JPH04354331A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JPH04354331A JPH04354331A JP3155454A JP15545491A JPH04354331A JP H04354331 A JPH04354331 A JP H04354331A JP 3155454 A JP3155454 A JP 3155454A JP 15545491 A JP15545491 A JP 15545491A JP H04354331 A JPH04354331 A JP H04354331A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造分野等
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
窒化シリコン系材料層を下地として酸化シリコン系材料
層との間で選択比を大きく確保しながらエッチングを行
う方法に関する。
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
窒化シリコン系材料層を下地として酸化シリコン系材料
層との間で選択比を大きく確保しながらエッチングを行
う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、絶縁膜のドライエッチングにおいても、高異方
性，高速性，高選択性，低ダメージ性，低汚染性といっ
た諸要求をいずれをも犠牲にすることなく達成する技術
が強く望まれている。
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、絶縁膜のドライエッチングにおいても、高異方
性，高速性，高選択性，低ダメージ性，低汚染性といっ
た諸要求をいずれをも犠牲にすることなく達成する技術
が強く望まれている。
【０００３】従来、酸化シリコン（ＳｉＯｘ ；特にｘ
＝２）からなる絶縁膜をエッチングするには、ＣＨＦ３
、ＣＦ４ ／Ｈ２ 混合系、ＣＦ４ ／Ｏ２ 混合系
、Ｃ２ Ｆ６ ／ＣＨＦ３ 混合系等がエッチング・ガ
スとして典型的に使用されてきた。これらは、いずれも
Ｃ／Ｆ比（分子内の炭素原子数とフッ素原子数の比）が
０．２５以上のフルオロカーボン系ガスを主体としてい
る。これらのガス系が使用されるのは、（ａ）フルオロ
カーボン系ガスに含まれるＣがＳｉＯ２ 層の表面でＣ
−Ｏ結合を生成し、Ｓｉ−Ｏ結合を切断したり弱めたり
する働きがある、（ｂ）ＳｉＯ２ 層の主エッチング種
であるＣＦｎ ＋ （特にｎ＝３） を生成できる、さ
らに（ｃ）プラズマ中で相対的に炭素に富む状態が作り
出されるので、ＳｉＯ２ 中の酸素がＣＯまたはＣＯ２
の形で除去される一方、ガス系に含まれるＣ，Ｈ，Ｆ
等の寄与によりシリコン下地の表面では炭素系のポリマ
ーが堆積してエッチング速度が低下し、対下地選択比を
高くとることができる、等の理由にもとづいている。な
お、上記のＨ２ ，Ｏ２ 等の添加ガスは選択比の制御
を目的として用いられているものであり、それぞれＦ＊
発生量を低減もしくは増大させることができる。つま
り、エッチング反応系の見掛け上のＣ／Ｆ比を制御する
効果を有する。
＝２）からなる絶縁膜をエッチングするには、ＣＨＦ３
、ＣＦ４ ／Ｈ２ 混合系、ＣＦ４ ／Ｏ２ 混合系
、Ｃ２ Ｆ６ ／ＣＨＦ３ 混合系等がエッチング・ガ
スとして典型的に使用されてきた。これらは、いずれも
Ｃ／Ｆ比（分子内の炭素原子数とフッ素原子数の比）が
０．２５以上のフルオロカーボン系ガスを主体としてい
る。これらのガス系が使用されるのは、（ａ）フルオロ
カーボン系ガスに含まれるＣがＳｉＯ２ 層の表面でＣ
−Ｏ結合を生成し、Ｓｉ−Ｏ結合を切断したり弱めたり
する働きがある、（ｂ）ＳｉＯ２ 層の主エッチング種
であるＣＦｎ ＋ （特にｎ＝３） を生成できる、さ
らに（ｃ）プラズマ中で相対的に炭素に富む状態が作り
出されるので、ＳｉＯ２ 中の酸素がＣＯまたはＣＯ２
の形で除去される一方、ガス系に含まれるＣ，Ｈ，Ｆ
等の寄与によりシリコン下地の表面では炭素系のポリマ
ーが堆積してエッチング速度が低下し、対下地選択比を
高くとることができる、等の理由にもとづいている。な
お、上記のＨ２ ，Ｏ２ 等の添加ガスは選択比の制御
を目的として用いられているものであり、それぞれＦ＊
発生量を低減もしくは増大させることができる。つま
り、エッチング反応系の見掛け上のＣ／Ｆ比を制御する
効果を有する。
【０００４】窒化シリコン（Ｓｉｘ Ｎｙ ；特にｘ＝
３，ｙ＝４）からなる絶縁膜のエッチングも基本的には
ＳｉＯ２ 層のエッチングと同様のガス系によりエッチ
ングされる。ただし、ＳｉＯ２ 層がイオン・アシスト
反応を主体とする機構によりエッチングされるのに対し
、Ｓｉｘ Ｎｙ 層はＦ＊ を主エッチング種とするラ
ジカル反応機構にもとづいてエッチングされ、エッチン
グ速度もＳｉＯ２ 層よりも速い。これは、原子間結合
エネルギーの大小関係がＳｉ−Ｆ（１３２ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌｅ）＞Ｓｉ−Ｏ結合（１１１ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）
＞Ｓｉ−Ｎ結合（１０５ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）であるこ
とからも、ある程度予測される。なお、原子間結合エネ
ルギーの値には算出方法により若干の差が出るが、ここ
ではＲ．Ｃ．Ｗｅａｓｔ編“Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ”，
６９ｔｈ ｅｄ．（１９８８年）（ＣＲＣ Ｐｒｅ
ｓｓ社刊，米国フロリダ州）に記載のデータを引用した
。
３，ｙ＝４）からなる絶縁膜のエッチングも基本的には
ＳｉＯ２ 層のエッチングと同様のガス系によりエッチ
ングされる。ただし、ＳｉＯ２ 層がイオン・アシスト
反応を主体とする機構によりエッチングされるのに対し
、Ｓｉｘ Ｎｙ 層はＦ＊ を主エッチング種とするラ
ジカル反応機構にもとづいてエッチングされ、エッチン
グ速度もＳｉＯ２ 層よりも速い。これは、原子間結合
エネルギーの大小関係がＳｉ−Ｆ（１３２ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌｅ）＞Ｓｉ−Ｏ結合（１１１ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）
＞Ｓｉ−Ｎ結合（１０５ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）であるこ
とからも、ある程度予測される。なお、原子間結合エネ
ルギーの値には算出方法により若干の差が出るが、ここ
ではＲ．Ｃ．Ｗｅａｓｔ編“Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ”，
６９ｔｈ ｅｄ．（１９８８年）（ＣＲＣ Ｐｒｅ
ｓｓ社刊，米国フロリダ州）に記載のデータを引用した
。
【０００５】ところで、近年ではデバイス構造の複雑化
に伴い、ＳｉＯｘ 層とＳｉｘ Ｎｙ 層との間で選択
性の高いエッチングを行う必要が生じている。たとえば
、ＳｉＯｘ 層上におけるＳｉｘＮｙ 層のエッチング
は、たとえばＬＯＣＯＳ法において素子分離領域を規定
するためのパターニング等で行われる。バーズ・ビーク
長を最小限に止めるためにパッド酸化膜（ＳｉＯ２ 層
）が薄膜化されている現状では、極めて高い下地選択性
の要求されるプロセスである。一方、ＳｉＮｘ 層上に
おけるＳｉＯｘ 層のエッチングは、たとえばコンタク
ト・ホール加工において必要となる。近年では、オーバ
