JPH06163473A

JPH06163473A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH06163473A
Application number: JP30732692A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yanagida; 敏治柳田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-11-17
Filing date: 1992-11-17
Publication date: 1994-06-10
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: JP3318777B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）ガスを使
用せずに、Ｗ−ポリサイド膜の高選択, 異方性エッチン
グを行う。【構成】Ｗ−ポリサイド膜５をＣＯ／ＳＦ₆／ＨＢｒ
混合ガスを用いてエッチングする。Ｆ^*によるＷＳｉ_x
層４の高速エッチングとＢｒ^*による多結晶シリコン層
３の高選択エッチングが進行する一方で、レジスト・マ
スク６の分解生成物に由来するＣＢｒ_xポリマーがＣＯ
に由来するＣ−Ｏ結合やカルボニル基等を取り込み、膜
質の強固な側壁保護膜７を形成する。したがって、異方
性加工に必要な入射イオン・エネルギーと炭素系ポリマ
ーの堆積量が低減でき、レジスト・マスク６やゲート酸
化膜２に対する選択性が向上する他、パーティクル汚染
が抑制できる。ガスにＳ₂Ｂｒ₂を添加してＳ（イオ
ウ）の堆積を併用すれば、さらに選択性が向上し、汚染
が減少する。

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
クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスを使用せずに、
ポリサイド膜の高選択性，高異方性，低汚染性エッチン
グを行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩのゲート配線材料としては、従来
から多結晶シリコンが広く使用されてきたが、高集積化
メモリ装置におけるアクセス時間の短縮等、デバイスの
高速化への要求が高まるにつれ、多結晶シリコンよりも
約１桁低い抵抗値が得られる高融点金属シリサイドが用
いられるようになっている。高融点金属シリサイドを用
いてゲート配線層を形成する場合、デバイス特性や信頼
性に最も影響を与え易いゲート絶縁膜との界面特性を考
慮して、まずゲート絶縁膜上に従来から実績のある多結
晶シリコン層を形成し、これに高融点金属シリサイド層
を積層することが行われている。かかる積層構造を有す
る膜は、ポリサイド膜と呼ばれている。上記高融点金属
シリサイドとしては、タングステン・シリサイド（ＷＳ
ｉ_x）が最も一般的に用いられており、このＷＳｉ_x層
を有するポリサイド膜を特にタングステン・ポリサイド
（Ｗ−ポリサイド）膜と称している。

【０００３】ところで、このポリサイド膜は、異なる２
種類の材料に対して共に異方性を実現しなければならな
いことから、ドライエッチング技術に新たな困難をもた
らした。それは、生成するハロゲン化合物の蒸気圧の差
に起因して上層の高融点金属シリサイド層よりも下層の
多結晶シリコン層が速くエッチングされること、および
多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層の界面に反
応層が形成されること等の理由により、パターンにアン
ダカットやくびれ等が生じやすいからである。これらの
形状異常は、ソース・ドレイン領域を形成するためのイ
オン注入時に不純物の導入されないオフセット領域を発
生させたり、ＬＤＤ構造を実現するためのサイドウォー
ル形成時の寸法精度を低下させること等の原因となり、
特にサブミクロン・デバイスでは許容されないものであ
る。したがって、ポリサイド膜の異方性加工を実現する
技術について、盛んに研究が行われている。

【０００４】従来、ポリサイド膜用のエッチング・ガス
としては、ＣＦＣ１１３ (Ｃ₂Ｃｌ ₃Ｆ₃）に代表され
るクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスが広く使用さ
れてきた。これは、分子中のＦ原子とＣｌ原子の寄与に
よりラジカル反応とイオン・アシスト反応の両方が進行
し、しかも炭素系ポリマーが堆積して側壁保護が行われ
ることにより高速異方性エッチングが可能となるからで
ある。

【０００５】しかしながら、ＣＦＣガスは周知のように
地球のオゾン層破壊の大きな原因であることが指摘され
ているため、環境保護の観点からドライエッチングの分
野においてもＣＦＣガスの代替品を見出し、その効果的
な利用方法を確立することが急務とされている。

