JP2000031128A

JP2000031128A - エッチング処理装置及びエッチング処理方法、並びに半導体装置の製造方法及び半導体装置

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Publication number: JP2000031128A
Application number: JP11070970A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Ise; 博利伊勢; Takayuki Ikushima; 貴之生島; Minoru Hanazaki; 稔花崎; Nobuhiro Nishizaki; 展弘西崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】フォトレジストに対して高選択比エッチング
をすることができ、かつ反応性生成物の堆積による異物
の影響がなく、被エッチング膜中の疎密パターン間に生
じるエッチング速度差が無いエッチングを実現する。【解決手段】処理容器の内部に１対の電極を対向して
配置し、この処理容器に主エッチング処理ガスとしてCl
₂、BCl₃を導入し、これにCHF₃ガス又はCF４ガスなどC、
H、F系を含んだデポ系ガスを添加し、被エッチング試料
を保持した１対の電極にパルス波形変調した高周波電圧
を印加してプラズマを発生させ、被エッチング試料をエ
ッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエッチング処理装置
及びエッチング処理方法に関するものである。さらに詳
しくは、パルス変調してプラズマを発生させてエッチン
グするプラズマエッチング処理装置及びブラズマエッチ
ング処理方法に関するものである。また、これを用いた
半導体装置の製造方法および半導体装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子等の集積度の増大に伴
い、パターンの微細化による高密度化が急速に進展して
きた。特に、DRAM、ASIC等の技術分野では、ハーフミク
ロン以下の垂直加工形状が要求されており、高精度に対
応し得るエッチング技術を必要とし、その一つの手段と
してドライエッチング技術が広く使用されている。

【０００３】図１４は、従来のRFバイアス印加によるエ
ッチング装置の構成を示す図である。これは、ドライエ
ッチング技術としてRFバイアスを用いた最も代表的なも
のの一例である。図１４において、１は真空を保持する
ための反応容器であり、真空排気口２、真空圧力表示器
３、真空圧力設定バルブ４ｂにより反応容器１の圧力制
御を行う。４ａは流量制御器であり、エッチングガス、
例えばCl₂、BCl₃等々の流量制御をおこない、ガス導入
口５より反応容器１に導入する。被エッチング試料６と
しての半導体基板は、キャパシタを形成する１対の対向
電極７に保持され、この対向電極７は、プラズマインピ
ーダンス制御を行うマッチングボックス１０及び高周波
電源８に接続されている。高周波電源８からは正弦波状
の電圧が印加される。

【０００４】このようなエッチング装置では、生成され
たプラズマから供給される電子がイオンに比べ数十倍多
いためキャパシタを形成する電極７の試料側に負の電荷
が蓄積される。このキャパシタ電荷のため、図１５のよ
うに負にシフトした電圧が被エッチング試料６である半
導体基板上に現れる。この負電圧によりエッチング種で
ある正イオンが加速され半導体基板に入射することによ
り異方性形状エッチングが可能となる。特開平６‐６１
１８２号、特開平８‐２４１８８５号、特開平８‐２０
８８０号等の公報に示されるように、パルス波形を用い
た電圧をバイアスとしたドライエッチング処理方法も既
に考案されている。

【０００５】パルス波形を用いたバイアス電圧印加によ
るエッチング処理方法では、被エッチング膜である試料
膜のエッチング速度と、被エッチング膜をマスクするフ
ォトレジストのエッチング速度との比、すなわち、（試
料膜エッチング速度）／（被エッチング膜をマスクする
フォトレジストのエッチング速度）による対フォトレジ
スト選択比において高選択比エッチングが可能で微細加
工マージンは向上する。しかし、被エッチング試料膜へ
のイオン入射が減少するため、マスクとなる例えばフォ
トレジストとエッチングガスにて形成される反応生成物
が減少し、被エッチング試料膜、例えばメタル配線エッ
チング時の側壁保護膜が減少する。よってメタル配線で
はサイドエッチング・配線側壁荒れ等が発生し良好な加
工形状を得ることは困難であった。

