JPH05182938A

JPH05182938A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH05182938A
Application number: JP35908691A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-12-28
Filing date: 1991-12-28
Publication date: 1993-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】３層レジスト・プロセスにおいて、下層レジ
スト層のエッチング中における下地材料層のスパッタ生
成物の再付着を防止する。【構成】ＳＲＡＭの２層目ポリサイド膜９上で下層レ
ジスト層１０を異方性エッチングして下層レジスト・パ
ターン１０ａを途中まで形成した後、Ｓ₂Ｃｌ₂／Ｈ₂
Ｓ混合ガスを用いて放電処理を行い、そのパターン側壁
面上にＳ（イオウ）からなるサイドウォール１３を形成
する。この後、下層レジスト層１０の残余部を異方性エ
ッチングする。途中、２層目ポリサイド膜９が露出した
時点でそのスパッタ生成物がパターン側壁面へ付着する
可能性があるが、サイドウォール１３により擬似的にテ
ーパー化された側壁面にはイオンが入射しているため、
再付着物層が形成されるには至らない。Ｓの代わりにポ
リチアジル（ＳＮ）_xを堆積させても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング方法に
関し、特に膜厚の大きい有機材料層をエッチングして有
機材料パターンを形成する際に、該有機材料パターンの
側壁面上へ下地材料層のスパッタ生成物が再付着するこ
とを防止する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置のデザイン・ルールがサブミ
クロンからクォーターミクロンのレベルへと高度に微細
化されるに伴い、各種加工技術に対する要求も一段と厳
しさを増している。フォトリソグラフィ技術もその例外
ではない。近年では、高解像度を求めて露光波長が短波
長化され、さらに基板の表面段差が増大していることも
あって、多層レジスト・プロセスの採用が必須となりつ
つある。多層レジスト・プロセスは、基板の表面段差を
吸収するに十分な厚い下層レジスト層と、高解像度を達
成するに十分な薄い上層レジスト層の少なくとも２種類
のレジスト層とを組み合わせて使用する方法である。

【０００３】良く知られた方法としては、Ｊ．Ｖａｃ．
Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，１６，（１９７９），ｐ．１６２
０に報告されている、いわゆる３層レジスト・プロセス
がある。これは、基板の表面段差を平坦化する厚い下層
レジスト層、この下層レジスト層をエッチングする際の
マスクを構成するための無機材料からなる薄い中間層、
およびフォトリソグラフィと現像処理によりパターニン
グされる薄い上層レジスト層の３種類の層を使用するも
のである。このプロセスでは、まず上層レジスト層が所
定の形状にパターニングされ、これをマスクとしてその
下の中間層がＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）によ
りパターニングされ、さらに前記上層レジスト層と中間
層とをマスクとしてＯ₂ガス等を用いるドライエッチン
グにより下層レジスト層がパターニングされる。

【０００４】ところで、Ｏ₂ガスにより有機材料層であ
る下層レジスト層をパターニングする工程においては、
Ｏ^*（酸素ラジカル）による等方的な燃焼反応に起因す
るパターン形状劣化を防止するために、イオン入射エネ
ルギーをある程度高めた条件を採用することが必要とな
る。つまり、低ガス圧かつ高バイアス・パワーといった
条件下でイオンの平均自由行程と自己バイアス電位Ｖ_dc
を増大させ、高い運動エネルギーを有するイオンによる
スパッタ反応が主体となるエッチング機構にもとづいて
高異方性を達成するわけである。

【０００５】ところが、かかるエッチング条件の採用
は、多層レジスト・プロセスの実用化を妨げる主因とも
なっている。この問題を、図６を参照しながら説明す
る。図６は、３層レジスト・プロセスによりＳＲＡＭの
ビット線加工用のレジスト・マスクを形成する場合にお
いて、２層目ポリサイド膜をパターニングするためのマ
スクとなる下層レジスト層が形成された段階のウェハを
示している。

