JPH1098021A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH1098021A
JPH1098021A JP24808196A JP24808196A JPH1098021A JP H1098021 A JPH1098021 A JP H1098021A JP 24808196 A JP24808196 A JP 24808196A JP 24808196 A JP24808196 A JP 24808196A JP H1098021 A JPH1098021 A JP H1098021A
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JP
Japan
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etching
gas
silicon oxide
inert gas
oxide film
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JP24808196A
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Takashi Kawahara
敬 川原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】酸化シリコンに微細な接続孔を開口する際、高
選択で精度の良い半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】一般式がCmFn(ただしm、nは原子数
を示す自然数であり、m≧2、n≦2mの条件を満足す
る。)で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素にA
rガスのような不活性ガスを混合し、プラズマ化してエ
ッチングすることにより、酸化シリコン膜に微細な接続
孔を開口する。また、酸化シリコン膜のエッチングを下
地材料層が露出する直前までのパーシャルエッチング工
程とそれ以降のオーバーエッチング工程の2工程に分
け、オーバーエッチング工程においてエッチングガスの
組成における不活性ガスの含量比を減ずることにより、
酸化シリコン膜に微細な接続孔を開口する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法において、特に酸化シリコン膜のエッチング方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置における微細化に伴い、特に
酸化シリコン膜の穴加工においてはデバイスの高速化や
微細化を図るために不純物拡散領域の接合深さが浅くな
り、また各種材料層も薄くなっているため、対下地選択
性に優れたダメージの少ないエッチング技術が要求され
てきている。また、レジストの後退によるわずかな寸法
変換差も許容されなくなってきており、対レジスト選択
比の向上も重要となってきている。従来の高選択な加工
技術として特開平6−208974等がある。これは、
C4F8ガスに対する酸素含有ガスの容積比が1/8〜
1である混合ガスをECRによりプラズマ化してエッチ
ングを行うことにより、フォトレジスト及び多結晶シリ
コンのエッチング速度より酸化シリコンのエッチング速
度比を充分大きくすることができるので選択的に酸化シ
リコンのエッチングを行うことが可能であるというもの
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれらの
方法では下地選択性に関しては良好な結果が得られる
が、今後のアスペクト比の大きい深い穴加工を行う際、
エッチング速度が500nm程度と低く、フォトレジス
トとの選択比も3.8程度でフォトレジストの後退量が
大きくなる。酸化シリコン膜1500nmの基板をエッ
チングする場合には、オーバーエッチ量を50%とする
とエッチング時間は約270秒となり、その結果図4に
示すように穴の開口部が大きくなり、寸法変換差も0.
50μmのフォトレジスト寸法に対して0.65μmと
0.15μm程度大きくなってしまう。よって、今後の
微細加工には対応できないという課題を有していた。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、一般式がCmFn(ただしm、nは原子数を
示す自然数であり、m≧2、n≦2mの条件を満足す
る。)で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素と不
活性ガスを含むエッチングガスを用いてシリコン化合物
層をエッチングすることを特徴とする。
【0005】本発明の半導体装置の製造方法は、一般式
がCmFn(ただしm、nは原子数を示す自然数であ
り、m≧2、n≦2mの条件を満足する。)で表される
フルオロカーボン化合物と、酸素と不活性ガスを含むエ
ッチングガスを用いてシリコン化合物層を実質的にその
層厚を越えない深さまでエッチングするパーシャルエッ
チング工程と、前記不活性ガスを前記パーシャルエッチ
ング工程におけるよりも減じてなるエッチングガスを用
いて前記シリコン化合物層の残余部をエッチングするオ
ーバーエッチング工程とを有することを特徴とする。
【0006】本発明の半導体装置の製造方法は、請求項
1、2記載の一般式がCmFn(ただしm、nは原子数
を示す自然数であり、m≧2、n≦2mの条件を満足す
る。)で表されるフルオロカーボン化合物としてC4F
8を用いることを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明の方法は、一般式がCmFn(ただし
m、nは原子数を示す自然数であり、m≧2、n≦2m
の条件を満足する。)で表されるフルオロカーボン化合
物と、酸素にArガスのような不活性ガスを混合し、プ
ラズマ化してエッチングすることにより、不活性ガスの
イオンのスパッタ効果によりウエハーに対して垂直方向
のエッチング量が多くなる。これにより酸化シリコン膜
のエッチング速度を増大させ、フォトレジストの後退量
を減少させる作用を有する。
