JP3358179B2 - ポリシリコン層のプラズマ・エッチング方法 - Google Patents
ポリシリコン層のプラズマ・エッチング方法Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
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- H01L21/32137—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas of silicon-containing layers
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路
（ＩＣ）の製造に関し、より具体的には、薄いＳｉＯ2
層の上にあるポリシリコン層をパターン形成されたＳｉ
Ｏ2層を介してプラズマ・エッチングする方法の改良に
関する。生み出されるポリシリコン線は、ウェーハ製造
の以降の処理段階で非常に望ましい垂直プロファイルを
有する。
（ＩＣ）の製造に関し、より具体的には、薄いＳｉＯ2
層の上にあるポリシリコン層をパターン形成されたＳｉ
Ｏ2層を介してプラズマ・エッチングする方法の改良に
関する。生み出されるポリシリコン線は、ウェーハ製造
の以降の処理段階で非常に望ましい垂直プロファイルを
有する。
【０００２】
【従来の技術】先進の半導体ＩＣ、特にＤＲＡＭチップ
の製造では、絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＦ
ＥＴ）が広く使用されている。ＤＲＡＭチップのワンデ
バイス・メモリ・セルは、ＩＧＦＥＴおよび記憶コンデ
ンサから成る。それぞれのＩＧＦＥＴのソース／ドレイ
ン領域との金属接点からゲート導体を分離するスペーサ
の形成が特に重要である。図１ないし図６に、窒化シリ
コン（Ｓｉ3Ｎ4）絶縁スペーサ形成プロセスの必須段階
ごとの構造を示す（図の縮尺は一定でないことを指摘し
ておく）。図１の構造は、形成プロセスの最初の段階の
シリコン・ウェーハの一部である。次に図１について説
明する。構造１０は、厚さ５．２ｎｍの酸化シリコン
（ＳｉＯ2）層１２によってコーティングされたシリコ
ン基板１１を含み、その上にいわゆるＧＣスタック１３
が形成されている。当業者には周知のとおり、この薄い
ＳｉＯ2層１２がＩＧＦＥＴのゲート誘電体を形成す
る。以下この層をＳｉＯ2ゲート層１２と称する。ＧＣ
スタック１３は一般に、重ね合わされた複数の層、すな
わち、厚さ２５０ｎｍの非ドープ底部ポリシリコン層１
４、厚さ５０ｎｍのＳｉＯ2キャップ層１５、および厚
さ５７ｎｍの誘電体反射防止コーティング（ＳｉxＯyＮ
z）層１６から成る。ＧＣスタック１３の上には、厚さ
０．５μｍのポジ型フォトレジスト材料の層１７が標準
的に形成される。
の製造では、絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＦ
ＥＴ）が広く使用されている。ＤＲＡＭチップのワンデ
バイス・メモリ・セルは、ＩＧＦＥＴおよび記憶コンデ
ンサから成る。それぞれのＩＧＦＥＴのソース／ドレイ
ン領域との金属接点からゲート導体を分離するスペーサ
の形成が特に重要である。図１ないし図６に、窒化シリ
コン（Ｓｉ3Ｎ4）絶縁スペーサ形成プロセスの必須段階
ごとの構造を示す（図の縮尺は一定でないことを指摘し
ておく）。図１の構造は、形成プロセスの最初の段階の
シリコン・ウェーハの一部である。次に図１について説
明する。構造１０は、厚さ５．２ｎｍの酸化シリコン
（ＳｉＯ2）層１２によってコーティングされたシリコ
ン基板１１を含み、その上にいわゆるＧＣスタック１３
が形成されている。当業者には周知のとおり、この薄い
ＳｉＯ2層１２がＩＧＦＥＴのゲート誘電体を形成す
る。以下この層をＳｉＯ2ゲート層１２と称する。ＧＣ
スタック１３は一般に、重ね合わされた複数の層、すな
わち、厚さ２５０ｎｍの非ドープ底部ポリシリコン層１
４、厚さ５０ｎｍのＳｉＯ2キャップ層１５、および厚
さ５７ｎｍの誘電体反射防止コーティング（ＳｉxＯyＮ
z）層１６から成る。ＧＣスタック１３の上には、厚さ
０．５μｍのポジ型フォトレジスト材料の層１７が標準
的に形成される。
【０００３】ＧＣスタック１３のデリニエーション（de
lineation）・プロセスは、フォトレジスト層１７にパ
ターンを形成し所望のマスクを製作することから始ま
る。次いで、フォトレジスト・マスク１７を使用して、
下にあるＳｉxＯyＮz層１６およびＳｉＯ2キャップ層１
５の露出部分をツーステップ・プロセスで順番に選択エ
ッチングする。エッチングは、ＣＨＦ3ベースの化学反
応および以下のプロセス・パラメータを用いてＭａｒｋ
ＩＩ ＲＩＥエッチャ内で実行することができる。Ｍ
ａｒｋ ＩＩ ＲＩＥエッチャは、米カリフォルニア州
サンタクララのアプライド・マテリアルズ（Applied Ma
terials）社から販売されているツールである。
lineation）・プロセスは、フォトレジスト層１７にパ
ターンを形成し所望のマスクを製作することから始ま
る。次いで、フォトレジスト・マスク１７を使用して、
下にあるＳｉxＯyＮz層１６およびＳｉＯ2キャップ層１
５の露出部分をツーステップ・プロセスで順番に選択エ
ッチングする。エッチングは、ＣＨＦ3ベースの化学反
応および以下のプロセス・パラメータを用いてＭａｒｋ
ＩＩ ＲＩＥエッチャ内で実行することができる。Ｍ
ａｒｋ ＩＩ ＲＩＥエッチャは、米カリフォルニア州
サンタクララのアプライド・マテリアルズ（Applied Ma
terials）社から販売されているツールである。
【０００４】ＳｉxＯyＮzエッチング ＣＨＦ3流量：６０ｓｃｃｍ Ｏ2流量：１０ｓｃｃｍ 圧力：約２．６７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ） 電力：２００Ｗ 時間：１０５ｓ 上記「ｓｃｃｍ」は、立方センチメートル／分（標準状
態）（standard cubic centimeters per minute）を表
す。
態）（standard cubic centimeters per minute）を表
す。
【０００５】エッチング終点は、３８６．５ｎｍ放射
（ＣＮ）に調整した光学分光計で検出する。ただし、全
体的な安全性を考えて約１５％のオーバエッチ（約２０
ｓ）が実施される。
（ＣＮ）に調整した光学分光計で検出する。ただし、全
体的な安全性を考えて約１５％のオーバエッチ（約２０
ｓ）が実施される。
【０００６】ＳｉＯ2エッチング ＣＨＦ3流量：３０ｓｃｃｍ Ａｒ流量：６０ｓｃｃｍ 圧力：約２．６７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ） 電力：２００Ｗ 時間：９０ｓ
【０００７】エッチング終点は、４７５．５ｎｍ放射
（ＣＯ）に調整した光学分光計によって検出する。同様
に、全体的な安全性を考えて約３０ｓのオーバエッチが
実施される。得られる構造を図２に示す。
（ＣＯ）に調整した光学分光計によって検出する。同様
に、全体的な安全性を考えて約３０ｓのオーバエッチが
実施される。得られる構造を図２に示す。
【０００８】次いで、オゾン中でのアッシングによって
フォトレジスト・マスク１７を剥離し、構造１０を標準
的に洗浄する。
