JP3038950B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
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- H01L21/31105—Etching inorganic layers
- H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
- H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
- H01L21/76802—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に適
用されるドライエッチング方法に関し、特に対レジスト
選択性及び対シリコン下地選択性に優れ、しかも高速で
パーティクル汚染が少ないシリコン化合物層のドライエ
ッチング方法に関する。
用されるドライエッチング方法に関し、特に対レジスト
選択性及び対シリコン下地選択性に優れ、しかも高速で
パーティクル汚染が少ないシリコン化合物層のドライエ
ッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等のように半
導体装置の高集積化及び高性能化が図れることに伴い酸
化シリコン等のシリコン化合物層のドライエッチング方
法についてもエッチングの微細化及び高精度が要求され
ている。
導体装置の高集積化及び高性能化が図れることに伴い酸
化シリコン等のシリコン化合物層のドライエッチング方
法についてもエッチングの微細化及び高精度が要求され
ている。
【０００３】まず、高集積化によりデバイス・チップの
面積が拡大し、ウェハが大口径化している一方で形成す
べきパターンが微細化しているので、エッチングのウェ
ハ面内均一性を確保するため、ドライエッチング装置は
バッチ式から枚葉式が採用されるに及んでいる。このよ
うな枚葉式を採用しながら生産性を維持するためには、
大幅なエッチング速度の向上が必要となる。
面積が拡大し、ウェハが大口径化している一方で形成す
べきパターンが微細化しているので、エッチングのウェ
ハ面内均一性を確保するため、ドライエッチング装置は
バッチ式から枚葉式が採用されるに及んでいる。このよ
うな枚葉式を採用しながら生産性を維持するためには、
大幅なエッチング速度の向上が必要となる。
【０００４】また、デバイスの高速化や微細化を図るた
め不純物拡散領域の接合深さが浅くなり、また各種の堆
積膜も薄くなると、対下地選択性に優れダメージの少な
いエッチング技術が要求される。例えば、半導体基板内
に形成された不純物拡散領域や、ＳＲＡＭの抵抗負荷素
子として用いられるＰＭＯＳトランジスタのソース・ド
レイン領域等にコンタクトを形成しようとする場合に、
シリコン基板や多結晶シリコン層を下地として行われる
酸化シリコン層間絶縁膜のエッチング等がその例であ
る。
め不純物拡散領域の接合深さが浅くなり、また各種の堆
積膜も薄くなると、対下地選択性に優れダメージの少な
いエッチング技術が要求される。例えば、半導体基板内
に形成された不純物拡散領域や、ＳＲＡＭの抵抗負荷素
子として用いられるＰＭＯＳトランジスタのソース・ド
レイン領域等にコンタクトを形成しようとする場合に、
シリコン基板や多結晶シリコン層を下地として行われる
酸化シリコン層間絶縁膜のエッチング等がその例であ
る。
【０００５】さらに、対レジスト選択比の向上も重要な
課題である。サブミクロン・デバイスでは、レジストの
後退によるわずかな寸法変換差の発生も許容されなくな
ってきている。
課題である。サブミクロン・デバイスでは、レジストの
後退によるわずかな寸法変換差の発生も許容されなくな
ってきている。
【０００６】従来、シリコン系材料層に対して高い選択
比を保ちながら酸化シリコン等のシリコン化合物層をド
ライエッチングするには、ＣＨＦ3、ＣＦ4／Ｈ2混合
系、ＣＦ4／Ｏ2混合系、Ｃ2Ｆ6／ＣＨＦ4混合系等がエ
ッチング・ガスが使用されている。これらは、いずれも
Ｃ／Ｆ比（分子内の炭素原子数とフッ素原子数の比）が
０．２５以上のフルオロカーボン系ガスを主体としてい
る。これらのガス系が使用されるのは、（ａ）フルオロ
カーボン系ガスに含まれるＣが酸化シリコン層の表面で
Ｃ−Ｏを結合を生成し、Ｓｉ−Ｏ結合を切断したり弱め
たりする働きがある、（ｂ）酸化シリコン層の主エッチ
ング種であるＣＦx + （特にＣＦ3 + ) を生成し得る、
さらに（ｃ）プラズマ中で相対的に炭素に富む状態が作
り出されるので、酸化シリコン中の酸素がＣＯ又はＣＯ
2の形で除去される一方、ガス系に含まれるＣ，Ｈ，Ｆ
等の寄与によりシリコン系材料層の表面では炭素系のポ
リマーが堆積してエッチング速度が低下し、シリコン系
材料層に対する高選択比が得られる、等の理由に基づい
ている。
比を保ちながら酸化シリコン等のシリコン化合物層をド
ライエッチングするには、ＣＨＦ3、ＣＦ4／Ｈ2混合
系、ＣＦ4／Ｏ2混合系、Ｃ2Ｆ6／ＣＨＦ4混合系等がエ
ッチング・ガスが使用されている。これらは、いずれも
Ｃ／Ｆ比（分子内の炭素原子数とフッ素原子数の比）が
０．２５以上のフルオロカーボン系ガスを主体としてい
る。これらのガス系が使用されるのは、（ａ）フルオロ
カーボン系ガスに含まれるＣが酸化シリコン層の表面で
Ｃ−Ｏを結合を生成し、Ｓｉ−Ｏ結合を切断したり弱め
たりする働きがある、（ｂ）酸化シリコン層の主エッチ
ング種であるＣＦx + （特にＣＦ3 + ) を生成し得る、
さらに（ｃ）プラズマ中で相対的に炭素に富む状態が作
り出されるので、酸化シリコン中の酸素がＣＯ又はＣＯ
2の形で除去される一方、ガス系に含まれるＣ，Ｈ，Ｆ
等の寄与によりシリコン系材料層の表面では炭素系のポ
リマーが堆積してエッチング速度が低下し、シリコン系
材料層に対する高選択比が得られる、等の理由に基づい
ている。
【０００７】なお、上記のＨ2、Ｏ2等の添加ガスは選択
比の制御を目的として用いられているものであり、それ
ぞれＦ*発生量を低減若しくはは増大させることができ
る。すなわち、エッチング反応系の見掛け上のＣ／Ｆ比
を制御する効果を有する。
比の制御を目的として用いられているものであり、それ
ぞれＦ*発生量を低減若しくはは増大させることができ
る。すなわち、エッチング反応系の見掛け上のＣ／Ｆ比
を制御する効果を有する。
【０００８】これに対し、本願出願人は先に特願平２−
７５８２８号明細書において、炭素数２以上の飽和ない
し不飽和の鎖状高次フルオロカーボン系ガスを使用する
シリコン化合物層のドライエッチング方法を提案してい
る。これは、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ10、Ｃ4Ｆ6等の高
次フルオロカーボン系ガスを使用することによりＣＦx *
を効率良く生成させ、エッチングの高速化を図ったもの
である。但し、高次フルオロカーボン系ガスを単独で使
用するのでは、対レジスト選択比及び対シリコン下地選
択比を十分に大きくとることができない。例えば、Ｃ3
Ｆ8をエッチング・ガスとしてシリコン基板上の酸化シ
リコン層をエッチングした場合、高速性は達成されるも
のの、対レジスト選択比が１．３程度と低く、エッチン
グ耐性が不足する他、パターン・エッジの後退による寸
法変換差が発生してしまう。また、対シリコン選択比も
４．１程度であるので、オーバーエッチング耐性に問題
が残る。そこで、これらの問題を解決するため、上記の
先行技術では鎖状高次フルオロカーボン・ガス単独によ
るエッチングは下地が露出する直前で停止し、シリコン
化合物層の残余部をエッチングする際には炭素系ポリマ
ーの堆積を促進するためにこのガスにさらに炭化水素系
ガスを添加するという、２段階エッチングが行われてい
る。
７５８２８号明細書において、炭素数２以上の飽和ない
し不飽和の鎖状高次フルオロカーボン系ガスを使用する
シリコン化合物層のドライエッチング方法を提案してい
