JP3238563B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
高融点材料膜との積層構造からなる配線、または電極等
の導電性パターンを具備する半導体装置の製造方法に関
する。
速化に対する要求が高まりつつある。これらの要求を実
現するために、素子間および素子寸法の縮小化、微細化
が進められる一方、内部配線材料の低抵抗化などが検討
されている。
では、低抵抗化が大きな課題となっている。そこで、最
近ではワード線の低抵抗化を図るため、多結晶シリコン
膜と金属シリサイド膜との2層構造からなるポリサイド
ゲートが広く採用されている。高融点金属のシリサイド
膜は、多結晶シリコン膜に比べて抵抗が約1桁低く、か
つ耐酸化性に優れているので、低抵抗配線の材料として
有望である。なお、シリサイドとしては、タングステン
シリサイド(WSix )が最も広く使用されている。
配線幅に対応するためには、さらに配線の低抵抗化を図
って遅延時間を短縮することが求められている。ポリサ
イド構造を用いてシート抵抗1Ω/□以下の低い抵抗を
有するゲート電極を実現するためには、シリサイド層の
膜厚を厚くしなければならないので、ゲート電極のアス
ペクト比が非常に大きくなってしまう。その結果、ゲー
ト電極パターンの加工や電極上の層間絶縁膜の形成が難
しくなるため、電極のアスペクト比を大きくすることな
く、低いシート抵抗を達成することが要求されている。
抵抗値の低い材料である高融点金属膜を多結晶シリコン
膜上に積層したポリメタル構造が注目されている。この
ポリメタル構造によると、例えば、タングステンの比抵
抗はWSix に比べ約1桁小さいので、RC遅延を大幅
に短縮することが可能である。
としてポリメタル構造を採用するためには、さらに高精
度なパターン形成技術が必要とされる。ポリメタル構造
を有するゲート電極を形成する場合には、エッチングマ
スクに対して高融点金属膜および多結晶シリコン膜を異
方性かつ選択的に加工し、下地の薄いゲート酸化膜に対
して高い選択比で多結晶シリコン膜をエッチングしなけ
ればならない。これに加えて、多結晶シリコン膜に対し
て選択的に高融点金属膜をエッチングすることが要求さ
れる。
のパターンを形成するためには、下層にある多結晶シリ
コン膜に対して高い選択性を有し、かつ垂直に高融点金
属膜をエッチングする技術が必要である。しかしなが
ら、現在用いられているエッチング技術では、多結晶シ
リコン膜に対し高融点金属膜を選択的にエッチングする
ことができないために、高融点金属膜をエッチングする
段階で、下層にある多結晶シリコン膜が大幅に削られて
しまい、最悪の場合にはシリコン基板までエッチングさ
れることになる。このような状況では、0.25μm以
下の配線幅を必要とする微細なパターン形成は不可能と
なってしまう。
(Mo)またはモリブデンシリサイド(MoSi2 )を
選択的にエッチングするために、エッチングガスとして
四塩化炭素(CCl4 )と酸素との混合ガスを用いるこ
とが提案されている(J.Electrochem.S
oc.,131,2325(1984))。しかしなが
ら、この文献では、多結晶シリコン膜上に形成された高
融点金属膜を選択的にエッチングすることについては触
れられていない。
リブデン膜をエッチングする際に、エッチングガスとし
てCCl4 と酸素との混合ガスを用い、る方法が提案さ
れている(1985年春季第32回応用物理学関係連合
講演会30p−K−3)。しかし、CCl4 と酸素との
混合ガスを用い、レジストをマスクとして多結晶シリコ
ン膜上のモリブデン膜をエッチングした場合には、次の
問題が生ずることが本発明者らにより確認された。すな
わち、異なる寸法を有するパターン間での多結晶シリコ
ン膜のエッチング速度の均一性は悪くなり、このため、
多結晶シリコン膜が深くエッチングされる個所が現れ、
場合によっては、下地の基板がエッチングされてしま
う。したがって、この方法は微細なパターンを形成する
には適していない。
シリコン膜との積層構造からなる配線または電極等の導
電性パターンを形成するにあたって、下地である多結晶
シリコン膜に対し高い選択比で高融点金属膜をエッチン
グすることができ、かつ異なる間隔を有するパターン間
においてもエッチング速度の均一性に優れたエッチング
方法を提供することを目的とする。
するために、本発明は、基板上に多結晶シリコン膜を成
膜する工程、前記多結晶シリコン膜上に、窒化タングス
テン膜とタングステン膜とを順次形成してなる高融点導
電膜を成膜する工程、前記高融点導電膜の上に、シリコ
