JP3123199B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【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
クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスを使用せずに、
ポリサイド膜の高選択性，高異方性，低汚染性エッチン
グを行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩのゲート配線材料としては、従来
から多結晶シリコンが広く使用されてきたが、高集積化
メモリ装置におけるアクセス時間の短縮等、デバイスの
高速化への要求が高まるにつれ、多結晶シリコンよりも
約１桁低い抵抗値が得られる高融点金属シリサイドが用
いられるようになっている。高融点金属シリサイドを用
いてゲート配線層を形成する場合、デバイス特性や信頼
性に最も影響を与え易いゲート絶縁膜との界面特性を考
慮して、まずゲート絶縁膜上に従来から実績のある多結
晶シリコン層を形成し、これに高融点金属シリサイド層
を積層することが行われている。かかる積層構造を有す
る膜は、ポリサイド膜と呼ばれている。上記高融点金属
シリサイドとしては、タングステン・シリサイド（ＷＳ
ｉ_x ）が最も一般的に用いられており、このＷＳｉ_x 層
を有するポリサイド膜を特にタングステン・ポリサイド
（Ｗ−ポリサイド）膜と称している。

【０００３】ところで、このポリサイド膜は、異なる２
種類の材料に対して共に異方性を実現しなければならな
いことから、ドライエッチング技術に新たな困難をもた
らした。それは、生成するハロゲン化合物の蒸気圧の差
に起因して上層の高融点金属シリサイド層よりも下層の
多結晶シリコン層が速くエッチングされること、および
多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層の界面に反
応層が形成されること等の理由により、パターンにアン
ダカットやくびれ等が生じやすいからである。これらの
形状異常は、ソース・ドレイン領域を形成するためのイ
オン注入時に不純物の導入されないオフセット領域を発
生させたり、ＬＤＤ構造を実現するためのサイドウォー
ル形成時の寸法精度を低下させること等の原因となり、
特にサブミクロン・デバイスでは許容されないものであ
る。したがって、ポリサイド膜の異方性加工を実現する
方法について、盛んに研究が行われている。

【０００４】従来、ポリサイド膜用のエッチング・ガス
としては、ＣＦＣ１１３ (Ｃ₂ Ｃｌ ₃ Ｆ₃ ）に代表され
るクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスが広く使用さ
れてきた。これは、分子中のＦ原子とＣｌ原子の寄与に
よりラジカル反応とイオン・アシスト反応の両方が進行
し、しかも炭素系ポリマーが堆積して側壁保護が行われ
ることにより高速異方性エッチングが可能となるからで
ある。

【０００５】しかしながら、ＣＦＣガスは周知のように
地球のオゾン層破壊の大きな原因であることが指摘され
ているため、環境保護の観点からドライエッチングの分
野においてもＣＦＣガスの代替品を見出し、その効果的
な利用方法を確立することが急務とされている。

【０００６】この脱ＣＦＣ対策のひとつとして有望と考
えられる技術に、Ｂｒ系化学種を主エッチング種として
利用するプロセスがある。たとえば、Ｄｉｇｅｓｔ ｏ
ｆＰａｐｅｒｓ １９８９ ２ｎｄ ＭｉｃｒｏＰｒｏ
ｃｅｓｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐ．１９０には、Ｈ
Ｂｒを用いるゲート電極加工が報告されている。Ｂｒは
イオン半径が大きく、シリコン系材料層の結晶格子内も
しくは結晶粒界内に進入しない。したがって、シリコン
系材料層をＦ^* のように自発的かつ等方的にエッチング
する虞れが少なく、イオン・アシスト機構により異方的
なエッチングを進行させることができる。また、Ｓｉ−
Ｏ結合の結合エネルギーがＳｉ−Ｂｒ結合よりも遙かに
大きいことからも明らかなように、ＳｉＯ₂ からなるゲ
ート酸化膜に対して高選択性が達成できる。さらに、レ
ジスト・マスクの表面を蒸気圧の低いＣＢｒ_x で被覆す
ることができるので、レジスト選択性を向上できる点も
Ｂｒ系化学種の大きなメリットである。

