JP3183929B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路等の半
導体装置の製造方法に係わり、特にドライエッチング工
程の改良をはかった半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の進歩に伴い素子
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のパターンの酸化シリ
コン等の絶縁性膜や、多結晶シリコン，アルミニウム，
銅，タングステン，シリサイド等の導電性膜等を積層す
ることによって形成される。

【０００３】これらの膜を所望のパターンに加工するた
めの技術として、この膜上に感光性のレジストを塗布し
た後、光や紫外線を所望のパターンに従ってレジストを
露光し、現像によって露光部又は未露光部を選択的に除
去することによりレジストにパターンを形成するリソグ
ラフィ技術、次にこのレジストパターンをマスクとして
下地の膜をエッチング加工するドライエッチング技術、
さらにこのレジストを除去する剥離技術が用いられてい
る。

【０００４】しかし、半導体素子の集積度の増大に伴
い、要求されるパターンの最小寸法及び寸法精度は小さ
くなる一方であり、最近では０．５μｍ以下の微細パタ
ーンの形成が必要となっている。このような微細領域の
パターンに対応するためには、上述したパターン形成の
ための技術に種々な問題が生じ、大幅な技術の向上が必
要とされる。

【０００５】以下に、これらの問題について具体的に説
明する。

【０００６】現在、微細なレジストパターンを用いて、
下地の膜を加工する一つの方法として、プラズマを用い
るＲＩＥ技術が広く用いられている。この方法は、例え
ば一対の平行平板電極を具備した真空容器内に被加工膜
の堆積された基板を入れ、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のガスを導入し、高周波
電力の印加による放電によってガスをプラズマ化し、発
生したプラズマを用いて被加工膜をエッチングする方法
である。

【０００７】このエッチング方法によれば、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によって加速され、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を起
こす。このため、エッチングはイオンの入射方向に進
み、アンダーカットのない方向性エッチングが可能とな
る。

【０００８】しかし、このイオン衝撃によってあらゆる
材料が励起又は活性化されるため、ラジカルだけを利用
するエッチングに比べると、物質固有の反応性の差がで
にくく、一般に材料の違いによるエッチング速度の比、
即ち選択比が小さいことがある。例えば、Ａｌのエッチ
ングではレジストのエッチング速度が大きいため、パタ
ーン変換差が大きく高精度にパターンを形成できない。
さらに、段差形状部ではレジストの膜厚が薄くなるため
に、配線部分がエッチングされて配線切れが生じる等の
問題がある。

【０００９】この問題を解決するために、Ａｌのエッチ
ングにおいてＡｌ上に多層レジストを形成し、高アスペ
クト比を有するパターンを形成し、これをマスクとして
Ａｌをエッチングする方法が行われている。

【００１０】多層レジストにおいては、例えば３層レジ
ストプロセスの場合、まず凹凸のある基板上に有機質の
膜を塗布して平坦化する。次いで、中間層としてシリコ
ン酸化物等の無機膜を形成する。そして、上層のレジス
トを塗布し、通常のリソグラフィ手段により最上層レジ
ストパターンを形成する。このようにして３層のレジス
トを形成した後、最上層レジストパターンをマスクとし
て、ハロゲンを含有するガスをエッチングガスとして用
いた反応性イオンエッチング等の異方性エッチングによ
り中間層をエッチングし、続いて酸素を含むガスを用い
て下層の平坦化層をエッチングしてレジストパターンを
転写する。

【００１１】従って、３層レジスト法では、下層レジス
トにより基板平坦化が行われ、上層の高解像のレジスト
を用いてこれをパターンニングすることにより、下地の
凹凸の影響を受けることなく、良好に露光現像を行うこ
とができ、高解像で寸法精度の良いレジストパターンを
形成することができる。しかしながら、３層レジストで
は、工程数が極めて複雑であり、コストが増大する。高
アスペクト比であるため、被加工層のエッチング時にマ
イクロローディング効果が生じ、パターン線幅にエッチ
ング速度が大きく依存する等の問題が生じる。

【００１２】そこで、上記問題を解決するために２層レ
ジストが用いられている。この方法では、被エッチング
膜上にエッチング耐性の大きいシリコン酸化膜等の無機
膜を形成する。そして、この無機膜上にレジストを塗布
し、通常のリソグラフィ手段によりレジストパターンを
形成する。このようにして２層レジストを形成した後、
レジストパターンをマスクとしてハロゲンを含有するガ
スをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチン
グ等の異方性エッチングにより、無機膜をエッチングす
る。続いて、レジストを剥離し、無機膜パターン単体を
マスクとして反応性イオンエッチングにより、被エッチ
ング膜を加工する。

【００１３】従って、２層レジスト法では、３層レジス
ト法に比べて工程数が簡略されるため、コストは低減さ
れる。さらに、エッチング耐性の大きな無機膜がエッチ
ングマスクとして作用するために、被エッチング膜との
間で大きなエッチング選択比が得られ、高精度の加工が
可能となる。また、無機膜単体をエッチングマスクとし
て用いた場合には、無機膜の膜厚を制御することによ
り、アスペクト比の小さなマスクパターンが得られるた
めに、マイクロローディング効果を抑制することも可能
となる。

【００１４】ところで、このような３層レジスト或いは
２層レジストの最大の問題は、これらの多層レジスト構
造における無機膜等のマスクの剥離が困難な点にある。

【００１５】通常、マスクの剥離工程では、レジストを
下地の材料に応じて硫酸や過酸化水素水等を用いて溶解
せしめるか、或いは酸素ガスを用いたプラズマアッシン
グ法により除去するのが一般的である。しかし、上述し
た多層レジスト法により形成したマスクは、シリコン酸
化膜等の無機膜層を含有している。このために、上記に
示したようなマスク剥離手段で除去できるのは、有機質
の膜のみであり、無機系のマスクは除去するのが極めて
困難である。

【００１６】また、これらの無機質のマスクを弗素や塩
素等のハロゲンを含んだガス等を用いてドライエッチン
グにより除去することは可能であるが、同時に下地の被
処理基板のシリコン酸化膜やシリコン或いはＡｌ等まで
がダメージを受けてしまうという問題があった。

【００１７】さらに、マスク材料としてシリコン酸化膜
等の絶縁性膜を用いた場合、プラズマを用いたエッチン
グ方法においては、プラズマ中のイオンと電子が被エッ
チング膜中に入射される。これらの膜中に入射するイオ
ンや電子により、膜には電荷が蓄積される（チャージア
ップ）。例えば、マスクパターンに対して電子が斜めか
ら入射すると片方の壁にだけ当たるため、左右のマスク
パターンの壁に蓄積される電荷が相異なってくる。その
電荷の非対称の結果、壁の左右方向に新たに生じた電界
がイオンに作用して運動方向を曲げ、形状の異方性を劣
化させてしまうという問題があり、微細なパターンを高
精度にエッチングすることが困難であった。

【００１８】また、金属材料、特にＡｌＳｉＣｕ等をエ
ッチングする場合、エッチングマスクであるレジスト膜
を剥離した後、放置すると腐食（コロージョン）が生
じ、デバイス特性を劣化させるという問題が生じ、高信
頼性を有したデバイス作成が困難であった。

【００１９】なお、他の技術として、マスク材料として
炭素膜を用い、被エッチング材料のウェットエッチング
を行う方法が提案されている（特開平 2-58221号公
報）。この技術は、炭素膜の耐薬品性が高いことに基づ
き、エッチングマスクとして耐薬品性に優れている炭素
膜を用い、弗酸などの酸を利用したウェットエッチング
を行ったものである。しかしながら、ウェットエッチン
グでは、現在の半導体素子の微細化に対応するのは困難
であり、さらに今後の半導体素子の微細化に対応するこ
とは不可能である。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、反応
性イオンエッチング技術により、被処理基体を異方的に
加工する際には、次の (1)〜(7) に示すような問題があ
った。 (1) エッチングマスクの被エッチング材料に対するドラ
イエッチング選択比が小さいため、加工中のエッチング
マスク材料の膜減りが激しく、高精度のパターンを得る
ことができない。 (2) マスク材料が有機質であったり、ＳｉＯ₂ 膜のよう
な絶縁性膜の場合においては、プラズマ中でこれらの膜
中に入射するイオンと電子のバランスによりマスク中に
蓄積される電荷量により、マスクパターンがチャージア
ップし、これにより、イオンの入射方向が曲げられるた
めに、微細なパターンを高精度に加工できない。 (3) マスク材料と被エッチング材料、さらには周辺に隣
接する材料との組み合せによっては、被エッチング材料
や周辺に隣接する材料に全く損傷を与えずにマスク材料
を選択的に除去することは不可能である場合があった。 (4) 反応性イオンエッチング中に被処理膜中の温度が上
昇すると、マスク材料の耐熱性が低いためにマスクパタ
ーンに劣化を生じ、高精度の加工ができない。さらに、
意図的にエッチング中の基板温度を上昇させたい場合に
は、上記問題により上昇させる基板温度に上限があり、
被処理基体を十分にエッチングすることが不可能であ
る。 (5) 有機質膜をマスク材料として用いた場合には、膜中
に不純物が含有されているために、反応性イオンエッチ
ング中にこれらの不純物がプラズマ中に混入し、被処理
基体が汚染される。特に、被処理基体が金属材料である
場合は、汚染に誘起された腐食（コロージョン）が生じ
るという問題があり、高信頼性を有するデバイスを得る
ことは不可能である。 (6) 有機質膜やＳｉＯ₂ 等の絶縁膜或いはＴｉ等の金属
膜は、特定の化学薬品処理に対して、溶解、浸食、腐食
等の作用を受け、化学薬品処理により容易にダメージを
生じる。 (7) 段差形状を有した膜の加工においては、凹凸面を有
機物等で平坦化し、平坦化面に高精度レジストパターン
を形成する手段（多層レジストプロセス）が用いられ
る。この場合、レジストパターンのアスペクト比が高く
なり、エッチング速度のパターン寸法依存性（マイクロ
ローディング効果）が顕著となり、高精度のエッチング
は困難となる。さらに、エッチングに用いたレジストパ
ターンが容易に剥離できない。

【００２１】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、ドライエッチング技術
において被処理基体を異方性エッチングする際に、マス
ク材料に起因する各種の問題（被加工膜とのエッチング
選択比，チャージアップ，マスク剥離時における損傷，
耐熱性，被処理基体の汚染等）をなくすことができ、高
精度のパターン形成が可能な半導体装置の製造方法を提
供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、被加工
膜上にドライエッチングのエッチングマスクとして、炭
素膜を形成し、この炭素膜をマスクとして被加工膜をド
ライエッチングすることにある。

【００２３】即ち本発明は、半導体装置の製造方法にお
いて、被処理基体表面上に炭素膜を被着したのち、この
炭素膜上に所定のレジストパターンを形成し、このレジ
ストパターンをマスクとして炭素膜をエッチングし、次
いで炭素膜パターンに沿って被処理基体をドライエッチ
ングすることを特徴としている。

【００２４】ここで、本発明における望ましい実施態様
としては、次のものが上げられる。

【００２５】(1) 炭素膜のエッチング工程において、
エッチングガスとして、酸素，窒素，ハロゲンガス又は
アルゴン，クリプトン，キセノンなどの不活性ガス或い
は水素或いはフルオロカ−ボンガスのいずれかのガスを
用いること。

【００２６】(2) 被処理基体の温度は、−１００℃以
上５０℃以下の範囲で温度制御されること。

【００２７】(3) 炭素膜は、スパッタリング法、真空
蒸着法、或いはＣＶＤ法により成膜すること。

【００２８】(4) 被処理基体の異方性エッチング工程
後、該基体を真空容器内に設置し、酸素ガスを含むエッ
チングガスを用いて、炭素膜を除去する工程を含むこ
と。

【００２９】(5) 被処理基体として、アルミニウムを
含む金属又は合金膜を用い、エッチングガスとして、塩
素或いは臭素を含むガスを用いること。

【００３０】(6) 被処理基体として、アルミニウムを
含む金属又は合金膜を用い、レジストを剥離する工程
後、被処理基体を洗浄してから、エッチングガスとして
塩素又は臭素を含むガスを用いて、被処理基体を異方的
にエッチングすること。

【００３１】(7) 被処理基体として、アルミニウムを
含む金属又は合金膜を用い、カ−ボンを被着する工程
前、被処理基体を酸素ガスを用いてプラズマ処理するこ
と。

【００３２】(8)レジストパターンを剥離する手段とし
て被処理基体を真空容器内に設置し、該容器とは別の領
域で、少なくとも弗素元素を含むガスと酸素ガスからな
る混合ガスを励起し、励起により生成される活性種を真
空容器内に供給するダウンフローエッチングを用いるこ
と。

【００３３】(9)有機質膜よりなる所定のマスクパター
ンにおいて、該有機質膜には不純物が含有されているこ
と。

【００３４】その他の実施態様を以下に示す。

【００３５】(1) シリコン基板表面上に炭素膜を被着し
たのち、この炭素膜上に有機レジストパターンを形成
し、次いでこのレジストパターンをマスクとして炭素膜
をエッチングし、次いでレジストを剥離し、次いで被処
理基体を真空容器内に設置し、該容器内に塩素，弗素又
は臭素を含むガスを導入すると共に放電を誘起してプラ
ズマを生成し、炭素膜パターンをマスクとしてシリコン
基板を異方性エッチングして溝を形成する。

【００３６】(2) また、半導体基板の表面に互いに電気
的に分離して設けられた導電型のソース・ドレイン領域
と、該領域間のチャンネルを含む基板表面にゲート絶縁
膜を介して設けられたゲート電極とを有するＬＤＤ構造
のＭＩＳ型半導体装置の製造方法において、ゲート電極
をマスクとして基板にイオン注入を行い低濃度不純物層
を形成したのち、ゲート電極を有する基板表面上に絶縁
膜形成し、次いでこの絶縁膜上に炭素膜を形成し、次い
で酸素を用いた異方性エッチングにより炭素膜をエッチ
バックしてゲート電極の側壁にのみ炭素膜を残存させ、
次いでゲート電極及び側壁の炭素膜をマスクとして基板
にイオン注入を行い高濃度不純物層を形成する。

【００３７】(3) 透光性絶縁基板表面上に形成されたゲ
ート電極，該ゲート電極上に絶縁膜を介して形成された
半導体膜，該半導体膜上に形成されたソース・ドレイン
電極及び該ソース・ドレイン電極間の半導体膜上に形成
された保護膜を有する薄膜トランジスタの製造方法にお
いて、ゲート電極，ソース・ドレイン電極，半導体膜及
び保護膜をそれぞれパターニングするに際し、パターニ
ングすべき被加工膜上に炭素膜を被着したのち、この炭
素膜上に有機レジストパターンを形成し、次いでこのレ
ジストパターンをマスクとして炭素膜をエッチングし、
次いでハロゲンを含むエッチングガスを用いたプラズマ
エッチングにより、炭素膜をマスクとして被加工膜を異
方性エッチングする。

【００３８】(4) 半導体装置の製造方法において、基板
表面上にシリコン酸化膜が形成された被処理基体上に炭
素膜を被着した後、この炭素膜上に有機レジストパター
ンを形成し、次いでこのレジストパターンをマスクとし
て炭素膜をエッチングし、次いで被処理基体を真空容器
内に設置し、該容器内にフルオロカ−ボンガス又はフル
オロカ−ボンガスと酸化数４未満の炭素酸化物ガス例え
ば一酸化炭素ガスとの混合ガスを含むエッチングガスを
導入すると共に、放電を誘起してプラズマを生成し、炭
素膜パターンに沿ってシリコン酸化膜を異方性エッチン
グする。

【００３９】(5) 半導体装置の製造方法において、基板
表面上に銅膜が形成された被処理基体上に炭素膜を被着
したのち、この炭素膜上に有機レジストパターンを形成
し、次いでこのレジストパターンをマスクとして炭素膜
をエッチングし、次いでレジストパターンを剥離し、次
いで被処理基体を真空容器内に設置し、該容器内に塩素
又は臭素を含むエッチングガスを導入すると共に放電を
誘起してプラズマを生成し、炭素膜パターンをマスクと
して銅膜を異方性エッチングする。さらに、より望まし
くは、基体の温度を２００℃以上の温度に制御する。

【００４０】(6) 露光マスクの製造方法において、透光
性基板表面上に不透明膜又はシリコン酸化膜が形成され
た被処理基体上に炭素膜を被着したのち、この炭素膜上
に有機レジストパターンを形成し、次いでこのレジスト
パターンをマスクとして炭素膜をエッチングし、次いで
被処理基体を真空容器内に設置し、該容器内にハロゲン
を主成分としたエッチングガスを導入すると共に放電を
誘起してプラズマを生成し、炭素膜パターンに沿って不
透明膜又はシリコン酸化膜を異方性エッチングする。

【００４１】(7) 半導体装置の製造方法において、表面
に溝及び／又は段差を有する被処理基体上に膜を被着
し、被処理基体表面を平坦化する工程と、全面に炭素膜
を被着する工程と、前記炭素膜上に第１のマスクパター
ンを形成する工程と、前記第１のマスクパターンをマス
クとして前記炭素膜をエッチングし、前記炭素膜からな
る第２のマスクパタ−ンを形成する工程と、前記被処理
基体を真空容器内に設置し、該容器内にハロゲンを主成
分としたエッチングガスを導入すると共に放電を誘起し
てプラズマを生成し、前記第２のマスクパターンに沿っ
て前記被処理基体を異方性エッチングする工程とを含
む。

【００４２】(8) 半導体装置の製造方法において、表面
に溝及び／又は段差を有する被処理基体上に炭素膜を被
着する工程と、この炭素膜を被着した被処理基体上に膜
を形成する工程と、前記炭素膜が露出するまでエッチン
グし、炭素膜を被着した被処理基体表面を平坦化する工
程と、前記炭素膜上に第１のマスクパターンを形成する
工程と、前記第１のマスクパターンをマスクとして前記
炭素膜をエッチングし、前記炭素膜からなる第２のマス
クパタ−ンを形成する工程と、前記被処理基体を真空容
器内に設置し、該容器内にハロゲンを主成分としたエッ
チングガスを導入すると共に放電を誘起してプラズマを
生成し、前記第２のマスクパターンに沿って前記被処理
基体を異方性エッチングする工程とを含む。

【００４３】(9) 半導体装置の製造方法において、表面
上に単結晶シリコン、多結晶シリコン、金属及び金属ケ
イ化物からなる群から選ばれた膜が形成された被処理基
体上に炭素膜を被着する工程と、前記炭素膜上にレジス
トパターンを形成する工程と、前記レジストパターンを
マスクとして前記炭素膜をエッチングする工程と、次い
で前記被処理基体を真空容器内に設置し、該容器内にハ
ロゲンを主成分とするガスと一酸化炭素との混合ガスを
導入すると共に放電を誘起してプラズマを生成し、前記
炭素膜パターンに沿って前記膜を異方性エッチングする
工程とを含む。

【００４４】(10)半導体装置の製造方法において、被処
理基体上にダイヤモンド膜を被着する工程と、このダイ
ヤモンド膜をパタ−ニングしてダイヤモンドからなるマ
スクパタ−ンを形成する工程と、このマスクパタ−ンを
マスクとして前記被処理基体をドライエッチングする工
程とを含む。

【００４５】

【作用】本発明において、炭素膜のドライエッチング耐
性を調べるために、反応性イオンエッチング装置にて種
々のガスを用い、エッチングガス圧，高周波電力密度及
び基板温度を変化させ、炭素膜，ＡｌＳｉＣｕ膜，レジ
スト膜，ＳｉＯ₂ 膜，Ｓｉ基板のエッチング速度を測定
した。また、ダウンフロー型エッチング装置及び円筒型
エッチング装置を用い、種々のガス下での上記材料のエ
ッチング速度を評価した。

【００４６】上記実験の結果、塩素と三塩化硼素，或い
は塩素と四塩化硅素との混合ガスを用いた反応性イオン
エッチングに対して、炭素のエッチング速度が極めて小
さいにも拘らず、上記ＡｌＳｉＣｕ膜，Ｓｉ膜及びレジ
スト膜は大きなエッチング速度で異方的にエッチングで
きることが判明した。

【００４７】また、弗素を主成分とするハロゲンガスを
用いた反応性イオンエッチングに対しても、炭素のエッ
チング速度が極めて小さく、一方ＳｉＯ₂ 膜は大きなエ
ッチング速度で異方的にエッチングできることも判明し
た。即ち、炭素膜が耐薬品性に優れ、ウェットエッチン
グの良好なマスクとなることは公知であるが、適当な条
件下では、反応性イオンエッチング等のドライエッチン
グに対しても大きな耐性を有することが明らかとなっ
た。

【００４８】そこで、基板上に形成されたＡｌＳｉＣｕ
膜，ＳｉＯ₂ 膜或いはＳｉ基板表面に炭素膜からなるマ
スクパターンを形成することにより、これらのマスクパ
ターンは反応性イオンエッチング耐性の大きなマスクと
して作用するために、上記材料を高精度にて異方性加工
することが可能である。

【００４９】さらに、ダウンフロー型のエッチング装置
にて種々の条件下にてエッチング特性の実験を行ったと
ころ、四弗化炭素と酸素との混合ガスを用いたエッチン
グにおいて、適度にこのガスの混合比を変化させること
により、レジスト膜或いはＳｉＯ₂ 膜は極めて大きなエ
ッチング速度でエッチングされるのに対し、炭素膜は全
くエッチングされない現象が見い出された。

【００５０】これにより、炭素膜やＳｉＯ₂ 膜に対して
レジストのみを選択的にエッチングする、或いは炭素膜
に対してＳｉＯ₂ 膜を選択的にエッチングすることが可
能である。

【００５１】次に、Ｏ₂ ガス或いはＡｒ，Ｋｒ等の不活
性ガス、さらにはＣＦ₄ に対する、炭素膜とレジスト膜
のエッチング速度を種々の条件下にて調べたところ、−
７０℃において炭素膜のエッチング速度はレジスト膜の
約半分程度であることが判明した。また、基板温度を−
５０℃程度に冷却してＯ₂ ガスを用いてエッチングした
ところ、異方的に垂直加工できることが判明した。一
方、ＡｒやＫｒの不活性ガスを用いた場合は、室温にお
いても垂直加工が可能であった。

【００５２】これにより、上記ガスを用いて適度にエッ
チング条件を選択することにより、レジストパターンを
マスクとして炭素膜の異方性加工を実現することが可能
である。特に、炭素膜は、Ｏ₂ ガスを用いたプラズマエ
ッチングにより、容易に除去し得ることが判明した。

【００５３】そこで、炭素膜表面に形成されたレジスト
膜との積層構造からなる膜或いはマスクパターンにおい
て、ＣＦ₄ とＯ₂ の混合ガスを用いたダウンフロー型エ
ッチングにてレジストパターンを除去することにより、
炭素膜からなるマスクパターンを形成することが可能で
ある。また、炭素膜及びレジスト膜を除去する場合は、
Ｏ₂ ガスを用いたプラズマエッチング装置にて容易に実
現可能である。

【００５４】また、本発明者等は、炭素膜の特性を詳細
に調べたところ、次のような事実を見い出した。即ち、
反応性イオンエッチング装置において、基板温度を３０
０℃まで上昇させても炭素膜パターンには熱変形が生じ
ず、また脱ガスも極めて少ない。従って、通常のドライ
エッチングでは、非常に低蒸気圧のエッチング生成物し
か生じないＣｕ膜に関しても、高精度で異方性加工が可
能となった。

