JPH0536645A

JPH0536645A - ドライエツチング方法

Info

Publication number: JPH0536645A
Application number: JP20722091A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-07-25
Filing date: 1991-07-25
Publication date: 1993-02-12

Abstract

(57)【要約】【目的】ＳｉＯ₂系材料層の高速異方性エッチングに
おいて、対シリコン下地選択性を向上させる。【構成】マグネトロンＲＩＥ装置のエッチング・チャ
ンバ１にＳ₂Ｆ₂／Ｈ₂混合ガスを導入し、ウォーター
・ジャケット９と冷却配管８に冷却水を循環させながら
予備放電を行い、チャンバの内側壁面やウェハ載置電極
７の表面等にＳ層１３を析出させる。次に、冷却水を止
め、ヒータ１０でＳ層１３を加熱しながらＣ₄Ｆ₈を用
いてウェハ２０上のＳｉＯ₂層間絶縁膜をエッチングす
る。Ｓ層１３から昇華するＳがＣ₄Ｆ₈から生成する過
剰のＦ^*を捕捉するので、反応系のＣ／Ｆ比が向上し、
下地選択性が向上する。従来のＣ／Ｆ比の向上策と異な
り水素が関与しないので、Ｈ⁺に起因するシリコン基板
のダメージが生じない。

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
下地のシリコン系材料層に対してＨ⁺に起因するダメー
ジを与えることなく選択性を向上させながら、シリコン
化合物層を高速異方性エッチングする方法に関する。

【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方法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。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ＡＳ
ＩＣ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、大幅なエッチン
グ速度の向上が必須となる。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ＰＭＯＳ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ＳｉＯ
₂層間絶縁膜のエッチングがその例である。しかし、高
速性、高選択性、低ダメージ性といった特性は互いに取
捨選択される関係にあり、すべてを満足できるエッチン
グ・プロセスを確立することは極めて困難である。

【０００３】従来、Ｓｉ系材料層に対して高い選択比を
保ちながらＳｉＯ₂系材料層をドライエッチングするに
は、ＣＨＦ₃、ＣＦ₄／Ｈ₂混合系、ＣＦ₄／Ｏ₂混合
系、Ｃ₂Ｆ₆／ＣＨＦ₃混合ガス等がエッチング・ガス
として典型的に使用されてきた。これらは、いずれもＣ
／Ｆ比（分子内の炭素原子数とフッ素原子数の比）が
０．２５以上のフルオロカーボン系ガスを主体としてい
る。これらのガス系が使用されるのは、（ａ）フルオロ
カーボン系ガスに含まれるＣがＳｉＯ₂層の表面でＣ−
Ｏ結合を生成し、Ｓｉ−Ｏ結合を切断したり弱めたりす
る働きがある、（ｂ）ＳｉＯ₂層の主エッチング種であ
るＣＦ_n ⁺（特にｎ＝３) を生成できる、さらに（ｃ）
プラズマ中で相対的に炭素に富む状態が作り出されるの
で、ＳｉＯ₂中の酸素がＣＯまたはＣＯ₂の形で除去さ
れる一方、ガス系に含まれるＣ，Ｈ，Ｆ等の寄与により
シリコン系材料層の表面では炭素系のポリマーが堆積し
てエッチング速度が低下し、シリコン系材料層に対する
高選択比が得られる、等の理由にもとづいている。

【０００４】ここで、上述のエッチング・ガスの中に
は、ＣＨＦ₃のように分子内に構成元素として水素を有
する化合物を使用したり、あるいはＨ₂を添加ガスとし
て使用するなど、何らかの形で水素を含んでいるものが
多い。これは、プラズマ中に発生するＨ^*で過剰なＦ^*
を捕捉し、ＨＦ（フッ化水素）の形でエッチング反応系
外へ除去するためである。これにより、エッチング反応
系の見掛け上のＣ／Ｆ比が増大し、炭素系ポリマーの堆
積が促進されるので、シリコン系の下地に対して高い選
択比が達成できる。

