JP2997142B2 - 集積回路構造の選択性の高い酸化物エッチングプロセス - Google Patents
集積回路構造の選択性の高い酸化物エッチングプロセスInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン表面の存在下
四フッ化シリコン（SiF 4 ) と１種以上の他のフッ素含
有エッチング剤ガスの混合ガスを用いて集積回路構造の
酸化物をプラズマエッチングするプロセスに関する。更
に詳細には、本発明は、SiF 4 と１種以上の他のフッ素
含有エッチング剤ガスの混合ガス及びシリコン表面を用
いて集積回路構造のシリコンに関する酸化物を優先的に
エッチングするための選択性の高いプラズマエッチング
プロセスに関し、このプラズマエッチングプロセスは、
容量放電（capacitive discharge）又は電磁結合プラズ
マ発生機と共に用いることができる。
四フッ化シリコン（SiF 4 ) と１種以上の他のフッ素含
有エッチング剤ガスの混合ガスを用いて集積回路構造の
酸化物をプラズマエッチングするプロセスに関する。更
に詳細には、本発明は、SiF 4 と１種以上の他のフッ素
含有エッチング剤ガスの混合ガス及びシリコン表面を用
いて集積回路構造のシリコンに関する酸化物を優先的に
エッチングするための選択性の高いプラズマエッチング
プロセスに関し、このプラズマエッチングプロセスは、
容量放電（capacitive discharge）又は電磁結合プラズ
マ発生機と共に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】集積回路構造において酸化物層は、典型
的には絶縁体としてシリコン又はシリコン含有表面、例
えばシリコンウェハーのような単結晶シリコン、エピタ
キシャルシリコン、ポリシリコン又はケイ化チタンのよ
うなケイ化物の上層（overlying ）として用いられる。
そのような酸化物層は、例えば下層シリコンの導電性コ
ンタクト形成のためのビア(vias)を形成するために選択
的にエッチングされる。そのような酸化物エッチング
は、慣用的には１種以上のフッ素含有エッチングガス、
例えばCF4 、CHF 3 、CH2 F 2 、CH3 F 、C 2 F 6 、NF
3 、SF6 等を用いるプラズマエッチングプロセスにおい
て行われる。
的には絶縁体としてシリコン又はシリコン含有表面、例
えばシリコンウェハーのような単結晶シリコン、エピタ
キシャルシリコン、ポリシリコン又はケイ化チタンのよ
うなケイ化物の上層（overlying ）として用いられる。
そのような酸化物層は、例えば下層シリコンの導電性コ
ンタクト形成のためのビア(vias)を形成するために選択
的にエッチングされる。そのような酸化物エッチング
は、慣用的には１種以上のフッ素含有エッチングガス、
例えばCF4 、CHF 3 、CH2 F 2 、CH3 F 、C 2 F 6 、NF
3 、SF6 等を用いるプラズマエッチングプロセスにおい
て行われる。
【０００３】そのような先行技術の酸化物エッチングプ
ロセスにおいて慣用の容量放電プラズマ発生機を用いる
場合、エッチングチャンバ内の圧力は、典型的には約１
００〜１０００ミリトル（１トル（Torr））で維持され
てシリコンに関する選択性約２０：１を生じる。即ち、
シリコンの代わりに酸化物が約２０：１の比で選択的に
エッチングされる。
ロセスにおいて慣用の容量放電プラズマ発生機を用いる
場合、エッチングチャンバ内の圧力は、典型的には約１
００〜１０００ミリトル（１トル（Torr））で維持され
てシリコンに関する選択性約２０：１を生じる。即ち、
シリコンの代わりに酸化物が約２０：１の比で選択的に
エッチングされる。
【０００４】しかしながら、エッチングにそのような高
い圧力を用いると、エッチングのプロフィール（profil
e ）の制御に不利な影響を及ぼす。例えば、０．３５ミ
クロメーター（μm)径のコンタクト及び／又はビアの垂
直壁を得るために、２００ミリトル以下、好ましくは３
０ミリトル以下、特に約１０ミリトルの低い圧力を用い
ねばならない。しかしながら、そのような低い圧力下で
慣用の平行平板容量放電型プラズマ発生機を使用すると
遅いエッチング速度やピーク電圧のより高いピークを招
き、電磁結合型プラズマ発生機のような別の形のプラズ
マ発生機の使用を必要とする。
い圧力を用いると、エッチングのプロフィール（profil
e ）の制御に不利な影響を及ぼす。例えば、０．３５ミ
クロメーター（μm)径のコンタクト及び／又はビアの垂
直壁を得るために、２００ミリトル以下、好ましくは３
０ミリトル以下、特に約１０ミリトルの低い圧力を用い
ねばならない。しかしながら、そのような低い圧力下で
慣用の平行平板容量放電型プラズマ発生機を使用すると
遅いエッチング速度やピーク電圧のより高いピークを招
き、電磁結合型プラズマ発生機のような別の形のプラズ
マ発生機の使用を必要とする。
【０００５】約１０ミリトルの圧力と電磁結合プラズマ
発生機によって発生されるプラズマを用いると垂直壁を
有するコンタクトホール(contact hole ）のエッチング
を生じるが、上記フッ素含有エッチングガス化学を用い
るエッチングシステムのシリコンに対する選択性は、約
６：１に減少する。これは恐らく、低い圧力環境下にお
けるポリマー生成の困難性と容量放電型プラズマ発生機
の代わりに電磁結合プラズマ発生機を使用することに起
因する、より高い密度のプラズマのより攻撃的な性質に
よるものである。
発生機によって発生されるプラズマを用いると垂直壁を
有するコンタクトホール(contact hole ）のエッチング
を生じるが、上記フッ素含有エッチングガス化学を用い
るエッチングシステムのシリコンに対する選択性は、約
６：１に減少する。これは恐らく、低い圧力環境下にお
けるポリマー生成の困難性と容量放電型プラズマ発生機
の代わりに電磁結合プラズマ発生機を使用することに起
因する、より高い密度のプラズマのより攻撃的な性質に
よるものである。
