JP3116421B2 - 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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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造分野
等において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。
等において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。
【０００２】
【従来の技術】ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等にみられるように
半導体装置の高集積化及び高性能化に伴い、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2 ）に代表されるシリコン化合物層のドライ
エッチング方法についても技術的要求がますます厳しく
なってきている。
半導体装置の高集積化及び高性能化に伴い、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2 ）に代表されるシリコン化合物層のドライ
エッチング方法についても技術的要求がますます厳しく
なってきている。
【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こと、形成すべ
きパターンが高度に微細化されウェハ面内の均一処理が
要求されていること、またＡＳＩＣに代表されるように
多品種少量生産が要求されていること等の背景から、ド
ライエッチング装置はバッチ式から枚葉式に移行しつつ
ある。この際、従来と同等の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須となる。
面積が拡大しウェハが大口径化していること、形成すべ
きパターンが高度に微細化されウェハ面内の均一処理が
要求されていること、またＡＳＩＣに代表されるように
多品種少量生産が要求されていること等の背景から、ド
ライエッチング装置はバッチ式から枚葉式に移行しつつ
ある。この際、従来と同等の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須となる。
【０００４】また、デバイスの高速化や微細化を図るた
めに不純物拡散領域の接合深さが浅くなり、各種の材料
層も薄くなっている状況下では、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ＳｉＯ2 層間絶縁膜のエッチング等がその
例である。
めに不純物拡散領域の接合深さが浅くなり、各種の材料
層も薄くなっている状況下では、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ＳｉＯ2 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。これは、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からである。
課題である。これは、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からである。
【０００６】高速性、高選択性、低ダメージといった特
性は、互いに取捨選択される関係にあり、全てを満足で
きるエッチング・プロセスを確立することは極めて困難
である。
性は、互いに取捨選択される関係にあり、全てを満足で
きるエッチング・プロセスを確立することは極めて困難
である。
【０００７】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ＳｉＯ2 層に代表されるシリコン化合物
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／ＣＨＦ3混合系等
がエッチング・ガスとして典型的に使用されてきた。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Ｓｉ
Ｏ2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）ＳｉＯ2層
の主エッチング種であるＣＦn +（特にｎ＝３) を生成で
きる、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、ＳｉＯ2中の酸素がＣＯ又はＣ
Ｏ2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、等の理由によ
る。
比を保ちながらＳｉＯ2 層に代表されるシリコン化合物
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／ＣＨＦ3混合系等
がエッチング・ガスとして典型的に使用されてきた。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Ｓｉ
Ｏ2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）ＳｉＯ2層
の主エッチング種であるＣＦn +（特にｎ＝３) を生成で
きる、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、ＳｉＯ2中の酸素がＣＯ又はＣ
Ｏ2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、等の理由によ
る。
【０００８】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増大させることができ
る。つまり、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増大させることができ
る。つまり、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。
【０００９】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、Ｃ4Ｆ8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ＣＦ
n +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。
−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、Ｃ4Ｆ8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ＣＦ
n +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。
【００１０】但し、高次フルオロカーボン系ガスを単独