ンの酸化物または窒化物からなるマスクパターンを形成
する工程、前記基板を収容する真空容器内に、フッ素原
子および塩素原子の少なくとも一方を含むガスと酸素原
子を含むガスとを含むもので、同等の酸素原子数となる
ように前記酸素原子を含むガスを酸素(O2)ガスに換
算した場合、その換算ガス量の全ガス量に対する割合
が、60体積%以上70体積%以下となる反応性ガスを
導入するとともに、放電を誘起してプラズマを生成し、
前記マスクパターンをエッチングマスクとして用いて高
融点導電膜をエッチング処理し、高融点導電性パターン
を形成する工程、および、前記マスクパターンをエッチ
ングマスクとして用いて前記多結晶シリコン膜をエッチ
ング処理し、多結晶シリコン膜と高融点導電膜との積層
構造を有する導電性パターンを得る工程を具備すること
を特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
配線および電極等の導電性パターンを構成する多結晶シ
リコン膜は、ボロン(B)、リン(P)等の不純物を添
加したものである。
モリブデン等が挙げられる。さらに、これらの合金およ
び窒化物等を使用してもよい。また、高融点金属または
この化合物からなる高融点導電膜をエッチングするため
のエッチングマスクの材料として用いられる金属として
は、アルミニウム及び高融点金属、例えば、チタン、ハ
フニウム、ジルコニウム、クロム等が挙げられる。
れるフッ素原子および塩素原子の少なくとも一方を含む
ガスとしては、SF6 、Cl2 、CF4 、およびCCl
4 等が挙げられ、これらのガスは混合ガスとして使用し
てもよい。また、酸素原子を含むガスとしては、O2 以
外にも、一酸化窒素(NO)、亜酸化窒素(NO2 )、
オゾン(O3 )等を使用することができる。同等の酸素
原子数となるように酸素原子を含むガスを酸素(O2 )
ガスに換算した場合、その換算ガス量の全ガス量に対す
る割合が50体積%以上80体積%以下であり、この割
合となるように、ガスの種類に応じて流量を選択する。
なお、選択比およびエッチング形状の点から、前記割合
は、好ましくは60体積%以上70体積%以下である。
値に設定することができるが、0.5μm、特に0.2
5μm以下となる場合であっても、本発明を有効に適用
可能である。
スペクト比についても、通常は1以下の値とされること
が多いが、1以上となる場合であっても、本発明は適用
可能である。
チング方法としては、異方性エッチングが可能な方法で
あれば、任意のものを使用することができる。例えば、
反応性イオンエッチング、ECRエッチング、マグネト
ロンエッチング、誘導結合型プラズマエッチング等が挙
げられる。
ッチングガスとして、フッ素および塩素の少なくとも一
方を含むガスと、酸素を含むガスとから構成される反応
性ガスを用い、同等の酸素原子数となるように酸素原子
を含むガスを酸素(O2)ガスに換算した場合、その換
算ガス量の全ガス量に対する割合が、50体積%以上8
0体積%以下の範囲となるように規定している。
有するガスを用いて多結晶シリコン膜および高融点導電
膜をエッチングした際に、次のような現象が生じること
を見出だした。本発明は、以下のような知見のもとにな
されたものである。
結晶シリコン膜のエッチングを行なった場合には、多結
晶シリコン膜の表面が酸化されるとともに、シリコンの
エッチング生成物(SiClx 等)が酸素と反応してシ
リコン酸化物が生成する。このようなシリコン酸化物
は、多結晶シリコン膜の表面に堆積して、多結晶シリコ
ン膜のエッチングを抑制するので、多結晶シリコン膜の
エッチング速度は急激に低下する。一方、同様のガスを
用いて高融点金属であるタングステンやモリブデン等か
らなる膜をエッチングした場合には、これらの金属のハ
ロゲン酸化物が、エッチング生成物として生じる。高融
点金属のハロゲン酸化物は比較的高い蒸気圧を有するた
め、上述のような現象は起こらない。したがって、多結
晶シリコン膜ほどエッチング速度が低下しないので、高
融点導電膜を多結晶シリコン膜に対し選択的にエッチン
グすることができる。
チングするためのエッチングマスクの材料として、シリ
コンの酸化物または窒化物を使用している。従来、エッ
チングマスクとしては、レジスト等の有機物からなる材
料が一般に用いられていたが、これらの材料は酸素と反
応してエッチングされやすいものである。上述のように
酸素を含む反応性ガスをエッチングガスとして用いる場
合には、酸素は、多結晶シリコン膜のエッチングの進行
を抑制する作用を有する堆積物、すなわちシリコン酸化
物を生成するという大きな役割を担っている。したがっ
