JP4702983B2 - タングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法 - Google Patents
タングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハのドライエッチング方法に関し、さらに詳細には、タングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路は、夥しい数のトランジスタ、キャパシタおよび抵抗を単一のチップ状に含めることができる複雑な装置として開発され、近年では、さらに高い回路の動作速度および集積密度が要求されている。これらの要求を満たす回路構成材料としては、抵抗が小さいタングステンが一般に使用されている。
【０００３】
このタングステンは、一般に、ゲートオキサイドを被覆するポリシリコン層の上に、バリア層を介して物理蒸着（ＰＶＤ）または化学蒸着（ＣＶＤ）により堆積され、集積密度を高めるために、非常に薄く形成される。そして、このタングステン層の上にマスク材料を堆積して回路パターンを露光した後に、露光された部分のタングステン、バリア層およびポリシリコンを、エッチングを行って除去することによりゲートを形成することとしている。
【０００４】
タングステン／ポリシリコンゲートのエッチングを行うためのエッチングガスとしては、ＳＦ６，ＮＦ３，ＣＦ４等が知られており、一般には、その経済性等の理由からＳＦ６が使用されている。しかしながら、ＳＦ６は、ポリシリコンに対するエッチング速度がタングステンに対するエッチング速度より速いため、タングステン／ポリシリコンの選択比が低くなり、エッチングを適正に制御することが困難であるという不都合がある。
一方、ＣＦ４を用いた場合には、エッチングが緩やかに行われるため、正確な形状を得ることができないという不都合がある。
【０００５】
そこで、適度のエッチング速度を有し、かつ、タングステン／ポリシリコンの選択比を高めつつ、所望の形状を達成することができるＮＦ３／Ｃｌ２ をエッチングガスとして使用することが好ましいと考えられている。
ＮＦ３／Ｃｌ２をエッチングガスとして使用する場合には、タングステンの表面をある程度平坦にエッチングすることができ、ほぼマスクのパターン通りの断面形状を達成することができるという利点がある。
【０００６】
例として、エッチングガスＮＦ３／Ｃｌ２によりエッチングされたタングステンの拡大写真を図２に示す。このエッチングガスＮＦ３／Ｃｌ２によれば、タングステン／ポリシリコンゲートの断面形状が正確に矩形状に形成されていることがわかる。図２の例では、ＮＦ３：Ｃｌ２＝５：５の混合比率のエッチングガスを使用している。また、この場合のタングステン／ポリシリコンの選択比は０．４８であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、タングステンの表面におけるエッチング速度は一定ではなく、タングステンの粒界におけるエッチング速度は、それ以外の部分におけるエッチング速度よりも速い。このために、エッチング中のタングステンの表面では、図２に示されるように、タングステンの粒界におけるエッチングが先に進行し、該表面を平滑にエッチングすることが困難である。
【０００８】
タングステンの表面が平滑にエッチングされない場合には、その凹凸のある表面状態が、その後にエッチングされることになるポリシリコンの表面にも転写されてしまい、ひいては、ゲートオキサイドを破損することにもなるという不都合が生ずる。
【０００９】
また、タングステン／ポリシリコンの選択比が０．４８では、ポリシリコンのエッチングがタングステンの２倍以上の速さで進行するため、ポリシリコンを検出する終点検出直後にエッチングガスの供給を停止しても、ポリシリコンのエッチングは急速にに進行し続けることになる。このため、タングステンの表面に凹凸があり、部分的に速くエッチングが進行する場合には、エッチングガスが部分的にゲートオキサイドにまで達し、該ゲートオキサイドを破損する可能性が高い。
【００１０】
特に、上述したように、集積密度の向上が要求されている今日においては、タングステン層のみならずポリシリコン層の膜厚も、さらに薄くなる傾向にあり、このために、上記不都合はさらに顕著になることが考えられる。
【００１１】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ゲートオキサイドに損傷を与える可能性を低減したタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、ＮＦ３またはＳＦ６ベースのエッチングガスに、ＣＦ系ガスを添加したエッチングガスを使用してタングステンのエッチングを行うタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法を提案している。
上記エッチング方法においては、前記ＣＦ系ガスが、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，Ｃ３Ｆ６，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，ＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ３Ｆまたはこれらの組合せからなる一群から選択されることとしてもよい。
