JPH07335624A

JPH07335624A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH07335624A
Application number: JP12859494A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yanagida; 敏治柳田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1995-12-22
Anticipated expiration: 2017-12-03
Also published as: JP3353462B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】高融点金属ポリサイドゲートのエッチングに
おいて、サイドエッチングを防止し、かつレジストマス
クやゲート絶縁膜との選択比を向上し、低ダメージでク
リーンなプロセスを提供する。【構成】高融点金属ポリサイド層５を、ヨウ素系ガス
を用いてエッチングする。またフッ素系ガスとの混合ガ
スを用い、混合比をかえて２段階エッチングする。この
とき形成される側壁保護膜７は、ＣＩ_xやＳｉＩ_x等の
ヨウ素系反応生成物を含むものであり、高いドライエッ
チング耐性を有する。【効果】異方性加工に必要なイオンエネルギを低減で
き、選択比が向上し、下地ゲート絶縁膜スパッタやパタ
ーンシフトが生じない。イオウの堆積を側壁保護膜に併
用すれば、一層の低ダメージ化、低汚染化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング方法に
関し、さらに詳しくは高融点金属ポリサイド層をエッチ
ングして高融点金属ポリサイドゲート電極・配線を形成
する際に必要な入射イオンエネルギを低減することによ
り、対下地および対レジストマスクとの選択比を向上さ
せ、かつパーティクル汚染を防止する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置のゲート電極・配
線材料としては、従来より多結晶シリコンが汎用されて
きた。近年、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されつつあり、かつ高
集積メモリ装置等、デバイスの高速化への要求が高まる
につれ、多結晶シリコンより約１桁低い抵抗値を持つ高
融点金属シリサイドが用いられるようになりつつある。
高融点金属シリサイドを用いてゲート電極を形成する場
合には、デバイス特性や信頼性に影響を与え易いゲート
絶縁膜との界面特性を考慮して、まずゲート絶縁膜上に
従来より実績のある不純物含有多結晶シリコン（ＤＯＰ
ＯＳ）層を形成し、この上部に高融点金属シリサイド層
を積層することが行われる。かかる積層構造はポリサイ
ドと総称される。高融点金属シリサイドとしてはタング
ステンシリサイド（ＷＳｉ_x）が一般的であり、このＷ
Ｓｉ_xを有するポリサイドを特にタングステンポリサイ
ド（Ｗポリサイド）と称する。

【０００３】ところでポリサイド層は、異なる２種類の
材料層に対し連続的に異方性エッチングを行わなければ
ならないことから、ドライエッチングプロセスに新たな
困難をもたらした。すなわち、エッチング反応生成物で
あるハロゲン化物の蒸気圧の差に起因して下層の多結晶
シリコン層の方がエッチングレートが大きいこと、およ
び多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層との界面
に新たな反応層が形成されること等の理由により、形成
したパターンにアンダカットやサイドエッチ等が発生し
やすいことである。これら形状異常は、チャンネル領域
幅のシフトや、ソース・ドレイン領域を形成するための
イオン注入時に不純物の注入されないオフセット領域を
発生させたり、ＬＤＤ構造実現のためのサイドウォール
形成時の寸法精度を低下させる。また配線断面積の減少
による配線抵抗の増加の問題もあり、いずれもディープ
・サブミクロンルールのデバイスには許容されがたいも
のである。

【０００４】従来より、ポリサイドのエッチングガスと
して汎用されてきたガスは、例えば月刊セミコンダクタ
ーワールド誌（プレスジャーナル社刊）１９８９年１０
月号１２６〜１３０ページに報告されているように、フ
ロン１１３（Ｃ₂Ｃｌ₃Ｆ₃）に代表されるクロロフル
オロカーボン（ＣＦＣ）ガスである。これは、分子中に
Ｆ原子とＣｌ原子が共存するため、ラジカルモードの反
応とイオンアシストモードの反応が共に進行し、しかも
炭素系プラズマポリマが堆積して側壁保護膜を形成する
ので、高速の異方性エッチングが可能である。

【０００５】しかしながら、ＣＦＣガスは周知のように
地球のオゾン層破壊の一因となることが指摘されてお
り、ドライエッチングの分野においても環境保全の見地
からはＣＦＣガスの代替となりうるエッチングガスおよ
びその使用技術、すなわち脱フロンプロセスの確立が急
務となっている。

