JPS6065533A - ドライエッチング方法 - Google Patents
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- JPS6065533A JPS6065533A JP17298483A JP17298483A JPS6065533A JP S6065533 A JPS6065533 A JP S6065533A JP 17298483 A JP17298483 A JP 17298483A JP 17298483 A JP17298483 A JP 17298483A JP S6065533 A JPS6065533 A JP S6065533A
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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
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はモリブデン、タングステンその他の遷移金属お
よびそれらの硅素化合物のドライエツチング方法に係り
、特にエツチング残渣の少ない、良好な高精度パターン
をエツチング形成するのに好適なエツチング方法に関す
る。
よびそれらの硅素化合物のドライエツチング方法に係り
、特にエツチング残渣の少ない、良好な高精度パターン
をエツチング形成するのに好適なエツチング方法に関す
る。
グロー放電プラズマを用いるドライエツチング方法は、
微細なパターンを高精度に加工できる方法としてよく知
られており、近年、半導体集積回路の製造方法として採
用されつつある。この方法は、1〜100 Pa程度の
低圧の反応性ガスを真空室に導入し、高周波電界を印加
してプラズマ化させ、ガス分子から解離生成する反応性
のイオンやラジカノ【べこよって試料をエツチングする
方法である。反応性ガスとしては、通常、F、Ctなど
ハロゲンを含む化合物ガス、例えばCF4、SF6、C
C1!2F2等が単独あるいは混合して用いられる。
微細なパターンを高精度に加工できる方法としてよく知
られており、近年、半導体集積回路の製造方法として採
用されつつある。この方法は、1〜100 Pa程度の
低圧の反応性ガスを真空室に導入し、高周波電界を印加
してプラズマ化させ、ガス分子から解離生成する反応性
のイオンやラジカノ【べこよって試料をエツチングする
方法である。反応性ガスとしては、通常、F、Ctなど
ハロゲンを含む化合物ガス、例えばCF4、SF6、C
C1!2F2等が単独あるいは混合して用いられる。
モリフ゛デン(八1o )のエツチングを例にとると、
CF4あるいはSF、から解離したFラジカルがMO表
面で次の反応を行い MO+6F −−→MoF6 反応生成物MOF6は蒸気圧が高く気化してMo表面か
ら離脱し、エツチング反応が進行する。
CF4あるいはSF、から解離したFラジカルがMO表
面で次の反応を行い MO+6F −−→MoF6 反応生成物MOF6は蒸気圧が高く気化してMo表面か
ら離脱し、エツチング反応が進行する。
モリブデン(Mo)、タングステン(W)、チタン(T
i)、タンタル(Ta )およびこれらの硅素(Si)
化合物は、MO8型トランジスタのゲート電極材料等と
して半導体集積回路を構成する材料であるが、これらは
いずれもFを含むプラズマ中で上記の反応式と同様の反
応により容易にエツチングすることができる。通常、M
O8型トランジスタのゲート電極の下地には厚さ数十n
mの薄い二酸化硅素(Sin2)のゲート酸化膜があり
、ゲート電極のエツチング加工中に、このゲート酸化膜
のエツチングを最小限に抑制するため、使用するガスプ
ラズマ中でのゲート電極材料のエツチング速度とSio
2のエツチング速度の比(いわゆるエツチング選択比)
は十分大きな値でなければならない。一般にCF4等炭
素を含むフッ素化合物のプラズマでは5i02のエツチ
ング速度が相当大きな値古なって、十分なエツチング選
択比が得られず、ゲート電極のエツチングにはSF6、
NF3−ガスプラズマが用いられる。本発明者らが、反
応性スパッタエツチングあるいは反応性イオンエツチン
