JPH0493022A - シリコン系被エッチング材のエッチング方法 - Google Patents
シリコン系被エッチング材のエッチング方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
ング方法に関し、特に、基体上に少なくともシリコン層
または含シリコン材料層を有する被エツチング部をエツ
チングするエツチング方法に関するものである。本発明
は、例えば半導体装置製造の際に、いわゆるポリサイド
構造等の被エツチング部のエツチング方法として利用す
ることができる。
リコン層と高融点金属シリサイド層とを有する被エツチ
ング部を、臭化水素とフン素ラジカルを発生し得るガス
とを含有するエツチングガスを用いてエツチングを行う
際に、請求項1の発明では、上記シリコン層のエツチン
グと、上記高融点金属シリサイド層のエツチングとを、
上記臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスの混合
比を変えた条件で行うことによって、また請求項2の発
明では、上記高融点金属シリサイド層は臭化水素とフッ
素ラジカルを発生し得るガスとを含有するエツチングガ
スを用いてエツチングし、上記シリコン層は臭化水素を
用いてエツチングすることによって、被エツチング部の
各層をいずれも良好な形状でエツチングできるようにし
たものである。
コン材料層を有する被エツチング部をエツチングする場
合に、上記含シリコン材料層は臭化水素を用いてエツチ
ングを行うとともに、発光スペクトル強度変化をモニタ
ーすることにより該含シリコン材料層のエツチング終点
を決定することによって、適正なエツチング終点の判定
を可能ならしめたものである。
上に少なくともシリコン層が形成されて成る被エツチン
グ材のエツチングは、例えば各種電子材料(半導体装置
等)製造の分野において行われている。
が形成されて成る構造は、半導体装置等の分野において
、例えばゲート配線構造を形成するために用いられてい
る。
のゲート配線材料として多用されて来たポリ(多結晶)
シリコンよりも抵抗値が小さいので有利であり、かつ、
高融点金属シリサイドと基体との間にシリコン(特にポ
リシリコン)層を介在させることにより、界面(例えば
ゲート絶縁膜としての5in2との界面)における信頼
性を良好に維持することができる。
れて成るという意味で、一般にポリサイドと称される。
の要請により、ゲート構造の形成のために多用されるに
至っており、そのエツチング技術についても各種の提案
がなされている。
る場合、異なる2種の材料に対してともに良好な異方性
をもってエツチングを行わなければならず、このため従
来より、例えば、フロン113(CzlJ:+h)に代
表されるようないわゆるフロンないしはフレオンと称さ
れるフッ化炭素系ガスを主に含有するエツチングガスが
使用されて来た。
もたらすなど環境上の問題があって、使用を避けること
が望まれるようになった。いわゆるフロン規制により使
用できなくなる可能性も大きい。
もシリコン層と高融点金属シリサイド層との双方に対し
て良好な異方性を実現でき、形状の良いエツチングを達
成できるエツチングガス系の開発が望まれている。
素系ガスを用いることなく、しかも異方性良好かつ高選
択比でエツチングできるガスとして、HBr (臭化水
素)が注目を集めている。しかしながら、このHBrを
単独でシリコン系材料のエツチングに用いた場合のエツ
チング終点判定法は確立されてはいない。
は、llBrによるSi系ゲート材等のシリコン系被エ
ツチング材のエツチング時の終点判定法の確立が急務と
なっている。
本出願人は先きに、1(Br/SF6混合ガス系等の、
臭化水素と、フッ素ラジカルを生じ得るガスとを含有す
るガス系によるエツチング技術についての提案も行った
(特願平2−10489号「ドライエツチング方法」)
。
コン層とから成るポリサイド膜を、高速で、裔異方性を
維持しつつ、選択性良好にエツチングすることができる
。
i x等の高融点金属シリサイド層のエツチングと全
く同条件でDOPO3等のシリコン層のエツチングを進