る。これは、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ10、Ｃ4Ｆ6等の高
次フルオロカーボン系ガスを使用することによりＣＦx *
を効率良く生成させ、エッチングの高速化を図ったもの
である。但し、高次フルオロカーボン系ガスを単独で使
用するのでは、対レジスト選択比及び対シリコン下地選
択比を十分に大きくとることができない。例えば、Ｃ3
Ｆ8をエッチング・ガスとしてシリコン基板上の酸化シ
リコン層をエッチングした場合、高速性は達成されるも
のの、対レジスト選択比が１．３程度と低く、エッチン
グ耐性が不足する他、パターン・エッジの後退による寸
法変換差が発生してしまう。また、対シリコン選択比も
４．１程度であるので、オーバーエッチング耐性に問題
が残る。そこで、これらの問題を解決するため、上記の
先行技術では鎖状高次フルオロカーボン・ガス単独によ
るエッチングは下地が露出する直前で停止し、シリコン
化合物層の残余部をエッチングする際には炭素系ポリマ
ーの堆積を促進するためにこのガスにさらに炭化水素系
ガスを添加するという、２段階エッチングが行われてい
る。
【０００９】半導体装置のデザイン・ルールが更に微細
化されると、エッチング・マスクとの寸法変換差がほと
んど許容できなくなり、上述のような２段階エッチング
を行うにしても、１段目のエッチングにおける選択比を
さらに向上させることが必要となる。更に一層の微細化
が進行するに伴い、炭素系ポリマーによるパーティクル
汚染の影響が発生することも考えられるので、２段目の
エッチングにおける炭化水素系ガス等の堆積性ガスの使
用量もできるだけ低減させる必要がある。
化されると、エッチング・マスクとの寸法変換差がほと
んど許容できなくなり、上述のような２段階エッチング
を行うにしても、１段目のエッチングにおける選択比を
さらに向上させることが必要となる。更に一層の微細化
が進行するに伴い、炭素系ポリマーによるパーティクル
汚染の影響が発生することも考えられるので、２段目の
エッチングにおける炭化水素系ガス等の堆積性ガスの使
用量もできるだけ低減させる必要がある。
【００１０】そこで、本願出願人は、先に特願平２−２
９５２２５号明細書において、被処理基板の温度を５０
℃以下に制御した状態で、分子内に少なくとも１個の不
飽和結合を有する鎖状不飽和フルオロカーボン系ガスを
用いてシリコン化合物層をエッチングする技術を開示し
ている。上記鎖状不飽和フルオロカーボン系ガスは、放
電解離により理論上は１分子から２個以上のＣＦx *を生
成するので、酸化シリコンを高速にエッチングすること
ができる。また、分子内に不飽和結合を有することから
解離により高活性なラジカルを生成させ易く、炭素系ポ
リマーの重合を促進する。しかも、被処理基板の温度が
５０℃以下に制御されていることにより、上記炭素系ポ
リマーの堆積が促進される。したがって、対レジスト選
択性及び対シリコン下地選択性を向上させることができ
る。
９５２２５号明細書において、被処理基板の温度を５０
℃以下に制御した状態で、分子内に少なくとも１個の不
飽和結合を有する鎖状不飽和フルオロカーボン系ガスを
用いてシリコン化合物層をエッチングする技術を開示し
ている。上記鎖状不飽和フルオロカーボン系ガスは、放
電解離により理論上は１分子から２個以上のＣＦx *を生
成するので、酸化シリコンを高速にエッチングすること
ができる。また、分子内に不飽和結合を有することから
解離により高活性なラジカルを生成させ易く、炭素系ポ
リマーの重合を促進する。しかも、被処理基板の温度が
５０℃以下に制御されていることにより、上記炭素系ポ
リマーの堆積が促進される。したがって、対レジスト選
択性及び対シリコン下地選択性を向上させることができ
る。
【００１１】また、同明細書には、鎖状不飽和フルオロ
カーボン系ガス単独によるエッチングはシリコン化合物
層の途中までで停止し、残余のエッチングを上記の鎖状
不飽和フルオロカーボン系ガスに炭化水素系ガスを添加
したガスを用いて行う技術も同時に開示している。これ
は、下地シリコンに対する選択性を一層向上させるため
に、エッチングの中途から堆積性ガスを併用している。
カーボン系ガス単独によるエッチングはシリコン化合物
層の途中までで停止し、残余のエッチングを上記の鎖状
不飽和フルオロカーボン系ガスに炭化水素系ガスを添加
したガスを用いて行う技術も同時に開示している。これ
は、下地シリコンに対する選択性を一層向上させるため
に、エッチングの中途から堆積性ガスを併用している。
【００１２】また、ヘキサフルオロベンゼン（Ｃ6Ｆ6）
とテトラフルオロメタン（ＣＦ4）の混合ガスにより酸
化シリコンをエッチングする技術が特公平１−６０９３
８号公報に開示されている。これは、環状不飽和高次フ
ルオロカーボン系ガスを使用することによりプラズマ中
に効率的にＣＦx *を発生させ、炭素系ポリマーの重合を
促進するものである。
とテトラフルオロメタン（ＣＦ4）の混合ガスにより酸
化シリコンをエッチングする技術が特公平１−６０９３
８号公報に開示されている。これは、環状不飽和高次フ
ルオロカーボン系ガスを使用することによりプラズマ中
に効率的にＣＦx *を発生させ、炭素系ポリマーの重合を
促進するものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来提案されている鎖
状不飽和フルオロカーボン系ガス、若しくは環状不飽和
フルオロカーボン系ガスを使用する技術は、これまでの
説明からも明らかなように、十分な選択比を得るために
実用上は他の添加ガスと併用することが必要となる。
状不飽和フルオロカーボン系ガス、若しくは環状不飽和
フルオロカーボン系ガスを使用する技術は、これまでの
説明からも明らかなように、十分な選択比を得るために
実用上は他の添加ガスと併用することが必要となる。
【００１４】また、Ｃ6Ｆ6を使用する技術によると、こ
れを開示した公報中にも記載されるように、Ｃ6Ｆ6単独
でエッチング・ガスを構成することはできない。それ
は、Ｃ6Ｆ6単独ではプラズマ中に著しく多量のＣＦx *が
発生し、炭素系ポリマーの重合が過度に促進されてエッ
チング反応が進行しないからである。そこで、このＣＦ
x *の発生を抑制するため、フルオロカーボン系ガスの中
で最もＣ／Ｆ比の低いＣＦ4を混合している。
れを開示した公報中にも記載されるように、Ｃ6Ｆ6単独
でエッチング・ガスを構成することはできない。それ
は、Ｃ6Ｆ6単独ではプラズマ中に著しく多量のＣＦx *が
発生し、炭素系ポリマーの重合が過度に促進されてエッ
チング反応が進行しないからである。そこで、このＣＦ
x *の発生を抑制するため、フルオロカーボン系ガスの中
で最もＣ／Ｆ比の低いＣＦ4を混合している。
【００１５】したがって、環状の高次フルオロカーボン
系ガスを使用するにしても、単独でも使用し得る化合物
を選択した方が、エッチングの制御性や安定性を向上さ
せる上で有利である。
系ガスを使用するにしても、単独でも使用し得る化合物
を選択した方が、エッチングの制御性や安定性を向上さ
せる上で有利である。
【００１６】そこで、本発明は、シリコン化合物層のド
ライエッチング・ガスとして、環状の高次フルオロカー
ボン系ガスについて検討し、高速性、対下地選択性、対
レジスト選択性、低汚染性、低ダメージ性に優れる新規
なドライエッチング方法を提供することを課題とする。
ライエッチング・ガスとして、環状の高次フルオロカー
ボン系ガスについて検討し、高速性、対下地選択性、対
レジスト選択性、低汚染性、低ダメージ性に優れる新規
なドライエッチング方法を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明に係るドライエッ
チング方法は、上述の課題を達成するために提案される
ものであり、分子構造の少なくとも一部に環状部を有す
る飽和フルオロカーボン系化合物を含むエッチング・ガ
スを用いて被エッチング基体の温度を５０℃以下に制御
しながら基板上に形成されたシリコン化合物層のエッチ
ングを行う。
