JP2001168088A - 半導体装置の絶縁膜エッチング方法 - Google Patents
半導体装置の絶縁膜エッチング方法Info
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- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体装置の絶縁膜エッチング方法を提供す
る。 【 解決手段】 本発明の一観点は、半導体基板上に
シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの絶縁膜を形
成し、Ｃ4Ｆ8ＯガスのようにＣ4ＨxＦ8-xＯガス(ここ
で、前記ｘは０〜４の整数である)を含む反応ガスを用
いて絶縁膜をドライエッチングする。このようなドライ
エッチングにより絶縁膜をエッチングしてコンタクトホ
ールを形成する。
る。 【 解決手段】 本発明の一観点は、半導体基板上に
シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの絶縁膜を形
成し、Ｃ4Ｆ8ＯガスのようにＣ4ＨxＦ8-xＯガス(ここ
で、前記ｘは０〜４の整数である)を含む反応ガスを用
いて絶縁膜をドライエッチングする。このようなドライ
エッチングにより絶縁膜をエッチングしてコンタクトホ
ールを形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に係り、特に、プラズマを用いて絶縁膜をドライエッ
チングする方法に関する。
法に係り、特に、プラズマを用いて絶縁膜をドライエッ
チングする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】２５６Ｍ級以上の高集積半導体メモリ装
置では、高いアスペクト比をもつ細長いコンタクトを形
成するシリコン酸化膜エッチング工程が必要とされてい
る。また、集積度の向上に対応するために、自動整列さ
れたコンタクト(Ｓｅｌｆ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｎｔ
ａｃｔ、ＳＡＣ)の形成工程を採用することが必要とさ
れている。また、このような工程はより高い選択比を要
求している。
置では、高いアスペクト比をもつ細長いコンタクトを形
成するシリコン酸化膜エッチング工程が必要とされてい
る。また、集積度の向上に対応するために、自動整列さ
れたコンタクト(Ｓｅｌｆ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｎｔ
ａｃｔ、ＳＡＣ)の形成工程を採用することが必要とさ
れている。また、このような工程はより高い選択比を要
求している。
【０００３】シリコン酸化物のエッチングには、一般的
に、フルオロカーボン(ＣxＦy)系のガスが用いられてい
る。たとえば、Ｃ3Ｆ8ガスまたはＣ4Ｆ8ガスなど、炭素
対フッ素の比の高いものが用いられている。または前記
したガスにハイドロフルオロカーボン(ＣxＨyＦz)系の
ガスを添加剤として添加して選択比の増加を図ってい
る。
に、フルオロカーボン(ＣxＦy)系のガスが用いられてい
る。たとえば、Ｃ3Ｆ8ガスまたはＣ4Ｆ8ガスなど、炭素
対フッ素の比の高いものが用いられている。または前記
したガスにハイドロフルオロカーボン(ＣxＨyＦz)系の
ガスを添加剤として添加して選択比の増加を図ってい
る。
【０００４】また、シリコン酸化物を高選択比でドライ
エッチングするとき、Ｃ4Ｆ8ガスなどに酸素ガスまたは
一酸化炭素(ＣＯ)など、酸素を含有するガスを必ず添加
している。このような酸素ガスまたは一酸化炭素ガスは
エッチング停止の防止または形成されるコンタクトホー
ルのプロファイルを制御するために添加されている。
エッチングするとき、Ｃ4Ｆ8ガスなどに酸素ガスまたは
一酸化炭素(ＣＯ)など、酸素を含有するガスを必ず添加
している。このような酸素ガスまたは一酸化炭素ガスは
エッチング停止の防止または形成されるコンタクトホー
ルのプロファイルを制御するために添加されている。
【０００５】このように酸素ガスなどをさらに添加する
ためには、酸素ガスなどの供給を別途に制御する工程が
追加されなければならない。したがって、ドライエッチ
ングの全体工程を制御することがより複雑になる。ま
た、前記酸素ガスなどをさらに供給するためにはエッチ
ング装備に別途のガス供給装置を設置しなければならな
いため、エッチング装備の構造が複雑になる。
ためには、酸素ガスなどの供給を別途に制御する工程が
追加されなければならない。したがって、ドライエッチ
ングの全体工程を制御することがより複雑になる。ま
た、前記酸素ガスなどをさらに供給するためにはエッチ
ング装備に別途のガス供給装置を設置しなければならな
いため、エッチング装備の構造が複雑になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みて成されたものであり、その目的は、シリコン酸化物
をドライエッチングするとき、ＣxＦy系ガスに代え得る
新しいエッチング反応ガスを用いる半導体装置の絶縁膜
エッチング方法を提供するところにある。
みて成されたものであり、その目的は、シリコン酸化物
をドライエッチングするとき、ＣxＦy系ガスに代え得る
