JPH03109728A - 半導体装置の製造方法 - 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、いわゆる発散磁界型の電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）プラズマ装置を使用して基体の処理を行う
半導体装置の製造方法に関し、特にフロン系ガスを使用
せずに被処理基体へのダメージが少ない異方性エツチン
グを行う方法に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、発散磁界型のＥＣＲプラズマ装置を使用して
基体の処理を行う半導体装置の製造方法において、プラ
ズマ生成室内に不活性ガスを導入し、かつ反応室内に臭
素を含むガスを導入することにより、フロン系ガスを使
用せずに被処理基体へのダメージが少ない異方性エツチ
ングを可能とするものである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路は、ＬＳＩからＶＬＳＩ、ＵＬＳＩへと
進歩し、メガビットクラスの集積度と、サブミクロン微
細前ニレベルを持つに至っている。

このような高集積化、微細化と共に高機能化、高速化、
高倍転化への要求もますます高まっている。

中でも、デバイスの高速化を実現するには、ゲ−ト配線
に代表される各種配線の低抵抗化が必須であり、これに
適する材料として高融点金属シリサイドが注目されてい
る。さらに、従来のプロセス、特にゲートプロセスとの
互換性を保証する目的で、不純物を導入した多結晶シリ
コン層と高融点金属シリサイドを積層したポリサイド膜
も知られている。これは、デバイス特性や信幀性に最も
影響を与え易いゲート絶縁膜との界面に実績のある多結
晶シリコンを配し、その上の高融点金属シリサイド層で
低抵抗化を図るものであり、ゲート配線ではこれが主流
となっている。

ところで、高集積度を有する半導体装置の製造において
は、微細パターンを実現するために異方性エツチングが
不可欠の技術である。しかし、上述のポリサイド膜の異
方性エツチングは一般に制御が困難である。すなわち、
ポリサイド膜のエツチングにおいては、生成するハロゲ
ン化合物の蒸気圧の差に起因して上層の高融点金属シリ
サイド層よりも下層の多結晶シリコン層が速くエツチン
グされること、あるいは多結晶シリコンの粒界にハロゲ
ンが蓄積して異方性が低下すること等の理由により、パ
ターンにアンダカットやくびれ等を生じやすいからであ
る。ゲート配線の形成は、特に自己整合技術においてチ
ャネル長に直接影響を与えるために高い寸法情度を要求
するので、このようなパターン異常は極めて有害である
。このため、従来ではポリサイド膜の上下層のエツチン
グ速度の差を小さく抑え、かつ異方性エツチングを達成
するために、フロン１１３　（Ｃ，ｔｌｉＦり。

フロン１１４　ＣＣ２Ｃｆｆ１ｚＦａ）、フロン１１５
（ＣｚＣＪ！Ｆｓ）等のフロン系ガスが使用されている
。このガスは、分子中の塩素とフッ素がそれぞれ効果的
にエツチングに寄与し、しかも炭素系ポリマーの堆積に
よって側壁保護を行いながら異方性の高いエツチングを
行えることから広く用いられている。

しかしながら、上記炭素系ポリマーは側壁保護膜として
エツチング断面に堆積するのみならず、エツチング装置
の内壁にも堆積して汚染の原因となる。また、炭素原子
を含むエツチングガスを使用すると、酸化シリコン等の
下地に対する選択比が低下するという問題もある。さら
に、上記フロン系ガスは、周知のように地球のオゾン層
破壊の元凶となることが指摘されており、今後は使用が
規制されることが予想される。したがって、半導体装置
の製造分野においてもフロン系ガスの代替品を見出し、
効果的に利用する技術を確立することが急務である。

このような事情から、炭素原子を含まないエツチングガ
スを用いるエツチング技術が要望されており、かかる技
術の一例として、ブロシーデインダス・オブ・ドライ・
プロセス・シンポジウム（１９８Ｂ）　、第５８〜６３
ページ、講演番号Ｉｆ−５に、マイクロ波ダウン・スト
リーム・アッシャ−を接続したＲＩＥ　（反応性イオン
エツチング）装置を使用してＨＢｒガスにより多結晶シ
リコンのエツチングを行う技術が報告されている。

