JPH05136102A - 高融点金属膜のエツチング方法 - Google Patents
高融点金属膜のエツチング方法Info
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- JPH05136102A JPH05136102A JP32688991A JP32688991A JPH05136102A JP H05136102 A JPH05136102 A JP H05136102A JP 32688991 A JP32688991 A JP 32688991A JP 32688991 A JP32688991 A JP 32688991A JP H05136102 A JPH05136102 A JP H05136102A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明は、高融点金属を選択的にエッチン
グでき、微細加工に適する高融点金属膜のエッチング方
法を提供することを目的とする。 【構成】 真空チャンバー内に反応ガスを導入し、真空
チャンバー内に形成したプラズマ中で反応ガスとポリシ
リコン膜２の上に形成されたタングステン膜３とを反応
させて昇華させる高融点金属膜のエッチング方法におい
て、反応ガスとして炭酸ガスあるいは一酸化炭素ガスを
用いる。
グでき、微細加工に適する高融点金属膜のエッチング方
法を提供することを目的とする。 【構成】 真空チャンバー内に反応ガスを導入し、真空
チャンバー内に形成したプラズマ中で反応ガスとポリシ
リコン膜２の上に形成されたタングステン膜３とを反応
させて昇華させる高融点金属膜のエッチング方法におい
て、反応ガスとして炭酸ガスあるいは一酸化炭素ガスを
用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置の製造方法
等に適用される高融点金属膜の配線形成時のエッチング
に係り、特に、ポリシリコン膜のサイドエッチングを防
止できるとともに、微細加工に適する高融点金属膜のエ
ッチング方法に関する。
等に適用される高融点金属膜の配線形成時のエッチング
に係り、特に、ポリシリコン膜のサイドエッチングを防
止できるとともに、微細加工に適する高融点金属膜のエ
ッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、集積回路の微細化及び高密度化の
進歩には目を見張るべきものがある。例えば、シリコン
を用いた高密度記憶装置は、年々微細化、高密度化され
てきており、このような記憶装置を駆動するトランジス
タは微細化することにより消費電力を少なくできるとと
もに、高速化を図ることができるので、その微細化及び
高密度化は今後も積極的に進められると予想される。
進歩には目を見張るべきものがある。例えば、シリコン
を用いた高密度記憶装置は、年々微細化、高密度化され
てきており、このような記憶装置を駆動するトランジス
タは微細化することにより消費電力を少なくできるとと
もに、高速化を図ることができるので、その微細化及び
高密度化は今後も積極的に進められると予想される。
【０００３】ところで、トランジスタのゲート電極材料
としては、従来ポリシリコンが用いられているが、最大
限不純物を添加してもその比抵抗が１０-3Ωcm程度にし
かならないので、デバイスの微細化を図れば図るほど配
線遅延が顕著になる。
としては、従来ポリシリコンが用いられているが、最大
限不純物を添加してもその比抵抗が１０-3Ωcm程度にし
かならないので、デバイスの微細化を図れば図るほど配
線遅延が顕著になる。
【０００４】そこで、微細化に伴う配線遅延を減少させ
るため、新たなゲート電極材料として、タングステン、
モリブデン等の高融点金属のシリサイドと、高融点金属
とを組み合わせたものが考案されている。例えば、図２
に示すように、基板１上にポリシリコン膜２、モリブデ
ンシリサイド膜３ａ、モリブデン膜３ｂを順に積層した
多層ゲート構造が考案されている。
るため、新たなゲート電極材料として、タングステン、
モリブデン等の高融点金属のシリサイドと、高融点金属
とを組み合わせたものが考案されている。例えば、図２
に示すように、基板１上にポリシリコン膜２、モリブデ
ンシリサイド膜３ａ、モリブデン膜３ｂを順に積層した
多層ゲート構造が考案されている。
【０００５】このような高融点金属のパターンを形成す
る方法としては、真空チャンバー内に反応ガスを導入
し、該真空チャンバー内で強い電磁場を形成することに
