JP3326644B2 - シリコン系材料層の加工方法 - Google Patents
シリコン系材料層の加工方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体プロセス等の微細
加工に適用されるシリコン系材料層の加工方法に関し、
特にシリコン化合物を側壁保護膜に用いるドライエッチ
ング・プロセスの良好な後処理方法に関する。
加工に適用されるシリコン系材料層の加工方法に関し、
特にシリコン化合物を側壁保護膜に用いるドライエッチ
ング・プロセスの良好な後処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等の高集積化
デバイスにみられるように半導体装置のデザイン・ルー
ルが高度に微細化されるに伴い、ドライエッチングの分
野においても高選択性、高異方性、実用的なエッチング
速度、低汚染性、低ダメージ性等の諸要求を可能な限り
高いレベルで同時達成することが強く求められている。
ただし、これらの諸要求は互いに取捨選択される関係に
あるため、実際のプロセスではこれらを実用レベルで許
容できる範囲に適宜調整しながらエッチングを行ってい
るのが実情である。
デバイスにみられるように半導体装置のデザイン・ルー
ルが高度に微細化されるに伴い、ドライエッチングの分
野においても高選択性、高異方性、実用的なエッチング
速度、低汚染性、低ダメージ性等の諸要求を可能な限り
高いレベルで同時達成することが強く求められている。
ただし、これらの諸要求は互いに取捨選択される関係に
あるため、実際のプロセスではこれらを実用レベルで許
容できる範囲に適宜調整しながらエッチングを行ってい
るのが実情である。
【０００３】従来、単結晶シリコン、ポリシリコン、高
融点金属シリサイド、ポリサイド等のシリコン系材料層
のエッチングには、フロン１１３（Ｃ2 Ｃｌ3 Ｆ3 ）に
代表されるクロロフルオロカーボン・ガス（ＣＦＣガ
ス）がエッチング・ガスとして広く用いられてきた。し
かし、上記フロン１１３のようにいわゆる特定フロンに
指定されているガスはもちろん、それ以外のＣＦＣガス
に対しても地球環境保護の観点から規制が厳しくなる方
向にあるため、様々な代替ガス系が提案されている。
融点金属シリサイド、ポリサイド等のシリコン系材料層
のエッチングには、フロン１１３（Ｃ2 Ｃｌ3 Ｆ3 ）に
代表されるクロロフルオロカーボン・ガス（ＣＦＣガ
ス）がエッチング・ガスとして広く用いられてきた。し
かし、上記フロン１１３のようにいわゆる特定フロンに
指定されているガスはもちろん、それ以外のＣＦＣガス
に対しても地球環境保護の観点から規制が厳しくなる方
向にあるため、様々な代替ガス系が提案されている。
【０００４】この代替ガス系は、主エッチング種として
フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種、すなわち塩素
系化学種や臭素系化学種を用いるものが多い。これは、
シリコン系材料層に対して自発的な化学反応を起こし易
いＦ* （フッ素ラジカル）を排し、代わりにＣｌ+ ，Ｂ
ｒ+ 等のイオン・アシスト機構により異方性形状を確保
すること、また特にゲート電極加工を行う場合の下地材
料であるゲート絶縁膜（ＳｉＯx ）に対して高選択性を
確保することを意図したものである。
フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種、すなわち塩素
系化学種や臭素系化学種を用いるものが多い。これは、
シリコン系材料層に対して自発的な化学反応を起こし易
いＦ* （フッ素ラジカル）を排し、代わりにＣｌ+ ，Ｂ
ｒ+ 等のイオン・アシスト機構により異方性形状を確保
すること、また特にゲート電極加工を行う場合の下地材
料であるゲート絶縁膜（ＳｉＯx ）に対して高選択性を
確保することを意図したものである。
【０００５】近年では、このＣｌ系，Ｂｒ系のエッチン
グ種にさらに酸素系化学種を共存させたエッチングを行
い、ＳｉＯx 系の反応生成物を側壁保護に用いる方法も
提案されている。例えば、第３９回応用物理学関係連合
講演会（１９９２年春期年会），講演予稿集ｐ．５０
４，演題番号２８ｐ−ＮＣ−４には、ＨＢｒ／Ｏ2 混合
ガスを用いたＳｉエッチングにおいて、レジスト・マス
クがＳｉＯ2 系材料で被覆されることにより、レジスト
・マスクの後退を防止し、異方性形状を達成した実験例
が報告されている。
グ種にさらに酸素系化学種を共存させたエッチングを行
い、ＳｉＯx 系の反応生成物を側壁保護に用いる方法も