【０００５】また、本願出願人は先に特願平２−２９５
２２５号明細書において、被エッチング基板（ウェハ）
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
ボン系ガス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
系ガスは、放電解離により理論上は１分子から２個以上
のＣＦ_n ⁺を生成し得るので、たとえばＳｉＯ₂系材料
層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フル
オロカーボン系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、ウェハの温度が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
のウェハ上への堆積が促進される。したがって、対レジ
スト選択性および対シリコン下地選択性を向上させるこ
とができる。上記鎖状不飽和フルオロカーボン系ガスと
しては、オクタフルオロブテン（Ｃ₄Ｆ₈）やヘキサフ
ルオロプロペン（Ｃ₃Ｆ₆）等を使用している。また、
同明細書には、鎖状不飽和フルオロカーボン系ガス単独
によるエッチングはシリコン化合物層の途中までで停止
し、残余のエッチングおよびオーバーエッチングを上記
の鎖状不飽和フルオロカーボン系ガスにＣ₂Ｈ₄等の炭
化水素系ガスを添加したガスを用いて行う技術も同時に
提案している。これは、下地シリコンに対する選択性を
一層向上させるために、エッチングの中途から堆積性ガ
スとしてＣ₂Ｈ₄を併用しているのである。ここでも、
水素を構成元素とする化合物がＣ／Ｆ比の制御に利用さ
れているわけである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これまでの説明からも
明らかなように、従来のシリコン化合物層のエッチング
では、実用上十分な選択比を得るために、分子内に水素
を構成元素として有するフルオロカーボン系ガスを使用
するか、もしくはＨ₂や炭化水素系ガスを添加すること
が必要であった。しかし、デザイン・ルールの微細化と
共に、これらのエッチング・ガス系に含まれる水素の影
響が無視できなくなってきた。たとえば、Ａｐｐｌｉｅ
ｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ１９８８年第５
３巻１８号，１７３５〜１７３７ページには、水素プラ
ズマによる単結晶シリコンの欠陥誘発が報告されてい
る。つまり、水素プラズマ中に生成するＨ⁺はイオン半
径も質量も極めて小さいため、シリコン基板へ注入され
ると大きな飛程で侵入し、その後のプロセスにおいて結
晶欠陥を誘発する核として作用するのである。また、結
晶欠陥までには至らなくとも、Ｈ⁺の注入により引き起
こされる結晶歪みがコンタクト抵抗の増大につながるこ
とが懸念される。そこで、通常のプロセスでは、シリコ
ン基板の表層部から数十ｎｍの深さまでライトエッチを
行い、ダメージを生じた層を除去している。

【０００７】しかし、半導体装置の製造分野では前述の
ように枚葉処理が主流となりつつあり、ドライエッチン
グ装置としても、マグネトロン放電やＥＣＲ（電子サイ
クロトロン共鳴）放電を利用して高密度プラズマを生成
させながら高速エッチングを行うタイプの装置が多用さ
れるようになっている。このような高密度プラズマ中に
ウェハが置かれた場合、炭化水素系ガスから放電解離に
より生成するＨ⁺がシリコン基板へ大きなダメージを与
えることは十分に予測される。また、ダメージを生じた
層をライトエッチにより除去するにしても、不純物拡散
領域の接合深さがますます浅くなっている現状では、こ
のような後処理によるシリコン基板の除去量も軽視でき
ないレベルになってきている。したがって、プラズマ中
にＨ⁺を発生させないガス系によりエッチングを行うこ
とが望まれている。

【０００８】この点に鑑みて、本願出願人は先に特願平
３−４０９６６号明細書において飽和または不飽和の環
状フルオロカーボン系化合物を使用するプロセスを提案
している。上記化合物は、自身の骨格構造に起因しても
ともと高いＣ／Ｆ比を有しているので、エッチング反応
系内に水素を共存させなくても比較的高い下地選択性を
達成できる。しかし、高密度プラズマを生成するタイプ
のエッチング装置を使用した場合には、化合物の解離が
促進されて大量のＦ^*が生成する可能性があり、高いレ
ベルの対下地選択性を望むためには、いま一層のプロセ
スの改良が必要である。そこで本発明は、シリコン基板
へダメージを惹起させることなく選択性に優れるシリコ
ン化合物層のエッチングを行う方法を提供することを目
的とする。

