JPH0927483A - 酸化物層のエッチング方法 - Google Patents
酸化物層のエッチング方法Info
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- JPH0927483A JPH0927483A JP7344698A JP34469895A JPH0927483A JP H0927483 A JPH0927483 A JP H0927483A JP 7344698 A JP7344698 A JP 7344698A JP 34469895 A JP34469895 A JP 34469895A JP H0927483 A JPH0927483 A JP H0927483A
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- oxide layer
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- 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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- 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
- H10W20/031—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections
- H10W20/069—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections by forming self-aligned vias or self-aligned contact plugs
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- 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
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 アスペクト比従属性エッチング効果が小さ
く、高い酸化物対窒化物択性が得られ、他のエッチング
特性とのトレードオフのない酸化物層のエッチング方法
を提供する。 【解決手段】 基板上に設けた酸化物層上に感光層を形
成し、その感光層に酸化物層の一部を露出させるための
第１の開口を形成し、基板をプラズマに曝して、露出さ
せた酸化物層の部分をエッチングするとともに、感光層
上に第１の層を形成する。
く、高い酸化物対窒化物択性が得られ、他のエッチング
特性とのトレードオフのない酸化物層のエッチング方法
を提供する。 【解決手段】 基板上に設けた酸化物層上に感光層を形
成し、その感光層に酸化物層の一部を露出させるための
第１の開口を形成し、基板をプラズマに曝して、露出さ
せた酸化物層の部分をエッチングするとともに、感光層
上に第１の層を形成する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造に関し、より詳しくは酸化物層に開口をエッチング
により形成する方法に関する。
製造に関し、より詳しくは酸化物層に開口をエッチング
により形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、半導
体基板の内部または表面に多数の導電領域及び導電層が
形成される。これらのデバイスの導電領域及び導電層
は、例えば二酸化ケイ素のような絶縁体によって互いに
絶縁される。二酸化ケイ素は、物理的堆積（例えば、ス
パッタリング）によって、または化学的堆積法及び化学
反応によって成長あるいは堆積させることができる。さ
らに、二酸化ケイ素は、無ドーピングで形成することも
できれば、例えば、ホウ素、リン、あるいはこれらの両
者をドーピングすることにより、ホウリンケイ酸ガラス
（ＢＰＳＧ）やリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）を形成する
ことができる。このような二酸化ケイ素層の形成方法及
び二酸化ケイ素のドーピングは、各々のデバイスや処理
上考慮する必要のある種々の条件によって異なる。以
下、本願においては、上記のような二酸化ケイ素層は全
て、「酸化物」層と総称する。
体基板の内部または表面に多数の導電領域及び導電層が
形成される。これらのデバイスの導電領域及び導電層
は、例えば二酸化ケイ素のような絶縁体によって互いに
絶縁される。二酸化ケイ素は、物理的堆積（例えば、ス
パッタリング）によって、または化学的堆積法及び化学
反応によって成長あるいは堆積させることができる。さ
らに、二酸化ケイ素は、無ドーピングで形成することも
できれば、例えば、ホウ素、リン、あるいはこれらの両
者をドーピングすることにより、ホウリンケイ酸ガラス
（ＢＰＳＧ）やリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）を形成する
ことができる。このような二酸化ケイ素層の形成方法及
び二酸化ケイ素のドーピングは、各々のデバイスや処理
上考慮する必要のある種々の条件によって異なる。以
下、本願においては、上記のような二酸化ケイ素層は全
て、「酸化物」層と総称する。
【０００３】半導体デバイス製造においては、いくつか
の段階で、下側にある領域または層への接触・接続を可
能にするために絶縁体に開口を形成することが必要であ
る。一般に、絶縁体を貫通して拡散領域を露出させる開
口、またはポリシリコンと第１の金属層との間の絶縁層
を貫通する開口は「コンタクト開口」と呼ばれ、金属間
絶縁層（ＩＬＤ）を貫通する開口のような他の酸化物層
中の開口は「バイア」と呼ばれる。本願で使用する「開
口」という用語は、処理段階、処理のために露出させる
層、あるいは開口の機能にかかわらず、あらゆる種類の
酸化物層に形成されるあらゆる形態の開口を意味するも
のとする。
の段階で、下側にある領域または層への接触・接続を可
能にするために絶縁体に開口を形成することが必要であ
る。一般に、絶縁体を貫通して拡散領域を露出させる開
口、またはポリシリコンと第１の金属層との間の絶縁層
を貫通する開口は「コンタクト開口」と呼ばれ、金属間
絶縁層（ＩＬＤ）を貫通する開口のような他の酸化物層
中の開口は「バイア」と呼ばれる。本願で使用する「開
口」という用語は、処理段階、処理のために露出させる
層、あるいは開口の機能にかかわらず、あらゆる種類の
酸化物層に形成されるあらゆる形態の開口を意味するも
のとする。
【０００４】開口を形成するには、開口を形成しようと
する酸化物の領域に対応する開口を有するフォトレジス
トのパターニング層を酸化物層の上に形成する。最新の
プロセスでは、１種以上のガス流の形のプラズマにウェ
ーハを曝すドライエッチング法が行われる。通常、この
エッチングガスとしては、１種以上のハロカーボン及び
／または１種以上の他のハロゲン含有化合物が使用され
る。例えば、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 （フレオン２３）、ＳＦ
6 、ＮＦ3 及びその他のガスをエッチングガスとして使
用することができる。さらに、酸素（Ｏ2 ）、アルゴン
（Ａｒ）、窒素（Ｎ2 ）のような気体を上記ガス流に加
えることもできる。実際に使用される各特定のガス混合
物は、例えば、エッチングする酸化物の特性、処理の段
階、使用するエッチング・ツール、及びエッチング速
度、壁勾配、異方性等についての望ましい特性によって
決定される。
する酸化物の領域に対応する開口を有するフォトレジス
トのパターニング層を酸化物層の上に形成する。最新の
プロセスでは、１種以上のガス流の形のプラズマにウェ
ーハを曝すドライエッチング法が行われる。通常、この
エッチングガスとしては、１種以上のハロカーボン及び
／または１種以上の他のハロゲン含有化合物が使用され
る。例えば、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 （フレオン２３）、ＳＦ
6 、ＮＦ3 及びその他のガスをエッチングガスとして使
用することができる。さらに、酸素（Ｏ2 ）、アルゴン
（Ａｒ）、窒素（Ｎ2 ）のような気体を上記ガス流に加
えることもできる。実際に使用される各特定のガス混合
物は、例えば、エッチングする酸化物の特性、処理の段
階、使用するエッチング・ツール、及びエッチング速
度、壁勾配、異方性等についての望ましい特性によって
決定される。
【０００５】上記のような望ましいエッチング特性を達
成するには、とりわけ、ガス混合物、温度、ＲＦ（高周
波）パワー、圧力、ガス流量のような種々のエッチング
・パラメータを変える。しかしながら、これら種々の望
ましい特性の間では、どうしてもトレードオフが避けれ
らない。例えば、最も高性能のエッチングは、アスペク
ト比従属性エッチング効果（ＡＲＤＥ効果）を呈する。
すなわち、酸化物除去の速度は、開口の深さと直径との
比と定義することができる開口のアスペクト比に従属す
る。一般に、単位時間にエッチングされる直線深さで表
した酸化物エッチング速度は、低アスペクト比の開口の
方が高アスペクト比の開口の場合よりはるかに大きい。
図１を参照して説明すると、基板１００は、エッチング
を行う酸化物層１０１の下側にある半導体基板及び何ら
かのデバイス層または構造部である。例えば、酸化物層
１０１の下層として窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）層がある
こともある。本願において、窒化ケイ素層または窒化物
層という用語は、Ｓｉx Ｎy （比ｘ：ｙは必ずしも化学
量論的比でなくともよい）、及び酸窒化ケイ素（Ｓｉx
Ｏy Ｎz ）膜の総称として使用する。
成するには、とりわけ、ガス混合物、温度、ＲＦ（高周
波）パワー、圧力、ガス流量のような種々のエッチング
・パラメータを変える。しかしながら、これら種々の望
ましい特性の間では、どうしてもトレードオフが避けれ
らない。例えば、最も高性能のエッチングは、アスペク
ト比従属性エッチング効果（ＡＲＤＥ効果）を呈する。
すなわち、酸化物除去の速度は、開口の深さと直径との
比と定義することができる開口のアスペクト比に従属す
る。一般に、単位時間にエッチングされる直線深さで表
した酸化物エッチング速度は、低アスペクト比の開口の
方が高アスペクト比の開口の場合よりはるかに大きい。
図１を参照して説明すると、基板１００は、エッチング
を行う酸化物層１０１の下側にある半導体基板及び何ら
かのデバイス層または構造部である。例えば、酸化物層
１０１の下層として窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）層がある
こともある。本願において、窒化ケイ素層または窒化物
層という用語は、Ｓｉx Ｎy （比ｘ：ｙは必ずしも化学
量論的比でなくともよい）、及び酸窒化ケイ素（Ｓｉx
Ｏy Ｎz ）膜の総称として使用する。
【０００６】図示のように、例えばフォトレジスト層か
らなるパターニング層１１０は、開口１１１及び１１２
を有する。図から明らかなように、開口１１２の直径
は、開口１１１の直径よりはるかに小さい。これらの両
開口の下側の酸化物層１０１の厚さは同じであるから、
フォトレジスト開口１１２の下の酸化物層開口は、直径
が小さいため、もう一方の開口よりはるかに大きいアス
ペクト比を有する。その結果、図１に示すように、従来
技術のエッチングプロセスでは、酸化物層１０１中の開
口１２１が開口１２２より前に完全にエッチングされて
しまう。従来技術においては、このアスペクト比依存性
の問題を解決するのために、フィードガスの化学的性質
を調節し、作業圧力を調節し、高流量／低圧運転が可能
なようにポンピング速度を大きくし、希釈ガスを添加す
ることが行われる。しかしながら、プロセスの設計し直
しはコストと時間を要する上、上記のような従来技術の
アスペクト比依存性をできるだけ小さくする方法は、通
常、ＡＲＤＥ効果と、例えばエッチング速度、選択性、
及びプロファイル・コントロールのような他の特性との
間におけるトレードオフに帰着することが多い。最近で
は、高密度プラズマ（ＨＤＰ）システムを用いてＡＲＤ
Ｅ効果を補償することが提案されている。しかしなが
ら、これらのＨＤＰシステムは、まだ実生産モードでは
有効性が実証されておらず、また相当大きな資本コスト
が必要である。より高度の技術になると、高いアスペク
ト比で高いエッチング性能が要求され、またアスペクト
比が広範囲にわたるフィーチャを有する層で高いエッチ
ング性能が要求されるということに留意すべきである。
このように、ＡＲＤＥ効果は、高度の応用技術において
は大きな障害となる。
らなるパターニング層１１０は、開口１１１及び１１２
を有する。図から明らかなように、開口１１２の直径
は、開口１１１の直径よりはるかに小さい。これらの両
開口の下側の酸化物層１０１の厚さは同じであるから、
フォトレジスト開口１１２の下の酸化物層開口は、直径
が小さいため、もう一方の開口よりはるかに大きいアス
ペクト比を有する。その結果、図１に示すように、従来
技術のエッチングプロセスでは、酸化物層１０１中の開
口１２１が開口１２２より前に完全にエッチングされて
しまう。従来技術においては、このアスペクト比依存性
の問題を解決するのために、フィードガスの化学的性質
を調節し、作業圧力を調節し、高流量／低圧運転が可能
なようにポンピング速度を大きくし、希釈ガスを添加す
ることが行われる。しかしながら、プロセスの設計し直
しはコストと時間を要する上、上記のような従来技術の
アスペクト比依存性をできるだけ小さくする方法は、通
常、ＡＲＤＥ効果と、例えばエッチング速度、選択性、
及びプロファイル・コントロールのような他の特性との
間におけるトレードオフに帰着することが多い。最近で
は、高密度プラズマ（ＨＤＰ）システムを用いてＡＲＤ
Ｅ効果を補償することが提案されている。しかしなが
ら、これらのＨＤＰシステムは、まだ実生産モードでは
有効性が実証されておらず、また相当大きな資本コスト
が必要である。より高度の技術になると、高いアスペク
ト比で高いエッチング性能が要求され、またアスペクト
比が広範囲にわたるフィーチャを有する層で高いエッチ
ング性能が要求されるということに留意すべきである。
このように、ＡＲＤＥ効果は、高度の応用技術において
は大きな障害となる。
【０００７】多くのエッチング特性は、エッチング時に
被着するポリマー残留物によってマイナスの影響を受け
ると一般に考えられている。この理由のため、プラズマ
のフッ素対炭素（Ｆ／Ｃ）比は、エッチングにおける重
要な決定要素であると考えられる。一般に、高いＦ／Ｃ
比を有するプラズマは、低いＦ／Ｃ比のプラズマよりエ
ッチング速度が速い。Ｆ／Ｃ比が非常に低い（すなわち
炭素含有量が高い）と、ポリマーの被着が起こり、エッ
チングは止まる。Ｆ／Ｃ比の関数としてのエッチング速
度は、通常、材料によって異なる。このエッチング速度
の差を利用して選択エッチングを行うために、プラズマ
のＦ／Ｃ比が、一つの材料では適度な速度でエッチング
が行われ、もう一つの材料ではエッチングが行われない
かまたはポリマー被着が生じる値になるようなガス混合
物を用いる試みがなされている。酸化物エッチングに関
