JP3883144B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、被エッチング体をエッチングする際、加工精度を向上させるため被エッチング体の側壁に保護膜を形成しながらエッチングを行う半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置においては、集積度の向上の結果、素子の微細化が進み、より高く、かつ均一な加工精度が要求されるようになっている。
特に、近年のようにより微細なパターンを形成するときには、その加工精度の高低、及び不均一性が顕著に加工形状に現れるため、加工形状にバラツキが生じて、出来上がったデバイスの性能を大きく左右することが多くなってきた。例えば、ポリシリコン膜からなるゲート電極や配線の幅にばらつきが生じた場合、特性が変動してしまう。
【０００３】
図４（ａ）〜（ｃ）に従来例のエッチング方法を示す。図４（ａ），（ｂ）は断面図、図４（ｃ）は上面図である。
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、異方性エッチングにおいては、被エッチング体１をエッチングするとともに、エッチングで生じた反応生成物を被エッチング体１の側壁に付着させて側壁保護膜５ａ、５ｂを形成し、さらにエッチングを続けることで、加工精度を維持してきた。なお、図中、４ａ，４ｂはレジスト膜である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エッチングにより生じた反応生成物はエッチングされつつある被エッチング体３の側壁に等方的に飛んでくるため、形成されるパターン３ａ，３ｂのアスペクト比の大小や、それらのパターン配置の粗密度等により側壁保護膜５ａ，５ｂの厚さや組成が場所により不均一になってくる。
【０００５】
即ち、図４（ｂ）に示すように、パターン配置が密な部分では反応生成物が入り込みにくいため側壁保護膜は薄く、パターン配置が粗な部分では反応生成物が側壁に付着しやすいため、側壁保護膜は厚くなる。このため、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、側壁の保護が十分でない箇所では、側壁保護膜の再エッチングや脱離が生じて、パターン３ａ，３ｂの加工形状の歪みが生じたり、パターン３ａ，３ｂの細りが生じたりする恐れがある。
【０００６】
また、図５（ａ），（ｂ）は他の従来例のエッチング方法を示す斜視図及び断面図である。図５（ａ），（ｂ）に示すように、下地膜１２ａ，１２ｂの表面形状、即ち表面の凹凸等により下地膜１２ａ，１２ｂ上に形成された被エッチング体１３の膜厚ｔ１，ｔ２に差を生じ、その膜厚の違いから、平坦な部分で被エッチング体１３が殆どエッチングされた後にストリングとよばれるエッチングの残差１５が生じる。これを除去するためにオーバエッチングを行うと、被エッチング体１３がほとんど存在しないためにプラズマ中にエッチャントが過剰になり、このため、折角形成した側壁保護膜が再エッチングされたり、側壁保護膜が脱離したりする場合がある。これにより、側壁保護膜が無くなった部分や、薄くなった部分から本来エッチングされてはならない部分がエッチングされ、加工形状を悪化させるという問題がある。
【０００７】
さらに、上記の現象を防止するために、被エッチング体のエッチング中に厚い膜厚の側壁保護膜を形成できるようなプロセスを選択せざるを得ず、側壁保護膜の膜厚の厚薄を生じさせる原因となり、加工の融通性を損なうこともある。また、図４（ｂ）に示すように、側壁保護膜５ａ，５ｂが厚くなると加工されたパターンも垂直形状の側壁（側壁の断面形状が垂直な場合を異方性形状という。）が得られず、台形状になってしまう。
【０００８】
ところで、上記のパターン配置の粗密差による加工精度の低下をなくすためには、薄い膜厚の側壁保護膜で十分な側壁の保護が可能なエッチング方法が要求されるが、特にハロゲン系のガスを用いた導電膜のエッチングにおいては、側壁保護膜として緻密なものは得難く、また、上記オーバエッチングの際の再反応や脱離による保護能力の低下から側壁保護膜を薄くするということ自体に限界があり、微細で高精度な加工を妨げていた。
【０００９】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、最終的に形成されるパターンのアスペクト比やパターン配置の粗密度によらず保護が必要な部分に均一に緻密で薄い側壁保護膜を形成して、パターンの加工形状の歪みを防ぎ、かつパターンの加工精度を向上させることができるエッチング方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、第１の発明である、シリコンをエッチングするハロゲン又はハロゲン化水素を含むエッチングガスと、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとを混合する工程と、前記混合ガスに、パルス幅が１００μｓ乃至１ｍｓであり、デューティ比が５０％以下であるパルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化する工程と、前記シリコンを前記プラズマに曝して前記シリコンをエッチングし、前記エッチング中の前記シリコンの側壁に、前記ハロゲンおよび前記シリコンからなる反応生成物であって前記炭素（Ｃ）および前記フッ素（Ｆ）を含有する保護膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決され、
第２の発明である、凹凸を有する基板上のシリコンをエッチングするハロゲン又はハロゲン化水素を含むエッチングガスと、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとを混合する工程と、前記混合ガスに、パルス幅が１００μｓ乃至１ｍｓであり、デューティ比が５０％以下であるパルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化する工程と、前記シリコンを前記プラズマに曝して前記シリコンをエッチングし、前記エッチング中の前記シリコンの側壁に、前記ハロゲンおよび前記シリコンからなる反応生成物であって前記炭素（Ｃ）および前記フッ素（Ｆ）を含有する保護膜を形成する工程と、前記基板の平坦部での前記シリコンのエッチングが終了した後も、さらに前記シリコンを前記プラズマに曝し続けてエッチングする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決され、
第３の発明である、前記ハロゲン又はハロゲン化水素を含むガスは、ＮＦ3、ＳＦ6、Ｃｌ2、Ｂｒ2、Ｉ2、ＨＣｌ、ＨＢｒ或いはＨＩのうちいずれか一つであるか、又はそれらのうち少なくともいずれか二つ以上の混合ガスであることを特徴とする第１又は第２の発明の何れか一に記載の半導体装置の製造方法によって解決され、
第４の発明である、前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスは、一般式ＣnＦ2n+2で表されるガス、又は一般式ＣnＨmＦ2n+2-m（ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガスであることを特徴とする第１乃至第３の発明の何れか一に記載の半導体装置の製造方法によって解決され、