フォトレジスト・マスク１７を剥離し、構造１０を標準
的に洗浄する。
【０００９】次に、同じＭａｒｋ ＩＩ ＲＩＥリアク
タ内で、ＳｉxＯyＮz層１６を以下の操作条件で剥離す
る。 ＳｉxＯyＮz剥離 ＣＨＦ3流量：６０ｓｃｃｍ Ｏ2流量：１０ｓｃｃｍ 圧力：２．６７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ） 電力：２００Ｗ 時間：８０ｓ
タ内で、ＳｉxＯyＮz層１６を以下の操作条件で剥離す
る。 ＳｉxＯyＮz剥離 ＣＨＦ3流量：６０ｓｃｃｍ Ｏ2流量：１０ｓｃｃｍ 圧力：２．６７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ） 電力：２００Ｗ 時間：８０ｓ
【００１０】エッチング終点は、３８６．５ｎｍ放射
（ＣＮ）に調整した光学分光計で検出する。オーバエッ
チは実施しない。得られる構造を図３に示す。図３から
分かるとおり、ポリシリコン層１４はパターン形成され
たＳｉＯ2キャップ層１５によってマスクされている。
（ＣＮ）に調整した光学分光計で検出する。オーバエッ
チは実施しない。得られる構造を図３に示す。図３から
分かるとおり、ポリシリコン層１４はパターン形成され
たＳｉＯ2キャップ層１５によってマスクされている。
【００１１】次の段階では、パターン形成されたＳｉＯ
2キャップ層１５をin-situのハード・マスクとして使用
してポリシリコン層１４の露出部分をエッチングする。
この段階は、２つのＲＦジェネレータを備える高密度Ｌ
ＡＭ ＴＣＰ９４００プラズマ・リアクタ内でＨＢｒベ
ースの化学反応を用いて標準的に実行される。このツー
ルは、米カリフォルニア州フリーモントのラム・リサー
チ（LAM Research）社から販売されている。
2キャップ層１５をin-situのハード・マスクとして使用
してポリシリコン層１４の露出部分をエッチングする。
この段階は、２つのＲＦジェネレータを備える高密度Ｌ
ＡＭ ＴＣＰ９４００プラズマ・リアクタ内でＨＢｒベ
ースの化学反応を用いて標準的に実行される。このツー
ルは、米カリフォルニア州フリーモントのラム・リサー
チ（LAM Research）社から販売されている。
【００１２】ウェーハを、前記プラズマ・エッチャの真
空チャンバの静電チャックの上に置き、以下の操作条件
を適用する。 ＨＢｒ流量：２１０ｓｃｃｍ ＨｅＯ2流量：１５ｓｃｃｍ 圧力：約０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ） ＴＣＰ電力：１２５Ｗ バイアス電力：７７Ｗ ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ
空チャンバの静電チャックの上に置き、以下の操作条件
を適用する。 ＨＢｒ流量：２１０ｓｃｃｍ ＨｅＯ2流量：１５ｓｃｃｍ 圧力：約０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ） ＴＣＰ電力：１２５Ｗ バイアス電力：７７Ｗ ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ
【００１３】光学分光計でこの段階を監視し、ポリシリ
コン層１４／薄いＳｉＯ2ゲート層１２界面（４０５ｎ
ｍ放射）を標準的に検出する。
コン層１４／薄いＳｉＯ2ゲート層１２界面（４０５ｎ
ｍ放射）を標準的に検出する。
【００１４】得られる構造１０を図４に示す。この段階
中に、ＳｉＯx材料の薄膜１８が構造１０の表面全体に
形成される。ポリシリコン・エッチング段階中に構造１
０の表面に再付着するこの薄いＳｉＯx膜は、ＨｅＯ2ガ
ス・フロー中の酸素分子によって生成される。この薄膜
は、シリコン基板を保護するスクリーンとして使用され
る。ポリシリコン層１４の残存部分は、ほぼ線の形状を
呈する。以下、これらの線をＧＣ線と称し、符号はその
まま１４とする。
中に、ＳｉＯx材料の薄膜１８が構造１０の表面全体に
形成される。ポリシリコン・エッチング段階中に構造１
０の表面に再付着するこの薄いＳｉＯx膜は、ＨｅＯ2ガ
ス・フロー中の酸素分子によって生成される。この薄膜
は、シリコン基板を保護するスクリーンとして使用され
る。ポリシリコン層１４の残存部分は、ほぼ線の形状を
呈する。以下、これらの線をＧＣ線と称し、符号はその
まま１４とする。
【００１５】次いでウェーハをＤＨＦ溶液中で標準的に
洗浄し、薄膜１８のＳｉＯx材料およびＧＣ線１４の上
に残ったキャップ層１５のＳｉＯ2材料を除去する。図
４から分かるとおり、ＧＣ線１４の上には薄くなりコー
ナが丸くなったＳｉＯ2キャップ１５が残っている。Ｓ
ｉ3Ｎ4スペーサ形成プロセスのこの段階での構造を図５
に示す。
洗浄し、薄膜１８のＳｉＯx材料およびＧＣ線１４の上
に残ったキャップ層１５のＳｉＯ2材料を除去する。図
４から分かるとおり、ＧＣ線１４の上には薄くなりコー
ナが丸くなったＳｉＯ2キャップ１５が残っている。Ｓ
ｉ3Ｎ4スペーサ形成プロセスのこの段階での構造を図５
に示す。
【００１６】最後に、ＧＣ線１４の側面を覆うＳｉ3Ｎ4
スペーサを形成する。そのため、ＬＰＣＶＤリアクタ内
でＮＨ3／ＤＣＳ（ジクロロシラン）化学反応を使用し
て構造１０の上に厚さ７５ｎｍのＳｉ3Ｎ4側壁保護層を
コンフォーマルに付着させる。例えば、ＳＶＧ ＶＴＲ
７０００＋リアクタ（米カリフォルニア州サンホゼのＳ
ＶＧサムコ（ＳＶＧ−ＴＨＥＲＭＣＯ）社から販売）を
使用し、以下の操作条件を用いる。 ＮＨ3流量：２００ｓｃｃｍ ＤＣＳ流量：４０ｓｃｃｍ 圧力：約１４．６７Ｐａ（１１０ｍＴｏｒｒ） 温度：７２０℃
スペーサを形成する。そのため、ＬＰＣＶＤリアクタ内
でＮＨ3／ＤＣＳ（ジクロロシラン）化学反応を使用し
て構造１０の上に厚さ７５ｎｍのＳｉ3Ｎ4側壁保護層を
コンフォーマルに付着させる。例えば、ＳＶＧ ＶＴＲ
７０００＋リアクタ（米カリフォルニア州サンホゼのＳ
ＶＧサムコ（ＳＶＧ−ＴＨＥＲＭＣＯ）社から販売）を
使用し、以下の操作条件を用いる。 ＮＨ3流量：２００ｓｃｃｍ ＤＣＳ流量：４０ｓｃｃｍ 圧力：約１４．６７Ｐａ（１１０ｍＴｏｒｒ） 温度：７２０℃
【００１７】次いでこの構造を、先に述べたＡＭＥ５２
００ＲＩＥリアクタ内で異方性エッチングし、光学式エ
ッチング終点システムを使用してＳｉＯ2ゲート層１２
の露出（３８６．５ｎｍ放射）を検出する。
００ＲＩＥリアクタ内で異方性エッチングし、光学式エ
ッチング終点システムを使用してＳｉＯ2ゲート層１２
の露出（３８６．５ｎｍ放射）を検出する。
【００１８】適当な操作条件は以下の通りである。 ＣＨＦ3流量：１００ｓｃｃｍ ＨｅＯ2流量：１４ｓｃｃｍ 圧力：約１３．３２Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ） 電力：５００Ｗ ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ
【００１９】このエッチング段階で、図６に符号１９で
示した絶縁Ｓｉ3Ｎ4スペーサの形成は終了である。
示した絶縁Ｓｉ3Ｎ4スペーサの形成は終了である。
【００２０】パターン形成されたＳｉＯ2キャップ層１
５を介し、これをin situのハード・マスクとして使用
してポリシリコンを異方性エッチングする段階は最も重
要かつ決定的である。第１に、ＳｉＯ2ゲート層１２の
