JP3301157B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用可能性】本発明は、半導体装置の製造分
野等において適用されるドライエッチング方法に関し、
特に、対レジスト選択性、対シリコン下地選択性、高速
性、低ダメージ性、低汚染性のいずれにも優れるシリコ
ン化合物層のドライエッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられるよう
に、半導体装置の高集積化及び高性能が進展するに伴
い、デバイス・チップの面積が拡大し、ウェハが大口径
化する一方、形成すべきパターンは高度に微細化されて
きている。このようなウェハに対して均一で高精度なエ
ッチングを行う必要性、及びＡＳＩＣの製造のような多
品種少量生産に対応する必要性から、ドライエッチング
装置も従来のバッチ式に替わって枚葉式が主流となって
いる。枚葉式ドライエッチング装置において従来と同等
の生産性を維持するためには、ウェハ１枚当たりのエッ
チング速度を大幅に向上させなければならない。

【０００３】また、デバイスの高速化や微細化を図るた
めに不純物拡散領域の接合深さや各種材料層の厚さが縮
小されている状況下では、従来以上にこれらの下地に対
する選択性に優れ、ダメージの少ないエッチング技術が
要求される。例えば、半導体基板内に形成された浅い不
純物拡散領域と上層配線とを接続するためにＳｉＯ_x層
間絶縁膜にコンタクト・ホールを開口するプロセスは、
かかるエッチング技術の要求される典型的なプロセスで
ある。

【０００４】さらに、レジスト選択性の向上も重要な課
題である。これは、サブミクロン・デバイス、クォータ
ーミクロン・デバイスにおいて、レジストの後退による
わずかな寸法変換差の発生も許容されなくなってきてい
るからである。

【０００５】ところで、従来よりＳｉＯ₂系材料層のエ
ッチングは、強固なＳｉ−Ｏ結合を切断するために、イ
オン性を強めたモードで行われている。典型的なエッチ
ング・ガスは、ＣＨＦ₃，ＣＦ₄等であり、これらから生
成するＣＦ_x ⁺の入射エネルギーを利用している。しか
し、高速エッチングを行うためにはこの入射イオン・エ
ネルギーを高めることが必要であり、エッチング反応が
物理的なスパッタ反応に近くなるため、高速性への要求
と高選択性・低ダメージ性への要求とが常に背反してい
た。

【０００６】そこで、従来は、エッチング・ガスにＨ₂
や堆積性の炭化水素系ガスを等を添加してエッチング反
応系の見掛け上のＣ／Ｆ比（炭素原子数とフッ素原子数
の比）を増大させ、エッチング反応と競合して起こる炭
素系ポリマーの堆積を促進することにより高選択性を達
成してきた。

【０００７】これら従来のエッチング・ガスに代わり、
本願出願人は先に特開平３−２７６６２６号公報におい
て、炭素数２以上の飽和ないし不飽和の高次鎖状フルオ
ロカーボン（ＦＣ）系ガスを使用するシリコン化合物層
のドライエッチング方法を提案している。これは、１分
子から大量のＣＦ_x ⁺ を解離生成できるＣ₃Ｆ₈，Ｃ₄Ｆ₈
等の鎖状ＦＣ系ガスを使用することにより、エッチング
の高速化を図ったものである。

【０００８】但し、この鎖状ＦＣ系ガスの単独組成系で
は同時にＦ^*の生成量も多くなり、シリコン系下地材料
層に対する選択比が不足する虞れが大きい。そこで、実
用プロセスとして、下地が露出する直前でエッチング
（ジャストエッチング）を一旦停止し、残りのエッチン
グ（オーバーエッチング）は上記ガスにＣ₂Ｈ₄（エチレ
ン）等の炭化水素系ガスを添加して行うことも提案して
いる。これは、エッチング反応系内にＣ原子を補給する
と共に、プラズマ中に生成するＨ^*で過剰のＦ^*を捕捉
し、見掛け上のＣ／Ｆ比を高めて炭素系ポリマーの堆積
を促進するためである。

【０００９】本発明者は、この選択性の不足を解消する
別の技術として、先に特開平４−１７００２６号公報に
おいて、分子内に少なくとも１個の不飽和結合を有する
鎖状不飽和ＦＣ系ガスを用い、かつ被処理基板（ウェ
ハ）の温度を５０℃以下に制御する技術を開示してい
る。これは、ウェハ温度を一定温度以上に上昇させない
工夫を行うことで炭素系ポリマーの蒸気圧を低く維持
し、その堆積を促進して高選択化を図るものである。こ
れにより、基本的に単独組成ガスによる高選択エッチン
グが実現された。