【０００６】また、特開平９−２６０３５９号公報等に
も示されるように、エッチング処理ガスとしてCl₂、デ
ポ系ガスとしてCHF₃を使用し、パルス波形を使用したエ
ッチング処理方法も既に考案されているが、CHF₃とCI^-
等のイオンとで生じる反応性生成物における過剰な堆積
物、それに伴うエッチング残渣、配線ショート、被エッ
チング膜の疎密間パターン差における形状差等、近年の
微細加工エッチングでは被エッチング膜にとって致命的
ともいえる問題発生の懸念がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記のよ
うな従来の課題を解決するためになされたもので、高周
印加電圧をパルス波形変調するエッチング処理装置及び
処理方法において、処理ガスとして例えばCl₂、BCl₃ガ
スを使用し、側壁保護膜形成のアシストとしてデポ系ガ
ス、例えばCHF₃を使用し、対フォトレジストにおける高
選択比エッチングをすることができ、かつ反応性生成物
の堆積による異物の影響がなく、さらにRIE-lag（被エ
ッチング膜中の疎密パターン間に生じるエッチング速度
差）が無く、良好な垂直エッチング形状を得ることがで
きるようにしたエッチング処理装置及び処理方法を提供
しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１にか
かるエッチング処理装置は、処理容器と、この処理用容
器の内部に対向して配置され被エッチング試料を保持す
る１対の電極と、上記処理容器にCl₂ガスとBCl₃ガスと
を含む主エッチング処理ガスにC、H、F系を含んだデポ
系ガスを添加したエッチング処理ガスを導入する導入手
段と、上記処理容器からエッチング処理ガスを排気する
排気手段と、上記１対の電極にパルス波形変調した高周
波電圧を印加し上記１対の電極間にプラズマを発生させ
る電圧印加手段とを備え、上記プラズマにより上記被エ
ッチング試料をエッチングするようにしたことを特徴と
するものである。

【０００９】また、この発明の請求項２にかかるエッチ
ング処理装置は、上記電圧印加手段は、上記１対の電極
に印加する高周波電圧のパルス変調周波数を１Hz〜５０
KHzの範囲内に設定されたこと特徴とするものである。

【００１０】また、この発明の請求項３にかかるエッチ
ング処理装置は、上記電圧印加手段は、上記１対の電極
にパルス変調して印加する高周波電圧のデューティ比を
デューティ比２０%〜７５%の範囲内に設定されたこと特
徴とするものである。

【００１１】また、この発明の請求項４にかかるエッチ
ング処理装置は、上記電圧印加手段は、上記１対の電極
にパルス変調して印加する高周波電圧を、放電の休止時
において０V以上の第１の所定電圧とし、放電時におい
て上記第１の所定電圧より高い第２の所定電圧に設定さ
れたこと特徴とするものである。

【００１２】また、この発明の請求項５にかかるエッチ
ング処理方法は、処理容器にCl₂ガスとBCl₃ガスとを含
む主エッチング処理ガスにC、H、F系を含んだデポ系ガ
スを添加したエッチング処理ガスを導入し、上記処理容
器の内部に対向して配置され被エッチング試料を保持し
た１対の電極にパルス波形変調した高周波電圧を印加
し、上記１対の電極間にプラズマを発生させ、上記被エ
ッチング試料をエッチングするようにしたことを特徴と
するものである。

【００１３】また、この発明の請求項６にかかるエッチ
ング処理方法は、上記デポ系ガスとして、CHF₃ガス又は
CF₄ガスを添加することを特徴とするものである。

【００１４】また、この発明の請求項７にかかるエッチ
ング処理方法は、上記デポ系ガスの添加量を、上記Cl₂
ガスに対して流量比１%〜４５%の範囲内としたことを特
徴とするものである。

【００１５】また、この発明の請求項８にかかるエッチ
ング処理方法は、上記エッチングをする処理圧力を０．
６６５Pa〜１３．３Pa（５mTorr〜１００mTorr）の範囲
内としたことを特徴とするものである。

【００１６】また、この発明の請求項９にかかるエッチ
ング処理方法は、上記パルス波形変調において、上記１
対の電極に印加する高周波電圧を、変調周波数１Hz〜５
０KHzの範囲内でオン・オフさせること特徴とするもの
である。

【００１７】また、この発明の請求項１０にかかるエッ
チング処理方法は、上記パルス波形変調において、上記
１対の電極に印加する高周波電圧を、デューティ比２０
%〜７５%までの範囲内でオン・オフさせること特徴とす
るものである。

【００１８】また、この発明の請求項１１にかかるエッ
チング処理方法は、上記パルス波形変調において、上記
１対の電極に印加する高周波電圧を、放電の休止時にお
いて０V以上の第１の所定電圧とし、放電時において上
記第１の所定電圧より高い第２の所定電圧とすること特
徴とするものである。

【００１９】また、この発明の請求項１２にかかる半導
体装置の製造方法は、半導体基板の被エッチング層を、
上記いずれかのエッチング処理方法によりエッチング処
理する工程を含むことを特徴とするものである。

