JP3611723B2 - エッチングガス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ、ＴＦＴなどの半導体デバイスの製造用途に適したエッチングガスに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
半導体やＴＦＴ等において回路を構成する各種の薄膜材料に回路パターンを形成するために薄膜材料を部分的に取り除くガスエッチングを行う必要があり、さらに、ＣＶＭ（ケミカルヴェーパーマシーニング）においてはＳｉインゴット等をガスエッチングにより切断する必要がある。
【０００３】
現在、回路形成のためのエッチングには、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６、ＮＦ_３などのガスが使用されているが、これらは地球温暖化係数が高いことが問題となっている。また、これらは比較的安定なガスであるため、エッチャントとして有用なＣＦ_３・ラジカルやＦ・ラジカル等を発生させるためには、高いエネルギーが必要であり電力消費量が大きいこと、大量の未反応排ガス処理が困難であるなどの問題がある。
【０００４】
特開平６−１３３５０号公報には、フルオロカーボン側鎖を有するスルホン酸またはそのハロゲン化物またはその酸無水物と、ＣＯ、ＳＯＦ_２、ＮＯＦなどの混合ガスによるエッチング方法が記載されており、具体的には、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｏ、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_３ＳＯ_２Ｆを用いている。しかし、本発明者等はＣＯ、ＳＯＦ_２、ＮＯＦなどの酸素を含むガスを用いるよりもより良好なエッチング性能を発揮できるガス組成を見出した。
【０００５】
【課題を解決するための具体的手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、ＣＦ_３ＳＯ_２Ｆなどを含むガスと水素または水素含有化合物ガスとの混合ガスが、よりエッチング能力の優れたガスであることを見いだし本発明に至ったものである。
【０００６】
すなわち本発明は、基板の上に堆積した膜の所定の部分を除去するための、ＣＦ₃ＳＯ₂Ｆ、Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂Ｆから選ばれる少なくとも１種以上のガスと水素または水素含有化合物ガスとを含有したエッチングガスで、該水素含有化合物ガスが、ＣＨ_４、ＮＨ_３であるエッチングガスを提供するものである。
【０００７】
以下、本発明を具体的に説明する。
例えば、ＣＦ_３ＳＯ_２Ｆを含有する本発明の混合ガスをエッチング装置に導入し、高周波あるいはマイクロ波を発生させることが可能な電極を取り付けた装置内に導入し、エッチングを行うことにより、シリコンウエハ、金属板、硝子、単結晶、多結晶などの基板上に堆積した、Ｂ、Ｐ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｓ、Ｃｒ及びその化合物、具体的には酸化物、窒化物、炭化物及びこれらの合金をＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＮＦ_３、Ｃ_４Ｆ_８等の現在汎用的に使用されているガスよりも高速度でエッチングでき、かつ優れた加工形状を実現できるものである。
【０００８】
また、本発明のガスは、プラズマ反応において所望されない地球温暖化ガスであるＣＦ_４の生成を分子内に含有する酸素の効果により遊離フッ素とフッ化炭素（ＣＦ_３等）との結合を回避する効果があるため、２次的な環境汚染の問題もない。さらに、例えばＣＦ_３ＳＯ_２Ｆは、下式に示したごとくアルカリ水溶液で分解し、固体状のＣＦ_３ＳＯ_３Ｋとして固定できるため、未反応排ガスが反応系内から環境中に放出される危険性が無く、環境中に放出されても水と徐々に反応し分解するため地球温暖化に寄与しないという優れた特徴を有する。
ＣＦ_３ＳＯ_２Ｆ ＋ ＫＯＨ → ＣＦ_３ＳＯ_３Ｋ ＋ ＨＦ
【０００９】
本発明のガスは、Ｈ_２またはＣＨ_４、ＮＨ_３等の水素含有化合物ガスを添加することにより等方的エッチング反応を起こす遊離Ｆをトラップするため、より優れた加工形状を実現可能とした。さらに、遊離フッ素と遊離ＣＦ_３との再結合確率を著しく減ずるため、ＣＦ_４の発生が殆ど完全に無くなる。
【００１０】
本発明のガスを用いたエッチング方法は、プラズマエッチング、反応性プラズマエッチング、マイクロ波エッチングなどの各種ドライエッチング条件下で実施可能である。
【００１１】
本発明のガスを用いてエッチングする場合、その流量は、１〜５０００ＳＣＣＭの範囲が好ましい。１ＳＣＣＭより流量が少ないと供給する活性種が量的に欠乏するため必要な反応速度が得られず、５０００ＳＣＣＭ以上になると未反応排ガスの処理量が多くなるため排ガス処理が困難になる。また、プラズマを発生させる反応器内部の圧力は、０．０１〜１０Ｔｏｒｒの範囲が好ましい。圧力０．０１Ｔｏｒｒ以下では十分な反応速度が得られず、１０Ｔｏｒｒ以上では寿命が長く、基板面内を均一にエッチングできるような良好なプラズマ状態を維持できなくなる問題がある。ただし、ＣＶＭの様に局部的なプラズマを必要とする場合は、圧力は７６０Ｔｏｒｒ前後の圧力で構わない。同伴ガスとして用いる水素または水素含有化合物ガスの割合は、ＣＦ_３ＳＯ_２Ｆなどの流量１００の割合に対して、１〜１００の割合の流量で用いることが好ましい。割合が１未満であれば添加する水素または水素含有化合物ガスの混合効果は認められず、１００より大きくなるとエッチャントであるＦラジカルの水素による捕集効果が大きすぎるため好ましくない。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に述べるが、かかる実施例により制限されるものではない。
【００１３】
実施例１〜９、比較例１
実施例１〜９、比較例１は、本発明の混合ガスをコンタクトホール加工に適用し、層間絶縁膜（ＳｉＯ_２）をエッチングに適応したものである。本実施例において使用したサンプルは、図１（ａ）に示すように単結晶シリコンウエハ１上にＳｉＯ_２層間絶縁膜２が形成され、さらに該ＳｉＯ_２のエッチングマスクとして開口部を設けたレジスト・マスク３を形成したものである。
【００１４】
上記ウエハを１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する電源を備えたエッチング装置内に設置し、レジスト開口部周辺の加工形状、ＳｉＯ_２エッチング速度の対レジスト比（対レジスト選択比）の測定を実施した。一例として、下記の条件でＳｉＯ_２のエッチングを行った。それらの結果を表１に示す。
（条件）
フッ化物ガス濃度 ：５０％（５０ＳＣＣＭ）
水素または水素含有化合物ガス濃度 ：５０％（５０ＳＣＣＭ）
ガス圧 ：０．２Ｔｏｒｒ
ＲＦパワー密度 ：２．２Ｗ／ｃｍ^２
（フッ化物ガスは、ＣＦ_３ＳＯ_２Ｆ、Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２Ｆ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｏを示す）
【００１５】
【表１】

