JPH09148314A - ケイ化チタンのエッチングプロセス - Google Patents

ケイ化チタンのエッチングプロセス

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JPH09148314A
JPH09148314A JP8251028A JP25102896A JPH09148314A JP H09148314 A JPH09148314 A JP H09148314A JP 8251028 A JP8251028 A JP 8251028A JP 25102896 A JP25102896 A JP 25102896A JP H09148314 A JPH09148314 A JP H09148314A
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plasma
chamber
silicide
fluorine
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JP8251028A
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Autryve Luc Van
ファン オートリーヴ ルク
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • 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
    • H10P50/283—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials by chemical means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
    • H10W20/01—Manufacture or treatment
    • H10W20/071—Manufacture or treatment of dielectric parts thereof
    • H10W20/081—Manufacture or treatment of dielectric parts thereof by forming openings in the dielectric parts

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁材のエッチング速度を実質的に遅らせな
い、ケイ化物に高い選択性を示す絶縁層エッチングプロ
セスを提供する。 【解決手段】約５ミリトールから約４００ミリトールの
圧力範囲内に保持されるエッチングチャンバ内で窒素含
有ガスと１つ以上の他の弗素含有エッチングガスとの混
合物の使用を含む、ケイ化物に対して高い選択性を有す
る、ケイ化物層の上にある二酸化シリコン等の絶縁層の
ためのプラズマエッチングプロセスが開示される。本発
明のエッチングプロセスによって示される高い選択性
は、５ミルトールから約３０ミリトールという減圧での
エッチングプロセスの動作に、著しいオーバーエッチン
グ機能で酸化物層の中の垂直側壁の完全なエッチングを
成し遂げることを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１つ以上の弗素含
有ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて絶縁層をプラズ
マエッチングして、集積回路構造体にコンタクト開口を
形成する方法に関する。本発明は特に、窒素含有ガスと
１つ以上の弗素含有エッチャントガスとの混合ガスを用
い、集積回路構造体において、ケイ化物よりも絶縁材料
の方を優先的にエッチングする高選択性プラズマエッチ
ングプロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路の高密度化のための技術が漸進
するにつれて、抵抗率の低いインタコネクト経路が、高
密度で高性能のデバイスの製造に対して重要になりつつ
ある。例えば、ＭＯＳデバイスでは、抵抗率遅れを低減
しスイッチング速度を上昇させるためのアプローチの１
つに、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したポリサイド(p
olycide)構造及びサリサイド(salicide)構造を用いるこ
とが挙げられる。
【０００３】図１（ａ）に示されているように、ポリサ
イド構造体１０は抵抗率の低い多層構造体であり、これ
は、シリコンゲートＭＯＳＦＥＴのソース／ドレイン領
域１７の間に形成されたゲート酸化物１６の上にあるポ
リシリコン層１４上に形成された高融点金属のケイ化物
１２を有している。コンタクト構造体２０、２２は、絶
縁層２４の中に垂直な開口として示されている。この開
口は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の導電材料
２６で充填されれば、集積回路のあるレベルでデバイス
を電気的に接続する。
【０００４】図１（ｂ）に示されているように、サリサ
イド構造ないし自己調心ゲート構造体３０は、ソース／
ドレイン領域の浅い接合のシート抵抗率を低減しつつ、
ポリシリコンラインのインタコネクト抵抗も同時に減少
させるために、しばしば用いられる。この構造体では、
ポリシリコン３４及びその下のゲート酸化物３６の上