【０００６】ここまでの工程を簡単に説明すると、まず
シャロー・トレンチ型の素子分離領域２２が形成された
シリコン基板２１上にＳｉＯ₂からなるゲート酸化膜を
介して１層目ポリサイド膜によるゲート電極２５を形成
し、さらにＳｉＯ₂層間絶縁膜２６を介して２層目ポリ
サイド膜２９を形成した。ここで、上記１層目ポリサイ
ド膜は多結晶シリコン層２３とＷＳｉ_x層２４とが、ま
た上記２層目ポリサイド膜２９は多結晶シリコン層２７
とＷＳｉ_x層２８とが順次積層されてなるものである。
続いてウェハの全面を下層レジスト層３０で平坦化した
後、ＳＯＧ中間層３１を介して図示されない薄い上層レ
ジスト層を形成した。次に、上記上層レジスト層をフォ
トリソグラフィと現像処理によりパターニングし、得ら
れたパターンをマスクとしてＲＩＥ（反応性イオン・エ
ッチング）を行うことによりＳＯＧ中間層３１のパター
ンを形成し、さらにこれら両パターンをマスクとして下
層レジスト層３０をエッチングした。ここで、薄い上層
レジストのパターンは下層レジスト層３０のエッチング
中に消失するので、その後はＳＯＧ中間層３１のみがマ
スクとなってエッチングが進行するのである。

【０００７】ここで、下層レジスト層３０は、多層レジ
スト・プロセスの趣旨にもとづいてウェハの表面段差を
吸収するに十分な膜厚に形成される層であるから、その
膜厚はウェハ上の場所により大きく異なっており、エッ
チングに要する時間も当然異なる。たとえば、下層レジ
スト層３０の膜厚が薄い領域ａでは、下層レジスト層３
０の膜厚が厚い領域ｂに比べてＷＳｉ_x層２８が早い時
期に露出し、このＷＳｉ_x層２８が大きな入射エネルギ
ーを有するイオンの照射を受けてスパッタ除去される。
スパッタ生成物の一部は、下層レジスト層３０のパター
ン側壁部に再付着し、再付着物層２８ａを形成する。こ
の再付着物層２８ａは、除去が困難であってパーティク
ル汚染源となる他、エッチング・マスクの実質的な線幅
を太らせ、寸法変換差を生ずる原因ともなる。

【０００８】上述のような再付着物の問題は、たとえば
第３３回応用物理学関係連合講演会（１９８６年春季年
会）講演予稿集ｐ．５４２，演題番号２ｐ−Ｑ−８でも
指摘されており、周知のところである。再付着物層２８
の形成を抑制するには入射イオン・エネルギーの低減が
効果的であるのは明白だが、これでは前述の等方的な燃
焼反応が優勢となり、異方性が低下してしまう。

【０００９】このため、入射イオン・エネルギーの低減
と高異方性の達成とを両立し得るレジスト材料層のドラ
イエッチング方法が切望されている。

【００１０】かかる要望に対応する技術として、これま
でに（ａ）Ｎ₂ガスを用いるプロセス、（ｂ）ＥＣＲプ
ラズマを用いる超低圧プロセス、（ｃ）低温エッチング
・プロセス、等が提案されている。しかし、いずれも直
ちに実用化することは困難である。上記（ａ）のＮ₂ガ
スを用いるプロセスは、たとえばＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇ
ｓｏｆ５ｔｈＤｒｙＰｒｏｃｅｓｓＳｙｍｐｏ
ｓｉｕｍ（１９８３年），ｐ．４１に報告されており、
有機物と本来的にラジカル反応を起こしにくいエッチン
グ種であるＮを使用することで、イオン入射エネルギー
を下げた条件でも高異方性を達成しようとするものであ
る。しかし、この低反応性ゆえ、エッチング速度の低下
は免れない。

【００１１】上記（ｂ）のＥＣＲプラズマを用いる超低
圧プロセスは、第３５回応用物理学関係連合講演会（１
９８８年春季年会）講演予稿集ｐ．５０２，演題番号２
８ａ−Ｇ−１２に報告されており、１０^-4〜１０^-5Ｔｏ
ｒｒ台の超低圧下でラジカル生成量を低減させ、実質的
にイオンのみを用いたエッチングを可能とするものであ
る。しかし、イオン化率を考慮すると、実用上十分なエ
ッチング速度を確保することはやはり難しい。また、５
０００リットル／秒クラスの大排気量型ターボ・モレキ
ュラー・ポンプが不可欠であること、上記の低圧領域に
おいて正確な圧力制御を可能とする装置が現状では入手
できないこと等、ハードウェア面の制約も大きい。