【００５５】更に、炭素膜は、スパッタ法や真空蒸着法
により容易に形成可能であることが判明した。そこで、
これらの炭素膜について膜質をＳＩＭＳ分析により調べ
たところ、得られた炭素膜は 99.99％以上の高純度を有
していることが判った。即ち、予めレジスト等の不純物
を多量に含む有機質膜を前述の方法にて、選択的に除去
した後、炭素膜をエッチングマスクとして用いることに
より、大気に一週間放置してもＡｌＳｉＣｕ膜エッチン
グ後の腐食が観察されなかった。高純度のマスクを用い
て高精度の加工が可能であるため、半導体集積回路にお
ける配線の製造工程や、Ｓｉ基板に溝部を形成してなる
キャパシタの形成に用いた場合、高信頼性を有してデバ
イスの形成が可能となる。

【００５６】

【実施例】以下、本発明の各実施例について、図面を参
照して説明する。 〈実施例１〉図１は、本発明の一実施例方法に係わるＡ
ｌ合金膜パターンの形成工程を示す断面図である。

【００５７】まず、図１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板
１１上にＳｉＯ₂ 膜１２を形成し、このＳｉＯ₂ 膜１２
上にＡｌＳｉＣｕ（Ｓｉ濃度１ｗｔ％、Ｃｕ濃度０．５
ｗｔ％）薄膜１３を堆積する。次いで、図１（ｂ）に示
す如く、薄膜１３上に炭素膜１４（膜厚４０ｎｍ）を形
成する。

【００５８】ここで、炭素膜１４はマグネトロンスパッ
タリング装置にて堆積した。スパッタリング前の真空度
は１０^-8Torr台であり、スパッタリングガスとしてＡｒ
ガスを用い、Ａｒガスを５×１０^-3Torrまで導入した
後、高周波電力１ｋＷで炭素ターゲットをＡｒイオンに
てスパッタリングすることにより堆積した。堆積膜の厚
さは、スパッタリング時間を変化させることにより制御
可能であった。しかし、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１３上に上記
方法にて炭素膜１４を形成したところ、Ｓｉ基板上部分
的に炭素膜１４が剥れるという現象が生じた。

【００５９】従って、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１３と炭素膜１
４との密着性を向上させるために、炭素膜堆積前に、Ａ
ｌＳｉＣｕ薄膜表面を酸素ガスを用いたプラズマに晒す
ことにより、ＡｌＳｉＣｕ薄膜表面の改質を行った。酸
素ガスプラズマ処理をしたＡｌＳｉＣｕ膜と処理をしな
いＡｌＳｉＣｕ膜とをオージェ電子分光法（ＡＥＳ）に
より分析したところ、プラズマ処理を実施したＡｌＳｉ
Ｃｕ膜では表面の酸素濃度の増大が観察された。

【００６０】次に、酸素ガスプラズマ処理を施したＡｌ
ＳｉＣｕ膜上に前述した如く同一条件にて、炭素膜（４
０ｎｍ厚）の堆積を行った。炭素膜堆積後、膜の剥がれ
を観察したところ、Ｓｉ基板上全域に渡って、炭素膜の
剥がれは見当たらなかった。形成した炭素膜の結晶構造
を明らかにするため、Ｘ線回析法（ＸＲＤ）による膜分
析を行ったところ、膜は非晶質構造であることが判明し
た。さらに、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により
形成した炭素膜を分析したところ、炭素以外の他の不純
物原子は、膜中にてＡＥＳ法の検出感度以下であること
が判明した。

【００６１】次いで、図１（ｃ）に示すように、炭素膜
１４上にフォトレジスト１５（膜厚１．６μｍ）を塗布
し、通常のリソグラフィ技術を用いて、レジスト１５を
露光した。続いて、図１（ｄ）に示す如く、レジスト１
５を現像して、レジストパターン１５を形成した。この
図１（ｄ）に示す工程では、現像液として、アルカリ性
有機溶済を用いたが、現像時に炭素膜１４の溶出，剥離
などの問題は生じなかった。

【００６２】次いで、図１（ｅ）及び（ｆ）に示すよう
に、レジストパターンをマスクとして、ＲＩＥにて、炭
素膜１４及びＡｌＳｉＣｕ膜１３を選択エッチングし、
ＡｌＳｉＣｕ膜１３をパターニングした。

【００６３】上記、図１（ｅ）及び（ｆ）の工程につい
て詳細に説明する。

【００６４】まず、図２を用いて、この実施例に適用し
たドライエッチング装置から説明する。

【００６５】この装置は、エッチング室２０，導入用予
備室３０及び排出用予備室４０から構成されており、エ
ッチング室２０と導入用予備室３０及び排出用予備室４
０との間は、ゲートバルブ３１及び４１によりそれぞれ
仕切られている。そして、エッチング室２０を真空に保
持したまま、導入用予備室３０に配置されたゲートバル
ブ３２から被処理基体を導入し、排出用予備室４０に配
置されたゲートバルブ４２から被処理基体を排出するこ
とにより、大気中の水分や酸素等の悪影響を避けること
ができるようになっている。また、予備室３０，４０内
には、基板載置台３３及び４３がそれぞれ設置されてい
る。

【００６６】エッチング室２０は、真空容器２０ａ内に
配置された被処理基板２１を載置するための第１の電極
２２と、この第１の電極２２に１３．５６ＭＨｚの高周
波電力を印加すべく、ブロッキングキャパシタ２９を介
して接続された高周波電源２４と、第１の電極２２を冷
却し、被処理基板２１の基板温度を所望の温度に制御す
るための冷却管２５とを具備している。

【００６７】また、塩素ガス（Ｃｌ₂ ）供給ライン２８
ａ，三塩化硼素（ＢＣｌ₃ ）供給ライン２８ｂ，臭化水
素ガス（ＨＢｒ）供給ライン２８ｃ，酸素ガス（Ｏ₂ ）
供給ライン２８ｄ，不活性ガス（Ｈｅ、Ａｒ或いはＫ
ｒ）供給ライン２８ｅ及び水素ガス（Ｈ₂ ）供給ライン
２８ｆから、真空容器２０ａ内にＣｌ₂ ，ＢＣｌ₃ ，Ｈ
Ｂｒ，Ｏ₂ ，Ｈ₂ ，Ｈｅ（或いはＡｒ，Ｋｒ）を導入し
つつ、第１の電極２２と第２の電極を兼ねた真空容器２
０ａの内壁（上壁）との間に高周波電圧が印加されるよ
うになっている。

【００６８】ここで、真空容器２０ａはアースに接続さ
れている。ガス供給ライン２８ａ〜２８ｆは、各々バル
ブと流量調整器２９ａ〜２９ｆを具備し、流量及びガス
圧を所望の値に調整できるようになっている。

【００６９】また、真空容器２０ａの第２の電極部分の
上方には、永久磁石２６が設置されており、モータによ
り回転軸２７のまわりで偏心回転せしめられ、この永久
磁石２６の発する５０〜５００ガウスの磁界により１０
^-3Torr台、又はそれ以下の高真空でも高密度のプラズマ
を発生維持することが可能となるように構成されてい
る。このようにして生成された高密度プラズマから大量
のイオンが引出され、被処理基板２１に照射されエッチ
ングが行われる。

【００７０】次に、上述のドライエッチング装置を使用
し、図１（ｅ）に示す如く、エッチングガスとしてＯ₂
或いはＨ₂ を用いて、被エッチング材料である炭素膜１
４をレジストパターン１５をマスクとしてエッチングし
た例を説明する。

【００７１】まず、エッチングガスにＯ₂ を用い、基板
温度を変化させて、図１（ｅ）に示す如く、炭素膜１４
をエッチングした。エッチング条件はＯ₂ ガス（流量１
００SCCM）圧力は１．５Ｐａとし、高周波電力を１．７
Ｗ／ｃｍ² 印加するようにした。

【００７２】基板温度を−５０℃に保持した場合、炭素
膜１４が約３００ｎｍ／分の速度でエッチングされたの
に対して、レジスト１５は１μｍ／分であり、炭素膜１
４とレジスト１５との選択比は約０．３である。また、
エッチングされた炭素膜１４の形状をＳＥＭにて観察し
たところ、図３（ａ）に示す如く、ほぼ垂直形状が得ら
れた。

【００７３】一方、基板温度を７０℃に保持した場合、
炭素膜１４とレジスト１５の選択比は約０．３であり、
基板温度を−５０℃の場合とほぼ同じであるのに対し
て、エッチングした炭素膜１４の形状をＳＥＭにて観察
したところ、炭素膜１４は図３（ｂ）に示す如くテーパ
形状であることが判明した。

【００７４】これは、図３（ｂ）に示すように、炭素膜
１４上に残存するレジスト１５のパターンにサイドエッ
チングが生じ、このサイドエッチングによりレジストの
パターン１５が細るためである。つまり、基板温度を低
温にした場合においては、レジスト１５のサイドエッチ
ング量が著しく抑制されるために、炭素膜１４をほぼ垂
直にエッチング可能であることが判った。

【００７５】レジスト１５のサイドエッチング量は、Ｏ
₂ ＲＩＥ中にレジストパターンの側壁に入射する酸素イ
オン及び酸素ラジカル量とレジストとの反応速度、或い
は反応生成物の脱離量により決定される。基板温度を低
温にすることにより、反応速度の低下、側壁からの反応
生成物の脱離量の低下、さらには側壁保護膜等の形成な
どが生じ、レジストのサイドエッチング量が抑制される
と考えられる。種々のガスを用い、レジストをエッチン
グした結果、Ｈ₂ ガスを用いることによって、比較的高
温でしかも、炭素膜とレジストとの選択比が向上する現
象が見い出された。

【００７６】上述のドライエッチング装置を用いて、エ
ッチングガスとしてＨ₂ （総量１００SCCM）圧力１．５
Ｐａ、高周波電力１．７Ｗ／ｃｍ² 、基板温度２５℃に
保持して、レジスト１５をマスクとして、炭素膜１４の
エッチングを行った。このとき、炭素膜１４が３３０ｎ
ｍ／分でエッチングされるのに対して、レジスト１５の
エッチング速度は６７０ｎｍ／分であった。従って、炭
素膜１４とレジスト１５との選択比は約０．５であっ
た。また、エッチング後のパターン形状をＳＥＭにより
観察したところ、レジストパターンにサイドエッチング
は生じなく、且つ炭素膜１４も図３（ａ）に示すように
ほぼ垂直であることが判明した。

【００７７】また、エッチングガスとして不活性ガスを
用い、スパッタ効果により炭素膜１４をエッチングした
例について説明する。上述のドライエッチング装置を用
い、エッチングガスとしてＡｒ（総量１００SCCM）圧力
１．５Ｐａ、高周波電力１．７Ｗ／ｃｍ² 、基板温度２
５℃下で、レジストマスクとして炭素膜１４のエッチン
グを行った。

【００７８】このとき、炭素膜１４は６０ｎｍ／分でス
パッタエッチングされるのに対し、レジスト１５のエッ
チング速度は１００ｎｍ／分であった。従って、炭素膜
１４とレジスト１５との選択比は０．６であった。ま
た、エッチング後のパターン形状をＳＥＭにより観察し
たところ、レジストパターンにサイドエッチングが生じ
ず、且つ炭素膜１４も垂直に加工することが可能であっ
た。これは、不活性ガスを用いた場合、スパッタ効果に
よりエッチングが進行するため、垂直形状の炭素膜１４
の加工が可能となると考えられる。

【００７９】次いで、図１（ｆ）に示す如く、レジスト
パターン１５及び炭素膜１４をエッチングマスクとし
て、ＡｌＳｉＣｕ膜１３の選択エッチングを行った。Ａ
ｌＳｉＣｕ膜１３のエッチングにおいても、前述したド
ライエッチング装置を用いた。エッチング条件は、基板
温度を５０℃に保持し、エッチングガスとしてＣｌ₂ と
ＢＣｌ₃ との混合ガス（流量１００SCCM）を用いた。エ
ッチング圧力は１．５Ｐａ、ＲＦ電力は、０．８Ｗ／ｃ
ｍ² から３Ｗ／ｃｍ² まで変化させた。

【００８０】図４は、ＲＦ電力を変化させてエッチング
した膜のエッチング速度を測定した結果を示す図であ
る。

【００８１】これより、ＲＦ印加電力０．８Ｗ／ｃｍ²
にて、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１３のエッチング速度が約３５
０ｎｍ／分、炭素膜１４のエッチング速度は、約２５ｎ
ｍ／分であり、薄膜１３と炭素膜１４との選択比は約１
４である。一方、このときの薄膜１３とレジスト１５と
の選択比は約２であった。また、ＲＦ印加電力０．８Ｗ
／ｃｍ² よりも小さい場合には、Ｓｉウェハ周辺部に残
渣の発生が観察されたが、０．８Ｗ／ｃｍ² 以上では全
く生じていないことが判明した。

【００８２】ＲＦ印加電力０．８Ｗ／ｃｍ² にてエッチ
ングしたＡｌＳｉＣｕ薄膜１３の形状をＳＥＭにより評
価たところ、テーパ角８８°でテーパ形状であることが
判った。また、テーパ形状は、ＲＦ印加電力の増大とと
もに大きく（テーパ角度が小さく）なることが分った。

【００８３】また、ＲＦ印加電力１．５Ｗ／ｃｍ² 以上
でエッチングしたＡｌＳｉＣｕ薄膜１３においては、エ
ッチング後、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１３上にレジスト１５は
残存していないことが、上記同様ＳＥＭにより確認され
た。

【００８４】これより、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１３とレジス
ト１５との選択比は図４に示した如く、ＲＦ印加電力と
ともに減少して行くため、電力１．５Ｗ／ｃｍ² 以上で
はレジスト１５は全て消失する。従って、ＡｌＳｉＣｕ
薄膜１３のエッチングマスクは炭素膜１４となる。即
ち、レジスト１５のみをマスクとして用いた場合では、
選択比が小さいためにＡｌＳｉＣｕ薄膜１３を全てエッ
チングするまで良好なエッチングマスクとして作用しな
い。しかし、炭素膜１４をエッチングマスクとして適用
することにより、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１３と炭素膜１４と
の選択比が例えば電力１．５Ｗ／ｃｍ² では１０以上あ
るために、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１３の良好なエッチングが
可能となることが分かる。

【００８５】最後に、図１（ｇ）に示す如く、レジスト
パターン及び炭素膜１４の除去を行った。エッチング装
置として通常のバレル型プラズマエッチング装置を用い
た。レジストパターンを上記装置にて、通常の酸素プラ
ズマによりアッシングしたところ、前記レジストパター
ン及び炭素膜の除去を行なうことが出来た。一方、炭素
膜１４は、上記酸素プラズマアッシングにより容易に除
去できることが判明した。

【００８６】レジストパターンを完全に除去するため
に、図５に示すようなダウンフロー型エッチング装置を
用いた。図５に示すのは、本実施例において用いられた
炭素膜１４に対してレジスト１５を選択的に剥離するた
めのダウンフロー型エッチング装置の概略図である。

【００８７】この装置の主要部は、真空容器５０とこの
容器内に試料５１を載置する試料台５２と、ガス導入さ
れるガス導入口５３と、ガス導入口５３から導入された
ガスを放電するための石英製の放電管５４と、容器内に
導入されたガスを排気するガス排気口５５からなる。な
お、放電管５４には導波管５６を介して周波数２．４５
ＧＨｚのマイクロ波が電源５７より印加され、内部に無
電極放電が発生してガス導入口５３から導入されたガス
を分解するものとなっている。

【００８８】次に、上記エッチング装置を用いて、前述
の試料におけるレジスト膜の剥離を行った。レジストパ
ターンをマスクに炭素膜をＲＩＥにて垂直加工し、パタ
ーン開口部に下地ＡｌＳｉＣｕ薄膜が露出した構造（レ
ジスト／炭素／ＡｌＳｉＣｕ／ＳｉＯ₂ ）を有した試料
５１を、図５に示すダウンフロー型エッチング装置に搬
入し、試料台５２上に固定した。次いで、真空度１０^-3
Torrまで排気口５５から真空排気した後、エッチングガ
スとしてＣＦ₄ ／Ｏ₂ 混合ガスを導入した。ＣＦ₄ ／Ｏ
₂ の流量は１５／５００SCCM一定とし、圧力０．３Torr
に保持した。また、温度は室温に保持した。次いで、マ
イクロ波を印加して放電を生じさせ、エッチングを行っ
た。

【００８９】このような工程により、エッチングガスと
して四弗化化炭素（ＣＦ₄ ）ガスと酸素との混合ガスを
用い、圧力０．３Torrにて上記ダウンフロー型エッチン
グ装置にてアッシングを試みたところ、レジストパター
ンは残存物が生じず、完全に除去可能であった。

【００９０】また、上記レジストパターンを完全に除去
できる条件にて、炭素膜のエッチングを調べたところ、
ダウンフロー型エッチングにおいては炭素膜はエッチン
グされないことが分った。

【００９１】従って、レジストパターンが残存している
場合のマスクパターンを剥離するに際しては、ＣＦ₄ ガ
スとＯ₂ ガスとの混合ガスを用いたダウンフロー型エッ
チングにてレジストを除去した後、前述の如くバレル型
エッチング装置を用い、通常のＯ₂ プラズマアッシング
処理を施すことによって、炭素膜は容易に剥離されるこ
とが確認できた。剥離後、ＡｌＳｉＣｕ薄膜パターンを
ＳＥＭにて評価したところ、テーパ形状でライン／スペ
ースの線幅４００ｎｍ／４００ｎｍのＡｌＳｉＣｕ薄膜
が良好に形成されていることが判った。

【００９２】また、前述したように炭素膜のパターニン
グ方法として、レジストマスクとしてＨ₂ ，Ｏ₂ ，不活
性ガス（Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）或いはＳＦ₆ ，ＣＦ
₄ 等のガスや、これらの混合ガスを用いて炭素膜のドラ
イエッチングを行ったが、上記ガス或いは混合ガスのい
ずれを用いてエッチングした場合も良好な炭素膜の加工
が可能であり、これらのプロセスを用いて形成されたＡ
ｌＳｉＣｕ薄膜パターンについても良好な形状で残渣の
ないもの得られた。 〈実施例２〉次に、本発明の第２の実施例のエッチング
方法について説明する。図６は、本発明の第２の実施例
に係るパターン形状工程を示す断面図である。

【００９３】まず、図６（ａ）に示すように、Ｓｉ基板
１１上にＳｉＯ₂ 膜１２を形成し、このＳｉＯ₂ 膜１２
の表面にＡｌＳｉＣｕ（Ｓｉ濃度１ｗｔ％、Ｃｕ濃度
０．５ｗｔ％）薄膜１３を堆積する。その後、ＡｌＳｉ
Ｃｕ薄膜１３の表面をＯ₂ プラズマにより改質した。

【００９４】次いで、図６（ｂ）に示す如く、薄膜１３
上に炭素膜１４（膜厚３００ｎｍ）を形成する。また、
同時に比較のためスパッタリング法により、シリコン酸
化膜（ＳｉＯ₂ ）（１４′）を膜厚３００ｎｍに形成し
た試料も作成した。ここで、炭素膜１４の堆積は、実施
例１にて記述したものと同様の方法にて行った。

【００９５】次いで、図６（ｃ）に示すように、炭素膜
１４及びＳｉＯ₂ 膜１４′上に各々１．６μｍのレジス
ト１５を堆積し、図６（ｄ）に示す如く通常のリソグラ
フィ技術を用いて、レジスト１５を露光，現像すること
により、レジストパターンの形成を行った。この図６
（ｄ）に示す工程において、炭素膜１４或いはＳｉＯ₂
膜１４′の溶出，剥離などの問題は全く生じなかった。

【００９６】次いで、図６（ｅ）に示す如く、レジスト
パターンをマスクとしてＲＩＥにて炭素膜１４のパター
ニングを実施した。用いたドライエッチング装置は、前
述したマグネトロン載置のＲＩＥ装置である。実施例１
で記述した如く、Ｏ₂ ガス流量１００SCCM，圧力１．５
Ｐａ，ＲＦ印加電力１．７Ｗ／ｃｍ² ，基板温度−５０
℃において、レジストパターンをマスクとして炭素膜１
４をエッチングした。これにより、図６（ｅ）に示す如
く、炭素膜１４のパターニングがなされた。なお、この
炭素膜１４上にはレジストパターンが残存している。

【００９７】一方、上記と同一のエッチング装置にて、
レジストパターンをマスクとしてＳｉＯ₂ 膜１４′のパ
ターニングを行った。ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガス流量１００SCC
M、圧力１．５Ｐａ，ＲＦ電力1.7Ｗ／cm² ，基板温度２
５℃において、レジストパターンをマスクとしてＳｉＯ
₂ 膜１４をエッチングした。これにより、図６（ｅ）に
示すのと同様に、ＳｉＯ₂ 膜１４′のパターニングがな
された。このＳｉＯ₂ 膜１４′上にもレジストパターン
が残存している。

【００９８】次いで、図６（ｆ）に示す如く、これらの
薄膜上に残存するレジストパターンを除去するために実
施例１で述べたＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガスを用いたダウンフロー
アッシング装置にてレジストパターンの剥離を行った。
これにより、炭素膜１４及びＳｉＯ₂ 膜１４′上のレジ
ストパターンは全てエッチング除去され、炭素膜１４及
びＳｉＯ₂ 膜１４′からなるエッチングマスクパターン
が形成された。

【００９９】次いで、図６（ｇ）に示す如く、炭素膜１
４及びＳｉＯ₂ 膜１４′をエッチングマスクとして、Ａ
ｌＳｉＣｕ薄膜１３のエッチングを行った。ＡｌＳｉＣ
ｕ薄膜１３のエッチングは、実施例１で記述した如く、
マグネトロン型ドライエッチング装置を用いて行った。
エッチング条件は、基板温度２５℃に保持し、エッチン
グガスとして、Ｃｌ₂ とＢＣｌ₃ の混合ガス（流量２０
SCCM）を用いた。エッチング圧力は、０．５Ｐａ、ＲＦ
電力は０．８Ｗ／ｃｍ² である。

【０１００】このとき、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１３はエッチ
ング速度が約３００ｎｍ／ｍｉｎ、炭素膜１４のエッチ
ング速度は約３５ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＯ₂ 膜１４′のエ
ッチング速度は約４０ｎｍ／ｍｉｎであり、ＡｌＳｉＣ
ｕと炭素の選択比は約９、ＡｌＳｉＣｕとＳｉＯ₂ の選
択比は約８．５であった。

【０１０１】また、この条件の下で、ウェハ上に発生す
る残渣量を観察したところ炭素膜１４をマスクとした場
合には残渣は全く見られなかった。一方、ＳｉＯ₂ 膜１
４′をマスクとした場合には残渣の発生が観察された。
この残渣発生の相違はＳｉＯ₂ マスクの場合は、ＲＩＥ
におけるイオン衝撃により酸素がマスクより発生するた
め残留酸素量が大きくなり、Ａｌ酸化物が生じるためと
考えられる。

