JPH0855835A

JPH0855835A - プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法

Info

Publication number: JPH0855835A
Application number: JP19158394A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Nagayama; 哲治長山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-08-15
Filing date: 1994-08-15
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】シリコン層と酸化シリコン層の多層積層膜
を、エッチングガスを切り替えることなく、同一のエッ
チング装置内で連続的にプラズマエッチングする。【構成】プラズマと基板ステージとの距離が可変の高
密度プラズマエッチング装置を用いるとともに、ＣＦ系
／Ｈ₂混合ガスまたはＣＨＦ系ガスをエッチングガスに
用いる。酸化シリコン層４、５、６のエッチング時はこ
の距離を広げ、シリコン層、例えば多結晶シリコン配線
７、８のエッチング時は距離を狭めてエッチングする。【効果】プラズマと基板ステージの距離が近い場合
は、エッチングガスの解離生成物ＨＦが再解離して、被
エッチング基板近傍のＦラジカル濃度を高める。このた
め上記ガス系によりシリコン層のエッチングが可能とな
る。他のエッチング条件を変更することなく、基板ステ
ージの昇降等のみで、多層積層膜のエッチングができる
ので、サイドウォールコンタクト加工等のスループット
が向上する。

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等の製造分野
で適用されるプラズマエッチング装置およびプラズマエ
ッチング方法に関し、さらに詳細には、シリコン層と酸
化シリコン層の積層膜を連続的にエッチングする場合に
用いて好適なプラズマエッチング装置およびプラズマエ
ッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積度化、高
性能化が進展するに伴い、その最小デザインルールはハ
ーフミクロンからクォータミクロンが採用されつつあ
り、プラズマエッチングの分野でも、微細化を可能とす
る高精度の加工技術が要求されている。

【０００３】さらに最近のメモリ装置においては、ＳＲ
ＡＭにあっては高抵抗負荷に代えてＴＦＴを採用する動
きや、ＤＲＡＭにあってはセル構造の複雑化にともな
い、多結晶シリコン配線が層間絶縁膜を介して３層、４
層に積層される多層配線構造が多用されるようになって
きた。かかる多層配線間の接続孔の数を大幅に低減する
手法として、いわゆるサイドウォールコンタクト（プラ
グイン配線）と呼称される接続構造が提案されている。
これは、最下層の第１層多結晶シリコン配線等へのヴァ
イアホール開口時に、第２層多結晶シリコン配線やさら
に上層の第３層多結晶シリコン配線を貫通して接続孔を
形成し、ここに導電性材料（プラグ）を埋め込むことに
より、接続孔の側壁部分で多層配線間の接続をとるもの
である。サイドウォールコンタクトの採用により、各層
の多結晶シリコン配線への個々のヴァイアホール形成工
程を省略できるため、デバイス構造とプロセスの両面か
ら大幅な簡略化につながる長所を有する。サイドウォー
ルコンタクトの報告例としては、１９９０年ＩＥＥＥ
ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅ
ｖｉｃｅｓＭｅｅｔｉｎｇ（ＩＥＤＭ９０）論文
集、ｐ５９〜６２や、同じくＩＥＤＭ９１論文集、ｐ
４７７〜４８０に、いずれもＳＲＡＭの高集積化に利用
した例が掲載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、層間絶縁膜
の構成材料は一般に酸化シリコンであり、ＳｉＯ₂やこ
れに不純物を添加したＰＳＧ、ＢＳＧそしてＢＰＳＧ等
のシリケートガラスが広く採用されている。これら酸化
シリコン系層間絶縁膜に接続孔を開口するためのプラズ
マエッチングには、ＣＨＦ₃や、ＣＦ₄／Ｈ₂、ＣＦ₄
／Ｏ₂あるいはＣＦ₄／ＣＨＦ₃混合ガス等、ＣＦ系化
合物やＣＨＦ系化合物を主体とするエッチングガスが用
いられている。これは、ＣＦ系化合物やＣＨＦ系化合物
中のＣ原子が還元性を有し、ＳｉＯ₂層からＯ原子を引
き抜き、原子間の結合エネルギがＳｉ−Ｏ結合より大き
なＣ−Ｏ結合を生成し、このＳｉ−Ｏ結合を弱めたり切
断する作用があるためである。またＳｉＯ₂の主エッチ
ャントであるＣＦ₃ ⁺を生成し、さらにはプラズマ中の
Ｃ原子とＦ原子の比を表すＣ／Ｆ比を高く制御すること
により、炭素系ポリマの堆積量を最適化し、側壁保護膜
を形成したり、レジストマスクや下地材料層に対する高
選択性を達成しうるといった様々の理由にもとづくもの
である。

【０００５】この場合、下地材料層はシリコン基板の不
純物拡散層や、ポリサイドまたは多結晶シリコンによる
配線層であり、上述したＣＦ系ガスを主体としたプラズ
マエッチングは、これらシリコンを主体とする層に対し
酸化シリコン層の高選択比エッチングを達成しうる。し
かしながら、前述したサイドウォールコンタクト構造に
おいては、酸化シリコン層と、多結晶シリコンのごとき
シリコン層が積層された多層膜を順次エッチングする必
要がある。このような構造に対し、上述したＣＦ系化合
物を主体とするエッチングガスによるプラズマエッチン
グを適用した場合には、酸化シリコン層を開口して多結
晶シリコン層表面が露出した時点で当然エッチングが停
止する。

【０００６】多結晶シリコン層を続けてパターニングす
るためには、エッチングガス組成を切り替えたり、ある
いはさらに多結晶シリコン専用のエッチング装置に搬送
してここでエッチングすればよい。シリコンのエッチン
グにおいては、Ｃによる還元反応は不要であり、むしろ
シリコン層表面に炭素系ポリマが堆積してエッチングの
進行を阻害する。そこでシリコンのメインエッチャント
であるＦラジカル（Ｆ ^*）を多く供給するため、エッチ
ングガスの組成を替え、Ｃ／Ｆ比を小さく制御すること
がおこなわれる。しかし多層構造の加工においては、こ
れらエッチング条件の切り替えが多数回におよび、エッ
チング装置やプロセスの複雑化等の問題を解決しない限
り、サイドウォールコンタクトを広く実プロセスに採用
することは困難である。

