JP2962181B2 - ドライエッチング方法及び装置 - Google Patents
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S156/914—Differential etching apparatus including particular materials of construction
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＬＳＩ等の製造に用
いるに好適なＳｉ（シリコン）系材料のドライエッチン
グ方法及び装置に関し、特にエージングの際に処理室の
内壁に低硬度の密着層を形成してエッチング時にＳｉの
ハロゲン化酸化物の剥離を防止することによりパーティ
クルの低減を図ったものである。
いるに好適なＳｉ（シリコン）系材料のドライエッチン
グ方法及び装置に関し、特にエージングの際に処理室の
内壁に低硬度の密着層を形成してエッチング時にＳｉの
ハロゲン化酸化物の剥離を防止することによりパーティ
クルの低減を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、Ｓｉ系材料をドライエッチングす
る手段としては、図３に示すようなＥＣＲ（電子サイク
ロトロン共鳴）プラズマエッチング装置、図４に示すよ
うなマイクロ波プラズマエッチング装置等が知られてい
る。
る手段としては、図３に示すようなＥＣＲ（電子サイク
ロトロン共鳴）プラズマエッチング装置、図４に示すよ
うなマイクロ波プラズマエッチング装置等が知られてい
る。
【０００３】図３の装置において、処理室１０は、反応
室１０ａ及びプラズマ室１０ｂからなっており、処理室
１０の内壁には防着板１２が設けられている。防着板１
２は、通常、石英で構成される。
室１０ａ及びプラズマ室１０ｂからなっており、処理室
１０の内壁には防着板１２が設けられている。防着板１
２は、通常、石英で構成される。
【０００４】反応室１０ｂの底部には、試料台（電極）
１４が設けられ、その上面にはウエハ１６が載置される
ようになっている。試料台１４には、高周波電源１８が
接続され、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給
される。反応室１０ｂは、図示しないガス供給源に接続
されると共に排気装置ＶＡＣに接続される。
１４が設けられ、その上面にはウエハ１６が載置される
ようになっている。試料台１４には、高周波電源１８が
接続され、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給
される。反応室１０ｂは、図示しないガス供給源に接続
されると共に排気装置ＶＡＣに接続される。
【０００５】反応室１０ａの上部には、図示しないマイ
クロ波電源からマイクロ波導入窓２０を介して例えば
２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＭＷが供給される。窓２０
は、通常、石英で構成される。処理室１０の上部を取囲
むようにソレノイドコイル２２が設けられている。
クロ波電源からマイクロ波導入窓２０を介して例えば
２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＭＷが供給される。窓２０
は、通常、石英で構成される。処理室１０の上部を取囲
むようにソレノイドコイル２２が設けられている。
【０００６】一方、図４の装置においては、石英ベルジ
ャ３２等により処理室３０が形成される。処理室３０内
には、エッチングガスＥＧが供給され、処理室３０の底
部は、図示しない排気装置ＶＡＣに接続される。
ャ３２等により処理室３０が形成される。処理室３０内
には、エッチングガスＥＧが供給され、処理室３０の底
部は、図示しない排気装置ＶＡＣに接続される。
【０００７】処理室３０内には、試料台（電極）３４が
設けられ、その上面にはウエハ３６が載置されるように
なっている。試料台３４には、高周波電源３８から例え
ば２ＭＨｚの高周波電力が供給される。
設けられ、その上面にはウエハ３６が載置されるように
なっている。試料台３４には、高周波電源３８から例え
ば２ＭＨｚの高周波電力が供給される。
【０００８】処理室３０の上部には、マグネトロン４０
から導波管４２を介して例えば２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波ＭＷが供給される。処理室３０を取囲むようにソレ
ノイドコイル４４が設けられている。
から導波管４２を介して例えば２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波ＭＷが供給される。処理室３０を取囲むようにソレ
ノイドコイル４４が設けられている。
【０００９】図３又は４に示したようなドライエッチン
グ装置を用いてＳｉ、ポリＳｉ、高融点金属シリサイド
（ＷＳｉ2 ，ＭｏＳｉ2 ，ＴｉＳｉ2 ，ＴａＳｉ2 ）等
のＳｉ系材料をハロゲン（Ｃｌ，Ｂｒ）含有ガス及び酸
素の混合ガス（例えばＣｌ2／Ｏ2 ，ＨＢｒ／Ｏ2 ，Ｈ
Ｃｌ／Ｏ2 のような混合ガス）のプラズマでエッチング
すると、反応生成物としてＳｉのハロゲン化酸化物（Ｓ
ｉＯx Ｘy 、Ｘ：Ｃｌ又はＢｒ）が生成される。この場
合、Ｏ2 は、異方性のパターン形状を得るためと対Ｓｉ
Ｏ2 選択比を向上させるために添加される。また、Ｓｉ
のハロゲン化酸化物は、パターンの側壁を保護し、異方
性のパターン形状を得るのに役立つ。
グ装置を用いてＳｉ、ポリＳｉ、高融点金属シリサイド
（ＷＳｉ2 ，ＭｏＳｉ2 ，ＴｉＳｉ2 ，ＴａＳｉ2 ）等
のＳｉ系材料をハロゲン（Ｃｌ，Ｂｒ）含有ガス及び酸
素の混合ガス（例えばＣｌ2／Ｏ2 ，ＨＢｒ／Ｏ2 ，Ｈ
