JP3780657B2 - エッチング方法 - Google Patents
エッチング方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3780657B2 JP3780657B2 JP26899097A JP26899097A JP3780657B2 JP 3780657 B2 JP3780657 B2 JP 3780657B2 JP 26899097 A JP26899097 A JP 26899097A JP 26899097 A JP26899097 A JP 26899097A JP 3780657 B2 JP3780657 B2 JP 3780657B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- etching
- layer
- gas
- space portion
- tungsten
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング方法に関し、特にタングステン層またはタングステンシリサイド層を含むエッチング対象層をエッチするエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置にタングステンやタングステンシリサイドが広く用いられるようになってきている。タングステンシリサイドは、シリサイドの１種として、多結晶（ポリ）シリコン層上に積層されてポリサイド電極（配線）を形成する他、単独でもローカル配線等に用いられる。タングステンは、化学気相堆積（ＣＶＤ）で導電領域上に選択成長することも、下地全面上にブランケット成長することもでき、導電性プラグや下層配線として広く利用されている。なお、タングステンをスパッタリングすることもできる。タングステンシリサイド層は、一般にＣＶＤで形成するか、タングステンシリサイドをターゲットとしてスパッタリングで形成する。
【０００３】
高集積度の半導体集積回路内の微細ＭＯＳトランジスタの多くは、ゲート電極としてポリサイド構造を有する。下層のシリコン層によってＭＯＳトランジスタの閾値特性を確保し、上層のシリサイド層によってゲート電極（配線）の抵抗値を低減している。ＭＯＳトランジスタの特性、特に動作速度はゲート長に大きく影響される。狭いゲート長のトランジスタを高精度に作成するには、ポリサイド積層を高精度にエッチングする技術が望まれる。
【０００４】
以下、ゲート電極にＷＳｉ2 ／ｐｏｌｙＳｉのポリサイド積層を用いた場合のパターニング工程を説明する。ＷＳｉ2 は、塩素を含有するガスと酸素ガスとの混合ガスでエッチングするのが一般的である。例えば、塩素含有ガスとしてＣｌ2 を用いる。酸素ガスの添加は、蒸気圧の比較的高いＷＯＣｌ4 を生成してエッチングを容易にするために行われる。また、ｐｏｌｙＳｉのエッチングにおいても、ＳｉＯ2 のゲート酸化膜との選択比を向上させるために酸素ガスを添加することが多い。
【０００５】
図５は、このような従来の技術によるＣｌ2 ／Ｏ2 プラズマを用いたＷＳｉ2 ／ｐｏｌｙＳｉ積層のエッチングを示す。Ｓｉ基板１０１の上に、ゲート酸化膜となる薄いＳｉＯ2 層１０２が形成され、その上に多結晶（ｐｏｌｙ）Ｓｉ層１０３、ＷＳｉ2 層１０４が積層されている。ＷＳｉ2 層１０４の上に、レジストマスク１０７が形成される。レジストマスク１０７は、ゲート形状に合わせたパターンを有する。ＬＳＩの配線が微細になるに従って、配線間のスペース部分Ｓのアスペクト比（高さ／幅）は増大する。
【０００６】
図中上方の空間にＣｌ2 ／Ｏ2 ガスを供給し、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給してＣｌ2 ／Ｏ2 のプラズマ１０８を生成させる。また、シリコン基板１０１を載置するウエハサセプタに、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）を印加する。
【０００７】
エッチング条件は、例えば圧力＝２ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー＝１４００Ｗ、ＲＦパワー＝４０Ｗ、エッチングガスの流量はＣｌ2 ／Ｏ2 ＝２５／９ｓｃｃｍである。
【０００８】
レジスト１０７の形状に従い、先ずその下のＷＳｉ2 層１０４がほぼ垂直にエッチングされる。やがてレジストマスク１０７の外側に広い空間が露出する広いスペース部においてはＷＳｉ2 層１０４のエッチングが終了する。この時点においても、パターン間のスペース部が狭い領域においては、マイクロローディング効果によりエッチング速度が低下するので、ＷＳｉ2 層のエッチングは終了しない。
【０００９】
続けてエッチングを行っていくと、狭いスペース部でＷＳｉ2 層１０４のエッチングが更に進行し、広いスペース部においてはＷＳｉ2 層の下のｐｏｌｙＳｉ層１０３のエッチングが進行する。やがて、狭いスペース部でもＷＳｉ2 層１０４のエッチングが終了し、その下のｐｏｌｙＳｉ層１０３がエッチングされる。広いスペース部に続き、狭いスペース部でもｐｏｌｙＳｉ層１０３のエッチングが終了すると、図に示すような形状となる。
【００１０】
この時、ＷＳｉ2 層１０４の狭いスペース部に面した側壁は、図に示すように逆テーパー状となってしまう。これは、Ｓｉ層のエッチングおよびオーバーエッチングにおいて、過剰となった酸素とＷＳｉ2 層の側壁とが反応して、ＷＯＣｌx を形成し、蒸発するためにＷＳｉ2 層の側壁がエッチされるためであると考えられている。
【００１１】
このように、ＷＳｉ2 層の側壁が逆テーパー状となると、その後のイオン注入工程において、ゲート電極直下にも不純物が打ち込まれることになり、実効的なゲート長が変化してしまう。また、サイドウォールスペーサの形状寸法もゲート側壁が垂直な場合と異なるので、ＭＯＳトランジスタのゲインや寿命が所望の値にならない可能性がある。
【００１２】
逆テーパ形状の発生を防止するためにイオンエネルギを高めて、エッチングの異方性を高めることが考えられる。しかし、イオンエネルギを高めるとレジストのエッチング選択性が低下するのでレジスト膜厚を厚くしなければならなくなる。レジスト膜を厚くするとホトリソグラフィの分解能が損なわれ、加工精度が低下してしまう。
【００１３】
特開平１−２３９９３２号公報は、塩素ガス（Ｃｌ2 ）と窒素ガス（Ｎ2 ）とを混合したエッチングガスを用いて、タングステンシリサイド層とポリシリコン層との積層をエッチングする方法を提案している。このエッチングガスを用いると、タングステンシリサイド層は順テーパー状にエッチングされ、ポリシリコン層は垂直にエッチングされることが報告されている（同公報第３頁右下欄〜第４頁右上欄）。
【００１４】
また同公報は、下層のポリシリコン層をエッチングする際、主エッチングに続き、残膜をエッチするために塩素ガスと窒素ガスとＳｉＣｌ4 ガスとの混合ガスを用いてオーバーエッチングする技術も記載している（同公報第４頁右上欄〜第４頁右下欄）。
【００１５】
ＵＳＰ５，２１９，４８５号は、ポリサイド電極に対する種々のエッチング工程を開示している。その１つとして、タングステンシリサイド層とポリシリコン層との積層を、ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ／ＮＦ3 の混合ガスでエッチングする方法が提案されている。ＮＦ3 は、ＷＳｉ2 層をエッチングする際に、蒸気圧の高いＷのフッ化物（ＷＦ6 ）を形成し、エッチング速度を高めるために用いられる（第１５図、第９欄、第１〜１９行）。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、タングステンシリサイド層とポリシリコン層との積層構造をＣｌ2 ／Ｏ2 ガスでエッチングすると、タングステンシリサイド層が逆テーパー状にエッチングされてしまう。Ｃｌ2 ／Ｏ2 の代わりに、Ｃｌ2 ／Ｎ2 を用いると、ＷＳｉ2 層が逆テーパー状となることは防止できるが、逆に順テーパー状となってしまう。微細パターンのエッチングにおいては、エッチングのパターン精度を向上させるためには、ほぼ垂直に側壁を形成できることが望ましい。
【００１７】