【０００６】このようなデザインルールの微細化要求、
および脱フロンの観点から、近年Ｂｒ系化合物を主エッ
チング種として利用する試みがある。たとえば、J.Vac.
Sci.Technol.,A8(3), May/Jun 1990, p1696 や、Digest
of Papers 1989 2nd MicroProcess Conference, p19
0、あるいは特開平０２−８９３１０号公報にはＨＢｒ
やＢｒ₂を用いるｎ⁺型多結晶シリコンゲート電極エッ
チングが報告されている。Ｂｒはイオン半径が大きく、
シリコン系材料層の結晶格子や結晶粒界には容易に侵入
しない。したがって、フッ素ラジカル（以下、Ｆ^*と記
す。他のラジカル種についても同様に表記する。）のよ
うにシリコン系材料層を制御性なく等方的にエッチング
する懸念は少なく、イオンアシスト機構により異方性エ
ッチングを進行させることができる。またＳｉ−Ｏ結合
の原子間結合エネルギがＳｉ−Ｂｒ間のそれより遙かに
大きいことからも明らかなように、ＳｉＯ₂からなるゲ
ート絶縁膜との高い選択比を達成しうる。さらに、レジ
ストマスクの表面を蒸気圧の低いＣＢｒ_x系ポリマで被
覆することができるので、レジストとの選択比を向上で
きる点もＢｒ系エッチングガスの特長である。

【０００７】また、他の脱フロン対策として、ＣＦＣ１
１３に替えてＣｌ₂／ＣＨ₂Ｆ₂混合ガス系によるＷポ
リサイド層のエッチングが、例えば第５２回応用物理学
会学術講演会（１９９１年秋期年会）講演予稿集ｐ５０
８、講演番号９ａ−ＺＦ−６に報告がある。このガス系
の混合比を最適化すれば、ＣＨ₂Ｆ₂に由来する炭素系
ポリマを側壁保護膜に利用し異方性エッチングが行え
る。

【０００８】さらに、ポリマ生成物の堆積による側壁保
護膜にり高異方性を図るのではなく、被エッチング基板
を低温冷却してこれを達成しようという試みも提案され
ている。いわゆる低温エッチングと呼ばれるこのプロセ
スは、被エッチング基板を０℃以下に制御することによ
り、レジストパターン下部におけるラジカル反応を凍結
あるいは抑制してアンダーカット等の形状異常を防止す
る方法である。例えば、第３５回応用物理学関係連合講
演会（１９８８年春期年会）講演予稿集ｐ４９５、講演
番号２８ａ−Ｇ−２には、ウェハを−１３０℃に冷却
し、ＳＦ₆ガスを用いてシリコン基板のトレンチエッチ
ングおよびｎ⁺型多結晶シリコン層のエッチングをおこ
なった例が報告されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来から
脱ＣＦＣを念頭においたプロセスが提案されているもの
の、上述の各ドライエッチング方法は、それぞれ未だ解
決すべき課題が残されている。まず、ＨＢｒガスを用い
るプロセスをＷポリサイド層のエッチングに適用する
と、上層のＷＳｉ_xのエッチング中に大量のＷＢｒ_xが
スパッタリングされ、これは蒸気圧が小さいのでエッチ
ングチャンバ壁面に付着し、パーティクルレベルを悪化
させる。また、基本的に反応性の小さいＢｒ系化学種を
エッチャントとすることから、エッチングレートが低下
する問題がある。

【００１０】他方、Ｃｌ₂／ＣＨ₂Ｆ₂混合ガス系にエ
ッチングでは、炭素系ポリマの堆積が過大になり易いと
いう問題がある。すなわち、ＣＨ₂Ｆ₂は、Ｃ₄Ｆ₈、
Ｃ₂Ｃｌ₂Ｆ₄（ＣＦＣ１１４）あるいはＣＣｌ₄等の
ガスに比較して反応生成物が多く、このため入射イオン
によるエッチング速度が低いことが、例えば１９８８年
ドライプロセスシンポジウム抄録集ｐ７４、II−８に報
告がある。したがって、ＣＨ₂Ｆ₂ガスの使用はパーテ
ィクル汚染やエッチングレートの問題を残す虞れが大き
い。

