JPH0429316A - 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〕 本発明は半導体装置の製造分野等において行われるシリ
コン系材料層のドライエツチング方法に関し、特にいわ
ゆるマイクロローディング効果を抑制しながら異方性エ
ツチングを行う方法に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、シリコン系材料層上の面積の異なる被エツチ
ング領域をエツチングすることにより該シリコン系材料
層に所定のパターンを形成するドライエツチング方法に
おいて、相対的に広い面積を存する被エッチング領域に
おいてエツチング反応生成物および／または副反応生成
物の堆積とエツチングとを効果的に競合させることによ
り、広い被エツチングにおけるエツチング速度を低下さ
せて狭い被エツチング領域におけるそれに近づけ、相対
的に低下せしめ、いわゆるマイクロローディング効果を
抑制しようとするものである。

〔従来の技術〕

半導体装置のデザイン・ルールがサブミクロン・レベル
、サラにはクォーターミクロン・レベルと高度に微細化
されるに伴い、各種加工技術に対する要求も一段と厳し
さを増している。かかる状況のもとでは、従来のデザイ
ン・ルールでは問題とならなかったような現象も高加工
精度を達成するための障害となり、従来の加工技術の適
用が困難となる場合が生ずる。

マイクロローディング効果もそのひとつである。

これは、被エッチング材料層を所定の形状にパタニング
する際に、エツチング速度が被エツチング領域の面積の
大小に依存して変化する現象である。

たとえば、第１図（Ａ）に示されるように、単結晶シリ
コン等からなる半導体基板（１）上にたとえば酸化シリ
コンからなる絶縁酸化膜（２）、ポリサイドＭ（５）の
下層に相当しｎ型不純物がドープされた多結晶シリコン
層（３）、ポリサイド膜（５）の上層に相当する高融点
金属シリサイド層（４）が順次積層されてなる基体にお
いて、予めフォトリソグラフィにより所定のパターンに
形成されたフォトレジスト層（６）をマスクとして上記
ポリサイド膜（５）をエツチングする場合を考える。こ
の基体上には、上記フォトレジスト層（６）が比較的密
に形成されエツチングされる面積が相対的に狭い領域Ｉ
と、該フォトレジスト層（６）が比較的線に形成されエ
ツチングされる面積が相対的に広い領域■が形成されて
いる。つまり、上記領域Ｉおよび領域Ｈにおいては、そ
れぞれ開口幅の小さい第１の開口部（７ａ）の内部と開
口幅の大きい第２の開口部（７ｂ）の内部がそれぞれ被
エツチング領域となる。

ここで、パターン幅がサブミクロン・レベルあるいはそ
れ以上に微細化されている場合には、ふたつの領域Ｉ、
■におけるエツチング速度は等しくならない。たとえば
、第１図（Ｂ）に示されるように、領域Ｈの第２の開口
部（７ｂ）内において過不足な（ポリサイド膜（５）が
エツチング除去された時点では、領域■の第１の開口部
（７ａ）内にはまだ若干の多結晶シリコン層（３）が残
存している。

これは、第１の開口部（７ａ）の関口幅が小さいために
、基体面に対して斜め方向に運動するエツチング種の入
射確率が低くなり、領域Ｉにおけるエツチング速度が低
下するからである。

いずれの開口部（７ａ）　、　（７ｂ）の底部において
も多結晶ソリコン層（３）を完全に除去しようとするな
らば、オーバーエツチングが必要となる。しかし、たと
えば上述のようなプロセスがポリサイド・ゲート電極の
形成に通用される場合、ゲート酸化膜に相当する上記絶
縁酸化膜（２）は近年のデザイン・ルールでは１００人
あるいはそれ以下に薄膜化されているので、損傷を防止
する意味からもオーバーエツチングは余り望ましくない
、やむを得ず行う場合にも、できるだけ少なく行いたい
ところである。そのためには、マイクロコーディング効
果の影響を抑えたドライエッチング方法の開発が必須と
なる。

そこで本発明は、上述のようなマイクロローディング効
果の影響を抑制できるシリコン系材料層のドライエツチ
ング方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、上述の目的を達成するために鋭意検討を
行ったところ、マイクロローディング効果を抑制するた
めには、相対的に広い面積を有する被エツチング領域に
おけるエツチング速度を低下させて相対的に狭い面積を
有する被エツチング領域におけるそれに近づければ良い
こと、またかかるエツチング速度の低下はエツチング反
応生成物および／または副反応生成物を利用することに
より可能となることを見出した。

本発明のドライエツチング方法は上述の知見にもとづい
て提案されるものであり、シリコン系材料層上の面積の
異なる被エツチング領域をエツチングすることにより該
シリコン系材料層に所定のパターンを形成するドライエ
ツチング方法であって、−相対的に広い面積を有する被
エツチング領域において相対的に狭い面積を有する被エ
ツチング領域におけるよりも多い量のエツチング反応生
成物および／または副反応生成物を堆積させながらエツ
チングを行うことを特徴とするものである。

