JP2001007088A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2001007088A
JP2001007088A JP11176808A JP17680899A JP2001007088A JP 2001007088 A JP2001007088 A JP 2001007088A JP 11176808 A JP11176808 A JP 11176808A JP 17680899 A JP17680899 A JP 17680899A JP 2001007088 A JP2001007088 A JP 2001007088A
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JP
Japan
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etching
reaction chamber
layer
reaction
semiconductor device
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JP11176808A
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Masaki Minami
正樹 南
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチング装置の稼働率を低下させずに、そ
の反応室内において積層膜のエッチングを精度良く繰り
返すことが可能な半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 同一の反応室内においてポリシリコン層
12、WSi層13、反射防止膜14が順次積層された
積層膜をエッチングすることで、ポリシリコン層12の
上層にWSi層13を積層してなるポリサイド構造のゲ
ート配線を形成する方法において、反射防止膜14をエ
ッチングする際、WSi層13及びポリシリコン層12
のエッチングにおいて反応室の内壁に堆積する反応生成
物を除去する反応ガスを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特には反応室内において積層膜のエッチン
グを行う半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化にともない、
設備投資が増大するという問題が顕著化している。設備
投資した費用の回収を含め、効率的に利益を上げるめに
は、製造プロセスに要するコストの低減と、製造プロセ
スにおける歩留りの向上とが必要不可欠である。特に、
半導体装置の製造プロセスにおいては、プロセス自体の
複雑化と製造装置の複雑化が進み、プロセスの制御方法
及びプロセスの管理方法の改良が大きな課題となってい
る。
【0003】例えば、半導体装置の製造プロセスで、導
電膜や絶縁膜のパターニングに利用されているドライエ
ッチングにおいては、被エッチング膜の除去が完了して
その下地が露出すると、プラズマ中の特定活性種の発光
強度が変化する。このため、この変化量が一定値以上に
なった時点を、ドライエッチングの終了期間と判断する
プロセス制御を行っている。
【0004】ところが、量産プロセスでは、同一の反応
室内において、複数のウエハ(またはロット)に対する
処理を繰り返し行うことで、当該反応室の内壁には反応
生成物が徐々に堆積されてゆき、プラズマパラメータが
変動する。これにともない、エッチング特性も変動する
ため、繰り返し処理を行う過程においてエッチング速度
やエッチング選択比が変動し、加工精度の低下による歩
留りの低下が引き起こされる。また、反応室の内壁に堆
積された反応生成物は、反応室内におけるパーティクル
の発生源にもなり、量産プロセスでは、反応室内におけ
るウエハの処理枚数(または処理ロット数)と共に、パ
ーティクル数が増大する。
【0005】そこで、ドライエッチングにおけるプロセ
スの管理方法としては、必要なエッチング性能を満足さ
せるために、経験的に設定されたウエハの処理枚数(ま
たは処理ロット数)毎に、ドライエッチング装置の定期
的なメンテナンスを行っている。この際、反応室の内壁
に付着した堆積物を除去するために、クリーニングガス
を反応室内に流すドライクリーニングを行っている。ま
た、反応室内を大気開放し、ウェットクリーニングによ
って、反応室の内壁に付着した堆積物を除去する場合も
