JPH0637058A - ドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、炭素膜をドライエッチングする際
に、炭素膜上のレジストパターンの寸法どおりに炭素膜
を垂直形状にかつ高速にエッチングすることにより、高
精度の炭素膜のマスクパターン形成を可能とするもので
ある。 【構成】 本発明は、少なくとも弗素および酸素を３対
７ないしは９９対１の比率で含有するガスにてプラズマ
を生成し、前記プラズマにてドライエッチングすること
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ドライエッチング方
法に関わり、特に炭素膜をドライエッチングする工程に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の高密度化に伴
い、素子の微細化は進む一方であり、パターン寸法の高
精度化の要求が日々強まっている。一般に、半導体集積
回路は（Ｓｉ）シリコンなどの半導体基板上に所定のパ
ターンのＳｉＯ₂ （二酸化シリコン）等の絶縁膜や、Ｐ
ｏｌｙ−Ｓｉ（多結晶シリコン）、Ａｌ（アルミニウ
ム）、Ｗ（タングステン）および各種シリサイド等の導
電性膜を積層することによって形成される。

【０００３】これらの膜を所望のパターンに加工するた
めの技術として、これらの膜上に観光性のレジストを塗
布した後、所望のパターンのフォトマスクを用いて、可
視光や紫外光で露光し、現像することによって露光部あ
るいは未露光部を選択的に除去することにより、レジス
トパターンを形成するリソグラフィ技術、このレジスト
パターンをマスクとして下地の膜をエッチングするドラ
イエッチング技術、およびこのレジストを除去する剥離
技術が用いられている。

【０００４】しかし、半導体素子の集積度の急激な増大
に伴い、要求されるパターンの最小寸法および寸法精度
は小さくなる一方であり、最近はサブミクロン以下の微
細パターンの形成が必要となっている。このような微細
パターンの加工に対応するためには、上に述べたパター
ン形成のための技術に種々の問題が生じている。

【０００５】現在、レジストパターンを用いて、基板上
の膜を微細に加工する一つの方法としてプラズマを用い
たＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）技術が幅広
く用いられている。この方法は、例えば一対の平行平板
を備えた真空容器内に加工しようとする基板を電極台上
に載置し、容器内を真空まで引いたのち、ハロゲン等の
元素を含有する反応性のガスを真空容器内に導入し、高
周波電力を電極に印加することによって放電を誘起さ
せ、ガスをプラズマ化し、発生したプラズマを用いて基
板上の膜をドライエッチングする方法である。

【０００６】このドライエッチング方法によれば、プラ
ズマ内のイオンが電極近くに発生するイオンシースの直
流電界によって加速され、基板に衝突し、イオンアシス
トによる化学反応を起こす。このため、エッチングは、
イオンの入射方向に進み、アンダーカットのない異方性
のエッチングが可能となる。

【０００７】しかし、このイオンスパッタによってあら
ゆる材料が活性化され、ＣＤＥ（ケミカルドライエッチ
ング）のようなラジカルのみを利用するエッチングに比
べるとレジストと下地加工膜のエッチング速度の差、す
なわち対レジスト選択比を大きくとることが困難な場合
が多かった。

【０００８】例えば、ＡｌのＲＩＥでは、レジストのエ
ッチング速度が大きいため、エッチング中のレジストの
後退により、パターン変換差が大きく高精度にパターン
を形成できなかった。さらに、多層配線のような構造で
は段差によってレジストの膜厚が薄くなるために、Ａｌ
配線部分がエッチングされて配線切れが生じる等の問題
が生じていた。

【０００９】また、マスク材料としてＳｉＯ2 等の絶縁
性膜を用いた場合、ＲＩＥ時にプラズマ中のイオンや電
子が基板に入射し、これらが持つ電荷によって、膜はあ
る電位にチャージアップされる。これは、たとえばマス
クパターンに対して電子が斜めに入射すると、片側の壁
のみに電子が照射されるから、左右のマスクパターンの
壁に蓄積される電荷が異なることになる。その電荷の非
対称は壁の左右方向に新たな電界分布を生じさせ、その
結果、イオンは基板に対し垂直に入射することが妨げら
れ、異方性形状を得ることが困難となり、微細なパター
ンを高精度で形成することが困難であった。

【００１０】これらの問題を解決するために、炭素を主
成分とした膜（以下単に炭素膜と表す。）をドライエッ
チングのマスクとして用いる方法が提案されている（例
えば、特願平３ー０２１５６９号、特願平３ー２１１３
０２号および特願昭平ー２９０１８号）。これは、たと
えばＡｌ膜上にあらかじめエッチング耐性の優れた炭素
膜を形成し、次に、炭素膜上にレジストパターンを形成
したのち、酸素または水素ガスないしはＡｒ等の希ガス
等でドライエッチングを行い、炭素膜をレジストパター
ンに沿ってパターニングし、炭素膜によるマスクを形成
し、さらに前記炭素膜マスクでＡｌ膜をドライエッチン
グし、配線パターンを形成する方法である。

