JPH07106308A

JPH07106308A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH07106308A
Application number: JP25345393A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Nagayama; 哲治長山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-10-08
Filing date: 1993-10-08
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】エキシマ・レーザ・リソグラフィ用の反射防
止膜として好適なＳｉＯＮ（酸化窒化シリコン）系材料
膜の良好なドライエッチングを行う。【構成】ＳｉＯＮ反射防止膜６ａは、通常のＳｉ系材
料用の最適条件でエッチングすると、Ｏ^*（酸素ラジカ
ル）を放出してレジスト・マスク７のエッジを後退させ
易く、自身のエッジもテーパー化する。そこで、プラズ
マ中に遊離のＳを供給できるＳ₂Ｃｌ₂等のハロゲン化
イオウ・ガスを用いてこのＯ^*を捕捉し、マスクの後退
を防止する。余剰のＳは堆積して側壁保護膜を形成す
る。【効果】ＳｉＯＮ反射防止膜６ａの端面が垂直加工さ
れる結果、該端面へのイオン入射が防止でき、Ｏ^*のス
パッタアウトが抑制される。このことは、下層側のＷ−
ポリサイド膜５のエッチング時の異方性向上にも寄与す
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等の微
細加工分野において行われるドライエッチング方法に関
し、特にエキシマ・レーザ・リソグフィ用の反射防止膜
として好適なＳｉＯＮ系材料膜の良好なエッチングを行
う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化が加速度的に進行
するに伴い、その最小加工寸法も急速に縮小されてい
る。たとえば、現状で量産ラインに移行されている１６
ＭＤＲＡＭの最小加工寸法は約０．５μｍであるが、次
世代の６４ＭＤＲＡＭでは０．３５μｍ以下、次々世代
の２５６ＭＤＲＡＭでは０．２５μｍ以下に縮小される
とみられている。

【０００３】この微細化度は、マスク・パターンを形成
するフォトリソグラフィ技術に依存するといっても過言
ではない。現行の０．５μｍクラスの加工には、高圧水
銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）やｉ線（波長３６５
ｎｍ）等の可視〜近紫外光源が、また０．３５μｍ〜
０．２５μｍ（ディープ・サブミクロン）クラスでは、
ＫｒＦエキシマ・レーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫
外光源が用いられる。特に線幅０．４μｍ以下の微細な
マスクを形成するフォトリソグラフィ技術においては、
ハレーションや定在波効果によるコントラストや解像度
の低下を防止するために、下地材料膜からの反射光を弱
めるための反射防止膜がほぼ必須となる。

【０００４】反射防止膜の構成材料としては、従来から
アモルファス・シリコン、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ等が多く用
いられてきたが、近年、ＳｉＯＮ（酸化窒化シリコン）
系材料が遠紫外領域において良好な光学特性を有するこ
とが示され、エキシマ・レーザ・リソグラフィへの適用
が期待されている。たとえば、Ｗ（タングステン）−ポ
リサイド膜やＡｌ系配線膜の反射率をＳｉＯＮ系材料膜
で抑制しながら微細配線加工を行うようなプロセスが、
典型的なプロセスとなる。

【０００５】代表的なＳｉＯＮ系材料はＳｉＯ_xＮ_yで
表され、その元素組成比はおおよそＳｉ：Ｏ：Ｎ＝２：
１：１である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかるフォ
トリソグラフィによりレジスト・マスクのパターニング
が終了した後には、次工程のエッチング工程において当
然、反射防止膜もエッチングされることとなる。しかし
ながら、たとえばＳｉＯ_xＮ_yの場合、その組成は５０
％前後をＳｉが占めていることからもわかるように、Ｓ
ｉとＳｉＯ_x（酸化シリコン）との中間的である。当
然、エッチング特性もＳｉとＳｉＯ_xの中間的であり、
エッチング条件の最適化に困難を来しているのが現状で
ある。この問題を、図１０ないし図１２、および図１３
ないし図１５を参照しながら説明する。

