JPH0786285A - Wiring pattern and method of forming the same - Google Patents
Wiring pattern and method of forming the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、エッチング中に、形成される銅系
金属パターンの抵抗を高めることなく、その側壁に金属
窒化物からなる側壁保護膜を形成し、その側壁保護膜で
酸化防止膜の形成を図る。
【構成】 配線パターン1は、銅系金属パターン11と
その側壁に設けた金属窒化膜または金属窒化酸化膜から
なる酸化防止膜12とで構成される。その形成方法は、
ガス状の金属塩化物と窒素系ガスと塩素系ガスとを含む
エッチングガスを用いて銅系金属層をエッチングする際
に、当該銅系金属層で形成される銅系金属パターン11
の側壁に金属窒化物を堆積しながら、当該銅系金属層を
エッチングする。そして窒化処理を行って、側壁保護膜
の金属窒化物を当該窒化処理前よりも緻密な金属窒化物
に改質する。
(57) [Summary] [Object] The present invention forms a sidewall protective film made of a metal nitride on the sidewall thereof without increasing the resistance of a copper-based metal pattern to be formed during etching. To form an antioxidant film. [Structure] The wiring pattern 1 is composed of a copper-based metal pattern 11 and an antioxidant film 12 formed on a side wall of the copper-based metal pattern 11 and made of a metal nitride film or a metal oxynitride film. The formation method is
When etching a copper-based metal layer using an etching gas containing a gaseous metal chloride, a nitrogen-based gas, and a chlorine-based gas, a copper-based metal pattern 11 formed by the copper-based metal layer 11
The copper-based metal layer is etched while depositing a metal nitride on the side wall of the. Then, a nitriding process is performed to modify the metal nitride of the sidewall protective film into a denser metal nitride than before the nitriding process.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の配線また
は電極を形成するのに用いられる配線パターンおよびそ
の形成方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring pattern used for forming a wiring or an electrode of a semiconductor device and a method for forming the wiring pattern.
【0002】[0002]
【従来の技術】ULSIの配線材料および接続孔の埋め
込み材料として、アルミニウム系金属よりも低抵抗かつ
エレクトロマイグレーション耐性が高い銅配線材料が注
目されている。銅配線を実用化するには、銅配線を形成
するための銅層のエッチングと酸化防止とが重要な課題
になっている。2. Description of the Related Art Copper wiring materials, which have lower resistance and higher electromigration resistance than aluminum-based metals, have been attracting attention as wiring materials for ULSIs and filling materials for connection holes. In order to put the copper wiring into practical use, etching and oxidation prevention of the copper layer for forming the copper wiring are important issues.
【0003】銅層のエッチングでは、ハロゲン〔例え
ば、塩素(Cl)、フッ素(F)、臭素(Br)および
ヨウ素(I)のうちの少なくとも1種〕を含んだエッチ
ングガスを用いるが、通常、エッチングによって生成さ
れる銅のハロゲン化物の中で蒸気圧が高い銅の塩化物
(CuClX )を生成する塩素がエッチングガスに用い
られる。For etching the copper layer, an etching gas containing halogen [eg, at least one of chlorine (Cl), fluorine (F), bromine (Br) and iodine (I)] is used. Chlorine, which forms copper chloride (CuCl x ) having a high vapor pressure among copper halides produced by etching, is used as an etching gas.
【0004】特に四塩化シリコン(SiCl4 )と塩素
(Cl2 )と窒素(N2 )とアンモニア(NH3 )との
混合ガスを用いることによって、エッチング中に形成さ
れる銅パターンの側壁に窒化シリコン膜からなる側壁保
護膜が形成される。このため、銅パターンのサイドエッ
チングが抑制されるので、異方性に優れた銅パターンが
形成される。In particular, by using a mixed gas of silicon tetrachloride (SiCl 4 ), chlorine (Cl 2 ), nitrogen (N 2 ) and ammonia (NH 3 ), nitridation is performed on the sidewall of the copper pattern formed during etching. A side wall protective film made of a silicon film is formed. Therefore, since the side etching of the copper pattern is suppressed, the copper pattern having excellent anisotropy is formed.
【0005】銅パターンの酸化を防止する方法として
は、予め、銅層を成膜する際に、当該銅層中にチタン、
アルミニウム等の不純物を添加する。このように、不純
物を添加した銅層で銅パターンを形成した後、熱処理を
行うことによって、銅パターンの表面にチタンまたはア
ルミニウムを析出させる。そして、窒化チタンまたは酸
化アルミニウムからなる酸化防止膜を形成する方法が提
案されている。As a method of preventing the oxidation of the copper pattern, titanium is previously formed in the copper layer when the copper layer is formed in advance.
Add impurities such as aluminum. In this way, after forming a copper pattern from the copper layer to which impurities have been added, heat treatment is performed to deposit titanium or aluminum on the surface of the copper pattern. Then, a method of forming an antioxidant film made of titanium nitride or aluminum oxide has been proposed.
【0006】また銅の酸化層を水素アニール処理によっ
て還元する方法も提案されている。すなわち、銅の酸化
層の酸素と水素とを反応させてH2 Oを生成する方法で
ある。A method for reducing the copper oxide layer by hydrogen annealing has also been proposed. That is, it is a method of reacting oxygen and hydrogen in the copper oxide layer to generate H 2 O.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化シ
リコン膜を側壁保護膜に用いた場合には、窒化シリコン
中のシリコンが銅配線中に侵入して銅配線の抵抗を高め
る。また窒化シリコン膜を通して酸素が銅配線中に侵入
するため、銅配線が酸化される。これによっても銅配線
の抵抗を高める。However, when the silicon nitride film is used as the sidewall protection film, the silicon in the silicon nitride penetrates into the copper wiring to increase the resistance of the copper wiring. Further, oxygen penetrates into the copper wiring through the silicon nitride film, so that the copper wiring is oxidized. This also increases the resistance of the copper wiring.