【００１１】炭素膜をエッチングマスクとして使用する
ことにより、（１）Ａｌとの選択比が高くなり、エッチ
ングの形状制御性、精度が向上する。（２）マスク厚を
薄くすることが可能となり、実効的なアスペクト比（パ
ターン幅に対するエッチング深さ：マスク上面からエッ
チングが進行している面までの距離）が低下する。具体
的には、現在、レジストは１．５μｍ程度の膜厚がある
が、炭素膜をマスクに使用すると、膜厚を０．３μｍ以
下にすることができる。

【００１２】その結果、パターン幅に対してエッチング
の速度や形状が変化するというパターン依存性が大幅に
低減される。また、Ａｌ膜加工に使用した場合、マスク
に付着し、残留する塩素等が低減するため、エッチング
後のＡｌ配線の腐食防止の効果がある。その他の材料に
おいても、上記（１）、（２）は全く同様に作用する。
また、エッチング後のマスク剥離後に残る”残さ”が低
減する効果が認められている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】炭素膜をエッチングマ
スクとして使用するときに重要なことは、マスク自体を
高精度に加工することである。その形成技術として従
来、酸素ガスにてＲＩＥを行っていた。しかし、酸素ガ
スを使用した場合、レジストのエッチング速度が炭素膜
に比べ大きく、ＲＩＥ中にレジストが消失したり、消失
しないまでもレジストが大きく後退（レジスト側面がエ
ッチングされ、パターン幅が減少）し、大きな寸法変換
差が生じていた。また、このようなＲＩＥ時におけるレ
ジスト消失や後退現象は水素あるいはＡｒ等の希ガスを
用いても改善されることがなく、炭素膜をエッチングマ
スクとする場合の問題になっていた。

【００１４】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
のであり、その目的は、炭素膜をドライエッチングする
際に、炭素膜上のレジストパターンの寸法どおりに炭素
膜を異方性形状にかつ高速にエッチングすることによ
り、高精度の炭素膜のマスクパターン形成を可能とする
ドライエッチング方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、エッチ
ングマスクやその他導電性膜として用いる炭素膜を高精
度でパターニングすることにある。

【００１６】すなわち本発明は、少なくとも弗素と酸素
とを３対７ないしは９９対１の比率で含む混合ガスの雰
囲気においてプラズマを生成し、前記プラズマによって
炭素膜をドライエッチングすることを特徴としている。

【００１７】

【作用】本発明により、弗素ガスと酸素ガスとの混合ガ
スの雰囲気においてエッチングを行ったとき、炭素膜が
ほぼ垂直にエッチングできることからレジストからの寸
法変換差を極めて小さくすることが可能となり、レジス
トパターンどおり、すなわち設計どおりの配線線幅およ
び配線間隔をもった炭素膜マスクを形成することが可能
となった。即ち、高精度の炭素膜マスクの形成が可能に
なり、炭素膜マスクを使用したエッチングプロセスが初
めて実用化される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の各実施例について、図面を参
照して説明する。 ＜実施例１＞図１は本発明の第１の実施例に係わる半導
体装置のＡｌ合金膜配線パターンの形成工程を示す断面
図である。

【００１９】まず、図１（ａ）に示すようにＳｉ基板上
１１にＳｉＯ2 膜１２が形成され、このＳｉＯ2 膜１２
上にＡｌＳｉＣｕ（Ｓｉ濃度１ｗｔ％、Ｃｕ濃度０．５
ｗｔ％）薄膜１３（膜厚４００ｎｍ）が堆積される。

【００２０】ＡｌＳｉＣｕ膜１３の堆積後、ＡｌＳｉＣ
ｕ膜１３上に堆積させる炭素膜の密着性を向上させる目
的で通常のバレル型プラズマアッシング装置にて酸素を
用いてアッシング処理が行われる。次いで、図１（ｂ）
に示すように、ＡｌＳｉＣｕ膜１３上に炭素膜１４（膜
厚２００ｎｍ）が形成される。

【００２１】ここで、炭素膜１４はマグネトロンスパッ
タリング装置にてＡｌＳｉＣｕ膜１３上に堆積される。
スパッタリング前の真空度は１０^-8Ｔｏｒｒ台であり、
スパッタリングガスとしてＡｒガスが用いられ、Ａｒガ
スを導入して５×１０^-3に圧力が上昇された後、高周波
電力１ｋＷが印加される。これにより、プラズマが誘起
され、Ａｒイオンにて炭素ターゲットがスパッタされる
ことにより炭素膜１４がＡｌＳｉＣｕ膜１３上に堆積さ
れる。得られた炭素膜は９９．９９パーセント以上の純
度の炭素であり、アモルファス構造を有している。堆積
膜、即ち炭素膜１４の厚さは、スパッタリング時間を変
化させることにより変化可能であって、この実施例で
は、炭素膜１４を２００ｎｍの膜厚で堆積させた。

