JP2000208488A - エッチング方法 - Google Patents

エッチング方法

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JP2000208488A
JP2000208488A JP11005434A JP543499A JP2000208488A JP 2000208488 A JP2000208488 A JP 2000208488A JP 11005434 A JP11005434 A JP 11005434A JP 543499 A JP543499 A JP 543499A JP 2000208488 A JP2000208488 A JP 2000208488A
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hydrocarbon
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体装置の製造工程のエッチングにおいて良
好な側壁保護効果ならびに、対レジスト、対下地選択性
の向上を達成する。 【解決手段】半導体装置の製造においてガス雰囲気をプ
ラズマ励起することによって被加工物の表面層をエッチ
ングするに際し、前記ガス雰囲気が、臭素原子を含むガ
スおよび炭化水素もしくはその誘導体のガス、または、
炭化水素の臭素化物もしくはその誘導体のガス、を含む
ことを特徴とするエッチング方法を提供することにより
前記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を製造
するためのエッチングプロセス全般に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴って、
微細パターンを高精度かつ高選択比でエッチング加工す
ることが求められるようになってきている。高精度を実
現するためには、エッチングの前工程である写真製版技
術を用いたフォトリソグラフィ工程でのフォトレジスト
マスク形成の精度が重要である。フォトリソグラフィ工
程では、微細化とともに焦点深度は浅くなるため、フォ
トレジスト（以下単にレジストという）の薄膜化が必要
とされる。一方、高精度化するほど被エッチング物の形
状を正確に制御しつつエッチングする必要がある。この
ため、エッチングによって形成された被エッチング物の
側壁を保護することが必要である。この保護のため、被
エッチング物のエッチングと同時にレジストのエッチン
グを行い、レジストのエッチング成分を被エッチング物
の側壁に付着させる方法が使用される。したがって、初
期のレジスト膜厚が充分に大きくないとレジストが後退
し、被エッチング膜の肩落ち、すなわちパターン崩れが
生ずる。そのため、レジスト膜厚に関してはフォトリソ
グラフィでの精度とエッチングでの形状制御がトレード
オフの関係にある。すなわち、レジスト膜厚を小さくし
て高精度加工を実現するために、エッチングでレジスト
のエッチング速度を小さく、すなわち、レジスト選択比
を高く保ったままで、充分な側壁保護を行うことが可能
な技術がもとめられている。
【０００３】また、エッチングでは下地に対する選択比
を確保することが、半導体装置の性能、信頼性を高める
上で重要である。例えば、ゲートのポリシリコンエッチ
ングではゲート酸化膜に対する選択性を、コンタクト孔
形成のためのシリコン酸化膜エッチングでは基板のＳi
やシリサイド層、セルフアラインコンタクトのＳi Ｎス
トッパ層等に対する選択性を、ビア孔形成のためのシリ
コン酸化膜エッチングでは下層メタルのＴi Ｎの反射防
止膜等に対する選択性を高く確保しなければならない。
またエッチングでは、垂直加工が最良というわけでは必
ずしもない。例えば、配線の形成では、層間膜のカバレ
ッジ向上のために順テーパ加工が望ましい。コンタクト
孔やビア孔の形成ではホール内のメタル配線のカバレッ
ジ向上のために、順テーパ加工が望ましい。
【０００４】上に述べたような良好な側壁保護、高レジ
スト選択性、高下地選択性および加工形状のテーパ制御
を実現するため、従来から主たるエッチング種を生成す
るためのガス（メインエッチングガス）の選択、あるい
は様々な添加ガスの検討が行われて来た。例えば、メイ
ンエッチングガスとしてＣx Ｆy 系のガスを使用する酸
化膜エッチングを例にとると、プラズマ中のＣ／Ｆを上
げることが望ましいと言われている。すなわち、主たる
エッチング種であるＦは下地膜までエッチングするた
め、酸化膜のエッチング終了後は下地表面にフルオロカ
ーボン保護膜を形成しやすいように、重合膜の前駆体で
あるＣＦ2 、ＣＦラジカルをプラズマ中で多数生成しよ
うとするものである。このため、メインエッチングガス
