JPH06120174A

JPH06120174A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH06120174A
Application number: JP26627092A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Seki; 哲也関
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-10-05
Filing date: 1992-10-05
Publication date: 1994-04-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】半導体装置の製造方法において、多結晶シリコ
ン、ポリサイドのエッチング時の形成される側壁保護膜
を再現性よく除去する。【構成】ＣＦ系、ＣＨＦ系ガスのイオンを基板１に対し
斜めに入射する事で、側壁に対するイオンエネルギーを
発生させることにより側壁保護膜５の除去を行なう。さ
らに多結晶シリコン３、ポリサイドのオーバーエッチン
グ時にもイオンの斜め入射を行なう。【効果】従来のウェット処理に比べ、除去の安定性、下
地酸化膜との選択比が向上し、薄膜化が進むゲート酸化
膜上のゲート電極の微細加工が可能となる。

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方法に
関し、特に多結晶シリコンあるいはポリサイドの異方性
エッチング時に生成される側壁保護膜の除去方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】シリコン集積回路の集積化に伴い、ＭＯ
Ｓトランジスタのゲート電極サイズの微細化、ゲート酸
化膜の薄膜化が進んでいる。６４ＭＤＲＡＭクラスでは
ゲート長０．３５μｍ、ゲート酸化膜厚１００Å程度と
なる。このため、ゲート電極材料である多結晶シリコン
あるいはポリサイドのエッチングでは、きわめて高い寸
法精度と下地酸化膜との高い選択比が要求される。

【０００３】このような要求を実現する方法としてＣｌ
₂、ＨＣｌ等のＣｌ系、Ｂｒ₂、ＨＢｒ等のＢｒ系による
異方性エッチングが挙げられる。このガス系ではＣフリ
ーであるため下地酸化膜との高い選択比を得ることがで
きる。

【０００４】これらのガス系では、Ｃを含むレジストを
マスクとした場合、対酸化膜選択比は１０〜２０、Ｃフ
リーのマスクとしてＳｉＯ₂などのマスクを用いた場
合、３０〜５０程度が得られる。

【０００５】さらにこれらのガス系に酸素を添加し、Ｃ
フリーマスクとした場合、装置内の残留ＣをＣＯ₂の形
で除去するため１００以上の対酸化膜選択比を得ること
が可能となる。

【０００６】これらのガス系による異方性エッチング
は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、電子サイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ）等の装置によりイオンの方向性の
揃えることで達成される。異方性エッチングのメカニズ
ムはプラズマ生成時、あるいはエッチング反応時などに
形成されるの反応生成物が側壁保護膜として機能するこ
とによる。

【０００７】このため、エッチング後に側壁保護膜の除
去が必要となる。

【０００８】従来の側壁保護膜の除去方法は、ドライ処
理としてＯ₂ガスを主体としたダウンストリームアッシ
ング、ウェット処理として希フッ酸洗浄等が挙げられ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】Ｃｌ系、Ｂｒ系による
多結晶シリコンあるいはポリサイドのエッチングにおけ
る反応生成物の主成分はＳｉＣｌ_x、ＳｉＢｒ_xである。
これら反応生成物はエッチングに一旦大気に曝してしま
えば、すぐさまＣｌ、Ｂｒが酸素と置換してＳｉＯ_xと
なってしまう。このため酸素を用いたアッシング工程で
はレジストは除去できるが、側壁保護膜は除去すること
はできない。かえってアッシングにより酸化が助長され
より強固なＳｉＯ₂へと変化する。このため従来技術で
は大気に一旦曝した後は１％程度の希フッ酸により処理
を行うことにより側壁保護膜の除去を行なっていた。こ
の技術に対する問題点は、再現性、制御性に欠けること
が挙げられる。大気中へ曝す操作とウェットエッチング
が持つ本質的な不安定要素により、側壁保護膜の除去が
不可能な時が多々ある。長時間の処理は下地酸化膜を抜
いてしまうため、厳密なフッ酸濃度の管理、処理時間の
管理が必要不可欠となる。

【００１０】このため大気中に曝さず、エッチング処理
後インラインでアッシング行なう技術が挙げられる。こ
の方式ではＳｉＣｌ_x、ＳｉＢｒ_xはＳｉＯ_xに置換しな
い。但し通常のバレルタイプのアッシング装置では酸化
能力が大きいためアッシング中にＳｉＣｌ_x、ＳｉＢｒ_x
はＳｉＯ_xに置換してしまう。このためより酸化能力の
小さいダウンストリームタイプのアッシング装置が必要
である。しかしながらこの方法もＣｌ系、Ｂｒ系に酸素
を添加したガス系では、エッチング中にＳｉＣｌ_x、Ｓ
ｉＢｒ_xはＳｉＯ_xに置換してしまうため、側壁保護膜の
除去は不可能となり、希フッ酸による処理が必要とな
り、この方式は前述の通り再現性、制御性に問題があ
る。