【０００６】上述した低い選択性は、高度に平面化（pl
anarize ）された構造及び完全に均一なエッチング／プ
ラズマチャンバ条件に対しては十分である。しかしなが
ら、上層の酸化物のエッチングでシリコンがさらされて
もできるだけシリコンをエッチングしないことが望まし
い多くの応用においては、上記した低い選択性は許容さ
れない。例えばある場合には、酸化物エッチングで下層
シリコンのエッチングが約５０オングストローム（５ｘ
１０-3μm)未満であることが望ましい。
anarize ）された構造及び完全に均一なエッチング／プ
ラズマチャンバ条件に対しては十分である。しかしなが
ら、上層の酸化物のエッチングでシリコンがさらされて
もできるだけシリコンをエッチングしないことが望まし
い多くの応用においては、上記した低い選択性は許容さ
れない。例えばある場合には、酸化物エッチングで下層
シリコンのエッチングが約５０オングストローム（５ｘ
１０-3μm)未満であることが望ましい。
【０００７】１種以上の慣用のフッ素含有エッチングガ
スを用いる慣用的なプラズマ酸化物エッチングプロセス
は、通常シリコンのエッチングを妨げるポリマーの生成
によるものであり、ここで酸化物のエッチング中酸素の
遊離は酸化物表面ポリマーを分解するが、そのような生
成酸素の不存在はシリコン表面上のポリマーの分解を防
止する。従って電磁結合型プラズマの場合、上記６：１
のシリコンに対する酸化物エッチング比より高い選択性
を得るためにそのようなポリマーの生成を増加させるこ
とが必要である。
スを用いる慣用的なプラズマ酸化物エッチングプロセス
は、通常シリコンのエッチングを妨げるポリマーの生成
によるものであり、ここで酸化物のエッチング中酸素の
遊離は酸化物表面ポリマーを分解するが、そのような生
成酸素の不存在はシリコン表面上のポリマーの分解を防
止する。従って電磁結合型プラズマの場合、上記６：１
のシリコンに対する酸化物エッチング比より高い選択性
を得るためにそのようなポリマーの生成を増加させるこ
とが必要である。
【０００８】しかしながら、そのようなポリマー生成の
増加は、酸化物エッチング速度の低下、プロセス枠（pr
ocess window）の減少及び粒子生成のための可能性の増
加を犠牲にしてプロセスの選択性を増加する。また、こ
れはスループットの許容されない減少やデバイス収量の
減少を引き起こしてしまう。
増加は、酸化物エッチング速度の低下、プロセス枠（pr
ocess window）の減少及び粒子生成のための可能性の増
加を犠牲にしてプロセスの選択性を増加する。また、こ
れはスループットの許容されない減少やデバイス収量の
減少を引き起こしてしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って電磁結合プラズ
マ発生機を用いて、低い圧力、例えば約１０ミリトルを
用いても、酸化物材料のエッチング速度を実質的に低下
させずに、シリコンに対する高い選択性を示す酸化物エ
ッチングプロセスを提供することが望まれる。
マ発生機を用いて、低い圧力、例えば約１０ミリトルを
用いても、酸化物材料のエッチング速度を実質的に低下
させずに、シリコンに対する高い選択性を示す酸化物エ
ッチングプロセスを提供することが望まれる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の酸化物エッチン
グプロセスは、SiF 4 ガスと１種以上のフッ素含有エッ
チング剤ガスの混合ガスを用いてシリコン含有表面上の
酸化物をプラズマエッチングしてシリコン含有表面に関
して選択性の高いプロセスを提供することを含む。プロ
セスが行われるエッチングチャンバはまた、露出シリコ
ン表面を含むことが好ましい。
グプロセスは、SiF 4 ガスと１種以上のフッ素含有エッ
チング剤ガスの混合ガスを用いてシリコン含有表面上の
酸化物をプラズマエッチングしてシリコン含有表面に関
して選択性の高いプロセスを提供することを含む。プロ
セスが行われるエッチングチャンバはまた、露出シリコ
ン表面を含むことが好ましい。
【００１１】好ましい実施態様において、本発明のエッ
チングプロセスは、電磁結合プラズマ発生機によって発
生されたプラズマを用いて約１〜３０ミリトル、典型的
には約１０ミリトルの圧力で行われる。しかしながら、
上記エッチングプロセスは、上記電磁結合プラズマ発生
機あるいは容量放電（平行平板）型プラズマ発生機によ
って発生されたプラズマを用いて約５０〜２００ミリト
ル、典型的には約１００ミリトルのより高い圧力で用い
ることもできる。
チングプロセスは、電磁結合プラズマ発生機によって発
生されたプラズマを用いて約１〜３０ミリトル、典型的
には約１０ミリトルの圧力で行われる。しかしながら、
上記エッチングプロセスは、上記電磁結合プラズマ発生
機あるいは容量放電（平行平板）型プラズマ発生機によ
って発生されたプラズマを用いて約５０〜２００ミリト
ル、典型的には約１００ミリトルのより高い圧力で用い
ることもできる。
【００１２】本発明の酸化物エッチングプロセスは、シ
リコンに対し約３０：１の高い選択性を示し、即ち酸化
物は、使用されるプラズマ発生機の型又は約１〜２００
ミリトルの幅のある範囲で用いられる圧力にかかわら
ず、シリコンのエッチング速度の約３０倍の速度でエッ
チングされる。
リコンに対し約３０：１の高い選択性を示し、即ち酸化
物は、使用されるプラズマ発生機の型又は約１〜２００
ミリトルの幅のある範囲で用いられる圧力にかかわら
ず、シリコンのエッチング速度の約３０倍の速度でエッ
チングされる。
【００１３】本発明の酸化物エッチングプロセスは、Ｓ
ｉＦ４ガスと１種以上のフッ素含有エッチング剤ガスの
混合ガスを用いるエッチングチャンバ内での集積回路構
造のシリコン含有表面上の酸化物をプラズマエッチング
するための高い選択性のプラズマエッチングを含む。エ
ッチングチャンバはまた、露出シリコン表面を含むこと
が好ましい。
ｉＦ４ガスと１種以上のフッ素含有エッチング剤ガスの
混合ガスを用いるエッチングチャンバ内での集積回路構
