JPH06151390A

JPH06151390A - ドライエッチングの後処理方法

Info

Publication number: JPH06151390A
Application number: JP4328578A
Authority: JP
Inventors: Keiji Shinohara; 啓二篠原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-11-13
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】ドライエッチングの後処理で、シリコン酸化
膜をエッチングすることなく、エッチング側壁の反応生
成物を除去する方法を提供する。【構成】基材１上に形成されたシリコンを含む材料か
らなる被エッチング層３を、臭素または塩素の少なくと
も一方を含むエッチングガスを用いてドライエッチング
した際に、基材１上に生成される反応生成物６を除去す
るドライエッチングの後処理方法であり、反応生成物６
を、アンモニウム化合物、アミン系化合物またはヒドラ
ジン系化合物を含む溶液で除去する。前記アンモニウム
化合物としては、アンモニア、テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキシド、コリン等を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、シリコンを含む材料からなる被エッチング層
を、臭素系・塩素系のエッチングガスを用いてドライエ
ッチングした際に、基材上に生成される反応生成物を除
去する、ドライエッチングの後処理方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置のデザインルールが、サブミ
クロンからクォーターミクロンレベルへと微細化される
にともない、各種加工技術に対する要求も一段と厳しさ
を増している。その中でも特に、ゲート電極部を形成す
る際のドライエッチングは、エッチング形状の制御性、
エッチング選択比、スループット等に高い水準が要求さ
れ、これらの目的を達成するために、様々なドライエッ
チング方法が提案されている。

【０００３】上記ドライエッチング方法には、臭素や塩
素を含むエッチングガスを用いる方法があり、図３
（１）に示したように、被エッチング層３の上層に、エ
ッチングマスク５を形成して行われる。そして、このド
ライエッチングでは、図３（２）に示すように、エッチ
ングマスク５の側壁を含むエッチング側壁３ａに、反応
生成物６を堆積させながら、ドライエッチングが進行す
る。上記反応生成物６は、被エッチング層３がシリコン
を含む材料で形成されている場合は、シリコンの臭化物
または塩化物であり、この反応生成物６がエッチング側
壁３ａの保護膜となって、エッチングの異方性形状が保
たれている。

【０００４】その後、図３（３）に示すように、後処理
としてエッチングマスク５をアッシング除去するが、エ
ッチング側壁３ａの反応生成物６は、残渣となってその
まま残る。従って、上記アッシング工程の後に、この反
応生成物６の除去が必要となる。上記反応生成物６は、
アッシング工程の酸素プラズマの作用によって、シリコ
ンの臭化物または塩化物から、酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ_X：Ｘ＝１〜４）に変化している。このため、反応生
成物６の除去は、フッ化水素溶液を用いて行う必要があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
フッ化水素溶液によって反応生成物６を除去すると、図
３（４）に示すように、露出した状態となっているシリ
コン酸化膜等からなる絶縁膜２も、同時にエッチングさ
れる。このため、被エッチング層３の下層周辺部Ａには
アンダーカットが生じる。このような状態で、ゲート電
極部の上層に絶縁膜（図示せず）を形成した場合には、
上層の絶縁膜のカバリッジ性が低下する。また、ソース
・ドレイン領域に高濃度の不純物領域を形成した場合に
は、フィールド部の突き抜けが起きる。したがって、こ
のような問題が、半導体装置の信頼性を低下させる原因
になっている。また現在、ゲート絶縁膜の厚さは、例え
ば６４ＭＤＲＡＭでは１０ｎｍ程度しかなく、半導体の
集積度の向上にともない、ますます薄くなる。したがっ
て、上記エッチングによって、ゲート絶縁膜が消失する
ことも懸念される。

【０００６】そこで、本発明のドライエッチングの後処
理方法では、下地のシリコン酸化膜等からなる絶縁膜を
エッチングすることなく、エッチング側壁の反応生成物
を除去する方法を提供することによって、半導体装置の
信頼性と、歩留りの向上を図ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基材上に形成
されたシリコンを含む材料からなる被エッチング層を、
臭素または塩素の少なくとも一方を含むエッチングガス
を用いてドライエッチングした際に、基材上に生成され
る反応生成物を、アンモニウム化合物，アミン系化合物
またはヒドラジン系化合物を含む塩基性溶液で除去する
方法である。上記アンモニウム化合物としては、例えば
アンモニア，テトラメチルアンモニウムハイドロオキシ
ドまたはコリンを用いる。