としては、ＣＦ4 よりＣ／Ｆ比の高いＣ2 Ｆ6 やＣ3 Ｆ
8 のようなＣ数の大きい直鎖状炭化水素やＣ4 Ｆ8 等の
ような不飽和炭化水素が用いられてきた。また、添加ガ
スとしてはプラズマ中の過剰なＦを捕獲することでプラ
ズマ中のＣ／Ｆ比を上げるため、Ｈ2 、ＣＨＦ3 、ＣＨ
2 Ｆ2 、ＣＨ3 Ｆ等の水素含有ガスやＣＯ等が用いられ
てきた。
【０００５】また、０．２５μｍ世代以降のフォトリソ
グラフィプロセスでは、下地からの反射光を抑えるため
に、反射防止膜すなわちＢＡＲＣ（Bottom Anti Reflec
tionCoating) を用いた、プロセスが行われている。こ
のプロセスでフォトリソグラフィ工程の際に用いるレジ
ストのさらに下層に有機系の物質であるＢＡＲＣをコー
ティングする。ＢＡＲＣ層は、下地からの反射を防止す
るとともに平坦化作用も有し、フォトリソグラフィ工程
の高精度化が実現できる。ＢＡＲＣプロセスでは、レジ
ストの現像後に、レジストをマスクとして酸素をメイン
のエッチャントとしてエッチングを行い、ＢＡＲＣ層を
パターニングする。そしてその後に、レジスト及びＢＡ
ＲＣのパターンをマスクとして、被加工物のエッチング
を行う。さらに今後は、レジストのパターニングにもド
ライエッチングが適用されるようになる。例えば、パタ
ーンとして残す部分の表面をシリル化し、続いて酸素を
メインエッチングガスとする反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）により、シリル化していない部分を除去す
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半導体装置の製造工程におけるエッチング方法
では、以下のような問題がある。シリコン酸化膜エッチ
ングの例では、通常はＣｘＦｙのガスを分解し、Ｃ
Ｆ2、ＣＦラジカルのみを効率よく得ることは困難であ
る。エッチングにおいては、ＲＩＥ、ＭＥＲＩＥ、ＥＣ
Ｒ、ヘリコン波等種々の放電形式があり、それぞれプラ
ズマ中の電子エネルギーが異なっている。しかし、分子
の解離エネルギーは固有である。装置に合わせて相性の
良いガス種を選択することは可能だが、それでも分子の
解離を高精度に制御することは困難である。また、選択
性を高めるためにはＣ／Ｆ比の高いガスを用いることが
好ましいが、それによってエッチレート低下、エッチン
グ後のレジスト難剥離性、ホール加工での下地へのＣ注
入によるコンタクト抵抗上昇、などの問題が発生してい
る。例えば、高Ｃ／Ｆ比のガスを用いるとエッチング表
面には重合膜が生成するため、エッチレートは低下す
る。これを補おうと放電のパワーを増加するとＣＦ2、
ＣＦのさらなる解離が進み、Ｆ原子が増加する。その結
果、エッチレートは増加するものの下地選択比が犠牲と
なる。このように従来の、ＣＦ2 、ＣＦを発生させ、重
合させることのみを念頭に置いたガス系では、レジスト
あるいは下地に対する選択性と他の特性を高次元で両立
させることは困難である。
【０００７】また、前述したＢＡＲＣエッチングの工程
においては、主たるエッチング種である酸素ラジカルは
レジストおよびＢＡＲＣを比較的等方的にエッチングす
る。このため、ＣＤ（Critical Dimention・・・寸法)
ｌｏｓｓを引き起こす。これを防ぐためウェハ側のバイ
アス電圧を増加し、イオンのスパッタリング効果でレジ
スト成分を側壁に付着させ、保護膜を形成する方法があ
る。しかし、これが強過ぎると逆にＣＤ ｇａｉｎが顕
著になったり、レジスト形状が鋭角なテーパーとなり、
被エッチング層の形状異常（肩落ち等）を引き起こす。
このように、エッチングと側壁保護は微妙なバランスの
上に成り立っているため、高いエッチレートと充分な側
壁保護とを両立させることは困難である。このため、生
産性が低い、パターンの密度により寸法変化が大きい等
の問題がある。さらに、レジストのパターニングをドラ
イエッチングで行う場合には、ＢＡＲＣ以上に厚いレジ
ストを寸法精度良くエッチングしなければならず、従来
の方法では量産レベルでの適用が困難であった。
【０００８】本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされ
たものであり、半導体装置の製造でのエッチングにおい
て、良好な側壁保護効果ならびに、対レジストおよび対
下地選択性の向上を達成することのできるエッチング方
法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、半導体装置の製造においてガス雰囲気を
プラズマ励起することによって被加工物の表面層をエッ
チングするに際し、前記ガス雰囲気が、臭素原子を含む
ガスおよび炭化水素もしくはその誘導体のガス、また
