例として下記の条件でＡｌ系多層膜７をエッチングし
た。 ＣＯ流量 ３０ ＳＣＣＭ ＢＣｌ₃ 流量 ３０ ＳＣＣＭ Ｓ₂ Ｃｌ₂ 流量 ６０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２ Ｐａ マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー １５ Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃（エタノール系冷媒
使用） このエッチング過程では、図１（ｂ）に示されるよう
に、強化されたＣＣｌ_xポリマーとＳとを含む側壁保護
膜９が形成されながら、異方性エッチングが進行した。

【００４８】次に、ウェハを上記エッチング装置に付属
の後処理チャンバへ搬送し、一例として下記の条件でプ
ラズマ処理を行った。 ＣＦ₄ 流量 １００ ＳＣＣＭ Ｏ₂ 流量 ５０ ＳＣＣＭ ガス圧 １０ Ｐａ（＝７５ｍＴｏｒ
ｒ） マイクロ波パワー ９００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ０ Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ） ウェハ温度 １００ ℃ このプラズマ処理により、図１（ｃ）に示されるよう
に、側壁保護膜９が速やかに除去された。この除去の機
構は、炭素系ポリマーに関してはＯ^* による燃焼、フッ
素置換による蒸気圧の上昇等であり、Ｓに関してはウェ
ハ加熱による昇華・分解、Ｏ^* による燃焼、Ｆ^* による
ＳＦ_x の形成等である。

【００４９】なお、このプラズマ処理により、レジスト
・マスク８に吸蔵もしくは結合されているＣｌもＦに置
換された。

【００５０】続いて、通常のＯ₂ プラズマ・アッシング
を行い、図１（ｄ）に示されるようにレジスト・マスク
８を除去した。レジスト・アッシング後のウェハを試験
的に大気開放したが、７２時間後でもアフターコロージ
ョンの発生は認められなかった。

【００５１】以上、本発明を５例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上述の各実施例ではハロゲン
化合物として塩素系化合物であるＣｌ₂ ，ＢＣｌ₃ ，Ｓ
₂ Ｃｌ₂ を用いたが、他にＨＣｌ，Ｓ₃ Ｃｌ₂ ，ＳＣｌ
₂ 等を用いても良い。

【００５２】さらに、Ｂｒ₂ ，ＨＢｒ，ＢＢｒ₃ ，Ｓ₃
Ｂｒ₂ ，Ｓ₂ Ｂｒ₂ ，ＳＢｒ₂ 等の臭素系化合物を用い
ても良い。この場合には、生成するＣＢｒ_x ポリマーの
蒸気圧がＣＣｌ_x ポリマーよりもさらに低いため、塩素
系化合物を用いる場合に比べて入射イオン・エネルギー
を低減したり、あるいはウェハ温度を若干高めても、良
好な異方性加工が可能となる。

【００５３】本発明で用いるエッチング・ガスには、ス
パッタリング効果、希釈効果、冷却効果等を期待する目
的で、Ａｒ，Ｈｅ等の希ガスが適宜添加されていても良
い。プラズマ処理に用いるガスとしては、上述のＣＦ₄
／Ｏ₂ 混合ガス以外にも、ＮＦ₃ ／Ｏ₂ 混合ガス等を用
いることができる。この他、サンプル・ウェハの構成、
エッチング条件、使用するエッチング装置、無機酸化物
と各種ハロゲン系化合物の組み合わせ等が適宜変更可能
であることは、言うまでもない。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではＡｌ系配線層のエッチングにおいて無機酸化物と
ハロゲン化合物とを含むエッチング・ガスを使用するこ
とにより、炭素系ポリマーの膜質を強化し、その堆積量
を減少させても高異方性、高選択性を達成することが可
能となる。したがって、加工寸法変換差の発生を防止
し、アフターコロージョン耐性を大幅に向上させること
ができる。また、このエッチング・ガスが放電解離条件
下でＳを放出し得るガスであれば、更なる高選択化、低
汚染化、低ダメージ化等を図ることができる。しかも、
側壁保護に寄与したＳは容易に昇華除去できるため、パ
ーティクル汚染の原因とはならない。

【００５５】したがって、Ａｌ系配線の信頼性が大幅に
向上し、高性能の半導体装置の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプロセス例をその工程順にし
たがって示す概略断面図であり、（ａ）はＡｌ系多層膜
上にレジスト・マスクが形成された状態、（ｂ）は側壁
保護膜が形成されながら異方性形状を有するＡｌ系配線
パターンが形成された状態、（ｃ）は側壁保護膜が除去
された状態、（ｄ）はレジスト・マスクがアッシング除
去された状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】

１ ・・・ＳｉＯ₂ 層間絶縁膜 ２ ・・・Ｔｉ層 ３ ・・・ＴｉＯＮ層 ４ ・・・バリヤメタル ５ ・・・Ａｌ−１％Ｓｉ層 ６ ・・・ＴｉＯＮ反射防止膜 ７ ・・・Ａｌ系多層膜 ７ａ・・・Ａｌ系配線パターン ８ ・・・レジスト・マスク ９ ・・・側壁保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/324 Ｐ 8617−4Ｍ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選
   ばれる少なくとも１種類の無機酸化物とハロゲン化合物
   とを含むエッチング・ガスを用いて基板上のアルミニウ
   ム系配線層をエッチングすることを特徴とするアルミニ
   ウム系パターンの形成方法。
2. 【請求項２】 前記ハロゲン化合物は塩素系化合物また
   は臭素系化合物の少なくとも一方であることを特徴とす
   る請求項１記載のアルミニウム系パターンの形成方法。
3. 【請求項３】 前記エッチング・ガスが放電解離条件下
   で遊離のイオウを放出し得ることを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載のアルミニウム系パターンの形成
   方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載のアルミニウム系パターンの形成方法において前
   記アルミニウム系配線層のエッチングを行った後、前記
   基板を加熱しながらフッ素系化合物を含む処理ガスを用
   いてプラズマ処理を行うことを特徴とするアルミニウム
   系パターンの形成方法。