JPH11135481A - エッチング方法 - Google Patents

エッチング方法

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JPH11135481A
JPH11135481A JP9295890A JP29589097A JPH11135481A JP H11135481 A JPH11135481 A JP H11135481A JP 9295890 A JP9295890 A JP 9295890A JP 29589097 A JP29589097 A JP 29589097A JP H11135481 A JPH11135481 A JP H11135481A
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JP
Japan
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etching
layer
gas
pattern
plasma
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JP9295890A
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Takashi Tawara
傑 田原
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Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 タングステン層またはタングステンシリサイ
ド層を含むエッチング対象層をエッチするエッチング方
法に関し、タングステンまたはタングステンシリサイド
層をほぼ垂直にエッチングできる異方性エッチングの方
法を提供する。 【解決手段】 下地表面上に形成され、タングステンま
たはタングステンシリサイドで形成されたエッチング対
象層の上に、広いスペース部に挟まれた孤立パターンと
狭いスペース部を介して配置された複数個の密集パター
ンとを含むエッチングマスクを形成する工程と、前記エ
ッチングマスクを介して、前記エッチング対象層をエッ
チし、前記広いスペース部の下地表面を露出する第１エ
ッチ工程と、第１エッチ工程に続き、窒素を含むガスの
プラズマで前記エッチング対象層を処理するプラズマ処
理工程と、残ったエッチング対象層または下地をエッチ
ングする第２エッチ工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング方法に
関し、特にタングステン層またはタングステンシリサイ
ド層を含むエッチング対象層をエッチするエッチング方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置にタングステンやタン
グステンシリサイドが広く用いられるようになってきて
いる。タングステンシリサイドは、シリサイドの１種と
して、多結晶（ポリ）シリコン層上に積層されてポリサ
イド電極（配線）を形成する他、単独でもローカル配線
等に用いられる。タングステンシリサイド層は、一般に
ＣＶＤで形成するか、タングステンシリサイドをターゲ
ットとしてスパッタリングで形成する。タングステン
は、化学気相堆積（ＣＶＤ）で導電領域上に選択成長す
ることも、下地全面上にブランケット成長することもで
き、導電性プラグや下層配線として広く利用されてい
る。なお、タングステンをスパッタリングすることもで
きる。
【０００３】高集積度の半導体集積回路内の微細ＭＯＳ
トランジスタの多くは、ゲート電極としてポリサイド構
造を有する。下層のシリコン層によってＭＯＳトランジ
スタの閾値特性を確保し、上層のシリサイド層によって
ゲート電極（配線）の抵抗値を低減している。ＭＯＳト
ランジスタの特性、特に動作速度はゲート長に大きく影
響される。狭いゲート長のトランジスタを高精度に作成
するには、ポリサイド積層を高精度にエッチングする技
術が望まれる。
【０００４】以下、ゲート電極にＷＳｉ2 ／ｐｏｌｙＳ
ｉのポリサイド積層を用いた場合のパターニング工程を
説明する。ＷＳｉ2 は、塩素を含有するガスと酸素ガス
との混合ガスでエッチングするのが一般的である。例え
ば、塩素含有ガスとしてＣｌ 2 を用いる。酸素ガスの添
加は、蒸気圧の比較的高いＷＯＣｌ4 を生成してエッチ
ングを容易にするために行われる。また、ｐｏｌｙＳｉ
のエッチングにおいても、ＳｉＯ2 で形成されたゲート
酸化膜との選択比を向上させるために酸素ガスを添加す
ることが多い。
【０００５】図５は、このような従来の技術によるＣｌ
2 ／Ｏ2 プラズマを用いたＷＳｉ2／ｐｏｌｙＳｉ積層
