JP2003017475A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JP2003017475A JP2003017475A JP2001364621A JP2001364621A JP2003017475A JP 2003017475 A JP2003017475 A JP 2003017475A JP 2001364621 A JP2001364621 A JP 2001364621A JP 2001364621 A JP2001364621 A JP 2001364621A JP 2003017475 A JP2003017475 A JP 2003017475A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来に較べてタングステンとシリコンとの選
択比を向上させることができ、良質な半導体装置を安定
して製造することのできるドライエッチング方法を提供
する。 【解決手段】 シリコン基板１０１の上には、ゲート酸
化膜１０２、ポリシリコン層１０３、バリアメタル層１
０４、タングステン層１０５、マスク層１０６が下側か
らこの順で形成されており、エッチングガスとして、Ｎ
2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3のガスを使用し、プラズマエッチング
により、タングステン層１０５及びバリアメタル層１０
４をエッチングする。そして、ポリシリコン層１０３が
完全に露出した状態となった時点でエッチング工程を終
了する。
択比を向上させることができ、良質な半導体装置を安定
して製造することのできるドライエッチング方法を提供
する。 【解決手段】 シリコン基板１０１の上には、ゲート酸
化膜１０２、ポリシリコン層１０３、バリアメタル層１
０４、タングステン層１０５、マスク層１０６が下側か
らこの順で形成されており、エッチングガスとして、Ｎ
2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3のガスを使用し、プラズマエッチング
により、タングステン層１０５及びバリアメタル層１０
４をエッチングする。そして、ポリシリコン層１０３が
完全に露出した状態となった時点でエッチング工程を終
了する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
におけるドライエッチング方法に係り、特に、ポリシリ
コン層の上に形成されたバリアメタル層及びタングステ
ン層又はタングステン層を、マスク層を介してエッチン
グするドライエッチング方法に関する。
におけるドライエッチング方法に係り、特に、ポリシリ
コン層の上に形成されたバリアメタル層及びタングステ
ン層又はタングステン層を、マスク層を介してエッチン
グするドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、例えば、半導体装置におけるＭＯ
Ｓトランジスタのゲート電極では、ポリシリコン層（多
結晶シリコン）の上にタングステン等の金属層を積層さ
せた構造のものが多く使用されている。
Ｓトランジスタのゲート電極では、ポリシリコン層（多
結晶シリコン）の上にタングステン等の金属層を積層さ
せた構造のものが多く使用されている。
【０００３】かかる構造のゲート電極等を製造する場
合、図５（ａ）に示すように、シリコン基板２０１上
に、ゲート酸化膜（ＳｉＯ2 ）２０２、ポリシリコン層
２０３、窒化タングステン等からなるバリアメタル層２
０４、タングステン層２０５をこの順で順次形成し、タ
ングステン層２０５の上に、シリコン窒化膜等からなる
パターニングされたマスク層２０６を形成する。なお、
各層の膜厚は、例えば、ゲート酸化膜２０２が３．５〜
６．５ｎｍ、ポリシリコン層２０３が８０ｎｍ、バリア
メタル層２０４が４ｎｍ、タングステン層２０５が３５
ｎｍ、マスク層２０６が１５０ｎｍ程度とされる。
合、図５（ａ）に示すように、シリコン基板２０１上
に、ゲート酸化膜（ＳｉＯ2 ）２０２、ポリシリコン層
２０３、窒化タングステン等からなるバリアメタル層２
０４、タングステン層２０５をこの順で順次形成し、タ
ングステン層２０５の上に、シリコン窒化膜等からなる
パターニングされたマスク層２０６を形成する。なお、
各層の膜厚は、例えば、ゲート酸化膜２０２が３．５〜
６．５ｎｍ、ポリシリコン層２０３が８０ｎｍ、バリア
メタル層２０４が４ｎｍ、タングステン層２０５が３５
ｎｍ、マスク層２０６が１５０ｎｍ程度とされる。
【０００４】そして、このマスク層２０６を介して、エ
ッチングを行うことにより、まず、図５（ｂ）に示すよ
うに、タングステン層２０５とバリアメタル層２０４と
をパターニングするが、かかるエッチング工程では、従
来、例えば、Ｃｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 （流量例えば、２０
／２０／２０ｓｃｃｍ）等からなるエッチングガスを使
用したプラズマエッチングが一般的に用いられている。
なお、かかるエッチング工程では、マスク層２０６もあ
る程度エッチングされ、その厚さが減少する。以上のよ
うなタングステン層２０５及びバリアメタル層２０４の
エッチングの後、ポリシリコン層２０３のエッチングが
行われ、ポリシリコン層２０３のパターニングが行われ
て、所定パターンの電極構造が得られる。
ッチングを行うことにより、まず、図５（ｂ）に示すよ
うに、タングステン層２０５とバリアメタル層２０４と
をパターニングするが、かかるエッチング工程では、従
来、例えば、Ｃｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 （流量例えば、２０
／２０／２０ｓｃｃｍ）等からなるエッチングガスを使
用したプラズマエッチングが一般的に用いられている。
なお、かかるエッチング工程では、マスク層２０６もあ
る程度エッチングされ、その厚さが減少する。以上のよ
うなタングステン層２０５及びバリアメタル層２０４の
エッチングの後、ポリシリコン層２０３のエッチングが
行われ、ポリシリコン層２０３のパターニングが行われ
て、所定パターンの電極構造が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、従来
では、例えば、Ｃｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 （流量２０／２０
／２０ｓｃｃｍ）からなるエッチングガスを使用した１
ステップのプラズマエッチング等により、タングステン
層及びバリアメタル層のエッチングが行われている。
では、例えば、Ｃｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 （流量２０／２０
／２０ｓｃｃｍ）からなるエッチングガスを使用した１
ステップのプラズマエッチング等により、タングステン
層及びバリアメタル層のエッチングが行われている。
【０００６】しかしながら、かかる従来の方法では、タ
ングステンと、ポリシリコンとの選択比（タングステン
のエッチングレート／ポリシリコンのエッチングレー
ト）が、略１程度であり、かかる選択比を高めることが
できないという問題がある。
ングステンと、ポリシリコンとの選択比（タングステン
のエッチングレート／ポリシリコンのエッチングレー
ト）が、略１程度であり、かかる選択比を高めることが
できないという問題がある。
【０００７】このため、タングステン層及びバリアメタ
ル層を完全に除去するために、下地層であるポリシリコ
ン層が露出し始めた後もある程度の時間エッチングを続
行すると、図５（ｂ）に示すように、ポリシリコン層２
０３の表面もエッチングされてしまい、同図に示す膜厚
Ｔの分だけ、ポリシリコン層２０３の膜厚が減少してし
まうという問題が生じる。
ル層を完全に除去するために、下地層であるポリシリコ
ン層が露出し始めた後もある程度の時間エッチングを続
行すると、図５（ｂ）に示すように、ポリシリコン層２
０３の表面もエッチングされてしまい、同図に示す膜厚
Ｔの分だけ、ポリシリコン層２０３の膜厚が減少してし
まうという問題が生じる。
【０００８】上記の問題は、特に、形成されるパターン
の形状が、隣接するパターン同士が近接して密に配置さ
れた部分と、隣接するパターン同士が離間して疎に配置
された部分を有する場合に大きな問題となる。
の形状が、隣接するパターン同士が近接して密に配置さ
れた部分と、隣接するパターン同士が離間して疎に配置
された部分を有する場合に大きな問題となる。
【０００９】すなわち、パターンが、密に配置された
（パターン開孔径：パターン開孔間距離＝１：０．８〜
１：１）部分と、疎に配置された（パターン開孔径：パ
ターン開孔間距離＝１：１０〜１：１００００）部分と
によって、タングステンのエッチングレートに相違が生
じるため、結果として、下地のポリシリコン層が露出す
るタイミングにずれが生じ、ポリシリコン層が早く露出
した部分では、ポリシリコン層のエッチング量が多くな
り、その膜厚の減少量が増大してしまうからである。
（パターン開孔径：パターン開孔間距離＝１：０．８〜
１：１）部分と、疎に配置された（パターン開孔径：パ
ターン開孔間距離＝１：１０〜１：１００００）部分と
によって、タングステンのエッチングレートに相違が生
じるため、結果として、下地のポリシリコン層が露出す
るタイミングにずれが生じ、ポリシリコン層が早く露出
した部分では、ポリシリコン層のエッチング量が多くな
り、その膜厚の減少量が増大してしまうからである。
【００１０】例えば、かかるポリシリコン層のエッチン
グ量を測定する実験を行ったところ、最もエッチングレ
ートの低いウエハの中央部のパターンが密に配置された
部分で完全にポリシリコン層が露出するまでエッチング
を行うと、最もエッチングレートが高いウエハの周縁部
