JP3353492B2 - シリコン材料のパターニング方法 - Google Patents
シリコン材料のパターニング方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造プロセ
ス等で用いるシリコン材料のパターニング方法に関し、
さらに詳しくは、レジストマスクとのエッチング選択比
を高めたシリコン材料のパターニング方法に関する。
ス等で用いるシリコン材料のパターニング方法に関し、
さらに詳しくは、レジストマスクとのエッチング選択比
を高めたシリコン材料のパターニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積化および
高性能化が進展するに伴い、単結晶シリコン、多結晶シ
リコンや非晶質シリコン等のシリコン系材料層のパター
ニングにおいても、レジストマスクや下層材料層との高
選択性、低ダメージ性、高異方性、低汚染性あるいは均
一性等の諸要求を高いレベルで満たすエッチング方法が
求められている。
高性能化が進展するに伴い、単結晶シリコン、多結晶シ
リコンや非晶質シリコン等のシリコン系材料層のパター
ニングにおいても、レジストマスクや下層材料層との高
選択性、低ダメージ性、高異方性、低汚染性あるいは均
一性等の諸要求を高いレベルで満たすエッチング方法が
求められている。
【０００３】シリコン系材料層のパターニングは、トレ
ンチ加工およびゲート電極加工という代表的な２分野が
ある。このうちトレンチ加工は、単結晶シリコンからな
る半導体基板に形成された素子間の微細トレンチアイソ
レーションや、ＤＲＡＭのメモリセル容量の確保のため
に微細なトレンチキャパシタを形成するためのプロセス
である。トレンチの深さは半導体デバイスの種類や用途
によって様々であり、容量素子ではディープトレンチと
称される４〜５μｍであり、素子間分離ではＭＯＳＦＥ
Ｔで１μｍ弱、バイポーラトランジスタで３μｍ程度で
ある。いずれもトレンチ開口径は０．３５〜１μｍ程度
であり、高アスペクト比パターンの異方性エッチングが
要求される。
ンチ加工およびゲート電極加工という代表的な２分野が
ある。このうちトレンチ加工は、単結晶シリコンからな
る半導体基板に形成された素子間の微細トレンチアイソ
レーションや、ＤＲＡＭのメモリセル容量の確保のため
に微細なトレンチキャパシタを形成するためのプロセス
である。トレンチの深さは半導体デバイスの種類や用途
によって様々であり、容量素子ではディープトレンチと
称される４〜５μｍであり、素子間分離ではＭＯＳＦＥ
Ｔで１μｍ弱、バイポーラトランジスタで３μｍ程度で
ある。いずれもトレンチ開口径は０．３５〜１μｍ程度
であり、高アスペクト比パターンの異方性エッチングが
要求される。
【０００４】一方ゲート電極加工は、多結晶シリコン層
や、高融点金属シリサイドと多結晶シリコンの積層であ
る高融点金属ポリサイド層を微細幅にパターニングする
プロセスである。ゲート電極のパターン幅は、ＭＯＳＦ
ＥＴのソース・ドレイン領域を自己整合的に形成する場
合のチャネル長や、ＬＤＤ構造のサイドウォールの寸法
精度に直接影響をおよぼす。このためゲート電極加工に
は高い加工精度が要求される。
や、高融点金属シリサイドと多結晶シリコンの積層であ
る高融点金属ポリサイド層を微細幅にパターニングする
プロセスである。ゲート電極のパターン幅は、ＭＯＳＦ
ＥＴのソース・ドレイン領域を自己整合的に形成する場
合のチャネル長や、ＬＤＤ構造のサイドウォールの寸法
精度に直接影響をおよぼす。このためゲート電極加工に
は高い加工精度が要求される。
【０００５】従来、シリコン系材料層のプラズマエッチ
ング用ガスとしてフロン１１３（Ｃ 2 Ｃｌ3 Ｆ3 ）に代
表されるクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスが多用
されてきた。ＣＦＣガスは１分子中にＣｌとＦを構成元
素として同時に含有するため、エッチング条件の選択に
よりＦ* （Ｆラジカル）やＣｌ* によるラジカル反応
と、ＣＣｌX + やＣｌ+ の寄与によるイオンアシスト反
応のバランスを制御しながらエッチングを進行させるこ
とが可能である。またプラズマ中から堆積する炭素系ポ
リマで側壁保護膜を形成することにより、高異方性を達
成することもできる。
ング用ガスとしてフロン１１３（Ｃ 2 Ｃｌ3 Ｆ3 ）に代
表されるクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスが多用
されてきた。ＣＦＣガスは１分子中にＣｌとＦを構成元
素として同時に含有するため、エッチング条件の選択に
よりＦ* （Ｆラジカル）やＣｌ* によるラジカル反応
と、ＣＣｌX + やＣｌ+ の寄与によるイオンアシスト反
応のバランスを制御しながらエッチングを進行させるこ
とが可能である。またプラズマ中から堆積する炭素系ポ
リマで側壁保護膜を形成することにより、高異方性を達
成することもできる。
【０００６】しかしながら、ＣＦＣガスは大気中に放出
されても分解せず、オゾン層破壊を誘発することが指摘
されており、近い将来にもその製造と使用が禁止される
方向にある。そこでＣＦＣガスに替わるエッチングガス
とその利用法の開発、すなわち脱フロンプロセスの確立
が急務となっている。
されても分解せず、オゾン層破壊を誘発することが指摘
されており、近い将来にもその製造と使用が禁止される
方向にある。そこでＣＦＣガスに替わるエッチングガス
とその利用法の開発、すなわち脱フロンプロセスの確立
が急務となっている。
【０００７】かかる問題に対処するために、近年Ｂｒ系
ガスを主エッチングガスとして採用するプロセスが注目
されている。例えば、米国特許第４，３２５，１８２号
明細書にはＨＢｒガスによるシリコン基板のトレンチ加
工が開示されている。
ガスを主エッチングガスとして採用するプロセスが注目
されている。例えば、米国特許第４，３２５，１８２号
明細書にはＨＢｒガスによるシリコン基板のトレンチ加
工が開示されている。
【０００８】またＤｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｐａｐｅｒｓ
１９８９ ２ｎｄ Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ、ｐ．１９０ にはｎ+ 多結晶シリコ
ン層に対してＨＢｒを使用したＲＩＥを施し、良好な異
方性形状を達成した例が報告されている。
１９８９ ２ｎｄ Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ、ｐ．１９０ にはｎ+ 多結晶シリコ
ン層に対してＨＢｒを使用したＲＩＥを施し、良好な異
方性形状を達成した例が報告されている。
【０００９】Ｂｒは原子半径がＦやＣｌに比較して大き
く、シリコン系材料層の結晶格子や結晶粒界内に容易に
は侵入しないため、Ｆ* のように自発的かつ等方的にエ
ッチングすることはないが、イオンアシスト反応を伴っ
た場合には異方性エッチングを進行することができる。
またＳｉ−Ｏ原子間の結合エネルギ（８００ｋＪ／ｍｏ
ｌ）がＳｉ−Ｂｒ間の結合エネルギ（３６８ｋＪ／ｍｏ
ｌ）より遙かに大きいことからも自明なように、ＳｉＯ
2 からなるゲート酸化膜に対して高選択比を達成でき
る。さらにレジストマスクや被エッチング層のパターン
側面を、レジストマスクの分解生成物である蒸気圧の小
さいＣＢｒx で被覆できるので、対レジスト選択比を向
上し、サイドエッチングを防止する効果がある。
く、シリコン系材料層の結晶格子や結晶粒界内に容易に
は侵入しないため、Ｆ* のように自発的かつ等方的にエ
ッチングすることはないが、イオンアシスト反応を伴っ
た場合には異方性エッチングを進行することができる。
またＳｉ−Ｏ原子間の結合エネルギ（８００ｋＪ／ｍｏ
ｌ）がＳｉ−Ｂｒ間の結合エネルギ（３６８ｋＪ／ｍｏ
ｌ）より遙かに大きいことからも自明なように、ＳｉＯ
2 からなるゲート酸化膜に対して高選択比を達成でき
る。さらにレジストマスクや被エッチング層のパターン
側面を、レジストマスクの分解生成物である蒸気圧の小
さいＣＢｒx で被覆できるので、対レジスト選択比を向
上し、サイドエッチングを防止する効果がある。
【００１０】しかしながら、Ｂｒ系ガスによるシリコン