【0008】上記形成方法では、銅層中にチタンまたは
アルミニウムが添加されているため、その銅層で形成し
た銅配線は、純粋な銅層で形成した銅配線よりも抵抗が
高くなる。In the above forming method, since titanium or aluminum is added to the copper layer, the copper wiring formed of the copper layer has a higher resistance than the copper wiring formed of the pure copper layer.
【0009】また銅の酸化層を水素アニール処理によっ
て還元する方法は、銅の酸化層が薄い場合には有効であ
るが、酸化層が厚い場合には酸化層を全て還元すること
が困難である。たとえ還元できたとしても銅層中に存在
していた酸素が抜けた部分にボイドが残るため、水素ア
ニール処理前よりも配線抵抗が高くなる。The method of reducing the copper oxide layer by hydrogen annealing is effective when the copper oxide layer is thin, but it is difficult to reduce all the oxide layer when the oxide layer is thick. . Even if it can be reduced, voids remain in the portion of the copper layer where oxygen has escaped, so that the wiring resistance becomes higher than that before the hydrogen annealing treatment.
【0010】本発明は、抵抗を上昇させることなく、銅
配線、銅電極等を含む銅パターンに酸化防止層を形成し
た配線パターンおよびその形成方法を提供することを目
的とする。An object of the present invention is to provide a wiring pattern in which an antioxidant layer is formed on a copper pattern including a copper wiring, a copper electrode and the like and a method for forming the same without increasing resistance.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた配線パターンおよびその形成方法
である。すなわち、配線パターンとしては、銅系金属パ
ターンとその側壁に設けた金属窒化膜または金属窒化酸
化膜からなる酸化防止膜とで構成されているものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a wiring pattern and a method for forming the wiring pattern, which are made to achieve the above object. That is, the wiring pattern is composed of a copper-based metal pattern and an anti-oxidation film made of a metal nitride film or a metal oxynitride film provided on the side wall thereof.
【0012】その形成方法としては、ガス状の金属塩化
物と窒素系ガスと塩素系ガスとを含むエッチングガスを
用いて銅系金属層をエッチングする際に、当該銅系金属
層で形成される銅系金属パターンの側壁に金属窒化物を
堆積しながら、当該銅系金属層をエッチングする。上記
ガス状の金属塩化物は、アルミニウム塩化物、チタン塩
化物、ジルコニウム塩化物、モリブデン塩化物、タンタ
ル塩化物およびタングステン塩化物のうちの少なくとも
一つからなる。As a method of forming the copper-based metal layer, when the copper-based metal layer is etched using an etching gas containing a gaseous metal chloride, a nitrogen-based gas, and a chlorine-based gas, the copper-based metal layer is formed. The copper-based metal layer is etched while depositing a metal nitride on the sidewall of the copper-based metal pattern. The gaseous metal chloride comprises at least one of aluminum chloride, titanium chloride, zirconium chloride, molybdenum chloride, tantalum chloride and tungsten chloride.
【0013】上記銅系金属層のエッチングが終了した
後、酸素を含む雰囲気にさらすことによって、側壁に堆
積した金属窒化物からなる側壁保護膜を金属窒化酸化物
に改質して、酸化防止膜を形成する。After the etching of the copper-based metal layer is completed, it is exposed to an atmosphere containing oxygen to modify the side wall protective film made of metal nitride deposited on the side wall into a metal oxynitride, and thus an antioxidant film. To form.
【0014】上記エッチング処理を行った後、窒化処理
で、側壁に堆積した金属窒化物からなる側壁保護膜を窒
化処理前の当該金属窒化物よりも緻密な金属窒化物に改
質して、酸化防止膜を形成する。After the above etching treatment, by nitriding treatment, the side wall protective film made of metal nitride deposited on the side wall is reformed into a denser metal nitride than the metal nitride before nitriding treatment, and then oxidized. Forming a barrier film.
【0015】上記エッチングに用いた酸化シリコン、窒
化シリコン、炭化シリコンまたは窒化酸化シリコンから
なるエッチングマスクをウェットエッチング処理で除去
するか、もしくは層間絶縁膜の一部分として用いる。The etching mask made of silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, or silicon nitride oxide used for the above etching is removed by wet etching or used as a part of the interlayer insulating film.
【0016】[0016]
【作用】上記配線パターンでは、銅系金属パターンの側
壁に金属窒化膜または金属窒化酸化膜からなる酸化防止
膜が形成されていることから、銅系金属パターンは酸化
が防止される。In the above wiring pattern, since the oxidation preventing film made of the metal nitride film or the metal oxynitride film is formed on the side wall of the copper-based metal pattern, the copper-based metal pattern is prevented from being oxidized.
【0017】上記形成方法では、ガス状の金属塩化物と
窒素系ガスと塩素系ガスとを含むエッチングガスを用い
て銅系金属層をエッチングする際に、当該銅系金属層で
形成される銅系金属パターンの側壁に金属窒化物を堆積
しながら、当該銅系金属層をエッチングすることから、
エッチングで形成された銅系金属パターンの側壁には側
壁保護膜が形成される。In the above forming method, when the copper-based metal layer is etched using the etching gas containing the gaseous metal chloride, the nitrogen-based gas, and the chlorine-based gas, the copper formed by the copper-based metal layer is etched. While depositing the metal nitride on the side wall of the metal-based pattern, etching the copper-based metal layer,
A sidewall protection film is formed on the sidewall of the copper-based metal pattern formed by etching.