【０００６】この脱ＣＦＣ対策のひとつとして有望と考
えられる技術に、Ｂｒ系化学種を主エッチング種として
利用するプロセスがある。たとえば、Ｄｉｇｅｓｔｏ
ｆＰａｐｅｒｓ１９８９２ｎｄＭｉｃｒｏＰｒｏ
ｃｅｓｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐ．１９０には、Ｈ
Ｂｒを用いるゲート電極加工が報告されている。Ｂｒは
イオン半径が大きく、シリコン系材料層の結晶格子内も
しくは結晶粒界内に進入しない。したがって、シリコン
系材料層をＦ^*のように自発的かつ等方的にエッチング
する虞れが少なく、イオン・アシスト機構により異方的
なエッチングを進行させることができる。また、Ｓｉ−
Ｏ結合の結合エネルギーがＳｉ−Ｂｒ結合よりも遙かに
大きいことからも明らかなように、ＳｉＯ₂からなるゲ
ート酸化膜に対して高選択性が達成できる。さらに、レ
ジスト・マスクの表面を蒸気圧の低いＣＢｒ_xポリマー
で被覆することができるので、レジスト選択性を向上で
きる点もＢｒ系化学種の大きなメリットである。

【０００７】ただし、上記の報告でエッチングの対象と
なっているのは、Ｗ−ポリサイド膜ではなく、ｎ⁺型多
結晶シリコン層である。

【０００８】また、他の脱ＣＦＣ対策としては、たとえ
ば第５２回応用物理学会学術講演会（１９９１年秋季年
会）講演予稿集，ｐ．５０８，講演番号９ａ−ＺＦ−６
に、ＣＦＣ１１３に替えてＣｌ₂／ＣＨ₂Ｆ₂混合ガス
を用いたＷ−ポリサイド膜のエッチングが報告されてい
る。このガス系によれば、ＣＨ₂Ｆ₂に由来して気相中
に生成する炭素系ポリマーを堆積させることにより、側
壁保護が行われる。また、ＣＨ₂Ｆ₂の流量比を最適化
すれば、ＷＳｉ_x層と多結晶シリコン層との間の選択比
を増大させ、段差部の残渣を低減することもできる。

【０００９】一方、上述のような炭素系ポリマーの側壁
保護作用により高異方性を達成するのではなく、被エッ
チング基板（ウェハ）の低温化によりこれを達成しよう
とする技術も提案されている。これは、いわゆる低温エ
ッチングと呼ばれるプロセスであり、ウェハの温度を０
℃以下に保持することにより、深さ方向のエッチング速
度をイオン・アシスト効果により実用レベルに維持した
まま、パターン側壁部におけるラジカル反応を凍結また
は抑制してアンダカット等の形状異常を防止しようとす
る技術である。たとえば、第３５回応用物理学関係連合
講演会（１９８８年春季年会）講演予稿集第４９５ペー
ジ演題番号２８ａ−Ｇ−２には、ウェハを−１３０℃に
冷却し、ＳＦ₆ガスを用いてシリコン・トレンチ・エッ
チングおよびｎ⁺型多結晶シリコン層のエッチングを行
った例が報告されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来から
幾つかの脱ＣＦＣ対策が提案されているが、それぞれに
解決しなければならない課題も残されている。まず、Ｈ
Ｂｒを用いるプロセスをそのままＷ−ポリサイド膜に適
用しようとすると、ＷＳｉ_xのエッチング中に蒸気圧の
低いＷＢｒ_xが大量に生成してエッチング・チャンバ内
のパーティクル・レベルを悪化させること、また元来Ｓ
ｉに対する反応性が低いＢｒを主エッチング種としてい
るために、エッチング速度が大幅に低下してしまうこと
等の問題が起きる。

【００１１】一方、Ｃｌ₂／ＣＨ₂Ｆ₂混合ガスを用い
る方法には、ＣＨ₂Ｆ₂の堆積性が過大になり易いとい
う問題がある。１９８８年ドライ・プロセス・シンポジ
ウム抄録集ｐ．７４，II−８には、ＣＨ₂Ｆ₂はＣ₄Ｆ
₈，Ｃ₂Ｃｌ₂Ｆ₄（ＣＦＣ１１４），ＣＣｌ₄等のガ
スに比べて強固なポリマーを形成し、入射イオンによる
エッチング速度が低い事実が報告されている。したがっ
て、ＣＨ₂Ｆ₂を使用すると再現性やパーティクル・レ
ベルを大きく損なう虞れが大きい。

【００１２】これらに対し、低温エッチングは脱ＣＦＣ
対策の有効な手段のひとつと期待されているが、高異方
性の達成をラジカルの反応の凍結もしくは抑制のみに頼
ろうとすると、前述のように液体窒素を要するレベルの
低温冷却が必要となる。しかしこれでは、大型で特殊な
冷却装置が必要となること、真空シール材の信頼性が低
下すること等のハードウェア面の問題が生ずる。また、
ウェハの冷却および室温に戻すまでの昇温に時間がかか
るのでスループットが低下することも懸念され、経済性
や生産性を損なう虞れが大きい。