より発生させたプラズマ中で反応ガスと高融点金属膜と
を反応させ、その生成物を昇華させるドライエッチング
が採用される。
る方法としては、真空チャンバー内に反応ガスを導入
し、該真空チャンバー内で強い電磁場を形成することに
より発生させたプラズマ中で反応ガスと高融点金属膜と
を反応させ、その生成物を昇華させるドライエッチング
が採用される。
【０００６】この高融点金属のドライエッチングに用い
る反応ガスとしては、高融点金属のハロゲン化物が高い
蒸気圧を持つことから、ハロゲン元素を含むガスが用い
られている。ハロゲン元素を含むガスとしては、塩素ガ
ス、塩化水素ガス等の塩素系のガス、６フッ化硫黄、４
フッ化炭素等のフッ素系ガスなどがその例として挙げら
れる。
る反応ガスとしては、高融点金属のハロゲン化物が高い
蒸気圧を持つことから、ハロゲン元素を含むガスが用い
られている。ハロゲン元素を含むガスとしては、塩素ガ
ス、塩化水素ガス等の塩素系のガス、６フッ化硫黄、４
フッ化炭素等のフッ素系ガスなどがその例として挙げら
れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、塩素系
の反応ガスを用いる場合には、腐食性が高く、毒性も強
いので取扱いには高度の注意が必要である。
の反応ガスを用いる場合には、腐食性が高く、毒性も強
いので取扱いには高度の注意が必要である。
【０００８】また、塩素系の反応ガスを用いてポリシリ
コンと高融点金属とを組み合わせた電極を作成する場
合、ポリシリコンと塩素との反応性が高いため、高融点
金属膜を選択的にエッチングする選択性が低く、プロセ
スの制御性が低いという問題がある。
コンと高融点金属とを組み合わせた電極を作成する場
合、ポリシリコンと塩素との反応性が高いため、高融点
金属膜を選択的にエッチングする選択性が低く、プロセ
スの制御性が低いという問題がある。
【０００９】すなわち、高融点金属膜のみをエッチング
することが困難で、例えば図２に示すように、レジスト
パターン４をマスクとして高融点金属膜３ｂ，３ａがエ
ッチングされた後、これに引き続いてポリシリコン膜２
までエッチングが進行する。
することが困難で、例えば図２に示すように、レジスト
パターン４をマスクとして高融点金属膜３ｂ，３ａがエ
ッチングされた後、これに引き続いてポリシリコン膜２
までエッチングが進行する。
【００１０】しかも、ポリシリコン膜２に適合したエッ
チング条件でエッチングが行われないため、ポリシリコ
ン膜２のサイドエッチング２ａが発生したり、ポリシリ
コン膜２の更に下側のシリコン基板１までエッチングが
進むことがある。
チング条件でエッチングが行われないため、ポリシリコ
ン膜２のサイドエッチング２ａが発生したり、ポリシリ
コン膜２の更に下側のシリコン基板１までエッチングが
進むことがある。
【００１１】尚、図２（ａ）はエッチングの開始状態、
図２（ｂ）はエッチング中の状態、図２（ｃ）はエッチ
ングの終了状態を夫々示す。
図２（ｂ）はエッチング中の状態、図２（ｃ）はエッチ
ングの終了状態を夫々示す。
【００１２】また、このようにプロセスの制御性が低い
結果、微細加工をすることに大きな限界が生じる。
結果、微細加工をすることに大きな限界が生じる。
【００１３】フッ素系の反応ガスを用いる場合には、多
量のフッ素ラジカルが発生するので逆テーパーが入りや
すく、またポリシリコンとの反応性も高いので塩素系の
反応ガスを用いる場合と同様にプロセスの制御性が低
く、ポリシリコン膜２にサイドエッチング２ａが入った
り、シリコン基板１までエッチングが進んだりすること
があり、塩素系の反応ガスを用いる場合と同様に、微細
加工をすることに大きな限界がある。
量のフッ素ラジカルが発生するので逆テーパーが入りや
すく、またポリシリコンとの反応性も高いので塩素系の
反応ガスを用いる場合と同様にプロセスの制御性が低
く、ポリシリコン膜２にサイドエッチング２ａが入った
り、シリコン基板１までエッチングが進んだりすること
があり、塩素系の反応ガスを用いる場合と同様に、微細
加工をすることに大きな限界がある。
【００１４】この発明は、上記の事情を鑑みてなされた
ものであり、高融点金属を選択的にエッチングでき、微
細加工に適する高融点金属膜のエッチング方法を提供す
ることを目的とする。
ものであり、高融点金属を選択的にエッチングでき、微
細加工に適する高融点金属膜のエッチング方法を提供す
ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明は、真空チャン