【００１１】上記２つの方法に対し、低温エッチングは
脱ＣＦＣプロセスの有力な手段の一つと考えられる。し
かし、高異方性の達成をラジカル反応の凍結ないし抑制
のみに依存しようとすると、液体窒素による冷却を要す
る極低温レベルの温度制御が必要となる。このため、冷
却装置のメンテナンスや真空シール部の信頼性等、装置
面での問題が別に発生する。また被エッチング基板の冷
却およびその後の昇温工程に長時間を要する等、スルー
プットの低下も見逃せない。

【００１２】そこで本発明の課題は、実用的なエッチン
グレートを確保しつつ、対レジストマスク選択比、対下
地材料層選択比、高異方性および低汚染といった、並立
の困難な諸特性を高いレベルで満たし、これを現実的な
温度域で実施しうる、高融点金属ポリサイド層の脱フロ
ン・ドライエッチング方法を提供することである。

【００１３】また本発明の別の課題は、ポリサイドゲー
ト電極のアンダカットやサイドエッチングを防止し、チ
ャンネル領域幅のシフトや、ソース・ドレイン領域を形
成するためのイオン注入時に不純物の注入されないオフ
セット領域を発生させたり、ＬＤＤ構造実現のためのサ
イドウォール形成時の寸法精度を低下させたり、また配
線断面積の減少による配線抵抗の増加等の問題のない、
制御性のよい半導体装置を形成できるドライエッチング
方法を提供することである。本発明の上記以外の課題
は、本願明細書および添付図面の説明により明らかにさ
れる。

【００１４】

【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、基板上に形成されたポリサイド層を、ヨウ素系ガ
スを含むエッチングガスを用いてエッチングするもので
ある。ヨウ素系ガスとしては、ＩＦ₅、ＩＦ₆、Ｉ
Ｆ₇、ＩＣｌ、ＩＣｌ₃、ＩＢｒ、ＩＢｒ₃等のインタ
ーハロゲン化合物、ＣＩＦ₃ ＣＩ₂Ｆ₂、ＣＩ₃Ｆ、
ＣＩ₄等の炭化物、ＳｉＩ₄等のケイ化物、ＣＨ₃Ｉ、
ＣＨ₃ＯＩ等のアルキル化合物やアルコキシ化合物、Ｈ
Ｉ、そしてＩ ₂等、室温領域で気体あるいは気化しやす
い化合物等を例示できる。

【００１５】これらヨウ素系ガスに、放電電離条件下で
プラズマ中に遊離のイオウを放出しうるイオウ系化合物
を添加してもよい。イオウ系化合物としては、Ｘ／Ｓ比
が６未満のＳＸ系ガス（Ｘはハロゲン元素または水素を
表す）、例えばＳ₂Ｆ₂、ＳＦ₂、ＳＦ₄、Ｓ₂Ｆ₁₀等
のＳＦ₆以外のフッ化イオウガス、Ｓ₂Ｃｌ₂、Ｓ₃Ｃ
ｌ₂、ＳＣｌ₂等の塩化イオウガス、Ｓ₂Ｂｒ₂、Ｓ₃
Ｂｒ₂、ＳＢｒ₂等の臭化イオウガス、そしてＨ₂Ｓを
例示することができる。フッ化イオウ化合物としてよく
知られているＳＦ₆ガスは、Ｆ／Ｓ比が６であり、放電
電離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出すること
はなく、本発明の趣旨には適合しない。

【００１６】また本発明のドライエッチング方法は、ヨ
ウ素系ガスと、フッ素系ガスを含む混合ガスを用いて、
高融点金属シリサイド層をエッチングする第１のエッチ
ング工程と、この混合ガス中のヨウ素系ガスの混合比を
高めた混合ガスを用いて、多結晶シリコン層をエッチン
グする第２のエッチング工程を有するものである。

【００１７】ここで用いるフッ素系ガスとしては、ＳＦ
₆、ＮＦ₃、ＣＦ₄、ＸｅＦ₂等の汎用ガスの他、先に
挙げたＳ₂Ｆ₂、ＳＦ₂、ＳＦ₄、Ｓ₂Ｆ₁₀等、放電電
離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるフッ
化イオウ系化合物を例示できる。

【００１８】

【作用】本発明のポイントは、エッチングガス中の構成
元素として含まれるヨウ素と、レジストマスクの分解物
や被エッチング材料との反応生成物である、ＣＩ_xやＳ
ｉＩ_xを側壁保護膜に用いる点にある。ＣＩ_xやＳｉＩ
_xは、蒸気圧が小さいので被エッチング基板上に堆積
し、このうちイオンの垂直入射が原理的に起こらないパ
ターン側面に残留して、ラジカルの攻撃からパターン側
面を保護することにより、サイドエッチングを防止す
る。またこの強固な側壁保護膜の効果として、異方性加
工に必要なイオンの入射エネルギを低減できるので、対
レジストパターン選択比はもとより、下地であるゲート
絶縁膜との選択比を向上することが可能となる。

