JP4498662B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造におけるドライエッチング方法に係り、特に、シリコン酸化膜層の上に形成されたシリコン含有導電膜層をエッチングするドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体装置の製造分野においては、ゲート構造を形成する工程等において、絶縁層であるシリコン酸化膜層の上に、導体層を構成するシリコン含有導電膜層、例えば、ポリシリコン層、又はシリサイド層、又はポリシリコン層とその上のシリサイド層を形成し、この後、かかる導体層の上に形成したマスク層を介して、このシリコン含有導電膜層等を、下層のシリコン酸化膜層が露出するまで、所定形状にエッチングすることが行われている。
【０００３】
このようなシリコン酸化膜層の上に形成されたシリコン含有導電膜層のエッチングを行う場合、従来から、プラズマエッチングが広く使用されている。
【０００４】
また、かかるプラズマエッチングによって、シリコン含有導電膜層をエッチングする場合、半導体ウエハ等の全面の各部において、不所望なシリコン含有導電膜層が残ることなく、完全に除去できるようにするため、シリコン酸化膜層が露出した後も、さらにエッチングを行う所謂オーバーエッチングが行われている。
かかるオーバーエッチング工程では、露出したシリコン酸化膜層をできる限りエッチングすることなく、シリコン含有導電膜層のみをエッチングすることが必要とされるため、シリコン酸化膜に対するシリコン含有導電膜の選択比（シリコン含有導電膜のエッチングレート／シリコン酸化膜のエッチングレート）の高いエッチングガスを用いる必要があり、このため、従来からＨＢｒガス、あるいは、ＨＢｒガスとＯ2 ガスの混合ガス等が、エッチングガスとして使用されている。
また、上記エッチング時の圧力としては、通常０．６７〜６．７Ｐａ程度の圧力が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年においては、半導体装置の回路パターンは、ますます微細化される傾向にある。例えば、上述したゲート構造においては、シリコン酸化膜層の膜厚も薄くされる傾向にある。
【０００６】
このため、回路パターンの形成技術においては、更に加工精度を向上させることが望まれており、上述したエッチング工程においても、さらに、シリコン酸化膜に対するポリシリコンの選択比を向上させ、下地層であるシリコン酸化膜層をエッチングすることなく、また、シリコン含有導電膜層のエッチング形状を崩すことなく、確実に所望のシリコン含有導電膜層のみをエッチングして除去できるようにすることが望まれている。
【０００７】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、従来に較べて、シリコン酸化膜に対するシリコン含有導電膜の選択比を向上させることができ、下地層であるシリコン酸化膜層をエッチングすることなく、また、シリコン含有導電膜層のエッチング形状を崩すことなく、確実に所望のシリコン含有導電膜層のみをエッチングして除去することのできるドライエッチング方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、シリコン酸化膜層の上に形成されたシリコン含有導電膜層を、当該シリコン含有導電膜層の上に形成された所定のパターン形状のマスク層を介して、少なくともＨＢｒガスを含むエッチングガスにより、エッチングするドライエッチング方法であって、１３Ｐａ未満の第１の圧力でプラズマエッチングするメインエッチング工程と、前記メインエッチング工程の後、前記メインエッチング工程より高く、かつ、６．７Ｐａ以上、２７Ｐａ未満の圧力で、かつ、ＨＢｒガスを含みＣｌ ２ ガスを含まないエッチングガスにより、プラズマエッチングする第１のオーバーエッチング工程と、前記第１のオーバーエッチングの後、前記第１のオーバーエッチング工程より高く、かつ、１３Ｐａ以上、２７Ｐａ以下の圧力で、かつ、ＨＢｒガスを含みＣｌ２ガスを含まないエッチングガスにより、プラズマエッチングする第2のオーバーエッチング工程とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載のドライエッチング方法において、前記シリコン含有導電膜層が、ポリシリコン層であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載のドライエッチング方法において、前記シリコン含有導電膜層が、シリサイド層であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１記載のドライエッチング方法において、前記シリコン含有導電膜層が、ポリシリコン層とその上のシリサイド層であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載のドライエッチング方法において、前記第１及び第２のオーバーエッチング工程のエッチングガスは、ＨＢｒとＯ２ の混合ガス、又はＨＢｒガスからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１〜５いずれか１項記載のドライエッチング方法において、前記メインエッチング工程のエッチングガスは、ＨＢｒとＣｌ２又はＨＢｒとＣｌ２とＯ２ 、又はＨＢｒとＯ２の混合ガス、又はＨＢｒガスからなることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態を説明するため、半導体ウエハ（シリコン基板）の縦断面の一部を拡大して模式的に示すものである。
【００２１】
同図（ａ）に示すとおり、半導体ウエハ（シリコン基板）１０１上には、絶縁層を構成するシリコン酸化膜層１０２、導体層を構成するシリコン含有導電膜層１０３（例えば、ポリシリコン層、又はシリサイド層、又はポリシリコン層とその上のシリサイド層）が形成されている。
【００２２】
また、上記シリコン含有導電膜層１０３の上には、フォトレジスト、あるいは所謂ハードマスク（窒化シリコン等）からなり、所定のパターンに形成されたマスク層１０４が設けられている。
【００２３】
本実施形態においては、上記マスク層１０４を介して、シリコン含有導電膜層１０３をエッチングし、シリコン含有導電膜層１０３を所定のパターンに形成する。
【００２４】
ここで、図２のグラフは、横軸を圧力、縦軸を、シリコン酸化膜に対するポリシリコンの選択比（ポリシリコンのエッチングレート／シリコン酸化膜のエッチングレート）及びポリシリコンのエッチングレートとして、エッチングガスとしてＨＢｒを使用した場合の圧力と選択比（実線Ａ）及び、圧力とポリシリコンのエッチングレート（点線Ｂ）の関係を調べた結果を示すものである。
【００２５】
この図２のグラフに点線Ｂで示されるとおり、エッチングガスとしてＨＢｒを使用した場合、圧力の上昇に伴って略直線的にポリシリコンのエッチングレートが減少する。
【００２６】
一方、選択比は、実線Ａで示されるとおり、圧力の上昇に伴って増大し、圧力が約１３Ｐａ（１００ｍTorr）で略無限大となる。なお、選択比が略無限大とは、シリコン酸化膜に対するエッチングが実質的に行われないことを示している。
【００２７】
すなわち、エッチングガスとしてＨＢｒ（ＨＢｒ＋Ｏ2 でも略同様）を使用した場合、圧力を略１３Ｐａ（１００ｍTorr）以上とすることによって、シリコン酸化膜に対するポリシリコンの選択比を略無限大程度まで高めることができる。ここで、上記の通り選択比が向上するのは、ＳｉＯ2 、ＳｉＢｒ等の堆積が生じ、また、分子密度が高くなりラジカルに対するイオンの数が相対的に小さくなってスパッタ力が低下するからと考えられる。