新しいエッチング反応ガスを用いる半導体装置の絶縁膜
エッチング方法を提供するところにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の一観点は、半導体基板上にシリコン酸化膜
またはシリコン窒化膜などの絶縁膜を形成する段階と、
Ａｒ及びＣ4ＨxＦ8-xＯガス(ここで、前記ｘは０〜４の
整数である)を含む反応ガスを用い、前記絶縁膜をドラ
イエッチングする段階とを含むことを特徴とする半導体
装置の絶縁膜エッチング方法を提供する。
に、本発明の一観点は、半導体基板上にシリコン酸化膜
またはシリコン窒化膜などの絶縁膜を形成する段階と、
Ａｒ及びＣ4ＨxＦ8-xＯガス(ここで、前記ｘは０〜４の
整数である)を含む反応ガスを用い、前記絶縁膜をドラ
イエッチングする段階とを含むことを特徴とする半導体
装置の絶縁膜エッチング方法を提供する。
【０００８】好ましくは、前記Ｃ4ＨxＦ8-xＯガスは、
前記ｘが０であるＣ4Ｆ8Ｏガスである。また、前記反応
ガスは、前記Ｃ4Ｆ8Ｏガスと、Ｃ4ＨxＦ8-xＯガス(ここ
で、前記ｘは１〜４の整数である)との混合ガスを含む
ことができる。さらに、前記反応ガスは、Ｃ4Ｆyガス
(ここで、前記ｘは１〜６の整数であり、前記ｙは２〜
１２の整数である)、またはＣxＨyＦzガス(ここで、前
記ｘは１〜６の整数であり、前記ｙは１〜４の整数であ
り、前記ｚは２〜１０の整数である)をさらに含むこと
ができる。
前記ｘが０であるＣ4Ｆ8Ｏガスである。また、前記反応
ガスは、前記Ｃ4Ｆ8Ｏガスと、Ｃ4ＨxＦ8-xＯガス(ここ
で、前記ｘは１〜４の整数である)との混合ガスを含む
ことができる。さらに、前記反応ガスは、Ｃ4Ｆyガス
(ここで、前記ｘは１〜６の整数であり、前記ｙは２〜
１２の整数である)、またはＣxＨyＦzガス(ここで、前
記ｘは１〜６の整数であり、前記ｙは１〜４の整数であ
り、前記ｚは２〜１０の整数である)をさらに含むこと
ができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき、本
発明の実施形態について詳細に説明する。しかし、本発
明の実施形態は各種の形態に変形でき、本発明の範囲が
後述する実施形態によって限定されるものであると解釈
されてはならない。本発明の実施形態は当業界における
通常の知識を有した者に本発明をより完全に説明するた
めに提供されるものである。よって、図中の要素の形状
などはより明確な説明を強調するために誇張されてお
り、図中同一の符号で示された要素は同一の要素を意味
する。また、ある膜が他の膜または半導体基板の“上”
にあると記載される場合、前記ある膜は前記他の膜また
は半導体基板に直接的に接触して存在することもできれ
ば、その間に第３の膜が介在されることもできる。
発明の実施形態について詳細に説明する。しかし、本発
明の実施形態は各種の形態に変形でき、本発明の範囲が
後述する実施形態によって限定されるものであると解釈
されてはならない。本発明の実施形態は当業界における
通常の知識を有した者に本発明をより完全に説明するた
めに提供されるものである。よって、図中の要素の形状
などはより明確な説明を強調するために誇張されてお
り、図中同一の符号で示された要素は同一の要素を意味
する。また、ある膜が他の膜または半導体基板の“上”
にあると記載される場合、前記ある膜は前記他の膜また
は半導体基板に直接的に接触して存在することもできれ
ば、その間に第３の膜が介在されることもできる。
【００１０】図１は、本発明の実施形態による半導体装
置の絶縁膜をエッチングする方法を説明するために示す
概略断面図である。
置の絶縁膜をエッチングする方法を説明するために示す
概略断面図である。
【００１１】具体的に、本発明の実施形態は、半導体基
板１００上に形成された絶縁膜２００をドライエッチン
グするとき、Ｃ4ＨxＦ8-xＯガスを含むエッチング反応
ガスから励起されるプラズマを用いる方法を提示する。
このとき、絶縁膜２００はシリコン窒化物(Ｓｉ3Ｎ4)ま
たはシリコン酸化物(ＳｉＯ2)よりなることができる
が、シリコン酸化物よりなる場合が一般的である。
板１００上に形成された絶縁膜２００をドライエッチン
グするとき、Ｃ4ＨxＦ8-xＯガスを含むエッチング反応
ガスから励起されるプラズマを用いる方法を提示する。
このとき、絶縁膜２００はシリコン窒化物(Ｓｉ3Ｎ4)ま
たはシリコン酸化物(ＳｉＯ2)よりなることができる
が、シリコン酸化物よりなる場合が一般的である。
【００１２】前記したＣ4ＨxＦ8-xＯガスは酸素を含有
するフルオロカーボン系ガスであって、シリコン酸化膜
をエッチングする工程でエッチング停止を防止したり、
あるいはプロファイルを制御するのに必要な酸素をそれ
自体として含有している。
するフルオロカーボン系ガスであって、シリコン酸化膜
をエッチングする工程でエッチング停止を防止したり、
あるいはプロファイルを制御するのに必要な酸素をそれ
自体として含有している。
【００１３】最近、酸素を含むハイドロフルオロカーボ
ンエーテル(ＨＦＥ)系のガスをＣ4Ｆ8ガスなどのＰＦＣ
ガスに代え得るガスとして評価した報告(“Ｈｉｇｈ
ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ ＳｉＯ2ｅｔｃｈｉｎｇ