【００１１】本発明は以上の問題点を解決するものでそ
の課題は、Ｃｌ系、Ｂｒ系ガスによる多結晶シリコン、
ポリサイドの異方性エッチングおいて、再現性、制御性
のある側壁保護膜の除去を行なうところにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上のような問題点を解
決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、酸化膜
上に形成した多結晶シリコンあるいはポリサイドの異方
性エッチング方法において、少なくともハロゲン元素を
含むガスを主ガスとするプラズマにより該多結晶シリコ
ンあるいはポリサイドのエッチングを行ないシリコン基
板に対し垂直あるいは垂直に近い断面形状を得る工程
と、Ｃ_xＦ_yを含むガスのプラズマを該半導体基板に対し
斜め方向より入射する工程を含むことを特徴としてい
る。

【００１３】また、酸化膜上に形成した多結晶シリコン
あるいはポリサイドの異方性エッチング方法において、
少なくともハロゲン元素を含むガスを主ガスとするプラ
ズマにより該多結晶シリコンあるいはポリサイドのエッ
チングを行ないシリコン基板に対し垂直あるいは垂直に
近い断面形状を得る工程と、Ｃ_aＨ_bＦ_cを含むガスのプ
ラズマを該半導体基板に対し斜め方向より入射する工程
を含むことを特徴としている。

【００１４】また、酸化膜上に形成した多結晶シリコン
あるいはポリサイドの異方性エッチング方法において、
少なくともハロゲン元素を含むガスを主ガスとするプラ
ズマにより該多結晶シリコンあるいはポリサイドのエッ
チングを行ないシリコン基板に対し垂直あるいは垂直に
近い断面形状を得る工程と、該少なくともハロゲン元素
を含むガスを主ガスとするプラズマを該半導体基板に対
し斜め方向より入射する工程と、Ｃ_xＦ_yを含むガスのプ
ラズマを該半導体基板に対し斜め方向より入射する工程
を含むことを特徴としている。

【００１５】また、酸化膜上に形成した多結晶シリコン
あるいはポリサイドの異方性エッチング方法において、
少なくともハロゲン元素を含むガスを主ガスとするプラ
ズマにより該多結晶シリコンあるいはポリサイドのエッ
チングを行ないシリコン基板に対し垂直あるいは垂直に
近い断面形状を得る工程と、該少なくともハロゲン元素
を含むガスを主ガスとするプラズマを該半導体基板に対
し斜め方向より入射する工程と、Ｃ_aＨ_bＦ_cを含むガス
のプラズマを該半導体基板に対し斜め方向より入射する
工程を含むことを特徴としている。

【００１６】さらに、該半導体基板を回転させながら該
Ｃ_xＦ_yを含むガスのプラズマを該半導体基板に対し斜め
方向より入射することを特徴している。

【００１７】さらに、該半導体基板を回転させながら該
Ｃ_aＨ_bＦ_cを含むガスのプラズマを該半導体基板に対し
斜め方向より入射することを特徴としている。

【００１８】さらに、該半導体基板を回転させながら該
少なくともハロゲン元素を含むガスを主ガスとするプラ
ズマを該半導体基板に対し斜め方向より入射することを
特徴としている。

【００１９】さらに、該Ｃ_xＦ_yを含むガスのプラズマを
該半導体基板に対し斜め方向より入射するための入射角
度は、基板面法線に対し３０度以上８０度以下であるこ
とを特徴としている。

【００２０】さらに、該Ｃ_aＨ_bＦ_cを含むガスのプラズ
マを該半導体基板に対し斜め方向より入射するための入
射角度は、基板面法線に対し３０度以上８０度以下であ
ることを特徴としている。

【００２１】さらに、該少なくともハロゲン元素を含む
ガスを主ガスとするプラズマを該半導体基板に対し斜め
方向より入射するための入射角度は、基板面法線に対し
３０度以上８０度以下であることを特徴としている。

【００２２】さらに、該少なくともハロゲン元素を含む
ガスはＣｌ₂、あるいはＢｒ₂、あるいはＨＣｌ、あるい
はＨＢｒであることを特徴としている。

【００２３】さらに、該少なくともハロゲン元素を含む
ガスに酸素ガスを添加することを特徴としている。

【００２４】さらに、該Ｃ_xＦ_yはＣＦ₄、あるいはＣ₂Ｆ
₆、あるいはＣ₃Ｆ₈、あるいはＣ₄Ｆ₁₀であることを特徴
としている。

【００２５】さらに、該Ｃ_aＨ_bＦ_cはＣＨＦ₃、あるいは
ＣＨ₂Ｆ₂、あるいはＣＨ₃Ｆ、Ｃ₂Ｈ₃Ｆ₃、あるいはＣ₂
Ｈ₄Ｆ₂、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄であることを特徴としている。