【0018】上記ガス状の金属塩化物としては、アルミ
ニウム塩化物、チタン塩化物、ジルコニウム塩化物、モ
リブデン塩化物、タンタル塩化物およびタングステン塩
化物のうちの少なくとも一つを用いることから、200
℃〜350℃程度の温度で、上記各金属塩化物は金属と
塩素(Cl2 )とに解離される。したがって、エッチン
グマスクには、解離温度に耐えるシリコン系の無機質マ
スクが用いられる。そして上記解離によって生成された
金属と窒素系ガスの窒素とが反応して、金属窒化物が生
成される。そして、形成される銅系金属パターンの側壁
に金属窒化物が堆積して、上記側壁保護膜を形成する。As the gaseous metal chloride, at least one of aluminum chloride, titanium chloride, zirconium chloride, molybdenum chloride, tantalum chloride and tungsten chloride is used.
At a temperature of about ℃ to 350 ℃, each metal chloride is dissociated into metal and chlorine (Cl 2 ). Therefore, a silicon-based inorganic mask that withstands the dissociation temperature is used as the etching mask. Then, the metal generated by the dissociation reacts with nitrogen of the nitrogen-based gas to generate a metal nitride. Then, metal nitride is deposited on the sidewalls of the formed copper-based metal pattern to form the sidewall protection film.
【0019】上記銅系金属層のエッチングが終了した
後、酸素を含む雰囲気にさらすことによって、側壁に堆
積した金属窒化物を金属窒化酸化物に改質する。このこ
とから、例えば、ガス状のアルミニウム塩化物、ガス状
のチタン塩化物またはガス状のジルコニウム塩化物を用
いてエッチングを行った場合には、側壁保護膜は窒化酸
化アルミニウム、窒化酸化チタンまたは窒化酸化ジルコ
ニウムになる。アルミニウムの酸化物、チタンの酸化物
およびジルコニウムの酸化物は、銅の酸化物よりも生成
自由エネルギーが負の値側に大きいので、安定な酸化防
止膜になる。After the etching of the copper-based metal layer is completed, the copper-based metal layer is exposed to an atmosphere containing oxygen to modify the metal nitride deposited on the side wall into a metal nitride oxide. From this, for example, when etching is performed using gaseous aluminum chloride, gaseous titanium chloride or gaseous zirconium chloride, the sidewall protective film is formed of aluminum nitride oxide, titanium nitride oxide or nitride. Becomes zirconium oxide. Aluminum oxide, titanium oxide, and zirconium oxide have a larger free energy of formation on the negative value side than copper oxide, and thus serve as a stable antioxidant film.
【0020】上記エッチング処理を行った後、窒化処理
で、側壁に堆積した金属窒化物を窒化処理前より緻密な
金属窒化物に改質することから、側壁保護膜は、緻密な
金属窒化膜になるので、酸化防止膜にもなる。After performing the above etching treatment, the metal nitride deposited on the side wall is reformed into a denser metal nitride than that before the nitriding treatment by the nitriding treatment, so that the side wall protective film becomes a dense metal nitride film. Therefore, it also serves as an antioxidant film.
【0021】上記エッチングに用いた酸化シリコン、窒
化シリコン、炭化シリコンまたは窒化酸化シリコンから
なるエッチングマスクをウェットエッチング処理で除去
することから、形成された側壁保護膜は酸化系の膜に変
質しない。上記エッチングマスクを層間絶縁膜の一部分
として用いたことから、エッチングマスクの除去工程が
省略される。Since the etching mask made of silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide or silicon oxynitride used for the above etching is removed by the wet etching process, the formed sidewall protection film does not deteriorate into an oxide film. Since the etching mask is used as a part of the interlayer insulating film, the etching mask removing step is omitted.
【0022】[0022]
【実施例】本発明の実施例を図1の概略断面図で説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG.
【0023】図1に示すように、配線パターン1は基板
21上に形成されていて、基本的には銅系金属パターン
11とその側壁に設けた金属窒化膜または金属窒化酸化
膜からなる酸化防止膜12とで構成されている。As shown in FIG. 1, the wiring pattern 1 is formed on a substrate 21 and basically consists of a copper-based metal pattern 11 and a metal nitride film or metal oxynitride film provided on the side wall thereof to prevent oxidation. And the membrane 12.
【0024】通常、当該図に示したように、銅系金属パ
ターン11の下面側には、窒化チタン(TiN)からな
るバリアメタル層13が形成されている。また銅系金属
パターン11の上面側には、窒化チタン(TiN)から
なる反射防止層14が形成されている。したがって、上
記酸化防止膜12は、バリアメタル層13および反射防
止層14の側壁に形成される。Usually, as shown in the figure, a barrier metal layer 13 made of titanium nitride (TiN) is formed on the lower surface side of the copper-based metal pattern 11. An antireflection layer 14 made of titanium nitride (TiN) is formed on the upper surface side of the copper-based metal pattern 11. Therefore, the antioxidant film 12 is formed on the sidewalls of the barrier metal layer 13 and the antireflection layer 14.