【００１３】そこで本発明は、高異方性、高速性、高選
択性、低汚染性といった両立の難しい諸特性を高いレベ
ルで満足させ、しかも実用的な温度域で実施できるポリ
サイド膜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、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選ばれる
少なくとも１種類の無機酸化物を含むエッチング・ガス
を用い、有機材料パターンをマスクとしてポリサイド膜
をエッチングするものである。

【００１５】本発明はまた、ポリサイド膜のエッチング
を実質的に上層側の高融点金属シリサイド層のみをエッ
チングする工程と、下層側のシリコン系材料層をエッチ
ングする工程とに分けた２段階プロセスとし、前者の工
程では酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選ばれる少
なくとも１種類の無機酸化物とフッ素系化合物とを含む
エッチング・ガスを用い、後者の工程では臭素系化合物
を含むエッチング・ガスを用いるものである。

【００１６】本発明はまた、同様の２段階プロセスのう
ち後者の工程において前記無機酸化物の少なくとも１種
類と塩素系化合物とを含むエッチング・ガスを用いるも
のである。

【００１７】本発明はさらに、前記エッチング・ガスが
放電解離条件下でプラズマ中にイオウを放出し得るイオ
ウ系化合物を含むものである。

【００１８】なお、本発明において上述の無機酸化物は
エッチング・ガスの構成成分として用いられるものであ
るから、取り扱い性を考慮すると常温常圧下で気体であ
るか、もしくは容易に気化できる化合物を選択する必要
がある。かかる観点から、実用性の高い酸化炭素として
は、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＯ ₂（二酸化炭素）、Ｃ₃
Ｏ₂（二酸化三炭素，沸点７℃）を挙げることができ
る。酸化炭素には、この他にも分子内の炭素原子数が酸
素原子数よりも多い、亜酸化炭素と総称される化合物が
知られており、一酸化炭素中で無声放電を行った場合に
生成する組成の一定しない物質や、二酸化五炭素、九酸
化十二炭素（無水メリト酸）等がある。

【００１９】また、実用性の高い酸化窒素としては、Ｎ
₂Ｏ（酸化二窒素）、ＮＯ（一酸化窒素）、Ｎ₂Ｏ
₃（三酸化二窒素）、ＮＯ₂（二酸化窒素）、ＮＯ
₃（三酸化窒素）を挙げることができる。この他に知ら
れている酸化窒素としては、Ｎ₂Ｏ₅（五酸化二窒素）
とＮ₂Ｏ₆（六酸化二窒素）があるが、前者は昇華点３
２．４℃（１気圧）の固体、後者は不安定な固体であ
る。

【００２０】さらに、実用性の高い酸化イオウとして
は、ＳＯ（一酸化イオウ）、ＳＯ₂（二酸化イオウ）を
挙げることができる。この他にも数種類の酸化イオウが
知られているが、室温近傍では分解等により複雑な相や
組成を有する混合物として存在するものが多い。たとえ
ば、Ｓ₂Ｏ₃（三酸化二イオウ）は加熱によりＳ，Ｓ
Ｏ，ＳＯ₂に分解する固体である。ＳＯ₃（三酸化イオ
ウ）は、室温近傍で液体、あるいは融点の異なるα型，
β型，γ型のいずれかの形をとる固体である。Ｓ₂Ｏ₇
（七酸化二イオウ）は融点０℃、昇華点１０℃の固体で
ある。さらに、ＳＯ ₄（四酸化イオウ）は融点３℃の固
体であるが、酸素を発生して分解し、七酸化二イオウを
生成する。

【００２１】

【作用】本発明者は、上述の目的を達成するには、側壁
保護膜を構成する炭素系ポリマーの膜質を強化し、エッ
チング耐性を向上させることが極めて有効であるとの考
えに至った。それは、炭素系ポリマー強化に次のような
メリットが期待できるからである。

【００２２】第一に、側壁保護効果が向上するので、異
方性加工に必要な入射イオン・エネルギーを下げること
ができる。これにより、レジスト・マスクやゲート酸化
膜のスパッタ除去を抑制することができ、これらに対す
る選択性が向上し、ダメージが低減される。第二に、高
異方性、高選択性を達成するために必要な炭素系ポリマ
ーの堆積量を低減できるので、従来技術に比べてパーテ
ィクル汚染を減少させることができる。また、炭素系ポ
リマーを構成するＣ原子によるＳｉＯ₂からのＯ原子引
き抜きも抑制されるので、ゲート酸化膜に対する選択性
も向上する。

