JPH06232091A

JPH06232091A - シリコン層の異方性加工方法

Info

Publication number: JPH06232091A
Application number: JP3732893A
Authority: JP
Inventors: Takashi Morimoto; 孝森本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1994-08-19

Abstract

(57)【要約】【目的】精密な寸法制御が可能なオーバーエッチング
量の範囲を拡大でき、かつ下地段差の高さの制限も緩和
できるようにする。【構成】シリコン層３をレジストパタン４をマスクと
して異方性エッチングによりパタン形成する際に、予め
シリコン層３と下地の二酸化シリコン膜２の境界部分の
エッチングを例えば塩素（Ｃｌ₂ ）ガスと酸素との混合
ガスを導入したプラズマを用いて行う。これにより、シ
リコン層３ａに形成される側壁５の下地との境界付近に
はシリコン塩化物と酸素との反応生成物６が付着する。
その後、オーバーエッチング状態において例えば臭化水
素（ＨＢｒ）と酸素との混合ガスを導入したプラズマを
用いて行うことにより、シリコン層３ａと下地との境界
部分のエッチングがその部分に付着した反応生成物６に
より抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造方法お
よびマイクロマシン製造方法に関わり、具体的にはシリ
コン層の異方性エッチング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン層の異方性加工には、一般的に
塩素などのハロゲンガスまたは臭化水素や四塩化珪素な
どのハロゲン化ガスによるプラズマエッチング法が用い
られている。また、ＭＯＳ電界効果トランジスタのゲー
ト電極となるシリコン（Ｓｉ）層を加工する場合、その
シリコン層とゲート酸化膜（二酸化シリコン膜が一般的
に用いられている）とのエッチングレート差を大きくす
る（エッチング選択比を高める）必要があるので、プラ
ズマからのイオン入射のエネルギーを低い条件に設定し
たり、酸素を添加したりすることによりゲート酸化膜側
のエッチングレートを低める場合もある。

【０００３】従来は、シリコン層のエッチングを例えば
臭化水素で行う場合、エッチングの最初から最後まで同
じエッチング活性種（この場合は臭素）を用いている。
この場合、オーバエッチング量を多くすると、シリコン
層の線幅が減少したり、加工中のシリコン層の側壁に下
地層との境界においてアンダーカット（ノッチとも言
う）が発生したりする。したがって、従来は精密な寸法
制御が可能なオーバーエッチング量の範囲が限られてお
り、下地段差の高さにも制限が設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようにハロゲン系
のガスを用いた異方性のプラズマエッチングにおいて、
オーバーエッチング量の範囲を制限するノッチの発生に
関して、以下の要因が考えられる。まず、シリコン層と
下地との境界部分ではエッチングにより形成されていく
シリコン層側壁の被る状況が幾つかの点で特異である。
すなわち、エッチング中にはシリコン層側壁にはシリコ
ンの反応生成物がプラズマおよびシリコン表面から飛来
し、シリコン側壁はシリコンの反応生成物によって覆わ
れながら異方性エッチングが進行するが、シリコン層と
下地との境界部分までシリコン層の側壁が形成されると
シリコン側壁の下にはシリコンではなく下地が露出する
ので、シリコン層と下地との境界部分のシリコン側壁に
付着する反応生成物のみ特異になる可能性がある。

【０００５】また、シリコンのエッチングの進行してい
る間は、エッチング活性種はシリコンのエッチングに消
費されるが、シリコン層が下地までエッチングされた後
は、エッチング活性種の消費はシリコン側壁にのみ限定
される。このため、シリコン層のエッチング中には異方
性のエッチングを実現していたエッチング条件において
も、オーバエッチング状態においてはシリコン層の側壁
のエッチング活性種濃度が高まり、特にシリコン層と下
地との境界部分でエッチング活性種の濃度が最も高くな
るのでノッチが発生しやすくなる。

