JP3222156B2 - 半導体装置のタングステンポリサイドのエッチング方法 - Google Patents

半導体装置のタングステンポリサイドのエッチング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子製造におけ
るタングステンポリサイドのエッチング方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、ソリッド・ステート・テクノロジー・27
(4)巻 ,1984,6月、P69〜73「Soli
d State Technol.,Vol.27
(4),P235(1984)」に記載されるものがあ
った。
【0003】上記文献に示されるように、半導体素子に
おける配線(ビットライン、ワードライン)に用いられ
ている材料としてタングステンポリサイドがある。この
タングステンポリサイドのエッチングガスにはSF6
2 ClF5 が用いられていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
SF6 +C2 ClF5 では、タングステンシリサイドよ
りも多結晶シリコンのエッチング速度の方が速い。この
ような条件で実際のデバイスをエッチングすると、図5
に示すようになる。
【0005】まず、図5(a)に示すように、実際のデ
バイスではSi基板10上の下地に絶縁膜11の段差が
ある。この上に多結晶シリコン膜12、タングステンシ
リサイド膜13を堆積し、エッチングする。
【0006】次に、図5(b)に示すように、タングス
テンシリサイド膜13をエッチングする。ここで、平坦
部では、多結晶シリコン膜12が露出しているが、段差
部ではまだタングステンシリサイド膜13′が残ってい
る。
【0007】次に、図5(c)に示すように、この状態
でエッチングを行なうと、段差部ではタングステンシリ
サイド膜13′、平坦部では多結晶シリコン膜12のエ
ッチングを行なうことになる。この時、タングステンシ
リサイド膜13′より多結晶シリコン膜12の方がエッ
チングが速いと、段差部でタングステンシリサイド膜1
3′が全部エッチングされる間に、平坦部で多結晶シリ
コン膜12も全部エッチングされ、段差部での多結晶シ
リコン膜12′がすべて残ることになる。
【0008】この段差部での多結晶シリコン膜12′を
エッチングすると、平坦部では下地が露出しているた
め、図5(d)に示すように、下地をエッチングしてし
まうことになる。
【0009】本発明は、以上述べた段差部での多結晶シ
リコン膜のエッチング残りを最少にするため、エッチン
グガスに塩素ガスとフレオンガスの混合ガスを用いた優
れた半導体装置のタングステンポリサイドのエッチング
方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、基板上に段差を有する絶縁膜と、多結晶
シリコン膜と、タングステンシリサイド膜が積層される
半導体装置のタングステンポリサイドのエッチング方法
において、前記タングステンシリサイド膜及び前記多結
晶シリコン膜のエッチングを第1のエッチング工程、第
2のエッチング工程から成し、前記第1のエッチング工
程はSF 6 、CH 2 2 、及びCl 2 の混合ガス、又は
SF 6 、及びCH 2 2 の混合ガスを用い、前記第2の
エッチング工程は、Cl 2 、及びCH 2 2 の混合ガス
を用いて行うことを特徴とする
【0011】
【作用】本発明によれば、上記のように、タングステン
シリサイド膜のエッチングガスに塩素ガス+フレオンガ
スの混合ガスを用い、しかも前記タングステンシリサイ
ド膜のエッチング速度が、前記多結晶シリコン膜のエッ
チング速度より速い条件でエッチングするようにしたの
で、段差部でのエッチング残りが低減でき、オーバーエ
ッチ時間を短縮することができる。また、下地絶縁膜の
エッチング量の低減を図ることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。
【0013】図1は本発明の実施例を示す半導体装置の
タングステンポリサイドのエッチング工程断面図であ
る。
【0014】まず、図1(a)に示すように、Si基板