【００１２】上記（ｃ）の低温エッチング・プロセス
は、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ｐ．４９６，演題番号２８ａ−Ｇ−
４に報告されており、被処理基板（ウェハ）を低温冷却
することによりラジカル反応を凍結もしくは抑制しよう
とするものである。この方法が原理的には最も優れてい
ると考えられるが、高異方性を確保するためには−１０
０℃もしくはそれ以上にも及ぶ低温冷却が必要となり、
真空シール材の信頼性や温度の制御性等、ハードウェア
面の問題点がまだ多い。

【００１３】以上の問題点に鑑みて、本発明者は高異方
性の達成をラジカル性の低減とイオン性の増強のみに依
存するのではなく、反応生成物による側壁保護を併用し
て達成しようとする技術を各種提案している。つまり、
側壁保護を併用すれば、イオン入射エネルギーを実用的
なエッチング速度を損なわない程度に低減することがで
き、また低温エッチングを行うにしても従来よりも遙か
に室温に近い温度域で同等の効果が得られるからであ
る。

【００１４】たとえば、特開平２−２４４６２５号公報
には、Ｏ₂に塩素（Ｃｌ）系ガスを添加したエッチング
・ガスを使用することにより、下層レジスト層とＣｌ系
ガスとの反応生成物であるＣＣｌ_xを側壁保護膜として
堆積させながら該下層レジスト層の異方性エッチングを
行う技術を開示した。また、特願平２−１９８０４４号
明細書には、ウェハ温度を５０℃以下に制御した状態で
ＮＨ₃を主体とするエッチング・ガスを使用してレジス
ト材料層をエッチングする技術を提案している。ここで
は、少なくともＮ，Ｃ，Ｏを構成元素として含むエッチ
ング反応生成物が側壁保護膜の役割を果たす。

【００１５】さらに、特願平２−２９８１６７号明細書
には、Ｏ₂に臭素（Ｂｒ）系ガスを添加したエッチング
・ガスを使用することにより、下層レジスト層とＢｒ系
ガスとの反応生成物であるＣＢｒ_xを側壁保護膜として
堆積させながら該下層レジスト層の異方性エッチングを
行う技術を提案した。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者が先に提案し
た各ドライエッチング方法は、実用的なエッチング速度
を確保した上で低エネルギーのイオンによる異方性加工
を実用的な温度域で達成したという点において、いずれ
も極めて画期的な技術であった。しかし、半導体装置に
おける基体の表面段差がますます増大している現状で
は、１００％にも及ぶオーバーエッチングが必要とされ
る場合も生じており、下地材料層のスパッタ除去、およ
びそれに伴う再付着物層の形成が従来にも増して深刻な
問題となりつつある。

【００１７】この問題に対処するためには、（ｄ）初め
から再付着物を生成し得ない条件を設定する、（ｅ）再
付着物の生成を極力抑制し得る条件を設定する、もしく
は（ｆ）パターン側壁面上の再付着物を後で除去する、
といった対策が必要となる。上記（ｄ）の初めから再付
着物を生成させない方法としては、オーバーエッチング
時にエッチング・ガスに下地材料層をエッチングできる
化合物を添加することが考えられる。たとえば、本発明
者が先に特開平２−２４４７１８号公報に開示した技術
はその一例であり、アルミニウム（Ａｌ）系材料層を下
地として多層レジスト膜をエッチングする際のオーバー
エッチング時に、エッチング・ガスにＢＣｌ₃を添加し
ている。これにより、パターン側壁部にＡｌ系材料から
なる再付着物層が形成されても、これをＢＣｌ₃により
除去しながら下層レジスト層のオーバーエッチングを行
うことができるのである。

