JP3611729B2

JP3611729B2 - エッチングガス

Info

Publication number: JP3611729B2
Application number: JP23933998A
Authority: JP
Inventors: 勇毛利; 哲也田村; 満也大橋
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: JP2000063826A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ、ＴＦＴなどに代表される薄膜デバイス製造用途に適したエッチングガスに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
半導体工業を中心とした薄膜デバイス製造プロセス、光デバイス製造プロセス、超鋼材料製造プロセスなどでは、ＣＶＤ法、スパッタリング法、ゾルゲル法、蒸着法などを用いて種々の薄膜、厚膜、粉体、ウイスカなどが製造されている。また、半導体やＴＦＴ等において、回路を構成する各種の薄膜材料に回路パターンを形成するために薄膜材料を部分的に取り除くガスエッチングが行われている。
【０００３】
現在、薄膜デバイス製造における回路形成のためのエッチングには、ＣＦ_４やＣ_２Ｆ_６、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６、ＮＦ_３などのガスが使用されている。これらは地球温暖化係数が高いことが問題となっている。また、これらは比較的安定なガスであるため、エッチャントとして有用なＣＦ_３・ラジカルやＦ・ラジカル等を発生させるためには高いエネルギーが必要であり、電力消費量が大きいこと、大量の未反応排ガス処理が困難であるなどの問題がある。そのためこれら諸問題を解決する代替ガスの開発が急務となっている。
【０００４】
【課題を解決するための具体的手段】
本発明者らは、上記の問題点に鑑み鋭意検討の結果、ハイポフルオライト類が優れたエッチング性能を有することを見いだし本発明に至ったものである。
【０００５】
すなわち本発明は、基板の上に堆積した膜の所定の部分を除去するための、ハイポフルオライトからなるガスで、さらに、ハイポフルオライトからなるガスと水素または水素含有化合物ガスとを含有したエッチングガス、ハイポフルオライトからなるガスと酸素または酸素含有化合物ガスとを含有したエッチングガスを提供するものである。
【０００６】
本発明のエッチングガスであるハイポフルオライトは、大気中で分解するためそれ自体は地球温暖化に関与せず、未反応排ガスの除害も容易であり、さらにエッチングの排ガスにＣ_２Ｆ_６やＣＦ_４などの温暖化ガスが生成することもなく、環境負荷が少ない優れた特徴を有する。また、本発明のエッチングガスを用いることによりＣＦ_４等と比較して、より高速なエッチングレート、より高いアスペクト比及びより良好な対レジスト比を得ることが可能である。
【０００７】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明のエッチングガスは、シリコンウエハ、金属板、硝子、単結晶、多結晶などの基板上に堆積した、Ｂ、Ｐ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｓ、Ｃｒ及びその化合物、具体的には、酸化物、窒化物、炭化物及びこれらの合金用のエッチングガスとして使用される。
【０００８】
本発明において、用いるハイポフルオライトとは、分子中に少なくとも１つＯＦ基を有する化合物であり、分子中にハロゲン元素やエーテル基、アルコール基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル基、アミン基、アミド基等を有するものも含まれる。しかしながら、ハイポフルオライト類は、フッ素化力が極めて強いため、還元性の基やエネルギー的に不安定な結合を有するものは、クリーニングガスとしては好ましくなく、具体的には、ＣＦ_３ＯＦ、ＣＦ_２（ＯＦ）_２、ＣＦ_３ＣＦ_２ＯＦ、ＣＨ_３ＣＯＯＦ、（ＣＦ_３）_３ＣＯＦ、ＣＦ_２ＨＣＦ_２ＯＦ、（ＣＦ_３ＣＦ_２）（ＣＦ_３）_２ＣＯＦ、ＣＨ_３ＯＦ、ＣＦＨ_２ＯＦ、ＣＦ_２ＨＯＦ、ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＦ_２ＯＦ、（ＣＦ_３）_２ＣＦＯＦ等が好ましい。また、ハイポフルオライトであれば何れでも使用することが可能であり、ハロゲン化炭化水素基やエーテル、アルコール、カルボン酸、エステル、アミン、アミド等の誘導体であっても良い。また、分子中に２個以上のＯＦ基を有する化合物も同様の反応性を有するため使用できる。しかしながら、ハイポフルオライトは、上述したようにフッ素化力が極めて強いため、還元性の基やエネルギー的に不安定な結合を有するものは実用的ではなく、上述したようなハイポフルオライトが好ましい。
【０００９】
本発明においては、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマエッチングなどのエッチングの手法や反応条件は特に問わない。ハイポフルオライトを使うと、エッチングされる溝底部にＦラジカルが到達し、さらにＣＦ_ｎイオンが入射することにより縦方向にエッチング進み、側壁はフルオロカーボンポリマの堆積により保護され、Ｆラジカルによる等方的エッチング防止することにより異方性エッチングを可能にする。特にハイポフルオライトの場合、プラズマ中でＦラジカルはもとよりＣＦ_３ ^＋イオンを多量に生成するためエッチングガスとしても優れた効果を発揮する。また、Ｏを含有しているため側壁に堆積したフルオロカーボン膜を効率的に除去しながら異方性エッチングを行える利点がある。
【００１０】
