JPH06318575A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JPH06318575A JPH06318575A JP5105737A JP10573793A JPH06318575A JP H06318575 A JPH06318575 A JP H06318575A JP 5105737 A JP5105737 A JP 5105737A JP 10573793 A JP10573793 A JP 10573793A JP H06318575 A JPH06318575 A JP H06318575A
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- oxide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン化合物層のドライエッチングにおい
て、高速性，高選択性，低ダメージ性, 低汚染性を達成
する。 【構成】 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ2 混合ガスを用いてＳｉ
Ｏ2 層間絶縁膜３をエッチングする。エッチング反応系
内に生成する炭素系ポリマーがＣＯ2 に由来するＣ−Ｏ
結合やカルボニル基等を取り込んで強化され、少ない堆
積量で高いエッチング耐性を発揮する。よって、レジス
ト・マスク４や単結晶Ｓｉ基板１に対する選択性が向上
し、プロセスを低汚染化できる。過剰な炭素系ポリマー
はＣＯ2 から生成するＯ* で分解されるため、マイクロ
ローディング効果が抑制できる。ｃ−Ｃ4 Ｆ8 は他の高
次フルオロカーボン（ＦＣ）系化合物でも良く、ＣＯ2
はＮＯ，ＳＯ2 等の他の無機酸化物でも良い。オーバー
エッチング時にＳ（イオウ）の堆積を併用すれば、一層
の低汚染化が可能。
て、高速性，高選択性，低ダメージ性, 低汚染性を達成
する。 【構成】 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ2 混合ガスを用いてＳｉ
Ｏ2 層間絶縁膜３をエッチングする。エッチング反応系
内に生成する炭素系ポリマーがＣＯ2 に由来するＣ−Ｏ
結合やカルボニル基等を取り込んで強化され、少ない堆
積量で高いエッチング耐性を発揮する。よって、レジス
ト・マスク４や単結晶Ｓｉ基板１に対する選択性が向上
し、プロセスを低汚染化できる。過剰な炭素系ポリマー
はＣＯ2 から生成するＯ* で分解されるため、マイクロ
ローディング効果が抑制できる。ｃ−Ｃ4 Ｆ8 は他の高
次フルオロカーボン（ＦＣ）系化合物でも良く、ＣＯ2
はＮＯ，ＳＯ2 等の他の無機酸化物でも良い。オーバー
エッチング時にＳ（イオウ）の堆積を併用すれば、一層
の低汚染化が可能。
Description
【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
対レジスト選択性、対シリコン下地選択性、高速性、低
ダメージ性、低汚染性のいずれにも優れるシリコン化合
物層のドライエッチング方法に関する。
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
対レジスト選択性、対シリコン下地選択性、高速性、低
ダメージ性、低汚染性のいずれにも優れるシリコン化合
物層のドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】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が進展するに伴
い、デバイス・チップの面積が拡大し、ウェハが大口径
化する一方、形成すべきパターンは高度に微細化されて
きている。このようなウェハに対して均一で高精度なエ
ッチングを行う必要性、およびＡＳＩＣの製造のような
多品種少量生産に対応する必要性から、ドライエッチン
グ装置も従来のバッチ式に替わって枚葉式が主流となっ
ている。枚葉式ドライエッチング装置において従来と同
等の生産性を維持するためには、ウェハ１枚当たりのエ
ッチング速度を大幅に向上させなければならない。
に、半導体装置の高集積化および高性能が進展するに伴
い、デバイス・チップの面積が拡大し、ウェハが大口径
化する一方、形成すべきパターンは高度に微細化されて
きている。このようなウェハに対して均一で高精度なエ
ッチングを行う必要性、およびＡＳＩＣの製造のような
多品種少量生産に対応する必要性から、ドライエッチン
グ装置も従来のバッチ式に替わって枚葉式が主流となっ
ている。枚葉式ドライエッチング装置において従来と同
等の生産性を維持するためには、ウェハ１枚当たりのエ
ッチング速度を大幅に向上させなければならない。
【０００３】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や各種材料層の厚さが縮
小されている状況下では、従来以上にこれらの下地に対
する選択性に優れ、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浅い
不純物拡散領域と上層配線とを接続するためにＳｉＯ x
層間絶縁膜にコンタクト・ホールを開口するプロセス
は、かかるエッチング技術の要求される典型的なプロセ
スである。
めに不純物拡散領域の接合深さや各種材料層の厚さが縮
小されている状況下では、従来以上にこれらの下地に対
する選択性に優れ、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浅い
不純物拡散領域と上層配線とを接続するためにＳｉＯ x
層間絶縁膜にコンタクト・ホールを開口するプロセス
は、かかるエッチング技術の要求される典型的なプロセ
スである。
【０００４】さらに、レジスト選択性の向上も重要な課
題である。これは、サブミクロン・デバイス、クォータ
ーミクロン・デバイスにおいて、レジストの後退による
わずかな寸法変換差の発生も許容されなくなってきてい
るからである。
題である。これは、サブミクロン・デバイス、クォータ
ーミクロン・デバイスにおいて、レジストの後退による
わずかな寸法変換差の発生も許容されなくなってきてい
るからである。
【０００５】ところで、従来よりＳｉＯ2 系材料層のエ
ッチングは、強固なＳｉ−Ｏ結合を切断するために、イ
オン性を強めたモードで行われている。典型的なエッチ
ング・ガスは、ＣＨＦ3 ，ＣＦ4 等であり、これらから
生成するＣＦx + の入射エネルギーを利用している。し
かし、高速エッチングを行うためにはこの入射イオン・
エネルギーを高めることが必要であり、エッチング反応
が物理的なスパッタ反応に近くなるため、高速性への要
求と高選択性・低ダメージ性への要求とが常に背反して
いた。
ッチングは、強固なＳｉ−Ｏ結合を切断するために、イ
オン性を強めたモードで行われている。典型的なエッチ
ング・ガスは、ＣＨＦ3 ，ＣＦ4 等であり、これらから
生成するＣＦx + の入射エネルギーを利用している。し
かし、高速エッチングを行うためにはこの入射イオン・
エネルギーを高めることが必要であり、エッチング反応
が物理的なスパッタ反応に近くなるため、高速性への要
求と高選択性・低ダメージ性への要求とが常に背反して
いた。
【０００６】そこで従来は、エッチング・ガスにＨ2 や
堆積性の炭化水素系ガスを等を添加してエッチング反応
系の見掛け上のＣ／Ｆ比（炭素原子数とフッ素原子数の
比）を増大させ、エッチング反応と競合して起こる炭素
系ポリマーの堆積を促進することにより高選択性を達成
してきた。
堆積性の炭化水素系ガスを等を添加してエッチング反応
系の見掛け上のＣ／Ｆ比（炭素原子数とフッ素原子数の
比）を増大させ、エッチング反応と競合して起こる炭素
系ポリマーの堆積を促進することにより高選択性を達成
してきた。
【０００７】これら従来のエッチング・ガスに代わり、
本願出願人は先に特開平３−２７６６２６号公報におい
て、炭素数２以上の飽和ないし不飽和の高次鎖状フルオ
ロカーボン（ＦＣ）系ガスを使用するシリコン化合物層
のドライエッチング方法を提案している。これは、１分
子から大量のＣＦx + を解離生成できるＣ3 Ｆ8 ，Ｃ 4
Ｆ8 等の鎖状ＦＣ系ガスを使用することにより、エッチ
ングの高速化を図ったものである。
本願出願人は先に特開平３−２７６６２６号公報におい
て、炭素数２以上の飽和ないし不飽和の高次鎖状フルオ
ロカーボン（ＦＣ）系ガスを使用するシリコン化合物層
のドライエッチング方法を提案している。これは、１分
子から大量のＣＦx + を解離生成できるＣ3 Ｆ8 ，Ｃ 4
Ｆ8 等の鎖状ＦＣ系ガスを使用することにより、エッチ
ングの高速化を図ったものである。
