JPH04137531A - 半導体装置のドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置におけるＭＯＳトランジスタのゲー
ト部分、もしくはワード線、ビット線等の配線材料とし
て使用されるポリシリコンやポリサイドのドライエツチ
ング方法に関する。

（従来の技術） 近時、デバイスの微細化が進むにつれ、下地（シリコン
酸化膜）の薄膜化も進んできている。

このため、ポリシリコン、ポリサイドの対シリコン酸化
膜の高選択比が要求されており、この高選択比を得るた
めにそのドライエツチングプロセスにおいても工夫が必
要とされている。

第５図は従来のドライエツチング装置及びこれによるド
ライエツチングプロセスを示したものである。

この図において、１はエツチング室となる反応室、２は
ロードロック室である。反応室１は、このロードロック
室２によりその周囲が密閉されて大気に曝されるのを防
止されるとともに、気圧や湿度が低い値に保たれる。

反応室１には、プロセスガス導入管３が接続されている
とともに、プラズマ生成用の上部電極４及び下部電極５
が設けられている。

下部電極５の内部には静電チャック機構が内蔵され、被
エツチングウェーハＷは、この静電チャック機構によっ
て下部電極５の上面上に載置固定されるようになってい
る。

６は冷却ガス導入管であり、この冷却ガス導入管６は、
反応室１外部より下部電極５の中心部を貫通し、その端
部は下部電極５のウェーハ載置面にて開口しており、こ
の開口部からウェーハＷ真面に冷却ガスを吹き付けるよ
うになっている。この冷却ガスとしては熱伝導性が良く
、かつプロセスにはあまり影響を及ぼさないＮ２．０□
、ＨｅＡｒ等か用いられる。

このように構成されたドライエツチング装置において、
まず、エツチング開始前において、反応室ｌ内には、被
エツチングウェーハＷとして、熱酸化ならびに選択酸化
により形成されたシリコン酸化膜上にポリシリコンある
いはポリサイド膜からなる被エツチング膜が堆積され、
この被エツチング膜には不純物拡散か行われて電気的に
活性化され、その上にフォトレジストか塗布されること
によりパターニングが施されたウェーハが設置される（
第５図（ａ）に示す状態）。

その後、反応室１内にプロセスガスＰＧを導入し、その
導入量が所定の値に達すると、プロセスガスＰＧの導入
を続けたまま電極４，５間にＲ，Ｆ。

高周波あるいはマイクロ波電力を印加し、電極４５間に
プラズマＰを生成すると同時に冷却ガスＣＧを導入しウ
ェーハＷの温度制御を行っている状態でエツチングが開
始され、以降、オーバエツチングの前までその状態でエ
ツチングが行われる。

このようにして、エツチングの最中、ウェーハＷへその
裏面側から冷却ガスＣＧを導入し、つ工−ハＷの裏面を
プラズマＰに曝さないで温度上昇を抑える他に、この裏
面を通じてウェーハＷを積極的に冷却する。

これにより、被エツチング膜はプラズマＰに直接曝され
、シリコン酸化膜は冷却ガスＣＧにより温度上昇を押さ
えられることとなるから、被エツチング膜は比較的高温
に保持され、シリコン酸化膜は低温に保持されるために
、被エツチング膜はエツチングが進み、酸化膜はエツチ
ング速度が抑えられることとなって、高選択比が得られ
ることとなる。

すなわち、ウェーハＷを積極的に冷却しない場合、ウェ
ーハＷの温度が上昇し、比較的高温になって、被エツチ
ング膜と参加膜とのエツチング速度の相対差が少なくな
るため高選択比が得られない。

ところが、上記静電チャック＋ガス冷却の技術では、ウ
ェーハを積極的に冷すため、これにより、ポリシリコン
膜とシリコン酸化膜とのエツチング速度が両者共に低下
するものの、シリコン酸化膜のエツチング速度がポリシ
リコン膜のエツチング速度に比べて大きく変化するため
に選択比は大きくなるのである。