【００１３】
【作用】
本発明に係るタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法によれば、ＮＦ３またはＳＦ６をベースエッチングガスとしているので、エッチング速度は比較的速く、所望の断面形状を達成することが可能である。また、ＣＦ系ガスを添加することにより、ＣＦ系ガスの特性、すなわち、緩やかなエッチング性能を加えることが可能となる。これはＣＦ系ガスの炭素原子がタングステン表面に付着して、エッチングされ易い粒界を保護するためであると考えられる。
【００１４】
これにより、タングステン表面においては、粒界のみが先行してエッチングされることが防止され、平滑な表面状態を達成することが可能となる。
ＣＦ系ガスとしては、任意のものが考えられるが、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，Ｃ３Ｆ６，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，ＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ３Ｆまたはこれらの組合せからなる一群から選択することにより上記作用を達成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るエッチング方法は、従来使用されてきたエッチングガスＮＦ３／Ｃｌ２をベースエッチングガスとし、これに、ＣＦ系ガスを添加してエッチングを行うものである。
【００１６】
ここで、ＣＦ系ガスとは、炭素およびフッ素原子を含むガスであって、例えば、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，Ｃ３Ｆ６，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，ＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ３Ｆまたはこれらの組合せが考えられる。本発明のＣＦ系ガスは、これらのガスに限定されるものではなく、炭素およびフッ素原子を含む任意の構成のガスをも意味するものである。
本実施形態では、ＣＦ系ガスとして、例えば、ＣＦ４を使用している。混合比率は、例えば、ＮＦ３：Ｃｌ２：ＣＦ４＝５：５：３である。
【００１７】
このようにして構成したエッチングガスを用いてエッチングした結果を図１に示す。この図によれば、本実施形態のエッチング方法により、正確な矩形状の断面形状を達成することができるとともに、タングステン表面の状態は、図２に示された従来のエッチング方法による場合よりもきわめて平滑となっていることが示されている。
【００１８】
また、本実施形態に係るエッチング方法によれば、タングステン／ポリシリコンの選択比は０．６０であった。すなわち、図２に示した従来のエッチング方法による選択比０．４８と比較して大幅に向上されていることがわかる。
【００１９】
このように、本実施形態に係るエッチング方法によれば、ＮＦ３／Ｃｌ２からなるベースエッチングガスにＣＦ４を添加することにより、ＮＦ３／Ｃｌ２本来のエッチング特性である、正確な断面形状を達成できるという特性に加えて、ＣＦ４によるエッチング表面の保護を図り、全体として、正確な断面形状を達成しながら、平坦なタングステン表面を得ることができる。
【００２０】
また、ＣＦ４の添加により、タングステン／ポリシリコンの選択比を高めることができるので、ポリシリコンの検出による終点検出後のポリシリコンのエッチング速度を抑え、エッチングを適正に制御することが容易になる。
【００２１】
したがって、タングステンの表面の平滑なエッチングと、タングステン／ポリシリコンの選択比の向上とにより、タングステン／ポリシリコンゲートのエッチングにおけるゲートオキサイドの健全性を維持することができるという効果がある。
【００２２】
なお、本実施形態においては、ＮＦ３／Ｃｌ２をベースエッチングガスとして使用したが、これに代えて、ＳＦ６をベースエッチングガスとして使用することにしてもよい。この場合には、ＮＦ３／Ｃｌ２をベースエッチングガスとする場合よりもＣＦ４の混合比率を高める必要がある。
【００２３】
また、ＣＦ系ガスとしてＣＦ４を使用したが、これに代えて、上述した他のＣＦ系ガスを使用してもよい。なお、ＣＦ系ガスの組成は、きわめて柔軟な組合せが可能であるので、上記において示したもの以外のものを使用することもこの発明の範囲に含まれるものである。
【００２４】
さらに、本実施形態では、ＮＦ３とＣｌ２とＣＦ４の混合比率を５：５：３としたが、これに限定されるものではなく、任意の混合比率を採用することが可能である。すなわち、炭素原子によるタングステン表面の保護作用が生じる限り、ＣＦ系ガスの混合比率はきわめて微細なものでも可能であると考えられる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法によれば、ＣＦ系ガスを添加することにより、所望の正確な断面形状を達成しながら、タングステン表面を平滑な状態にエッチングすることができるという効果を奏する。