【００２０】また、この発明の請求項１３にかかる半導
体装置は、上記の製造方法により製造されたことを特徴
とするものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１による、パルス波形の電圧を印加するエ
ッチング処理装置の構成を示す図である。図１におい
て、１は真空を保持する反応処理室を内部に有する反応
容器（処理容器）、２はその真空排気口、３は反応容器
１内の真空度を表示する真空圧力表示器、４ａは導入ガ
スの流量を制御する流量制御器、４ｂは真空圧力設定バ
ルブ、５は処理ガスを反応処置室に導入するガス穴、６
は被エッチング試料、７はプラズマを発生させるための
上下電極、８は上下電極７にパルス変調電圧を印加する
ための高周波電源、９はパルス波形による放電の周期及
び印加電圧制御を行う制御信号ジェネレータ、１０はプ
ラズマインピーダンス制御を行なうマッチングボック
ス、１１は３対ソレノイドコイルであり、プラズマ生成
時、磁界によりプラズマ密度を制御する。

【００２２】反応容器１には、流量制御器４ａで設定し
た処理ガスA及びBをガス穴５より導入する。この実施の
形態では、処理ガスAとしてCl₂、処理ガスBとしてBCl₃
を導入する。

【００２３】反応容器１内の反応処理室の圧力制御は、
流量制御器４ａ、真空圧力設定バルブ４ｂ、真空圧力表
示器３、真空排気口２により行う。上下電極７は、被エ
ッチング試料６を介して高周波電源８より電圧が供給さ
れ、キャパシタを形成する。制御信号ジェネレータ９は
高周波電源８（RF電力供給電源）に接続され、高周波電
源８からRF電力がマッチングボックス１０を介して上下
電極７に供給される。なお、流量制御器４ａを含むガス
導入管によりガス導入手段を構成し、真空圧力設定バル
ブ４ｂを含む排気管によりガス排気手段を構成する。ま
た、高周波電源８、ジェネレータ９、マッチングボック
ス１０により電圧印加手段を構成する。

【００２４】このようなエッチング装置により、高周波
電源８からパルス変調された高周波電圧を上下電極７に
印加し、上下電極間でプラズマを発生させる。そして、
プラズマにより生じたイオンを、半導体ウェーハなどの
被エッチング試料６の表面に引き込み、化学反応及びス
パッタにより被エッチング試料６をエッチングする。

【００２５】図２は、パルス波形による電圧印加によっ
て、被エッチング試料６である半導体基板に発生した基
板バイアス電圧の一例である。放電ON／OFFが断続的に
実行されるため、放電OFF時、荷電粒子である陽イオン
のエネルギーは減少し、例えばClラジカル成分のみでエ
ッチングを行う。その際、被エッチング試料６である、
例えばアルミニウム配線及びフォトレジスト等による反
応生成物は減少する。

【００２６】図３は、パルス波形による電圧印加におけ
るパルス変調の一例を示す。２１は放電ON状態であり、
２２は放電OFF状態である。図３の縦軸のゲート電圧
は、図１の制御信号ジェネレータ９に示すゲート信号の
電圧である。これによりRF高調波電源８を制御する。図
４は、パルス波形による電圧印加におけるパルス変調の
他の一例を示す。図４に示すように、放電OFF状態２２
が０V以上で、放電ON状態２１がこれより高電圧の場合
もパルス波形として同様の効果を得られる。

【００２７】図５は、パルス波形による電圧印加を行う
エッチング処理方法における、パルス変調の一例を示
す。パルス放電の周期を表すものとしてデューティ比
（duty比）が用いられる。デューティ比とは、放電時間
と休止時間の全体に対する放電時間の割合、すなわち、
放電時間／（放電時間＋休止時間)を示すものである。
例えば、パルス周波数１KHzでデューティ比を７５%とし
たパルス放電の場合は、０.７５msecの放電と０.２５ms
ecの休止を繰り返す放電状態となる。

【００２８】図６は、図１のエッチング処理装置を使用
し、パルス波形による電圧を印加したエッチング処理方
法において、デューティ比の変化によるエッチング処理
傾向の一例を示す図である。パルス波形の周波数を１KH
zに固定し、被エッチング試料はアルミニウム配線と
し、デューティ比を２０%から１００%まで変化させた。
デューティ比を減少させると、放電OFF時間が長くな
り、被エッチング試料であるウェーハへのイオン入射、
例えばClイオン等が減少しマスクであるフォトレジスト
との化学反応が減少する。しかし、放電OFF時間にアル
ミニウム配線は、例えばClラジカル等によってエッチン
グされる。この化学反応により、対フォトレジスト高選
択比のエッチングが可能となる。ここで、対フォトレジ
スト選択比は、フォトレジストエッチング速度に対する
アルミ配線エッチング速度、すなわち、アルミ配線エッ
チング速度／フォトレジストエッチング速度を意味す
る。図６に示すように、デューティ比２０%から７５%の
範囲内で対フォトレジスト選択比が顕著に向上する。

