JPH05102091A

JPH05102091A - ドライエツチング方法

Info

Publication number: JPH05102091A
Application number: JP28948191A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tatsumi; 哲也辰巳
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-10-09
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスを用
いずにポリサイド膜の異方性エッチングを行う。【構成】ウェハ温度を室温以下に制御しながら、ポリ
サイド膜５の上層側のＷＳｉ_x層４は、Ｓ₂Ｆ₂を用い
てＳ（イオウ）の側壁保護膜７を形成しながら異方性エ
ッチングする。下層側の多結晶シリコン層３は、Ｓ₂Ｆ
₂／Ｈ₂混合ガスを用いエッチング反応系のＳ／Ｆ比を
上昇させた条件でエッチングする。Ｓの堆積が促進され
ると共にＦ^*の絶対量が減少するので、多結晶シリコン
層３にアンダカット等の形状異常が発生しない。多結晶
シリコン層３をＷＳｉ_x層４よりも相対的に低い入射イ
オン・エネルギー条件下、あるいは低いウェハ温度条件
下でエッチングすれば、異方性，対下地選択性，対レジ
スト選択性等を一層向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスを使用せずにポ
リサイド膜の異方性エッチングを行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】多結晶シリコン層とＷＳｉ_x（タングス
テン・シリサイド）等からなる高融点金属シリサイド層
とが積層されたポリサイド膜は、断面積の等しい多結晶
シリコンの単層膜と比べて約１桁低い抵抗値が得られる
ことから、ＬＳＩのゲート配線材料として近年広く使用
されるようになってきている。

【０００３】このポリサイド膜は、異なる２種類の材料
に対して共に異方性を実現しなければならないことか
ら、ドライエッチング技術に新たな困難をもたらした。
それは、生成するハロゲン化合物の蒸気圧の差に起因し
て上層の高融点金属シリサイド層よりも下層の多結晶シ
リコン層が速くエッチングされること、および多結晶シ
リコン層と高融点金属シリサイド層の界面に反応層が形
成されること等の理由により、パターンにアンダカット
やくびれ等が生じやすいからである。これらの形状異常
は、ソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入
時に不純物の導入されないオフセット領域を発生させた
り、ＬＤＤ構造を実現するためのサイドウォール形成時
の寸法精度を低下させること等の原因となり、特にサブ
ミクロン・デバイスでは許容されないものである。した
がって、ポリサイド膜の異方性加工を実現する方法につ
いて、盛んに研究が行われている。

【０００４】従来、ポリサイド膜用のエッチング・ガス
としては、ＣＦＣ１１３ (Ｃ₂Ｃｌ₃Ｆ₃）に代表され
るクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスが広く使用さ
れてきた。これは、分子中のＦ素原子とＣｌ原子の寄与
によりラジカル反応とイオン・アシスト反応の両方が進
行し、しかも炭素系ポリマーが堆積して側壁保護が行わ
れることにより高速異方性エッチングが可能となるから
である。

【０００５】しかしながら、ＣＦＣガスは周知のように
地球のオゾン層破壊の元凶であることが指摘されている
ため、環境保護の観点からドライエッチングの分野にお
いてもフロン系ガスの代替品を見出し、その効果的な利
用方法を確立することが急務とされている。

【０００６】かかる脱ＣＦＣ対策として有望視されてい
る技術のひとつに、低温エッチングがある。これは、被
エッチング基板（ウェハ）の温度を０℃以下に保持する
ことにより、深さ方向のエッチング速度をイオン・アシ
スト効果により実用レベルに維持したまま、側壁部にお
けるラジカル反応を凍結または抑制してアンダカット等
の形状不良を防止しようとする技術である。たとえば、
第３５回応用物理学関係連合講演会（１９８８年春季年
会）講演予稿集第４９５ページ，演題番号２８ａ−Ｇ−
２には、ウェハを−１３０℃に冷却し、ＳＦ₆ガスを用
いてシリコン・トレンチ・エッチングおよびｎ⁺型多結
晶シリコン層の異方性エッチングを行った例が報告され
ている。

