JP3160389B2 - 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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- nitride film
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング方法
に係り、特にシリコン窒化膜上のシリコン酸化膜を選択
的にエッチングするドライエッチング方法に関する。
に係り、特にシリコン窒化膜上のシリコン酸化膜を選択
的にエッチングするドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピュ−タ−や通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達
成するようにむすびつけ、１チップ上に集積化して形成
した大規模集積回路（ＬＳＩ）が多用されている。この
ため、機器全体の性能は、ＬＳＩ単体の性能と大きく結
び付いている。
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達
成するようにむすびつけ、１チップ上に集積化して形成
した大規模集積回路（ＬＳＩ）が多用されている。この
ため、機器全体の性能は、ＬＳＩ単体の性能と大きく結
び付いている。
【０００３】ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を高める
こと、つまり、素子の微細化により実現できる。このた
め、素子の微細化は進む一方であり、パターン寸法の高
精度化への要求が高まっている。一般に、半導体集積回
路は、シリコン基板等の半導体基板上に所定パターンの
シリコン酸化膜等の絶縁膜やアルミニウム等の導電性膜
を積層することによって形成される。
こと、つまり、素子の微細化により実現できる。このた
め、素子の微細化は進む一方であり、パターン寸法の高
精度化への要求が高まっている。一般に、半導体集積回
路は、シリコン基板等の半導体基板上に所定パターンの
シリコン酸化膜等の絶縁膜やアルミニウム等の導電性膜
を積層することによって形成される。
【０００４】これらの絶縁膜や導電性膜を所望パターン
に加工する技術として、従来より、絶縁膜や導電性膜等
の被加工膜上に感光性のフォトレジストを塗布した後、
光や紫外線を所望パターンに従ってフォトレジストを露
光し、次いで現像によりフォトレジストの露光部又は未
露光部を選択的に除去し、フォトレジストパターンを形
成するリソグラフィ技術、次いでフォトレジストパター
ンをマスクとして被加工膜をエッチング加工するドライ
エッチング技術、更に、フォトレジストパターンを除去
する剥離技術等が用いられている。
に加工する技術として、従来より、絶縁膜や導電性膜等
の被加工膜上に感光性のフォトレジストを塗布した後、
光や紫外線を所望パターンに従ってフォトレジストを露
光し、次いで現像によりフォトレジストの露光部又は未
露光部を選択的に除去し、フォトレジストパターンを形
成するリソグラフィ技術、次いでフォトレジストパター
ンをマスクとして被加工膜をエッチング加工するドライ
エッチング技術、更に、フォトレジストパターンを除去
する剥離技術等が用いられている。
【０００５】ところで、現在、微細なフォトレジストパ
ターンを用いて、被加工膜を所望パターンに加工する１
つの方法として、プラズマを用いる反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）技術が広く用い
られている。このエッチングは、例えば、一対の平行平
板電極を備えた真空容器内に被加工膜が堆積された基体
を入れ、真空容器内を真空に引いた後、ハロゲン元素等
を含有する反応性ガスを真空容器内に導入し、高周波電
力の印加による放電によって反応性ガスをプラズマ化
し、この発生したプラズマを用いて被加工膜をエッチン
グするというものである。
ターンを用いて、被加工膜を所望パターンに加工する１
つの方法として、プラズマを用いる反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）技術が広く用い
られている。このエッチングは、例えば、一対の平行平
板電極を備えた真空容器内に被加工膜が堆積された基体
を入れ、真空容器内を真空に引いた後、ハロゲン元素等
を含有する反応性ガスを真空容器内に導入し、高周波電
力の印加による放電によって反応性ガスをプラズマ化
し、この発生したプラズマを用いて被加工膜をエッチン
グするというものである。
【０００６】ＲＩＥによれば、プラズマ中の各種の粒子
のうち、イオンが電極表面のイオンシースに発生する直
流電界（自己バイアス）によって加速されるため、大き
なエネルギーを持って被加工膜を衝撃し、イオン促進化
学反応が引き起こされる。このため、エッチングはイオ
ンの入射方向に進み、アンダーカットの無い方向性に優
れた加工が可能となる。
のうち、イオンが電極表面のイオンシースに発生する直
流電界（自己バイアス）によって加速されるため、大き
なエネルギーを持って被加工膜を衝撃し、イオン促進化
学反応が引き起こされる。このため、エッチングはイオ
ンの入射方向に進み、アンダーカットの無い方向性に優
れた加工が可能となる。
【０００７】次にＲＩＥによるシリコン酸化膜（ＳｉＯ
2 膜）のエッチングについて説明する。
2 膜）のエッチングについて説明する。
【０００８】ＳｉＯ2 膜のＲＩＥでは、通常、反応性ガ
スとして、ＣＦ4 ，ＣＨＦ3 ，Ｃ2Ｆ6 等のようにＣと
Ｆとを含むガスが用いられている。
スとして、ＣＦ4 ，ＣＨＦ3 ，Ｃ2Ｆ6 等のようにＣと
Ｆとを含むガスが用いられている。
【０００９】このため、例えば、ＣＨＦ3 を用いてＳｉ
基板上に形成されたＳｉＯ2 膜にコンタクトホールを開
孔する場合、放電によって生じたＣＦ3 ラジカルがＳｉ
Ｏ2膜の表面に吸着することになる。そして、このＣＦ
3 ラジカルと自己バイアスによって加速されたＣＦ3 イ
オンとの衝突により、ＣＦ3 ラジカル及びＣＦ3 イオン
はＦとＣとに解離する。
基板上に形成されたＳｉＯ2 膜にコンタクトホールを開
孔する場合、放電によって生じたＣＦ3 ラジカルがＳｉ
Ｏ2膜の表面に吸着することになる。そして、このＣＦ
3 ラジカルと自己バイアスによって加速されたＣＦ3 イ
オンとの衝突により、ＣＦ3 ラジカル及びＣＦ3 イオン
はＦとＣとに解離する。
【００１０】この結果、ＦがＳｉＯ2 膜中のＳｉと反応
してＳｉＦ4 となって気化離脱し、ＣがＳｉＯ2 膜中の
Ｏと反応してＣＯとなって気化離脱するため、ＳｉＯ2
膜はエッチングされる。一方、ＳｉＯ2 膜のエッチング
で露出したＳｉ基板の表面にはＣＦ3 が吸着するが、一
部のＣＦ3 のＦがＨによって引き抜かれるため、Ｓｉ基
板の露出表面にはＣＦx （０≦Ｘ≦３）の重合膜が形成
されることになる。
してＳｉＦ4 となって気化離脱し、ＣがＳｉＯ2 膜中の
Ｏと反応してＣＯとなって気化離脱するため、ＳｉＯ2
膜はエッチングされる。一方、ＳｉＯ2 膜のエッチング
で露出したＳｉ基板の表面にはＣＦ3 が吸着するが、一
部のＣＦ3 のＦがＨによって引き抜かれるため、Ｓｉ基
板の露出表面にはＣＦx （０≦Ｘ≦３）の重合膜が形成
されることになる。
【００１１】この重合膜はＳｉ基板のエッチング保護膜
として機能するので、Ｓｉのエッチングが抑制され、こ
の結果、Ｓｉ基板に対するＳｉＯ2 膜のエッチング選択
比が高くなり、ＳｉＯ2 膜の選択エッチングが可能とな
る。
として機能するので、Ｓｉのエッチングが抑制され、こ
の結果、Ｓｉ基板に対するＳｉＯ2 膜のエッチング選択
比が高くなり、ＳｉＯ2 膜の選択エッチングが可能とな
る。
【００１２】しかしながら、シリコン窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ
4 膜）上に形成されたＳｉＯ2 膜のＲＩＥに対しては次
のような問題がある。
4 膜）上に形成されたＳｉＯ2 膜のＲＩＥに対しては次
のような問題がある。
【００１３】即ち、上述したＳｉ基板上のＳｉＯ2 膜の
場合と同様に、ＣＨＦ3 を用いてＳｉＯ2 膜のＲＩＥを
行なうと、ＦがＳｉと反応してＳｉＦ4 となって気化離
脱し、ＣがＮと反応してＣＮとなって気化離脱するた
め、Ｓｉ3 Ｎ4 膜はＳｉＯ2 膜と同様にエッチングさ
れ、Ｓｉ3 Ｎ4 膜に対するシリコン酸化膜のエッチング
選択比を大きくできず、ＲＩＥによるＳｉＯ2 膜のＳｉ
3 Ｎ4 膜に対する選択エッチングが不可能であった。
場合と同様に、ＣＨＦ3 を用いてＳｉＯ2 膜のＲＩＥを
行なうと、ＦがＳｉと反応してＳｉＦ4 となって気化離
脱し、ＣがＮと反応してＣＮとなって気化離脱するた
め、Ｓｉ3 Ｎ4 膜はＳｉＯ2 膜と同様にエッチングさ
れ、Ｓｉ3 Ｎ4 膜に対するシリコン酸化膜のエッチング
選択比を大きくできず、ＲＩＥによるＳｉＯ2 膜のＳｉ
3 Ｎ4 膜に対する選択エッチングが不可能であった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のＲ