と、ソース／ドレイン領域３９のためのイオン注入マス
クとして作用する二酸化ケイ素スペーサ３８の間との双
方に、高融点金属ケイ化物３２を堆積している。コンタ
クト構造体４０、４２が、絶縁層４４の中に形成された
垂直の開口として示されている。これらの開口もまたメ
タル４６で充填されて、集積回路のあるレベルでデバイ
スを電気的に接続してもよい。
【０００５】従来は、コンタクト開口は、酸化物、窒化
物又はオキシナイトライド等の絶縁層の中までエッチン
グして形成される。一般的には、これらの絶縁層は、集
積回路構造体において、例えばシリコンウエハ等の単結
晶シリコン、エピタキシャルシリコン、ポリシリコン、
あるいはケイ化チタン等の、ケイ素含有表面のシリコン
の上を覆っていおる。コンタクト開口として望ましい寸
法及びプロファイルの形成を確保するためには、エッチ
ャントが高い選択性を有して絶縁層の除去を促進しその
下の層の除去は促進しない必要があり、この下の層の頂
面がコンタクトの端部、即ち“コンタクト停止”となる
ことが望ましい。コンタクト停止層２５(図１（ａ）)
及び４５（図１（ｂ））は、コンタクト開口の下部境界
を規定するのに役立つように時々使用される。これらの
コンタクト停止層は、一般にチタン−タングステン等の
メタル合金で構成される。
【０００６】エッチングを受ける層の最も厚い部分を完
全に除去し、且つ、エッチングの遅い層にもエッチャン
トが作用できるようにすることを確保するため、プロセ
スにある程度の“オーバーエッチング”を予定する必要
がある場合がしばしばである。しかし、オーバーエッチ
ングの場合、エッチャント種が絶縁層とコンタクト停止
とを十分選択又は区別できなくなる“パンチスルー”が
重要な問題になることがある。その結果、下の停止層に
達してもエッチング速度が低くならず、停止層が好まし
くない程に薄くされ、あるいは徹底的にエッチングされ
てしまうこともある。エッチャント種によるこのような
攻撃は、コンタクト開口の寸法、インタコネクトの抵抗
率、及びＭＯＳデバイスにおけるデバイススイッチング
速度を変えてしまう。
【０００７】図２は、酸化物絶縁体のＣＨＦ3 ／ＣＦ4
エッチングに続いて生じたケイ化チタン層のパンチスル
ーのＳＥＭ写真である。この方法ではケイ化チタンに対
する選択性が低いため、この層構造はＭＯＳデバイスに
対して有効ではない。高度に平面化された構造や完全に
均一なエッチング／プラズマチャンバの環境ではこのよ
うな低い選択性が十分な場合もあるが、金属ケイ化物が
その上の酸化物のエッチング中に一旦露出された場合、
金属ケイ化物をできるだけ少ししかエッチングしないこ
とが非常に望まれるこれらのアプリケーションでは受け
入れられない。例えば、いくつかのアプリケーション
（例えば、ＭＯＳデバイス）では、酸化物エッチング中
に、その下のケイ化物のエッチングは約５０オングスト
ローム（５×１０-3μｍ）より少ないことが望ましい。
【０００８】パンチスルーによるデバイス歩留まりの低
下は、半導体製造にやむを得ない部分として受け入れら
れるかもしれない。あるいは、パンチスルーを補償する
ためにコンタクト停止の厚さを補うことが望ましい場合
もある。例えば、チタンの存在下で露出したシリコン層
をアニールすることにより、薄くなったケイ化チタン層
に厚みを付加することができる。このような手段をとる
ことは、製造のスループットを減ずるばかりでなく、デ
バイス内、ウエハ全体、そしてウエハの１ロット内での
接触抵抗の変動を生じさせるだろう。従って、この様な
アニールの工程は避けた方がよい。
【０００９】米国特許第5,176,790 号は、集積回路構造
体上にマルチレベルインタコネクトを提供するために絶
縁体層を通るバイアをエッチングする改良されたプロセ
スに関するものである。一般的には、バイアは、導電金
属層（例えば、アルミニウム、アルミニウム/ シリコン
及びチタン/ タングステンの合金又は混合物）の上に被
せるフォトレジストマスクされた酸化シリコン層の中で
エッチングされる。ブァイアの中に有機金属残留物又は
バックスパッタ金属が付着するのを防止するために、′
790 特許は、窒素含有ガス（例えば、Ｎ2 、ＮＯ、Ｎ2
Ｈ4）を１：１５から１：２の容積比でフルオロカーボ
ンエッチャントに添加することを提案している。
【００１０】米国特許第5,254,213 号及び米国特許第5,
269,879 号もまた、金属層間のバイア生成で使用する、
弗素を基にしたエッチング化学性質に窒素含有ガスを添
加することを開示している。いずれの特許でも、窒素含
有ガスは、バイアの側壁の上に金属層がスパッタリング
又は再付着しないように、窒化物を生成することによっ
て導電金属層を不活性化する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記で参照した特許
は、特定のエッチング環境に対する改良されたエッチン
グプロセス及びエッチング方法を開示しているが、エッ
チングは局所的な現象であることを認識しなければなら
ない。すなわち、選択的エッチングは、エッチングされ
る固体表面とガス相成分との不均質相互作用、並びにこ
れらの下にある表面のエッチングを避けるために下にあ
る表面では最少相互作用しか生じないことに依存する。
したがって、エッチングプロセスの設計及び改善には、
選択されたプロセスパラメータの下でのエッチャントの
物理的ー化学的特性、エッチングされる材料の特性、エ
ッチャントに曝される他の材料に対するエッチャントの