造のシリコン含有表面上の酸化物をプラズマエッチング
するための高い選択性のプラズマエッチングを含む。エ
ッチングチャンバはまた、露出シリコン表面を含むこと
が好ましい。
【００１４】SiF 4 と組み合わせて本発明のプロセスで
用いられる１種以上のフッ素含有エッチング剤ガスは、
SiF 4 以外の１種（又は複数種）のフッ素含有エッチン
グ剤ガスを意味すると理解されることは当然のことであ
る。そのようなフッ素含有エッチング剤ガスは、１〜２
個の炭素を有する１種以上のフッ素含有炭化水素ガス、
例えばCF4 、CHF 3 、CH2 F 2 、CH3 F 、C 2 F 6 及び
その混合ガスを含む。NF3 、SF6 及びその混合ガスのよ
うな他のフッ素含有エッチング剤ガス並びにそのような
フッ素含有エッチング剤ガスと１〜２個の炭素を有する
フッ素含有炭化水素ガスの混合ガスを用いることもでき
る。
用いられる１種以上のフッ素含有エッチング剤ガスは、
SiF 4 以外の１種（又は複数種）のフッ素含有エッチン
グ剤ガスを意味すると理解されることは当然のことであ
る。そのようなフッ素含有エッチング剤ガスは、１〜２
個の炭素を有する１種以上のフッ素含有炭化水素ガス、
例えばCF4 、CHF 3 、CH2 F 2 、CH3 F 、C 2 F 6 及び
その混合ガスを含む。NF3 、SF6 及びその混合ガスのよ
うな他のフッ素含有エッチング剤ガス並びにそのような
フッ素含有エッチング剤ガスと１〜２個の炭素を有する
フッ素含有炭化水素ガスの混合ガスを用いることもでき
る。
【００１５】本発明の実施においてSiF 4 と組み合わせ
て用いられる１種以上のフッ素含有エッチング剤ガス
は、１種以上の分子量のより高いフッ化炭化水素も含ま
れる。分子量のより高いフッ化炭化水素は、一般式Ｃx
Ｈy Ｆz （ここでｘは３〜６であり、ｙは０〜３であ
り、ｚは２ｘ−ｙ（環状化合物の場合）又は２ｘ−ｙ＋
２（非環状化合物の場合）である）を有する３〜６個の
炭素を有するフッ化炭化水素化合物と定義される。その
ような３〜６個の炭素を有するフッ化炭化水素は、炭素
とフッ素あるいは炭素、フッ素及び水素を含み、環状又
は非環状であるが、芳香族ではない有機分子を含む。
て用いられる１種以上のフッ素含有エッチング剤ガス
は、１種以上の分子量のより高いフッ化炭化水素も含ま
れる。分子量のより高いフッ化炭化水素は、一般式Ｃx
Ｈy Ｆz （ここでｘは３〜６であり、ｙは０〜３であ
り、ｚは２ｘ−ｙ（環状化合物の場合）又は２ｘ−ｙ＋
２（非環状化合物の場合）である）を有する３〜６個の
炭素を有するフッ化炭化水素化合物と定義される。その
ような３〜６個の炭素を有するフッ化炭化水素は、炭素
とフッ素あるいは炭素、フッ素及び水素を含み、環状又
は非環状であるが、芳香族ではない有機分子を含む。
【００１６】上記式に含まれる３〜６個の炭素を有する
環状フッ化炭化水素化合物の具体例は、CH3 H 3 F 3 、
C 3 H 2 F 4 、C 3 HF5 、C 3 F 6 、C 4 H 2 F 6 、C
4 HF7 、C 4 F 8 、C 5 H 3 F 7 、C 5 H 2 F 8 、C 5
HF9 、C 5 F 10、C 6 H 3 F9 、C 6 H 2 F 10、C 4 HF
11及びC 6 F 12である。上記式に含まれる３〜６個の炭
素を有する非環状フッ化炭化水素化合物の具体例は、C
3 H 3 F 5 、C 3 H 2F 6 、C 3 HF7 、C 3 F 8 、C 4 H
3 F 7 、C 4 H 2 F 8 、C 4 HF9 、C 4 F 10、C 5 H
3 F 9 、C 5 H 2 F 10、C 5 HF11、C 5 F 1 2 、C 6 H
3 F 11、C 6 H2 F 12、C 4 HF13及びc 6 F 14である。
上記３〜６個の炭素を有するフッ化炭化水素化合物中シ
クロオクトフルオロブタン（C 4 F 8 ）が好ましい。
環状フッ化炭化水素化合物の具体例は、CH3 H 3 F 3 、
C 3 H 2 F 4 、C 3 HF5 、C 3 F 6 、C 4 H 2 F 6 、C
4 HF7 、C 4 F 8 、C 5 H 3 F 7 、C 5 H 2 F 8 、C 5
HF9 、C 5 F 10、C 6 H 3 F9 、C 6 H 2 F 10、C 4 HF
11及びC 6 F 12である。上記式に含まれる３〜６個の炭
素を有する非環状フッ化炭化水素化合物の具体例は、C
3 H 3 F 5 、C 3 H 2F 6 、C 3 HF7 、C 3 F 8 、C 4 H
3 F 7 、C 4 H 2 F 8 、C 4 HF9 、C 4 F 10、C 5 H
3 F 9 、C 5 H 2 F 10、C 5 HF11、C 5 F 1 2 、C 6 H
3 F 11、C 6 H2 F 12、C 4 HF13及びc 6 F 14である。
上記３〜６個の炭素を有するフッ化炭化水素化合物中シ
クロオクトフルオロブタン（C 4 F 8 ）が好ましい。
【００１７】これらの分子量のより高いフッ化炭化水素
エッチング剤ガスは、いずれも単独で又は他の上記フッ
素含有エッチング剤ガスと組み合わせてSiF 4 と共に用
いられる。
エッチング剤ガスは、いずれも単独で又は他の上記フッ
素含有エッチング剤ガスと組み合わせてSiF 4 と共に用
いられる。
【００１８】エッチングチャンバで用いられるSiF 4 ガ
スの量は、用いられる１種（又は複数種）のフッ素含有
エッチング剤ガスの全量の約１０〜５０容量％の範囲と
することができる。従って例えば、１種以上のフッ素含
有エッチング剤を９リットルのエッチングチャンバに約
２０〜６０標準立方センチメートル毎分（sccm) の流速
で流すと、SiF 4 の流速は約２（２０sccmの１０容量
％）〜３０（６０sccmの５０容量％）sccmの範囲とな
る。より大きな又はより小さなエッチングチャンバを用
いる場合、流速はこれ以上又はこれ以下に各々調整され
る必要があるが、プロセスで用いられる１種以上のフッ
素含有エッチング剤ガスの全量に対するSiF4 の割合は