提案されている。例えば、第３９回応用物理学関係連合
講演会（１９９２年春期年会），講演予稿集ｐ．５０
４，演題番号２８ｐ−ＮＣ−４には、ＨＢｒ／Ｏ2 混合
ガスを用いたＳｉエッチングにおいて、レジスト・マス
クがＳｉＯ2 系材料で被覆されることにより、レジスト
・マスクの後退を防止し、異方性形状を達成した実験例
が報告されている。
【０００６】以下、上述したようなＣｌ系，Ｂｒ系のエ
ッチング種と酸素系化学種とを共存させたエッチングを
行って、例えば、ゲート電極を形成する場合について説
明する。
ッチング種と酸素系化学種とを共存させたエッチングを
行って、例えば、ゲート電極を形成する場合について説
明する。
【０００７】先ず、図５に示されるように、シリコン基
板１上にゲート絶縁膜２、ポリシリコン層３と高融点金
属シリサイド層４とからなるポリサイド膜５、反射防止
膜６が順次形成されたウェハに対して、所定のパターニ
ングがなされたレジスト・マスク７を形成する。
板１上にゲート絶縁膜２、ポリシリコン層３と高融点金
属シリサイド層４とからなるポリサイド膜５、反射防止
膜６が順次形成されたウェハに対して、所定のパターニ
ングがなされたレジスト・マスク７を形成する。
【０００８】そして、上記レジスト・マスク７をマスク
として、例えば、ＨＢｒ／Ｏ2 混合ガスを放電解離させ
て、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、ポリサ
イド膜５をエッチングする。上記ＲＩＥが行われると、
図６に示されるように、レジスト・マスク７が側壁保護
膜８で被覆されながら、このレジスト・マスク７によっ
てマスキングされていない領域が除去される。
として、例えば、ＨＢｒ／Ｏ2 混合ガスを放電解離させ
て、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、ポリサ
イド膜５をエッチングする。上記ＲＩＥが行われると、
図６に示されるように、レジスト・マスク７が側壁保護
膜８で被覆されながら、このレジスト・マスク７によっ
てマスキングされていない領域が除去される。
【０００９】ここで、上記側壁保護膜８は、レジスト・
マスク７の後退を防止し、異方性形状を達成することに
寄与している。なお、この側壁保護膜８は、エッチング
によりポリサイド膜５から放出されたＳｉ原子の直接酸
化、もしくはエッチング反応生成物ＳｉＢｒx の酸化に
より生成したＳｉＯx 系生成物を主体とするものである
が、レジスト・マスク７のフォワード・スパッタリング
によって生成した炭素系反応生成物等をも含有してい
る。
マスク７の後退を防止し、異方性形状を達成することに
寄与している。なお、この側壁保護膜８は、エッチング
によりポリサイド膜５から放出されたＳｉ原子の直接酸
化、もしくはエッチング反応生成物ＳｉＢｒx の酸化に
より生成したＳｉＯx 系生成物を主体とするものである
が、レジスト・マスク７のフォワード・スパッタリング
によって生成した炭素系反応生成物等をも含有してい
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述のようにしてポリ
サイド膜５のエッチングがなされたら、後処理として、
レジスト・マスク７及び側壁保護膜８の除去を行う必要
がある。通常、この後処理としては、先ず、希フッ酸溶
液処理を行ってから、酸素系ガスを用いたプラズマ処理
を行っている。
サイド膜５のエッチングがなされたら、後処理として、
レジスト・マスク７及び側壁保護膜８の除去を行う必要
がある。通常、この後処理としては、先ず、希フッ酸溶
液処理を行ってから、酸素系ガスを用いたプラズマ処理
を行っている。
【００１１】このプロセスは、上記希フッ酸溶液処理に
よってＳｉＯx 系生成物よりなる側壁保護膜８を溶解除
去した後、上記酸素ガスを用いたプラズマ処理によって
有機物よりなるレジスト・マスク７をアッシング除去す
ることを意図したものである。しかしながら、実際に
は、希フッ酸溶液処理を行った後、酸素系ガスを用いた
プラズマ処理を行っても、図７に示すように、側壁保護
膜８が残留してしまい、十分な除去が困難であった。
よってＳｉＯx 系生成物よりなる側壁保護膜８を溶解除
去した後、上記酸素ガスを用いたプラズマ処理によって
有機物よりなるレジスト・マスク７をアッシング除去す
ることを意図したものである。しかしながら、実際に
は、希フッ酸溶液処理を行った後、酸素系ガスを用いた
プラズマ処理を行っても、図７に示すように、側壁保護
膜８が残留してしまい、十分な除去が困難であった。
【００１２】そして、上述のように側壁保護膜の除去が