めると、シリコン層にサイドエッチを生ずるという問題
がある。
チング部をエツチングする場合に、被エツチング部が例
えばポリサイド膜造の如き多層構造をなすものであって
も、これを各層についてサイドエッチなどを生ぜしめる
ことなく、良好な形状でエツチングできるエツチング方
法が望まれる。
り、請求項1.2の発明は、シリコン層と高融点金属シ
リサイド層とを有する被エツチング部をエツチングする
場合に、シリコン層に生ずる可能性のあるサイドエッチ
の発生を抑え、良好な形状のエツチングを達成すること
を目的とする。
ツチング部を臭化水素を用いてエツチングする際のエツ
チング終点を容易かつ確実に判定して、これにより良好
な形状のエツチングを達成することを目的とする。
成をとる。
シリコン層と高融点金属シリサイド層とを有する被エツ
チング部をエツチングするシリコン系被エツチング材の
エツチング方法において、臭化水素とフッ素ラジカルを
発生し得るガスとを含有するエツチングガスを用いてエ
ツチングを行うとともに、上記シリコン層のエツチング
と、上記高融点金属シリサイド層のエツチングとを、」
二面臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスの混合
比を変えた条件で行うことを特徴とするものである。
ン層と高融点金属シリサイド層とを有する被エツチング
部をエツチングするシリコン系被エツチング材のエツチ
ング方法において、上記高融点金属シリサイド層は臭化
水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスとを含有するエ
ツチングガスを用いてエツチングし、上記シリコン層は
臭化水素を用いてエツチングすることを特徴とするもの
である。
コン材料層を有する被エツチング部をエツチングするシ
リコン系被エツチング材のエツチング方法において、上
記含シリコン材料層は臭化水素を用いてエツチングを行
うとともに、発光スベクトル強度変化をモニターするこ
とにより該含シリコン材料層のエツチング終点を決定す
ることを特徴とするものである。
として成る層を言い、該シリコンは単結晶シリコンでも
、多結晶シリコンでもよい。St基以外金属、非金属を
含む合金や、不純物を含有するシリコンであってもよい
。ポリサイド構造として用いる場合には、P(リン)や
B(ホウ素)その他の不純物がドープされたドープドポ
リシリコン(DOPO3)を好ましく使用できる。
の高融点金属、例えばW(タングステン)、Ti(チタ
ン)、MO(モリブデン)その他の高融点金属のシリサ
イドを主成分として成る層を言う。
は、エツチング時に反応に寄与するフッ素ラジカルF*
を与え得るガスを言い、sFb 、 NF3 。
とができる。
少なくとも構成元素として有する物質を含有する材料か
ら成る層であって、HBrとの反応によりシリコンの臭
化物等の物質を与え、これによる発光スペクトル強度の
観測が可能なものをいフO 〔作 用〕 本出願の請求項1の発明は、シリコン層のエツチングと
、高融点金属シリサイド層のエツチングとを、臭化水素
とフッ素ラジカルを発生し得るガスの混合比を変えた条
件で行うので、臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得る
ガスとを含有するエツチングガスを用いての良好なエツ
チングを、各層に最適の混合条件で行うことができ、も
ってシリコン層のサイドエッチの発生を抑制することが
でき、各層について良好な形状のエツチングを実現でき
る。
臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスとを含有す
るエツチングガスを用いてエツチングし、シリコン層は
臭化水素を用いてエンチングを行うので、混合ガスによ
る高融点金属シリサイド層の良好なエツチングという効
果と、臭化水素によるシリコン層のサイドエッチの発生
を抑制した良好なエツチングという効果をもたらすこと
ができる。
しも明らかではないが、F”を発生ずるガスが主として
被エツチング物質に対するエッチャントとなり、HBr