【００１６】
表１に示したように、本発明のエッチングガスを用いることにより高速なエッチングレートが得られ、かつレジストに対しても高い選択性が得られた。また、レジストに対しては、精度のよい形状の配線孔を得るためには肩落ちがないエッチング特性を持つことが好ましいが、本発明のガスを用いることにより肩落ちのない加工形状が得られた（図１（ｂ）に示す）。なお、表１中のＣＤロスの○印は肩落ちがないことを示し、△印は肩落ちが認められることを示す。また比較例として、ＣＦ_４ガスを用いた。
【００１７】
比較例２、３
比較例１及び実施例１で用いたＨ_２に変えてＣＯを添加して、同一の条件で実験を実施したが、対レジスト選択比が１〜２と大幅に低下した。
【００１８】
実施例１０、比較例４、５
次に混合する水素ガス濃度を変えてエッチング試験を行った。水素を混合しなかった場合、エッチング速度は高く取れたが、対レジスト選択比は著しく低下した。また、水素をＣＦ_３ＳＯ_２Ｆ濃度の２倍混合した場合、エッチング速度が大幅に低下した。それらの結果を表２に示す。
（条件）
ＣＦ_３ＳＯ_２Ｆ流量 ：５０ＳＣＣＭ
ガス圧 ：０．２Ｔｏｒｒ
ＲＦパワー密度 ：２．２Ｗ／ｃｍ^２
【００１９】
【表２】

【００２０】
【発明の効果】
本発明のエッチングガスを用いることにより、地球温暖化の問題が無く、加工形状に優れかつ高速で良好なエッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、実施例１〜９、比較例１で用いたエッチング用サンプルの断面模式図を示し、（ｂ）は、エッチング後の断面模式図を示す。
【符号の説明】
１ シリコンウエハ
２ ＳｉＯ_２層間絶縁膜
３ レジスト・マスク

Claims (2)

1. 基板の上に堆積した膜の所定の部分を除去するための、ＣＦ₃ＳＯ₂Ｆ、Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂Ｆから選ばれる少なくとも１種以上のガスと水素または水素含有化合物ガスとを含有したエッチングガス。
2. 水素含有化合物ガスが、ＣＨ_４、ＮＨ_３であることを特徴とする請求項１記載のエッチングガス。

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