は、炭化水素の臭素化物もしくはその誘導体のガス、を
含むことを特徴とするエッチング方法を提供する。
【００１０】また、前記炭化水素は、アルケン類もしく
はアルキン類であることが好ましい。
【００１１】同様に前記課題を解決するために、本発明
はまた、半導体装置を製造するために被加工物を装着し
たエッチング槽内に臭素原子および炭素原子を含むガス
雰囲気を供給する工程と、このガス雰囲気をプラズマ励
起することによって、前記被加工物の表面層の第１の部
分をエッチングするとともに、このプラズマ励起におい
て生成される臭素化合物を前記表面層の第２の部分に堆
積させる工程とを含むことを特徴とするエッチング方法
を提供する。
【００１２】また、前記ガス雰囲気が、前記第１の部分
に対するエッチング効果を有する活性種を前記プラズマ
励起によって生成するガスをさらに含み、前記第１の部
分のエッチングが、主として該活性種によって行われる
ことが好ましい。
【００１３】また、前記エッチングにおいて生成される
臭素化合物は、臭素原子と炭素原子との結合を有する物
質であることが好ましい。
【００１４】また、前記第２の部分が、前記エッチング
によって形成された側壁表面であることが好ましい。
【００１５】また、前記ガス雰囲気は、前記臭素と炭素
との結合を有する物質を前記側壁表面に、この側壁表面
を保護するのに充分な量だけ堆積させるのに、充分な量
の臭素原子および炭素原子を含むことが好ましい。
【００１６】また、前記第２の部分が、前記エッチング
によって露出する下地表面であることが好ましい。
【００１７】また、前記ガス雰囲気は、前記臭素と炭素
との結合を有する物質を前記下地表面に、下地選択性を
向上させるのに充分な量だけ堆積させるのに、充分な量
の臭素原子および炭素原子を含むことが好ましい。
【００１８】さらに、前記表面層が、シリコン酸化物も
しくは有機物を主成分とすることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるエッチング
方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に
詳細に説明する。
【００２０】図１に、本発明のエッチング方法を実施す
るためのプラズマエッチング装置の概略を示す。図１に
おいて、放電管１０の上部には、マグネトロン１２で発
生されたマイクロ波を放電管１０に導く導波管１４が接
続され、放電管１０の外側周囲には、ソレノイドコイル
１６が配設されている。また、放電管１０の内部（エッ
チングチャンバ）にはエッチングを受ける基板（ウエ
ハ）１８を置く載置台２０が設けられている。本装置
は、マグネトロン１２によって発生されるマイクロ波と
ソレノイドコイル１６によって発生される磁場の相互作
用によって放電管１０内に高密度プラズマを発生させ、
載置台２０上に置かれた基板１８上に照射し、エッチン
グを行うものである。
【００２１】基板１８は、ロードロック室２２より搬送
手段２４ａにより放電管１０内の載置台２０上に搬送さ
れ、エッチングを受ける。このとき、放電管１０内のプ
ラズマの発生状態を監視するために発光分光センサ２６
が、放電管１０の測部近傍に設けられている。エッチン
グの済んだ基板１８は、搬送手段２４ｂによりアッシャ
ユニット２８に送られる。アッシャユニット２８は、酸
化反応を用いてレジストを除去するアッシングを行うも
のである。アッシング後の基板１８は、バッファ室３０
より装置外へ排出され、次の工程へ移って行く。なお、
図１で符号３２は、サーキュレータ、３４ａ、３４ｂ、
３４ｃは、補助ポンプである。サーキュレータ３２は、
ウェハステージを＋５０℃〜−５０℃の範囲で制御し、
ウェハステージとウェハ間を熱伝導性のよいヘリウムで
満たすことにより、ウェハの温度制御を行う。補助ポン
プ３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、ターボ分子ポンプ（ＴＭ
Ｐ）の背圧を排気することにより、ターボポンプを適正
な圧力範囲で動作させるものである。
【００２２】以下、本実施形態による半導体基板のエッ
チング工程について説明する。本発明の半導体基板のエ
ッチング方法は、臭素と炭素との結合を有する臭素化合
物（例えばＣＢrx）をプラズマ中で生成し、被加工物表
面の必要な部分に堆積させることを特徴としている。Ｃ
Ｂrx系の化合物、中でもＣＢr4は、沸点が１８９．５℃
（１atm)であり、次の表１に示すように、通常のエッチ
ング系の反応生成物では最も沸点の高い生成物の一つで
ある。
【００２３】このため本発明では、このような沸点の高
い生成物をレジスト表面やウエハ表面の必要な部分に堆
積させることにより、被エッチング物の側壁保護効果や