系材料層のプラズマエッチングにおいては、被エッチン
グ層との反応生成物は蒸気圧の比較的小さいＳｉＢｒx
であり、エッチングチャンバ内のパーティクルレベルを
低く保つことは困難である。また、原理的に反応性の小
さいＢｒ* をメインエッチャントとするため、従来のＣ
ＦＣガスをメインエッチャントとする方法に比較すれば
エッチングレートが小さく、スループットが低下する問
題点が残る。
系材料層のプラズマエッチングにおいては、被エッチン
グ層との反応生成物は蒸気圧の比較的小さいＳｉＢｒx
であり、エッチングチャンバ内のパーティクルレベルを
低く保つことは困難である。また、原理的に反応性の小
さいＢｒ* をメインエッチャントとするため、従来のＣ
ＦＣガスをメインエッチャントとする方法に比較すれば
エッチングレートが小さく、スループットが低下する問
題点が残る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な技術的背景をふまえ、これらの問題点を解決すること
をその課題とするものである。すなわち本発明の課題
は、対レジストマスク選択比が大きく、異方性に優れ、
しかも過剰な側壁保護膜の堆積によるパーティクル汚染
のない、シリコン材料のパターニング方法を提供するこ
とである。
な技術的背景をふまえ、これらの問題点を解決すること
をその課題とするものである。すなわち本発明の課題
は、対レジストマスク選択比が大きく、異方性に優れ、
しかも過剰な側壁保護膜の堆積によるパーティクル汚染
のない、シリコン材料のパターニング方法を提供するこ
とである。
【００１２】また本発明の別の課題は、実用的なエッチ
ングレートで、スループットの高いシリコン材料のパタ
ーニング方法を提供することである。本発明の上記以外
の課題は、本願明細書中の記載および添付図面の説明に
より明らかとなる。
ングレートで、スループットの高いシリコン材料のパタ
ーニング方法を提供することである。本発明の上記以外
の課題は、本願明細書中の記載および添付図面の説明に
より明らかとなる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のシリコン材料の
パターニング方法は、上述の課題を解決するために提案
するものであり、Ｃ―Ｏ結合を含み、Ｃ、ＯおよびＨを
構成元素とするガスと、ハロゲン化イオウガスを含む混
合ガスにより、シリコン材料をプラズマエッチングする
ことを特徴とするものである。
パターニング方法は、上述の課題を解決するために提案
するものであり、Ｃ―Ｏ結合を含み、Ｃ、ＯおよびＨを
構成元素とするガスと、ハロゲン化イオウガスを含む混
合ガスにより、シリコン材料をプラズマエッチングする
ことを特徴とするものである。
【００１４】また本発明のシリコン材料のパターニング
方法は、Ｃ―Ｏ結合を含み、Ｃ、ＯおよびＨを構成元素
とするガスと、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイ
オウを生成しうるハロゲン化イオウガスを含む混合ガス
により、被処理基板温度を室温以下に制御しながら、シ
リコン材料をプラズマエッチングすることを特徴とする
ものである。
方法は、Ｃ―Ｏ結合を含み、Ｃ、ＯおよびＨを構成元素
とするガスと、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイ
オウを生成しうるハロゲン化イオウガスを含む混合ガス
により、被処理基板温度を室温以下に制御しながら、シ
リコン材料をプラズマエッチングすることを特徴とする
ものである。
【００１５】本発明で採用するＣ―Ｏ結合を含み、Ｃ、
ＯおよびＨを構成元素とするガスは、アルコール、エー
テル、ケトン、エステル、カルボン酸およびアルデヒド
等を例示することができる。例えば、メタノール、エタ
ノール、プロパノール、ブタノール、ジメチルエーテ
ル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、アセト
ン、メチルエチルケトン、ギ酸、酢酸、ギ酸メチル、酢
酸メチル、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等、分
子中に少なくとも１つのＣ―Ｏ結合を有する化合物であ
る。これらの化合物を単独であるいは組み合わせて使用
する。Ｃ−Ｏ結合は、２重結合であってもよい。これら
有機化合物のうち、常温で液体のものは、公知の加熱バ
ブリング法やベーキング法によりエッチングチャンバ内
へ導入すればよい。
ＯおよびＨを構成元素とするガスは、アルコール、エー
テル、ケトン、エステル、カルボン酸およびアルデヒド
等を例示することができる。例えば、メタノール、エタ
ノール、プロパノール、ブタノール、ジメチルエーテ
ル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、アセト
ン、メチルエチルケトン、ギ酸、酢酸、ギ酸メチル、酢
酸メチル、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等、分
子中に少なくとも１つのＣ―Ｏ結合を有する化合物であ
る。これらの化合物を単独であるいは組み合わせて使用
する。Ｃ−Ｏ結合は、２重結合であってもよい。これら
有機化合物のうち、常温で液体のものは、公知の加熱バ
ブリング法やベーキング法によりエッチングチャンバ内
へ導入すればよい。
【００１６】また本発明で採用するハロゲン化イオウガ
スは特に制限を設けるものでなく、Ｆ系ガス、Ｃｌ系ガ
ス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系ガス等のハロゲン元素を含む
ガスを任意に用いてよい。ただしエッチングレートの観
点からは蒸気圧の大きいＳｉＦx 、ＳｉＣｌx 等を生成
できる、ＳＦ6 やＣｌ2 等のＦ系ガスやＣｌ系ガスの使
用が好ましい。Ｂｒ系ガスは、特に下地ゲート絶縁膜等
との選択比を確保しダメージを防止する場合に用いて有
用である。ＣＦＣ系ガスは排除することは先述した通り
である。
スは特に制限を設けるものでなく、Ｆ系ガス、Ｃｌ系ガ
ス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系ガス等のハロゲン元素を含む
ガスを任意に用いてよい。ただしエッチングレートの観
点からは蒸気圧の大きいＳｉＦx 、ＳｉＣｌx 等を生成
できる、ＳＦ6 やＣｌ2 等のＦ系ガスやＣｌ系ガスの使
用が好ましい。Ｂｒ系ガスは、特に下地ゲート絶縁膜等
との選択比を確保しダメージを防止する場合に用いて有
用である。ＣＦＣ系ガスは排除することは先述した通り
である。
【００１７】さらにまた本発明で用いるハロゲン化イオ
ウガスは、Ｓ2 Ｆ2 、ＳＦ2 、ＳＦ4 、Ｓ2 Ｆ10、Ｓ2
Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ
2 およびＳＢｒ2 を例示できる。
ウガスは、Ｓ2 Ｆ2 、ＳＦ2 、ＳＦ4 、Ｓ2 Ｆ10、Ｓ2
Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ
2 およびＳＢｒ2 を例示できる。
【００１８】本発明でパターニングの対象とするシリコ
ン材料は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シ
リコンのうちのいずれかであり、ｎ型、ｐ型等の不純物
を含有していてもよい。
ン材料は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シ
リコンのうちのいずれかであり、ｎ型、ｐ型等の不純物
を含有していてもよい。
【００１９】
【作用】本発明のポイントは、異方性エッチングに不可
欠の側壁保護膜の構成材料を、主としてレジストマスク
の分解生成物に求め、その膜質を強化して耐イオン衝撃
性と耐ラジカルアタック性を高める点にある。これによ
り、側壁保護膜の付着量を低減しても十分な側壁保護効
果を得ることができ、異方性形状を確保できる。また側
壁保護膜の強化により、イオン入射エネルギを低減して
も充分な異方性形状を確保できるので、対レジストマス
ク選択比や対下地絶縁膜選択比を向上できる。
欠の側壁保護膜の構成材料を、主としてレジストマスク
