JPS6313334A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はドライエツチング方法に係り、特に、材料表面
に薄膜を形成する際のサイドエッチを防止するのに好適
なドライエツチング方法に関する。

〔従来の技術〕

ドライエツチングにおいて寸法精度の向上を図る方法に
は、従来、ソリッド・ステート・チクノロシイ（Ｓｏｌ
ｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、　１９８
４年、第２３５〜２４２頁に記載のように、２種以上の
ガスを同時に真空室内に導入する方法があった。すなわ
ち、Ｗ（タングステン）シリサイドとポリシリコンの２
層膜からなるゲート（ポリサイドゲートとも呼ばれル）
ヲ、ＳＦ４（六７ツ化イオウ）とＣ，ＣＩＩＦ。

（炭化水素のフルオルクロル置換体の一種で化学名はク
ロロペンタフルオロエタン、商品名フレオン−１１５と
呼ばれるもの）の２種類の混合ガスのプラズマ中でドラ
イエツチングで形成する際の、エツチング形状の制御、
特にサイドエッチの抑制を行っているものがあった。Ｗ
シリサイドおよびポリシリコンはいずれもＳＦ、単独ガ
スプラズマ中でエツチングが可能であるが、しかし、単
独ガスによる場合にはサイドエッチ量が非常に大きくな
る欠点があった。そのため、前記引例では、サイドエッ
チを抑制するための混合ガスとじてＣ２ＣｕＦ、を用い
、ＳＦ、とＣ２ｃＩｌＦ、との混合比率を最適化するこ
とによって、Ｗシリサイドおよびポリシリコンのサイド
エッチ量を減少させている。

この場合にサイドエッチ量が減少する理由は、Ｃ２Ｃｊ
ｌＦ、プラズマガス中で炭素化合物系の重合物が生成し
やすいため、この重合物がパターン側壁に付着して、サ
イドエッチを防止する側壁保護膜として働くためである
と考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記のようなガス混合法によるエツチングでは
、次のような問題点がある。第１に、２種類のガスによ
るプラズマ反応が同時進行しいるので、反応が複雑で制
御し難い、したがって、エツチング条件の最適化にも時
間を要する。第２に、２種類のガス相互の反応によって
、単独のエツチングガスの場合よりもエツチング速度や
選択性が低下する等のへい害を生ずる場合が多いという
問題がある。

本発明の目的は、上記のような問題を解決し、サイドエ
ッチを低減することのできる、高精度のドライエツチン
グ方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、被処理材料表面に薄膜を形成させようとす
るガスとして、炭素化合物系ガス、酸素化合物系ガス、
シリコン化合物系ガスのうちのいずれかもしくは２種以
上を含むガスを用い、これとハロゲン元素を含むガスと
を時分割で交互に真空処理室内に供給し、各々のガスプ
ラズマ中で被処理材料表面を化学処理するドライエツチ
ング方法とすることにより、達成される。

すなわち、例えばＳＦ、のようなエツチングガスと１例
えばＣＣＬ（テトラクロロメタン、別名四塩化炭素）の
ような重合膜形成用のガスとを交互に、真空処理室内に
供給してプラズマ化し、ＳＦ、プラズマによるエツチン
グと、ＣＣＬプラズマによる被処理材料表面への重合膜
の形成とを交互に行うものである。

ガスの交換を短時間で効率良く行うために、ポンプの排
気速度は大きい方が好ましい。もちろん、ポンプの排気
速度が小さい場合でも、ガス交換時に、プラズマ放電を
一度止めて、ガスを置換し、その後再び放電するという
方法も可能であるが。

この場合にはエツチング時間が著しく長くなる不都合が
ある。エツチング装置としては、処理ガス圧力が数十〜
数百ｍＴｏｒｒと高いＲＦ（高周波）励起エツチング装
置よりも、ガス処理圧力が１０−４〜１Ｏ−３Ｔｏｒｒ
程度と低いマイクロ波励起プラズマエツチング装置の方
が適している。その理由は。

低いガス圧力で安定にプラズマ放電およびエツチングが
行えて、ガスの置換が高々数秒以内の短時間で行えるか
らである。

〔作用〕　　　　　　　　　　　　　。

ゝＹ′ 以上の方法とすることで１次のよな理由でサイドエッチ
量の少ない異方性エツチングを達成できる。ＣＣ１１４
のプラズマにさらされた被処理材料の表面には炭素系重
合膜が形成される。次に、ＣＣａ４からＳＦ、へとガス
が入れ換わると、エツチングが始まるが、イオンの照射
される被処理材料の平面部分の、み、重合膜が除去され
て、深さ方向にエツチングが進行する。一方、パターン
の側壁にはイオンが照射されにくいので、堆積した重合
膜はエツチングサイクルの期間残存し、パターン側壁の
サイドエッチを防止する側壁保護膜として働く。このよ
うな、重合堆積膜形成サイクルとエツチングサイクルと
を短時間ずつ多数回くり返すことによって、サイドエッ
チ量の少ない異方性エツチングを達成できる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１ エツチング用ガスにＳＦ、を、パターン側壁保護膜形成
用にＣＣｌ１４を用いて、時分割で交互にガスを供給す
るガスチョッピング法でＳＬ（シリコン）基板表面のエ
ツチングを行った。エツチング装置としては、第１図に
示すマイクロ波プラズマエツチング装置を用いた。第１
図において、１はマイクロ波発振器、２はマイクロ波発
振器用電源。