エッチング速度及び選択性、所望のプロファイルを生じ
るエッチング機構の能力を含む多くの要因について注意
深く考慮しなければならない。所与のエッチングプロセ
スの１つ以上のパラメータを変えるとどの様な変化が生
じるか、その正確なところはよく理解されていないし、
予測もできない。したがって、当業者には、特定のエッ
チングプロセスについて公知であることが、絶縁層/ ケ
イ化物基板層構成におけるコンタクト開口の生成に必要
とされることにとって少しも予示的でもないし、当ては
まるものでもないことが理解されよう。
【００１２】従って、絶縁材料のエッチング速度を実質
的に何ら遅らせずに、ケイ化物に高い選択性を示す絶縁
層エッチングプロセスを提供することが望ましい。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、ケイ化物層上
に形成された絶縁層にコンタクト開口を選択的に形成す
る改良されたエッチングプロセスを提供することによっ
て、上記で論じた問題点を克服する。本発明の絶縁層エ
ッチングプロセスは、ケイ化物層を侵食することなく十
分なオーバーエッチングを達成するためにケイ化物表面
に対して高い選択性を有するプロセスを提供するよう、
１つ以上の弗素含有エッチャントガスと窒素含有ガスと
の混合物を用いて、金属ケイ化物表面の上のシリコン酸
化物等の絶縁材料をプラズマエッチングする工程を有し
ている。本発明の実験では、オーバーエッチングは、エ
ッチングプロセスに必要な時間の約３０％から１５０％
までの時間内に生じるだろう。
【００１４】好ましい具体例では、本発明のエッチング
プロセスは、容量放電（平行板）式のプラズマリアクタ
によって生成したプラズマを使用して、約１００ミリト
ールから約３００ミリトールまで、一般的には約１５０
ミリトールの圧力で遂行される。容量放電プロセスは、
磁気励起装置を用いて遂行される。また、エッチングプ
ロセスは、誘導結合ＥＣＲ（Electron Cycrotron Reaso
nance ：電子サイクロトロン共鳴）やプラズマソースよ
り下流のリアクタを始めとする、他のタイプのプラズマ
リアクタでも実施できる。
【００１５】本発明の二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）のエ
ッチングプロセスは、利用されるプラズマ発生器のタイ
プや約５ミリトールから約４００ミリトールまでの利用
される圧力の幅広い範囲と関係なく、少なくとも１５０
％のプロセスにおいて金属ケイ化物のオーバーエッチン
グレベルに高い選択性を示し、ケイ化物の望ましくない
エッチングを引き起こさない。
【００１６】本発明のエッチングプロセスに窒素含有ガ
スを添加することにより、プロセススループットの妨害
なしにケイ化物層に関する絶縁層の選択性が簡単かつ安
価に改善される。本発明の実施において使用可能な典型
的なケイ化物層としては、モリブデン、コバルト、チタ
ン、タングステン又はタンタル等の高融点金属のケイ化
物がある。
【００１７】ここで１つ以上の弗素含有エッチャントガ
スとは、ＣＨＦ3 又はＣＦ4 等の有機フルオロカーボン
ガス又はより高次のフルオロカーボン及びその混合物
等、いかなる弗素含有エッチャントガスでもよい。本プ
ロセスにおいて使用可能な窒素含有ガスは、Ｎ2Ｏ 、Ｎ
Ｏ、ＮＯ2 、Ｎ2Ｈ4 、ＮＨ3 、窒素ガス、Ｎ2 及びこ
れらの混合物等のガスを含有するいかなるプラズマエッ
チング窒素でもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明は、ケイ化物層上に形成さ
れたＳｉＯ2 等の絶縁層の中のコンタクト開口のエッチ
ングに際し、ケイ化物に対して高選択性を実現する改良
されたプロセスに関する。すなわち、ケイ化物のエッチ
ング速度に対する酸化物のエッチング速度の高い比を実
現する。本発明の絶縁層エッチングプロセスは、１つ以
上の弗素含有エッチャントガスと１つの非反応性窒素含
有ガスとを使用してエッチングチャンバ内で、集積回路
構造体上のケイ化物表面の上の酸化物等の絶縁材料をプ
ラズマエッチングするための非常に選択的なプラズマエ
ッチングの工程を備えている。このプロセスは、ケイ化
物層をエッチング又は侵食することなく、少なくとも１
５０％のオーバーエッチングのステップで行なわれる。
【００１９】窒素含有ガスと組み合わせて本発明のプロ
セスで使用される、ここでいう１つ以上の弗素含有エッ
チャントガスとは、無論、弗素含有エッチャントガスを
意味するものと理解されたい。この弗素含有エッチャン
トガスは、例えば、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、ＣＨ2Ｆ2 、Ｃ
Ｈ3Ｆ 、Ｃ2Ｆ6 、及びその混合物等の、炭素数が１〜
２の弗素含有炭化水素ガスを備えていてもよい。ＳＦ6
等の他の無機弗素含有エッチャントガスも有機弗素含有
エッチャントガスと同様に、この炭素数１〜２の弗素含
有炭化水素エッチングガス及びその混合物と共に使用し
てもよい。窒素含有「エッチャント」ガスの場合では、
エッチャントの活性を増加させて、もともと予定してい
たプロセスを大きく変えるので、本発明の範疇における
“窒素含有ガス”とはみなさない。
【００２０】本発明のプロセスの実施では、非反応性窒
素含有ガスと組み合わせて使用される１つ以上の弗素含
有エッチャントガスは、１つ以上のより分子量の大きな
弗化炭化水素を含んでいてもよい。分子量の大きな弗化
炭化水素とは、一般式Ｃx Ｈy Ｆz ( ここで、ｘは３か
