JPH04364731A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一連のエッチング工程
において被エッチング膜のエッチングに加えて下地のダ
メージ層および／またはエッチ残りまで除去することの
可能なエッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のエッチング技術について、たとえ
ば半導体製造工程における酸化膜およびＡｌ合金膜のエ
ッチング方法を例にして説明すると、一般的に酸化膜の
エッチングは、フルオロカーボン系のガスを用いて反応
性イオンエッチングにより行われている。この方法によ
れば、オーバエッチング中、エッチング表面はプラズマ
中に発生する主要エッチャントのＣ＋　，ＣＦＸ　＋　
などのイオン衝撃を受け、下地がＳｉ基板の場合はその
表面ではプラズマ重合膜の堆積や格子欠陥などのダメー
ジ、カーボン，　フッ素イオンなどの注入による汚染を
生じる。

【０００３】カーボンの表面汚染は表面リークや酸化膜
のピンホールの原因となり、フッ素や酸素はＯＳＦ（Ｏ
ｘｉｄａｔｉｏｎ　ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｓｔａｃｋｉｎｇ
　Ｆａｕｌｔ）と称する酸化により誘起される積層欠陥
を発生させ、析出物とともにキャリアのライフタイムに
影響を及ぼす。さらに、表面荒れは不純物原子の拡散の
不均一性やリソグラフィーの困難さを引き起こす。

【０００４】これらのダメージ層を除去する方法として
は、通常ケミカルドライエッチング（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
　Ｄｒｙ　Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＣＤＥ）を行ったり、ある
いはウエットエッチングを追加したりしているのが実情
である。また、Ａｌ合金膜のエッチングの場合には、実
際には下地に段差が存在し、段差に沿ってエッチ残りが
生じやすいために線間リークを引き起こす恐れがあるか
ら、それを防止するために大きなオーバエッチ率でエッ
チングを行ったり、ケミカルドライエッチやウエットエ
ッチの追加を行っているのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のダメージ層やエッチ残りを除去する方法では、
他工程に用いているケミカルドライエッチング装置を用
いることになり、スループットが悪くなるという欠点が
ある。また、エッチング後の後処理チャンバとしてケミ
カルドライエッチング装置を追加する方法もあるが、ス
ペース的にもコスト的にも無理が生じることが多いので
ある。

【０００６】プロセス的にはコンタクトエッチングのよ
うな場合には、エッチング後のサンプル表面にはレジス
ト膜が存在し、このままケミカルドライエッチングを施
すとエッチング種がレジストによって消費されダメージ
層除去の効果がないばかりか、レジスト成分による表面
の汚染をも引き起こすことになる。また、Ａｌ合金膜の
エッチングの場合には、前述したように段差部でのエッ
チ残りを除去するために大きなオーバエッチ率によるエ
ッチングを行っているが、過度のオーバエッチはサイド
エッチングやレジストの後退によりレジスト下のＡｌ配
線が露出し、Ａｌの“肩落ち”といった現象が生じる。 そして、エッチングの初期から吸着や反応，剥離といっ
た工程を繰り返すと非常に長時間を要し、実用にはほど
遠いのである。

【０００７】本発明は、上記のような従来技術の有する
課題を解決すべくしてなされたものであって、スループ
ットを大幅に下げることなく、レジストが付いたままの
ウェーハでもＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｄｉｍｅｎｓｉ
ｏｎ）ロスを増加させることなく、効率的にダメージ層
および／またはエッチ残りを除去することの可能なエッ
チング方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被エッチング
材料を高速でエッチングした後、該被エッチング材料を
冷却してエッチング反応ガスを表面に吸着せしめ、つい
で前記被エッチング材料にエネルギーを与えてその表面
を反応させ、その後反応生成物を系外に排気する一連の
工程を複数回繰り返して実施することを特徴とするエッ
チング方法である。