の分解生成物に求め、その膜質を強化して耐イオン衝撃
性と耐ラジカルアタック性を高める点にある。これによ
り、側壁保護膜の付着量を低減しても十分な側壁保護効
果を得ることができ、異方性形状を確保できる。また側
壁保護膜の強化により、イオン入射エネルギを低減して
も充分な異方性形状を確保できるので、対レジストマス
ク選択比や対下地絶縁膜選択比を向上できる。
【００２０】本発明においては、側壁保護膜としての炭
素系ポリマの膜質を強化する手段として、Ｃ−Ｏ結合を
含み、Ｃ、ＯおよびＨを構成元素とするガス（以下、Ｃ
―Ｏ結合を有する有機化合物ガスという）をエッチング
ガス中に混合する方法を採用する。アルコール、エーテ
ル、ケトン、エステル、カルボン酸およびアルデヒド等
からなるこれら有機化合物ガスは、いずれも一般式Ｃx
Ｈy Ｏz で表され、放電解離条件下で生成するＨやＣＯ
の活性種がプラズマ中のハロゲンラジカルを補足するこ
とで、炭素系ポリマ中のハロゲン含有量を低減する。さ
らにＣ−Ｈ結合やＣ−Ｏ結合を有する分極構造を持つ原
子団がプラズマ中に発生することにより、レジストマス
クの分解生成物中に起因する炭素系ポリマ中にＣ−Ｏ結
合が取り込まれ、その重合度が上昇する。かかる構造の
炭素系ポリマは、単に−（ＣＸ）n −や−（ＣＨ）n −
の繰り返し単位構造からなる従来の炭素系プラズマポリ
マよりも、化学的、物理的安定性が増すことは近年の研
究から明らかになっている（ここでＸはハロゲン元素
を、ｎは自然数をそれぞれ表す）。これは、２原子間の
結合エネルギで比較すると、Ｃ−Ｏ結合（１０７７ｋＪ
／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｃ結合（６０７ｋＪ／ｍｏｌ）より大
きいことからも支持される。これらはいずれも側壁保護
膜の膜質を強化し、入射イオンやラジカルのアタックか
らパターン側面を保護する効果を高める。
素系ポリマの膜質を強化する手段として、Ｃ−Ｏ結合を
含み、Ｃ、ＯおよびＨを構成元素とするガス（以下、Ｃ
―Ｏ結合を有する有機化合物ガスという）をエッチング
ガス中に混合する方法を採用する。アルコール、エーテ
ル、ケトン、エステル、カルボン酸およびアルデヒド等
からなるこれら有機化合物ガスは、いずれも一般式Ｃx
Ｈy Ｏz で表され、放電解離条件下で生成するＨやＣＯ
の活性種がプラズマ中のハロゲンラジカルを補足するこ
とで、炭素系ポリマ中のハロゲン含有量を低減する。さ
らにＣ−Ｈ結合やＣ−Ｏ結合を有する分極構造を持つ原
子団がプラズマ中に発生することにより、レジストマス
クの分解生成物中に起因する炭素系ポリマ中にＣ−Ｏ結
合が取り込まれ、その重合度が上昇する。かかる構造の
炭素系ポリマは、単に−（ＣＸ）n −や−（ＣＨ）n −
の繰り返し単位構造からなる従来の炭素系プラズマポリ
マよりも、化学的、物理的安定性が増すことは近年の研
究から明らかになっている（ここでＸはハロゲン元素
を、ｎは自然数をそれぞれ表す）。これは、２原子間の
結合エネルギで比較すると、Ｃ−Ｏ結合（１０７７ｋＪ
／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｃ結合（６０７ｋＪ／ｍｏｌ）より大
きいことからも支持される。これらはいずれも側壁保護
膜の膜質を強化し、入射イオンやラジカルのアタックか
らパターン側面を保護する効果を高める。
【００２１】このように、側壁保護膜としての炭素系ポ
リマの膜質が強化されるので、異方性加工に必要な入射
イオンエネルギを低減でき、対レジストマスク選択比が
向上する。またこれにより、従来より薄いフォトレジス
ト塗布膜であっても、十分実用に耐えるレジストマスク
を形成でき、リソグラフィ時における解像度の向上に寄
与する他、加工寸法変換差の低減が図れる。
リマの膜質が強化されるので、異方性加工に必要な入射
イオンエネルギを低減でき、対レジストマスク選択比が
向上する。またこれにより、従来より薄いフォトレジス
ト塗布膜であっても、十分実用に耐えるレジストマスク
を形成でき、リソグラフィ時における解像度の向上に寄
与する他、加工寸法変換差の低減が図れる。
【００２２】また入射イオンエネルギの低減効果は、当
然ながら対下地選択比の向上にもつながる。さらに、側
壁保護膜としての炭素系ポリマの堆積量を低減できるの
で、従来よりエッチングチャンバ内のパーティクルレベ
ルを低減することが可能となる。
然ながら対下地選択比の向上にもつながる。さらに、側
壁保護膜としての炭素系ポリマの堆積量を低減できるの
で、従来よりエッチングチャンバ内のパーティクルレベ
ルを低減することが可能となる。
【００２３】本発明は以上のような技術的思想を基本原
理としているが、さらに一層の高異方性、低パーティク
ル化と高選択比を目指す方法をも提供する。その一つ
は、Ｃ−Ｏ結合を有する有機化合物ガスとハロゲン系ガ
スを含む混合ガスに、さらにハロゲン化イオウガスを添
加するものである。これにより、上述した側壁保護強化
の機構に加えて、イオウ系材料をも側壁保護膜として併
用しこの膜質をさらに強化できる。イオウ系材料として
は、遊離の元素状イオウまたはポリチアジル（ＳＮ）n
を利用することができる。Ｓ2 Ｆ2 、ＳＦ2 、ＳＦ4 、
Ｓ2 Ｆ10、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂ
ｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ2 およびＳＢｒ2 等のハロゲン化イオウ
ガスは、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを
生成し、元素状のイオウを被処理基板上に堆積してイオ
ウの側壁保護膜を形成する。さらにエッチングガス中に
Ｎ2 、Ｎ2 Ｈ2 等のＮ系ガスを添加しておけば、プラズ
マ中の遊離のイオウを窒化して（ＳＮ）n ポリマすなわ
ちポリチアジルを生成し、これも被処理基板上に堆積し
てポリチアジルの側壁保護膜を形成する。
理としているが、さらに一層の高異方性、低パーティク
ル化と高選択比を目指す方法をも提供する。その一つ
は、Ｃ−Ｏ結合を有する有機化合物ガスとハロゲン系ガ
スを含む混合ガスに、さらにハロゲン化イオウガスを添
加するものである。これにより、上述した側壁保護強化
の機構に加えて、イオウ系材料をも側壁保護膜として併
用しこの膜質をさらに強化できる。イオウ系材料として
は、遊離の元素状イオウまたはポリチアジル（ＳＮ）n
を利用することができる。Ｓ2 Ｆ2 、ＳＦ2 、ＳＦ4 、
Ｓ2 Ｆ10、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂ
ｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ2 およびＳＢｒ2 等のハロゲン化イオウ
ガスは、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを
生成し、元素状のイオウを被処理基板上に堆積してイオ
ウの側壁保護膜を形成する。さらにエッチングガス中に
Ｎ2 、Ｎ2 Ｈ2 等のＮ系ガスを添加しておけば、プラズ
マ中の遊離のイオウを窒化して（ＳＮ）n ポリマすなわ
ちポリチアジルを生成し、これも被処理基板上に堆積し
てポリチアジルの側壁保護膜を形成する。
【００２４】イオウやポリチアジル等のイオウ系材料
は、被処理基板の温度を室温、例えば、２０℃以下に制
御しておけば被処理基板上に堆積することが可能であ
る。堆積したイオウ系材料はイオン入射の少ないレジス
トマスクやシリコン系材料層パターン側面に残留し、強
化された炭素系ポリマと共同して強固な側壁保護膜を形
成する。これらイオウ系材料はプラズマエッチング終了
後、被エッチング基板を加熱するだけで昇華除去するこ
とができる。昇華温度はイオウは約９０℃以上、ポリチ
アジルは約１５０℃以上であり、昇華後は被エッチング
基板上に何らパーティクル汚染やコンタミネーションを
残すことはない。
は、被処理基板の温度を室温、例えば、２０℃以下に制
御しておけば被処理基板上に堆積することが可能であ
る。堆積したイオウ系材料はイオン入射の少ないレジス
トマスクやシリコン系材料層パターン側面に残留し、強