Ｃｌ／Ｏ2 のような混合ガス）のプラズマでエッチング
すると、反応生成物としてＳｉのハロゲン化酸化物（Ｓ
ｉＯx Ｘy 、Ｘ：Ｃｌ又はＢｒ）が生成される。この場
合、Ｏ2 は、異方性のパターン形状を得るためと対Ｓｉ
Ｏ2 選択比を向上させるために添加される。また、Ｓｉ
のハロゲン化酸化物は、パターンの側壁を保護し、異方
性のパターン形状を得るのに役立つ。
【００１０】しかしながら、Ｓｉのハロゲン化酸化物
は、処理室の内壁にも付着し、次のようなメカニズムで
パーティクルに変化する。すなわち、処理室の内壁は、
エッチング時はマイクロ波によって加熱されるが、ウエ
ハを出し入れするときなどマイクロ波を印加していない
ときは加熱されず、マイクロ波の供給又は遮断によって
温度サイクルを経験する。このため、エッチング時に処
理室の内壁に付着したＳｉのハロゲン化酸化物は、処理
室の温度が低下したときに処理室内壁とＳｉのハロゲン
化酸化物との熱膨張係数の差に起因して処理室の内壁か
ら剥れ落ちてパーティクルとなり、ウエハを汚染する。
は、処理室の内壁にも付着し、次のようなメカニズムで
パーティクルに変化する。すなわち、処理室の内壁は、
エッチング時はマイクロ波によって加熱されるが、ウエ
ハを出し入れするときなどマイクロ波を印加していない
ときは加熱されず、マイクロ波の供給又は遮断によって
温度サイクルを経験する。このため、エッチング時に処
理室の内壁に付着したＳｉのハロゲン化酸化物は、処理
室の温度が低下したときに処理室内壁とＳｉのハロゲン
化酸化物との熱膨張係数の差に起因して処理室の内壁か
ら剥れ落ちてパーティクルとなり、ウエハを汚染する。
【００１１】パーティクルによるウエハ汚染は、歩留り
低下を招く。そこで、従来は、処理室にクリーニング処
理を施した後、Ｓｉ系材料のエッチングを開始するのが
通例であった。クリーニング処理としては、ウェットク
リーニングとドライ（又はプラズマ）クリーニングとが
知られており、通常は、ウェットクリーニングの後、ド
ライ（又はプラズマ）クリーニングを行なう。このドラ
イ（又はプラズマ）クリーニングは、エージングとも呼
ばれるもので、製品としてのウエハをエッチングするの
と同じ条件でエージング用の専用ウエハ（例えばパター
ンのないベアウエハ）にプラズマエッチングを施すこと
により処理室内を製品ウエハ処理時と同様の雰囲気にし
て製品ウエハ処理の安定化を図るものである。
低下を招く。そこで、従来は、処理室にクリーニング処
理を施した後、Ｓｉ系材料のエッチングを開始するのが
通例であった。クリーニング処理としては、ウェットク
リーニングとドライ（又はプラズマ）クリーニングとが
知られており、通常は、ウェットクリーニングの後、ド
ライ（又はプラズマ）クリーニングを行なう。このドラ
イ（又はプラズマ）クリーニングは、エージングとも呼
ばれるもので、製品としてのウエハをエッチングするの
と同じ条件でエージング用の専用ウエハ（例えばパター
ンのないベアウエハ）にプラズマエッチングを施すこと
により処理室内を製品ウエハ処理時と同様の雰囲気にし
て製品ウエハ処理の安定化を図るものである。
【００１２】従来、エージング方法としては、次の
（イ）〜（ハ）の方法が提案されている。
（イ）〜（ハ）の方法が提案されている。
【００１３】（イ）専用ウエハとしてＳｉのベアウエハ
をＣｌ系又はＢｒ系ガスとＯ2 との混合ガスのプラズマ
で処理する方法 （ロ）専用ウエハとしてＳｉウエハ上にフォトレジスト
層を形成したものを用い、このウエハをＣｌ系又はＢｒ
系ガスとＯ2 との混合ガスのプラズマで処理する方法 （ハ）専用ウエハとしてＳｉウエハ上にＷＳｉ2 等の高
融点金属シリサイド層及びフォトレジスト層を順次に形
成したものを用い、このウエハをＣｌ系又はＢｒ系ガス
とＯ2 との混合ガスのプラズマで処理する方法 上記した（イ）及び（ロ）の方法によると、反応生成物
であるＳｉのハロゲン化酸化物が処理室の内壁に付着
し、前述したようなメカニズムによりパーティクルが発
生する不都合がある。
をＣｌ系又はＢｒ系ガスとＯ2 との混合ガスのプラズマ
で処理する方法 （ロ）専用ウエハとしてＳｉウエハ上にフォトレジスト
層を形成したものを用い、このウエハをＣｌ系又はＢｒ
系ガスとＯ2 との混合ガスのプラズマで処理する方法 （ハ）専用ウエハとしてＳｉウエハ上にＷＳｉ2 等の高
融点金属シリサイド層及びフォトレジスト層を順次に形
成したものを用い、このウエハをＣｌ系又はＢｒ系ガス
とＯ2 との混合ガスのプラズマで処理する方法 上記した（イ）及び（ロ）の方法によると、反応生成物
であるＳｉのハロゲン化酸化物が処理室の内壁に付着
し、前述したようなメカニズムによりパーティクルが発
生する不都合がある。
【００１４】また、上記した（ハ）の方法によると、シ
リサイドエッチング時に高融点金属のハロゲン化物ある
いはハロゲン化酸化物の他に、Ｓｉのハロゲン化酸化物
が反応生成物として生成され、（イ），（ロ）の場合と
同様にパーティクルが発生する不都合がある。
リサイドエッチング時に高融点金属のハロゲン化物ある
いはハロゲン化酸化物の他に、Ｓｉのハロゲン化酸化物
が反応生成物として生成され、（イ），（ロ）の場合と
同様にパーティクルが発生する不都合がある。
【００１５】図５は、（ハ）の方法を用いた場合のパー
ティクル測定結果を示すもので、横軸にはウエハ処理枚
数（枚）を、縦軸にはパーティクル数（個／ウエハ）を
それぞれ示す。
ティクル測定結果を示すもので、横軸にはウエハ処理枚
数（枚）を、縦軸にはパーティクル数（個／ウエハ）を
それぞれ示す。
【００１６】専用ウエハとしては、直径１５０ｍｍのＳ
ｉウエハ上に２５０ｎｍの厚さにＷＳｉ2 層を形成する
と共にこのＷＳｉ2 層の上に所定のパターンを有するフ
ォトレジスト層を周知のフォトリソグラフィ技術により