不十分なまま、次工程、例えば層間絶縁膜の形成工程へ
ウェハを送ると、これが飛散してダストの原因となった
り、層間絶縁膜によるカバレッジが劣化する等の問題が
生ずる。
不十分なまま、次工程、例えば層間絶縁膜の形成工程へ
ウェハを送ると、これが飛散してダストの原因となった
り、層間絶縁膜によるカバレッジが劣化する等の問題が
生ずる。
【００１３】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、側壁保護膜の除去を十分に、
且つ効率よく行うことが可能なシリコン系材料層の加工
方法を提供することを目的とする。
て提案されたものであり、側壁保護膜の除去を十分に、
且つ効率よく行うことが可能なシリコン系材料層の加工
方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】希フッ酸溶液処理を行っ
た後、酸素系ガスを用いたプラズマ処理を行っても、側
壁保護膜を十分に除去できなかった理由としては、側壁
保護膜８を構成するＳｉＯx 系生成物が化学量論的に安
定な組成を有するものでなく、希フッ酸溶液に対する溶
解度が必ずしも高くないこと、側壁保護膜８中に混在す
る炭素系反応生成物等が何らかの働きをして、上記Ｓｉ
Ｏx 系生成物の希フッ酸溶液に対する溶解度を低下させ
てしまうこと等が考えられる。
た後、酸素系ガスを用いたプラズマ処理を行っても、側
壁保護膜を十分に除去できなかった理由としては、側壁
保護膜８を構成するＳｉＯx 系生成物が化学量論的に安
定な組成を有するものでなく、希フッ酸溶液に対する溶
解度が必ずしも高くないこと、側壁保護膜８中に混在す
る炭素系反応生成物等が何らかの働きをして、上記Ｓｉ
Ｏx 系生成物の希フッ酸溶液に対する溶解度を低下させ
てしまうこと等が考えられる。
【００１５】これより、本発明者等が鋭意検討を重ねた
結果、上記側壁保護膜を、酸素プラズマ処理により変性
させて、ＳｉＯ2 に近い組成を有するものとすれば、希
フッ酸溶液に対する溶解度が高まることを見い出し、本
発明を完成するに至った。
結果、上記側壁保護膜を、酸素プラズマ処理により変性
させて、ＳｉＯ2 に近い組成を有するものとすれば、希
フッ酸溶液に対する溶解度が高まることを見い出し、本
発明を完成するに至った。
【００１６】すなわち、本発明に係るシリコン系材料層
の加工方法は、有機膜パターンをマスクとして、フッ素
系化学種以外のハロゲン系化学種と酸素系化学種とを生
成し得るエッチング・ガスを用いてシリコン系材料層の
ドライエッチングを行いながら、上記有機膜マスク及び
シリコン系材料層に亘って、ＳｉＯｘ系生成物よりなる
側壁保護膜を形成する工程と、酸素系ガスを用いたプラ
ズマ処理を行い、前記有機膜マスクを除去する工程と、
上記エッチング中に形成された側壁保護膜をＳｉＯ２に
変性させる工程と、希フッ酸溶液処理により上記変性さ
れた側壁保護膜を除去する工程とを有するものである。
の加工方法は、有機膜パターンをマスクとして、フッ素
系化学種以外のハロゲン系化学種と酸素系化学種とを生
成し得るエッチング・ガスを用いてシリコン系材料層の
ドライエッチングを行いながら、上記有機膜マスク及び
シリコン系材料層に亘って、ＳｉＯｘ系生成物よりなる
側壁保護膜を形成する工程と、酸素系ガスを用いたプラ
ズマ処理を行い、前記有機膜マスクを除去する工程と、
上記エッチング中に形成された側壁保護膜をＳｉＯ２に
変性させる工程と、希フッ酸溶液処理により上記変性さ
れた側壁保護膜を除去する工程とを有するものである。
【００１７】ここで、上記側壁保護膜の変性とは、上記
酸素系ガスを用いたプラズマ処理により側壁保護膜中の
炭素原子を除去し、また、側壁保護膜を構成するＳｉＯ
x 系生成物を酸化して化学量論的に安定したＳｉＯ2 に
近づけることを表している。
酸素系ガスを用いたプラズマ処理により側壁保護膜中の
炭素原子を除去し、また、側壁保護膜を構成するＳｉＯ
x 系生成物を酸化して化学量論的に安定したＳｉＯ2 に
近づけることを表している。
【００１８】そして、上記ドライエッチングは、フッ素
系化学種以外のハロゲン系化学種と酸素系化学種とを生
成し得るエッチング・ガスを用いて行うことが好まし
い。エッチング・ガスとして使用できるものとしては、
ハロゲン系化学種を生成するガスとして、Ｃｌ2 ，ＨＣ
ｌ，ＮＣｌx ，Ｂｒ2 ，ＨＢｒ等が挙げられ、酸素系化
学種を生成するガスとして、Ｏ2 ，ＣｌＯx ，ＮＯx 等
が挙げられる。なお、上記ハロゲン系化学種と酸素系化
学種は、別々のガスから生成してもよいし、同一のガス
から生成してもよい。