ＩＥでは、導電膜（Ｓｉ基板）上に形成された絶縁膜
（シリコン酸化膜）の選択エッチングは可能であった
が、絶縁膜（シリコン窒化膜）上に形成された絶縁膜
（シリコン酸化膜）の選択エッチングは不可能であると
いう問題があった。
ＩＥでは、導電膜（Ｓｉ基板）上に形成された絶縁膜
（シリコン酸化膜）の選択エッチングは可能であった
が、絶縁膜（シリコン窒化膜）上に形成された絶縁膜
（シリコン酸化膜）の選択エッチングは不可能であると
いう問題があった。
【００１５】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、シリコン窒化膜上に形
成されたシリコン酸化膜を選択的にエッチングできるド
ライエッチング方法を提供することにある。
ので、その目的とするところは、シリコン窒化膜上に形
成されたシリコン酸化膜を選択的にエッチングできるド
ライエッチング方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のドライエッチング方法は次のような工程
で構成されている。
めに、本発明のドライエッチング方法は次のような工程
で構成されている。
【００１７】即ち、本発明のドライエッチング方法（請
求項１）は、シリコン窒化膜上に酸化膜を形成する工程
と、この酸化膜をドライエッチングすると共に、このド
ライエッチング中に露出する前記シリコン窒化膜の表面
にＳｉ−Ｃ結合を含む物質を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする。
求項１）は、シリコン窒化膜上に酸化膜を形成する工程
と、この酸化膜をドライエッチングすると共に、このド
ライエッチング中に露出する前記シリコン窒化膜の表面
にＳｉ−Ｃ結合を含む物質を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする。
【００１８】また、本発明の他のドライエッチング方法
（請求項２）は、シリコン窒化膜上に酸化膜を形成する
工程と、弗素と炭素とを含むエッチングガスをプラズマ
状態にし、前記エッチングガスのプラズマにより前記酸
化膜をエッチングすると共に、このエッチングの最中に
露出する前記シリコン窒化膜の表面の窒素と前記シリコ
ン窒化膜の表面に吸着した前記炭素とを置き換えて、前
記シリコン窒化膜の表面にＳｉ−Ｃ結合を含む物質を形
成する工程とを有することを特徴とする。
（請求項２）は、シリコン窒化膜上に酸化膜を形成する
工程と、弗素と炭素とを含むエッチングガスをプラズマ
状態にし、前記エッチングガスのプラズマにより前記酸
化膜をエッチングすると共に、このエッチングの最中に
露出する前記シリコン窒化膜の表面の窒素と前記シリコ
ン窒化膜の表面に吸着した前記炭素とを置き換えて、前
記シリコン窒化膜の表面にＳｉ−Ｃ結合を含む物質を形
成する工程とを有することを特徴とする。
【００１９】ことを特徴とする。
【００２０】また、上記の目的を達成するために、本発
明のドライエッチング方法は次のようなエッチング条件
を有する工程で構成されている。
明のドライエッチング方法は次のようなエッチング条件
を有する工程で構成されている。
【００２１】即ち、本発明のドライエッチング方法（請
求項３）は、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成
する工程と、弗素と炭素とを含むエッチングガスをプラ
ズマ状態にし、前記エッチングガスのプラズマにより前
記シリコン酸化膜をエッチングする際に、このエッチン
グ中に露出する前記シリコン窒化膜の表面に吸着する炭
素及び弗素に対してこの炭素の個数に対するこの弗素の
個数の比が３／２未満、又は前記エッチング中に露出す
る前記シリコン窒化膜の表面に吸着する炭素の個数が前
記シリコン窒化膜の表面の窒素の個数以上となる条件
で、前記シリコン酸化膜を前記シリコン窒化膜に対して
選択的にエッチングする工程とを有することを特徴とす
る。
求項３）は、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成
する工程と、弗素と炭素とを含むエッチングガスをプラ
ズマ状態にし、前記エッチングガスのプラズマにより前
記シリコン酸化膜をエッチングする際に、このエッチン
グ中に露出する前記シリコン窒化膜の表面に吸着する炭
素及び弗素に対してこの炭素の個数に対するこの弗素の
個数の比が３／２未満、又は前記エッチング中に露出す
る前記シリコン窒化膜の表面に吸着する炭素の個数が前
記シリコン窒化膜の表面の窒素の個数以上となる条件
で、前記シリコン酸化膜を前記シリコン窒化膜に対して
選択的にエッチングする工程とを有することを特徴とす
る。
【００２２】また、本発明の他のドライエッチング方法
（請求項４）は、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を
形成する工程と、ＣＨＦ3 ガスとＣＯガスとを含むエッ
チングガスをプラズマ状態にすると共に、温度が９０℃
以上、且つ圧力が４０ｍＴｏｒｒ乃至１００ｍＴｏｒ
ｒ、且つ前記ＣＨＦ3 ガスと前記ＣＯガスとの混合ガス
の流量に対する前記ＣＯガスの流量の比が４０％乃至８
０％より好ましくは５０％乃至８０％の条件で、前記混
合ガスのプラズマにより前記シリコン酸化膜を選択的に
エッチングする工程とを有することを特徴とする。
（請求項４）は、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を
形成する工程と、ＣＨＦ3 ガスとＣＯガスとを含むエッ
チングガスをプラズマ状態にすると共に、温度が９０℃
以上、且つ圧力が４０ｍＴｏｒｒ乃至１００ｍＴｏｒ
ｒ、且つ前記ＣＨＦ3 ガスと前記ＣＯガスとの混合ガス
の流量に対する前記ＣＯガスの流量の比が４０％乃至８
０％より好ましくは５０％乃至８０％の条件で、前記混
合ガスのプラズマにより前記シリコン酸化膜を選択的に
エッチングする工程とを有することを特徴とする。
【００２３】なお、前記シリコン窒化膜は、純粋にシリ
コンと窒素とからなるものだけではなく、酸素等の他の
物質を含むシリコンと窒素とからなる広い意味での絶縁
膜としてのシリコン窒化膜である。
コンと窒素とからなるものだけではなく、酸素等の他の
物質を含むシリコンと窒素とからなる広い意味での絶縁
膜としてのシリコン窒化膜である。
【００２４】また、本発明では、酸化膜上に有機物等か
らなるマスクパターン（炭素膜を含む）を設け、これを
マスクとして前記酸化膜をエッチングしても良いし、マ
スクを設けず、全面エッチング（例えば、異方性エッチ
ングによる側壁残しも含む）しても良い。
らなるマスクパターン（炭素膜を含む）を設け、これを
マスクとして前記酸化膜をエッチングしても良いし、マ
スクを設けず、全面エッチング（例えば、異方性エッチ
ングによる側壁残しも含む）しても良い。
【００２５】
【作用】本発明のドライエッチング方法（請求項１，
２）によれば、酸化膜のドライエッチングの最中に、シ
リコン窒化膜の露出表面にＳｉ−Ｃ結合を含む物質が形
成される。この物質は前記シリコン窒化膜のエッチング
保護膜として機能し、更に、エッチングガスとして弗素
と炭素とを含むものを用いた場合には、前記物質のＳｉ
−Ｃ結合のＣにＣＦx （０≦ｘ≦３）が結合して、より
強いエッチング保護膜機能を有するＣＦx の重合膜も形
成されるので、前記酸化膜を前記シリコン窒化膜に対し
て選択的にドライエッチングすることができる。
２）によれば、酸化膜のドライエッチングの最中に、シ
リコン窒化膜の露出表面にＳｉ−Ｃ結合を含む物質が形
成される。この物質は前記シリコン窒化膜のエッチング
保護膜として機能し、更に、エッチングガスとして弗素
と炭素とを含むものを用いた場合には、前記物質のＳｉ
−Ｃ結合のＣにＣＦx （０≦ｘ≦３）が結合して、より
強いエッチング保護膜機能を有するＣＦx の重合膜も形
成されるので、前記酸化膜を前記シリコン窒化膜に対し
て選択的にドライエッチングすることができる。
【００２６】また、本発明の他のドライエッチング方法
（請求項３）によれば、シリコン窒化膜の露出表面での
炭素が窒素に比べて過剰になるので、Ｃ＋Ｎ→ＣＮの反
応でＣが除去しきれず、シリコン窒化膜の表面に残った
Ｃがシリコン窒化膜の露出表面のＳｉと結合し、シリコ
ン窒化膜の露出表面にＳｉ−Ｃ結合を含む物質が形成さ
れる。この物質並びにこの物質上に形成されるＣＦ
x （０≦ｘ≦３）の重合膜は、前記シリコン窒化膜のエ
ッチング保護膜として機能するので、シリコン酸化膜を
選択的にドライエッチングすることができる。
（請求項３）によれば、シリコン窒化膜の露出表面での
炭素が窒素に比べて過剰になるので、Ｃ＋Ｎ→ＣＮの反
応でＣが除去しきれず、シリコン窒化膜の表面に残った
Ｃがシリコン窒化膜の露出表面のＳｉと結合し、シリコ
ン窒化膜の露出表面にＳｉ−Ｃ結合を含む物質が形成さ
れる。この物質並びにこの物質上に形成されるＣＦ
x （０≦ｘ≦３）の重合膜は、前記シリコン窒化膜のエ
