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ＳｉＯ▲２▼に対するＳｉＮ膜の選択的エツチング方法
JPH0567591A
Japan
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Hideki Fujiwara 英樹 藤原 Toshio Nakanishi 敏雄 中西 - Current Assignee
- Nippon Steel Corp
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Description
translated from
膜の選択的エッチング方法、より詳細にはＲＦ（Radio
Frequency)が印加される平行平板型ＲＩＥ(Reactive Io
n Etching)装置を用いたＳｉＯ2 に対するＳｉＮ膜の選
択的エッチング方法に関する。
素子分離工程があり、最近はＬＯＣＯＳ（Local Oxidat
ion Of Si)プロセスが主に用いられている。このプロセ
スでは耐酸化マスクとなるＳｉＮパターンの形成時、下
地ＳｉＯ2 膜に対する高選択性エッチングを必要として
いる。図４はプラズマエッチング装置を用い、ガス圧１
Ｔｏｒｒ、パワー１００Ｗ、温度１００℃、供給ガス量
３００ｃｃ／ｍｉｎの条件に設定し、ＳｉＮおよびＳｉ
Ｏ2 に対するＣＦ4 ／Ｏ2 系中のＯ2 量とエッチレート
との関係を示している（「最新ＬＳＩプロセス技術」よ
り）。図４に示したように、ＳｉＮの方がＳｉＯ2 より
早くエッチングされる。これは、ＣＦ4 にＯ2 を添加
し、下記の数１のような解離反応により、ＳｉＮエッチ
ャントのＦ*を増やしたことによる。
ため、綿幅制御性が悪く、素子の微細化に伴って、ＲＩ
Ｅが用いられるようになってきた。ＲＩＥにおいてもＣ
Ｆ4／Ｏ2 系が主に用いられたため、一台のＲＩＥでＳ
ｉＯ2 とＳｉＮとをエッチングすることは可能であっ
た。これは１３．５６ＭＨｚの周波数のＲＦを印加した
ＲＩＥでのみ可能なことであった。しかしＳｉＯ2 のエ
ッチングでは、イオン衝撃が必要なため、イオンが追随
できる１ＭＨｚ以下の低周波（特に３８０〜４００ｋＨ
ｚ）を用いることが主流になってきている。
チング装置を用いた場合、ＳｉＮのＳｉＯ2 に対する選
択性を改善することが困難なため、ＳｉＮエッチングに
は専用の装置（１３．５６ＭＨｚ−ＲＩＥ）が通常使用
されている。
た従来のエッチング方法においてはそれぞれ専用の装置
を用いており、生産効率が悪く、ＳｉＯ2エッチングで
はイオンが追随できる１ＭＨｚ以下の低周波（特に３８
０〜４００ｋＨｚ）用の装置を用いるため、これをＳｉ
Ｎのエッチング用として用いようとしてもイオンが基板
の方へ照射され、ＳｉＮエッチングには不要なエネルギ
ーが多すぎ、ＳｉＮのＳｉＯ2 に対する高選択性が実現
できないという課題があった。
方法であって、１ＭＨｚ以下の低周波（特に３８０〜４
００ｋＨｚ）を使用した場合においても、ＳｉＮのＳｉ
Ｏ2に対する高選択性エッチングを実現することができ
る選択的エッチング方法を提供することを目的としてい
る。
に本発明に係るＳｉＯ2 に対するＳｉＮ膜の選択的エッ
チング方法は、ＲＦが印加される平行平板型ＲＩＥ装置
を用いたＳｉＯ2 に対するＳｉＮ膜の選択的エッチング
方法において、前記ＲＦの周波数を１ＭＨｚ以下に設定
する一方、ＣＦ4 、Ｏ2 およびＡｒあるいはＨｅを使用
してＣＦ4 に対するＯ2 の混合比を３３％から６７％に
設定するとともに、ＲＦパワー密度を０．５Ｗ／ｃｍ2
以下に設定してエッチングを行なうことを特徴としてい
る。
に入射し、エッチングが進行する。中性のＦ* 自身は電
界により加速されることはないが、イオンの流れに沿っ
てやはり試料表面に入射してくると考えられる。通常Ｆ
* はＳｉとＮとの結合を切ってもＳｉＯ2 の結合は切ら
ないので、プラズマ中のＦ* の量が増えると、試料表面
ではＦ* によるＳｉＯ2 に対するＳｉＮ膜の高選択エッ
チングが起こることが予測される。
Ｆ4 にＯ2 を添加することによりＦ* の発生量を高める
ことができるが、１ＭＨZ 以下の低周波を印加したＲＩ
Ｅにおいても同様のことが期待される。
* の発光強度との関係を求め、その結果を示したグラフ
である。７０４ｎｍにおけるＦ* からの発光強度とＯ2
混合比との関係を１３．５６ＭＨｚにおけるバレル型エ
ッチャーのプラズマモードおよび４００ｋＨｚにおける
ＲＩＥモードについて測定した。ＲＩＥモードではプラ
ズマモードに比べ、Ｆ*の立ち上がりが遅れるが、Ｏ2
添加によりＦ* 発生量が増えるという結果が得られた。
撃が必要であるため、ＲＦパワーを大きくすることはＳ
ｉＯ2 のエッチングレートをより大きくすると予想され
る。このことより、ＳｉＮ膜の選択的エッチングには出
来るだけ低パワーの方が望ましいということがいえる。