【０００７】ただし、上記の報告でエッチングの対象と
なっているのは、Ｗ−ポリサイド膜ではなく、ｎ⁺ 型多
結晶シリコン層である。

【０００８】また、他の脱ＣＦＣ対策としては、たとえ
ば第５２回応用物理学会学術講演会（１９９１年秋季年
会）講演予稿集，ｐ．５０８，講演番号９ａ−ＺＦ−６
に、ＣＦＣ１１３に替えてＣｌ₂ ／ＣＨ₂ Ｆ₂ 混合ガス
を用いたＷ−ポリサイド膜のエッチングが報告されてい
る。このガス系によれば、ＣＨ₂ Ｆ₂ に由来して気相中
に生成する炭素系ポリマーを堆積させることにより、側
壁保護が行われる。また、ＣＨ₂ Ｆ₂ の流量比を最適化
すれば、ＷＳｉ_x 層と多結晶シリコン層との間の選択比
を増大させ、段差部の残渣を低減することもできる。

【０００９】一方、上述のような炭素系ポリマーの側壁
保護作用により高異方性を達成するのではなく、被エッ
チング基板（ウェハ）の低温化によりこれを達成しよう
とする技術も提案されている。これは、いわゆる低温エ
ッチングと呼ばれるプロセスであり、ウェハの温度を０
℃以下に保持することにより、深さ方向のエッチング速
度をイオン・アシスト効果により実用レベルに維持した
まま、パターン側壁部におけるラジカル反応を凍結また
は抑制してアンダカット等の形状異常を防止しようとす
る技術である。たとえば、第３５回応用物理学関係連合
講演会（１９８８年春季年会）講演予稿集第４９５ペー
ジ演題番号２８ａ−Ｇ−２には、ウェハを−１３０℃に
冷却し、ＳＦ₆ ガスを用いてシリコン・トレンチ・エッ
チングおよびｎ⁺ 型多結晶シリコン層のエッチングを行
った例が報告されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来から
幾つかの脱ＣＦＣ対策が提案されているが、それぞれに
解決しなければならない課題も残されている。まず、Ｈ
Ｂｒを用いるプロセスをそのままＷ−ポリサイド膜に適
用しようとすると、ＷＳｉ_x のエッチング中に蒸気圧の
低いＷＢｒ_x が大量に生成してエッチング・チャンバ内
のパーティクル・レベルを悪化させること、また元来Ｓ
ｉに対する反応性が低いＢｒを主エッチング種としてい
るために、エッチング速度が大幅に低下してしまうこと
等の問題が起きる。

【００１１】一方、Ｃｌ₂ ／ＣＨ₂ Ｆ₂ 混合ガスを用い
る方法には、ＣＨ₂ Ｆ₂ の堆積性が過剰となり易いとい
う問題がある。１９８８年ドライ・プロセス・シンポジ
ウム抄録集ｐ．７４，II−８には、ＣＨ₂ Ｆ₂ はＣ₄ Ｆ
₈ ，Ｃ₂ Ｃｌ₂ Ｆ₄ （ＣＦＣ１１４），ＣＣｌ₄ 等のガ
スに比べて強固なポリマーを形成し、入射イオンによる
エッチング速度が低い事実が報告されている。したがっ
て、ＣＨ₂ Ｆ₂ を使用すると再現性やパーティクル・レ
ベルを大きく損なう虞れが大きい。

【００１２】これらに対し、低温エッチングは脱ＣＦＣ
対策の有効な手段のひとつと期待されているが、高異方
性の達成をラジカルの反応の凍結もしくは抑制のみに頼
ろうとすると、前述のように液体窒素を要するレベルの
低温冷却が必要となる。しかしこれでは、大型で特殊な
冷却装置が必要となること、真空シール材の信頼性が低
下すること等のハードウェア面の問題が生ずる。また、
ウェハの冷却および室温に戻すまでの加熱に時間がかか
るのでスループットが低下することも懸念され、経済性
や生産性を損なう虞れが大きい。