しかしながら、このウェーハＷ自体の冷却を行うことに
より、エツチング中における反応生成物のウェーハＷ表
面への堆積量が増加し、被エツチング膜のエツチング速
度の低下を生じているとともに、反応生成物の堆積しや
すいウェーハＷ表面上の段差部分て反応生成物がエツチ
ングされきれずそれかマスクとなって、被エツチング膜
のエツチング残りが発生し、配線間のショートを引き起
こすという問題かある。

第６図は、ウェーハＷ表面の上記エツチングプロセスを
終了し、オーバエツチングを行う前の状態を示す一部拡
大斜視図である。

この図において、６０１はシリコン基板である。

この基板６０１上には熱酸化による酸化膜６０２と選択
酸化による酸化膜６０３とが形成されている。これら酸
化膜６０２，６０３上には上記エッチングプロセスによ
り被エツチング膜かエツチングされた結果である配線パ
ターン部６０４が形成され、この配線パターン部６０４
上にはフォトレジスト６０５が塗着された状態で残され
ている。

ところで、符号６０６で示すものが上記エツチング残り
であり、このエツチング残り６０６は互いにオープンの
関係にしたい配線パターン部６０４．６０４をショート
させてしまう状態となっている。このエツチング残り６
０６表面上にはその原因となった厚い反応生成物膜６０
７が堆積している。

なお、このような状態から、このエツチング残り６０６
を除去するために、上記プロセス終了後、オーバエツチ
ングを行う場合がある。しかし、このエツチング残り６
０６か多量になると、反応生成物膜６０７のマスクによ
るエツチングのされにくさと相俟って、それだけ長くエ
ツチングを行わなければならなくなる。すると、酸化膜
６０２゜６０３の損傷を引き起こすこととなるため、オ
ーバエツチングが不可能になってしまう場合もあり、結
局、エツチング残り６０６を完全に除去できず、結果と
して配線ンヨートの原因となる。

また、実際のデバイスにおいては、ウェーハＷの面内で
エツチング密度が粗の所と密の所とか存在する。このよ
うなとき、ローディング効果と言われるエツチング密度
が粗の所と密の所とでのエツチング速度の差か極端に見
られる。そして、このローディング効果は上記反応生成
物の堆積により高められてしまい、エツチング速度が遅
い所では残渣やエツチング残りが発生してしまい、この
エツチング残りが上記と同様配線間のショートを引起こ
す原因となっている。

（発明が解決しようとする課題） 上記したように、従来のドライエツチングプロセスでは
、対シリコン酸化膜選択比を得るためにウェーハを冷却
すると、これが原因でウェーハ表面への反応生成物の堆
積を促進し、これにより出来た反応生成物膜によってウ
ェーハ表面段差部にエツチング残りを生じさせたり、ロ
ーディング効果を高めてしまうという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、ウェーハ段差部にエツチング
残りを発生させたり、ローディング効果を高めたりする
ことなしに上記ウェーハ冷却技術を用いて対シリコン酸
化膜比を高く維持することができるようにしたドライエ
ツチング方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のドライエツチング方法は、ウェーハ固定機構使
用により被エツチングウェーハをドライエツチング装置
における反応室の電極間に固定・設置する工程と、上記
反応室にプロセスガスを導入し且つ上記電極間にプラズ
マを生成してエツチングを開始する工程と、そのエツチ
ングの進行途中の所定タイミングで上記被エツチングウ
ェーハのエツチング面とは反対側の面に向けて冷却ガス
を導入する被エツチングウェーハの温度制御を開始する
工程とを含んでいる。

ウェーハ固定機構としてはメカニカルチャック機構や静
電チャック機構を用いることができる。

（作　用） 本発明によれば、ウェーハ冷却ガス導入の開始タイミン
グをエツチング開始後に置くようにしたために、エツチ
ング開始当初はウェーハ温度を高温に保ち、反応生成物
の堆積を抑えて、被エツチング膜のエツチング促進を図
り、このエツチングがある程度進行したところ、例えば
、酸化膜が露出したところで、冷却ガス導入を開始し、
酸化膜のエツチングを抑えてやる、というような操作が
可能となり、ウェーハ段差部にエツチング残りを発生さ
せたり、ローディング効果を高めｔＥりすることなしに
上記ウェーハ冷却技術を用いて対シリコン酸化膜選択比
を高く維持することができることとなる。

