JP3371646B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造等の微細加工に用いられるプラズマ装置を用いて精密
に配線材料や絶縁膜をエッチングを行うドライエッチン
グ方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体デバイスの高集積化に伴い、その
最小デザイン・ルールは著しく縮小しており、２５６Ｍ
ＤＲＡＭ，６４ＭＳＲＡＭといった大容量メモリ素子で
は０．２５μｍクラスの微細加工技術が要求されてい
る。上記微細加工の主要技術のひとつであるドライエッ
チングについても、技術的要求がますます高度化してい
る。この技術的要求とは、エッチング・マスクや下地材
料層に対する高選択性、良好な形状制御性、実用的なエ
ッチング速度、低ダメージ性、低汚染性、良好な均一
性、良好な再現性の達成である。 【０００３】たとえば、多層配線やデバイス構造の立体
化に伴って表面段差の増大した基板上で所定の材料膜の
ドライエッチングを行う場合には、段差の側壁面にエッ
チング残渣（ストリンガー）を残存させないために、十
分なオーバーエッチングが必要である。このとき、長時
間のエッチングに伴う下地材料膜の侵食、あるいはアン
ダカットや逆テーパ形状といった所望のパターンの形状
劣化が生じてはならない。つまり、極めて高い下地選択
性、マスク選択性、異方性が要求されるのである。 【０００４】また、上述のような高段差加工ではなくと
も、たとえばＭＯＳトランジスタのゲート電極加工のよ
うに極めて難度の高い加工もある。これは、ゲート電極
が通常、所定のデザイン・ルールにおける最小加工寸法
が適用される電極パターンであること、その形状精度が
チャネル長の変動やＬＤＤサイドウォール形成の成否に
直接影響すること、厚さわずか数〜１０ｎｍ程度の薄い
ゲート絶縁膜に対して５０以上もの高い下地選択性を確
保する必要があること、特にゲート電極の構成材料とし
て高融点金属ポリサイド膜を用いた場合には、この膜が
エッチング特性の異なる２種類の膜の積層体であるため
に、異方性加工を行うための条件設定が難しいこと、等
の事情によっている。 【０００５】ところで、ドライエッチングを行うプラズ
マ装置としては様々な種類の装置が知られているが、そ
のひとつに、図９に示されるトライオード型プラズマ・
エッチング装置がある。 【０００６】この装置は、チャンバ４１の天井部を構成
する上部接地電極４２と該チャンバ４１の側壁面の一部
を構成する円環状の側壁電極４４との間に高周波電界を
印加してプラズマＰを発生させ、このプラズマＰを用い
てウェハＷのドライエッチングを行うものである。上記
チャンバ４１は、上部電極４２の背面側に設けられた排
気フード４３を通じて矢印Ａ方向に高真空排気される一
方で、ガス供給管４４を通じて矢印Ｂ_１，Ｂ_２方向から
所定のエッチング・ガスの供給を受け、これらのバラン
スによりその内部が所定の圧力に維持されている。 【０００７】上記側壁電極４４には、マッチング・ネッ
トワーク４９を介してプラズマ励起用ＲＦ電源５０が接
続されている。この側壁電極４４の表面は通常、石英か
らなるＲＦ電極カバー４５で被覆されている。一般に、
ＲＦ電源に接続される電極（ＲＦ電極）の表面では接地
電極の表面におけるよりも大きなイオン・シースが形成
されるため、その直流電界で加速されたイオンがＲＦ電
極表面をスパッタする。上記の装置の場合、側壁電極４
４がプラズマに直接接触していると表面がスパッタさ
れ、パーティクル汚染やメタル汚染をもたらす虞れが大
きい。上記ＲＦ電極カバー４５は、このような汚染を避
けるために、側壁電極４４の表面を保護する目的で設け
られている。 【０００８】チャンバ４１内でウェハＷを保持する部材
は、上記チャンバ４１の底面を構成する導電性のウェハ
・ステージ４７である。このウェハ・ステージ４７は、
先の上部電極４２に対する対向電極ではなく、プラズマ
生成とは独立に基板バイアス印加するための電極であ
る。この基板バイアスは、上記プラズマ励起用ＲＦ電源
５０よりも周波数の低いバイアス印加用ＲＦ電源５２を
マッチング・ネットワーク５１を介してウェハ・ステー