【００１０】さらに、本発明者は、先に特開平４−２５
８１１７号公報において、分子構造の少なくとも一部に
環状部を有する飽和ないしは不飽和ＦＣ系ガスを用いる
技術も開示している。これは、環状構造に起因する分子
本来のＣ／Ｆ比の高さを利用して、高速性、高選択性、
低ダメージ性に優れるエッチングを実現したものであっ
た。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、不飽和Ｃ
Ｆ系ガスや環状ＣＦ系ガス等の採用により、シリコン化
合物層の高選択エッチングを基本的に単独ガス系で実現
できるという大きな成果が得られた。しかしながら、こ
れらの技術も、選択比確保のメカニズムがエッチングと
競合して進行する炭素系ポリマーの堆積に依存する点に
おいては、従来技術の延長線上にある。したがって、枚
葉処理回数が重なれば、やはりエッチング・チャンバ内
に炭素系ポリマーが蓄積されてしまう。つまり、上記の
技術は選択比の向上を通じた寸法変換差や下地ダメージ
の低減には極めて効果的であるものの、汚染性に関して
はエッチング・チャンバのクリーニング頻度が減少する
といった程度の改善にとどまっているのが実情である。

【００１２】そこで、本発明は、高速性，高選択性，低
ダメージ性に優れることはもちろん、低汚染性にも優れ
るシリコン化合物層のドライエッチング方法を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、無機酸化物である酸化イオウと、一般式Ｃ_xＦ_y
（但し、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧２，
ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高次ＦＣ
系化合物とを含むエッチング・ガスを用いてシリコン化
合物層をエッチングするものである。

【００１４】上述の無機酸化物である酸化イオウは、エ
ッチング・ガスの構成成分として用いられるものである
から、取り扱い性を考慮すると常温常圧下で気体である
か、若しくは容易に気化できる化合物であることが特に
望ましい。

【００１５】実用性の高い酸化イオウとしては、ＳＯ
（一酸化イオウ）、ＳＯ₂（二酸化イオウ）を挙げるこ
とができる。この他にも数種類の酸化イオウが知られて
いるが、室温近傍では分解等により複雑な相や組成を有
する混合物として存在するものが多い。例えば、Ｓ₂Ｏ₃
（三酸化二イオウ）は加熱によりＳ，ＳＯ，ＳＯ₂に分
解する固体である。ＳＯ₃ （三酸化イオウ）は、室温近
傍で液体、あるいは融点の異なるα型，β型，γ型のい
ずれかの形をとる固体である。Ｓ₂Ｏ₇（七酸化二イオ
ウ）は融点０℃、昇華点１０℃の固体である。さらに、
ＳＯ₄（四酸化イオウ）は融点３℃の固体であるが、酸
素を発生して分解し、七酸化二イオウを生成する。

【００１６】本発明におけるエッチング・ガスのもう一
方の構成成分は、高次ＦＣ系化合物である。上記高次Ｆ
Ｃ系化合物は、炭素数ｘが２以上の高次化合物であり、
しかもフッ素原子数ｙが（２ｘ＋２）以下であることか
ら、その骨格構造は直鎖状、分枝状、環状の別を問わ
ず、飽和、不飽和の別を問わず、さらに該骨格構造を構
成する炭素原子間結合の種類も特に限定されるものでは
ない。

【００１７】本発明はまた、前記エッチング・ガスを用
いて前記シリコン化合物層を実質的にその層厚を超えな
い深さまでエッチングするジャストエッチング工程と、
前記エッチング・ガス中の前記無機酸化物の含量比を前
記ジャストエッチング工程におけるよりも大として前記
シリコン化合物層をオーバーエッチングするものであ
る。

【００１８】本発明はさらに、上述の高次ＦＣ系化合物
と無機酸化物とを含むエッチング・ガスを用いてジャス
トエッチングを行った後、Ｓ₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂
Ｆ₁₀から選ばれる少なくとも１種類のフッ化イオウと前
記無機酸化物とを含むエッチング・ガスを用いてオーバ
ーエッチングを行うものである。