チング方法は、上述の課題を達成するために提案される
ものであり、分子構造の少なくとも一部に環状部を有す
る飽和フルオロカーボン系化合物を含むエッチング・ガ
スを用いて被エッチング基体の温度を５０℃以下に制御
しながら基板上に形成されたシリコン化合物層のエッチ
ングを行う。
【００１８】また、本発明は、分子構造の少なくとも一
部に環状部を有する不飽和フルオロカーボン系化合物を
含むエッチング・ガスを用いて被エッチング基体の温度
を５０℃以下に制御しながら基板上に形成されたシリコ
ン化合物層のエッチングを行う。
部に環状部を有する不飽和フルオロカーボン系化合物を
含むエッチング・ガスを用いて被エッチング基体の温度
を５０℃以下に制御しながら基板上に形成されたシリコ
ン化合物層のエッチングを行う。
【００１９】なお、以下の説明では、上記飽和若しくは
不飽和フルオロカーボン系化合物を一般式を用いて表記
する際に、鎖状不飽和フルオロカーボン系化合物との混
同を避けるために、環状（cyclic）であることを表すｃ
−を頭に付す。
不飽和フルオロカーボン系化合物を一般式を用いて表記
する際に、鎖状不飽和フルオロカーボン系化合物との混
同を避けるために、環状（cyclic）であることを表すｃ
−を頭に付す。
【００２０】まず、本発明で使用される飽和フルオロカ
ーボン系化合物は、一般式ｃ−ＣnＦ2n（但し、ｎは３
以上の整数を表す。）で表され、その代表例としては次
の化１で示される単環系化合物が例示される。
ーボン系化合物は、一般式ｃ−ＣnＦ2n（但し、ｎは３
以上の整数を表す。）で表され、その代表例としては次
の化１で示される単環系化合物が例示される。
【００２１】
【化１】 ここで、各構造式において炭素環の中央にＦと記されて
いるのは、同一の炭素骨格を有する炭化水素の水素原子
が全てフッ素原子に置換されていることを示している。
以下、説明ではこの表記方法を採用する。
いるのは、同一の炭素骨格を有する炭化水素の水素原子
が全てフッ素原子に置換されていることを示している。
以下、説明ではこの表記方法を採用する。
【００２２】化１では３〜７員環の各化合物を例示した
が、製造が技術的に可能で安定に存在し得る化合物であ
れば、これより大きい炭素環を有するものであってもよ
い。
が、製造が技術的に可能で安定に存在し得る化合物であ
れば、これより大きい炭素環を有するものであってもよ
い。
【００２３】また、上記単環系化合物の構造異性体とし
て、次の化２で示されるようなパーフルオロアルキル基
を側鎖に有する化合物も例示される。
て、次の化２で示されるようなパーフルオロアルキル基
を側鎖に有する化合物も例示される。
【００２４】
【化２】 化２では側鎖がトリフルオロメチル基である場合を例示
した。これらはいずれも常温常圧下で液体であるため、
エッチング反応系へ導入するためには加熱若しくは不活
性ガスを用いたバブリング等を行う必要がある。
した。これらはいずれも常温常圧下で液体であるため、
エッチング反応系へ導入するためには加熱若しくは不活
性ガスを用いたバブリング等を行う必要がある。
【００２５】また、本発明で使用される不飽和フルオロ
カーボン系化合物は、一般式ｃ−ＣnＦy（但し、ｎは３
以上の整数を表し、ｙ≦２ｎ−２の条件を満たす。）で
表され、その代表例としては、次の化３で示される単環
系化合物が例示される。
カーボン系化合物は、一般式ｃ−ＣnＦy（但し、ｎは３
以上の整数を表し、ｙ≦２ｎ−２の条件を満たす。）で
表され、その代表例としては、次の化３で示される単環
系化合物が例示される。
【００２６】
【化３】 化３では炭素環内に２重結合を１個有する３〜６員環の
各化合物ｃ−ＣnＦ2n- 2を例示したが、製造が技術的に
可能で且つ安定に存在し得る化合物であればこれより大
きい炭素環を有するものであってもよい。また、炭素環
内の不飽和結合の数も特に１個に限定されるものではな
いが、前述のようにＣ6Ｆ6（Ｃ／Ｆ比＝１）が単独では
エッチング・ガスを構成し得ないことを考慮すると、分
子内に余り多くの不飽和結合が存在してＣ／Ｆ比が極端
に増大することは望ましくない。したがって、実用上は
Ｃ／Ｆ比が１未満であることが望ましい。さらに、上記
不飽和フルオロカーボン系化合物の構造異性体として
は、上述のような不飽和環にパーフルオロアルキル基が
結合しているもの、不飽和環にパーフルオロビニル基の
ような不飽和鎖が結合しているもの、飽和環にパーフル
オロビニル基のような不飽和鎖が結合しているもの等が
考えられる。
各化合物ｃ−ＣnＦ2n- 2を例示したが、製造が技術的に
可能で且つ安定に存在し得る化合物であればこれより大
きい炭素環を有するものであってもよい。また、炭素環
内の不飽和結合の数も特に１個に限定されるものではな
いが、前述のようにＣ6Ｆ6（Ｃ／Ｆ比＝１）が単独では
エッチング・ガスを構成し得ないことを考慮すると、分
子内に余り多くの不飽和結合が存在してＣ／Ｆ比が極端
に増大することは望ましくない。したがって、実用上は
Ｃ／Ｆ比が１未満であることが望ましい。さらに、上記
不飽和フルオロカーボン系化合物の構造異性体として
は、上述のような不飽和環にパーフルオロアルキル基が
結合しているもの、不飽和環にパーフルオロビニル基の
ような不飽和鎖が結合しているもの、飽和環にパーフル
オロビニル基のような不飽和鎖が結合しているもの等が
考えられる。
【００２７】ところで、本発明ではｃ−ＣnＦ2n若しく
はｃ−ＣnＦyを目的に応じて互いに混合するか、若しく
は他のガスと適宜混合して用いてもよい。また、エッチ
ング工程を多段階に分け、各段階において異なるガス系
を使用してもよい。
はｃ−ＣnＦyを目的に応じて互いに混合するか、若しく
は他のガスと適宜混合して用いてもよい。また、エッチ
ング工程を多段階に分け、各段階において異なるガス系
を使用してもよい。
【００２８】例えば、Ｃ／Ｆ比でみると、ｃ−ＣnＦ2n
はｃ−ＣnＦyに比べて高速性を達成する上で有利であ
り、逆にｃ−ＣnＦyはｃ−ＣnＦ2nに比べて高選択性を
達成する上で有利である。そこで、（イ）ｃ−ＣnＦ2n
にｃ−ＣnＦyを少量添加した混合ガス系による低温エッ
チング、若しくは（ロ）下地が露出する直前まではシリ
コン化合物層のエッチングをｃ−ＣnＦ2nnの単独ガス系
で高速に行い、シリコン系化合物の残余部のエッチング
とオーバーエッチングとをｃ−ＣnＦ2nとｃ−ＣnＦyと
の混合ガス系で高選択比をもって行う２段階エッチング
等のプロセスが採用される。
はｃ−ＣnＦyに比べて高速性を達成する上で有利であ
り、逆にｃ−ＣnＦyはｃ−ＣnＦ2nに比べて高選択性を
達成する上で有利である。そこで、（イ）ｃ−ＣnＦ2n
にｃ−ＣnＦyを少量添加した混合ガス系による低温エッ
チング、若しくは（ロ）下地が露出する直前まではシリ
コン化合物層のエッチングをｃ−ＣnＦ2nnの単独ガス系
で高速に行い、シリコン系化合物の残余部のエッチング
とオーバーエッチングとをｃ−ＣnＦ2nとｃ−ＣnＦyと
の混合ガス系で高選択比をもって行う２段階エッチング
等のプロセスが採用される。
【００２９】あるいは、（ハ）上述（ロ）の２段階エッ
チングにおいて、後半のエッチングをｃ−ＣnＦ2nと堆
積性ガスの混合ガス系により行うプロセス等も採用する
ことができる。
チングにおいて、後半のエッチングをｃ−ＣnＦ2nと堆
積性ガスの混合ガス系により行うプロセス等も採用する
ことができる。
【００３０】また、ｃ−ＣnＦ2n及びｃ−ＣnＦyは、直
鎖状の飽和フルオロカーボン系化合物ＣnＦ2n+2と比べ
ればいずれもエッチング速度を低下させるものであるの
で、ＣnＦ2n+2をエッチング・ガスの主体とし、これに
ｃ−ＣnＦ2n若しくはｃ−ＣnＦyを添加ガスとして使用
することができる。この例としては、（ニ）ＣnＦ2n+2
とＣnＦ2n若しくはｃ−ＣnＦyの混合ガスによる低温エ
ッチング、（ホ）下地が露出する直前まではシリコン化
合物層のエッチングをｃ−ＣnＦ2n+2の単独ガス系で高
速に行い、シリコン系化合物の残余部のエッチングとオ
ーバーエッチングとをｃ−ＣnＦ2n+2とｃ−ＣnＦ2n若し