（実施例） 以下に本発明の実施例について図面を参照しつつ説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係るドライエツチングプロ
セスを示すものである。

まず、同図（ａ）は、エツチング開始前のドライエツチ
ング装置の状態を示している。この状態は、つまり、エ
ツチング前のウェーハＷが設置されているのみで、ガス
ＰＧの導入はなく、プラズマＰの生成も無く、冷却ガス
ＣＧの導入も無い。

このエツチング前のウェーハＷは次のような工程を踏ん
で第３図（ａ）に示すように形成されたものである。

この第３図（ａ）において、３０１はシリコン基板であ
る。

まず、この基板３０１上に熱酸化膜３０２及び選択酸化
による素子分離酸化膜３０３が形成される。

次に、これら酸化膜３０２，３０３上にポリシリコンあ
るいはポリサイドからなる被エツチング膜３０４が堆積
される。

そして、この被エツチング膜３０４が不純物拡散により
電気的に活性化される。

その後、この被エツチング膜３０４上にフォトレジスト
膜３０５が塗布されてバターニングが施される。

第３図（ａ）に示すものは、このフォトレジスト膜３０
５によるバターニング直後のものである。

そして、第１図（ａ）に示すようにウェーハＷを設置し
た後、第１図（ｂ）に示すように、プロセスガスＰＧの
導入を開始し、次いで電極４，５間にＲ，Ｆ、　（ｒａ
ｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　）あるいはマイクロ波の
高周波電力を印加し、プラズマＰを形成する。

これにより、ウェーハＷのエツチングが開始される。

その後、このエツチングか進行し、やがて第３図（ｂ）
に示すように酸化膜３０２，３０３が露出しプラズマＰ
に曝される程度になる。このとき、ウェーハＷの段差部
分にはエツチング残り３０７が生じているが、これまで
は、冷却ガスＣＧの導入は無く、ウェーハＷは高温に維
持されて反応生成物の堆積も抑えられているために、こ
のエツチング残り３０７は少量である。

そして、ウェーハＷが、このような状態になった時点で
、第１図（Ｃ）に示すように、冷却ガスＣＧの導入を開
始する。

この冷却ガスＣＧにより、ウェーハＷの冷却が行われ、
シリコン酸化膜３０２，３０３のエツチング速度か抑え
られる。一方、冷却ガスＣＧ導入前には反応生成物の堆
積が抑えられていたために、エツチング残り３０７には
マスクとなる反応生成物膜が少なく、かつエツチング残
り３０７自体も少ないため、少量のオーバエツチングで
完全にエツチングされ、第３図（Ｃ）に示すようにエツ
チング残り３０７を無くすことが可能である。なお、３
０６はエツチングの結果、形成された配線パターン部で
ある。

以上の通り、本実施例によれば、酸化膜３０２゜３０３
の露出後、少量のオーバエツチングで被エツチング膜３
０４を完全にエツチングすることができ、かつそのオー
バエツチングの際には冷却ガスＣＧによって酸化膜３０
２，３０３のエツチング速度を抑えるようにしているた
めに高い対シリコン酸化膜選択比を得ることができる。

また、酸化膜３０２，３０３が露出するまでは冷却ガス
ＣＧの導入を行わずにエツチングを行い、反応生成物の
堆積を抑えるようにしているため、低ローディング効果
でのエツチングを行うことができる。

ところで、ウェーハＷの裏面に導入するガスの量（圧力
）を調節することで、ウェーハＷの表面の温度を制御す
ることができ、第２図はその供給ガス圧とウェーハ温度
との関係を示すもので、このようにウェーハＷの温度を
制御することにより、エツチング後の配線パターン３０
６の側部形状を制御することができる。

すなわち、第４図（ａ）、（ｂ）は、第３図（ｃ）の■
方向矢視図であって、第４図（ａ）は配線部３０６の側
部３０７にテーバが付いている場合、第４図（ｂ）は同
側部３０７にテーバが付いておらず基板３０１に対して
垂直となっている場合をそれぞれ示している。