【０００７】しかし、低温エッチングにおいて高異方性
の達成をラジカル反応の凍結もしくは抑制のみに頼ろう
とすると、冷媒として液体窒素を要するレベルの低温冷
却が必要となる。このことは、経済性やスループットを
大きく低下させる原因となる他、真空シール材の信頼性
低下等のハードウェア面での問題も多く抱えることとな
り、早期実用化は困難である。

【０００８】そこで、低温によるラジカル反応抑制に側
壁保護を組み合わせ、室温に近い温度領域でも異方性エ
ッチングを可能とすることが、より実用的なアプローチ
として考えられる。

【０００９】本願出願人は、この側壁保護をイオウ
（Ｓ）の堆積により行う一連の技術をこれまでに数多く
提案している。このＳの堆積は、１分子中のＳ原子数と
ハロゲン（Ｘ）原子数との比、すなわちＳ／Ｘ比が比較
的大きいハロゲン化イオウを主体とするエッチング・ガ
スを使用することにより可能となる。たとえば、特願平
２−１９８０４５号明細書には、かかるハロゲン化イオ
ウとしてＳ₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀が開示さ
れている。これらのフッ化イオウは、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とは異な
り、放電解離により気相中にＳを生成することができ
る。このＳは、基板が低温冷却されていればその表面へ
堆積し、側壁保護効果を発揮する。しかも、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。本願出願人は、これらフッ化イオウからのＦ^*（フ
ッ素ラジカル）生成量がＳＦ₆と比べて少なく、しかも
ＳＦ_x ⁺によるイオン・アシスト反応が期待できる点に
着目し、これを酸化シリコン（ＳｉＯ₂）系材料層のエ
ッチングに適用してシリコン下地に対する高選択性を達
成した。

【００１０】このように、ハロゲン化イオウとして最初
に提案された化合物はＳ／Ｆ比（分子中のＳ原子数とＦ
原子数の比）の比較的大きいフッ化イオウであり、それ
はＳｉＯ₂系材料層のエッチングを目的としていた。本
願出願人はその後、ハロゲン化イオウをシリコン系材料
層のエッチングに適用する技術も種々提案している。た
とえば、特願平３−２０３６０号明細書では、Ｓ₂Ｆ₂
等のフッ化イオウをＨ₂，Ｈ₂Ｓ，シラン系化合物等と
混合したエッチング・ガスを使用して多結晶シリコン・
ゲート電極の加工を行うプロセス例を提案した。Ｓｉ−
Ｓｉ結合の原子間結合エネルギー（５４ｋｃａｌ／ｍｏ
ｌ）がＳｉ−Ｆ結合の原子間結合エネルギー（１３２ｋ
ｃａｌ／ｍｏｌ）よりも小さく、またＦの原子半径が小
さくて容易に単結晶シリコンの結晶格子内に侵入できる
ことからも明らかなように、シリコン系化合物はイオン
の寄与が無くてもＦ^*により自発的にエッチングされて
しまう。そこで、Ｆ^*を捕捉消費するＨ^*，Ｓｉ^*等を
プラズマ中に発生させるような化合物をフッ化イオウに
添加し、エッチング反応系の見掛け上のＳ／Ｆ比を増大
させてラジカル性を弱め、かつＳの堆積を促進している
のである。これにより、ウェハ温度−７０℃にて多結晶
シリコン・ゲート電極の良好な異方性加工を行うことに
成功している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、Ｓ₂Ｆ₂
等のフッ化イオウを使用すれば、従来の低温エッチング
と比べて遙かに実用的な温度域で多結晶シリコン・ゲー
ト電極の異方性加工が可能となることがわかった。そこ
で、これをポリサイド・ゲート電極の異方性加工にも適
用することが当然考えられる。ポリサイド膜としては、
タングステン・シリサイド（ＷＳｉ_x）で上層側の高融
点金属シリサイド層を構成したタングステン・ポリサイ
ド膜が最も一般的なものである。

