JPS6077429A - ドライエツチング方法 - 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】 本発明は、半樽体集積回路（工Ｃりの微細パターン形成
に用いるドライエツチング方法に関する。

ドライエツチング技術の進歩により、工Ｃの各素子を構
成するパターン寸法をより微細化できるようになり、Ｉ
Ｃの高性能化や高集積度化をもたらしている。ドライエ
ツチング方法には、化学反応を利用したバレル型プラズ
マエツチング方法、又はアルゴン等の不活性ガスやテト
ラフルオロメタン等の反応性ガスを用いたイオンエツチ
ング、イオンビームエツチング方法等が知られている。

これらの方法に用いるエツチングガスとしては、四塩化
炭素、三塩化硼素等の塩素系化合物あるいは、テトラフ
ルオロメタン等のフロン類、又はこれらと酸素等との混
合ガスが一般的である。

エツチングガスの選定は、あらゆるエツチング特性に影
響を与え、極めて重要である。例えば、エツチングすべ
き酸化シリコン膜やｐｓＧ（リン珪酸ガラス）膜と、下
地となっているシリコンや保護マスクとして使用するレ
ジスト膜とのエツチング速度比を大きくできること、あ
るいはエツチング残渣やポリマーの生成を防止する必要
等から最適なエツチングガスの探索が進められている。

前者の目的のために、テトラフルオロメタンと水素との
混合ガスを、又後者の目的のだめに、エツチングガス中
に酸素や二酸化炭素を混合する試みがなされている。し
かしながら、エツチング残渣やポリマーを除去したり、
あるいはその生成を良く防止できるエツチングガスは、
エツチング速度比いわゆるエツチングの選択性が低下す
る傾向にあり、両者の効果が共に優れたガスの探索が望
まれている。

本発明者等は、ポリマー生成等がなくしかもエツチング
の選択性が良好なエツチングガスの探索を鋭意進めた結
果、少なくとも炭素、弗素及び酸素を同時に含む化合物
が極めて効果的であることを見い出すことができた。か
かる化合物による、半導体羽村のドライエツチングにお
いては、ポリマー生成等がなくしかも選択性が良好であ
る。さらには、本発明以外のエツチングガスによる半導
体材料のドライエツチングにおいて、本発明のエツチン
グガスをポリマー生成等の防止又は除去に使用できるこ
とも合わせて見い出すことができた。

すなわち、本発明は半導体材料のドライエツチング方法
において、少なくとも炭素、弗素及び酸素を同時に含む
化合物を必須成分とするガスによりエツチングすること
を特徴とするドライエツチング方法及び、かかる化合物
を必須成分とするガスによシ、エツチング残渣や生成ポ
リマーを除去し、又はこれらの生成を防止し、あるいは
半導体材料の腐食を抑制する工程を有することを特徴と
するドライエツチング方法に関するものである。

エツチングすべき半導体材料には例えば”１３Ｎ４　＃
ｐｏｌｙ−８ｉ　、　Ａ１　等の他、８１０宜、ｐｓｅ
（リン珪酸ガラス）、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ａ１合金
（Ａ’１−Ｅｌｌ　。

又はＡ’１−Ｃｕ、又はＡｌ−８ｉ−Ｃｕ　等）　、　
Ｍａｉｌ　、　ＷＳｉ　。

Ｔ１８１　、　Ｔａｘｉ　等が知られているが、本発明
に用いるエツチングガスはこれらの材料に対し適用可能
である。又、ｓｈｏ、やＰＳＧのエツチングにおいては
、下地の８１　や保護マスクのレジスト膜とのエツチン
グ速度比を、あるいはＳ１０！膜上のｐａｌ−８ｉ　膜
のエツチングにおいては、８１０鵞やレジスト膜とのエ
ツチング速度比を大きくとれる等、いわゆるエツチング
の選択性が良好である。

一方、本発明に用いるエツチングガスにより、従来から
問題となっているポリマー生成やエツチング残渣あるい
はＡｌ　系材料の腐食について良く阻止できることが判
明した。テトラフルオロメタン等のフロン系ガスによる
Ｓｌ　のエツチングでは８１　表面に７０ロカーボンポ
リマーが堆積しやすく、又四塩化炭素等の塩素系ガスに
よるＡ１　のエツチングでは下地材料のｓｈｏ、上にポ
リマー残渣が生じやすく、又Ａｌ−８１やＡｌ−８１−
Ｏｕ等のＡｌ　合金においては８１　やａＵ　によるエ
ツチング残渣が生じやすい等の問題がある。さらには、
Ａｌ　系半導体材料のエツチング終了後にＡ１　腐食物
が生じ、素子のオープン不良の原因となっている。これ
らの問題は、エツチングガスとして本発明方法のガスを
用いることによシ、又はいわゆるプラズマクリーニング
剤として本発明方法のガスを用いることにより解決し得
る。

このように、ポリマーやエツチング残渣あるいはＡ１　
腐食物の生成を防止できるばがシでなく、エツチング室
内の塩素化物を中心とした汚染物質の除去にも役立つと
いう優れた効果も同時に有している。