【０００７】図１０ないし図１２は、Ｗ−ポリサイド膜
３５を被覆するＳｉＯＮ反射防止膜３６をエッチングす
るプロセスを示すものである。サンプル・ウェハは、図
１０に示されるように、Ｓｉ基板３１上にゲートＳｉＯ
_x膜３２を介してＷ−ポリサイド膜３５およびＳｉＯＮ
反射防止膜３６を順次積層し、さらにその上に所定の形
状にパターニングされたレジスト・マスク３７が形成さ
れたものである。上記Ｗ−ポリサイド膜３５は、下層側
から順に不純物を含有するポリシリコン膜３３とタング
ステン・シリサイド（ＷＳｉ_x）膜３４とが順次積層さ
れたものである。

【０００８】いま、このＳｉＯＮ反射防止膜３６のエッ
チングを、フルオロカーボン系のエッチング・ガスを用
いてＳｉＯ_x用のエッチング条件で行ったとすると、Ｓ
ｉＯＮがＳｉリッチであることに起因してエッチング速
度が非常に遅くなる。これは、カーボン系ポリマーの堆
積が過剰となるためである。一方、塩素系ガスを用いて
エッチングすると、エッチング時に放出されるＯ^*（酸
素ラジカル）の働きによりレジスト・マスク３７が後退
しやすい。

【０００９】いずれの場合にも、エッチング後のＳｉＯ
Ｎ反射防止膜３６ａ（添字ａはエッチング後の材料膜に
対して用いる。以下同様。）のエッジは図１１に示され
るようにテーパー化し、レジスト・マスク３７のエッジ
よりも外側へ突出した状態となる。

【００１０】いまこの状態で、Ｗ−ポリサイド膜３５を
たとえばＣｌ₂／Ｏ₂混合ガスを用いてエッチングする
と、エッチング反応生成物としてＳｉＣｌ_x，ＷＣｌＯ
_x，ＣＯ_x，ＮＯ_x等が生成することによりエッチング
が進行する。その一方でパターンの側壁面上には、レジ
スト・マスク３７のフォワード・スパッタにより供給さ
れる分解生成物に由来するカーボン系ポリマーが堆積
し、側壁保護膜３８が形成される。この側壁保護膜３８
の堆積量が十分であれば、図１１に示されるような異方
性形状を有するゲート電極３５ａが形成される。

【００１１】しかし、このエッチング中にはＳｉＯＮ反
射防止膜１６ａのエッジがプラズマに曝されており、し
かも塩素系のエッチング種に対する耐性が低いために、
ここから容易にＯ^*が放出される。すなわち、側壁保護
膜３８を構成するカーボン系ポリマーは、ＣＯ_xの形で
除去される危険性を常に有している。したがって、側壁
保護膜３８の堆積量が不足した状態でエッチングを行う
と、図１２に示されるように、アンダカットを生じたゲ
ート電極３５ｂ（添字ｂはアンダカットを生じた材料膜
に対して用いる。）が形成されてしまう。このアンダカ
ットは、ＷＣｌＯ_xの形でエッチングされ易いＷＳｉ_x
層１４ｂにおいて、最も顕著に発生している。このよう
な現象は、オーバーエッチング時にしばしば観察され
る。

【００１２】このアンダカットの問題は、図１３ないし
図１５に示されるＡｌ系配線膜のエッチングにおいても
生ずる。図１３は、ＳｉＯ_x層間絶縁膜４１上にバリヤ
メタル４４、Ａｌ−１％Ｓｉ膜４５、ＳｉＯＮ反射防止
膜４６が順次積層され、さらにそ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４７を形成したサン
プル・ウェハを示している。ここで、上記バリヤメタル
４４は、たとえば下層側から順にＴｉ膜４２とＴｉＯＮ
膜４３とを順次積層したものである。

【００１３】上記ＳｉＯＮ反射防止膜４６をエッチング
すると、エッチング後のＳｉＯＮ反射防止膜４６ａのエ
ッジは前述の理由によりテーパー化する。この状態で下
層側のＡｌ−１％Ｓｉ膜４５およびバリヤメタル４４を
塩素系ガスを用いてエッチングすると、レジスト・マス
ク４７に由来するカーボン系ポリマーにより十分量の側
壁保護膜４８が堆積している間は、図１４に示されるよ
うに異方性形状を有するＡｌ系配線パターン４４ａが形
成される。