ｗｉｔ ｈｉｇｈ ｒｅｓｉｓｔ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉ
ｔｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ａｄｄｉｔｉｏｎｏｆ
ｏｒｇａｎｉｃｓｉｌａｎｅ ｔｏ Ｔｅｔｒａｆｌ
ｕｏｒｏｅｔｈｙ1Ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙ１
Ｅｔｈｅｒ”、Ｙ.Ｃｈｉｎｚｅｉ ｅｔａｌ．Ｐｒｏ
ｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｄ
ｒｙ Ｐｒｏｃｅｓｓ,１９９７,ｐ２６７)がある。し
かし、これらは低い地球温暖化指数(Ｇｌｏｂａｌ Ｗ
ａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ、ＧＷＰ)を示すに
も拘わらず、既存のＰＦＣガスを用いる工程に比べて同
等の工程能力を確保し難いと知られている。
ンエーテル(ＨＦＥ)系のガスをＣ4Ｆ8ガスなどのＰＦＣ
ガスに代え得るガスとして評価した報告(“Ｈｉｇｈ
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ｒｙ Ｐｒｏｃｅｓｓ,１９９７,ｐ２６７)がある。し
かし、これらは低い地球温暖化指数(Ｇｌｏｂａｌ Ｗ
ａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ、ＧＷＰ)を示すに
も拘わらず、既存のＰＦＣガスを用いる工程に比べて同
等の工程能力を確保し難いと知られている。
【００１４】したがって、本発明の実施形態では、既存
のＰＦＣガスを用いる工程に比べて少なくとも同等の工
程能力を確保できて、ＣxＦy系のガスに十分代え得る反
応ガスとしてＣ4ＨxＦ8-xＯガスを提示する。
のＰＦＣガスを用いる工程に比べて少なくとも同等の工
程能力を確保できて、ＣxＦy系のガスに十分代え得る反
応ガスとしてＣ4ＨxＦ8-xＯガスを提示する。
【００１５】また、本発明の実施形態では、Ｃ4ＨxＦ
8-xＯガスのうちｘが０〜４の整数であるガスを用いる
ドライエッチング方法を提示する。代表的に、パーフル
オロテトラヒドロフラン(Ｃ4Ｆ8Ｏ)ガスを用いるドライ
エッチング方法を提示する。Ｃ 4Ｆ8Ｏガスは次の図２に
示された基本構造をもつ。
8-xＯガスのうちｘが０〜４の整数であるガスを用いる
ドライエッチング方法を提示する。代表的に、パーフル
オロテトラヒドロフラン(Ｃ4Ｆ8Ｏ)ガスを用いるドライ
エッチング方法を提示する。Ｃ 4Ｆ8Ｏガスは次の図２に
示された基本構造をもつ。
【００１６】図２は、パーフルオロテトラヒドロフラン
(Ｃ4Ｆ8Ｏ)ガスの基本的な構造を概略的に示す。
(Ｃ4Ｆ8Ｏ)ガスの基本的な構造を概略的に示す。
【００１７】具体的に、Ｃ4Ｆ8Ｏガスはフルオロカーボ
ンの側鎖に酸素が含まれたサイクリック化合物である。
すなわち、基本的なバックボーンは４つの炭素及び１つ
の酸素が結合して５角形のリング構造を成している。そ
して、各々の炭素に２つのフッ素が結合されている。し
たがって、炭素及びフッ素の比は既存のＣ4Ｆ8ガスと同
じであり、炭素の側鎖に酸素が含まれた形をなす。した
がって、Ｃ4Ｆ8ＯガスはＣ4Ｆ8ガスに比べて同等または
それ以上のエッチング選択比及びエッチング能力を示す
ことができる。
ンの側鎖に酸素が含まれたサイクリック化合物である。
すなわち、基本的なバックボーンは４つの炭素及び１つ
の酸素が結合して５角形のリング構造を成している。そ
して、各々の炭素に２つのフッ素が結合されている。し
たがって、炭素及びフッ素の比は既存のＣ4Ｆ8ガスと同
じであり、炭素の側鎖に酸素が含まれた形をなす。した
がって、Ｃ4Ｆ8ＯガスはＣ4Ｆ8ガスに比べて同等または
それ以上のエッチング選択比及びエッチング能力を示す
ことができる。
【００１８】このようなＣ4Ｆ8Ｏガスの構造は、基本的
なバックボーンにＣ−Ｏ−Ｃ結合をもつ。このようなＣ
−Ｏ−Ｃ結合は、酸素の存在によってＣ−Ｃ結合に比べ
て反応性が大きいと知られている。したがって、前記し
たＣ4Ｆ8ＯガスはＣ−Ｃ結合を基本構造とするＣ4Ｆ8ガ
スに比べて高い反応性を示すことができる。したがっ
て、より低いエネルギーで解離でき、より高いプラズマ
解離度を示すことがきる。
なバックボーンにＣ−Ｏ−Ｃ結合をもつ。このようなＣ
−Ｏ−Ｃ結合は、酸素の存在によってＣ−Ｃ結合に比べ
て反応性が大きいと知られている。したがって、前記し
たＣ4Ｆ8ＯガスはＣ−Ｃ結合を基本構造とするＣ4Ｆ8ガ
スに比べて高い反応性を示すことができる。したがっ
て、より低いエネルギーで解離でき、より高いプラズマ
解離度を示すことがきる。
【００１９】また、前述したように相対的に高い反応性
をもつことにより、Ｃ4Ｆ8ガスなどのＰＦＣガスに比べ
て大気中でより短い持続時間を示すことができる。した
がって、Ｃ4Ｆ8Ｏガスはより低いＧＷＰを示すことがで
きる。実質的にＣ4Ｆ8ＯガスはＣ4Ｆ8ガスに比べて約２
０％ほど低いＧＷＰを示すことができる。
をもつことにより、Ｃ4Ｆ8ガスなどのＰＦＣガスに比べ
て大気中でより短い持続時間を示すことができる。した
