JPH0766176A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JPH0766176A JPH0766176A JP21032693A JP21032693A JPH0766176A JP H0766176 A JPH0766176 A JP H0766176A JP 21032693 A JP21032693 A JP 21032693A JP 21032693 A JP21032693 A JP 21032693A JP H0766176 A JPH0766176 A JP H0766176A
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- etching
- chemical species
- silicon
- antireflection film
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＳｉＯＮ（酸化窒化シリコン）反射防止膜を
積層したＷ−ポリサイド・ゲート電極の異方性エッチン
グを行う。 【構成】 Ｃｌ2 ／Ｏ2 混合ガスを用いて反応生成物Ｓ
ｉＣｌx の堆積を促進できる条件でエッチングを行う
か、または上記ガス組成に占めるＯ2 の流量比をオーバ
ーエッチング時に低下させる。たとえエッチング途中で
レジスト・マスク７の後退に伴ってＳｉＯＮ反射防止膜
６ａの肩部が露出し、ここから放出された酸素系活性種
により側壁面上の炭素系ポリマーが消費されても、これ
による側壁保護膜８の脆弱化を抑制でき、ゲート電極５
ａの異方性形状を維持することができる。 【効果】 エキシマ・レーザ・リソグラフィにより線幅
０．３μｍクラス以下の次世代以降の微細加工を行う場
合の実用プロセスを提供できる。
積層したＷ−ポリサイド・ゲート電極の異方性エッチン
グを行う。 【構成】 Ｃｌ2 ／Ｏ2 混合ガスを用いて反応生成物Ｓ
ｉＣｌx の堆積を促進できる条件でエッチングを行う
か、または上記ガス組成に占めるＯ2 の流量比をオーバ
ーエッチング時に低下させる。たとえエッチング途中で
レジスト・マスク７の後退に伴ってＳｉＯＮ反射防止膜
６ａの肩部が露出し、ここから放出された酸素系活性種
により側壁面上の炭素系ポリマーが消費されても、これ
による側壁保護膜８の脆弱化を抑制でき、ゲート電極５
ａの異方性形状を維持することができる。 【効果】 エキシマ・レーザ・リソグラフィにより線幅
０．３μｍクラス以下の次世代以降の微細加工を行う場
合の実用プロセスを提供できる。
Description
【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、特に酸素を含有する反射防止膜とシリコン系材料層
との積層系の異方性エッチングを実現する技術に関す
る。
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、特に酸素を含有する反射防止膜とシリコン系材料層
との積層系の異方性エッチングを実現する技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化が加速的に進行す
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１６ＭＤ
ＲＡＭ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２
５６ＭＤＲＡＭでは０．２５μｍ以下に縮小されるとみ
られている。
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１６ＭＤ
ＲＡＭ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２
５６ＭＤＲＡＭ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、下地材料層からの反射光を弱
めるための反射防止膜がほぼ必須となる。
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、下地材料層からの反射光を弱
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）
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
ド膜の反射率をＳｉＯＮ膜で抑制して微細ゲート加工を
行うようなプロセスが、典型的なプロセスとなる。
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）
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
ド膜の反射率をＳｉＯＮ膜で抑制して微細ゲート加工を
行うようなプロセスが、典型的なプロセスとなる。
【０００５】
【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。ここ
で、エッチング中、特にオーバーエッチング時にＳｉＯ
Ｎから放出される酸素により、下地材料層の異方性形状
が劣化する虞れがあることが明らかとなってきた。この
問題を、図２を参照しながら説明する。