系化学種以外のハロゲン系化学種と酸素系化学種とを生
成し得るエッチング・ガスを用いて行うことが好まし
い。エッチング・ガスとして使用できるものとしては、
ハロゲン系化学種を生成するガスとして、Ｃｌ2 ，ＨＣ
ｌ，ＮＣｌx ，Ｂｒ2 ，ＨＢｒ等が挙げられ、酸素系化
学種を生成するガスとして、Ｏ2 ，ＣｌＯx ，ＮＯx 等
が挙げられる。なお、上記ハロゲン系化学種と酸素系化
学種は、別々のガスから生成してもよいし、同一のガス
から生成してもよい。
【００１９】上記フッ素系化学種以外のハロゲン系化学
種、例えばＣｌ，Ｂｒを用いてエッチングを行うと、側
壁保護膜としてＳｉＯx 系生成物が堆積するが、フッ素
系化学種を用いてエッチングを行っても、ＳｉＯx 系生
成物を側壁保護膜として堆積させることは難しい。これ
は、Ｓｉ−Ｆ結合の原子間結合エネルギーがＳｉ−Ｏ結
合のそれより大きいため、エッチングによりシリコン系
材料層からＳｉ原子が放出されても、蒸気圧の高いＳｉ
Ｆx が優先的に生成し、ＳｉＯx がほとんど堆積しない
からである。
種、例えばＣｌ，Ｂｒを用いてエッチングを行うと、側
壁保護膜としてＳｉＯx 系生成物が堆積するが、フッ素
系化学種を用いてエッチングを行っても、ＳｉＯx 系生
成物を側壁保護膜として堆積させることは難しい。これ
は、Ｓｉ−Ｆ結合の原子間結合エネルギーがＳｉ−Ｏ結
合のそれより大きいため、エッチングによりシリコン系
材料層からＳｉ原子が放出されても、蒸気圧の高いＳｉ
Ｆx が優先的に生成し、ＳｉＯx がほとんど堆積しない
からである。
【００２０】なお、上記ドライエッチングの処理条件
は、常法に従って、エッチングされるシリコン系材料層
の種類や膜厚、用いるエッチング・ガスの種類等によっ
て適宜最適化して行えばよい。
は、常法に従って、エッチングされるシリコン系材料層
の種類や膜厚、用いるエッチング・ガスの種類等によっ
て適宜最適化して行えばよい。
【００２１】そして、シリコン系材料層のドライエッチ
ングを行った後、酸素系ガスを用いたプラズマ処理を行
うと、上述したように側壁保護膜は変性してＳｉＯ2 に
近い組成となるので、この側壁保護膜は希フッ酸溶液処
理によって溶解させて除去すればよい。このとき、上記
酸素系ガスを用いたプラズマ処理や上記希フッ酸溶液処
理は、常法に従い適宜最適化した条件にて行えばよい。
ングを行った後、酸素系ガスを用いたプラズマ処理を行
うと、上述したように側壁保護膜は変性してＳｉＯ2 に
近い組成となるので、この側壁保護膜は希フッ酸溶液処
理によって溶解させて除去すればよい。このとき、上記
酸素系ガスを用いたプラズマ処理や上記希フッ酸溶液処
理は、常法に従い適宜最適化した条件にて行えばよい。
【００２２】
【作用】シリコン系材料層のエッチング時に形成される
側壁保護膜が、希フッ酸溶液処理に先だって酸素系ガス
を用いたプラズマ処理を行うことによって除去可能とな
るのは以下のような理由によると考えられる。
側壁保護膜が、希フッ酸溶液処理に先だって酸素系ガス
を用いたプラズマ処理を行うことによって除去可能とな
るのは以下のような理由によると考えられる。
【００２３】Ｃ−Ｏ結合の原子間結合エネルギーは、Ｓ
ｉ−Ｏ結合のそれより圧倒的に大きい。このため、酸素
系ガスを用いたプラズマ処理が行われると、炭素成分と
Ｓｉ成分とが不安定な組成で混在している側壁保護膜中
から炭素原子が先に引き抜かれる。これより、上記処理
によって、側壁保護膜中から炭素原子が除去され、側壁
保護膜は殆どＳｉＯx 系生成物のみより構成されるもの
となる。
ｉ−Ｏ結合のそれより圧倒的に大きい。このため、酸素
系ガスを用いたプラズマ処理が行われると、炭素成分と
Ｓｉ成分とが不安定な組成で混在している側壁保護膜中
から炭素原子が先に引き抜かれる。これより、上記処理
によって、側壁保護膜中から炭素原子が除去され、側壁
保護膜は殆どＳｉＯx 系生成物のみより構成されるもの
となる。
【００２４】これに加えて、側壁保護膜を構成していた
ＳｉＯx 系生成物は酸化され、化学量論的に安定な組成
を有するＳｉＯ2 に近づく。なお、もちろん、上記酸素
系ガスを用いたプラズマ処理によって、有機膜マスクも
同時に燃焼除去される。
ＳｉＯx 系生成物は酸化され、化学量論的に安定な組成
を有するＳｉＯ2 に近づく。なお、もちろん、上記酸素
系ガスを用いたプラズマ処理によって、有機膜マスクも
同時に燃焼除去される。
【００２５】このように、酸素系ガスを用いたプラズマ
処理は、側壁保護膜を変性させて、希フッ酸溶液への溶
解度を高める。したがって、酸素系ガスを用いたプラズ
