JP3498764B2 - 多結晶シリコン膜のエッチング方法 - Google Patents
多結晶シリコン膜のエッチング方法Info
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶シリコン膜のエッ
チング方法に関する。
チング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積化、高性
能化が進む中で、サブミクロン以下のＭｅｔａｌ−Ｏｘ
ｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ（以下、ＭＯＳと記す）型トラ
ンジスタが実現しつつある。サブミクロン以下のＭＯＳ
型トランジスタでは、ゲート絶縁膜である二酸化シリコ
ン膜の厚さは、２０ｎｍ以下と非常に薄くなる。このた
め、ゲート材料である多結晶シリコン膜のエッチングで
は、下地の二酸化シリコン膜との選択比の確保が非常に
重要になってきている。
能化が進む中で、サブミクロン以下のＭｅｔａｌ−Ｏｘ
ｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ（以下、ＭＯＳと記す）型トラ
ンジスタが実現しつつある。サブミクロン以下のＭＯＳ
型トランジスタでは、ゲート絶縁膜である二酸化シリコ
ン膜の厚さは、２０ｎｍ以下と非常に薄くなる。このた
め、ゲート材料である多結晶シリコン膜のエッチングで
は、下地の二酸化シリコン膜との選択比の確保が非常に
重要になってきている。
【０００３】図７に、従来の多結晶シリコン膜のエッチ
ング方法を示す。被エッチング試料は次のように構成さ
れている。すなわちシリコン基板１上に二酸化シリコン
膜２が形成され、その上に多結晶シリコン膜３が形成さ
れ、その上にレジスト膜４でマスクが形成されている。
多結晶シリコン膜３のエッチングには、塩素系ガス、ま
たは、臭素系ガス、または、塩素系ガスと臭素系ガスの
混合ガスを使用している。多結晶シリコン膜３のエッチ
ング中、下地の二酸化シリコン膜２が表出すると、二酸
化シリコン膜２は、レジスト膜４から放出される炭素に
よってエッチングされはじめる。前記炭素により二酸化
シリコン膜２がエッチングされる反応式を下に示す。
ング方法を示す。被エッチング試料は次のように構成さ
れている。すなわちシリコン基板１上に二酸化シリコン
膜２が形成され、その上に多結晶シリコン膜３が形成さ
れ、その上にレジスト膜４でマスクが形成されている。
多結晶シリコン膜３のエッチングには、塩素系ガス、ま
たは、臭素系ガス、または、塩素系ガスと臭素系ガスの
混合ガスを使用している。多結晶シリコン膜３のエッチ
ング中、下地の二酸化シリコン膜２が表出すると、二酸
化シリコン膜２は、レジスト膜４から放出される炭素に
よってエッチングされはじめる。前記炭素により二酸化
シリコン膜２がエッチングされる反応式を下に示す。
【０００４】-Si-O- + C + Br(or Cl) --> C-Ox + Si-B
rx(or Si-Clx)
rx(or Si-Clx)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特に、下地の二酸化シ
リコン膜２が薄くなると、図８に示すように、シリコン
基板１までエッチングされてしまうため、信頼性上大き
な課題となっている。
リコン膜２が薄くなると、図８に示すように、シリコン
基板１までエッチングされてしまうため、信頼性上大き
な課題となっている。
【０００６】このように、レジスト膜４をマスクとした
従来の多結晶シリコン膜３のエッチングでは、レジスト
膜４から炭素が発生するため、二酸化シリコン膜２との
高選択比を得ることが困難であった。
従来の多結晶シリコン膜３のエッチングでは、レジスト
膜４から炭素が発生するため、二酸化シリコン膜２との