【００２３】第三に、側壁保護効果の向上によりＳｉと
の反応性の高いＦ系化学種やＣｌ系化学種をエッチング
に利用できるようになるので、高異方性、高選択性の達
成をＢｒ系化学種のみに依存していた場合に比べてエッ
チング速度が格段に上昇し、また高融点金属の臭化物に
よるパーティクル汚染が低減できる。

【００２４】本発明では、かかる炭素系ポリマーの強化
を可能とするエッチング・ガスの構成成分として、酸化
炭素、酸化窒素、酸化イオウの少なくともいずれかを用
いる。これら無機酸化物は、分子内に異種原子間の多重
結合を有しており、幾つかの分極構造の共鳴混成体とし
て存在するが、これらの分極構造のある種のものが高い
重合促進活性を有する。この結果、エッチング・マスク
である有機材料パターンの分解生成物に由来する炭素系
ポリマーの重合度が増し、強固な側壁保護膜が形成され
る。

【００２５】また、これらの無機酸化物の分解生成物
は、炭素系ポリマーにカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ），ニト
ロシル基（−Ｎ＝Ｏ），ニトリル基（−ＮＯ₂），チオ
ニル基＞Ｓ＝Ｏ），スルフリル基（−ＳＯ₂）等の極性
基を導入することができる。炭素系ポリマーにかかる極
性基が導入されると、単に−ＣＸ₂−（Ｘはハロゲン原
子を表す。）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が、近年の
研究により明らかとなっている。この現象の理由に関す
る論拠は、おおよそ次の２点である。

【００２６】そのひとつは、Ｃ−Ｏ結合（１０７７ｋＪ
／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｎ結合（７７０ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｎ−
Ｏ結合（６３１ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｓ結合（７１３ｋ
Ｊ／ｍｏｌ）の原子間結合エネルギーが、いずれもＣ−
Ｃ結合（６０７ｋＪ／ｍｏｌ）よりも大きいという事実
である。いまひとつは、上記の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というも
のである。

【００２７】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の高速化、高選択化、低汚染化を
図るために、（ａ）高融点金属シリサイド層のエッチン
グ時とシリコン系材料層のエッチング時とでエッチング
・ガス組成を切り替える２段階プロセス、および（ｂ）
炭素系ポリマーに加えてＳ（イオウ）の堆積を併用する
方法を提案する。

【００２８】（ａ）の２段階プロセスは、特に上層側の
高融点金属シリサイド層がＷＦ_xのように蒸気圧の高い
フッ化物を生成し得る場合を想定し、Ｆ^*を供給してこ
の層のエッチング速度を高めることにより、プロセス全
体の所要時間を短縮することを意図している。またこれ
と同時に、下層側のシリコン系材料層のエッチング時に
はエッチング反応系からＦ^*を除外し、高異方性の確保
とゲート酸化膜に対する選択性の向上を狙う。

【００２９】これを実現するために、高融点金属シリサ
イド層用のエッチング・ガスとしては前述の無機酸化物
の少なくともいずれかとフッ素系化合物とを含む混合系
を用い、シリコン系材料層用のエッチング・ガスとして
は臭素系化合物を含むエッチング・ガスを用いる。臭素
系化学種を用いるメリットについては、上述したとおり
である。

【００３０】あるいは、この２段階プロセスにおいて、
シリコン系材料層用のエッチング・ガスとして臭素系化
合物の代わりに上述の無機酸化物の少なくともいずれか
と塩素系化合物を含むエッチング・ガスを使用すれば、
臭素系化学種よりも反応性の高い塩素系化学種の寄与に
より、エッチング速度をさらに上昇させることができ
る。このとき、無機酸化物の併用により炭素系ポリマー
の強化が引き続き行われているので、異方性が損なわれ
る虞れはない。

