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JP3120513B2 - Dry etching method - Google Patents
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JP3120513B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JP3120513B2
JP3120513B2 JP03335565A JP33556591A JP3120513B2 JP 3120513 B2 JP3120513 B2 JP 3120513B2 JP 03335565 A JP03335565 A JP 03335565A JP 33556591 A JP33556591 A JP 33556591A JP 3120513 B2 JP3120513 B2 JP 3120513B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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ドライエッチング方法に関し、特に
いわゆるブランケットCVD法により形成される高融点
金属層のエッチバックを行うにあたり、表面を高度に平
滑化し、パーティクル汚染を低減し、ローディング効果
を抑制する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method applied in the field of manufacturing semiconductor devices and the like, and more particularly to a method of etching back a refractory metal layer formed by a so-called blanket CVD method, which has a highly smooth surface. To reduce particle contamination and suppress the loading effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のVLSI,ULSI等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、デバイス・チップ上では配線部分の占める割合
が増大する傾向にあるが、これによるチップ面積の大幅
な増大を防止するために多層配線が今や必須の技術とな
っている。従来、配線形成方法としては、アルミニウム
等からなる金属薄膜をスパッタリング法により形成する
ことが広く行われてきた。しかし、上述のように配線の
多層化が進行し、その結果として基体の表面段差や接続
孔のアスペクト比が増大している状況下では、スパッタ
リング法におけるステップ・カバレージの不足により上
層配線と半導体基板との間の接続不良や配線間における
接続不良がすでに重大な問題となっている。
2. Description of the Related Art As the integration and performance of semiconductor devices have increased as seen in recent VLSIs and ULSIs, the proportion of wiring portions on a device chip tends to increase. In order to prevent a large increase in chip area due to this, multilayer wiring is now an essential technology. Conventionally, as a wiring forming method, a metal thin film made of aluminum or the like has been widely formed by a sputtering method. However, as described above, in a situation in which the wiring is multi-layered, and as a result, the surface step of the base and the aspect ratio of the connection hole are increasing, the upper layer wiring and the semiconductor substrate are insufficient due to insufficient step coverage in the sputtering method. A poor connection between them and a poor connection between wires have already become serious problems.

【0003】そこで近年、タングステン(W),モリブ
デン(Mo),タンタル(Ta)等の高融点金属、ある
いはアルミニウム(Al),銅(Cu)等の金属を接続
孔内に選択的に成長させることによりアスペクト比の高
い接続孔を埋め込む技術が提案されている。かかる選択
成長の手法としては、金属フッ化物や有機金属化合物等
のガスを下層配線材料により還元して金属を析出させる
選択CVD法がその代表的なものである。
[0003] In recent years, a high melting point metal such as tungsten (W), molybdenum (Mo) or tantalum (Ta), or a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu) has been selectively grown in a connection hole. There is proposed a technique for filling a connection hole having a high aspect ratio. A typical example of such a selective growth method is a selective CVD method in which a gas such as a metal fluoride or an organometallic compound is reduced by a lower wiring material to deposit a metal.

【0004】しかし、選択CVD法は研究レベルではか
なり良い結果を得ているものの、次第に選択性が劣化す
ること、あるいはネイルヘッドと通称される過剰成長部
のエッチバック除去の際の制御性が乏しいこと等の難点
があり、当初の期待に反して量産への導入の見通しが立
っていないのが現状である。この選択CVDに代わって
改めて注目を集めているのが、ブランケットCVD法で
ある。これは、基体の全面に金属または合金を析出させ
る技術であり、たとえば接続孔が開口された絶縁膜の全
面を被覆して該接続孔を埋め込むごとくW等の高融点金
属層を形成するプロセスはその代表例である。
[0004] However, although the selective CVD method has obtained quite good results at the research level, the selectivity gradually deteriorates, or the controllability at the time of removing the etch back of the overgrown portion commonly called a nail head is poor. At present, there is no prospect of introduction to mass production, contrary to the initial expectations. A blanket CVD method has recently attracted attention in place of the selective CVD method. This is a technique of depositing a metal or an alloy on the entire surface of a base. For example, a process of forming a high melting point metal layer such as W as covering the entire surface of an insulating film having a connection hole and filling the connection hole is used. This is a typical example.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記高融点
金属層を接続孔内部に埋め込んで、いわゆるプラグ材と
して使用する場合には、該高融点金属層のエッチバック
が当然必要となる。このエッチバック工程では、ウェハ
面内における処理の均一性を考慮して5〜10%程度の
オーバーエッチングが行われるのが普通である。しか
し、同じウェハ面でもエッチング装置内のプラズマ密度
の比較的高い領域に近接している部分では、それ以外の
部分と比較してエッチング速度が速くなっているため、
被エッチング面積の急激な減少が早い時期に生ずる。す
ると、結合の相手(すなわち高融点金属)を失って相対
的に過剰となったラジカルが接続孔内に集中し、そこに
埋め込まれたバリヤメタルや高融点金属層を大きく浸食
するという問題がある。この問題を、図11を参照しな
がら説明する。
When the high melting point metal layer is buried in the connection hole and used as a so-called plug material, it is necessary to etch back the high melting point metal layer. In this etch-back step, overetching of about 5 to 10% is usually performed in consideration of the uniformity of processing in the wafer surface. However, even in the same wafer surface, the etching rate is higher in a portion close to a region where the plasma density is relatively high in the etching apparatus as compared with the other portions,
An abrupt decrease in the area to be etched occurs early. Then, there is a problem that radicals which have lost the bonding partner (that is, the high melting point metal) and become relatively excessive concentrate in the connection holes, and largely erode the barrier metal and the high melting point metal layer embedded therein. This problem will be described with reference to FIG.

【0006】たとえば図11(a)に示されるように、
予め不純物拡散領域32の形成された半導体基板31上
に、該不純物拡散領域32に臨んで接続孔33aが開口
された層間絶縁膜33が形成され、さらにスパッタリン
グ法により基体の全面を被覆するごとくTiN等からな
るバリヤメタル34が形成され、さらにブランケットC
VD法によりBlk−W層35が形成されている場合を
考える。
For example, as shown in FIG.
On a semiconductor substrate 31 on which an impurity diffusion region 32 has been formed in advance, an interlayer insulating film 33 having a connection hole 33a opened facing the impurity diffusion region 32 is formed. Is formed, and a blanket C is further formed.
Consider a case where the Blk-W layer 35 is formed by the VD method.

【0007】ここで、フッ素系ガスを用いて上記Blk
−W層35をエッチバックすると、高プラズマ密度領域
の近傍ではバリヤメタル34の表面が露出した段階で早
い時期にF* が過剰となる。これが接続孔33a内に埋
め込まれたBlk−W層35の表面に集中し、オーバー
エッチングを行っている間に図11(b)に示されるよ
うな大きな浸食部36を形成してしまうのである。
[0007] Here, the above Blk
When the −W layer 35 is etched back, F * becomes excessive early in the vicinity of the high plasma density region when the surface of the barrier metal 34 is exposed. This concentrates on the surface of the Blk-W layer 35 buried in the connection hole 33a, and a large eroded portion 36 as shown in FIG. 11B is formed during overetching.