グと呼ばれる方式でSF6ガスを用いてMoおよびWを
エツチングした実験結果では、SiO2に対するエツチ
ング選択比は、ガス圧力、高周波電力等のある条件のも
とでは、それぞれ30および50以上さ非常に高い値が
得られた。
i)、タンタル(Ta )およびこれらの硅素(Si)
化合物は、MO8型トランジスタのゲート電極材料等と
して半導体集積回路を構成する材料であるが、これらは
いずれもFを含むプラズマ中で上記の反応式と同様の反
応により容易にエツチングすることができる。通常、M
O8型トランジスタのゲート電極の下地には厚さ数十n
mの薄い二酸化硅素(Sin2)のゲート酸化膜があり
、ゲート電極のエツチング加工中に、このゲート酸化膜
のエツチングを最小限に抑制するため、使用するガスプ
ラズマ中でのゲート電極材料のエツチング速度とSio
2のエツチング速度の比(いわゆるエツチング選択比)
は十分大きな値でなければならない。一般にCF4等炭
素を含むフッ素化合物のプラズマでは5i02のエツチ
ング速度が相当大きな値古なって、十分なエツチング選
択比が得られず、ゲート電極のエツチングにはSF6、
NF3−ガスプラズマが用いられる。本発明者らが、反
応性スパッタエツチングあるいは反応性イオンエツチン
グと呼ばれる方式でSF6ガスを用いてMoおよびWを
エツチングした実験結果では、SiO2に対するエツチ
ング選択比は、ガス圧力、高周波電力等のある条件のも
とでは、それぞれ30および50以上さ非常に高い値が
得られた。
このように、SF6ガスは、Mo%Wに限らずTiTa
およびこれらのSi化合物からなるゲート電極材料を下
地ゲーI・酸化膜5i02に対して高い選択比でドライ
エツチングするのに有効であるが、本発明者等の実験検
討の結果、次のような問題のあることが見出された。す
なわち、SF6ガスのグロー放電プラズマ中で、反応性
スパッタエツチング法により上記のゲート電極材料をエ
ツチングすると、第1図に示したように、下地表面に著
しいエツチング残渣10が残り、長時間のオーバーエツ
チングを施しても容易に除去できなかった。さらに、レ
ジストマスク11の端部に沿ってゲート電極12が裾を
引いて形成され、長時間のオーバーエツチングを施して
も、裾を引いた形状が変化せず、結局、レジストマスク
寸法よりも大きな寸法のゲート電極が形成された。
およびこれらのSi化合物からなるゲート電極材料を下
地ゲーI・酸化膜5i02に対して高い選択比でドライ
エツチングするのに有効であるが、本発明者等の実験検
討の結果、次のような問題のあることが見出された。す
なわち、SF6ガスのグロー放電プラズマ中で、反応性
スパッタエツチング法により上記のゲート電極材料をエ
ツチングすると、第1図に示したように、下地表面に著
しいエツチング残渣10が残り、長時間のオーバーエツ
チングを施しても容易に除去できなかった。さらに、レ
ジストマスク11の端部に沿ってゲート電極12が裾を
引いて形成され、長時間のオーバーエツチングを施して
も、裾を引いた形状が変化せず、結局、レジストマスク
寸法よりも大きな寸法のゲート電極が形成された。
本発明の目的は、上記のように、Mo、W、Ti。
Ta、およびそれらのSi化合物からなる材料をSF6
プラズマでドライエツチングする時に生じるエツチング
残渣やパターン端部の裾引き現象を解消して、寸法精度
の高いエツチング方法を提供することにある。
プラズマでドライエツチングする時に生じるエツチング
残渣やパターン端部の裾引き現象を解消して、寸法精度
の高いエツチング方法を提供することにある。
本発明の基礎となった実験について以下に説明する。
通常、ドライエツチングでは、被エツチング試料を真空
槽からなるエツチング室内の所定の場所に配置して、エ
ツチング室を十分排気したのち、SF6等のガスを所定
の流量で導入して同時に一定の排気速度でこれを排気す
ることにより、エツチング室内の圧力を1〜100Pa
程度の所定圧力に一定に制御して放電によりプラズマを
発生する。
槽からなるエツチング室内の所定の場所に配置して、エ
ツチング室を十分排気したのち、SF6等のガスを所定
の流量で導入して同時に一定の排気速度でこれを排気す
ることにより、エツチング室内の圧力を1〜100Pa
