JPS63259085A - 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） 本発明は基板表面に形成された金属、シリコン又はその
化合物の被膜のドライエツチング方法、さらに詳しくは
、プラズマ発生用ガスとして特定の化合物の組み合わせ
を用いて、より一層のエツチング制御を可能としたドラ
イエツチングを行う方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、集積回路のような電子素子の製造に際し、プラズ
マエツチング、スパッタリングエツチング、反応性イオ
ンエツチング（ＲＩＥ）　、イオンビームエツチングな
どのドライエツチング技術が広く用いられている。この
ドライエツチング技術は、溶液法のようなウェット・エ
ツチング技術に比べて、微細加工性・再現性・制御性に
優れ、工程の簡略化、自動化が容易で、公害問題も極め
て少ないなどの利点を有するが、それぞれ特殊な装置を
必要とするうえ、プラズマ発生用ガスの選択や各装置の
持つエツチング特性を制御するエツチングパラメーター
を使いこなして、各々の装置の特性を十分に発揮させる
ために新しいエツチングプロセスの開発を行う必要があ
る。

シリコン化合物、特にＬＳＩで重要なポリシリコンのエ
ツチングでは、一般に数％の酸素ガスを含んだ四フッ化
炭素（ＣＦ４）が用いられている。このエツチングガス
は２５０〜５００ｎｍの高いエッチレートを有し、選択
性、取扱い性、安全性などの面で優れているため、現在
も広く使用・されているが、この混合ガスによるエツチ
ングは等方性エツチングであり、エツチング後のサイド
エッチ量が大きく、３μｍ以下のパターン幅のエツチン
グには実質的に不向きであり、高精度の微細パターンの
形成プロセスには使用できない。又、異方性指向のガス
であるジクロロテトラフルオロエタン（Ｃ２ＣＪＺ２Ｆ
４）と等方性指向のガスである六フッ化イオウ（ＳＦａ
）　との混合ガスを用いることにより、サイドエッチ量
を少なくする報告がされている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したジクロロテトラフルオロエタン（Ｃ２Ｃ１□Ｆ
４）と六フッ化イオウ（ＳＦｓ）　との混合ガスを用い
た場合には１μｍまでのパターン幅のエツチングには問
題はないが、１μｍ以下のパターン幅のエツチングに使
用しようとするとジクロロテトラフルオロエタン（Ｃ２
Ｃｆ１．２Ｆ４）の混合比を極端に多くする必要があり
、その結果エッチレートが犠牲となりスループットが低
くなるため実用的なプロセスとはいえない。このように
、いずれにしても異方性エツチングとエツチング速度は
相反するため、両性能を兼ね備えたエツチングプロセス
の開発を強く望まれている。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決すべく本発明は、基板表面に形成され
た金属膜、シリコン又はシリコン化合物をドライエツチ
ングするに際し、プラズマ発生用ガスとして、モノクロ
ロジフルオロメタン（Ｃ）Ｉ［：λＦ２）と六フッ化イ
オウ（ｓＦ６）　　とを容量比で５：９５乃至９５：５
の割合で混合したガスを用いた。

（作用） 混合ガス中に含まれるモノクロロジフルオロメタンによ
ってエツチングが異方性となり、混合ガス中に含まれる
六フッ化イオウによってエツチングレートが大となる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

以下に本発明の詳細な説明する。ここで本発明方法の実
施に用いるドライエツチング装置としては、例えば平行
平板電極型のプラズマエツチング装置、リアクティブイ
オンエツチング装置或いはＥＣＲ等のマイクロ波プラズ
マ処理装置が適当であり、マイクロ波プラズマ処理装置
の構成を第１図に基づいて説明する。

即ち、マイクロ波プラズマ処理装置は、底板（１）上に
金属性ケース（２）を載置し、このケース内にペルジャ
ー型（釣鐘状）石英チャンバー（３）が設けられている
。チャンバー（３）の上部には混合ガスの導入管（４）
が接続され、また底板（１）には開口（５）及び真空引
き装置につながる孔（６）が形成され、開口（５）には
基板（Ｗ）を載置するテーブル（７）が嵌合するように
している。ここで、テーブル（７）は昇降自在とされ、
第１図に示す位置から下降した位置で基板（Ｗ）を受は
取り、上昇することにより開口（５）を気密に閉じると
ともにチャンバー（３）内に基板（Ｗ）を臨ませる。