【００３１】以上は、側壁保護を炭素系ポリマーにより
行う方法であるが、その一部をＳに置き換えることによ
り相対的に炭素系ポリマーの堆積量を減じ、低汚染化を
徹底させる方法が、上記（ｂ）のＳの堆積を併用する方
法である。これは、放電解離条件下でプラズマ中にイオ
ウを放出し得るイオウ系化合物をエッチング・ガスの構
成成分として用いることにより、可能となる。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に堆積し、おおよそ９０℃以上に加
熱されれば容易に昇華する。したがって、自身はパーテ
ィクル汚染源となる虞れがない。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００３３】実施例１本実施例は、本発明をゲート電極加工に適用し、ＣＯ／
ＳＦ₆／ＨＢｒ混合ガスを用いてＷ−ポリサイド膜をエ
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。まず、図１（ａ）に示されるように、
単結晶シリコン基板１上にＳｉＯ₂からなる厚さ約１０
ｎｍのゲート酸化膜２を介してＷ−ポリサイド膜５が形
成され、さらにこの上に所定の形状にパターニングされ
たレジスト・マスク６が形成されてなるウェハを準備し
た。ここで、上記Ｗ−ポリサイド膜５は、ｎ型不純物を
ドープした厚さ約１００ｎｍの多結晶シリコン層３と、
厚さ約１００ｎｍのＷＳｉ _x層４とが順次積層されてな
るものである。また、上記レジスト・マスク６は、一例
としてネガ型３成分系の化学増幅型フォトレジスト材料
（シプレー社製；商品名ＳＡＬ−６０１）を用い、Ｋｒ
Ｆエキシマ・レーザ・リソグラフィを行うことにより、
約０．３５μｍのパターン幅に形成されている。

【００３４】後述の実施例２および実施例３において
も、このウェハをサンプル・ウェハとする。

【００３５】このウェハをＲＦバイアス印加型の有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例
として下記の条件で上記Ｗ−ポリサイド膜５をエッチン
グした。ＣＯ流量１０ＳＣＣＭＳＦ₆流量２０ＳＣＣＭＨＢｒ流量２０ＳＣＣＭガス圧０．６７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５
ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１５０Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）ウェハ温度常温

【００３６】このエッチング過程では、ＥＣＲ放電によ
りＳＦ₆から解離生成するＦ^*を主エッチング種とする
ラジカル反応が、Ｃ⁺，ＣＯ⁺，Ｂｒ⁺等のイオンにア
シストされる機構でエッチングが進行し、Ｗ−ポリサイ
ド膜５はＷＦ_x，ＳｉＦ_x，ＳｉＢｒ_x等の形で選択的
に除去された。またこれと同時に、レジスト・マスク６
の分解生成物に由来してＣＢｒ_xが生成し、さらにＣ−
Ｏ結合やカルボニル基がその構造中に取り込まれて強固
な炭素系ポリマーが生成した。ただし、レジスト・マス
ク６の表面もＣＢｒ_xで被覆されるため、炭素系ポリマ
ーの供給量は従来のように多くはない。この炭素系ポリ
マーは、パターン側壁部に堆積して図１（ｂ）に示され
るような側壁保護膜７を形成し、堆積量こそ少ないもの
の高いエッチング耐性を発揮し、異方性加工に寄与し
た。この側壁保護膜７には、ＷＳｉ_x層４のエッチング
中に生成するＷＢｒ _x，ＷＯ_x等も含まれている。

【００３７】このエッチングの結果、良好な異方性形状
を有するゲート電極５ａが形成された。ここで、図中、
パターニング後の各材料層は、対応する元の材料層の符
号に添字ａを付して表してある。さらに、エッチング反
応系にＢｒが関与していることにより、下地のゲート酸
化膜２に対しても高選択比が達成された。

【００３８】エッチング終了後、このウェハを上記エッ
チング装置に付属のプラズマ・アッシング装置に搬送
し、通常の条件でＯ₂プラズマ・アッシングを行った。
この結果、図１（ｃ）に示されるように、レジスト・マ
スク６と側壁保護膜７が燃焼除去された。

【００３９】実施例２本実施例は、同じＷ−ポリサイド膜５を、ＮＯ／ＳＦ₆
／ＨＢｒ混合ガスを用いてエッチングした例である。エ
ッチング条件の一例を以下に示す。ＮＯ流量１０ＳＣＣＭＳＦ₆流量２０ＳＣＣＭＨＢｒ流量２０ＳＣＣＭガス圧０．６７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５
ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１００Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）ウェハ温度常温上記の条件により進行するエッチングの機構は、ほぼ実
施例１に準じたものであるが、ここでは炭素系ポリマー
がＣ−Ｎ結合やニトロシル基等の導入により強化され
た。

【００４０】実施例３本実施例は、同じＷ−ポリサイド膜５を、ＳＯ₂／ＳＦ
₆／ＨＢｒ混合ガスを用いてエッチングした例である。
エッチング条件の一例を以下に示す。ＳＯ₂流量１０ＳＣＣＭＳＦ₆流量２０ＳＣＣＭＨＢｒ流量２０ＳＣＣＭガス圧０．６７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５
ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１００Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）ウェハ温度常温上記の条件により進行するエッチングの機構は、ほぼ実
施例１に準じたものであるが、ここでは炭素系ポリマー
がＣ−Ｓ結合やスルフリル基，チオニル基等の導入によ
り強化された。