化された炭素系ポリマと共同して強固な側壁保護膜を形
成する。これらイオウ系材料はプラズマエッチング終了
後、被エッチング基板を加熱するだけで昇華除去するこ
とができる。昇華温度はイオウは約９０℃以上、ポリチ
アジルは約１５０℃以上であり、昇華後は被エッチング
基板上に何らパーティクル汚染やコンタミネーションを
残すことはない。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例につき、図面を
参照しつつ説明する。なお以下に示す各実施例は、いず
れもエッチング装置として基板バイアス印加型ＥＣＲプ
ラズマエッチング装置を用いた例である。
参照しつつ説明する。なお以下に示す各実施例は、いず
れもエッチング装置として基板バイアス印加型ＥＣＲプ
ラズマエッチング装置を用いた例である。
【００２６】実施例１ 本実施例は、本発明をシャロートレンチ加工に適用し、
メタノールとＳＦ6 を含む混合ガスにより単結晶シリコ
ン基板をパターニングした例であり、これを図１（ａ）
〜（ｃ）を参照して説明する。
メタノールとＳＦ6 を含む混合ガスにより単結晶シリコ
ン基板をパターニングした例であり、これを図１（ａ）
〜（ｃ）を参照して説明する。
【００２７】本実施例で用いた被処理基板は、単結晶シ
リコン基板１上にパッド酸化膜２および多結晶シリコン
膜３および所定の形状にパターニングされたレジストマ
スク５を順次形成したものである。パッド酸化膜２は単
結晶シリコン基板１を熱酸化して１０ｎｍの厚さに形成
したものであり、また多結晶シリコン膜３は例えば減圧
ＣＶＤにより１５０ｎｍの厚さに形成したもので、いず
れもプラズマエッチング中のレジストマスク４の膜減り
によるパターンエッジの後退がトレンチの形状に反映し
ないよう、バッファ層として設けた膜であるが、これら
は省略することも可能である。さらにレジストマスク４
は、一例としてネガ型３成分系化学増幅レジストである
シプレー社製ＳＡＬ−６０１を用いて膜厚７００ｎｍに
形成し、これをＫｒＦエキシマレーザリソグラフィとア
ルカリ現像により、０．３５μｍおよび１．０μｍの複
数の異なる開口幅を有するパターンに形成したものであ
る。
リコン基板１上にパッド酸化膜２および多結晶シリコン
膜３および所定の形状にパターニングされたレジストマ
スク５を順次形成したものである。パッド酸化膜２は単
結晶シリコン基板１を熱酸化して１０ｎｍの厚さに形成
したものであり、また多結晶シリコン膜３は例えば減圧
ＣＶＤにより１５０ｎｍの厚さに形成したもので、いず
れもプラズマエッチング中のレジストマスク４の膜減り
によるパターンエッジの後退がトレンチの形状に反映し
ないよう、バッファ層として設けた膜であるが、これら
は省略することも可能である。さらにレジストマスク４
は、一例としてネガ型３成分系化学増幅レジストである
シプレー社製ＳＡＬ−６０１を用いて膜厚７００ｎｍに
形成し、これをＫｒＦエキシマレーザリソグラフィとア
ルカリ現像により、０．３５μｍおよび１．０μｍの複
数の異なる開口幅を有するパターンに形成したものであ
る。
【００２８】図１（ａ）に示すこの被処理基板を基板バ
イアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ステ
ージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッ
チング条件で多結晶シリコン膜３、パッド酸化膜２およ
び単結晶シリコン基板１を連続的にパターニングした。 ＳＦ6 流量 １５ ｓｃｃｍ ＣＨ3 ＯＨ流量 １５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 常温 なおＣＨ3 ＯＨ（ｂｐ＝６４．５℃）は常温では液体で
あるので、ＣＨ3 ＯＨ容器をヒータで加熱し、気化させ
てエッチングチャンバに導入する。このとき、導入配管
系はリボンヒータ等で加熱し、配管内部での結露を防止
した。
イアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ステ
ージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッ
チング条件で多結晶シリコン膜３、パッド酸化膜２およ
び単結晶シリコン基板１を連続的にパターニングした。 ＳＦ6 流量 １５ ｓｃｃｍ ＣＨ3 ＯＨ流量 １５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 常温 なおＣＨ3 ＯＨ（ｂｐ＝６４．５℃）は常温では液体で
あるので、ＣＨ3 ＯＨ容器をヒータで加熱し、気化させ
てエッチングチャンバに導入する。このとき、導入配管
系はリボンヒータ等で加熱し、配管内部での結露を防止
した。
【００２９】本エッチング工程においては、ＳＦ6 の解
離により生成するＦ* を主エッチング種とするラジカル
反応が、ＳＦx + 等のイオンにアシストされる機構でエ
ッチングが進行し、レジストマスク４から露出する多結
晶シリコン膜３とパッド酸化膜２および単結晶シリコン
基板１が除去される。またこれと同時に、レジストマス
ク４の分解生成物に由来する、−（ＣＦx ）n −や−
（ＣＨx ）n −等の繰り返し単位構造を主体とした炭素
系ポリマからなる側壁保護膜５がパターン側面に形成さ
れ、異方性加工に寄与した。本実施例における側壁保護
膜５を構成する炭素系ポリマは、ＣＨ3 ＯＨの放電解離
により生成するＨやＣＯの活性種がＦ* を補捉すること
から、ハロゲン系ガスのみによる従来のプロセスにより
形成される側壁保護膜よりもハロゲンの含有量が少な
く、さらにＣＯ結合をそのネットワーク中に取り込ん
だ、重合度の大きい強固なものである。この炭素系ポリ
マは、ＲＦバイアスを低めに設定したこともあり、生成
量こそ従来のエッチング条件による場合ほど多くはない
ものの、側壁保護膜５は高いエッチング耐性を示し、単
結晶シリコン基板１の異方性加工に寄与する。図１
（ｂ）ではこの側壁保護膜５は、厚さを誇張して示して
あるが、実際には極めて薄い膜であり、パターン変換差
の発生は少ない。
離により生成するＦ* を主エッチング種とするラジカル
反応が、ＳＦx + 等のイオンにアシストされる機構でエ
ッチングが進行し、レジストマスク４から露出する多結
晶シリコン膜３とパッド酸化膜２および単結晶シリコン
基板１が除去される。またこれと同時に、レジストマス
ク４の分解生成物に由来する、−（ＣＦx ）n −や−
（ＣＨx ）n −等の繰り返し単位構造を主体とした炭素
系ポリマからなる側壁保護膜５がパターン側面に形成さ
れ、異方性加工に寄与した。本実施例における側壁保護
膜５を構成する炭素系ポリマは、ＣＨ3 ＯＨの放電解離
により生成するＨやＣＯの活性種がＦ* を補捉すること
から、ハロゲン系ガスのみによる従来のプロセスにより
形成される側壁保護膜よりもハロゲンの含有量が少な
く、さらにＣＯ結合をそのネットワーク中に取り込ん
だ、重合度の大きい強固なものである。この炭素系ポリ
マは、ＲＦバイアスを低めに設定したこともあり、生成
量こそ従来のエッチング条件による場合ほど多くはない
ものの、側壁保護膜５は高いエッチング耐性を示し、単
結晶シリコン基板１の異方性加工に寄与する。図１
（ｂ）ではこの側壁保護膜５は、厚さを誇張して示して
あるが、実際には極めて薄い膜であり、パターン変換差
の発生は少ない。
【００３０】この結果、従来のＣＦＣガスを用いたパタ
ーニング方法に比較して基板ステージに印加するＲＦバ
イアスパワーをほぼ半減したにもかかわらず、良好な異
方性形状を示す深さ１μｍのシャロートレンチ１ａ、１
ｂが形成された。レジストマスクとのエッチング選択比
は、従来のパターニング方法の約２倍に向上した。
ーニング方法に比較して基板ステージに印加するＲＦバ
イアスパワーをほぼ半減したにもかかわらず、良好な異
方性形状を示す深さ１μｍのシャロートレンチ１ａ、１
ｂが形成された。レジストマスクとのエッチング選択比
は、従来のパターニング方法の約２倍に向上した。
【００３１】パターニング終了後、被処理基板をエッチ
ング装置に連接されたアッシング装置に搬送し、Ｏ2 プ
ラズマアッシングによりレジストマスク４と側壁保護膜
５を除去した。側壁保護膜５は、前述のように強化され