マ処理が行われた後に希フッ酸溶液処理を行うと、側壁
保護膜を十分に除去できるようになる。そして、側壁保
護膜が十分に除去されれば、ダストの発生も抑えられ、
層間絶縁膜によるカバレッジの劣化も防止できる。
処理は、側壁保護膜を変性させて、希フッ酸溶液への溶
解度を高める。したがって、酸素系ガスを用いたプラズ
マ処理が行われた後に希フッ酸溶液処理を行うと、側壁
保護膜を十分に除去できるようになる。そして、側壁保
護膜が十分に除去されれば、ダストの発生も抑えられ、
層間絶縁膜によるカバレッジの劣化も防止できる。
【００２６】
【実施例】以下、本発明に係るシリコン系材料層の加工
方法を適用した具体的な実施例について、図面を参照し
ながら説明する。
方法を適用した具体的な実施例について、図面を参照し
ながら説明する。
【００２７】実施例１ 本実施例においては、エッチング・ガスとしてＣｌ2 ガ
スとＯ2 ガスを用いてポリサイド膜５のエッチングを行
い、ゲート電極を形成した。
スとＯ2 ガスを用いてポリサイド膜５のエッチングを行
い、ゲート電極を形成した。
【００２８】以下、ゲート電極が形成される工程を図１
〜図４を用いて説明する。先ず、図１に示されるよう
に、Ｓｉ基板１上にゲート絶縁膜２、ｎ+ 型ポリシリコ
ン層３及びタングステンシリサイド（ＷＳｉx ）層４よ
りなるポリサイド膜５（ゲート電極層）、反射防止膜６
を順次形成し、さらに、パターニングがなされたレジス
ト・マスク７を形成した。
〜図４を用いて説明する。先ず、図１に示されるよう
に、Ｓｉ基板１上にゲート絶縁膜２、ｎ+ 型ポリシリコ
ン層３及びタングステンシリサイド（ＷＳｉx ）層４よ
りなるポリサイド膜５（ゲート電極層）、反射防止膜６
を順次形成し、さらに、パターニングがなされたレジス
ト・マスク７を形成した。
【００２９】なお、上記ゲート絶縁膜２は、バッチ式熱
拡散炉にてＳｉ基板１を熱酸化することによって、１０
ｎｍ厚に形成されたものである。また、ポリサイド膜５
を構成するｎ+ 型ポリシリコン層３及びタングステンシ
リサイド層４は、下記の条件にてそれぞれ約１００ｎｍ
の厚さに成膜したものである。
拡散炉にてＳｉ基板１を熱酸化することによって、１０
ｎｍ厚に形成されたものである。また、ポリサイド膜５
を構成するｎ+ 型ポリシリコン層３及びタングステンシ
リサイド層４は、下記の条件にてそれぞれ約１００ｎｍ
の厚さに成膜したものである。
【００３０】ｎ+ 型ポリシリコン層３の成膜条件 装置： ＬＰ ＣＶＤ装置 原料ガス： ＳｉＨ4 ガス
４００ｓｃｃｍ ＰＨ3 ガス（ＳｉＨ4 ベース０．５％） １００ｓｃｃ
ｍ 圧力： ４０Ｐａ 成膜温度： ５５０℃
４００ｓｃｃｍ ＰＨ3 ガス（ＳｉＨ4 ベース０．５％） １００ｓｃｃ
ｍ 圧力： ４０Ｐａ 成膜温度： ５５０℃
【００３１】タングステンシリサイド層４の成膜条件 装置： ＬＰ ＣＶＤ装置 原料ガス： ＳｉＨ4 ガス １０００ｓｃｃｍ ＷＦ6 ガス １０ｓｃｃｍ 圧力： ２６．６Ｐａ 成膜温度： ３６０℃
【００３２】また、反射防止膜６は、下記の成膜条件に
て、ＳｉＯx Ｎy 膜を２８．３ｎｍ厚に成膜したもので
ある。
て、ＳｉＯx Ｎy 膜を２８．３ｎｍ厚に成膜したもので
ある。
【００３３】反射防止膜６の成膜条件 装置： プラズマＣＶＤ装置 原料ガス： ＳｉＨ4 ガス ５０ｓｃｃｍ Ｎ2 Ｏガス ５０ｓｃｃｍ 圧力： ３３０Ｐａ 成膜温度： ３８０℃ ＲＦ電力： １９０Ｗ （１３．５６ＭＨｚ）
【００３４】なお、上記レジスト・マスク７は、例えば
ポジ型のノボラック系フォトレジスト材料を反射防止膜
６上に１．２μｍの厚さに塗布し、ｉ線（３６５ｎｍ）
による選択露光、現像を行うことによって、所望のパタ
ーンに形成されたものである。
ポジ型のノボラック系フォトレジスト材料を反射防止膜
６上に１．２μｍの厚さに塗布し、ｉ線（３６５ｎｍ）
による選択露光、現像を行うことによって、所望のパタ
ーンに形成されたものである。
【００３５】そして、上述のようにして形成されたウェ
ハに対して、上記レジスト・マスク７をマスクとして、
反射防止膜６とポリサイド膜５のドライエッチングを行
った。エッチング条件は下記に示すとおりである。
ハに対して、上記レジスト・マスク７をマスクとして、
反射防止膜６とポリサイド膜５のドライエッチングを行
った。エッチング条件は下記に示すとおりである。
【００３６】エッチング条件 装置： 有磁場マイクロ波プラズマエッチング装置 エッチング・ガス： Ｃｌ2 ガス ７４ｓｃｃｍ Ｏ2 ガス ６ｓｃｃｍ ガス圧力： ０．６７Ｐａ マイクロ波電力： ８００Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス： １００Ｗ（２ＭＨｚ） ステージ温度： ２０℃