【００１８】上記（ｅ）の再付着物の生成を極力抑制す
る方法としては入射イオン・エネルギーのさらなる低
減化を図ることが考えられる。たとえば、本発明者は特
願平３−２８０３７６号明細書において提案した、ポリ
チアジル（ＳＮ）_xに代表される窒化イオウ系化合物の
強力な側壁保護を利用する技術は、その一例である。さ
らに、上記（ｆ）の再付着物を後で除去する方法として
は、本発明者が先に特願平３−１４４０７９号明細書に
おいて、下地材料層が高融点金属シリサイド層である場
合に、再付着物を塩化物もしくはオキシ塩化物に変化さ
せて加熱除去する方法を提案している。

【００１９】これらの技術は、それぞれに一定の成果を
挙げている。しかし、（ｄ）および（ｆ）の方法は、特
定の種類の下地材料層に対する対策であり、あらゆる下
地材料層に対して普遍的に適用できる技術ではない。そ
の意味では、（ｅ）の方法に普遍性があると言えるが、
パターン側壁面上に一旦堆積してしまった再付着物を除
去する方法を提案するものではない。

【００２０】そこで本発明は、従来の方法とはさらに異
なる発想にもとづき、下地材料層に由来するスパッタ生
成物の再付着を効果的に防止できるドライエッチング方
法を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、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、基板上
に形成された有機材料層を該基板の表面が露出する直前
まで異方的にエッチングすることにより、有機材料パタ
ーンを中途部まで形成する工程と、放電解離条件下でプ
ラズマ中に生成する堆積性物質を前記有機材料パターン
の側壁面上に堆積させ、該有機材料パターンの断面形状
を擬似的にテーパー化させる工程と、前記有機材料層の
残余部を異方的にエッチングして前記有機材料パターン
を完成する工程とを有することを特徴とする。

【００２２】本願の第２の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、前記堆積性物質がイオウであることを特徴と
する。

【００２３】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、前記堆積性物質が窒化イオウ系化合
物であることを特徴とする。

【００２４】

【作用】本発明のポイントは、放電解離条件下でプラズ
マ中に生成する堆積性物質を利用して、エッチングの途
中で有機材料パターンの断面形状を“擬似的に”テーパ
ー化させることにある。つまり、有機材料層を下地の基
板が露出する直前まで異方的にエッチングして垂直壁を
有する有機材料パターンを途中まで形成した後、その側
壁面上にプラズマ中から堆積性物質を堆積させてサイド
ウォールを形成し、しかる後、有機材料層の残余部を除
去するために再び異方性エッチングを行うのである。

【００２５】この堆積性物質からなるサイドウォールの
表面は、イオンの入射方向に対して一定の角度をなして
いる。つまり、この表面にはイオンが入射する。したが
って、有機材料層の残余部のエッチングが進行すると同
時にサイドウォールも徐々に後退してゆく。下地の基板
が露出した時点では、この基板に由来するスパッタ生成
物がサイドウォールの表面に付着するが、入射イオンに
より直ちに除去されるので、再付着物層を形成するまで
には至らない。また、サイドウォール表面のような傾斜
した側壁面に対しては、スパッタ生成物の粒子が飛来し
て付着する際の入射角が垂直壁面に対する場合よりも小
さくなるため、スパッタ生成物の付着そのものも生じに
くくなっている。したがって、後工程においてわざわざ
再付着物の除去を行う必要がないのである。

【００２６】このように、エッチング断面形状をテーパ
ー化させることにより再付着を防止しようとする発想
は、１９９０ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳｙｍ
ｐｏｓｉｕｍｏｎＤｒｙＰｒｏｃｅｓｓ，ｐ．１
０５〜１０８，演題番号Ｖ−３にみることができる。こ
の報告では、Ａｌ系材料層上のＳｉＯ₂層間絶縁膜にビ
アホールを開口する際に、このビアホールの側壁面を意
図的にテーパー化させることにより、下地のＡｌ系材料
層に由来する再付着物層の形成を防止している。テーパ
ー化は、ウェハを約−５０℃に冷却し、ＣＨＦ₃ガスを
用いてエッチング反応と炭素系ポリマーの堆積とを競合
させることにより達成している。つまり、炭素系ポリマ
ーの堆積により実質的なマスク幅が絶えず増大しながら
エッチングが進行するのである。