同じままである。
スの量は、用いられる１種（又は複数種）のフッ素含有
エッチング剤ガスの全量の約１０〜５０容量％の範囲と
することができる。従って例えば、１種以上のフッ素含
有エッチング剤を９リットルのエッチングチャンバに約
２０〜６０標準立方センチメートル毎分（sccm) の流速
で流すと、SiF 4 の流速は約２（２０sccmの１０容量
％）〜３０（６０sccmの５０容量％）sccmの範囲とな
る。より大きな又はより小さなエッチングチャンバを用
いる場合、流速はこれ以上又はこれ以下に各々調整され
る必要があるが、プロセスで用いられる１種以上のフッ
素含有エッチング剤ガスの全量に対するSiF4 の割合は
同じままである。
【００１９】SiF 4 と１種以上のフッ素含有エッチング
ガスの混合ガスは、エッチングチャンバで単独で用いる
ことができるが、更にヘリウム又はアルゴンのような１
種以上の不活性ガスを用いて希釈してもよい。そのよう
な不活性ガスは、０〜約２００sccmの速度でエッチング
チャンバに流してもよい。ある場合には、窒素又は他の
非反応性の１種又は複数種のガスもSiF 4 と１種以上の
フッ素含有エッチングガスの混合ガス（不活性ガスを含
む又は含まない）と共に用いることもできる。
ガスの混合ガスは、エッチングチャンバで単独で用いる
ことができるが、更にヘリウム又はアルゴンのような１
種以上の不活性ガスを用いて希釈してもよい。そのよう
な不活性ガスは、０〜約２００sccmの速度でエッチング
チャンバに流してもよい。ある場合には、窒素又は他の
非反応性の１種又は複数種のガスもSiF 4 と１種以上の
フッ素含有エッチングガスの混合ガス（不活性ガスを含
む又は含まない）と共に用いることもできる。
【００２０】SiF 4 と１種以上のフッ素含有エッチング
ガスの組み合わせ（他のガスを含む又は含まない）を用
いる本発明のプラズマエッチングプロセスは、慣用の容
量放電（平行平板）プラズマ発生機又は電磁結合プラズ
マ発生機と組み合わせて用いることができる。本発明の
エッチングプロセス中エッチングチャンバと関係する
（assoceated with ）プラズマは、エッチングチャンバ
内で発生したあるいはエッチングチャンバ外部であるが
チャンバの上流にエッチングガス流として発生したプラ
ズマを含む。
ガスの組み合わせ（他のガスを含む又は含まない）を用
いる本発明のプラズマエッチングプロセスは、慣用の容
量放電（平行平板）プラズマ発生機又は電磁結合プラズ
マ発生機と組み合わせて用いることができる。本発明の
エッチングプロセス中エッチングチャンバと関係する
（assoceated with ）プラズマは、エッチングチャンバ
内で発生したあるいはエッチングチャンバ外部であるが
チャンバの上流にエッチングガス流として発生したプラ
ズマを含む。
【００２１】更に、本発明の譲受人に譲渡される本発明
者らによる1991年６月27日に出願され、クロス- リファ
レンスがここに説明される同時係属中の米国特許出願
（出願番号第07/722,340号）に詳細に記載されるよう
に、シリコン含有表面を有する電極をエッチングチャン
バ内に設置してもよい。このシリコン含有電極は、場合
によっては高周波バイアスで維持される。エッチング中
エッチングチャンバにこのシリコン含有電極を存在させ
ると、電極の高周波バイアスがあってもなくても有利で
あることがわかった。しかしながら、高周波バイアスが
電極に供給されない場合には、ポリマーが表面に付着す
るのを妨げるために電極のシリコン含有表面を約２００
〜３００℃の高温（elevated temperarue ）に維持する
ことが有利である。
者らによる1991年６月27日に出願され、クロス- リファ
レンスがここに説明される同時係属中の米国特許出願
（出願番号第07/722,340号）に詳細に記載されるよう
に、シリコン含有表面を有する電極をエッチングチャン
バ内に設置してもよい。このシリコン含有電極は、場合
によっては高周波バイアスで維持される。エッチング中
エッチングチャンバにこのシリコン含有電極を存在させ
ると、電極の高周波バイアスがあってもなくても有利で
あることがわかった。しかしながら、高周波バイアスが
電極に供給されない場合には、ポリマーが表面に付着す
るのを妨げるために電極のシリコン含有表面を約２００
〜３００℃の高温（elevated temperarue ）に維持する
ことが有利である。
【００２２】操作の理論によって縛られるものではない
が、エッチングプロセス中シリコン含有電極の存在は、
チャンバ内の遊離フッ素ラジカル（free fluorine radi
cals）の過剰量の存在を妨げる、即ちバッファーとして
作用すると思われる。
が、エッチングプロセス中シリコン含有電極の存在は、
チャンバ内の遊離フッ素ラジカル（free fluorine radi
cals）の過剰量の存在を妨げる、即ちバッファーとして
作用すると思われる。
【００２３】本発明のエッチングプロセスで用いられる
圧力は、わずか１ミリトルから２００ミリトルの高さま
で変動することが可能である。しかしながら、約５０ト
ル未満の圧力でプラズマを始動又は維持するようなプラ
ズマ発生機が不十分なために、容量平板型プラズマ発生
機を用いると約５０ミリトル未満の圧力を使用すること
が可能とは言えないことは留意される。
圧力は、わずか１ミリトルから２００ミリトルの高さま
で変動することが可能である。しかしながら、約５０ト
ル未満の圧力でプラズマを始動又は維持するようなプラ
ズマ発生機が不十分なために、容量平板型プラズマ発生
機を用いると約５０ミリトル未満の圧力を使用すること
が可能とは言えないことは留意される。
【００２４】従って本発明のプロセスの実施において容
量放電型プラズマ発生機を用いる場合、圧力は約５０〜
２００ミリトルの範囲に維持されることが好ましい。
量放電型プラズマ発生機を用いる場合、圧力は約５０〜
２００ミリトルの範囲に維持されることが好ましい。
【００２５】しかしながら、例えば上記したビアのよう