【００１９】またヨウ素は、従来のポリサイドエッチン
グに用いられているフッ素はもちろん、塩素や臭素等の
ハロゲン元素に比べてイオン半径が大きい。このため、
被エッチング層であるＳｉ系材料層の結晶格子内や結晶
粒界内に容易には侵入せず、自発的なエッチング反応を
起こすことが殆どないことも、サイドエッチングの防止
に寄与する。

【００２０】さらに表１に示すように、Ｓｉ−Ｏの原子
間結合エネルギが、Ｓｉ−Ｉの原子間結合エネルギより
遙かに大きい。このことから自明なように、従来のよう
に被エッチング基板を極端に低温冷却してラジカル反応
を抑制しなくても、実用的な温度領域であっても、Ｓｉ
Ｏ₂からなるゲート酸化膜と多結晶シリコンとの高選択
エッチングが達成され、実用的なエッチングレートが得
られる。

【００２１】

【表１】

【００２２】本発明の２番目のポイントは、上記の作用
に加え、一層の高異方性、高選択比を達成するため、放
電電離条件下でプラズマ中に遊離のイオウ（Ｓ）を放出
しうるイオウ系化合物を添加し、被エッチング基板上に
イオウを堆積させながらエッチングすることである。こ
の場合、エッチング反応生成物であるＣＩ_xやＳｉＩ _x
に加え、イオウの堆積をも側壁保護膜として利用できる
ようになる。したがって、入射イオンエネルギをさらに
一層低減することが可能となり、高選択比と低プラズマ
ダメージを徹底できるほか、下地スパッタによる側壁へ
の再付着や、下地材料層のプラズマダメージも少なくな
る。また、ＣＩ_xやＳｉＩ_xの堆積量を相対的に減らす
ことができ、パーティクル汚染をそれだけ減少すること
ができる。イオウは、被エッチング基板温度を室温以
下、たとえば９０℃未満、好ましくは２５℃以下に制御
すればその表面に堆積することが可能である。しかも堆
積したイオウは、エッチング終了後、被エッチング基板
をおよそ９０℃以上に加熱すれば容易に昇華除去できる
ので、被エッチング基板上に残留することがなく、イオ
ウ自体がパーティクル汚染源になることはない。

【００２３】本発明は以上のような技術的思想を基本原
理としているが、さらに一層の異方性加工、低パーティ
クル汚染化と高選択比を目指す方法をも提案する。それ
は、高融点金属シリサイド層のエッチングと多結晶シリ
コン層のエッチング時とでエッチングガス組成を切り替
え、２段階エッチングを施すものである。

【００２４】この２段階プロセスは、とくに上層の高融
点金属シリサイド層のエッチングにおいて、蒸気圧の極
めて低い、例えばＷＩ_x等の高融点金属ヨウ化物を生成
し、これがエッチング残渣やパーティクルレベルを増加
する可能性をも考慮したプロセスである。すなわち、高
融点金属シリサイド層を加工する第１のエッチング工程
においては、フッ素系化合物を主体とした混合ガス系で
Ｆ^*を主として供給することによりＷＩ_xの生成量を低
減するとともに、この層のエッチングレートを高め、プ
ロセス全体のスループットを高めるのである。

【００２５】引き続く第２のエッチング工程において
は、ヨウ素系ガスを主体とした混合ガス系に切り替え、
反応系からＦ^*を低減し、ＣＩ_xやＳｉＩ_xの強固な側
壁保護膜を利用しつつ多結晶シリコン層のサイドエッチ
ングを防止し、高選択比エッチングを達成するのであ
る。

【００２６】ヨウ素系ガスとフッ素系ガスの混合比を制
御する２段階エッチングにおいても、フッ素系ガスとし
てプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるＳＦ系ガスを
用いれば、イオウの側壁保護膜を併用し、さらなる高異
方性、高選択比、低パーティクルのプロセスを達成しう
る。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照しつつ説明する。

【００２８】実施例１本実施例は、本発明をゲート電極・配線加工に適用し、
Ｗポリサイド層をＩＦ ₇／Ｃｌ₂混合ガスを用いてエッ
チングした例である。このプロセスを図１を参照して説
明する。