が側壁に堆積物を与える堆積性ガスとして機能すると考
えられるので、両者の混合比が各層に対して最適な値と
なる点があり、これが両者で異なるものであるからと考
えられるC3Fb /llBr混合ガス系のポリサイド
構造に対する挙動については、プレスジャーナル社「月
刊Sem1conductor World J 19
90年7月号80〜84頁の、辰巳、間材、佐藤「フロ
ンを用いないガス系によるWポリサイドの異方性エツチ
ング」参照)。
材料層のエツチングを行うとともに、発光スペクトル強
度変化をモニターすることによりシリコン層のエツチン
グ終点を決定することを特徴とするものであるので、エ
ツチング終点時に特異的な挙動を示ず波長のスペクトル
をモニターすることによって、高精度のエツチング終点
判定を行うことができる。特異的な挙動を示すスペクト
ル波長は、例えば400〜500nmの間にあり、これ
は1lBrとシリコンとが結合した5iBrxや、Si
t!Brによるものと考えられるが、必ずしも明らかで
は〔実施例〕 以下本発明の各発明の実施例について、図面を参照して
説明する。但し当然のことではあるが、各発明は以下に
示す実施例により限定されるものではない。
のであり、特に、半導体装置のパターン形成に際して、
第1図(a)に示す如くフォトレジスト5を用いてシリ
コン系被エツチング材のバターニングを行う場合にこの
発明を適用したものである。
1(本例では基板1であるシリコン基板と、ゲート酸化
膜となる絶縁膜2であるSiO□膜とからなる基体)上
に形成された、シリコン層3と高融点金属シリサイド層
4とを有する被エツチング部10を備えるものである。
グステンシリサイドW S i xから成り、シリコン
層3はポリシリコン、特に不純物がドープされたD O
P OS (Doped Po1ySilicon)か
ら成る。DOPO3はここではリンPをドープしたもの
を用いたが、所望の導電性に応じ、Bをドープしたシリ
コンなど、任意のものでよい。
イクロ波ECRエツチング装置を用いた。
61は該チャンバ6内に設けられたsix台であり、半
導体ウェハ等の被エツチング材12はこの載置台61に
置かれてエツチングされる。71はマイクロ波、72は
導入されるガス系、73は排気を示し、74は磁場を与
えるソレノイドコイルを示す。
ッチ(アンダーカット)の問題を解決すべく、ポリザイ
ド構造をSF6 /HBr混合ガス系によりエツチング
するとともに、シリコン層3 (DOPO3層)エツチ
ング時のSF6流量比を高融点金属シリサイド層4エツ
チング時よりも下げるようにして、実施したものである
。
高融点金属シリサイド層4であるW S i x層を、
次の条件で異方性エツチングする。
CCMマ イ り ロ 波 : 250m八R
Fへ加電カニ 150W ガ ス 圧: 5mTorrこのとき、エツ
チングの終点は、発光スペクトル、特に505nmの発
光スペクトルをモニターして終点判定を行うことで、W
Six /DOPO3界面でエツチングをとめることが
可能である。かかる発光スペクトルの発光強度変化のモ
ニター、特に500〜600nmの発光スペクトルのモ
ニターによりシリコン層と高融点金属シリサイド層との
界面でのエツチング終点が精密に判定できることについ
ては、本出願人による特願平2−47074号において
提案法である。
を下げて、下記の条件でシリコン層3であるDOPO3
層をエツチングした。即ちエツチングガス: SFb
/ HBr = 3 / 473CCMマイクロ波:
250mA RF印印加力カニ50 W ス 圧: 5mTorrと条件を変え、
エツチングを行った。このようにすると、シリコン層3
であるDOPO3層のサイドエッチ(アンダーカット)
は抑制され、本実施例では第1図(b)に示すような良
好な形状のエツチングを達成できた。
により1lBr添加に起因する側壁保護を強化すること
で、シリコン層3であるDOPO3層のサイドエッチが
抑制されたことによるものと考えられる。
コン層3のエツチングについて、フッ素ラジカルを与え
るガス(SF6)を少なくするとともに、RFバイアス