のエッチングを示す。Ｓｉ基板１０１の上に、ゲート酸
化膜となる薄いＳｉＯ2 層１０２が形成され、その上に
多結晶（ｐｏｌｙ）Ｓｉ層１０３、ＷＳｉ2 層１０４が
積層されている。ＷＳｉ2 層１０４の上に、レジストマ
スク１０７が形成される。レジストマスク１０７は、ゲ
ート形状に合わせたパターンを有する。ＬＳＩの配線が
微細になるに従って、配線間のスペース部分Ｓのアスペ
クト比（高さ／幅）は増大する。
【０００６】図中上方の空間にＣｌ2 ／Ｏ2 混合ガスを
供給し、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給して
Ｃｌ2 ／Ｏ2 のプラズマ１０８を生成させる。また、シ
リコン基板１０１を載置するウエハサセプタに、例えば
１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）を印加する。
【０００７】エッチング条件は、例えば圧力＝２ｍＴｏ
ｒｒ、マイクロ波パワー＝１４００Ｗ、ＲＦパワー＝４
０Ｗ、エッチングガスの流量はＣｌ2 ／Ｏ2 ＝２５／９
ｓｃｃｍである。
【０００８】レジスト１０７の形状に従い、先ずその下
のＷＳｉ2 層１０４がほぼ垂直にエッチングされる。や
がてレジストマスク１０７の外側に広い空間が露出する
広いスペース部においてはＷＳｉ2 層１０４のエッチン
グが終了する。この時点においても、パターン間のスペ
ース部が狭い領域においては、マイクロローディング効
果によりエッチング速度が低下するので、ＷＳｉ2 層の
エッチングは終了しない。
【０００９】続けてエッチングを行っていくと、狭いス
ペース部でＷＳｉ2 層１０４のエッチングが更に進行
し、広いスペース部においてはＷＳｉ2 層の下のｐｏｌ
ｙＳｉ層１０３のエッチングが進行する。やがて、狭い
スペース部でもＷＳｉ2 層１０４のエッチングが終了
し、その下のｐｏｌｙＳｉ層１０３がエッチングされ
る。広いスペース部に続き、狭いスペース部でもｐｏｌ
ｙＳｉ層１０３のエッチングが終了すると、図に示すよ
うな形状となる。
【００１０】この時、ＷＳｉ2 層１０４の狭いスペース
部に面した側壁は、図に示すように逆テーパー状となっ
てしまう（たとえば、Ｔａｔｓｕｍｉ ａｎｄ Ｋａｄ
ｏｍｕｒａ：Ｐｒｏｃ．ｏｎ Ｉｎｔ． Ｍｉｃｒｏｐ
ｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｆ．（１９９４）、ｐ２２８）。
これは、Ｓｉ層のエッチングおよびオーバーエッチング
において、過剰となった酸素とＷＳｉ2 層の側壁とが反
応して、ＷＯＣｌx を形成し、蒸発するためにＷＳｉ2
層の側壁がエッチされるためであると考えられている。
【００１１】このように、ＷＳｉ2 層の側壁が逆テーパ
ー状となると、その後のイオン注入工程において、ゲー
ト電極直下にも不純物が打ち込まれることになり、実効
的なゲート長が変化してしまう。またサイドウォールス
ペーサの形状、寸法もゲート電極側壁が垂直な場合変化
と異なるので、ＭＯＳトランジスタのゲインや寿命が所
望の値にならない可能性がある。
【００１２】逆テーパ形状の発生を防止するためにイオ
ンエネルギを高めて、エッチングの異方性を高めること
が考えられる。しかし、イオンエネルギを高めるとレジ
ストのエッチング選択性が低下するのでレジスト膜厚を
厚くしなければならなくなる。レジスト膜を厚くすると
ホトリソグラフィの分解能が損なわれ、加工精度が低下
してしまう。
【００１３】逆テーパ形状の発生はＷＯＣｌx の生成に
起因すると考えられるので、ＷＯＣｌx の生成を抑制す
れば逆テーパ形状も低減できる。塩素を含まないエッチ
ングガスとしてＨＢｒまたはＨＢｒ／Ｏ2 を用いる方法
が提案されている。ＷＯＢｒ 4 はＷＯＣｌ4 と較べて蒸
気圧が低く、蒸発しにくい。Ｃｌ系ガスの代わりにＢｒ
系ガスをポリシリコン層（およびそれ以降）のエッチン
グに用いれば、ＷＳｉ 2 層の逆テーパ形状は発生しにく
くなる。
【００１４】しかし、ＨＢｒはＣｌ2 と較べて腐食性の
高いガスであり、エッチング装置やガス配管を腐食する
程度が強くなる。エッチング装置やガス配管の消耗が速
くなり、維持費用がかさんでしまう。
【００１５】特開平８−３３９９８７号公報は、高融点
金属ポリサイド積層のジャストエッチング（広いスペー
ス部で丁度エッチングが終了した状態）後に、Ｏ2 ／Ｃ
2 Ｆ 6 ガスによるプラズマ処理を施し、その後オーバー
エッチングを行うエッチング方法を提案している。
【００１６】この方法では、ジャストエッチング時にゲ
ート酸化膜が露出すると、Ｏ2 ／Ｃ 2 Ｆ6 プラズマから
供給されるＦラジカルによりゲート酸化膜がエッチング
されてしまう。
【００１７】段差部に残るポリシリコン（ストリンガ）