のパターンが疎に配置された部分では、ポリシリコン層
が３６．７ｎｍエッチングされてしまうという実験結果
が得られた。
グ量を測定する実験を行ったところ、最もエッチングレ
ートの低いウエハの中央部のパターンが密に配置された
部分で完全にポリシリコン層が露出するまでエッチング
を行うと、最もエッチングレートが高いウエハの周縁部
のパターンが疎に配置された部分では、ポリシリコン層
が３６．７ｎｍエッチングされてしまうという実験結果
が得られた。
【００１１】そして、上記のようにポリシリコン層がエ
ッチングされてしまうと、次の工程であるポリシリコン
層のエッチング工程において、ポリシリコン層の膜厚が
薄い部分では、早く下層のゲート酸化膜が露出し、この
ゲート酸化膜がダメージを受けるため、ゲート酸化膜が
ブレイクする等の現象が生じ、歩留まりの低下や品質の
低下を招くという問題があった。
ッチングされてしまうと、次の工程であるポリシリコン
層のエッチング工程において、ポリシリコン層の膜厚が
薄い部分では、早く下層のゲート酸化膜が露出し、この
ゲート酸化膜がダメージを受けるため、ゲート酸化膜が
ブレイクする等の現象が生じ、歩留まりの低下や品質の
低下を招くという問題があった。
【００１２】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、従来に較べてタングステンとシリコンと
の選択比を向上させることができ、良質な半導体装置を
安定して製造することのできるドライエッチング方法を
提供しようとするものである。
されたもので、従来に較べてタングステンとシリコンと
の選択比を向上させることができ、良質な半導体装置を
安定して製造することのできるドライエッチング方法を
提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ポリ
シリコン層の上に形成されたバリアメタル層及びタング
ステン層を、マスク層を介してエッチングし、当該バリ
アメタル層及びタングステン層を所定のパターンにパタ
ーニングするドライエッチング方法であって、Ｎ2 ガス
とＯ2 ガスとＮＦ3 ガスとを含むエッチングガスを用い
たプラズマエッチングによって、前記バリアメタル層及
びタングステン層をエッチングすることを特徴とする。
シリコン層の上に形成されたバリアメタル層及びタング
ステン層を、マスク層を介してエッチングし、当該バリ
アメタル層及びタングステン層を所定のパターンにパタ
ーニングするドライエッチング方法であって、Ｎ2 ガス
とＯ2 ガスとＮＦ3 ガスとを含むエッチングガスを用い
たプラズマエッチングによって、前記バリアメタル層及
びタングステン層をエッチングすることを特徴とする。
【００１４】請求項２の発明は、請求項１記載のドライ
エッチング方法において、前記プラズマエッチングが、
平行平板型のプラズマエッチング装置によって行われる
ことを特徴とする。
エッチング方法において、前記プラズマエッチングが、
平行平板型のプラズマエッチング装置によって行われる
ことを特徴とする。
【００１５】請求項３の発明は、請求項１又は２項記載
のドライエッチング方法において、前記所定のパターン
は、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部
分と、隣接するパターン同士が離間して疎に配置された
部分を有することを特徴とする。
のドライエッチング方法において、前記所定のパターン
は、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部
分と、隣接するパターン同士が離間して疎に配置された
部分を有することを特徴とする。
【００１６】請求項４の発明は、ポリシリコン層の上に
形成されたバリアメタル層及びタングステン層を、マス
ク層を介してエッチングし、当該バリアメタル層及びタ
ングステン層を所定のパターンにパターニングするドラ
イエッチング方法であって、Ｃｌ2 ガスとＯ2 ガスとＮ
Ｆ3 ガスとを含む第１のエッチングガスを用いたプラズ
マエッチングを行う第１の工程と、
形成されたバリアメタル層及びタングステン層を、マス
ク層を介してエッチングし、当該バリアメタル層及びタ
ングステン層を所定のパターンにパターニングするドラ
イエッチング方法であって、Ｃｌ2 ガスとＯ2 ガスとＮ
Ｆ3 ガスとを含む第１のエッチングガスを用いたプラズ
マエッチングを行う第１の工程と、
【００１７】前記第１の工程の後、前記第１のエッチン
グガスよりＣｌ2 ガスの量を減少させた、若しくは、Ｃ
ｌ2 ガスを除いた第２のエッチングガスを用いたプラズ
マエッチングを行う第２の工程とを具備したことを特徴
とする。
グガスよりＣｌ2 ガスの量を減少させた、若しくは、Ｃ
ｌ2 ガスを除いた第２のエッチングガスを用いたプラズ
マエッチングを行う第２の工程とを具備したことを特徴
とする。
【００１８】請求項５の発明は、請求項４記載のドライ
エッチング方法において、前記第１の工程と、前記第２
の工程とを、プラズマ中の所定の波長の光を検出してエ
ッチングの終点を検出する終点検出の結果に基づいて切
り替えることを特徴とする。請求項６の発明は、請求項
５記載のドライエッチング方法において、前記所定の波
長が、５７８ｎｍ若しくは５４２ｎｍであることを特徴
とする。
エッチング方法において、前記第１の工程と、前記第２
の工程とを、プラズマ中の所定の波長の光を検出してエ
ッチングの終点を検出する終点検出の結果に基づいて切
り替えることを特徴とする。請求項６の発明は、請求項
５記載のドライエッチング方法において、前記所定の波
長が、５７８ｎｍ若しくは５４２ｎｍであることを特徴
とする。
【００１９】請求項７の発明は、請求項４〜６いずれか
１項記載のドライエッチング方法において、前記第１及
び第２の工程が、平行平板型のプラズマエッチング装置
によって行われることを特徴とする。
１項記載のドライエッチング方法において、前記第１及
び第２の工程が、平行平板型のプラズマエッチング装置
によって行われることを特徴とする。
【００２０】請求項８の発明は、請求項７項記載のドラ
イエッチング方法において、前記平行平板型のプラズマ
エッチング装置は被処理基板が載置される下部電極に高
周波電力を供給可能に構成され、前記第２の工程におい
て前記下部電極に供給される高周波電力は、前記第１の
工程において前記下部電極に供給される高周波電力より
も増加されることを特徴とする。
イエッチング方法において、前記平行平板型のプラズマ
エッチング装置は被処理基板が載置される下部電極に高
周波電力を供給可能に構成され、前記第２の工程におい
て前記下部電極に供給される高周波電力は、前記第１の
工程において前記下部電極に供給される高周波電力より
も増加されることを特徴とする。
【００２１】請求項９の発明は、請求項４〜８いずれか
１項記載のドライエッチング方法において、前記所定の
パターンは、隣接するパターン同士が近接して密に配置
された部分と、隣接するパターン同士が離間して疎に配
置された部分を有することを特徴とする。
１項記載のドライエッチング方法において、前記所定の
パターンは、隣接するパターン同士が近接して密に配置
された部分と、隣接するパターン同士が離間して疎に配
置された部分を有することを特徴とする。
【００２２】請求項１０の発明は、シリコン層の上に形
成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチン
グし、当該タングステン層を所定のパターンにパターニ
ングするドライエッチング方法であって、Ｎ2 ガスとＮ
Ｆ3 ガスとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッ
チングによって、前記タングステン層をエッチングする
ことを特徴とする。
成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチン
グし、当該タングステン層を所定のパターンにパターニ
ングするドライエッチング方法であって、Ｎ2 ガスとＮ
Ｆ3 ガスとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッ
チングによって、前記タングステン層をエッチングする
ことを特徴とする。
【００２３】請求項１１の発明は、シリコン層の上に形
成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチン
グし、当該タングステン層を所定のパターンにパターニ
ングするドライエッチング方法であって、Ｃｌ2 ガスと
Ｏ2 ガスとＮＦ3 ガスとを含む第１のエッチングガスを
用いたプラズマエッチングを行う第１の工程と、前記第
１の工程の後、Ｎ2 ガスとＮＦ3 ガスとを含む第２のエ
ッチングガスを用いたプラズマエッチングを行う第２の
工程とを具備したことを特徴とする。
成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチン
グし、当該タングステン層を所定のパターンにパターニ
ングするドライエッチング方法であって、Ｃｌ2 ガスと
Ｏ2 ガスとＮＦ3 ガスとを含む第１のエッチングガスを
用いたプラズマエッチングを行う第１の工程と、前記第
１の工程の後、Ｎ2 ガスとＮＦ3 ガスとを含む第２のエ
ッチングガスを用いたプラズマエッチングを行う第２の
工程とを具備したことを特徴とする。
【００２４】請求項１２の発明は、請求項１０又は請求
項１１記載のドライエッチング方法において、前記シリ
コン層と前記タングステン層との間にバリアメタル層が
形成され、当該バリアメタル層と前記タングステン層を
所定のパターンにパターニングすることを特徴とする。
項１１記載のドライエッチング方法において、前記シリ
コン層と前記タングステン層との間にバリアメタル層が
形成され、当該バリアメタル層と前記タングステン層を