をも下げるようにした。これはこR の発明の好ましい実施の態様であり、このようにするこ
とによって、より高い選択比を得ることが可能となった
。
層4の各層とも、サイドエッチのない異方性形状が得ら
れ、良好なエツチングを達成できる。
状のシリコン及び高融点金属シリサイドの各パターン3
L 41を形成するエツチングが達成できた。
のようにSF、の混合割合を少なくしたHBrとの混合
ガスを用いて行ったが、フッ素ラジカルを与えるガスを
有さないllBr単独でエツチングすることもできる(
後記実施例−2参照)。但し、本実施例のような条件で
は、llBr単独よりもフッ素ラジカルを与えるガスを
含むガスの方が、エツチング速度が速いので、この点が
有利である。
造をエツチングガスとしてSFb/1lBr混合ガスを
用いてエツチングする場合に、高融点シリサイド層4
(WSix層)とシリコン層3 (D。
lBr流量比とするものであり、特にシリコン層のエツ
チング時にSl’6の流量比を下げたものであって、こ
れにより、両者とも良好な形状でエツチングを行えるよ
うにし、特に、シリコン層4にサイドエツチングが生じ
ないようにできたものである。
リコン層3のエツチング時のRFバイアスを高融点金属
シリサイド層4のエツチングの時よりも下げてエツチン
グを行うことにより、高選択比でのエツチングを可能な
らしめた。
ングを生ずることなく、良好な形状でエツチングするこ
とが可能となった。
F6を用いたが、その他前掲の含フッ素ガスも、同様な
条件で用いることができる。
体化したものである。
のエツチング終点の判定に汎用できる。
5iHBrxの如き物質を生じ得るものであれば任意で
あり、各種シリコン(不純物が含有されてもよい)、シ
リコン合金、金属シリサイドその他の含シリコン化合物
であってよい。該含シリコン材料から成る層の下地は任
意である。例えばSiO□上のポリシリコン層、シリコ
ンナイトライド上のポリシリコン層、シリコンを含まな
い各種下地上のシリコン系材料層などについて、そのエ
ツチング終点の判定に用いることができる。
(a)の構造のシリコン系ゲート材をエツチングした。
形成され、かつ」二層に高融点シリサイド層4であるW
Six層を有するシリコン層3(ここではDOPO3層
)を1IBrを用いてエツチングして請求項2の発明を
具体化するとともに、請求項3の発明を用いてそのとき
の終点判定を行うようにしたものである。
ポリサイド構造を、第2図に示したECRプラズマエツ
チャーでエツチングを行う。エツチング条件は、第1ス
テツプ目である高融点金属シリサイド層4のエツチング
は、実施例−1と同じく、フッ素ラジカルを発生するガ
スであるSFbと、1IBrとの混合ガスを用いて、実
施例−1におけると同様の次の条件でエツチングした。
353CCMマイクロ波: 250mA RF Ell加電カニ 150W ガ ス 圧: 5mTorr高融点金属シリ
サイド層4のエツチング終了後(高融点金属シリサイド
層4のエツチングの終点判定は、実施例−1におけると
同様の手法を用いればよい)、シリコン層3のエツチン
グを、次の条件で行った。
ロ波電カニ 850W RFハ゛イアス: 150W ガ ス 圧カニ 5mTorr 上記条件でのエツチングの間、終点判定のため、440
nmの発光をモニターする。この発光強度は、シリコン
層3と、下地であるゲート酸化膜用絶縁膜2であるSi
O□との界面、つまりここではDOPO3/SiO□界
面付近で急激に減少し、このため終点判定を行うことが
可能であった。
、エツチングをシリコン層3 (DOPO3層)で停止
することができた。
リコン材料のエツチング時と、その他の物質のエツチン
グ時とにおいて、発光強度に差があることを利用するも
のである。
とおりである。
発光スペクトルI (破線で示す)と、SiO□エツチ
ング時の発光スペクトル■(実線で示す)とを重ねて示
したものであるが、波長によって、両者にかなりの差が
見られることがわかる。
ング時の発光スペクトルIからSiO□エツチング時の
発光スペクトル■を差し引いたものである。横軸より上
がDOPOSエツチング時の方が強い発光ラインを示す
場合、横軸より下がSiO□エツチング時の方が強い発