【０００８】

【作用】ドライエッチングによって基板上に生成される
反応生成物は、シリコン系材料の臭化物または塩化物で
あり、塩基性溶液で容易に溶解される。したがって、ア
ンモニア，テトラメチルアンモニウムハイドロオキシ
ド，コリン等のアンモニウム化合物や、アミン系化合物
またはヒドラジン系化合物を含む塩基性溶液によって容
易に溶解除去される。しかも、上記の塩基性溶液は、例
えばナトリウム，カルシウム等の半導体装置に対して汚
染物質となるものを含まないものであり、この後処理に
よって、半導体装置が汚染されることはない。また、シ
リコン酸化膜は、上記溶液に対する溶解性がないので、
シリコン酸化膜がエッチングされることはない。また、
上記ドライエッチングの後処理で、上記溶液の塩基性濃
度を上げれば、エッチングマスクも同時に溶解除去され
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説
明する。第１の実施例は、シリコン系材料の単層で形成
された被エッチング層を、ドライエッチングした場合の
後処理を例にとって説明する。ここで用いる被エッチン
グ基体の一構成例を、図１（１）に示す。被エッチング
基体は、基材１上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２を
形成し、さらにその上層にポリシリコンからなる被エッ
チング層３を形成したものである。上記被エッチング層
３を構成するシリコン系材料は、上記ポリシリコンの他
に、例えばリンまたはボロンを含むポリシリコンを用い
ても良い。

【００１０】次いで、上記被エッチング層３のさらに上
層に、レジストよりなるエッチングマスク５を形成し
て、被エッチング層３のドライエッチングを行う。この
とき、エッチングガスには、例えば臭化水素（ＨＢｒ）
等の臭素を含むガスを用い、ドライエッチング装置とし
ては、例えばマイクロ波プラズマエッチング装置を用い
る。そして、エッチング条件を、エッチングガス流量：
ＨＢｒ＝１００ｓｃｃｍ（Standard cm³／min ）、エッ
チングチャンバ内のガス圧力＝１．１Ｐａ、マイクロ波
電力＝３００ｍＡ、高周波電力＝１０Ｗに設定する。

【００１１】上記臭素を含むエッチングガスには、上記
で用いた臭化水素（ＨＢｒ）の他に、臭素（Ｂｒ₂），
三臭化ホウ素（ＢＢｒ₃），四臭化炭素（ＣＢｒ₄）等
を用いても良い。また、ドライエッチング装置として
は、上記の他に、リアクティブイオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）装置，マグネトロンＲＩＥ装置等を用いても良い。

【００１２】上記ドライエッチングでは、エッチングガ
スの放電分解で生成した臭素ラジカル（Ｂｒ⁺）とポリ
シリコンが反応し、臭化シリコン（ＳｉＢｒ₄）が生成
される。そして、図１（２）に示すように、この臭化シ
リコンからなる反応生成物６が、エッチングマスク５の
側壁を含むエッチング側壁３ａに、保護膜となって堆積
しながらエッチングが進行していく。

【００１３】このように、上記ドライエッチングでは、
エッチング側壁３ａに、反応生成物６が堆積していく。
そこで後処理として、被エッチング基体上に生成された
反応生成物６を、塩基性溶液にて除去する。塩基性溶液
としては、例えば濃度が１０％のアンモニア溶液を用い
る。そして、このアンモニア溶液に被エッチング基体を
侵漬し、図１（３）に示すように、上記臭化シリコンか
らなる反応生成物６（２点鎖線で示す部分）を溶解し、
エッチング側壁３ａから除去する。このとき、塩基性溶
液によってシリコン酸化膜からなる絶縁膜２はエッチン
グされない。

【００１４】上記塩基性溶液としては、アンモニア溶液
の他に、テトラメチルアンモニウムハイドロオキシド
（ＴＭＡＨ），コリン等のアンモニウム化合物，アミン
系化合物またはヒドラジン系化合物を含む塩基性溶液を
用いても良い。

【００１５】次いで、エッチングマスク５を酸素プラズ
マにより、アッシング除去する。この工程は、すでにエ
ッチング側壁３ａに堆積した反応生成物６を除去した後
なので、アッシングによって反応生成物６よりなるダス
トが発生することはない。したがって、図１（４）に示
すごとく、反応生成物６の残渣のない、良いエッチング
形状を保ったエッチングパターン７を形成することがで
きる。

【００１６】次に、第２の実施例を説明する。第２の実
施例は、被エッチング層が、シリコン系材料と、高融点
金属とシリコンとの化合物との積層構造、いわゆるポリ
サイド構造で形成されたものをドライエッチングした場
合の後処理を例にとって説明する。ここで用いる被エッ
チング基体の一構成例を、図２（１）に示す。被エッチ
ング基体は、基板１上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜
２を形成し、さらその上層に被エッチング層３、４を形
成したものである。そして、上記被エッチング層３を、
例えばリンを含むポリシリコン等のシリコン系材料で形
成し、被エッチング層４を、例えばタングステンシリサ
イド（ＷＳｉ）等の高融点金属とシリコンとの化合物で
形成する。上記シリコン系材料は、例えばボロンを含む
ポリシリコン、あるいはポリシリコン単体等を用いても
良い。また、上記高融点金属とシリコンとの化合物は、
例えばモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ），チタンシリ
サイド（ＴｉＳｉ）等を用いても良い。