ジ４７に接続することにより、印加される。 【０００９】ウェハＷは、ウェハ・ステージ４７にクラ
ンプ４８を用いて固定されている。必要に応じ、エッチ
ング領域を規定するためのフォーカス・リング５５も併
用される。なお、これらクランプ４８やフォーカス・リ
ング５５等のウェハ周辺部材もイオン・スパッタ作用を
強く受けるため、汚染防止の意味で石英カバーに被覆さ
れている。 【００１０】上記チャンバ４１の外周側には複数の永久
磁石４６が所定の配列にて配され、該チャンバ４１の内
部にマルチカスプ磁場を形成するようになされている。
また、上部接地電極４２の背面側にも、別の永久磁石５
３が設けられている。かかる構成から、このエッチャー
は磁場閉じ込め型リアクター（ＭＣＲ＝Magnetic Confi
nement Reactor) とも呼ばれており、プラズマＰをコン
パクトに閉じ込めて高いプラズマ密度を得ることができ
る。 【００１１】この装置では、側壁電極４４が石英からな
るＲＦ電極カバー４５で被覆されているために、プラズ
マＰが励起されている間は、このＲＦ電極カバー４５と
プラズマＰとの相互作用により該ＲＦ電極カバー４５の
表面から酸素系活性種が放出される。この酸素系活性種
をエッチング反応に利用することができるため、酸素の
関与するドライエッチングにおいては、エッチング・ガ
ス中に特にＯ_２を添加しなくても、添加した場合と同等
の効果を得ることができる。 【００１２】ここで、酸素の関与するドライエッチング
の代表例は、ゲート電極加工である。ゲート電極の構成
材料としてタングステン（Ｗ）−ポリサイド膜の利用が
一般化するに伴い、エッチング・ガス系もＨＢｒ／
Ｏ_２，Ｃｌ_２／Ｏ_２，ＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｏ_２等が近年の
主流となってきた。Ｏ_２が添加されているのは、プラズ
マ中にＯ^＊（酸素ラジカル）を発生させてＷＳｉｘ膜中
のＷをオキシ塩化物（ＷＣｌｘＯｙ）の形で除去するこ
とにより、エッチングを高速化するためである。これ
は、オキシ塩化タングステン（典型的にはＷＣｌ_４Ｏ）
の沸点が塩化タングステン（典型的にはＷＣｌ_６，ＷＣ
ｌ_５）の沸点よりもかなり低いことにもとづいている。
さらにＯ_２は、パターンの側壁面にＳｉＯｘ系の強固な
側壁保護膜を形成し、なるべく少ないイオン入射エネル
ギーで優れた異方性形状を達成することにも寄与してい
る。 【００１３】このようなドライエッチングを上述のエッ
チング装置を用いて行えば、エッチング反応に重要な役
割を果たす酸素系活性種をチャンバ内の固体部材から供
給できることになる。しかも、その供給安定性は、ガス
系による供給よりも優れている。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】このように、チャンバ
４１の内部構成部材からの酸素供給というユニークな特
色を持ったトライオード型プラズマ・エッチング装置で
あるが、エッチングの内容によっては問題を生ずること
もある。その問題のひとつは、ハードマスクを用いた場
合のエッチング・パターンの異方性形状の劣化、いまひ
とつはＳｉＯｘ膜のエッチングに対応できないことであ
る。これらの問題について、順次説明する。 【００１５】ハード・マスクとは、ＳｉＯｘ等の無機材
料により構成されるエッチング・マスクのことであり、
有機レジスト材料を用いて形成される一般的なマスクに
比べてカーボン汚染を招く虞れが少ないというメリット
を有する。たとえば近年、実用化の進んでいる自己整合
コンタクト・プロセスでは、配線パターン上に設けられ
るオフセットＳｉＯｘ膜がプロセス途中でハード・マス
クの役割を果たしている。このハード・マスク自身はレ
ジスト・マスクを介したＳｉＯｘ膜のエッチングにより
形成されるが、その後レジスト・マスクを除去し、以降
は上記ＳｉＯｘ膜のパターンをハード・マスクとして用
いる。 【００１６】ここで、Ｗ−ポリサイド膜のドライエッチ
ングを、ハード・マスクを介し、かつＣｌ_２／Ｏ_２混合
ガスを用いて行うと、下層側のポリシリコン膜が異方性
加工される場合であっても、上層側のＷＳｉｘ膜にはア
ンダカットが生じ易い。これは、この系において発生し
