JPH0496223A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔概要〕 半導体装置の製造方法に関し、 ゴミを発生させることなく、パターン幅制御が精度良く
なされ、下地の膜に対して高選択比をもち下地の膜を損
傷することなく、スループントの高いメタル、メタルシ
リサイド、ポリサイドの垂直エツチングを複雑な装置を
用いることなく行うことができる半導体装置の製造方法
を提供することを目的とし、 金属または金属シリサイドあるいはポリサイドからなる
膜を、塩素系ガスまたはフッ素系ガスあるいは塩素系ガ
スとフッ素系ガスの混合ガスによる反応ガスで線膜の途
中までエツチングした後、線膜を臭素系ガスによる反応
ガスで下地の膜に対して選択的にエツチングする工程を
含むように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、メタル、メタルシリサイド、ポリサイドから
なる膜を高選択比でパターン幅を精度良く垂直エツチン
グすることができる半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置を高密度化、高速化するためにメタル／ポリ
シリコン、メタルシリサイド／ポリシリコンからなるポ
リサイド、メタル、メタルシリサイドからなる配線技術
が不可欠のものとなってきている。これらの配線材料の
エツチングはパターン幅の細りかないこと、かつ、下地
の絶縁膜等に対して高い選択性をもつことが要求される
。

一般に上記配線材料のエツチングにおいてはハロゲン系
ガスが用いられている。そして、配線材料と下地絶縁酸
化膜との選択比を考えると、フッ素系ガスより塩素系ガ
ス、更には臭素系ガスの方が高選択比でエツチングする
ことができ、有効であるとされている。

〔従来の技術〕

従来のエツチングガスには取り扱いの容易さからフッ素
系及び塩素系のガスが用いられてきた。

しかし、これらのガスではパターン幅の細りが生じ易い
欠点がある。この細りという欠点を防止する従来技術と
しては、 ａ）側壁に堆積物を付けて側壁保護を利用する目的でカ
ーボンを含んだガスでエツチングを行う、ｂ）基板温度
を低温に制御して中性ラジカルの反応を抑制してイオン
性エツチングを強めてエツチングを行う、 Ｃ）高真空にしてイオンの平均自由工程を長くしイオン
性エツチングを強めてエツチングを行う、ｄ）高バイア
スにしてイオン性エツチングを強めてエツチングを行う
、 ｅ）臭素系ガス下でイオン性エツチングを強めてエツチ
ングを行う、 ｆ）塩素系、フッ素と臭素系の混合ガス下で選択比を考
慮しながらイオン性エツチングを強めてエツチングを行
う、 等の方法が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したａ）の従来の半導体装置の製造方法の場合、エ
ソチングチャンハー壁面にカーボンを含むポリマーが堆
積し、このポリマーが剥離してゴミの発生原因となり、
歩留り低下等という今後の微細化にとっては好ましくな
い問題があった。

上記したｂ）の従来の半導体装置の製造方法の場合、Ｓ
Ｆ６を用いて垂直形状を得るには基板温度を一１３０℃
付近にまで冷却する必要があり、塩素を用いた場合にも
基板温度を０℃付近まで冷却する必要があるため、装置
が複雑、高価になるという問題があった。

上記したＣ）の従来の半導体装置の製造方法の場合、イ
オンの平均自由工程を長（してイオンの方向性を整える
目的だが、排気量が増すためにターボ分子ポンプ等の設
備が必要となり高価になり、また、高真空にすると一般
にエツチングレートの低下を招き、スループットが低下
するという問題があった。

上記したｄ）の従来の半導体装置の製造方法の場合、Ｒ
Ｆパワーを増大させることは可能であるが、同時に下地
絶縁酸化膜のエツチングレートも急激に増大し、選択比
が低下するという問題があった。

上記したｅ）の従来の半導体装置の製造方法の場合、高
選択比が得られ優れているが、フッ素系、塩素系のガス
に比べてエツチングレートが遅く、スループットの点で
問題があった。また、メタルやメタルシリサイドのエツ
チングはフッ素系、塩素系のガスに比ベエッチング生成
物（臭化物）が揮発し難い傾向にあるためエツチングし
難いという問題があった。

上記したｆ）の従来の半導体装置の製造方法の場合、臭
素系を添加しない方がエツチングレートが速く、下地絶
縁膜の選択比については塩素系、フッ素系を添加しない
方が優れており、エツチングレートと選択比との兼ね合
いを精度よく制御するのが困難であるという問題があっ
た。