【００１４】しかし、ＳｉＯＮ反射防止膜４６ａから放
出されるＯ^*により側壁保護膜４８が消費されると、図
１５に示されるように、Ａｌ−１％Ｓｉ膜４５ｂにアン
ダカットが生じてしまう。

【００１５】このように、ゲート電極やＡｌ系配線パタ
ーンの形状が劣化すると、配線抵抗が設計値から外れた
り、特にゲート電極についてはＬＤＤ構造達成用のサイ
ド・ウォールの形成が困難となる等の様々な問題が生ず
る。そこで本発明は、ＳｉＯＮ系材料膜のエッチングに
おいてエッチング中に放出されるＯ^*の影響を低減し、
良好なエッチングを実現する方法を提供することを目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
を達するために検討を重ねた結果、ＳｉＯＮ系材料膜か
ら放出されるＯ^*を捕捉消費できる化学種をプラズマ中
に供給することが有効であると考え、この化学種として
本願出願人が以前より側壁保護膜の構成物質として提案
しているＳ（イオウ）が好適であることを見出した。

【００１７】本発明のドライエッチング方法は、かかる
知見にもとづいて提案されるものであり、プラズマ中に
ハロゲン系エッチング種と遊離のイオウとを生成し得る
エッチング・ガスを用いてＳｉＯＮ系材料膜のエッチン
グを行うものである。上記ＳｉＯＮ系材料膜は、典型的
にはプラズマＣＶＤ法により成膜されるが、このときに
用いられる原料ガスの組成によっては、水素原子を含む
組成、すなわちＳｉＯ_xＮ_yＨ_zとなる場合もある。

【００１８】前記エッチング・ガスとしては、Ｓ
₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₂Ｃｌ₂，Ｓ₃
Ｃｌ₂，Ｓ₂Ｃｌ₂，ＳＣｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ
₂，ＳＢｒ ₂から選ばれる少なくとも１種類のハロゲン
化イオウを含むガスを用いることができる。これらハロ
ゲン化イオウは、放電解離条件下でハロゲン系エッチン
グ種と遊離のイオウとを同時に供給できるので、基本的
に単独組成ガスによるＳｉＯＮ系材料膜のエッチングを
可能とする。ただし、どのハロゲン化イオウを用いるか
は、プロセスの内容に応じて選択する。すなわち、
（ｉ）下地材料膜に対して選択性を確保しながらＳｉＯ
Ｎ系材料膜のみをエッチングするか、あるいは（ii) Ｓ
ｉＯＮ系材料膜のエッチングに用いたガスと少なくとも
一部は組成の共通するガスを用いて下地材料もエッチン
グするかに応じて、相応しいハロゲンの種類が決まる。

【００１９】前記エッチング・ガスには、プラズマをＳ
リッチ（Ｓ濃度が高い状態）にするために、Ｈ₂，Ｈ₂
Ｓ，シラン系化合物から選ばれる少なくとも１種類のハ
ロゲン・ラジカル消費性化合物を添加しても良い。前記
エッチング・ガスにはまた、窒素系化合物を添加しても
良い。これは、窒素系化合物から解離生成するＮと前述
の遊離のＳとを反応させ、窒化イオウ系化合物を堆積さ
せるためである。上記窒素系化合物としては、Ｎ₂，Ｎ
Ｆ₃，ＮＣｌ₃等が特に好適である。ＮＨ₃はＳと反応
して固体状の硫化アンモニウムを生成するので、好まし
くない。なお、窒化イオウ系化合物としては、典型的に
はポリマー状物質であるポリチアジル（ＳＮ）_xが生成
し、単体のＳよりも強固な側壁保護効果を発揮する。

【００２０】これらＳまたは窒化イオウ系化合物の堆積
を併用するエッチングにおいては、この堆積を促進する
ために、前記ＳｉＯＮ系材料膜を保持する基板を室温以
下に制御することが有効である。