厚さを完全なままに維持し、これによってＨＢｒ化合物
によって生成された水素原子がシリコン基板１１中に注
入されるのを防ぐＳｉＯxの薄膜がこの段階中に形成さ
れるため、これは肯定的な側面を有する。残念なこと
に、この段階では、ＩＧＦＥＴ速度の電気パラメータを
決定する適当なＳｉ3Ｎ4スペーサを形成する以降の処理
段階に必要な所望の垂直プロファイルを有するＧＣ線１
４を作り出すことができない。この段階中にＳｉＯ2キ
ャップ層１５の重大なエロージョンが起こり、これによ
って層１４のポリシリコン材料の側壁侵食が誘発され、
図４に示すような典型的なＧＣ線１４のプロファイルが
生じる。実際、層１５のコーナのＳｉＯ2材料が部分的
に除去されるため、層１４のポリシリコン材料がそのエ
ッチング中に保護されず、寄生ポリシリコン・エッチン
グが誘発され、図４に示す典型的なペデスタル（pedest
al）を有するテーパのついたＧＣ線が作り出される。こ
の現象は、約４：１という、このエッチング段階の不十
分なポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性（ポリシリ
コンとＳｉＯ2のエッチング・レートの比）によって説
明される。さらに、図５に関して、ＧＣ線１４の側面と
基板表面とによって定義される角θが満足のゆくもので
はなく、以降のウェーハ処理段階、具体的には、拡散
（ソース／ドレイン）領域を画定するためのイオン注入
段階に必要な所望の垂直プロファイルからはほど遠いと
いうことを理解されたい。
５を介し、これをin situのハード・マスクとして使用
してポリシリコンを異方性エッチングする段階は最も重
要かつ決定的である。第１に、ＳｉＯ2ゲート層１２の
厚さを完全なままに維持し、これによってＨＢｒ化合物
によって生成された水素原子がシリコン基板１１中に注
入されるのを防ぐＳｉＯxの薄膜がこの段階中に形成さ
れるため、これは肯定的な側面を有する。残念なこと
に、この段階では、ＩＧＦＥＴ速度の電気パラメータを
決定する適当なＳｉ3Ｎ4スペーサを形成する以降の処理
段階に必要な所望の垂直プロファイルを有するＧＣ線１
４を作り出すことができない。この段階中にＳｉＯ2キ
ャップ層１５の重大なエロージョンが起こり、これによ
って層１４のポリシリコン材料の側壁侵食が誘発され、
図４に示すような典型的なＧＣ線１４のプロファイルが
生じる。実際、層１５のコーナのＳｉＯ2材料が部分的
に除去されるため、層１４のポリシリコン材料がそのエ
ッチング中に保護されず、寄生ポリシリコン・エッチン
グが誘発され、図４に示す典型的なペデスタル（pedest
al）を有するテーパのついたＧＣ線が作り出される。こ
の現象は、約４：１という、このエッチング段階の不十
分なポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性（ポリシリ
コンとＳｉＯ2のエッチング・レートの比）によって説
明される。さらに、図５に関して、ＧＣ線１４の側面と
基板表面とによって定義される角θが満足のゆくもので
はなく、以降のウェーハ処理段階、具体的には、拡散
（ソース／ドレイン）領域を画定するためのイオン注入
段階に必要な所望の垂直プロファイルからはほど遠いと
いうことを理解されたい。
【００２１】下表Ｉに角θの値を、ＧＣ線１４が、ウェ
ーハの端に位置するのかまたは中央に位置するのか、お
よび孤立した領域に位置するかまたはネストされた（ne
sted）領域に位置するのかに基づいて示す。
ーハの端に位置するのかまたは中央に位置するのか、お
よび孤立した領域に位置するかまたはネストされた（ne
sted）領域に位置するのかに基づいて示す。
【表１】
【００２２】所望のＳｉＯx保護層を生成するのに適当
な先のＨＢｒ／ＨｅＯ2ベースのプロセスは、所望の垂
直プロファイルを有するＧＣ線を作り出さず、受け入れ
がたい。
な先のＨＢｒ／ＨｅＯ2ベースのプロセスは、所望の垂
直プロファイルを有するＧＣ線を作り出さず、受け入れ
がたい。
【００２３】現在までに、キャップ層１５のＳｉＯ2材
料に関してポリシリコン材料をエッチングするいくつか
の異なる化学反応が開発されてきたが、これらの全て
が、ＳｉＯx薄膜１８の形成および／またはＧＣ線の垂
直プロファイルに関してなんらかの懸念材料を有してい
る。
料に関してポリシリコン材料をエッチングするいくつか
の異なる化学反応が開発されてきたが、これらの全て
が、ＳｉＯx薄膜１８の形成および／またはＧＣ線の垂
直プロファイルに関してなんらかの懸念材料を有してい
る。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の主
な目的は、パターン形成されたＳｉＯ2キャップ層を介
して薄いＳｉＯ2層の上のポリシリコン層を、高密度プ
ラズマ・エッチャ内でＨＢｒ／ＨｅＯ2混合ガスを用い
てプラズマ・エッチングする方法の改良であって、ＴＣ
Ｐ／バイアス電力比およびＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス比が最
適化された方法を提供することにある。
な目的は、パターン形成されたＳｉＯ2キャップ層を介
して薄いＳｉＯ2層の上のポリシリコン層を、高密度プ
ラズマ・エッチャ内でＨＢｒ／ＨｅＯ2混合ガスを用い
てプラズマ・エッチングする方法の改良であって、ＴＣ
Ｐ／バイアス電力比およびＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス比が最
適化された方法を提供することにある。
【００２５】本発明の他の目的は、パターン形成された
ＳｉＯ2キャップ層を介して薄いＳｉＯ2層の上のポリシ
リコン層をプラズマ・エッチングする方法の改良であっ
て、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性が１０：１
よりも大きくなる方法を提供することにある。
ＳｉＯ2キャップ層を介して薄いＳｉＯ2層の上のポリシ
リコン層をプラズマ・エッチングする方法の改良であっ
て、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性が１０：１
よりも大きくなる方法を提供することにある。
【００２６】本発明の他の目的は、パターン形成された
ＳｉＯ2キャップ層を介して薄いＳｉＯ2層の上のポリシ
リコン層をプラズマ・エッチングする方法の改良であっ
て、作り出されるポリシリコン線が垂直プロファイルを
有する方法を提供することにある。
ＳｉＯ2キャップ層を介して薄いＳｉＯ2層の上のポリシ
リコン層をプラズマ・エッチングする方法の改良であっ
て、作り出されるポリシリコン線が垂直プロファイルを
有する方法を提供することにある。
【００２７】本発明の他の目的は、パターン形成された
ＳｉＯ2キャップ層を介して薄いＳｉＯ2層の上のポリシ
リコン層をプラズマ・エッチングする方法の改良であっ
て、絶縁スペーサ形成プロセスにおいて広く応用するこ
とができる方法を提供することにある。
ＳｉＯ2キャップ層を介して薄いＳｉＯ2層の上のポリシ
リコン層をプラズマ・エッチングする方法の改良であっ
て、絶縁スペーサ形成プロセスにおいて広く応用するこ
とができる方法を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】本発明に基づいて、下に