【００４１】実施例４本実施例では、同じＷ−ポリサイド膜のエッチングを２
段階プロセスで行い、まずＣＯ／ＳＦ₆混合ガスを用い
て上層側のＷＳｉ_x層をエッチングした後、ＨＢｒを用
いて下層側の多結晶シリコン層をエッチングした。この
プロセスを、図２を参照しながら説明する。なお、図２
の参照符号は図１と一部共通である。

【００４２】本実施例でエッチング・サンプルとして用
いたウェハを、図２（ａ）に示す。このウェハは、図１
（ａ）に示したものと同じである。上記ウェハを有磁場
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まずＷＳｉ_x層４をエッチングし
た。ＣＯ流量２０ＳＣＣＭＳＦ₆流量３０ＳＣＣＭガス圧０．６７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５Ｇ
Ｈｚ）ＲＦバイアス・パワー１５０Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）ウェハ温度常温

【００４３】この工程では、ＳＦ₆から解離生成する大
量のＦ^*により高速エッチングが進行するが、これと同
時にＣＯによる炭素系ポリマーの強化も行われるので、
高異方性も併せて達成された。なお、上記エッチングの
終点は、理想的には被エッチング領域の全面にシリコン
系材料層の表面が露出した時点で判定される。しかし実
際のプロセスでは、図２（ｂ）に示されるように、ウェ
ハ面内の温度分布やプラズマ密度の不均一性等に起因し
て、高融点金属シリサイド層の残余部４ｂが若干残っ
た。

【００４４】そこで、一例として下記の条件で残余部４
ｂおよび多結晶シリコン層３をエッチングした。ＨＢｒ流量５０ＳＣＣＭガス圧０．６７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５
ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１５０Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）ウェハ温度常温この段階では、Ｂｒ^*を主エッチング種としてエッチン
グが進行する。ここではエッチングにＦ^*が関与してお
らず、またＣＢｒ_xポリマーにより側壁保護が行われる
ため、図２（ｃ）に示されるように、ゲート電極５ａが
アンダカットを生ずることなく良好な形状に形成され
た。また、この反応系にはＣ^*も関与していないため、
下地のゲート酸化膜２に対しても高選択性と低ダメージ
性とが確保された。

【００４５】なお、上記高融点金属シリサイド層４の残
余部４ｂの量は少ないため、このエッチング過程におい
て高融点金属の臭化物が大量に発生することはなかっ
た。

【００４６】この後、通常のＯ₂プラズマ・アッシング
を行ってレジスト・マスク６と側壁保護膜７とを除去
し、図２（ｄ）に示されるようにゲート電極５ａを完成
した。なお、ＷＳｉ_x層４のエッチング工程において、
上述のＣＯに替えてＮ₂ＯあるいはＳＯを用いた他は同
じ条件でエッチングを行った場合にも、同様の高速、高
異方性、高選択性エッチングを行うことができた。

【００４７】実施例５本実施例では、同じＷ−ポリサイド膜５を２段階プロセ
スにてエッチングする方法において、ＷＳｉ_x層をＣＯ
／ＳＦ₆混合ガス、多結晶シリコン層をＣ₃Ｏ ₂／Ｃｌ
₂混合ガスをそれぞれ用いてエッチングした。ＷＳｉ_x
層４のエッチングは、実施例４と同じ条件で行った。

【００４８】上記ＷＳｉ_x層４の残余部４ｂと多結晶シ
リコン層３のエッチングは、一例として下記の条件で行
った。Ｃ₃Ｏ₂流量２０ＳＣＣＭＣｌ₂流量３０ＳＣＣＭガス圧０．６７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５
ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１５０Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）ウェハ温度常温このエッチング過程では、Ｃｌ^*が主エッチング種とな
りエッチングが進行する。このＣｌ^*は、実施例４で用
いたＢｒ^*に比べてＳｉに対する反応性が高く、エッチ
ングを高速化することができる。ここで仮にＣｌ^*が単
独で用いられていると、異方性や選択性が低下する虞れ
があるが、本実施例ではＣ₃Ｏ₂の寄与によりＣＣｌ_x
ポリマーの強化が引き続き行われているため、このよう
な懸念はなかった。

【００４９】なお、本実施例と同じ考え方にもとづき、
ＳＯ₂／ＳＦ₆混合ガスを用いてＷＳｉ_x層４をエッチ
ングした後、ＳＯ₂／Ｃｌ₂混合ガスを用いて多結晶シ
リコン層３をエッチングした場合、あるいはＮ₂Ｏ／Ｓ
Ｆ₆混合ガスを用いてＷＳｉ _x層４をエッチングした
後、ＮＯ₂／Ｃｌ₂混合ガスを用いて多結晶シリコン層
３をエッチングした場合にも、同様に、高速性、高選択
性、高異方性を兼ね備えたエッチングを行うことができ
た。