【００２８】
一方、上記の１３Ｐａより低い圧力とすると、選択比は低下するものの、ポリシリコンのエッチングレートは高めることができる。
【００２９】
そこで、本実施の形態においては、シリコン酸化膜に対するシリコン含有導電膜の選択比を可能な限り高める必要がある所謂オーバーエッチング工程では、エッチングガスの圧力を高めてエッチングを行い、選択比をそれほど必要とせず、エッチングレートを高める必要のある所謂メインエッチング工程では、上記オーバーエッチング工程より低い圧力下（選択比は低いがエッチングレートが高い条件下）でエッチングを行う。
【００３０】
また、前述した図２のグラフに点線Ｂで示されるとおり、エッチングガスとしてＨＢｒを使用した場合、圧力の上昇に伴って略直線的にポリシリコンのエッチングレートが減少する。これは、圧力が高くなると、デポジションにより、エッチングが抑制されるからである。
【００３１】
また、ポリシリコン等からなるシリコン含有導電膜層１０３の膜厚は通常１００〜１５０ｎｍ（１０００〜１５００オングストローム）であり、オーバーエッチング工程は、１００％（１００〜１５０ｎｍエッチング相当）程度行われる。このため、メインエッチングを１分程度で行った後、オーバーエッチングを２分以内程度で行うためには、約９０ｎｍ／分（９００オングストローム／分）以上のエッチングレートが得られる２７Ｐａ（２００ｍTorr）以下でオーバーエッチング工程を行うことが好ましい。
【００３２】
なお、上記オーバーエッチング工程において、Ｃｌ2 を含むガスを使用すると、十分な選択比を得ることが困難になる。このため、シリコン酸化膜層１０２の厚さが薄く、選択比を高める必要がある場合は、Ｃｌ2 を含むガスを使用せずに、エッチングガスとしてＨＢｒガス、又は、ＨＢｒ＋Ｏ2 ガスを使用することが好ましい。
【００３３】
次に、具体的なエッチング工程を説明する。まず、図１（ａ）に示す状態から、エッチングガスとして、少なくともＨＢｒを含むガス、例えば、ＨＢｒ＋Ｃｌ２＋Ｏ２の混合ガス、又は、ＨＢｒ＋Ｃｌ２の混合ガス、又は、ＨＢｒ＋Ｏ２の混合ガス、又は、ＨＢｒガスを用い、圧力６．７Ｐａ（５０ｍTorr）程度としてまずメインエッチング工程を行う。
【００３４】
この後、図１（ｂ）に示すように、シリコン含有導電膜層１０３の大部分がエッチングされ、かつ、下層のシリコン酸化膜層１０２が露出する前に、上記メインエッチング工程を終了し、オーバーエッチング工程を行う。
【００３５】
また、本実施の形態においていは、かかるオーバーエッチング工程をさらに、第１のオーバーエッチング工程と、この第１のオーバーエッチング工程よりさらに選択比を高めた条件下でエッチングする第２のオーバーエッチング工程とに別けて行う。
【００３６】
すなわち、一般に、オーバーエッチング工程では、図１（ｃ）に示すウエハ面内の一部の領域の下層のシリコン酸化膜層１０２がほぼ露出した状態となってから、さらに、所定時間オーバーエッチング工程を続けて行う。これは、エッチングレートが、ウエハ面内の位置やパターン形状の相違によって、異なり、ウエハ面内の全ての部分において、不所望なシリコン含有導電膜層１０３が残ることなく、全て除去するためである。
【００３７】
しかしながら、かかるオーバーエッチング工程においては、下層のシリコン酸化膜層１０２がほぼ露出した状態となっているため、さらに、選択比を高める必要がある。
【００３８】
このため、本実施の形態においていは、オーバーエッチング工程を、選択比がある程度高くかつエッチングレートもある程度高い第１のオーバーエッチング工程と、この第１のオーバーエッチング工程よりさらに選択比を高めた第２のオーバーエッチング工程とに別けて行う。
【００３９】
上記第１のオーバーエッチング工程と、第２のオーバーエッチング工程は、第１のオーバーエッチング工程より第２のオーバーエッチング工程の圧力を上昇させること、又は、エッチングガス種を変更すること、又は、ウエハに印加するバイアス電力を変更すること、又は、電極間の距離を変更すること、或いは、これらを組合わせて行うこと等によって、切り替えることができる。
【００４０】
次に、上述したメインエッチング工程と、オーバーエッチング工程の切り替えるタイミングを検出する方法について説明する。
【００４１】
通常のエッチング終点検出方法では、プラズマ中の所定波長の光の強度変化を測定することによって、エッチングされている物質によって経時的に変化する光の強度変化からエッチングの終点を検出している。
【００４２】
すなわち、図３のグラフに曲線Ａで示すように、ポリシリコンのエッチングによって、発生する特定波長（例えば４０５ｎｍ）の光の強度変化を測定すると、ポリシリコン層のエッチングが行われている間は、略一定の強度であり、ポリシリコン層が除去されて部分的に下地層の露出が始まると、この光の強度変化が減少を初め、略下地層が露出し終わると、減少した光の強度が略一定となる。かかる光の強度変化から、エッチングの終点を検出することができる。
【００４３】
しかしながら、上記のエッチング終点検出方法では、下地層の露出が始まった時点で光の強度変化が生じるため、下地層の露出が始まる前に、メインエッチングを終了させることができない。このため、本実施の形態では、図４に示すように構成された装置によって、シリコン含有導電膜層１０３の膜厚の減少を検出し、前述した図１（ｂ）に示すように、シリコン含有導電膜層１０３の膜厚が薄くなり、下地層の露出が始まる前にこれを検出する。
【００４４】
すなわち、図４に示す装置では、エッチング装置１のチャンバー２内に設けられたウエハＷの表面に対して、光源２０１からの光（波長が例えば４００〜８００ｎｍ）を光ファイバー２０２、レンズ２０３を介して照射する。そして、その反射光を、ポリクロメータ２０４及び光検出器２０５によって検出し、この光検出器２０５の出力信号を、演算処理部２０６によって処理するようになっている。
【００４５】
上記光検出器２０５で検出される光の強度は、例えば、図３のグラフの曲線Ｂ（波長４００．２５ｎｍ）、Ｃ（波長４５０．０８ｎｍ）、Ｄ（波長４９９．７３ｎｍ）、Ｅ（波長５４９．９５ｎｍ）、に示されるように変化する。すなわち、シリコン含有導電膜層の表面で反射された反射光と、シリコン含有導電膜層と下層のシリコン酸化膜層との界面において反射された反射光とが干渉を起こし、この干渉した光の強度が、シリコン含有導電膜層のエッチングによる膜厚の減少に伴って、周期的に変化する。
【００４６】
そこで、上記干渉光に基づく曲線Ｂ〜Ｅの如き変化と、曲線Ａの変化との相関を予め調べておき、例えば、曲線Ｂ〜Ｅのうちのいずれか、あるいは、これらの出力を加算した信号、あるいはこれらの微分信号等に基づいて、ピークの数や位置、光強度等により、シリコン含有導電膜層の残膜量が減少したことを検知して、下層のシリコン酸化膜層が露出を始める前にメインエッチングを終了させることができる。例えば、図３に示す例では、曲線Ｃの最後のピーク等を検出することによって、曲線Ａが減少を始める前、つまり、シリコン酸化膜層が露出し始める前に、メインエッチング工程を終了させるとができる。
【００４７】
このようにして、シリコン酸化膜層が露出し始める前に、メインエッチング工程を終了し、オーバーエッチング工程に切り換えることによって、シリコン酸化膜層に損傷を与えることなく、シリコン含有導電膜層のみをエッチングすることができる。
【００４８】
図５は、本発明の実施形態に使用するプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示すものである。同図に示すように、プラズマ処理装置１は、電極板が上下平行に対向し、両方に高周波電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。
