JP3253215B2 - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents

エッチング方法及びエッチング装置

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JP3253215B2
JP3253215B2 JP08557594A JP8557594A JP3253215B2 JP 3253215 B2 JP3253215 B2 JP 3253215B2 JP 08557594 A JP08557594 A JP 08557594A JP 8557594 A JP8557594 A JP 8557594A JP 3253215 B2 JP3253215 B2 JP 3253215B2
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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,例えば半導体ウエハな
どの被処理体にエッチングを行うためのエッチング方法
及びエッチング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えばドライエッチング方法にお
いては、半導体素子の代表的な絶縁材料であるSiO2
の薄膜にコンタクトホールをプラズマ雰囲気中でエッチ
ングする場合、使用するエッチングガスとして、H2
添加した例えばCF4+H2の混合ガスや、あるいまた特
開昭61−142744号公報に開示されているCH2
2+CO2の混合ガスや、その他例えばCHF3ガス+
COの混合ガスなど、H結合を有するCHxy系ガスと
CO2、COとの混合ガスが多く用いられている。
【0003】その結果、例えばCHF3ガスとCOとの
混合ガスの場合、対Siにおける選択比(基板であるS
iのエッチングレートに対するその上に形成されるSi
2膜のエッチングレート比)は、50という高い値が
得られている。また対多結晶シリコン膜、例えばポリ−
Siの場合でも約50という高い選択比が得られてい
る。
【0004】このように従来はSiO2に代表される酸
化膜をエッチングする場合、下地のSiや多結晶シリコ
ンに対して選択的に酸化膜をエッチングするため、叙上
のように、適宜H2を添加したり、あるいはH結合を有
するCHxy系ガスを使用してエッチングを行っていた
のである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うにエッチングガスとして、H2を添加したCF4+H2
の混合ガスや、H結合を有するCHF3ガスとCOとの
混合ガスでは、そのように対Siやポリ−Siにおける
選択比は高いものの、下地がそれ以外の材質、例えばS
iN(シリコンナイトライド)や金属(例えばAlな
ど)の場合には選択比が極端に低下してしまうという問
題があった。
【0006】例えばエッチングガスとしてCHF3ガス
とCOとの混合ガスを使用した場合、対SiNの場合で
は選択比が僅かに1.0しか得られず、対Alの場合で
も4.0程度の選択比しか得られなかったのである。即
ち、従来使用されてきているHを含むエッチングガスを
使用したフッ素ガス系のプラズマ雰囲気中でエッチング
を行った場合、例えば下地の膜種がSiNの場合、 SiN+CFX ++H+→SiFX↑+NHX↑+HCN↑
+NHXF↑ という反応を起こして下地であるSiNに対してもエッ
チングが進行してしまい、その結果対SiNにおける選
択比の低下を招いていた。
【0007】一方、半導体素子の一層の微細化に伴い、
隣接するゲート(ポリシリコン)どうしの間隔が近年益
々小さくなってきており、これによってコンタクトホー
ル開口形成のためのリソグラフィーの寸法精度が一層要
求されるようになってきているが、リソグラフィーの寸
法精度には限界がある。従来のエッチングガスを用いる
技術では、間隔の微細化されたゲートに関連してセルフ
ァラインコンタクトホールをエッチングにより形成する
時に、酸化膜(SiO2)と、ポリシリコンゲートを覆
う窒化膜(Si34)とを厳密に選択してエッチングを
行える可能性は高くなかった。
【0008】また、従来のエッチングでは、エッチング
後の反応生成物例えばフッ化アルミニウム系化合物(A
lFx系)がコンタクトホール側壁に付着し(フェンス
やクラウンと一般に呼ばれている)、エッチング処理後
の工程、例えばアッシング処理や洗浄処理の工程でそれ
を除去する必要があり、しかもそれを除去することは非
常に困難であった。
【0009】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり,その第1の目的は,下地の膜種にかかわらず,常
に高い選択比が得られるエッチング方法を提供すること