【００２９】まず、図１（ａ）に示すように、例えば５
インチ径のシリコン等からなる半導体基板１上にＳｉＯ
₂からなるゲート絶縁膜２を１０ｎｍ形成後、この上に
高融点金属ポリサイド層５、さらにこの上部に所定の形
状にパターニングしたレジストマスク６を形成し、これ
を被エッチング基板とする。上記高融点金属ポリサイド
層５は、ｎ型不純物をドープした厚さ１００ｎｍの多結
晶シリコン層３と、厚さ１００ｎｍのＷＳｉ_xからなる
高融点金属シリサイド層４を順次被着積層したものであ
る。また上記レジストマスク６は、一例としてネガ型３
成分系の化学増幅型フォトレジスト（シプレー社製、商
品名ＳＡＬ−６０１）を塗布し、ＫｒＦエキシマレーザ
露光を施すことにより０．３５μｍのパターン幅に形成
した。なお、シリコン基板１中に作り込んだ不純物拡散
層等の能動層は図示を省略している。

【００３０】つぎに、この被エッチング基板を例えば高
周波バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基
板ステージ上にセットし、レジストパターン６をマスク
として高融点金属ポリサイド層５を連続してエッチング
する。このときのエッチング条件は、例えば下記のとお
りとした。ＩＦ₇流量２５ｓｃｃｍＣｌ₂流量２５ｓｃｃｍガス圧力０．６７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー１５０Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）基板温度常温なお、ＩＦ₇の融点は５．５℃と室温では液体であるの
で、ＩＦ₇容器をヒータ等で加熱し、気化させてエッチ
ングチャンバに導入する。この際、導入配管系はリボン
ヒータ等で加熱し、配管内部でのＩＦ₇の凝縮による結
露を防止した。

【００３１】このエッチング過程では、ＥＣＲ放電によ
りＩＦ₇から解離生成するＦ^*を主エッチング種とする
ラジカル反応が、Ｃｌ⁺、Ｉ⁺等のイオンにアシスト
される機構で反応が進行し、レジストマスク６から露出
した高融点金属ポリサイド層５はＷＦ_x、ＳｉＦ_x、Ｓ
ｉＣｌ_xとなり選択的に除去さる。またこれと同時に、
レジストマスク６の分解生成物に由来するＣＩ_x系ポリ
マが生成されるが、レジストマスク６自身もＣＩ_x系ポ
リマで被覆されるので、その生成量はそれ程多くない。
このＣＩ_x系ポリマは、パターン側壁に付着し、図１
（ｂ）に示すように側壁保護膜７を形成する。側壁保護
膜７は、堆積量こそ少ないものの、高いエッチング耐性
を示し、異方性加工に寄与する。この側壁保護膜７は、
ＷＳｉ_x層４のエッチング時の反応生成物ＷＣｌ_x、Ｗ
Ｉ_xも少量含有している。

【００３２】このエッチングの結果、レジストマスク６
の直下に良好な異方性形状を示す高融点金属ポリサイド
５のパターンが形成された。さらに、エッチング反応系
にヨウ素系化学種を含んでいることから、下地のゲート
絶縁膜２に対しても高選択比が得られ、ゲート絶縁膜２
のダメージやスパッタが防止される。

【００３３】エッチング終了後、被エッチング基板を上
記エッチング装置に付属のプラズマアッシング装置に搬
送し、Ｏ₂プラズマアッシングにより、レジストマスク
６と側壁保護膜７を除去する。最終的には純水によるス
プレー式スピン洗浄等をおこないアッシング残渣を除去
し、乾燥する。アッシング残渣除去には、メガソニック
洗浄や、ブラシ・スクラビングも有効である。この結
果、図１（ｃ）に示すように０．３５μｍ幅の良好な形
状を有する高融点金属ポリサイド５パターンからなるゲ
ート電極・配線が得られた。

【００３４】本実施例によれば、ヨウ素系ガスを含むエ
ッチングガスによる１ステップエッチングにより、サイ
ドエッチングがなく、対ゲート絶縁膜２選択比、対レジ
ストマスク６選択比の高いポリサイドゲート加工が達成
される。