【０００６】本発明は以上の点に鑑み、上記のような課
題を解決するためになされたものであり、その目的は、
精密な寸法制御が可能なオーバーエッチング量の範囲を
拡大でき、かつ下地段差の高さの制限も緩和できるシリ
コン層の異方性エッチング方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係るシリコン層の異方性エッチング方法
は、シリコン層と下地との境界部分のエッチングを第１
のハロゲンまたはハロゲン化物と酸素との混合ガスを導
入したプラズマを用いて行い、オーバーエッチング状態
においては第１のハロゲンまたはハロゲン化物とは異な
る第２のハロゲンまたはハロゲン化物と酸素との混合ガ
スを導入したプラズマを用いて行うことを特徴としてい
る。

【０００８】

【作用】本発明においては、シリコン層と下地との境界
部分のエッチングを第１のハロゲンまたはハロゲン化物
と酸素との混合ガスを導入したプラズマを用いて行うこ
とにより、シリコン層に形成される側壁の下地との境界
付近にはシリコンと第１のハロゲンと酸素との第１の反
応生成物が付着する。その後、オーバーエッチング状態
において第２のハロゲンまたはハロゲン化物と酸素との
混合ガスを導入したプラズマを用いて行うことにより、
シリコン層と下地との境界部分のエッチングがその部分
に付着した第１の反応生成物により抑制される。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。実施例１図１は本発明の第１の実施例を説明するための工程断面
図である。この実施例では、まず図１(a)の第１工程に
おいて、ウエハ１の主面上に二酸化シリコン膜２，シリ
コン層３を例えば４００ｎｍの膜厚で形成して、電極ま
たは配線となるシリコン層３上にホトレジスト４をパタ
ン形成した。

【００１０】次に図１(b) の第２工程において、このウ
エハ主面を、例えばＥＣＲプラズマエッチング装置にお
いて塩素（Ｃｌ₂ ）ガスを０．２ｍTorr，酸素ガスを１
０％添加しマイクロ波入力３５０Ｗのプラズマでシリコ
ンのエッチング速度１００ｎｍ／分でエッチングしたと
ころ、約４分後にはシリコン層３はエッチングされて電
極となるシリコン層３ａつまりシリコン電極３ａの側壁
５がパタン形成された。この時、シリコン電極３ａの側
壁５にはシリコン塩化物と酸素との反応生成物６が付着
した。また、このシリコン層３のエッチング時にその段
差部にはエッチング残渣としてシリコン層３ｂが残っ
た。

【００１１】続いて図１(c) の第３工程において、臭化
水素（ＨＢｒ）ガスを０．２５ｍTorr，酸素ガスを８％
添加しマイクロ波入力４００Ｗのプラズマで前記シリコ
ン層３ｂをエッチング速度１００ｎｍ／分でエッチング
した。この状態はシリコン層３に対するオーバーエッチ
ング状態となる。その結果、このエッチングでは段差部
分に残っていたシリコン層３ｂがエッチングされて除去
されたのに対し、シリコン電極３ａの側壁５は反応生成
物６のエッチング防止作用によりエッチングされなかっ
た。

【００１２】このように本実施例の方法によると、シリ
コン層３のオーバーエッチングを臭化水素と酸素の混合
ガスを導入して行っても、シリコン層３ａの側壁５に予
め塩素と酸素の混合ガスを導入してエッチングした工程
により付着した反応生成物６がエッチング防止の作用を
有するようになる。このため、シリコン層３ａの側壁５
にはサイドエッチングが発生せず、精密なパタン寸法で
異方性エッチングを実現できる。

【００１３】実施例２図２は本発明の第２の実施例を示す図１相当の工程断面
図である。この実施例では、まず図２(a) の第１工程に
おいて、上記第１の実施例における工程と同様に、ウエ
ハ１の主面に二酸化シリコン膜２，シリコン層３を例え
ば４００ｎｍの膜厚で形成して、電極または配線となる
シリコン層３上にホトレジスト４をパタン形成した。