【０００８】ただし、この鎖状ＦＣ系ガスの単独組成系
では同時にＦ* の生成量も多くなり、シリコン系下地材
料層に対する選択比が不足する虞れが大きい。そこで、
実用プロセスとして、下地が露出する直前でエッチング
（ジャストエッチング）を一旦停止し、残りのエッチン
グ（オーバーエッチング）は上記ガスにＣ2 Ｈ4 （エチ
レン）等の炭化水素系ガスを添加して行うことも提案し
ている。これは、エッチング反応系内にＣ原子を補給す
ると共に、プラズマ中に生成するＨ* で過剰のＦ* を捕
捉し、見掛け上のＣ／Ｆ比を高めて炭素系ポリマーの堆
積を促進するためである。
では同時にＦ* の生成量も多くなり、シリコン系下地材
料層に対する選択比が不足する虞れが大きい。そこで、
実用プロセスとして、下地が露出する直前でエッチング
（ジャストエッチング）を一旦停止し、残りのエッチン
グ（オーバーエッチング）は上記ガスにＣ2 Ｈ4 （エチ
レン）等の炭化水素系ガスを添加して行うことも提案し
ている。これは、エッチング反応系内にＣ原子を補給す
ると共に、プラズマ中に生成するＨ* で過剰のＦ* を捕
捉し、見掛け上のＣ／Ｆ比を高めて炭素系ポリマーの堆
積を促進するためである。
【０００９】本発明者は、この選択性の不足を解消する
別の技術として、先に特開平４−１７００２６号公報に
おいて、分子内に少なくとも１個の不飽和結合を有する
鎖状不飽和ＦＣ系ガスを用い、かつ被処理基板（ウェ
ハ）の温度を５０℃以下に制御する技術を開示してい
る。これは、ウェハ温度を一定温度以上に上昇させない
工夫を行うことで炭素系ポリマーの蒸気圧を低く維持
し、その堆積を促進して高選択化を図るものである。こ
れにより、基本的に単独組成ガスによる高選択エッチン
グが実現された。
別の技術として、先に特開平４−１７００２６号公報に
おいて、分子内に少なくとも１個の不飽和結合を有する
鎖状不飽和ＦＣ系ガスを用い、かつ被処理基板（ウェ
ハ）の温度を５０℃以下に制御する技術を開示してい
る。これは、ウェハ温度を一定温度以上に上昇させない
工夫を行うことで炭素系ポリマーの蒸気圧を低く維持
し、その堆積を促進して高選択化を図るものである。こ
れにより、基本的に単独組成ガスによる高選択エッチン
グが実現された。
【００１０】さらに本発明者は、先に特開平４−２５８
１１７号公報において、分子構造の少なくとも一部に環
状部を有する飽和ないしは不飽和ＦＣ系ガスを用いる技
術も開示している。これは、環状構造に起因する分子本
来のＣ／Ｆ比の高さを利用して、高速性、高選択性、低
ダメージ性に優れるエッチングを実現したものであっ
た。
１１７号公報において、分子構造の少なくとも一部に環
状部を有する飽和ないしは不飽和ＦＣ系ガスを用いる技
術も開示している。これは、環状構造に起因する分子本
来のＣ／Ｆ比の高さを利用して、高速性、高選択性、低
ダメージ性に優れるエッチングを実現したものであっ
た。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このように、不飽和Ｃ
Ｆ系ガスや環状ＣＦ系ガス等の採用により、シリコン化
合物層の高選択エッチングを基本的に単独ガス系で実現
できるという大きな成果が得られた。しかしながら、こ
れらの技術も、選択比確保のメカニズムがエッチングと
競合して進行する炭素系ポリマーの堆積に依存する点に
おいては、従来技術の延長線上にある。したがって、枚
葉処理回数が重なれば、やはりエッチング・チャンバ内
に炭素系ポリマーが蓄積されてしまう。つまり、上記の
技術は選択比の向上を通じた寸法変換差や下地ダメージ
の低減には極めて効果的であるものの、汚染性に関して
はエッチング・チャンバのクリーニング頻度が減少する
といった程度の改善にとどまっているのが実情である。
Ｆ系ガスや環状ＣＦ系ガス等の採用により、シリコン化
合物層の高選択エッチングを基本的に単独ガス系で実現
できるという大きな成果が得られた。しかしながら、こ
れらの技術も、選択比確保のメカニズムがエッチングと
競合して進行する炭素系ポリマーの堆積に依存する点に
おいては、従来技術の延長線上にある。したがって、枚
葉処理回数が重なれば、やはりエッチング・チャンバ内
に炭素系ポリマーが蓄積されてしまう。つまり、上記の
技術は選択比の向上を通じた寸法変換差や下地ダメージ
の低減には極めて効果的であるものの、汚染性に関して
はエッチング・チャンバのクリーニング頻度が減少する
といった程度の改善にとどまっているのが実情である。
【００１２】そこで本発明は、高速性，高選択性，低ダ
メージ性に優れることはもちろん、低汚染性にも優れる
シリコン化合物層のドライエッチング方法を提供するこ
とを目的とする。
メージ性に優れることはもちろん、低汚染性にも優れる
シリコン化合物層のドライエッチング方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１３】
【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
であり、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選ばれる
少なくとも１種類の無機酸化物と、一般式Ｃx Ｆy （た
だし、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧２，ｙ
≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高次ＦＣ系
化合物とを含むエッチング・ガスを用いてシリコン化合
物層をエッチングするものである。
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選ばれる
少なくとも１種類の無機酸化物と、一般式Ｃx Ｆy （た
だし、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧２，ｙ
≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高次ＦＣ系
化合物とを含むエッチング・ガスを用いてシリコン化合
物層をエッチングするものである。
【００１４】上述の無機酸化物はエッチング・ガスの構
成成分として用いられるものであるから、取り扱い性を
考慮すると常温常圧下で気体であるか、もしくは容易に
気化できる化合物であることが特に望ましい。かかる観
点から、実用性の高い酸化炭素としては、ＣＯ（一酸化
炭素）、ＣＯ 2 （二酸化炭素）、Ｃ3 Ｏ2 （二酸化三炭
素，沸点７℃）を挙げることができる。酸化炭素には、
この他にも分子内の炭素原子数が酸素原子数よりも多
い、亜酸化炭素と総称される化合物が知られており、一
酸化炭素中で無声放電を行った場合に生成する組成の一
定しない物質や、二酸化五炭素、九酸化十二炭素（無水
メリト酸）等がある。
成成分として用いられるものであるから、取り扱い性を
考慮すると常温常圧下で気体であるか、もしくは容易に
気化できる化合物であることが特に望ましい。かかる観
点から、実用性の高い酸化炭素としては、ＣＯ（一酸化
炭素）、ＣＯ 2 （二酸化炭素）、Ｃ3 Ｏ2 （二酸化三炭
素，沸点７℃）を挙げることができる。酸化炭素には、
この他にも分子内の炭素原子数が酸素原子数よりも多
い、亜酸化炭素と総称される化合物が知られており、一
酸化炭素中で無声放電を行った場合に生成する組成の一
定しない物質や、二酸化五炭素、九酸化十二炭素（無水
メリト酸）等がある。
【００１５】また、実用性の高い酸化窒素としては、Ｎ
2 Ｏ（酸化二窒素）、ＮＯ（一酸化窒素）、Ｎ2 Ｏ
3 （三酸化二窒素）、ＮＯ2 （二酸化窒素）、ＮＯ
3 （三酸化窒素）を挙げることができる。この他に知ら
れている酸化窒素としては、Ｎ2 Ｏ5（五酸化二窒素）
とＮ2 Ｏ6 （六酸化二窒素）があるが、前者は昇華点３
２．４℃（１気圧）の固体、後者は不安定な固体であ
る。
2 Ｏ（酸化二窒素）、ＮＯ（一酸化窒素）、Ｎ2 Ｏ
3 （三酸化二窒素）、ＮＯ2 （二酸化窒素）、ＮＯ
3 （三酸化窒素）を挙げることができる。この他に知ら
れている酸化窒素としては、Ｎ2 Ｏ5（五酸化二窒素）
とＮ2 Ｏ6 （六酸化二窒素）があるが、前者は昇華点３
２．４℃（１気圧）の固体、後者は不安定な固体であ
る。
【００１６】さらに、実用性の高い酸化イオウとして
は、ＳＯ（一酸化イオウ）、ＳＯ2 （二酸化イオウ）を
挙げることができる。この他にも数種類の酸化イオウが
知られているが、室温近傍では分解等により複雑な相や
組成を有する混合物として存在するものが多い。たとえ
ば、Ｓ2 Ｏ3 （三酸化二イオウ）は加熱によりＳ，Ｓ
Ｏ，ＳＯ2 に分解する固体である。ＳＯ3 （三酸化イオ
