JPH07211694A

JPH07211694A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH07211694A
Application number: JP6001966A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-01-13
Filing date: 1994-01-13
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】窒化シリコン層に対する選択比を充分に確保
しつつ、酸化シリコン層をエッチングするドライエッチ
ング方法を提供する。【構成】窒化シリコン層２上の酸化シリコン層３を、
フッ化チオカルボニルＣＳＦ₂ガスを用い、被エッチン
グ基板を室温以下に制御しつつエッチングする。【効果】酸化シリコン層は、Ｆラジカルとイオンアシ
ストの併用モードでエッチングが進行する一方、下地の
窒化シリコン層が露出すると、この表面にポリチアジル
を主体とする窒化イオウ系化合物がエッチングストッパ
層として形成され、高選択比と低ダメージが達成され
る。窒化イオウ系化合物は、エッチング終了後昇華除去
できるので、パーティクル汚染等の虞れが無い。

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等の製造プロ
セスに適用されるドライエッチング方法に関し、より詳
しくは窒化シリコン系材料層上の酸化シリコン系材料層
を選択的にエッチングしうるドライエッチング方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置のデザインルール
がハーフミクロンからクォータミクロンのレベルへと微
細化し、かつ多層配線構造が多用されて集積度が高まる
に伴い、フォトリソグラフィやドライエッチング等の微
細加工技術に対する要求は一段と厳しさを増している。
ドライエッチングの分野においては、例えば酸化シリコ
ン系の層間絶縁膜に開口する接続孔エッチングに例をと
ると、異方性、エッチングレート、低基板ダメージおよ
び低基板汚染等の諸特性を高い次元で満足させ得るプロ
セスが求められる。

【０００３】従来、酸化シリコン系材料層のドライエッ
チングにおいては、ＣＨＦ₃、ＣＦ ₄＋Ｈ₂混合ガス、
ＣＦ₄＋Ｏ₂混合ガス、Ｃ₄Ｆ₈等ＣＦ系ガスが使用さ
れてきた。これは、これらガスがプラズマ中にＳｉＯ₂
の主エッチング種であるＣＦ _n ⁺、特にＣＦ₃ ⁺を生成
しうること、ＣＦ系ガス中のＣがＳｉ−Ｏ結合を弱めた
り切断する働きをすること等により、蒸気圧の高い反応
生成物であるＳｉＦ₄やＣＯ、ＣＯ₂を形成してエッチ
ングを進行させる機構に基づくものである。加えて、副
反応生成物であるＣＦ系ポリマが被エッチング基板上に
堆積して、対Ｓｉ下地の選択比を大きくしたり、側壁保
護膜を形成して異方性を高めるメカニズムを利用してい
のである。なお、Ｈ₂やＯ₂の添加は、プラズマ中のフ
ッ素ラジカル（Ｆ^*）の生成量を制御し、選択比の向上
を目的としている。

【０００４】このＣＦ系ガスによる酸化シリコン系材料
層のドライエッチングにおいて選択性が得られるのは、
対シリコン系材料層であって、窒化シリコン系材料層に
対する選択エッチングでは満足する結果は期待できな
い。これは、２原子間の結合エネルギを比較すると、Ｓ
ｉ−Ｏが１１１ｋｃａｌ／ｍｏｌ、Ｓｉ−Ｎが１０５ｋ
ｃａｌ／ｍｏｌと接近しており、一方Ｓｉ−Ｆが１３２
ｋｃａｌ／ｍｏｌであることからも推測できる。なお、
この値はＲ．Ｃ．Ｗｅｓｔ編“Ｈａｎｄｂｏｏｋｏｆ
ＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＰｈｉｓｉｃｓ”６９ｔ
ｈ．ｅｄ．（１９８８年）（ＣＲＣＰｒｅｓｓ社刊）
記載のデータを引用した。