【００２６】

【作用】エッチング時、あるいは大気に曝したことによ
り生成されたＳｉＯ_xをＣＦ系ガスによる異方性エッチ
ングにより除去する。ＳｉＯ_xは基本的には炭素ラジカ
ルＣ^*、弗素ラジカルＦ^*とイオン照射が加わることによ
り揮発性生成物ＣＯ_x、ＳｉＦ_xが形成されることにより
エッチングされる。

【００２７】下地酸化膜との選択性を得るために、イオ
ンの入射方向を基板面放線に対し角度を持たせる。基板
面放線とイオン入射方向とのなす角度をθとすれば、正
弦成分が側壁保護膜への入射エネルギー成分、余弦成分
が下地酸化膜への入射エネルギー成分となる。側壁保護
膜と下地酸化膜が同じＳｉＯ₂であれば、θ＝４５゜で
側壁と下地酸化膜への入射エネルギー強度が等しくなる
ため等速エッチングとなり、θ＞４５゜で側壁への入射
エネルギーが下地酸化膜への入射エネルギーを上回るた
め側壁のエッチング速度が速くなり、下地酸化膜との選
択性が得られる。

【００２８】また、生成される側壁保護膜は、完全なＳ
ｉＯ₂の形とはなっておらず、ＳｉＯ_x（０＜ｘ＜２）、
あるいはこれにレジストＣ成分が含まれた弱い結合とな
るのが一般である。このため下地酸化膜との選択性が得
られるイオンの入射角度θはθ＜４５゜となる。

【００２９】また、上記条件でＣＨＦ系ガスを使用する
ことでさらに下地酸化膜との選択比をとることができ
る。すなわち、このガス系ではテフロン系重合膜が形成
され、この重合膜はイオン入射エネルギーの小さい下地
酸化膜へ優先的に堆積し、さらに高い選択性が得られる
というものである。

【００３０】これら作用に基板回転機構を付随させるこ
とにより、全周囲の側壁保護膜除去が可能となる。

【００３１】また、実際のデバイスでは、エッチングの
終点を光学的手段等で判断した後、更に等方的成分を含
むエッチングを加え、段差部での形状を制御するオーバ
ーエッチングを行なうが、通常のオーバーエッチングは
ガス構成、圧力、エネルギー等のエッチングパラメータ
を等方成分を含む方向へ変更することにより行なう。し
かしながらこれらエッチングパラメータの変更はプラズ
マの不安定化をもたらし、側壁保護膜の膜質の変化、基
板へのダメージを招くなどの問題がある。本発明では終
点検出後、エッチングパラメータはそのままでイオンの
入射方向を基板に対し斜めにすることで、等方成分を発
生させることによりオーバーエッチングを行ない、引続
き側壁保護膜除去を行なう工程とすることでさらなる側
壁保護膜除去の安定化が実現できる。

【００３２】

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。

【００３３】まず本発明の実施例に用いた装置について
説明を加えておく。

【００３４】図２は、本発明の実施例に用いたエッチン
グ装置の概略図である。プラズマ発生源８とエッチング
処理室９が分離した形となっている。プラズマ発生源８
に正の電圧を印加するとともに、プラズマ発生源源８の
イオン取り出し口にイオン加速グリッド１３を設け、選
択的に反応性ガスイオンを引出し、接地電位の基板ホル
ダー１５に取り付けられた基板１４に矢印の方向から照
射することにエッチングを行なう。また１７は排気ポン
プである。

【００３５】基板ホルダー１５にはマニピュレータ１６
が設置されており、これを回転することにより基板１４
へのイオンの入射方向を任意に設定することができる。
さらに基板ホルダー１５には回転機構が付随しており、
基板１４を回転させながら処理することが可能となって
いる。

【００３６】プラズマ発生源８では電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）によりプラズマ発生を行なう。ガス導入
管１２より導入されたガスは、マイクロ波導波管１０よ
り導入された例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波によっ
てプラズマ化される。さらに生成したプラズマ中の電子
の円運動を磁気コイル１１で制御し、２．４５ＧＨｚに
対して、磁束密度８７５Ｇａｕｓｓの共鳴条件により、
共鳴吸収を引き起こし高密度のプラズマを生成する。

【００３７】また、ガス導入管１２より導入されるガス
は、Ｃｌ₂、ＨＢｒなどの多結晶シリコン、ポリサイド
のエッチング使用されるガス、あるいはＣＦ系、ＣＨＦ
系などの側壁保護膜除去に使用されるガスである。この
ため、多結晶シリコン、ポリサイドのエッチングから側
壁保護膜除去のシーケンスは、本装置で大気に曝すこと
なく一貫して行なうことも可能であるし、別の装置で多
結晶シリコン、ポリサイドのエッチングを行い、側壁保
護膜の除去のみ本装置で行なうことも可能である。