【０００７】そこで本発明の課題は、シリコン層と酸化
シリコン層の積層膜を、エッチングガス組成を切り替え
たり、エッチング装置間を搬送することなく、同一のエ
ッチング装置内で連続的にエッチングする装置および方
法を提供することである。

【０００８】また本発明の別の課題は、最終的に露出す
る最下層のシリコン層に対しては、高い選択比を確保し
た上で、しかも高いスループットをもって上記課題を達
成することである。

【０００９】さらに本発明の別の課題は、サイドウォー
ルコンタクト構造を実デバイスに生産性良くとりこみ、
半導体装置の高集積化を達成することである。本発明の
その他の課題は、本願明細書および添付図面の説明によ
り明らかにされる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマエッチ
ング装置は、上述の課題を解決するために提案するもの
であり、１×１０¹¹／ｃｍ³以上１×１０¹⁴／ｃｍ³未
満のプラズマ密度が得られるプラズマ発生源を有するプ
ラズマエッチング装置であって、このプラズマ発生源に
おけるプラズマと、被エッチング基板間の距離を可変と
する手段を有することを特徴とするものである。

【００１１】このプラズマ発生源におけるプラズマと、
被エッチング基板間の距離を可変とする手段としては、
基板ステージをプラズマ発生源の方向に移動するか、プ
ラズマ発生源におけるプラズマを基板ステージの方向に
移動するか、あるいは基板ステージをプラズマ発生源の
方向に移動するとともに、プラズマ発生源におけるプラ
ズマを基板ステージの方向に移動するかのいずれであっ
てもよい。すなわち、プラズマ発生源におけるプラズマ
の中心軸と、基板ステージの中心軸（すなわち、被エッ
チング基板の中心軸）を同一軸線上に配置する。そして
この軸線上をプラズマ発生源におけるプラズマおよび基
板ステージのいずれか一方、あるいは両方を相対的に移
動すればよい。

【００１２】本発明で用いる１×１０¹¹／ｃｍ³以上１
×１０¹⁴／ｃｍ³未満のプラズマ密度が得られるプラズ
マ発生源を有するプラズマエッチング装置としては、Ｅ
ＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓ
ｏｎａｎｃｅ）プラズマエッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎ
ｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）
エッチング装置、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｃｅｆｏｒｍｅｒ
ＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）エッチング装置、ヘリ
コン波プラズマ（ＨｅｌｉｃｏｎＷａｖｅＰｌａｓｍ
ａ）エッチング装置等を例示できる。これら各高密度プ
ラズマエッチング装置についての技術的説明は、個々の
技術リポート等に詳述されているので省略するが、総説
として月間セミコンダクターワールド誌１９９２年１０
月号５９ページに掲載されている。

【００１３】また本発明のプラズマエッチング方法は、
上述したプラズマエッチング装置を用いるとともに、Ｃ
Ｆ系ガスとＨ₂を含むガスを用いて、シリコン層と酸化
シリコン層の積層膜を連続的にプラズマエッチングする
にあたり、プラズマ発生源におけるプラズマと、被エッ
チング基板間の距離は、シリコン層のエッチング時の方
が、酸化シリコン層のエッチング時よりも小さいことを
特徴とするものである。

【００１４】さらに本発明のプラズマエッチング方法
は、上述したプラズマエッチング装置を用いるととも
に、ＣＨＦ系ガスを含むガスを用いて、シリコン層と酸
化シリコン層の積層膜を連続的にプラズマエッチングす
るにあたり、プラズマ発生源におけるプラズマと、被エ
ッチング基板間の距離は、シリコン層のエッチング時の
方が、酸化シリコン層のエッチング時よりも小さいこと
を特徴とするものである。

【００１５】本発明のプラズマエッチング方法で採用す
るＣＦ系ガスとしては、ＣＦ₄、Ｃ ₂Ｆ₆、Ｃ₂Ｆ₄、
Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈そしてＣ₄Ｆ₈等の、一分子中にＣ
原子とＦ原子を含む飽和あるいは不飽和化合物を単独ま
たは組み合わせて用いる。またＣＨＦ系ガスとしては、
ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄そしてＣ₂Ｈ₂Ｆ
₂等、一分子中にＣ原子、Ｈ原子およびＦ原子を含む飽
和あるいは不飽和化合物を単独または組み合わせて用い
る。

【００１６】本発明のプラズマエッチング方法において
は、エッチングガスとしてＣＦ系ガスとＨ₂ガス、ある
いはＣＨＦ系ガスに他のガス、例えばＯ₂やＮ₂、ある
いは希ガスを混合して用いてもよい。またシリコン層と
酸化シリコン層の各層のエッチング時において、プラズ
マ発生源におけるプラズマと、被エッチング基板間の距
離以外のエッチング条件は同一であってもよい。すなわ
ち、エッチングガス組成、圧力、印加電力そして基板バ
イアス電力等のエッチング条件を切り替える必要はな
い。

【００１７】

【作用】本発明の第１のポイントは、プラズマ発生源に
おけるプラズマと基板ステージの距離を可変とすること
により、エッチングガスの解離生成物の一つであるＨＦ
の再解離を制御し、被エッチング基板近傍におけるＦ^*
の濃度を増減する点にある。これにより、見掛け上のＣ
／Ｆ比を各被エッチング層に最適な値に設定する。すな
わち、エッチングガス中のＣ／Ｆ比の切り替えを、エッ
チングガスを変更しておこなうのではなく、エッチング
装置側で機械的あるいは電気的に、かつ迅速に対応しう
るものとした。