【００１４】次に図２(b) の第２工程において、このウ
エハ主面を、例えばＥＣＲプラズマエッチング装置にお
いて、臭化水素ガスを０．２５ｍTorr，酸素ガスを８％
添加しマイクロ波入力４００Ｗのプラズマでシリコンの
エッチング速度１００ｎｍ／分でエッチングしたとこ
ろ、約４分後にはシリコン層３はエッチングされて電極
となるシリコン層３ａつまりシリコン電極３ａの側壁５
がパタン形成された。この時、シリコン電極３ａの側壁
５にはシリコン臭化物と酸素との反応生成物７が付着し
た。また、このシリコン層３のエッチング時にその段差
部にはエッチング残渣としてシリコン層３ｂが残った。

【００１５】続いて図２(c) の第３工程において、塩素
ガスを０．２ｍTorr，酸素ガスを１０％添加しマイクロ
波入力３５０Ｗのプラズマで前記シリコン層３ｂをエッ
チング速度１００ｎｍ／分でエッチングした。この状態
はシリコン層３に対するオーバーエッチング状態とな
る。その結果、このエッチングでは段差部分に残ってい
たシリコン層３ｂはエッチングされて除去されたのに対
し、シリコン電極３ａの側壁５は反応生成物７のエッチ
ング防止作用によりエッチングされなかった。

【００１６】このように本実施例の方法によると、シリ
コン層３のオーバーエッチングを塩素と酸素の混合ガス
を導入して行っても、シリコン層３ａの側壁５に予め臭
素と酸素の混合ガスを導入してエッチングした工程によ
り付着した反応生成物７がエッチング防止の作用を有す
るようになる。このため、シリコン層３ａの側壁５には
サイドエッチングが発生せず、精密なパタン寸法で異方
性エッチングを実現できる。

【００１７】なお、上記実施例では、シリコン層のエッ
チングを単一の条件で行った後、オーバーエッチングを
別の単一の条件で行っているが、シリコン層と下地との
境界部分をエッチングするエッチング活性種がオーバー
エッチングにおけるエッチング活性種と異なっていれ
ば、単一の条件に限らず、複数のエッチング条件を用い
てもよい。

【００１８】また、本発明におけるシリコンのエッチン
グに用いるハロゲンもしくはハロゲン化物としては、上
記実施例の塩素や臭化水素に限定されるものではなく、
ＳＦ６などの弗化物を用いてもよい。また、エッチング
装置としては、ＥＣＲプラズマ装置に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の装置
に適用可能であることは勿論である。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、シリコン
層を所定材料のパタンをマスクとして異方性エッチング
によりパタン形成する方法において、シリコン層と下地
との境界部分までエッチングするエッチング活性種とシ
リコン層をオーバーエッチングするエッチング活性種と
を別種に選択することにより、オーバーエッチング中の
シリコン層の側壁のサイドエッチングを抑制する効果が
得られる。このため、精密な寸法制御が可能なオーバー
エッチング量の範囲が拡大し、下地段差の高さの制限が
緩和される利点を有する。

【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ための工程断
面図である。

【図２】本発明の第２の実施例を説明するための工程断
面図である。

【符号の説明】

１ウエハ２二酸化シリコン膜３シリコン層３ａシリコン電極３ｂシリコン層のエッチング残渣４レジストパタン５シリコン電極の側壁６シリコン塩化物と酸素との反応生成物７シリコン臭化物と酸素との反応生成物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハ主面上に二酸化シリコン層とシリ
コン層を順次形成して、このシリコン層上に所定材料の
パタンを形成し、そのシリコン層を前記所定材料のパタ
ンをマスクとして異方性エッチングによりパタン形成す
る方法において、第１のハロゲン系ガスと酸素ガスとの
混合ガスからなるプラズマを用いて、あらかじめ前記シ
リコン層を前記二酸化シリコン層との境界までエッチン
グし、続いて前記第１のハロゲン系ガスとは異なる第２
のハロゲン系ガスと酸素との混合ガスからなるプラズマ
を用いてエッチングすることを特徴とするシリコン層の
異方性加工方法。