の表面が酸化され、オーバエッチングで除去しにくくな
る。完全に除去しようとすると、過度のオーバーエッチ
ングが必要となる。
【００１８】また、レジストマスクを用いたポリサイド
のエッチングにこの方法を適用すると、フォトレジスト
マスクがＯ2 ／Ｃ2 Ｆ6 プラズマによってエッチングさ
れてしまう。このため、レジストマスクが十分残ってい
ないと、配線パターンが細ってしまう。
【００１９】特開平１−２３９９３２号公報は、塩素ガ
ス（Ｃｌ2 ）と窒素ガス（Ｎ2 ）とを混合したエッチン
グガスを用いて、タングステンシリサイド層とポリシリ
コン層との積層をエッチングする方法を提案している。
このエッチングガスを用いると、タングステンシリサイ
ド層は順テーパー状にエッチングされ、ポリシリコン層
は垂直にエッチングされることが報告されている（同公
報第３頁右下欄〜第４頁右上欄）。
【００２０】また同公報は、下層のポリシリコン層をエ
ッチングする際、主エッチングに続き、残膜をエッチす
るために塩素ガスと窒素ガスとＳｉＣｌ4 ガスとの混合
ガスを用いてオーバーエッチングする技術も記載してい
る（同公報第４頁右上欄〜第４頁右下欄）。
【００２１】ＵＳＰ５，２１９，４８５号は、ポリサイ
ド電極に対する種々のエッチング工程を開示している。
その１つとして、タングステンシリサイド層とポリシリ
コン層との積層を、ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ／ＮＦ3 の混合ガ
スでエッチングする方法が提案されている。ＮＦ3 は、
ＷＳｉ2 層をエッチングする際に、蒸気圧の高いＷのフ
ッ化物（ＷＦ6 ）を形成し、エッチング速度を高めるた
めに用いられる（第１５図、第９欄、第１〜１９行）。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
タングステンシリサイド層とポリシリコン層との積層構
造をＣｌ2 ／Ｏ2 ガスでエッチングすると、タングステ
ンシリサイド層が逆テーパー状にエッチングされてしま
う。Ｃｌ2 ／Ｏ2 の代わりに、Ｃｌ2 ／Ｎ2 を用いる
と、ＷＳｉ2 層が逆テーパー状となることは防止できる
が、逆に順テーパー状となってしまう。微細パターンの
エッチングにおいては、エッチングのパターン精度を向
上させるためには、ほぼ垂直に側壁を形成できることが
望ましい。
【００２３】本発明の目的は、タングステンまたはタン
グステンシリサイド層をほぼ垂直にエッチングできる異
方性エッチングの方法を提供することである。
【００２４】本発明の他の目的は、タングステンまたは
タングステンシリサイド層とポリシリコン層との積層を
ほぼ垂直にエッチングすることのできる異方性エッチン
グ方法を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、下地表面上に形成され、タングステンまたはタング
ステンシリサイドで形成されたエッチング対象層の上
に、広いスペース部に挟まれた孤立パターンと狭いスペ
ース部を介して配置された複数個の密集パターンとを含
むエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチング
マスクを介して、前記エッチング対象層をエッチし、前
記広いスペース部の下地表面を露出する第１エッチ工程
と、第１エッチ工程に続き、窒素を含むガスのプラズマ
で前記エッチング対象層を処理するプラズマ処理工程
と、残ったエッチング対象層または下地をエッチングす
る第２エッチ工程とを含むエッチング方法が提供され
る。
【００２６】タングステンまたはタングステンシリサイ
ド層は、Ｃｌ2 ／Ｏ2 などのガスでほぼ垂直に異方性エ
ッチングすることが可能である。
【００２７】同一基板上に狭いスペース部を有するパタ
ーン密度の高い領域と広いスペース部を有するパターン
密度の低い領域とが混在する場合、マイクロローディン
グ効果によりパターン密度の低い領域ではエッチング
（主エッチング）が終了しても、パターン密度の高い領
域ではエッチングは未だ終了しない。主エッチング終了
までの処理では逆テーパ形状の発生は少ない。
【００２８】パターン密度の高い領域でエッチングを完
了させるために、オーバーエッチングする必要がある。
エッチング対象層の下にさらにエッチングする層がある
場合はこの層もエッチングする必要がある。残ったタン
グステン又はタングステンシリサイド層または下地をさ
らにエッチングする前に、窒素ガスプラズマで処理する
と側壁上にＷＮx の保護膜が形成される。その後さらに
エッチングを行うことにより、タングステン又はタング
ステンシリサイド層の全体またはこの層とさらに下地の
一部をほぼ垂直に異方性エッチングすることが可能とな