ッチング保護膜として機能するので、シリコン酸化膜を
選択的にドライエッチングすることができる。
【００２７】また、本発明者等の研究によれば、マグネ
トロンドライエッチングにおいて、温度を９０℃以上、
且つ圧力を４０ｍＴｏｒｒ乃至１００ｍＴｏｒｒ、且つ
前記ＣＨＦ3 ガスと前記ＣＯガスとの混合ガスの流量に
対する前記ＣＯガスの流量の比を４０％乃至８０％より
好ましくは５０％乃至８０％の条件に設定して、シリコ
ン窒化膜上のシリコン酸化膜をエッチングした場合、前
記シリコン窒化膜に対する前記シリコン酸化膜のエッチ
ング選択比が２０近くになることが分かった。したがっ
て、上記エッチング条件を採用した本発明のドライエッ
チング方法（請求項４）によれば、シリコン酸化膜を選
択的にドライエッチングすることができる。
トロンドライエッチングにおいて、温度を９０℃以上、
且つ圧力を４０ｍＴｏｒｒ乃至１００ｍＴｏｒｒ、且つ
前記ＣＨＦ3 ガスと前記ＣＯガスとの混合ガスの流量に
対する前記ＣＯガスの流量の比を４０％乃至８０％より
好ましくは５０％乃至８０％の条件に設定して、シリコ
ン窒化膜上のシリコン酸化膜をエッチングした場合、前
記シリコン窒化膜に対する前記シリコン酸化膜のエッチ
ング選択比が２０近くになることが分かった。したがっ
て、上記エッチング条件を採用した本発明のドライエッ
チング方法（請求項４）によれば、シリコン酸化膜を選
択的にドライエッチングすることができる。
【００２８】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。
る。
【００２９】図１は、本発明の一実施例に係るゲート電
極部のコンタクトホールの形成方法を示す工程断面図で
ある。
極部のコンタクトホールの形成方法を示す工程断面図で
ある。
【００３０】まず、図１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板
１上に薄いＳｉＯ2 膜２を形成し、続いて、このＳｉＯ
2 膜２上にポリシリコン膜３，Ｓｉ3 Ｎ4 膜４（シリコ
ン窒化膜）を順次形成する。次いでこのＳｉ3 Ｎ4 膜４
上にレジストパターン（不図示）を形成した後、このレ
ジストパターンをマスクとして、ポリシリコン膜３，Ｓ
ｉ3 Ｎ4 膜４をゲート電極状にエッチング加工する。
１上に薄いＳｉＯ2 膜２を形成し、続いて、このＳｉＯ
2 膜２上にポリシリコン膜３，Ｓｉ3 Ｎ4 膜４（シリコ
ン窒化膜）を順次形成する。次いでこのＳｉ3 Ｎ4 膜４
上にレジストパターン（不図示）を形成した後、このレ
ジストパターンをマスクとして、ポリシリコン膜３，Ｓ
ｉ3 Ｎ4 膜４をゲート電極状にエッチング加工する。
【００３１】次に全面に薄いＳｉ3 Ｎ4 膜５（シリコン
窒化膜）を堆積した後、全面にＢＰＳＧ膜６（酸化膜）
を堆積して素子表面を平坦化する。次いでこのＢＰＳＧ
膜６上にコンタクトホール形成用のフォトレジストパタ
ーン７を形成する。
窒化膜）を堆積した後、全面にＢＰＳＧ膜６（酸化膜）
を堆積して素子表面を平坦化する。次いでこのＢＰＳＧ
膜６上にコンタクトホール形成用のフォトレジストパタ
ーン７を形成する。
【００３２】次にＳｉ基板１を図２に示すようなドライ
エッチング装置に搬入する。
エッチング装置に搬入する。
【００３３】図中、２０はエッチング室２１を構成する
伝導性の容器を示しており、この容器２１は基準電位に
接地されており、陽極としても用いられる。エッチング
室２１の底部には陰極２６が設置されており、この陰極
２６はマッチング回路２７を介して周波数１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電源２８に繋がっている。また、陰極２６
には冷却管２９が設けられており、この冷却管２９を介
して冷媒が陰極２６に供給され、陰極２６が冷却される
ようになっている。なお、冷却管２９は高周波電力印加
用のリードの役割も担っている。
伝導性の容器を示しており、この容器２１は基準電位に
接地されており、陽極としても用いられる。エッチング
室２１の底部には陰極２６が設置されており、この陰極
２６はマッチング回路２７を介して周波数１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電源２８に繋がっている。また、陰極２６
には冷却管２９が設けられており、この冷却管２９を介
して冷媒が陰極２６に供給され、陰極２６が冷却される
ようになっている。なお、冷却管２９は高周波電力印加
用のリードの役割も担っている。
【００３４】また、陰極２６上にはポリイミド膜３０に
挾持された銅板３１が貼付されており、電源３２により
この銅板３１に２ｋＶ〜４ｋＶ程度の電圧を印加するこ
とにより、被処理基体３６（本実施例の場合にはＳｉ基
板１となる）が陰極２６上に静電的に吸着されるように
なっている。
挾持された銅板３１が貼付されており、電源３２により
この銅板３１に２ｋＶ〜４ｋＶ程度の電圧を印加するこ
とにより、被処理基体３６（本実施例の場合にはＳｉ基
板１となる）が陰極２６上に静電的に吸着されるように
なっている。
【００３５】また、エッチング室２１の上壁部には反応
性ガスを導入するためのガス導入口２２が設けられてお
り、エッチング室２１内の反応性ガス等はガス排気口２
３を介して外部に排気されるようになっている。また、
エッチング室２１の上部外部には複数の永久磁石２４と
その駆動機構２５とで構成された磁場発生器が設置さ
れ、陰極２０と陽極との対向空間に磁界が印加されるよ
うになっている。
性ガスを導入するためのガス導入口２２が設けられてお
り、エッチング室２１内の反応性ガス等はガス排気口２
３を介して外部に排気されるようになっている。また、
エッチング室２１の上部外部には複数の永久磁石２４と
その駆動機構２５とで構成された磁場発生器が設置さ
れ、陰極２０と陽極との対向空間に磁界が印加されるよ
うになっている。
【００３６】なお、図中、３３は被処理基体３６の裏面
側にガスを導入して熱伝導を大きくするためのガス導入
管、また、３４は陰極２６と容器２０とを絶縁するため
の絶縁部材、そして、３５は銅板３１のリードと陰極２
６とを絶縁するための絶縁部材を示している。
側にガスを導入して熱伝導を大きくするためのガス導入
管、また、３４は陰極２６と容器２０とを絶縁するため
の絶縁部材、そして、３５は銅板３１のリードと陰極２
６とを絶縁するための絶縁部材を示している。
【００３７】次に上記の如く構成されたドライエッチン
グ装置を用いて、ＢＰＳＧ膜６のエッチングを行なうた
めに、まず、ガス導入口２２からエッチング室２１内に
流量２５ＳＣＣＭのＣＨＦ3 ，流量７５ＳＣＣＭのＣＯ
を導入すると共に、被処理基体温度（以下、単に温度と
もいう）を１００℃，エッチング室２１内の圧力を６０
ｍＴｏｒｒに設定してプラズマを発生させ、図１（ｂ）
に示すように、フォトレジストパターン６をマスクとし
てＢＰＳＧ膜６をエッチングし、コンタクトホール８を
開孔する。
グ装置を用いて、ＢＰＳＧ膜６のエッチングを行なうた
めに、まず、ガス導入口２２からエッチング室２１内に
流量２５ＳＣＣＭのＣＨＦ3 ，流量７５ＳＣＣＭのＣＯ
を導入すると共に、被処理基体温度（以下、単に温度と
もいう）を１００℃，エッチング室２１内の圧力を６０
ｍＴｏｒｒに設定してプラズマを発生させ、図１（ｂ）
に示すように、フォトレジストパターン６をマスクとし
てＢＰＳＧ膜６をエッチングし、コンタクトホール８を
開孔する。
【００３８】このようなエッチング条件により、ＢＰＳ
Ｇ膜６は完全にエッチングされるが、Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエ
ッチングは、薄いＳｉ3 Ｎ4 膜５の途中で止まり、選択
的にＢＰＳＧ膜６がエッチングされる。このため、コン
タクトホール８の開孔幅Ｌ1をフォトレジストパターン
７の開孔幅Ｌ2 より小さくできる。
Ｇ膜６は完全にエッチングされるが、Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエ
ッチングは、薄いＳｉ3 Ｎ4 膜５の途中で止まり、選択
的にＢＰＳＧ膜６がエッチングされる。このため、コン
タクトホール８の開孔幅Ｌ1をフォトレジストパターン
７の開孔幅Ｌ2 より小さくできる。
【００３９】一般に、フォトレジストパターンの形成に
用いるステッパーは、ゲート電極の形成に用いるステッ
パーに比べて精度が低いので、従来の技術ではコンタク
トホールの開孔幅はゲート電極間の幅より大きくなり、
微細なコンタクトホールの形成が困難であった。
用いるステッパーは、ゲート電極の形成に用いるステッ
パーに比べて精度が低いので、従来の技術ではコンタク
トホールの開孔幅はゲート電極間の幅より大きくなり、
微細なコンタクトホールの形成が困難であった。
【００４０】一方、本実施例のドライエッチング方法で
は、上述したように、ＢＰＳＧ膜６を選択的にエッチン
グできるので、ゲート電極間の幅程度の開孔幅のコンタ
クトホールを形成できる。また、上記効果はＢＰＳＧ膜