ウ）は、室温近傍で液体、あるいは融点の異なるα型，
β型，γ型のいずれかの形をとる固体である。Ｓ2Ｏ7
（七酸化二イオウ）は融点０℃、昇華点１０℃の固体で
ある。さらに、ＳＯ 4 （四酸化イオウ）は融点３℃の固
体であるが、酸素を発生して分解し、七酸化二イオウを
生成する。
は、ＳＯ（一酸化イオウ）、ＳＯ2 （二酸化イオウ）を
挙げることができる。この他にも数種類の酸化イオウが
知られているが、室温近傍では分解等により複雑な相や
組成を有する混合物として存在するものが多い。たとえ
ば、Ｓ2 Ｏ3 （三酸化二イオウ）は加熱によりＳ，Ｓ
Ｏ，ＳＯ2 に分解する固体である。ＳＯ3 （三酸化イオ
ウ）は、室温近傍で液体、あるいは融点の異なるα型，
β型，γ型のいずれかの形をとる固体である。Ｓ2Ｏ7
（七酸化二イオウ）は融点０℃、昇華点１０℃の固体で
ある。さらに、ＳＯ 4 （四酸化イオウ）は融点３℃の固
体であるが、酸素を発生して分解し、七酸化二イオウを
生成する。
【００１７】本発明におけるエッチング・ガスのもう一
方の構成成分は、高次ＦＣ系化合物である。上記高次Ｆ
Ｃ系化合物は、炭素数ｘが２以上の高次化合物であり、
しかもフッ素原子数ｙが（２ｘ＋２）以下であることか
ら、その骨格構造は直鎖状、分枝状、環状の別を問わ
ず、飽和、不飽和の別を問わず、さらに該骨格構造を構
成する炭素原子間結合の種類も特に限定されるものでは
ない。
方の構成成分は、高次ＦＣ系化合物である。上記高次Ｆ
Ｃ系化合物は、炭素数ｘが２以上の高次化合物であり、
しかもフッ素原子数ｙが（２ｘ＋２）以下であることか
ら、その骨格構造は直鎖状、分枝状、環状の別を問わ
ず、飽和、不飽和の別を問わず、さらに該骨格構造を構
成する炭素原子間結合の種類も特に限定されるものでは
ない。
【００１８】本発明はまた、前記エッチング・ガスを用
いて前記シリコン化合物層を実質的にその層厚を超えな
い深さまでエッチングするジャストエッチング工程と、
前記エッチング・ガス中の前記無機酸化物の含量比を前
記ジャストエッチング工程におけるよりも大として前記
シリコン化合物層をオーバーエッチングするものであ
る。
いて前記シリコン化合物層を実質的にその層厚を超えな
い深さまでエッチングするジャストエッチング工程と、
前記エッチング・ガス中の前記無機酸化物の含量比を前
記ジャストエッチング工程におけるよりも大として前記
シリコン化合物層をオーバーエッチングするものであ
る。
【００１９】本発明はさらに、上述の高次ＦＣ系化合物
と無機酸化物とを含むエッチング・ガスを用いてジャス
トエッチングを行った後、Ｓ2 Ｆ2 ，ＳＦ2 ，ＳＦ4 ，
Ｓ2Ｆ10から選ばれる少なくとも１種類のフッ化イオウ
と前記無機酸化物とを含むエッチング・ガスを用いてオ
ーバーエッチングを行うものである。
と無機酸化物とを含むエッチング・ガスを用いてジャス
トエッチングを行った後、Ｓ2 Ｆ2 ，ＳＦ2 ，ＳＦ4 ，
Ｓ2Ｆ10から選ばれる少なくとも１種類のフッ化イオウ
と前記無機酸化物とを含むエッチング・ガスを用いてオ
ーバーエッチングを行うものである。
【００２０】
【作用】本発明のポイントは、炭素系ポリマー自身の膜
質を強化することにより、その堆積量を減じても十分に
高いレジスト選択性および下地選択性を達成し、またこ
れにより低汚染性，低ダメージ性を達成することにあ
る。本発明では、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウの少
なくともいずれかをエッチング・ガスの構成成分のひと
つとして使用する。これら無機酸化物は、分子内に異種
原子間の多重結合を有しており、幾つかの分極構造の共
鳴混成体として存在するが、これらの分極構造のある種
のものが高い重合促進活性を有する。この結果、エッチ
ング・ガスの分解生成物やエッチング・マスクとして用
いられた有機材料パターンの分解生成物に由来する炭素
系ポリマーの重合度が増し、エッチング耐性が向上す
る。
質を強化することにより、その堆積量を減じても十分に
高いレジスト選択性および下地選択性を達成し、またこ
れにより低汚染性，低ダメージ性を達成することにあ
る。本発明では、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウの少
なくともいずれかをエッチング・ガスの構成成分のひと
つとして使用する。これら無機酸化物は、分子内に異種
原子間の多重結合を有しており、幾つかの分極構造の共
鳴混成体として存在するが、これらの分極構造のある種
のものが高い重合促進活性を有する。この結果、エッチ
ング・ガスの分解生成物やエッチング・マスクとして用
いられた有機材料パターンの分解生成物に由来する炭素
系ポリマーの重合度が増し、エッチング耐性が向上す
る。
【００２１】また、これらの無機酸化物の分解生成物
は、炭素系ポリマーにカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ），ニト
ロシル基（−Ｎ＝Ｏ），ニトリル基（−ＮＯ2 ），チオ
ニル基＞Ｓ＝Ｏ），スルフリル基（−ＳＯ2 ）等の極性
基を導入することができる。炭素系ポリマーにかかる極
性基が導入されると、単に−ＣＸ2 −（Ｘはハロゲン原
子を表す。）の繰り返し構造からなる従来の炭素系ポリ
マーよりも化学的，物理的安定性が増すことが、近年の
研究により明らかとなっている。この現象の理由に関す
る論拠は、おおよそ次の２点である。
は、炭素系ポリマーにカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ），ニト
ロシル基（−Ｎ＝Ｏ），ニトリル基（−ＮＯ2 ），チオ
ニル基＞Ｓ＝Ｏ），スルフリル基（−ＳＯ2 ）等の極性
基を導入することができる。炭素系ポリマーにかかる極
性基が導入されると、単に−ＣＸ2 −（Ｘはハロゲン原
子を表す。）の繰り返し構造からなる従来の炭素系ポリ
マーよりも化学的，物理的安定性が増すことが、近年の
研究により明らかとなっている。この現象の理由に関す
る論拠は、おおよそ次の２点である。
【００２２】そのひとつは、Ｃ−Ｏ結合（１０７７ｋＪ
／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｎ結合（７７０ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｎ−
Ｏ結合（６３１ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｓ結合（７１３ｋ
Ｊ／ｍｏｌ）の原子間結合エネルギーが、いずれもＣ−
Ｃ結合（６０７ｋＪ／ｍｏｌ）よりも大きいという事実
である。いまひとつは、上記の官能基の導入により炭素
系ポリマーの極性が増大し、負に帯電しているエッチン
グ中のウェハに対してその静電吸着力が高まるというも
のである。
／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｎ結合（７７０ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｎ−
Ｏ結合（６３１ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｓ結合（７１３ｋ
Ｊ／ｍｏｌ）の原子間結合エネルギーが、いずれもＣ−
Ｃ結合（６０７ｋＪ／ｍｏｌ）よりも大きいという事実
である。いまひとつは、上記の官能基の導入により炭素
系ポリマーの極性が増大し、負に帯電しているエッチン
グ中のウェハに対してその静電吸着力が高まるというも
のである。
【００２３】このように、炭素系ポリマー自身の膜質が
強化され、入射イオンに対して高い耐性を示すようにな
るため、エッチング・マスクである有機材料パターンや
下地材料層に対して選択性が向上する他、下地材料層へ
のダメージ発生も少なくなる。また、高選択性を達成す
るために必要な炭素系ポリマーの堆積量を相対的に低減
できるので、従来技術に比べてパーティクル汚染を減少
させることができる。
強化され、入射イオンに対して高い耐性を示すようにな
るため、エッチング・マスクである有機材料パターンや
下地材料層に対して選択性が向上する他、下地材料層へ
のダメージ発生も少なくなる。また、高選択性を達成す
るために必要な炭素系ポリマーの堆積量を相対的に低減
できるので、従来技術に比べてパーティクル汚染を減少
させることができる。
【００２４】また上記の無機酸化物は、エッチングの高
速化にも寄与している。すなわち、上記の官能基から生
成可能なＣＯ* ，ＳＯ* ，ＳＯ2 * ，ＮＯ* 等のラジカ
ルは強い還元作用を有しており、ＳｉＯ2 中のＯ原子を
引き抜くことができる。これは、２原子分子の生成熱か