る。下地の表面層は、たとえばシリコン層である。
【００２９】
【発明の実施の形態】上述のように、特開平１−２３９
９３２号は、分子中に塩素原子を含む塩素系ガスと窒素
ガスとを含んでいるエッチングガスを用いて、ポリサイ
ド構造のゲート積層膜をドライエッチングする方法を提
案している。しかしながら、この方法によれば、シリサ
イド膜は順テーパー状にエッチングされる。シリサイド
層の下のポリシリコン層は、必然的にレジストパターン
よりも広い幅を有することになる。従って、極めて短い
ゲート長を有するＭＯＳトランジスタ等を作成する際に
は、この方法では限界が生じる。また、順テーパー形状
を正確に制御できなければ、エッチング工程のパターン
精度も低下してしまう。
【００３０】高密度パターンと低密度パターンを含むパ
ターンをエッチングする場合低密度パターンのエッチン
グに続いて高密度パターンのエッチングを終了させるオ
ーバーエッチングが必要である。Ｃｌ2 ／Ｏ2 プラズマ
でタングステンシリサイド層またはタングステンシリサ
イド層とシリコン層の積層をエッチングするとオーバー
エッチングでタングステンシリサイド層に逆テーパー形
状が発生する。以下本明細書において用いる用語を以下
のように定義する。
【００３１】ＷＳｉ2 のＲＩＥラグのデータから判断す
ると、ラインアンドスペースパターンのスペース部のア
スペクト比（高さ／幅）が１を越えるようなパターンを
密パターン（高密度パターン）と定義することができ
る。実際の半導体装置においては、メモリセル領域の配
線パターン等が高密度パターン又は配線が密な領域とし
て定義できる。
【００３２】エッチングが終了した時点において、配線
の断面形状の上端が、レジストマスクの下端と一致し、
レジストマスクの端部からサイドエッチされた箇所が何
もない状態が得られる場合、エッチングはテーパーエッ
チングであると定義できる。この定義によれば、垂直な
側壁を有する配線を形成する異方性エッチングもテーパ
ーエッチングである。
【００３３】順テーパーとは、エッチングした配線層の
断面形状において、下地表面から見た仰角が０°〜９０
°であるエッチング形状を指す。
【００３４】また、エッチングした配線層の断面形状に
おいて、基板側から見た仰角が９０°を越えて１８０°
までの領域にある場合、そのようなテーパーを逆テーパ
ーと定義できる。半導体装置の構成としては、エッチン
グはテーパーエッチングであり、かつ順テーパーの形状
を形成することが好ましい。順テーパーの断面形状を作
成できてもマスク端部に浸食が生じたような（非テーパ
ーエッチング）の場合、高いパターン精度を実現するこ
とは困難である。
【００３５】パターンの外側に広いスペース部分を有す
る低密度パターン領域において対象とする層のエッチン
グが終了した時点から、パターンとパターンの間に狭い
スペース部分しか有さない高密度パターン領域において
対象とする層を完全に除去するまでのエッチングをオー
バーエッチングと定義する。
【００３６】本発明者は、Ｃｌ2 ／Ｎ2 をエッチングガ
スとする異方性エッチングの性質をより詳細に調べた。
【００３７】図３は、この予備実験において用い、さら
に本発明の実施例においても用いたエレクトロンサイク
ロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマエッチャー装置の構成
を概略的に示す断面図である。エッチャー装置のハウジ
ング２０は、金属で形成され、その内部に導波管２６及
び反応室２１を画定する。
【００３８】導波管２６と反応室２１の境には、石英ガ
ラス等のマイクロ波を透過させる透過窓２７が気密に設
けられている。導波管２６上方より例えば２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を供給し、反応室２１内にマイクロ波を
導く。反応室２１は、径の狭い部分と広い部分の２段構
造を有し、それぞれの外側に電磁石２４、２５を備えて
いる。これらの電磁石２４、２５の発生する磁場中にマ
イクロ波を導入することにより、ＥＣＲ条件を成立させ
る。反応室２１には、図示しないガス供給孔と、排気孔
３３が接続されている。
【００３９】また、反応室下部には、ハウジング２０に
気密に結合され、下部電極となるウエハサセプタ２８が
設けられている。このウエハサセプタ２８には、例えば
１３．５６ＭＨｚの高周波電源２９が接続されている。
ウエハサセプタ２８上にシリコンウエハ３１を載置し、
反応室２１内にＥＣＲプラズマを発生させ、エッチング
の実験を行う。
【００４０】図４（Ａ）は、実験に用いたサンプルの１
つの構成を概略的に示す。Ｓｉ基板４０の上に、厚さ２
５０ｎｍのＷＳｉ2 層４１が形成され、その上にレジス