【００１２】しかしこの場合、レジスト・マスクと形成
されるゲート電極との間に寸法変換差が発生し易くなる
ことが、本発明者らの研究により明らかとなった。この
問題について、図２を参照しながら説明する。

【００１３】図２（ａ）は、シリコン基板１１上に、不
純物を含有する多結晶シリコン層１３とＷＳｉ_x層１４
とが順次積層されてなるポリサイド膜１５がゲート酸化
膜１２を介して形成され、さらに該ポリサイド膜１５上
に所定の形状にパターニングされたレジスト・マスク１
６が形成されたウェハを示している。

【００１４】このウェハを−５０℃程度に冷却し、Ｓ₂
Ｆ₂を用いてポリサイド膜１５をエッチングする。この
とき、ＷＳｉ_x層１４がＳの側壁保護により異方的にエ
ッチングされる条件でその下層側の多結晶シリコン層１
３もエッチングすると、エッチング後のパターンの形状
は図２（ｂ）に示されるように、多結晶シリコン・パタ
ーン１３ａのパターン幅がＷＳｉ_xパターン１４ａのパ
ターン幅よりも狭い形状となり、アンダカット１７がし
ばしば発生する。あるいは、多結晶シリコン・パターン
１３ａが逆テーパー形状となることもある。これらの形
状異常は、オーバーエッチング後に特に著しく現れる。

【００１５】これは、エッチング反応生成物の蒸気圧の
差に起因して、多結晶シリコン層１３がＷＳｉ_x層１４
よりもＦ^*によりエッチングされ易いからである。特
に、オーバーエッチング時には、被エッチング面積の減
少に伴って相対的に過剰となったＦ^*がウェハ面上で側
方マイグレーションを起こし、パターン側壁部に堆積し
たＳを除去して多結晶シリコン層１３を側壁部からエッ
チングしてしまう。

【００１６】そこで、オーバーエッチング時にも側壁保
護用のＳが除去されないよう、ＷＳｉ_x層１４をエッチ
ングする段階からＳの堆積を促進する条件を採用するこ
とも考えられるが、これはかえって逆効果となる。なぜ
なら、過剰なＳの一部がエッチング反応生成物のＷＦ_x
とさらに反応して副反応生成物ＷＳ_x（硫化タングステ
ン）が生成するからである。ＷＳ_xは蒸気圧が低く、過
剰に堆積するとＷＳｉ_xパターンをテーパー化させる原
因となる。しかも、化学的に極めて安定で、一旦生成し
てしまうと通常のＯ₂プラズマ・アッシングによっても
容易に除去できないことから、パーティクル汚染を惹起
させる虞れが大きい。

【００１７】このように、フッ化イオウを用いたポリサ
イド膜のエッチングにおいては、レジスト・マスクとの
間の寸法変換差の発生を防止するために、Ｓの堆積量を
最適に制御することが極めて重要なポイントとなるので
ある。そこで本発明は、ＣＦＣガスを使用せず、かつＳ
の堆積量を最適に制御しながら、ポリサイド膜の異方性
エッチングを行う方法を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
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、多結晶シリコン層と高融点金属シリサイ
ド層とが順次積層されてなるポリサイド膜をエッチング
する方法であって、被エッチング基板の温度を室温以下
に制御しながら、Ｓ₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀
から選ばれる少なくとも１種類のフッ化イオウを含む第
１のエッチング・ガスを用いて少なくとも前記高融点金
属シリサイド層をエッチングする工程と、被エッチング
基板の温度を室温以下に制御しながら、前記第１のエッ
チング・ガスにＨ₂，Ｈ₂Ｓ，シラン系化合物から選ば
れる少なくとも１種類の化合物を添加してなる第２のエ
ッチング・ガスを用いて前記多結晶シリコン層をエッチ
ングする工程とを有することを特徴とする。