【0008】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の高選択化、低ダメージ化、低汚
染化を目指す方法も提案する。それは酸化シリコン膜の
エッチングを下地材料層が露出する直前までのパーシャ
ルエッチング工程とそれ以降のオーバーエッチング工程
の2工程に分け、オーバーエッチング工程においてエッ
チングガスの組成における不活性ガスの含量比を減ずる
方法である。この方法によれば酸化シリコン膜のうち下
地との界面付近において不活性ガスのスパッタ効果がパ
ーシャルエッチング工程に比べて低下するため、より一
層の高選択化と低ダメージ化が実現できる作用を有す
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に基
づき詳細に説明する。また、本実施例は穴加工に適用
し、C4F8/O2/Ar混合ガスを用いて酸化シリコ
ン膜をエッチングした例である。図3は本実施例におい
て用いたECR型プラズマエッチング装置を示す模式的
断面図である。図中301はステンレス鋼製のプラズマ
生成室であり、プラズマ生成室301の上壁中央には石
英ガラス板からなるマイクロ波導入窓302が閉鎖状態
で備えられている。そしてこのマイクロ波導入窓302
の上側には導波管303が配設されており、導波管30
3の他端側はマイクロ波発振器304に接続されてい
る。
【0010】一方プラズマ生成室301の下側には反応
室305が連設されており、プラズマ生成室301と反
応室305との間にはプラズマ引出窓306が取り付け
られている。反応室305底部にはプラズマ引出窓30
6と対向する位置に試料台307が配設されており、こ
の試料台307の上面に電極308が埋設されている。
そしてこの試料台307上に試料である半導体基板30
9が静電吸着等の手段により着脱可能に装着されてい
る。前記電極308は高周波電源310に接続されてお
り、この高周波電源310には直流電源311が接続さ
れている。さらに反応室305にはガス導入管312及
び真空ポンプ313が配設されている。
【0011】またプラズマ生成室301及び導波管30
3の一部の外周側に励磁コイル314が周設されてお
り、反応室305上部の外周側に励磁コイル315が周
設されている。試料台307下部の外周側に励磁コイル
316が周設されており、これら励磁コイル314,3
15,316は図示しない直流電源に接続されている。
【0012】次に以上の如く構成されたECR型プラズマ
エッチング装置の動作について説明する。マイクロ波発
振器304により発せられたマイクロ波は導入管303
を通りマイクロ波導入窓302を経てプラズマ生成室3
01へ導入される。マイクロ波に対して空洞共振器とし
て働くこのプラズマ生成室301ではマイクロ波放電に
より生成された電子が励磁コイル314による磁界によ
り螺旋運動を行い、マイクロ波周波数(2.45GHz)に対し
て875Gaussの磁界が形成されていると電子はサイクロト
ロン共鳴し、多くの気体分子は電離してプラズマを生成
する。励磁コイル314,315,316により反応室3
05へ向けて磁束密度が低くなる発散磁界を形成してあ
り、これにより前記プラズマは反応室305へ導入され
る。反応室305は真空ポンプ313により排気を行い
ガス導入管312より所望のガス雰囲気としておく。
【0013】一方電極308は高周波電源310により
誘起されるバイアス電界を半導体基板309表面に作用
させ、イオンの運動エネルギー,運動方向を制御する。
また直流電源311により半導体基板309は電極30
8に静電吸着させてある。
【0014】次にこの装置を用いた第1実施例及びその
結果について説明する。試料である半導体基板としては
図1の(a)に示す、基板シリコン上に酸化シリコン膜
を約1500nm形成し、その一部にフォトレジスト膜
を形成したものを用いた。先ず真空ポンプ313により
反応室305のガス圧力を1×10-6Torr以下にした後、
C4F8ガス45sccmとO2ガス14sccmに対してAr
ガスを250sccmの各々の割合で混合したガスを別々に
ガス導入管312より導入し、いずれの場合もガス圧力
を5mTorr程度の圧力に調整した。次いで前述の如く励
磁コイル314,315,316のより磁界を形成し、マ
イクロ波発振器304から約1.75kWのマイクロ波
をプラズマ生成室301へ導入し混合ガスをプラズマ化
した。更に高周波電源310により電極308に高周波
電力を約700W印加し、静電吸着により固定された半
導体基板309上のバイアス電界を作用させてエッチン
グを行った。
【0015】その結果、酸化シリコン膜のエッチングレ
ートは830nmと従来技術のエッチングレートに比べ
約1.6倍も高くなった。このためフォトレジストとの
選択比も6.4程度となり、図1の(b)に示すように
フォトレジストの後退も少なくなり、寸法変換差として
は0.50μmのフォトレジスト寸法に対して0.02
μm程度大きくなっただけであった。この時下地選択性
は約40であった。
【0016】次に第2の実施例として、同じく穴加工に
おいて、C4F8/O2/Ar混合ガスを用いた酸化シ
リコン膜のエッチングをパーシャルエッチング工程とオ
ーバーエッチング工程の2段階に分け、後者の工程でA
rの含量比を相対的に減じて選択性をより一層向上させ
た例である。このプロセスを図2(a),(b),
(c)を参照しながら説明する。
【0017】まず、図2(a)に示すウエハーを電極3
08にセットし、C4F8ガス45sccmとO2ガス14
sccmに対してArガスを250sccmの各々の割合で混合
したガスを別々にガス導入管312より導入し、いずれ
の場合もガス圧力を5mTorr程度の圧力に調整した。次
いで前述の如く励磁コイル314,315,316のより
磁界を形成し、マイクロ波発振器304から約1.75
kWのマイクロ波をプラズマ生成室301へ導入し混合
ガスをプラズマ化した。更に高周波電源310により電
極308に高周波電力を約700W印加し、静電吸着に
より固定された半導体基板309上のバイアス電界を作
用させてパーシャルエッチングを行った。パーシャルエ