バー内に反応ガスを導入し、真空チャンバー内に形成し
たプラズマ中で反応ガスとシリコン系の下地の上に形成
された高融点金属膜とを反応させて昇華させる高融点金
属膜のエッチング方法において、反応ガスとして炭酸ガ
ス（ＣＯ2）あるいは一酸化炭素（ＣＯ）を用いること
を特徴とする。
バー内に反応ガスを導入し、真空チャンバー内に形成し
たプラズマ中で反応ガスとシリコン系の下地の上に形成
された高融点金属膜とを反応させて昇華させる高融点金
属膜のエッチング方法において、反応ガスとして炭酸ガ
ス（ＣＯ2）あるいは一酸化炭素（ＣＯ）を用いること
を特徴とする。
【００１６】
【作用】ＣＯ2あるいはＣＯは、プラズマ中でＣＯ活性
種（ＣＯ＊）となり、タングステン、モリブデン等の高
融点金属と反応してヘキサカルボニルタングステン〔Ｗ
（ＣＯ）6〕、ヘキサカルボニルモリブデン〔Ｍｏ（Ｃ
Ｏ）6〕となる。ヘキサカルボニルタングステン、ヘキ
サカルボニルモリブデンの昇華点は、常圧ではそれぞれ
約１５０℃であるが、減圧下に置くと約５０℃程度で昇
華が始まり、チャンバーから排出されるガスとともにチ
ャンバー外に除去される。
種（ＣＯ＊）となり、タングステン、モリブデン等の高
融点金属と反応してヘキサカルボニルタングステン〔Ｗ
（ＣＯ）6〕、ヘキサカルボニルモリブデン〔Ｍｏ（Ｃ
Ｏ）6〕となる。ヘキサカルボニルタングステン、ヘキ
サカルボニルモリブデンの昇華点は、常圧ではそれぞれ
約１５０℃であるが、減圧下に置くと約５０℃程度で昇
華が始まり、チャンバーから排出されるガスとともにチ
ャンバー外に除去される。
【００１７】一旦昇華したヘキサカルボニルタングステ
ン、ヘキサカルボニルモリブデンがチャンバー内で凝固
し、再堆積することが考えられるが、基板の温度を減圧
下の昇華点以上の温度、例えば７０℃程度にすることに
より、この再堆積は防止できる。
ン、ヘキサカルボニルモリブデンがチャンバー内で凝固
し、再堆積することが考えられるが、基板の温度を減圧
下の昇華点以上の温度、例えば７０℃程度にすることに
より、この再堆積は防止できる。
【００１８】一方、ＣＯ活性種（ＣＯ＊）はポリシリコ
ン、単結晶シリコン等のシリコン（Ｓｉ）とは蒸気圧の
高い化合物を形成しないので、高融点金属を選択的にエ
ッチングでき、高いプロセスの制御性が得られる。
ン、単結晶シリコン等のシリコン（Ｓｉ）とは蒸気圧の
高い化合物を形成しないので、高融点金属を選択的にエ
ッチングでき、高いプロセスの制御性が得られる。
【００１９】
【実施例】以下、この発明方法の実施例を図面に基づき
具体的に説明する。図１はこの発明による高融点金属膜
のエッチングの実施例である。図１（ａ）はエッチング
の開始状態、図１（ｂ）はエッチング中の状態、図１
（ｃ）はエッチングの終了状態を夫々示す。
具体的に説明する。図１はこの発明による高融点金属膜
のエッチングの実施例である。図１（ａ）はエッチング
の開始状態、図１（ｂ）はエッチング中の状態、図１
（ｃ）はエッチングの終了状態を夫々示す。
【００２０】この実施例では、図１（ａ）に示すよう
に、シリコンを主成分とする基板１の表面にポリシリコ
ン膜２、タングステン膜３を順次形成し、更に、レジス
トパターン４を形成したウェハのタングステン膜３を公
知のＭＲＩＥ（マグネトロン・リアクティブ・イオン・
エッチング）装置を用い、ＣＯ2を反応ガスに用いてエ
ッチングを行う。
に、シリコンを主成分とする基板１の表面にポリシリコ
ン膜２、タングステン膜３を順次形成し、更に、レジス
トパターン４を形成したウェハのタングステン膜３を公
知のＭＲＩＥ（マグネトロン・リアクティブ・イオン・
エッチング）装置を用い、ＣＯ2を反応ガスに用いてエ
ッチングを行う。
【００２１】エッチング条件は、チャンバー内圧２０ｍ
Ｔｏｒｒ、印加電力３００Ｗ、印加磁力１００Ｇ、ＣＯ
2流量３０sccm、基板温度７０℃とした。
Ｔｏｒｒ、印加電力３００Ｗ、印加磁力１００Ｇ、ＣＯ
2流量３０sccm、基板温度７０℃とした。
【００２２】チャンバー内で形成されるプラズマ中でＣ
Ｏ2はＣＯ活性種（ＣＯ＊）となり、タングステンと反
応してヘキサカルボニルタングステン〔Ｗ（ＣＯ）6〕
を生成する。このヘキサカルボニルタングステンの昇華
点は常圧では約１５０℃であるが、２０ｍＴｏｒｒの減
圧下では約５０℃程度で昇華する。これによりタングス
テン膜３が図１（ｂ）に示すようにエッチングされ、昇
華したヘキサカルボニルタングステンはＣＯ2の流れに
乗ってチャンバー外に排出される。