【００１８】ここに述べたエッチングガスの解離生成物
の一つであるＨＦの再解離については、最近の高密度プ
ラズマエッチング装置、具体的には１×１０¹¹／ｃｍ³
以上１×１０¹⁴／ｃｍ³未満のプラズマ密度が得られる
プラズマ発生源を有するエッチング装置を用いた、酸化
シリコン系材料層のエッチングにおいては顕著に現れる
ものであり、高密度プラズマ中において以下の反応が起
こっているものと考えられている。以下の化学反応式
は、ＣＦ系ガスとＨ₂ガスの混合ガスを高密度プラズマ
発生源を用いてプラズマ化した場合の解離生成物の挙動
であり、プラズマと被エッチング基板との距離により、
エッチングガスの解離生成物および再解離生成物が異な
ってくることを示すものである。・プラズマと被エッチング基板との距離が大きい場合
：ＣＦ_x＋Ｈ₂ → ＣＦ_x-2＋２ＨＦ（排気系から
除去）・プラズマと被エッチング基板との距離が小さい場合
：ＣＦ_x＋Ｈ₂ → ＣＦ_x-2＋２ＨＦ（排気系から
一部除去）ＨＦ → Ｈ＋Ｆ^*（再解離生成）上式のうち、ＣＦ_xやＣＦ_x-2は酸化シリコン系材料の
メインエッチャントであり、Ｆ^*はシリコン系材料のメ
インエッチャントとなりうるものである。

【００１９】上式から明らかなように、ＣＦ系ガスとＨ
₂ガスを用いてＣ／Ｆ比を制御しつつ、酸化シリコン層
をエッチングする場合、通常はプラズマと被エッチング
基板との距離がある程度大きいので、解離生成物である
ＨＦは真空ポンプから速やかに排気除去され、したがっ
て対シリコン層のエッチング選択比が低下することがな
い。

【００２０】しかしながら、同じエッチングガス系であ
っても、プラズマと被エッチング基板との距離が狭まる
と、解離生成物であるＨＦの一部は真空ポンプから排気
除去される前に高密度プラズマ中で再解離し、シリコン
系材料のメインエッチャントあるＦ^*を生成する。この
ため見掛け上のＣ／Ｆ比が低下し、シリコン系材料層に
適したエッチング環境となり、酸化シリコン層／シリコ
ン層間の選択比は低下する。この現象は、ＣＦ系ガスと
Ｈ₂ガスの混合ガスに限らず、ＣＨＦ₃のようなＣＨＦ
系ガスによる酸化シリコン系材料層のエッチングにおい
ても観察される。以上をまとめると、プラズマと被エッ
チング基板との距離を制御しうるエッチング装置を採用
すれば、酸化シリコン層とシリコン層のエッチングに適
した個々のエッチング環境を、同一のエッチング装置と
エッチング条件で達成できることになる。

【００２１】ところで、従来より一般的に用いられてい
る平行平板型プラズマエッチング装置は、プラズマ密度
として１×１０⁹／ｃｍ³台、磁界を併用するマグネト
ロンＲＩＥ装置にあっても１×１０¹⁰／ｃｍ³オーダの
プラズマ密度であり、プラズマ密度やエッチングレー
ト、そして特に大口径基板におけるエッチングの均一性
の点でやや難点がある。一方、プラズマ密度の上限につ
いては、エッチングガス圧と密接な関連があり、本発明
で用いる高密度プラズマエッチング装置の主たる動作圧
力である１０^-1Ｐａ台のガス圧力においては、１×１０
¹⁴／ｃｍ³のプラズマ密度はほぼ完全解離に近い値であ
る。したがって、本発明のプラズマエッチング装置にお
けるプラズマ発生源のプラズマ密度を、１×１０¹¹／ｃ
ｍ³以上１×１０¹⁴／ｃｍ³未満に限定するのである。

【００２２】本発明の第２のポイントは、上述したエッ
チング装置により、シリコン層と酸化シリコン層の積層
膜をＣＦ系ガスとＨ₂ガスを含むガス、またはＣＨＦ系
ガスを用いて連続的にエッチングするにあたり、プラズ
マ発生源におけるプラズマと基板ステージの距離を可変
とすることにより、個々の被エッチング層に適したエッ
チング環境を形成してエッチングする点にある。

【００２３】すなわち、酸化シリコン層のエッチング時
には、プラズマと基板ステージの距離を広くとり、Ｆ^*
濃度を下げ、相対的にＣＦ_x系のエッチャント濃度を高
めて酸化シリコン層に適した還元性雰囲気のエッチング
条件により酸化シリコン層の加工をおこなう。

【００２４】酸化シリコン層のエッチングが進み、シリ
コン層の表面が露出した時点でプラズマと基板ステージ
の距離を狭め、高密度プラズマによるＨＦの再解を促進
する。これによりプラズマ中のＦ^*の濃度が高まり、見
掛け上のＣ／Ｆ比は低くなるので、シリコン層に適した
エッチング条件が達成され、この条件でシリコン層を加
工できる。

【００２５】シリコン層のエッチングが進み、さらに下
層の酸化シリコン層表面が露出した時点で再びプラズマ
と基板ステージの距離を広くとり、酸化シリコン層に適
したエッチング条件とすればよい。以下、この繰り返し
により、シリコン層と酸化シリコン層の多層膜を、プラ
ズマと基板ステージの距離以外のエッチング条件を変更
することなく、またエッチング装置間を搬送することも
なく、連続的にエッチングすることが可能となり、極め
てスループットの高いプロセスを実現できるのである。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照して説明する。

【００２７】実施例１本実施例は、高集積度ＳＲＡＭのサイドウォールコンタ
クト構造のエッチングを、基板バイアス印加型のＥＣＲ
プラズマエッチング装置を用い、プラズマ発生源におけ
るプラズマと基板ステージとの距離を、基板ステージを
移動することにより行った例であり、これを図１（ａ）
〜（ｂ）および図２を参照して説明する。