下地選択性等を大幅に向上させることができる。しか
も、ＣＢr4 はアッシング等の酸素プラズマによりＣＯ
Ｂr2（沸点６４．５℃）に変化する。ＣＯＢr2は真空雰
囲気で揮発しやすく、かつ水溶性であることから、アッ
シングとその後の洗浄プロセスで除去が容易である。こ
れらの点において、他の堆積物、例えば、従来のＣＦ系
のポリマー（アッシングや洗浄で除去が困難）より優れ
た性質を有する。
【００２４】上述したように、ＣＢrxは沸点が高いた
め、ガス状でエッチングチャンバに導入することが困難
である。従って、エッチングチャンバ内で生成されるよ
うにガス系を選択することが好ましい。例えば、ポリシ
リコンゲートエッチングでは、エッチングガスにＣl2−
ＨＢr −Ｏ2 系を用いることにより、レジストのエッチ
ングによって供給される炭素とエッチングガスのＨＢr
からＣＢrxを生成することができる。しかし、充分な量
のＣＢrxを生成させるためには、レジストのスパッタリ
ングを促進せざるを得ず、レジスト形状の劣化（肩落
ち）を招く。このため充分な側壁保護効果とレジストの
薄膜化を両立させることは困難である。そこで本発明で
は、炭素原子と臭素原子との両方を含むガス雰囲気を、
エッチングガス雰囲気として供給する。すなわち、エッ
チングガス雰囲気にあらかじめ、同一分子内に炭素原子
と臭素原子が存在するガスを添加するか、もしくは、炭
素原子を含むガスと臭素原子を含むガスとを供給し、エ
ッチング系内の反応で炭素原子と臭素原子が同居する分
子を合成し、被加工物の表面の必要な部分にＣＢrxある
いはその派生物を堆積させる。
【００２５】前述した同一分子内に炭素原子と臭素原子
が存在するガスの例としては、臭化メチル（ＣＨ3 Ｂr
、沸点3.56℃) 、臭化ビニル（ＣＨ2 ＝ＣＨＢr 、沸
点15.6℃) 、臭化エチル（ＣＨ3 ＣＨ2 Ｂr 、沸点38.4
0 ℃) 、臭化イソプロピル（（ＣＨ3 ）2 ＣＨＢr 、沸
点59.41 ℃) 等の炭化水素の臭素化物がある。これらは
いずれも、炭化水素の水素原子の１個が臭素原子で置換
された、炭化水素の臭素化物であり、１分子あたり１個
のＣ- Ｂr 結合を有する。さらに、複数の水素原子が臭
素原子で置換された、複数のＣ- Ｂr 結合を有する炭化
水素の臭素化物や、ＣＢr2もしくはＣＢr3結合を有する
炭化水素の臭素化物を使用することも可能である。
【００２６】また、炭素原子と臭素原子が同居する分子
を、エッチング系内の反応で合成するためには、例え
ば、臭素原子を含むガスと各種の炭化水素ガスとを組み
合わせる。炭化水素として、特に、エチレン（ＣＨ2 ＝
ＣＨ2 、沸点-102℃) 、プロピレン（ＣＨ2 ＝ＣＨＣＨ
3 、沸点-47 ℃) 、１−ブテン（ＣＨ2 ＝ＣＨＣＨ2 Ｃ
Ｈ3 、沸点-6.5℃) 等の二重結合を有するアルケン類、
またはアセチレン（ＣＨ≡ＣＨ、沸点-75 ℃) 、プロピ
ン（ＣＨ≡ＣＣＨ3 、沸点-23 ℃) 、１−ブチン（ＣＨ
≡ＣＣＨ2 ＣＨ3 、沸点9 ℃) 、２−ブチン（ＣＨ3 Ｃ
≡ＣＣＨ3 、沸点27℃) 等の三重結合を有するアルキン
類とが好適に利用できる。臭素原子を含むガスとして
は、例えばＢr2やＨＢr が使用できる。これらの臭素原
子を含むガスは、それ自体にはＣ- Ｂr 結合を有してい
ない。従って、組み合わせた炭化水素との反応によって
Ｃ- Ｂr 結合を有する物質が生成される。最初からＣ-
Ｂr 結合を有する、炭化水素の臭素化物のガスを炭化水
素のガスと組み合わせて使用することも可能である。し
かし、ガスの安定性や入手容易性の観点では、Ｂr2やＨ
Ｂr 等のＣ- Ｂr 結合を有さない臭素原子を含むガス
と、炭化水素のガスとを組み合わせることが好ましい。
上記の臭素原子を含むガスと炭化水素の臭素化物のガス
とを組み合わせることや、炭化水素の臭素化物のガスと
炭化水素のガスとを組み合わせることも可能である。
【００２７】上記の炭化水素もしくは炭化水素の臭素化
物の代わりに、各種の置換基を有する誘導体を使用する
ことも可能である。炭化水素の誘導体は、その分子中に
臭素原子を含まない限り、他の臭素原子を含むガスと組
み合わせて使用する。炭化水素の臭素化物の誘導体とし
て、例えば、酸素やフッ素を含んだ臭化カルボニル（Ｃ
ＯＢr2、沸点-8〜-6℃) 、ジブロモジフルオロメタン
（ＣＢr2Ｆ2 、沸点24.5℃) 等も下地や被エッチング物
質に適する範囲で使用可能である。これらの炭化水素の
臭素化物の誘導体は、ＣＢr2結合を分子内に有するた
め、それ単独で使用してＢr ／Ｃ比の高い堆積物を生成
する事が可能である。しかしもちろん、他の物質と組み
合わせて堆積物生成反応を起こさせることも可能であ
る。特に臭化カルボニルは、酸素原子を離脱して＞ＣＢ
r2を生成することにより、高い反応性を得ることができ
