JPH06140370A

JPH06140370A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH06140370A
Application number: JP29181092A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tatsumi; 哲也辰巳
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置
内でラジカル反応を主体とするドライエッチングを行う
際のエッチング速度を、ウェハ面内で均一化する。【構成】通常、この種の装置内ではウェハＷの辺縁部
でエッチング速度が上昇し易い。そこで、ウェハ載置電
極９に挿通される冷却ガス供給管１３を通じてウェハＷ
の裏面に供給される冷却用ガスとベルジャー４内に供給
されるエッチング・ガスとを反応させ、ウェハＷの辺縁
部で集中的に堆積性物質１４を生成させ、この部分のエ
ッチング速度を相対的に低下させる。たとえば、Ｆ
^*（フッ素ラジカル）をエッチング種とするＷ層のエッ
チングにおいて、Ｓ₂Ｆ₂をエッチング・ガス、Ｎ₂を
冷却用ガスとして供給すると、堆積性物質１４としてポ
リチアジル（ＳＮ）_xに代表される窒化イオウ系化合物
を生成させることができる。

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
高選択性や高異方性の達成に堆積性物質を利用する方法
において堆積性物質の生成方法に新しい方法論を提供
し、またこれにもとづいてエッチング速度のウェハ面内
均一性を達成する方法に関する。

【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、各プロセスの加工精度に対する要求もますます
厳しくなってきている。ドライエッチングもその例外で
はない。ドライエッチングには、高速性，高異方性，高
選択性，低汚染性，低ダメージ性といった、互いに両立
困難な諸特性を同時に満足させることが要求される。こ
れを少しでも実現に近づけるため、エッチング反応系に
生成する堆積性物質を利用して、パターンの側壁保護や
表面保護を行うことが広く行われている。

【０００３】ところで、近年の４ＭＤＲＡＭクラスの半
導体装置の製造ラインにおいて実用化されているエッチ
ング装置に、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）放電を
利用した有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置が
ある。この装置は、磁界中における電子の円運動周波数
に共鳴させてマイクロ波を導入することにより、低ガス
圧下で高活性のプラズマを効率良く生成できるものであ
り、高異方性加工を行いながらも低ダメージ性が達成で
きるという長所を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置を用いてエ
ッチングを行った場合、ウェハの辺縁部近傍において中
央部よりもエッチング速度が高くなる現象がしばしば観
察される。この現象は、特にエッチング機構が主として
ラジカル反応にもとづいている場合に顕著である。

【０００５】これは、エッチング・チャンバ内に流入す
るエッチング・ガス濃度、あるいはＲＦバイアス・パワ
ーの局所的な不均一性に原因するものと考えられる。つ
まり、この種の装置においては通常、リング状のガス供
給管を用いてエッチング・ガスがウェハの外周方向から
供給されるので、この部分の部分のラジカル密度が高く
なり、エッチング速度が上昇し易い。また、ＲＦバイア
ス・パワーはウェハを載置するウェハ載置電極にＲＦ電
源を接続することにより印加されるが、このウェハ載置
電極の外周側は通常、リング状のアース電極に囲撓さ
れ、このアース電極をチャンバ壁に接触させることによ
りＲＦ電界の対向アースをとるようになされている。し
たがって、ウェハ辺縁部のＲＦバイアス・パワーが局部
的に増大してこの部分における入射イオン・エネルギー
が高まり、エッチング速度が増大し易くなるのである。

【０００６】エッチング速度がウェハ面内でこのように
不均一になると、エッチング速度の大きい領域において
過剰なオーバーエッチングが生じ、下地材料層が不要に
除去される虞れがある。また、このように密度が不均一
なプラズマ中では、エッチング中にウェハ面内に蓄積さ
れる電荷が不均一となり、ゲート絶縁膜の破壊等が生ず
ることも懸念される。

