JPH04258117A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JPH04258117A JPH04258117A JP3040966A JP4096691A JPH04258117A JP H04258117 A JPH04258117 A JP H04258117A JP 3040966 A JP3040966 A JP 3040966A JP 4096691 A JP4096691 A JP 4096691A JP H04258117 A JPH04258117 A JP H04258117A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31105—Etching inorganic layers
- H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
- H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
- H01L21/76802—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造分野等
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
対レジスト選択性および対シリコン下地選択性に優れ、
しかも高速でパーティクル汚染が少ないシリコン化合物
層のドライエッチング方法に関する。
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
対レジスト選択性および対シリコン下地選択性に優れ、
しかも高速でパーティクル汚染が少ないシリコン化合物
層のドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、酸化シリコンに代表されるシリコン化合物層の
ドライエッチング方法についても技術的要求がますます
厳しくなってきている。まず、高集積化によりデバイス
・チップの面積が拡大しウェハが大口径化している一方
、形成すべきパターンは微細化しているので、エッチン
グのウェハ面内均一性を確保するためにドライエッチン
グ装置の主流は従来のバッチ式から枚葉式に移行しつつ
ある。この際、従来と同等の生産性を維持するためには
、大幅なエッチング速度の向上が必須となる。また、デ
バイスの高速化や微細化を図るために不純物拡散領域の
接合深さが浅くなり、また各種の堆積膜も薄くなってい
る状況下では、従来以上に対下地選択性に優れダメージ
の少ないエッチング技術が要求される。たとえば、半導
体基板内に形成された不純物拡散領域や、ＳＲＡＭの抵
抗負荷素子として用いられるＰＭＯＳトランジスタのソ
ース・ドレイン領域等にコンタクトを形成しようとする
場合等に、シリコン基板や多結晶シリコン層を下地とし
て行われる酸化シリコン層間絶縁膜のエッチング等がそ
の例である。さらに、対レジスト選択比の向上も重要な
課題である。サブミクロン・デバイスでは、レジストの
後退によるわずかな寸法変換差の発生も許容されなくな
ってきている。しかし、高速性、高選択性、低ダメージ
といった特性は互いに取捨選択される関係にあり、すべ
てを満足できるエッチング・プロセスを確立することは
極めて困難である。
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、酸化シリコンに代表されるシリコン化合物層の
ドライエッチング方法についても技術的要求がますます
厳しくなってきている。まず、高集積化によりデバイス
・チップの面積が拡大しウェハが大口径化している一方
、形成すべきパターンは微細化しているので、エッチン
グのウェハ面内均一性を確保するためにドライエッチン
グ装置の主流は従来のバッチ式から枚葉式に移行しつつ
ある。この際、従来と同等の生産性を維持するためには
、大幅なエッチング速度の向上が必須となる。また、デ
バイスの高速化や微細化を図るために不純物拡散領域の
接合深さが浅くなり、また各種の堆積膜も薄くなってい
る状況下では、従来以上に対下地選択性に優れダメージ
の少ないエッチング技術が要求される。たとえば、半導
体基板内に形成された不純物拡散領域や、ＳＲＡＭの抵
抗負荷素子として用いられるＰＭＯＳトランジスタのソ
ース・ドレイン領域等にコンタクトを形成しようとする
場合等に、シリコン基板や多結晶シリコン層を下地とし
て行われる酸化シリコン層間絶縁膜のエッチング等がそ
の例である。さらに、対レジスト選択比の向上も重要な
課題である。サブミクロン・デバイスでは、レジストの
後退によるわずかな寸法変換差の発生も許容されなくな
ってきている。しかし、高速性、高選択性、低ダメージ
といった特性は互いに取捨選択される関係にあり、すべ
てを満足できるエッチング・プロセスを確立することは
極めて困難である。
【０００３】従来、シリコン系材料層に対して高い選択
比を保ちながら酸化シリコン等のシリコン化合物層をド
ライエッチングするには、ＣＨＦ３ 、ＣＦ４ ／Ｈ２
混合系、ＣＦ４ ／Ｏ２ 混合系、Ｃ２ Ｆ６ ／Ｃ
ＨＦ３ 混合系等がエッチング・ガスとして典型的に使
用されてきた。これらは、いずれもＣ／Ｆ比（分子内の
炭素原子数とフッ素原子数の比）が０．２５以上のフル
オロカーボン系ガスを主体としている。これらのガス系
が使用されるのは、（ａ）フルオロカーボン系ガスに含
まれるＣが酸化シリコン層の表面でＣ−Ｏを結合を生成
し、Ｓｉ−Ｏ結合を切断したり弱めたりする働きがある
、（ｂ）酸化シリコン層の主エッチング種であるＣＦｘ
＋ （特にＣＦ３ ＋ ） を生成し得る、さらに（
ｃ）プラズマ中で相対的に炭素に富む状態が作り出され
るので、酸化シリコン中の酸素がＣＯまたはＣＯ２ の
形で除去される一方、ガス系に含まれるＣ，Ｈ，Ｆ等の
寄与によりシリコン系材料層の表面では炭素系のポリマ
ーが堆積してエッチング速度が低下し、シリコン系材料
層に対する高選択比が得られる、等の理由にもとづいて
いる。なお、上記のＨ２ ，Ｏ２ 等の添加ガスは選択
比の制御を目的として用いられているものであり、それ
ぞれＦ＊ 発生量を低減もしくは増大させることができ
る。つまり、エッチング反応系の見掛け上のＣ／Ｆ比を
制御する効果を有する。
比を保ちながら酸化シリコン等のシリコン化合物層をド
ライエッチングするには、ＣＨＦ３ 、ＣＦ４ ／Ｈ２
混合系、ＣＦ４ ／Ｏ２ 混合系、Ｃ２ Ｆ６ ／Ｃ
ＨＦ３ 混合系等がエッチング・ガスとして典型的に使
用されてきた。これらは、いずれもＣ／Ｆ比（分子内の
炭素原子数とフッ素原子数の比）が０．２５以上のフル
オロカーボン系ガスを主体としている。これらのガス系
が使用されるのは、（ａ）フルオロカーボン系ガスに含
まれるＣが酸化シリコン層の表面でＣ−Ｏを結合を生成
し、Ｓｉ−Ｏ結合を切断したり弱めたりする働きがある
、（ｂ）酸化シリコン層の主エッチング種であるＣＦｘ
＋ （特にＣＦ３ ＋ ） を生成し得る、さらに（
ｃ）プラズマ中で相対的に炭素に富む状態が作り出され
るので、酸化シリコン中の酸素がＣＯまたはＣＯ２ の
形で除去される一方、ガス系に含まれるＣ，Ｈ，Ｆ等の
寄与によりシリコン系材料層の表面では炭素系のポリマ
ーが堆積してエッチング速度が低下し、シリコン系材料
層に対する高選択比が得られる、等の理由にもとづいて
いる。なお、上記のＨ２ ，Ｏ２ 等の添加ガスは選択
比の制御を目的として用いられているものであり、それ
ぞれＦ＊ 発生量を低減もしくは増大させることができ
る。つまり、エッチング反応系の見掛け上のＣ／Ｆ比を
制御する効果を有する。
【０００４】これに対し、本願出願人は先に特願平２−
７５８２８号明細書において、炭素数２以上の飽和ない
し不飽和の鎖状高次フルオロカーボン系ガスを使用する
シリコン化合物層のドライエッチング方法を提案してい
る。これは、Ｃ２ Ｆ６ ，Ｃ３ Ｆ８ ，Ｃ４ Ｆ１
０，Ｃ４ Ｆ８ 等の高次フルオロカーボン系ガスを使
用することによりＣＦｘ ＋ を効率良く生成させ、エ
ッチングの高速化を図ったものである。ただし、高次フ
ルオロカーボン系ガスを単独で使用するのでは、対レジ
スト選択比および対シリコン下地選択比を十分に大きく
とることができない。 たとえばＣ３ Ｆ８ をエッチング・ガスとしてシリコ
ン基板上の酸化シリコン層をエッチングした場合、高速
性は達成されるものの、対レジスト選択比が１．３程度