がって、Ｃ4Ｆ8Ｏガスはより低いＧＷＰを示すことがで
きる。実質的にＣ4Ｆ8ＯガスはＣ4Ｆ8ガスに比べて約２
０％ほど低いＧＷＰを示すことができる。
【００２０】たとえば、Ｃ4Ｆ8ガスを用いるドライエッ
チング工程時に、ドライエッチング工程後に解離されず
に排出されるＣ4Ｆ8ガスの量は、供給されたソースガス
のそれに対して約１０％〜１５％であるが、Ｃ4Ｆ8Ｏガ
スの場合約５％である。これより、Ｃ4Ｆ8Ｏガスの解離
度が相対的に高いことが分かる。また、本発明の実施形
態でのように、Ｃ4Ｆ8Ｏガスを用いるとき、ＰＦＣ放出
を緩和できる。
チング工程時に、ドライエッチング工程後に解離されず
に排出されるＣ4Ｆ8ガスの量は、供給されたソースガス
のそれに対して約１０％〜１５％であるが、Ｃ4Ｆ8Ｏガ
スの場合約５％である。これより、Ｃ4Ｆ8Ｏガスの解離
度が相対的に高いことが分かる。また、本発明の実施形
態でのように、Ｃ4Ｆ8Ｏガスを用いるとき、ＰＦＣ放出
を緩和できる。
【００２１】Ｃ4Ｈ1Ｆ7ＯガスまたはＣ4Ｈ8Ｆ6Ｏガスな
どのようにＣ4ＨxＦ8-xＯガスでｘが１〜４の範囲内の
整数であるガスは、前記したＣ4Ｆ8Ｏガスと基本的に同
等な構造をもつ。すなわち、前記した図２のＣ4Ｆ8Ｏガ
ス構造でフッ素が水素に置換された形態を示す。したが
って、Ｃ4Ｆ8Ｏガスと同様に、４つの炭素及び一つの酸
素の結合よりなるリングの構造を基本的にもつのであ
る。これにより、前述したＣ4Ｆ8Ｏガスで説明したのと
同等な効果を示すことができる。
どのようにＣ4ＨxＦ8-xＯガスでｘが１〜４の範囲内の
整数であるガスは、前記したＣ4Ｆ8Ｏガスと基本的に同
等な構造をもつ。すなわち、前記した図２のＣ4Ｆ8Ｏガ
ス構造でフッ素が水素に置換された形態を示す。したが
って、Ｃ4Ｆ8Ｏガスと同様に、４つの炭素及び一つの酸
素の結合よりなるリングの構造を基本的にもつのであ
る。これにより、前述したＣ4Ｆ8Ｏガスで説明したのと
同等な効果を示すことができる。
【００２２】図３及び図４は、本発明の実施形態による
Ｃ4Ｆ8Ｏガスを用いるドライエッチング方法によって測
定されたシリコン酸化物及びシリコン窒化物のエッチン
グ速度をＣ4Ｆ8Ｏガスの供給量及び印加したソースパワ
ーにより各々概略的に示すグラフである。
Ｃ4Ｆ8Ｏガスを用いるドライエッチング方法によって測
定されたシリコン酸化物及びシリコン窒化物のエッチン
グ速度をＣ4Ｆ8Ｏガスの供給量及び印加したソースパワ
ーにより各々概略的に示すグラフである。
【００２３】具体的に、本発明の実施形態によるＣ4Ｆ8
Ｏガスのエッチング能力を確かめるために、半導体基板
に単にブランケットシリコン酸化膜及びブランケットシ
リコン窒化膜を形成した試料を用いてエッチング実験を
行った。このとき、エッチング装備としては住友社のＳ
ＷＰエッチング装備を使用した。
Ｏガスのエッチング能力を確かめるために、半導体基板
に単にブランケットシリコン酸化膜及びブランケットシ
リコン窒化膜を形成した試料を用いてエッチング実験を
行った。このとき、エッチング装備としては住友社のＳ
ＷＰエッチング装備を使用した。
【００２４】図３を参照すれば、約１３００Ｗのソース
パワー及び約１４００Ｗのバイアスパワーを印加し、Ｃ
4Ｆ8Ｏガスの流れ量を変えながら前記した試料での膜質
のエッチング速度を測定した。選択比は、シリコン窒化
膜に対するシリコン酸化膜のエッチング速度の比で計算
された。
パワー及び約１４００Ｗのバイアスパワーを印加し、Ｃ
4Ｆ8Ｏガスの流れ量を変えながら前記した試料での膜質
のエッチング速度を測定した。選択比は、シリコン窒化
膜に対するシリコン酸化膜のエッチング速度の比で計算
された。
【００２５】Ｃ4Ｆ8Ｏガスは約４５０ｓｃｃｍの流れ量
で一緒に供給されるアルゴン(Ａｒ)によって希釈された
状態で前記エッチング装備に供給された。前記した試料
が取り付けられるチャンバの圧力は約２５ｍＴｏｒｒ
(１ｍＴｏｒｒ＝０．１３３Ｐａ)に維持した。
で一緒に供給されるアルゴン(Ａｒ)によって希釈された
状態で前記エッチング装備に供給された。前記した試料
が取り付けられるチャンバの圧力は約２５ｍＴｏｒｒ
(１ｍＴｏｒｒ＝０．１３３Ｐａ)に維持した。
【００２６】図３から明らかなように、Ｃ4Ｆ8Ｏガスを
用いるエッチング工程によって通常のエッチング工程に
比べて同等またはそれ以上のエッチング速度及び選択比
を示す。また、Ｃ4Ｆ8Ｏガスの流れ量に応じてエッチン
グ速度が変わるので、Ｃ4Ｆ8Ｏガスの流れ量を制御する
に伴いシリコン酸化物またはシリコン窒化物に対するエ
ッチング速度及び選択比を調節できることが分かる。
用いるエッチング工程によって通常のエッチング工程に
比べて同等またはそれ以上のエッチング速度及び選択比
を示す。また、Ｃ4Ｆ8Ｏガスの流れ量に応じてエッチン
グ速度が変わるので、Ｃ4Ｆ8Ｏガスの流れ量を制御する
に伴いシリコン酸化物またはシリコン窒化物に対するエ
ッチング速度及び選択比を調節できることが分かる。
【００２７】図４を参照すれば、図３で説明したよう
に、チャンバの圧力を約２５ｍＴｏｒｒに保ち、Ｃ4Ｆ8
Ｏガスを約１５ｓｃｃｍで供給してドライエッチングを
行い、印加するソースパワーを変えてエッチング速度の
変化を測定した。このとき、ソースパワーを変えるほか