で使用するのみでは、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、Ｃ3Ｆ8をエッチング・ガスとしてシリコン基板上の
ＳｉＯ2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・エッジの後退により
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。
で使用するのみでは、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、Ｃ3Ｆ8をエッチング・ガスとしてシリコン基板上の
ＳｉＯ2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・エッジの後退により
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。
【００１１】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エチレン（Ｃ2
Ｈ4）等の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。これは、エッチング反応系内
にＣ原子を補給すると共に、プラズマ中に生成するＨ*
で過剰のＦ*を消費してＨＦに変化させ、見掛け上のＣ
／Ｆ比を高めることを目的としている。
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エチレン（Ｃ2
Ｈ4）等の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。これは、エッチング反応系内
にＣ原子を補給すると共に、プラズマ中に生成するＨ*
で過剰のＦ*を消費してＨＦに変化させ、見掛け上のＣ
／Ｆ比を高めることを目的としている。
【００１２】半導体装置のデザイン・ルールが高度に微
細化されている現状では、既にエッチング・マスクとの
寸法変換差がほとんど許容できなくなりつつあり、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。また、今後より一層微細化が進行すると、炭素
系ポリマーによるパーティクル汚染の影響が深刻化する
ことも考えられるので、２段階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。
細化されている現状では、既にエッチング・マスクとの
寸法変換差がほとんど許容できなくなりつつあり、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。また、今後より一層微細化が進行すると、炭素
系ポリマーによるパーティクル汚染の影響が深刻化する
ことも考えられるので、２段階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。
【００１３】そこで、本発明者は先に特願平２−２９５
２２５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提案してい
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ＣＦn +を生成す
るので、ＳｉＯ2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
の重合が促進される。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。
上記鎖状不飽和フルオロカーボン系ガスとしては、オク
タフルオロブテン（Ｃ4Ｆ8）やヘキサフルオロプロペン
（Ｃ3Ｆ6）等を使用している。
２２５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提案してい
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ＣＦn +を生成す
るので、ＳｉＯ2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
の重合が促進される。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。
上記鎖状不飽和フルオロカーボン系ガスとしては、オク
タフルオロブテン（Ｃ4Ｆ8）やヘキサフルオロプロペン
（Ｃ3Ｆ6）等を使用している。
【００１４】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、残余のエッチング及びオーバー
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Ｃ2Ｈ4等の炭化水素系ガスを添加したガスを用いて行
う技術も同時に提案している。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のである。
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、残余のエッチング及びオーバー
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Ｃ2Ｈ4等の炭化水素系ガスを添加したガスを用いて行
う技術も同時に提案している。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のである。
【００１５】
【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においては、十分
な選択比を得るため実用上は炭化水素系の堆積性ガスと
併用することが必要であった。
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においては、十分
な選択比を得るため実用上は炭化水素系の堆積性ガスと
併用することが必要であった。
【００１６】しかし、上述の堆積性ガスが使用されてい
る限りは、パーティクル汚染を十分に低減させることは
できない。すなわち、上記の堆積性ガスは放電解離によ
り気相中に炭素系ポリマーを生成してしまうので、枚葉
処理において処理回数を重ねるごとにエッチング・チャ
ンバ内に該炭素系ポリマーが蓄積されてしまう。このこ
とは、エッチングの再現性の低下、歩留りの低下、エッ
チング・チャンバの頻繁なメンテナンスによるスループ
ットの低下等を招く。
る限りは、パーティクル汚染を十分に低減させることは
できない。すなわち、上記の堆積性ガスは放電解離によ
り気相中に炭素系ポリマーを生成してしまうので、枚葉
処理において処理回数を重ねるごとにエッチング・チャ
ンバ内に該炭素系ポリマーが蓄積されてしまう。このこ
とは、エッチングの再現性の低下、歩留りの低下、エッ
チング・チャンバの頻繁なメンテナンスによるスループ
ットの低下等を招く。
【００１７】そこで本発明は、高異方性、高速性、高下
地選択性、高レジスト選択性、低汚染性、再現性等に優
れる新規なドライエッチング方法を提供することを目的
とする。
地選択性、高レジスト選択性、低汚染性、再現性等に優