【０００５】ところで、近年では半導体のデバイス構造
の複雑化にともない、Ｓｉ₃Ｎ₄下地上のＳｉＯ₂の選
択エッチングの必要が生じている。一例として、ＳｉＯ
₂系層間絶縁膜へのコンタクトホールエッチングにおい
て、下地シリコン基板のダメージ防止のために、薄いＳ
ｉ₃Ｎ₄層をエッチングストッパとして介在させる場合
である。他の例では、いわゆるセルフアライン・コンタ
クトの形成において、ゲート電極上にＳｉ₃Ｎ₄層をや
はりエッチングストッパ層として形成しておく場合であ
る。

【０００６】かかる用途に応えるプロセスとして、本願
発明者は先に出願した特開平４−３５４３３１号明細書
において、Ｓ₂Ｆ₂をエッチングガスに用い、下地Ｓｉ
₃Ｎ ₄層の露出面にイオウ系化合物を堆積することによ
りこれをエッチングストッパとして利用する方法を提案
した。これは、Ｓ₂Ｆ₂から生成するＦ^*がＳｉ₃Ｎ ₄
層の表面からＳｉ原子を引き抜き、これにより生じたＮ
原子のダングリングボンドに同じくＳ₂Ｆ₂から生じる
Ｓ原子が結合し、（ＳＮ）_n（ポリチアジル）を主体と
した窒化イオウ系化合物が堆積する機構に基づいてい
る。異方性加工に必要な側壁保護膜は、イオウの付着に
より形成する。この方法によれば、Ｓｉ₃Ｎ₄をマスク
としてＳｉＯ₂層をエッチングすることも可能である。
しかも、堆積したイオウとイオウ系化合物は、被エッチ
ング基板を９０〜１５０℃以上に加熱すれば昇華除去で
きるので、基板汚染やパーティクルの発生の懸念はな
い。

【０００７】このように、先出願は数多くのメリットを
有するプロセスであるが、今後さらに被エッチング基板
の表面段差が増大し、これに伴い過大なオーバーエッチ
ングを必要とする場合には、パターン形状悪化や対エッ
チングマスク選択比、対下地選択比に改善の余地が発生
することも予想される。この場合にも、オーバーエッチ
ング時のエッチング条件を切り替え、エッチング反応系
のＳ原子とＦ原子の比率、すなわちＳ／Ｆ比を高め、イ
オウの堆積を促進することが有効である。

【０００８】また、最近ではエッチング装置側からのア
プローチとして、高密度プラズマを生成できるエッチン
グ装置を用いて、Ｃ₂Ｆ₆ガスによるＳｉＯ₂の対Ｓｉ
₃Ｎ ₄選択エッチングがＪ．Ｍａｒｋｓらにより報告さ
れている（Ｐｒｏｃｅｅｄ−ｉｎｇｓｏｆ４３ｒ
ｄ．ＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＳｅｍｉｃｏｎｄｕ−
ｃｔｏｒｓａｎｄＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃ
ｕｉｔｓＴｅｃｈｎ−ｏｌｏｇｙ，１９９２）。た
だ、このプロセスは、安定して高い選択比を得ることが
可能か否か、またそのエッチング機構についても今後解
明すべき点が残されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、安定した高選択比の得られる、窒化シリコン系材料
層上の酸化シリコン系材料層の選択ドライエッチング方
法を提供することである。

【００１０】本発明の別の課題は、ＣＦ系ポリマの堆積
等、パーティクル汚染の懸念がある側壁保護膜を多用す
ることなく、窒化シリコン系材料層上の酸化シリコン系
材料層のクリーンな高異方性選択ドライエッチング方法
を提供することである。

【００１１】本発明のさらに別の課題は、オーバーエッ
チング等エッチング条件の切り替えを必要とする複雑な
プロセスを用いることなく、ワンステップのエッチング
で上記課題を達成することである。

【００１２】

【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、上述の課題を解決するために提案するもので
あり、窒化シリコン系材料層上の酸化シリコン系材料層
の選択ドライエッチングにおいて、分子内にチオカルボ
ニル基とフッ素原子を有するフッ化チオカルボニル化合
物を含むエッチングガスを用いて、被エッチング基板を
室温以下に制御しながらエッチングするものである。こ
のようなガスの代表例は、例えばＣＳＦ ₂（２フッ化チ
オカルボニル）を挙げることができる。