程度の所定圧力に一定に制御して放電によりプラズマを
発生する。
−この方法で、Mo、 W、 Ti、 Taあるいはそ
れらのSi化合物をSF6プラズマでエツチングする際
に発生する前記したエツチング残渣およびパターン端部
の裾引き現象は、実験の結果、SF、ガスを導入する前
の到達真空度に依存し、到達真空度が高いはど残渣が生
じ易く、到達真空度が低い場合の方が残渣が少い傾向が
あるのが見出された。到達真空度が低い場合、エツチン
グ室内に吸着ガス等が多量に残渣しており、SF6プラ
ズマを発生させてエツチングしている際中に吸着ガスの
脱離等によってプラズマ中のガス組成が変化17、エツ
チング性状が異ったと考えられる。本実際では、到達真
空度が低い場合のエツチング室内の主な残留ガスはN2
.0゜、N20と考えて、これらをSF6ガスに添加し
てエツチングする方法を試みた結果、N2を少量混合す
ることが、上記のエツチング残渣やパターン端部の裾引
きの発生しないエツチングを実現するのに有効であるこ
とが判明1.た。
れらのSi化合物をSF6プラズマでエツチングする際
に発生する前記したエツチング残渣およびパターン端部
の裾引き現象は、実験の結果、SF、ガスを導入する前
の到達真空度に依存し、到達真空度が高いはど残渣が生
じ易く、到達真空度が低い場合の方が残渣が少い傾向が
あるのが見出された。到達真空度が低い場合、エツチン
グ室内に吸着ガス等が多量に残渣しており、SF6プラ
ズマを発生させてエツチングしている際中に吸着ガスの
脱離等によってプラズマ中のガス組成が変化17、エツ
チング性状が異ったと考えられる。本実際では、到達真
空度が低い場合のエツチング室内の主な残留ガスはN2
.0゜、N20と考えて、これらをSF6ガスに添加し
てエツチングする方法を試みた結果、N2を少量混合す
ることが、上記のエツチング残渣やパターン端部の裾引
きの発生しないエツチングを実現するのに有効であるこ
とが判明1.た。
本発明は、上記の実験結果に基づき、SF6に少量のN
2を混合したガスプラズマを用いて、 Mo 。
2を混合したガスプラズマを用いて、 Mo 。
W、Ti、Ta、もしくはそれらのSi化合物をエツチ
ングを行うことにより、エツチング残渣の生じない上記
物質のエツチングを行うことを特徴とする。
ングを行うことにより、エツチング残渣の生じない上記
物質のエツチングを行うことを特徴とする。
本発明の効果のよって来る原因は明らかではないが、本
発明者等の推測では、レジストマスクあるいはエツチン
グ室内の残留ガスに起因する炭素あるいは酸素がガスプ
ラズマ中に混入し、Mo、W等のエツチング中にこれら
の炭化物もしくは酸化物が形成され、これらが難エツチ
ング性であるために残渣になり易いと考えられる。SF
6にN2を混合するとプラズマ中で生成するNラジカル
が、炭化物もしくは酸化物のCもしくはOをCN、ON
に転化させて除去されて残渣のないエツチングが可能に
なると考えられる。パターン端部に裾を引く現象が解消
できるのも同様な機構によると考えられる。
発明者等の推測では、レジストマスクあるいはエツチン
グ室内の残留ガスに起因する炭素あるいは酸素がガスプ
ラズマ中に混入し、Mo、W等のエツチング中にこれら
の炭化物もしくは酸化物が形成され、これらが難エツチ
ング性であるために残渣になり易いと考えられる。SF
6にN2を混合するとプラズマ中で生成するNラジカル
が、炭化物もしくは酸化物のCもしくはOをCN、ON
に転化させて除去されて残渣のないエツチングが可能に
なると考えられる。パターン端部に裾を引く現象が解消
できるのも同様な機構によると考えられる。
SF6に混合するN2の混評は容量%で10優を超える
と、Mo、 W%Ti、Ta等のエツチング速度が著し
く低下するため、これらの材料の下地となるS + 0
2 (’)エツチング速度との比が低下するため、実用
上不適格となる。このため、N2の混合率はSF6に対
し、10容量チ以下、更に望ましくは3〜7容量チがエ
ツチング選択比を10〜20倍以上の実用的な値に維持
したまま、上記の残渣除去の効果を実現する上で好まし
い。
と、Mo、 W%Ti、Ta等のエツチング速度が著し