高選択比を得ることが困難であった。
【０００７】本発明は上記、従来の問題点に鑑み、エッ
チングマスクにレジスト膜を使用した場合でも下地の二
酸化シリコン膜との高選択比が得られる、多結晶シリコ
ン膜のエッチング方法を提供することを目的とするもの
である。
チングマスクにレジスト膜を使用した場合でも下地の二
酸化シリコン膜との高選択比が得られる、多結晶シリコ
ン膜のエッチング方法を提供することを目的とするもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、マスクとなるレジスト膜の周囲に酸化シ
リコン膜を堆積させながら、多結晶シリコン膜をエッチ
ングする多結晶シリコン膜のエッチング方法とする。ま
た、レジスト膜の周囲に酸化シリコン膜を堆積させなが
ら多結晶シリコン膜をエッチングした後、被エッチング
試料をエッチング装置から搬出せずに、連続してレジス
ト膜の側壁および上部に堆積した酸化シリコン膜を除去
する多結晶シリコン膜のエッチング方法とする。
に、本発明は、マスクとなるレジスト膜の周囲に酸化シ
リコン膜を堆積させながら、多結晶シリコン膜をエッチ
ングする多結晶シリコン膜のエッチング方法とする。ま
た、レジスト膜の周囲に酸化シリコン膜を堆積させなが
ら多結晶シリコン膜をエッチングした後、被エッチング
試料をエッチング装置から搬出せずに、連続してレジス
ト膜の側壁および上部に堆積した酸化シリコン膜を除去
する多結晶シリコン膜のエッチング方法とする。
【０００９】
【作用】本発明は、エッチング中にレジスト膜の周囲に
酸化シリコン膜を堆積させるため、レジスト膜からの炭
素の放出を抑えることが可能となる。このため、レジス
ト膜をエッチングマスクとして使用した場合でも、高選
択比を得ることができる。また、多結晶シリコン膜をエ
ッチングした後、同装置内で連続してレジスト膜の周囲
に堆積した酸化シリコン膜をエッチングするため、レジ
スト膜を酸素プラズマで容易に剥離することができる。
さらにパーティクルの発生源となるエッチング装置内の
酸化シリコン膜の堆積物を除去することができ、歩留り
の向上がはかれる。
酸化シリコン膜を堆積させるため、レジスト膜からの炭
素の放出を抑えることが可能となる。このため、レジス
ト膜をエッチングマスクとして使用した場合でも、高選
択比を得ることができる。また、多結晶シリコン膜をエ
ッチングした後、同装置内で連続してレジスト膜の周囲
に堆積した酸化シリコン膜をエッチングするため、レジ
スト膜を酸素プラズマで容易に剥離することができる。
さらにパーティクルの発生源となるエッチング装置内の
酸化シリコン膜の堆積物を除去することができ、歩留り
の向上がはかれる。
【００１０】
【実施例】以下本発明のエッチング方法の第一の実施例
を図面を用いて説明する。図１に被エッチング試料の断
面構造図を示す。被エッチング試料は、次のように構成
した。シリコン基板１０１の表面に２０ｎｍの二酸化シ
リコン膜１０２を成長させた。この後、２００ｎｍの多
結晶シリコン膜１０３を二酸化シリコン膜１０２上に成
長させた。この後、多結晶シリコン膜１０３上に、レジ
スト膜１０４でライン状のパターンを形成した。
を図面を用いて説明する。図１に被エッチング試料の断
面構造図を示す。被エッチング試料は、次のように構成
した。シリコン基板１０１の表面に２０ｎｍの二酸化シ
リコン膜１０２を成長させた。この後、２００ｎｍの多
結晶シリコン膜１０３を二酸化シリコン膜１０２上に成
長させた。この後、多結晶シリコン膜１０３上に、レジ
スト膜１０４でライン状のパターンを形成した。
【００１１】本発明者の検討によれば、レジスト膜１０
４の周囲に酸化シリコン膜を堆積させる方法の一つとし
て、エッチング処理室の内壁の少なくとも一部の温度を
ウェーハ温度よりも３０度以上高くなるように設定し、