所定のパターンにパターニングすることを特徴とする。
【００２５】請求項１３の発明は、請求項１０〜請求項
１２いずれか１項記載のドライエッチング方法におい
て、前記シリコン層が、ポリシリコンからなることを特
徴とする。
１２いずれか１項記載のドライエッチング方法におい
て、前記シリコン層が、ポリシリコンからなることを特
徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を、図面を参
照して実施の形態について説明する。
照して実施の形態について説明する。
【００２７】図１は、本発明の一実施形態を説明するた
め、半導体ウエハ（シリコン基板）の縦断面の一部を拡
大して模式的に示すものである。同図（ａ）に示すとお
り、シリコン基板１０１の上には、ゲート酸化膜（Ｓｉ
Ｏ2 ）１０２、ポリシリコン層１０３、窒化タングステ
ン等からなるバリアメタル層１０４、タングステン層１
０５が、下側からこの順で形成されており、タングステ
ン層１０５上には、所定のパターンにパターニングされ
たマスク層１０６が形成されている。なお、各層の膜厚
は、例えば、ゲート酸化膜１０２が３．５〜６．５ｎ
ｍ、ポリシリコン層１０３が８０ｎｍ、バリアメタル層
１０４が４ｎｍ、タングステン層１０５が３５ｎｍ、マ
スク層１０６が１５０ｎｍ程度とされる。
め、半導体ウエハ（シリコン基板）の縦断面の一部を拡
大して模式的に示すものである。同図（ａ）に示すとお
り、シリコン基板１０１の上には、ゲート酸化膜（Ｓｉ
Ｏ2 ）１０２、ポリシリコン層１０３、窒化タングステ
ン等からなるバリアメタル層１０４、タングステン層１
０５が、下側からこの順で形成されており、タングステ
ン層１０５上には、所定のパターンにパターニングされ
たマスク層１０６が形成されている。なお、各層の膜厚
は、例えば、ゲート酸化膜１０２が３．５〜６．５ｎ
ｍ、ポリシリコン層１０３が８０ｎｍ、バリアメタル層
１０４が４ｎｍ、タングステン層１０５が３５ｎｍ、マ
スク層１０６が１５０ｎｍ程度とされる。
【００２８】上記マスク層１０６は、シリコン窒化膜等
から構成されており、図中左側部分に示すように、隣接
するパターン同士が近接して密に配置された部分と、図
中右側部分に示すように、隣接するパターン同士が離間
して疎に配置された部分を有する形状のパターンとされ
ている。
から構成されており、図中左側部分に示すように、隣接
するパターン同士が近接して密に配置された部分と、図
中右側部分に示すように、隣接するパターン同士が離間
して疎に配置された部分を有する形状のパターンとされ
ている。
【００２９】本実施形態においては、図１（ａ）に示す
状態から、エッチングガスとして、Ｎ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3
のガスを使用し、プラズマエッチングにより、タングス
テン層１０５及びバリアメタル層１０４をエッチングす
る。
状態から、エッチングガスとして、Ｎ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3
のガスを使用し、プラズマエッチングにより、タングス
テン層１０５及びバリアメタル層１０４をエッチングす
る。
【００３０】そして、図１（ｂ）に示す状態のように、
タングステン層１０５及びバリアメタル層１０４が完全
に除去され、たポリシリコン層１０３が完全に露出した
状態となった時点で、エッチング工程を終了する。
タングステン層１０５及びバリアメタル層１０４が完全
に除去され、たポリシリコン層１０３が完全に露出した
状態となった時点で、エッチング工程を終了する。
【００３１】これによって、Ｃｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 のエ
ッチングガスを使用した従来の方法と同様に、パターン
形状が良好で、残渣が生じることもなく、エッチングを
行うことができ、これに加えて、オーバーエッチング時
のタングステンとポリシリコンとの選択比（タングステ
ンのエッチングレート／ポリシリコンのエッチングレー
ト）を高めることができるので、ポリシリコン層１０３
をほとんどエッチングせずに、タングステン層１０５及
びバリアメタル層１０４を完全に除去することができ
る。
ッチングガスを使用した従来の方法と同様に、パターン
形状が良好で、残渣が生じることもなく、エッチングを
行うことができ、これに加えて、オーバーエッチング時
のタングステンとポリシリコンとの選択比（タングステ
ンのエッチングレート／ポリシリコンのエッチングレー
ト）を高めることができるので、ポリシリコン層１０３
をほとんどエッチングせずに、タングステン層１０５及
びバリアメタル層１０４を完全に除去することができ
る。
【００３２】図２は、本発明の他の実施形態を示すもの
で、同図に示す実施形態においては、前述した実施の形
態と同様な構造に形成された半導体ウエハ（シリコン基
板）に対して、まず、図２（ａ）に示す状態から、エッ
チングガスとしてＣｌ2 ＋Ｏ 2 ＋ＮＦ3 のガスを使用
し、プラズマエッチングにより、タングステン層１０５
及びバリアメタル層１０４をエッチング（メインエッチ
ング）する。
で、同図に示す実施形態においては、前述した実施の形
態と同様な構造に形成された半導体ウエハ（シリコン基
板）に対して、まず、図２（ａ）に示す状態から、エッ
チングガスとしてＣｌ2 ＋Ｏ 2 ＋ＮＦ3 のガスを使用
し、プラズマエッチングにより、タングステン層１０５
及びバリアメタル層１０４をエッチング（メインエッチ
ング）する。
【００３３】そして、図２（ｂ）に示す状態のように、
半導体ウエハ面内の一部で、下層のポリシリコン層１０
３が露出し始めた時点で、エッチングガスを、Ｃｌ2 を
除いたＯ2 ＋ＮＦ3 のガスとするか、若しくは、Ｏ2 ＋
ＮＦ3 に微量のＣｌ2 を添加したガスであって上述した
工程よりもＣｌ2 の添加量を減少させたガスとして、エ
ッチング（オーバエッチング）を行う。そして、図２
（ｃ）に示すように、半導体ウエハ面内のポリシリコン
層１０３が完全に露出した状態となった時点で、エッチ
ング工程を終了する。
半導体ウエハ面内の一部で、下層のポリシリコン層１０
３が露出し始めた時点で、エッチングガスを、Ｃｌ2 を
除いたＯ2 ＋ＮＦ3 のガスとするか、若しくは、Ｏ2 ＋
ＮＦ3 に微量のＣｌ2 を添加したガスであって上述した
工程よりもＣｌ2 の添加量を減少させたガスとして、エ
ッチング（オーバエッチング）を行う。そして、図２
（ｃ）に示すように、半導体ウエハ面内のポリシリコン
層１０３が完全に露出した状態となった時点で、エッチ
ング工程を終了する。
【００３４】なお、上記エッチング工程の切替えは、プ
ラズマを生起したまま、ガスのみを切替えて行っても、
プラズマを一旦消してガスを切り換えてから、再度プラ
ズマを生起させて行っても良い。
ラズマを生起したまま、ガスのみを切替えて行っても、
プラズマを一旦消してガスを切り換えてから、再度プラ
ズマを生起させて行っても良い。
【００３５】また、上記のエッチング工程切替えのため
のエッチング状態の検出は、プラズマの発光スペクトル
を検出することによって行う。すなわち、例えば、図３
に示すように、プラズマ光の中の特定波長の光（図３に
示す例では５４２ｎｍ）の時間変化を測定することによ
り、エッチング状態を検出し、図３に示すようにかかる
波長の光の強度が低下し始めた時点Ｐ１でエッチング工
程を切替え、光の強度が低下し終えて略一定となった時
点Ｐ２でエッチング工程を終了する。なお、上記の波長
としては、窒化タングステン層が露出した時点或いはポ
リシリコン層が露出した時点での光の強度低下が明確な
５４２ｎｍの他、５７８ｎｍ等も使用することができ
る。
のエッチング状態の検出は、プラズマの発光スペクトル
を検出することによって行う。すなわち、例えば、図３
に示すように、プラズマ光の中の特定波長の光（図３に
示す例では５４２ｎｍ）の時間変化を測定することによ
り、エッチング状態を検出し、図３に示すようにかかる
波長の光の強度が低下し始めた時点Ｐ１でエッチング工
程を切替え、光の強度が低下し終えて略一定となった時
点Ｐ２でエッチング工程を終了する。なお、上記の波長
としては、窒化タングステン層が露出した時点或いはポ
リシリコン層が露出した時点での光の強度低下が明確な
５４２ｎｍの他、５７８ｎｍ等も使用することができ
る。
【００３６】上記の実施形態によれば、メインエッチン
グは、従来方法と同様にエッチングが行われ、オーバー
エッチング時のみ、タングステンとポリシリコンとの選
択比（タングステンのエッチングレート／ポリシリコン
のエッチングレート）を高めることができるので、ポリ
シリコン層１０３をほとんどエッチングせずに、タング
ステン層１０５及びバリアメタル層１０４を完全に除去
することができる。
グは、従来方法と同様にエッチングが行われ、オーバー
エッチング時のみ、タングステンとポリシリコンとの選
択比（タングステンのエッチングレート／ポリシリコン
のエッチングレート）を高めることができるので、ポリ
シリコン層１０３をほとんどエッチングせずに、タング
ステン層１０５及びバリアメタル層１０４を完全に除去
することができる。
【００３７】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。この実施形態においては、前述した図１（ａ）に
示されるようなシリコン基板１０１において、シリコン
層１０３上に、直接タングステン層１０５が形成され、
タングステン層１０５上に所定のパターンにパターニン
グされたマスク層１０６が形成され、このタングステン
層１０５をエッチングする場合の実施形態である。
する。この実施形態においては、前述した図１（ａ）に
示されるようなシリコン基板１０１において、シリコン
層１０３上に、直接タングステン層１０５が形成され、