ーエッチング時の基板ダメージを低減させるために、Ｓ
ｉＯｘ 層間絶縁膜の下地に薄いＳｉｘＮｙ 層が介在
される場合があるが、その趣旨を活かすためにも高い下
地選択性が要求される。
に伴い、ＳｉＯｘ 層とＳｉｘ Ｎｙ 層との間で選択
性の高いエッチングを行う必要が生じている。たとえば
、ＳｉＯｘ 層上におけるＳｉｘＮｙ 層のエッチング
は、たとえばＬＯＣＯＳ法において素子分離領域を規定
するためのパターニング等で行われる。バーズ・ビーク
長を最小限に止めるためにパッド酸化膜（ＳｉＯ２ 層
）が薄膜化されている現状では、極めて高い下地選択性
の要求されるプロセスである。一方、ＳｉＮｘ 層上に
おけるＳｉＯｘ 層のエッチングは、たとえばコンタク
ト・ホール加工において必要となる。近年では、オーバ
ーエッチング時の基板ダメージを低減させるために、Ｓ
ｉＯｘ 層間絶縁膜の下地に薄いＳｉｘＮｙ 層が介在
される場合があるが、その趣旨を活かすためにも高い下
地選択性が要求される。
【０００６】ところで、積層される異なる材料層の間で
選択性の高いエッチングを行うためには、両材料層の原
子間結合エネルギーの値が離れていることが原理的には
望ましい。しかし、ＳｉＯｘ 層とＳｉｘ Ｎｙ 層の
場合、Ｓｉ−Ｏ結合とＳｉ−Ｎ結合は原子間結合エネル
ギーの値が近接しており、エッチング・ガス系も共通で
あることから、高選択エッチングは本質的に困難である
。従来よりこの選択エッチングを可能とするための技術
の開発が各所で進められている。ここで、ＳｉＯｘ 層
上のＳｉｘ Ｎｙ 層をエッチングする技術については
、幾つか報告がある。たとえば、本発明者は先に特開昭
６１−１４２７４４号公報において、Ｃ／Ｆ比（１分子
内のＣ原子数とＦ原子数の比）が小さいＣＨ２ Ｆ２
等のガスにＣＯ２ を３０〜７０％のモル比で混合した
エッチング・ガスを用いる技術を開示している。Ｃ／Ｆ
比の小さいガスはＦ＊ の再結合によってのみＳｉＯｘ
層のエッチング種であるＣＦｘ ＋ （特にｘ＝３）
を生成し得るが、この系へ大量のＣＯ＊ を供給してＦ
＊ を捕捉してＣＯＦの形で除去すると、ＣＦｘ ＋
の生成量が減少してＳｉＯ２ 層のエッチング速度が低
下する。一方、Ｓｉｘ Ｎｙ はＣＦｘ ＋ 以外のイ
オンやラジカルでエッチングされるので、ＣＯ２ の大
量添加によってもエッチング速度はほとんど変化しない
。このようにして、両層の間の選択性が得られるわけで
ある。
選択性の高いエッチングを行うためには、両材料層の原
子間結合エネルギーの値が離れていることが原理的には
望ましい。しかし、ＳｉＯｘ 層とＳｉｘ Ｎｙ 層の
場合、Ｓｉ−Ｏ結合とＳｉ−Ｎ結合は原子間結合エネル
ギーの値が近接しており、エッチング・ガス系も共通で
あることから、高選択エッチングは本質的に困難である
。従来よりこの選択エッチングを可能とするための技術
の開発が各所で進められている。ここで、ＳｉＯｘ 層
上のＳｉｘ Ｎｙ 層をエッチングする技術については
、幾つか報告がある。たとえば、本発明者は先に特開昭
６１−１４２７４４号公報において、Ｃ／Ｆ比（１分子
内のＣ原子数とＦ原子数の比）が小さいＣＨ２ Ｆ２
等のガスにＣＯ２ を３０〜７０％のモル比で混合した
エッチング・ガスを用いる技術を開示している。Ｃ／Ｆ
比の小さいガスはＦ＊ の再結合によってのみＳｉＯｘ
層のエッチング種であるＣＦｘ ＋ （特にｘ＝３）
を生成し得るが、この系へ大量のＣＯ＊ を供給してＦ
＊ を捕捉してＣＯＦの形で除去すると、ＣＦｘ ＋
の生成量が減少してＳｉＯ２ 層のエッチング速度が低
下する。一方、Ｓｉｘ Ｎｙ はＣＦｘ ＋ 以外のイ
オンやラジカルでエッチングされるので、ＣＯ２ の大
量添加によってもエッチング速度はほとんど変化しない
。このようにして、両層の間の選択性が得られるわけで
ある。
【０００７】また、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎＤｒｙＰｒｏｃｅｓｓ，
第８８巻７号，８６〜９４ページ（１９８７年）には、
ケミカル・ドライエッチング装置にＮＦ３ とＣｌ２
とを供給し、マイクロ波放電により気相中に生成するＦ
Ｃｌを利用してＳｉＯｘ 上のＳｉｘ Ｎｙ 層をエッ
チングする技術が報告されている。Ｓｉ−Ｏ結合はイオ
ン結合性を５５％含むのに対し、Ｓｉ−Ｎ結合は３０％
であり、共有結合性の割合が高くなっている。つまり、
Ｓｉｘ Ｎｙ 層中の化学結合の性質は、単結晶シリコ
ン中の化学結合（共有結合）のそれに近く、ＦＣｌから
解離生成したＦ＊ ，Ｃｌ＊ 等のラジカルによりエッ
チングされる。一方、ＳｉＯｘ 層はこれらのラジカル
によってもほとんどエッチングされないので、高選択エ
ッチングが可能となるわけである。
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎＤｒｙＰｒｏｃｅｓｓ，
第８８巻７号，８６〜９４ページ（１９８７年）には、
ケミカル・ドライエッチング装置にＮＦ３ とＣｌ２
とを供給し、マイクロ波放電により気相中に生成するＦ
Ｃｌを利用してＳｉＯｘ 上のＳｉｘ Ｎｙ 層をエッ
チングする技術が報告されている。Ｓｉ−Ｏ結合はイオ
ン結合性を５５％含むのに対し、Ｓｉ−Ｎ結合は３０％
であり、共有結合性の割合が高くなっている。つまり、
Ｓｉｘ Ｎｙ 層中の化学結合の性質は、単結晶シリコ
ン中の化学結合（共有結合）のそれに近く、ＦＣｌから
解離生成したＦ＊ ，Ｃｌ＊ 等のラジカルによりエッ
チングされる。一方、ＳｉＯｘ 層はこれらのラジカル
によってもほとんどエッチングされないので、高選択エ
ッチングが可能となるわけである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、ＳｉＯｘ
層の上でＳｉｘ Ｎｙ 層を選択エッチングする技術
については、幾つかの報告がなされている。これは、両
層のエッチング速度を考えるとある意味では当然である
。それは、ラジカル反応を主体とする機構によりＳｉｘ
Ｎｙ をエッチングする過程では、途中でＳｉＯｘ
層が露出すれば必然的にエッチング速度は低下するから
である。しかし、従来の技術にも問題はあり、たとえば
上述のＦＣｌを利用するプロセスでは、ラジカル反応を
利用しているために異方性加工が本質的に困難である。
層の上でＳｉｘ Ｎｙ 層を選択エッチングする技術
については、幾つかの報告がなされている。これは、両
層のエッチング速度を考えるとある意味では当然である
。それは、ラジカル反応を主体とする機構によりＳｉｘ
Ｎｙ をエッチングする過程では、途中でＳｉＯｘ
層が露出すれば必然的にエッチング速度は低下するから
である。しかし、従来の技術にも問題はあり、たとえば
上述のＦＣｌを利用するプロセスでは、ラジカル反応を
利用しているために異方性加工が本質的に困難である。
【０００９】逆に、Ｓｉｘ Ｎｙ 層の上でＳｉＯｘ
層を選択エッチングする技術についてはこれまでに報告
がない。この場合、イオン・アシスト反応を主体とする
機構によりＳｉＯｘ 層をエッチングしていても、その
反応系中には必ずラジカルが生成しており、Ｓｉｘ Ｎ
ｙ が露出した時点でこのラジカルによりエッチング速
度が上昇してしまうので、選択性の確保は一層困難であ
る。しかし、将来必ず必要とされるプロセスであり、そ
の実現が切望されている。そこで本発明は、ＳｉＯｘ
層とＳｉｘ Ｎｙ 層との間の高選択エッチングを可能
とする方法を提供することを目的とする。
層を選択エッチングする技術についてはこれまでに報告
がない。この場合、イオン・アシスト反応を主体とする
機構によりＳｉＯｘ 層をエッチングしていても、その
反応系中には必ずラジカルが生成しており、Ｓｉｘ Ｎ
ｙ が露出した時点でこのラジカルによりエッチング速
度が上昇してしまうので、選択性の確保は一層困難であ