くはｃ−ＣnＦyとの混合ガス系により高選択比をもって
行う２段階エッチング等のプロセスがある。
鎖状の飽和フルオロカーボン系化合物ＣnＦ2n+2と比べ
ればいずれもエッチング速度を低下させるものであるの
で、ＣnＦ2n+2をエッチング・ガスの主体とし、これに
ｃ−ＣnＦ2n若しくはｃ−ＣnＦyを添加ガスとして使用
することができる。この例としては、（ニ）ＣnＦ2n+2
とＣnＦ2n若しくはｃ−ＣnＦyの混合ガスによる低温エ
ッチング、（ホ）下地が露出する直前まではシリコン化
合物層のエッチングをｃ−ＣnＦ2n+2の単独ガス系で高
速に行い、シリコン系化合物の残余部のエッチングとオ
ーバーエッチングとをｃ−ＣnＦ2n+2とｃ−ＣnＦ2n若し
くはｃ−ＣnＦyとの混合ガス系により高選択比をもって
行う２段階エッチング等のプロセスがある。
【００３１】
【作用】本発明で使用されるエッチング・ガスは、分子
構造の少なくとも一部に環状部を有する飽和若しくは不
飽和フルオロカーボン系ガスを含むものである。これら
のガスは、１分子内の炭素数が３以上であるから、本願
出願人が先に提案した高次フルオロカーボン・ガスと同
等あるいはそれ以上に１分子からのＣＦx +の生成量が多
くなる。したがって、エッチングの高速化が可能とな
る。また、かかるガスがプラズマ放電により解離される
と、モノラジカル、あるいは場合によってはカルベン等
の高活性なビラジカル（二端遊離基）も生成し、これら
が不飽和結合中のπ電子系を攻撃することにより炭素系
ポリマーの重合が促進される。この炭素系ポリマーは、
単結晶シリコンや多結晶シリコン等のシリコン系材料層
の表面やレジスト・パターンの表面に堆積すると、イオ
ン衝撃等によっても容易には除去されないが、酸化シリ
コン等のシリコン化合物層の表面では層内に含まれる酸
素がスパッタ・アウトされて炭素系ポリマーの分解に寄
与するため容易に除去される。したがって、炭素系ポリ
マーの堆積が増加すれば、対レジスト選択性及び対シリ
コン下地選択性が向上する。
構造の少なくとも一部に環状部を有する飽和若しくは不
飽和フルオロカーボン系ガスを含むものである。これら
のガスは、１分子内の炭素数が３以上であるから、本願
出願人が先に提案した高次フルオロカーボン・ガスと同
等あるいはそれ以上に１分子からのＣＦx +の生成量が多
くなる。したがって、エッチングの高速化が可能とな
る。また、かかるガスがプラズマ放電により解離される
と、モノラジカル、あるいは場合によってはカルベン等
の高活性なビラジカル（二端遊離基）も生成し、これら
が不飽和結合中のπ電子系を攻撃することにより炭素系
ポリマーの重合が促進される。この炭素系ポリマーは、
単結晶シリコンや多結晶シリコン等のシリコン系材料層
の表面やレジスト・パターンの表面に堆積すると、イオ
ン衝撃等によっても容易には除去されないが、酸化シリ
コン等のシリコン化合物層の表面では層内に含まれる酸
素がスパッタ・アウトされて炭素系ポリマーの分解に寄
与するため容易に除去される。したがって、炭素系ポリ
マーの堆積が増加すれば、対レジスト選択性及び対シリ
コン下地選択性が向上する。
【００３２】ここで、Ｃ／Ｆ比が小さすぎると過剰なＦ
*により対下地選択比や対レジスト選択比が低下する。
従来は、エッチング反応系のＣ／Ｆ比を増大させるため
にＨ2や堆積性ガス等を添加していたが、本発明は添加
ガスを特に併用しなくとも、フルオロカーボン系ガスの
エッチング・ガスとして従来とは炭素骨格の異なるもの
を使用することでＣ／Ｆ比を増大させようとするもので
ある。
*により対下地選択比や対レジスト選択比が低下する。
従来は、エッチング反応系のＣ／Ｆ比を増大させるため
にＨ2や堆積性ガス等を添加していたが、本発明は添加
ガスを特に併用しなくとも、フルオロカーボン系ガスの
エッチング・ガスとして従来とは炭素骨格の異なるもの
を使用することでＣ／Ｆ比を増大させようとするもので
ある。
【００３３】すなわち、本発明で使用される分子構造の
一部に環状部を有する飽和フルオロカーボン系化合物ｃ
−ＣnＦ2nは、炭素数が同じならば直鎖状飽和フルオロ
カーボン系化合物ＣnＦ2n+2よりも１分子中のフッ素原
子数が２個少ない。また、本発明で使用される分子構造
の一部に環状部を有する不飽和フルオロカーボン系化合
物ｃ−ＣnＦy（ｙ≦２ｎ−２）は、炭素数が同じならば
直鎖状飽和フルオロカーボン系化合物ＣnＦ２n+2よりも
１分子中のフッ素原子数が４個以上少ない。
一部に環状部を有する飽和フルオロカーボン系化合物ｃ
−ＣnＦ2nは、炭素数が同じならば直鎖状飽和フルオロ
カーボン系化合物ＣnＦ2n+2よりも１分子中のフッ素原
子数が２個少ない。また、本発明で使用される分子構造
の一部に環状部を有する不飽和フルオロカーボン系化合
物ｃ−ＣnＦy（ｙ≦２ｎ−２）は、炭素数が同じならば
直鎖状飽和フルオロカーボン系化合物ＣnＦ２n+2よりも
１分子中のフッ素原子数が４個以上少ない。
【００３４】したがって、特に添加ガスを併用しなくと
も、エッチング反応系のＣ／Ｆ比を従来よりも低下させ
ることができる。
も、エッチング反応系のＣ／Ｆ比を従来よりも低下させ
ることができる。
【００３５】なお、本発明で使用される飽和フルオロカ
ーボン系化合物ｃ−ＣnＦ２nは、本発明者が先に特願平
２−２９５２２５号明細書に提案している鎖状フルオロ
カーボン系化合物のうち、分子内に１個の２重結合を有
する化合物と同じ一般式で表されるものである。したが
って、これら両者のＣ／Ｆ比の増大効果に有意差が認め
られるか否かについては必ずしも明らかではないが、ラ
ズマ中における解離状態、被エッチング基体の表面に堆
積するポリマーの分子構造、選択性の温度依存性、下地
ダメージの発生状態に関しては有意差が現れる。
ーボン系化合物ｃ−ＣnＦ２nは、本発明者が先に特願平
２−２９５２２５号明細書に提案している鎖状フルオロ
カーボン系化合物のうち、分子内に１個の２重結合を有
する化合物と同じ一般式で表されるものである。したが
って、これら両者のＣ／Ｆ比の増大効果に有意差が認め
られるか否かについては必ずしも明らかではないが、ラ
ズマ中における解離状態、被エッチング基体の表面に堆
積するポリマーの分子構造、選択性の温度依存性、下地
ダメージの発生状態に関しては有意差が現れる。
【００３６】さらに本発明では、エッチング中の被エッ
チング基板の温度を５０℃以下に制御する。この温度制
御は室温域でも、あるいは近年ドライエッチングの分野
において注目されている低温エッチングのごとく０℃以
下の温度域で行ってもよい。通常、ドライエッチングの
過程では冷却を特に行わなければ被エッチング基板の温
度は２００℃程度にも上昇する。温度を５０℃以下に制
御すれば、炭化水素系ガス等の堆積性ガスを使用しない
かあるいはその使用量を極めて少なくしても、蒸気圧の
低下により効率良く炭素系ポリマーを堆積させることが
でき、上述のように選択性を向上させることができる。
このことにより堆積性ガスの添加量を低減できるので、
パーティクル汚染のおそれも少なくなる。
チング基板の温度を５０℃以下に制御する。この温度制
御は室温域でも、あるいは近年ドライエッチングの分野
において注目されている低温エッチングのごとく０℃以
下の温度域で行ってもよい。通常、ドライエッチングの
過程では冷却を特に行わなければ被エッチング基板の温
度は２００℃程度にも上昇する。温度を５０℃以下に制
御すれば、炭化水素系ガス等の堆積性ガスを使用しない
かあるいはその使用量を極めて少なくしても、蒸気圧の
低下により効率良く炭素系ポリマーを堆積させることが
でき、上述のように選択性を向上させることができる。
このことにより堆積性ガスの添加量を低減できるので、
パーティクル汚染のおそれも少なくなる。
【００３７】特に、０℃以下に冷却して低温エッチング
を行えば、選択性の向上は一層顕著となる。レジスト材
料やシリコン系材料層のエッチングはＦ*（フッ素ラジ
カル）による化学反応を主体として進行するので、反応
系の温度が低下してラジカルの運動が抑制されるとエッ