トパターン４２が形成されている。このレジストパター
ン４２をエッチングマスクとし、Ｃｌ2 ／Ｎ2 をエッチ
ングガスとしたＥＣＲプラズマエッチングを行った。エ
ッチング条件は以下の通りである。
【００４１】圧力＝２ｍＴｏｒｒ、 マイクロ波パワー＝１４００Ｗ、 ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）パワー＝４０Ｗ、 Ｃｌ2 ＋Ｎ2 ＝３０〜１００ｓｃｃｍ
【００４２】このような条件でＷＳｉ2 層４１をエッチ
ングすると、図４（Ａ）に示すように、ＷＳｉ2 層４１
は順テーパー状にエッチングされた。順テーパー状の側
壁がＳｉ基板４０となすテーパー角度をθとする。エッ
チングガスの総ガス流量およびそのエッチングガス中の
Ｎ2 流量割合（％）を変化させてＷＳｉ2 層４１のエッ
チングを行った。その結果を図４（Ｂ）に示す。
【００４３】図４（Ｂ）のグラフから明らかなように、
Ｎ2 流量割合を増やすと、順テーパー角度は徐々に減少
する。総ガス流量の変化に対しても、テーパー角θは連
続的な変化を示している。このような順テーパー角の変
化は、エッチングの進行と共に、Ｗの窒化物（ＷＮx ）
およびＳｉの窒化物がＷＳｉ2 層４１の側壁に付着する
からであると考えられる。図４（Ｂ）の結果は、Ｎ2 流
量割合を増やすと側壁保護膜として機能する窒化物の堆
積量が増えることを示していると考えられる。
【００４４】本発明者は、さらにレジストパターンのパ
ターン密度を変化させた実験を行った。
【００４５】図４（Ｃ）は、実験に用いたサンプルの形
状を概略的に示す。図４（Ａ）のサンプルと同様、Ｓｉ
基板４０の上にＷＳｉ2 層４１を堆積し、その上にレジ
ストパターン４２を形成した。レジストパターン４２
は、ライン幅０．５μｍのパターンが０．５μｍの間隔
で並列に配置された狭いスペースを有するパターン（図
中左側）と、幅０．５μｍのパターンが広いスペースに
孤立して配置された孤立配線部分（図中右側）を有す
る。エッチング条件は、上述の実験と同様 圧力＝２ｍＴｏｒｒ、 マイクロ波パワー＝１４００Ｗ、 ＲＦパワー＝４０Ｗ、 Ｃｌ2 ／Ｎ2 ＝２７／３ｓｃｃｍ とした。またオープンスペースでのＷＳｉ2 層のエッチ
ング深さを２５０ｎｍに設定した。
【００４６】この条件でＷＳｉ2 層４１をエッチングす
ると、孤立配線パターンでは仰角３６°の順テーパー形
状が形成され、密集配線パターンでは仰角５３．５°の
順テーパー形状を有するエッチング形状が得られた。す
なわち、順テーパー形状のテーパー角は、パターンの密
度に依存することが判明した。テーパー角度は、パター
ンの密度が高くなるほど高くなるものと期待される。
【００４７】この実験結果を解釈すると、孤立配線パタ
ーンの側壁上には窒化物の側壁保護膜が多く堆積し、狭
い間隔で配置した密集配線パターンの側壁上には、側壁
保護膜が少なく堆積すると推定される。狭い間隔で配置
した密集配線パターンの場合、側壁保護膜が堆積しても
その量は広いオープンスペースよりも少量となり、エッ
チング後の側壁は垂直に近づくことが推定される。
【００４８】上述の実験においては、塩素を含むガスと
してＣｌ2 を用いたが、塩素を含むガスとしてＣｌ2 、
ＨＣｌ、ＢＣｌ3 、ＳｉＣｌ4 、Ｓ2 Ｃｌ2 、ＣＣｌ4
のいずれか、又はこれらの組合わせを用いることができ
るであろう。タングステンシリサイドの代わりにタング
ステンを用いても同様の結果が得られるであろう。
【００４９】タングステンまたはタングステンシリサイ
ド層をＣｌ2 等の塩素含有ガスと窒素ガスとの混合ガス
でエッチングすると、エッチングしたタングステンまた
はタングステンシリサイド層の断面形状が順テーパー状
となることは避け難いであろう。
【００５０】ここで塩素含有ガスと窒素ガスとの役割を
考察する。塩素含有ガスはタングステンまたはタングス
テンシリサイドのエッチングを行うガスと考えられる。
タングステンの塩化物は蒸気圧が低いのでエッチングさ
れたタングステンまたはタングステンシリサイドの側壁
にはタングステン塩化物が付着していると考えられる。
窒素ガスはタングステン塩化物と反応してタングステン
窒化物を形成し、エッチングに対する保護膜を形成する
と考えられる。エッチングの全期間を通じて保護膜を形
成する窒素を供給すると、順テーパ形状の断面が得られ
る。しかし、保護膜の形成はエッチングの全期間を通し
て必要なものではないであろう。
【００５１】Ｃｌ2 ／Ｏ2 等のエッチングガスを用いれ
ば、タングステン又はタングステンシリサイド層の側壁
が垂直な形状でエッチングを行うことができる。しかし
ながら、このエッチングを低密度パターン領域でのエッ
チングが終了した後も続け、高密度パターン領域でのエ