な酸化物層の垂直壁穴を得るためには、約５０ミリトル
未満の圧力で本発明のプロセスを操作することが非常に
望ましいので、本発明のプロセスは、約１〜２００ミリ
トルのより幅のある圧力範囲で、最も好ましくは約１〜
３０ミリトルの圧力範囲で操作することができるプラズ
マ発生機を用いて行うことが好ましい。従って電磁結合
プラズマ発生機を本発明のプロセスの実施において用い
ることが有利である。
な酸化物層の垂直壁穴を得るためには、約５０ミリトル
未満の圧力で本発明のプロセスを操作することが非常に
望ましいので、本発明のプロセスは、約１〜２００ミリ
トルのより幅のある圧力範囲で、最も好ましくは約１〜
３０ミリトルの圧力範囲で操作することができるプラズ
マ発生機を用いて行うことが好ましい。従って電磁結合
プラズマ発生機を本発明のプロセスの実施において用い
ることが有利である。
【００２６】“電磁結合プラズマ発生機”とは、プラズ
マを発生させるために容量結合発生機よりむしろ電磁界
を用いるプラズマ発生機のあらゆる型を定義することを
意味する。そのような電磁結合プラズマ発生機は、本明
細書で“高密度”プラズマとして特徴づけられる約１０
10イオン／立方センチメートルより大きいイオン密度を
有するプラズマを発生させることができ、これは本発明
のプロセスにおいて有用な好ましいプラズマ密度であ
る。
マを発生させるために容量結合発生機よりむしろ電磁界
を用いるプラズマ発生機のあらゆる型を定義することを
意味する。そのような電磁結合プラズマ発生機は、本明
細書で“高密度”プラズマとして特徴づけられる約１０
10イオン／立方センチメートルより大きいイオン密度を
有するプラズマを発生させることができ、これは本発明
のプロセスにおいて有用な好ましいプラズマ密度であ
る。
【００２７】例えば、Matsuo等の米国特許第4,401,054
号、Matsuo等の米国特許第4,492,620 号及びGhanbariの
米国特許第4,778,561 号(3件の特許に対するクロス- リ
ファレンスがここに説明される) 並びにJournal of Vac
uum Science Technology B、Vol.4 、No.4、Jul/Aug 19
86、pp818-821 に発表されたMachida 等による“SiO2
Planarization Technology With Biasing and Electron
Cyclotron Resonance Plasma Deposition for Submicr
on Interconnections" の題名の論文に記載されている
電子サイクロトロン共振(ECR) 型プラズマ発生機が上記
“電磁結合プラズマ発生機" に包含される。
号、Matsuo等の米国特許第4,492,620 号及びGhanbariの
米国特許第4,778,561 号(3件の特許に対するクロス- リ
ファレンスがここに説明される) 並びにJournal of Vac
uum Science Technology B、Vol.4 、No.4、Jul/Aug 19
86、pp818-821 に発表されたMachida 等による“SiO2
Planarization Technology With Biasing and Electron
Cyclotron Resonance Plasma Deposition for Submicr
on Interconnections" の題名の論文に記載されている
電子サイクロトロン共振(ECR) 型プラズマ発生機が上記
“電磁結合プラズマ発生機" に包含される。
【００２８】また例えばSteinberg 等の米国特許第4,36
8,092 号又はFlamm 等の米国特許第4,918,031 号に記載
される電磁結合らせん又は円筒共振器も上記“電磁結合
プラズマ発生機" に包含され、これらの両特許に対する
クロス- リファレンスがここに説明される。
8,092 号又はFlamm 等の米国特許第4,918,031 号に記載
される電磁結合らせん又は円筒共振器も上記“電磁結合
プラズマ発生機" に包含され、これらの両特許に対する
クロス- リファレンスがここに説明される。
【００２９】更に、例えばBoswell の米国特許第4,810,
935 号に記載されるプラズマ発生機のようなヘリコン
（helicon ）拡散共振器も上記“電磁結合プラズマ発生
機" に包含され、この特許に対するクロス- リファレン
スもここに説明される。
935 号に記載されるプラズマ発生機のようなヘリコン
（helicon ）拡散共振器も上記“電磁結合プラズマ発生
機" に包含され、この特許に対するクロス- リファレン
スもここに説明される。
【００３０】また、更にOgleの米国特許第4,948,458 号
には、変成器結合プラズマ発生機を含む電磁結合プラズ
マ発生機のあらゆる種類が記載されており、この特許に
対するクロス- リファレンスもここに説明される。
には、変成器結合プラズマ発生機を含む電磁結合プラズ
マ発生機のあらゆる種類が記載されており、この特許に
対するクロス- リファレンスもここに説明される。
【００３１】プラズマのパワーレベル（power level ）
は、約５００ワット〜５キロワット(kw)で変動すること
ができ、プラズマ発生機の個々の種類、チャンバの寸
法、所望のエッチング速度等に左右される。例えばＥＣ
Ｒ型電磁結合プラズマ発生機を約６リットルのエッチン
グチャンバと毎分約５０００オングストロームの所望の
エッチング速度と共に用いると、電力は典型的には約２
〜３kwの範囲である。２リットルのエッチングチャンバ
及び毎分約５０００オングストロームの所望のエッチン
グ速度と共に用いられる誘導形電磁結合プラズマ発生機
の場合、電力は典型的には約１〜２kwの範囲である。高
密度プラズマを生じさせる場合、パワー密度（power de
nsity ）即ちプラズマ発生チャンバの容量に関するパワ
ーレベルは、４リットルのプラズマ発生チャンバ中約１
０００ワットの電力レベルに等価とすることが好まし
い。
は、約５００ワット〜５キロワット(kw)で変動すること