る。しかし、将来必ず必要とされるプロセスであり、そ
の実現が切望されている。そこで本発明は、ＳｉＯｘ
層とＳｉｘ Ｎｙ 層との間の高選択エッチングを可能
とする方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるドライエ
ッチング方法は、上述の目的を達成するために提案され
るものである。すなわち、本願の第１の発明にかかるド
ライエッチング方法は、被エッチング基板の温度を室温
以下に制御し、Ｓ２ Ｆ２ ，ＳＦ２ ，ＳＦ４ ，Ｓ
２Ｆ１０から選ばれる少なくとも１種類の化合物を含む
エッチング・ガスを用い、Ｓｉｘ Ｎｙ 系材料層の上
に形成されたＳｉＯｘ 系材料層のエッチングを行うこ
とを特徴とするものである。
ッチング方法は、上述の目的を達成するために提案され
るものである。すなわち、本願の第１の発明にかかるド
ライエッチング方法は、被エッチング基板の温度を室温
以下に制御し、Ｓ２ Ｆ２ ，ＳＦ２ ，ＳＦ４ ，Ｓ
２Ｆ１０から選ばれる少なくとも１種類の化合物を含む
エッチング・ガスを用い、Ｓｉｘ Ｎｙ 系材料層の上
に形成されたＳｉＯｘ 系材料層のエッチングを行うこ
とを特徴とするものである。
【００１１】本願の第２の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、被エッチング基板の温度を室温以下に制御し
、Ｓ２ Ｆ２ ，ＳＦ２ ，ＳＦ４ ，Ｓ２ Ｆ１０か
ら選ばれる少なくとも１種類の化合物を含むエッチング
・ガスを用い、所定の形状にパターニングされたＳｉｘ
Ｎｙ 系材料層をマスクとしてＳｉＯｘ 系材料層の
エッチングを行うことを特徴とするものである。
グ方法は、被エッチング基板の温度を室温以下に制御し
、Ｓ２ Ｆ２ ，ＳＦ２ ，ＳＦ４ ，Ｓ２ Ｆ１０か
ら選ばれる少なくとも１種類の化合物を含むエッチング
・ガスを用い、所定の形状にパターニングされたＳｉｘ
Ｎｙ 系材料層をマスクとしてＳｉＯｘ 系材料層の
エッチングを行うことを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】本願の第１の発明は、Ｓｉｘ Ｎｙ 層の上で
ＳｉＯｘ 系材料層の選択エッチングを行う技術である
。ここで使用される４種類のフッ化イオウ、すなわちＳ
２ Ｆ２ ，ＳＦ２ ，ＳＦ４ ，Ｓ２ Ｆ１０は、本
発明者が先に特願平２−１９８０４５号明細書において
、酸化シリコン系材料層のエッチング用ガスとして提案
したものであり、極めて効果的な脱フロン対策を提供す
るものである。上記フッ化イオウは、放電により解離し
てプラズマ中にＳＦｘ ＋ を生成することができ、こ
れがＳｉＯｘ 層の主エッチング種として寄与する。Ｓ
ｉＯｘ 層中のＳｉはＳｉＦｘ の形で除去される。ま
た、これらフッ化イオウの重要な特徴は、同じくフッ化
イオウでも従来から最も良く知られているＳＦ６ と比
べてＳ／Ｆ比（１分子中のＳ原子数とＦ原子数の比）が
高く、プラズマ中に遊離のＳを生成できる点である。こ
のＳは、常温以下に温度制御された被エッチング基板（
ウェハ）の表面に吸着する。ここで、被エッチング層で
あるＳｉＯ２ 層の表面に吸着したＳは、該表面に入射
するイオンのエネルギーにアシストされてＳＯｘ （ｘ
＝２，３）を生成し、脱離する。一方、レジスト・マス
クおよびシリコン下地の表面ではＳの堆積とスパッタ除
去とが競合するので、対レジスト選択比および対下地選
択比を向上させる効果を有する。さらに、原理的にイオ
ンの入射が起こらないパターン側壁部では、このＳが側
壁保護膜の役割を果たす。堆積したＳは、エッチング終
了後に基板を加熱すれば容易に昇華除去できるため、パ
ーティクル汚染を惹起させる虞れもない。
ＳｉＯｘ 系材料層の選択エッチングを行う技術である
。ここで使用される４種類のフッ化イオウ、すなわちＳ
２ Ｆ２ ，ＳＦ２ ，ＳＦ４ ，Ｓ２ Ｆ１０は、本
発明者が先に特願平２−１９８０４５号明細書において
、酸化シリコン系材料層のエッチング用ガスとして提案
したものであり、極めて効果的な脱フロン対策を提供す
るものである。上記フッ化イオウは、放電により解離し
てプラズマ中にＳＦｘ ＋ を生成することができ、こ
れがＳｉＯｘ 層の主エッチング種として寄与する。Ｓ
ｉＯｘ 層中のＳｉはＳｉＦｘ の形で除去される。ま
た、これらフッ化イオウの重要な特徴は、同じくフッ化
イオウでも従来から最も良く知られているＳＦ６ と比
べてＳ／Ｆ比（１分子中のＳ原子数とＦ原子数の比）が
高く、プラズマ中に遊離のＳを生成できる点である。こ
のＳは、常温以下に温度制御された被エッチング基板（
ウェハ）の表面に吸着する。ここで、被エッチング層で
あるＳｉＯ２ 層の表面に吸着したＳは、該表面に入射
するイオンのエネルギーにアシストされてＳＯｘ （ｘ
＝２，３）を生成し、脱離する。一方、レジスト・マス
クおよびシリコン下地の表面ではＳの堆積とスパッタ除
去とが競合するので、対レジスト選択比および対下地選
択比を向上させる効果を有する。さらに、原理的にイオ
ンの入射が起こらないパターン側壁部では、このＳが側
壁保護膜の役割を果たす。堆積したＳは、エッチング終
了後に基板を加熱すれば容易に昇華除去できるため、パ
ーティクル汚染を惹起させる虞れもない。
【００１３】ＳｉＯｘ 層のエッチングがほぼ終了する
と、下地のＳｉｘ Ｎｙ 層が露出し、プラズマ中のＦ
＊ が該Ｓｉｘ Ｎｙ 層の表面からＳｉ原子を引き抜
くことによりＮのダングリング・ボンドが生成する。Ｓ
ｉｘ Ｎｙ 層表面のダングリング・ボンドの存在につ
いては、菅野卓夫著「半導体プラズマプロセス技術」（
産業図書株式会社刊）Ｐ１３３〜１３４、および昭和５
５年（１９８０年）電気学会論文集第５分冊，Ｓ６−２
等に既に論じられているとおりである。本発明では、こ
のダングリング・ボンドにプラズマ中に生成したＳが結
合して種々の窒化イオウ系化合物が生成し、この窒化イ
オウ系化合物によりＳｉｘ Ｎｙ 層の表面が保護され
て高選択性が達成される点を最大の特徴としている。
と、下地のＳｉｘ Ｎｙ 層が露出し、プラズマ中のＦ
＊ が該Ｓｉｘ Ｎｙ 層の表面からＳｉ原子を引き抜
くことによりＮのダングリング・ボンドが生成する。Ｓ
ｉｘ Ｎｙ 層表面のダングリング・ボンドの存在につ
いては、菅野卓夫著「半導体プラズマプロセス技術」（
産業図書株式会社刊）Ｐ１３３〜１３４、および昭和５
５年（１９８０年）電気学会論文集第５分冊，Ｓ６−２
等に既に論じられているとおりである。本発明では、こ
のダングリング・ボンドにプラズマ中に生成したＳが結
合して種々の窒化イオウ系化合物が生成し、この窒化イ
オウ系化合物によりＳｉｘ Ｎｙ 層の表面が保護され
て高選択性が達成される点を最大の特徴としている。
【００１４】ここで、上記窒化イオウ系化合物としては
一般式（ＮＳ）ｎ で表されるチアジル化合物が最も代
表的なものである。すなわち、最も単純に考えれば、ま
ずダングリング・ボンドにＳが結合するとチアジル（Ｎ
≡Ｓ）が形成される。このチアジルは、酸素類似体であ
る一酸化窒素（ＮＯ）の構造から類推して不対電子を持
っており、容易に重合して（ＳＮ）２ ，（ＳＮ）４
，さらには（ＳＮ）ｎ を生成する。（ＳＮ）２ は２
０℃付近で容易に重合して（ＳＮ）４ および（ＳＮ）
ｎを生成し、３０℃付近で分解する。（ＳＮ）４ は融
点１７８℃，分解温度２０６℃の環状物質である。（Ｓ
Ｎ）ｎ は化学的に安定で１３０℃までは分解しない。 本発明ではウェハの温度が常温以下に制御されているの
で、（ＳＮ）ｎ はウェハ上で安定に存在できる。
一般式（ＮＳ）ｎ で表されるチアジル化合物が最も代
表的なものである。すなわち、最も単純に考えれば、ま
ずダングリング・ボンドにＳが結合するとチアジル（Ｎ
≡Ｓ）が形成される。このチアジルは、酸素類似体であ
る一酸化窒素（ＮＯ）の構造から類推して不対電子を持