【０００９】

【作　　用】本発明によれば、被エッチング材料を通常
のエッチング方法で高速エッチングした後、被エッチン
グ材料を冷却する工程、反応ガスを吸着する工程、電子
ビームあるいはイオンビーム，光などの手段でエネルギ
ーを与えて反応を行う工程、反応生成物を系外に排気す
る工程の一連のエッチングの工程を順次複数回繰り返し
て実施するようにしたので、ダメージ層および／または
エッチ残りを効率よく除去することができる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の実施例について、図１を参
照して詳しく説明する。図において、２はウェーハ１を
導入するロード室である。３はエッチング室であり、一
対の電極４が装着されている。この電極４には高周波電
源５から高周波電圧が印加される。またエッチング室３
にはマスフローコントローラ（ＭａｓｓＦｒｏｗ　Ｃｏ
ｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＭＦＣ）６によってガス吹込間７を
介してエッチング反応ガスが送り込まれる。

【００１１】８は第１の後処理室であり、室内にはウェ
ーハ１を載置するサセプタ９とその上部を覆うように石
英ベルジャ１０が配設される。第１の後処理室８の上部
には紫外線照射装置１１が取付けられ、その下部には液
体窒素循環装置１２とガス吹込管１３が備えられている
。１４は第２の後処理室であり、その室内には第１の後
処理室８と同様にサセプタ１５と石英ベルジャ１６が配
設され、その上部には赤外線照射装置１７がまた下部に
は抵抗ヒータ１８がそれぞれ取付けられている。１９は
ウェーハ１を搬出するアンロード室である。なお、第１
の後処理室８と第２の後処理室１４には、ターボ分子ポ
ンプ（Ｔｕｒｂｏ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｐｕｍｐ：Ｔ
ＭＰ）２０，　ドライポンプ（ＤｒｙＰｕｍｐ：ＤＰ）
２１がそれぞれ設けられている。

【００１２】そこで、ウェーハ１はロード室２から導入
されてエッチング室３に運ばれる。エッチング室３にお
いてマスフローコントローラ６からエッチング反応ガス
が吹き込まれると、高周波電源５からの高周波電圧によ
り電極４間で放電が生じてプラズマができ、リアクチブ
イオンエッチングによりウェーハ１の表面にジャストエ
ッチまたはわずかなオーバエッチングを施す。

【００１３】つぎに、第１の後処理室８に送り込まれた
ウェーハ１は、液体窒素循環装置１２からの液体窒素に
よりその裏面が冷却され、つづいてガス吹込管１３から
エッチング反応ガスが導入される。このエッチング反応
ガスがエッチング表面に吸着したところで供給を停止し
、紫外線照射装置１１により紫外線を照射してウェーハ
表面での反応を促進させる。紫外線照射後のウェーハ１
は、反応生成物を脱離させるために第２の後処理室１４
で赤外線照射装置１６と抵抗ヒータ１７により昇温させ
ると同時に系内を排気する。

【００１４】このようにして、ダメージ層および／また
はエッチ残りが除去できるまで、上記した吸着−反応−
昇温の各工程を繰り返し、ウェーハ１はアンロード室１
９から搬出される。なお、上記の構成において、第１の
後処理室８の反応に用いるエネルギー源としては、たと
えばマイクロ波プラズマエッチング方式であってもよく
、またエネルギーを与える手段が電子ビーム，イオンビ
ーム，光，レーザなどであってもよい（ただし、手段に
より反応室の構造は異なることになる）。また、第２の
後処理室１４での反応生成物の脱離手段はイオン衝撃や
電子ビームであってもよい。さらに、コンタクトのサン
プルのような場合のために、エッチング室３か第１ある
いは第２の後処理室８，１４のいずれかの部分にアッシ
ング室があってもよい。 〔実施例１〕　　　　Ｓｉ基板上にゲート酸化膜，ポリ
シリコンゲートが形成した後でＣＶＤ法により酸化膜を
堆積したウェーハ１を、エッチング室３でエッチング用
反応ガスとしてＣＦ４−ＣＨＦ３−Ａｒ　混合ガスを吹
き込んで全面エッチバックを行うことにより、ゲートの
側面にサイドウォールを形成した。その後、第１の後処
理室７でウェーハ１を液体窒素で冷却し、系を１０−５
Ｔｏｒｒ以下に排気した後、エッチング用反応ガスとし
てＳＦ６−Ｓ２Ｆ２を導入し表面に吸着させた。そして
、紫外線照射装置１１によりＵＶ照射を行って、再度系
を１０−５Ｔｏｒｒ以下に排気した。この本発明法によ
る操作を５０回ほど繰り返した結果、約２５０　Åもの
酸化膜厚を形成させることができ、これによって所望の
酸化膜厚の値を得ることができ、ダメージ層を除去する
ことができた。