ら６、ｙは０から３、ｚは、２ｘ−ｙ（環状化合物の場
合) 又は２ｘ−ｙ＋２( 非環状化合物の場合) である)
を有する炭素数３〜６の弗化炭化水素化合物として規定
される。この炭素数３〜６の弗化炭化水素は、炭素及び
弗素を有する機化合物の分子、又は、炭素、弗素及び水
素を有する有機化合物分子を備えており、これらは環状
化合物又は非環状化合物であってもよいが、芳香族では
ない。
【００２１】上記の式に含まれる炭素数３〜６の環状弗
化炭化水素化合物としては、Ｃ3Ｈ3Ｆ3 、Ｃ3Ｈ2Ｆ4 、
Ｃ3ＨＦ5 、Ｃ3Ｆ6 、Ｃ4Ｈ3Ｆ5 、Ｃ4Ｈ2Ｆ6 、Ｃ4Ｈ
Ｆ7、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｈ3Ｆ7 、Ｃ5Ｈ2Ｆ8 、Ｃ5ＨＦ9 、Ｃ
5Ｆ10、Ｃ6Ｈ3Ｆ9 、Ｃ6Ｈ2Ｆ10、Ｃ4ＨＦ11、及びＣ6
Ｆ12が挙げられる。上記の式に含まれる炭素数が３〜６
の非環状弗化炭化水素化合物としては、Ｃ3Ｈ3Ｆ5 、Ｃ
3Ｈ2Ｆ6 、Ｃ3ＨＦ7、Ｃ3Ｆ8 、Ｃ4Ｈ3Ｆ7 、Ｃ4Ｈ2Ｆ8
、Ｃ4ＨＦ9 、Ｃ4Ｆ10、Ｃ5Ｈ3Ｆ9 、Ｃ5Ｈ2Ｆ1 0、Ｃ5
ＨＦ11、Ｃ5Ｆ12、Ｃ6Ｈ3Ｆ11、Ｃ6Ｈ2Ｆ12、Ｃ4Ｈ
Ｆ13、及びＣ6Ｆ14が挙げられる。上記の炭素数３〜６
の弗化炭化水素化合物の中で好ましいものは、シクロオ
クトフルオロブタン（Ｃ4Ｆ8）である。これらの分子量
の大きな弗化炭化水素エッチャントガスは、本発明の実
施では、単独で使用してもよいし、前述の他の弗素含有
エッチャントガスのいずれかと組み合わせて使用しても
よい。
【００２２】通常、本発明によるエッチングプロセスの
実施にあたり、集積回路構造体又はその他のワークピー
スを収容するエッチングチャンバ内に、混合ガスが導入
される。この混合ガスは、ある特定のプロセス条件の下
で絶縁層の露出された部分を侵食して開口を形成するエ
ッチャントを有しており、その開口は続いて、コンタク
トそのものを形成するために導電材料で充填される。
【００２３】いかなる理論にも束縛されるものではない
が、ガスエッチング混合物にＮ2 等の窒素含有ガスを添
加すると、金属ケイ化物の組成を有する無機窒化物（例
えば、ＴｉＮ）の生成を促すと考えられる。これらの窒
化物の生成によりケイ化物層の反応性が鈍くなり、ケイ
化物層の未処理表面の通常エッチング速度を実質的に減
少させる。
【００２４】本発明の窒素含有ガスはケイ化物層に到達
する前に添加されるべきである。したがって、エッチャ
ントガスをエッチングチャンバに導入する前、導入して
いる間、あるいは導入した後に、窒素含有ガスを添加し
てもよい。したがって、本発明のプロセスは、１ステッ
プのプロセス又は２ステップのプロセスとして実施され
る。
【００２５】ここで使用される用語“絶縁層”は、層を
他の導電材料から電気的に絶縁するために使用されるあ
らゆる非導電材料を指す。絶縁材料は、テトラエチルオ
ルトシリケート（ＴＥＯＳ）とＯ2 との混合物をプラズ
マ励起して堆積される等の、シリコン酸化物や、例え
ば、リンドープ又はホウ素リンドープの酸化シリコン等
の、ドープされたシリコン酸化物であってもよい。また
絶縁材料は、例えば、窒化シリコン(silicon nitride)
又はオキシシリコンナイトライド(silicon oxynitride
)であってもよい。
【００２６】ここで使用される語“ケイ化物”とは、高
融点金属ケイ化物等の化合物をいう。典型的なケイ化物
には、ケイ化チタン、ケイ化タンタル、ケイ化タングス
テン、ケイ化モリブデン、ケイ化コバルトがある。ドラ
イエッチングプロセスに関しては、少なくとも、本発明
で挙ったケイ化物は、純アルミニウム及びその合金等の
金属や集積回路のインタコネクト材料のために選択され
る他の材料とは、特性が異なっており、区別できるよう
になっている。
【００２７】ここで使用される語“窒素含有ガス”と
は、窒素ガス、Ｎ2 や、これ以外のＮ2Ｏ2 、ＮＯ、Ｎ
Ｏ2 、ＮＨ3 、及びＮ2Ｈ4 等の窒素含有ガス等の、あ
らゆる窒化ガスを指す。本発明の範囲内のこれらの窒化
ガスは、もともとのエッチングプロセスの設定を修正し
ない窒化ガスである。即ち、これらの窒素含有ガスがプ
ラズマで分解して生成する反応成分により、もともとの
エッチングプロセスの設定に付加がなされたり、これが
修正又は変更されることはない。従って、本発明の窒素
含有ガスは、もともとのエッチングプロセス及び方法
を”壊すことはない”。
【００２８】エッチングチャンバで用いられるＮ2 等の
窒素含有ガスの量は、使用される弗素含有エッチャント
ガスの総量の約２体積％から約３０体積％の範囲となる
べきである。好ましくは、窒素含有ガスの量は、体積で
約５％から２５％の範囲である。従って、例えば、１つ
以上の弗素含有エッチャントガスが約２０ｓｃｃｍから
約６０ｓｃｃｍまでの流量で９リットールのエッチング
チャンバに流入されるとき、Ｎ2 の流量は、約１ｓｃｃ
ｍ（２０ｓｃｃｍの５体積％）から約１５ｓｃｃｍ（６
０ｓｃｃｍの２５体積％）の範囲にある。これよりも大
きい（小さい）エッチングチャンバが使用される場合に
は、流量は、上げる（下げる）ように調整される必要が
あるだろうが、プロセスに使用される１つ以上の弗素含
有エッチャントガスの総量に対するＮ2 ガス（非反応性
窒素含有ガス）の比は同じに維持される。
【００２９】そして更に、エッチャントに添加される窒
素含有ガスの量は、窒素含有ガスによってエッチングプ