ある薄いＳｉＯ2層の上に形成されたポリシリコン層を
所定のパターンに従ってドライ・エッチングする方法を
説明する。この方法は、前記所定のパターンに従ってパ
ターン形成されたＳｉＯ2キャップ層を前記ポリシリコ
ン層の上に形成し、in-situのハード・マスクとする段
階、得られた構造を、ＴＣＰ（トランスフォーマ・カッ
プルド・プラズマ）およびバイアス電力を供給する２つ
のＲＦジェネレータを備えた高密度プラズマ・エッチャ
の真空チャンバの静電チャックの上に置く段階、および
ポリシリコン層の露出領域を、パターン形成されたＳｉ
Ｏ2キャップ層を通して下にある薄いＳｉＯ2層まで、Ｈ
Ｂｒ／ＨｅＯ2ベースの化学反応を用いて異方性エッチ
ングする段階であって、ＴＣＰ／バイアス電力比が１．
９よりも大きく、かつＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比が２
０よりも大きく、その結果、ポリシリコン：キャップＳ
ｉＯ2選択性が１０：１よりも大きくなり、実質的に垂
直なプロファイルを有するポリシリコン線が生み出され
る段階を含む。
ある薄いＳｉＯ2層の上に形成されたポリシリコン層を
所定のパターンに従ってドライ・エッチングする方法を
説明する。この方法は、前記所定のパターンに従ってパ
ターン形成されたＳｉＯ2キャップ層を前記ポリシリコ
ン層の上に形成し、in-situのハード・マスクとする段
階、得られた構造を、ＴＣＰ（トランスフォーマ・カッ
プルド・プラズマ）およびバイアス電力を供給する２つ
のＲＦジェネレータを備えた高密度プラズマ・エッチャ
の真空チャンバの静電チャックの上に置く段階、および
ポリシリコン層の露出領域を、パターン形成されたＳｉ
Ｏ2キャップ層を通して下にある薄いＳｉＯ2層まで、Ｈ
Ｂｒ／ＨｅＯ2ベースの化学反応を用いて異方性エッチ
ングする段階であって、ＴＣＰ／バイアス電力比が１．
９よりも大きく、かつＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比が２
０よりも大きく、その結果、ポリシリコン：キャップＳ
ｉＯ2選択性が１０：１よりも大きくなり、実質的に垂
直なプロファイルを有するポリシリコン線が生み出され
る段階を含む。
【００２９】さらに本発明に基づいて、ポリシリコン線
に窒化シリコン・スペーサを形成する方法を説明する。
この方法は、薄いゲートＳｉＯ2層でコーティングされ
たシリコン基板の上に、ポリシリコン層およびパターン
形成されたＳｉＯ2キャップ層を形成する段階と、基板
を、ＴＣＰ（トランスフォーマ・カップルド・プラズ
マ）およびバイアス電力を供給する２つのＲＦジェネレ
ータを備えた高密度プラズマ・エッチャの真空チャンバ
の静電チャックの上に置く段階と、ポリシリコン層の露
出領域を、パターン形成されたＳｉＯ2キャップ層を通
して下にあるＳｉＯ2ゲート層まで、ＨＢｒ／ＨｅＯ2ベ
ースの化学反応を用いて異方性エッチングする段階であ
って、ＴＣＰ／バイアス電力比が１．９よりも大きく、
かつＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比が２０よりも大きく、
その結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性が１
０：１よりも大きくなり、実質的に垂直なプロファイル
を有するポリシリコン線が生み出される段階と、パター
ン形成された層のキャップＳｉＯ2材料および前記エッ
チング段階中に構造の表面全体に形成された薄い保護Ｓ
ｉＯx層を除去する段階と、構造の上にＳｉ3Ｎ4材料の
ブランケット層を付着させ、この層を異方性ドライ・エ
ッチングして、ポリシリコン線の側壁に所望のＳｉ3Ｎ4
スペーサを形成する段階とを含む。
に窒化シリコン・スペーサを形成する方法を説明する。
この方法は、薄いゲートＳｉＯ2層でコーティングされ
たシリコン基板の上に、ポリシリコン層およびパターン
形成されたＳｉＯ2キャップ層を形成する段階と、基板
を、ＴＣＰ（トランスフォーマ・カップルド・プラズ
マ）およびバイアス電力を供給する２つのＲＦジェネレ
ータを備えた高密度プラズマ・エッチャの真空チャンバ
の静電チャックの上に置く段階と、ポリシリコン層の露
出領域を、パターン形成されたＳｉＯ2キャップ層を通
して下にあるＳｉＯ2ゲート層まで、ＨＢｒ／ＨｅＯ2ベ
ースの化学反応を用いて異方性エッチングする段階であ
って、ＴＣＰ／バイアス電力比が１．９よりも大きく、
かつＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比が２０よりも大きく、
その結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性が１
０：１よりも大きくなり、実質的に垂直なプロファイル
を有するポリシリコン線が生み出される段階と、パター
ン形成された層のキャップＳｉＯ2材料および前記エッ
チング段階中に構造の表面全体に形成された薄い保護Ｓ
ｉＯx層を除去する段階と、構造の上にＳｉ3Ｎ4材料の
ブランケット層を付着させ、この層を異方性ドライ・エ
ッチングして、ポリシリコン線の側壁に所望のＳｉ3Ｎ4
スペーサを形成する段階とを含む。
【００３０】ＴＣＰ／バイアス電力比およびＨＢｒ／Ｈ
ｅＯ2ガス流量比がそれぞれ約２．４５および２８であ
り、その結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性
が約２０：１となることが好ましい。
ｅＯ2ガス流量比がそれぞれ約２．４５および２８であ
り、その結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性
が約２０：１となることが好ましい。
【００３１】バイアス電力を低くすることによって、Ｔ
ＣＰ／バイアス電力比が大きくなり、したがってポリシ
リコン：キャップＳｉＯ2選択性、およびポリシリコン
・エッチング段階の終わりに所望の垂直プロファイルお
よび直角のコーナを有するＧＣ線を作り出すのに必要な
エッチング異方性が増大する。ＨｅＯ2ガス流量を低く
することによって、ＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比が大き
くなり、ウェーハ全面にわたって前記プロファイルの垂
直性が向上する。
ＣＰ／バイアス電力比が大きくなり、したがってポリシ
リコン：キャップＳｉＯ2選択性、およびポリシリコン
・エッチング段階の終わりに所望の垂直プロファイルお
よび直角のコーナを有するＧＣ線を作り出すのに必要な
エッチング異方性が増大する。ＨｅＯ2ガス流量を低く
することによって、ＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比が大き
くなり、ウェーハ全面にわたって前記プロファイルの垂
直性が向上する。
【００３２】
【発明の実施の形態】図４に関して先に説明したポリシ
リコンを異方性エッチングする段階は、肯定的な側面と
否定的な側面を有する。先に述べたとおり、水素原子の
注入から基板を保護するＳｉＯx薄膜が形成されること
はかなりのプラス要因であるが、ペデスタルおよびテー
パのついたプロファイルを有するＧＣ線１４が形成され
ることは満足のゆくものではない。本発明者は、それぞ