形成したものを用い、このウエハをＣｌ2 ／Ｏ2 ガスプ
ラズマでエージングした。図５のＡ1 は、このエージン
グの際のパーティクル数の変動を示すものである。
ｉウエハ上に２５０ｎｍの厚さにＷＳｉ2 層を形成する
と共にこのＷＳｉ2 層の上に所定のパターンを有するフ
ォトレジスト層を周知のフォトリソグラフィ技術により
形成したものを用い、このウエハをＣｌ2 ／Ｏ2 ガスプ
ラズマでエージングした。図５のＡ1 は、このエージン
グの際のパーティクル数の変動を示すものである。
【００１７】エージングの後、専用ウエハと同様の構成
のウエハ（Ｓｉウエハ上にＷＳｉ層及びレジストパター
ンを順次に形成したもの）をＣｌ2 ／Ｏ2 ガスプラズマ
でエッチングした。図５のＢ1 は、このエッチングの際
のパーティクル数の変動を示すものである。
のウエハ（Ｓｉウエハ上にＷＳｉ層及びレジストパター
ンを順次に形成したもの）をＣｌ2 ／Ｏ2 ガスプラズマ
でエッチングした。図５のＢ1 は、このエッチングの際
のパーティクル数の変動を示すものである。
【００１８】エージング及びエッチングには、図３に示
した構成のＥＣＲプラズマエッチング装置（例えば、住
友金属工業（株）製のＯＺ３００）を用い、次の表１に
示すような条件でプラズマ処理を行なった。
した構成のＥＣＲプラズマエッチング装置（例えば、住
友金属工業（株）製のＯＺ３００）を用い、次の表１に
示すような条件でプラズマ処理を行なった。
【００１９】
【表１】 ここで、処理時間８０秒のうち６０秒はＷＳｉ2 のエッ
チングに使われ、２０秒はＳｉのエッチングに使われ
た。
チングに使われ、２０秒はＳｉのエッチングに使われ
た。
【００２０】パーティクル数としては、各Ｓｉウエハ毎
にその表面上で０．０６μｍ2 より大きなパーティクル
の個数を測定した。また、測定には、テンコールインス
ツルメンツ（株）製のＳｕｒｆｓｃａｎ３０００を用い
た。
にその表面上で０．０６μｍ2 より大きなパーティクル
の個数を測定した。また、測定には、テンコールインス
ツルメンツ（株）製のＳｕｒｆｓｃａｎ３０００を用い
た。
【００２１】図５によれば、エージングによって一旦は
パーティクル数が低減されるが、処理室冷却後のエッチ
ングではパーティクル数が増加しているのがわかる。
パーティクル数が低減されるが、処理室冷却後のエッチ
ングではパーティクル数が増加しているのがわかる。
【００２２】従来、ドライエッチング装置又は膜形成装
置において処理室内の防着板からの発塵を防止する方法
としては、防着板に付着した膜の上にこの膜と密着性が
よい被覆膜を形成するようにしたものが知られている
（例えば、特開平３−２９３２４号公報参照）。
置において処理室内の防着板からの発塵を防止する方法
としては、防着板に付着した膜の上にこの膜と密着性が
よい被覆膜を形成するようにしたものが知られている
（例えば、特開平３−２９３２４号公報参照）。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】上記した発塵防止法に
よると、Ｓｉ系材料をハロゲン（Ｃｌ，Ｂｒ）含有ガス
と酸素との混合ガスのプラズマでエッチングする場合に
は、反応生成物であるＳｉのハロゲン化酸化物が処理室
の内壁から剥れ落ちてパーティクルとなるのを防ぐこと
ができない。すなわち、Ｓｉのハロゲン化酸化物は、防
着板との密着性が悪いために防着板から剥れてくるので
あり、Ｓｉのハロゲン化酸化物膜の上にこの膜と密着性
が良好な被覆膜を形成しても、Ｓｉのハロゲン化酸化物
膜の剥離を防ぐことはできない。
よると、Ｓｉ系材料をハロゲン（Ｃｌ，Ｂｒ）含有ガス
と酸素との混合ガスのプラズマでエッチングする場合に
は、反応生成物であるＳｉのハロゲン化酸化物が処理室
の内壁から剥れ落ちてパーティクルとなるのを防ぐこと
ができない。すなわち、Ｓｉのハロゲン化酸化物は、防
着板との密着性が悪いために防着板から剥れてくるので
あり、Ｓｉのハロゲン化酸化物膜の上にこの膜と密着性
が良好な被覆膜を形成しても、Ｓｉのハロゲン化酸化物
膜の剥離を防ぐことはできない。
【００２４】この発明の目的は、パーティクルを低減す
ることができる新規なドライエッチング方法及び装置を
提供することにある。
ることができる新規なドライエッチング方法及び装置を
提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】この発明に係るドライエ
ッチング方法は、処理室内でハロゲン含有ガスを含み且
つ酸素を含まない処理ガスを用いるプラズマ処理により
被エッチング材をエッチングするエージングを行なった
後、該処理室内でハロゲン含有ガス及び酸素を含む処理
ガスを用いるプラズマ処理によりシリコン系材料のエッ
チングを行なうドライエッチング方法であって、前記エ
ージングでは、前記処理室の内壁の構成材料と前記シリ
コン系材料のエッチング時の反応生成物であるシリコン
のハロゲン化酸化物とのいずれよりも低硬度のハロゲン
化物を含む密着層を形成するための密着層形成材を前記
被エッチング材として用いることにより前記処理室の内
壁に前記密着層を形成することを特徴とするものであ
る。
ッチング方法は、処理室内でハロゲン含有ガスを含み且
つ酸素を含まない処理ガスを用いるプラズマ処理により
被エッチング材をエッチングするエージングを行なった
後、該処理室内でハロゲン含有ガス及び酸素を含む処理
ガスを用いるプラズマ処理によりシリコン系材料のエッ
チングを行なうドライエッチング方法であって、前記エ
ージングでは、前記処理室の内壁の構成材料と前記シリ
コン系材料のエッチング時の反応生成物であるシリコン
のハロゲン化酸化物とのいずれよりも低硬度のハロゲン
化物を含む密着層を形成するための密着層形成材を前記
被エッチング材として用いることにより前記処理室の内
壁に前記密着層を形成することを特徴とするものであ
