JP2687769B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
- Publication number
- JP2687769B2 JP2687769B2 JP3193621A JP19362191A JP2687769B2 JP 2687769 B2 JP2687769 B2 JP 2687769B2 JP 3193621 A JP3193621 A JP 3193621A JP 19362191 A JP19362191 A JP 19362191A JP 2687769 B2 JP2687769 B2 JP 2687769B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- etching
- sio
- material layer
- wafer
- bond
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
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ドライエッチング方法に関し、特に
下地のシリコン系材料層に汚染や損傷を発生させること
なく酸化シリコン系材料層を異方性エッチングする方法
に関する。
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
下地のシリコン系材料層に汚染や損傷を発生させること
なく酸化シリコン系材料層を異方性エッチングする方法
に関する。
【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、酸化シリコン(SiO2 )に代表されるシリコ
ン化合物層のドライエッチング方法についても技術的要
求がますます厳しくなってきている。
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、酸化シリコン(SiO2 )に代表されるシリコ
ン化合物層のドライエッチング方法についても技術的要
求がますます厳しくなってきている。
【0003】まず、高集積化によりデバイス・チップの
面積が拡大しウェハが大口径化していること、形成すべ
きパターンが高度に微細化されウェハ面内の均一処理が
要求されていること、またASICに代表されるように
多品種少量生産が要求されていること等の背景から、ド
ライエッチング装置の主流は従来のバッチ式から枚葉式
に移行しつつある。この際、従来と同等の生産性を維持
するためには、大幅なエッチング速度の向上が必須とな
る。
面積が拡大しウェハが大口径化していること、形成すべ
きパターンが高度に微細化されウェハ面内の均一処理が
要求されていること、またASICに代表されるように
多品種少量生産が要求されていること等の背景から、ド
ライエッチング装置の主流は従来のバッチ式から枚葉式
に移行しつつある。この際、従来と同等の生産性を維持
するためには、大幅なエッチング速度の向上が必須とな
る。
【0004】また、デバイスの高速化や微細化を図るた
めに不純物拡散領域の接合深さが浅くなり、また各種の
材料層も薄くなっている状況下では、従来以上に対下地
選択性に優れダメージの少ないエッチング技術が要求さ
れる。たとえば、半導体基板内に形成された不純物拡散
領域や、SRAMの抵抗負荷素子として用いられるPM
OSトランジスタのソース・ドレイン領域等にコンタク
トを形成しようとする場合に、シリコン基板や多結晶シ
リコン層を下地として行われるSiO2 層間絶縁膜のエ
ッチング等がその例である。
めに不純物拡散領域の接合深さが浅くなり、また各種の
材料層も薄くなっている状況下では、従来以上に対下地
選択性に優れダメージの少ないエッチング技術が要求さ
れる。たとえば、半導体基板内に形成された不純物拡散
領域や、SRAMの抵抗負荷素子として用いられるPM
OSトランジスタのソース・ドレイン領域等にコンタク
トを形成しようとする場合に、シリコン基板や多結晶シ
リコン層を下地として行われるSiO2 層間絶縁膜のエ
ッチング等がその例である。
【0005】しかし、高速性、高選択性、低ダメージ性
等といった特性は互いに取捨選択される関係にあり、す
べてを満足できるエッチング・プロセスを確立すること
は極めて困難である。従来、シリコン系材料層に対して
高い選択比を保ちながらSiO2 層に代表されるシリコ
ン化合物層をドライエッチングするには、CHF3 、C
F4 /H2 混合系、CF4 /O2 混合系、C2 F6 /C
HF3 混合系等がエッチング・ガスとして典型的に使用
されてきた。これらは、いずれもC/F比(分子内のC
原子数とF原子数の比)が0.25以上のフルオロカー
ボン系ガスを主体としている。これらのガス系が使用さ
れるのは、(a)フルオロカーボン系ガスに含まれるC
がSiO2 層の表面でC−O結合を生成し、Si−O結
合を切断したり弱めたりする働きがある、(b)SiO
2 層の主エッチング種であるCFx + (特にx=3,
4) を生成できる、さらに(c)プラズマ中で相対的に
炭素に富む状態が作り出されるので、SiO2 中の酸素
がCOまたはCO2 の形で除去される一方、ガス系に含
まれるC,H,F等の寄与によりシリコン系材料層の表
面ではカーボン系のポリマーが堆積してエッチング速度
が低下し、シリコン系材料層に対する高選択比が得られ
る、等の理由にもとづいている。C/F比の概念や上述
のエッチング機構は、ジャーナル・オブ・バキューム・
サイエンス・アンド・テクノロジー (J. Vac. Sci. Tec
h.) 第16巻,第2号,p391(1979)に詳し
い。
等といった特性は互いに取捨選択される関係にあり、す
べてを満足できるエッチング・プロセスを確立すること
は極めて困難である。従来、シリコン系材料層に対して
高い選択比を保ちながらSiO2 層に代表されるシリコ
ン化合物層をドライエッチングするには、CHF3 、C
F4 /H2 混合系、CF4 /O2 混合系、C2 F6 /C
HF3 混合系等がエッチング・ガスとして典型的に使用
されてきた。これらは、いずれもC/F比(分子内のC
原子数とF原子数の比)が0.25以上のフルオロカー
ボン系ガスを主体としている。これらのガス系が使用さ
れるのは、(a)フルオロカーボン系ガスに含まれるC
がSiO2 層の表面でC−O結合を生成し、Si−O結
合を切断したり弱めたりする働きがある、(b)SiO
2 層の主エッチング種であるCFx + (特にx=3,
4) を生成できる、さらに(c)プラズマ中で相対的に