れのプロセス・パラメータの影響を判定するため、プロ
セス・パラメータを単独でまたは組合せて考慮したいく
つかの実験を実施した。目的は、全く新しいプロセスを
開発することではなく、先に説明した従来技術のエッチ
ング・プロセスを最適化することができるかどうか判定
することにあった。実験では、２組のプロセス・パラメ
ータの比、すなわちＴＣＰ／バイアス電力比およびＨＢ
ｒ／ＨｅＯ2ガス流量比がこの点に関して最も重要であ
ることが分かった。
リコンを異方性エッチングする段階は、肯定的な側面と
否定的な側面を有する。先に述べたとおり、水素原子の
注入から基板を保護するＳｉＯx薄膜が形成されること
はかなりのプラス要因であるが、ペデスタルおよびテー
パのついたプロファイルを有するＧＣ線１４が形成され
ることは満足のゆくものではない。本発明者は、それぞ
れのプロセス・パラメータの影響を判定するため、プロ
セス・パラメータを単独でまたは組合せて考慮したいく
つかの実験を実施した。目的は、全く新しいプロセスを
開発することではなく、先に説明した従来技術のエッチ
ング・プロセスを最適化することができるかどうか判定
することにあった。実験では、２組のプロセス・パラメ
ータの比、すなわちＴＣＰ／バイアス電力比およびＨＢ
ｒ／ＨｅＯ2ガス流量比がこの点に関して最も重要であ
ることが分かった。
【００３３】２つのＲＦジェネレータ、すなわちＴＣＰ
（トランスフォーマ・カップルド・プラズマ：transfor
mer coupled plasma）電力を発生させるジェネレータと
バイアス電力を発生させるジェネレータがある。ＴＣＰ
電力は、高密度プラズマ・リアクタ内に導入されたさま
ざまなガスに基づく化学種を生成するのに使用される。
したがってＴＣＰ電力は、エッチング・レートおよび均
一性を調整するプラズマの化学活性化を決定する。バイ
アス電力は、プラズマをよりイオン化しプラズマ密度を
増大させる。この場合、プラズマはより指向性となるの
で、その低いポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性の
結果として、パターン形成されたＳｉＯ2キャップ層１
５をより高速にエッチングしてしまう。一方、ＨＢｒ／
ＨｅＯ2化学反応では、ＨＢｒが、層１４のポリシリコ
ンをエッチングして除去するのに使用される。ＨｅＯ2
は、構造１０の上面、具体的には、薄いＳｉＯ2ゲート
層１２の厚さを完全なままに維持するＳｉＯx薄膜１８
の形成に必要な酸素分子を発生させるのに使用される。
ＳｉＯx薄膜１８は、ＨＢｒの解離によって作り出され
る水素イオンが引き起こすシリコン基板の損傷を防ぐ。
先に説明した従来技術のポリシリコン・エッチング段階
では、ＴＣＰ／バイアス電力比がプラズマ密度を高める
ため約１．６２であり、ＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比が
約１４であって、この化学反応を非常に活発にする。実
際、これらの操作条件のため、図４から明らかなよう
に、パターン形成されたＳｉＯ2キャップ層１５の厚さ
は主にキャップのコーナ部分で薄くなる。
（トランスフォーマ・カップルド・プラズマ：transfor
mer coupled plasma）電力を発生させるジェネレータと
バイアス電力を発生させるジェネレータがある。ＴＣＰ
電力は、高密度プラズマ・リアクタ内に導入されたさま
ざまなガスに基づく化学種を生成するのに使用される。
したがってＴＣＰ電力は、エッチング・レートおよび均
一性を調整するプラズマの化学活性化を決定する。バイ
アス電力は、プラズマをよりイオン化しプラズマ密度を
増大させる。この場合、プラズマはより指向性となるの
で、その低いポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性の
結果として、パターン形成されたＳｉＯ2キャップ層１
５をより高速にエッチングしてしまう。一方、ＨＢｒ／
ＨｅＯ2化学反応では、ＨＢｒが、層１４のポリシリコ
ンをエッチングして除去するのに使用される。ＨｅＯ2
は、構造１０の上面、具体的には、薄いＳｉＯ2ゲート
層１２の厚さを完全なままに維持するＳｉＯx薄膜１８
の形成に必要な酸素分子を発生させるのに使用される。
ＳｉＯx薄膜１８は、ＨＢｒの解離によって作り出され
る水素イオンが引き起こすシリコン基板の損傷を防ぐ。
先に説明した従来技術のポリシリコン・エッチング段階
では、ＴＣＰ／バイアス電力比がプラズマ密度を高める
ため約１．６２であり、ＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比が
約１４であって、この化学反応を非常に活発にする。実
際、これらの操作条件のため、図４から明らかなよう
に、パターン形成されたＳｉＯ2キャップ層１５の厚さ
は主にキャップのコーナ部分で薄くなる。
【００３４】本発明者は思いがけなく、ＴＣＰ／バイア
ス電力比およびＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比を、先に説
明した従来技術のエッチング段階よりもかなり高くする
と、ウェーハ全面にわたって一様に、パターン形成され
たＳｉＯ2キャップ層１５の厚さが完全なままに維持さ
れ、この段階が相当に改善されることを認めた。ＨｅＯ
2ガス流量が低下する結果、プラズマによって生成され
る酸素分子の数が低減するが、対応するバイアス電力の
低下のためにＳｉＯx薄膜１８は依然として形成され
る。本発明によれば、本発明の改良ポリシリコン・エッ
チング・プロセスでは、バイアス電力パラメータおよび
ＨｅＯ2ガス・パラメータの重要性が増す。最終的な結
果として、ウェーハの端に位置するか、または中央に位
置するかに関わらず、孤立した領域とネストされた領域
の両方でＧＣ線１４'のテーパはなくなり、プロファイ
ルは実質的に垂直となる。
ス電力比およびＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比を、先に説
明した従来技術のエッチング段階よりもかなり高くする
と、ウェーハ全面にわたって一様に、パターン形成され
たＳｉＯ2キャップ層１５の厚さが完全なままに維持さ
れ、この段階が相当に改善されることを認めた。ＨｅＯ
2ガス流量が低下する結果、プラズマによって生成され
る酸素分子の数が低減するが、対応するバイアス電力の
低下のためにＳｉＯx薄膜１８は依然として形成され
る。本発明によれば、本発明の改良ポリシリコン・エッ
チング・プロセスでは、バイアス電力パラメータおよび
ＨｅＯ2ガス・パラメータの重要性が増す。最終的な結
果として、ウェーハの端に位置するか、または中央に位
置するかに関わらず、孤立した領域とネストされた領域
の両方でＧＣ線１４'のテーパはなくなり、プロファイ
ルは実質的に垂直となる。
【００３５】最初の構造は、図３の構造までは全ての点
で同一である。本発明の方法は、比較のため先に述べた
同じＬＡＭ ＴＣＰ９４００エッチャを用い、以下の操
作条件で実施するようにまとめられている。 ＨＢｒ流量：２５０ｓｃｃｍ ＨｅＯ2流量：９ｓｃｃｍ 圧力：約０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ） ＴＣＰ電力：１３５Ｗ バイアス電力：５５Ｗ ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ
で同一である。本発明の方法は、比較のため先に述べた
同じＬＡＭ ＴＣＰ９４００エッチャを用い、以下の操
作条件で実施するようにまとめられている。 ＨＢｒ流量：２５０ｓｃｃｍ ＨｅＯ2流量：９ｓｃｃｍ 圧力：約０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ） ＴＣＰ電力：１３５Ｗ バイアス電力：５５Ｗ ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ
【００３６】上述の最適化されたプロセスのケースで
は、ＴＣＰ／バイアス電力比およびＨＢｒ／ＨｅＯ2ガ
ス流量比がそれぞれ約２．４５および２８であり、その
結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性は約２
０：１となる。しかし、最低限のポリシリコン：キャッ
プＳｉＯ2選択性値１０：１を得る、より一般的なケー
スでは、電力比およびガス流量比をそれぞれ１．９およ
び２０よりも大きくしなければならない。
は、ＴＣＰ／バイアス電力比およびＨＢｒ／ＨｅＯ2ガ
ス流量比がそれぞれ約２．４５および２８であり、その
結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性は約２
０：１となる。しかし、最低限のポリシリコン：キャッ
プＳｉＯ2選択性値１０：１を得る、より一般的なケー
スでは、電力比およびガス流量比をそれぞれ１．９およ
び２０よりも大きくしなければならない。
【００３７】得られる構造を図７に示す。図７から分か
るとおり、ここで得られるＳｉＯ2キャップ１５'は、そ
れらの元の厚さを実質的に維持しコーナが直角になって
いる。構造１０'の表面全体を覆う保護ＳｉＯx薄膜１８
の存在も見られる。
るとおり、ここで得られるＳｉＯ2キャップ１５'は、そ
れらの元の厚さを実質的に維持しコーナが直角になって
いる。構造１０'の表面全体を覆う保護ＳｉＯx薄膜１８
の存在も見られる。
【００３８】下表ＩＩに、表Ｉにまとめた従来技術のエ
ッチング段階の対応する角度に比較して、本発明の方法
を用いて得られる劇的な改良を示す。
ッチング段階の対応する角度に比較して、本発明の方法
を用いて得られる劇的な改良を示す。
【表２】
【００３９】表ＩＩから分かるとおり、全ての角度が９
０゜に近くなっている。新たな電力比およびガス流量比
が、パターン形成されたキャップＳｉＯ2層１５'のエロ
ージョンを劇的に制限して所望の垂直プロファイルを有
するＧＣ線１４'を作り出し、一方で限界寸法を保証す
るＳｉＯx薄膜を依然として維持することが分かった。
最終的な結果として、先に述べたＧＣ線の望ましくない
テーパやペデスタルはもはや存在しない。
０゜に近くなっている。新たな電力比およびガス流量比
が、パターン形成されたキャップＳｉＯ2層１５'のエロ
ージョンを劇的に制限して所望の垂直プロファイルを有
するＧＣ線１４'を作り出し、一方で限界寸法を保証す
るＳｉＯx薄膜を依然として維持することが分かった。
最終的な結果として、先に述べたＧＣ線の望ましくない
テーパやペデスタルはもはや存在しない。
【００４０】Ｓｉ3Ｎ4スペーサ形成プロセスは、図５お
よび図６に関して先に説明したのと同一のプロセスを用
いて図８および図９に示すように続行される。図６の段
階の構造１０と図９の段階の構造１０'の比較は、全て
の点で例証となる。図９では、ＧＣ線１４'の垂直プロ
ファイルおよびＳｉ3Ｎ4スペーサ構造１９'が、以降の
製造段階に対して非常に満足のゆくものとなっている。
よび図６に関して先に説明したのと同一のプロセスを用
いて図８および図９に示すように続行される。図６の段
階の構造１０と図９の段階の構造１０'の比較は、全て
の点で例証となる。図９では、ＧＣ線１４'の垂直プロ
ファイルおよびＳｉ3Ｎ4スペーサ構造１９'が、以降の
製造段階に対して非常に満足のゆくものとなっている。
【００４１】本発明を、特にその好ましい実施形態に関
して説明してきたが、当業者は、本発明の趣旨および範
囲から逸脱することなしに、以上およびその他の形式お
よび細部の変更を実施することができることを理解され
たい。例えば、本発明の方法は、先に開示したようにＬ
ＡＭ ＴＣＰ９４００エッチャを用いて開発したもので
あるが、２つのＲＦ発生源を備える他の高密度プラズマ
・エッチャに装置の範囲を広げることができる。
して説明してきたが、当業者は、本発明の趣旨および範
囲から逸脱することなしに、以上およびその他の形式お
よび細部の変更を実施することができることを理解され
たい。例えば、本発明の方法は、先に開示したようにＬ
ＡＭ ＴＣＰ９４００エッチャを用いて開発したもので
あるが、２つのＲＦ発生源を備える他の高密度プラズマ
・エッチャに装置の範囲を広げることができる。
【００４２】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００４３】（１）下にある薄いＳｉＯ2層の上に形成
されたポリシリコン層を所定のパターンに従ってエッチ
ングする方法において、前記所定のパターンに従ってパ
ターン形成されたＳｉＯ2キャップ層を前記ポリシリコ
ン層の上に形成する段階と、得られた構造を、ＴＣＰ
（トランスフォーマ・カップルド・プラズマ）電力およ
びバイアス電力を供給する２つのＲＦジェネレータを備
えた高密度プラズマ・エッチャの真空チャンバ中に置く
段階と、前記ポリシリコン層の露出領域を、パターン形
成された前記ＳｉＯ2キャップ層を通して下にある前記
薄いＳｉＯ2層まで、ＨＢｒ／ＨｅＯ2ベースの化学反応
を用いて異方性エッチングする段階であって、ＴＣＰ／
バイアス電力比が１．９よりも大きく、かつＨＢｒ／Ｈ
ｅＯ2ガス流量比が２０よりも大きく、その結果、ポリ
シリコン：キャップＳｉＯ2選択性が１０：１よりも大
きくなり、実質的に垂直なプロファイルを有するポリシ
リコン線が形成される段階とを含む方法。 （２）前記エッチング段階中に、構造の表面全体を覆う
薄い保護ＳｉＯx層が形成される、上記（１）に記載の
方法。 （３）ＴＣＰ／バイアス電力比およびＨＢｒ／ＨｅＯ2
ガス流量比がそれぞれ約２．４５および２８であり、そ
の結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性が約２
０：１となる、上記（１）に記載の方法。 （４）前記高密度プラズマエッチャがＬＡＭ ＴＣＰ９
４００エッチャであり、その操作条件が、 ＨＢｒ流量：２５０ｓｃｃｍ ＨｅＯ2流量：９ｓｃｃｍ 圧力：６ｍＴｏｒｒ ＴＣＰ電力：１３５Ｗ バイアス電力：５５Ｗ ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ である、上記（１）に記載の方法。 （５）ポリシリコン線上に窒化シリコン・スペーサを形
成する方法において、薄いＳｉＯ2層でコーティングさ
れたシリコン基板の上に、ポリシリコン層およびパター
ン形成されたＳｉＯ2キャップ層を形成する段階と、前
記基板を、ＴＣＰ（トランスフォーマ・カップルド・プ
ラズマ）電力およびバイアス電力を供給する２つのＲＦ
ジェネレータを備えた高密度プラズマ・エッチャの真空
チャンバ中に置く段階と、前記ポリシリコン層の露出領
域を、パターン形成された前記ＳｉＯ2キャップ層を通