っており、容易に重合して（ＳＮ）２ ，（ＳＮ）４
，さらには（ＳＮ）ｎ を生成する。（ＳＮ）２ は２
０℃付近で容易に重合して（ＳＮ）４ および（ＳＮ）
ｎを生成し、３０℃付近で分解する。（ＳＮ）４ は融
点１７８℃，分解温度２０６℃の環状物質である。（Ｓ
Ｎ）ｎ は化学的に安定で１３０℃までは分解しない。 本発明ではウェハの温度が常温以下に制御されているの
で、（ＳＮ）ｎ はウェハ上で安定に存在できる。
【００１５】この他、プラズマ中にはフッ化イオウに由
来するＦ＊ も存在しているため、上記（ＳＮ）ｎ に
フッ素が結合したフッ化チアジルも生成し得る。また、
Ｆ＊ の生成量を制御するために水素系ガスが添加され
る場合には、チアジル水素が生成する可能性もある。さ
らに、条件によってはＳ４ Ｎ２ （融点２３℃），Ｓ
１１Ｎ２ （融点１５０〜１５５℃），Ｓ１５Ｎ２ （
融点１３７℃），Ｓ１６Ｎ２ （融点１２２℃）等のよ
うに分子内のＳ原子数とＮ原子数が不均衡な環状窒化イ
オウ化合物、あるいはこれら環状窒化イオウ化合物のＮ
原子上にＨ原子が結合したＳ７ ＮＨ（融点１１３．５
℃），１，３−Ｓ６ （ＮＨ）２ （融点１３０℃），
１，４−Ｓ６ （ＮＨ）２ （融点１３３℃），１，５
−Ｓ６ （ＮＨ）２ （融点１５５℃），１，３，５−
Ｓ５ （ＮＨ）３ （融点１２４℃），１，３，６−Ｓ
５ （ＮＨ）３ （融点１３１℃），Ｓ４ （ＮＨ）４
（融点１４５℃）等のイミド型の化合物等も生成可能
である。
来するＦ＊ も存在しているため、上記（ＳＮ）ｎ に
フッ素が結合したフッ化チアジルも生成し得る。また、
Ｆ＊ の生成量を制御するために水素系ガスが添加され
る場合には、チアジル水素が生成する可能性もある。さ
らに、条件によってはＳ４ Ｎ２ （融点２３℃），Ｓ
１１Ｎ２ （融点１５０〜１５５℃），Ｓ１５Ｎ２ （
融点１３７℃），Ｓ１６Ｎ２ （融点１２２℃）等のよ
うに分子内のＳ原子数とＮ原子数が不均衡な環状窒化イ
オウ化合物、あるいはこれら環状窒化イオウ化合物のＮ
原子上にＨ原子が結合したＳ７ ＮＨ（融点１１３．５
℃），１，３−Ｓ６ （ＮＨ）２ （融点１３０℃），
１，４−Ｓ６ （ＮＨ）２ （融点１３３℃），１，５
−Ｓ６ （ＮＨ）２ （融点１５５℃），１，３，５−
Ｓ５ （ＮＨ）３ （融点１２４℃），１，３，６−Ｓ
５ （ＮＨ）３ （融点１３１℃），Ｓ４ （ＮＨ）４
（融点１４５℃）等のイミド型の化合物等も生成可能
である。
【００１６】イオウと窒素とを構成元素として含むこれ
らの窒化イオウ系化合物はすべて、レジスト・マスクを
Ｏ２ プラズマ・アッシングにより除去する際に、Ｎ２
，ＮＯｘ ，ＳＯｘ 等の形で除去できるため、ウェ
ハ上に残存したりパーティクル汚染を惹起させたりする
ものではない。
らの窒化イオウ系化合物はすべて、レジスト・マスクを
Ｏ２ プラズマ・アッシングにより除去する際に、Ｎ２
，ＮＯｘ ，ＳＯｘ 等の形で除去できるため、ウェ
ハ上に残存したりパーティクル汚染を惹起させたりする
ものではない。
【００１７】本願の第２の発明は、Ｓｉｘ Ｎｙ 層を
マスクとしてＳｉＯｘ 層のエッチングを行うにあたり
、マスクに対する選択性を高めるものである。第２の発
明においても、高選択性が達成される原理は上述の第１
の発明と同様である。ここでは、エッチングの開始時に
既にＳｉｘＮｙ マスクの上面がプラズマ中に露出され
ているので、エッチング開始後すぐにＦ＊ によるＳｉ
原子の引き抜きとＳの結合が起こり、該Ｓｉｘ Ｎｙ
マスクの表面が（ＳＮ）ｎ 等の窒化イオウ系化合物で
被覆される。一方、ＳｉＯｘ の表面では、上述の機構
にもとづいてパターン側壁部がＳにより保護されながら
高速にエッチングが進行する。通常、ＳｉＯｘ 層のエ
ッチングはイオン性を高めた条件で行われるので、マス
クの後退による寸法変換差が発生し易いが、本発明によ
ればこのような懸念はない。
マスクとしてＳｉＯｘ 層のエッチングを行うにあたり
、マスクに対する選択性を高めるものである。第２の発
明においても、高選択性が達成される原理は上述の第１
の発明と同様である。ここでは、エッチングの開始時に
既にＳｉｘＮｙ マスクの上面がプラズマ中に露出され
ているので、エッチング開始後すぐにＦ＊ によるＳｉ
原子の引き抜きとＳの結合が起こり、該Ｓｉｘ Ｎｙ
マスクの表面が（ＳＮ）ｎ 等の窒化イオウ系化合物で
被覆される。一方、ＳｉＯｘ の表面では、上述の機構
にもとづいてパターン側壁部がＳにより保護されながら
高速にエッチングが進行する。通常、ＳｉＯｘ 層のエ
ッチングはイオン性を高めた条件で行われるので、マス
クの後退による寸法変換差が発生し易いが、本発明によ
ればこのような懸念はない。
【００１８】なお、第２の発明ではＳｉＯｘ 層のエッ
チングに先立ち、Ｓｉｘ Ｎｙ マスクを作成するため
にレジスト・マスクを用いてＳｉＯｘ 層を下地とする
エッチングを行わなければならないが、このエッチング
はまさに本願の第１の発明を適用して高選択比をもって
行うことができる。本発明では、Ｓｉｘ Ｎｙ マスク
が形成された後はレジスト・マスクを除去し、該Ｓｉｘ
Ｎｙ 層のみをマスクとしてＳｉＯｘ 層をエッチン
グするので、エッチング反応系内にレジスト材料に起因
する炭素系の分解生成物が発生する虞れがなく、パーテ
ィクル汚染を低減できるというメリットも得られる。
チングに先立ち、Ｓｉｘ Ｎｙ マスクを作成するため
にレジスト・マスクを用いてＳｉＯｘ 層を下地とする
エッチングを行わなければならないが、このエッチング
はまさに本願の第１の発明を適用して高選択比をもって
行うことができる。本発明では、Ｓｉｘ Ｎｙ マスク
が形成された後はレジスト・マスクを除去し、該Ｓｉｘ
Ｎｙ 層のみをマスクとしてＳｉＯｘ 層をエッチン
グするので、エッチング反応系内にレジスト材料に起因
する炭素系の分解生成物が発生する虞れがなく、パーテ
ィクル汚染を低減できるというメリットも得られる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００２０】実施例１
本実施例は、本願の第１の発明をコンタクト・ホール加
工に適用し、Ｓ２ Ｆ２ ／Ｈ２ 混合ガスを用いてＳ
ｉＯ２ 層間絶縁膜をエッチングした例である。このプ
ロセスを、図１を参照しながら説明する。なお、図１は
模式的な表現の都合上、実際よりもアスペクト比を圧縮
して描かれている。
工に適用し、Ｓ２ Ｆ２ ／Ｈ２ 混合ガスを用いてＳ
ｉＯ２ 層間絶縁膜をエッチングした例である。このプ
ロセスを、図１を参照しながら説明する。なお、図１は
模式的な表現の都合上、実際よりもアスペクト比を圧縮
して描かれている。
【００２１】まず、図１（ａ）に示されるように、予め
不純物拡散領域２の形成されたシリコン基板１上にたと
えば減圧ＣＶＤ法により層厚１００ÅのＳｉ３ Ｎ４
下地膜３を形成し、続いて常圧ＣＶＤ法により層厚５０
００ÅのＳｉＯ２ 層間絶縁膜４を形成した。さらに、
上記ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４の上には、化学増幅系ネガ
型３成分系フォトレジストであるＳＡＬ−６０１（シプ
レー社製；商品名）を塗布し、エキシマ・レーザ・リソ
グラフィおよびアルカリ現像により開口部５ａを有する
レジスト・マスク５を形成した。
不純物拡散領域２の形成されたシリコン基板１上にたと
えば減圧ＣＶＤ法により層厚１００ÅのＳｉ３ Ｎ４
下地膜３を形成し、続いて常圧ＣＶＤ法により層厚５０
００ÅのＳｉＯ２ 層間絶縁膜４を形成した。さらに、
上記ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４の上には、化学増幅系ネガ
型３成分系フォトレジストであるＳＡＬ−６０１（シプ
レー社製；商品名）を塗布し、エキシマ・レーザ・リソ