【００５０】さらに、多結晶シリコン層３のエッチング
時に、これらの組成のエッチング・ガスにＨＢｒを添加
した場合には、選択性を一層向上させることができた。

【００５１】実施例６本実施例は、再びＷ−ポリサイド膜５の１段階プロセス
によるエッチング例であり、ＣＯ₂／Ｓ₂Ｂｒ₂／ＳＦ
₆混合ガスを用いることによりＳの堆積を併用した。エ
ッチング条件の一例を、以下に示す。

【００５２】ＣＯ₂流量１０ＳＣＣＭＳ₂Ｂｒ₂流量２０ＳＣＣＭＳＦ₆流量２０ＳＣＣＭガス圧０．６７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５
ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１００Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）ウェハ温度常温

【００５３】上記のエッチング・ガス組成は、Ｆ^*によ
るＷＳｉ_x層４の高速エッチング、Ｂｒ^*による多結晶
シリコン層３の高選択エッチング、ＣＢｒ_xポリマーの
Ｃ−Ｏ結合やカルボニル基による強化、Ｓ₂Ｂｒ₂から
放出されるＳによる側壁保護膜７の一部置換等を目的と
して選択されたものである。このようにＳの堆積が併用
できる場合には、異方性の確保に必要な炭素系ポリマー
の生成量を相対的に低減させることができる。この結
果、先の各実施例よりもＲＦバイアス・パワーをかなり
低下させたにもかかわらず、良好な異方性加工を行うこ
とができた。もちろん、この低バイアス化に伴ってレジ
スト・マスク６やゲート酸化膜２に対する選択性を向上
させることができた。

【００５４】なお、上述のＣＯ₂に替えてＮＯ₂あるい
はＳＯ₂を用いた他は同じ条件でエッチングを行った場
合にも、同様に良好な高異方性、高選択性加工を行うこ
とができた。

【００５５】以上、本発明を６例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの各実施例に何ら限定され
るものではない。たとえば、フッ素系化合物としては、
上述のＳＦ₆の他、ＮＦ₃，ＣｌＦ₃等を用いることが
できる。シリコン系材料層のエッチング時に用いられる
臭素系化合物としては、上述のＨＢｒの他、Ｂｒ₂，Ｂ
Ｂｒ₃等を用いることができる。Ｂｒ₂は常温で液体で
あるため、Ｈｅガス・バブリング等の手段により気化さ
せた後、エッチング装置に導入すれば良い。

【００５６】同じくシリコン系材料層のエッチング時に
用いられる塩素系化合物としては、上述のＣｌ₂の他、
ＨＣｌ，ＢＣｌ₃等を用いることができる。放電解離条
件下でプラズマ中にＳを放出できるイオウ系化合物とし
ては、上述のＳ₂Ｂｒ₂の他、Ｓ₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ
₄，Ｓ₂Ｆ₁₀等の他のフッ化イオウ、Ｓ₂Ｃｌ₂，Ｓ₃
Ｃｌ₂，ＳＣｌ₂等の塩化イオウ、Ｓ₃Ｂｒ₂，ＳＢｒ
₂等の他の臭化イオウ、Ｈ₂Ｓ等を使用することができ
る。

【００５７】以上の化合物の組み合わせは任意である
が、本発明では、少なくとも高融点金属シリサイドのエ
ッチング中にはエッチング・ガスにＦ^*を放出し得る化
合物が含まれ、少なくともシリコン系材料層のエッチン
グ時にはＢｒ^*を放出し得る化合物が含まれていること
が、高速性、高選択性を達成する観点から望ましい。特
に、酸化窒素とイオウ系化合物を組み合わせた場合に
は、酸化窒素から放出されるＮ原子とイオウ系化合物か
ら供給されるＳ原子とが反応し、ポリチアジル（ＳＮ）
_xを始めとする窒化イオウ系化合物が生成する可能性が
ある。この窒化イオウ系化合物はＳと同様にパーティク
ル汚染源とはならず、しかも単体のＳに比べて高いエッ
チング耐性を発揮するため、異方性，選択性の著しい改
善が期待できる。

【００５８】さらに、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Ｈｅ，Ａ
ｒ等の希ガスが添加されていても良い。