タングステン層１０５上に所定のパターンにパターニン
グされたマスク層１０６が形成され、このタングステン
層１０５をエッチングする場合の実施形態である。
【００３８】なお、図１に示した場合と同様に、シリコ
ン層１０３と、タングステン層１０５との間に、窒化タ
ングステン等のバリアメタル層１０４があってもよい。
ン層１０３と、タングステン層１０５との間に、窒化タ
ングステン等のバリアメタル層１０４があってもよい。
【００３９】また、シリコン層１０３は、単結晶シリコ
ン、アモルファスシリコン、ポリシリコンのいずれでも
よい。
ン、アモルファスシリコン、ポリシリコンのいずれでも
よい。
【００４０】そして、この実施形態では、図１（ａ）に
示すような状態から、エッチングガスとして、Ｎ2 ＋Ｎ
Ｆ3 のガスを使用し、プラズマエッチングにより、タン
グステン層１０５（若しくは窒化タングステン等のバリ
アメタル層１０４とタングステン層１０５）をエッチン
グし、図１（ｂ）に示す状態のように、タングステン層
１０５が完全に除去され、たシリコン層１０３が完全に
露出した状態となった時点で、エッチング工程を終了す
る。
示すような状態から、エッチングガスとして、Ｎ2 ＋Ｎ
Ｆ3 のガスを使用し、プラズマエッチングにより、タン
グステン層１０５（若しくは窒化タングステン等のバリ
アメタル層１０４とタングステン層１０５）をエッチン
グし、図１（ｂ）に示す状態のように、タングステン層
１０５が完全に除去され、たシリコン層１０３が完全に
露出した状態となった時点で、エッチング工程を終了す
る。
【００４１】これによって、パターン形状が良好で、残
渣が生じることもなく、エッチングを行うことができ、
これに加えて、オーバーエッチング時のタングステンと
シリコンとの選択比（タングステンのエッチングレート
／シリコンのエッチングレート）を高めることができる
ので、シリコン層１０３をほとんどエッチングせずに、
タングステン層１０５を完全に除去することができる。
また、この実施形態の場合、タングステンエッチング後
のシリコン表面は、従来のＣｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ 3 のエッ
チングガスを使用した場合に比べてかなり滑らかにする
ことができる。
渣が生じることもなく、エッチングを行うことができ、
これに加えて、オーバーエッチング時のタングステンと
シリコンとの選択比（タングステンのエッチングレート
／シリコンのエッチングレート）を高めることができる
ので、シリコン層１０３をほとんどエッチングせずに、
タングステン層１０５を完全に除去することができる。
また、この実施形態の場合、タングステンエッチング後
のシリコン表面は、従来のＣｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ 3 のエッ
チングガスを使用した場合に比べてかなり滑らかにする
ことができる。
【００４２】次にまた、本発明の他の実施形態について
説明する。この実施形態では、上記のＮ2 ＋ＮＦ3 のガ
スを使用した実施形態において、前述した図２に示した
２段階のエッチングのように、比較的エッチングレート
が高いＣｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3のガスで途中までエッチン
グし、タングステン層１０５の残りが少なくなってか
ら、比較的エッチングレートが低いものの高選択比が得
られるＮ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用したエッチングを行う
ものである。この実施形態では、上記の実施形態の効果
に加えて、エッチングを速く行うことができるという効
果が得られる。
説明する。この実施形態では、上記のＮ2 ＋ＮＦ3 のガ
スを使用した実施形態において、前述した図２に示した
２段階のエッチングのように、比較的エッチングレート
が高いＣｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3のガスで途中までエッチン
グし、タングステン層１０５の残りが少なくなってか
ら、比較的エッチングレートが低いものの高選択比が得
られるＮ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用したエッチングを行う
ものである。この実施形態では、上記の実施形態の効果
に加えて、エッチングを速く行うことができるという効
果が得られる。
【００４３】図４は、本発明の実施形態に使用するプラ
ズマ処理装置の構成の一例を模式的に示すものである。
同図に示すように、プラズマ処理装置１は、電極板が上
下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続され
た容量結合型平行平板エッチング装置として構成されて
いる。
ズマ処理装置の構成の一例を模式的に示すものである。
同図に示すように、プラズマ処理装置１は、電極板が上
下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続され
た容量結合型平行平板エッチング装置として構成されて
いる。
【００４４】このエッチング処理装置１は、例えば表面
がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウム
からなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有してお
り、このチャンバー２は接地されている。チャンバー２
内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、ウエ
ハＷ（シリコン基板１０１）を載置するための略円柱状
のサセプタ支持台４が設けられており、さらにこのサセ
プタ支持台４の上には、下部電極を構成するサセプタ５
が設けられている。このサセプタ５にはハイパスフィル
ター（ＨＰＦ）６が接続されている。
がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウム
からなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有してお
り、このチャンバー２は接地されている。チャンバー２
内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、ウエ
ハＷ（シリコン基板１０１）を載置するための略円柱状
のサセプタ支持台４が設けられており、さらにこのサセ
プタ支持台４の上には、下部電極を構成するサセプタ５
が設けられている。このサセプタ５にはハイパスフィル
ター（ＨＰＦ）６が接続されている。
【００４５】サセプタ支持台４の内部には、温度調節媒
体室７が設けられており、導入管８を介して温度調節媒
体室７に温度調節媒体が導入、循環され、サセプタ５を
所望の温度に制御できるようになっている。
体室７が設けられており、導入管８を介して温度調節媒
体室７に温度調節媒体が導入、循環され、サセプタ５を
所望の温度に制御できるようになっている。
【００４６】サセプタ５は、その上中央部が凸状の円板
状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電チャッ
ク１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材
の間に電極１２が介在された構成となっており、電極１
２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直
流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウ
エハＷを静電吸着する。
状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電チャッ
ク１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材
の間に電極１２が介在された構成となっており、電極１
２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直
流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウ
エハＷを静電吸着する。
【００４７】そして、絶縁板３、サセプタ支持台４、サ
セプタ５、さらには静電チャック１１には、被処理体で
あるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなど
を供給するためのガス通路１４が形成されており、この
伝熱媒体を介してサセプタ５とウエハＷとの間の熱伝達
がなされ、ウエハＷが所定の温度に維持されるようにな
っている。
セプタ５、さらには静電チャック１１には、被処理体で
あるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなど
を供給するためのガス通路１４が形成されており、この
伝熱媒体を介してサセプタ５とウエハＷとの間の熱伝達
がなされ、ウエハＷが所定の温度に維持されるようにな
っている。
【００４８】サセプタ５の上端周縁部には、静電チャッ
ク１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状のフ
ォーカスリング１５が配置されている。このフォーカス
リング１５はセラミックス或いは石英などの絶縁性材料
からなり、エッチングの均一性を向上させるようになっ
ている。
ク１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状のフ
ォーカスリング１５が配置されている。このフォーカス
リング１５はセラミックス或いは石英などの絶縁性材料