本発明の目的は、タングステンまたはタングステンシリサイド層をほぼ垂直にエッチングできる異方性エッチングの方法を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、タングステンまたはタングステンシリサイド層とポリシリコン層との積層をほぼ垂直にエッチングすることのできる異方性エッチング方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、下地表面上に形成され、タングステンまたはタングステンシリサイドで形成されたエッチング対象層の上に、広いスペース部に挟まれた孤立パターンと狭いスペース部を介して配置された複数個の密集パターンとを含むエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを介して、前記エッチング対象層を塩素を含むガスと酸素ガスとを含む第１の種類のガスでエッチングし、前記広いスペース部の下地表面を露出する第１エッチング工程と、第１エッチング工程に続き、塩素を含むガスと窒素ガスとを含む第２の種類のエッチングガスで、残ったエッチング対象層をエッチングする第２エッチング工程とを含むエッチング方法が提供される。
【００２０】
タングステンまたはタングステンシリサイド層は、Ｃｌ2 ／Ｏ2 などの第１の種類のガスでほぼ垂直に異方性エッチングすることが可能である。
【００２１】
同一基板上に狭いスペース部を有するパターン密度の高い領域と広いスペース部を有するパターン密度の低い領域とが混在する場合、マイクロローディング効果によりパターン密度の低い領域ではエッチングが終了しても、パターン密度の高い領域ではエッチングは未だ終了しない。パターン密度の高い領域でエッチングを完了させるために、第１の種類のガスとは異なる第２の種類のエッチングガスを用い、残ったタングステン又はタングステンシリサイド層をオーバーエッチングすることにより、タングステン又はタングステンシリサイド層の全体をほぼ垂直に異方性エッチングすることが可能となる。
【００２２】
タングステン又はタングステンシリサイド層の下にシリコン層が存在する場合、シリコン層も併せて垂直にエッチングすることが望まれる。第２の種類のガスを選択することにより、シリコン層もほぼ垂直にエッチングすることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
上述のように、特開平１−２３９９３２号は、分子中に塩素原子を含む塩素系ガスと窒素ガスとを含んでいるエッチングガスを用いて、ポリサイド構造のゲート積層膜をドライエッチングする方法を提案している。しかしながら、この方法によれば、シリサイド膜は順テーパー状にエッチングされる。シリサイド層の下のポリシリコン層は、必然的にレジストパターンよりも広い幅を有することになる。従って、極めて短いゲート長を有するＭＯＳトランジスタ等を作成する際には、この方法では限界が生じる。また、順テーパー形状を正確に制御できなければ、エッチング工程のパターン精度も低下してしまう。
【００２４】
なお、ＷＳｉ2 のＲＩＥラグのデータから判断すると、ラインアンドスペースパターンのスペース部のアスペクト比（高さ／幅）が１を越えるようなパターンを密パターン（高密度パターン）と定義することができる。実際の半導体装置においては、メモリセル領域の配線パターン等が高密度パターン又は配線が密な領域として定義できる。
【００２５】
エッチングが終了した時点において、配線の断面形状の上端が、レジストマスクの下端と一致し、レジストマスクの端部からサイドエッチされた箇所が何もない状態が得られる場合、エッチングはテーパーエッチングであると定義できる。この定義によれば、垂直な側壁を有する配線を形成する異方性エッチングもテーパーエッチングである。
【００２６】
順テーパーとは、エッチングした配線層の断面形状において、下地表面から見た仰角が０°〜９０°であるエッチング形状を指す。
【００２７】
また、エッチングした配線層の断面形状において、基板側から見た仰角が９０°を越えて１８０°までの領域にある場合、そのようなテーパーを逆テーパーと定義できる。半導体装置の構成としては、エッチングはテーパーエッチングであり、かつ順テーパーの形状を形成することが好ましい。順テーパーの断面形状を作成できてもマスク端部に浸食が生じたような（非テーパーエッチング）の場合、高いパターン精度を実現することは困難である。
【００２８】
パターンの外側に広いスペース部分を有する低密度パターン領域において対象とする層のエッチングが終了した時点から、パターンとパターンの間に狭いスペース部分しか有さない高密度パターン領域において対象とする層を完全に除去するまでのエッチングをオーバーエッチングと定義する。
【００２９】
本発明者は、Ｃｌ2 ／Ｎ2 をエッチングガスとする異方性エッチングの性質をより詳細に調べた。
【００３０】
図３は、この予備実験において用い、さらに本発明の実施例においても用いたエレクトロンサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマエッチャー装置の構成を概略的に示す断面図である。エッチャー装置のハウジング２０は、金属で形成され、その内部に導波管２６及び反応室２１を画定する。
【００３１】
導波管２６と反応室２１の境には、石英ガラス等のマイクロ波を透過させる透過窓２７が気密に設けられている。導波管２６上方より例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給し、反応室２１内にマイクロ波を導く。反応室２１は、径の狭い部分と広い部分の２段構造を有し、それぞれの外側に電磁石２４、２５を備えている。これらの電磁石２４、２５の発生する磁場中にマイクロ波を導入することにより、ＥＣＲ条件を成立させる。反応室２１には、図示しないガス供給孔と、排気孔３３が接続されている。
【００３２】
また、反応室下部には、ハウジングに気密に結合され、下部電極となるウエハサセプタ２８が設けられている。このウエハサセプタ２８には、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源２９が接続されている。ウエハサセプタ２８上にシリコンウエハ３１を載置し、反応室２１内にＥＣＲプラズマを発生させ、エッチングの実験を行う。
【００３３】
図４（Ａ）は、実験に用いたサンプルの１つの構成を概略的に示す。Ｓｉ基板４０の上に、ＷＳｉ2 層４１が形成され、その上にレジストパターン４２が形成されている。このレジストパターン４２をエッチングマスクとし、Ｃｌ2 ／Ｎ2 をエッチングガスとしたＥＣＲプラズマエッチングを行った。エッチング条件は以下の通りである。
【００３４】
圧力＝２ｍＴｏｒｒ、
マイクロ波パワー＝１４００Ｗ、
ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）パワー＝４０Ｗ、
Ｃｌ2 ＋Ｎ2 ＝３０〜１００ｓｃｃｍ
このような条件でＷＳｉ2 層４１をエッチングすると、図４（Ａ）に示すように、ＷＳｉ2 層４１は順テーパー状にエッチングされた。順テーパー状の側壁がＳｉ基板４０となすテーパー角度をθとする。エッチングガスの総ガス流量およびそのエッチングガス中のＮ2 流量割合（％）を変化させてＷＳｉ2 層４１のエッチングを行った。その結果を図４（Ｂ）に示す。
【００３５】
図４（Ｂ）のグラフから明らかなように、Ｎ2 流量割合を増やすと、順テーパー角度は徐々に減少する。総ガス流量の変化に対しても、テーパー角θは連続的な変化を示している。このような順テーパー角の変化は、エッチングの進行と共に、Ｗの窒化物（ＷＮx ）およびＳｉの窒化物がＷＳｉ2 層４１の側壁に付着するからであると考えられる。図４（Ｂ）の結果は、Ｎ2 流量割合を増やすと側壁保護膜の窒化物堆積量が増えることを示していると考えられる。
【００３６】
本発明者は、さらにレジストパターンのパターン密度を変化させた実験を行った。
【００３７】
図４（Ｃ）は、実験に用いたサンプルの形状を概略的に示す。図４（Ａ）のサンプルと同様、Ｓｉ基板４０の上にＷＳｉ2 層４１を堆積し、その上にレジストパターン４２を形成した。レジストパターン４２は、ライン幅０．５μｍのパターンが０．５μｍの間隔で並列に配置された狭いスペースを有するパターン（図中左側）と、幅０．５μｍのパターンが広いスペースに孤立して配置された孤立配線部分（図中右側）を有する。エッチング条件は、上述の実験と同様
圧力＝２ｍＴｏｒｒ、
マイクロ波パワー＝１４００Ｗ、
ＲＦパワー＝４０Ｗ、
Ｃｌ2 ／Ｎ2 ＝２７／３ｓｃｃｍ
とした。またオープンスペースでのＷＳｉ2 層のエッチング深さを２５０ｎｍに設定した。
【００３８】
この条件でＷＳｉ2 層４１をエッチングすると、孤立配線パターンでは仰角３６°の順テーパー形状が形成され、密集配線パターンでは仰角５３．５°の順テーパー形状を有するエッチング形状が得られた。すなわち、順テーパー形状のテーパー角は、パターンの密度に依存することが判明した。テーパー角度は、パターンの密度が高くなるほど高くなるものと期待される。