【００４９】
このエッチング処理装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有しており、このチャンバー２は接地されている。チャンバー２内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられており、さらにこのサセプタ支持台４の上には、下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。
【００５０】
サセプタ支持台４の内部には、温度調節媒体室７が設けられている。この温度調節媒体室７には、導入管８を介して温度調節媒体が導入、循環され、サセプタ５を所望の温度に制御できるようになっている。
【００５１】
サセプタ５は、その上中央部が凸状の円板状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２が介在された構成となっており、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハＷを静電吸着する。
【００５２】
そして、絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、さらには静電チャック１１には、被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなどを供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５とウエハＷとの間の熱伝達がなされ、ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。
【００５３】
サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５はセラミックス或いは石英などの絶縁性材料或いは導電性材料からなり、エッチングの均一性を向上させるようになっている。
【００５４】
また、サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー２の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構成し、多数の吐出孔２３を有する例えば石英からなる電極板２４と、この電極２４を支持する導電性材料例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体２５とによって構成されている。なお、サセプタ５と上部電極２１との間隔は、調節可能とされている。
【００５５】
上部電極２１における電極支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されており、さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続され、この処理ガス供給源３０から、プラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお、図５には、上記の処理ガス供給源３０等からなる処理ガス供給系を１つのみ図示しているが、これらの処理ガス供給系は複数設けられており、例えば、ＨＢｒ、Ｃｌ2 、Ｏ2 等のガスを夫々独立に流量制御して、チャンバー２内に供給できるよう構成されている。
【００５６】
一方、チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００５７】
上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、このように高い周波数を印加することによりチャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ、従来より低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。この第１の高周波電源４０の周波数は、５０〜８０ＭＨｚが好ましく、典型的には図示した６０ＭＨｚまたはその近傍の周波数が採用される。
【００５８】
下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は数百〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このような範囲の周波数を印加することにより、被処理体であるウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数は、典型的には図示した１３．５６ＭＨｚまたは８００ＫＨｚ等の周波数が採用される。
【００５９】
次に、上記構成のプラズマ処理装置１によって、ウエハＷに形成されたシリコン含有導電膜層１０３を、マスク層１０４を介して所定のパターンにエッチングする工程について説明する。
【００６０】
まず、前述したように、シリコン酸化膜層１０２、シリコン含有導電膜層１０３、及び、所定パターンにパターニングされたマスク層１０４が形成されたウエハＷを、ゲートバルブ３２を開放して、図示しない搬送アーム等によって、図示しないロードロック室からチャンバー２内へ搬入し、静電チャック１１上に載置する。そして、高圧直流電源１３から直流電圧を印加することによって、ウエハＷを静電チャック１１上に静電吸着する。
【００６１】
次いで、搬送アームをチャンバー２から退避させた後、ゲートバルブ３２を閉じ、排気機構３５によって、チャンバー２内を所定の真空度まで真空引する。この後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０からメインエッチング用のガス、例えば、ＨＢｒとＣｌ２、又はＨＢｒとＣｌ２とＯ２ 、又はＨＢｒとＯ２、又はＨＢｒを、マスフローコントローラ２９によってその流量を調整しつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６、上部電極２１の中空分、電極板２４の吐出孔２３を通じて、図５の矢印に示すように、ウエハＷに対して均一に吐出させる。
【００６２】
これとともに、チャンバー２内の圧力が、所定の圧力、例えば、０．６７〜６．７Ｐａ程度の圧力に維持され、第１の高周波電源４０及び第２の高周波電源５０から、上部電極２１及び下部電極としてのサセプタ５に高周波電圧を印加し、エッチングガスをプラズマ化して、まず、ウエハＷのシリコン含有導電膜層１０３のメインエッチングを行い、前述した図１（ｂ）の状態となった時点でこのメインエッチング工程を終了する。なお、かかるメインエッチング工程の終了タイミングは、前述した図４に示されるような構成の装置によって検出する。
【００６３】
次に、エッチング条件を変更して、オーバーエッチングを行う。かかるオーバーエッチング工程は、オーバーエッチング工程用のエッチングガス、例えば、ＨＢｒとＯ2 の混合ガス、又はＨＢｒ単ガス等のＣｌ2 を含まないガスによって行われ、少なくとも、前記したメインエッチング工程より高い圧力で行われる。
【００６４】
また、必要に応じて、第１のオーバーエッチング工程と、第２のオーバーエッチング工程とに別けて行われる。
【００６５】
このうち、後に行われる第２のオーバーエッチング工程は、前述した選択比が無限大となるように高選択比の条件で行われることが好ましく、この場合は、圧力を１３Ｐａ以上２７Ｐａ以下とすることが好ましい。
【００６６】