炭素に富む状態が作り出されるので、SiO2 中の酸素
がCOまたはCO2 の形で除去される一方、ガス系に含
まれるC,H,F等の寄与によりシリコン系材料層の表
面ではカーボン系のポリマーが堆積してエッチング速度
が低下し、シリコン系材料層に対する高選択比が得られ
る、等の理由にもとづいている。C/F比の概念や上述
のエッチング機構は、ジャーナル・オブ・バキューム・
サイエンス・アンド・テクノロジー (J. Vac. Sci. Tec
h.) 第16巻,第2号,p391(1979)に詳し
い。
【0006】なお、上記のH2 ,O2 等の添加ガスは選
択比の制御を目的として用いられているものであり、そ
れぞれF* 発生量を低減もしくは増大させることができ
る。つまり、エッチング反応系の見掛け上のC/F比を
制御する効果を有する。これに対し本発明者は、従来の
SiO2 系材料層のエッチングにおける炭素の役割をイ
オウに担わせ、かつ低温エッチングを行うことで高選択
性,低汚染性,高異方性を達成する技術を、特開平4−
84427号公報において提案している。これは、被エ
ッチング基板(ウェハ)を0℃以下に冷却し、S
2 F2 ,SF2,SF4 ,S2 F10等のフッ化イオウを
含むエッチング・ガスを使用してSiO2 系材料層のエ
ッチングを行う方法である。上記フッ化イオウは、F*
によるラジカル反応をSFx + 等のイオンにアシストさ
せる機構でSiO2 系材料層をエッチングする。またこ
れらのフッ化イオウは、同じフッ化イオウでも従来から
最も良く知られている六フッ化イオウ(SF6 )とは異
なりS/F比(分子中のS原子数とF原子数の比)が大
きく、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のSを生成す
ることができる。このSは、SiO2 系材料層の表面で
はO原子を引き抜いてSOx の形で除去されるが、Si
系材料層の上では堆積してエッチング速度を大幅に低下
させるので、高選択比が達成される。さらに、イオンの
垂直入射が原理的に起こらないパターンの側壁部に堆積
したSは、側壁保護の役割を果たし、異方性加工に寄与
する。堆積したSは、エッチング終了後にウェハを加熱
して昇華させるか、あるいはO2 プラズマ・アッシング
によりレジスト・マスクを除去する際に同時に燃焼させ
ることができ、何らパーティクル汚染を起こさない。
択比の制御を目的として用いられているものであり、そ
れぞれF* 発生量を低減もしくは増大させることができ
る。つまり、エッチング反応系の見掛け上のC/F比を
制御する効果を有する。これに対し本発明者は、従来の
SiO2 系材料層のエッチングにおける炭素の役割をイ
オウに担わせ、かつ低温エッチングを行うことで高選択
性,低汚染性,高異方性を達成する技術を、特開平4−
84427号公報において提案している。これは、被エ
ッチング基板(ウェハ)を0℃以下に冷却し、S
2 F2 ,SF2,SF4 ,S2 F10等のフッ化イオウを
含むエッチング・ガスを使用してSiO2 系材料層のエ
ッチングを行う方法である。上記フッ化イオウは、F*
によるラジカル反応をSFx + 等のイオンにアシストさ
せる機構でSiO2 系材料層をエッチングする。またこ
れらのフッ化イオウは、同じフッ化イオウでも従来から
最も良く知られている六フッ化イオウ(SF6 )とは異
なりS/F比(分子中のS原子数とF原子数の比)が大
きく、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のSを生成す
ることができる。このSは、SiO2 系材料層の表面で
はO原子を引き抜いてSOx の形で除去されるが、Si
系材料層の上では堆積してエッチング速度を大幅に低下
させるので、高選択比が達成される。さらに、イオンの
垂直入射が原理的に起こらないパターンの側壁部に堆積
したSは、側壁保護の役割を果たし、異方性加工に寄与
する。堆積したSは、エッチング終了後にウェハを加熱
して昇華させるか、あるいはO2 プラズマ・アッシング
によりレジスト・マスクを除去する際に同時に燃焼させ
ることができ、何らパーティクル汚染を起こさない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、SiO2
系材料層のエッチングはイオン・アシスト反応を主体と
する機構にもとづいて行われており、フルオロカーボン
系ガスを使用するプロセスは既に量産ラインに導入され
ている。しかし、フルオロカーボン系ガスを使用した場
合、カーボン系のイオンが加速されて下地のシリコン基
板に打ち込まれ、汚染や損傷を生ずることがIEDMダ
イジェスト・ペーパー (IEDM Digest Paper),p336
(1979)に論じられている。すなわち、カーボン系
ポリマーの残存やCFx + ,C+ 等のイオンの打ち込み
に起因してSi基板の表面または内部にC原子による汚
染(カーボン汚染)が発生し、さらにはこのC原子が核
となって格子欠陥を引き起こすのである。また、イオン
衝撃そのものによっても物理的なダメージが生ずる。こ
のようにして、シリコン基板の表層部には汚染/損傷層
が形成される。
系材料層のエッチングはイオン・アシスト反応を主体と
する機構にもとづいて行われており、フルオロカーボン
系ガスを使用するプロセスは既に量産ラインに導入され
ている。しかし、フルオロカーボン系ガスを使用した場
合、カーボン系のイオンが加速されて下地のシリコン基
板に打ち込まれ、汚染や損傷を生ずることがIEDMダ
イジェスト・ペーパー (IEDM Digest Paper),p336
(1979)に論じられている。すなわち、カーボン系
ポリマーの残存やCFx + ,C+ 等のイオンの打ち込み
に起因してSi基板の表面または内部にC原子による汚
染(カーボン汚染)が発生し、さらにはこのC原子が核
となって格子欠陥を引き起こすのである。また、イオン
衝撃そのものによっても物理的なダメージが生ずる。こ
のようにして、シリコン基板の表層部には汚染/損傷層
が形成される。
【0008】ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジックス(Jpn. J. Appl.Phys.) 第20巻,
p803(1981)には、かかる汚染/損傷層を除去
することにより素子の電気特性への悪影響が最小限に抑
えられることが報告されている。そこで、従来のプロセ
スではSiO2 系材料層のエッチングが終了した後にい