ら算出された原子間結合エネルギーがＣ−Ｏ結合では１
０７６ｋＪ／ｍｏｌ，Ｓ−Ｏ結合では５２３ｋＪ／ｍｏ
ｌ，Ｎ−Ｏ結合では６３２ｋＪ／ｍｏｌであって、結晶
中におけるＳｉ−Ｏ結合の４６５ｋＪ／ｍｏｌに比べて
いずれも大きいことからも理解される。Ｏ原子が引き抜
かれた後のＳｉ原子は、エッチング反応系に存在する主
エッチング種であるＦ* （フッ素ラジカル）と結合する
ことにより、ハロゲン化物の形で速やかに除去される。
速化にも寄与している。すなわち、上記の官能基から生
成可能なＣＯ* ，ＳＯ* ，ＳＯ2 * ，ＮＯ* 等のラジカ
ルは強い還元作用を有しており、ＳｉＯ2 中のＯ原子を
引き抜くことができる。これは、２原子分子の生成熱か
ら算出された原子間結合エネルギーがＣ−Ｏ結合では１
０７６ｋＪ／ｍｏｌ，Ｓ−Ｏ結合では５２３ｋＪ／ｍｏ
ｌ，Ｎ−Ｏ結合では６３２ｋＪ／ｍｏｌであって、結晶
中におけるＳｉ−Ｏ結合の４６５ｋＪ／ｍｏｌに比べて
いずれも大きいことからも理解される。Ｏ原子が引き抜
かれた後のＳｉ原子は、エッチング反応系に存在する主
エッチング種であるＦ* （フッ素ラジカル）と結合する
ことにより、ハロゲン化物の形で速やかに除去される。
【００２５】つまり本発明では、従来もっぱら物理的な
スパッタ作用に依存していたＳｉ−Ｏ結合の切断を、化
学的な作用も利用して行うことができるようになる。し
かも、本発明で使用する無機酸化物は、レジスト材料や
下地のＳｉ系材料には重大な作用を及ぼさず、これらの
材料のエッチング速度は低速に維持される。
スパッタ作用に依存していたＳｉ−Ｏ結合の切断を、化
学的な作用も利用して行うことができるようになる。し
かも、本発明で使用する無機酸化物は、レジスト材料や
下地のＳｉ系材料には重大な作用を及ぼさず、これらの
材料のエッチング速度は低速に維持される。
【００２６】さらに、この無機酸化物から解離生成する
Ｏ* は、特に本発明のドライエッチングがＳｉＯx 層間
絶縁膜への接続孔形成に適用される場合に、エッチング
速度の向上とマイクロローディング効果の抑制に役立
つ。マイクロローディング効果は、同一基板上で被エッ
チング面積の小さい部分ほどエッチング速度が低下する
現象であり、開口径が小さくアスペクト比の大きい近年
の接続孔加工等において問題となっている。これは、被
エッチング面積の減少に伴ってＳｉＯx 層間絶縁膜から
放出されるＯ原子量が減少し、しかも接続孔の底面にま
でイオンが入射しにくくなっているために、狭い接続孔
ほどその内部で炭素系ポリマーの堆積が過剰となり易い
からである。しかし、本発明ではプラズマ中からＯ* が
供給されることにより、過剰な炭素系ポリマーが燃焼除
去されるので、微細な接続孔内においても高速エッチン
グが進行する。
Ｏ* は、特に本発明のドライエッチングがＳｉＯx 層間
絶縁膜への接続孔形成に適用される場合に、エッチング
速度の向上とマイクロローディング効果の抑制に役立
つ。マイクロローディング効果は、同一基板上で被エッ
チング面積の小さい部分ほどエッチング速度が低下する
現象であり、開口径が小さくアスペクト比の大きい近年
の接続孔加工等において問題となっている。これは、被
エッチング面積の減少に伴ってＳｉＯx 層間絶縁膜から
放出されるＯ原子量が減少し、しかも接続孔の底面にま
でイオンが入射しにくくなっているために、狭い接続孔
ほどその内部で炭素系ポリマーの堆積が過剰となり易い
からである。しかし、本発明ではプラズマ中からＯ* が
供給されることにより、過剰な炭素系ポリマーが燃焼除
去されるので、微細な接続孔内においても高速エッチン
グが進行する。
【００２７】ところで、上述の無機酸化物はシリコン化
合物層のエッチング種となり得る原子を分子中に持たな
いので、本発明ではエッチング・ガスのもう一方の主要
な構成成分として、本発明者が以前から提案している高
次ＦＣ系化合物を用い、プラズマ中へＦ* やＣＦx + を
供給する。これにより、前述のように高速エッチングが
可能となる。さらに、このＦＣ系化合物は炭素系ポリマ
ーの供給源でもあるため、下地選択性の確保をレジスト
・マスクのスパッタ生成物のみに頼る必要がなくなる。
このため、入射イオン・エネルギーを一層低減すること
ができ、選択性を向上させることができる。
合物層のエッチング種となり得る原子を分子中に持たな
いので、本発明ではエッチング・ガスのもう一方の主要
な構成成分として、本発明者が以前から提案している高
次ＦＣ系化合物を用い、プラズマ中へＦ* やＣＦx + を
供給する。これにより、前述のように高速エッチングが
可能となる。さらに、このＦＣ系化合物は炭素系ポリマ
ーの供給源でもあるため、下地選択性の確保をレジスト
・マスクのスパッタ生成物のみに頼る必要がなくなる。
このため、入射イオン・エネルギーを一層低減すること
ができ、選択性を向上させることができる。
【００２８】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の高選択化、低汚染化を目指す方
法も提案する。そのひとつは、シリコン化合物層のエッ
チングを下地材料層が露出する直前までのジャストエッ
チング工程とそれ以降のオーバーエッチング工程の２工
程に分け、後半のオーバーエッチング工程で前記エッチ
ング・ガス中の無機酸化物の含量比をジャストエッチン
グ工程におけるよりも大とすることである。たとえばシ
リコン化合物層としてＳｉＯx 層間絶縁膜を想定した場
合、この方法によれば下地との界面付近のエッチングは
Ｆ* が少なく、かつＯ原子引き抜き反応とポリマー強化
を促進する条件下で進行するようになる。特に、酸化炭
素から生成するＣＯ* については、Ｆ* の捕捉剤として
の機能が近年報告されており、このことによってもＦ*
はさらに減少する。したがって、更なる高選択化が達成
される。
ているが、さらに一層の高選択化、低汚染化を目指す方
法も提案する。そのひとつは、シリコン化合物層のエッ
チングを下地材料層が露出する直前までのジャストエッ
チング工程とそれ以降のオーバーエッチング工程の２工
程に分け、後半のオーバーエッチング工程で前記エッチ
ング・ガス中の無機酸化物の含量比をジャストエッチン
グ工程におけるよりも大とすることである。たとえばシ
リコン化合物層としてＳｉＯx 層間絶縁膜を想定した場
合、この方法によれば下地との界面付近のエッチングは
Ｆ* が少なく、かつＯ原子引き抜き反応とポリマー強化
を促進する条件下で進行するようになる。特に、酸化炭
素から生成するＣＯ* については、Ｆ* の捕捉剤として
の機能が近年報告されており、このことによってもＦ*
はさらに減少する。したがって、更なる高選択化が達成
される。
【００２９】あるいは、オーバーエッチング時のエッチ
ング・ガス組成を、Ｓ2 Ｆ2 ，ＳＦ 2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ
10から選ばれる少なくとも１種類のフッ化イオウと上記
無機酸化物との混合系としても良い。つまり、オーバー
エッチング時には高速性は特に要求されないので、フル
オロカーボン系化合物は敢えて使用せず、炭素系ポリマ
ーの堆積を一切排除するのである。
ング・ガス組成を、Ｓ2 Ｆ2 ，ＳＦ 2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ
10から選ばれる少なくとも１種類のフッ化イオウと上記
無機酸化物との混合系としても良い。つまり、オーバー
エッチング時には高速性は特に要求されないので、フル
オロカーボン系化合物は敢えて使用せず、炭素系ポリマ
ーの堆積を一切排除するのである。
【００３０】ここで使用されるフッ化イオウは、本願出
願人が先に特開平４−８４４２７号公報においてＳｉＯ
x 系材料層のエッチング用に提案した化合物であり、Ｓ
Ｆx + ，Ｆ* 等のエッチング種を生成する。また上記フ
ッ化イオウは、従来からエッチング・ガスとして実用化
されているＳＦ6 に比べてＳ／Ｆ比（１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（イオウ）を放出することができる。こ
のＳは、条件にもよるがウェハがおおよそ室温以下に温
度制御されていれば、その表面へ堆積する。このとき、
ＳｉＯx 系材料層の表面ではＳはスパッタ・アウトされ
たＯ原子によりＳＯx の形で除去されるが、レジスト材
料やＳｉ系材料の表面、あるいはパターン側壁部にはそ
のまま堆積し、高選択性，高異方性の達成に寄与する。
願人が先に特開平４−８４４２７号公報においてＳｉＯ
x 系材料層のエッチング用に提案した化合物であり、Ｓ
Ｆx + ，Ｆ* 等のエッチング種を生成する。また上記フ