〔作用〕

高度に微細化されたデザイン・ルールのもとでは、エツ
チング種の入射確率が被エツチング領域の面積の大小に
依存するようになる。このような場合、エツチング種が
大量に入射し得る広い被エツチング領域では、エツチン
グ種が少量しか入射できない狭い被エツチング領域に比
べて生成するエツチング反応生成物および／または副反
応生成物が、絶対量ではもちろん、単位面積当たりの堆
積量でも多くなる。

ここで、本発明で言うエツチング反応生成物とはエツチ
ング種とシリコン系材料あるいはレジスト材料との反応
により生成する化合物を指し、副反応生成物とはこの化
合物がさらにエツチングガス中に存在する上記エツチン
グ種以外の成分と反応して生成する化合物を指す。

被エツチング領域にこれらの生成物が堆積物となって存
在していると、エツチング種がこれらの堆積物の除去に
も消費されるため、堆積量に応したエツチング速度の低
下が起こる。つまり、相対的に面積が広く堆積物も多い
被エツチング領域はど、そこにおけるエツチング速度は
低下することになる。したがって、エツチング速度が基
体の全体にわたって平均化され、マイクロローディング
効果が抑制される。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

本実施例は、本発明をポリサイド膜のエツチングに適用
した例である。説明には前述の第１図（Ａ）と第１図（
Ｂ）、および第２図を使用する。

使用した基体は、前述の第１図（Ａ）に示されるとおり
である。ここで、高融点金属シリサイド層（４）の材料
としてはタングステン・シリサイド層を使用した。また
、領域Ｉではライン・アンド・スペース、すなわち各フ
ォトレジスト層（６）のパターン幅と第１の開口部（７
ａ）の開口幅をいずれも０．６μｍとし、領域■では第
２の開口部（７ｂ）の開口幅を３μｍとした。

次に、上記第１図（Ａ）に示される基体を高周波バイア
ス印加型ＥＣＲ（を子サイクロトロン共鳴）プラズマエ
ツチング装置にセットし、ＳＦ。

流量２０　ＳＣＣＭ、　　ＨＢ　ｒ流量３０　ＳＣＣＭ
、　Ｎ＊流量３０ＳＣＣＭ、ガス圧５　ｍＴｏｒｒ＋　
マイクロ波型流２５０ｍＡＲＰバイアス・パワー１００
Ｗの条件で上記フォトレジスト層（６）をマスクとする
上記ポリサイド膜（５）のエツチングを行った。この結
果、第１図（Ｂ）に示されるように、いずれの領域１．
ＩＩにおいても良好な異方性形状が達成されながらエツ
チングが進行した。ここで、上記領域■において過不足
なくポリサイド膜（５）が除去された時点では、上記領
域Ｉにおいて多結晶シリコン層（３）が残存部（３ａ）
として若干残っていた。上記領域Ｈにおけるエツチング
速度を１とすると、上記残存部（３ａ）の膜厚から算出
した領域Ｉにおけるエツチング速度は０．８３となり、
従来のポリサイド膜のエツチング技術よりはかなり効果
的にマイクロローディング効果の抑制が可能であること
がわかった。

ところで、上述の３成分系のエツチング・ガスは、本願
出願人が先に特願平２−１０４８９号明細番においてポ
リサイド膜のドライエツチング用に提案したＨＢｒとフ
ッ素系ガスとを含む混合ガスを基本としており、これに
Ｎ、が添加されてなるものである０本実施例におけるエ
ツチングの機構は、おおよそ次のように考えられる。

ＨＢｒはＢｒラジカルの発生源である。このＢｒラジカ
ルは、ラジカル半径が大きく容易に被エツチング材料（
上述の実施例ではポリサイド膜）の結晶格子内もしくは
結晶粒界内に侵入しないため、自発的なエツチング反応
を起こすことは困難であるが、イオン衝撃を伴った場合
にエツチング反応を起こすことができる。したがって、
高異方性の達成には有利なエツチング種である。一方、
フッ素系ガス（上述の実施例ではＳＦ、）は、反応性の
高いフン素ラジカルの供給源であり、上記Ｂ「ラジカル
の低反応性をカバーして実用的なエツチング速度を確保
する役目を果たす。これらＨＢｒとフッ素系ガスとを含
む混合ガスによれば、Ｂｒによりフォトレジスト層がス
パッタリングされて形成される炭素系ポリマーや、ポリ
サイド膜のエツチングにより生成するＳ　ｉ　Ｂ　ｒ　
Ｘ等がエツチング反応生成物として堆積し、この堆積物
が側壁保護の役目を果たして異方性エツチングが達成さ
れる。しかし、これらの堆積物は上記フッ素系ガスから
生ずるフッ素ラジカルにより一部除去されてしまうので
、エツチング面積の広い領域■において有効にエツチン
グ速度を低下させるに十分な量には堆積せず、その結果
マイクロローディング効果が顕著に現れてしまう、しか
し、本実施例ではエツチング・ガスにＮ！が含まれてお
り、これがたとえば上記Ｓ　ｒ　Ｂ　ｒ　ｘとさらに反
応して５１１Ｎ、やＳ　ｉ、Ｂ　ｒｙＮ＊等の副反応生
成物を堆積させる。