するより詳しい解説については、エス．ウルフ（Ｓ．Ｗ
ｏｌｆ）及びアール．エヌ．タウバー（Ｒ．Ｎ．Ｔａｕ
ｂｅｒ）共著「ＶＬＳＩ時代におけるシリコン処理」
（１９８６年刊）、Ｖｏｌ．１、５３９〜５８５ページ
を参照のこと。
被着するポリマー残留物によってマイナスの影響を受け
ると一般に考えられている。この理由のため、プラズマ
のフッ素対炭素（Ｆ／Ｃ）比は、エッチングにおける重
要な決定要素であると考えられる。一般に、高いＦ／Ｃ
比を有するプラズマは、低いＦ／Ｃ比のプラズマよりエ
ッチング速度が速い。Ｆ／Ｃ比が非常に低い（すなわち
炭素含有量が高い）と、ポリマーの被着が起こり、エッ
チングは止まる。Ｆ／Ｃ比の関数としてのエッチング速
度は、通常、材料によって異なる。このエッチング速度
の差を利用して選択エッチングを行うために、プラズマ
のＦ／Ｃ比が、一つの材料では適度な速度でエッチング
が行われ、もう一つの材料ではエッチングが行われない
かまたはポリマー被着が生じる値になるようなガス混合
物を用いる試みがなされている。酸化物エッチングに関
するより詳しい解説については、エス．ウルフ（Ｓ．Ｗ
ｏｌｆ）及びアール．エヌ．タウバー（Ｒ．Ｎ．Ｔａｕ
ｂｅｒ）共著「ＶＬＳＩ時代におけるシリコン処理」
（１９８６年刊）、Ｖｏｌ．１、５３９〜５８５ページ
を参照のこと。
【０００８】供給ガスを調節することによって、酸化物
開口の側壁のテーパを変えることができる。低い壁の角
度が望ましい場合は、側壁上にある程度ポリマーを堆積
させるように、供給ガスの化学的性質が調節される。逆
に、急峻な壁の角度が望ましい場合は、側壁上のポリマ
ー堆積を防ぐように、供給ガスの化学的性質が調節され
る。エッチングガスの化学的性質を変えることに伴う重
要な問題は、壁の角度と選択性との間にトレードオフが
あるということである。すなわち、９０°に近い壁の角
度が得られるようなエッチングでは、通常、例えば酸化
物とその下層のシリコンまたは窒化ケイ素層との間に高
い選択性が得られず、またエッチングの選択性が高い
と、通常壁の角度が低くなる。
開口の側壁のテーパを変えることができる。低い壁の角
度が望ましい場合は、側壁上にある程度ポリマーを堆積
させるように、供給ガスの化学的性質が調節される。逆
に、急峻な壁の角度が望ましい場合は、側壁上のポリマ
ー堆積を防ぐように、供給ガスの化学的性質が調節され
る。エッチングガスの化学的性質を変えることに伴う重
要な問題は、壁の角度と選択性との間にトレードオフが
あるということである。すなわち、９０°に近い壁の角
度が得られるようなエッチングでは、通常、例えば酸化
物とその下層のシリコンまたは窒化ケイ素層との間に高
い選択性が得られず、またエッチングの選択性が高い
と、通常壁の角度が低くなる。
【０００９】図２において、基板２００上には酸化物層
２０１が形成されており、その上には、パターニング層
２１０が設けられ、そのパターニング層には開口２１１
が形成されている。酸化物層２０１中の開口２２１は形
成中の状態を示す。図２に示すエッチングにおいては、
基板２００の上面にあってエッチング部位の下方に位置
する例えば窒化ケイ素の領域を保護するために、高い選
択性が要求されることがある。また、比較的ストレート
な形状を得ることが望ましい場合もある。しかしなが
ら、高い選択性を維持しようとすると、結果的に得られ
る開口２２１は、角２０６で示すように、テーパ状にな
る。許容可能な選択性が確保される従来技術のエッチン
グにおいては、角２０６は８５°より小さいことがしば
しばある。このトレードオフは、厚い酸化物層をエッチ
ングする場合、特に厳しくなる。例えば、厚いＢＰＳＧ
層中に急峻な壁形状が確保されるようにプロセスを設計
すると、選択性が非常に低くなる。エッチングガスの化
学的性質及びその他のパラメータを変えることなどによ
って、壁の角度を改善するための調整を行うことはでき
るが、選択性のトレードオフによって全てのプロセスに
相当大きな影響が及ぶことになる。その上、このような
化学的性質の変更は、他の性能目標にも影響する。例え
ば、上に述べたように、プロセス・パラメータの調整
は、ＡＲＤＥ効果に相当な影響を及ぼすと考えられる。
さらに、壁の角度にそれほど大きい影響を与えることな
く選択性を高めるようなエッチング・パラメータの調整
要領が見付かったとしても、そのような調整には他のト
レードオフが伴うことになる。例えば、選択性とエッチ
ング速度との間には通常トレードオフがあり、従って、
選択性の増大はスループットの犠牲においてしか達成す
ることができない。当然理解できるように、いくつかの
調整は行うことができるが、全ての必要目標に見合う酸
化物エッチングを設計することは非常に困難である。そ
の上、一部のプロセス条件の全般的作用は既知であり、
一定のトレードオフの存在は予測することができるもの
の、エッチングを正確に適応させ、あるいはパラメータ
の変更が及ぼす影響を正確に予測することは、簡単どこ
ろの問題ではないということも理解できよう。さらに、
ポリマー堆積によるその他の好ましくない影響を防ぐこ
とは困難なことがしばしばある。
２０１が形成されており、その上には、パターニング層
２１０が設けられ、そのパターニング層には開口２１１
が形成されている。酸化物層２０１中の開口２２１は形
成中の状態を示す。図２に示すエッチングにおいては、
基板２００の上面にあってエッチング部位の下方に位置
する例えば窒化ケイ素の領域を保護するために、高い選
択性が要求されることがある。また、比較的ストレート
な形状を得ることが望ましい場合もある。しかしなが
ら、高い選択性を維持しようとすると、結果的に得られ
る開口２２１は、角２０６で示すように、テーパ状にな
る。許容可能な選択性が確保される従来技術のエッチン
グにおいては、角２０６は８５°より小さいことがしば
しばある。このトレードオフは、厚い酸化物層をエッチ
ングする場合、特に厳しくなる。例えば、厚いＢＰＳＧ
層中に急峻な壁形状が確保されるようにプロセスを設計
すると、選択性が非常に低くなる。エッチングガスの化
学的性質及びその他のパラメータを変えることなどによ
って、壁の角度を改善するための調整を行うことはでき
るが、選択性のトレードオフによって全てのプロセスに
相当大きな影響が及ぶことになる。その上、このような
化学的性質の変更は、他の性能目標にも影響する。例え
ば、上に述べたように、プロセス・パラメータの調整
は、ＡＲＤＥ効果に相当な影響を及ぼすと考えられる。
さらに、壁の角度にそれほど大きい影響を与えることな
く選択性を高めるようなエッチング・パラメータの調整
要領が見付かったとしても、そのような調整には他のト
レードオフが伴うことになる。例えば、選択性とエッチ
ング速度との間には通常トレードオフがあり、従って、
選択性の増大はスループットの犠牲においてしか達成す
ることができない。当然理解できるように、いくつかの
調整は行うことができるが、全ての必要目標に見合う酸
化物エッチングを設計することは非常に困難である。そ
の上、一部のプロセス条件の全般的作用は既知であり、
一定のトレードオフの存在は予測することができるもの
の、エッチングを正確に適応させ、あるいはパラメータ
の変更が及ぼす影響を正確に予測することは、簡単どこ
ろの問題ではないということも理解できよう。さらに、
ポリマー堆積によるその他の好ましくない影響を防ぐこ
とは困難なことがしばしばある。
【００１０】図３は、典型的な従来技術のエッチングプ
ロセス中におけるポリマー堆積の影響を示す。開口３２
１の側壁沿いの領域３０７に沿って堆積したポリマーに
よって、壁形状は破線で示す真っすぐなエッチング形状
と異なる形状になっている。その上、開口の底部の中心
部にある領域３０８のポリマー堆積によって、窒化物層
３０２の一部分のエッチングが妨げられる。しかしなが
ら、上記部分の外縁部の周りではエッチングが行われて
いる。このように、従来技術のプロセスの結果として
は、開口３２１の壁の形状制御が不十分になり、また開
口の底部の窒化物層３０２が一様でなくなる。この場合
も、ガスの化学的性質及びその他のエッチング・パラメ
ータを変えることによりエッチングを改良することもで
きるが、何らかのトレードオフは不可避である。さら
に、例えば酸化物：窒化物の選択性を改善しようとする
と、プラズマ状態が安定でなくなったり、ポリマーの合
成量が増大し、その結果リアクタが汚れることによって
多大な保守が必要になったり、粒子の生成によって歩留
りが低下したりすることがしばしばある。
ロセス中におけるポリマー堆積の影響を示す。開口３２
１の側壁沿いの領域３０７に沿って堆積したポリマーに
よって、壁形状は破線で示す真っすぐなエッチング形状
と異なる形状になっている。その上、開口の底部の中心
部にある領域３０８のポリマー堆積によって、窒化物層
３０２の一部分のエッチングが妨げられる。しかしなが
ら、上記部分の外縁部の周りではエッチングが行われて
いる。このように、従来技術のプロセスの結果として
は、開口３２１の壁の形状制御が不十分になり、また開
口の底部の窒化物層３０２が一様でなくなる。この場合
も、ガスの化学的性質及びその他のエッチング・パラメ
ータを変えることによりエッチングを改良することもで
きるが、何らかのトレードオフは不可避である。さら
に、例えば酸化物：窒化物の選択性を改善しようとする
と、プラズマ状態が安定でなくなったり、ポリマーの合
成量が増大し、その結果リアクタが汚れることによって
多大な保守が必要になったり、粒子の生成によって歩留
りが低下したりすることがしばしばある。
【００１１】上記の酸化物エッチングにおける諸種の困
難のために、半導体デバイス構造部の角隅部に開口を形
成することは極めて困難である。図４において、パター
ニング層４１０の開口４１１は、部分的に例えばゲー
ト、相互配線または電極配線、あるいはその他の構造部
である構造部４０４の上方に位置するよう位置合わせさ
れている。図示のように、構造部４０４は、窒化ケイ素
のエッチングストップ層４０３によって覆われている。
通常、開口４２１は、部分的にある程度構造部４０４の
上方に位置するよう設計される。ここで考慮しなければ
ならないのは、エッチングが進行するにつれて、開口４
２１は、４３２で示す開口の底部まで完全にエッチング
が行われる前に構造部４０４の角隅部に達するというこ
とである。図示のように、非常に選択性の高いエッチン
グを行うことは困難なため、窒化物層４０３は構造部４
０４の上部４３０及び及び側部４３１から除去され、そ
の部分がエッチングが底部４３２に達するまでに相当な
時間エッチングに曝される。この問題は、開口４１１が
破線４２１ａで示すような位置に誤配列して形成された
場合、特に深刻である。開口４２１ａは、開口４２１の
場合に比べて窒化物層４０３を露出させる面積が小さ
い。その結果、マイクロローディング効果が小さくな
り、そのために、窒化物層４０３の狭くなった面積の部
分がはるかに速い割合でエッチングされることになる。
難のために、半導体デバイス構造部の角隅部に開口を形
成することは極めて困難である。図４において、パター
ニング層４１０の開口４１１は、部分的に例えばゲー
ト、相互配線または電極配線、あるいはその他の構造部
である構造部４０４の上方に位置するよう位置合わせさ
れている。図示のように、構造部４０４は、窒化ケイ素
のエッチングストップ層４０３によって覆われている。
通常、開口４２１は、部分的にある程度構造部４０４の
上方に位置するよう設計される。ここで考慮しなければ
ならないのは、エッチングが進行するにつれて、開口４
２１は、４３２で示す開口の底部まで完全にエッチング
が行われる前に構造部４０４の角隅部に達するというこ
とである。図示のように、非常に選択性の高いエッチン
グを行うことは困難なため、窒化物層４０３は構造部４
０４の上部４３０及び及び側部４３１から除去され、そ
の部分がエッチングが底部４３２に達するまでに相当な
時間エッチングに曝される。この問題は、開口４１１が
破線４２１ａで示すような位置に誤配列して形成された
場合、特に深刻である。開口４２１ａは、開口４２１の
場合に比べて窒化物層４０３を露出させる面積が小さ
い。その結果、マイクロローディング効果が小さくな
り、そのために、窒化物層４０３の狭くなった面積の部
分がはるかに速い割合でエッチングされることになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来よりＡＲ
ＤＥ効果が小さく、高い酸化物対窒化物選択性を呈し、
壁形状の管理が行われる酸化物のエッチング方法が求め
られている。さらに、そのような方法は、いずれも、こ
れらの性能目標間及びエッチング速度のような他の性能
目標との間に大きなトレードオフがなく、これによって
側壁テーパが小さく、かつまたはＡＲＤＥ効果が小さい
選択エッチングを達成できることが望ましい。また、こ
れらの方法は、自己整合コンタクトのエッチングのよう
に、他の構造部の上または上方に位置する開口の形成が
可能でなければならない。最後に、これらの方法は、特
に異なる深さの深い開口の形成が必要なプロセス・ステ
ップにおいて、性能を過度に犠牲にすることなく、より
深い開口の形成に対応することが可能でなければならな
い。そして、これらの方法は、プロセスやプロセス・ツ
ールの大規模な設計変更、過度の性能またはプロセス保
守のトレードオフ、高価で未実証の設備の導入、あるい
は多量の粒子生成なしに上記のようなエッチング特性が
確保できるものでなければならない。
ＤＥ効果が小さく、高い酸化物対窒化物選択性を呈し、
壁形状の管理が行われる酸化物のエッチング方法が求め
られている。さらに、そのような方法は、いずれも、こ
れらの性能目標間及びエッチング速度のような他の性能
目標との間に大きなトレードオフがなく、これによって
側壁テーパが小さく、かつまたはＡＲＤＥ効果が小さい
選択エッチングを達成できることが望ましい。また、こ
れらの方法は、自己整合コンタクトのエッチングのよう
に、他の構造部の上または上方に位置する開口の形成が
可能でなければならない。最後に、これらの方法は、特
に異なる深さの深い開口の形成が必要なプロセス・ステ
ップにおいて、性能を過度に犠牲にすることなく、より
深い開口の形成に対応することが可能でなければならな
い。そして、これらの方法は、プロセスやプロセス・ツ
ールの大規模な設計変更、過度の性能またはプロセス保
守のトレードオフ、高価で未実証の設備の導入、あるい
は多量の粒子生成なしに上記のようなエッチング特性が
確保できるものでなければならない。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本願は、酸化物層中のコ
ンタクト開口またはバイア開口のような開口のエッチン
グ方法を開示するものである。本発明の方法は、異なる
アスペクト比を有する開口を伴うエッチングや、平らな
構造部の上面、急峻な表面形状の上面におけるエッチン
グ、さらにはこれらの全てを有するエッチングを含む多
種多様なエッチングに使用することができる。本発明に
おいては、ＡＲＤＥ効果が小さくなるか、またはなくな
り、酸化物：窒化物選択性が改善され、選択性と他の性
能目標との間のトレードオフが非常に小さくなるか、ま
たはなくなる。本発明の一実施態様においては、酸化物
エッチング用のマスクとして、例えばポリシリコンのハ
ードマスク層を使用する。そのハードマスク上に、酸化