【0008】さらに、条件を変えてバリヤメタル34を
エッチバックすると、今度は層間絶縁膜33の表面が露
出した時点でラジカルが過剰となり、これが接続孔33
内に埋め込まれたバリヤメタル34のわずかな断面に集
中する。この結果、図11(c)に示されるように、大
きな浸食部37が形成されてしまう。
Further, when the barrier metal 34 is etched back under different conditions, radicals become excessive at the time when the surface of the interlayer insulating film 33 is exposed.
Concentrate on a slight cross section of the barrier metal 34 embedded therein. As a result, a large erosion portion 37 is formed as shown in FIG.

【0009】このように、被エッチング材料層の面積の
減少に伴ってラジカルが相対的に過剰となり、急激にエ
ッチング速度が上昇してしまう現象はローディング効果
と呼ばれており、ブランケットCVD法の実用化を事実
上妨げている原因である。今後の半導体装置の製造分野
では、デバイス・チップの大型化に伴ってウェハが大口
径化され、しかもスループットの低下を招かないように
高密度プラズマを用いて高速エッチングを行う枚葉式プ
ラズマ・エッチング装置が主流となると予想されるた
め、ローディング効果は一層顕著になるものと考えられ
る。したがって、その早急な解決策が望まれている。
The phenomenon in which radicals become relatively excessive with the decrease in the area of the material layer to be etched and the etching rate rapidly increases is called the loading effect. It is the cause that is actually preventing the conversion. In the field of semiconductor device manufacturing in the future, single-wafer plasma etching will be used to perform high-speed etching using high-density plasma so that the wafer diameter will increase as device chips become larger and the throughput will not decrease. It is expected that the loading effect will be even more pronounced since the device is expected to be mainstream. Therefore, an urgent solution is desired.

【0010】また、ブランケットCVD法にはいまひと
つ、平滑性の改善という重要な課題がある。たとえば前
述の図11(a)にも模式的に表されているように、B
lk−W層35の表面モホロジーは粗い。このため、B
lk−W層35をエッチバックすると、その表面モホロ
ジーは図11(b)に示されるようにバリヤメタル34
に転写され、さらにこのバリヤメタル34のエッチバッ
クにより図11(c)に示されるように層間絶縁膜33
にも転写される。したがって、たとえローディング効果
が良好に抑制され、図12に示されるように接続孔33
aが平坦に埋め込まれたとしても、粗い表面モホロジー
は最後までウェハの表面に残る。このような表面荒れ
は、後工程で形成する配線の密着性や信頼性に悪影響を
与える虞れが大きいので、解消しておく必要がある。
[0010] The blanket CVD method still has another important problem of improving smoothness. For example, as schematically shown in FIG.
The surface morphology of the lk-W layer 35 is rough. Therefore, B
When the lk-W layer 35 is etched back, its surface morphology becomes a barrier metal 34 as shown in FIG.
Then, the barrier metal 34 is etched back, and as shown in FIG.
Is also transcribed. Therefore, even if the loading effect is well suppressed, as shown in FIG.
Even if a is buried flat, the rough surface morphology remains on the surface of the wafer to the end. Such surface roughness is likely to adversely affect the adhesion and reliability of wiring formed in a later step, and thus needs to be eliminated.

【0011】かかるローディング効果および粗い表面モ
ホロジーの解消手段として、本願出願人は先に特願平3
−60906号明細書において、S2 2 等のフッ化イ
オウを使用してBlk−W層をエッチングし、オーバー
エッチング時には該フッ化イオウにH2 ,H2 S,シラ
ン系化合物等を添加する技術を提案している。上記フッ
化イオウがプラズマ中に放出する遊離のSは、ウェハ上
に堆積してBlk−W層の表面の微細な凹凸を平滑化す
る効果がある。オーバーエッチング時に添加ガスを使用
するのは、過剰となったF* をH* やSi* により捕捉
し、エッチング反応系の見掛け上のS/F比を上昇させ
るためである。これにより、下地との界面付近における
エッチバックはラジカル性を弱めた条件で行われること
になり、ローディング効果が抑制できる。しかも、堆積
したSはウェハを加熱すれば容易に除去できるので、何
らパーティクル汚染の原因とならない点も大きなメリッ
トである。
As a means for eliminating such a loading effect and a rough surface morphology, the present applicant has previously filed Japanese Patent Application No. Hei.
In the specification of JP-60906, a Blk-W layer is etched using sulfur fluoride such as S 2 F 2, and H 2 , H 2 S, a silane compound or the like is added to the sulfur fluoride during over-etching. Propose technology. The free S released by the sulfur fluoride into the plasma has an effect of depositing on the wafer and smoothing fine irregularities on the surface of the Blk-W layer. The additional gas is used at the time of over-etching in order to capture the excess F * by H * or Si * and increase the apparent S / F ratio of the etching reaction system. As a result, the etch back near the interface with the base is performed under the condition that the radical property is weakened, and the loading effect can be suppressed. Moreover, since the deposited S can be easily removed by heating the wafer, there is a great merit in that it does not cause any particle contamination.

【0012】このように、Sの堆積を利用するプロセス
はBlk−W層のエッチバックを行う上で有望な技術で
あるが、その実用化を推進する上では、できる限り多く
の選択肢の中からエッチングの内容に応じて最適なプロ
セスを模索する方針で研究を進める必要がある。かかる
事情から、S/F比の制御技術として従来とは異なるア
プローチを提供することも意義深い。
As described above, the process utilizing the deposition of S is a promising technique for performing the etch back of the Blk-W layer, but in order to promote its practical use, there are as many options as possible. Research needs to be pursued with a policy of searching for the optimal process according to the content of etching. Under such circumstances, it is also significant to provide an approach different from the conventional one as the S / F ratio control technique.

【0013】そこで本発明は、Sの堆積を利用して高融
点金属層のエッチバックを行う際に、エッチング・ガス
組成の変更とは異なるS/X比の制御手法により、高度
な表面平滑化とローディング効果の防止を図ることが可
能なドライエッチング方法を提供することを目的とす
る。
Therefore, the present invention provides a method of controlling the S / X ratio, which is different from the change of the etching gas composition, when performing etching back of the refractory metal layer utilizing the deposition of S, thereby achieving a high level of surface smoothing. And a dry etching method capable of preventing a loading effect.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
である。すなわち、本願の第1の発明にかかるドライエ
ッチング方法は、高融点金属層のエッチバックを行う方
法であって、処理チャンバの内壁部の少なくとも一部が
S系材料層により被覆されてなり、かつ該S系材料層の
プラズマとの接触面積を可変となし得るシャッタ部材を
備えたプラズマ装置にハロゲン系化合物を含むエッチン
グ・ガスを導入し、前記イオウ系材料層から前記接触面
積に応じて供給されるSおよび/またはS系材料を堆積
させて前記高融点金属層の表面の平滑化を行う工程を有
することを特徴とする。
The dry etching method of the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object. That is, the dry etching method according to the first invention of the present application is a method for performing etch-back of the high melting point metal layer, wherein at least a part of the inner wall of the processing chamber is covered with the S-based material layer, and An etching gas containing a halogen-based compound is introduced into a plasma apparatus having a shutter member capable of making a contact area of the S-based material layer with plasma variable, and supplied from the sulfur-based material layer according to the contact area. And depositing S and / or S-based material to smooth the surface of the refractory metal layer.