【００２７】しかし、この技術では、有意なテーパー化
を達成するために過剰な炭素系ポリマーの生成が必要で
あり、パーティクル・レベルを悪化させる懸念が大き
い。しかも、被エッチング材料層自身のエッチング断面
がテーパー化するので、実際に得られるパターン幅とマ
スク幅との間に寸法変換差が発生してしまう。これに対
して今回の発明は、被エッチング材料層である有機材料
層の異方性形状は維持され、エッチング断面のテーパー
化はあくまでも擬似的に行われるのみであるから、寸法
変換差が発生する懸念がない。

【００２８】ところで、本発明で擬似テーパー化のため
に利用される堆積性物質は、特定の条件下でのみ堆積
し、不要時にはパーティクル汚染を残さず容易に除去で
きるものでなければならない。かかる堆積性物質として
本発明者が着目した物質は、イオウ（Ｓ）、および窒化
イオウ系化合物である。Ｓは、条件にもよるがウェハを
おおよそ室温以下の温度に冷却しておけば、放電解離条
件下で遊離のＳを放出し得る化合物を含むエッチング・
ガスを用いて堆積させることができる。堆積したＳは、
絶縁膜の残余部のエッチング時に、入射イオンにスパッ
タされながら徐々に減少する。エッチング終了後に若干
量が残存したとしても、自身が昇華性物質であるため、
ウェハをおおよそ９０℃以上に加熱すれば、容易に除去
することができる。あるいは、レジスト・マスクをアッ
シングする際に、燃焼反応により同時に除去することも
できる。

【００２９】一方、上記窒化イオウ系化合物としては種
々の化合物が知られているが、本発明において特に寄与
が大きいと考えられる代表的な化合物はポリチアジル
（ＳＮ）_xである。（ＳＮ）_xの性質，構造等について
は、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．２９，
ｐ．６３５８〜６３６３（１９７５）に詳述されてい
る。常圧下では２０８℃、減圧下では１４０〜１５０℃
付近まで安定に存在するポリマー状物質であり、結晶状
態ではＳ−Ｎ−Ｓ−Ｎ−…の繰り返し共有結合からなる
主鎖が平行に配向している。しかも、（ＳＮ）_xは減圧
下で１４０〜１５０℃付近まで加熱すれば容易に分解ま
たは昇華し、完全に除去することができる。

【００３０】上記（ＳＮ）_xは、放電解離条件下でプラ
ズマ中に遊離のＳを生成し得るイオウ系化合物と、窒素
系化合物とを含む混合ガスを用いて生成させることがで
きる。また、混合ガスの組成によっては、上記（ＳＮ）
_xのＳ原子上にハロゲン原子が結合したハロゲン化チア
ジルや、チアジル水素等が生成する可能性もある。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００３２】実施例１本実施例は、本願の第２の発明をＳＲＡＭのビット線加
工を行うためのレジスト・マスクの形成に適用し、３層
レジスト・プロセスにおける下層レジスト層をＯ₂／Ｓ
₂Ｃｌ₂／Ｎ₂混合ガスを用いて途中までエッチングし
た後、Ｓ₂Ｃｌ₂／Ｈ₂Ｓ混合ガスを用いる放電処理に
よりＳのサイドウォールを形成し、再びＯ₂／Ｓ₂Ｃｌ
₂／Ｎ₂混合ガスを用いて下層レジスト層の残余部をエ
ッチングした例である。このプロセスを、図１ないし図
５を参照しながら説明する。

【００３３】図１は、エッチング前のウェハの一構成例
を示す概略断面図である。予めシャロー・トレンチ型の
素子分離領域２が形成された単結晶シリコン基板１上
に、ＳｉＯ₂からなるゲートＳｉＯ₂膜を介して１層目
ポリサイド膜によるワード線５が形成されている。この
ワード線５は、下層側の多結晶シリコン層３と上層側の
ＷＳｉ_x（タングステン・シリサイド）層４とが積層さ
れてなるものである。さらに、ウェハの全面はたとえば
ＣＶＤによりＳｉＯ₂を堆積させることにより形成され
た層間絶縁膜６に被覆されており、その上には２層目ポ
リサイド膜９が形成されている。この２層目ポリサイド
膜９は、下層側の多結晶シリコン層７と上層側のＷＳｉ
_x層８とが積層されてなるものであり、ビット線の一部
を構成する。