【００３９】
この実験結果を解釈すると、孤立配線パターンの側壁上には窒化物の側壁保護膜が多く堆積し、狭い間隔で配置した密集配線パターンの側壁上には、側壁保護膜が少なく堆積すると推定される。狭い間隔で配置した密集配線パターンの場合、側壁保護膜が堆積してもその量は広いオープンスペースよりも少量となり、エッチング後の側壁は垂直に近づくことが推定される。
【００４０】
上述の実験においては、塩素を含むガスとしてＣｌ２を用いたが、塩素を含むガスとしてＣｌ２，ＨＣｌ，ＢＣｌ３，ＳｉＣｌ ４ ，Ｓ ２ Ｃｌ ４ ，ＣＣｌ４のいずれか、又はこれらの組合わせを用いることができるであろう。タングステンシリサイドの代わりにタングステンを用いても同様の結果が得られるであろう。
【００４１】
タングステンまたはタングステンシリサイド層をＣｌ2 等の塩素含有ガスと窒素ガスとの混合ガスでエッチングすると、エッチングしたタングステンまたはタングステンシリサイド層の断面形状が順テーパー状となることは避け難いであろう。
【００４２】
Ｃｌ2 ／Ｏ2 等のエッチングガスを用いれば、タングステン又はタングステンシリサイド層の側壁が垂直な形状でエッチングを行うことができる。しかしながら、このエッチングを低密度パターン領域でのエッチングが終了した後も続け、高密度パターン領域でのエッチングが終了するまで行うと、高密度パターン領域においてタングステンまたはタングステンシリサイド層の断面形状が逆テーパー状となることは従来技術で述べた通りである。
【００４３】
本発明者は、タングステンまたはタングステンシリサイド層の異方性エッチングにおいて、垂直断面形状を得ることの可能なエッチングガスを用いる主エッチング工程と、塩素含有ガスと窒素ガスの混合ガスを含むエッチングガスを用いるオーバーエッチング工程とを用いることを提案する。
【００４４】
図１、図２は、本発明の実施例によるエッチング方法の主要工程を示す半導体基板の断面図である。
【００４５】
図１（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１の表面上にゲート酸化膜等の薄いシリコン酸化膜２を形成し、その上に多結晶Ｓｉ層３とタングステンシリサイド層４の積層を堆積する。タングステンシリサイド層４の上に、ホトレジストパターン７を形成する。ホトレジストパターンは狭い間隔でパターンが高密度に密集した密集パターン領域ＮＳとパターンの両側に広いスペース部分が存在する低密度パターン領域ＷＳとを含む。
【００４６】
図１（Ｂ）に示すように、まずＣｌ2 ／Ｏ2 ガスを用いたＣｌ2 ／Ｏ2 プラズマ８により、タングステンシリサイド層４の主エッチング工程を行う。この主エッチング工程は、低密度パターン領域ＷＳにおいてタングステンシリサイド層４が完全にエッチングされるまでのエッチング工程である。
【００４７】
この工程が終了した時点で、低密度パターン領域ＷＳでは多結晶Ｓｉ層３の表面が露出した広い開孔５が形成されている。高密度パターン領域ＮＳにおいてはマイクロローディング効果によりエッチング速度が低下するため、タングステンシリサイド層４の厚さの中間部まで進行した溝６が形成されている。
【００４８】
図２（Ｃ）に示すように、高密度パターン領域ＮＳにおいてタングステンシリサイド層４を完全にエッチングするオーバーエッチング工程を行う。このオーバーエッチング工程は、エッチングガスをＣｌ2 ／Ｎ2 に変換して行う。
【００４９】
上述の予備実験から判明したように、低密度パターン領域においてはタングステンシリサイド層４の側壁に窒化物の保護膜１１が多く堆積する。これに対し、高密度パターン領域ＮＳにおいては窒化物の保護膜１２が少なく堆積する。このため、低密度パターン領域ＷＳにおいてはタングステンシリサイド層４の側壁に十分な量の保護膜１１が堆積し、タングステンシリサイド層４が横方向からエッチングされることが少ない。このため、側壁の垂直形状が維持され、寸法精度が保たれる。
【００５０】
高密度パターン領域ＮＳにおいては、タングステンシリサイド層４の側壁上に堆積する窒化物の保護膜１２が少なく、タングステンシリサイド層４のエッチングが効率的に続行される。側壁は、若干の順テーパ形状か、ほぼ垂直な形状となる。高密度パターン領域ＮＳにおいてオーバーエッチングが終了するまでの間に、低密度パターン領域においてはタングステンシリサイド層４の下の多結晶Ｓｉ層３がエッチングされる。このＣｌ2 ／Ｎ2 によるシリコンのエッチングは、垂直な側壁を形成する。すなわち、オーバーエッチング工程において低密度パターン領域で逆テーパー形状は生ぜず、ほぼ垂直な側壁が得られ、高密度パターン領域においては垂直な側壁が得られる。
【００５１】
図２（Ｄ）は、多結晶Ｓｉ層の異方性エッチング工程を示す。タングステンシリサイド層４のオーバーエッチングを終了した後、再びガスを切り換えて多結晶Ｓｉ層３の垂直なエッチングを行う。エッチングガスを例えばＣｌ2 ／Ｏ2 に切り換え、ＥＣＲプラズマエッチングを行う。Ｃｌ2 ／Ｏ2 プラズマ１０は、ＳｉＯ2 層２に対して高い選択比を保ち、Ｓｉ層３を垂直にエッチングできる性質を有する。
【００５２】
なお、図２（Ｃ）に示すＣｌ2 ／Ｎ2 のプラズマエッチングによってもＳｉ層を垂直にエッチングすることができる。従ってＣｌ2 ／Ｎ2 のプラズマエッチングからＣｌ2 ／Ｏ2 のプラズマエッチングへの切替はＳｉ層の下地のＳｉＯ2 層が露出した時でもよい。ＷＳｉ2 層のオーバーエッチング終了からＳｉＯ2 層露出までの間でもよい。Ｃｌ2 ／Ｎ2 ガスのエッチングで下地との選択比が取れればＣｌ2 ／Ｎ2 でＳｉ層を全てエッチングしてもよい。
【００５３】
なお、このＳｉ層の垂直エッチングの際、タングステンシリサイド層４の側壁上には保護膜が残存しているため、タングステンシリサイド層がエッチングされて逆テーパー形状ができることが防止される。
【００５４】
このような工程により、タングステンシリサイド層とシリコン層の積層から成るポリサイド積層構造をほぼ垂直にエッチングすることができる。
【００５５】
なお、タングステンシリサイド層のエッチングにＣｌ2 ／Ｏ2 を用いたが、タングステンまたはタングステンシリサイドを垂直にエッチングすることのできる他のエッチングガスを用いてもよい。
【００５６】
ＷＳｉ2 層／シリコン層のポリサイド層をエッチングする場合を説明したがタングステンシリサイド層またはタングステン層の単層のエッチングにも同様の工程を用いることができよう。タングステンまたはタングステンシリサイド層のオーバーエッチング工程において、塩素を含むガスと窒素ガスとの混合ガスを含むエッチングガスを用いることが重要である。
【００５７】
なお、塩素を含むガスと窒素ガスとを含むガス（たとえば、Ｃｌ2 ／Ｎ2 ）により、シリコン層を垂直にエッチングすることは可能である。従って、タングステン又はタングステンシリサイド層のエッチングが終了した後も、塩素を含むガスと窒素ガスとを含む混合ガスによりエッチングを続け、タングステン又はタングステンシリサイド層の下のシリコン層をエッチングしても良い。
【００５８】
また、ポリサイド構造のエッチングに限らず、タングステン又はタングステンシリサイド層の単層を上述のようにエッチングしても良い。この場合、当然にシリコン層のみのエッチング工程は省略することができる。
【００５９】
ＭＯＳトランジスタのゲート長は、動作速度を決める重要な要素である。半導体チップ上にパターン密度の粗な部分とパターン密度の密な部分が存在する場合、パターン密度の粗な部分ではゲート電極パターンの両側に広いスペース部分が存在する。パターン密度の密な部分においては、ゲート電極パターンが狭い間隔をおいて密集して配置される。このようなパターン形状においては、パターン密度の密な部分でエッチング速度が遅れるマイクロローディング効果（又はＲＩＥラグ）が発生する。
【００６０】
従来の技術によれば、全てのパターンにおいて順テーパー形状が発生するか、パターン密度の密な部分において逆テーパー形状が発生する。
【００６１】
上述の実施例によれば、先ず第１の種類のエッチングガスにより、異方性の高いエッチングを行ってパターン密度の粗な部分でタングステン又はタングステンシリサイド層を異方的にエッチングし、ほぼ垂直な側壁を形成する。
【００６２】