て、エッチングマスクの材料自体が酸素と反応すること
によって雰囲気中の酸素量が減少すると、上述のような
堆積物の生成が抑制されてしまい、多結晶シリコン膜の
エッチングが進行することになる。
をエッチングするためのエッチングマスクとして酸化物
を使用するので雰囲気中の酸素量は減少しない。なお、
エッチングマスクとして窒化物を用いた場合には、酸化
窒素が発生するが、これは酸化作用を有しているので酸
素と同様に作用する。したがって、雰囲気中の酸素量
は、実質的に減少しないことになる。
中の酸素量を減少させない材料である、シリコンの酸化
物または窒化物を選択することにより、微細なパターン
間においても高融点導電膜の多結晶シリコン膜に対する
選択比が劣化することなく、垂直に高融点導電膜をエッ
チングして高融点導電性パターンを形成することができ
る。
物をエッチングマスクとして用いて、下地に薄い酸化膜
に対して高い選択比で、多結晶シリコン膜をエッチング
することができる。したがって、異なるパターン間隔を
有するパターン間においても均一性に優れ、高い精度を
有する導電性パターンを形成することができる。
する。図1に、本発明の半導体装置の製造方法における
エッチングに用いられる装置の一例の概略図を示す。
グ室10、導入予備室20および排出予備室30を具備
しており、エッチング室10と導入予備室20との間、
およびエッチング室10と排出予備室30との間は、そ
れぞれゲートバルブ21および31によって仕切られて
いる。導入予備室20のゲートバルブ21に対向する面
には、ゲートバルブ22が設けられており、排出予備室
30のゲートバルブ31に対向する面には、ゲートバル
ブ32が設けられている。これらのゲートバルブ22お
よび32により、エッチング室10を真空に保持しつ
つ、導入予備室20を経て被エッチング基板11を導入
し、排出予備室30を経て被エッチング基板11を排出
することができるので、大気雰囲気の悪影響を避け、基
板を一枚づつ短時間でドライエッチングすることが可能
となる。なお、予備室20および30内には、基板載置
台23および33がそれぞれ設置されている。
板11を載置するための電極12が設けられており、こ
の電極12は、被エッチング基板11を所望の温度に制
御するための冷却管13を備えている。さらに、電極1
2にはプラズマの励起に用いられる13.56MHzの
高周波電力を印加するために、ブロッキングキャパシタ
14および整合装置15を介して高周波電源16が接続
されている。
ン40が接続されており、バルブ41および流量制御器
42により所望の流量値に調整された反応ガスが導入さ
れる。なお、エッチング室10内は、コントロールバル
ブ43によって一定圧力に保持される。
接地されており、電極12との間に高周波電圧が印加さ
れるようになっている。このエッチング室10の上壁上
部には永久磁石17が設置されており、電磁モーターに
より回転軸18を中心にして回転運動する。この永久磁
石17の発する約200ガウスの磁界によって、10-3
Torr台の高真空でも高イオン密度のプラズマを発生
維持することが可能に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イオン密度のプラズマから大量
のイオンが被エッチング基板11に照射されることによ
って、エッチングが行われる。 (予備実験)上述のエッチング装置を用いて、エッチン
グガスとして六フッ化硫黄(SF6)と塩素(Cl2 )
との混合ガスを用い、タングステンおよびn型多結晶シ
リコン膜をエッチングし、そのエッチング速度を調べ
た。なお、エッチング条件は、高周波印加電力0.7W
/cm2 、圧力8mTorr、全流量50SCCMと
し、電極を65℃に保持した。
流量比を0〜100%までの範囲で変化させてエッチン
グを行った際の、タングステン膜および多結晶シリコン
膜のエッチング速度、および選択比(タングステン膜/
多結晶シリコン膜)を示す。図2(a)中、曲線2aお
よび2bは、それぞれ、タングステンのエッチング速度
および多結晶シリコン膜のエッチング速度を表わす。図
示するように、Cl2のガス流量比が高くなるにしたが
って、いずれの膜のエッチング速度も低下している。し
かしながら、タンデステンのエッチング速度2aは、C
l2 ガス流量比とは無関係に、多結晶シリコン膜のエッ
チング速度2bに比べ3〜4倍遅いことがわかる。
チング速度)/(多結晶シリコン膜のエッチング速度)
で表わされる選択比を示す。このように、タングステン
膜の多結晶シリコン膜に対する選択比は、0.2〜0.
