JP3127454B2 - シリコン系被エッチング材のエッチング方法 - Google Patents
シリコン系被エッチング材のエッチング方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- 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
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
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Description
【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。
産業上の利用分野 発明の概要 発明の背景及び発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作 用 実施例 実施例−１ 実施例−２ 参考例 発明の効果 〔産業上の利用分野〕 本出願の各発明は、シリコン系被エッチング材のエッ
チング方法に関し、特に、基体上に少なくともシリコン
層または含シリコン材料層を有する被エッチング部をエ
ッチングするエッチング方法に関するものである。本発
明は、例えば半導体装置製造の際に、いわゆるポリサイ
ド構造等の被エッチング部のエッチング方法として利用
することができる。
チング方法に関し、特に、基体上に少なくともシリコン
層または含シリコン材料層を有する被エッチング部をエ
ッチングするエッチング方法に関するものである。本発
明は、例えば半導体装置製造の際に、いわゆるポリサイ
ド構造等の被エッチング部のエッチング方法として利用
することができる。
本出願の請求項1,2の発明は、基体上に形成されたシ
リコン層と高融点金属シリサイド層とを有する被エッチ
ング部を、臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガス
とを含有するエッチングガスを用いてエッチングを行う
際に、請求項１の発明では、上記シリコン層のエッチン
グと、上記高融点金属シリサイド層のエッチングとを、
上記臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスの混合
比を変えた条件、特に上記シリコン層エッチング用のガ
スは、上記高融点金属シリサイド層エッチング用のガス
よりもフッ素ラジカルを発生し得るガスの含有量を小さ
くし、かつ上記高融点金属シリサイド層のエッチングの
終点を特定の発生スペクトル強度変化のモニターにより
行うようにしたことによって、また請求項２の発明で
は、上記高融点金属シリサイド層は臭化水素とフッ素ラ
ジカルを発生し得るガスとを含有するエッチングガスを
用いてエッチングし、上記シリコン層は臭化水素を用い
てエッチングし、かつ上記シリコン層のエッチングの終
点を特定の発光スペクトル強度変化のモニターにより行
うようにしたことによって、被エッチング部の各層をい
ずれも良好な形状でエッチングできるようにしたもので
ある。
リコン層と高融点金属シリサイド層とを有する被エッチ
ング部を、臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガス
とを含有するエッチングガスを用いてエッチングを行う
際に、請求項１の発明では、上記シリコン層のエッチン
グと、上記高融点金属シリサイド層のエッチングとを、
上記臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスの混合
比を変えた条件、特に上記シリコン層エッチング用のガ
スは、上記高融点金属シリサイド層エッチング用のガス
よりもフッ素ラジカルを発生し得るガスの含有量を小さ
くし、かつ上記高融点金属シリサイド層のエッチングの
終点を特定の発生スペクトル強度変化のモニターにより
行うようにしたことによって、また請求項２の発明で
は、上記高融点金属シリサイド層は臭化水素とフッ素ラ
ジカルを発生し得るガスとを含有するエッチングガスを
用いてエッチングし、上記シリコン層は臭化水素を用い
てエッチングし、かつ上記シリコン層のエッチングの終
点を特定の発光スペクトル強度変化のモニターにより行
うようにしたことによって、被エッチング部の各層をい
ずれも良好な形状でエッチングできるようにしたもので
ある。
本出願の請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、さらに高融点金属シリサイド層のエッチングの終点
を発光スペクトル強度変化をモニターすることにより判
定することによって、適正なエッチング終点の判定を可
能ならしめたものである。本出願の請求項４の発明は、
請求項１の発明において、フッ素ラジカルを発生し得る
ガスの種類を特定したものである。
て、さらに高融点金属シリサイド層のエッチングの終点
を発光スペクトル強度変化をモニターすることにより判
定することによって、適正なエッチング終点の判定を可
能ならしめたものである。本出願の請求項４の発明は、
請求項１の発明において、フッ素ラジカルを発生し得る
ガスの種類を特定したものである。
基体上に少なくともシリコン層が形成されて成る被エ
ッチング材のエッチングは、例えば各種電子材料（半導
体装置等）製造の分野において行われている。
ッチング材のエッチングは、例えば各種電子材料（半導
体装置等）製造の分野において行われている。
例えば基体上にシリコン層と高融点金属シリサイド層
とが形成されて成る構造は、半導体装置等の分野におい
て、例えばゲート配線構造を形成するために用いられて
いる。
とが形成されて成る構造は、半導体装置等の分野におい
て、例えばゲート配線構造を形成するために用いられて
いる。
高融点金属シリサイドは、従来のLSI等の半導体装置
のゲート配線材料として多用されて来たポリ（多結晶）
シリコンよりも抵抗値が小さいので有利であり、かつ、
高融点金属シリサイドと基体との間にシリコン（特にポ
リシリコン）層を介在させることにより、界面（例えば
ゲート絶縁膜としてのSiO2との界面）における信頼性を
良好に維持することができる。
のゲート配線材料として多用されて来たポリ（多結晶）
シリコンよりも抵抗値が小さいので有利であり、かつ、
高融点金属シリサイドと基体との間にシリコン（特にポ
リシリコン）層を介在させることにより、界面（例えば
ゲート絶縁膜としてのSiO2との界面）における信頼性を
良好に維持することができる。
上記構造は、通例ポリシリコン上にシリサイドが積層