る。
【００２６】この発明の方法において、密着層を形成す
るには、例えばＳｉ等のウエハ上に高融点金属又はその
化合物あるいはＡｌ（アルミニウム）を堆積すると共に
その堆積層上にレジストパターンを形成したものを処理
室にセットし、ハロゲン含有ガスを主体とし且つ酸素を
含まないガスプラズマで処理（エッチング）すればよ
い。この場合、高融点金属としては、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，
Ｎｂのいずれかを用いることができる。また、ハロゲン
（Ｃｌ，Ｂｒ）含有ガスとしては、Ｃｌ2 ，Ｂｒ2 ，Ｈ
Ｃｌ，ＢＣｌ3 ，ＨＢｒ，ＢＢｒ3 のうち１種類以上の
ものを用いることができる。密着層としては、被エッチ
ング材のハロゲン化物（例えば、ＷＣｌ5，ＷＣｌ6 ）
及びレジスト成分を含むものが得られる。
るには、例えばＳｉ等のウエハ上に高融点金属又はその
化合物あるいはＡｌ（アルミニウム）を堆積すると共に
その堆積層上にレジストパターンを形成したものを処理
室にセットし、ハロゲン含有ガスを主体とし且つ酸素を
含まないガスプラズマで処理（エッチング）すればよ
い。この場合、高融点金属としては、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，
Ｎｂのいずれかを用いることができる。また、ハロゲン
（Ｃｌ，Ｂｒ）含有ガスとしては、Ｃｌ2 ，Ｂｒ2 ，Ｈ
Ｃｌ，ＢＣｌ3 ，ＨＢｒ，ＢＢｒ3 のうち１種類以上の
ものを用いることができる。密着層としては、被エッチ
ング材のハロゲン化物（例えば、ＷＣｌ5，ＷＣｌ6 ）
及びレジスト成分を含むものが得られる。
【００２７】密着層形成処理では、ウエハ上のレジスト
パターンを省略する代りに、レジスト成分と同様の働き
をする物質をガスから供給してもよい。このためには、
ハロゲン含有ガスに炭素を含むガスを添加するか又はハ
ロゲン及び炭素を含むガスを用いればよい。
パターンを省略する代りに、レジスト成分と同様の働き
をする物質をガスから供給してもよい。このためには、
ハロゲン含有ガスに炭素を含むガスを添加するか又はハ
ロゲン及び炭素を含むガスを用いればよい。
【００２８】この発明に係るドライエッチング装置は、
処理室内でハロゲン含有ガスを含み且つ酸素を含まない
処理ガスを用いるプラズマ処理により被エッチング材を
エッチングするエージングを行なった後、該処理室内で
ハロゲン含有ガス及び酸素を含む処理ガスを用いるプラ
ズマ処理によりシリコン系材料のエッチングを行なうド
ライエッチング装置であって、前記エージングの際に前
記処理室の内壁の構成材料と前記シリコン系材料のエッ
チング時の反応生成物であるシリコンのハロゲン化酸化
物とのいずれよりも低硬度のハロゲン化物を含む密着層
を前記処理室の内壁に形成するための密着層形成材を前
記被エッチング材として前記処理室の内壁の一部に設け
たことを特徴とするものである。この場合、密着層形成
材としては、高融点金属又はそのシリサイドを用いるこ
とができ、高融点金属としては、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ
のいずれかを用いることができる。
処理室内でハロゲン含有ガスを含み且つ酸素を含まない
処理ガスを用いるプラズマ処理により被エッチング材を
エッチングするエージングを行なった後、該処理室内で
ハロゲン含有ガス及び酸素を含む処理ガスを用いるプラ
ズマ処理によりシリコン系材料のエッチングを行なうド
ライエッチング装置であって、前記エージングの際に前
記処理室の内壁の構成材料と前記シリコン系材料のエッ
チング時の反応生成物であるシリコンのハロゲン化酸化
物とのいずれよりも低硬度のハロゲン化物を含む密着層
を前記処理室の内壁に形成するための密着層形成材を前
記被エッチング材として前記処理室の内壁の一部に設け
たことを特徴とするものである。この場合、密着層形成
材としては、高融点金属又はそのシリサイドを用いるこ
とができ、高融点金属としては、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ
のいずれかを用いることができる。
【００２９】
【作用】この発明のドライエッチング方法によると、エ
ージングの際に処理室の内壁に低硬度の密着層を形成す
るので、Ｓｉ系材料をエッチングする際にはＳｉのハロ
ゲン化酸化物が密着層を介して処理室の内壁に付着す
る。密着層は、処理室の内壁の構成材料及びＳｉのハロ
ゲン化酸化物のいずれよりも硬度が低いので、温度サイ
クルに伴う処理室内壁やハロゲン化酸化物被膜の膨脹・
収縮を吸収するバッファ層として働く。このため、Ｓｉ
のハロゲン化酸化物は、温度サイクルを経験しても処理
室の内壁から剥れ落ちるのを抑制される。従って、パー
ティクルの低減が可能となる。
ージングの際に処理室の内壁に低硬度の密着層を形成す
るので、Ｓｉ系材料をエッチングする際にはＳｉのハロ
ゲン化酸化物が密着層を介して処理室の内壁に付着す
る。密着層は、処理室の内壁の構成材料及びＳｉのハロ
ゲン化酸化物のいずれよりも硬度が低いので、温度サイ
クルに伴う処理室内壁やハロゲン化酸化物被膜の膨脹・
収縮を吸収するバッファ層として働く。このため、Ｓｉ
のハロゲン化酸化物は、温度サイクルを経験しても処理
室の内壁から剥れ落ちるのを抑制される。従って、パー
ティクルの低減が可能となる。
【００３０】また、この発明のドライエッチング装置に
よると、処理室の内壁の一部に密着層形成材を設けたの
で、エージングの際には勿論のことエッチングの際にも
処理室の内壁に低硬度の密着層が形成される。従って、
上記したと同様にしてＳｉのハロゲン化酸化物の剥れ落
ちが抑制され、パーティクルの低減が可能となる。この
発明の装置では、エージング用のウエハに密着層形成材