Ｆが印加される平行平板型ＲＩＥ装置を用いたＳｉＯ2
に対するＳｉＮ膜の選択的エッチング方法において、前
記ＲＦの周波数を１ＭＨｚ以下に設定する一方、Ｃ
Ｆ4、Ｏ2 およびＡｒあるいはＨｅを使用してＣＦ4 に
対するＯ2 の混合比を３３％から６７％に設定するとと
もに、ＲＦパワー密度を０．５Ｗ／ｃｍ2 以下に設定し
てエッチングを行なっているので、１ＭＨｚ以下の低周
波（特に３８０〜４００ｋＨｚ）を使用した場合におい
ても、ＳｉＮのＳｉＯ2 に対する高選択性エッチングが
実現される。
膜の選択的エッチング方法の実施例を図面に基づいて説
明する。
エッチレートと、Ｏ2 ／ＣＦ4 混合比との関係を示した
グラフである。これらの測定は、平行平板型のＲＩＥ装
置を用い、ウエハーチャックをメカクランプにより行な
い、ＲＦ周波数を４００ｋＨｚに、試料台循環チラー温
度を−１０℃に設定して行なった。またエッチング条件
はＲＦパワー密度を０．５Ｗ／ｃｍ2 、ガス圧を７００
ｍＴｏｒｒ、ＣＦ4 の流量を３０ｓｃｃｍ、Ａｒの流量
を７５０ｓｃｃｍ、Ｏ2 の流量を０〜９０ｓｃｃｍに設
定して測定した。図２に示されたように、Ｏ2 流量の増
加によりＳｉＮのエッチレートは大きくなり、逆にＳｉ
Ｏ2 のエッチレートは低下する。従って、ＣＦ4 にＯ2
を添加することにより選択比（ＳｉＮ／ＳｉＯ2 ）は改
善される。許容される選択比はＳｉＮとＳｉＯ2 との膜
厚比に左右される。例えばＳｉＮ膜が１０００Å、Ｓｉ
Ｏ2 膜が３００Åあったとすると、ＳｉＮ膜がもっとも
エッチングされる所では１３００Å程度エッチングさ
れ、３００Åのオーバエッチングとなる。一方、ＳｉＯ
2 膜は１００Å程度エッチングされても差し支えなく、
これより選択比は３が必要と求められる。Ｏ2 ／ＣＦ4
＝０．３３（Ｏ2 ＝１０ｓｃｃｍ／ＣＦ4 ＝３０ｓｃｃ
ｍ）以上では、選択比２．８以上が得られ、実際の工程
に適用することができる。
あるレジストのエッチレートは急激に増加する。Ｏ2 ／
ＣＦ4 ＝０．６７（Ｏ2 ＝２０ｓｃｃｍ／ＣＦ4 ＝３０
ｓｃｃｍ）を超えると、エッチング時のレジストの後退
が顕著になり、パターン形状および寸法制御が困難にな
る。
比は０．３３から０．６７の範囲であるといえる。
ように、Ｆ* 発光強度（Ｆ* の発生量）とＳｉＮのエッ
チレートはほぼ同様の傾向を示していることより、ＲＩ
ＥモードにおいてもＦ* がＳｉＮの主エッチャントであ
ると予測される。
記エッチング条件と同様に設定し、またＯ2 を２０ｓｃ
ｃｍに固定設定し、ＲＦパワー密度を変化させてＲＦパ
ワー密度と選択比との関係を調べ、その結果を図３に示
した。Ｆ* が主エッチャントのＳｉＮと、ＣＦ3 +が主エ
ッチャントのＳｉＯ2 ではウエハー面内における均一性
が異なる。図３縦線に示す均一性を考慮すると選択比
２．８〜３．０以上を得るには、ＲＦパワー密度を０．
５Ｗ／ｃｍ2 以下にする必要があることがわかる。
用いてＳｉＮ膜をエッチングする場合、１ＭＨｚ以下の
周波数を印加したＲＩＥ装置を用いて、ＳｉＯ2 に対す
るＳｉＮ膜の高選択エッチングをすることができる。ま
た、同様の装置を用いてＳｉＯ2 をエッチングすること
もでき、従来のようにＳｉＮエッチング専用のＲＩＥ装
置を併設せずに済ますことができる。
2 に対するＳｉＮ膜の選択的エッチング方法において
は、ＲＦが印加される平行平板型ＲＩＥ装置を用いたＳ
ｉＯ2 に対するＳｉＮ膜の選択的エッチング方法におい
て、前記ＲＦの周波数を１ＭＨｚ以下に設定する一方、
ＣＦ4 、Ｏ2 およびＡｒあるいはＨｅを使用してＣＦ4
に対するＯ2 の混合比を３３％から６７％に設定すると
ともに、ＲＦパワー密度を０．５Ｗ／ｃｍ2 以下に設定
してエッチングを行なっているので、１ＭＨｚ以下の低
周波（特に３８０〜４００ｋＨｚ）を使用した場合にお
いても、ＳｉＮのＳｉＯ2 に対する高選択性エッチング
を実現することができる。
用のＲＩＥ装置を併設せずにＳｉＮ、ＳｉＯ2 共にエッ
チングすることができる。
を示したグラフである。
係を示したグラフである。
フである。
Ｓｉ3 Ｎ4 に対するエッチレートを示したグラフであ
る。
Claims (1)
Hide Dependent
translated from
- 【請求項１】 ＲＦ（Radio Frequency)が印加される平
行平板型ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)装置を用いたＳ
ｉＯ2 に対するＳｉＮ膜の選択的エッチング方法におい
て、前記ＲＦの周波数を１ＭＨｚ以下に設定する一方、
ＣＦ4 、Ｏ2およびＡｒあるいはＨｅを使用してＣＦ4
に対するＯ2 の混合比を３３％から６７％に設定すると
ともに、ＲＦパワー密度を０．５Ｗ／ｃｍ2 以下に設定
してエッチングを行なうことを特徴とするＳｉＯ2 に対
するＳｉＮ膜の選択的エッチング方法。