【００３４】この段階でウェハの表面には大きな表面段
差が生じているが、この段差を吸収して表面を平坦化す
るごとく厚い下層レジスト層１０が形成されている。こ
の下層レジスト層１０は、たとえばノボラック系ポジ型
フォトレジスト（東京応化工業社製；商品名ＯＦＰＲ−
８００）を塗布することにより形成されている。ここ
で、ワード線５の上部であって膜厚の比較的薄い部分を
領域Ａ、それ以外の膜厚の比較的厚い部分を領域Ｂとす
る。領域Ｂにおける下層レジスト層１０の厚さは約１．
０μｍである。

【００３５】下層レジスト層１０の上にはさらに、所定
の形状にパターニングされた厚さ約０．１５μｍの中間
層１１、および厚さ約０．５μｍの上層レジスト層１２
が形成されている。上層レジスト層１２は、一例として
ネガ型３成分化学増幅系レジスト（シプレー社製；商品
名ＳＡＬ−６０１）を塗布した塗膜についてＫｒＦエキ
シマ・レーザ・リソグラフィおよび現像処理を行うこと
により形成した。また上記中間層１１は、ＳＯＧ（東京
応化工業社製；商品名ＯＣＤ−Ｔｙｐｅ２）の塗膜を、
上述の上層レジスト層１２をマスクとしてエッチングす
ることにより形成した。このときのエッチング条件は、
たとえばヘキソード型のＲＩＥ（反応性イオン・エッチ
ング）装置を使用し、ＣＨＦ₃流量７５ＳＣＣＭ，Ｏ₂
流量８ＳＣＣＭ，ガス圧６．５Ｐａ，ＲＦパワー１３５
０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）とした。

【００３６】ここで、上層レジスト層１２および中間層
１１をマスクとして下層レジスト層１０をエッチングす
るため、上記のウェハを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
して下記の条件でエッチングを行った。Ｏ₂流量３０ＳＣＣＭＳ₂Ｃｌ₂流量１０ＳＣＣＭＮ₂流量１０ＳＣＣＭガス圧０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）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 −３０℃（エタノール冷媒使
用）このエッチングは、領域Ａにおいて下地の２層目ポリサ
イド膜９が露出する直前で停止した。この結果、図２に
示されるように、異方性形状を有する下層レジスト・パ
ターン１０ａが途中まで形成された。薄い上層レジスト
層１２は、厚い下層レジスト層１０のエッチング中に消
失した。

【００３７】ところで、上記のエッチング・ガス組成は
本発明者が先に特願平３−２８０３７６号明細書におい
て提案したものである。この組成では、Ｏ₂による上層
レジスト層１２および下層レジスト層１０の燃焼反応が
エッチング反応の基本となるが、かかる低バイアス条件
下でも高異方性が達成されるのは、効率的な側壁保護が
行われるからである。すなわち、Ｓ₂Ｃｌ₂から生成す
るＳとＮ₂との反応により、（ＳＮ）_xを主体とする窒
化イオウ系化合物がプラズマ中に生成し、−３０℃に維
持されたウェハの表面のうちイオンの垂直入射が原理的
に起こらないパターンの側壁部に堆積する。この窒化イ
オウ系化合物が、レジスト材料とＳ₂Ｃｌ₂の反応生成
物であるＣＣｌ_xと共に側壁保護膜（図示せず。）を形
成し、Ｏ^*の攻撃からパターン側壁部を保護するのであ
る。

【００３８】次に、下層レジスト・パターン１０ａの側
壁面を擬似的にテーパー化させるため、一例として下記
の条件で放電処理を行った。Ｓ₂Ｃｌ₂流量２０ＳＣＣＭＨ₂Ｓ流量３０ＳＣＣＭガス圧１．０Ｐａ（７．５ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１０Ｗウェハ温度 −３０℃ 上記過程では、Ｓ₂Ｃｌ₂とＨ₂Ｓから解離生成したＳ
が低温冷却されたウェハの表面に吸着する。ここで、上
記の放電条件はイオンの垂直入射面においてＳの堆積と
スパッタ除去とがバランスするように設定されているた
め、Ｓはもっぱら下層レジスト・パターン１０ａの側壁
面上に選択的に堆積し、図３に示されるようなサイドウ
ォール１３が形成された。