わゆるライトエッチを行い、Si基板の表層部を除去す
ることが一般に行われている。しかしながら、近年のよ
うに不純物拡散領域の接合深さが浅くなってくると、上
記ライトエッチによるSi基板の除去量が無視できない
レベルに達する他、場合によってはカーボン汚染や損傷
の及ぶ範囲が接合深さを越える懸念も生ずる。
イド・フィジックス(Jpn. J. Appl.Phys.) 第20巻,
p803(1981)には、かかる汚染/損傷層を除去
することにより素子の電気特性への悪影響が最小限に抑
えられることが報告されている。そこで、従来のプロセ
スではSiO2 系材料層のエッチングが終了した後にい
わゆるライトエッチを行い、Si基板の表層部を除去す
ることが一般に行われている。しかしながら、近年のよ
うに不純物拡散領域の接合深さが浅くなってくると、上
記ライトエッチによるSi基板の除去量が無視できない
レベルに達する他、場合によってはカーボン汚染や損傷
の及ぶ範囲が接合深さを越える懸念も生ずる。
【0009】さらに、上記フルオロカーボン系ガスは、
地球環境保護の観点から現時点で規制の対象となってい
る特定フロンや特定ハロンとは化学構造が異なるもの
の、将来的には規制の対象となる可能性がある。この意
味でも、フルオロカーボン系ガスに代わるエッチング・
ガスを見出しておく必要がある。本発明者が先に提案し
たフッ化イオウを使用するプロセスでは、堆積したSを
ウェハの加熱により容易かつ完全に昇華除去できるの
で、シリコン基板の表面に汚染を残さない。この点が、
従来のフルオロカーボン系ガスを使用するプロセスに対
する大きなメリットである。また、脱フロン対策として
も画期的な意味を持つものである。この技術をさらに成
熟させるとすれば、それは半導体装置のデザイン・ルー
ルの一層の微細化に対応するために、より高いレベルで
高選択性と低損傷性を実現することである。
地球環境保護の観点から現時点で規制の対象となってい
る特定フロンや特定ハロンとは化学構造が異なるもの
の、将来的には規制の対象となる可能性がある。この意
味でも、フルオロカーボン系ガスに代わるエッチング・
ガスを見出しておく必要がある。本発明者が先に提案し
たフッ化イオウを使用するプロセスでは、堆積したSを
ウェハの加熱により容易かつ完全に昇華除去できるの
で、シリコン基板の表面に汚染を残さない。この点が、
従来のフルオロカーボン系ガスを使用するプロセスに対
する大きなメリットである。また、脱フロン対策として
も画期的な意味を持つものである。この技術をさらに成
熟させるとすれば、それは半導体装置のデザイン・ルー
ルの一層の微細化に対応するために、より高いレベルで
高選択性と低損傷性を実現することである。
【0010】そこで本発明は、下地のシリコン系材料層
に対して汚染や損傷の発生を抑制し、かつ高選択性を維
持しながら、SiO2 系材料層を異方性エッチングする
方法を提供することを目的とする。
に対して汚染や損傷の発生を抑制し、かつ高選択性を維
持しながら、SiO2 系材料層を異方性エッチングする
方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】フッ化イオウによるSi
O2 系材料層のエッチングには、前述のように、フッ化
イオウから解離生成したSがSiO2 のO原子を引き抜
き、SOx の形で除去する過程が含まれている。つま
り、放電解離条件下でプラズマ中に生成する遊離のSの
一部はSOx の生成に消費され、その分だけウェハ上に
堆積できるSが減少していることになる。そこで本発明
者は、SiO2 のO原子の引き抜きを他の原子に任せ、
ウェハ上へ堆積できるSを増やす方針を立てた。このた
めには、SiO2 のO原子を引き抜くことができる第2
の原子をエッチング・ガス系に加えることが有効であ
る。ここで、ドライエッチングの反応系ではあらゆる過
程が互いに競合しながら進行するため、第2の原子が優
先的にO原子を引き抜くためには、該第2の原子とO原
子との結合が、S原子とO原子との結合よりも熱力学的
に安定でなければならない。換言すれば、第2の原子と
O原子との間の原子間結合エネルギーは、S−O結合の
原子間結合エネルギーよりも大きくなければならない。
O2 系材料層のエッチングには、前述のように、フッ化
イオウから解離生成したSがSiO2 のO原子を引き抜
き、SOx の形で除去する過程が含まれている。つま
り、放電解離条件下でプラズマ中に生成する遊離のSの
一部はSOx の生成に消費され、その分だけウェハ上に
堆積できるSが減少していることになる。そこで本発明
者は、SiO2 のO原子の引き抜きを他の原子に任せ、
ウェハ上へ堆積できるSを増やす方針を立てた。このた
めには、SiO2 のO原子を引き抜くことができる第2
の原子をエッチング・ガス系に加えることが有効であ
る。ここで、ドライエッチングの反応系ではあらゆる過
程が互いに競合しながら進行するため、第2の原子が優
先的にO原子を引き抜くためには、該第2の原子とO原
子との結合が、S原子とO原子との結合よりも熱力学的
に安定でなければならない。換言すれば、第2の原子と
O原子との間の原子間結合エネルギーは、S−O結合の
原子間結合エネルギーよりも大きくなければならない。
【0012】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以上の方針にしたがって提案され
るものであり、S2 F2 ,SF2 ,SF4 ,S2 F10か
ら選ばれる少なくとも1種類の第1の化合物と、S−O
結合よりも原子間結合エネルギーの高い化学結合をO原
子との間に形成し得る原子を分子内に有する第2の化合
物とを含むエッチング・ガスを用いて、SiO2 系材料
層のエッチングを行うものである。このときの被エッチ
ング基板の温度は室温以下に制御しておくと、Sの堆積
を促進する観点から特に好適である。
目的を達成するために以上の方針にしたがって提案され
るものであり、S2 F2 ,SF2 ,SF4 ,S2 F10か
ら選ばれる少なくとも1種類の第1の化合物と、S−O
結合よりも原子間結合エネルギーの高い化学結合をO原
子との間に形成し得る原子を分子内に有する第2の化合
物とを含むエッチング・ガスを用いて、SiO2 系材料
層のエッチングを行うものである。このときの被エッチ
ング基板の温度は室温以下に制御しておくと、Sの堆積
を促進する観点から特に好適である。
【0013】ここで、S−O結合の原子間結合エネルギ
ーは、CRCハンドブック・オブ・ケミストリー・アン
ド・フィジックス(CRC Handbood of Chemistry and Phy