また、第２のオーバーエッチング工程の前に行われる第１のオーバーエッチング工程は、メインエッチング工程と第２のオーバーエッチング工程との中間の圧力、例えば、６．７以上２７Ｐａ未満程度の圧力で行うことが好ましい。
【００６７】
また、オーバーエッチング工程が１つの工程によって行われる場合は、オーバーエッチング工程を別けて行う場合の後のオーバーエッチング工程、つまり上述した第２のオーバーエッチング工程と同様なエッチング条件でエッチングを行うことが好ましい。
【００６８】
上記の方法により、実施例として、以下の条件、
（メインエッチング工程）
エッチングガス：Ｃｌ2 （流量５０SCCM）＋ＨＢｒ（流量３５０SCCM）
チャンバ圧力：６．７Ｐａ
上部電極印加高周波電力：７００Ｗ
下部電極印加高周波電力：１５０Ｗ
電極間距離：１７０ｍｍ
バックＨｅ圧力：３９９Ｐａ
【００６９】
（第１のオーバーエッチング工程）
エッチングガス：ＨＢｒ（流量１５０SCCM）
チャンバ圧力：８Ｐａ
上部電極印加高周波電力：１５０Ｗ
下部電極印加高周波電力：２０Ｗ
電極間距離：９０ｍｍ
バックＨｅ圧力：１３３０Ｐａ
【００７０】
（第２のオーバーエッチング工程）
エッチングガス：ＨＢｒ（流量２００SCCM）
チャンバ圧力：２７Ｐａ
上部電極印加高周波電力：７００Ｗ
下部電極印加高周波電力：４０Ｗ
電極間距離：１５０ｍｍ
バックＨｅ圧力：１３３０Ｐａ
でエッチングを行った。
【００７１】
上記の各エッチング工程におけるエッチングレート、エッチングレートの面内均一性、選択比は、以下のとおりであった。
メインエッチング工程
エッチングレート：２１７．７ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±５％
選択比：１７．５
第１のオーバーエッチング工程
エッチングレート：８８．３ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±７．３％
選択比：４５２
第２のオーバーエッチング工程
エッチングレート：７５．７ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±１０．５％、
選択比：∞
【００７２】
なお、メインエッチング工程と、第１のオーバーエッチング工程との切り替えは、十分安全を見込んで、下地層であるシリコン酸化膜層が露出する前に行い、第１のオーバーエッチング工程と第２のオーバーエッチング工程との切り替えは、下地層であるシリコン酸化膜層が露出する直前（図３に示した曲線Ａのスロープスタート直前）に行った。
【００７３】
第１のオーバーエッチング工程と第２のオーバーエッチング工程との切り替えにおいて、選択比を上げるために、チャンバー圧力を高くするとエッチングレートの面内均一性が低下する。その際、上下部電極印加高周波電力を大きくし、更に電極間距離を広くすることでエッチングレートの面内均一性を向上できる。
【００７４】
上記実施例により、下地層であるシリコン酸化膜層にほとんど損傷を与えることなく、また、シリコン含有導電膜層のエッチング形状を崩すことなく、良好にシリコン含有導電膜層のみをエッチングして除去することができた。
【００７５】
なお、上記の例では、オーバーエッチング工程を、第１及び第２のオーバーエッチング工程に別けて行った場合について説明したが、前述したとおり、これらのオーバーエッチング工程を、単一のオーバーエッチング工程としても良い。
【００７６】
次に、前述した装置により、以下の条件でエッチングを行い、エッチングガスにおける酸素の流量を１，３，５SCCMとして夫々エッチングを行った。
エッチングガス：ＨＢｒ（流量１００SCCM）＋Ｏ2 （流量１，３，５SCCM）
チャンバ圧力：４０Ｐａ
上部電極印加高周波電力：２５０Ｗ
下部電極印加高周波電力：１００Ｗ
電極間距離：８０ｍｍ
バックＨｅ圧力：１３３０Ｐａ
【００７７】
上記のエッチング結果は以下のとおりとなった。
（酸素流量１SCCM）
エッチングレート：１５９．８ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±５．４％
選択比：１０
（酸素流量３SCCM）
エッチングレート：１６５．３ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±５．４％
選択比：１０４
（酸素流量５SCCM）
エッチングレート：１６７．２ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±５．７％
選択比：１３９
【００７８】
上記の結果に示されるとおり、チャンバ圧力が低圧であっても、酸素添加量を増やすことによって、エッチングレート、面内均一性を維持しつつ、選択比を増加させることができる。かかる酸素の添加量が１５％を超えると、堆積を生じやすくなるので、かかる酸素の添加量は１〜５％程度とすることが好ましく、更には３〜５％とすることが好ましい。
【００７９】
上記のように、酸素の添加量を調整することによっても、選択比を増加させることができる。
【００８０】
なお、上記の例では、平行平板型であって、上部電極と下部電極の双方に高周波電力を供給してエッチングを行うエッチング装置を使用した実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、あらゆるプラズマエッチング装置を使用できること、例えば、上部電極、下部電極の一方の電極のみに高周波電力を供給する方式のエッチング装置、磁場を用いてプラズマを制御するエッチング装置等を使用できることは、勿論である。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のドライエッチング方法によれば、従来に較べて、シリコン酸化膜に対するシリコン含有導電膜の選択比を向上させることができ、下地層であるシリコン酸化膜層をエッチングすることなく、また、シリコン含有導電膜層のエッチング形状を崩すことなく、確実に所望のシリコン含有導電膜層のみをエッチングして除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を説明するためのウエハ断面の構成を模式的に示す図。
【図２】圧力とエッチングレート及び選択比との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の一実施形態に使用する終点検出方法を説明するめのグラフ。
【図４】本発明の一実施形態に使用する終点検出のための装置の構成の例を示す図。
【図５】本発明の一実施形態に使用する装置の構成の例を示す図。
【符号の説明】
１０１……半導体ウエハ、１０２……シリコン酸化膜層、１０３……シリコン含有導電膜層、１０４……マスク層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造におけるドライエッチング方法に係り、特に、シリコン酸化膜層の上に形成されたシリコン含有導電膜層をエッチングするドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体装置の製造分野においては、ゲート構造を形成する工程等において、絶縁層であるシリコン酸化膜層の上に、導体層を構成するシリコン含有導電膜層、例えば、ポリシリコン層、又はシリサイド層、又はポリシリコン層とその上のシリサイド層を形成し、この後、かかる導体層の上に形成したマスク層を介して、このシリコン含有導電膜層等を、下層のシリコン酸化膜層が露出するまで、所定形状にエッチングすることが行われている。
【０００３】
このようなシリコン酸化膜層の上に形成されたシリコン含有導電膜層のエッチングを行う場合、従来から、プラズマエッチングが広く使用されている。