る。
【００２８】上記の中でも、二重、三重結合を有するア
ルケン、アルキン類炭化水素もしくはその誘導体と臭素
原子を含むガス、特にＢr2との組み合わせは、以下の反
応により効率的にＣＢrxを生成することができる。 二重結合の場合： ＞Ｃ＝Ｃ＜＋Ｂr2 → ＞ＣＢr - ＣＢr ＜ → （プラズマ分解）＞ＣＢr ラジカル等 三重結合の場合： −Ｃ≡Ｃ− ＋ Ｂr2 → −ＣＢr ＝ＣＢr − −ＣＢr ＝ＣＢr − ＋ Ｂr2 → −ＣＢr2−ＣＢr2− → （プラズマ分解）−ＣＢr2ラジカル等
【００２９】極めて微細なパターンの側壁保護や高い選
択性を要する場合には、三重結合を有するアルキン類炭
化水素もしくはその誘導体とＢr2を組み合わせ、Ｂr/Ｃ
比の高い堆積物を生成する。一方、中程度の側壁保護効
果や選択性でエッチレートを優先させたい場合には、二
重結合を有するアルケン類炭化水素もしくはその誘導体
を使用することによって堆積物中のＢr ／Ｃ比を減少さ
せる。また、Ｂr2に代えてＨＢr を組み合わせることに
よっても堆積物中のＢr ／Ｃ比を低くすることができ
る。さらに、アルケン類の部分臭素化物を使用すること
もＢr/Ｃ比を下げるために有効である。上記のように、
臭素原子を含むガスと炭化水素もしくはその誘導体のガ
スの組み合わせ、または、炭化水素の臭素化物もしくは
その誘導体のガスにより、ＣＢrxを生成することができ
る。そして、使用するガスの選択により、それぞれのエ
ッチングプロセスに適したＢr ／Ｃ比の堆積物を生成す
ることができる。
【００３０】これらのＣＢrx生成用のガス（またはガス
の組み合わせ）は、通常、被加工物に対する主たるエッ
チング種となるラジカルやイオンをプラズマ励起によっ
て生成するメインエッチングガスと混合し、エッチング
ガス雰囲気を形成する。酸素ラジカルが主たるエッチン
グ種となるＢＡＲＣのエッチングであれば、例えば、酸
素と、ＦやＣＦx のラジカルが主たるエッチング種にな
るＳi Ｏ2 エッチングであれば、各種のＣx Ｆy 系ガス
と混合する。酸素原子もしくはフッ素原子を含む炭化水
素の誘導体や、炭化水素の臭素化物の誘導体を、ＣＢrx
生成用のガスとして使用すれば、そのようなガスから酸
素ラジカルやフッ素ラジカルを解離させることも可能で
ある。しかし、それだけで実用的なエッチング速度を得
るに足る量のエッチング種を得ることは、一般的には困
難である。
【００３１】また、これらのエッチング種によるエッチ
ング作用と、ＣＢrxによる側壁および下地の保護作用と
を独立して制御することを可能にするためには、ＣＢrx
生成用のガスとエッチング種生成用のガスとをそれぞれ
別に選択し、混合する方が好ましい。すなわち、ＣＢrx
生成用のガス雰囲気に炭化水素の誘導体や、炭化水素の
臭素化物の誘導体のガスを使用する場合にも、その誘導
体として、エッチング対象物に対する主たるエッチング
種を生成する原子を含まないものを使用することが好ま
しい。具体的には、例えば、ＢＡＲＣエッチングでは酸
素原子を、シリコン酸化膜エッチングではフッ素原子を
含まないものを使用する。さらに、臭素と同類のハロゲ
ン、例えばフッ素や塩素は、ＣＢrx生成反応に影響を与
える可能性もある。この観点では、エッチング対象物の
種類によらず、ＣＢrx生成用のガスとして、炭化水素の
誘導体や、炭化水素の臭素化物の誘導体を使用する場合
には、臭素以外のハロゲンを含まないものを使用するこ
とが好ましい。
【００３２】なお、上記のＣＢrx生成用のガス（もしく
は、ガスの組み合わせ）のみでも、シリコンに対する主
たるエッチング種になるＢr ラジカルが生成される。し
かし実用的なエッチング速度を得るに足る程の量のＢr
ラジカルを得ることは一般的には困難である。従って、
Ｓi エッチングにおいても、通常は、主たるエッチング
種を生成するためのガスと混合してエッチングガス雰囲
気を形成する。
【００３３】
【実施例】以下、本発明の半導体装置の製造方法を実施
例に基づいてより具体的に説明する。図１に示すプラズ
マエッチング装置を用いたゲートエッチングへの本発明
の適用例を説明する。マグネトロン１２から放射された
マイクロ波（2.45GHz)は、導波管１４内の大気中を伝播
し、放電管１０内（エッチングチャンバ）に投射され
る。放電管１０周辺に配置されたソレノイドコイル１６
は、磁場（0.0875T)を形成し、この磁場中で、電子のサ
イクロトロン運動とマイクロ波との共鳴により高密度プ
ラズマが発生する。なお、下部電極には、基板１８への
入射イオンをコントロールするためにＲＦバイアスが印
加されている。
【００３４】エッチングに用いたサンプルは、レジスト
（800nm)／ＢＡＲＣ（110nm)／ＨＴＯ（100nm)／ＷＳi