3と極めて低いことがわかる。
グステン膜との積層構造からなる電極等を形成するにあ
たって、エッチングガスとしてSF6 とCl2 とを含む
混合ガスを用いた場合には、下層にある多結晶シリコン
膜が大幅に削られてしまうことが予測される。
ことは、基板に段差のある場合に、特に問題を生じる。
図3に、デバイス段差の代表的な例を示す。図3に示す
ように、段差46を有する基板45上に、多結晶シリコ
ン膜47および高融点金属膜48が順次形成されてい
る。段差46が存在するために、この部分における高融
点金属膜の膜厚48bは、実膜厚48aよりも厚くなっ
てしまう。異方性エッチングは、被処理膜の面に対して
垂直に進行するので、段差部において高融点金属膜48
のエッチング残りが無いように、このような形状を有す
る膜を異方性エッチングするためには、さらに段差部の
膜厚48bに対応した時間だけエッチング行なう必要が
ある。すなわち、被処理膜の実膜厚をエッチングするの
に要する時間に加えて、さらに余分にエッチングを行な
う、いわゆるオーバエッチングが行なわれる。
ス段差やエッチング速度のバラツキを考慮してエッチン
グ残りを無くすために必要であり、これによって半導体
装置の信頼性を向上させることになる。しかしながら、
オーバエッチングは被処理膜の下地をエッチングするこ
とに他ならないために、下地が被処理膜に対し選択性の
低い材料である場合には、被処理膜のオーバエッチング
時に下地が大幅に削られてしまうことになる。
ためには、下層にある多結晶シリコン膜に対し高い選択
比で高融点導電膜をエッチングする技術を確立しなけれ
ばならない。
導電膜の選択比を向上させるための手掛かりとして、シ
リコン、タングステンおよびモリブデンのハロゲン化物
およびハロゲン酸化物の物性データをまとめ、下記表
1、2に示した。
た際のエッチング生成物であるハロゲン化物の物性を比
較すると、タングステンの場合は、フッ化物(WF6 )
の蒸気圧が最も高く、塩化物(WCl5 、WCl6 )は
あまり高くないことがわかる。一方、シリコンの場合に
は、フッ化物(SiF4 )、塩化物(SiCl4 )とも
に蒸気圧が非常に高い。
6 )やCF4 等フッ素系ガスをエッチングガスとして用
いた場合には、タングステンの多結晶シリコン膜に対す
る選択比を向上させることは難しいことがわかる。ま
た、Cl2 や四塩化炭素(CCl4 )等の塩素系ガスを
用いた場合でも、選択比を向上させることは同様に難し
いことが予想される。
グステンのフッ素酸化物(WOF4)や塩素酸化物(W
OCl4 )など比較的蒸気圧が高い化合物が存在するこ
とがわかる。
は、これまでに詳しく研究されており、特に、CF4 と
酸素(O2 )との混合ガスを用いたイオンアシストエッ
チングに関する事例が、数多く報告されている。図4
に、O2 /(CF4 +O2 )ガス流量比を0〜100%
の範囲で変化させた場合のシリコンのエッチング速度を
示す。図4に示すように、O2 ガス流量比が低い場合に
は、CF4 ガスの解離が促進され、かつシリコン表面に
付着したフルオロカーボン膜が除去されることによっ
て、シリコンのエッチング速度は上昇する。しかしなが
ら、O2 ガス流量比をさらに増加させるとシリコン膜の
表面が酸化されるので、エッチング速度が低下する。
データから、ハロゲン酸化物がエッチング生成物として
生成されるような条件のもとで、高融点金属膜および多
結晶シリコン膜をエッチングすることによって、多結晶
シリコン膜に対する選択比が向上することが予想され
る。
化硫黄(SF6 )とO2 との混合ガスを用いて、タング
ステン膜および多結晶シリコン膜のエッチングを行なっ
た。エッチング条件は、高周波印加電力0.7W/cm
2 、圧力8mTorr、全流量50SCCMとし、65
℃で電極を保持した。ガス流量比(O2 /(SF6 +O
2 ))を0〜100%の範囲で変化させてエッチングを
行った際の各膜のエッチング速度および選択比を、それ
ぞれ図5(a)および図5(b)に示す。
び多結晶シリコン膜のエッチング速度は、それぞれ曲線
5aおよび曲線5bで表わされる。図5(a)に示すよ
うに、タングステン膜のエッチング速度5aはあまり変
化しないが、多結晶シリコン膜のエッチング速度5b
は、O2 ガス流量比が高くなるにつれて、一度増加した
後、低下することがわかる。したがって、図5(b)に
示すように、O2 ガス流量比が60%以上になると多結
晶シリコン膜に対するタングステン膜の選択比は1程度
になる。
(SF6 /O2 =20/30SCCM)でタングステン
膜をエッチングし、その断面形状を走査型電子顕微鏡
(SEM)を用いて観察したところ、タングステン膜の
断面形状は逆テーパ気味であった。これは、プラズマ中
で発生したFラジカルによりタングステン膜が等方的に
エッチングされるためであると考えられる。したがっ
て、このような混合ガス条件では、側壁がえぐれた形状
になってしまい、タングステン膜を垂直にエッチングす
ることができないことがわかった。