は、図３と同一にした。すなわち、１４００Ｗのバイア
スパワーを印加し、かつ、希釈ガスとしてのＡｒを４５
０ｓｃｃｍで供給した。
に、チャンバの圧力を約２５ｍＴｏｒｒに保ち、Ｃ4Ｆ8
Ｏガスを約１５ｓｃｃｍで供給してドライエッチングを
行い、印加するソースパワーを変えてエッチング速度の
変化を測定した。このとき、ソースパワーを変えるほか
は、図３と同一にした。すなわち、１４００Ｗのバイア
スパワーを印加し、かつ、希釈ガスとしてのＡｒを４５
０ｓｃｃｍで供給した。
【００２８】図４に示したように、プラズマを発生する
ために印加されるソースパワー、すなわち、前記エッチ
ング装備でマイクロ波パワーの変化によって、膜質別に
エッチング速度の変化が発生した。通常のエッチング工
程の場合と同様に、ソースパワーを増やすに従いシリコ
ン酸化膜のエッチング速度が増大することが分かる。し
かし、通常のＣ4Ｆ8ガスを用いるエッチング方法に比べ
て、低いソースパワー領域でのエッチング速度の低下が
相対的に小さいことが分かる。このことは、低いソース
パワー領域でもＣ4Ｆ8ガスのプラズマへの解離が容易に
発生できて、ソースパワーが減少してもエッチング液の
供給が急激に減少しないことを意味する。
ために印加されるソースパワー、すなわち、前記エッチ
ング装備でマイクロ波パワーの変化によって、膜質別に
エッチング速度の変化が発生した。通常のエッチング工
程の場合と同様に、ソースパワーを増やすに従いシリコ
ン酸化膜のエッチング速度が増大することが分かる。し
かし、通常のＣ4Ｆ8ガスを用いるエッチング方法に比べ
て、低いソースパワー領域でのエッチング速度の低下が
相対的に小さいことが分かる。このことは、低いソース
パワー領域でもＣ4Ｆ8ガスのプラズマへの解離が容易に
発生できて、ソースパワーが減少してもエッチング液の
供給が急激に減少しないことを意味する。
【００２９】その一方、このような結果のために提示さ
れた前記エッチング条件は単なる本発明の実施形態とし
て提示されたものであって、本発明を限定するために提
示されたものと解釈されてはならない。
れた前記エッチング条件は単なる本発明の実施形態とし
て提示されたものであって、本発明を限定するために提
示されたものと解釈されてはならない。
【００３０】図５及び図６は、本発明の実施形態による
絶縁膜エッチング方法を適用してコンタクトホールを形
成した結果を概略的に示すものである。
絶縁膜エッチング方法を適用してコンタクトホールを形
成した結果を概略的に示すものである。
【００３１】図５は、本発明の実施形態によるＣ4Ｆ8Ｏ
ガスをＡｒガスで希釈した混合ガスを用い、１５０ｎｍ
級の微細コンタクトホールをエッチングした結果を示
す。このとき、Ｃ4Ｆ8Ｏガスは約１５ｓｃｃｍの流れ量
で供給し、４５０ｓｃｃｍの流れ量でＡｒガスを供給し
て希釈した。エッチング装備としては、図３及び図４で
説明したように、住友社のＳＷＰエッチング装備を使用
した。
ガスをＡｒガスで希釈した混合ガスを用い、１５０ｎｍ
級の微細コンタクトホールをエッチングした結果を示
す。このとき、Ｃ4Ｆ8Ｏガスは約１５ｓｃｃｍの流れ量
で供給し、４５０ｓｃｃｍの流れ量でＡｒガスを供給し
て希釈した。エッチング装備としては、図３及び図４で
説明したように、住友社のＳＷＰエッチング装備を使用
した。
【００３２】図５に示したように、本発明の実施形態に
よるドライエッチング方法を微細コンタクトホールを形
成するのに適用するとき、高いフォトレジスト選択比を
示すことが分かる。また、コンタクトホールが良好な垂
直プロファイルを示すことが分かる。したがって、図５
に示された結果より、既存のＣ4Ｆ8／Ｏ2／Ａｒの混合
ガスを用いるエッチング結果に比べ、本発明の実施形態
によるＣ4Ｆ8Ｏガスを用いるエッチング方法が同等また
はそれ以上の工程能力を得ることができることが分か
る。
よるドライエッチング方法を微細コンタクトホールを形
成するのに適用するとき、高いフォトレジスト選択比を
示すことが分かる。また、コンタクトホールが良好な垂
直プロファイルを示すことが分かる。したがって、図５
に示された結果より、既存のＣ4Ｆ8／Ｏ2／Ａｒの混合
ガスを用いるエッチング結果に比べ、本発明の実施形態
によるＣ4Ｆ8Ｏガスを用いるエッチング方法が同等また
はそれ以上の工程能力を得ることができることが分か
る。
【００３３】図６は、本発明の実施例によるＣ4Ｆ8Ｏガ
スをＡｒガスで希釈した混合ガスを使って約７のアスペ
クト比をもつコンタクトホールをエッチングした結果を
示す。このとき、コンタクトホールは３００ｎｍの上側
臨界線幅をもち、約２μｍの深さで形成される。
スをＡｒガスで希釈した混合ガスを使って約７のアスペ
クト比をもつコンタクトホールをエッチングした結果を
示す。このとき、コンタクトホールは３００ｎｍの上側
臨界線幅をもち、約２μｍの深さで形成される。
【００３４】図６に示されたように、本発明の実施形態
によるＣ4Ｆ8ガスを用いるエッチング方法は、反り(ｂ
ｏｗｉｎｇ)などのプロファイル不良が抑制されて良好
な垂直プロファイルをもつコンタクトホールを形成でき
る。また、フォトレジスト選択比の観点から、ファセッ
ト部を基準とするとき、約３.３の良好なフォトレジス
ト選択比が得られることが分かる。この結果より、本発