チング速度も低下する。これに対し、酸化シリコン等の
シリコン化合物層のエッチングはイオンによるスパッタ
リングを主体として物理的に進行するので、冷却による
エッチング速度の低下はレジスト材料やシリコン系材料
ほど顕著ではない。したがって、低温域では選択比の一
層の向上が期待できる。
を行えば、選択性の向上は一層顕著となる。レジスト材
料やシリコン系材料層のエッチングはＦ*（フッ素ラジ
カル）による化学反応を主体として進行するので、反応
系の温度が低下してラジカルの運動が抑制されるとエッ
チング速度も低下する。これに対し、酸化シリコン等の
シリコン化合物層のエッチングはイオンによるスパッタ
リングを主体として物理的に進行するので、冷却による
エッチング速度の低下はレジスト材料やシリコン系材料
ほど顕著ではない。したがって、低温域では選択比の一
層の向上が期待できる。
【００３８】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。ここで、実施例１〜実施例３ではｃ−ＣnＦ2n若
しくはｃ−ＣnＦyを単独で用いるプロセス、実施例４で
はｃ−ＣnＦ2nとｃ−ＣnＦyを組み合わせて用いるプロ
セス、実施例５ではｃ−ＣnＦ2nと堆積性ガスを組み合
わせて用いるプロセス、実施例６〜実施例８では鎖状飽
和フルオロカーボンであるＣnＦ2n+2にｃ−ＣnＦ２n若
しくはｃ−ＣnＦyを組み合わせて用いるプロセスをそれ
ぞれ説明する。
する。ここで、実施例１〜実施例３ではｃ−ＣnＦ2n若
しくはｃ−ＣnＦyを単独で用いるプロセス、実施例４で
はｃ−ＣnＦ2nとｃ−ＣnＦyを組み合わせて用いるプロ
セス、実施例５ではｃ−ＣnＦ2nと堆積性ガスを組み合
わせて用いるプロセス、実施例６〜実施例８では鎖状飽
和フルオロカーボンであるＣnＦ2n+2にｃ−ＣnＦ２n若
しくはｃ−ＣnＦyを組み合わせて用いるプロセスをそれ
ぞれ説明する。
【００３９】実施例１ 本実施例は、本願の第１の発明をコンタクト・ホール加
工に適用し、前述の化１で示されるＣ4Ｆ8（オクタフ
ルオロシクロブタン，別名フロンＣ３１８，Ｃ／Ｆ比＝
０．５）を使用して、酸化シリコンからなる層間絶縁膜
をエッチングした例である。このプロセスを、図１
（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
工に適用し、前述の化１で示されるＣ4Ｆ8（オクタフ
ルオロシクロブタン，別名フロンＣ３１８，Ｃ／Ｆ比＝
０．５）を使用して、酸化シリコンからなる層間絶縁膜
をエッチングした例である。このプロセスを、図１
（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【００４０】まず、図１（ａ）に示されるように、不純
物拡散層２が形成された単結晶シリコン基板１上に層間
絶縁膜３が形成され、さらに該層間絶縁膜３のエッチン
グ・マスクとしてレジスト・パターン４が形成されてな
る被エッチング基板（ウェハ）を用意した。上記レジス
ト・パターンには、所定のパターニングにより開口部４
ａが設けられている。次に、上記ウェハを一例としてマ
グネトロンＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）装置の
ウェハ載置電極上にセットした。ここで、上記ウェハ載
置電極は冷却配管を内蔵しており、装置外部に接続され
るチラー等の冷却設備から該冷却配管に冷媒を供給して
循環させることにより、エッチング中のウェハ温度を５
０℃以下に制御することが可能となされているものであ
る。ここでは、冷媒としてエタノールを使用した。Ｃ4
Ｆ8流量４６ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度
２．２Ｗ／ｃｍ2、磁場強度１５０Ｇａｕｓｓ、ウェハ
温度０℃の条件でエッチングを行った。ここで、Ｃ4Ｆ8
の物性に関しては文献により多少の差異があるが、融点
は約−４０℃、沸点は約−６℃であり常温では気体の化
合物である。
物拡散層２が形成された単結晶シリコン基板１上に層間
絶縁膜３が形成され、さらに該層間絶縁膜３のエッチン
グ・マスクとしてレジスト・パターン４が形成されてな
る被エッチング基板（ウェハ）を用意した。上記レジス
ト・パターンには、所定のパターニングにより開口部４
ａが設けられている。次に、上記ウェハを一例としてマ
グネトロンＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）装置の
ウェハ載置電極上にセットした。ここで、上記ウェハ載
置電極は冷却配管を内蔵しており、装置外部に接続され
るチラー等の冷却設備から該冷却配管に冷媒を供給して
循環させることにより、エッチング中のウェハ温度を５
０℃以下に制御することが可能となされているものであ
る。ここでは、冷媒としてエタノールを使用した。Ｃ4
Ｆ8流量４６ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度
２．２Ｗ／ｃｍ2、磁場強度１５０Ｇａｕｓｓ、ウェハ
温度０℃の条件でエッチングを行った。ここで、Ｃ4Ｆ8
の物性に関しては文献により多少の差異があるが、融点
は約−４０℃、沸点は約−６℃であり常温では気体の化
合物である。
【００４１】上述のエッチング過程では、Ｃ4Ｆ8が放電
解離してプラズマ中に生成するＣＦx *により、層間絶縁
膜３のエッチングがイオン・アシスト反応を主体とする
機構により進行する。このとき、レジスト・パターン４
の表面においては炭素系ポリマー (図示せず。) が効率
良く堆積したが、上記開口部４ａ内に露出する層間絶縁
膜３の表面では自身のエッチング除去に伴って炭素系ポ
リマーも除去された。その結果、ガス系に炭化水素系ガ
ス等の堆積性ガスが添加されていないにもかかわらず、
図１（ｂ）に示されるように良好な異方性形状を有する
コンタクト・ホール５が高速に形成された。このプロセ
スにおける層間絶縁膜のエッチング速度は７０１ｎｍ／
分、対レジスト選択比は３．５、対シリコン選択比は
７．２であった。
解離してプラズマ中に生成するＣＦx *により、層間絶縁
膜３のエッチングがイオン・アシスト反応を主体とする
機構により進行する。このとき、レジスト・パターン４
の表面においては炭素系ポリマー (図示せず。) が効率
良く堆積したが、上記開口部４ａ内に露出する層間絶縁
膜３の表面では自身のエッチング除去に伴って炭素系ポ
リマーも除去された。その結果、ガス系に炭化水素系ガ
ス等の堆積性ガスが添加されていないにもかかわらず、
図１（ｂ）に示されるように良好な異方性形状を有する
コンタクト・ホール５が高速に形成された。このプロセ
スにおける層間絶縁膜のエッチング速度は７０１ｎｍ／
分、対レジスト選択比は３．５、対シリコン選択比は
７．２であった。
【００４２】ここで、比較のため、上記Ｃ4Ｆ8とフッ素
原子数の等しい鎖状飽和フルオロカーボン系化合物とし
てＣ3Ｆ8（オクタフルオロプロパン，Ｃ／Ｆ比＝０．３
７５）を選び、これを用いて上述と同じ条件にて層間絶
縁膜のエッチングを行ったところ、エッチング速度は７
３４ｎｍ／分、対レジスト選択比は１．５、対シリコン
選択比は３．９であった。
原子数の等しい鎖状飽和フルオロカーボン系化合物とし
てＣ3Ｆ8（オクタフルオロプロパン，Ｃ／Ｆ比＝０．３
７５）を選び、これを用いて上述と同じ条件にて層間絶
縁膜のエッチングを行ったところ、エッチング速度は７
３４ｎｍ／分、対レジスト選択比は１．５、対シリコン
選択比は３．９であった。
【００４３】これらＣ4Ｆ8とＣ3Ｆ8によるエッチングの
結果を比較すると、対レジスト選択比及び対シリコン選
択比についてはＣ4Ｆ8が格段に優れている。これは、Ｃ
4Ｆ8がＣ3Ｆ8よりもＣ／Ｆ比が大きく、選択比低下の原
因となる過剰なＦ＊の生成が抑制されているからであ
る。一方、エッチング速度については、Ｃ4Ｆ8がＣ3Ｆ8
よりもわずかに劣っている。これは、Ｃ4Ｆ8を使用した
場合の方が炭素系ポリマーの堆積量が多く、該炭素系ポ
