JPH0316210A - 低温ドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野１ 本発明は半導体高集積回路のドライエッチング方法に係
り、特にレジストマスクに対する高選択性エッチング、
および有機薄膜の高異方性エッチングを行う方法に関す
る。 （従来の技術１ アブライド　フィジックス　レター第５２巻、第８号、
第６１６頁、ｌ９８８年（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌａｔ
ｔ．５２（８），６１６（１９８８）．　）　ニ記載さ
れテいるＳＦＧ４ｍよるＳｉの低温ドライエッチングで
は、マスクに用いたホトレジストが−１００℃以下で殆
どエッチングされなくなっている。その結果、Ｓｉの高
異方性エッチングができる−１３０℃〜−１２０℃の温
度領域において同時にＳｉの高選択性エッチングができ
ていた。 さらに第３５回応用物理学関係連合講演会予行集４９６
頁に記載されてぃるｏ２ガスプラズマによるレジストの
低温ドライエッチングでは、ウェハ温度が低くなるほど
サイドエッチングが減少し、−１００℃ではエッチ速度
を室温と同じに保ったままサイドエッチングの無い高異
方性加工ができていた。 【発明が解決しようとする課題】 上記従来技術においては、ホトレジストをマスク材料に
用いた場合、試料温度−１００℃以下でエッチングを行
うとホトレジストのエッチ速度が小さくなってマスク材
料に対する選択比の高いエッチングを行うことができる
。しかし、−１００℃以上でエッチングを行う場合をこ
は、一］００℃以下のような高選択比が得られない上に
サイドエッチングによりマスクが細ってエッチング精度
が低下するという問題があった。 また、レジストの低温ドライエッチングでは，一１００
℃以下にウェハを冷却すれば、サイドエッチングが抑制
されて高異方性加工ができる。しがし．　−１００℃以
上でエッチングを行う場合には、−１００℃以下のよう
な高異方性が得られずエッチング精度が低下するという
問題があった。 ところで、ＳＦ６ガスを用いてＳｉの低温ドライエッチ
ングを行う場合は、−１３０℃〜−１２０℃が高異方性
加工に最適な温度領域であり、同時にレジストに対する
高選択性エッチングも達或されていた．しかし、ＳＦ，
ガスに臭素系ガスあるいは塩素系ガスを混合してＳｉを
エッチングする場合は、−５０’Ｃ程度に冷却すれば高
異方性加工が可能である。 また、他の材料をエッチングする場合には、より高い温
度領域でも高異方性加工ができる場合がある。例えば、
Ｗ，　ＷＳｉ．をＳＦ，ガスでエッチングする場合には
、それぞれ−２０℃、−６０℃に冷却してエッチングを
行えば高異方性加工ができる。しかし、このように−１
００℃以上でエッチングを行う場合はレジストマスクに
対する選択性が低いという問題があった。 本発明の一つの目的は，−１００℃以上の温度領域でも
マスク材料に対するエッチングの選択性を高める方法を
提供することである。 本発明の他の目的は、−１００℃以七の温度領域でも有
機材料のエッチングの異方性を高めることである。

【課題を解決するための手段】

上記目的は、マスクに対する選択性を高めるためにはマ
スク材料の，有機薄膜のエッチングの異方性高めるため
には有機薄膜材料の，それぞれ構成分子もしくは主放電
ガスとのエッチング反応生成物であるガスを、エッチン
グ処理霊内における該ガスの分圧がエッチング処理中の
試料表面温度における該ガスの蒸気圧以上になるように
添加してエッチングを行うことにより達成される。 ［作用１ これは、次の二つの理山に基すいている。 第ｌには、エッチング過程において材料表面に該材料の
構成分子もしくはエッチング反応生成物分子が生或する
が、エッチング処理室内における該分子ガスの分圧がエ
ッチング処理中の試料表面温度における該ガス分子の蒸
気圧以上であれば材料表面からの該分子の脱離は進行せ
ず、該材料のエッチ速度が低下することである。 第２には，イオン衝撃の有無によりエッチングの凍結温
度に違いがあり、イオン衝撃のない側面でのエッチング
が低温で反応生成物の凝縮により凍結しても、イオン衝
謹のある底面ではエッチングが進行することである． 即ち、マスク材料の構或分子もしくはエッチング反応生
成物分子のガスを添加して該分子の材料表面からの脱離
が抑制されるような条件に該分子ガスの蒸気圧を高める
ことにより、−１００℃以上でも選択性の高いエッチン
グが可能となる。また、有機材料の構成分子もしくはエ
ッチング反応生成物分子のガスをその分圧がウェハ温度