物層中に形成しようとする開口に対応するハードマスク
の領域を露出させるようパターニングされたフォトレジ
スト層を形成する。次に、このように露出されたハード
マスクの領域のエッチングを行う。本発明によれば、フ
ォトレジスト・マスク（特にフォトレジスト・マスクよ
り発生する炭素であると考えられる成分）とプラズマエ
ッチングガスとの相互作用が、エッチングのアスペクト
比従属性に支配的な影響を及ぼすという知見が得られ
た。従って、一実施態様においては、酸化物エッチング
の完了前にフォトレジスト・マスクを除去する。フォト
レジスト／エッチングガス間の相互作用をなくすと、ア
スペクト比従属性のエッチング効果が非常に少なくなる
か、またはなくなることが確認された。さらに、ハード
マスク層は、エッチングガスと相互に作用して、酸化
物：窒化物選択性を改善する効果があるという知見が得
られた。本発明のもう一つの実施態様においては、壁の
角度とのトレードオフなしに選択性を高くすることがで
きるよう酸化物エッチングを高温下で行う。
ンタクト開口またはバイア開口のような開口のエッチン
グ方法を開示するものである。本発明の方法は、異なる
アスペクト比を有する開口を伴うエッチングや、平らな
構造部の上面、急峻な表面形状の上面におけるエッチン
グ、さらにはこれらの全てを有するエッチングを含む多
種多様なエッチングに使用することができる。本発明に
おいては、ＡＲＤＥ効果が小さくなるか、またはなくな
り、酸化物：窒化物選択性が改善され、選択性と他の性
能目標との間のトレードオフが非常に小さくなるか、ま
たはなくなる。本発明の一実施態様においては、酸化物
エッチング用のマスクとして、例えばポリシリコンのハ
ードマスク層を使用する。そのハードマスク上に、酸化
物層中に形成しようとする開口に対応するハードマスク
の領域を露出させるようパターニングされたフォトレジ
スト層を形成する。次に、このように露出されたハード
マスクの領域のエッチングを行う。本発明によれば、フ
ォトレジスト・マスク（特にフォトレジスト・マスクよ
り発生する炭素であると考えられる成分）とプラズマエ
ッチングガスとの相互作用が、エッチングのアスペクト
比従属性に支配的な影響を及ぼすという知見が得られ
た。従って、一実施態様においては、酸化物エッチング
の完了前にフォトレジスト・マスクを除去する。フォト
レジスト／エッチングガス間の相互作用をなくすと、ア
スペクト比従属性のエッチング効果が非常に少なくなる
か、またはなくなることが確認された。さらに、ハード
マスク層は、エッチングガスと相互に作用して、酸化
物：窒化物選択性を改善する効果があるという知見が得
られた。本発明のもう一つの実施態様においては、壁の
角度とのトレードオフなしに選択性を高くすることがで
きるよう酸化物エッチングを高温下で行う。
【００１４】本発明のもう一つの実施態様においては、
酸化物：窒化物選択性を高くすることができるように、
フレオン１３４ａをエッチングガスの添加剤として使用
する。本発明のもう一つの実施態様においては、平らな
表面及び角隅部の表面形状のいずれに対しても酸化物：
窒化物選択エッチングを行うことができるように、ハー
ドマスク、フレオン１３４ａ、及び高温を使用する。本
発明の他の実施態様においては、エッチングは、２ステ
ップで行うことが可能である。酸化物層が厚い場合は、
２ステップで行うと、高いエッチング速度と選択性が可
能で、しかも下層の窒化物層の一様性が確保される。２
ステップ・エッチングプロセスの一例においては、まず
洗浄ステップにより堆積ポリマーを除去してから、第２
のエッチング・ステップを行う。本発明のもう一つの実
施態様においては、エッチングはフォトレジスト・マス
クを用いて行う。このエッチングは、ポリマーがレジス
ト表面に被着し、さらに形成途中の開口の側壁にも被着
するようにして行われる。このようにして、フォトレジ
スト・マスクはプラズマと相互に作用せず、従ってアス
ペクト比従属性エッチング効果が非常に小さくなり、あ
るいは除去される。さらに、エッチングガスが酸化物：
窒化物選択性の改善をもたらす。このエッチングは、別
途のハードマスク被着やエッチング・ステップを要せず
して、平坦な形状でも角隅部の表面形状についても使用
することが可能である。
酸化物：窒化物選択性を高くすることができるように、
フレオン１３４ａをエッチングガスの添加剤として使用
する。本発明のもう一つの実施態様においては、平らな
表面及び角隅部の表面形状のいずれに対しても酸化物：
窒化物選択エッチングを行うことができるように、ハー
ドマスク、フレオン１３４ａ、及び高温を使用する。本
発明の他の実施態様においては、エッチングは、２ステ
ップで行うことが可能である。酸化物層が厚い場合は、
２ステップで行うと、高いエッチング速度と選択性が可
能で、しかも下層の窒化物層の一様性が確保される。２
ステップ・エッチングプロセスの一例においては、まず
洗浄ステップにより堆積ポリマーを除去してから、第２
のエッチング・ステップを行う。本発明のもう一つの実
施態様においては、エッチングはフォトレジスト・マス
クを用いて行う。このエッチングは、ポリマーがレジス
ト表面に被着し、さらに形成途中の開口の側壁にも被着
するようにして行われる。このようにして、フォトレジ
スト・マスクはプラズマと相互に作用せず、従ってアス
ペクト比従属性エッチング効果が非常に小さくなり、あ
るいは除去される。さらに、エッチングガスが酸化物：
窒化物選択性の改善をもたらす。このエッチングは、別
途のハードマスク被着やエッチング・ステップを要せず
して、平坦な形状でも角隅部の表面形状についても使用
することが可能である。
【００１５】本発明のその他の特徴及び長所について
は、以下の実施形態の説明、図面及び特許請求の範囲の
記載により明らかとなろう。
は、以下の実施形態の説明、図面及び特許請求の範囲の
記載により明らかとなろう。
【００１６】以下、本発明を添付図面に示す実施形態に
より説明するが、これらの実施形態は例示説明のための
ものであって、本発明を制限するものではなく、また添
付図面においては、同様の参照符号は同様の構成要素な
いしは部分を示す。
より説明するが、これらの実施形態は例示説明のための
ものであって、本発明を制限するものではなく、また添
付図面においては、同様の参照符号は同様の構成要素な
いしは部分を示す。
【００１７】
【発明の実施の形態】酸化物層のエッチング方法の実施
形態について説明する。以下の説明においては、本発明
の完全な理解を図るために、特定の材料、厚さ、処理ス
テップ、プロセス・パラメータ等、特定の詳細事項を多
数記載する。しかしながら、これら特定の詳細事項は、
本発明を実施するために必ずしも用いる必要がないとい
うことは、当業者には明白であろう。他の場合において
は、周知の材料または方法については、本発明を不必要
に不明瞭にするのを避けるために、詳細な説明は省略し
た。さらに、以下の説明においては、本発明のいくつか
の実施形態を特定の構造部、酸化物層及び酸化物層の開
口との関連において説明する。本願中に説明する各々の
方法は、種々の構造部及び酸化物層に対して用いて、任
意の形状の開口を形成することができ、また、本願中に
説明する各々の酸化物エッチング方法は、必ずしもその
説明と関連した構造部及び／または酸化物層に限定され
るものではないということは理解できよう。さらに、本
願中に説明する方法は、いずれも、追加のエッチングプ
ロセスよりなるマルチステップ・エッチングの一部とし
て実施することも可能である。以下、いくつかのマルチ
ステップ・プロセスの実施形態について説明する。
形態について説明する。以下の説明においては、本発明
の完全な理解を図るために、特定の材料、厚さ、処理ス
テップ、プロセス・パラメータ等、特定の詳細事項を多
数記載する。しかしながら、これら特定の詳細事項は、
本発明を実施するために必ずしも用いる必要がないとい
うことは、当業者には明白であろう。他の場合において
は、周知の材料または方法については、本発明を不必要
に不明瞭にするのを避けるために、詳細な説明は省略し
た。さらに、以下の説明においては、本発明のいくつか
の実施形態を特定の構造部、酸化物層及び酸化物層の開
口との関連において説明する。本願中に説明する各々の
方法は、種々の構造部及び酸化物層に対して用いて、任
意の形状の開口を形成することができ、また、本願中に
説明する各々の酸化物エッチング方法は、必ずしもその
説明と関連した構造部及び／または酸化物層に限定され
るものではないということは理解できよう。さらに、本
願中に説明する方法は、いずれも、追加のエッチングプ
ロセスよりなるマルチステップ・エッチングの一部とし
て実施することも可能である。以下、いくつかのマルチ
ステップ・プロセスの実施形態について説明する。
【００１８】図５乃至７は、本発明の一実施形態による
半導体デバイスの製造中の構造部を示す。図８は、図５
乃至７について行われるプロセスのブロック図を示す。
まず、図８のブロック８０１に示すように、図５に示す
基板５００上に酸化物層５０１を形成する。基板５００
は、例えばデバイス領域、層及び構造部を含む半導体基
板よりなり、また酸化物層５０１の下層において様々な
変化のある表面形状を有する場合もある。酸化物層５０
１は、ドーピングしたもの、無ドーピングのものを含
め、どのような酸化物でもよく、また成長型酸化物で
も、ＣＶＤ、スパッタ蒸着等のような任意の方法により
蒸着された蒸着型酸化物でもよい。酸化物層５０１は、
いくつかの異なる種類の酸化物層から成る多層構造部で
あってもよいということは理解できよう。例えば一実施
形態においては、酸化物層５０１は、１０，０００Åの
ＢＰＳＧ層よりなり、このＢＰＳＧ層自体が、例えば、
異なるドーパント濃度のいくつかのサブ層と、ＢＰＳＧ
層の上面の３０００Åの未ドーピング酸化物層からな
る。一実施形態においては、酸化物層５０１は基板５０
０の最上面にある９００ÅのＣＶＤ窒化物層の上に設け
られる。次に、図８のステップ８０５においては、酸化
物層上にハードマスクが形成される。図５に示すよう
に、ハードマスク層５０５は酸化物層５０１上に被着さ
れる。一実施形態の場合、ハードマスク層５０５は、例
えば約５００〜５０００Åの厚さの範囲にＣＶＤ法によ
り蒸着されたポリシリコン層よりなる。ハードマスク層
５０５は、周知の任意の方法で被着することができると
いうこと、及び上記以外の厚さを用いることが可能なこ
とは言うまでもない。さらに、ハードマスクとしては、
窒化ケイ素、アルミニウム、ケイ化チタン、タングステ
ンまたは他の高融点金属等のような上記以外の種類の層
または層の組合わせを用いることができるということも
明らかであろう。また、ハードマスク層５０５は、無炭
素または炭素分の少ない膜であることが望ましいが、そ
の理由は明白であろう。
半導体デバイスの製造中の構造部を示す。図８は、図５
乃至７について行われるプロセスのブロック図を示す。
まず、図８のブロック８０１に示すように、図５に示す
基板５００上に酸化物層５０１を形成する。基板５００
は、例えばデバイス領域、層及び構造部を含む半導体基
板よりなり、また酸化物層５０１の下層において様々な
変化のある表面形状を有する場合もある。酸化物層５０
１は、ドーピングしたもの、無ドーピングのものを含
め、どのような酸化物でもよく、また成長型酸化物で
も、ＣＶＤ、スパッタ蒸着等のような任意の方法により
蒸着された蒸着型酸化物でもよい。酸化物層５０１は、
いくつかの異なる種類の酸化物層から成る多層構造部で
あってもよいということは理解できよう。例えば一実施
形態においては、酸化物層５０１は、１０，０００Åの
ＢＰＳＧ層よりなり、このＢＰＳＧ層自体が、例えば、
異なるドーパント濃度のいくつかのサブ層と、ＢＰＳＧ
層の上面の３０００Åの未ドーピング酸化物層からな
る。一実施形態においては、酸化物層５０１は基板５０
０の最上面にある９００ÅのＣＶＤ窒化物層の上に設け
られる。次に、図８のステップ８０５においては、酸化
物層上にハードマスクが形成される。図５に示すよう
に、ハードマスク層５０５は酸化物層５０１上に被着さ
れる。一実施形態の場合、ハードマスク層５０５は、例
えば約５００〜５０００Åの厚さの範囲にＣＶＤ法によ
り蒸着されたポリシリコン層よりなる。ハードマスク層
５０５は、周知の任意の方法で被着することができると
いうこと、及び上記以外の厚さを用いることが可能なこ
とは言うまでもない。さらに、ハードマスクとしては、
窒化ケイ素、アルミニウム、ケイ化チタン、タングステ
ンまたは他の高融点金属等のような上記以外の種類の層
または層の組合わせを用いることができるということも
明らかであろう。また、ハードマスク層５０５は、無炭
素または炭素分の少ない膜であることが望ましいが、そ
の理由は明白であろう。
【００１９】ステップ８１０においては、例えばフォト
レジストからなるパターニング層５１０をハードマスク
層５０５に被着し、図５に示すように、周知の方法を用
いてパターニングすることによって開口５１１及び５１
２を形成する。図に示すこれらの開口と同時に、ウェー
ハの表面全体にわたって図示以外の多くの開口を形成す
ることができるということは明らかであろう。次に、ス
テップ８１５においては、ハードマスク５０５を形成す
る材料に適したエッチング剤を用いてハードマスクをエ
ッチングし、ステップ８２０においてパターニング層５
１０を除去する。ステップ８１５及び８２０の後に得ら
れる構造部が図６に示してあり、図示のように、開口５
１５及び５１６がハードマスク層５０５に形成されてい
る。図から明らかなように、開口５１５の直径は開口５
１６の直径より著しく大きく、開口５１６の口径比は開
口５１５よりはるかに大きくなっている。前に述べたよ
うに、このように口径比が大きいことにより、開口５１
６の領域では、通常、酸化物エッチング速度がはるかに
遅くなる。しかしながら、本発明においては、ハードマ
スク５０５を使用することによって、これを避けること
ができる。次に、図６の構造部は、ステップ８０５にお
いて酸化物エッチング工程にかけられ、ハードマスク開
口５１５及び５１６に対応する酸化物層の位置に開口が
形成される。図７は、酸化物層５０１にエッチング中の
開口５２１及び５２２のエッチング完了直前における状
態を示す。図から明らかなように、開口５２１及び５２
２は、酸化物層５０１中にほぼ同じ距離だけエッチング
されている。このように、ハードマスクを用いることに
よって、ＡＲＤＥ効果は非常に小さくなるか、またはな
くなる。上に述べたように、基板５００が様々な変化の
ある表面形状を有するために、酸化物層５０１中の開口
の深さが種々異なる場合もある。従って、そのような場
合においては、全ての開口が同じ直径を有するとして
も、ウェーハ全体では、開口の深さが異なることによっ
てアスペクト比が様々に変わることになる。さらに、開
口の直径と深さが共に種々異なる場合もある。本発明の
ハードマスクは、これらの全ての場合において、エッチ
ングのアスペクト比従属性を低減させるかまたは除去す
ることができるということが確認されている。
レジストからなるパターニング層５１０をハードマスク
層５０５に被着し、図５に示すように、周知の方法を用
いてパターニングすることによって開口５１１及び５１
２を形成する。図に示すこれらの開口と同時に、ウェー
ハの表面全体にわたって図示以外の多くの開口を形成す
ることができるということは明らかであろう。次に、ス