【００１９】

【作用】本発明は、炭素系ポリマー自身の膜質を強化す
ることにより、その堆積量を減じても十分に高いレジス
ト選択性及び下地選択性を達成し、またこれにより低汚
染性，低ダメージ性を達成することにある。

【００２０】本発明では、酸化イオウをエッチング・ガ
スの構成成分として使用する。この無機酸化物である酸
化イオウは、分子内に異種原子間の多重結合を有してお
り、幾つかの分極構造の共鳴混成体として存在するが、
これらの分極構造のある種のものが高い重合促進活性を
有する。この結果、エッチング・ガスの分解生成物やエ
ッチング・マスクとして用いられた有機材料パターンの
分解生成物に由来する炭素系ポリマーの重合度が増し、
エッチング耐性が向上する。

【００２１】また、この無機酸化物の分解生成物は、炭
素系ポリマーにチオニル基＞Ｓ＝Ｏ），スルフリル基
（−ＳＯ₂）等の極性基を導入することができる。炭素
系ポリマーにかかる極性基が導入されると、単に−ＣＸ
₂−（Ｘはハロゲン原子を表す。）の繰り返し構造から
なる従来の炭素系ポリマーよりも化学的，物理的安定性
が増すことが、近年の研究により明らかとなっている。
この現象の理由に関する論拠は、おおよそ次の２点であ
る。

【００２２】そのひとつは、Ｃ−Ｓ結合（７１３ｋＪ／
ｍｏｌ）の原子間結合エネルギーが、Ｃ−Ｃ結合（６０
７ｋＪ／ｍｏｌ）よりも大きいという事実である。

【００２３】いまひとつは、上記の官能基の導入により
炭素系ポリマーの極性が増大し、負に帯電しているエッ
チング中のウェハに対してその静電吸着力が高まるとい
うものである。

【００２４】このように、炭素系ポリマー自身の膜質が
強化され、入射イオンに対して高い耐性を示すようにな
るため、エッチング・マスクである有機材料パターンや
下地材料層に対して選択性が向上する他、下地材料層へ
のダメージ発生も少なくなる。また、高選択性を達成す
るために必要な炭素系ポリマーの堆積量を相対的に低減
できるので、従来技術に比べてパーティクル汚染を減少
させることができる。

【００２５】また、上記無機酸化物は、エッチングの高
速化にも寄与している。すなわち、上記の官能基から生
成可能なＳＯ^*、ＳＯ₂ ^*等のラジカルは強い還元作用を
有しており、ＳｉＯ₂中のＯ原子を引き抜くことができ
る。これは、２原子分子の生成熱から算出された原子間
結合エネルギーがＳ−Ｏ結合では５２３ｋＪ／ｍｏｌで
あって、結晶中におけるＳｉ−Ｏ結合の４６５ｋＪ／ｍ
ｏｌに比べて大きいことからも理解される。Ｏ原子が引
き抜かれた後のＳｉ原子は、エッチング反応系に存在す
る主エッチング種であるＦ^*（フッ素ラジカル）と結合
することにより、ハロゲン化物の形で速やかに除去され
る。

【００２６】本発明では、従来もっぱら物理的なスパッ
タ作用に依存していたＳｉ−Ｏ結合の切断を、化学的な
作用も利用して行うことができるようになる。しかも、
本発明で使用する無機酸化物は、レジスト材料や下地の
Ｓｉ系材料には重大な作用を及ぼさず、これらの材料の
エッチング速度は低速に維持される。

【００２７】さらに、この無機酸化物から解離生成する
Ｏ^*は、特に本発明のドライエッチングがＳｉＯ_x 層間
絶縁膜への接続孔形成に適用される場合に、エッチング
速度の向上とマイクロローディング効果の抑制に役立
つ。

【００２８】マイクロローディング効果は、同一基板上
で被エッチング面積の小さい部分ほどエッチング速度が
低下する現象であり、開口径が小さくアスペクト比の大
きい近年の接続孔加工等において問題となっている。こ
れは、被エッチング面積の減少に伴ってＳｉＯ_x層間絶
縁膜から放出されるＯ原子量が減少し、しかも接続孔の
底面にまでイオンが入射しにくくなっているために、狭
い接続孔ほどその内部で炭素系ポリマーの堆積が過剰と
なり易いからである。しかし、本発明ではプラズマ中か
らＯ^*が供給されることにより、過剰な炭素系ポリマー
が燃焼除去されるので、微細な接続孔内においても高速
エッチングが進行する。