【００２２】次いで、図１（ｃ）に示すように炭素膜１
４上にノボラック樹脂系のフォトレジスト１５（膜厚
１．５μｍ）がスピンコート法にて塗布され、通常のリ
ソグラフィ技術を用いて、レジスト１５が露光される。
引き続いて、図１（ｄ）に示すように、レジスト１５を
現像してレジストパターン１５が形成される。次いで、
図２に示すドライエッチング装置を用いて、レジストパ
ターンを介して炭素膜１４に対してＲＩＥを行った。

【００２３】図２の装置は、エッチング室２０、導入予
備室３０および排出用予備室４０から構成されており、
エッチング室２０と導入用予備室３０および排出用予備
室４０との間はゲートバルブ３１および４１によりそれ
ぞれ仕切られている。そしてエッチング室２０を真空に
保持したまま導入用予備室３０に配置されたゲートバル
ブ３２から被エッチング基板が導入され、排出用予備室
４０に配置されたゲートバルブ４２から被エッチング基
板が排出されることにより、大気雰囲気の悪影響を避
け、基板を一枚づつを短時間でドライエッチングするこ
とが可能になっている。また、予備室３０および４０内
には、基板載置台３３および４３がそれぞれ設置されて
いる。

【００２４】エッチング室２０は、被エッチング基板２
１を載置するための電極２２を備え、この電極２２は被
エッチング基板を所望の温度に制御するための冷却管２
３を備えている。さらに、電極２２にはプラズマ励起の
ための１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加すべく、ブ
ロッキングキャパシタ２４および整合器２５を介して高
周波電源２８に接続されている。

【００２５】また、酸素ガス供給ライン５１ａ、ＣＦ4
供給ライン５１ｂおよびＣＨＦ3 供給ライン５１ｃから
エッチング室２０内に、酸素、ＣＦ₄ およびＣＨＦ
₃ が、バルブ５２ａ〜５２ｃおよび流量制御器５３ａ〜
５３ｃにて所望の流量値に調整されて導入され、またコ
ントロールバルブ５４にてエッチング室２０内が一定圧
力に保持される。

【００２６】また、エッチング室２０の内壁（上壁）は
接地されており、電極２２との間に高周波電圧が印加さ
れるようになっている。このエッチング室２０の上壁上
部には、永久磁石２６が設置されており、電磁モーター
により回転軸２７のまわりで回転運動させられる。この
永久磁石２６の発する約２００ガウスの磁界によって１
０^-3Ｔｏｒｒ台の高真空でも高イオン密度のプラズマを
発生維持することが可能になるように構成されている。
このようにして生成された高イオン密度のプラズマから
大量のイオンが被エッチング基板に照射され、エッチン
グが行われる。

【００２７】上に述べたＲＩＥ装置を用いて、図１
（ｅ）に示すようにレジストパターン１５をマスクとし
て種々のガスにより被エッチング材料である炭素膜１４
をドライエッチングし、その結果により得られる炭素膜
のエッチング特性を調べた。

【００２８】まず、公知である酸素ガス単独にてＲＩＥ
を行った。エッチングの条件は流量１００ｓｃｃｍ、エ
ッチング室２０の圧力５０ｍＴｏｒｒ、高周波印加電力
１．７Ｗ／ｃｍ² で電極２２を２０℃に冷却した。この
エッチング条件では、炭素膜１４が約３００ｎｍ／分で
エッチングされたのに対して、レジスト１５は約１２０
０ｎｍ／分でエッチングされ、炭素膜１４とレジスト１
５の選択比は約０．４であった。エッチングされた炭素
膜１４の形状をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）にて観察し
たところ、０．４μｍの配線幅および間隔のレジストパ
ターンで図３（ａ）のように炭素膜１４のテーパー角度
は約５８°となり、寸法変換差は＋０．２μｍ（ただ
し、炭素膜１４が広がる方向を＋、反対に狭まる方向を
−と定義する。）となった。このように大きな寸法変換
差となったのは対レジスト選択比が小さいうえ、レジス
ト１５のサイドエッチング量が大きく、レジストの”間
口”が広がったためである。炭素膜１４のマスクパター
ンが縮小したために後に述べるＡｌＳｉＣｕ膜１３のエ
ッチングを行った後の配線幅が初期設計幅より狭まって
最大許容電流値が低下し、動作中に断線する箇所が現れ
る等の信頼性が低下した。