【００２９】なお、本実施の形態ではパルス波形の電圧
印加のパルス変調周波数を最適周波数として１KHに固定
したが、少なくとも１Hzから５０KHzの範囲内で、ま
た、デューティ比が少なくとも２０%から７５%の範囲内
であれば、上記と同様の効果を得ることができる。

【００３０】図７は、図１のエッチング処理装置を使用
し、パルス波形による電圧印加を行った場合の、パルス
周波数によるエッチング処理傾向の変化の一例を示す図
である。この場合、パルス変調はデューティ比５０%に
固定した。また、被エッチング試料は、アルミニウム＋
銅膜等の被エッチング膜で、メタル配線開口率が６０%
以下で、比較的フォトレジストの占有面積がウェーハ面
内で多く、かつメタル配線の最小密パターン部のアス
ペクト比（エッチング深さ／配線開口幅）が少なくとも
０.５から２５.０の範囲内にあるDRAMやASIC等の半導体
を製造するウェーハを用いた。また、処理ガスとしてCl
₂ガス：８０sccm、BCl₃ガス：２０sccmでエッチングし
た。

【００３１】周波数が１Hzから１０KHzの範囲内で、ア
ルミニウムエッチング速度とフォトレジストエッチング
速度との比、すなわち、アルミニウムエッチング速度／
フォトレジストエッチング速度、である対レジスト選択
比が顕著に上昇する。なお、本実施の形態ではパルス波
形の最適変調デューティ比として５０%としたが、デュ
ーティ比が少なくとも２０%から７５%の範囲であれば、
周波数として１Hzから５０KHzの範囲で、上記と同様の
効果を得ることができる。

【００３２】図８は、図１のエッチング処理装置を使用
し、パルス波形による電圧を印加したエッチング処理方
法において、デューティ比の変化に対して、エッチング
処理によるフォトレジスト残膜量と、被エッチング膜に
形成された配線内疎密間差でのエッチング削れ量差（RI
E-lag量）の変化傾向の一例を示す図である。この場
合、被エッチング試料としては、アルミニウム＋銅膜等
の被エッチング膜で、メタル配線開口率が６０%以上
で、比較的フォトレジストの占有面積がウェーハ面内で
少なく、かつメタル配線の最小密パターン部のアスペク
ト比（エッチング深さ／配線開口幅）が少なくとも０.
５から２５.０の範囲内にあるDRAMやASIC等の半導体を
製造するウェーハを用いた。

【００３３】また、処理ガスとしてCl₂ガス：８０scc
m、BCl₃ガス：２０sccmを用いた。また、パルス波変
調：周波数１KHzで、デューティ比は１００%から５０%
まで変調した。このとき、被エッチング膜に形成された
配線内疎密間差でCl^-等のイオンの反応速度及びプラズ
マ密度差等によりエッチング速度差が生じる。これを疎
密パターン間のエッチング削れ量差（RIE-lag量）とし
ている。

【００３４】図８でのエッチング削れ量差（RIE-lag
量）は、疎パターンのエッチング量から密パターンのエ
ッチング量を引いた値を記載している。（RIE-lag量が
０Åのとき疎密間でのエッチング速度差は無いものとす
る。）図８において、デューティ比が減少するにつれ、電力ON
時間比率が減少する。これによりCl^-等のイオンの被エ
ッチング膜への引き込み量が減少するため、CHCl、CCl
系の反応が減少しフォトレジスト残膜は増加する。しか
し、Cl系ラジカルによるエッチングは進行する。これに
より高レジスト選択比エッチングが可能となる。

【００３５】しかしCl₂ガス単体では電力OFF時のCl系ラ
ジカルによる被エッチング膜へのサイドエッチ及び側壁
荒れ等の抑制は不十分であるため、BCl₃ガスを導入する
ことによりフォトレジストをスパッタしCHCl、CCl系に
よる側壁保護膜を形成し、サイドエッチや側壁荒れを抑
制する必要がある。サイドエッチ抑制及び側壁荒れを抑
制するためにBCl₃を導入しCHCl、CCl系を形成すること
と、高レジスト選択比とはトレードオフの状態となる。
処理ガスがCl₂及びBCl₃で、かつパルス変調を行ったエ
ッチング処理ではRIE-lag量は低減しない。

