JP3164789B2 - 高融点金属膜のドライエッチング方法 - Google Patents
高融点金属膜のドライエッチング方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路に
おける高融点金属配線等を形成するためのドライエッチ
ング方法、特に、フッ化炭化水素ガスを反応性ガスに添
加することによって、高選択比、高エッチングレート及
び形状コントロール性を同時に向上させることができる
ドライエッチング方法に関するものである。
おける高融点金属配線等を形成するためのドライエッチ
ング方法、特に、フッ化炭化水素ガスを反応性ガスに添
加することによって、高選択比、高エッチングレート及
び形状コントロール性を同時に向上させることができる
ドライエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路に用いられる金属膜とし
ては、Ａｌ，Ａｌ合金膜のほかに、Ｗ，Ｍｏ等も使用さ
れており、半導体集積回路の高集積化、高性能化が進む
につれ、これらの微細加工に対する要求は増大してい
る。プラズマエッチングは、ウエットエッチングに比べ
て微細加工性、制御性に優れているほか、工程簡略化、
自動化も容易であり、公害への影響も少ないことから、
半導体集積回路の製造に広く用いられている。また、反
応性ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
では、反応性ガスに高周波電界を印加し、発生したラジ
カル又はイオンが被エッチング物と反応して揮発性物質
を生成することにより進行するため、蒸気圧の高い種々
の反応性ガスが使用されている。
ては、Ａｌ，Ａｌ合金膜のほかに、Ｗ，Ｍｏ等も使用さ
れており、半導体集積回路の高集積化、高性能化が進む
につれ、これらの微細加工に対する要求は増大してい
る。プラズマエッチングは、ウエットエッチングに比べ
て微細加工性、制御性に優れているほか、工程簡略化、
自動化も容易であり、公害への影響も少ないことから、
半導体集積回路の製造に広く用いられている。また、反
応性ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
では、反応性ガスに高周波電界を印加し、発生したラジ
カル又はイオンが被エッチング物と反応して揮発性物質
を生成することにより進行するため、蒸気圧の高い種々
の反応性ガスが使用されている。
【０００３】配線用の高融点金属膜例えばタングステン
膜におけるドライエッチングでは、例えばＳＦ6を主成
分とする反応性ガスが使用されており、エッチングレー
トの増大、選択比の向上、形状劣化防止などのために、
添加ガスとしてＣｌ2、Ｎ2等のガスが反応性ガスに添加
されている。また、側壁保護膜を用いずに異方性エッチ
ング、高エッチングレート、高選択性を同時に満足する
ことを目的として、試料である被処理基体を例えば−５
０℃〜−１０℃程度に冷却し、側壁でのラジカル反応が
凍結するまで試料温度を下げる低温エッチングが行われ
ている。
膜におけるドライエッチングでは、例えばＳＦ6を主成
分とする反応性ガスが使用されており、エッチングレー
トの増大、選択比の向上、形状劣化防止などのために、
添加ガスとしてＣｌ2、Ｎ2等のガスが反応性ガスに添加
されている。また、側壁保護膜を用いずに異方性エッチ
ング、高エッチングレート、高選択性を同時に満足する
ことを目的として、試料である被処理基体を例えば−５
０℃〜−１０℃程度に冷却し、側壁でのラジカル反応が
凍結するまで試料温度を下げる低温エッチングが行われ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、高融点金属
であるタングステンをエッチングする場合、前述したガ
ス系のみでは、ホトレジストに対する選択比及びタング
ステンに対するエッチングレートが低く、形状（ＣＤ、
Critical Dimension）のコントロールも十分に行えない
ということが問題となっていた。また、低温エッチング
は高異方性エッチングの実現には有効であるが、試料温
度制御のために特別な設備を必要とすることが実用上の
短所であった。また、試料の冷却や昇温に時間を要し、
スループットの低下を招くことがあり、装置自体の制御
性やメンテナンス性も悪いという問題点もあった。
であるタングステンをエッチングする場合、前述したガ
ス系のみでは、ホトレジストに対する選択比及びタング
ステンに対するエッチングレートが低く、形状（ＣＤ、
Critical Dimension）のコントロールも十分に行えない
ということが問題となっていた。また、低温エッチング
は高異方性エッチングの実現には有効であるが、試料温
度制御のために特別な設備を必要とすることが実用上の
短所であった。また、試料の冷却や昇温に時間を要し、
スループットの低下を招くことがあり、装置自体の制御
性やメンテナンス性も悪いという問題点もあった。
【０００５】そこで本発明は、フッ化炭化水素ガスを反
応性ガスに添加することによって、高選択比、高エッチ
ングレート及び形状コントロール性を同時に向上させる
