JPH0485928A - 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、シリコン系化合物からなる被エツチング膜の
ドライエツチング方法に関する。

［発明の概要］ 本発明は、基板上に形成されたシリコン系化合物からな
る被エツチング膜を異方性エツチングするドライエツチ
ング方法において、 高圧条件の反応性イオンエツチングで第１のエツチング
を行なった後、低圧条件の反応性イオンエツチングで第
２のエツチングを行なうことにより、 高アスペクト比パターンのドライエツチングにおけるマ
イクロローディング効果を抑えて良好なエツチング形状
を得ると共に、下地基板の損傷を低減するようにしたも
のである。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課Ｉ！１］近
年、デバイスの高集積化に伴ない、ドライエツチングに
おいては、さらに高アスペクト比パターンの微細加工が
要求されている。従来の反応性イオンエツチング（ｔＥ
）で使われている圧力領域（≧５０ｍＴｏｒｒ）で、こ
のような高アスペクト比パターンのエツチングをシリコ
ン系化合物膜に行なった場合、微細なパターン程、広い
パターンに比べてエツチングレートが低下するという問
題が生じる（マイクロローディング効果）。

第５図は５ｉＯｚ膜ｌ上にレノストパターン２を形成し
て従来のＲＩＥ（５０≧ｍＴｏｒｒ）を行った初期の状
態を示しているが、イオンの散乱が少なからずあるため
、パターンの中央部と端部に到達するイオンの絶対量に
差が生じ、開口部３の底部のエツチング形状は丸みをお
びている。

なお、この状態は、エツチング初期のアスペクト比の小
さい段階であるため、マイクロローディング効果が生じ
るまでには至らない。

しかし、この条件でエツチングを続けると、アスペクト
比が大きくなるに従って、第６図に示すように、パター
ン粗密部の間で底部まで到達するイオン量に差が生じる
ようになり、マイクロローディング効果が生じる。なお
、同図中、３Ａは間口径の小さいコンタクトホールであ
り、３Ｂは開口径の大きいコンタクトホールを示してい
る。

このようなマイクロローディング効果の抑制手段として
、例えばマイクロ波プラズマエツチングマグ不トロンＲ
ＩＥなどの低圧プロセスでエツチングを行なう技術が種
々開発されている。

しかしながら、マグネトロンＲＩＥを用いてＳｉＯ，膜
のエツチングを行なった場合、マイクロローディング効
果は抑止できるものの、エツチング形状は第７図に示す
ように、コンタクトホール３の底部端縁にサブトレンチ
３ａが入り易いという問題があった。

これは、通常のＳユｆｔのエツチングが下地シリコン基
板との選択性をもたせるために、エツチングと堆積の競
合反応を利用していることに因る。

即ち、エッチャントであるＣ　Ｆ　、”イオンは、基板
上に生ずるセルフバイアス（Ｖｄｃ）によって、低圧で
あると散乱もなく、パターン全域に垂直に入射するため
、エツチングレートはパターンの粗密に拘らず、一定に
維持される。一方、堆積に寄与するＣ　Ｆ　、”やＣ″
といった中性活性種は、イオンのように方向性をもたな
い。従って見込み角の違いによって、パターンの中央部
と端部とで堆積量に差が生じ、これがエツチング形状に
反映するのもと考えられる。こうしたサブトレンチは、
下地へのエツチングダメージを増大することが懸念され
ており、改善が望まれている。

ところで、ウェハの大口径化とデバイスパターンの微細
化の進展に伴ない、ドライエツチング装置は従来のバッ
チ式から枚葉式に変わりつつある。

その際には、これまでの通り生産性を維持するためにエ
ッチレートの大幅な向上か要求される。

方、デバイス側からは、堆積膜の薄膜化や拡散層の接合
深さをより浅く形成することが必要となることから、こ
れまで以上に下地材との高選択比を得、なおかつ基板損
傷を抑えたエツチングプロセスが要求される。

これら高速エッチレート、高選択比、低ダメージといっ
た特性は各々トレード・オフの関係になり、両立させる
ことは難しい。

この点を解決するための一手段として、低圧マグネトロ
ンＲＩＥを用いた、Ｓｉ化合物の２段階のエツチング方
法が知られている（特１１ｍ平１−７５８２８号）。

しかしながら、この従来技術は下地が露出する前に高速
エツチング条件から高選択比・低ダメージエツチング条
件に切り換える方法であるため、同一の膜をエツチング
中に条件を切り換えなければならず、適当なモニター手
段がないことが実用化をすすめる上での問題となってい
た。そのため、ともすると第８図のように、下地のシリ
コン基板３にエツチングがおよび、下地に損傷を与える
問題が危惧されている。