ができ、プラズマ発生機の個々の種類、チャンバの寸
法、所望のエッチング速度等に左右される。例えばＥＣ
Ｒ型電磁結合プラズマ発生機を約６リットルのエッチン
グチャンバと毎分約５０００オングストロームの所望の
エッチング速度と共に用いると、電力は典型的には約２
〜３kwの範囲である。２リットルのエッチングチャンバ
及び毎分約５０００オングストロームの所望のエッチン
グ速度と共に用いられる誘導形電磁結合プラズマ発生機
の場合、電力は典型的には約１〜２kwの範囲である。高
密度プラズマを生じさせる場合、パワー密度（power de
nsity ）即ちプラズマ発生チャンバの容量に関するパワ
ーレベルは、４リットルのプラズマ発生チャンバ中約１
０００ワットの電力レベルに等価とすることが好まし
い。
【００３２】更に本発明のプロセスの利点は、四フッ化
シリコン（SiF 4 ) の使用によって示されるシリコンに
対する高い選択性のために、ポリマー生成の少ないSiF
4 ガスと共に1 種又は複数種の“炭素の少ない(leaner
）" フッ素含有エッチングガスが使用されるので、よ
り速いエッチング速度が可能であることである。ポリマ
ー生成の少ない“炭素の少ない" フッ素含有エッチング
ガスは、NF3 又はSF6 のような炭素を含まないフッ素含
有エッチングガス又はフッ素対炭素比が少なくとも３：
１、例えばCHF 3 、好ましくは少なくとも４：１、例え
ばCF4 である炭素及びフッ素含有ガスを意味する。
シリコン（SiF 4 ) の使用によって示されるシリコンに
対する高い選択性のために、ポリマー生成の少ないSiF
4 ガスと共に1 種又は複数種の“炭素の少ない(leaner
）" フッ素含有エッチングガスが使用されるので、よ
り速いエッチング速度が可能であることである。ポリマ
ー生成の少ない“炭素の少ない" フッ素含有エッチング
ガスは、NF3 又はSF6 のような炭素を含まないフッ素含
有エッチングガス又はフッ素対炭素比が少なくとも３：
１、例えばCHF 3 、好ましくは少なくとも４：１、例え
ばCF4 である炭素及びフッ素含有ガスを意味する。
【００３３】以下の実施例により本発明を更に具体的に
説明するが、この実施例は本発明を何ら限定するもので
はない。
説明するが、この実施例は本発明を何ら限定するもので
はない。
【００３４】
【実施例】更に本発明の実施を具体的に説明するため
に、酸化物層をその上に有する６インチ径のシリコンウ
ェーハ及び酸化物層の上に生成されたホトレジストマス
クパターンを、約１０ミリトルの圧力で維持した９リッ
トルのプラズマエッチングチャンバ内に設置した。SiF
4 １２sccm及びCF4 ３０sccmの混合ガスをチャンバに流
し、プラズマは電磁結合プラズマ発生機を用いて約２５
００ワットの電力レベルで点火し維持した。
に、酸化物層をその上に有する６インチ径のシリコンウ
ェーハ及び酸化物層の上に生成されたホトレジストマス
クパターンを、約１０ミリトルの圧力で維持した９リッ
トルのプラズマエッチングチャンバ内に設置した。SiF
4 １２sccm及びCF4 ３０sccmの混合ガスをチャンバに流
し、プラズマは電磁結合プラズマ発生機を用いて約２５
００ワットの電力レベルで点火し維持した。
【００３５】酸化物エッチングを約６０秒間行い、プラ
ズマが消えた後、ガス流を止め、エッチングされたウェ
ーハをエッチングチャンバから取り出した。エッチング
された酸化物層をＳＥＭを用いて調べたところ、酸化物
層の表面に関して平均直径約０．３５ミクロンと垂直壁
を有するコンタクトホールが酸化物層に形成されている
ことが見られた。
ズマが消えた後、ガス流を止め、エッチングされたウェ
ーハをエッチングチャンバから取り出した。エッチング
された酸化物層をＳＥＭを用いて調べたところ、酸化物
層の表面に関して平均直径約０．３５ミクロンと垂直壁
を有するコンタクトホールが酸化物層に形成されている
ことが見られた。
【００３６】
【発明の効果】従って本発明のプロセスは、酸化物の改
良されたプラズマエッチングプロセスを提供するもので
あり、ここで四フッ化シリコンと１種以上のフッ素含有
エッチングガスの組み合わせの使用は、シリコンに対す
る選択性の高いエッチングシステムを与える。この高い
選択性のために炭素の少ないフッ素含有エッチングガ
ス、例えばフッ素に対する炭素比の低いガスを必要に応
じて使用することができ、これはポリマー生成が少ない
のでより速いエッチング速度を与える。このエッチング
混合ガスを使用するために、プロセスにおいて容量放電
又は電磁結合型プラズマ発生機も使用可能である。この
プロセスは、約１〜２００ミリトルの範囲の圧力で行う
ことができる。このプロセスは、電磁結合プラズマ発生
機を用いて、好ましくは約１〜３０ミリトルの範囲の低
い圧力、典型的には約１０ミリトルで行うことがで
き、、あるいは容量放電型プラズマ発生機を用いて、好
ましくは約５０〜２００ミリトルの高い圧力、典型的に
は約１００ミリトルで行うことができる。電磁結合プラ
ズマ発生機を使用するために、プロセスは約１〜３０ミ
リトルの低い圧力で用いることができ、またエッチング
される酸化物層に垂直の側壁穴を形成することができ
る。
良されたプラズマエッチングプロセスを提供するもので
あり、ここで四フッ化シリコンと１種以上のフッ素含有
エッチングガスの組み合わせの使用は、シリコンに対す
る選択性の高いエッチングシステムを与える。この高い
選択性のために炭素の少ないフッ素含有エッチングガ
ス、例えばフッ素に対する炭素比の低いガスを必要に応
じて使用することができ、これはポリマー生成が少ない
のでより速いエッチング速度を与える。このエッチング
混合ガスを使用するために、プロセスにおいて容量放電
又は電磁結合型プラズマ発生機も使用可能である。この
プロセスは、約１〜２００ミリトルの範囲の圧力で行う
ことができる。このプロセスは、電磁結合プラズマ発生
機を用いて、好ましくは約１〜３０ミリトルの範囲の低
い圧力、典型的には約１０ミリトルで行うことがで
