JPH05326460A

JPH05326460A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH05326460A
Application number: JP5017617A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yanagida; 敏治柳田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-03-25
Filing date: 1993-02-04
Publication date: 1993-12-10
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: JP3298205B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＳｉＯ₂系材料層のドライエッチングにおい
て、高速化，高選択化，低ダメージ化を推進し、炭素系
ポリマーによる汚染を徹底的に低減する。【構成】レジスト・マスク４を介してＳｉＯ₂層間絶
縁膜３をエッチングしてコンタクト・ホール５を形成す
る際に、ＣＯＦ₂，ＳＯＦ₂，ＮＯＦ等の無機ハロゲン
化合物をエッチング・ガスに添加することで、炭素系ポ
リマーの膜質を強化し、高選択性の確保に必要なその堆
積量を低減する。この膜質強化は、炭素系ポリマーの重
合度の上昇、結合エネルギーの大きい結合の導入、極性
基の導入による静電吸着力の増大等にもとづく。ガス系
にＣＨＦ₃，ｃ−Ｃ₄Ｆ₈等を添加すれば、気相中から
の炭素系ポリマー供給やエッチングの高速化が期待で
き、Ｓ ₂Ｆ₂等を併用すれば、Ｓ（イオウ）が堆積する
分、炭素系ポリマーを一層低減できる。

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
対レジスト選択性、対シリコン下地選択性、高速性、低
ダメージ性、低汚染性のいずれにも優れるシリコン化合
物層のドライエッチング方法に関する。

【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（ＳｉＯ₂）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行われるＳｉＯ₂層間絶縁膜の
エッチングがその例である。

【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ＳｉＯ₂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 ⁺の入射イオン・エネルギーを利用している。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ガスを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開平３−２７６６２６号公報におい
て、炭素数２以上の飽和ないし不飽和の高次鎖状フルオ
ロカーボン系ガス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、Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ
₃Ｆ₈，Ｃ₄Ｆ₁₀，Ｃ₄Ｆ₈等、放電解離が完全に進め
ば１分子から２個以上のＣＦ_x ⁺を生成し得るフルオロ
カーボン系ガスを用いることにより、エッチングの高速
化を図ったものである。特に不飽和化合物を用いた場合
には、高活性なラジカルが生成し易く、炭素系ポリマー
の重合が促進される。

【０００９】ただし、高次鎖状フルオロカーボン系ガス
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Ｃ₃Ｆ₈をエッチン
グ・ガスとしてシリコン基板上のＳｉＯ₂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。

【００１０】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２段階エッチングを提案している。
すなわち、高次鎖状フルオロカーボン系ガス単独による
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上記ガスにさら
にエチレン（Ｃ₂Ｈ₄）等の堆積性ガスを添加するので
ある。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比を高めて炭素
系ポリマーの堆積を促進することを意図しているのであ
る。

【００１１】さらに、特開平４−１７００２６号公報に
は、鎖状不飽和フルオロカーボン系化合物を用い、処理
基板の温度を５０℃以下に制御した状態でエッチングを
行う方法も提案している。これは、被処理基板の温度を
５０℃以下に制御することにより、炭素系ポリマーの堆
積を促進することを意図したものである。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。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、様々なタ
イプのフルオロカーボン系化合物を検討することによ
り、主にエッチング速度や選択性に関して大きな進歩が
もたらされた。しかし、これらの技術は、選択比の確保
がエッチング反応と競合的に進行する炭素系ポリマーの
堆積によって達成される点では従前の技術思想をそのま
ま受け継いだものである。そのため、処理回数を重ねれ
ばやはりエッチング・チャンバ内に炭素系ポリマーが蓄
積され、パーティクル・レベルが悪化してしまうのであ
る。したがって、パーティクル汚染が低減できたとして
も、エッチング・チャンバをクリーニングするためのメ
ンテナンス頻度が減少するといった程度の改善にとどま
っているのが現状である。

【００１３】しかも、半導体装置のデザイン・ルールの
微細化が今後も現状のペースで進行すれば、従来では問
題にならなかったような少量の炭素系ポリマーの堆積
も、プロセスに重大な悪影響を及ぼすことが考えられ
る。そこで本発明は、高速性，高選択性，低ダメージ性
に優れることはもちろん、特に低汚染性を徹底させたシ
リコン化合物層のドライエッチング方法を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【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、分子内にカルボニル基，チオニル基，スルフリ
ル基，ニトロシル基，ニトリル基から選ばれる少なくと
も１種類の官能基とハロゲン原子とを有する無機ハロゲ
ン化合物を含むエッチング・ガスを用いてシリコン化合
物層をエッチングするものである。

【００１５】本発明はまた、上述の無機ハロゲン化合物
に加えてフルオロカーボン系化合物を含むエッチング・
ガスを用いてシリコン化合物層をエッチングするもので
ある。

【００１６】本発明はまた、上記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とに２段階
化し、オーバーエッチング工程では前記フルオロカーボ
ン系化合物に対する前記無機ハロゲン化合物の含量比を
前記ジャストエッチング工程におけるよりも高めたエッ
チング・ガスを用いるものである。

【００１７】本発明はまた、オーバーエッチング工程に
おいて、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と前記無機ハロゲ
ン化合物とを含むエッチング・ガスを用いるものであ
る。

【００１８】本発明はまた、前記フルオロカーボン系化
合物として一般式ＣＨ_xＦ_4-x（ただしｘは０〜３の整
数を表す。）で表される化合物を用いるものである。

【００１９】本発明はさらに、上記フルオロカーボン系
化合物として一般式Ｃ_mＦ_n（ただしｍ，ｎは原子数を
示す自然数であり、ｍ≧２，ｎ≦２ｍ＋２の条件を満足
する。）で表される化合物を用いるものである。