ことができる高融点金属膜のドライエッチング方法を得
ることを目的とする。
応性ガスに添加することによって、高選択比、高エッチ
ングレート及び形状コントロール性を同時に向上させる
ことができる高融点金属膜のドライエッチング方法を得
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
高融点金属膜のドライエッチング方法は、反応容器内に
設置されたサセプタに高融点金属膜が形成された被処理
基体を配置し、反応容器内を所定の圧力に減圧し、反応
容器内に反応性ガスを供給すると共に、反応容器内にプ
ラズマを形成して、高融点金属膜をエッチングするプラ
ズマエッチング方法であって、反応性ガスは、ＳＦ6ガ
ス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化水素ガスからなり、Ｎ2ガス
５％〜１５％、フッ化炭化水素ガス２０％〜４０％及び
残部ＳＦ6ガスであることを特徴とする。
高融点金属膜のドライエッチング方法は、反応容器内に
設置されたサセプタに高融点金属膜が形成された被処理
基体を配置し、反応容器内を所定の圧力に減圧し、反応
容器内に反応性ガスを供給すると共に、反応容器内にプ
ラズマを形成して、高融点金属膜をエッチングするプラ
ズマエッチング方法であって、反応性ガスは、ＳＦ6ガ
ス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化水素ガスからなり、Ｎ2ガス
５％〜１５％、フッ化炭化水素ガス２０％〜４０％及び
残部ＳＦ6ガスであることを特徴とする。
【０００７】
【０００８】請求項２に係る発明は、フッ化炭化水素ガ
スがＣＦ4であることを特徴とする。
スがＣＦ4であることを特徴とする。
【０００９】請求項３に係る発明は、フッ化炭化水素ガ
スがＣＨＦ3であることを特徴とする。
スがＣＨＦ3であることを特徴とする。
【００１０】請求項４に係る発明は、フッ化炭化水素ガ
スがＣＨ2Ｆ2であることを特徴とする。
スがＣＨ2Ｆ2であることを特徴とする。
【００１１】請求項５に係る発明は、フッ化炭化水素ガ
スがＣＨ3Ｆであることを特徴とする。
スがＣＨ3Ｆであることを特徴とする。
【００１２】請求項６に係る発明は、フッ化炭化水素ガ
スがＣ2Ｆ6であることを特徴とする。
スがＣ2Ｆ6であることを特徴とする。
【００１３】請求項７に係る発明は、高融点金属膜がタ
ングステン配線であることを特徴とする。
ングステン配線であることを特徴とする。
【００１４】この発明によれば、反応性ガスとしてＳＦ
6ガス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化水素ガスを選択し、所定
の混合割合に混合してドライエッチングを行うことによ
り、従来、両立が困難であった選択比及びエッチングレ
ートと、形状コントロール性とを同時に改善することが
できる。
6ガス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化水素ガスを選択し、所定
の混合割合に混合してドライエッチングを行うことによ
り、従来、両立が困難であった選択比及びエッチングレ
ートと、形状コントロール性とを同時に改善することが
できる。
【００１５】ＳＦ6ガスは、プラズマ中で生じるＦ+がタ
ングステンと反応してＷＦ6を形成し、エッチングが進
行していく。また、フッ化炭化水素ガスから生じるＦ+
もタングステンと反応するため、Ｆ+の供給源としての
役割を果たす。同時に、フッ化炭化水素ガスから生じる
Ｃがエッチングパターンの断面形状が高温において凹む
傾向にある側壁に堆積し、凹部の形成を回避する。な
お、フッ化炭化水素ガスの特性から、有機物系のレジス
トに対する選択比は高く、エッチングレートは高い。さ
らに、Ｎ2ガスは、エッチング自体には寄与しないが、
過剰なＣと反応して揮発性のＣＮになると考えられる。
従って、過剰なＣが断面形状の側壁に過剰に堆積するの
を防止する。
ングステンと反応してＷＦ6を形成し、エッチングが進
行していく。また、フッ化炭化水素ガスから生じるＦ+
もタングステンと反応するため、Ｆ+の供給源としての
役割を果たす。同時に、フッ化炭化水素ガスから生じる
Ｃがエッチングパターンの断面形状が高温において凹む
傾向にある側壁に堆積し、凹部の形成を回避する。な
お、フッ化炭化水素ガスの特性から、有機物系のレジス
トに対する選択比は高く、エッチングレートは高い。さ
らに、Ｎ2ガスは、エッチング自体には寄与しないが、
過剰なＣと反応して揮発性のＣＮになると考えられる。
従って、過剰なＣが断面形状の側壁に過剰に堆積するの
を防止する。
【００１６】このような関係から、ＳＦ6ガス、Ｎ2ガス
及びフッ化炭化水素ガスを所定の範囲に調節することに
よって、常温程度の高温下におけるエッチングであって
も、選択比及びエッチングレートと、形状コントロール
性とを同時に改善することができる。従って、サセプタ
の使用温度範囲を拡大することができると共に、サセプ
タの温度を低温に冷却してエッチングする必要性が少な
くなり、エッチング装置の制御性及びメンテナンス性を