【０００９】

【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、エッチング・チャンバの内壁面および
／または内部構成部材の表面の少なくとも一部をイオウ
系材料層で被覆した状態で、一般式Ｃ_xＦ_y（ただし
ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧２，ｙ≦２ｘ
＋２の条件を満足する。）で表されるフルオロカーボン
系化合物を含むエッチング・ガスを用いて酸化シリコン
化合物層をエッチングすることを特徴とする。

【００１０】さらに、本願の第２の発明にかかるドライ
エッチング方法は、前記イオウ系材料層を、放電解離条
件下で遊離のイオウを生成する化合物を含むガスを用い
て予備放電を行うことにより形成することを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】本発明で使用されるフルオロカーボン系化合物
は、Ｃ原子数ｘ≧２であることからいわゆる高次フルオ
ロカーボン系化合物であり、またＦ原子数ｙ≦２ｘ＋２
であることから飽和もしくは不飽和の化合物である。炭
素骨格も直鎖状，分枝状，環状等の種々の構造をとり得
る。いずれにしても、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_n ⁺が生成する
可能性がある。したがって、ガス流量が同じであればＣ
Ｆ₃Ｈ，ＣＦ₂Ｈ₂といった従来公知のガスを使用した
場合と比べてプラズマ中におけるＣＦ_n ⁺の絶対量が多
くなり、高速エッチングが可能となる。

【００１２】ここで、上述のような高次フルオロカーボ
ン系化合物を使用すれば、必然的にプラズマ中における
Ｆ^*の生成量は多くなる。特に、マグネトロン放電やＥ
ＣＲ放電を利用して高密度プラズマを生成させる装置に
おいては、Ｆ^*が顕著に増大してしまう。しかし、上記
高次フルオロカーボン系化合物は水素を構成元素として
含まないため、自身は放電解離条件下でＣ／Ｆ比を調節
する機能を備えていない。そこで従来は、エッチング反
応系のＣ／Ｆ比を増大させるためにＨ₂や炭化水素系ガ
スを添加していたが、本発明ではエッチング開始前に予
めエッチング・チャンバの内壁面および／または内部構
成部材の表面の少なくとも一部をイオウ（Ｓ）系材料層
で被覆しておく。このような状態では、高次フルオロカ
ーボン系化合物が放電解離下でプラズマ中に生成したＦ
^*の一部は、上記イオウ系材料層から供給されるＳと結
合することにより蒸気圧の高いＳＦ_xに変化し、エッチ
ング反応系外へ除去される。つまり、エッチング反応系
の見掛け上のＣ／Ｆ比が増大するのである。したがって
炭素系ポリマーの堆積が促進され、対シリコン下地選択
性および対レジスト選択性を向上させることができる。
本発明によれば、エッチング反応系に水素が関与してい
ないため、Ｈ⁺に起因するダメージを本質的に回避する
ことができる。したがって、シリコン基板の表層部に形
成されたダメージ層を除去するためのライトエッチも不
要となる。

【００１３】本願の第２の発明では、上記イオウ系材料
層を形成するための実用性の高い方法として、予備放電
を提案する。この予備放電では、エッチング・チャンバ
内にガスを導入して放電を行い、プラズマ中に解離生成
した遊離のＳを該エッチング・チャンバの内壁部や内部
構成部材の表面に堆積させる。この方法によれば気相中
から固体粒子を堆積させるので、既存の装置の構成材料
を何ら変更する必要がなく、しかもその形状等の制約を
受けることなく堆積可能な部位にはほぼ均一にイオウ系
材料層を形成することができる。

【００１４】実施例以下、本発明の具体的な実施例について説明する。

【００１５】実施例１本実施例は、本願の第２の発明をコンタクト・ホール加
工に適用し、マグネトロンＲＩＥ装置のエッチング・チ
ャンバ内でＳ₂Ｆ₂／Ｈ₂混合ガスを用いて予備放電を
行うことによりチャンバ内にＳを堆積させた後、Ｃ₄Ｆ
₈（オクタフルオロブテン）を用いてＳｉＯ₂層間絶縁
膜をエッチングした例である。