第５の発明である、前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスは、一般式ＣnＦ2n+2で表されるガス、又は一般式ＣnＨmＦ2n+2-m（ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガスの混合ガスであることを特徴とする第１乃至第３の発明の何れか一に記載の半導体装置の製造方法によって解決され、
第６の発明である、前記エッチングガスと前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとに、さらに酸素（Ｏ2）、水素（Ｈ2）、ＣＯ、ＣＯ2又は不活性ガスのうち少なくともいずれかを加えることを特徴とする第１乃至第５の発明の何れか一に記載の半導体装置の製造方法によって解決され、
第７の発明である、シリコンをエッチングするハロゲン又はハロゲン化水素を含むエッチングガスにＣＯ又はＣＯ2を加えて、パルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化する工程と、前記シリコンを前記プラズマに曝して前記シリコンをエッチングし、前記エッチング中の前記シリコンの側壁に、前記ハロゲンおよび前記シリコンからなる反応性生物であって前記炭素（Ｃ）を含有する保護膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１１】
本発明においては、反応ガスとしてエッチングガスと保護膜を形成する炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとの混合ガスを用いている。
エッチングガスとして、例えばＮＦ3 ，ＳＦ6 ，Ｃｌ2 ，Ｂｒ2 ，Ｉ2 ，ＨＣｌ，ＨＢｒ或いはＨＩのうちいずれか一つ、又はそれらのうち少なくともいずれか二つ以上の混合ガスを用いる。これらのエッチングガスにより、シリコン膜やアルミニウム膜等（被エッチング体）のエッチングが可能である。
【００１２】
また、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとして、一般式Ｃn Ｆ2n +2 で表されるガス、例えばＣＦ4 、又は一般式Ｃn Ｈm Ｆ2n +2-m （ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガス、例えばＣＨＦ3 を用いる。この様な保護膜を形成するガスを用いると、上記エッチングガスによるシリコンのエッチングにより反応生成物ＳｉＣｌx ，ＳｉＣｌx Ｏx 等が生じてパターンの側壁に付着し、側壁保護膜が形成されるとともに、その側壁保護膜中に炭素及びフッ素が取り込まれる。又、パルス電力の印加により、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスの解離量を調整して側壁保護膜中の炭素やフッ素の量を調整することができる。
【００１３】
これにより、側壁を有効に保護することができるとともに、保護膜の膜質を適正に調整し、側壁保護膜が除去しにくくなるという弊害を避けることができる。また、ＣＦ4 やＣＨＦ3 等はそれ自体で反応して強力なポリマを形成するため、そのポリマからなる膜は薄い膜厚となりやすいパターンの部分の側壁保護膜として有効である。さらに、凹凸を有する基板の平坦部の被エッチング体をエッチングした後エッチング残差を除去するためさらにオーバエッチングをする場合、エッチングによる反応生成物の発生が少なくなるが、この場合でもＣＦ4 やＣＨＦ3 等はそれ自体で反応して強力なポリマを形成するため有効である。
【００１４】
また、混合ガスにパルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化し、かつ、パルス幅及びデューティ比等を調整して炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスの解離量を調整している。
ところで、異方性を向上させるため低圧化すると、保護膜を形成するＣ及びＦの含有ガスの解離量が促進される。保護膜を形成するガス、例えばＣＦ4 やＣＨＦ3 が下地膜、例えばシリコン酸化膜等のエッチングガスでもある場合、解離量が多いと被エッチング体と下地膜とのエッチング選択性が十分にとれなくなる。このため、印加電力をパルス状とし、そのパルス幅やデューティ比等を調整してＣＦ4 等の解離量を調整することにより、十分なエッチング選択性を得るようにすることができる。
【００１５】
さらに、反応ガスに酸素を添加することにより、下地膜との選択性を向上させることができる。また、反応ガスに水素を添加することにより、保護膜を形成するガスによる成膜を促進させることができる。また、反応ガスに不活性ガスを添加することにより、反応ガスが希釈されるため、反応ガスの分子のエッチング室内での滞留時間が短くなる。従って、不活性ガスの流量を調整することで側壁保護膜の膜厚を制御することができる。
【００１６】
また、保護膜を形成するガスとしてのＣ及びＦの含有ガスの代わりに、自身では成膜しないＣＯやＣＯ2 を用いてもよい。この場合も、Ｃを含む反応生成物からなる側壁保護膜を形成することができるので、高精度、かつ異方性形状を有するパターンの形成に有効である。
さらに、場合により、エッチングガスに保護膜形成ガスを加えずに酸素だけを加えてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るエッチング方法に用いるエッチング装置の構成について示す側面図である。発散磁場型のＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）によるエッチング装置である。
【００１８】
図１において、１１１は減圧可能な容器で、上部がプラズマ生成室１０１であり、下部がエッチング室１０２である。プラズマ生成室１０１とエッチング室１０２は連通している。
プラズマ生成室１０１には反応ガスの導入口１０４が設けられており、反応ガスの導入口１０４から反応ガスがプラズマ生成室１０１に導入される。
【００１９】
プラズマ生成室１０１には導波管１０３が接続されており、導波管１０３は周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の電力をプラズマ生成室１０１に導く。
プラズマ生成室１０１の周囲にはマグネットコイル１０６が設けられており、発生させた磁場による電子の回転運動とマイクロ波の周波数を一致させることにより、共鳴吸収を起こさせて電子にマイクロ波エネルギを吸収させ、さらにそのエネルギを反応ガスに与えて反応ガスをプラズマ化する。下流のマグネットコイル１０７はプラズマを下流のエッチング室１０２に導き、所定のプラズマ分布形状とするために設けられている。
【００２０】
また、エッチング室１０２には排気口１０５が設けられており、排気口１０５には図示しない排気装置が接続されている。排気口１０５を通して両室１０１，１０２が減圧される。
また、エッチング室１０２には基板載置台１０８が備えられ、エッチングすべき被エッチング体が形成されたウエハ１０９が置かれる。基板載置台１０８には周波数１３．５６ＭＨｚ又は４００ｋＨｚの高周波電力を供給する電源１１０が接続されている。
【００２１】
上記エッチング装置を用いて被エッチング体のエッチングを行う場合は以下のように行う。
即ち、基板載置台１０８にウエハ１０９を載置し、基板載置台１０８に電源１１０から高周波電力を印加する。