れる新規なドライエッチング方法を提供することを目的
とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに提案される本発明は、被エッチング基板の温度を５
０℃以下に制御し、一般式ＣxＦy（但し、ｘ，ｙは原子
数を示す自然数であり、ｘ≧２、ｙ≦２ｘ＋２の条件を
満足する。）で表されるフルオロカーボン系化合物とＨ
2Ｓ、Ｈ2Ｓ2、Ｈ2Ｓ3、Ｈ2Ｓ4、Ｓ2Ｆ2、ＳＦ2、Ｓ
Ｆ4、Ｓ2Ｆ10、ＳＯＦ2のうちの少なくとの一種類とを
含むエッチング・ガスを用い、シリコン化合物層のエッ
チングを行う。
めに提案される本発明は、被エッチング基板の温度を５
０℃以下に制御し、一般式ＣxＦy（但し、ｘ，ｙは原子
数を示す自然数であり、ｘ≧２、ｙ≦２ｘ＋２の条件を
満足する。）で表されるフルオロカーボン系化合物とＨ
2Ｓ、Ｈ2Ｓ2、Ｈ2Ｓ3、Ｈ2Ｓ4、Ｓ2Ｆ2、ＳＦ2、Ｓ
Ｆ4、Ｓ2Ｆ10、ＳＯＦ2のうちの少なくとの一種類とを
含むエッチング・ガスを用い、シリコン化合物層のエッ
チングを行う。
【００１９】また、本発明は、被エッチング基板の温度
を５０℃以下に制御し、一般式ＣxＦy（但し、ｘ，ｙは
原子数を示す自然数であり、ｘ≧２、ｙ≦２ｘ＋２の条
件を満足する。）で表される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、シリコン化合物層を実
質的にその層厚分だけエッチングする第１の工程と、前
記フルオロカーボン系化合物とＨ2Ｓ、Ｈ2Ｓ2、Ｈ
2Ｓ3、Ｈ2Ｓ4、Ｓ2Ｆ2、ＳＦ2、ＳＦ4、Ｓ2Ｆ10、ＳＯ
Ｆ2のうちの少なくとの一種類とを含むエッチング・ガ
スを用い、オーバーエッチングを行う第２の工程とを有
する。
を５０℃以下に制御し、一般式ＣxＦy（但し、ｘ，ｙは
原子数を示す自然数であり、ｘ≧２、ｙ≦２ｘ＋２の条
件を満足する。）で表される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、シリコン化合物層を実
質的にその層厚分だけエッチングする第１の工程と、前
記フルオロカーボン系化合物とＨ2Ｓ、Ｈ2Ｓ2、Ｈ
2Ｓ3、Ｈ2Ｓ4、Ｓ2Ｆ2、ＳＦ2、ＳＦ4、Ｓ2Ｆ10、ＳＯ
Ｆ2のうちの少なくとの一種類とを含むエッチング・ガ
スを用い、オーバーエッチングを行う第２の工程とを有
する。
【００２０】さらに、本発明は、被エッチング基板の温
度を５０℃以下に制御し、一般式Ｃx Ｆy （ただし、
ｘ，ｙは原子数を示す自然数であり、ｘ≧２，ｙ≦２ｘ
＋２の条件を満足する。）で表されるフルオロカーボン
系化合物とＨ2Ｓ、Ｈ2Ｓ2、Ｈ2Ｓ3、Ｈ2Ｓ4、Ｓ2Ｆ2、
ＳＦ2、ＳＦ4、Ｓ2Ｆ10、ＳＯＦ2のうちの少なくとの一
種類とを含むエッチング・ガスを用い、シリコン化合物
層を実質的にその層厚分だけエッチングする第１の工程
と、前記フルオロカーボン系化合物に対する前記Ｈ
2Ｓ、Ｈ2Ｓ2、Ｈ2Ｓ3、Ｈ2Ｓ4、Ｓ2Ｆ2、ＳＦ2、Ｓ
Ｆ4、Ｓ2Ｆ10、ＳＯＦ2のうちの少なくとの一種類の含
量比を前記第１の工程におけるよりも高めてなるエッチ
ング・ガスを用い、オーバーエッチングを行う第２の工
程とを有する。
度を５０℃以下に制御し、一般式Ｃx Ｆy （ただし、
ｘ，ｙは原子数を示す自然数であり、ｘ≧２，ｙ≦２ｘ
＋２の条件を満足する。）で表されるフルオロカーボン
系化合物とＨ2Ｓ、Ｈ2Ｓ2、Ｈ2Ｓ3、Ｈ2Ｓ4、Ｓ2Ｆ2、
ＳＦ2、ＳＦ4、Ｓ2Ｆ10、ＳＯＦ2のうちの少なくとの一
種類とを含むエッチング・ガスを用い、シリコン化合物
層を実質的にその層厚分だけエッチングする第１の工程
と、前記フルオロカーボン系化合物に対する前記Ｈ
2Ｓ、Ｈ2Ｓ2、Ｈ2Ｓ3、Ｈ2Ｓ4、Ｓ2Ｆ2、ＳＦ2、Ｓ
Ｆ4、Ｓ2Ｆ10、ＳＯＦ2のうちの少なくとの一種類の含
量比を前記第１の工程におけるよりも高めてなるエッチ
ング・ガスを用い、オーバーエッチングを行う第２の工
程とを有する。
【００２１】本発明においてエッチング・ガスの一方の
主体をなすフルオロカーボン系化合物ＣxＦyは、Ｃ原子
数ｘが２以上であることからいわゆる高次フルオロカー
ボンの誘導体である。Ｃ原子数ｘの上限は、上記フルオ
ロカーボン系化合物を気化させた状態でエッチング反応
系に導入し得る限りにおいて、特に限定されるものでは
ない。
主体をなすフルオロカーボン系化合物ＣxＦyは、Ｃ原子
数ｘが２以上であることからいわゆる高次フルオロカー
ボンの誘導体である。Ｃ原子数ｘの上限は、上記フルオ
ロカーボン系化合物を気化させた状態でエッチング反応
系に導入し得る限りにおいて、特に限定されるものでは
ない。
【００２２】さらに、ｙ≦２ｘ＋２なる条件から、上記
フルオロカーボン系化合物は飽和、不飽和のいずれの化
合物であってもよく、その炭素骨格も鎖状、環状の別を
問わない。特に不飽和化合物を使用する場合には、不飽
和結合の開裂によりプラズマ中にモノラジカル、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）が生成し、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。また、炭素骨格が環状である場合には飽和化合物で
あってもＣ／Ｆ比が高くなるので、やはり炭素系ポリマ
ーの形成に有利である。
フルオロカーボン系化合物は飽和、不飽和のいずれの化
合物であってもよく、その炭素骨格も鎖状、環状の別を
問わない。特に不飽和化合物を使用する場合には、不飽
和結合の開裂によりプラズマ中にモノラジカル、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）が生成し、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。また、炭素骨格が環状である場合には飽和化合物で
あってもＣ／Ｆ比が高くなるので、やはり炭素系ポリマ
ーの形成に有利である。
【００２３】本発明においてエッチング・ガスの他方の
主体をなすＳを構成元素として有するイオウ系化合物と
しては、硫化水素（Ｈ2 Ｓ）、ポリ硫化水素（Ｈ2 Ｓ
2 ，Ｈ2 Ｓ3 ，Ｈ2 Ｓ4 ）、フッ化イオウ（Ｓ2 Ｆ2 ，
ＳＦ2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ10）、フッ化チオニル（ＳＯＦ
2 ）等を使用することができる。常温で液体の物質につ
いては、不活性ガスを用いるバブリングにより気化させ
てから、エッチング反応系内に供給すればよい。これら
は、いずれも放電解離によりプラズマ中に遊離のＳを生
成し得る化合物である。
主体をなすＳを構成元素として有するイオウ系化合物と
しては、硫化水素（Ｈ2 Ｓ）、ポリ硫化水素（Ｈ2 Ｓ
2 ，Ｈ2 Ｓ3 ，Ｈ2 Ｓ4 ）、フッ化イオウ（Ｓ2 Ｆ2 ，
ＳＦ2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ10）、フッ化チオニル（ＳＯＦ
2 ）等を使用することができる。常温で液体の物質につ
いては、不活性ガスを用いるバブリングにより気化させ