また、ＣＦ系ガスの添加により、タングステン／ポリシリコンの選択比が向上され、エッチングの制御性を向上することができる。
【００２６】
したがって、本発明のエッチング方法によれば、これらの効果が相乗的に作用し、エッチングによりゲートオキサイドが破損することを確実に防止することができ、タングステンおよびポリシリコンの膜厚をさらに低減して、集積密度の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るエッチング法によるタングステン／ポリシリコンゲートの断面の顕微鏡写真を示す図である。
【図２】 従来のエッチング法によるタングステン／ポリシリコンゲートの断面の顕微鏡写真を示す図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハのドライエッチング方法に関し、さらに詳細には、タングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路は、夥しい数のトランジスタ、キャパシタおよび抵抗を単一のチップ状に含めることができる複雑な装置として開発され、近年では、さらに高い回路の動作速度および集積密度が要求されている。これらの要求を満たす回路構成材料としては、抵抗が小さいタングステンが一般に使用されている。
【０００３】
このタングステンは、一般に、ゲートオキサイドを被覆するポリシリコン層の上に、バリア層を介して物理蒸着（ＰＶＤ）または化学蒸着（ＣＶＤ）により堆積され、集積密度を高めるために、非常に薄く形成される。そして、このタングステン層の上にマスク材料を堆積して回路パターンを露光した後に、露光された部分のタングステン、バリア層およびポリシリコンを、エッチングを行って除去することによりゲートを形成することとしている。
【０００４】
タングステン／ポリシリコンゲートのエッチングを行うためのエッチングガスとしては、ＳＦ６，ＮＦ３，ＣＦ４等が知られており、一般には、その経済性等の理由からＳＦ６が使用されている。しかしながら、ＳＦ６は、ポリシリコンに対するエッチング速度がタングステンに対するエッチング速度より速いため、タングステン／ポリシリコンの選択比が低くなり、エッチングを適正に制御することが困難であるという不都合がある。
一方、ＣＦ４を用いた場合には、エッチングが緩やかに行われるため、正確な形状を得ることができないという不都合がある。
【０００５】
そこで、適度のエッチング速度を有し、かつ、タングステン／ポリシリコンの選択比を高めつつ、所望の形状を達成することができるＮＦ３／Ｃｌ２ をエッチングガスとして使用することが好ましいと考えられている。
ＮＦ３／Ｃｌ２をエッチングガスとして使用する場合には、タングステンの表面をある程度平坦にエッチングすることができ、ほぼマスクのパターン通りの断面形状を達成することができるという利点がある。
【０００６】
例として、エッチングガスＮＦ３／Ｃｌ２によりエッチングされたタングステンの拡大写真を図２に示す。このエッチングガスＮＦ３／Ｃｌ２によれば、タングステン／ポリシリコンゲートの断面形状が正確に矩形状に形成されていることがわかる。図２の例では、ＮＦ３：Ｃｌ２＝５：５の混合比率のエッチングガスを使用している。また、この場合のタングステン／ポリシリコンの選択比は０．４８であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、タングステンの表面におけるエッチング速度は一定ではなく、タングステンの粒界におけるエッチング速度は、それ以外の部分におけるエッチング速度よりも速い。このために、エッチング中のタングステンの表面では、図２に示されるように、タングステンの粒界におけるエッチングが先に進行し、該表面を平滑にエッチングすることが困難である。
【０００８】
タングステンの表面が平滑にエッチングされない場合には、その凹凸のある表面状態が、その後にエッチングされることになるポリシリコンの表面にも転写されてしまい、ひいては、ゲートオキサイドを破損することにもなるという不都合が生ずる。
【０００９】
また、タングステン／ポリシリコンの選択比が０．４８では、ポリシリコンのエッチングがタングステンの２倍以上の速さで進行するため、ポリシリコンを検出する終点検出直後にエッチングガスの供給を停止しても、ポリシリコンのエッチングは急速にに進行し続けることになる。このため、タングステンの表面に凹凸があり、部分的に速くエッチングが進行する場合には、エッチングガスが部分的にゲートオキサイドにまで達し、該ゲートオキサイドを破損する可能性が高い。
【００１０】
特に、上述したように、集積密度の向上が要求されている今日においては、タングステン層のみならずポリシリコン層の膜厚も、さらに薄くなる傾向にあり、このために、上記不都合はさらに顕著になることが考えられる。
【００１１】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ゲートオキサイドに損傷を与える可能性を低減したタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、ＮＦ３またはＳＦ６ベースのエッチングガスに、ＣＦ系ガスを添加したエッチングガスを使用してタングステンのエッチングを行うタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法を提案している。