【００１３】そこで本発明は、高異方性、高速性、高選
択性、低汚染性といった両立の難しい諸特性を高いレベ
ルで満足させ、しかも実用的な温度域で実施できるポリ
サイド膜のドライエッチング方法を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、硫化カルボニルとハロゲン系化合物とを含むエ
ッチング・ガスを用いてエッチング・パターンの側壁面
上に炭素系ポリマーを堆積させながらポリサイド膜をエ
ッチングすることを特徴とする。

【００１５】本発明はまた、放電解離条件下でプラズマ
中にハロゲン系化学種と遊離のイオウとを生成可能なガ
ス組成物に硫化カルボニルを添加してなるエッチング・
ガスを用いてエッチング・パターンの側壁面上に炭素系
ポリマーを堆積させながら前記ポリサイド膜をエッチン
グすることを特徴とする。

【００１６】本発明はまた、前記エッチングのプロセス
を２段階に分け、硫化カルボニルとフッ素系化合物とを
含むエッチング・ガスを用いて高融点金属シリサイド層
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、放電解離条件下でプラズマ中に塩素系化学種もしく
は臭素系化学種の少なくとも一方を生成し得るエッチン
グ・ガスを用いて前記高融点金属シリサイド層の残余部
と前記シリコン系材料層とをエッチングする第２の工程
とを有することを特徴とする。

【００１７】本発明はさらに、前記第２の工程で用いら
れるエッチング・ガスが硫化カルボニルを含むことを特
徴とする。

【００１８】

【作用】本発明者は、上述の目的を達成するには、側壁
保護膜を構成する炭素系ポリマーの膜質を強化し、エッ
チング耐性を向上させることが極めて有効であるとの考
えに至った。それは、炭素系ポリマー強化に次のような
メリットが期待できるからである。

【００１９】第一に、側壁保護効果が向上するので、異
方性加工に必要な入射イオン・エネルギーを下げること
ができる。これにより、レジスト・マスクやゲート酸化
膜のスパッタ除去を抑制することができ、これらに対す
る選択性が向上し、ダメージが低減される。第二に、高
異方性、高選択性を達成するために必要な炭素系ポリマ
ーの堆積量を低減できるので、従来技術に比べてパーテ
ィクル汚染を減少させることができる。また、炭素系ポ
リマーを構成するＣ原子によるＳｉＯ₂ からのＯ原子引
き抜きも抑制されるので、ゲート酸化膜に対する選択性
も向上する。

【００２０】第三に、側壁保護効果の向上によりＳｉと
の反応性の高いＦ系化学種やＣｌ系化学種をエッチング
に利用できるようになるので、高異方性、高選択性の達
成をＢｒ系化学種のみに依存していた場合に比べてエッ
チング速度が格段に上昇し、また高融点金属の臭化物に
よるパーティクル汚染が低減できる。

【００２１】本発明では、かかる炭素系ポリマーの強化
を可能とするエッチング・ガスとして、本発明では硫化
カルボニル（ＣＯＳ）とハロゲン系化合物とを含む混合
系を使用する。ここで、ハロゲン系化合物は、言うまで
もなくポリサイド膜の主エッチング種を供給するために
添加されている。すなわち、高融点金属やシリコンは、
それぞれハロゲン化物の形で除去される。

【００２２】一方、ＣＯＳはＯ＝Ｃ＝Ｓなる直線状の分
子構造を有し、この分子内のカルボニル基が高い重合促
進活性を有することにより、炭素系ポリマーの重合度を
上昇させ、イオン入射やラジカルの攻撃に対する耐性を
高める。また、炭素系ポリマーに上述の官能基もしくは
これに由来するフラグメントが導入されると、単に−Ｃ
Ｘ₂ −（Ｘはハロゲン原子を表す。）の繰り返し構造か
らなる従来の炭素系ポリマーよりも化学的，物理的安定
性が増すことも、近年の研究により明らかとなってい
る。これは、２原子間の結合エネルギーを比較すると、
Ｃ−Ｏ結合（１０７７ｋＪ／ｍｏｌ）がＣ−Ｃ結合（６
０７ｋＪ／ｍｏｌ）より遙かに大きいことからも直観的
に理解される。さらに、上述のような官能基の導入によ
り炭素系ポリマーの極性が増大し、エッチング中は負に
帯電しているウェハに対してその静電吸着力が高まるこ
とによっても、炭素系ポリマーのエッチング耐性および
表面保護効果は向上する。