【０１０２】エッチングされたＡｌＳｉＣｕ薄膜１３の
形状をＳＥＭにて観察したところ、図７（ａ）に示す如
く炭素膜１４をマスクとして用いた場合、パターンのラ
インアンドスペース（Ｌ／Ｓ）部ではほぼ垂直形状のパ
ターンが得られた。ところが、図７（ｂ）に示す如くＳ
ｉＯ₂ 膜１４′をマスクとして用いた場合においては、
Ｌ／Ｓパターンのパターン端部において、片側（Ｌ／Ｓ
パターンの無い側）が大きなテーパ形状になっているこ
とが判明した。炭素膜１４をマスクとして用いた場合に
おいては、極端に左右非対称のパターンになるという現
象は観察されなかった。

【０１０３】これは、次のような現象に基づくものと考
えられる。即ち、エッチング中にマスクパターンには、
イオンシースに発生する電界によって加速された電子及
びイオンが入射される。被エッチング物（マスク材料）
が絶縁物である場合は、これらの入射するイオンや電子
により絶縁物中に電荷が蓄積される（チャージアッ
プ）。これに対し、被エッチング物が導電性材料の場合
においては、チャージアップは生じない。

【０１０４】従って、上記実験においてはマスクパター
ンに対して例えば斜めから入射した荷電粒子により、絶
縁物であるＳｉＯ₂ 膜１４′の側壁にはチャージアップ
が生じ、電荷が蓄積される。Ｌ／Ｓパターンの中央部で
は、パターンの両側に蓄積される電荷量が等しいために
左右対称にイオンは曲げられ、エッチングは垂直方向に
進行する。しかし、Ｌ／Ｓパターン端部においては、Ｓ
ｉＯ₂ 膜１４′のパターンは片側にしか存在しないた
め、チャージアップしたＳｉＯ₂ マスクによりイオンは
曲げられるために、左右非対称の形状となると考えられ
る。

【０１０５】一方、炭素膜１４をエッチングマスクとし
て用いた場合には、炭素膜１４の抵抗率は、１０^-4Ωｃ
ｍと低く導電性材料である。従って、チャージアップが
生じないために、図７（ａ）に示した如く、Ｌ／Ｓパタ
ーンの端部においてもエッチング形状は左右対称で垂直
形状を示す。

【０１０６】そこで、ドライエッチングにおいて、プラ
ズマ電位と試料の載置されている電極とに形成されるバ
イアス電圧（陰極降下電圧）を変化させ、ＳｉＯ₂ 及び
炭素膜をエッチングパターンとして、ＡｌＳｉＣｕ薄膜
をエッチングした時のＬ／Ｓパターン端部パターンの形
状を評価した。パターン形状は、前述の如く、チャージ
アップ効果の影響が大きい場合、テーパ形状となる。ま
た、チャージアップ効果が小さければ、垂直形状とな
る。

【０１０７】図８に、バイアス電圧を変化させたときの
エッチングされたＡｌＳｉＣｕ薄膜の形状をＳＥＭにて
観察し、Ｌ／Ｓパターン端部でのテーパ角を調べた結果
を示す。これより、ＳｉＯ₂ マスクを用いた場合、バイ
アス電圧１５０Ｖ付近より、パターン形状が垂直或いは
逆テーパ形状からテーパ形状へと変化する。

【０１０８】一方、炭素膜をマスクとした場合には、１
００Ｖ以下のバイアス電圧により、はじめて垂直形状よ
りテーパ形状に変化することが判明した。これにより、
炭素膜をマスクとした場合、マスクパターンがチャージ
アップを受けないために、バイアス電圧が低くとも高精
度のエッチングが可能である。

【０１０９】次いで、図６（ｈ）に示すように、炭素膜
１４及びＳｉＯ₂ 膜１４′の剥離を行った。炭素膜１４
の剥離には、実施例１と同様に、通常のＯ₂ プラズマエ
ッチング装置を用いた。これにより、炭素膜１４を容易
に除去することが可能であった。

【０１１０】一方、ＳｉＯ₂ 膜１４′はＯ₂ プラズマエ
ッチングにて全くエッチングされなかった。そこで、Ｓ
ｉＯ₂ 膜１４′の剥離には、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガスを用いた
ダウンフロー型装置にてエッチングを試みたところ、Ｓ
ｉＯ₂ 膜１４′は除去可能であった。しかし、上記ダウ
ンフローにてＳｉＯ₂ 膜１４′を除去したものでは、Ａ
ｌＳｉＣｕ薄膜１３に多量の腐食が発生した。また、下
地のＳｉＯ₂ 膜１２も同様にエッチングされるためにＡ
ｌＳｉＣｕパターン下にえぐれが生じた。

【０１１１】炭素膜１４をマスクとしたものについて
は、Ｏ₂ プラズマエッチングについて炭素膜剥離後、Ａ
ｌＳｉＣｕ薄膜１３に腐食は全く観察されなかった。さ
らに、下地ＳｉＯ₂ 膜１２のえぐれや損傷も全く観察さ
れなかった。また、ＳｉＯ₂ 膜１４′の剥離に関して
は、ＨＦ等のウェットエッチング液を用いて種々試みて
みたが、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１３や下地ＳｉＯ₂ 膜１２へ
のダメージを生じさせないで剥離することは不可能であ
った。

【０１１２】即ち、炭素以外の例えば無機薄膜（ＳｉＯ
₂ ）をエッチングマスクとして用いて、ＡｌＳｉＣｕ薄
膜のエッチングを行うことにより、ＡｌＳｉＣｕ薄膜と
のエッチング選択比はレジストをマスクとして用いた場
合と比較して大きくすることが可能となるが、ＡｌＳｉ
Ｃｕ薄膜や下地ＳｉＯ₂ 膜へのダメージなく、これらの
マスク薄膜を簡易に除去することは、非常に困難である
ことが判明した。

【０１１３】また、マスク材料として絶縁膜を用いた場
合には、チャージアップによりエッチング形状を制御す
ることは難しく、高精度のエッチングを実現することは
困難である。マスク剥離後ＳＥＭにて形状を評価したと
ころ、炭素膜をマスクとして用いたＡｌＳｉＣｕ薄膜に
おいては、垂直形状にて、線幅／ライン＝０．４μｍ／
０．４μｍのパターンを得ることが可能であった。

【０１１４】次に、実施例１及び実施例２で示したプロ
セスにて形成したＡｌＳｉＣｕ薄膜の腐食について評価
した。用いた試料は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂膜を形成
し、この表面に順次Ｔｉ薄膜（膜厚２０ｎｍ），ＴｉＮ
薄膜（膜厚７０ｎｍ）及びＡｌＳｉＣｕ（Ｓｉ濃度１ｗ
ｔ％，Ｃｕ濃度０．５ｗｔ％）薄膜を堆積したものであ
る。さらに、図１（ｂ）で述べた如く、ＡｌＳｉＣｕ薄
膜の表面をＯ₂ プラズマ処理して改質した。

【０１１５】上記プロセスにて形成されたＡｌＳｉＣｕ
／ＴｉＮ／Ｔｉ／ＳｉＯ₂ 積層薄膜構造上に対し、実施
例１に示した図１（ｂ）〜（ｇ）及び実施例２に示した
図６（ｂ）〜（ｈ）の工程により、上記試料の加工を行
った。

【０１１６】なお、このプロセスにおいて、ＴｉＮ／Ｔ
ｉ薄膜のエッチングは、ＡｌＳｉＣｕのエッチングと全
く同一条件にて、ＡｌＳｉＣｕのエッチング後に引き続
いて実施した。この試料の加工形状をＳＥＭにて調べた
ところ、実施例１及び実施例２で示した両プロセスと
も、ＡｌＳｉＣｕ／ＴｉＮ／Ｔｉ構造がほぼ垂直形状に
てエッチングされていること確認した。

【０１１７】エッチング後、上記試料を大気中に放置
し、腐食の様子を光学顕微鏡により評価した。チップ内
にて発生した腐食量を評価した結果を、図９に示す。レ
ジストをマスクとして用いてエッチングしたものは、放
置２４時間後にコロージョンの発生が観察された。これ
に対し、炭素膜をマスクとして用いてエッチングしたも
のは、１週間放置してもコロージョンの発生は全く認め
られなかった。

【０１１８】これについては、後述する実施例７にて詳
述するが、エッチング中にレジストが分解されるとレジ
スト中に含有される不純物がＡｌＳｉＣｕ膜表面に附着
する。そして、この不純物がコロージョンを促進する要
因になっていると考えられる。一方、炭素膜中には不純
物は殆ど含有されていないため（前述の如くＳＩＭＳ分
析にて検出感度以下）、長期間の大気放置後もコロージ
ョンの発生は生じないと考えられる。 〈実施例３〉次に、本発明の第３の実施例について説明
する。

【０１１９】この実施例は、炭素膜をＳｉ基板のエッチ
ングマスクとして用いた例であり、特にデバイス構造に
おけるトレンチキャパシタ技術であるＳｉ基板に数μｍ
の深さのトレンチ（穴）を、ドライエッチング方法によ
り穿設する方法について述べる。

【０１２０】図１０は、炭素膜をエッチングマスクとし
て採用した、本実施例に係わるトレンチキャパシタの形
成工程を示す断面図である。

【０１２１】まず、図１０（ａ）に示される如く、Ｓｉ
基板７０上に所要パターンのマスク７１を形成する。通
常このパターン７１は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ ）や
シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、或いはこれらの積層構造が
用いられている。本実施例では、マスク７１として素子
分離用ＳｉＯ₂ 上にスパッタ法により形成された炭素膜
を用いた。また、上記ＳｉＯ₂ 等のマスクを用いた場合
には、約８００ｎｍ程度の厚膜を必要とするが、炭素膜
の膜厚は２００ｎｍのものを用いた。

【０１２２】次いで、図１０（ｂ）に示す如く、反応性
ドライエッチング技術により所要の深さのトレンチ７２
を穿設した。このときのエッチング装置としては、実施
例１で記述したような、マグネトロンを載置したものを
用いた。エッチングガスとしては、Ｃｌ₂ とＳｉＣｌ₄
（四塩化硅素）との混合ガスを用いた。エッチング中の
ガス圧は７×１０^-3Torr、高周波印加電力は３Ｗ／ｃｍ
² である。また、基板表面の温度はほぼ１００℃となる
ように保持した。

【０１２３】このとき、エッチングマスクとＳｉ基板と
のエッチング選択比を測定したところ、エッチングマス
クとしてＳｉＯ₂ ７１′を用いた場合、選択比は１０程
度であったのに対して、炭素膜をマスクとして用いた場
合には、選択比は約２０と大きな値を示した。

【０１２４】また、エッチングによるトレンチ７２の形
状は、ＳｉＯ₂ 及び炭素膜を用いても垂直形状のものが
得られた。しかし、ウェハ面内のマイクロローディング
効果を評価したところ、炭素膜を用いた場合の方がマイ
クロローディング効果が低減されていることが判明し
た。これは、ＳｉＯ₂ 膜に比べ炭素膜は、Ｓｉとの選択
比が大きいために、エッチングマスクとしての膜厚を薄
くすることが可能で、本実施例の場合、ＳｉＯ₂ マスク
に比べ炭素膜の膜厚を１／３とすることが可能であった
ために、アスペクト比が軽減されたためと考えられる。

【０１２５】次いで、図１０（ｃ）に示すように、ドラ
イエッチング時に発生する欠陥や汚染物を除去するため
に、トレンチ７２の側壁に薄いＳｉＯ₂ 膜７３を熱酸化
により形成し、続いて図１０（ｄ）に示すように、フッ
化アンモニア水（ＮＨ₄ Ｆ）等の溶液を用いてＳｉＯ₂
膜７３を除去した。

【０１２６】この場合、図１１（ａ）に示すように炭素
膜７１は、薄いＳｉＯ₂ 膜を熱酸化により形成する工程
においても変質、或いは炭素のＳｉ膜中への拡散等は生
じなかった。また、ＮＨ₄ Ｆ溶液を用いた後処理によっ
て、上記炭素膜７１は全くエッチングされず、ＳｉＯ₂
膜７３のみを剥離することが可能であった。

【０１２７】一方、エッチングマスクとしてＳｉＯ₂ 膜
７１′をマスクとして用いた場合においては、図１１
（ｂ）に示すようにＮＨ₄ Ｆ溶液によりＳｉＯ₂ 膜７
１′及び素子分離酸化膜７５がエッチングされて、マス
クが後退することが明らかとなった。この場合において
は、トレンチ間を分離する素子分離構造７５がエッチン
グされるため、デバイスの集積度とともにトレンチ間の
間隔が狭くなると、トレンチキャパシタ間の分離ができ
なくなるという問題が生じた。

【０１２８】次いで、図１０（ｅ）に示すように、トレ
ンチ７２の側壁に不純物拡散を行って、拡散層７４を形
成する。本実施例のように炭素膜を用いたマスク後退の
ない場合においては、図１０（ｅ）に示すように、トレ
ンチ側壁部のみに拡散層７４が形成される。ところが、
図１１（ｃ）に示すように、ＳｉＯ₂膜をマスクとして
用いたプロセスでは、マスクが後退するためにトレンチ
上部においても拡散層７４が形成される。この場合は、
十分な素子分離構造が形成されていない上に拡散層間の
距離が近接するため、トレンチキャパシタ間でのリーク
電流が大きくなるという問題が生じる。

【０１２９】次いで、エッチングマスク７１を除去した
のち、誘電体となる薄いシリコン酸化膜或いは酸化膜と
窒化膜（ＳｉＮ）との積層膜７３を形成する。次いで、
図１０（ｆ）に示す如く、多結晶シリコン膜７６を堆積
し、不純物拡散を行って導電性とし、前述のドライエッ
チング装置を用いて、多結晶シリコン膜７６をＣｌ₂ ガ
スを用いたドライエッチングによりパターニングして、
所要の容量を有するトレンチキャパシタを構成した。

【０１３０】最後に、炭素膜マスクを用いて形成したト
レンチキャパシタと、ＳｉＯ₂ 膜或いはＳｉＯ₂ とＳｉ
Ｎとの積層構造からなるマスクを用いて形成したトレン
チキャパシタとを比較したところ、炭素膜マスクを用い
て構成したトレンチキャパシタにおいて、高い絶縁耐圧
で低リーク電流特性とすることが可能であった。 〈実施例４〉次に、本発明の第４の実施例について説明
する。

【０１３１】この実施例では、銅（Ｃｕ）等のドライエ
ッチングにおいてエッチングマスクとして、炭素膜を用
いた方法について述べる。即ち、Ｃｕ等のハロゲン化合
物は蒸気圧が低く、イオン等の高いエネルギー衝撃や高
い基板温度がエッチングに必要となるため、レジスト等
の有機質材料に代えて炭素膜をマスクとして用いる方法
である。

【０１３２】まず、図６に示した実施例２の場合と同様
に、ＳｉＯ₂ 膜１２上にＣｕ膜（８００ｎｍ）１３をス
パッタリング法により形成した。その後、図６（ｂ）に
示す如く、炭素膜１４を２００ｎｍ厚さに上記と同様の
スパッタリング法により形成した。

【０１３３】次いで、図６（ｃ）から（ｆ）に示したの
と全く同一工程により炭素膜１４のパターニングを行
い、炭素膜１４上のレジスト１５を剥離し、図６（ｆ）
に示すような構造を得た。

【０１３４】次いで、図６（ｇ）に示すように、炭素膜
１４をマスクとして用いＣｕ膜１３のドライエッチング
を行った。エッチング装置は、実施例１に示したマグネ
トロンを載置した反応イオンエッチング装置を用いた。
エッチングガスとしてＣｌ₂ （総量１００SCCM）、圧力
０．５Ｐａ、高周波電力１．７Ｗ／ｃｍ² 、基板温度を
２００〜４００℃まで変化させた。

【０１３５】ここで、比較のために、Ｃｕ膜上に通常の
有機レジストを形成し、基板温度を上昇させたところ、
光硬化処理を施したレジストにおいても、基板温度１６
０℃以上ではレジストパターンが熱により劣化すること
が判明した。一方、炭素膜をマスクパターンとした場
合、基板温度４００℃においてもパターンの劣化は観察
されなかった。

【０１３６】上記構造についてドライエッチングを行っ
たところ、基板温度２５０℃では、Ｃｕはエッチングは
されるものの、残渣が発生した。しかし、基板温度を３
００℃以上に上昇させてエッチングしたところ、図６
（ｇ）に示す如く、ほぼ垂直な形状にてＣｕをエッチン
グすることが可能であり、また残渣の発生は全く観察さ
れなかった。

【０１３７】このときのＣｕのエッチング速度は４００
ｎｍ／ｍｉｎ、炭素膜のエッチング速度は１００ｎｍ／
ｍｉｎ、Ｃｕと炭素膜とのエッチング選択比は４であ
る。従って、炭素膜は３００℃以上という高温において
も、ハロゲンガスを用いた反応性イオンエッチングの良
好なエッチングマスクとして作用するという耐熱性を有
するために、Ｃｕのようなハロゲン化合物の蒸気圧が低
い材料においても高精度のエッチングが可能となる。 〈実施例５〉次に、本発明の第５の実施例について説明
する。

【０１３８】この実施例では、ＭＯＳ型半導体集積回路
におけるトランジスタのドレイン領域を低濃度及び高濃
度の拡散領域を二重構造とした、いわゆるＬＤＤ（Ligh
t Doped Drain ）構造に炭素膜マスクを適用する方法に
ついて説明する。

【０１３９】図１２は、本実施例に係わるＭＯＳトラン
ジスタの製造工程を示す断面図である。まず、図１２
（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板９１に、選択酸
化によりフィールド酸化膜９２を形成した後、熱酸化処
理を施して、フィールド酸化膜９２で分離された島状の
素子形成領域表面に厚さ１５ｎｍのゲート酸化膜９３を
形成した。続いて、全面に厚さ４００ｎｍの多結晶シリ
コン膜を堆積し、ＰｏＣｌ₃ の雰囲気中でリン拡散を行
って該多結晶シリコン膜にリンをドープし低抵抗化させ
た後、フォトエッチング技術によりパターニングしてゲ
ート電極９４を形成した。

【０１４０】次いで、図１２（ｂ）に示すように、熱酸
化処理を施して、ゲート電極９４の上面及び側面に厚さ
１００ｎｍの酸化膜９５を形成した。その後、ゲート電
極９４及び酸化膜９５をマスクとして、拡散係数の比較
的小さい砒素を加速電圧３５ｋｅＶ、ドーズ量１×１０
¹⁴ｃｍ^-2の条件でイオン注入し、活性化して基板９１表
面にゲート電極９４に対して自己整合的にｎ^- 型拡散領
域９６ａ、９６ｂを形成した。

【０１４１】次いで、図１２（ｃ）に示すように、全面
に厚さ２００ｎｍの炭素膜９８をスパッタリング法によ
り堆積した。スパッタリングには、実施例１に示したマ
グネトロン型スパッタリング装置を用い、Ａｒガスをス
パッタリングガスとして、炭素のターゲット（純度99.9
99％）をスパッタリングし、炭素膜９８を形成した。形
成した炭素膜９８の純度を二次イオン質量分析法（ＳＩ
ＭＳ）を用いて分析したところ、炭素以外の元素に関し
てはＳＩＭＳの検出感度以下（〜１６¹⁵atms／ｃｍ³ ）
であった。

【０１４２】次いで、図１２（ｄ）に示す如く実施例１
にて用いたドライエッチング装置を用い、Ｏ₂ ガス（流
量１００SCCM）圧力７Ｐａ、高周波電力０．８Ｗ／ｃｍ
² 、基板温度−３０℃にて、上記炭素膜９８の反応性イ
オンエッチング法により全面のエッチングを行った。こ
の反応性イオンエッチングにより、ゲート電極９４の側
面に対応する酸化膜９５に炭素膜９８からなる壁体１０
０を形成した。

【０１４３】この場合のエッチング速度を測定したとこ
ろ、炭素膜９８のエッチング速度は３００ｎｍ／ｍｉｎ
であったのに対して、ＳｉＯ₂ 膜９３のエッチング速度
は６ｎｍ／ｍｉｎであった。従って、ＳｉＯ₂ 膜９３を
消失させないで炭素膜９８からなる壁体１００を形成す
ることが可能であった。

【０１４４】一方、比較のために、従来から使用されて
きたＳｉＯ₂ からなる壁体の形成を行った。前述した炭
素膜の形成工程と同様に図１２（ｃ）に示すように、全
面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ₂ 膜（９８′）を堆積し、
反応性イオンエッチング法により全面エッチングを行っ
た。

【０１４５】しかし、エッチング速度のウェハ面内での
均一性を考慮すると、ＳｉＯ₂ 膜９３と全面に堆積した
ＳｉＯ₂ 膜９８′とのエッチング速度が等しいために、
ＳｉＯ₂ 膜９３を消失させないで、ウェハ面内全域に渡
って、ＳｉＯ₂ 膜９８′から構成される壁体１００を形
成することは不可能であった。

【０１４６】次いで、図１２（ｄ）に示すように、ゲー
ト電極９４，酸化膜９５及び壁体１００をマスクとし
て、砒素を加速電圧４０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０¹⁵ｃ
ｍ^-2の条件でイオン注入し、活性化して基板９１表面に
壁体１００に対して自己整合的に、ｎ^- 型拡散領域９６
ａ，９６ｂより高濃度のｎ⁺ 拡散領域９９ａ，９９ｂを
形成した。このとき、炭素膜９８からなる壁体１００
は、砒素のイオン注入条件にて、十分な阻止能力を有し
ているために、自己整合的に拡散層９９ａ，９９ｂを形
成することは容易であった。

【０１４７】この工程によって、ｎ^- 型拡散領域９６ａ
及びｎ⁺ 型拡散領域９９ａからなるソース領域が形成さ
れると共に、ｎ^- 型拡散領域９６ｂ及びｎ⁺ 型拡散領域
９９ｂからなるドレイン領域が形成された。即ち、ＬＤ
Ｄ構造が実現されることになる。

【０１４８】次いで、図１２（ｅ）に示すように、全面
にＣＶＤ−ＳｉＯ₂膜１０２を堆積し、このＣＶＤ−Ｓ
ｉＯ₂ 膜１０２及びゲート酸化膜９３等にフォトエッチ
ング技術によりコンタクトホール１０３を開孔した。そ
の後、Ａｌ膜を堆積してパターニングを行うことによ
り、ソース、ドレイン領域のｎ⁺ 型拡散領域９９ａ，９
９ｂ及びゲート電極９４とコンタクトホール１０３を通
して接続する、Ａｌ配線１０４，１０５，１０６を形成
してｎチャンネルＭＯＳトランジスタＩＣを製造した。

【０１４９】上記工程において、炭素膜９８を用いた壁
体１００の劣化及び壁体１００から他の領域への炭素膜
９８の拡散等は全く観察されなかった。また、上記ｎチ
ャンネルＭＯＳトランジスタの特性を評価したところ、
ホットキャリアの発生を抑制し、ドレイン電界を緩和し
た良好なトランジスタ特性を高い生産率をもって得るこ
とができた。

【０１５０】また、比較のために用いた従来型のＳｉＯ
₂ 膜からなる壁体を有するＭＯＳトランジスタの特性を
評価したところ、良好なトランジスタ特性が得られる生
産率は極めて低いものであった。この原因を分析したと
ころ、ゲート酸化膜であるＳｉＯ₂ 膜９３が壁体形成時
のエッチングにより消失していることに起因することが
判明した。