にある。また第2の目的は,きわめて微細化されたパタ
ーンを有する被処理体に対しても,酸化膜と窒化膜とを
厳密に選択してエッチングすることができるエッチング
方法を提供することにある。さらに第3の目的は,形成
されるコンタクトホールの側壁に前記したフェンスやク
ラウンが発生するのを防止できるエッチング方法するこ
とにある。さらに本発明は,そのような方法を実施する
ためのエッチング装置を提供することを目的としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め,まず請求項1によれば,処理室内の上下に電極を有
する処理室内に処理ガスを導入して,当該処理室内の
部電極上の被処理体に形成された窒化膜上のSiO
対してエッチングを行う際の選択性を高める方法におい
て,前記処理ガスとして,Hを含まない少なくとも4族
と7族の元素を含有するガスとCOとの混合ガスを含む
エッチングガスを用いることを特徴とする,エッチング
方法が提供される。また請求項2によれば,処理室内に
処理ガスを導入して,当該処理室内の被処理体に形成さ
れた下地がAlであるSiO膜にコンタクトホールの
エッチングを行う方法において,前記処理ガスとして,
Hを含まない少なくとも4族と7族の元素を含有するガ
スとCOとの混合ガスを含むエッチングガスを用いるこ
とを特徴とする,エッチング方法が提供される。Hを含
まない少なくとも4族と7族の元素を含有するガスとし
ては,後述のハロゲン化炭化系ガスの項で挙げる各種ガ
スの他に,SiF,Si,Si,SiC
等のガスがある。
【0011】この場合、Hを含まない少なくとも4族と
7族の元素を含有するガスとしては、例えばCxFy
(y≦2x+2)ガスが提案できる。
【0012】さらにまた前記Hを含まない少なくとも4
族と7族の元素を含有するガスの例としては,CF
,C ,C を用いること
ができる。
【0013】前記各エッチング方法において,使用する
エッチングガスに不活性ガスを添加してもよい。不活性
ガスとしては,例えばArガスを使用することができ
る。また前記エッチングガスに添加するArガスの流量
比は,例えば前記エッチングガスに対して0.86以上
とすることができる。またArガスに代えてN ガスを
使用してもよい。
【0014】また請求項1によれば,処理室内に処理
ガスを導入して当該処理室内の被処理体に形成された,
下地がポリシリコンであるSiOに対してエッチング
を行う方法において,前記処理ガスとして,CxFy
(y≦2x+2)ガスにCO及びArガスを添加したエ
ッチングガスを用い,さらに前記COの流量比は,前記
CxFy(y≦2x+2)ガス+COに対して,0.7
5以上1.00未満であることを特徴とする,エッチン
グ方法が提供される。また本発明のエッチング装置は,
処理室内にガス導入口から処理ガスを導入して,当該処
理室内の被処理体に形成された窒化膜上のSiO 膜に
対してエッチングを行う際の選択性を高めるための装置
であって,処理室内の上下に電極を有し,前記ガス導入
口からは,前記処理ガスとして,Hを含まない少なくと
も4族と7族の元素を含有するガスとCOとの混合ガス
を含むエッチングガスが処理室内に導入されるように構
成されていることを特徴とするものである。 処理室内に
ガス導入口から処理ガスを導入して,当該処理室内の被
処理体に形成された下地がAlであるSiO 膜にコン
タクトホールのエッチングを行うための装置であって,
前記ガス導入口からは,前記処理ガスとして,Hを含ま
ない少なくとも4族と7族の元素を含有するガスとCO
との混合ガスを含むエッチングガスが処理室内に導入さ
れるように構成されていることを特徴とする,エッチン
グ装置としてもよい。 またさらに処理室内にガス導入口
から処理ガスを導入して,当該処理室内の被処理体に形
成された下地がポリシリコンであるSiO に対してエ
ッチングを行う装置であって,前記ガス導入口からは,
前記処理ガスとして,CxFy(y≦2x+2)ガスに
CO及びArガスを添加したエッチングガスが処理室内
に導入されると共に,さらに前記COの流量比が,前記
CxFy(y≦2x+2)ガス+COに対して,0.7
5以上1.00未満となるように前記各ガスの流量が調
整されていることを特徴とする,エッチング装置も提案
できる。さらにまた処理室内にガス導入口から処理ガス
を導入して,当該処理室内の被処理体に形成された窒化
膜上のSiO 膜に対してエッチングを行う際の選択性
を高めるための装置であって,前記ガス導入口からは,
前記処理ガスとして,H を含まない少なくとも4族と7
族の元素を含有するガスとCOとの混合ガスを含みかつ
不活性ガスが添加されたエッチングガスが処理室内に導
入されるように構成されたエッチング装置としてもよ
い。 そして前記処理室内には下部電極を構成するサセプ
タが設けられ,該サセプタには380kHz又は40.