たＯ^＊の量が、ポリシリコン膜にとっては最適であって
も、ＷＳｉｘ膜にとっては過剰だからである。レジスト
・マスクを用いた場合には、ここから供給されるＣ（炭
素）によりＯ^＊を捕捉・消費することができたが、ハー
ド・マスクを用いる場合にはこの消費効果が期待できな
いために、Ｏ^＊が過剰となり易いのである。しかしなが
ら、このように装置構成に起因して決まるＯ^＊の発生量
は、ある値以下には抑えることができない。 【００１７】また、上述のエッチング装置は、ＳｉＯｘ
膜エッチャーとして用いることができない。これは、側
壁電極４４を被覆する石英製のＲＦ電極カバー４５が同
時にエッチングされてしまうからである。したがって、
ＳｉＯｘ膜エッチャーとして用いられるトライオード型
プラズマ・エッチング装置では、ＲＦ電極カバー４５が
石英ではなく、アルマイト（酸化アルミニウム）やアル
ミナ系セラミクスで構成されている。 【００１８】ここで、近年の半導体プロセスの中には、
たとえばＤＲＡＭのビット線コンタクト加工のように、
ＳｉＯｘ膜／ポリシリコン膜／ＳｉＯｘ膜の積層膜を貫
通してコンタクト・ホールを開口するようなドライエッ
チングが行われることがある。このとき、上述したよう
に、ＳｉＯｘ膜とポリシリコン膜の両方を１台のプラズ
マ・エッチング装置でエッチングすることはできないの
で、従来はＳｉＯｘ膜エッチャーとポリシリコン膜エッ
チャーの２台の装置間でウェハＷを搬送しながらエッチ
ングを行っていた。しかし、１つのコンタクト・ホール
を開口するのに途中で２回も装置を切り替えるので、同
じ深さの通常のコンタクト・ホールの開口に比べてスル
ープットが１／３近くも低下し、生産性に重大な支障を
来たしている。 【００１９】以上述べたように、従来のトライオード型
プラズマ・エッチング装置には、Ｏ^＊供給量の制御性、
および内部構成材料の差に起因するエッチング対象物の
制限に関して改善の余地が残されている。そこで本発明
は、この改善を行うことを目的とする。 【００２０】 【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達するために提案されるものである。その基本的な考え
方は、トライオード型プラズマ・エッチング装置でイオ
ンスパッタ作用が強く働く領域、すなわち側壁電極の近
傍領域に、プラズマ接触により酸素系化学種を放出しな
い（以下、“酸素放出せず”と記載する。）第１部材
と、酸素系化学種を放出する（以下、“酸素放出可”と
記載する。）第２部材とを配し、これら両部材の各プラ
ズマ接触面積の相対比率を変化させることでエッチング
反応系内のＯ^＊の総量を自由に制御することである。 【００２１】ここで、第１部材と第２部材の構成材料と
して実用上有用な材料は、それぞれ酸化アルミニウム系
材料とＳｉＯｘ系材料である。 【００２２】上記相対比率は、前記第１部材と前記第２
部材とを前記チャンバの軸に対して同心的かつ互いに近
接して配し、前記制御手段による該第１部材と該第２部
材の相対位置関係の変更を通じて変化させることができ
る。この相対位置関係の変更は、チャンバの軸方向に沿
った昇降、あるいはこの軸の周りの回転とすることが簡
便である。 【００２３】かかるプラズマを装置を用いれば、機械的
な操作でチャンバ内のＯ^＊の発生量を容易に制御するこ
とができるので、ポリシリコン膜エッチング、ＳｉＯｘ
膜エッチング、ハード・マスクを用いたエッチング、ポ
リシリコン膜と酸化膜の積層膜のエッチング、といった
様々なプロセスに、１台のエッチング装置で対応できる
ようになる。 【００２４】 【発明の実施の形態】本発明において、チャンバの軸に
対して同心的かつ近接して配された第１部材（酸素放出
せず）と第２部材（酸素放出可）の各プラズマ接触面積
の相対比率を変化させるには、（ａ）第１部材を固定部
材、第２部材を可動部材とする、（ｂ）第１部材を可動
部材、第２部材を固定部材とする、（ｃ）第１部材と第
２部材を共に可動部材とする、のいずれかの構成にもと
づいて両部材をチャンバ内に配し、可動部材を適当な駆
動機構を用いて駆動する。いずれの構成を採用するにし
ても、チャンバ内におけるＯ^＊の総量を左右するもの