【００２３】さらに、ＣＯＳは放電解離条件下でＳ（イ
オウ）を放出することができる。このＳは、条件にもよ
るが、ウェハがおおよそ室温以下に温度制御されていれ
ばその表面へ堆積し、側壁保護もしくは下地表面保護に
寄与する。しかも、ウェハをおおよそ９０℃以上に加熱
すれば容易に昇華するので、Ｓ自身は何らパーティクル
汚染源となるものではない。

【００２４】このように、炭素系ポリマー自身の膜質が
強化されること、およびＳの堆積が期待できること等の
理由から、本発明では異方性加工に必要な入射イオン・
エネルギーを低減させることができ、レジスト・マスク
や下地材料層に対する選択性を向上させ、低ダメージ化
を図ることができる。また、炭素系ポリマーの堆積量を
相対的に減少させることができ、パーティクル汚染も低
減させることができる。

【００２５】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の低汚染化と低ダメージ化を目指
す方法も提案する。その方法とは、ＣＯＳの他にＳを放
出し得る化合物を存在させ、Ｓの堆積を増強することで
ある。この場合のＳは、ハロゲン系化学種の供給源と同
じ化合物から供給されても、また別の化合物から供給さ
れても構わない。いずれにしても、ＣＯＳのみからＳを
供給する場合に比べてべてＳの堆積が増強されるので、
入射イオン・エネルギーを一層低減でき、高選択化、低
汚染化、低ダメージ化を徹底させることができる。ま
た、炭素系ポリマーの堆積量を相対的に減少させること
ができ、パーティクル汚染を一層効果的に低減させるこ
とができる。

【００２６】上述のように、ハロゲン系化学種の存在下
でＣＯＳ、もしくはＳの堆積を増強できる混合系を用い
れば、基本的にはポリサイド膜の１段階エッチングが可
能となる。これに加え、本発明では高速性、低汚染性、
下地選択性を向上させるためのさらに別の方法も提案す
る。それは、高融点金属シリサイド層のエッチング時と
シリコン系材料層のエッチング時とでガス組成を切り替
える２段階エッチングである。

【００２７】まず、高融点金属シリサイド層のエッチン
グを行う第１の工程では、ＣＯＳとフッ素系化合物とを
含むエッチング・ガスを用いる。ここでフッ素系化合物
を併用するのは、エッチング反応系にＦ^* を供給するこ
とにより、たとえばＷＳｉ_x層をエッチングする場合に
蒸気圧の高いＷＦ_x を生成させ、エッチング速度を向上
させるためである。なお、この第１の工程では、理想的
には被エッチング領域の全面にシリコン系材料層の表面
が露出した時点がエッチング終点となるが、実際のプロ
セスではウェハ面内の温度分布やプラズマ密度の不均一
性等に起因して、高融点金属シリサイド層の残余部が若
干残るのが普通である。

【００２８】次のシリコン系材料層のエッチングを行う
第２の工程では、プラズマ中に塩素系化学種もしくは臭
素系化学種の少なくとも一方を生成し得るエッチング・
ガスを用いる。ここでは、エッチング反応系から反応性
の高いＦ^* を除外することにより、シリコン系材料層へ
のアンダカットの発生等を防止し、かつゲート酸化膜に
対する高選択性を確保することを意図している。このと
き、上述の高融点金属シリサイド層の残余部も同時に除
去されることになるが、この残余部の量は少ないため、
高融点金属の臭化物等によりパーティクル汚染が発生す
る虞れはほとんどない。その一方で、側壁保護は主とし
てＣＣｌ_x ，ＣＢｒ_x 等により行われるので、高異方性
は維持される。

【００２９】本発明ではさらに、前記第２の工程におけ
るエッチング・ガスにもＣＯＳを添加することを提案す
る。これにより、第２の工程でも引き続きカルボニル基
やＣ−Ｏ結合の導入による炭素系ポリマーの強化とＳの
堆積とが進行するので、側壁保護効果がさらに強化さ
れ、異方性、選択性が一層向上する。