【００２０】

【作用】本発明のポイントは、炭素系ポリマー自身の膜
質を強化することにより、十分に高いレジスト選択性お
よび下地選択性を達成するために必要な炭素系ポリマー
の堆積量を低減し、低汚染化を徹底することである。炭
素系ポリマー自身の膜質を強化する方法として、本発明
では分子中にカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ），チオニル基
（＞Ｓ＝Ｏ），スルフリル基（＞ＳＯ₂），ニトロシル
基（−Ｎ＝Ｏ），ニトリル基（−ＮＯ₂）のいずれかの
官能基とハロゲン原子とを含む無機ハロゲン化合物を用
いる。

【００２１】上記の官能基は、Ｃ原子，Ｓ原子，もしく
はＮ原子が正電荷、Ｏ原子が負電荷を帯びるごとく分極
した構造をとることができ、高い重合促進活性を有して
いる。したがって、かかる官能基もしくはこれに由来す
る原子団がプラズマ中に存在することにより、炭素系ポ
リマーの重合度が上昇し、イオン入射やラジカルの攻撃
に対する耐性を高めることができる。さらに、炭素系ポ
リマーに上述の官能基が導入されると、単に−ＣＸ₂−
（Ｘはハロゲン原子）の繰り返し構造からなる従来の炭
素系ポリマーよりも化学的，物理的安定性が増すこと
も、近年の研究により明らかとなっている。これは、上
述のような官能基の導入により炭素系ポリマーの極性が
増大し、負に帯電しているエッチング中のウェハに対し
てその静電吸着力が高まるためであると解釈されてい
る。したがって、レジスト材料やＳｉ系材料に対して高
選択性を達成するために必要な炭素系ポリマーの堆積量
はごく僅かで済み、従来技術に比べてより徹底した低汚
染化を図ることができるのである。

【００２２】また上記の官能基は、エッチングの高速化
にも寄与している。すなわち、上記の官能基から生成可
能なＳＯ^*，ＳＯ₂ ^*，ＮＯ^*，ＮＯ₂ ^*等のラジカル
は強い還元作用を有しており、ＳｉＯ₂中のＯ原子を引
き抜くことができる。これは、２原子分子の生成熱から
算出された原子間結合エネルギーがＳ−Ｏ結合では５２
３ｋＪ／ｍｏｌ，Ｎ−Ｏ結合では６３２ｋＪ／ｍｏｌで
あって、結晶中におけるＳｉ−Ｏ結合の４６５ｋＪ／ｍ
ｏｌと比べていずれも大きいことからも理解される。

【００２３】Ｏ原子が引き抜かれた後のＳｉ原子は、上
記無機ハロゲン化合物から解離生成したハロゲン・ラジ
カルと結合することにより、ハロゲン化物の形で速やか
に除去される。つまり本発明では、Ｓｉ−Ｏ結合の切断
を、ＣＦ_x ⁺イオンによる従来の物理的なスパッタ作用
のみならず、化学的な作用も利用して行うことができる
ようになる。しかも、本発明で使用する無機ハロゲン化
合物は、レジスト材料や下地のＳｉ系材料には何ら作用
を及ぼさず、これらの材料に対する選択性は高く維持さ
れる。

【００２４】なお、ＣＯ^*については、Ｃ−Ｏ結合の原
子間結合エネルギーが１０７６ｋＪ／ｍｏｌであること
から同様のＯ原子引き抜き効果を一部示すものと考えら
れるが、Ｆ^*を捕捉する効果が大きいとも言われてい
る。

【００２５】上記無機ハロゲン化合物は、原理的には単
独でエッチング・ガスとして使用することができる。こ
の場合には、異方性，選択性の確保に必要な炭素系ポリ
マーをレジスト・マスクから供給することが必要となる
が、上述のような膜質強化機構が働くことによりその供
給量は少量で済む。したがって、入射イオン・エネルギ
ーを従来よりも下げてイオン・スパッタ作用を弱めるこ
とができ、レジスト選択性を向上させることができる。

【００２６】本発明は以上のような考え方を基本として
いるが、さらにエッチングを高速化，高選択化，低汚染
化するために、上記無機ハロゲン化合物にフルオロカー
ボン系化合物やフッ化イオウを添加したり、あるいはこ
れらのガス系を用いて２段階エッチングを行う方法を提
案する。

【００２７】上記フルオロカーボン系化合物としては、
一般式ＣＨ_xＦ_4-xで表されるＣ原子数１のハイドロフ
ルオロカーボン〔ただし、ｘ＝０（テトラフルオロメタ
ン）の場合はフルオロカーボン〕、あるいは一般式Ｃ_m
Ｆ_nで表されるＣ原子数２以上の高次フルオロカーボン
を用いる。一般式ＣＨ_xＦ_4-xのハイドロフルオロカー
ボンは、放電解離条件下でＣＨＦ ⁺，ＣＦ⁺等のイオン
を生成し、これらのイオンのスパッタ作用により高速エ
ッチングを可能とする。また、このフルオロカーボン系
化合物を使用することにより、気相中から炭素系ポリマ
ーを供給することが可能となり、敢えてレジスト・マス
クをスパッタする必要がなくなる。したがって、入射イ
オン・エネルギーを一層低減することができ、レジスト
選択性を向上させることができる。もちろん、低エネル
ギー化により下地選択性も向上する。

【００２８】一方の一般式Ｃ_mＦ_nの高次フルオロカー
ボンは、Ｆ原子数ｎが（２ｍ＋２）以下であることか
ら、その炭素骨格構造に関して飽和，不飽和の別、ある
いは直鎖状，分枝状，環状の別を問うものではない。上
記高次フルオロカーボン系化合物の１分子からは、理論
上は２個以上のＣＦ_x ⁺が生成し得る。したがって、同
じガス圧下では上述のＣＨ_xＦ_4-xと比べてプラズマ中
におけるＣＦ_x ⁺の絶対量が多くなり、高速エッチング
が可能となる。