【０１５１】従って本実施例によれば、炭素膜９８を用
いた壁体１００を形成することにより、ＬＤＤ構造を有
する高性能で高信頼性のＭＯＳトランジスタを高効率に
て生産することが可能であった。 〈実施例６〉次に、本発明の第６の実施例について説明
する。

【０１５２】この実施例では、リソグラフィ工程におけ
る露光マスク、特に位相シフタを有した露光マスクの製
造工程に炭素膜を適用した例について説明する。図１３
は、本実施例に係わる露光マスクの製造工程を示す断面
図である。

【０１５３】まず、図１３（ａ）に示すように、透光性
の石英基板（厚さ約２．３ｍｍ）２００の表面にスパッ
タリング法により、膜厚１００ｎｍのＣｒ薄膜からなる
半透明の膜２０１を形成した。続いて、実施例１〜５に
て記述した如く、Ｃｒ薄膜２０１上に炭素膜２０４をス
パッタリング法にて５０ｎｍ堆積した後、炭素膜２０４
上にレジスト２０５を塗布し、ＥＢ露光を用いたリソグ
ラフィ工程によりレジスト２０５をパターニングした。

【０１５４】次いで、図１３（ｂ）に示すようにレジス
ト２０５をマスクとして、実施例１〜５で述べたドライ
エッチング技術により炭素膜２０４の加工を行った。エ
ッチング工程は、実施例２に記述したようにＨ₂ ガス
（１００SCCM流量）を用い、圧力１．５Ｐａ、高周波電
力１．７Ｗ／ｃｍ² 、基板温度２５℃にて、前述のドラ
イエッチング装置を用いて行った。これにより、レジス
トパターンに対して、炭素膜２０４を垂直に加工するこ
とが可能であった。

【０１５５】この場合、被エッチング材料である炭素膜
２０４が厚さ２．３ｍｍの厚い石英基板２００上に形成
されているために、石英基板２００の温度が２００℃程
度まで上昇する。被エッチング物である炭素膜２０４が
薄いために、上記エッチングにおいては、レジストパタ
ーンの劣化なく炭素膜２０４のドライエッチングが可能
であった。

【０１５６】次いで、炭素膜２０４上のレジスト２０５
を、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガスを用いたダウンフロー型アッシン
グ装置によりアッシングして除去した。アッシング条件
は実施例２に示したように流量ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ＝１５／５
００SCCM、圧力０．８Torr、アッシング時間は２分であ
った。これにより、炭素膜２０４及びＣｒ薄膜２０１に
全く損傷を与えない（Ｃｒ薄膜については表面が若干酸
化された）でレジスト２０５を除去することが可能であ
った。

【０１５７】次いで、上記のドライエッチング装置を用
い、炭素膜２０４をエッチングマスクとしてＣｒ薄膜２
０１のパターニングを行った。エッチングには、エッチ
ングガスとしてＣＨ₂ ＣｌとＯ₂ とを主成分とした混合
ガスを用いた。このときのエッチング圧力は１．５Ｐ
ａ、パワーは０．８Ｗ／ｃｍ² 、基板温度は２５℃であ
る。これにより、Ｃｒ薄膜２０１を残渣なく、垂直にエ
ッチングすることが可能であった。

【０１５８】このエッチングにおいても基板温度は上昇
するが、炭素膜２０４をマスクとした場合、炭素膜２０
４の形状が熱のために変形或いは劣化しないために、Ｃ
ｒ薄膜２０１の高精度の加工が可能であった。

【０１５９】その後、炭素膜２０４を前述した如くＯ₂
ガスを用いたプラズマエッチングにより除去した。この
際、Ｃｒ薄膜２０１の極く表面が酸化され、表面にＣｒ
酸化物が形成されたが、光学的な透過率等を評価したと
ころ、透過率等には殆ど変化がなく、マスク材料として
は問題がないことが判った。また、石英基板２００には
何らダメージは生じないことを確認した。

【０１６０】次いで、図１３（ｃ）に示すように、露光
光に対して位相シフタとなる膜厚約３００ｎｍの酸化シ
リコン膜２０２を堆積する。ここで、位相シフタとして
の酸化シリコン膜２０２の膜厚は、１８０℃位相がずれ
るような値となっている。

【０１６１】次いで、酸化シリコン膜２０２の上に前述
の如く炭素膜２０６をスパッタリング法により５０ｎｍ
堆積した。続いて、レジスト２０７を塗布し、ＥＢ露光
を用いたリソグラフィ工程によりレジスト２０７をパタ
ーニングした。

【０１６２】次いで、図１３（ｄ）に示すように、レジ
スト２０７をマスクとして前述の如くドライエッチング
技術により炭素膜２０６のエッチングを行い、炭素膜２
０６の垂直な加工を行った。その後、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガス
を用いたダウンフロー型アッシングによりレジスト２０
５を除去した。

【０１６３】次いで、図１３（ｅ）に示すように、前述
のドライエッチング装置にて、エッチングガスとしてＣ
ＨＦ₃ ガスを用いて、反応性イオンエッチングによりＳ
ｉＯ₂ 膜２０３の加工を行った。

【０１６４】エッチング条件は、パワー１．４Ｗ／ｃｍ
² 、圧力４０ｍTorrである。この場合、エッチング中の
基板温度は２５０℃以上に上昇する。比較のためにエッ
チングマスクとしてレジストからなるパターンを形成
し、レジストパターンをマスクとして上記石英基板２０
０上に形成されたＳｉＯ₂ 膜２０３のドライエッチング
を上記と同一条件にて行ったところ、エッチング中の温
度上昇によりレジストパターンが変形し、さらにレジス
ト分解物が多量に発生するため、高精度のＳｉＯ₂ 膜２
０３のエッチング加工を実現することは不可能であっ
た。

【０１６５】また、レジスト分解物より発生するゴミが
多量に付着，残渣していることも判明した。一方、炭素
膜２０６をエッチングマスクとして用いた場合において
は、前記エッチング中の温度上昇にて炭素膜２０６を全
く変形しなく、耐熱性に優れたドライエッチングマスク
として作用するので、高精度のＳｉＯ₂ 膜２０３の加工
が可能であった。またエッチング後のゴミを評価したと
ころ全く観察されなかった。

【０１６６】最後に、炭素膜２０６を除去することによ
り、図１３（ｅ）に示すような位相シフタ露光マスクが
完成する。

【０１６７】このようにして形成した露光用マスクをＮ
Ａ＝０．４２の投影レンズを有するＫｒＦエキシマステ
ッパーに装置し、図１４（ａ）に示すようにエキシマレ
ーザ光を照射し、図１４（ｄ）に示すような被処理基板
上７００に塗布された０．５μｍ厚のノボラック系ポジ
レジスト（ＰＲ−１０２４）７０１を露光した。

【０１６８】この場合、図１４（ｂ）（ｃ）に示す如く
位相シフタを通過した光は位相が１８０°ずれており、
この光振幅と位相シフタのない部分を通過した光の振幅
が２つの透過部の境界で互いに打ち消し合うために、２
つの透過部の境界部の光強度は０となり、２つの透過部
よりウェハ上に形成されるパターンを分離することが可
能であった。

【０１６９】従って、図１４（ｄ）に示すように０．２
μｍのパターンが極めて高精度に再現性よく得られた。
また、マスクの欠陥検査を行ったところ白黒の欠陥とも
に観察されなかった。ちなみに、炭素膜をマスクとして
用いず、レジストをマスクとして用いて作成した露光マ
スクでは所望のパターンが形成されておらず、露光マス
クとして使用することはできなかった。

【０１７０】位相シフタを用いた露光マスクにおいてマ
スク構造は種々提案されているがシフタ材料である例え
ばＳｉＯ₂ の微細加工には、ドライエッチング技術が必
須である。しかし、石英基板は厚く形成されているため
に、エッチング中の基板の冷却は極めて困難になる。

【０１７１】従って、エッチング中の温度上昇は回避困
難であり、エッチングマスクとして有機質であるレジス
トを用いた場合には、耐熱性に乏しいため、レジストパ
ターンが変形劣化し、高精度のパターン形成及びゴミの
ない高信頼性マスクを得ることはできないことが判っ
た。

【０１７２】一方、マスク材料として、耐熱性に優れた
種々の無機材料を用いることも可能であるが、これらの
材料の高精度の加工は極めて困難である。例えば、エッ
チング条件によっては、エッチング中の温度上昇により
前述の如くレジストが劣化するために、高精度の加工が
不可能である場合も生じる。

【０１７３】さらに、ＳｉＯ₂ 等をマスクとして用いた
場合、このマスクを除去する工程において、例えばＣＦ
₄ ／Ｏ₂ ガスを用いたエッチング又はＨＦ等のウェット
エッチング処理を施した場合には、位相シフタであるＳ
ｉＯ₂ 或いは石英基板も損傷を受け、マスク材料のみを
選択的に除去することは困難である。従って、高精度の
露光マスクを得ることはできない。

【０１７４】〈実施例７〉次に、本発明の第７の実施例
として、半導体装置における上層金属配線と下層金属配
線との接続部（ＶＩＡコンタクト）を形成する工程にお
いて、炭素膜をエッチングマスクとして適用した例につ
いて、図１５，図１６及び図１７を用いて説明する。

【０１７５】まず、図１５（ａ）に示すように、素子が
形成された半導体基板４０１上に堆積された第１の層間
絶縁膜４０２上に、第１金属配線層４０３として、例え
ばＡｌ合金配線膜（Ｓｉ：１％，Ｃｕ：０．５％）を８
００ｎｍ程度スパッタ法により堆積する。さらに、第２
の層間絶縁膜として、低温プラズマＣＶＤ（気相成長）
装置でＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）等を用いてＳ
ｉＯ₂膜４０４を堆積する。

【０１７６】続いて、実施例１〜６で詳述した如く、Ｓ
ｉＯ₂ 膜４０４上にスパッタ法により炭素膜３００を２
００ｎｍ堆積する。この炭素膜上３００にフォトレジス
ト４０５を堆積し、通常のフォトリソグラフィ工程によ
り、第２の層間絶縁膜４０４の接続孔形成予定部上のみ
フォトレジスト４０５を除去する。

【０１７７】次いで、図１５（ｂ）に示す如く、フォト
レジスト４０５をマスクとして、実施例２で詳述した如
く、Ｈ₂ ガスを用いたドライエッチング技術により炭素
膜３００を異方性エッチングする。次いで、図１５
（ｃ）に示す如く、実施例２と同様、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガス
を用いたダウンフロー型アッシングにより、レジスト４
０５をエッチング除去した。

【０１７８】次いで、図１５（ｄ）に示す如く、実施例
１〜６で用いたドライエッチング装置を用い、反応性イ
オンエッチング法により前述のＳｉＯ₂ 膜４０４を第１
の金属配線４０３が露出するまで異方性エッチングし、
接続孔４０６を形成した。

【０１７９】このときのエッチングには、エッチングガ
スとしてＣＨＦ₃ ガスを用い、パワー１．４Ｗ／ｃ
ｍ² 、圧力４０mTorr、ガス流量２０SCCM、基板温度１
５０℃とした。ＳｉＯ₂ 膜のエッチング速度を測定した
ところ、エッチング速度は２００ｎｍ／ｍｉｎであっ
た。このときの形状をＳＥＭにて観察したところ、形状
はほぼ垂直であった。しかし、エッチング時の基板温度
を１００℃以下に下げることによって、ＳｉＯ₂ 膜４０
４のエッチング形状はテーパ状にすることが可能であっ
た。

【０１８０】エッチング形状が垂直の場合においては、
エッチング側面にわずかの堆積物４０８が形成されるが
エッチング時の基板温度を下げ、テーパ形状にした場
合、堆積物４０８は全く観察されなかった。

【０１８１】次いで、実施例２で述べたように、Ｏ₂ ガ
スプラズマエッチングにより炭素膜３００を除去した。
次いで、図１５（ｅ）に示すように、スパッタリング法
により、全面に第２金属配線層４０７（例えばＡｌＳｉ
Ｃｕ膜）を堆積し、これをパターニングして第２の金属
配線４０７を形成した。

【０１８２】ここで、比較のために、従来の製造方法で
あるレジストをエッチングマスクとして用いてＶＩＡコ
ンタクトを形成した。

【０１８３】まず、図１６（ａ）に示す如く、素子が形
成された半導体基板４０１上に堆積された第１の層間絶
縁膜４０２上に、Ａｌ合金配線としてＡｌＳｉＣｕ膜４
０３（Ｓｉ：１％，Ｃｕ：０．５％）を８００ｎｍ程度
スパッタ法により堆積し、さらに第２の層間絶縁膜とし
て、低温プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂ 膜４０４を堆
積した。これまでの工程は図１５で示したものと全く同
一である。

【０１８４】次いで、ＳｉＯ₂ 膜４０４上にフォトレジ
スト（１．６μｍ厚）４０５を堆積し、通常のフォトリ
ソグラフィ工程により第２の層間絶縁膜４０４の接続孔
形成予定部上のみレジスト４０５を除去する。次いで、
図１６（ｂ）に示す如く、レジスト４０５をマスクとし
て、前述した如く同一条件にてＳｉＯ₂ 膜４０４を第１
の金属配線４０３が露出するまでＣＨＦ₃ ガスを用いて
異方性エッチングして接続孔４０６を形成した。

【０１８５】このとき、基板温度を１５０℃とした場
合、ＳｉＯ₂ 膜４０４の形状は、ほぼ垂直であった。し
かし、通常のＯ₂ プラズマアッシングによりレジスト４
０５の除去を行ったところ、図１６（ｂ）に示す如くＳ
ｉＯ₂ 膜４０４の側壁にフェンスと呼ばれる堆積物４０
８が、図１５で示した如く炭素膜３００を用いたプロセ
スと比較して、多量に形成されていることが判明した。
エッチング時の基板温度を下げ、テーパ形状にした場
合、堆積物４０８は全く観察されなかった。

【０１８６】次いで、図１６（ｃ）に示すようにスパッ
タリング法により全面に第２の金属配線層であるＡｌＳ
ｉＣｕ膜４０７を堆積し、これをパターニングして第２
の金属４０７を形成した。

【０１８７】次に、炭素膜をマスクとして用いたプロセ
ス（図１５）とレジストをマスクとして用いたプロセス
（図１６）により形成したＶＩＡコンタクトの腐食特性
を評価した。評価は実施例２にて記述したように大気に
長時間放置し、チップ内で生じた腐食量を顕微鏡観察に
より調べることにより行った。図９に示すようにレジス
トをマスクとして用いたプロセスでは多量の腐食（コロ
ージョン）の発生が観察された。一方、カーボンを付着
したものは１週間放置してもコロージョンは全く認めら
れなかった。

【０１８８】この要因を調べるために、ＶＩＡコンタク
ト開孔後のウェハを純水に浸し、イオンクロマトグラフ
ィ法による分析を行ったところ、図１７に示すように不
純物として、Ｃｌ及びＦが検出された。特に、炭素膜マ
スクに比べレジストをマスクとして用いたものはＦ及び
Ｃｌの量が高いことが判明した。

【０１８９】即ち、コロージョンの要因としては、接続
孔開口終了後に大気中に放置しておくと、第１金属配線
層４０３とその表面に存在するＦ及びＣｌを含む不純物
と空気中の水分によりＦ^- 及びＣｌ^- イオンが形成され
る。水分中にこれらのイオンが含まれると水は電解質と
なり、次のような反応が容易に生じる。

【０１９０】 Ａｌ＋３Ｃｌ^- →ＡｌＣｌ₃ ＋３ｅ^- ２ＡｌＣｌ₃ ＋６Ｈ₂ Ｏ→２Ａｌ（ＯＨ）₃ ＋６Ｈ⁺ ＋６Ｃｌ^- この反応が一度始まると、生成されるＣｌによって、第
１金属配線層４０３のＡｌＳｉＣｕの腐食が促進される
と考えられる。

【０１９１】また、エッチングが下層の第１金属配線４
０３の表面まで達すると、第１金属配線中に含まれる金
属やマスク材料（４０５或いは３００）、ＳｉＯ₂ 膜４
０４に含まれる原子がスパッタされ、これらの物質は接
続孔４０６の側面や接続孔４０６の底面に付着する。こ
れらの付着物はＯ₂ アッシングにより除去できないため
に、アッシング後、例えば側面での堆積物（フェンス）
４０８が生じる。これは、後工程での上層の第２の金属
配線層４０７のスパッタ時にオーバーハング形状が生じ
て配線等の問題が生じる。

【０１９２】これに対して、エッチングマスクとして炭
素膜を使用した場合、レジストをマスクとして用いた場
合に比べ、プラズマエッチング中の分解物が少ないため
に、ＶＩＡ側壁での堆積物を減少させることが可能であ
る。従って、上記した配線の段切れという問題は生じな
い。また、レジストをマスクとして用いた場合、レジス
ト除去後、空気中の水分との反応によりイオンが形成さ
れ、コロージョンが多量に発生する。これに対し、炭素
膜マスクでは、予め、レジストが除去されているため
に、コロージョンは殆ど生じない。

【０１９３】さらに、炭素膜はＳｉＯ₂ 膜に対して高い
ドライエッチング選択比を示すために、マスクとしての
膜厚を薄くすることが可能である。従って、エッチング
時におけるアスペクト比を低減することができるため
に、エッチング速度のパターン寸法依存性（パターン寸
法の狭いパターンではエッチング速度が低下する）、い
わゆるマイクロローディング効果を低減させることが可
能であった。

【０１９４】従って、本実施例のように炭素膜マスクを
用いることにより、高精度にてＶＩＡ開孔が可能とな
り、高信頼性を有する配線の形成が可能であった。 〈実施例８〉次に、本発明の第８の実施例として、半導
体装置における金属配線のコンタクト孔を開孔する工程
において、炭素膜をエッチングマスクとして適用した例
について、図１８を用いて説明する。

【０１９５】まず、図１８（ａ）に示すように、面方位
（１００）のＳｉ基板５０１上に不純物を導入して拡散
層５０２を形成する。次いで、図１８（ｂ）に示すよう
に、ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂ 膜を３００ｎｍ程度堆積し
た後、ＳｉＯ₂ 膜上にＢＰＳＧ（ボロン，リン硅化ガラ
ス）を６００ｎｍ程度堆積し、低温リフロー工程を経て
表面を平坦化し、層間絶縁膜５０３を形成する。

【０１９６】次いで、層間絶縁膜５０３に以下のように
して開孔を形成する。この工程においては、図１８
（ｃ）に示したように、層間絶縁膜５０３上にフォトレ
ジストを堆積し、通常のフォトリソグラフィ技術により
開孔しパターニングしたレジストを層間絶縁膜５０３の
エッチングマスク５０４として用い、実施例７で示した
ものと同一のドライエッチング技術により層間絶縁膜５
０３を開孔したものと、実施例７で示したように、図１
５（ａ）〜（ｄ）の工程により、炭素膜をマスク５０４
として層間絶縁膜５０３を開孔したものを作成した。

【０１９７】次いで、レジスト及び炭素膜等のマスク５
０４を除去した後、開孔部に拡散層５０２が露出したコ
ンタクト孔５０６を埋め込むように、配線用の金属膜で
あるＡｌＳｉＣｕ薄膜５０５をスパッタ法により全面に
堆積した。

【０１９８】このようにして形成したコンタクト孔の特
性を評価したところ、レジストをマスクとしてコンタク
トを開孔したものは、コンタクト抵抗の増大，接合破
壊，コンタクト抵抗のばらつき，さらにＡｌＳｉＣｕ配
線の腐食が生じた。腐食に関しては、図９に示したよう
にコンタクト部で放置時間とともに腐食量の増加が観察
された。これに対し、炭素膜をマスクとして用いたもの
は、接触抵抗の増大等の劣化及び腐食の発生はみられな
かった。

【０１９９】これは、レジストマスクを用いた場合、反
応性イオンエッチング中に生じるレジストからの分解物
中の不純物がコンタクト孔中に付着し、電気的特性の劣
化を引き起こすためと考えられる。一方、炭素膜を用い
た場合はエッチング選択比が高いため、エッチング中に
おける炭素膜の劣化が少ない。さらに、コンタクト孔中
に付着した場合、マスクからの付着物は炭素であるた
め、腐食等の発生がなく、電気的特性を引き起こすこと
はないと考えられる。

【０２００】また、エッチングガスとして、前述の如く
ＣＨＦ₃ 等の炭素を含有したハロゲンガスを用いた場合
は、ガス自体中にも炭素が含まれており、マスク材料か
らの炭素が特に電気的特性の劣化を生じさせることはな
い。 〈実施例９〉次に、本発明の第９の実施例として、炭素
膜をマスクとしてＳｉＯ₂ 膜のエッチングを行った例に
ついて、図１９を用いて説明する。

【０２０１】まず、Ｓｉ基板６０１上にＳｉＯ₂ 膜６０
２を熱酸化により０．８μｍ堆積する。次いで、実施例
２で示した如く、炭素膜（膜厚２００ｎｍ）６０３をス
パッタ法により形成した後、通常のフォトリソグラフィ
技術により所望パターンのレジスト６０４を形成した。

【０２０２】次いで、図１９（ａ）に示すように、Ｈ₂
ガスを用いたドライエッチング技術により、上記フォト
レジスト６０４（膜厚１μｍ）をマスクとして炭素膜６
０３の垂直加工を行い、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガスを用いたダウ
ンフローアッシングにより残存するレジスト６０４を除
去した。これにより、図１９（ｂ）に示すように、Ｓｉ
Ｏ₂ 膜６０２上に炭素膜６０３のパターンを形成した。

【０２０３】次いで、図１９（ｃ）に示すように、実施
例１〜８にて記述したドライエッチング装置を用いて、
ＳｉＯ₂ 膜６０２のドライエッチングを行った。エッチ
ングには、エッチングガスとして、ＣＨＦ₃ とＣＯガス
との混合ガスを用いた。パワー１．４Ｗ／ｃｍ² 、圧力
４０mTorr 、ガス流量２０SCCM、基板温度を−５０℃か
ら３００℃まで変化させてエッチングした。

【０２０４】基板温度に対するＳｉＯ₂ 膜６０２のエッ
チング形状をＳＥＭにて測定したところ、基板温度の上
昇とともにテーパ形状から垂直形状まで変化することが
判明した。また、このときＳｉＯ₂ 膜のエッチング速度
２００ｎｍ／ｍｉｎに対し、Ｓｉのエッチング速度は６
ｎｍ／ｍｉｎ、このときのＳｉＯ₂ とＳｉのエッチング
選択比は３０以上のものが得られた。

【０２０５】次いで、図１５（ｄ）に示すように、Ｏ₂
プラズマエッチングにより炭素膜６０３を選択的に除去
し、テーパ形状から垂直形状に至るＳｉＯ₂ 膜６０２の
高精度の加工が可能であった。

【０２０６】比較のために、レジストをマスクとして、
前述と全く同一の条件にてＳｉＯ₂ 膜６０２のエッチン
グを行ったところ、基板温度−５０℃から１５０℃まで
はテーパ形状から垂直形状に向い、加工形状を制御する
ことが可能であった。しかし、基板温度を１５０℃以上
に上昇させた場合、レジストパターンが熱により変形す
るために、所望のパターン寸法のパターンを高精度にて
加工することは不可能であった。また、垂直形状のＳｉ
Ｏ₂ 膜をＳｉとの高選択比を保ちながら形成させること
は不可能であった。