【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。

【００３１】実施例１ 本実施例は、本発明をゲート電極加工に適用し、ＣＯＳ
／ＳＦ₆ ／ＨＢｒ混合ガスを用いてＷ−ポリサイド膜を
エッチングした例である。このプロセスを、図１を参照
しながら説明する。まず、図１（ａ）に示されるよう
に、単結晶シリコン基板１上にＳｉＯ₂ からなる厚さ約
１０ｎｍのゲート酸化膜２を介してＷ−ポリサイド膜５
が形成され、さらにこの上に所定の形状にパターニング
されたレジスト・マスク６が形成されてなるウェハを準
備した。ここで、上記Ｗ−ポリサイド膜５は、ｎ型不純
物をドープした厚さ約１００ｎｍの多結晶シリコン層３
と、厚さ約１００ｎｍのＷＳｉ _x 層４とが順次積層され
てなるものである。また、上記レジスト・マスク６は、
一例としてネガ型３成分系の化学増幅型フォトレジスト
材料（シプレー社製；商品名ＳＡＬ−６０１）を用い、
ＫｒＦエキシマ・レーザ・リソグラフィを行うことによ
り、約０．３５μｍのパターン幅に形成されている。

【００３２】このウェハをＲＦバイアス印加型の有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例
として下記の条件で上記Ｗ−ポリサイド膜５をエッチン
グした。 ＣＯＳ流量 ２０ＳＣＣＭ ＳＦ₆ 流量 ２５ＳＣＣＭ ＨＢｒ流量 ５ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６７Ｐａ（＝５ｍＴｏ
ｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー １５０Ｗ（１３．５６Ｍ
Ｈｚ） ウェハ温度 常温 このエッチング過程では、ＥＣＲ放電によりＳＦ₆ から
解離生成するＦ^* を主エッチング種とするラジカル反応
が、Ｃ⁺ ，ＣＯ⁺ ，ＣＯＳ⁺ ，ＳＦ_x ⁺ ，Ｂｒ ⁺ 等のイ
オンの入射エネルギーにアシストされる機構でエッチン
グが進行し、Ｗ−ポリサイド膜５はＷＦ_x ，ＳｉＦ_x ，
ＳｉＢｒ_x 等の形で選択的に除去された。

【００３３】またこれと同時に、レジスト・マスク６の
分解生成物に由来してＣＢｒ_x が生成し、さらにＣＯＳ
に由来するカルボニル基等がその構造中に取り込まれて
強固な炭素系ポリマーが生成した。ただし、レジスト・
マスク６の表面もＣＢｒ_x で被覆されるため、炭素系ポ
リマーの供給量はそれ程多くない。この炭素系ポリマー
は、パターン側壁部に堆積して図１（ｂ）に示されるよ
うな側壁保護膜７を形成し、堆積量こそ少ないものの高
いエッチング耐性を発揮し、異方性加工に寄与した。こ
の側壁保護膜７には、ＣＯＳから解離生成するＳ、およ
びＷＳｉ_x 層４のエッチング中に生成するＷＢｒ_x ，Ｗ
Ｏ_x 等も含まれている。

【００３４】このエッチングの結果、良好な異方性形状
を有するゲート電極５ａが形成された。ただし、図中、
パターニング後の各材料層は、対応する元の材料層の符
号に添字ａを付して表してある。さらに、エッチング反
応系にＢｒが関与していることにより、下地のゲート酸
化膜２に対しても高選択比が達成された。

【００３５】エッチング終了後、このウェハを上記エッ
チング装置に付属のプラズマ・アッシング装置に搬送
し、通常の条件でＯ₂ プラズマ・アッシングを行った。
この結果、図１（ｃ）に示されるように、レジスト・マ
スク６と側壁保護膜７が燃焼除去された。この側壁保護
膜７にはＳも含まれているが、Ｓはアッシング時のプラ
ズマ輻射熱や反応熱によって昇華除去される他、Ｏ^* の
作用によっても燃焼除去され、何らパーティクル汚染を
惹起させることはなかった。

【００３６】実施例２ 本実施例では、同じＷ−ポリサイド膜を、ＣＯＳ／Ｓ₂
Ｆ₂ 混合ガスを用いてエッチングした。まず、図１
（ａ）に示されるウェハを有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置にセットし、一例として下記の条件でＷ
−ポリサイド膜５をエッチングした。