そして、プラズマ生成室１０１に反応ガスを導入し、導波管１０３によりマイクロ波の電力をプラズマ生成室１０１に導く。所定のパルス幅、所定のデューティ比のパルス状のマイクロ波の電力を印加する。これにより、エッチングガスがプラズマ化されるとともに、保護膜形成ガスの解離が調整される。このとき、高周波電力とプラズマとにより、ウエハ１０９は所定値の負の直流電圧でバイアスされる。
【００２２】
この様にして生成されたプラズマはプラズマ生成室１０１からエッチング室１０２に流れる。基板載置台１０８上の被エッチング体がプラズマに曝されてエッチングされる。
上記のエッチング装置やエッチング方法においては、反応ガスとしてエッチングガスと保護膜を形成するガスとの混合ガスを用いる。
【００２３】
反応ガスのうちエッチングガスとしてＮＦ3 ，ＳＦ6 ，Ｃｌ2 ，Ｂｒ2 ，Ｉ2 ，ＨＣｌ，ＨＢｒ或いはＨＩのうちいずれか一つ、又はそれらのうち少なくともいずれか二つ以上の混合ガスを用いる。これらのエッチングガスを用いてシリコン膜やアルミニウム膜等（被エッチング体）のエッチングが可能である。
また、反応ガスのうち保護膜を形成するガスとして、一般式Ｃn Ｆ2n +2 で表されるガス、例えばＣＦ4 、又は一般式Ｃn Ｈm Ｆ2n +2-m （ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガス、例えばＣＨＦ3 を用いる。この様な保護膜を形成するガスを用いると、エッチングにより反応生成物ＳｉＣｌx ，ＳｉＣｌx Ｏx 等が生じてパターンの側壁に付着し、側壁保護膜が形成されるとともに、その側壁保護膜中に炭素やフッ素が取り込まれる。なお、フッ素や炭素の取り込み量はパルス電力のデューティ比等の調整により保護膜形成ガスの解離量を調整することで、調整可能である。炭素は側壁保護膜を緻密化し、硬くするが、フッ素がともに取り込まれることで側壁保護膜を適度な硬さとする。これにより、側壁を有効に保護することができるとともに、あまり硬すぎると側壁保護膜が除去しにくくなるという弊害を避けることができる。また、ＣＦ4 やＣＨＦ3 等はそれ自体で反応してポリマを形成するため、そのポリマからなる膜は側壁保護膜が薄くなりやすいパターンの部分の側壁保護膜の形成材料として有効である。また、凹凸を有する基板の平坦部の被エッチング体をエッチングし、さらにエッチング残差を除去するためオーバエッチングをする場合、エッチングによる反応生成物の発生が少なくなるが、この場合でもＣＦ4 やＣＨＦ3 等はそれ自体で反応して強力なポリマを形成するため有効である。
【００２４】
さらに、反応ガスをプラズマ化する場合、図２（ａ），（ｂ）に示すように、所定の電力及びパルス幅のパルスを繰り返し印加することによりマイクロ波の電力を印加する。この様にするのは、以下の理由による。即ち、保護膜形成ガスとして用いるＣＦ4 やＣＨＦ3 は下地膜であるシリコン酸化膜等のエッチングガスであるため、活性化される量が多いと被エッチング体と下地膜とのエッチング選択性が十分にとれなくなる。このため、印加電力をパルス状とし、そのパルス高さ、パルス幅及びデューティ比のうち少なくともいずれかを調整することによりＣＦ4 等の解離量を調整し、十分なエッチング選択性が得られるようにする。従って、保護膜形成ガスは、パルス幅やデューティ比等を調整することにより解離量が容易に調整できるような、所謂パルス敏感なガスである必要がある。一方、エッチングガスはパルス幅やデューティ比の変化によって解離量があまり変化しないで、かつ印加パルスで十分にイオン化するようなガスである必要がある。
【００２５】
この場合、マイクロ波電力として、図２（ａ）又は図２（ｂ）に示すようなパルス列を印加する。図２（ａ）はデューティ比５０％の場合を示し、図２（ｂ）は５０％より小さいデューティ比の場合を示す。パルス幅は任意に選べるが、１００μｓ〜１ｍｓが好ましい。また、デューティ比も任意に選べるが、特に、それを５０％以下とすることにより、下地膜との選択比を確保しながら緻密で、適度に硬い側壁保護膜を形成することができる。
【００２６】
次に、上記のエッチング装置を用いてポリシリコン膜（被エッチング体）をエッチングする場合について図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図３（ａ），（ｂ）は断面図、図３（ｃ）は上面図で、図３（ｂ）は図３（ｃ）のＣ−Ｃ線断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板２１に膜厚１００ｎｍのシリコン酸化膜２２を形成する。続いて、シリコン酸化膜２２上に膜厚４００ｎｍのポリシリコン膜２３を形成した後、ポリシリコン膜２３上にレジスト膜を形成する。その後、レジスト膜を露光し、現像することにより、配線を形成すべき領域にレジスト膜２４ａ，２４ｂのマスクを形成する。
【００２７】
次いで、上記のエッチング装置の基板載置台１０８にウエハ１０９を載置した後、プラズマ生成室１０１内及びエッチング室１０２内を減圧する。
次に、ウエハ１０９を負の直流電圧でバイアスするため、基板載置台１０８に電力２０〜６０Ｗを印加する。また、反応ガスの導入口１０４から、流量５０sccmの塩素ガス（Ｃｌ2 ）（エッチングガス）と、流量５sccmの酸素ガス（Ｏ2 ）と、これらのガスに対して１０％の濃度のＣＦ4 ガス（保護膜形成ガス）とを同時に導入し、室内の圧力を約１ｍＴｏｒｒに保持する。Ｏ2 ガスは、被エッチング体であるポリシリコン膜２３の下地膜であるシリコン酸化膜２２のエッチングを抑制して、ポリシリコン膜２３とシリコン酸化膜２２とのエッチング選択比を向上させるために添加するものである。
【００２８】
次いで、所定のパルス幅，所定の電力のマイクロ波電力を所定のデューティ比で繰り返し印加する。ＣＦ4 の解離量を適度にするため、例えば、電力１ｋＷとし、パルス幅を好ましくは１００μｓ〜１ｍｓの範囲で調整し、またデューティ比を好ましくは５０％以下で調整する。
上記により、エネルギを与えられた反応ガスはプラズマ化し、プラズマは下流のウエハ１０９に到達する。
【００２９】
次に、このプラズマを用い、レジスト膜２４ａ，２４ｂをマスクとして、ポリシリコン膜２３をエッチングする。このとき、図３（ｂ）に示すように、エッチングされつつあるポリシリコン膜２３ａ，２３ｂの側壁には、Ｃ及びＦを含む反応生成物ＳｉＣｌx Ｏx からなる側壁保護膜２５ａ，２５ｂが形成される。また、形成すべきパターンの密な箇所では、ポリシリコン膜２３ａ，２３ｂの側壁に反応生成物が付着しにくいが、ＣＦ4 ガス自体が反応してポリマからなる強力な膜形成が行われるので、その膜がポリシリコン膜２３ａ，２３ｂの側壁に付着すると、その膜厚が薄くても、十分にその側壁を保護することができる。
【００３０】
このように、全体として、側壁保護膜２５ａ，２５ｂの膜厚を薄くしても、Ｃ及びＦを含むＳｉＣｌx Ｏx は緻密で、適度に硬いため、再エッチングや脱離を防止することができる。また、側壁保護膜２５ａ，２５ｂの膜厚を薄くできるので、ポリシリコン膜（配線）２３ａ，２３ｂの側壁をほぼ垂直な形状とすることができる。
【００３１】
所定の時間保持して、下地が平坦な部分のポリシリコン膜２３のエッチングを終了する。その後、ストリンガ（エッチング残差）を除去するため引き続きエッチングを続ける。このとき、ポリシリコン膜２３ａ，２３ｂの側壁にはＣ及びＦを含むＳｉＣｌx Ｏx からなる側壁保護膜２５ａ，２５ｂが形成されているので、側壁保護膜２５ａ，２５ｂの再エッチングや脱離を防止して、異方性形状を有するゲート電極のパターンを形成することができる。