ッチングは図2(b)に示すように酸化シリコン膜を約
1200nmエッチングしたところであり、エッチング
時間で約87秒のところでエッチングを終えた状態であ
る。
【0018】そこで、エッチング条件としてC4F8ガ
ス45sccmとO2ガス14sccmに対してArガスを0sc
cmとし、ガス圧力を3mTorr、マイクロ波パワーは約
1.75kW、高周波電力を約500Wに切り替え、残
余部を除去するためのオーバーエッチングを95秒行っ
た。このオーバーエッチング工程ではArガスを無く
し、高周波電源パワーを低下させることによりArイオ
ンによる入射イオンエネルギーを低減させた。これによ
り、図2(c)に示されるように下地基板シリコン20
3に対する選択性を高め、ダメージを低下させた条件で
残余部を除去することができた。この結果、図2(c)
に示すようにフォトレジストの後退も少なくなり、寸法
変換差としては0.50μmのフォトレジスト寸法に対
して0.05μm程度大きくなっただけであった。この
時下地選択性は約70であった。このように2段階エッ
チングにより良好な高異方性、高選択性エッチングを行
うことができた。
【0019】以上、本発明の実施例を図面に基づいて例
を示したが、本発明は以上に述べたエッチング条件や装
置などは当然これに限るものではない。
【0020】
【発明の効果】本発明の方法は、一般式がCmFn(た
だしm、nは原子数を示す自然数であり、m≧2、n≦
2mの条件を満足する。)で表されるフルオロカーボン
化合物と、酸素にArガスのような不活性ガスを混合
し、プラズマ化してエッチングすることにより、不活性
ガスのイオンのスパッタ効果によりウエハーに対して垂
直方向のエッチング量が多くなる。これにより酸化シリ
コン膜のエッチング速度を増大させ、フォトレジストの
後退量を減少させる効果を有する。
【0021】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の高選択化、低ダメージ化、低汚
染化を目指す方法も提案する。それは酸化シリコン膜の
エッチングを下地材料層が露出する直前までのパーシャ
ルエッチング工程とそれ以降のオーバーエッチング工程
の2工程に分け、オーバーエッチング工程においてエッ
チングガスの組成における不活性ガスの含量比を減ずる
方法である。この方法によれば酸化シリコン膜のうち下
地との界面付近において不活性ガスのスパッタ効果がパ
ーシャルエッチング工程に比べて低下するため、より一
層の高選択化と低ダメージ化が実現できる効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における工程の断面図で
ある。
【図2】本発明の第2の実施例における工程の断面図で
ある。
【図3】本発明の第1、2の実施例において使用したド
ライエッチング装置の概略図である。
【図4】従来技術における工程の断面図である。
【符号の説明】
101・・・・・・フォトレジスト 102・・・・・・酸化シリコン膜 103・・・・・・基板シリコン 201・・・・・・フォトレジスト 202・・・・・・酸化シリコン膜 203・・・・・・基板シリコン 301・・・・・・プラズマ生成室 302・・・・・・マイクロ波導入窓 303・・・・・・導波管 304・・・・・・マイクロ波発振器 305・・・・・・反応室 306・・・・・・プラズマ引出窓 307・・・・・・試料台 308・・・・・・電極 309・・・・・・半導体基板 310・・・・・・高周波電源 311・・・・・・直流電源 312・・・・・・ガス導入管 313・・・・・・真空ポンプ 314、315、316・・・・・・励磁コイル 401・・・・・・フォトレジスト 402・・・・・・酸化シリコン膜 403・・・・・・基板シリコン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式がCmFn(ただしm、nは原子数
    を示す自然数であり、m≧2、n≦2mの条件を満足す
    る。)で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素と不
    活性ガスを含むエッチングガスを用いてシリコン化合物
    層をエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】一般式がCmFn(ただしm、nは原子数
    を示す自然数であり、m≧2、n≦2mの条件を満足す
    る。)で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素と不
    活性ガスを含むエッチングガスを用いてシリコン化合物
    層を実質的にその層厚を越えない深さまでエッチングす
    るパーシャルエッチング工程と、前記不活性ガスを前記
    パーシャルエッチング工程におけるよりも減じてなるエ
    ッチングガスを用いて前記シリコン化合物層の残余部を
    エッチングするオーバーエッチング工程とを有すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1、2記載の一般式がCmFn(た
    だしm、nは原子数を示す自然数であり、m≧2、n≦
    2mの条件を満足する。)で表されるフルオロカーボン
    化合物としてC4F8を用いることを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1、2記載の不活性ガスとしてアル
    ゴンを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002514012A (ja) * 1998-05-05 2002-05-14 ラム リサーチ コーポレーション 炭化フッ素ガスケミストリーを用いた二酸化珪素をエッチングする方法
JP2017518646A (ja) * 2014-06-04 2017-07-06 ユニバーシティ ド エクス‐マルセイユ 半導体基板をランダムにテクスチャリングするための方法

Cited By (3)

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