68MHzの高周波電力が供給されるように構成されて
いてもよい。 また前記高周波電力のパワーは100〜2
500Wとしてもよい。 以上の各装置において,前記処
理室内の被処理体の表面に対して磁界を形成する手段を
備えることとしてもよい。この場合の,磁界の強度は例
えば10〜1000Gとすることが提案できる。 前記各
装置は,平行平板型プラズマ装置,平行平板型RIE装
置,マグネトロンRIE装置,ECR型プラズマ装置と
して構成してもよい。
【0015】なお少なくとも4族と7族の元素を含有す
るガスは、ハロゲン化炭化系ガスとしてもよく、またハ
ロゲン化炭化系ガスは、飽和フッ化炭素化合物、不飽和
フッ化炭素化合物、飽和混成ハロゲン化炭素化合物、又
は不飽和混成ハロゲン化合物から選択される各種の化合
物ガスであってもよい。飽和混成ハロゲン化炭素化合物
としては、例えば化1に示すような結合状態を有するC
ClFがある。
【0016】
【化1】
【0017】また不飽和混成ハロゲン化合物には、二重
結合、三重結合が1つ以上あるもの、例えば化2に示す
ようなC2ClF3がある。
【0018】
【化2】
【0019】ハロゲン化炭化系ガスとしては、例えばC
xFy系ガスであって、y≦2x+2の関係を有するも
のを用いてもよく、例えばC4F8を用いてもよい。そ
してy=2x+2の関係式を満たすものとしては、飽和
フッ化炭素化合物ガスである、CF4、C3F8、C5
F12、C7F16、C9F20、C2F6、C4F1
0、C6F14、C8F18、C10F22 等のガス
が有り、またy<2x+2の関係式を満たすものとして
は、不飽和フッ化炭素化合物ガスである二重結合、三重
結合が1つ以上あるもの、例えばC2F4、C2F2、
C3F7、C3F4、C4F8、C4F6、C4F4、
C4F2、C5F10、C5F8、C5F6、C5F
4、C6F12、C6F10、C6F8、C6F6 等
のガスが有る。
【0020】
【0021】
【作用】本発明によれば、Hを含まないエッチングガス
を使用しているので、既述したようなNHXを生成する
反応は起こらない。即ち例えば窒化膜中のNと反応する
Hがないので、選択性が大幅に向上する。
【0022】また本発明では、さらにCOを添加してい
るから、カーボンリッチの雰囲気であり、酸化膜、例え
ばSiO エッチングレートは向上している。即ち、
COの存在のため、例えば7族の元素としてフッ素
(F)を用いた場合、下地の膜には、通常この下地膜と
は反応を起こさないカーボンリッチな保護膜が形成さ
れ。この保護膜がフッ素ラジカルの下地膜への付着を防
止し、そのブロッキング効果によって下地のエッチング
レートは低下する。その結果、下地膜に対する選択比は
大幅に向上するものである。
【0023】これを図に基づいて説明すると、図1に示
したように、従来のHを有しカーボンリッチ雰囲気を創
出しない例えば(a)CH /CO、(b)CF
/Oのエッチングガスの場合には、下地のフッ素
ラジカルFに対する保護膜形成が不十分なため、下地
がSiの場合には、Sixが生成して下地であるSi
がエッチングされてしまったり、またビアコンタクトホ
ールを形成する場合の下地であるAlの場合には、F
のスパッタリングによって表面にAlFx(フェンス)
が形成され、さらにセルフアラインコンタクトを形成す
る場合の下地である、SiNの場合には、Fによって
SiNが生成されると共に、HによってNHが生成し
て、下地であるSiNがエッチングされるという現象が
生じていた。
【0024】しかしながら本願発明によれば、例えば
(c)C48/COの場合には、同図に示したように、
前記各下地表面にカーボンリッチなデポが付着するの
で、これによって下地が保護され、前記の下地のエッチ
ングやフェンスの生成が発生しないものである。
【0025】なおCOの添加量は、後述の実施例で示す
ように、0.75以上1.00未満,すなわち75%以
上100%未満がよい。
【0026】またエッチングガスにその約86%以上の
不活性ガス、例えばAr、KrあるいはXeの各ガスを
添加することにより、フッ素ガスの解離が効率よく行わ
れ、例えばC系ガスの場合には、Arを添加する
ことで、エッチングに有効な活性種であるC
CF が増加する一方で、選択性を低下させるF
での解離反応が進みにくくなり、これにより、効率よく
エッチングが促進される。また不活性ガスによるスパッ
タリング効果により、酸化膜上の堆積物を減少させ、エ
ッチングが促進される。
【0027】そして、OやOを微量添加することによ
り、例えばカーボン系堆積物が除去されてコンタクトホ
ール側壁がエッチング面に垂直になり、エッチングが促
進されるだけでなく、アスペクト比が6以上の微細加工
のエッチングも実現できるものである。
【0028】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
すると、図2は本実施例を実施するためのエッチング処
理装置の構成を模式的に示しており、本実施例において
は、マグネトロンRIE装置1を使用している。
【0029】上記マグネトロンRIE装置1は、アルミ
等の材質で構成され電気的に接地された気密容器である
処理室2をその内部に有し、この処理室2内の底部には
真空ポンプ(図示せず)に通ずる排気管3が接続され
