JPH05283374A - ドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＳｉＯ₂ 層間絶縁膜に微細な接続孔を開口す
る際のマイクロローディング効果を防止する。 【構成】 高次フルオロカーボン化合物を用いてＳｉＯ
₂ 層間絶縁膜２を炭素系ポリマーの側壁保護効果を利用
しながらエッチングする場合、開口径の小さい第１の接
続孔２ａの内部ではこのＳｉＯ₂ 層間絶縁膜２からスパ
ッタ放出される酸素原子の量が少なくなり、炭素系ポリ
マーの燃焼除去効率が低下して過剰に堆積し易くなる。
これは、接続孔の側壁面のテーパー化や、エッチング速
度の低下の原因となる。そこで、レジスト・マスク３や
下層配線１に対する選択性を低下させない範囲でガス系
に酸素系化合物を添加し、炭素系ポリマーの過剰な堆積
を防止する。具体的には、ｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ （オクタフルオ
ロシクロブタン）／Ｏ₂ 混合ガスが使用できる。

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
マイクロローディング効果を抑制しながらシリコン化合
物層の高選択，低ダメージ，低汚染エッチングを行う方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、酸化シリコン（ＳｉＯ_x ）に代表されるシリコ
ン化合物層のドライエッチングについても技術的要求が
ますます厳しくなってきている。

【０００３】まず、高集積化によりデバイス・チップの
面積が拡大しウェハが大口径化していること、形成すべ
きパターンが高度に微細化されウェハ面内の均一処理が
要求されていること、またＡＳＩＣに代表されるように
多品種少量生産が要求されていること等の背景から、ド
ライエッチング装置の主流は従来のバッチ式から枚葉式
に移行しつつある。この際、従来と同等の生産性を維持
するためには、ウェハ１枚当たりのエッチング速度を大
幅に向上させなければならない。

【０００４】また、デバイスの高速化や微細化を図るた
めに不純物拡散領域の接合深さが浅くなり、また各種の
材料層も薄くなっている状況下では、従来以上に対下地
選択性に優れダメージの少ないエッチング技術が要求さ
れる。たとえば、半導体基板内に形成された不純物拡散
領域や、ＳＲＡＭの抵抗負荷素子として用いられるＰＭ
ＯＳトランジスタのソース・ドレイン領域等にコンタク
トを形成しようとする場合等に、シリコン基板や多結晶
シリコン層を下地としてＳｉＯ₂ 層間絶縁膜をエッチン
グするプロセスがその好例である。

【０００５】さらに、対レジスト選択比の向上も重要な
課題である。これは、サブミクロン・デバイスでは、レ
ジストの後退によるわずかな寸法変換差の発生も許容さ
れなくなってきているからである。

【０００６】従来からＳｉＯ_x 系材料層のエッチング
は、強固なＳｉ−Ｏ結合を切断するために、イオン性を
高めたモードで行われている。典型的なエッチング・ガ
スは、ＣＨＦ₃ ，ＣＦ₄ 等であり、これらから生成する
ＣＦ_x ⁺ 等のイオンの入射エネルギーを異方性加工に利
用している。しかし、高速エッチングを行うためにはこ
の入射イオン・エネルギーを高めることが必要であり、
エッチング反応が物理的なスパッタ反応に近くなるた
め、高速性と選択性とが常に背反していた。

【０００７】そこで通常は、エッチング・ガスにＨ₂ や
堆積性の炭化水素系化合物等を添加してエッチング反応
系の見掛け上のＣ／Ｆ比（炭素原子数とフッ素原子数の
比）を増大させ、エッチング反応と競合して起こる炭素
系ポリマーの堆積を促進することにより、高選択性を達
成している。