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。ここ
で、エッチング中、特にオーバーエッチング時にＳｉＯ
Ｎから放出される酸素により、下地材料層の異方性形状
が劣化する虞れがあることが明らかとなってきた。この
問題を、図２を参照しながら説明する。
【０００６】図２（ａ）は、エッチング開始前のウェハ
の状態を示したものであり、Ｓｉ基板１１上にゲートＳ
ｉＯx 膜１２を介してＷ−ポリサイド膜１５およびＳｉ
ＯＮ反射防止膜１６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１７が
形成されている。ここで、上記Ｗ−ポリサイド膜１５
は、下層側から順に、不純物を含有するポリシリコン層
１３とＷＳｉx （タングステン・シリサイド）層１４と
が順次積層されたものである。
の状態を示したものであり、Ｓｉ基板１１上にゲートＳ
ｉＯx 膜１２を介してＷ−ポリサイド膜１５およびＳｉ
ＯＮ反射防止膜１６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１７が
形成されている。ここで、上記Ｗ−ポリサイド膜１５
は、下層側から順に、不純物を含有するポリシリコン層
１３とＷＳｉx （タングステン・シリサイド）層１４と
が順次積層されたものである。
【０００７】このＷ−ポリサイド膜１５を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ＳｉＣｌx ，ＷＣｌＯx ，ＣＯx ，ＮＯx 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１８が形成さ
れる。エッチング温度が十分に低ければ、エッチング反
応生成物の中で比較的蒸気圧の低いＳｉＣｌxも、側壁
保護膜１８の構成成分となる。この結果、ジャストエッ
チング終了時には図２（ｂ）に示されるように、異方性
形状を有するゲート電極１５ａが形成される。なお、図
中、エッチング後の各材料層は、元の符号に添字ａを付
して示してある。
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ＳｉＣｌx ，ＷＣｌＯx ，ＣＯx ，ＮＯx 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１８が形成さ
れる。エッチング温度が十分に低ければ、エッチング反
応生成物の中で比較的蒸気圧の低いＳｉＣｌxも、側壁
保護膜１８の構成成分となる。この結果、ジャストエッ
チング終了時には図２（ｂ）に示されるように、異方性
形状を有するゲート電極１５ａが形成される。なお、図
中、エッチング後の各材料層は、元の符号に添字ａを付
して示してある。
【０００８】しかし、さらに引き続いてオーバーエッチ
ングを行うと、図２（ｃ）に示されるように、レジスト
・マスク１７のエッジの後退に伴ってＳｉＯＮ反射防止
膜１６ａの肩が露出する場合がある。ＳｉＯＮは、元素
組成比がおおよそＳｉ：Ｏ：Ｎ＝２：１：１であり、Ｓ
ｉＯ2 に比べてＳｉリッチである。したがって、Ｃｌ系
プラズマに対する耐性が弱く、露出した肩部がスパッタ
されると容易に活性なＯ* を放出する。すると、このＯ
* が側壁保護膜１８をＣＯx の形で除去し、側壁保護効
果を低下させる。しかも、オーバーエッチング時にはエ
ッチングすべきＷ−ポリサイド膜１５も減少しているの
で、ラジカルは相対的に過剰である。
ングを行うと、図２（ｃ）に示されるように、レジスト
・マスク１７のエッジの後退に伴ってＳｉＯＮ反射防止
膜１６ａの肩が露出する場合がある。ＳｉＯＮは、元素
組成比がおおよそＳｉ：Ｏ：Ｎ＝２：１：１であり、Ｓ
ｉＯ2 に比べてＳｉリッチである。したがって、Ｃｌ系
プラズマに対する耐性が弱く、露出した肩部がスパッタ
されると容易に活性なＯ* を放出する。すると、このＯ
* が側壁保護膜１８をＣＯx の形で除去し、側壁保護効
果を低下させる。しかも、オーバーエッチング時にはエ
ッチングすべきＷ−ポリサイド膜１５も減少しているの
で、ラジカルは相対的に過剰である。
【０００９】この結果、図２（ｄ）に示されるように、
アンダカットを生じたゲート電極１５ｂが形成されてし
まう。ここで、アンダカットを生じた各材料層は、元の
符号に添字ｂを付して示してある。アンダカットは、Ｗ
ＣｌＯx の形でエッチングされ易いＷＳｉx 層１４ｂに
おいて、最も顕著に発生している。このように、ゲート
電極の異方性形状が劣化すると、配線抵抗が設計値から
外れる他、ＬＤＤ構造達成用のサイド・ウォールの形成
が困難となる等の深刻な問題が生ずる。
アンダカットを生じたゲート電極１５ｂが形成されてし
まう。ここで、アンダカットを生じた各材料層は、元の
符号に添字ｂを付して示してある。アンダカットは、Ｗ
ＣｌＯx の形でエッチングされ易いＷＳｉx 層１４ｂに
おいて、最も顕著に発生している。このように、ゲート
電極の異方性形状が劣化すると、配線抵抗が設計値から
外れる他、ＬＤＤ構造達成用のサイド・ウォールの形成
が困難となる等の深刻な問題が生ずる。
【００１０】かかるオーバーエッチング時の異方性形状
の劣化は、上述のＳｉＯＮ反射防止膜に限らず、酸素を
容易に放出し得る反射防止膜を用いた場合に共通に起こ