されて成るという意味で、一般にポリサイドと称され
る。このようなポリサイド構造は、近年のLSI等の高速
化の要請により、ゲート構造の形成のために多用される
に至っており、そのエッチング技術についても各種の提
案がなされている。
されて成るという意味で、一般にポリサイドと称され
る。このようなポリサイド構造は、近年のLSI等の高速
化の要請により、ゲート構造の形成のために多用される
に至っており、そのエッチング技術についても各種の提
案がなされている。
即ち、ポリサイド構造をエッチングしてパターニング
する場合、異なる２種の材料に対してともに良好な異方
性をもってエッチングを行わなければならず、このため
従来より、例えば、フロン113（C2Cl3F3）に代表される
ようないわゆるフロンないしはフレオンと称されるフッ
化炭素系ガスを主に含有するエッチングガスが使用され
て来た。
する場合、異なる２種の材料に対してともに良好な異方
性をもってエッチングを行わなければならず、このため
従来より、例えば、フロン113（C2Cl3F3）に代表される
ようないわゆるフロンないしはフレオンと称されるフッ
化炭素系ガスを主に含有するエッチングガスが使用され
て来た。
ところがこれらフッ化炭素系ガスは、オゾン層の破壊
をもたらすなど環境上の問題があって、使用を避けるこ
とが望まれるようになった。いわゆるフロン規制により
使用できなくなる可能性も大きい。
をもたらすなど環境上の問題があって、使用を避けるこ
とが望まれるようになった。いわゆるフロン規制により
使用できなくなる可能性も大きい。
このため、それに代わるエッチングガスであって、し
かもシリコン層と高融点金属シリサイド層との双方に対
して良好な異方性を実現でき、形状の良いエッチングを
達成できるエッチングガス系の開発が望まれている。
かもシリコン層と高融点金属シリサイド層との双方に対
して良好な異方性を実現でき、形状の良いエッチングを
達成できるエッチングガス系の開発が望まれている。
この要請から、シリコン系の被エッチング材をフッ化
炭素系ガスを用いることなく、しかも異方性良好かつ高
選択比でエッチングできるガスとして、HBr（臭化水
素）が注目を集めている。しかしながら、このHBrを単
独でシリコン系材料のエッチングに用いた場合のエッチ
ング終点判定法は確立されてはいない。
炭素系ガスを用いることなく、しかも異方性良好かつ高
選択比でエッチングできるガスとして、HBr（臭化水
素）が注目を集めている。しかしながら、このHBrを単
独でシリコン系材料のエッチングに用いた場合のエッチ
ング終点判定法は確立されてはいない。
従って、HBrを用いたエッチングの実用化のために
は、HBrによるSi系ゲート材等のシリコン系被エッチン
グ材のエッチング時の終点判定法の確立が急務となって
いる。
は、HBrによるSi系ゲート材等のシリコン系被エッチン
グ材のエッチング時の終点判定法の確立が急務となって
いる。
一方、上記したようないわゆるフロン規制の背景か
ら、本出願人は先きに、HBr/SF6混合ガス系等の、臭化
水素と、フッ素ラジカルを生じ得るガスとを含有するガ
ス系によるエッチング技術について提案も行った（特願
平２−10489号「ドライエッチング方法」）。
ら、本出願人は先きに、HBr/SF6混合ガス系等の、臭化
水素と、フッ素ラジカルを生じ得るガスとを含有するガ
ス系によるエッチング技術について提案も行った（特願
平２−10489号「ドライエッチング方法」）。
この技術によれば、高融点金属シリサイド層とポリシ
リコン層とから成るポリサイド膜を、高速で、高異方性
を維持しつつ、選択性良好にエッチングすることができ
る。
リコン層とから成るポリサイド膜を、高速で、高異方性
を維持しつつ、選択性良好にエッチングすることができ
る。
しかし本出願人の提案に係る上記技術を用いて、ＷSi
x等の高融点金属シリサイド層のエッチングと全く同条
件でDOPOS等のシリコン層のエッチングを進めると、シ
リコン層にサイドエッチを生ずるという問題がある。
x等の高融点金属シリサイド層のエッチングと全く同条
件でDOPOS等のシリコン層のエッチングを進めると、シ
リコン層にサイドエッチを生ずるという問題がある。
従ってこの問題を解決して、シリコン層を有する被エ
ッチング部をエッチングする場合に、被エッチング部が
例えばポリサイド構造の如き多層構造をなすものであっ
ても、これを各層についてサイドエッチなどを生ぜしめ
ることなく、良好な形状でエッチングできるエッチング
方法が望まれる。
ッチング部をエッチングする場合に、被エッチング部が
例えばポリサイド構造の如き多層構造をなすものであっ
ても、これを各層についてサイドエッチなどを生ぜしめ
ることなく、良好な形状でエッチングできるエッチング
方法が望まれる。
本出願の各発明は上記問題点を解決せんとするもので
あり、請求項1,2の発明は、シリコン層と高融点金属シ
リサイド層とを有する被エッチング部をエッチングする
場合に、シリコン層に生ずる可能性のあるサイドエッチ
の発生を抑え、良好な形状のエッチングを達成すること
を目的とする。また請求項３の発明は、含シリコン材料
層を有する被エッチング部を臭化水素を用いてエッチン
グする際のエッチング終点を容易かつ確実に判定して、
これにより良好な形状のエッチングを達成することを目
的とする。
あり、請求項1,2の発明は、シリコン層と高融点金属シ
リサイド層とを有する被エッチング部をエッチングする
場合に、シリコン層に生ずる可能性のあるサイドエッチ
の発生を抑え、良好な形状のエッチングを達成すること
を目的とする。また請求項３の発明は、含シリコン材料
層を有する被エッチング部を臭化水素を用いてエッチン
グする際のエッチング終点を容易かつ確実に判定して、
これにより良好な形状のエッチングを達成することを目
的とする。
上記目的を達成するため、本出願の各発明は、以下の
構成をとる。
構成をとる。
即ち、本出願の請求項１の発明は、 ものである ．基体上に形成されたシリコン層と高融点金属シリサイ
ド層とを有する被エッチング部をエッチングするシリコ
ン系被エッチング材のエッチング方法において、 臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスとを含有
する混合エッチングガスを用いて上記シリコン層及び高
融点金属シリサイド層をエッチングするとともに、 上記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点を判
定した後、上記シリコン層のエッチングは、上記高融点