【０００８】これら従来のエッチング・ガスに代わり、
本願出願人は先に特願平２−７５８２８号明細書におい
て、炭素数２以上の飽和ないし不飽和の高次鎖状フルオ
ロカーボン化合物を使用するシリコン化合物層のドライ
エッチング方法を提案している。これは、Ｃ₂ Ｆ₆ ，Ｃ
₃ Ｆ₈ ，Ｃ₄ Ｆ₁₀，Ｃ₄ Ｆ₈ 等のフルオロカーボン化合
物を使用することによりＣＦ_x ⁺ を効率良く生成させ、
エッチングの高速化を図ったものである。ただし、高次
鎖状フルオロカーボン化合物を単独で使用するのみでは
Ｆ^* の生成量も多くなり、対レジスト選択比および対シ
リコン下地選択比を十分に大きくとることができない。
たとえばＣ₃ Ｆ₈ をエッチング・ガスとしてシリコン基
板上のＳｉＯ_x 層をエッチングした場合、高速性は達成
されるものの、対レジスト選択比が１．３程度と低く、
エッチング耐性が不足する他、パターン・エッジの後退
により寸法変換差が発生してしまう。また、対シリコン
選択比も４．２程度であるので、オーバーエッチング耐
性にも問題が残る。

【０００９】そこで、これらの問題を解決するために上
記の先行技術では高次鎖状フルオロカーボン化合物単独
によるエッチングは下地が露出する直前で停止し、シリ
コン化合物層の残余部をエッチングする際には炭素系ポ
リマーの堆積を促進するために上記化合物にさらにＣ₂
Ｈ₄ （エチレン）等の炭化水素系化合物を添加するとい
う、２段階エッチングが行われている。これは、エッチ
ング反応系内にＣ原子を補給すると共に、プラズマ中に
生成するＨ^* で過剰のＦ^* を消費してＨＦに変化させ、
見掛け上のＣ／Ｆ比を高めることを目的としているので
ある。

【００１０】しかしながら、半導体装置のデザイン・ル
ールが高度に微細化されている現状では、既にエッチン
グ・マスクとの寸法変換差がほとんど許容できなくなり
つつあり、上述のような２段階エッチングを行うにして
も、１段目のエッチングにおける選択比をさらに向上さ
せることが必要となる。また、今後より一層微細化が進
行するに伴い、炭素系ポリマーによるパーティクル汚染
の影響が深刻化することも考えられるので、２段目のエ
ッチングにおける堆積性ガスの使用量もできるだけ低減
させたいところである。

【００１１】かかる観点から、本発明者は先に特願平２
−２９５２２５号明細書において、被処理基板の温度を
５０℃以下に制御した状態で、分子内に少なくとも１個
の不飽和結合を有する鎖状不飽和フルオロカーボン化合
物を用いてシリコン化合物層をエッチングする技術を提
案している。上記鎖状不飽和フルオロカーボン化合物と
は、たとえばＣ₄ Ｆ₈ （オクタフルオロブテン）やＣ₃
Ｆ₆ （ヘキサフルオロプロペン）等である。これらの化
合物は、放電解離により理論上は１分子から２個以上の
ＣＦ_x ⁺ を生成するので、ＳｉＯ_x を高速にエッチング
することができる。また、分子内に不飽和結合を有する
ことから解離により高活性なラジカルを生成させ易く、
炭素系ポリマーの重合が促進される。しかも、被処理基
板の温度が５０℃以下に制御されていることにより、上
記炭素系ポリマーの堆積が促進される。

【００１２】この技術により、堆積性ガスを用いること
なく対レジスト選択性および対シリコン下地選択性を大
幅に向上させることができ、パーティクル汚染も低減す
ることができた。

【００１３】さらに、本願出願人は先に特願平３−４０
９６６号明細書において、分子構造の少なくとも一部に
環状部を有する飽和ないし不飽和フルオロカーボン化合
物を含むエッチング・ガスを用いる方法を提案してい
る。この場合のフルオロカーボン化合物は、環状部を有
することから１分子中の炭素原子数が３以上であり、効
率良くＣＦ_x ⁺ を生成して高速エッチングを可能とす
る。また、同じ炭素数の鎖状分子よりもＦ原子が２個以
上少ないので、Ｃ／Ｆ比が上昇してやはり炭素系ポリマ
ーを堆積させ易い。したがって、やはり堆積性ガスを用
いることなく高選択エッチングを行うことができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、本発明
者が先に提案した各種の高次フルオロカーボン化合物を
使用するドライエッチング方法は、従来の技術に比べれ
ば極めて大きなメリットを生み出すものであった。しか
し、今後、半導体装置のデザイン・ルールがさらに微細
化されると、たとえば被エッチング面積がウェハ面積の
５％にも満たなくなるようなホール加工では、マイクロ
ローディング効果を抑制する必要性が特に高まってく
る。この問題を、図３を参照しながら説明する。