て、この処理室2内はその底部周辺部から均等に真空引
きすることが可能であり、例えば処理室2内を数mTo
rr〜数百mTorrの範囲の間の任意の値であっても
これを設定維持できるように構成されている。
【0030】上記処理室2内の底部中央には、セラミッ
ク等の絶縁板4を介してサセプタ支持台5が設けられ、
さらにこのサセプタ支持台5の上面には、アルミ等の材
質からなり下部電極を構成するサセプタ6が設けられて
いる。
【0031】上記サセプタ支持体5の内部には冷却室7
が形成されており、この冷却室7内には、上記処理室2
の底部に設けられた冷媒導入管8から導入されかつ冷媒
排出管9から排出される冷却冷媒が循環するように構成
され、適宜の温度制御装置(図示せず)の調整によっ
て、上記サセプタ6は所望の温度、例えば−200゜C
〜+200゜Cまでの範囲の間の、任意に温度に設定維
持することが可能である。
【0032】上記サセプタ6には、上記処理室2外部に
設けられている高周波電源10からの、例えば周波数が
13.56MHz、40.68MHz、380kHz、
でパワーが100〜2500wの高周波電力が、マッチ
ング回路11、ブロッキングコンデンサ12を介して供
給されるように構成されている。
【0033】また上記サセプタ6の上面には、被処理体
である半導体ウエハWが直接載置されて吸引保持され
る、静電チャック21が設けられている。この静電チャ
ック21は、例えば電界箔銅からなる導電層22を上下
両側からポリイミド・フィルム等の絶縁体で挟んで接着
した構成を有しており、上記処理室2外部に設けられて
いる高圧直流電源23によって直流電圧が上記導電層2
2に印加されると、クーロン力によって上記半導体ウエ
ハWは上記静電チャック21に吸引保持されるようにな
っている。
【0034】一方上記処理室2内の上部には、接地線3
1を介して電気的に接地されている上部電極32が設け
られている。この上部電極32は、例えばアモルファス
・カーボンやSiCからなる中空構造になっており、さ
らにこの上部電極32における上記半導体ウエハWとの
対向面には多数のガス拡散孔33が設けられ、上部電極
32の上部に設けられているガス導入口34から供給さ
れるエッチングガスなどの処理ガスは、これら多数のガ
ス拡散孔33から上記半導体ウエハWに向けて均等に吐
出されるように構成されている。
【0035】上記ガス導入口34は、バルブ35を介し
てガス供給管36と接続されており、さらにこのガス供
給管36は分岐管37、38、39に分岐され、これら
各分岐管37、38、39には、夫々対応するバルブ4
0、41、42、並びにガス供給量の調整を担うマスフ
ロー・コントローラ43、44、45を介し、各々異な
った処理ガスが充填されているガスボンベが接続されて
いる。
【0036】本実施例においては、分岐管37にはC4
8ガスが充填されているボンベ46が、分岐管38に
はCOが充填されているボンベ47が、そして分岐管3
9にはN2が充填されているボンベ48が夫々接続され
ている。そしてこれら各ガスの供給量、並びにその混合
比率は、適宜の制御装置(図示せず)、及び上記マスフ
ロー・コントローラ43、44、45による調整によっ
て行われるように構成されている。
【0037】そして既述の上部電極32の上面には、こ
れと近接して永久磁石51が配置されている。この永久
磁石51は、例えばモータなどの駆動機構(図示せず)
によって所望の回転速度で上記ガス導入口34をその回
転中心軸として回転するように構成されており、前出静
電チャック21上に載置される半導体ウエハWに対し
て、その表面に均一な平行磁界、例えば10〜1000
Gの範囲の間の任意の値の磁界を形成することが可能に
なっている。
【0038】本実施例を実施するために使用したマグネ
トロンRIE装置1は以上のように構成されており、こ
のマグネトロンRIE装置1によって半導体ウエハWに
対してエッチングを行う場合について説明すると、まず
エッチング処理対象となる半導体ウエハWは、このマグ
ネトロンRIE装置1にゲートバルブ(図示せず)を介
して設けられているロードロック室(図示せず)から処
理室2内に搬入され、静電チャック21上に載置され
る。そして高圧直流電源23の印加によって上記半導体
ウエハWは、この静電チャック21上に吸着保持され
る。その後処理室2内は排気管23からの排気によって
減圧されていき、例えば20mTorrに設定される。
【0039】次にガス導入口34から、エッチングガス
が処理室2内に導入されるが、今回はC48ガスを10
sccm、COを200sccm流し、N2については
バルブ42を閉鎖してその供給を行わなかった。またこ
れと同時に高周波電源10からは、13.56MHzで
パワーが800wの電力を印加するとともに、永久磁石
51を回転駆動させて上記半導体ウエハW中心部付近で
120Gの磁場を形成するように磁界をかけた。そして
上記半導体ウエハWの温度は−30゜C〜+20゜Cと
なるように制御して、上記半導体ウエハWに対してエッ
チングを実施した。
【0040】次に実際にそのようにしてエッチングした
際の結果についていうと、まず実際にエッチングを行っ
た試料としての半導体ウエハは、図3、4にそれぞれそ
の構造を示した半導体ウエハW1、W2である。