き、、あるいは容量放電型プラズマ発生機を用いて、好
ましくは約５０〜２００ミリトルの高い圧力、典型的に
は約１００ミリトルで行うことができる。電磁結合プラ
ズマ発生機を使用するために、プロセスは約１〜３０ミ
リトルの低い圧力で用いることができ、またエッチング
される酸化物層に垂直の側壁穴を形成することができ
る。
【図１】本発明のプロセスの一態様を示すフローシート
である。
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー マークス アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95129， サン ノゼ， シエロ ヴィ スタ ウエイ 4730 (72)発明者 ジェリー ユーエン クイ ウォング アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94539， フレモント， クーガー サ ークル 44994 (72)発明者 ディビッド ダブリュー． グロエシェ ル アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94022， ロス アルトス ヒルズ， ヴィア ヴェンタナ 27985 (72)発明者 ピーター アール． ケスウィック アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94560， ニューアーク， ジョークィ ン ムリエタ アヴェニュー 6371−Ａ (72)発明者 チャン ロン ヤング アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95032， ロス ガトス， レロイ ア ヴェニュー 16788 (56)参考文献 特開 昭62−142326（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−154582（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−184823（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−57600（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−154581（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−12922（ＪＰ，Ａ)
Claims (12)
- 【請求項１】半導体ウェーハ上の集積回路構造のシリコ
ン含有表面上の酸化物をエッチングするためのプラズマ
エッチングプロセスであって、約１〜３０ミリトルの間
の圧力で該ウェーハを含むエッチングチャンバに関係し
たプラズマを維持しながら、四フッ化シリコンと１種以
上のフッ素含有エッチングガスの混合物であって、実質
的に水素ないし酸素ガスを含有しない混合物を該エッチ
ングチャンバに流すことを特徴とするプラズマエッチン
グプロセス。 - 【請求項２】 前記エッチングチャンバに流す混合ガス
の前記１種以上のフッ素含有エッチングガスに対する前
記四フッ化シリコンガスの割合が、該１種以上のフッ素
含有エッチングガス容量の約１０〜５０容量％の四フッ
化シリコンの範囲である請求項１記載のプロセス。 - 【請求項３】 前記エッチングチャンバに流す前記１種
以上のフッ素含有エッチングガスの流れが、９リットル
のエッチングチャンバへの流れと等価であって約２０〜
６０ｓｃｃｍの範囲であり、該エッチングチャンバへの
前記四フッ化シリコンの流れが、９リットルのエッチン
グチャンバへの流れと等価であって約２〜３０ｓｃｃｍ
の範囲である請求項２記載のプロセス。 - 【請求項４】 前記１種以上のフッ素含有エッチングガ
スがＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆ、Ｃ2Ｆ6、Ｎ
Ｆ3、ＳＦ6及びその混合ガスからなる群から選択される
請求項３記載のプロセス。 - 【請求項５】 前記１種以上のフッ素含有ガスが式Ｃｘ
ＨｙＦｚ（ここでＸは３〜６であり、ｙは０〜３であ
り、ｚは該フッ化炭化水素が環状である場合２ｘ−ｙで
あり、該フッ化炭化水素が非環状である場合２ｘ−ｙ＋
２である）を有する３〜６個の炭素を有する１種以上の
フッ化炭化水素を含む請求項３記載のプロセス。 - 【請求項６】 前記プラズマのパワーレベルが約５００
Ｗ〜５ｋＷの範囲である請求項１記載のプロセス。 - 【請求項７】 半導体ウェーハ上の集積回路構造のシリ
コン表面上の酸化物をエッチングするためのプラズマエ
ッチングプロセスであって、 ａ）前記ウェーハを含むエッチングチャンバを約１〜３
０ミリトルの間の圧力で維持し、 ｂ）四フッ化シリコンと１種以上のフッ素含有エッチン
グガスの混合ガスを、該１種以上のフッ素含有エッチン
グガス容量の約１０〜５０容量％の四フッ化シリコンの
割合で前記エッチングチャンバに流し、 ｃ）該エッチングチャンバと関係したプラズマを約５０
０Ｗ〜５ｋＷの範囲のパワーレベルで維持することを特
徴とするプラズマエッチングプロセス。 - 【請求項８】 エッチングチャンバと関係したプラズマ
が電磁結合プラズマ発生機によって発生される請求項７
記載のプロセス。 - 【請求項９】 前記１種以上のフッ素含有エッチングガ
スがＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆ、Ｃ2Ｆ6、Ｎ
Ｆ3、ＳＦ6及びその混合ガスからなる群から選択される
請求項７記載のプロセス。 - 【請求項１０】 前記１種以上のフッ素含有ガスが式Ｃ
ｘＨｙＦｚ（ここでＸは３〜６であり、ｙは０〜３であ
り、ｚは該フッ化炭化水素が環状である場合２ｘ−ｙで
あり、該フッ化炭化水素が非環状である場合２ｘ−ｙ＋
２である）を有する３〜６個の炭素を有する１種以上の
フッ化炭化水素を含む請求項７記載のプロセス。 - 【請求項１１】 １種以上の不活性ガスが前記プロセス