ある。さらに、パーティクル数のチェックや、エッチン
グレートのチェック等のために、モニター用ウエハのエ
ッチングを行っている。
【0006】このようなプロセス管理は、ドライエッチ
ングに限らず、プラズマCVD等の他のプラズマ発生装
置を用いたプロセスにおいても同様に行われている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、以上のプロ
セス管理を行う方法においては、反応室の内部をクリー
ニングしている間は、当該反応室内におけるエッチング
処理を行うことはできない。このため、クリーニングを
行う工程を設けること自体が、装置の稼働率を低下させ
る要因になる。
【0008】特に、ウェットクリーニングを行う場合に
は、反応室内を大気開放する必要があるため、装置の稼
働を再開する場合には、反応室内を新たに真空引きしな
ければならず、装置の稼働率がさらに低下することにな
る。
【0009】そこで本発明は、装置の稼働率を低下させ
ることなく、該装置の反応室内において精度良く積層膜
のエッチングを繰り返すことが可能な半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明は、同一の反応室内において積層膜をエ
ッチングする半導体装置の製造方法において、前記積層
膜のうちの少なくとも一つの層をエッチングする際、当
該積層膜のうちの他の層のエッチングにおいて前記反応
室の内壁に堆積する反応生成物を除去する反応ガスを用
いることを特徴としている。
【0011】このような製造方法によれば、積層膜の内
の少なくとも一つの層をエッチングする際、他の層のエ
ッチングにおいて反応室の内壁に堆積する反応生成物が
除去する反応ガスが用いられる。このことから、同一の
反応室内における積層膜のエッチングを繰り返し行う場
合、他の層のエッチングにおいて反応室の内壁に堆積し
た反応生成物が、この反応ガスを用いたエッチングの際
に除去されることになる。このため、特に、反応室の内
壁をクリーニングする工程を設けることなく、積層膜の
エッチングを繰り返し行う中で反応室の内壁がクリーニ
ングされる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は、半導体基板上にゲート絶
縁膜を介してゲート配線を形成する方法に本発明を適用
した実施形態を説明するための断面工程図であり、この
図を用いて本発明の一実施形態を説明する。
【0013】先ず、図1(1)に示すように、単結晶シ
リコンからなる基板10上に、酸化シリコン(Si
2 )からなるゲート絶縁膜11を5nmの膜厚で形成
する。以下に、一例として、熱酸化法によって、酸化シ
リコン(SiO2 )からなるゲート絶縁膜11を形成す
る場合の形成条件の一例を示す。
【0014】処理装置:縦型熱処理炉、 加熱温度:800℃、 加熱時間:180秒。
【0015】次に、図1(2)に示すように、ゲート絶
縁膜11上に、膜厚100nmのポリシリコン層12を
形成する。以下に、一例として、CVD(Chemical Vap
or Deposition)法によって、ポリシリコン層12を形成
する場合の形成条件の一例を示す。
【0016】 処理装置 :縦型減圧CVD装置、 反応ガス及び流量:シラン (SiH4)=300sccm、 ホスフィン(PH3) =200sccm、 基板加熱温度 :550℃、 反応室内ガス圧力:350Pa。
【0017】その後、図1(3)に示すように、ポリシ
リコン層12上に、膜厚100nmのタングステンシリ
サイド(WSi)層(以下、WSi層と記す)13を形
成する。以下に、一例としてCVD法によって、WSi
層13を形成する場合の形成条件の一例を示す。
【0018】 処理装置 :熱CVD装置、 反応ガス及び流量:6フッ化タングステン(WF6 )= 5sccm、 2塩化シラン(SiH2Cl2 ) =100sccm、 アルゴン(Ar) =400sccm、 基板加熱温度 :600℃、 反応室内ガス圧力:130Pa。
【0019】次に、図1(4)に示すように、WSi層
13上に、膜厚80nmの有機系材料〔例えば、Brewer
Science製DUV−42(商品名)〕からなる反射防止
膜14を、スピンコート法によって形成する。
【0020】しかる後、この反射防止膜14上に、リソ
グラフィー技術によってレジストパターン15を形成す
る。ここでは、例えばエキシマレーザステッパーを用い
た露光を行い、例えば0.25μm幅にパターニングさ