からなり、エッチングの均一性を向上させるようになっ
ている。
【００４９】また、サセプタ５の上方には、このサセプ
タ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。
この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー
２の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構
成し、多数の吐出孔２３を有する例えば石英からなる電
極板２４と、この電極２４を支持する導電性材料例えば
表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極
支持体２５とによって構成されている。なお、サセプタ
５と上部電極２１との間隔は、調節可能とされている。
タ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。
この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー
２の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構
成し、多数の吐出孔２３を有する例えば石英からなる電
極板２４と、この電極２４を支持する導電性材料例えば
表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極
支持体２５とによって構成されている。なお、サセプタ
５と上部電極２１との間隔は、調節可能とされている。
【００５０】上部電極２１における電極支持体２５の中
央にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入
口２６には、ガス供給管２７が接続されており、さらに
このガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフロ
ーコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接
続され、この処理ガス供給源３０から、プラズマエッチ
ングのためのエッチングガスが供給されるようになって
いる。なお、図４には、上記の処理ガス供給源３０等か
らなる処理ガス供給系を１つのみ図示しているが、これ
らの処理ガス供給系は複数設けられており、例えば、Ｎ
2 、Ｃｌ2 、Ｏ 2 、ＮＦ3 等のガスを夫々独立に流量制
御して、チャンバー２内に供給できるよう構成されてい
る。
央にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入
口２６には、ガス供給管２７が接続されており、さらに
このガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフロ
ーコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接
続され、この処理ガス供給源３０から、プラズマエッチ
ングのためのエッチングガスが供給されるようになって
いる。なお、図４には、上記の処理ガス供給源３０等か
らなる処理ガス供給系を１つのみ図示しているが、これ
らの処理ガス供給系は複数設けられており、例えば、Ｎ
2 、Ｃｌ2 、Ｏ 2 、ＮＦ3 等のガスを夫々独立に流量制
御して、チャンバー２内に供給できるよう構成されてい
る。
【００５１】一方、チャンバー２の底部には排気管３１
が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が
接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなど
の真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内
を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力ま
で真空引き可能なように構成されている。また、チャン
バー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、
このゲートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接
するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるよ
うになっている。
が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が
接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなど
の真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内
を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力ま
で真空引き可能なように構成されている。また、チャン
バー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、
このゲートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接
するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるよ
うになっている。
【００５２】上部電極２１には、第１の高周波電源４０
が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿さ
れている。また、上部電極２１にはローパスフィルター
（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電
源４０は、５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有して
おり、このように高い周波数を印加することによりチャ
ンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマ
を形成することができ、従来より低圧条件下のプラズマ
処理が可能となる。この第１の高周波電源４０の周波数
は、５０〜８０ＭＨｚが好ましく、典型的には図示した
６０ＭＨｚまたはその近傍の条件が採用される。
が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿さ
れている。また、上部電極２１にはローパスフィルター
（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電
源４０は、５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有して
おり、このように高い周波数を印加することによりチャ
ンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマ
を形成することができ、従来より低圧条件下のプラズマ
処理が可能となる。この第１の高周波電源４０の周波数
は、５０〜８０ＭＨｚが好ましく、典型的には図示した
６０ＭＨｚまたはその近傍の条件が採用される。
【００５３】下部電極としてのサセプタ５には、第２の
高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合
器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は
数百〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、このよ
うな範囲の周波数を印加することにより、被処理体であ
るウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイ
オン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０
の周波数は、典型的には図示した１３．５６ＭＨｚまた
はその近傍の条件が採用される。
高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合
器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は
数百〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、このよ
うな範囲の周波数を印加することにより、被処理体であ
るウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイ
オン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０
の周波数は、典型的には図示した１３．５６ＭＨｚまた
はその近傍の条件が採用される。
【００５４】次に、上記構成のプラズマ処理装置１によ
って、ウエハＷ（シリコン基板１０１）に形成されたタ
ングステン層１０５及びバリアメタル層１０４をエッチ
ングする工程について説明する。
って、ウエハＷ（シリコン基板１０１）に形成されたタ
ングステン層１０５及びバリアメタル層１０４をエッチ
ングする工程について説明する。
【００５５】まず、前述した図１（ａ）の状態とされた
ウエハＷ（シリコン基板１０１）を、ゲートバルブ３２
を開放して、図示しないロードロック室からチャンバー
２内へ搬入し、静電チャック１１上に載置する。そし
て、高圧直流電源１３から直流電圧を印加することによ
って、ウエハＷを静電チャック１１上に静電吸着する。
ウエハＷ（シリコン基板１０１）を、ゲートバルブ３２
を開放して、図示しないロードロック室からチャンバー