【００１５】図３（ａ）は、一例として下層配線１１上
にＳｉＯ₂ 層間絶縁膜１２が形成され、さらにその上に
所定の形状にパターニングされたレジスト・マスク１３
が形成された状態のウェハを示している。ここで、上記
レジスト・マスク１３には、開口径約０．３５μｍの第
１の開口部１３ａと、開孔径約０．８μｍの第２の開口
部１３ｂが形成されている。

【００１６】次に、従来公知の高次フルオロカーボン化
合物系を用いて上記ＳｉＯ_x 層間絶縁膜１２をエッチン
グすると、図３（ｂ）に示されるように、第２の開口部
１３ｂの内部では炭素系ポリマーからなる側壁保護膜１
４が形成されながら高速異方性エッチングが進行し、第
２の接続孔１２ｂが形成される。しかし、第２の接続孔
１２ｂが完成した時点でも、第１の開口部１３ａ内では
第１の接続孔１２ａの形成が終了せず、残余部１２ｃが
残る状態がしばしば観察される。これがマイクロローデ
ィング効果である。この原因は、微細なパターンの内部
において活性種の入射効率が低下すること、および炭素
系ポリマーの堆積量が過剰となることにある。炭素系ポ
リマーは本来、ＳｉＯ_x 系材料層の表面では堆積がある
程度抑制されている。これは、ＳｉＯ_x 系材料層からス
パッタ放出されるＯ原子により、炭素系ポリマーが燃焼
反応を起こして除去されるからである。しかし、上述の
ような微細な第１の接続孔１２ａ内では、被エッチング
面積が小さいためにスパッタ放出されるＯ原子の量も少
なく、炭素系ポリマーの堆積が過剰となり側壁保護膜１
４が厚く形成されてしまうのである。このことは、側壁
面のテーパー化も招く。つまり、炭素系ポリマーの絶え
間無い蓄積が、実質的なマスク幅を常に増大させる効果
をもたらすからである。上述のようなテーパー化は、接
続孔の開口径を縮小し、コンタクト抵抗を増大させる原
因となる。

【００１７】この後、第１の接続孔１２ａの底部におい
て残余部１２ｃが除去されるまでエッチングを続けたと
すると、第２の接続孔１２ｂの底面では図３（ｃ）に示
されるように、下層配線１１がスパッタ除去されてしま
う。かかるスパッタ除去は、下層配線１１の層厚を減ず
ることはもちろんであるが、スパッタ生成物が接続孔の
側壁面上に堆積して再付着層を形成すると、この再付着
物層により上層配線の形成が困難となったり、パーティ
クルが増大する原因となる。

【００１８】そこで本発明は、シリコン化合物層に高度
な微細加工を行う際にもマイクロローディング効果を抑
制することが可能なドライエッチング方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１９】

【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
であり、一般式Ｃ_m Ｆ_n （ただしｍ，ｎは原子数を示す
自然数であり、ｍ≧２，ｎ≦２ｍの条件を満足する。）
で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素を構成元素
として有する酸素系化合物とを含むエッチング・ガスを
用いてシリコン化合物層をエッチングすることを特徴と
する。

【００２０】また本発明は、上記エッチングをジャスト
エッチング工程とオーバーエッチング工程とに２段階化
し、後者のオーバーエッチング工程において前記フルオ
ロカーボン化合物に対する前記酸素系化合物の含量比を
前記ジャストエッチング工程におけるよりも減じたエッ
チング・ガスを用いることを特徴とする。

【００２１】また本発明は、オーバーエッチング工程に
おいて前記フルオロカーボン化合物と炭化水素系化合物
とを含むエッチング・ガスを用いることを特徴とする。

【００２２】さらに本発明は、オーバーエッチング工程
において前記フルオロカーボン化合物と放電解離条件下
でイオウ（Ｓ）を生成し得るイオウ系化合物とを含むエ
ッチング・ガスを用いることを特徴とする。