テップ８１５においては、ハードマスク５０５を形成す
る材料に適したエッチング剤を用いてハードマスクをエ
ッチングし、ステップ８２０においてパターニング層５
１０を除去する。ステップ８１５及び８２０の後に得ら
れる構造部が図６に示してあり、図示のように、開口５
１５及び５１６がハードマスク層５０５に形成されてい
る。図から明らかなように、開口５１５の直径は開口５
１６の直径より著しく大きく、開口５１６の口径比は開
口５１５よりはるかに大きくなっている。前に述べたよ
うに、このように口径比が大きいことにより、開口５１
６の領域では、通常、酸化物エッチング速度がはるかに
遅くなる。しかしながら、本発明においては、ハードマ
スク５０５を使用することによって、これを避けること
ができる。次に、図６の構造部は、ステップ８０５にお
いて酸化物エッチング工程にかけられ、ハードマスク開
口５１５及び５１６に対応する酸化物層の位置に開口が
形成される。図７は、酸化物層５０１にエッチング中の
開口５２１及び５２２のエッチング完了直前における状
態を示す。図から明らかなように、開口５２１及び５２
２は、酸化物層５０１中にほぼ同じ距離だけエッチング
されている。このように、ハードマスクを用いることに
よって、ＡＲＤＥ効果は非常に小さくなるか、またはな
くなる。上に述べたように、基板５００が様々な変化の
ある表面形状を有するために、酸化物層５０１中の開口
の深さが種々異なる場合もある。従って、そのような場
合においては、全ての開口が同じ直径を有するとして
も、ウェーハ全体では、開口の深さが異なることによっ
てアスペクト比が様々に変わることになる。さらに、開
口の直径と深さが共に種々異なる場合もある。本発明の
ハードマスクは、これらの全ての場合において、エッチ
ングのアスペクト比従属性を低減させるかまたは除去す
ることができるということが確認されている。
【００２０】ハードマスク５０５の使用はあらゆるエッ
チングプロセスにおいて効果的であるが、本発明の一実
施形態は、ＲＩＥ／トリオード・システムである３８４
Ｔドライエッチング・システムを用いて実施する。６″
（１５０ｍｍ）ウェーハの場合、エッチングは、２．５
標準立方センチメートル／分（ＳＣＣＭ）のフレオン１
３４ａと１０ＳＣＣＭのＣＨＦ3 （フレオン２３）より
なるエッチングガス流中で行う。また、このエッチング
は、６００ワット（Ｗ）で約１４００ボルト（Ｖ）のＤ
Ｃバイアス下で行う。エッチング時の圧力は、約１０〜
４０ｍＴｏｒｒ（ミリトール）の範囲に保つ。下部電極
冷却水温度は１７℃に設定し、上部チャンバ温度は５０
℃に設定する。上記のエッチングは、フォトレジスト層
５１０の除去後１ステップで行ったが、エッチングを２
ステップで行う、すなわちレジスト層５１０に開口を形
成しないままの状態からまず酸化物層の第１の部分まで
エッチングした後、フォトレジストを剥ぎ落し、次に開
口の輪郭を定めるハードマスクだけを残して高性能の最
終エッチングステップを行うようにしてもよい。例え
ば、一実施形態においては、約２０００Åの酸化物層が
ウェーハの最も薄い部分に残るように、無ドーピングの
酸化物層とドーピングされた層の一部をエッチングする
よう設計された高エッチング速度の無選択エッチング・
ステップをまず行い、次に上記と同様の第２のエッチン
グ・ステップを行う。本発明の別の実施形態で説明する
ように、２つのエッチング・ステップの間に洗浄ステッ
プを行うことも可能である。
チングプロセスにおいて効果的であるが、本発明の一実
施形態は、ＲＩＥ／トリオード・システムである３８４
Ｔドライエッチング・システムを用いて実施する。６″
（１５０ｍｍ）ウェーハの場合、エッチングは、２．５
標準立方センチメートル／分（ＳＣＣＭ）のフレオン１
３４ａと１０ＳＣＣＭのＣＨＦ3 （フレオン２３）より
なるエッチングガス流中で行う。また、このエッチング
は、６００ワット（Ｗ）で約１４００ボルト（Ｖ）のＤ
Ｃバイアス下で行う。エッチング時の圧力は、約１０〜
４０ｍＴｏｒｒ（ミリトール）の範囲に保つ。下部電極
冷却水温度は１７℃に設定し、上部チャンバ温度は５０
℃に設定する。上記のエッチングは、フォトレジスト層
５１０の除去後１ステップで行ったが、エッチングを２
ステップで行う、すなわちレジスト層５１０に開口を形
成しないままの状態からまず酸化物層の第１の部分まで
エッチングした後、フォトレジストを剥ぎ落し、次に開
口の輪郭を定めるハードマスクだけを残して高性能の最
終エッチングステップを行うようにしてもよい。例え
ば、一実施形態においては、約２０００Åの酸化物層が
ウェーハの最も薄い部分に残るように、無ドーピングの
酸化物層とドーピングされた層の一部をエッチングする
よう設計された高エッチング速度の無選択エッチング・
ステップをまず行い、次に上記と同様の第２のエッチン
グ・ステップを行う。本発明の別の実施形態で説明する
ように、２つのエッチング・ステップの間に洗浄ステッ
プを行うことも可能である。
【００２１】上記のようなハードマスク５０５の使用
は、現行の全ての酸化物エッチングプロセスにおいて効
果的である。本発明は、プラズマの総炭素含有量に対す
るのフォトレジストの寄与をなくすことによって、ＡＲ
ＤＥ効果が最小限になると考えられる。前に述べたよう
に、プラズマ中の炭素から形成されるポリマー残留物
は、選択性や壁形状のようなエッチング特性に大きい影
響を及ぼす。しかしながら、これまでは、フォトレジス
ト層がＡＲＤＥ効果のようなエッチング特性に対して強
い影響を及ぼすということは認められていなかった。本
発明によれば、このようなフォトレジストの強い影響が
なくなるので、エッチングガスの化学的性質の選択が、
ＡＲＤＥ効果が最小限となるよう調整するという条件に
よって拘束されることがなくなり、むしろエッチング速
度、選択性、プロファイル・コントロール等のような他
の性能目標を達成するよう調節することができることか
ら、相当のプロセス寛容度が達成される。上に述べたよ
うに、本発明の長所は、フォトレジスト、及び最もその
可能性があるフォトレジストから生じる炭素とプラズマ
エッチングガスとの相互作用を排除することによって達
成されるものと考えられる。従って、本発明の他の実施
形態においては、プラズマエッチングガスに対して比較
的不活性となるよう処理された感光層を唯一のマスキン
グ層として使用することが可能である。例えば、「ＤＥ
ＳＩＲＥ」プロセスとして知られるプロセスによって形
成されたシリル化したフォトレジスト層を用いることが
できる。このプロセスにおいては、露光したレジスト層
をＨＭＤＳまたは同様の化合物で処理して、レジスト層
の各部分にシリコンを含浸する。これに関しては、例え
ば、ＳＰＩＥのｖｏｌ．１９２５（１９９３年１月刊）
の２６４〜２６９ページに所載されているパベルチェク
（Ｐａｖｅｌｃｈｅｋ）他による「ポジティブトーン・
シリル化の性能改善のためのプロセス技術（Ｔｅｃｈｎ
ｉｑｕｅｓ ＦｏｒＩｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｐｅｒｆｏｒ
ｍａｎｃｅ ｏｆ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｏｎｅ Ｓｉ
ｌｙｌａｔｉｏｎ）」；及びユー．シー．バークレイ
（Ｕ．Ｃ．Ｂｅｒｋｅｌｅｙ）及びアイ．ビー．エム・
アルマデン研究センター（ＩＢＭ Ａｌｍａｄｅｎ Ｒ
ｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｒｅ）刊のシー．エー．スペ
ンス（Ｃ．Ａ．Ｓｐｅｎｃｅ）、エス．エー．マクドナ
ルド（Ｓ．Ａ．ＭａｃＤｏｎａｌｄ）及びエッチ．シュ
ロッサー（Ｈ．Ｓｃｈｌｏｓｓｅｒ）共著の「ポリ（ｔ
‐ＢＯＣ）スチレン・レジストのシリル化：性能とメカ
ニズム（Ｓｉｌｙｌａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｏｌｙ（ｔ‐
ＢＯＣ）Ｓｔｙｒｅｎｅ Ｒｅｓｉｓｔｓ：Ｐｅｒｆｏ
ｒｍａｎｃｅ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ）」を参
照のこと。また、これらの論文中に引用された参考文献
も参照のこと。この方法またはこれと同様の方法で処理
した、エッチングガスとあまり反応しない、従ってプラ
ズマの炭素含有量に大きな影響を及ぼさないフォトレジ
スト層は、本願で説明したハードマスク層の代わりに使
用することも可能である。この場合は、上に述べたよう
なパターニング層もハードマスク層も必要はない。ハー
ドマスク５０５を用いることよって、あるいは感光層を
プラズマエッチングガスに対して実質的に不活性にする
ことによって、既設の酸化物エッチングプロセスは、設
計をやり直したり、新しい装置等で実施したりする必要
はなく、関連する多くのトレードオフを回避することが
でき、あるいは最小限に止めることができる。本発明に
おいては、エッチング特性に大きな影響を及ぼすフォト
レジストから生じる炭素の問題なしに、エッチングを目
標に適応させることができる。本発明の実施形態には、
さらに、選択性／壁の角度のトレードオフを最小限にす
る方法を含み、また酸化物：窒化物選択性を改善する方
法、角隅部の上方にまたがる開口が必要なエッチングに
おける選択性を改善する方法、酸化物層中に深い開口を
エッチングする方法が含まれるということは明らかであ
ろう。本発明のこれらの方法を使用することによって、
総じて本願中に説明したような様々な性能目標を達成す
ることができ、またプロセス寛容度を改善することも可
能である。
は、現行の全ての酸化物エッチングプロセスにおいて効
果的である。本発明は、プラズマの総炭素含有量に対す
るのフォトレジストの寄与をなくすことによって、ＡＲ
ＤＥ効果が最小限になると考えられる。前に述べたよう
に、プラズマ中の炭素から形成されるポリマー残留物
は、選択性や壁形状のようなエッチング特性に大きい影
響を及ぼす。しかしながら、これまでは、フォトレジス
ト層がＡＲＤＥ効果のようなエッチング特性に対して強
い影響を及ぼすということは認められていなかった。本
発明によれば、このようなフォトレジストの強い影響が
なくなるので、エッチングガスの化学的性質の選択が、
ＡＲＤＥ効果が最小限となるよう調整するという条件に
よって拘束されることがなくなり、むしろエッチング速
度、選択性、プロファイル・コントロール等のような他
の性能目標を達成するよう調節することができることか
ら、相当のプロセス寛容度が達成される。上に述べたよ
うに、本発明の長所は、フォトレジスト、及び最もその
可能性があるフォトレジストから生じる炭素とプラズマ
エッチングガスとの相互作用を排除することによって達
成されるものと考えられる。従って、本発明の他の実施
形態においては、プラズマエッチングガスに対して比較
的不活性となるよう処理された感光層を唯一のマスキン
グ層として使用することが可能である。例えば、「ＤＥ
ＳＩＲＥ」プロセスとして知られるプロセスによって形
成されたシリル化したフォトレジスト層を用いることが
できる。このプロセスにおいては、露光したレジスト層
をＨＭＤＳまたは同様の化合物で処理して、レジスト層
の各部分にシリコンを含浸する。これに関しては、例え
ば、ＳＰＩＥのｖｏｌ．１９２５（１９９３年１月刊）
の２６４〜２６９ページに所載されているパベルチェク
（Ｐａｖｅｌｃｈｅｋ）他による「ポジティブトーン・
シリル化の性能改善のためのプロセス技術（Ｔｅｃｈｎ
ｉｑｕｅｓ ＦｏｒＩｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｐｅｒｆｏｒ
ｍａｎｃｅ ｏｆ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｏｎｅ Ｓｉ
ｌｙｌａｔｉｏｎ）」；及びユー．シー．バークレイ
（Ｕ．Ｃ．Ｂｅｒｋｅｌｅｙ）及びアイ．ビー．エム・
アルマデン研究センター（ＩＢＭ Ａｌｍａｄｅｎ Ｒ
ｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｒｅ）刊のシー．エー．スペ
ンス（Ｃ．Ａ．Ｓｐｅｎｃｅ）、エス．エー．マクドナ
ルド（Ｓ．Ａ．ＭａｃＤｏｎａｌｄ）及びエッチ．シュ
ロッサー（Ｈ．Ｓｃｈｌｏｓｓｅｒ）共著の「ポリ（ｔ
‐ＢＯＣ）スチレン・レジストのシリル化：性能とメカ
ニズム（Ｓｉｌｙｌａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｏｌｙ（ｔ‐
ＢＯＣ）Ｓｔｙｒｅｎｅ Ｒｅｓｉｓｔｓ：Ｐｅｒｆｏ
ｒｍａｎｃｅ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ）」を参
照のこと。また、これらの論文中に引用された参考文献
も参照のこと。この方法またはこれと同様の方法で処理
した、エッチングガスとあまり反応しない、従ってプラ
ズマの炭素含有量に大きな影響を及ぼさないフォトレジ
スト層は、本願で説明したハードマスク層の代わりに使
用することも可能である。この場合は、上に述べたよう
なパターニング層もハードマスク層も必要はない。ハー
ドマスク５０５を用いることよって、あるいは感光層を
プラズマエッチングガスに対して実質的に不活性にする
ことによって、既設の酸化物エッチングプロセスは、設
計をやり直したり、新しい装置等で実施したりする必要
はなく、関連する多くのトレードオフを回避することが
でき、あるいは最小限に止めることができる。本発明に
おいては、エッチング特性に大きな影響を及ぼすフォト
レジストから生じる炭素の問題なしに、エッチングを目
標に適応させることができる。本発明の実施形態には、
さらに、選択性／壁の角度のトレードオフを最小限にす
る方法を含み、また酸化物：窒化物選択性を改善する方
法、角隅部の上方にまたがる開口が必要なエッチングに
おける選択性を改善する方法、酸化物層中に深い開口を
エッチングする方法が含まれるということは明らかであ
ろう。本発明のこれらの方法を使用することによって、
総じて本願中に説明したような様々な性能目標を達成す
ることができ、またプロセス寛容度を改善することも可
能である。
【００２２】周知のように、従来技術による酸化物層の
エッチング方法においてはプラズマ中のイオン及び／ま
たは電子と基板との衝突によってかなり大きな熱が発生
する。また、このようにして発生するエネルギーの量
は、使用するガスや電力のような種々のプロセス・パラ
メータによって決まる。極端な温度上昇を防ぐために、
ウェーハ温度は、下部電極に水のような冷却剤を流すこ
とにより、またはウェーハの裏側に例えばヘリウムガス
を流すことによって、あるいはこれら両方の手段によっ
て冷却する。典型的なプロセスにおいては、冷却はウェ
ーハの最高温度が約６０°〜８０℃の範囲となるように
行われる。いずれに場合も、ウェーハはレジスト温度
が、レジスト層が変形し、その結果寸法管理が損われ、
エッチングせずに残すよう設計された部分に潜在的な開
口が生じるレジスト・レチキュレーション温度を越えな
いように十分に冷却しなければならないから、ウェーハ
の上限温度は、フォトレジストのパターニング層を用い
ることによって制約される。典型的なレジスト・レチキ
ュレーション温度は約１１０℃である。しかしながら、
本発明においては、図６に示すように、レジスト層は酸