【００２９】次に、炭素および弗素からなるＣＦ₄ ガス
を用い、ＲＩＥを行った。エッチングの条件はガス流量
などすべて酸素のときと同一にした。このエッチング条
件では、炭素膜１４が約１８０ｎｍ／分でエッチングさ
れたことに対して、レジスト１５は約５００ｎｍ／分で
エッチングされ、炭素膜１４とレジスト１５の選択比は
約０．６であった。エッチングされた炭素膜１４の形状
をＳＥＭにて観察したところ、図３（ａ）のように炭素
膜１４のテーパー角度は約８５°となり、０．４μｍの
配線幅および間隔のレジストパターンで、寸法変換差は
−０．０８μｍとなった。炭素膜１４のマスクパターン
が拡大したために後に述べるＡｌＳｉＣｕ膜１３のエッ
チングを行った後の配線間隔が初期設計幅より狭まり、
配線間相互の絶縁抵抗が低下し、動作中に配線同士がシ
ョートする箇所が増加し、信頼性が低下した。しかし、
酸素ガスを用いたＲＩＥよりも対レジスト選択比は上昇
し、炭素膜１４のテーパー角度が垂直に近づき、かつレ
ジスト間口の寸法が酸素ガスにてエッチングした場合と
異なって狭くなった。これはＲＩＥ時の炭素膜１４の側
壁にＣＦ_X （フロロカーボン）膜の側壁保護膜１６が堆
積したためと推測した。

【００３０】そこで、上記ＣＦ4 ガスによる側壁保護膜
形成効果と酸素ガスによるサイドエッチング効果の均衡
を取ることによって、炭素膜１４のテーパー角度を制御
できるのではないかと考えた。具体的には、ＣＦ4 ガス
と酸素ガスを全流量を一定に保ちながら混合比率を変え
たガスにてＲＩＥを行って上記二つの効果の均衡を取ろ
うとするものである。図４は、ＣＦ4 ガスと酸素ガスと
の混合比を変化させてＲＩＥを行ったときのＦ／Ｏ（弗
素／酸素）比に対する炭素膜１４とレジスト１５のエッ
チング速度、対レジスト選択比および炭素膜のテーパー
角度である。

【００３１】図４のなかで、ＣＦ4 ガスと酸素ガスとの
流量をそれぞれ９０ｓｃｃｍおよび１０ｓｃｃｍとした
とき、炭素膜１４はテーパー角度約８９°でほぼ垂直に
エッチングでき、寸法変換差が最小になることが判明し
た。このときのエッチング室２０の圧力等の他のエッチ
ング条件は上に述べた酸素ガスおよびＣＦ4 ガスにてエ
ッチングを行ったときと同一である、このとき、炭素膜
１４が約２００ｎｍ／分でエッチングされたのに対し
て、レジスト１５は約５００ｎｍ／分でエッチングさ
れ、炭素膜１４とレジスト１５との選択比は約０．６で
あった。

【００３２】なお、上記炭素膜１４のエッチング条件で
は、下地であるＡｌＳｉＣｕ膜１３のエッチング速度
は、約１０ｎｍであって、ＡｌＳｉＣｕ膜１３の膜厚減
少は極めて小さく、またＡｌＳｉＣｕ膜１３表面上はエ
ッチング前と変わらず平滑であった。

【００３３】このように、ＣＦ4 ガスと酸素ガスとの混
合ガスの雰囲気においてエッチングを行ったとき、炭素
膜１４がほぼ垂直にエッチングできることからレジスト
からの寸法変換差を極めて小さくすることが可能となっ
た。そのため、レジストパターンどおり、すなわち設計
どおりの配線線幅および配線間隔をもった炭素膜マスク
を形成することが可能となった。

【００３４】このようにして炭素膜１４を高精度のマス
クパターンとして形成したのち、図１（ｆ）のようにレ
ジストパターン１５および炭素膜１４をエッチングマス
クとして、ＡｌＳｉＣｕ膜１３を選択エッチングを行っ
た。ＡｌＳｉＣｕ膜１３のエッチングには上に述べたド
ライエッチング装置と同一構成のものを使用した。ただ
しエッチングガスとしてはＣｌ2 （塩素）ガスとＢＣｌ
₃ （三塩化ホウ素）ガスとの混合ガスを使用している。

【００３５】エッチングの条件はＣｌ₂ とＢＣｌ₃ の流
量がそれぞれ３０ｓｃｃｍおよび４０ｓｃｃｍ、エッチ
ング室２０の圧力を２０ｍＴｏｒｒ、印加高周波電力は
０．８Ｗ／ｃｍ² であって電極温度は５０℃に保持し
た。