(Cl2 )とO2 との混合ガスを用い、タングステン膜
および多結晶シリコン膜のエッチングを行った。エッチ
ング条件は高周波印加電力0.7W/cm2 、圧力8m
Torr、全流量50SCCMとし、65℃で電極を保
持した。ガス流量比(O2 /(Cl2 +O2 ))を0〜
100%の範囲で変化させてエッチングを行った際の各
膜のエッチング速度および選択比を、それぞれ図6
(a)および図6(b)に示す。
び多結晶シリコン膜のエッチング速度は、それぞれ曲線
6aおよび曲線6bで表わされる。図6(a)に示すよ
うに、タングステン膜のエッチング速度6aは、O2 ガ
ス流量比が上昇するとともに増加し、60%で最大とな
る。一方、多結晶シリコン膜のエッチング速度6bは、
O2 ガス流量比の上昇に従って急激に低下しており、こ
のことから、60%以上のO2 ガス流量比では、多結晶
シリコン膜のエッチングを抑制する物質が、多結晶シリ
コン膜の表面に堆積し始めていることが予測される。し
たがって、図6(b)に示すように、O2 ガス流量比が
60%近づくと、多結晶シリコン膜に対するタングステ
ン膜の選択比は飛躍的に上昇することがわかる。
膜の表面を光電子分光(XPS)法を用いて評価したと
ころ、酸素の存在を示すOlsスペクトルが強く観察さ
れ、Si2pのスペクトルはケミカルシフトしていること
がわかった。なお、エッチングガスであるClは検出さ
れなかった。
シリコン酸化膜(SiOx )に近い状態にあることがわ
かり、O2 ガス流量比60%以上の条件で多結晶シリコ
ン膜をエッチングした場合には、このSiOx が多結晶
シリコン膜の表面に堆積してエッチングの進行を妨げた
ものと考えられる。
の分野では、SiCl4 とO2 との混合ガスを用いてS
iO2 を成膜する研究が古くから行われており、900
℃付近の成膜温度では、SiO2 の他にSi2 OCl6
やSi4 OCl8 が生成することが報告されている。一
方、プラズマを用いたCVDでは、200℃の成膜温度
で良好なSiO2 膜が形成された例があり、膜成分を分
析した結果から、膜中にはCl等の不純物は含まれない
ことが知られている。
スを用いて多結晶シリコン膜をエッチングした場合も、
下記に示す反応式のように多結晶シリコン膜のエッチン
グ生成物であるSiCl4 と酸素もしくは酸素ラジカル
とが反応した可能性は高く、プラズマCVDの場合と類
似した状態であることが予測できる。
=20/30SCCM)でタングステン膜をエッチング
し、その断面形状をSEMを用いて観察したところ、エ
ッチング後のタングステン膜の断面形状は垂直であっ
た。
6 、Cl2 およびO2 により構成される混合ガスを用い
て、タングステン膜および多結晶シリコン膜をエッチン
グした。エッチング条件は、高周波印加電力0.7W/
cm2 、圧力20mTorr、全ガス流量100SCC
Mとし、65℃で電極を保持した。O2 ガス流量を60
SCCMに固定し、ガス流量比(Cl2 /(SF6 +C
l2 ))を0〜100%までの範囲で変化させてエッチ
ングを行った際の各膜のエッチング速度および選択比
を、それぞれ図7(a)および図7(b)に示す。
び多結晶シリコン膜のエッチング速度は、それぞれ曲線
7aおよび曲線7bで表わされる。図7(a)に示すよ
うに、多結晶シリコン膜のエッチング速度7bは、ガス
流量比が50%付近となるところで急激に低下してお
り、ガス流量比が50%以上になると、シリコン酸化物
が多結晶シリコン膜の表面に堆積し始めていることがわ
かる。これに対し、タングステン膜のエッチング速度7
aの低下は小さく、ガス流量比が約30%以上で多結晶
シリコン膜のエッチング速度7b以上となる。Cl2 と
O2 との混合ガスを用いた場合と同様の結果が得られ
た。したがって、図7(b)に示すように、ガス流量比
が50%以上になると、多結晶シリコン膜に対するタン
グステン膜の選択比は飛躍的に向上することがわかる。
6 /Cl2 /O2 =20/20/60SCCM)でタン
グステン膜をエッチングし、その断面形状をSEMを用
いて観察したところ、垂直な断面形状が得られることが
わかった。
を含む反応性ガスであって、同等の酸素原子数となるよ
うに前記酸素原子を含むガスを酸素(O2 )ガスに換算
した場合、その換算ガス量の全ガス量に対する割合が全
ガス量に対して酸素量で50〜80体積%の範囲内とな
る反応性ガスを用いると、多結晶シリコン膜に対して高
選択的に高融点金属膜をエッチングすることができるこ
とがわかった。
高い条件で多結晶シリコン膜をエッチングして、得られ
た断面形状を調査した。図8に、エッチング工程を表わ
す断面図を示す。
リコン膜50の上にレジストパターン51を形成した。
なお、レジストパターンの幅および高さは、それぞれ、
約0.8μm、および約1μmとした。また、パターン
の間隔は、約0.8μm程度に接近したものと、50μ
m以上に離れたものとを採用した。
チングマスクとして用いて、多結晶シリコン膜50をエ
ッチングした。エッチング条件は、高周波印加電力0.