は、第２部材（酸素放出可）の絶対的なプラズマ接触面
積である。ただし、第１部材（酸素放出せず）からＯ^＊
を消費し得る化学種がスパッタアウトされないことが、
前提である。したがって、両部材のプラズマ接触面積の
相対比を最適化することは、つまりチャンバ内のＯ^＊の
総量を最適化することになる。第１部材としては、少な
くともそのプラズマ接触面が酸化アルミニウム系材料に
より構成されるものを、また第２部材としては、少なく
ともそのプラズマ接触面がＳｉＯｘ系材料により構成さ
れるものを用いると好適である。 【００２５】上記固定部材として最も実用的と考えられ
る部材は、チャンバの側壁である。チャンバ側壁は、側
壁電極をカバーする領域において最も大きなイオン・ス
パッタ作用を受けるので、少なくともこの領域に第１部
材または第２部材が配されていることが、本発明では特
に有効である。第１部材または第２部材は、側壁そのも
のを構成するものであっても良いが、側壁の表面に薄膜
形成技術により被着させたり、あるいは側壁の表面にこ
れらの適当な固体部材（ブロック，タイル等）を貼り付
けたりする等の方法で配することもできる。なお、これ
ら第１部材と第２部材は、必ずしも側壁面上をチャンバ
の周方向あるいは軸方向に沿って連続的に覆っていなく
ても良い。 【００２６】一方の可動部材は、上記側壁に近接して対
向配置可能な板状部材とすることができる。この板状部
材が開口の無いリング状の部材であれば、これを駆動機
構を使ってチャンバの軸方向に沿って昇降させることに
より、第１部材と第２部材のプラズマ接触面積の相対比
を変化させることができる。また、特に第２部材（酸素
放出可）をチャンバ側壁面上に不連続に配した場合は、
第１部材（酸素放出せず）からなりスリット状，窓状等
の開口を持つリングを用い、かつこれを駆動機構を使っ
てチャンバの軸の周りに回転させることにより、この開
口を通した第２部材の露出の度合い、すなわちプラズマ
接触面積変化させることができる。あるいは、同じ開口
を持つリングを二重に重ね、内側リングと外側リングの
回転角の差により開口の幅を制御しても良い。この二重
リング構成によれば、酸素を放出する第２部材の配置は
周方向に沿って連続的であっても構わない。 【００２７】第１部材と第２部材の両方を可動部材とす
る場合は、第１部材と第２部材とが周方向に沿って交互
に現れるような外側リングと、第１部材から構成される
開口付き内側リングとを近接して同心的に配し、双方の
回転により該開口を通した第２部材のプラズマ接触面積
を変化させると良い。ここで、上記外側リングの構成
は、第１部材からなるリング状部材の内壁面上に不連続
に第２部材を配したものであっても、逆に第２部材から
なるリング状部材の内壁面上に不連続に第１部材を配し
たものであっても良い。さらに可能であれば、第１部材
と第２部材とを交互に接ぎ合わせて全体として外側リン
グを構成するようにしても、もちろん構わない。 【００２８】かかる本発明のプラズマ装置では、所望の
プロセスに応じて第１部材と第２部材のプラズマ接触面
積の相対比を最適に設定することができる。たとえば、
ハード・マスクを用いるためにＯ^＊が過剰となり易いエ
ッチングでは、第２部材（酸素放出可）のプラズマ接触
面積を減ずるような機械的操作を行えば良く、逆に、異
方性達成のためにＯ^＊を余分に発生させたいエッチング
では、第２部材のプラズマ接触面積を増大させるような
機械的操作を行えば良い。このような相対比の設定次第
で、１台のプラズマ装置がたとえばＳｉＯｘ膜エッチャ
ーとしてもポリシリコン膜エッチャーとしても使用可能
となる。 【００２９】しかも、この設定を連続的に変更すれば、
つまり、エッチングの途中で逐次、機械的操作により第
１部材および／または第２部材を駆動すれば、基板を同
じチャンバ内に置いたままで、絶縁膜と配線膜からなる
積層膜のエッチングを連続一貫プロセスとして行うこと
が可能となる。これにより、半導体デバイス製造のスル
ープットやコストが大幅に改善される。 【００３０】 【実施例】まず、本発明を適用した実施例の説明に先立
って、本発明に先行する技術を説明する。 【００３１】先行例１ ここでは、固定部材がアルミナ系セラミクス（酸素放出