【0041】図3に示した半導体ウエハW1は、Siの
下地61の上に酸化物のSiO2膜62が形成され、さ
らに当該SiO2膜62の上に適宜のレジスト63が形
成されているものである。図4に示された半導体ウエハ
2は、Alの下地71の上に酸化物のSiO2膜72、
及びその上にレジスト膜73が形成されたものである。
【0042】これら各半導体ウエハW1、W2、に対して
既述の条件の下でエッチングを行った結果、上記半導体
ウエハW1においては対Siにおける選択比は従来と同
様50であったが、上記半導体ウエハW2における対A
lにおいても選択比が50という高い値が得られた。
【0043】またさらに図5に示された半導体ウエハW
3、即ち下地81がSiNであり、その上に酸化物のS
iO2膜82、及び当該SiO2膜82の上にレジスト膜
83が形成されている半導体ウエハW3に対してエッチ
ングを行った場合の結果を、図6に示したグラフに基づ
いて説明する。
【0044】この場合、パワーは650wとし、そして
48ガス10sccmに対してCOの流量を0〜20
0sccmまで増加してCOの混合比を変化させた際
の、SiO2膜のエッチングレート(図6のグラフにお
ける○印で示される特性A)、下地のSiNのエッチン
グレート(図6のグラフにおける△印で示される特性
B)、対レジスト膜における選択比(図6のグラフにお
ける□印で示される特性C)、対SiNにおける選択比
(図6のグラフにおける◇印で示される特性D)を夫々
測定して、その結果を夫々同一グラフ上に示した。
【0045】このグラフからみればわかるように、CO
の混合比を増加させるに従い、SiO2のエッチングレ
ートとSiNのエッチングレートは漸次低下している。
また対レジスト膜における選択比についてもCOの混合
比を増加させるに伴って上昇している。そして対SiN
における選択比は、COを50sccm以上混合させた
頃からほぼリニアに上昇し、200sccm混合したと
きには、選択比が15.6にまで向上している。またC
Oの混合比率を高くすれば、それに伴ってさらに高い選
択比が得られることも確認できる。
【0046】さらにまた参考までに、対SiN(SiO
2膜)における従来のCHF3/COとCF4/H2/O2
と、本発明におけるC26系ガスとC48系ガスとの選
択比の比較を図7に示す表に示した。この表をみればわ
かるように、従来のHを含むエッチングガスによってエ
ッチングした場合には、CHF3/COの場合は1.
3、CF4/H2/O2の場合には0.7と、極めて低い
選択比しか得られなかったが、本発明におけるC26
スにCOを混合したときには4.8、C48ガスにCO
を混合したときには、14.7と大幅に選択比が向上し
ていることがわかる。またC26ガス、C48ガス共、
COを混合してよりカーボンリッチにした方が選択比が
向上していることも確認できる。
【0047】さらにまた例えば図8に示したように、下
地91がAlで、その上にSiO2膜92、さらにこの
SiO2膜92の上にレジスト膜93が形成されている
半導体ウエハW0の場合に対して従来技術によって、コ
ンタクトホール94のエッチングした場合、従来は当該
コンタクトホール94の側壁にフェンス95と呼ばれる
一種のデポジションが従来固着形成されていた。このフ
ェンス95はAl−Si系の不純物であり、その除去は
難しく、そのためこのまま例えば後処理としてコンタク
トホール94に導電物質を充填して配線パターン形成し
た場合、接触不良など起こし、歩留りの低下を招いてい
た。
【0048】しかしながら、今回の上記実施例に従って
下地がAlの上記半導体ウエハW2にコンタクトホール
のエッチングした結果、図9に示したように、コンタク
トホール74の側壁にはそのようなフェンスは殆ど形成
されていないことが確認できた。これはカーボンリッチ
の雰囲気の中で、下地のAl周辺に対して、Cによる保
護膜が形成されたためと考えられる。従って本発明によ
れば、単に選択比が高いだけではなく、そのようなフェ
ンスを発生させない良好なエッチングを実施できること
も確認できた。
【0049】なお、上記実施例では、バルブ40を閉鎖
してエッチングガスとしてC48ガスとCOとの混合ガ
スを使用したが、もちろん例えばバルブ40を開放して
2を当該混合ガスに添加してしてもよく、その他例え
ば不活性ガスとしてArを用いてもよい。
【0050】例えば図10に示したように、エッチング
ガス(10sccmのC48と25sccmのCOの混
合ガス)35sccmに対して、30sccm以上の不
活性ガス、例えばAr等の希ガス又はN2を添加する
と、熱酸化SiO2膜のエッチングレートが、曲線Eで
示したように向上したことが確認された。なお曲線Fは
フォトレジストに対する選択比の変化を表している。
【0051】ところで前記した不活性ガスの量である3
0sccmは、エッチングガス(10sccmのC48
と25sccmのCOの混合ガス)35sccmに対し
て、30sccm/35sccm≒86%である。従っ
て約86%以上の不活性ガスを添加することにより、か
かる効果が得られることが確認できる。
【0052】かかる場合のエッチングレートの向上の理
由としては、次のように考えられる。即ち、よりSiO
2が多く露出している部分には、酸化膜上に例えばフロ
ロカーボンが厚く堆積する傾向があり、この部分が特に