リマーのスパッタ除去とエッチングとが競合するからで
ある。しかし、エッチング速度の低下がわずかであるの
に対し、選択性の向上が著しいので環状飽和フルオロカ
ーボン系化合物を使用することの実用上の利点がある。
結果を比較すると、対レジスト選択比及び対シリコン選
択比についてはＣ4Ｆ8が格段に優れている。これは、Ｃ
4Ｆ8がＣ3Ｆ8よりもＣ／Ｆ比が大きく、選択比低下の原
因となる過剰なＦ＊の生成が抑制されているからであ
る。一方、エッチング速度については、Ｃ4Ｆ8がＣ3Ｆ8
よりもわずかに劣っている。これは、Ｃ4Ｆ8を使用した
場合の方が炭素系ポリマーの堆積量が多く、該炭素系ポ
リマーのスパッタ除去とエッチングとが競合するからで
ある。しかし、エッチング速度の低下がわずかであるの
に対し、選択性の向上が著しいので環状飽和フルオロカ
ーボン系化合物を使用することの実用上の利点がある。
【００４４】実施例２ 本実施例は、本願の第２の発明をコンタクト・ホール加
工に適用し、前述の化３で示されるＣ4Ｆ6（ヘキサフ
ルオロシクロブテン、別名フロンＣ１３１６、Ｃ／Ｆ比
＝０．６７）を使用して、酸化シリコンからなる層間絶
縁膜をエッチングした例である。
工に適用し、前述の化３で示されるＣ4Ｆ6（ヘキサフ
ルオロシクロブテン、別名フロンＣ１３１６、Ｃ／Ｆ比
＝０．６７）を使用して、酸化シリコンからなる層間絶
縁膜をエッチングした例である。
【００４５】前述の実施例１と同様のウェハをマグネト
ロンＲＩＥ装置にセットし、Ｃ4Ｆ6流量５０ＳＣＣＭ、
ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ2、磁場
強度１５０Ｇａｕｓｓ、ウェハ温度０℃の条件でエッチ
ングを行った。ここで、Ｃ4Ｆ6の物性に関しては文献に
より多少の差異があるが、融点は約−６０℃，沸点は５
〜６℃であり、常温では気体の化合物である。
ロンＲＩＥ装置にセットし、Ｃ4Ｆ6流量５０ＳＣＣＭ、
ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ2、磁場
強度１５０Ｇａｕｓｓ、ウェハ温度０℃の条件でエッチ
ングを行った。ここで、Ｃ4Ｆ6の物性に関しては文献に
より多少の差異があるが、融点は約−６０℃，沸点は５
〜６℃であり、常温では気体の化合物である。
【００４６】このエッチングによっても良好な異方性形
状を有するコンタクト・ホールが形成された。このとき
の対レジスト選択比は約４、対シリコン選択比は約１２
であり、いずれもＣ4Ｆ8を使用した場合（実施例１参
照。）よりもさらに向上した。これは、Ｃ4Ｆ8が分子内
に２重結合を１個有することによりＣ／Ｆ比が一段と増
大し、炭素系ポリマーの堆積が促進されたからである。
状を有するコンタクト・ホールが形成された。このとき
の対レジスト選択比は約４、対シリコン選択比は約１２
であり、いずれもＣ4Ｆ8を使用した場合（実施例１参
照。）よりもさらに向上した。これは、Ｃ4Ｆ8が分子内
に２重結合を１個有することによりＣ／Ｆ比が一段と増
大し、炭素系ポリマーの堆積が促進されたからである。
【００４７】実施例３ 本実施例は、本願の第２の発明をコンタクト・ホール加
工に適用し、前述の化３で示されるＣ5Ｆ8（オクタフ
ルオロシクロペンテン、別名フロン１４１８、Ｃ／Ｆ比
＝０．６２５）を使用して、酸化シリコンからなる層間
絶縁膜をエッチングした例である。
工に適用し、前述の化３で示されるＣ5Ｆ8（オクタフ
ルオロシクロペンテン、別名フロン１４１８、Ｃ／Ｆ比
＝０．６２５）を使用して、酸化シリコンからなる層間
絶縁膜をエッチングした例である。
【００４８】前述の実施例１と同様のウェハをマグネト
ロンＲＩＥ装置にセットし、Ｃ5Ｆ8流量５０ＳＣＣ、ガ
ス圧２Ｐ、ＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ2、磁場強度
１５０Ｇａｕｓｓ、ウェハ温度０℃の条件でエッチング
を行った。ここで、Ｃ5Ｆ8の物性に関しては文献により
かなりの差異があるが、融点は約−４０℃，沸点は約６
℃であり、常温では気体の化合物である。
ロンＲＩＥ装置にセットし、Ｃ5Ｆ8流量５０ＳＣＣ、ガ
ス圧２Ｐ、ＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ2、磁場強度
１５０Ｇａｕｓｓ、ウェハ温度０℃の条件でエッチング
を行った。ここで、Ｃ5Ｆ8の物性に関しては文献により
かなりの差異があるが、融点は約−４０℃，沸点は約６
℃であり、常温では気体の化合物である。
【００４９】このエッチングによっても良好な異方性形
状を有するコンタクト・ホールが形成された。このとき
のエッチング速度は、Ｃ4Ｆ6を使用した場合（実施例２
参照。）よりも増大した。これはＣ5Ｆ8の方がＣ4Ｆ6よ
りもＣ／Ｆ比が低いことと対応している。
状を有するコンタクト・ホールが形成された。このとき
のエッチング速度は、Ｃ4Ｆ6を使用した場合（実施例２
参照。）よりも増大した。これはＣ5Ｆ8の方がＣ4Ｆ6よ
りもＣ／Ｆ比が低いことと対応している。
【００５０】以上の実施例１ないし実施例３では、いず
れも単独ガス系によるエッチング例について述べた。こ
れらのガス系には堆積性ガスが添加されておらず、枚葉
式のエッチング装置において複数のウェハに対する処理
数を重ねた後でもパーティクル・レベルが悪化すること
がないので、デバイスの歩留りが向上し、また装置の保
守管理に要する時間を大幅に短縮することができる。
れも単独ガス系によるエッチング例について述べた。こ
れらのガス系には堆積性ガスが添加されておらず、枚葉
式のエッチング装置において複数のウェハに対する処理
数を重ねた後でもパーティクル・レベルが悪化すること
がないので、デバイスの歩留りが向上し、また装置の保
守管理に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００５１】実施例４ 本実施例は、本願の第１の発明及び第２の発明の応用例
として、Ｃ4Ｆ8を用いて層間絶縁膜を下地が露出する直
前まで行った後、Ｃ4Ｆ8とＣ4Ｆ6の混合ガスにより該層
間絶縁膜の残余部のエッチング及びオーバーエッチング
を行った例である。このプロセスを前述の図１（ａ）及
び（ｂ）に加え、図２を参照しながら説明する。
として、Ｃ4Ｆ8を用いて層間絶縁膜を下地が露出する直
前まで行った後、Ｃ4Ｆ8とＣ4Ｆ6の混合ガスにより該層
間絶縁膜の残余部のエッチング及びオーバーエッチング
を行った例である。このプロセスを前述の図１（ａ）及
び（ｂ）に加え、図２を参照しながら説明する。
【００５２】まず、図１（ａ）に示されるウェハをマグ
ネトロンＲＩＥ装置にセットし、Ｃ4Ｆ8流量５０ＳＣＣ
Ｍ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ2、
ウェハ温度２０℃の条件で、層間絶縁膜３のエッチング
を単結晶シリコン基板１、正確には不純物拡散層２が露
出する直前まで行った。このときのエッチング終点は、
４８３．５ｎｍにおけるＣＯ* の発光スペクトル強度が
減少し始める点をもって判定した。この１段階目のエッ
チングの結果、ウェハの状態は図２に示されるように、
コンタクト・ホール５が中途部まで形成され、その底部
に層間絶縁膜３の残余部３ａが残された状態となった。
ネトロンＲＩＥ装置にセットし、Ｃ4Ｆ8流量５０ＳＣＣ
Ｍ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ2、
ウェハ温度２０℃の条件で、層間絶縁膜３のエッチング
を単結晶シリコン基板１、正確には不純物拡散層２が露
出する直前まで行った。このときのエッチング終点は、
４８３．５ｎｍにおけるＣＯ* の発光スペクトル強度が
減少し始める点をもって判定した。この１段階目のエッ
チングの結果、ウェハの状態は図２に示されるように、
コンタクト・ホール５が中途部まで形成され、その底部
に層間絶縁膜３の残余部３ａが残された状態となった。
【００５３】次に、Ｃ4Ｆ8流量４０ＳＣＣＭ、Ｃ4Ｆ6流