の代わりにＳｉＯ2 膜を用いた場合についても同様に確
認することができた。
は、上述したように、ＢＰＳＧ膜６を選択的にエッチン
グできるので、ゲート電極間の幅程度の開孔幅のコンタ
クトホールを形成できる。また、上記効果はＢＰＳＧ膜
の代わりにＳｉＯ2 膜を用いた場合についても同様に確
認することができた。
【００４１】次に上述したエッチング条件でＢＰＳＧ
膜，ＳｉＯ2 膜を選択的にエッチングできる根拠につい
て説明する。
膜，ＳｉＯ2 膜を選択的にエッチングできる根拠につい
て説明する。
【００４２】図３は、ＳｉＯ2 膜及びＳｉ3 Ｎ4 膜のエ
ッチング速度の温度依存性を示す特性図である。これは
図２のドライエッチング装置を用い、ＣＨＦ3 の流量を
１００ＳＣＣＭ，圧力を４０ｍＴｏｒｒ，ＲＦ電力を８
００Ｗに設定して得られたものである。なお、このとき
の被処理基体上の水平磁界強度は１００Ｇａｕｓｓであ
った。
ッチング速度の温度依存性を示す特性図である。これは
図２のドライエッチング装置を用い、ＣＨＦ3 の流量を
１００ＳＣＣＭ，圧力を４０ｍＴｏｒｒ，ＲＦ電力を８
００Ｗに設定して得られたものである。なお、このとき
の被処理基体上の水平磁界強度は１００Ｇａｕｓｓであ
った。
【００４３】図３からＳｉＯ2 膜のエッチング速度は、
温度に対して殆ど変化しないことが分かる。一方、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜のエッチング速度は、温度の上昇に伴なって大
幅に低下し、９０℃以上ではＳｉＯ2 膜のエッチング速
度より小さくなることが分かる。
温度に対して殆ど変化しないことが分かる。一方、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜のエッチング速度は、温度の上昇に伴なって大
幅に低下し、９０℃以上ではＳｉＯ2 膜のエッチング速
度より小さくなることが分かる。
【００４４】本発明者等はＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速
度が温度変化に対して大幅に変化する原因を明らかにす
るために、被処理基体温度７０℃（電極温度２０℃），
被処理基体温度１５０℃（電極温度１００℃）の場合に
ついてそれぞれＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いてエ
ッチング途中のＳｉ3 Ｎ4 膜の表面を調べてみた。
度が温度変化に対して大幅に変化する原因を明らかにす
るために、被処理基体温度７０℃（電極温度２０℃），
被処理基体温度１５０℃（電極温度１００℃）の場合に
ついてそれぞれＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いてエ
ッチング途中のＳｉ3 Ｎ4 膜の表面を調べてみた。
【００４５】図４はその結果を示すＳｉ3 Ｎ4 膜の表面
のＸＰＳスペクトルである。このＸＰＳスペクトルから
温度１５０℃の場合の方が温度７０℃の場合に比べてＳ
ｉ3Ｎ4 膜の表面のＣ及びＦのピーク値が高いことが分
かる。
のＸＰＳスペクトルである。このＸＰＳスペクトルから
温度１５０℃の場合の方が温度７０℃の場合に比べてＳ
ｉ3Ｎ4 膜の表面のＣ及びＦのピーク値が高いことが分
かる。
【００４６】即ち、温度１５０℃の場合には、Ｓｉ3 Ｎ
4 膜の表面にフロロカーボン重合膜｛（ＣＦx ）ｎ（０
≦ｘ≦３）｝が形成されることが分かった。また、この
フロロカーボン重合膜は、温度が９０℃以上であれば、
Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面に形成されることを確認した。
4 膜の表面にフロロカーボン重合膜｛（ＣＦx ）ｎ（０
≦ｘ≦３）｝が形成されることが分かった。また、この
フロロカーボン重合膜は、温度が９０℃以上であれば、
Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面に形成されることを確認した。
【００４７】以上の事実からＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチング
速度が温度変化に対して大幅に変化するのは、膜表面の
フロロカーボン重合膜の有無に関係すると考えられる。
速度が温度変化に対して大幅に変化するのは、膜表面の
フロロカーボン重合膜の有無に関係すると考えられる。
【００４８】即ち、温度が９０℃以上になると、Ｓｉ3
Ｎ4 膜のエッチング保護マスクとして機能するのに十分
な厚さのフロロカーボン重合膜がＳｉ3 Ｎ4 膜の表面に
形成され、ＳｉＯ2 膜が選択的にエッチングされると考
えられる。
Ｎ4 膜のエッチング保護マスクとして機能するのに十分
な厚さのフロロカーボン重合膜がＳｉ3 Ｎ4 膜の表面に
形成され、ＳｉＯ2 膜が選択的にエッチングされると考
えられる。
【００４９】Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面にフロロカーボン重合
膜が形成される理由は次のように考えられる。ここで
は、エッチングガスとしてＣＨＦ3 を用いた場合を例に
して説明する。
膜が形成される理由は次のように考えられる。ここで
は、エッチングガスとしてＣＨＦ3 を用いた場合を例に
して説明する。
【００５０】ＣＨＦ3 はプラズマ放電により分解解離さ
れ、Ｃラジカル，ＣＦラジカル，ＣＦ2 ラジカル，ＣＦ
3 ラジカルが生成される。これらラジカルの被処理基体
表面への付着確率｛Ｐ（ＣＦx ）｜CFx =C, CF, CF2 ,
CF3 ｝の大小関係は、 Ｐ（Ｃ）＞Ｐ（ＣＦ）＞Ｐ（ＣＦ2 ）＞Ｐ（ＣＦ3 ） となる。
れ、Ｃラジカル，ＣＦラジカル，ＣＦ2 ラジカル，ＣＦ
3 ラジカルが生成される。これらラジカルの被処理基体
表面への付着確率｛Ｐ（ＣＦx ）｜CFx =C, CF, CF2 ,
CF3 ｝の大小関係は、 Ｐ（Ｃ）＞Ｐ（ＣＦ）＞Ｐ（ＣＦ2 ）＞Ｐ（ＣＦ3 ） となる。
【００５１】上記付着確率は、被処理基体温度に依存
し、一般に、高温ほど小さくなり、そして、その変化量
は付着確率が小さいほど大きい。このため、被処理基体
温度がある程度の高温になると、ＣＦ2 ラジカル，ＣＦ
3 ラジカルの付着確率が十分小さくなり、被処理基体表
面に吸着するラジカルは実質的にＣラジカル，ＣＦラジ
カルだけとなる。Ｃラジカル，ＣＦラジカルは不対電子
をそれぞれ４個，３個を持ち、他の粒子と結合し易い状
態になっている。
し、一般に、高温ほど小さくなり、そして、その変化量
は付着確率が小さいほど大きい。このため、被処理基体
温度がある程度の高温になると、ＣＦ2 ラジカル，ＣＦ
3 ラジカルの付着確率が十分小さくなり、被処理基体表
面に吸着するラジカルは実質的にＣラジカル，ＣＦラジ
カルだけとなる。Ｃラジカル，ＣＦラジカルは不対電子
をそれぞれ４個，３個を持ち、他の粒子と結合し易い状
態になっている。
【００５２】被処理基体温度が高い場合には、Ｓｉ3 Ｎ
4 膜の表面に大量のＣラジカル，ＣＦラジカルが吸着し
ているので、ＳｉとＦとが結合する確率より、ＳｉとＣ
とが結合（Ｓｉ−Ｃ結合）する確率のほうが高くなる。
このため、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面のＮとＣとが結合してＣ
Ｎが形成された後、Ｎが抜けたＳｉ3 Ｎ4 膜の表面のＳ
ｉがＣと優先的に結合するため、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面に
Ｓｉ−Ｃ結合を含む物質が形成される。
4 膜の表面に大量のＣラジカル，ＣＦラジカルが吸着し
ているので、ＳｉとＦとが結合する確率より、ＳｉとＣ
とが結合（Ｓｉ−Ｃ結合）する確率のほうが高くなる。
このため、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面のＮとＣとが結合してＣ
Ｎが形成された後、Ｎが抜けたＳｉ3 Ｎ4 膜の表面のＳ
ｉがＣと優先的に結合するため、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面に
Ｓｉ−Ｃ結合を含む物質が形成される。
【００５３】また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面に吸着したＦ，
Ｃは、Ｓｉ3 Ｎ4 ＋６Ｆ＋４Ｃ→３ＳｉＦ2 ＋４ＣＮと
いう反応により、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面から離脱するの
で、Ｆに対するＣの比（Ｃ／Ｆ）が２／３以上にＣが過
剰な場合には、Ｓｉ3 Ｎ4 膜に吸着したＣの全てはＣＮ
という形でＳｉ3 Ｎ4 膜の表面から離脱できず、Ｓｉ3
Ｎ4 膜の表面にＣが残り、この残ったＣがＳｉ3 Ｎ4 膜
の表面のＳｉと結合してＳｉ−Ｃ結合が形成され、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜の表面にＳｉ−Ｃ結合を含む物質が形成され
る。