【０００４】
また、かかるプラズマエッチングによって、シリコン含有導電膜層をエッチングする場合、半導体ウエハ等の全面の各部において、不所望なシリコン含有導電膜層が残ることなく、完全に除去できるようにするため、シリコン酸化膜層が露出した後も、さらにエッチングを行う所謂オーバーエッチングが行われている。
かかるオーバーエッチング工程では、露出したシリコン酸化膜層をできる限りエッチングすることなく、シリコン含有導電膜層のみをエッチングすることが必要とされるため、シリコン酸化膜に対するシリコン含有導電膜の選択比（シリコン含有導電膜のエッチングレート／シリコン酸化膜のエッチングレート）の高いエッチングガスを用いる必要があり、このため、従来からＨＢｒガス、あるいは、ＨＢｒガスとＯ2 ガスの混合ガス等が、エッチングガスとして使用されている。
また、上記エッチング時の圧力としては、通常０．６７〜６．７Ｐａ程度の圧力が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年においては、半導体装置の回路パターンは、ますます微細化される傾向にある。例えば、上述したゲート構造においては、シリコン酸化膜層の膜厚も薄くされる傾向にある。
【０００６】
このため、回路パターンの形成技術においては、更に加工精度を向上させることが望まれており、上述したエッチング工程においても、さらに、シリコン酸化膜に対するポリシリコンの選択比を向上させ、下地層であるシリコン酸化膜層をエッチングすることなく、また、シリコン含有導電膜層のエッチング形状を崩すことなく、確実に所望のシリコン含有導電膜層のみをエッチングして除去できるようにすることが望まれている。
【０００７】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、従来に較べて、シリコン酸化膜に対するシリコン含有導電膜の選択比を向上させることができ、下地層であるシリコン酸化膜層をエッチングすることなく、また、シリコン含有導電膜層のエッチング形状を崩すことなく、確実に所望のシリコン含有導電膜層のみをエッチングして除去することのできるドライエッチング方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、シリコン酸化膜層の上に形成されたシリコン含有導電膜層を、当該シリコン含有導電膜層の上に形成された所定のパターン形状のマスク層を介して、少なくともＨＢｒガスを含むエッチングガスにより、エッチングするドライエッチング方法であって、１３Ｐａ未満の第１の圧力でプラズマエッチングするメインエッチング工程と、前記メインエッチング工程の後、前記メインエッチング工程より高く、かつ、６．７Ｐａ以上、２７Ｐａ未満の圧力で、かつ、ＨＢｒガスを含みＣｌ ２ ガスを含まないエッチングガスにより、プラズマエッチングする第１のオーバーエッチング工程と、前記第１のオーバーエッチングの後、前記第１のオーバーエッチング工程より高く、かつ、１３Ｐａ以上、２７Ｐａ以下の圧力で、かつ、ＨＢｒガスを含みＣｌ２ガスを含まないエッチングガスにより、プラズマエッチングする第2のオーバーエッチング工程とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載のドライエッチング方法において、前記シリコン含有導電膜層が、ポリシリコン層であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載のドライエッチング方法において、前記シリコン含有導電膜層が、シリサイド層であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１記載のドライエッチング方法において、前記シリコン含有導電膜層が、ポリシリコン層とその上のシリサイド層であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載のドライエッチング方法において、前記第１及び第２のオーバーエッチング工程のエッチングガスは、ＨＢｒとＯ２ の混合ガス、又はＨＢｒガスからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１〜５いずれか１項記載のドライエッチング方法において、前記メインエッチング工程のエッチングガスは、ＨＢｒとＣｌ２又はＨＢｒとＣｌ２とＯ２ 、又はＨＢｒとＯ２の混合ガス、又はＨＢｒガスからなることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態を説明するため、半導体ウエハ（シリコン基板）の縦断面の一部を拡大して模式的に示すものである。
【００２１】
同図（ａ）に示すとおり、半導体ウエハ（シリコン基板）１０１上には、絶縁層を構成するシリコン酸化膜層１０２、導体層を構成するシリコン含有導電膜層１０３（例えば、ポリシリコン層、又はシリサイド層、又はポリシリコン層とその上のシリサイド層）が形成されている。
【００２２】
また、上記シリコン含有導電膜層１０３の上には、フォトレジスト、あるいは所謂ハードマスク（窒化シリコン等）からなり、所定のパターンに形成されたマスク層１０４が設けられている。
【００２３】
本実施形態においては、上記マスク層１０４を介して、シリコン含有導電膜層１０３をエッチングし、シリコン含有導電膜層１０３を所定のパターンに形成する。
【００２４】
ここで、図２のグラフは、横軸を圧力、縦軸を、シリコン酸化膜に対するポリシリコンの選択比（ポリシリコンのエッチングレート／シリコン酸化膜のエッチングレート）及びポリシリコンのエッチングレートとして、エッチングガスとしてＨＢｒを使用した場合の圧力と選択比（実線Ａ）及び、圧力とポリシリコンのエッチングレート（点線Ｂ）の関係を調べた結果を示すものである。
【００２５】
この図２のグラフに点線Ｂで示されるとおり、エッチングガスとしてＨＢｒを使用した場合、圧力の上昇に伴って略直線的にポリシリコンのエッチングレートが減少する。
【００２６】
一方、選択比は、実線Ａで示されるとおり、圧力の上昇に伴って増大し、圧力が約１３Ｐａ（１００ｍTorr）で略無限大となる。なお、選択比が略無限大とは、シリコン酸化膜に対するエッチングが実質的に行われないことを示している。
【００２７】
すなわち、エッチングガスとしてＨＢｒ（ＨＢｒ＋Ｏ2 でも略同様）を使用した場合、圧力を略１３Ｐａ（１００ｍTorr）以上とすることによって、シリコン酸化膜に対するポリシリコンの選択比を略無限大程度まで高めることができる。ここで、上記の通り選択比が向上するのは、ＳｉＯ2 、ＳｉＢｒ等の堆積が生じ、また、分子密度が高くなりラジカルに対するイオンの数が相対的に小さくなってスパッタ力が低下するからと考えられる。
【００２８】
一方、上記の１３Ｐａより低い圧力とすると、選択比は低下するものの、ポリシリコンのエッチングレートは高めることができる。
【００２９】
そこで、本実施の形態においては、シリコン酸化膜に対するシリコン含有導電膜の選択比を可能な限り高める必要がある所謂オーバーエッチング工程では、エッチングガスの圧力を高めてエッチングを行い、選択比をそれほど必要とせず、エッチングレートを高める必要のある所謂メインエッチング工程では、上記オーバーエッチング工程より低い圧力下（選択比は低いがエッチングレートが高い条件下）でエッチングを行う。
【００３０】
また、前述した図２のグラフに点線Ｂで示されるとおり、エッチングガスとしてＨＢｒを使用した場合、圧力の上昇に伴って略直線的にポリシリコンのエッチングレートが減少する。これは、圧力が高くなると、デポジションにより、エッチングが抑制されるからである。
【００３１】