【００３７】さらに、ゲート絶縁膜２に対する選択被を
確保するためにＲＦバイアスを下げ、ポリシリコン１０
０ｎｍ相当のオーバーエッチングを行った。この条件は
下記に示されるとおりである。
確保するためにＲＦバイアスを下げ、ポリシリコン１０
０ｎｍ相当のオーバーエッチングを行った。この条件は
下記に示されるとおりである。
【００３８】オーバーエッチング条件 装置： 有磁場マイクロ波プラズマエッチング装置 エッチング・ガス： Ｃｌ2 ガス ７４ｓｃｃｍ Ｏ2 ガス ６ｓｃｃｍ ガス圧力： ０．６７Ｐａ マイクロ波電力： ８００Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス： ７０Ｗ（２ＭＨｚ） ステージ温度： ２０℃
【００３９】上述のエッチング及びオーバーエッチング
により、図２に示されるように、側壁保護膜８が形成さ
れながら、レジスト・マスク７によってマスキングされ
ていない領域の反射防止膜６とポリサイド膜５が除去さ
れた。
により、図２に示されるように、側壁保護膜８が形成さ
れながら、レジスト・マスク７によってマスキングされ
ていない領域の反射防止膜６とポリサイド膜５が除去さ
れた。
【００４０】なお、パターン側壁面に堆積した側壁保護
膜８は、主に反射防止膜６やポリサイド膜５から放出さ
れたＳｉ原子の直接酸素、もしくはエッチング反応生成
物ＳｉＢｒx の酸化により生成したＳｉＯx 系生成物よ
りなるが、レジスト・マスク７の分解生成物に由来する
ＣＣｌx ポリマー等の炭素系反応生成物等をも取り込ん
だものとなっている。
膜８は、主に反射防止膜６やポリサイド膜５から放出さ
れたＳｉ原子の直接酸素、もしくはエッチング反応生成
物ＳｉＢｒx の酸化により生成したＳｉＯx 系生成物よ
りなるが、レジスト・マスク７の分解生成物に由来する
ＣＣｌx ポリマー等の炭素系反応生成物等をも取り込ん
だものとなっている。
【００４１】次に、上述のようにしてエッチングが終了
したウェハに対して、酸素系ガスを用いたプラズマ処理
を行った。この酸素プラズマ処理の条件は下記に示され
るとおりである。
したウェハに対して、酸素系ガスを用いたプラズマ処理
を行った。この酸素プラズマ処理の条件は下記に示され
るとおりである。
【００４２】酸素プラズマ処理条件 装置： マイクロ波プラズマアッシング装置 アッシング・ガス： Ｏ2 ガス １０００ｓｃｃｍ マイクロ波電力： １２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ウェハの加熱温度： ２００℃
【００４３】上述の酸素プラズマ処理によって、炭素成
分はアッシングされるため、図３に示すように、レジス
ト・マスク７が除去された状態となった。なお、側壁保
護膜８においては、炭素成分がアッシング除去されると
共に、ＳｉＯx 系生成物が酸化されて化学量論的に安定
なＳｉＯ2 に近い組成となった。
分はアッシングされるため、図３に示すように、レジス
ト・マスク７が除去された状態となった。なお、側壁保
護膜８においては、炭素成分がアッシング除去されると
共に、ＳｉＯx 系生成物が酸化されて化学量論的に安定
なＳｉＯ2 に近い組成となった。
【００４４】そこで、上述のように変性した側壁保護膜
８を除去するために希フッ酸（ＨＦ）溶液処理を行っ
た。この条件を下記に示す。
８を除去するために希フッ酸（ＨＦ）溶液処理を行っ
た。この条件を下記に示す。
【００４５】希フッ酸（ＨＦ）溶液処理条件 装置： ディップ（液槽）式洗浄装置 処理方法： １）０．５％ＨＦ水溶液へ浸漬 ２０秒 ２）脱イオン水（超純水）リンス ６００秒 ３）最終仕上げ脱イオン水（超純水）リンス ３００秒 ４）イソプロピルアルコール乾燥 １２００秒
【００４６】上述のようにして、希フッ酸（ＨＦ）溶液
処理を行うと、図４に示すように、側壁保護膜８が十分
に除去され、残渣が残ることはなかった。
処理を行うと、図４に示すように、側壁保護膜８が十分
に除去され、残渣が残ることはなかった。
【００４７】以上のように、本実施例のようにしてゲー
ト電極加工および後処理を行うと、側壁保護膜８が残留
することもなく、ドライエッチング後の後処理が効率よ
く行えた。
ト電極加工および後処理を行うと、側壁保護膜８が残留
することもなく、ドライエッチング後の後処理が効率よ
く行えた。
【００４８】実施例２ 本実施例においては、実施例１と同様のゲート電極加工
において、オーバーエッチング時にＨＢｒ／Ｏ2 混合ガ