エッチングされにくくなる。ところがAr等の不活性ガ
スをエッチングガスに添加することにより、この堆積物
がスパッタリング効果により除去されて減少し、その結
果エッチングが促進されやすくなる。また例えばC48
系ガスの場合には、不活性ガスとしてArを添加するこ
とで、一方でエッチングに有効な活性種であるC24 +
やCF2 +が増加し、他方で選択性を低下させるF*まで
の解離反応が進みにくくなり、これによって効率よくエ
ッチングが促進されるのである。
【0053】さらにまたそのように不活性ガスを添加し
た上に、さらに酸素原子Oを含むガスを添加するとさら
にエッチングレートが向上することが確認された。図1
1のグラフは、かかる場合の結果を示しており、曲線G
からわかるように、酸素原子Oを含有するガスを10s
ccm以下に微量添加することによってエッチングレー
トが向上している。なおグラフ中の曲線は、熱酸化S
iOのエッチングレートとOの添加量との関係を、
曲線はO添加量に応じたフォトレジストの選択比の
変化を示している。またこの場合には、Oを例にとっ
ているが、この他に大気とかNOが考えられる。
【0054】このように微量のO2を添加するとエッチ
ングレートがさらに向上する理由は、次のように考えら
れる。即ち、O2の添加により、カーボン系の堆積物が
除去されてコンタクトホールを垂直化させ、かつSiO
2のエッチングレートを増加させると考えられる。この
ように酸素の微量添加により、プロセスマージンを広げ
る機能が得られるものである。
【0055】既述の如く、COの混合比率を高くすれば
さらに高い選択比が得られ、一方Cxy系ガスについて
も、例えばCF4、C26、C48などCF比が大きく
よりカーボンリッチな雰囲気のガスとした方がさらに選
択比が高くとれる。
【0056】前記した実施例においては、エッチングガ
ス(C48/CO)中に、200/210(約95.2
%)の割合のCOガスが含まれていたが、エッチングガ
ス中のCOの含有率を50%以上100%未満にすると
選択比が向上し、特に75%以上100%未満にする
と、第2の変化点が存在してさらに選択比が向上するこ
とが確認された。
【0057】即ち、図12のグラフは、COの含有率を
横軸にとり、縦軸には左側にエッチングレートを、右側
にはポリシリコンに対する選択比をとって有るが、特性
曲線Iに示すように、COの含有率(濃度)が50%越
えると、選択比は15から増加し始めさらに75%を越
える辺りから、急激に上昇して95%あたりで100近
くになっている。なお95%を越えると選択比は急激に
低下すると予想される。また特性曲線Jは、熱酸化Si
2膜のエッチングレートの変化を示している。またエ
ッチングガスの成分として、CxFyガスを用いる場
合、CF4や、C26、さらには前記C48のようにC
とFの比(C/F)が大きく、カーボンリッチなガスを
用いる方が、さらに選択比が高くなることが確認されて
いる。
【0058】なお前記実施例を実施するに当たっては、
その装置としてマグネトロンRIE装置1を使用した
が、これに限らず、例えば平行平板型プラズマ装置、平
行平板型RIE装置、ECR型プラズマ装置など、各種
処理室内に減圧雰囲気でプラズマを存在させるドライエ
ッチング処理装置を使用することが可能である。
【0059】
【発明の効果】本発明によれば、下地がAlなどの金属
やSiN、TiNなどの窒化膜などによって構成されて
いる半導体ウエハなどの被処理体に対してエッチングを
行う場合にも、高い選択比が得られる。もちろん従前と
同様対Siにおける選択比も高レベルを維持しているの
で、下地の膜種に拘らず、その上に形成されている酸化
物や窒化物を高い選択比の下でエッチングできるもので
ある。
【0060】しかも下地がAlなどの金属の場合、従来
エッチング孔内に固着形成されていたフェンスを殆ど発
生させないので、高い選択比でけではなく、極めて良好
なエッチングを実施することが可能である。
【0061】そしてエッチングガスの約86%以上の不
活性ガスを添加することにより、エッチングレートがさ
らに向上し、またさらにO を含有するガスを添加する
と、より一層エッチングレートが向上する。
【0062】またHを含まない4族と7族の元素を含有
するガスは、 、C が適している。
【0063】そしてエッチングガス中のCOの含有量
は、75%以上100%未満とすることにより、カーボ
ンリッチな保護膜を下地に対して形成でき、下地との選
択比が向上し、またフェンスなどの発生も防止できる。
すなわち高い選択比で高レベルでのフェンスの防止が図
れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明と従来技術の作用効果の差異を模擬的に
示す説明図である。
【図2】本発明の実施例に用いたマグネトロンRIE装
置の側面の説明図である。
【図3】実施例によってエッチングを行う被処理体とし
て下地膜がSiの半導体ウエハの側面端面の様子を示す
説明図である。
【図4】実施例によってエッチングを行う被処理体とし
て下地膜がAlの半導体ウエハの側面端面の様子を示す
説明図である。
【図5】実施例によってエッチングを行う被処理体とし
て下地膜がSiNの半導体ウエハの側面端面の様子を示
す説明図である。