明の実施形態によるＣ4Ｆ8Ｏガスを用いるドライエッチ
ング方法が、コンタクトホールを形成するとき、既存の
工程に比べて同等またはそれ以上の工程能力が得られる
ことが分かる。このことは、下記表１の内容によってよ
り具体的に裏付けられる。
によるＣ4Ｆ8ガスを用いるエッチング方法は、反り(ｂ
ｏｗｉｎｇ)などのプロファイル不良が抑制されて良好
な垂直プロファイルをもつコンタクトホールを形成でき
る。また、フォトレジスト選択比の観点から、ファセッ
ト部を基準とするとき、約３.３の良好なフォトレジス
ト選択比が得られることが分かる。この結果より、本発
明の実施形態によるＣ4Ｆ8Ｏガスを用いるドライエッチ
ング方法が、コンタクトホールを形成するとき、既存の
工程に比べて同等またはそれ以上の工程能力が得られる
ことが分かる。このことは、下記表１の内容によってよ
り具体的に裏付けられる。
【００３５】
【表１】
【００３６】前記表１の結果は、既存のエッチング反応
ガスとして代表的に用いられるＣ4Ｆ8／Ｏ2／ＣＯの混
合ガスと、本発明の実施形態によるＣ4Ｆ8Ｏ／Ａｒの混
合ガスを用いたドライエッチング方法によりコンタクト
ホールを形成する場合から得た。
ガスとして代表的に用いられるＣ4Ｆ8／Ｏ2／ＣＯの混
合ガスと、本発明の実施形態によるＣ4Ｆ8Ｏ／Ａｒの混
合ガスを用いたドライエッチング方法によりコンタクト
ホールを形成する場合から得た。
【００３７】前者の場合、Ｃ4Ｆ8ガスは約１０ｓｃｃｍ
の流れ量で制御され、Ｏ2ガスは約５ｓｃｃｍの流れ量
で供給され、ＣＯは約３０ｓｃｃｍの流れ量で供給さ
れ、そしてＡｒは約４００ｓｃｃｍの流れ量で供給され
る条件下で前記した結果を得た。使用されたエッチング
装備は住友社のＳＷＰエッチング装備であり、このと
き、チャンバ圧力は２０ｍＴｏｒｒに保たれ、１６００
Ｗのソースパワー及び１４００Ｗのバイアスパワーが印
加された。
の流れ量で制御され、Ｏ2ガスは約５ｓｃｃｍの流れ量
で供給され、ＣＯは約３０ｓｃｃｍの流れ量で供給さ
れ、そしてＡｒは約４００ｓｃｃｍの流れ量で供給され
る条件下で前記した結果を得た。使用されたエッチング
装備は住友社のＳＷＰエッチング装備であり、このと
き、チャンバ圧力は２０ｍＴｏｒｒに保たれ、１６００
Ｗのソースパワー及び１４００Ｗのバイアスパワーが印
加された。
【００３８】後者の場合、Ｃ4Ｆ8Ｏガスは約１５ｓｃｃ
ｍで供給され、Ａｒは４５ｓｃｃｍで供給された。ま
た、１６００Ｗのソースパワー、１４００Ｗのバイアス
パワー及び２４ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力条件が適用さ
れた。前記表１において、フォトレジストの選択比はフ
ァセット部を基準として測定された。
ｍで供給され、Ａｒは４５ｓｃｃｍで供給された。ま
た、１６００Ｗのソースパワー、１４００Ｗのバイアス
パワー及び２４ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力条件が適用さ
れた。前記表１において、フォトレジストの選択比はフ
ァセット部を基準として測定された。
【００３９】前記表１から明らかなように、本発明の実
施形態によるＣ4Ｆ8Ｏガスを用いるドライエッチング方
法は、既存の代表的なドライエッチング工程であるＣ4
Ｆ8ガスを用いる工程に比べて同等またはそれ以上の工
程能力を示している。
施形態によるＣ4Ｆ8Ｏガスを用いるドライエッチング方
法は、既存の代表的なドライエッチング工程であるＣ4
Ｆ8ガスを用いる工程に比べて同等またはそれ以上の工
程能力を示している。
【００４０】前述したように、本発明の実施形態をＣ4
Ｆ8Ｏガスを用いるドライエッチング方法を例に取って
説明したが、前述したように、Ｃ4Ｆ8Ｏガスと同等な基
本構造をＣ4Ｈ1Ｆ7ＯガスまたはＣ4Ｈ2Ｆ6Ｏガスなどの
ようにxが１〜４の整数であるＣ4ＨxＦ8-xＯガスをＣ4
Ｆ8Ｏガスに代えて使用できる。
Ｆ8Ｏガスを用いるドライエッチング方法を例に取って
説明したが、前述したように、Ｃ4Ｆ8Ｏガスと同等な基
本構造をＣ4Ｈ1Ｆ7ＯガスまたはＣ4Ｈ2Ｆ6Ｏガスなどの
ようにxが１〜４の整数であるＣ4ＨxＦ8-xＯガスをＣ4
Ｆ8Ｏガスに代えて使用できる。
【００４１】Ｃ4ＨxＦ8-xＯガスは、図２のＣ4Ｆ8Ｏガ
ス構造で単にフッ素が水素に置換された形をもつので、
基本的に前記したようなＣ4Ｆ8Ｏガスを用いる効果を得
ることができる。このことは、主に、Ｃ4ＨxＦ8-xＯガ
スの場合にもＣ4Ｆ8Ｏガスと同様にＣ−Ｏ−Ｃの結合が
存在するので、既存のＣ4Ｆ8ガスに比べて高い解離度を
もつことに起因する。そして、前記Ｃ4ＨxＦ8-xＯガス
は独立的にＣ4Ｆ8Ｏガスに代えて使用できるが、前記Ｃ
4Ｆ8Ｏガスに添加されて使用できる。
ス構造で単にフッ素が水素に置換された形をもつので、
基本的に前記したようなＣ4Ｆ8Ｏガスを用いる効果を得
ることができる。このことは、主に、Ｃ4ＨxＦ8-xＯガ
スの場合にもＣ4Ｆ8Ｏガスと同様にＣ−Ｏ−Ｃの結合が
存在するので、既存のＣ4Ｆ8ガスに比べて高い解離度を
もつことに起因する。そして、前記Ｃ4ＨxＦ8-xＯガス
は独立的にＣ4Ｆ8Ｏガスに代えて使用できるが、前記Ｃ
4Ｆ8Ｏガスに添加されて使用できる。
【００４２】一方、このようなＣ4ＨxＦ8-xＯガスまた