【００３６】このとき、ＡｌＳｉＣｕ膜１３のエッチン
グ速度は約３７０ｎｍ／分、炭素膜１４のエッチング速
度は約３５ｎｍ／分であって、ＡｌＳｉＣｕ膜１３と炭
素膜１４の選択比は約１０であった。一方、このときの
ＡｌＳｉＣｕ膜１３とレジスト１５との選択比は１．５
であった。

【００３７】したがって、ＡｌＳｉＣｕ膜１３のエッチ
ングが終了し、配線層が形成されたときには、レジスト
１５はほとんど消失したが、選択比が１０と大きい炭素
膜１４はエッチングマスクとして有効に作用した。

【００３８】最後に図１（ｇ）に示すようにレジスト１
５と炭素膜１４の除去を通常のバレル型プラズマアッシ
ング装置にて行った。通常のレジスト剥離の同様の酸素
プラズマにてアッシング処理を行ったところ、レジスト
１５および炭素膜１４は除去され、設計どおりの配線幅
および配線間隔のＡｌＳｉＣｕ膜配線層１３が形成され
た。

【００３９】なお、上記実施例に述べた炭素膜のエッチ
ングにおいては、ＣＦ4 ガスと酸素ガスとの流量比を９
０ｓｃｃｍ対１０ｓｃｃｍとしたが、これは、寸法変化
差が少なくなるような流量であればどのような流量でも
よく、またテーパー角度および寸法変換差を制御するた
めに別に定めた流量比にしてもよい。

【００４０】このような炭素膜のＲＩＥのエッチング条
件としては、ＣＦ4 ガスおよび酸素ガスの流量の比率が
９９対１〜３対７、望ましくは５対５（全流量が５０ｓ
ｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍ）、エッチング室２０の圧力が
１０ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ，高周波電力が１０
０Ｗから１ｋＷ、電極温度が−１００℃〜８０℃であ
る。 ＜実施例２＞続いて、第２の実施例について説明する。

【００４１】第１の実施例と同様に、図１（ａ）に示す
ようにＳｉ基板上１１にＳｉＯ₂ 膜１２が形成され、こ
のＳｉＯ₂ 膜１２上にＡｌＳｉＣｕ薄膜１３が堆積さ
れ、続いて、酸素ガスにてプラズマアッシング処理が行
われる。次いで、図１（ｂ）に示すように、薄膜１３上
に炭素膜１４（膜厚２００ｎｍ）が形成される。

【００４２】さらに、図１（ｃ）に示すように炭素膜１
４上にノボラック樹脂系のフォトレジスト１５（膜厚
１．５μｍ）がスピンコート法にて塗布され、通常のリ
ソグラフィ技術を用いて、レジスト１５が露光される。
引き続いて、図１（ｄ）に示すようにレジスト１５が現
像され、それによりレジストパターン１５が形成され
る。

【００４３】ここで、炭素、水素および弗素からなるＣ
ＨＦ₃ ガスを用い、ＲＩＥが行われる。エッチングの条
件は、ガス流量などすべて第１の実施例で述べた酸素ガ
スおよびＣＦ₄ のときと同一とした。このエッチング条
件では、炭素膜１４が約７０ｎｍ／分でエッチングされ
たのに対して、レジスト１５は約１２０ｎｍ／分でエッ
チングされ、炭素膜１４とレジスト１５との選択比は約
０．６である。エッチングされた炭素膜１４の形状をＳ
ＥＭにて観察したところ、図３（ａ）のように炭素膜１
４のテーパー角度は約８２°となり、０．４μｍの配線
幅および間隔のレジストパターンで、寸法変換差は−
０．１μｍとなった。

【００４４】ここで、上記第１の実施例に従って、ＣＨ
Ｆ₃ と酸素との混合ガスの混合比率を変化させ、ＲＩＥ
を行い、炭素膜１４のエッチング形状を制御することを
狙った。

【００４５】図５は、ＣＨＦ3 ガスと酸素ガスとの混合
比を変化させ，ＲＩＥを行ったときのＦ／Ｏに対する炭
素膜１４とレジスト１５のエッチング速度、対レジスト
選択比および炭素膜のテーパー角度を示している。

【００４６】ＣＨＦ3 および酸素の流量をそれぞれ７５
ｓｃｃｍおよび２５ｓｃｃｍとし、エッチング室２０の
圧力を５０ｍＴｏｒｒ、高周波印加電力を１．７Ｗ／ｃ
ｍ2および電極温度を２０℃としてエッチングを行った
とき、炭素膜１４の形状をＳＥＭにて観察したところ図
１（ｅ）に示すようにテーパー角度が８９°とほぼ垂直
にエッチングされていることが判明した。

【００４７】上記エッチング条件では、炭素膜１４が約
９０ｎｍ／分でエッチングされたのに対して、レジスト
１５は約１６０ｎｍ／分であって、炭素膜１４とレジス
ト１５との選択比は約０．５５であった。