【００３６】図９は、図１のエッチング装置を使用し、
パルス波形による電圧を印加したエッチング処理方法に
おいて、被エッチング膜開口率が６０%以下の場合のエ
ッチング形状を示す図である。この場合、被エッチング
試料としては、アルミニウム＋銅膜等の被エッチング膜
で、メタル配線開口率が６０%以下で、比較的フォトレ
ジストの占有面積がウェーハ面内で多く、かつメタル配
線の最小密パターン部のアスペクト比（エッチング深さ
／配線開口幅）が少なくとも０.５から２５.０の範囲内
にあるDRAMやASIC等の半導体を製造するウェーハを用い
た。また、エッチング処理ガスとしてCl ₂の流量を８０s
ccm、BCl₃の流量を２０sccm、処理圧力を１．３３Pa〜
１３．３Pa（１０mTorr〜１００mTorr）の範囲内で、パ
ルス変調を周波数：１KHz、duty比を５０%とした。

【００３７】図９において、３１はフォトレジスト、３
２は反射防止膜(ARC)、３３は被エッチング膜であるア
ルミニウム＋銅の合金配線、３４はチタニウム＋チタン
の合金、３５はTEOS絶縁膜、３６は３１及び３２、３
３、３４から生成された反応性生成物による側壁保護膜
である。図９に示すように、前述したところと同様の効
果により、対フォトレジスト選択比が顕著に向上した。

【００３８】なお、本実施の形態のエッチング処理方式
ではマグネトロンRIE方式を用いたが、これに限らず他
の方式の高周波を使用するエッチング処理装置及びエッ
チング処理方式でも可能であることは言うまでも無い。
また、本実施の形態ではパルス変調波形の周波数を１KH
zとしているが、少なくとも１Hzから５０KHzまでの範囲
であれば同様の効果を得ることができる。また、デュー
ティ比についても、少なくとも２０%から７５%の範囲で
あれば同様の効果を得ることできる。

【００３９】図１０は、図１のエッチング装置を使用
し、パルス波形による電圧を印加したエッチング処理方
法において、被エッチング膜開口率が６０%以上の場合
のエッチング形状の例を示す図である。この場合、被エ
ッチング試料は、アルミニウム＋銅膜等で、メタル配線
膜開口率が６０%以上で、比較的フォトレジストの占有
面積がウェーハ面内で少なく、かつメタル配線の最小密
パターン部のアスペクト比（エッチング深さ／配線開口
幅）が０.５〜２５.０の範囲内にあるDRAMやASIC等の半
導体を製造するウェーハを用いた。また、エッチング処
理ガスとしてCl₂の流量を８０sccm、BCl₃の流量を２０s
ccmとし、処理圧力を１．３３Pa〜１３．３Pa（１０mTo
rr〜１００mTorr）の範囲内とした。また、パルス変調
を周波数：１KHz、デューティ比を５０%とした。

【００４０】この場合にも、上記と同様にデューティ比
を減少させるとエッチング後のフォトレジスト残膜量が
増加し、対フォトレジスト選択比が向上した。しかし、
フォトレジストの占有面積が少ないため、フォトレジス
トとCl^-等のイオンとの反応性生成物の供給量が少な
く、図１０に示すように配線側壁部にサイドエッチ、側
壁荒れ及び膜剥がれ等が発生する。上記で述べたように
これらの問題を解決するため、より多くのBCl₃ガスを流
すため高レジスト選択比と側壁荒れ及びサイドエッチ抑
制を両立することは困難であった。またメタル配線開口
率が６０%以上の比較的フォトレジストの占有面積がウ
ェーハ面内で少ないとRIE-lag量も大きく良好な形状を
得ることは困難である。

【００４１】実施の形態２．図１１は、この発明の実施
の形態２による、パルス波形の電圧を印加するエッチン
グ処理装置の構成を示す図である。図１１において、１
は真空を保持する反応処理室を内部に有する反応容器で
あり、真空排気口２、反応容器内の圧力を表示する真空
圧力表示器３、真空圧力設定バルブ４ｂにより反応処理
室内の圧力制御を行う。反応容器１は、流量制御器４で
設定した処理ガスA（Cl₂）、B（BCl₃）及びデポ系ガスC
（CHF₃）をガス穴５より導入する。

【００４２】ジェネレータ９は、パルス波形による放電
の周期及び印加電圧制御を行う。また、ジェネレータ９
は、RF電力を供給する高周波電源８に接続され、プラズ
マインピーダンス制御を行うマッチングボックス１０を
介して上下電極７にRF電力が供給される。上下電極７
は、高周波電源８より電圧が供給され、被エッチング試
料６を介してキャパシタを形成する。また、３対ソレノ
イドコイル１１により、プラズマ生成時、磁界によりプ
ラズマ密度を制御する。