【００１５】一方、サイドウォールエッチ後、後処理せ
ずにＮ＋　層（ソース／ドレイン）をイオン注入で形成
するため酸素雰囲気９００　℃で酸化を行った従来法に
おいては、マスクとなる酸化膜厚は５０Å程度しか形成
されなかった。 〔実施例２〕　　　　上記実施例１で用いたウェーハ１
にコンタクトホールを形成した後、第１の後処理室８で
上記の実施例１と同様の後処理を行った結果、ダメージ
層を除去することができ、さらにコンタクト抵抗を従来
に比し約２０％ほど低減させることができた。 〔実施例３〕　　　　Ｓｉ基板上にゲート酸化膜，ポリ
シリコンゲートが形成した後でＣＶＤ法により酸化膜を
堆積したウェーハ１の多層配線形成において、素子分離
酸化膜，ゲート，第１層目のＡｌ配線が重なった段差上
を第２層目のＡｌ配線が直角に交差するように形成した
ものを、エッチング室３で通常のエッチング条件で１０
％のオーバエッチングを行った。その後、第１の後処理
室７に移動してウェーハ１を液体窒素で冷却し、系を１
０−５Ｔｏｒｒ以下に排気した後、エッチング用反応ガ
スとしてＢＣｌ３とＣｌ２　を導入し表面に吸着させ、
紫外線照射装置１１でＵＶ照射を行った。ついで、第２
の後処理室１３に移動して、赤外線ランプなどの赤外線
照射装置１６と抵抗ヒータ１７によりウエーハ１を加熱
し、再度系を１０−５Ｔｏｒｒ以下に排気した。この本
発明法による操作を３００　回ほど繰り返した結果エッ
チ残りを除去することができ、これによって、第１層目
のＡｌ配線の線間リーク歩留りを８０％から　１００％
に、また第２層目のＡｌ配線の線間リーク歩留りを６８
％から９５％に改善することができた。また、この際の
段差上の第２層目のＡｌ配線の細りは、段差下の９０％
以上を保つことができた。

【００１６】なお、従来法においては、通常のエッチン
グのみで本発明法と同様の効果を得るためにはオーバエ
ッチングを６０％以上にする必要があり、この場合段差
上の第２層目のＡｌ配線幅は段差下のそれの約４０％に
までサイドエッチングにより細っている。なお、上記実
施例においてはいずれも、エッチング室３に後続して第
１，第２の後反応室８，１４を個別に設けるとして説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、同一
反応室を順次切り換えて各工程を実施するようにしても
同様の作用・効果を発揮し得ることはいうまでもない。 また、上記実施例は半導体製造工程における酸化膜およ
びＡｌ合金膜のエッチング方法を例にして説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、エッチングを
施すいずれの材料にも適用し得るものである。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
エッチング材料を通常の方法でエッチングした後、被エ
ッチング材料を冷却する工程、反応ガスを吸着する工程
、エネルギーを与え反応を行う工程、反応生成物を系外
に排気する工程を順次繰り返すことにより、ダメージ層
および／またはエッチ残りを効率よく除去することがで
きるから、製品の品質・歩留りの向上に大いに寄与する
。。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例を模式的に示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１　　ウェーハ ２　　ロード室 ３　　エッチング室 ５　　高周波電源 ６　　マスフローコントローラ ７，１３　　ガス吹込管 ８　　第１の後処理室， ９，　１５　　サセプタ １０，　１６　　石英ベルジャ １１　　紫外線照射装置 １２　　液体窒素循環装置 １３　　エッチング反応ガス １４　　第２の後処理室 １７　　赤外線照射装置 １８　　抵抗ヒータ １９　　アンロード室 ２０　　ターボ分子ポンプ ２１　　ドライポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　　　被エッチング材料を高速でエッチ
   ングした後、該被エッチング材料を冷却してエッチング
   反応ガスを表面に吸着せしめ、ついで前記被エッチング
   材料にエネルギーを与えてその表面を反応させ、その後
   反応生成物を系外に排気する一連の工程を複数回繰り返
   して実施することを特徴とするエッチング方法。