ロセスを大きく修正せずにケイ化物下層に対する選択性
を改善するような量でなければならない。使用される窒
素含有ガスの量は、ケイ化物停止に応じて変わりうる。
通常、窒素含有ガスは、全ガス混合物の体積量で約２％
から３０％まで添加されてもよい。例えば、ケイ化チタ
ン停止の場合、選択性を改善するように添加されるＮ2
の適量は、ＣＨＦ3 とＣＦ4 との混合物等のガスエッチ
ャントの約５体積％から約２５体積％の間である。しか
しながら、窒素含有ガスの添加量は、金属ケイ化物の特
性によっては２体積％又は３体積％程度のように小さい
場合もある。
【００３０】前述のように、窒素含有ガスの適切な添加
量は、エッチング速度や所望のコンタクトプロフィール
及び選択性要件に関するプロセスの明確な目標に応じて
変えられる。さらに、制御して、非常に少量（２％より
もさらに少ない）の窒素含有ガスを供給する場合、質量
流量計又は他のデバイスに事実上制約があることも明ら
かにする必要がある。
【００３１】窒素含有ガス（例えば、Ｎ2 ）と１つ以上
の弗素含有エッチングガスとの混合物は、エッチングチ
ャンバ内で単独に使用されてもよいし、ヘリウム又はア
ルゴンなどの１つ以上の不活性ガスを使用して更に薄め
られてもよい。このような不活性ガスは、０〜約２００
ｓｃｃｍの量でエッチングチャンバに流入されてもよ
い。場合によっては、他の非反応性ガスも、窒素含有ガ
スと１つ以上の弗素含有エッチングガスとの混合物（不
活性ガス共存又は不活性ガス不共存）と共に使用され
る。
【００３２】窒素含有ガスと１つ以上の弗素含有エッチ
ングガスとの組み合せ（他のガスを使っても使わなくて
もよい）を使用する本発明のプラズマエッチングプロセ
スは、従来の容量放電（平行平板）プラズマリアクタ又
は誘導結合プラズマリアクタと組み合わせて使用でき
る。本発明のエッチングプロセス中にエッチングチャン
バに関するプラズマは、エッチングチャンバ内で発生す
るプラズマ又はエッチングチャンバ自身の外で発生して
この発生源から下流のチャンバに流下するプラズマを備
えていてもよい。
【００３３】エッチングチャンバに流入するエッチャン
トガスの総量は、エッチングチャンバの大きさ及びウエ
ハの大きさに応じて多少変わってくる。一般的には、ア
プライドマテリアル社のプレシジョン５０００ＭＥＲＩ
Ｅリアクタ又はセンチュラ高密度プラズマ誘電性エッチ
ングシステムで利用されるような約１３リットールのエ
ッチングチャンバの場合、全ガス流量は、約２０ｓｃｃ
ｍから約５００ｓｃｃｍの間が適当であり、約２００ｓ
ｃｃｍ以下が好ましい。この他のエッチングチャンバの
場合、ガス流量は必要に応じて調整される。
【００３４】エッチングチャンバ内の圧力はエッチング
プロセスを維持するのに十分な圧力でたるべきである。
本発明のエッチングプロセス中に使用される圧力は、 ５
ミリトールもの低さから４００ミリトールもの高さまで
変えうるが、一般に、エッチング工程中、圧力は約１５
０ミリトールに保持される。エッチングチャンバ内の電
極間でアークを発生させないように、例えば約１トール
から２トールまでのより高い圧力を使用することができ
る。しかしながら、容量平板方式のプラズマ発生器を使
用する場合、約５０トールより低い圧力でプラズマを点
火及び持続することができないため、約５０ミリトール
より低い圧力を使用することは難しいかもしれないこと
に注目されたい。従って、圧力は、本発明のプロセスの
実施に容量性放電式プラズマ発生器を使用する場合、約
５０ミリトールから約２００ミリトールまでの範囲に保
持されるのが好ましい。
【００３５】プラズマの電力レベルは、プラズマ発生器
のタイプ、エッチングチャンバ及びウエハの大きさ、所
望のエッチング速度等に応じて約３００ワット（Ｗ）か
ら約５キロワット（ｋＷ）まで変わり得る。例えば、約
６リットールのエッチングチャンバと約５０００オング
ストローム／分の所望のエッチング速度でＥＣＲ式電磁
結合プラズマ発生器を使用する場合、一般的には、電力
は、約２ｋＷから約３ｋＷの範囲にわたる。２リットー
ルのエッチングチャンバと約５０００／分の所望エッチ
ング速度で誘導電磁結合プラズマ発生器を使用する場合
は、電力は約１ｋＷから２ｋＷの範囲にわたるのが普通
である。高密度プラズマを発生させる場合には、電力密
度（即ち、プラズマ発生チャンバの容積に対する電力レ
ベル）は、４リットールのプラズマ発生チャンバ内では
約１０００ワットの電力レベルに等しい。
【００３６】６インチウエハの場合、一般的に、電力は
約５００Ｗから約７００Ｗの間である。プラズマに対し
て“エッチングチャンバに関連した（関した）”という
表現を使用することによって、プラズマがエッチングチ
ャンバそれ自体の中で発生されるか、あるいは、ある点
でエッチングチャンバと通じているエッチングチャンバ
の外部で発生されてもよいことを意味している。例え
ば、エッチングチャンバのガス流の上流のマイクロ波空
胴内でプラズマを発生させ、プラズマによって発生した
成分をエッチングチャンバに流入させてもよい。
【００３７】このエッチングプロセスは、反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）の形での実施が可能である。本発
明のプラズマエッチングプロセスもまた、本発明の譲受
人に譲渡された、メイダン(Maydan)他に発行された米国
特許第4,668,338 号に記載されているように、磁気励起
を伴って行われてもよいし、磁気励起せずに実行しても