【００３９】なお、上記Ｈ₂Ｓは、自身が生成するＨ^*
でＳ₂Ｃｌ₂から解離生成するＣｌ ^*を捕捉すると共に
自らもＳを放出するので、プラズマ中の見掛け上のＳ／
Ｃｌ比（Ｓ原子数とＣｌ原子数の比）を上昇させ、Ｓの
堆積を促進することに寄与している。

【００４０】次に、下層レジスト層１０の残余部をエッ
チングするため、再びＯ₂／Ｓ₂Ｃｌ₂／Ｎ₂混合ガス
を用いた前述の条件に戻してエッチングを行った。この
エッチング過程では、下層レジスト層１０の残余部のエ
ッチングと並行してサイドウォール１３も後退する。エ
ッチングが進み、図４に示されるように領域Ａにおいて
２層目ポリサイド膜９が露出すると、この２層目ポリサ
イド膜９に由来する若干のスパッタ生成物がサイドウォ
ール１３の表面に付着する可能性がある。しかし、この
スパッタ生成物は入射イオンにより直ちに除去されるの
で、堆積するには至らない。

【００４１】この結果、最終的には図５に示されるよう
に、再付着物層が形成されることなく、垂直壁を有する
下層レジスト・パターン１０ａが完成された。このと
き、条件によってはサイドウォール１３が完全に除去さ
れずに残ることもあるが、このような場合にはウェハを
約９０℃以上に加熱すれば、容易に昇華除去することが
できる。したがって、何らパーティクル汚染が懸念され
るものではない。

【００４２】また、上記プロセスでは、チャンバの内壁
面等にもＳが堆積する可能性があるので、ウェハ温度に
直接影響を与えないチャンバ内部材等には加熱手段を配
設し、おおよそ９０℃以上に加熱できる構成としておく
ことが望ましい。

【００４３】実施例２本実施例は、本願の第３の発明を同様にＳＲＡＭのビッ
ト線加工を行うためのレジスト・マスクの形成に適用し
た例であるが、ここではサイドウォールを窒化イオウ系
化合物により形成した。まず、前出の図１に示されるウ
ェハについて実施例１と同じ条件で下層レジスト層１０
をエッチングし、図２に示されるように、下層レジスト
・パターン１０ａを途中まで形成した。

【００４４】次に、下層レジスト・パターン１０ａの側
壁面を擬似的にテーパー化させるため、一例として下記
の条件で放電処理を行った。Ｓ₂Ｃｌ₂流量１０ＳＣＣＭＮ₂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１０Ｗウェハ温度２０℃ この工程では、Ｓ₂Ｃｌ₂から解離生成したＳとＮ₂と
が反応して（ＳＮ）_xを主体とする窒化イオウ系化合物
が生成し、これが下層レジスト・パターン１０ａの側壁
面上に選択的に堆積することにより、図３に示されるよ
うなサイドウォール１３が形成された。上述の条件で
は、実施例１に比べてウェハ温度が高く設定されてい
る。これは、窒化イオウ系化合物の蒸気圧が概してＳに
比べて低いからである。

【００４５】この後、エッチング条件を元に戻して下層
レジスト層１０の残余部をエッチングしたところ、サイ
ドウォール１３が後退しながら異方性エッチングが進行
し、最終的に図５に示されるように異方性形状を有する
下層レジスト・パターン１０ａが完成された。このと
き、下地のＷＳｉ_x層８に由来する再付着物層は形成さ
れていなかった。エッチング後に残存するサイドウォー
ル１３は、ウェハを約１３０℃に加熱することにより容
易に除去され、何らパーティクル汚染を惹起させること
はなかった。

【００４６】なお、上記プロセスでは、チャンバの内壁
面等にも窒化イオウ系化合物が堆積する可能性があるの
で、ウェハ温度に直接影響を与えないチャンバ内部材等
には加熱手段を配設し、おおよそ１３０℃以上に加熱で
きる構成としておくことが望ましい。また、上述のプロ
セスでは下層レジスト層１０のエッチング工程とサイド
ウォール１３の堆積工程のウェハ温度が異なるので、ウ
ェハ載置電極の温度設定の異なる２種類の処理チャンバ
がゲート・バルブを介して接続されてなるマルチ・チャ
ンバ型の装置を使用することが、スループットを向上さ
せる観点から特に望ましい。