7W/cm2 、圧力20mTorr、ガス流量SF6 /
Cl2 /O2 =10/30/60SCCMとし、65℃
で電極を保持した。
観察した結果を、図8(b)に示す。図8(b)に示す
ように、レジストパターン51の間隔が大きく、多結晶
シリコン膜50の表面が広く露出しているところ(図8
(b)・左)では、多結晶シリコン膜がエッチングが止
まっており、前述したような多結晶シリコン膜のエッチ
ング速度が急激に低下するという結果と一致する。
0.8μm程度であるパターン51の間(図8(b)・
右)では、多結晶シリコン膜50のエッチングが進行し
ており、表に示した結果とは一致しない。したがって、
多結晶シリコン膜のエッチング速度には、パターン依存
性があり、前述した選択比が基板全面において満たされ
るわけではないことがわかった。
側壁には、堆積物52が形成されていた。多結晶シリコ
ン膜のエッチング速度にパターン依存性がある理由は、
二つ考えられる。まず一つは、レジストパターンのアス
ペクト比である。図8(b)に示したように、0.8μ
m程度の間隔でレジストパターンが接近しているパター
ン間では、堆積物がレジスト側壁に付着してしまう。こ
のため、堆積物がエッチング面に到達しにくくなり、多
結晶シリコン膜のエッチングを抑制する効果が小さくな
る。そのため、エッチングマスクのアスペクト比が、選
択比に大きく影響を及ぼすものと考えられる。なお、上
述の例では、エッチングマスクの幅及び高さから、アス
ペクト比は1.3程度と計算される。したがって、0.
25μm程度の間隔でパターンを形成する場合には、パ
ターンのアスペクト比は、1以下であることが好ましい
ことがわかる。
料である。上述の例では、エッチングマスクとしてレジ
ストを用いたことから、レジストをエッチングする分だ
け酸素量が減少してしまう。このため、間隔の狭いパタ
ーン間では、特にエッチング生成物の酸化剤が減少し、
シリコン酸化物などの反応生成物が生成されにくいと考
えられる。
リコン酸化膜と炭素膜とを用いて、マスク材料の違い
が、多結晶シリコン膜のエッチング速度に及ぼす影響を
調査した。
順を説明する。まず、図9(a)に示すように、多結晶
シリコン膜53の上に、CVD法によりシリコン酸化膜
54を200nmの膜厚で堆積した後、スピンコート法
により約1μmの膜厚でフォトレジストを塗布し、露光
・現像処理してレジストパターン55を形成した。な
お、パターンの幅は、約1μmとし、パターン間の間隔
は、約50μmのものと、約0.4μmのものとを採用
した。
パターン55をエッチングマスクとし、CF4 ガスをエ
ッチングガスとして用いてシリコン酸化膜54をエッチ
ングした。その後、硫酸と過酸化水素との混合溶液を用
いて残存したレジストパターン55を除去し、図9
(c)に示すようなシリコン酸化膜からなるマスクパタ
ーン54を得た。
グマスクとして、SF6 /Cl2 /O2 混合ガスをエッ
チングガスとして用いて多結晶シリコン膜53をエッチ
ングした。なお、O2 のガス流量比は、約60%とし
た。
るように、エッチングマスクとしてシリコン酸化膜54
を用いてエッチングした場合には、多結晶シリコン膜5
3がエッチングされる量はごくわずかである。さらに、
異なるパターン間隔においても、エッチングされる量に
差が生じないことから、多結晶シリコン膜のエッチング
速度にパターン依存性がないことがわかる。
膜56をエッチングマスクとして用いる以外は、図9
(a)〜(c)と同様の工程によってマスクパターンを
形成し、さらにこれをエッチングマスクとして用いて、
多結晶シリコン膜53を同様にエッチングした。得られ
た形状の断面図を図9(e)に示す。
ッチングマスクとして用いてエッチングを行なった場合
には、多結晶シリコン膜53のエッチングは進行する。
さらに、パターン間の間隔が0.4μmと狭い部分で
は、間隔が50μmと大きい部分よりもエッチングの進
行が大きく、多結晶シリコン膜のエッチング速度のパタ
ーン依存性が大きいことがわかる。
てCl2 とO2 との混合ガスを用いて多結晶シリコン膜
をエッチングを行なう場合には、O2 /(Cl2 +O
2 )流量比が10%でも低下すると、多結晶シリコン膜
のエッチング速度が急激に上昇する。このため、炭素の
ように酸素を消費して、雰囲気中の酸素量を減少させる
材料をエッチングマスクとして用いた場合には、多結晶
シリコン膜のエッチング速度は、パターン間の間隔に大
きく依存する傾向を示す。
コン膜に対する選択比を維持しつつ、微細なパターンを
形成するためには、エッチングマスクは、雰囲気中の酸
素量を減少させないような材料を選定しなければならな
い。
クパターンをエッチングマスクとして選択し、Cl2 ガ
スまたはSF6 とCl2 との混合ガスと、全ガス量に対