ッ化イオウは、従来からエッチング・ガスとして実用化
されているＳＦ6 に比べてＳ／Ｆ比（１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（イオウ）を放出することができる。こ
のＳは、条件にもよるがウェハがおおよそ室温以下に温
度制御されていれば、その表面へ堆積する。このとき、
ＳｉＯx 系材料層の表面ではＳはスパッタ・アウトされ
たＯ原子によりＳＯx の形で除去されるが、レジスト材
料やＳｉ系材料の表面、あるいはパターン側壁部にはそ
のまま堆積し、高選択性，高異方性の達成に寄与する。
【００３１】なお、エッチング反応系に窒素系化学種が
存在する場合には、上記Ｓの一部がこの窒素系化学種と
反応し、ポリチアジル（ＳＮ）x に代表される窒化イオ
ウ系化合物が生成する可能性がある。この窒化イオウ系
化合物は、昇華性もしくは熱分解性物質であり、ウェハ
がおおよそ１３０℃以下に温度制御されている場合に、
その表面へ堆積することができる。
存在する場合には、上記Ｓの一部がこの窒素系化学種と
反応し、ポリチアジル（ＳＮ）x に代表される窒化イオ
ウ系化合物が生成する可能性がある。この窒化イオウ系
化合物は、昇華性もしくは熱分解性物質であり、ウェハ
がおおよそ１３０℃以下に温度制御されている場合に、
その表面へ堆積することができる。
【００３２】これらＳや窒化イオウ系化合物が堆積する
系では、その分、炭素系ポリマーの堆積量が少なくて済
む。このため、レジスト・マスクをスパッタするイオン
の入射エネルギーを低減してレジスト選択比を向上させ
ることができ、パーティクル汚染を著しく低減させるこ
とができる。なお、Ｓや窒化イオウ系化合物は、エッチ
ング終了後にウェハをそれぞれ上述の温度以上に加熱す
るか、酸素系プラズマ処理を行うことにより、容易に昇
華，分解，燃焼等の機構にしたがって除去することがで
きる。もちろん、レジスト・アッシングが行われるプロ
セスであれば、この時に同時に除去できる。いずれにし
ても、Ｓや窒化イオウ系化合物そのものがパーティクル
汚染源となる懸念は、一切ない。
系では、その分、炭素系ポリマーの堆積量が少なくて済
む。このため、レジスト・マスクをスパッタするイオン
の入射エネルギーを低減してレジスト選択比を向上させ
ることができ、パーティクル汚染を著しく低減させるこ
とができる。なお、Ｓや窒化イオウ系化合物は、エッチ
ング終了後にウェハをそれぞれ上述の温度以上に加熱す
るか、酸素系プラズマ処理を行うことにより、容易に昇
華，分解，燃焼等の機構にしたがって除去することがで
きる。もちろん、レジスト・アッシングが行われるプロ
セスであれば、この時に同時に除去できる。いずれにし
ても、Ｓや窒化イオウ系化合物そのものがパーティクル
汚染源となる懸念は、一切ない。
【００３３】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００３４】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、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 （オクタフルオロシクロブタン）／Ｃ
Ｏ2 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。このプロセスを、図１を参照しながら説
明する。本実施例においてエッチング・サンプルとした
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Ｓｉ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・マスクとしてレジスト・マスク４が形成
されたものである。上記レジスト・マスク４には、ホー
ル・パターンにしたがって開口部４ａが設けられてい
る。
し、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 （オクタフルオロシクロブタン）／Ｃ
Ｏ2 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。このプロセスを、図１を参照しながら説
明する。本実施例においてエッチング・サンプルとした
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Ｓｉ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・マスクとしてレジスト・マスク４が形成
されたものである。上記レジスト・マスク４には、ホー
ル・パターンにしたがって開口部４ａが設けられてい
る。
【００３５】このウェハを、マグネトロンＲＩＥ（反応
性イオン・エッチング）装置のウェハ載置電極上にセッ
トした。ここで、上記ウェハ載置電極は冷却配管を内蔵
しており、装置外部に接続されるチラー等の冷却設備か
ら該冷却配管に冷媒を供給して循環させることにより、
エッチング中のウェハ温度を室温以下に制御することが
可能となされている。一例として、下記の条件でＳｉＯ
2 層間絶縁膜３のエッチングを行った。
性イオン・エッチング）装置のウェハ載置電極上にセッ
トした。ここで、上記ウェハ載置電極は冷却配管を内蔵
しており、装置外部に接続されるチラー等の冷却設備か
ら該冷却配管に冷媒を供給して循環させることにより、
エッチング中のウェハ温度を室温以下に制御することが
可能となされている。一例として、下記の条件でＳｉＯ
2 層間絶縁膜３のエッチングを行った。
【００３６】 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ ＣＯ2 流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ（＝１５０
Ｇ） ウェハ載置電極温度 −３０ ℃（アルコール
系冷媒使用）
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ（＝１５０
Ｇ） ウェハ載置電極温度 −３０ ℃（アルコール
系冷媒使用）
【００３７】このエッチング過程では、ＣＦx + による
イオン・モード・エッチングが、ＣＯ* によるＯ原子引
き抜き反応により促進される。このため、過大な入射イ
オン・エネルギーを与える条件ではないにもかかわら
ず、９５０ｎｍ／分もの高速でエッチングが進行した。
一方、イオン・スパッタ作用によりレジスト・マスク４
から供給された炭素系の分解生成物やｃ−Ｃ4 Ｆ8 の放
電分解生成物は、Ｃ−Ｏ結合やカルボニル基をその構造
中に取り込みながら、強固な炭素系ポリマーを形成し
た。この炭素系ポリマーは、少量でも高いエッチング耐
性を発揮し、レジスト・マスク４や単結晶Ｓｉ基板１の
表面におけるエッチング速度を大幅に低減させた。ま
た、ウェハが低温冷却されていることによりＦ* による
ラジカル反応が抑制され、主としてラジカル・モードで
エッチングされるレジスト材料やシリコン系材料のエッ
チング速度がＳｉＯ2 系材料のそれよりも相対的に低下
した。
イオン・モード・エッチングが、ＣＯ* によるＯ原子引
き抜き反応により促進される。このため、過大な入射イ
オン・エネルギーを与える条件ではないにもかかわら
ず、９５０ｎｍ／分もの高速でエッチングが進行した。
一方、イオン・スパッタ作用によりレジスト・マスク４
から供給された炭素系の分解生成物やｃ−Ｃ4 Ｆ8 の放
電分解生成物は、Ｃ−Ｏ結合やカルボニル基をその構造
中に取り込みながら、強固な炭素系ポリマーを形成し
た。この炭素系ポリマーは、少量でも高いエッチング耐
性を発揮し、レジスト・マスク４や単結晶Ｓｉ基板１の
表面におけるエッチング速度を大幅に低減させた。ま
た、ウェハが低温冷却されていることによりＦ* による
ラジカル反応が抑制され、主としてラジカル・モードで
エッチングされるレジスト材料やシリコン系材料のエッ
チング速度がＳｉＯ2 系材料のそれよりも相対的に低下
した。
【００３８】これらの理由により、レジスト・マスク４
に対しては約７、単結晶Ｓｉ基板１に対しては約３０の
選択比が達成された。特に、レジスト・マスク４の形状
が良好に維持されることにより、図１（ｂ）に示される
ように、寸法変換差を発生させ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５を形成することがで
きた。
に対しては約７、単結晶Ｓｉ基板１に対しては約３０の
選択比が達成された。特に、レジスト・マスク４の形状
が良好に維持されることにより、図１（ｂ）に示される
ように、寸法変換差を発生させ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５を形成することがで