と低く、エッチング耐性が不足する他、パターン・エッ
ジの後退による寸法変換差が発生してしまう。また、対
シリコン選択比も４．１程度であるので、オーバーエッ
チング耐性に問題が残る。そこで、これらの問題を解決
するために上記の先行技術では鎖状高次フルオロカーボ
ン・ガス単独によるエッチングは下地が露出する直前で
停止し、シリコン化合物層の残余部をエッチングする際
には炭素系ポリマーの堆積を促進するためにこのガスに
さらに炭化水素系ガスを添加するという、２段階エッチ
ングが行われている。
７５８２８号明細書において、炭素数２以上の飽和ない
し不飽和の鎖状高次フルオロカーボン系ガスを使用する
シリコン化合物層のドライエッチング方法を提案してい
る。これは、Ｃ２ Ｆ６ ，Ｃ３ Ｆ８ ，Ｃ４ Ｆ１
０，Ｃ４ Ｆ８ 等の高次フルオロカーボン系ガスを使
用することによりＣＦｘ ＋ を効率良く生成させ、エ
ッチングの高速化を図ったものである。ただし、高次フ
ルオロカーボン系ガスを単独で使用するのでは、対レジ
スト選択比および対シリコン下地選択比を十分に大きく
とることができない。 たとえばＣ３ Ｆ８ をエッチング・ガスとしてシリコ
ン基板上の酸化シリコン層をエッチングした場合、高速
性は達成されるものの、対レジスト選択比が１．３程度
と低く、エッチング耐性が不足する他、パターン・エッ
ジの後退による寸法変換差が発生してしまう。また、対
シリコン選択比も４．１程度であるので、オーバーエッ
チング耐性に問題が残る。そこで、これらの問題を解決
するために上記の先行技術では鎖状高次フルオロカーボ
ン・ガス単独によるエッチングは下地が露出する直前で
停止し、シリコン化合物層の残余部をエッチングする際
には炭素系ポリマーの堆積を促進するためにこのガスに
さらに炭化水素系ガスを添加するという、２段階エッチ
ングが行われている。
【０００５】しかしながら、半導体装置のデザイン・ル
ールが高度に微細化されている現状では、既にエッチン
グ・マスクとの寸法変換差がほとんど許容できなくなり
つつあり、上述のような２段階エッチングを行うにして
も、１段目のエッチングにおける選択比をさらに向上さ
せることが必要となる。また、今後より一層微細化が進
行するに伴い、炭素系ポリマーによるパーティクル汚染
の影響が深刻化することも考えられるので、２段目のエ
ッチングにおける炭化水素系ガス等の堆積性ガスの使用
量もできるだけ低減させたいところである。かかる観点
から、本願出願人は先に特願平２−２９５２２５号明細
書において、被処理基板の温度を５０℃以下に制御した
状態で、分子内に少なくとも１個の不飽和結合を有する
鎖状不飽和フルオロカーボン系ガスを用いてシリコン化
合物層をエッチングする技術を開示している。上記鎖状
不飽和フルオロカーボン系ガスは、放電解離により理論
上は１分子から２個以上のＣＦｘ ＋ を生成するので
、酸化シリコンを高速にエッチングすることができる。 また、分子内に不飽和結合を有することから解離により
高活性なラジカルを生成させ易く、炭素系ポリマーの重
合を促進する。しかも、被処理基板の温度が５０℃以下
に制御されていることにより、上記炭素系ポリマーの堆
積が促進される。したがって、対レジスト選択性および
対シリコン下地選択性を向上させることができる。また
、同明細書には、鎖状不飽和フルオロカーボン系ガス単
独によるエッチングはシリコン化合物層の途中までで停
止し、残余のエッチングを上記の鎖状不飽和フルオロカ
ーボン系ガスに炭化水素系ガスを添加したガスを用いて
行う技術も同時に開示している。これは、下地シリコン
に対する選択性を一層向上させるために、エッチングの
中途から堆積性ガスを併用しているのである。
ールが高度に微細化されている現状では、既にエッチン
グ・マスクとの寸法変換差がほとんど許容できなくなり
つつあり、上述のような２段階エッチングを行うにして
も、１段目のエッチングにおける選択比をさらに向上さ
せることが必要となる。また、今後より一層微細化が進
行するに伴い、炭素系ポリマーによるパーティクル汚染
の影響が深刻化することも考えられるので、２段目のエ
ッチングにおける炭化水素系ガス等の堆積性ガスの使用
量もできるだけ低減させたいところである。かかる観点
から、本願出願人は先に特願平２−２９５２２５号明細
書において、被処理基板の温度を５０℃以下に制御した
状態で、分子内に少なくとも１個の不飽和結合を有する
鎖状不飽和フルオロカーボン系ガスを用いてシリコン化
合物層をエッチングする技術を開示している。上記鎖状
不飽和フルオロカーボン系ガスは、放電解離により理論
上は１分子から２個以上のＣＦｘ ＋ を生成するので
、酸化シリコンを高速にエッチングすることができる。 また、分子内に不飽和結合を有することから解離により
高活性なラジカルを生成させ易く、炭素系ポリマーの重
合を促進する。しかも、被処理基板の温度が５０℃以下
に制御されていることにより、上記炭素系ポリマーの堆
積が促進される。したがって、対レジスト選択性および
対シリコン下地選択性を向上させることができる。また
、同明細書には、鎖状不飽和フルオロカーボン系ガス単
独によるエッチングはシリコン化合物層の途中までで停
止し、残余のエッチングを上記の鎖状不飽和フルオロカ
ーボン系ガスに炭化水素系ガスを添加したガスを用いて
行う技術も同時に開示している。これは、下地シリコン
に対する選択性を一層向上させるために、エッチングの
中途から堆積性ガスを併用しているのである。
【０００６】あるいはまた、ヘキサフルオロベンゼン（
Ｃ６ Ｆ６）とテトラフルオロメタン（ＣＦ４ ）の混
合ガスにより酸化シリコンをエッチングする技術が特公
平１−６０９３８号公報に開示されている。これは、環
状不飽和高次フルオロカーボン系ガスを使用することに
よりプラズマ中に効率的にＣＦｘ ＋ を発生させ、か
つ炭素系ポリマーの重合を促進することを意図しており
、やはり本願出願人の先願と同様の発想にもとづくもの
である。
Ｃ６ Ｆ６）とテトラフルオロメタン（ＣＦ４ ）の混
合ガスにより酸化シリコンをエッチングする技術が特公
平１−６０９３８号公報に開示されている。これは、環
状不飽和高次フルオロカーボン系ガスを使用することに
よりプラズマ中に効率的にＣＦｘ ＋ を発生させ、か
つ炭素系ポリマーの重合を促進することを意図しており
、やはり本願出願人の先願と同様の発想にもとづくもの
である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来提案さ
れている鎖状不飽和フルオロカーボン系ガス、もしくは
環状不飽和フルオロカーボン系ガスを使用する技術にお
いては、これまでの説明からも明らかなように、十分な
選択比を得るために実用上は他の添加ガスと併用するこ
とが必要となる。また、Ｃ６ Ｆ６ を使用する技術に
よると、これを開示した公報中でも言及されているとお
り、Ｃ６ Ｆ６ 単独でエッチング・ガスを構成するこ
とはできない。それは、Ｃ６ Ｆ６ 単独ではプラズマ
中に著しく多量のＣＦｘ ＋ が発生し、炭素系ポリマ
ーの重合が過度に促進されてエッチング反応が進行しな
いからである。そこで、このＣＦｘの発生を抑制するた
めに、あらゆるフルオロカーボン系ガスの中で最もＣ／
Ｆ比の低いＣＦ４ を混合しているのである。したがっ
て、環状の高次フルオロカーボン系ガスを使用するにし
ても、単独でも使用し得る化合物を選択した方が、エッ
チングの制御性や安定性を向上させる上で有利である。 そこで本発明は、シリコン化合物層のドライエッチング
・ガスとしては従来使用されていない環状の高次フルオ
ロカーボン系ガスについて実用性を検討し、高速性，対
下地選択性，対レジスト選択性，低汚染性，低ダメージ
性に優れる新規なドライエッチング方法を提供すること
を目的とする。
れている鎖状不飽和フルオロカーボン系ガス、もしくは
環状不飽和フルオロカーボン系ガスを使用する技術にお
いては、これまでの説明からも明らかなように、十分な
選択比を得るために実用上は他の添加ガスと併用するこ
とが必要となる。また、Ｃ６ Ｆ６ を使用する技術に
よると、これを開示した公報中でも言及されているとお
り、Ｃ６ Ｆ６ 単独でエッチング・ガスを構成するこ
とはできない。それは、Ｃ６ Ｆ６ 単独ではプラズマ
中に著しく多量のＣＦｘ ＋ が発生し、炭素系ポリマ
ーの重合が過度に促進されてエッチング反応が進行しな