この主エッチング工程に続き、塩素を含むガスと窒素ガスとを含むエッチングガスを用い、タングステン又はタングステンシリサイド層のオーバーエッチング工程を行う。このオーバーエッチング工程においては、ＷＮx からなる側壁保護膜がパターン側壁に堆積するものと考えられる。さらに、この窒化物の保護膜は、堆積する量がパターン密度に依存する。パターン密度の粗な部分においては堆積する量が多く、パターン側壁が強く保護される。これに対し、パターン密度の密な部分においては堆積する窒化物の保護膜の量が少なく、エッチング形状が順テーパー状となる程度を低減することができる。
【００６３】
エッチングの始めから第２の種類のエッチングガスを用いてエッチングを行うと、広いスペースを有する領域においては強い順テーパー形状が形成され易いが、パターン密度の粗な部分においては、垂直形状を有するパターンニングが既に完了しているため、順テーパー形状を防止することができる。
【００６４】
広いスペースを有するパターン密度の粗な領域においてタングステン又はタングステンシリサイド層の側壁の垂直形状を保護膜で守り、逆テーパー形状の狭いスペースを有する高密度パターン領域においては、保護膜堆積量を減少させることにより、順テーパーの程度を低減させることができる。
【００６５】
さらに、このオーバーエッチング工程において、タングステン又はタングステンシリサイド層の下にシリコン層が存在する場合、パターン密度の低い領域においてシリコン層のエッチングにより生成するＳｉＮx Ｃｌy により側壁を保護することができる。このためサイドエッチングを防止することもできる。
【００６６】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、タングステン又はタングステンシリサイド層をほぼ垂直に異方性エッチングすることができる。
【００６８】
ポリサイド構造のエッチングにおいては、シリサイド層とシリコン層を共にほぼ垂直にエッチングすることができる。
【００６９】
サイドエッチングの量も抑制することができ、高いパターン精度を得ることができる。
【００７０】
エッチングの寸法精度を高くすることができ、高性能の半導体集積回路を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例による半導体装置の製造方法の主要工程を示す半導体基板の断面図である。
【図２】 本発明の実施例による半導体装置の製造方法の主要工程を示す半導体基板の断面図である。
【図３】 ＥＣＲプラズマエッチャー装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】 本発明者の行った予備実験を説明するための断面図および三次元グラフである。
【図５】 従来の技術を説明するための半導体基板の断面図である。
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板、 ２ ＳｉＯ2 層、 ３ シリコン層、 ４ タングステンシリサイド層、 ５、６ 開孔、 ７ レジストパターン、 ８、９、１０ プラズマ
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング方法に関し、特にタングステン層またはタングステンシリサイド層を含むエッチング対象層をエッチするエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置にタングステンやタングステンシリサイドが広く用いられるようになってきている。タングステンシリサイドは、シリサイドの１種として、多結晶（ポリ）シリコン層上に積層されてポリサイド電極（配線）を形成する他、単独でもローカル配線等に用いられる。タングステンは、化学気相堆積（ＣＶＤ）で導電領域上に選択成長することも、下地全面上にブランケット成長することもでき、導電性プラグや下層配線として広く利用されている。なお、タングステンをスパッタリングすることもできる。タングステンシリサイド層は、一般にＣＶＤで形成するか、タングステンシリサイドをターゲットとしてスパッタリングで形成する。
【０００３】
高集積度の半導体集積回路内の微細ＭＯＳトランジスタの多くは、ゲート電極としてポリサイド構造を有する。下層のシリコン層によってＭＯＳトランジスタの閾値特性を確保し、上層のシリサイド層によってゲート電極（配線）の抵抗値を低減している。ＭＯＳトランジスタの特性、特に動作速度はゲート長に大きく影響される。狭いゲート長のトランジスタを高精度に作成するには、ポリサイド積層を高精度にエッチングする技術が望まれる。
【０００４】
以下、ゲート電極にＷＳｉ2 ／ｐｏｌｙＳｉのポリサイド積層を用いた場合のパターニング工程を説明する。ＷＳｉ2 は、塩素を含有するガスと酸素ガスとの混合ガスでエッチングするのが一般的である。例えば、塩素含有ガスとしてＣｌ2 を用いる。酸素ガスの添加は、蒸気圧の比較的高いＷＯＣｌ4 を生成してエッチングを容易にするために行われる。また、ｐｏｌｙＳｉのエッチングにおいても、ＳｉＯ2 のゲート酸化膜との選択比を向上させるために酸素ガスを添加することが多い。
【０００５】
図５は、このような従来の技術によるＣｌ2 ／Ｏ2 プラズマを用いたＷＳｉ2 ／ｐｏｌｙＳｉ積層のエッチングを示す。Ｓｉ基板１０１の上に、ゲート酸化膜となる薄いＳｉＯ2 層１０２が形成され、その上に多結晶（ｐｏｌｙ）Ｓｉ層１０３、ＷＳｉ2 層１０４が積層されている。ＷＳｉ2 層１０４の上に、レジストマスク１０７が形成される。レジストマスク１０７は、ゲート形状に合わせたパターンを有する。ＬＳＩの配線が微細になるに従って、配線間のスペース部分Ｓのアスペクト比（高さ／幅）は増大する。
【０００６】
図中上方の空間にＣｌ2 ／Ｏ2 ガスを供給し、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給してＣｌ2 ／Ｏ2 のプラズマ１０８を生成させる。また、シリコン基板１０１を載置するウエハサセプタに、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）を印加する。
【０００７】
エッチング条件は、例えば圧力＝２ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー＝１４００Ｗ、ＲＦパワー＝４０Ｗ、エッチングガスの流量はＣｌ2 ／Ｏ2 ＝２５／９ｓｃｃｍである。
【０００８】
レジスト１０７の形状に従い、先ずその下のＷＳｉ2 層１０４がほぼ垂直にエッチングされる。やがてレジストマスク１０７の外側に広い空間が露出する広いスペース部においてはＷＳｉ2 層１０４のエッチングが終了する。この時点においても、パターン間のスペース部が狭い領域においては、マイクロローディング効果によりエッチング速度が低下するので、ＷＳｉ2 層のエッチングは終了しない。
【０００９】
続けてエッチングを行っていくと、狭いスペース部でＷＳｉ2 層１０４のエッチングが更に進行し、広いスペース部においてはＷＳｉ2 層の下のｐｏｌｙＳｉ層１０３のエッチングが進行する。やがて、狭いスペース部でもＷＳｉ2 層１０４のエッチングが終了し、その下のｐｏｌｙＳｉ層１０３がエッチングされる。広いスペース部に続き、狭いスペース部でもｐｏｌｙＳｉ層１０３のエッチングが終了すると、図に示すような形状となる。
【００１０】
この時、ＷＳｉ2 層１０４の狭いスペース部に面した側壁は、図に示すように逆テーパー状となってしまう。これは、Ｓｉ層のエッチングおよびオーバーエッチングにおいて、過剰となった酸素とＷＳｉ2 層の側壁とが反応して、ＷＯＣｌx を形成し、蒸発するためにＷＳｉ2 層の側壁がエッチされるためであると考えられている。
【００１１】
このように、ＷＳｉ2 層の側壁が逆テーパー状となると、その後のイオン注入工程において、ゲート電極直下にも不純物が打ち込まれることになり、実効的なゲート長が変化してしまう。また、サイドウォールスペーサの形状寸法もゲート側壁が垂直な場合と異なるので、ＭＯＳトランジスタのゲインや寿命が所望の値にならない可能性がある。
【００１２】
逆テーパ形状の発生を防止するためにイオンエネルギを高めて、エッチングの異方性を高めることが考えられる。しかし、イオンエネルギを高めるとレジストのエッチング選択性が低下するのでレジスト膜厚を厚くしなければならなくなる。レジスト膜を厚くするとホトリソグラフィの分解能が損なわれ、加工精度が低下してしまう。
【００１３】
特開平１−２３９９３２号公報は、塩素ガス（Ｃｌ2 ）と窒素ガス（Ｎ2 ）とを混合したエッチングガスを用いて、タングステンシリサイド層とポリシリコン層との積層をエッチングする方法を提案している。このエッチングガスを用いると、タングステンシリサイド層は順テーパー状にエッチングされ、ポリシリコン層は垂直にエッチングされることが報告されている（同公報第３頁右下欄〜第４頁右上欄）。