金属シリサイド層のエッチングに用いたガスに対して、
上記臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスの混合
比を変えた混合エッチングガスを用いて行い、 かつ上記シリコン層のエッチングに用いる臭化水素と
フッ素ラジカルを発生し得るガスとを含有する混合エッ
チングガスは、上記高融点金属シリサイド層のエッチン
グに用いる臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガス
とを含有する混合エッチングガスよりもフッ素ラジカル
を発生し得るガスの含有量を小さくしたものであり、 また上記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点
の判定は、500〜600nmの範囲での発光スペクトル強度変
化のモニターにより行う ことを特徴とするものである。
ド層とを有する被エッチング部をエッチングするシリコ
ン系被エッチング材のエッチング方法において、 臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスとを含有
する混合エッチングガスを用いて上記シリコン層及び高
融点金属シリサイド層をエッチングするとともに、 上記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点を判
定した後、上記シリコン層のエッチングは、上記高融点
金属シリサイド層のエッチングに用いたガスに対して、
上記臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスの混合
比を変えた混合エッチングガスを用いて行い、 かつ上記シリコン層のエッチングに用いる臭化水素と
フッ素ラジカルを発生し得るガスとを含有する混合エッ
チングガスは、上記高融点金属シリサイド層のエッチン
グに用いる臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガス
とを含有する混合エッチングガスよりもフッ素ラジカル
を発生し得るガスの含有量を小さくしたものであり、 また上記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点
の判定は、500〜600nmの範囲での発光スペクトル強度変
化のモニターにより行う ことを特徴とするものである。
本出願の請求項２の発明は、 基体上に形成されたシリコン層と高融点金属シリサイ
ド層とを有する 被エッチング部をエッチングするシリコン系被エッチン
グ材のエッチング方法において、 上記高融点金属シリサイド層は臭化水素とフッ素ラジ
カルを発生し得るガスとを含有する混合エッチングガス
を用いてエッチングし、該混合エッチングガスによる上
記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点を判定し
た後、上記シリコン層はエッチングガスを変えて臭化水
素を用いてエッチングするとともに、 該シリコン層を臭化水素を用いてエッチングする場合
に、400〜500nmの範囲での発光スペクトル強度変化をモ
ニターすることにより該シリコン層のエッチング終点を
決定する ことを特徴とするものである。
ド層とを有する 被エッチング部をエッチングするシリコン系被エッチン
グ材のエッチング方法において、 上記高融点金属シリサイド層は臭化水素とフッ素ラジ
カルを発生し得るガスとを含有する混合エッチングガス
を用いてエッチングし、該混合エッチングガスによる上
記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点を判定し
た後、上記シリコン層はエッチングガスを変えて臭化水
素を用いてエッチングするとともに、 該シリコン層を臭化水素を用いてエッチングする場合
に、400〜500nmの範囲での発光スペクトル強度変化をモ
ニターすることにより該シリコン層のエッチング終点を
決定する ことを特徴とするものである。
本出願の請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、 上記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点の判
定は、400〜500nmの範囲での発光スペクトルのモニター
により行う ことを特徴とするものである。
て、 上記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点の判
定は、400〜500nmの範囲での発光スペクトルのモニター
により行う ことを特徴とするものである。
本出願の請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、 上記フッ素ラジカルを発生し得るガスは、SF6,NF3,Cl
F3,F2,またはHFである ことを特徴とするものである。
て、 上記フッ素ラジカルを発生し得るガスは、SF6,NF3,Cl
F3,F2,またはHFである ことを特徴とするものである。
本明細書において、シリコン層とは、シリコンを主成
分として成る層を言い、該シリコンは単結晶シリコンで
も、多結晶シリコンでもよい。Si以外の金属、非金属を
含む合金や、不純物を含有するシリコンであってもよ
い。ポリサイド構造として用いる場合には、Ｐ（リン）
やＢ（ホウ素）その他の不純物がドープされたドープド
ポリシリコン（DOPOS）を好ましく使用できる。
分として成る層を言い、該シリコンは単結晶シリコンで
も、多結晶シリコンでもよい。Si以外の金属、非金属を
含む合金や、不純物を含有するシリコンであってもよ
い。ポリサイド構造として用いる場合には、Ｐ（リン）
やＢ（ホウ素）その他の不純物がドープされたドープド
ポリシリコン（DOPOS）を好ましく使用できる。
本明細書において、高融点金属シリサイド層とは、各
種の高融点金属、例えばＷ（タングステン）、Ti（チタ
ン）、Mo（モリブデン）その他の高融点金属のシリサイ
ドを主成分として成る層を言う。
種の高融点金属、例えばＷ（タングステン）、Ti（チタ
ン）、Mo（モリブデン）その他の高融点金属のシリサイ
ドを主成分として成る層を言う。
本明細書において、フッ素ラジカルを発生し得るガス
とは、エッチング時に反応に寄与するフッ素ラジカルＦ
＊を与え得るガスを言い、SF6,NF3,ClF3,F2,HF等の含フ
ッ素ガスを用いることができる。
とは、エッチング時に反応に寄与するフッ素ラジカルＦ