【００２９】このように、元来高速性に優れる高次フル
オロカーボン系化合物に上述の無機ハロゲン化合物を添
加すると、大量のＣＦ_x ⁺によるイオン・スパッタ作用
と還元性ラジカルによるＯ原子の引き抜き作用との相乗
効果により、従来ほどに入射イオン・エネルギーを高め
なくともシリコン化合物層を極めて高速にエッチングす
ることが可能となる。

【００３０】ここで、上述のようなフルオロカーボン系
化合物を無機ハロゲン化合物と併用する場合、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、後者のオーバーエッチング工
程でエッチング・ガスの組成における無機ハロゲン化合
物の含量比を高めることが有効である。これは、下地選
択性が特に重要視されるオーバーエッチング工程におい
て、炭素系ポリマーの強化を効率良く行い、かつエッチ
ングの機構をＯ原子引き抜き反応が主体となる機構に切
り換えることにより、高選択、低汚染、低ダメージ・プ
ロセスが達成できるからである。

【００３１】あるいは、オーバーエッチング時のエッチ
ング・ガス組成を、フッ化イオウと無機ハロゲン化合物
との混合系に切り換えることも有効である。つまり、オ
ーバーエッチング時には高速性は特に要求されないの
で、フルオロカーボン系化合物は敢えて使用せず、炭素
系ポリマーの堆積を一切排除するのである。ここで使用
されるフッ化イオウは、本願出願人が先に特開平４−８
４４２７号公報において、ＳｉＯ₂系材料層のエッチン
グ用に提案した化合物である。この場合の主エッチング
種は、ＳＦ_x ⁺とＦ^*である。また上記フッ化イオウ
は、従来からエッチング・ガスとして実用化されている
ＳＦ₆に比べてＳ／Ｆ比（１分子中のＳ原子数とＦ原子
数の比）が大きく、放電解離条件下でプラズマ中に遊離
のＳ（イオウ）を放出することができる。この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へ堆積する。このとき、ＳｉＯ₂系
材料層の表面ではＯ原子の供給を受けてＳはＳＯ_xの形
で除去されるが、レジスト材料やＳｉ系材料の表面、あ
るいはパターン側壁部にはそのまま堆積し、高選択性，
高異方性の達成に寄与する。

【００３２】このフッ化イオウをオーバーエッチング工
程で用いた場合、ウェハ上で部分的に残存するＳｉＯ₂
系材料層のエッチングは、ＳＦ_x ⁺によるイオン・スパ
ッタ作用と還元性ラジカルによるＯ原子の引き抜きの双
方により進行する。あるいは、ＳＦ_x ⁺の寄与を低下さ
せ、Ｏ原子の引き抜きが主体となる条件を設定すること
もできる。下地のＳｉ系材料層が露出すると、その表面
にはＳが堆積し、Ｆ^*による該Ｓｉ系材料層の侵食を防
止することができる。

【００３３】特に、ニトロシル基あるいはニトリル基を
有する無機ハロゲン化合物を用いた場合には、フッ化イ
オウから生成したＳとこの無機ハロゲン化合物から生成
したＮとが結合してポリチアジル（ＳＮ）_xを主体とす
る窒化イオウ系化合物が生成し、この窒化イオウ系化合
物によりＳよりもさらに効果的な側壁保護作用やＳｉ系
材料層の保護作用を発揮させることができる。

【００３４】しかも、堆積したＳはエッチング終了後に
ウェハをおおよそ９０℃以上に加熱すれば容易に昇華
し、窒化イオウ系化合物もおおよそ１３０℃以上で分解
もしくは昇華するため、ウェハ上に何らパーティクル汚
染を残さない。したがって、高速性，高選択性，低汚染
性，低ダメージ性のすべてに優れるエッチングが可能と
なるのである。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００３６】実施例１本実施例は、本発明をコンタクト・ホール加工に適用
し、ＳＯＦ₂（フッ化チオニル）／Ａｒ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、予め不純物拡散領域２が形成された単
結晶シリコン基板１上にＳｉＯ₂層間絶縁膜３が形成さ
れ、さらに該ＳｉＯ₂層間絶縁膜３のエッチング・マス
クとしてレジスト・マスク４が形成されてなるものであ
る。上記レジスト・マスク４には、開口部４ａが設けら
れている。

【００３７】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３のエッチングを行った。

【００３８】ＳＯＦ₂流量２５ＳＣＣＭＡｒ流量５０ＳＣＣＭガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度２．２Ｗ／ｃｍ²（１
３．５６ＭＨｚ）磁場強度１．５０×１０^-2 Ｔ（＝１５０
Ｇ）ウェハ温度 −３０ ℃（アルコール系
冷媒使用）

【００３９】このエッチング過程では、開口部４ａ内に
露出するＳｉＯ₂層間絶縁膜３の表面において、ＳＯＦ
₂から解離生成したＳＯ^*によるＯ原子引き抜き反応が
Ａｒ ⁺によるＳｉＯ₂のスパッタ・エッチングを促進
し、約３００ｎｍ／分のエッチング速度でエッチングが
進行した。一方、イオン・スパッタ作用によりレジスト
・マスク４から供給される炭素系の分解生成物は、Ｓ−
Ｏ結合やチオニル基をその構造中に取り込みながら強固
な炭素系ポリマー（図示せず。）を形成した。この炭素
系ポリマーは、パターン側壁部に堆積して側壁保護効果
を発揮し、異方性加工に寄与した。この結果、図１
（ｂ）に示されるように、異方性形状を有するコンタク
ト・ホール５が得られた。

【００４０】本実施例ではまた、レジスト・マスク４や
単結晶シリコン基板１に対して高選択性が達成された。
この高選択性の理由のひとつは、上記の炭素系ポリマー
がその構造を強化を通じて少量でも高いエッチング耐性
を発揮し、レジスト・マスク４や単結晶シリコン基板１
の表面におけるエッチング速度を大幅に低減させたから
である。この他の理由として、ウェハが低温冷却されて
いることによりＦ^*によるラジカル反応が抑制され、主
としてラジカル・モードでエッチングされるレジスト材
料やシリコン系材料のエッチング速度がＳｉＯ₂系材料
のそれよりも相対的に低下したことも考えられる。