【００３２】
なお、上記では、本発明を被エッチング体としてシリコン膜に適用しているが、アルミニウム膜（Ａｌ膜）やその他の金属の場合にも適用することができる。この場合、反応ガスのうちエッチングガスとしてハロゲン又はハロゲン化水素ガスのうちから適当なものを選ぶ。例えば、Ａｌ膜の場合、Ｃｌ2 とＢＣｌ3 との混合ガスを用いることができる。
【００３３】
さらに、シリコン膜のエッチングガスとしてＣｌ2 を用いているが、ＨＢｒを用いてもよいし、Ｃｌ2 とＨＢｒとの混合ガスを用いてもよい。
また、保護膜形成ガスとしてＣＦ4 を用いているが、他のＣ，Ｆ含有ガスを用いてもよい。
さらに、被エッチング体とその下地膜との選択比をとるためエッチングガス及び保護膜形成ガスに酸素を添加しているが、場合により酸素を添加しなくてもよい。
【００３４】
また、エッチングガス及び保護膜形成ガスに水素（Ｈ2 ）を添加することができる。フロン系のエッチングガスの場合、Ｈ2 の添加によりポリマの形成を促進する。
さらに、エッチングガス及び保護膜形成ガスにヘリウム（Ｈｅ）を添加してもよい。Ｈｅを添加して総流量を増やし、かつ圧力を一定にすることで、反応ガスが希釈されるため、反応ガスの分子のエッチング室内での滞留時間が短くなる。このため、Ｈｅの流量を調整することで側壁保護膜の膜厚を制御することができる。
【００３５】
また、エッチングガス及び保護膜形成ガスにＣＯやＣＯ2 を添加してもよい。さらに、エッチング装置としてＥＣＲ型のものを用いているが、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）型のものやヘリコンプラズマ型のものを用いてもよい。
さらに、Ｃ及びＦの含有ガスの代わりに、ＣＯやＣＯ2 を用いることも可能である。この場合も、Ｃを含む反応生成物からなる側壁保護膜を形成することができるので、高精度、かつ異方性形状を有するパターンの形成に有効である。また、場合により、エッチングガスに保護膜を形成するガスを加えずに酸素だけを加えてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、反応ガスとしてエッチングガスと保護膜を形成するＣ及びＦの含有ガスとの混合ガスを用いている。
この様な反応ガスを用いると、上記エッチングガスによるエッチングにより反応生成物が生じてパターンの側壁に付着し、側壁保護膜が形成されるとともに、その側壁保護膜中に炭素及びフッ素が取り込まれる。これにより、側壁保護膜が緻密化し、適度に硬くなり、側壁の保護が適切に行われる。
【００３７】
また、Ｃ及びＦの含有ガスはそれ自体で反応して強力なポリマを形成するため、そのポリマからなる膜は薄い膜厚となりやすい部分の側壁保護膜として有効である。さらに、エッチングによる反応生成物が発生しにくいオーバエッチングをする場合にも有効である。
また、混合ガスにパルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化し、かつ、パルス幅及びデューティ比等を調整して炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスの解離量を調整している。
【００３８】
ところで、異方性を向上させるため低圧化するとＣ及びＦの含有ガスの解離量が促進される。保護膜を形成するガスが被エッチング体の下地膜のエッチングガスでもある場合、解離量が多いと被エッチング体と下地膜とのエッチング選択性が十分にとれなくなる。
この場合、印加電力をパルス状とし、そのデューティ比等を調整することによりＣＦ4 等の解離量を調整し、十分なエッチング選択性を得るように得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るエッチング方法に用いるエッチング装置について示す側面図である。
【図２】図２（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るエッチング方法に用いる反応ガスに印加するマイクロ波電力のパルス列について示す図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るエッチング方法について示す断面図、図３（ｃ）は本発明の実施の形態に係るエッチング方法について示す上面図であり、図３（ｂ）は図３（ｃ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、従来例に係るエッチング方法について示す断面図、図４（ｃ）は従来例に係るエッチング方法について示す上面図であり、図４（ｂ）は図４（ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５（ａ）は、従来例に係るエッチング方法について示す斜視図であり、図５（ｂ）は、従来例に係るエッチング方法について示す断面図で、図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
２１ シリコン基板（半導体基板）、
２２ シリコン酸化膜（下地膜）、
２３ ポリシリコン膜（被エッチング体）、
２３ａ，２３ｂ ポリシリコン膜（配線）、
２４ａ，２４ｂ レジスト膜、
２５ａ，２５ｂ 側壁保護膜、
１０１ プラズマ生成室、
１０２ エッチング室、
１０３ 導波管、
１０４ 反応ガスの導入口、
１０５ 排気口、
１０６，１０７ マグネットコイル、
１０８ 基板載置台、
１０９ ウエハ、
１１０ 電源、
１１１ チャンバ（容器）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、被エッチング体をエッチングする際、加工精度を向上させるため被エッチング体の側壁に保護膜を形成しながらエッチングを行う半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置においては、集積度の向上の結果、素子の微細化が進み、より高く、かつ均一な加工精度が要求されるようになっている。
特に、近年のようにより微細なパターンを形成するときには、その加工精度の高低、及び不均一性が顕著に加工形状に現れるため、加工形状にバラツキが生じて、出来上がったデバイスの性能を大きく左右することが多くなってきた。例えば、ポリシリコン膜からなるゲート電極や配線の幅にばらつきが生じた場合、特性が変動してしまう。
【０００３】
図４（ａ）〜（ｃ）に従来例のエッチング方法を示す。図４（ａ），（ｂ）は断面図、図４（ｃ）は上面図である。
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、異方性エッチングにおいては、被エッチング体１をエッチングするとともに、エッチングで生じた反応生成物を被エッチング体１の側壁に付着させて側壁保護膜５ａ、５ｂを形成し、さらにエッチングを続けることで、加工精度を維持してきた。なお、図中、４ａ，４ｂはレジスト膜である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エッチングにより生じた反応生成物はエッチングされつつある被エッチング体３の側壁に等方的に飛んでくるため、形成されるパターン３ａ，３ｂのアスペクト比の大小や、それらのパターン配置の粗密度等により側壁保護膜５ａ，５ｂの厚さや組成が場所により不均一になってくる。
【０００５】