【００３８】第一の実施例について示す。図１（ａ）〜
（ｄ）は本発明の方法による多結晶シリコン、ポリサイ
ドの異方性エッチング時に形成された側壁保護膜の除去
方法を示した工程断面図である。まず図１（ａ）に示す
ようにシリコン基板１上にゲート酸化膜２を１００Å形
成する。形成方法は熱酸化などの方法で行う。次にゲー
ト酸化膜２上に多結晶シリコン、あるいはポリサイドの
形成を行う。本実施例では多結晶シリコン３の形成を行
った。形成方法は一例として、ＳｉＨ₄を原料としたＣ
ＶＤ法により４０００Åの成膜を行った。そしてフォト
リソグラフィによりフォトレジストによるパターン４の
形成を行う（図１（ａ））。

【００３９】次にフォトレジスト４をマスクとして多結
晶シリコン３のエッチングを行う。エッチング装置はＥ
ＣＲ源を持った装置、あるいは反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）装置などの異方性エッチングが可能な装置で
あればよい。本実施例では、図３に示したＲＩＥ装置で
多結晶シリコン３のエッチングを行った。図３におい
て、１８は印加電極、１９は接地電極、２０はＲＦ電
源、１４は基板、１２はガス導入口、１７は排気ポンプ
である。エッチングは一例として、エッチングガスとし
てＨＢｒガス、圧力１００ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー４０
０Ｗの条件で行った。エッチング後の多結晶シリコン３
のエッチングプロファイルは図１（ｂ）に示すようにほ
ぼ基板に対して垂直となる。またこのとき多結晶シリコ
ン３の側壁には側壁保護膜５が形成されている。この側
壁保護膜５の成分はＳｉＢｒ_x（０＜ｘ＜４）にＣ、Ｈ
等が含まれたものとなる。

【００４０】次に本発明の方法により側壁保護膜５の除
去を行う。側壁保護膜５の除去には図２に示した装置を
用いた。多結晶シリコン３のエッチング終了から側壁保
護膜５の除去開始までは、一旦大気に曝して（３０分程
度）ある。この結果側壁保護膜はＳｉＢｒ_xのＢｒがＯ
と置換してＳｉＯ_y（０＜ｙ＜２）となる。図１（ｃ）
に側壁保護膜除去の工程を示す。図中の矢印６はイオン
の入射方向、矢印７は基板面法線であり、またここでは
便宜上基板の回転の様子は付していない。本実施例で
は、エッチングガスとしてＣＦ₄、ガス圧力３ｍＴｏｒ
ｒ、引出し電圧４００Ｖ、イオン入射方向６と基板面放
線７のなす角度６０゜、基板回転数２０ｒｐｍの条件で
側壁保護膜５の除去を行なった。基板に対し斜めにイオ
ンを入射し且つ基板を回転することで、側壁全周囲にわ
たり側壁に対するイオンのエネルギー成分が得られるた
め、側壁保護膜５のエッチング除去が可能となる。図１
（ｄ）に側壁保護膜除去後の断面図を示す。この条件で
側壁保護膜５が全て除去された時点での下地酸化膜２の
エッチング量は約２０Åであり、この程度のエッチング
量は実用上何ら問題のないものである。

【００４１】さらに、大気に曝す時間を変化させ、側壁
保護膜５の除去の難易について調べた。結果は約７２時
間大気中に曝した後も、除去時間は約１０％程度多くな
るが再現性良く除去することができた。またこの時の下
地酸化膜２のエッチング量は最大でも３０Åであり、実
用上問題のないレベルである。

【００４２】次に第二の実施例について示す。基本的な
シーケンスは第一の実施例と同様であるため工程図は図
１（ａ）〜（ｄ）と同様である。また多結晶シリコン、
あるいはポリサイドのエッチングまでの工程も同様であ
り、図３に示した装置を用いてエッチングを行なった。
ここでのエッチング条件はエッチングガスとしてＣｌ₂
ガス、圧力９０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー２００Ｗとし
た。このときの側壁保護膜５の成分はＳｉＣｌ_x（０＜
ｘ＜４）にＣ、Ｈ等が含まれたものとなる。

【００４３】次に本発明の方法により側壁保護膜５の除
去を行う。側壁保護膜５の除去には図２に示した装置を
用いた。多結晶シリコン３のエッチング終了から側壁保
護膜５の除去開始までは、一旦大気に曝して（３０分程
度）ある。この結果側壁保護膜はＳｉＣｌ_xのＣｌがＯ
と置換してＳｉＯ_y（０＜ｙ＜２）となる。本実施例で
は、エッチングガスとしてＣＨＦ₃、ガス圧力１ｍＴｏ
ｒｒ、引出し電圧３００Ｖ、イオン入射方向６と基板面
法線７のなす角度５０゜、基板回転数２５ｒｐｍの条件
で側壁保護膜５の除去を行なった。この条件で側壁保護
膜５が全て除去された時点での下地酸化膜２のエッチン
グ量は約１５Åであり、この程度のエッチング量は実用
上何ら問題のないものである。