における蒸気圧に等しくなるように添加することにより
、底面方向のエッチングを進行させながら、側面方向の
エッチングを抑制することができる．放電ガスＭＲ（ｉ
）を用い、化合物ＸＹＺで！威される材料でマスクした
化合物ＡＢＣで構成される被エッチング材料をドライエ
ッチングする場合に、異方性およびマスクに対する選択
性を高める方法を例レこして本発明の作用をさらトこ説
明する，ここで、記号ＭＲ　（ｉ）は原子の集まりであ
る訓こ原子Ｒがｉ個結合してできた分子を表すことにす
る。 例えばＲをハロゲン元素とするとき、放電によりＭＲ（
ｉ）ガスは（１）式のように解離してハロゲンラジカル
Ｒを生成するとする。 ＭＲ（ｉ）→ＭＲ（ｉ−１）　＋　Ｒ　　　　　　　　
　（１）ここで、プラズマ中にはラジカルおよびイオン
が生成している。被加工材料ＡＢＣの底面方向のエッチ
ングは、ウエハに垂直な方向に入射するイオンの衝撃エ
ネルギーにより活性化され、ラジカルＲと表面の原子と
の間で（２）式に示す反応により化合物ＡＲ（ｊ）およ
びｎｃが材料ＡＢＣの表面に生或するとする。 Ａ　＋　ｊＲ−４ＡＲ（ｊ）↑　＋ＢＣ↑　　　　　　
（２）このＡＲ（ｊ）とＢＣが表面から脱離することに
よりエッチングが進行する。この時、通常マスク材料も
エッチングされる。例えば（３）式に示すように、化合
物ＸＹＺがラジカルＲと反応してＸＲ（ｋ）が生じ、こ
れがマスク材料表面から脱離即ち揮発してエッチングが
進行したり、あるいは（４）式に示すように、イオンｗ
Ｊｌｓｌにより化合物ＸＹＺ中の結合が切れて揮発性の
構成分子ｘｙが生或してエッチングが進行する。 ＸＹＺ　＋　ｋＲ　４　ＸＲ（ｋ）↑　＋ＹＺ　　　　
　　（３）ＸＹＺ　−｝　ＸＹ↑　＋ｚ（４） しかし、被加工材料表面およびマスク材料表面に反応生
威した分子は、エッチング中のこの分子ガスの分圧がウ
エハの表面温度における蒸気圧よりも高いと表面脱離で
きずに凝縮する。例えば、ＢＣもしくはＸＹが凝縮する
とそれぞれＡＢＣ表面およびＸ’／Ｚ表面を覆う。凝縮
した反応生成物は表面原子とラジカルＲとの反応を妨げ
るように作用する。 即ち、被加工材料およびマスク材料をエッチングするた
めには先ず凝縮したＢＣ，　ＸＹをエッチングしなけれ
ばならないためエッチ速度は低下する。 ところで，イオンが入射した部分ではその衝撃エネルギ
ーにより固体表面部分の格子が振動励起され、局所的に
擬似高温状態になると考えられる。 従って、底面に反応生成物が凝縮してエッチ速度が低下
する温度はその物質の分圧が決まったときに蒸気圧曲線
から与えられる凝縮温度よりも低温側になると考えられ
る。 凝縮温度の低温側への変化の程度は放電ガスの種類、放
電形式、放電の電力及びバイアスによって決まる入射イ
オンの量及びそのエネルギーに依存する。イオンの入射
量が多いほど、イオンのエネルギーが大きいほど低温側
への変化が太きい。 これに対して、イオンｔｉ撃の無いエッチング側面では
反応生戒物の凝縮温度はその物質の分圧と蒸気圧曲線に
よって決まる。従って、エッチングにより生成した分子
がマスク表面に凝縮する条件でエッチングを行えば，マ
スクのエッチ速度が低下して選択性を高めることができ
る。 また、反応生戊分子がエッチング側面に凝縮する条件で
エッチングを行えば、凝縮した反応生或分子が側壁保護
膜として作用するため、サイドエッチングが抑制されて
異方性を高めることができる． 以下においては、反応性ガスプラズマと被加工材料との
相互作用により生或する化合物をエッチングの反応生成
物と呼ぶ。これには、前記（２），（３）式により生成
する分子のように放電ガスの解離により生じた原子を含
む分子と、（４）式により生戊する分子のように被加工
材料を構或する分子が含まれる． 反応生成物の凝縮を起こすためには，エッチング中にそ
の分子の分圧がウ子ハ温度における蒸気圧以上になるよ
うにすればよい．それにはウェハの冷却温度を低くする
方法と反応生戒物のガスを添加して分圧を高くする方法
がある。 本発明は、エッチング中にマスク材料のエッチング反応
生成物であるガスを添加することによりその分圧を高く
し、材料表面からの脱離を抑制して選択性を高める。ま
た、およびエッチング中に被加工材料のエッチング反応
生成物であるガスを添加することによりその分圧を高く
し、エッチング側面からの脱離を抑制して異方性を高め
るる。 はじめに、エッチングによりマスク表面に生じるマスク
材料の構成分子ｘｖのガスを、その分圧がエッチング中
のウエハ表面温度におけるｘＹの蒸気圧以上になるよう