【0025】そして上記銅系金属パターン11は、純銅
からなることが望ましい。上記金属窒化膜は、アルミニ
ウム窒化物(AlNX )、チタン窒化物(TiNX )、
ジルコニウム窒化物(ZrNX )、モリブデン窒化物
(MoNX )、タンタル窒化物(TaNX )またはタン
グステン窒化物(WNX )からなる。また上記金属窒化
酸化膜は、アルミニウム窒化酸化物(AlOX NY )、
チタン窒化酸化物(TiOX NY )またはジルコニウム
窒化酸化物(ZrOX NY )からなる。The copper-based metal pattern 11 is preferably made of pure copper. The metal nitride film includes aluminum nitride (AlN x ), titanium nitride (TiN x ),
It is made of zirconium nitride (ZrN x ), molybdenum nitride (MoN x ), tantalum nitride (TaN x ), or tungsten nitride (Wn x ). The metal oxynitride film is made of aluminum oxynitride (AlO x N y ),
It is made of titanium nitride oxide (TiO X N Y ) or zirconium nitride oxide (ZrO X N Y ).
【0026】上記説明における配線パターン1の概念に
は、通常の配線の他に、電極、特性試験用パッド、ボン
ディングパッド等、銅系金属パターンで形成可能なパタ
ーンの全てを含む。そして上記配線パターン1は、RA
M、ROM等のメモリ製品、ロジック製品、ゲートアレ
イ等の半導体装置、薄膜磁気ヘッド、薄膜コイル、薄膜
インダクタ等の電子装置に適用することが可能である。The concept of the wiring pattern 1 in the above description includes all the patterns that can be formed by copper-based metal patterns such as electrodes, characteristic test pads, bonding pads, etc., in addition to ordinary wiring. The wiring pattern 1 is RA
The present invention can be applied to memory products such as M and ROM, logic products, semiconductor devices such as gate arrays, electronic devices such as thin film magnetic heads, thin film coils, and thin film inductors.
【0027】上記配線パターン1では、銅系金属パター
ン11の側壁に金属窒化膜または金属窒化酸化膜からな
る酸化防止膜12が形成されていることから、酸化防止
膜12によって銅系金属パターンは酸化から守られる。In the wiring pattern 1, since the anti-oxidation film 12 made of the metal nitride film or the metal oxynitride film is formed on the side wall of the copper-based metal pattern 11, the anti-oxidation film 12 oxidizes the copper-based metal pattern. Protected from
【0028】次に上記配線パターンの形成方法を、図2
の形成工程図で説明する。Next, referring to FIG.
Will be described with reference to the forming process chart.
【0029】図2の(1)に示すように、基板21上に
は、窒化チタン(TiN)からなるバリアメタル層13
が、例えば30nm〜100nmの膜厚に形成されてい
る。さらにその上面には、スパッタ法またはCVD法で
成膜された純銅からなる銅系金属層22が成膜されてい
る。さらに銅系金属層22の上面には、窒化チタン(T
iN)からなる反射防止層14が、例えば30nm〜1
00nmの膜厚に形成されている。As shown in FIG. 2A, the barrier metal layer 13 made of titanium nitride (TiN) is formed on the substrate 21.
Is formed with a film thickness of, for example, 30 nm to 100 nm. Further, on the upper surface thereof, a copper-based metal layer 22 made of pure copper is formed by a sputtering method or a CVD method. Furthermore, on the upper surface of the copper-based metal layer 22, titanium nitride (T
The antireflection layer 14 made of iN) has a thickness of, for example, 30 nm to 1
It is formed to a film thickness of 00 nm.
【0030】次いで図2の(2)に示すように、通常の
エッチングマスクの形成方法によって、反射防止層14
上の所定の位置にエッチングマスク15を形成する。上
記エッチングマスク15は、CVD法で上記反射防止層
14上にシリコン系膜(例えば酸化シリコン、窒化シリ
コン、窒化酸化シリコンまたは炭化シリコンからなる
膜)を形成した後、リソグラフィー技術とエッチングと
によって、当該シリコン系膜からなるエッチングマスク
15を形成する。Then, as shown in FIG. 2B, the antireflection layer 14 is formed by a usual etching mask forming method.
An etching mask 15 is formed at a predetermined position above. The etching mask 15 is formed by forming a silicon-based film (for example, a film made of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or silicon carbide) on the antireflection layer 14 by the CVD method, and then performing the lithography technique and etching. An etching mask 15 made of a silicon-based film is formed.
【0031】次いで、ガス状の金属塩化物と窒素系ガス
と塩素系ガスとを含むエッチングガスを用いて、反射防
止層14、銅系金属層22、バリアメタル層13のエッ
チングを行う。Next, the antireflection layer 14, the copper metal layer 22 and the barrier metal layer 13 are etched using an etching gas containing a gaseous metal chloride, a nitrogen gas and a chlorine gas.
【0032】上記ガス状の金属塩化物には、アルミニウ
ム塩化物(AlClX )、チタン塩化物(TiC
lX )、ジルコニウム塩化物(ZrClX )、モリブデ
ン塩化物(MoClX )、タンタル塩化物(TaC
lX )およびタングステン塩化物(WClX )のうちの
少なくとも1種を含むガスを用いる。窒素系ガスには、
例えばアンモニア(NH3 )と窒素(N2 )とを用い
る。塩素系ガスには、例えば塩素(Cl2 )を用いる。The above-mentioned gaseous metal chlorides include aluminum chloride (AlCl x ) and titanium chloride (TiC).
l x ), zirconium chloride (ZrCl x ), molybdenum chloride (MoCl x ), tantalum chloride (TaC)
1 x ) and tungsten chloride (WCl x ) are used. For nitrogen-based gas,
For example, ammonia (NH 3 ) and nitrogen (N 2 ) are used. For example, chlorine (Cl 2 ) is used as the chlorine-based gas.