【００２１】なお、上記ＳｉＯＮ系材料膜は、その下層
側の材料膜のための反射防止膜として形成するのが典型
的な利用形態である。かかる下層側の材料層としては、
高融点金属シリサイド膜、ポリサイド膜、高融点金属
膜、Ａｌ系材料膜、その他、半導体装置の製造に通常用
いられる導電材料層を挙げることができる。なお、Ｓｉ
ＯＮ系材料膜は、その直下の高反射率材料層の反射率を
低減するために用いられるのが一般的であるが、そのさ
らに下側の高反射率材料層からの反射率の低減に用いて
も良い。たとえば、Ａｌ系下層配線膜にコンタクトをと
る目的で透明なＳｉＯ_x層間絶縁膜にビアホールを形成
するためのリソグラフィを行う場合、このＳｉＯ_x層間
絶縁膜上にＳｉＯＮ系の反射防止膜を形成してＡｌ系下
層配線膜からの反射を抑えるようにしても良い。

【００２２】

【作用】本発明のポイントは、ＳｉＯＮ系材料層のエッ
チング中に放出されるＯ^*を、エッチング・ガスのプラ
ズマ中に生成した遊離のイオウで捕捉することにある。
つまり、Ｏ^*は放出後直ちにＳＯ_xに変換されるので、
レジスト・マスクのエッジ後退が抑制され、ＳｉＯＮ系
材料層自身の異方性加工が実現される。さらに、従来の
ようなエッジのテーパー化が生じなくなることにより、
その下層側の材料層をエッチングする際の該エッジから
のＯ^*の放出、およびこれに伴う側壁保護膜の除去を防
止することができる。したがって、下層側の材料層の異
方性エッチングも可能となる。しかも、余剰のＳは昇華
温度未満に温度制御されたウェハ上に堆積することがで
き、側壁保護効果の増強に寄与する。

【００２３】ただし本発明は、Ｏ^*による異方性劣化が
特に問題とならない系においても、Ｓの堆積を併用した
ＳｉＯＮ系材料膜の高選択エッチングを実現するもので
ある。

【００２４】この遊離のＳは、先に列挙したハロゲン化
イオウから供給することができる。これらの化合物は元
来、分子のＳ／Ｘ比〔Ｓ原子数とＸ（ハロゲン）原子数
の比〕が高く、放電解離条件下で比較的容易に遊離のＳ
を放出することができる。しかも、これらの化合物はＳ
ｉＯＮ系材料膜からＳｉを引き抜くために必要なハロゲ
ン系エッチング種の供給源でもある。したがって、これ
らのハロゲン化イオウを用いれば、基本的には単独組成
ガスによるエッチングが可能となる。

【００２５】また、ハロゲン系エッチング種が存在する
エッチング反応系に先に列挙されるハロゲン・ラジカル
消費性化合物を添加すると、これらから生成するＨ^*や
Ｓｉ ^*がＦ^*，Ｃｌ^*，Ｂｒ^*等のハロゲン・ラジカル
（Ｘ^*）を捕捉し、ハロゲン化水素（ＨＸ）またはハロ
ゲン化珪素（ＳｉＸ_x）等に変換する。これらは、排気
流に乗ってエッチング反応系から除去される。つまり、
エッチング反応系の見掛け上のＳ／Ｘ比が上昇する。こ
れにより、相対的に濃度の高まったＳによりＯ ^*の捕捉
効率が向上し、また側壁保護膜の形成に関与するＳの量
も増大するので、異方性加工を有利に行うことができ
る。特にＨ₂Ｓは自身がＳの供給源でもあるため、Ｓ／
Ｘ比の上昇効果が大きい。

【００２６】さらに、遊離のＳが存在するエッチング反
応系に窒素系化合物を添加すると、ＳとＮとの反応によ
りポリチアジル（ＳＮ）_xに代表される窒化イオウ系化
合物が生成する。また、上記窒素系化合物から生成した
Ｎの一部は、Ｏ^*の捕捉に寄与することができる。

【００２７】これらＳや窒化イオウ系化合物はいずれも
昇華性もしくは加熱分解性の物質であり、基板の温度が
その昇華／分解温度より低く維持されていればウェハ上
に堆積する。通常のプラズマ・エッチングが行われる条
件下でのＳの昇華温度は９０℃付近、ポリチアジル（Ｓ
Ｎ）_xの昇華／分解温度は１３０℃付近であるから、基
板温度を室温以下に維持しておけば、これらを側壁保護
物質としてまず確実に利用することができる。特に、基
板を０℃以下に冷却するいわゆる低温エッチングを行え
ば、ラジカルの反応性も同時に抑制することができるの
で、異方性加工を行う上で極めて有利となる。