グラフィおよびアルカリ現像により開口部５ａを有する
レジスト・マスク５を形成した。
【００２２】このウェハをマグネトロン型ＲＩＥ（反応
性イオン・エッチング）装置のウェハ載置電極上にセッ
トし、該ウェハ載置電極に内蔵される冷却配管にたとえ
ばチラー等の冷却系統からエタノール冷媒を供給循環さ
せることにより、ウェハを約−５０℃に冷却した。この
状態で、一例としてＳ２ Ｆ２ 流量５０ＳＣＣＭ，Ｈ
２ 流量２０ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏ
ｒｒ），ＲＦパワー１０００Ｗ（２ＭＨｚ）の条件でＳ
ｉＯ２ 層間絶縁膜４をエッチングした。このエッチン
グが進行する機構を、図１（ｂ）に模式的に示す。図中
、堆積とスパッタ除去とが競合する化学種の組成式は点
線で囲み、安定に堆積している化学種の組成式は実線で
囲んだ。ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４のエッチングは、プラ
ズマ中に生成するＳ＊ ，Ｆ＊ 等によるラジカル反応
がＳＦｘ ＋ ，Ｓ＋ 等のイオンにアシストされる機
構で進行する。また、Ｓ２ Ｆ２ の放電解離によりプ
ラズマ中に生成した遊離のＳは、低温冷却されたウェハ
の表面に吸着される。ここで、ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４
の表面に吸着されたＳは、該表面からスパッタ作用によ
り供給されるＯ原子と結合してＳＯｘ の形で除去され
るので、ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４のエッチング速度を何
ら低下させるものではない。しかし、レジスト・マスク
５の表面ではＳの堆積とスパッタ除去とが競合し、エッ
チング速度を低下させた。これにより、対レジスト選択
比が向上した。一方、イオンの垂直入射が原理的に起こ
らないパターン側壁部にはＳが堆積して側壁保護効果を
発揮し、垂直壁を有するコンタクト・ホール４ａが形成
された。なお、Ｈ２ はエッチング反応系の見掛け上の
Ｓ／Ｆ比を上昇させて、Ｆ＊ による選択比の低下を防
止するために添加されているものである。Ｈ２ から解
離生成するＨ＊ はＦ＊ の一部を捕捉してＨＦの形で
系外へ除去することができる。このようなＳ／Ｆ比の制
御は、Ｆ＊ が相対的に過剰となるオーバーエッチング
時に異方性や対下地選択性が低下するのを防止する上で
、極めて有効である。
性イオン・エッチング）装置のウェハ載置電極上にセッ
トし、該ウェハ載置電極に内蔵される冷却配管にたとえ
ばチラー等の冷却系統からエタノール冷媒を供給循環さ
せることにより、ウェハを約−５０℃に冷却した。この
状態で、一例としてＳ２ Ｆ２ 流量５０ＳＣＣＭ，Ｈ
２ 流量２０ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏ
ｒｒ），ＲＦパワー１０００Ｗ（２ＭＨｚ）の条件でＳ
ｉＯ２ 層間絶縁膜４をエッチングした。このエッチン
グが進行する機構を、図１（ｂ）に模式的に示す。図中
、堆積とスパッタ除去とが競合する化学種の組成式は点
線で囲み、安定に堆積している化学種の組成式は実線で
囲んだ。ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４のエッチングは、プラ
ズマ中に生成するＳ＊ ，Ｆ＊ 等によるラジカル反応
がＳＦｘ ＋ ，Ｓ＋ 等のイオンにアシストされる機
構で進行する。また、Ｓ２ Ｆ２ の放電解離によりプ
ラズマ中に生成した遊離のＳは、低温冷却されたウェハ
の表面に吸着される。ここで、ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４
の表面に吸着されたＳは、該表面からスパッタ作用によ
り供給されるＯ原子と結合してＳＯｘ の形で除去され
るので、ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４のエッチング速度を何
ら低下させるものではない。しかし、レジスト・マスク
５の表面ではＳの堆積とスパッタ除去とが競合し、エッ
チング速度を低下させた。これにより、対レジスト選択
比が向上した。一方、イオンの垂直入射が原理的に起こ
らないパターン側壁部にはＳが堆積して側壁保護効果を
発揮し、垂直壁を有するコンタクト・ホール４ａが形成
された。なお、Ｈ２ はエッチング反応系の見掛け上の
Ｓ／Ｆ比を上昇させて、Ｆ＊ による選択比の低下を防
止するために添加されているものである。Ｈ２ から解
離生成するＨ＊ はＦ＊ の一部を捕捉してＨＦの形で
系外へ除去することができる。このようなＳ／Ｆ比の制
御は、Ｆ＊ が相対的に過剰となるオーバーエッチング
時に異方性や対下地選択性が低下するのを防止する上で
、極めて有効である。
【００２３】さらに、ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４のエッチ
ングがほぼ終了してコンタクト・ホール４ａの底部にＳ
ｉ３ Ｎ４ 下地膜３が露出すると、該Ｓｉ３ Ｎ４
下地膜４から供給されるＮ原子とプラズマ中のＳが結合
して窒化イオウ系化合物が形成された。図１（ｂ）では
、窒化イオウ系化合物としてポリマー状のチアジル化合
物（ＳＮ）ｎ が形成された状態を模式的に表した。上
記（ＳＮ）ｎ の堆積によりエッチング速度は大幅に低
下し、Ｓｉ３ Ｎ４ 下地膜４に対して約１５の選択比
が達成された。
ングがほぼ終了してコンタクト・ホール４ａの底部にＳ
ｉ３ Ｎ４ 下地膜３が露出すると、該Ｓｉ３ Ｎ４
下地膜４から供給されるＮ原子とプラズマ中のＳが結合
して窒化イオウ系化合物が形成された。図１（ｂ）では
、窒化イオウ系化合物としてポリマー状のチアジル化合
物（ＳＮ）ｎ が形成された状態を模式的に表した。上
記（ＳＮ）ｎ の堆積によりエッチング速度は大幅に低
下し、Ｓｉ３ Ｎ４ 下地膜４に対して約１５の選択比
が達成された。
【００２４】次に、ウェハをプラズマ・アッシング装置
に移設し、Ｏ２ プラズマによりレジスト・マスク５を
除去した。このとき、図１（ｃ）に示されるように、パ
ターン側壁部に堆積したＳは、燃焼反応によりＳＯｘ
の形で除去され、また、Ｓｉ３ Ｎ４ 下地膜４の表面
に堆積した（ＳＮ）ｎ は燃焼もしくは分解反応により
Ｎ２ ，ＮＯｘ ，ＳＯｘ 等の形で除去された。
に移設し、Ｏ２ プラズマによりレジスト・マスク５を
除去した。このとき、図１（ｃ）に示されるように、パ
ターン側壁部に堆積したＳは、燃焼反応によりＳＯｘ
の形で除去され、また、Ｓｉ３ Ｎ４ 下地膜４の表面
に堆積した（ＳＮ）ｎ は燃焼もしくは分解反応により
Ｎ２ ，ＮＯｘ ，ＳＯｘ 等の形で除去された。
【００２５】最後に、ウェハを熱リン酸水溶液に浸漬し
、図１（ｄ）に示されるように、コンタクト・ホール４
ａの底部に露出したＳｉ３ Ｎ４ 下地膜３を分解除去
した。以上のプロセスにより、不純物拡散領域２にダメ
ージを発生させたり、またパーティクル汚染を惹起させ
ることなく、良好な異方性形状を有するコンタクト・ホ
ール４ａが形成された。
、図１（ｄ）に示されるように、コンタクト・ホール４
ａの底部に露出したＳｉ３ Ｎ４ 下地膜３を分解除去
した。以上のプロセスにより、不純物拡散領域２にダメ
ージを発生させたり、またパーティクル汚染を惹起させ
ることなく、良好な異方性形状を有するコンタクト・ホ
ール４ａが形成された。
【００２６】実施例２
本実施例は、本願の第１の発明を実施例１と同様、コン
タクト・ホール加工に適用し、Ｓ２ Ｆ２ ／Ｈ２ Ｓ
混合ガスを用いてＳｉＯ２ 層間絶縁膜をエッチングし
た例である。
タクト・ホール加工に適用し、Ｓ２ Ｆ２ ／Ｈ２ Ｓ
混合ガスを用いてＳｉＯ２ 層間絶縁膜をエッチングし