いからである。そこで、このＣＦｘの発生を抑制するた
めに、あらゆるフルオロカーボン系ガスの中で最もＣ／
Ｆ比の低いＣＦ４ を混合しているのである。したがっ
て、環状の高次フルオロカーボン系ガスを使用するにし
ても、単独でも使用し得る化合物を選択した方が、エッ
チングの制御性や安定性を向上させる上で有利である。 そこで本発明は、シリコン化合物層のドライエッチング
・ガスとしては従来使用されていない環状の高次フルオ
ロカーボン系ガスについて実用性を検討し、高速性，対
下地選択性，対レジスト選択性，低汚染性，低ダメージ
性に優れる新規なドライエッチング方法を提供すること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるドライエ
ッチング方法は、上述の目的を達成するために提案され
るものである。すなわち、本願の第１の発明にかかるド
ライエッチング方法は、分子構造の少なくとも一部に環
状部を有する飽和フルオロカーボン系化合物を含むエッ
チング・ガスを用いて被エッチング基体の温度を５０℃
以下に制御しながら基板上に形成されたシリコン化合物
層のエッチングを行うことを特徴とするものである。
ッチング方法は、上述の目的を達成するために提案され
るものである。すなわち、本願の第１の発明にかかるド
ライエッチング方法は、分子構造の少なくとも一部に環
状部を有する飽和フルオロカーボン系化合物を含むエッ
チング・ガスを用いて被エッチング基体の温度を５０℃
以下に制御しながら基板上に形成されたシリコン化合物
層のエッチングを行うことを特徴とするものである。
【０００９】本願の第２の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、分子構造の少なくとも一部に環状部を有する
不飽和フルオロカーボン系化合物を含むエッチング・ガ
スを用いて被エッチング基体の温度を５０℃以下に制御
しながら基板上に形成されたシリコン化合物層のエッチ
ングを行うことを特徴とするものである。
グ方法は、分子構造の少なくとも一部に環状部を有する
不飽和フルオロカーボン系化合物を含むエッチング・ガ
スを用いて被エッチング基体の温度を５０℃以下に制御
しながら基板上に形成されたシリコン化合物層のエッチ
ングを行うことを特徴とするものである。
【００１０】なお、以下の明細書中では上記飽和もしく
は不飽和フルオロカーボン系化合物を一般式を用いて表
記する際に、鎖状不飽和フルオロカーボン系化合物との
混同を避けるために、環状（ｃｙｃｌｉｃ）であること
を表すｃ−を頭に付けることにする。まず、本願の第１
の発明で使用される飽和フルオロカーボン系化合物は一
般式ｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎ（ただし、ｎは３以上の整数を表
す。）で表され、その代表例としては次の化１で示され
る単環系化合物が例示される。
は不飽和フルオロカーボン系化合物を一般式を用いて表
記する際に、鎖状不飽和フルオロカーボン系化合物との
混同を避けるために、環状（ｃｙｃｌｉｃ）であること
を表すｃ−を頭に付けることにする。まず、本願の第１
の発明で使用される飽和フルオロカーボン系化合物は一
般式ｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎ（ただし、ｎは３以上の整数を表
す。）で表され、その代表例としては次の化１で示され
る単環系化合物が例示される。
【化１】
【００１１】ここで、各構造式において炭素環の中央に
Ｆと記されているのは、同一の炭素骨格を有する炭化水
素の水素原子が全てフッ素原子に置換されていることを
示している。以下、本明細書中ではこの表記方法を採用
する。化１では３〜７員環の各化合物を例示したが、製
造が技術的に可能でかつ安定に存在し得る化合物であれ
ば、これより大きい炭素環を有するものであっても構わ
ない。また、上記単環系化合物の構造異性体として、次
の化２で示されるようなパーフルオロアルキル基を側鎖
に有する化合物も例示される。
Ｆと記されているのは、同一の炭素骨格を有する炭化水
素の水素原子が全てフッ素原子に置換されていることを
示している。以下、本明細書中ではこの表記方法を採用
する。化１では３〜７員環の各化合物を例示したが、製
造が技術的に可能でかつ安定に存在し得る化合物であれ
ば、これより大きい炭素環を有するものであっても構わ
ない。また、上記単環系化合物の構造異性体として、次
の化２で示されるようなパーフルオロアルキル基を側鎖
に有する化合物も例示される。
【化２】
【００１２】化２では側鎖がトリフルオロメチル基であ
る場合を例示した。これらはいずれも常温常圧下で液体
であるため、エッチング反応系へ導入するためには加熱
もしくは不活性ガスを用いたバブリング等を行う必要が
ある。
る場合を例示した。これらはいずれも常温常圧下で液体
であるため、エッチング反応系へ導入するためには加熱
もしくは不活性ガスを用いたバブリング等を行う必要が
ある。
【００１３】一方、本願の第２の発明で使用される不飽
和フルオロカーボン系化合物は、一般式ｃ−Ｃｎ Ｆｙ
（ただし、ｎは３以上の整数を表し、ｙ≦２ｎ−２の
条件を満たす。）で表され、その代表例としては、次の
化３で示される単環系化合物が例示される。
和フルオロカーボン系化合物は、一般式ｃ−Ｃｎ Ｆｙ
（ただし、ｎは３以上の整数を表し、ｙ≦２ｎ−２の
条件を満たす。）で表され、その代表例としては、次の
化３で示される単環系化合物が例示される。
【化３】
【００１４】化３では炭素環内に２重結合を１個有する
３〜６員環の各化合物ｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎ−２ を例示
したが、製造が技術的に可能でかつ安定に存在し得る化
合物であれば、これより大きい炭素環を有するものであ
っても構わない。また、炭素環内の不飽和結合の数も特
に１個に限定されるものではないが、前述のようにＣ６
Ｆ６ （Ｃ／Ｆ比＝１）が単独ではエッチング・ガス
を構成し得ないことを考慮すると、分子内に余り多くの
不飽和結合が存在してＣ／Ｆ比が極端に増大することは
望ましくない。したがって、実用上はＣ／Ｆ比が１未満
であることが望ましい。さらに、上記不飽和フルオロカ
ーボン系化合物の構造異性体としては、上述のような不
飽和環にパーフルオロアルキル基が結合しているもの、
不飽和環にパーフルオロビニル基のような不飽和鎖が結
合しているもの、飽和環にパーフルオロビニル基のよう
な不飽和鎖が結合しているもの等が考えられる。
３〜６員環の各化合物ｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎ−２ を例示
したが、製造が技術的に可能でかつ安定に存在し得る化
合物であれば、これより大きい炭素環を有するものであ
っても構わない。また、炭素環内の不飽和結合の数も特
に１個に限定されるものではないが、前述のようにＣ６
Ｆ６ （Ｃ／Ｆ比＝１）が単独ではエッチング・ガス
を構成し得ないことを考慮すると、分子内に余り多くの
不飽和結合が存在してＣ／Ｆ比が極端に増大することは
望ましくない。したがって、実用上はＣ／Ｆ比が１未満
であることが望ましい。さらに、上記不飽和フルオロカ
ーボン系化合物の構造異性体としては、上述のような不
飽和環にパーフルオロアルキル基が結合しているもの、
不飽和環にパーフルオロビニル基のような不飽和鎖が結
合しているもの、飽和環にパーフルオロビニル基のよう
な不飽和鎖が結合しているもの等が考えられる。
【００１５】ところで、本発明ではｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎも
しくはｃ−Ｃｎ Ｆｙ を目的に応じて互いに混合する
か、もしくは他のガスと適宜混合して用いても良い。ま
たエッチング工程を多段階に分け、各段階において異な
るガス系を使用しても構わない。
しくはｃ−Ｃｎ Ｆｙ を目的に応じて互いに混合する
か、もしくは他のガスと適宜混合して用いても良い。ま
たエッチング工程を多段階に分け、各段階において異な
るガス系を使用しても構わない。
【００１６】たとえば、Ｃ／Ｆ比でみるとｃ−Ｃｎ Ｆ
２ｎはｃ−Ｃｎ Ｆｙ に比べて高速性を達成する上で
有利であり、逆にｃ−Ｃｎ Ｆｙ はｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎ
に比べて高選択性を達成する上で有利である。そこで、
（イ）ｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎにｃ−Ｃｎ Ｆｙ を少量添加
した混合ガス系による低温エッチング、もしくは（ロ）
下地が露出する直前まではシリコン化合物層のエッチン
グをｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎの単独ガス系で高速に行い、シリ
コン系化合物の残余部のエッチングとオーバーエッチン
グとをｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎとｃ−Ｃｎ Ｆｙ との混合ガ
ス系で高選択比をもって行う２段階エッチング、等のプ
ロセスが考えられる。あるいは、（ハ）上述（ロ）の２
段階エッチングにおいて、後半のエッチングをｃ−Ｃｎ
Ｆ２ｎと堆積性ガスの混合ガス系により行うプロセス
、等も考えられる。
２ｎはｃ−Ｃｎ Ｆｙ に比べて高速性を達成する上で
有利であり、逆にｃ−Ｃｎ Ｆｙ はｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎ
に比べて高選択性を達成する上で有利である。そこで、
（イ）ｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎにｃ−Ｃｎ Ｆｙ を少量添加
した混合ガス系による低温エッチング、もしくは（ロ）
下地が露出する直前まではシリコン化合物層のエッチン
グをｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎの単独ガス系で高速に行い、シリ
コン系化合物の残余部のエッチングとオーバーエッチン
グとをｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎとｃ−Ｃｎ Ｆｙ との混合ガ
ス系で高選択比をもって行う２段階エッチング、等のプ
ロセスが考えられる。あるいは、（ハ）上述（ロ）の２
段階エッチングにおいて、後半のエッチングをｃ−Ｃｎ
Ｆ２ｎと堆積性ガスの混合ガス系により行うプロセス
、等も考えられる。
【００１７】また、上記ｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎおよびｃ−Ｃ
ｎＦｙ は、直鎖状の飽和フルオロカーボン系化合物Ｃ
ｎ Ｆ２ｎ＋２と比べればいずれもエッチング速度を低
下させるものと考えられるので、Ｃｎ Ｆ２ｎ＋２をエ
ッチング・ガスの主体とし、これにｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎも
しくはｃ−Ｃｎ Ｆｙ を添加ガスとして使用すること
も考えられる。この例としては、（ニ）Ｃｎ Ｆ２ｎ＋
２とｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎもしくはｃ−Ｃｎ Ｆｙ の混合
ガスによる低温エッチング、（ホ）下地が露出する直前
まではシリコン化合物層のエッチングをｃ−Ｃｎ Ｆ２
ｎ＋２の単独ガス系で高速に行い、シリコン系化合物の
残余部のエッチングとオーバーエッチングとをｃ−Ｃｎ
Ｆ２ｎ＋２とｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎもしくはｃ−Ｃｎ Ｆ
ｙ との混合ガス系により高選択比をもって行う２段階
エッチング、等のプロセスが考えられる。
ｎＦｙ は、直鎖状の飽和フルオロカーボン系化合物Ｃ
ｎ Ｆ２ｎ＋２と比べればいずれもエッチング速度を低
下させるものと考えられるので、Ｃｎ Ｆ２ｎ＋２をエ
ッチング・ガスの主体とし、これにｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎも
しくはｃ−Ｃｎ Ｆｙ を添加ガスとして使用すること
も考えられる。この例としては、（ニ）Ｃｎ Ｆ２ｎ＋
２とｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎもしくはｃ−Ｃｎ Ｆｙ の混合
ガスによる低温エッチング、（ホ）下地が露出する直前
まではシリコン化合物層のエッチングをｃ−Ｃｎ Ｆ２
ｎ＋２の単独ガス系で高速に行い、シリコン系化合物の
残余部のエッチングとオーバーエッチングとをｃ−Ｃｎ
Ｆ２ｎ＋２とｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎもしくはｃ−Ｃｎ Ｆ
ｙ との混合ガス系により高選択比をもって行う２段階
エッチング、等のプロセスが考えられる。
【００１８】
【作用】本発明で使用されるエッチング・ガスは、分子
構造の少なくとも一部に環状部を有する飽和もしくは不
飽和フルオロカーボン系ガスを含むものである。これら
のガスは、当然のことながら１分子内の炭素数が３以上
であるから、本願出願人が先に提案した高次フルオロカ
ーボン・ガスと同等あるいはそれ以上に１分子からのＣ
Ｆｘ ＋ の生成量が多くなる。したがって、エッチン
グの高速化が可能となる。また、かかるガスがプラズマ
放電により解離されると、モノラジカル、あるいは場合
によってはカルベン等の高活性なビラジカル（二端遊離
基）も生成し、これらが不飽和結合中のπ電子系を攻撃
することにより炭素系ポリマーの重合が促進される。こ
の炭素系ポリマーは、単結晶シリコンや多結晶シリコン
等のシリコン系材料層の表面やレジスト・パターンの表
面に堆積すると、イオン衝撃等によっても容易には除去
されないが、酸化シリコン等のシリコン化合物層の表面
では層内に含まれる酸素がスパッタ・アウトされて炭素
系ポリマーの分解に寄与するため容易に除去される。し
たがって、炭素系ポリマーの堆積が増加すれば、対レジ
スト選択性および対シリコン下地選択性が向上する。
構造の少なくとも一部に環状部を有する飽和もしくは不
飽和フルオロカーボン系ガスを含むものである。これら
のガスは、当然のことながら１分子内の炭素数が３以上
であるから、本願出願人が先に提案した高次フルオロカ
ーボン・ガスと同等あるいはそれ以上に１分子からのＣ
Ｆｘ ＋ の生成量が多くなる。したがって、エッチン
グの高速化が可能となる。また、かかるガスがプラズマ
放電により解離されると、モノラジカル、あるいは場合
によってはカルベン等の高活性なビラジカル（二端遊離
基）も生成し、これらが不飽和結合中のπ電子系を攻撃
することにより炭素系ポリマーの重合が促進される。こ
の炭素系ポリマーは、単結晶シリコンや多結晶シリコン
等のシリコン系材料層の表面やレジスト・パターンの表
面に堆積すると、イオン衝撃等によっても容易には除去
されないが、酸化シリコン等のシリコン化合物層の表面
では層内に含まれる酸素がスパッタ・アウトされて炭素
系ポリマーの分解に寄与するため容易に除去される。し
たがって、炭素系ポリマーの堆積が増加すれば、対レジ
スト選択性および対シリコン下地選択性が向上する。
【００１９】しかし、ここで留意すべきは、Ｃ／Ｆ比が
小さすぎると過剰なＦ＊ により対下地選択比や対レジ
スト選択比が低下することである。従来は、エッチング
反応系のＣ／Ｆ比を増大させるためにＨ２ や堆積性ガ
ス等を添加していたが、本発明は添加ガスを特に併用し
なくとも、フルオロカーボン系ガスのエッチング・ガス
として従来とは炭素骨格の異なるものを使用することで
Ｃ／Ｆ比を増大させようとするものである。すなわち、
本願の第１の発明で使用される分子構造の一部に環状部
を有する飽和フルオロカーボン系化合物ｃ−Ｃｎ Ｆ２
ｎは、炭素数が同じならば直鎖状飽和フルオロカーボン
系化合物Ｃｎ Ｆ２ｎ＋２よりも１分子中のフッ素原子
数が２個少ない。また、本願の第２の発明で使用される
分子構造の一部に環状部を有する不飽和フルオロカーボ
ン系化合物ｃ−Ｃｎ Ｆｙ （ｙ≦２ｎ−２）は、炭素
数が同じならば直鎖状飽和フルオロカーボン系化合物Ｃ
ｎ Ｆ２ｎ＋２よりも１分子中のフッ素原子数が４個以
上少ない。したがって、特に添加ガスを併用しなくとも
、エッチング反応系のＣ／Ｆ比を従来よりも低下させる
ことができるのである。
小さすぎると過剰なＦ＊ により対下地選択比や対レジ
スト選択比が低下することである。従来は、エッチング
反応系のＣ／Ｆ比を増大させるためにＨ２ や堆積性ガ
ス等を添加していたが、本発明は添加ガスを特に併用し