また、ポリシリコン等からなるシリコン含有導電膜層１０３の膜厚は通常１００〜１５０ｎｍ（１０００〜１５００オングストローム）であり、オーバーエッチング工程は、１００％（１００〜１５０ｎｍエッチング相当）程度行われる。このため、メインエッチングを１分程度で行った後、オーバーエッチングを２分以内程度で行うためには、約９０ｎｍ／分（９００オングストローム／分）以上のエッチングレートが得られる２７Ｐａ（２００ｍTorr）以下でオーバーエッチング工程を行うことが好ましい。
【００３２】
なお、上記オーバーエッチング工程において、Ｃｌ2 を含むガスを使用すると、十分な選択比を得ることが困難になる。このため、シリコン酸化膜層１０２の厚さが薄く、選択比を高める必要がある場合は、Ｃｌ2 を含むガスを使用せずに、エッチングガスとしてＨＢｒガス、又は、ＨＢｒ＋Ｏ2 ガスを使用することが好ましい。
【００３３】
次に、具体的なエッチング工程を説明する。まず、図１（ａ）に示す状態から、エッチングガスとして、少なくともＨＢｒを含むガス、例えば、ＨＢｒ＋Ｃｌ２＋Ｏ２の混合ガス、又は、ＨＢｒ＋Ｃｌ２の混合ガス、又は、ＨＢｒ＋Ｏ２の混合ガス、又は、ＨＢｒガスを用い、圧力６．７Ｐａ（５０ｍTorr）程度としてまずメインエッチング工程を行う。
【００３４】
この後、図１（ｂ）に示すように、シリコン含有導電膜層１０３の大部分がエッチングされ、かつ、下層のシリコン酸化膜層１０２が露出する前に、上記メインエッチング工程を終了し、オーバーエッチング工程を行う。
【００３５】
また、本実施の形態においていは、かかるオーバーエッチング工程をさらに、第１のオーバーエッチング工程と、この第１のオーバーエッチング工程よりさらに選択比を高めた条件下でエッチングする第２のオーバーエッチング工程とに別けて行う。
【００３６】
すなわち、一般に、オーバーエッチング工程では、図１（ｃ）に示すウエハ面内の一部の領域の下層のシリコン酸化膜層１０２がほぼ露出した状態となってから、さらに、所定時間オーバーエッチング工程を続けて行う。これは、エッチングレートが、ウエハ面内の位置やパターン形状の相違によって、異なり、ウエハ面内の全ての部分において、不所望なシリコン含有導電膜層１０３が残ることなく、全て除去するためである。
【００３７】
しかしながら、かかるオーバーエッチング工程においては、下層のシリコン酸化膜層１０２がほぼ露出した状態となっているため、さらに、選択比を高める必要がある。
【００３８】
このため、本実施の形態においていは、オーバーエッチング工程を、選択比がある程度高くかつエッチングレートもある程度高い第１のオーバーエッチング工程と、この第１のオーバーエッチング工程よりさらに選択比を高めた第２のオーバーエッチング工程とに別けて行う。
【００３９】
上記第１のオーバーエッチング工程と、第２のオーバーエッチング工程は、第１のオーバーエッチング工程より第２のオーバーエッチング工程の圧力を上昇させること、又は、エッチングガス種を変更すること、又は、ウエハに印加するバイアス電力を変更すること、又は、電極間の距離を変更すること、或いは、これらを組合わせて行うこと等によって、切り替えることができる。
【００４０】
次に、上述したメインエッチング工程と、オーバーエッチング工程の切り替えるタイミングを検出する方法について説明する。
【００４１】
通常のエッチング終点検出方法では、プラズマ中の所定波長の光の強度変化を測定することによって、エッチングされている物質によって経時的に変化する光の強度変化からエッチングの終点を検出している。
【００４２】
すなわち、図３のグラフに曲線Ａで示すように、ポリシリコンのエッチングによって、発生する特定波長（例えば４０５ｎｍ）の光の強度変化を測定すると、ポリシリコン層のエッチングが行われている間は、略一定の強度であり、ポリシリコン層が除去されて部分的に下地層の露出が始まると、この光の強度変化が減少を初め、略下地層が露出し終わると、減少した光の強度が略一定となる。かかる光の強度変化から、エッチングの終点を検出することができる。
【００４３】
しかしながら、上記のエッチング終点検出方法では、下地層の露出が始まった時点で光の強度変化が生じるため、下地層の露出が始まる前に、メインエッチングを終了させることができない。このため、本実施の形態では、図４に示すように構成された装置によって、シリコン含有導電膜層１０３の膜厚の減少を検出し、前述した図１（ｂ）に示すように、シリコン含有導電膜層１０３の膜厚が薄くなり、下地層の露出が始まる前にこれを検出する。
【００４４】
すなわち、図４に示す装置では、エッチング装置１のチャンバー２内に設けられたウエハＷの表面に対して、光源２０１からの光（波長が例えば４００〜８００ｎｍ）を光ファイバー２０２、レンズ２０３を介して照射する。そして、その反射光を、ポリクロメータ２０４及び光検出器２０５によって検出し、この光検出器２０５の出力信号を、演算処理部２０６によって処理するようになっている。
【００４５】
上記光検出器２０５で検出される光の強度は、例えば、図３のグラフの曲線Ｂ（波長４００．２５ｎｍ）、Ｃ（波長４５０．０８ｎｍ）、Ｄ（波長４９９．７３ｎｍ）、Ｅ（波長５４９．９５ｎｍ）、に示されるように変化する。すなわち、シリコン含有導電膜層の表面で反射された反射光と、シリコン含有導電膜層と下層のシリコン酸化膜層との界面において反射された反射光とが干渉を起こし、この干渉した光の強度が、シリコン含有導電膜層のエッチングによる膜厚の減少に伴って、周期的に変化する。
【００４６】
そこで、上記干渉光に基づく曲線Ｂ〜Ｅの如き変化と、曲線Ａの変化との相関を予め調べておき、例えば、曲線Ｂ〜Ｅのうちのいずれか、あるいは、これらの出力を加算した信号、あるいはこれらの微分信号等に基づいて、ピークの数や位置、光強度等により、シリコン含有導電膜層の残膜量が減少したことを検知して、下層のシリコン酸化膜層が露出を始める前にメインエッチングを終了させることができる。例えば、図３に示す例では、曲線Ｃの最後のピーク等を検出することによって、曲線Ａが減少を始める前、つまり、シリコン酸化膜層が露出し始める前に、メインエッチング工程を終了させるとができる。
【００４７】
このようにして、シリコン酸化膜層が露出し始める前に、メインエッチング工程を終了し、オーバーエッチング工程に切り換えることによって、シリコン酸化膜層に損傷を与えることなく、シリコン含有導電膜層のみをエッチングすることができる。
【００４８】
図５は、本発明の実施形態に使用するプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示すものである。同図に示すように、プラズマ処理装置１は、電極板が上下平行に対向し、両方に高周波電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。
【００４９】
このエッチング処理装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有しており、このチャンバー２は接地されている。チャンバー２内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられており、さらにこのサセプタ支持台４の上には、下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。
【００５０】
サセプタ支持台４の内部には、温度調節媒体室７が設けられている。この温度調節媒体室７には、導入管８を介して温度調節媒体が導入、循環され、サセプタ５を所望の温度に制御できるようになっている。
【００５１】