sics) 第62版(CRCプレス社刊)によると519k
J/moleであるから、これよりもエネルギーの高い
化学結合をO原子との間に形成し得る原子として実用性
の高いものはCとNである。すなわち、C−O結合の原
子間結合エネルギーは1076kJ/mole、N−O
結合は632kJ/moleであり、いずれもS−O結
合より安定である。したがって、上記第2の化合物とし
ては、CO(一酸化炭素)もしくはNO(一酸化窒素)
が特に好適である。
ーは、CRCハンドブック・オブ・ケミストリー・アン
ド・フィジックス(CRC Handbood of Chemistry and Phy
sics) 第62版(CRCプレス社刊)によると519k
J/moleであるから、これよりもエネルギーの高い
化学結合をO原子との間に形成し得る原子として実用性
の高いものはCとNである。すなわち、C−O結合の原
子間結合エネルギーは1076kJ/mole、N−O
結合は632kJ/moleであり、いずれもS−O結
合より安定である。したがって、上記第2の化合物とし
ては、CO(一酸化炭素)もしくはNO(一酸化窒素)
が特に好適である。
【0014】
【作用】本発明では、フッ化イオウを含むエッチンク・
ガスにSiO2 からのO原子の引き抜き特性に優れる第
2の化合物を添加するので、フッ化イオウから放出され
たSがSOx の生成に消費される割合が減少する。特に
第2の化合物としてCOもしくはNOを用いた場合に
は、SOx の生成よりもCO2 、もしくはNO2 に代表
される酸化窒素の生成が優先し、SOx の生成量は相対
的に減少する。この結果、ウェハ上におけるSの堆積量
を増加させて高選択性を維持し、かつ下地のシリコン系
材料層への汚染や損傷の発生を抑制したSiO2 系材料
層のエッチングを行うことが可能となる。
ガスにSiO2 からのO原子の引き抜き特性に優れる第
2の化合物を添加するので、フッ化イオウから放出され
たSがSOx の生成に消費される割合が減少する。特に
第2の化合物としてCOもしくはNOを用いた場合に
は、SOx の生成よりもCO2 、もしくはNO2 に代表
される酸化窒素の生成が優先し、SOx の生成量は相対
的に減少する。この結果、ウェハ上におけるSの堆積量
を増加させて高選択性を維持し、かつ下地のシリコン系
材料層への汚染や損傷の発生を抑制したSiO2 系材料
層のエッチングを行うことが可能となる。
【0015】なお、C原子による汚染や損傷を防止する
ことを目的とする本発明において、COを使用すること
は一見目的に反しているように思われるが、この懸念は
巧妙な機構により払拭されている。すなわち、SiO2
系材料層のエッチングが終了して下地のシリコン系材料
層が露出すると、被エッチング領域からO原子が供給さ
れなくなるのでSOx の生成が停止し、Sがシリコン系
材料層の露出面に堆積する。この時点でのSの堆積量
は、SiO2 系材料層のエッチング中の堆積分に、SO
x の生成に消費されていたSの堆積分が加算されたもの
となる。したがって、シリコン系材料層の表面は十分な
量のSの堆積物により保護され、COから生成するC+
等のイオンが入射したとしても、その衝撃を大幅に緩和
することができる。しかも、CO自身は堆積性ガスでは
ないので、従来のフルオロカーボン系ガスのように気相
中にカーボン系ポリマーを形成することがなく、したが
ってシリコン系材料層の露出面にカーボン汚染を残すこ
とはない。
ことを目的とする本発明において、COを使用すること
は一見目的に反しているように思われるが、この懸念は
巧妙な機構により払拭されている。すなわち、SiO2
系材料層のエッチングが終了して下地のシリコン系材料
層が露出すると、被エッチング領域からO原子が供給さ
れなくなるのでSOx の生成が停止し、Sがシリコン系
材料層の露出面に堆積する。この時点でのSの堆積量
は、SiO2 系材料層のエッチング中の堆積分に、SO
x の生成に消費されていたSの堆積分が加算されたもの
となる。したがって、シリコン系材料層の表面は十分な
量のSの堆積物により保護され、COから生成するC+
等のイオンが入射したとしても、その衝撃を大幅に緩和
することができる。しかも、CO自身は堆積性ガスでは
ないので、従来のフルオロカーボン系ガスのように気相
中にカーボン系ポリマーを形成することがなく、したが
ってシリコン系材料層の露出面にカーボン汚染を残すこ
とはない。
【0016】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。実施例1 本実施例は、本発明をコンタクト・ホール加工に適用
し、S2 F2 /CO混合ガスを用いてSiO2 層間絶縁
膜をエッチングした例である。本実施例のプロセスを、
図1を参照しながら説明する。
する。実施例1 本実施例は、本発明をコンタクト・ホール加工に適用
し、S2 F2 /CO混合ガスを用いてSiO2 層間絶縁
膜をエッチングした例である。本実施例のプロセスを、
図1を参照しながら説明する。
【0017】本実施例においてエッチング・サンプルと
して使用した被エッチング基板(ウェハ)は、図1
(a)に示されるように、予め不純物拡散領域2が形成
された単結晶シリコン基板1上にSiO2 層間絶縁膜3
が形成され、さらに該SiO2 層間絶縁膜3のエッチン
グ・マスクとして開口部4aを有するレジスト・パター
ン4が形成されてなるものである。ここで、上記SiO
2 層間絶縁膜3は、たとえばCVDにより厚さ約0.5
μmに形成されたものである。また、上記レジスト・パ
ターン4は、一例としてノボラック系ポジ型フォトレジ
スト(東京応化工業社製;商品名TSMR−V3)を使
用し、g線露光とアルカリ現像により形成されたもので
ある。上記開口部4aの開口幅は約0.5μmである。
ただし、図面では図示の都合上、開口部4aのアスペク
ト比を実際よりも小さく描いてある。
して使用した被エッチング基板(ウェハ)は、図1
(a)に示されるように、予め不純物拡散領域2が形成
された単結晶シリコン基板1上にSiO2 層間絶縁膜3
が形成され、さらに該SiO2 層間絶縁膜3のエッチン
グ・マスクとして開口部4aを有するレジスト・パター
ン4が形成されてなるものである。ここで、上記SiO
2 層間絶縁膜3は、たとえばCVDにより厚さ約0.5
μmに形成されたものである。また、上記レジスト・パ
ターン4は、一例としてノボラック系ポジ型フォトレジ
スト(東京応化工業社製;商品名TSMR−V3)を使