20上の絶縁膜21の段差上に多結晶シリコン膜22、
タングステンシリサイド膜23を堆積させる。多結晶シ
リコン膜22はCVD法により形成し、40E20cm
- 2 のリンドープを行なった膜である。タングステンシ
リサイド膜23はスパッタにより形成し、組成比がW:
Si=1:2.5の膜である。
【0015】次に、図1(b)に示すように、このタン
グステンシリサイド膜23のエッチングを行なう。ここ
で、エッチングは、マイクロ波を用いたプラズマエッチ
ング装置で行なう。
【0016】図2にCl2 ,CH2 2 の混合ガスを用
いた時のタングステンシリサイド膜、多結晶シリコン膜
のエッチング速度とガス混合比の関係を示す。図におい
て、横軸はCl2 /(Cl2 +CH2 2 )×100
(%)、縦軸はエッチング速度(Å/min)を示して
いる。
【0017】エッチング条件は高周波電力が8W、マイ
クロ波電力が420W、圧力が10mmTorrであ
る。ここで、Cl2 が100%の時には、タングステン
シリサイド膜より、多結晶シリコン膜の方がエッチング
速度は速いが、CH2 2 の添加量が10%以上では、
タングステンシリサイド膜の方がエッチング速度は速く
なり、更に25%の添加では多結晶シリコン膜のエッチ
ングは起きなくなる。
【0018】そこで、図1(b)に戻って、CH2 2
の添加量が25%の条件でタングステンシリサイド膜2
3のエッチングを行なう。平坦部でタングステンシリサ
イド膜23のエッチングが終了しても、図1(b)に示
すように、段差部ではタングステンシリサイド膜23′
が残っている。
【0019】次に、図1(c)に示すように、エッチン
グを続けると、平坦部の多結晶シリコン膜22は、エッ
チングはされず、段差部で残ったタングステンシリサイ
ド膜23′のみエッチングされる。
【0020】次に、多結晶シリコン膜22のエッチング
を行なう。エッチングガス条件は、従来法と同様であ
る。図1(d)に示すように、平坦部で多結晶シリコン
膜22のエッチングが終了した時には、段差部では多少
の多結晶シリコン膜22′は残るが、従来法に比べて残
る量が少なくなる。
【0021】次に、残った多結晶シリコン膜22′を、
図1(e)に示すように、オーバエッチングにより除去
する。
【0022】また、Cl2 +CH2 2 でタングステン
シリサイド膜23をエッチングすると、そのエッチング
速度はSF6 を添加した場合に比べて低下する。
【0023】図3にCH2 2 の流量を38sccm一
定とし、SF6 /Cl2 の割合を変化させた時のタング
ステンシリサイド膜、多結晶シリコン膜のエッチング速
度、選択比(WSi/多結晶Si)を示す。
【0024】このグラフから明らかなように、SF6
割合が高い方が選択比は低いが、タングステンシリサイ
ド膜のエッチング速度は速くなる。タングステンシリサ
イド膜と多結晶シリコン膜とで高選択比が必要となるの
は、平坦部で多結晶シリコン膜22が露出してからの図
1(b)の状態である。
【0025】したがって、図1(a)から図1(b)ま
でのタングステンシリサイド膜23のエッチングには高
選択比は必要なく、SF6 を添加したSF6 +CH2
2 +Cl2 またはSF6 +CH2 2 でエッチングを行
なった方がスループットの向上が図れる。図1(b)か
ら図1(c)かけてCl2 +CH2 2 で、段差部の
タングステンシリサイド膜23をエッチングする。図1
(c)から図1(e)までは前記説明通り行なう。
【0026】また、図2に示したようにCH2 2 の割
合が20%の時は、多結晶シリコン膜22のエッチング
起きる。この条件でタングステンシリサイド膜23、
多結晶シリコン膜22を一括でエッチングを行なっても
〔図1(a)から図1(d)まで〕エッチング残りは低
減できる。この時の形状は、タングステンシリサイド膜
23、多結晶シリコン膜22は、ほぼ垂直形状になる。
【0027】また、タングステンシリサイド膜23のエ
ッチングガスをCl2 +CH2 2にO2 を添加すると
エッチング速度は速くなる。
【0028】図4にO2 の添加量を変化させた時のタン
グステンシリサイド膜のエッチング速度を示す。この図
から明らかなように、O2 の流量を増加するとタングス