【０００７】そこで本発明は、ラジカル・モードを主体
とするエッチングにおいて、堆積性物質の生成過程に新
しい方法論を導入し、またこれによりウェハ辺縁部のエ
ッチング速度を抑えて面内均一性を向上させることが可
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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は上述の目的を
達成するために鋭意検討を行い、堆積性物質を利用して
高異方性、高選択性を確保しているプロセスにおいて、
この堆積性物質の生成量をウェハ辺縁部で局部的に増大
させれば、エッチング速度の面内均一性が確保できるも
のと考えた。さらに、そのための具体的な方法について
思索する過程で、新しい概念による堆積性物質の生成方
法を着想するに到った。それは、エッチング中のウェハ
を冷却するためにウェハの裏面に吹きつけられている冷
却用ガスと、エッチング・ガスとをエッチング・チャン
バ内で接触させ、これら両ガスの反応により堆積性物質
を生成させるというものである。

【０００９】ドライエッチングにおいて、レジスト・マ
スクの劣化を防止したり、デバイス特性を良好に維持す
る目的でエッチング中のウェハを冷却することは既に広
く行われており、この冷却方法としてウェハの裏面に不
活性ガス等を吹きつける技術も公知である。また、冷却
用ガスの種類を巧妙に選択することにより、このガスに
冷却以外の機能を持たせた例も知られている。たとえば
特開平４−４８７２８号公報には、冷却用ガスとして堆
積性物質を分解できる、あるいはエッチングを促進でき
る組成のガスを用い、エッチングの面内均一性を高める
技術が報告されている。

【００１０】しかし、エッチング・ガスと冷却用ガスと
の反応により堆積性物質を生成させるという概念は、過
去に提案されていない。

【００１１】本発明のドライエッチング方法は、かかる
知見にもとづいて提案されるものであり、真空チャンバ
内にエッチング・ガスを導入してプラズマを発生させ、
該真空チャンバ内に配設された基板載置電極上で基板の
裏面側を冷却用ガスを用いて冷却しながら、該基板の表
面側を前記プラズマ中のエッチング種を用いてエッチン
グする方法であって、前記エッチング・ガスと前記冷却
用ガスとの反応により生成する堆積性物質を前記基板の
表面に堆積させながらエッチングを行うものである。

【００１２】本発明はまた、前記冷却用ガスを前記基板
の裏面側中央部から辺縁部に向けて流すことにより前記
堆積性物質の生成量を該基板の辺縁部近傍で相対的に大
とし、該辺縁部近傍におけるエッチング速度を相対的に
低下させるものである。

【００１３】本発明はさらに、前記エッチング・ガスが
プラズマ中に遊離のイオウを放出し得るイオウ系化合物
を含み、前記冷却用ガスが窒素系化合物を含み、前記堆
積性物質として窒化イオウ系化合物を生成させるもので
ある。

【００１４】

【作用】本発明では、ウェハ裏面から供給される冷却用
ガスと、エッチング・チャンバ内に供給されるエッチン
グ・ガスとを反応させることにより、堆積性物質を生成
させる。この場合、冷却用ガスはウェハ裏面に沿って流
れた後にエッチング・チャンバ内に放出され、ここで初
めて放電分解を受けて種々の化学種を生成する。この化
学種が既にチャンバ内に形成されているエッチング・ガ
スのプラズマ中の化学種と反応することにより、上記堆
積性物質が生成するわけである。

【００１５】生成した堆積性物質は、冷却されたウェハ
の表面に付着する。ここで、イオンの垂直入射が原理的
に生じないパターン側壁面上に付着した堆積性物質は側
壁保護膜を形成し、異方性形状の達成に寄与する。ま
た、イオンの垂直入射面では堆積性物質の堆積過程とイ
オンによるそのスパッタ除去過程とが競合するために、
該堆積性物質はエッチング速度を抑える機能を有する。
この機能は、下地材料層やエッチング・マスクに対する
選択性を確保する上で重要である。

【００１６】ここで、上記冷却用ガスの流路をウェハの
裏面の中央部から辺縁部へ向かうように形成しておけ
ば、ウェハの辺縁部が該冷却ガスの放出端となり、この
近傍において堆積性物質が生成する。しかも、一般にエ
ッチング・チャンバの内部はウェハ載置電極の下方に開
口された排気孔を通じて高真空排気されているので、上
記冷却用ガスや生成した堆積性物質が直ちにエッチング
・チャンバ内全域にわたって拡散することはない。した
がって、堆積性物質は上記ウェハの辺縁部に集中的に生
成することとなり、この領域におけるエッチング速度を
相対的に低下させる。この堆積性物質の生成量を最適に
制御することにより、エッチング速度をウェハ面内にわ
たってほぼ均一化することが可能となる。