【００５９】高融点金属シリサイド層は、上述のＷＳｉ
_x層の他、ＭｏＳｉ_x層，ＴｉＳｉ _x層，ＴａＳｉ_x層
等であっても良い。ポリサイド膜の下層側を構成するシ
リコン系材料層としては、上述のように多結晶シリコン
層を用いるのが一般的であるが、本願出願人が先に特開
昭６３−１６３号公報に開示したように、不純物を導入
した非晶質シリコン層を用いても良い。多結晶シリコン
層も非晶質シリコン層も、エッチング特性はほぼ同じで
ある。この非晶質シリコン層も、最終的にＭＯＳ−ＦＥ
Ｔのゲート電極として機能する段階では多結晶シリコン
層に変化しているので、上記ゲート電極は従前のポリサ
イド・ゲート電極と同じ構成となる。それは、ソース／
ドレイン領域に注入された不純物を拡散させるための熱
処理工程で、非晶質が多結晶に変化するからである。

【００６０】さらに、使用するエッチング装置、エッチ
ング条件、ウェハの構成等は適宜変更可能であることは
言うまでもない。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではポリサイド膜のエッチングにおいて酸化炭素、酸
化窒素、酸化イオウのいずれかを含むエッチング・ガス
を使用することにより、炭素系ポリマーの膜質を強化
し、その堆積量を減少させても高異方性、高選択性を達
成することが可能となる。しかも、これらは実用的なウ
ェハ温度域で達成できる。また、これら無機酸化物を放
電解離条件下でＳを放出し得るイオウ系化合物と併用す
れば、更なる高選択化、低汚染化、低ダメージ化を図る
ことができる。また、高融点金属シリサイド層と多結晶
シリコン層のエッチング工程間でエッチング・ガスの組
成を切り替えることにより、高速化や低汚染化を図るこ
とも可能となる。

【００６２】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，高性能，高信頼性を要求され
る半導体装置の製造に極めて好適である。もちろん、本
発明が有望な脱ＣＦＣ対策であることは言うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をゲート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
Ｗ−ポリサイド膜上にレジスト・マスクが形成された状
態、（ｂ）はＷ−ポリサイド膜が側壁保護膜の形成を伴
いながらエッチングされた状態、（ｃ）は側壁保護膜お
よびレジスト・マスクが除去された状態をそれぞれ表
す。

【図２】本発明をゲート加工に適用した他のプロセス例
をその工程順にしたがって示す概略断面図であり、
（ａ）はＷ−ポリサイド膜上にレジスト・マスクが形成
された状態、（ｂ）はＷＳｉ_x層がエッチングされた状
態、（ｃ）はＷＳｉ_x層の残余部と多結晶シリコン層が
エッチングされた状態、（ｄ）は側壁保護膜およびレジ
スト・マスクが除去された状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】

１・・・単結晶シリコン基板２・・・ゲート酸化膜３・・・多結晶シリコン層４・・・ＷＳｉ_x層４ｂ・・・（ＷＳｉ_x層の）残余部５・・・Ｗ−ポリサイド膜５ａ・・・ゲート電極６・・・レジスト・マスク７・・・側壁保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン系材料層と高融点金属シリサイ
ド層とがこの順に積層されたポリサイド膜をエッチング
するドライエッチング方法において、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選ばれる少なくと
も１種類の無機酸化物を含むエッチング・ガスを用い、
有機材料パターンをマスクとして前記ポリサイド膜をエ
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】シリコン系材料層と高融点金属シリサイ
ド層とがこの順に積層されたポリサイド膜をエッチング
するドライエッチング方法において、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選ばれる少なくと
も１種類の無機酸化物とフッ素系化合物とを含むエッチ
ング・ガスを用い、有機材料パターンをマスクとして前
記高融点金属シリサイド層を実質的にその層厚分だけエ
ッチングする工程と、臭素系化合物を含むエッチング・ガスを用いて前記高融
点金属シリサイド層の残余部と前記シリコン系材料層と
をエッチングする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３】シリコン系材料層と高融点金属シリサイ
ド層とがこの順に積層されたポリサイド膜をエッチング
するドライエッチング方法において、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選ばれる少なくと
も１種類の無機酸化物とフッ素系化合物とを含むエッチ
ング・ガスを用い、有機材料パターンをマスクとして前
記高融点金属シリサイド層を実質的にその層厚分だけエ
ッチングする工程と、前記無機酸化物の少なくとも１種類と塩素系化合物とを
含むエッチング・ガスを用いて前記高融点金属シリサイ
ド層の残余部と前記シリコン系材料層とをエッチングす
る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】前記エッチング・ガスが放電解離条件下
でプラズマ中にイオウを放出し得るイオウ系化合物を含
むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか
１項に記載のドライエッチング方法。