【図6】図4に示した半導体ウエハに対してCOガス流
量を変化させてエッチングを行った場合の、エッチング
レート、選択比についての結果を示すグラフである。
【図7】従来のHを含むエッチングガスと、本発明にお
けるCxy系ガスとの、対SiNにおける選択比の比較
を示す図表である。
【図8】従来のエッチング方法によって下地膜がAlの
半導体ウエハをエッチングした際の様子を示す説明図で
ある。
【図9】実施例によって下地膜がAlの半導体ウエハを
エッチングした際の様子を示す説明図である。
【図10】エッチングガスに不活性ガスを添加した場合
の影響を示すグラフである。
【図11】エッチングガスに酸素を添加した場合の影響
を示すグラフである。
【図12】エッチングガス中のCO含有率によるエッチ
ングレートと選択比の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1 マグネトロンRIE装置 2 処理室 3 排気管 6 サセプタ 10 高周波電源 21 静電チャック 32 上部電極 34 ガス導入口 35 バルブ 43、44、45 マスフロー・コントローラ 46、47、48 ボンベ 51 永久磁石 W 半導体ウエハ W1、W2、W3 半導体ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−244152(JP,A) 特開 平4−290428(JP,A) 特開 平5−36652(JP,A) 特開 昭60−274082(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (30)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理室内の上下に電極を有する処理室内
    に処理ガスを導入して当該処理室内の下部電極上の
    処理体に形成された窒化膜上のSiO膜に対してエッ
    チングを行う際の選択性を高める方法であって, 前記処理ガスとして,Hを含まない少なくとも4族と7
    族の元素を含有するガスとCOとの混合ガスを含むエッ
    チングガスを用いることを特徴とする,エッチング方
    法。
  2. 【請求項2】 処理室内に処理ガスを導入して当該処
    理室内の被処理体に形成された下地がAlであるSiO
    膜にコンタクトホールのエッチングを行う方法におい
    て, 前記処理ガスとして,Hを含まない少なくとも4族と7
    族の元素を含有するガスとCOとの混合ガスを含むエッ
    チングガスを用いることを特徴とする,エッチング方
    法。
  3. 【請求項3】 前記エッチングは,セルフアラインコン
    タクトホールのエッチングであることを特徴とする,
    求項1に記載のエッチング方法。
  4. 【請求項4】 処理室内に処理ガスを導入して,当該処
    理室内の被処理体に形成された窒化膜上のSiO 膜に
    対してエッチングを行う際の選択性を高める方法であっ
    て, 前記処理ガスとして,Hを含まない少なくとも4族と7
    族の元素を含有するガスとCOとの混合ガスを含むエッ
    チングガスを用い, さらに前記エッチングガスに不活性ガスを添加した こと
    を特徴とする,エッチング方法。
  5. 【請求項5】 前記Hを含まない少なくとも4族と7族
    の元素を含有するガスは,CxFy(y≦2x+2)ガ
    であることを特徴とする,請求項1,2,3又は4
    いずれかに記載のエッチング方法。
  6. 【請求項6】 前記Hを含まない少なくとも4族と7族
    の元素を含有するガスは,CF であることを特徴とす
    る,請求項に記載のエッチング方法。
  7. 【請求項7】 前記Hを含まない少なくとも4族と7族
    の元素を含有するガスは,C であることを特徴と
    する,請求項に記載のエッチング方法。
  8. 【請求項8】 前記Hを含まない少なくとも4族と7族
    の元素を含有するガスは,C であることを特徴と
    する,請求項に記載のエッチング方法。
  9. 【請求項9】 前記Hを含まない少なくとも4族と7族
    の元素を含有するガスは,C であることを特徴と
    する,請求項に記載のエッチング方法。
  10. 【請求項10】 前記Hを含まない少なくとも4族と7
    族の元素を含有するガスは,C であることを特徴
    とする,請求項に記載のエッチング方法。
  11. 【請求項11】 さらに前記エッチングガスに不活性ガ
    スを添加したことを特徴とする,請求項1,2,3,
    5,6,7,8,9又は10のいずれかに記載のエッチ
    ング方法。
  12. 【請求項12】 前記不活性ガスは,Arガスである
    とを特徴とする,請求項4又は11に記載のエッチング
    方法。
  13. 【請求項13】 前記エッチングガスに添加するArガ
    スの流量比は,前記エッチングガスに対して0.86以
    上であることを特徴とする,請求項12に記載のエッチ
    ング方法。
  14. 【請求項14】 前記COの流量比は,前記Hを含まな
    い少なくとも4族と7族の元素を含有するガス+COに
    対して,0.75以上1.00未満であることを特徴と