本発明のエッチング方法は、プラズマエッチング、反応性プラズマエッチング、マイクロ波エッチングなどの各種ドライエッチング条件下で実施可能であり、これらのエッチングガスとＨｅ、Ｎ_２、Ａｒなどの不活性ガスあるいはＨＩ、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＣＯ、ＮＯ、Ｏ_２、ＣＨ_４、ＮＨ_３、Ｈ_２、Ｃ_２Ｈ_２、Ｃ_２Ｈ_６などのガスと適切な割合で混合して使用しても良い。特に、エッチングガスとして使用する場合は、等方的なエッチングを促進するＦラジカル量を低減するために、また、ＳｉＯ_２とＳｉとの反応選択性を上げるため、本発明において使用する上述のエッチングガスに対して水素やＣＨ_４、ＮＨ_３、ＨＩ、ＨＢｒ、ＨＣｌなどの水素を含有する水素含有化合物ガスを、流量比で１０倍量以下の流量で混合して使用することが特に望ましい。１０倍量より多くの水素含有化合物を混合するとエッチングに有効なＦラジカル量が著しく低下するため好ましくない。使用する場合の圧力は異方性エッチングを行うために、ガス圧力は５Ｔｏｒｒ以下の圧力で行うことが好ましいが、０．００１Ｔｏｒｒ以下の圧力ではエッチング速度が遅くなるために好ましくない。使用するガス流量は、エッチング装置の反応器容量、ウエハサイズにもよるが、１０ＳＣＣＭ〜１００００ＳＣＣＭの間の流量でエッチングすることが好ましい。また、エッチングする温度は、４００℃以下が好ましい、４００℃を超える高温では等方的にエッチングが進行する傾向が有り必要とする加工精度が得られないこと、また、レジストが著しくエッチングされるために好ましくない。このように水素または水素含有化合物ガスと混合して使用することにより、例えばコンタクトホールの加工時のシリコンとシリコン酸化膜とのエッチング速度の選択性を向上させたりすることができる。
【００１１】
また、酸化物、窒化物に対して金属のエッチング速度を向上させたい場合は酸素またはＣＯ、ＮＯ、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ_２等の酸素含有化合物ガスを添加すると有効である。水素ガス等の添加と同様に、ハイポフルオライトに対して、その流量比で４倍量以下の流量で混合して使用することが特に望ましい。４倍量より多くの酸素含有化合物ガスを混合するとエッチングに有効なＦラジカル量が著しく低下するため好ましくない。使用する場合の圧力は異方性エッチングを行うために、ガス圧力は５Ｔｏｒｒ以下の圧力で行うことが好ましいが、０．００１Ｔｏｒｒ以下の圧力ではエッチング速度が遅くなるために好ましくない。使用するガス流量は、エッチング装置の反応器容量、ウエハサイズにもよるが、１０ＳＣＣＭ〜１００００ＳＣＣＭの間の流量でエッチングすることが好ましい。また、エッチングする温度は、４００℃以下が好ましい、４００℃を超える高温では等方的にエッチングが進行する傾向が有り必要とする加工精度が得られないこと、また、レジストが著しくエッチングされるために好ましくない。このように酸素または酸素含有化合物ガスと混合して使用することにより、コンタクトホールの加工時のシリコンとシリコン酸化膜とのエッチング速度の選択性を向上させたりすることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
【００１３】
実施例１〜３、比較例１
本実施例は、本発明をコンタクトホール加工に適用し、層間絶縁膜（ＳｉＯ_２）をエッチングした例である。本実施例において使用したサンプルは、図１に示される様に単結晶シリコンウエハ１上にＳｉＯ_２層間絶縁膜２が形成され、さらに該ＳｉＯ_２のエッチングマスクとして開口部を設けたレジスト・マスク３を形成したものである。
【００１４】
上記ウエハを１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する電源を備えたエッチング装置内に設置し、レジスト開口部周辺の加工形状、ＳｉＯ_２エッチング速度の対レジスト比の測定を実施した。一例として、下記の条件でＳｉＯ_２のエッチングを行った結果を表１に示す。
【００１５】
この結果、ＣＦ_３ＯＦでエッチングを行った場合にもＳｉＯ_２に対するエッチング速度は充分高く取れ、ＳｉＯ_２とレジストとの選択比もＣＦ_４でのエッチングの場合より大きく、レジストに対しては肩落ちも認められなかった。
（条件）
ハイポフルオライト流量：５０ＳＣＣＭ
ガス圧：０．０２Ｔｏｒｒ
ＲＦパワー密度：２．２Ｗ／ｃｍ^２
【００１６】
このように本発明のエッチングガスを用いることにより高速なエッチングレートが得られ、かつレジストに対しても高い選択性が得られる。また、レジストに対しては肩落ちがないエッチング特性を持つことが好ましいが、本発明のガスを用いることにより肩落ちのない加工形状が得られる。なお、表１中のＣＤロスの○印は肩落ちがないことを示し、△印は肩落ちが認められることを示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
実施例４
ＣＦ_３ＯＦにＡｒを添加して実施例１と同様にエッチングを行ったところ、対レジスト比が７に改善された。
ＣＦ_３ＯＦ流量：１０ＳＣＣＭ
Ａｒ流量：２００ＳＣＣＭ
ガス圧：０．０２Ｔｏｒｒ
ＲＦパワー密度：２．２Ｗ／ｃｍ^２
【００１９】
実施例５〜１２、比較例２
ＣＦ_３ＯＦにＨ_２、Ｃ_２Ｈ_２を添加し、ＳｉとＳｉＯ_２とのエッチング速度を比較した。その結果を表２に示した。Ｈ_２、Ｃ_２Ｈ_２を添加するとＳｉＯ_２のエッチング速度は変化しないのに対してＳｉのエッチング速度は低下し、選択性が上がることから下地のシリコンに対してＳｉＯ_２を選択的エッチングが可能である。
また、水素化物ガスをＣＨ_４、ＨＩ、ＨＣｌ、ＨＢｒに変えても同様の結果が得られた。なお、ガス流量以外のエッチング条件は上記実施例１〜３と同様の条件で行った。
【００２０】
【表２】