向上させることができる。
及びフッ化炭化水素ガスを所定の範囲に調節することに
よって、常温程度の高温下におけるエッチングであって
も、選択比及びエッチングレートと、形状コントロール
性とを同時に改善することができる。従って、サセプタ
の使用温度範囲を拡大することができると共に、サセプ
タの温度を低温に冷却してエッチングする必要性が少な
くなり、エッチング装置の制御性及びメンテナンス性を
向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の一実施形態による高融点金属膜のドライエッチング方
法について説明する。図１は本発明の一実施形態を説明
するためのプラズマエッチング装置を示す概略断面図で
ある。図において、このプラズマエッチング装置１０
は、内部が減圧される反応容器（減圧容器）１２を備え
ている。反応容器１２は、アルミニウムにアルマイト処
理を施した材料等からなる円筒形の容器側壁１４と、そ
の上部に取り付けられた放電用部品である蓋体１６とか
ら構成されている。
の一実施形態による高融点金属膜のドライエッチング方
法について説明する。図１は本発明の一実施形態を説明
するためのプラズマエッチング装置を示す概略断面図で
ある。図において、このプラズマエッチング装置１０
は、内部が減圧される反応容器（減圧容器）１２を備え
ている。反応容器１２は、アルミニウムにアルマイト処
理を施した材料等からなる円筒形の容器側壁１４と、そ
の上部に取り付けられた放電用部品である蓋体１６とか
ら構成されている。
【００１８】反応容器１２の内部には、処理対象物であ
るシリコンウェハＷを載置するサセプタ１８が配置され
ている。このサセプタ１８の上面には、シリコンウェハ
Ｗを固定するための静電チャック２０が設けられてい
る。サセプタ１８は電極としても機能し、高周波バイア
ス電源２２を介して接地されている。従って、接地され
た容器側壁１４に対して例えば１３．５６ＭＨｚの高周
波バイアス電圧が印加されると、サセプタ１８がカソー
ドとして機能し容器側壁１４がアノードとして機能する
ようになっている。なお、サセプタ１８には、載置され
たシリコンウェハＷを冷却するための冷却装置（図示し
ない）が所望により設けられている。
るシリコンウェハＷを載置するサセプタ１８が配置され
ている。このサセプタ１８の上面には、シリコンウェハ
Ｗを固定するための静電チャック２０が設けられてい
る。サセプタ１８は電極としても機能し、高周波バイア
ス電源２２を介して接地されている。従って、接地され
た容器側壁１４に対して例えば１３．５６ＭＨｚの高周
波バイアス電圧が印加されると、サセプタ１８がカソー
ドとして機能し容器側壁１４がアノードとして機能する
ようになっている。なお、サセプタ１８には、載置され
たシリコンウェハＷを冷却するための冷却装置（図示し
ない）が所望により設けられている。
【００１９】また、反応容器１２には、後述するガス供
給源から供給されるエッチングガス（反応性ガス）を内
部に導入するためのガス供給口２４が設けられており、
更に、反応容器１２内部の排気を行うための真空ポンプ
（図示せず）に接続される排気口２６が設けられてい
る。
給源から供給されるエッチングガス（反応性ガス）を内
部に導入するためのガス供給口２４が設けられており、
更に、反応容器１２内部の排気を行うための真空ポンプ
（図示せず）に接続される排気口２６が設けられてい
る。
【００２０】反応容器１２の一部である蓋体１６は、誘
電体部材から構成されている。蓋体１６の外周には、コ
イルアンテナ２８が配設されており、コイルアンテナ２
８により蓋体１６を介して反応容器１２の内部に電磁界
が誘起されてプラズマが発生し、更にこのプラズマ中の
電子にエネルギーが供給されて、プラズマは高密度で維
持される。なお、コイルアンテナ２８には、整合器３０
を介して高周波電源３２が接続されている。さらに、蓋
体１６の外側にはシールド３４が設けられており、発生
する高周波が外部に漏洩するのを防止している。
電体部材から構成されている。蓋体１６の外周には、コ
イルアンテナ２８が配設されており、コイルアンテナ２
８により蓋体１６を介して反応容器１２の内部に電磁界
が誘起されてプラズマが発生し、更にこのプラズマ中の
電子にエネルギーが供給されて、プラズマは高密度で維
持される。なお、コイルアンテナ２８には、整合器３０
を介して高周波電源３２が接続されている。さらに、蓋
体１６の外側にはシールド３４が設けられており、発生
する高周波が外部に漏洩するのを防止している。
【００２１】ガス供給口２４には、配管３６を介してガ
ス混合室３８が接続されている。このガス混合室３８
は、反応性ガスを均一に混合する装置であり、ガス混合
室３８には、ＳＦ6ガス供給源４０、Ｎ2ガス供給源４２
及びフッ化炭化水素ガス供給源４４がそれぞれガス流量
調節バルブ４６，４８，５０を介して接続されている。
ガス流量調節バルブ４６，４８，５０は、バルブ制御手
段５１によりバルブの開閉が制御され各ガスの流量が調
節されるので、反応性ガスの混合割合を所定の値に設定
することが可能となる。
ス混合室３８が接続されている。このガス混合室３８