化物のエッチングを行う前に除去することができるとい
うことに留意すべきである。従って、本発明の他の実施
形態においては、温度は、必要ならばレジスト・レチキ
ュレーション温度以上に調節することもできる（裏側冷
却剤流を適切に調節することによって）。例えば、上記
のエッチングシステムを用いて行われる一実施形態にお
いては、裏側に流すヘリウム圧力を、レジストマスクを
用いた同様のプロセスの場合で、通常約５〜１５ＳＣＣ
Ｍの流量を生じる約８Ｔｏｒｒ（トール）と比較して、
通常約１〜５ＳＣＣＭのヘリウム流量を生じる約２Ｔｏ
ｒｒ（トール）にまで下げる。上記のようにヘリウム圧
力を調節することによって、ウェーハ温度は、約１００
°〜２００℃以上の温度に達すると予測することができ
る。一実施形態においては、ウェーハ温度は約１１０°
〜１３０℃に維持する。この温度範囲は上記のレジスト
の網状化温度以上であるということに注目すべきであ
る。
エッチング方法においてはプラズマ中のイオン及び／ま
たは電子と基板との衝突によってかなり大きな熱が発生
する。また、このようにして発生するエネルギーの量
は、使用するガスや電力のような種々のプロセス・パラ
メータによって決まる。極端な温度上昇を防ぐために、
ウェーハ温度は、下部電極に水のような冷却剤を流すこ
とにより、またはウェーハの裏側に例えばヘリウムガス
を流すことによって、あるいはこれら両方の手段によっ
て冷却する。典型的なプロセスにおいては、冷却はウェ
ーハの最高温度が約６０°〜８０℃の範囲となるように
行われる。いずれに場合も、ウェーハはレジスト温度
が、レジスト層が変形し、その結果寸法管理が損われ、
エッチングせずに残すよう設計された部分に潜在的な開
口が生じるレジスト・レチキュレーション温度を越えな
いように十分に冷却しなければならないから、ウェーハ
の上限温度は、フォトレジストのパターニング層を用い
ることによって制約される。典型的なレジスト・レチキ
ュレーション温度は約１１０℃である。しかしながら、
本発明においては、図６に示すように、レジスト層は酸
化物のエッチングを行う前に除去することができるとい
うことに留意すべきである。従って、本発明の他の実施
形態においては、温度は、必要ならばレジスト・レチキ
ュレーション温度以上に調節することもできる（裏側冷
却剤流を適切に調節することによって）。例えば、上記
のエッチングシステムを用いて行われる一実施形態にお
いては、裏側に流すヘリウム圧力を、レジストマスクを
用いた同様のプロセスの場合で、通常約５〜１５ＳＣＣ
Ｍの流量を生じる約８Ｔｏｒｒ（トール）と比較して、
通常約１〜５ＳＣＣＭのヘリウム流量を生じる約２Ｔｏ
ｒｒ（トール）にまで下げる。上記のようにヘリウム圧
力を調節することによって、ウェーハ温度は、約１００
°〜２００℃以上の温度に達すると予測することができ
る。一実施形態においては、ウェーハ温度は約１１０°
〜１３０℃に維持する。この温度範囲は上記のレジスト
の網状化温度以上であるということに注目すべきであ
る。
【００２３】図９は、概してハードマスク５０５と同様
のハードマスク９０５を用いて酸化物層９０１に形成し
た開口９２１の例を示す。酸化物層９０１はどのような
種類の酸化物層でもよい。基板９００は、概して基板５
００と同様の基板であって、多くの層、構造部を有する
ものであってもよく、かつ形成しようとする開口の下側
に種々変化のある表面形状を有するものであってもよ
い。前述の場合と同様、異なる直径を有しかつまたは異
なるアスペクト比を有する複数の開口を形成することも
可能である。エッチングは、前述のヘリウム流量及び圧
力を用いて行う。一実施形態においては、エッチング
は、約１．５ＳＣＣＭのフレオン１３４ａと約４７ＳＣ
ＣＭのＣＨＦ3 よりなるエッチングガス流を用いて行
う。また、このエッチングは、６００Ｗの電力、３０ｍ
Ｔｏｒｒの圧力、及び約１４００ＶのＤＣバイアス下で
行う。下部電極冷却水温度は約１７℃に設定し、上部チ
ャンバ温度は５０℃に設定する。高い温度を用いた角９
０６は、８５°より大きくなっている。これは、図２の
角２０６に比して対照的である。温度を高くすると、開
口の底部と比較して酸化物側壁上のポリマー形成が選好
的に抑制されることによって、壁の角度が改善されるも
のと考えられる。場合によっては、これによって急峻な
壁の角度及び選択性の改善が見られる。本発明において
は、ドーピング層及び無ドーピング層、あるいはドーピ
ングレベルが種々異なる層のように、異なる種類の酸化
物層を通してエッチングする場合も形状制御が維持され
るということが確認されている。一般に、温度を高くす
ると、あらゆる種類の酸化物は、他の層、特に窒化物よ
り「粘り」がなくなり、酸化物のシリコン、窒化ケイ
素、ケイ化チタン等に対する高いエッチング選択性が達
成されると考えられている。さらに、このようにより高
い温度を用いて選択性のトレードオフなしで壁形状を改
善する技術は、任意のエッチングガスを用いたどのよう
なプロセスにでも適用することができる。本発明によれ
ば、より高い温度で選択性が改善されるか、同じレベル
に維持されるので、より大きなプロセス寛容度が得られ
る。例えば、比較的厚いＢＰＳＧの層の選択エッチング
を優れたプロファイル・コントロールでもって達成する
ことができる。さらに、温度を高くすると、一般にエッ
チング速度が増大するので、スループットも高くなる。
この壁の角度の改善に加えて、図９に示す実施形態で
は、前に説明したハードマスク層の長所も達成される。
のハードマスク９０５を用いて酸化物層９０１に形成し
た開口９２１の例を示す。酸化物層９０１はどのような
種類の酸化物層でもよい。基板９００は、概して基板５
００と同様の基板であって、多くの層、構造部を有する
ものであってもよく、かつ形成しようとする開口の下側
に種々変化のある表面形状を有するものであってもよ
い。前述の場合と同様、異なる直径を有しかつまたは異
なるアスペクト比を有する複数の開口を形成することも
可能である。エッチングは、前述のヘリウム流量及び圧
力を用いて行う。一実施形態においては、エッチング
は、約１．５ＳＣＣＭのフレオン１３４ａと約４７ＳＣ
ＣＭのＣＨＦ3 よりなるエッチングガス流を用いて行
う。また、このエッチングは、６００Ｗの電力、３０ｍ
Ｔｏｒｒの圧力、及び約１４００ＶのＤＣバイアス下で
行う。下部電極冷却水温度は約１７℃に設定し、上部チ
ャンバ温度は５０℃に設定する。高い温度を用いた角９
０６は、８５°より大きくなっている。これは、図２の
角２０６に比して対照的である。温度を高くすると、開
口の底部と比較して酸化物側壁上のポリマー形成が選好
的に抑制されることによって、壁の角度が改善されるも
のと考えられる。場合によっては、これによって急峻な
壁の角度及び選択性の改善が見られる。本発明において
は、ドーピング層及び無ドーピング層、あるいはドーピ
ングレベルが種々異なる層のように、異なる種類の酸化
物層を通してエッチングする場合も形状制御が維持され
るということが確認されている。一般に、温度を高くす
ると、あらゆる種類の酸化物は、他の層、特に窒化物よ
り「粘り」がなくなり、酸化物のシリコン、窒化ケイ
素、ケイ化チタン等に対する高いエッチング選択性が達
成されると考えられている。さらに、このようにより高
い温度を用いて選択性のトレードオフなしで壁形状を改
善する技術は、任意のエッチングガスを用いたどのよう
なプロセスにでも適用することができる。本発明によれ
ば、より高い温度で選択性が改善されるか、同じレベル
に維持されるので、より大きなプロセス寛容度が得られ
る。例えば、比較的厚いＢＰＳＧの層の選択エッチング
を優れたプロファイル・コントロールでもって達成する
ことができる。さらに、温度を高くすると、一般にエッ
チング速度が増大するので、スループットも高くなる。
この壁の角度の改善に加えて、図９に示す実施形態で
は、前に説明したハードマスク層の長所も達成される。
【００２４】本発明においては、何らかのエッチングガ
スにフレオン１３４ａを添加すると、これを添加しない
場合には酸化物：窒化物選択性を示さないエッチングガ
スにおいても、酸化物：窒化物選択性が改善されるとい
うことが確認されている。フレオン１３４ａの化学式Ｃ
2 Ｈ2 Ｆ4 で表される。図１０Ａに、フレオン１３４ａ
の分子１００２の構造部式を示す。ここで説明する実施
形態においては、フレオン１３４ａとフレオン２３（Ｃ
ＨＦ3 ）とを含有する混合物中でエッチングを行う。一
実施形態においては、フレオン１３４ａの流量約１．５
ＳＣＣＭの、ＣＨＦ3 の流量約４７ＳＣＣＭ、圧力約１
０〜４０ｍＴｏｒｒ、電力約４００〜１２００Ｗ、及び
約１０００〜２０００Ｖの範囲のＤＣバイアスという条
件下でエッチングを行う。図１１を参照すると、基板１
１００上の窒化物層１１０２の上層にある酸化物層１１
０１が示されている。基板１１００は、概して前述の基
板と同様であり、酸化物層１１０１も概して酸化物層５
０１と同様である。ハードマスク層１１０５をパターニ
ングし、エッチングすることによって、開口１１１１が
形成されている。エッチングは前述の場合同様に行い、
エッチングプロセス中の開口１１２１の状態が示してあ
る。図から明らかなように、酸化物の側壁１１３０には
ポリマー被着が非常に少ないのに対し、底部１１０７に
相当のポリマー堆積が見られる。
スにフレオン１３４ａを添加すると、これを添加しない
場合には酸化物：窒化物選択性を示さないエッチングガ
スにおいても、酸化物：窒化物選択性が改善されるとい
うことが確認されている。フレオン１３４ａの化学式Ｃ
2 Ｈ2 Ｆ4 で表される。図１０Ａに、フレオン１３４ａ
の分子１００２の構造部式を示す。ここで説明する実施
形態においては、フレオン１３４ａとフレオン２３（Ｃ
ＨＦ3 ）とを含有する混合物中でエッチングを行う。一
実施形態においては、フレオン１３４ａの流量約１．５
ＳＣＣＭの、ＣＨＦ3 の流量約４７ＳＣＣＭ、圧力約１
０〜４０ｍＴｏｒｒ、電力約４００〜１２００Ｗ、及び
約１０００〜２０００Ｖの範囲のＤＣバイアスという条
件下でエッチングを行う。図１１を参照すると、基板１
１００上の窒化物層１１０２の上層にある酸化物層１１
０１が示されている。基板１１００は、概して前述の基
板と同様であり、酸化物層１１０１も概して酸化物層５
０１と同様である。ハードマスク層１１０５をパターニ
ングし、エッチングすることによって、開口１１１１が
形成されている。エッチングは前述の場合同様に行い、
エッチングプロセス中の開口１１２１の状態が示してあ
る。図から明らかなように、酸化物の側壁１１３０には
ポリマー被着が非常に少ないのに対し、底部１１０７に
相当のポリマー堆積が見られる。
【００２５】正確なメカニズムは不明であるが、本発明
のフレオン１３４ａは、ポリシリコンのハードマスク層
と組み合って遊離した中性フッ素（Ｆ）及びフッ素イオ
ンを減少させ、プラズマ中のこれらの濃度を低下させ、
これによって酸化物表面と比べて窒化物表面におけるＦ
／Ｃ比を小さくするよう作用することにより、上記のよ
うな選択性の向上を可能にするものと考えられる。これ
によって、エッチングは、酸化物エッチングが依然とし
て許容される速度で行われるが、窒化物上ではエッチン
グがほとんど行われないという状況になる。さらに、フ
レオン１３４ａの分子１００２と他の発生源からの炭素
との反応によって生じた３炭素鎖分子の存在にによって
選択性が高くなることもあると考えられる。フレオン１
３４ａは、図１０Ｂに示す反応を起こして、安定した分
子１００５が生成されるものと考えられる。すると、分
子１００５が例えばＣＨＦ3 と反応して、上記の３炭素
分子を生じることが考えられる。フレオン１３４ａ共に
ＣＨＦ3 を使用した場合に、選択性の改善が確認されて
いる。しかしながら、ＣＨＦ3 とＣＨ2 Ｆ2 （フレオン
３２）の混合物、ＣＨＦ3 とＣＨＦ2 ＣＦ3 （フレオン
１２５）との混合物、及びＣＨＦ3 とＣ2 Ｆ6 フレオ
ン１１６）との混合物では、フレオン１３４ａを用いた
場合のような選択性の改善が見られないということが確
認されているので、第１炭素原子に結合した第２水素原
子が、本願で企図するメカニズムにとって重要な役割を
持つように思われる。
のフレオン１３４ａは、ポリシリコンのハードマスク層
と組み合って遊離した中性フッ素（Ｆ）及びフッ素イオ
ンを減少させ、プラズマ中のこれらの濃度を低下させ、
これによって酸化物表面と比べて窒化物表面におけるＦ
／Ｃ比を小さくするよう作用することにより、上記のよ
うな選択性の向上を可能にするものと考えられる。これ
によって、エッチングは、酸化物エッチングが依然とし
て許容される速度で行われるが、窒化物上ではエッチン
グがほとんど行われないという状況になる。さらに、フ
レオン１３４ａの分子１００２と他の発生源からの炭素
との反応によって生じた３炭素鎖分子の存在にによって
選択性が高くなることもあると考えられる。フレオン１
３４ａは、図１０Ｂに示す反応を起こして、安定した分
子１００５が生成されるものと考えられる。すると、分
子１００５が例えばＣＨＦ3 と反応して、上記の３炭素
分子を生じることが考えられる。フレオン１３４ａ共に
ＣＨＦ3 を使用した場合に、選択性の改善が確認されて
いる。しかしながら、ＣＨＦ3 とＣＨ2 Ｆ2 （フレオン
３２）の混合物、ＣＨＦ3 とＣＨＦ2 ＣＦ3 （フレオン
１２５）との混合物、及びＣＨＦ3 とＣ2 Ｆ6 フレオ
ン１１６）との混合物では、フレオン１３４ａを用いた
場合のような選択性の改善が見られないということが確
認されているので、第１炭素原子に結合した第２水素原
子が、本願で企図するメカニズムにとって重要な役割を
持つように思われる。
【００２６】本発明による選択性の改善は、さらに、ハ
ードマスクのフッ素ゲッタリング作用によって一部達成
されるものと思われる。従って、ハードマスク１１０５
は、好ましくはポリシリコン、または窒化ケイ素、タン
グステン（Ｗ）、ケイ化チタン（Ｔi Ｓi ）等のような
他の数種類のフッ素反応性フィルムとする。もちろん、
ハードマスク５０５の場合同様、ハードマスク１１０５
は無炭素または炭素分の非常に少ない膜であることがさ
らに好ましい。フレオン１３４ａの添加は、広範多様に
異なるサイズに対して有効であり、種々のプロセス及び
エッチング・ツールで用いることができるということが
確認されている。さらに、選択性の改善は、他の性能目
標とのトレードオフが最小限度で、あるいは全くなしで
達成することができる。さらに、本発明によって得られ
る選択性は不安定なプラズマ状態を有するプロセスに頼
ることなく、また多量のポリマー合成を伴うことなく達
成することができ、従って、困難なリアクタの保守、粒
子生成、及び壁形状制御のの低下などの困難な問題を回
避することができる。現行のエッチングプロセスガスに
ついては、各特定の状況に応じてフレオン１３４ａの添
加量を変えることが可能である。例えば、通常は、フレ
オン１３４ａは、フレオン１３４ａの流量が総ガス流量
の約３〜５０％となるように加えればよい。
ードマスクのフッ素ゲッタリング作用によって一部達成
されるものと思われる。従って、ハードマスク１１０５
は、好ましくはポリシリコン、または窒化ケイ素、タン
グステン（Ｗ）、ケイ化チタン（Ｔi Ｓi ）等のような
他の数種類のフッ素反応性フィルムとする。もちろん、
ハードマスク５０５の場合同様、ハードマスク１１０５
は無炭素または炭素分の非常に少ない膜であることがさ