【００４４】さらに、大気に曝す時間を変化させ、側壁
保護膜５の除去の難易について調べた。結果は約７２時
間大気中に曝した後も、除去時間は約１０％程度多くな
るが再現性良く除去することができた。またこの時の下
地酸化膜２のエッチング量は最大でも２５Åであり、実
用上問題のないレベルである。

【００４５】次に第三の実施例について示す。基本的な
シーケンスは第一の実施例と同様であるが本実施例では
多結晶シリコンのエッチングから側壁保護膜の除去工程
まで一貫して図２に示した装置で行なった。

【００４６】多結晶シリコン３のエッチングは、エッチ
ングガスとしてＨＢｒガスと酸素の混合ガス（酸素濃度
３％）、圧力２ｍＴｏｒｒ、引出し電圧２００Ｖの条件
で行った。実際のデバイスでは、エッチングの終点を光
学的手段等で判断した後、更に等方的成分を含むエッチ
ングを加え、段差部での形状を制御するオーバーエッチ
ングを行なうが、通常のオーバーエッチングはガス構
成、圧力、エネルギー等のエッチングパラメータを等方
成分を含む方向へ変更することにより行なう。しかしな
がらこれらエッチングパラメータの変更はプラズマの不
安定化をもたらし、側壁保護膜の膜質の変化、基板への
ダメージを招くなどの問題がある。本実施例では終点検
出後、エッチングパラメータはそのままでマニピュレー
タ１６を回転させイオンの入射方向を基板に対し斜めに
することで、等方成分を発生させることによりオーバー
エッチングを行なう。本実施例ではイオン入射方向６と
基板面法線７のなす角度５０゜、基板回転数２０ｒｐｍ
の条件でオーバーエッチングを行なった。このとき多結
晶シリコンの側壁３には側壁保護膜５が形成されている
が、この側壁保護膜５の成分はＳｉＯ_x（０＜ｘ＜２）
にＣ、Ｈ、Ｂｒ等が含まれたものとなる。

【００４７】側壁保護膜５の除去は多結晶シリコン３の
オーバーエッチング後、引続き図２の装置で行なう。本
実施例では、エッチングガスとしてＣ₂Ｆ₆、ガス圧力１
ｍＴｏｒｒ、引出し電圧４００Ｖの条件で側壁保護膜５
の除去を行なった。イオン入射方向６と基板面法線７の
なす角度は５０°、基板回転数２０ｒｐｍの条件で多結
晶シリコン３のオーバーエッチング時の条件と同様とし
た。この条件で側壁保護膜５が全て除去された時点での
下地酸化膜２のエッチング量は約１０Åであり、この程
度のエッチング量は実用上何ら問題のないものである。

【００４８】次に第四の実施例について示す。基本的な
シーケンスは第三の実施例と同様である。

【００４９】多結晶シリコン３のエッチングは、エッチ
ングガスとしてＨＢｒガスと酸素の混合ガス（酸素濃度
２％）、圧力２ｍＴｏｒｒ、引出し電圧２５０Ｖの条件
で行った。エッチングの終点を光学的手段等で検出後、
エッチングパラメータはそのままでマニピュレータ１６
を回転させイオンの入射方向を基板に対し斜めにするこ
とで、等方成分を発生させることによりオーバーエッチ
ングを行なった。本実施例ではイオン入射方向６と基板
面法線７のなす角度６０゜、基板回転数４０ｒｐｍの条
件でオーバーエッチングを行なった。このとき多結晶シ
リコン３の側壁には側壁保護膜５が形成されているが、
この側壁保護膜５の成分はＳｉＯ_x（０＜ｘ＜２）に
Ｃ、Ｈ、Ｂｒ等が含まれたものとなる。

【００５０】側壁保護膜５の除去は多結晶シリコン３の
オーバーエッチング後、引続き図２の装置で行なう。本
実施例では、エッチングガスとしてＣ₂Ｆ₆とＣＨＦ₃の
混合ガス（ＣＨＦ₃＝７０％）、ガス圧力５ｍＴｏｒ
ｒ、引出し電圧４００Ｖの条件で側壁保護膜５の除去を
行なった。イオン入射方向６と基板面法線７のなす角度
は５０°、基板回転数２０ｒｐｍの条件で多結晶シリコ
ン３のオーバーエッチング時の条件と同様とした。この
条件で側壁保護膜５が全て除去された時点での下地酸化
膜２のエッチング量は約５Åであり、この程度のエッチ
ング量は実用上何ら問題のないものである。