エッチングガス中に酸素ガスを添加することにより、酸
化シリコン膜を堆積できることを見い出した。
４の周囲に酸化シリコン膜を堆積させる方法の一つとし
て、エッチング処理室の内壁の少なくとも一部の温度を
ウェーハ温度よりも３０度以上高くなるように設定し、
エッチングガス中に酸素ガスを添加することにより、酸
化シリコン膜を堆積できることを見い出した。
【００１２】エッチング装置とエッチング条件は次の通
りである。エッチング装置（図２）は平行平板型電極
で、上部電極２０１に電力を引加し、下部電極２０２上
にウェーハ２０３を設置した。高圧電源２０４の周波数
は１３．５６ＭＨｚで、印加電力は３００Ｗとした。本
実施例では、上部電極２０１の温度がウェーハ２０３の
温度よりも４０度高くなるように、ヒーター２０５によ
り上部電極２０１の温度を１００℃に、温調水２０６に
より下部電極２０２の温度を６０℃に調温した。エッチ
ングガスは、ガス導入口２０７から導入し、排気口２０
８から排気した。ガス圧力は１３Ｐａ〜３３Ｐａ、ＨＢ
ｒガス流量は８０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量は０ｓｃｃｍ
〜２ｓｃｃｍの範囲でエッチングを実施した。
りである。エッチング装置（図２）は平行平板型電極
で、上部電極２０１に電力を引加し、下部電極２０２上
にウェーハ２０３を設置した。高圧電源２０４の周波数
は１３．５６ＭＨｚで、印加電力は３００Ｗとした。本
実施例では、上部電極２０１の温度がウェーハ２０３の
温度よりも４０度高くなるように、ヒーター２０５によ
り上部電極２０１の温度を１００℃に、温調水２０６に
より下部電極２０２の温度を６０℃に調温した。エッチ
ングガスは、ガス導入口２０７から導入し、排気口２０
８から排気した。ガス圧力は１３Ｐａ〜３３Ｐａ、ＨＢ
ｒガス流量は８０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量は０ｓｃｃｍ
〜２ｓｃｃｍの範囲でエッチングを実施した。
【００１３】上記のようにウェーハ２０３と上部電極２
０１の温度差を４０度に調節し、エッチングガス、すな
わち臭素系ガスまたは塩素系ガスまたは臭素系ガスと塩
素系ガスの混合ガスに酸素ガスを添加することにより、
Ｓｉ−Ｂｒｘがガス中のＯと反応し、図３に示すよう
に、レジスト膜１０４の周囲に酸化シリコン膜３０１が
堆積した。
０１の温度差を４０度に調節し、エッチングガス、すな
わち臭素系ガスまたは塩素系ガスまたは臭素系ガスと塩
素系ガスの混合ガスに酸素ガスを添加することにより、
Ｓｉ−Ｂｒｘがガス中のＯと反応し、図３に示すよう
に、レジスト膜１０４の周囲に酸化シリコン膜３０１が
堆積した。
【００１４】前記レジスト膜１０４の周囲への酸化シリ
コン膜３０１の堆積の有無は図４のようになった。図４
の横軸はガス圧力、縦軸は酸素ガス流量である。酸素ガ
ス流量が多いほど、また、ガス圧力が高いほど、レジス
ト膜１０４の周囲に酸化シリコン膜３０１が堆積するこ
とがわかる。
コン膜３０１の堆積の有無は図４のようになった。図４
の横軸はガス圧力、縦軸は酸素ガス流量である。酸素ガ
ス流量が多いほど、また、ガス圧力が高いほど、レジス
ト膜１０４の周囲に酸化シリコン膜３０１が堆積するこ
とがわかる。
【００１５】また、下地の二酸化シリコン膜１０２との
選択比を図５に示す。図５の横軸はガス圧力、縦軸は酸
素ガス流量である。図４および図５からわかるように、
レジスト膜１０４の周囲が酸化シリコン膜３０１で覆わ
れると、下地の二酸化シリコン膜１０２との選択比は１
５０以上が得られる。すなわち、多結晶シリコン膜１０
３のエッチング速度が下地の二酸化シリコン膜１０２の
エッチング速度の１５０倍以上となる。
選択比を図５に示す。図５の横軸はガス圧力、縦軸は酸
素ガス流量である。図４および図５からわかるように、