く低下するため、これらの材料の下地となるS + 0
2 (’)エツチング速度との比が低下するため、実用
上不適格となる。このため、N2の混合率はSF6に対
し、10容量チ以下、更に望ましくは3〜7容量チがエ
ツチング選択比を10〜20倍以上の実用的な値に維持
したまま、上記の残渣除去の効果を実現する上で好まし
い。
また、SF6に混合するガス吉してAr、He1H2等
を用いた場合、このうちArをSF6に混合する場合に
ついて、上記のSF6+N2と同様にエツチング残渣な
く、パターンの裾引き現象も少ないエツチングが実現で
きるこ吉が実験の結果明らかになった。この場合、上記
の炭化物あるいは酸化物と考えられるエツチング残渣と
なり易い物質は、プラズマ中に生成するArイオンによ
るスパッタ効果により除去されるものであろう。SF6
にArを混合する場合は、Ar混合量が50容量チ程度
まで、エツチング速度の低下等の望ましくない副次効果
は生じず、50容易チ以下で任意の混合比率を選択でき
るメリットがある。
を用いた場合、このうちArをSF6に混合する場合に
ついて、上記のSF6+N2と同様にエツチング残渣な
く、パターンの裾引き現象も少ないエツチングが実現で
きるこ吉が実験の結果明らかになった。この場合、上記
の炭化物あるいは酸化物と考えられるエツチング残渣と
なり易い物質は、プラズマ中に生成するArイオンによ
るスパッタ効果により除去されるものであろう。SF6
にArを混合する場合は、Ar混合量が50容量チ程度
まで、エツチング速度の低下等の望ましくない副次効果
は生じず、50容易チ以下で任意の混合比率を選択でき
るメリットがある。
以下、本発明を実施例を参照して詳しく説明する。
実施例1
エツチング室内の高周波電極上に被エツチング試料を載
置する方式の反応性スパッタエツチング装置を用いて、
Mo%W%Ti%Taの薄膜が被着されたウェーハ状試
料のエツチングを行った。エツチング室内にSF6のみ
を50m l!/m i nの流量で導入し、一定の排
気速度で排気して、エツチング室内のSF6圧力を20
Paに一定に保ったのち、高周波゛電極に13.56
MT−(zの高周波電力を電力密度0.35W/cm2
で印加しプラズマを発生させて、エツチングを行った。
置する方式の反応性スパッタエツチング装置を用いて、
Mo%W%Ti%Taの薄膜が被着されたウェーハ状試
料のエツチングを行った。エツチング室内にSF6のみ
を50m l!/m i nの流量で導入し、一定の排
気速度で排気して、エツチング室内のSF6圧力を20
Paに一定に保ったのち、高周波゛電極に13.56
MT−(zの高周波電力を電力密度0.35W/cm2
で印加しプラズマを発生させて、エツチングを行った。
被エツチング試料がWの場合、厚さ300nmのW膜は
約1分でエツチングが終了して、下地のSiO2膜が露
出したが、引き続き2分間のオーバーエツチングを施し
た。エツチングの試料表面を走査型電子顕微鏡で観察す
ると第1図に示すよう?こ大きさ50nm程度の残渣1
0が試料表面に多数観察された。次に、同様な試料を、
SF6.50m//min、1”J2; 3m//mi
nを同時にエツチング室に導入して、上記と同様の手続
きに従ってエツチングすると、第2図に示したように残
渣がなく、かつ第1図のような裾引きのないレジストマ
スク寸法に忠実なパターンをエツチング形成することが
できた。このとき、厚さ300 nmのW膜のエツチン
グ時間は約1.5分であり、オーバーエツチングは1.
5分さした。
約1分でエツチングが終了して、下地のSiO2膜が露
出したが、引き続き2分間のオーバーエツチングを施し
た。エツチングの試料表面を走査型電子顕微鏡で観察す
ると第1図に示すよう?こ大きさ50nm程度の残渣1
0が試料表面に多数観察された。次に、同様な試料を、
SF6.50m//min、1”J2; 3m//mi
nを同時にエツチング室に導入して、上記と同様の手続
きに従ってエツチングすると、第2図に示したように残
渣がなく、かつ第1図のような裾引きのないレジストマ
スク寸法に忠実なパターンをエツチング形成することが
できた。このとき、厚さ300 nmのW膜のエツチン
グ時間は約1.5分であり、オーバーエツチングは1.