【００２１】
実施例１３
ＣＦ_３ＯＦにＯ_２を添加してＷのエッチングを行ったところ、Ｏ_２を添加しなかった場合のエッチング速度３９５５４／ｍｉｎから４００２５９／ｍｉｎに向上した。一方、ＳｉＯ_２のエッチング速度は５４５３／ｍｉｎから、Ｏ_２を添加した場合には９８６５／ｍｉｎに向上したのみであった。この結果から、Ｏ_２を添加すると酸化物に対する金属のエッチング速度の選択比を著しく向上でき、金属の選択エッチングが可能であることが解った。
（条件）
ＣＦ_３ＯＦ流量：５０ＳＣＣＭ
Ｏ_２流量：１０ＳＣＣＭ
ガス圧：０．０２Ｔｏｒｒ
ＲＦパワー密度：２．２Ｗ／ｃｍ^２
【００２２】
【発明の効果】
本発明のガスは、半導体工業におけるデバイス製造装置等における回路形成用エッチングガスであり、精度の良いエッチング可能で、また、該装置外に排出したエッチングガスの除害が容易であるため地球温暖化やオゾン破壊の心配がないエッチングガスである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、実施例１〜３、比較例１で用いたエッチング用サンプルの断面模式図を示し、（ｂ）は、エッチング後の断面模式図を示す。
【符号の説明】
１シリコンウエハ
２ＳｉＯ_２層間絶縁膜
３レジスト・マスク

Claims

基板の上に堆積した膜の所定の部分を除去するための、ハイポフルオライトからなるガスを含有したエッチングガス。
基板の上に堆積した膜の所定の部分を除去するための、ハイポフルオライトからなるガスと水素または水素含有化合物ガスとを含有したエッチングガス。
基板の上に堆積した膜の所定の部分を除去するための、ハイポフルオライトからなるガスと酸素または酸素含有化合物ガスとを含有したエッチングガス。