【００１７】次いで、上記被エッチング層４の上層に、
上記第１の実施例で説明したと同様に、レジストよりな
るエッチングマスク５を形成して、被エッチング層３，
４のドライエッチングを行う。このとき、エッチングガ
スには、臭素を含むガスと、塩素を含むガスの混合ガス
を用い、例えば、臭素を含むガスとして臭化水素（ＨＢ
ｒ）を、塩素を含むガスとして塩素ガス（Ｃｌ₂）を用
いる。また、ドライエッチング装置としては、マイクロ
波プラズマエッチング装置を用い、エッチング条件を、
エッチングガス流量：ＨＢｒ／Ｃｌ₂＝５０ｓｃｃｍ／
６０ｓｃｃｍ、エッチングチャンバ内のガス圧力＝１．
１Ｐａ、マイクロ波電力＝３００ｍＡ、高周波電力＝１
０Ｗに設定する。

【００１８】上記臭素を含むガスは、臭化水素（ＨＢ
ｒ）に限るものではなく、第１実施例で説明したものと
同様である。また、塩素を含むガスとしては、塩素ガス
（Ｃｌ₂）の他に、塩化水素（ＨＣｌ），三塩化ほう素
（ＢＣｌ₃），四塩化炭素（ＣＣｌ₄）等を用いても良
い。また、ドライエッチング装置も、第１の実施例で示
したと同様である。

【００１９】上記ドライエッチングでは、第１の実施例
と同様にして、臭素ラジカル（Ｂｒ⁺）及び塩素ラジカ
ル（Ｃｌ⁺）と、ポリシリコン及びタングステンシリサ
イドが反応して反応生成物が生成される。そして、図２
（２）に示すように、この反応生成物６がエッチング側
壁３ａに保護膜となって堆積しながらエッチングが進行
していく。

【００２０】そこで第１の実施例と同様に、被エッチン
グ基体上に生成された反応生成物６を、塩基性溶液にて
除去する。塩基性溶液としては、例えばＴＭＡＨ溶液を
用いる。そして、このＴＭＡＨ溶液に被エッチング基体
を侵漬し、図２（３）に示すように、上記臭化シリコン
及び塩化シリコンからなる反応生成物６（２点鎖線で示
す部分）を溶解し、エッチング側壁３ａから除去する。
このとき、第１の実施例と同様に、塩基性溶液によって
シリコン酸化膜からなる絶縁膜２はエッチングされな
い。また、上記塩基性溶液は、第１の実施例で説明した
と同様のものを用いることができる。

【００２１】次いで、第１の実施例と同様に、エッチン
グマスク５を酸素プラズマにより、アッシング除去す
る。この工程は、図２（４）に示すごとく、第１の実施
例と同様の、良いエッチング形状を保ったエッチングパ
ターン７を形成することができる。

【００２２】尚、上記第１及び第２実施例の後処理工程
において、被エッチング基体の洗浄に用いる塩基性溶液
の濃度を高めれば、反応生成物６と同時にエッチングマ
スク５も除去されるので、アッシング工程を省くことが
可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シリコンを含む材料をドライエッチングした時に、エッ
チング側壁に堆積する反応生成物を、下地のシリコン酸
化膜等に影響を与えることなく除去することができる。
したがって、ゲート電極部等の上層に形成された絶縁膜
のカバリッジ性を高めることができる。また、ソース・
ドレイン領域間のフィールドへの突き抜け等を防止する
こともできる。さらに、アッシング時に、反応生成物が
剥がれてダストが発生することがないので、基材上及び
エッチングチャンバーの内部を清浄に保つことができ
る。したがって、半導体装置の信頼性と歩留りの向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を説明する図である。

【図２】本発明の第２の実施例を説明する図である。

【図３】従来のドライエッチングの後処理を説明する図
である。

【符号の説明】

１基材３被エッチング層６反応生成物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材上に形成された被エッチング層を、
臭素または塩素の少なくとも一方を含むエッチングガス
を用いてドライエッチングした際に、前記基材上に生成
される反応生成物を除去するドライエッチングの後処理
方法であって、前記反応生成物を、アンモニウム化合物，アミン系化合
物またはヒドラジン系化合物のうち少なくとも一種類以
上を含む塩基性溶液で除去することを特徴とするドライ
エッチングの後処理方法。
【請求項２】前記アンモニウム化合物は、アンモニ
ア，テトラメチルアンモニウムハイドロオキシドまたは
コリンであることを特徴とする請求項１記載のドライエ
ッチングの後処理方法。
【請求項３】前記被エッチング層は、シリコン系材料
または不純物としてリンあるいはボロンを含有するシリ
コン系材料からなることを特徴とする請求項１または２
記載のドライエッチングの後処理方法。
【請求項４】前記被エッチング層は、高融点金属とシ
リコンの化合物よりなることを特徴とする請求項１また
は２記載のドライエッチングの後処理方法。
【請求項５】前記被エッチング層は、高融点金属とシ
リコンの化合物と、シリコン系材料または不純物として
リンあるいはボロンを含有するシリコン系材料との積層
構造よりなることを特徴とする請求項１または２記載の
ドライエッチングの後処理方法。