はＣ4Ｆ8Ｏガスはそれ自体に酸素を含有しているので、
別途の酸素ガスを必要としない。これに対し、既存のＣ
4Ｆ8ガスはシリコン酸化膜エッチング工程でエッチング
停止の防止やプロファイル制御のために酸素ガスまたは
ＣＯなどの酸素含有ガスを別途に供給することが必要で
ある。したがって、前述したように、Ｃ4ＨxＦ8-xＯガ
スまたはＣ4Ｆ8Ｏガスを用いるとき、追加の酸素ガスを
供給しなくても良いので、工程の制御などが簡便になる
という利点がある。これにより、使用するエッチング装
備の構造が単純になる。
はＣ4Ｆ8Ｏガスはそれ自体に酸素を含有しているので、
別途の酸素ガスを必要としない。これに対し、既存のＣ
4Ｆ8ガスはシリコン酸化膜エッチング工程でエッチング
停止の防止やプロファイル制御のために酸素ガスまたは
ＣＯなどの酸素含有ガスを別途に供給することが必要で
ある。したがって、前述したように、Ｃ4ＨxＦ8-xＯガ
スまたはＣ4Ｆ8Ｏガスを用いるとき、追加の酸素ガスを
供給しなくても良いので、工程の制御などが簡便になる
という利点がある。これにより、使用するエッチング装
備の構造が単純になる。
【００４３】また、既存のドライエッチング方法のよう
に、酸素ガスを別途に供給するとき、供給される酸素ガ
スの流量変化によって工程特性が変わることがある。こ
の理由から、工程の安定性が問題として提起できる。し
かし、本発明では酸素ガスを別途に供給することを回避
でき、全体工程の制御が簡単になるので、工程の安定性
を向上でき、かつ工程の再現性をより高く確保できる。
加えて、Ｃ4Ｆ8Ｏガスなどは、解離度が相対的に高いの
で、ＧＷＰが相対的に低く、ＰＦＣの放出を緩和できる
という効果がある。
に、酸素ガスを別途に供給するとき、供給される酸素ガ
スの流量変化によって工程特性が変わることがある。こ
の理由から、工程の安定性が問題として提起できる。し
かし、本発明では酸素ガスを別途に供給することを回避
でき、全体工程の制御が簡単になるので、工程の安定性
を向上でき、かつ工程の再現性をより高く確保できる。
加えて、Ｃ4Ｆ8Ｏガスなどは、解離度が相対的に高いの
で、ＧＷＰが相対的に低く、ＰＦＣの放出を緩和できる
という効果がある。
【００４４】Ｃ4Ｆ8ＯまたはＣ4ＨxＦ8-xＯガスなど
は、前述したように、別途の酸素供給を必要としない
が、工程の必要によって追加の酸素ガスまたは酸素含有
ガスを供給できる。このとき、酸素ガス、一酸化炭素ガ
スまたは二酸化炭素ガスなどは約５％〜６０％の割合で
前記したＣ4Ｆ8Ｏガスなどに混合して使用できる。
は、前述したように、別途の酸素供給を必要としない
が、工程の必要によって追加の酸素ガスまたは酸素含有
ガスを供給できる。このとき、酸素ガス、一酸化炭素ガ
スまたは二酸化炭素ガスなどは約５％〜６０％の割合で
前記したＣ4Ｆ8Ｏガスなどに混合して使用できる。
【００４５】そして、前記Ｃ4Ｆ8Ｏガスを用いるとき、
工程の必要によって別途のフルオロカーボン系ガスまた
はハイドロフルオロカーボン系ガスをさらに添加でき
る。たとえば、ｘが１ないし６であり、ｙが２ないし１
２であるＣxＦy系ガスをさらに添加できる。または、ｘ
が１ないし６であり、ｙが１ないし４であり、ｚが２な
いし１０であるＣxＨyＦz系ガスをさらに添加できる。
工程の必要によって別途のフルオロカーボン系ガスまた
はハイドロフルオロカーボン系ガスをさらに添加でき
る。たとえば、ｘが１ないし６であり、ｙが２ないし１
２であるＣxＦy系ガスをさらに添加できる。または、ｘ
が１ないし６であり、ｙが１ないし４であり、ｚが２な
いし１０であるＣxＨyＦz系ガスをさらに添加できる。
【００４６】前記したＣ4Ｆ8Ｏガスを用いるとき、前記
したように希釈ガスとしてＡｒを使用できる。また、Ａ
ｒと同等な不活性ガス、たとえば、Ｈｅ、ＫｒまたはＸ
ｅなどを希釈ガスとして使用できる。
したように希釈ガスとしてＡｒを使用できる。また、Ａ
ｒと同等な不活性ガス、たとえば、Ｈｅ、ＫｒまたはＸ
ｅなどを希釈ガスとして使用できる。
【００４７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、反
りなどのプロファイル不良が抑制されて良好な垂直プロ
ファイルをもつコンタクトホールが形成できる。
りなどのプロファイル不良が抑制されて良好な垂直プロ
ファイルをもつコンタクトホールが形成できる。
【００４８】以上本発明を具体的な実施形態を通じて詳
細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、本発明の技術的な思想内であれば、当分野における
通常の知識を有した者にとってその変形や改良が可能で
ある。
細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、本発明の技術的な思想内であれば、当分野における
通常の知識を有した者にとってその変形や改良が可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による半導体装置の絶縁膜を
エッチングする方法を説明するために示す概略断面図で
ある。
エッチングする方法を説明するために示す概略断面図で
ある。
【図２】図１の半導体装置の絶縁膜をエッチングする方