【００１３】また本発明のドライエッチング方法は、窒
化シリコン系材料層上の酸化シリコン系材料層の選択ド
ライエッチングにおいて、分子内にチオカルボニル基と
フッ素原子を有するフッ化チオカルボニル化合物と、Ｎ
系ガスとを含むエッチングガスを用いて、被エッチング
基板を室温以下に制御しながらエッチングするものであ
る。Ｎ系ガスとしては、代表的にはＮ₂が例示できる。

【００１４】さらに本発明のドライエッチング方法は、
窒化シリコン系材料層上の酸化シリコン系材料層の選択
ドライエッチングにおいて、分子内にチオカルボニル基
とフッ素原子を有するフッ化チオカルボニル化合物と、
放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しう
るＳＦ系ガスとを含むエッチングガスを用いて、被エッ
チング基板を室温以下に制御しながらエッチングするも
のである。このようなＳＦ系ガスの代表例は、Ｓ₂Ｆ₂
であり、他にＳＦ₂、ＳＦ₄そしてＳ₂Ｆ₁₀等、分子中
のフッ素原子とイオウ原子の比、すなわちＦ／Ｓ比の小
さなガスを挙げることができる。なお、ＳＦ系ガスの代
表例であるＳＦ₆は、Ｆ／Ｓ比が６と大きく、放電解離
条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出することは無
いので、本発明の趣旨には適合しない。

【００１５】フッ化チオカルボニル化合物に、Ｎ系ガス
と、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出
しうるＳＦ系ガスの双方を含むエッチングガスを用いて
ももちろんよい。

【００１６】本発明で言うところの室温以下とは、一般
的な半導体プロセスのクリーンルームの室温である約２
０℃前後以下の温度を指す。

【００１７】

【作用】本発明のポイントは、エッチングガスとして少
なくともＣＳＦ₂のようなチオカルボニル基（＞Ｃ＝
Ｓ）とフッ素原子とを有する化合物を主エッチャントと
して用いることである。このチオカルボニル化合物は、
ＳｉＯ₂系材料層のエッチング種であるＣＦ_x ⁺、ＳＦ
_x ⁺、Ｆ^*を放電解離条件下で生成する他、堆積性物質
としてＣＦ系ポリマと遊離のイオウを生成する。従来の
ＣＦ系ガスによるプロセスでは、選択比や異方性の確保
に寄与する堆積物は専らＣＦ系ポリマのみであったが、
本発明はこれにイオウを併用できることになる。したが
って、ＣＦ系ポリマの堆積を相対的に減少しても異方性
の確保が可能であり、それだけパーティクル汚染の懸念
が減少する。

【００１８】ＳｉＯ₂系材料層のエッチングが進行し、
下地のＳｉ₃Ｎ₄系材料層が露出すると、Ｓｉ₃Ｎ₄中
のＳｉ原子をＦ^*が引き抜き、Ｎ原子のダングリングボ
ンドが形成される。ここにイオウ原子が結合し、露出し
たＳｉ₃Ｎ₄系材料の表面には（ＳＮ）_nを主体とする
窒化イオウ系化合物が堆積し、エッチングストッパとし
て機能する。したがって、Ｓｉ₃Ｎ₄のエッチングレー
トは大幅に低下し、Ｓｉ₃Ｎ₄系材料層との高選択比が
達成できる。イオウおよび窒化イオウ系化合物の堆積
は、被エッチング基板が室温以下に制御されていれば、
効率よく堆積するものである。

【００１９】堆積するイオウおよび窒化イオウ系化合物
は、ともに昇華性物質であり、エッチング終了後被エッ
チング基板を加熱すれば除去できパーティクル汚染の原
因となる虞れはない。昇華温度は、イオウにおいては９
０℃以上、窒化イオウ系化合物においたは１５０℃以上
である。