【００１４】
また同公報は、下層のポリシリコン層をエッチングする際、主エッチングに続き、残膜をエッチするために塩素ガスと窒素ガスとＳｉＣｌ4 ガスとの混合ガスを用いてオーバーエッチングする技術も記載している（同公報第４頁右上欄〜第４頁右下欄）。
【００１５】
ＵＳＰ５，２１９，４８５号は、ポリサイド電極に対する種々のエッチング工程を開示している。その１つとして、タングステンシリサイド層とポリシリコン層との積層を、ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ／ＮＦ3 の混合ガスでエッチングする方法が提案されている。ＮＦ3 は、ＷＳｉ2 層をエッチングする際に、蒸気圧の高いＷのフッ化物（ＷＦ6 ）を形成し、エッチング速度を高めるために用いられる（第１５図、第９欄、第１〜１９行）。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、タングステンシリサイド層とポリシリコン層との積層構造をＣｌ2 ／Ｏ2 ガスでエッチングすると、タングステンシリサイド層が逆テーパー状にエッチングされてしまう。Ｃｌ2 ／Ｏ2 の代わりに、Ｃｌ2 ／Ｎ2 を用いると、ＷＳｉ2 層が逆テーパー状となることは防止できるが、逆に順テーパー状となってしまう。微細パターンのエッチングにおいては、エッチングのパターン精度を向上させるためには、ほぼ垂直に側壁を形成できることが望ましい。
【００１７】
本発明の目的は、タングステンまたはタングステンシリサイド層をほぼ垂直にエッチングできる異方性エッチングの方法を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、タングステンまたはタングステンシリサイド層とポリシリコン層との積層をほぼ垂直にエッチングすることのできる異方性エッチング方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、下地表面上に形成され、タングステンまたはタングステンシリサイドで形成されたエッチング対象層の上に、広いスペース部に挟まれた孤立パターンと狭いスペース部を介して配置された複数個の密集パターンとを含むエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを介して、前記エッチング対象層を塩素を含むガスと酸素ガスとを含む第１の種類のガスでエッチングし、前記広いスペース部の下地表面を露出する第１エッチング工程と、第１エッチング工程に続き、塩素を含むガスと窒素ガスとを含む第２の種類のエッチングガスで、残ったエッチング対象層をエッチングする第２エッチング工程とを含むエッチング方法が提供される。
【００２０】
タングステンまたはタングステンシリサイド層は、Ｃｌ2 ／Ｏ2 などの第１の種類のガスでほぼ垂直に異方性エッチングすることが可能である。
【００２１】
同一基板上に狭いスペース部を有するパターン密度の高い領域と広いスペース部を有するパターン密度の低い領域とが混在する場合、マイクロローディング効果によりパターン密度の低い領域ではエッチングが終了しても、パターン密度の高い領域ではエッチングは未だ終了しない。パターン密度の高い領域でエッチングを完了させるために、第１の種類のガスとは異なる第２の種類のエッチングガスを用い、残ったタングステン又はタングステンシリサイド層をオーバーエッチングすることにより、タングステン又はタングステンシリサイド層の全体をほぼ垂直に異方性エッチングすることが可能となる。
【００２２】
タングステン又はタングステンシリサイド層の下にシリコン層が存在する場合、シリコン層も併せて垂直にエッチングすることが望まれる。第２の種類のガスを選択することにより、シリコン層もほぼ垂直にエッチングすることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
上述のように、特開平１−２３９９３２号は、分子中に塩素原子を含む塩素系ガスと窒素ガスとを含んでいるエッチングガスを用いて、ポリサイド構造のゲート積層膜をドライエッチングする方法を提案している。しかしながら、この方法によれば、シリサイド膜は順テーパー状にエッチングされる。シリサイド層の下のポリシリコン層は、必然的にレジストパターンよりも広い幅を有することになる。従って、極めて短いゲート長を有するＭＯＳトランジスタ等を作成する際には、この方法では限界が生じる。また、順テーパー形状を正確に制御できなければ、エッチング工程のパターン精度も低下してしまう。
【００２４】
なお、ＷＳｉ2 のＲＩＥラグのデータから判断すると、ラインアンドスペースパターンのスペース部のアスペクト比（高さ／幅）が１を越えるようなパターンを密パターン（高密度パターン）と定義することができる。実際の半導体装置においては、メモリセル領域の配線パターン等が高密度パターン又は配線が密な領域として定義できる。
【００２５】
エッチングが終了した時点において、配線の断面形状の上端が、レジストマスクの下端と一致し、レジストマスクの端部からサイドエッチされた箇所が何もない状態が得られる場合、エッチングはテーパーエッチングであると定義できる。この定義によれば、垂直な側壁を有する配線を形成する異方性エッチングもテーパーエッチングである。
【００２６】
順テーパーとは、エッチングした配線層の断面形状において、下地表面から見た仰角が０°〜９０°であるエッチング形状を指す。
【００２７】
また、エッチングした配線層の断面形状において、基板側から見た仰角が９０°を越えて１８０°までの領域にある場合、そのようなテーパーを逆テーパーと定義できる。半導体装置の構成としては、エッチングはテーパーエッチングであり、かつ順テーパーの形状を形成することが好ましい。順テーパーの断面形状を作成できてもマスク端部に浸食が生じたような（非テーパーエッチング）の場合、高いパターン精度を実現することは困難である。
【００２８】
パターンの外側に広いスペース部分を有する低密度パターン領域において対象とする層のエッチングが終了した時点から、パターンとパターンの間に狭いスペース部分しか有さない高密度パターン領域において対象とする層を完全に除去するまでのエッチングをオーバーエッチングと定義する。
【００２９】
本発明者は、Ｃｌ2 ／Ｎ2 をエッチングガスとする異方性エッチングの性質をより詳細に調べた。
【００３０】
図３は、この予備実験において用い、さらに本発明の実施例においても用いたエレクトロンサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマエッチャー装置の構成を概略的に示す断面図である。エッチャー装置のハウジング２０は、金属で形成され、その内部に導波管２６及び反応室２１を画定する。
【００３１】
導波管２６と反応室２１の境には、石英ガラス等のマイクロ波を透過させる透過窓２７が気密に設けられている。導波管２６上方より例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給し、反応室２１内にマイクロ波を導く。反応室２１は、径の狭い部分と広い部分の２段構造を有し、それぞれの外側に電磁石２４、２５を備えている。これらの電磁石２４、２５の発生する磁場中にマイクロ波を導入することにより、ＥＣＲ条件を成立させる。反応室２１には、図示しないガス供給孔と、排気孔３３が接続されている。
【００３２】
また、反応室下部には、ハウジングに気密に結合され、下部電極となるウエハサセプタ２８が設けられている。このウエハサセプタ２８には、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源２９が接続されている。ウエハサセプタ２８上にシリコンウエハ３１を載置し、反応室２１内にＥＣＲプラズマを発生させ、エッチングの実験を行う。
【００３３】
図４（Ａ）は、実験に用いたサンプルの１つの構成を概略的に示す。Ｓｉ基板４０の上に、ＷＳｉ2 層４１が形成され、その上にレジストパターン４２が形成されている。このレジストパターン４２をエッチングマスクとし、Ｃｌ2 ／Ｎ2 をエッチングガスとしたＥＣＲプラズマエッチングを行った。エッチング条件は以下の通りである。
【００３４】
圧力＝２ｍＴｏｒｒ、
マイクロ波パワー＝１４００Ｗ、
ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）パワー＝４０Ｗ、
Ｃｌ2 ＋Ｎ2 ＝３０〜１００ｓｃｃｍ