に添加してマスクのエッチ速度を低下させ、選択比を高
める方法を例として本作用について説明する。 添加したＸＹ分子は材料ＡＩ’ＩＣの表面にも凝縮する
。 凝縮したＸＹは材料ＡＢＣとラジカルＲとの反応を妨げ
る作用があるため、ｘＹの添加量が多すぎると材料ＡＢ
Ｃの表面にも凝縮したＸＹによりＡＩＩＣのエッチ速度
も低下して選択性が高まらなくなってしまう。従って、
ＸＹの添加量は、添加したＸＹ分子がイオン衝撃のある
ウェハの底面に凝縮することはほとんどないが、マスク
の表面に生或したｘＹは脱離できない分圧になるように
することが好ましい。添加ガスの最適量はエッチング装
置の排気速度やエッチング条件により異なるため、各エ
ッチング装置およびエッチング条件について選択比が最
大となるように添加ガスの分圧の最適値を求める必要が
ある。 選択比を向上させるために用いた添加ガスがプラズマ中
で解離して材料ＡＢＣと反応する場合もある。例えばｘ
Ｙを添加した場合に、プラズマ中で（５）式のようにＸ
Ｙが解離して生成物Ｘが生じ、（６）式に示すように材
料ＡＢＣの表面で反応して化合物ＡＸを生或することが
考えられる。 ｘｖ−＋Ｘ　＋　ｖ　　　　　　　　　　　　　　（５
）ＡＢＣ　＋　Ｘ　４　ＡＸ　＋　ＢＣ↑　　　　　　
　　（６）この時，化合物ＡＸが揮発性でないと、ＡＸ
が＾ＱＣ表面に堆積してＡＢＣのエッチ速度が低下して
しまう。このような場合は、選択性は高くなってもエッ
チ速度が低下したり、また選択性が高まらなかったりす
る．従って、添加ガスの選択ではプラズマ中での被加工
物ＡＢＣとの反応性について考慮する。 次に、エッチングにより被加工材料表面に生じる被加工
材料の構成分子８Ｃのガスを、その分圧がエッチング中
のウェハ表面温度におけるＢＣの蒸気圧に等しくなるよ
うに添加してエッチング側面の反応を抑制し、異方性を
高める方法を例として本作用について説明する。ＢＣの
分圧がウェハ表面温度における蒸気圧に等しいとき、エ
ッチング側面に反応生威したｒ３０分子は脱離できずに
凝縮し、側壁保護膜として作用する。この時、エッチン
グの底面ではイオン衝撃があるためＩ３Ｃは凝縮を起こ
さず、サイドエッチングが抑制された状態でエッチング
は進行し、異方性が高くなる。８Ｃの添加量が多いと底
面にもＢＣの凝縮の効果が現れてエッチ速度が低下して
しまう。 以上、エッチング反応生成物を添加して選択性もしくは
異方性を高める方法について説明したが，添加ガスにつ
いては以下に述べる事柄を考慮する必要がある。 第１は、プラズマ中での添加ガスと主放電ガスあるいは
ラジカルとの反応である。例えば、添加したＸＹガス、
もしくはＢＣガスがプラズマ中でそれぞれ（７）式およ
び（８）式に示すように反応するとラジカルＲが消費さ
れる。 Ｒ　　＋　　ＸＹ　４　ＲＸ　　＋　　Ｙ　　　　　　
　　　　　　　（７）Ｒ　　＋　　ＢＣ　→　ＲＢ　　
＋　　Ｃ　　　　　　　　　　　　　　（８）このよう
な反応が起きると５！ｌ択性や異方性が高まってもＡＢ
Ｃのエッチ速度が低下する。従って、添加ガスの選択で
はプラズマ中での主放電ガスあるいはラジカルとの反応
について考慮する．第２は、添加ガスの選択に関して、
添加ガスはウェハの冷却温度における蒸気圧がエッチン
グ室の残留ガス圧以上で主放電ガスの圧力以下の範囲に
あるこヒが望ましい６また、添加ガスの量と主放電ガス
の圧力との関係についてであるが，主放電ガスの圧力に
対する添加ガスの分圧の比があまり大きくなると効果的
ではなくなる。 なお、添加したＸＹガスおよびＤＣガスは室温では揮発
性を持つため蒸発する。従って，　ＸＹやＢＣがウェハ
表面に残留して後処理工程を必要としたり、汚染源にな
ることはない。 ［実施例】 レジストをマスクに用いて低温ドライエッチングを煩う
際に、レジストのエッチング反応生成物？あるガスを添
加してレジストのエッチ速度を制御して選択性を高める
実施例、および有機材料の低温ドライエッチングを行う
際に、反応生成物であるガスを添加してサイドエッチン
グを抑制して異方性を高める実施例について説明する。 先ず、レジストマスクに対する選択性を高めるエッチン
グの実施例について説明する。レジストマスクとして、
シプレイ（Ｓｈｉｐｌｅｙ）社のレジストＡＺ１３５０
Ｊを用いた．　ＡＺ１３５０Ｊの成分は第１図に示すよ
うに、ノボラック樹脂の中に感光剤及び｝１■０を含ん
だものである。これを例えばＳＦ，ガスプラズマでエッ
チングした場合、レジストのエッチング反応生成物とし
てはＣＦ，、＋ＩＦ．　ＣＯ、Ｃ０２、１１■０さらに
メタン、ベンゼン、トルエン、フェノール、クレゾール