【０２０７】さらに、基板温度が１５０℃以下で、レジ
ストパターンの熱による劣化が観察されない領域におい
ては、垂直なパターン形成は得られない。また、レジス
トパターンとＳｉＯ₂ との選択比が約１５と低く、さら
には、レジスト膜厚に対する開口寸法（アスペクト比）
がパターン寸法０．５μｍのところでは３以上と大き
く、図２０に示す如く、マイクロローディング効果によ
り、高精度のパターンを得ることができなかった。

【０２０８】一方、炭素膜をマスクとして用いた場合
は、炭素膜とＳｉＯ₂膜とのエッチング選択比が２０以
上と高く、パターン寸法０．５μｍに対して炭素膜厚は
０．２μｍ以下（スペクト比０．４以下）にすることが
可能であるため、マイクロローディング効果の少ない、
高精度のエッチングが可能となった。 〈実施例１０〉次に、本発明の第１０の実施例につい
て、図面を参照して説明する。図２１及び図２２は、そ
の工程断面図である。

【０２０９】まず、図２１（ａ）に示す如く、シリコン
基板８００上に酸化シリコン８０１を形成し、これに図
示の如く段差を形成したのち、この上層にスパッタリン
グ法によりＡｌＳｉＣｕ薄膜８０２（膜厚０．８μｍ）
を形成した。その後、実施例１に示す如く、ＡｌＳｉＣ
ｕ表面をＯ₂ プラズマにより酸化した後、炭素膜８０３
（膜厚０．２μｍ）を形成し、Ｃ／ＡｌＳｉＣｕ／Ｓｉ
Ｏ₂ ／Ｓｉ構造からなる試料を製作した。

【０２１０】次いで、図２１（ｂ）に示す如く、Ｃ／Ａ
ｌＳｉＣｕ薄膜を加工するために、レジスト８０４を３
層レジスト法により加工する。

【０２１１】即ち、スピンコート法により膜厚３μｍの
感光性樹脂層からなる下層レジストを塗布する。ここで
は、下層レジストとして、ノボラック樹脂とナフトキノ
ンジアゾスルホン酸エステルを５：１で混合し、更に光
反射防止用色素を１０％混入させたレジストをエチルセ
ロソルブアセテートに溶解したものをスピンコート法に
より塗布して用いた。そして、この下層レジストに対し
て９０℃、５分のベーキングを行い、段差部の平坦化を
実現した。

【０２１２】次いで、この下層レジスト上に中間層とし
て膜厚１００ｎｍのＳＯＧ膜をスピンコートし、上層に
ノボラック系ポジレジスト（ＰＲ−１０２４）を０．５
μｍ塗布し、厚さ１．５μｍの上層レジストを塗布し、
９０℃，５分のベーキングを行った後、マスクを通して
ｇ線で露光，現像してレジストパターンを開口した。続
いて、開口したレジストパターンをマスクとして、ＣＦ
₄ ／Ｏ₂ 混合ガスを用い、前述したドライエッチング装
置にて、ＳＯＧ膜をエッチングし、ＳＯＧに所望のパタ
ーニングを行った後、ＳＯＧ膜をマスクとして、図２１
（ｂ）に示すようにレジスト８０４を加工した。これに
より、パターン寸法０．５〜５μｍ、アスペクト比６〜
０．６を有するレジストパターン８０４の形成を行っ
た。

【０２１３】この工程により、シリコン基板上にＳｉＯ
₂ ８０１やＡｌＳｉＣｕ薄膜８０２により生じた段差形
状部を平坦化した後、レジスト膜の露光を行うので、上
記パターン寸法を有したレジスト８０４のパターンを段
差部においても高精度で形成することが可能となる。

【０２１４】次いで、図２１（ｃ）に示すように、上記
ドライエッチング装置を用い、Ｏ₂ ガスにて炭素膜８０
３を垂直加工し、パターン寸法０．５〜５μｍの炭素膜
８０３の加工を行った。

【０２１５】次いで、ダウンフロー型のエッチング装置
にて、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガスを用い、レジストパターン（３
層レジスト）８０４をアッシングした。このアッシング
処理により、図２２（ａ）に示すように、３層レジスト
は全て除去されるが、炭素膜８０３及び下層のＡｌＳｉ
Ｃｕ薄膜８０２は全くエッチングされなかった。

【０２１６】次いで、図２２（ｂ）に示すように、エッ
チングしてパターニングされた炭素膜８０３をマスクと
して、下地のＡｌＳｉＣｕ薄膜８０１をドライエッチン
グした。エッチング装置は実施例２にて前述したドライ
エッチング装置を用い、圧力１．５Ｐａ、高周波電力１
Ｗ／ｃｍ² 、基板温度２５℃にて、Ｃｌ₂ ／ＢＣｌ₃ の
混合ガスを放電させ、反応性イオンエッチングによりＡ
ｌＳｉＣｕ薄膜８０２を１２０秒間エッチングした。

【０２１７】このエッチング工程においては、実施例２
で記述したように炭素膜とＡｌＳｉＣｕ薄膜８０２との
エッチング選択比が約１０と大きいために、炭素膜８０
３はエッチング除去されず、ＡｌＳｉＣｕ膜８０２を垂
直加工することが可能であった。

【０２１８】次いで、図２２（ｃ）に示すように、通常
のＯ₂ ガスを用いたプラズマエッチングにより炭素膜マ
スク８０３の除去を行った。この工程により形成された
ＡｌＳｉＣｕ薄膜パターンをＳＥＭにて評価したとこ
ろ、種々の段差形状部に渡ってパターン寸法０．５〜５
μｍのパターンが高精度に形成されていることが判明し
た。さらに、光学顕微鏡を用いて残渣物の観察したとこ
ろ、残渣は全く認められなかった。

【０２１９】また、実施例７にて説明したように、大気
に放置し、腐食（コロージョン）の評価を行ったとこ
ろ、図９に示したものと同様、予めレジストパターンを
除去するために、レジスト中に含まれる不純物がＡｌＳ
ｉＣｕ膜のエッチングパターン中に付着しないので、一
週間経ても、コロージョンの発生は全くみられなかっ
た。

【０２２０】さらに、ＡｌＳｉＣｕ膜のエッチングにお
いて、エッチングマスクとして膜厚２００ｎｍの炭素膜
パターンを用いるので、アスペクト比が０．２〜２にな
る。従って、３層レジスト８０４を用いた場合のアスペ
クト比０．６〜６に比べて大幅に低減される。

【０２２１】従って、図２０に示すように、エッチング
速度のパターン寸法依存性（マイクロローディング効
果）は殆どなかった。エッチング速度のパターン寸法依
存性をデバイス素子寸法精度から考慮した場合、デバイ
ス寸法精度のスペック（３σ／ｘ）＜１０％であること
が必要である。図２０に示す如く、エッチング速度のパ
ターン寸法依存性特性により、上記スペックはアスペク
ト比２より小さいことが必要である。このようなアスペ
クト比は、本実験における炭素膜マスクを形成すること
により容易に達成することが可能であった。

【０２２２】さらに、通常の３層レジストをマスクとし
てＡｌＳｉＣｕをエッチングした場合、アスペクト比が
高く、レジスト分解物とＡｌＳｉＣｕのエッチング生成
物との堆積物がレジストパターン側面に多量に付着し、
アッシング後、これらに起因する残留物が多量に生じ
る。この残留物をＡｌＳｉＣｕパターンに損傷を与えな
いで、完全にとり除くことは不可能であった。しかし、
この実施例においては図２０（ｆ）に示したように、エ
ッチングマスクが炭素膜であるため、アスペクト比が低
く、さらに炭素膜とＡｌＳｉＣｕとのエッチング生成物
との堆積物がエッチング側面に形成されない。従って、
Ｏ₂ プラズマアッシングにより、残留物なく完全にレジ
ストパターンの除去が可能であった。

【０２２３】従って本実施例では、断面形状垂直の線幅
０．５μｍの高精度Ａｌ膜のエッチングが段差形状部に
おいても実現できた。 〈実施例１１〉次に、本発明の第１１の実施例につい
て、図２３を参照して説明する。

【０２２４】この実施例では、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）の製造工程に炭素膜を適用した例について説明す
る。この実施例は、第６の実施例と同様、透光性絶縁基
板上に素子を形成する際の反応性イオンエッチング用マ
スクとして耐熱効果の大きな炭素膜を用いたものであ
る。

【０２２５】まず、例えばガラス基板からなる厚さ数mm
の透明性絶縁基体５０１上に、スパッタリング法により
厚さ約２００ｎｍのＭｏ或いはＭｏＴａ合金等の金属膜
を形成する。続いて、スパッタリング法により炭素膜４
０ｎｍを形成した後、フォトレジストパターンを形成す
る。その後、実施例１〜１０で述べた如く、レジストを
マスクとして炭素膜パターンを反応性イオンエッチング
ＲＩＥにより形成し、ホトレジストパターンを選択的に
剥離する。

【０２２６】次いで、炭素膜パターンをマスクとして用
い上記金属膜のＲＩＥを行い、図２３（ａ）に示すよう
なゲート電極５０２を形成する。この際、炭素膜パター
ンを形成せず、レジストパターンをマスクとして、金属
膜のＲＩＥを行った場合、実施例７で示したように基板
５０１の厚さが数ｍｍと厚いために充分基板の冷却がで
きない。従って、ＲＩＥ中の基板温度が２００℃以上ま
で上昇するので、レジストパターンが熱のために変形
し、高精度の加工はできない。

【０２２７】一方、炭素膜の加工においても、同様のＲ
ＩＥを行っているが、炭素膜の膜厚が４０ｎｍと薄いの
で、エッチング中にレジストの劣化は生じない。炭素膜
パターンをマスクとして金属膜５０２のＲＩＥを行った
場合、炭素膜マスクパターンは十分な耐熱性を有してい
るために、基板温度上昇により変形することなく、良好
なＲＩＥが可能である。

【０２２８】次いで、Ｏ₂ ガスを用いたプラズマエッチ
ングにより炭素膜を除去した後、図２３（ｂ）に示すよ
うに、プラズマＣＶＤにより第１のゲート絶縁膜である
ＳｉＮ_x 膜５０３を約３００ｎｍ堆積する。

【０２２９】次いで、図２３（ｃ）に示すように、厚さ
２００ｎｍのＩＴＯ（Indium Tin Oxide ）等の透明導
電膜をスパッタリング法により堆積させ、前述の如く炭
素膜によるマスクパターンをマスクとしてＲＩＥし、画
素電極５０９を形成する。

【０２３０】次いで、図２３（ｄ）に示すように、ゲー
ト電極５０２の位置するところに、非晶質シリコン（ａ
−Ｓｉ）の半導体膜（膜厚１００ｎｍ）５０４を形成
し、フォトレジストパターンをマスクとしてＲＩＥによ
りパターニングした。

【０２３１】次いで、図２３（ｅ）に示すように、上記
非晶質シリコン膜５０４上にプラズマＣＶＤ法により第
２の保護膜であるＳｉＮ_x 膜（膜厚２００ｍｎ）を形成
し、図２３（ｂ）と同様に炭素膜をマスクパターンとし
て、ＲＩＥによりゲート電極５０２上に位置するように
保護膜５０５を形成する。

【０２３２】次いで、図２３（ｆ）に示すように、非晶
質シリコン膜５０４及び後述するソース・ドレイン電極
とのオーミック接触を得るために、ｎ⁺ 非晶質シリコン
膜（膜厚５０ｎｍ）５０８を形成し、前述の如くレジス
トパターンをマスクとして、ＲＩＥ加工しパターニング
した。

【０２３３】最後に、図２３（ｇ）に示す如く、スパッ
タリング法等を用いて、Ｍｏ膜を約５０ｎｍ、その上に
Ａｌ膜を約１μｍ形成し、ソース電極５０６とともに画
素電極５０９に接続するドレイン電極５０７を形成す
る。ソース電極５０６及びドレイン電極５０７は、図２
３（ｂ）の工程で示した如く、炭素膜マスクパターンを
Ａｌ／Ｍｏ膜上に形成し、炭素膜をマスクとしてＲＩＥ
した。その後、炭素膜マスクをＯ₂ プラズマエッチング
により剥離した。

【０２３４】以上のような工程により、石英基板５０１
上に画素電極５０９を設けたＴＦＴが完成する。

【０２３５】このようなＴＦＴの形成工程では、ゲート
電極５０２，保護膜５０５及び電極膜のパターン形成を
実現するためにＲＩＥを用いる。しかし、ＲＩＥ中に基
板温度が上昇し、レジストパターンをこれらのエッチン
グマスクとして使用した場合は、熱のためにパターンが
変形し、微細なパターンの高精度な加工はできない。し
かし、炭素膜からなるパターンを形成し、ＲＩＥマスク
として用いることにより、高精度な加工が実現できた。

【０２３６】また、基板温度上昇に伴い、レジストから
は種々の不純物が発生し、ゴミ等の発生要因となってい
たが、炭素膜は高純度であるため、エッチング中のガス
発生量が極めて小さく、ゴミの発生も少ない。従って、
歩留りが向上し、信頼性の大きなＴＦＴを高生産率を持
って得ることが可能であった。 〈実施例１２〉次に、本発明の第１２の実施例として素
子間の分離領域を形成する例について示す。図２４は、
その工程を示す断面図である。

【０２３７】まず、図２４（ａ）に示すように、例えば
ｐ型の比抵抗１０Ωｃｍのシリコンウェハ基板９０１上
に炭素膜９０２をマスクとするパターンを形成する。炭
素膜のパターン方法は、実施例１〜１１で述べた如く、
レジストパターンをマスクとして、反応性イオンエッチ
ング法により垂直加工した。

【０２３８】次いで、図２４（ｂ）に示す如く、実施例
３で述べた如く、Ｃｌ₂ とＳｉＣｌ₄ の混合ガスを用い
た反応性イオンエッチングにより、炭素膜９０２をマス
クとしてシリコンウェハ９０１を選択エッチングし、幅
１μｍ、深さ０．５μｍの溝９０３を形成する。

【０２３９】次いで、図２４（ｃ）に示す如く、溝９０
３の内壁にＢ⁺ 等のイオンを加速電圧３０ｋｅＶ，ドー
ズ量５×１０¹³ｃｍ^-2でイオン注入し、ｐ型の反転防止
層９０４を形成した。

【０２４０】さらに、図２４（ｄ）に示す如く、炭素膜
９０２をＯ₂ ガスを用いたプラズマエッチングにより除
去した後、溝９０３内部にＳｉＯ₂ 膜９０５をＣＶＤ法
等により埋めこんで、素子分離領域９０６を形成した。

【０２４１】実際の半導体装置では、その後、例えば図
２４（ｅ）に示すように、前記形成された素子分離領域
９０６の両側には、基板９０１表面にｎ^-層９０７が形
成され、さらにその上に酸化膜９０８を介して多結晶シ
リコン電極９０９が形成されてＭＯＳキャパシタ９１０
が構成される。さらに、基板９０１表面にソース、ドレ
インとなるｎ^- 層９１１，ゲート酸化膜９１２及び多結
晶シリコンゲート電極９１３が形成されて、ＭＯＳＦＥ
Ｔが構成される。

【０２４２】この工程において、反応性イオンエッチン
グのためのエッチングマスクとして作用するマスクパタ
ーンをレジスト膜で形成した場合、レジスト膜中に含有
される不純物がプラズマにより分解され、溝部９０３の
内部に付着する。これらの付着した不純物は、後の洗浄
工程等では完全に除去できない、或いは弗酸を含有する
ウェットエッチング液等にて長時間エッチングすると溝
部側面９０３表面が荒れ損傷を受けるので、ＭＯＳＦＥ
Ｔを形成した場合表面準位密度が増大し、少数キャリア
の生成効率を増加させる要因となる。

【０２４３】また、図２４（ｄ）に示したように、レジ
スト膜もＯ₂ ガスを用いたプラズマエッチングにより除
去可能であるが、上記レジスト膜剥離工程中に、レジス
ト膜中の不純物が溝部９０３に付着し、これも、デバイ
スの特性を劣化させる要因となる。

【０２４４】一方、炭素膜は極めて高純度（ＳＩＭＳ分
析により炭素以外の元素は検出されない）のマスク材料
であるために、ＲＩＥ或いはＯ₂ ガスプラズマエッチン
グ中に溝部９０３或いは反転防止層９０４を汚染するこ
とはない。従って、良好なＭＯＳＦＥＴの形成が可能と
なる。

【０２４５】また、エッチングマスクとして、ＳｉＯ₂
膜を用いた場合、例えばＲＩＥ終了後、ＳｉＯ₂ マスク
パターンを除去するために弗素を含有するガスを用いて
エッチング除去すると、例えば図２４（ｃ）に示す如く
溝部９０３の反転防止層９０４が除去されたりし、溝部
９０３に弗素等が付着されるのでデバイス特性を劣化さ
せる要因となる。

【０２４６】これらを回避するために、図２４（ｄ）に
示す如く、溝部９０３をＣＶＤ法等によって埋め込んだ
後、ＳｉＯ₂ マスクパターン９０２を剥離する方法も考
えられるが、溝部９０３を埋め込む場合、ＳｉＯ₂ 膜の
厚さだけ溝部のアスペクト比が増大するので、微細な溝
になるに従い埋め込みが困難となり、溝部にボイドが形
成されたりし、デバイス特性に劣化をもたらす。

【０２４７】これらの結果から、炭素膜をエッチングマ
スクパターンに用いた本実施例を、ダイナミックメモリ
に適用すれば、デバイスへの信頼性が飛躍的に向上し、
キャパシタの保持特性が大幅に向上する。

【０２４８】以上説明した実施例１〜１２においては、
平行平板電極を有したマグネトロン型の反応性イオンエ
ッチング装置を用いているが、マイクロ波を印加したＥ
ＣＲ放電を用いた反応性イオンエッチング装置、又はマ
イクロ波若しくは電子線を印加することによって生成さ
れた放電プラズマ下で被エッチング基体に電圧を印加し
た反応性イオンエッチング装置を用いてもよい。

【０２４９】また、炭素膜の形成方法として、スパッタ
リング法を用いてきたが、真空蒸着法を用いて形成して
もよい。実施例１及び実施例２において、ＡｌＳｉＣｕ
膜のエッチングにおいて、エッチングガスとしてＣｌ₂
とＢＣｌ₃ の混合ガスを用いたが、Ｂｒ₂ 、ＨＢｒ、Ｂ
Ｂｒ₃ 等の臭素を主成分とするハロゲンガスや、上記Ｃ
ｌ₂ を主成分とするガスとの混合ガスをエッチングに使
用することも可能である。さらに、上記ガス中に、Ａ
ｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ｎｅなどの希ガスを導入しても
かまわない。

【０２５０】実施例では、ＡｌＳｉＣｕ膜のエッチング
について述べたが、ＡｌＳｉＣｕ／ＴｉＮ／Ｔｉ等のバ
リアメタルとの積層構造のエッチングに適用することも
可能である。さらに、ＡｌＳｉＣｕ膜エッチングにおい
て、レジストを剥離した後、被処理基体を清浄する工程
を施した後、ＡｌＳｉＣｕ膜をエッチングするようにし
てもよい。その他、タングステン或いはモリブデン等の
高融点金属、又は高融点金属硅化物等に適用することも
可能である。

【０２５１】ＡｌＳｉＣｕのエッチングにおける圧力，
高周波電力密度，基板温度等は、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することができる。炭素膜
を剥離する工程において、円筒型のプラズマエッチング
装置を用いているが、平行平板型電極を有したエッチン
グ装置を用いてもよい。

【０２５２】レジスト膜を炭素膜に対して選択的に剥離
する工程において、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガスを用いたダウンフ
ロー型アッシング装置を用いているが、エッチングガス
として、ＳＦ₆ 、ＮＦ₃ 等、少なくともフッ素を含有し
ているガスと酸素との混合ガスであればよい。

【０２５３】実施例３及び１２において、Ｓｉ基板に溝
を穿設している工程において、エッチングガスとしてＣ
ｌ₂ とＳｉＣｌ₄ との混合ガスを用いているが、Ｃｌ₂
とＨＢｒ等、臭素を含むガスを添加してもよく、少なく
ともＣｌ₂ を主成分とするガスであればよい。

【０２５４】実施例６においては、リソグラフィに用い
る露光マスク或いはＴＦＴの形成のために、石英基板を
用いているが、透光性に優れていれば、誘電体基板を用
いてもよい。露光マスクにおいて不透明なパターンとし
てＣｒを用いたが、酸化クロム或いはモリブデン硅化物
等の高融点金属硅化物を用いてもよい。

【０２５５】さらに、上記露光マスクの製造工程におい
て、不透明なパターンとしてＣｒを選択した。本実施例
において用いたＣｒ膜の膜厚が１００ｎｍと薄いため、
本実施例においては、レジストをマスクとしてＣｒをエ
ッチングした。しかし、この不透明のエッチングプロセ
スにおいても、エッチング条件及びエッチング物の膜厚
さらに材質に応じ、炭素膜をマスクパターンとしてエッ
チングするプロセスを適用してもよい。

【０２５６】実施例９において、ＳｉＯ₂ 膜のエッチン
グガスとしてＣＨＦ₃ とＣＯとの混合ガスを用いている
が、少なくともフッ素を含有する炭化水素ガスであれば
他のガスを用いてもよい。また、Ｈ₂ ガスを上記ガス中
に添加した混合ガスを用いてもよい。

【０２５７】また、上記露光マスクの製造プロセスにお
いて、レジスト膜を剥離して炭素膜からなるマスクパタ
ーンにてエッチングを行っているが、エッチング条件に
応じてレジストを除去しないで、レジストが被着した炭
素膜パターンをマスクとしてエッチングを行ってもよ
い。

【０２５８】同様にして、厚い基板上でのエッチング工
程（ＴＦＴ製造工程）においても、非晶質Ｓｉの膜厚が
薄いため、レジストをマスクとしてエッチングを行った
が、エッチング条件等に応じて、レジストを剥離し、炭
素膜をマスクパターンとしてエッチングする或いは、レ
ジストを除去しないでレジストが被着した炭素膜パター
ンをマスクとしてエッチングを行ってもよい。

【０２５９】さらに、ＡｌＳｉＣｕ膜，Ｓｉ基板，Ｓｉ
Ｏ₂ 膜のエッチングにおいて、実施例ではエッチング
後、マスクとして用いた炭素膜は剥離したが、場合によ
っては炭素膜を除去しないで、そのまま残してその後の
プロセス工程を施しても構わない。 〈実施例１３〉次に、本発明の第１３の実施例につい
て、図２５を参照して説明する。

【０２６０】先ず、図２５（ａ）に示すように、面方位
（１００）のシリコン半導体基板１０００上に不純物を
導入して拡散層１００２を形成する。次に、ＣＶＤ法
（化学気相成長）によりＳｉＯ₂ 膜を３００ｎｍ程度、
ＳｉＯ₂ 膜上にＢＰＳＧ膜（ボロン・リン・硅化ガラ
ス）を６００ｎｍ程度堆積し、低温リフロー工程を経て
表面を平坦化し層間絶縁膜１００１を形成する。

【０２６１】次に、層間絶縁膜１００１を異方性エッチ
ングで選択的に開孔して拡散層１００２の一部上面が露
出するコンタクト孔を形成する。

【０２６２】次に、金属ターゲットを用いたスパッタ法
によって、配線用の金属薄膜、例えばＴｉＮ／Ｔｉ膜
（７０／２０ｎｍ）とＡｌＳｉＣｕ膜（８００ｎｍ）の
積層構造膜１００３を順次堆積する。