【００１７】この堆積性物質の具体的な生成方法として
は、エッチング・ガスにプラズマ中に遊離のイオウ
（Ｓ）を放出し得るイオウ系化合物、冷却用ガスに窒素
系化合物を用い、両者の反応により窒化イオウ系化合物
を生成させることが簡便かつ有効である。この窒化イオ
ウ系化合物を用いて異方性や選択性の制御を行う技術に
ついては、本願出願人が先に特願平３−３０２１８１号
明細書において初めて提案している。窒化イオウ系化合
物としては先の明細書にも述べたように様々な種類の化
合物が生成する可能性があるが、その主体をなすものは
Ｓ−Ｎ−Ｓ−Ｎ−…の繰り返し共有結合鎖を有するポリ
チアジル（ＳＮ）_xである。この場合、プラズマに面し
たウェハの表面側にはほぼ全域にわたってＳが堆積し、
窒化イオウ系化合物は主としてウェハの辺縁部に堆積す
ることになる。

【００１８】なお、Ｓは昇華性物質、窒化イオウ系化合
物は昇華・分解性物質であるから、エッチング終了後に
ウェハを所定の温度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・マスクをエッチング・マ
スクとして用いるプロセスでは、エッチング終了後にこ
れを除去するためのアッシング工程においてこれらの堆
積性物質を燃焼除去することができる。したがって、こ
れらの堆積性物質の使用によりウェハ上のパーティクル
・レベルが何ら悪化する虞れはない。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２０】まず、実際のプロセス例の説明に入る前
に、以下の各実施例で用いたＲＦバイアス印加型の有磁
場マイクロ波プラズマ・エッチング装置の構成例につい
て、図１を参照しながら概略的に説明する。ここで、図
１（ａ）は装置全体を示す概略断面図であり、図１
（ｂ）はウェハ載置電極とその周辺部材を示す概略断面
図である。

【００２１】図１（ａ）に示されるこの装置において、
マグネトロン１から発生した周波数２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波は、矩形導波管２および円筒形導波管３により
石英製のベルジャー４へ導かれる。このベルジャー４
は、ウェハＷの搬出入を行うためのチャンバ７に接続さ
れており、これらの内部は図示されない高真空排気系統
により各々排気孔８を通じて矢印Ａ方向に排気されてい
る。また、上記ベルジャー４へは、ガス導入管６を通じ
て矢印Ｂ方向からエッチング・ガスが導入される。上記
円筒形導波管３は、ソレノイド・コイル５に周回されて
いる。このソレノイド・コイル５により形成される８．
７５×１０^-2Ｔ（８７５Ｇ）の磁場と上述のマイクロ波
とが上記エッチング・ガスに作用することにより、ベル
ジャー４の内部でＥＣＲ放電が起こり、ＥＣＲプラズマ
Ｐが生成される。

【００２２】上記チャンバ７には、ＥＣＲプラズマＰに
面してクランプ１１を用いてウェハＷを保持するための
円形のウェハ載置電極９が配設されている。このウェハ
載置電極９上において、ウェハＷはクランプ１１を用い
て固定されている。このクランプ１１は、ウェハＷの辺
縁部の数ヵ所を押さえ爪１１ａによる点接触で上から押
さえるようになされたリング状の重しである。

【００２３】このクランプ１１の外周部はさらに、同じ
くリング状のアース電極１２に囲撓されており、このア
ース電極１２がガス導入管６の直下においてチャンバ７
の壁面に当接されている。ウェハ載置電極９の脚部１０
には、チャンバ７の外部においてブロッキング・コンデ
ンサ１５を介してＲＦ電源１６が接続されているが、上
記アース電極１２が介在されることにより、チャンバ壁
でＲＦ電界の対向アースがとられているわけである。