【００２０】本発明は以上の機構を基本思想とするが、
さらに一層の高選択比、高異方性を達成しうるプロセス
を提供する。

【００２１】その１つは、上述のフッ化チオカルボニル
化合物に、Ｎ₂等Ｎ系ガスを添加し窒化イオウ系化合物
の堆積を助長するのである。このプロセスでは、エッチ
ングストッパとしての窒化イオウ系化合物の堆積が強化
されるので、対窒化シリコン系材料層とのエッチング選
択比が更に向上する。同時に、側壁保護膜にもイオウに
加えて窒化イオウ系化合物が堆積するので、異方性の一
層の向上に寄与する。

【００２２】もう１つの方法は、上述のフッ化チオカル
ボニル化合物に、Ｓ₂Ｆ₂等放電解離条件下で遊離のイ
オウを放出しうるガスを添加し、イオウの堆積を助長す
るのである。このプロセスにおいては、側壁保護膜とし
て堆積するイオウの量が増強され、異方加工性が一段と
向上する。しかも、堆積量が増えても簡単に昇華除去し
うるので、ＣＦ系ポリマによる側壁保護膜と異なり、パ
ーティクルによる基板やエッチングチャンバの汚染の虞
れはない。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき説明す
る。

【００２４】実施例１本実施例は、Ｓｉ基板上の層間絶縁膜へのコンタクトホ
ール形成工程に本発明を適用した例であり、これを図１
を参照しながら説明する。

【００２５】まず、図１（ａ）に示すように、例えば５
インチ径のＳｉ等の半導体基板１上に、ＳｉＨ₄とＮＨ
₃の混合ガスを用いたプラズマＣＶＤにより窒化シリコ
ン層２を１０ｎｍ、Ｏ₃／ＴＥＯＳを用いた減圧ＣＶＤ
法により酸化シリコン層３を１０００ｎｍそれぞれ形成
し、双方合わせて層間絶縁膜とする。なお、半導体基板
に予め形成した不純物拡散層等の能動領域は図示を省略
する。酸化シリコン層３上には化学増幅系３成分ネガ型
フォトレジストであるＳＡＬ−６０１を１０００ｎｍ塗
布し、ＫｒＦエキシマレーザ露光と現像により一例とし
て０．３５μｍ径の開口部を持つレジストマスク４を形
成する。

【００２６】この被エッチング基板をＲＦバイアス印加
型ＥＣＲエッチング装置の基板ステージにセットする。
この基板ステージは冷却配管を内蔵しており、例えばエ
タノール系冷媒を循環して被エッチング基板を室温以下
の温度に制御できるものであり、またメカニカルクラン
プ、静電吸着等の手段で被エッチング基板を密着載置で
きる機構を有している。この状態で、一例として下記エ
ッチング条件で酸化シリコン層３をエッチングする。ＣＳＦ₂ ５０ｓｃｃｍガス圧力０．６５Ｐａマイクロ波パワー１５００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー２００Ｗ（８００ｋＨｚ）基板温度０ ℃ このエッチング条件は、マイクロ波電力を１５００Ｗと
高く設定することにより、１×１０¹¹／ｃｍ³以上のプ
ラズマ密度が得られ、導入するエッチングガスを効率よ
く解離しうるものである。本エッチング過程では、ＣＳ
Ｆ₂から解離生成するＦ^*によるラジカル反応が、同じ
くＣＳＦ₂から解離生成したＣＦ_x ⁺、ＣＳ⁺およびＳ
Ｆ_x ⁺等のイオンの入射エネルギにアシストされる機構
でエッチングが進行する。