中前記エッチングチャンバに流される請求項７に記載の
プロセス。 - 【請求項１２】 半導体ウェーハ上の集積回路構造のシ
リコン表面上の酸化物をエッチングするためのプラズマ
エッチングプロセスであって、 ａ）前記ウェーハを含むエッチングチャンバを約１〜３
０ミリトルの圧力で維持し、 ｂ）四フッ化シリコンと１種以上のフッ素含有エッチン
グガスの混合ガスを該１種以上のフッ素含有エッチング
ガス容量の約１０〜５０容量％の四フッ化シリコンの割
合で前記エッチングチャンバに流し、 ｃ）該エッチングチャンバと関係したプラズマを、約５
００Ｗ〜５ｋＷの範囲のパワーレベルに維持された電磁
結合プラズマ発生機を用いて発生させることを特徴とす
るプラズマエッチングプロセス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/826,310 US6171974B1 (en) | 1991-06-27 | 1992-01-24 | High selectivity oxide etch process for integrated circuit structures |
| US07/826310 | 1992-01-24 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06867198A Division JP3363782B2 (ja) | 1992-01-24 | 1998-03-18 | 集積回路構造の選択性の高い酸化物エッチングプロセス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629256A JPH0629256A (ja) | 1994-02-04 |
| JP2997142B2 true JP2997142B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=25246208
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5010089A Expired - Fee Related JP2997142B2 (ja) | 1992-01-24 | 1993-01-25 | 集積回路構造の選択性の高い酸化物エッチングプロセス |
| JP06867198A Expired - Fee Related JP3363782B2 (ja) | 1992-01-24 | 1998-03-18 | 集積回路構造の選択性の高い酸化物エッチングプロセス |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06867198A Expired - Fee Related JP3363782B2 (ja) | 1992-01-24 | 1998-03-18 | 集積回路構造の選択性の高い酸化物エッチングプロセス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000044659A (ko) * | 1998-12-30 | 2000-07-15 | 김영환 | 반도체 소자 제조를 위한 실리콘산화막의 선택적 식각방법 |
| DE60106011T2 (de) * | 2001-07-23 | 2006-03-02 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zur Bildung einer Isolierschicht und Verfahren zur Herstellung eines Grabenkondensators |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55154582A (en) * | 1979-05-21 | 1980-12-02 | Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai | Gas plasma etching method |
| JPS55154581A (en) * | 1979-05-23 | 1980-12-02 | Toshiba Corp | Ion etching method |
| JPS61184823A (ja) * | 1984-09-26 | 1986-08-18 | テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド | 集積回路にコンタクトを製作する方法 |
| JPS62142326A (ja) * | 1985-12-17 | 1987-06-25 | Matsushita Electronics Corp | エツチング方法 |
| JPS6457600A (en) * | 1987-08-27 | 1989-03-03 | Mitsubishi Electric Corp | Plasma generating device |
| JPH0312922A (ja) * | 1989-06-12 | 1991-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 絶縁性シリコン化合物薄膜の加工法 |
-
1993
- 1993-01-25 JP JP5010089A patent/JP2997142B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-03-18 JP JP06867198A patent/JP3363782B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3363782B2 (ja) | 2003-01-08 |
| JPH10261629A (ja) | 1998-09-29 |
| JPH0629256A (ja) | 1994-02-04 |
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