【００２４】さらに、上記ウェハ載置電極９にはその脚
部１０を通じて冷却ガス導入管１３が挿通されている。
この冷却ガス導入管１３に矢印Ｃ方向から導入された冷
却用ガスは、図１（ｂ）に示されるようにウェハＷの裏
面中央に達した後、ウェハ載置電極９との僅かな隙間を
通って外周方向へ流れる。図１（ｂ）では、ウェハＷの
裏面とウェハ載置電極９との間が離間しているように描
かれているが、実際にはウェハ載置電極９の表面に冷却
用ガスの流路を提供するための溝が刻設されている。外
周部に達した冷却用ガスは、クランプ１１とウェハＷの
間の隙間を通ってベルジャー４内へ放出される。放出さ
れた冷却用ガスは、直ちに放電解離され、ＥＣＲプラズ
マＰ中の化学種と反応して堆積性物質１４を生成するの
である。

【００２５】以下の実施例では、この有磁場マイクロ波
プラズマ・エッチング装置を用いた実際のプロセス例に
ついて説明する。

【００２６】実施例１本実施例は、本発明をブランケットＣＶＤ法により形成
されたタングステン層（Ｂｌｋ−Ｗ層）をエッチバック
するプロセスに適用し、エッチング・ガスとしてＳ₂Ｆ
₂、冷却用ガスとしてＮ₂を用いた例である。このプロ
セスを、図２および図３を参照しながら説明する。

【００２７】図２（ａ）に、本実施例においてエッチン
グ・サンプルとして用いたウェハＷ ₁の要部を拡大した
模式的断面図を示す。このウェハＷ₁は、下層配線２０
上にＣＶＤ法等によりＳｉＯ₂層間絶縁膜２１を形成し
た後、これを選択的にエッチングして接続孔２２を開口
し、さらに反応性スパッタリング等により全面にＴｉＮ
密着層を約１０ｎｍの厚さに成膜した後、シラン還元法
によるブランケットＣＶＤを行ってＢｌｋ−Ｗ層２４を
約５００ｎｍの厚さに成長させたものである。

【００２８】ここで、上記下層配線２０は、Ｓｉ基板内
に形成された不純物拡散領域であっても、あるいはポリ
シリコン層，ポリサイド膜，Ａｌ系材料層等の他の導電
材料層からなる配線材料層であっても良い。

【００２９】また、上記ブランケットＣＶＤは、一例と
して下記の条件で行った。核成長過程：ＷＦ₆流量２５ＳＣＣＭＳｉＨ₄流量１０ＳＣＣＭガス圧１０．６×１０³Ｐａウェハ温度４７５ ℃ 処理時間２０秒膜成長過程：ＷＦ₆流量６０ＳＣＣＭＨ₂流量３６０ＳＣＣＭガス圧１０．６×１０³Ｐａウェハ温度４７５ ℃ このようにして成膜されたＢｌｋ−Ｗ層２４は、図１に
模式的に示されるように、粗い表面モホロジーを有して
いた。

【００３０】次に、このウェハＷ₁を前述の有磁場マイ
クロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、ベルジャ
ー４内にはガス供給管６からＳ₂Ｆ₂を導入し、ウェハ
Ｗ₁の裏面には冷却ガス導入管１３を介してＮ₂を供給
した。この状態で、一例として下記の条件によりＢｌｋ
−Ｗ層２４をエッチバックした。Ｓ₂Ｆ₂流量３０ＳＣＣＭ（エッチング
・ガス）ガス圧１．３Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー１５０Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）ウェハ温度 −１０ ℃ Ｎ₂流量（冷却用）５ＳＣＣＭこの工程では、Ｓ₂Ｆ₂から解離生成するＦ^*が主エッ
チング種となり、Ｂｌｋ−Ｗ層２４のエッチバックが進
行した。またこのとき、ウェハＷ₁の垂直イオン入射面
では、Ｓ₂Ｆ₂から解離生成する遊離のＳ（イオウ）の
堆積過程とそのスパッタ除去過程とが競合している。

【００３１】ところで、上記装置内ではＳ₂Ｆ₂が導入
されるガス供給管６がウェハＷ₁〔図１（ａ）における
符号はＷ〕の外周側に開口し、またアース電極１２もウ
ェハＷ₁の外周側に配設されているため、エッチング速
度がウェハＷ₁の辺縁部において相対的に高くなる傾向
を本来的に有している。しかし、かかるエッチング速度
の不均一性は、次のような機構により巧妙に抑制され
た。