【００５１】次に第五の実施例について示す。基本的な
シーケンスは第一の実施例と同様であるため工程図は図
１（ａ）〜（ｄ）と同様である。また多結晶シリコン、
あるいはポリサイドのエッチングまでの工程も同様であ
り、図３に示した装置を用いてエッチングを行なった。
ここでのエッチング条件はエッチングガスとしてＣｌ₂
ガス、圧力９０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー２００Ｗとし
た。このときの側壁保護膜５の成分はＳｉＣｌ_x（０＜
ｘ＜４）にＣ、Ｈ等が含まれたものとなる。

【００５２】次に本発明の方法により側壁保護膜５の除
去を行う。側壁保護膜５の除去には図４に示した装置を
用いた。図４において、８はプラズマ発生源、９はエッ
チング処理室、１０はマイクロ波導波管、１１は磁気コ
イル、１２はガス導入管、１３は引出し電極、１４は基
板、１５は基板ホルダー、１６はマニピュレータ、１７
は排気ポンプである。図４の装置のプラズマ発生源は基
本的に図２と同様でＥＣＲイオン源である。但しここで
はＡｒ等の不活性ガスをガス導入管２１より導入し、不
活性ガスのイオンを生成し、反応性ガスを基板１４の近
傍の側壁のガス導入口２２より供給するいわゆるイオン
ビーム・アシステッド・エッチング方式により側壁保護
膜５のエッチングを行なう。この方式でも図２の装置と
同様に、イオン入射方向を任意に設定すること、及び基
板の回転を行なうことが可能である。多結晶シリコン３
のエッチング終了から側壁保護膜５の除去開始までは、
一旦大気に曝して（３０分程度）ある。この結果側壁保
護膜はＳｉＣｌ_xのＣｌがＯと置換してＳｉＯ_y（０＜ｙ
＜２）となる。本実施例では、不活性ガスとしてＡｒ、
エッチングガスとしてＣＦ₄とＣ₂Ｈ₄Ｆ₂ガスの混合ガス
（Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂＝５０％）、圧力１ｍＴｏｒｒ、引出し電
圧５００Ｖ、イオン入射方向６と基板面法線７のなす角
度４５゜、基板回転数２５ｒｐｍの条件で側壁保護膜５
の除去を行なった。この条件で側壁保護膜５が全て除去
された時点での下地酸化膜２のエッチング量は約２５Å
であり、この程度のエッチング量は実用上何ら問題のな
いものである。

【００５３】さらに、大気に曝す時間を変化させ、側壁
保護膜５の除去の難易について調べた。結果は約７２時
間大気中に曝した後も、除去時間は約１０％程度多くな
るが再現性良く除去することができた。またこの時の下
地酸化膜２のエッチング量は最大でも３５Åであり、実
用上問題のないレベルである。

【００５４】次に第六の実施例について示す。基本的な
シーケンスは第一の実施例と同様であるため工程図は図
１（ａ）〜（ｄ）と同様である。また多結晶シリコン、
あるいはポリサイドのエッチングまでの工程も同様であ
り、図３に示した装置を用いてエッチングを行なった。
ここでのエッチング条件はエッチングガスとしてＣｌ₂
ガス、圧力９０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー２００Ｗとし
た。このときの側壁保護膜５の成分はＳｉＣｌ_x（０＜
ｘ＜４）にＣ、Ｈ等が含まれたものとなる。

【００５５】次に本発明の方法により側壁保護膜５の除
去を行う。側壁保護膜５の除去には図２に示した装置を
用いた。多結晶シリコン３のエッチング終了から側壁保
護膜５の除去開始までは、一旦大気に曝して（３０分程
度）ある。この結果側壁保護膜はＳｉＣｌ_xのＣｌがＯ
と置換してＳｉＯ_y（０＜ｙ＜２）となる。本実施例で
は、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₁₀、ガス圧力２ｍＴｏ
ｒｒ、引出し電圧４５０Ｖ、イオン入射方向６と基板面
法線７のなす角度６５゜、基板回転数２５ｒｐｍの条件
で側壁保護膜５の除去を行なった。この条件で側壁保護
膜５が全て除去された時点での下地酸化膜２のエッチン
グ量は約１５Åであり、この程度のエッチング量は実用
上何ら問題のないものである。

【００５６】さらに、大気に曝す時間を変化させ、側壁
保護膜５の除去の難易について調べた。結果は約７２時
間大気中に曝した後も、除去時間は約１０％程度多くな
るが再現性良く除去することができた。またこの時の下
地酸化膜２のエッチング量は最大でも２５Åであり、実
用上問題のないレベルである。

【００５７】以上、本発明の実施例について六例示した
が、この限りではない。

【００５８】例えばイオンの入射方向については、基板
面法線とイオン入射方向とのなす角度が３０°以上８０
°以下の範囲で、実用的な除去速度が得られ、下地酸化
膜のエッチング量も５０Å以下となり、有効な範囲とな
る。この中で特に４５゜から８０゜の範囲は下地酸化膜
との高い選択性が得られ、より効果的である。