【００２８】はじめに、本実施例でもちいるプラズマエ
ッチング装置の説明をおこなう。図２は、本実施例で使
用する基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装
置の概略構成例を示す図である。同図において、マグネ
トロン１５により発生する２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を、マイクロ波導波管１６を経由して石英等からなるべ
ルジャ１７内に導入し、べルジャ１７を周回して配設し
たソレノイドコイル１８により励起した０．０８７５Ｔ
の磁場との相互作用により、べルジャ１７内にエッチン
グガスのＥＣＲによるプラズマ１９を生成する。被エッ
チング基板１１は基板ステージ１２上にクランパ１３に
より密着載置する。基板ステージ１２に組み込んだ静電
チャック（図示せず）により被エッチング基板１１を支
持してもよい。１４は基板バイアス電源である。本装置
の特徴部分は、基板ステージ１２の中心軸、すなわち被
エッチング基板の中心軸とプラズマ１９の中心軸を一致
させつつ、基板ステージをプラズマ１９の方向に移動で
きる点にある。基板ステージ１２の移動手段は特に制限
はなく、図示はしないが、油圧や空気圧シリンダ、モー
タ駆動等任意の手段をとりうる。

【００２９】次に、本発明のドライエッチング方法を図
１（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。先に記したよう
に、本実施例はＳＲＡＭのサイドウォールコンタクトの
形成に適用した例であり、エッチング試料は図１（ａ）
に示すように、Ｓｉ等の半導体基板１を選択酸化して形
成した素子間分離膜２上のポリサイド配線３、さらにこ
の上に順次形成した第１の酸化シリコン層４、５０ｎｍ
厚の第２の多結晶シリコン配線７、第２の酸化シリコン
層５、３０ｎｍ厚の第３の多結晶シリコン配線８、最上
層の第３の酸化シリコン層６を順次形成したものであ
る。ポリサイド配線３は、多結晶シリコンにより形成し
てもよい。最上層の第３の酸化シリコン層６上には、ポ
リサイド配線３に臨むサイドウォールコンタクト開口形
成用のレジストマスク９を、ノボラック系レジストとｉ
線リソグラフィにより形成する。レジストマスク９の開
口幅は一例として０．３５μｍである。このエッチング
試料を被エッチング基板とする。

【００３０】この被エッチング基板１１を、図２に示し
た基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の
基板ステージ１２上に載置し、一例として下記に示す第
１のエッチング条件により第３の酸化シリコン層６の露
出部分をエッチングした。なお基板ステージ高さとは、
基板ステージ１２をプラズマ１９の方向に移動した場合
の位置を表しており、図２示した基板バイアス印加型Ｅ
ＣＲプラズマエッチング装置においては、ソレノイドコ
イル１８の最下端から下方に２００ｍｍ離間した位置を
基準点に設定し、ここを基板ステージ高さ０ｍｍとして
いる。例えば、基板ステージ高さ１５０ｍｍとは、基準
点の上方１５０ｍｍ、すなわちソレノイドコイル１８の
最下端より５０ｍｍ下方に基板ステージ１２の表面を設
定することを示す。この基板ステージ高さは、前述のよ
うに被エッチング基板上の実効的なＦ^*の量やＣ／Ｆ比
を制御する重要なパラメータである。ＣＨＦ₃ ５０ｓｃｃｍガス圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー２００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ ＥＣＲ点高さ９０ｍｍ基板ステージ高さ０ｍｍ上記エッチング条件において、ＥＣＲ点高さとは、プラ
ズマ発生源におけるプラズマ１９の中心位置を表してお
り、この場合はソレノイドコイル１８の最下端を基準点
に設定し、ここをＥＣＲ点高さ０ｍｍとしている。すな
わち、ＥＣＲ点高さ９０ｍｍとは、ソレノイドコイル１
８の最下端より９０ｍｍ上方にプラズマ１９の中心位置
を設定することを示す。

【００３１】上記エッチング工程においては、プラズマ
１９と基板ステージ１２の距離は２９０ｍｍと離間して
いるので、ＥＣＲプラズマによるエッチングガスの解離
生成物ＨＦは、排気系からその多くが除去され、Ｃ／Ｆ
比の大きな最適エッチング条件により、第３の酸化シリ
コン層６のパターニングが進行する。

【００３２】第３の酸化シリコン層６のエッチングが終
了し、第３の多結晶シリコン層８が露出した時点で下記
第２のエッチング条件に切り替える。なお第３の酸化シ
リコン層６のパターニングの終了は、酸化シリコンの反
応生成物であるＣＯの発光スペクトル強度が減少し始め
る時点に設定する。ＣＯの固有発光スペクトルは、例え
ば４８３．５ｎｍである。ＣＨＦ₃ ５０ｓｃｃｍガス圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー２００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ ＥＣＲ点高さ９０ｍｍ基板ステージ高さ１５０ｍｍ上記エッチング条件は、基板ステージ高さを１５０ｍｍ
とした他は、先の酸化シリコン層のエッチング条件と同
一である。上記第２のエッチング工程においては、プラ
ズマ１９と基板ステージ１２の距離は１４０ｍｍと接近
しているので、ＣＨＦ₃の解離生成物であるＨＦは高密
度プラズマ中で再解離し、被エッチング基板近傍のＦ^*
濃度が上昇する。再解離により大量に生成したＦ^*は、
その大部分が多結晶シリコンのエッチング種として寄与
し、高速エッチングが進行する。なおこの際、Ｆ^*によ
るレジストマスク９の膜減りや後退が懸念されるが、第
３の多結晶シリコン層８の膜厚が５０ｎｍと薄く、短時
間のエッチングであるのでレジストマスク９への影響は
観察されなかった。

【００３３】第３の多結晶シリコン配線８のエッチング
が短時間で終了し、第２の酸化シリコン層５表面が露出
した時点で基板ステージ１２を移動してプラズマ１９か
ら離間し、再び先の第１のエッチング条件に切り替え
る。なお第３の多結晶シリコン配線８のエッチング終了
は、反応生成物であるＳｉＦ_xの発光スペクトルが減少
し始める時点をもって判定すればよい。ＳｉＦ_xの固有
発光スペクトルは、一例として４４０ｎｍと７７７ｎｍ
である。