は、反応性ガスを均一に混合する装置であり、ガス混合
室３８には、ＳＦ6ガス供給源４０、Ｎ2ガス供給源４２
及びフッ化炭化水素ガス供給源４４がそれぞれガス流量
調節バルブ４６，４８，５０を介して接続されている。
ガス流量調節バルブ４６，４８，５０は、バルブ制御手
段５１によりバルブの開閉が制御され各ガスの流量が調
節されるので、反応性ガスの混合割合を所定の値に設定
することが可能となる。
【００２２】本発明では、反応性ガスとして、ＳＦ6ガ
ス供給源４０、Ｎ2ガス供給源４２及びフッ化炭化水素
ガス供給源４４からそれぞれ供給されるＳＦ6ガス、Ｎ2
ガス及びフッ化炭化水素ガスが使用される。フッ化炭化
水素ガスとしては、ＣＦ4，ＣＨＦ3，ＣＨ2Ｆ2，ＣＨ3
Ｆ，Ｃ2Ｆ6等が使用でき、これらのガスの１種又は２種
以上を混合して使用することができる。
ス供給源４０、Ｎ2ガス供給源４２及びフッ化炭化水素
ガス供給源４４からそれぞれ供給されるＳＦ6ガス、Ｎ2
ガス及びフッ化炭化水素ガスが使用される。フッ化炭化
水素ガスとしては、ＣＦ4，ＣＨＦ3，ＣＨ2Ｆ2，ＣＨ3
Ｆ，Ｃ2Ｆ6等が使用でき、これらのガスの１種又は２種
以上を混合して使用することができる。
【００２３】また、ＳＦ6ガス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化
水素ガスは、ＳＦ6ガスを主成分として、Ｎ2ガスを５％
〜１５％（容量％、以下同様）、フッ化炭化水素ガスを
２０％〜４０％、好適には３０％前後の割合で混合し、
全体で１００％とする。Ｎ2ガスは、過剰なＣと反応す
るので、エッチングパターンの断面形状を保つために添
加する。Ｎ2ガスが５％未満であると、エッチングパタ
ーンの断面形状に不具合が生じるので望ましくなく、１
５％を越えると、エッチングレートが低下し、フォトレ
ジストに対する選択比が低下するため望ましくない。
水素ガスは、ＳＦ6ガスを主成分として、Ｎ2ガスを５％
〜１５％（容量％、以下同様）、フッ化炭化水素ガスを
２０％〜４０％、好適には３０％前後の割合で混合し、
全体で１００％とする。Ｎ2ガスは、過剰なＣと反応す
るので、エッチングパターンの断面形状を保つために添
加する。Ｎ2ガスが５％未満であると、エッチングパタ
ーンの断面形状に不具合が生じるので望ましくなく、１
５％を越えると、エッチングレートが低下し、フォトレ
ジストに対する選択比が低下するため望ましくない。
【００２４】フッ化炭化水素ガスが２０％未満である
と、添加ガスとしての効果があまり得られず、４０％を
越えると、エッチングレート及び選択比が低下するため
望ましくない。高選択比と高エッチングレートとは、互
いに同様な条件下で達成されるが、これらと形状コント
ロール性とは相反した条件下で達成される。すなわち、
エッチングレート及び選択比を高めようとすると、エッ
チングパターンの断面形状が崩れてしまう。一方、断面
形状を直そうとすると、エッチングレート及び選択比を
犠牲にせざるを得なくなる。従って、これら３つの特性
を全て同時に良好にする添加ガスの混合割合を検討した
結果、前記のようなＳＦ6ガス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化
水素ガスの好適な混合割合を見出し、本発明を完成させ
たものである。
と、添加ガスとしての効果があまり得られず、４０％を
越えると、エッチングレート及び選択比が低下するため
望ましくない。高選択比と高エッチングレートとは、互
いに同様な条件下で達成されるが、これらと形状コント
ロール性とは相反した条件下で達成される。すなわち、
エッチングレート及び選択比を高めようとすると、エッ
チングパターンの断面形状が崩れてしまう。一方、断面
形状を直そうとすると、エッチングレート及び選択比を
犠牲にせざるを得なくなる。従って、これら３つの特性
を全て同時に良好にする添加ガスの混合割合を検討した
結果、前記のようなＳＦ6ガス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化
水素ガスの好適な混合割合を見出し、本発明を完成させ
たものである。
【００２５】このような構成のプラズマエッチング装置
において、反応容器１２内にシリコンウェハＷを静電チ
ャック２０によりサセプタ１８上に載置した後、反応容
器１２内を真空ポンプにより例えば１０ｍＴｏｒｒ程度
に減圧する。一方、ＳＦ6ガス供給源４０、Ｎ2ガス供給
源４２及びフッ化炭化水素ガス供給源４４から、ＳＦ6
ガス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化水素ガスをガス流量調節
バルブ４６，４８，５０によりそれぞれガス流量を調節
し、ガス混合室３８に導入する。ガス混合室３８で混合
された反応性ガスは、配管３６を介してガス供給口２４
から反応容器１２内に導入され、高周波バイアス電源２
２により容器側壁１４に対して例えば１３．５６ＭＨｚ
の高周波バイアス電圧が印加される。
において、反応容器１２内にシリコンウェハＷを静電チ
ャック２０によりサセプタ１８上に載置した後、反応容
器１２内を真空ポンプにより例えば１０ｍＴｏｒｒ程度