てから、エッチング反応系内に供給すればよい。これら
は、いずれも放電解離によりプラズマ中に遊離のＳを生
成し得る化合物である。
【００２４】なお、フッ化イオウの中でも最も良く知ら
れているＳＦ6 は、放電解離によっても遊離のＳを生成
せず、大量のＦ*を生成して選択性や異方性を低下させ
るおそれがあるので不適切である。また、ＳＯ2やＳＯ3
等のように１分子内にＳ原子数よりも多いＯ原子を有す
る化合物は、Ｏ*による燃焼反応を起こしてレジスト・
マスク、あるいは堆積した炭素系ポリマーやＳを除去す
るおそれがあるので好ましくない。
れているＳＦ6 は、放電解離によっても遊離のＳを生成
せず、大量のＦ*を生成して選択性や異方性を低下させ
るおそれがあるので不適切である。また、ＳＯ2やＳＯ3
等のように１分子内にＳ原子数よりも多いＯ原子を有す
る化合物は、Ｏ*による燃焼反応を起こしてレジスト・
マスク、あるいは堆積した炭素系ポリマーやＳを除去す
るおそれがあるので好ましくない。
【００２５】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。しかし、温度を５
０℃以下に制御すれば、蒸気圧の低下により効率良く炭
素系ポリマーやＳを堆積させることができる。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。すなわち、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、ＳｉＯ2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。
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。しかし、温度を５
０℃以下に制御すれば、蒸気圧の低下により効率良く炭
素系ポリマーやＳを堆積させることができる。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。すなわち、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、ＳｉＯ2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。
【００２６】
【作用】本発明で使用されるフルオロカーボン系化合物
の１分子からは、理論上は少なくとも２個のＣＦn +が生
成する。したがって、同じガス圧下ではＣＦ3Ｈ、ＣＦ2
Ｈ2といった公知のガスを使用した場合と比べてプラズ
マ中におけるＣＦn +の絶対量が多くなる。これにより、
シリコン化合物層のエッチングは高速に進行する。
の１分子からは、理論上は少なくとも２個のＣＦn +が生
成する。したがって、同じガス圧下ではＣＦ3Ｈ、ＣＦ2
Ｈ2といった公知のガスを使用した場合と比べてプラズ
マ中におけるＣＦn +の絶対量が多くなる。これにより、
シリコン化合物層のエッチングは高速に進行する。
【００２７】特に、フルオロカーボン系化合物として不
飽和化合物若しくは環状化合物を使用する場合には不飽
和結合の開裂により高活性のラジカルが生成し、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、
５０℃以下に温度制御されたウェハの表面に吸着され
る。ここで、レジスト・マスク及びシリコン下地の上面
では、炭素系ポリマーの堆積と垂直入射するイオンによ
る該炭素系ポリマーのスパッタ除去とが競合するため、
エッチング速度が大幅に低下して高い対レジスト選択比
が得られる。これに対し、エッチングすべきシリコン化
合物層の露出面では、炭素系ポリマーが堆積してもエッ
チング速度が低下することはない。例えば、シリコン化
合物層がＳｉＯ2層である場合、該ＳｉＯ2層から放出さ
れるＯ原子が炭素系ポリマーの分解に寄与し、ＣＯ、Ｃ
Ｏ2等の形で速やかにこれを脱離させるからである。こ
の過程は、大量に発生したＣＦn +にアシストされてい
る。一方、原理的にイオンの垂直入射が起こらないパタ
ーン側壁部では、上記炭素系ポリマーは側壁保護の役割
を果たし高異方性の達成に寄与する。
飽和化合物若しくは環状化合物を使用する場合には不飽
和結合の開裂により高活性のラジカルが生成し、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、
５０℃以下に温度制御されたウェハの表面に吸着され
る。ここで、レジスト・マスク及びシリコン下地の上面
では、炭素系ポリマーの堆積と垂直入射するイオンによ
る該炭素系ポリマーのスパッタ除去とが競合するため、
エッチング速度が大幅に低下して高い対レジスト選択比
が得られる。これに対し、エッチングすべきシリコン化
合物層の露出面では、炭素系ポリマーが堆積してもエッ
チング速度が低下することはない。例えば、シリコン化
合物層がＳｉＯ2層である場合、該ＳｉＯ2層から放出さ
れるＯ原子が炭素系ポリマーの分解に寄与し、ＣＯ、Ｃ
Ｏ2等の形で速やかにこれを脱離させるからである。こ
の過程は、大量に発生したＣＦn +にアシストされてい
る。一方、原理的にイオンの垂直入射が起こらないパタ
ーン側壁部では、上記炭素系ポリマーは側壁保護の役割
を果たし高異方性の達成に寄与する。
【００２８】なお、フルオロカーボン系化合物が飽和化
合物であっても、添加するイオウ系化合物にエッチング
反応系の見掛け上のＣ／Ｆ比を増大させる効果がある場
合には炭素系ポリマーの堆積が期待できる。
合物であっても、添加するイオウ系化合物にエッチング
反応系の見掛け上のＣ／Ｆ比を増大させる効果がある場
合には炭素系ポリマーの堆積が期待できる。
【００２９】ところで、上述のようなフルオロカーボン
系化合物からは、分子構造によってはＦ*も大量に生成
するが、本発明ではこのＦ*による選択性の低下や異方
性の低下を回避するためにイオウ系化合物を添加してい
る。すなわち、イオウ系化合物は放電解離によりプラズ
マ中にＳを生成し、５０℃以下に温度制御されたウェハ
の表面へこれを堆積させる。ウェハ表面のＳのうち、イ
オンの垂直入射面に堆積した部分は直ちにスパッタ除去
されるが、原理的にイオンの垂直入射が起こらないパタ
ーン側壁部等にはそのまま残り側壁保護効果を発揮す
る。したがって、Ｆ*が多少過剰となっても、異方性加
工を行うことができる。特に、シリコン化合物層がＳｉ
Ｏ2層である場合には、該ＳｉＯ2層の表面に堆積したＳ
はＳｉＯ2から供給されるＯ原子と結合してＳＯ2、ＳＯ
3等の形で速やかに脱離するため、エッチング速度が低
下するおそれはほとんどない。しかも、パターン側壁部
に堆積したＳは、エッチング終了後にウェハを９０℃程
度に加熱すれば容易に昇華除去できるためパーティクル
汚染を惹起させることもない。
系化合物からは、分子構造によってはＦ*も大量に生成
するが、本発明ではこのＦ*による選択性の低下や異方
性の低下を回避するためにイオウ系化合物を添加してい
る。すなわち、イオウ系化合物は放電解離によりプラズ
マ中にＳを生成し、５０℃以下に温度制御されたウェハ
の表面へこれを堆積させる。ウェハ表面のＳのうち、イ