【００４８】なお、上記炭素膜１４のエッチング条件で
は、下地であるＡｌＳｉＣｕ膜１３のエッチング速度
は、約８ｎｍであって、ＡｌＳｉＣｕ膜１３の膜厚減少
は極めて小さく、また、ＡｌＳｉＣｕ膜１３表面上はエ
ッチング前と変わらず平滑であった。

【００４９】また、ほぼ垂直に炭素膜１４がエッチング
されていることからレジストからの寸法変換差を極めて
小さくすることが可能となった。そのため、レジストパ
ターンどおり、すなわち設計どおりの配線線幅および配
線間隔をもった炭素膜マスクを形成することが可能とな
った。

【００５０】このようにして炭素膜１４を高精度マスク
パターンとして形成したのち、図１（ｆ）のようにレジ
ストパターン１５および炭素膜１４をエッチングマスク
として、ＡｌＳｉＣｕ膜１３を実施例１および２と同様
にエッチングを行った。ＡｌＳｉＣｕ膜１３のエッチン
グが終了し、レジスト１５はほとんど消失したが、選択
比が十分大きい炭素膜１４はエッチングマスクとして有
効に作用した。

【００５１】最後に、図１（ｇ）に示すようにレジスト
１５と炭素膜１４の除去が通常のバレル型プラズマアッ
シング装置によって行われる。通常のレジスト剥離の同
様の酸素プラズマにてアッシング処理を行ったところ、
レジスト１５および炭素膜１４は除去され、設計どおり
の配線幅および配線間隔のＡｌＳｉＣｕ膜配線層１３が
形成された。

【００５２】なお、上記実施例に述べた炭素膜のエッチ
ングにおいては、ＣＨＦ₃ ガスおよび酸素ガスの流量を
それぞれ７５ｓｃｃｍおよび２５ｓｃｃｍとしたが、こ
れは、寸法変化差が少なくなるような流量であればどの
ような流量でもよく、またテーパー角度および寸法変換
差を制御するために任意の流量比にしてもよい。

【００５３】このような炭素膜のＲＩＥのエッチング条
件としては、ＣＨＦ₃ ガスおよび酸素ガスの流量の比率
が９対１〜２５対７５（全流量が５０ｓｃｃｍ〜３００
ｓｃｃｍ）、エッチング室２０の圧力が１０ｍＴｏｒｒ
〜５００ｍＴｏｒｒ，高周波電力が１００Ｗから１ｋ
Ｗ、電極温度が−１００℃〜８０℃である。

【００５４】そのほかにも、各種の弗素を含んだガスと
酸素との混合ガスにて実験を行ったところ混合比によっ
てテーパー角度は変化し、実験に用いた弗素を含むガス
の種類によって当然混合比は異なるが、ほぼ垂直にエッ
チングが可能であることが判明した。また同様に、酸素
の代わりにＣＯ（一酸化炭素）を用いてもテーパー角度
は変化し、ほぼ垂直にエッチング可能であることが判明
した。

【００５５】従って、上記第１及び第２の実施例におい
て、炭素膜１４の加工形状の制御に使用するためのガス
は、少なくとも弗素および酸素を含有するガスであれば
よい。

【００５６】以上説明した実施例１および２のＡｌＳｉ
Ｃｕ膜のエッチングにおいて、ＢＣｌ3 と塩素の混合ガ
スを用いてエッチングしたが、これは塩素系のエッチン
グガスであれば、どのようなガスでもよく、また、エッ
チング室の圧力、高周波印加電力等も変えてもよい。 ＜実施例３＞続いて、第３の実施例について説明する。

【００５７】図６を参照して、半導体装置において、実
施例１及び２に示した導電配線層と基板との間に介在す
るＳｉＯ₂ 膜を開孔することによって導電接続孔（コン
タクトホール）を形成する例について説明する。

【００５８】まず、Ｓｉ基板６１に不純物が導入され、
拡散層が形成される。次いで、図６（ａ）のようにＣＶ
Ｄ（化学的蒸着）法によりＳｉＯ₂ 膜６２が１μｍ程度
の厚みに基板６１上に堆積される。

【００５９】次いで、図６（ｂ）に示すように，ＳｉＯ
₂ 膜６２上に炭素膜６３（膜厚２００ｎｍ）が形成され
る。さらに、実施例１及び２に述べたように炭素膜６３
上にノボラック樹脂系のフォトレジスト６４（膜厚１．
５μｍ）がスピンコート法にて塗布され、通常のリソグ
ラフィ技術を用いて、レジスト５６が露光される。引き
続いて、図６（ｃ）に示すようにレジスト６４が現像さ
れてレジストパターン６４が形成される。