た炭素系ポリマを主としたものであるが、その堆積量は
従来のプロセスに比較してはるかに少ないので、エッチ
ングチャンバ内部のパーティクルレベルを悪化させるこ
とはなかった。
ング装置に連接されたアッシング装置に搬送し、Ｏ2 プ
ラズマアッシングによりレジストマスク４と側壁保護膜
５を除去した。側壁保護膜５は、前述のように強化され
た炭素系ポリマを主としたものであるが、その堆積量は
従来のプロセスに比較してはるかに少ないので、エッチ
ングチャンバ内部のパーティクルレベルを悪化させるこ
とはなかった。
【００３２】本実施例によれば、Ｃ−Ｏ結合を含む有機
化合物ガスであるＣＨ3 ＯＨと、ＳＦ6 ガスの採用によ
り、強固な側壁保護膜が形成され、低めのＲＦバイアス
パワーであっても異方性エッチングが可能である。この
ため、対レジストマスク選択比が向上し、制御性のよい
微細加工が可能となる。またレジストマスクのスパッタ
リングによる炭素系ポリマの生成量が少ないので、被処
理基板およびエッチングチャンバ内部のパーティクル汚
染がない。特に被処理基板の処理枚数を重ねても炭素系
ポリマの蓄積が少ないので、チャンバクリーニングのメ
ンテナンス工数の低減ができる。
化合物ガスであるＣＨ3 ＯＨと、ＳＦ6 ガスの採用によ
り、強固な側壁保護膜が形成され、低めのＲＦバイアス
パワーであっても異方性エッチングが可能である。この
ため、対レジストマスク選択比が向上し、制御性のよい
微細加工が可能となる。またレジストマスクのスパッタ
リングによる炭素系ポリマの生成量が少ないので、被処
理基板およびエッチングチャンバ内部のパーティクル汚
染がない。特に被処理基板の処理枚数を重ねても炭素系
ポリマの蓄積が少ないので、チャンバクリーニングのメ
ンテナンス工数の低減ができる。
【００３３】実施例２ 本実施例は、本発明を同じくシャロートレンチ加工に適
用し、ジメチルエーテル（ｂｐ＝−２４℃）とＳ2 Ｃｌ
2 を含む混合ガスによりイオウの堆積を併用して単結晶
シリコン基板をパターニングした例であり、これを同じ
く図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお本実施
例のパターニング方法は、シャロートレンチ加工のみな
らず、ディープトレンチ加工に適用しても好適である。
用し、ジメチルエーテル（ｂｐ＝−２４℃）とＳ2 Ｃｌ
2 を含む混合ガスによりイオウの堆積を併用して単結晶
シリコン基板をパターニングした例であり、これを同じ
く図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお本実施
例のパターニング方法は、シャロートレンチ加工のみな
らず、ディープトレンチ加工に適用しても好適である。
【００３４】本実施例で用いた図１（ａ）に示す被処理
基板は、実施例１と同じであるので重複する説明は省略
する。この被処理基板を基板バイアス印加型ＥＣＲプラ
ズマエッチング装置の基板ステージ上にセッティング
し、一例として下記プラズマエッチング条件で多結晶シ
リコン膜３、パッド酸化膜２および単結晶シリコン基板
１を連続的にパターニングした。 Ｓ2 Ｃｌ2 流量 ２５ ｓｃｃｍ ＣＨ3 ＯＨ流量 １５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ２５ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 −３０ ℃ 本エッチング工程においては、Ｓ2 Ｃｌ2 の解離により
生成するＣｌ* を主エッチング種とするラジカル反応
が、Ｃｌx + やＳＣｌx + イオンにアシストされる機構
でエッチングが進行し、レジストマスク４から露出する
多結晶シリコン膜３とパッド酸化膜２および単結晶シリ
コン基板１が除去される。またこれと同時に、レジスト
マスク４の分解生成物に由来する、−（ＣＣｌx ）n −
や−（ＣＨx ）n −等の繰り返し単位構造からなる炭素
系ポリマによる側壁保護膜５がパターン側面に形成さ
れ、異方性加工に寄与した。本実施例における側壁保護
膜５を構成する炭素系ポリマは、ＣＨ3 ＯＣＨ3 の放電
状態により生成するＨやＣＯの活性種がＣｌ* を補捉す
ることから、ハロゲン系ガスのみによる従来のプロセス
により形成される側壁保護膜よりもハロゲンの含有量が
少なく、さらにＣＯ結合をそのネットワーク中に取り込
んだ、重合度の大きい強固なものである。この炭素系ポ
リマは、ＲＦバイアスを低めに設定したこともあり、生
成量こそ従来のエッチング条件による場合ほど多くはな
いものの、側壁保護膜５は高いエッチング耐性を示し、
単結晶シリコン基板１の異方性加工に寄与する。さら
に、この側壁保護膜５中には、Ｓ2 Ｃｌ2 の解離により
生成するイオウも含まれており、炭素系ポリマと共同し
てエッチング耐性はさらに高まった。
基板は、実施例１と同じであるので重複する説明は省略
する。この被処理基板を基板バイアス印加型ＥＣＲプラ
ズマエッチング装置の基板ステージ上にセッティング
し、一例として下記プラズマエッチング条件で多結晶シ
リコン膜３、パッド酸化膜２および単結晶シリコン基板
１を連続的にパターニングした。 Ｓ2 Ｃｌ2 流量 ２５ ｓｃｃｍ ＣＨ3 ＯＨ流量 １５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ２５ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 −３０ ℃ 本エッチング工程においては、Ｓ2 Ｃｌ2 の解離により
生成するＣｌ* を主エッチング種とするラジカル反応
が、Ｃｌx + やＳＣｌx + イオンにアシストされる機構
でエッチングが進行し、レジストマスク４から露出する
多結晶シリコン膜３とパッド酸化膜２および単結晶シリ
コン基板１が除去される。またこれと同時に、レジスト
マスク４の分解生成物に由来する、−（ＣＣｌx ）n −
や−（ＣＨx ）n −等の繰り返し単位構造からなる炭素
系ポリマによる側壁保護膜５がパターン側面に形成さ
れ、異方性加工に寄与した。本実施例における側壁保護
膜５を構成する炭素系ポリマは、ＣＨ3 ＯＣＨ3 の放電
状態により生成するＨやＣＯの活性種がＣｌ* を補捉す
ることから、ハロゲン系ガスのみによる従来のプロセス
により形成される側壁保護膜よりもハロゲンの含有量が
少なく、さらにＣＯ結合をそのネットワーク中に取り込
んだ、重合度の大きい強固なものである。この炭素系ポ
リマは、ＲＦバイアスを低めに設定したこともあり、生
成量こそ従来のエッチング条件による場合ほど多くはな
いものの、側壁保護膜５は高いエッチング耐性を示し、
単結晶シリコン基板１の異方性加工に寄与する。さら
に、この側壁保護膜５中には、Ｓ2 Ｃｌ2 の解離により
生成するイオウも含まれており、炭素系ポリマと共同し
てエッチング耐性はさらに高まった。
【００３５】この結果、実施例１よりもさらに基板ステ
ージに印加するＲＦバイアスパワーを低減したにもかか
わらず、良好な異方性形状を示す深さ１μｍのシャロー
トレンチ１ａ、１ｂが形成された。レジストマスクとの
エッチング選択比は、従来のパターニング方法の約３倍
に向上した。また側壁保護膜５は、前述のように強化さ
れた炭素系ポリマとイオウを主としたものであるが、そ
の堆積量は従来のプロセスに比較してはるかに少ないの
で、エッチングチャンバ内部のパーティクルレベルを悪
化させることはなかった。
ージに印加するＲＦバイアスパワーを低減したにもかか
わらず、良好な異方性形状を示す深さ１μｍのシャロー
トレンチ１ａ、１ｂが形成された。レジストマスクとの
エッチング選択比は、従来のパターニング方法の約３倍
に向上した。また側壁保護膜５は、前述のように強化さ
れた炭素系ポリマとイオウを主としたものであるが、そ
の堆積量は従来のプロセスに比較してはるかに少ないの
で、エッチングチャンバ内部のパーティクルレベルを悪
化させることはなかった。
【００３６】パターニング終了後、被処理基板をエッチ
ング装置に連接されたアッシング装置に搬送し、Ｏ2 プ
ラズマアッシングによりレジストマスク４と側壁保護膜
５を除去した。この状態を図１（ｃ）に示す。側壁保護
膜７中のイオウは、アッシング前の基板加熱あるいはア
ッシング時のプラズマ輻射熱や反応熱により昇華あるい