、キシレノール等の揮発性の有機化合物が考えられる。 実施例１ 先ず、添加ガスとして１１．０を用いた場合について説
明する．第２図にＨ２０の蒸気圧曲線を示す。１１一の
蒸気圧は、例えば−７０℃では約４ｍＴｏｒｒである。 ？って、分圧が４ｍＴｏｒｒになるように８２０＠：添
加してエッチングすれば、−７０℃以下でＨ、ｏの凝縮
によりレジストのエッチ速度が低下する。 第３図に１３．５６Ｍｔｌｚの高周波放電平行平板型プ
ラズマエッチング装置を用いて、Ｊ１■Ｏを分圧が４ｍ
Ｔｏｒｒとなるように添加しながらレジストＡＺ１３５
０Ｊでマスクした単結晶ＳｉのＳＦ，による低温ドライ
エッチングを行い、ＳＦ．の分圧を８０ｍＴｏｒｒ、高
周波電力４００ｖとし、ウェハ温度を−１２０℃〜＋２
０℃の範囲で設定したときの、Ｓｉおよびレジストのエ
ッチ速度と選択比のウェハ温度依存性を示す。比較のた
めに１１２０を添加しない場合の実験結果も第３図に示
す。 この場合、曲線｛に示すようにＳｉのエッチ速度は−１
２０℃〜＋２０℃の範囲でほぼ一定で５７０ｎｍ／ｓ＋
ｉｎである。これに対して、１ノジストのエッチ速度は
曲線２レこ示すように＋２０℃で７０ｎｍ／ｍ．Ｌｎで
あるがウェハ温度の低下と共に徐々に低下し，　−１０
０℃以下で急激に低下して−１２０℃では２０ｎｍ／ｌ
ｌｉｎとなっている．その結果、レジストのエッチ速度
に対すへ、 ？Ｓｉのエッチ速度の比である選択比は，曲線３に示す
ように＋２０℃では約８倍であるものが−１２０℃では
約３０倍になっている，　ｌｍ２０を添加した場合、レ
ジストのエッチ速度は曲線５に示すように−６０℃〜＋
２０℃の範囲で添加しない場合よりも約Ｉｏｎｓ／ＩＩ
ｌｉｎほど大きく、その結果選択比が小さくなっている
。これは（９）式の反応トこよりプラズマ中に生威した
Ｏラジカルによりレジストのエッチングが促進されたた
めと考えられる。 Ｉ１８０→ｕ　＋　＋＋　＋　ｏ　　　　　　　　　　
（９）この時ＳＬのエッチ速度は曲線４に示すように−
８０℃〜＋２０℃の範囲でほぼ一定で４８０ｎｍ／槽ｉ
ｎとなり、Ｈ■０を添加しない場合よりも小さくなって
いる。 これは（９）式に示す反応しこより生じた０ラジカルに
よりＳｉ表面が酸化されてＳｉｎ，が生或することと、
（ｌＯ）式に示す反応によりＦラジカルが消費されて８
１表面に入射するＦラジカルの量が減少するためである
。 １｛　＋　Ｆ　４　ＨＦ　　　　　　　　　　　　　（
１０）−８０℃以下では曲，１５に示すように、１１■
Ｏの凝？の効果が現われ，レジストのエッチ速度は急激
に低下して２５ｎｍ／ａ＋ｉｎとなり、選択比は曲線６
に示すように１４倍と高まっている．Ｓｉのエッチ速度
は曲１ｌＡ４に示すように−１００℃以下では低下して
いる．これはエッチング中に添加したＨ２０の分圧がウ
ェハ温度における蒸気圧よりも過剰になるにつれてレジ
スト表面同様Ｓｉ表直にも凝縮するＨ，Ｏの量が多くな
るためＳｉのエッチングが妨げられるからである．−１
００℃ではレジストのエッチ速度がさらに小さくなるた
め選択比は１７倍となるが、−１２０℃では１０倍に低
下している．この実施例では−１００℃〜−８０℃の範
囲でＩ１■Ｏガスの添加により選択比を高めることがで
きたが、エッチ速度がわずかに低下した。 エッチング材料をＳｉｎ，、ＳＬ，　Ｎ，、Ａｌ．　Ｍ
ｏＳｉ，、ＷＳｉ２、Ｗ，　ＴｉＳｉ．、７ａＳｉ．に
変えてそれぞれレジストでマスクして低温ドライエッチ
ングを行った結果、−８０℃ではＨ２０ガスを４ｍＴｏ
ｒｒ添加すると選択比の向上が見られた． 実施例２ ？イクロ波プラズマエッチング装置を用い，レジスト＾
Ｚ１３５０Ｊでマスクした多結品Ｓｉ．　Ｓｉ，Ｎ４，
　ＳｉＯ■、ＷＳｉ２、ＭｏＳｉｚ、ＴｉＳｉ２、Ｔａ
Ｓｉ２、ＶについてもＨ２０ガスを添加しながら低温ド
ライエッチングを行った。エッチングガスとしてＳＦ，
を用い、ウェハ温度−９０℃でＨ，Ｏを１ｉＴｏｒｒ添
加したところレジストのエッチ速度は低下し，レジスト
に対する選択性を高める効果があった。 ｌ１。Ｏを添加する方法では、プラズマ中に生或したＯ
ラジカルによるエッチング材料の酸化およびＦ］ラジカ
ルによるエツチャントの消費によりエッチ速度が低下す
るため、ＳＦ，のようにエッチ速度の大きいガスを用い
た．エッチングガスをＮＦ，に変えて同じ条件でエッチ
ングを行った結果、ＳＦ，を用いた方がより高い選択性
が得られた。 実施例３ 次に、ベンゼンを添加した実施例を説明する。 ベンゼンの蒸気圧曲線を第２図に示す。ベンゼンの蒸気