れたレジストパターン15を得る。
【0021】以上の後、レジストパターン15をマスク
に用いて、反射防止膜14、WSi層13及びポリシリ
コン層12を順次エッチングする。この際、例えば図3
に示すような誘導結合プラズマ(inductive coupled pl
asma:ICP)エッチング装置を用いてエッチングを行
う。
【0022】この図に示す誘導結合プラズマエッチング
装置は、反応室1内のウエハステージ2を温調機能付き
の下部電極とし、このウエハステージ2と対向して配置
された石英板3上に、渦巻き状に成形された誘導結合コ
イル4を設け、この誘導結合コイル4とウエハステージ
2とに高周波電源5,6及びアース7,8を接続させた
構成になっている。そして、誘導結合コイル4とウエハ
ステージ2とに13.56MHzのRF(Redio freque
ncy)を印加することで、ウエハステージ2に載置したウ
エハ(基板)W上に高密度プラズマを発生させ、これに
よってウエハW表面のエッチングが行われる。
【0023】そして特に、反射防止膜14をエッチング
する際には、反応室1内をクリーニングする作用を有す
るガス系を用いることとする。
【0024】すなわち、ここでは、この反射防止膜14
のエッチングが終了した後、同一のエッチング装置の反
応室1内においてWSi層13のエッチングを行う。こ
のエッチングの際には、反応ガスとして塩素(Cl2
を用いる。このため、反応室1内の側壁には、前回のウ
エハ処理におけるWSi層13のエッチングで発生した
塩化シリコン(SiClx )が堆積した状態になってい
る。また、WSi層13のエッチングが終了した後、同
一のエッチング装置の反応室1内においてポリシリコン
層12のエッチングを行う。このエッチングの際には、
反応ガスとして塩素(HBr)を用いる。このため、反
応室1内の側壁には、前回のウエハ処理におけるポリシ
リコン層12のエッチングで発生した臭化シリコン(S
iBry)も堆積した状態になっている。
【0025】そこで、この反射防止膜14のエッチング
においては、塩化シリコン及び臭化シリコンに対するエ
ッチング効果を有する反応ガスを用いるととする。この
ような反応ガスとして、フッ素を含有するガス(例えば
4フッ化メタンCF4 )を用いることとする。
【0026】以下、誘導結合プラズマエッチング装置を
用いた反射防止膜14のエッチング条件の一例を示す。 反応ガス及び流量:4フッ化メタン(CF4) =10sccm、 酸素 (O2) =10sccm、 反応室内ガス圧力:4.0Pa、 ソースパワー :200W、 バイアスパワー :100W、 基板加熱温度 : 20℃、 処理時間 : 40秒。
【0027】このエッチングによって、反射防止膜14
がパターニングされると共に、反応室の側壁に堆積して
いた塩化シリコン(SiClx )が、下記式(1)に示
す反応によって除去される。また、反応室の側壁に堆積
していた臭化シリコン(SiBry )が、下記式(2)
に示す反応によって除去される。 SiClx +CF4 +O2 →SiF4 ↑+Cl2 ↑+CO2 ↑…(1) SiBry +CF4 +O2 →SiF4 ↑+Br2 ↑+CO2 ↑…(2)
【0028】以上の後、図2(2)に示すように、同一
の反応室1内において、WSi層13をエッチングす
る。以下に、誘導結合プラズマエッチング装置を用いた
WSi層13のエッチング条件の一例を示す。 反応ガス及び流量:塩素(Cl2) =30sccm、 酸素(O2 ) = 1sccm、 反応室内ガス圧力:0.7Pa、 ソースパワー :250W、 バイアスパワー :150W、 基板加熱温度 : 70℃、 処理時間 : 20秒。
【0029】このエッチングにおいては、シリコン(S
i)と塩素(Cl)との反応生成物(すなわちSiCl
x )が生成され、この反応生成物が反応室1の内壁に堆
積する。
【0030】次に、同一の反応室1内において、ポリシ
リコン層12をエッチングする。以下に、誘導結合プラ
ズマエッチング装置を用いたポリシリコン層12のエッ
チング条件の一例を示す。 反応ガス及び流量:臭化水素(HBr) =100sccm、 酸素 (O2 ) = 2sccm、 基板加熱温度 : 70℃、 反応室内ガス圧力:0.7Pa、 ソースパワー :250W、 バイアスパワー : 30W、 処理時間 : 約30秒に設定し、特定活性種の
モニターによる終点検出を行う。
【0031】このエッチングにおいては、シリコン(S
i)と臭素(Br)との反応生成物(すなわちSiBr