【0015】本願の第2の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、前記平滑化を前記高融点金属層のエッチバッ
クに先立って行うことを特徴とする。
A dry etching method according to a second aspect of the present invention is characterized in that the smoothing is performed prior to the etch-back of the refractory metal layer.

【0016】本願の第3の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、前記平滑化をオーバーエッチングに先立って
行うことを特徴とする。
A dry etching method according to a third aspect of the present invention is characterized in that the smoothing is performed prior to over-etching.

【0017】さらに、本願の第4の発明にかかるドライ
エッチング方法は、前記平滑化を前記高融点金属層のエ
ッチバックとの競合反応として行うことを特徴とする。
Further, the dry etching method according to the fourth invention of the present application is characterized in that the smoothing is performed as a competitive reaction with the etch-back of the refractory metal layer.

【0018】[0018]

【作用】本発明者は、エッチング・ガスの組成を変更す
ることなくS/X比を制御するためには、プラズマ装置
の構成および使用方法を工夫することが不可欠であると
の認識に立って検討を進めた。本発明におけるプラズマ
装置の構成上の工夫とは、処理チャンバの内壁面の少な
くとも一部にS系材料層を配し、このS系材料層とプラ
ズマとの接触面積を可変とするためのシャッタ部材を設
けることである。また、その使用方法上の工夫とは、上
記シャッタ部材を操作することにより所望のプロセスに
最適なS/X比を設定し、さらに必要に応じてプロセス
途中でS/X比を変化させることである。
The present inventor has recognized that in order to control the S / X ratio without changing the composition of the etching gas, it is indispensable to devise the structure and use of the plasma apparatus. Examination proceeded. The configuration of the plasma apparatus according to the present invention includes a shutter member for arranging an S-based material layer on at least a part of the inner wall surface of the processing chamber and changing a contact area between the S-based material layer and the plasma. Is provided. In addition, the idea of the method of use is to set an S / X ratio optimal for a desired process by operating the shutter member, and to change the S / X ratio during the process as needed. is there.

【0019】すなわち、シャッタ部材の操作によりS系
材料層とプラズマとの接触面積を大とした場合には、こ
のS系材料層からのSの供給量が増大してエッチング反
応系の見掛け上のS/X比が上昇し、小とした場合に
は、その逆となる。この接触面積は、プロセスの内容に
応じて予め最適化しておけば良い。なお、厳密には、S
系材料層の種類によっては単体のSの他、Sを構成元素
として含む化合物がそのままの形あるいはフラグメント
の形でスパッタされてくる可能性もあるが、以下の明細
書中では説明を簡略化するために、単体のSのみを取り
扱うことにする。
That is, when the contact area between the S-based material layer and the plasma is increased by operating the shutter member, the supply amount of S from the S-based material layer is increased and the apparent appearance of the etching reaction system is increased. When the S / X ratio increases and becomes small, the opposite is true. This contact area may be optimized in advance according to the contents of the process. Strictly speaking, S
Depending on the type of the system material layer, a compound containing S as a constituent element may be sputtered as it is or in the form of a fragment in addition to simple S, but the description will be simplified in the following description. Therefore, only a single S is handled.

【0020】この方法によれば、S/X比をプロセス途
中で変化させることにも、シャッタ部材の機械的な操作
のみで容易に対応できる。たとえば、本発明においてS
/X比を変化させる必要がある工程は、高融点金属層の
表面にSを堆積させこれを平滑化する工程である。この
工程では、シャッタ部材を操作して、S系材料層とプラ
ズマとの接触面積を増大させれば良いのである。このと
き、ウェハ温度やエッチング・ガスの組成比等の他のパ
ラメータを変更する必要がない。したがって、放電状態
の安定化に要する時間を短縮してスループットを改善
し、かつプロセスの再現性を高めることができる。
According to this method, the S / X ratio can be easily changed during the process only by mechanical operation of the shutter member. For example, in the present invention, S
The step where the / X ratio needs to be changed is a step of depositing S on the surface of the refractory metal layer and smoothing it. In this step, the contact area between the S-based material layer and the plasma may be increased by operating the shutter member. At this time, it is not necessary to change other parameters such as the wafer temperature and the composition ratio of the etching gas. Therefore, the time required for stabilizing the discharge state can be shortened, the throughput can be improved, and the reproducibility of the process can be improved.

【0021】この平滑化は、エッチバック前、もしくは
オーバーエッチング前のどちらの段階で行っても良い。
前者は本願の第2の発明に相当し、後者は本願の第3の
発明に相当する。さらにあるいは、上記の平滑化がエッ
チバックとの競合反応として行われても良い。これは、
本願の第4の発明に相当する。
This smoothing may be performed at any stage before the etch back or the over etching.
The former corresponds to the second invention of the present application, and the latter corresponds to the third invention of the present application. Further alternatively, the above-described smoothing may be performed as a competitive reaction with etch-back. this is,
This corresponds to the fourth invention of the present application.

【0022】いずれにしても、高融点金属層の表面モホ
ロジーがバリヤメタルや層間絶縁膜等の下地に転写され
る以前に平滑化されることにより、エッチバックの終点
においても下地に表面荒れを生ずることがない。
In any case, the surface morphology of the refractory metal layer is smoothed before being transferred to the base such as a barrier metal or an interlayer insulating film, so that the base is roughened even at the end point of the etch back. There is no.

【0023】さらに、今回の発明では高異方性,高選択
性を達成するためにウェハ上へ堆積させるSをS系材料
層から供給させるため、エッチング・ガスの主成分とな
る化合物が、必ずしも分子内に放出可能なS原子を構成
元素として有している必要がない。したがって、エッチ
ング・ガスを構成するハロゲン系化合物としては、SF
6 ,NF3 等の安定で汎用性が高く、安価な化合物を使
用することができる点も大きなメリットである。
Further, in the present invention, since S to be deposited on the wafer is supplied from the S-based material layer in order to achieve high anisotropy and high selectivity, the compound which is a main component of the etching gas is not necessarily used. It is not necessary to have a releasable S atom as a constituent element in the molecule. Therefore, the halogen-based compound constituting the etching gas is SF
6, NF 3 or the like stable and versatile, and is a great merit that it can be used an inexpensive compound.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【0025】実施例1 本実施例は、本願の第2の発明を適用し、Blk−W層
の表面を平滑化した後にエッチバックを行った例であ
る。
Embodiment 1 This embodiment is an example in which the second invention of the present application is applied and etchback is performed after smoothing the surface of the Blk-W layer.