【００４１】実施例２本実施例は、同じくコンタクト・ホール加工において、
ＮＯＦ（フッ化ニトロシル）／Ａｒ混合ガスを用いてＳ
ｉＯ₂層間絶縁膜をエッチングした例である。本実施例
のエッチング条件は、ＳＯＦ₂に代えてＮＯＦを使用し
た他は、すべて実施例１と同じである。

【００４２】このエッチング過程では、開口部４ａ内に
露出するＳｉＯ₂層間絶縁膜３の表面において、ＮＯＦ
から解離生成したＮＯ^*によるＯ原子引き抜き反応がＡ
ｒ⁺によるＳｉＯ₂のスパッタ・エッチングを促進し、
約３００ｎｍ／分のエッチング速度でエッチングが進行
した。一方、イオン・スパッタリングによりレジスト・
マスク４から供給される炭素系の分解生成物は、Ｎ−Ｏ
結合やニトロシル基をその構造中に取り込みながら強固
な炭素系ポリマー（図示せず。）を形成した。この炭素
系ポリマーは、パターン側壁部に堆積して側壁保護効果
を発揮し、異方性加工に寄与した。この結果、図１
（ｂ）に示されるように、異方性形状を有するコンタク
ト・ホール５が得られた。

【００４３】この他、レジスト・マスク４や単結晶シリ
コン基板１に対して高選択性が達成される機構は、ほぼ
実施例１で上述したとおりである。

【００４４】実施例３本実施例は、同じくコンタクト・ホール加工において、
ＣＨＦ₃／ＣＯＦ₂（フッ化カルボニル）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。本
実施例で使用したエッチング・サンプルとして使用した
ウェハは、図１（ａ）に示したものと同じである。

【００４５】この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層間絶縁膜３をエッチ
ングした。ＣＨＦ₃流量３５ＳＣＣＭＣＯＦ₂流量１５ＳＣＣＭガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ²（１
３．５６ＭＨｚ）磁場強度１．５０×１０^-2 Ｔ（＝１５０
Ｇ）ウェハ温度 −３０ ℃（アルコール系
冷媒使用）

【００４６】このエッチング過程では、開口部４ａ内に
露出するＳｉＯ₂層間絶縁膜３の表面において、ＣＨＦ
₃から解離生成したＣＦ_x ⁺により約４５０ｎｍ／分の
エッチング速度でＳｉＯ₂のエッチングが進行した。こ
の結果、図１（ｂ）に示されるように、異方性形状に優
れるコンタクト・ホール５が得られた。

【００４７】本実施例では、炭素系ポリマーがＣＨＦ₃
の分解生成物に由来して気相中にも生成するので、入射
イオン・エネルギーを低下させてレジスト・マスク４の
スパッタリングを抑制した。このときの気相中における
炭素系ポリマーの生成量は、ＣＨＦ₃の含量比が低いこ
ともあって従来プロセスに比べればはるかに少ないが、
その膜質はカルボニル基やＣ−Ｏ結合の取り込み、ある
いは重合度の上昇等により強化されている。したがっ
て、レジスト・マスク４の膜厚の減少やパターン・エッ
ジの後退、オーバーエッチングによる浅い接合の破壊等
は、いずれも認められなかった。対レジスト選択比は約
５、対シリコン選択比は約３０であった。

【００４８】実施例４本実施例は、同じくコンタクト・ホール加工において、
ＣＨＦ₃／ＮＯＦ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。本実施例のエッチング条件
は、ＣＯＦ₂に代えてＮＯＦを使用した他は、すべて実
施例３と同じである。

【００４９】このエッチング過程では、開口部４ａ内に
露出するＳｉＯ₂層間絶縁膜３の表面において、ＮＯＦ
から解離生成したＮＯ^*によるＯ原子引き抜き反応がＣ
Ｆ_x ⁺によるＳｉＯ₂のエッチングを促進し、約４５０
ｎｍ／分のエッチング速度でエッチングが進行した。こ
の結果、図１（ｂ）に示されるように、異方性形状に優
れるコンタクト・ホール５が得られた。

【００５０】この他、本実施例において高選択性と低汚
染性が達成される機構は、ほぼ実施例３で上述したとお
りである。

【００５１】実施例５本実施例では、オクタフルオロシクロブタン（ｃ−Ｃ₄
Ｆ₈）とＣＯＦ₂との混合ガスを用いて同じＳｉＯ₂層
間絶縁膜をエッチングした。エッチング条件の一例を以
下に示す。ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量３５ＳＣＣＭＣＯＦ₂流量１５ＳＣＣＭガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ²（１
３．５６ＭＨｚ）磁場強度１．５０×１０^-2 Ｔ（＝１５０
Ｇ）ウェハ温度 −３０℃（アルコール系冷
媒使用）

【００５２】このエッチング過程では、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈か
ら解離生成する大量のＣＦ_x ⁺の寄与により、９５０ｎ
ｍ／分もの高速でエッチングが進行した。また炭素系ポ
リマーの堆積量が比較的少ないにもかかわらず、レジス
ト・マスク４に対しては約７、単結晶シリコン基板１に
対しては約３０の高選択比が達成された。これは、ＣＯ
^*等の寄与により炭素系ポリマーの重合度が上昇したこ
と、炭素系ポリマーがカルボニル基やＣ−Ｏ結合の導入
により強化され少量でも高いエッチング耐性を発揮した
こと、これにより異方性の確保に必要な入射イオン・エ
ネルギーを低減できたこと、ウェハの低温冷却によりＦ
^*によるラジカル反応が抑制され、主としてラジカル・
モードでエッチングされるレジスト材料やシリコン系材
料のエッチング速度が相対的に低下したこと、等の効果
が総合的に現れた結果である。