は燃焼除去される。本実施例においては、被処理基板温
度を−３０℃に制御したことによりラジカル反応が抑制
されたこともあり、異方性のよいパターニングが可能で
ある。
ング装置に連接されたアッシング装置に搬送し、Ｏ2 プ
ラズマアッシングによりレジストマスク４と側壁保護膜
５を除去した。この状態を図１（ｃ）に示す。側壁保護
膜７中のイオウは、アッシング前の基板加熱あるいはア
ッシング時のプラズマ輻射熱や反応熱により昇華あるい
は燃焼除去される。本実施例においては、被処理基板温
度を−３０℃に制御したことによりラジカル反応が抑制
されたこともあり、異方性のよいパターニングが可能で
ある。
【００３７】本実施例によれば、Ｃ−Ｏ結合を含む有機
化合物ガスであるＣＨ3 ＯＣＨ3 と、Ｓ2 Ｃｌ2 ガスの
採用により、イオウを含む強固な側壁保護膜が形成さ
れ、低めのＲＦバイアスパワーであっても異方性エッチ
ングが可能である。このため、対レジストマスク選択比
が向上し、制御性のよい微細加工が可能となる。またレ
ジストマスクのスパッタリングによる炭素系ポリマの生
成量がさらに少なくなるので、被処理基板およびエッチ
ングチャンバ内部のパーティクル汚染が極めて少ないプ
ロセスが可能となる。なお先述した通り、本実施例で採
用したプラズマエッチング条件は、質量の大きなＣｌx
+ やＳＣｌx + イオンにアシストされ機構でエッチング
を進めるものであり、側壁保護膜５もさらに強固である
ので、深さ４〜５μｍのディープトレンチ加工に用いて
も異方性を確保でき好適なものである。
化合物ガスであるＣＨ3 ＯＣＨ3 と、Ｓ2 Ｃｌ2 ガスの
採用により、イオウを含む強固な側壁保護膜が形成さ
れ、低めのＲＦバイアスパワーであっても異方性エッチ
ングが可能である。このため、対レジストマスク選択比
が向上し、制御性のよい微細加工が可能となる。またレ
ジストマスクのスパッタリングによる炭素系ポリマの生
成量がさらに少なくなるので、被処理基板およびエッチ
ングチャンバ内部のパーティクル汚染が極めて少ないプ
ロセスが可能となる。なお先述した通り、本実施例で採
用したプラズマエッチング条件は、質量の大きなＣｌx
+ やＳＣｌx + イオンにアシストされ機構でエッチング
を進めるものであり、側壁保護膜５もさらに強固である
ので、深さ４〜５μｍのディープトレンチ加工に用いて
も異方性を確保でき好適なものである。
【００３８】実施例３ 本実施例は本発明をゲート電極加工に適用し、エタノー
ル（ｂｐ＝７８．３℃）とＳ2 Ｂｒ2 をを含む混合ガス
により、被処理基板を室温以下に制御しながらポリチア
ジルを堆積しつつ多結晶シリコン層パターニングした例
であり、これを図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明す
る。
ル（ｂｐ＝７８．３℃）とＳ2 Ｂｒ2 をを含む混合ガス
により、被処理基板を室温以下に制御しながらポリチア
ジルを堆積しつつ多結晶シリコン層パターニングした例
であり、これを図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明す
る。
【００３９】本実施例で用いた図２（ａ）に示す被処理
基板は、不純物拡散層等の能動層（図示せず）を形成し
た単結晶シリコン基板１上にＳｉＯ2 からなるゲート絶
縁膜６とｎ+ 多結晶シリコン膜７およびレジストマスク
４を順次形成したものである。ゲート絶縁膜６は単結晶
シリコン基板１を熱酸化して１０ｎｍの厚さに形成した
ものであり、ｎ+ 多結晶シリコン膜７は減圧ＣＶＤによ
り２００ｎｍの厚さに堆積したものである。またレジス
トマスク４は、一例としてネガ型３成分系化学増幅レジ
ストであるシプレー社製ＳＡＬ−６０１を用いて膜厚５
００ｎｍに形成し、これをＫｒＦエキシマレーザリソグ
ラフィとアルカリ現像により、０．３５μｍ幅に形成し
たものである。
基板は、不純物拡散層等の能動層（図示せず）を形成し
た単結晶シリコン基板１上にＳｉＯ2 からなるゲート絶
縁膜６とｎ+ 多結晶シリコン膜７およびレジストマスク
４を順次形成したものである。ゲート絶縁膜６は単結晶
シリコン基板１を熱酸化して１０ｎｍの厚さに形成した
ものであり、ｎ+ 多結晶シリコン膜７は減圧ＣＶＤによ
り２００ｎｍの厚さに堆積したものである。またレジス
トマスク４は、一例としてネガ型３成分系化学増幅レジ
ストであるシプレー社製ＳＡＬ−６０１を用いて膜厚５
００ｎｍに形成し、これをＫｒＦエキシマレーザリソグ
ラフィとアルカリ現像により、０．３５μｍ幅に形成し
たものである。
【００４０】図２（ａ）に示すこの被処理基板を基板バ
イアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ステ
ージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッ
チング条件でｎ+ 多結晶シリコン膜７をパターニングし
た。 Ｓ2 Ｂｒ2 流量 ３０ ｓｃｃｍ Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ流量 １０ ｓｃｃｍ Ｎ2 流量 １５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ２５ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃
イアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ステ
ージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッ
チング条件でｎ+ 多結晶シリコン膜７をパターニングし
た。 Ｓ2 Ｂｒ2 流量 ３０ ｓｃｃｍ Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ流量 １０ ｓｃｃｍ Ｎ2 流量 １５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ２５ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃
【００４１】本エッチング工程においては、Ｓ2 Ｂｒ2
の解離により生成するＢｒ* を主エッチング種とするラ
ジカル反応が、Ｂｒ+ やＳＢｒx + 等のイオンにアシス
トされる機構でエッチングが進行し、レジストマスク４
から露出するｎ+ 多結晶シリコン膜７がパターニングさ
れた。またこれと同時に、レジストマスク４の分解生成
物に由来する、−（ＣＢｒx ）n −や−（ＣＨx ）n −
等の繰り返し単位構造からなる炭素系ポリマによる側壁
保護膜５がパターン側面に形成され、異方性加工に寄与
した。本実施例における側壁保護膜５を構成する炭素系
ポリマは、Ｃ2Ｈ5 ＯＨの放電解離により生成するＨや
ＣＯの活性種がＢｒ* を補捉することから、ハロゲン系
ガスのみによる従来のプロセスにより形成される側壁保
護膜よりもハロゲンの含有量が少なく、さらにＣＯ結合
をそのネットワーク中に取り込んだ、重合度の大きい強
固なものである。この炭素系ポリマは、ＲＦバイアスを
低めに設定したこともあり、生成量こそ従来のエッチン
グ条件による場合ほど多くはないものの、側壁保護膜５
は高いエッチング耐性を示し、ｎ+ 多結晶シリコン膜７
の異方性加工に寄与する。さらに、この側壁保護膜５中
にはＳ2 Ｂｒ2 の解離により生成する遊離のイオウとＮ
2 が解離して生成する原子状Ｎとの反応生成物であるポ
リチアジルも含まれており、炭素系ポリマと共同して側
壁保護膜５のエッチング耐性はさらに高める。図２
（ｂ）ではこの側壁保護膜５は、厚さを誇張して示して
あるが、実際には極めて薄い膜であり、パターン変換差
の発生は少ない。
の解離により生成するＢｒ* を主エッチング種とするラ
ジカル反応が、Ｂｒ+ やＳＢｒx + 等のイオンにアシス
トされる機構でエッチングが進行し、レジストマスク４
から露出するｎ+ 多結晶シリコン膜７がパターニングさ
れた。またこれと同時に、レジストマスク４の分解生成
物に由来する、−（ＣＢｒx ）n −や−（ＣＨx ）n −
等の繰り返し単位構造からなる炭素系ポリマによる側壁
保護膜５がパターン側面に形成され、異方性加工に寄与
した。本実施例における側壁保護膜５を構成する炭素系