【0026】ここで、実際のエッチング・プロセスの説
明に入る前に、まず本発明を実施するにあたり使用した
RFバイアス印加型の有磁場マイクロ波プラズマ・エッ
チング装置の一構成例について、図7を参照しながら説
明する。基本的な構成要素は、2.45GHzのマイク
ロ波を発生するマグネトロン11、マイクロ波を導く矩
形導波管12および円形導波管13、上記マイクロ波を
利用してECR(電子サイクロトロン共鳴)放電により
内部にECRプラズマPを生成させるための石英製のベ
ルジャー14、上記円形導波管13と上記ベルジャー1
4を周回するように配設され8.75×10-2T(87
5Gauss)の磁場強度を達成できるソレノイド・コ
イル15、上記ベルジャー14に接続され、矢印A方向
に高真空排気される試料室16、この試料室16と上記
ベルジャー14へ処理に必要なガスをそれぞれ矢印
1 ,B2 方向から供給するガス導入管17、ウェハ1
8を載置するためのウェハ載置電極19、このウェハ載
置電極19に埋設され、チラー等の冷却設備から供給さ
れる冷媒を矢印C1 ,C2 方向に循環させてウェハ18
を所定の温度に冷却するための冷却配管20、上記ウェ
ハ載置電極19にRFバイアスを印加するため、ブロッ
キング・コンデンサ21等を介して接続されるRF電源
22等である。
Before starting the description of the actual etching process, FIG. 7 shows an example of the configuration of an RF bias applying type magnetic field microwave plasma etching apparatus used in carrying out the present invention. I will explain while. The basic components are a magnetron 11 that generates a microwave of 2.45 GHz, a rectangular waveguide 12 and a circular waveguide 13 that guide the microwave, and an ECR (Electron Cyclotron Resonance) discharge using the microwave. A quartz bell jar 14 for generating ECR plasma P therein, the circular waveguide 13 and the bell jar 1
4.75 x 10 -2 T (87
5 Gauss), a sample coil 16 connected to the bell jar 14 and evacuated to a high vacuum in the direction of arrow A, and a gas required for processing is supplied to the sample chamber 16 and the bell jar 14 by arrows. Gas introduction pipe 17 supplied from B 1 and B 2 directions, wafer 1
A wafer mounting electrode 19 for mounting the wafer 8, a coolant buried in the wafer mounting electrode 19 and supplied from a cooling facility such as a chiller is circulated in the directions of arrows C 1 and C 2 , and the wafer 18 is cooled.
And a RF power supply 22 connected through a blocking capacitor 21 for applying an RF bias to the wafer mounting electrode 19.

【0027】ここで、上記ベルジャー14の内壁面のう
ちウェハ18の近傍部分には、S系材料層23を設け
た。このS系材料層23は、ベルジャー14の内壁面を
必ずしも連続的に周回している必要はなく、たとえばブ
ロック状や板状の固体を内壁面に不連続に配してなるも
のであっても良い。上記S系材料層23の具体例な構成
材料としては、イオウ(S),硫化シリコン(SiSま
たはSiS2 ),ポリチアジル〔(SN)x 〕等が挙げ
られる。また、S系材料層23の形成方法としては、適
当な方法にて成膜されたフィルムもしくはブロックから
切り出された板状体を貼着するか、プラズマCVD,電
子ビーム蒸着,ECRスパッタリング等により内壁面上
に直接成膜する方法等が考えられる。本実施例および後
述の実施例2では、プラズマCVD法により成膜された
(SN)x 層を使用した。
Here, an S-based material layer 23 is provided on the inner wall surface of the bell jar 14 near the wafer 18. The S-based material layer 23 does not necessarily have to continuously circumnavigate the inner wall surface of the bell jar 14; for example, even if a block-shaped or plate-shaped solid is discontinuously arranged on the inner wall surface. good. Specific constituent materials of the S-based material layer 23 include sulfur (S), silicon sulfide (SiS or SiS 2 ), polythiazyl [(SN) x ], and the like. As the method for forming the S-based material layer 23, a plate-like body cut out from a film or a block formed by an appropriate method is adhered, or the S-based material layer 23 is formed by plasma CVD, electron beam evaporation, ECR sputtering, or the like. A method of forming a film directly on a wall surface or the like can be considered. In this example and Example 2 described later, the (SN) x layer formed by the plasma CVD method was used.

【0028】さらに、上記S系材料層23の内周側に
は、図示されない駆動手段により矢印D方向に昇降可能
とされた円筒形の昇降式シャッタ24を配設した。ここ
で、図7(a)は昇降式シャッタ24によりS系材料層
23がほぼ完全にECRプラズマPから遮蔽された状態
を示し(シャッタ開度0%)、図7(b)は上記昇降式
シャッタ14を下降させてS系材料層23の全面が露出
された状態(シャッタ開度100%)を示す。
Further, on the inner peripheral side of the S-based material layer 23, a cylindrical elevating shutter 24 which can be moved up and down in the direction of arrow D by a driving means (not shown) is provided. Here, FIG. 7A shows a state in which the S-based material layer 23 is almost completely shielded from the ECR plasma P by the elevating shutter 24 (shutter opening 0%), and FIG. This shows a state where the entire surface of the S-based material layer 23 is exposed by lowering the shutter 14 (shutter opening degree 100%).

【0029】図8は、上記昇降式シャッタ24の配設状
態をより明確に示すために、ベルジャー14の内部を一
部破断して示す斜視図である。ベルジャー14の側壁
面、昇降式シャッタ24、ウェハ載置電極19は全て同
心的に配置されている。S系材料層23とECRプラズ
マPとの接触面積は、昇降式シャッタ24の矢印D方向
の昇降距離を変化させることにより任意に調節できる。
FIG. 8 is a perspective view showing the inside of the bell jar 14 partially cut away to more clearly show the arrangement of the elevating shutter 24. As shown in FIG. The side wall surface of the bell jar 14, the elevating shutter 24, and the wafer mounting electrode 19 are all arranged concentrically. The contact area between the S-based material layer 23 and the ECR plasma P can be arbitrarily adjusted by changing the vertical distance of the vertical shutter 24 in the direction of arrow D.

【0030】上記昇降式シャッタ24は、ラジカルを消
費せず、かつエッチング反応系内に不要な汚染を惹起さ
せない材料を適宜選択して構成することができ、かかる
材料としてたとえばステンレス鋼、あるいはアルミナ等
のセラミクス系材料を使用することができる。本実施例
および後述の実施例2では、ステンレス鋼からなる昇降
式シャッタ24を採用した。
The elevating shutter 24 can be formed by appropriately selecting a material that does not consume radicals and does not cause unnecessary contamination in the etching reaction system. Examples of such a material include stainless steel and alumina. Can be used. In this example and Example 2 described later, the elevating shutter 24 made of stainless steel was employed.