スを用いた。
において、オーバーエッチング時にＨＢｒ／Ｏ2 混合ガ
スを用いた。
【００４９】先ず、実施例１にて行ったと同様にして、
図１に示されるように、Ｓｉ基板１上にゲート絶縁膜
２、Ｎ+ ポリシリコン層３及びタングステンシリサイド
（ＷＳｉx ）層４よりなるポリサイド膜５（ゲート電極
層）、反射防止膜６を形成し、さらに、パターニングが
なされたレジスト・マスク７を形成した。
図１に示されるように、Ｓｉ基板１上にゲート絶縁膜
２、Ｎ+ ポリシリコン層３及びタングステンシリサイド
（ＷＳｉx ）層４よりなるポリサイド膜５（ゲート電極
層）、反射防止膜６を形成し、さらに、パターニングが
なされたレジスト・マスク７を形成した。
【００５０】次に、上記レジスト・マスク７をマスクと
した反射防止膜６、ポリサイド層５のドライエッチング
を、実施例１と同様の条件でジャストエッチング状態ま
で行った後、下記の条件のオーバーエッチングを行っ
た。
した反射防止膜６、ポリサイド層５のドライエッチング
を、実施例１と同様の条件でジャストエッチング状態ま
で行った後、下記の条件のオーバーエッチングを行っ
た。
【００５１】オーバーエッチング条件 装置： 有磁場マイクロ波プラズマエッチング装置 エッチング・ガス： ＨＢｒガス １２０ｓｃｃｍ Ｏ2 ガス ４ｓｃｃｍ ガス圧力： １．３３Ｐａ マイクロ波電力： ８００Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス： ７０Ｗ（２ＭＨｚ） ステージ温度： ２０℃
【００５２】なお、上記条件のオーバーエッチングは、
Ｃｌの代わりにＢｒが寄与するエッチングであるため、
実施例１にて行われたオーバーエッチングより、ゲート
絶縁膜２に対して高い選択比が得られた。
Ｃｌの代わりにＢｒが寄与するエッチングであるため、
実施例１にて行われたオーバーエッチングより、ゲート
絶縁膜２に対して高い選択比が得られた。
【００５３】上述のエッチング及びオーバーエッチング
によって、図２に示されるように、側壁保護膜８が形成
されながら、レジスト・マスク７によってマスキングさ
れていない領域の反射防止膜６、ポリサイド５が除去さ
れた。なお、上記側壁保護膜８は、ＳｉＯx 系生成物，
ＣＣｌx ポリマーの他に、ＣＢｒx ポリマー，ＳｉＢｒ
x 等が取り込まれたものとなっている。
によって、図２に示されるように、側壁保護膜８が形成
されながら、レジスト・マスク７によってマスキングさ
れていない領域の反射防止膜６、ポリサイド５が除去さ
れた。なお、上記側壁保護膜８は、ＳｉＯx 系生成物，
ＣＣｌx ポリマーの他に、ＣＢｒx ポリマー，ＳｉＢｒ
x 等が取り込まれたものとなっている。
【００５４】次に、上述のようにしてエッチングが終了
したウェハに対して、酸素系ガスを用いたプラズマ処理
を下記の条件にて行った。
したウェハに対して、酸素系ガスを用いたプラズマ処理
を下記の条件にて行った。
【００５５】酸素プラズマ処理 装置： マイクロ波プラズマアッシング装置 アッシング・ガス： Ｏ2 ガス １０００ｓｃｃｍ Ｎ2 ガス ５ｓｃｃｍ マイクロ波電力： １２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ウェハの加熱温度： ２００℃
【００５６】上述の酸素プラズマ処理によって炭素成分
はアッシングされ、図３に示すように、レジスト・マス
ク７は除去された。なお、側壁保護膜８においては、炭
素成分が同様にアッシング除去され、また、ＳｉＯx 系
生成物が酸化されて、化学量論的に安定なＳｉＯ2 に近
い組成となった。
はアッシングされ、図３に示すように、レジスト・マス
ク７は除去された。なお、側壁保護膜８においては、炭
素成分が同様にアッシング除去され、また、ＳｉＯx 系
生成物が酸化されて、化学量論的に安定なＳｉＯ2 に近
い組成となった。
【００５７】そこで、上述のように変性した側壁保護膜
８を除去するために希フッ酸（ＨＦ）溶液処理を行っ
た。この条件を下記に示す。
８を除去するために希フッ酸（ＨＦ）溶液処理を行っ
た。この条件を下記に示す。
【００５８】希フッ酸（ＨＦ）溶液処理条件 装置： スプレー式スピン洗浄装置 処理方法： １）０．５％ＨＦ水溶液による溶解 スプレーノズル圧力 １．４７×１０5 Ｐａ スピン回転数 ５００ｒｐｍ 薬液温度 ２０℃ 処理時間 ２０秒 ２）超純水による洗浄 スプレーノズル圧力 １．４７×１０5 Ｐａ スピン回転数 ５００ｒｐｍ 処理時間 ３０秒 ３）超純水による仕上げ洗浄 スプレーノズル圧力 １．４７×１０5 Ｐａ スピン回転数 ５００ｒｐｍ 処理時間 ６０秒 ４）乾燥 スピン回転数 ２５００ｒｐｍ 処理時間 ６０秒