Ｏ2はＣＯ活性種（ＣＯ＊）となり、タングステンと反
応してヘキサカルボニルタングステン〔Ｗ（ＣＯ）6〕
を生成する。このヘキサカルボニルタングステンの昇華
点は常圧では約１５０℃であるが、２０ｍＴｏｒｒの減
圧下では約５０℃程度で昇華する。これによりタングス
テン膜３が図１（ｂ）に示すようにエッチングされ、昇
華したヘキサカルボニルタングステンはＣＯ2の流れに
乗ってチャンバー外に排出される。
【００２３】一旦昇華したヘキサカルボニルタングステ
ンがチャンバー内で凝固し、再堆積することが考えられ
るが、基板１の温度を７０℃程度にしているので、凝固
し再堆積したヘキサカルボニルタングステンが再び昇華
するので、上記のような再堆積は防止される。
ンがチャンバー内で凝固し、再堆積することが考えられ
るが、基板１の温度を７０℃程度にしているので、凝固
し再堆積したヘキサカルボニルタングステンが再び昇華
するので、上記のような再堆積は防止される。
【００２４】タングステン膜３のエッチングは、図１
（ｃ）に示すように、下地のポリシリコン膜２の表面が
露出するまで続く。
（ｃ）に示すように、下地のポリシリコン膜２の表面が
露出するまで続く。
【００２５】ＣＯ活性種（ＣＯ＊）はポリシリコン、単
結晶シリコン等のシリコン（Ｓｉ）とは蒸気圧の高い化
合物を形成しないので、ポリシリコン膜２のエッチング
の進行は著しく遅くなる。
結晶シリコン等のシリコン（Ｓｉ）とは蒸気圧の高い化
合物を形成しないので、ポリシリコン膜２のエッチング
の進行は著しく遅くなる。
【００２６】すなわち、この実施例でのタングステン膜
３のエッチングレートはポリシリコン膜２のエッチング
レートに比べると５０倍以上の８０〜１００ｎｍ／ｍｉ
ｎであり、選択比が高く、プロセスの制御性が高められ
る結果、タングステン膜３を選択的にエッチングでき
る。
３のエッチングレートはポリシリコン膜２のエッチング
レートに比べると５０倍以上の８０〜１００ｎｍ／ｍｉ
ｎであり、選択比が高く、プロセスの制御性が高められ
る結果、タングステン膜３を選択的にエッチングでき
る。
【００２７】また、ＣＯ2は従来使用されていたハロゲ
ン系の反応ガス、特に塩素系のガスに比べて、毒性が格
段に低く、エッチング作業上の注意が軽減されるととも
に、安全性を高めることができる。
ン系の反応ガス、特に塩素系のガスに比べて、毒性が格
段に低く、エッチング作業上の注意が軽減されるととも
に、安全性を高めることができる。
【００２８】更に、ＣＯ2は腐食性はないので、配管内
の腐食などの設備の経時変化が少なく設備の寿命を長く
できる。
の腐食などの設備の経時変化が少なく設備の寿命を長く
できる。
【００２９】上記の一実施例では、ＭＲＩＥ装置を用い
てエッチングを行ったが、通常形ＲＩＥ（リアクティブ
・イオン・エッチング）装置、トライオード構造ＲＩＥ
装置、マイクロウェーブ応用ＲＩＥ装置等の反応性イオ
ンエッチング装置やプラズマエッチング装置等を用い同
様にエッチングすることが可能である。
てエッチングを行ったが、通常形ＲＩＥ（リアクティブ
・イオン・エッチング）装置、トライオード構造ＲＩＥ
装置、マイクロウェーブ応用ＲＩＥ装置等の反応性イオ
ンエッチング装置やプラズマエッチング装置等を用い同
様にエッチングすることが可能である。
【００３０】また、上記の一実施例では反応ガスとして
ＣＯ2を用いたが、ＣＯ2と同様にプラズマ中でＣＯ活性
種（ＣＯ＊）が得られるＣＯを反応ガスとして用いるこ
とも可能である。
ＣＯ2を用いたが、ＣＯ2と同様にプラズマ中でＣＯ活性
種（ＣＯ＊）が得られるＣＯを反応ガスとして用いるこ
とも可能である。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、プラ
ズマ中で、ダングステン、モリブデン等の高融点金属と
ポリシリコンとの選択比が大きいＣＯ活性種を生成する
ＣＯ2あるいはＣＯを反応ガスとして使用しているの
で、プロセスの制御性が高められ、高融点金属のみを選
択的にエッチングでき、シリコン系下地へのエッチング
の進行やポリシリコン膜のサイドエッチングの発生を防
止することができるから、高融点金属の微細加工に適す
る。
ズマ中で、ダングステン、モリブデン等の高融点金属と
ポリシリコンとの選択比が大きいＣＯ活性種を生成する
ＣＯ2あるいはＣＯを反応ガスとして使用しているの
で、プロセスの制御性が高められ、高融点金属のみを選
択的にエッチングでき、シリコン系下地へのエッチング
の進行やポリシリコン膜のサイドエッチングの発生を防