本発明方法に用いるエツチングガスは、少なくとも炭素
、弗素及び酸素の６元素を同時に含む化合物である。例
えば、ヘキサフルオロプロピレンオキサイド等のエポキ
サイド類、（２，２−ジクロロ−１，１−ジクロロエチ
ル）メチルニー　ｆ　＃　等（７）−ｃ−チル類、ヘキ
サフルオロアセトン等のケトン類、トリフルオロアセチ
ルフルオライド等のカルボン酸の誘導体、２，２．２−
　）リフルオ四エタノール等のアルコール類、三フッ化
メタンスルホン酸等のスルホン酸類等を挙げオロエボキ
サイド以外のパーフルオロ環状エーテル類が好適である
。これらの各種化合物は、単独で用いてもよく、二種以
上の混合物として用いてもよいか、エポキサイド類特に
ヘキサ７ルオログロビレンオキサイド（ＯＦ、０ＦＯＦ
、Ｏ）　（以下、６　ＦＰＯという）を主体とすること
が好ましい。

前記化合物に対し、従来より知られている各種エツチン
グガスを混合すると種々の特徴を出すことができる。例
えば、Ｓｉｎ！、　Ｐ２Ｏのドライエツチングにおいて
は、トリフルオロメタンを混合使用することで、下地材
料の８１　及び７オトレジストとの選択性を保持したま
ま、特にポリマーの形成を抑制する効果が高い。又、ｐ
ｏｌｙ−８１やＭｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ笠の金属膜のエツ
チングにおいては、塩素ガスを混合使用することにより
、大きなエツチング速度とともに、高い選択エツチング
が可能となる。混合割合については、６　ＦＰＯを混合
する場合について述べれば、体積比で６ＦＰＯ／　ＣＨ
Ｆ３．　＝　Ｃ１，０１〜５，０、好ましくは０．０５
〜１，０．６７ＰＯ／　０１！　＝　０．５〜４０、好
ましくは１．０〜２０が適当である。勿論、６ＦＰＯ等
を単独に使用した場合にも、従来に比し速いエツチング
速度と、高い選択エツチング性及び同時にポリマー生成
がない点等について優れている。

混合使用可能なその他のエツチングガスとしては、以下
の化合物を例示し得る。例えば、下記一般式（１）で表
わされる飽第１ｊハロゲン化炭化水素類、又は下記一般
式（ｉｌｌで表わされる不飽和ハロゲン化炭化水素知で
ある。

ＣｎＨｔｎ十トｍＸｍ　拳　ψ　＋　（Ｉ）（但し、１
≦ｎ≦１０．１≦ｍ≦２２２ｘ＝ｂ’、　ｃｌ、Ｅｌｒ
　又は工を示す。）Ｏｐ’ｍｐ−１４−４ｑ−１”Ｌ−
ｋＸｋ”　”　”　’損（但し、１≦ｐ≦４．ｑ＝三重
結合の数。

ｌ＝二重結合の数、１≦に≦８．ｘ＝ Ｆ、Ｃ１，Ｂｒ　又は工を示す。） 上記一般式（１）で表わされる化合物としては、トリフ
ルオロメタン、テトラフルオロメタン、トリクロロメタ
ン、テトラクロロメタン、トリブロモメタン、テトラブ
ロモメタン、トリヨードメタン、プロモトリフルオロメ
タン、ジブロモジフルオロメタン、ヨートドリフルオロ
メタン、ショートジフルオロメタン、クロロトリフルオ
ロメタン、ジクロロジフルオロメタン、ブロモクロロメ
タン、トリクロロブロモメタン、塩化エチル、ジクロロ
エタン、トリクロロメタン、テトラクロロエタン、Ｑ化
エチル、ジブロモエタン、テトラブロモエタン、ヨウ化
エチル、クロロペンタフルオロエタン、ヘキサフルオロ
エタン、オクタフルオロプロパン等である。又、上記一
般式（ｎＪで表わさ）する化合物としては、ジフルオロ
アセチレン、トリクロロメタン、臭化ヒニル、テトラフ
ルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン（スオ挙
げることができる。

これら以外の化合物としてｔ、支、オクタフルオロシク
ロブタン、六す１．化イ万つ、三弗化輩素、三弗化塩素
、三塩化リン、三塩化硼素、三臭化硼素、四塩化珪素、
四弗化灯素、二酸化炭素、−級化炭素、酸素、塩素、ヘ
リウム、臭素、弗素、ヨウ素、水素、窒素等の各１ｉｆ
ｔ公知ないし周知のエツチングカスを１３・り示しイｑ
る。