ポリマは、Ｃ2Ｈ5 ＯＨの放電解離により生成するＨや
ＣＯの活性種がＢｒ* を補捉することから、ハロゲン系
ガスのみによる従来のプロセスにより形成される側壁保
護膜よりもハロゲンの含有量が少なく、さらにＣＯ結合
をそのネットワーク中に取り込んだ、重合度の大きい強
固なものである。この炭素系ポリマは、ＲＦバイアスを
低めに設定したこともあり、生成量こそ従来のエッチン
グ条件による場合ほど多くはないものの、側壁保護膜５
は高いエッチング耐性を示し、ｎ+ 多結晶シリコン膜７
の異方性加工に寄与する。さらに、この側壁保護膜５中
にはＳ2 Ｂｒ2 の解離により生成する遊離のイオウとＮ
2 が解離して生成する原子状Ｎとの反応生成物であるポ
リチアジルも含まれており、炭素系ポリマと共同して側
壁保護膜５のエッチング耐性はさらに高める。図２
（ｂ）ではこの側壁保護膜５は、厚さを誇張して示して
あるが、実際には極めて薄い膜であり、パターン変換差
の発生は少ない。
【００４２】下地のゲート絶縁膜６が露出した時点でオ
ーバーエッチングを施したが、本実施例ではＢｒ系の主
エッチャントを使用したので、ゲート絶縁膜６に対して
高いエッチング選択比が得られる。また強固な側壁保護
膜５の寄与により、オーバーエッチング工程中にゲート
電極パターン７ａにサイドエッチングが入ることはな
い。
ーバーエッチングを施したが、本実施例ではＢｒ系の主
エッチャントを使用したので、ゲート絶縁膜６に対して
高いエッチング選択比が得られる。また強固な側壁保護
膜５の寄与により、オーバーエッチング工程中にゲート
電極パターン７ａにサイドエッチングが入ることはな
い。
【００４３】この結果、従来のＣＦＣガスを用いたパタ
ーニング方法に比較して基板ステージに印加するＲＦバ
イアスパワーをほぼ半減したにもかかわらず、良好な異
方性形状を示す幅０．３５μｍのゲート電極パターン７
ａが形成された。レジストマスクとのエッチング選択比
は、従来のパターニング方法の約２．５倍に向上した。
ーニング方法に比較して基板ステージに印加するＲＦバ
イアスパワーをほぼ半減したにもかかわらず、良好な異
方性形状を示す幅０．３５μｍのゲート電極パターン７
ａが形成された。レジストマスクとのエッチング選択比
は、従来のパターニング方法の約２．５倍に向上した。
【００４４】パターニング終了後、被処理基板をエッチ
ング装置に連接されたアッシング装置に搬送し、Ｏ2 プ
ラズマアッシングによりレジストマスク４と側壁保護膜
５を除去した。この状態を図２（ｃ）に示す。側壁保護
膜５中のポリチアジルは、アッシング前の基板加熱ある
いはアッシング時のプラズマ輻射熱や反応熱により昇華
あるいは燃焼除去される。本実施例においては、被処理
基板温度を０℃に制御したことによりラジカル反応が抑
制されたこともあり、異方性のよいパターニングが可能
である。
ング装置に連接されたアッシング装置に搬送し、Ｏ2 プ
ラズマアッシングによりレジストマスク４と側壁保護膜
５を除去した。この状態を図２（ｃ）に示す。側壁保護
膜５中のポリチアジルは、アッシング前の基板加熱ある
いはアッシング時のプラズマ輻射熱や反応熱により昇華
あるいは燃焼除去される。本実施例においては、被処理
基板温度を０℃に制御したことによりラジカル反応が抑
制されたこともあり、異方性のよいパターニングが可能
である。
【００４５】本実施例によれば、Ｃ−Ｏ結合を含む有機
化合物ガスであるＣ2 Ｈ5 ＯＨと、Ｓ2 Ｂｒ2 ガスの採
用により、ポリチアジルの堆積をも併用した強固な側壁
保護膜が形成され、低めのＲＦバイアスパワーであって
も異方性エッチングが可能である。このため、対レジス
トマスク選択比や対ゲート絶縁膜選択比が向上し、制御
性のよい微細加工が可能となる。またレジストマスクの
スパッタリングによる炭素系ポリマの生成量が少ないの
で、被処理基板およびエッチングチャンバ内部のパーテ
ィクル汚染がない。特に被処理基板の処理枚数を重ねて
も炭素系ポリマの蓄積が少ないので、チャンバクリーニ
ングのメンテナンス工数の低減ができる。
化合物ガスであるＣ2 Ｈ5 ＯＨと、Ｓ2 Ｂｒ2 ガスの採
用により、ポリチアジルの堆積をも併用した強固な側壁
保護膜が形成され、低めのＲＦバイアスパワーであって
も異方性エッチングが可能である。このため、対レジス
トマスク選択比や対ゲート絶縁膜選択比が向上し、制御
性のよい微細加工が可能となる。またレジストマスクの
スパッタリングによる炭素系ポリマの生成量が少ないの
で、被処理基板およびエッチングチャンバ内部のパーテ
ィクル汚染がない。特に被処理基板の処理枚数を重ねて
も炭素系ポリマの蓄積が少ないので、チャンバクリーニ
ングのメンテナンス工数の低減ができる。
【００４６】以上、本発明を３種類の実施例により説明
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。
【００４７】まず、パターニングの対象であるシリコン
系材料層として単結晶シリコンおよび多結晶シリコンを
例示したが、ＴＦＴデバイスの製造工程中等で用いる非
晶質シリコンのパターニングに用いてもよい。
系材料層として単結晶シリコンおよび多結晶シリコンを
例示したが、ＴＦＴデバイスの製造工程中等で用いる非
晶質シリコンのパターニングに用いてもよい。
【００４８】Ｃ−Ｏ結合を含む有機化合物として、メタ
ノール、エタノールおよびジメチルエーテルを例示した
が、これら以外にも先述した各種化合物を適宜用いてよ
い。ハロゲン化イオウガスについても同様である。また
エッチングガス中にＡｒ、Ｈｅ等の希ガス、あるいはＣ
Ｏ、ＮＯ、Ｈ2 等ハロゲンを捕獲しその濃度を制御する
ガスを添加してもよい。
ノール、エタノールおよびジメチルエーテルを例示した
が、これら以外にも先述した各種化合物を適宜用いてよ
い。ハロゲン化イオウガスについても同様である。また
エッチングガス中にＡｒ、Ｈｅ等の希ガス、あるいはＣ
Ｏ、ＮＯ、Ｈ2 等ハロゲンを捕獲しその濃度を制御する
ガスを添加してもよい。
【００４９】エッチング装置は基板バイアス印加型ＥＣ
Ｒプラズマエッチング装置を用いたが、より一般的な平
行平板型ＲＩＥ装置や、高密度プラズマによる処理が可
能なヘリコン波プラズマエッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎ
ｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）
エッチング装置、ＴＣＰ（ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＣｏ
ｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置等を用いる
事が可能である。
Ｒプラズマエッチング装置を用いたが、より一般的な平
行平板型ＲＩＥ装置や、高密度プラズマによる処理が可
能なヘリコン波プラズマエッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎ
ｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）
エッチング装置、ＴＣＰ（ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＣｏ
ｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置等を用いる
事が可能である。
【００５０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のシリコン材料のパターニング方法によれば、対レジス
トマスク選択比が大きな微細加工性に富んだ製造プロセ
スを提供することが可能である。
のシリコン材料のパターニング方法によれば、対レジス
トマスク選択比が大きな微細加工性に富んだ製造プロセ
スを提供することが可能である。
【００５１】また本発明によれば、強固な側壁保護膜の
採用により、その膜厚を低減しても異方性加工を達成で
き、過剰な堆積によるパーティクルレベルの上昇やパタ
ーン変換差を生じることなく、異方性形状に優れたシリ
コン材料のパターニングが可能である。
採用により、その膜厚を低減しても異方性加工を達成で
き、過剰な堆積によるパーティクルレベルの上昇やパタ