【００２７】同時に、ＣＳＦ₂からはＣＦ系ポリマとイ
オウが生成し、これら堆積性生成物は共に側壁保護膜と
してエッチングパターン側壁に堆積するので、異方性エ
ッチングに寄与する。さらに、下地の窒化シリコン層２
が露出すると、Ｓｉ₃Ｎ₄から供給されるＮ原子とプラ
ズマ中のＳが結合し、ポリチアジルを始めとする窒化イ
オウ系化合物が形成され、窒化シリコン層２の露出面を
被覆し、エッチング速度は大幅に低下する。この結果、
エッチング選択比は３０が確保され、ＳｉＯ₂／Ｓｉ₃
Ｎ₄間の選択エッチングが達成される。この状態を図１
（ｂ）に示す。

【００２８】続けて被エッチング基板を１５０℃以上に
加熱し、側壁保護膜としてのイオウおよびエッチングス
トッパ層としての窒化イオウを昇華除去した後、熱リン
酸により窒化シリコン層２を除去する。この結果、図１
（ｃ）に示すように、下地半導体基板１にダメージや汚
染のないコンタクトホール５が形成された。

【００２９】本実施例では、０℃の低温プロセスと１５
０℃以上の高温プロセスを連続して行うので、被エッチ
ング基板の冷却と昇温にある程度の時間を要する。この
スループットの低下を回避するには、低温プロセス装置
と高温プロセス装置とをゲートバルブで連結し、被エッ
チング基板を高真空下で搬送可能なマルチチャンバ装置
を使用すればよい。また本願出願人が先に出願した特開
平５−１４５９０号公報で提案したように、冷却手段を
有する固定電極と、上下方向への可動電極とを具備する
基板ステージを有するエッチング装置を用いて、同一プ
ロセスチャンバ内で連続的に処理する方法も極めて有効
である。

【００３０】また、本実施例では、酸化シリコン層３の
エッチング終了後イオウ及び窒化イオウ系化合物を昇華
除去したが、これらはレジストマスク４と共にアッシン
グ除去するようにしてもよい。この後に露出した窒化シ
リコン層２をホットリン酸で除去しても、下地半導体基
板１にダメージや汚染のないコンタクトホール５が形成
される。

【００３１】実施例２本実施例は、ＳＲＡＭのセルフアライン・コンタクトプ
ロセスに本発明を適用した例であり、図２ないし図４を
参照して説明する。なお、図２ないし図４では、図１と
共通の材料層には同じ参照番号を付与するものとする。
また、これらの図面のうち、図４は従来技術の問題点を
示す図である。

【００３２】まず、図２（ａ）に示すように、例えば５
インチ径のＳｉ等の半導体基板１上に、熱酸化によるゲ
ート絶縁膜５を介して多結晶シリコンパターン６および
Ｗ等の高融点金属シリサイドパターン７が積層されてな
る複数の高融点金属ポリサイドゲート電極を近接して形
成する。なお、高融点金属層ポリサイドゲート電極の幅
および電極間のスペース間隔は、一例としてそれぞれ
０．３５μｍおび０．７μｍとする。また、ゲート絶縁
膜５、多結晶シリコンパターン６、高融点金属層シリサ
イドパターン７および窒化シリコン層２の厚さは、一例
としてそれぞれ１０ｎｍ、４００ｎｍ、４００ｎｍおよ
び１００ｎｍに設定する。また、半導体基板１に形成す
る不純物拡散層等は図示を省略する。

【００３３】高融点金属シリサイド層７上には、後述の
セルフアラインコンタクト開口時のエッチングストッパ
となる窒化シリコン層２を、例えばＳｉＨ₄とＮＨ₃の
混合ガスを用いたプラズマＣＶＤにより８０ｎｍの厚さ
に形成しておく。なお、この窒化シリコン層２は、ＬＤ
Ｄスペーサ８形成時のオフセット絶縁膜の機能をも兼ね
るものである。

【００３４】次に、Ｏ₃／ＴＥＯＳを用いた減圧ＣＶＤ
法により酸化シリコン層３を５００ｎｍ形成し、さらに
この上に、セルフアラインコンタクト・エッチング用の
１μｍの開口幅のレジストマスク４を形成する。このレ
ジストマスク４は、セルフアラインの趣旨に基づき、マ
スク合わせに厳密性は必要としない。