用し、g線露光とアルカリ現像により形成されたもので
ある。上記開口部4aの開口幅は約0.5μmである。
ただし、図面では図示の都合上、開口部4aのアスペク
ト比を実際よりも小さく描いてある。
【0018】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・エッチング装置のウェハ載置電
極上にセットした。上記ウェハ載置電極は冷却配管を内
蔵しており、装置外部に設置されるチラー等の冷却設備
から該冷却配管へ適当な冷媒を供給循環させることによ
り、エッチング中のウェハを所定の温度に維持できるよ
うになされている。ここでは、冷媒としてエタノールを
使用した。この状態で、一例として下記の条件でSiO
2 層間絶縁膜3をエッチングした。
場マイクロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載置電
極上にセットした。上記ウェハ載置電極は冷却配管を内
蔵しており、装置外部に設置されるチラー等の冷却設備
から該冷却配管へ適当な冷媒を供給循環させることによ
り、エッチング中のウェハを所定の温度に維持できるよ
うになされている。ここでは、冷媒としてエタノールを
使用した。この状態で、一例として下記の条件でSiO
2 層間絶縁膜3をエッチングした。
【0019】 S2 F2 流量 20 SCCM CO流量 20 SCCM ガス圧 1.3 Pa(10 mTorr) マイクロ波パワー 850 W(2.45 GHz) RFバイアス・パワー 30 W(400 kHz) ウェハ温度 −60 ℃ 図1(b)には、このエッチングが進行している途中状
態を示す。この過程では、S2 F2 から解離生成したF
* がSiO2 の結晶格子内に侵入し、SFx +,S+ ,
CO+ ,C+ 等の各種のイオンの入射エネルギーにアシ
ストされてSi−O結合を切断する。生成したSi原子
はF* と結合して蒸気圧の高いSiFxの形で除去され
る。一方のO原子は、エッチング・ガスに含まれている
COと結合してCO2 の形で除去されるか、もしくはS
2 F2 から解離生成した遊離のSと結合してSOx の形
で除去される。このCO2 とSOx の生成過程は競合し
ているが、エネルギー的にみるとS−O結合よりもC−
O結合の方が安定であり、SiO2 中のO原子はCO2
の形で優先的に除去される。したがって、遊離のSは、
わずかにSOx の形成に消費される分以外は低温冷却さ
れたウェハ上に析出し、パターン側壁部に側壁保護膜5
を形成する。この過程におけるエッチング反応は、SO
x の生成を無視して単純化すると、次式のように表現で
きる。
態を示す。この過程では、S2 F2 から解離生成したF
* がSiO2 の結晶格子内に侵入し、SFx +,S+ ,
CO+ ,C+ 等の各種のイオンの入射エネルギーにアシ
ストされてSi−O結合を切断する。生成したSi原子
はF* と結合して蒸気圧の高いSiFxの形で除去され
る。一方のO原子は、エッチング・ガスに含まれている
COと結合してCO2 の形で除去されるか、もしくはS
2 F2 から解離生成した遊離のSと結合してSOx の形
で除去される。このCO2 とSOx の生成過程は競合し
ているが、エネルギー的にみるとS−O結合よりもC−
O結合の方が安定であり、SiO2 中のO原子はCO2
の形で優先的に除去される。したがって、遊離のSは、
わずかにSOx の形成に消費される分以外は低温冷却さ
れたウェハ上に析出し、パターン側壁部に側壁保護膜5
を形成する。この過程におけるエッチング反応は、SO
x の生成を無視して単純化すると、次式のように表現で
きる。
【0020】 2S2 F2 +2CO+SiO2 → SiF4 ↑+2CO2 ↑+4S つまり、S2 F2 を単独で使用してエッチングを行う場
合よりも、効率的にSを堆積させることができるわけで
ある。このことにより、比較的低バイアスの条件下でも
エッチングは異方的に進行した。さらにエッチングが進
行してシリコン下地である不純物拡散領域2が露出する
と、図1(c)に示されるように、その表面にはS堆積
膜6が形成された。これは、被エッチング領域からO原
子が供給されなくなるので、SOx が形成されなくな
り、Sの堆積が一層促進されるからである。上記S堆積
膜6の堆積反応とスパッタ除去とが競合することによ
り、不純物拡散領域2の表面におけるエッチング速度が
大幅に低下し、高い下地選択性が達成された。一方、こ
れまでに専らSiO2 のエッチングに寄与してきたCO
は、シリコン系材料層に対しては作用を及ぼさない。し
かも、CO自身は堆積性ガスではないので、気相中にカ
ーボン系ポリマー等を生成することはなく、堆積物に由
来するカーボン汚染は起こらなかった。また、プラズマ
中にはCO+ ,C+ 等のカーボン系のイオンも生成する
が、上述のエッチング条件ではイオン入射エネルギーは
比較的低く、しかも不純物拡散領域2の表面は十分な量
のS堆積膜6で保護されているため、イオンの打ち込み
による欠陥も大幅に低減することができた。
合よりも、効率的にSを堆積させることができるわけで
ある。このことにより、比較的低バイアスの条件下でも
エッチングは異方的に進行した。さらにエッチングが進
行してシリコン下地である不純物拡散領域2が露出する
と、図1(c)に示されるように、その表面にはS堆積
膜6が形成された。これは、被エッチング領域からO原
子が供給されなくなるので、SOx が形成されなくな
り、Sの堆積が一層促進されるからである。上記S堆積
膜6の堆積反応とスパッタ除去とが競合することによ
り、不純物拡散領域2の表面におけるエッチング速度が
大幅に低下し、高い下地選択性が達成された。一方、こ
れまでに専らSiO2 のエッチングに寄与してきたCO
は、シリコン系材料層に対しては作用を及ぼさない。し
かも、CO自身は堆積性ガスではないので、気相中にカ
ーボン系ポリマー等を生成することはなく、堆積物に由
来するカーボン汚染は起こらなかった。また、プラズマ
中にはCO+ ,C+ 等のカーボン系のイオンも生成する
が、上述のエッチング条件ではイオン入射エネルギーは
比較的低く、しかも不純物拡散領域2の表面は十分な量
のS堆積膜6で保護されているため、イオンの打ち込み
による欠陥も大幅に低減することができた。
【0021】エッチング終了後、上記のウェハをプラズ
マ・アッシング装置に移設し、通常のO2 プラズマ・ア
ッシングの条件にてレジスト・パターン4を除去した。
このとき、側壁保護膜5とS堆積膜6も同時に除去され
た。これは、SがO2 により燃焼した他、ウェハの昇温