【００３７】 ＣＯＳ流量 ２０ＳＣＣＭ Ｓ₂ Ｆ₂ 流量 ２５ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６７Ｐａ（＝５ｍＴｏ
ｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー １００Ｗ（１３．５６Ｍ
Ｈｚ） ウェハ温度 −５０℃ ここで、上記のウェハ冷却は、ウェハ載置電極に内蔵さ
れる冷却配管に、エッチング装置の外部に設置されるチ
ラーからエタノール系冷媒を供給・循環させることによ
り行った。

【００３８】このエッチング過程では、Ｓ₂ Ｆ₂ から生
成するＦ^* が主エッチング種として寄与し、Ｗ−ポリサ
イド膜５はＷＦ_x ，ＳｉＦ_x 等の形で選択的に除去され
た。このときの側壁保護膜７は、カルボニル基で強化さ
れた炭素系ポリマーに加え、ＣＯＳとＳ₂ Ｆ₂ の双方か
ら放出されるＳによっても構成され、強固な側壁保護効
果を発揮した。しかも、ウェハの低温冷却により、パタ
ーン側壁部における等方的なラジカル反応もある程度抑
制された。これらの効果により、本実施例ではエッチン
グ反応系にＢｒ^* 等の臭素系化学種が関与していないに
もかかわらず、低バイアス条件による異方性加工が実現
した。また、臭素系化学種が存在しないことにより、Ｗ
Ｂｒ_x によるパーティクル汚染は皆無であった。

【００３９】実施例３ 本実施例では、同じＷ−ポリサイド膜のエッチングを２
段階化し、第１の工程でＷＳｉ_x 層をＣＯＳ／ＳＦ₆ 混
合ガスを用いてエッチングした後、第２の工程で多結晶
シリコン層をＨＢｒを用いてエッチングした。このプロ
セスを、図２を参照しながら説明する。なお、図２の参
照符号は図１と共通である。

【００４０】本実施例でエッチング・サンプルとしたウ
ェハを、図２（ａ）に示す。このウェハは、図１（ａ）
に示したものと同じである。上記ウェハを有磁場マイク
ロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例として
下記の条件でまずＷＳｉ_x 層４をエッチングした。 ＣＯＳ流量 ２０ＳＣＣＭ ＳＦ₆ 流量 ３０ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６７Ｐａ（＝５ｍＴｏ
ｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー １５０Ｗ（１３．５６Ｍ
Ｈｚ） ウェハ温度 常温 このエッチングは、ＳＦ₆ から生成する大量のＦ^* によ
り、高速に進行した。エッチングは、多結晶シリコン層
３の表面が露出した時点で終了したが、被エッチング領
域には図２（ｂ）に示されるように、部分的にＷＳｉ_x
層４の残余部４ｂが残っていた。

【００４１】次に、一例として下記の条件で残余部４ｂ
および多結晶シリコン層３をエッチングした。 ＨＢｒ流量 ５０ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６７Ｐａ（＝５ｍＴｏ
ｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー １５０Ｗ（１３．５６Ｍ
Ｈｚ） ウェハ温度 常温 この段階では、エッチング反応系にＦ^* が関与していな
いため、図２（ｃ）に示されるように、ゲート電極５ａ
がアンダカット等を生ずることなく良好な形状に形成さ
れ、かつ下地のゲート酸化膜２に対しても高選択性と低
ダメージ性とが確保された。

【００４２】この後、通常のＯ₂ プラズマ・アッシング
を行ってレジスト・マスク６と層間絶縁膜７を除去し、
図２（ｄ）に示されるようにゲート電極５ａを完成し
た。

【００４３】実施例４ 本実施例では、同じＷ−ポリサイド膜のエッチングにお
いて、第１の工程でＷＳｉ_x 層をＣＯＳ／ＳＦ₆ 混合ガ
スを用いてエッチングした後、第２の工程で多結晶シリ
コン層をＣＯＳ／Ｃｌ₂ 混合ガスを用いてエッチングし
た。まず、図２（ａ）に示されるウェハを有磁場マイク
ロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、実施例３の
第１の工程と同じ条件でＷＳｉ_x 層４をエッチングし
た。