よい。このような磁気励起が使用される場合、ウエハは
エッチングチャンバ内で、ウエハの面に平行な約１ガウ
スから１５０ガウスの間の成分を有する磁界に当てられ
る。
【００３８】本発明のプロセスをさらに説明するため
に、下記の実施例を示す。
【００３９】
【実施例】テストウエハ シリコンテストウエハ（直径１５０ｍｍ）は、ポリシリ
コンの上の約５００〜１０００オングストロームの厚さ
のケイ化チタン上に従来のＴＥＯＳ／Ｏ2 沈澱プロセス
によって形成された０．８から１．２μｍ厚さの未ドー
プ酸化シリコン又はドープ酸化シリコンのフイルムスタ
ックを有する。テストウエハに適用されたフォトレジス
トは、０．５μｍ直径よりも大きいか等しい開口寸法を
有するコンタクト開口パターンを提供する。
【００４０】実施例Ｉ：２工程プロセス コンタクトは７５０オングストロームのＴｉＳｉ2 の上
の０．９μｍＰＴＥＯＳ酸化物層にエッチングされる。
第１の工程では、２５ｓｃｃｍのＣＨＦ3 と、５ｓｃｃ
ｍのＣＦ4 と、７５ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）とのガ
ス混合物は、本発明による２ステップのプロセスでの、
約１２０ミリトール圧力層のためのエッチングチャンバ
に流入される。約７５０Ｗの電力（ＲＦ）を印加し、約
６０ガウスでの磁界励起を用いてプラズマが点火し、こ
のプラズマが、アプライドマテリアル社の５０００ＭＥ
ＲＩＥリアクタチャンバ内に置かれたテストウエハの上
方で保持される。カソード温度は２０℃に設定され、ヘ
リウム裏冷却圧力は８トールに設定される。エッチング
は終点まで継続されるが、この終点は、波長４８３５オ
ングストロームのＣＯ光放射ラインの強度（終点で減少
される。エッチング時間＝１０８秒）をモニタすること
によって決定される。
【００４１】終点で、オーバーエッチングと呼ばれる第
２のステップが開始される。この第２のステップの間、
１０ｓｃｃｍのＮ2 が、約１５０ミリトールの全圧に対
して、ＣＨＦ3 （３５ｓｃｃｍ）／ＣＦ4 （５ｓｃｃ
ｍ）／Ａｒ（６０ｓｃｃｍ）エッチャントガス混合物
（２０体積％Ｎ2 ）に添加される。プラズマ励起は、約
７００Ｗ及び６０ガウスの磁界励起の印加により保持さ
れる。オーバーエッチングは、エッチング時間が約５５
％のオーバーエッチング（５８秒）に一致するまで継続
される。
【００４２】次に、ウエハはエッチングチャンバから取
り除かれ、フォトレジストマスクは、ガソニックスオー
ラ１０００システム(Gasonics Aura 1000 system)で下
流の酸素プラズマアッシュプロセス（２５０℃で１２０
秒）によって取り除かれる。
【００４３】テストウエハのＳＥＭ断面（図３）は、５
５％のオーバーエッチングの場合においても、０．５μ
ｍのコンタクト穴の最下部でほぼ全くＴｉＳｉ2 の損失
なくＴｉＳｉ2 層上に好結果のエッチング停止がなされ
たものを示している。
【００４４】例２ＩＩ〜Ｖ：変化するオーバーエッチン
グでの１工程プロセス 簡単となるため、１ステップのエッチングプロセスは、
２ステップの方法よりも好まれる。１ステップのプロセ
スを用いるエッチングにより、０．９μｍＴＥＯＳ層に
コンタクトが作られた。
【００４５】テストウエハは、１００ミリトール圧力
で、約２５ｓｃｃｍのＣＨＦ3 と、５ｓｃｃｍのＣＦ4
と、１００ｓｃｃｍのＡｒと、１０ｓｃｃｍのＮ2 （２
５体積ｖ％のＮ2 ）とのエッチャントガス混合物でプラ
ズマエッチングされる。印加電力は約７５０Ｗで、磁気
エンハンスメントは約３０ガウスである。陰極温度は、
エッジプロファイル角度差に対して中心を最小にするた
めにヘリウム裏冷却圧力を８トールに保持しながら、４
０℃まで上げられる。ＴｉＳｉ2 に対する酸化層を取り
除くためのエッチング時間は、所定のパターン化された
ＴＥＯＳエッチング速度（〜３３００オングストローム
／分）に基づいて計算される。次に、４つのウエハは、
酸化物エッチングプロセスがＴｉＳｉ2 層上で停止する
有効性を示すために、それぞれ３０％、５５％、１００
％、１５０％の異なるオーバーエッチング時間でエッチ
ングされる。単一工程エッチング後、ウエハはエッチン
グチャンバから取り除かれ、フォトレジストマスクは、
実施例１で記載した下流の酸素プラズマを使用してアッ
シングにより取り除かれる。
【００４６】所与のプロセスパラメータの下でエッチン
グされたこれらのテストウエハのＳＥＭ断面が、図４〜
図８にそれぞれ示される。図から分かるように、本発明
によるプロセスは、１５０％のオーバーエッチング（も
しあったとしても）においても最少のＴｉＳｉ2 ロス
で、ＴｉＳｉ2 層上で停止する優れた能力を示す。どの
場合にもパンチスルーは避けられる。
【００４７】これらのＳＥＭ断面に基けば、１５０％の
オーバーエッチングでのＴｉＳｉ2層の消失の最大は、
２００オングストロームよりも少ないと見積られ、それ
は２つのレベルのコンタクトエッチングアプリケーショ
ンにとって特に重要な結果だと思われる。
【００４８】このように本発明のいくつかの特定の実施
例を記載してきたが、当業者は、いろいろな変更例、修
正例及び改良例を容易に思いつくであろう。したがっ
て、上記の記載は例示だけであり、限定的なものではな
い。本発明は、下記の請求の範囲及びそれの等価物で規
定されるように限定されるだけである。
【００４９】
【発明の効果】以上詳細にに説明してきたように、本発
明によれば、絶縁材料のエッチング速度を実質的に何ら