【００１９】本願の第２の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、前記多結晶シリコン層のエッチングを前記高
融点金属シリサイド層のエッチング時よりも入射イオン
・エネルギーを低下させた条件で行うことを特徴とす
る。

【００２０】さらに、本願の第３の発明にかかるドライ
エッチング方法は、前記多結晶シリコン層のエッチング
を前記高融点金属シリサイド層のエッチング時よりも被
エッチング基板の温度を低く維持しながら行うことを特
徴とする。

【００２１】

【作用】フッ化イオウを用いるポリサイド膜の異方性エ
ッチングを考える場合、上層側の高融点金属シリサイド
層と下層側の多結晶シリコン層とでは、異方性の確保に
必要なＳの堆積量の最適値が異なり、多結晶シリコン層
のエッチング時に相対的に多くのＳを必要とする。つま
り、多結晶シリコン層のエッチング時には、高融点金属
シリサイド層のエッチング時に比べてエッチング反応系
の見掛け上のＳ／Ｆ比を何らかの方法で上昇させれば良
いことになる。

【００２２】本発明では、このＳ／Ｆ比の上昇を、エッ
チング・ガスにＨ₂，Ｈ₂Ｓ，シラン系ガスのいずれか
を添加することにより達成する。このうちＨ₂とＨ₂Ｓ
は、放電解離によりＨ^*を生成する。過剰なＦ^*はこの
Ｈ^*に捕捉されてＨＦ（フッ化水素）を生成し、エッチ
ング装置の排気系統を介して系外へ除去されるので、エ
ッチング反応系のＳ／Ｆ比が上昇する。特にＨ₂Ｓは、
自身がＳ供給源でもあるため、Ｓ／Ｆ比の上昇効果が大
きい。

【００２３】またシラン系化合物は、放電解離によりＨ
^*の他にＳｉ^*を生成する。これら両ラジカルが共にＦ
^*の捕捉に寄与し、ＨＦ，ＳｉＦ_x等の形で系外へ除去
するため、やはりＳ／Ｆ比を効果的に上昇させることが
できる。

【００２４】このようにして多結晶シリコン層のエッチ
ング時にＳ／Ｆ比を上昇させれば、相対的にＳが堆積し
易い条件となり、側壁保護効果が強化される。しかも、
オーバーエッチング時にＦ^*が相対的に過剰になったと
しても、その絶対量はＨ^*，Ｓｉ^*，Ｓ等を放出する添
加ガスの効果により減少している。したがって、多結晶
シリコン層のパターンにアンダカットや逆テーパー形状
が発生する虞れがなくなる。また、Ｆ^*の絶対量が減少
することにより、ＳｉＯ₂系の下地材料層に対する選択
性も向上する。

【００２５】以上が、本願の３発明に共通の考え方であ
る。本願の第２の発明ではさらに、多結晶シリコン層の
エッチング時の入射イオン・エネルギーを、高融点金属
シリサイド層のエッチング時よりも低下させる。これ
は、通常、ポリサイド膜の下地材料層がＳｉＯ₂系材料
からなるゲート絶縁膜や層間絶縁膜であることを考慮
し、これらの下地材料層に対する選択比を向上させるた
めの工夫である。

【００２６】また、本願の第３の発明では、多結晶シリ
コン層のエッチング時のウェハ温度を、高融点金属シリ
サイド層のエッチング時よりも低下させる。ウェハの低
温化によりＳの堆積が促進されて実質的にＳ／Ｆ比が上
昇する他、Ｆ^*の反応性も抑制される。したがって、オ
ーバーエッチング時の下地選択性と対レジスト選択性の
一層の向上が期待できる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２８】実施例１本実施例は、本願の第１の発明をポリサイド・ゲート電
極加工に適用し、Ｓ₂Ｆ₂を用いてＷＳｉ_x層をエッチ
ングした後、Ｓ₂Ｆ₂／Ｈ₂混合ガスを用いて多結晶シ
リコン層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。