サセプタ５は、その上中央部が凸状の円板状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２が介在された構成となっており、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハＷを静電吸着する。
【００５２】
そして、絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、さらには静電チャック１１には、被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなどを供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５とウエハＷとの間の熱伝達がなされ、ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。
【００５３】
サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５はセラミックス或いは石英などの絶縁性材料或いは導電性材料からなり、エッチングの均一性を向上させるようになっている。
【００５４】
また、サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー２の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構成し、多数の吐出孔２３を有する例えば石英からなる電極板２４と、この電極２４を支持する導電性材料例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体２５とによって構成されている。なお、サセプタ５と上部電極２１との間隔は、調節可能とされている。
【００５５】
上部電極２１における電極支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されており、さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続され、この処理ガス供給源３０から、プラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお、図５には、上記の処理ガス供給源３０等からなる処理ガス供給系を１つのみ図示しているが、これらの処理ガス供給系は複数設けられており、例えば、ＨＢｒ、Ｃｌ2 、Ｏ2 等のガスを夫々独立に流量制御して、チャンバー２内に供給できるよう構成されている。
【００５６】
一方、チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００５７】
上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、このように高い周波数を印加することによりチャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ、従来より低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。この第１の高周波電源４０の周波数は、５０〜８０ＭＨｚが好ましく、典型的には図示した６０ＭＨｚまたはその近傍の周波数が採用される。
【００５８】
下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は数百〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このような範囲の周波数を印加することにより、被処理体であるウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数は、典型的には図示した１３．５６ＭＨｚまたは８００ＫＨｚ等の周波数が採用される。
【００５９】
次に、上記構成のプラズマ処理装置１によって、ウエハＷに形成されたシリコン含有導電膜層１０３を、マスク層１０４を介して所定のパターンにエッチングする工程について説明する。
【００６０】
まず、前述したように、シリコン酸化膜層１０２、シリコン含有導電膜層１０３、及び、所定パターンにパターニングされたマスク層１０４が形成されたウエハＷを、ゲートバルブ３２を開放して、図示しない搬送アーム等によって、図示しないロードロック室からチャンバー２内へ搬入し、静電チャック１１上に載置する。そして、高圧直流電源１３から直流電圧を印加することによって、ウエハＷを静電チャック１１上に静電吸着する。
【００６１】
次いで、搬送アームをチャンバー２から退避させた後、ゲートバルブ３２を閉じ、排気機構３５によって、チャンバー２内を所定の真空度まで真空引する。この後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０からメインエッチング用のガス、例えば、ＨＢｒとＣｌ２、又はＨＢｒとＣｌ２とＯ２ 、又はＨＢｒとＯ２、又はＨＢｒを、マスフローコントローラ２９によってその流量を調整しつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６、上部電極２１の中空分、電極板２４の吐出孔２３を通じて、図５の矢印に示すように、ウエハＷに対して均一に吐出させる。
【００６２】
これとともに、チャンバー２内の圧力が、所定の圧力、例えば、０．６７〜６．７Ｐａ程度の圧力に維持され、第１の高周波電源４０及び第２の高周波電源５０から、上部電極２１及び下部電極としてのサセプタ５に高周波電圧を印加し、エッチングガスをプラズマ化して、まず、ウエハＷのシリコン含有導電膜層１０３のメインエッチングを行い、前述した図１（ｂ）の状態となった時点でこのメインエッチング工程を終了する。なお、かかるメインエッチング工程の終了タイミングは、前述した図４に示されるような構成の装置によって検出する。
【００６３】
次に、エッチング条件を変更して、オーバーエッチングを行う。かかるオーバーエッチング工程は、オーバーエッチング工程用のエッチングガス、例えば、ＨＢｒとＯ2 の混合ガス、又はＨＢｒ単ガス等のＣｌ2 を含まないガスによって行われ、少なくとも、前記したメインエッチング工程より高い圧力で行われる。
【００６４】
また、必要に応じて、第１のオーバーエッチング工程と、第２のオーバーエッチング工程とに別けて行われる。
【００６５】
このうち、後に行われる第２のオーバーエッチング工程は、前述した選択比が無限大となるように高選択比の条件で行われることが好ましく、この場合は、圧力を１３Ｐａ以上２７Ｐａ以下とすることが好ましい。
【００６６】
また、第２のオーバーエッチング工程の前に行われる第１のオーバーエッチング工程は、メインエッチング工程と第２のオーバーエッチング工程との中間の圧力、例えば、６．７以上２７Ｐａ未満程度の圧力で行うことが好ましい。
【００６７】
また、オーバーエッチング工程が１つの工程によって行われる場合は、オーバーエッチング工程を別けて行う場合の後のオーバーエッチング工程、つまり上述した第２のオーバーエッチング工程と同様なエッチング条件でエッチングを行うことが好ましい。
【００６８】
上記の方法により、実施例として、以下の条件、
（メインエッチング工程）
エッチングガス：Ｃｌ2 （流量５０SCCM）＋ＨＢｒ（流量３５０SCCM）
チャンバ圧力：６．７Ｐａ
上部電極印加高周波電力：７００Ｗ
下部電極印加高周波電力：１５０Ｗ
電極間距離：１７０ｍｍ
バックＨｅ圧力：３９９Ｐａ
【００６９】
（第１のオーバーエッチング工程）
エッチングガス：ＨＢｒ（流量１５０SCCM）
チャンバ圧力：８Ｐａ
上部電極印加高周波電力：１５０Ｗ
下部電極印加高周波電力：２０Ｗ
電極間距離：９０ｍｍ