【００２３】

【作用】本発明のポイントは、微細なパターンの内奥部
における炭素系ポリマーの過剰な堆積を防止するため
に、ガス系に酸素系化合物を添加することにある。つま
り、ＳｉＯ_x 系材料層からのＯ原子の放出量の不足を、
気相中から補うわけである。ただし、酸素系化合物を過
剰に添加すると、レジスト・マスクや下地のシリコン系
材料層に対する選択性が当然低下するため、その添加量
には自ずと最適化が必要である。この最適化については
後述する。

【００２４】本発明において、エッチング・ガスの主体
をなす成分は、一般式Ｃ_m Ｆ_n で表されるフルオロカー
ボン化合物である。この化合物は、Ｃ原子数ｍが２以上
であることから、いわゆる高次フルオロカーボンに属
し、その炭素骨格が鎖状であれば少なくとも１個の不飽
和結合を有する。また、Ｃ原子数ｍが３以上であれば環
状構造をとることも可能であり、飽和環、不飽和環のい
ずれのケースも有り得る。これらのフルオロカーボン化
合物を使用することにより高速性、高選択性が達成され
る機構については、本願出願人の先願に関連して上述し
たとおりである。本発明では、フルオロカーボン化合物
に酸素系化合物を添加したエッチング・ガスを用いるこ
とにより、微細なパターンの内奥部において炭素系ポリ
マーがある程度分解され、異方性の確保に必要な最低限
の量のみが堆積するようになる。したがって、微細なパ
ターンの内部におけるエッチング速度が相対的に上昇
し、マイクロローディング効果が抑制される。

【００２５】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の高選択化、低ダメージ化、低汚
染化を目指す方法も提案する。そのひとつは、シリコン
化合物層のエッチングを下地材料層が露出する直前まで
のジャストエッチング工程とそれ以降のオーバーエッチ
ング工程の２工程に分け、後半のジャストエッチング工
程でエッチング・ガスの組成における酸素系化合物の含
量比を減ずる方法である。この方法によれば、シリコン
化合物層のうち下地との界面付近において炭素系ポリマ
ーの分解量がジャストエッチング工程に比べて若干低下
するので、より一層の高選択化と低ダメージ化が実現す
る。

【００２６】さらに下地選択性を徹底させる方法として
は、オーバーエッチング工程において前記フルオロカー
ボン化合物と炭化水素系化合物とを含むエッチング・ガ
スを用いる。この場合、オーバーエッチング工程では酸
素が関与せず、逆に炭化水素系化合物の寄与により炭素
系ポリマーの堆積量はジャストエッチング工程における
よりも増大する。

【００２７】さらに低汚染化と低ダメージ化を徹底させ
る方法としては、オーバーエッチング工程において上記
の炭化水素系化合物に代えて、放電解離条件下でＳを放
出できるイオウ系化合物を使用する。この場合、オーバ
ーエッチング工程では酸素が関与しなくなることによ
り、フルオロカーボン化合物に由来する炭素系ポリマー
の堆積量も増えるが、この炭素系ポリマーの堆積をさら
にＳの堆積で補う。Ｓは条件にもよるが、ウェハがおお
よそ室温以下に温度制御されていればその表面に堆積
し、おおよそ９０℃以上に加熱されれば容易に昇華す
る。したがって、エッチング終了後にウェハを加熱すれ
ば、Ｓ自身がパーティクル汚染源となることはなく、ク
リーンなプロセスを実現することができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。まず、実際のプロセス例の説明に入る前に、予備
実験としてエッチング反応系における酸素量の最適化を
行った。ここでは、フルオロカーボン化合物と酸素系化
合物の混合系のモデルとしてｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ （オクタフル
オロシクロブタン）／Ｏ₂ 混合ガスを採り上げ、この混
合比率を変化させた場合のＳｉＯ₂ 層のエッチング速度
とフォトレジスト層のエッチング速度を比較した。

【００２９】サンプル・ウェハは、５インチ径のＳｉウ
ェハ上にＣＶＤ法によりＳｉＯ₂ 層を堆積させた後、ノ
ボラック系ポジ型フォトレジスト材料（東京応化工業社
製；商品名ＴＭＳＲ−Ｖ３）を塗布し、評価用のＴＥＧ
パターンにしたがってフォトレジスト層を形成したもの
である。この各ウェハを、マグネトロンＲＩＥ（反応性
イオン・エッチング装置）にセットし、ｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ 流
量４８ＳＣＣＭ、ガス圧２．０Ｐａ、ＲＦパワー密度
２．０Ｗ／ｃｍ² （１３．５６ＭＨｚ）、磁場強度１．
５×１０^-2Ｔ（＝１５０Ｇ）、ウェハ温度−５℃を固定
条件とし、Ｏ₂ 流量を０〜１５ＳＣＣＭの範囲で変化さ
せた。

