JPS59207632A - 金属ケイ化物又はケイ化物・ポリシリコン二重層構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、集積半導体回路を備えるシリコン基板」−
の金属ケイ化物二重層又はケ・ｆ化物・ポリシリコン二
重層にフォトレジスト・マスクを使用する反応性イオン
・エツチングにより構造を作る方法に関するものである
。この反応性イオン・エツチングに際しては平行板反応
器に反応性ガスとして塩素を含む混合ガスが流し込まれ
る。

〔従来の技術〕

金属ケイ化物は高ｒｆ嗅積ＭＯ８回路の製作Ｃ二対して
次第に重要性を増してきた。その可能な用途の一つはポ
リシリコン・ゲート技術において導体路とゲートの材料
としてである。この場合ポリシリコンは一般にケイ化物
で置き換えられるのではなく、ドープされたポリシリコ
ン層上にケイ化物層を設けるという形で補足される。こ
の種の二重層に微細構造を作ることは、回路の製ｒ「ｃ
二際して一連の境Ｗ条件を考慮しなければならないこと
がら複雑なエツチング技術が必要となる。これらの境痒
条件は次の間りである。

（ａ）　　５ｉ０２又はそれに対応する絶縁層に対する
高い選択性（ポリシリコン・ケイ化物胴対５ｉ０２層の
厚さの比は５０：１に達するからポリシリコン・ケイ化
物層の下に極めて薄い５ｉ０２層がある） 市）垂直側面を作るためのエツチングの異方性（特にＶ
Ｌ］回路に重要） ｒｅ）　　エツチング・マスクとしてフォトレジストの
使用（これは特定のエツチング・ガス例えば四塩化炭素
の場合問題となることが多い）（ｄ）ポリシリコン・ケ
イ化物層と基板との接触（埋込み接触） （ｅ）一様なエツチングの達成（短チヤネル効果のため
重要である） （ｆ）　　高い収率な可能にすると同時にプロセスの良
好なコントロールを可能にする適当なエッチ時間の達成 現在ポリブイ化物構造をエツチングによって作る技術は
公知であるが、はとんど総てケイ化モリブデン又はケイ
化タングステンを蝕刻するものである。ケイ化モリブデ
ンおよびケイ化タングステンに比べて高温度における耐
熱性がすぐれ又ポリシリコンへの接着性が良いケイ化タ
ンタル構造の蝕刻に関しては文献（、Ｔ、　Ｖａｃ、ｓ
ｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ　。

１７、ｒ４１１９８０．ｐ、７８７〜７８８）に短い報
告があるだけであり、それによ、ルばチタン、タンタル
、モリブデンおよびタングステンのケイ化物が四フッ化
炭素・酸素混合ガス中のプラズマで工応器内で、一部は
平′４１板反応器内で陽極結合方式％式％ １９８１、ｐ。３４６）。原理的にはこれらの層は湿式
エツチングが可能であるが、この場庁寸法頃失を伴う。

二重層の特質として構造形成の際挿々の側面形［１ｚが
作られるが、その中の僅かなものだけが回路構成に利用
することができる。

欧州特許願第（１０１５４０３号にはポリシリコンの反
応性イオン・エツチングに関する種々の方法が記載され
ているが、いずれも六フッ化イオウ（ＳＦ、）と塩素（
Ｃ１２）と希ガスの混合ガスから出発する。これらの方
法ではシリコンだけが選択的シニエッチされ、ＳｉＯ２
と窒化シリコンがあっても極めて効果的な選択性が達成
される。更ζ二反応性のイオンエツチング（蝕刻基板は
１’−Ｔ　Ｆを導く電極−ヒＣ装置かれる）に基き方向
性の腐蝕となり、作られた凹みは垂直の（Ｉ！！Ｉ　壁
を持ち、エツチング・マスクがこの凹みの縁をこえては
み出すことばな冒頭に挙げたモリブデン蝕刻法は交歓（
Ｊａｐａ−ｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌ
、　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ、　２１、ＡＩ、（１９
８２）ｔ）、１６８〜１７２）：二記載され公知である
。この方法では四塩化炭素（ＣＣＩ、）と酸素の混合ガ
スがエツチング・ガスとして使用され、平行板反応器内
で陰極結合方式に実施例 〔発明が解決しようとしている問題点〕この発明の目的
は、５ｉｏ２に対する高度の選択性を示すと同時にＶＬ
ＳＩ回路の製作に要求される厳格な異方性が確保される
金属ケイ化物二重−と金属ケイ化物・ポリシリコン二重
層に構造を作るための異方性１’ｉ！ＩＩ刻法を提供す
ることである。その」二高い収率が可能となると同時に
工程が良く制御されるようにエッチ時間を調整すること
ができることもこの発明の目的である。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は冒頭に挙げた方法において反応性ガスとして
強還元性成分を混合した塩素ガスを使用する。−とによ
って達成されろ。この発明思想の展開によれば三塩化ホ
ウ素ＣＢＣＩｇ）が塩素ガスに混合され、その際混合ガ
スの三塩化ホウ素対塩素比は１：２より小さく選ばれる
。