た例である。
【００２７】本実施例でエッチング・サンプルとして使
用したウェハは、実施例１で使用したものと同じである
。このウェハをまず、ＲＦバイアス印加型の有磁場マイ
クロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載置電極上に
セットし、一例としてＳ２ Ｆ２ 流量５０ＳＣＣＭ，
Ｈ２ 流量１５ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴ
ｏｒｒ），マイクロ波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス・
パワー２００Ｗ（４００ｋＨｚ），ウェハ温度−５０℃
の条件でＳｉＯ２ 層間絶縁膜４をエッチングした。こ
のエッチングが進行する機構は、実施例１で上述したと
おりである。ただし、本実施例では添加ガスであるＨ２
ＳからもＳが供給されるので、Ｓの堆積効率は一層向
上した。 本実施例でも良好な異方性形状を有するコンタクト・ホ
ール４ａが優れた選択性をもって形成された。
用したウェハは、実施例１で使用したものと同じである
。このウェハをまず、ＲＦバイアス印加型の有磁場マイ
クロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載置電極上に
セットし、一例としてＳ２ Ｆ２ 流量５０ＳＣＣＭ，
Ｈ２ 流量１５ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴ
ｏｒｒ），マイクロ波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス・
パワー２００Ｗ（４００ｋＨｚ），ウェハ温度−５０℃
の条件でＳｉＯ２ 層間絶縁膜４をエッチングした。こ
のエッチングが進行する機構は、実施例１で上述したと
おりである。ただし、本実施例では添加ガスであるＨ２
ＳからもＳが供給されるので、Ｓの堆積効率は一層向
上した。 本実施例でも良好な異方性形状を有するコンタクト・ホ
ール４ａが優れた選択性をもって形成された。
【００２８】実施例３
本実施例は、本願の第１の発明をＳｉ３ Ｎ４ 層を含
むゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極の両側壁部に
おいてＳｉＯ２ 層からなるサイドウォールを形成する
ためのエッチバックに適用した例である。このプロセス
は、ＬＤＤ構造を有するＭＯＳ−ＦＥＴの製造工程に含
まれるものである。以下、図２を参照しながら説明する
。まず、図２（ａ）に示されるように、シリコン基板１
１上にいわゆるＯＮＯ（酸化膜／窒化膜／酸化膜）構造
を有するゲート絶縁膜１６を形成し、さらにｎ＋ 型多
結晶シリコン層からなるゲート電極１７をパターニング
により形成し、このゲート電極１７をマスクとしてイオ
ン注入を行うことにより低濃度不純物拡散領域１２を形
成し、さらにウェハの全面にＣＶＤ法によりＳｉＯ２
層１８を堆積させた。ここで、上記ゲート絶縁膜１７は
、シリコン基板１１側から順に、層厚４０Åの第１のＳ
ｉＯ２ ゲート絶縁膜１３、層厚６０ÅのＳｉ３ Ｎ４
ゲート絶縁膜１４、層厚２０Åの第２のＳｉＯ２ ゲ
ート絶縁膜１５が積層されたものである。
むゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極の両側壁部に
おいてＳｉＯ２ 層からなるサイドウォールを形成する
ためのエッチバックに適用した例である。このプロセス
は、ＬＤＤ構造を有するＭＯＳ−ＦＥＴの製造工程に含
まれるものである。以下、図２を参照しながら説明する
。まず、図２（ａ）に示されるように、シリコン基板１
１上にいわゆるＯＮＯ（酸化膜／窒化膜／酸化膜）構造
を有するゲート絶縁膜１６を形成し、さらにｎ＋ 型多
結晶シリコン層からなるゲート電極１７をパターニング
により形成し、このゲート電極１７をマスクとしてイオ
ン注入を行うことにより低濃度不純物拡散領域１２を形
成し、さらにウェハの全面にＣＶＤ法によりＳｉＯ２
層１８を堆積させた。ここで、上記ゲート絶縁膜１７は
、シリコン基板１１側から順に、層厚４０Åの第１のＳ
ｉＯ２ ゲート絶縁膜１３、層厚６０ÅのＳｉ３ Ｎ４
ゲート絶縁膜１４、層厚２０Åの第２のＳｉＯ２ ゲ
ート絶縁膜１５が積層されたものである。
【００２９】上記のウェハをＲＦバイアス印加型の有磁
場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一
例としてＳ２ Ｆ２ 流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧１．３
Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ），ＲＦパワー２００Ｗ（４００
ｋＨｚ），ウェハ温度−８０℃の条件で上記ＳｉＯ２
層１８のエッチバック、および第２のＳｉＯ２ ゲート
絶縁膜１５のエッチングを行った。このエッチングが進
行する機構は、実施例１で上述したとおりである。本実
施例ではＦ＊ を消費するためのＨ２ やＨ２ Ｓ等の
添加ガスを特に使用していないが、ウェハの冷却温度を
一層下げることによりＦ＊ によるラジカル反応が抑制
され、かつＳの堆積が促進されている。エッチングはゲ
ート電極１７およびＳｉ３ Ｎ４ ゲート絶縁膜１４の
表面が露出した時点で終了し、ゲート電極１７の両側壁
部にサイドウォール１８ａが形成された。このとき、図
２（ｂ）に示されるように、ゲート電極１７の表面では
ＳｉＯ２ 層１８と異なりＯ原子が供給されなくなるの
でＳが堆積し、エッチング速度が大幅に低下して高選択
比が得られた。また、Ｓｉ３ Ｎ４ ゲート絶縁膜１４
の表面では（ＳＮ）ｎ 等の窒化イオウ系化合物が堆積
することによりエッチング速度が大幅に低下し、約２０
の選択比が得られた。ウェハ表面に堆積したＳや窒化イ
オウ系化合物は、エッチング終了後にウェハを約１３０
℃以上に加熱することにより、図２（ｃ）に示されるよ
うに容易に除去された。このとき、まずウェハが９０℃
付近まで加熱された時点でＳが昇華除去され、さらにウ
ェハが昇温すると窒化イオウ系化合物が分解除去される
。このようにして、下地の低濃度不純物拡散領域１２に
ダメージを与えることなくサイドウォール１８ａを形成
することができた。
場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一
例としてＳ２ Ｆ２ 流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧１．３
Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ），ＲＦパワー２００Ｗ（４００
ｋＨｚ），ウェハ温度−８０℃の条件で上記ＳｉＯ２
層１８のエッチバック、および第２のＳｉＯ２ ゲート
絶縁膜１５のエッチングを行った。このエッチングが進
行する機構は、実施例１で上述したとおりである。本実
施例ではＦ＊ を消費するためのＨ２ やＨ２ Ｓ等の
添加ガスを特に使用していないが、ウェハの冷却温度を
一層下げることによりＦ＊ によるラジカル反応が抑制
され、かつＳの堆積が促進されている。エッチングはゲ
ート電極１７およびＳｉ３ Ｎ４ ゲート絶縁膜１４の
表面が露出した時点で終了し、ゲート電極１７の両側壁
部にサイドウォール１８ａが形成された。このとき、図
２（ｂ）に示されるように、ゲート電極１７の表面では
ＳｉＯ２ 層１８と異なりＯ原子が供給されなくなるの
でＳが堆積し、エッチング速度が大幅に低下して高選択
比が得られた。また、Ｓｉ３ Ｎ４ ゲート絶縁膜１４
の表面では（ＳＮ）ｎ 等の窒化イオウ系化合物が堆積
することによりエッチング速度が大幅に低下し、約２０