ポリシリコンやポリサイドがゲートの材料として使用さ
れる場合、トランジスタの長寿命化のため、エツチング
後の側部３０７の形状はテーバが付いていない方か望ま
しい。

二のテーパは反応生成物の堆積により側部３０７がエツ
チング中にマスクされエツチングされにくくなるために
形成されるものである。

よって、エツチングの際のウェーハＷの温度が低いほど
、このテーパはでき易いものである。よって、このテー
パができないようにするためには、ウェーハＷの温度を
極力高めに設定するように冷却ガスＣＧの圧力を低めに
設定することとなる。

なお、プロセス上、逆にテーパの形成を要求される場合
もあり、この場合にはウェーハＷの温度を低めにすべく
冷却ガスＣＧの圧力を高めに設定することになる。

このように、冷却ガスＣＧの圧力を調節することにより
エツチング後の側部３０７の形状を目的に合ったものと
することができる。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は
上記に限定されるものではない。

例えば、上記実施例ではウェーハの固定を静電チャック
機構により行っているが、メカニカルクランプ式チャッ
ク機構によって行っても良い。

また、上記実施例では、冷却ガス導入開始タイミングを
酸化膜の露出時に合わせているが、上記テーパを得たい
ような場合、側部３０７が垂直となる前に冷却ガスの導
入を開始するようにしても良い。つまり、この冷却ガス
導入の開始タイミングはその時の要求に応じて任意のエ
ツチング時点に設定できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ウェーハ冷却ガス
導入の開始タイミングをエツチング開始後に置くように
したために、エツチング開始当初はウェーハ温度を高温
に保ち、反応生成物の堆積を抑えて、被エツチング膜の
エツチング促進を図り、このエツチングがある程度進行
したところ、例えば、酸化膜が露出したところで、冷却
ガス導入を開始し、酸化膜のエツチングを抑えてやる、
というような操作をすることにより、ウェーハ段差部に
エツチング残りを発生させたり、ローディング効果を高
めたりすることなくウェーハ冷却技術を用いて対シリコ
ン酸化膜比を高く維持することができることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るドライエツチングプロ
セスの工程説明図、第２図は冷却ガス導入工程における
供給ガス圧とウェーハ温度との関係を示す曲線図、第３
図は第１図に示すドライエツチングプロセスによるドラ
イエツチングを施したときのウェーハの工程別一部拡大
斜視図、第４図は第３図（ｃ）の■方向矢視図、第５図
は従来のドライエツチングプロセスの工程説明図、第６
図はその結果物であるウェーハの一部拡大斜視図である
。 １・・・反応室、２・・・ロードロック室、３・・・プ
ロセスガス導入管、４・・・上部電極、５・・・下部電
極、６・・・冷却ガス導入管、Ｗ・・・ウェーハ、ＰＧ
・・・プロセスガス、ＣＧ・・・冷却ガス、Ｐ・・・プ
ラズマ、３０１・・・シリコン基板、３０２，３０３・
・・酸化膜、３０４・・・被エツチング膜（ポリシリコ
ン膜、ポリサイド膜等） ３０５・・・フォトレジスト膜、 ３０６・・・配線パターン部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェーハ固定機構使用により被エッチングウェーハ
   をドライエッチング装置における反応室の電極間に固定
   ・設置する工程と、 前記反応室にプロセスガスを導入し且つ前記電極間にプ
   ラズマを生成してエッチングを開始する工程と、 そのエッチングの進行途中において前記被エッチングウ
   ェーハのエッチング面とは反対側の面に向けて冷却ガス
   を導入し該被エッチングウェーハの温度制御を開始する
   工程と、 を含んでいる半導体装置のドライエッチング方法。 ２、ウェーハ固定機構としてメカニカルチャック機構を
   用いる請求項１記載の半導体装置のドライエッチング方
   法。 ３、ウェーハ固定機構として静電チャック機構を用いる
   請求項１記載の半導体装置のドライエッチング方法。