２内へ搬入し、静電チャック１１上に載置する。そし
て、高圧直流電源１３から直流電圧を印加することによ
って、ウエハＷを静電チャック１１上に静電吸着する。
【００５６】次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気機
構３５によって、チャンバー２内を所定の真空度まで真
空引した後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０
からＮ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 等の所定のエッチングガスを、
マスフローコントローラ２９によってその流量を調整し
つつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６、上部電極
２１の中空部、電極板２４の吐出孔２３を通じて、図４
の矢印に示すように、ウエハＷに対して均一に吐出させ
る。これとともに、チャンバー２内の圧力が、所定の圧
力に維持され、第１の高周波電源４０及び第２の高周波
電源５０から、上部電極２１及び下部電極としてのサセ
プタ５に高周波電圧を印加し、エッチングガスをプラズ
マ化して、ウエハＷのタングステン層１０５及びバリア
メタル層１０４のエッチングを行う。
構３５によって、チャンバー２内を所定の真空度まで真
空引した後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０
からＮ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 等の所定のエッチングガスを、
マスフローコントローラ２９によってその流量を調整し
つつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６、上部電極
２１の中空部、電極板２４の吐出孔２３を通じて、図４
の矢印に示すように、ウエハＷに対して均一に吐出させ
る。これとともに、チャンバー２内の圧力が、所定の圧
力に維持され、第１の高周波電源４０及び第２の高周波
電源５０から、上部電極２１及び下部電極としてのサセ
プタ５に高周波電圧を印加し、エッチングガスをプラズ
マ化して、ウエハＷのタングステン層１０５及びバリア
メタル層１０４のエッチングを行う。
【００５７】また、エッチングの終点は、図示しない終
点検出器によって、上記プラズマの所定波長の発光強度
を測定することによって、検出し、前述したようにエッ
チングの切替えも、かかる検出結果に基づいて行う。
点検出器によって、上記プラズマの所定波長の発光強度
を測定することによって、検出し、前述したようにエッ
チングの切替えも、かかる検出結果に基づいて行う。
【００５８】上述の装置を用いて、図１に示した工程、
つまり、エッチングガスとして、Ｎ 2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 の
ガスを使用し、タングステン層１０５及びバリアメタル
層１０４をエッチングした結果、タングステンのエッチ
ングレートが１７０ｎｍ／分、ポリシリコンのエッチン
グレートが３３ｎｍ／分、選択比が５．１であり、エッ
チング終了時のポリシリコン層の減少量は、６ｎｍ以下
であった。また、マスク層の窒化シリコンのエッチング
レートが３４ｎｍ／分、エッチング終了時の窒化シリコ
ン層の減少量は１２．２ｎｍであった。なお、エッチン
グ条件は、
つまり、エッチングガスとして、Ｎ 2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 の
ガスを使用し、タングステン層１０５及びバリアメタル
層１０４をエッチングした結果、タングステンのエッチ
ングレートが１７０ｎｍ／分、ポリシリコンのエッチン
グレートが３３ｎｍ／分、選択比が５．１であり、エッ
チング終了時のポリシリコン層の減少量は、６ｎｍ以下
であった。また、マスク層の窒化シリコンのエッチング
レートが３４ｎｍ／分、エッチング終了時の窒化シリコ
ン層の減少量は１２．２ｎｍであった。なお、エッチン
グ条件は、
【００５９】Ｎ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 ガス流量：２０／２０
／２０ｓｃｃｍ、 圧力：０．６７Ｐａ 上部電極印加高周波電力：５００Ｗ 下部電極印加高周波電力：１００Ｗ 電極間距離：１５０ｍｍ 温調用ヘリウムガス圧力：２６６０Ｐａ サセプタ温度：６０℃ である。一方、比較のために、従来の方法、つまりエッ
チングガスとして、Ｃｌ 2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用
し、タングステン層１０５及びバリアメタル層１０４を
エッチングした結果、タングステンのエッチングレート
が３０６ｎｍ／分、ポリシリコンのエッチングレートが
３１０ｎｍ／分、選択比が１．０であり、エッチング終
了時のポリシリコン層の減少量は、３６．７ｎｍ以下で
あった。また、マスク層の窒化シリコンのエッチングレ
ートが１６４ｎｍ／分、エッチング終了時の窒化シリコ
ン層の減少量は３６．９ｎｍであった。なお、エッチン
グ条件は、
／２０ｓｃｃｍ、 圧力：０．６７Ｐａ 上部電極印加高周波電力：５００Ｗ 下部電極印加高周波電力：１００Ｗ 電極間距離：１５０ｍｍ 温調用ヘリウムガス圧力：２６６０Ｐａ サセプタ温度：６０℃ である。一方、比較のために、従来の方法、つまりエッ
チングガスとして、Ｃｌ 2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用
し、タングステン層１０５及びバリアメタル層１０４を
エッチングした結果、タングステンのエッチングレート
が３０６ｎｍ／分、ポリシリコンのエッチングレートが
３１０ｎｍ／分、選択比が１．０であり、エッチング終
了時のポリシリコン層の減少量は、３６．７ｎｍ以下で
あった。また、マスク層の窒化シリコンのエッチングレ
ートが１６４ｎｍ／分、エッチング終了時の窒化シリコ
ン層の減少量は３６．９ｎｍであった。なお、エッチン
グ条件は、
【００６０】Ｃｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 ガス流量：２０／２
０／２０ｓｃｃｍ、 圧力：０．６７Ｐａ 上部電極印加高周波電力：５００Ｗ 下部電極印加高周波電力：１５０Ｗ 電極間距離：１５０ｍｍ 温調用ヘリウムガス圧力：３９９Ｐａ サセプタ温度：９０℃ である。
０／２０ｓｃｃｍ、 圧力：０．６７Ｐａ 上部電極印加高周波電力：５００Ｗ 下部電極印加高周波電力：１５０Ｗ 電極間距離：１５０ｍｍ 温調用ヘリウムガス圧力：３９９Ｐａ サセプタ温度：９０℃ である。
【００６１】以上のとおり、上記実施例によれば、従来
方法に比べて、選択比を約５倍、ポリシリコン層の減少
量を１／６以下、マスク層の窒化シリコン層の減少量を
約１／３とすることができた。したがって、ポリシリコ
ン層をエッチングする際に、下層のゲート酸化膜（Ｓｉ
Ｏ2 ）がタメージを受けることを抑制することができ、
ゲート酸化膜のブレークの発生を抑制することができ
る。なお、上記実施例において、従来方法に比べてサセ
プタ温度を低下させ、温調用ヘリウムガス圧力を高くし
たのは、エッチング中の半導体ウエハの温度を低下させ
て、サイドエッチング量を減少させるためであり、かか
る温度制御を行うことによって、良好な形状にエッチン
グを行うことができた。
方法に比べて、選択比を約５倍、ポリシリコン層の減少
量を１／６以下、マスク層の窒化シリコン層の減少量を
約１／３とすることができた。したがって、ポリシリコ
ン層をエッチングする際に、下層のゲート酸化膜（Ｓｉ
Ｏ2 ）がタメージを受けることを抑制することができ、
ゲート酸化膜のブレークの発生を抑制することができ
る。なお、上記実施例において、従来方法に比べてサセ
プタ温度を低下させ、温調用ヘリウムガス圧力を高くし
たのは、エッチング中の半導体ウエハの温度を低下させ
て、サイドエッチング量を減少させるためであり、かか
る温度制御を行うことによって、良好な形状にエッチン
グを行うことができた。
【００６２】また、図４に示した装置によって、図２に
示した工程、つまり、第１の工程のエッチングガスとし
て、Ｃｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用し、第２の工程
のエッチングガスとして、Ｏ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用し
て、２ステップによるタングステン層１０５及びバリア
メタル層１０４をエッチングした結果、Ｏ2 ＋ＮＦ3の
ガスを使用した２ステップ目におけるタングステンのエ
ッチングレートが２８１ｎｍ／分、ポリシリコンのエッ
チングレートが９８ｎｍ／分、選択比が２．９であり、
エッチング終了時のポリシリコン層の減少量は６ｎｍ以
下であった。この２ステップ目のエッチングでは、Ｃｌ
2 の流量比を低下させ、かつＯ2 の流量比を増加させる
ことにより、ポリシリコンのエッチングを抑制し、選択
比を向上できた。なお、１ステップ目のエッチング条件
は、前記した従来方法と同様であり、２ステップ目のエ
ッチング条件は、
示した工程、つまり、第１の工程のエッチングガスとし
て、Ｃｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用し、第２の工程
のエッチングガスとして、Ｏ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用し
て、２ステップによるタングステン層１０５及びバリア
メタル層１０４をエッチングした結果、Ｏ2 ＋ＮＦ3の
ガスを使用した２ステップ目におけるタングステンのエ
ッチングレートが２８１ｎｍ／分、ポリシリコンのエッ