【００３５】この被エッチング基板を、図３にその概略
を示す誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング装置の
基板ステージ１２上にセッティングする。この基板ステ
ージ１２も冷却配管を内蔵しており、エタノール系冷媒
等を循環して被エッチング基板１１を室温以下の温度に
制御できるものである。また、基板ステージ１２は静電
チャック、機械的クランパ等で被エッチング基板１１を
密着載置しうるものである。なお、１３は石英等の誘電
体材料により構成されるエッチング装置側壁であり、こ
こに多重に巻いた誘導結合コイル１６によりＲＦ電源１
５の出力をエッチング装置内に供給し、ここに高密度プ
ラズマ１８を発生する。基板ステージ１２には基板バイ
アスＲＦ電源１９より基板ステージ１２にＲＦバイアス
を印加する。１４は接地した上部電極であり、ヒータ１
７により温度制御可能である。本エッチング装置によれ
ば、大型のマルチターン誘導結合コイルにより、大電力
でのプラズマ励起が可能であり、例えば１×１０¹²／ｃ
ｍ³台での高密度プラズマエッチングが達成できる。な
お、図３においては、エッチング装置の底板、エッチン
グガス導入系、排気系等は図示を省略する。

【００３６】上記エッチング装置により、一例として下
記エッチング条件により、酸化シリコン層２のエッチン
グをおこなう。ＣＳＦ₂ ２０ｓｃｃｍＳ₂Ｆ₂ ２０ｓｃｃｍＮ₂ １０ｓｃｃｍガス圧力０．６５ＰａＲＦ電源パワー２５００Ｗ（２．０ＭＨｚ）ＲＦバイアスパワー３００Ｗ（１．８ＭＨｚ）基板温度０ ℃ このエッチング条件は、ＲＦ電源パワーを２５００Ｗと
高く設定することにより、１×１０¹²／ｃｍ³以上のプ
ラズマ密度が得られ、導入するエッチングガスを効率よ
く解離しうるものである。本エッチング過程では、ＣＳ
Ｆ₂およびＳ₂Ｆ ₂から解離生成するＦ^*によるラジカ
ル反応が、ＣＦ_x ⁺、ＣＳ⁺、Ｎ⁺およびＳＦ_x ⁺等の
イオンの入射エネルギにアシストされる機構でエッチン
グが進行する。また、おなじくＣＳＦ₂およびＳ₂Ｆ₂
から解離生成するＣＦ系ポリマ、遊離のイオウ、および
このイオウの一部がＮ₂の解離により生成するＮ原子と
結合して得られる窒化イオウ系化合物が被エッチング基
板上に堆積する。

【００３７】これら堆積物のうち、露出した酸化シリコ
ン層３の平坦部に堆積するものは、酸化シリコンからス
パッタアウトするＯ原子と結合し、ＣＯ_x、ＳＯ_x等の
形でエッチング系外へ除去されるので、エッチングレー
ト低下の虞れはない。一方、レジストマスク４の表面で
は、堆積とスパッタアウトが競合し、エッチングレート
は低下する。これにより、対レジスト選択比は向上す
る。

【００３８】エッチングは、酸化シリコン層３およびゲ
ート絶縁膜５が除去され、シリコン等からなる半導体基
板１が露出した時点で停止する。半導体基板１表面で
は、スパッタアウトするＯ原子の供給がなくなるので、
堆積が優位となりエッチング速度が大幅に低下するから
である。これにより、図２（ｂ）に示すように良好なテ
ーパ形状のセルフアラインコンタクト９が形成される。
半導体基板１上での開口径は０．２５μｍであった。他
方、ポリサイド電極上部の窒化シリコン層３の露出面で
も、Ｏ原子の放出はストップし、逆に一部Ｎ原子がスパ
ッタアウトされるので、ここでは窒化イオウ系化合物の
堆積が優勢となり、エッチングはほぼ完全に停止する。
この結果、対Ｓｉ₃Ｎ₄選択比は５０以上が達成され
た。