して下にある前記薄いＳｉＯ2層まで、ＨＢｒ／ＨｅＯ2
ベースの化学反応を用いて異方性エッチングする段階で
あって、ＴＣＰ／バイアス電力比が１．９よりも大き
く、かつＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比が２０よりも大き
く、その結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性
が１０：１よりも大きくなり、実質的に垂直なプロファ
イルを有するポリシリコン線が形成される段階と、パタ
ーン形成された前記層のキャップＳｉＯ2材料および前
記エッチング段階中に構造の表面全体に形成された薄い
保護ＳｉＯx層を除去する段階と、前記構造の上にＳｉ3
Ｎ4材料のブランケット層を付着させ、この層を異方性
ドライ・エッチングして、前記ポリシリコン線の側壁に
所望のＳｉ3Ｎ4スペーサを形成する段階とを含む方法。 （６）ＴＣＰ／バイアス電力比およびＨＢｒ／ＨｅＯ2
ガス流量比がそれぞれ約２．４５および２８であり、そ
の結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性が約２
０：１となる、上記（５）に記載の方法。 （７）前記高密度プラズマエッチャがＬＡＭ ＴＣＰ９
４００エッチャであり、その操作条件が、 ＨＢｒ流量：２５０ｓｃｃｍ ＨｅＯ2流量：９ｓｃｃｍ 圧力：６ｍＴｏｒｒ ＴＣＰ電力：１３５Ｗ バイアス電力：５５Ｗ ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ である、上記（５）に記載の方法。
されたポリシリコン層を所定のパターンに従ってエッチ
ングする方法において、前記所定のパターンに従ってパ
ターン形成されたＳｉＯ2キャップ層を前記ポリシリコ
ン層の上に形成する段階と、得られた構造を、ＴＣＰ
（トランスフォーマ・カップルド・プラズマ）電力およ
びバイアス電力を供給する２つのＲＦジェネレータを備
えた高密度プラズマ・エッチャの真空チャンバ中に置く
段階と、前記ポリシリコン層の露出領域を、パターン形
成された前記ＳｉＯ2キャップ層を通して下にある前記
薄いＳｉＯ2層まで、ＨＢｒ／ＨｅＯ2ベースの化学反応
を用いて異方性エッチングする段階であって、ＴＣＰ／
バイアス電力比が１．９よりも大きく、かつＨＢｒ／Ｈ
ｅＯ2ガス流量比が２０よりも大きく、その結果、ポリ
シリコン：キャップＳｉＯ2選択性が１０：１よりも大
きくなり、実質的に垂直なプロファイルを有するポリシ
リコン線が形成される段階とを含む方法。 （２）前記エッチング段階中に、構造の表面全体を覆う
薄い保護ＳｉＯx層が形成される、上記（１）に記載の
方法。 （３）ＴＣＰ／バイアス電力比およびＨＢｒ／ＨｅＯ2
ガス流量比がそれぞれ約２．４５および２８であり、そ
の結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性が約２
０：１となる、上記（１）に記載の方法。 （４）前記高密度プラズマエッチャがＬＡＭ ＴＣＰ９
４００エッチャであり、その操作条件が、 ＨＢｒ流量：２５０ｓｃｃｍ ＨｅＯ2流量：９ｓｃｃｍ 圧力：６ｍＴｏｒｒ ＴＣＰ電力：１３５Ｗ バイアス電力：５５Ｗ ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ である、上記（１）に記載の方法。 （５）ポリシリコン線上に窒化シリコン・スペーサを形
成する方法において、薄いＳｉＯ2層でコーティングさ
れたシリコン基板の上に、ポリシリコン層およびパター
ン形成されたＳｉＯ2キャップ層を形成する段階と、前
記基板を、ＴＣＰ（トランスフォーマ・カップルド・プ
ラズマ）電力およびバイアス電力を供給する２つのＲＦ
ジェネレータを備えた高密度プラズマ・エッチャの真空
チャンバ中に置く段階と、前記ポリシリコン層の露出領
域を、パターン形成された前記ＳｉＯ2キャップ層を通
して下にある前記薄いＳｉＯ2層まで、ＨＢｒ／ＨｅＯ2
ベースの化学反応を用いて異方性エッチングする段階で
あって、ＴＣＰ／バイアス電力比が１．９よりも大き
く、かつＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比が２０よりも大き
く、その結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性
が１０：１よりも大きくなり、実質的に垂直なプロファ
イルを有するポリシリコン線が形成される段階と、パタ
ーン形成された前記層のキャップＳｉＯ2材料および前
記エッチング段階中に構造の表面全体に形成された薄い
保護ＳｉＯx層を除去する段階と、前記構造の上にＳｉ3
Ｎ4材料のブランケット層を付着させ、この層を異方性
ドライ・エッチングして、前記ポリシリコン線の側壁に
所望のＳｉ3Ｎ4スペーサを形成する段階とを含む方法。 （６）ＴＣＰ／バイアス電力比およびＨＢｒ／ＨｅＯ2
ガス流量比がそれぞれ約２．４５および２８であり、そ
の結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性が約２
０：１となる、上記（５）に記載の方法。 （７）前記高密度プラズマエッチャがＬＡＭ ＴＣＰ９
４００エッチャであり、その操作条件が、 ＨＢｒ流量：２５０ｓｃｃｍ ＨｅＯ2流量：９ｓｃｃｍ 圧力：６ｍＴｏｒｒ ＴＣＰ電力：１３５Ｗ バイアス電力：５５Ｗ ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ である、上記（５）に記載の方法。
【図１】従来のＳｉ3Ｎ4スペーサ形成プロセスの最初の
必須段階である積層プロセスを実施した後の半導体構造
を示す図である。
必須段階である積層プロセスを実施した後の半導体構造
を示す図である。
【図２】従来のＳｉ3Ｎ4スペーサ形成プロセスの図１の
段階に続く必須段階であるデリニエーション・プロセス
を実施した後の半導体構造を示す図である。
段階に続く必須段階であるデリニエーション・プロセス
を実施した後の半導体構造を示す図である。
【図３】従来のＳｉ3Ｎ4スペーサ形成プロセスの図２の
段階に続く必須段階を実施した後のパターン形成された
ＳｉＯ2キャップ層によってマスクされたポリシリコン
層を含む半導体構造を示す図である。
段階に続く必須段階を実施した後のパターン形成された
ＳｉＯ2キャップ層によってマスクされたポリシリコン
層を含む半導体構造を示す図である。
【図４】従来のＳｉ3Ｎ4スペーサ形成プロセスの図３の
段階に続く必須段階であるポリシリコン層異方性エッチ
ング・プロセスを実施した後の半導体構造を示す図であ
る。
段階に続く必須段階であるポリシリコン層異方性エッチ
ング・プロセスを実施した後の半導体構造を示す図であ
る。
【図５】従来のＳｉ3Ｎ4スペーサ形成プロセスの図４の
段階に続く必須段階であるＳｉＯ2キャップ層の除去プ
ロセスを実施した後の半導体構造を示す図である。
段階に続く必須段階であるＳｉＯ2キャップ層の除去プ
ロセスを実施した後の半導体構造を示す図である。
【図６】従来のＳｉ3Ｎ4スペーサ形成プロセスの図５の
段階に続く必須段階であるＳｉ 3Ｎ4スペーサの形成プロ
セスを実施した後の半導体構造を示す図である。
段階に続く必須段階であるＳｉ 3Ｎ4スペーサの形成プロ
セスを実施した後の半導体構造を示す図である。