このような条件でＷＳｉ2 層４１をエッチングすると、図４（Ａ）に示すように、ＷＳｉ2 層４１は順テーパー状にエッチングされた。順テーパー状の側壁がＳｉ基板４０となすテーパー角度をθとする。エッチングガスの総ガス流量およびそのエッチングガス中のＮ2 流量割合（％）を変化させてＷＳｉ2 層４１のエッチングを行った。その結果を図４（Ｂ）に示す。
【００３５】
図４（Ｂ）のグラフから明らかなように、Ｎ2 流量割合を増やすと、順テーパー角度は徐々に減少する。総ガス流量の変化に対しても、テーパー角θは連続的な変化を示している。このような順テーパー角の変化は、エッチングの進行と共に、Ｗの窒化物（ＷＮx ）およびＳｉの窒化物がＷＳｉ2 層４１の側壁に付着するからであると考えられる。図４（Ｂ）の結果は、Ｎ2 流量割合を増やすと側壁保護膜の窒化物堆積量が増えることを示していると考えられる。
【００３６】
本発明者は、さらにレジストパターンのパターン密度を変化させた実験を行った。
【００３７】
図４（Ｃ）は、実験に用いたサンプルの形状を概略的に示す。図４（Ａ）のサンプルと同様、Ｓｉ基板４０の上にＷＳｉ2 層４１を堆積し、その上にレジストパターン４２を形成した。レジストパターン４２は、ライン幅０．５μｍのパターンが０．５μｍの間隔で並列に配置された狭いスペースを有するパターン（図中左側）と、幅０．５μｍのパターンが広いスペースに孤立して配置された孤立配線部分（図中右側）を有する。エッチング条件は、上述の実験と同様
圧力＝２ｍＴｏｒｒ、
マイクロ波パワー＝１４００Ｗ、
ＲＦパワー＝４０Ｗ、
Ｃｌ2 ／Ｎ2 ＝２７／３ｓｃｃｍ
とした。またオープンスペースでのＷＳｉ2 層のエッチング深さを２５０ｎｍに設定した。
【００３８】
この条件でＷＳｉ2 層４１をエッチングすると、孤立配線パターンでは仰角３６°の順テーパー形状が形成され、密集配線パターンでは仰角５３．５°の順テーパー形状を有するエッチング形状が得られた。すなわち、順テーパー形状のテーパー角は、パターンの密度に依存することが判明した。テーパー角度は、パターンの密度が高くなるほど高くなるものと期待される。
【００３９】
この実験結果を解釈すると、孤立配線パターンの側壁上には窒化物の側壁保護膜が多く堆積し、狭い間隔で配置した密集配線パターンの側壁上には、側壁保護膜が少なく堆積すると推定される。狭い間隔で配置した密集配線パターンの場合、側壁保護膜が堆積してもその量は広いオープンスペースよりも少量となり、エッチング後の側壁は垂直に近づくことが推定される。
【００４０】
上述の実験においては、塩素を含むガスとしてＣｌ２を用いたが、塩素を含むガスとしてＣｌ２，ＨＣｌ，ＢＣｌ３，ＳｉＣｌ ４ ，Ｓ ２ Ｃｌ ４ ，ＣＣｌ４のいずれか、又はこれらの組合わせを用いることができるであろう。タングステンシリサイドの代わりにタングステンを用いても同様の結果が得られるであろう。
【００４１】
タングステンまたはタングステンシリサイド層をＣｌ2 等の塩素含有ガスと窒素ガスとの混合ガスでエッチングすると、エッチングしたタングステンまたはタングステンシリサイド層の断面形状が順テーパー状となることは避け難いであろう。
【００４２】
Ｃｌ2 ／Ｏ2 等のエッチングガスを用いれば、タングステン又はタングステンシリサイド層の側壁が垂直な形状でエッチングを行うことができる。しかしながら、このエッチングを低密度パターン領域でのエッチングが終了した後も続け、高密度パターン領域でのエッチングが終了するまで行うと、高密度パターン領域においてタングステンまたはタングステンシリサイド層の断面形状が逆テーパー状となることは従来技術で述べた通りである。
【００４３】
本発明者は、タングステンまたはタングステンシリサイド層の異方性エッチングにおいて、垂直断面形状を得ることの可能なエッチングガスを用いる主エッチング工程と、塩素含有ガスと窒素ガスの混合ガスを含むエッチングガスを用いるオーバーエッチング工程とを用いることを提案する。
【００４４】
図１、図２は、本発明の実施例によるエッチング方法の主要工程を示す半導体基板の断面図である。
【００４５】
図１（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１の表面上にゲート酸化膜等の薄いシリコン酸化膜２を形成し、その上に多結晶Ｓｉ層３とタングステンシリサイド層４の積層を堆積する。タングステンシリサイド層４の上に、ホトレジストパターン７を形成する。ホトレジストパターンは狭い間隔でパターンが高密度に密集した密集パターン領域ＮＳとパターンの両側に広いスペース部分が存在する低密度パターン領域ＷＳとを含む。
【００４６】
図１（Ｂ）に示すように、まずＣｌ2 ／Ｏ2 ガスを用いたＣｌ2 ／Ｏ2 プラズマ８により、タングステンシリサイド層４の主エッチング工程を行う。この主エッチング工程は、低密度パターン領域ＷＳにおいてタングステンシリサイド層４が完全にエッチングされるまでのエッチング工程である。
【００４７】
この工程が終了した時点で、低密度パターン領域ＷＳでは多結晶Ｓｉ層３の表面が露出した広い開孔５が形成されている。高密度パターン領域ＮＳにおいてはマイクロローディング効果によりエッチング速度が低下するため、タングステンシリサイド層４の厚さの中間部まで進行した溝６が形成されている。
【００４８】
図２（Ｃ）に示すように、高密度パターン領域ＮＳにおいてタングステンシリサイド層４を完全にエッチングするオーバーエッチング工程を行う。このオーバーエッチング工程は、エッチングガスをＣｌ2 ／Ｎ2 に変換して行う。
【００４９】
上述の予備実験から判明したように、低密度パターン領域においてはタングステンシリサイド層４の側壁に窒化物の保護膜１１が多く堆積する。これに対し、高密度パターン領域ＮＳにおいては窒化物の保護膜１２が少なく堆積する。このため、低密度パターン領域ＷＳにおいてはタングステンシリサイド層４の側壁に十分な量の保護膜１１が堆積し、タングステンシリサイド層４が横方向からエッチングされることが少ない。このため、側壁の垂直形状が維持され、寸法精度が保たれる。
【００５０】
高密度パターン領域ＮＳにおいては、タングステンシリサイド層４の側壁上に堆積する窒化物の保護膜１２が少なく、タングステンシリサイド層４のエッチングが効率的に続行される。側壁は、若干の順テーパ形状か、ほぼ垂直な形状となる。高密度パターン領域ＮＳにおいてオーバーエッチングが終了するまでの間に、低密度パターン領域においてはタングステンシリサイド層４の下の多結晶Ｓｉ層３がエッチングされる。このＣｌ2 ／Ｎ2 によるシリコンのエッチングは、垂直な側壁を形成する。すなわち、オーバーエッチング工程において低密度パターン領域で逆テーパー形状は生ぜず、ほぼ垂直な側壁が得られ、高密度パターン領域においては垂直な側壁が得られる。
【００５１】
図２（Ｄ）は、多結晶Ｓｉ層の異方性エッチング工程を示す。タングステンシリサイド層４のオーバーエッチングを終了した後、再びガスを切り換えて多結晶Ｓｉ層３の垂直なエッチングを行う。エッチングガスを例えばＣｌ2 ／Ｏ2 に切り換え、ＥＣＲプラズマエッチングを行う。Ｃｌ2 ／Ｏ2 プラズマ１０は、ＳｉＯ2 層２に対して高い選択比を保ち、Ｓｉ層３を垂直にエッチングできる性質を有する。
【００５２】
なお、図２（Ｃ）に示すＣｌ2 ／Ｎ2 のプラズマエッチングによってもＳｉ層を垂直にエッチングすることができる。従ってＣｌ2 ／Ｎ2 のプラズマエッチングからＣｌ2 ／Ｏ2 のプラズマエッチングへの切替はＳｉ層の下地のＳｉＯ2 層が露出した時でもよい。ＷＳｉ2 層のオーバーエッチング終了からＳｉＯ2 層露出までの間でもよい。Ｃｌ2 ／Ｎ2 ガスのエッチングで下地との選択比が取れればＣｌ2 ／Ｎ2 でＳｉ層を全てエッチングしてもよい。
【００５３】
なお、このＳｉ層の垂直エッチングの際、タングステンシリサイド層４の側壁上には保護膜が残存しているため、タングステンシリサイド層がエッチングされて逆テーパー形状ができることが防止される。
【００５４】
このような工程により、タングステンシリサイド層とシリコン層の積層から成るポリサイド積層構造をほぼ垂直にエッチングすることができる。
【００５５】
なお、タングステンシリサイド層のエッチングにＣｌ2 ／Ｏ2 を用いたが、タングステンまたはタングステンシリサイドを垂直にエッチングすることのできる他のエッチングガスを用いてもよい。
【００５６】
ＷＳｉ2 層／シリコン層のポリサイド層をエッチングする場合を説明したがタングステンシリサイド層またはタングステン層の単層のエッチングにも同様の工程を用いることができよう。タングステンまたはタングステンシリサイド層のオーバーエッチング工程において、塩素を含むガスと窒素ガスとの混合ガスを含むエッチングガスを用いることが重要である。