即ち、図４（ｂ）に示すように、パターン配置が密な部分では反応生成物が入り込みにくいため側壁保護膜は薄く、パターン配置が粗な部分では反応生成物が側壁に付着しやすいため、側壁保護膜は厚くなる。このため、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、側壁の保護が十分でない箇所では、側壁保護膜の再エッチングや脱離が生じて、パターン３ａ，３ｂの加工形状の歪みが生じたり、パターン３ａ，３ｂの細りが生じたりする恐れがある。
【０００６】
また、図５（ａ），（ｂ）は他の従来例のエッチング方法を示す斜視図及び断面図である。図５（ａ），（ｂ）に示すように、下地膜１２ａ，１２ｂの表面形状、即ち表面の凹凸等により下地膜１２ａ，１２ｂ上に形成された被エッチング体１３の膜厚ｔ１，ｔ２に差を生じ、その膜厚の違いから、平坦な部分で被エッチング体１３が殆どエッチングされた後にストリングとよばれるエッチングの残差１５が生じる。これを除去するためにオーバエッチングを行うと、被エッチング体１３がほとんど存在しないためにプラズマ中にエッチャントが過剰になり、このため、折角形成した側壁保護膜が再エッチングされたり、側壁保護膜が脱離したりする場合がある。これにより、側壁保護膜が無くなった部分や、薄くなった部分から本来エッチングされてはならない部分がエッチングされ、加工形状を悪化させるという問題がある。
【０００７】
さらに、上記の現象を防止するために、被エッチング体のエッチング中に厚い膜厚の側壁保護膜を形成できるようなプロセスを選択せざるを得ず、側壁保護膜の膜厚の厚薄を生じさせる原因となり、加工の融通性を損なうこともある。また、図４（ｂ）に示すように、側壁保護膜５ａ，５ｂが厚くなると加工されたパターンも垂直形状の側壁（側壁の断面形状が垂直な場合を異方性形状という。）が得られず、台形状になってしまう。
【０００８】
ところで、上記のパターン配置の粗密差による加工精度の低下をなくすためには、薄い膜厚の側壁保護膜で十分な側壁の保護が可能なエッチング方法が要求されるが、特にハロゲン系のガスを用いた導電膜のエッチングにおいては、側壁保護膜として緻密なものは得難く、また、上記オーバエッチングの際の再反応や脱離による保護能力の低下から側壁保護膜を薄くするということ自体に限界があり、微細で高精度な加工を妨げていた。
【０００９】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、最終的に形成されるパターンのアスペクト比やパターン配置の粗密度によらず保護が必要な部分に均一に緻密で薄い側壁保護膜を形成して、パターンの加工形状の歪みを防ぎ、かつパターンの加工精度を向上させることができるエッチング方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、第１の発明である、シリコンをエッチングするハロゲン又はハロゲン化水素を含むエッチングガスと、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとを混合する工程と、前記混合ガスに、パルス幅が１００μｓ乃至１ｍｓであり、デューティ比が５０％以下であるパルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化する工程と、前記シリコンを前記プラズマに曝して前記シリコンをエッチングし、前記エッチング中の前記シリコンの側壁に、前記ハロゲンおよび前記シリコンからなる反応生成物であって前記炭素（Ｃ）および前記フッ素（Ｆ）を含有する保護膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決され、
第２の発明である、凹凸を有する基板上のシリコンをエッチングするハロゲン又はハロゲン化水素を含むエッチングガスと、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとを混合する工程と、前記混合ガスに、パルス幅が１００μｓ乃至１ｍｓであり、デューティ比が５０％以下であるパルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化する工程と、前記シリコンを前記プラズマに曝して前記シリコンをエッチングし、前記エッチング中の前記シリコンの側壁に、前記ハロゲンおよび前記シリコンからなる反応生成物であって前記炭素（Ｃ）および前記フッ素（Ｆ）を含有する保護膜を形成する工程と、前記基板の平坦部での前記シリコンのエッチングが終了した後も、さらに前記シリコンを前記プラズマに曝し続けてエッチングする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決され、
第３の発明である、前記ハロゲン又はハロゲン化水素を含むガスは、ＮＦ3、ＳＦ6、Ｃｌ2、Ｂｒ2、Ｉ2、ＨＣｌ、ＨＢｒ或いはＨＩのうちいずれか一つであるか、又はそれらのうち少なくともいずれか二つ以上の混合ガスであることを特徴とする第１又は第２の発明の何れか一に記載の半導体装置の製造方法によって解決され、
第４の発明である、前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスは、一般式ＣnＦ2n+2で表されるガス、又は一般式ＣnＨmＦ2n+2-m（ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガスであることを特徴とする第１乃至第３の発明の何れか一に記載の半導体装置の製造方法によって解決され、
第５の発明である、前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスは、一般式ＣnＦ2n+2で表されるガス、又は一般式ＣnＨmＦ2n+2-m（ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガスの混合ガスであることを特徴とする第１乃至第３の発明の何れか一に記載の半導体装置の製造方法によって解決され、
第６の発明である、前記エッチングガスと前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとに、さらに酸素（Ｏ2）、水素（Ｈ2）、ＣＯ、ＣＯ2又は不活性ガスのうち少なくともいずれかを加えることを特徴とする第１乃至第５の発明の何れか一に記載の半導体装置の製造方法によって解決され、
第７の発明である、シリコンをエッチングするハロゲン又はハロゲン化水素を含むエッチングガスにＣＯ又はＣＯ2を加えて、パルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化する工程と、前記シリコンを前記プラズマに曝して前記シリコンをエッチングし、前記エッチング中の前記シリコンの側壁に、前記ハロゲンおよび前記シリコンからなる反応性生物であって前記炭素（Ｃ）を含有する保護膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１１】
本発明においては、反応ガスとしてエッチングガスと保護膜を形成する炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとの混合ガスを用いている。
エッチングガスとして、例えばＮＦ3 ，ＳＦ6 ，Ｃｌ2 ，Ｂｒ2 ，Ｉ2 ，ＨＣｌ，ＨＢｒ或いはＨＩのうちいずれか一つ、又はそれらのうち少なくともいずれか二つ以上の混合ガスを用いる。これらのエッチングガスにより、シリコン膜やアルミニウム膜等（被エッチング体）のエッチングが可能である。