【００１６】まず、本実施例で使用するマグネトロンＲ
ＩＥ装置の構成を、図１を参照しながら概略的に説明す
る。この装置は、エッチング・チャンバ１の蓋部を構成
する上部電極３と該上部電極３と対向配置されるウェハ
載置電極７との間にＲＦ電源１２からＲＦパワーを印加
し、上記エッチング・チャンバ１に導入された希薄なエ
ッチング・ガスを放電解離させてプラズマを生成し、そ
のプラズマ中の化学種を利用してウェハ２０上の所定の
材料層をエッチングするものである。上部電極３はエッ
チング・チャンバ１のチャンバ壁の一部を構成する部材
であり、側壁部とは絶縁シール２により電気的に絶縁さ
れている。エッチング・チャンバ１の側壁部上方には図
中矢印Ａ方向からエッチング・ガスを導入するためのガ
ス導入管４が開口されており、また底部にはチャンバ内
部を図中矢印Ｄ方向に排気するための排気口５が開口さ
れている。エッチング・チャンバ１の内部には、チャン
バ壁に絶縁ブロック６を介して固定保持されるウェハ載
置電極７が収容されている。上記ウェハ載置電極７はＲ
Ｆ電源１２に接続されており、またその内部には冷却水
を循環させるための冷却配管８が内蔵されている。さら
に、エッチング・チャンバ１の外部であって上部電極３
の背面側には、ＲＦ電界に直交する磁場を形成するた
め、偏心回転機構を備えたマグネット１１が配設されて
いる。

【００１７】以上は、一般的なマグネトロンＲＩＥ装置
の構成とほぼ同様であるが、上記エッチング・チャンバ
１の側壁部には、本発明への適用を考慮してさらに冷却
／加熱機構が加えられている。すなわち、エッチング・
チャンバ１の外表面を周回するように配設されるウォー
ター・ジャケット９と、側壁部の内部に埋設されるヒー
タ１０である。上記ウォーター・ジャケット９は、図中
矢印Ｂ方向から導入される冷却水を循環させることによ
り、プラズマ輻射熱で昇温するチャンバ壁を冷却するこ
とができ、逆に上記ヒータ１０は、プラズマ輻射熱の作
用を補ってチャンバ壁を加熱することができる。この機
構により、エッチング・チャンバ１の内壁部においてＳ
の堆積または放出を促進することができる。

【００１８】次に、上述のマグネトロンＲＩＥ装置を使
用した実際のコンタクト・ホール加工のプロセス例につ
いて説明する。まず、図１（ａ）に示されるように、ヒ
ータ１０はオフ（ＯＦＦ）とし、ウォーター・ジャケッ
ト９に冷却水を循環させた。また、ウェハ載置電極７上
にはダミー・ウェハ１４をセットし、冷却配管８に冷却
水を循環させた。ここで、上記ダミー・ウェハ１４は放
電状態を安定化させ、かつウェハ載置面へのＳの付着を
防止するためにセットされている。この状態で、ガス導
入管４からＳ₂Ｆ₂／Ｈ₂混合ガスを供給して予備放電
を行った。予備放電の条件は、一例としてＳ₂Ｆ₂流量
２０ＳＣＣＭ，Ｈ₂流量２０ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐ
ａ（１０ｍＴｏｒｒ），ＲＦパワー密度１．２７Ｗ／ｃ
ｍ²（２ＭＨｚ），磁場強度１５０Ｇａｕｓｓの放電時
間１分間とした。ここで使用したＳ₂Ｆ₂は、本発明者
が特願平２−１９８０４５号明細書を始めとする一連の
出願により提案しているフッ化イオウのひとつであり、
放電解離条件下でＳＦ_x ⁺，Ｓ_x ⁺等のイオン、および
Ｆ^*を生成することから、条件の設定によりＳｉＯ₂系
化合物、シリコン系化合物、アルミニウム系化合物等の
各種材料層のエッチングに適用できるものである。この
Ｓ₂Ｆ₂を使用するプロセスの最大の特長は、プラズマ
中に生成する遊離のＳをウェハ上に堆積させて側壁保護
に利用し、エッチング終了後にはこのＳを昇華除去して
クリーンなエッチングが行えることである。しかし、本
発明ではＳ₂Ｆ₂をエッチング・ガスとして使用するの
ではなく、Ｓの堆積に利用する。この目的のためには、
ガス系のＳ／Ｆ比（Ｓ原子数とフッ素原子数との比）を
高めた方が都合が良い。そこで、前述のようにＨ₂を混
合し、過剰なＦ^*をＨ^*で捕捉させているのである。こ
の予備放電により、エッチング・チャンバ１の内側壁
面、ウェハ載置電極７の表面、ダミー・ウェハ１４の表
面等の冷却された表面には、Ｓ層１３が形成された。