なくとも、フルオロカーボン系ガスのエッチング・ガス
として従来とは炭素骨格の異なるものを使用することで
Ｃ／Ｆ比を増大させようとするものである。すなわち、
本願の第１の発明で使用される分子構造の一部に環状部
を有する飽和フルオロカーボン系化合物ｃ−Ｃｎ Ｆ２
ｎは、炭素数が同じならば直鎖状飽和フルオロカーボン
系化合物Ｃｎ Ｆ２ｎ＋２よりも１分子中のフッ素原子
数が２個少ない。また、本願の第２の発明で使用される
分子構造の一部に環状部を有する不飽和フルオロカーボ
ン系化合物ｃ−Ｃｎ Ｆｙ （ｙ≦２ｎ−２）は、炭素
数が同じならば直鎖状飽和フルオロカーボン系化合物Ｃ
ｎ Ｆ２ｎ＋２よりも１分子中のフッ素原子数が４個以
上少ない。したがって、特に添加ガスを併用しなくとも
、エッチング反応系のＣ／Ｆ比を従来よりも低下させる
ことができるのである。
【００２０】なお、本願の第１の発明で使用される飽和
フルオロカーボン系化合物ｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎは、本発明
者が先に特願平２−２９５２２５号明細書に提案してい
る鎖状フルオロカーボン系化合物のうち、分子内に１個
の２重結合を有する化合物と同じ一般式で表されるもの
である。したがって、これら両者のＣ／Ｆ比の増大効果
に有意差が認められるか否かについては必ずしも明らか
ではない。しかし、プラズマ中における解離状態、被エ
ッチング基体の表面に堆積するポリマーの分子構造、選
択性の温度依存性、下地ダメージの発生状態に関しては
有意差が現れることは十分に考えられる。
フルオロカーボン系化合物ｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎは、本発明
者が先に特願平２−２９５２２５号明細書に提案してい
る鎖状フルオロカーボン系化合物のうち、分子内に１個
の２重結合を有する化合物と同じ一般式で表されるもの
である。したがって、これら両者のＣ／Ｆ比の増大効果
に有意差が認められるか否かについては必ずしも明らか
ではない。しかし、プラズマ中における解離状態、被エ
ッチング基体の表面に堆積するポリマーの分子構造、選
択性の温度依存性、下地ダメージの発生状態に関しては
有意差が現れることは十分に考えられる。
【００２１】さらに本発明では、エッチング中の被エッ
チング基板の温度を５０℃以下に制御する。この温度制
御は室温域でも、あるいは近年ドライエッチングの分野
において注目されている低温エッチングのごとく０℃以
下の温度域で行っても良い。通常、ドライエッチングの
過程では冷却を特に行わなければ被エッチング基板の温
度は２００℃程度にも上昇する。しかし、温度を５０℃
以下に制御すれば、炭化水素系ガス等の堆積性ガスを使
用しないかあるいはその使用量を極めて少なくしても、
蒸気圧の低下により効率良く炭素系ポリマーを堆積させ
ることができ、上述のように選択性を向上させることが
できる。また、このことにより堆積性ガスの添加量を低
減できるので、パーティクル汚染の虞れも少なくなる。
チング基板の温度を５０℃以下に制御する。この温度制
御は室温域でも、あるいは近年ドライエッチングの分野
において注目されている低温エッチングのごとく０℃以
下の温度域で行っても良い。通常、ドライエッチングの
過程では冷却を特に行わなければ被エッチング基板の温
度は２００℃程度にも上昇する。しかし、温度を５０℃
以下に制御すれば、炭化水素系ガス等の堆積性ガスを使
用しないかあるいはその使用量を極めて少なくしても、
蒸気圧の低下により効率良く炭素系ポリマーを堆積させ
ることができ、上述のように選択性を向上させることが
できる。また、このことにより堆積性ガスの添加量を低
減できるので、パーティクル汚染の虞れも少なくなる。
【００２２】特に、０℃以下に冷却して低温エッチング
を行えば、選択性の向上は一層顕著となる。レジスト材
料やシリコン系材料層のエッチングはＦ＊（フッ素ラジ
カル）による化学反応を主体として進行するので、反応
系の温度が低下してラジカルの運動が抑制されるとエッ
チング速度も低下する。これに対し、酸化シリコン等の
シリコン化合物層のエッチングはイオンによるスパッタ
リングを主体として物理的に進行するので、冷却による
エッチング速度の低下はレジスト材料やシリコン系材料
ほど顕著ではない。したがって、低温域では選択比の一
層の向上が期待できるわけである。
を行えば、選択性の向上は一層顕著となる。レジスト材
料やシリコン系材料層のエッチングはＦ＊（フッ素ラジ
カル）による化学反応を主体として進行するので、反応
系の温度が低下してラジカルの運動が抑制されるとエッ
チング速度も低下する。これに対し、酸化シリコン等の
シリコン化合物層のエッチングはイオンによるスパッタ
リングを主体として物理的に進行するので、冷却による
エッチング速度の低下はレジスト材料やシリコン系材料
ほど顕著ではない。したがって、低温域では選択比の一
層の向上が期待できるわけである。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。ここで、実施例１〜実施例３ではｃ−Ｃｎ Ｆ２
ｎもしくはｃ−Ｃｎ Ｆｙ を単独で用いるプロセス、
実施例４ではｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎとｃ−Ｃｎ Ｆｙ を組
み合わせて用いるプロセス、実施例５ではｃ−Ｃｎ Ｆ
２ｎと堆積性ガスを組み合わせて用いるプロセス、実施
例６〜実施例８では鎖状飽和フルオロカーボンであるＣ
ｎ Ｆ２ｎ＋２にｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎもしくはｃ−Ｃｎ
Ｆｙ を組み合わせて用いるプロセスを、それぞれ説明
する。
する。ここで、実施例１〜実施例３ではｃ−Ｃｎ Ｆ２
ｎもしくはｃ−Ｃｎ Ｆｙ を単独で用いるプロセス、
実施例４ではｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎとｃ−Ｃｎ Ｆｙ を組
み合わせて用いるプロセス、実施例５ではｃ−Ｃｎ Ｆ
２ｎと堆積性ガスを組み合わせて用いるプロセス、実施
例６〜実施例８では鎖状飽和フルオロカーボンであるＣ
ｎ Ｆ２ｎ＋２にｃ−Ｃｎ Ｆ２ｎもしくはｃ−Ｃｎ
Ｆｙ を組み合わせて用いるプロセスを、それぞれ説明
する。
【００２４】実施例１
本実施例は、本願の第１の発明をコンタクト・ホール加
工に適用し、前述の化１■で示されるＣ４ Ｆ８ （オ
クタフルオロシクロブタン，別名フロンＣ３１８，Ｃ／
Ｆ比＝０．５）を使用して、酸化シリコンからなる層間
絶縁膜をエッチングした例である。このプロセスを、図
１（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。まず、
図１（ａ）に示されるように、不純物拡散層２が形成さ
れた単結晶シリコン基板１上に層間絶縁膜３が形成され
、さらに該層間絶縁膜３のエッチング・マスクとしてレ
ジスト・パターン４が形成されてなる被エッチング基板
（ウェハ）を用意した。上記レジスト・パターンには、
所定のパターニングにより開口部４ａが設けられている
。次に、上記ウェハを一例としてマグネトロンＲＩＥ（
反応性イオン・エッチング）装置のウェハ載置電極上に
セットした。ここで、上記ウェハ載置電極は冷却配管を
内蔵しており、装置外部に接続されるチラー等の冷却設
備から該冷却配管に冷媒を供給して循環させることによ
り、エッチング中のウェハ温度を５０℃以下に制御する
ことが可能となされているものである。ここでは、冷媒
としてエタノールを使用した。Ｃ４ Ｆ８ 流量４６Ｓ
ＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ，ＲＦパワー密度２．２Ｗ／ｃｍ
２ ，磁場強度１５０Ｇａｕｓｓ，ウェハ温度０℃の条
件でエッチングを行った。ここで、Ｃ４ Ｆ８ の物性
に関しては文献により多少の差異があるが、融点は約−
４０℃，沸点は約−６℃であり、常温では気体の化合物
である。
工に適用し、前述の化１■で示されるＣ４ Ｆ８ （オ
クタフルオロシクロブタン，別名フロンＣ３１８，Ｃ／
Ｆ比＝０．５）を使用して、酸化シリコンからなる層間
絶縁膜をエッチングした例である。このプロセスを、図
１（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。まず、