Ｃは、Ｓｉ3 Ｎ4 ＋６Ｆ＋４Ｃ→３ＳｉＦ2 ＋４ＣＮと
いう反応により、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面から離脱するの
で、Ｆに対するＣの比（Ｃ／Ｆ）が２／３以上にＣが過
剰な場合には、Ｓｉ3 Ｎ4 膜に吸着したＣの全てはＣＮ
という形でＳｉ3 Ｎ4 膜の表面から離脱できず、Ｓｉ3
Ｎ4 膜の表面にＣが残り、この残ったＣがＳｉ3 Ｎ4 膜
の表面のＳｉと結合してＳｉ−Ｃ結合が形成され、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜の表面にＳｉ−Ｃ結合を含む物質が形成され
る。
【００５４】このＳｉ−Ｃ結合を含む層自身でもエッチ
ング保護膜として機能するが、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面にＳ
ｉ−Ｃ結合を含む層が形成されると、この上により強度
のエッチング保護膜として機能するＣＦx （０≦ｘ≦
３）の重合膜が形成され、ＳｉＯ2 膜のＳｉ3 Ｎ4 膜に
対する選択エッチングが可能となる。
ング保護膜として機能するが、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面にＳ
ｉ−Ｃ結合を含む層が形成されると、この上により強度
のエッチング保護膜として機能するＣＦx （０≦ｘ≦
３）の重合膜が形成され、ＳｉＯ2 膜のＳｉ3 Ｎ4 膜に
対する選択エッチングが可能となる。
【００５５】次に図５を用いてＳｉＯ2 膜及びＳｉ3 Ｎ
4 膜のエッチング速度の圧力度依存性について説明す
る。これは図２のドライエッチング装置を用い、ＣＨＦ
3 ガス流量を２５ＳＣＣＭ，ＣＯガス流量を７５ＳＣＣ
Ｍ，ＲＦ電力を８００Ｗ，被処理基体温度を７０℃に設
定して得られたものである。
4 膜のエッチング速度の圧力度依存性について説明す
る。これは図２のドライエッチング装置を用い、ＣＨＦ
3 ガス流量を２５ＳＣＣＭ，ＣＯガス流量を７５ＳＣＣ
Ｍ，ＲＦ電力を８００Ｗ，被処理基体温度を７０℃に設
定して得られたものである。
【００５６】図５からＳｉ3 Ｎ4 膜にエッチング速度
は、ＳｉＯ2 膜に比べ圧力の変化に対して大きく変化
し、例えば、圧力８０ｍＴｏｒｒの場合、圧力２０ｍＴ
ｏｒｒのそれの１／１０以下と大幅に低下していること
が分かる。また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度は、圧
力４０ｍＴｏｒｒ以上になると、ＳｉＯ2 膜のエッチン
グ速度より小さくなることも分かる。
は、ＳｉＯ2 膜に比べ圧力の変化に対して大きく変化
し、例えば、圧力８０ｍＴｏｒｒの場合、圧力２０ｍＴ
ｏｒｒのそれの１／１０以下と大幅に低下していること
が分かる。また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度は、圧
力４０ｍＴｏｒｒ以上になると、ＳｉＯ2 膜のエッチン
グ速度より小さくなることも分かる。
【００５７】本発明者等は、圧力がある程度高くなる
と、Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度がＳｉＯ2 膜のエッ
チング速度より小さくなる原因を明らかにするために、
圧力１００ｍＴｏｒｒの場合について、Ｘ線光電子分光
法を用いてエッチング途中のＳｉ3 Ｎ4 膜の表面を調べ
てみたところ、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面にフロロカーボン重
合膜が形成されていることが分かった。
と、Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度がＳｉＯ2 膜のエッ
チング速度より小さくなる原因を明らかにするために、
圧力１００ｍＴｏｒｒの場合について、Ｘ線光電子分光
法を用いてエッチング途中のＳｉ3 Ｎ4 膜の表面を調べ
てみたところ、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面にフロロカーボン重
合膜が形成されていることが分かった。
【００５８】これは圧力がある程度高くなると、Ｓｉ3
Ｎ4 膜のエッチング保護マスクとして機能するのに十分
な厚さのフロロカーボン重合膜が、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面
に形成されることを意味している。
Ｎ4 膜のエッチング保護マスクとして機能するのに十分
な厚さのフロロカーボン重合膜が、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面
に形成されることを意味している。
【００５９】Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面にフロロカーボン重合
膜が形成される理由は次のように考えられる。
膜が形成される理由は次のように考えられる。
【００６０】圧力が高くなると、プラズマ中の粒子数が
増大し、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面に吸着するＣＦx ラジカル
（０≦ｘ≦３）の数が多くなる。また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の
表面に吸着したＣとＳｉ3 Ｎ4 膜の表面のＮとが反応し
て蒸気圧が高いＣＮが形成されるため、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の
表面に吸着したＣが除去される。
増大し、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面に吸着するＣＦx ラジカル
（０≦ｘ≦３）の数が多くなる。また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の
表面に吸着したＣとＳｉ3 Ｎ4 膜の表面のＮとが反応し
て蒸気圧が高いＣＮが形成されるため、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の
表面に吸着したＣが除去される。
【００６１】しかし、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面には大量のＣ
Ｆx ラジカルが吸着しているため、全てのＣＦx ラジカ
ルのＣをＣＮとして除去することができず、このＣはＮ
との結合が切れたＳｉの結合手に結合する。更に、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜の表面にはＣＦx ラジカルが残る。また、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜の表面では、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面のＳｉとＳｉ
3 Ｎ4 膜の表面に吸着したＣＦx ラジカルのＦとが反応
して蒸気圧の高いＳｉＦ4 が形成され、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の
表面のＳｉが除去される。
Ｆx ラジカルが吸着しているため、全てのＣＦx ラジカ
ルのＣをＣＮとして除去することができず、このＣはＮ
との結合が切れたＳｉの結合手に結合する。更に、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜の表面にはＣＦx ラジカルが残る。また、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜の表面では、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面のＳｉとＳｉ
3 Ｎ4 膜の表面に吸着したＣＦx ラジカルのＦとが反応
して蒸気圧の高いＳｉＦ4 が形成され、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の
表面のＳｉが除去される。
【００６２】この結果、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面にエッチン
グ保護膜として機能するＳｉ−Ｃ結合を含む層が形成さ
れ、そして、このＳｉ−Ｃ結合を含む層上により強度の
エッチング保護マスクとして機能するＣＦx （０≦ｘ≦
３）の重合膜が形成され、ＳｉＯ2 膜の選択エッチング
が可能となる。
グ保護膜として機能するＳｉ−Ｃ結合を含む層が形成さ
れ、そして、このＳｉ−Ｃ結合を含む層上により強度の
エッチング保護マスクとして機能するＣＦx （０≦ｘ≦
３）の重合膜が形成され、ＳｉＯ2 膜の選択エッチング
が可能となる。
【００６３】次に図６を用いてＳｉＯ2 膜及びＳｉ3 Ｎ
4 膜のエッチング速度のＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋ＣＯ）流量
比依存性について説明する。これは図２のドライエッチ
ング装置を用いガス総流量を１００ＳＣＣＭ，圧力を４
０ｍＴｏｒｒ，ＲＦ電力を８００Ｗ，被処理基体温度を
７０℃に設定して得られたものである。
4 膜のエッチング速度のＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋ＣＯ）流量
比依存性について説明する。これは図２のドライエッチ
ング装置を用いガス総流量を１００ＳＣＣＭ，圧力を４
０ｍＴｏｒｒ，ＲＦ電力を８００Ｗ，被処理基体温度を
７０℃に設定して得られたものである。
【００６４】図６からＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度
は、ＳｉＯ2 膜のエッチング速度に比べ、ＣＯ／（ＣＨ
Ｆ3 ＋ＣＯ）流量比の変化に対して大きく変化し、例え
ば、ＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋ＣＯ）流量比が７５％の場合の
Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度は、ＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋
ＣＯ）流量比が０％の場合のそれの１／３以下と大幅に
低下していることが分かる。また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッ
チング速度は、ＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋ＣＯ）流量比が４０
％以上になると、ＳｉＯ2 膜のエッチング速度より小さ
くなることも分かる。
は、ＳｉＯ2 膜のエッチング速度に比べ、ＣＯ／（ＣＨ
Ｆ3 ＋ＣＯ）流量比の変化に対して大きく変化し、例え
ば、ＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋ＣＯ）流量比が７５％の場合の
Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度は、ＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋
ＣＯ）流量比が０％の場合のそれの１／３以下と大幅に
低下していることが分かる。また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッ
チング速度は、ＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋ＣＯ）流量比が４０
％以上になると、ＳｉＯ2 膜のエッチング速度より小さ
くなることも分かる。
【００６５】ＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋ＣＯ）流量比が７５％
の場合について、エッチング途中のＳｉ3 Ｎ4 膜の表面
をＸ線光電子分光法を用いて調べてみたところ、Ｓｉ3
Ｎ4膜の表面にフロロカーボン重合膜が形成されている
ことが確認された。
の場合について、エッチング途中のＳｉ3 Ｎ4 膜の表面
をＸ線光電子分光法を用いて調べてみたところ、Ｓｉ3
Ｎ4膜の表面にフロロカーボン重合膜が形成されている
ことが確認された。
【００６６】即ち、ＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋ＣＯ）流量比が
ある程度大きくなると、Ｓｉ3 Ｎ4膜のエッチング保護
マスクとして機能するのに十分な厚さのフロロカーボン
重合膜が、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面に形成されることが分か
った。
ある程度大きくなると、Ｓｉ3 Ｎ4膜のエッチング保護
マスクとして機能するのに十分な厚さのフロロカーボン
重合膜が、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面に形成されることが分か
った。
【００６７】次に図７を用いてフォトレジストパターン
がＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチングに与える影響について説明
する。
がＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチングに与える影響について説明
する。
【００６８】図７は、Ｓｉ3 Ｎ4 膜上にフォトレジスト
パターンがある場合及び無い場合についてのエッチング
時間とエッチング深さとの関係を示す特性図である。こ
れは図２のドライエッチング装置を用い、ＣＨＦ3 の流
量を２５ＳＣＣＭ，ＣＯの流量を７０ＳＣＣＭ，圧力を
４０ｍＴｏｒｒ，ＲＦ電力を８００Ｗ，被処理基体温度
を７０℃に設定して得られたものである。
パターンがある場合及び無い場合についてのエッチング
時間とエッチング深さとの関係を示す特性図である。こ
れは図２のドライエッチング装置を用い、ＣＨＦ3 の流
量を２５ＳＣＣＭ，ＣＯの流量を７０ＳＣＣＭ，圧力を
４０ｍＴｏｒｒ，ＲＦ電力を８００Ｗ，被処理基体温度
を７０℃に設定して得られたものである。
【００６９】図７からフォトレジストパターンがない場
合には、Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッチング深さはエッチング時
間に対して直線的に変化することが分かる。
合には、Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッチング深さはエッチング時
間に対して直線的に変化することが分かる。
【００７０】一方、フォトレジストパターンがある場合
には、エッチング開始直後（１０秒程度）のエッチング
速度はフォトレジストパターンがない場合と同じある
が、それ以降いったんエッチング速度が大幅に低下し、
そして、その低いエッチング速度で一定となる。
には、エッチング開始直後（１０秒程度）のエッチング
速度はフォトレジストパターンがない場合と同じある
が、それ以降いったんエッチング速度が大幅に低下し、
そして、その低いエッチング速度で一定となる。
【００７１】フォトレジストパターンがある場合にエッ
チング速度が低下するのは次のように考えられる。
チング速度が低下するのは次のように考えられる。
【００７２】ＳｉＯ2 膜上にフォトレジストパターンが
形成されたＳｉＯ2 膜のエッチングでは、フォトレジス
トパターンの表面にフロロカーボン重合膜が形成される
ため、エッチング時のイオン衝撃によりフォトレジスト
パターンの表面のフロロカーボン重合膜がスパッタされ
る。このため、Ｃの重合膜がプラズマ中に放出され、こ
の放出されたＣの重合膜もプラズマ中で形成されるもの
と同様にＳｉ3 Ｎ4 膜上に吸着し、ＣＦx （０≦ｘ≦
３）の重合膜の形成に寄与するのでより選択比の高いＳ
ｉＯ2 膜の選択エッチングが可能となる。
形成されたＳｉＯ2 膜のエッチングでは、フォトレジス
トパターンの表面にフロロカーボン重合膜が形成される
ため、エッチング時のイオン衝撃によりフォトレジスト
パターンの表面のフロロカーボン重合膜がスパッタされ
る。このため、Ｃの重合膜がプラズマ中に放出され、こ
の放出されたＣの重合膜もプラズマ中で形成されるもの
と同様にＳｉ3 Ｎ4 膜上に吸着し、ＣＦx （０≦ｘ≦
３）の重合膜の形成に寄与するのでより選択比の高いＳ
ｉＯ2 膜の選択エッチングが可能となる。
【００７３】ここで、フォトレジストパターンの表面に
形成されたフロロカーボン重合膜がイオン衝撃によりス
パッタされるまでにある程度時間を要するので、エッチ
ング開始直後のＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度は、Ｓｉ
Ｏ2 膜上にフォトレジストパターンを形成しない場合の
それと同じになる。
形成されたフロロカーボン重合膜がイオン衝撃によりス
パッタされるまでにある程度時間を要するので、エッチ
ング開始直後のＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度は、Ｓｉ
Ｏ2 膜上にフォトレジストパターンを形成しない場合の
それと同じになる。
【００７４】図８は、レジストパターンを設けた場合の
Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッチング深さの温度並びに圧力依存性
を示す図である。これは図２のドライエッチング装置を
用い、ＣＨＦ3 の流量を２５ＣＣＭ，ＣＯの流量を７５
ＳＣＣＭ，ＲＦ電力を８００Ｗに設定して得られたもの
である。
Ｓｉ3 Ｎ4 膜のエッチング深さの温度並びに圧力依存性
を示す図である。これは図２のドライエッチング装置を
用い、ＣＨＦ3 の流量を２５ＣＣＭ，ＣＯの流量を７５
ＳＣＣＭ，ＲＦ電力を８００Ｗに設定して得られたもの
である。
【００７５】この図から温度に拘らず圧力が高いほどエ