【００２９】ところで、上述の無機酸化物はシリコン化
合物層のエッチング種となり得る原子を分子中に持たな
いので、本発明ではエッチング・ガスのもう一方の主要
な構成成分として、本発明者が以前から提案している高
次ＦＣ系化合物を用い、プラズマ中へＦ^*やＣＦ_x ⁺を供
給する。これにより、前述のように高速エッチングが可
能となる。さらに、このＦＣ系化合物は炭素系ポリマー
の供給源でもあるため、下地選択性の確保をレジスト・
マスクのスパッタ生成物のみに頼る必要がなくなる。こ
のため、入射イオン・エネルギーを一層低減することが
でき、選択性を向上させることができる。

【００３０】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の高選択化、低汚染化を目指す方
法も提案する。

【００３１】そのひとつは、シリコン化合物層のエッチ
ングを下地材料層が露出する直前までのジャストエッチ
ング工程とそれ以降のオーバーエッチング工程の２工程
に分け、後半のオーバーエッチング工程で前記エッチン
グ・ガス中の無機酸化物の含量比をジャストエッチング
工程におけるよりも大とすることである。例えばシリコ
ン化合物層としてＳｉＯ_x層間絶縁膜を想定した場合、
この方法によれば下地との界面付近のエッチングはＦ^*
が少なく、かつＯ原子引き抜き反応とポリマー強化を促
進する条件下で進行するようになる。

【００３２】あるいは、オーバーエッチング時のエッチ
ング・ガス組成を、Ｓ₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀か
ら選ばれる少なくとも１種類のフッ化イオウと上記無機
酸化物との混合系としてもよい。つまり、オーバーエッ
チング時には高速性は特に要求されないので、フルオロ
カーボン系化合物は敢えて使用せず、炭素系ポリマーの
堆積を一切排除するのである。

【００３３】ここで使用されるフッ化イオウは、本願出
願人が先に特開平４−８４４２７号公報においてＳｉＯ
_x系材料層のエッチング用に提案した化合物であり、Ｓ
Ｆ_x ⁺，Ｆ^*等のエッチング種を生成する。また上記フッ
化イオウは、従来からエッチング・ガスとして実用化さ
れているＳＦ₆に比べてＳ／Ｆ比（１分子中のＳ原子数
とＦ原子数の比）が大きく、放電解離条件下でプラズマ
中に遊離のＳ（イオウ）を放出することができる。この
Ｓは、条件にもよるがウェハがおおよそ室温以下に温度
制御されていれば、その表面へ堆積する。このとき、Ｓ
ｉＯ_x系材料層の表面ではＳはスパッタ・アウトされた
Ｏ原子によりＳＯ_xの形で除去されるが、レジスト材料
やＳｉ系材料の表面、あるいはパターン側壁部にはその
まま堆積し、高選択性，高異方性の達成に寄与する。

【００３４】なお、エッチング反応系に窒素系化学種が
存在する場合には、上記Ｓの一部がこの窒素系化学種と
反応し、ポリチアジル（ＳＮ）_x に代表される窒化イオ
ウ系化合物が生成する可能性がある。この窒化イオウ系
化合物は、昇華性若しくは熱分解性物質であり、ウェハ
がおおよそ１３０℃以下に温度制御されている場合に、
その表面へ堆積することができる。

【００３５】これらＳや窒化イオウ系化合物が堆積する
系では、その分、炭素系ポリマーの堆積量が少なくて済
む。このため、レジスト・マスクをスパッタするイオン
の入射エネルギーを低減してレジスト選択比を向上させ
ることができ、パーティクル汚染を著しく低減させるこ
とができる。

【００３６】なお、Ｓや窒化イオウ系化合物は、エッチ
ング終了後にウェハをそれぞれ上述の温度以上に加熱す
るか、酸素系プラズマ処理を行うことにより、容易に昇
華，分解，燃焼等の機構にしたがって除去することがで
きる。もちろん、レジスト・アッシングが行われるプロ
セスであれば、この時に同時に除去できる。いずれにし
ても、Ｓや窒化イオウ系化合物そのものがパーティクル
汚染源となる懸念は、一切ない。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。実施例１ なお、本発明の具体的な実施例に先立って本発明に先行
する例を説明する。