を設けなくてよい。
よると、処理室の内壁の一部に密着層形成材を設けたの
で、エージングの際には勿論のことエッチングの際にも
処理室の内壁に低硬度の密着層が形成される。従って、
上記したと同様にしてＳｉのハロゲン化酸化物の剥れ落
ちが抑制され、パーティクルの低減が可能となる。この
発明の装置では、エージング用のウエハに密着層形成材
を設けなくてよい。
【００３１】
【実施例】この発明のドライエッチング方法は、図３の
ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いて実施することが
できる。
ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いて実施することが
できる。
【００３２】エージング用の専用ウエハとしては、図５
に関して前述したと同様にＳｉウエハ上にＷＳｉ2 層及
びレジストパターンを順次に形成したものを用い、図３
のＥＣＲプラズマエッチング装置でエージングを行なっ
た。エージングは、Ｃｌ2 ガスプラズマを用いた（Ｏ2
流量をゼロとした）以外は前掲の表１と同じ条件で行な
った。そして、図５に関して前述したと同様にしてパー
ティクル数のウエハ処理枚数依存性を調べた。この結果
を図２Ａ2 に示す。
に関して前述したと同様にＳｉウエハ上にＷＳｉ2 層及
びレジストパターンを順次に形成したものを用い、図３
のＥＣＲプラズマエッチング装置でエージングを行なっ
た。エージングは、Ｃｌ2 ガスプラズマを用いた（Ｏ2
流量をゼロとした）以外は前掲の表１と同じ条件で行な
った。そして、図５に関して前述したと同様にしてパー
ティクル数のウエハ処理枚数依存性を調べた。この結果
を図２Ａ2 に示す。
【００３３】エージングの後、専用ウエハと同様の構成
のウエハをエージングの場合と同様の条件でＣｌ2 ガス
プラズマでエッチングした。そして、図５に関して前述
したと同様にしてパーティクル数のウエハ処理枚数依存
性を調べた。この結果を図２Ｂ2 に示す。
のウエハをエージングの場合と同様の条件でＣｌ2 ガス
プラズマでエッチングした。そして、図５に関して前述
したと同様にしてパーティクル数のウエハ処理枚数依存
性を調べた。この結果を図２Ｂ2 に示す。
【００３４】図２及び図５を対比すると、この発明に係
る図２の場合の方が処理室冷却後のエッチングにおける
パーティクル数が少ないことがわかる。これは、エージ
ングにおいてＷＳｉ2層をＣｌ2 ガスプラズマで処理し
たときに反応生成物としてＷの塩化物（ＷＣｌ5 ，ＷＣ
ｌ6 ）が生成され、処理室の内壁に付着して密着層を形
成したことによるものである。
る図２の場合の方が処理室冷却後のエッチングにおける
パーティクル数が少ないことがわかる。これは、エージ
ングにおいてＷＳｉ2層をＣｌ2 ガスプラズマで処理し
たときに反応生成物としてＷの塩化物（ＷＣｌ5 ，ＷＣ
ｌ6 ）が生成され、処理室の内壁に付着して密着層を形
成したことによるものである。
【００３５】ＷＳｉ2 層をＣｌ2 ガスプラズマで処理し
た場合の反応生成物としては、Ｓｉの塩化物（ＳｉＣｌ
x ）も生成されるが、Ｓｉの塩化物は、蒸気圧が高く、
処理室外へ排出されてしまうので、パーティクル低減に
は寄与しない。一方、Ｗの塩化物は、蒸気圧が比較的低
く、常温で固体として存在するので、処理室の内壁に付
着してパーティクル低減効果を有する密着層となること
ができる。
た場合の反応生成物としては、Ｓｉの塩化物（ＳｉＣｌ
x ）も生成されるが、Ｓｉの塩化物は、蒸気圧が高く、
処理室外へ排出されてしまうので、パーティクル低減に
は寄与しない。一方、Ｗの塩化物は、蒸気圧が比較的低
く、常温で固体として存在するので、処理室の内壁に付
着してパーティクル低減効果を有する密着層となること
ができる。
【００３６】このことから、ＷＳｉ2 層の代りにＷ層を
形成したウエハをエージングに使用すれば更にパーティ
クル低減効果が向上するといえる。
形成したウエハをエージングに使用すれば更にパーティ
クル低減効果が向上するといえる。
【００３７】図１は、この発明の一実施例に係るＥＣＲ
プラズマエッチング装置を示すもので、図３と同様の部
分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
プラズマエッチング装置を示すもので、図３と同様の部
分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３８】図１の装置が図３の装置と異なる点は、処
理室１０内の石英製の防着板１２の一部にプラズマに接
触するように一例として環状に密着層形成材２４を設け
たことであり、他の構成は図３に関して前述したのと同
様である。密着層形成材２４としては、高融点金属材、
例えばＷ（タングステン）材を用いることができ、高融
点金属のシリサイド材を用いてもよい。
理室１０内の石英製の防着板１２の一部にプラズマに接
触するように一例として環状に密着層形成材２４を設け
たことであり、他の構成は図３に関して前述したのと同
様である。密着層形成材２４としては、高融点金属材、
例えばＷ（タングステン）材を用いることができ、高融
点金属のシリサイド材を用いてもよい。
【００３９】図１の装置において、エージングは、次の
（Ａ）又は（Ｂ）のいずれかの方法で行なうことができ
る。 （Ａ）ウエハ１６として、Ｓｉウエハ上にフォトレジス
ト層を形成したものを用い、ハロゲン（Ｃｌ，Ｂｒ）含
有ガス（例えば塩素）を含み且つ酸素を含まないガスプ
ラズマでウエハ１６を処理する。この結果、形成材２４
としてのＷの反応生成物とフォトレジストの反応生成物
とが処理室１０の内壁に付着して密着層を形成するの
で、エージングの後のＳｉ系材料のエッチングではパー