【０２６３】次いで、図２５（ｂ）に示す如く、有機薄
膜、例えばノボラック樹脂１００４を全面に２．０μm
程度塗布し、コンタクト孔を完全に埋め込む。

【０２６４】次いで、図２５（ｃ）に示す如く、Ｏ₂ ガ
スを用いた反応性イオンエッチング技術により、ノボラ
ック樹脂１００４を層間絶縁膜１００１の表面まで異方
性エッチング（エッチバック）した。

【０２６５】このときのエッチングには、マグネトロン
載置の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用い、
Ｏ₂ ガス流量１００SCCM、圧力６Pa、高周波電力１．７
Ｗ／cm² 、基板温度２５℃において行なった。

【０２６６】ノボラック樹脂のエッチング速度を測定し
たところ、エッチング速度は１．５μm/min であった。
又、このときのコンタクト孔の断面をＳＥＭにて観察し
たところ図２５（ｃ）に示す如く、コンタクト孔が完全
にノボラック樹脂にて埋め込まれ、さらに、コンタクト
孔におけるノボラック樹脂の上面と層間絶縁膜１００３
の上面とが一致しており、平坦化されていることが判明
した。

【０２６７】次いで、図２５（ｄ）に示すように、スパ
ッタ法により炭素膜１００５をＡｌＳｉＣｕ膜１００３
上に堆積した。炭素膜の膜厚は２００ｎｍである。

【０２６８】次に、炭素膜１００５上にフォトレジスト
１００６を膜厚１．６μm 塗布し、通常のリソグラフィ
技術を用いて、レジスト１００６を露光し、現像するこ
とによりレジストパターン１００６を形成した。

【０２６９】この工程では、現像液としてアルカリ性有
機溶液を用いたが、現像時に炭素膜１０５、ＡｌＳｉＣ
ｕ膜１００３、ノボラック樹脂膜１００４の溶出、剥離
などの問題は生じなかった。

【０２７０】次いで、図２５（ｅ）に示すように、マグ
ネトロン載置のＲＩＥ装置を使用し、エッチングガスと
してＯ₂ あるいはＨ₂ を用いて、被エッチング材料であ
る炭素膜１００５をレジストパターン１００６をマスク
としてエッチングした。

【０２７１】エッチングガスにＯ₂ を用いた場合、エッ
チング条件はＯ₂ ガス流量１００SCCM、圧力１．５Pa、
高周波電力を１．７Ｗ／cm² 印加し、基板温度を−７５
℃に保持した。

【０２７２】このとき、炭素膜１００５が約３００ｎｍ
/minでエッチングされたのに対して、レジスト１００６
は約１．０μm/min であり、炭素膜１００５とレジスト
１００６との選択比は約０．３であった。エッチングさ
れた炭素膜１００５の形状をＳＥＭにて観察したところ
ほぼ垂直形状が得られた。

【０２７３】また、エッチングガスとしてＨ₂ を用いた
場合では、Ｈ₂ ガス流量１００SCCM、圧力１．５Pa、高
周波電力１．７Ｗ／cm² 、基板温度２５℃にて、炭素膜
１００５が３３ｎｍ/min、レジスト１００６が６７０ｎ
ｍ/minでエッチングされた。この場合も、エッチングし
た炭素膜の形状はほぼ垂直であった。

【０２７４】次に、炭素膜１００５に対して選択的にレ
ジスト１００６を除去した。レジストパターンのエッチ
ングには、マイクロ波励起を用いたダウンフロー型のエ
ッチング装置を用いた。エッチング条件は、エッチング
ガスとしてＣＦ₄ とＯ₂ との混合ガスを用い、ＣＦ₄ ／
Ｏ₂の流量は１５／５００SCMM一定とした。圧力は０．
３Torrに保持し、基板温度は室温に保った。マイクロ波
を印加（電力６００Ｗ）して放電を生じさせ、エッチン
グを行なった。

【０２７５】このエッチングによりレジストは、０．８
μm/min でエッチングされるのに対して、炭素膜、Ａｌ
ＳｉＣｕ膜は全くエッチングされない。

【０２７６】次いで、図２５（ｆ）に示す如く、マグネ
トロン載置のＲＩＥ装置を用いて、カーボン膜１００５
をマスクとしてＡｌＳｉＣｕ膜とＴｉＮ／Ｔｉ膜の積層
構造膜１００３の選択エッチングを行なった。エッチン
グ条件は、基板温度を５０℃に保持し、エッチングガス
としてＣｌ₂ ／ＢＣｌ₃ との混合ガス（流量１００SCC
M）を用いた。エッチング圧力は１．５Pa、高周波電力
は０．８Ｗ／cm² である。

【０２７７】これより、ＡｌＳｉＣｕ膜１００３が３５
０ｎｍ/minでエッチングされるが、炭素膜１００５は約
２５ｎｍ/minであり、選択比１４が得られた。このとき
の形状をＳＥＭにより評価したところ、テーパ角８８°
でＡｌＳｉＣｕ膜１００３はテーパ形状であることが分
った。

【０２７８】最後に、図２５（ｇ）に示す如く、バレル
型のプラズマエッチング装置を用いて、Ｏ₂ プラズマア
ッシング処理を施した。

【０２７９】これにより、炭素膜及びコンタクトホール
内に埋め込まれていたノボラック樹脂は容易に剥離され
ることが確認できた。又、ＡｌＳｉＣｕ膜のパターン端
等にフェンス等の残留物は全く残っていなかった。

【０２８０】次に、低温プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ
₂ 膜からなる絶縁膜１００７を堆積し、ＡｌＳｉＣｕ膜
パターン間の埋め込みを行なった。ＳＥＭにて、この断
面形状を観察したところ、０．５μm ラインアンドスペ
ースのＡｌＳｉＣｕ膜パターンにＳｉＯ₂ 膜１００７が
完全に埋め込まれることが判明した。

【０２８１】フェンスが生じない要因としては、ＡｌＳ
ｉＣｕエッチングのマスクが炭素膜であり、炭素膜のエ
ッチング速度が小さく、エッチング生成物の量が少ない
ことと炭素膜から生じるエッチング生成分とＡｌＳｉＣ
ｕのエッチング生成分とは容易に反応しない。アスペク
ト比が小さい為、パターン側壁での付着物量が極めて少
ない為と考えられる。

【０２８２】上記プロセスにより形成されたＡｌＳｉＣ
ｕ／ＴｉＮ／Ｔｉ積層構造上に対してエッチングを行な
った（図２５（ｆ））。

【０２８３】更に、この実施例においては、ＡｌＳｉＣ
ｕ膜のエッチングにおいてエッチングマスクとして膜厚
２００ｎｍの炭素膜パタ−ンを用いているので、パタ−
ンのアスペクト比が０．２〜２．０となる。従って、従
来のフォトレジストをマスクとして用いた場合のアスペ
クト比１．６〜１６に比べ、大幅に低減される。エッチ
ング速度のパタア−ン寸法依存性（マイクロロ−ディン
グ効果）は、上記プロセスにおいては全く見られなかっ
た。 〈実施例１４〉次に、本発明の第１４の実施例として、
半導体装置における上層金属配線と下層金属配線との接
続部（ＶＩＡコンタクト）を形成する工程において、図
２６に示した工程断面図を用いて説明する。

【０２８４】まず、図２６（ａ）に示すように、素子が
形成された半導体基板上に堆積された第１の層間絶縁膜
１１００上に、第１の金属配線層１１０１として例えば
ＡｌＳｉＣｕ膜（膜厚８０００Ａ）１１０１をスパッタ
法により堆積する。

【０２８５】さらに、第２の層間絶縁膜として、低温プ
ラズマＣＶＤ（気相成長）装置でＴＥＯＳ（テトラエト
キシシラン）等を用いてＳｉＯ₂ 膜１１０２を堆積す
る。

【０２８６】次いで、ＳｉＯ₂ 膜１１０２上にフォトレ
ジスト（膜厚１．６μm ）を堆積し、通常のフォトリソ
グラフィ工程により、第２の層間絶縁膜２０２の接続孔
形成予定部上のみレジストを除去し、このレジストをマ
スクとして、ＳｉＯ₂ 膜１１０２を第１の金属配線１１
０１が露出するまで異方性エッチングし、ビアコンタク
トを開孔した。

【０２８７】次いで、スパッタリング法により全面に第
２の金属配線層であるＴｉＮ／Ｔｉ（膜厚７００／２０
０Ａ）１１０３及びＡｌＳｉＣｕ膜（膜厚０．８μm ）
１１０４を順次堆積した。

【０２８８】次いで図２６（ｂ）に示すように、ビアコ
ンタクトホール部を埋めるべく、全面に有機薄膜、例え
ばノボラック樹脂１１０５を膜厚２．０μm 程度塗布し
た。又、ノボラック樹脂中の溶媒を除去すべく、２５０
℃、２分間のベーキング処理を施し、ノボラック樹脂か
らなる平坦化層１１０５を形成した。

【０２８９】次いで、図２６（ｃ）に示すように、炭素
膜１１０６の堆積を行なった。炭素膜１１０６の堆積に
は、平行平板型のプラズマエッチング装置を用い、カソ
ード電極にウエハを保持し、ガスとしてＣＯを用い、圧
力２０mTorr 、高周波電力１．４Ｗ／cm² 、基板温度２
５℃、ガス流量１００SCCMにて放電させ、炭素膜（膜厚
２０００Ａ）１１０６をノボラック樹脂膜１１０５上に
堆積した。このときの炭素膜の堆積速度は、１５０Ａ/m
inであった。

【０２９０】次いで、図２６（ｄ）に示すように、炭素
膜１１０６上にフォトレジスト１１０７を膜厚１．６μ
m 塗布し、通常のリソグラフィ技術を用いてレジスト１
１０７を露光し、現像することによりレジストパターン
１１０７を形成した。

【０２９１】次いで、図２６（ｅ）に示すようにマグネ
トロン載置のＲＩＥ装置を使用し、エッチングガスとし
てＯ₂ を用いて、レジストパターン１１０７をマスクと
して炭素膜１１０６及びノボラック樹脂膜１１０５のエ
ッチングを行なった。

【０２９２】エッチング条件は、Ｏ₂ ガス流量１００SC
CM、圧力６．０Pa、高周波電力１．７Ｗ／cm² 印加し、
基板温度を−５０℃に保持した。

【０２９３】このとき、炭素膜１１０５は約３０００Ａ
/minでエッチングされたのに対してレジスト１１０６は
約１．０μm/min 、ノボラック樹脂１１０５は約１．０
μm/min でエッチングされた。このエッチングにより上
層のレジスト１１０７はほとんどエッチングされ、炭素
膜１１０６とノボラック樹脂１１０５から構成されるパ
ターンが形成された。

【０２９４】このエッチング形状をＳＥＭにて観察した
ところ、垂直形状のパターンであることが判明した。

【０２９５】次いで、図２６（ｆ）に示すように、マグ
ネトロン載置のＲＩＥ装置を用いて、カーボン膜１１０
６／ノボラック樹脂膜１１０５をマスクとして、ＡｌＳ
ｉＣｕ膜１１０４及びＴｉＮ／Ｔｉ１１０３積層構造膜
のエッチングを行なった。

【０２９６】エッチング条件は、実施例１３と同様で、
圧力１．５Pa、高周波電力０．８Ｗ／cm² 、基板温度５
０℃、エッチングガスとしてＣｌ₂ とＢＣｌ₃ の混合ガ
ス（流量１００SCCM）を用いた。

【０２９７】エッチングの形状をＳＥＭにて観察したと
ころ、テーパ角８８°で、ＡｌＳｉＣｕ膜１１０３及び
ＴｉＮ／Ｔｉ膜がテーパ形状でエッチングされているこ
とが分った。

【０２９８】最後に、図２６（ｇ）に示す如く、バレル
型のプラズマエッチング装置を用いて、Ｏ₂ ガスによる
プラズマアッシングを施した。

【０２９９】これより、炭素膜１１０６及びノボラック
樹脂層１１０５は容易に剥離されることが確認できた。

【０３００】次に、低温プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ
₂ 膜からなる絶縁膜１１０７を堆積し、ＡｌＳｉＣｕ膜
パターン間への埋め込みを行なった。

【０３０１】ＳＥＭにてこの断面形状を観察したところ
０．５μm ラインアンドスペースのＡｌＳｉＣｕ膜パタ
ーンにＳｉＯ₂ 膜１１０８が完全に埋め込まれているこ
とを確認した。

【０３０２】又、ＡｌＳｉＣｕ膜のパターンにフェンス
等の残留物は全く観察されなかったが、この要因として
は、実施例１３で前述したように、ＡｌＳｉＣｕ膜エッ
チング中のマスクが炭素膜であり、炭素膜のエッチング
速度が小さく炭素膜から生じるエッチング分解物の付着
量が従来のフォトレジストに比べ非常に少ない為と考え
られる。

【０３０３】又、塗布するノボラック樹脂１１０５の膜
厚を励起する（少なくともヴィアコンタクト部が全て埋
め込まれていればよい）ことにより、アスペクト比を
２．５以下にすることが可能であり、マイクロローディ
ング効果を大幅に低減可能である。

【０３０４】これらの結果から、炭素膜をエッチングマ
スクパターンに用いた本実施例を半導体集積回路用配線
構造工程に適用すれば、デバイスへの信頼性が飛躍的に
向上することがわかる。

【０３０５】実施例１３及び１４では、有機薄膜１００
４、１００５としてハロゲン原子等を含有しないことが
望ましい。

【０３０６】以上説明した実施例１３及び１４では、有
機薄膜の堆積方法として回転塗布法を用いているが、ダ
ウンフロー型プラズマＣＶＤ装置あるいは平行平板型の
プラズマＣＶＤ装置を用い、基板温度を冷却し、制御
し、ガスとして有機質モノマー等を導入することによ
り、コンタクトホールやビアホールの溝の底面より順に
堆積が生じる液相ＣＶＤ法を利用することにより、溝部
にハロゲン原子等を含有しない有機質薄膜を堆積させる
ことが可能となる。

【０３０７】更に、実施例１３では有機薄膜のエッチバ
ックを行なっているが、膜厚の制御あるいは上述の液相
ＣＶＤ法を用いることにより、エッチバックを用いない
で、コンタクト孔やビアホールのみを埋め込むことが可
能である。

【０３０８】実施例１３ではコンタクトホール、実施例
１４ではビアホールについての適用を記述したが、それ
ぞれどちらの構造にたいしてもこれらの実施例を適用し
てもよい。又、実施例１ではシリコン半導体基板上で行
なわれたが、ウエル領域上でもよく拡散層は基板と同一
導電型でも逆導電型でもかまわない。

【０３０９】実施例１３，１４においては、有機膜１１
０５によりコンタクト孔やビアホールを埋め込んだ後、
炭素膜１１０６を形成したが、その逆に、図２６（ｈ）
に示すように、全面に炭素膜１１０６を被着した後、全
面に有機膜１１０５を形成し、更にこの有機膜１１０５
をエッチバックして表面を平坦化し、その後、その上に
レジストパタ−ン１１０７を形成してもよい。

【０３１０】実施例１３，１４においては、平行平板電
極を有したマグネトロン型の反応性イオンエッチング装
置を用いているが、マイクロ波を印加したＥＣＲ放電を
用いた反応性イオンエッチング装置、又はマイクロ波若
しくは電子線を印加することによって生成された放電プ
ラズマ下で、被エッチング基体に電圧を印加した反応性
イオンエッチング装置を用いてもよい。

【０３１１】又、炭素膜の形成方法として、スパッタリ
ング法あるいはＣＯガスを用いたＣＶＤ法を用いてきた
が、真空蒸着法を用いて形成してもよい。

【０３１２】更に、炭化水素ガスを用いたプラズマＣＶ
Ｄ、光ＣＶＤ、又は電子線ＣＶＤによって形成してもよ
い。

【０３１３】更にまた、形成した有機質薄膜表面にイオ
ン注入する、あるいはプラズマ、電磁波、荷電粒子を照
射し、これらの有機質薄膜表面を改質し、例えば炭化さ
せてもよい。

【０３１４】また、有機ガスに電磁波（レーザ、光、Ｘ
線）や荷電粒子（イオン電子）を照射したＣＶＤ法を用
いて全面に堆積あるいは選択堆積させてもよい。

【０３１５】実施例１３，１４において、ＡｌＳｉＣｕ
膜のエッチングにおいて、エッチングガスとしてＣｌ₂
とＢＣｌ₃ の混合ガスを用いたがＢｒ₂ 、ＨＢｒ、ＢＢ
ｒ₃ 等の臭素を主成分とするハロゲンガスや、Ｃｌ₂ を
主成分とするガスとの混合ガスをエッチングして使用す
ることも可能である。

【０３１６】更に上記ガス中にＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈ
ｅ、Ｎｅなどの希ガスを導入してもかまわない。

【０３１７】実施例１３，１４では、ＡｌＳｉＣｕ／Ｔ
ｉＮ／Ｔｉ等のバリアメタルの積層構造のエッチングに
ついて述べたが、ＡｌＳｉＣｕ膜あるいは他の高融点金
属材料、高融点金属材料の窒化物、高融点金属硅化物と
の積層構造、更に多結晶シリコン、絶縁物等、半導体材
料全てに適用することも可能である。

【０３１８】更に、金属膜のエッチングにおいて、レジ
ストを剥離した後、被処理基体を清浄する工程を施した
後、ＡｌＳｉＣｕ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜をエッチングするよ
うにしてもよい。

【０３１９】ＡｌＳｉＣｕあるいは炭素膜のエッチング
における圧力、高周波電力密度、基板温度等は本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することがで
きる。

【０３２０】炭素膜を剥離する工程において、円筒型の
プラズマエッチング装置を用いているが、平行平板型電
極を有したエッチング装置を用いてもよい。

【０３２１】レジスト膜を炭素膜に対して、選択的に剥
離する工程において、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガスを用いたダウン
フロー型アッシング装置を用いているが、エッチングガ
スとして、ＳＦ₆ 、ＮＦ₃ 等、少なくともフッ素を含有
しているガスと少なくとも酸素を含有しているガス（例
えばＨ₂ Ｏ）との混合ガスであればよい。

【０３２２】有機薄膜として、ノボラック樹脂を用いた
が、他の有機質材料を用いてもよい。 〈実施例１５〉図２７は、本発明の第１５の実施例に係
わるＡｌ合金膜パターンの形成工程を示す断面図であ
る。まず、図２７（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１２０
１上にＳｉＯ₂ 膜１２０２を形成し、このＳｉＯ₂ 膜１
２０２上にＡｌＳｉＣｕ（Ｓｉ濃度１ｗｔ％、Ｃｕ濃度
０．５ｗｔ％）薄膜１２０３を堆積する。次いで、図２
７（ｂ）に示す如く、薄膜１２０３上に炭素膜１２０４
（膜厚２００ｎｍ）を形成する。

【０３２３】ここで、炭素膜１２０４はマグネトロンス
パッタリング装置にて堆積した。スパッタリング前の真
空度は１０^-8Torr台であり、スパッタリングガスとして
Ａｒガスを用い、Ａｒガスを５×１０^-3Torrまで導入し
た後、高周波電力１ｋＷで炭素ターゲットをＡｒイオン
にてスパッタリングすることにより堆積した。堆積膜の
厚さは、スパッタリング時間を変化させることにより制
御可能であった。しかし、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１２０３上
に上記方法にて炭素膜１２０４を形成したところ、Ｓｉ
基板上部分的に炭素膜１２０４が剥れるという現象が生
じた。

【０３２４】従って、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１２０３と炭素
膜１２０４との密着性を向上させるために、炭素膜堆積
前に、ＡｌＳｉＣｕ薄膜表面を酸素ガスを用いたプラズ
マに晒すことにより、ＡｌＳｉＣｕ薄膜表面の改質を行
った。酸素ガスプラズマ処理をしたＡｌＳｉＣｕ膜と処
理をしないＡｌＳｉＣｕ膜とをオージェ電子分光法（Ａ
ＥＳ）により分析したところ、プラズマ処理を実施した
ＡｌＳｉＣｕ膜では表面の酸素濃度の増大が観察され
た。

【０３２５】次に、酸素ガスプラズマ処理を施したＡｌ
ＳｉＣｕ膜上に前述した如く同一条件にて、炭素膜（２
０００ｎｍ厚）の堆積を行った。炭素膜堆積後、膜の剥
がれを観察したところ、Ｓｉ基板上全域に渡って、炭素
膜の剥がれは見当たらなかった。形成した炭素膜の結晶
構造を明らかにするため、Ｘ線回析法（ＸＲＤ）による
膜分析を行ったところ、膜は非晶質構造であることが判
明した。さらに、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）に
より形成した炭素膜を分析したところ、炭素以外の他の
不純物原子は、膜中にてＡＥＳ法の検出感度以下である
ことが判明した。次いで、図２７（ｃ）に示すように、
炭素膜１２０４上にフォトレジスト１２０５（膜厚１．
６μｍ）を塗布し、通常のリソグラフィ技術を用いて、
レジスト１２０５を露光した。続いて、図２７（ｄ）に
示す如く、レジスト１２０５を現像して、レジストパタ
ーン１２０５を形成した。この図２７（ｄ）に示す工程
では、現像液として、アルカリ性有機溶済を用いたが、
現像時に炭素膜１２０４の溶出，剥離などの問題は生じ
なかった。

【０３２６】次いで、図２７（ｅ）及び（ｆ）に示すよ
うに、レジストパターンをマスクとして、ＲＩＥにて、
炭素膜１２０４及びＡｌＳｉＣｕ膜１２０３を選択エッ
チングし、ＡｌＳｉＣｕ膜１２０３をパターニングし
た。

【０３２７】上記、図２７（ｅ）及び（ｆ）の工程につ
いて詳細に説明する。まず、図２８を用いて、この実施
例に適用したドライエッチング装置から説明する。

【０３２８】この装置は、エッチング室１３２０，導入
用予備室１３３０及び排出用予備室１３４０から構成さ
れており、エッチング室１３２０と導入用予備室１３３
０及び排出用予備室１３４０との間は、ゲートバルブ１
３３１及び１３４１によりそれぞれ仕切られている。そ
して、エッチング室１３２０を真空に保持したまま、導
入用予備室１３３０に配置されたゲートバルブ１３３２
から被処理基体を導入し、排出用予備室１３４０に配置
されたゲートバルブ１３４２から被処理基体を排出する
ことにより、大気中の水分や酸素等の悪影響を避けるこ
とができるようになっている。また、予備室１３３０，
１３４０内には、基板載置台１３３３及び１３４３がそ
れぞれ設置されている。

【０３２９】エッチング室１３２０は、真空容器１３２
０ａ内に配置された被処理基板１３２１を載置するため
の第１の電極１３２２と、この第１の電極１３２２に１
３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加すべく、ブロッキン
グキャパシタ１３２９を介して接続された高周波電源１
３２４と、第１の電極１３２２を冷却し、被処理基板１
３２１の基板温度を所望の温度に制御するための冷却管
１３２５とを具備している。