次に、本発すｊの実施声ｊについて、さらに具体的に説
明する。

実施例１ リン８％を含むｐｓａ膜０８μＩｎ　１ｒ：Ｓｉウェハ
上に堆積した試料に東京応化製のポジ型ホトレジス）　
０ＩＦＰＩｔ　８００　’ｃ付着し、パターン形成のた
めの窓を露光、現像により作成した。本サンプルを力ｙ
　−）”ＩＩ！極上に載［Ｌ、０３Ｆ６０１ｏｏｒｔｅ
ｙｒｍＯＨＦ３　５０ｄ／Ｅｌｉｌの割合でエツチング
系内に導入し、その圧力（ｉ＝８ｐａに保持した状態で
高周波（１３，５６Ｍｎ２）出力０．８　ＫＷ　（０，
３Ｗ／ｍ）ｔ−印加し、エツチングを行なった。分光分
析によるモニタで終点検出した結果１３分でエツチング
が終了した。この時のＰＥＩＧ／Ｓｉ　、Ｐ日Ｇ／ホト
レジストのエツチング速度比はそれぞれ１０．２　、１
２．８であった。ｔた、このエツチング条件下では、電
極上はもちろんエツチング系内にもポリマの形成は全く
観察されなかった。

実施例２ 実施例１に使用したと同一仕様のサンプルをカソード上
に載置し、０３Ｆｇ０１００ｇ／／ｍのガス全導入し、
圧力’ｔ　５　ｐａ　として、０．８　ＫＷの高周波出
力の条件でエツチングを行なった。その結果ＰＳ（）の
エッチ速度は６００λ／騨でＩＣ１ＰＥＧ／Ｓｉ、　Ｐ
ＳＧ／ホトレジストの選択比はそれぞれ９．２．８．０
であった。

実施例３ ソリコンウェハ上の０．９μｍのｓｌｏ、膜上にポリシ
リコン膜０．４μｍ厚さにＯＶＤ法により形成し、実施
例１と同様な方法によりホトレジスト膜によりパターン
マスク形成を行なった。この試料全エツチング室に挿入
し、ｃ、ｙ６ｏカス　５０ｍ／ｘｍ　、　Ｏ１２５０ｄ
１ｍｉｎ　２　ｘ　ツチ７　り系内ＶＣ導入し、ガス圧
力全２０ｐａ　として放電を行ない、ポリシリコン膜の
エツチング’を行なった。その結果ポリシリコンのエッ
チ速度Ｆｉ　２０００　Ｘ／ｍｉｘ　。

下地５１０２及びホトレジスト膜との選択比はそれぞれ
１５及び９の値が得られた。

実施例４ シリコン酸化膜上に形成した厚さ１０００λのポリシリ
コン膜と、その上に形成したモリブデン４０００Ｘの２
層膜のホトレジストによりバタンマスクを形成し、実施
例３と同一の条件下でエツチング全行なった。この２層
膜のエツチングは３分で終了した。下地５ｉ０２　、ホ
トレジストマスクに対する選択性は１３及び７であった
。また、エツチングパターンは異方性形状を示し、下地
表面に汚染は観察されなかった。

実施例５ Ｓ１基板上に１μｍのＰＥＩＧ　ｉ形成し、ホトレジス
トによシマスフパターンを形成し、試料全アノード上に
載置して、カソード、アノード間のギャップを８．とじ
て、０３１１１６０ガｘ５Ｑｄ／ｍ流し、ガス圧力フ０
ｐａ、高周波出力１．５ＫＷでＰＢＧのエツチングを行
なった。その結果ＰＥＧのエッチ速度２２００Ｘ／ｍ、
シリコン及びホトレジストに対する選択比はそれぞれ２
０．１１　が得られた。この条件でポリマの形成は全く
なく、下地Ｅｌｉ表面の荒れや、汚染は観察されなかっ
た。

実施例６ ＳｉＯ□上のＡ１合金膜をＲＩ刊により塩素を含むガス
、例えばＣ０１４またはＢ０１３混合ガスによシエッチ
ングを終了したのち、ガスｉ　ｏ、　Ｆ２Ｏと置換し、
１００ｔｄ／ｙｍの流量と３０　ｐａ　０．６　ＫＷの
条件で１分間のプラズマ処理を行なった。そのあと、本
試料全空気中に長時間放置してもＡ１の腐食は発生しな
かった。また、Ａ１除去後の下地表面にポリマーの形成
は観察されなかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　半導体材料のドライエツチング方法において、少
   なくとも炭素、弗素及び酸素を同時に含む化合物を必須
   成分とするガスによりエツチングすることを特徴とする
   ドライエツチング方法。 ｌ　少なくとも炭素、弗素及び酸素を同時に含む化合物
   がパーフルオロエポキサイド類である特許請求の範囲第
   １項記載のドライエツチング方法。 五　半導体材料のドライエツチング方法において、少な
   くとも炭素、弗素及び酸素を同時に含む化合物を必須成
   分とするガスにより、エツチング残渣や生成ポリマーを
   除去し、又はこれらの生成を防止し、あるいは半導体材
   料の腐食を抑制する工程を有することを特徴と＋入ト＋
   →スエ・ソ手ソ〃宝辻 ４、　少なくとも炭素、弗素及び酸素を同時に含む化合
   物がパーフルオロエポキサイド類である特許請求の範囲
   第６項記載のドライエツチング方法。