【００５９】また、多結晶シリコン、ポリサイドのエッ
チングから側壁保護膜除去の工程に関して、例えば第一
の実施例において、ＲＩＥ装置と図２の装置をインライ
ンで接続しておき、大気に曝すことなく処理することも
可能であるし、図２の装置でエッチング、側壁保護膜除
去を連続的に行なうことも可能である。

【００６０】また、ゲート電極材料、構造については、
多結晶シリコンのみならず、モリブデンシリサイド、タ
ングステンシリサイドなどのシリサイド、あるいは多結
晶シリコンとシリサイドの積層構造であるポリサイド構
造についても有効である。

【００６１】また、多結晶シリコンあるいはポリサイド
のエッチングガスについていても、ここで示した以外
に、ＨＣｌ、Ｂｒ₂などのＣｌ、Ｂｒ元素を含むガスで
あれば有効である。またエッチング装置に関しても、図
３に示したＲＩＥ装置以外に、ＥＣＲ源を持った装置な
ど、異方性エッチングが可能である装置、エッチング条
件であれば有効である。

【００６２】また、側壁保護膜エッチングに使用したＣ
Ｆ系ガスはＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₁₀などが有効
である。

【００６３】また、側壁保護膜エッチングに使用したＣ
ＨＦ系ガスは、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、Ｃ₂Ｈ₃Ｆ
₃、Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄などでも有効である。

【００６４】さらに、これらＣＦ系ガスとＣＨＦ系ガス
の組合せ、あるいはＨ₂ガスなどの添加も有効である。

【００６５】側壁保護膜エッチングに使用する装置は図
２、図４に示した装置に限るものでなく、異方性エッチ
ングが可能で、基板とイオンの入射方向が可変である反
応性イオンビームエッチング、イオンビーム・アシステ
ッド・エッチングなどが有効であり、イオン源に関して
もＥＣＲ型に限らず、カウフマン型イオン源などの他の
イオン源も有効である。またこれら装置について上記全
てのガスとの組合せにおいて有効である。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、多結晶シ
リコン、あるいはポリサイドのエッチング時に形成され
る側壁保護膜の除去について以下の効果を有する。

【００６７】１．従来の希フッ酸処理に代表されるウェ
ット処理見られた大気放置時間、エッチング液組成、温
度など外乱による側壁保護膜除去の不安定性の欠点を回
避することができ、大気放置時間に関係のない再現性の
高い、且つ下地酸化膜が抜けることの無い側壁保護膜除
去が可能となる。

【００６８】２．さらにＣＨＦ系ガスを用いた場合、テ
フロン系の堆積物が下地酸化膜に形成され、これがイオ
ン照射からの保護膜として機能するため、より高い対下
地酸化膜選択比が得られるため、より再現性の高い側壁
保護膜の除去が可能となる。

【００６９】３．多結晶シリコン、あるいはポリサイド
のエッチングで酸素を添加したガス系ではインライン処
理での保護膜除去は不可能であったが、本発明により可
能となる。この結果、より薄膜化したゲート酸化膜に対
するエッチングが可能となり、微細化への対応ができ
る。

【００７０】４．多結晶シリコン、あるいはポリサイド
エッチングのオーバーエッチング時のプラズマ不安定性
を抑えることにより側壁保護膜の膜質等のばらつきを抑
えることができる。このため再現性のよい側壁保護膜の
除去が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法による多結晶シリコンのエッチン
グ時に生じた側壁保護膜の除去方法を示した工程断面
図。