【００３２】上記エッチバック工程では、冷却ガス供給
管１３から供給されたＮ₂が、ウェハＷ₁の裏面に沿っ
て流れた後、ウェハＷ₁とクランプ１１の隙間からベル
ジャー４内へ放出される。Ｎ₂はここで直ちに放電解離
されてＮ^*等の化学種を生じ、既にプラズマ中に存在し
ているＳと結合して（ＳＮ）_xを始めとする種々の窒化
イオウ系化合物を堆積性物質１４として生成する。この
とき、ベルジャー４内にはチャンバ７の底面に開口され
た排気孔８へ向かう排気流が存在しているため、この窒
化イオウ系化合物はウェハＷ₁の中央方向へは余り拡散
せず、辺縁部において高密度に堆積する。また、Ｎ^*は
ＥＣＲプラズマＰ中のＦ^*の一部を消費する作用を有
し、ウェハＷ₁の辺縁部近傍においてエッチング反応系
のＳ／Ｆ比（Ｓ原子数とＦ原子数の比）を局部的に上昇
させるので、このことによっても辺縁部における窒化イ
オウ系化合物の堆積量は増える。

【００３３】この窒化イオウ系化合物が、単体のＳにも
増して強力な表面保護効果を発揮するため、ウェハＷ₁
の辺縁部におけるエッチング速度が相対的に低減され、
エッチング速度の面内均一性が達成されるのである。

【００３４】ここで、ウェハＷ₁の直径方向の複数箇所
において、ＴｉＮ密着層２３の平坦面上におけるＢｌｋ
−Ｗ層２４の残膜厚を測定し、これにもとづいてエッチ
ング速度（ｎｍ／分）を算出し、ウェハ中心からの距離
（ｍｍ）に対してプロットした結果を図３に示す。２本
のグラフのうち、破線で示した方が実施例１の結果を表
している。この結果から、ウェハＷ₁面内でエッチング
速度がほぼ均一化されている様子が明らかである。

【００３５】上記エッチバックは、図２（ｂ）に示され
るように、ＴｉＮ密着層２３の表面が露出し、接続孔２
２の内部にＷプラグ２４ａが残された状態となった時点
で終了した。このとき、ＴｉＮ密着層２３の露出面上に
は、この露出面上に現れたＮ原子のダングリング・ボン
ドにプラズマ中のＳ原子が結合して（ＳＮ）_x等の窒化
イオウ系化合物からなる被膜が形成され、このＴｉＮ密
着層２３に対して高い選択性が達成された。

【００３６】なお、上述のエッチバック工程では、Ｓや
（ＳＮ）_x等の堆積を利用することの副次的効果とし
て、Ｂｌｋ−Ｗ層２４の表面平滑化が達成される。Ｓに
よる表面平滑化効果については、本願出願人が先に特願
平３−２５５６８号明細書においてタングステン・シリ
サイド（ＷＳｉ_x）層を対象として述べており、また
（ＳＮ）_xによる効果については、本願出願人が先に特
願平３−１７１８８１号明細書においてＢｌｋ−Ｗ層を
対象として述べている。これらは、いずれも粗い表面モ
ホロジー上におけるミクロな蒸気圧の差を利用するもの
であり、反応生成物の蒸気圧が相対的に低くなる微細な
凹部ではＳや（ＳＮ）_xの堆積が優先的に進行し、蒸気
圧が相対的に高くなる微細な凸部ではＦ^*の作用による
エッチング反応が優先的に進行することを利用したもの
である。

【００３７】このように平滑化が達成されると、Ｂｌｋ
−Ｗ層２４のオーバーエッチング量を減少させ、ＴｉＮ
密着層２３に対する選択性を向上させることができる。
また、これによりＢｌｋ−Ｗ層２４の粗い表面モホロジ
ーを最終的に層間絶縁膜２１に転写させずに済むので、
後工程において上層配線のカバレッジ（被覆性）を改善
することができる。

【００３８】ウェハＷ₁上に堆積したＳおよび（ＳＮ）
_xは、エッチバク終了後にウェハＷ ₁を約１３０℃に加
熱することにより容易に昇華除去もしくは分解除去さ
れ、何らパーティクル汚染を惹起させることはなかっ
た。