ッチングが終了するまで行うと、高密度パターン領域に
おいてタングステンまたはタングステンシリサイド層の
断面形状が逆テーパー状となることは従来技術で述べた
通りである。
【００５２】塩素ガス等のハロゲン系ガスを用いたＷま
たはＷＳｉ2 のエッチングにおいては、エッチされた側
壁にはＷのハロゲン化物が付着しているであろう。エッ
チングに続いて窒素ガスプラズマの処理を行えば、Ｗの
ハロゲン化物をＷの窒化物に変換して保護膜を形成する
ことができよう。さらにエッチングを行っても、保護膜
で覆われた側壁は保護され、逆テーパ形状の生成を抑制
できるであろう。
【００５３】ＷＳｉ層とポリシリコン層とのポリサイド
積層のエッチングの場合は、たとえばＷＳｉ2 層を完全
にエッチングするまではＣｌ2 ／Ｏ2 プラズマのエッチ
ング工程を行い、その後窒素プラズマ処理を行う。側壁
上のＷＣｌx はＷＮx に変換されて強固な側壁保護膜を
形成する。ＷＳｉ2 層の側壁をＷＮx 保護膜で保護すれ
ば、さらにポリシリコン層のエッチングおよびオーバー
エッチングをたとえばＣｌ2 ／Ｏ2 プラズマで行って
も、ＷＳｉ2 層表面にＷＯＣｌx が形成されることが少
なく、逆テーパ形状の発生も抑制され得ると期待でき
る。
【００５４】本発明者は、タングステンまたはタングス
テンシリサイド層の異方性エッチングにおいて、垂直断
面形状を得ることの可能なハロゲン系エッチングガスを
用いるエッチング工程と、窒素ガスのプラズマでエッチ
ングされた側壁に保護膜を形成するプラズマ処理工程と
を用いることを提案する。
【００５５】図１、図２は、本発明の実施例によるエッ
チング方法の主要工程を示す半導体基板の断面図であ
る。
【００５６】図１（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１の表
面上にゲート酸化膜等の薄いシリコン酸化膜２を形成
し、その上に多結晶Ｓｉ層３とタングステンシリサイド
層４の積層を堆積する。タングステンシリサイド層４の
上に、ホトレジストパターン７を形成する。ホトレジス
トパターンは狭い間隔でパターンが高密度に密集した密
集パターン領域ＮＳとパターンの両側に広いスペース部
分が存在する低密度パターン領域ＷＳとを含む。
【００５７】図１（Ｂ）に示すように、まずＣｌ2 また
はＣｌ2 ／Ｏ2 ガスを用いたプラズマ８により、タング
ステンシリサイド層４の垂直エッチング工程を行う。こ
の垂直エッチング工程は、高密度パターン領域ＮＳにお
いても、タングステンシリサイド層４が完全にエッチン
グされるまでのエッチング工程である。
【００５８】エッチング条件は、たとえば以下の通りで
ある。 圧力＝２ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー＝１４００Ｗ、
ＲＦ（１３，５６ＭＨｚ）パワー＝３５Ｗ、ガス流量Ｃ
ｌ2 ／Ｏ2 ＝２５／０〜９ｓｃｃｍ この工程が終了した時点で、低密度パターン領域ＷＳで
は多結晶Ｓｉ層３の一部もエッチングされた広い開孔５
が形成されている。高密度パターン領域ＮＳにおいては
マイクロローディング効果によりエッチング速度が低下
するため、タングステンシリサイド層４のエッチングが
丁度終了し、底部に多結晶Ｓｉ層３が露出した開孔６が
形成されている。さらに、開孔５、６のＷＳｉ2 層４の
側壁上にはＷの塩化物層１１が付着している。エッチン
グガスとしてＣｌ2 を用いた場合の方がＷの塩化物層が
付着しやすい。
【００５９】図１（Ｃ）に示すように、タングステンシ
リサイド層４のエッチングに続いてＮ2 プラズマ処理工
程を行う。Ｃｌ2 ／Ｏ2 ガスを排気した後、Ｎ2 ガスを
導入し、プラズマを発生させる。
【００６０】たとえば、以下の条件でプラズマ処理を行
う。Ｎ2 圧力＝２ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー＝１４
００Ｗ、ＲＦ（１３，５６ＭＨｚ）パワー＝０〜１０
Ｗ、流量Ｎ2 ＝５０ｓｃｃｍ Ｎ2 プラズマから供給されるＮラジカルが基板表面に到
達し、開孔５、６側壁上のＷの塩化物ＷＣｌx （ｘ＝
５、６）がＮと反応してＷの窒化物ＷＮx （ｘ＝０．
５、１、１．５）に変換される。このＷＮx 層１２が側
壁保護膜として機能する。なお、ポリシリコン層３の表
面には保護膜が形成されない状態を図示しているが、保
護膜が形成されても後の工程に大きな影響はない。
【００６１】図２（Ｄ）に示すように、保護膜１２形成
後、Ｎ2 ガスを排気し、Ｃｌ2 ／Ｏ 2 ガスを供給し、プ
ラズマを形成して残ったポリシリコン層をエッチングす
る。エッチング条件は、たとえば次の通りである。
【００６２】圧力＝２ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー＝