に減圧する。一方、ＳＦ6ガス供給源４０、Ｎ2ガス供給
源４２及びフッ化炭化水素ガス供給源４４から、ＳＦ6
ガス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化水素ガスをガス流量調節
バルブ４６，４８，５０によりそれぞれガス流量を調節
し、ガス混合室３８に導入する。ガス混合室３８で混合
された反応性ガスは、配管３６を介してガス供給口２４
から反応容器１２内に導入され、高周波バイアス電源２
２により容器側壁１４に対して例えば１３．５６ＭＨｚ
の高周波バイアス電圧が印加される。
【００２６】また、コイルアンテナ２８により蓋体１６
を介して反応容器１２の内部に電磁界が誘起されてプラ
ズマが発生し、更にこのプラズマ中の電子にエネルギー
が供給されて、プラズマは高密度で維持される。かかる
安定したプラズマの下、容器側壁１４とサセプタ１８と
の間に高周波バイアス電圧を印加すると、サセプタ１８
上のシリコンウェハＷのエッチング反応が安定的に行わ
れることとなる。この時、処理されるシリコンウェハＷ
の処理前と処理後における概略図をそれぞれ図２及び図
３に示す。
を介して反応容器１２の内部に電磁界が誘起されてプラ
ズマが発生し、更にこのプラズマ中の電子にエネルギー
が供給されて、プラズマは高密度で維持される。かかる
安定したプラズマの下、容器側壁１４とサセプタ１８と
の間に高周波バイアス電圧を印加すると、サセプタ１８
上のシリコンウェハＷのエッチング反応が安定的に行わ
れることとなる。この時、処理されるシリコンウェハＷ
の処理前と処理後における概略図をそれぞれ図２及び図
３に示す。
【００２７】これらの図において、シリコンウェハＷの
下地６０上にＳｉＯ2膜６２が形成されており、このＳ
ｉＯ2膜６２上にはＴｉＮ又はＴｉＮ／Ｔｉからなるバ
リアメタル６４が形成され、バリアメタル６４上には高
融点金属膜例えばタングステン膜６６が形成されてい
る。さらに、このタングステン膜６６上には、反射防止
膜（アンチリフレクティブコート、ＡＲＣ）６８が形成
されている。なお、反射防止膜６８としては、例えばＰ
−ＳｉＯＮ，ＴｉＮ，Ｔｉ，ＴｉＮ／Ｔｉ，Ｓｉ，Ｓｉ
／ＴｉＮ，Ｐ−ＳｉＯＮ／ＴｉＮ，ＯＸ（酸化物）／Ｔ
ｉＮ等が使用できるが、これに限定されることなく他の
材料であっても同様に使用できる。さらに、反射防止膜
６８上には、有機材料からなるフォトレジスト７０が形
成されている。
下地６０上にＳｉＯ2膜６２が形成されており、このＳ
ｉＯ2膜６２上にはＴｉＮ又はＴｉＮ／Ｔｉからなるバ
リアメタル６４が形成され、バリアメタル６４上には高
融点金属膜例えばタングステン膜６６が形成されてい
る。さらに、このタングステン膜６６上には、反射防止
膜（アンチリフレクティブコート、ＡＲＣ）６８が形成
されている。なお、反射防止膜６８としては、例えばＰ
−ＳｉＯＮ，ＴｉＮ，Ｔｉ，ＴｉＮ／Ｔｉ，Ｓｉ，Ｓｉ
／ＴｉＮ，Ｐ−ＳｉＯＮ／ＴｉＮ，ＯＸ（酸化物）／Ｔ
ｉＮ等が使用できるが、これに限定されることなく他の
材料であっても同様に使用できる。さらに、反射防止膜
６８上には、有機材料からなるフォトレジスト７０が形
成されている。
【００２８】なお、図３において、選択比はフォトレジ
スト７０の厚さＡ方向のエッチング速度に対するタング
ステン膜６６のエッチング速度の比をいい、本願におけ
る形状コントロール性は、エッチングにより形成された
パターンの幅Ｂに関するファクターである。
スト７０の厚さＡ方向のエッチング速度に対するタング
ステン膜６６のエッチング速度の比をいい、本願におけ
る形状コントロール性は、エッチングにより形成された
パターンの幅Ｂに関するファクターである。
【００２９】次に、実施例に基づいて、本発明をさらに
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【実施例】図１に示したプラズマエッチング装置におい
て、反応容器１２内にシリコンウェハＷを静電チャック
２０によりサセプタ１８上に載置した後、反応容器１２
内を真空ポンプにより例えば１０ｍＴｏｒｒ程度に減圧
する。一方、ＳＦ6ガス供給源４０、Ｎ2ガス供給源４２
及びフッ化炭化水素ガス供給源４４からのＳＦ6ガス、
Ｎ2ガス及びフッ化炭化水素ガスを、バルブ制御手段５
１に制御されたガス流量調節バルブ４６，４８，５０に
よって、それぞれのガス流量を調節してガス混合室３８
に導入し、所定の割合に混合する。混合された反応性ガ
スをガス供給口２４から反応容器１２内に供給し、高周
波バイアス電源２２を介して容器側壁１４に対して例え
ば１３．５６ＭＨｚの高周波バイアス電圧を印加すると
共に、コイルアンテナ２８により蓋体１６を介して反応
容器１２の内部に電磁界を誘起してプラズマを発生さ
せ、高密度で維持する。
て、反応容器１２内にシリコンウェハＷを静電チャック
２０によりサセプタ１８上に載置した後、反応容器１２
内を真空ポンプにより例えば１０ｍＴｏｒｒ程度に減圧
する。一方、ＳＦ6ガス供給源４０、Ｎ2ガス供給源４２
及びフッ化炭化水素ガス供給源４４からのＳＦ6ガス、
Ｎ2ガス及びフッ化炭化水素ガスを、バルブ制御手段５