圧は例えば−８０℃では約４ｎＴｏｒｒである。 第４図はマイクロ波プラズマエチング装置を用い、２０
ｍＴｏｒｒのＳＦ，にベンゼンを４ｍＴｏｒｒ添加して
ＡＺ１３５０ＪでマスクしたＷＳｉ，の低温ドライエッ
チングを行い、バイアス電圧を３０Ｖに設定し、ウェハ
温度を−１００℃〜−７０℃の範囲で変えた時のＷＳｉ
，およびレジストマスクのエッチ速度と選択比のウェハ
温度依存性を示す。比較のためにベンゼン無添加の場合
の実験結果も第４図に示す。 曲腺１２と曲ＩＩＡ１５を比較すると、ベンゼンの添加
によりこの温度領域でレジストのエッチ速度は約１０ｎ
ｗ＋／ｏｌｉｎほど低下している，　ＷＳｉ．のエッチ
速度はベンゼンが凝縮を起こさない−７０℃からベンゼ
ンの凝縮を起こす−８０℃の範囲では，曲線Ｕと曲線１
４に示すようにベンゼンを添加しない場合よりも約１０
０　ｒ＋＋＋＋／ｓｉｎ小さくなっている。これはベン
ゼンから解離したＨＲ子が、（１０）式に示す反応によ
りＦラジカルを消費するためと考えられる．ベンゼンの
凝縮量の多い−１００℃では、曲線１４に示すようにＩ
Ｓｉ，のエッチ速度が極端に小さくなっている。その結
果、曲線１６に示すように選択比は−９０℃〜−８０℃
の範囲で高まっている。曲線ｌ４と曲線１６に示すよう
に、低温においてベンゼンの凝縮量が多いとエッチ速度
と選択比の両方が小さくなる。 ウエハ温度が一定ならばベンゼンの添加量に依存して最
適条件が存在する。第５図はウエハ温度を−８０℃に固
定し、ベンゼンの分圧を変えてレジストでマスクしたり
Ｓｊ２のエッチングを行った結果を示す．　ＳＦ６ガス
圧は２０ｍ丁ｏｒｒ、バイアス電圧は３０Ｖである． ベンゼンの添加量を増やして分圧を高めていくと，曲線
２２に示すようにレジストのエッチ速度は低下していく
。選択比は曲線２３に示すようにベンゼンの分圧６ｍＴ
ｏｒｒで極大となる。ベンゼンの分圧８ｍＴｏｒｒでは
曲線２ｌに示すようにＷＳｉ，のエッチング速度が低下
して選択比が高まらない。 第６図にウェハ温度を−８０℃、ＳＦ，ガス圧力を２０
＠Ｔｏｒｒ、ベンゼンの分圧を６＋＋Ｔｏｒｒに設定し
，バイアス電圧を変えてＷＳｉ，のエッチングを行った
結果を示す。 曲線３１と曲線３２に示すように、バイアス電圧の増加
によってＷＳｉ２とレジストのエッチ速度は共に増加す
る。このとき、曲線３３に示すように選択比には極大値
が存在し、本実施例の条件ではバイアス電圧が３０Ｖの
ときに選択比は極大となっている．バイアス電圧の増加
により、ＷＳｉ，のエッチ速度は増加してもイオンの衝
堅エネルギーの増加により凝縮したベンゼンが脱離しや
すくなるため、パイアス電正に最適条件が必要とされる
。 以上、ＳＦ，を用いてレジストでマスクしたＷＳｉ，を
ウェハ温度−８０℃でエッチングする場合を例にして、
ベンゼンの添加量とバイアス電圧を変えて最適条件を調
べた。 第７図はウェハ温度−８０℃、ベンゼンの分圧６論Ｔｏ
ｒｒ、バイアス電圧３０Ｖで、ＳＦ，の分圧を変えてエ
ツチングした結果を示す。 曲線４１に示すように、ＳＦ，の分圧が増加するにつれ
てＷＳｉ，のエッチ速度は増加している．これは、ウェ
ハ表面に入射するＦラジカルの量が増加するためである
。しかし、この時曲線４２に示すように山ジストのエッ
チ速度は一定である，これは、ウ） ェハ温度、ベンゼンの分圧、バイアス電圧が決まってベ
ンゼンが凝縮するとＳＦ，の分圧によらず、レジストの
エッチ速度は小さくなったまま変わらないことを示して
いる。 即ち、曲線４３に示すように、選択性はＳＦ，の分圧が
高いほど大きくなっている．ウェハ温度、エッチングガ
ス圧、レジストの反応生成物の添加量、バイアス電圧が
一定であればエツチャントの量が多いほど選択性は大き
くなる。 実施例４ Ｈ，Ｏ，ベンゼン以外のレジストのエッチング反応生成
物について実施した例を示す。いずれもマイクロ波プラ
ズマエッチング装置を用いて、レジストでマスクした多
結品Ｓｉの低温ドライエッチングを行った例で、エッチ
ングガスの圧力を２０１ＩＩＴｏｒｒ、バイアス電圧を
３０Ｗに設定した。 ＳＦ，にトルエンを添加してレジス［一をエッチングし
た場合、分圧が−８０℃で５ｍＴｏｒｒ、−７０℃でｌ
１ｍＴｏｒｒになるように添加するとのエッチ速度が低
ＳＦｓにＱ−キシレン，ｍ−キシレンを添加した場合、
分圧がそれぞれ−６０℃で５ｍＴｏｒｒ、７ｍＴｏｒｒ
となるように添加すると、レジストのエッチ速度が低下
し，！！択比は共に約１２倍になった。 ＳＦ，ガス（３０％）とＣＢｒＦ３ガス（７０％）の混
合ガスに０−クレゾールを添加した場合，−３０℃で分
圧が４ｍＴｏｒｒになるように添加するとレジストのエ