ッチング深さが小さくなり、また、温度が高いほど圧力
の変化に対してエッチング深さが大きく減少し、そし
て、同じ圧力で比べた場合、温度が高いほどエッチング
深さが小さいことが分かる。
ッチング深さが小さくなり、また、温度が高いほど圧力
の変化に対してエッチング深さが大きく減少し、そし
て、同じ圧力で比べた場合、温度が高いほどエッチング
深さが小さいことが分かる。
【００７６】また、温度が２０℃の場合、圧力が１００
ｍＴｏｒｒで８０ｎｍエッチングされ、そして、温度が
９０℃以上，圧力が６０ｍＴｏｒｒ以上の場合、エッチ
ング深さが２０ｎｍ未満となり、この場合、ＳｉＯ2 膜
に対するＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチング選択比が１０以上に
なる。
ｍＴｏｒｒで８０ｎｍエッチングされ、そして、温度が
９０℃以上，圧力が６０ｍＴｏｒｒ以上の場合、エッチ
ング深さが２０ｎｍ未満となり、この場合、ＳｉＯ2 膜
に対するＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチング選択比が１０以上に
なる。
【００７７】以上述べてきたように、被処理基体温度，
圧力，エッチングガス流量比等を適切な値に設定すれ
ば、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面にフロロカーボン重合膜が形成
され、従来より無理だと考えられていたＣＨＦ3 等の弗
化炭素を用いＲＩＥによるＳｉＯ2 膜の選択エッチング
が可能となる。
圧力，エッチングガス流量比等を適切な値に設定すれ
ば、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面にフロロカーボン重合膜が形成
され、従来より無理だと考えられていたＣＨＦ3 等の弗
化炭素を用いＲＩＥによるＳｉＯ2 膜の選択エッチング
が可能となる。
【００７８】なお、本実施例では、温度１００℃，圧力
６０ｍＴｏｒｒ，ＣＯ／（ＣＨＦ3＋ＣＯ）流量比７５
％のエッチング条件で、ＢＰＳＧ膜６のエッチングを行
なったが、温度が９０℃以上、且つ圧力が４０ｍＴｏｒ
ｒ乃至１００ｍＴｏｒｒ、且つＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋Ｃ
Ｏ）流量比が４０ｍＴｏｒｒ乃至８０％より好ましくは
５０％乃至８０％のエッチング条件であれば、２０近い
エッチング選択比が取れることが分かった。
６０ｍＴｏｒｒ，ＣＯ／（ＣＨＦ3＋ＣＯ）流量比７５
％のエッチング条件で、ＢＰＳＧ膜６のエッチングを行
なったが、温度が９０℃以上、且つ圧力が４０ｍＴｏｒ
ｒ乃至１００ｍＴｏｒｒ、且つＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋Ｃ
Ｏ）流量比が４０ｍＴｏｒｒ乃至８０％より好ましくは
５０％乃至８０％のエッチング条件であれば、２０近い
エッチング選択比が取れることが分かった。
【００７９】図９は、本発明の他の実施例に係るＳｉＯ
2 膜の選択エッチング方法を示す工程断面図である。
2 膜の選択エッチング方法を示す工程断面図である。
【００８０】まず、図９（ａ）に示すように、Ｓｉ基板
１１上にＳｉ3 Ｎ4 膜１２をＣＶＤ法を用いて堆積する
次に図９（ｂ）に示すように、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１２の表面
にＣ１３をイオン注入する。
１１上にＳｉ3 Ｎ4 膜１２をＣＶＤ法を用いて堆積する
次に図９（ｂ）に示すように、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１２の表面
にＣ１３をイオン注入する。
【００８１】次に図９（ｃ）に示すように、Ｓｉ3 Ｎ4
膜１２上にＢＰＳＧ膜１４（酸化膜）をＣＶＤ法を用い
て堆積する。
膜１２上にＢＰＳＧ膜１４（酸化膜）をＣＶＤ法を用い
て堆積する。
【００８２】次に図９（ｄ）に示すように、ＢＰＳＧ膜
１４上にレジストパターン１５を光露光法用を用いて形
成する。
１４上にレジストパターン１５を光露光法用を用いて形
成する。
【００８３】最後に、図９（ｅ）に示すように、レジス
トパターン１５をマスクとしてＢＰＳＧ膜１４をエッチ
ングする。このエッチングは、図２のドライエッチング
装置を用い、ＣＨＦ3 の流量を１００ＳＣＣＭ，圧力を
４０ｍＴｏｒｒ，温度を７０℃、ＲＦ電力を８００Ｗに
設定して行なう。
トパターン１５をマスクとしてＢＰＳＧ膜１４をエッチ
ングする。このエッチングは、図２のドライエッチング
装置を用い、ＣＨＦ3 の流量を１００ＳＣＣＭ，圧力を
４０ｍＴｏｒｒ，温度を７０℃、ＲＦ電力を８００Ｗに
設定して行なう。
【００８４】上記エッチング条件では、前述した結果よ
り、ＢＰＳＧ膜１４に対するＳｉ3Ｎ4 膜１２のエッチ
ング選択比は２と小さいものとなるはずであるが、実際
のエッチング選択比は１５と非常に大きかった。
り、ＢＰＳＧ膜１４に対するＳｉ3Ｎ4 膜１２のエッチ
ング選択比は２と小さいものとなるはずであるが、実際
のエッチング選択比は１５と非常に大きかった。
【００８５】これはＳｉ3 Ｎ4 膜１２の表面にＣがイオ
ン注入されているので、実効的にＳｉ3 Ｎ4 膜の表面に
大量のＣが吸着した状態と同じなり、この結果、Ｓｉ−
Ｃ結合が形成され、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１２の表面にエッチン
グ保護膜として十分な厚さのフロロカーボン重合膜１２
が形成されるからである。
ン注入されているので、実効的にＳｉ3 Ｎ4 膜の表面に
大量のＣが吸着した状態と同じなり、この結果、Ｓｉ−
Ｃ結合が形成され、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１２の表面にエッチン
グ保護膜として十分な厚さのフロロカーボン重合膜１２
が形成されるからである。
【００８６】このような効果はＢＰＳＧ膜の代わりに、
ＳｉＯ2 膜を用いた場合も同様の効果が得られるのを確
認できた。
ＳｉＯ2 膜を用いた場合も同様の効果が得られるのを確
認できた。
【００８７】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例では、シリコン窒
化膜としてＳｉ3 Ｎ4 膜を用いた場合について説明した
が、本発明は他の組成のシリコン窒化膜にも適用でき、
更に、酸素等の他の元素を含んだシリコン窒化膜にも適
用できる。また、酸化膜としてＳｉＯ2 膜やＢＰＳＧ膜
を用いた場合について説明したが、タンタルやアルミニ
ウムの酸化膜等の他の酸化膜に対しても本発明は有効で
ある。また、上述したマグネトロンタイプのドライエッ
チング装置以外のものを用いてもよい。
るものではない。例えば、上記実施例では、シリコン窒
化膜としてＳｉ3 Ｎ4 膜を用いた場合について説明した
が、本発明は他の組成のシリコン窒化膜にも適用でき、
更に、酸素等の他の元素を含んだシリコン窒化膜にも適
用できる。また、酸化膜としてＳｉＯ2 膜やＢＰＳＧ膜
を用いた場合について説明したが、タンタルやアルミニ
ウムの酸化膜等の他の酸化膜に対しても本発明は有効で
ある。また、上述したマグネトロンタイプのドライエッ
チング装置以外のものを用いてもよい。
【００８８】更に、マスクを設けずに全面エッチングを
行なっても酸化膜のシリコン窒化膜に対する選択エッチ
ングが可能である。例えば、下地のシリコン窒化膜上に
アルミニウム等の配線を設け、この上にシリコン酸化膜
を形成した後、全面異方エッチングして配線側壁にシリ
コン酸化膜を残置させる方法も可能である。
行なっても酸化膜のシリコン窒化膜に対する選択エッチ
ングが可能である。例えば、下地のシリコン窒化膜上に
アルミニウム等の配線を設け、この上にシリコン酸化膜
を形成した後、全面異方エッチングして配線側壁にシリ
コン酸化膜を残置させる方法も可能である。
【００８９】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。
で、種々変形して実施できる。
【００９０】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、シ
リコン窒化膜上にエッチング保護膜を形成でき、もっ
て、シリコン酸化膜の選択エッチングが可能となる。
リコン窒化膜上にエッチング保護膜を形成でき、もっ
て、シリコン酸化膜の選択エッチングが可能となる。
【図１】本発明の一実施例に係るゲート電極部のコンタ
クトホールの形成方法を示す工程断面図。
クトホールの形成方法を示す工程断面図。
【図２】本発明の一実施例に係るドライエッチング装置
の概略構成を示す模式図。
の概略構成を示す模式図。
【図３】ＳｉＯ2 膜及びＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度
の温度依存性を示す特性図。
の温度依存性を示す特性図。
【図４】Ｓｉ3 Ｎ4 膜の表面のＸＰＳスペクトルを示す
図。
図。