の選択比が得られた。ウェハ表面に堆積したＳや窒化イ
オウ系化合物は、エッチング終了後にウェハを約１３０
℃以上に加熱することにより、図２（ｃ）に示されるよ
うに容易に除去された。このとき、まずウェハが９０℃
付近まで加熱された時点でＳが昇華除去され、さらにウ
ェハが昇温すると窒化イオウ系化合物が分解除去される
。このようにして、下地の低濃度不純物拡散領域１２に
ダメージを与えることなくサイドウォール１８ａを形成
することができた。
【００３０】実施例４
本実施例は、本願の第２の発明をコンタクト・ホール加
工に適用し、Ｓ２ Ｆ２ ／Ｈ２ 混合ガスとＳｉ３
Ｎ４ マスクを用いてＳｉＯ２ 層間絶縁膜をエッチン
グした例である。このプロセスを、図３を参照しながら
説明する。
工に適用し、Ｓ２ Ｆ２ ／Ｈ２ 混合ガスとＳｉ３
Ｎ４ マスクを用いてＳｉＯ２ 層間絶縁膜をエッチン
グした例である。このプロセスを、図３を参照しながら
説明する。
【００３１】まず、図３（ａ）に示されるように、予め
不純物拡散領域２２の形成されたシリコン基板２１上に
たとえば常圧ＣＶＤ法により層厚１μｍのＳｉＯ２ 層
間絶縁膜２３が形成され、さらに該ＳｉＯ２ 層間絶縁
膜２３上に所定の形状にパターニングされたＳｉ３ Ｎ
４ マスク２４が形成されてなるウェハを用意した。こ
こで、上記Ｓｉ３ Ｎ４ マスク２４は、たとえば減圧
ＣＶＤ法により形成された層厚１０００ÅのＳｉ３ Ｎ
４ 層を、エキシマ・レーザ・リソグラフィと現像処理
により形成された化学増幅系フォトレジストのパターン
をマスクとしてエッチングすることにより形成されてお
り、開口部２４ａを有している。フォトレジスト・マス
クはアッシングにより除去してある。
不純物拡散領域２２の形成されたシリコン基板２１上に
たとえば常圧ＣＶＤ法により層厚１μｍのＳｉＯ２ 層
間絶縁膜２３が形成され、さらに該ＳｉＯ２ 層間絶縁
膜２３上に所定の形状にパターニングされたＳｉ３ Ｎ
４ マスク２４が形成されてなるウェハを用意した。こ
こで、上記Ｓｉ３ Ｎ４ マスク２４は、たとえば減圧
ＣＶＤ法により形成された層厚１０００ÅのＳｉ３ Ｎ
４ 層を、エキシマ・レーザ・リソグラフィと現像処理
により形成された化学増幅系フォトレジストのパターン
をマスクとしてエッチングすることにより形成されてお
り、開口部２４ａを有している。フォトレジスト・マス
クはアッシングにより除去してある。
【００３２】このウェハをＲＦバイアス印加型の有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例
としてＳ２ Ｆ２ 流量５０ＳＣＣＭ，Ｈ２ 流量２０
ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ），マイ
クロ波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス・パワー２００Ｗ
（４００ｋＨｚ）の条件で上記ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４
をエッチングした。本実施例では、エッチングの開始前
に既にＳｉ３ Ｎ４ マスク２４がウェハの表面に露出
しているため、図３（ｂ）に示されるように、エッチン
グを開始するとその表面は直ちに（ＳＮ）ｎ 等の窒化
イオウ系化合物で被覆された。この窒化イオウ系化合物
によりＳｉ３ Ｎ４ マスク２４の表面におけるエッチ
ング速度が大幅に低下し、マスクの後退による寸法変換
差の発生やコンタクト・ホール２３ａの断面形状の劣化
が防止された。このときの対Ｓｉ３ Ｎ４ マスク選択
比は約２０であった。 一方、ＳｉＯ２ 層間絶縁膜２３のエッチングは、側壁
部がＳの堆積により保護されながら異方的に進行した。 下地の不純物拡散領域２２が露出すると、Ｓはその表面
に堆積し、エッチング速度が大幅に低下した。この結果
、オーバーエッチングを行った際にも高い下地選択性が
得られた。エッチング終了後には、ウェハを約１３０℃
以上に加熱することにより、図３（ｃ）に示されるよう
に窒化イオウ系化合物およびＳを除去した。
マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例
としてＳ２ Ｆ２ 流量５０ＳＣＣＭ，Ｈ２ 流量２０
ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ），マイ
クロ波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス・パワー２００Ｗ
（４００ｋＨｚ）の条件で上記ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４
をエッチングした。本実施例では、エッチングの開始前
に既にＳｉ３ Ｎ４ マスク２４がウェハの表面に露出
しているため、図３（ｂ）に示されるように、エッチン
グを開始するとその表面は直ちに（ＳＮ）ｎ 等の窒化
イオウ系化合物で被覆された。この窒化イオウ系化合物
によりＳｉ３ Ｎ４ マスク２４の表面におけるエッチ
ング速度が大幅に低下し、マスクの後退による寸法変換
差の発生やコンタクト・ホール２３ａの断面形状の劣化
が防止された。このときの対Ｓｉ３ Ｎ４ マスク選択
比は約２０であった。 一方、ＳｉＯ２ 層間絶縁膜２３のエッチングは、側壁
部がＳの堆積により保護されながら異方的に進行した。 下地の不純物拡散領域２２が露出すると、Ｓはその表面
に堆積し、エッチング速度が大幅に低下した。この結果
、オーバーエッチングを行った際にも高い下地選択性が
得られた。エッチング終了後には、ウェハを約１３０℃
以上に加熱することにより、図３（ｃ）に示されるよう
に窒化イオウ系化合物およびＳを除去した。
【００３３】一般にＳｉＯ２ 層のエッチングにはイオ
ン入射エネルギーの大きい条件が採用されるので、レジ
スト・マスクを使用するプロセスでは入射イオンのスパ
ッタ作用によるマスクの後退、およびこれに伴うパーテ
ィクル汚染の発生が問題となっていた。しかし、本願の
第２の発明によれば、Ｓｉ３Ｎ４ 層をマスクとするＳ
ｉＯ２ 層のエッチングが可能となるので、レジスト・
マスクが不要となり、上述の問題を回避できる。この場
合、マスクとして使用したＳｉ３ Ｎ４ 層は、特に除
去しなくても絶縁膜の一部としてそのまま使用すること
ができる。
ン入射エネルギーの大きい条件が採用されるので、レジ
スト・マスクを使用するプロセスでは入射イオンのスパ
ッタ作用によるマスクの後退、およびこれに伴うパーテ
ィクル汚染の発生が問題となっていた。しかし、本願の
第２の発明によれば、Ｓｉ３Ｎ４ 層をマスクとするＳ
ｉＯ２ 層のエッチングが可能となるので、レジスト・
マスクが不要となり、上述の問題を回避できる。この場
合、マスクとして使用したＳｉ３ Ｎ４ 層は、特に除
去しなくても絶縁膜の一部としてそのまま使用すること
ができる。
【００３４】以上、本発明を４つの実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではなく、たとえばエッチング・ガスには各種の添
加ガスを混合しても良い。たとえば、エッチング反応系
のＳ／Ｆ比を増大させるための添加ガスとしては、上述
のＨ２ ，Ｈ２ Ｓの他にシラン系ガスを使用しても良
い。 さらに、スパッタリング効果，冷却効果，希釈効果を得
る目的でＨｅ，Ａｒ等の希ガスが添加されていても良い
。また、上述の実施例ではエッチング・ガスとしてＳ２
Ｆ２ を使用する場合について説明したが、本発明で
提案される他のフッ化イオウ使用した場合でも、同様の
機構によりエッチングを行うことができる。
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではなく、たとえばエッチング・ガスには各種の添