【００３８】本例は、本発明をコンタクト・ホール加工
に適用し、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈（オクタフルオロシクロブタン）
／ＣＯ₂混合ガスを用いてＳｉＯ₂層間絶縁膜をエッチン
グした例である。このプロセスを、図１を参照しながら
説明する。

【００３９】本実施例においてエッチング・サンプルと
したウェハは、図１（ａ）に示されるように、予め不純
物拡散領域２が形成された単結晶Ｓｉ基板１上にＳｉＯ
₂層間絶縁膜３が形成され、さらに該ＳｉＯ₂層間絶縁膜
３のエッチング・マスクとしてレジスト・マスク４が形
成されたものである。上記レジスト・マスク４には、ホ
ール・パターンにしたがって開口部４ａが設けられてい
る。

【００４０】このウェハを、マグネトロンＲＩＥ（反応
性イオン・エッチング）装置のウェハ載置電極上にセッ
トした。ここで、上記ウェハ載置電極は冷却配管を内蔵
しており、装置外部に接続されるチラー等の冷却設備か
ら該冷却配管に冷媒を供給して循環させることにより、
エッチング中のウェハ温度を室温以下に制御することが
可能となされている。一例として、下記の条件でＳｉＯ
₂層間絶縁膜３のエッチングを行った。

【００４１】 ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量 ３５ ＳＣＣＭ ＣＯ₂流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０^-2 Ｔ（＝１５０ Ｇ） ウェハ載置電極温度 −３０ ℃（アルコール系冷媒使用） このエッチング過程では、ＣＦ_x ⁺によるイオン・モード
・エッチングが、ＣＯ^*によるＯ原子引き抜き反応によ
り促進される。このため、過大な入射イオン・エネルギ
ーを与える条件ではないにもかかわらず、９５０ｎｍ／
分もの高速でエッチングが進行した。

【００４２】一方、イオン・スパッタ作用によりレジス
ト・マスク４から供給された炭素系の分解生成物やｃ−
Ｃ₄Ｆ₈の放電分解生成物は、Ｃ−Ｏ結合やカルボニル基
をその構造中に取り込みながら、強固な炭素系ポリマー
を形成した。この炭素系ポリマーは、少量でも高いエッ
チング耐性を発揮し、レジスト・マスク４や単結晶Ｓｉ
基板１の表面におけるエッチング速度を大幅に低減させ
た。また、ウェハが低温冷却されていることによりＦ^*
によるラジカル反応が抑制され、主としてラジカル・モ
ードでエッチングされるレジスト材料やシリコン系材料
のエッチング速度がＳｉＯ₂系材料のそれよりも相対的
に低下した。

【００４３】これらの理由により、レジスト・マスク４
に対しては約７、単結晶Ｓｉ基板１に対しては約３０の
選択比が達成された。特に、レジスト・マスク４の形状
が良好に維持されることにより、図１（ｂ）に示される
ように、寸法変換差を発生させることなく良好な異方性
形状を有するコンタクト・ホール５を形成することがで
きた。

【００４４】また、炭素系ポリマーの堆積量が減少した
ことにより、マイクロローディング効果が抑制された。

【００４５】さらに、同一エッチング・チャンバ内で上
述のプロセスによるウェハ処理回数を重ねた場合、ｃ−
Ｃ₄Ｆ₈の単独組成ガスを用いて同じ処理回数を経た場合
に比べてパーティクル・レベルが著しく改善された。し
たがって、エッチング・チャンバのクリーニング頻度を
減少させることができ、スループットを向上させること
もできた。

【００４６】本発明は、上述した本発明に先行する例を
基本にするものであって、上述した例と同様のコンタク
ト・ホール加工において、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈／ＳＯ₂混合ガス
を用いてＳｉＯ₂層間絶縁膜３をエッチングした。

【００４７】エッチング条件の一例を以下に示す。

【００４８】 ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量 ３５ ＳＣＣＭ ＳＯ₂流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０^-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 −３０ ℃（アルコール系冷媒使用） 上記の条件により進行するエッチングの機構は、上述し
た本発明に先行する例に準じたものであるが、ここでは
炭素系ポリマーがＣ−Ｓ結合やスルフリル基，チオニル
基等の導入により強化された。

【００４９】実施例２ 次に、本発明に係る実施例２を、この実施例２に先行す
る例を説明した後に説明する。

【００５０】本実施例に先行する例では、同様のコンタ
クト・ホール加工において、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈／Ｃ₃Ｏ₂混合ガ
スを用いてＳｉＯ₂層間絶縁膜３をジャストエッチング
した後、この混合ガス中のＣ₃Ｏ₂の含量比を高めてオー
バーエッチングを行うことにより、高選択化を図った。
このプロセスを、図２及び前出の図１を参照しながら説
明する。