【００１９】次に、ウェハ載置電極７上のダミー・ウェ
ハ１４を取り外して代わりに被エッチング基板であるウ
ェハ２０をセットした。ここで、上記ウェハ２０は図２
（ａ）に示されるように、予め不純物拡散領域２２が形
成された単結晶シリコン基板上２１にＳｉＯ₂層間絶縁
膜２３が形成され、さらに該ＳｉＯ₂層間絶縁膜２３の
エッチング・マスクとして開口部２４ａを有するレジス
ト・パターン２４が形成されてなるものである。さら
に、ウォーター・ジャケット９および冷却配管８への冷
却水の供給を停止し、ヒータ１０をオン（ＯＮ）とし、
ガス導入管４からはＣ₄Ｆ₈を供給した。この状態で、
一例としてＣ₄Ｆ₈流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐ
ａ（１０ｍＴｏｒｒ），ＲＦパワー密度３．１８Ｗ／ｃ
ｍ²，磁場強度１５０Ｇａｕｓｓの条件でエッチングを
行った。このエッチング過程では、Ｃ₄Ｆ₈が放電解離
条件下でプラズマ中に大量に生成するＣＦ_n ⁺により、
ＳｉＯ₂層間絶縁膜２３のエッチングがイオン・アシス
ト反応を主体とする機構により高速に進行した。また、
Ｃ₄Ｆ₈は分子内に二重結合を１個有しており、この二
重結合のπ電子系に高活性なラジカルが作用することに
より効率良く炭素系ポリマーを形成することができる。
この炭素系ポリマーは、レジスト・パターン２４の表面
で堆積とスパッタ除去とを競合させることにより対レジ
スト選択比を向上させることに寄与する一方、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
し、図２（ｂ）に示されるような側壁保護膜２５を形成
した。この側壁保護膜２５の存在により、エッチングは
異方的に進行し、ほぼ垂直壁を有するコンタクト・ホー
ル２３ａが形成された。

【００２０】ところで、マグネトロンＲＩＥ装置のよう
な高密度プラズマ生成型の装置では、Ｃ₄Ｆ₈のように
１分子中に８個ものＦ原子を含む化合物を放電解離させ
ると大量のＦ^*が生成してしまう。この大量のＦ^*は、
不純物拡散領域２２が露出した時点で下地選択性を大き
く低下させる虞れがある。従来の技術では、Ｃ₄Ｆ₈を
使用した場合の対シリコン下地選択比は６程度であっ
た。しかし、本発明によれば、エッチング・チャンバ１
の内側壁面がヒータ１０で加熱され、またウェハ・ステ
ージ７の表面がプラズマ輻射熱で加熱されることによ
り、これらの表面に予め形成されているＳ層１３から昇
華したＳがプラズマ中に供給される。このＳがＦ^*を捕
捉してＳＦ_xの形で揮発させるため、エッチング反応系
は見掛け上のＣ／Ｆ比が増大し、炭素に富む状態とな
る。したがって、対シリコン下地選択比は約１５に向上
した。しかも、従来技術とは異なりＣ／Ｆ比の増大に水
素が関与していないので、水素に起因するダメージ等も
当然起こらず、サーマル・ウェーブ法により評価した基
板ダメージは従来の１／２程度に抑えられていた。さら
に、エッチング後のウェハの断面を透過型電子顕微鏡で
観察したところ、従来、Ｈを含有するエッチング・ガス
でエッチングを行った場合に不純物拡散領域の表層部に
特徴的にみられた結晶歪みが、本実施例では全くみられ
なかった。したがってライトエッチも不要であった。な
お、本発明はＳでＦ^*を消費してエッチング反応系の見
掛け上のＣ／Ｆ比を増大させるとの発想にもとづいてい
るので、予備放電を行わずにＳ₂Ｆ₂を直接Ｃ₄Ｆ₈に
添加してエッチングを行うことも考えられる。しかし、
この場合にはＳ₂Ｆ₂自身がＦ^*の供給源となってしま
うため、余り効果的な方法とは言えない。