１に制御されたガス流量調節バルブ４６，４８，５０に
よって、それぞれのガス流量を調節してガス混合室３８
に導入し、所定の割合に混合する。混合された反応性ガ
スをガス供給口２４から反応容器１２内に供給し、高周
波バイアス電源２２を介して容器側壁１４に対して例え
ば１３．５６ＭＨｚの高周波バイアス電圧を印加すると
共に、コイルアンテナ２８により蓋体１６を介して反応
容器１２の内部に電磁界を誘起してプラズマを発生さ
せ、高密度で維持する。
【００３０】反応性ガスは、フッ化炭化水素ガスを混合
せずにＳＦ6ガス及びＮ2ガスからなる場合には、ＳＦ6
ガスをガス流量４０ｓｃｃｍ（全量に対して８０％）、
Ｎ2ガスを１０ｓｃｃｍ（２０％）とした。一方、フッ
化炭化水素ガスとしてＣＦ4を混合した場合には、ＳＦ6
ガスを４０ｓｃｃｍ（５７．１％）、Ｎ2ガスを１０ｓ
ｃｃｍ（１４．３％）、ＣＦ4を２０ｓｃｃｍ（２８．
６％）とした。これらの反応性ガスを用いてシリコンウ
ェハＷをエッチングした場合の結果を、図４に示す。
せずにＳＦ6ガス及びＮ2ガスからなる場合には、ＳＦ6
ガスをガス流量４０ｓｃｃｍ（全量に対して８０％）、
Ｎ2ガスを１０ｓｃｃｍ（２０％）とした。一方、フッ
化炭化水素ガスとしてＣＦ4を混合した場合には、ＳＦ6
ガスを４０ｓｃｃｍ（５７．１％）、Ｎ2ガスを１０ｓ
ｃｃｍ（１４．３％）、ＣＦ4を２０ｓｃｃｍ（２８．
６％）とした。これらの反応性ガスを用いてシリコンウ
ェハＷをエッチングした場合の結果を、図４に示す。
【００３１】図４は、シリコンウェハＷのエッチングパ
ターンの断面形状を示す顕微鏡写真をトレースした図で
あり、同図（ａ）はフッ化炭化水素ガスを含有しない場
合におけるシリコンウェハＷの中心部のエッチングパタ
ーンであり、同図（ｂ）はフッ化炭化水素ガスを含有し
ない場合におけるシリコンウェハＷの周辺部のエッチン
グパターンをそれぞれ示している。同図（ａ）及び
（ｂ）では、同一のシリコンウェハＷを用いた結果であ
る。
ターンの断面形状を示す顕微鏡写真をトレースした図で
あり、同図（ａ）はフッ化炭化水素ガスを含有しない場
合におけるシリコンウェハＷの中心部のエッチングパタ
ーンであり、同図（ｂ）はフッ化炭化水素ガスを含有し
ない場合におけるシリコンウェハＷの周辺部のエッチン
グパターンをそれぞれ示している。同図（ａ）及び
（ｂ）では、同一のシリコンウェハＷを用いた結果であ
る。
【００３２】また、図４（ｃ）は、フッ化炭化水素ガス
を含有した場合におけるシリコンウェハＷの中心部のエ
ッチングパターンであり、同図（ｄ）はフッ化炭化水素
ガスを含有した場合におけるシリコンウェハＷの周辺部
のエッチングパターンをそれぞれ示している。同図
（ｃ）及び（ｄ）では、同一のシリコンウェハＷを用い
た結果である。エッチング処理前におけるシリコンウェ
ハＷは、下地６０上にＳｉＯ2膜６２が形成され、その
上にバリアメタル６４としてＴｉが３００オングストロ
ーム、ＴｉＮが７００オングストローム形成されてい
る。さらに、バリアメタル６４上にタングステン膜６６
が３５００オングストロームの厚さで形成され、その上
に反射防止膜６８としてＳｉＯＮが３００オングストロ
ームの厚さで形成され、その上にフォトレジスト７０が
１．２μｍ（１２０００オングストローム）の厚さで形
成されている。
を含有した場合におけるシリコンウェハＷの中心部のエ
ッチングパターンであり、同図（ｄ）はフッ化炭化水素
ガスを含有した場合におけるシリコンウェハＷの周辺部
のエッチングパターンをそれぞれ示している。同図
（ｃ）及び（ｄ）では、同一のシリコンウェハＷを用い
た結果である。エッチング処理前におけるシリコンウェ
ハＷは、下地６０上にＳｉＯ2膜６２が形成され、その
上にバリアメタル６４としてＴｉが３００オングストロ
ーム、ＴｉＮが７００オングストローム形成されてい
る。さらに、バリアメタル６４上にタングステン膜６６
が３５００オングストロームの厚さで形成され、その上
に反射防止膜６８としてＳｉＯＮが３００オングストロ
ームの厚さで形成され、その上にフォトレジスト７０が
１．２μｍ（１２０００オングストローム）の厚さで形
成されている。
【００３３】図４（ａ）と同図（ｃ）を比較すると、フ
ォトレジスト７０の厚さは、同図（ａ）では８１６０オ
ングストローム、同図（ｃ）では８４２０オングストロ
ームであり、フッ化炭化水素ガスを添加した同図（ｃ）
の場合の方が２６０オングストローム厚さが厚かった。
図４（ａ）及び（ｂ）と図４（ｃ）及び（ｄ）とを比較
すると、図３におけるパターンの幅Ｂは、各図につい
て、図４（ａ）：４１２０オングストローム、図４
（ｂ）：４０６０オングストローム、図４（ｃ）：４１
４０オングストローム、図４（ｄ）：４１２０オングス
トロームであり、図４（ｃ）、及び（ｄ）の方が良好な
形状コントロール性が得られた。また、選択比及びエッ
チングレートも共に、良好な結果が得られた。
ォトレジスト７０の厚さは、同図（ａ）では８１６０オ
ングストローム、同図（ｃ）では８４２０オングストロ
ームであり、フッ化炭化水素ガスを添加した同図（ｃ）
の場合の方が２６０オングストローム厚さが厚かった。