本発明は、このような従来の問題点に着目して創案され
たものであって、マイクロローディング効果を抑えて良
好なエツチング形状を得ると共に、下地基板の損傷を大
幅に低減するドライエツチング方法を提供するものであ
る。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明は、基板上に形成されたシリコン系化合
物からなる被エツチング膜を異方性エツチングするドラ
イエツチング方法において、高圧条件の反応性イオンエ
ツチングで第１のエツチングを行なった後、低圧条件の
反応性イオンエツチングで第２のエツチングを行なうこ
とを、その解決方法としている。

１作用； 第１のエツチングを行なうと高圧条件のＲＩＥであるた
め、イオンの散乱によりエツチング開口底部は丸みをお
びる。次に、低圧条件の第２のエツチングに切り換える
ことにより、マイクロローディング効果が回避されると
共に、第１のエツチングで丸みをおびたエツチング開口
底部は徐々に平坦に是正される。イオンなどのエッチャ
ントは、基板に生ずるセルフバイアス（Ｖｄｃ）によっ
て、低圧であると散乱もなく、パターン全域に垂直に入
射するため、エツチングレートはパターンの粗密に拘ら
ず一定に維持される。また、堆積に寄与するラジカルな
どの中性活性種は、イオンのように方向性をもたず、見
込み角の違いによって、パターンの中央部と端部とで堆
積量に差が生じ、これか、上記第１のエツチングで丸み
をおびたエツチング形状を改善する。

１実施伊り 以下、本発明に係るドライエツチング方法の詳細を図面
に示す実施例に基づいて詳細に説明する。

（第１実施例） 第１図Ａ及び第１図Ｂは、本発明の第１実施例の各工程
を示す断面図である。

先ず、本実施例においては、シリコン基板１０上に形成
された５ｉＯｔ膜１１の上にリソグラフィー法を用いて
レジストパターンＩ２を形成し、レジストパターンＩ２
をマスクとして用い、第１のエツチングとしての反応性
イオンエツチングを施す。

この反応性イオンは、例えば第２図に示すようなエツチ
ング装置を用いて行なうことができる。

このエツチング装置は、平行平板反応性イオンエツチン
グ装置の陽極１３側にマグネット１４を配設し、ウェハ
１５を載置する陰極１６との間に強磁性体でなる磁気シ
ールド板１７を横方向に移動可能に設けたものであって
、上記第１のエツチングに際しては磁気を遮蔽し得る位
置（陽極１３に対向する位置）に配置させることにより
、磁力Ｏガウスに設定し得るようになっている。

なお、この第１のエツチングの条件は、以下の通りであ
る。

圧力　−５０ｍ　Ｔｏ　ｒ　ｒ ＲＦパワー密度　−２、８Ｗ　／　ｃ　ｍ　’反応ガス
　−ＣＩ（Ｐ　３（ｓ　ＯＳＣＣＭ）次に、斯る第１の
エツチングによって、第１図Ａに示すように、５ｉＯｚ
膜１１に開設した例えばコンタクトホールとなる開口１
１ａのアスペクト比が小さい段階で第２のエツチングに
切り換える。

この第２のエツチングは、第２図に示したエツチング装
置の磁気シールド板１７を同図中破線で示す位置に移動
させて、磁界をかけたマグネトロンＲＩＥを行なう。

この第２のエツチングの条件は、以下の通りである。

磁力　・・・　〜１００ガウス 圧力　−１０ｍＴｏｒｒ ＲＰパワー密度　−０，９Ｗ／ｃｍ’ 反応ガス　−＝　　ＣＨＦ３（５０ｓｅｃＭ）このよう
に、第２のエツチングにアスペクト比が小さい状態で切
り換えることによりマイクロローディング効果を抑止す
ることが出来る。

また、第１図Ｂに示すように、下地であるンリコン基板
１０に開口１１ａが到達する時点での最終的なエツチン
グ形状は、高圧プロセスの形状（第５図参照）と低圧プ
ロセスの形状（第６図参照）とを足し合せた良好な形状
（底部が平坦）が得られ、オーバーエッチ時の下地への
ダメージは低減される。さらに、本実施例は、第２のエ
ツチングにおいて、マグネトロンＲＩＥを用いているた
め、陰極降下電圧（Ｖｄｃ）を抑えたエツチングが可能
であり、下地に対するエツチングダメージの低減効果は
より一層大きなものとなる。