【００２９】まず図１（ａ）に示されるように、一例と
してシリコン基板１上に熱酸化によりゲート酸化膜２を
形成し、さらにその上にｎ型不純物をドープした多結晶
シリコン層３とＷＳｉ_x層４を順次積層してポリサイド
膜５を形成した。ポリサイド膜５上には所定の形状にパ
ターニングされたレジスト・マスク６を形成した。この
ようにして構成されたウェハをエッチング・サンプルと
した。

【００３０】次に、上記ウェハをＲＦバイアス印加型の
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載
置電極上にセットした。ここで、上記ウェハ載置電極は
冷却配管を内蔵しており、装置外部に設置されるチラー
等の冷却設備から冷媒の供給を受けることにより、ウェ
ハを所定の温度に制御できるようになされている。ここ
ではエタノール冷媒を使用した。一例として下記の条件
でＷＳｉ_x層４をエッチングした。

【００３１】Ｓ₂Ｆ₂流量３０ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー３０Ｗ (２ＭＨｚ）ウェハ温度 −１０℃ 上記エッチングは発光スペクトルをモニタしながら行
い、ＳｉＦ_xに由来する４４０ｎｍのピーク強度が増大
し始めた時点でＷＳｉ_x層４のエッチング終点を判定し
た。

【００３２】上記のエッチング過程では、Ｓ₂Ｆ₂から
生成するＦ^*がＳ⁺，ＳＦ_x ⁺等のイオンにアシストさ
れる機構でエッチングが進行し、ＷＳｉ_x層４はＷＦ_x
およびＳｉＦ_xを生成しながらエッチングされた。ま
た、上記の条件はバイアス・パワーの比較的低い条件で
あるため、レジスト・マスク６のスパッタによる分解生
成物の供給は少ないが、Ｓ₂Ｆ₂から生成するＳがパタ
ーン側壁部に堆積し、図１（ｂ）に示されるような側壁
保護膜７が形成された。この結果、異方性形状を有する
ＷＳｉ_xパターン４ａが形成された。なお、図中では説
明の都合上、側壁保護膜７が厚く描かれているが、実際
には極めて薄い膜であり、レジスト・マスク６との寸法
変換差を発生させるものではなかった。

【００３３】次に、一例として下記の条件で多結晶シリ
コン層３のエッチングを行った。Ｓ₂Ｆ₂流量２０ＳＣＣＭＨ₂流量１０ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー３０Ｗ (２ＭＨｚ）ウェハ温度 −１０℃ このエッチング過程では、Ｈ₂の添加により前段のＷＳ
ｉ_x層４のエッチング時と比べてエッチング反応系のＳ
／Ｆ比が上昇しているので、相対的にＳの堆積が促進さ
れると共に、ラジカル性が弱められた。この結果、図１
（ｃ）に示されるように、異方性形状を有する多結晶シ
リコン・パターン３ａが形成された。この異方性形状
は、２０％のオーバーエッチングを行った後でも劣化せ
ず、またゲート酸化膜２に対する選択性も良好であっ
た。

【００３４】最後に、上記ウェハをプラズマ・アッシン
グ装置に移設し、通常のＯ₂プラズマ・アッシングの条
件によりレジスト・マスク６を除去した。このとき、Ｓ
を主体とする上記側壁保護膜７は、燃焼反応によりＳＯ
_xに変化すると共に、プラズマ輻射熱や反応熱によって
も加熱され、昇華した。したがって、側壁保護膜７はウ
ェハ上に残渣を発生させたりパーティクル汚染を惹起さ
せることなく、完全かつ速やかに除去された。この結
果、図１（ｄ）に示されるように、良好な異方性形状を
有するゲート電極５ａが極めてクリーンな雰囲気中で形
成された。