【0031】次に、上述の有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置を用いて実際にBlk−W層のエッチバ
ックを行った。このプロセスを、図1ないし図5を参照
しながら説明する。本実施例でエッチング・サンプルと
して使用したウェハ18は、一例として図1に示される
ように、予め不純物拡散領域2の形成されたシリコン基
板1上に、該不純物拡散領域2に臨んで接続孔3aが開
口されたSiO2 層間絶縁膜3が形成され、前記接続孔
3aを埋め込まない程度に基体の全面に薄いTiNバリ
ヤメタル4が形成され、さらに前記接続孔3aを埋め込
みかつ全面を被覆するごとくブランケットCVD法によ
りBlk−W層5が形成されてなるものである。ここ
で、上記ブランケットCVD法では、たとえばWF6
量25SCCM,SiH4 流量10SCCM,ガス圧
1.06×104 Pa(80Torr),ウェハ温度4
75℃の条件で20秒間の核成長を行った後、ガス供給
条件をWF6 流量60SCCM,H2 流量360SCC
Mと変化させてWを堆積させた。このようにして形成さ
れたBlk−W層5は、模式的に図示されるごとく、粗
い表面モホロジーを有していた。
Next, the above-mentioned magnetic field-induced microwave plasma
The etch back of the Blk-W layer was actually performed using an etching apparatus. This process will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1 as an example, a wafer 18 used as an etching sample in this embodiment has a connection hole 3a facing the impurity diffusion region 2 on a silicon substrate 1 on which the impurity diffusion region 2 has been previously formed. blanket CVD as but is formed SiO 2 interlayer insulating film 3 having an opening, the connection degree thin TiN barrier metal 4 on the entire surface of the substrate to which no embedded hole 3a is formed to further cover the connection hole 3a embedded and entirely The Blk-W layer 5 is formed by the method. Here, in the blanket CVD method, for example, a WF 6 flow rate of 25 SCCM, a SiH 4 flow rate of 10 SCCM, a gas pressure of 1.06 × 10 4 Pa (80 Torr), and a wafer temperature of 4
After nucleus growth for 20 seconds at 75 ° C., the gas supply conditions were WF 6 flow rate 60 SCCM, H 2 flow rate 360 SCC.
W was deposited by changing to M. The Blk-W layer 5 thus formed had a rough surface morphology as schematically illustrated.

【0032】次に、上記ウェハ18を上述の有磁場マイ
クロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載置電極19
にセットし、冷却配管20にエタノール冷媒を供給し
た。この状態で、一例として下記の条件でプラズマ処理
を行い、Blk−W層5の表面を平滑化した。 NF3 流量 20SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W RFバイアス・パワー 5W(2MHz) ウェハ温度 −30℃ シャッタ開度 100% この過程では、S系材料層23の全面がプラズマに接触
することにより、気相中にSが放出され、このSが低温
冷却されたウェハの表面に堆積することによりS堆積層
6が形成された。このS系堆積層6は単体のSを主体と
しているが、本実施例では上記S系材料層23が(S
N)x で構成されていることから、該S系材料層23の
スパッタ生成物が気相中で再結合することにより形成さ
れる(SN)x が含まれている可能性もある。このS系
堆積層6は、Blk−W層5の微細な表面凹凸を吸収し
てウェハ18の表面を平滑化した。
Next, the wafer 18 is placed on the wafer mounting electrode 19 of the above-mentioned magnetic field microwave plasma etching apparatus.
, And an ethanol refrigerant was supplied to the cooling pipe 20. In this state, the surface of the Blk-W layer 5 was smoothed by performing plasma processing under the following conditions as an example. NF 3 flow rate 20 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W RF bias power 5 W (2 MHz) Wafer temperature −30 ° C. Shutter opening 100% In this process, the entire surface of the S-based material layer 23 comes into contact with plasma. As a result, S was released into the gas phase, and this S was deposited on the surface of the wafer cooled at a low temperature to form the S deposition layer 6. The S-based deposited layer 6 is mainly composed of a single S, but in the present embodiment, the S-based material layer 23 is formed of (S
Since it is composed of N) x , it is possible that sputter products of the S-based material layer 23 contain (SN) x formed by recombination in the gas phase. The S-based deposited layer 6 smoothed the surface of the wafer 18 by absorbing fine surface irregularities of the Blk-W layer 5.

【0033】次に、2段階のエッチバック工程によりB
lk−W層5をエッチバックした。まず、第1のエッチ
バック工程として、たとえば下記の条件によりBlk−
W層5を層厚の約90%だけエッチバックした。 NF3 流量 50SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W RFバイアス・パワー 30W(2MHz) ウェハ温度 −10℃ シャッタ開度 30% この過程では、NF3 から解離生成するF* によるラジ
カル反応がNFx + 等のイオンの入射エネルギーにアシ
ストされる機構でエッチバックが進行し、Blk−W層
5およびS系堆積層6はそれぞれWFx ,SFx 等の形
で除去された。このエッチバックは、図3に示されるよ
うに、TiNバリヤメタル4が露出する直前で停止させ
た。この結果、Blk−W層5の表面は平滑となり、成
膜時の表面モホロジーが下地へ転写される懸念は、この
時点でなくなった。
Next, B is etched by a two-stage etch-back process.
The lk-W layer 5 was etched back. First, as a first etch-back step, for example, Blk-
The W layer 5 was etched back by about 90% of the layer thickness. NF 3 flow rate 50 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer temperature −10 ° C. Shutter opening 30% In this process, the radical reaction due to F * generated by dissociation from NF 3 is generated. Etchback progressed by a mechanism assisted by the incident energy of ions such as NF x + , and the Blk-W layer 5 and the S-based deposited layer 6 were removed in the form of WF x , SF x and the like, respectively. This etch back was stopped immediately before the TiN barrier metal 4 was exposed, as shown in FIG. As a result, the surface of the Blk-W layer 5 became smooth, and the concern that the surface morphology at the time of film formation was transferred to the base disappeared at this point.

【0034】なお、上記のウェハ温度は、低温エッチン
グのメリットを得る一方で、蒸気圧の低いエッチング反
応生成物の過剰な堆積を防止する観点から設定されたも
のである。ウェハ温度が−20℃まで低下すると、WS
x (硫化タングステン)が過剰に堆積し、エッチング速
度の大幅な低下や寸法変換差等が発生する虞れがある。
The above-mentioned wafer temperature is set from the viewpoint of preventing the excessive deposition of an etching reaction product having a low vapor pressure while obtaining the advantage of low-temperature etching. When the wafer temperature drops to -20 ° C, WS
x (tungsten sulfide) is excessively deposited, and there is a possibility that a drastic reduction in the etching rate or a dimensional conversion difference may occur.

【0035】次に、第2のエッチバック工程として、上
記のエッチング条件のうちシャッタ開度のみを100%
に上昇させ、Blk−W層5の残余部をエッチバックし
た。このような場合、従来のプロセスによると、図4に
示されるようにTiNバリヤメタル4の表面か露出した
時点で過剰となったF* が接続孔3aの内部に集中し、
いわゆるローディング効果によりBlk−W層5が大幅
に浸食され易い。しかし、本実施例ではこの時点でシャ
ッタ開度が増大され、エッチング反応系へのSの供給が
促進されている。したがって、Sの堆積、あるいはSに
よるF* の捕捉等によりエッチング速度が低下し、ロー
ディング効果を効果的に抑制することができた。
Next, as a second etch-back step, only the shutter opening is set to 100% of the above etching conditions.
And the remaining part of the Blk-W layer 5 was etched back. In such a case, according to the conventional process, as shown in FIG. 4, excess F * at the time of exposing the surface of the TiN barrier metal 4 is concentrated in the connection hole 3a,
The Blk-W layer 5 is easily eroded significantly by the so-called loading effect. However, in this embodiment, the shutter opening is increased at this point, and the supply of S to the etching reaction system is promoted. Therefore, the etching rate was reduced due to the deposition of S or the capture of F * by S, and the loading effect could be effectively suppressed.