ティクルの発生を抑制することができる。 （Ｂ）ウエハ１６として、フォトレジスト層を形成しな
いＳｉウエハを用い、ハロゲン（Ｃｌ，Ｂｒ）含有ガス
（例えば塩素）に所定の添加ガスを加えた混合ガスのプ
ラズマで処理する。所定の添加ガスとしては、炭素を含
み且つＦを含まないガスで、一般式Ｃx Ｈy 又はＣx Ｈ
y Ｘz （Ｘ：Ｃｌ又はＢｒ）で表わされるもの（例えば
ＣＨＣｌ3 ）を用いることができる。この場合も（Ａ）
の場合と同様にＷの反応生成物とレジスト成分に類似し
た反応生成物とを含む密着層が処理室１０の内壁に形成
され、パーティクル低減効果が得られる。なお、混合ガ
スの代りにＣＣｌ4 ，ＣＢｒ4 などのハロゲン及び炭素
を含み且つＦを含まないガスを単独で使用してもよい。
（Ａ）又は（Ｂ）のいずれかの方法で行なうことができ
る。 （Ａ）ウエハ１６として、Ｓｉウエハ上にフォトレジス
ト層を形成したものを用い、ハロゲン（Ｃｌ，Ｂｒ）含
有ガス（例えば塩素）を含み且つ酸素を含まないガスプ
ラズマでウエハ１６を処理する。この結果、形成材２４
としてのＷの反応生成物とフォトレジストの反応生成物
とが処理室１０の内壁に付着して密着層を形成するの
で、エージングの後のＳｉ系材料のエッチングではパー
ティクルの発生を抑制することができる。 （Ｂ）ウエハ１６として、フォトレジスト層を形成しな
いＳｉウエハを用い、ハロゲン（Ｃｌ，Ｂｒ）含有ガス
（例えば塩素）に所定の添加ガスを加えた混合ガスのプ
ラズマで処理する。所定の添加ガスとしては、炭素を含
み且つＦを含まないガスで、一般式Ｃx Ｈy 又はＣx Ｈ
y Ｘz （Ｘ：Ｃｌ又はＢｒ）で表わされるもの（例えば
ＣＨＣｌ3 ）を用いることができる。この場合も（Ａ）
の場合と同様にＷの反応生成物とレジスト成分に類似し
た反応生成物とを含む密着層が処理室１０の内壁に形成
され、パーティクル低減効果が得られる。なお、混合ガ
スの代りにＣＣｌ4 ，ＣＢｒ4 などのハロゲン及び炭素
を含み且つＦを含まないガスを単独で使用してもよい。
【００４０】パーティクル低減効果を得るには、ＣＨＦ
3 ，ＣＨ2 Ｆ2 など炭素及びＦを含むガスとハロゲン含
有ガスとの混合ガスを用いることができるが、ゲート電
極エッチングのように被エッチング材の下地膜（ＳｉＯ
2 膜）がＦラジカルによりエッチングされやすく且つ下
地膜のエッチングにより半導体装置としての不具合が生
ずるような工程では、処理室内壁に付着した密着層から
Ｆが供給されて下地膜に対する選択比を低下させるので
好ましくない。
3 ，ＣＨ2 Ｆ2 など炭素及びＦを含むガスとハロゲン含
有ガスとの混合ガスを用いることができるが、ゲート電
極エッチングのように被エッチング材の下地膜（ＳｉＯ
2 膜）がＦラジカルによりエッチングされやすく且つ下
地膜のエッチングにより半導体装置としての不具合が生
ずるような工程では、処理室内壁に付着した密着層から
Ｆが供給されて下地膜に対する選択比を低下させるので
好ましくない。
【００４１】ところで、バッチ式Ａｌ合金リアクティブ
イオンエッチング（ＲＩＥ）装置にあっては、ウェット
クリーニングの直後に一時的にパーティクルが増加して
も、Ａｌ合金を塩素系ガス（Ｃｌ2 ，ＢＣｌ3 ，ＳｉＣ
ｌ4 ）とＣＨＦ3 との混合ガスでエッチングすることに
よってパーティクルが低減されることを経験している。
これは、パーティクルがエッチング反応室の内壁に付着
したＡｌの塩化物ＡｌＣｌ3 （融点１９０．２℃）と
Ｃ，Ｆなどを含む被膜に取り込まれたためと考えられて
いる。この被膜は、本願発明において処理室の内壁にＳ
ｉのハロゲン化酸化物を密着させるための密着層として
採用することができる。
イオンエッチング（ＲＩＥ）装置にあっては、ウェット
クリーニングの直後に一時的にパーティクルが増加して
も、Ａｌ合金を塩素系ガス（Ｃｌ2 ，ＢＣｌ3 ，ＳｉＣ
ｌ4 ）とＣＨＦ3 との混合ガスでエッチングすることに
よってパーティクルが低減されることを経験している。
これは、パーティクルがエッチング反応室の内壁に付着
したＡｌの塩化物ＡｌＣｌ3 （融点１９０．２℃）と
Ｃ，Ｆなどを含む被膜に取り込まれたためと考えられて
いる。この被膜は、本願発明において処理室の内壁にＳ
ｉのハロゲン化酸化物を密着させるための密着層として
採用することができる。
【００４２】処理室の内壁に付着した被膜がパーティク
ル低減効果を有する密着層として使用できるか否かは、
被膜中に含まれるハロゲン化物の軟らかさの程度（硬
度）によって決まる。物質の融点は、その物質の硬度を
反映したものと考えられるので、被膜中に含まれるハロ
ゲン化物の融点により被膜が密着層として有用か否か判
定することができる。
ル低減効果を有する密着層として使用できるか否かは、
被膜中に含まれるハロゲン化物の軟らかさの程度（硬
度）によって決まる。物質の融点は、その物質の硬度を
反映したものと考えられるので、被膜中に含まれるハロ
ゲン化物の融点により被膜が密着層として有用か否か判
定することができる。
【００４３】融点は、高すぎても低すぎてもよくない。
高すぎると、処理室内壁とＳｉのハロゲン化酸化物との
間のバッファ層としての働きが不十分になり、低すぎる
と、蒸気圧が高くて処理室の内壁に付着しないか付着し
てもエッチング時に処理室温度の上昇に伴い処理室内壁
から剥離してしまうからである。
高すぎると、処理室内壁とＳｉのハロゲン化酸化物との
間のバッファ層としての働きが不十分になり、低すぎる
と、蒸気圧が高くて処理室の内壁に付着しないか付着し
てもエッチング時に処理室温度の上昇に伴い処理室内壁
から剥離してしまうからである。
【００４４】図２で述べた実施例において密着層を構成
するＷの塩化物ＷＣｌ5 ，ＷＣｌ6の融点は、それぞれ
２４８℃，２７５℃である。また、前述のＡｌ合金ＲＩ
Ｅ装置にて得られるＡｌ塩化物ＡｌＣｌ3 の融点は、１