図１（ａ）に示されるように、不純物拡散層２が形成さ
れた単結晶シリコン基板１上に層間絶縁膜３が形成され
、さらに該層間絶縁膜３のエッチング・マスクとしてレ
ジスト・パターン４が形成されてなる被エッチング基板
（ウェハ）を用意した。上記レジスト・パターンには、
所定のパターニングにより開口部４ａが設けられている
。次に、上記ウェハを一例としてマグネトロンＲＩＥ（
反応性イオン・エッチング）装置のウェハ載置電極上に
セットした。ここで、上記ウェハ載置電極は冷却配管を
内蔵しており、装置外部に接続されるチラー等の冷却設
備から該冷却配管に冷媒を供給して循環させることによ
り、エッチング中のウェハ温度を５０℃以下に制御する
ことが可能となされているものである。ここでは、冷媒
としてエタノールを使用した。Ｃ４ Ｆ８ 流量４６Ｓ
ＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ，ＲＦパワー密度２．２Ｗ／ｃｍ
２ ，磁場強度１５０Ｇａｕｓｓ，ウェハ温度０℃の条
件でエッチングを行った。ここで、Ｃ４ Ｆ８ の物性
に関しては文献により多少の差異があるが、融点は約−
４０℃，沸点は約−６℃であり、常温では気体の化合物
である。
【００２５】上述のエッチング過程では、Ｃ４ Ｆ８
が放電解離してプラズマ中に生成するＣＦｘ ＋ によ
り、層間絶縁膜３のエッチングがイオン・アシスト反応
を主体とする機構により進行する。このとき、レジスト
・パターン４の表面においては炭素系ポリマー （図示
せず。） が効率良く堆積したが、上記開口部４ａ内に
露出する層間絶縁膜３の表面では自身のエッチング除去
に伴って炭素系ポリマーも除去された。その結果、ガス
系に炭化水素系ガス等の堆積性ガスが添加されていない
にもかかわらず、図１（ｂ）に示されるように良好な異
方性形状を有するコンタクト・ホール５が高速に形成さ
れた。このプロセスにおける層間絶縁膜のエッチング速
度は７０１ｎｍ／分、対レジスト選択比は３．５、対シ
リコン選択比は７．２であった。
が放電解離してプラズマ中に生成するＣＦｘ ＋ によ
り、層間絶縁膜３のエッチングがイオン・アシスト反応
を主体とする機構により進行する。このとき、レジスト
・パターン４の表面においては炭素系ポリマー （図示
せず。） が効率良く堆積したが、上記開口部４ａ内に
露出する層間絶縁膜３の表面では自身のエッチング除去
に伴って炭素系ポリマーも除去された。その結果、ガス
系に炭化水素系ガス等の堆積性ガスが添加されていない
にもかかわらず、図１（ｂ）に示されるように良好な異
方性形状を有するコンタクト・ホール５が高速に形成さ
れた。このプロセスにおける層間絶縁膜のエッチング速
度は７０１ｎｍ／分、対レジスト選択比は３．５、対シ
リコン選択比は７．２であった。
【００２６】ここで、比較のために、上記Ｃ４ Ｆ８
とフッ素原子数の等しい鎖状飽和フルオロカーボン系化
合物としてＣ３ Ｆ８ （オクタフルオロプロパン，Ｃ
／Ｆ比＝０．３７５）を選び、これを用いて上述と同じ
条件にて層間絶縁膜のエッチングを行ったところ、エッ
チング速度は７３４ｎｍ／分、対レジスト選択比は１．
５、対シリコン選択比は３．９であった。これらＣ４
Ｆ８ とＣ３ Ｆ８ によるエッチングの結果を比較す
ると、対レジスト選択比および対シリコン選択比につい
てはＣ４ Ｆ８ の方が格段に優れている。これは、Ｃ
４ Ｆ８ の方がＣ３ Ｆ８ よりもＣ／Ｆ比が大きく
、選択比低下の原因となる過剰なＦ＊ の生成が抑制さ
れているからである。一方、エッチング速度については
Ｃ４ Ｆ８ の方がわずかに劣っている。これは、Ｃ４
Ｆ８ を使用した場合の方が炭素系ポリマーの堆積量
が多く、該炭素系ポリマーのスパッタ除去とエッチング
とが競合するからである。しかしながら、エッチング速
度の低下がわずかであるのに対して選択性の向上が著し
いので、環状飽和フルオロカーボン系化合物を使用する
ことの実用上のメリットは大きいと言える。
とフッ素原子数の等しい鎖状飽和フルオロカーボン系化
合物としてＣ３ Ｆ８ （オクタフルオロプロパン，Ｃ
／Ｆ比＝０．３７５）を選び、これを用いて上述と同じ
条件にて層間絶縁膜のエッチングを行ったところ、エッ
チング速度は７３４ｎｍ／分、対レジスト選択比は１．
５、対シリコン選択比は３．９であった。これらＣ４
Ｆ８ とＣ３ Ｆ８ によるエッチングの結果を比較す
ると、対レジスト選択比および対シリコン選択比につい
てはＣ４ Ｆ８ の方が格段に優れている。これは、Ｃ
４ Ｆ８ の方がＣ３ Ｆ８ よりもＣ／Ｆ比が大きく
、選択比低下の原因となる過剰なＦ＊ の生成が抑制さ
れているからである。一方、エッチング速度については
Ｃ４ Ｆ８ の方がわずかに劣っている。これは、Ｃ４
Ｆ８ を使用した場合の方が炭素系ポリマーの堆積量
が多く、該炭素系ポリマーのスパッタ除去とエッチング
とが競合するからである。しかしながら、エッチング速
度の低下がわずかであるのに対して選択性の向上が著し
いので、環状飽和フルオロカーボン系化合物を使用する
ことの実用上のメリットは大きいと言える。
【００２７】実施例２
本実施例は、本願の第２の発明をコンタクト・ホール加
工に適用し、前述の化３■で示されるＣ４ Ｆ６ （ヘ
キサフルオロシクロブテン，別名フロンＣ１３１６，Ｃ
／Ｆ比＝０．６７）を使用して、酸化シリコンからなる
層間絶縁膜をエッチングした例である。前述の実施例１
と同様のウェハをマグネトロンＲＩＥ装置にセットし、
Ｃ４ Ｆ６ 流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ，ＲＦパ
ワー密度１．５Ｗ／ｃｍ２ ，磁場強度１５０Ｇａｕｓ
ｓ，ウェハ温度０℃の条件でエッチングを行った。ここ
で、Ｃ４ Ｆ６ の物性に関しては文献により多少の差
異があるが、融点は約−６０℃，沸点は５〜６℃であり
、常温では気体の化合物である。このエッチングによっ
ても良好な異方性形状を有するコンタクト・ホールが形
成された。このときの対レジスト選択比は約４、対シリ
コン選択比は約１２であり、いずれもＣ４ Ｆ８ を使
用した場合（実施例１参照。）よりもさらに向上した。 これは、Ｃ４ Ｆ６ が分子内に２重結合を１個有する
ことによりＣ／Ｆ比が一段と増大し、炭素系ポリマーの
堆積が促進されたからである。
工に適用し、前述の化３■で示されるＣ４ Ｆ６ （ヘ
キサフルオロシクロブテン，別名フロンＣ１３１６，Ｃ
／Ｆ比＝０．６７）を使用して、酸化シリコンからなる
層間絶縁膜をエッチングした例である。前述の実施例１
と同様のウェハをマグネトロンＲＩＥ装置にセットし、
Ｃ４ Ｆ６ 流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ，ＲＦパ
ワー密度１．５Ｗ／ｃｍ２ ，磁場強度１５０Ｇａｕｓ
ｓ，ウェハ温度０℃の条件でエッチングを行った。ここ
で、Ｃ４ Ｆ６ の物性に関しては文献により多少の差
異があるが、融点は約−６０℃，沸点は５〜６℃であり
、常温では気体の化合物である。このエッチングによっ
ても良好な異方性形状を有するコンタクト・ホールが形
成された。このときの対レジスト選択比は約４、対シリ
コン選択比は約１２であり、いずれもＣ４ Ｆ８ を使
用した場合（実施例１参照。）よりもさらに向上した。 これは、Ｃ４ Ｆ６ が分子内に２重結合を１個有する
ことによりＣ／Ｆ比が一段と増大し、炭素系ポリマーの
堆積が促進されたからである。
【００２８】実施例３
本実施例は、本願の第２の発明をコンタクト・ホール加
工に適用し、前述の化３■で示されるＣ５ Ｆ８ （オ
クタフルオロシクロペンテン，別名フロン１４１８，Ｃ
／Ｆ比＝０．６２５）を使用して、酸化シリコンからな
る層間絶縁膜をエッチングした例である。前述の実施例
１と同様のウェハをマグネトロンＲＩＥ装置にセットし
、Ｃ５ Ｆ８ 流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ，ＲＦ
パワー密度１．５Ｗ／ｃｍ２ ，磁場強度１５０Ｇａｕ
ｓｓ，ウェハ温度０℃の条件でエッチングを行った。こ
こで、Ｃ５ Ｆ８ の物性に関しては文献によりかなり
の差異があるが、融点は約−４０℃，沸点は約６℃であ
り、常温では気体の化合物である。このエッチングによ
っても良好な異方性形状を有するコンタクト・ホールが
形成された。 このときのエッチング速度は、Ｃ４ Ｆ６ を使用した
