JPH04326726A - ドライエッチング方法 - Google Patents
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- JPH04326726A JPH04326726A JP3123029A JP12302991A JPH04326726A JP H04326726 A JPH04326726 A JP H04326726A JP 3123029 A JP3123029 A JP 3123029A JP 12302991 A JP12302991 A JP 12302991A JP H04326726 A JPH04326726 A JP H04326726A
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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。
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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
オーバーエッチング時の過剰ラジカルの影響による対下
地選択性と異方性の劣化を防止する方法に関する。
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
オーバーエッチング時の過剰ラジカルの影響による対下
地選択性と異方性の劣化を防止する方法に関する。
【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デザイン・ルールが高度に微細化さ
れるに伴い、ドライエッチングの分野においても対下地
選択性の高い条件で被エッチング材料層をエッチングす
ることが極めて重要な技術となっている。たとえば、Ｍ
ＯＳ−ＦＥＴのゲート電極加工においては、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ２ ）からなる薄いゲート絶縁膜に対して高
選択比がとれる条件で多結晶シリコン層やポリサイド膜
等のシリコン（Ｓｉ）系材料層をエッチングすることが
必要となる。また、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Ｐ
ＭＯＳ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は、シリコン基板や多
結晶シリコン層等のＳｉ系材料層に対して高選択比がと
れる条件でＳｉＯ２ 層間絶縁膜をエッチングすること
が必要となる。しかし、ドライエッチングにおいて対下
地選択性，異方性，エッチング速度，低汚染性，低ダメ
ージ性等の諸条件は相互にトレード・オフの関係にある
ため、実際のプロセスではこれらの条件を実用レベルで
許容できる範囲に適宜調整しながらエッチングを行って
いるのが実情である。
ように半導体装置のデザイン・ルールが高度に微細化さ
れるに伴い、ドライエッチングの分野においても対下地
選択性の高い条件で被エッチング材料層をエッチングす
ることが極めて重要な技術となっている。たとえば、Ｍ
ＯＳ−ＦＥＴのゲート電極加工においては、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ２ ）からなる薄いゲート絶縁膜に対して高
選択比がとれる条件で多結晶シリコン層やポリサイド膜
等のシリコン（Ｓｉ）系材料層をエッチングすることが
必要となる。また、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Ｐ
ＭＯＳ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は、シリコン基板や多
結晶シリコン層等のＳｉ系材料層に対して高選択比がと
れる条件でＳｉＯ２ 層間絶縁膜をエッチングすること
が必要となる。しかし、ドライエッチングにおいて対下
地選択性，異方性，エッチング速度，低汚染性，低ダメ
ージ性等の諸条件は相互にトレード・オフの関係にある
ため、実際のプロセスではこれらの条件を実用レベルで
許容できる範囲に適宜調整しながらエッチングを行って
いるのが実情である。
【０００３】従来、単結晶シリコン，多結晶シリコン，
高融点金属シリサイド，ポリサイド等のＳｉ系材料層の
エッチングには、フロン１１３（Ｃ２ Ｃｌ３ Ｆ３
）等に代表されるフロン（クロロフルオロカーボン）系
ガス、あるいは高速化を図るためにこれにＳＦ６ 等を
添加した混合ガス等がエッチング・ガスとして広く用い
られてきた。フロン系ガスは１分子内にＦとＣｌとを構
成元素として有するため、ラジカル反応とイオン・アシ
スト反応の両方の寄与によるエッチングが可能であり、
かつ気相中から堆積する炭素系ポリマーで側壁保護を行
いながら高異方性を達成することができるからである。
高融点金属シリサイド，ポリサイド等のＳｉ系材料層の
エッチングには、フロン１１３（Ｃ２ Ｃｌ３ Ｆ３
）等に代表されるフロン（クロロフルオロカーボン）系
ガス、あるいは高速化を図るためにこれにＳＦ６ 等を
添加した混合ガス等がエッチング・ガスとして広く用い
られてきた。フロン系ガスは１分子内にＦとＣｌとを構
成元素として有するため、ラジカル反応とイオン・アシ
スト反応の両方の寄与によるエッチングが可能であり、
かつ気相中から堆積する炭素系ポリマーで側壁保護を行
いながら高異方性を達成することができるからである。
【０００４】一方、ＳｉＯ２ 系材料層のエッチング・
ガスとしては、ＣＨＦ３ ガス、ＣＦ４／Ｈ２ 混合ガ
ス、Ｃ２ Ｆ６ ／ＣＨＦ３ 混合ガス、Ｃ３ Ｆ８等
が代表的なものである。これらのガス系に共通する作用
は、（ａ）ガス系に含まれるＣがＳｉＯ２ 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）ＳｉＯ２ のエッチング種
であるＣＦｘ ＋ を生成する、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、Ｓｉ
Ｏ２ 中の酸素がＣＯまたはＣＯ２ の形で除去される
一方、Ｓｉ上では炭素系ポリマーが堆積してエッチング
速度が低下し、Ｓｉに対する高選択比が得られること等
である。
ガスとしては、ＣＨＦ３ ガス、ＣＦ４／Ｈ２ 混合ガ
ス、Ｃ２ Ｆ６ ／ＣＨＦ３ 混合ガス、Ｃ３ Ｆ８等
が代表的なものである。これらのガス系に共通する作用
は、（ａ）ガス系に含まれるＣがＳｉＯ２ 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）ＳｉＯ２ のエッチング種
であるＣＦｘ ＋ を生成する、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、Ｓｉ
Ｏ２ 中の酸素がＣＯまたはＣＯ２ の形で除去される
一方、Ｓｉ上では炭素系ポリマーが堆積してエッチング
速度が低下し、Ｓｉに対する高選択比が得られること等
である。
【０００５】しかしながら、Ｓｉ系材料層の代表的なエ
ッチング・ガスであるフロン系ガスは、周知のように地
球のオゾン層破壊の元凶であることが指摘されており、
近い将来に製造および使用が禁止される運びである。し
たがって、ドライエッチングの分野においても、これら
の堆積性カーボン系ガスの代替品となり得るエッチング
ガス、およびその使用技術の開発が急務とされている。 また、異方性を達成するために堆積性カーボン系ガスを