【００２８】側壁保護に寄与したＳや窒化イオウ系化合
物は、エッチング終了後にウェハを昇華／分解温度以上
に加熱すれば容易に除去することができ、またレジスト
・マスクのアッシングを行う際に同時に除去することも
できる。したがって、何らパーティクル汚染を招くもの
ではない。

【００２９】なお、ＳｉＯＮ系材料膜はエキシマ・レー
ザ波長域において適当な光学定数（ｎ，ｋ）（ただし、
ｎ，ｋは複素振幅反射率の実数部と虚数部係数をそれぞ
れ表す。）を有していることが本願出願人の検討から明
らかとなっており、エキシマ・レーザ・リソグラフィ用
の反射防止膜として用いた場合に、良好なパターン解像
特性を実現することができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００３１】実施例１本実施例は、ポリサイド・ゲート電極加工において、Ｗ
−ポリサイド膜上のＳｉＯＮ反射防止膜をＳ₂Ｃｌ₂ガ
スでエッチングした後、その下層のＷ−ポリサイド膜を
Ｓ₂Ｃｌ₂／Ｏ₂混合ガスでエッチングした例である。
このプロセスを、図１ないし図３を参照しながら説明す
る。

【００３２】図１に、本実施例でエッチング・サンプル
として用いたウェハの構成を示す。すなわち、Ｓｉ基板
１上に厚さ約１０ｎｍのゲート酸化膜２を介してＷ−ポ
リサイド膜５およびＳｉＯＮ反射防止膜６が順次積層さ
れ、さらにそ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７が形成されている。ここで、上記Ｗ−
ポリサイド膜５は、下層側から順に、不純物を含有する
厚さ約１００ｎｍのポリシリコン層３と厚さ約１００ｎ
ｍのＷＳｉ_x層４とが順次積層されたものである。ま
た、上記ＳｉＯＮ反射防止膜６は、一例としてＳｉＨ₄
／Ｎ₂Ｏ混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により厚さ
２３ｎｍに堆積されている。さらに、上記レジスト・マ
スク７は、ポジ型３成分系化学増幅レジスト材料（シプ
レー社製；ＸＰ８８４３）とＫｒＦエキシマ・レーザ・
ステッパを用い、厚さ約１．４μｍ，パターン幅約０．
２５μｍに形成されている。

【００３３】このウェハをＳｉＯ₂加工用のＲＦバイア
ス印加型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ＳｉＯＮ反射防止膜
６をエッチングした。Ｓ₂Ｃｌ₂流量２０ＳＣＣＭガス圧０．４Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー４０Ｗ（８００ｋＨ
ｚ）ウェハ載置電極温度 −１０ ℃

【００３４】このエッチング工程では、Ｓ₂Ｃｌ₂から
解離生成する塩素系エッチング種の寄与でＳｉリッチな
ＳｉＯＮ反射防止膜６が速やかにエッチングされた。ま
た、このエッチングに伴って放出されるＯ^*はＳ₂Ｃｌ
₂から生成するＳにより捕捉されるため、レジスト・マ
スク７のエッジ後退はみられなかった。この結果、図２
に示されるように、異方性形状を有するＳｉＯＮ反射防
止膜６ａ（添字ａはエッチング後の材料膜に対して用い
る。以下同様。）が得られた。