【００１２】
また、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとして、一般式Ｃn Ｆ2n +2 で表されるガス、例えばＣＦ4 、又は一般式Ｃn Ｈm Ｆ2n +2-m （ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガス、例えばＣＨＦ3 を用いる。この様な保護膜を形成するガスを用いると、上記エッチングガスによるシリコンのエッチングにより反応生成物ＳｉＣｌx ，ＳｉＣｌx Ｏx 等が生じてパターンの側壁に付着し、側壁保護膜が形成されるとともに、その側壁保護膜中に炭素及びフッ素が取り込まれる。又、パルス電力の印加により、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスの解離量を調整して側壁保護膜中の炭素やフッ素の量を調整することができる。
【００１３】
これにより、側壁を有効に保護することができるとともに、保護膜の膜質を適正に調整し、側壁保護膜が除去しにくくなるという弊害を避けることができる。また、ＣＦ4 やＣＨＦ3 等はそれ自体で反応して強力なポリマを形成するため、そのポリマからなる膜は薄い膜厚となりやすいパターンの部分の側壁保護膜として有効である。さらに、凹凸を有する基板の平坦部の被エッチング体をエッチングした後エッチング残差を除去するためさらにオーバエッチングをする場合、エッチングによる反応生成物の発生が少なくなるが、この場合でもＣＦ4 やＣＨＦ3 等はそれ自体で反応して強力なポリマを形成するため有効である。
【００１４】
また、混合ガスにパルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化し、かつ、パルス幅及びデューティ比等を調整して炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスの解離量を調整している。
ところで、異方性を向上させるため低圧化すると、保護膜を形成するＣ及びＦの含有ガスの解離量が促進される。保護膜を形成するガス、例えばＣＦ4 やＣＨＦ3 が下地膜、例えばシリコン酸化膜等のエッチングガスでもある場合、解離量が多いと被エッチング体と下地膜とのエッチング選択性が十分にとれなくなる。このため、印加電力をパルス状とし、そのパルス幅やデューティ比等を調整してＣＦ4 等の解離量を調整することにより、十分なエッチング選択性を得るようにすることができる。
【００１５】
さらに、反応ガスに酸素を添加することにより、下地膜との選択性を向上させることができる。また、反応ガスに水素を添加することにより、保護膜を形成するガスによる成膜を促進させることができる。また、反応ガスに不活性ガスを添加することにより、反応ガスが希釈されるため、反応ガスの分子のエッチング室内での滞留時間が短くなる。従って、不活性ガスの流量を調整することで側壁保護膜の膜厚を制御することができる。
【００１６】
また、保護膜を形成するガスとしてのＣ及びＦの含有ガスの代わりに、自身では成膜しないＣＯやＣＯ2 を用いてもよい。この場合も、Ｃを含む反応生成物からなる側壁保護膜を形成することができるので、高精度、かつ異方性形状を有するパターンの形成に有効である。
さらに、場合により、エッチングガスに保護膜形成ガスを加えずに酸素だけを加えてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るエッチング方法に用いるエッチング装置の構成について示す側面図である。発散磁場型のＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）によるエッチング装置である。
【００１８】
図１において、１１１は減圧可能な容器で、上部がプラズマ生成室１０１であり、下部がエッチング室１０２である。プラズマ生成室１０１とエッチング室１０２は連通している。
プラズマ生成室１０１には反応ガスの導入口１０４が設けられており、反応ガスの導入口１０４から反応ガスがプラズマ生成室１０１に導入される。
【００１９】
プラズマ生成室１０１には導波管１０３が接続されており、導波管１０３は周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の電力をプラズマ生成室１０１に導く。
プラズマ生成室１０１の周囲にはマグネットコイル１０６が設けられており、発生させた磁場による電子の回転運動とマイクロ波の周波数を一致させることにより、共鳴吸収を起こさせて電子にマイクロ波エネルギを吸収させ、さらにそのエネルギを反応ガスに与えて反応ガスをプラズマ化する。下流のマグネットコイル１０７はプラズマを下流のエッチング室１０２に導き、所定のプラズマ分布形状とするために設けられている。
【００２０】
また、エッチング室１０２には排気口１０５が設けられており、排気口１０５には図示しない排気装置が接続されている。排気口１０５を通して両室１０１，１０２が減圧される。
また、エッチング室１０２には基板載置台１０８が備えられ、エッチングすべき被エッチング体が形成されたウエハ１０９が置かれる。基板載置台１０８には周波数１３．５６ＭＨｚ又は４００ｋＨｚの高周波電力を供給する電源１１０が接続されている。
【００２１】
上記エッチング装置を用いて被エッチング体のエッチングを行う場合は以下のように行う。
即ち、基板載置台１０８にウエハ１０９を載置し、基板載置台１０８に電源１１０から高周波電力を印加する。
そして、プラズマ生成室１０１に反応ガスを導入し、導波管１０３によりマイクロ波の電力をプラズマ生成室１０１に導く。所定のパルス幅、所定のデューティ比のパルス状のマイクロ波の電力を印加する。これにより、エッチングガスがプラズマ化されるとともに、保護膜形成ガスの解離が調整される。このとき、高周波電力とプラズマとにより、ウエハ１０９は所定値の負の直流電圧でバイアスされる。
【００２２】
この様にして生成されたプラズマはプラズマ生成室１０１からエッチング室１０２に流れる。基板載置台１０８上の被エッチング体がプラズマに曝されてエッチングされる。
上記のエッチング装置やエッチング方法においては、反応ガスとしてエッチングガスと保護膜を形成するガスとの混合ガスを用いる。
【００２３】
反応ガスのうちエッチングガスとしてＮＦ3 ，ＳＦ6 ，Ｃｌ2 ，Ｂｒ2 ，Ｉ2 ，ＨＣｌ，ＨＢｒ或いはＨＩのうちいずれか一つ、又はそれらのうち少なくともいずれか二つ以上の混合ガスを用いる。これらのエッチングガスを用いてシリコン膜やアルミニウム膜等（被エッチング体）のエッチングが可能である。
また、反応ガスのうち保護膜を形成するガスとして、一般式Ｃn Ｆ2n +2 で表されるガス、例えばＣＦ4 、又は一般式Ｃn Ｈm Ｆ2n +2-m （ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガス、例えばＣＨＦ3 を用いる。この様な保護膜を形成するガスを用いると、エッチングにより反応生成物ＳｉＣｌx ，ＳｉＣｌx Ｏx 等が生じてパターンの側壁に付着し、側壁保護膜が形成されるとともに、その側壁保護膜中に炭素やフッ素が取り込まれる。なお、フッ素や炭素の取り込み量はパルス電力のデューティ比等の調整により保護膜形成ガスの解離量を調整することで、調整可能である。炭素は側壁保護膜を緻密化し、硬くするが、フッ素がともに取り込まれることで側壁保護膜を適度な硬さとする。これにより、側壁を有効に保護することができるとともに、あまり硬すぎると側壁保護膜が除去しにくくなるという弊害を避けることができる。また、ＣＦ4 やＣＨＦ3 等はそれ自体で反応してポリマを形成するため、そのポリマからなる膜は側壁保護膜が薄くなりやすいパターンの部分の側壁保護膜の形成材料として有効である。また、凹凸を有する基板の平坦部の被エッチング体をエッチングし、さらにエッチング残差を除去するためオーバエッチングをする場合、エッチングによる反応生成物の発生が少なくなるが、この場合でもＣＦ4 やＣＨＦ3 等はそれ自体で反応して強力なポリマを形成するため有効である。