【００５９】上述のようにして希フッ酸（ＨＦ）溶液処
理を行うと、図４に示すように、側壁保護膜８が十分に
除去され、残渣が残ることがなかった。なお、本実施例
の希フッ酸（ＨＦ）溶液処理は、スプレー式スピン洗浄
にて行ったため、ディップ式のような薬液中からのダス
トの付着が起こりにくく、実施例１よりもパーティクル
レベルを低下させることができた。
理を行うと、図４に示すように、側壁保護膜８が十分に
除去され、残渣が残ることがなかった。なお、本実施例
の希フッ酸（ＨＦ）溶液処理は、スプレー式スピン洗浄
にて行ったため、ディップ式のような薬液中からのダス
トの付着が起こりにくく、実施例１よりもパーティクル
レベルを低下させることができた。
【００６０】以上のように、本実施例のようにしてゲー
ト電極加工および後処理を行えば、側壁保護膜８の除去
を十分に且つ効率よく行うことができた。
ト電極加工および後処理を行えば、側壁保護膜８の除去
を十分に且つ効率よく行うことができた。
【００６１】
【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明に
係るシリコン系材料層の加工方法を適用すると、側壁保
護膜の除去を十分に且つ効率よく行うことができる。し
たがって、ＣＦＣ系ガスを用いずとも、優れた異方性を
有し且つ高選択性の確保されたドライエッチングが可能
であるという、塩素系化学種や臭素系化学種によるエッ
チングのメリットを最大限に活かすことができる。
係るシリコン系材料層の加工方法を適用すると、側壁保
護膜の除去を十分に且つ効率よく行うことができる。し
たがって、ＣＦＣ系ガスを用いずとも、優れた異方性を
有し且つ高選択性の確保されたドライエッチングが可能
であるという、塩素系化学種や臭素系化学種によるエッ
チングのメリットを最大限に活かすことができる。
【００６２】また、側壁保護膜が十分に除去されること
から、ダストの発生も抑えられ、次工程作業の信頼性が
向上するので、製造された半導体装置等の品質及び歩留
まりの向上を図ることができる。
から、ダストの発生も抑えられ、次工程作業の信頼性が
向上するので、製造された半導体装置等の品質及び歩留
まりの向上を図ることができる。
【図１】本発明を適用したゲート電極加工を示すもので
あり、エッチング前のウェハを模式的に示す断面図であ
る。
あり、エッチング前のウェハを模式的に示す断面図であ
る。
【図２】図１の反射防止膜及びポリサイドのエッチング
を行った後のウェハを模式的に示す断面図である。
を行った後のウェハを模式的に示す断面図である。
【図３】図２のレジスト・マスクを除去した後のウェハ
を模式的に示す断面図である。
を模式的に示す断面図である。
【図４】図３の側壁保護膜を除去した後のウェハを模式
的に示す断面図である。
的に示す断面図である。
【図５】従来のシリコン系材料層の加工工程を示すもの
であり、エッチング前のウェハを模式的に示す断面図で
ある。
であり、エッチング前のウェハを模式的に示す断面図で
ある。
【図６】図５の反射防止膜及びポリサイドのエッチング
を行った後ウェハを模式的に示す断面図である。
を行った後ウェハを模式的に示す断面図である。
【図７】図６のレジスト・マスクを除去した後に側壁保
護膜が残留したウェハを模式的に示す断面図である。
護膜が残留したウェハを模式的に示す断面図である。
１・・・Ｓｉ基板 ２・・・ゲート絶縁膜 ３・・・ポリシリコン層 ４・・・タングステンシリサイド層 ５・・・ポリサイド膜 ６・・・反射防止膜 ７・・・レジスト・マスク ８・・・側壁保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065
Claims (1)
- 【請求項１】 有機膜パターンをマスクとして、フッ素
系化学種以外のハロゲン系化学種と酸素系化学種とを生
成し得るエッチング・ガスを用いてシリコン系材料層の
ドライエッチングを行いながら、上記有機膜マスク及び
シリコン系材料層に亘って、ＳｉＯｘ系生成物よりなる
側壁保護膜を形成する工程と、 酸素系ガスを用いたプラズマ処理を行い、前記有機膜マ
スクを除去する工程と、 上記エッチング中に形成された側壁保護膜をＳｉＯ ２ に
変性させる工程と、 希フッ酸溶液処理により上記変性された側壁保護膜を除
去する工程とを有することを特徴とするシリコン系材料
層の加工方法。
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