【００４４】続いて、一例として下記の条件でＷＳｉ_x
層４の残余部４ｂと多結晶シリコン層３をエッチングし
た。 ＣＯＳ流量 １５ＳＣＣＭ Ｃｌ₂ 流量 ３５ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６７Ｐａ（＝５ｍＴｏ
ｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー １２０Ｗ（１３．５６Ｍ
Ｈｚ） ウェハ温度 常温 ここでは、Ｃｌ⁺ のイオン・アシスト作用により実施例
３の第２の工程よりも高速にエッチングが進行する一方
で、ＣＯＳが添加されていることにより、Ｓの堆積およ
びカルボニル基の導入による炭素系ポリマーの強化も引
き続き行われた。これにより、第１の工程よりＲＦバイ
アス・パワーを低下させた条件下でも良好な異方性加工
が実現した。また、このエッチング反応系にはＦ^* が存
在していないので、ゲート酸化膜２に対しても高選択性
が達成された。

【００４５】以上、本発明を４例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの各実施例に何ら限定され
るものではない。たとえば、ＣＯＳと併用されるハロゲ
ン化合物としては、上述のＳＦ₆ ，ＨＢｒ，Ｃｌ₂ の
他、ＮＦ₃ ，ＨＣｌ，ＣｌＦ₃ 等を使用することができ
る。放電解離条件下でプラズマ中に遊離のＳを放出でき
る化合物としては、上述のＳ₂ Ｆ₂ の他、ＳＦ₂ ，ＳＦ
₄ ，Ｓ₂ Ｆ₁₀等の他のフッ化イオウ、Ｓ₂ Ｃｌ₂ ，Ｓ₃
Ｃｌ₂ ，ＳＣｌ₂ 等の塩化イオウ、Ｓ₃ Ｂｒ₂ ，Ｓ₂ Ｂ
ｒ₂ ，ＳＢｒ₂ 等の臭化イオウ、Ｈ₂ Ｓ等を使用するこ
とができる。特に、フッ化イオウ，塩化イオウ，臭化イ
オウを用いる場合には、これらの化合物自身がハロゲン
系化学種の供給源を兼ねることができる。

【００４６】以上の化合物の組み合わせは任意である
が、本発明では、少なくとも高融点金属シリサイドのエ
ッチング中にはエッチング・ガスにＦ^* を放出し得る化
合物が含まれ、少なくともシリコン系材料層のエッチン
グ時にはＢｒ^* を放出し得る化合物が含まれていること
が、高速化、低汚染化、高選択化を図る観点から特に望
ましい。

【００４７】エッチング・ガスには、スパッタリング効
果，冷却効果，希釈効果を得る目的でＨｅ，Ａｒ等の希
ガスが添加されていても良い。

【００４８】高融点金属シリサイド層は、上述のＷＳｉ
_x 層の他、ＭｏＳｉ_x 層，ＴｉＳｉ _x 層，ＴａＳｉ_x 層
等であっても良い。ポリサイド膜の下層側を構成するシ
リコン系材料層としては、上述のように多結晶シリコン
層を用いるのが一般的であるが、本願出願人が先に特開
昭６３−１６３号公報に開示したように、不純物を導入
した非晶質シリコン層を用いても良い。多結晶シリコン
層も非晶質シリコン層も、エッチング特性はほぼ同じで
ある。この非晶質シリコン層も、最終的にＭＯＳ−ＦＥ
Ｔのゲート電極として機能する段階では多結晶シリコン
層に変化しているので、上記ゲート電極は従前のポリサ
イド・ゲート電極と同じ構成となる。それは、ソース／
ドレイン領域に注入された不純物を拡散させるための熱
処理工程で、非晶質が多結晶に変化するからである。