＊を与え得るガスを言い、SF6,NF3,ClF3,F2,HF等の含フ
ッ素ガスを用いることができる。
本明細書において、含シリコン材料層とは、シリコン
を少なくとも構成元素として有する物質を含有する材料
から成る層であって、HBrとの反応によりシリコンの臭
化物等の物質を与え、これによる発光スペクトル強度の
観測が可能なものをいう。
を少なくとも構成元素として有する物質を含有する材料
から成る層であって、HBrとの反応によりシリコンの臭
化物等の物質を与え、これによる発光スペクトル強度の
観測が可能なものをいう。
本出願の請求項１の発明は、シリコン層のエッチング
と、高融点金属シリサイド層のエッチングとを、臭化水
素とフッ素ラジカルを発生し得るガスの混合比を変えた
条件で行うので、臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得
るガスとを含有するエッチングガスを用いての良好なエ
ッチングを、各層に最適の混合条件で行うことができ、
もってシリコン層のサイドエッチの発生を抑制すること
ができ、各層について良好な形状のエッチングを実現で
きる。
と、高融点金属シリサイド層のエッチングとを、臭化水
素とフッ素ラジカルを発生し得るガスの混合比を変えた
条件で行うので、臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得
るガスとを含有するエッチングガスを用いての良好なエ
ッチングを、各層に最適の混合条件で行うことができ、
もってシリコン層のサイドエッチの発生を抑制すること
ができ、各層について良好な形状のエッチングを実現で
きる。
本発明の請求項２の発明は、高融点金属シリサイド層
は臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスとを含有
するエッチングガスを用いてエッチングし、シリコン層
は臭化水素を用いてエッチングを行うので、混合ガスに
よる高融点金属シリサイド層の良好なエッチングという
効果と、臭化水素によるシリコン層のサイドエッチの発
生を抑制した良好なエッチングという効果をもたらすこ
とができる。
は臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスとを含有
するエッチングガスを用いてエッチングし、シリコン層
は臭化水素を用いてエッチングを行うので、混合ガスに
よる高融点金属シリサイド層の良好なエッチングという
効果と、臭化水素によるシリコン層のサイドエッチの発
生を抑制した良好なエッチングという効果をもたらすこ
とができる。
請求項2,3の発明がもたらす作用の詳細な機構は必ず
しも明らかではないが、Ｆ＊を発生するガスが主として
被エッチング物質に対するエッチャントとなり、HBrが
側壁に堆積物を与える堆積性ガスとして機能すると考え
られるので、両者の混合比が各層に対して最適な値とな
る点があり、これが両者で異なるものであるからと考え
られる（SF6/HBr混合ガス系のポリサイド構造に対する
挙動については、プレスジャーナル社「月刊Semiconduc
tor World」1990年７月号80〜84頁の、辰巳、門村、佐
藤「フロンを用いないガス系によるＷポリサイドの異方
性エッチング」参照）。
しも明らかではないが、Ｆ＊を発生するガスが主として
被エッチング物質に対するエッチャントとなり、HBrが
側壁に堆積物を与える堆積性ガスとして機能すると考え
られるので、両者の混合比が各層に対して最適な値とな
る点があり、これが両者で異なるものであるからと考え
られる（SF6/HBr混合ガス系のポリサイド構造に対する
挙動については、プレスジャーナル社「月刊Semiconduc
tor World」1990年７月号80〜84頁の、辰巳、門村、佐
藤「フロンを用いないガス系によるＷポリサイドの異方
性エッチング」参照）。
本出願の請求項２の発明においては、発光スペクトル
強度変化をモニターすることによりシリコン層のエッチ
ング終点を決定し、特にエッチング終点時に特異的な挙
動を示す波長のスペクトルである、400〜500nmの間にあ
るスペクトル波長をモニターすることによって、高精度
のエッチング終点判定を行うことができる。特異的な挙
動を示すスペクトル波長が400〜500nmの間にあるのは、
HBrとシリコンとが結合したSiBrxや、SiHBrによるもの
と考えられるが、必ずしも明らかではない。
強度変化をモニターすることによりシリコン層のエッチ
ング終点を決定し、特にエッチング終点時に特異的な挙
動を示す波長のスペクトルである、400〜500nmの間にあ
るスペクトル波長をモニターすることによって、高精度
のエッチング終点判定を行うことができる。特異的な挙
動を示すスペクトル波長が400〜500nmの間にあるのは、
HBrとシリコンとが結合したSiBrxや、SiHBrによるもの
と考えられるが、必ずしも明らかではない。
本出願の請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、上記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点の
判定を、500〜600nmの範囲での発光スペクトル強度変化
のモニターにより行うことにより、請求項１の発明と同
様な効果を得るようにしたものである。
て、上記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点の
判定を、500〜600nmの範囲での発光スペクトル強度変化
のモニターにより行うことにより、請求項１の発明と同
様な効果を得るようにしたものである。
以下本発明の各発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。但し当然のことではあるが、各発明は以下
に示す実施例により限定されるものではない。
て説明する。但し当然のことではあるが、各発明は以下
に示す実施例により限定されるものではない。
実施例−１ この実施例は、本出願の請求項１の発明を具体化した
ものであり、特に、半導体装置のパターン形成に際し
て、第１図（ａ）に示す如くフォトレジスト５を用いて
シリコン系被エッチング材のパターニングを行う場合に
この発明を適用したものである。
ものであり、特に、半導体装置のパターン形成に際し
て、第１図（ａ）に示す如くフォトレジスト５を用いて
シリコン系被エッチング材のパターニングを行う場合に
この発明を適用したものである。
本実施例におけるシリコン系被エッチング材は、基体
