JPH08213372A - エッチング方法 - Google Patents

エッチング方法

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JPH08213372A
JPH08213372A JP7043532A JP4353295A JPH08213372A JP H08213372 A JPH08213372 A JP H08213372A JP 7043532 A JP7043532 A JP 7043532A JP 4353295 A JP4353295 A JP 4353295A JP H08213372 A JPH08213372 A JP H08213372A
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gas
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processing chamber
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剛一郎 稲沢
Susumu Okamoto
晋 岡本
Hisataka Hayashi
久貴 林
Takaya Matsushita
貴哉 松下
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    • H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H10P50/28—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials
    • H10P50/282—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エッチング時の放電持続時間を短くして選択
比の高い活性種イオンの存在比を高めて肩部の選択性を
向上させる。 【構成】 処理室１６内にエッチングガスを導入しつつ
被処理体Ｗに対してプラズマエッチング処理を施すエッ
チング方法において、前記エッチングガスは少なくとも
Ｃ4 Ｆ8 とＣＯとを含む混合ガスよりなり、例えば肩部
４Ｂにおける被エッチング層とこの下地層４との選択比
が１０以上となるように前記処理室内のエッチングガス
滞在時間Ｔを設定する。これにより、放電持続時間が短
くなってエッチングガスの解離の進行が促進され、選択
性の高い活性種イオンの存在比を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエハ等
にエッチングを施すためのエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するため
には、ウエハ上に積層された薄膜に所望の微細化パター
ンを形成するエッチング処理が行われている。このエッ
チング処理を行う際に主に採用されている例えばドライ
エッチング方法においては、デバイスの代表的な絶縁材
料であるＳｉＯ2 の薄膜にコンタクトホールや回路パタ
ーンをプラズマ雰囲気中でエッチング形成する場合に、
使用するエッチングガスとしてＨ2 を添加した例えばＣ
Ｆ4 ＋Ｈ2 の混合ガスやＣＨ2Ｆ2 ＋ＣＯ2 の混合ガス
やその他にＣＨＦ3 ＋ＣＯの混合ガス等、Ｈ結合を有す
るＣＨx Ｆy 系ガスとＣＯ2 、ＣＯとの混合ガスが用い
られる。
【０００３】エッチング処理を行うには、エッチングを
行う目的層である被エッチング層とこの下層である下地
層との選択比すなわち被エッチング層のエッチングレー
トと下地層のエッチングレートの比は大きい程好まし
い。
【０００４】上述のようにエッチングガスとしてＣＨx
Ｆy 系ガスとＣＯ2 やＣＯとの混合ガスを用いることに
より、ＣＨx Ｆy 系ガスを単ガスで用いた場合よりも選
択比を１０或いはそれ以上に高くすることが可能となっ
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体デバ
イスの一層の微細化及び集積化の傾向に伴って、線幅や
例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓ
ｉｓｔｏｒ）の隣接ゲート間の間隔が益々小さくなって
きており、このため、ＦＥＴのドレインやソースへのコ
ンタクトホール形成のためのリソグラフィー技術の寸法
精度が一層要求されてきている。
【０００６】そこで、このような高い寸法精度での形成
技術として、ゲートとソース、ドレインの相対的位置決
めをリソグラフィー技術を用いないでゲート電極自体を
マスクパターンとして用いて行い、自己整合で拡散層を
作るようにしたいわゆるセルフアライメントコンタクト
ホールが開発された。
【０００７】セルフアライメントコンタクトホールの形
成方法を図１０に基づいて説明する。例えば単結晶Ｓｉ
よりなる基板２上に例えばＳｉＮ（シリコンナイトライ
ド）よりなる絶縁層４を介して例えばポリシリコンより
なるゲート電極６が形成され、このゲート電極６の上側
表面にもＳｉＮよりなる絶縁層４が形成され、更にこの
絶縁層４の表面全体に例えばＳｉＯ2 よりなる絶縁層８
が積層されている。
【０００８】そして、パターン化されたフォトレジスト
１０をマスクとしてゲート電極両側部のＳｉＯ2 絶縁層
８を前述したエッチングガスを用いて削り取り、セルフ
アライメントコンタクトホール１２を形成する。この場
合、良好なコンタクトホール１２を形成するためには、
エッチング対象となるＳｉＯ2 絶縁層とこの下地層であ
るＳｉＮ絶縁層４との選択比を大きくしてＳｉＮ絶縁層
４の削り込みをできるだけ小さくする必要がある。
【０００９】しかしながら、上述したエッチングガスを
用いた場合には、ＳｉＮ絶縁層４の平坦部４Ａにおいて
は選択比を例えば２０〜５０程度に高くすることができ
るが、ゲート電極６の上端角部に対応する肩部４Ｂにお
いては、選択比はせいぜい１０未満しか得られないこと
からこの肩部４ＢにおけるＳｉＮ絶縁膜４がエッチング
時に多量に削られてしまい、デバイス完成後にゲート電
極がショートする等の不都合があった。
【００１０】このような傾向は、下地層の種類がＳｉＮ
の場合に限定されず、Ｓｉ（シリコン）、Ａｌ（アルミ
ニウム）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）等の場合にも
同様に表れていた。
【００１１】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものであり、その目
的は被エッチング層とその下地層との選択比を十分に高
くすることができるエッチング法を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、エッチングガスの放電持続時間の相異により発生
するイオン種及びその比率が変わり、エッチングに寄与
するイオン種は放電持続時間が短い程、多量に発生する
という知見を得ることにより、本発明に至ったものであ
る。
【００１３】第１の発明は、処理室内にエッチングガス
を導入しつつ被処理体に対してプラズマエッチング処理
を施すエッチング方法において、前記エッチングガスは
少なくともＣ4 Ｆ8 とＣＯとを含む混合ガスよりなり、
被エッチング層とこの下地層との選択比が１０以上とな
るように前記処理室内のエッチングガス滞在時間を設定
するように構成したものである。
【００１４】第２の発明は、処理室内にエッチングガス
を導入しつつ電極にプラズマ発生用の高周波電圧を印加
して被処理体に対してプラズマエッチング処理を施すエ
ッチング方法において、前記エッチングガスは少なくと
もＣ4 Ｆ8 とＣＯとを含む混合ガスよりなり、放電持続
時間を制御するために前記電極に、パルス状にプラズマ
発生用の高周波電圧を印加するように構成したものであ
る。
【００１５】
【作用】第１の発明によれば、エッチングガスとしてＣ
4 Ｆ8 とＣＯの混合ガスを用い、そして、処理室内にお
けるエッチングガス滞在時間をかなり小さくするように
トータルガス供給量及び排気量を制御したので、例えば
肩部における被エッチング層と下地層の選択比を大幅に
向上させることが可能となる。特に、ダイポール型のプ
ラズマエッチング方式の場合には、エッチングガス滞在
時間は２８ｍｓｅｃ以下に設定する。
【００１６】この第１の発明の場合には、プラズマ発生