【0033】上記エッチングの条件としては、一例とし
て、流量が20sccm〜50sccmの塩素と、流量
が10sccm〜50sccmの上記ガス状の金属塩化
物と、流量が5sccm〜20sccmのアンモニア
と、流量が10sccm〜100sccmの窒素との混
合ガスを用いる。各ガスの流量は上記に示した範囲内で
適宜選択される。またエッチング雰囲気の圧力を1Pa
〜5Pa程度、エッチング雰囲気の温度を200℃〜3
50℃、RFパワーを50W〜300Wに設定する。上
記温度は、少なくとも上記金属塩化物がガス状態を保つ
温度であればよい。As an example of the etching conditions, chlorine with a flow rate of 20 sccm to 50 sccm, the gaseous metal chloride with a flow rate of 10 sccm to 50 sccm, ammonia with a flow rate of 5 sccm to 20 sccm, and a flow rate of 10 sccm to A mixed gas with 100 sccm of nitrogen is used. The flow rate of each gas is appropriately selected within the range shown above. Moreover, the pressure of the etching atmosphere is 1 Pa.
~ 5 Pa, the temperature of the etching atmosphere is 200 ℃ ~ 3
The RF power is set to 50 W to 300 W at 50 ° C. The temperature may be at least a temperature at which the metal chloride maintains a gas state.
【0034】当該エッチングでは、金属塩化物(MCl
X )がアンモニア(NH3 )と反応して、金属窒化物
(MNX )を生成する。そして当該銅系金属層22のエ
ッチングが進行するにつれて、形成される銅系金属パタ
ーン11の側壁には上記金属窒化物が堆積されて側壁保
護膜23が形成される。このときの反応は、以下のよう
になる。In the etching, metal chloride (MCl
X ) reacts with ammonia (NH 3 ) to form a metal nitride (MN X ). Then, as the etching of the copper-based metal layer 22 proceeds, the metal nitride is deposited on the sidewalls of the formed copper-based metal pattern 11 to form the sidewall protection film 23. The reaction at this time is as follows.
【0035】[0035]
【数1】 MClX +NH3 →MNX +HCl+Clラジカル・・・(1)## EQU1 ## MCl X + NH 3 → MN X + HCl + Cl radical (1)
【0036】そして側壁に堆積された金属窒化物の側壁
保護膜23によって、塩素ラジカルCl*による銅系金
属パターン11へのサイドアタックが防止される。The side wall protective film 23 of the metal nitride deposited on the side wall prevents the side attack of the copper-based metal pattern 11 by the chlorine radical Cl *.
【0037】そして図2の(3)に示すように、反射防
止層14、銅系金属パターン11、バリアメタル層13
の各側壁には堆積した金属窒化物からなる側壁保護膜2
3が形成される。Then, as shown in FIG. 2C, the antireflection layer 14, the copper-based metal pattern 11, the barrier metal layer 13 are formed.
Side wall protection film 2 made of metal nitride deposited on each side wall of
3 is formed.
【0038】上記形成方法では、ガス状の金属塩化物と
窒素系ガスと塩素系ガスとを含むエッチングガスを用い
て銅系金属層22をエッチングする際に、当該銅系金属
層22で形成される銅系金属パターン11の側壁に金属
窒化物を堆積しながら、当該銅系金属層22をエッチン
グすることから、エッチングで形成された銅系金属パタ
ーン11の側壁には側壁保護膜23が形成される。In the above forming method, when the copper-based metal layer 22 is etched by using the etching gas containing the gaseous metal chloride, the nitrogen-based gas and the chlorine-based gas, the copper-based metal layer 22 is formed. Since the copper-based metal layer 22 is etched while depositing a metal nitride on the sidewall of the copper-based metal pattern 11, the sidewall protection film 23 is formed on the sidewall of the copper-based metal pattern 11 formed by the etching. It
【0039】その際、上記ガス状の金属塩化物には、ア
ルミニウム塩化物(AlClX )、チタン塩化物(Ti
ClX )、ジルコニウム塩化物(ZrClX )、モリブ
デン塩化物(MoClX )、タンタル塩化物(TaCl
X )およびタングステン塩化物(WClX )のうちの少
なくとも一つを用いることから、200℃〜350℃程
度の温度で、上記各金属塩化物は金属と塩素(Cl2 )
とに解離される。したがって、エッチングマスク15に
は、耐熱性を有するシリコン系の無機質マスクが用いら
れる。そして上記解離して生成された金属と窒素系ガス
の窒素とが反応して、金属窒化物が生成され、それが形
成される銅系金属パターンの側壁に堆積して側壁保護膜
23になる。At that time, the gaseous metal chlorides include aluminum chloride (AlCl x ) and titanium chloride (Ti).
Cl x ), zirconium chloride (ZrCl x ), molybdenum chloride (MoCl x ), tantalum chloride (TaCl
X ) and tungsten chloride (WCl x ), at least one of the above metal chlorides contains metal and chlorine (Cl 2 ) at a temperature of about 200 ° C. to 350 ° C.
Dissociated into and. Therefore, as the etching mask 15, a silicon-based inorganic mask having heat resistance is used. Then, the metal generated by the dissociation and the nitrogen of the nitrogen-based gas react with each other to generate a metal nitride, which is deposited on the sidewall of the formed copper-based metal pattern to form the sidewall protection film 23.
【0040】その後図3に示すように、窒化処理とし
て、アンモニア(NH3 )と窒素(N2 )との混合ガス
雰囲気、アンモニア(NH3 )ガス雰囲気または窒素
(N2 )ガス雰囲気で窒化アニール処理を行う。この窒
化アニール処理では、金属窒化物(MNX )からなる側
壁保護膜(23)をさらに窒化して、安定な金属窒化物
(MNX )に改質する。このようにして、側壁保護膜
(23)は酸化防止膜12になる。Then, as shown in FIG. 3, as nitriding treatment, nitriding annealing is performed in a mixed gas atmosphere of ammonia (NH 3 ) and nitrogen (N 2 ), an ammonia (NH 3 ) gas atmosphere or a nitrogen (N 2 ) gas atmosphere. Perform processing. The nitriding annealing treatment, a metal nitride and further nitriding the side wall protective film (23) consisting of (MN X), modified into a stable metal nitride (MN X). In this way, the side wall protective film (23) becomes the antioxidant film 12.