法に用いられるＣ4Ｆ8Ｏガスの基本構造を概略的に示す
模式図である。
法に用いられるＣ4Ｆ8Ｏガスの基本構造を概略的に示す
模式図である。
【図３】本発明の実施形態によるＣ4Ｆ8Ｏガスを用いる
エッチング方法によって測定されたエッチング速度をＣ
4Ｆ8Ｏガスの供給量に従って示すグラフである。
エッチング方法によって測定されたエッチング速度をＣ
4Ｆ8Ｏガスの供給量に従って示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態によるＣ4Ｆ8Ｏガスを用いる
エッチング方法によって測定されたエッチング速度を印
加したソースパワーに応じて概略的に示すグラフであ
る。
エッチング方法によって測定されたエッチング速度を印
加したソースパワーに応じて概略的に示すグラフであ
る。
【図５】本発明の実施形態による絶縁膜エッチング方法
を適用してコンタクトホールを形成した結果を概略的に
示す電子走査顕微鏡の写真を示す図である。
を適用してコンタクトホールを形成した結果を概略的に
示す電子走査顕微鏡の写真を示す図である。
【図６】本発明の実施形態による絶縁膜エッチング方法
を適用してコンタクトホールを形成した結果を概略的に
示す電子走査顕微鏡の写真を示す図である。
を適用してコンタクトホールを形成した結果を概略的に
示す電子走査顕微鏡の写真を示す図である。
Claims (15)
- 【請求項１】 半導体基板上に絶縁膜を形成する段階
と、 Ｃ4ＨxＦ8-xＯガス(ここで、前記ｘは０〜４の整数であ
る)を含む反応ガスを用い、前記絶縁膜をドライエッチ
ングする段階とを含むことを特徴とする半導体装置の絶
縁膜エッチング方法。 - 【請求項２】 前記Ｃ4ＨxＦ8-xＯガスは、 前記ｘが０であるＣ4Ｆ8Ｏガスであることを特徴とする
請求項１に記載の半導体装置の絶縁膜エッチング方法。 - 【請求項３】 前記反応ガスは、 前記Ｃ4Ｆ8Ｏガスと、Ｃ4ＨxＦ8-xＯガス(ここで、前記
ｘは１〜４の整数である)との混合ガスを含むことを特
徴とする請求項２に記載の半導体装置の絶縁膜エッチン
グ方法。 - 【請求項４】 前記反応ガスは、 酸素ガスまたは酸素含有ガスをさらに含むことを特徴と
する請求項１に記載の半導体装置の絶縁膜エッチング方
法。 - 【請求項５】 前記酸素含有ガスは、 一酸化炭素ガスまたは二酸化炭素ガスであることを特徴
とする請求項４に記載の半導体装置の絶縁膜エッチング
方法。 - 【請求項６】 前記反応ガスは、 ＣxＦyガス(ここで、前記ｘは１〜６の整数であり、前
記ｙは２〜１２の整数である)、またはＣxＨyＦzガス
(ここで、前記ｘは１〜６の整数であり、前記ｙは１〜
４の整数であり、前記ｚは２〜１０の整数である)をさ
らに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置
の絶縁膜エッチング方法。 - 【請求項７】 前記反応ガスは、 希釈用としてＡｒ、Ｈｅ、Ｋｒ及びＸｅよりなる一群か
ら選ばれたいずれか一種の不活性ガスをさらに含むこと
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置の絶縁膜エッ
チング方法。 - 【請求項８】 前記絶縁膜は、 シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴
とする請求項１に記載の半導体装置の絶縁膜エッチング
方法。 - 【請求項９】 半導体基板上に絶縁膜を形成する段階
と、 Ｃ4Ｆ8Ｏガスを含む反応ガスを用い、前記絶縁膜をエッ
チングする段階とを含むことを特徴とする半導体装置の
絶縁膜エッチング方法。 - 【請求項１０】 前記反応ガスは、 Ｃ4ＨxＦ8-xＯガス(ここで、前記ｘは１〜４の整数であ
る)をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の半
導体装置の絶縁膜エッチング方法。 - 【請求項１１】 前記反応ガスは、 酸素ガスまたは酸素含有ガスをさらに含むことを特徴と
する請求項９に記載の半導体装置の絶縁膜エッチング方
法。 - 【請求項１２】 前記酸素含有ガスは、 一酸化炭素ガスまたは二酸化炭素ガスであることを特徴
とする請求項１１に記載の半導体装置の絶縁膜エッチン
グ方法。 - 【請求項１３】 前記反応ガスは、 ＣxＦyガス(ここで、前記ｘは１〜６の整数であり、前
記ｙは２〜１２の整数である)、またはＣxＨyＦzガス
(ここで、前記ｘは１〜６の整数であり、前記ｙは１〜
４の整数であり、前記ｚは２〜１０の整数である)をさ
らに含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置
の絶縁膜エッチング方法。 - 【請求項１４】 前記反応ガスは、 希釈用としてＡｒ、Ｈｅ、Ｋｒ及びＸｅよりなる一群か
ら選ばれたいずれか一種のガスをさらに含むことを特徴
とする請求項９に記載の半導体装置の絶縁膜エッチング
方法。 - 【請求項１５】 前記絶縁膜は、 シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴
とする請求項９に記載の半導体装置の絶縁膜エッチング
方法。
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