(100nm)／polyＳi(280nm)／Ｇate Ｏxide(8nm) ／Ｓi
基板の構造を有する。本実施例は、本発明をＢＡＲＣ層
のエッチングおよびポリシリコン層エッチングのオーバ
ーエッチングに対し、適用したものである。第一に、本
発明をＢＡＲＣエッチング工程のみに適用して、従来の
場合と比較を行った。このときのＢＡＲＣエッチング条
件の概略を次の表２に示す。なお、この表２においてＸ
はアルケン類炭化水素の臭素化物、具体的には、臭化ビ
ニールを示している。本実施例のＢＡＲＣ用エッチング
ガス雰囲気は、メインエッチングガスであるＯ2 と、Ｃ
Ｂrxを生成するための、臭素を含むガスＨＢr およびア
ルケン類炭化水素の臭素化物のガスＸと、希釈ガスであ
るＡr とを含んでいる。 また、次の表３にＢＡＲＣエッチング特性を比較して示
す。
【００３５】この例における主たるエッチング種は酸素
ラジカルであり、Ｃ＋Ｏ→ＣＯがメインの反応となる。
また、Ｃ＋Ｏ2 →ＣＯ2 やＣ＋２Ｃl2→ＣＣl4という反
応も考えられる。表３からわかるように、本実施例は、
エッチレートと選択性（対レジスト、対ポリシリコン)
の大幅改善を同時に実現している。従来のガス雰囲気で
は、Ｃ＋２Ｃl2→ＣＣl4の反応によって生成されたＣＣ
l4を、側壁の保護のために使用している。しかし、酸素
ラジカルの等方的なエッチング作用を抑制可能なほどの
側壁保護効果を得るためには、酸素の量を減らすことが
必要であり、その結果、高いエッチング速度と高い寸法
精度とを両立することが困難であった。また塩素ラジカ
ルが下地のシリコンに対するエッチング作用を有するた
め、下地選択制も低い。これに対して本発明では、ＣＢ
rx堆積物によって側壁および下地が保護されるため、酸
素の量を増やしてＢＡＲＣエッチング速度を高くしたに
も関わらず、寸法精度および下地選択制を高めることが
できた。同様のエッチングは、ＢＡＲＣ層に限られず、
レジストや低誘電率絶縁膜等の有機物を主成分とする膜
のエッチングに一般的に適用することが可能である。
【００３６】また、エッチングチャンバ内に単位時間内
に流入するエッチングガスについて、ガス内に含まれる
カーボンと臭素が化学量論的にＣＢr4を形成すると仮定
したとき、エッチングガス全体に占めるＣＢr4のモル分
率が３〜２０mol%となることが好ましい。本実施例の場
合、表２よりエッチングチャンバに流入するガスは、Ｃ
l2／Ｏ2 ／Ａr ／ＣＨ2 ＝ＣＨＢr ／ＨＢr ＝ １０
／２５／６０／１０／２０sccmである。理想気体は、温
度、圧力が一定の場合、体積はモル数に比例する（ＰＶ
＝n ＲＴ）ため、流量をそのままモル分率の計算に用い
ることができる。本実施例のガス中に含まれるＣ原子の
モル数は、ＣＨ2 ＝ＣＨＢr のモル数の２倍であり、Ｂ
r 原子のモル数は、ＣＨ2 ＝ＣＨＢr とＨＢr のモル数
の合計である。本実施例の場合、ＨＢr の流量は臭化ビ
ニルの２倍しかなく、ＣＢr4の生成量はＢr の量で律速
され、その１／４となる。従って、ＣＨ2 ＝ＣＨＢr ＋
ＨＢr ／４ ＝（10 + 20)／４ ＝ 7.5 sccmとなり、
初期のガス流量に占める割合は、7.5 ／（10 + 25 + 60
+ 10 + 20) *１００ ＝ ６．０％ となる。
【００３７】上記ＢＡＲＣエッチング後、続いて両者と
もＨＴＯ膜をＣＦ4-ＣＨＦ3-Ａr 系で、ＷＳi 膜をＣl
2- Ｏ2 系で、ポリシリコン膜をＣl2- Ｏ2-ＨＢr 系で
エッチングした。そして、ポリシリコンのオーバーエッ
チングをＯ2-ＨＢr 系のガスでその他のパラメータも同
一条件で処理した場合の、様々なパターンにおける加工
変換差の面内ばらつき（３σ）を次の表４に示す。 表４からわかるように、本発明のＢＡＲＣエッチングへ
の適用により、寸法ばらつきの大幅低減が可能となっ
た。
【００３８】第二に、ポリシリコンのオーバーエッチン
グ工程に本発明を適用した例を示す。次の表５に、その
際のオーバーエッチング条件を示す。なお、表５におい
て、Ｘはアルケン類炭化水素の臭素化物、具体的には臭
化ビニールを示す。この例における主たるエッチング種
はＢr ラジカルであり、メインの反応は、Ｓi + ４Ｂr
→ Ｓi Ｂr4である。本実施例のポリシリコン用エッチ
ングガス雰囲気は、メインエッチングガスであるＨＢr
と、ＣＢrxを生成するための、臭素原子を含むガスＢr2
およびアルケン類炭化水素の臭素化物であるＸとを含
む。Ｘ単独、もしくはそれとＨＢr との組み合わせでも
ＣＢrxを生成することが可能であるが、Ｂr2と組み合わ
せることによりＢr ／Ｃ比の高い堆積物を生成し、高い
側壁および下地に対する保護効果を得ている。
【００３９】図２に従来条件で過度のオーバーエッチン