オンの垂直入射面に堆積した部分は直ちにスパッタ除去
されるが、原理的にイオンの垂直入射が起こらないパタ
ーン側壁部等にはそのまま残り側壁保護効果を発揮す
る。したがって、Ｆ*が多少過剰となっても、異方性加
工を行うことができる。特に、シリコン化合物層がＳｉ
Ｏ2層である場合には、該ＳｉＯ2層の表面に堆積したＳ
はＳｉＯ2から供給されるＯ原子と結合してＳＯ2、ＳＯ
3等の形で速やかに脱離するため、エッチング速度が低
下するおそれはほとんどない。しかも、パターン側壁部
に堆積したＳは、エッチング終了後にウェハを９０℃程
度に加熱すれば容易に昇華除去できるためパーティクル
汚染を惹起させることもない。
【００３０】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００３１】実施例１ 本実施例は、本発明をコンタクト・ホールの加工に適用
し、オクタフルオロプロパン（Ｃ3Ｆ8）とＨ2Ｓとの混
合ガスを用いてＳｉＯ2層間絶縁膜をエッチングした例
である。
し、オクタフルオロプロパン（Ｃ3Ｆ8）とＨ2Ｓとの混
合ガスを用いてＳｉＯ2層間絶縁膜をエッチングした例
である。
【００３２】ここで、本発明で使用するマグネトロンＲ
ＩＥ（反応性イオン・エッチング）装置について簡単に
説明する。
ＩＥ（反応性イオン・エッチング）装置について簡単に
説明する。
【００３３】本発明では、エッチング中にはウェハを５
０℃以下に冷却し、エッチング終了後には堆積したＳを
昇華除去するためにウェハをおおよそ９０℃以上に加熱
することから、冷却機構と加熱機構の両方が必要とな
る。このため、本願出願人が先に特願平２−３０１１７
３号明細書において提案したマグネトロンＲＩＥ装置を
使用する。この装置は、ウェハ載置電極が冷却機構を内
蔵する固定電極と加熱機構を内蔵する可動電極との２つ
の部分から構成されている。エッチング中は、固定電極
と可動電極とを接触保持し、加熱機構を休止させ冷却機
構のみを作動させて両電極を同時に冷却することによ
り、ウェハを冷却する。また、エッチング終了後には、
可動電極を固定電極から離間させ、加熱機構を作動させ
ることによりウェハを加熱する。この装置は、装置自体
の大型化を招くことなく単一のチャンバ内で迅速なウェ
ハの加熱・冷却を行うことができる。
０℃以下に冷却し、エッチング終了後には堆積したＳを
昇華除去するためにウェハをおおよそ９０℃以上に加熱
することから、冷却機構と加熱機構の両方が必要とな
る。このため、本願出願人が先に特願平２−３０１１７
３号明細書において提案したマグネトロンＲＩＥ装置を
使用する。この装置は、ウェハ載置電極が冷却機構を内
蔵する固定電極と加熱機構を内蔵する可動電極との２つ
の部分から構成されている。エッチング中は、固定電極
と可動電極とを接触保持し、加熱機構を休止させ冷却機
構のみを作動させて両電極を同時に冷却することによ
り、ウェハを冷却する。また、エッチング終了後には、
可動電極を固定電極から離間させ、加熱機構を作動させ
ることによりウェハを加熱する。この装置は、装置自体
の大型化を招くことなく単一のチャンバ内で迅速なウェ
ハの加熱・冷却を行うことができる。
【００３４】以下、上述のマグネトロンＲＩＥ装置を使
用した実際のプロセス例について図１を参照しながら説
明する。なお、図１は、模式的な表現の都合上、実際よ
りもアスペクト比が圧縮して描かれている。また、本明
細書及び図面では、種々の化学種について組成を表す一
般式に便宜的に共通の添字ｎを使用するが、これはそれ
ぞれの化合物の種類に応じて適宜設定される数であり、
どの化学種についても同時に同じ値をとることを示すも
のではない。
用した実際のプロセス例について図１を参照しながら説
明する。なお、図１は、模式的な表現の都合上、実際よ
りもアスペクト比が圧縮して描かれている。また、本明
細書及び図面では、種々の化学種について組成を表す一
般式に便宜的に共通の添字ｎを使用するが、これはそれ
ぞれの化合物の種類に応じて適宜設定される数であり、
どの化学種についても同時に同じ値をとることを示すも
のではない。
【００３５】本実施例においてエッチング・サンプルと
して使用した被エッチング基板（ウェハ）は、図１の
（ａ）に示すように、予め不純物拡散領域２が形成され
た単結晶シリコン基板１上にＳｉＯ2層間絶縁膜３が形
成され、さらにＳｉＯ2層間絶縁膜のエッチング・マス
クとして開口部４ａを有するレジスト・パターン４が形
成される。
して使用した被エッチング基板（ウェハ）は、図１の
（ａ）に示すように、予め不純物拡散領域２が形成され
た単結晶シリコン基板１上にＳｉＯ2層間絶縁膜３が形
成され、さらにＳｉＯ2層間絶縁膜のエッチング・マス
クとして開口部４ａを有するレジスト・パターン４が形
成される。
【００３６】このウェハを上述のマグネトロンＲＩＥ装
置のウェハ載置電極上にセットし、固定電極に内蔵され
る冷却配管に装置外部のチラーからエタノール冷媒を供
給循環させることにより、エッチング中のウェハ温度が
−３０℃に維持されるようにした。この状態で、一例と
してＣ3Ｆ8流量４５ＳＣＣＭ、Ｈ2Ｓ流量１５ＳＣＣ
Ｍ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ2、
磁場強度１５０Ｇａｕｓｓの条件でＳｉＯ2層間絶縁膜
３のエッチングを行った。
置のウェハ載置電極上にセットし、固定電極に内蔵され
る冷却配管に装置外部のチラーからエタノール冷媒を供
給循環させることにより、エッチング中のウェハ温度が
−３０℃に維持されるようにした。この状態で、一例と
してＣ3Ｆ8流量４５ＳＣＣＭ、Ｈ2Ｓ流量１５ＳＣＣ
Ｍ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ2、
磁場強度１５０Ｇａｕｓｓの条件でＳｉＯ2層間絶縁膜
３のエッチングを行った。
【００３７】このエッチングが進行する機構を、図１の
（ｂ）に模式的に示す。図中、堆積とスパッタ除去が競
合する化学種の組成式は点線で囲み、安定に堆積してい
る化学種の組成式は実線で囲んだ。
（ｂ）に模式的に示す。図中、堆積とスパッタ除去が競
合する化学種の組成式は点線で囲み、安定に堆積してい
る化学種の組成式は実線で囲んだ。
【００３８】ＳｉＯ2層間絶縁膜３のエッチングは、プ
ラズマ中に生成するＳ*、Ｆ*等によるラジカル反応がＳ
+、Ｆn +等のイオンにアシストされる機構により進行す
る。このとき、ＳｉＯ2層間絶縁膜３中のＳｉ原子はＳ
ｉＦnの形で、またＯ原子はＳＯn（ｎ＝２，３）及びＣ
Ｏn（ｎ＝１，２）の形でそれぞれ除去される。
ラズマ中に生成するＳ*、Ｆ*等によるラジカル反応がＳ
+、Ｆn +等のイオンにアシストされる機構により進行す
る。このとき、ＳｉＯ2層間絶縁膜３中のＳｉ原子はＳ
ｉＦnの形で、またＯ原子はＳＯn（ｎ＝２，３）及びＣ
Ｏn（ｎ＝１，２）の形でそれぞれ除去される。
【００３９】一方、レジスト・パターン４の上面にはＣ
3Ｆ8のフラグメントに由来する炭素系ポリマーＣＦn及
びＨ2Ｓに由来するＳが吸着され、これらの堆積とスパ
ッタ除去とが競合している。ここで、Ｃ3Ｆ8はもともと