量１０ＳＣＣＭ、ＲＦパワー密度１．０Ｗ／ｃｍ2、ウ
ェハ温度２０℃の条件で、上記残余部３ａのエッチング
及びオーバーエッチングを行った。この２段階目のエッ
チングの結果、前述の図１（ｂ）に示されるように、下
地の不純物拡散層２にダメージを与えることなく、良好
な異方性形状を有するコンタクト・ホール５が形成され
た。
量１０ＳＣＣＭ、ＲＦパワー密度１．０Ｗ／ｃｍ2、ウ
ェハ温度２０℃の条件で、上記残余部３ａのエッチング
及びオーバーエッチングを行った。この２段階目のエッ
チングの結果、前述の図１（ｂ）に示されるように、下
地の不純物拡散層２にダメージを与えることなく、良好
な異方性形状を有するコンタクト・ホール５が形成され
た。
【００５４】上述のプロセスは、１段階目のエッチング
はある程度高速に行い、２段階目のエッチングにおいて
はＣ／Ｆ比の高いガスを添加し、ＲＦパワー密度を低下
させて入射イオン・エネルギーを低減することにより対
下地選択比を高めるという考え方に基づいている。した
がって、０℃以下に及ぶウェハ冷却は行っていないが、
高異方性と高選択性とが達成された。
はある程度高速に行い、２段階目のエッチングにおいて
はＣ／Ｆ比の高いガスを添加し、ＲＦパワー密度を低下
させて入射イオン・エネルギーを低減することにより対
下地選択比を高めるという考え方に基づいている。した
がって、０℃以下に及ぶウェハ冷却は行っていないが、
高異方性と高選択性とが達成された。
【００５５】実施例５ 本実施例は、本願の第１の発明の応用例として実施例４
と同様の２段階エッチングを行い、１段階目のエッチン
グでＣ4Ｆ8、２段階目のエッチングでＣ4Ｆ8とＣ2Ｈ4と
の混合ガスを用いてコンタクト・ホール加工を行った例
である。
と同様の２段階エッチングを行い、１段階目のエッチン
グでＣ4Ｆ8、２段階目のエッチングでＣ4Ｆ8とＣ2Ｈ4と
の混合ガスを用いてコンタクト・ホール加工を行った例
である。
【００５６】１段階目のエッチング条件は、Ｃ4Ｆ8流量
５０ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ
／ｃｍ2ウェハ温度２０℃とした。２段階目のエッチン
グ条件は、Ｃ4Ｆ8流量４６ＳＣＣＭ、Ｃ2Ｈ4流量４ＳＣ
ＣＭ、ＲＦパワー密度１．０Ｗ／ｃｍ2、ウェハ温度２
０℃とした。
５０ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ
／ｃｍ2ウェハ温度２０℃とした。２段階目のエッチン
グ条件は、Ｃ4Ｆ8流量４６ＳＣＣＭ、Ｃ2Ｈ4流量４ＳＣ
ＣＭ、ＲＦパワー密度１．０Ｗ／ｃｍ2、ウェハ温度２
０℃とした。
【００５７】ここで、２段階目のエッチングにおいて添
加されているＣ2Ｈ4は、自身が堆積性ガスであることに
加えて放電分解によりＨ*を生成させ、過剰なＦ*を捕捉
してエッチング反応系のＣ／Ｆ比を増大させる効果を有
する。本実施例によっても、高異方性、高選択性、低ダ
メージ性とが達成された。
加されているＣ2Ｈ4は、自身が堆積性ガスであることに
加えて放電分解によりＨ*を生成させ、過剰なＦ*を捕捉
してエッチング反応系のＣ／Ｆ比を増大させる効果を有
する。本実施例によっても、高異方性、高選択性、低ダ
メージ性とが達成された。
【００５８】実施例６ 本実施例は、本願の第１の発明の応用例であるが、エッ
チング・ガスの主体は鎖状飽和フルオロカーボンである
Ｃ3Ｆ8とし、これにＣ4Ｆ8を添加した混合ガスにより低
温エッチングを行ってコンタクト・ホールを形成した例
である。
チング・ガスの主体は鎖状飽和フルオロカーボンである
Ｃ3Ｆ8とし、これにＣ4Ｆ8を添加した混合ガスにより低
温エッチングを行ってコンタクト・ホールを形成した例
である。
【００５９】エッチング条件は、Ｃ3Ｆ8流量３０ＳＣＣ
Ｍ、Ｃ4Ｆ8流量２０ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワ
ー密度１．５Ｗ／ｃｍ2ウェハ温度−３０℃とした。
Ｍ、Ｃ4Ｆ8流量２０ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワ
ー密度１．５Ｗ／ｃｍ2ウェハ温度−３０℃とした。
【００６０】このプロセスは、高速性を重視してＣ／Ｆ
比の相対的に低いＣ3Ｆ8をガス組成の主体とする一方
で、高選択性と低ダメージ性とを達成するためにＣ／Ｆ
比の相対的に高いＣ4Ｆ8を添加し、ウェハの低温冷却を
行ったものである。本実施例により、高速性，高異方
性、高選択性、低ダメージ性とが達成された。
比の相対的に低いＣ3Ｆ8をガス組成の主体とする一方
で、高選択性と低ダメージ性とを達成するためにＣ／Ｆ
比の相対的に高いＣ4Ｆ8を添加し、ウェハの低温冷却を
行ったものである。本実施例により、高速性，高異方
性、高選択性、低ダメージ性とが達成された。
【００６１】実施例７ 本実施例は、本願の第１の発明の応用例であるが、実施
例６と同じくエッチング・ガスの主体はＣ3Ｆ8とし、こ
れにＣ7Ｆ14（化１参照。）を添加した混合ガスによ
り低温エッチングを行いコンタクト・ホールを形成した
例である。エッチング条件は、Ｃ3Ｆ8流量４５ＳＣＣ
Ｍ、Ｃ7Ｆ14流量５ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワ
ー密度１．５Ｗ／ｃｍ2ウェハ温度−３０℃とした。本
実施例により、高速性、高異方性、高選択性、低ダメー
ジ性とが達成された。
例６と同じくエッチング・ガスの主体はＣ3Ｆ8とし、こ
れにＣ7Ｆ14（化１参照。）を添加した混合ガスによ
り低温エッチングを行いコンタクト・ホールを形成した
例である。エッチング条件は、Ｃ3Ｆ8流量４５ＳＣＣ
Ｍ、Ｃ7Ｆ14流量５ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワ
ー密度１．５Ｗ／ｃｍ2ウェハ温度−３０℃とした。本
実施例により、高速性、高異方性、高選択性、低ダメー
ジ性とが達成された。
【００６２】実施例８ 本実施例は、本願の第２の発明の応用例であるが、実施
例６と同じくエッチング・ガスの主体はＣ3Ｆ8とし、こ
れにＣ4Ｆ6を添加した混合ガスにより低温エッチングを
行い、コンタクト・ホール加工を形成した例である。エ
ッチング条件は、Ｃ3Ｆ8流量２５ＳＣＣＭ、Ｃ4Ｆ6流量
２５ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度１．５Ｗ
／ｃｍ2ウェハ温度−３０℃とした。本実施例により、
高速性、高異方性、高選択性、低ダメージ性とが達成さ
れた。
例６と同じくエッチング・ガスの主体はＣ3Ｆ8とし、こ
れにＣ4Ｆ6を添加した混合ガスにより低温エッチングを
行い、コンタクト・ホール加工を形成した例である。エ
ッチング条件は、Ｃ3Ｆ8流量２５ＳＣＣＭ、Ｃ4Ｆ6流量
２５ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度１．５Ｗ
／ｃｍ2ウェハ温度−３０℃とした。本実施例により、
高速性、高異方性、高選択性、低ダメージ性とが達成さ
れた。
【００６３】以上、本発明を８つの実施例を挙げて説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、上述のガス系において、エッチング速度を制御す
るためにさらにＨ2やＯ2ガス等を添加してもよい、ま
た、スパッタリング効果、希釈効果、冷却効果等を図る
ため、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガスを適宜添加してもよい。
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、上述のガス系において、エッチング速度を制御す
るためにさらにＨ2やＯ2ガス等を添加してもよい、ま
た、スパッタリング効果、希釈効果、冷却効果等を図る
ため、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガスを適宜添加してもよい。