【００５７】
なお、塩素を含むガスと窒素ガスとを含むガス（たとえば、Ｃｌ2 ／Ｎ2 ）により、シリコン層を垂直にエッチングすることは可能である。従って、タングステン又はタングステンシリサイド層のエッチングが終了した後も、塩素を含むガスと窒素ガスとを含む混合ガスによりエッチングを続け、タングステン又はタングステンシリサイド層の下のシリコン層をエッチングしても良い。
【００５８】
また、ポリサイド構造のエッチングに限らず、タングステン又はタングステンシリサイド層の単層を上述のようにエッチングしても良い。この場合、当然にシリコン層のみのエッチング工程は省略することができる。
【００５９】
ＭＯＳトランジスタのゲート長は、動作速度を決める重要な要素である。半導体チップ上にパターン密度の粗な部分とパターン密度の密な部分が存在する場合、パターン密度の粗な部分ではゲート電極パターンの両側に広いスペース部分が存在する。パターン密度の密な部分においては、ゲート電極パターンが狭い間隔をおいて密集して配置される。このようなパターン形状においては、パターン密度の密な部分でエッチング速度が遅れるマイクロローディング効果（又はＲＩＥラグ）が発生する。
【００６０】
従来の技術によれば、全てのパターンにおいて順テーパー形状が発生するか、パターン密度の密な部分において逆テーパー形状が発生する。
【００６１】
上述の実施例によれば、先ず第１の種類のエッチングガスにより、異方性の高いエッチングを行ってパターン密度の粗な部分でタングステン又はタングステンシリサイド層を異方的にエッチングし、ほぼ垂直な側壁を形成する。
【００６２】
この主エッチング工程に続き、塩素を含むガスと窒素ガスとを含むエッチングガスを用い、タングステン又はタングステンシリサイド層のオーバーエッチング工程を行う。このオーバーエッチング工程においては、ＷＮx からなる側壁保護膜がパターン側壁に堆積するものと考えられる。さらに、この窒化物の保護膜は、堆積する量がパターン密度に依存する。パターン密度の粗な部分においては堆積する量が多く、パターン側壁が強く保護される。これに対し、パターン密度の密な部分においては堆積する窒化物の保護膜の量が少なく、エッチング形状が順テーパー状となる程度を低減することができる。
【００６３】
エッチングの始めから第２の種類のエッチングガスを用いてエッチングを行うと、広いスペースを有する領域においては強い順テーパー形状が形成され易いが、パターン密度の粗な部分においては、垂直形状を有するパターンニングが既に完了しているため、順テーパー形状を防止することができる。
【００６４】
広いスペースを有するパターン密度の粗な領域においてタングステン又はタングステンシリサイド層の側壁の垂直形状を保護膜で守り、逆テーパー形状の狭いスペースを有する高密度パターン領域においては、保護膜堆積量を減少させることにより、順テーパーの程度を低減させることができる。
【００６５】
さらに、このオーバーエッチング工程において、タングステン又はタングステンシリサイド層の下にシリコン層が存在する場合、パターン密度の低い領域においてシリコン層のエッチングにより生成するＳｉＮx Ｃｌy により側壁を保護することができる。このためサイドエッチングを防止することもできる。
【００６６】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、タングステン又はタングステンシリサイド層をほぼ垂直に異方性エッチングすることができる。
【００６８】
ポリサイド構造のエッチングにおいては、シリサイド層とシリコン層を共にほぼ垂直にエッチングすることができる。
【００６９】
サイドエッチングの量も抑制することができ、高いパターン精度を得ることができる。
【００７０】
エッチングの寸法精度を高くすることができ、高性能の半導体集積回路を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例による半導体装置の製造方法の主要工程を示す半導体基板の断面図である。
【図２】 本発明の実施例による半導体装置の製造方法の主要工程を示す半導体基板の断面図である。
【図３】 ＥＣＲプラズマエッチャー装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】 本発明者の行った予備実験を説明するための断面図および三次元グラフである。
【図５】 従来の技術を説明するための半導体基板の断面図である。
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板、 ２ ＳｉＯ2 層、 ３ シリコン層、 ４ タングステンシリサイド層、 ５、６ 開孔、 ７ レジストパターン、 ８、９、１０ プラズマ
Claims (6)
- 下地表面上に形成され、タングステンまたはタングステンシリサイドで形成されたエッチング対象層の上に、広いスペース部に挟まれた孤立パターンと狭いスペース部を介して配置された複数個の密集パターンとを含むエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを介して、前記エッチング対象層を塩素を含むガスと酸素ガスとを含む第１の種類のガスでエッチングし、前記広いスペース部の下地表面を露出する第１エッチング工程と、
第１エッチング工程に続き、塩素を含むガスと窒素ガスとを含む第２の種類のエッチングガスで、残ったエッチング対象層をエッチングする第２エッチング工程と
を含むエッチング方法。 - 前記塩素を含むガスがＣｌ2 、ＨＣｌ、ＢＣｌ3 、ＳｉＣｌ4、Ｓ2Ｃｌ4 、ＣＣｌ4 の少なくとも１種類である請求項１記載のエッチング方法。
- 絶縁層上に形成されたシリコン層を最上層として有する下地の表面上に形成され、タングステンまたはタングステンシリサイドで形成されたエッチング対象層の上に、広いスペース部に挟まれた孤立パターンと狭いスペース部を介して配置された複数個の密集パターンとを含むエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを介して、前記エッチング対象層を塩素を含むガスと酸素ガスとを含む第１の種類のガスで側壁がほぼ垂直な形状にエッチングし、前記広いスペース部の下地表面を露出する第１エッチング工程と、
第１エッチング工程に続き、塩素を含むガスと窒素ガスとを含む第２の種類のガスで、残ったエッチング対象層をエッチングする第２エッチング工程と、
第２エッチング工程に続き、前記第１の種類のガスでシリコン層をエッチングする第３エッチング工程と
を含むエッチング方法。 - 下地絶縁層上に形成され、シリコン層及びタングステン層またはタングステンシリサイド層で形成されたエッチング対象層の上に、広いスペース部に挟まれた孤立パターンと狭いスペース部を介して配置された複数個の密集パターンとを含むエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを介して、前記エッチング対象層のタングステン層またはタングステンシリサイド層を塩素を含むガスと酸素ガスとを含む第１の種類のガスでエッチングし、前記広いスペース部のシリコン層表面を露出する第１エッチング工程と、
第１エッチング工程に続き、塩素を含むガスと窒素ガスとを含む第２の種類のガスで、残ったエッチング対象層をエッチングする第２エッチング工程と、
前記広いスペース部の下地絶縁層が露出する前に、前記第２エッチング工程を終了し、前記第１の種類のガスで残ったシリコン層をエッチングする第３エッチング工程と
を含むエッチング方法。 - 下地絶縁層上に形成され、シリコン層及びタングステン層またはタングステンシリサイド層で形成されたエッチング対象層の上に、広いスペース部に挟まれた孤立パターンと狭いスペース部を介して配置された複数個の密集パターンとを含むエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを介して、前記エッチング対象層のタングステン層またはタングステンシリサイド層を塩素を含むガスと酸素ガスとを含む第１の種類のガスでエッチングし、前記広いスペース部のシリコン層表面を露出する第１エッチング工程と、
第１エッチング工程に続き、塩素を含むガスと窒素ガスとを含む第２の種類のガスで、残ったエッチング対象層をエッチングする第２エッチング工程と、
前記広いスペース部の下地絶縁層が露出した後に、前記第２エッチング工程を終了し、前記第１の種類のガスで残ったシリコン層をエッチングする第３エッチング工程と