により昇華されたからである。最終的には図1(d)に
示されるように、何らパーティクル汚染を発生すること
なく良好な異方性形状を有するコンタクト・ホール3a
を形成することができた。
マ・アッシング装置に移設し、通常のO2 プラズマ・ア
ッシングの条件にてレジスト・パターン4を除去した。
このとき、側壁保護膜5とS堆積膜6も同時に除去され
た。これは、SがO2 により燃焼した他、ウェハの昇温
により昇華されたからである。最終的には図1(d)に
示されるように、何らパーティクル汚染を発生すること
なく良好な異方性形状を有するコンタクト・ホール3a
を形成することができた。
【0022】実施例2 本実施例では、本発明をWSix (タングステン・シリ
サイド)層を形成する際の前処理に適用し、S2 F2 /
CO/Ar混合ガスを用いて多結晶シリコン層の表面の
自然酸化膜を除去した。本実施例のプロセスを、図2を
参照しながら説明する。
サイド)層を形成する際の前処理に適用し、S2 F2 /
CO/Ar混合ガスを用いて多結晶シリコン層の表面の
自然酸化膜を除去した。本実施例のプロセスを、図2を
参照しながら説明する。
【0023】本実施例においてエッチング・サンプルと
して使用した被エッチング基板(ウェハ)は、ポリサイ
ド・ゲート電極の形成を前提としたものであり、図2
(a)に示されるように、単結晶シリコン基板11上に
厚さ0.02μmのゲート酸化膜12を介してn型不純
物を含有する厚さ0.1μmの多結晶シリコン層13が
形成されたものである。上記多結晶シリコン層13の表
面には、大気開放時に自然酸化膜14が不均一に形成さ
れている。
して使用した被エッチング基板(ウェハ)は、ポリサイ
ド・ゲート電極の形成を前提としたものであり、図2
(a)に示されるように、単結晶シリコン基板11上に
厚さ0.02μmのゲート酸化膜12を介してn型不純
物を含有する厚さ0.1μmの多結晶シリコン層13が
形成されたものである。上記多結晶シリコン層13の表
面には、大気開放時に自然酸化膜14が不均一に形成さ
れている。
【0024】このウェハを、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
自然酸化膜14をエッチングした。 S2 F2 流量 10 SCCM CO流量 30 SCCM Ar流量 50 SCCM, ガス圧 1.3 Pa(10 mTorr) マイクロ波パワー 850 W(2.45 GHz) RFバイアス・パワー 0 W ウェハ温度 −60 ℃ 上記エッチング・ガスの組成のうち、Arは希釈用であ
る。
・エッチング装置にセットし、一例として下記の条件で
自然酸化膜14をエッチングした。 S2 F2 流量 10 SCCM CO流量 30 SCCM Ar流量 50 SCCM, ガス圧 1.3 Pa(10 mTorr) マイクロ波パワー 850 W(2.45 GHz) RFバイアス・パワー 0 W ウェハ温度 −60 ℃ 上記エッチング・ガスの組成のうち、Arは希釈用であ
る。
【0025】このエッチングが進行する様子を図2
(b)に示す。自然酸化膜14は、実施例1で前述した
のと同様の機構にもとづき、主としてS2 F2 から解離
生成したF* によるSi原子の引き抜きとCOによるO
原子の引き抜きによりエッチングされた。ここでは、R
Fバイアスが印加されていないので、多結晶シリコン層
13の露出面ではS2 F2 から解離生成したSが効率的
に堆積し、S堆積膜15が形成された。このS堆積膜1
5により、多結晶シリコン層13に対して高選択比が達
成された。
(b)に示す。自然酸化膜14は、実施例1で前述した
のと同様の機構にもとづき、主としてS2 F2 から解離
生成したF* によるSi原子の引き抜きとCOによるO
原子の引き抜きによりエッチングされた。ここでは、R
Fバイアスが印加されていないので、多結晶シリコン層
13の露出面ではS2 F2 から解離生成したSが効率的
に堆積し、S堆積膜15が形成された。このS堆積膜1
5により、多結晶シリコン層13に対して高選択比が達
成された。
【0026】最終的には、自然酸化膜14がすべて除去
され、図2(c)に示されるように多結晶シリコン層1
3の全面がS堆積膜15に被覆された。上記S堆積膜1
5は、WSix 層を形成する直前にウェハを約90℃に
加熱することにより、容易にしかもパーティクル汚染を
発生させることなく昇華除去することができた。この
後、ウェハをCVD装置に移設してWSix 層を成膜し
たところ、均一な膜質を有し、密着性に優れるWSix
層を形成することができた。
され、図2(c)に示されるように多結晶シリコン層1
3の全面がS堆積膜15に被覆された。上記S堆積膜1
5は、WSix 層を形成する直前にウェハを約90℃に
加熱することにより、容易にしかもパーティクル汚染を
発生させることなく昇華除去することができた。この
後、ウェハをCVD装置に移設してWSix 層を成膜し
たところ、均一な膜質を有し、密着性に優れるWSix
層を形成することができた。
【0027】なお、本実施例の場合、自然酸化膜14を
除去するための有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング
装置のエッチング・チャンバと、WSix 層を形成する
ためのCVD装置のCVDチャンバとが高真空下に接続
され、搬送アームにより両チャンバ間でウェハを搬送す
ることが可能なマルチ・チャンバ型の装置を使用するこ
とが望ましい。このような装置を使用すれば、全面にS
堆積膜15が形成された状態のウェハを大気開放するこ
となくCVDチャンバへ搬送することができ、新たな自
然酸化膜が形成される虞れがない。このとき、上記搬送
アームに加熱機構を内蔵させておけば、ウェハ加熱に要
する時間を節約することができ、スループットを向上さ
せることができる。
除去するための有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング
装置のエッチング・チャンバと、WSix 層を形成する
ためのCVD装置のCVDチャンバとが高真空下に接続
され、搬送アームにより両チャンバ間でウェハを搬送す
ることが可能なマルチ・チャンバ型の装置を使用するこ
とが望ましい。このような装置を使用すれば、全面にS
堆積膜15が形成された状態のウェハを大気開放するこ
となくCVDチャンバへ搬送することができ、新たな自
然酸化膜が形成される虞れがない。このとき、上記搬送
アームに加熱機構を内蔵させておけば、ウェハ加熱に要