本実施例においては、初期のエツチングでは通常のＲＩ
Ｅにより比較的高圧プロセス（≧５０ｍＴｏｒｒ）で行
ない、最小寸法パターンのアスペクト比が１程度になっ
た段階でマグネトロンＲＩＥによる低圧プロセス（≦２
０ｍＴｏｒｒ）に切り換えてエツチングを行なうもので
あり、高アスペクト比パターンのドライエツチングにお
いて、マイクロローディング効果を抑え、なおかつ良好
なエツチング形状か得られる。これにより、下地基板の
エツチングダメージか大幅に低減する。

（第２実施例） 第３図Ａ及び第３図Ｂは本発明の第２実施例を示してい
る。

本実施例においては、シリコン基板１０の上にモニター
層１８を介してＳｉｎ、膜１１を形成しておくものであ
り、上記モニター層１８による発光強度の変化を検出し
てエツチング条件の切り換えを行なうものである。

このモニター層１８は、絶縁材料で成り、例えば、Ｓ　
ｉＮ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＢＳＧ、Ａｓ５Ｇ等を適用す
ることができる。また、モニター層の厚さは、全絶縁膜
の１割以下が適当である。

本実施例においては、先ず、第３菌に示すように、Ｓｉ
ｎ、膜ｌｌ上にレジストパターン１２を形成した後、第
１のエツチングを行なう。このエツチング条件は、圧力
を２Ｐａ、ＲＦパワー密度を２．７Ｗ／ｃｍ’、反応ガ
スをＣ３Ｆ　ｇでその流量を４６５ｅｃｓに設定した。

このような第１のエツチングを行ないながら、発光強度
の変化をモニターする。第４図はエツチングが進行する
に従ってモニター層１８が露出しく第３図Ｂ）、ＳｉＯ
，に含まれない元素、例えばＳｉＮをモニター層１８に
適用すれば、Ｎ、（発光強度：３３７．１，３５７．７
，３８０．５，６４８．８，６５４．５，８７２．２）
、ＮＨ（発光強度：３３６．０）の発光が検出されて発
光強度が変化することを示すグラフであり、同グラフ中
破線で示す範囲の時期に、次の第２のエツチングに切り
換える。

第２のエツチングは、高選択比及び低ダメージなエツチ
ング条件となるように、圧力を２Ｐａ。

ＲＦパワー密度を０　、９　Ｗ　／　ｃ　ｍ″１反応ガ
スを０３ｐ’　、　（４６ｓｃｃＭ）とＣｔＨ４（７８
ＣＣＩＩ）に設定した。

かかるエツチングを行なった最終的なエツチング形状は
、底部ダメージのない良好な形状となった。

以上、第１及び第２実施例について説明したが、本発明
は、これらに限られるものではなく、第１及び第２のエ
ツチング条件は各種変更し得ることは言うまでもない。

・・・レジストパターン、１８・・・モニター膜。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高ア
スペクト比パターンのドライエツチングにおいて、マイ
クロローディング効果を抑え、なおかつ良好なエツチン
グ形状を得る効果がある。

また、選択性が高く、基板へのダメージの少ないエツチ
ングを可能にする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及び第１図Ｂは本発明の第１実施例の断面図、
第２図は第１実施例に用いたエツチング装置の概略図、
第３図Ａ及び第３図Ｂは第２実施例の断面図、第４図は
発光強度とエツチング時間との関係を示すグラフ、第５
図〜第８図は従来例の断面図である。 １０・・ソリコン基板、１１・・・５ｉＣ１ｙ膜、１２
Ｚ　ｌ’ｔ　Ｊｔ（Ｊｌｌ　１７）Ｉｆｆ　ＩＩＤ図（
第１支方ｆ！、１列） 第１図Ｂ 第２災方乞１列の前面 （第２　災　方乞う夕１１） 第３図Ｂ ニー／＋ンク装ｈ１の乃Ｕ号図 第２図 発大ｌ阻度とエンナンク゛蒔ｒ５との関１米とホ１り°
つフ第４図 Ａ、芝−来１りｌｌ１１７１　前面ＥろＡ足来１月０１
１市図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成されたシリコン系化合物からなる被
   エッチング膜を異方性エッチングするドライエッチング
   方法において、 高圧条件の反応性イオンエッチングで第１のエッチング
   を行なった後、低圧条件の反応性イオンエッチングで第
   ２のエッチングを行なうことを特徴とするドライエッチ
   ング方法。