きた。
【００３９】また、炭素系ポリマーの堆積量が減少した
ことにより、マイクロローディング効果が抑制された。
さらに、同一エッチング・チャンバ内で上述のプロセス
によるウェハ処理回数を重ねた場合、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 の単
独組成ガスを用いて同じ処理回数を経た場合に比べてパ
ーティクル・レベルが著しく改善された。したがって、
エッチング・チャンバのクリーニング頻度を減少させる
ことができ、スループットを向上させることもできた。
ことにより、マイクロローディング効果が抑制された。
さらに、同一エッチング・チャンバ内で上述のプロセス
によるウェハ処理回数を重ねた場合、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 の単
独組成ガスを用いて同じ処理回数を経た場合に比べてパ
ーティクル・レベルが著しく改善された。したがって、
エッチング・チャンバのクリーニング頻度を減少させる
ことができ、スループットを向上させることもできた。
【００４０】実施例２ 本実施例では、同様のコンタクト・ホール加工におい
て、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ／ＮＯ混合ガスを用いてＳｉＯ2 層間
絶縁膜３をエッチングした。本実施例でエッチング・サ
ンプルとして用いたウェハは、図１（ａ）に示したもの
と同じである。後述の各実施例も同様である。
て、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ／ＮＯ混合ガスを用いてＳｉＯ2 層間
絶縁膜３をエッチングした。本実施例でエッチング・サ
ンプルとして用いたウェハは、図１（ａ）に示したもの
と同じである。後述の各実施例も同様である。
【００４１】エッチング条件の一例を以下に示す。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ ＮＯ流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 −３０ ℃（アルコール
系冷媒使用） 上記の条件により進行するエッチングの機構は、ほぼ実
施例１に準じたものであるが、ここでは炭素系ポリマー
がＣ−Ｎ結合やニトロシル基等の導入により強化され
た。
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 −３０ ℃（アルコール
系冷媒使用） 上記の条件により進行するエッチングの機構は、ほぼ実
施例１に準じたものであるが、ここでは炭素系ポリマー
がＣ−Ｎ結合やニトロシル基等の導入により強化され
た。
【００４２】実施例３ 本実施例では、同様のコンタクト・ホール加工におい
て、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ／ＳＯ 2 混合ガスを用いてＳｉＯ2 層
間絶縁膜３をエッチングした。エッチング条件の一例を
以下に示す。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ ＳＯ2 流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 −３０ ℃（アルコール
系冷媒使用） 上記の条件により進行するエッチングの機構は、ほぼ実
施例１に準じたものであるが、ここでは炭素系ポリマー
がＣ−Ｓ結合やスルフリル基，チオニル基等の導入によ
り強化された。
て、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ／ＳＯ 2 混合ガスを用いてＳｉＯ2 層
間絶縁膜３をエッチングした。エッチング条件の一例を
以下に示す。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ ＳＯ2 流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 −３０ ℃（アルコール
系冷媒使用） 上記の条件により進行するエッチングの機構は、ほぼ実
施例１に準じたものであるが、ここでは炭素系ポリマー
がＣ−Ｓ結合やスルフリル基，チオニル基等の導入によ
り強化された。
【００４３】実施例４ 本実施例では、同様のコンタクト・ホール加工におい
て、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ／Ｃ3Ｏ2 混合ガスを用いてＳｉＯ2
層間絶縁膜３をジャストエッチングした後、この混合ガ
ス中のＣ3 Ｏ2 の含量比を高めてオーバーエッチングを
行うことにより、高選択化を図った。このプロセスを、
図２および前出の図１を参照しながら説明する。
て、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ／Ｃ3Ｏ2 混合ガスを用いてＳｉＯ2
層間絶縁膜３をジャストエッチングした後、この混合ガ
ス中のＣ3 Ｏ2 の含量比を高めてオーバーエッチングを
行うことにより、高選択化を図った。このプロセスを、
図２および前出の図１を参照しながら説明する。
【００４４】まず、図１（ａ）に示されるウェハを用
い、一例として下記の条件で、ＳｉＯ 2 層間絶縁膜３を
実質的に不純物拡散領域２が露出する直前まで行った。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ Ｃ3 Ｏ2 流量 １５ ＳＣＣＭ（エッ
チング・ガス中の含量比３０％） ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃
い、一例として下記の条件で、ＳｉＯ 2 層間絶縁膜３を
実質的に不純物拡散領域２が露出する直前まで行った。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ Ｃ3 Ｏ2 流量 １５ ＳＣＣＭ（エッ
チング・ガス中の含量比３０％） ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃
【００４５】このジャストエッチング工程におけるエッ
チング機構は、ほぼ実施例１で上述したとおりである。
終点判定は、４８３．５ｎｍにおけるＣＯ* の発光スペ
クトル強度、あるいは７７７ｎｍにおけるＳｉＦ* の発
光スペクトル強度が変化し始めた時点で行った。この時
点は、ウェハ上の一部で下地の不純物拡散領域２が露出
し始めた時に対応している。しかし、ウェハ上の他部に
おいては、図２に示されるように、コンタクト・ホール
５は中途部までしか形成されず、その底部にＳｉＯ2 層
間絶縁膜３の残余部３ａが残されていた。
チング機構は、ほぼ実施例１で上述したとおりである。
終点判定は、４８３．５ｎｍにおけるＣＯ* の発光スペ
クトル強度、あるいは７７７ｎｍにおけるＳｉＦ* の発
光スペクトル強度が変化し始めた時点で行った。この時
点は、ウェハ上の一部で下地の不純物拡散領域２が露出
し始めた時に対応している。しかし、ウェハ上の他部に
おいては、図２に示されるように、コンタクト・ホール
５は中途部までしか形成されず、その底部にＳｉＯ2 層
間絶縁膜３の残余部３ａが残されていた。
【００４６】そこで、エッチング条件を一例として下記
の条件に切り換え、残余部３ａを除去するためのオーバ
ーエッチングを行った。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ２５ ＳＣＣＭ Ｃ3 Ｏ2 流量 ２５ ＳＣＣＭ（エッ
チング・ガス中の含量比５０％） ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．２ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このオーバーエッチング工程では、ＲＦパワー密度を低
下させて入射イオン・エネルギーを低減させ、ＣＯ* に
よる化学的なＯ原子引き抜き反応を主体とするエッチン
グを行った。炭素系ポリマーの生成量は減少したが、そ
の膜質強化は効率良く行われた。
の条件に切り換え、残余部３ａを除去するためのオーバ
ーエッチングを行った。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ２５ ＳＣＣＭ Ｃ3 Ｏ2 流量 ２５ ＳＣＣＭ（エッ
チング・ガス中の含量比５０％） ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．２ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このオーバーエッチング工程では、ＲＦパワー密度を低