【００５１】まず、図１（ａ）に示されるウェハを用
い、一例として下記の条件で、ＳｉＯ₂層間絶縁膜３を
実質的に不純物拡散領域２が露出する直前まで行った。

【００５２】 ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量 ３５ ＳＣＣＭ Ｃ₃Ｏ₂流量 １５ ＳＣＣＭ （エッチング・ガス中の含量比３０％） ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０^-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このジャストエッチング工程におけるエッチング機構
は、上述したとほぼ同様である。終点判定は、４８３．
５ｎｍにおけるＣＯ^*の発光スペクトル強度、あるいは
７７７ｎｍにおけるＳｉＦ^*の発光スペクトル強度が変
化し始めた時点で行った。この時点は、ウェハ上の一部
で下地の不純物拡散領域２が露出し始めた時に対応して
いる。しかし、ウェハ上の他部においては、図２に示さ
れるように、コンタクト・ホール５は中途部までしか形
成されず、その底部にＳｉＯ₂層間絶縁膜３の残余部３
ａが残されていた。

【００５３】そこで、エッチング条件を一例として下記
の条件に切り換え、残余部３ａを除去するためのオーバ
ーエッチングを行った。

【００５４】 ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量 ２５ ＳＣＣＭ Ｃ₃Ｏ₂流量 ２５ ＳＣＣＭ （エッチング・ガス中の含量比５０％） ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．２ Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０^-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このオーバーエッチング工程では、ＲＦパワー密度を低
下させて入射イオン・エネルギーを低減させ、ＣＯ^*に
よる化学的なＯ原子引き抜き反応を主体とするエッチン
グを行った。炭素系ポリマーの生成量は減少したが、そ
の膜質強化は効率良く行われた。

【００５５】この結果、前述した先行例ほどウェハを冷
却していないにもかかわらず、良好な高選択、低ダメー
ジ、低汚染エッチングを行うことができた。

【００５６】本発明は、上述のＣ₃Ｏ₂に代えてＳＯ₂を
用いたものであり、同様に良好なエッチングを行うこと
ができた。特に、本発明のように、ＳＯ₂を用いた場合
には、３０６ｎｍ，３１７ｎｍ，３２７ｎｍのいずれか
におけるＳＯ^*の発光スペクトル強度変化をもってジャ
ストエッチング工程の終点判定することができた。

【００５７】実施例３ 次に、エッチング工程における徹底した低汚染化を図っ
た例を述べる。

【００５８】まず、本発明にに先行する例を説明する。
この例は、ジャストエッチング工程でＣ₃Ｆ₈／Ｃ₃Ｏ₂混
合ガス、オーバーエッチング工程でＳ₂Ｆ₂／Ｃ₃Ｏ₂混合
ガスを用いたものである。

【００５９】ジャストエッチング条件の一例を以下に示
す。

【００６０】 Ｃ₃Ｆ₈流量 ３５ ＳＣＣＭ Ｃ₃Ｏ₂流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０^-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃ 続いて、一例として下記の条件でオーバーエッチングを
行った。

【００６１】 Ｓ₂Ｆ₂流量 ４０ ＳＣＣＭ Ｃ₃Ｏ₂流量 １０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．０ Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０^-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このオーバーエッチング工程では、入射イオン・エネル
ギーを低減してＯ原子引き抜き反応を主体とするエッチ
ングを進行させると共に、Ｓ₂Ｆ₂から解離生成するＳを
レジスト・マスク４や不純物拡散領域２の表面に堆積さ
せた。これにより、不純物拡散領域２との界面付近にお
いては炭素系ポリマーをほとんど堆積させることなく、
高選択性を達成することができた。

【００６２】なお、堆積したＳは、エッチング終了後に
ウェハを約９０℃に加熱するか、あるいはレジスト・マ
スク４をアッシングする際に、昇華若しくは燃焼により
容易に除去することができた。エッチング・チャンバ内
に堆積したＳも、同様に除去することができた。したが
って、本実施例では低汚染化がさらに徹底された。これ
により、デバイスの歩留りが向上し、スループットも改
善された。