【００３５】なおこの工程においてＯ^*を捕捉してなお
余剰のＳが存在する場合には、このＳがパターン側壁面
に図示されない側壁保護膜を形成する。

【００３６】次に、エッチング条件を一例として下記の
ように切り替え、Ｗ−ポリサイド膜５をエッチングし
た。Ｓ₂Ｃｌ₂流量７５ＳＣＣＭＯ₂流量５ＳＣＣＭガス圧０．４Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー４０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ載置電極温度 −２０ ℃ このエッチング工程では、図３に示されるように、Ｗ−
ポリサイド膜５がＷＣｌＯ_x，ＳｉＣｌ_x等の形で除去
された。ここでは、従来のようにＳｉＯＮ反射防止膜が
テーパー状に露出していないのでＯ^*が放出されること
はなく、しかもＳが堆積して側壁保護膜８が形成され
る。この側壁保護膜８は、図３では図示の都合上、厚く
描かれているが、実際には極めて薄い膜である。この結
果、良好な異方性形状を有するゲート電極５ａを形成す
ることができた。

【００３７】なお、上記側壁保護膜８は、エッチング終
了後にレジスト・マスク７をアッシングする際に同時に
燃焼除去され、ウェハ上に何らパーティクル汚染を発生
させることはなかった。

【００３８】実施例２本実施例では、同様のポリサイド・ゲート電極加工にお
いて、ＳｉＯＮ反射防止膜をＳ₂Ｃｌ₂／Ｎ₂混合ガス
を用いてエッチングした。すなわち、図１に示されるウ
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Ｗ−ポリサイド膜５を
エッチングした。

【００３９】Ｓ₂Ｃｌ₂流量２０ＳＣＣＭＮ₂流量１０ＳＣＣＭガス圧０．４Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー４０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ載置電極温度０ ℃

【００４０】この工程では、ＳｉＯＮ反射防止膜６のエ
ッチングに伴って放出されるＯ^*がＳやＮに捕捉されて
ＳＯ_x，ＮＯ_xの形で除去される。また、Ｓの一部はＮ
と結合して窒化イオウ系化合物を生成し、これが図示さ
れない側壁保護膜を形成した。この結果、図２に示され
るように異方性形状を有するＳｉＯＮ反射防止膜６ａが
形成された。

【００４１】なお、Ｎ₂はこの後のＷ−ポリサイド膜５
をエッチングするためのエッチング・ガスに添加しても
良い。この場合、側壁保護膜８の主な構成成分は実施例
１で用いたＳよりも強固な側壁保護効果を発揮する窒化
イオウ系化合物となるので、異方性加工に必要なイオン
入射エネルギーが低減でき、またそれほど低温までウェ
ハを冷却せずに済むといったメリットが得られる。

【００４２】実施例３本実施例では、Ａｌ系配線加工において、Ａｌ−１％Ｓ
ｉ膜上のＳｉＯＮ反射防止膜をＳ₂Ｆ₂ガスでエッチン
グした。このプロセスを、図４ないし図６を参照しなが
ら説明する。図４に、本実施例でエッチング・サンプル
として用いたウェハの構成を示す。このウェハは、Ｓｉ
Ｏ₂層間絶縁膜１１上にバリヤメタル１４、Ａｌ−１％
Ｓｉ層１５、厚さ５０ｎｍのＳｉＯＮ反射防止膜１６が
順次積層されたＡｌ系多層膜が形成され、さらにその上
に厚さ約１．４μｍ、パターン幅０．２５μｍのレジス
ト・マスク１７が形成されたものである。上記バリヤメ
タル１４は、たとえば下層側から順に厚さ約３０ｎｍの
Ｔｉ層１２と厚さ約７０ｎｍのＴｉＯＮ層１３とが順次
積層されたものである。

【００４３】次に、この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ＳｉＯＮ反射防止膜１６をエッチングした。Ｓ₂Ｆ₂流量３０ＳＣＣＭガス圧０．４Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー５０Ｗ（８００ｋＨ
ｚ）ウェハ載置電極温度０ ℃ このエッチング工程では、Ｓ₂Ｆ₂から解離生成するＳ
がＳｉＯＮ反射防止膜１６から放出されるＯ^*を捕捉し
ながらエッチングが進行し、図５に示されるように異方
性形状を有するＳｉＯＮ反射防止膜１６ａを形成するこ
とができた。

【００４４】なお、上記のようにフッ素系エッチング種
を用いるエッチングによれば、下地のＡｌ−１％Ｓｉ膜
１５が露出しても形成されるＡｌＦ_xの蒸気圧が低いの
で、高い下地選択性を達成することができた。

【００４５】この後は、Ａｌ系材料膜のエッチングに最
も一般的に用いられているＢＣｌ₃／Ｃｌ₂混合ガスを
用い、Ａｌ−１％Ｓｉ膜１５およびバリヤメタル１４を
一括してエッチングした。この工程では、レジスト・マ
スク１７のスパッタ生成物に由来する炭素系ポリマーが
堆積し、図６に示されるような側壁保護膜１８が形成さ
れながら、Ａｌ系配線パターン１５ａおよびバリヤメタ
ル・パターン１４ａが形成された。このとき、従来のよ
うにＳｉＯＮ反射防止膜のエッジがレジスト・マスク１
７のエッジより外に突出していないため、Ｏ^*が放出さ
れることはなく、したがって、側壁保護膜１８が除去さ
れることはなかった。

【００４６】この結果、オーバーエッチング後にも、配
線パターンの異方性形状は良好に維持された。

【００４７】実施例４本実施例は、コンタクト・ホールのパターニング用にＳ
ｉＯ₂層間絶縁膜上に形成されたＳｉＯＮ反射防止膜
を、コンタクト・ホール開口後にＳ₂Ｂｒ₂／Ｈ ₂混合
ガスを用いて除去した例である。このプロセスを、図７
ないし図９を参照しながら説明する。

【００４８】図７に、本実施例でエッチング・サンプル
として用いたウェハの構成を示す。このウェハは、Ａｌ
系下層配線膜２１上に厚さ約１μｍのＳｉＯ₂層間絶縁
膜２２、厚さ５０ｎｍのＳｉＯＮ反射防止膜２３、およ
び厚さ約１．０μｍのレジスト・マスク２４が順次形成
され、このレジスト・マスク２４に設けられた直径０．
２５μｍの開口部の内部において上記ＳｉＯＮ反射防止
膜２３とＳｉＯ₂層間絶縁膜２２とをたとえばＣＨＦ₃
／ＣＨ₂Ｆ₂混合ガスを用いてエッチングすることによ
り、Ａｌ系下層配線膜２１に臨むビアホールが開口され
たものである。

【００４９】まず、このウェハをたとえばマイクロ波ダ
ウンフロー・アッシング装置にセットし、通常のアッシ
ング条件で図８に示されるようにレジスト・マスク２４
を除去した。

【００５０】次に、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ＳｉＯＮ反射防止膜を除去した。Ｓ₂Ｂｒ₂流量２０ＳＣＣＭＨ₂流量１０ＳＣＣＭガス圧２Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー１００Ｗ（８００ｋＨ
ｚ）ウェハ載置電極温度 −５０ ℃

【００５１】本実施例のプロセスは、特にＯ^*による異
方性形状の劣化を問題とするようなプロセスではない
が、ＳによるＯ^*の捕捉は同様に期待できる。すなわ
ち、Ｂｒ系エッチング種の寄与によりＳｉＯＮ反射防止
膜２３からＳｉ原子が引き抜かれると共に、放出された
Ｏ^*もＳＯ_xの形で除去される。過剰なＳがＳｉＯＮ防
止膜上２３に堆積することも考えられるが、これはＲＦ
バイアス・パワーを高く設定することでスパッタ除去し
ている。しかも、Ｂｒ系エッチング種を用いているの
で、下地のＳｉＯ₂層間絶縁膜２２に対しても高選択比
が得られる。

【００５２】一方、Ａｌ系下層配線膜２１の露出面に
は、図９に示されるように表面保護膜２６が形成され
る。これは、Ｈ₂の添加によりエッチング反応系のＳ／
Ｂｒ比が上昇しており、またウェハが低温冷却されてい
ることにより、Ｓの堆積が促進された結果である。以上
の理由により、本実施例では良好なＳｉＯＮ反射防止膜
２３の除去を行うことができた。

【００５３】以上、本発明を４例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、本発明で規定されるハロゲン
化イオウやハロゲン・ラジカル消費性化合物のうち、上
述の実施例で例示されなかったものについても、基本的
には同様の結果が得られる。

【００５４】この他、サンプル・ウェハの構成、使用す
るエッチング装置、エッチング条件等の詳細が適宜変更
可能であることは言うまでもない。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によればＳによるＯ^*の捕捉効果とイオウ系材料の堆
積による側壁保護効果を併用しながら、ＳｉＯＮ系材料
膜の良好な異方性加工または選択除去を実現することが
できる。これにより、ＳｉＯＮ系材料膜が反射防止膜と
して表面に形成されているような材料層についても、良
好な異方性加工が実現できる。

【００５６】このＳｉＯＮ系材料膜の反射防止膜として
の効果は、特にエキシマ・レーザ・リソグラフィにおい
て重要である。したがって本発明は、次世代以降の微細
加工の精度や信頼性を高める上で極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したポリサイド・ゲート電極加工
において、サンプル・ウェハの構成を示す模式的断面図
である。

【図２】図１のＳｉＯＮ反射防止膜が選択的にエッチン
グされた状態を示す模式的断面図である。

【図３】図２のＷ−ポリサイド膜が異方的にエッチング
された状態を示す模式的断面図である。

【図４】本発明を適用したＡｌ系配線加工において、サ
ンプル・ウェハの構成を示す模式的断面図である。

【図５】図４のＳｉＯＮ反射防止膜が選択的にエッチン
グされた状態を示す模式的断面図である。

【図６】図５のＡｌ−１％Ｓｉ膜とバリヤメタルが異方
的にエッチングされた状態を示す模式的断面図である。

【図７】本発明を適用したＳｉＯＮ反射防止膜の除去に
おいて、ＳｉＯ₂層間絶縁膜にビアホールが開口された
直後の状態を示す模式的断面図である。

【図８】図７のレジスト・マスクがアッシングされた状
態を示す模式的断面図である。

【図９】図８のＳｉＯＮ反射防止膜が除去された状態を
示す模式的断面図である。

【図１０】従来のポリサイド・ゲート電極加工における
エッチング前のウェハの状態を示す模式的断面図であ
る。

【図１１】図１０のＳｉＯＮ反射防止膜がテーパー状に
エッチングされた状態を示す模式的断面図である。

【図１２】図１１のＷ−ポリサイド膜にアンダカットが
生じた状態を示す模式的断面図である。

【図１３】従来のＡｌ系配線加工におけるエッチング前
のウェハの状態を示す模式的断面図である。

【図１４】図１３のＳｉＯＮ反射防止膜がテーパー状に
エッチングされた状態を示す模式的断面図である。

【図１５】図１４のＡｌ−１％Ｓｉ膜にアンダカットが
生じた状態を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１・・・Ｓｉ基板５・・・Ｗ−ポリサイド膜５ａ・・・ゲート電極６，１６，２３・・・ＳｉＯＮ反射防止膜７，１７，２４・・・レジスト・マスク８，１８・・・側壁保護膜１５・・・Ａｌ−１％Ｓｉ膜２１・・・Ａｌ系下層配線膜１１，２２・・・ＳｉＯ₂層間絶縁膜２５・・・ビアホール２６・・・表面保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ中にハロゲン系エッチング種と
遊離のイオウとを生成し得るエッチング・ガスを用いて
ＳｉＯＮ系材料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】前記エッチング・ガスは、Ｓ₂Ｆ₂，Ｓ
Ｆ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ ₁₀，Ｓ₂Ｃｌ₂，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ
₂Ｃｌ₂，ＳＣｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ
₂から選ばれる少なくとも１種類のハロゲン化イオウを
含むことを特徴とする請求項１記載のドライエッチング
方法。
【請求項３】前記エッチング・ガスは、Ｈ₂，Ｈ
₂Ｓ，シラン系化合物から選ばれる少なくとも１種類の
ハロゲン・ラジカル消費性化合物を含むことを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載のドライエッチング方
法。
【請求項４】前記エッチング・ガスは窒素系化合物を
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。
【請求項５】前記エッチングは、前記ＳｉＯＮ系材料
膜を保持する基板を室温以下に制御しながら行うことを
特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記
載のドライエッチング方法。
【請求項６】前記ＳｉＯＮ系材料膜は、その下層側の
材料膜のための反射防止膜であることを特徴とする請求
項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のドライエッ
チング方法。