【図７】本発明の方法に従って、図３の構造に、ポリシ
リコン層の異方性エッチング（図４に対応する）を実施
した後の半導体構造を示す図である。
リコン層の異方性エッチング（図４に対応する）を実施
した後の半導体構造を示す図である。
【図８】本発明の方法に従って、図７の構造に、ＳｉＯ
2キャップ層除去（図５に対応する）を実施した後の半
導体構造を示す図である。
2キャップ層除去（図５に対応する）を実施した後の半
導体構造を示す図である。
【図９】本発明の方法に従って、図８の構造に、Ｓｉ3
Ｎ4スペーサ形成（図６に対応する）を実施した後の半
導体構造を示す図である。
Ｎ4スペーサ形成（図６に対応する）を実施した後の半
導体構造を示す図である。
１０、１０' 構造 １１ シリコン基板 １２ 薄い酸化シリコン（ＳｉＯ2）層 １３ ＧＣスタック １４、１４' 非ドープのポリシリコン層 １５、１５' ＳｉＯ2キャップ層 １６ 誘電体反射防止コーティング（ＳｉｘＯｙＮｚ）
層 １７ ポジ型フォトレジスト層 １８ ＳｉＯx薄膜 １９、１９' 絶縁窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）スペーサ
層 １７ ポジ型フォトレジスト層 １８ ＳｉＯx薄膜 １９、１９' 絶縁窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−89310（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−258227（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−45902（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−186091（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−293689（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−125425（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−224241（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−135478（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−135489（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/8242 H01L 27/108
Claims (7)
- 【請求項１】下にある薄いＳｉＯ2層の上に形成された
ポリシリコン層を所定のパターンに従ってエッチングす
る方法において、 前記所定のパターンに従ってパターン形成されたＳｉＯ
2キャップ層を前記ポリシリコン層の上に形成する段階
と、 得られた構造を、ＴＣＰ（トランスフォーマ・カップル
ド・プラズマ）電力およびバイアス電力を供給する２つ
のＲＦジェネレータを備えた高密度プラズマ・エッチャ
の真空チャンバ中に置く段階と、 前記ポリシリコン層の露出領域を、パターン形成された
前記ＳｉＯ2キャップ層を通して下にある前記薄いＳｉ
Ｏ2層まで、前記ＳｉＯ 2 キャップ層の厚さを維持し、Ｈ
Ｂｒ／ＨｅＯ2ベースの化学反応を用いて異方性エッチ
ングする段階であって、ポリシリコン：キャップＳｉＯ
2 選択性が１０：１より大きく、ＴＣＰ／バイアス電力
比が１．９よりも大きく、かつＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流
量比が２０よりも大きい条件下で、ポリシリコン線が形
成される段階とを含む方法。 - 【請求項２】形成されたポリシリコン線は実質的に垂直
なプロファイルを有する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記エッチング段階中に、構造の表面全体
を覆う薄い保護ＳｉＯx層が形成される、請求項１に記
載の方法。 - 【請求項４】ＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比およびＴＣＰ
／バイアス電力比がそれぞれ２８および２．４５であ
り、その結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性
が２０：１となる、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】ポリシリコン線上に窒化シリコン・スペー
サを形成する方法において、 薄いＳｉＯ2層でコーティングされたシリコン基板の上
に、ポリシリコン層およびパターン形成されたＳｉＯ2
キャップ層を形成する段階と、 前記基板を、ＴＣＰ（トランスフォーマ・カップルド・
プラズマ）電力およびバイアス電力を供給する２つのＲ
Ｆジェネレータを備えた高密度プラズマ・エッチャの真
空チャンバ中に置く段階と、 前記ポリシリコン層の露出領域を、パターン形成された
前記ＳｉＯ2キャップ層を通して下にある前記薄いＳｉ
Ｏ2層まで、前記ＳｉＯ 2 キャップ層の厚さを維持し、Ｈ
Ｂｒ／ＨｅＯ2ベースの化学反応を用いて異方性エッチ
ングする段階であって、ポリシリコン：キャップＳｉＯ
2 選択性が１０：１より大きく、ＴＣＰ／バイアス電力
比が１．９よりも大きく、かつＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流
量比が２０よりも大きい条件で、ポリシリコン線が形成
される段階と、 パターン形成された前記層のキャップＳｉＯ2材料およ
び前記エッチング段階中に構造の表面全体に形成された
薄い保護ＳｉＯx層を除去する段階と、 前記構造の上にＳｉ3Ｎ4材料のブランケット層を付着さ
せ、この層を異方性ドライ・エッチングして、前記ポリ
シリコン線の側壁に所望のＳｉ3Ｎ4スペーサを形成する
段階とを含む方法。 - 【請求項６】形成されたポリシリコン線は実質的に垂直
なプロファイルを有する、請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】ＨＢｒ／ＨｅＯ2ガス流量比およびＴＣＰ
／バイアス電力比がそれぞれ２８および２．４５であ
り、その結果、ポリシリコン：キャップＳｉＯ2選択性
が２０：１となる、請求項５に記載の方法。
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|---|---|---|---|
| EP99480061.3 | 1999-07-13 | ||
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|---|---|---|---|
| JP2000209480A Expired - Fee Related JP3358179B2 (ja) | 1999-07-13 | 2000-07-11 | ポリシリコン層のプラズマ・エッチング方法 |
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-
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