遅らせずに、ケイ化物に高い選択性を示す絶縁層エッチ
ングプロセスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に従った、コンタクト停止層を有する
ポリサイド構造体（ａ）及びサリサイド構造体（ｂ）を
示す断面図である。
【図２】ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 エッチングの化学的性質を用
いたチタンケイ化物に対するパンチスルーを示すＳＥＭ
写真である。
【図３】本発明による２ステップのプロセスを使用して
酸化物層の中でエッチングされたコンタクト開口の中央
図（ａ）及び端面図（ｂ）のそれぞれのＳＥＭ写真であ
る。
【図４】本発明による１ステップのプロセスを使用して
３０％のオーバーエッチングで酸化物層の中でエッチン
グされるコンタクト開口のＳＥＭ写真である。
【図５】本発明による１ステップのプロセスを使用して
５５％のオーバーエッチングで酸化物層の中でエッチン
グされるコンタクト開口のＳＥＭ写真である。
【図６】本発明による１ステップのプロセスを使用する
１００％のオーバーエッチングでの酸化物層におけるコ
ンタクト開口の中央（ａ）及び断面（ｂ）のそれぞれの
ＳＥＭ写真である。
【図７】本発明による１ステップのプロセスを使用する
１５０％のオーバーエッチングでの酸化物層におけるコ
ンタクト開口の最上部図（ａ）、最下部図（ｂ）、中央
図（ｃ）のＳＥＭ写真である。
【図８】本発明による１ステップのプロセスを使用する
１５０％のオーバーエッチングでの酸化物層におけるコ
ンタクト開口の右側図（ａ）及び左側図（ｂ）のＳＥＭ
写真である。
【符号の説明】
１０…ポリイド構造体、１２…高融点金属ケイ化物、１
４…ポリシリコン、１６…ゲート酸化物、２０，２２…
コンタクト構造体、２４…絶縁層、26…導電材料。

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ワークピース上の集積回路構造体
    のケイ化物表面の上の絶縁層をエッチングするプラズマ
    エッチングプロセスであって、前記ワークピースを包含
    する前記エッチングチャンバに、１つ以上の弗素含有エ
    ッチングガスと窒素含有ガスとの混合物を、エッチング
    チャンバに関連したプラズマを保持しつつ流入させるス
    テップを備えるプラズマエッチングプロセス。
  2. 【請求項２】 前記プロセスが、前記エッチングチャン
    バ内で二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）絶縁層に対して実施さ
    れる請求項１に記載のプロセス。
  3. 【請求項３】 前記エッチングチャンバに流入する前記
    ガス混合物において、前記窒素含有ガスの前記１つ以上
    の弗素含有エッチングガスに対する比が、約２体積％か
    ら約３０体積％の範囲にある請求項１に記載のプロセ
    ス。
  4. 【請求項４】 プロセス中に、１つ以上の不活性ガスも
    前記エッチングチャンバに流入する請求項１に記載のプ
    ロセス。
  5. 【請求項５】 前記チャンバ内の圧力が約５ミリトール
    〜約４００ミリトールの範囲である請求項３に記載のプ
    ロセス。
  6. 【請求項６】 前記エッチングチャンバに関連した前記
    プラズマが誘導結合プラズマジェネレータによって発生
    される請求項５に記載のプロセス。
  7. 【請求項７】 前記チャンバ内の前記圧力が５０ミリト
    ールよりも低く保持されている請求項６に記載のプロセ
    ス。
  8. 【請求項８】 前記チャンバ内の前記圧力が約５０ミリ
    トール〜約２００ミリトールの範囲に保持されている請
    求項５に記載のプロセス。
  9. 【請求項９】 前記チャンバ内の前記圧力が約１５０ミ
    リトールに保持されている請求項８に記載のプロセス。
  10. 【請求項１０】 前記エッチングチャンバに関連した前
    記プラズマが、容量放電式プラズマジェネレータによっ
    て発生される請求項８に記載のプロセス。
  11. 【請求項１１】 前記１つ以上の弗素含有エッチングガ
    スが、ＣＦ4 と、ＣＨＦ3 と、ＣＨ2Ｆ2 と、ＣＨ3Ｆと
    、Ｃ2Ｆ6 と、ＳＦ6 と、Ｃ4Ｆ8と、これらの混合物と
    から成る群より選択される請求項４に記載のプロセス。
  12. 【請求項１２】 前記１つ以上の弗素含有エッチングガ
    スが、ＣＦ4 と、ＣＨＦ3 と、ＣＨ2Ｆ2 と、ＣＨ3Ｆ
    と、Ｃ2Ｆ6 と、Ｃ4Ｆ8と、これらの混合物とから成る
    群より選択される有機フルオロカーボンである請求項４
    に記載のプロセス。
  13. 【請求項１３】 前記１つ以上の弗素含有エッチングガ
    スが、ＣＦ4とＣＨＦ3とから成る群より選択される請求
    項１２に記載のプロセス。
  14. 【請求項１４】 前記窒素含有ガスが、Ｎ2 と、Ｎ2Ｏ
    と、ＮＯと、ＮＯ2と、ＮＨ3 と、Ｎ2Ｈ4 と、これらの
    混合物とから成る具体例より選択される請求項１３に記
    載のプロセス。
  15. 【請求項１５】 式Ｃx Ｈy Ｆz を有する炭素数３〜６
    の弗化炭化水素であって、ｘが３〜６、ｙが０〜３、ｚ
    が２ｘ‐ｙである環状の前記弗化炭化水素、又は、ｘが
    ３〜６、ｙが０〜３、ｚが２ｘ‐ｙ＋２である非環状の