【００３０】結果の一部を図２に示す。図中、縦軸はエ
ッチング速度（ｎｍ／分）、横軸はｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ （４８
ＳＣＣＭ）に添加するＯ₂ の流量（ＳＣＣＭ）を示し、
白丸（○）のプロットはＳｉＯ₂ 層のエッチング速度、
黒丸（●）のプロットはフォトレジスト層のエッチング
速度をそれぞれ表す。白丸のプロットの傍らに記載され
ている( )内の数値は、対レジスト選択比である。この
図から、Ｏ₂ 流量の増加に伴ってＳｉＯ₂ 層とフォトレ
ジスト層のエッチング速度は共に上昇する傾向が読み取
れるが、対レジスト選択比は微妙に変化する。この場合
は、エッチング・ガス全体に占めるＯ₂ の含量比が約２
４％である場合が最適であることがわかった。ただし、
この数値は使用する酸素系化合物やエッチング・マスク
のパターンにより変化する。たとえば、上述のＴＥＧパ
ターンにはライン・アンド・スペース・パターン等も含
まれており、実際の製造工程で行われるホール・パター
ンのみのエッチングの場合よりも被エッチング面積が若
干大きいため、Ｏ₂ 添加量の最適値が少量側に幾分シフ
トしている筈である。かかる事情も考慮に入れると、酸
素系化合物の好ましい含量比は、概ね１０〜５０％の範
囲にあるものと考えられる。

【００３１】以下の各実施例では、具体的なプロセス例
について説明する。

【００３２】実施例１ 本実施例は、本発明をホール加工に適用し、ｃ−Ｃ₄ Ｆ
₈ ／Ｏ₂ 混合ガスを用いてＳｉＯ₂ 層間絶縁膜をエッチ
ングした例である。このプロセスを、図１（ａ）および
（ｃ）を参照しながら説明する。本実施例においてサン
プルとして使用したウェハは、図１（ａ）に示されるよ
うに、下層配線１上にＳｉＯ₂ 層間絶縁膜２を介して所
定の形状にパターニングされたレジスト・マスク３が形
成されてなるものである。上記レジスト・マスク３に
は、開口径約０．３５μｍの第１の開口部３ａと、開口
径約０．８μｍの第２の開口部３ｂとが開口されてい
る。ここで、上記下層配線１とは、Ｓｉ基板中に形成さ
れた不純物拡散領域であっても、あるいは金属配線層等
であっても良い。

【００３３】上記ウェハを、マグネトロンＲＩＥ（反応
性イオン・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、装置外部に接続されるチラー等の冷却設備か
ら該冷却配管に冷媒を供給して循環させることにより、
エッチング中のウェハ温度を室温以下に制御することが
可能となされている。一例として、下記の条件でＳｉＯ
₂ 層間絶縁膜２のエッチングを行った。

【００３４】 ｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ 流量 ４５ＳＣＣＭ Ｏ₂ 流量 ２５ＳＣＣＭ（エッチン
グ・ガス中の含量比３５％） ガス圧 ２．０Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０Ｗ／ｃｍ² （１３．
５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５０×１０^-2Ｔ（＝１５０Ｇ） ウェハ温度 −３０℃（エタノール系冷
媒使用）

【００３５】このエッチング過程では、ｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ か
ら解離生成する大量のＣＦ_x ⁺ およびＦ^* により高速エ
ッチングが進行し、第１の接続孔２ａと第２の接続孔２
ｂが形成された。このとき、ｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ やレジスト・
マスク３に由来する炭素系ポリマーが側壁保護膜（図示
せず。）を形成することにより、高異方性も確保され
た。ただし、エッチング・ガスに炭素が添加されている
ことにより、開口径の小さい第１の接続孔２ａの内部に
おいて炭素系ポリマーが過剰に堆積したり、側壁面がテ
ーパー化することはなかった。つまり，マイクロローデ
ィング効果が抑制され、開口径の異なるパターンの内部
でもほぼ等しい速度でエッチングが進行した。また、上
記のエッチング条件ではウェハが低温冷却され、Ｆ^* の
反応性が低下しているので、下地の下層配線１が露出し
た後もその表面が浸食されることはなかった。