11（本例では基板１であるシリコン基板と、ゲート酸化
膜となる絶縁膜２であるSiO2膜とからなる基体）上に形
成された、シリコン層３と高融点金属シリサイド層４と
を有する被エッチング部10を備えるものである。特に本
実施例における高融点金属シリサイド層４はタングステ
ンシリサイドＷSixから成り、シリコン層３はポリシリ
コン、特に不純物がドープされたDOPOS（Doped Poly−S
ilicon）から成る。DOPOSはここではリンＰをドープし
たものを用いたが、所望の導電性に応じ、Ｂをドープし
たシリコンなど、任意のものでよい。
11（本例では基板１であるシリコン基板と、ゲート酸化
膜となる絶縁膜２であるSiO2膜とからなる基体）上に形
成された、シリコン層３と高融点金属シリサイド層４と
を有する被エッチング部10を備えるものである。特に本
実施例における高融点金属シリサイド層４はタングステ
ンシリサイドＷSixから成り、シリコン層３はポリシリ
コン、特に不純物がドープされたDOPOS（Doped Poly−S
ilicon）から成る。DOPOSはここではリンＰをドープし
たものを用いたが、所望の導電性に応じ、Ｂをドープし
たシリコンなど、任意のものでよい。
本実施例では、エッチング装置として、第２図に示す
マイクロ波ECRエッチング装置を用いた。第２図中、６
はエッチングを行うエッチングチャンバ、61は該チャン
バ６内に設けられた載置台であり、半導体ウェハ等の被
エッチング材12はこの載置台61に置かれてエッチングさ
れる。71はマイクロ波、72は導入されるガス系、73は排
気を示し、74は磁場を与えるソレノイドコイルを示す。
マイクロ波ECRエッチング装置を用いた。第２図中、６
はエッチングを行うエッチングチャンバ、61は該チャン
バ６内に設けられた載置台であり、半導体ウェハ等の被
エッチング材12はこの載置台61に置かれてエッチングさ
れる。71はマイクロ波、72は導入されるガス系、73は排
気を示し、74は磁場を与えるソレノイドコイルを示す。
本実施例においては、前記したシリコン層３のサイド
エッチ（アンダーカット）の問題を解決すべく、ポリサ
イド構造をSF6/HBr混合ガス系によりエッチングすると
ともに、シリコン層３（DOPOS層）エッチング時のSF6流
量比を高融点金属シリサイド層４エッチング時よりも下
げるようにして、実施したものである。
エッチ（アンダーカット）の問題を解決すべく、ポリサ
イド構造をSF6/HBr混合ガス系によりエッチングすると
ともに、シリコン層３（DOPOS層）エッチング時のSF6流
量比を高融点金属シリサイド層４エッチング時よりも下
げるようにして、実施したものである。
本実施例では、まず１ステップ目のエッチングとし
て、高融点金属シリサイド層４であるＷSix層を、次の
条件で異方性エッチングする。
て、高融点金属シリサイド層４であるＷSix層を、次の
条件で異方性エッチングする。
エッチングガス:SF6/HBr＝15/35SCCM マイクロ波 :250mA RF印加電力 :150W ガ ス 圧:5mTorr このとき、エッチングの終点は、発光スペクトル、特
に505nmの発光スペクトルをモニターして終点判定を行
うことで、ＷSix/DOPOS界面でエッチングをとめること
が可能である。かかる発光スペクトルの発光強度変化の
モニター、特に500〜600nmの発光スペクトルのモニター
によりシリコン層と高融点金属シリサイド層との界面で
のエッチング終点が精密に判定できることについては、
本出願人による特願平２−47074号において提案済であ
る。
に505nmの発光スペクトルをモニターして終点判定を行
うことで、ＷSix/DOPOS界面でエッチングをとめること
が可能である。かかる発光スペクトルの発光強度変化の
モニター、特に500〜600nmの発光スペクトルのモニター
によりシリコン層と高融点金属シリサイド層との界面で
のエッチング終点が精密に判定できることについては、
本出願人による特願平２−47074号において提案済であ
る。
次に、エッチングガスの混合比を変え、SF6の流量比
を下げて、下記の条件でシリコン層３であるDOPOS層を
エッチングした。即ち エッチングガス:SF6/HBr＝3/47SCCM マイクロ波 :250mA RF印加電力 :50W ガ ス 圧:5mTorr と条件を変え、エッチングを行った。このようにする
と、シリコン層３であるDOPOS層のサイドエッチ（アン
ダーカット）は抑制され、本実施例では第１図（ｂ）に
示すような良好な形状のエッチングを達成できた。
を下げて、下記の条件でシリコン層３であるDOPOS層を
エッチングした。即ち エッチングガス:SF6/HBr＝3/47SCCM マイクロ波 :250mA RF印加電力 :50W ガ ス 圧:5mTorr と条件を変え、エッチングを行った。このようにする
と、シリコン層３であるDOPOS層のサイドエッチ（アン
ダーカット）は抑制され、本実施例では第１図（ｂ）に
示すような良好な形状のエッチングを達成できた。
これはフッ素ラジカル源となるガスであるSF6の流量
を小さくすることによりＦ＊を減らし、これによりHBr
添加に起因する側壁保護を強化することで、シリコン層
３であるDOPOS層のサイドエッチが抑制されたことによ
るものと考えられる。
を小さくすることによりＦ＊を減らし、これによりHBr
添加に起因する側壁保護を強化することで、シリコン層
３であるDOPOS層のサイドエッチが抑制されたことによ
るものと考えられる。
また、本実施例では上記のように、２ステップ目のシ
リコン層３のエッチングについて、フッ素ラジカルを与
えるガス（SF6）を少なくするとともに、RFバイアスを
も下げるようにした。これはこの発明の好ましい実施の
態様であり、このようにすることによって、より高い選
択比を得ることが可能となった。
リコン層３のエッチングについて、フッ素ラジカルを与
えるガス（SF6）を少なくするとともに、RFバイアスを
も下げるようにした。これはこの発明の好ましい実施の
態様であり、このようにすることによって、より高い選
択比を得ることが可能となった。
本実施例により、シリコン層３、高融点金属シリサイ
ド層４の各層とも、サイドエッチのない異方性形状が得
られ、良好なエッチングを達成できる。
ド層４の各層とも、サイドエッチのない異方性形状が得
られ、良好なエッチングを達成できる。
即ち本実施例により、第１図（ｂ）に示す如き良好な
形状のシリコン及び高融点金属シリサイドの各パターン
31,41を形成するエッチングが達成できた。