して50〜80体積%の範囲で酸素を含むガスとから構
成される反応性ガスをエッチングガスとして用いて、タ
ングステン膜のエッチングを行うことにより、下地であ
る多結晶シリコン膜に対し高い選択性が得られ、かつ垂
直に加工することができることがわかった。 <実施例2>次に、図面を参照して、本発明の製造方法
を用いて電界効果型トランジスタ(MOSFET)の電
極パターンを形成した例を説明する。
す断面図を示す。まず、図10(a)に示すように単結
晶シリコンからなる基板60の表面に、7nmの膜厚を
有する酸化膜61を酸化雰囲気中で酸化することによっ
て形成し、その上に化学的気相成長(CVD)法を用い
て、多結晶シリコン膜62を100nmの膜厚で堆積し
た。さらに、多結晶シリコン膜62上に反応性スパッタ
リング法により窒化タングステン膜63(WNX :膜厚
5nm)、及びスパッタリング法によりタングステン膜
64(膜厚100nm)を順次堆積した後、CVD法を
用いてシリコン酸化膜65を200nmの膜厚で堆積し
た。
の膜厚でフォトレジストをスピンコート法により塗布
し、フォトマスクを通して露光・現像処理して、約0.
25μmの線幅を有するレジストパターン66を得た。
膜65からなるパターンマスクを形成した後、これをエ
ッチングマスクとし、ドライエッチング装置を用いて、
タングステン膜64および窒化タングステン膜63を選
択的にエッチングした後、多結晶シリコン膜62をエッ
チングする。
ングマスクとして用い、シリコン酸化膜65をCHF3
とCF4 の混合ガスを使用してエッチングした後、酸素
プラズマアッシングによってレジスト残膜を除去し、図
10(b)に示すようなシリコン酸化膜65からなるマ
スクパターンを得た。
グマスクとして、SF6 、Cl2 およびO2 の混合ガス
を用い、タングステン膜64および窒化タングステン膜
63を異方性エッチングした。エッチング条件は、高周
波印加電力0.7W/cm2、圧力8mTorr、流量
SF6 /Cl2 /O2 =10/10/30SCCMと
し、電極を65℃に保持した。
64は約120nm/分でエッチングされたのに対し、
シリコン酸化膜65は約40nm/分でエッチングされ
たので、タングステン膜64とシリコン酸化膜65との
選択比は約3であった。一方、下地である多結晶シリコ
ン膜62は60nm/分でエッチングされるため、タン
グステン膜64と多結晶シリコン膜62の選択比は2程
度であった。したがって、タングステン膜64のオーバ
エッチングによって多結晶シリコン膜62がエッチング
される量は少なく、図10(c)に示すような形状が得
られた。
nm/分でエッチングされるため、タングステン膜64
とほぼ同様な傾向を有する。また、パターン間の間隔が
異なる部分においても、多結晶シリコン膜62がエッチ
ングされる量は均一であり、多結晶シリコン膜のエッチ
ング速度はパターン依存性がないことがわかった。
ン酸化膜65、タングステン膜64および窒化タングス
テン膜63をエッチングマスクとして用いて、臭化水素
(HBr)ガスにより多結晶シリコン膜62をエッチン
グした。
ドライエッチングによりシリコン酸化膜65を除去し
て、タングステン膜/窒化タングステン膜/多結晶シリ
コン膜の積層構造を有する電極パターンが得られた。な
お、上記多結晶シリコン膜62は、残しておいてもよ
い。
化ケイ素を使用した以外は、実施例2と同様にして、多
結晶シリコン膜上に形成された窒化タングステン膜およ
びタングステン膜をエッチングした後、同様に多結晶シ
リコン膜をエッチングして電極パターンを形成した。そ
の結果、実施例2と同様に、多結晶シリコン膜に対して
高い選択性を有し、間隔の異なるパターン間でのエッチ
ング速度の均一性も優れていた。
エッチングマスクとして雰囲気中の酸素量を減少させな
い材料を使用し、フッ素原子および塩素原子の少なくと
も一方を含むガスと、酸素原子を含むガスとを含むもの
で、同等の酸素原子数となるように前記酸素原子を含ん
だガスを酸素(O2 )ガスに換算した場合、その換算ガ
ス量の全ガス量に対する割合が、50ないし80体積%
となる反応性ガスをエッチングガスとして用いて高融点
導電膜をエッチングすることにより、高融点導電膜の下
層にある多結晶シリコン膜に対し高い選択性が得られる
とともに、高精度かつ均一なパターン形成が可能とな
る。
多結晶シリコン膜との積層構造からなる配線あるいは電
極を微細なパターンで形成することが可能となるので、
本発明は、MOS型トランジスタの低抵抗ゲート電極を
実現する際に、特に有望である。
テン膜およびn+ 型多結晶シリコン膜をエッチングした
際のエッチング特性を示す図。
をエッチングした際のエッチング特性を示す図。
ン膜およびn+ 型多結晶シリコン膜をエッチングした際