【００３９】従来のセルフアラインコンタクト開口プロ
セスにおいては、窒化シリコン層２との選択比が充分で
なく、特に窒化シリコン層２のエッジ部で選択比のマー
ジンがなかったので、図４に示すように高融点金属層シ
リサイド層７のエッジ部もエッチングされてしまい、い
わゆるゲート電極エッジの食われ１０が生じ、次工程で
形成する上層配線との短絡があったが、本発明の採用に
より、この懸念は一掃される。なお、図４の各部の構
成、参照番号等は図２と同じである。

【００４０】本実施例では、ゲート絶縁膜５は熱酸化膜
で構成したが、上層に窒化シリコン膜を形成した２層
膜、中間に窒化シリコン膜を挟んだＯＮＯ３層膜構成と
してもよい。この場合は窒化シリコン膜がエッチングス
トッパとなるので、半導体基板１との選択比は一層向上
する。窒化シリコン膜は、実施例１と同様に別途ウェッ
トエッチングで除去すればよい。堆積した窒化イオウ系
材料層等の除去方法は、実施例１で述べた通りである。

【００４１】また本実施例ではＣＳＦ₂ガスにＳ₂Ｆ₂
とＮ₂とを両方添加したが、ＣＳＦ ₂ガス単独でもよい
し、Ｓ₂Ｆ₂とＮ₂のいずれか一方のみを添加してもよ
い。この場合のエッチング機構もほぼ上述の機構に準ず
るものである。

【００４２】以上、本発明を２例の実施例をもって説明
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。

【００４３】例えば、上記実施例ではフッ化チオカルボ
ニル化合物としてＣＳＦ₂を用いたが、ＣＳＣｌＦ、Ｃ
ＳＢｒＦ、ＣＳＩＦ等フッ素原子の一つが他のハロゲン
原子に置換した化合物を用いてもよい。但しこれら混合
ハロゲン化合物を使用するときは、選択比の若干の低下
に注意をはらう必要があり、ＣＳＦ₂の使用が最も望ま
しい。

【００４４】Ｎ系ガスとしてＮ₂の使用で代表したが、
ＮＦ₃、Ｎ₂Ｈ₄等他のガスの使用も可能である。ただ
し、ＮＨ₃は反応生成物として（ＮＨ₄）₂Ｓを堆積
し、このものは蒸気圧が高いので、昇華除去は困難であ
り注意を要する。

【００４５】放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオ
ウを放出しうるガスとして、Ｓ₂Ｆ ₂を例示したが、他
にＳＦ₂、ＳＦ₄およびＳ₂Ｆ₁₀等のＳＦ系化合物の使
用も可能である。またこれら化合物のＦ原子が一部他の
ハロゲン原子に置換した化合物の使用も可能であるが、
このときも選択比の低下がみられるので、フッ化イオウ
化合物が望ましい。ただし、フッ化イオウ系ガスの代表
例であるＳＦ₆は、放電解離してもプラズマ中にイオウ
を放出することはないので、本発明の趣旨には適合しな
い。

【００４６】エッチングガス中に各種添加ガスを導入し
てもよい。例えば、エッチング反応系のＳ原子とＦ原子
の比、すなわちＳ／Ｆ比を増大してＳの放出を助長する
ため、Ｈ₂やＨ₂Ｓ、シラン系ガスの添加も有効であ
る。さらに、放電の安定化、スパッタリング効果、冷却
効果、希釈効果を目的とし、Ｈｅ、Ａｒ等希ガスを添加
してもよい。

【００４７】酸化シリコン系材料層としてはＳｉＯ₂の
他、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、ＡｓＳＧ等各種不純物
を含む酸化シリコンや、それらの多層膜であってよい。
その成膜法も各種ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＳＯＧ等塗布法によ
るもの等任意である。また、窒化シリコン系材料層とし
ては、Ｓｉ₃Ｎ₄の他ＳｉＯ_xＮ_y、ＳｉＡｌ_xＯ_yＮ
_z等、Ｎ原子を含む材料の選択も可能である。