加ガスを混合しても良い。たとえば、エッチング反応系
のＳ／Ｆ比を増大させるための添加ガスとしては、上述
のＨ２ ，Ｈ２ Ｓの他にシラン系ガスを使用しても良
い。 さらに、スパッタリング効果，冷却効果，希釈効果を得
る目的でＨｅ，Ａｒ等の希ガスが添加されていても良い
。また、上述の実施例ではエッチング・ガスとしてＳ２
Ｆ２ を使用する場合について説明したが、本発明で
提案される他のフッ化イオウ使用した場合でも、同様の
機構によりエッチングを行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のドライエッチング方法によれば、従来は困難であっ
たＳｉＯｘ 層とＳｉｘ Ｎｙ 層との間の選択エッチ
ングが可能となる。特に、過去にも提案されていないＳ
ｉｘ Ｎｙ 層の上におけるＳｉＯｘ 層の選択エッチ
ングについては、従来不可能であったプロセスを可能と
するものであり、これにより新たなデバイス構造が開発
される可能性も高い。もちろん、脱フロン対策としても
優れていることは言うまでもない。したがって、本発明
は微細なデザイン・ルールにもとづいて設計され、高集
積度および高性能を有する半導体装置の製造に好適であ
り、その産業上の価値は極めて大きい。
明のドライエッチング方法によれば、従来は困難であっ
たＳｉＯｘ 層とＳｉｘ Ｎｙ 層との間の選択エッチ
ングが可能となる。特に、過去にも提案されていないＳ
ｉｘ Ｎｙ 層の上におけるＳｉＯｘ 層の選択エッチ
ングについては、従来不可能であったプロセスを可能と
するものであり、これにより新たなデバイス構造が開発
される可能性も高い。もちろん、脱フロン対策としても
優れていることは言うまでもない。したがって、本発明
は微細なデザイン・ルールにもとづいて設計され、高集
積度および高性能を有する半導体装置の製造に好適であ
り、その産業上の価値は極めて大きい。
【図１】 本願の第１の発明をコンタクト・ホール加
工に適用した一例をその工程順にしたがって示す模式的
断面図であり、（ａ）はＳｉＯ２ 層間絶縁膜上にレジ
スト・マスクが形成された状態、（ｂ）はＳｉＯ２ 層
間絶縁膜がエッチングされた状態、（ｃ）はプラズマア
ッシングによりレジスト・マスクと堆積したＳ，（ＳＮ
）ｎ が除去された状態、（ｄ）はコンタクト・ホール
内のＳｉ３ Ｎ４ 下地膜が選択的に除去された状態を
それぞれ表す。
工に適用した一例をその工程順にしたがって示す模式的
断面図であり、（ａ）はＳｉＯ２ 層間絶縁膜上にレジ
スト・マスクが形成された状態、（ｂ）はＳｉＯ２ 層
間絶縁膜がエッチングされた状態、（ｃ）はプラズマア
ッシングによりレジスト・マスクと堆積したＳ，（ＳＮ
）ｎ が除去された状態、（ｄ）はコンタクト・ホール
内のＳｉ３ Ｎ４ 下地膜が選択的に除去された状態を
それぞれ表す。
【図２】 本願の第１の発明をいわゆるＯＮＯ構造を
有するゲート絶縁膜上のゲート電極の両側壁部にサイド
ウォールを形成するためのエッチバックに適用した一例
をその工程順にしたがって示す模式的断面図であり、（
ａ）はウェハの全面にＳｉＯ２ 層が形成された状態、
（ｂ）はＳｉＯ２ 層のエッチバックおよび第２のＳｉ
Ｏ２ 絶縁膜の選択エッチングが終了した状態、（ｃ）
は堆積したＳ，（ＳＮ）ｎ が加熱により分解もしくは
昇華除去された状態をそれぞれ表す。
有するゲート絶縁膜上のゲート電極の両側壁部にサイド
ウォールを形成するためのエッチバックに適用した一例
をその工程順にしたがって示す模式的断面図であり、（
ａ）はウェハの全面にＳｉＯ２ 層が形成された状態、
（ｂ）はＳｉＯ２ 層のエッチバックおよび第２のＳｉ
Ｏ２ 絶縁膜の選択エッチングが終了した状態、（ｃ）
は堆積したＳ，（ＳＮ）ｎ が加熱により分解もしくは
昇華除去された状態をそれぞれ表す。
【図３】 本願の第２の発明をコンタクト・ホール加
工に適用した一例をその工程順にしたがって示す模式的
断面図であり、（ａ）はＳｉＯ２ 層間絶縁膜上にＳｉ
３ Ｎ４ マスクが形成されたエッチング前のウェハの
状態、（ｂ）はＳｉＯ２ 層間絶縁膜のエッチングが終
了した状態、（ｃ）は堆積したＳ，（ＳＮ）ｎ が加熱
により分解もしくは昇華除去された状態をそれぞれ表す
。
工に適用した一例をその工程順にしたがって示す模式的
断面図であり、（ａ）はＳｉＯ２ 層間絶縁膜上にＳｉ
３ Ｎ４ マスクが形成されたエッチング前のウェハの
状態、（ｂ）はＳｉＯ２ 層間絶縁膜のエッチングが終
了した状態、（ｃ）は堆積したＳ，（ＳＮ）ｎ が加熱
により分解もしくは昇華除去された状態をそれぞれ表す
。
１，１１ ・・・シリコン基板
２，２２ ・・・不純物拡散領域３
・・・Ｓｉ３ Ｎ４ 下地膜４，２３
・・・ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４ａ，２３ａ・・・コンタ
クト・ホール５ ・・・レジスト・
マスク５ａ，２４ａ・・・開口部
・・・Ｓｉ３ Ｎ４ 下地膜４，２３
・・・ＳｉＯ２ 層間絶縁膜４ａ，２３ａ・・・コンタ
クト・ホール５ ・・・レジスト・
マスク５ａ，２４ａ・・・開口部
Claims (2)
- 【請求項１】 被エッチング基板の温度を室温以下に
制御し、Ｓ２ Ｆ２ ，ＳＦ２ ，ＳＦ４ ，Ｓ２ Ｆ
１０から選ばれる少なくとも１種類の化合物を含むエッ
チング・ガスを用い、窒化シリコン系材料層の上に形成
された酸化シリコン系材料層の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。 - 【請求項２】 被エッチング基板の温度を室温以下に
制御し、Ｓ２ Ｆ２ ，ＳＦ２ ，ＳＦ４ ，Ｓ２ Ｆ
１０から選ばれる少なくとも１種類の化合物を含むエッ
チング・ガスを用い、所定の形状にパターニングされた
窒化シリコン系材料層をマスクとして酸化シリコン系材
料層の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。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3155454A JPH04354331A (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | ドライエッチング方法 |
| EP92108858A EP0516053B1 (en) | 1991-05-31 | 1992-05-26 | Dry etching method |
| DE69228333T DE69228333T2 (de) | 1991-05-31 | 1992-05-26 | Trockenätzverfahren |
| US07/891,448 US5312518A (en) | 1991-05-31 | 1992-05-29 | Dry etching method |
| KR1019920009372A KR100229241B1 (ko) | 1991-05-31 | 1992-05-30 | 드라이 에칭방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3155454A JPH04354331A (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | ドライエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04354331A true JPH04354331A (ja) | 1992-12-08 |
Family
ID=15606399
Family Applications (1)
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980806 |