上記エッチング方法においては、前記ＣＦ系ガスが、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，Ｃ３Ｆ６，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，ＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ３Ｆまたはこれらの組合せからなる一群から選択されることとしてもよい。
【００１３】
【作用】
本発明に係るタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法によれば、ＮＦ３またはＳＦ６をベースエッチングガスとしているので、エッチング速度は比較的速く、所望の断面形状を達成することが可能である。また、ＣＦ系ガスを添加することにより、ＣＦ系ガスの特性、すなわち、緩やかなエッチング性能を加えることが可能となる。これはＣＦ系ガスの炭素原子がタングステン表面に付着して、エッチングされ易い粒界を保護するためであると考えられる。
【００１４】
これにより、タングステン表面においては、粒界のみが先行してエッチングされることが防止され、平滑な表面状態を達成することが可能となる。
ＣＦ系ガスとしては、任意のものが考えられるが、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，Ｃ３Ｆ６，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，ＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ３Ｆまたはこれらの組合せからなる一群から選択することにより上記作用を達成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るエッチング方法は、従来使用されてきたエッチングガスＮＦ３／Ｃｌ２をベースエッチングガスとし、これに、ＣＦ系ガスを添加してエッチングを行うものである。
【００１６】
ここで、ＣＦ系ガスとは、炭素およびフッ素原子を含むガスであって、例えば、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，Ｃ３Ｆ６，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，ＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ３Ｆまたはこれらの組合せが考えられる。本発明のＣＦ系ガスは、これらのガスに限定されるものではなく、炭素およびフッ素原子を含む任意の構成のガスをも意味するものである。
本実施形態では、ＣＦ系ガスとして、例えば、ＣＦ４を使用している。混合比率は、例えば、ＮＦ３：Ｃｌ２：ＣＦ４＝５：５：３である。
【００１７】
このようにして構成したエッチングガスを用いてエッチングした結果を図１に示す。この図によれば、本実施形態のエッチング方法により、正確な矩形状の断面形状を達成することができるとともに、タングステン表面の状態は、図２に示された従来のエッチング方法による場合よりもきわめて平滑となっていることが示されている。
【００１８】
また、本実施形態に係るエッチング方法によれば、タングステン／ポリシリコンの選択比は０．６０であった。すなわち、図２に示した従来のエッチング方法による選択比０．４８と比較して大幅に向上されていることがわかる。
【００１９】
このように、本実施形態に係るエッチング方法によれば、ＮＦ３／Ｃｌ２からなるベースエッチングガスにＣＦ４を添加することにより、ＮＦ３／Ｃｌ２本来のエッチング特性である、正確な断面形状を達成できるという特性に加えて、ＣＦ４によるエッチング表面の保護を図り、全体として、正確な断面形状を達成しながら、平坦なタングステン表面を得ることができる。
【００２０】
また、ＣＦ４の添加により、タングステン／ポリシリコンの選択比を高めることができるので、ポリシリコンの検出による終点検出後のポリシリコンのエッチング速度を抑え、エッチングを適正に制御することが容易になる。
【００２１】
したがって、タングステンの表面の平滑なエッチングと、タングステン／ポリシリコンの選択比の向上とにより、タングステン／ポリシリコンゲートのエッチングにおけるゲートオキサイドの健全性を維持することができるという効果がある。
【００２２】
なお、本実施形態においては、ＮＦ３／Ｃｌ２をベースエッチングガスとして使用したが、これに代えて、ＳＦ６をベースエッチングガスとして使用することにしてもよい。この場合には、ＮＦ３／Ｃｌ２をベースエッチングガスとする場合よりもＣＦ４の混合比率を高める必要がある。
【００２３】
また、ＣＦ系ガスとしてＣＦ４を使用したが、これに代えて、上述した他のＣＦ系ガスを使用してもよい。なお、ＣＦ系ガスの組成は、きわめて柔軟な組合せが可能であるので、上記において示したもの以外のものを使用することもこの発明の範囲に含まれるものである。
【００２４】