形状のシリコン及び高融点金属シリサイドの各パターン
31,41を形成するエッチングが達成できた。
上記実施例では、シリコン層３のエッチングは、上記
のようにSF6の混合割合を少なくしたHBrとの混合ガスを
用いて行ったが、フッ素ラジカルを与えるガスを有さな
いHBr単独でエッチングすることもできる（後記実施例
−２参照）。但し、本実施例のような条件では、HBr単
独よりもフッ素ラジカルを与えるガスを含むガスの方
が、エッチング速度が速いので、この点が有利である。
のようにSF6の混合割合を少なくしたHBrとの混合ガスを
用いて行ったが、フッ素ラジカルを与えるガスを有さな
いHBr単独でエッチングすることもできる（後記実施例
−２参照）。但し、本実施例のような条件では、HBr単
独よりもフッ素ラジカルを与えるガスを含むガスの方
が、エッチング速度が速いので、この点が有利である。
上述の如く、本実施例では、タングステンポリサイド
構造をエッチングガスとしてSF6/HBr混合ガスを用いて
エッチングする場合に、高融点シリサイド層４（ＷSix
層）とシリコン層３（DOPOS層）との各エッチング時
に、異なったSF6/HBr流量比とするものであり、特にシ
リコン層のエッチング時にSF6の流量比を下げたもので
あって、これにより、両者とも良好な形状でエッチング
を行えるようにし、特に、シリコン層４にサイドエッチ
ングが生じないようにできたものである。
構造をエッチングガスとしてSF6/HBr混合ガスを用いて
エッチングする場合に、高融点シリサイド層４（ＷSix
層）とシリコン層３（DOPOS層）との各エッチング時
に、異なったSF6/HBr流量比とするものであり、特にシ
リコン層のエッチング時にSF6の流量比を下げたもので
あって、これにより、両者とも良好な形状でエッチング
を行えるようにし、特に、シリコン層４にサイドエッチ
ングが生じないようにできたものである。
更に本実施例では、ECRエッチング装置を用いて、シ
リコン層３のエッチング時のRFバイアスを高融点金属シ
リサイド層４のエッチングの時よりも下げてエッチング
を行うことにより、高選択比でのエッチングを可能なら
しめた。
リコン層３のエッチング時のRFバイアスを高融点金属シ
リサイド層４のエッチングの時よりも下げてエッチング
を行うことにより、高選択比でのエッチングを可能なら
しめた。
これにより、シリサイド構造を、各層ともサイドエッ
チングを生ずることなく、良好な形状でエッチングする
ことが可能となった。
チングを生ずることなく、良好な形状でエッチングする
ことが可能となった。
上記実施例では、フッ素ラジカルを与えるガスとして
SF6を用いたが、その他前掲の含フッ素ガスも、同様な
条件で用いることができる。
SF6を用いたが、その他前掲の含フッ素ガスも、同様な
条件で用いることができる。
実施例−２ 本実施例は、本出願の請求項２及び請求項３の発明を
具体化したものである。
具体化したものである。
上記発明は、シリコン層のエッチング終点の判定に汎
用できる。ここでシリコン層は、各種シリコン（不純物
が含有されてもよい）であってよい。該シリコン層の下
地は任意である。例えばSiO2上のポリシリコン層、シリ
コンナイトライド上のポリシリコン層、シリコンを含ま
ない各種下地上のシリコン系材料層などについて、その
エッチング終点の判定に用いることができる。
用できる。ここでシリコン層は、各種シリコン（不純物
が含有されてもよい）であってよい。該シリコン層の下
地は任意である。例えばSiO2上のポリシリコン層、シリ
コンナイトライド上のポリシリコン層、シリコンを含ま
ない各種下地上のシリコン系材料層などについて、その
エッチング終点の判定に用いることができる。
本実施例では、実施例−１で用いたのと同様な、第１
図（ａ）の構造のシリコン系ゲート材をエッチングし
た。即ち、ゲート酸化膜となる絶縁膜２であるSiO2上に
形成され、かつ上層に高融点シリサイド層４であるWSix
層を有するシリコン層３（ここではDOPOS層）をHBrを用
いてエッチングして請求項２の発明を具体化するととも
に、請求項３の発明を用いてそのときの終点判定を行う
ようにしたものである。
図（ａ）の構造のシリコン系ゲート材をエッチングし
た。即ち、ゲート酸化膜となる絶縁膜２であるSiO2上に
形成され、かつ上層に高融点シリサイド層４であるWSix
層を有するシリコン層３（ここではDOPOS層）をHBrを用
いてエッチングして請求項２の発明を具体化するととも
に、請求項３の発明を用いてそのときの終点判定を行う
ようにしたものである。
本実施例では、第１図（ａ）に示すようなタングステ
ンポリサイド構造を、第２図に示したECRプラズマエッ
チャーでエッチングを行う。エッチング条件は、第１ス
テップ目である高融点金属シリサイド層４のエッチング
は、実施例−１と同じく、フッ素ラジカルを発生するガ
スであるSF6と、HBrとの混合ガスを用いて、実施例−１
におけると同様の次の条件でエッチングした。
ンポリサイド構造を、第２図に示したECRプラズマエッ
チャーでエッチングを行う。エッチング条件は、第１ス
テップ目である高融点金属シリサイド層４のエッチング
は、実施例−１と同じく、フッ素ラジカルを発生するガ
スであるSF6と、HBrとの混合ガスを用いて、実施例−１
におけると同様の次の条件でエッチングした。
エッチングガス:SF6/HBr＝15/35SCCM マイクロ波 :250mA RF印加電力 :150W ガ ス 圧:5mTorr 高融点金属シリサイド層４のエッチング終了後（高融
点金属シリサイド層４のエッチングの終点判定は、実施
例−１におけると同様の手法を用いればよい）、シリコ
ン層３のエッチングを、次の条件で行った。
点金属シリサイド層４のエッチングの終点判定は、実施
例−１におけると同様の手法を用いればよい）、シリコ
ン層３のエッチングを、次の条件で行った。
エッチングガス:HBr＝50sccm マイクロ波電力:850W RFバイアス :150W ガ ス 圧 力:5mTorr 上記条件でのエッチングの間、終点判定のため、440n
mの発光をモニターする。この発光強度は、シリコン層
３と、下地であるゲート酸化膜用絶縁膜２であるSiO2と
の界面、つまりここではDOPOS/SiO2界面付近で急激に減
少し、このため終点判定を行うことが可能であった。
mの発光をモニターする。この発光強度は、シリコン層
３と、下地であるゲート酸化膜用絶縁膜２であるSiO2と
の界面、つまりここではDOPOS/SiO2界面付近で急激に減
少し、このため終点判定を行うことが可能であった。