【００４３】このような装置により、被エッチング試料
６であるウェーハの表面にイオンを引き込み、化学反応
及びスパッタを行わせ、被エッチング試料６をエッチン
グする。この実施の形態によるエッチング処理装置は、
図１に示すエッチング処理装置と同様の構成に加え、デ
ポ系ガスとしてC、H、F 系を有する、例えばCHF₃ガス又
はCF₄ガスを添加することを特徴とするものである。こ
の実施の形態によるエッチング処理装置は、図１に示す
エッチング処理装置と同様の性能が得られるうえに、図
１１に示すように、処理ガスCとして、C、H、Fを含むデ
ポ系ガスを導入し、エッチング特性をさらに向上させる
ものである。

【００４４】実施の形態３．図１２は、実施の形態２の
エッチング処理装置を使用し、パルス波形によるバイア
ス印加で、かつデポ系ガス添加を用いたエッチング処理
方法におけるRIE-lag量とフォトレジスト残膜量のエッ
チング処理傾向を示す図である。この場合、実施の形態
２のエッチング処理装置を使用し、被エッチング試料と
しては、アルミニウム＋銅膜等の被エッチング膜で、メ
タル配線開口率が６０%以上で、比較的フォントレジス
トの占有面積がウェーハ面内で少なく、かつメタル配線
の最小密パターン部のアスペクト比（エッチング深さ／
配線開口幅）が少なくとも０.５から２５.０の範囲内に
あるDRAMやASIC等の半導体を製造するウェーハを用い
た。

【００４５】また、エッチング処理ガスとしては、Cl₂
の流量を８０sccm、BCl₃の流量を２０sccm、処理圧力を
3.192Pa（２４mTorr）とした。また、パルス変調を周波
数:１KHz、duty比を５０%とし、デポ系ガスとしてCHF₃
の添加量として、対Cl₂流量比を少なくとも１%から４５
%まで増加させた。この際のフォトレジスト残膜量と被
エッチング膜内に生じるRIE-lag量は、図１２のような
傾向を示す。

【００４６】図１２に示すように、フォトレジスト残膜
量は上昇したにもかかわらず、RIE-lag量は顕著に減少
する。これはパルス変調での電力ON時にデポ系ガスであ
るCHF ₃とCl^-等のイオンとで生じる反応性生成物が、疎
パターン部で過剰反応し疎密パターン間に生じるエッチ
ング速度差を低減しているためである。図１２で示すRI
E-lag量は、疎パターン部のエッチング量から密パター
ンのエッチング量を引いた値を記載している。（RIE-la
g量が０Åのとき疎密間でのエッチング速度差は無いも
のとする。)

【００４７】なお、本実施の形態ではマグネトロンRIE
方式であるが、これに限らず他の方式の高周波を使用す
るエッチング処理装置及びエッチング処理方式でも可能
であることは言うまでも無い。また、本実施の形態では
パルス変調波形の周波数を１KHzとしているが、少なく
とも１Hzから５０KHzまでの範囲であれば同様の効果を
得ることができる。また、デューティ比についても少な
くとも２０%から７５%の範囲であれば同様の効果を得る
ことできる。また、本実施の形態では処理圧力を3.192P
a（２４mTorr）としているが、少なくとも0.665Pa〜13.
3Pa（５mTorr〜１００mTorr）の範囲で、デポ系ガスで
あるCHF₃を添加することにより、同様の効果を得ること
ができる。

【００４８】図１３は、図１１のエッチング装置を使用
し、パルス波形による電圧を印加し、かつデポ系ガス添
加を用いたエッチング処理方法において、被エッチング
膜開口率が６０%以上の場合のエッチング形状を示す図
である。この場合、図１１に示すエッチング装置を使用
し、この発明によるパルス波形の電圧を印加し、かつ処
理ガスとしてCl₂，BCl₃及びCHF₃ガスを導入した。ま
た、被エッチング試料であるアルミニウム＋銅膜等のメ
タル配線膜開口率が６０%以上で、比較的フォトレジス
トの占有面積がウェーハ面内で少なく、かつメタル配線
の最小密パターン部のアスペクト比（エッチング深さ／
配線開口幅）が少なくとも０.５から２５.０の範囲内に
あるDRAMやASIC等の半導体を製造するウエーハを用い
た。また、エッチング処理ガスとしてCl₂の流量を８０s
ccm、BCl₃の流量を２０sccm、処理圧力を少なくとも
１．３３Pa〜１３．３Pa（１０mTorr〜１００mTorr）の
範囲内で、パルス変調を少なくとも周波数１Hzから５０
KHzの範囲で、デューティ比を少なくとも２０%から７５
%とした。