【００３５】実施例２本実施例は、ＩＣｌ／Ｓ₂Ｆ₂混合ガスを用いてＷポリ
サイド層をエッチングした例である。このプロセスを同
じく図１を参照して説明する。

【００３６】本実施例で用いた被エッチング基板は実施
例１で用いた図１（ａ）に示すものと同一である。この
被エッチング基板を、例えば高周波バイアス印加型ＥＣ
Ｒプラズマエッチング装置の基板ステージ上ににセット
し、レジストパターン６をマスクとして高融点金属ポリ
サイド層５をエッチングする。このときのエッチング条
件は、例えば下記のとおりとした。ＩＣｌ流量２５ｓｃｃｍＳ₂Ｆ₂流量２５ｓｃｃｍガス圧力０．６７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー１００Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）基板温度０ ℃ なお、ＩＣｌの融点は１３．９℃と室温では液体である
場合が多いので、ＩＣｌ容器をヒータ等で加熱し、気化
させてエッチングチャンバに導入する。この際、導入配
管系はリボンヒータ等で加熱し、配管内部でのＩＣｌの
凝縮による結露を防止した。

【００３７】このエッチング過程では、図１（ｂ）に示
すようにレジストマスク６とヨウ素との反応生成物ＣＩ
_xの他に、Ｓ₂Ｆ₂の解離生成するイオウも側壁保護膜
７の形成に寄与する。しかも基板温度を０℃に冷却して
いることもあり、パターン側面におけるラジカル反応が
抑制されている。これらの相乗効果により、実施例１よ
り入射イオンエネルギを下げたエッチング条件であるに
もかかわらず、良好な異方性形状が達成される。しかも
対レジストマスク選択比、対ゲート絶縁膜選択比も一層
向上する。またイオウの側壁保護効果を期待できる分だ
けＣＩ_x系ポリマの堆積を低減できるので、パーティク
ル汚染も減少する。

【００３８】エッチング終了後、Ｏ₂プラズマアッシン
グしたところ、図１（ｃ）に示すようにレジストマスク
６と側壁保護膜７は残渣無く除去された。側壁保護膜７
中のイオウはプラズマの輻射熱や反応熱により昇華除去
される他、Ｏ^*による燃焼反応によってもＳＯ₂となっ
て除去され、被エッチング基板上に何ら汚染を残すこと
は無い。

【００３９】本実施例によれば、イオウの堆積をも側壁
保護膜の形成に併用することにより、実施例１に比べて
一層の高選択比と高異方性エッチングが達成できる。

【００４０】実施例３本実施例は、同じ高融点金属ポリサイド層のエッチング
を２段階化し、第１のエッチング工程ではまずＩＢｒ／
ＳＦ₆混合ガスで上層側のＷＳｉ_xをエッチングした
後、同じ混合ガス中のＩＢｒ流量を高めた条件の第２の
エッチング工程により、下層側の多結晶シリコン層をエ
ッチングするものである。このプロセスを図２を参照し
て説明する。同図では図１と同一の部分には同じ符号を
付す。

【００４１】本実施例の被エッチング基板を図２（ａ）
に示す。これは図１（ａ）と同一であるので説明を省略
する。この被エッチング基板を高周波バイアス印加型Ｅ
ＣＲプラズマエッチング装置にセットし、一例として下
記条件でＷＳｉ_xからなる高融点金属シリサイド層４を
エッチングする。ＩＢｒ流量１０ｓｃｃｍＳＦ₆流量４０ｓｃｃｍガス圧力０．６７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー１５０Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）被エッチング基板温度常温この混合ガス組成は、ＩＢｒ流量が少なくＳＦ₆流量が
大であるのは、ヨウ素や臭素の添加量を対レジストマス
ク選択比および異方性確保のための最低限の必要量に止
め、Ｆ^*を多くしてエッチングレートを優先するためで
ある。

【００４２】このエッチング過程では、ＥＣＲ放電によ
りＳＦ₆から解離生成するＦ^*をメインエッチャントと
するラジカル反応が、Ｂｒ⁺、Ｉ⁺等のイオンにアシス
トされる機構でエッチングが高速に進行する。レジスト
マスク６から露出するＷＳｉ _xは、ＷＦ_x、ＳｉＦ_xお
よびＳｉＢｒ_x等を形成して選択的に除去される。側壁
保護膜７の形成機構は、実施例１で前述した機構に準ず
るものであり、レジストマスク６とエッチングガスの反
応生成物であるＣＩ_xとＣＢｒ_xを主な構成成分として
おり、エッチングは異方的に進行する。この第１のエッ
チング工程は図１（ｂ）に示すように多結晶シリコン層
３が露出した時点で終了したが、レジストマスク６から
露出した多結晶シリコン層３上には高融点金属シリサイ
ド層４の残余部４ａが散見される場合もある。