図４（ａ）及び（ｂ）と図４（ｃ）及び（ｄ）とを比較
すると、図３におけるパターンの幅Ｂは、各図につい
て、図４（ａ）：４１２０オングストローム、図４
（ｂ）：４０６０オングストローム、図４（ｃ）：４１
４０オングストローム、図４（ｄ）：４１２０オングス
トロームであり、図４（ｃ）、及び（ｄ）の方が良好な
形状コントロール性が得られた。また、選択比及びエッ
チングレートも共に、良好な結果が得られた。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被処理基体のプラズマエッチングに使用する反応性ガス
としてＳＦ6ガス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化水素ガスから
なる混合ガスを所定の混合割合、すなわち、Ｎ2ガス５
％〜１５％、フッ化炭化水素ガス２０％〜４０％及び残
部ＳＦ6ガスとしたので、従来、両立が困難であった選
択比及びエッチングレートと、形状コントロール性とを
同時に改善することができる。従って、被処理基体を常
温程度の温度範囲で処理することが可能となり、被処理
基体を低温に維持する装置が不要となることから、エッ
チング装置の制御性及びメンテナンス性を向上させるこ
とができ、さらに、半導体装置製造の生産性も向上する
という効果を奏する。
被処理基体のプラズマエッチングに使用する反応性ガス
としてＳＦ6ガス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化水素ガスから
なる混合ガスを所定の混合割合、すなわち、Ｎ2ガス５
％〜１５％、フッ化炭化水素ガス２０％〜４０％及び残
部ＳＦ6ガスとしたので、従来、両立が困難であった選
択比及びエッチングレートと、形状コントロール性とを
同時に改善することができる。従って、被処理基体を常
温程度の温度範囲で処理することが可能となり、被処理
基体を低温に維持する装置が不要となることから、エッ
チング装置の制御性及びメンテナンス性を向上させるこ
とができ、さらに、半導体装置製造の生産性も向上する
という効果を奏する。
【図１】本発明の一実施形態を説明するためのプラズマ
エッチング装置を示す概略断面図である。
エッチング装置を示す概略断面図である。
【図２】エッチング処理されるシリコンウェハの処理前
における概略図である。
における概略図である。
【図３】エッチング処理されるシリコンウェハの処理後
における概略図である。
における概略図である。
【図４】シリコンウェハのエッチングパターンの断面形
状を示す顕微鏡写真をトレースした図であり、（ａ）は
フッ化炭化水素ガスを含有しない場合におけるシリコン
ウェハの中心部のエッチングパターン、（ｂ）はフッ化
炭化水素ガスを含有しない場合におけるシリコンウェハ
の周辺部のエッチングパターン、（ｃ）は、フッ化炭化
水素ガスを含有した場合におけるシリコンウェハの中心
部のエッチングパターン、（ｄ）はフッ化炭化水素ガス
を含有した場合におけるシリコンウェハの周辺部のエッ
チングパターンをそれぞれ示している。
状を示す顕微鏡写真をトレースした図であり、（ａ）は
フッ化炭化水素ガスを含有しない場合におけるシリコン
ウェハの中心部のエッチングパターン、（ｂ）はフッ化
炭化水素ガスを含有しない場合におけるシリコンウェハ
の周辺部のエッチングパターン、（ｃ）は、フッ化炭化
水素ガスを含有した場合におけるシリコンウェハの中心
部のエッチングパターン、（ｄ）はフッ化炭化水素ガス
を含有した場合におけるシリコンウェハの周辺部のエッ
チングパターンをそれぞれ示している。
１０…プラズマエッチング装置、１２…反応容器、１４
…容器側壁、１６…蓋体、１８…サセプタ、２０…静電
チャック、２２…高周波バイアス電源、２４…ガス供給
口、２６…排気口、２８…コイルアンテナ、３０…整合
器、３２…高周波電源、３４…シールド、３６…配管、
３８…ガス混合室、４０…ＳＦ6ガス供給源、４２…Ｎ2
ガス供給源、４４…フッ化炭化水素ガス供給源、４６，
４８，５０…ガス流量調節バルブ、５１…バルブ制御手
段、６０…下地、６２…ＳｉＯ2膜、６４…バリアメタ
ル、６６…タングステン膜、６８…反射防止膜、７０…
フォトレジスト、Ｗ…シリコンウェハ。
…容器側壁、１６…蓋体、１８…サセプタ、２０…静電
チャック、２２…高周波バイアス電源、２４…ガス供給
口、２６…排気口、２８…コイルアンテナ、３０…整合
器、３２…高周波電源、３４…シールド、３６…配管、
３８…ガス混合室、４０…ＳＦ6ガス供給源、４２…Ｎ2
ガス供給源、４４…フッ化炭化水素ガス供給源、４６，
４８，５０…ガス流量調節バルブ、５１…バルブ制御手
段、６０…下地、６２…ＳｉＯ2膜、６４…バリアメタ
ル、６６…タングステン膜、６８…反射防止膜、７０…