らに好ましい。フレオン１３４ａの添加は、広範多様に
異なるサイズに対して有効であり、種々のプロセス及び
エッチング・ツールで用いることができるということが
確認されている。さらに、選択性の改善は、他の性能目
標とのトレードオフが最小限度で、あるいは全くなしで
達成することができる。さらに、本発明によって得られ
る選択性は不安定なプラズマ状態を有するプロセスに頼
ることなく、また多量のポリマー合成を伴うことなく達
成することができ、従って、困難なリアクタの保守、粒
子生成、及び壁形状制御のの低下などの困難な問題を回
避することができる。現行のエッチングプロセスガスに
ついては、各特定の状況に応じてフレオン１３４ａの添
加量を変えることが可能である。例えば、通常は、フレ
オン１３４ａは、フレオン１３４ａの流量が総ガス流量
の約３〜５０％となるように加えればよい。
【００２７】従来技術で高い選択性を持つ多くのプロセ
スにおいては、壁形状制御の問題に加えて、酸化物層を
完全にエッチングすることが困難なことがしばしばあ
り、特に深い開口の場合、困難であった。しかしなが
ら、本発明においては、フォトレジストからの炭素分が
除かれるので、底部における過度のポリマー堆積の問題
なしに高い選択性が達成されることによって、開口を完
全にエッチングすることが可能である。その上、本発明
においては、窒化物へのポリマーの付着のために、窒化
物に対してはほぼ無限の選択性が達成されるということ
が確認されている。すなわち、最初に小量のエッチング
が起こった後、ポリマーが堆積し始めるため、エッチン
グの長さにかかわらず、最初の小量のエッチング後にお
いては窒化物のエッチングは持続しない。
スにおいては、壁形状制御の問題に加えて、酸化物層を
完全にエッチングすることが困難なことがしばしばあ
り、特に深い開口の場合、困難であった。しかしなが
ら、本発明においては、フォトレジストからの炭素分が
除かれるので、底部における過度のポリマー堆積の問題
なしに高い選択性が達成されることによって、開口を完
全にエッチングすることが可能である。その上、本発明
においては、窒化物へのポリマーの付着のために、窒化
物に対してはほぼ無限の選択性が達成されるということ
が確認されている。すなわち、最初に小量のエッチング
が起こった後、ポリマーが堆積し始めるため、エッチン
グの長さにかかわらず、最初の小量のエッチング後にお
いては窒化物のエッチングは持続しない。
【００２８】図４を参照して前に説明したように、酸化
物：窒化物選択性を達成することの困難に加えて、さら
に、コンタクトの底部内の窒化物の一様性を達成するす
ることや、構造部４０４から窒化物エッチングストップ
層が除去されないようにすることにも困難がある。図１
２乃至１４は、この問題を解消するための本発明の他の
実施形態を示す。図１２においては、酸化物層１２０１
上にハードマスク層１２０５が形成されている。一実施
形態においては、酸化物層１２０１は、１２，０００Å
のＢＰＳＧ層の上に形成された２０００Åの無ドーピン
グＴＥＯＳ層よりなる。ハードマスク１２０５、ハード
マスク１１０５に関連して説明したようなポリシリコン
または他のフッ素ゲッタリング材料であることが好まし
い。フォトレジスト層１２１０は、開口１２１１を有
し、その開口１２１１は、部分的に構造部１２０４の上
方に位置する開口を酸化物層中に形成するよう位置合わ
せしてある（すなわち、この場合エッチングは角隅部の
上部まで及ばなければならない）。例えば、図１２に示
すプロセス・ステップは、自己整合コンタクト・エッチ
ングであってもよい。次に、図１３においては、開口１
２１１によって露出したハードマスク１２０５の領域が
エッチングされて開口１２１６が形成されている。開口
１２１６を形成した後、フォトレジスト層１２１０は除
去される。
物：窒化物選択性を達成することの困難に加えて、さら
に、コンタクトの底部内の窒化物の一様性を達成するす
ることや、構造部４０４から窒化物エッチングストップ
層が除去されないようにすることにも困難がある。図１
２乃至１４は、この問題を解消するための本発明の他の
実施形態を示す。図１２においては、酸化物層１２０１
上にハードマスク層１２０５が形成されている。一実施
形態においては、酸化物層１２０１は、１２，０００Å
のＢＰＳＧ層の上に形成された２０００Åの無ドーピン
グＴＥＯＳ層よりなる。ハードマスク１２０５、ハード
マスク１１０５に関連して説明したようなポリシリコン
または他のフッ素ゲッタリング材料であることが好まし
い。フォトレジスト層１２１０は、開口１２１１を有
し、その開口１２１１は、部分的に構造部１２０４の上
方に位置する開口を酸化物層中に形成するよう位置合わ
せしてある（すなわち、この場合エッチングは角隅部の
上部まで及ばなければならない）。例えば、図１２に示
すプロセス・ステップは、自己整合コンタクト・エッチ
ングであってもよい。次に、図１３においては、開口１
２１１によって露出したハードマスク１２０５の領域が
エッチングされて開口１２１６が形成されている。開口
１２１６を形成した後、フォトレジスト層１２１０は除
去される。
【００２９】本発明の一実施形態においては、高温のフ
レオン１３４ａよりなるエッチングガスを用い、ハード
マスク１２０５を通して酸化物エッチングを行う。一実
施形態の場合、エッチングは、１０ＳＣＣＭのＣＨＦ3
と２．５ＳＣＣＭのフレオン１３４ａよりなるエッチン
グガス流中で電力６００Ｗで行う。ウェーハ裏側のヘリ
ウム圧力は２Ｔｏｒｒである。前述したように、ハード
マスク１２０５と共にフレオン１３４８を使することに
よって、酸化物：窒化物選択性が向上する。高いウェー
ハ温度を用いることによって、優れた壁形状の制御が可
能となり、また酸化物：窒化物選択性がさらに改善され
て、水平な表面でも垂直な表面でも窒化物層の優れた一
様性が確保される。選択性の改善に加えて、ハードマス
ク１２０５は、ＡＲＤＥ効果をも低減させる。図１４か
ら明らかなように、開口１２２１は酸化物層１２０１に
形成されているが、構造部１２０４には窒化物層１２０
３の一様な部分が残っており、開口１２２１の底部１２
３０には窒化物層１２０２の一様な部分が残っている。
窒化物層１２０２及び１２０３は、同じ処理ステップで
形成される場合もあれば、異なるステップで形成される
場合もあるということは理解できよう。一実施形態にお
いては、窒化物層１２０２及び１２０３は、約７００Å
の厚さを有する。前述のエッチング特性に関して、本発
明は、図１２乃至１４に示すような構造部の場合、改善
効果を有する。本発明では、上記のような高い酸化物：
窒化物選択性が達成されるので、図４に関連して説明し
た構造部の角隅部の上方に及ぶエッチングの問題は生じ
ない。さらに、角隅部でも平らな表面上でも窒化物の一
様性が確保されるので、本発明は、角隅部の上方に位置
する開口と平らな表面の上方に位置する開口がある酸化
物エッチングを行なうために用いることができる。さら
に、ハードマスク１２０５がＡＲＤＥ効果を最小限に抑
えるので、開口は、アスペクト比が互いに異なってもよ
い。また、これらの効果は現行のリアクタ技術によっ
て、しかもエッチングプロセスを実質的に設計し直す必
要なく達成されるということに注目すべきである。本発
明によれば、変化のある表面形状の上でも、平らな表面
の上でも従来より改善されたプロセスウィンドウが得ら
れ、もちろんあらゆる種類のエッチングにおいてより大
きいプロセス寛容度が得られる。
レオン１３４ａよりなるエッチングガスを用い、ハード
マスク１２０５を通して酸化物エッチングを行う。一実
施形態の場合、エッチングは、１０ＳＣＣＭのＣＨＦ3
と２．５ＳＣＣＭのフレオン１３４ａよりなるエッチン
グガス流中で電力６００Ｗで行う。ウェーハ裏側のヘリ
ウム圧力は２Ｔｏｒｒである。前述したように、ハード
マスク１２０５と共にフレオン１３４８を使することに
よって、酸化物：窒化物選択性が向上する。高いウェー
ハ温度を用いることによって、優れた壁形状の制御が可
能となり、また酸化物：窒化物選択性がさらに改善され
て、水平な表面でも垂直な表面でも窒化物層の優れた一
様性が確保される。選択性の改善に加えて、ハードマス
ク１２０５は、ＡＲＤＥ効果をも低減させる。図１４か
ら明らかなように、開口１２２１は酸化物層１２０１に
形成されているが、構造部１２０４には窒化物層１２０
３の一様な部分が残っており、開口１２２１の底部１２
３０には窒化物層１２０２の一様な部分が残っている。
窒化物層１２０２及び１２０３は、同じ処理ステップで
形成される場合もあれば、異なるステップで形成される
場合もあるということは理解できよう。一実施形態にお
いては、窒化物層１２０２及び１２０３は、約７００Å
の厚さを有する。前述のエッチング特性に関して、本発
明は、図１２乃至１４に示すような構造部の場合、改善
効果を有する。本発明では、上記のような高い酸化物：
窒化物選択性が達成されるので、図４に関連して説明し
た構造部の角隅部の上方に及ぶエッチングの問題は生じ
ない。さらに、角隅部でも平らな表面上でも窒化物の一
様性が確保されるので、本発明は、角隅部の上方に位置
する開口と平らな表面の上方に位置する開口がある酸化
物エッチングを行なうために用いることができる。さら
に、ハードマスク１２０５がＡＲＤＥ効果を最小限に抑
えるので、開口は、アスペクト比が互いに異なってもよ
い。また、これらの効果は現行のリアクタ技術によっ
て、しかもエッチングプロセスを実質的に設計し直す必
要なく達成されるということに注目すべきである。本発
明によれば、変化のある表面形状の上でも、平らな表面
の上でも従来より改善されたプロセスウィンドウが得ら
れ、もちろんあらゆる種類のエッチングにおいてより大
きいプロセス寛容度が得られる。
【００３０】本発明のさらに他の実施形態では、エッチ
ング性能を犠牲にすることなく、より深いエッチング深
さを達成することが可能である。図１５において、開口
１５１１及び１５１２を有するパターニング層１５１０
が、酸化物層１５０１に被着されたハードマスク層１５
０５に形成されている。酸化物層１５０１は、約５，０
００〜３０，０００Åの範囲の深さを有する比較的厚い
酸化物である。また、酸化物層１５０１は、数層の１種
の酸化物層または２種以上の異なる酸化物層からなるも
のでもよい。例えば、一実施形態においては、酸化物層
１５０１は、例えば、全厚が約１０，０００Å〜２０，
０００Åで、１層以上のＢＰＳＧ層の上に形成された約
３，０００ÅのＣＶＤ ＴＥＯＳ酸化物の最上層よりな
る。通常は、形成中の開口の底部にポリマーの堆積が生
じるため、このような厚い層を通してエッチングするの
は困難である。さらに、前述した理由によって、開口が
異なるアスペクト比を有し、一部の開口が構造部の上方
に位置するようなエッチングを完全に行うことは困難で
ある。
ング性能を犠牲にすることなく、より深いエッチング深
さを達成することが可能である。図１５において、開口
１５１１及び１５１２を有するパターニング層１５１０
が、酸化物層１５０１に被着されたハードマスク層１５
０５に形成されている。酸化物層１５０１は、約５，０
００〜３０，０００Åの範囲の深さを有する比較的厚い
酸化物である。また、酸化物層１５０１は、数層の１種
の酸化物層または２種以上の異なる酸化物層からなるも
のでもよい。例えば、一実施形態においては、酸化物層
１５０１は、例えば、全厚が約１０，０００Å〜２０，
０００Åで、１層以上のＢＰＳＧ層の上に形成された約
３，０００ÅのＣＶＤ ＴＥＯＳ酸化物の最上層よりな
る。通常は、形成中の開口の底部にポリマーの堆積が生
じるため、このような厚い層を通してエッチングするの
は困難である。さらに、前述した理由によって、開口が
異なるアスペクト比を有し、一部の開口が構造部の上方
に位置するようなエッチングを完全に行うことは困難で
ある。
【００３１】従って、本発明のさらに他の実施形態にお
いては、図１５に示すように、ハードマスク層１５０５
を通して開口１５１６及び１５１７を形成するようにエ
ッチングを行う。次に、レジスト層１５１０を被着した
まま、高エッチング速度で酸化物エッチングを行うが、
このエッチングは酸化物層１５０１の最上部の１層以上
をエッチングするよう設計することが望ましい。例え
ば、一実施形態においては、エッチングは、無ドーピン
グ層とドーピングされた層の一部をエッチングするのに
適合した設計にする。一実施形態の場合、エッチング
は、７０ＳＣＣＭのＣＨＦ3 と２０ＳＣＣＭのＣ2 Ｆ6
（フレオン１１６）よりなるエッチングガス流中で行
う。また、このエッチングは、電力６００Ｗ、圧力５０
ｍＴｏｒｒで行う。ヘリウム冷却剤圧力は８Ｔｏｒｒと
し、下部電極冷却水温度は１７℃に設定する。次に、ポ
リマー除去ステップを行う。ポリマーは、例えば酸素プ
ラズマ中でアッシング（灰化）するか、または湿式化学
エッチングを行うことも可能である。例えば、一実施形
態においては、ＩＰＣバレル・アッシングシステムで
１．５Ｔｏｒｒの酸素（Ｏ2 ）流を用い、４００Ｗで４
５分間第１の洗浄ステップを行った後、１５０℃のＨ2
ＳＯ4 ・Ｈ2 Ｏ2 溶液中で２０分間洗浄する。その方が
望ましい場合、ポリマー洗浄は、上記の中の１つのステ
ップと同様にして１ステップで行ってもよい。さらに、
同様の多くの洗浄ステップを行うことが可能なことは明
白であろう。ポリマー除去ステップにおいては、パター
ニング層１５１０も除去する。
いては、図１５に示すように、ハードマスク層１５０５
を通して開口１５１６及び１５１７を形成するようにエ
ッチングを行う。次に、レジスト層１５１０を被着した
まま、高エッチング速度で酸化物エッチングを行うが、
このエッチングは酸化物層１５０１の最上部の１層以上
をエッチングするよう設計することが望ましい。例え
ば、一実施形態においては、エッチングは、無ドーピン
グ層とドーピングされた層の一部をエッチングするのに
適合した設計にする。一実施形態の場合、エッチング
は、７０ＳＣＣＭのＣＨＦ3 と２０ＳＣＣＭのＣ2 Ｆ6
（フレオン１１６）よりなるエッチングガス流中で行
う。また、このエッチングは、電力６００Ｗ、圧力５０
ｍＴｏｒｒで行う。ヘリウム冷却剤圧力は８Ｔｏｒｒと
し、下部電極冷却水温度は１７℃に設定する。次に、ポ
リマー除去ステップを行う。ポリマーは、例えば酸素プ
ラズマ中でアッシング（灰化）するか、または湿式化学
エッチングを行うことも可能である。例えば、一実施形
態においては、ＩＰＣバレル・アッシングシステムで
１．５Ｔｏｒｒの酸素（Ｏ2 ）流を用い、４００Ｗで４
５分間第１の洗浄ステップを行った後、１５０℃のＨ2
ＳＯ4 ・Ｈ2 Ｏ2 溶液中で２０分間洗浄する。その方が
望ましい場合、ポリマー洗浄は、上記の中の１つのステ
ップと同様にして１ステップで行ってもよい。さらに、
同様の多くの洗浄ステップを行うことが可能なことは明
白であろう。ポリマー除去ステップにおいては、パター
ニング層１５１０も除去する。
【００３２】図１６は、上記のステップを実行し、開口
１５２１′及び１５２２′を部分的に形成した後におけ
る図１５の構造部を示す。図から明らかなように、酸化
物層１５０１の相当の厚み部分がエッチングにより除去
されている。さらに、ポリマーは全て開口から除去され
ている。次に、前に図１２乃至１４により説明したフレ
オン１３４ａと高温を用いる本発明の１つのエッチング
方法を行う。第２のエッチング・ステップ後における図