９０．２℃である。従って、融点が１９０．２℃〜２７
５℃の範囲内にあるハロゲン化物はパーティクル低減に
寄与すると考えてよい。
するＷの塩化物ＷＣｌ5 ，ＷＣｌ6の融点は、それぞれ
２４８℃，２７５℃である。また、前述のＡｌ合金ＲＩ
Ｅ装置にて得られるＡｌ塩化物ＡｌＣｌ3 の融点は、１
９０．２℃である。従って、融点が１９０．２℃〜２７
５℃の範囲内にあるハロゲン化物はパーティクル低減に
寄与すると考えてよい。
【００４５】すなわち、ハロゲン化物の融点が１９０℃
〜２７５℃の範囲内にあるような材料をエージング時の
被エッチング材に使えばパーティクル低減効果が得られ
る。しかしながら、実際に半導体装置の製造に適用する
場合は、半導体装置の性能に悪影響を与える材料は使用
できないので、材料としては半導体装置の製造に使用さ
れている材料が好ましい。好ましい材料としては、配線
材料として使われているＡｌやゲート電極材料として使
われている高融点金属及び高融点金属シリサイドがあ
る。
〜２７５℃の範囲内にあるような材料をエージング時の
被エッチング材に使えばパーティクル低減効果が得られ
る。しかしながら、実際に半導体装置の製造に適用する
場合は、半導体装置の性能に悪影響を与える材料は使用
できないので、材料としては半導体装置の製造に使用さ
れている材料が好ましい。好ましい材料としては、配線
材料として使われているＡｌやゲート電極材料として使
われている高融点金属及び高融点金属シリサイドがあ
る。
【００４６】次の表２には、Ａｌ及び主な高融点金属の
塩化物及び臭化物の融点を示した。
塩化物及び臭化物の融点を示した。
【００４７】
【表２】 参考文献１：「化学便覧 基礎編Ｉ」改訂２版 日本化
学学会編 参考文献２：MATERIALS PROCESSING THEORY AND PRACTI
CES Volume4 “dry etching for microelectronics”，NORTH-HOLLAN
D PHYSICSPUBLISHING 表２によれば、Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ及びこれらの金属
のシリサイドとＡｌ，Ａｌ合金等がエージング時の被エ
ッチング材として使用できることがわかる。また、これ
らの材料は、処理室の一部に設ける密着層形成材として
も使用できる。さらに、エージング時の被エッチング材
としては、塩化物又は臭化物の融点が１９０℃〜３００
℃の範囲内にある物質も使用可能であろうと推測され
る。
学学会編 参考文献２：MATERIALS PROCESSING THEORY AND PRACTI
CES Volume4 “dry etching for microelectronics”，NORTH-HOLLAN
D PHYSICSPUBLISHING 表２によれば、Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ及びこれらの金属
のシリサイドとＡｌ，Ａｌ合金等がエージング時の被エ
ッチング材として使用できることがわかる。また、これ
らの材料は、処理室の一部に設ける密着層形成材として
も使用できる。さらに、エージング時の被エッチング材
としては、塩化物又は臭化物の融点が１９０℃〜３００
℃の範囲内にある物質も使用可能であろうと推測され
る。
【００４８】ウエハを使用するエージングにおいて、ウ
エハに被着する各種の密着層形成材毎に使用可能なエー
ジングガスを例示すると、次の表３の通りである。表３
には、ウエハにレジストパターンを形成した場合（レジ
ストパターン有りの場合）と形成しない場合（レジスト
パターン無しの場合）とで別々に使用可能な添加ガスも
例示した。また、使用ガス毎に予想される密着層の主組
成も示した。
エハに被着する各種の密着層形成材毎に使用可能なエー
ジングガスを例示すると、次の表３の通りである。表３
には、ウエハにレジストパターンを形成した場合（レジ
ストパターン有りの場合）と形成しない場合（レジスト
パターン無しの場合）とで別々に使用可能な添加ガスも
例示した。また、使用ガス毎に予想される密着層の主組
成も示した。
【００４９】
【表３】 エージングガスについては、表３に示した組合せの他
に、Ｃｌ2 ，Ｂｒ2 ，ＨＣｌ，ＢＣｌ3 ，ＨＢｒ，ＢＢ
ｒ3 のうち１又は複数のものとの任意の組合せが可能で
ある。ただし、Ｍｏ，ＭｏＳｉ2 ，Ｎｂ，ＮｂＳｉ2 ，
Ａｌ，Ａｌ合金については、Ｃｌを含むガスのみが密着
層形成に有効に作用し、Ｗ，ＷＳｉ2 ，Ｔａ，ＴａＳｉ
2 については、Ｃｌ含有ガス及びＢｒ含有ガスのいずれ
も密着層形成に有効に作用する。
に、Ｃｌ2 ，Ｂｒ2 ，ＨＣｌ，ＢＣｌ3 ，ＨＢｒ，ＢＢ
ｒ3 のうち１又は複数のものとの任意の組合せが可能で
ある。ただし、Ｍｏ，ＭｏＳｉ2 ，Ｎｂ，ＮｂＳｉ2 ，
Ａｌ，Ａｌ合金については、Ｃｌを含むガスのみが密着
層形成に有効に作用し、Ｗ，ＷＳｉ2 ，Ｔａ，ＴａＳｉ
2 については、Ｃｌ含有ガス及びＢｒ含有ガスのいずれ
も密着層形成に有効に作用する。
【００５０】この発明は、上記した実施例に限定される
ものではなく、種々の改変形態で実施可能なものであ
る。例えば、ウエハを用いるエージングでは、密着層形
成材の層に重ねてレジストパターンを形成したウエハを
用いる代りに、密着層形成材の層を形成したウエハとレ
ジスト層を形成したウエハとを併用してもよい。
ものではなく、種々の改変形態で実施可能なものであ
る。例えば、ウエハを用いるエージングでは、密着層形
成材の層に重ねてレジストパターンを形成したウエハを
用いる代りに、密着層形成材の層を形成したウエハとレ
ジスト層を形成したウエハとを併用してもよい。
【００５１】また、図１に示したＥＣＲプラズマエッチ
ング装置に限らず、図４に示したマイクロ波プラズマエ