フォトレジスト、Ｗ…シリコンウェハ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朴 世烈 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパ ン 株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−105320（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−232283（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−148039（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−201529（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−290428（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00
Claims (7)
- 【請求項１】 反応容器内に設置されたサセプタに、高
融点金属膜が形成された被処理基体を配置し、 前記反応容器内を所定の圧力に減圧し、 前記反応容器内に反応性ガスを供給すると共に、前記反
応容器内にプラズマを形成して、前記高融点金属膜をエ
ッチングするドライエッチング方法であって、 前記反応性ガスは、ＳＦ6ガス、Ｎ2ガス及びフッ化炭化
水素ガスからなり、Ｎ2ガス５％〜１５％、フッ化炭化
水素ガス２０％〜４０％及び残部ＳＦ6ガスであること
を特徴とする高融点金属膜のドライエッチング方法。 - 【請求項２】 前記フッ化炭化水素ガスは、ＣＦ4であ
ることを特徴とする請求項１に記載の高融点金属膜のド
ライエッチング方法。 - 【請求項３】 前記フッ化炭化水素ガスは、ＣＨＦ3で
あることを特徴とする請求項１に記載の高融点金属膜の
ドライエッチング方法。 - 【請求項４】 前記フッ化炭化水素ガスは、ＣＨ2Ｆ2で
あることを特徴とする請求項１に記載の高融点金属膜の
ドライエッチング方法。 - 【請求項５】 前記フッ化炭化水素ガスは、ＣＨ3Ｆで
あることを特徴とする請求項１に記載の高融点金属膜の
ドライエッチング方法。 - 【請求項６】 前記フッ化炭化水素ガスは、Ｃ2Ｆ6であ
ることを特徴とする請求項１に記載の高融点金属膜のド
ライエッチング方法。 - 【請求項７】 前記高融点金属膜は、タングステン膜で
あることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記
載の高融点金属膜のドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35106197A JP3164789B2 (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 高融点金属膜のドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35106197A JP3164789B2 (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 高融点金属膜のドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11186232A JPH11186232A (ja) | 1999-07-09 |
| JP3164789B2 true JP3164789B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=18414786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35106197A Expired - Fee Related JP3164789B2 (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 高融点金属膜のドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3164789B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060166416A1 (en) | 2005-01-27 | 2006-07-27 | International Business Machines Corporation | Addition of ballast hydrocarbon gas to doped polysilicon etch masked by resist |
| JP5596403B2 (ja) * | 2010-04-19 | 2014-09-24 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1997
- 1997-12-19 JP JP35106197A patent/JP3164789B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11186232A (ja) | 1999-07-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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