一方、ケース（２）と離間した位置にはマイクロ波発振
器（８）を配置し、この発振器（８）とケース（２）上
面とを導波管の代わりとしての可撓性の同軸ケーブル（
９）にて接続し、この同軸ケーブル（９）の中心をなす
銅線にケース内に臨むアンテナ（１０）を取り付け、更
にケース（２）の外側には磁場発生コイル（１１）を配
置している。

以上において、テーブル（７）を降下させ、テーブル（
７）上面に基板（Ｗ）を載置し、次いで、テーブル（７
）を上昇させて底板（１）の開口（５）を気密に閉塞し
、孔（６）を介してチャンバー（３）内を例えばＩ　Ｔ
ｏｒｒ以下まで減圧するとともに導入管（４）からチャ
ンバー（３）内に混合ガスを導入した状態で、発振器（
８）で発生させたマイクロ波を同軸ケーブル（９）を介
してケース（２）内に伝送する。するとチャンバー（３
）内に導入された混合ガスが放電励起されてプラズマが
発生し、このプラズマによって基板（Ｗ）表面に形成さ
れた薄膜状被エツチング物がエツチングされる。

ここで被エツチング物としては、例えば金属シリコン又
はそれらの化合物であって、そのような物質としては、
例えば単結晶又は多結晶シリコン、シリコン酸化物並び
に窒化物、モリブデン、ニオブ、タングステンなどの金
属、モリブデンシリサイドのような金属ケイ化物などを
挙げることができ、またそれらに不純物をドープしたも
のも包含される。これらの被エツチング物は、通常知ら
れた方法により基板表面に膜状に形成される。

また、上記のプラズマ発生用の混合ガスとしては、モノ
クロロジフルオロメタン（Ｃ）ＩＣλＦ２）　と六フッ
化イオウ（ＳＦａ）　　との混合ガスを用いる。

ここで第２図はエツチングされた基板の拡大断面図、第
３図は上記混合ガスの容量化とサイドエツチング（Ｓ、
Ｅ）　　との関係を示すグラフであり、サイドエツチン
グ（Ｓ、Ｅ）量は第２図に示すようにレジストパターン
（Ｒ）の裾から裾までの寸法（Ｌ’）とエツチングされ
た基板（Ｗ）の上部寸法（ｆＬ）との差（Ｓ、Ｅ−Ｌ−
ｆＬ　）として示している。

これらの図からも明らかなようにモノクロロジフルオロ
メタン（Ｃ）ｌｃＪｌＦ２）　　と六フッ化イオウ（Ｓ
Ｆ８）　　との混合割合は、容量比で５＝９５乃至９５
：５の範囲とする必要がある。即ち、六フッ化イオウ（
ＳＦａ）の割合が９５容量％を超える（モノクロロジフ
ルオロメタン（ＣＨＣｌＦ２）の割合が５容量％未満と
なる）と、その強い等方性エツチングのためにサイドエ
ツチング量が大きくなって著しく精度を低下させ、モノ
クロロジフルオロメタン（０８０℃Ｆ２）の割合が９５
容量％を超える（六フッ化イオウ（ＳＦａ）の割合が５
容量％未満となる）と、エツチング能力か弱すぎて、目
的とするエツチングを完了するまでに長時間を要する。

そして、特に好ましい混合割合は３０ニア０乃至７０：
３０の範囲といえる。

次に具体的な実施例と比較例を挙げる。

実施例１ 直径１００ｍｍのシリコン基板表面に形成させた膜厚４
１０ｎＩＩ＋のリンドープ・ポリシリコン膜に線幅０．
８μｍパターンをポジ型レジストＴＳＭＲ−８８００（
東京応化工業■製）にて形成させ、マイクロ波プラズマ
処理装置・ＴＳＭＥ−５３００（東京応化工業■製）を
用い、ＣＨＣｕ　Ｆ２とＳＦ６の容量比２：１の混合ガ
スを反応ガスとしてドライエツチングを行った。その際
の処理条件は６．５ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒでマイクロ波
出力が１００Ｗ、バイアス用出力は１００Ｗである。エ
ツチング時間を４５秒で処理し、その時の残膜よりエッ
チレートを計算したところ３２０ｎｍであり均一性は主
１゜１％であった。又、その条件でのサイドエッチ量は
０．０５μｍであり、実質的にアンダーカットの少ない
高精度の微細パターンが得られた。