【0041】上記窒化処理では、側壁保護膜23を改質
することで、窒化処理前の当該金属窒化物よりも緻密な
金属窒化物になるので、側壁保護膜(23)は酸化防止
性能を有する。In the above-mentioned nitriding treatment, since the side wall protective film 23 is modified to be a denser metal nitride than the metal nitride before the nitriding treatment, the side wall protective film (23) has an antioxidant property. .
【0042】もしくは、上記銅系金属層22のエッチン
グでエッチングガスにアルミニウム塩化物、チタン塩化
物またはジルコニウム塩化物を用いた場合には、図4に
示すように、側壁保護膜23はアルミニウム窒化物、チ
タン窒化物またはジルコニウム窒化物になる。このよう
な金属窒化物からなる側壁保護膜23を酸素(O2 )を
含む雰囲気にさらして、アルミニウム窒化酸化物(Al
OX NY )、チタン窒化酸化物(TiOX NY )または
ジルコニウム窒化酸化物(ZrOX NY )のような金属
窒化酸化物からなる酸化防止膜12に改質する。上記酸
素(O2 )を含む雰囲気としては、例えば大気がある。Alternatively, when aluminum chloride, titanium chloride or zirconium chloride is used as an etching gas in the etching of the copper-based metal layer 22, as shown in FIG. 4, the side wall protective film 23 is made of aluminum nitride. , Titanium nitride or zirconium nitride. The side wall protection film 23 made of such a metal nitride is exposed to an atmosphere containing oxygen (O 2 ) to remove aluminum nitride oxide (Al
O X N Y ), titanium nitride oxide (TiO X N Y ), or zirconium nitride oxide (ZrO X N Y ). The atmosphere containing oxygen (O 2 ) is, for example, the atmosphere.
【0043】一般にアルミニウムの酸化物、チタンの酸
化物およびジルコニウムの酸化物は、銅の酸化物よりも
生成自由エネルギーが負の値側に大きい。このため、生
成されたアルミニウム窒化酸化物(AlOX NY )、チ
タン窒化酸化物(TiOX NY )またはジルコニウム窒
化酸化物(ZrOX NY )は安定な酸化防止膜12にな
る。In general, aluminum oxide, titanium oxide and zirconium oxide have a larger free energy of formation on the negative value side than copper oxide. Therefore, the generated aluminum nitride oxide (AlO X N Y ), titanium nitride oxide (TiO X N Y ) or zirconium nitride oxide (ZrO X N Y ) becomes the stable antioxidant film 12.
【0044】そして図5に示すように、エッチングマス
ク15(2点鎖線で示す部分)の除去を行う。エッチン
グマスク15は酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリ
コンまたは窒化酸化シリコンで形成されているので、ウ
ェットエッチング処理で当該エッチングマスク15を除
去する。Then, as shown in FIG. 5, the etching mask 15 (the portion indicated by the chain double-dashed line) is removed. Since the etching mask 15 is formed of silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, or silicon nitride oxide, the etching mask 15 is removed by wet etching treatment.
【0045】上記ウェットエッチングでは、例えばフッ
酸またはリン酸を用いる。ただし、フッ酸は、チタン系
材料をエッチングするので、側壁保護膜23がチタン系
材料で形成されている場合にはリン酸を用いる。またリ
ン酸はアルミニウム系材料をエッチングするので、側壁
保護膜23がアルミニウム系材料で形成されている場合
にはフッ酸を用いる。In the above wet etching, for example, hydrofluoric acid or phosphoric acid is used. However, since hydrofluoric acid etches a titanium-based material, phosphoric acid is used when the sidewall protective film 23 is made of a titanium-based material. Further, since phosphoric acid etches an aluminum-based material, hydrofluoric acid is used when the sidewall protective film 23 is formed of an aluminum-based material.
【0046】上記除去方法では、形成された側壁保護膜
23を酸化系の膜に変質することなくエッチングマスク
15は除去される。In the above removing method, the etching mask 15 is removed without changing the formed sidewall protection film 23 into an oxide film.
【0047】もしくは、エッチングマスク15を除去し
ないで、それを層間絶縁膜の一部分に用いることも可能
である。Alternatively, the etching mask 15 may be used as a part of the interlayer insulating film without removing it.
【0048】すなわち図6の(1)に示すように、例え
ばCVD法によって、エッチングマスク15側の全面を
覆う状態に酸化シリコン膜32を成膜する。その後、異
方性エッチングを行って、酸化シリコン膜32の2点鎖
線で示す部分を除去して、残した酸化シリコン膜(3
2)で配線パターン1の側壁側にサイドウォール絶縁膜
33を形成する。このとき、基板21上やエッチングマ
スク15上に酸化シリコン膜(32)を残しても差し支
えない。That is, as shown in (1) of FIG. 6, a silicon oxide film 32 is formed by CVD, for example, so as to cover the entire surface on the side of the etching mask 15. Then, anisotropic etching is performed to remove the portion indicated by the chain double-dashed line of the silicon oxide film 32, and leave the remaining silicon oxide film (3
In 2), the sidewall insulating film 33 is formed on the sidewall side of the wiring pattern 1. At this time, the silicon oxide film (32) may be left on the substrate 21 or the etching mask 15.