【００４９】図１３において、３７はフォトレジスト及
び配線から生成された反応性生成物及びC、H、Fを含ん
だデポ系ガスによる反応性生成物による側壁保護膜であ
る。また、CHF₃を少なくとも対Cl₂流量比が１%から４５
%の範囲内で添加することにより、BCl₃のフォトレジス
トへのスパッタによるCHCl、CCl系の反応性生成量をCl^-
等のイオンとCHF₃との反応性生成物がアシストし、かつ
図１２に示すようにRIE-lag量を低減し、かつ高フォト
レジスト選択比エッチングを得られ、かつBCl₃のアシス
トとして最適な流量のCHF₃を添加することにより、過剰
な反応性生成物を抑制し異物・残渣の無く、かつRIE-la
gが無く良好な垂直形状を得た。

【００５０】なお、実施の形態２の図１１に示すエッチ
ング処理装置及びエッチング処理方法において、被エッ
チング試料であるアルミニウム＋銅膜等のメタル配線膜
開口率が６０%以下で、比較的フォトレジストの占有面
積がウェーハ面内で多く、かつメタル配線の最小密パタ
ーン部のアスペクト比（エッチング深さ／配線開口幅）
が少なくとも０.５から２５.０の範囲内にあるDRAMやAS
IC等の半導体を製造するウェーハについて、上記の効果
を同様に得られることは言うまでもない。

【００５１】また本実施の形態ではエッチング処理ガス
の流量の最適流量としてCl₂を８０sccm及びBCl₃を２０s
ccmとしたが、流量比及び総流量を増量及び減少させて
も上記の効果を得ることは言うまでも無い。

【００５２】また、実施の形態１で示した図６、図７、
図８のような特性は、デポ系ガスを添加した実施の形態
３においても、同様に得られるが、重複した説明は省略
する。ここで、C、H、F系を含んだデポ系ガスは、C、
H、Fのうち少なくとも２種をふくむ化合物で、レジスト
と反応して反応生成物を生じ、エッチングパターンの側
壁に付着させるものである。CHF₃ガス又はCF₄ガスが、
その代表的な例である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のエッチ
ング処理装置及びエッチング処理方法によれば、高周波
印加電圧をパルス波形変調して所定の条件でエッチング
し、主エッチング処理ガスとしてCl₂、BCl₃ガスを使用
し、側壁保護膜形成のアシストとしてデポ系ガス、例え
ばCHF₃を使用するので、対フォトレジストにおける高選
択比エッチングをすることができる。また、反応性生成
物の堆積による異物の影響なくエッチングをすることが
できる。さらにRIE-lag（被エッチング膜中の疎密パタ
ーン間に生じるエッチング速度差）が無く、良好な垂直
エッチング形状を得ることができる。また、このような
エッチング処理方法を適用した半導体装置の製造方法、
並びにこの製造方法による半導体装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による、パルス波形に
よるバイアス印加に用いるエッチング処理装置の全体構
成図である。

【図２】本発明の実施の形態１による、パルス波形に
よるバイアス印加時での自己バイアス電圧波形を示す図
である。

【図３】本発明の実施の形態１による、パルス波形に
よるバイアス印加時での入力電圧波形の概要を示す図で
ある。

【図４】本発明の実施の形態１による、パルス波形に
よるバイアス印加時での他の入力電圧波形の概要を示す
図である。

【図５】本発明の実施の形態１による、パルス波形に
よるバイアス印加時での入力電圧波形（ON／OFF時間）
の概要を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態１による、パルス波形に
よるバイアス印加時でのデューティ比変調によるエッチ
ング処理傾向図である。

【図７】本発明の実施の形態１による、パルス波形に
よるバイアス印加時での周波数変調によるエッチング処
理傾向図である。

【図８】本発明の実施の形態１による、パルス波形の
みのバイアス印加時でのRIE-lag量とレジスト残膜量の
傾向図である。

【図９】本発明の実施の形態１による、パルス波形に
よるバイアス印加時での被エッチング膜開口率が６０%
以下の場合のエッチング形状図である。

【図１０】本発明の実施の形態１による、パルス波形
によるバイアス印加時での被エッチング膜間口率が６０
%以上の場合のエッチング形状図である。

【図１１】本発明の実施の形態２による、パルス波形
によるバイアス印加で、かつデポ系ガス添加を用いたエ
ッチング処理装置の全体構成図である。

【図１２】本発明の実施の形態３による、パルス波形
によるバイアス印加で、かつデポ系ガス添加を用いたエ
ッチング処理方法におけるRIE-lag量とフォトレジスト
残膜量のエッチング処理傾向図である。