【図２】本発明の実施例における多結晶シリコンのエッ
チング、あるいは側壁保護膜除去に用いたエッチング装
置の概略図。

【図３】本発明の実施例における多結晶シリコンのエッ
チングに用いたエッチング装置の概略図。

【図４】本発明の実施例における側壁保護膜除去に用い
たエッチング装置の概略図。

【符号の説明】

１・・・シリコン基板２・・・ゲート酸化膜３・・・多結晶シリコン４・・・フォトレジスト５・・・側壁保護膜６・・・イオンの入射方向７・・・基板面法線８・・・プラズマ発生源９・・・エッチング処理室１０・・・マイクロ波導波管１１・・・磁気コイル１２・・・ガス導入管１３・・・引出し電極１４・・・基板１５・・・基板ホルダー１６・・・マニピュレータ１７・・・排気ポンプ１８・・・印加電極１９・・・接地電極２０・・・ＲＦ電源２１・・・不活性ガスの導入口２２・・・反応性ガスの導入口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化膜上に形成した多結晶シリコンある
いはポリサイドの異方性エッチング方法において、少な
くともハロゲン元素を含むガスを主ガスとするプラズマ
により該多結晶シリコンあるいはポリサイドのエッチン
グを行ないシリコン基板に対し垂直あるいは垂直に近い
断面形状を得る工程と、Ｃ_xＦ_yを含むガスのプラズマを
該半導体基板に対し斜め方向より入射する工程を含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】酸化膜上に形成した多結晶シリコンある
いはポリサイドの異方性エッチング方法において、少な
くともハロゲン元素を含むガスを主ガスとするプラズマ
により該多結晶シリコンあるいはポリサイドのエッチン
グを行ないシリコン基板に対し垂直あるいは垂直に近い
断面形状を得る工程と、Ｃ_aＨ_bＦ_cを含むガスのプラズ
マを該半導体基板に対し斜め方向より入射する工程を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】酸化膜上に形成した多結晶シリコンある
いはポリサイドの異方性エッチング方法において、少な
くともハロゲン元素を含むガスを主ガスとするプラズマ
により該多結晶シリコンあるいはポリサイドのエッチン
グを行ないシリコン基板に対し垂直あるいは垂直に近い
断面形状を得る工程と、該少なくともハロゲン元素を含
むガスを主ガスとするプラズマを該半導体基板に対し斜
め方向より入射する工程と、Ｃ_xＦ_yを含むガスのプラズ
マを該半導体基板に対し斜め方向より入射する工程を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】酸化膜上に形成した多結晶シリコンある
いはポリサイドの異方性エッチング方法において、少な
くともハロゲン元素を含むガスを主ガスとするプラズマ
により該多結晶シリコンあるいはポリサイドのエッチン
グを行ないシリコン基板に対し垂直あるいは垂直に近い
断面形状を得る工程と、該少なくともハロゲン元素を含
むガスを主ガスとするプラズマを該半導体基板に対し斜
め方向より入射する工程と、Ｃ_aＨ_bＦ_cを含むガスのプ
ラズマを該半導体基板に対し斜め方向より入射する工程
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】該半導体基板を回転させながら該Ｃ_xＦ_y
を含むガスのプラズマを該半導体基板に対し斜め方向よ
り入射することを特徴とする請求項１または請求項３記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】該半導体基板を回転させながら該Ｃ_aＨ_b
Ｆ_cを含むガスのプラズマを該半導体基板に対し斜め方
向より入射することを特徴とする請求項２または請求項
４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】該半導体基板を回転させながら該少なく
ともハロゲン元素を含むガスを主ガスとするプラズマを
該半導体基板に対し斜め方向より入射することを特徴と
する請求項３または請求項４記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項８】該Ｃ_xＦ_yを含むガスのプラズマを該半導
体基板に対し斜め方向より入射するための入射角度は、
基板面法線に対し３０度以上８０度以下であることを特
徴とする請求項１または請求項３記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項９】該Ｃ_aＨ_bＦ_cを含むガスのプラズマを該
半導体基板に対し斜め方向より入射するための入射角度
は、基板面法線に対し３０度以上８０度以下であること
を特徴とする請求項２または請求項４記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項１０】該少なくともハロゲン元素を含むガス
を主ガスとするプラズマを該半導体基板に対し斜め方向
より入射するための入射角度は、基板面法線に対し３０
度以上８０度以下であることを特徴とする請求項３また
は請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】該少なくともハロゲン元素を含むガス
はＣｌ₂であることを特徴とする請求項１から請求項４
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】該少なくともハロゲン元素を含むガス
はＢｒ₂であることを特徴とする請求項１から請求項４
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】該少なくともハロゲン元素を含むガス
はＨＣｌであることを特徴とする請求項１から請求項４
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】該少なくともハロゲン元素を含むガス
はＨＢｒであることを特徴とする請求項１から請求項４
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】該少なくともハロゲン元素を含むガス
に酸素ガスを添加することを特徴とする請求項１から請
求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】該Ｃ_xＦ_yはＣＦ₄であることを特徴と
する請求項１または請求項３記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項１７】該Ｃ_xＦ_yはＣ₂Ｆ₆であることを特徴と
する請求項１または請求項３記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項１８】該Ｃ_xＦ_yはＣ₃Ｆ₈であることを特徴と
する請求項１または請求項３記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項１９】該Ｃ_xＦ_yはＣ₄Ｆ₁₀であることを特徴
とする請求項１または請求項３記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項２０】該Ｃ_aＨ_bＦ_cはＣＨＦ₃であることを特
徴とする請求項２または請求項４記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項２１】該Ｃ_aＨ_bＦ_cはＣＨ₂Ｆ₂であることを
特徴とする請求項２または請求項４記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項２２】該Ｃ_aＨ_bＦ_cはＣＨ₃Ｆであることを特
徴とする請求項２または請求項４記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項２３】該Ｃ_aＨ_bＦ_cはＣ₂Ｈ₃Ｆ₃であることを
特徴とする請求項２または請求項４記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項２４】該Ｃ_aＨ_bＦ_cはＣ₂Ｈ₄Ｆ₂であることを
特徴とする請求項２または請求項４記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項２５】該Ｃ_aＨ_bＦ_cはＣ₂Ｈ₂Ｆ₄であることを
特徴とする請求項２または請求項４記載の半導体装置の
製造方法。