比較例１ 実施例１と同様なポジ型レジストパターンを形成させた
ものを用い、同じ装置を用いて、反応ガスに０２ＣＩ！
、　２Ｆ、とＳＦ６の容量比２：１の割合で混合し、実
施例１と同様の条件にて処理を行ったところ、エッチレ
ートは３３０ｎｍ　、均一性は主３゜１％、サイドエッ
チ量は０．１２μｍであった。

実施例２ 実施例１と同様なポジ型レジストパターンを形成させた
ものを用い、プラズマエツチング装置・ＯＡＰＭ−４０
０（東京応化工業■製）を用い、反応ガスに　ＣＨｆｊ
２　Ｆ２とｓＦａを容量比１：１の割合で混合し、ドラ
イエツチングを行った。その際の処理条件は０．１５Ｔ
ｏｒｒで出力５０Ｗである。この時のエッチレートは３
４０ｎｍ　、均一性は主３゜５％、サイドエッチ量は０
．０９μｍであった。

比較例２ 実施例１と同様なポジ型レジストパターンを形成させた
ものを用い、実施例２と同じ装置を用いて、Ｃ２ＣＩＬ
Ｆ！ｌとＳＦ６を容量比２：１の割合で混合し、実施例
２と同様の条件にて処理を行ったところ、エッチレート
は２７０ｎｍ　、均一性は主３゜１％、サイドエッチ量
は０．１４μｍであった。

前述した各側を説明する。実施例１と比較例１はマイク
ロ波プラズマ処理装置を用いて、反応ガスに実ｊｆＥ例
においてはＣＨｉ　Ｆ、とＳＦ６の組み合わせ、比較例
においてはＣ２ＣＪ：Ｌ２Ｆ４とＳＦ、の組み合わせを
用いて同一条件にて処理を行い、それぞれのサイドエッ
チ量を比較している。その結果、エッチレートとしては
差が認められないが、サイドエッチ量としては０．０７
μｍも改善されており、０．８μｍパターンの線幅から
すると予想外に改善されている。又、実施例２と比較例
２との比較においては、プラズマエツチング装置を用い
、ガスとして実施例ではＣ）ＩｎＦ３とＳＦ６を容量比
１：１の割合で混合し、比較例ではＣ２にｕ　Ｆ、とＳ
Ｆ８を容量比２：１の割合で混合して双方同一の条件に
て処理を行った。その結果、比較例は異方性指向のガス
であるＣＨＣｌ１　Ｆ２を多く混合しているにも関わら
ず、サイドエッチ量が実施例と比べて０．０５μｍも多
くなっていた。これらの各比較により、プラズマ発生用
ガスとしてＣＨＣｕ　Ｆ２とＳＦ６を組み合わせること
により、エツチング後のパターンシフト量を極めて少な
く仕上げることができ、１μｍ以下のパターン幅のエツ
チングにも十分適用可能なエツチングプロセスであると
いえる。

（発明の効果） 以上に説明した如く本発明によれば、ポリシリコンや窒
化シリコンなどのシリコン化合物の微細パターンのドラ
イエツチングでは、一般に、異方性エツチングを行えば
エッチレートが小さくなり、そのため下地との選択性が
低下するなどエツチングプロセス的に限界があるにもか
かわらず、混合ガスとして、エッチレートの大きな反応
性ガスの中から選択された六フッ化イオクと異方性を良
くする反応性ガスの中から選択されたモノクロロジフル
オロメタンとを特定の範囲割合で組み合わせたため、良
好な異方性エツチングとエッチレートを兼ね備えたエツ
チングを行うことができる。

したがって本発明によれば、シリコン基板などに形成さ
せたポリシリコン、窒化シリコンなどのシリコン化合物
の被膜を高速度で、かつ実質的にアンダーカットを形成
させることなく異方性ドライエツチングを行うことがで
き、高精度の微細パターンが容易に形成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いる処理装置の一例を示
した図、第２図はエツチングされた基板の拡大断面図、
第３図は混合ガスの混合割合とサイドエツチング量との
関係を示すグラフである。 尚、図面中（３）はチャンバー、（４）は混合ガスの導
入管、（７）はテーブル、（Ｗ）は基板である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板表面に形成された金属、シリコン又はそれらの化合
   物をドライエッチングする方法に於いて、ドライエッチ
   ングのためのプラズマ発生用ガスとしてモノクロロジフ
   ルオロメタン（ＣＨＣｌＦ＿２）と六フッ化イオウ（Ｓ
   Ｆ＿６）とを容量比で５：９５乃至９５：５の割合で混
   合したガスを使用することを特徴とするドライエッチン
   グ方法。