【００３５】実施例２本実施例は、本願の第１の発明を同じくポリサイド・ゲ
ート電極加工に適用し、多結晶シリコン層のエッチング
時にＳ₂Ｆ₂／Ｈ₂Ｓ混合ガスを用いた例である。ま
ず、図１（ａ）に示されるウェハを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、一例として下記の条件でＷＳｉ_x層４をエッチング
した。

【００３６】Ｓ₂Ｆ₂流量３０ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー３０Ｗ (２ＭＨｚ）ウェハ温度０℃

【００３７】次に、一例として下記の条件で多結晶シリ
コン層３をエッチングした。Ｓ₂Ｆ₂流量２０ＳＣＣＭＨ₂Ｓ流量１０ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー３０Ｗ (２ＭＨｚ）ウェハ温度０℃ このエッチング過程では、Ｈ₂Ｓから解離生成するＨ^*
がＳ₂Ｆ₂から生成するＦ^*を捕捉消費すると共に、Ｈ
₂ＳからもＳが供給されるので、エッチング反応系のＳ
／Ｆ比がより大きく上昇した。この結果、実施例１より
もウェハ温度が高いにも係わらず、良好な異方性形状を
有するゲート電極５ａを形成することができた。

【００３８】実施例３本実施例は、本願の第２の発明を同じくポリサイド・ゲ
ート電極加工に適用し、多結晶シリコン層のエッチング
時に相対的に入射イオン・エネルギーを低下させた例で
ある。まず、図１（ａ）に示されるウェハを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、実施例２と同じ条件でＷＳｉ_x層４をエッ
チングした。

【００３９】次に、一例として下記の条件で多結晶シリ
コン層３をエッチングした。Ｓ₂Ｆ₂流量２０ＳＣＣＭＨ₂Ｓ流量１０ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー５Ｗ (２ＭＨｚ）ウェハ温度０℃ このエッチング過程では、ＲＦバイアス・パワーを前段
の３０Ｗから５Ｗに低下させることにより、下地のゲー
ト酸化膜２に対する選択比を３０にまで向上させること
ができた。

【００４０】なお、入射イオン・エネルギーの低減方法
としては、上述のようにＲＦバイアス・パワーを低下さ
せるのみならず、たとえばＲＦバイアスの周波数を増大
させたり、あるいは周波数増大とパワー低下とを組み合
わせたりしても良い。

【００４１】実施例４本実施例は、本願の第２の発明を同じくポリサイド・ゲ
ート電極加工に適用し、多結晶シリコン層のエッチング
時に相対的に入射イオン・エネルギーを低下させた例で
ある。まず、図１（ａ）に示されるウェハを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、実施例２と同じ条件でＷＳｉ_x層４をエッ
チングした。

【００４２】次に、一例として下記の条件で多結晶シリ
コン層３をエッチングした。Ｓ₂Ｆ₂流量２０ＳＣＣＭＨ₂Ｓ流量１０ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー３０Ｗ (２ＭＨｚ）ウェハ温度 −７０℃ このエッチング過程では、ウェハ温度を前段の０℃から
−７０℃に低下させることにより、Ｓの堆積が一層促進
されて実質的にエッチング反応系のＳ／Ｆ比が上昇し、
レジスト選択性、下地選択性、異方性が向上した。ま
た、中低温域の冷却を行うことにより、ラジカル反応が
効果的に抑制された。この結果、１００％のオーバーエ
ッチングを行った後でも、ゲート電極５ａの異方性形状
は良好に維持された。

【００４３】なお、本実施例のようにエッチングの途中
でウェハ温度を変更する場合には、本願出願人が先に特
願平２−２０６０１１号明細書に提案しているごとく、
温度設定の異なるウェハ載置電極をそれぞれ収容する複
数のエッチング・チャンバ間で高真空下にウェハを搬送
できるマルチ・チャンバ型の装置を使用することが望ま
しい。これは、単一チャンバ内でウェハ温度を変更する
よりも、マルチ・チャンバ型の装置を使用した方がプロ
セスの安定性やスループットを向上させる上で有利だか
らである。