用の高周波電圧は連続的に印加されている。これに対し
て、第２の発明においては、プラズマ発生用の高周波電
圧をパルス状にして印加することにより、エッチングガ
ス滞在時間が長くなっても放電持続時間を小さくするこ
とができ、第１の発明の場合と同様に例えば肩部におけ
る選択比を大幅に向上させることができる。
【００１７】この場合、エッチングガス滞在時間内にお
ける高周波電圧のパルス幅時間の総和は、ダイポール型
のプラズマエッチング方式の場合には２８ｍｓｅｃ以下
となるように設定する。
【００１８】
【実施例】以下に、本発明に係るエッチング方法の一実
施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明方法
を実施するためのダイポール型のマグネトロンプラズマ
エッチング装置を示す断面図、図２は図１に示す装置の
永久磁石の配置と磁界の方向を説明するための説明図、
図３は本発明方法を実施するための双極型のマグネトロ
ンプラズマエッチング装置を示す断面図である。
【００１９】まず、本発明方法を実施するためのプラズ
マエッチング装置について説明する。図示するようにこ
のダイポール型のマグネトロンプラズマエッチング装置
１４は、例えばアルミニウム等により構成された気密な
処理容器よりなる処理室１６を有しており、この処理室
１６はグランドに接地されると共にその底部には排気能
力が制御可能になされた真空ポンプ１９が途中に介設さ
れた排気管１８が接続されて、底部周辺部より処理室内
の雰囲気を均等に排出し得るようになっている。処理室
内の容量は例えば３．５リットル程度に設定されてい
る。
【００２０】この処理室１６内の底部中央には、セラミ
ック等よりなる絶縁板２０を介して例えばアルミニウム
よりなるサセプタ支持台２２が設けられ、この支持台２
２の上面には例えばアルミニウムよりなる下部電極とし
てのサセプタ２４が設けられる。
【００２１】上記サセプタ支持台２２の内部には、冷却
室２６が形成されており、この冷却室２６には、上記処
理室底部を貫通した冷媒導入管２８及び冷媒排出管３０
がそれぞれ接続されて、この内部に冷媒を循環させるこ
とにより、上記サセプタ２４の温度を、例えば−２００
℃〜＋２００℃までの範囲内の所望の温度に維持するよ
うになっている。
【００２２】上記サセプタ２４には、例えば１３．５６
ＭＨｚのプラズマ発生用の高周波電源２８がマッチング
回路３１及びブロッキングコンデンサ３２を介して接続
されている。この高周波電源２８は、出力制御部３４に
よりその出力を調整し得るようになっており、後述する
ように連続的に或いはパルス状に高周波電力を出力し得
るようになっている。
【００２３】また、サセプタ２４の上面には、被処理体
としての半導体ウエハＷを載置して吸引保持する静電チ
ャック３６が設けられている。この静電チャック３６
は、例えば銅箔３６Ａをその上下側からポリイミドフィ
ルムにより挟んで接着して構成されており、この銅箔３
６Ａには高圧直流電源３８が接続されて、電界によって
発生するクーロン力によってウエハをチャック表面に吸
着するようになっている。
【００２４】一方、処理室１６の天井部には、グランド
に接地された上部電極４０が設けられている。この上部
電極４０は、例えばアモルファスカーボンやＳｉＣより
なり、内部が中空構造になされてウエハＷに対向する対
向面全面には、多数のガス拡散孔４２が形成され、上部
に設けたガス導入口４４から導入されるエッチングガス
を中空部に設けた図示しない拡散板により拡散して上記
多数の拡散孔４２から処理室１６内へ噴出するようにな
っている。すなわち、上記上部電極４０はシャワーヘッ
ド構造になされている。
【００２５】上記ガス導入口４４には、途中にバルブ４
６を介設したガス供給管４８が接続されており、この供
給管４８の先端は３つの分岐管５０、５２、５４に分岐
され、これらの各分岐管５０、５２、５４には、それぞ
れバルブ５６、５８、６０及び流量を制御するマスフロ
ーコントローラ６２、６４、６６を介してそれぞれ異な
ったエッチングガスのガス源６８、７０、７２が接続さ
れている。
【００２６】本実施例では、ガス源６８にはメインエッ