【００３６】最終的には、図１（ｃ）に示されるよう
に、第１の接続孔２ａと第２の接続孔２ｂが共に良好な
異方性形状をもって形成された。また、上記の程度のＯ
₂ 添加量では、レジスト・マスク３の膜厚が大幅に減少
したり、パターン・エッジが後退することはなかった。

【００３７】実施例２ 本実施例では、同じくホール加工において、ｃ−Ｃ₄ Ｆ
₈ ／Ｏ₂ 混合ガスを用いたＳｉＯ₂ 層間絶縁膜のエッチ
ングをジャストエッチング工程とオーバーエッチング工
程の２段階に分け、後者の工程でＯ₂ の含量比を相対的
に減じて選択性をより一層向上させた例である。このプ
ロセスを、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照しながら
説明する。

【００３８】まず、図１（ａ）に示すウェハをマグネト
ロンＲＩＥ装置にセットし、一例として下記の条件でＳ
ｉＯ₂ 層間絶縁膜２をジャストエッチングした。 ｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ 流量 ４５ＳＣＣＭ Ｏ₂ 流量 ２５ＳＣＣＭ（エッチング
・ガス中の含量比３５％） ガス圧 ２．０Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０Ｗ／ｃｍ² （１３．５
６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０^-2Ｔ ウェハ温度 ０℃ このジャストエッチング工程におけるエッチング機構
は、ほぼ実施例１で上述したとおりである。ジャストエ
ッチングの終点判定は、７７７ｎｍにおけるＳｉＦ^* の
発光スペクトル強度が変化し始めた時点で行った。この
時点は、たとえば図１（ｂ）に示されるように、第２の
接続孔２ｂが完成され、第１の接続孔２ａの底面にＳｉ
Ｏ₂ 層間絶縁膜２の残余部２ｃが若干残った状態に対応
している。

【００３９】そこで、エッチング条件を一例として下記
の条件に切り換え、残余部２ｃを除去するためのオーバ
ーエッチングを行った。 ｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ 流量 ４５ＳＣＣＭ Ｏ₂ 流量 ５ＳＣＣＭ（エッチング
・ガス中の含量比１０％） ガス圧 ２．０Ｐａ ＲＦパワー密度 １．２Ｗ／ｃｍ² （１３．５
６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０^-2Ｔ ウェハ温度 ０℃ このオーバーエッチング工程では、Ｏ₂ の含量比を減少
させることにより炭素系ポリマーの堆積をローディング
効果を助長しない程度に高め、かつＲＦパワー密度を低
下させて入射イオン・エネルギーを低減させた。これに
より、図１（ｃ）に示されるように、下層配線１に対す
る選択性を高め、ダメージを低下させた条件で残余部２
ｃを除去することができた。

【００４０】このように、ウェハ冷却温度を実施例１ほ
ど低温域としなくても、２段階エッチングにより良好な
高異方性，高選択性エッチングを行うことができた。

【００４１】実施例３ 本実施例は、同じくホール加工において、ジャストエッ
チング工程ではｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ｏ₂ 混合ガス、オーバー
エッチング工程ではｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ｃ₂ Ｈ₄ 混合ガスを
用いてＳｉＯ₂ 層間絶縁膜をエッチングした例である。
まず、図１（ａ）に示されるウェハをマグネトロンＲＩ
Ｅ装置にセットし、実施例２と同じ条件でＳｉＯ₂ 層間
絶縁膜２をジャストエッチングした。この工程では、高
速エッチングが進行した。ジャストエッチング終了時の
ウェハの状態は、図１（ｂ）に示されるとおりである。