【0036】最後に、上記ウェハ18を別チャンバに移
設し、一例として下記の条件でTiNバリヤメタル4を
エッチバックした。 Cl2 流量 40SCCM O2 流量 10SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W RFバイアス・パワー 100W(2MHz) ウェハ温度 20℃ このエッチバックは、SiO2 層間絶縁膜3が露出した
時点で停止した。この結果、図5に示されるように、接
続孔3a内はTiNバリヤメタル4とBlk−W層5か
らなるプラグにより平坦かつ平滑に埋め込まれた状態と
なった。
Finally, the wafer 18 was transferred to another chamber, and as an example, the TiN barrier metal 4 was etched back under the following conditions. Cl 2 flow rate 40 SCCM O 2 flow rate 10 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W RF bias power 100 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C. This etch back was stopped when the SiO 2 interlayer insulating film 3 was exposed. . As a result, as shown in FIG. 5, the inside of the connection hole 3a was buried flat and smoothly by the plug composed of the TiN barrier metal 4 and the Blk-W layer 5.

【0037】なお、エッチング終了後にウェハ18の表
面に残存するSは、ウェハ18をおおよそ90℃以上に
加熱することにより容易に昇華除去され、何らパーティ
クル汚染を惹起させることはなかった。
The S remaining on the surface of the wafer 18 after the completion of the etching was easily sublimated and removed by heating the wafer 18 to about 90 ° C. or higher, and did not cause any particle contamination.

【0038】実施例2 本実施例は、本願の第3の発明を適用し、Blk−W層
を実質的にその層厚分だけエッチバックした後、その表
面を平滑化してからオーバーエッチングを行った例であ
る。このプロセスを、図1,図6,図4を参照しながら
説明する。まず、前出の図1に示されるものと同じウェ
ハ18を実施例1で上述した有磁場マイクロ波プラズマ
・エッチング装置にセットし、実施例1で上述した第1
のエッチバック工程と同じ条件でBlk−W層5をほぼ
層厚分だけエッチバックした。
Embodiment 2 In this embodiment, the third invention of the present application is applied. After etching back the Blk-W layer substantially by the thickness of the Blk-W layer, the surface is smoothed and then overetched. This is an example. This process will be described with reference to FIGS. First, the same wafer 18 as that shown in FIG. 1 is set in the magnetic field microwave plasma etching apparatus described in the first embodiment, and the first wafer 18 described in the first embodiment is used.
The Blk-W layer 5 was etched back by almost the same layer thickness under the same conditions as in the etch-back step.

【0039】このとき、ウェハ18の表面では温度やプ
ラズマ密度の分布等に起因してエッチング速度が不均一
となり、エッチング速度が比較的遅い領域では図6
(a)に示されるようにTiNバリヤメタル4上にBl
k−W層5が残存している。このBlk−W層5の表面
には、まだ粗いモホロジーが残されている。
At this time, the etching rate becomes non-uniform on the surface of the wafer 18 due to the distribution of temperature, plasma density, and the like.
As shown in (a), Bl on TiN barrier metal 4
The kW layer 5 remains. The surface of the Blk-W layer 5 still has a rough morphology.

【0040】そこで、実施例1で上述したプラズマ処理
と同じ条件でウェハ18の表面にS系堆積層6を形成し
た。これにより、図6(b)に示されるように、Blk
−W層5の表面が平滑化された。この後、実施例1で上
述した第2のエッチバック工程と同じ条件でオーバーエ
ッチングを行った。このオーバーエッチングは、前出の
図4に示されるように、ウェハ18の全域においてTi
Nバリヤメタル4の表面が露出したところで終了した。
Therefore, the S-based deposition layer 6 was formed on the surface of the wafer 18 under the same conditions as in the plasma processing described in the first embodiment. As a result, as shown in FIG.
-The surface of the W layer 5 was smoothed. Thereafter, over-etching was performed under the same conditions as in the second etch-back step described in the first embodiment. As shown in FIG. 4 described above, this over-etching
The process was completed when the surface of the N barrier metal 4 was exposed.

【0041】さらに、実施例1と同様の条件によりTi
Nバリヤメタル4をエッチバックした。最終的には、図
5に示されるように、ローディング効果を防止しながら
接続孔をBlk−W層5等からなるプラグで平坦かつ平
滑に埋め込むことができた。
Further, under the same conditions as in Example 1, Ti
The N barrier metal 4 was etched back. Finally, as shown in FIG. 5, the connection hole could be buried flat and smooth with a plug made of the Blk-W layer 5 while preventing the loading effect.

【0042】実施例3 本実施例は、本願の第4の発明を適用し、Blk−W層
を実質的にその層厚分だけエッチバックした後、平滑化
を兼ねたオーバーエッチングを行った例である。本実施
例では、前述の各実施例とは異なり、回転式シャッタを
備えた有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置を使
用した。
Embodiment 3 In this embodiment, an example in which the fourth invention of the present application is applied, the Blk-W layer is etched back substantially by the thickness of the Blk-W layer, and then overetching which also serves as smoothing is performed. It is. In this embodiment, unlike the above-described embodiments, a magnetic field microwave plasma etching apparatus equipped with a rotary shutter was used.

【0043】この装置は、概略断面図を示すと図7と同
様であるが、ベルジャー14の内部を一部破断して示す
斜視図は図9のようになる。すなわち、本実施例の装置
は、スリット状の開口部25aを有する円筒形の回転式
シャッタ25を備えており、またS系材料層23aも上
記開口部25aの開口パターンに倣って帯状に形成され
ている。本実施例では、上記S系材料層23aとして、
電子ビーム蒸着により成膜されたSiS2 層を採用し
た。上記回転式シャッタ25は、図示されない駆動手段
により矢印E方向に回転可能となされている。この回転
式シャッタ25は、たとえばステンレス鋼を用いて構成
されている。
This device is similar to FIG. 7 in a schematic sectional view, but FIG. 9 is a perspective view in which the inside of the bell jar 14 is partially cut away. That is, the apparatus of the present embodiment includes the cylindrical rotary shutter 25 having the slit-shaped opening 25a, and the S-based material layer 23a is also formed in a band shape following the opening pattern of the opening 25a. ing. In this embodiment, as the S-based material layer 23a,
An SiS 2 layer formed by electron beam evaporation was employed. The rotary shutter 25 is rotatable in a direction indicated by an arrow E by driving means (not shown). The rotary shutter 25 is made of, for example, stainless steel.

【0044】ここで、回転式シャッタ25とS系材料層
23aの位置関係について図10を参照しながら説明す
る。この図は、図9のF−F線断面図であり、(a)は
S系材料層23aが回転式シャッタ25に遮蔽された状
態(シャッタ開度0%)、(b)はS系材料層23aの
全面が開口部25aを介して露出された状態(シャッタ
開度100%)を示している。S系材料層23aとEC
RプラズマPとの接触面積は、回転式シャッタ25の回
転角を変化させることにより任意に調節できる。
Here, the positional relationship between the rotary shutter 25 and the S-based material layer 23a will be described with reference to FIG. 9A is a cross-sectional view taken along the line FF of FIG. 9, wherein FIG. 9A is a state in which the S-based material layer 23 a is shielded by the rotary shutter 25 (shutter opening degree: 0%), and FIG. The state where the entire surface of the layer 23a is exposed through the opening 25a (the shutter opening is 100%) is shown. S-based material layer 23a and EC
The contact area with the R plasma P can be arbitrarily adjusted by changing the rotation angle of the rotary shutter 25.