【0049】そして図6の(2)に示すように、塗布技
術によって、配線パターン1側の全面を覆う状態にSO
G(Spin on glass )膜34を形成する。その後熱処
理を行って、SOG膜34を安定化させる。上記の如く
に、エッチングマスク15とサイドウォール絶縁膜33
とSOG膜34とからなる層間絶縁膜31が形成され
る。Then, as shown in FIG. 6B, SO is applied by a coating technique so as to cover the entire surface of the wiring pattern 1 side.
A G (Spin on glass) film 34 is formed. Then, heat treatment is performed to stabilize the SOG film 34. As described above, the etching mask 15 and the sidewall insulating film 33 are formed.
And an SOG film 34 are formed to form an interlayer insulating film 31.
【0050】または、CVD法によって、エッチングマ
スク15側の全面を覆う状態に酸化シリコン膜32を成
膜して、この酸化シリコン膜32とエッチングマスク1
5とを層間絶縁膜31とすることも可能である。上記層
間絶縁膜31を形成する方法は一例であって、上記方法
に限定されることはなく、エッチングマスク15を層間
絶縁膜31に用いていれば、どのような方法であっても
よい。Alternatively, a silicon oxide film 32 is formed by the CVD method so as to cover the entire surface on the etching mask 15 side, and the silicon oxide film 32 and the etching mask 1 are formed.
It is also possible to use 5 and 5 as the interlayer insulating film 31. The method for forming the interlayer insulating film 31 is an example, and the method is not limited to the above method, and any method may be used as long as the etching mask 15 is used for the interlayer insulating film 31.
【0051】なお、上記実施例で説明した数値および数
値範囲は一例であって、その値に限定されることはな
い。The numerical values and numerical ranges described in the above embodiments are examples, and the values are not limited to those values.
【0052】[0052]
【発明の効果】以上、説明したように本発明の配線パタ
ーンは、銅系金属パターンの側壁に金属窒化膜または金
属窒化酸化膜からなる酸化防止膜が形成されていること
から、酸化されない。したがって、配線の低抵抗化を図
ることが可能になる。As described above, the wiring pattern of the present invention is not oxidized because the anti-oxidation film made of the metal nitride film or the metal oxynitride film is formed on the side wall of the copper-based metal pattern. Therefore, it is possible to reduce the resistance of the wiring.
【0053】上記形成方法では、ガス状の金属塩化物と
窒素系ガスと塩素系ガスとを含むエッチングガスを用い
て銅系金属層をエッチングすることで、形成される銅系
金属パターンの側壁に金属窒化物を堆積しながら、当該
銅系金属層をエッチングする。このため、銅系金属パタ
ーンの側壁には側壁保護膜が形成されるので、エッチン
グ時の塩素ラジカルのサイドアタックから側壁を守るこ
とができる。したがって、異方性に優れたエッチング形
状を得ることが可能になる。In the above-described forming method, the copper-based metal layer is etched using an etching gas containing a gaseous metal chloride, a nitrogen-based gas, and a chlorine-based gas, so that the sidewall of the copper-based metal pattern to be formed is etched. The copper-based metal layer is etched while depositing the metal nitride. For this reason, since the side wall protective film is formed on the side wall of the copper-based metal pattern, the side wall can be protected from the side attack of chlorine radicals during etching. Therefore, it becomes possible to obtain an etching shape having excellent anisotropy.
【0054】金属塩化物として、アルミニウム塩化物、
チタン塩化物、ジルコニウム塩化物、モリブデン塩化
物、タンタル塩化物およびタングステン塩化物のうちの
少なくとも一つを用いることから、200℃〜350℃
程度の温度で、金属塩化物を金属と塩素(Cl2 )とに
解離することができる。したがって、エッチングマスク
を解離温度に対応したシリコン系の無機材料で形成する
ことが可能になる。As the metal chloride, aluminum chloride,
Since at least one of titanium chloride, zirconium chloride, molybdenum chloride, tantalum chloride, and tungsten chloride is used, the temperature is 200 ° C to 350 ° C.
At moderate temperatures, metal chlorides can be dissociated into metal and chlorine (Cl 2 ). Therefore, the etching mask can be formed of a silicon-based inorganic material corresponding to the dissociation temperature.
【0055】酸素を含む雰囲気にさらすことで金属窒化
物を金属窒化酸化物に改質するので、側壁保護膜は金属
窒化酸化物になる。したがって、銅の酸化物よりも生成
自由エネルギーが負の値側に大きい、アルミニウム窒化
酸化物、チタン窒化酸化物またはジルコニウム窒化酸化
物からなる側壁保護膜を形成することができる。このた
め、側壁保護膜で安定な酸化防止膜を形成することが可
能になる。Since the metal nitride is reformed into the metal nitride oxide by exposing it to the atmosphere containing oxygen, the side wall protective film becomes the metal nitride oxide. Therefore, it is possible to form the sidewall protective film made of aluminum nitride oxide, titanium nitride oxide, or zirconium nitride oxide, which has a larger free energy of formation than the oxide of copper on the negative value side. Therefore, it becomes possible to form a stable antioxidant film with the sidewall protection film.
【0056】窒化処理を行うことで、側壁保護膜の金属
窒化物を処理前より緻密な金属窒化物に改質することが
できる。このため、酸化防止性能の向上を図ることがで
きる。By performing the nitriding treatment, the metal nitride of the side wall protective film can be reformed into a denser metal nitride than before the treatment. Therefore, the antioxidant performance can be improved.