【００６３】本発明は、上記のＣ₃Ｏ₂に替えてＳＯ₂ を
用いたものであり、同様に高選択、低汚染エッチングを
行うことができた。

【００６４】なお、本発明は、上述した例に限定される
ものではなく、例えば、フッ化イオウとして上述の実施
例ではＳ₂Ｆ₂を使用したが、本発明で限定される他のフ
ッ化イオウ、すなわちＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀を使用し
ても、同様の結果が得られる。

【００６５】本発明で使用されるエッチング・ガスに
は、エッチング速度の制御を目的としてＯ₂等を添加し
たり、あるいはスパッタリング効果，希釈効果，冷却効
果等を期待する意味でＨｅ，Ａｒ等の希ガスを適宜添加
してもよい。

【００６６】被エッチング材料層は上述のＳｉＯ₂層間
絶縁膜に限られるものではなく、ＰＳＧ，ＢＳＧ，ＢＰ
ＳＧ，ＡｓＳＧ，ＡｓＰＳＧ，ＡｓＢＳＧ等の他のＳｉ
Ｏ₂系材料層であってもよく、さらにはＳｉ_xＮ_y等であ
っても良い。

【００６７】その他、ウェハの構成、使用するエッチン
グ装置、無機酸化物と高次ＦＣ系化合物の組み合わせ、
エッチング条件等が適宜変更可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではシリコン化合物層のエッチングにおいて、エッチ
ング・ガスの構成成分として酸化イオウを用いることに
より、炭素系ポリマーの堆積量を低減させながら、レジ
スト・マスクや下地材料層に対しては高選択性を達成す
ることができる。また、これと同時に主エッチング種を
高次ＦＣ系化合物から供給することにより、高速異方性
エッチングを行うことができる。さらに、オーバーエッ
チング時に無機酸化物の含量比を増大させたりＳの堆積
を併用することにより、プロセスを一層高選択化、低汚
染化することが可能となる。

【００６９】したがって本発明は、微細なデザイン・ル
ールにもとづいて設計され、高集積度，高性能，高信頼
性が要求される半導体装置の製造に極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をコンタクト・ホール加工に適用したプ
ロセス例をその工程順にしたがって示す概略断面図であ
り、（ａ）はＳｉＯ₂ 層間絶縁膜上にレジスト・マスク
が形成された状態、（ｂ）はコンタクト・ホールが開口
された状態をそれぞれ表す。

【図２】本発明をコンタクト・ホール加工に適用した他
のプロセス例において、ＳｉＯ₂層間絶縁膜がジャスト
エッチングされた状態を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 単結晶Ｓｉ基板、 ２ 不純物拡散領域、 ３ Ｓ
ｉＯ₂層間絶縁膜、３ａ （ＳｉＯ₂層間絶縁膜の）残余
部、 ４ レジスト・マスク、 ４ａ 開口部、 ５
コンタクト・ホール

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機酸化物である酸化イオウと、一般式
   Ｃ_xＦ_y（但し、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ
   ≧２，ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高
   次フルオロカーボン系化合物とを含むエッチング・ガス
   を用いてシリコン化合物層をエッチングすることを特徴
   とするドライエッチング方法。
2. 【請求項２】 無機酸化物である酸化イオウと、一般式
   Ｃ_xＦ_y（但し、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ
   ≧２，ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高
   次フルオロカーボン系化合物とを含むエッチング・ガス
   を用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を超えな
   い深さにエッチングするジャストエッチング工程と、 前記高次フルオロカーボン系化合物に対する前記無機酸
   化物の含量比を前記ジャストエッチング工程におけるよ
   りも高めたエッチング・ガスを用いて前記シリコン化合
   物層の残余部をエッチングするオーバーエッチング工程
   とを有することを特徴とするドライエッチング方法。
3. 【請求項３】 無機酸化物である酸化イオウと、一般式
   Ｃ_xＦ_y（但し、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ
   ≧２，ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高
   次フルオロカーボン系化合物とを含むエッチング・ガス
   を用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を超えな
   い深さにエッチングするジャストエッチング工程と、 Ｓ_２Ｆ_２，ＳＦ_２，ＳＦ_４，Ｓ_２Ｆ_１０から選ばれる少
   なくとも１種類のフッ化イオウと前記無機酸化物とを含
   むエッチング・ガスを用いて前記シリコン化合物層の残
   余部をエッチングするオーバーエッチング工程とを有す
   ることを特徴とするドライエッチング方法。