5分さした。
以上の結果は、Mo、Ti、Taの薄膜をエツチングす
る場合も同様であった。
る場合も同様であった。
実施例2
実施例1においてSF6に混合するガスをN2の替りに
Arとし、SP650m/’/minに対してArを2
0mJ/minの割合で混合してエツチングした場合に
も実施例1と同様にエツチング残渣のないエツチングが
実現できた。ただし、この場合実施例1と異なり、Ar
の混合によって5in2のエツチング速度が、約5 n
m/m i nから15 nm/m i n程度に増
大した。
Arとし、SP650m/’/minに対してArを2
0mJ/minの割合で混合してエツチングした場合に
も実施例1と同様にエツチング残渣のないエツチングが
実現できた。ただし、この場合実施例1と異なり、Ar
の混合によって5in2のエツチング速度が、約5 n
m/m i nから15 nm/m i n程度に増
大した。
実施例3
実施例1及び2と同様な方法で、Mo 、 W、 Ti
。
。
Taのいずれかの8+化合物をエツチングした場合も、
SF6にN2を5容量係もしくはArを30容量怖混合
した結果、残渣の少ないエツチングができた。
SF6にN2を5容量係もしくはArを30容量怖混合
した結果、残渣の少ないエツチングができた。
以上、説明したように、本発明によれば、Mo、W、
Ti 、 Taもしくはそれらの8i化合物のエツチン
グを残渣を生じることなく、またパターン端部に裾を引
くことなく行うことができるので、パターン寸法精度が
高く、エツチング残渣によるパターン間短絡のない加工
ができる効果がある。
Ti 、 Taもしくはそれらの8i化合物のエツチン
グを残渣を生じることなく、またパターン端部に裾を引
くことなく行うことができるので、パターン寸法精度が
高く、エツチング残渣によるパターン間短絡のない加工
ができる効果がある。
従って、本発明の方法は、上記の材料をMO8型トラン
ジスタのゲート電極材料として用いる半導体集積回路の
装造方法として有効である。
ジスタのゲート電極材料として用いる半導体集積回路の
装造方法として有効である。
第1図はSF6ガスのみのプラズマにより、レジストパ
ターンをマスクとして厚さ300nmのW膜をエツチン
グしたときの試料の断面図、第2図は、SF6にN2も
しくはArを混合したガスのプラズマにより同様な試料
をエツチングした場合の試料の断面図である。 10・・・・・・・・・エツチング残渣、11・・・・
・・・・・レジストマスク、1261010.1.、ゲ
ート電極(W)、13・・・・・・・・ゲート酸化膜、
14・・・・・・・・・基板結晶0第 (図 禎 2 図
ターンをマスクとして厚さ300nmのW膜をエツチン
グしたときの試料の断面図、第2図は、SF6にN2も
しくはArを混合したガスのプラズマにより同様な試料
をエツチングした場合の試料の断面図である。 10・・・・・・・・・エツチング残渣、11・・・・
・・・・・レジストマスク、1261010.1.、ゲ
ート電極(W)、13・・・・・・・・ゲート酸化膜、
14・・・・・・・・・基板結晶0第 (図 禎 2 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ■ 六弗化イオウに窒素、アルゴンの少くトモ一方を混
合したガスのグロー放電プラズマ中でモリブデン、タン
グステン、チタン、タンタルおよび/もしくはそれらの
硅素化合物をドライエツチングするこ吉を特徴とするド
ライエツチング方法。 2、特許請求の範囲第1項記載のドライエツチング方法
において、六弗化イオウに混合する窒素の混合率が六弗
化イオウに対して1o容量チ以下であることを特徴とす
るドライエツチング方法。 3、特許請求の範囲第1項記載のドライエツチング方法
において、六弗化イオウに混合するアルゴンの混合率が
六弗化イオウに対して5o容量チ以下であるこ吉を特徴
とするドライエツチング方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17298483A JPS6065533A (ja) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17298483A JPS6065533A (ja) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | ドライエッチング方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6065533A true JPS6065533A (ja) | 1985-04-15 |
Family
ID=15952010
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17298483A Pending JPS6065533A (ja) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6065533A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01133323A (ja) * | 1987-11-19 | 1989-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
JPH0265132A (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-05 | Sony Corp | ドライエッチング方法 |
EP0418540A2 (en) * | 1989-08-11 | 1991-03-27 | Sanyo Electric Co., Ltd | Dry etching method |
JPH0445528A (ja) * | 1990-06-13 | 1992-02-14 | Nec Corp | 反応性ドライエッチング法 |
EP0514013A2 (en) * | 1991-04-22 | 1992-11-19 | Nec Corporation | Method for etching polysilicon film |
JPH07147271A (ja) * | 1993-11-26 | 1995-06-06 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
US5521119A (en) * | 1994-07-13 | 1996-05-28 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. | Post treatment of tungsten etching back |
US5545290A (en) * | 1987-07-09 | 1996-08-13 | Texas Instruments Incorporated | Etching method |
DE102015117448A1 (de) * | 2015-09-02 | 2017-03-02 | Von Ardenne Gmbh | Verfahren und Prozessieranordnung |
-
1983
- 1983-09-21 JP JP17298483A patent/JPS6065533A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE102015117448A1 (de) * | 2015-09-02 | 2017-03-02 | Von Ardenne Gmbh | Verfahren und Prozessieranordnung |
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