【００５３】実施例６本実施例では、同様のコンタクト・ホール加工をｃ−Ｃ
₄Ｆ₈／ＳＯＦ₂（フッ化チオニル）混合ガスを用いて
行った。本実施例のエッチング条件は、ＣＯＦ₂に代え
てＳＯＦ₂を使用した他は実施例５と同じである。

【００５４】このエッチング過程では、ＳＯＦ₂から解
離生成したＳＯ^*によるＯ原子引き抜き反応がＣＦ_x ⁺
によるＳｉＯ₂のエッチングを促進するため、過大な入
射イオン・エネルギーを与える条件ではないにもかかわ
らず、９５０ｎｍ／分もの高速でエッチングが進行し
た。

【００５５】本実施例においても、炭素系ポリマーの堆
積量が比較的少ないにもかかわらず、レジスト・マスク
４に対しては約７、単結晶シリコン基板１に対しては約
３０の高選択比が達成された。これは、ＳＯ^*等の寄与
により炭素系ポリマーの重合度が上昇したこと、炭素系
ポリマーがチオニル基の導入により強化され少量でも高
いエッチング耐性を発揮したこと、これにより異方性の
確保に必要な入射イオン・エネルギーを低減できたこ
と、ウェハの低温冷却によりＦ^*によるラジカル反応が
抑制され、主としてラジカル・モードでエッチングされ
るレジスト材料やシリコン系材料のエッチング速度が相
対的に低下したこと、等の効果が総合的に現れた結果で
ある。

【００５６】実施例７本実施例では、同様のコンタクト・ホール加工をｃ−Ｃ
₄Ｆ₈／ＮＯＦ混合ガスを用いて行った。本実施例のエ
ッチング条件は、ＣＯＦ₂に代えてＮＯＦを使用した他
は、実施例１と同じである。

【００５７】このエッチング過程では、ＮＯＦから解離
生成したＮＯ^*によるＯ原子引き抜き反応がＣＦ_x ⁺に
よるＳｉＯ₂のエッチングを促進するため、過大な入射
イオン・エネルギーを与える条件ではないにもかかわら
ず、９００ｎｍ／分もの高速でエッチングが進行した。
この結果、図１（ｂ）に示されるように、良好な異方性
形状を有するコンタクト・ホール５が速やかに形成され
た。

【００５８】本実施例における対レジスト選択比は約
７、対シリコン選択比は約３０であった。

【００５９】実施例８本実施例は、同じくコンタクト・ホール加工において、
ＣＨＦ₃／ＣＯＦ₂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ＣＯＦ₂の
含量比を相対的に高め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２および前出の図１を参照
しながら説明する。

【００６０】本実施例で使用したウェハは、図１（ａ）
に示したものと同じである。この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ＳｉＯ
₂層間絶縁膜３のエッチングを、実質的に不純物拡散領
域２が露出する直前まで行った。ＣＨＦ₃流量３５ＳＣＣＭＣＯＦ₂流量１５ＳＣＣＭ（エッチン
グ・ガス中の含量比３０％）ガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔウェハ温度０℃

【００６１】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３で上述したとおりである。
終点判定は、４８３．５ｎｍにおけるＣＯ^*の発光スペ
クトル強度、あるいは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、ウェハ上の一部で下地の不純物拡散領域２が露出
し始めた時に対応している。しかし、ウェハ上の他部に
おいては、図２に示されるように、コンタクト・ホール
５は中途部までしか形成されず、その底部にＳｉＯ₂層
間絶縁膜３の残余部３ａが残されていた。

【００６２】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３ａを除去するためのオーバ
ーエッチングを行った。ＣＨＦ₃流量２０ＳＣＣＭＣＯＦ₂流量３０ＳＣＣＭ（エッチン
グ・ガス中の含量比６０％）ガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度１．２Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔウェハ温度０℃

【００６３】このオーバーエッチング工程では、ＣＨＦ
₃流量の減少により炭素系ポリマーの生成量は減少した
が、ＣＯＦ₂流量の増大によりその強化は効率的に行わ
れた。したがって、少ない堆積量でも下地の不純物拡散
領域２に対して高い下地選択性が達成された。また、Ｒ
Ｆパワー密度の低下によりダメージ発生も防止できた。

【００６４】この結果、実施例３に比べてウェハ温度が
高いにもかかわらず、良好な異方性加工を高選択性、低
ダメージ性、低汚染性をもって行うことができた。

【００６５】実施例９本実施例は、同じくコンタクト・ホール加工において、
ＣＨＦ₃／ＮＯＦ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ＮＯＦの含量
比を相対的に高めて選択性をより一層向上させた例であ
る。

【００６６】本実施例のエッチング条件は、ＣＯＦ₂に
代えてＮＯＦを使用した他は、すべて実施例８と同じで
ある。ただし、ジャストエッチング工程の終点判定は、
７７７ｎｍにおけるＳｉＦ^*の発光スペクトル強度が増
大し始めた時点で行った。本実施例において、ジャスト
エッチング工程ではＣＦ_x ⁺によるイオン・アシスト反
応とＮＯ^*によるＯ原子引き抜きとにより高速エッチン
グが進行し、オーバーエッチング工程ではＯ原子引き抜
きを主体とする化学的な過程により高選択，低ダメージ
・エッチングが進行した。本実施例における選択比は、
実施例４よりもさらに向上した。

【００６７】実施例１０本実施例では、同じコンタクト・ホール加工において、
ｃ−Ｃ₄Ｆ₈／ＣＯＦ ₂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ＣＯＦ
₂の含量比を相対的に高めた。

【００６８】ジャストエッチング条件の一例を以下に示
す。ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量３５ＳＣＣＭＣＯＦ₂流量１５ＳＣＣＭ（エッチン
グ・ガス中の含量比３０％）ガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔ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５で上述したとおりである。