チングレートが９８ｎｍ／分、選択比が２．９であり、
エッチング終了時のポリシリコン層の減少量は６ｎｍ以
下であった。この２ステップ目のエッチングでは、Ｃｌ
2 の流量比を低下させ、かつＯ2 の流量比を増加させる
ことにより、ポリシリコンのエッチングを抑制し、選択
比を向上できた。なお、１ステップ目のエッチング条件
は、前記した従来方法と同様であり、２ステップ目のエ
ッチング条件は、
【００６３】
Ｏ2 ＋ＮＦ3 ガス流量：２０／２０ｓｃｃｍ、
圧力：０．６７Ｐａ
上部電極印加高周波電力：５００Ｗ
下部電極印加高周波電力：１５０Ｗ
電極間距離：１５０ｍｍ
温調用ヘリウムガス圧力：３９９Ｐａ
サセプタ温度：９０℃
である。
【００６４】以上のとおり、図２に示した工程による実
施例においても、従来に比べて選択比を向上させること
ができ、ポリシリコン層の減少量を従来に比べて抑制す
ることができた。
施例においても、従来に比べて選択比を向上させること
ができ、ポリシリコン層の減少量を従来に比べて抑制す
ることができた。
【００６５】また、エッチング後のウエハを、走査電子
顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、残渣が僅かに生じ
ることがあったが、この場合は、２ステップ目のエッチ
ング時間を長くすることにより低減し、無くすことがで
きた。マスク層の減少量を大きくしないため２ステップ
目のエッチング時間は３０秒以下が好ましい。また、上
記２ステップ目のエッチングガスに、５ｓｃｃｍ程度の
僅かなＣｌ2 ガスを添加することによっても、かかる残
渣の発生を防止することができた。Ｃｌ2 ガスの添加量
は、選択比を低下させないため、Ｏ2 ガスとＮＦ3 ガス
との合計のガス流量に対して１２．５％以下が好まし
い。
顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、残渣が僅かに生じ
ることがあったが、この場合は、２ステップ目のエッチ
ング時間を長くすることにより低減し、無くすことがで
きた。マスク層の減少量を大きくしないため２ステップ
目のエッチング時間は３０秒以下が好ましい。また、上
記２ステップ目のエッチングガスに、５ｓｃｃｍ程度の
僅かなＣｌ2 ガスを添加することによっても、かかる残
渣の発生を防止することができた。Ｃｌ2 ガスの添加量
は、選択比を低下させないため、Ｏ2 ガスとＮＦ3 ガス
との合計のガス流量に対して１２．５％以下が好まし
い。
【００６６】さらにまた、上記実施例においては、タン
グステン層の裾部分が僅かにテーパ状になる所謂裾引き
が見られたが、かかる裾引きは、下部電極印加高周波電
力を３００Ｗに増やすことによって、防止することがで
きた。
グステン層の裾部分が僅かにテーパ状になる所謂裾引き
が見られたが、かかる裾引きは、下部電極印加高周波電
力を３００Ｗに増やすことによって、防止することがで
きた。
【００６７】したがって、上述した２ステップ目のエッ
チングにおいては、５ｓｃｃｍ程度の僅かなＣｌ2 ガス
を添加し、また、下部電極印加高周波電力を３００Ｗ程
度に増やすことが好ましい。
チングにおいては、５ｓｃｃｍ程度の僅かなＣｌ2 ガス
を添加し、また、下部電極印加高周波電力を３００Ｗ程
度に増やすことが好ましい。
【００６８】また、図４に示した装置によって、エッチ
ングガスとして、Ｎ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用し、タング
ステン層１０５をエッチングした。なお、エッチング条
件は、
ングガスとして、Ｎ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用し、タング
ステン層１０５をエッチングした。なお、エッチング条
件は、
【００６９】
Ｎ2 ＋ＮＦ3 ガス流量：１００／２０ｓｃｃｍ、
圧力：１．３３Ｐａ
上部電極印加高周波電力：３００Ｗ
下部電極印加高周波電力：３００Ｗ
電極間距離：１５０ｍｍ
温調用ヘリウムガス圧力：４００Ｐａ
サセプタ温度：６０℃
である。
【００７０】Ｎ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用した工程による
実施例においても、Ｃｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用
した工程に比べて選択比を向上させることができること
が確認できた。
実施例においても、Ｃｌ2 ＋Ｏ2 ＋ＮＦ3 のガスを使用
した工程に比べて選択比を向上させることができること
が確認できた。
【００７１】なお、上記の例では、平行平板型のエッチ
ング装置を使用した実施形態について説明したが、本発
明はかかる実施形態に限定されるものではなく、下部電
極に高周波電力を印加し、プラズマ生成空間に磁界を形
成してプラズマ化を促進するエッチング装置等あらゆる
プラズマエッチング装置を使用できることは、勿論であ
る。
ング装置を使用した実施形態について説明したが、本発
明はかかる実施形態に限定されるものではなく、下部電
極に高周波電力を印加し、プラズマ生成空間に磁界を形
成してプラズマ化を促進するエッチング装置等あらゆる
プラズマエッチング装置を使用できることは、勿論であ
る。
【００７２】このような磁場形成プラズマエッチング装
置を使用して、ＳｉＣ層上のケイ素含有有機絶縁膜（商
品名：Novellus社のCORAL ）を、（ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、
ＣＨ 2 Ｆ2 、ＣＨ3 Ｆ、Ｃ4 Ｆ6 、Ｃ4 Ｆ8 、Ｃ5 Ｆ8
の少なくとも１つ）＋Ｎ2 ＋Ａｒのプラズマで、ＳｉＣ
層に対して選択的にエッチングできる。例えば、圧力：
１３．３Ｐａ、下部電極印加周波数と電力：４０ＭＨ
ｚ，１７００Ｗ、Ｃ4 Ｆ 8 ／Ｎ2 ／Ａｒ＝６／１００／
１０００ｓｃｃｍの条件で、ケイ素含有有機絶縁膜の対
ＳｉＣの選択比は３５以上であった。
置を使用して、ＳｉＣ層上のケイ素含有有機絶縁膜（商
品名：Novellus社のCORAL ）を、（ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、
ＣＨ 2 Ｆ2 、ＣＨ3 Ｆ、Ｃ4 Ｆ6 、Ｃ4 Ｆ8 、Ｃ5 Ｆ8
の少なくとも１つ）＋Ｎ2 ＋Ａｒのプラズマで、ＳｉＣ
層に対して選択的にエッチングできる。例えば、圧力：
１３．３Ｐａ、下部電極印加周波数と電力：４０ＭＨ
ｚ，１７００Ｗ、Ｃ4 Ｆ 8 ／Ｎ2 ／Ａｒ＝６／１００／
１０００ｓｃｃｍの条件で、ケイ素含有有機絶縁膜の対
ＳｉＣの選択比は３５以上であった。
【００７３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のドライエ
ッチング方法によれば、タングステンとシリコンとの選
択比を向上させることができ、良質な半導体装置を安定
して製造することができる。
ッチング方法によれば、タングステンとシリコンとの選
択比を向上させることができ、良質な半導体装置を安定
して製造することができる。
【図１】本発明の一実施形態を説明するためのウエハ断
面の構成を模式的に示す図。
面の構成を模式的に示す図。
【図２】本発明の他の実施形態を説明するためのウエハ
断面の構成を模式的に示す。
断面の構成を模式的に示す。
【図３】本発明の実施形態における終点検出の例を説明
するための図。
するための図。
【図４】本発明の実施形態に使用する装置の構成の例を
示す図。
示す図。
【図５】従来の技術を説明するためのウエハ断面の構成
を模式的に示す図。
を模式的に示す図。
１０１……シリコン基板、１０２……ゲート酸化膜、１
０３……ポリシリコン層、１０４……バリアメタル層、
１０５……タングステン層、１０６……マスク層。
０３……ポリシリコン層、１０４……バリアメタル層、
１０５……タングステン層、１０６……マスク層。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 櫛引 理人
東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放
送センター 東京エレクトロン株式会社内
(72)発明者 山下 朝夫
東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放
送センター 東京エレクトロン株式会社内
(72)発明者 樋口 文彦
東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放
送センター 東京エレクトロン株式会社内
Ｆターム(参考） 4M104 AA01 AA03 BB01 CC05 DD65
DD67 DD71 EE03 EE16 EE18
FF13 FF18 GG09 HH20
5F004 AA05 BA04 BB13 CA01 CB02
DA04 DA17 DA25 DA26 DB10
5F033 GG01 HH04 HH05 HH19 HH34
MM05 MM08 MM13 QQ08 QQ09
QQ12 QQ15 QQ21 QQ28 QQ35
RR04 RR23 VV06 WW01 XX00
Claims (13)
- 【請求項１】 ポリシリコン層の上に形成されたバリア
メタル層及びタングステン層を、マスク層を介してエッ
チングし、当該バリアメタル層及びタングステン層を所
定のパターンにパターニングするドライエッチング方法
であって、 Ｎ2 ガスとＯ2 ガスとＮＦ3 ガスとを含むエッチングガ
スを用いたプラズマエッチングによって、前記バリアメ
タル層及びタングステン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。 - 【請求項２】 請求項１記載のドライエッチング方法に
おいて、 前記プラズマエッチングが、平行平板型のプラズマエッ