【０３３０】また、塩素ガス（Ｃｌ₂ ）供給ライン１３
２８ａ，三塩化硼素（ＢＣｌ₃ ）供給ライン１３２８
ｂ，臭化水素ガス（ＨＢｒ）供給ライン１３２８ｃ，酸
素ガス（Ｏ₂ ）供給ライン２８ｄ，不活性ガス（Ｈｅ、
Ａｒ或いはＫｒ）供給ライン１３２８ｅ，水素ガス（Ｈ
₂ ）供給ライン１３２８ｆ及び一酸化炭素（ＣＯ）供給
ライン１３２８ｇから、真空容器１３２０ａ内にＣ
ｌ₂ ，ＢＣｌ₃ ，ＨＢｒ，Ｏ₂ ，Ｈ₂ ，Ｈｅ（或いはＡ
ｒ，Ｋｒ）を導入しつつ、第１の電極１３２２と第２の
電極を兼ねた真空容器１３２０ａの内壁（上壁）との間
に高周波電圧が印加されるようになっている。

【０３３１】ここで、真空容器１３２０ａはアースに接
続されている。ガス供給ライン１３２８ａ〜１３２８ｇ
は、各々バルブと流量調整器１３２９ａ〜１３２９ｇを
具備し、流量及びガス圧を所望の値に調整できるように
なっている。

【０３３２】また、真空容器１３２０ａの第２の電極部
分の上方には、永久磁石１３２６が設置されており、モ
ータにより回転軸１３２７のまわりで偏心回転せしめら
れ、この永久磁石１３２６の発する１００〜５００ガウ
スの磁界により１０^-3Torr台、又はそれ以下の高真空で
も高密度のプラズマを発生維持することが可能となるよ
うに構成されている。このようにして生成された高密度
プラズマから大量のイオンが引出され、被処理基板１３
２１に照射されエッチングが行われる。

【０３３３】次に上述のドライエッチング装置を使用
し、図２７（ｅ）に示す如く、Ｏ₂ ガスを用い、基板温
度を−７５℃に保持し、炭素膜１２０４をエッチングし
た。エッチング条件は、Ｏ₂ ガス（流量100SCCM ）、圧
力は40mTorr とし、高周波電力を17ｗ／cm² 印加するよ
うにした。エッチングした炭素膜１２０４の形状をＳＥ
Ｍにて観察したところ、炭素膜１２０４はほぼ垂直にエ
ッチング可能であることが判った。

【０３３４】次いで、図２７（ｆ）に示す如く、レジス
トパターン１２０５の除去を行った。エッチング装置と
マてダウンフロー型エッチング装置を用い、エッチング
ガスとして、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ 混合ガスを用いた。ＣＦ₄ ／
Ｏ₂ の流量は15／500SCCM 一定とし、圧力0.3Torr に保
持した。温度は室温として、マイクロ波を印加して放電
を生じさせ、エッチングした。

【０３３５】レジスト剥離後、炭素膜パターン１２０４
をＳＥＭにて観察したところ、図２７（ｆ）に示す如
く、レジストパターンは残存物が生じず完全に除去可能
であった。

【０３３６】次いで、図２７（ｆ）に示す如く、炭素膜
１２０４をエッチングマスクとして、ＡｌＳｉＣｕ膜１
２０３の選択エッチングを行った。このＡｌＳｉＣｕ膜
１２０３のエッチングにおいても、前述したドライエッ
チング装置を用いた。

【０３３７】エッチング条件は、基板温度50℃に保持
し、エッチングガスとして、Ｃｌ₂ とＢｃｌ₃ との混合
ガス（流量100SCCM ）あるいは、Ｃｌ₂ とＨＢｒあるい
はＣｌ₂ とＢＢｒ₃ の混合ガス（流量100SCCM ）を用い
た。推積ガスとしてＣＯ（流量０〜100SCCM ）を用い
た。

【０３３８】エッチング圧力は、2.0pa 、ＲＦ電圧密度
0.8 ｗ／cm² でエッチングを行なった。

【０３３９】図２９は、推積ガスＣＯの流量を変化させ
て、エッチングした膜のエッチング速度及び形状を測定
した結果を示す図である。ＣＯ流量が０ＳＣＣＭの時を
０％、１００ＳＣＣＭの時を１００％として示す。この
ときの圧力は、2.0pa 、ＲＦ電力は0.8 ｗ／cm² ガスＣ
ｌ₂ ／ＢＣｌ₃ 混合ガス（流量50／50SCCM）、基板温度
50℃である。ＣＯ流量増加とともに、ＡｌＳｉＣｕ膜パ
ターンのテーパ角が90°から77°まで変化し、ＣＯ流量
によって、形状を制御できることが判明した。カーボン
のエッチング速度は、ＣＯ流量にかかわらず、一定であ
るのにたいし、ＡｌＳｉＣｕ膜のエッチング速度は、Ｃ
Ｏ流量の増加とともにわずかであるが減少した。

【０３４０】しかし、炭素にたいするＡｌのエッチング
選択比は、ＣＯ流量100 ％の場合でも10であり、高選択
比が得られることが分かった。

【０３４１】また、エッチング後、残存物を光学顕微鏡
にて、観察したところ、ＣＯ流量50％までは全く、残存
物はみられなかったが、50％以上では、残存物の発生が
観察された。

【０３４２】これにより、ＣＯの添加量は、エッチング
ガス流量の50％以下であることが有効であることが分か
った。

【０３４３】次に、エッチング圧力を1.0pa 〜10paまで
変化させ、高周波電力密度0.8 ｗ／cm² 、基板温度50
℃、エッチングガスとしてＣｌ₂ とＢＣｌ₃ の混合ガス
（流量50／50SCCM）にＣＯを約30％（３０SCCM ）添加
して、エッチングを行なった。

【０３４４】図３０に圧力を変化させたときのＡｌＳｉ
Ｃｕ及び炭素膜のエッチング速度、ＡｌＳｉＣｕ膜のテ
ーパ角を測定した結果を示す。

【０３４５】圧力の上昇とともにＡｌのエッチング速度
は増大する。逆に炭素膜のエッチング速度は減少した。
従って、圧力を上昇させることにより、選択比を大きく
することが可能であることが判った。一方、圧力を6.0p
a よりも上昇させるとエッチング後、残存物が生じるこ
とがわかった。しかし、ＣＯを全く添加しない場合、圧
力3.0pa 以上でエッチングしたＡｌＳｉＣｕ膜パターン
にサイドエッチングが生じ、形状が逆テーパになること
が判明した。そこで、ＣＯを０〜５％まで添加し、エッ
チングを行ったところ、ＣＯ流量50％の下では、７paま
でサイドエッチングが生じなく順テーパ形状が得られる
ことが判った。

【０３４６】次に、エッチングガスとして、Ｃｌ₂ とＨ
Ｂｒの混合ガス（Ｃｌ₂ ／ＨＢｒ／50／50SCCM）を用
い、エッチングガス圧力を1.0pa 〜10paまで変化させ、
高周波電力密度2.5 ｗ／cm² 、基板温度70℃でエッチン
グを行なった。

【０３４７】エッチング圧力６paにおいて、ＡｌＳｉＣ
ｕ膜のエッチング速度7000 オングストロウム／min 炭
素膜のエッチング速度700 オングストロウム／min が得
られ、残存物なく、テーパ形状でＡｌＳｉＣｕ膜をエッ
チングできることが判明した。

【０３４８】しかし、エッチング圧力を７pa以上にする
とエッチングされたＡｌＳｉＣｕ膜のパターン表面が荒
れ、高精度のエッチングができないことが分かった。そ
こで、上記条件において、総ガス流量の約30％ＣＯを添
加し、エッチングを行った。エッチングパターン形状は
テーパ角85°のテーパ形状であった。エッチングしたパ
ターンの側壁形態をＳＥＭにて観察したところ、表面荒
れはなく、平滑な表面形態であることがわかった。上記
ＣＯ流量において、残存物の発生は全くみられなかっ
た。

【０３４９】エッチング後のＡｌＳｉＣｕ膜パターンを
ＳＥＭにて観察したところ図２７（ｇ）に示すように0.
4 μm Ｌ／Ｓ（ラインアンドスペース）のパターンが良
好にエッチングされていることが判った。また、Ｌ／Ｓ
パターン端部でテーパ角を調べた結果、Ｌ／Ｓパターン
中央部と端部とでテーパ角に変化はなく、エッチング形
状は左右対称であることがわかった。

【０３５０】最後に、図２７（ｈ）に示す如く、炭素膜
１２０４の除去を行った。エッチング装置として通常の
バレル型プラズマエッチング装置を用いエッチングガス
としてＯ₂ を用い、プラズマアッシング処理を施したと
ころ、炭素膜１２０４は容易に剥離されることが確認で
きた。

【０３５１】剥離後、ＡｌＳｉＣｕパターンをＳＥＭに
て評価したところ、Ｃｌ₂ とＢＣｌ₃ 混合ガスあるい
は、Ｃｌ₂ とＨＢｒの混合ガスを用いた場合も、テーパ
形状でライン／スペースの線幅0.4 μｍ／0.4 μｍのＡ
ｌＳｉＣｕ膜が良好に形成されていることが判った。

【０３５２】また、ＡｌＳｉＣｕ表面には全く残存物は
観測されなかった。炭素膜のパターニング方法として、
レジストをマスクとして、Ｈ₂ 、不活性ガスや、これら
の混合ガスを用いて、炭素膜のドライエッチングを行な
ったが、上記ガスあるいは混合ガスのいずれを用いてエ
ッチングした場合も良好な炭素膜の加工が可能であり、
これらのプロセスを用いて形成されたＡｌＳｉＣｕ薄膜
パターンについて良好な形状で残渣のないものを得た。

【０３５３】次にエッチング試料として、ＡｌＳｉＣｕ
／ＴｉＮ／Ｔｉ／ＳｉＯ₂ の種層構造の薄膜にたいし
て、前述のＣＯを添加した条件で、エッチングした後、
炭素膜パターンを剥離した試料を大気中に放置し、腐食
の様子を光学顕微鏡により評価したところ、１週間放置
しても、コロージョンの発生を全く認められなかった。

【０３５４】〈実施例１６〉次に本発明の第１６の実施
例としてｎ⁺ Ｓｉ膜パターンの形成方法について図３１
を用いて説明する。図３１は、本発明の一実施例方法に
係わるｎ⁺ Ｓｉ膜のパターンの形成工程を示す断面図で
ある。

【０３５５】まず、図３１（ａ）に示すようにＳｉ基板
１４０１上にＳｉＯ₂ 膜１４０２を膜厚100 オングスト
ロウム形成し、このＳｉＯ₂ 膜１４０２上にＣＶＤ法に
より、膜膜3000オングストロームの多結晶シリコン膜１
４０３を堆積する。この多結晶シリコン膜１４０３中に
リンを拡散し、ｎ⁺ 型の多結晶シリコン膜１４０３を形
成する。

【０３５６】図３１（ｂ）に示すように、スパッタリン
グ法により、炭素膜（膜厚1500オングストロウム）１４
０４を形成する。

【０３５７】次に、図３１（ｃ）に示すように、炭素膜
１４０４上にフォトレジスト１４０５（膜厚16μｍ）を
塗布し、通常のリソグラフィ技術を用いて、フォトレジ
スト55を露光した。続いて、図３１（ｄ）に示す如く、
レジスト１４０５を現像して、レジストパターン１４０
５を形成した。この図３１（ｄ）に示す工程では、現像
液として、アルカリ溶液を用いたが、炭素膜１４０４の
溶出、剥離などの問題は生じなかった。

【０３５８】次いで、図３１（ｅ）及び（ｆ）に示すよ
うに、レジストパターンをマスクとして、前述のドライ
エッチング装置を使用して、ＲＩＥにて、炭素膜１４０
４及び、ｎ⁺ Ｓｉ膜１４０３を選択エッチングし、ｎ⁺
Ｓｉ膜１４０３をＳｉＯ₂ 膜１４０２に対してパターニ
ングした。

【０３５９】炭素膜１４０４のエッチングはＯ2 ガスを
用い、実施例１５で述べたように基板温度を冷却してエ
ッチングし、垂直形状の炭素膜１４０４のパターニング
が可能であった。

【０３６０】次いで、図３１（ｆ）に示すように、レジ
ストパターン１４０５及び炭素膜１４０４をエッチング
マスクとして、ｎ⁺ Ｓｉ膜１４０３のエッチングを行っ
た。このｎ⁺ Ｓｉ膜１４０３のエッチングにおいても前
述したドライエッチング装置を用いた。エッチング条件
は、圧力75mTorr に保ち、総量100SCCM 一定とし、Ｃｌ
₂ ガス、ＳＦ₆ ガス及びＣＯガスの分圧を変えた。ま
た、電極１３２２の温度は一30℃であり、高周波電力は
100 ｗである。

【０３６１】ＳＦ₆ ガス（100 ％）のもとでは、図３２
（ａ）に示すようにｎ⁺ Si膜１４０３にアンダーセット
が発生する。そこで、ＳＦ₆ ガス中にＣＯガスを添加
し、エッチング形状をＳＥＭにより観察したところ、Ｃ
Ｏ（30％）以上の添加でアンダーカットはなくなり、図
３２（ｂ）に示すようにＣＯの添加量３０〜７０％では
ほぼ垂直な形状の加工が可能となる。

【０３６２】さらに、ＣＯの添加量を増加させた場合、
ｎ⁺ Ｓｉ膜１４０３のパターンにすそひきが生じること
がわかった。また、ＣＯ（100％）のもとでは、図３２
（ｃ）に示すようにパターン側壁に堆積物１４０６が生
成する。従って、適度にＣＯの添加量を制御することに
より、ｎ⁺ Ｓｉ膜のパターン形状を制御することが可能
であることが判った。

【０３６３】次に、基板温度を上昇させてエッチングす
る為に、電極１３２２の温度60℃に保ち、反応容器の圧
力を150mTorr以下に保ち、臭化水素（ＨＢｒ）ガスある
いは塩素（Ｃｌ₂ ）ガスにＣＯガスを添加しながらエッ
チングし、形状を評価した。

【０３６４】ＨＢｒ（100 ％）あるいはＣｌ₂ （100
％）でｎ⁺ Ｓｉ膜１４０３をエッチングしたところ、図
３２（ａ）に示す如く、パターンにアンダーカットが生
じた。そこでＣＯガスを添加したところ、ＣＯガス（15
〜60％）添加することにより、ＨＢｒ、Ｃｌ₂ あるい
は、ＨＢｒ／Ｃｌ₂ 混合ガスにおいても、パターン形状
を垂直にエッチングすることが可能であることがわかっ
た。また、ＣＯガス添加量70％以上では、ｎ⁺ Ｓｉ膜の
エッチング速度が低下し、パターン形状もすそを引いた
り、堆積物の発生が観察された。

【０３６５】最後に図３１（ｇ）に示す如く、レジスト
パターン及び炭素膜パターン１４０４の除去を行った。
前述の如くエッチング装置としてダウンフロー型エッチ
ング装置を用いて、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガスにてレジストパタ
ーンのエッチングを行った後、通常のバレル型プラズマ
エッチング装置にてＯ₂ ガスを用いて、炭素膜パターン
１４０４をエッチングすることにより、炭素膜パターン
１４０４は容易に剥離されることが確認できた。

【０３６６】剥離は、ｎ⁺ Ｓｉ膜パターンをＳＥＭにて
評価したところ、垂直形状で0.1 μｍの線幅のパターン
が良好に形成されていることが判った。

【０３６７】〈実施例１７〉次に本発明の第１７の実施
例について、タングステンのパターン形成方法について
図３３を用いて説明する。

【０３６８】即ち、実施例１６と同様に、図３３（ａ）
に示すようにシリコン基板１５０１上に熱酸化により膜
厚１０ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）膜１５０２を形
成した後、ＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの多結晶シリ
コン膜１５０３を堆積する。この多結晶シリコン膜１５
０３中にリンを拡散し、ｎ型の多結晶シリコン膜１５０
３を形成した後、さらにスパッタ法により膜厚２００ｎ
ｍのタングステン膜（ｗ）１５０４を形成する。

【０３６９】そして、図３３（ｂ）に示すようにこの上
層にスパッタ法により、炭素膜（1500オングストロウ
ム）１５０５を形成する。次に、図３３（ｃ）に示すよ
うに、炭素膜１５０５上にフォトレジストを塗布し、通
常のリソグラフィ技術を用いて、フォトレジストパター
ン１５０６を形成する。

【０３７０】次に、図３３（ｃ）に示すように、フォト
レジストパターン１５０６をマスクとして、Ｏ₂ ガスを
用いたＲＩＥ法により炭素膜１５０５を垂直形状に加工
する。

【０３７１】次に、図３３（ｄ）に示すように、レジス
トパターン１５０６及び炭素膜１５０５をエッチングマ
スクとして、Ｗ膜１５０４のエッチングを行った。この
Ｗ膜１５０４のエッチングにおいても、前述した図２８
に示すドライエッチング装置を用いた。

【０３７２】エッチング条件は、基板温度を140 ℃に保
ち、反応容器内のガス圧力10mTorrで、Ｃｌ₂ ガスある
いはＳＦ₆ ガスあるいはこの混合ガス中にＣＯを添加
し、添加量を変化させ、高周波電力100 ｗにて行った。

【０３７３】エッチング形状は、ＳＥＭにて観察した。
その結果、ＳＦ₆ ガス（100 ％）あるいはＣｌ₂ ガス
（100 ％）のもとでは、図３２（ａ）に示すようにＷ層
１５０４にアンダーカットが発生し、高精度のパターニ
ングができなかった。

【０３７４】エッチング電極温度を添加し、基板温度を
下げたところ、Ｃｌ₂ ガス（100 ％）では、垂直パター
ンが得られるものの、堆積物の発生が観察された。

【０３７５】また、ＳＦ₆ ガス（100 ％）で基板温度を
−30℃まで下げても垂直形状のパターンは、得られず、
パターンにアンダーカットが生じた。

【０３７６】そこで、ＳＦ₆ ガスとＣｌ₂ ガスの混合ガ
スを用いてエッチングしたところ、基板温度145 ℃、Ｃ
ｌ₂ とＳＦ₆ のガス分圧７対３において、図３２（ｂ）
に示すような垂直形状のパターニングが可能であった。
しかし、ＳＦ₆ （100 ％）の場合、Ｗのエッチング速度
が４５０ｎｍ／min であるのに対してＣｌ₂ ／ＳＦ₆ ：
70／30においては、エッチング速度が２００ｎｍ／min
まで減少する。さらに、ウェハ内でのエッチング速度の
分布を測定したところ、周辺部でのエッチング速度が速
く、均一性が極めて低い（３λ／ｘ：平均のエッチング
速度＝50％）ことがわかった。

【０３７７】また、周辺部でのエッチング速度が速い
為、下地材料であるｎ⁺ Ｓｉ膜１５０３もエッチングさ
れてしまうことが判明した。

【０３７８】そこで、ＳＦ₆ ガス（100 ％）にＣＯを添
加し、エッチングを行った。ＣＯの添加量（30〜50％）
にて、基板温度150 ℃にて、Ｗ膜１５０４は図３２
（ｃ）に示す如く垂直形状にエッチングできることが判
った。同様にＣｌ₂ ガス（100 ％）にＣＯガスを添加し
たところ、基板温度150 ℃にてＣＯ（10〜30％）にて、
垂直形状のパターン形成が可能であった。

【０３７９】また、ＳＦ₆ ／Ｃｌ₂ の混合ガス比を変化
させ、エッチング速度の均一化を計りながら、ＣＯガス
を添加していったところ、ウェハ内でのエッチング速度
分布（３λ／ｘ＝５％）で、垂直形状のパターンを得る
ことが可能であった。さらに、ＣＯガスを添加量に対す
るｎ⁺ Ｓｉ膜１５０３のエッチング速度を調べたとこ
ろ、ＣＯガスの添加量に対して、Ｗ膜１５０４のエッチ
ング速度も除去に減少するが、ｎ⁺ Ｓｉ膜１５０３のエ
ッチング速度は大幅に減少することが判った。従って適
度にエッチング条件を選択することによりＣＯガス添加
により、ｎ⁺ Ｓｉ膜１５０３に対して、Ｗ膜１５０４を
選択的にエッチングすることが可能であることがわかっ
た。

【０３８０】次に図３３（ｅ）に示す如く、レジストパ
ターン１５０６をダウンフロー型エッチング装置にて、
ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガスを用いてエッチングした後、通常のバ
レル型プラズマエッチング装置にてＯ₂ ガスを用いて、
炭素膜パターン１５０５をエッチングすることにより、
マスクパターンの剥離を行った。

【０３８１】剥離後、Ｗ膜パターンをＳＥＭにて評価し
たところ、垂直形状で0.5 μｍの線幅のパターンが良好
に形成されていることが判った。

【０３８２】また、Ｗの膜パターニング後、実施例１６
で示した如く下地のｎ⁺ Ｓｉ膜１５０３をＳｉＯ₂ 膜１
５０２に対して選択することにより、Ｗ／ｎ⁺ Ｓｉ構造
を有するパターンの加工も高精度にて実現できることが
わかった。

【０３８３】〈実施例１８〉次に、本発明の第１８の実
施例について説明する。

【０３８４】この実施例は、炭素膜をＳｉ基板のエッチ
ングマスクとして用いた例である。

【０３８５】図３４は、炭素膜をエッチングマスクとし
て採用した、本実施例に係わるトレンチキャパシタの形
成工程を示す断面図である。

【０３８６】まず、図３４（ａ）に示す如く、Ｓｉ基板
１６０１上に実施例１５−１７で述べたように上層にレ
ジストパターン１６０２、下層に炭素膜パターン１６０
３より成るマスクパターンを形成した。炭素膜の膜厚は
２００ｎｍである。次いで、図３４（ｂ）に示す如く、
反応性イオンエッチングにより所要の深さのトレンチ１
６０４を穿設した。エッチング装置は前述の如くマグネ
トロンを載置したものを用いた。エッチングガスとして
は、Ｃｌ₂ とＣＯとの混合ガスを用いた、エッチング中
のガス圧は、７×10^-3Torr、高周波印加電力は3.0 ｗ／
cm² である。基板表面の温度はほぼ100 ℃となるように
保持した。このとき、Ｃｌ₂ ガス（100 ％）にてエッチ
ングした場合、トレンチ側壁に荒れが生じた。そこでＣ
ｌ₂ ガスにＣＯガス（20％）を添加した混合ガスを用い
てエッチングしたところ、垂直形状にて、平滑な平面を
有するトレンチ１６０４が得られる。

【０３８７】このとき、エッチングマスクとＳｉ基板の
エッチング選択比を測定したところ選択比20が得られ
た。また、添加するＣＯ量（10〜40％）の範囲では、選
択比に大きな違いはみられなかった。

【０３８８】次いで図３４（ｃ）に示すように、ドライ
エッチング時に発生する欠陥や汚染物を除去するため
に、トレンチ１６０４の側壁に薄いＳｉＯ₂ 膜１６０５
を熱酸化により形成し、続いて、図３４（ｄ）に示すよ
うに、フッ化アンモニア水（ＮＨ₄ Ｆ）等の溶液を用い
てＳｉＯ₂ 膜１６０５を除去した。

【０３８９】この場合、薄いＳｉＯ₂ 膜を熱酸化により
形成する工程においても炭素等のＳｉ膜中への拡散は生
じなかった。

【０３９０】次いで、図３４（ｅ）に示すように、トレ
ンチ１６０２の側壁に不純物拡散を行って、拡散層１６
０６を形成する。これにより、トレンチ側壁部のみに拡
散層１６０６が形成される。