    前記弗化炭化水素、を１つ以上、前記１つ以上の弗素含
    有ガスが有する請求項１４に記載のプロセス。
  16. 【請求項１６】 前記ケイ化物表面が高融点金属のケイ
    化物である請求項２に記載のプロセス。
  17. 【請求項１７】 前記高融点金属が、モリブデンと、コ
    バルトと、チタンと、タンタルと、タングステン基とか
    ら成る群より選択される請求項１６に記載のプロセス。
  18. 【請求項１８】 前記プラズマの電力レベルが約３００
    ワット〜約５キロワットの範囲にある請求項１に記載の
    プロセス。
  19. 【請求項１９】 半導体ワークピース上の集積回路構造
    体のケイ化物表面上の酸化物をエッチングするプラズマ
    エッチングプロセスであって、 ａ）前記ワークピースを含むエッチングチャンバを約１
    ミリトールから約４００ミリトールまでの圧力に保持す
    るステップと、 ｂ）窒素含有ガスと１つ以上の弗素含有エッチングガス
    との混合物であって、前記１つ以上の弗素含有エッチン
    グガスに対する前記窒素含有ガスの体積の比が約１０体
    積％〜約３０体積％である前記混合物を、前記チャンバ
    に流入させるステップと、 ｃ）前記エッチングチャンバと関連するプラズマを、約
    ３００ワット〜約５キロワットの範囲の電力レベルに保
    持するステップとを有するプラズマエッチングプロセ
    ス。
  20. 【請求項２０】 前記エッチングチャンバに関連した前
    記プラズマが、電磁的結合プラズマジェネレータによっ
    て発生される請求項１９に記載のプロセス。
  21. 【請求項２１】 前記チャンバ内の前記圧力が約５０ミ
    リトールより低く保持される請求項２０に記載のプロセ
    ス。
  22. 【請求項２２】 前記チャンバ内の前記圧力が約５０ミ
    リトール〜約２００ミリトールの範囲に保持され、前記
    エッチングチャンバに関連した前記プラズマが容量放電
    式プラズマジェネレータによって発生される請求項１９
    に記載のプロセス。
  23. 【請求項２３】 前記１つ以上の弗素含有エッチングガ
    スが、ＣＦ4 と、ＣＨＦ3 と、ＣＨ2Ｆ2と、ＣＨ3Ｆ
    と、Ｃ2Ｆ6と、ＳＦ6 と、Ｃ4Ｆ8と、これらの混合物と
    から成る群より選択される請求項１９に記載のプロセ
    ス。
  24. 【請求項２４】 式Ｃx Ｈy Ｆz を有する炭素数３〜６
    の弗化炭化水素であって、ｘが３〜６、ｙが０〜３、ｚ
    が２ｘ‐ｙである環状の前記弗化炭化水素、又は、ｘが
    ３〜６、ｙが０〜３、ｚが２ｘ‐ｙ＋２である非環状の
    前記弗化炭化水素、を１つ以上、前記１つ以上の弗素含
    有ガスが有する請求項１４に記載のプロセス。
  25. 【請求項２５】 プロセス中に、１つ以上の不活性ガス
    もエッチングチャンバに流入する請求項１９に記載のプ
    ロセス。
  26. 【請求項２６】ｄ）所定の時間、前記ケイ化物層に対し
    て高い選択性を保持しつつ、前記絶縁層をプラズマによ
    りオーバーエッチングするステップを更に有する請求項
    １９に記載のプロセス。
  27. 【請求項２７】 半導体ワークピース上の集積回路構造
    体のケイ化物表面上の酸化物をエッチングするプラズマ
    エッチングプロセスであって、 ａ）前記ウエハを包含するエッチングチャンバを約１ミ
    リトール〜約３０ミリトールの圧力に保持するステップ
    と、 ｂ）窒素含有ガスと１つ以上の弗素含有エッチングガス
    との混合物であって、前記１つ以上の弗素含有エッチン
    グガスに対する前記窒素含有ガスの体積の比が約２体積
    ％〜約３０体積％である前記混合物を、前記チャンバに
    流入させるステップと、 ｃ）約３００ワット〜約５キロワットの電力レベルに保
    持された誘導結合プラズマジェネレータを使用して、前
    記エッチングチャンバと関連するプラズマを発生するス
    テップと、を有するプラズマエッチングプロセス。
  28. 【請求項２８】 添加された窒素含有ガスの量が、弗素
    含有エッチングガスの約５体積％〜約２５体積％ある請
    求項２７に記載のプロセス。
  29. 【請求項２９】 磁気励起を用いてエッチングが行われ
    る請求項２７に記載のプロセス。
  30. 【請求項３０】 前記窒素含有ガスが、Ｎ2 と、Ｎ2Ｏ
    と、ＮＯと、ＮＯ2と、ＮＨ3 と、Ｎ2Ｈ4と、これらの
    混合物とから成る群より選択される請求項２７に記載の
    プロセス。
  31. 【請求項３１】 反応イオンエッチングによるエッチン
    グが行われる請求項２７に記載プロセス。
  32. 【請求項３２】 前記ケイ化物層が、モリブデンのケイ
    化物と、コバルトのケイ化物と、チタンのケイ化物と、
    タンタルのケイ化物と、タングステンのケイ化物とから
    成る群より選択される物質を備える請求項２７に記載の
    プロセス。
  33. 【請求項３３】ｄ）前記ケイ化物層に対して高い選択性
    を保持しつつ、少なくとも１５０％のエッチング時間の
    間プラズマで前記絶縁層をオーバーエッチングするステ
    ップを有する請求項２７に記載のプロセス。
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