【００２４】
さらに、反応ガスをプラズマ化する場合、図２（ａ），（ｂ）に示すように、所定の電力及びパルス幅のパルスを繰り返し印加することによりマイクロ波の電力を印加する。この様にするのは、以下の理由による。即ち、保護膜形成ガスとして用いるＣＦ4 やＣＨＦ3 は下地膜であるシリコン酸化膜等のエッチングガスであるため、活性化される量が多いと被エッチング体と下地膜とのエッチング選択性が十分にとれなくなる。このため、印加電力をパルス状とし、そのパルス高さ、パルス幅及びデューティ比のうち少なくともいずれかを調整することによりＣＦ4 等の解離量を調整し、十分なエッチング選択性が得られるようにする。従って、保護膜形成ガスは、パルス幅やデューティ比等を調整することにより解離量が容易に調整できるような、所謂パルス敏感なガスである必要がある。一方、エッチングガスはパルス幅やデューティ比の変化によって解離量があまり変化しないで、かつ印加パルスで十分にイオン化するようなガスである必要がある。
【００２５】
この場合、マイクロ波電力として、図２（ａ）又は図２（ｂ）に示すようなパルス列を印加する。図２（ａ）はデューティ比５０％の場合を示し、図２（ｂ）は５０％より小さいデューティ比の場合を示す。パルス幅は任意に選べるが、１００μｓ〜１ｍｓが好ましい。また、デューティ比も任意に選べるが、特に、それを５０％以下とすることにより、下地膜との選択比を確保しながら緻密で、適度に硬い側壁保護膜を形成することができる。
【００２６】
次に、上記のエッチング装置を用いてポリシリコン膜（被エッチング体）をエッチングする場合について図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図３（ａ），（ｂ）は断面図、図３（ｃ）は上面図で、図３（ｂ）は図３（ｃ）のＣ−Ｃ線断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板２１に膜厚１００ｎｍのシリコン酸化膜２２を形成する。続いて、シリコン酸化膜２２上に膜厚４００ｎｍのポリシリコン膜２３を形成した後、ポリシリコン膜２３上にレジスト膜を形成する。その後、レジスト膜を露光し、現像することにより、配線を形成すべき領域にレジスト膜２４ａ，２４ｂのマスクを形成する。
【００２７】
次いで、上記のエッチング装置の基板載置台１０８にウエハ１０９を載置した後、プラズマ生成室１０１内及びエッチング室１０２内を減圧する。
次に、ウエハ１０９を負の直流電圧でバイアスするため、基板載置台１０８に電力２０〜６０Ｗを印加する。また、反応ガスの導入口１０４から、流量５０sccmの塩素ガス（Ｃｌ2 ）（エッチングガス）と、流量５sccmの酸素ガス（Ｏ2 ）と、これらのガスに対して１０％の濃度のＣＦ4 ガス（保護膜形成ガス）とを同時に導入し、室内の圧力を約１ｍＴｏｒｒに保持する。Ｏ2 ガスは、被エッチング体であるポリシリコン膜２３の下地膜であるシリコン酸化膜２２のエッチングを抑制して、ポリシリコン膜２３とシリコン酸化膜２２とのエッチング選択比を向上させるために添加するものである。
【００２８】
次いで、所定のパルス幅，所定の電力のマイクロ波電力を所定のデューティ比で繰り返し印加する。ＣＦ4 の解離量を適度にするため、例えば、電力１ｋＷとし、パルス幅を好ましくは１００μｓ〜１ｍｓの範囲で調整し、またデューティ比を好ましくは５０％以下で調整する。
上記により、エネルギを与えられた反応ガスはプラズマ化し、プラズマは下流のウエハ１０９に到達する。
【００２９】
次に、このプラズマを用い、レジスト膜２４ａ，２４ｂをマスクとして、ポリシリコン膜２３をエッチングする。このとき、図３（ｂ）に示すように、エッチングされつつあるポリシリコン膜２３ａ，２３ｂの側壁には、Ｃ及びＦを含む反応生成物ＳｉＣｌx Ｏx からなる側壁保護膜２５ａ，２５ｂが形成される。また、形成すべきパターンの密な箇所では、ポリシリコン膜２３ａ，２３ｂの側壁に反応生成物が付着しにくいが、ＣＦ4 ガス自体が反応してポリマからなる強力な膜形成が行われるので、その膜がポリシリコン膜２３ａ，２３ｂの側壁に付着すると、その膜厚が薄くても、十分にその側壁を保護することができる。
【００３０】
このように、全体として、側壁保護膜２５ａ，２５ｂの膜厚を薄くしても、Ｃ及びＦを含むＳｉＣｌx Ｏx は緻密で、適度に硬いため、再エッチングや脱離を防止することができる。また、側壁保護膜２５ａ，２５ｂの膜厚を薄くできるので、ポリシリコン膜（配線）２３ａ，２３ｂの側壁をほぼ垂直な形状とすることができる。
【００３１】
所定の時間保持して、下地が平坦な部分のポリシリコン膜２３のエッチングを終了する。その後、ストリンガ（エッチング残差）を除去するため引き続きエッチングを続ける。このとき、ポリシリコン膜２３ａ，２３ｂの側壁にはＣ及びＦを含むＳｉＣｌx Ｏx からなる側壁保護膜２５ａ，２５ｂが形成されているので、側壁保護膜２５ａ，２５ｂの再エッチングや脱離を防止して、異方性形状を有するゲート電極のパターンを形成することができる。
【００３２】
なお、上記では、本発明を被エッチング体としてシリコン膜に適用しているが、アルミニウム膜（Ａｌ膜）やその他の金属の場合にも適用することができる。この場合、反応ガスのうちエッチングガスとしてハロゲン又はハロゲン化水素ガスのうちから適当なものを選ぶ。例えば、Ａｌ膜の場合、Ｃｌ2 とＢＣｌ3 との混合ガスを用いることができる。
【００３３】
さらに、シリコン膜のエッチングガスとしてＣｌ2 を用いているが、ＨＢｒを用いてもよいし、Ｃｌ2 とＨＢｒとの混合ガスを用いてもよい。
また、保護膜形成ガスとしてＣＦ4 を用いているが、他のＣ，Ｆ含有ガスを用いてもよい。
さらに、被エッチング体とその下地膜との選択比をとるためエッチングガス及び保護膜形成ガスに酸素を添加しているが、場合により酸素を添加しなくてもよい。
【００３４】
また、エッチングガス及び保護膜形成ガスに水素（Ｈ2 ）を添加することができる。フロン系のエッチングガスの場合、Ｈ2 の添加によりポリマの形成を促進する。
さらに、エッチングガス及び保護膜形成ガスにヘリウム（Ｈｅ）を添加してもよい。Ｈｅを添加して総流量を増やし、かつ圧力を一定にすることで、反応ガスが希釈されるため、反応ガスの分子のエッチング室内での滞留時間が短くなる。このため、Ｈｅの流量を調整することで側壁保護膜の膜厚を制御することができる。
【００３５】
また、エッチングガス及び保護膜形成ガスにＣＯやＣＯ2 を添加してもよい。さらに、エッチング装置としてＥＣＲ型のものを用いているが、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）型のものやヘリコンプラズマ型のものを用いてもよい。