【００４３】つぎに、高融点金属シリサイド層の残余部
４ａと多結晶シリコン層３を、一例として下記エッチン
グ条件に切り替えてエッチングする。ＩＢｒ流量３５ｓｃｃｍＳＦ₆流量１５ｓｃｃｍガス圧力０．６７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー１５０Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）被エッチング基板温度常温この混合ガス組成は、第１のエッチング工程に比較する
とＩＢｒ流量が増え、ＳＦ₆流量が減少している。すな
わちエッチング反応系に寄与するＦ^*の割合が減少し、
Ｉ^*やＢｒ^*を主体とするラジカル反応がイオン入射に
アシストされる形でエッチングが進行する。側壁保護膜
７の成分は第１のエッチング工程におけるものと同じで
ある。

【００４４】この結果、図２（ｃ）に示すようにポリサ
イドゲート電極がサイドエッチングを生じることなく良
好な異方性形状をもって形成される。また下地のゲート
絶縁膜２に対しても高い選択比が確保され、ダメージを
与えることはなかった。この後、通常のＯ₂プラズマア
ッシングを行ってレジストマスク６と側壁保護膜７を除
去し、図２（ｄ）に示すポリサイドゲート電極を完成し
た。

【００４５】本実施例によれば、エッチング時間の短縮
によるスループットの向上と、高異方性、高選択比、低
ダメージ、低パーティクルの諸特性をいずれも満足する
ゲート電極加工が可能となる。なお、本実施例で用いた
ＳＦ₆にかえて、Ｓ₂Ｆ₂を採用し、さらに基板温度を
室温以下に制御すれば、イオウの堆積をも併用したエッ
チングプロセスが可能である。このプロセスでは、側壁
保護膜の強化により、上記効果の一層の徹底が図れる。

【００４６】以上、本発明を３種の実施例により説明し
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。

【００４７】例えば、ヨウ素系ガスとしてＩＦ₇、ＩＣ
ｌ、ＩＢｒの３例を採り上げたが、課題を解決するため
の手段の項で先述したように、単体Ｉ₂やＩを含むイン
ターハロゲン化合物、各種ヨウ素系化合物を用いてもよ
い。

【００４８】フッ素系ガスとしては実施例で例示したＳ
Ｆ₆の他にＮＦ₃、ＣｌＦ₃、ＸｅＦ₂等Ｆ原子を有す
る汎用Ｆ系化合物を使用できる。

【００４９】その他、添加ガスとしてＨｅ、Ａｒ等希ガ
スを用いればスパッタリング、冷却、希釈および放電の
安定性等の各効果を期待できる。

【００５０】特に、添加ガスとしてＮ₂を導入すれば、
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
るイオウ系化合物やフッ化イオウ系化合物から放出され
るＳ原子と反応し、ポリチアジル（ＳＮ）_nなる無機ポ
リマを始めとする窒化イオウ系化合物の堆積を側壁保護
膜として利用できる。このエッチング方法も高選択比、
高異方性ならびに低ダメージ性の実現に優れた方法であ
る。ポリチアジルは、これもイオウとほぼ同様に、被エ
ッチング基板を室温以下に冷却すれば堆積し、また逆に
約１５０℃以上に加熱すれば昇華し、パーティクル汚染
源となることはない。

【００５１】高融点金属シリサイド層は、上述のＷＳｉ
_xの他にＭｏＳｉ_x、ＴａＳｉ_x、ＴｉＳｉ_x等各種シ
リサイド層であってよい。

【００５２】高融点金属ポリサイド層の下層としては多
結晶シリコンを用いるのが通常であるが、本出願人が先
に出願した特開昭６３−１６３号公報で開示したよう
に、非晶質シリコンを用いてもよい。非晶質シリコンの
エッチング特性は多結晶シリコンとほぼ同一である。こ
の非晶質シリコンも、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極・配線
として最終的に機能する段階では、注入不純物の活性化
熱処理工程により多結晶シリコンに変化するので、ポリ
サイド構造となる。