y )が生成され、この反応生成物が反応室1の内壁に堆
積する。
【0032】以上のように、同一の反応室1内において
反射防止膜14、WSi層13及びポリシリコン層12
からなる積層膜をエッチングすることで、ポリシリコン
層12の上層にWSi層13を積層してなるポリサイド
構造のゲート配線を形成する。
【0033】そして、上述の一連のエッチング処理が終
了した後、反応室1内からウエハWを搬出する。その
後、新たにゲート配線の加工処理を行うウエハ(すなわ
ち、基板10の上方にレジストパターン15が形成され
たウエハ)Wを反応室1内に搬入し、この反応室1内に
おいて上述の一連のエッチング処理を繰り返し行い、ゲ
ート配線を形成する。
【0034】以上説明した半導体装置の製造方法では、
WSi層13及びポリシリコン層12のエッチングの際
に反応室1の内壁に堆積した塩化シリコン(SiC
x )や臭化シリコン(SiBry )が、次のウエハW
において反射防止膜14をエッチングする際に除去され
る。このため、同一の反応室1内における積層膜のエッ
チングを繰り返し行う場合、特に、反応室1の内壁をク
リーニングする工程を設けることなく、プロセス中にお
いて反応室1の内壁がクリーニングされる。この結果、
エッチングの精度を確保しながらもエッチング装置の稼
働率の向上を図ることができる。
【0035】尚、実施形態においては、積層膜のエッチ
ングに誘導結合プラズマエッチング装置を用いた場合を
説明した。しかし、積層膜のエッチングに用いるエッチ
ング装置は、これに限定されることはない。また、この
実施形態においては、ゲート配線の形成工程に本発明を
適用した方法を説明した。しかし、本発明は、ゲート配
線の形成工程への適用に限定されることはなく、積層膜
を順次エッチングする他の工程に広く適用可能である。
【0036】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、積
層膜の内の少なくとも一つの層をエッチングする際、そ
の他の層のエッチングにおいて反応室の内壁に堆積する
反応生成物を同時にエッチング除去する構成にしたこと
で、反応室の内壁をクリーニングする工程を設けること
なく、積層膜のエッチングを繰り返し行うプロセス中に
おいて反応室の内壁をクリーニングすることが可能にな
る。したがって、同一の反応室内において積層膜のエッ
チングを繰り返す際、特別なクリーニング工程を設ける
ことなくエッチングの精度を確保することができる。こ
の結果、エッチング装置の稼働率の向上を図ることが可
能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態を説明するための断面工程図(その
1)である。
【図2】実施形態を説明するための断面工程図(その
2)である。
【図3】実施形態で用いるエッチング装置の一例を示す
誘導結合プラズマエッチング装置の構成図である。
【符号の説明】
12…ポリシリコン層、13…WSi層、14…反射防
止膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一の反応室内において積層膜をエッチ
    ングする半導体装置の製造方法において、 前記積層膜のうちの少なくとも一つの層をエッチングす
    る際、当該積層膜のうちの他の層のエッチングにおいて
    前記反応室の内壁に堆積する反応生成物を除去する反応
    ガスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記積層膜のうちの少なくとも一つの層は、有機材料か
    らなる反射防止膜であることを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記反射防止膜をエッチングする際には、フッ素を含有
    する反応ガスを用いることを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
JP11176808A 1999-06-23 1999-06-23 半導体装置の製造方法 Pending JP2001007088A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100450567B1 (ko) * 2001-12-26 2004-09-30 동부전자 주식회사 배선 제조 방법

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