【００４４】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、たとえばフッ化イオウおよびエッチング
反応系のＳ／Ｆ比を増大させるための化合物として、そ
れぞれ上述のＳ₂Ｆ₂，Ｈ₂，Ｈ₂Ｓ以外の本発明で列
挙される化合物を使用しても、基本的には同様の結果が
得られる。

【００４５】本発明のエッチング方法のあらゆる段階に
おいて使用されるエッチング・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Ａ
ｒ，Ｈｅ等の希ガスを適宜混合しても良い。上述の各実
施例ではポリサイド膜の上層を構成する高融点金属シリ
サイド層がＷＳｉ_x層であったが、これはＭｏＳｉ
_x層，ＴｉＳｉ_x層，ＴａＳｉ_x層等の他の高融点金属
シリサイド層であっても良い。

【００４６】さらに、本願の第２の発明と第３の発明を
組み合わせて実施することにより、より優れた効果を上
げることも可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではポリサイド膜のドライエッチングにおいて、多結
晶シリコン層のエッチング時にＳ／Ｆ比を上昇させた条
件を採用する。これにより、異方性や選択性を向上させ
ることが可能となる。また、上述の工夫に加えて多結晶
シリコン層のエッチング時に入射イオン・エネルギーや
ウェハ温度を相対的に低下させることにより、さらに高
度な異方性エッチングおよび高選択性エッチングを行う
ことが可能となる。

【００４８】本発明は、微細なデザイン・ルールにもと
づいて設計され、高性能および高集積度を有する半導体
装置の製造に好適である。なお本発明は、脱ＣＦＣ対策
として優れたものであることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をポリサイド・ゲート電極加工に適用
した一例をその工程順にしたがって示す概略断面図であ
り、（ａ）はポリサイド膜上にレジスト・マスクが形成
された状態、（ｂ）はＷＳｉ_x層がエッチングされた状
態、（ｃ）は多結晶シリコン層がエッチングされた状
態、（ｄ）はレジスト・マスクと側壁保護膜が除去され
た状態をそれぞれ表す。

【図２】従来のポリサイド・ゲート電極加工の問題点
を説明するための概略断面図であり、（ａ）はポリサイ
ド膜上にレジスト・マスクが形成された状態、（ｂ）は
多結晶シリコン層においてアンダカットが発生した状態
をそれぞれ表す。

【符号の説明】

１・・・シリコン基板２・・・ゲート酸化膜３・・・多結晶シリコン層３ａ・・・多結晶シリコン・パターン４・・・ＷＳｉ_x層４ａ・・・ＷＳｉ_xパターン５・・・ポリサイド膜５ａ・・・ゲート電極６・・・レジスト・マスク７・・・側壁保護膜（Ｓ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多結晶シリコン層と高融点金属シリサイ
ド層とが順次積層されてなるポリサイド膜をエッチング
するドライエッチング方法において、被エッチング基板の温度を室温以下に制御しながら、Ｓ
₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀から選ばれる少なく
とも１種類のフッ化イオウを含む第１のエッチング・ガ
スを用いて少なくとも前記高融点金属シリサイド層をエ
ッチングする工程と、被エッチング基板の温度を室温以下に制御しながら、前
記第１のエッチング・ガスにＨ₂，Ｈ₂Ｓ，シラン系化
合物から選ばれる少なくとも１種類の化合物を添加して
なる第２のエッチング・ガスを用いて前記多結晶シリコ
ン層をエッチングする工程とを有することを特徴とする
ドライエッチング方法。
【請求項２】前記多結晶シリコン層のエッチングは、
前記高融点金属シリサイド層のエッチング時よりも入射
イオン・エネルギーを低下させた条件で行うことを特徴
とする請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項３】前記多結晶シリコン層のエッチングは、
前記高融点金属シリサイド層のエッチング時よりも被エ
ッチング基板の温度を低く維持しながら行うことを特徴
とする請求項１記載のドライエッチング方法。