グ（ポリシリコン層の250%: 通常は60% 程度）を行った
試料を斜め上から観察した場合の様子を示す。図２から
見てとれるように、従来条件では、ポリシリコンゲート
電極５０近傍に符号５２で示すようにゲート酸化膜抜け
が発生している。しかし、本発明を適用した場合には、
下地酸化膜選択性が向上し、このような形状異常は認め
られなかった。このことは、今後の微細化に伴うゲート
酸化膜の薄膜化に十分対応できることを示している。
【００４０】また、上記実施例の他に、シリコン酸化膜
エッチングに対して本発明を適用することもできる。こ
の場合は、エッチング装置として平行平板型反応性イオ
ンエッチング装置（ＲＩＥ）を用いた。ガス系として
は、従来技術のＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ／Ａr ／ＣＯ＝１０／
１５／２８５／１００sccm、に対して、本発明は、ＣＦ
4 ／ＣＨＦ3 ／Ａr ／ＣＯ／ＣＨ2=ＣＨＢr ＝ ２０／
１５／２８５／１５０／３０sccmを用いる。この場合、
主たるエッチング種は、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 から発生した
ＦおよびＣＦx ラジカルである。一般的に酸化膜エッチ
ングの反応は、 Ｓi Ｏ2 ＋ＣＦ4 → Ｓi Ｆ4 ＋ＣＯ2 で表される。このように、Ｓi はフッ素と結合し、酸素
はカーボンと結合することによってエッチング反応が進
行する。本実施例の酸化膜エッチングガス雰囲気は、メ
インエッチングガスであるＣＦ4 およびＣＨＦ3 と、Ｃ
Ｂrxを生成するための、アルケン類炭化水素の臭素化物
であるＸとを含む。
【００４１】以上説明したように、本実施例によれば、
エッチングガス雰囲気に少なくとも炭素原子と臭素原子
が含まれるようにすることにより、プラズマ中で生成し
たＣＢrxあるいはその派生物質が被加工物表面の必要な
部分に堆積し、その堆積物の高い沸点に基づく良好な側
壁保護効果ならびに対レジストおよび対下地選択性の向
上を実現することができる。さらに、選択性が向上する
分、エッチレートを向上させるマージンが拡大する。ま
た、炭素原子および臭素原子がガス雰囲気から供給され
るためＣＢrxを生成させるために、レジストをエッチン
グして炭素を供給する必要もない。従って、レジストの
肩落ちによる被エッチング膜の形状異常、レジスト消費
の過不足によるＣＤばらつき、エッチレート向上と側壁
保護物質の十分な供給とがトレードオフの関係にあるこ
とによる生産性の低下などの問題も解決できる。また、
酸化膜エッチングにおいて、Ｃ4 Ｆ8 等のＣ／Ｆ比の高
いガスを使用することによる、エッチングストップ現
象、厚い堆積物の生成によるエッチレートの低下、エッ
チング後の難剥離性等の問題も解決できる。すなわち、
本発明を適用することにより、Ｃ／Ｆ比の高いガスを使
用しなくても、充分な側壁保護効果ならびに対レジスト
および対下地選択性を実現することができる。
【００４２】本発明で利用するＣＢrx系の堆積物は高沸
点でエッチング耐性があり、レジストパターンに忠実な
エッチングが可能である。しかも、堆積物を生成するた
めの炭素原子および臭素原子をエッチングガス系から供
給するため、レジスト選択比を高く保ち、レジストの薄
膜化を実現することが可能である。また、堆積物を生成
するためのガスと主たるエッチング種を生成するための
ガスとを別々に選択することにより、エッチレートの向
上と選択性の両立が可能となる。また、ガス系の選択で
様々な種類の被エッチング物や、選択性等の要求される
エッチング特性に、柔軟に対応することができる。ま
た、側壁はＣＢrx堆積物が保護し、一方エッチング表面
ではエッチャントや入射イオンエネルギーのアシストに
よってＣＢrxをＣＯＢr2やＣＣl4、ＣＦ4 に置換できる
ため、エネルギーコントロールでエッチレートと側壁保
護のバランスを制御できる。さらに、ＣＢrxは、酸素プ
ラズマにより、低沸点、水溶性のＣＯＢr2に変質するた
め、アッシング及びウェット洗浄で剥離が容易となる。
【００４３】以上、本発明のエッチング方法について詳
細に説明したが、本発明は、上述の例には限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や
変更等を行ってもよいのはもちろんである。本発明の要
点はＣＢrxを生成し被加工物表面の必要な部分に堆積さ
せることにある。被エッチング物質も上の例に限定され
るものではない。また、エッチングガス雰囲気内に要求
特性を損なわない範囲で上記に例示した以外の原子や遊
離基が存在してもかまわない。また、上に述べた炭化水
素、炭化水素の臭素化物およびその誘導体は、比較的沸
点が低いため、ガス状で供給しやすいことから列挙した