【００３４】以下、基板ステージ１２の移動のみによ
り、第１のエッチング条件と第２のエッチング条件を切
り替え、第２の酸化シリコン層５、第２の多結晶シリコ
ン配線７および第１の酸化シリコン層４を順次エッチン
グし、ポリサイド配線３の表面が露出した時点でエッチ
ングを終了する。第１の酸化シリコン層４のエッチング
条件により、ポリサイド配線３の上層のＷＳｉ_x層が露
出した時点でエッチングが停止する機構は、多結晶シリ
コン層表面でエッチングが停止する機構と同じである。
形成されたサイドウォールコンタクト開口１０の状態を
図１（ｂ）に示す。

【００３５】本実施例によれば、基板ステージ１２を移
動してプラズマ１９との距離を変化するのみで、それ以
外のエッチング条件の切り替えを必要とせず、機械的か
つ迅速な方法により、シリコン層と酸化シリコン層の多
層積層膜を同一のエッチングチャンバ内で連続的にエッ
チングすることが可能である。

【００３６】実施例２本実施例は、同じく高集積度ＳＲＡＭのサイドウォール
コンタクト構造のエッチングを、基板バイアス印加型Ｅ
ＣＲプラズマエッチング装置を用い、プラズマ発生源に
おけるプラズマと基板ステージとの距離を、基板ステー
ジとプラズマ位置を共に移動することにより行った例で
あり、これを再び図１（ａ）〜（ｂ）、および図３を参
照して説明する。

【００３７】図３は、本実施例で使用する基板バイアス
印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の概略構成例を示
す図であり、基本的な構成は前実施例で用いた図２の装
置と同じであるので、重複する説明は省略する。本装置
の特徴部分は、図２に示した装置構成に加えて、プラズ
マ１９の移動手段を設けてあることである。この移動手
段は、ソレノイドコイル１８への印加電流のバランスを
制御して０．０８７５Ｔの磁界を発生するＥＣＲ点を移
動するものである。

【００３８】次に、本発明のドライエッチング方法を同
じく図１（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。先に記し
たように、本実施例もＳＲＡＭのサイドウォールコンタ
クトの形成に適用した例である。図１（ａ）に示したエ
ッチング試料は実施例１と同じであるので、重複する説
明を省略する。このエッチング試料を被エッチング基板
とする。

【００３９】この被エッチング基板１１を、図３に示す
基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基
板ステージ１２上に載置し、一例として下記に示す第１
のエッチング条件により第３の酸化シリコン層６の露出
部分をエッチングした。ＣＨＦ₃ ５０ｓｃｃｍガス圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー２００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ ＥＣＲ点高さ９０ｍｍ基板ステージ高さ０ｍｍ上記エッチング工程における酸化シリコン層のエッチン
グ機構は実施例１と同じである。

【００４０】第３の酸化シリコン層６のエッチングが終
了し、第３の多結晶シリコン層８が露出した時点で下記
第２のエッチング条件に切り替える。エッチング終了の
モニタリングは実施例１と同じである。ＣＨＦ₃ ５０ｓｃｃｍガス圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー２００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ ＥＣＲ点高さ２５ｍｍ基板ステージ高さ１５０ｍｍ上記エッチング条件は、ＥＣＲ点を２５ｍｍとし、基板
ステージ高さを１５０ｍｍとした他は、先の酸化シリコ
ン層のエッチング条件と同一である。上記第２のエッチ
ング工程においては、プラズマ１９と基板ステージ１２
の距離は７５ｍｍとさらに接近するので、ＣＨＦ₃の解
離生成物であるＨＦは高密度プラズマ中で強く再解離
し、被エッチング基板近傍のＦ^*濃度が非常に上昇す
る。再解離により大量に生成したＦ^*は、その大部分が
多結晶シリコンのエッチング種として寄与し、高速エッ
チングが進行する。

【００４１】第３の多結晶シリコン配線８のエッチング
が短時間で終了し、第２の酸化シリコン層５表面が露出
した時点でプラズマ１９および基板ステージ１２を移動
してプラズマ１９と基板ステージ１２の距離を離し、再
び先の第１のエッチング条件に切り替える。なお第３の
多結晶シリコン配線８のエッチング終了のモニタリング
は実施例１と同じである。

【００４２】以下、プラズマ１９と基板ステージ１２の
移動のみにより、第１のエッチング条件と第２のエッチ
ング条件を切り替え、第２の酸化シリコン層５、第２の
多結晶シリコン配線７および第１の酸化シリコン層４を
順次エッチングし、ポリサイド配線３の表面が露出した
時点でエッチングを終了する。第１の酸化シリコン層４
のエッチング条件により、ポリサイド配線３の上層のＷ
Ｓｉ_x層が露出した時点でエッチングが停止する機構
は、多結晶シリコン層表面でエッチングが停止する機構
と同じである。形成されたサイドウォールコンタクト開
口１０の状態を図１（ｂ）に示す。

【００４３】本実施例によれば、プラズマ１９と基板ス
テージ１２を移動して両者の距離を変化するのみで、そ
れ以外のエッチング条件の切り替えを必要とせず、機械
的および電気的、かつ迅速な方法により、シリコン層と
酸化シリコン層の多層積層膜を同一のエッチングチャン
バ内で連続的にエッチングすることが可能である。

【００４４】実施例３本実施例は、同じく高集積度ＳＲＡＭのサイドウォール
コンタクト構造のエッチングを、基板バイアス印加型Ｉ
ＣＰエッチング装置を用い、プラズマ発生源におけるプ
ラズマと基板ステージとの距離を、基板ステージを移動
することにより行った例であり、これを再び図１（ａ）
〜（ｂ）、および図４を参照して説明する。