バックＨｅ圧力：１３３０Ｐａ
【００７０】
（第２のオーバーエッチング工程）
エッチングガス：ＨＢｒ（流量２００SCCM）
チャンバ圧力：２７Ｐａ
上部電極印加高周波電力：７００Ｗ
下部電極印加高周波電力：４０Ｗ
電極間距離：１５０ｍｍ
バックＨｅ圧力：１３３０Ｐａ
でエッチングを行った。
【００７１】
上記の各エッチング工程におけるエッチングレート、エッチングレートの面内均一性、選択比は、以下のとおりであった。
メインエッチング工程
エッチングレート：２１７．７ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±５％
選択比：１７．５
第１のオーバーエッチング工程
エッチングレート：８８．３ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±７．３％
選択比：４５２
第２のオーバーエッチング工程
エッチングレート：７５．７ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±１０．５％、
選択比：∞
【００７２】
なお、メインエッチング工程と、第１のオーバーエッチング工程との切り替えは、十分安全を見込んで、下地層であるシリコン酸化膜層が露出する前に行い、第１のオーバーエッチング工程と第２のオーバーエッチング工程との切り替えは、下地層であるシリコン酸化膜層が露出する直前（図３に示した曲線Ａのスロープスタート直前）に行った。
【００７３】
第１のオーバーエッチング工程と第２のオーバーエッチング工程との切り替えにおいて、選択比を上げるために、チャンバー圧力を高くするとエッチングレートの面内均一性が低下する。その際、上下部電極印加高周波電力を大きくし、更に電極間距離を広くすることでエッチングレートの面内均一性を向上できる。
【００７４】
上記実施例により、下地層であるシリコン酸化膜層にほとんど損傷を与えることなく、また、シリコン含有導電膜層のエッチング形状を崩すことなく、良好にシリコン含有導電膜層のみをエッチングして除去することができた。
【００７５】
なお、上記の例では、オーバーエッチング工程を、第１及び第２のオーバーエッチング工程に別けて行った場合について説明したが、前述したとおり、これらのオーバーエッチング工程を、単一のオーバーエッチング工程としても良い。
【００７６】
次に、前述した装置により、以下の条件でエッチングを行い、エッチングガスにおける酸素の流量を１，３，５SCCMとして夫々エッチングを行った。
エッチングガス：ＨＢｒ（流量１００SCCM）＋Ｏ2 （流量１，３，５SCCM）
チャンバ圧力：４０Ｐａ
上部電極印加高周波電力：２５０Ｗ
下部電極印加高周波電力：１００Ｗ
電極間距離：８０ｍｍ
バックＨｅ圧力：１３３０Ｐａ
【００７７】
上記のエッチング結果は以下のとおりとなった。
（酸素流量１SCCM）
エッチングレート：１５９．８ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±５．４％
選択比：１０
（酸素流量３SCCM）
エッチングレート：１６５．３ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±５．４％
選択比：１０４
（酸素流量５SCCM）
エッチングレート：１６７．２ｎｍ／ｍｉｎ
面内均一性：±５．７％
選択比：１３９
【００７８】
上記の結果に示されるとおり、チャンバ圧力が低圧であっても、酸素添加量を増やすことによって、エッチングレート、面内均一性を維持しつつ、選択比を増加させることができる。かかる酸素の添加量が１５％を超えると、堆積を生じやすくなるので、かかる酸素の添加量は１〜５％程度とすることが好ましく、更には３〜５％とすることが好ましい。
【００７９】
上記のように、酸素の添加量を調整することによっても、選択比を増加させることができる。
【００８０】
なお、上記の例では、平行平板型であって、上部電極と下部電極の双方に高周波電力を供給してエッチングを行うエッチング装置を使用した実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、あらゆるプラズマエッチング装置を使用できること、例えば、上部電極、下部電極の一方の電極のみに高周波電力を供給する方式のエッチング装置、磁場を用いてプラズマを制御するエッチング装置等を使用できることは、勿論である。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のドライエッチング方法によれば、従来に較べて、シリコン酸化膜に対するシリコン含有導電膜の選択比を向上させることができ、下地層であるシリコン酸化膜層をエッチングすることなく、また、シリコン含有導電膜層のエッチング形状を崩すことなく、確実に所望のシリコン含有導電膜層のみをエッチングして除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を説明するためのウエハ断面の構成を模式的に示す図。
【図２】圧力とエッチングレート及び選択比との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の一実施形態に使用する終点検出方法を説明するめのグラフ。
【図４】本発明の一実施形態に使用する終点検出のための装置の構成の例を示す図。
【図５】本発明の一実施形態に使用する装置の構成の例を示す図。
【符号の説明】
１０１……半導体ウエハ、１０２……シリコン酸化膜層、１０３……シリコン含有導電膜層、１０４……マスク層。
Claims (6)
- シリコン酸化膜層の上に形成されたシリコン含有導電膜層を、当該シリコン含有導電膜層の上に形成された所定のパターン形状のマスク層を介して、少なくともＨＢｒガスを含むエッチングガスにより、エッチングするドライエッチング方法であって、
１３Ｐａ未満の第１の圧力でプラズマエッチングするメインエッチング工程と、
前記メインエッチング工程の後、前記メインエッチング工程より高く、かつ、６．７Ｐａ以上、２７Ｐａ未満の圧力で、かつ、ＨＢｒガスを含みＣｌ ２ ガスを含まないエッチングガスにより、プラズマエッチングする第１のオーバーエッチング工程と、
前記第１のオーバーエッチングの後、前記第１のオーバーエッチング工程より高く、かつ、１３Ｐａ以上、２７Ｐａ以下の圧力で、かつ、ＨＢｒガスを含みＣｌ２ガスを含まないエッチングガスにより、プラズマエッチングする第2のオーバーエッチング工程と
を具備したことを特徴とするドライエッチング方法。 - 請求項１記載のドライエッチング方法において、
前記シリコン含有導電膜層が、ポリシリコン層であることを特徴とするドライエッチング方法。 - 請求項１記載のドライエッチング方法において、
前記シリコン含有導電膜層が、シリサイド層であることを特徴とするドライエッチング方法。 - 請求項１記載のドライエッチング方法において、
前記シリコン含有導電膜層が、ポリシリコン層とその上のシリサイド層であることを特徴とするドライエッチング方法。 - 請求項１〜４いずれか１項記載のドライエッチング方法において、
前記第１及び第２のオーバーエッチング工程のエッチングガスは、ＨＢｒとＯ２ の混合ガス、又はＨＢｒガスからなることを特徴とするドライエッチング方法。 - 請求項１〜５いずれか１項記載のドライエッチング方法において、
前記メインエッチング工程のエッチングガスは、ＨＢｒとＣｌ２又はＨＢｒとＣｌ２とＯ２ 、又はＨＢｒとＯ２の混合ガス、又はＨＢｒガスからなることを特徴とするドライエッチング方法。
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