せず）からなるチャンバ側壁であり、可動部材が合成石
英（酸素放出可）からなる昇降式側壁保護リングである
トライオード型プラズマ・エッチング装置の一構成例に
ついて、図１および図２を参照しながら説明する。 【００３２】このエッチング装置は、チャンバ１の天井
部を構成する上部接地電極２と該チャンバ１の側壁面の
一部を構成する円環状の側壁電極５との間に高周波電界
を印加してプラズマＰを発生させ、このプラズマＰを用
いてウェハＷのドライエッチングを行うものである。上
記チャンバ１の側壁面は、アルミナ系セラミクスからな
る。また、チャンバ１の内部は、上部接地電極２の背面
側に設けられた排気フード３を通じて矢印Ａ方向に高真
空排気される一方で、ガス供給管４を通じて矢印Ｂ_１，
Ｂ_２方向から所定のエッチング・ガスの供給を受け、こ
れらのバランスによりその内部が所定の圧力に維持され
ている。 【００３３】上記側壁電極５には、マッチング・ネット
ワーク９を介してプラズマ励起用ＲＦ電源１０が接続さ
れている。ここでは、プラズマ励起用ＲＦ電源１０の周
波数を１３．５６ＭＨｚとした。 【００３４】ウェハＷを保持する部材は、上記チャンバ
１の底面を構成する導電性のウェハ・ステージ７である
が、このウェハ・ステージ７は先の上部接地電極２に対
する対向電極ではなく、プラズマ生成とは独立に基板バ
イアス印加するための電極である。この基板バイアス
は、上記プラズマ励起用ＲＦ電源１０よりも周波数の低
いバイアス印加用ＲＦ電源１１をマッチング・ネットワ
ーク１１を介してウェハ・ステージ７に接続することに
より、印加される。このバイアス印加用ＲＦ電源１２の
周波数は、おおよそ１００〜５００ｋＨｚの範囲で選択
することができる。 【００３５】また、上記チャンバ１の外周側は、複数の
永久磁石６に周回されている。この永久磁石６は、チャ
ンバ１の壁面にＳ極かＮ極のいずれかが対面し、かつ隣
接する磁石同士で極性が互いに逆となるように配列され
ることにより、該チャンバ１内にマルチカスプ磁場を形
成する。また、上部接地電極２の背面側にも永久磁石１
７が設けられている。 【００３６】かかる構成に加え、本先行例では独自の工
夫として、合成石英からなる昇降式側壁保護リング１４
を配設した。この昇降式側壁保護リング１４は、チャン
バ１へその底面から挿通されており、リングの下端は支
持部材１５を介してアクチュエータ１６に接続されてい
る。このアクチュエータ１６にオペレータによる手動制
御、もしくはコンピュータによる自動制御により制御信
号を転送することにより、矢印Ｂ方向への昇降量が制御
される。図２は、このチャンバ１の側壁と昇降式側壁保
護リング１４の位置関係をより解り易く示した図であ
る。 【００３７】かかる構成によると、昇降式側壁保護リン
グ１４の昇降量に応じてチャンバ１の側壁面のプラズマ
接触面積が変化すると共に、該昇降式側壁保護リング１
４のプラズマ接触面積も変化する。ここで、図１（ａ）
のように昇降式側壁保護リング１４を最高レベルに上昇
させると、プラズマＰはほぼ昇降式側壁保護リング１４
に囲まれる状態となり、合成石英がイオン・スパッタさ
れるため、エッチング反応系内へのＯ^＊の供給が見込め
るようになる。この状態は、エッチング・ガスに酸素を
添加せずにゲート電極加工を行うのに適している。一
方、図１（ｂ）のように昇降式側壁保護リング１４を最
低レベルに下降させると、プラズマはほぼチャンバ１の
側壁に囲まれる状態となる。しかし、アルミナ系セラミ
クスはイオン・スパッタ作用によりほとんどＯ^＊を放出
しない。したがってこの状態は、ＳｉＯｘ膜のエッチン
グに適している。もちろん、昇降式側壁保護リング１４
の高さを中間レベルに設定すれば、その中間の量のＯ^＊
が供給されることになり、これをエッチング条件の微調
整に利用することができる。 【００３８】なお、上述した例では、チャンバ１の側壁
がアルミナ系セラミクス、昇降式側壁保護リングが合成
石英から構成されていたが、この構成材料を逆とし、合
成石英からなるチャンバ側壁とアルミナ系セラミクスか
らなる昇降式側壁保護リングとを組み合わせても良い。
この場合は、昇降式側壁保護リング１４を最高レベルに
上昇させた状態がＳｉＯｘ膜のエッチングに適した状態