そこで本発明は、ゴミを発生させることなく、パターン
幅制御が精度良くなされ、下地の膜に対して高選択比を
もち下地の膜を損傷することなく、スループットの高い
メタル、メタルシリサイド、ポリサイドの垂直エツチン
グを複雑な装置を用いることなく行うことができる半導
体装置の製造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〕 本発明による半導体装置の製造方法は上記目的達成のた
め、金属または金属シリサイドあるいはポリサイドから
なる膜を、塩素系ガスまたはフッ素系ガスあるいは塩素
系ガスとフッ素系ガスの混合ガスによる反応ガスで線膜
の途中までエツチングした後、線膜を臭素系ガスによる
反応ガスで下地の膜に対して選択的にエツチングする工
程を含むものである。

本発明に係る金属には、Ｗ　ＸＴ　ｉ−、Ｍ　Ｏ％　Ｔ
　ａ等の金属が挙げられ、金属シリサイドにはＷＳｉ、
Ｔｉ５ｉｓ　ＭｏＳｉ、Ｔａｘｉ等が挙げられ、ポリサ
イドには金属／ポリシリコン、金属シリサイド／ポリシ
リコン等が挙げられる。

本発明に係る塩素系ガスにはＣ７！２ガス、ＨＣｌガス
、３ｉＣｊ！４ガス、ＣＣ１，ガス、ＢＣ７！３ガス等
が挙げられ、塩素系ガスは上記単独ガスあるいはその混
合ガス（例えばＣ１２ガス十ＨＣＩガス）を含む。フッ
素系ガスにはＣＦ、ガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ、ガス、Ｃ
ＨＦ３ガス等が挙げられ、フッ素系ガスは上記単独ガス
あるいはその混合ガス（例えばＣＦ４ガス＋ＳＦ、ガス
）を含む。

臭素系ガスにはＢｒｚガス、ＨＢｒガス等が挙げられ、
臭素系ガスは上記単独ガスあるいはその混合ガス（例え
ばＢｒ、ガス＋ＨＢｒガス）を含む。

本発明においては、塩素系ガス、フッ素系ガス、臭素系
ガス各々に０２ガスを適宜添加してもよく、この場合エ
フチングレートを向上させることができ好ましい。各ガ
スに希釈ガスとしてＨｅガス、Ａｒガス等を添加して用
いてもよい。

〔作用〕

本発明では、最初のエソチング工程は金属または金属シ
リサイドあるいはポリサイドからなる膜の途中まで、即
ち下地の膜を露出させる前（露出させない）までのエツ
チングであればよく、下地絶縁膜との選択比を考慮する
必要がないので、ＲＦパワーを大きくする等の高バイア
ス下でエツチングを行うことができる。また、ここでの
エツチングは塩素系ガスまたはフッ素系ガスあるいは塩
素系ガスとフッ素系ガスの混合ガスによる反応ガスでエ
ツチングを行うため、エツチングレートを高くすること
ができる。また、ＲＦパワーを大きくした条件下で行う
ことができるため、更にエツチングレートを高くするこ
とができ好ましい。また、被エツチング物の表面には通
常、自然酸化膜が存在するが、特別なブレー゛クスルー
のステップを必要としなくて済む。

特に、メタル／ポリシリコン、メタルシリサイド／ポリ
シリコンの２層膜からなるポリサイドのエツチングに適
用した場合、メタルやメタルシリサイドの臭化物が発生
し難く、臭素系ガスではエツチングし難いため、メタル
やメタルシリサイドを塩素系、フッ素系ガスでエツチン
グを行うことは理にかなっている。その後のエソチング
工程は、即ちポリシリコンのエツチングを臭素系ガスで
エツチングすると、既にエツチングされたメタルやメタ
ルシリサイドあるいはポリサイドのエツチング形状を保
ちながらポリシリコンの高選択エツチングを実現するこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例
を説明する図であり、第１図において、１はＳｉ等から
なる基板、２ＳｉＯ２等からなるゲート酸化膜、３はポ
リシリコン膜、４はＷＳｉ等の金属シリサイド膜、５は
レジストマスク、６は金属シリサイド膜４及びポリシリ
コン膜３等のポリサイド膜等からなるゲート電極である
。

次に、その製造方法について説明する。

まず、第１図（ａ）に示すように、例えば熱酸化により
基板１を酸化して膜厚がゲート酸化膜２を形成した後、
例えばＣＶＤ法によりゲート酸化膜２上にポリＳｉ、Ｗ
Ｓｉを堆積して膜厚が例えば２０００人のポリシリコン
膜３及び膜厚が例えば２０００人の金属シリサイド膜４
を順次形成する。この時、ポリシリコン膜３及び金属シ
リサイド膜４からなるポリサイドが形成される。次いで
、金属シリサイド膜４上にレジストを塗布した後、露光
・現像により金属シリサイド膜４及びポリシリコン膜３
のゲート電極に対応する領域が残るようにレジストをバ
ターニングしてレジストマスク５を形成する。