【００６０】上記レジストパターニングの後に、上記第
１および２の実施例と同様にＣＦ4ガスと酸素の混合ガ
スまたはＣＨＦ3 ガスと酸素との混合ガスにて図６
（ｄ）に示すように炭素膜６３を垂直にエッチングし
た。尚、エッチング室の圧力、高周波電力等の他の条件
は、実施例１及び２に述べた通りである。

【００６１】上記炭素膜６３のエッチング条件では、下
地であるＳｉＯ₂ 膜６２のエッチング速度は、ＣＦ₄ と
酸素との混合ガスおよびＣＨＦ3 ガスと酸素との混合ガ
スの雰囲気においてそれぞれ約１２０ｎｍ／分および約
９０ｎｍ／分であり、エッチング終了後においていずれ
の場合にもＳｉＯ₂ 膜６２の膜厚は若干減少したが、エ
ッチングされたＳｉＯ2 膜６２の表面に堆積物などは観
測されず平滑であった。

【００６２】次いで、ＣＦ4 ガスと酸素ガスを用いたダ
ウン・フロー・アッシングにより残存するレジスト６４
が除去される。上記ダウン・フローアッシングにより図
６（ｅ）のようにＳｉＯ₂ 膜６２に炭素膜６３のパター
ンが形成される。

【００６３】さらに、実施例１及び２で述べたマグネト
ロンＲＩＥ装置を用いてＳｉＯ₂ 膜６２が図６（ｆ）に
示すようにドライエッチングされる。エッチングガスと
しては、ＣＨＦ3 ガスとＣＯガスとの混合ガスを用い、
その混合比は、１５０ｓｃｃｍ対５０ｓｃｃｍ、高周波
電力は１．４Ｗ／ｃｍ² 、エッチング室２０の圧力は４
０ｍＴｏｒｒおよび電極台温度は１５０℃とした。

【００６４】基板温度を１５０℃に加熱したのは、基板
温度を２０℃から次第に上昇させてエッチングし、基板
温度に対するＳｉＯ₂ 膜６２のコンタクトホールの形状
変化ををＳＥＭにより観察したところ基板温度上昇とと
もにテーパー形状から垂直形状に変化することが判明し
たので、コンタクトホールの形状を垂直に形成し、微細
かつ高密度の配線と基板との接続を可能とさせるためで
ある。比較のため、炭素膜を使用せずレジストをマスク
として前述したと同一の条件にてＳｉＯ2 膜６２のエッ
チングを行ったところ、レジストパターンが熱により変
形し、所望のコンタクトホール寸法通りに加工すること
が不可能であった。

【００６５】また、基板温度が１５０℃より低い場合に
は、垂直な形状を得ることが不可能であり、また、レジ
ストとＳｉＯ₂ 膜の選択比が約１５と低く、さらに、レ
ジスト膜厚の開口寸法に対するアスペクト比がコンタク
トホール寸法４００ｎｍのところで３以上と大きく，Ｓ
ｉＯ₂ 層の膜厚が１μｍ以上では、エッチングがＳｉＯ
₂ 層６２の途中で停止する現象がみられる。

【００６６】一方、炭素膜をマスクとして用いた場合に
は、ＳｉＯ₂ 膜／炭素膜のエッチング選択比が２０以上
と高く、コンタクトホール径４００ｎｍに対して炭素膜
の膜厚を２００ｎｍ以下（アスペクト比０．５以下）に
することが可能であり、炭素膜を垂直に形成した後、基
板温度を１５０℃に維持し，ＳｉＯ₂ 層をドライエッチ
ングすることによってＳｉＯ₂ 膜の膜厚が１μｍでもエ
ッチングが停止することなく垂直な形状のコンタクトホ
ールを形成することが可能であった。

【００６７】コンタクトホール形成後、図６（ｇ）に示
すように炭素膜５５の除去を通常のバレル型プラズマア
ッシング装置にて行った。通常のレジスト剥離の同様の
酸素プラズマにてアッシング処理を行ったところ、炭素
膜５５は除去され、設計どおりの口径で、垂直形状のコ
ンタクト・ホール５７が形成された。

【００６８】なお、上記実施例に述べたＳｉＯ₂ 膜６２
のエッチングにおいては、ＣＨＦ₃ガスとＣＯガスの混
合ガスにてエッチングしたが、これはＣＦ4 ガスと水素
の混合ガス等のハロゲン系のガスないしはＡｒ等の希ガ
ス等何でもよい。