する時間を節約することができ、スループットを向上さ
せることができる。
【0028】以上、本発明を2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。たとえば第1の化合物として上述のS2
F2に代えて本発明で規定される他のフッ化イオウを使
用しても、ほぼ同様の結果が得られる。また、第2の化
合物として上記COに代えてNOを使用した場合にも、
S−O結合に比べてN−O結合の方がエネルギー的に安
定であることからNOによるO原子の引き抜きが優先的
に起こり、やはりSの堆積が促進されて高選択性、低汚
染性が達成される。
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。たとえば第1の化合物として上述のS2
F2に代えて本発明で規定される他のフッ化イオウを使
用しても、ほぼ同様の結果が得られる。また、第2の化
合物として上記COに代えてNOを使用した場合にも、
S−O結合に比べてN−O結合の方がエネルギー的に安
定であることからNOによるO原子の引き抜きが優先的
に起こり、やはりSの堆積が促進されて高選択性、低汚
染性が達成される。
【0029】また、本発明で使用されるエッチング・ガ
スには、スパッタリング効果,希釈効果,冷却効果等を
期待する意味で、上述のAr以外にもHe等の希ガスを
適宜添加することができる。この他、サンプル・ウェハ
の構成、使用するエッチング装置、エッチング条件は適
宜変更が可能である。さらに、エッチングすべきSiO
2 系材料層は、PSG,BSG,BPSG,AsSG,
AsPSG,AsBSG等からなるものであっても良
い。
スには、スパッタリング効果,希釈効果,冷却効果等を
期待する意味で、上述のAr以外にもHe等の希ガスを
適宜添加することができる。この他、サンプル・ウェハ
の構成、使用するエッチング装置、エッチング条件は適
宜変更が可能である。さらに、エッチングすべきSiO
2 系材料層は、PSG,BSG,BPSG,AsSG,
AsPSG,AsBSG等からなるものであっても良
い。
【0030】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によればフルオロカーボン系ガスを使用することなく
SiO2 系材料層の異方性エッチングを行うことができ
る。したがって、本発明はまず脱フロン対策として有効
である。また、高異方性の達成に寄与する物質は、従来
のようなカーボン系ポリマーではなく、S/F比の高い
フッ化イオウから解離生成するSである。したがって、
下地のシリコン系材料層に対してカーボン汚染が生じな
い。さらに、従来のフッ化イオウを使用するプロセスと
比べてSの堆積が促進されているため、下地のシリコン
系材料層に対する選択性が向上し、ダメージも軽減され
る。
明によればフルオロカーボン系ガスを使用することなく
SiO2 系材料層の異方性エッチングを行うことができ
る。したがって、本発明はまず脱フロン対策として有効
である。また、高異方性の達成に寄与する物質は、従来
のようなカーボン系ポリマーではなく、S/F比の高い
フッ化イオウから解離生成するSである。したがって、
下地のシリコン系材料層に対してカーボン汚染が生じな
い。さらに、従来のフッ化イオウを使用するプロセスと
比べてSの堆積が促進されているため、下地のシリコン
系材料層に対する選択性が向上し、ダメージも軽減され
る。
【0031】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、高集積度と高性能を有する
半導体装置の製造に極めて有効である。
ールにもとづいて設計され、高集積度と高性能を有する
半導体装置の製造に極めて有効である。
【図1】本発明をコンタクト・ホールに適用したプロセ
ス例をその工程順にしたがって示す模式的断面図であ
り、(a)はSiO2 層間絶縁膜上にレジスト・パター
ンが形成された状態、(b)はSiO2 層間絶縁膜のエ
ッチング途中の状態、(c)はSiO2 層間絶縁膜がエ
ッチングされて露出した不純物拡散領域の表面にS堆積
膜が形成された状態、(d)はレジスト・パターン,側
壁保護膜,S堆積膜が除去されてコンタクト・ホールが
完成した状態をそれぞれ表す。
ス例をその工程順にしたがって示す模式的断面図であ
り、(a)はSiO2 層間絶縁膜上にレジスト・パター
ンが形成された状態、(b)はSiO2 層間絶縁膜のエ
ッチング途中の状態、(c)はSiO2 層間絶縁膜がエ
ッチングされて露出した不純物拡散領域の表面にS堆積
膜が形成された状態、(d)はレジスト・パターン,側
壁保護膜,S堆積膜が除去されてコンタクト・ホールが
完成した状態をそれぞれ表す。
【図2】本発明を多結晶シリコン層表面の自然酸化膜の
除去に適用したプロセス例をその工程順にしたがって示
す模式的断面図であり、(a)は多結晶シリコン層の表
面に自然酸化膜が形成された状態、(b)は自然酸化膜
のエッチング途中の状態、(c)はエッチングが終了し
て多結晶シリコン層の表面がS堆積膜で被覆された状態
をそれぞれ表す。
除去に適用したプロセス例をその工程順にしたがって示
す模式的断面図であり、(a)は多結晶シリコン層の表
面に自然酸化膜が形成された状態、(b)は自然酸化膜
のエッチング途中の状態、(c)はエッチングが終了し
て多結晶シリコン層の表面がS堆積膜で被覆された状態
をそれぞれ表す。
1,11 単結晶シリコン基板 2 不純物拡散領域 3 SiO2 層間絶縁膜 3a コンタクト・ホール 4 レジスト・パターン 4a 開口部 5 側壁保護膜 6,15 S堆積膜 12 ゲート酸化膜 13 多結晶シリコン層 14 自然酸化膜
Claims (3)
- 【請求項1】 S2 F2 ,SF2 ,SF4 ,S2 F10か
ら選ばれる少なくとも1種類の第1の化合物と、S−O
結合よりも原子間結合エネルギーの高い化学結合をO原
子との間に形成し得る原子を分子内に有する第2の化合
物とを含むエッチング・ガスを用いて、酸化シリコン系
材料層のエッチングを行うことを特徴とするドライエッ
チング方法。 - 【請求項2】 前記エッチングを、被エッチング基板の
温度を室温以下に制御しながら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。 - 【請求項3】 前記第2の化合物としてCOまたはNO
の少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項1ま