【００３９】実施例２本実施例は、本発明をＷ線配線を形成するための選択エ
ッチングに適用し、エッチング・ガスとしてＳ₂Ｆ₂／
ＳＦ₆混合ガス、冷却用ガスとしてＮ₂を用いた例であ
る。このプロセスを、図４を参照しながら説明する。図
４（ａ）に、本実施例でエッチング・サンプルとして用
いたウェハＷ₂の要部を拡大した模式的断面図を示す。
このウェハＷ₂は、ＳｉＯ₂層間絶縁膜３０上に反応性
スパッタリング等によりＴｉＮ密着層３１を約１０ｎｍ
の厚さに成膜し、さらにＣＶＤ等により厚さ約５００ｎ
ｍのＷ層３２をウェハ全面に堆積させ、レジスト・マス
ク３３を選択的に形成したものである。

【００４０】このウェハを前述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Ｗ層３２をエッチングした。Ｓ₂Ｆ₂流量３０ＳＣＣＭＳＦ₆流量５０ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー１５０Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）ウェハ温度 −３０ ℃ Ｎ₂流量（冷却用）５ＳＣＣＭ

【００４１】このエッチング過程においては、Ｓ₂Ｆ₂
とＳＦ₆から生成するＦ^*により、Ｗ層３２がＷＦ_xの
形で除去された。本実施例では高速化を意図してＦ^*を
大量に放出するＳＦ₆を添加したので、これによる異方
性の劣化を防止するために、ウェハ温度をやや低温化し
てある。本実施例における異方性の達成機構、ＴｉＮ密
着層３１の表面における高選択性の達成機構、ウェハＷ
₂の辺縁部におけるエッチング速度の抑制機構等は、ほ
ぼ実施例１で上述したとおりである。

【００４２】このエッチングにより、図４（ｂ）に示さ
れるように、異方性形状を有するＷ配線パターン３２ａ
が形成された。

【００４３】エッチング終了後、レジスト・マスク３３
をアッシングしたところ、図４（ｃ）に示されるよう
に、パターン側壁面およびＴｉＮ密着層３１の露出面上
に堆積していた堆積性物質１４も容易に除去された。

【００４４】比較例ここでは、上述の実施例１に対する比較実験を行い、エ
ッチング・ガスとしてＳ₂Ｆ₂、冷却用ガスとしてＨｅ
を用い、図２に示すＢｌｋ−Ｗ層２４をエッチバックし
た。エッチバック条件は、実施例１の条件中、Ｎ₂をＨ
ｅに変更した他は全て同じである。

【００４５】結果を前出の図３中、実線のグラフで示
す。この結果からも明らかなように、本比較例ではウェ
ハ中心からの距離が増大するにしたがってエッチング速
度も上昇している。これは、冷却用ガスとして希ガス
（Ｈｅ）が用いられているため、ＥＣＲプラズマＰと接
触しても何の化学反応も起こらず、したがってウェハの
辺縁部において局部的に堆積性物質の生成量を増大させ
るようなメカニズムが働かないからである。

【００４６】なお、本比較例において、ウェハ中心近傍
におけるエッチング速度は実施例１とほほ同じであっ
た。この事実より、本発明でウェハ辺縁部で堆積性物質
の生成を増強させることは、ウェハ中心近傍におけるエ
ッチング速度を何ら低下させるものではないことがわか
る。

【００４７】以上、本発明を２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。上述の実施例では被エッチング材料層が
Ｗ層である場合について説明したが、ラジカル反応をエ
ッチング機構の主体とするような他の材料層、たとえば
リコン系材料層、Ａｌ系材料層、レジスト材料層等に対
しても適用できる。

【００４８】プラズマ中に遊離のＳを放出し得るイオウ
系化合物としては、上述のＳ₂Ｆ₂の他、ＳＦ₂，ＳＦ
₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ₂Ｃｌ₂，ＳＣｌ₂，Ｓ
₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂，Ｈ₂Ｓ等を使用して
も良い。ただし、エッチング中に蒸気圧の極端に低い反
応生成物が生成しないよう、被エッチング材料層の構成
元素を考慮してイオウ系化合物に含まれるハロゲン原子
の種類を選択することが肝要である。上述の実施例で
は、被エッチング材料層がＷ層であったため、蒸気圧の
高い反応生成物を与えるために、Ｆ^*を放出できるイオ
ウ系化合物を用いたのである。