１４００Ｗ、ＲＦ（１３，５６ＭＨｚ）、パワー＝３５
Ｗ、流量Ｃｌ2 ／Ｏ2 ＝２５／９ｓｃｃｍ このエッチングにおいては、ＷＳｉ2 層４の側壁はＷの
窒化物層１２によって保護されているので、ポリシリコ
ン層３のエッチング／オーバーエッチングを垂直エッチ
ング可能なエッチングガスで行ってもＷＳｉ2 層４の側
壁は垂直形状を保ち、逆テーパ形状にはならない。
【００６３】なお、このエッチングに用いるガスは、Ｃ
ｌ2 ／Ｏ2 に限らないことは図１（Ｂ）の工程と同様で
ある。さらに、Ｃｌ2 ／Ｎ2 ／Ｏ2 のように窒素を含む
ガスを用いることもできる。図２（Ｄ）のエッチング工
程を２段階以上に分け、間に図１（Ｃ）のＮ2 プラズマ
処理工程を挟んでもよい。ＷＳｉ2 の側壁は保護膜１２
で覆われているため、Ｃｌ2 ／Ｎ2 ／Ｏ2 でエッチング
しても順テーパ形状は生じない。
【００６４】上述の実施例においては、ＷＳｉ2 層のエ
ッチング終了後にＮ2 プラズマ処理を行った。Ｎ2 プラ
ズマ処理をより早い時期に行うこともできる。
【００６５】図２（Ｅ）は、ＷＳｉ2 層４の主エッチン
グを行った後にＮ2 プラズマで処理を行う場合を示す。
図１（Ｂ）のエッチング同様のエッチングにより低密度
パターン領域ＷＳにおいてＷＳｉ2 層４のエッチングを
終了させるエッチングを行う。この段階で図１（Ｃ）同
様のＮ2 プラズマ処理を行う。開孔５、６内に露出した
ＷＳｉ2 層表面にＷＮX の保護層１２が形成される。そ
の後、図１（Ｂ）、２（Ｄ）同様のエッチングでＷＳｉ
2 層４のオーバーエッチングおよびポリシリコン層３の
エッチングを行う。
【００６６】低密度パターン領域ＷＳにおいては、ＷＳ
ｉ2 層４の全厚さが既にエッチングされ、その側壁上に
保護層１２が形成されているので、図１（Ｃ）の状態と
ほぼ同様の環境となる。高密度パターン領域ＮＳにおい
てはＷＳｉ2 層４の一部が残っており、その上の開孔６
の表面に保護層１２が形成されている。逆テーパ形状は
ＷＳｉ2 層４の上部ほど大きくエッチングされる現象で
ある。ＷＳｉ2 層４の上部が保護層１２で覆われる事に
より、以後の逆テーパ形状の形成は大きく抑制される。
【００６７】エッチングガスとして例えばＣｌ2 ／Ｏ2
を用いたＥＣＲプラズマエッチングは、ＳｉＯ2 層２に
対して高い選択比を保ち、Ｓｉ層３を垂直にエッチング
できる性質を有する。
【００６８】このような工程により、タングステンシリ
サイド層とシリコン層の積層から成るポリサイド積層構
造をほぼ垂直にエッチングすることができる。
【００６９】なお、タングステンシリサイド層のエッチ
ングにＣｌ2 ／Ｏ2 を用いたが、タングステンまたはタ
ングステンシリサイドを垂直にエッチングすることので
きる他のエッチングガスを用いてもよい。
【００７０】ＷＳｉ2 層／シリコン層のポリサイド層を
エッチングする場合を説明したが、図２（Ｅ）の工程を
採用する場合は、タングステンシリサイド層またはタン
グステン層の単層のエッチングにも同様の工程を用いる
ことができよう。タングステンまたはタングステンシリ
サイド層の主エッチング工程終了後、窒素ガスプラズマ
を用いて保護層を形成することが重要である。
【００７１】ＭＯＳトランジスタのゲート長は、動作速
度を決める重要な要素である。半導体チップ上にパター
ン密度の粗な部分とパターン密度の密な部分が存在する
場合、パターン密度の粗な部分ではゲート電極パターン
の両側に広いスペース部分が存在する。パターン密度の
密な部分においては、ゲート電極パターンが狭い間隔を
おいて密集して配置される。このようなパターン形状に
おいては、パターン密度の密な部分でエッチング速度が
遅れるマイクロローディング効果（又はＲＩＥラグ）が
発生する。
【００７２】従来の技術によれば、全てのパターンにお
いて順テーパー形状が発生するか、パターン密度の密な
部分において逆テーパー形状が発生する。
【００７３】上述の実施例によれば、先ず少なくともタ
ングステン又はタングステンシリサイド層の主エッチン
グ工程を行い、その後窒素ガスプラズマ処理を行う。こ
のプラズマ処理工程においては、ＷＮx からなる側壁保
護膜がパターン側壁に堆積するものと考えられる。側壁
保護膜形成後、さらに垂直エッチングを行うことによ
り、垂直またはほぼ垂直な側壁を生じるエッチングを行
うことができる。
【００７４】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自
明であろう。
【００７５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
タングステン又はタングステンシリサイド層をほぼ垂直