テンシリサイド膜のエッチング速度は速くなる。
【0029】なお、Cl2 +CH2 2 +O2 で図1
(a)または図1(b)の状態から、タングステンシリ
サイド膜23をエッチングし、図1(c)から図1
(e)までは前記説明通りに行なう。
【0030】また、上記のCH2 2 以外のフレオンガ
スでも同様の効果が期待できる。他のフレオンガスとし
ては、CF4 ,C2 6 ,C3 8 ,C4 10,CHF
3 ,CH3 F,CClF3 ,CCl2 2 ,CCl
3 F,C2 ClF5 ,C2 Cl24 ,C2 Cl
3 3 ,CHClF2 ,CHCl2 F,C2 HCl2
3 ,C2HClF4 などを挙げることができる。
【0031】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能で
あり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
タングステンシリサイド膜のエッチングガスに、塩素ガ
ス+フレオンガスの混合ガスを用い、しかも、前記タン
グステンシリサイド膜のエッチング速度が、前記多結晶
シリコン膜のエッチング速度より速い条件でエッチング
するようにしたので、段差部でのエッチング残りが低減
でき、オーバーエッチ時間を短縮することができる。そ
の結果、下地SiO2 のエッチング量の低減を図ること
ができる。
【0033】また、タングステンシリサイドと多結晶シ
リコンとの高選択比は、多結晶シリコン膜が露出してか
ら必要となる。従って、タングステンシリサイド膜の最
初、つまり、図1(b)の状態までは従来法でエッチン
グし、多結晶シリコン膜が露出してから、つまり、図1
(c)の状態では、本発明のCl2 /CH2 2 ガスを
用いてエッチングすることにより、前記同様の効果が期
待できる。
【0034】更に、塩素ガス+フレオンガスにO2 を添
加することにより、タングステンシリサイド膜のエッチ
ング速度は高くなり、スループットの向上を図ることが
できる。
【0035】また、多結晶シリコン膜よりタングステン
シリサイド膜の方がエッチング速度が速く、多結晶シリ
コン膜のエッチングが起きる条件であれば、タングステ
ンシリサイド膜、多結晶シリコン膜を一括でエッチング
しても、段差部でのエッチング残り低減することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す半導体装置のタングステ
ンポリサイドのエッチング工程断面図である。
【図2】本発明に係るタングステンシリサイド膜、多結
晶シリコン膜のエッチング速度とCl2 /CH2 2
ス混合比との関係を示す図である。
【図3】本発明に係る多結晶シリコン膜のエッチング速
度及びタングステンシリサイド膜のエッチング速度と、
タングステンシリサイド膜の選択比(タングステンシリ
サイド/多結晶シリコン)と、SF6 /Cl2 ガス混合
比との関係を示す図である。
【図4】本発明に係るタングステンシリサイド膜のエッ
チング速度と酸素流量との関係を示す図である。
【図5】従来の半導体装置のタングステンポリサイドの
エッチング工程断面図である。
【符号の説明】
20 Si基板 21 絶縁膜 22 多結晶シリコン膜 23 タングステンシリサイド膜

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に段差を有する絶縁膜と、多結晶
    シリコン膜と、タングステンシリサイド膜が積層される
    半導体装置のタングステンポリサイドのエッチング方法
    において、 前記タングステンシリサイド膜及び前記多結晶シリコン
    膜のエッチングを第1のエッチング工程、第2のエッチ
    ング工程から成し、前記第1のエッチング工程はS
    6 、CH 2 2 、及びCl 2 の混合ガス、又はS
    6 、及びCH 2 2 の混合ガスを用い、前記第2のエ
    ッチング工程は、Cl 2 、及びCH 2 2 の混合ガスを
    用いて行うことを特徴とする半導体装置のタングステン
    ポリサイドのエッチング方法。
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