ッチ速度が低下し、選択比は共に約１０倍になった。 Ｃ１２ガスにフェノールを添加した場合は、−１０℃で
８ｍＴｏｒｒに分圧を調整するとレジストのエッチ速度
が低下し、選択比は約８倍になった。 Ｃｌ，ガスに２，４−キシレノールを添加した場合は、
０℃で分圧が１　１ｍＴｏｒｒとなるように添加すると
レジストのエッチ速度が低下し，選択比は約８倍になっ
た， フェノール、クレゾール、キシレノールはＨ、ｏ、ベン
ゼン、トルエン、キシレンに比べて蒸気圧が低い。また
、エッチングガスに対する添加ガスの割合はそれほど大
きくすることができない。添加ガスの添加量はエッチン
グ装置及びエッチング条？にもよるが、その分圧が数ｌ
ｌＴｏｒｒ〜十数ｍＴｏｒｒ程度となるくらいが好まし
い。 １１■０、ベンゼン、トルエンはウェハの冷却温度カ−
ｔｏｏ℃〜−５０℃の領域、フェノール、クレゾール、
キシレノールはウェハ温度が−５０℃〜室温程度の領域
で添加ガスとして用いるのに適しているとみることがで
きる。低温ドライエッチングでは，エッチング材料とエ
ッチングガスの組合せによりサイドエッチングが抑制さ
れて異方性加工のできる温度領域が異なる。従って、そ
の最適温度領域にあわせてレジストマスクとの選択性を
高める添加ガスを選べば良い。 エッチング材料をＳｉＯ■、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ，　Ｗ，
りＳｉ２、Ｎｏ．　ＭｏＳｉ，、ＴｉＳｉ，、ＴａＳｉ
，に変えてそれぞれレジストでをマスクして低温ドライ
エッチングを行う際にも、エッチングガスの種類に依ら
ずレジストのエッチング反応生成物をその分圧がウェハ
の冷却温度における蒸気圧以上になるように添加する方
法はレジストに対する選択性を高める効果があった・ ＳＦ，ガスを用いてエッチングを行なった場合、ＣＦい
ＨＦ，　Ｃｏ，，　Ｃｏもレジストのエッチング反応生
成物として考えられる。しかしこれらのガスの蒸気圧は
高く、いずれも−１００℃で１００ｍＴｏｒｒ以上で添
加ガスとしては好ましくない． 以上説明してきたように，マスク材料のエッチング反応
生戒物をエッチング中に添加する方法は，添加ガスの分
圧がウェハの冷却温度における蒸気圧以上になるように
添加すると、添加しない場合よりも選択性を高める効果
がある．しかし、添加ガスの分圧が高すぎると被エッチ
ング材料のエッチ速度が極端に低下して、選択性を高め
る効果が無くなることがある。 この方法は、エッチングガスの種類及び圧力に依らずに
選択性を高める効果がある。エッチングガス圧、バイア
ス電圧、添加ガスの分圧等のエッチング条件は、選択性
だけでなく、異方性及びエッチング速度の３条件が最適
となるように設定すればよい．添加ガスの種類はウェハ
の冷却温度に応じて，その蒸気圧から決まる添加ガスの
分圧が？適となるものを選べばよい。 次に、有機材料の低温ドライエッチングを行う際に異方
性を高める方法について説明する。 実施例５ Ｓｉ基板上に形威した三層レジストの下層部の低温ドラ
イエッチングを行う際に、１１、ｏガスを添加して異方
性を高める方法について説明する。試料に用いた三層レ
ジストの下層膜は、吸光剤としてインデンビスアジドを
１６−ｔ％含有したノボラック樹脂である。 第８図はマイクロ波プラズマエッチング装置を用い、４
１■Ｏガスを分圧が４ｍＴｏｒｒとなるように添加しな
がら下層レジストの０２ガスによる低温ドライエッチン
グを行い、ｏ■の分圧を２０ｍＴｏｒｒ．バイアス電圧
を３０Ｖとし、ウェハ温度を−１２０℃〜＋２０℃の範
囲で変えて１分間エッチングしたときのエッチ速度とサ
イドエッチング量を示す。比較のために，■２０無添加
の場合の結果も第８図に示す。 １１■０を添加しない場合は、曲線５３に示すようにサ
イドエッチング量は−７０℃から減少して−９０℃？下
で殆どサイドエッチングされなくなっている．この時エ
ッチ速度は曲線５ｌに示すように＋２０℃〜−９０℃の
範囲でほぼ一定で４８０μｓ／ｇｉｎであるが、−１０
０℃以下で減少して−１２０℃では殆どエッチングされ
なくなっている．従って、この場合ウェハ温度を−９０
℃〜−１００℃の間に設定してエッチングを行えば，エ
ッチ速度を高速に保ったまま高異方性加工ができる。こ
れに対して，　ＩＩ■Ｏを添加した場合、曲線５４に示
すようにサイドエッチング量は減少し，−７０℃で殆ど
サイドエッチングされなくなっている。この温度では曲
線５３に示すようにエッチ速度は約５００μｍ／ｗｉｎ
である．．　｝１．０添加により−７０℃でも高異方性