本発明では、第２図に示されるように、これらのエツチ
ング反応生成物および副反応生成物等を含む複雑な組成
を有する堆積物（８）が被エツチング領域に堆積する。

ただし、上記堆積物（８）はエツチング面積の狭い領域
■におけるよりもエツチング面積の広い領域■において
、絶対量はもちろんのこと、単位面積当たりでも多く形
成されるにの堆積物（８）は、両開口部（７ａ）　、　
（７ｂ）の側壁保護を行って形状異方性の向上に寄与す
ることはもちろんであるが、特に領域■においてはその
堆積反応とスパッタリング除去とが競合することにより
、効果的にエツチング速度を低下させる役目を果たす、
したがって、エツチング面積の広い領域におけるほどエ
ツチング速度が低下して、狭い領域におけるそれに近づ
く、その結果、ウェハ面内におけるエツチング速度の分
布が減少し、マイクロローディング効果が抑制されるも
のと考えられる。

ところで、前述の機構から、上記副反応生成物の生成量
はＮ２の添加量により調節可能であると予想される。こ
のことを確認するために、エツチング・ガス中にＮ２を
添加せず、ＳＦ６流量を３０ＳＣＣＭ、ＨＢｒ流量を２
０５ＣＣＭとした他は前述と同じ条件にてポリサイド膜
のエツチングを行った。

結果は、領域Ｈにおけるエツチング速度を１とした場合
、領域■におけるエツチング速度は０．７１となり、明
らかに前述の実施例よりはマイクロローディング効果が
顕著に現れていた。これは、Ｎ２の作用による副反応生
成物が存在しないために両方の領域１．ＩＩにおける堆
積物の量が総して少なく、領域■において選択的にエツ
チング速度を低下させるには至らなかったためである。

なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく
、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能で
ある。

まず、被エツチング層はシリコン系材料層であれば上述
のようなポリサイド膜に限られるものではなく、たとえ
ば単結晶シリコン層、多結晶シリコン層、金属シリサイ
ド層等であっても良い。

また、上述のｓＦ、に替え７ＮＦ、、ＣｌＦ２Ｆ２．Ｈ
Ｆ等を使用し、これをＨＢｒおよびＮ、と混合したエツ
チング・ガスを使用しても良い。

あるいは、０２とＣｊ！、の混合ガス系も使用できる。

この場合は、反応生成物として堆積する物質は、フォト
レジスト材料とＣ１との反応により生成するＣＣらを主
体とするものとなる。

さらに、エツチングガスにはスパッタリング効果、希釈
効果および冷却効果を期待する意味でアルゴン、ヘリウ
ム等の希ガスを適宜混合しても良い。

［発明の効果］ 以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれば
、微細なパターンをエツチングする場合にもマイクロロ
ーディング効果の影響を抑制しながら高異方性加工を行
うことができる。さらに、過度のオーバーエツチングが
不要となるため、下地の損傷も防止される。本発明は、
高集積度および高信頼性を有する半導体装置の製造等に
好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および第１図（Ｂ）はポリサイド膜のドラ
イエツチング方法の一例をその工程順にしたがって説明
する概略断面図であり、第１図（Ａ）は絶縁酸化膜、ポ
リサイド膜、フォトレジスト層の形成工程、第１図（Ｂ
）はポリサイド膜のエソチング工程をそれぞれ示すもの
である。 第２図は本発明を適用したポリサイド膜のドライエツチ
ングの機構を説明する概略断面図である。 半導体基板 絶縁酸化膜 多結晶シリコン層 残存部 高融点金属シリサイド層 ポリサイド膜 フォトレジスト層 第１の開口部 第２の開口部 堆積物

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　シリコン系材料層上の面積の異なる被エッチング領域
   をエッチングすることにより該シリコン系材料層に所定
   のパターンを形成するドライエッチング方法において、 相対的に広い面積を有する被エッチング領域において相
   対的に狭い面積を有する被エッチング領域におけるより
   も多い量のエッチング反応生成物および／または副反応
   生成物を堆積させながらエッチングを行うことを特徴と
   するドライエッチング方法。