上記により、下地SiO2をエッチングすることなく、エ
ッチングをシリコン層３（DOPOS層）で停止することが
できた。
ッチングをシリコン層３（DOPOS層）で停止することが
できた。
このエッチング終点判定方法は、HBrによる含シリコ
ン材料のエッチング時と、その他の物質のエッチング時
とにおいて、発光強度に差があることを利用するもので
ある。
ン材料のエッチング時と、その他の物質のエッチング時
とにおいて、発光強度に差があることを利用するもので
ある。
これについて第３図及び第４図を用いて説明すると次
のとおりである。
のとおりである。
第３図は、上述した条件でのDOPOSエッチング時の発
光スペクトルＩ（破線で示す）と、SiO2エッチング時の
発光スペクトルII（実線で示す）とを重ねて示したもの
であるが、波長によって、両者にかなりの差が見られる
ことがわかる。
光スペクトルＩ（破線で示す）と、SiO2エッチング時の
発光スペクトルII（実線で示す）とを重ねて示したもの
であるが、波長によって、両者にかなりの差が見られる
ことがわかる。
第４図は、両者の差を示したもので、DOPOSエッチン
グ時の発光スペクトルＩからSOi2エッチング時の発光ス
ペクトルIIを差し引いたものである。横軸より上がDOPO
Sエッチング時の方が強い発光ラインを示す場合、横軸
より下がSiO2エッチング時の方が強い発光ラインを示す
場合である。
グ時の発光スペクトルＩからSOi2エッチング時の発光ス
ペクトルIIを差し引いたものである。横軸より上がDOPO
Sエッチング時の方が強い発光ラインを示す場合、横軸
より下がSiO2エッチング時の方が強い発光ラインを示す
場合である。
各図から理解できるように、実施例で用いた波長440n
mをはじめとする400〜500nm間では、DOPOSエッチング時
に強い発光がみられ、DOPOSとSiO2とのエッチング時の
発光スペクトルの強度に明らかに差があることがわか
る。
mをはじめとする400〜500nm間では、DOPOSエッチング時
に強い発光がみられ、DOPOSとSiO2とのエッチング時の
発光スペクトルの強度に明らかに差があることがわか
る。
このようにDOPOSエッチング時に440nm付近に強い発光
が見られるのは、反応生成物であるSiBrxもしくはSiHBr
に起因すると考えられる。よって、含シリコン材料をHB
rを用いてエッチングする場合であれば、本実施例の如
きポリサイド構造をなすシリコン層（DOPOS層）のみな
らず一般にポリシリコンや、金属シリサイドでも同様な
挙動を示すものであり、よって、この請求項３の発明に
より、エッチング終点判定を行うことが可能である。
が見られるのは、反応生成物であるSiBrxもしくはSiHBr
に起因すると考えられる。よって、含シリコン材料をHB
rを用いてエッチングする場合であれば、本実施例の如
きポリサイド構造をなすシリコン層（DOPOS層）のみな
らず一般にポリシリコンや、金属シリサイドでも同様な
挙動を示すものであり、よって、この請求項３の発明に
より、エッチング終点判定を行うことが可能である。
本実施例においては、シリコンを含む物質を含有する
材料から成る層であるシリコン層３をHBrによりドライ
エッチングする場合に、400〜500nm付近の発光強度変化
を終点判定に用い、特に発光ライン440nm（これらはSiB
rx,SiHBrの発光ラインと考えられる）を終点判定に用い
たものであって、これにより本例の如きタングステンポ
リサイド構造をはじめとする、シリコン系の材料層（ゲ
ート材料等）のHBrによるエッチング時に、含シリコン
材料層のエッチング終点判定を行うことができる。
材料から成る層であるシリコン層３をHBrによりドライ
エッチングする場合に、400〜500nm付近の発光強度変化
を終点判定に用い、特に発光ライン440nm（これらはSiB
rx,SiHBrの発光ラインと考えられる）を終点判定に用い
たものであって、これにより本例の如きタングステンポ
リサイド構造をはじめとする、シリコン系の材料層（ゲ
ート材料等）のHBrによるエッチング時に、含シリコン
材料層のエッチング終点判定を行うことができる。
参考例 本参考例では、第１図（ａ）に示すポリサイド構造の
エッチング時に、エッチングガスとして、高融点金属シ
リサイド層４（ＷSix層）のエッチングも、シリコン層
３（DOPOS層）のエッチングも、ともにHBrを用いて行っ
た場合に、本出願の請求項３の発明類似の技術を用いて
エッチング終点の判定を行ったものである。
エッチング時に、エッチングガスとして、高融点金属シ
リサイド層４（ＷSix層）のエッチングも、シリコン層
３（DOPOS層）のエッチングも、ともにHBrを用いて行っ
た場合に、本出願の請求項３の発明類似の技術を用いて
エッチング終点の判定を行ったものである。
本参考例では、実施例−２で用いたのと同様のECRプ
ラズマエッチャーにて、下記条件下で高融点金属シリサ
ド層４とシリコン層３とから成るポリサイド構造をエッ
チングする。
ラズマエッチャーにて、下記条件下で高融点金属シリサ
ド層４とシリコン層３とから成るポリサイド構造をエッ
チングする。
エッチングガス:HBr＝50SCCM マイクロ波電力:850W RFバイアス :150W ガ ス 圧 力:5mTorr 本参考例でも、エッチング時の440nmの発光をモニタ
ーした。これにより、DOPOS/SiO2界面付近で急激に減少
した発光強度の挙動により、終点判定を行った。
ーした。これにより、DOPOS/SiO2界面付近で急激に減少
した発光強度の挙動により、終点判定を行った。
上述の如く本出願の請求項1,2の発明によれば、基体
上に形成されたシリコン層と高融点金属シリサイド層と
を有する被エッチング部をエッチングする場合に、各層
の良好な形状のエッチングを実現でき、また請求項３の
発明は、HBrによる含シリコン材料層のエッチング終点
を容易かつ確実に判定して、これにより良好なエッチン
グを達成できる。
上に形成されたシリコン層と高融点金属シリサイド層と
を有する被エッチング部をエッチングする場合に、各層
の良好な形状のエッチングを実現でき、また請求項３の
発明は、HBrによる含シリコン材料層のエッチング終点
を容易かつ確実に判定して、これにより良好なエッチン
グを達成できる。
第１図（ａ）（ｂ）は、実施例−１の工程を被エッチン
グ材の各工程における断面図で示すものである。第２図
は、各実施例で用いたエッチング装置の構成の概略を示
すものである。第３図及び第４図は実施例−2,を説明す
るための図であり、第３図は発光スペクトル図、第４図