【００６９】以上説明した実施例１〜３において炭素
膜、ＡｌＳｉＣｕ膜およびＳｉＯ₂ 膜のエッチングには
平行平板電極構造のマグネトロン型のＲＩＥ装置を使用
したが、他にも、磁石を持たない通常のＲＩＥ装置、マ
イクロ波を印加し、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）
を発生させることによってプラズマを生成させ、被エッ
チング基板にバイアス電位を印加する構造のドライエッ
チング装置、電子線を印加することによってプラズマを
生成させ、被エッチング基板にバイアス電位を印加する
構造のドライエッチング装置、またはＥＣＲ周波数より
低い周波数の高周波をエッチング容器内に導入すること
によりプラズマを生成させ、被エッチング基板にバイア
ス電位を印加する構造のドライエッチング装置などの各
種プラズマエッチング装置を使用してもよい。

【００７０】したがって、実施例１〜３の炭素膜、Ａｌ
ＳｉＣｕ膜およびＳｉＯ₂ 膜のエッチング条件は、装置
構成によってエッチング室の圧力、高周波印加電力等を
変化させてよい。

【００７１】また、実施例１〜３では、炭素膜の形成方
法として、スパッタリング法を使用したが、真空蒸着
法、ＣＶＤ法を使用してもよく、堆積した膜厚も２００
ｎｍ以外であってもよい。さらに、実施例１〜３では、
炭素膜はアモルファス構造の炭素であったが、グラファ
イトまたはダイヤモンド構造でもよい。なお、実施例１
〜３では、ノボラック系のレジストを使用したが、これ
は可視光、紫外光、Ｘ線または電子線に感光し、現像す
ることによってパターンを形成するレジストならばどの
ようなレジストでもよい。

【００７２】以上、実施例１〜３ではレジストパターン
をマスクとして炭素膜をエッチングして炭素膜パターン
を形成し、これをＡｌＳｉＣｕ膜配線のドライエッチン
グ時のマスクとし、また、実施例３では、ＳｉＯ₂ 膜の
コンタクトホールのマスクとして炭素膜パターンを形成
したが、これは、半導体装置の製造時にレジストパター
ンを用いて加工する各種の工程、例えばｎ+ −ｐｏｌｙ
−Ｓｉ薄膜をゲート電極に形成する工程、Ｓｉ基板にト
レンチ素子を形成する工程などのあらゆる工程に応用し
てもよく、当然半導体装置の製造方法以外にも利用して
よい。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
炭素膜上のレジストパターンの寸法どおりに炭素膜を異
方性形状にかつ高速にエッチングすることが可能とな
り、高精度の炭素膜のマスクパターン形成が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｇ）は本発明の第１および第２の実
施例によるＡｌＳｉＣｕ膜配線の形成方法を示す断面図

【図２】本発明の第１および第２の実施例で使用したマ
グネトロン・リアクティブイオンエッチング装置の構造
図

【図３】従来の技術による炭素膜のマスクパターンの形
成方法を示す断面図

【図４】本発明の第１の実施例のＣＦ₄ ガスと酸素ガス
を用いたときのＦ／Ｏ比に対する炭素膜、レジストのエ
ッチング速度、対レジスト選択比および炭素膜のテーパ
ー角度を示した図。

【図５】本発明の第２の実施例のＣＨＦ₃ ガスおよび酸
素ガスを用いたときのＦ／Ｃ比に対する炭素膜、レジス
トのエッチング速度、対レジスト選択比および炭素膜の
テーパー角度を示す図。

【図６】（ａ）〜（ｇ）は本発明の第３の実施例による
コンタクトホールの形成方法を示す断面図。

【符号の説明】

１１…シリコン基板、１２…ＳｉＯ₂ 膜、１３…ＡｌＳ
ｉＣｕ薄膜層、１４…炭素膜層、１５…レジスト、１６
…側壁保護膜、２０…エッチング室、２１…被エッチン
グ基板、２２…電極、２３…冷却管、２４…ブロッキン
グコンデンサー、２５…整合器、２６…永久磁石、２７
…回転機構、２８…高周波電源、３０…導入予備室、３
１…ゲートバルブ、３２…ゲートバルブ、３３…基板載
置台、４１…ゲートバルブ、４２…ゲートバルブ、４３
…基板載置台、５１ａ〜５１ｃ…ガスライン、５２ａ〜
５２ｃ…バルブ、５３ａ〜５３ｃ…流量制御器、５４…
コントロールバルブ、６１…シリコン基板、６２…Ｓｉ
Ｏ₂ 膜、６３…炭素膜、６４…レジスト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被エッチング基体に炭素薄膜を形成する
   工程と、 前記炭素薄膜上にレジストパターンを形成する工程と、 少なくとも弗素および酸素を３対７ないしは９９対１の
   比率で含有するガスの雰囲気においてプラズマを生成
   し、前記プラズマによって前記炭素薄膜を前記レジスト
   パターンに沿ってドライエッチングする工程と、 を含むことを特徴とするドライエッチング方法。