場合（実施例２参照。）よりも増大した。これはＣ５
Ｆ８ の方がＣ４ Ｆ６ よりもＣ／Ｆ比が低いことと
対応している。
工に適用し、前述の化３■で示されるＣ５ Ｆ８ （オ
クタフルオロシクロペンテン，別名フロン１４１８，Ｃ
／Ｆ比＝０．６２５）を使用して、酸化シリコンからな
る層間絶縁膜をエッチングした例である。前述の実施例
１と同様のウェハをマグネトロンＲＩＥ装置にセットし
、Ｃ５ Ｆ８ 流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ，ＲＦ
パワー密度１．５Ｗ／ｃｍ２ ，磁場強度１５０Ｇａｕ
ｓｓ，ウェハ温度０℃の条件でエッチングを行った。こ
こで、Ｃ５ Ｆ８ の物性に関しては文献によりかなり
の差異があるが、融点は約−４０℃，沸点は約６℃であ
り、常温では気体の化合物である。このエッチングによ
っても良好な異方性形状を有するコンタクト・ホールが
形成された。 このときのエッチング速度は、Ｃ４ Ｆ６ を使用した
場合（実施例２参照。）よりも増大した。これはＣ５
Ｆ８ の方がＣ４ Ｆ６ よりもＣ／Ｆ比が低いことと
対応している。
【００２９】以上の実施例１ないし実施例３では、いず
れも単独ガス系によるエッチング例について述べた。こ
れらのガス系には堆積性ガスが添加されておらず、枚葉
式のエッチング装置において複数のウェハに対する処理
数を重ねた後でもパーティクル・レベルが悪化すること
がないので、デバイスの歩留りが向上し、また装置の保
守管理に要する時間を大幅に短縮することができる。
れも単独ガス系によるエッチング例について述べた。こ
れらのガス系には堆積性ガスが添加されておらず、枚葉
式のエッチング装置において複数のウェハに対する処理
数を重ねた後でもパーティクル・レベルが悪化すること
がないので、デバイスの歩留りが向上し、また装置の保
守管理に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００３０】実施例４
本実施例は、本願の第１の発明および第２の発明の応用
例として、Ｃ４ Ｆ８ を用いて層間絶縁膜を下地が露
出する直前まで行った後、Ｃ４ Ｆ８ とＣ４ Ｆ６
との混合ガスにより該層間絶縁膜の残余部のエッチング
およびオーバーエッチングを行った例である。このプロ
セスを前述の図１（ａ）および（ｂ）に加え、図２を参
照しながら説明する。まず、図１（ａ）に示されるウェ
ハをマグネトロンＲＩＥ装置にセットし、Ｃ４ Ｆ８
流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ，ＲＦパワー密度２．
０Ｗ／ｃｍ２ ，ウェハ温度２０℃の条件で、層間絶縁
膜３のエッチングを単結晶シリコン基板１、正確には不
純物拡散層２が露出する直前まで行った。このときのエ
ッチング終点は、４８３．５ｎｍにおけるＣＯ＊ の発
光スペクトル強度が減少し始める点をもって判定した。 この１段階目のエッチングの結果、ウェハの状態は図２
に示されるように、コンタクト・ホール５が中途部まで
形成され、その底部に層間絶縁膜３の残余部３ａが残さ
れた状態となった。 次に、Ｃ４ Ｆ８ 流量４０ＳＣＣＭ，Ｃ４ Ｆ６ 流
量１０ＳＣＣＭ，ＲＦパワー密度１．０Ｗ／ｃｍ２ ，
ウェハ温度２０℃の条件で、上記残余部３ａのエッチン
グおよびオーバーエッチングを行った。この２段階目の
エッチングの結果、前述の図１（ｂ）に示されるように
、下地の不純物拡散層２にダメージを与えることなく、
良好な異方性形状を有するコンタクト・ホール５が形成
された。
例として、Ｃ４ Ｆ８ を用いて層間絶縁膜を下地が露
出する直前まで行った後、Ｃ４ Ｆ８ とＣ４ Ｆ６
との混合ガスにより該層間絶縁膜の残余部のエッチング
およびオーバーエッチングを行った例である。このプロ
セスを前述の図１（ａ）および（ｂ）に加え、図２を参
照しながら説明する。まず、図１（ａ）に示されるウェ
ハをマグネトロンＲＩＥ装置にセットし、Ｃ４ Ｆ８
流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ，ＲＦパワー密度２．
０Ｗ／ｃｍ２ ，ウェハ温度２０℃の条件で、層間絶縁
膜３のエッチングを単結晶シリコン基板１、正確には不
純物拡散層２が露出する直前まで行った。このときのエ
ッチング終点は、４８３．５ｎｍにおけるＣＯ＊ の発
光スペクトル強度が減少し始める点をもって判定した。 この１段階目のエッチングの結果、ウェハの状態は図２
に示されるように、コンタクト・ホール５が中途部まで
形成され、その底部に層間絶縁膜３の残余部３ａが残さ
れた状態となった。 次に、Ｃ４ Ｆ８ 流量４０ＳＣＣＭ，Ｃ４ Ｆ６ 流
量１０ＳＣＣＭ，ＲＦパワー密度１．０Ｗ／ｃｍ２ ，
ウェハ温度２０℃の条件で、上記残余部３ａのエッチン
グおよびオーバーエッチングを行った。この２段階目の
エッチングの結果、前述の図１（ｂ）に示されるように
、下地の不純物拡散層２にダメージを与えることなく、
良好な異方性形状を有するコンタクト・ホール５が形成
された。
【００３１】上述のプロセスは、１段階目のエッチング
はある程度高速に行い、２段階目のエッチングにおいて
はＣ／Ｆ比の高いガスを添加し、かつＲＦパワー密度を
低下させて入射イオン・エネルギーを低減することによ
り対下地選択比を高めるという考え方にもとづいている
。したがって、０℃以下に及ぶウェハ冷却は行っていな
いが、高異方性と高選択性とが達成された。
はある程度高速に行い、２段階目のエッチングにおいて
はＣ／Ｆ比の高いガスを添加し、かつＲＦパワー密度を
低下させて入射イオン・エネルギーを低減することによ
り対下地選択比を高めるという考え方にもとづいている
。したがって、０℃以下に及ぶウェハ冷却は行っていな
いが、高異方性と高選択性とが達成された。
【００３２】実施例５
本実施例は、本願の第１の発明の応用例として実施例４
と同様の２段階エッチングを行い、１段階目のエッチン
グでＣ４ Ｆ８ 、２段階目のエッチングでＣ４ Ｆ８
とＣ２ Ｈ４ との混合ガスを用いてコンタクト・ホ
ール加工を行った例である。１段階目のエッチング条件
は、Ｃ４ Ｆ８ 流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ，Ｒ
Ｆパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ２ ウェハ温度２０℃とし
た。２段階目のエッチング条件は、Ｃ４ Ｆ８ 流量４
６ＳＣＣＭ，Ｃ２ Ｈ４ 流量４ＳＣＣＭ，ＲＦパワー
密度１．０Ｗ／ｃｍ２ ，ウェハ温度２０℃とした。こ
こで、２段階目のエッチングにおいて添加されているＣ
２ Ｈ４ は、自身が堆積性ガスであることに加えて放
電分解によりＨ＊ を生成させ、過剰なＦ＊ を捕捉し
てエッチング反応系のＣ／Ｆ比を増大させる効果を有す
るものである。本実施例によっても、高異方性，高選択
性，低ダメージ性とが達成された。
と同様の２段階エッチングを行い、１段階目のエッチン
グでＣ４ Ｆ８ 、２段階目のエッチングでＣ４ Ｆ８
とＣ２ Ｈ４ との混合ガスを用いてコンタクト・ホ
ール加工を行った例である。１段階目のエッチング条件
は、Ｃ４ Ｆ８ 流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ，Ｒ
Ｆパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ２ ウェハ温度２０℃とし
た。２段階目のエッチング条件は、Ｃ４ Ｆ８ 流量４
６ＳＣＣＭ，Ｃ２ Ｈ４ 流量４ＳＣＣＭ，ＲＦパワー
密度１．０Ｗ／ｃｍ２ ，ウェハ温度２０℃とした。こ
こで、２段階目のエッチングにおいて添加されているＣ
２ Ｈ４ は、自身が堆積性ガスであることに加えて放
電分解によりＨ＊ を生成させ、過剰なＦ＊ を捕捉し
てエッチング反応系のＣ／Ｆ比を増大させる効果を有す
るものである。本実施例によっても、高異方性，高選択
性，低ダメージ性とが達成された。
【００３３】実施例６
本実施例は、本願の第１の発明の応用例であるが、エッ
チング・ガスの主体は鎖状飽和フルオロカーボンである
Ｃ３ Ｆ８ とし、これにＣ４ Ｆ８ を添加した混合
ガスにより低温エッチングを行ってコンタクト・ホール
を形成した例である。エッチング条件は、Ｃ３ Ｆ８
流量３０ＳＣＣＭ，Ｃ４ Ｆ８ 流量２０ＳＣＣＭ，ガ
ス圧２Ｐａ，ＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ２ ウェハ
温度−３０℃とした。このプロセスは、高速性を重視し
てＣ／Ｆ比の相対的に低いＣ３ Ｆ８ をガス組成の主
体とする一方で、高選択性と低ダメージ性とを達成する
ためにＣ／Ｆ比の相対的に高いＣ４ Ｆ８ を添加し、
かつウェハの低温冷却を行ったものである。本実施例に
より、高速性，高異方性，高選択性，低ダメージ性とが
達成された。
チング・ガスの主体は鎖状飽和フルオロカーボンである
Ｃ３ Ｆ８ とし、これにＣ４ Ｆ８ を添加した混合
ガスにより低温エッチングを行ってコンタクト・ホール
を形成した例である。エッチング条件は、Ｃ３ Ｆ８
流量３０ＳＣＣＭ，Ｃ４ Ｆ８ 流量２０ＳＣＣＭ，ガ
ス圧２Ｐａ，ＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ２ ウェハ
温度−３０℃とした。このプロセスは、高速性を重視し
てＣ／Ｆ比の相対的に低いＣ３ Ｆ８ をガス組成の主
体とする一方で、高選択性と低ダメージ性とを達成する
ためにＣ／Ｆ比の相対的に高いＣ４ Ｆ８ を添加し、
かつウェハの低温冷却を行ったものである。本実施例に
より、高速性，高異方性，高選択性，低ダメージ性とが
達成された。
【００３４】実施例７
本実施例は、本願の第１の発明の応用例であるが、実施
例６と同じくエッチング・ガスの主体はＣ３ Ｆ８ と
し、これにＣ７ Ｆ１４（化１■参照。）を添加した混
合ガスにより低温エッチングを行い、コンタクト・ホー
ルを形成した例である。エッチング条件は、Ｃ３ Ｆ８
流量４５ＳＣＣＭ，Ｃ７ Ｆ１４流量５ＳＣＣＭ，ガ
ス圧２Ｐａ，ＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ２ ウェハ
温度−３０℃とした。本実施例により、高速性，高異方
性，高選択性，低ダメージ性とが達成された。
例６と同じくエッチング・ガスの主体はＣ３ Ｆ８ と
し、これにＣ７ Ｆ１４（化１■参照。）を添加した混
合ガスにより低温エッチングを行い、コンタクト・ホー
ルを形成した例である。エッチング条件は、Ｃ３ Ｆ８
流量４５ＳＣＣＭ，Ｃ７ Ｆ１４流量５ＳＣＣＭ，ガ
ス圧２Ｐａ，ＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ２ ウェハ
温度−３０℃とした。本実施例により、高速性，高異方
性，高選択性，低ダメージ性とが達成された。
【００３５】実施例８
本実施例は、本願の第２の発明の応用例であるが、実施
例６と同じくエッチング・ガスの主体はＣ３ Ｆ８ と
し、これにＣ４ Ｆ６ を添加した混合ガスにより低温
エッチングを行い、コンタクト・ホール加工を形成した
例である。エッチング条件は、Ｃ３ Ｆ８ 流量２５Ｓ
ＣＣＭ，Ｃ４ Ｆ６ 流量２５ＳＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ
，ＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ２ ウェハ温度−３０
℃とした。本実施例により、高速性，高異方性，高選択
性，低ダメージ性とが達成された。
例６と同じくエッチング・ガスの主体はＣ３ Ｆ８ と
し、これにＣ４ Ｆ６ を添加した混合ガスにより低温
エッチングを行い、コンタクト・ホール加工を形成した
例である。エッチング条件は、Ｃ３ Ｆ８ 流量２５Ｓ
ＣＣＭ，Ｃ４ Ｆ６ 流量２５ＳＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ
，ＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ２ ウェハ温度−３０
℃とした。本実施例により、高速性，高異方性，高選択
性，低ダメージ性とが達成された。
【００３６】以上、本発明を８通りの実施例にもとづい
て説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定され
るものではなく、たとえば上述のガス系において、エッ
チング速度を制御するためにさらにＨ２ やＯ２ ガス
等を添加しても良く、またスパッタリング効果，希釈効
果，冷却効果等を期待する意味でＨｅ，Ａｒ等の希ガス
を適宜添加しても良い。さらに、被エッチング材料層は
上述の酸化シリコンに限られるものではなく、ＰＳＧ，
ＢＳＧ，ＢＰＳＧ，ＡｓＳＧ，ＡｓＰＳＧ，ＡｓＢＳＧ
，ＳｉＮ等であっても良い。
て説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定され
るものではなく、たとえば上述のガス系において、エッ
チング速度を制御するためにさらにＨ２ やＯ２ ガス
等を添加しても良く、またスパッタリング効果，希釈効
果，冷却効果等を期待する意味でＨｅ，Ａｒ等の希ガス
を適宜添加しても良い。さらに、被エッチング材料層は
上述の酸化シリコンに限られるものではなく、ＰＳＧ，
ＢＳＧ，ＢＰＳＧ，ＡｓＳＧ，ＡｓＰＳＧ，ＡｓＢＳＧ
，ＳｉＮ等であっても良い。
【００３７】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では分子構造の一部に環状部を有する飽和もしくは不
飽和フルオロカーボン系化合物を使用することにより、
高速エッチングが可能となる。しかも、化合物自身の炭
素骨格によりある程度大きいＣ／Ｆ比を有するものであ
り、基本的にはＣ／Ｆ比を増大させるための添加ガスを
使用しなくとも高選択比を達成することができる。した
がって、エッチング反応の制御やエッチング装置の保守
管理等が極めて容易となる。しかも、本発明では被エッ
チング基板温度が５０℃以下に制御されるので、高異方
性、低ダメージ性も併せて達成される。したがって、本
発明は高性能，高集積度を有する半導体装置の製造に極
めて有効である。
明では分子構造の一部に環状部を有する飽和もしくは不
飽和フルオロカーボン系化合物を使用することにより、
高速エッチングが可能となる。しかも、化合物自身の炭
素骨格によりある程度大きいＣ／Ｆ比を有するものであ
り、基本的にはＣ／Ｆ比を増大させるための添加ガスを
使用しなくとも高選択比を達成することができる。した
がって、エッチング反応の制御やエッチング装置の保守
管理等が極めて容易となる。しかも、本発明では被エッ
チング基板温度が５０℃以下に制御されるので、高異方
性、低ダメージ性も併せて達成される。したがって、本
発明は高性能，高集積度を有する半導体装置の製造に極
めて有効である。
【図１】本発明をコンタクト・ホール加工に適用した一
例をその工程順にしたがって説明する概略断面図であり
、（ａ）は層間絶縁膜上にレジスト・パターンが形成さ
れた状態、（ｂ）はコンタクト・ホールが形成された状
態をそれぞれ表す。
例をその工程順にしたがって説明する概略断面図であり
、（ａ）は層間絶縁膜上にレジスト・パターンが形成さ
れた状態、（ｂ）はコンタクト・ホールが形成された状
態をそれぞれ表す。
【図２】本発明を２段階エッチングによるコンタクト・
ホール加工に適用した場合において、コンタクト・ホー
ルが途中まで形成された状態を示す概略断面図である。
ホール加工に適用した場合において、コンタクト・ホー
ルが途中まで形成された状態を示す概略断面図である。
１ ・・・単結晶シリコン基板
２ ・・・不純物拡散層
３ ・・・層間絶縁膜
３ａ・・・（層間絶縁膜の） 残余部
４ ・・・レジスト・パターン
４ａ・・・開口部
５ ・・・コンタクト・ホール
Claims (2)
- 【請求項１】 分子構造の少なくとも一部に環状部を
有する飽和フルオロカーボン系化合物を含むエッチング
・ガスを用いて被エッチング基体の温度を５０℃以下に
制御しながら基板上に形成されたシリコン化合物層のエ
ッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方法
。 - 【請求項２】 分子構造の少なくとも一部に環状部を
有する不飽和フルオロカーボン系化合物を含むエッチン
グ・ガスを用いて被エッチング基体の温度を５０℃以下
に制御しながら基板上に形成されたシリコン化合物層の
エッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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