次に、ＲＩＥ装置を用い、第１図（ｂ）に示すように、
例えば塩素系ガスとしてＣ７！２ガス８０ｓｃｃｍ、圧
力８０ｍＴｏｒｒ、　ＲＦパワー３００Ｗの条件による
ＲＩＥによりレジストマスク５をマスクとして、金属シ
リサイド膜４を選択的にエツチングするとともに、ポリ
シリコン膜３の途中までエツチングしてポリシリコン膜
３を露出させる（ゲート酸化膜２は露出させない）。次
いで、第１図（ｃ）に示すように、例えば臭素系ガスと
してＨＢｒガス１００ｓｃｃｉａ、圧力１００ｍＴｏｒ
ｒ、　ＲＦパワー２００Ｗの条件によるＲＩＥによりレ
ジストマスク５をマスクとして、ポリシリコン膜３を選
択的にエツチングするとともに、ゲート酸化膜２を露出
させる。

この時、金属シリサイド膜４及びポリシリコン膜３から
なるゲート電極６が形成される。

そして、レジストマスク５を除去し、ソース／ドレイン
拡散層、層間絶縁膜、コンタクトホール及び配線層等を
形成することにより、半導体装置を得ることができる。

すなわち、上記実施例では、まず塩素系ガスとしてＣ１
ｚガスを用いて金属シリサイド膜４を選択的にエツチン
グしくここではポリシリコン膜３にまでオーバーエツチ
ングしている）、次いで、臭素系ガスとしてＨＢｒガス
を用いてポリシリコン膜３をエツチングして金属シリサ
イド膜４及びポリシリコン膜３からなるゲート電極６を
形成するようにしている。このように、まず塩素系ガス
を用いて金属シリサイド膜４及びポリシリコン膜３の途
中までエツチングしているため、エンチングレートを向
上させることができる。そして、臭素系ガスとしてＨＢ
ｒガスを用いてポリシリコン膜３をエツチングしている
ため、下地のゲート酸化膜２に対して高選択比でエツチ
ングすることができる。また、従来のように反応ガス中
にカーボンを用いていないため、ゴミの発生がなく、従
来のように基板温度を低温にしたり高真空にする必要が
なく通常のＲＩＥ装置で行うことができる。

したがって、ゴミを発生させることなくパターン制御幅
が精度良（なされ、下地ポリシリコン膜３に対して高選
択比をもつ下地ポリシリコン膜３を損傷することなく、
スループットの高い金属シリサイイド膜４及びポリシリ
コン膜３からなるポリサイドの垂直エツチングを複雑な
装置を用いることなく行うことができる。

なお、上記実施例の条件でＣＩ！、ガスのみを用いて金
属シリサイド膜４及びポリシリコン膜３からなるポリサ
イドをエツチングした場合は第２図（ａ）に示すように
、下地ゲート酸化膜２の膜減りが観察されたが、本発明
の上記実施例では下地のゲート酸化膜２の膜減りはなく
高選択比でエツチングすることができることを確認した
。また、上記実施例の条件でＲＦパワーを２００Ｗとし
Ｃ１２ガスのみを用いて金属シリサイド膜４及びポリシ
リコン膜３からなるポリサイドをエツチングした場合、
第２図（ｂ）に示すように、テーバ角７５±５度であっ
たのに対し、本発明の上記実施例ではテーバ角９０±５
度と略垂直形状でエツチングすることができることを確
認した。更に、フッ素系ガスのみで金属シリサイド膜及
びポリシリコン膜３からなるポリサイドをエツチングし
た場合、アンダーカットが０．１〜０．２μｍ程度入っ
たのに対し、本発明の上記実施例ではアンダーカットが
ほとんど入らず垂直形状でエツチングできることを確認
した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ゴミを発生させることな（、パターン
幅制御が精度良くなされ、下地の膜に対して高選択比を
もち下地の膜を損傷することなく、スループットの高い
メタル、メタルシリサイド、ポリサイドの垂直エンチン
グを複雑な装置を用いることな（行うことができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る半導体装置の製造方法
の一実施例を説明する図であり、第１図は一実施例の製
造方法を説明する図、第２図は一実施例の効果を説明す
る図である。 ・・・・・・基板、 ・・・・・・ゲート酸化膜、 −・・・・・ポリシリコン膜、 ・・・・・・金属シリサイド膜、 ・・・・・・レジストマスク、 ・・・・・・ゲート電極。 （む （ｂ”１ 一実施例の効果を説明する図 第２図 −へり＋ｅ叩■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　金属または金属シリサイドあるいはポリサイドからな
   る膜（４、３）を、塩素系ガスまたはフッ素系ガスある
   いは塩素系ガスとフッ素系ガスの混合ガスによる反応ガ
   スで該膜の途中までエッチングした後、 該膜を臭素系ガスによる反応ガスで下地の膜（２）に対
   して選択的にエッチングする工程を含むことを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。