【0057】酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコ
ンまたは窒化酸化シリコンからなるエッチングマスクを
ウェットエッチング処理で除去するので、側壁保護膜を
酸化系の膜に変質することがない。したがって、側壁保
護膜は酸化防止機能を持つことができる。Since the etching mask made of silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide or silicon nitride oxide is removed by the wet etching process, the side wall protective film is not transformed into an oxide film. Therefore, the sidewall protection film can have an antioxidant function.
【図1】本発明の配線パターンの概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a wiring pattern of the present invention.
【図2】配線パターンの形成工程図である。FIG. 2 is a process drawing of forming a wiring pattern.
【図3】酸化防止膜形成の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of formation of an antioxidant film.
【図4】酸化防止膜形成の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of formation of an antioxidant film.
【図5】エッチングマスク除去の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of etching mask removal.
【図6】層間絶縁膜の形成工程図である。FIG. 6 is a process drawing of an interlayer insulating film.
1 配線パターン 11 銅系金属パターン 12 酸化防止膜 15 エッチングマスク 22 銅系金属層 23 側壁保護膜 31 層間絶縁膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wiring pattern 11 Copper-based metal pattern 12 Antioxidation film 15 Etching mask 22 Copper-based metal layer 23 Sidewall protection film 31 Interlayer insulation film
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/88 D ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/88 D
Claims (6)
ーンの側壁に設けた金属窒化膜または金属窒化酸化膜か
らなる酸化防止膜とで構成されることを特徴とする配線
パターン。1. A wiring pattern comprising a copper-based metal pattern and an anti-oxidation film made of a metal nitride film or a metal oxynitride film provided on a sidewall of the copper-based metal pattern.
系ガスとを含むエッチングガスを用いて銅系金属層をエ
ッチングする際に、当該銅系金属層で形成される銅系金
属パターンの側壁に金属窒化物を堆積しながら、当該銅
系金属層をエッチングすることを特徴とする配線パター
ンの形成方法。2. A copper-based metal pattern formed by the copper-based metal layer when the copper-based metal layer is etched using an etching gas containing a gaseous metal chloride, a nitrogen-based gas, and a chlorine-based gas. A method for forming a wiring pattern, characterized in that the copper-based metal layer is etched while depositing a metal nitride on the side wall of.
において、 アルミニウム塩化物、チタン塩化物、ジルコニウム塩化
物、モリブデン塩化物、タンタル塩化物およびタングス
テン塩化物のうちの少なくとも一つからなるガス状の金
属塩化物と窒素系ガスと塩素系ガスとを含むエッチング
ガスを用いて銅系金属層をエッチングする際に、当該銅
系金属層で形成される銅系金属パターンの側壁に金属窒
化物を堆積しながら、当該銅系金属層をエッチングする
ことを特徴とする配線パターンの形成方法。3. The method for forming a wiring pattern according to claim 2, wherein the gaseous state comprises at least one of aluminum chloride, titanium chloride, zirconium chloride, molybdenum chloride, tantalum chloride and tungsten chloride. When etching the copper-based metal layer using an etching gas containing a metal chloride, a nitrogen-based gas, and a chlorine-based gas, a metal nitride is formed on the sidewall of the copper-based metal pattern formed by the copper-based metal layer. A method for forming a wiring pattern, characterized in that the copper-based metal layer is etched while being deposited.
ーンの形成方法において、 前記銅系金属層のエッチングが終了した後、 酸素を含む雰囲気にさらすことによって、側壁に堆積し
た金属窒化物からなる側壁保護膜を金属窒化酸化物に改
質することを特徴とする配線パターンの形成方法。4. The method for forming a wiring pattern according to claim 2 or 3, wherein after the etching of the copper-based metal layer is completed, the copper-based metal layer is exposed to an atmosphere containing oxygen to remove the metal nitride deposited on the side wall. A method for forming a wiring pattern, characterized in that the side wall protective film is modified into a metal nitride oxide.
ーンの形成方法において、 前記銅系金属層のエッチングが終了した後、 窒化処理で、側壁に堆積した金属窒化物からなる側壁保
護膜を窒化処理前の当該金属窒化物よりも緻密な金属窒
化物に改質することを特徴とする配線パターンの形成方
法。5. The method of forming a wiring pattern according to claim 2, wherein after the etching of the copper-based metal layer is completed, a sidewall protection film made of metal nitride deposited on the sidewall is subjected to nitriding treatment. A method for forming a wiring pattern, characterized in that the metal nitride is modified to be denser than the metal nitride before nitriding.
求項5記載の配線パターンの形成方法において、 前記銅系金属層のエッチングで用いた酸化シリコン、窒
化シリコン、炭化シリコンまたは窒化酸化シリコンから
なるエッチングマスクをウェットエッチング処理で除去
するか、もしくは層間絶縁膜の一部分として用いること
を特徴とする配線パターンの形成方法。6. The method for forming a wiring pattern according to claim 2, claim 3, claim 4, or claim 5, wherein the silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, or oxynitride used in the etching of the copper-based metal layer is used. A method for forming a wiring pattern, characterized in that an etching mask made of silicon is removed by wet etching or used as a part of an interlayer insulating film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25256293A JPH0786285A (en) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | Wiring pattern and method of forming the same |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH0786285A true JPH0786285A (en) | 1995-03-31 |
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ID=17239105
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| JP25256293A Pending JPH0786285A (en) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | Wiring pattern and method of forming the same |
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|---|---|
| JP (1) | JPH0786285A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12272555B2 (en) | 2021-10-12 | 2025-04-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of forming semiconductor devices |
-
1993
- 1993-09-14 JP JP25256293A patent/JPH0786285A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12272555B2 (en) | 2021-10-12 | 2025-04-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of forming semiconductor devices |
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