【００４９】さらに、使用するエッチング装置、エッチ
ング条件、ウェハの構成等は適宜変更可能であることは
言うまでもない。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではポリサイド膜のエッチングにおいてエッチング・
ガスに硫化カルボニルを添加することにより、炭素系ポ
リマーの膜質を強化すると共に、Ｓも側壁保護膜の成分
として寄与させることができるようになる。したがっ
て、異方性加工に必要な入射イオン・エネルギーを低下
させることができ、高選択，低ダメージ加工が可能とな
る。しかも、炭素系ポリマーの堆積量を相対的に減ずる
ことができるので、従来プロセスに比べて低汚染性であ
り、かつゲート酸化膜に対する選択性も向上する。しか
も、上記プロセスは実用的なウェハ温度域で実現でき
る。また、エッチング・ガスに放電解離条件下でＳを放
出し得る化合物をさらに添加すれば、より一層の高選択
化、低汚染化、低ダメージ化を図ることができる。ま
た、高融点金属シリサイド層と多結晶シリコン層のエッ
チング工程間でエッチング・ガスの組成を切り替えるこ
とにより、高速化を図ることも可能となる。

【００５１】本発明は微細なデザイン・ルールにもとづ
いて設計され、高集積度，高性能，高信頼性を要求され
る半導体装置の製造に極めて好適である。もちろん、本
発明が有望な脱ＣＦＣ対策であることは言うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をゲート加工に適用したプロセス例をそ
の工程順にしたがって示す概略断面図であり、（ａ）は
Ｗ−ポリサイド膜上にレジスト・マスクが形成された状
態、（ｂ）はＷ−ポリサイド膜が側壁保護膜の形成を伴
いながらエッチングされた状態、（ｃ）は側壁保護膜お
よびレジスト・マスクが除去された状態をそれぞれ表
す。

【図２】本発明をゲート加工に適用した他のプロセス例
をその工程順にしたがって示す概略断面図であり、
（ａ）はＷ−ポリサイド膜上にレジスト・マスクが形成
された状態、（ｂ）はＷＳｉ_x 層がエッチングされた状
態、（ｃ）はＷＳｉ_x 層の残余部と多結晶シリコン層が
エッチングされた状態、（ｄ）は側壁保護膜およびレジ
スト・マスクが除去された状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】

１ ・・・単結晶シリコン基板 ２ ・・・ゲート酸化膜 ３ ・・・多結晶シリコン層 ４ ・・・ＷＳｉ_x 層 ４ｂ・・・（ＷＳｉ_x 層の）残余部 ５ ・・・Ｗ−ポリサイド膜 ５ａ・・・ゲート電極 ６ ・・・レジスト・マスク ７ ・・・側壁保護膜

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン系材料層と高融点金属シリサイ
   ド層とがこの順に積層されたポリサイド膜をエッチング
   するドライエッチング方法において、 硫化カルボニルとハロゲン系化合物とを含むエッチング
   ・ガスを用いてエッチング・パターンの側壁面上に炭素
   系ポリマーを堆積させながら前記ポリサイド膜をエッチ
   ングすることを特徴とするドライエッチング方法。
2. 【請求項２】 シリコン系材料層と高融点金属シリサイ
   ド層とがこの順に積層されたポリサイド膜をエッチング
   するドライエッチング方法において、 放電解離条件下でプラズマ中にハロゲン系化学種と遊離
   のイオウとを生成可能なガス組成物に硫化カルボニルを
   添加してなるエッチング・ガスを用いてエッチング・パ
   ターンの側壁面上に炭素系ポリマーを堆積させながら前
   記ポリサイド膜をエッチングすることを特徴とするドラ
   イエッチング方法。
3. 【請求項３】 シリコン系材料層と高融点金属シリサイ
   ド層とがこの順に積層されたポリサイド膜をエッチング
   するドライエッチング方法において、 硫化カルボニルとフッ素系化合物とを含むエッチング・
   ガスを用いて前記高融点金属シリサイド層を実質的にそ
   の層厚分だけエッチングする第１の工程と、 放電解離条件下でプラズマ中に塩素系化学種もしくは臭
   素系化学種の少なくとも一方を生成し得るエッチング・
   ガスを用いて前記高融点金属シリサイド層の残余部と前
   記シリコン系材料層とをエッチングする第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。
4. 【請求項４】 前記第２の工程で用いられるエッチング
   ・ガスが硫化カルボニルを含むことを特徴とする請求項
   ３記載のドライエッチング方法。