【００２１】実施例２本実施例も実施例１と同様、本願の第２の発明をコンタ
クト・ホール加工に適用した例であるが、エッチング装
置としてはＲＦバイアス印加型の有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置を使用し、Ｓ₂Ｆ₂／Ｈ₂混合ガ
スを用いて予備放電を行った後、Ｃ₃Ｆ₆（ヘキサフル
オロプロペン）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有磁場マイクロ波
プラズマ・エッチング装置の図示および構成の詳述は省
略するが、この装置はエッチング・チャンバの上部が石
英製のベルジャーであり、この部分がマイクロ波の導入
窓にもなっているため、チャンバ内壁面の広い範囲を冷
却してＳ層を形成することは構造上難しい。そこで、Ｓ
層の形成は、ウェハ載置電極に内蔵される冷却配管に冷
却水を循環させることにより冷却できる範囲のみとし
た。すなわち、まずダミー・ウェハをウェハ載置電極上
にセットし、該ウェハ載置電極を冷却し、一例としてＳ
₂Ｆ₂流量２０ＳＣＣＭ，Ｈ₂流量２０ＳＣＣＭ，ガス
圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ），マイクロ波パワー８
５０Ｗ，放電時間１分間の条件で予備放電を行った。こ
の予備放電により、プラズマ中に生成したＳがウェハ載
置電極，ウェハ・クランプ，ダミー・ウェハ等の表面に
堆積し、Ｓ層が形成された。

【００２２】次に、冷却配管への冷却水の供給を停止
し、ウェハ載置電極上に前述の図２（ａ）に示したもの
と同じウェハ２０をセットし、一例としてＣ₃Ｆ₆流量
５０ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ），
マイクロ波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス・パワー２０
０Ｗ（４００ｋＨｚ）の条件でＳｉＯ₂層間絶縁膜２３
をエッチングした。この過程では、前述のＣ₄Ｆ₈を用
いた実施例１とほぼ同様の機構によりエッチングが進行
し、良好な異方性形状を有するコンタクト・ホール２３
ａが高速に形成された。本実施例における対シリコン下
地選択比も、約１５と高い値であった。

【００２３】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
ものではなく、たとえば放電解離条件下で遊離のイオウ
を生成する化合物としては、上述のＳ₂Ｆ₂の他にもＳ
Ｆ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₂Ｃｌ₂，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ
Ｃｌ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂等のハロゲ
ン化イオウや、ＳＯＦ₂，ＳＯＣｌ₂，ＳＯＢｒ₂等の
ハロゲン化チオニルを使用することができる。また、予
備放電時にこれらの化合物から生成するハロゲン・ラジ
カルを捕捉するために添加される化合物としては、上述
のＨ₂の他、Ｈ₂Ｓやシラン系化合物を使用することも
できる。Ｈ₂ＳはＳ供給源でもあるため、チャンバ内に
おけるＳの堆積を促進することができる。また、シラン
系化合物を用いた場合は、Ｈ^*とＳｉ^*の双方がハロゲ
ン・ラジカルの捕捉に寄与するため、やはりＳの堆積を
促進することができる。エッチング・ガスに含まれるフ
ルオロカーボン系化合物も、上述のＣ₄Ｆ₈，Ｃ₃Ｆ₆
に限定されるものではない。Ｃ原子数ｘの上限は、上記
鎖状化合物を気化させた状態でエッチング反応系に導入
し得る限りにおいて、特に限定されるものではない。Ｆ
原子数ｙはｙ≦２ｘ＋２の条件を満足することから、上
記フルオロカーボン系化合物は飽和，不飽和のいずれで
あっても良く、またその骨格構造も鎖状，環状の別を問
わない。さらに、上記エッチング・ガスには、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Ｈ
ｅ，Ａｒ等の希ガスを適宜添加しても良い。