堆積性ガスではないが、このようにＣＦnが堆積するの
は、Ｃ3Ｆ8から生成するＦ*の一部がＨ2Ｓから生成する
Ｈ*に捕捉されてフッ化水素（ＨＦ）の形で除去され、
エッチング反応系の見掛け上のＣ／Ｆ比が増大している
からである。かかるＣＦnとＳの堆積により、レジスト
・パターン４の表面におけるエッチング速度が大幅に低
下し、対レジスト選択比が高くとれるようになる。ま
た、原理的にイオンの垂直入射が起こらないパターンの
側壁部ではＣＦn、Ｓが堆積し、側壁保護効果を発揮し
た。これにより、ラジカルの側方攻撃からパターン側壁
部を保護し、垂直壁を有するコンタクト・ホール３ａを
形成することができる。
3Ｆ8のフラグメントに由来する炭素系ポリマーＣＦn及
びＨ2Ｓに由来するＳが吸着され、これらの堆積とスパ
ッタ除去とが競合している。ここで、Ｃ3Ｆ8はもともと
堆積性ガスではないが、このようにＣＦnが堆積するの
は、Ｃ3Ｆ8から生成するＦ*の一部がＨ2Ｓから生成する
Ｈ*に捕捉されてフッ化水素（ＨＦ）の形で除去され、
エッチング反応系の見掛け上のＣ／Ｆ比が増大している
からである。かかるＣＦnとＳの堆積により、レジスト
・パターン４の表面におけるエッチング速度が大幅に低
下し、対レジスト選択比が高くとれるようになる。ま
た、原理的にイオンの垂直入射が起こらないパターンの
側壁部ではＣＦn、Ｓが堆積し、側壁保護効果を発揮し
た。これにより、ラジカルの側方攻撃からパターン側壁
部を保護し、垂直壁を有するコンタクト・ホール３ａを
形成することができる。
【００４０】さらにエッチングが進み、シリコン下地で
ある不純物拡散領域２が露出した状態を図１の（ｃ）に
示す。この段階では、被エッチング領域から酸素が供給
されなくなるので、不純物拡散領域２の表面にもＣＦn
やＳが吸着され、これらの堆積とスパッタ除去とが競合
する。この結果、不純物拡散領域２の表面におけるエッ
チング速度が大幅に低下し、この後引き続いてオーバー
エッチングを行ったとしても、対シリコン選択比が大き
くとれる。この間に、レジスト・パターン４の膜厚は若
干減少するが、依然としてその表面ではＣＦnやＳの堆
積と除去が競合し、十分な対レジスト選択比が維持され
ている。ここで、オーバーエッチング工程では結合の相
手を失って相対的に過剰となったラジカルがウェハ表面
でマイグレーションを起こすが、パターン側壁部に堆積
したＣＦn、Ｓの側壁保護効果によりコンタクト・ホー
ル３ａの異方性形状が維持された。
ある不純物拡散領域２が露出した状態を図１の（ｃ）に
示す。この段階では、被エッチング領域から酸素が供給
されなくなるので、不純物拡散領域２の表面にもＣＦn
やＳが吸着され、これらの堆積とスパッタ除去とが競合
する。この結果、不純物拡散領域２の表面におけるエッ
チング速度が大幅に低下し、この後引き続いてオーバー
エッチングを行ったとしても、対シリコン選択比が大き
くとれる。この間に、レジスト・パターン４の膜厚は若
干減少するが、依然としてその表面ではＣＦnやＳの堆
積と除去が競合し、十分な対レジスト選択比が維持され
ている。ここで、オーバーエッチング工程では結合の相
手を失って相対的に過剰となったラジカルがウェハ表面
でマイグレーションを起こすが、パターン側壁部に堆積
したＣＦn、Ｓの側壁保護効果によりコンタクト・ホー
ル３ａの異方性形状が維持された。
【００４１】なお、本実施例のエッチングにおけるエッ
チング速度は８００ｎｍ／分、対レジスト選択比は３以
上、対シリコン選択比は１５以上であった。上述の対レ
ジスト選択比が得られたことにより、寸法変換差は従来
と比べて大幅に低減された。また、上述のように高い対
シリコン選択比が得られたことにより、５０％ものオー
バーエッチングを行っても単結晶シリコン基板及び不純
物拡散層が大きくダメージを受けることはなかった。
チング速度は８００ｎｍ／分、対レジスト選択比は３以
上、対シリコン選択比は１５以上であった。上述の対レ
ジスト選択比が得られたことにより、寸法変換差は従来
と比べて大幅に低減された。また、上述のように高い対
シリコン選択比が得られたことにより、５０％ものオー
バーエッチングを行っても単結晶シリコン基板及び不純
物拡散層が大きくダメージを受けることはなかった。
【００４２】エッチング終了後、可動電極を上昇させて
内蔵するヒータに通電し、ウェハを約１００℃に加熱し
た。このとき、Ｓは速やかに昇華し、除去された。この
とき、ＣＦnはウェハ上に残存するが、これはアッシン
グの際にレジスト・パターン４と同時に除去された。
内蔵するヒータに通電し、ウェハを約１００℃に加熱し
た。このとき、Ｓは速やかに昇華し、除去された。この
とき、ＣＦnはウェハ上に残存するが、これはアッシン
グの際にレジスト・パターン４と同時に除去された。
【００４３】実施例２ 本実施例は、コンタクト・ホール加工に適用した他の例
であり、ヘキサフルオロプロペン（Ｃ3Ｆ6）とＳ2Ｆ2と
の混合ガスを用いてＳｉＯ2層間絶縁膜をエッチングし
た例である。
であり、ヘキサフルオロプロペン（Ｃ3Ｆ6）とＳ2Ｆ2と
の混合ガスを用いてＳｉＯ2層間絶縁膜をエッチングし
た例である。
【００４４】本実施例で使用したウェハは、前述した実
施例１で使用したものと同様である。
施例１で使用したものと同様である。
【００４５】ウェハを、マグネトロンＲＩＥ装置にセッ
トし、一例としてＣ3Ｆ6流量４０ＳＣＣＭ、Ｓ2Ｆ2流量
１０ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ
／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。
トし、一例としてＣ3Ｆ6流量４０ＳＣＣＭ、Ｓ2Ｆ2流量
１０ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ
／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。
【００４６】上述のエッチング過程におけるエッチング
反応の進行及び炭素系ポリマーＣＦnやイオウＳの堆積
機構は、ほぼ実施例１で上述した通りであるが、プラズ
マ中には前述のイオンに加えてＳ2Ｆ2に由来するＳＦn +
が生成し、イオン・アシスト反応に寄与する。また、Ｓ
は、Ｓ2Ｆ2の放電解離により供給される。 本実施例で
使用したＣ3Ｆ6は分子内に二重結合を１個有し、実施例
１で使用したＣ3Ｆ8よりも炭素系ポリマーを重合させ易
い。また、Ｓ2Ｆ2は１分子中に２個のＳ原子を含有する
ため、放電解離によるＳの生成効率も高い。したがっ
て、炭素系ポリマーＣＦnとＳが効率的に堆積し、実施
例１よりもウェハ温度が高いにもかかわらず、高選択性
と高異方性とを達成することができた。
反応の進行及び炭素系ポリマーＣＦnやイオウＳの堆積
機構は、ほぼ実施例１で上述した通りであるが、プラズ
マ中には前述のイオンに加えてＳ2Ｆ2に由来するＳＦn +
が生成し、イオン・アシスト反応に寄与する。また、Ｓ
は、Ｓ2Ｆ2の放電解離により供給される。 本実施例で
使用したＣ3Ｆ6は分子内に二重結合を１個有し、実施例