【００４２】次に、一例として下記の条件でオーバーエ
ッチングを行った。 ｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ 流量 ４６ＳＣＣＭ Ｃ₂ Ｈ₄ 流量 ４ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０Ｐａ ＲＦパワー密度 １．０Ｗ／ｃｍ² （１３．５
６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０^-2Ｔ ウェハ温度 ０℃ このオーバーエッチング工程では、堆積性のＣ₂ Ｈ₄ が
添加されているので炭素系ポリマーの堆積が促進され
た。したがって、異方性加工に必要な入射イオン・エネ
ルギーを実施例２のオーバーエッチング工程よりもさら
に下げることができた。また、Ｃ₂ Ｈ₄ から生成するＨ
^* がＦ^* の一部を捕捉してＨＦ（フッ化水素）の形で系
外へ除去した。したがって、下層配線１に対して極めて
選択性が高く、ダメージの少ないエッチングを行うこと
ができた。

【００４３】実施例４ 本実施例は、同じくホール加工において、ジャスト・エ
ッチング工程ではｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ｏ₂ 混合ガス、オーバ
ーエッチング工程ではｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ｈ₂ Ｓ混合ガスを
用い、低汚染化を図った例である。まず、図１（ａ）に
示すウェハをマグネトロンＲＩＥ装置にセットし、実施
例２と同じ条件でＳｉＯ₂ 層間絶縁膜２をジャストエッ
チングした。

【００４４】次に、一例として下記の条件でオーバーエ
ッチングを行った。 Ｃ₄ Ｆ₈ 流量 ４６ＳＣＣＭ Ｈ₂ Ｓ流量 ４ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０Ｐａ ＲＦパワー密度 １．０Ｗ／ｃｍ² （１３．５
６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０^-2Ｔ ウェハ温度 ０℃ この工程では、異方性や選択性の確保が炭素系ポリマー
に加えてＳの堆積によっても行われるため、パーティク
ル源となる炭素系ポリマーの堆積量を相対的に減少させ
ることができた。また、堆積したＳは、エッチング終了
後にウェハを約９０℃に加熱するか、あるいはレジスト
・マスク３をアッシングする際に、昇華もしくは燃焼に
より容易に除去することができた。エッチング・チャン
バ内に堆積したＳも、同様に除去することができた。し
たがって、本実施例ではプロセスを低汚染化することが
できた。

【００４５】以上、本発明を４例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、フルオロカーボン化合物とし
て上述の実施例ではｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ を採り上げたが、これ
らに代えて、本発明者が先に特願平２−２９５２２５号
明細書で提案したＣ₃ Ｆ₆ 等の不飽和結合を有する鎖状
フルオロカーボン化合物、あるいは同じく先に特願平３
−４０９６６号明細書で提案したｃ−Ｃ₄ Ｆ₆ ，ｃ−Ｃ
₅ Ｆ₁₀等の不飽和もしくは飽和環状フルオロカーボン化
合物を使用しても良い。

【００４６】酸素系化合物としては、上述のＯ₂ の他、
Ｏ₃ （オゾン）、あるいはＮ₂ Ｏ，ＮＯ₂ 等の各種の酸
化窒素等を使用しても良い。炭化水素化合物としては、
上述のＣ₂ Ｈ₄ の他、各種の鎖状もしくは環状化合物を
使用することができる。飽和、不飽和の別は特に問われ
るものではないが、Ｃ₂ Ｈ₄ のように不飽和結合（この
場合は２重結合）を有する化合物の方が炭素系ポリマー
の重合および堆積を促進する上で有利である。

【００４７】放電解離条件下でＳを放出するイオウ系化
合物としては、上述のＨ₂ Ｓの他、本願出願人が先に特
願平２−１９８０４５号明細書において提案したＳ₂ Ｆ
₂ ，ＳＦ₂ ，ＳＦ₄ ，Ｓ₂ Ｆ₁₀等のフッ化イオウを使用
しても良い。本発明でエッチングされるシリコン化合物
層は、上述のＳｉＯ₂ 層間絶縁膜の他、ＰＳＧ，ＢＳ
Ｇ，ＢＰＳＧ，ＡｓＳＧ，ＡｓＰＳＧ，ＡｓＢＳＧ等の
酸化シリコン系材料、あるいはＳｉ_x Ｎ_y 等であっても
良い。