【００２４】上述の各実施例では、上記フルオロカーボ
ン系化合物を用いてエッチングを行う際にはウェハ載置
電極内の冷却配管への冷却水の供給を停止したが、炭素
系ポリマーの堆積を促進したい場合には、むしろ積極的
に冷媒を利用してウェハを低温冷却しても良い。ただ
し、エッチング装置の構造上、Ｓ層の形成部位がウェハ
載置電極等の表面に限定されている場合には、かかる低
温冷却によりプラズマ中へのＳの供給が不足する虞れが
あるので、好ましくない。被エッチング材料層であるシ
リコン化合物層は上述のＳｉＯ₂層間絶縁膜に限られる
ものではなく、ＰＳＧ，ＢＳＧ，ＢＰＳＧ，ＡｓＳＧ，
ＡｓＰＳＧ，ＡｓＢＳＧ，ＳｉＮ等からなる層であって
も良い。エッチング装置の構成も上述の構成に何ら限定
されるものではなく、たとえばウェハ載置電極側にもヒ
ータを設けたり、あるいは冷却／加熱をペルチェ素子で
行う構成とする等、種々の変更が可能である。さらに、
上記各実施例では特に本願の第２の発明を適用した例に
ついて述べてきたが、イオウ系材料層は予備放電により
形成されるものであるとは限らず、たとえばチャンバ内
壁部やウェハ載置電極の表面の一部にイオウ板等を貼付
したものであっても良い。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではチャンバ内に予めＳ系材料層を配し、高次フルオ
ロカーボン系化合物を用いてシリコン化合物層の高速異
方性エッチングを行う。ここで、上記Ｓ系材料層からプ
ラズマ中に供給されるＳが過剰なＦ^*を捕捉し、エッチ
ング反応性のＣ／Ｆ比を増大させるので、対シリコン下
地選択性を向上させることができる。しかも、従来の選
択性の向上手段とは異なり、プラズマ中にＨ⁺を生成し
得る化合物が添加されていないので、シリコン基板に欠
陥を発生させる虞れがなく、またダメージ層を除去する
ためのライトエッチも不要となる。したがって本発明
は、微細なデザイン・ルールにもとづいて設計され、高
集積度と高性能を有する半導体装置の製造に極めて好適
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の第２の発明にかかるドライエッチング
方法を実施するために使用されるマグネトロンＲＩＥ装
置の一構成例およびその使用状態を示す概略断面図であ
り、（ａ）は予備放電時の使用状態、（ｂ）はエッチン
グ時の使用状態をそれぞれ表す。

【図２】本発明のドライエッチング方法をコンタクト
・ホールに適用した場合のプロセス例を工程順にしたが
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・パターンが形成された状態、（ｂ）は
コンタクト・ホールが形成された状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】

１・・・エッチング・チャンバ３・・・上部電極４・・・ガス導入管７・・・ウェハ載置電極８・・・冷却配管９・・・ウォーター・ジャケット１０・・・ヒータ１１・・・マグネット１３・・・Ｓ（イオウ）層１４・・・ダミー・ウェハ２０・・・ウェハ２１・・・単結晶シリコン基板２２・・・不純物拡散領域２３・・・ＳｉＯ₂層間絶縁膜２３ａ・・・コンタクト・ホール２４・・・レジスト・パターン２５・・・側壁保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチング・チャンバの内壁面および／
または内部構成部材の表面の少なくとも一部をイオウ系
材料層で被覆した状態で、一般式Ｃ_xＦ_y（ただしｘ，
ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧２，ｙ≦２ｘ＋２
の条件を満足する。）で表される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
をエッチングすることを特徴とするドライエッチング方
法。
【請求項２】前記イオウ系材料層を、放電解離条件下
で遊離のイオウを生成する化合物を含むガスを用いて予
備放電を行うことにより形成す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。