１６の構造部を図１７に示す。図示のように、開口１５
２１及び１５２２は、酸化物層１５０１を完全に貫通し
て窒化物層１５０２の表面に達する。その窒化物層１５
０２は開口の底部にあって一様な状態に保たれている。
その上、構造部１５０４の上にある窒化物層１５０３
は、完全な状態を維持する。前述したように、エッチン
グ温度は、所望のテーパに合わせて変えることができ
る。例えば、８５°〜９０°の角１５０６は、前に説明
したように、ウェーハ温度が高くなるようヘリウムの流
量及び圧力を下げることにより形成することができる。
あるいは、必要ならば、角１５０６のテーパが８５°以
下となるように、通常の冷却を行うこともできる。
１５２１′及び１５２２′を部分的に形成した後におけ
る図１５の構造部を示す。図から明らかなように、酸化
物層１５０１の相当の厚み部分がエッチングにより除去
されている。さらに、ポリマーは全て開口から除去され
ている。次に、前に図１２乃至１４により説明したフレ
オン１３４ａと高温を用いる本発明の１つのエッチング
方法を行う。第２のエッチング・ステップ後における図
１６の構造部を図１７に示す。図示のように、開口１５
２１及び１５２２は、酸化物層１５０１を完全に貫通し
て窒化物層１５０２の表面に達する。その窒化物層１５
０２は開口の底部にあって一様な状態に保たれている。
その上、構造部１５０４の上にある窒化物層１５０３
は、完全な状態を維持する。前述したように、エッチン
グ温度は、所望のテーパに合わせて変えることができ
る。例えば、８５°〜９０°の角１５０６は、前に説明
したように、ウェーハ温度が高くなるようヘリウムの流
量及び圧力を下げることにより形成することができる。
あるいは、必要ならば、角１５０６のテーパが８５°以
下となるように、通常の冷却を行うこともできる。
【００３３】前に述べたように、酸化物エッチングプロ
セスにおけるハードマスクの使用は、フォトレジストと
エッチングガスの相互作用を防ぐ効果がある。図１３に
示すような構造部を形成することによって、種々のエッ
チングガスとエッチング条件を調べて、それらの条件下
及びフォトレジストからの干渉がない場合におけるポリ
マー形成を観測することができる。例えば、ある条件の
下においては、ポリマー堆積は、エッチングプロセス中
にハードマスク１２０５のようなハードマスクの上面に
位置する水平な表面で起こるということが確認された。
従来技術においては、側壁、開口内の窒化物表面、及び
トレンチの底面上のポリマー堆積が知られているが、図
１３の層１２０５の上面のような上面におけるポリマー
堆積は知られていなかった。これは、上面にある水平な
表面がポリマー形成を防ぐのに十分なイオン衝撃を受け
るということによるものである。これに対して、開口の
側壁及び側壁中の構造部は、受けるイオン衝撃が著しく
少ない。
セスにおけるハードマスクの使用は、フォトレジストと
エッチングガスの相互作用を防ぐ効果がある。図１３に
示すような構造部を形成することによって、種々のエッ
チングガスとエッチング条件を調べて、それらの条件下
及びフォトレジストからの干渉がない場合におけるポリ
マー形成を観測することができる。例えば、ある条件の
下においては、ポリマー堆積は、エッチングプロセス中
にハードマスク１２０５のようなハードマスクの上面に
位置する水平な表面で起こるということが確認された。
従来技術においては、側壁、開口内の窒化物表面、及び
トレンチの底面上のポリマー堆積が知られているが、図
１３の層１２０５の上面のような上面におけるポリマー
堆積は知られていなかった。これは、上面にある水平な
表面がポリマー形成を防ぐのに十分なイオン衝撃を受け
るということによるものである。これに対して、開口の
側壁及び側壁中の構造部は、受けるイオン衝撃が著しく
少ない。
【００３４】従って、本発明のさらに他の実施形態にお
いては、ハードマスクの上面上でポリマー膜の形成が起
きる条件下でフォトレジスト・マスクを使用する。図１
８には、構造部１８０４、窒化物層１８０２及び酸化物
層１８０１が設けられた基板１８００が示してある。こ
れらの層及び構造は、総じて、例えば図１２によって説
明したものと同様であるが、本発明の他の実施形態との
関連で説明した層または構造と同様のものであってもよ
い。酸化物層の上には、ポジ形フォトレジスト層１８１
０のような感光層が形成される。その感光層は、一実施
形態の場合、約１．０〜１．５ミクロンの範囲の厚さを
有する。フォトレジスト層１８１０には、周知の方法に
よって開口１８１１が形成されている。フォトレジスト
層１８１０は、開口１８１１により露出した酸化物層１
８０１の領域においてコンタクト開口またはバイアを形
成するためのマスクとして用いることができる。
いては、ハードマスクの上面上でポリマー膜の形成が起
きる条件下でフォトレジスト・マスクを使用する。図１
８には、構造部１８０４、窒化物層１８０２及び酸化物
層１８０１が設けられた基板１８００が示してある。こ
れらの層及び構造は、総じて、例えば図１２によって説
明したものと同様であるが、本発明の他の実施形態との
関連で説明した層または構造と同様のものであってもよ
い。酸化物層の上には、ポジ形フォトレジスト層１８１
０のような感光層が形成される。その感光層は、一実施
形態の場合、約１．０〜１．５ミクロンの範囲の厚さを
有する。フォトレジスト層１８１０には、周知の方法に
よって開口１８１１が形成されている。フォトレジスト
層１８１０は、開口１８１１により露出した酸化物層１
８０１の領域においてコンタクト開口またはバイアを形
成するためのマスクとして用いることができる。
【００３５】本発明の一実施形態においては、エッチン
グは、ＬＡＭ３８４Ｔドライエッチングシステム中で行
う。８インチウェーハ用として設計されたあるシステム
においては、３ＳＣＣＭのフレオン１３４ａと１０ＳＣ
ＣＭのＣＨＦ3 よりなるエッチングガス中でエッチング
を行う。このエッチングは、電力約３００〜４００Ｗの
範囲、好ましくは約３５０Ｗで約１２００ボルトのＤＣ
バイアス下で行う。一実施形態においては、約２０〜５
０ｍＴｏｒｒの範囲、好ましくは約３５ｍＴｏｒｒの圧
力下でエッチングを行う。また、一実施形態において
は、ヘリウム圧力は、通常約１〜２ＳＣＣＭの範囲のヘ
リウム流量を生じる約１．５Ｔｏｒｒにする。このヘリ
ウム流量では、ウェーハは約９０℃の温度に達すると予
測することができる。この温度は、ほぼレジスト網状化
温度以下に温度を保たなければならないので、ハードマ
スクを用いる本発明のいくつかの実施形態で用いる温度
以下である。
グは、ＬＡＭ３８４Ｔドライエッチングシステム中で行
う。８インチウェーハ用として設計されたあるシステム
においては、３ＳＣＣＭのフレオン１３４ａと１０ＳＣ
ＣＭのＣＨＦ3 よりなるエッチングガス中でエッチング
を行う。このエッチングは、電力約３００〜４００Ｗの
範囲、好ましくは約３５０Ｗで約１２００ボルトのＤＣ
バイアス下で行う。一実施形態においては、約２０〜５
０ｍＴｏｒｒの範囲、好ましくは約３５ｍＴｏｒｒの圧
力下でエッチングを行う。また、一実施形態において
は、ヘリウム圧力は、通常約１〜２ＳＣＣＭの範囲のヘ
リウム流量を生じる約１．５Ｔｏｒｒにする。このヘリ
ウム流量では、ウェーハは約９０℃の温度に達すると予
測することができる。この温度は、ほぼレジスト網状化
温度以下に温度を保たなければならないので、ハードマ
スクを用いる本発明のいくつかの実施形態で用いる温度
以下である。
【００３６】さらに、エッチングシステムにいくつかの
変更を行った。例えば、このシステムにおいて、複数の
開口を有するアルミニウム製のグリッド構造を上部電極
と下部電極との間に配置する。このグリッドは、エッチ
ング時、電圧を印加してもよく、あるいは一実施形態に
おけるように接地してもよい。グリッドの典型的な開口
寸法は約９ｍｍである。しかしながら、一実施形態にお
いては、約１５ｍｍの開口寸法を用いる。さらに大きい
開口を用いると、暗部が小さくなり、より強烈なプラズ
マが生じる。さらに、一実施形態においては、電極間隔
を約１．３〜１．８インチの範囲、好ましくは約１．６
インチとした。この間隔は、典型的な従来技術の電極間
隔である約０．６インチより大きい。最後に、一実施形
態においては、標準的なルーツブロワ型メカニカルポン
プに換えてターボポンプを使用し、より大きいポンピン
グ速度に対応できるよう、ポンピング管路を２インチか
ら３インチに変えた。通常、これらの変更は、圧力を一
定として、より大きな（例えば約４倍の）ガス流量に対
応することができる。
変更を行った。例えば、このシステムにおいて、複数の
開口を有するアルミニウム製のグリッド構造を上部電極
と下部電極との間に配置する。このグリッドは、エッチ
ング時、電圧を印加してもよく、あるいは一実施形態に
おけるように接地してもよい。グリッドの典型的な開口
寸法は約９ｍｍである。しかしながら、一実施形態にお
いては、約１５ｍｍの開口寸法を用いる。さらに大きい
開口を用いると、暗部が小さくなり、より強烈なプラズ
マが生じる。さらに、一実施形態においては、電極間隔
を約１．３〜１．８インチの範囲、好ましくは約１．６
インチとした。この間隔は、典型的な従来技術の電極間
隔である約０．６インチより大きい。最後に、一実施形
態においては、標準的なルーツブロワ型メカニカルポン
プに換えてターボポンプを使用し、より大きいポンピン
グ速度に対応できるよう、ポンピング管路を２インチか
ら３インチに変えた。通常、これらの変更は、圧力を一
定として、より大きな（例えば約４倍の）ガス流量に対
応することができる。
【００３７】次に、図１９は、上記のエッチングプロセ
ス開始後における図１８の基板を示す。図示のように、
レジスト層１８１０の上面及び開口１８１１の側壁上に
はポリマーの薄層１９０１が形成されている。このポリ
マー被着層は、レジスト／プラズマ間相互作用を防ぐよ
うに、レジスト層を実質的に封じ込める。この封じ込め
によって、酸化物：レジストのエッチング速度比は実質
的に無限大となるので、レジストマスクはエッチングプ
ロセス中侵食されない状態に保たれる。レジスト層１８
１０の上面にはポリマー堆積が起こるが、酸化物層１８
０１の開口１８１１によって露出した領域のエッチング
は持続して行われる。レジスト層１８１０の表面上で
は、本発明のプラズマにおける中性：帯電イオン比の増
大によってポリマー堆積が起こると考えられるが、同様
にその他の要因によってもレジスト層１８１０の表面上
にポリマー形成／堆積が起きると考えられる。これらの
条件は、レジスト層１８１０のような層またはポリシリ
コンで形成されたハードマスクの表面上におけるポリマ
ー堆積につながるということが明らかになっているが、
酸化物層には、イオン衝撃の存在下における酸化物層の
反応性のために、酸化物層以外のこれらのと比較して、
高い中性流束（フラックス）の存在下においても実質的
なポリマー堆積は起こらない。
ス開始後における図１８の基板を示す。図示のように、
レジスト層１８１０の上面及び開口１８１１の側壁上に
はポリマーの薄層１９０１が形成されている。このポリ
マー被着層は、レジスト／プラズマ間相互作用を防ぐよ
うに、レジスト層を実質的に封じ込める。この封じ込め
によって、酸化物：レジストのエッチング速度比は実質
的に無限大となるので、レジストマスクはエッチングプ
ロセス中侵食されない状態に保たれる。レジスト層１８
１０の上面にはポリマー堆積が起こるが、酸化物層１８
０１の開口１８１１によって露出した領域のエッチング
は持続して行われる。レジスト層１８１０の表面上で
は、本発明のプラズマにおける中性：帯電イオン比の増
大によってポリマー堆積が起こると考えられるが、同様
にその他の要因によってもレジスト層１８１０の表面上
にポリマー形成／堆積が起きると考えられる。これらの
条件は、レジスト層１８１０のような層またはポリシリ
コンで形成されたハードマスクの表面上におけるポリマ
ー堆積につながるということが明らかになっているが、
酸化物層には、イオン衝撃の存在下における酸化物層の
反応性のために、酸化物層以外のこれらのと比較して、
高い中性流束（フラックス）の存在下においても実質的
なポリマー堆積は起こらない。
【００３８】通常、従来技術においては、上に述べたよ
うに、開口１８１１の側壁上のポリマー形成が起こるこ
とがあるが、レジスト層の上面におけるポリマー堆積は
起こらない。そのために、従来技術においては、レジス
トはイオン衝撃のためにある有限の速度でエッチングさ
れる。さらに、レジスト層がエッチングされるにつれ
て、角隅部は、通常僅かにプルバックする。例えば、破
線１９０５は、従来技術のプロセスにおける開口の近傍
のフォトレジスト層１８１０のエッチングを示す。最終
的に、エッチングが進むにつれて、この角隅部のプルバ
ックは、非常にテーパの大きい開口を生じることがあ
る。これに対して、本発明においては、層１８１０の上
面に及び開口１８１１の側壁にポリマー層１９０１があ
るため、レジスト形状はそっくり維持される。さらに、
レジストが侵食されることなく保たれるので、比較的厚
い酸化物層を通してのエッチングを行うことも可能であ
る。
うに、開口１８１１の側壁上のポリマー形成が起こるこ
とがあるが、レジスト層の上面におけるポリマー堆積は
起こらない。そのために、従来技術においては、レジス
トはイオン衝撃のためにある有限の速度でエッチングさ
れる。さらに、レジスト層がエッチングされるにつれ
て、角隅部は、通常僅かにプルバックする。例えば、破
線１９０５は、従来技術のプロセスにおける開口の近傍
のフォトレジスト層１８１０のエッチングを示す。最終
的に、エッチングが進むにつれて、この角隅部のプルバ
ックは、非常にテーパの大きい開口を生じることがあ
る。これに対して、本発明においては、層１８１０の上
面に及び開口１８１１の側壁にポリマー層１９０１があ
るため、レジスト形状はそっくり維持される。さらに、
レジストが侵食されることなく保たれるので、比較的厚
い酸化物層を通してのエッチングを行うことも可能であ
る。
【００３９】図２０には、図１９の基板のエッチング完
了後の状態が示してある。図示のように、ポリマー層１
９０１は、感光層１８１０を封じ込めるほか、窒化物層
１８０２及び酸化物層１８０１の側壁にも付着する。側
壁上のポリマー堆積は、通常、前述したように側壁のイ
オン衝撃が比較的小さいことに一部起因する。また、前
に述べたように、側壁１８０１のような酸化物の側壁に
堆積するポリマーの量は、プロセス条件、特に温度及び
エッチングガスに従属する。一実施形態においては、ポ
リマー層１９０１は側壁１８０１に生じるが、上記実施
形態の温度は、許容可能な壁の角度が得られるだけ十分
高い温度である。さらに、前述したように、この実施形
態のエッチングガスは、窒化物表面上に選好的にポリマ
ー堆積を生じさせ、優れた酸化物：窒化物選択性が得ら
れるようになっている。窒化物層１８０２上のポリマー
層１９０１の形成によって、構造部１８０４の上面ある
いは側面では窒化物層１８０２のエッチングは起こらな
いので、構造部の角隅部は侵食されないまま維持され
る。従って、本発明の他の実施形態の場合と同様に、構
造部の角隅部の上方でも、厚い酸化物層中の深いエッチ
ングにおいても、高い選択性を保つことが可能である。
了後の状態が示してある。図示のように、ポリマー層１
９０１は、感光層１８１０を封じ込めるほか、窒化物層