ッチング装置においても、この発明を実施することがで
きる。この場合、密着層形成材の層を形成したウエハを
用いる代りに、処理室３０の内壁の一部に密着層形成材
２４’を設けてエージングを行なってもよい。
ング装置に限らず、図４に示したマイクロ波プラズマエ
ッチング装置においても、この発明を実施することがで
きる。この場合、密着層形成材の層を形成したウエハを
用いる代りに、処理室３０の内壁の一部に密着層形成材
２４’を設けてエージングを行なってもよい。
【００５２】
【発明の効果】以上のように、この発明のドライエッチ
ング方法によれば、パーティクル発生が抑制されるの
で、歩留りの向上が可能になると共にクリーニングサイ
クルの延長が可能となる効果が得られるものである。
ング方法によれば、パーティクル発生が抑制されるの
で、歩留りの向上が可能になると共にクリーニングサイ
クルの延長が可能となる効果が得られるものである。
【００５３】また、この発明のドライエッチング装置に
よれば、この発明のドライエッチング方法と同様の作用
効果が得られる他、密着層形成材をウエハに被着する処
理が不要であり、簡単にクリーニングを行なえる効果も
ある。
よれば、この発明のドライエッチング方法と同様の作用
効果が得られる他、密着層形成材をウエハに被着する処
理が不要であり、簡単にクリーニングを行なえる効果も
ある。
【図１】 この発明の一実施例に係るＥＣＲプラズマエ
ッチング装置を示す断面図である。
ッチング装置を示す断面図である。
【図２】 図１の装置を用いてエージング及びエッチン
グを実施したときのウエハ処理枚数とパーティクル数と
の関係を示すグラフである。
グを実施したときのウエハ処理枚数とパーティクル数と
の関係を示すグラフである。
【図３】 従来のＥＣＲプラズマエッチング装置を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】 従来のマイクロ波プラズマエッチング装置を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図５】 図３の装置を用いてエージング及びエッチン
グを実施したときのウエハ処理枚数とパーティクル数と
の関係を示すグラフである。
グを実施したときのウエハ処理枚数とパーティクル数と
の関係を示すグラフである。
１０：処理室、１０ａ：プラズマ室、１０ｂ：反応室、
１２：防着板、１４：試料台、１６：ウエハ、１８：高
周波電源、２０：マイクロ波導入窓、２２：ソレノイド
コイル、２４：密着層形成材。
１２：防着板、１４：試料台、１６：ウエハ、１８：高
周波電源、２０：マイクロ波導入窓、２２：ソレノイド
コイル、２４：密着層形成材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00
Claims (4)
- 【請求項１】 処理室内でハロゲン含有ガスを含み且つ
酸素を含まない処理ガスを用いるプラズマ処理により被
エッチング材をエッチングするエージングを行なった
後、該処理室内でハロゲン含有ガス及び酸素を含む処理
ガスを用いるプラズマ処理によりシリコン系材料のエッ
チングを行なうドライエッチング方法であって、 前記エージングでは、前記処理室の内壁の構成材料と前
記シリコン系材料のエッチング時の反応生成物であるシ
リコンのハロゲン化酸化物とのいずれよりも低硬度のハ
ロゲン化物を含む密着層を形成するための密着層形成材
を前記被エッチング材として用いることにより前記処理
室の内壁に前記密着層を形成することを特徴とするドラ
イエッチング方法。 - 【請求項２】 前記密着層形成材は、ハロゲン化物の融
点が１９０℃〜２７５℃の範囲内にある配線材料又はゲ
ート電極材料からなるものである請求項１記載のドライ
エッチング方法。 - 【請求項３】 前記エージングでは、前記被エッチング
材又は添加ガスとして炭素及び水素を含むものを用いる
ことにより前記密着層として前記被エッチング材のハロ
ゲン化物と、炭素と、水素とを含む層を形成する請求項
１又は２記載のドライエッチング方法。 - 【請求項４】 処理室内でハロゲン含有ガスを含み且つ
酸素を含まない処理ガスを用いるプラズマ処理により被
エッチング材をエッチングするエージングを行なった
後、該処理室内でハロゲン含有ガス及び酸素を含む処理
ガスを用いるプラズマ処理によりシリコン系材料のエッ
チングを行なうドライエッチング装置であって、 前記エージングの際に前記処理室の内壁の構成材料と前
記シリコン系材料のエッチング時の反応生成物であるシ
リコンのハロゲン化酸化物とのいずれよりも低硬度のハ
ロゲン化物を含む密着層を前記処理室の内壁に形成する
ための密着層形成材を前記被エッチング材として前記処
理室の内壁の一部に設けたことを特徴とするドライエッ
チング装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7035935A JP2962181B2 (ja) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | ドライエッチング方法及び装置 |
| US08/594,282 US5639341A (en) | 1995-02-01 | 1996-01-30 | Dry etching with less particles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7035935A JP2962181B2 (ja) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | ドライエッチング方法及び装置 |
Publications (2)
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