光ラインを示す場合である。
nmをはじめとする400〜500nm間では、DOP
OSエツチング時に強い発光がみられ、DOPO3と5
iO7とのエツチング時の発光スペクトルの強度に明ら
かに差があることがわかる。
強い発光が見られるのは、反応生成物である5iBrx
もしくは5illBrに起因すると考えられる。
する場合であれば、本実施例の如きポリサイド構造をな
すシリコン層(DOPO3層)のみならず一般にポリシ
リコンや、金属シリサイドでも同様な挙動を示すもので
あり、よって、この請求項3の発明により、エツチング
終点判定を行うことが可能である。
料から成る層であるシリコン層3をHBrによりドライ
エツチングする場合に、400〜500nm付近の発光
強度変化を終点判定に用い、特に発光ライン440nm
(これらは5iBrx 、 5itlBrの発光ライ
ンと考えられる)を終点判定に用いたものであって、こ
れにより本例の如きタングステンポリサイド構造をはじ
めとする、シリコン系の材料層(ゲート材料等)のHB
rによるエンチング時に、含シリコン材料層のエツチン
グ終点判定を行うことができる。
チング時に、本出願の請求項3の発明を用いてエツチン
グ終点の判定を行ったものである。
WSjx Jti)のエツチングも、シリコン層3(D
OPO3層)のエツチングも、ともにHBrを用いて行
った。即ちこの実施例は、請求項2の発明は利用してい
ない。
ラズマエツチャーにて、下記条件で高融点金属シリサイ
ド層4とシリコン層3とから成るポリサイド構造をエツ
チングする。
波電カニ 850W RFバイアス: 150W ガ ス 圧カニ 5mTorr 本実施例でも、エツチング時の440nmの発光をモニ
ターした。これにより、D OP OS / 5iOz
界面付近で急激に減少した発光強度の挙動により、終点
判定を行った。
ング終点の判定を行うことができた。
上に形成されたシリコン層と高融点金属シリサイド層と
を有する被エツチング部をエツチングする場合に、各層
の良好な形状のエツチングを実現でき、また請求項3の
発明は、)IBrによる含シリコン材料層のエツチング
終点を容易かつ確実に判定して、これにより良好なエツ
チングを達成できる。
3図は発光スペクトル図、第4図は発光スペクトルの差
を示す図である。
金属シリサイド層(WSix層)、5・・・フォトレジ
スト、10・・・被エツチング部、11・・・基体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、基体上に形成されたシリコン層と高融点金属シリサ
イド層とを有する被エッチング部をエッチングするシリ
コン系被エッチング材のエッチング方法において、 臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスとを含有す
るエッチングガスを用いてエッチングを行うとともに、 上記シリコン層のエッチングと、上記高融点金属シリサ
イド層のエッチングとを、上記臭化水素とフッ素ラジカ
ルを発生し得るガスの混合比を変えた条件で行うことを
特徴とするシリコン系被エッチング材のエッチング方法
。 2、基体上に形成されたシリコン層と高融点金属シリサ
イド層とを有する被エッチング部をエッチングするシリ
コン系被エッチング材のエッチング方法において、 上記高融点金属シリサイド層は臭化水素とフッ素ラジカ
ルを発生し得るガスとを含有するエッチングガスを用い
てエッチングし、上記シリコン層は臭化水素を用いてエ
ッチングすることを特徴とするシリコン系被エッチング
材のエッチング方法。 3、基体上に形成された含シリコン材料層を有する被エ
ッチング部をエッチングするシリコン系被エッチング材
のエッチング方法において、上記含シリコン材料層は臭
化水素を用いてエッチングを行うとともに、発光スペク
トル強度変化をモニターすることにより該含シリコン材
料層のエッチング終点を決定することを特徴とするシリ
コン系被エッチング材のエッチング方法。
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