チングガスとしてのＣ4 Ｆ8 ガスが、ガス源７０にはＣ
Ｏガスが、ガス源７２にはキャリアガスとしてＡｒガス
がそれぞれ充填されている。尚、Ａｒガスに替えて、Ｎ
2 ガス、Ｏ2 ガス等を用いてもよい。
【００２７】各マスフローコントローラ６２、６４、６
６の流量制御は、例えばマイクロコンピュータ等よりな
る制御部８４により行われ、この制御部８４は、同時に
真空ポンプ１９の排気量も制御する。また、処理室１６
の側壁の外周には、これより僅かに離間させてリング状
のダイポール型永久磁石群７４が図示しない回転駆動手
段によりその周方向に例えば２０回／分の割合で回転可
能に設けられている。
【００２８】この永久磁石群７４は、図２にも示すよう
に多数の小さな永久磁石片８０をリング状に連結して構
成されており、各永久磁石片８０中の矢印で示すように
各磁石片８０の磁極の方向は、ポイントＰ１とその反対
側に位置する永久磁石片８０の磁極の方向を一方向に揃
え、ポイントＰ１を中心として右方向及び左方向へ半周
回って行くに従って、その磁極の方向を次第に右方向及
び左方向へそれぞれ回転して最終的に１回転するように
設定されている。
【００２９】図中ウエハ上に示される矢印は磁界の方向
を示し、ウエハ上の曲線は等磁力線を示す。従って、ウ
エハ上には、ウエハ面に平行で且つ磁力が図中上方にお
いて高くなっている磁界を形成するようになっている。
例えば本実施例では１２０Ｇエルステッド程度の磁界が
発生される。尚、図中８１は処理室１６内の天井部をシ
ールする例えばＯリング等よりなるシール部材である。
【００３０】上記実施例では、処理室１６の側壁外周に
回転するリング状の永久磁石群７４を設けたいわゆるダ
イポール型のマグネトロンエッチング装置を例にとって
説明したが、これに限定されず、例えば図３に示すよう
な双極型のマグネトロンプラズマエッチング装置を用い
てもよい。
【００３１】この装置では、処理室１６の側壁外周に永
久磁石を設けるのではなく、処理室１６の天井部である
上部電極４０の上方にＮ・Ｓ極の永久磁石８２を配置
し、これを図示しない回転駆動手段により回転し得るよ
うになっている。従って、処理室１６内のウエハ表面上
には、これに平行となる磁界を形成することになる。
【００３２】次に、以上のように構成された装置を用い
て行われる本発明方法について説明する。まず、エッチ
ング処理されるべき被処理体としての半導体ウエハＷ
を、図示しないゲートバルブを介して設けられたロード
ロック室（図示せず）からエッチング装置１４内へ搬入
し、これを静電チャック３６上に載置する。そして、静
電チャック３６に高圧直流電圧を印加し、発生するクー
ロン力によってウエハＷをチャック表面に吸着保持す
る。
【００３３】そして、処理室１６内の雰囲気を真空引き
しつつこの中にエッチングガス源６８、７０、７２から
流量制御されたエッチングガス、すなわちＣ4 Ｆ8 ガス
とＣＯガスとＡｒガスの混合ガスを導入し、この処理室
１６内を所定の処理圧力、例えば２０ｍＴｏｒｒに維持
する。
【００３４】一方、このエッチングガスの供給を行うと
同時に、上部電極４０と下部電極であるサセプタ２４と
の間に高周波電圧を印加すると、導入されたエッチング
ガスがプラズマ化し、このエネルギによりエッチングガ
スが次第に解離して各種の活性種が発生し、この活性種
によってウエハ表面の被エッチング層がエッチングされ
て例えばコンタクトホール等が形成される。
【００３５】ここで被エッチング層（ＳｉＯ2 ）とその
下地層（ＳｉＮ）との選択比、特に被エッチング層の肩
部４Ｂ（図８参照）における選択比を大きくとるため
に、第１の発明方法においては、プラズマ発生用の高周
波電圧を連続的に印加した状態において、エッチングガ
スの処理室１６内における滞在時間が２８ｍｓｅｃ
（秒）以下となるように、エッチングガスの総流量（供
給量）及び排気容量を制御部８４により制御しており、
上記した肩部の選択比を１０以上となるようにしてい
る。
【００３６】更に、下地層（ＳｉＮ）に対して積層され
た被エッチング層（ＳｉＯ2 ）の選択比を十分大きくし
て選択的エッチングを行うためには被処理体の温度管理
が重要であり、好ましくは１４０℃近傍に加熱すること