１８０２及び酸化物層１８０１の側壁にも付着する。側
壁上のポリマー堆積は、通常、前述したように側壁のイ
オン衝撃が比較的小さいことに一部起因する。また、前
に述べたように、側壁１８０１のような酸化物の側壁に
堆積するポリマーの量は、プロセス条件、特に温度及び
エッチングガスに従属する。一実施形態においては、ポ
リマー層１９０１は側壁１８０１に生じるが、上記実施
形態の温度は、許容可能な壁の角度が得られるだけ十分
高い温度である。さらに、前述したように、この実施形
態のエッチングガスは、窒化物表面上に選好的にポリマ
ー堆積を生じさせ、優れた酸化物：窒化物選択性が得ら
れるようになっている。窒化物層１８０２上のポリマー
層１９０１の形成によって、構造部１８０４の上面ある
いは側面では窒化物層１８０２のエッチングは起こらな
いので、構造部の角隅部は侵食されないまま維持され
る。従って、本発明の他の実施形態の場合と同様に、構
造部の角隅部の上方でも、厚い酸化物層中の深いエッチ
ングにおいても、高い選択性を保つことが可能である。
【００４０】図１８乃至図２０に示す例で説明したプロ
セスを用いることは、ハードマスクにおけるポリマー堆
積及びエッチングがなく、フォトレジストの除去が必要
なく、前に説明したハードマスクを用いる実施形態にお
ける洗浄ステップもないという点で有利である。このよ
うに、ポリマー堆積方式を用いると、ハードマスクの実
施形態の多くの長所が、より安価で複雑でないプロセス
で確保される。
セスを用いることは、ハードマスクにおけるポリマー堆
積及びエッチングがなく、フォトレジストの除去が必要
なく、前に説明したハードマスクを用いる実施形態にお
ける洗浄ステップもないという点で有利である。このよ
うに、ポリマー堆積方式を用いると、ハードマスクの実
施形態の多くの長所が、より安価で複雑でないプロセス
で確保される。
【００４１】上に述べたように、ポリマー堆積方式は、
最初は、フォトレジストを用いないハードマスクの実施
形態を使用することによって見出されたものである。こ
のように、レジストとの相互作用を起こさないポリマー
の堆積特性は、実験などにより求めることができる。い
ったん、上面にある水平な表面上におけるポリマー堆積
が起こる一組の条件が見付かったならば、ポリマー堆積
が起こるとレジスト／プラズマ間相互作用はたちまち阻
止されるので、それらの条件をフォトレジスト・マスク
を有する実施形態で使用することが可能である。前述の
エッチング・パラメータによれば、レジスト層の封じ込
めが可能であるが、以下に説明する指針に従って、アス
ペクト比従属性効果の低減または防止を含めて、本発明
の長所につながるレジストの封じ込めを生じるような他
のプロセス条件を用いることが可能なことはいうまでも
ない。
最初は、フォトレジストを用いないハードマスクの実施
形態を使用することによって見出されたものである。こ
のように、レジストとの相互作用を起こさないポリマー
の堆積特性は、実験などにより求めることができる。い
ったん、上面にある水平な表面上におけるポリマー堆積
が起こる一組の条件が見付かったならば、ポリマー堆積
が起こるとレジスト／プラズマ間相互作用はたちまち阻
止されるので、それらの条件をフォトレジスト・マスク
を有する実施形態で使用することが可能である。前述の
エッチング・パラメータによれば、レジスト層の封じ込
めが可能であるが、以下に説明する指針に従って、アス
ペクト比従属性効果の低減または防止を含めて、本発明
の長所につながるレジストの封じ込めを生じるような他
のプロセス条件を用いることが可能なことはいうまでも
ない。
【００４２】当業者ならば、図１３に示すような構造部
を形成することによって、エッチングガスの化学的条
件、電力、時間、及び装置構成を、関心の対象になって
いる特定の装置やプロセス・ステップに適合するよう調
節することが可能である。例えば、一実施形態において
は、前述したように、グリッド中の開口数を多くした。
これによれば、より効率的なプラズマが得られ、プラズ
マ中の無帯電化学種が増加する。その結果、レジストの
エッチングを生じさせる作用がより強いより高いイオン
流束を持つプラズマに比べて、レジスト層１８１０の表
面にポリマーを堆積させる作用が強いプラズマが生じ
る。さらに、ウェーハを僅かにプラズマ放電から遠ざけ
ることによって電極間隔を大きくすると、レジスト表面
におけるイオン流束を小さくするのと同じ効果がある。
このように、当業者であれば、必要な場合、これらの考
察事項や条件を利用して装置に調整を加え、レジスト層
上にポリマーを堆積させる一方で酸化物層をエッチング
するようなプラズマを得ることが可能である。さらに、
エッチングガスまたは他のプロセス・パラメータの調整
を、このような装置の修正と合わせて、あるいは装置の
修正に代えて行ってもよい。例えば、ポリマー生成量が
増加することが知られている周知の方法として、フレオ
ン１３４ａ、ＣＨＦ3 、Ｈ2 のような１種以上のエッチ
ングガスの濃度を上げることも可能である。
を形成することによって、エッチングガスの化学的条
件、電力、時間、及び装置構成を、関心の対象になって
いる特定の装置やプロセス・ステップに適合するよう調
節することが可能である。例えば、一実施形態において
は、前述したように、グリッド中の開口数を多くした。
これによれば、より効率的なプラズマが得られ、プラズ
マ中の無帯電化学種が増加する。その結果、レジストの
エッチングを生じさせる作用がより強いより高いイオン
流束を持つプラズマに比べて、レジスト層１８１０の表
面にポリマーを堆積させる作用が強いプラズマが生じ
る。さらに、ウェーハを僅かにプラズマ放電から遠ざけ
ることによって電極間隔を大きくすると、レジスト表面
におけるイオン流束を小さくするのと同じ効果がある。
このように、当業者であれば、必要な場合、これらの考
察事項や条件を利用して装置に調整を加え、レジスト層
上にポリマーを堆積させる一方で酸化物層をエッチング
するようなプラズマを得ることが可能である。さらに、
エッチングガスまたは他のプロセス・パラメータの調整
を、このような装置の修正と合わせて、あるいは装置の
修正に代えて行ってもよい。例えば、ポリマー生成量が
増加することが知られている周知の方法として、フレオ
ン１３４ａ、ＣＨＦ3 、Ｈ2 のような１種以上のエッチ
ングガスの濃度を上げることも可能である。
【００４３】上に述べたように、レジスト層なしで、ハ
ードマスクを使用する一実施形態について、許容可能な
一群の条件を求めることができる。これに関しては、図
１８乃至２０の実施形態に関連して説明した条件と比較
してプロセスを特徴化するために用いたハードマスクの
実施形態に対して、いくつかの小さな調整を行った。例
えば、ハードマスクを用いる実施形態で特徴化したプロ
セスより約５ｍＴｏｒｒ高い圧力で、レジスト層１８１
０を用いる実施形態を実施した。さらに、図１８乃至２
０のレジスト層の実施形態の温度は、ハードマスクの特
徴化プロセスより僅かに低い。一般に、これらの修正、
変更は、フォトレジスト層はハードマスク層より約５倍
厚いので、開口における中性イオン流束を増大させ、開
口におけるポリマー堆積を持続させるために行う。圧力
を高くすると、全体的なポリマー流束が増大するのに対
して、温度を下げると、側壁のポリマー付着が増大す
る。もちろん、前に述べたように、温度はレジスト網状
化温度より僅かでも高くするべきでない。前述したよう
にして、ガス流量を増加させるために実施形態のシステ
ムを修正したが、普通のメカニカルポンプで十分なポン
プ速度が得られると思われるので、このような修正は通
常は不要であろう。
ードマスクを使用する一実施形態について、許容可能な
一群の条件を求めることができる。これに関しては、図
１８乃至２０の実施形態に関連して説明した条件と比較
してプロセスを特徴化するために用いたハードマスクの
実施形態に対して、いくつかの小さな調整を行った。例
えば、ハードマスクを用いる実施形態で特徴化したプロ
セスより約５ｍＴｏｒｒ高い圧力で、レジスト層１８１
０を用いる実施形態を実施した。さらに、図１８乃至２
０のレジスト層の実施形態の温度は、ハードマスクの特
徴化プロセスより僅かに低い。一般に、これらの修正、
変更は、フォトレジスト層はハードマスク層より約５倍
厚いので、開口における中性イオン流束を増大させ、開
口におけるポリマー堆積を持続させるために行う。圧力
を高くすると、全体的なポリマー流束が増大するのに対
して、温度を下げると、側壁のポリマー付着が増大す
る。もちろん、前に述べたように、温度はレジスト網状
化温度より僅かでも高くするべきでない。前述したよう
にして、ガス流量を増加させるために実施形態のシステ
ムを修正したが、普通のメカニカルポンプで十分なポン
プ速度が得られると思われるので、このような修正は通
常は不要であろう。
【００４４】以上、本発明による酸化物層のエッチング
方法を詳細に説明した。本願においては、特定の装置、
パラメータ、方法、及び材料を含む特定の実施形態につ
いて説明したが、当業者にとっては、本願で開示した実
施形態に対する種々の変更、修正態様が自明であろう。
従って、これらの実施形態は、単に例示説明のためのも
のであって、広義の本発明を制限するものではなく、か
つ本発明は本願に記載し、説明した特定の実施形態に限
定されるものではない。
方法を詳細に説明した。本願においては、特定の装置、
パラメータ、方法、及び材料を含む特定の実施形態につ
いて説明したが、当業者にとっては、本願で開示した実
施形態に対する種々の変更、修正態様が自明であろう。
従って、これらの実施形態は、単に例示説明のためのも
のであって、広義の本発明を制限するものではなく、か
つ本発明は本願に記載し、説明した特定の実施形態に限
定されるものではない。
【図１】 従来技術の酸化物エッチングプロセスのアス
ペクト比従属性エッチングを示す概略断面図である。
ペクト比従属性エッチングを示す概略断面図である。
【図２】 従来技術の酸化物エッチングプロセスにおけ
る壁形状を示す概略断面図である。
る壁形状を示す概略断面図である。
【図３】 従来技術のエッチングプロセスにおける低い
酸化物：窒化物選択性の例を示す概略断面図である。
酸化物：窒化物選択性の例を示す概略断面図である。
【図４】 ある構造部の上部における従来技術のエッチ
ングプロセスを示す概略断面図である。
ングプロセスを示す概略断面図である。
【図５】 本発明の一実施形態のハードマスクを有する
構造部の断面図である。
構造部の断面図である。
【図６】 ハードマスクのエッチング後における図５の
構造部を示す断面図である。
構造部を示す断面図である。
【図７】 本発明の一実施形態において、図６の構造部
に対して行った酸化物エッチングの完了直前の状態を示
す断面図である。
に対して行った酸化物エッチングの完了直前の状態を示
す断面図である。
【図８】 図５乃至７に示すプロセスで使用するステッ
プを示すブロック図である。
プを示すブロック図である。
【図９】 本発明の一実施形態による酸化物エッチング
の結果を示す断面図である。
の結果を示す断面図である。
【図１０】 本発明の一実施形態で使用するエッチング
剤の分子構造部を示す説明図（Ａ）、と（Ａ）の分子で
起こると考えられる反応を示す説明図（Ｂ）である。
剤の分子構造部を示す説明図（Ａ）、と（Ａ）の分子で
起こると考えられる反応を示す説明図（Ｂ）である。
【図１１】 図１０に示すエッチング剤よりなるエッチ
ングガスを用いた酸化物エッチングの結果を示す断面図
である。
ングガスを用いた酸化物エッチングの結果を示す断面図
である。
【図１２】 本発明の一実施形態による酸化物エッチン
グを行おうとする構造部の断面図である。
グを行おうとする構造部の断面図である。
【図１３】 本発明の一実施形態のハードマスクのエッ
チング後における図１３の構造部を示す断面図である。
チング後における図１３の構造部を示す断面図である。
【図１４】 本発明の一実施形態による酸化物エッチン
グ後の図１３の構造部を示す断面図である。
グ後の図１３の構造部を示す断面図である。
【図１５】 本発明の一実施形態においてエッチング使
用とする構造部を示す断面図である。
用とする構造部を示す断面図である。
【図１６】 第１のエッチング・ステップ及び洗浄ステ
ップ後の図１５の構造部を示す断面図である。
ップ後の図１５の構造部を示す断面図である。
【図１７】 第２のエッチング・ステップ後の図１６の
構造部を示す断面図である。
構造部を示す断面図である。
【図１８】 本発明のもう一つの実施形態においてエッ
チングしようとする構造部を示す断面図である。
チングしようとする構造部を示す断面図である。
【図１９】 エッチング中図１８の構造部を示す断面図
である。
である。
【図２０】 エッチングの完了時における図１８及び１
９の構造部を示す断面図である。
９の構造部を示す断面図である。
５００ 基板、５０１ 酸化物層、５０５ ハードマス
ク層、５１０ パターニング層、５１１、５１２ 開
口。
ク層、５１０ パターニング層、５１１、５１２ 開
口。
Claims (1)
- 【請求項１】 酸化物層をエッチングする方法におて、 上記酸化物層を支持するための基板を用意するステップ
と、 上記酸化物層上に感光層を形成するステップと、 上記酸化物層の一部を露出させるための第１の開口を上
記感光層に形成するステップと、 上記基板をプラズマに曝し、そのプラズマによって、上
記ステップで露出させた上記酸化物層の部分をエッチン
グするとともに、上記感光層上に第１の層を形成するス
テップと、を具備した方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/351,784 US5562801A (en) | 1994-04-28 | 1994-12-07 | Method of etching an oxide layer |
| US08/351784 | 1994-12-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0927483A true JPH0927483A (ja) | 1997-01-28 |
Family
ID=23382383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7344698A Pending JPH0927483A (ja) | 1994-12-07 | 1995-12-07 | 酸化物層のエッチング方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5562801A (ja) |
| EP (1) | EP0721205A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0927483A (ja) |
Cited By (8)
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| KR20190015174A (ko) * | 2016-05-30 | 2019-02-13 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 에칭 방법 |
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