使用するプロセスでは、半導体装置のデザイン・ルール
が今後さらに微細化されると、気相中から堆積する炭素
ポリマーがパーティクル汚染源となることも考えられる
。たとえば、フロン１１３／ＳＦ６ 混合ガスによるＳ
ｉ系材料層のエッチングでは、過剰ラジカルによる異方
性形状の劣化や対下地選択性の低下を防ぐためにオーバ
ーエッチング時にフロン１１３の流量比を高めることが
行われてきた。しかし、このように堆積性ガスの使用量
をプロセスの途中で増やすことは、パーティクル汚染の
増大を招く。また、ガスの組成をプロセスの途中で変更
すると、放電条件の安定化に時間を要し、制御性やスル
ープットを低下させる原因ともなる。
ッチング・ガスであるフロン系ガスは、周知のように地
球のオゾン層破壊の元凶であることが指摘されており、
近い将来に製造および使用が禁止される運びである。し
たがって、ドライエッチングの分野においても、これら
の堆積性カーボン系ガスの代替品となり得るエッチング
ガス、およびその使用技術の開発が急務とされている。 また、異方性を達成するために堆積性カーボン系ガスを
使用するプロセスでは、半導体装置のデザイン・ルール
が今後さらに微細化されると、気相中から堆積する炭素
ポリマーがパーティクル汚染源となることも考えられる
。たとえば、フロン１１３／ＳＦ６ 混合ガスによるＳ
ｉ系材料層のエッチングでは、過剰ラジカルによる異方
性形状の劣化や対下地選択性の低下を防ぐためにオーバ
ーエッチング時にフロン１１３の流量比を高めることが
行われてきた。しかし、このように堆積性ガスの使用量
をプロセスの途中で増やすことは、パーティクル汚染の
増大を招く。また、ガスの組成をプロセスの途中で変更
すると、放電条件の安定化に時間を要し、制御性やスル
ープットを低下させる原因ともなる。
【０００６】本願出願人は、かかる問題を解決するため
の種々の技術をこれまでに提案しているが、これらの技
術には大別すると、堆積性カーボン系ガスを使用せず炭
素系ポリマー以外の側壁保護物質を使用するアプローチ
と、炭素系ポリマーの生成効率を高めて堆積性カーボン
系ガスの使用量を極力減らすアプローチとがある。
の種々の技術をこれまでに提案しているが、これらの技
術には大別すると、堆積性カーボン系ガスを使用せず炭
素系ポリマー以外の側壁保護物質を使用するアプローチ
と、炭素系ポリマーの生成効率を高めて堆積性カーボン
系ガスの使用量を極力減らすアプローチとがある。
【０００７】前者の炭素系ポリマー以外の側壁保護物質
を使用するアプローチとしては、イオウ（Ｓ）の堆積に
より側壁保護を行う一連の技術を数多く提案している。 このＳの堆積は、１分子中のハロゲン（Ｘ）原子数とＳ
原子数との比、すなわちＸ／Ｓ比が比較的小さいハロゲ
ン化イオウを主体とするエッチング・ガスを使用するこ
とにより可能となる。たとえば、特願平２−１９８０４
５号明細書には、かかるハロゲン化イオウとしてＳ２
Ｆ２ ，ＳＦ２ ，ＳＦ４ ，Ｓ２ Ｆ１０を開示した
。これらのフッ化イオウは、同じくフッ化イオウでも従
来から最も良く知られているＳＦ６ とは異なり、放電
解離により気相中にＳを生成することができる。このＳ
は、基板が低温冷却されていればその表面へ堆積し、側
壁保護効果を発揮する。しかも、堆積したＳはエッチン
グ終了後に基板を加熱すれば容易に昇華除去できるため
、パーティクル汚染を惹起させる虞れもない。本願出願
人は、これらフッ化イオウからのＦ＊ （フッ素ラジカ
ル）生成量がＳＦ６ と比べて少なく、しかもＳＦｘ
＋ によるイオン・アシスト反応が期待できる点に着目
し、これを酸化シリコン系材料層のエッチングに適用し
てシリコン下地に対する高選択性を達成した。
を使用するアプローチとしては、イオウ（Ｓ）の堆積に
より側壁保護を行う一連の技術を数多く提案している。 このＳの堆積は、１分子中のハロゲン（Ｘ）原子数とＳ
原子数との比、すなわちＸ／Ｓ比が比較的小さいハロゲ
ン化イオウを主体とするエッチング・ガスを使用するこ
とにより可能となる。たとえば、特願平２−１９８０４
５号明細書には、かかるハロゲン化イオウとしてＳ２
Ｆ２ ，ＳＦ２ ，ＳＦ４ ，Ｓ２ Ｆ１０を開示した
。これらのフッ化イオウは、同じくフッ化イオウでも従
来から最も良く知られているＳＦ６ とは異なり、放電
解離により気相中にＳを生成することができる。このＳ
は、基板が低温冷却されていればその表面へ堆積し、側
壁保護効果を発揮する。しかも、堆積したＳはエッチン
グ終了後に基板を加熱すれば容易に昇華除去できるため
、パーティクル汚染を惹起させる虞れもない。本願出願
人は、これらフッ化イオウからのＦ＊ （フッ素ラジカ
ル）生成量がＳＦ６ と比べて少なく、しかもＳＦｘ
＋ によるイオン・アシスト反応が期待できる点に着目
し、これを酸化シリコン系材料層のエッチングに適用し
てシリコン下地に対する高選択性を達成した。
【０００８】このように、ハロゲン化イオウとして最初
に提案された化合物はＦ／Ｓ比の比較的小さいフッ化イ
オウであり、それはＳｉＯ２ 系材料層のエッチングを
目的としていた。本願出願人はその後、ハロゲン化イオ
ウをＳｉ系材料層のエッチングに適用する技術も種々提
案している。たとえば、特願平２−１９９２４９号明細
書では、被エッチング基板を０℃以下に冷却した状態で
Ｓ２ Ｃｌ２ 等の塩化イオウもしくはＳ２ Ｂｒ２
等の臭化イオウを含むガスを使用してＳｉ系材料を低温
エッチングする技術を開示している。これは、反応性の
高いＦ＊ を発生し得ないガスを使用することにより、
ラジカルの影響を低減し、より有利に高異方性を達成し
ようとしたものである。
に提案された化合物はＦ／Ｓ比の比較的小さいフッ化イ
オウであり、それはＳｉＯ２ 系材料層のエッチングを
目的としていた。本願出願人はその後、ハロゲン化イオ
ウをＳｉ系材料層のエッチングに適用する技術も種々提
案している。たとえば、特願平２−１９９２４９号明細
書では、被エッチング基板を０℃以下に冷却した状態で
Ｓ２ Ｃｌ２ 等の塩化イオウもしくはＳ２ Ｂｒ２
等の臭化イオウを含むガスを使用してＳｉ系材料を低温
エッチングする技術を開示している。これは、反応性の
高いＦ＊ を発生し得ないガスを使用することにより、
ラジカルの影響を低減し、より有利に高異方性を達成し
ようとしたものである。
【０００９】さらに、エッチング・ガス系にラジカルを
消費し得るようなＨやＳｉを共存させることにより、フ
ッ化イオウをＳｉ系材料層のエッチングにも適用可能と
した技術もある。たとえば、特願平３−２０３６０号明
細書には、Ｓ２ Ｆ２ 等のフッ化イオウやＳ２ Ｃｌ
２ 等の塩化イオウにＨ２ ，Ｈ２ Ｓ，シラン等のガ
スを添加し、過剰なＦ＊ ，Ｃｌ＊ 等のラジカルをＨ
Ｆ，ＨＣｌ，ＳｉＦｘ ，ＳｉＣｌｘ 等の形で系外へ
除去する技術を提案している。
消費し得るようなＨやＳｉを共存させることにより、フ
ッ化イオウをＳｉ系材料層のエッチングにも適用可能と
した技術もある。たとえば、特願平３−２０３６０号明
細書には、Ｓ２ Ｆ２ 等のフッ化イオウやＳ２ Ｃｌ
２ 等の塩化イオウにＨ２ ，Ｈ２ Ｓ，シラン等のガ
スを添加し、過剰なＦ＊ ，Ｃｌ＊ 等のラジカルをＨ
Ｆ，ＨＣｌ，ＳｉＦｘ ，ＳｉＣｌｘ 等の形で系外へ
除去する技術を提案している。
【００１０】また、後者の堆積性カーボン系ガスの使用
量を極力減らすアプローチとしては、炭素性ポリマーの
生成効率に優れる高次フルオロカーボン系ガスを使用し
てＳｉＯ２ 系材料層をエッチングする技術を提案して
いる。たとえば、特願平２−２９５２２５号明細書では
鎖状の高次不飽和フルオロカーボン系ガスを、また特願