は発光スペクトルの差を示す図である。 ３……シリコン層（DOPOS層）、４……高融点金属シリ
サイド層（WSix層）、５……フォトレジスト、10……被
エッチング部、11……基体。
グ材の各工程における断面図で示すものである。第２図
は、各実施例で用いたエッチング装置の構成の概略を示
すものである。第３図及び第４図は実施例−2,を説明す
るための図であり、第３図は発光スペクトル図、第４図
は発光スペクトルの差を示す図である。 ３……シリコン層（DOPOS層）、４……高融点金属シリ
サイド層（WSix層）、５……フォトレジスト、10……被
エッチング部、11……基体。
Claims (4)
- 【請求項１】基体上に形成されたシリコン層と高融点金
属シリサイド層とを有する被エッチング部をエッチング
するシリコン系被エッチング材のエッチング方法におい
て、 臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスとを含有す
る混合エッチングガスを用いて上記シリコン層及び高融
点金属シリサイド層をエッチングするとともに、 上記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点を判定
した後、上記シリコン層のエッチングは、上記高融点金
属シリサイド層のエッチングに用いたガスに対して、上
記臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスの混合比
を変えた混合エッチングガスを用いて行い、 かつ上記シリコン層のエッチングに用いる臭化水素とフ
ッ素ラジカルを発生し得るガスとを含有する混合エッチ
ングガスは、上記高融点金属シリサイド層のエッチング
に用いる臭化水素とフッ素ラジカルを発生し得るガスと
を含有する混合エッチングガスよりもフッ素ラジカルを
発生し得るガスの含有量を小さくしたものであり、 また上記高融点金属シリサイド層のエッチングの終点の
判定は、500〜600nmの範囲での発光スペクトル強度変化
のモニターにより行う ことを特徴とするシリコン系被エッチング材のエッチン
グ方法。 - 【請求項２】基体上に形成されたシリコン層と高融点金
属シリサイド層とを有する被エッチング部をエッチング
するシリコン系被エッチング材のエッチング方法におい
て、 上記高融点金属シリサイド層は臭化水素とフッ素ラジカ
ルを発生し得るガスとを含有する混合エッチングガスを
用いてエッチングし、該混合エッチングガスによる上記
高融点金属シリサイド層のエッチングの終点を判定した
後、上記シリコン層はエッチングガスを変えて臭化水素
を用いてエッチングするとともに、 該シリコン層を臭化水素を用いてエッチングする場合
に、400〜500nmの範囲での発光スペクトル強度変化をモ
ニターすることにより該シリコン層のエッチング終点を
決定する ことを特徴とするシリコン系被エッチング材のエッチン
グ方法。 - 【請求項３】上記高融点金属シリサイド層のエッチング
の終点の判定は、400〜500nmの範囲での発光スペクトル
のモニターにより行う ことを特徴とする請求項２に記載のシリコン系被エッチ
ング材のエッチング方法。 - 【請求項４】上記フッ素ラジカルを発生し得るガスは、
SF6,NF3,ClF3,F2,またはHFである ことを特徴とする請求項１に記載のシリコン系被エッチ
ング材のエッチング方法。
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| JP02211388A JP3127454B2 (ja) | 1990-08-08 | 1990-08-08 | シリコン系被エッチング材のエッチング方法 |
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| US07/741,735 US5200028A (en) | 1990-08-08 | 1991-08-07 | Etching process of silicon material |
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| JPH0493022A JPH0493022A (ja) | 1992-03-25 |
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Family
ID=16605136
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|---|---|---|---|
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| US8005647B2 (en) | 2005-04-08 | 2011-08-23 | Rosemount, Inc. | Method and apparatus for monitoring and performing corrective measures in a process plant using monitoring data with corrective measures data |
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| US8055479B2 (en) | 2007-10-10 | 2011-11-08 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | Simplified algorithm for abnormal situation prevention in load following applications including plugged line diagnostics in a dynamic process |
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| US9533332B2 (en) | 2011-10-06 | 2017-01-03 | Applied Materials, Inc. | Methods for in-situ chamber clean utilized in an etching processing chamber |
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1991
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