【0045】上述の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチ
ング装置を使用して、実際にBlk−W層のエッチバッ
クを行った。まず、前出の図1に示されるものと同じウ
ェハ18を実施例1で上述した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Blk−W層5を実質的にその層厚分だけエッチバッ
クした。
The Blk-W layer was actually etched back using the above-mentioned magnetic field microwave plasma etching apparatus. First, the same wafer 18 as that shown in FIG. 1 is set in the magnetic field microwave plasma etching apparatus described in the first embodiment, and as an example, the Blk-W layer 5 is substantially removed under the following conditions. Etchback was performed by the layer thickness.

【0046】 SF6 流量 50SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W RFバイアス・パワー 100W(2MHz) ウェハ温度 30℃ シャッタ開度 0% この過程では、SF6 から解離生成する大量のF* によ
り、高速にエッチバックが進行したが、Blk−W層5
には粗い表面モホロジーが残されていた。
SF 6 flow rate 50 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W RF bias power 100 W (2 MHz) Wafer temperature 30 ° C. Shutter opening 0% In this process, a large amount of F * generated by dissociation from SF 6 , The etch back progressed at high speed, but the Blk-W layer 5
Had a rough surface morphology.

【0047】次に、一例として下記の条件で平滑化を兼
ねたオーバーエッチングを行った。 SF6 流量 20SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W RFバイアス・パワー 30W(2MHz) ウェハ温度 −10℃ シャッタ開度 100% この過程では、RFバイアス・パワーが低減されている
こと、ウェハ温度が低下していること、シャッタ開度が
増大されていること等の効果が相乗的に現れ、エッチン
グ速度が大幅に低下し、ローディング効果が抑制され
た。
Next, as an example, overetching which also serves as smoothing was performed under the following conditions. SF 6 flow rate 20 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer temperature −10 ° C. Shutter opening 100% In this process, the RF bias power is reduced and the wafer is Effects such as a decrease in the temperature and an increase in the shutter opening are synergistically exhibited, the etching rate is significantly reduced, and the loading effect is suppressed.

【0048】さらに、実施例1と同様の条件によりTi
Nバリヤメタル4をエッチバックした。最終的には、図
5に示されるように、ローディング効果を防止しながら
接続孔をBlk−W層5等からなるプラグで平坦かつ平
滑に埋め込むことができた。
Further, under the same conditions as in Example 1, Ti
The N barrier metal 4 was etched back. Finally, as shown in FIG. 5, the connection hole could be buried flat and smooth with a plug made of the Blk-W layer 5 while preventing the loading effect.

【0049】以上、本発明を3つ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、エッチング・ガスに含まれる
ハロゲン系化合物は、高融点金属層の種類に応じて蒸気
圧の低い反応生成物を与え得る化合物を適宜選択すれば
良く、上述のNF3 ,SF6 以外にもCl2 ,HCl,
BCl3 ,Br2,HBr,BBr3 ,CBr4 ,Si
Br4 ,CH3 Br,CH2 Br2 ,CHBr3 等を使
用することができる。また、エッチング・ガスにHe,
Ar等の希ガスを添加して、冷却効果,スパッタリング
効果,希釈効果等を得るようにしても良い。
Although the present invention has been described based on three embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, as the halogen-based compound contained in the etching gas, a compound that can provide a reaction product having a low vapor pressure may be appropriately selected according to the type of the high-melting point metal layer, and other than NF 3 and SF 6 described above. Cl 2 , HCl,
BCl 3 , Br 2 , HBr, BBr 3 , CBr 4 , Si
Br 4 , CH 3 Br, CH 2 Br 2 , CHBr 3 and the like can be used. In addition, He,
A rare gas such as Ar may be added to obtain a cooling effect, a sputtering effect, a dilution effect, and the like.

【0050】高融点金属層は、上述のW層の他、Mo
層,Ti層,Ta層等であっても良い。また、バリヤメ
タルも通常使用されている組成のものを適宜選択して使
用できる。オーバーエッチング時には、RFバイアスの
パワーを低下させたり、RF周波数を増大させることに
より、より優れた対下地選択性および低ダメージ性を達
成することも可能である。
The refractory metal layer is made of Mo, in addition to the above-described W layer.
Layer, a Ti layer, a Ta layer, or the like. Also, a barrier metal having a commonly used composition can be appropriately selected and used. At the time of over-etching, it is also possible to achieve better selectivity to the underlayer and lower damage by lowering the power of the RF bias or increasing the RF frequency.

【0051】昇降式シャッタ24もしくは回転式シャッ
タ25の表面に堆積したSは、予めこれらシャッタ部材
に加熱機構を付与しておき、これを1回のエッチングが
終了するごとに作動させて昇華除去するか、あるいは枚
葉処理の合間にプラズマ・クリーニングを行うこと等に
より除去することができる。これらの対策は、エッチン
グ反応系のS/X比の過度の上昇を防止する上で有効で
ある。
The S deposited on the surface of the elevating shutter 24 or the rotating shutter 25 is provided with a heating mechanism in advance to these shutter members, and is operated each time one etching is completed to remove sublimation. Alternatively, it can be removed by performing plasma cleaning between sheet processing. These measures are effective in preventing an excessive increase in the S / X ratio of the etching reaction system.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のドライエッチング方法によれば、ブランケットCV
D法により形成された高融点金属層のエッチバックを平
滑化を行いながら、かつローディング効果を極めて良好
に抑制しながら行うことができる。これにより、層間絶
縁膜に開口された接続孔に信頼性の高いプラグを形成す
ることができ、またその上に積層される配線材料層の密
着性や信頼性を向上させることが可能となる。
As is clear from the above description, according to the dry etching method of the present invention, the blanket CV
Etching back of the refractory metal layer formed by the method D can be performed while smoothing and suppressing the loading effect extremely well. Thereby, a highly reliable plug can be formed in the connection hole opened in the interlayer insulating film, and the adhesion and reliability of the wiring material layer laminated thereon can be improved.

【0053】しかも、プロセス途中におけるエッチング
反応系のS/X比の制御を、プラズマ装置の処理チャン
バの内壁部に設けられたS系材料層とプラズマとの接触
面積をシャッタ部材を用いて機械的に変化させるという
巧妙な手法により、迅速かつ容易に行うことができる。
また、側壁保護用のSをS系材料層から供給させること
により、エッチング・ガスとしては安定で安価な汎用の
ハロゲン化合物が使用できるようになり、経済上のメリ
ットも大きい。Sは、ウェハを加熱すれば容易に昇華除
去できるため、パーティクル汚染を惹起させない。
Further, the S / X ratio of the etching reaction system during the process is controlled by mechanically controlling the contact area between the plasma and the S-based material layer provided on the inner wall of the processing chamber of the plasma apparatus by using a shutter member. It can be done quickly and easily by the clever technique of changing
Further, by supplying S for protecting the side wall from the S-based material layer, a stable and inexpensive general-purpose halogen compound can be used as an etching gas, and the economical advantage is great. Since S can be easily sublimated and removed by heating the wafer, it does not cause particle contamination.