【００６９】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３ａを除去するためにオーバ
ーエッチングを行った。ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量２０ＳＣＣＭＣＯＦ₂流量３０ＳＣＣＭ（エッチン
グ・ガス中の含量比６０％）ガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度１．２Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔウェハ温度０℃ このオーバーエッチング工程では、強化された少量の炭
素系ポリマーにより高い下地選択性を維持しながら、低
ダメージ・エッチングを行うことができた。この結果、
高選択性、低ダメージ性、低汚染性が達成された。

【００７０】実施例１１本実施例では、同じくコンタクト・ホール加工におい
て、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈／ＳＯ ₂Ｆ₂（フッ化スルフリル）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ＳＯ₂Ｆ₂の含量比を相対的に高
めた。本実施例におけるエッチング条件は、ＣＯＦ₂に
代えてＳＯ₂Ｆ₂を使用した他は、すべて実施例１０と
同じである。ただし、ジャストエッチング工程の終点判
定は、３０６ｎｍ，３１７ｎｍ，３２７ｎｍのいずれか
におけるＳＯ^*の発光スペクトル強度、あるいは７７７
ｎｍにおけるＳｉＦ^*の発光スペクトル強度が増大し始
めた時点で行った。

【００７１】本実施例において、ジャストエッチング工
程ではＣＦ_x ⁺によるイオン・アシスト反応とＳＯ^*に
よるＯ原子引き抜きとにより高速エッチングが進行し、
オーバーエッチング工程ではＯ原子引き抜きを主体とす
る化学的な過程により高選択，低ダメージ・エッチング
が進行した。

【００７２】実施例１２本実施例では、同じくコンタクト・ホール加工におい
て、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈／ＮＯＦ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ＮＯ
Ｆの含量比を相対的に高めた。

【００７３】本実施例におけるエッチング条件は、ＣＯ
Ｆ₂に代えてＮＯＦを使用した他は、すべて実施例１０
と同じである。ただし、ジャストエッチング工程の終点
判定は、７７７ｎｍにおけるＳｉＦ^*の発光スペクトル
強度が増大し始めた時点で行った。本実施例において、
ジャストエッチング工程ではＣＦ_x ⁺によるイオン・ア
シスト反応とＮＯ^*によるＯ原子引き抜きとにより高速
エッチングが進行し、オーバーエッチング工程ではＯ原
子引き抜きを主体とする化学的な過程により高選択，低
ダメージ・エッチングが進行した。

【００７４】実施例１３本実施例では、ジャスト・エッチング工程にＣＦ₄／Ｃ
ＨＦ₃／ＳＯＦ₂（フッ化チオニル）混合ガス、オーバ
ーエッチング工程にＳ₂Ｆ₂／ＳＯＦ₂混合ガスを用
い、徹底した低汚染化を図った。ジャストエッチング
は、一例として下記の条件で行った。

【００７５】ＣＦ₄流量５ＳＣＣＭＣＨＦ₃流量３０ＳＣＣＭＳＯＦ₂流量１５ＳＣＣＭガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔウェハ温度０℃ このジャストエッチング工程では、ＣＦ_x ⁺によるイオ
ン・アシスト反応とＳＯ^*によるＯ原子引き抜きとによ
り高速エッチングが進行した。この工程の終点判定は、
３０６ｎｍ，３１７ｎｍ，３２７ｎｍのいずれかにおけ
るＳＯ^*の発光スペクトル強度、あるいは７７７ｎｍに
おけるＳｉＦ^*の発光スペクトル強度が増大し始めた時
点で行った。

【００７６】続いて、一例として下記の条件でＳｉＯ₂
層間絶縁膜３の残余部３ａをエッチングするためにオー
バーエッチングを行った。Ｓ₂Ｆ₂流量３５ＳＣＣＭＳＯＦ₂流量１５ＳＣＣＭガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度１．０Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔウェハ温度０℃

【００７７】このオーバーエッチング工程では、入射イ
オン・エネルギーを低減し、ＳＯ^*によるＯ原子引き抜
き反応にもとづいてエッチング反応を進行させると共
に、Ｓ ₂Ｆ₂から解離生成するＳをレジスト・マスク４
や不純物拡散領域２の表面に堆積させた。これにより、
不純物拡散領域２との界面付近においては炭素系ポリマ
ーをほとんど堆積させることなく、高選択性を達成する
ことができた。

【００７８】なお、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４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、本実施例では低汚染化がさらに徹底された。これ
により、デバイスの歩留りが向上し、スループットも改
善された。

【００７９】実施例１４本実施例では、ジャスト・エッチング工程にＣＦ₄／Ｃ
ＨＦ₃／ＮＯＦ混合ガス、オーバーエッチング工程にＳ
₂Ｆ₂／ＮＯＦ混合ガスを用い、徹底した低汚染化を図
った。本実施例のエッチング条件は、ＳＯＦ₂に代えて
ＮＯＦを使用した他は、すべて実施例１３と同じであ
る。ただし、ジャストエッチング工程の終点判定は、７
７７ｎｍにおけるＳｉＦ^*の発光スペクトル強度が増大
し始めた時点で行った。

【００８０】本実施例において、ジャストエッチング工
程ではＣＦ_x ⁺によるイオン・アシスト反応とＮＯ^*に
よるＯ原子引き抜きとにより高速エッチングが進行し
た。オーバーエッチング工程では、Ｏ原子引き抜きを主
体とするエッチング反応が進行する一方、Ｓ₂Ｆ₂から
生成するＳとＮＯＦから生成するＮとの反応により（Ｓ
Ｎ）_xを主体とする窒化イオウ系化合物が堆積し、強固
な側壁保護効果および下地保護効果を発揮した。この結
果、対レジスト選択比および対シリコン選択比が大幅に
向上した。