レジスト膜１０４の周囲が酸化シリコン膜３０１で覆わ
れると、下地の二酸化シリコン膜１０２との選択比は１
５０以上が得られる。すなわち、多結晶シリコン膜１０
３のエッチング速度が下地の二酸化シリコン膜１０２の
エッチング速度の１５０倍以上となる。
【００１６】本実施例では、エッチング中に、レジスト
膜１０４の周囲に酸化シリコン膜３０１を堆積させる方
法として、エッチングガスに酸素ガスを添加する方法を
示したが、レジスト膜１０４の周囲に酸化シリコン膜３
０１が堆積するならば、どのような方法でも良いことは
言うまでもない。
膜１０４の周囲に酸化シリコン膜３０１を堆積させる方
法として、エッチングガスに酸素ガスを添加する方法を
示したが、レジスト膜１０４の周囲に酸化シリコン膜３
０１が堆積するならば、どのような方法でも良いことは
言うまでもない。
【００１７】以下本発明のエッチング方法の第二の実施
例を図面を用いて説明する。図６（ａ）に被エッチング
試料の断面構造図を示す。被エッチング試料は、次のよ
うに構成した。シリコン基板１０１の表面に２０ｎｍの
二酸化シリコン膜１０２を成長させた。この後、２００
ｎｍの多結晶シリコン膜１０３を二酸化シリコン膜１０
２上に成長させた。この後、多結晶シリコン膜１０３上
に、レジスト膜１０４でライン状のパターンを形成し
た。
例を図面を用いて説明する。図６（ａ）に被エッチング
試料の断面構造図を示す。被エッチング試料は、次のよ
うに構成した。シリコン基板１０１の表面に２０ｎｍの
二酸化シリコン膜１０２を成長させた。この後、２００
ｎｍの多結晶シリコン膜１０３を二酸化シリコン膜１０
２上に成長させた。この後、多結晶シリコン膜１０３上
に、レジスト膜１０４でライン状のパターンを形成し
た。
【００１８】エッチング装置は図２に示す装置を使用し
た。多結晶シリコン膜１０３のエッチング条件は、高圧
印加電力３００Ｗ、ガス圧力３３Ｐａ、ＨＢｒガス流量
８０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量２ｓｃｃｍ、処理時間１９
０ｓｅｃとした。レジスト膜１０４の周囲の酸化シリコ
ン膜３０１のエッチング条件は，高圧印加電力２５０
Ｗ、圧力２０Ｐａ、ＨＣｌガス流量４０ｓｃｃｍ、ＣＦ
4 ガス流量２０ｓｃｃｍ、処理時間８ｓｅｃとした。酸
素プラズマの条件は高圧印加電力１ＫＷ、圧力１３０Ｐ
ａ、酸素ガス流量６００ｓｃｃｍ、処理時間６０ｍｉｎ
とした。
た。多結晶シリコン膜１０３のエッチング条件は、高圧
印加電力３００Ｗ、ガス圧力３３Ｐａ、ＨＢｒガス流量
８０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量２ｓｃｃｍ、処理時間１９
０ｓｅｃとした。レジスト膜１０４の周囲の酸化シリコ
ン膜３０１のエッチング条件は，高圧印加電力２５０
Ｗ、圧力２０Ｐａ、ＨＣｌガス流量４０ｓｃｃｍ、ＣＦ
4 ガス流量２０ｓｃｃｍ、処理時間８ｓｅｃとした。酸
素プラズマの条件は高圧印加電力１ＫＷ、圧力１３０Ｐ
ａ、酸素ガス流量６００ｓｃｃｍ、処理時間６０ｍｉｎ
とした。
【００１９】図６（ｂ）に示すようにエッチング開始と
同時にレジスト膜１０４の周囲に、反応ガスであるＳｉ
−Ｂｒxがガス中のＯと反応して生成された酸化シリコ
ン膜３０１が堆積した。そのためレジスト膜１０４から
の炭素の放出を防ぐことができ、３７０の高選択比が得
られた。多結晶シリコン１０３のエッチング終了後（図
６（ｃ））、同装置で連続して、図６（ｄ）に示すよう
に酸化シリコン膜３０１のエッチングを実施した。この
連続した酸化シリコン膜３０１のエッチングにより、パ
ーティクル発生源となるエッチング装置内の酸化シリコ
ン膜の堆積物も除去することができ、エッチング装置の
パーティクル低減に大きな効果が出た。
同時にレジスト膜１０４の周囲に、反応ガスであるＳｉ