【0054】したがって、本発明は微細なデザイン・ル
ールにもとづいて設計され、高集積度および高性能を有
する半導体装置の製造に極めて有用である。
Therefore, the present invention is designed based on a fine design rule, and is extremely useful for manufacturing a semiconductor device having high integration and high performance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のドライエッチング方法をTiNバリヤ
メタルと積層されたBlk−W層のエッチバックに適用
したプロセス例において、Blk−W層が形成された状
態を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a Blk-W layer is formed in a process example in which a dry etching method of the present invention is applied to etchback of a Blk-W layer laminated with a TiN barrier metal.

【図2】上記Blk−W層の表面がS系堆積層により平
滑化された状態を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the surface of the Blk-W layer is smoothed by an S-based deposition layer.

【図3】上記S系堆積層とBlk−W層の一部とがエッ
チバックされた状態を示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a state in which the S-based deposited layer and a part of the Blk-W layer are etched back.

【図4】上記Blk−W層の残余部がエッチバックされ
た状態を示す概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state where a remaining portion of the Blk-W layer is etched back.

【図5】上記TiNバリヤメタルがエッチバックされた
状態を示す概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a state where the TiN barrier metal is etched back.

【図6】本発明のドライエッチング方法をTiNバリヤ
メタルと積層されたBlk−W層のエッチバックに適用
した他のプロセス例において、その一部を工程順にした
がって示す概略断面図であり、(a)はBlk−W層の
一部がエッチバックされた状態、(b)はBlk−W層
の表面がS系堆積層により平滑化された状態をそれぞれ
表す。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a part of the dry etching method according to the present invention in another process example in which the dry etching method is applied to the etch back of a Blk-W layer laminated with a TiN barrier metal in the order of steps; Shows a state where a part of the Blk-W layer is etched back, and (b) shows a state where the surface of the Blk-W layer is smoothed by the S-based deposition layer.

【図7】本発明のドライエッチング方法を実施するにあ
たり使用されるRFバイアス印加型の有磁場マイクロ波
プラズマ・エッチング装置の一構成例を示す概略断面図
であり、(a)は昇降式シャッタのシャッタ開度が0%
の場合、(b)はシャッタ開度が100%の場合をそれ
ぞれ表す。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus used in carrying out the dry etching method of the present invention, and FIG. 0% shutter opening
(B) represents the case where the shutter opening is 100%.

【図8】図7に示される有磁場マイクロ波プラズマ・エ
ッチング装置の昇降式シャッタおよびその周辺部材を一
部破断して示す概略斜視図である。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing a vertically movable shutter and its peripheral members of the magnetic field microwave plasma etching apparatus shown in FIG. 7, partially cut away;

【図9】本発明のドライエッチング方法を実施するにあ
たり使用されるRFバイアス印加型の有磁場マイクロ波
プラズマ・エッチング装置の他の構成例において、回転
式シャッタおよびその周辺部材を一部破断して示す概略
斜視図である。
FIG. 9 is a partial cutaway view of a rotary shutter and its peripheral members in another configuration example of an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus used in carrying out the dry etching method of the present invention. It is a schematic perspective view shown.

【図10】図9のF−F線断面図であり、(a)は回転
式シャッタのシャッタ開度が0%の場合、(b)はシャ
ッタ開度が100%の場合をそれぞれ表す。
10A and 10B are cross-sectional views taken along the line FF of FIG. 9; FIG. 10A shows a case where the shutter opening of the rotary shutter is 0%, and FIG. 10B shows a case where the shutter opening is 100%.

【図11】従来のBlk−W層のエッチバックにおける
問題点を説明するための概略断面図であり、(a)はB
lk−W層が形成された状態、(b)はバリヤメタルの
表面モホロジーが劣化し、Blk−W層が浸食された状
態、(c)は層間絶縁膜の表面モホロジーが劣化し、B
lk−W層とバリヤメタルが浸食された状態をそれぞれ
表す。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining a problem in the conventional etch back of a Blk-W layer, and FIG.
In the state where the lk-W layer is formed, (b) the surface morphology of the barrier metal is deteriorated and the Blk-W layer is eroded, and (c) the surface morphology of the interlayer insulating film is deteriorated and B
The lk-W layer and the barrier metal are eroded, respectively.

【図12】従来のBlk−W層のエッチバックにおける
他の問題点を説明するための概略断面図であり、ウェハ
の表面モホロジーが劣化した状態を表す。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining another problem in the conventional etch back of the Blk-W layer, and shows a state where the surface morphology of the wafer is deteriorated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・シリコン基板 2 ・・・不純物拡散領域 3 ・・・SiO2 層間絶縁膜 3a ・・・接続孔 4 ・・・TiNバリヤメタル 5 ・・・Blk−W層 6 ・・・S系堆積層 14 ・・・ベルジャー 16 ・・・試料室 18 ・・・ウェハ 19 ・・・ウェハ載置電極 23,23a・・・S系材料層 24 ・・・昇降式シャッタ 25 ・・・回転式シャッタ 25a ・・・開口部1 ... silicon substrate 2 ... impurity diffusion regions 3 ... SiO 2 interlayer insulating film 3a ... connection hole 4 ... TiN barrier metal 5 ... Blk-W layer 6 ... S system sediments 14 ... bell jar 16 ... sample chamber 18 ... wafer 19 ... wafer mounting electrode 23, 23a ... S-based material layer 24 ... elevating shutter 25 ... rotary shutter 25a ··Aperture

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 H01L 21/28 301 H01L 21/3205 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/28 301 H01L 21/3205

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 高融点金属層のエッチバックを行うドラ
イエッチング方法において、 処理チャンバの内壁部の少なくとも一部がイオウ系材料
層により被覆されてなり、かつ該イオウ系材料層のプラ
ズマとの接触面積を可変となし得るシャッタ部材を備え
たプラズマ装置にハロゲン系化合物を含むエッチング・
ガスを導入し、前記イオウ系材料層から前記接触面積に
応じて供給されるイオウおよび/またはイオウ系材料を
堆積させて前記高融点金属層の表面の平滑化を行う工程
を有することを特徴とするドライエッチング方法。
In a dry etching method for etching back a refractory metal layer, at least a part of an inner wall of a processing chamber is covered with a sulfur-based material layer, and the sulfur-based material layer is brought into contact with plasma. Etching and etching containing a halogen-based compound in a plasma apparatus having a shutter member capable of changing the area.
A step of introducing a gas, depositing sulfur and / or a sulfur-based material supplied from the sulfur-based material layer in accordance with the contact area, and smoothing the surface of the refractory metal layer. Dry etching method.
【請求項2】 前記平滑化を前記高融点金属層のエッチ
バックに先立って行う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 the smoothing is performed prior to the etch-back of the refractory metal layer.
【請求項3】 前記平滑化をオーバーエッチングに先立
って行う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。
3. The dry etching method according to claim 1, wherein said smoothing is performed prior to over-etching.
【請求項4】 前記平滑化を前記高融点金属層のエッチ
バックとの競合反応として行う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。
4. The dry etching method according to claim 1, wherein the smoothing is performed as a competitive reaction with etch back of the high melting point metal layer.
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