【００４８】さらに、ウェハの構成、エッチング装置の
種類、エッチング条件等は適宜変更可能であることは言
うまでもない。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではエッチング反応系に酸素を補って微細なパターン
の内部における炭素系ポリマーの過剰な堆積を防止する
ことにより、マイクロローディング効果を抑制しながら
シリコン化合物層を高速にエッチングすることが可能と
なる。また、エッチングをジャストエッチング工程とオ
ーバーエッチング工程とに分け、後者の工程において堆
積物の生成を促進することにより、プロセスを高選択
化、低ダメージ化することができる。特に、堆積物とし
てＳを併用する場合には、低汚染性も達成される。

【００５０】本発明は、たとえば今後の微細なデザイン
・ルールにしたがって層間絶縁膜に微小な開口径を有す
る接続孔を開口する場合等に、極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をホール加工に適用したプロセス例をそ
の工程順にしたがって示す概略断面図であり、（ａ）は
ＳｉＯ₂ 層間絶縁膜上にレジスト・マスクが形成された
状態、（ｂ）はＳｉＯ₂ 層間絶縁膜がジャストエッチン
グされた状態、（ｃ）はＳｉＯ₂ 層間絶縁膜がオーバー
エッチングされた状態をそれぞれ表す。

【図２】ｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ に対するＯ₂ の添加量を変化させ
た場合のＳｉＯ₂ 層とフォトレジスト層のエッチング速
度の変化を比較して示すグラフである。

【図３】従来のホール加工における問題点を説明するた
めの概略断面図であり、（ａ）はＳｉＯ₂ 層間絶縁膜上
にレジスト・マスクが形成された状態、（ｂ）は開口径
の小さい接続孔においてエッチング速度の低下と側壁面
のテーパー化が生じた状態、（ｃ）は開口径の大きい接
続孔の底面において下層配線の浸食が生じた状態をそれ
ぞれ表す。

【符号の説明】

１ ・・・下層配線 ２ ・・・ＳｉＯ₂ 層間絶縁膜 ２ａ・・・第１の接続孔 ２ｂ・・・第２の接続孔 ２ｃ・・・（ＳｉＯ₂ 層間絶縁膜の）残余部 ３ ・・・レジスト・マスク ３ａ・・・第１の開口部 ３ｂ・・・第２の開口部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般式Ｃ_m Ｆ_n （ただしｍ，ｎは原子数
   を示す自然数であり、ｍ≧２，ｎ≦２ｍの条件を満足す
   る。）で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素を構
   成元素として有する酸素系化合物とを含むエッチング・
   ガスを用いてシリコン化合物層をエッチングすることを
   特徴とするドライエッチング方法。
2. 【請求項２】 一般式Ｃ_m Ｆ_n （ただしｍ，ｎは原子数
   を示す自然数であり、ｍ≧２，ｎ≦２ｍの条件を満足す
   る。）で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素を構
   成元素として有する酸素系化合物とを含むエッチング・
   ガスを用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を越
   えない深さまでエッチングするジャストエッチング工程
   と、 前記フルオロカーボン化合物に対する前記酸素系化合物
   の含量比を前記ジャストエッチング工程におけるよりも
   減じてなるエッチング・ガスを用いて前記シリコン化合
   物層の残余部をエッチングするオーバーエッチング工程
   とを有することを特徴とするドライエッチング方法。
3. 【請求項３】 一般式Ｃ_m Ｆ_n （ただしｍ，ｎは原子数
   を示す自然数であり、ｍ≧２，ｎ≦２ｍの条件を満足す
   る。）で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素を構
   成元素として有する酸素系化合物とを含むエッチング・
   ガスを用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を越
   えない深さまでエッチングするジャストエッチング工程
   と、 前記フルオロカーボン化合物と炭化水素系化合物とを含
   むエッチング・ガスを用いて前記シリコン化合物層の残
   余部をエッチングするオーバーエッチング工程とを有す
   ることを特徴とするドライエッチング方法。
4. 【請求項４】 一般式Ｃ_m Ｆ_n （ただしｍ，ｎは原子数
   を示す自然数であり、ｍ≧２，ｎ≦２ｍの条件を満足す
   る。）で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素を構
   成元素として有する酸素系化合物とを含むエッチング・
   ガスを用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を越
   えない深さまでエッチングするジャストエッチング工程
   と、 前記フルオロカーボン化合物と放電解離条件下でＳを生
   成し得るイオウ系化合物とを含むエッチング・ガスを用
   いて前記シリコン化合物層の残余部をエッチングするオ
   ーバーエッチング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。