１で使用したＣ3Ｆ8よりも炭素系ポリマーを重合させ易
い。また、Ｓ2Ｆ2は１分子中に２個のＳ原子を含有する
ため、放電解離によるＳの生成効率も高い。したがっ
て、炭素系ポリマーＣＦnとＳが効率的に堆積し、実施
例１よりもウェハ温度が高いにもかかわらず、高選択性
と高異方性とを達成することができた。
【００４７】実施例３ 本実施例は、コンタクト・ホール加工に適用したもので
あって、ジャスト・エッチングまでの工程ではオクタフ
ルオロシクロブタン（ｃ−Ｃ4Ｆ8）を単独で使用し、オ
ーバーエッチング工程ではこれにＨ2Ｓを添加したエッ
チング・ガスを用いてＳｉＯ2層間絶縁膜をエッチング
した例である。
あって、ジャスト・エッチングまでの工程ではオクタフ
ルオロシクロブタン（ｃ−Ｃ4Ｆ8）を単独で使用し、オ
ーバーエッチング工程ではこれにＨ2Ｓを添加したエッ
チング・ガスを用いてＳｉＯ2層間絶縁膜をエッチング
した例である。
【００４８】本実施例で使用したウェハも、前述した実
施例１で使用したものと同様である。
施例１で使用したものと同様である。
【００４９】ウェハを、マグネトロンＲＩＥ装置にセッ
トし、一例としてｃ−Ｃ4Ｆ8流量５０ＳＣＣＭ、ガス圧
２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ2、磁場強度１
５０Ｇａｕｓｓ、ウェハ温度１０℃の条件でＳｉＯ2層
間絶縁膜３をまずジャスト・エッチング状態までエッチ
ングした。この過程では、ｃ−Ｃ4Ｆ8のフラグメントに
由来する炭素系ポリマーＣＦnの堆積により優れた対レ
ジスト選択性が達成された。
トし、一例としてｃ−Ｃ4Ｆ8流量５０ＳＣＣＭ、ガス圧
２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ2、磁場強度１
５０Ｇａｕｓｓ、ウェハ温度１０℃の条件でＳｉＯ2層
間絶縁膜３をまずジャスト・エッチング状態までエッチ
ングした。この過程では、ｃ−Ｃ4Ｆ8のフラグメントに
由来する炭素系ポリマーＣＦnの堆積により優れた対レ
ジスト選択性が達成された。
【００５０】次に、一例としてｃ−Ｃ4Ｆ8流量４５ＳＣ
ＣＭ、Ｈ2Ｓ流量１５ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパ
ワー密度１．０Ｗ／ｃｍ2、磁場強度１５０Ｇａｕｓ
ｓ、ウェハ温度１０℃の条件でオーバーエッチングを行
った。
ＣＭ、Ｈ2Ｓ流量１５ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパ
ワー密度１．０Ｗ／ｃｍ2、磁場強度１５０Ｇａｕｓ
ｓ、ウェハ温度１０℃の条件でオーバーエッチングを行
った。
【００５１】この過程では、ＣＦnに加えてＳも堆積
し、しかもＲＦパワー密度を下げて入射イオン・エネル
ギーが低減されている。したがって、ウェハ温度が一般
的な低温エッチングよりは高いにもかかわらず、優れた
対レジスト選択性と対シリコン選択性が達成された。
し、しかもＲＦパワー密度を下げて入射イオン・エネル
ギーが低減されている。したがって、ウェハ温度が一般
的な低温エッチングよりは高いにもかかわらず、優れた
対レジスト選択性と対シリコン選択性が達成された。
【００５２】なお、上記ｃ−Ｃ4 Ｆ8に代えてその構造
異性体であるオクタフルオロブテンを使用した場合に
も、同様の結果が得られた。
異性体であるオクタフルオロブテンを使用した場合に
も、同様の結果が得られた。
【００５３】実施例４ 本実施例は、コンタクト・ホール加工に適用したもので
あって、ジャスト・エッチング工程とオーバーエッチン
グ工程との間でＣ3Ｆ8とＨ2Ｓの流量比を変化させてＳ
ｉＯ2層間絶縁膜をエッチングした例である。
あって、ジャスト・エッチング工程とオーバーエッチン
グ工程との間でＣ3Ｆ8とＨ2Ｓの流量比を変化させてＳ
ｉＯ2層間絶縁膜をエッチングした例である。
【００５４】本実施例で使用したウェハも、前述した実
施例１で使用したものと同様である。
施例１で使用したものと同様である。
【００５５】ウェハを、マグネトロンＲＩＥ装置にセッ
トし、一例としてＣ3Ｆ8流量４５ＳＣＣＭ、Ｈ2Ｓ流量
５ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ／
ｃｍ2、磁場強度１５０Ｇａｕｓｓ、ウェハ温度１０℃
の条件でＳｉＯ2層間絶縁膜３をまずジャスト・エッチ
ング状態までエッチングした。
トし、一例としてＣ3Ｆ8流量４５ＳＣＣＭ、Ｈ2Ｓ流量
５ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワー密度２．０Ｗ／
ｃｍ2、磁場強度１５０Ｇａｕｓｓ、ウェハ温度１０℃
の条件でＳｉＯ2層間絶縁膜３をまずジャスト・エッチ
ング状態までエッチングした。
【００５６】次に、一例としてＣ3Ｆ8流量３０ＳＣＣ
Ｍ、Ｈ2Ｓ流量２０ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワ
ー密度１．０Ｗ／ｃｍ2、磁場強度１５０Ｇａｕｓｓ、
ウェハ温度１０℃の条件でオーバーエッチングを行っ
た。
Ｍ、Ｈ2Ｓ流量２０ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａ、ＲＦパワ
ー密度１．０Ｗ／ｃｍ2、磁場強度１５０Ｇａｕｓｓ、
ウェハ温度１０℃の条件でオーバーエッチングを行っ
た。
【００５７】本実施例では、オーバーエッチング工程に
おいてジャストエッチング工程と比べてＨ2Ｓの流量が
増大されており、ウェハ温度が１０℃であるにもかかわ
らず、オーバーエッチング時の対シリコン選択性及び対
レジスト選択性が大幅に向上した。
おいてジャストエッチング工程と比べてＨ2Ｓの流量が
増大されており、ウェハ温度が１０℃であるにもかかわ
らず、オーバーエッチング時の対シリコン選択性及び対
レジスト選択性が大幅に向上した。
【００５８】以上、本発明を４種類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、例えばスパッタリング効果、希釈効果、冷却効
果等を期待する意味で上述のエッチング・ガスにＨｅ、
Ａｒ等の希ガスを適宜添加してもよい。
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、例えばスパッタリング効果、希釈効果、冷却効
果等を期待する意味で上述のエッチング・ガスにＨｅ、
Ａｒ等の希ガスを適宜添加してもよい。
【００５９】さらに、被エッチング材料層は、上述のＳ
ｉＯ2に限られるものではなく、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰ
ＳＧ、ＡｓＳＧ、ＡｓＰＳＧ、ＡｓＢＳＧ、ＳｉＮ等で
あってもよい。
ｉＯ2に限られるものではなく、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰ
ＳＧ、ＡｓＳＧ、ＡｓＰＳＧ、ＡｓＢＳＧ、ＳｉＮ等で
あってもよい。
【００６０】
【発明の効果】上述したように、本発明は、高次フルオ