【００６４】さらに、被エッチング材料層は上述の酸化
シリコンに限られるものではなく、ＰＳＧ、ＢＳＧ、Ｂ
ＰＳＧ、ＡｓＳＧ、ＡｓＰＳＧ、ＡｓＢＳＧ、ＳｉＮ等
であってもよい。
シリコンに限られるものではなく、ＰＳＧ、ＢＳＧ、Ｂ
ＰＳＧ、ＡｓＳＧ、ＡｓＰＳＧ、ＡｓＢＳＧ、ＳｉＮ等
であってもよい。
【００６５】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では分子構造の一部に環状部を有する飽和若しくは不
飽和フルオロカーボン系化合物を使用することにより、
高速エッチングが可能となる。しかも、化合物自身の炭
素骨格によりある程度大きいＣ／Ｆ比を有するものであ
り、基本的にはＣ／Ｆ比を増大させるための添加ガスを
使用しなくとも高選択比を達成することができる。した
がって、エッチング反応の制御やエッチング装置の保守
管理等が極めて容易となる。しかも、本発明では、被エ
ッチング基板温度が５０℃以下に制御されるので、高異
方性、低ダメージ性も併せて達成される。
明では分子構造の一部に環状部を有する飽和若しくは不
飽和フルオロカーボン系化合物を使用することにより、
高速エッチングが可能となる。しかも、化合物自身の炭
素骨格によりある程度大きいＣ／Ｆ比を有するものであ
り、基本的にはＣ／Ｆ比を増大させるための添加ガスを
使用しなくとも高選択比を達成することができる。した
がって、エッチング反応の制御やエッチング装置の保守
管理等が極めて容易となる。しかも、本発明では、被エ
ッチング基板温度が５０℃以下に制御されるので、高異
方性、低ダメージ性も併せて達成される。
【００６６】したがって、本発明は高性能，高集積度を
有する半導体装置の製造に極めて有効である。
有する半導体装置の製造に極めて有効である。
【図１】本発明をコンタクト・ホール加工に適用した一
例をその工程順にしたがって説明する概略断面図であ
り、（ａ）は層間絶縁膜上にレジスト・パターンが形成
された状態、（ｂ）はコンタクト・ホールが形成された
状態をそれぞれ表す。
例をその工程順にしたがって説明する概略断面図であ
り、（ａ）は層間絶縁膜上にレジスト・パターンが形成
された状態、（ｂ）はコンタクト・ホールが形成された
状態をそれぞれ表す。
【図２】本発明を２段階エッチングによるコンタクト・
ホール加工に適用した場合において、コンタクト・ホー
ルが途中まで形成された状態を示す概略断面図である。
ホール加工に適用した場合において、コンタクト・ホー
ルが途中まで形成された状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】 １ 単結晶シリコン基板、 ２ 不純物拡散層、 ３
層間絶縁膜、 ３ａ（層間絶縁膜の) 残余部、 ４ レ
ジスト・パターン、 ４ａ 開口部、 ５コンタクト・
ホール
層間絶縁膜、 ３ａ（層間絶縁膜の) 残余部、 ４ レ
ジスト・パターン、 ４ａ 開口部、 ５コンタクト・
ホール
Claims (2)
- 【請求項１】 分子構造の少なくとも一部に環状部を有
する飽和フルオロカーボン系化合物を含むエッチング・
ガスを用いて被エッチング基体の温度を５０℃以下に制
御しながら基板上に形成されたシリコン化合物層のエッ
チングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項２】 分子構造の少なくとも一部に環状部を有
する不飽和フルオロカーボン系化合物を含むエッチング
・ガスを用いて被エッチング基体の温度を５０℃以下に
制御しながら基板上に形成されたシリコン化合物層のエ
ッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方
法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
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| US07/834,395 US5338399A (en) | 1991-02-12 | 1992-02-12 | Dry etching method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3040966A JP3038950B2 (ja) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | ドライエッチング方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37505199A Division JP2000150465A (ja) | 1999-01-01 | 1999-12-28 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04258117A JPH04258117A (ja) | 1992-09-14 |
| JP3038950B2 true JP3038950B2 (ja) | 2000-05-08 |
Family
ID=12595215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3040966A Expired - Lifetime JP3038950B2 (ja) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | ドライエッチング方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5338399A (ja) |
| JP (1) | JP3038950B2 (ja) |
| KR (1) | KR100252471B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3623256B2 (ja) * | 1993-06-30 | 2005-02-23 | 株式会社東芝 | 表面処理方法および表面処理装置 |
| JP2720763B2 (ja) * | 1993-09-17 | 1998-03-04 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| USRE39895E1 (en) | 1994-06-13 | 2007-10-23 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor integrated circuit arrangement fabrication method |
| JP3778299B2 (ja) * | 1995-02-07 | 2006-05-24 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマエッチング方法 |
| US5843847A (en) * | 1996-04-29 | 1998-12-01 | Applied Materials, Inc. | Method for etching dielectric layers with high selectivity and low microloading |
| US5928967A (en) * | 1996-06-10 | 1999-07-27 | International Business Machines Corporation | Selective oxide-to-nitride etch process using C4 F8 /CO/Ar |
| WO1998019332A1 (fr) | 1996-10-30 | 1998-05-07 | Japan As Represented By Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Procede de gravure a sec |
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