平３−４０９９６号明細書では環状の飽和または不飽和
フルオロカーボン系ガスを提案している。これらのフル
オロカーボン系ガスは、１分子から２個以上のＣＦｘ
＋ を生成して高速エッチングに寄与する他、プラズマ
中における炭素骨格の切断により重合に有利な化学種を
生成するので効率良い炭素系ポリマーの生成を可能とす
るのである。
量を極力減らすアプローチとしては、炭素性ポリマーの
生成効率に優れる高次フルオロカーボン系ガスを使用し
てＳｉＯ２ 系材料層をエッチングする技術を提案して
いる。たとえば、特願平２−２９５２２５号明細書では
鎖状の高次不飽和フルオロカーボン系ガスを、また特願
平３−４０９９６号明細書では環状の飽和または不飽和
フルオロカーボン系ガスを提案している。これらのフル
オロカーボン系ガスは、１分子から２個以上のＣＦｘ
＋ を生成して高速エッチングに寄与する他、プラズマ
中における炭素骨格の切断により重合に有利な化学種を
生成するので効率良い炭素系ポリマーの生成を可能とす
るのである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、本願出
願人がこれまでに提案した各種の技術によれば、クリー
ンなエッチングを実現する観点からは従来技術に比べて
格段に優れた成果が得られた。しかし、オーバーエッチ
ング時において充分に高い対下地選択性を向上させるた
めには、より一層の工夫が必要であることが判明してき
た。たとえば、上述のＳ２ Ｆ２ をＳｉ系材料層のエ
ッチング・ガスとしてゲート電極加工を行おうとする場
合、極めて反応性に富むＦ＊ が主エッチング種となっ
ているので、ＳｉＯ２ からなるゲート絶縁膜に対して
オーバーエッチング時にも高選択性を維持することは困
難である。これは、原子間結合エネルギーの値がＳｉ−
Ｏ結合では１１１ｋｃａｌ／ｍｏｌであるのに対し、Ｓ
ｉ−Ｆ結合では１３２ｋｃａｌ／ｍｏｌと大きいことか
らも理解される。
願人がこれまでに提案した各種の技術によれば、クリー
ンなエッチングを実現する観点からは従来技術に比べて
格段に優れた成果が得られた。しかし、オーバーエッチ
ング時において充分に高い対下地選択性を向上させるた
めには、より一層の工夫が必要であることが判明してき
た。たとえば、上述のＳ２ Ｆ２ をＳｉ系材料層のエ
ッチング・ガスとしてゲート電極加工を行おうとする場
合、極めて反応性に富むＦ＊ が主エッチング種となっ
ているので、ＳｉＯ２ からなるゲート絶縁膜に対して
オーバーエッチング時にも高選択性を維持することは困
難である。これは、原子間結合エネルギーの値がＳｉ−
Ｏ結合では１１１ｋｃａｌ／ｍｏｌであるのに対し、Ｓ
ｉ−Ｆ結合では１３２ｋｃａｌ／ｍｏｌと大きいことか
らも理解される。
【００１２】Ｓｉ系材料層を下地としてＳｉＯ２ 系材
料層のエッチングを行う場合には、対下地選択性の確保
はより逼迫した問題となる。それは、Ｓｉ−Ｓｉ結合の
原子間結合エネルギーの値が５４ｋｃａｌ／ｍｏｌであ
り、Ｓｉ−Ｆ結合やＳｉ−Ｃｌ結合（９６ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌ）のそれより遙かに小さいからである。つまり、Ｓ
ｉ系材料層は、イオン照射が無くても自発的にエッチン
グされてしまうほど、Ｆ＊ やＣｌ＊ の攻撃を受け易
いのである。
料層のエッチングを行う場合には、対下地選択性の確保
はより逼迫した問題となる。それは、Ｓｉ−Ｓｉ結合の
原子間結合エネルギーの値が５４ｋｃａｌ／ｍｏｌであ
り、Ｓｉ−Ｆ結合やＳｉ−Ｃｌ結合（９６ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌ）のそれより遙かに小さいからである。つまり、Ｓ
ｉ系材料層は、イオン照射が無くても自発的にエッチン
グされてしまうほど、Ｆ＊ やＣｌ＊ の攻撃を受け易
いのである。
【００１３】また、オーバーエッチング時の過剰なラジ
カルは、対下地選択性の低下のみならず、パターンの異
方性形状を劣化させる原因となる。オーバーエッチング
時には被エッチング材料層の面積が大幅に減少するので
、結合の相手を失ったラジカルが被エッチング基板（ウ
ェハ）の表面で側方マイグレーションを起こし、形成さ
れたパターンの側壁部を攻撃して異方性形状を劣化させ
る。特に、ポリサイド膜のようにエッチング特性の異な
る２種類の材料層が積層されている場合、下層側の多結
晶シリコン層のエッチング速度が上層側の高融点金属シ
リサイド層のそれに比べて速いために、アンダカット等
の形状異常が発生し易い。そこで本発明は、ラジカルが
相対的に過剰となるオーバーエッチング時にも対下地選
択性および異方性の劣化を効果的に防止し、しかもこれ
をエッチング・ガスの組成を変更するなく実現するドラ
イエッチング方法を提供することを目的とする。
カルは、対下地選択性の低下のみならず、パターンの異
方性形状を劣化させる原因となる。オーバーエッチング
時には被エッチング材料層の面積が大幅に減少するので
、結合の相手を失ったラジカルが被エッチング基板（ウ
ェハ）の表面で側方マイグレーションを起こし、形成さ
れたパターンの側壁部を攻撃して異方性形状を劣化させ
る。特に、ポリサイド膜のようにエッチング特性の異な
る２種類の材料層が積層されている場合、下層側の多結
晶シリコン層のエッチング速度が上層側の高融点金属シ
リサイド層のそれに比べて速いために、アンダカット等
の形状異常が発生し易い。そこで本発明は、ラジカルが
相対的に過剰となるオーバーエッチング時にも対下地選
択性および異方性の劣化を効果的に防止し、しかもこれ
をエッチング・ガスの組成を変更するなく実現するドラ
イエッチング方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、ＥＣＲポジションの下流側において処理チャン
バの内壁部の少なくとも一部がＳｉ系材料層により被覆
されてなり、かつ該ＥＣＲポジションと被エッチング基
板間の距離を可変となし得るＥＣＲプラズマ装置を使用
し、前記ＥＣＲポジションに相対的に近い位置に前記被
エッチング基板を保持しながら被エッチング材料層のエ
ッチングを行った後、前記ＥＣＲポジションよりも相対
的に遠い位置に前記被エッチング基板を保持しながらオ
ーバー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、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、ＥＣＲポジションの下流側において処理チャン
バの内壁部の少なくとも一部がＳｉ系材料層により被覆
されてなり、かつ該ＥＣＲポジションと被エッチング基
板間の距離を可変となし得るＥＣＲプラズマ装置を使用
し、前記ＥＣＲポジションに相対的に近い位置に前記被
エッチング基板を保持しながら被エッチング材料層のエ
ッチングを行った後、前記ＥＣＲポジションよりも相対
的に遠い位置に前記被エッチング基板を保持しながらオ
ーバーエッチングを行うことを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】本発明者は、エッチング・ガスの組成を変更す
ることなくオーバーエッチング時のラジカルの影響を低
減させるためには、プラズマ・エッチング装置の選択、
構成、およびその使用方法に工夫を要するとの認識に立
って検討を進めた。本発明はその際の知見にもとづいて
おり、プラズマ・エッチング装置としては、ＥＣＲポジ
ションとウェハとの位置関係によりラジカルの影響を低
減できるＥＣＲプラズマ装置を選択し、ＥＣＲプラズマ
の下流側において処理チャンバの内壁部の一部に過剰な
ラジカルを消費し得るＳｉ系材料層を設けるという構成
上の工夫を行い、さらに被エッチング基板（ウェハ）の
昇降によりＥＣＲプラズマと上記Ｓｉ系材料層との接触
面積を変化させることをポイントとする。
ることなくオーバーエッチング時のラジカルの影響を低
減させるためには、プラズマ・エッチング装置の選択、
構成、およびその使用方法に工夫を要するとの認識に立
って検討を進めた。本発明はその際の知見にもとづいて
おり、プラズマ・エッチング装置としては、ＥＣＲポジ
ションとウェハとの位置関係によりラジカルの影響を低
減できるＥＣＲプラズマ装置を選択し、ＥＣＲプラズマ
の下流側において処理チャンバの内壁部の一部に過剰な
ラジカルを消費し得るＳｉ系材料層を設けるという構成
上の工夫を行い、さらに被エッチング基板（ウェハ）の
昇降によりＥＣＲプラズマと上記Ｓｉ系材料層との接触
面積を変化させることをポイントとする。
【００１６】ＥＣＲプラズマ装置は、磁界中でローレン
ツの力により円運動をしている電子のサイクロトロン角
周波数ωｃ がマイクロ波電界の角周波数ωと一致した
時（ＥＣＲ条件の成立）に、電子が共鳴的にマイクロ波
エネルギーを吸収して生成するプラズマを各種の処理に
利用する装置である。サイクロトロン角周波数ωｃ は
式ωｃ ＝ｅＢ／ｍ（ただし、ｅは電子の電荷、ｍは電
子の質量、Ｂは磁束密度を表す。）で与えられ、２．４
５ＧＨｚのマイクロ波を導入した場合には８７５Ｇａｕ
ｓｓの磁束密度が得られる点においてＥＣＲ条件が成立
する。 このＥＣＲ条件が成立する点はＥＣＲポジションと呼ば
れており、通常のＥＣＲプラズマ装置中では点状のごく
限られた領域である。ＥＣＲポジションでは、ＥＣＲプ
ラズマ中で最もイオン電流密度が高くなっており、また
イオンの方向性も揃っている。
ツの力により円運動をしている電子のサイクロトロン角
周波数ωｃ がマイクロ波電界の角周波数ωと一致した
時（ＥＣＲ条件の成立）に、電子が共鳴的にマイクロ波
エネルギーを吸収して生成するプラズマを各種の処理に
利用する装置である。サイクロトロン角周波数ωｃ は
式ωｃ ＝ｅＢ／ｍ（ただし、ｅは電子の電荷、ｍは電
子の質量、Ｂは磁束密度を表す。）で与えられ、２．４
５ＧＨｚのマイクロ波を導入した場合には８７５Ｇａｕ
ｓｓの磁束密度が得られる点においてＥＣＲ条件が成立
する。 このＥＣＲ条件が成立する点はＥＣＲポジションと呼ば
れており、通常のＥＣＲプラズマ装置中では点状のごく
限られた領域である。ＥＣＲポジションでは、ＥＣＲプ
ラズマ中で最もイオン電流密度が高くなっており、また
イオンの方向性も揃っている。
【００１７】ＥＣＲポジションの形成される位置は装置
構成，マイクロ波パワー、磁界を発生させるソレノイド
・コイルの位置、磁束密度等により一義的に決まってお
り、またその周囲に広がるＥＣＲプラズマの高密度領域
も上述の要素によりほぼ決定される。ＥＣＲプラズマの
広がりはウェハによってもある程度制限されるが、ＥＣ
Ｒポジションとウェハの距離が離れることにより伸びる
部分は主として低密度のアフタ・グロー領域である。し
たがって、ＥＣＲプラズマ中では、ウェハがＥＣＲポジ
ションに近づくほど高密度のラジカルや方向性の揃った
イオンにより高速な異方性加工が可能となる。逆に、ウ
ェハがＥＣＲポジションから遠ざかれば、発散磁界によ
り散乱されてイオンの方向性は低下する。またイオンに
比べて寿命の短いラジカルはウェハに到達するまでに消
失し易くなるので、ラジカルの影響が低減される。
構成，マイクロ波パワー、磁界を発生させるソレノイド
・コイルの位置、磁束密度等により一義的に決まってお
り、またその周囲に広がるＥＣＲプラズマの高密度領域
も上述の要素によりほぼ決定される。ＥＣＲプラズマの
広がりはウェハによってもある程度制限されるが、ＥＣ
Ｒポジションとウェハの距離が離れることにより伸びる
部分は主として低密度のアフタ・グロー領域である。し
たがって、ＥＣＲプラズマ中では、ウェハがＥＣＲポジ
ションに近づくほど高密度のラジカルや方向性の揃った
イオンにより高速な異方性加工が可能となる。逆に、ウ
ェハがＥＣＲポジションから遠ざかれば、発散磁界によ
り散乱されてイオンの方向性は低下する。またイオンに
比べて寿命の短いラジカルはウェハに到達するまでに消
失し易くなるので、ラジカルの影響が低減される。
【００１８】以上はＥＣＲプラズマの一般的な特性であ
るが、本発明ではウェハがＥＣＲポジションから遠ざか
った際のラジカルの影響を一層効果的に低減させるため
に、ＥＣＲポジションの下流側にラジカルを消費できる
Ｓｉ系材料層を設けた。さらに、上記ＥＣＲプラズマ装
置には、ＥＣＲポジションとウェハとの距離を可変とな
し得る機構を設けた。上記Ｓｉ系材料層は、対下地選択
性の低下の原因となるラジカルを捕捉して蒸気圧の高い
反応生成物を生成し、これをエッチング反応系外へ除去
することができる。たとえば、Ｆ＊ はＳｉＦｘ 、Ｃ
ｌ＊ はＳｉＣｌｘ ，Ｈ＊ はＳｉＨｘ （いずれも
ｘは１〜４の整数を表す。）等の形でそれぞれ除去され
る。
るが、本発明ではウェハがＥＣＲポジションから遠ざか
った際のラジカルの影響を一層効果的に低減させるため
に、ＥＣＲポジションの下流側にラジカルを消費できる
Ｓｉ系材料層を設けた。さらに、上記ＥＣＲプラズマ装
置には、ＥＣＲポジションとウェハとの距離を可変とな
し得る機構を設けた。上記Ｓｉ系材料層は、対下地選択
性の低下の原因となるラジカルを捕捉して蒸気圧の高い
反応生成物を生成し、これをエッチング反応系外へ除去
することができる。たとえば、Ｆ＊ はＳｉＦｘ 、Ｃ
ｌ＊ はＳｉＣｌｘ ，Ｈ＊ はＳｉＨｘ （いずれも
ｘは１〜４の整数を表す。）等の形でそれぞれ除去され
る。
【００１９】かかる構成において、本発明ではまずウェ
ハをＥＣＲポジションに近づけ、高密度のラジカルと方
向性の揃ったイオンにより被エッチング材料層を高速か
つ異方的にエッチングする。ここで、ＥＣＲプラズマの
下端はウェハ位置により制限されるので、ウェハが充分
にＥＣＲポジションに近く保持されていれば、ＥＣＲプ
ラズマは処理チャンバの側壁部に設けられたＳｉ系材料
層とほとんど接触することがない。したがって、ラジカ
ルがＳｉ系材料層により消費される割合は少ない。一方
、オーバーエッチング時にはラジカルの影響を極力低減
させたいので、ウェハをＥＣＲポジションから遠ざける
。これにより、寿命の短いラジカルのウェハへの到達量
を減少できることはもちろんであるが、ＥＣＲプラズマ
のアフタ・グロー領域がウェハ側へ伸びることにより該
ＥＣＲプラズマと上記シリコン系材料層との接触面積が
増大し、ラジカルが消費される割合が増大する。したが
って、対下地選択性を向上させることができる。
ハをＥＣＲポジションに近づけ、高密度のラジカルと方
向性の揃ったイオンにより被エッチング材料層を高速か
つ異方的にエッチングする。ここで、ＥＣＲプラズマの
下端はウェハ位置により制限されるので、ウェハが充分
にＥＣＲポジションに近く保持されていれば、ＥＣＲプ
ラズマは処理チャンバの側壁部に設けられたＳｉ系材料
層とほとんど接触することがない。したがって、ラジカ
ルがＳｉ系材料層により消費される割合は少ない。一方
、オーバーエッチング時にはラジカルの影響を極力低減
させたいので、ウェハをＥＣＲポジションから遠ざける
。これにより、寿命の短いラジカルのウェハへの到達量
を減少できることはもちろんであるが、ＥＣＲプラズマ
のアフタ・グロー領域がウェハ側へ伸びることにより該
ＥＣＲプラズマと上記シリコン系材料層との接触面積が
増大し、ラジカルが消費される割合が増大する。したが
って、対下地選択性を向上させることができる。
【００２０】
【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、実際のエッチング・プロセスの説明に先
立ち、まず本発明を実施するにあたり使用したＲＦバイ
アス印加型の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装
置（以下、ＥＣＲエッチング装置と称する。）の一構成
例、およびその使用上の工夫について図１（ａ）および
（ｂ）を参照しながら説明する。この装置は、２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン１、マイク
ロ波を導く矩形導波管２および円形導波管３、上記マイ
クロ波を利用してＥＣＲ放電により内部でＥＣＲプラズ
マＰを生成させるための石英製のベルジャー４、上記円
形導波管３と上記ベルジャー４を周回するように配設さ
れ８７５Ｇａｕｓｓの磁束密度を達成できるソレノイド
・コイル５、エッチング・ガスを矢印Ｂ方向から上記ベ
ルジャー４へ供給するガス導入管６、ウェハ７を載置す
るウェハ載置電極８、該ウェハ載置電極８にＲＦバイア
スを印加するためのＲＦ電源１０等から構成されている
。上記ベルジャー４の内部は、図示されない真空系統に
より排気孔１３を介して高真空排気されている。
する。ここで、実際のエッチング・プロセスの説明に先
立ち、まず本発明を実施するにあたり使用したＲＦバイ
アス印加型の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装
置（以下、ＥＣＲエッチング装置と称する。）の一構成
例、およびその使用上の工夫について図１（ａ）および
（ｂ）を参照しながら説明する。この装置は、２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン１、マイク
ロ波を導く矩形導波管２および円形導波管３、上記マイ
クロ波を利用してＥＣＲ放電により内部でＥＣＲプラズ
マＰを生成させるための石英製のベルジャー４、上記円
形導波管３と上記ベルジャー４を周回するように配設さ
れ８７５Ｇａｕｓｓの磁束密度を達成できるソレノイド
・コイル５、エッチング・ガスを矢印Ｂ方向から上記ベ
ルジャー４へ供給するガス導入管６、ウェハ７を載置す
るウェハ載置電極８、該ウェハ載置電極８にＲＦバイア
スを印加するためのＲＦ電源１０等から構成されている
。上記ベルジャー４の内部は、図示されない真空系統に
より排気孔１３を介して高真空排気されている。
【００２１】以上がＥＣＲエッチング装置の一般的な構
成要素であるが、本発明で使用する装置においては以下
の工夫が加えられている。まず、上記ベルジャー４の内
壁部のうちガス導入管６より下側の部位にはＳｉ系材料
層１２が設けられている。ただし、このＳｉ系材料層１
２の配設部位はＥＣＲポジション１１の少なくとも下流
側であれば図示される例に限られるものではなく、場合
によってはＥＣＲポジション１１を含んでいても良い。 また、上記Ｓｉ系材料層１２はベルジャー４の内壁部に
おいて高さ方向の一部を連続的に周回している必要はな
く、たとえばブロック状やウェハ状の固体を内壁部に貼
り付けた構成を有するものであっても良い。上記Ｓｉ系
材料層１２の具体的な配設方法としては、ベルジャー４
の内壁部にＣＶＤ法等によりアモルファス・シリコン層
や多結晶シリコン層を直接に成膜すること、シリコン・
カーバイド材を適当な形状に加工して貼り付けること、
単結晶シリコンからなるダミー・ウェハを貼り付けるこ
と等が考えられる。後述の各実施例では、単結晶シリコ
ンのダミー・ウェハを使用した。
成要素であるが、本発明で使用する装置においては以下
の工夫が加えられている。まず、上記ベルジャー４の内
壁部のうちガス導入管６より下側の部位にはＳｉ系材料
層１２が設けられている。ただし、このＳｉ系材料層１
２の配設部位はＥＣＲポジション１１の少なくとも下流
側であれば図示される例に限られるものではなく、場合
によってはＥＣＲポジション１１を含んでいても良い。 また、上記Ｓｉ系材料層１２はベルジャー４の内壁部に
おいて高さ方向の一部を連続的に周回している必要はな
く、たとえばブロック状やウェハ状の固体を内壁部に貼
り付けた構成を有するものであっても良い。上記Ｓｉ系
材料層１２の具体的な配設方法としては、ベルジャー４
の内壁部にＣＶＤ法等によりアモルファス・シリコン層
や多結晶シリコン層を直接に成膜すること、シリコン・
カーバイド材を適当な形状に加工して貼り付けること、
単結晶シリコンからなるダミー・ウェハを貼り付けるこ
と等が考えられる。後述の各実施例では、単結晶シリコ
ンのダミー・ウェハを使用した。
【００２２】また、上記ウェハ載置電極８は図示されな
い昇降手段に接続され、図中矢印Ｄ１ 方向に上昇もし
くは矢印Ｄ２ 方向に下降するようになされている。こ
の昇降により、ＥＣＲプラズマＰ中のＥＣＲポジション
１１とウェハ７との距離を変化させることができる。さ
らに、上記ウェハ載置電極８には、低温エッチングを可
能とするために冷却配管９が埋設されている。この冷却
配管９には、装置外部に配設される図示されないチラー
等の冷却設備から冷媒が導入され、図中矢印Ｃ１ ，Ｃ
２ 方向に循環されるようになされている。
い昇降手段に接続され、図中矢印Ｄ１ 方向に上昇もし
くは矢印Ｄ２ 方向に下降するようになされている。こ
の昇降により、ＥＣＲプラズマＰ中のＥＣＲポジション
１１とウェハ７との距離を変化させることができる。さ
らに、上記ウェハ載置電極８には、低温エッチングを可
能とするために冷却配管９が埋設されている。この冷却
配管９には、装置外部に配設される図示されないチラー
等の冷却設備から冷媒が導入され、図中矢印Ｃ１ ，Ｃ
２ 方向に循環されるようになされている。
【００２３】本発明における上記ＥＣＲエッチング装置
の使用方法は、以下のとおりである。まず、被エッチン
グ材料層をほぼその層厚分だけエッチングする（以下、
ジャスト・エッチングと称する。）までの過程では、図
１（ａ）に示されるように上記ウェハ載置電極８を矢印
Ｄ１ 方向に上昇させてウェハ７をＥＣＲポジション１
１に近接した状態に保持し、上記ガス導入管６からエッ
チング・ガスを上記ベルジャー４内へ供給してマイクロ
波放電を行わせる。このとき、ＥＣＲポジション１１よ
りも下側のＥＣＲプラズマＰの広がりは、ウェハ７およ
びウェハ載置電極８により制限されるので、ウェハ７は
比較的高い密度のラジカルと方向性の揃ったイオンに曝
される。したがって、異方性エッチングが高速に進行す
る。
の使用方法は、以下のとおりである。まず、被エッチン
グ材料層をほぼその層厚分だけエッチングする（以下、
ジャスト・エッチングと称する。）までの過程では、図
１（ａ）に示されるように上記ウェハ載置電極８を矢印
Ｄ１ 方向に上昇させてウェハ７をＥＣＲポジション１
１に近接した状態に保持し、上記ガス導入管６からエッ
チング・ガスを上記ベルジャー４内へ供給してマイクロ
波放電を行わせる。このとき、ＥＣＲポジション１１よ
りも下側のＥＣＲプラズマＰの広がりは、ウェハ７およ
びウェハ載置電極８により制限されるので、ウェハ７は
比較的高い密度のラジカルと方向性の揃ったイオンに曝
される。したがって、異方性エッチングが高速に進行す
る。
【００２４】一方、オーバーエッチングを行う際には、
図１（ｂ）に示されるように、ウェハ載置電極８を矢印
Ｄ２ 方向に下降させてウェハ７をＥＣＲポジション１
１から遠隔させた状態に保持する。このとき、ＥＣＲポ
ジション１１の空間位置は不変であるが、ＥＣＲプラズ
マＰのアフタ・グロー領域は下降したウェハ７の表面付
近まで伸びてくる。しかし、この領域はラジカル密度が
低く、また発散磁界の作用によりイオンの方向性も低下
している。しかも、ウェハ７が下降した状態ではＥＣＲ
プラズマＰの一部が上記Ｓｉ系材料層１２と接触し、ラ
ジカルの一部はＳｉに捕捉されて蒸気圧の高いＳｉ化合
物に変化し、排気孔１３を介してエッチング反応系外へ
除去される。したがって、過剰ラジカルによる下地のエ
ッチングが防止される。以下、上述のＥＣＲエッチング
装置を使用した実際のプロセス例について説明する。
図１（ｂ）に示されるように、ウェハ載置電極８を矢印
Ｄ２ 方向に下降させてウェハ７をＥＣＲポジション１
１から遠隔させた状態に保持する。このとき、ＥＣＲポ
ジション１１の空間位置は不変であるが、ＥＣＲプラズ
マＰのアフタ・グロー領域は下降したウェハ７の表面付
近まで伸びてくる。しかし、この領域はラジカル密度が
低く、また発散磁界の作用によりイオンの方向性も低下
している。しかも、ウェハ７が下降した状態ではＥＣＲ
プラズマＰの一部が上記Ｓｉ系材料層１２と接触し、ラ
ジカルの一部はＳｉに捕捉されて蒸気圧の高いＳｉ化合
物に変化し、排気孔１３を介してエッチング反応系外へ
除去される。したがって、過剰ラジカルによる下地のエ
ッチングが防止される。以下、上述のＥＣＲエッチング
装置を使用した実際のプロセス例について説明する。
【００２５】実施例１
本実施例は、本発明をゲート加工に適用し、Ｓ２ Ｆ２
をエッチング・ガスとして供給しながら多結晶シリコ
ン層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。まず、単結晶シリコン基板上にＳｉＯ２ から
なるゲート絶縁膜を介してｎ＋ 型不純物を含有する多
結晶シリコン層が形成され、さらに所定の形状にパター
ニングされたレジスト・マスクが形成されてなるウェハ
７を用意した。このウェハ７をウェハ載置電極８上にセ
ットし、図１（ａ）に示されるようにＥＣＲポジション
１１に近接した位置に保持した。また、冷却配管９には
チラーからエタノール冷媒を供給し、ウェハ７の温度を
０℃に維持した。この状態で、Ｓ２ Ｆ２ 流量５ＳＣ
ＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ），マイクロ
波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス・パワー５０Ｗ（２Ｍ
Ｈｚ）の条件で多結晶シリコン層のエッチングをジャス
ト・エッチング状態まで行った。
をエッチング・ガスとして供給しながら多結晶シリコ
ン層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。まず、単結晶シリコン基板上にＳｉＯ２ から
なるゲート絶縁膜を介してｎ＋ 型不純物を含有する多
結晶シリコン層が形成され、さらに所定の形状にパター
ニングされたレジスト・マスクが形成されてなるウェハ
７を用意した。このウェハ７をウェハ載置電極８上にセ
ットし、図１（ａ）に示されるようにＥＣＲポジション
１１に近接した位置に保持した。また、冷却配管９には
チラーからエタノール冷媒を供給し、ウェハ７の温度を
０℃に維持した。この状態で、Ｓ２ Ｆ２ 流量５ＳＣ
ＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ），マイクロ
波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス・パワー５０Ｗ（２Ｍ
Ｈｚ）の条件で多結晶シリコン層のエッチングをジャス
ト・エッチング状態まで行った。
【００２６】ここで使用されたＳ２ Ｆ２ は、本願出
願人が先に特願平２−１９８０４５号明細書においてＳ
ｉＯ２ 系材料層のエッチング・ガスとして初めて提案
した４種類のフッ化イオウのうちのひとつである。Ｓ２
Ｆ２ から放電解離により生成するＦ＊ は多結晶シ
リコン層のエッチングに寄与し、同じく気相中に生成す
るＳはパターン側壁部に堆積して側壁保護効果を発揮し
た。さらに、Ｓ２ Ｆ２ からはＳ＋ ，ＳＦｘ ＋
，Ｆ＋ 等のイオンも生成し、これらがＥＣＲポジショ
ン１１に近接配置されたウェハ７にほぼ垂直に入射して
ラジカル反応をアシストし、高速な異方性エッチングが
行われた。この結果、異方性形状に優れるゲート電極が
ほぼ形成された。
願人が先に特願平２−１９８０４５号明細書においてＳ
ｉＯ２ 系材料層のエッチング・ガスとして初めて提案
した４種類のフッ化イオウのうちのひとつである。Ｓ２
Ｆ２ から放電解離により生成するＦ＊ は多結晶シ
リコン層のエッチングに寄与し、同じく気相中に生成す
るＳはパターン側壁部に堆積して側壁保護効果を発揮し
た。さらに、Ｓ２ Ｆ２ からはＳ＋ ，ＳＦｘ ＋
，Ｆ＋ 等のイオンも生成し、これらがＥＣＲポジショ
ン１１に近接配置されたウェハ７にほぼ垂直に入射して
ラジカル反応をアシストし、高速な異方性エッチングが
行われた。この結果、異方性形状に優れるゲート電極が
ほぼ形成された。
【００２７】次に、図１（ｂ）に示されるように、ウェ
ハ７を下降させてＥＣＲポジション１１から遠隔した位
置に保持した。この状態で、ＲＦバイアス・パワーを１
０Ｗに低下させた他は上述と同じ条件にてオーバーエッ
チングを行った。ここでは、Ｓ２ Ｆ２ の供給条件を
特に変更しておらず、また多結晶シリコン層の被エッチ
ング面積が減少しているために、Ｆ＊ ラジカルは大過
剰となっている。しかし、ウェハ７側へ向かって伸びた
ＥＣＲプラズマＰのアフタ・グロー領域がベルジャー４
の側壁部においてＳｉ系材料層１２（ここではダミーの
Ｓｉウェハ）と接触するため、Ｆ＊ はＳｉＦｘ の形
でエッチング反応系外へ除去された。この結果、エッチ
ング系内の見掛け上のＦ／Ｓ比が減少して相対的にＳの
堆積が起こり易い条件が整い、ゲート絶縁膜に対して約
２０の選択比を維持しながら、多結晶シリコン層のオー
バーエッチングを行うことができた。
ハ７を下降させてＥＣＲポジション１１から遠隔した位
置に保持した。この状態で、ＲＦバイアス・パワーを１
０Ｗに低下させた他は上述と同じ条件にてオーバーエッ
チングを行った。ここでは、Ｓ２ Ｆ２ の供給条件を
特に変更しておらず、また多結晶シリコン層の被エッチ
ング面積が減少しているために、Ｆ＊ ラジカルは大過
剰となっている。しかし、ウェハ７側へ向かって伸びた
ＥＣＲプラズマＰのアフタ・グロー領域がベルジャー４
の側壁部においてＳｉ系材料層１２（ここではダミーの
Ｓｉウェハ）と接触するため、Ｆ＊ はＳｉＦｘ の形
でエッチング反応系外へ除去された。この結果、エッチ
ング系内の見掛け上のＦ／Ｓ比が減少して相対的にＳの
堆積が起こり易い条件が整い、ゲート絶縁膜に対して約
２０の選択比を維持しながら、多結晶シリコン層のオー
バーエッチングを行うことができた。
【００２８】また、上述のようにウェハ７がＥＣＲポジ
ション１１から離れて保持されている状態では、高エネ
ルギー電子のサイクロトロン共鳴円運動により反磁性効
果が現れ、発散磁界との相互作用により弱磁界方向にイ
オンが加速される。しかし、ここではＲＦバイアス・パ
ワーが１０Ｗに低減されているので、イオン入射エネル
ギーはウェハ７がＥＣＲポジション１１に近接配置され
ている場合と比べて低減された。これにより、低ダメー
ジ性も達成された。コン層のオーバーエッチングを行う
ことができた。なお、パターン側壁部に堆積したＳは、
オーバーエッチング終了後にウェハ７を約９０℃に加熱
することにより容易に昇華除去され、何らパーティクル
汚染を惹起させることはなかった。
ション１１から離れて保持されている状態では、高エネ
ルギー電子のサイクロトロン共鳴円運動により反磁性効
果が現れ、発散磁界との相互作用により弱磁界方向にイ
オンが加速される。しかし、ここではＲＦバイアス・パ
ワーが１０Ｗに低減されているので、イオン入射エネル
ギーはウェハ７がＥＣＲポジション１１に近接配置され
ている場合と比べて低減された。これにより、低ダメー
ジ性も達成された。コン層のオーバーエッチングを行う
ことができた。なお、パターン側壁部に堆積したＳは、
オーバーエッチング終了後にウェハ７を約９０℃に加熱
することにより容易に昇華除去され、何らパーティクル
汚染を惹起させることはなかった。
【００２９】ところで、本実施例ではエッチング・ガス
としてＳ２ Ｆ２ を使用したが、他にＳＦ２ ，ＳＦ
４ ，Ｓ２ Ｆ１０等のフッ化イオウを使用しても良く
、さらにＳ３ Ｃｌ２ ，Ｓ２ Ｃｌ２ ，ＳＣｌ２
等の塩化イオウを使用しても良い。また、エッチングの
初めの段階からラジカル生成量を低減させるために、エ
ッチング・ガスにＦ＊ を捕捉し得るＨ２ ，Ｈ２ Ｓ
，シラン系ガス等を添加しても良い。さらにあるいは、
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。
としてＳ２ Ｆ２ を使用したが、他にＳＦ２ ，ＳＦ
４ ，Ｓ２ Ｆ１０等のフッ化イオウを使用しても良く
、さらにＳ３ Ｃｌ２ ，Ｓ２ Ｃｌ２ ，ＳＣｌ２
等の塩化イオウを使用しても良い。また、エッチングの
初めの段階からラジカル生成量を低減させるために、エ
ッチング・ガスにＦ＊ を捕捉し得るＨ２ ，Ｈ２ Ｓ
，シラン系ガス等を添加しても良い。さらにあるいは、
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。
【００３０】実施例２
本実施例は、本発明をコンタクト・ホールの形成に適用
した例であり、Ｃ４Ｆ８ （オクタフルオロシクロブタ
ン，別名フロンＣ３１８）をエッチング・ガスとして供
給しながらＳｉＯ２ 層間絶縁膜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。本実施例で使用す
るＥＣＲエッチング装置は、図１に示されるものと同様
である。ただし、図中に記入されているＥＣＲプラズマ
Ｐ中の化学種のうち、Ｓ＋ ，ＳＦｘ ＋ は本実施例
では生成せず、代わりにＣＦｘ ＋ が生成する。本実
施例でエッチング・サンプルとして使用したウェハ７は
、単結晶シリコン基板上にＳｉＯ２ からなる層間絶縁
膜が形成されてなるものである。このウェハ７をウェハ
載置電極８上にセットし、図１（ａ）に示されるように
ＥＣＲポジション１１に近接した位置に保持し、冷却配
管９にエタノール冷媒を循環させることにより該ウェハ
７を０℃に保持した。この状態で、Ｃ４ Ｆ８ 流量５
０ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ），マ
イクロ波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス・パワー５０Ｗ
（２ＭＨｚ）の条件で層間絶縁膜のエッチングをジャス
ト・エッチング状態まで行った。
した例であり、Ｃ４Ｆ８ （オクタフルオロシクロブタ
ン，別名フロンＣ３１８）をエッチング・ガスとして供
給しながらＳｉＯ２ 層間絶縁膜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。本実施例で使用す
るＥＣＲエッチング装置は、図１に示されるものと同様
である。ただし、図中に記入されているＥＣＲプラズマ
Ｐ中の化学種のうち、Ｓ＋ ，ＳＦｘ ＋ は本実施例
では生成せず、代わりにＣＦｘ ＋ が生成する。本実
施例でエッチング・サンプルとして使用したウェハ７は
、単結晶シリコン基板上にＳｉＯ２ からなる層間絶縁
膜が形成されてなるものである。このウェハ７をウェハ
載置電極８上にセットし、図１（ａ）に示されるように
ＥＣＲポジション１１に近接した位置に保持し、冷却配
管９にエタノール冷媒を循環させることにより該ウェハ
７を０℃に保持した。この状態で、Ｃ４ Ｆ８ 流量５
０ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ），マ
イクロ波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス・パワー５０Ｗ
（２ＭＨｚ）の条件で層間絶縁膜のエッチングをジャス
ト・エッチング状態まで行った。
【００３１】ここで使用されたＣ４ Ｆ８ は、本願出
願人が先に特願平３−４０９９６号明細書において提案
した飽和環状フルオロカーボン系ガスのひとつである。 Ｃ４ Ｆ８ は１分子から２個以上のＣＦｘ ＋ を生
成して高速エッチングに寄与する他、プラズマ中におけ
る炭素骨格の切断により重合に有利な化学種を生成する
ので効率良く炭素系ポリマーを堆積させることができる
。この炭素系ポリマーがパターン側壁部に堆積して側壁
保護膜を形成することにより、ガス系に堆積性カーボン
系ガスが添加されていないにもかかわらず、良好な異方
性形状を有するコンタクト・ホールがほぼ形成された。 また、上記炭素系ポリマーはレジスト・マスクの表面に
も堆積して対レジスト選択比の向上にも寄与した。
願人が先に特願平３−４０９９６号明細書において提案
した飽和環状フルオロカーボン系ガスのひとつである。 Ｃ４ Ｆ８ は１分子から２個以上のＣＦｘ ＋ を生
成して高速エッチングに寄与する他、プラズマ中におけ
る炭素骨格の切断により重合に有利な化学種を生成する
ので効率良く炭素系ポリマーを堆積させることができる
。この炭素系ポリマーがパターン側壁部に堆積して側壁
保護膜を形成することにより、ガス系に堆積性カーボン
系ガスが添加されていないにもかかわらず、良好な異方
性形状を有するコンタクト・ホールがほぼ形成された。 また、上記炭素系ポリマーはレジスト・マスクの表面に
も堆積して対レジスト選択比の向上にも寄与した。
【００３２】次に、図１（ｂ）に示されるように、ウェ
ハ７を下降させてＥＣＲポジション１１から遠隔した位
置に保持し、上述と同じ条件にてオーバーエッチングを
行った。ここでは、ＥＣＲプラズマＰとＳｉ系材料層１
２との接触面積が増大し、過剰のＦ＊ はＳｉＦｘ の
形でエッチング反応系外へ除去された。この結果、エッ
チング系内の見掛け上のＦ／Ｃ比が減少して相対的に炭
素系ポリマーの堆積が起こり易い条件が整い、単結晶シ
リコン基板に対して約１５の選択比を維持しながら、層
間絶縁膜のオーバーエッチングを行うことができた。
ハ７を下降させてＥＣＲポジション１１から遠隔した位
置に保持し、上述と同じ条件にてオーバーエッチングを
行った。ここでは、ＥＣＲプラズマＰとＳｉ系材料層１
２との接触面積が増大し、過剰のＦ＊ はＳｉＦｘ の
形でエッチング反応系外へ除去された。この結果、エッ
チング系内の見掛け上のＦ／Ｃ比が減少して相対的に炭
素系ポリマーの堆積が起こり易い条件が整い、単結晶シ
リコン基板に対して約１５の選択比を維持しながら、層
間絶縁膜のオーバーエッチングを行うことができた。
【００３３】ところで、本実施例ではエッチング・ガス
として環状化合物であるＣ４ Ｆ８ を使用したが、同
じ組成式で表される直鎖状のオクタフルオロブテンを使
用してもほぼ同様の結果が得られる。さらに、本願出願
人がこれまでに一連の出願により提案しているごとく、
飽和環状，不飽和環状，飽和鎖状，不飽和鎖状等の構造
を有する各種の高次フルオロカーボン系化合物を使用し
ても良い。
として環状化合物であるＣ４ Ｆ８ を使用したが、同
じ組成式で表される直鎖状のオクタフルオロブテンを使
用してもほぼ同様の結果が得られる。さらに、本願出願
人がこれまでに一連の出願により提案しているごとく、
飽和環状，不飽和環状，飽和鎖状，不飽和鎖状等の構造
を有する各種の高次フルオロカーボン系化合物を使用し
ても良い。
【００３４】
【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ＥＣＲプラズマ装置の処理チャンバ内に設けられ
たＳｉ系材料層とＥＣＲプラズマとの接触面積をウェハ
の昇降により変化させるという巧妙な手法により、オー
バーエッチング時に過剰となるラジカルの影響を効果的
に低減させることができる。したがって、極めて高い対
下地選択性と異方性とが達成される。しかも、本発明で
はジャスト・エッチングまでの工程とオーバーエッチン
グ工程との間でエッチング・ガスの組成を変更しないの
で、安定したマイクロ波放電を継続させたまま、スルー
プットを低下させずに再現性の高い異方性エッチングを
行うことが可能となる。本発明は微細なデザイン・ルー
ルにもとづいて設計され、高集積度および高性能を有す
る半導体装置の製造において特に有効である。
明ではＥＣＲプラズマ装置の処理チャンバ内に設けられ
たＳｉ系材料層とＥＣＲプラズマとの接触面積をウェハ
の昇降により変化させるという巧妙な手法により、オー
バーエッチング時に過剰となるラジカルの影響を効果的
に低減させることができる。したがって、極めて高い対
下地選択性と異方性とが達成される。しかも、本発明で
はジャスト・エッチングまでの工程とオーバーエッチン
グ工程との間でエッチング・ガスの組成を変更しないの
で、安定したマイクロ波放電を継続させたまま、スルー
プットを低下させずに再現性の高い異方性エッチングを
行うことが可能となる。本発明は微細なデザイン・ルー
ルにもとづいて設計され、高集積度および高性能を有す
る半導体装置の製造において特に有効である。
【図１】本発明のドライエッチング方法を実施するにあ
たり使用されるＥＣＲエッチング装置の一構成例および
その使用例を示す概略断面図であり、（ａ）はジャスト
・エッチングまでの使用状態、（ｂ）はオーバーエッチ
ング時の使用状態をそれぞれ表す。
たり使用されるＥＣＲエッチング装置の一構成例および
その使用例を示す概略断面図であり、（ａ）はジャスト
・エッチングまでの使用状態、（ｂ）はオーバーエッチ
ング時の使用状態をそれぞれ表す。
４ ・・・ベルジャー
７ ・・・ウェハ
８ ・・・ウェハ載置電極
９ ・・・冷却配管
１１・・・ＥＣＲポジション
１２・・・Ｓｉ系材料層
Ｐ ・・・ＥＣＲプラズマ
Claims (1)
- 【請求項１】 ＥＣＲポジションの下流側において処
理チャンバの内壁部の少なくとも一部がシリコン系材料
層により被覆されてなり、かつ該ＥＣＲポジションと被
エッチング基板間の距離を可変となし得るＥＣＲプラズ
マ装置を使用し、前記ＥＣＲポジションに相対的に近い
位置に前記被エッチング基板を保持しながら被エッチン
グ材料層のエッチングを行った後、前記ＥＣＲポジショ
ンよりも相対的に遠い位置に前記被エッチング基板を保
持しなからオーバー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 |
|---|---|---|---|
| JP3123029A JP3000717B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | ドライエッチング方法 |
| KR1019920006172A KR100225552B1 (ko) | 1991-04-26 | 1992-04-14 | 드라이에칭방법 |
| US07/874,114 US5266154A (en) | 1991-04-26 | 1992-04-27 | Dry etching method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3123029A JP3000717B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04326726A true JPH04326726A (ja) | 1992-11-16 |
| JP3000717B2 JP3000717B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=14850458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3123029A Expired - Lifetime JP3000717B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | ドライエッチング方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5266154A (ja) |
| JP (1) | JP3000717B2 (ja) |
| KR (1) | KR100225552B1 (ja) |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6068784A (en) * | 1989-10-03 | 2000-05-30 | Applied Materials, Inc. | Process used in an RF coupled plasma reactor |
| US6444137B1 (en) | 1990-07-31 | 2002-09-03 | Applied Materials, Inc. | Method for processing substrates using gaseous silicon scavenger |
| US6251792B1 (en) | 1990-07-31 | 2001-06-26 | Applied Materials, Inc. | Plasma etch processes |
| US6518195B1 (en) | 1991-06-27 | 2003-02-11 | Applied Materials, Inc. | Plasma reactor using inductive RF coupling, and processes |
| US6171974B1 (en) | 1991-06-27 | 2001-01-09 | Applied Materials, Inc. | High selectivity oxide etch process for integrated circuit structures |
| US5888414A (en) * | 1991-06-27 | 1999-03-30 | Applied Materials, Inc. | Plasma reactor and processes using RF inductive coupling and scavenger temperature control |
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