【０３９１】次いで、エッチングマスク１６０１を除去
したのち、誘電体になる薄いシリコン酸化膜或いは酸化
膜と窒化膜との積層構造１６０７を形成する。

【０３９２】次いで図３４（ｆ）に示す如く、多結晶シ
リコン１６０８を堆積し、不純物拡散を行って、導電性
とし、前述のドライエッチング装置を用いて、多結晶シ
リコン膜１６０６をＣｌ₂ ガスを用いたドライエッチン
グによりパターニングして、所要の容量を有するトレン
チキャパシタを構成した。

【０３９３】最後にトレンチキャパシタの電気特性を評
価したところ、高い絶縁耐圧で、低リーク電流特性とす
ることが可能であった。

【０３９４】以上説明した実施例１５〜１８において
は、平行平板電極を有したマグネトロン型の反応性イオ
ンエッチング装置を用いているが、マイクロ波を印加し
たＥＣＲ放電を用いた反応性イオンエッチング装置、又
はマイクロ波若しくは電子線を印加することによって生
成された放電プラズマ下で被エッチング基体に電圧を印
加した反応性イオンエッチング装置を用いてもよい。

【０３９５】また、炭素膜の形成方法として、スパッタ
リング法を用いてきたが、真空蒸着法，ＣＶＤ法を用い
て形成してもよい。更に、ＡｌＳｉＣｕ膜のエッチング
において、エッチングガスとしてＣｌ₂ とＢＣｌ₃ の混
合ガス又はＣｌ₂ とＨＢｒの混合ガスを用いたが、Ｂｒ
₂ 、ＢＢｒ₃ 等の臭素を主成分とするハロゲンガスや、
上記Ｃｌ₂ を主成分とするガスとの混合ガスをエッチン
グに使用することも可能である。さらに、上記ガス中
に、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ｎｅなどの希ガスを導入
してもかまわない。

【０３９６】実施例１５〜１８では、ＡｌＳｉＣｕ膜、
Ｓｉ基板、ｎ⁺ −Ｓｉ膜、タングステンのエッチングに
ついて述べたが、ＡｌＳｉＣｕ／ＴｉＮ／Ｔｉ等のバリ
アメタルとの積層構造のエッチングに適用することも可
能である。さらに、ＡｌＳｉＣｕ膜エッチングにおい
て、レジストを剥離した後、被処理基体を清浄する工程
を施した後、ＡｌＳｉＣｕ膜をエッチングするようにし
てもよい。その他、銅、ＳｉＯ₂ 等の絶縁膜、或いはモ
リブデン等の高融点金属、又はタングステンやモリブデ
ン等の高融点金属の硅化物等に適用することも可能であ
る。

【０３９７】ＡｌＳｉＣｕのエッチングにおける圧力，
高周波電力密度，基板温度等は、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することができる。炭素膜
を剥離する工程において、円筒型のプラズマエッチング
装置を用いているが、平行平板型電極を有したエッチン
グ装置を用いてもよい。

【０３９８】レジスト膜を炭素膜に対して選択的に剥離
する工程において、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ガスを用いたダウンフ
ロー型アッシング装置を用いているが、エッチングガス
として、ＳＦ₆ 、ＮＦ₃ 等、少なくともフッ素を含有し
ているガスと酸素との混合ガス、或いは少なくとも弗素
を含有しているガスと水との混合ガス、或いは基板温度
を上昇させて、少なくともＯ₂ を含有するガスを用いて
もよい。

【０３９９】更に、ＡｌＳｉＣｕ膜のエッチングにおい
て、実施例１５〜１８では、エッチング後、マスクとし
て用いた炭素膜は剥離したが、場合によっては、炭素膜
を除去しないで、そのまま残してその後のプロセス工程
を施しても構わない。

【０４００】また、実施例（１６〜１８）では、レジス
トを剥離しないで、レジストと炭素膜の積層構造をマス
クパターンとしてエッチングしたが、エッチング条件等
に応じて、レジストを除去して、レジストが被着してい
ない炭素膜パターンをマスクとしてエッチングを行って
もよい。

【０４０１】実施例１５〜１８では、堆積ガスとして一
酸化炭素を用いているが、メタン，エチンアセチレン等
の炭化水素ガス，少なくとも１つの炭素を含有するガス
であれば、いずれを適用してもよい。

【０４０２】炭素の膜厚として実施例１５では2000オン
グストロウムあるいは実施例１６〜１８では1500オング
ストロウムを用いているが、膜厚は適度に可変してもよ
い。

【０４０３】〈実施例１９〉図３５は、本発明の第１９
の実施例に係わるＡｌ合金膜パターンの形成工程を示す
断面図である。まず、図３５（ａ）に示すように、Ｓｉ
基板１７０１にＳｉＯ₂ 膜１７０２を形成し、このＳｉ
Ｏ₂ 膜１７０２上にＡｌＳｉＣｕ（Ｓｉ濃度１wt％、Ｃ
ｕ濃度0.5wt ％）薄膜１７０３を堆積する。次いで、図
３５（ｂ）に示すごとく、薄膜１７０３上にダイヤモン
ド膜１７０４（膜厚2000オングストロウム）を形成す
る。

【０４０４】ここで、ダイヤモンド膜１７０４は、有磁
場マイクロ波ＣＶＤ装置により堆積した。反応ガスとし
てＨ₂ とメタン（濃度２％）を用いた。ガス圧力２×10
⁴ Ｐａ、ガス流量100SCCM 、基板温度400 ℃、マイクロ
波電力1200Ｗ、バイアス電圧10〜50Ｖの条件で、ＡｌＳ
ｉＣｕ薄膜１７０３上に作成した薄膜の走査電子顕微鏡
を観察したところ、粒径約200 オングストロウムの粒子
から形成されていることが判明した。次に、形成した薄
膜の結晶構造を明らかにするため、Ｘ線回析法（ＸＲ
Ｄ）およびラマン分光分析をおこなった。ＸＲＤの結果
から、作成された膜は、ダイヤモンドの回析ピークと一
致した。ラマン分光分析の結果を図３６に示す。図３６
より、1333cm−１にダイヤモンドの鋭いピークが大きく
見られた。1500cm−１付近に、僅かであるが非晶質のブ
ロードなピークが観察された。

【０４０５】さらに、赤外分析法により、上記作成した
薄膜の分析をしたところ炭化水素に起因するピークが40
0 から1200cm−１付近に観察され、水素を含有する構造
であることが判明した。

【０４０６】従って、形成された薄膜は不純物として水
素を含有するが、多結晶構造から成るダイヤモンド膜で
あることが判明した。

【０４０７】次いで、図３５（ｃ）に示すようにダイヤ
モンド膜１７０４上にフォトレジスト１７０５（膜厚2.
0 μm ）を塗布し、通常のリソグラフィ技術を用いて、
レジスト１７０５を露光した。続いて、図３５（ｄ）に
示す工程では、現像液として、アルカリ性有機溶液を用
いたが、現像時に、ダイヤモンド膜１７０４の溶出・剥
離、あるいはＡｌ膜の溶出などの問題は生じなかった。

【０４０８】次いで、図３５（ｅ）及び（ｆ）に示すよ
うに、レジストパターンをマスクとして、ＲＩＥにて、
ダイヤモンド膜１７０４及びＡｌＳｉＣｕ膜１７０３を
選択エッチングし、ＡｌＳｉＣｕ膜をパターニングし
た。

【０４０９】上記、図３５（ｅ）の工程について詳細に
説明する。ドライエッチング装置は、マグネトロンを載
置した平行平板型の装置を用いた。エッチングに用いた
ガスは、酸素、塩素、四弗化炭素、水素である。容器の
圧力は、2.0pa 、カソードに印加した高周波電力（13.5
6MHz）の密度は、0.8 Ｗ／cm² であった。

【０４１０】先ず、エッチングガスにＯ₂ を用い、図３
５（ｅ）に示す如く、ダイヤモンド膜14をエッチングし
た。基板温度を−50℃〜−100 ℃に保持した場合、ダイ
ヤモンド膜１７０４が約1500オングストロウム／min の
速度でエッチングされたのに対して、レジスト１７０５
は、1.0 μｍ／min であり、ダイヤモンド膜１７０４と
レジスト１７０５との選択比は0.15である。またエッチ
ングされたダイヤモンド膜１７０４の形状をＳＥＭにて
観察したところ、ほぼ垂直形状が得られた。

【０４１１】次に比較の為に、熱分解炭素膜（グラファ
イト構造）についても上記条件で、エッチングされるこ
とが判った。熱分解炭素膜のエッチング形状も垂直なも
のが得られた。

【０４１２】エッチングガスに塩素、四弗化炭素、水素
を用い、レジスト膜、ダイヤモンド膜、熱分解炭素膜の
エッチング速度を上記条件にて調べた。図３７はその結
果を示す特性図である。塩素及び四弗化炭素を用いて熱
分解炭素膜を、約500 〜1000オングストロウム／min で
エッチングしたところ、熱分解炭素膜のエッチング速度
は、約200 オングストロウム／min のであり、レジスト
膜のエッチング速度は、約2000オングストロウム／min
であった。

【０４１３】一方、水素ガスに対しては、ダイヤモンド
膜及びグラファイト膜は、約300 オングストロウム／mi
n でエッチングされるのに対してレジスト膜は、600 オ
ングストロウム／min であった。

【０４１４】次いで、図３５（ｆ）に示す如く、レジス
トパターン１７０５及びダイヤモンド膜１７０４をエッ
チングマスクとして、ＡｌＳｉＣｕ膜１７０３の選択エ
ッチングを行った。このＡｌＳｉＣｕ膜１７０３のエッ
チングにおいても、前述したドライエッチング装置を用
いた。エッチング条件は、基板温度を50℃に保持し、エ
ッチングガスとして、塩素と三塩化ホウ素との混合ガス
（流量100SCCM ）を用いた。エッチング圧力は、2.0Pa
高周波電力は、0.8 ｗ／cm² 〜３Ｗ／cm² まで変化させ
た。

【０４１５】図３７は、高周波電力を変化させてエッチ
ングした膜のエッチング速度を測定した結果を示す図で
ある。

【０４１６】これより、高周波電力0.8 Ｗ／cm² にて、
ＡｌＳｉＣｕ膜１７０３のエッチング速度が約3500オン
グストロウム／min 、ダイヤモンド膜１７０４のエッチ
ング速度は、100 オングストロウム／min であり、ダイ
ヤモンド膜１７０４とＡｌＳｉＣｕ膜１７００３との選
択比は約35である。一方、このとき、レジスト膜１７０
５及びグラファイト膜は、各々1600オングストロウム／
min 、250 オングストロウム／min であり、いずれもダ
イヤモンド膜よりもエッチング速度が大きい値であっ
た。

【０４１７】高周波電力0.8 ｗ／cm² にてエッチングし
たＡｌＳｉＣｕ薄膜１７０３の形状をＳＥＭにより評価
したところ、テーパ角88°でテーパ形状であることが判
った。また、高周波電力の増大とともにダイヤモンド膜
１７０４とＡｌＳｉＣｕ膜１７０３との選択比は小さく
なるものの、テーパ形状は大きく（テーパ角が小さく）
なることが分かった。

【０４１８】また、高周波電力1.5 ｗ／cm² 以上でエッ
チングしたＡｌＳｉＣｕ薄膜１７０３においては、エッ
チング後、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１７０３上にレジスト１７
０５は、残存していないことが、上記同様ＳＥＭにより
確認された。

【０４１９】これより、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１７０３とレ
ジスト１７０５との選択比は、図３５に示した如く、高
周波電力とともに減少して行くため、電力1.5 ｗ／cm²
以上では、レジスト１７０５は全て消失する。従って、
ＡｌＳｉＣｕ薄膜１７０３のエッチングマスクは、ダイ
ヤモンド１７０４となる。即ち、レジスト１７０５のみ
をマスクとして用いた場合では、選択比が小さいために
ＡｌＳｉＣｕ薄膜１７０３を全てエッチングするまで、
良好なエッチングマスクとして作用しない。しかし、ダ
イヤモンド14をエッチングマスクとして適用することに
より、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１７０３とダイヤモンド１７０
４との選択比が高周波電力1.5 ｗ／cm² では17あるため
に、ＡｌＳｉＣｕ薄膜１７０３の良好なエッチングが可
能となることが分かる。

【０４２０】最後に図３５（ｇ）に示す如く、レジスト
パターン及びダイヤモンド１７０４の除去を行った。エ
ッチング装置として、通常のバレル型プラズマエッチン
グ装置とダウンフロー型エッチング装置を用いた。

【０４２１】バレル型プラズマエッチング装置にて、通
常の酸素プラズマにより、アッシングしたところ、レジ
ストパターン端部や中央部に残存物が生じ完全に除去す
ることは困難であった。一方、ダイヤモンド膜１７０４
は上記酸素プラズマアッシングにより容易に除去できる
ことが判明した。

【０４２２】次に、ダウンフロー型エッチング装置にて
前述の試料におけるレジスト膜１７０５及びダイヤモン
ド膜１７０４の剥離を行った。

【０４２３】エッチングガスとして、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ の混
合ガスあるいは、ＮＦ₃ ／Ｈ₂ Ｏの混合ガスを導入し、
基板温度は室温に保持し、エッチング圧力0.3Torr の下
で、マイクロ波を印加して放電を生じさせ、エッチング
を行った。又、基板温度を100 ℃に保持し、Ｏ₂ ガスを
用いて、上記条件にてエッチングを行った。

【０４２４】この工程により、レジストパターンは残存
物が生じず、完全に除去可能であった。また、ダイヤモ
ンド膜は、全くエッチングされなかった。従って、レジ
ストパターンが残存している場合のマスクパターンを剥
離するに際してはは、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ の混合ガスあるいは
ＮＦ₃ ／Ｏ₂ の混合ガスあるいは、基板温度を上昇させ
て、Ｏ₂ ガスを用いたダウンフロー型エッチングにてレ
ジストを除去した後、前述の如く、バレル型エッチング
装置を用い、通常のＯ₂ プラズマアッシング処理を施す
ことによってダイヤモンド膜は剥離されることが確認で
きた。

【０４２５】剥離後、ＡｌＳｉＣｕパターンをＳＥＭに
て評価したところ、テーパー形状で、ライン／スペース
の線幅400nm ／400nm のＡｌＳｉＣｕ薄膜が良好に形成
されることが判った。

【０４２６】また、エッチング後、上記試料を大気中に
移置し、腐食の様子を光学顕微鏡により評価したとこ
ろ、レジストをマスクとして用いてエッチングしたもの
は、放置後、24時間後にコロージョンの発生が観察され
た。これに対して、ダイヤモンドをマスクとして用いて
エッチングしたものは、１週間放置してもコロージョン
の発生は全く認められなかった。

【０４２７】なお、実施例１９においては、ＡｌＳｉＣ
ｕ膜のエッチングについて、述べたが、ＳｉＯ₂ 、Ｓ
ｉ、タングステンあるいはモリブデン等の高融点金属、
高融点金属硅化物等のエッチングマスクとして、ダイヤ
モンドを適用することも可能である。

【０４２８】またレジストとダイヤモンドとの積層構造
を用いてＡｌＳｉＣｕ膜のエッチングを行ってきたが、
レジストマスクに用いて、ダイヤモンドをエッチングし
た後、ダウンフロー型エッチング装置にて、レジストを
剥離し、ダイヤモンド膜パターンをマスクとしてＡｌＳ
ｉＣｕ膜のエッチングを行ってもよい。

【０４２９】ＡｌＳｉＣｕ膜のエッチング装置として、
平行平板電極を有したマグネトロン型の反応性イオンエ
ッチング装置を用いているが、マイクロ波を印加したＥ
ＣＲ放電を用いた反応性イオンエッチング装置、又は、
マイクロ波若しくは電子線を印加することによって生成
された放電プラズマ下で被エッチング基体に電圧を印加
して反応性イオンエッチング装置を用いてもよい。

【０４３０】エッチングガスとしてＣｌ₂ とＢＣｌ₃ の
混合ガスを用いたが、Ｂｒ₂ 、ＨＢｒ、ＢＢｒ₃ 等の臭
素を主成分とするハロゲンガスや上記Ｃｌ₂ を主成分と
するガスとの混合ガスをエッチングに使用することも可
能である。さらに、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉあるいはタングステ
ン、モリブデン等の高融点金属あるいは、高融点金属の
硅化物をエッチングする場合には、ＳＦ₆ 、ＣＦ₄ 、Ｎ
Ｆ₃ 、フルオロカ−ボン系ガス、例えばＣｘＨｍＦｎ
（ｍ＋ｎ＝２×２）で表わされるガス等のフッ素を主成
分とするハロゲンガスをエッチングに使用することも可
能である。

【０４３１】上記ガス中にＡｒ・Ｋｒ・Ｘｅ・Ｈｅ・Ｎ
ｅなどの希ガスを導入してもかまわない。ＡｌＳｉＣｕ
のエッチングにおける圧力・高周波電力、基板温度等
は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形した実
施することができる。

【０４３２】レジスト膜をダイヤモンド膜に対して選択
的に剥離する工程においては、エッチングガスとしてＳ
Ｆ₆ 、Ｆ₂ 等少なくともフッ素を含有しているガスと酸
素との混合ガスであればよい。

【０４３３】

【発明の効果】本発明による炭素膜をドライエッチング
時のマスクパターン（特に、反応性イオンエッチング等
のエッチングマスク）として用いる方法によれば、ドラ
イエッチング時のエッチングマスクと被エッチング材料
とのエッチング選択比を大きくすることが可能である。
また、マスク材料が導電性薄膜であるため、エッチング
中の荷電粒子の照射により、マスクパターンがチャージ
アップを生じることはない。従って、高精度な微細加工
が可能である。また、炭素膜は高純度化が可能であるた
め、プラズマ等のエネルギーの大きな粒子の衝突によ
り、分解されたエッチング生成物中にデバイスに悪影響
を与える不純物（例えば、重金属，ハロゲン等）が含ま
れることがないため、金属配線等の腐食等は生じない。

【０４３４】また、Ｏ₂ ガスを用いたプラズマエッチン
グにより、炭素膜は選択的に容易に剥離することが可能
であるため、剥離工程中に他の材料へダメージ等を与え
ることがない。さらに、炭素膜は耐熱性を有しているた
め、露光マスクやＴＦＴの製造工程における石英基板等
の膜厚の厚い絶縁基板上の薄膜をＲＩＥする際に生じる
基板の温度上昇によって、エッチングマスクパターンが
変形を受けることもない。

【０４３５】従って、半導体集積回路製造工程におい
て、微細なパターンを高精度に加工することが可能とな
る。さらに、配線やトレンチ素子等を高信頼性を持って
形成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係わるパターン形成
工程を示す断面図。

【図２】 第１の実施例に用いたエッチング装置の概略
構成を示す図。

【図３】 第１の実施例におけるパターン形状の変化を
示す断面図。

【図４】 ＲＦ印加電力を変化させたときの、エッチン
グ速度とエッチング選択比の関係を示す特性図。

【図５】 第１の実施例方法に用いたダウンフロー型エ
ッチング装置の概略を示す図。

【図６】 本発明の第２の実施例に係わるパターン形成
工程を示す断面図。

【図７】 チャージアップ現象を説明するためのパター
ン断面図。

【図８】 直流電圧とエッチングパターンのテーパ角の
関係を示す特性図。

【図９】 大気放置時間と腐食量との関係を示す特性
図。

【図１０】本発明の第３の実施例に係わるトレンチキャ
パシタの形成工程を示す断面図。

【図１１】従来方法にてトレンチ構造を形成したときの
パターン形状を示す断面図。

【図１２】本発明の第５の実施例に係わるＬＤＤ構造の
ＭＯＳトランジスタの製造工程を示す断面図。

【図１３】本発明の第６の実施例に係わる位相シフト露
光マスクの形成工程を示す断面図。

【図１４】第６の実施例で作成した位相シフトマスクを
用いて露光したときの様子を示す模式図。

【図１５】本発明の第７の実施例に係わるＶＩＡホール
形成工程を示す断面図。

【図１６】従来の方法を用いてＶＩＡホールを形成した
ときのパターン形状を示す断面図。

【図１７】炭素膜マスクとレジストマスクにおける不純
物量の比較を示す特性図。

【図１８】本発明の第８の実施例に係わるコンタクトホ
ール形成工程を示す断面図。

【図１９】本発明の第９の実施例に係わるＳｉＯ₂ 膜の
エッチング工程を示す断面図。

【図２０】アスペクト比とエッチングした深さとの関係
を示す特性図。

【図２１】本発明の第１０の実施例に係わる多層レジス
トを用いたパターン形成工程を示す断面図。

【図２２】本発明の第１０の実施例に係わる多層レジス
トを用いたパターン形成工程を示す断面図。

【図２３】本発明の第１１の実施例に係わる薄膜トラン
ジスタの製造工程を示す断面図。

【図２４】本発明の第１２の実施例に係わるトレンチ構
造による素子分離領域の形成工程を示す断面図。

【図２５】本発明の第１３実施例に係わる半導体集積回
路用金属配線の製造工程を示す断面図。性図。

【図２６】本発明の第１４実施例に係わる半導体装置の
上層金属配線と下層金属配線との接続部を形成する工程
を示す断面図。

【図２７】本発明の第１５の実施例に係わるＡｌ合金膜
パターンの形成工程を示す断面図。

【図２８】第１５の実施例に用いたエッチング装置の概
略構成を示す図。

【図２９】推積ガスＣＯの流量を変化させて、エッチン
グした膜のエッチング速度及び形状を測定した結果を示
す特性図。

【図３０】圧力を変化させたときのＡｌＳｉＣｕ及び炭
素膜のエッチング速度、ＡｌＳｉＣｕ膜のテーパ角を測
定した結果を示す特性図。

【図３１】本発明の第１６の実施例に係わるＡｌ合金膜
パターンの形成工程を示す断面図。

【図３２】ＣＯガスの流量とエッチング形状との関係を
示す断面図。

【図３３】本発明の第１７の実施例に係わるタングステ
ンのパターン形成工程を示す断面図。

【図３４】本発明の第１８の実施例に係わるトレンチキ
ャパシタの形成工程を示す断面図

【図３５】本発明の第１９の実施例に係わるＡｌ合金膜
パターンの形成工程を示す断面図。

【図３６】本発明の第１９の実施例により形成したダイ
ヤモンド薄膜の結晶構造を示すラマン分光分析の結果を
示す特性図。

【図３７】高周波電力を変化させてエッチングした膜の
エッチング速度を測定した結果を示す特性図。

【符号の説明】

１１…Ｓｉ基板、 １２…ＳｉＯ₂ 膜、 １３…ＡｌＳ
ｉＣｕ薄膜、１４…炭素膜、 １５…フォトレジスト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡野 晴雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−212136（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−136025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−120526（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/027

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に溝及び／又は段差を有する被処理基
   体上に膜を被着し、被処理基体表面を平坦化する工程
   と、全面に炭素膜を被着する工程と、前記炭素膜上に第
   １のマスクパターンを形成する工程と、前記第１のマス
   クパターンをマスクとして前記炭素膜をエッチングし、
   前記炭素膜からなる第２のマスクパターンを形成する工
   程と、前記被処理基体を真空容器内に設置し、該容器内
   にハロゲンを主成分としたエッチングガスを導入すると
   共に放電を誘起してプラズマを生成し、前記第２のマス
   クパターンに沿って前記被処理基体を異方性エッチング
   する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
   法。