で、最低レベルに下降させた状態がゲート加工に適した
状態となる。 【００３９】先行例２ 本先行例では、アルミナ系セラミクス（酸素放出せず）
からなる保護カバーを合成石英からなるリングの内壁面
に不連続に配した外側リングと、この保護カバーに対応
する窓部を有するアルミナ系セラミクス製の内側リング
とを、共に可動部材としてチャンバ１内に配したトライ
オード型プラズマ装置について、図３および図４を参照
しながら説明する。なお、これら内側，外側のリングは
回転式側壁保護リングと総称することにする。 【００４０】図３は、このトライオード型プラズマ装置
から、回転式側壁保護リングを抜き出して図示したもの
である。外側リング２０は、その内壁面において、円周
の１２等分領域のひとつ置きの計６カ所に、矩形の保護
カバー２１を配したものである。つまりこれは、酸素を
放出しない第１部材（アルミナ系セラミクス製の保護カ
バー）と酸素を放出する部材（合成石英製の壁材）と
が、見掛け上は周方向に交互に配された構成である。一
方の内側リング２２には、同様に円周の１２等分領域の
ひとつ置き、計６カ所に矩形の窓部２３を有している。
上記保護カバー２１と上記窓部２３の相対位置は、矢印
Ｃ方向へのリングの回転にもとづいて変化させることが
できるが、この回転は外側リング２０か内側リング２２
の単独で行っても、あるいは両リングで同時に行っても
良い。 【００４１】図４は、図３のＸ−Ｘ線断面であり、上記
保護カバー２１と上記窓部２３の位置関係を解り易く示
したものである。図４（ａ）は、保護カバー２１が窓部
２３を介して全面的に露出された状態、すなわちプラズ
マ接触面のすべてがアルミナ系セラミクスとなる場合で
ある。この状態では、エッチング反応系内に装置由来の
Ｏ^＊は供給されない。一方、図４（ｂ）は、保護カバー
２１が内側リング２２に完全に遮蔽された状態、すなわ
ち窓部２３を介して外側リングの壁材である石英が露出
した場合である。この状態では、この石英の露出部分が
イオン・スパッタされて、エッチング反応系内にＯ^＊が
供給される。なお、Ｏ^＊の供給量は、図４（ａ）と図４
（ｂ）の中間的な回転角を選択することで、任意に設定
できることはもちろんである。 【００４２】上述のような回転式側壁保護リングを用い
る場合、これらのさらに外側に位置するチャンバ１の構
成材料は特に限定されるものではない。また、外側リン
グ２０を用いる代わりに、チャンバ１の側壁面に直接に
保護カバーを配するような構成であっても良い。このと
き、石英チャンバにはアルミナ系セラミクスからなる保
護カバー、アルミナ系セラミクス・チャンバには石英か
らなる保護カバーを配することとなる。 【００４３】先行例３ 本先行例では、先行例１のトライオード型プラズマ・エ
ッチング装置を用いて、オフセットＳｉＯｘ膜パターン
をマスクとするＷ−ポリサイド膜のドライエッチングを
行った。このプロセスについて、図５および図６を参照
しながら説明する。 【００４４】図５は、エッチング前のサンプル・ウェハ
を示しており、Ｓｉ基板２１上にゲートＳｉＯｘ膜２２
を介してＷ−ポリサイド膜２５を形成し、この上にさら
にオフセットＳｉＯｘ膜パターン２６を形成したもので
ある。上記Ｗ−ポリサイド膜２５は、下層側から順にｎ
^＋型のポリシリコン膜（ｐｏｌｙＳｉ）２３とタングス
テン・シリサイド（ＷＳｉｘ）膜２４とが積層されたも
のである。ここで、上記ポリシリコン膜２３はＳｉＨ_４
／ＰＨ_３混合ガスを用いた熱ＣＶＤにより約１００ｎｍ
の厚さに、また上記ＷＳｉｘ膜２４はＷＦ_６／ＳｉＨ_４
／Ｈｅ混合ガスを用いた熱ＣＶＤにより約１００ｎｍの
厚さに、それぞれ形成されている。また、上記オフセッ
トＳｉＯｘ膜パターン２６は、レジスト・パターニング
とドライエッチングを経て形成されており、図５ではレ
ジスト・パターンはアッシングにより既に除去されてい
る。 【００４５】ここで、一例として次に示す条件 ＨＢｒ流量 ５０ＳＣＣＭ Ｃｌ_２流量 ５０ＳＣＣＭ 圧力 ０．４Ｐａ ＲＦソース・パワー ８００〜１２００Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ） ＲＦバイアス・パワー １０〜１００Ｗ（１００〜５０