に異方性エッチングすることができる。
【００７６】ポリサイド構造のエッチングにおいては、
シリサイド層とシリコン層を共にほぼ垂直にエッチング
することができる。
【００７７】サイドエッチングの量も抑制することがで
き、高いパターン精度を得ることができる。
【００７８】エッチングの寸法精度を高くすることがで
き、高性能の半導体集積回路を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例および変形例による半導体装
置の製造方法の主要工程を示す半導体基板の断面図であ
る。
【図２】 本発明の実施例による半導体装置の製造方法
の主要工程を示す半導体基板の断面図である。
【図３】 ＥＣＲプラズマエッチャー装置の構成を概略
的に示す断面図である。
【図４】 本発明者の行った予備実験を説明するための
断面図および三次元グラフである。
【図５】 従来の技術を説明するための半導体基板の断
面図である。
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板 ２ ＳｉＯ2 層 ３ シリコン層 ４ タングステンシリサイド層 ５、６ 開孔 ７ レジストパターン ８、９、１０ プラズマ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下地表面上に形成され、タングステンま
    たはタングステンシリサイドで形成されたエッチング対
    象層の上に、広いスペース部に挟まれた孤立パターンと
    狭いスペース部を介して配置された複数個の密集パター
    ンとを含むエッチングマスクを形成する工程と、 前記エッチングマスクを介して、前記エッチング対象層
    をエッチし、前記広いスペース部の下地表面を露出する
    第１エッチ工程と、 第１エッチ工程に続き、窒素を含むガスのプラズマで前
    記エッチング対象層を処理するプラズマ処理工程と、 残ったエッチング対象層または下地をエッチングする第
    ２エッチ工程とを含むエッチング方法。
  2. 【請求項２】 前記第１および第２のエッチ工程が塩素
    を含むガスをエッチングガスとして用いる請求項１記載
    のエッチング方法。
  3. 【請求項３】 前記塩素を含むガスがＣｌ2 、ＨＣｌ、
    ＢＣｌ3 、ＳｉＣｌ4、Ｓ2 Ｃｌ4 、ＣＣｌ4 の少なく
    とも１種類である請求項２記載のエッチング方法。
  4. 【請求項４】 前記下地が絶縁層上に形成されたシリコ
    ン層を最上層として有し、前記第２エッチ工程がシリコ
    ン層をエッチする工程である請求項１〜３のいずれかに
    記載のエッチング方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7842617B2 (en) 2004-11-29 2010-11-30 Tokyo Electron Limited Etching method and etching apparatus
US9397140B2 (en) 2013-07-30 2016-07-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing semiconductor device
WO2023234214A1 (ja) * 2022-06-01 2023-12-07 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及びプラズマ処理装置
WO2024043139A1 (ja) * 2022-08-25 2024-02-29 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及びプラズマ処理装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7842617B2 (en) 2004-11-29 2010-11-30 Tokyo Electron Limited Etching method and etching apparatus
US9397140B2 (en) 2013-07-30 2016-07-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing semiconductor device
WO2023234214A1 (ja) * 2022-06-01 2023-12-07 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及びプラズマ処理装置
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