ロカーボン系化合物を用いるシリコン化合物層のエッチ
ングにおいて、選択性の向上手段としてＨ2Ｓ、Ｈ
2Ｓ2、Ｈ2Ｓ3、Ｈ2Ｓ4、Ｓ2Ｆ2、ＳＦ2、ＳＦ4、Ｓ2Ｆ
10、ＳＯＦ2のうちの少なくとの一種類を添加する。エ
ッチングの高速性は、高次フルオロカーボン系化合物か
ら生成する大量のＣＦn +により可能となる。また、高選
択性は、炭素系ポリマーＣＦnやイオウＳの堆積とスパ
ッタ除去とがレジスト材料やシリコン系材料の表面にお
いて競合することによりもたらされる。従来の選択性の
向上手段とは異なり堆積性ガスが添加されていないの
で、パーティクル汚染を惹起させるおそれがない。
ロカーボン系化合物を用いるシリコン化合物層のエッチ
ングにおいて、選択性の向上手段としてＨ2Ｓ、Ｈ
2Ｓ2、Ｈ2Ｓ3、Ｈ2Ｓ4、Ｓ2Ｆ2、ＳＦ2、ＳＦ4、Ｓ2Ｆ
10、ＳＯＦ2のうちの少なくとの一種類を添加する。エ
ッチングの高速性は、高次フルオロカーボン系化合物か
ら生成する大量のＣＦn +により可能となる。また、高選
択性は、炭素系ポリマーＣＦnやイオウＳの堆積とスパ
ッタ除去とがレジスト材料やシリコン系材料の表面にお
いて競合することによりもたらされる。従来の選択性の
向上手段とは異なり堆積性ガスが添加されていないの
で、パーティクル汚染を惹起させるおそれがない。
【００６１】本発明は、微細なデザイン・ルールに基づ
いて設計され、高集積度と高性能を有する半導体装置の
製造に極めて好適である。
いて設計され、高集積度と高性能を有する半導体装置の
製造に極めて好適である。
【図１】本発明をコンタクト・ホールに適用したプロセ
ス例をその工程順にしたがって示す模式的断面図であ
り、（ａ）はエッチング前のウェハの状態、（ｂ）はＳ
ｉＯ2 層間絶縁膜のエッチングが途中まで進行した状
態、（ｃ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜のエッチングが終了し
てシリコン下地が露出した状態をそれぞれ示す。
ス例をその工程順にしたがって示す模式的断面図であ
り、（ａ）はエッチング前のウェハの状態、（ｂ）はＳ
ｉＯ2 層間絶縁膜のエッチングが途中まで進行した状
態、（ｃ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜のエッチングが終了し
てシリコン下地が露出した状態をそれぞれ示す。
１ 単結晶シリコン基板、 ２ 不純物拡散領域、 ３
ＳｉＯ2 層間絶縁膜、 ３ａ コンタクト・ホール、
４ レジスト・パターン、 ４ａ 開口部
ＳｉＯ2 層間絶縁膜、 ３ａ コンタクト・ホール、
４ レジスト・パターン、 ４ａ 開口部
Claims (3)
- 【請求項１】 被エッチング基板の温度を５０℃以下に
制御し、 一般式ＣxＦy（但し、ｘ，ｙは原子数を示す自然数であ
り、ｘ≧２、ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表さ
れるフルオロカーボン系化合物とＨ 2 Ｓ、Ｈ 2 Ｓ 2 、Ｈ 2 Ｓ
3 、Ｈ 2 Ｓ 4 、Ｓ 2 Ｆ 2 、ＳＦ 2 、ＳＦ 4 、Ｓ 2 Ｆ 10 、ＳＯＦ 2
のうちの少なくとの一種類とを含むエッチング・ガスを
用い、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】 被エッチング基板の温度を５０℃以下に
制御し、 一般式ＣxＦy（但し、ｘ，ｙは原子数を示す自然数であ
り、ｘ≧２、ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表さ
れる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、シリコン化合物層を実質的にその層厚分だけエ
ッチングする第１の工程と、 前記フルオロカーボン系化合物とＨ 2 Ｓ、Ｈ 2 Ｓ 2 、Ｈ 2 Ｓ
3 、Ｈ 2 Ｓ 4 、Ｓ 2 Ｆ 2 、ＳＦ 2 、ＳＦ 4 、Ｓ 2 Ｆ 10 、ＳＯＦ 2
のうちの少なくとの一種類とを含むエッチング・ガスを
用い、オーバーエッチングを行う第２の工程とを有する
ことを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項３】 被エッチング基板の温度を５０℃以下に
制御し、 一般式Ｃx Ｆy （ただし、ｘ，ｙは原子数を示す自然数
であり、ｘ≧２，ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で
表されるフルオロカーボン系化合物とＨ 2 Ｓ、Ｈ 2 Ｓ 2 、
Ｈ 2 Ｓ 3 、Ｈ 2 Ｓ 4 、Ｓ 2 Ｆ 2 、ＳＦ 2 、ＳＦ 4 、Ｓ 2 Ｆ 10 、Ｓ
ＯＦ 2 のうちの少なくとの一種類とを含むエッチング・
ガスを用い、シリコン化合物層を実質的にその層厚分だ
けエッチングする第１の工程と、 前記フルオロカーボン系化合物に対する前記Ｈ 2 Ｓ、Ｈ 2
Ｓ 2 、Ｈ 2 Ｓ 3 、Ｈ 2 Ｓ 4 、Ｓ 2 Ｆ 2 、ＳＦ 2 、ＳＦ 4 、Ｓ
2 Ｆ 10 、ＳＯＦ 2 のうちの少なくとの一種類の含量比を前
記第１の工程におけるよりも高めてなるエッチング・ガ
スを用い、オーバーエッチングを行う第２の工程とを有
することを特徴とするドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03152414A JP3116421B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03152414A JP3116421B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04350933A JPH04350933A (ja) | 1992-12-04 |
| JP3116421B2 true JP3116421B2 (ja) | 2000-12-11 |
Family
ID=15539994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03152414A Expired - Lifetime JP3116421B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3116421B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04372127A (ja) * | 1991-06-21 | 1992-12-25 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1991
- 1991-05-28 JP JP03152414A patent/JP3116421B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04350933A (ja) | 1992-12-04 |
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