【図５】ＳｉＯ2 膜及びＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度
の圧力度依存性を示す特性図。
の圧力度依存性を示す特性図。
【図６】ＳｉＯ2 膜及びＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチング速度
のＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋ＣＯ）流量比依存性を示す特性
図。
のＣＯ／（ＣＨＦ3 ＋ＣＯ）流量比依存性を示す特性
図。
【図７】フォトレジストパターンの有無の違いによるＳ
ｉ3 Ｎ4 膜のエッチング特性の違いを示す図。
ｉ3 Ｎ4 膜のエッチング特性の違いを示す図。
【図８】エッチング深さと温度と圧力との関係を示す
図。
図。
【図９】本発明の他の実施例に係るドライエッチング方
法を示す工程断面図。
法を示す工程断面図。
１…Ｓｉ基板 ２…ＳｉＯ2 膜 ３…ポリシリコン膜 ４，５…Ｓｉ3 Ｎ4 膜（シリコン窒化膜） ６…ＢＰＳＧ膜（酸化膜） ７…フォトレジストパターン ８…コンタクトホール １１…Ｓｉ基板 １２…Ｓｉ3 Ｎ4 膜（シリコン窒化膜） １３…Ｃイオン １４…ＢＰＳＧ膜（酸化膜） １５…フォトレジストパターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−211120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−169151（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−10628（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−86482（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−258117（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/336
Claims (5)
- 【請求項１】半導体基板上のシリコン窒化膜上に酸化膜
を形成する工程と、 前記シリコン窒化膜に対して前記酸化膜を選択的にエッ
チングする工程であって、弗素と炭素とを含むエッチン
グガスをプラズマ状態にし、前記半導体基板の温度を９
０℃以上に設定した状態で、前記エッチングガスのプラ
ズマにより前記酸化膜をエッチングすると共に、このエ
ッチングの最中に露出する前記シリコン窒化膜の表面の
窒素と前記シリコン窒化膜の表面に吸着した前記炭素と
を置き換えて、前記シリコン窒化膜の表面にＳｉ−Ｃ結
合を含む物質を形成する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２】シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成
する工程と、 弗素と炭素とを含むエッチングガスをプラズマ状態に
し、前記エッチングガスのプラズマにより前記シリコン
酸化膜をエッチングする際に、前記半導体基板の温度を
９０℃以上に設定した状態で、前記エッチング中に露出
する前記シリコン窒化膜の表面に吸着する炭素及び弗素
に対してこの炭素の個数に対するこの弗素の個数の比が
３／２未満、又は前記エッチング中に露出する前記シリ
コン窒化膜の表面に吸着する炭素の個数が前記シリコン
窒化膜の表面の窒素の個数以上となる条件で、前記シリ
コン酸化膜を前記シリコン窒化膜に対して選択的にエッ
チングする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】半導体基板上のシリコン窒化膜上に酸化膜
を形成する工程と、 前記シリコン窒化膜に対して前記酸化膜を選択的にエッ
チングする工程であって、弗素と炭素とを含むエッチン
グガスをプラズマ状態にし、前記半導体基板の温度を９
０℃以上に設定した状態で、前記エッチングガスのプラ
ズマにより前記酸化膜をエッチングすると共に、このエ
ッチングの最中に露出する前記シリコン窒化膜の表面の
窒素と前記シリコン窒化膜の表面に吸着した前記炭素と
を置き換えて、前記シリコン窒化膜の表面にカーボン組
成比が５０％以上のフロロカーボン膜を形成する工程と
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４】シリコン窒化膜上に酸化膜を形成する工程
と、 ＣＨＦ3 ガスとＣＯガスとを含むエッチングガスをプラ
ズマ状態にすると共に、温度が９０℃以上、且つ圧力が
４０ｍＴｏｒｒ乃至１００ｍＴｏｒｒ、且つ前記ＣＨＦ
3 ガスと前記ＣＯガスとの混合ガスの流量に対する前記
ＣＯガスの流量の比が４０％乃至８０％の条件で、前記
混合ガスのプラズマにより前記シリコン酸化膜を前記シ
リコン窒化膜に対して選択的にエッチングする工程とを
有することを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項５】半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、 前記ゲート絶縁膜上に一定の距離をおいて隔てられた第
１及び第２のゲート電極を形成する工程と、 前記第１及び第２のゲート電極の側面及び上面の上、な
らびに前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極と
の間の前記ゲート絶縁膜の上に、シリコン窒化膜を形成
する工程と、 前記第１のゲート電極、前記第２のゲート電極及び前記
ゲート絶縁膜を含む領域上に、表面が前記第１及び第２
のゲート電極上の前記シリコン窒化膜の表面よりも高い
酸化膜を形成する工程と、 開孔径が前記一定の距離も大きい開口部を有するマスク
を前記酸化膜上に形成する工程であって、前記開口部が
前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極との間の
前記半導体基板の表面に対するコンタクトホールとなる
領域を含む領域上に存在するマスクを形成する工程と、 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のドライエ
ッチング方法を用いて、前記マスクの前記開孔部下の前
記酸化膜を選択的に除去する工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27892192A JP3160389B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27892192A JP3160389B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06132252A JPH06132252A (ja) | 1994-05-13 |
| JP3160389B2 true JP3160389B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=17603944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27892192A Expired - Lifetime JP3160389B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3160389B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5549786A (en) * | 1995-08-29 | 1996-08-27 | Advanced Micro Devices, Inc. | Highly selective, highly uniform plasma etch process for spin-on glass |
| KR100458085B1 (ko) * | 1997-06-30 | 2005-02-23 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체장치제조방법 |
| JP2991192B1 (ja) | 1998-07-23 | 1999-12-20 | 日本電気株式会社 | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 |
| JP3241020B2 (ja) | 1999-03-26 | 2001-12-25 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-10-16 JP JP27892192A patent/JP3160389B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06132252A (ja) | 1994-05-13 |
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