０ｋＨｚ） ウェハ温度 室温〜８０℃ 昇降式側壁保護リングの露出面積 ５０〜１００％ でＷ−ポリサイド膜２５をエッチングした。 【００４６】上記の条件では、ガス系に酸素系ガスが添
加されていないものの、合成石英からなる昇降式側壁保
護リング１４から酸素系化学種がスパッタアウトされる
ことにより、エッチング反応系のＯ^＊量を適正に維持す
ることができた。この結果、図６に示されるように、良
好な異方性形状を有するゲート電極２５ａを形成するこ
とができた。 【００４７】次に、本発明の具体的な実施例を説明す
る。 【００４８】実施例１ 本実施例では、先行例１のトライオード型プラズマ・エ
ッチング装置を用いて、ＡＳＩＣ用ＤＲＡＭのビット線
コンタクト・ホールを開口するために、ＳｉＯｘ／ｐｏ
ｌｙＳｉ／ＳｉＯｘ膜の積層膜の連続一貫エッチングを
行った。このプロセスについて、図７および図８を参照
しながら説明する。 【００４９】図７は、エッチング前のサンプル・ウェハ
を示しており、Ｓｉ基板３１上に厚さ約１００ｎｍの第
１のＳｉＯｘ層間絶縁膜３２、厚さ約１００ｎｍのポリ
シリコン（ｐｏｌｙＳｉ）膜３３、厚さ約５００ｎｍの
第２のＳｉＯｘ層間絶縁膜３４が順次たとえばＬＰＣＶ
Ｄ法により成膜され、さらにその上に、たとえば化学増
幅系レジスト材料からなるレジスト・パターン３５が形
成されたものである。このレジスト・パターンには、た
とえばＫｒＦエキシマ・レーザ・リソグラフィを経るこ
とにより、直径０．２５μｍの開口３６が形成されてい
る。なお、上記ポリシリコン膜３３は、このデバイスに
おける３層目ポリシリコン膜であり、プレート電極を構
成するものである。 【００５０】次に、このウェハを前述のトライオード型
プラズマ・エッチング装置にセットし、第２のＳｉＯｘ
層間絶縁膜３４をエッチングするステップ１、ポリシリ
コン膜３３をエッチングするステップ２、第１のＳｉＯ
ｘ層間絶縁膜３２をエッチングするステップ３の各エッ
チングを連続的に行った。ステップ１とステップ３のエ
ッチング条件は共通であり、たとえば、 ［ステップ１，３］ ＣＨＦ_３流量 ５０ＳＣＣＭ Ａｒ流量 ５０ＳＣＣＭ 圧力 ０．６７〜１３３Ｐａ ＲＦソース・パワー ２００〜２０００Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ５００Ｗ（１００〜５００ｋＨ
ｚ） ウェハ温度 ２５℃ 昇降式側壁保護リングの露出面積 ０％（最低レベルま
で下降） とした。 【００５１】一方、ステップ２のエッチング条件は、た
とえば、 ［ステップ２］ ＨＢｒ流量 ０〜５０ＳＣＣＭ Ｃｌ_２ １０〜１００ＳＣＣＭ 圧力 ０．２７〜１．３Ｐａ ＲＦソース・パワー ８００〜１２００Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ） ＲＦバイアス・パワー １５Ｗ（１００〜５００ｋＨ
ｚ） ウェハ温度 ７０℃ 昇降式側壁保護リングの露出面積 １００％（最高レベ
ルまで上昇） とした。このエッチングにより、図８に示されるよう
に、エッチング特性の異なる膜の積層膜に良好な異方性
形状を有するコンタクト・ホール３７を開口することが
できた。このコンタクト・ホール３７には、後工程にお
いてビット線が埋め込まれる。 【００５２】従来、この種の積層膜のエッチングを行う
際には、チャンバの壁材の制約があるために、ＳｉＯｘ
膜のエッチングとｐｏｌｙＳｉ膜のエッチングを別のエ
ッチング装置で行う必要があり、装置間ウェハ搬送に伴
うスループットの低下や新たな汚染を招く虞れが大きか
った。しかし本発明によれば、上述のように昇降式側壁
保護リングの機械的な昇降のみでチャンバの壁材を変更
することができるので、ウェハをエッチング途中で搬送
する必要が無く、従来のような問題は生じない。 【００５３】以上、実施例について説明したが、本発明
はこれらの実施例に限定されるものではない。たとえ
ば、トライオード・エッチング装置の構成、サンプル・
ウェハの構成、ドライエッチング条件等の細部は、適宜
変更・選択が可能である。 【００５４】 【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、Ｏ^＊供給量の制御性、および内部構成材料