    する,請求項13に記載のエッチング方法。
  15. 【請求項15】 Arガスの他にさらにO を添加した
    ことを特徴とする,請求項12,13又は14に記載の
    エッチング方法。
  16. 【請求項16】 の添加量は,10sccm以下で
    あることを特徴とする,請求項15に記載のエッチング
    方法。
  17. 【請求項17】 前記Arガスに代えて,N ガスを用
    いることを特徴とする,請求項12,13,14,15
    又は16に記載のエッチング方法。
  18. 【請求項18】 処理室内に処理ガスを導入して,当該
    処理室内の被処理体に形成された下地がポリシリコンで
    あるSiO に対してエッチングを行う方法において, 前記処理ガスとして,CxFy(y≦2x+2)ガスに
    CO及びArガスを添加したエッチングガスを用い,さ
    らに前記COの流量比は,前記CxFy(y≦2x+
    2)ガス+COに対して,0.75以上1.00未満で
    あることを特徴とす る,エッチング方法。
  19. 【請求項19】 処理室内にガス導入口から処理ガスを
    導入して,当該処理室内の被処理体に形成された窒化膜
    上のSiO 膜に対してエッチングを行う際の選択性を
    高めるための装置であって, 処理室内の上下に電極を有し, 前記ガス導入口からは,前記処理ガスとして,Hを含ま
    ない少なくとも4族と7族の元素を含有するガスとCO
    との混合ガスを含むエッチングガスが処理室内に導入さ
    れるように構成されていることを特徴とする,エッチン
    グ装置。
  20. 【請求項20】 処理室内にガス導入口から処理ガスを
    導入して,当該処理室内の被処理体に形成された下地が
    AlであるSiO 膜にコンタクトホールのエッチング
    を行うための装置であって, 前記ガス導入口からは,前記処理ガスとして,Hを含ま
    ない少なくとも4族と7族の元素を含有するガスとCO
    との混合ガスを含むエッチングガスが処理室内に導入さ
    れるように構成されていることを特徴とする,エッチン
    グ装置。
  21. 【請求項21】 処理室内にガス導入口から処理ガスを
    導入して,当該処理室内の被処理体に形成された下地が
    ポリシリコンであるSiO に対してエッチングを行う
    装置であって, 前記ガス導入口からは,前記処理ガスとして,CxFy
    (y≦2x+2)ガスにCO及びArガスを添加したエ
    ッチングガスが処理室内に導入されると共に,さらに前
    記COの流量比が,前記CxFy(y≦2x+2)ガス
    +COに対して,0.75以上1.00未満となるよう
    に前記各ガスの流量が調整されていることを特徴とす
    る,エッチング装置。
  22. 【請求項22】 処理室内にガス導入口から処理ガスを
    導入して,当該処理室内の被処理体に形成された窒化膜
    上のSiO 膜に対してエッチングを行う際の選択性を
    高めるための装置であって, 前記ガス導入口からは,前記処理ガスとして,Hを含ま
    ない少なくとも4族と7族の元素を含有するガスとCO
    との混合ガスを含みかつ不活性ガスが添加されたエッチ
    ングガスが処理室内に導入されるように構成されている
    ことを特徴とする,エッチング装置。
  23. 【請求項23】 前記処理室内には下部電極を構成する
    サセプタが設けられ,該サセプタには380kHz又は
    40.68MHzの高周波電力が供給されるように構成
    されていることを特徴とする,請求項19,20,21
    又は22に記載のエッチング装置。
  24. 【請求項24】 前記高周波電力のパワーは100〜2
    500Wであることを特徴とする,請求項23に記載の
    エッチング装置。
  25. 【請求項25】 前記処理室内の被処理体の表面に対し
    て磁界を形成する手段を備えたことを特徴とする,請求
    項19,20,21,22,23又は24に記載のエッ
    チング装置。
  26. 【請求項26】 前記磁界の強度は10〜1000Gで
    あることを特徴とする,請求項25に記載のエッチング
    装置。
  27. 【請求項27】 前記装置は,平行平板型プラズマ装置
    であることを特徴とする,請求項19,20,21,2
    2,23又は24に記載のエッチング装置。
  28. 【請求項28】 前記装置は,平行平板型RIE装置で
    あることを特徴とする,請求項19,20,21,2
    2,23又は24に記載のエッチング装置。
  29. 【請求項29】 前記装置は,マグネトロンRIE装置
    であることを特徴とする,請求項19,20,21,2
    2,23,24,25又は26に記載のエッチング装
    置。
  30. 【請求項30】 前記装置は,ECR型プラズマ装置で
    あることを特徴とする,請求項19,20,21,2
    2,23又は24に記載のエッチング装置。
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