この発明による方法はケイ化物が塩素でエッチ可能な金
属を含むもの（例えばチタン、モリブデンおよびクンタ
ルのグイ化物）であるポリシリコン・ケイ化物層に応用
１「ることができる。特にケイ化クンタルとポリシリコ
ンの二重層の構造形成に対１〜て有利であるが、ケイ化
物単一層にも応用することができる。純ポリシリコン層
もこの発明の方法Ｃ二重り蝕刻可能であることは自明で
ある。

〔発明の効果〕

公知の方法に比べてこの発明の方法の利点は有害な四塩
化炭素（ＣＣＩ４）の使用が避けられることである。Ｃ
Ｃ１，、は全島性であり、又ホスゲンを作ることがある
から、ＣＣ１，の取扱いには特別の配慮が要求される。

ＣＣｌ４の蒸気圧は室温で７６０ｍＴｏｒｒ以下である
。充分に蒸発させるためには容器を加熱しなければなら
ないが、これによってバルブ内に凝縮することがある。

この発明の方法のように塩素だけを含む混合ガスを使用
゛ｆると、フッ素と塩素を順次に使用することができる
という長所が得られる。乾式エツチングの場合メモリ効
果が生じ再現性の良い工程の実施を困難にすることはし
ばしば経験することである。このメモリ効果というのは
、例えば反応器からの化合物の除去が不充分であること
に基き一つの工程段がその前の工程段の影響を受けるこ
とを指している。

この発明の種々の実施態様は特許請求の範囲第２項以下
に示されている。

〔発明の実施例〕

第１図乃至第３図を参照し実施例についてこの３発明の
詳細な説明 第１図と第２図に示すように蝕刻断面形状は腐蝕ガスの
組成によって大きく変り、この発明によるガス組成は良
好なエツチング効果の達成に決定の腐ｆｉｌｋは不可能
であるが、その原因はケイ化物表面に生ずる耐蝕性の酸
化膜であると考えられる。

プラズマ内でＨＣ１）ｃ　（ｘ　（：３　）に分解する
三塩化ホウ素のような強還元性成分を塩素ガスに混合す
ることにより蝕刻が可能どなる。ただ１−三塩化ホウ素
の分量は少くしてケイ化物の下に回り込み腐６虫が起ら
ないようにしなければならない。ＢＣｌ３対Ｃ１□　比
が２：５のガス組成によって作られた蝕刻り面形状を第
１図に示す。＠２図は７３ＣＩ、：Ｃ’２　７５　：　
１のガス組成によって作られた断面形状である。１はシ
リコン基板、２は厚さ４０ｎｍのＳ　１０２層、３は厚
さ３０θｎｍのｎ　ドープ・ポリシリコン層、４は厚さ
２００　ｎｍのケイ化タンタル層、５はポジ型のフォト
レジストで作られたマスクである。

反応性ガスを希ガス例えばヘリウムで希釈すると、特に
良好な結果が得られることが確められている。５ｉｎ２
に対して３０：工よりも遥に高い選だけにＣＩ、にＢＣ
ｌ３を混合し、純Ｃ１２中で蝕刻を終了させる。

反応器内のガス圧は充分低くし、ＨＦガスを流す電極の
バイアス電圧は充分高くして厳格な異方性エツチングが
行なわれるようにする（数値は後の実施例２二示されて
いる）。