を含むエッチング方法。 - 下地表面上に形成され、タングステンまたはタングステンシリサイドで形成されたエッチング対象層の上に、広いスペース部に挟まれた孤立パターンと狭いスペース部を介して配置された複数個の密集パターンとを含むエッチングマスクを形成する工程と、
塩素を含むガスと酸素ガスとを含む第１の種類のガスを用いて、前記エッチング対象層を側壁がほぼ垂直な形状にエッチングし、前記広いスペース部の下地表面を露出する第１のエッチング工程と、
塩素を含むガスと窒素ガスとを含む第２の種類のガスを用いて、前記狭いスペース部に面する側壁と比較して前記広いスペース部に面する側壁に、より多く窒化物を堆積してサイドエッチングを抑制し、残ったエッチング対象層を、前記広いスペース部に面する側壁と前記狭いスペース部に面する側壁とがほぼ垂直に形成されるようにエッチングして、パターニングを完了する第２のエッチング工程と
を含むエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26899097A JP3780657B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | エッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26899097A JP3780657B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | エッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11111689A JPH11111689A (ja) | 1999-04-23 |
| JP3780657B2 true JP3780657B2 (ja) | 2006-05-31 |
Family
ID=17466135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26899097A Expired - Fee Related JP3780657B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | エッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3780657B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015028996A (ja) | 2013-07-30 | 2015-02-12 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
-
1997
- 1997-10-01 JP JP26899097A patent/JP3780657B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11111689A (ja) | 1999-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2968180B2 (ja) | 集積回路の形成方法 | |
| US6716761B2 (en) | Method of forming fine patterns | |
| JP2001156170A (ja) | 多層配線の製造方法 | |
| KR100954107B1 (ko) | 반도체 소자의 제조방법 | |
| US6383942B1 (en) | Dry etching method | |
| KR100316028B1 (ko) | 메모리소자의 메탈 전극 형성방법 | |
| US6227211B1 (en) | Uniformity improvement of high aspect ratio contact by stop layer | |
| JP3891087B2 (ja) | ポリシリコンエッチング方法 | |
| JP3780657B2 (ja) | エッチング方法 | |
| KR100278277B1 (ko) | 실리사이드의콘택저항개선을위한반도체소자제조방법 | |
| US6395639B1 (en) | Process for improving line width variations between tightly spaced and isolated features in integrated circuits | |
| JPH11135481A (ja) | エッチング方法 | |
| US20040121593A1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device through use of mask material | |
| US6242362B1 (en) | Etch process for fabricating a vertical hard mask/conductive pattern profile to improve T-shaped profile for a silicon oxynitride hard mask | |
| KR100400302B1 (ko) | 반도체 소자의 제조 방법 | |
| JP3696655B2 (ja) | 配線形成方法 | |
| US20010051386A1 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
| JP2001118927A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP3371180B2 (ja) | 配線形成方法 | |
| JP3551560B2 (ja) | Ｍｏｓトランジスタのゲート電極加工方法 | |
| KR20010004177A (ko) | 반도체소자 제조방법 | |
| KR100756772B1 (ko) | 트랜지스터의 제조 방법 | |
| TWI220768B (en) | Method of forming a gate and method of forming a contact window | |
| JP3028306B2 (ja) | 半導体素子の多層膜の乾式エッチング方法 | |
| KR100832027B1 (ko) | 하드마스크의 경사 프로파일을 방지할 수 있는반도체소자의 패턴 형성방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040402 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040915 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040928 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041129 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051129 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060110 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060214 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060227 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090317 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100317 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110317 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110317 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120317 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130317 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140317 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |