JPH0648680B2 - 窒化物絶縁層を選択的にドライ・エッチングする気体混合物及び方法 - Google Patents
窒化物絶縁層を選択的にドライ・エッチングする気体混合物及び方法Info
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- JPH0648680B2 JPH0648680B2 JP63316575A JP31657588A JPH0648680B2 JP H0648680 B2 JPH0648680 B2 JP H0648680B2 JP 63316575 A JP63316575 A JP 63316575A JP 31657588 A JP31657588 A JP 31657588A JP H0648680 B2 JPH0648680 B2 JP H0648680B2
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- H01L21/3105—After-treatment
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- H01L21/31105—Etching inorganic layers
- H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
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Description
【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は酸化物絶縁層に対して窒化物絶縁層を選択的に
プラズマ・エッチングする技術に関する。
プラズマ・エッチングする技術に関する。
Ｂ 従来技術 半導体チップ処理技術においては、通常の絶縁構造体は
酸化物の層と隣接して配置された窒化物の層より成る。
下の酸化物の層を平らな略完全な層のまま残して、窒化
物の特定の位置をエッチングするのには多くの処理シー
ケンスが必要である。この酸化物上の窒化物を選択的に
エッチングしなければならいないという条件は、トラン
ジスタの製造中にコンタクト用の開孔を形成する際には
特にクリティカルである。
酸化物の層と隣接して配置された窒化物の層より成る。
下の酸化物の層を平らな略完全な層のまま残して、窒化
物の特定の位置をエッチングするのには多くの処理シー
ケンスが必要である。この酸化物上の窒化物を選択的に
エッチングしなければならいないという条件は、トラン
ジスタの製造中にコンタクト用の開孔を形成する際には
特にクリティカルである。
例えば図面を参照すると、トランジスタの形成に使用さ
れる構造が示されている。この構造はシリコンのバルク
領域１０、シリコンのバルク領域１０上に配置され、厚
さが薄くなった（くぼみ）領域即ちステップ１４を含む
ＳＩＯ2の第１層１２を有する。さらにこの構造はＳＩ
Ｏ2層の上に配置された共形性を有する（コンフォーマ
ル）なＳＩ3Ｎ4の第２層１６及び層１６上に配置された
ガラスのような絶縁体のコンフォーマルな厚い層１８を
有する。この図面に示した処理の時点で、ＳＩＯ2層１
２のステップ領域１４の下のシリコンのバルクの選択さ
れた領域には、未拡散ベース・ドーパント２０が存在す
る。ステップ領域１４中のガラス絶縁体１８及びＳＩ3
Ｎ4層１６はＳＩＯ２層１２に達する迄除去されて次の
処理段階が行われなくてはならない。このエッチングに
よる除去処理の第１段階はステップ１４上の領域中のコ
ンフォーマルなガラス絶縁層１８を除去することであ
る。しかしながら、ステップ領域１４上のガラス絶縁層
１８が平らでないために、ステップ領域１４の上のガラ
ス層１８全部を除去するためには、通常、ガラス層１８
をＳＩ3Ｎ4層１６に食込む迄予定量オーバーエッチング
する必要がある。このオーバーエッチングによって平ら
でないＳＩ3Ｎ4が生ずる。このような形状のＳＩ3Ｎ4だ
けをエッチングするためには、ＳＩＯ2層１２の表面で
停止する高度に選択的なエッチャントが必要になる。こ
のようなエッチャント気体は又エッチングの均一質を保
証し、良好なエッチング終点制御を与えるものでなけれ
ばならない。
れる構造が示されている。この構造はシリコンのバルク
領域１０、シリコンのバルク領域１０上に配置され、厚
さが薄くなった（くぼみ）領域即ちステップ１４を含む
ＳＩＯ2の第１層１２を有する。さらにこの構造はＳＩ
Ｏ2層の上に配置された共形性を有する（コンフォーマ
ル）なＳＩ3Ｎ4の第２層１６及び層１６上に配置された
ガラスのような絶縁体のコンフォーマルな厚い層１８を
有する。この図面に示した処理の時点で、ＳＩＯ2層１
２のステップ領域１４の下のシリコンのバルクの選択さ
れた領域には、未拡散ベース・ドーパント２０が存在す
る。ステップ領域１４中のガラス絶縁体１８及びＳＩ3
Ｎ4層１６はＳＩＯ２層１２に達する迄除去されて次の
処理段階が行われなくてはならない。このエッチングに
よる除去処理の第１段階はステップ１４上の領域中のコ
ンフォーマルなガラス絶縁層１８を除去することであ
る。しかしながら、ステップ領域１４上のガラス絶縁層
１８が平らでないために、ステップ領域１４の上のガラ
ス層１８全部を除去するためには、通常、ガラス層１８
をＳＩ3Ｎ4層１６に食込む迄予定量オーバーエッチング
する必要がある。このオーバーエッチングによって平ら
でないＳＩ3Ｎ4が生ずる。このような形状のＳＩ3Ｎ4だ
けをエッチングするためには、ＳＩＯ2層１２の表面で
停止する高度に選択的なエッチャントが必要になる。こ
のようなエッチャント気体は又エッチングの均一質を保
証し、良好なエッチング終点制御を与えるものでなけれ
ばならない。
酸化物層よりも窒化物層をよりよく選択的にエッチング
するために使用されている多くの現在の手法は、プラズ
マ・モード（高圧平行板もしくはバレル・エッチング装
置）において、もしくはマイクロ波励振による残光放電
モードにおいてフルオロカーボンを利用する方法であ
る。代表的な気体混合物は５０−９５％の酸素中にＣＦ
4を含むものである。このようなエッチング方法に係わ
る問題は（１）エッチングが等方性であること、（２）
前の酸化物エッチング段階によってＳＩ3Ｎ4の表面に形
成されたポリマがエッチングの均一性をさまたげること
及び（３）ＳＩ3Ｎ4−ＳＩＯ2のエッチング速度比ＥＲ
Ｒが低い（通常２：１以下）のために、ＳＩ3Ｎ4のオー
バー・エッチが問題を生じやすいことである。
するために使用されている多くの現在の手法は、プラズ
マ・モード（高圧平行板もしくはバレル・エッチング装
置）において、もしくはマイクロ波励振による残光放電
モードにおいてフルオロカーボンを利用する方法であ
る。代表的な気体混合物は５０−９５％の酸素中にＣＦ
4を含むものである。このようなエッチング方法に係わ
る問題は（１）エッチングが等方性であること、（２）
前の酸化物エッチング段階によってＳＩ3Ｎ4の表面に形
成されたポリマがエッチングの均一性をさまたげること
及び（３）ＳＩ3Ｎ4−ＳＩＯ2のエッチング速度比ＥＲ
Ｒが低い（通常２：１以下）のために、ＳＩ3Ｎ4のオー
バー・エッチが問題を生じやすいことである。
Ｃ 発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、５対１もしくはそれ以上の比で窒化物
対酸化物の選択的異方性エッチングを与えるエッチング
方法を与えることにある。
対酸化物の選択的異方性エッチングを与えるエッチング
方法を与えることにある。
本発明に従う気体混合物では、窒化物層のエッチングの
均一性が３％以内の変動幅に改良され、しかも、そのエ
ッチング方法は、優れた再現性を有する。
均一性が３％以内の変動幅に改良され、しかも、そのエ
ッチング方法は、優れた再現性を有する。
Ｄ問題点を解決するための手段 本発明に従う、酸化物絶縁層に対して窒化物絶縁層をエ
ッチングする方法は、塩素種及び１乃至１５容量％の範
囲の酸素を含む気体混合物を用いそして、１メガヘルツ
以下の周波数及び１２０乃至１０００ワットの高電力を
有する高周波励起信号を少なくとも含む励起信号の下に
上記気体混合物から形成したガス・プラズマ中に上記窒
化物絶縁層をさらすものである。
ッチングする方法は、塩素種及び１乃至１５容量％の範
囲の酸素を含む気体混合物を用いそして、１メガヘルツ
以下の周波数及び１２０乃至１０００ワットの高電力を
有する高周波励起信号を少なくとも含む励起信号の下に
上記気体混合物から形成したガス・プラズマ中に上記窒
化物絶縁層をさらすものである。
Ｅ 実施例 酸化物絶縁層に対して、窒化物絶縁層をドライ・エッチ
ングする際に、塩素を含むキャリヤ気体と酸素とを含む
気体混合物を使用すると、異常に高い選択性が得られる
ことが見出された。この混合物中で酸素は１−１５体積
％を越えない。この１−１５％の範囲で加えられる酸素
の正確な量はマスクの組成及びマスク・パターンの状態
（即ちローディング）に依存する。この気体混合物を使
用して生ずるＲＦ気体プラズマは塩素種及び酸素より成
りここで酸素はプラズマの１５体積％を越えない。この
プラズマ中の代表的な塩素種はＣｌ2 ++及びＣｌ+であ
る。
ングする際に、塩素を含むキャリヤ気体と酸素とを含む
気体混合物を使用すると、異常に高い選択性が得られる
ことが見出された。この混合物中で酸素は１−１５体積
％を越えない。この１−１５％の範囲で加えられる酸素
の正確な量はマスクの組成及びマスク・パターンの状態
（即ちローディング）に依存する。この気体混合物を使
用して生ずるＲＦ気体プラズマは塩素種及び酸素より成
りここで酸素はプラズマの１５体積％を越えない。この
プラズマ中の代表的な塩素種はＣｌ2 ++及びＣｌ+であ
る。
異常な選択性が得られるのは、酸素の添加物がハロゲン
原子と不飽和物間のバランスを変えて、酸素が選択的に
ＣＣｌｘ種を消費するように働くためであると理論化で
きる。これ等のＣＣｌｘ種はプラズマ中にあって酸化物
をエッチングする働きがある。１−１５体積％の範囲の
量の酸素を加えると、窒化物と酸化物の両方のエッチン
グ速度が減少するが、酸化物のエッチング速度の方が予
想されたよりもはるかに速く減少し、これによって高い
選択性が得られることがわかった。この異常な選択性は
ＳＩＯ2の薄い層上に付着されたＳＩ3Ｎ4層について、
１ＭＨ2以下、好ましくは３００−９００ＫＨ2の範囲の
低い周波数及び少なくとも１２０Ｗ、好ましくは１２０
Ｗ−１０００Ｗの範囲のＲＦ電力での塩素グロー放電エ
ッチングで達成された。このエッチングの選択性は少な
くとも５対１であった。これ等の実験におけるエッチン
グ反応装置の圧力は０．４トル以上であった。このエッ
チング選択性の再現性は優れていて、エッチング過程は
時間もしくは３８６ｎｍ（Ｃｌ2 +の波長スペクトル線）
における光学的な終点検出によって制御できることが判
明した。
原子と不飽和物間のバランスを変えて、酸素が選択的に
ＣＣｌｘ種を消費するように働くためであると理論化で
きる。これ等のＣＣｌｘ種はプラズマ中にあって酸化物
をエッチングする働きがある。１−１５体積％の範囲の
量の酸素を加えると、窒化物と酸化物の両方のエッチン
グ速度が減少するが、酸化物のエッチング速度の方が予
想されたよりもはるかに速く減少し、これによって高い
選択性が得られることがわかった。この異常な選択性は
ＳＩＯ2の薄い層上に付着されたＳＩ3Ｎ4層について、
１ＭＨ2以下、好ましくは３００−９００ＫＨ2の範囲の
低い周波数及び少なくとも１２０Ｗ、好ましくは１２０
Ｗ−１０００Ｗの範囲のＲＦ電力での塩素グロー放電エ
ッチングで達成された。このエッチングの選択性は少な
くとも５対１であった。これ等の実験におけるエッチン
グ反応装置の圧力は０．４トル以上であった。このエッ
チング選択性の再現性は優れていて、エッチング過程は
時間もしくは３８６ｎｍ（Ｃｌ2 +の波長スペクトル線）
における光学的な終点検出によって制御できることが判
明した。
さらに、上述の低周波数成分よりも少なくとも１０倍高
い、好ましくは１０ＭＨｚよりも高い（好ましい範囲は
１３−２７ＭＨｚ）高い周波数で７０Ｗ以下（好ましく
は５０Ｗ以下の）低い電力のＲＦ信号を上述の低周波の
ＲＦ信号に重疊すると、一層効果的であり、１２５ｍｍ
のウエハ上では３％（３σ／ｘ）以下のエッチング速度
の変動しか生じず、均一性の高いエッチングが得られ
た。
い、好ましくは１０ＭＨｚよりも高い（好ましい範囲は
１３−２７ＭＨｚ）高い周波数で７０Ｗ以下（好ましく
は５０Ｗ以下の）低い電力のＲＦ信号を上述の低周波の
ＲＦ信号に重疊すると、一層効果的であり、１２５ｍｍ
のウエハ上では３％（３σ／ｘ）以下のエッチング速度
の変動しか生じず、均一性の高いエッチングが得られ
た。
さらに、気体混合物中の酸素の体積が１５％を越える
と、酸化物に対する窒化物の選択性が著しく劣化するこ
とがわかった。特に、１５％を越える酸素を含むと、酸
素が付着し始めた。さらに、窒化物の選択性は低周波の
ＲＦ励起をプラズマから除去した時にも劣化することが
わかった。
と、酸化物に対する窒化物の選択性が著しく劣化するこ
とがわかった。特に、１５％を越える酸素を含むと、酸
素が付着し始めた。さらに、窒化物の選択性は低周波の
ＲＦ励起をプラズマから除去した時にも劣化することが
わかった。
さらに、気体混合物を希釈してはプラズマ中のＣｌ2の
反応速度を制御すると共に、プラズマ中の熱伝達の均一
性を改良するために、たとえばアルゴンのような不活性
気体を加えることが望ましい。アルゴンを加えると、大
小のウエハ上のエッチング反応の均一性が改良される。
反応速度を制御すると共に、プラズマ中の熱伝達の均一
性を改良するために、たとえばアルゴンのような不活性
気体を加えることが望ましい。アルゴンを加えると、大
小のウエハ上のエッチング反応の均一性が改良される。
本発明の方法は多くのエッチング処理応用で、酸化物に
対して窒化物を選択的にエッチングするのに使用でき
る。気体混合物中の酸素の量が１５％以下に保持される
限り、この過程中では、測定可能な酸素付着は見られな
かった。
対して窒化物を選択的にエッチングするのに使用でき
る。気体混合物中の酸素の量が１５％以下に保持される
限り、この過程中では、測定可能な酸素付着は見られな
かった。
塩素気体の外に、フレオン１１、ＣＣｌ4及びフレオン
１２を含む多くの塩素気体キャリヤが気体混合物を形成
するのに利用できる。
１２を含む多くの塩素気体キャリヤが気体混合物を形成
するのに利用できる。
上述の方法は現存の方法に比較し、酸化物に対する窒化
物のエッチングの選択性、ウエハ・エッチングの均一
性、及び工程毎の再現性において非常に優れた結果を与
える。特に、本発明の気体混合物は、従来の高周波（た
とえば１３．５６ＭＨz）のＣＦ4／Ｏ2等方性エッチン
グ方法の２対１のＥＲＲに比し、５対１以上のＥＲＲを
有する選択性に優れた異方性エッチングを達成する。ウ
エハ窒化物層上で達成されるエッチング速度の変動幅は
特に複式周波数ＲＦ励起を使用すると３％以下に改善さ
れるが、これは従来のＣＦ4を使用する方法の９％以上
に比べると、大幅に減少する。さらに、本発明の方法
は、光放射光技術による標準の終点検出が使用できる。
物のエッチングの選択性、ウエハ・エッチングの均一
性、及び工程毎の再現性において非常に優れた結果を与
える。特に、本発明の気体混合物は、従来の高周波（た
とえば１３．５６ＭＨz）のＣＦ4／Ｏ2等方性エッチン
グ方法の２対１のＥＲＲに比し、５対１以上のＥＲＲを
有する選択性に優れた異方性エッチングを達成する。ウ
エハ窒化物層上で達成されるエッチング速度の変動幅は
特に複式周波数ＲＦ励起を使用すると３％以下に改善さ
れるが、これは従来のＣＦ4を使用する方法の９％以上
に比べると、大幅に減少する。さらに、本発明の方法
は、光放射光技術による標準の終点検出が使用できる。
従って本発明の方法は、エッチングが薄い酸化物層上で
停止することが要求されるコンタクト開孔形成処理にと
って理想的である。
停止することが要求されるコンタクト開孔形成処理にと
って理想的である。
Ｆ 発明の名称 本発明に従い、５対１もしくはそれ以上の比で窒化物対
酸化物の選択的異方性エッチングを与えるエッチング方
法が与えられる。
酸化物の選択的異方性エッチングを与えるエッチング方
法が与えられる。
図は半導体チップのコンタクト開孔領域、の判断面であ
る。 １０……シリコン・バルク領域、１２……ＳＩＯ２の第
１層、１４……くぼみ、１６……ＳＩ3Ｎ4の第２層、１
８……絶縁層、２０……ベースのドーパント。
る。 １０……シリコン・バルク領域、１２……ＳＩＯ２の第
１層、１４……くぼみ、１６……ＳＩ3Ｎ4の第２層、１
８……絶縁層、２０……ベースのドーパント。
Claims (2)
- 【請求項１】塩素を含む種によって酸化物絶縁層に対し
て窒化物絶縁層を選択的にドライ・エッチングする際に
使用する気体混合物であって、塩素を含む気体と、１乃
至１５体積％の酸素とを含む、上記気体混合物。 - 【請求項２】塩素を含む種によって酸化物絶縁層に対し
て窒化物絶縁層を選択的にドライ・エッチングする方法
であって、 窒化物絶縁層を有する基板をエッチング反応装置内に設
置する工程と、 塩素を含む気体と１乃至１５体積％の酸素とを含む気体
混合物から形成されるガス・プラズマに、上記基板をさ
らす工程と、 を含む上記方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US157762 | 1980-06-09 | ||
| US07/157,762 US4832787A (en) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | Gas mixture and method for anisotropic selective etch of nitride |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01220448A JPH01220448A (ja) | 1989-09-04 |
| JPH0648680B2 true JPH0648680B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=22565168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63316575A Expired - Lifetime JPH0648680B2 (ja) | 1988-02-19 | 1988-12-16 | 窒化物絶縁層を選択的にドライ・エッチングする気体混合物及び方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4832787A (ja) |
| EP (1) | EP0329586B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0648680B2 (ja) |
| DE (1) | DE68901789T2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4975146A (en) * | 1989-09-08 | 1990-12-04 | Motorola Inc. | Plasma removal of unwanted material |
| JPH04354331A (ja) * | 1991-05-31 | 1992-12-08 | Sony Corp | ドライエッチング方法 |
| EP0547906B1 (en) * | 1991-12-18 | 1997-06-25 | STMicroelectronics, Inc. | Method for forming contact vias in integrated circuits |
| JP2871460B2 (ja) * | 1994-05-20 | 1999-03-17 | 株式会社日立製作所 | シリコンのエッチング方法 |
| US5783101A (en) * | 1994-09-16 | 1998-07-21 | Applied Materials, Inc. | High etch rate residue free metal etch process with low frequency high power inductive coupled plasma |
| WO1996016433A2 (en) * | 1994-11-10 | 1996-05-30 | National Semiconductor Corporation | Process for the anisotropic and selective dry etching of nitride over thin oxides |
| WO1998007383A1 (en) | 1996-08-22 | 1998-02-26 | Valey Edwin T Van | Dental model articulator |
| US6060328A (en) * | 1997-09-05 | 2000-05-09 | Advanced Micro Devices, Inc. | Methods and arrangements for determining an endpoint for an in-situ local interconnect etching process |
| JPH11145113A (ja) * | 1997-11-13 | 1999-05-28 | Nec Corp | エッチング方法 |
| WO1999052135A1 (en) | 1998-04-02 | 1999-10-14 | Applied Materials, Inc. | Method for etching low k dielectrics |
| KR100319879B1 (ko) * | 1998-05-28 | 2002-08-24 | 삼성전자 주식회사 | 백금족금속막식각방법을이용한커패시터의하부전극형성방법 |
| US6069047A (en) * | 1998-09-29 | 2000-05-30 | Wanlass; Frank M. | Method of making damascene completely self aligned ultra short channel MOS transistor |
| JP3593492B2 (ja) * | 2000-06-13 | 2004-11-24 | 株式会社日立製作所 | プラズマ処理方法 |
| US7338907B2 (en) * | 2004-10-04 | 2008-03-04 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Selective etching processes of silicon nitride and indium oxide thin films for FeRAM device applications |
| TWI457697B (zh) * | 2009-01-15 | 2014-10-21 | Shinetsu Chemical Co | 光罩製造方法，空白光罩與乾式蝕刻法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS5878427A (ja) * | 1981-11-05 | 1983-05-12 | Toshiba Corp | ドライエツチング方法 |
| JPS5916978A (ja) * | 1982-07-20 | 1984-01-28 | Tokyo Denshi Kagaku Kabushiki | 金属被膜の選択的エツチング方法 |
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| JPS6298728A (ja) * | 1985-10-25 | 1987-05-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ドライエツチング装置 |
-
1988
- 1988-02-19 US US07/157,762 patent/US4832787A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-16 JP JP63316575A patent/JPH0648680B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-01-17 EP EP89480009A patent/EP0329586B1/en not_active Expired
- 1989-01-17 DE DE8989480009T patent/DE68901789T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01220448A (ja) | 1989-09-04 |
| EP0329586A1 (en) | 1989-08-23 |
| US4832787A (en) | 1989-05-23 |
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