でこの選択比の大きなエッチングを実施することができ
る。エッチングガスの滞在時間は、処理室１６の容量、
エッチングガスの供給量、処理室内雰囲気の排気量、処
理圧力によって決まるので、制御部８４は上記したパラ
メータを加味してエッチングガスの供給量や排気量を制
御する。
【００３７】このようにエッチングガスの滞在時間を短
くすることにより、特定のタイミングの時に導入された
エッチングガスの放電持続時間が短くなり、その結果、
選択比の大きなＣ2 Ｆ4 +活性種イオンの量が多くなる、
一方、選択比の小さな例えばＣＦ+ 活性種イオンの量が
少なくなって上述のように肩部４Ｂにおける選択比を大
きくすることができる。
【００３８】尚、高周波電圧は連続的に印加されている
ので、処理室内では連続的にプラズマ放電が生じている
が、エッチングガスは一定の滞在時間で順次入れ替わっ
ているので、ある時点で導入されたエッチングガスに着
目すると、このガスがプラズマ放電を生じている期間は
このガスの処理室内での滞在時間と略同じとなり、これ
が上述したエッチングガスの放電持続時間となる。
【００３９】次に、上述のようにエッチングガスの処理
室内滞在時間を短くして放電持続時間を短くすることに
より、肩部の選択比を大きくすることができる理由を述
べる。一般に、Ｃ4 Ｆ8 ガスに高周波電圧を印加させる
と、印加時間（放電持続時間）が長くなるに従って、エ
ッチングガスは例えば下記式のように解離して行く。 Ｃ4 Ｆ8 →Ｃ2 Ｆ4 →ＣＦ2 →ＣＦ＋Ｆ ＣＦ2 ＋Ｆ→ＣＦ3
【００４０】これらの生成された活性イオン種の内、Ｃ
2 Ｆ4 は比較的選択性が高いのに対してＣＦ3 、Ｆ等の
活性イオン種は選択性が低い。そこで、選択比を高める
にはＣ2 Ｆ4 の存在する割合を高くすることが必要であ
り、そのための一手法として前述のようにエッチングガ
スの処理室内滞在時間を短くする。また、メインエッチ
ングガスに添加ガスを加えることにより選択比を向上さ
せることは従来から種々行われているが、ここでは添加
ガスとしてＣＯガスを用い、選択比の改善を更に図る。
【００４１】ここで、図４及び図５に基づいてエッチン
グガスの滞在時間に対する選択比及びＳｉＮのエッチン
グレートの変化を説明する。図４はダイポール型の装置
での実施結果を示すグラフであり、右側縦軸が肩部の選
択比（ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ）を示し、参考のために左側縦
軸は平坦部のＳｉＮのエッチングレートを示す、図５は
ダイポール型の装置と双極型の装置での実施結果を比較
するグラフである。
【００４２】図４中において、直線Ａは肩部の選択比を
示し、直線Ｂは平坦部におけるＳｉＮのエッチングレー
トを示し、また、各ポイントにおけるカッコ内の数字
は、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒの流量（ＳＣＣＭ）を示す。
尚、この時の処理圧力は４０ｍＴｏｒｒ、高周波電力は
１７００Ｗ、天井部（Ｔ）及び側壁（Ｗ）の温度はそれ
ぞれ６０℃、サセプタ（Ｂ）の温度は２０℃に設定され
ている。直線Ａから明らかなように、処理圧力を一定に
して、エッチングガスの総供給量をその組成比を一定に
したまま増加すると同時に排気量も増加してエッチング
ガスの処理室内滞在時間を短くすると、総供給量が３６
０ＳＣＣＭ時は選択比が８．６であったが総供給量を７
２０ＳＣＣＭの時は選択比が１４．５まで飛躍的に向上
させることができる。このことは参考として記載した直
線Ｂが示すように、ガスの総供給量を増加するに従って
下地層であるＳｉＮのエッチングレートが低下している
点からも明らかである。
【００４３】図５中の直線Ｃはダイポール型の装置での
実施結果の選択比（ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ）を示しており、
図４中の直線Ａに示す結果をそのまま記載したものであ
り、直線Ｄは双極型の装置での実施結果の選択比（Ｓｉ
Ｏ2 ／ＳｉＮ）を示している。尚、各ポイントにおける
一方のカッコ内の数字は図４に示す場合と同様に、Ｃ4
Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒの流量を示し、他のカッコ内の数字は
ガスの処理室内滞在時間（ｍ秒）を示す。直線Ｃに示す
ようにエッチングガスの処理室内滞在時間を３４ｍｓｅ
ｃ（秒）から１７ｍｓｅｃまで減少させると前述のよう
に選択比は８．６から１４．５まで大幅に増加してい
る。一般的には肩部の選択比は１０以上であることが要
求されることから、滞在時間は２８ｍｓｅｃ以下に設定
すれば十分に高い選択比が得られることが判明した。ま
た、直線Ｄに示す双極型の装置の場合には肩部において
選択比１０を得るためには滞在時間は４６ｍｓｅｃ以下
に設定すれば十分に高い選択比が得られることが判明し
た。
【００４４】実施例では処理圧力を４０ｍＴｏｒｒに設
定したが、上記したエッチング法は通常のエッチング時
の処理圧力と同等の範囲、例えば数ｍＴｏｒｒから数１
００Ｔｏｒｒの範囲内で適用することができる。また、
実施例では、ダイポール型の場合はＣ4 Ｆ8 ガスとＣＯ
ガスとＡｒガスの混合比を１：１５：２０としたが、こ
れに限定されず、例えば１：２：０から１：３０：４０
程度の範囲内まで適用することができる。
【００４５】上記した方法発明の場合には、処理圧力を
一定に維持しつつ放電持続時間を短くするために、エッ
チングガスの総供給量を増加するに従って排気容量を増
加させるようにしたが、これに限定されず、第２の方法
発明として出力制御部３４を制御することによりプラズ
マ発生用の高周波電圧を、パルス状に印加するようにし
てもよい。
【００４６】すなわち、先の第１の方法発明において
は、プラズマ発生用の高周波電圧は電極に連続的に印加
したが、この第２の方法発明においては高周波電圧をパ
ルス状に印加し、エッチングガスの滞在時間に関係なく
このパルス幅を制御することにより放電持続時間を短く
する。
【００４７】図６はプラズマ発生用の高周波電圧の印加
パルスの態様を示す図である。第１の方法発明にて説明
したように、ダイポール型の装置の場合にはエッチング
ガスの放電持続時間は、２８ｍｓｅｃ以下に設定するこ
とが必要であったが、この第２の方法発明においては、
エッチングガス滞在時間内におけるパルス幅時間の総和
を上記した２８ｍｓｅｃ以下に設定する。
【００４８】この場合、エッチングガス滞在時間内に、
パルス幅時間の総和が２８ｍｓｅｃ以内ならば電極に複
数パルス印加してもよい。図６（Ａ）に示す場合は、２
８ｍｓｅｃ以上の長いガス滞在時間Ｔ内にパルス幅ｔが
２８ｍｓｅｃの単パルスを印加した時のグラフを示す。
このパルス幅ｔは２８ｍｓｅｃに限定されず、これより
も小さい値にすれば前述のように放電持続時間を短くし
て、イオン解離の進行を抑制し選択性の高い活性種イオ
ンＣ2 Ｆ4 の存在比を高めることができ、肩部の選択比
を第１の方法発明の場合と同様に大幅に改善することが
できる。
【００４９】また、ガス滞在時間Ｔ内における、パルス
数は１つに限らず、図６（Ｂ）に示すように複数パルス
印加するようにしてもよい。この場合には、ガス滞在時
間Ｔ内に、パルス幅４ｍｓｅｃのパルスを７個印加し、
合計２８ｍｓｅｃの放電持続時間を得るようにしてい
る。この場合、ガス滞在時間は、むやみに長く設定する
ことはできず、例えば５０ｍｓｅｃ以下となるように設
定する。
【００５０】このように、電極にプラズマ発生用の高周
波電圧をパルス状にして加えることにより放電持続時間
を所定の値、例えば２８ｍｓｅｃ以下に設定して選択比
の大きなイオン活性種の存在比を高めることができ、従
って、肩部における選択比を大幅に向上させることがで
きる。
【００５１】尚、先の実施例ではエッチングガスとして
Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、不活性ガスとしてのＡｒの混合ガスを
用いたが、これに代えて、Ｃ4 Ｆ8 とＣＯの混合ガスを
用いてもよく、この混合ガスを用いて例えばＳｉＯ2 を
ＳｉＮに対して選択的にエッチングすることができる。
この場合にも、基板温度は、例えば１４０℃近傍まで加
熱維持すると好ましい。すなわち、下地層（ＳｉＮ）に
対して積層された被エッチング層（ＳｉＯ2 ）の選択比
を十分大きくして選択的エッチングを行うためには被処