【００４８】エッチング装置として、ＣＳＦ₂を効率よ
く解離する１×１０¹¹／ｃｍ³以上の高密度プラズマを
発生しうる装置の使用が望ましいが、これら装置として
は実施例で例示した装置の他にヘリコン波プラズマ処理
装置、トランス結合プラズマ処理装置等が該当する。プ
ラズマ密度は１〜２桁低いが、通常のＲＩＥ装置、マグ
ネトロンＲＩＥ装置等のエッチング装置の使用も勿論可
能である。

【００４９】なお、本発明の趣旨に従えば、その応用例
として、窒化シリコン系材料層をエッチングマスクとし
て、酸化シリコン系材料層を高選択比でエッチングする
プロセスに適用することも可能であることは言う迄もな
い。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のドライエッチング方法によれば、窒化シリコン系材料
層に対して高選択比を確保した上で、酸化シリコン系材
料層をエッチングするという、従来は困難が多かったが
プロセスが可能となる。

【００５１】また側壁保護膜の形成をＣＦ系ポリマのみ
に依存するのではなく、加熱で昇華除去可能なイオウま
たは窒化イオウ系化合物を用いるので、被エッチング基
板およびエッチングチャンバ双方のパーティクル汚染の
虞れのない、クリーンなプロセスが可能となる。もちろ
ん、フロン規制にかかるガス系は一切使用しないので、
環境面からの配慮にも合致するものである。

【００５２】さらに、本発明のドライエッチングは、オ
ーバーエッチング等エッチングガスの切り替えに伴うプ
ロセスの複雑さがなく、ワンステップのエッチングで高
選択比が達成できるので、実用性にすぐれたプロセスを
提供できるものである。

【００５３】以上、本発明は微細な設計ルールに基づく
高集積度の半導体装置の製造プロセスに好適に使用で
き、その産業上の利用価値に大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施例１をその工程順に説明
する概略断面図であり、（ａ）は半導体基板上にエッチ
ングストッパとしての窒化シリコン層と酸化シリコン層
とからなる層間絶縁膜とレジストマスクを形成した状
態、（ｂ）は酸化シリコン層をエッチングした状態、
（ｃ）は窒化シリコン層を除去してコンタクトホールが
完成した状態である。

【図２】本発明を適用した実施例２をその工程順に説明
する概略断面図であり、（ａ）上部にエッチングストッ
パとしての窒化シリコン層を有し、互いに隣接するポリ
サイド電極上に層間絶縁膜としての酸化シリコン層を形
成し、レジストマスクを配した状態、（ｂ）はセルフア
ラインコンタクトが開口した状態である。

【図３】本発明を適用した実施例２で使用する誘導結合
型プラズマエッチング装置の概略断面図である。

【図４】従来のセルフアラインコンタクト開口プロセス
における問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１半導体基板２窒化シリコン層３酸化シリコン層４レジストマスク５コンタクトホール９セルフアラインコンタクト１０ゲート電極エッジの食われ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化シリコン系材料層上の酸化シリコン
系材料層の選択ドライエッチングにおいて、分子内にチオカルボニル基とフッ素原子を有するフッ化
チオカルボニル化合物を含むエッチングガスを用いて、
被エッチング基板を室温以下に制御しながらエッチング
することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】窒化シリコン系材料層上の酸化シリコン
系材料層の選択ドライエッチングにおいて、分子内にチオカルボニル基とフッ素原子を有するフッ化
チオカルボニル化合物と、Ｎ系ガスとを含むエッチング
ガスを用いて、被エッチング基板を室温以下に制御しな
がら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３】窒化シリコン系材料層上の酸化シリコン
系材料層の選択ドライエッチングにおいて、分子内にチオカルボニル基とフッ素原子を有するフッ化
チオカルボニル化合物と、放電解離条件下でプラズマ中
に遊離のイオウを放出しうるＳＦ系ガスとを含むエッチ
ングガスを用いて、被エッチング基板を室温以下に制御
しながら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。