下させて入射イオン・エネルギーを低減させ、ＣＯ* に
よる化学的なＯ原子引き抜き反応を主体とするエッチン
グを行った。炭素系ポリマーの生成量は減少したが、そ
の膜質強化は効率良く行われた。
【００４７】この結果、実施例１ほどウェハを冷却して
いないにもかかわらず、良好な高選択、低ダメージ、低
汚染エッチングを行うことができた。なお、上記のＣ3
Ｏ2 に替えてＮＯ2 ，ＳＯ2 を用いた場合にも、同様に
良好なエッチングを行うことができた。特にＳＯ2 を用
いた場合には、３０６ｎｍ，３１７ｎｍ，３２７ｎｍの
いずれかにおけるＳＯ* の発光スペクトル強度変化をも
ってジャストエッチング工程の終点判定することができ
た。
いないにもかかわらず、良好な高選択、低ダメージ、低
汚染エッチングを行うことができた。なお、上記のＣ3
Ｏ2 に替えてＮＯ2 ，ＳＯ2 を用いた場合にも、同様に
良好なエッチングを行うことができた。特にＳＯ2 を用
いた場合には、３０６ｎｍ，３１７ｎｍ，３２７ｎｍの
いずれかにおけるＳＯ* の発光スペクトル強度変化をも
ってジャストエッチング工程の終点判定することができ
た。
【００４８】実施例５ 本実施例では、ジャストエッチング工程でＣ3 Ｆ8 ／Ｃ
3 Ｏ2 混合ガス、オーバーエッチング工程でＳ2 Ｆ2 ／
Ｃ3 Ｏ2 混合ガスを用いることにより、徹底した低汚染
化を図った。ジャストエッチング条件の一例を以下に示
す。
3 Ｏ2 混合ガス、オーバーエッチング工程でＳ2 Ｆ2 ／
Ｃ3 Ｏ2 混合ガスを用いることにより、徹底した低汚染
化を図った。ジャストエッチング条件の一例を以下に示
す。
【００４９】 Ｃ3 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ Ｃ3 Ｏ2 流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃
３．５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃
【００５０】続いて、一例として下記の条件でオーバー
エッチングを行った。 Ｓ2 Ｆ2 流量 ４０ ＳＣＣＭ Ｃ3 Ｏ2 流量 １０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このオーバーエッチング工程では、入射イオン・エネル
ギーを低減してＯ原子引き抜き反応を主体とするエッチ
ングを進行させると共に、Ｓ2 Ｆ2 から解離生成するＳ
をレジスト・マスク４や不純物拡散領域２の表面に堆積
させた。これにより、不純物拡散領域２との界面付近に
おいては炭素系ポリマーをほとんど堆積させることな
く、高選択性を達成することができた。
エッチングを行った。 Ｓ2 Ｆ2 流量 ４０ ＳＣＣＭ Ｃ3 Ｏ2 流量 １０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このオーバーエッチング工程では、入射イオン・エネル
ギーを低減してＯ原子引き抜き反応を主体とするエッチ
ングを進行させると共に、Ｓ2 Ｆ2 から解離生成するＳ
をレジスト・マスク４や不純物拡散領域２の表面に堆積
させた。これにより、不純物拡散領域２との界面付近に
おいては炭素系ポリマーをほとんど堆積させることな
く、高選択性を達成することができた。
【００５１】なお、堆積したＳは、エッチング終了後に
ウェハを約９０℃に加熱するか、あるいはレジスト・マ
スク４をアッシングする際に、昇華もしくは燃焼により
容易に除去することができた。エッチング・チャンバ内
に堆積したＳも、同様に除去することができた。したが
って、本実施例では低汚染化がさらに徹底された。これ
により、デバイスの歩留りが向上し、スループットも改
善された。
ウェハを約９０℃に加熱するか、あるいはレジスト・マ
スク４をアッシングする際に、昇華もしくは燃焼により
容易に除去することができた。エッチング・チャンバ内
に堆積したＳも、同様に除去することができた。したが
って、本実施例では低汚染化がさらに徹底された。これ
により、デバイスの歩留りが向上し、スループットも改
善された。
【００５２】また、上記のＣ3 Ｏ2 に替えてＮＯ2 やＳ
Ｏ2 を用いた場合にも、同様に高選択、低汚染エッチン
グを行うことができた。
Ｏ2 を用いた場合にも、同様に高選択、低汚染エッチン
グを行うことができた。
【００５３】以上、本発明を５例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、フッ化イオウとして上述の実
施例ではＳ2 Ｆ2 を使用したが、本発明で限定される他
のフッ化イオウ、すなわちＳＦ2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ10を
使用しても、基本的には同様の結果が得られる。
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、フッ化イオウとして上述の実
施例ではＳ2 Ｆ2 を使用したが、本発明で限定される他
のフッ化イオウ、すなわちＳＦ2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ10を
使用しても、基本的には同様の結果が得られる。
【００５４】本発明で使用されるエッチング・ガスに
は、エッチング速度の制御を目的としてＯ2 等を添加し
たり、あるい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Ｈｅ，Ａｒ等の希ガスを適宜添加
しても良い。被エッチング材料層は上述のＳｉＯ2 層間
絶縁膜に限られるものではなく、ＰＳＧ，ＢＳＧ，ＢＰ
ＳＧ，ＡｓＳＧ，ＡｓＰＳＧ，ＡｓＢＳＧ等の他のＳｉ
Ｏ2系材料層であっても良く、さらにはＳｉx Ｎy 等で
あっても良い。
は、エッチング速度の制御を目的としてＯ2 等を添加し
たり、あるい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Ｈｅ，Ａｒ等の希ガスを適宜添加
しても良い。被エッチング材料層は上述のＳｉＯ2 層間
絶縁膜に限られるものではなく、ＰＳＧ，ＢＳＧ，ＢＰ
ＳＧ，ＡｓＳＧ，ＡｓＰＳＧ，ＡｓＢＳＧ等の他のＳｉ
Ｏ2系材料層であっても良く、さらにはＳｉx Ｎy 等で
あっても良い。
【００５５】その他、ウェハの構成、使用するエッチン
グ装置、無機酸化物と高次ＦＣ系化合物の組み合わせ、
エッチング条件等が適宜変更可能であることは、言うま
でもない。
グ装置、無機酸化物と高次ＦＣ系化合物の組み合わせ、
エッチング条件等が適宜変更可能であることは、言うま
でもない。
【００５６】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではシリコン化合物層のエッチングにおいて、エッチ
ング・ガスの構成成分として酸化炭素、酸化窒素、酸化
イオウのいずれかを用いることにより、炭素系ポリマー
の堆積量を低減させながら、レジスト・マスクや下地材
料層に対しては高選択性を達成することができる。ま
た、これと同時に主エッチング種を高次ＦＣ系化合物か
ら供給することにより、高速異方性エッチングを行うこ
とができる。さらに、オーバーエッチング時に無機酸化
物の含量比を増大させたりＳの堆積を併用することによ
り、プロセスを一層高選択化、低汚染化することが可能
となる。
明ではシリコン化合物層のエッチングにおいて、エッチ
ング・ガスの構成成分として酸化炭素、酸化窒素、酸化
イオウのいずれかを用いることにより、炭素系ポリマー
の堆積量を低減させながら、レジスト・マスクや下地材
料層に対しては高選択性を達成することができる。ま
た、これと同時に主エッチング種を高次ＦＣ系化合物か
ら供給することにより、高速異方性エッチングを行うこ
とができる。さらに、オーバーエッチング時に無機酸化
物の含量比を増大させたりＳの堆積を併用することによ
り、プロセスを一層高選択化、低汚染化することが可能
となる。
【００５７】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，高性能，高信頼
性が要求される半導体装置の製造に極めて好適である。
ールにもとづいて設計され、高集積度，高性能，高信頼
性が要求される半導体装置の製造に極めて好適である。
【図１】本発明をコンタクト・ホール加工に適用したプ
ロセス例をその工程順にしたがって示す概略断面図であ
り、（ａ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜上にレジスト・マスク