【００４９】エッチング・ガスには、スパッタリング効
果，冷却効果，希釈効果を得る目的で、エッチング・ガ
スにＨｅ，Ａｒ等の希ガスが適宜添加されていても良
い。特にエッチング・ガスとして上述のイオウ系化合物
を用いる場合には、Ｈ₂，Ｈ₂Ｓ，シラン系化合物のよ
うにハロゲン・ラジカルの一部を消費できる化合物を添
加することによりエッチング反応系のＳ／Ｘ比〔Ｓ原子
数とＸ（ハロゲン）原子数の比〕を上昇させ、Ｓの堆積
を促進することができる。

【００５０】冷却用ガスには、冷却効率を低下させない
範囲でエッチング・ガスの成分の一部、希ガス等が適宜
添加されていても良い。さらに、サンプル・ウェハの構
成、エッチング条件、使用するエッチング装置の構成等
が適宜変更可能であることは言うまでもない。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のドライエッチング方法によれば、堆積性物質の生成
方法に新しい概念が導入されることにより、プロセスの
選択幅を広げることができる。また、特に有磁場マイク
ロ波プラズマ・エッチング装置内でラジカル反応を主体
とするエッチングを行う場合のエッチング速度の面内均
一性を高めることができ、半導体装置の信頼性や歩留り
を大幅に改善することができる。

【００５２】本発明は、微細なデザイン・ルールにもと
づいて設計され、高集積度および高性能を有する半導体
装置の製造に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドライエッチング方法を実施するため
に使用される有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装
置の構成例を示す概略断面図であり、（ａ）は装置全
体、（ｂ）はウェハ載置電極とその周辺部材をそれぞれ
表す。

【図２】本発明をＢｌｋ−Ｗ層のエッチバックに適用し
たプロセス例をその工程順にしたがって示す模式的断面
図であり、（ａ）はエッチバック前のウェハの状態、
（ｂ）はエッチバック終了時のウェハの状態をそれぞれ
表す。

【図３】実施例１および比較例におけるエッチング速度
の面内分布を示すグラフである。

【図４】本発明をＷ層のエッチングに適用したプロセス
例をその工程順にしたがって示す模式的断面図であり、
（ａ）はエッチング前のウェハの状態、（ｂ）はエッチ
ング終了時のウェハの状態、（ｃ）はレジスト・マスク
をアッシングした状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】

９・・・ウェハ・ステージ１１・・・クランプ１３・・・冷却ガス導入管１４・・・堆積性物質２０・・・下層配線２１，３０・・・ＳｉＯ₂層間絶縁膜２２・・・接続孔２３，３１・・・ＴｉＮ密着層２４・・・Ｂｌｋ−Ｗ層２４ａ・・・Ｗプラグ３２・・・Ｗ層３２ａ・・・Ｗ配線パターン３３・・・レジスト・マスクＷ，Ｗ₁，Ｗ₂・・・ウェハＰ・・・ＥＣＲプラズマ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバ内にエッチング・ガスを導
入してプラズマを発生させ、該真空チャンバ内に配設さ
れた基板載置電極上で基板の裏面側を冷却用ガスを用い
て冷却しながら、該基板の表面側を前記プラズマ中のエ
ッチング種を用いてエッチングするドライエッチング方
法において、前記エッチング・ガスと前記冷却用ガスとの反応により
生成する堆積性物質を前記基板の表面に堆積させながら
エッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方
法。
【請求項２】前記冷却用ガスを前記基板の裏面側中央
部から辺縁部に向けて流すことにより前記堆積性物質の
生成量を該基板の辺縁部近傍で相対的に大とし、該辺縁
部近傍におけるエッチング速度を相対的に低下させるこ
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】前記エッチング・ガスがプラズマ中に遊
離のイオウを放出し得るイオウ系化合物を含み、前記冷
却用ガスが窒素系化合物を含み、前記堆積性物質として
窒化イオウ系化合物を生成させることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載のドライエッチング方法。