の差に起因するエッチング対象物に関する制限を取り払
い、ドライエッチングにおける優れた異方性形状、最適
な対ＳｉＯｘ膜選択比を達成することができる。しか
も、最適条件が大幅に異なるドライエッチングに１台の
プラズマ装置で対応することが可能となるため、スルー
プットやパーティクル・レベルの改善が見込まれる。ま
た、異種材料のエッチングを要するために従来複雑とさ
れていたプロセスが簡略化できることは、デバイス構造
設計の自由度を高めることにもつながる。したがって本
発明は、精密で効率的なドライエッチングの実現を通じ
て、半導体デバイスの微細化，高集積化，高性能化に大
きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明を適用したトライオード型プラズマ・エ
ッチング装置の構成例を示す模式的断面図であり、
（ａ）は昇降式側壁保護リングを上昇させた状態、
（ｂ）は下降させた状態をそれぞれ表す。 【図２】図１の昇降式側壁保護リングとチャンバの一部
を示す斜視図である。 【図３】図２の変形例として回転式側壁保護リングを示
す斜視図である。 【図４】図２のＸ−Ｘ線断面図であり、（ａ）は内側リ
ングによる外側リングの壁材の遮蔽状態、（ｂ）は内側
リングによる外側リングの壁材の開放状態をそれぞれ表
す。 【図５】本発明のドライエッチング方法を適用したプロ
セス例において、Ｗ−ポリサイド膜上にＳｉＯｘ膜パタ
ーンを形成した状態を示す模式的断面図である。 【図６】図５のＳｉＯｘ膜パターンをマスクとしてＷ−
ポリサイド膜を異方性エッチングした状態を示す模式的
断面図である。 【図７】本発明のドライエッチングを適用した他のプロ
セス例において、ＳｉＯｘ／ｐｏｌｙＳｉ／ＳｉＯｘ積
層膜上でレジスト・パターニングを行った状態を示す模
式的断面図である。 【図８】図７のレジスト・パターンをマスクとしてＳｉ
Ｏｘ／ｐｏｌｙＳｉ／ＳｉＯｘ積層膜の連続一貫エッチ
ングを行った状態を示す模式的断面図である。 【図９】従来の一般的なトライオード型プラズマ・エッ
チング装置の一構成例を示す模式的断面図である。 【符号の説明】 １ チャンバ、 ２ 上部接地電極、 ５ 側壁電極、
７ ウェハ・ステージ、 １０ プラズマ励起用ＲＦ
電源、 １２ バイアス印加用ＲＦ電源、 １４昇降式
側壁保護リング、 １５ 支持部材、 １６ アクチュ
エータ、 ２０外側リング、 ２１ 保護カバー、 ２
２ 内側リング、 ２３ 窓部、 ２５ Ｗ−ポリサイ
ド膜、 ２５ａ ゲート電極、 ２６ オフセットＳｉ
Ｏｘ膜パターン、 ３２ 第１のＳｉＯｘ層間絶縁膜、
３３ ポリシリコン膜、 ３４ 第２のＳｉＯｘ層間
絶縁膜、 ３５ レジスト・パターン、 ３７ コンタ
クト・ホール、 Ｐ プラズマ、 Ｗ ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── 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 C23F 4/00 H05H 1/46

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 チャンバの天井部を構成する上部電極
   と、該チャンバの側壁の少なくとも一部に沿って設けら
   れる側壁電極との間に印加される電界により励起される
   プラズマを用い、該チャンバ内に収容された基板に対し
   て所定のエッチングを施すドライエッチング方法であっ
   て、 前記エッチングは、前記プラズマと接触しても酸素系化
   学種を放出しない第１部材と、前記プラズマとの接触に
   より酸素系化学種を放出する第２部材とが配された前記
   チャンバ内で、前記第１部材と前記第２部材の各プラズ
   マ接触面積の相対比率を制御手段を用いて制御し、 前記第２部材のプラズマ接触面積の相対比率を減じて絶
   縁膜をエッチングするステップと、この相対比率を上昇
   させて配線膜をエッチングするステップとを組み合わせ
   ることにより、絶縁膜と配線膜からなる積層膜の連続一
   貫エッチングを行うドライエッチング方法。