エッチングができた。 そこで第９図にはウェハ温度を−７０℃に固定し、添加
するＨ■０の分圧を変えて２０ｍＴｏｒｒの０■で下暦
レジストをエッチングしたエッチ速度とサイドエッチン
グ量を示す． 曲線６２に示すようにＨ、ｏの分圧が高くなるほどサイ
ドエッチング量が小さくなり，Ｈ２０の分圧４ｍＴｏｒ
ｒで殆どサイドエッチングされなくなっている．？ッチ
速度は曲線６ｌに示すようにｌ｛．０の分圧４＋＋＋Ｔ
ｏｒｒ以下では約４７０ｍＴｏｒｒであるが、それ以上
１１２０を添加するとエッチ速度が減少して８ＩＩＩＴ
ｏｒｒ添加すると殆どエッチングされなくなる。Ｈ，Ｏ
の添加量が多すぎると、Ｈ，Ｏの凝縮により底面のエッ
チングも凍結してしまう． 第１０図にウェハ温度−７０℃、ｏ■の分圧２０ｍＴｏ
ｒｒ，　Ｈ２０の分圧４ｍＴｏｒｒでバイアス電圧を変
えて下層レジストのエッチングを行った結果を示す。 バイアス電圧が高くなるほど曲線７１に示すようにエッ
チ速度は単調に増加するが、サイドエッチング量には殆
ど変化は見られない。 実施例６ ＰＩＱ膜の低温ドライエッチングを行う際に異方性を高
める方法について説明する。第１１図に示すＰＩＱの構
造式から考えると反応生成物としてはベンゼンがある。 そこで、ｏ■ガスによるＰＩＱＩＦＪの反応性イオンエ
ッチングを行う際にベンゼンのガスを添加した実施例を
説明する。 ？ズマエッチング装置を用い、ベンゼンの分圧が４ｍＴ
ｏｒｒとなるように添加しなからＳＯＧでマスクしたＰ
ＩＱ膜のＯ■による低温ドライエッチ冫グを行った時の
エッチ速度とサイドエッチング量を示す。０２の圧力を
６０＋＋＋Ｔｏｒｒ、高周波電力を４００ｖに設定し、
ウェハ温度を−１２０℃〜＋２０℃の範囲で変えて１分
間エッチングした。比較のために、ベンゼン無添加の場
合の結果も第１２図に示す。 ベンゼン無添加の場合、曲線８３に示すようにサイドエ
ッチング量は低温になるほど減少してーｌ００℃以下で
は殆どサイドエッチングされなくなっている．この時エ
ッチ速度は曲線８１に示、すように＋２０℃〜−８０℃
の範囲でほぼ一定で２７０　μｌｌ／ｗｉｎであるが、
−１００℃以下で減少して−１２０℃では殆どエッチン
グされなくなっている。 従って、この場合ウェハ温度を−１００℃に設定してエ
ッチングすれば、エッチ速度を高速に保ったまま高異方
性加工ができる。これに対して、ベンゼンを添加した場
合、ｌｉｔＩ線８４に示すようにサイドエッチング量は
減少し、−８０℃で殆どサイドエ？チングされなくなっ
てぃる●この温度では曲線８２に示すように、エッチ速
度は２００μｍ／ｗｉｎである．ベンゼンの添加により
−８０℃でも高異方性エッチングができた。 第１３図は主放電ガスの圧力とサイドエッチング畳の関
係を調べるため、ウェハ温度−８０℃においてベンゼン
％　４ｍＴｏｒｒ添加し、ｏ■の圧力を変えてＰＩＱ膜
を１分間エッチングした時の、サイドエッチング量と０
２の圧力の関係を示す．直線９１に示すように、サイド
エッチング量は０■の圧力に依存しない。 実施例７ １１■０、ベンゼン以外のエッチング反応生成物のガス
を添加してサイドエッチングを抑制する例について説明
する．いずれもマイクロ波プラズマエッチング装置一を
用いて、三層レジストの下ＮＩＩＳＩの低温ドライエッ
チングを行った例で、ｏ３の圧力を２０ｍＴｏｒｒ　，
バイアス電圧を３０１に設定した。 トルエンを添加した場合、分圧が−８０℃で５ｍＴｏＪ
　　７０℃で１　１　ｍＴｏｒｒになるように添加する
とサイドエッチングの無い高異方性加工ができた。 ０−キシレン、ｍ−キシレンを添加した場合は，分圧が
それぞれ−６０℃で５ｅ＋Ｔｏｒｒ、７ｍＴｏｒｒとな
るように添加するとサイドエッチングの無い高異方性加
工ができた． ０−クレゾールを添加した場合は、−３０℃で分圧が４
＋＋Ｔｏｒｒになるように添加するとサイドエッチング
の無い高異方性加工ができた。 フェノールを添加した場合は、−１０℃で８ｏ＋Ｔｏｒ
ｒに分圧を調整するとサイドエッチングの無い高異方性
加工ができた。 ２，４−キシレノールを添加した場合は、Ｏ℃で分圧が
１　１ｍＴｏｒｒとなるように添加するとサイドエッチ
ングの無い高異方性加工ができた。 この方法で、エッチングガス圧、バイアス電圧、添加ガ
スの分圧等のエッチング条件は、異方性だけでなく、選
択性及びエッチ速度の３条件が最適となるように設定す
ればよい．また、添加ガスの種類はウェハの冷却温度に
応じて，その蒸気圧から決まる添加ガスの分圧が最適と
なるものを選べ？よい。 ［発明の効果１ 本発明により、マスク材料に対するエッチングの選択比