理体の温度管理が重要であり、好ましくは１４０℃近傍
に加熱することでこの選択比の大きなエッチングを実施
することができる。
【００５２】尚、上記実施例では、主にエッチングガス
の処理室内での滞在時間やプラズマ発生用の高周波電圧
の印加時間をコントロールすることによってエッチング
時の選択比を高めるようにしたが、エッチングガス中の
ＣＯ量や下部電極の温度をコントロールすることによっ
てもエッチングの選択比を制御することができる。すな
わち図７に示すように例えばＳｉ基板１００上に、絶縁
膜１０２、ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート１０４及びＳｉＮ層１
０６を順次設けてゲート電極を形成し、更にこの上に全
面に亘ってＳｉＮ膜１０８を積層し、更にれをＳｉＯ2
等の絶縁膜１１０で被ってなる積層体をセルフアライメ
ントでエッチングし、コンタクトホールを形成する場合
には、前述のように、絶縁膜１１０とその下地層（この
場合はＳｉＮ膜１０８）との選択比の向上が求められ
る。
【００５３】この場合、平面部１１２における選択比と
肩部１１４における選択比の２種類の選択比があり、素
子特性向上の観点より肩部１１４での選択比の向上が求
められるのは前述の通りである。尚、図７において、実
線がエッチング前の形状を示し、波線がエッチング後の
形状を示す。
【００５４】ここで、プロセス条件の内、ＣＯ流量、下
部電極の温度を変化させることによって肩部の選択比と
平面部の選択比が逆の傾向を示すことが判明した。図８
は、ＣＯ流量を変化させた時の選択比を示すグラフであ
る。プロセス条件はグラフの上部に示す。グラフから明
らかなように、ＣＯ流量を多くする程、肩部の選択比は
僅かに下がるのに対して、平面部の選択比は大幅に向上
している。図９は、下部電極温度を変化させた時の選択
比を示すグラフである。尚、横軸のカッコ内はウエハ表
面温度を示す。プロセス条件はグラフの上部に示す。グ
ラフから明らかなように、下部電極の温度を上げるに従
って、前記とは逆に、肩部の選択比はかなり上昇するの
に対して、平面部の選択比はやや低下してきている。従
って、下部電極の温度をある程度以上、例えば２０℃
（この時のウエハ表面温度は１２０℃）以上に上げるこ
とによって肩部の選択比を更に向上することができるこ
とが判明した。
【００５５】上記各実施例においては、下地層としてＳ
ｉＮを用いた場合について説明したが、これに限定され
ず、他の材料、例えばＳｉ、Ａｌ、ＴｉＮ等を用いても
同様な作用効果を発揮することができる。また、エッチ
ングガスのキャリアガスとしてＡｒを用いた場合につい
て説明したが、これに限定されず、Ｎ2 ガス、Ｏ2 ガ
ス、Ｈｅガス等も用いることができる。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によるエッチ
ング方法によれば次のように優れた作用効果を発揮する
ことができる。第１の方法発明によれば、処理室内にお
けるエッチングガスの滞在時間を例えば２８ｍｓｅｃ以
下に短くして放電持続時間を小さくするようにしたの
で、選択比の大きなイオン活性種の存在比を高めること
ができ、従って、肩部における選択比を大幅に改善する
ことができる。第２の方法発明によれば、電極にパルス
状にプラズマ発生用の高周波電圧を印加するようにして
放電持続時間を小さくするようにしたので、選択比の大
きなイオン活性種の存在比を高めることができ、従っ
て、肩部における選択比を大幅に改善することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するためのダイポール型のマ
グネトロンプラズマエッチング装置を示す断面図であ
る。
【図２】図１に示す装置の永久磁石の配置と磁界の方向
を説明するための説明図である。
【図３】本発明方法を実施するための双極型のマグネト
ロンプラズマエッチング装置を示す断面図である。
【図４】ダイポール型の装置で行ったエッチング時の肩
部の選択比と平坦部のエッチングレートを示すグラフで
ある。
【図５】ダイポール型の装置と双極型の装置での実施結
果を比較するグラフである。