−Ｂｒxがガス中のＯと反応して生成された酸化シリコ
ン膜３０１が堆積した。そのためレジスト膜１０４から
の炭素の放出を防ぐことができ、３７０の高選択比が得
られた。多結晶シリコン１０３のエッチング終了後（図
６（ｃ））、同装置で連続して、図６（ｄ）に示すよう
に酸化シリコン膜３０１のエッチングを実施した。この
連続した酸化シリコン膜３０１のエッチングにより、パ
ーティクル発生源となるエッチング装置内の酸化シリコ
ン膜の堆積物も除去することができ、エッチング装置の
パーティクル低減に大きな効果が出た。
【００２０】この後、被エッチング試料をアッシング装
置に移動して、酸素プラズマ処理を行った。酸化シリコ
ン膜３０１で覆われたレジスト膜１０４は、酸素プラズ
マ処理では除去できないが、レジスト膜１０４の周囲の
酸化シリコン膜３０１を除去したため、レジスト膜１０
４を完全に除去することができた（図６（ｅ））。
置に移動して、酸素プラズマ処理を行った。酸化シリコ
ン膜３０１で覆われたレジスト膜１０４は、酸素プラズ
マ処理では除去できないが、レジスト膜１０４の周囲の
酸化シリコン膜３０１を除去したため、レジスト膜１０
４を完全に除去することができた（図６（ｅ））。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明は、レジスト膜の周
囲に酸化シリコン膜を堆積させながら、多結晶シリコン
膜をエッチングするものである。このため、レジスト膜
からの炭素の放出を抑えることが可能となり、レジスト
膜をエッチングマスクとして使用した場合でも、下地の
二酸化シリコン膜に対し高選択比を得ることができる。
このため、ゲート絶縁膜として薄い二酸化シリコンを有
するＭＯＳ型トランジスタの信頼性の向上に大きく寄与
する。また、レジスト膜の周囲に酸化シリコン膜を堆積
させながら多結晶シリコン膜をエッチングした後、被エ
ッチング試料をエッチング装置から搬出せずに、連続し
て、レジスト膜の側壁および上部に堆積した酸化シリコ
ン膜を除去している。このため、レジスト膜を酸素プラ
ズマで容易に剥離することができる。さらに、この連続
した酸化シリコン膜の除去のため、パーティクルの発生
源となるエッチング装置内の酸化シリコン膜の堆積物を
除去することができ、半導体装置の歩留まり向上に大き
く寄与するものである。
囲に酸化シリコン膜を堆積させながら、多結晶シリコン
膜をエッチングするものである。このため、レジスト膜
からの炭素の放出を抑えることが可能となり、レジスト
膜をエッチングマスクとして使用した場合でも、下地の
二酸化シリコン膜に対し高選択比を得ることができる。
このため、ゲート絶縁膜として薄い二酸化シリコンを有
するＭＯＳ型トランジスタの信頼性の向上に大きく寄与
する。また、レジスト膜の周囲に酸化シリコン膜を堆積
させながら多結晶シリコン膜をエッチングした後、被エ
ッチング試料をエッチング装置から搬出せずに、連続し
て、レジスト膜の側壁および上部に堆積した酸化シリコ
ン膜を除去している。このため、レジスト膜を酸素プラ
ズマで容易に剥離することができる。さらに、この連続
した酸化シリコン膜の除去のため、パーティクルの発生
源となるエッチング装置内の酸化シリコン膜の堆積物を
除去することができ、半導体装置の歩留まり向上に大き
く寄与するものである。
【図１】本発明の第一の実施例における被エッチング試
料の断面図
料の断面図
【図２】同第一実施例におけるエッチング装置の断面図
【図３】同第一実施例におけるエッチング後の被エッチ
ング試料の断面図
ング試料の断面図
【図４】同第一実施例におけるレジスト膜周囲に堆積す
る酸化シリコン膜、圧力と酸素ガス流量依存性を示す図
る酸化シリコン膜、圧力と酸素ガス流量依存性を示す図
【図５】同第一実施例における、多結晶シリコン膜と下
地の二酸化シリコン膜との選択比の圧力と酸素ガス流量