ものであり、高沸点物質でも強制的にヒーター加熱した
り、ビーム加熱によりエッチング系に導入することは可
能である。
【００４４】
【発明の効果】以上、説明した通り、本発明によれば、
プラズマ中で生成した炭素と臭素との結合を有する物
質、例えばＣＢrxあるいはその派生物質を被加工物表面
の必要な部分に堆積させ、その高沸点に基づく、良好な
側壁保護効果および対レジスト、対下地選択性の向上を
実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体装置の製造方法が適用される
プラズマエッチング装置の概略構成図である。
【図２】 従来技術によりゲート酸化膜抜けが発生した
状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 放電管 １２ マグネトロン １４ 導波管 １６ ソレノイドコイル １８ 基板（ウエハ） ２０ 載置台 ２２ ロードロック室 ２４ａ、２４ｂ 搬送手段 ２６ 発光分光モニタ ２８ アッシャユニット ３０ バッファ室 ３２ サーキュレータ ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ 補助ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K057 DA11 DA12 DA13 DB20 DD01 DD08 DE01 DE06 DE08 DE11 DE14 DE20 DG07 DJ02 DM29 DN01 5F004 BA14 BB07 CA04 DA00 DA02 DA03 DA04 DA15 DA16 DA23 DA24 DA26 DB03 DB23 DB26 EA13 EA22

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体装置の製造においてガス雰囲気をプ
    ラズマ励起することによって被加工物の表面層をエッチ
    ングするに際し、 前記ガス雰囲気が、 臭素原子を含むガスおよび炭化水素もしくはその誘導体
    のガス、または、 炭化水素の臭素化物もしくはその誘導体のガス、を含む
    ことを特徴とするエッチング方法。
  2. 【請求項２】前記炭化水素は、アルケン類もしくはアル
    キン類であることを特徴とする請求項１に記載のエッチ
    ング方法。
  3. 【請求項３】半導体装置を製造するために被加工物を装
    着したエッチング槽内に臭素原子および炭素原子を含む
    ガス雰囲気を供給する工程と、 このガス雰囲気をプラズマ励起することによって、前記
    被加工物の表面層の第１の部分をエッチングするととも
    に、このプラズマ励起において生成される臭素化合物を
    前記表面層の第２の部分に堆積させる工程とを含むこと
    を特徴とするエッチング方法。
  4. 【請求項４】前記ガス雰囲気が、前記第１の部分に対す
    るエッチング効果を有する活性種を前記プラズマ励起に
    よって生成するガスをさらに含み、前記第１の部分のエ
    ッチングが、主として該活性種によって行われることを
    特徴とする請求項３に記載のエッチング方法。
  5. 【請求項５】前記エッチングにおいて生成される臭素化
    合物は、臭素原子と炭素原子との結合を有する物質であ
    ることを特徴とする請求項３または４に記載のエッチン
    グ方法。
  6. 【請求項６】前記第２の部分が、前記エッチングによっ
    て形成された側壁表面であることを特徴とする請求項５
    に記載のエッチング方法。
  7. 【請求項７】前記ガス雰囲気は、前記臭素と炭素との結
    合を有する物質を前記側壁表面に、この側壁表面を保護
    するのに充分な量だけ堆積させるのに、充分な量の臭素
    原子および炭素原子を含むことを特徴とする請求項６に
    記載のエッチング方法。
  8. 【請求項８】前記第２の部分が、前記エッチングによっ
    て露出する下地表面であることを特徴とする請求項５に
    記載のエッチング方法。
  9. 【請求項９】前記ガス雰囲気は、前記臭素と炭素との結
    合を有する物質を前記下地表面に、下地選択性を向上さ
    せるのに充分な量だけ堆積させるのに、充分な量の臭素
    原子および炭素原子を含むことを特徴とする請求項８に
    記載のエッチング方法。
  10. 【請求項１０】前記表面層が、シリコン酸化物もしくは
    有機物を主成分とすることを特徴とする請求項１〜９の
    いずれかにに記載のエッチング方法。
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