止することができるから、高融点金属の微細加工に適す
る。
【００３２】また、ＣＯ2あるいはＣＯはハロゲン系の
反応ガスに比べれば毒性が格段に低いので、エッチング
作業上の注意が軽減されるとともに、安全性を高めるこ
とができる。
反応ガスに比べれば毒性が格段に低いので、エッチング
作業上の注意が軽減されるとともに、安全性を高めるこ
とができる。
【００３３】更に、ＣＯ2あるいはＣＯはハロゲン系の
反応ガスとは異なり、腐食性が内ので、装置の寿命が長
くなる。
反応ガスとは異なり、腐食性が内ので、装置の寿命が長
くなる。
【図１】この発明の一実施例の原理をエッチングの進行
順に示す説明図である。
順に示す説明図である。
【図２】従来のエッチング方法をそのエッチングの進行
順に示す説明図である。
順に示す説明図である。
２ ポリシリコン膜 ３ タングステン膜 ＣＯ＊ ＣＯ活性種
Claims (1)
- 【請求項１】 真空チャンバー内に反応ガスを導入し、
真空チャンバー内に形成したプラズマ中で反応ガスとシ
リコン系の下地の上に形成された高融点金属膜とを反応
させて昇華させる高融点金属膜のエッチング方法におい
て、反応ガスとして炭酸ガスあるいは一酸化炭素ガスを
用いることを特徴とする高融点金属膜のエッチング方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32688991A JPH05136102A (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 高融点金属膜のエツチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32688991A JPH05136102A (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 高融点金属膜のエツチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05136102A true JPH05136102A (ja) | 1993-06-01 |
Family
ID=18192876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32688991A Pending JPH05136102A (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 高融点金属膜のエツチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05136102A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5853602A (en) * | 1996-02-16 | 1998-12-29 | Nec Corporation | Method of dry etching for patterning refractory metal layer improved in etching rate, anisotropy and selectivity to silicon oxide |
-
1991
- 1991-11-14 JP JP32688991A patent/JPH05136102A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5853602A (en) * | 1996-02-16 | 1998-12-29 | Nec Corporation | Method of dry etching for patterning refractory metal layer improved in etching rate, anisotropy and selectivity to silicon oxide |
| EP0790643A3 (en) * | 1996-02-16 | 1999-03-17 | Nec Corporation | Method of dry etching for patterning refractory metal layer improved in etching rate, anisotropy and selectivity to silicon oxide |
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