ーン変換差を生じることなく、異方性形状に優れたシリ
コン材料のパターニングが可能である。
【００５２】以上述べたように、本発明はデザインルー
ルの微細化によるレジストマスクの薄膜化にも充分対応
できる、優れたシリコン材料のパターニング方法を提供
するものである。
ルの微細化によるレジストマスクの薄膜化にも充分対応
できる、優れたシリコン材料のパターニング方法を提供
するものである。
【図１】本発明を適用した実施例１および２を、その工
程順に説明する概略断面図であり、（ａ）は単結晶シリ
コン基板上にパッド酸化膜と多結晶シリコン膜およびレ
ジストマスクを順次形成した状態、（ｂ）は側壁保護膜
を形成しつつ単結晶シリコン基板をパターニングした状
態、（ｃ）はレジストマスクおよび側壁保護膜を除去し
て単結晶シリコン基板のトレンチパターンが完成した状
態である。
程順に説明する概略断面図であり、（ａ）は単結晶シリ
コン基板上にパッド酸化膜と多結晶シリコン膜およびレ
ジストマスクを順次形成した状態、（ｂ）は側壁保護膜
を形成しつつ単結晶シリコン基板をパターニングした状
態、（ｃ）はレジストマスクおよび側壁保護膜を除去し
て単結晶シリコン基板のトレンチパターンが完成した状
態である。
【図２】本発明を適用した実施例３を、その工程順に説
明する概略断面図であり、（ａ）はゲート絶縁膜上にｎ
+ 多結晶シリコン膜とレジストマスクを形成した状態、
（ｂ）は側壁保護膜を形成しつつｎ+ 多結晶シリコン膜
をパターニングした状態、（ｃ）はレジストマスクおよ
び側壁保護膜を除去してゲート電極パターンが完成した
状態である。
明する概略断面図であり、（ａ）はゲート絶縁膜上にｎ
+ 多結晶シリコン膜とレジストマスクを形成した状態、
（ｂ）は側壁保護膜を形成しつつｎ+ 多結晶シリコン膜
をパターニングした状態、（ｃ）はレジストマスクおよ
び側壁保護膜を除去してゲート電極パターンが完成した
状態である。
１ 単結晶シリコン基板 １ａ、１ｂ シャロートレンチ ２ パッド酸化膜 ３ 多結晶シリコン膜 ４ レジストマスク ５ 側壁保護膜 ６ ゲート絶縁膜 ７ ｎ+ 多結晶シリコン膜 ７ａ ゲート電極パターン
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｃ―Ｏ結合を含み、Ｃ、ＯおよびＨを構
成元素とするガスと、ハロゲン化イオウガスを含む混合
ガスにより、シリコン材料をプラズマエッチングするこ
とを特徴とする、シリコン材料のパターニング方法。 - 【請求項２】 Ｃ―Ｏ結合を含み、Ｃ、ＯおよびＨを構
成元素とするガスと、放電解離条件下でプラズマ中に遊
離のイオウを生成しうるハロゲン化イオウガスを含む混
合ガスにより、被処理基板温度を室温以下に制御しなが
ら、シリコン材料をプラズマエッチングすることを特徴
とする、シリコン材料のパターニング方法。 - 【請求項３】 Ｃ―Ｏ結合を含み、Ｃ、ＯおよびＨを構
成元素とするガスは、アルコール、エーテル、ケトン、
エステル、カルボン酸およびアルデヒドからなる群から
選ばれる少なくとも１種類であることを特徴とする、請
求項１または２記載のシリコン材料のパターニング方
法。 - 【請求項４】 ハロゲン化イオウガスは、Ｓ2 Ｆ2 、Ｓ
Ｆ2 、ＳＦ4 、Ｓ2 Ｆ10、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、Ｓ
Ｃｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ2 およびＳＢｒ2 からな
る群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とす
る、請求項２記載のシリコン材料のパターニング方法。 - 【請求項５】 シリコン材料は、単結晶シリコン、多結
晶シリコンおよび非晶質シリコンのうちのいずれかであ
ることを特徴とする、請求項１または２記載のシリコン
材料のパターニング方法。 - 【請求項６】 前記シリコン材料をプラズマエッチング
することにより、トレンチアイソレーション溝、トレン
チキャパシタ溝もしくはゲート電極配線を形成すること
を特徴とする、請求項１または２記載のシリコン材料の
パターニング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25170194A JP3353492B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | シリコン材料のパターニング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25170194A JP3353492B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | シリコン材料のパターニング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08115899A JPH08115899A (ja) | 1996-05-07 |
| JP3353492B2 true JP3353492B2 (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=17226722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25170194A Expired - Lifetime JP3353492B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | シリコン材料のパターニング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3353492B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103258729B (zh) | 2007-12-21 | 2016-07-06 | 朗姆研究公司 | 硅结构的制造和带有形貌控制的深硅蚀刻 |
| US9018098B2 (en) | 2008-10-23 | 2015-04-28 | Lam Research Corporation | Silicon etch with passivation using chemical vapor deposition |
| US8173547B2 (en) * | 2008-10-23 | 2012-05-08 | Lam Research Corporation | Silicon etch with passivation using plasma enhanced oxidation |
| US9230826B2 (en) | 2010-08-26 | 2016-01-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Etching method using mixed gas and method for manufacturing semiconductor device |
| JP5767073B2 (ja) | 2010-10-15 | 2015-08-19 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | エッチング方法及び半導体装置の作製方法 |
| JP6861535B2 (ja) * | 2017-02-28 | 2021-04-21 | 東京エレクトロン株式会社 | 処理方法及びプラズマ処理装置 |
| WO2023069120A1 (en) * | 2021-10-22 | 2023-04-27 | Lam Research Corporation | In situ declogging in plasma etching |
-
1994
- 1994-10-18 JP JP25170194A patent/JP3353492B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08115899A (ja) | 1996-05-07 |
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