チング装置によって行われることを特徴とするドライエ
ッチング方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２項記載のドライエッチン
グ方法において、 前記所定のパターンは、隣接するパターン同士が近接し
て密に配置された部分と、隣接するパターン同士が離間
して疎に配置された部分を有することを特徴とするドラ
イエッチング方法。 - 【請求項４】 ポリシリコン層の上に形成されたバリア
メタル層及びタングステン層を、マスク層を介してエッ
チングし、当該バリアメタル層及びタングステン層を所
定のパターンにパターニングするドライエッチング方法
であって、 Ｃｌ2 ガスとＯ2 ガスとＮＦ3 ガスとを含む第１のエッ
チングガスを用いたプラズマエッチングを行う第１の工
程と、 前記第１の工程の後、前記第１のエッチングガスよりＣ
ｌ2 ガスの量を減少させた、若しくは、Ｃｌ2 ガスを除
いた第２のエッチングガスを用いたプラズマエッチング
を行う第２の工程とを具備したことを特徴とするドライ
エッチング方法。 - 【請求項５】 請求項４記載のドライエッチング方法に
おいて、 前記第１の工程と、前記第２の工程とを、プラズマ中の
所定の波長の光を検出してエッチングの終点を検出する
終点検出の結果に基づいて切り替えることを特徴とする
ドライエッチング方法。 - 【請求項６】 請求項５記載のドライエッチング方法に
おいて、 前記所定の波長が、５７８ｎｍ若しくは５４２ｎｍであ
ることを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項７】 請求項４〜６いずれか１項記載のドライ
エッチング方法において、 前記第１及び第２の工程が、平行平板型のプラズマエッ
チング装置によって行われることを特徴とするドライエ
ッチング方法。 - 【請求項８】 請求項７項記載のドライエッチング方法
において、 前記平行平板型のプラズマエッチング装置は被処理基板
が載置される下部電極に高周波電力を供給可能に構成さ
れ、前記第２の工程において前記下部電極に供給される
高周波電力は、前記第１の工程において前記下部電極に
供給される高周波電力よりも増加されることを特徴とす
るドライエッチング方法。 - 【請求項９】 請求項４〜８いずれか１項記載のドライ
エッチング方法において、 前記所定のパターンは、隣接するパターン同士が近接し
て密に配置された部分と、隣接するパターン同士が離間
して疎に配置された部分を有することを特徴とするドラ
イエッチング方法。 - 【請求項１０】 シリコン層の上に形成されたタングス
テン層を、マスク層を介してエッチングし、当該タング
ステン層を所定のパターンにパターニングするドライエ
ッチング方法であって、 Ｎ2 ガスとＮＦ3 ガスとを含むエッチングガスを用いた
プラズマエッチングによって、前記タングステン層をエ
ッチングすることを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項１１】 シリコン層の上に形成されたタングス
テン層を、マスク層を介してエッチングし、当該タング
ステン層を所定のパターンにパターニングするドライエ
ッチング方法であって、 Ｃｌ2 ガスとＯ2 ガスとＮＦ3 ガスとを含む第１のエッ
チングガスを用いたプラズマエッチングを行う第１の工
程と、 前記第１の工程の後、Ｎ2 ガスとＮＦ3 ガスとを含む第
２のエッチングガスを用いたプラズマエッチングを行う
第２の工程とを具備したことを特徴とするドライエッチ
ング方法。 - 【請求項１２】 請求項１０又は請求項１１記載のドラ
イエッチング方法において、 前記シリコン層と前記タングステン層との間にバリアメ
タル層が形成され、当該バリアメタル層と前記タングス
テン層を所定のパターンにパターニングすることを特徴
とするドライエッチング方法。 - 【請求項１３】 請求項１０〜請求項１２いずれか１項
記載のドライエッチング方法において、 前記シリコン層が、ポリシリコンからなることを特徴と
するドライエッチング方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001364621A JP3986808B2 (ja) | 2001-04-23 | 2001-11-29 | ドライエッチング方法 |
| CNB028083849A CN1310293C (zh) | 2001-04-19 | 2002-02-27 | 干蚀刻方法 |
| PCT/JP2002/001785 WO2002086957A1 (fr) | 2001-04-19 | 2002-02-27 | Procede de gravure a sec |
| US10/475,268 US7192532B2 (en) | 2001-04-19 | 2002-02-27 | Dry etching method |
| KR1020037013572A KR100593826B1 (ko) | 2001-04-19 | 2002-02-27 | 드라이 에칭 방법 |
| TW091105199A TWI293092B (ja) | 2001-04-19 | 2002-03-19 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-124731 | 2001-04-23 | ||
| JP2001124731 | 2001-04-23 | ||
| JP2001364621A JP3986808B2 (ja) | 2001-04-23 | 2001-11-29 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003017475A true JP2003017475A (ja) | 2003-01-17 |
| JP3986808B2 JP3986808B2 (ja) | 2007-10-03 |
Family
ID=26614024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001364621A Expired - Fee Related JP3986808B2 (ja) | 2001-04-19 | 2001-11-29 | ドライエッチング方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3986808B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005302840A (ja) * | 2004-04-07 | 2005-10-27 | Elpida Memory Inc | 半導体装置の製造方法 |
| WO2007094087A1 (ja) * | 2006-02-13 | 2007-08-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ドライエッチング方法、微細構造形成方法、モールド及びその製造方法 |
| KR20140117282A (ko) | 2013-03-26 | 2014-10-07 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 |
| JP2016032117A (ja) * | 2014-07-29 | 2016-03-07 | ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | タングステン含有層をエッチングする方法 |
-
2001
- 2001-11-29 JP JP2001364621A patent/JP3986808B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005302840A (ja) * | 2004-04-07 | 2005-10-27 | Elpida Memory Inc | 半導体装置の製造方法 |
| US7371692B2 (en) | 2004-04-07 | 2008-05-13 | Elpida Memory, Inc. | Method for manufacturing a semiconductor device having a W/WN/polysilicon layered film |
| WO2007094087A1 (ja) * | 2006-02-13 | 2007-08-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ドライエッチング方法、微細構造形成方法、モールド及びその製造方法 |
| JPWO2007094087A1 (ja) * | 2006-02-13 | 2009-07-02 | パナソニック株式会社 | ドライエッチング方法、微細構造形成方法、モールド及びその製造方法 |
| US7906030B2 (en) | 2006-02-13 | 2011-03-15 | Panasonic Corporation | Dry etching method, fine structure formation method, mold and mold fabrication method |
| KR20140117282A (ko) | 2013-03-26 | 2014-10-07 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 |
| JP2016032117A (ja) * | 2014-07-29 | 2016-03-07 | ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | タングステン含有層をエッチングする方法 |
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