さらに、Ｃ及びＦの含有ガスの代わりに、ＣＯやＣＯ2 を用いることも可能である。この場合も、Ｃを含む反応生成物からなる側壁保護膜を形成することができるので、高精度、かつ異方性形状を有するパターンの形成に有効である。また、場合により、エッチングガスに保護膜を形成するガスを加えずに酸素だけを加えてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、反応ガスとしてエッチングガスと保護膜を形成するＣ及びＦの含有ガスとの混合ガスを用いている。
この様な反応ガスを用いると、上記エッチングガスによるエッチングにより反応生成物が生じてパターンの側壁に付着し、側壁保護膜が形成されるとともに、その側壁保護膜中に炭素及びフッ素が取り込まれる。これにより、側壁保護膜が緻密化し、適度に硬くなり、側壁の保護が適切に行われる。
【００３７】
また、Ｃ及びＦの含有ガスはそれ自体で反応して強力なポリマを形成するため、そのポリマからなる膜は薄い膜厚となりやすい部分の側壁保護膜として有効である。さらに、エッチングによる反応生成物が発生しにくいオーバエッチングをする場合にも有効である。
また、混合ガスにパルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化し、かつ、パルス幅及びデューティ比等を調整して炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスの解離量を調整している。
【００３８】
ところで、異方性を向上させるため低圧化するとＣ及びＦの含有ガスの解離量が促進される。保護膜を形成するガスが被エッチング体の下地膜のエッチングガスでもある場合、解離量が多いと被エッチング体と下地膜とのエッチング選択性が十分にとれなくなる。
この場合、印加電力をパルス状とし、そのデューティ比等を調整することによりＣＦ4 等の解離量を調整し、十分なエッチング選択性を得るように得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るエッチング方法に用いるエッチング装置について示す側面図である。
【図２】図２（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るエッチング方法に用いる反応ガスに印加するマイクロ波電力のパルス列について示す図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るエッチング方法について示す断面図、図３（ｃ）は本発明の実施の形態に係るエッチング方法について示す上面図であり、図３（ｂ）は図３（ｃ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、従来例に係るエッチング方法について示す断面図、図４（ｃ）は従来例に係るエッチング方法について示す上面図であり、図４（ｂ）は図４（ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５（ａ）は、従来例に係るエッチング方法について示す斜視図であり、図５（ｂ）は、従来例に係るエッチング方法について示す断面図で、図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
２１ シリコン基板（半導体基板）、
２２ シリコン酸化膜（下地膜）、
２３ ポリシリコン膜（被エッチング体）、
２３ａ，２３ｂ ポリシリコン膜（配線）、
２４ａ，２４ｂ レジスト膜、
２５ａ，２５ｂ 側壁保護膜、
１０１ プラズマ生成室、
１０２ エッチング室、
１０３ 導波管、
１０４ 反応ガスの導入口、
１０５ 排気口、
１０６，１０７ マグネットコイル、
１０８ 基板載置台、
１０９ ウエハ、
１１０ 電源、
１１１ チャンバ（容器）。
Claims (7)
- シリコンをエッチングするハロゲン又はハロゲン化水素を含むエッチングガスと、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとを混合する工程と、
前記混合ガスに、パルス幅が１００μｓ乃至１ｍｓであり、デューティ比が５０％以下であるパルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化する工程と、
前記シリコンを前記プラズマに曝して前記シリコンをエッチングし、前記エッチング中の前記シリコンの側壁に、前記ハロゲンおよび前記シリコンからなる反応生成物であって前記炭素（Ｃ）および前記フッ素（Ｆ）を含有する保護膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 凹凸を有する基板上のシリコンをエッチングするハロゲン又はハロゲン化水素を含むエッチングガスと、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとを混合する工程と、
前記混合ガスに、パルス幅が１００μｓ乃至１ｍｓであり、デューティ比が５０％以下であるパルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化する工程と、
前記シリコンを前記プラズマに曝して前記シリコンをエッチングし、前記エッチング中の前記シリコンの側壁に、前記ハロゲンおよび前記シリコンからなる反応生成物であって前記炭素（Ｃ）および前記フッ素（Ｆ）を含有する保護膜を形成する工程と、
前記基板の平坦部での前記シリコンのエッチングが終了した後も、さらに前記シリコンを前記プラズマに曝し続けてエッチングする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記ハロゲン又はハロゲン化水素を含むガスは、ＮＦ3、ＳＦ6、Ｃｌ2、Ｂｒ2、Ｉ2、ＨＣｌ、ＨＢｒ或いはＨＩのうちいずれか一つであるか、又はそれらのうち少なくともいずれか二つ以上の混合ガスであることを特徴とする請求項１又は２の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスは、一般式ＣnＦ2n+2で表されるガス、又は一般式ＣnＨmＦ2n+2-m（ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガスであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスは、一般式ＣnＦ2n+2で表されるガス、又は一般式ＣnＨmＦ2n+2-m（ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記エッチングガスと前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスとに、さらに酸素（Ｏ2）、水素（Ｈ2）、ＣＯ、ＣＯ2又は不活性ガスのうち少なくともいずれかを加えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
- シリコンをエッチングするハロゲン又はハロゲン化水素を含むエッチングガスにＣＯ又はＣＯ2を加えて、パルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化する工程と、前記シリコンを前記プラズマに曝して前記シリコンをエッチングし、前記エッチング中の前記シリコンの側壁に、前記ハロゲンおよび前記シリコンからなる反応性生物であって前記炭素（Ｃ）を含有する保護膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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