【００８１】実施例１５本実施例では、ジャスト・エッチング工程にｃ−Ｃ₄Ｆ
₈／ＣＯＦ₂混合ガス、オーバーエッチング工程にＳ₂
Ｆ₂／ＣＯＦ₂混合ガスを用い、徹底した低汚染化を図
った。ジャストエッチングの条件の一例を以下に示す。

【００８２】ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量３５ＳＣＣＭＣＯＦ₂流量１５ＳＣＣＭガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度２．２Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔウェハ温度０℃

【００８３】続いて、一例として下記の条件でＳｉＯ₂
層間絶縁膜３の残余部３ａをエッチングするためのオー
バーエッチングを行った。Ｓ₂Ｆ₂流量３５ＳＣＣＭＣＯＦ₂流量１５ＳＣＣＭガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度１．０Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔウェハ温度０℃ このオーバーエッチング工程では、炭素系ポリマーをほ
とんど堆積させることなく、高選択性を達成することが
できた。

【００８４】実施例１６本実施例では、ジャスト・エッチング工程にＣ₃Ｆ₆／
Ｃ₂Ｆ₂Ｏ₂（フッ化オキサリル）混合ガス、オーバー
エッチング工程にＳ₂Ｆ₂／Ｃ₂Ｆ₂Ｏ₂混合ガスを用
い、徹底した低汚染化と低ダメージ化とを図った。ジャ
ストエッチングの条件の一例を以下に示す。

【００８５】Ｃ₃Ｆ₆流量３５ＳＣＣＭＣ₂Ｆ₂Ｏ₂流量１５ＳＣＣＭガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度１．８Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔウェハ温度０℃ ここで、上記Ｃ₂Ｆ₂Ｏ₂は常温で液体であるため、Ｈ
ｅガス・バブリングにより気化させてからエッチング・
チャンバへ導入した。

【００８６】続いて、ＳｉＯ₂層間絶縁膜３の残余部３
ａをエッチングするために、一例として下記の条件でオ
ーバーエッチングを行った。Ｓ₂Ｆ₂流量３５ＳＣＣＭＣ₂Ｆ₂Ｏ₂流量１５ＳＣＣＭガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度０．８Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔウェハ温度０℃ 本実施例で用いたＣ₂Ｆ₂Ｏ₂（ＦＯＣ−ＣＯＦ）は、
１分子内に２個のカルボニル基を有しているため、炭素
系ポリマーの重合促進効果が高く、また膜質の強化作用
も大きい。したがって、前述のいずれの実施例よりも低
い入射イオン・エネルギー条件下であるにもかかわら
ず、高選択，高異方性，低ダメージ・エッチングを行う
ことができた。

【００８７】実施例１７本実施例では、ジャスト・エッチング工程にｃ−Ｃ₄Ｆ
₈／ＳＯＦ₂混合ガス、オーバーエッチング工程にＳ₂
Ｆ₂／ＳＯＦ₂混合ガスを用い、徹底した低汚染化を図
った例である。本実施例におけるエッチング条件は、Ｃ
ＯＦ₂に代えてＳＯＦ₂を使用した他は、すべて実施例
１５と同じである。

【００８８】本実施例において、ジャストエッチング工
程ではＣＦ_x ⁺によるイオン・アシスト反応とＳＯ^*に
よるＯ原子引き抜きとにより高速エッチングが進行し、
オーバーエッチング工程ではＯ原子引き抜きとＳの堆積
により高選択，低汚染，低ダメージ・エッチングが進行
した。

【００８９】実施例１８本実施例では、ジャスト・エッチング工程にｃ−Ｃ₄Ｆ
₈／ＮＯ₂Ｆ（フッ化ニトリル）混合ガス、オーバーエ
ッチング工程にＳ₂Ｆ₂／ＮＯ₂Ｆ混合ガスを用い、徹
底した低汚染化を図った。ジャストエッチングの条件の
一例を以下に示す。

【００９０】ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量３５ＳＣＣＭＮＯ₂Ｆ流量１５ＳＣＣＭガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度２．０Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔウェハ温度０℃ このジャストエッチング工程では、ＣＦ_x ⁺によるイオ
ン・アシスト反応とＮＯ^*，ＮＯ₂ ^*等によるＯ原子引
き抜きとにより高速エッチングが進行した。

【００９１】続いて、一例として下記の条件でＳｉＯ₂
層間絶縁膜３の残余部３ａをエッチングするためのオー
バーエッチングを行った。Ｓ₂Ｆ₂流量２５ＳＣＣＭＮＯ₂Ｆ流量２５ＳＣＣＭガス圧２．０ＰａＲＦパワー密度０．８Ｗ／ｃｍ²（１３．
５６ＭＨｚ）磁場強度１．５×１０^-2 Ｔウェハ温度０℃ このオーバーエッチング工程では、ＮＯ^*，ＮＯ₂ ^*に
よるＯ原子引き抜きが主体となるエッチング反応が進行
するが、これと同時にＳ₂Ｆ₂から生成するＳとＮＯ₂
Ｆから生成するＮ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堆積し、強固な側壁保護効果お
よび下地保護効果が得られた。この結果、対レジスト選
択比および対シリコン選択比が大幅に向上した。

【００９２】以上、本発明を１８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、一般式Ｃ_mＦ_nで表される
フルオロカーボン系化合物として上述の実施例ではｃ−
Ｃ₄Ｆ₈およびＣ₃Ｆ₆を採り上げたが、これらに代え
て、本発明者が先に特開平４−１７００２６号公報で提
案したＣ₃Ｆ₆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開平４−２５８１
１７号公報で提案したｃ−Ｃ₄Ｆ₆，ｃ−Ｃ₅Ｆ₁₀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。