依存性を示す図
地の二酸化シリコン膜との選択比の圧力と酸素ガス流量
依存性を示す図
【図６】本発明の第二の実施例における、多結晶シリコ
ン膜のエッチングを説明するための試料の断面図
ン膜のエッチングを説明するための試料の断面図
【図７】従来技術による多結晶シリコン膜のエッチング
を説明するための試料の断面図
を説明するための試料の断面図
【図８】同従来のエッチング後の試料の断面図
１０１ シリコン基板
１０２ 二酸化シリコン膜
１０３ 多結晶シリコン膜
１０４ レジスト膜
２０１ 上部電極
２０２ 下部電極
２０３ 高圧電源
２０４ ガス導入口
２０５ ヒーター
２０６ ウェーハ
２０７ 排気口
２０８ 温調水
３０１ 酸化シリコン膜
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
C23F 4/00
H01L 29/78
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン基板上に二酸化シリコン膜、多
結晶シリコン膜を順次積層し、レジスト膜をマスクに
し、臭素系ガスに酸素を添加した混合ガス、または塩素
系ガスに酸素を添加した混合ガス、または臭素系ガスと
塩素系ガスの混合ガスに酸素を添加した混合ガスをエッ
チングガスとして用い、エッチング処理室の内壁の少な
くとも一部の温度をウェーハ温度よりも３０度以上高く
設定し、且つ、ガス圧及び酸素ガス流量を制御すること
によって、レジスト膜の周囲に酸化シリコン膜を堆積さ
せながら多結晶シリコン膜をエッチングし、その後にこ
のウェーハをエッチング装置から搬出せずに連続してレ
ジスト膜の側壁および上部に堆積した酸化シリコン膜
を、ＨＣｌガスとＣＦ 4 ガスの混合ガスをエッチングガ
スとして用いてエッチング除去することを特徴とする多
結晶シリコン膜のエッチング方法。 - 【請求項２】 シリコン基板上に二酸化シリコン膜、多
結晶シリコン膜を順次積層し、レジスト膜をマスクに
し、臭素系ガスに酸素を添加した混合ガス、または塩素
系ガスに酸素を添加した混合ガス、または臭素系ガスと
塩素系ガスの混合ガスに酸素を添加した混合ガスをエッ
チングガスとして用い、エッチング処理室の上部電極の
温度をウェーハ温度よりも３０度以上高く設定し、且
つ、ガス圧及び酸素ガス流量を制御することによって、
レジスト膜の周囲に酸化シリコン膜を堆積させながら多
結晶シリコン膜をエッチングし、その後にこのウェーハ
をエッチング装置から搬出せずに連続してレジスト膜の
側壁および上部に堆積した酸化シリコン膜を、ＨＣｌガ
スとＣＦ 4 ガスの混合ガスをエッチングガスとして用い
てエッチング除去することを特徴とする多結晶シリコン
膜のエッチング方法。 - 【請求項３】多結晶シリコン膜のエッチング速度が下地
の二酸化シリコン膜のエッチング速度の１５０倍以上で
ある請求項１又は請求項２のいずれかに記載の多結晶シ
リコン膜のエッチング方法。
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| JP08893195A JP3498764B2 (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | 多結晶シリコン膜のエッチング方法 |
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- 1996-04-23 TW TW085104846A patent/TW325583B/zh active
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|---|---|---|---|
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