さらに、本実施形態では、ＮＦ３とＣｌ２とＣＦ４の混合比率を５：５：３としたが、これに限定されるものではなく、任意の混合比率を採用することが可能である。すなわち、炭素原子によるタングステン表面の保護作用が生じる限り、ＣＦ系ガスの混合比率はきわめて微細なものでも可能であると考えられる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法によれば、ＣＦ系ガスを添加することにより、所望の正確な断面形状を達成しながら、タングステン表面を平滑な状態にエッチングすることができるという効果を奏する。
また、ＣＦ系ガスの添加により、タングステン／ポリシリコンの選択比が向上され、エッチングの制御性を向上することができる。
【００２６】
したがって、本発明のエッチング方法によれば、これらの効果が相乗的に作用し、エッチングによりゲートオキサイドが破損することを確実に防止することができ、タングステンおよびポリシリコンの膜厚をさらに低減して、集積密度の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るエッチング法によるタングステン／ポリシリコンゲートの断面の顕微鏡写真を示す図である。
【図２】 従来のエッチング法によるタングステン／ポリシリコンゲートの断面の顕微鏡写真を示す図である。
Claims (1)
- ＮＦ ３ 、Ｃｌ ２ 及びＣＦ ４ の混合ガスを使用してタングステンのエッチングを行うタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法であって、ガスの混合比率が、
ＮＦ ３ ：Ｃｌ ２ ：ＣＦ ４ ＝５：５：３
であることを特徴とするタングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000210306A JP4702983B2 (ja) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | タングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000210306A JP4702983B2 (ja) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | タングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002043283A JP2002043283A (ja) | 2002-02-08 |
| JP4702983B2 true JP4702983B2 (ja) | 2011-06-15 |
Family
ID=18706590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000210306A Expired - Fee Related JP4702983B2 (ja) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | タングステン／ポリシリコンゲートのエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4702983B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2007266466A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Tokyo Electron Ltd | プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置、コンピュータ記憶媒体及び処理レシピが記憶された記憶媒体 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0496223A (ja) * | 1990-08-03 | 1992-03-27 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH06188224A (ja) * | 1992-12-16 | 1994-07-08 | Nippon Motorola Ltd | エッチングガス |
-
2000
- 2000-07-11 JP JP2000210306A patent/JP4702983B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0496223A (ja) * | 1990-08-03 | 1992-03-27 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH06188224A (ja) * | 1992-12-16 | 1994-07-08 | Nippon Motorola Ltd | エッチングガス |
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| JP2002043283A (ja) | 2002-02-08 |
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