【００９３】また、本発明において用いられる無機ハロ
ゲン化合物のうち分子内にカルボニル基を１個有するも
のとしては、上述のＣＯＦ₂の他、ＣＯＣｌ₂（塩化カ
ルボニルまたはホスゲン），ＣＯＢｒ₂（臭化カルボニ
ル；液体），ＣＯＣｌＦ（塩化フッ化カルボニル），Ｃ
ＯＢｒＦ（臭化フッ化カルボニル），ＣＯＩＦ（ヨウ化
フッ化カルボニル；液体）等、分子内にカルボニル基を
２個有するものとしては、上述のＣ₂Ｆ₂Ｏ₂の他、Ｃ
₂Ｃｌ₂Ｏ₂（塩化オキサリル；液体），Ｃ₂Ｂｒ₂Ｏ
₂（臭化オキサリル；液体）等がある。

【００９４】分子内にチオニル基を１個有するものとし
ては、上述のＳＯＦ₂の他、ＳＯＦ ₄（四フッ化チオニ
ル），ＳＯＣｌ₂（塩化チオニル；液体），ＳＯＢｒ₂
（臭化チオニル；液体），ＳＯＣｌＢｒ（塩化臭化チオ
ニル；液体）等がある。分子内にスルフリル基を１個有
するものとしては、上述のＳＯ₂Ｆ₂の他、ＳＯ₂Ｃｌ
₂（塩化スルフリル；液体），ＳＯ₂ＣｌＦ（塩化フッ
化スルフリル），ＳＯ₂ＢｒＦ（臭化フッ化スルフリ
ル；液体）等がある。

【００９５】分子内にニトロシル基を１個有するものと
しては、上述のＮＯＦの他、ＮＯＣｌ（塩化ニトロシ
ル），ＮＯＢｒ（臭化ニトロシル；液体）等がある。さ
らに、分子内にニトリル基を１個有するものとしては、
上述のＮＯ₂Ｆの他、ＮＯ₂Ｃｌ（塩化ニトリル），Ｎ
Ｏ₂Ｂｒ（臭化ニトリル），硝酸フッ素（ＦＮＯ₃）等
がある。

【００９６】なお、上記日本語名の後に「液体」と記載
した化合物は常温で液体であることを示し、この記載の
ないものはすべて気体である。

【００９７】フッ化イオウとしては、上述の実施例では
Ｓ₂Ｆ₂を使用したが、本発明で限定される他のフッ化
イオウ、すなわちＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀を使用して
も、基本的には同様の結果が得られる。本発明で使用さ
れるエッチング・ガスには、エッチング速度の制御を目
的としてＯ₂等を添加したり、あるいはスパッタリング
効果，希釈効果，冷却効果等を期待する意味でＨｅ，Ａ
ｒ等の希ガスを適宜添加しても良い。

【００９８】被エッチング材料層は上述のＳｉＯ₂層間
絶縁膜に限られるものではなく、ＰＳＧ，ＢＳＧ，ＢＰ
ＳＧ，ＡｓＳＧ，ＡｓＰＳＧ，ＡｓＢＳＧ等の他のＳｉ
Ｏ₂系材料層であっても良く、さらにはＳｉ_xＮ_y等で
あっても良い。その他、ウェハの構成、使用するエッチ
ング装置、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。

【００９９】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではシリコン化合物層のエッチングにおいてカルボニ
ル基，チオニル基，スルフリル基，ニトロシル基，ニト
リル基等を含む無機ハロゲン化合物を添加したエッチン
グ・ガスを用いることにより、エッチング反応系に生成
する炭素系ポリマーの膜質強化を行い、その堆積量を減
少させても高選択性を達成することが可能となる。

【０１００】この無機ハロゲン化合物を各種のフルオロ
カーボン系化合物と混合して用いれば、更なる高選択
化、高速化、低ダメージ化等を図ることができ、またフ
ッ化イオウと混合して用いれば更なる低汚染化を実現す
ることができる。本発明により、デバイスの信頼性や歩
留りが向上することはもちろん、ホール加工のスループ
ットや経済性を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をコンタクト・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）はコンタクト・ホールが開口
された状態をそれぞれ表す。

【図２】本発明をコンタクト・ホール加工に適用した他
のプロセス例において、コンタクト・ホールが途中まで
形成された状態を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１・・・単結晶シリコン基板２・・・不純物拡散領域３・・・ＳｉＯ₂層間絶縁膜３ａ・・・（ＳｉＯ₂層間絶縁膜の）残余部４・・・レジスト・マスク４ａ・・・開口部５・・・コンタクト・ホール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分子内にカルボニル基，チオニル基，ス
ルフリル基，ニトロシル基，ニトリル基から選ばれる少
なくとも１種類の官能基とハロゲン原子とを有する無機
ハロゲン化合物を含むエッチング・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。
【請求項２】分子内にカルボニル基，チオニル基，ス
ルフリル基，ニトロシル基，ニトリル基から選ばれる少
なくとも１種類の官能基とハロゲン原子とを有する無機
ハロゲン化合物と、フルオロカーボン系化合物とを含む
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。
【請求項３】請求項２に記載のエッチング・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系化合物に対する前記無機ハロゲ
ン化合物の含量比を前記ジャストエッチング工程におけ
るよりも高めてなるエッチング・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。
【請求項４】請求項２に記載のエッチング・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、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と、分子内にカルボニル
基，チオニル基，スルフリル基，ニトロシル基，ニトリ
ル基から選ばれる少なくとも１種類の官能基とハロゲン
原子とを有する無機ハロゲン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。
【請求項５】前記フルオロカーボン系化合物は、一般
式ＣＨ_xＦ_4-x（ただしｘは０〜３の整数を表す。）で
表されることを特徴とする請求項２ないし請求項４のい
ずれか１項に記載のドライエッチング方法。
【請求項６】上記フルオロカーボン系化合物は、一般
式Ｃ_mＦ_n（ただしｍ，ｎは原子数を示す自然数であ
り、ｍ≧２，ｎ≦２ｍ＋２の条件を満足する。）で表さ
れることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれ
か１項に記載のドライエッチング方法。