（発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記文献に記載されるＲＩＥ装置内にお
けるエツチングは、ある程度高いエネルギーを有するエ
ツチング種によって行われるため、たとえば多結晶シリ
コンからなるゲート配線を形成しようとする場合、ゲー
ト酸化膜である酸化シリコンに対する選択比が低くなり
、ダメージを発生させ易いという欠点がある。特に、近
年はサブミクロン加工技術によりゲート電極幅が０．３
５〜０．５μｍまで微細化され、それに伴ってゲート酸
化膜の膜厚も８０〜１２０人と薄膜化され、接合の深さ
も０．１〜０．１５μｍと浅くなっている。したがって
、選択比の低いエツチング条件下ではオーバーエッチ時
にゲート酸化膜が除去され、さらに接合の劣化や破壊が
生ずる虞れが大きい。

そこで本発明は、フロン系ガスによらなくともダメージ
の少ないポリサイド膜の異方性エツチングを可能とする
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者の半導体装置の製造方法は、上述の目的を達成
するために提案されるものであり、電子サイクロトロン
共鳴によりプラズマを生成するプラズマ生成室と、生成
したプラズマを照射する被処理基体を配設した反応室と
を有するプラズマ処理装置を用い、前記プラズマ生成室
内に不活性ガスを導入すると共に、前記反応室内に臭素
を含むガスを導入しながら被処理基体のエツチングを行
うことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明者は、ダメージの少ないエツチングを行うために
はラジカルや低エネルギーのイオンを高密度で生成し利
用できるプロセスが必須であるとの認識にもとづいて検
討を行い、まず上述のようなプロセスには発散磁界型の
ＥＣＲプラズマ装置が適していることを見出した。この
発散磁界型のＥＣＲプラズマ装置は、高真空下において
磁場勾配によりプラズマ生成室から反応室へ向けてプラ
ズマ流を引き出すものであり、散乱が少なく方向性に優
れたエツチングを可能とするものである。

しかも、ＥＣＲプラズマ装置は５ｉ−３ｉ結合（結合エ
ネルギーは３．１ｅＶ）を選択的に切断できるエネルギ
ー範囲のイオンを効率良く生成することができるため、
たとえば多結晶シリコンと酸化シリコン（Ｓｌ−０結合
エネルギーは８．４ｅＶ）の選択比を大きく設定してエ
ツチングを行うことができ、ダメージを発生させにくい
。

しかし、発散磁界中ではプラズマ流が進行と共に磁界に
沿って広がるため、被処理基体の中央部と周辺部との間
で処理状態が不均一となり易いという欠点がある。特に
、今後は枚葉処理への要望が高まりウェハも大口径化さ
れる傾向にあるので、かかる処理の不均一性は有害であ
る。本発明者は、処理にあずかる活性種をできるだけ被
処理基体の近傍で生成させれば、かかる不均一性の問題
を解決できることを見出した。本発明において、プラズ
マ生成室内に不活性ガスを導入し、反応室内に臭素を含
むガスを導入しているのはそのためである。

本発明におけるエツチングは、次のような過程により進
行する一種のイオン・アシスト反応であると考えられる
。つまり、まずＥＣＲ条件が達成されたプラズマ生成室
内において電子がマイクロ波のエネルギーを共鳴的に吸
収し、これが不活性ガス分子に衝突してプラズマを生成
させる。上記不活性ガス分子がたとえばアルゴンの場合
、上記プラズマ中にはアルゴンイオン、電子の他、中性
種である準安定状態のアルゴンラジカルが存在している
。上記準安定状態のアルゴンラジカルは寿命が比較的長
く、プラズマ生成室から磁場勾配により反応室内へ引き
出されても失活しない、そこで、このアルゴンラジカル
を被処理基体の近傍において臭素を含むガスと衝突させ
、これを解離させて臭素ラジカルを発生させる。臭素ラ
ジカルは被処理基体、特にポリサイド膜の表面に付着し
、そこでアルゴンイオンの運動エネルギーを受は取って
エツチングの反応エネルギーに利用する。

以上の過程から明らかなように、本発明におけるエツチ
ングは本質的に不活性ガスイオンの照射面においてのみ
進行するため、特に側壁保護膜の形成を伴わなくとも異
方性エツチングが達成できる。また、設計時に予め側壁
保護膜によるゲート電極幅の増加分を見込む必要がない
ため、寸法精度の向上も併せて達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