【図１３】本発明の実施の形態３による、パルス波形
によるバイアス印加で、かつデポ系ガス添加を用いたエ
ッチング処理方法における被エッチング膜開口率が６０
%以上の場合のエッチング形状図である。

【図１４】従来のRFバイアス印加に用いるエッチング
装置の構成を示す図である。

【図１５】従来のRFバイアス印加の場合の自己バイア
ス電圧波形を示す図である。

【符号の説明】

１反応容器（処理容器）、２真空排気口、３
真空圧力表示器、４ａ流量制御器、４ｂ真空圧
力設定バルブ、５ガス穴、６被エッチング試
料、７上下電極（１対の電極）、８高周波電
源、９ジェネレータ、１０マッチングボック
ス、１１３対ソレノイドコイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者生島貴之東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者花崎稔東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者西崎展弘東京都千代田区大手町２丁目６番２号三菱電機エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理容器と、この処理用容器の内部に対
向して配置され被エッチング試料を保持する１対の電極
と、上記処理容器にCl₂ガスとBCl₃ガスとを含む主エッ
チング処理ガスにC、H、F系を含んだデポ系ガスを添加
したエッチング処理ガスを導入する導入手段と、上記処
理容器からエッチング処理ガスを排気する排気手段と、
上記１対の電極にパルス波形変調した高周波電圧を印加
し上記１対の電極間にプラズマを発生させる電圧印加手
段とを備え、上記プラズマにより上記被エッチング試料
をエッチングするようにしたことを特徴とするエッチン
グ処理装置。
【請求項２】上記電圧印加手段は、上記１対の電極に
印加する高周波電圧のパルス変調周波数を１Hz〜５０KH
zの範囲内に設定されたこと特徴とする請求項１に記載
のエッチング処理装置。
【請求項３】上記電圧印加手段は、上記１対の電極に
パルス変調して印加する高周波電圧のデューティ比をデ
ューティ比２０%〜７５%の範囲内に設定されたこと特徴
とする請求項１又は２に記載のエッチング処理装置。
【請求項４】上記電圧印加手段は、上記１対の電極に
パルス変調して印加する高周波電圧を、放電の休止時に
おいて０V以上の第１の所定電圧とし、放電時において
上記第１の所定電圧より高い第２の所定電圧に設定され
たこと特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエッ
チング処理装置。
【請求項５】処理容器にCl₂ガスとBCl₃ガスとを含む
主エッチング処理ガスにC、H、F系を含んだデポ系ガス
を添加したエッチング処理ガスを導入し、上記処理容器
の内部に対向して配置され被エッチング試料を保持した
１対の電極にパルス波形変調した高周波電圧を印加し、
上記１対の電極間にプラズマを発生させ、上記被エッチ
ング試料をエッチングするようにしたことを特徴とする
被エッチング試料のエッチング処理方法。
【請求項６】上記デポ系ガスとして、CHF₃ガス又はCF
₄ガスを添加することを特徴とする請求項５に記載のエ
ッチング処理方法。
【請求項７】上記デポ系ガスの添加量を、上記Cl₂ガ
スに対して流量比１%〜４５%の範囲内としたことを特徴
とする請求項５又は６に記載のエッチング処理方法。
【請求項８】上記エッチングをする処理圧力を０．６
６５Pa〜１３．３Pa（５mTorr〜１００mTorr）の範囲内
としたことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載
のエッチング処理方法。
【請求項９】上記パルス波形変調において、上記１対
の電極に印加する高周波電圧を、変調周波数１Hz〜５０
KHzの範囲内でオン・オフさせること特徴とする請求項
５〜８のいずれかに記載のエッチング処理方法。
【請求項１０】上記パルス波形変調において、上記１
対の電極に印加する高周波電圧を、デューティ比２０%
〜７５%までの範囲内でオン・オフさせること特徴とす
る請求項５〜９のいずれかに記載の被エッチング試料の
エッチング処理方法。
【請求項１１】上記パルス波形変調において、上記１
対の電極に印加する高周波電圧を、放電の休止時におい
て０V以上の第１の所定電圧とし、放電時において上記
第１の所定電圧より高い第２の所定電圧とすること特徴
とする請求項５〜１０のいずれかに記載のエッチング処
理方法。
【請求項１２】半導体基板の被エッチング層を、請求
項５〜１１のいずれかに記載のエッチング処理方法によ
りエッチング処理する工程を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
【請求項１３】請求項１２に記載の製造方法により製
造されたことを特徴とする半導体装置。