３は導波管、４は放電管、５は電磁石、６は真空室、７
は配管、８はガス流量調整弁、９はガス源となるボンベ
、１０は試料、１１は試料台、１２は電磁石５とともに
ミラー磁場を形成するための永久磁石、１３はコントロ
ーラをそれぞれ示している。ガス流量はいずれも１０〜
２Ｏｃｃ／ｍｉｎ、放電圧力はＩ　Ｘ　１０−’　〜３
　Ｘ　１０−”　Ｔ　ｏｒｒとした。　Ｓ　Ｆ、、　Ｃ
Ｃｕ４を１０秒間隔で交互に処理室に供給し、プラズマ
化し、ＳＦ、プラズマによるＳｉのエツチングと、ＣＣ
ｆ１４プラズマによるＳｉ表面への炭素化合物膜の堆積
とをくり返した。ＳＦ、のサイクルでは、水平部分の堆
積膜を短時間で除去するために、５秒間ＲＦバイアスを
試料に印加した。

第２図にサイドエッチ抑制効果を示す。ＳＦ。

のみでエツチングした場合に比べ、ＳＦいＣＣ１１４を
交互に供給するガスチョッピングの場合の方がサイドエ
ッチ量が非常に少ない。ＣＣｌ１４プラズマ中ではＳｉ
表面にＣ，ＣＵを主成分とする膜が形成されていること
をｘｐｓ　（Ｘ線励起光電子分光）分析により確認した
。この堆積膜がエツチング中にＳｉパターン側壁を保護
することにより、サイドエッチ量が、第２図に示したよ
うに、５分の１以下に減少した。

ＣＣｌ１４以外に、ＣＨ３Ｆ（フルオロメタン）、ＣＨ
３Ｆ２（ジフルオロメタン）、Ｃ３Ｆ４（ヘキサフルオ
ロエタン）、Ｃ２Ｆ＃　（パーフルオロプロパン）−Ｃ
３Ｆ４（パーフルオロブチレン）、ＣＨ４（メタン）、
ｃ　ａ　Ｈ４（エチレン）　、ＣＣＩＩＦ、　（クロロ
トリフルオロメタン）、Ｃ（Ｊｌ、Ｆ２（ジクロロジフ
ルオロメタン）、Ｃ２Ｃ１１３Ｈ３（ｈジクロロトリフ
ルオロエタン）、Ｃ２（Ｊ、Ｈ４（ジクロロテトラフル
オロエタン）、Ｃ，ＣＱＦｓ　（クロロペンタフルオロ
エタン）についても炭素化合物系の保護膜の形成が可能
であることがわかった。

実施例２ 実施例１におけるＣＣ１１４の代わりにＯ４（酸素）を
用いてガスチョッピング法を行った。この場合にはＳｉ
パターン側壁が０２プラズマ中で酸化するために、Ｓｉ
酸化膜が側壁保護膜として働き、サイドエッチ量がＯ，
ＯＳ−以下に減少した。ｏ２以外にＨ２Ｏ（水蒸気）も
酸素化合物系の保３膜を形成できることがわかった。

実施例３ 実施例１におけるＣＣ１１，の代わりにＳｉＦ４（テト
ラフルオロシラン）と０２との混合ガスを用いてガスチ
ョッピング法を行った。被処理材料はＷであった。Ｓｉ
Ｆ４と０２との混合ガスプラズマによってＷ表面に酸化
シリコンの膜が形成された。

酸化シリコン膜はＷのサイドエッチを低減する保護膜の
効果を有することがわかった。ＳｉＦ４以外に、ＳｉＨ
４（シラン）、　５Ｌ２ＦＧ　（ジシラン）。

ＳｉＨ，Ｃ立２（ジクロルシラン）、ＳｉＨＣら（トリ
クロルシラン）、５ｉＣｕ４（テトラクロロシラン）に
ついてもシリコン化合物系の保護膜の形成が可能である
ことがわかった。

上記実施例１〜３では保護膜形成用ガスとエツチング用
ガスとを交互に供給するガスチョッピング法を用いてい
るが、保護膜形成用ガスとエツチング用ガスの供給時間
が一部オーバーラップしても、いいかえると、２種類の
ガスが同時に混入される周期が存在しても保護膜形成は
可能である。