【００５３】さらに、使用するエッチング装置として基
板バイアス印加型のＥＣＲプラズマエッチング装置を採
り上げたが、平行平板型ＲＩＥ装置、ヘリコン波プラズ
マエッチング装置、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasm
a)エッチング装置、ＴＣＰ（Transformer Coupled Plas
ma) エッチング装置等、各種エッチング装置を使用可能
であることは言うまでもない。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は高融点金属ポリサイド層のエッチングにおいて、ヨウ
素系ガスを採用することにより、ＣＩ_xやＳｉＩ_x等蒸
気圧の小さい強固な反応生成物を側壁保護膜として利用
することが可能となる。このため、ラジカルのサイドア
タックからパターン側面を保護し、サイドエッチングが
防止される他、異方性エッチングに必要な入射イオンエ
ネルギの低減が可能となる。これにより、下地ゲート絶
縁膜との選択比が向上し、ゲート絶縁膜のダメージを低
減できるばかりか、下地スパッタによる再付着の問題も
解決できる。勿論レジストマスクとの選択比も向上する
のでレジストパターン後退等による寸法変換差の低減に
有利である。

【００５５】イオウないしポリチアジルの堆積を併用す
ると、側壁保護膜はより強固なものとなり、その分だけ
ＣＩ_xやＳｉＩ_x由来の側壁保護膜の堆積を低減できる
ので、上記効果を確保した上で基板上やエッチングチャ
ンバ内のパーティクル汚染の低減も図ることができる。

【００５６】また、ヨウ素系ガスとフッ素系ガスの混合
ガスにより、２段階エッチングを施せば、上記効果を確
保した上でエッチング時間の短縮と、ＷＩ_x系反応生成
物によるパーティクルレベルを低減でき、クリーンなプ
ロセスを実現できる。

【００５７】またＣＦＣ系ガスを一切使用しないので、
脱フロンプロセスが可能となり、環境のクリーン化にも
貢献しうるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施例１および２を、その工
程順に説明する概略断面図であり、（ａ）は下地ゲート
絶縁膜上に多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層
からなる高融点金属ポリサイド層を形成し、さらにレジ
ストマスクを形成した状態であり、（ｂ）高融点金属ポ
リサイド層をエッチングして高融点金属ポリサイドパタ
ーンを形成した状態、（ｃ）はレジストマスクと側壁保
護膜を除去して高融点金属ポリサイドパターンが完成し
た状態である。

【図２】本発明を適用した実施例３を、その工程順に説
明するための概略断面図であり、（ａ）は下地ゲート絶
縁膜上に多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層か
らなる高融点金属ポリサイド層を形成し、さらにレジス
トマスクを形成した状態であり、（ｂ）は高融点金属シ
リサイド層をエッチングして多結晶シリコン層が露出し
た状態、（ｃ）は多結晶シリコン層をエッチングして高
融点金属ポリサイドパターンを形成した状態、（ｄ）は
レジストマスクと側壁保護膜を除去して高融点金属ポリ
サイドパターンが完成した状態である。

【符号の説明】

１半導体基板２ゲート絶縁膜３多結晶シリコン層４高融点金属シリサイド層４ａ高融点金属シリサイド層の残余部５高融点金属ポリサイド層６レジストマスク７側壁保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に多結晶シリコン層と高融点金属
シリサイド層をこの順に積層して形成した高融点金属ポ
リサイド層のドライエッチング方法において、ヨウ素系ガスを含むエッチングガスを用いてエッチング
することを特徴とする、ドライエッチング方法。
【請求項２】放電電離条件下でプラズマ中に遊離のイ
オウを放出しうるイオウ系化合物をエッチングガス中に
さらに含み、被エッチング基板上にイオウを堆積させな
がらエッチングすることを特徴とする、請求項１記載の
ドライエッチング方法。
【請求項３】基板上に多結晶シリコン層と高融点金属
シリサイド層をこの順に積層して形成した高融点金属ポ
リサイド層のドライエッチング方法において、ヨウ素系ガスと、フッ素系ガスを含む混合ガスを用い
て、前記高融点金属シリサイド層をエッチングする第１
のエッチング工程と、該ヨウ素系ガスの混合比を高めた前記混合ガスを用い
て、前記多結晶シリコン層をエッチングする第２のエッ
チング工程を有することを特徴とする、ドライエッチン
グ方法。
【請求項４】フッ素系ガスは、放電電離条件下でプラ
ズマ中に遊離のイオウを放出しうるフッ化イオウ系化合
物であることを特徴とする、請求項３記載のドライエッ
チング方法。