【００４７】以上、本発明を２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
ものではない。たとえば、サイドウォールを形成するた
めの放電処理においてＳの供給源として使用される化合
物としては、上述のＳ₂Ｃｌ₂の他、Ｓ₃Ｃｌ₂，ＳＣ
ｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂等を使用する
こともできる。特に後三者のような臭化イオウを使用す
る場合には、上層レジスト層との反応生成物である蒸気
圧の低いＣＢｒ_xも側壁保護に利用することができ、一
層の低バイアス化が可能となる。

【００４８】ガス系のＳ／Ｘ比〔Ｓ原子数とハロゲン
（Ｘ）原子数の比〕を上昇させるために添加される化合
物も、上述のＨ₂Ｓに限られず、Ｈ₂やシラン系化合物
等であっても良い。さらに、窒化イオウ系化合物を堆積
させる際のＮの供給源としては、上述のＮ₂の他、ＮＯ
_x，ＮＣｌ₃等を使用することもできる。ＮＨ₃は、固
体物質である硫化アンモニウムの生成にＳを消費してし
まう可能性が高いので、この目的には適さない。

【００４９】その他、ウェハの構成、エッチング条件、
使用する装置、エッチング・ガスの組成等は適宜変更可
能である。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば有機材料パターンの断面形状をＳや窒化イオ
ウ系化合物の堆積を利用して疑似的にテーパー化させる
ことにより、下地材料層に由来するスパッタ生成物の再
付着を効果的に防止することができる。このため、異方
性形状を有する有機材料パターンを寸法変換差を発生さ
せず、しかもクリーンな条件下で形成することができ、
多層レジスト・プロセスの実用性を真に高めることがで
きる。

【００５１】本発明は、微細なデザイン・ルールにもと
づいて設計され、高集積度，高性能，高信頼性を要求さ
れる半導体装置の製造において極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をＳＲＡＭのビット線加工を行うための
レジスト・マスクの形成に適用したプロセス例におい
て、上層レジスト層をマスクとして中間層がパターニン
グされた状態を示す概略断面図である。

【図２】図１の上層レジスト層と中間層とをマスクとし
て下層レジスト層を異方性エッチングし、下層レジスト
・パターンが途中まで形成された状態を示す概略断面図
である。

【図３】図２の下層レジスト・パターンの側壁面上にサ
イドウォールが形成された状態を示す概略断面図であ
る。

【図４】図３の下層レジスト層の残余部が異方性エッチ
ングされる途中状態を示す概略断面図である。

【図５】図４の下層レジスト層の残余部が全て異方性エ
ッチングされ、下層レジスト・パターンが完成された状
態を示す概略断面図である。

【図６】ＳＲＡＭのビット線加工を行うためのレジスト
・マスクを形成する従来のプロセス例において、下層レ
ジスト・パターンの側壁面上に下地の２層目ポリサイド
膜に由来する再付着物層が形成された状態を示す概略断
面図である。

【符号の説明】

６・・・ＳｉＯ₂層間絶縁膜７・・・（２層目ポリサイド膜の）多結晶シリコン
層８・・・（２層目ポリサイド膜の）ＷＳｉ_x層９・・・２層目ポリサイド膜１０・・・下層レジスト層１０ａ・・・下層レジスト・パターン１１・・・中間層１２・・・上層レジスト層１３・・・サイドウォール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された有機材料層を該基板
の表面が露出する直前まで異方的にエッチングすること
により、有機材料パターンを中途部まで形成する工程
と、放電解離条件下でプラズマ中に生成する堆積性物質を前
記有機材料パターンの側壁面上に堆積させ、該有機材料
パターンの断面形状を擬似的にテーパー化させる工程
と、前記有機材料層の残余部を異方的にエッチングして前記
有機材料パターンを完成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】前記堆積性物質がイオウであることを特
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】前記堆積性物質が窒化イオウ系化合物で
ある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。