ただし、この場合の膜形成の効率はガスチョッピフグ法
の場合よりも低下し、さらにエツチング速度やエツチン
グ選択比等の特性の劣化も著しかった。

実施例１〜３で用いたドライエツチング装置はマイクロ
波プラズマエツチング装置であるが、ＲＦ放電反応性プ
ラズマエツチング装置でも、ガスチョッピング法による
サイドエッチ抑制効果は同様である。ただし、ＲＦ放電
式の装置の場合には、処理ガス圧力が数十〜数百ｍＴｏ
ｒｒと高いので、ガスの置換に時間を要する問題がある
。ガス切換えの時点で放電を一度停止する方法を用いる
必要がある。

実施例１において、ＣＣ１１４単独でもＳＬのエツチン
グは可能である。この場合、ＣＣａ、のプラズマ生成条
件によって、Ｓｉがエツチングされる場合と、Ｓｉ表面
に炭素化合物が堆積する場合とがある。例えば、ガス圧
力が０．５　Ｘ　１０−’　Ｔ　ｏｒｒではエツチング
され、５　Ｘ　１０−”　Ｔ　ｏｒｒでは膜が堆積した
。

これらの２条件を時分割で切換えることにより、エツチ
ングと側壁保護膜形成を交互にくり返しながら異方性エ
ツチングを行うことができた。ただし、この場合は、Ｓ
ｉのエツチング速度が、ＳＦ。

をエツチング用ガスとして用いた場合の約１／１０に減
少し、スループット上に問題があった。また、試料に印
加するバイアスを時分割で大小２条件に切換える方法に
よっても、上記ガス圧力の切換えと同様の効果を得るこ
とができた。

さらに、ＢＣＱ４（三塩化ホウ素）を用いたＡｌｌ　（
アルミニウム）ドライエツチングにおいて、膜形成用ガ
スにＣＦ４（四フッ化炭素）を用いると、フッ化アルミ
ニウムがサイドエッチを抑制する保護膜とし°て働くこ
とがわかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ドライエツチン
グにおける異方性を容易に達成できるようになり、微細
加工精度が向上し、ＬＳＩ（大規模集積回路）や超ＬＳ
Ｉ高集積化に寄与することができる０本発明を採用した
シリコンおよびタングステンのエツチングにおいて、サ
イドエッチ量を０．０５−以下に低減できることが確認
された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いるエツチング装置の一
例を示す図、第２図は本発明の効果をサイドエッチ量で
示した図である。 く符号の説明〉 １・・・マイクロ波発振器　３・・・導波管４・・・放
電管　　　　　　５・・・電磁石６・・・真空室　　　
　　　７・・・配管８・・・ガス流量調整弁　　９・・
・ボンベ１０・・・試料　　　　　　　１１・・・試料
台１２・・・永久磁石 代理人弁理士　　中　村　純之助 １０．マイクロ波発現器　　　８　・ガス流量調整弁５
　電磁石　　　　　　　１１・試料台６　真空室　　　
　　　１２−・永久磁石７・配管 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空室内にハロゲンを含むガスと、被処理材料表面
   に薄膜を形成させようとするガスとを時間的に交互に導
   入し、導入ガスあるいは励起したガスプラズマ中で化学
   処理して被処理材料表面に薄膜を形成するドライエッチ
   ング方法において、上記薄膜を形成させようとするガス
   が、炭素化合物系ガス、酸素化合物系ガス、シリコン化
   合物系ガスのうちのいずれかもしくは２種以上を含むガ
   スであることを特徴とするドライエッチング方法。 ２、前記炭素化合物系ガスが、ＣＣｌ＿４（テトラクロ
   ロメタン）、ＣＨ＿３Ｆ（フルオロメタン）、ＣＨ＿２
   Ｆ＿２（ジフルオロメタン）、Ｃ＿２Ｆ＿６（ヘキサフ
   ルオロエタン）、Ｃ＿３Ｆ＿８（パーフルオロプロパン
   ）、Ｃ＿４Ｆ＿８（パーフルオロブチレン）、ＣＨ＿４
   （メタン）、Ｃ＿２Ｈ＿４（エチレン）、ＣＣｌＦ＿３
   （クロロトリフルオロメタン）、ＣＣｌ＿２Ｆ＿２（ジ
   クロロジフルオロメタン）、Ｃ＿２Ｃｌ＿３Ｆ＿３（ト
   リクロロトリフルオロエタン）、Ｃ＿２Ｃｌ＿２Ｆ＿４
   （ジクロロテトラフルオロエタン）、Ｃ＿２ＣｌＦ＿５
   （クロロペンタフルオロエタン）のうちのいずれかであ
   り、前記酸素化合物系ガスがＯ＿２（酸素）、Ｈ＿２Ｏ
   （水蒸気）のいずれかであり、前記シリコン化合物系ガ
   スが、ＳｉＨ＿４（シラン）、Ｓｉ＿２Ｈ＿６（ジシラ
   ン）、ＳｉＨ＿２Ｃｌ＿２（ジクロルシラン）、ＳｉＨ
   Ｃｌ＿３（トリクロルシラン）、ＳｉＣｌ＿４（テトラ
   クロロシラン）、ＳｉＦ＿４（テトラフルオロシラン）
   のうちのいずれかであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のドライエッチング方法。