【図６】プラズマ発生用の高周波電圧の印加パルスの態
様を示す図である。
【図７】セルフアライメントコンタクトエッチング時の
形状を示す図である。
【図８】ＣＯ流量を変化させた時の選択比を示すグラフ
である。
【図９】下部電極の温度を変化させた時の選択比を示す
グラフである。
【図１０】セルフアライメントコンタクトホールの形成
方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
４ ＳｉＮ絶縁層（下地層） ４Ｂ 肩部 ８ ＳｉＯ2 絶縁層（被エッチング層） １４ プラズマエッチング装置 １６ 処理室 １９ 真空ポンプ ２２ サセプタ支持台 ２４ サセプタ（下部電極） ２８ プラズマ発生用の高周波電源 ３４ 出力制御部 ４０ 上部電極 ６８ ガス源（Ｃ4 Ｆ8 ） ７０ ガス源（ＣＯ） ７２ ガス源（Ａｒ） ８４ 制御部 Ｔ エッチングガス滞在時間 Ｗ 被処理体（半導体ウエハ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 久貴 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 松下 貴哉 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理室内にエッチングガスを導入しつつ
    被処理体に対してプラズマエッチング処理を施すエッチ
    ング方法において、前記エッチングガスは少なくともＣ
    4 Ｆ8 とＣＯとを含む混合ガスよりなり、被エッチング
    層とこの下地層との選択比が１０以上となるように前記
    処理室内のエッチングガス滞在時間を設定するように構
    成したことを特徴とするエッチング方法。
  2. 【請求項２】 前記エッチングガス滞在時間は、ダイポ
    ール型のプラズマエッチング方式の場合には、２８ｍｓ
    ｅｃ以下であることを特徴とする請求項１記載のエッチ
    ング方法。
  3. 【請求項３】 前記被エッチング層は、ＳｉＯ2 よりな
    り、前記下地層はＳｉ、ＳｉＮ、Ａｌ、ＴｉＮから選択
    される１の物質よりなることを特徴とする請求項１また
    は２記載のエッチング方法。
  4. 【請求項４】 処理室内にエッチングガスを導入しつつ
    電極にプラズマ発生用の高周波電圧を印加して被処理体
    に対してプラズマエッチング処理を施すエッチング方法
    において、前記エッチングガスは少なくともＣ4 Ｆ8 と
    ＣＯとを含む混合ガスよりなり、放電持続時間を制御す
    るために前記電極に、パルス状にプラズマ発生用の高周
    波電圧を印加するように構成したことを特徴とするエッ
    チング方法。
  5. 【請求項５】 前記被処理体の被エッチング層とこの下
    地層の選択比が１０以上となるように、前記処理室内の
    前記エッチングガス滞在時間内における前記高周波電圧
    のパルス幅時間の総和を設定するように構成したことを
    特徴とする請求項４記載のエッチング方法。
  6. 【請求項６】 前記パルス幅時間の総和は、ダイポール
    型のプラズマエッチング方式の場合には２８ｍｓｅｃ以
    下であることを特徴とする請求項５記載のエッチング方
    法。
  7. 【請求項７】 前記被エッチング層は、ＳｉＯ2 よりな
    り、前記下地層はＳｉ、ＳｉＮ、Ａｌ、ＴｉＮから選択
    される１の物質よりなることを特徴とする請求項５また
    は６記載のエッチング方法。
  8. 【請求項８】 前記被エッチング層は、前記被処理体の
    肩部に位置する層であることを特徴とする請求項１乃至
    ７記載のエッチング方法。
  9. 【請求項９】 前記被処理体は、ＳｉＮ層の上にＳｉＯ
    2 層を積層された構造からなり前記被処理体は１４０℃
    近傍に加熱され、前記ＳｉＯ2 層が前記ＳｉＮ層に対し
    て選択的にエッチングされることを特徴とする請求項１
    乃至７記載のエッチング方法。
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