が形成された状態、（ｂ）はコンタクト・ホールが開口
された状態をそれぞれ表す。
ロセス例をその工程順にしたがって示す概略断面図であ
り、（ａ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜上にレジスト・マスク
が形成された状態、（ｂ）はコンタクト・ホールが開口
された状態をそれぞれ表す。
【図２】本発明をコンタクト・ホール加工に適用した他
のプロセス例において、ＳｉＯ 2 層間絶縁膜がジャスト
エッチングされた状態を示す概略断面図である。
のプロセス例において、ＳｉＯ 2 層間絶縁膜がジャスト
エッチングされた状態を示す概略断面図である。
１ ・・・単結晶Ｓｉ基板 ２ ・・・不純物拡散領域 ３ ・・・ＳｉＯ2 層間絶縁膜 ３ａ・・・（ＳｉＯ2 層間絶縁膜の）残余部 ４ ・・・レジスト・マスク ４ａ・・・開口部 ５ ・・・コンタクト・ホール
Claims (3)
- 【請求項１】 酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選
ばれる少なくとも１種類の無機酸化物と、一般式Ｃx Ｆ
y （ただし、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧
２，ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高次
フルオロカーボン系化合物とを含むエッチング・ガスを
用いてシリコン化合物層をエッチングすることを特徴と
するドライエッチング方法。 - 【請求項２】 酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選
ばれる少なくとも１種類の無機酸化物と、一般式Ｃx Ｆ
y （ただし、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧
２，ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高次
フルオロカーボン系化合物とを含むエッチング・ガスを
用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を超えない
深さにエッチングするジャストエッチング工程と、 前記高次フルオロカーボン系化合物に対する前記無機酸
化物の含量比を前記ジャストエッチング工程におけるよ
りも高めたエッチング・ガスを用いて前記シリコン化合
物層の残余部をエッチングするオーバーエッチング工程
とを有することを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項３】 酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選
ばれる少なくとも１種類の無機酸化物と、一般式Ｃx Ｆ
y （ただし、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧
２，ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高次
フルオロカーボン系化合物とを含むエッチング・ガスを
用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を超えない
深さにエッチングするジャストエッチング工程と、 Ｓ2 Ｆ2 ，ＳＦ2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ10から選ばれる少な
くとも１種類のフッ化イオウと前記無機酸化物とを含む
エッチング・ガスを用いて前記シリコン化合物層の残余
部をエッチングするオーバーエッチング工程とを有する
ことを特徴とするドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10573793A JP3301157B2 (ja) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10573793A JP3301157B2 (ja) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06318575A true JPH06318575A (ja) | 1994-11-15 |
| JP3301157B2 JP3301157B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=14415595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10573793A Expired - Fee Related JP3301157B2 (ja) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3301157B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09186144A (ja) * | 1995-12-16 | 1997-07-15 | Hyundai Electron Ind Co Ltd | 半導体素子のコンタクトホール形成方法 |
| WO1998019331A1 (fr) * | 1996-10-30 | 1998-05-07 | Japan As Represented By Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Composition de gaz pour gravure a sec et procede de gravure a sec |
| WO1999062111A1 (en) * | 1998-05-22 | 1999-12-02 | Tokyo Electron Limited | Etching method |
| US6383403B1 (en) * | 1996-10-30 | 2002-05-07 | Japan As Represented By The Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Dry etching method |
-
1993
- 1993-05-06 JP JP10573793A patent/JP3301157B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09186144A (ja) * | 1995-12-16 | 1997-07-15 | Hyundai Electron Ind Co Ltd | 半導体素子のコンタクトホール形成方法 |
| WO1998019331A1 (fr) * | 1996-10-30 | 1998-05-07 | Japan As Represented By Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Composition de gaz pour gravure a sec et procede de gravure a sec |
| US6322715B1 (en) | 1996-10-30 | 2001-11-27 | Japan As Represented By Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Gas composition for dry etching and process of dry etching |
| US6383403B1 (en) * | 1996-10-30 | 2002-05-07 | Japan As Represented By The Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Dry etching method |
| WO1999062111A1 (en) * | 1998-05-22 | 1999-12-02 | Tokyo Electron Limited | Etching method |
| US6753263B1 (en) | 1998-05-22 | 2004-06-22 | Tokyo Electron Limited | Etching method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3301157B2 (ja) | 2002-07-15 |
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