まず、本発明で使用される発散磁界型のＥＣＲプラズマ
装置の構成例を第１図に示す。

二〇ＥＣＲプラズマ装置は、マイクロ波発生源（図示せ
ず、）により発生したマイクロ波を導くための矩形導波
管（１）、該矩形導波管（１）に石英ガラス板等からな
るマイクロ波導入窓（２）を介して接続され電子サイク
ロトロン共鳴を利用してプラズマを発生させるためのプ
ラズマ生成室（３）、該プラズマ生成室（３）で生成し
たプラズマを引き出すためのプラズマ引き出し窓（４）
、ウェハ等の被処理基体（５）を保持するサセプター（
６）を配設し、所定の処理が行われる反応室（７）、上
記矩形導波管（１）の一端部からプラズマ生成室（３）
にわたってこれらを周回するように配設された磁気コイ
ル（８）、上記プラズマ生成室（３）にガスを導入する
ための一次ガス導入系（９）、上記反応室（７）にガス
を導入するための二次ガス導入系（１０）、上記反応室
（７）から矢印Ａ方向に接続される排気系統（図示せず
、）等から主として構成される。上記プラズマ生成室（
３）の外壁は二重構造となっており、冷却水管（１１）
を通じて冷水を導入することによりプラズマ生成による
温度上昇を抑制するようになされている。また、イオン
エネルギーを精密に制御す、る目的で、上記被処理基体
（５）およびサセプター（６）に高周波バイアスを印加
するための高周波電源（１２）も配設されている。

本発明では、上記−次ガス導入系（９）から不活性ガス
、上記二次ガス導入系（１０）から臭素を含むガスを導
入する。

上記不活性ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）。

クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等が使用される
。

また臭素を含むガスとしては、臭化水素ガス（ＨＢｒ）
、臭素ガス（Ｂｒｚ）＋あるいはこれらに適当な希釈ガ
スを混合したものが使用される。臭素を含むガスは、で
きるだけ被処理基体の近傍において均一に分布する必要
があるので、上記二次ガス導入系（ｌＯ）としては、そ
の先端が多数のガス吹出し口を有する円環状のバイブと
されたものを配設すると特に好ましい。

かかるＥＣＲプラズマ装置を使用して、実際に多結晶シ
リコン層とタングステンシリサイドを積層したポリサイ
ド膜のエツチングを行った。すなわち、装置内の真空度
を５　Ｘｌ０−’　Ｔｏｒｒとし、周波数２．４５Ｇ　
Ｈｚ　、パワー８００Ｗのマイクロ波を矩形導波管（１
）からマイクロ波導入窓（２）を介してプラズマ生成室
（３）へ導入すると共に、磁気コイル（８）により磁束
密度８７５　Ｇａｕｓｓの磁場を形成し、ＥＣＲ条件を
達成させた。この状態で、−次ガス導入系（９）から流
量４０５ＣＣＭにてＡｒガスを、また二次ガス導入系（
１０）から流量２０ＳＣＣＭにてＨＢｒガスを導入し、
３００Ｗの高周波バイアスを印加してエツチングを行っ
たところ、くびれやアンダカット等のない、極めて異方
性の高いパターンが得られた。

なお、本発明の方法によりエツチングされる材料は、上
述のような多結晶シリコンとタングステンシリサイドか
らなるポリサイドに限られず、単結晶シリコン、多結晶
シリコン、金属シリサイド、多結晶シリコンと上記以外
の金属シリサイドを積層したポリサイド等であっても良
い。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明の半導体装置
の製造方法によれば、まず発散磁界型のＥＣＲプラズマ
装置においてエツチングが行われるためにダメージが少
なく、また高い異方性が実現される。さらに、実際のエ
ツチングに関与するエツチング種が被処理基体の近傍で
生成されるため、処理の均一性も高い、さらに、本発明
はポリサイド膜のエツチングに極めて好適であることか
ら、従来のフロン系ガスを用いたエツチングに代ねる技
術としてその産業上の価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において使用されるＥＣＲプラズマ装置
の一構成例を示す概略断面図である。 ３　・・・ ７　・・・ ５　・・・ ９　・・・ １０　・・・ プラズマ生成室 反応室 被処理基体 一次ガス導入系 二次ガス導入系

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成するプラ
   ズマ生成室と、生成したプラズマを照射する被処理基体
   を配設した反応室とを有するプラズマ処理装置を用い、 前記プラズマ生成室内に不活性ガスを導入すると共に、
   前記反応室内に臭素を含むガスを導入しながら被処理基
   体のエッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製
   造方法。