【００４５】図４は、本実施例で使用する基板バイアス
印加型ＩＣＰエッチング装置の概略構成例を示す図であ
る。なお、図４では図２と同様の機能をはたす部分には
同一の参照番号を付与しその説明は一部省略するものと
する。同図において、石英等の誘電体材料で構成される
エッチングチャンバ２２側面に多重に巻回した誘導結合
コイル２１によりＩＣＰ電源２０のパワーをエッチング
チャンバ２２内に供給し、ここに高密度のプラズマ１９
を生成する。２４はＳｉ系材料等からなる上部電極２３
を加熱するヒータである。本装置の特徴部分は、基板ス
テージ１２の中心軸、すなわち被エッチング基板１１の
中心軸とプラズマ１９の中心軸を一致させつつ、基板ス
テージをプラズマ１９の方向に移動できる点にある。基
板ステージ１２の移動手段はここでも特に制限はなく、
図示はしないが、油圧や空気圧シリンダ、モータ駆動等
任意の手段をとりうる。なおエッチングガス導入孔、真
空排気系等の細部の図示は省略する。ＩＣＰエッチング
装置の特徴は、大型のマルチターン誘導結合コイル２１
により、大電力でのプラズマ励起が可能であり、１０¹²
／ｃｍ³台の高密度プラズマでのエッチングを施すこと
ができることである。

【００４６】次に、本実施例のドライエッチング方法の
説明に移る。本実施例で用いた被エッチング基板は実施
例１と同じであり、図１（ａ）〜（ｂ）を参照して説明
することとし、重複する説明を省略する。図１（ａ）に
示した被エッチング基板１１を上記した基板バイアス印
加型ＩＣＰエッチング装置の基板ステージ１２上に載置
し、一例として下記条件で第３の酸化シリコン層８の露
出部分のエッチングを行った。ＣＨＦ₃ ２５ｓｃｃｍＣＨ₂Ｆ₂２５ｓｃｃｍガス圧力０．２７ＰａＩＣＰ電源パワー２０００Ｗ（２．０ＭＨｚ）ＲＦバイアスパワー１００Ｗ（１．８ＭＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ 上部電極温度２７０ ℃ 基板ステージ高さ０ｍｍ上記エッチング条件において、基板ステージ高さとは、
基板ステージ１２の位置を示しており、上部電極２３か
ら３００ｍｍ離間した位置を基準としてここを０ｍｍと
設定している。この基板ステージ高さは、被エッチング
基板上の実効的なＦ^*の生成量を制御する重要なパラメ
ータである。

【００４７】上記エッチング工程においては、プラズマ
１９と基板ステージ１２の距離は離間しているので、Ｉ
ＣＰプラズマによるエッチングガスの解離生成物ＨＦ
は、排気系からその多くが除去され、Ｃ／Ｆ比の大きな
最適エッチング条件により、第３の酸化シリコン層６の
パターニングが進行する。

【００４８】第３の酸化シリコン層６のエッチングが終
了し、第３の多結晶シリコン層８が露出した時点で下記
第２のエッチング条件に切り替える。なお第３の酸化シ
リコン層６のパターニングの終了のモニタリングは実施
例１と同じである。ＣＨＦ₃ ２５ｓｃｃｍＣＨ₂Ｆ₂２５ｓｃｃｍガス圧力０．２７ＰａＩＣＰ電源パワー２０００Ｗ（２．０ＭＨｚ）ＲＦバイアスパワー１０００Ｗ（１．８ＭＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ 上部電極温度２７０ ℃ 基板ステージ高さ１５０ｍｍ上記エッチング条件は、基板ステージ高さを１５０ｍｍ
とした他は、先の酸化シリコン層の第１のエッチング条
件と同一である。上記第２のエッチング工程において
は、プラズマ１９と基板ステージ１２の距離は接近して
いるので、エッチングガスの解離生成物であるＨＦは高
密度プラズマ中で再解離し、被エッチング基板近傍のＦ
^*濃度が上昇する。再解離により大量に生成したＦ
^*は、その大部分が多結晶シリコンのエッチング種とし
て寄与し、高速エッチングが進行する。なおこの際に
も、Ｆ^*によるレジストマスク９の膜減りや後退が懸念
されるが、第３の多結晶シリコン層８の膜厚が５０ｎｍ
と薄く、短時間のエッチングであるのでレジストマスク
９への影響は観察されなかった。

【００４９】第３の多結晶シリコン配線８のエッチング
が短時間で終了し、第２の酸化シリコン層５表面が露出
した時点で基板ステージ１２を移動してプラズマ１９か
ら離間し、再び先の第１のエッチング条件に切り替え
る。なお第３の多結晶シリコン配線８のエッチング終了
のモニタリングは、これも実施例１と同じである。

【００５０】以下、基板ステージ１２の移動のみによ
り、第２の酸化シリコン層５、第２の多結晶シリコン配
線７および第１の酸化シリコン層４を順次エッチング
し、ポリサイド配線３の表面が露出した時点でエッチン
グを終了する。第１の酸化シリコン層４のエッチング条
件により、ポリサイド配線３の上層のＷＳｉ_x層が露出
した時点でエッチングが停止する機構は、多結晶シリコ
ン層表面でエッチングが停止する機構と同じである。形
成されたサイドウォールコンタクト開口１０の状態を図
１（ｂ）に示す。

【００５１】本実施例によれば、基板ステージ１２を移
動してプラズマ１９との距離を変化するのみで、それ以
外のエッチング条件の切り替えを必要とせず、機械的か
つ迅速な方法により、シリコン層と酸化シリコン層の多
層積層膜を同一のエッチングチャンバ内で連続的にエッ
チングすることが可能である。また、実施例１、２と比
較して約１桁高い１０¹¹／ｃｍ³オーダの高密度かつ大
口径のプラズマ処理が可能であることから、例えば８イ
ンチ以上の大口径被エッチング基板においても、高スル
ープットかつ均一性に優れたサイドウォールコンタクト
加工ができる。

【００５２】実施例４本実施例は同じく同じく高集積度ＳＲＡＭのサイドウォ
ールコンタクト構造のエッチングを、基板バイアス印加
型のヘリコン波プラズマエッチング装置を用い、プラズ
マ発生源におけるプラズマと基板ステージの距離を、基
板ステージを移動することにより行った例であり、これ
も再度図１（ａ）〜（ｂ）、および図５を参照して説明
する。

【００５３】図５は、本実施例で使用する基板バイアス
印加型ヘリコン波プラズマエッチング装置の概略構成例
を示す図である。なお、図４でも図２と同様の機能をは
たす部分には同一の参照番号を付与しその説明は一部省
略するものとする。同図において、ヘリコン波電源２５
によりヘリコン波アンテナ２６に電力を供給し発生する
電場と、ソレノイドコイルアッセンブリ２７により発生
する磁場との相互作用により、べルジャ１７内にホイス
ラー波（ヘリコン波）を発生し、エッチングチャンバ２
２内にエッチングガスの高密度のプラズマ（図示せず）
を生成する。エッチングチャンバ２２周囲のマルチポー
ル磁石２８により、この高密度プラズマは効率よくエッ
チングチャンバ２２内に閉じ込められる。本装置の特徴
部分は、基板ステージ１２の中心軸、すなわち被エッチ
ング基板１１の中心軸とプラズマの中心軸を一致させつ
つ、基板ステージ１２をプラズマの方向に移動できる点
である。本実施例でも基板ステージ１２の移動手段には
特に制限はなく、図示はしないが各種圧力媒体によるシ
リンダや、モータ駆動等、任意の手段をとりうる。なお
エッチングガス導入孔、真空排気系等の細部の図示は省
略する。ヘリコン波プラズマエッチング装置の特徴は、
ヘリコン波アンテナ２６の構造特性により、前実施例の
プラズマ発生源よりさらに高い、１０¹³／ｃｍ³台の高
密度プラズマでのエッチングを施すことができることで
ある。

【００５４】次に、本実施例のドライエッチング方法の
説明に移る。本実施例で用いた被エッチング基板は実施
例１と同じであり、再び図１を参照して説明することと
し、重複する説明は省略する。図１（ａ）に示した被エ
ッチング基板１１を基板バイアス印加型ヘリコン波プラ
ズマエッチング装置の基板ステージ１２上に載置し、一
例として下記第１のエッチング条件で第３の酸化シリコ
ン層６の露出部分のエッチングを行った。Ｃ₄Ｆ₈ ２５ｓｃｃｍＨ₂ ２５ｓｃｃｍガス圧力０．１Ｐａヘリコン波電源パワー２５００Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）基板バイアスパワー３００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ 基板ステージ高さ０ｍｍ上記エッチング条件のうち、基板ステージ高さとは基板
ステージ１２の移動位置を示し、べルジャ１７の下端か
ら下方へ２５０ｍｍ離間した位置を基準点とし、ここを
０ｍｍに設定してある。このエッチング工程において
は、ヘリコン波プラズマによりプラズマ中に大量に生成
する解離生成物であるＨＦは、排気系からその多くが除
去され、Ｃ／Ｆ比の大きな最適エッチング条件により、
第３の酸化シリコン層６のパターニングが進行する。

【００５５】第３の酸化シリコン層６のエッチングが終
了し、第３の多結晶シリコン層８が露出した時点で下記
第２のエッチング条件に切り替える。ここでもモニタリ
ング条件は実施例１と同じである。Ｃ₄Ｆ₈ ２５ｓｃｃｍＨ₂ ２５ｓｃｃｍガス圧力０．１Ｐａヘリコン波電源パワー２５００Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）基板バイアスパワー３００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ 基板ステージ高さ２００ｍｍ上記エッチング条件は、基板ステージ高さを２００ｍ
ｍ、すなわちべルジャ１７の下端より５０ｍｍの位置へ
移動し、プラズマとの距離を縮めた以外は先の酸化シリ
コン層のエッチング条件と同一である。本エッチング工
程においては、エッチングガスの解離生成物ＨＦはヘリ
コン波プラズマにより再解離して大量のＦ ^*を生成し、
そのほとんどすべてが多結晶シリコンのエッチング種と
して寄与し、高速エッチングが進行する。

【００５６】第３の多結晶シリコン配線８のエッチング
が短時間で終了し、第２の酸化シリコン層５表面が露出
した時点で基板ステージをプラズマから離間し、再び先
の第１のエッチング条件に切り替える。なお第２の多結
晶シリコン配線８のエッチング終了のモニタリング条件
は、これも実施例１と同じである。

【００５７】以下、基板ステージ１２の移動のみによ
り、第１のエッチング条件と第２のエッチング条件を切
り替え、第２の酸化シリコン層５、第２の多結晶シリコ
ン配線７および第１の酸化シリコン層４を順次エッチン
グし、ポリサイド配線３の表面が露出した時点でエッチ
ングを終了する。第１の酸化シリコン層４のエッチング
条件により、ポリサイド配線３の上層のＷＳｉ_x層が露
出した時点でエッチングが停止する機構は、多結晶シリ
コン層表面でエッチングが停止する機構と同じである。
形成されたサイドウォールコンタクト開口１０の状態を
図１（ｂ）に示す。

【００５８】本実施例によれば、基板ステージの移動以
外にはエッチング条件の切り替えを必要とせず、機械的
かつ迅速な方法により、シリコン層と酸化シリコン層の
多層積層膜を同一のエッチングチャンバ内で連続的にエ
ッチングすることが可能であり、１０¹³／ｃｍ³台の高
密度プラズマとあいまって、極めてスループットの高い
プロセスが可能である。

【００５９】以上、本発明を４例の実施例により説明し
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。

【００６０】例えば、プラズマエッチング装置として、
基板バイアス印加型のＥＣＲプラズマエッチング装置、
ＩＣＰエッチング装置およびヘリコン波プラズマエッチ
ング装置を例示したが、ＴＣＰエッチング装置も１０¹²
／ｃｍ³台の高密度プラズマを生成するので好適に用い
ることができる。本装置は、石英等の誘電体材料で構成
されるエッチングチャンバ天板上に配設した渦巻状コイ
ルによりＴＣＰ電源のパワーをエッチングチャンバ内に
導入し、ここに高密度プラズマを生成するものである。
この装置の基板ステージに移動手段を付加して用いれば
よい。

【００６１】エッチング試料として、サイドウォールコ
ンタクトの開口を例にとり説明したが、シリコン層と酸
化シリコン層とが交互に積層された多層構造を連続的に
パターニングする場合に本発明は広く用いることができ
る。シリコン層としては多結晶シリコンの他に単結晶シ
リコン、非晶質シリコン、金属シリサイドやＳｉＣ等で
あってもよい。また酸化シリコン層として、ＳｉＯ₂の
他にＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ等のシリケートガラスや
ＳｉＯＮ等であってもよい。

【００６２】エッチングガスとして、ＣＨＦ₃、ＣＨＦ
₃／ＣＨ₂Ｆ₂混合ガスおよびＣ₄Ｆ₈／Ｈ₂混合ガス
を例示したがＣＦ₄を始めとするＣＦ系ガスとＨ₂の混
合ガスや、ＣＦ系ガスのＦ原子がＨ原子に置換されたガ
スであってもよい。またこれらのエッチングガスにＡｒ
やＨｅ等の希ガス、さらにはＯ₂やＮ₂をさらに添加し
てもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によればシリコン層と酸化シリコン層が積層された多層
膜を、エッチングガス組成を切り替えたり、エッチング
装置間を搬送することなく、同一のエッチング装置内で
連続的にエッチングすることが可能となった。

【００６４】しかも本発明においては、最下層のシリコ
ン層に対しては高い選択比を確保した上で上記多層膜を
エッチングすることが可能である。また基板ステージの
移動、あるいはプラズマの移動のみの簡単な操作で各被
エッチング層に最適なエッチング条件を形成することが
できるので、多層膜のエッチングを高いスループットで
達成できる特長を有する。

【００６５】以上述べた効果により、例えばサイドウォ
ールコンタクト等を利用した微細な設計ルールに基づく
半導体装置を信頼性良くまた生産性良く実用化すること
が可能となり、本発明が高集積度半導体装置等の製造プ
ロセスに与える寄与は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマエッチング方法を適用した実
施例１、２、３および４を、その工程順に説明する概略
断面図であり、（ａ）はサイドウォールコンタクト開口
用のレジストマスクを形成した状態（ｂ）はサイドウォ
ールコンタクトを開口した状態である。

【図２】本発明のプラズマエッチング装置のうち、実施
例１で使用した基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッ
チング装置の概略断面図である。

【図３】本発明のプラズマエッチング装置のうち、実施
例２で使用した基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッ
チング装置の概略断面図である。

【図４】本発明のプラズマエッチング装置のうち、実施
例２で使用した基板バイアス印加型ＩＣＰエッチング装
置の概略断面図である。

【図５】本発明のプラズマエッチング装置のうち、実施
例３で使用した基板バイアス印加型ヘリコン波プラズマ
エッチング装置の概略断面図である。

【符号の説明】

１半導体基板２素子間分離層３ポリサイド配線４第１の酸化シリコン層５第２の酸化シリコン層６第３の酸化シリコン層７第２の多結晶シリコン配線８第３の多結晶シリコン配線９レジストマスク１１被エッチング基板１２基板ステージ１３クランパ１４基板バイアス電源１５マグネトロン１６マイクロ波導波管１７べルジャ１８ソレノイドコイル１９プラズマ２０ＩＣＰ電源２１誘導結合コイル２２エッチングチャンバ２３上部接地電極２４ヒータ２５ヘリコン波電源２６ヘリコン波アンテナ２７ソレノイドコイルアッセンブリ２８マルチポール磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１×１０¹¹／ｃｍ³以上１×１０¹⁴／ｃ
ｍ³未満のプラズマ密度が得られるプラズマ発生源によ
り、基板ステージ上の被エッチング基板をエッチングす
るプラズマエッチング装置であって、前記プラズマ発生源におけるプラズマと、前記被エッチ
ング基板間の距離を可変とする手段を有することを特徴
とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】プラズマ発生源におけるプラズマと、被
エッチング基板間の距離を可変とする手段は、基板ステ
ージを前記プラズマ発生源の方向に移動するものである
ことを特徴とする、請求項１記載のプラズマエッチング
装置。
【請求項３】プラズマ発生源におけるプラズマと、被
エッチング基板間の距離を可変とする手段は、前記プラ
ズマ発生源におけるプラズマを基板ステージの方向に移
動するものであることを特徴とする、請求項１記載のプ
ラズマエッチング装置。
【請求項４】プラズマ発生源におけるプラズマと、被
エッチング基板間の距離を可変とする手段は、基板ステ
ージを前記プラズマ発生源の方向に移動するとともに、
プラズマ発生源におけるプラズマを前記基板ステージの
方向に移動するものであることを特徴とする、請求項１
記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】請求項１記載のプラズマエッチング装置
を用いるとともに、ＣＦ系ガスとＨ₂を含むガスを用い
て、シリコン層と酸化シリコン層の積層膜を連続的にプ
ラズマエッチングするにあたり、プラズマ発生源におけるプラズマと、被エッチング基板
間の距離は、前記シリコン層のエッチング時の方が、前
記酸化シリコン層のエッチング時よりも小さいことを特
徴とする、プラズマエッチング方法。
【請求項６】請求項１記載のプラズマエッチング装置
を用いるとともに、ＣＨＦ系ガスを含むガスを用いて、
シリコン層と酸化シリコン層の積層膜を連続的にプラズ
マエッチングするにあたり、プラズマ発生源におけるプラズマと、被エッチング基板
間の距離は、前記シリコン層のエッチング時の方が、前
記酸化シリコン層のエッチング時よりも小さいことを特
徴とする、プラズマエッチング方法。