この発明の方法の一つの利点はエツチング・マスクとし
てフォトレジスト（例えば５ｈｉｐｌｅｙ社のポジ型樹
脂）が使用でき、補助層を必要としないことである。

第３図にこの発明の方法によって作られた埋込み接触を
備えるポリシリコン・ケイ化物構造を示ｔｏ第１図、第
２図と対応する部分Ｃ二は同じ符号がつけである。この
発明の方法の大きな利点はＣ１２プラズマがｎドープ・
ポリシリコン３に対してドーピング（二大きく関係する
腐蝕速度を示すことである（ｎ　ドープのポリシリコン
は下記の実施例の条件の下で非ドープポリシリコンに比
べて６倍早い速度で蝕刻される）。このことは埋込み接
触の場合実際ト重要な意味を持つ。ポリシリコン３が拡
散によってドープされろと基板１の表面６の区域Ａもｐ
ドープされる。しかし適当な処理鍋Ｎ（二より侵入深さ
は浅く（０１乃至０，２μ等）することができる。ポリ
シリコン・ケイ化物層（３，４）に構造を作る際に不可
避的に生ずる区域Ｂ（二ぢいての基板蝕刻は、シリコン
の腐蝕速１丁がドーピングに関係することにより僅かで
ある（ドーパントの進入深さの程度）。これによって矢
印Ｃで示した高い段の形成と埋込み接触の接触電気抵抗
の増大ならびに続く丁稚段階においての形態−Ｌの問題
な避けることができる。

実施例 １、屯一工程によるＦｆｉ９性イオソイオンチングガス
組成　Ｃ１２：　ＢＣＩ、　　：　Ｈｅ−５：　２：５
０電力　　　Ｐ　＝　０．１５　Ｗ／ｃｍ２ガス圧　　
ｐ−１，５Ｐａ（−１０＋ａ’ｌ”ｏｒｒ　）蝕刻り面
形状：＠格な腎方性 ５ｔＯ２に対する選択性−１５：１ ２　二段工程による反応性イオン・エツチング第一段階
は実施例１と同じで時間は約１分間、第二段階ではＢＣ
ｌ３を加えず、その他の点では１と同じ。これによって
１００ｍｍのシリコン・ウェー八に対し全１ツチング時
間６分において８１０２に対する選択性が３０：１に上
昇した。

【図面の簡単な説明】

、　第１図と第２図はエツチング・ガスの組成と蝕刻断
面形状との関係を示し、第３図はこの発明の方法によっ
て作られたポリシリコン・ケイ化物二重層構造の断面を
示す。 １：シリコン基板、　２：５ｉ０２層、　３：ポリシリ
コン層、　　４：ケイ化タンタル層、　５：フォトレジ
スト・マスク。 ＩＧ　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）反応性ガスとして強還元性成分を混合した塩素ガス
   が使用されることを特徴とする半導体集積回路を備える
   シリコン基板上の金属ケイ化物二重層又はケイ化物・ポ
   リシリコン二重層に平行板反応器内でフォトレジスト・
   マスクを使用する反応性イオン・エツチングにより構造
   を作る方法。 ２）強還元性成分として三塩化ホウ素ＣＢＣＩ３）が使
   用されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ３）三塩化ホウ素分対塩素分の比が１＝２より小さくな
   るように混合ガスの組成が選定されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４）キャリ・ヤガスとして希ガス特にヘリウムが使用さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
   のいずｊ７かに記載の方法。 ５）塩素対三塙化ホウ素対キャリヤガスの混合比が５：
   ２：５０に調整されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第４ｍのいずれかに記載の方法。 ６）ケイ化タンタル（ＴａＳｉ２）とポリシリコンの二
   重層が使用されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第５ｍのいず几かに記載の方法。 ７）二重層が厚さ２００ｎｍのケイ化タンタル層と厚さ
   ３０　Ｑ　ｎｒｎのｎ　ドープされたポリシリコン層か
   ら成ることを特徴とする特許請求の範囲＠６項記載の方
   法。 ５）ＳｉＯ２に対オる選択性を高めるためエツチング処
   理が一段階に分けて実施さオル１エツチ時間の始めの約
   １１５では三塩化ポウ素イど混合してエッチされ、それ
   以後は純ツ訃希ガス混合ガスでエッチされることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第７項のいず肌かｊ二
   記ｉルの方法。 ９）反応器のガス圧は１．５ｐａ付近に、処理物の面積
   当りの電力はＯ，］　５　Ｗ／ｃｒｎ２に調整されろこ
   とを特徴とする特許請求の範囲＠１項乃至第８項のいず
   れかに記載の方法。