を高めることができる。また、有機材料のエッチングの
異方性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はホトレジスト＾Ｚ１３５０Ｊの成分の説明図，
第２図１よ１１■０とベンゼンの蒸気圧曲線図、第３図
はＳＦ，ガスプラズマによりエッチングした時のＳｉと
レジストのエッチ速度と選択比のウェハ温度依存特性図
、第４図はＳＦ，にベンゼンを添加してエッチングした
時の、りＳｉよとレジストのエッチ速度と選択比のウェ
ハ温度依存特性図、第５図はＳＦ，にベンゼンを添加し
てエッチングした時の、ＷＳｉ，とレジストのエッチ速
度と選択比のベンゼンの分圧依存特性図、第６図はＳＦ
，にベンゼンを添加し、バイアス電圧を変えてエッチン
グした時の、’ｄ　Ｓ　ｊ．，とレジストの択此のバイ
アス電圧依存特性図，第７図はＳＦ，ガスの分圧を変え
た時にベンゼンを添加してエッチングした時の、ｗＳｉ
ｚとレジストのエ？チ速度と選択比のＳＦ，ガスの分圧
依存特性図、第８図は０２ガスプラズマにより三層レジ
ストの下層膜をエッチングした時のエッチ速度とサイド
エッチング量のウェハ温度依存特性図、第９図は０２に
Ｉ＋、ｏを添加して三層レジストの下Ｗ１膜をエッチン
グした時の，エッチ速度とサイドエッチング量のＨ，Ｏ
の分圧依存特性図、第１０図は０■に１１２０を添加し
，バイアス電圧を変えて三層レジストの下層膜をエッチ
ングした時の，エッチ速度とサイドエッチング量のバイ
アス電圧依存特性図、第１１図はＰＩＱの構造式、第１
２図は０．ガスプラズマによりＰＩＱ膜をエッチングし
た時のエッチ速度とサイドエッチング量のウェハ温度依
存特性図、第ｌ３図は０■ガスの分圧を変え、ベンゼン
を添加してＰ　Ｉ　ＱｒｌＡをエッチングした時の，サ
イドエッチング量の分圧依存特性図である． 第 ５ 図 ＾゛ンセ′冫の分圧〔県７ｅ−ｐ） 早７図 療Ｊｆｆｌ ，ＳＦＧ’ｆｌ”ス丘　〔％ＴＯｒＰ）第ｇ図 寥ｑ図 第ｆＯｒｉＪ 要１１回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空処理室内において反応性ガスプラズマを用いて
   ウェハを処理する際に、エッチング反応生成物であるガ
   スを主放電ガスに添加してエッチングすることを特徴と
   する低温ドライエッチング方法。 ２、請求項１に記載の添加ガスはマスク材料のエッチン
   グ反応生成物であり、マスク材料に対する被エッチング
   材料の選択比を向上させることを特徴とする低温ドライ
   エッチング方法。 ３、請求項１に記載の添加ガスは被エッチング材料のエ
   ッチング反応生成物であり、被エッチング材料の異方性
   を高めることを特徴とする低温ドライエッチング方法。 ４、請求項１に記載の低温ドライエッチング方法はウェ
   ハを０℃未満に冷却して処理することを特徴とする低温
   ドライエッチング方法。 ５、請求項１に記載の添加ガスは、エッチング処理室内
   での該添加ガスの分圧がエッチング中のウェハ温度にお
   ける該添加ガスの蒸気圧以上になるように添加すること
   を特徴とする低温ドライエッチング方法。 ６、請求項２に記載のマスク材料は有機化合物であるこ
   とを特徴とする低温ドライエッチング方法。 ７、請求項３に記載の被エッチング材料は有機化合物で
   あることを特徴とする低温ドライエッチング方法。 ８、請求項２に記載のマスク材料はノボラック系のホト
   レジストであることを特徴とする低温ドライエッチング
   方法。 ９、請求項２に記載の被エッチング材料が単結晶Ｓｉ、
   多結晶Ｓｉ、ＳｉＯ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ａｌ、Ｗ、
   Ｍｏ、ＷＳｉ＿２、ＭｏＳｉ＿２、ＴｉＳｉ＿２、Ｔａ
   Ｓｉ＿２からなる群から選ばれた少なくとも一つである
   ことを特徴とする低温ドライエッチング方法。 １０、請求項３に記載の被エッチング材料はレジストお
   よびＰＩＱであることを特徴とする低温ドライエッチン
   グ方法。 １１、請求項１に記載の添加ガスは、Ｈ＿２Ｏ、ベンゼ
   ン、トルエン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｏ−クレ
   ゾール、フェノール、２、４−キシレノールからなる群
   から選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする低
   温ドライエッチング方法。