のエッチング特性を示す図。
ン膜およびn+ 型多結晶シリコン膜をエッチングした際
のエッチング特性を示す図。
てタングステン膜およびn+ 型多結晶シリコン膜をエッ
チングした際のエッチング特性を示す図。
多結晶シリコン膜のエッチング工程を示す断面図。
は炭素膜を用いた際の、多結晶シリコン膜のエッチング
工程を示す断面図。
造の電極パターンを製造する工程を示す断面図。
電極,13…冷却管 14…ブロッキングキャパシタ,15…整合装置,16
…高周波電源 17…永久磁石,18…回転軸,20…導入予備室,2
1…ゲートバルブ 22…ゲートバルブ,23…基板載置台,30…排気導
入室 31…ゲートバルブ,32…ゲートバルブ,33…基板
載置台 40…ガス供給ライン,41…バルブ,42…流量制御
器 43…コントロールバルブ,44…エッチング装置,4
5…基板 46…段差,47…多結晶シリコン膜,48…高融点金
属膜 50…基板,51…レジストパターン,52…堆積物,
53…基板 54…シリコン酸化膜,55…レジストパターン,56
…炭素膜 60…基板,61…薄いシリコン酸化膜,62…多結晶
シリコン膜 63…窒化タングステン膜,64…タングステン膜,6
5…シリコン酸化膜 66…レジストパターン。
Claims (1)
- 【請求項1】 基板上に多結晶シリコン膜を成膜する工
程、 前記多結晶シリコン膜上に、窒化タングステン膜とタン
グステン膜とを順次形成してなる高融点導電膜を成膜す
る工程、 前記高融点導電膜の上に、シリコンの酸化物または窒化
物からなるマスクパターンを形成する工程、 前記基板を収容する真空容器内に、フッ素原子および塩
素原子の少なくとも一方を含むガスと酸素原子を含むガ
スとを含むもので、同等の酸素原子数となるように前記
酸素原子を含むガスを酸素(O2)ガスに換算した場
合、その換算ガス量の全ガス量に対する割合が、60体
積%以上70体積%以下となる反応性ガスを導入すると
ともに、放電を誘起してプラズマを生成し、前記マスク
パターンをエッチングマスクとして用いて高融点導電膜
をエッチング処理し、高融点導電性パターンを形成する
工程、および前記マスクパターンをエッチングマスクと
して用いて前記多結晶シリコン膜をエッチング処理し、
多結晶シリコン膜と高融点導電膜との積層構造を有する
導電性パターンを得る工程を具備することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP4544894A JP3238563B2 (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 半導体装置の製造方法 |
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JP4544894A JP3238563B2 (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 半導体装置の製造方法 |
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ID=12719630
Family Applications (1)
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JP4544894A Expired - Lifetime JP3238563B2 (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 半導体装置の製造方法 |
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JP (1) | JP3238563B2 (ja) |
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JP4754380B2 (ja) * | 2006-03-27 | 2011-08-24 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマエッチング方法、制御プログラム、記憶媒体及びプラズマ処理装置 |
JP6963097B2 (ja) * | 2019-04-22 | 2021-11-05 | 株式会社日立ハイテク | プラズマ処理方法 |
-
1994
- 1994-03-16 JP JP4544894A patent/JP3238563B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH07254606A (ja) | 1995-10-03 |
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