たは請求項2に記載のドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3193621A JP2687769B2 (ja) | 1991-07-09 | 1991-07-09 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3193621A JP2687769B2 (ja) | 1991-07-09 | 1991-07-09 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0521398A JPH0521398A (ja) | 1993-01-29 |
| JP2687769B2 true JP2687769B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=16310987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3193621A Expired - Fee Related JP2687769B2 (ja) | 1991-07-09 | 1991-07-09 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687769B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7462801B1 (en) | 1996-11-20 | 2008-12-09 | Ibiden Co., Ltd. | Laser machining apparatus, and apparatus and method for manufacturing a multilayered printed wiring board |
| JPH11111686A (ja) * | 1997-10-01 | 1999-04-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 低ガス圧プラズマエッチング方法 |
| JP2007035184A (ja) | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Fujitsu Ltd | 磁気ディスク装置 |
| JP6568457B2 (ja) * | 2015-11-11 | 2019-08-28 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理方法 |
-
1991
- 1991-07-09 JP JP3193621A patent/JP2687769B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0521398A (ja) | 1993-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3259380B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3116569B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| US6383918B1 (en) | Method for reducing semiconductor contact resistance | |
| KR0181513B1 (ko) | 드라이 에칭 방법 | |
| JP2660117B2 (ja) | 半導体基板ウェファー上の層のドライエッチング方法 | |
| JP4201646B2 (ja) | 半導体デバイスの製造方法 | |
| JP3440735B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JP2687769B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JP2687787B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JP3094470B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JP3279016B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JP3353462B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| US7547639B2 (en) | Selective surface exposure, cleans and conditioning of the germanium film in a Ge photodetector | |
| JP3239460B2 (ja) | 接続孔の形成方法 | |
| JP3079656B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JP3348542B2 (ja) | シリコン系材料層のパターニング方法 | |
| JP3371642B2 (ja) | シリコン系材料層のプラズマエッチング方法 | |
| JP3380947B2 (ja) | 低誘電率酸化シリコン系絶縁膜のプラズマエッチング方法 | |
| JPH053177A (ja) | ドライエツチング方法 | |
| JP3453996B2 (ja) | 酸化シリコン系絶縁膜のプラズマエッチング方法 | |
| JP3111640B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| US5990018A (en) | Oxide etching process using nitrogen plasma | |
| JP3246145B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| TWI277171B (en) | Methods for surface treatment and structure formed therefrom | |
| JPH0697123A (ja) | ドライエッチング方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970722 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |