JPH04334022A - ドライエッチング方法 - 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】

【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
エッチング途中におけるラジカル性の低減と側壁保護の
強化を、堆積性ガスの使用量を増すことなく達成する方
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、ドライエッチング技術においても高異方性
、高速性、高選択性、低汚染性、低ダメージ性といった
諸要求をいずれをも犠牲とすることなく達成する技術が
強く望まれている。なかでも、高異方性と高選択性とい
う相反する条件の両立は、最重要課題のひとつとされて
いる。それは、高異方性を達成するためにはある程度高
いイオン入射エネルギーが必要となるが、これは対下地
選択性の観点からは不利となるからである。そこで、イ
オン入射エネルギーを若干弱める代わりに側壁保護を併
用し、高異方性を達成することが広く行われている。 この側壁保護は、気相中からのガス放電解離生成物、も
しくはエッチング反応生成物等をパターン側壁部に堆積
させることにより行われており、このようにして形成さ
れた側壁保護膜がラジカルの側方攻撃からパターンを保
護している。

【０００３】ところで、エッチング・プロセスの種類に
よっては、プロセス途中で側壁保護物質の堆積量とラジ
カル生成量とのバランスを変更する必要が生ずる場合が
ある。その代表的な例は、（ａ）下地材料層との選択比
を大きくとる必要があるオーバーエッチング、および（
ｂ）エッチング反応生成物の蒸気圧が異なる２種類以上
の材料層が積層されてなる多層膜のエッチングである。

【０００４】上記（ａ）のオーバーエッチング工程にお
ける選択比の増大は、近年のように下地材料層の層厚が
極めて薄くなっている状況下では極めて重要な課題であ
る。たとえば、ゲート電極加工のようなシリコン（Ｓｉ
）系材料層のエッチングは、通常Ｆ＊　（フッ素ラジカ
ル）が主エッチング種となる反応系中で行われるが、Ｆ
＊　が相対的に過剰となるオーバーエッチング時には、
薄いＳｉＯ２　ゲート絶縁膜に対して高選択性を維持す
ることが困難となる。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、Ｓｉ−Ｆ結合では１３２ｋｃａｌ／ｍｏｌと大
きいことからも理解される。また、コンタクト・ホール
加工のような酸化シリコン（ＳｉＯ２　）系材料層のエ
ッチングは、通常ＣＦ３　＋　等のイオンが主エッチン
グ種となる反応系中で行われるが、かかる反応系内では
やはりＦ＊　等のラジカルが生成する。たとえば、浅い
接合の形成されたＳｉ基板を下地としてＳｉＯ２　層間
絶縁膜のエッチングを行う場合等には、このラジカルに
よる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５
４ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、Ｓｉ−Ｆ結合やＳｉ−Ｃｌ
結合（９６ｋｃａｌ／ｍｏｌ）のそれより遙かに小さい
からである。つまり、Ｓｉ系材料層は、イオン照射が無
くてもラジカルにより自発的にエッチングされてしまう
のである。いずれの場合にも、エッチング工程に比べて
オーバーエッチング工程ではラジカルの生成量を減少さ
せる必要がある。

【０００５】上記（ｂ）の多層膜のエッチングの代表例
は、ポリサイド・ゲート電極加工である。ポリサイド膜
は、多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層とが順
次積層されたものであるが、エッチング反応により生成
するハロゲン化合物の蒸気圧の差に起因して上層側の高
融点金属シリサイド層よりも下層側の多結晶シリコン層
の方が速くエッチングされる。したがって、オーバーエ
ッチング時には、相対的に過剰となったラジカルの側方
マイグレーションにより、下層側の多結晶シリコン層に
逆テーパ化やアンダカット等の形状異常が生じ易い。も
ちろん、下地の薄いゲート絶縁膜に対しても選択性が下
がる。また、ジャスト・エッチングまでの工程において
も同様の不都合が生ずるケースが多いため、高融点金属
シリサイド層のエッチングが終了した段階で、側壁保護
の強化および／またはラジカルの低減を可能とする条件
に切り換えて多結晶シリコン層をエッチングする技術も
提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、エッチン
グ・プロセスの途中で側壁保護物質の堆積量とラジカル
生成量とのバランスを変更する必要が生ずる場合の多く
は、前段の工程に比べて後段の工程におけるラジカル生
成量を減らし、相対的に堆積が生じ易い条件を整えると
いうものである。従来は、かかる条件の変更を一般にエ
ッチング・ガスの組成を変化させることにより行ってき
た。たとえば、フロン１１３（Ｃ２　Ｃｌ３　Ｆ３　）
／ＳＦ６　混合ガスを用いて多結晶シリコン層をエッチ
ングするゲート電極加工では、オーバーエッチング時に
ＳＦ６　に対するフロン１１３の流量比を高め、十分に
大きい対下地選択性を確保することが行われている。こ
れは、側壁保護物質である炭素系ポリマーの堆積量を増
加させると同時に、ラジカル性を減少させるためである
。しかしながら、フロン１１３は放電解離により気相中
に堆積性物質を生成させるため、上述のようにかかる堆
積性ガスの流量を増加させることはエッチング・チャン
バ内のパーティクルを増加させる原因となる。今後、さ
らに半導体装置のデザイン・ルールが微細化されると、
パーティクル汚染の影響は一段と深刻化する虞れがある
。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。この問題は、主としてフルオ
ロカーボン系ガスが用いられているＳｉＯ２　系材料層
のエッチングにおいても、同様に発生する。

【０００７】さらに、Ｓｉ系材料層のエッチングに関し
ては、従来広く用いられてきたフロン（クロロフルオロ
カーボン）系ガスが地球環境保護の観点から近い将来に
も製造・使用が禁止されるので、これに代わるエッチン
グ・ガスおよびその使用法を開発しなければならないと
いう事情もある。

【０００８】そこで本発明は、エッチング・プロセスの
途中で堆積性ガスの流量比を高めなくとも相対的に反応
系内のラジカル性を減少させ、側壁保護効果を高めるこ
とが可能なドライエッチング方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【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、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、かつ該シリコン系材料
層の露出面積を可変となし得るシャッタ部材を備えたＥ
ＣＲプラズマ装置を使用し、前記シャッタ部材の操作に
よりＥＣＲプラズマと前記Ｓｉ系材料層との接触面積を
変化させながら被エッチング材料層をエッチングするこ
とを特徴とするものである。

【００１０】

【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プラズ
マ装置を選択し、処理チャンバの内壁部の少なくとも一
部に過剰なラジカルを消費し得るＳｉ系材料層を設け、
かつその露出面積を可変とするためのシャッタ部材を設
けるという構成上の工夫を行い、さらに前記シャッタ部
材の操作によりＥＣＲプラズマと上記Ｓｉ系材料層の接
触面積を変化させてラジカルの消費量を制御することを
ポイントとする。

【００１１】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　、Ｃｌ＊　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。本発
明では、ＥＣＲプラズマ中に含まれる化学種のうち、対
下地選択性や異方性を低下させる原因となる過剰ラジカ
ルをエッチング・プロセスの途中で減少させたい。そこ
で、ラジカルが大量に生成しても差し支えない段階では
、シャッタ部材を操作することにより処理チャンバ内に
おける上記Ｓｉ系材料層の露出面積をゼロもしくは相対
的に小としておく。これにより、ウェハは高密度のラジ
カルを含むＥＣＲプラズマＰに曝され、高速にエッチン
グが進行する。一方、過剰ラジカルの影響が顕著となる
段階では、シャッタ部材の操作によりＳｉ系材料層の露
出面積を相対的に大とする。これにより、ラジカルの一
部をウェハへ到達させる前に消費し、過剰ラジカルの影
響を低減させることができる。

【００１２】かかる構成によれば、オーバーエッチング
時やポリサイド膜の下層側の多結晶シリコン層をエッチ
ングする際に、エッチング・ガスの組成を変更せずに容
易にラジカルの影響を低減させることができる。つまり
、これらのエッチングを行う際にはＥＣＲプラズマトＳ
ｉ系材料層との接触面積を大きくすれば良いのである。 この間、放電条件は何ら変更する必要がないため、制御
性やスループットが低下するものではない。

【００１３】なお、過剰なラジカルをＳｉ系化合物の形
で除去しようという発想は、本願出願人が先に特願平３
−２０３６０号明細書において提案している。これは、
エッチング・ガス中にシラン系化合物ガスを添加するこ
とにより、エッチング・ガス系のラジカル生成量を最初
から低減させてしまうおうとする方法である。したがっ
て、Ｓ２　Ｆ２　を用いてＳｉ系材料層をエッチングす
る場合には極めて有効な技術であるが、オーバーエッチ
ング時にはやはりシラン系化合物ガスの流量比を増大さ
せることが好ましくなる。これに対し、今回の発明は過
剰ラジカルを消費するＳｉ系材料は処理チャンバの内壁
部に配設された固体状物質であり、オーバーエッチング
時にもエッチング・ガス組成の変更を必要としないとい
う点で、従来技術とは全く異なる特徴を有するものであ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００１５】実施例１ 本実施例は、本発明をゲート電極加工に適用し、Ｓ２　
Ｆ２　を用いて多結晶シリコン層のエッチングを行うに
際し、ジャスト・エッチング時とオーバーエッチング時
とでＥＣＲプラズマとＳｉ系材料層の接触面積を変化さ
せた例である。

【００１６】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Ｒ
Ｆバイアス印加型ＥＣＲプラズマ・エッチング装置の一
構成例、およびその使用上の工夫について図１および図
２を参照しながら説明する。この装置は、２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を発生するマグネトロン１、上記マグネ
トロン１に図示されない整合器，マイクロ波電力計，ア
イソレータ等を介して接続され、上記マイクロ波を導く
矩形導波管２、上記矩形導波管２に石英ガラス板等から
なるマイクロ波導入窓３を介して接続され、かつウェハ
１０を載置するウェハ載置電極１１を収容し、ＥＣＲ放
電により形成されるＥＣＲプラズマＰを利用して該ウェ
ハ１０に対して所定のエッチングを行うためのエッチン
グ・チャンバ４、上記エッチング・チャンバ４にエッチ
ング・ガスを図中矢印Ｂ方向に供給するためのガス供給
管５、プラズマ輻射熱による温度上昇を抑制するために
冷却水管６から図中矢印Ｃ１　，Ｃ２　方向に導入され
る冷却水を上記エッチング・チャンバ４の周囲に循環さ
せるウォーター・ジャケット７、上記エッチング・チャ
ンバ４の底部に開口し、図示されない真空系統に接続さ
れることにより上記エッチング・チャンバ４の内部を図
中矢印Ａ方向に高真空排気するための排気孔８、上記エ
ッチング・チャンバ４を周回し、電子をサイクロイド運
動させるための磁界を形成するソレノイド・コイル９、
上記ウェハ載置電極１１にＲＦバイアスを印加するため
に図示されない整合回路等を介して接続されるＲＦ電源
１３等を基本的な構成要素とする。

【００１７】ここで、本発明で使用されるＥＣＲプラズ
マ・エッチング装置には、従来の一般的な構成に加えて
以下のような工夫が施されている。まず、低温エッチン
グを可能とするために、上記ウェハ載置電極１１には冷
却配管１２が埋設されている。この冷却配管１２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Ｄ１　，Ｄ２　方向に循
環されるようになされている。ただし、ここで言う低温
エッチングとは必ずしも０℃以下の冷却を要するもので
はなく、プラズマ輻射熱による昇温を抑制してウェハ温
度を室温域に保持する場合も含めるものとする。

【００１８】また、上記エッチング・チャンバ４の内壁
部のうちソレノイド・コイル９に包囲される部分にはＳ
ｉ系材料層１４を設けた。このＳｉ系材料層１４は、エ
ッチング・チャンバ４の内壁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。こ
の具体的な配設方法としては、エッチング・チャンバ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。本実施例および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。

【００１９】さらに、上記Ｓｉ系材料層１４の内周側に
は、図示されない駆動手段により昇降可能とされた昇降
式シャッタ１５を配設した。ここで、図１（ａ）は昇降
式シャッタ１５によりＳｉ系材料層１４がほぼ完全に遮
蔽された状態を示し、図１（ｂ）は上記昇降式シャッタ
１５を図中矢印Ｅ方向に下降させてＳｉ系材料層１４の
全面が露出された状態を示す。上記昇降式シャッタ１５
の配設状態をより明確に示すために、エッチング・チャ
ンバ４のうちソレノイド・コイル９に包囲される部分を
一部破断して示したものが図２であり、エッチング・チ
ャンバ４の側壁面、昇降式シャッタ１５、ウェハ載置電
極１１は全て同心的に配置されている。Ｓｉ系材料層１
４の露出面積は、円筒形の昇降式シャッタ１５の昇降距
離を制御することにより任意に調節できる。上記昇降式
シャッタ１５は、ラジカルを消費せず、かつエッチング
反応系内に不要な汚染を惹起させない材料を適宜選択し
て構成することができ、たとえばステンレス鋼、あるい
はアルミナ等のセラミクス系材料を使用することができ
る。本実施例および後述の各実施例では、ステンレス鋼
からなる昇降式シャッタ１５を採用した。

【００２０】かかる構成を有するＥＣＲプラズマ・エッ
チング装置の使用方法は、以下のとおりである。まず、
図１（ａ）に示されるようにＳｉ系材料層１４をほぼ昇
降式シャッタ１５によりＥＣＲプラズマＰから遮蔽した
状態では、ウェハ１０は高密度のラジカルを含むＥＣＲ
プラズマＰに曝されるので、高速エッチングが達成され
る。ただし、ＥＣＲ放電は低ガス圧下で行われかつイオ
ンの生成効率に優れることから、方向性の揃ったイオン
の照射も同時に起こる。したがって、高速性と共に高異
方性も達成される。一方、図１（ｂ）に示されるように
昇降式シャッタ１５を下降させてＳｉ系材料層１４を大
きく露出させた状態では、ＥＣＲプラズマＰ中のラジカ
ルの一部がＳｉ系材料層１４と接触するので、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７を介して系外に除去される。このように
して、ラジカルの影響を極めて低減させた条件でエッチ
ングが行えるようになる。

【００２１】以下、上述のＥＣＲプラズマ・エッチング
装置を使用して実際にゲート電極加工を行った例につい
て説明する。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１０を用意した。このウェハ１０をウェハ載置電極
１１上にセットし、外部のチラーから冷却配管１２にエ
タノール冷媒を循環させることにより該ウェハ１０の温
度を−７０℃に維持した。また、昇降式シャッタ１５は
Ｓｉ系材料層１４のほぼ全面を被覆する位置にセットし
た。 この状態で、一例としてＳ２　Ｆ２　流量５ＳＣＣＭ、
ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、マイクロ波パワ
ー８５０Ｗ、ＲＦバイアス・パワー３０Ｗ（２ＭＨｚ）
の条件で上記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。

【００２２】ここで使用されたＳ２　Ｆ２　は、本願出
願人が先に特願平２−１９８０４５号明細書において提
案した４種類のフッ化イオウのうちのひとつである。Ｓ
２　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、これらがウェハ１０にほ
ぼ垂直に入射してラジカル反応をアシストした。この結
果、良好な異方性形状を有するゲート電極の大部分が高
速に形成された。

【００２３】次に、図１（ｂ）に示されるように昇降式
シャッタ１５を図中矢印Ｅ方向に下降させてＳｉ系材料
層１４の全面を露出させ、他は同様の条件にてオーバー
エッチングを行った。ここでは、Ｓ２　Ｆ２　の供給条
件等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、ＥＣＲプラズマＰがエ
ッチング・チャンバ４の側壁部においてＳｉ系材料層１
４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。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１０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。

【００２４】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、あるいはＳ３　Ｂｒ２　，Ｓ２　Ｂｒ
２　，ＳＢｒ２　等の臭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。また、ジャスト・エッチングおよびオ
ーバーエッチングの条件は上述の条件に限られるもので
はなく、たとえばオーバーエッチング時にＲＦバイアス
のパワーを低下させたり、ＲＦ周波数を増大させること
により、より優れた対下地選択性および低ダメージ性を
達成することも可能である。さらに、昇降式シャッタ１
５の表面に堆積したＳは、予め該昇降式シャッタ１５に
加熱機構を付与しておき、これを１回のエッチングが終
了するごとに作動させて昇華除去するか、あるいは枚葉
処理の合間にプラズマ・クリーニングを行うこと等によ
り除去することができる。これは、エッチング反応系内
の経時的なＦ／Ｓ比の低下を防止する上で有効である。

【００２５】実施例２ 本実施例は、本発明をコンタクト・ホール加工に適用し
た例であり、Ｃ４　Ｆ８　（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プラズマ・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ＥＣ
Ｒ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１０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、さらにその上に所定の形状
にパターニングされたレジスト・マスクが形成されてな
るものである。このウェハ１０をウェハ載置電極１１上
にセットし、冷却配管１２にエタノール冷媒を循環させ
ることにより該ウェハ１０を０℃に保持した。昇降式シ
ャッタ１５は、Ｓｉ系材料層１４をほぼ被覆する位置に
セットした。この状態で、一例としてＣ４　Ｆ８　流量
５０ＳＣＣＭ、ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、
マイクロ波パワー８５０Ｗ、ＲＦバイアス・パワー５０
Ｗ（２ＭＨｚ）を印加しながら上記ＳｉＯ２　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
。

【００２６】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。

【００２７】次に、図１（ｂ）に示されるように昇降式
シャッタ１５を下降させてＳｉ系材料層１４の全面を露
出させ、他は同様の条件にてオーバーエッチングを行っ
た。ここでは、Ｃ３　Ｆ８　の供給条件を特に変更して
おらず、またＳｉＯ２　層間絶縁膜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、ＥＣＲプラズマＰがエッチング・チャンバ４の
側壁部においてＳｉ系材料層１４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／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２０の選択比を
維持しながら、ＳｉＯ２　層間絶縁膜のオーバーエッチ
ングを行うことができた。

【００２８】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。

【００２９】実施例３ 本実施例は、本発明をゲート電極加工に適用し、ＨＢｒ
／ＳＦ６　混合ガスを用いてポリサイド膜をエッチング
するに際し、上層側のタングステン・シリサイド（ＷＳ
ｉｘ　）層のエッチング時と下層側の多結晶シリコン層
のエッチング時とでＥＣＲプラズマＰとＳｉ系材料層の
接触面積を変化させた例である。

【００３０】本実施例では、図２に示されるＥＣＲプラ
ズマ・エッチング装置とは異なり、昇降式シャッタの昇
降ではなく、回転式シャッタの回転角によりＳｉ系材料
層の露出面積を制御できるＥＣＲプラズマ・エッチング
装置を用いた。上記ＥＣＲプラズマ・エッチング装置の
概略的な断面図を示すと図１と同様であるが、エッチン
グ・チャンバ４のうちソレノイド・コイル９に包囲され
る部分を一部破断して示す斜視図は図３のようになる。 すなわち、本実施例で使用される装置は、スリット状の
開口部１６ａを有する回転式シャッタ１６を備えており
、またＳｉ系材料層１４ａも上記開口部１６ａの開口パ
ターンに倣って帯状に形成されている。上記回転式シャ
ッタ１６は、図示されない駆動手段により図中矢印Ｆ方
向に回転可能となされている。

【００３１】ここで、回転式シャッタ１６とＳｉ系材料
層１４ａの位置関係について図４（ａ）および（ｂ）を
参照しながら説明する。これらの図は、図３のＧ−Ｇ線
断面図であり、（ａ）はＳｉ系材料層１４ａが回転式シ
ャッタ１６に遮蔽された状態、（ｂ）はＳｉ系材料層１
４ａのほぼ全面が開口部１６ａを介して露出された状態
を示している。すなわち、図４（ａ）に示される状態で
は、ウェハ１０を高密度のラジカルを含むＥＣＲプラズ
マＰに曝した状態で高速エッチングを行うことができ、
図４（ｂ）に示される状態では過剰ラジカルの影響を低
減させた条件でエッチングを行うことができる。

【００３２】上述のＥＣＲプラズマ・エッチング装置を
使用して実際にポリサイド膜のエッチングを行った。本
実施例でエッチング・サンプルとして使用したウェハ１
０は、単結晶シリコン基板上にＳｉＯ２　からなるゲー
ト絶縁膜を介してポリサイド膜が形成され、さらにその
上に所定の形状にパターニングされたレジスト・マスク
が形成されてなるものである。ここで、上記ポリサイド
膜の下層側はｎ＋　型不純物を含有する多結晶シリコン
層、上層側はＷＳｉｘ　層である。このウェハ１０をウ
ェハ載置電極１１上にセットし、冷却配管１２にエタノ
ール冷媒を循環させることにより該ウェハ１０を１５℃
に保持した。また、回転式シャッタ１６は、図４（ａ）
に示されるようにＳｉ系材料層１４ａを遮蔽する状態に
セットした。ここで、一例としてＨＢｒ流量３５ＳＣＣ
Ｍ，ＳＦ６　流量１５ＳＣＣＭ，ガス圧を１．３Ｐａ（
１０ｍＴｏｒｒ）、マイクロ波パワー８５０Ｗ、ＲＦバ
イアス・パワー１００Ｗの条件で、上層側のＷＳｉｘ　
層をエッチングした。

【００３３】この過程では、ＳＦ６　から生成するＦ＊
　およびＨＢｒから生成するＢｒ＊　によるラジカル反
応が、ＳＦｘ　＋　，Ｂｒ＋　，Ｆ＋　等の入射イオン
によりアシストされる機構でエッチングが進行した。こ
のとき、低温冷却されたウェハ上のパターン側壁部には
、レジスト・マスクとＢｒとの反応生成物であるＣＢｒ
ｘ　、および蒸気圧の低いエッチング反応生成物である
ＳｉＢｒｘ　やＷＢｒｘ　等が堆積し、側壁保護膜が形
成された。これにより、ＷＳｉｘ　層は良好な異方性形
状にパターニングされた。なお、上記ＷＳｉｘ　層のエ
ッチング終点は、以前に本発明者を含むグループがたと
えば月刊セミコンダクタ・ワールド１９９０年７月号８
０〜８４ページに報告したように、発光スペクトルをモ
ニタすることにより判定した。すなわち、４５０〜６５
０ｎｍの広い波長域における全体的な発光強度の減少、
もしくは５０５ｎｍにおける発光ピーク強度の急激な減
少をもって判定した。

【００３４】次に、上記回転式シャッタ１６を矢印Ｆ方
向に回転させ、図４（ｂ）に示されるようにＳｉ系材料
層１４ａを開口部１６ａを介してエッチング・チャンバ
４内に露出させた。この状態で、上述と同じ条件にて下
層側の多結晶シリコン層をチングした。ここでは、ＥＣ
ＲプラズマＰのＦ＊　，Ｂｒ＊　等のラジカルがＳｉ系
材料層１４ａとの反応で消費され、それぞれＳｉＦｘ　
，ＳｉＢｒｘ　の形でエッチング反応系外へ除去された
。この結果、相対的にラジカル性が弱められ、各種生成
物の堆積に有利な条件が整い、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。また多結晶シリコ
ン層にアンダカットや逆テーパ形状のような形状異常が
発生することもなかった。

【００３５】なお、本実施例ではエッチング・ガス中の
フッ素系ガスとしてＳＦ６　を使用したが、この代わり
にＮＦ３　，ＣｌＦ３　，Ｆ２　，ＨＦ等を使用しても
良い。ポリサイド膜の上層側の高融点金属シリサイド層
としてはＷＳｉｘ　層を取り上げたが、ＭｏＳｉｘ　，
ＴｉＳｉｘ　，ＴａＳｉｘ　等の他の高融点金属シリサ
イド層であっても良い。Ｓｉ系材料層１４ａの形状，数
，設置場所等は適宜変更して構わない。さらに、回転式
シャッタ１６の回転を任意の場所で停止してＳｉ系材料
層１４ａの露出面積を微調整することもできる。

【００３６】

【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の内壁部の一
部に設けられたＳｉ系材料層の露出面積を昇降式，回転
式等のシャッタ部材を用いて変化させることにより該Ｓ
ｉ系材料層とＥＣＲプラズマとの接触面積を変化させる
という巧妙な手法により、ラジカルの生成量と堆積物の
生成量のバランスを容易に変化させることができる。し
たがって、ジャスト・エッチング時とオーバーエッチン
グ時との間、あるいはポリサイド・ゲート電極加工にお
ける高融点金属シリサイド層のエッチング時と多結晶シ
リコン層のエッチング時との間のように、エッチング・
プロセスの途中でラジカル生成量を低減させる必要があ
る場合等において、対下地選択性の向上が可能となり、
また異方性形状の劣化が防止される。しかも、本発明で
はこれらの条件の切り換え時にエッチング・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。

【図面の簡単な説明】

【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ＲＦバイアス印加型ＥＣＲプラズマ・エ
ッチング装置の一構成例、および多結晶シリコン・ゲー
ト電極加工における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。

【図２】上記図１に示されるＥＣＲプラズマ・エッチン
グ装置の昇降式シャッタおよびその周辺部材を一部破断
して示す概略斜視図である。

【図３】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ＲＦバイアス印加型ＥＣＲプラズマ・エ
ッチング装置の他の構成例において、回転式シャッタお
よびその周辺部材を一部破断して示す概略斜視図である
。

【図４】上記図３のＧ−Ｇ線断面図であり、（ａ）は回
転式シャッタによりＳｉ系材料層が遮蔽された状態、（
ｂ）はＳｉ系材料層がエッチング・チャンバ内に露出さ
れた状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】

４　　　　　　　　　　・・・エッチング・チャンバ１
０　　　　　　　　・・・ウェハ １１　　　　　　　　・・・ウェハ載置電極１４，１４
ａ・・・Ｓｉ系材料層 １５　　　　　　　　・・・昇降式シャッタ１６　　　
　　　　　・・・回転式シャッタ１６ａ　　　　　　・
・・開口部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　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、かつ該シ
   リコン系材料層の露出面積を可変となし得るシャッタ部
   材を備えたＥＣＲプラズマ装置を使用し、前記シャッタ
   部材の操作によりＥＣＲプラズマと前記シリコン系材料
   層との接触面積を変化させながら被エッチング材料層を
   エッチングすることを特徴とするドライエッチング方法
   。