り得る現象である。そこで、本発明は酸素を含有する反
射防止膜を用いた場合にも、オーバーエッチング時に異
方性を維持することが可能なシリコン系材料層のドライ
エッチング方法を提供することを目的とする。
の劣化は、上述のＳｉＯＮ反射防止膜に限らず、酸素を
容易に放出し得る反射防止膜を用いた場合に共通に起こ
り得る現象である。そこで、本発明は酸素を含有する反
射防止膜を用いた場合にも、オーバーエッチング時に異
方性を維持することが可能なシリコン系材料層のドライ
エッチング方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
を達するために鋭意検討を行い、オーバーエッチング時
の異方性低下を、（ｉ）側壁保護効果を増強する、ある
いは（ii) 側壁保護効果の低下をなるべく抑える、のい
ずれかの考え方にもとづいて回避することを考え、本発
明を提案するに至った。
を達するために鋭意検討を行い、オーバーエッチング時
の異方性低下を、（ｉ）側壁保護効果を増強する、ある
いは（ii) 側壁保護効果の低下をなるべく抑える、のい
ずれかの考え方にもとづいて回避することを考え、本発
明を提案するに至った。
【００１２】すなわち、本発明のドライエッチング方法
は、酸素を含有する反射防止膜で表面を被覆されたシリ
コン系材料層をエッチングする際に、まず前記反射防止
膜をエッチングした後、フッ素系化学種以外のハロゲン
系化学種と酸素系化学種とを生成し得るエッチング・ガ
スを用い、該ハロゲン系化学種とシリコンとを含む反応
生成物の堆積を促進させながら前記シリコン系材料層を
エッチングするものである。
は、酸素を含有する反射防止膜で表面を被覆されたシリ
コン系材料層をエッチングする際に、まず前記反射防止
膜をエッチングした後、フッ素系化学種以外のハロゲン
系化学種と酸素系化学種とを生成し得るエッチング・ガ
スを用い、該ハロゲン系化学種とシリコンとを含む反応
生成物の堆積を促進させながら前記シリコン系材料層を
エッチングするものである。
【００１３】ここで、フッ素系化学種以外のハロゲン系
化学種として最も典型的なものは塩素系化学種および臭
素系化学種であり、また場合によりヨウ素系化学種も用
いられる。これらハロゲン系化学種と酸素系化学種と
は、同一の化合物から供給されても、あるいは別々の化
合物から供給されても構わない。
化学種として最も典型的なものは塩素系化学種および臭
素系化学種であり、また場合によりヨウ素系化学種も用
いられる。これらハロゲン系化学種と酸素系化学種と
は、同一の化合物から供給されても、あるいは別々の化
合物から供給されても構わない。
【００１４】あるいは、上述のシリコン系材料層のエッ
チングをジャストエッチング状態までとし、続いて前記
酸素系化学種の前記ハロゲン系化学種に対する生成比を
前記ジャストエッチング工程におけるよりも小としてオ
ーバーエッチングを行っても良い。ここで、上記生成比
はゼロであっても良い。
チングをジャストエッチング状態までとし、続いて前記
酸素系化学種の前記ハロゲン系化学種に対する生成比を
前記ジャストエッチング工程におけるよりも小としてオ
ーバーエッチングを行っても良い。ここで、上記生成比
はゼロであっても良い。
【００１５】ここで、前記酸素を含有する反射防止膜の
構成材料としては、今後のエキシマ・レーザ・リソグラ
フィに対応させる観点からＳｉＯＮが特に好適である。
ＳｉＯＮは、少なくとも炭素系化学種とフッ素系化学種
とを生成し得るエッチング・ガスを用いてエッチングす
ることができる。この場合のエッチング・ガスとして
は、ＳｉＯ2 のエッチングに一般的に用いられているフ
ルオロカーボン系化合物やハイドロフルオロカーボン系
ガスを適宜選択もしくは組み合わせて用いることができ
る。
構成材料としては、今後のエキシマ・レーザ・リソグラ
フィに対応させる観点からＳｉＯＮが特に好適である。
ＳｉＯＮは、少なくとも炭素系化学種とフッ素系化学種
とを生成し得るエッチング・ガスを用いてエッチングす
ることができる。この場合のエッチング・ガスとして
は、ＳｉＯ2 のエッチングに一般的に用いられているフ
ルオロカーボン系化合物やハイドロフルオロカーボン系
ガスを適宜選択もしくは組み合わせて用いることができ
る。
【００１６】また、前記シリコン系材料層が高融点金属
ポリサイド膜である場合には、典型的な実用プロセスを
実現することができる。この場合の高融点金属として最
も代表的な材料は、タングステンである。
ポリサイド膜である場合には、典型的な実用プロセスを
実現することができる。この場合の高融点金属として最
も代表的な材料は、タングステンである。
【００１７】なお、少なくとも前記シリコン系材料層の
エッチング時には、該シリコン系材料層を保持する基板
を冷却しても良い。この場合のプロセスは、いわゆる低
温エッチングと呼ばれるプロセスであり、一般的には基
板を０℃以下に冷却される。ただし、ドライエッチング
においては、特に冷却手段を講じなければ化学反応熱や
プラズマからの輻射熱により基板温度が１００〜２００
℃程度に上昇するのが普通なので、これを冷却して室温
近傍に維持する場合も広い意味の低温エッチングと考え
て良い。
エッチング時には、該シリコン系材料層を保持する基板
を冷却しても良い。この場合のプロセスは、いわゆる低
温エッチングと呼ばれるプロセスであり、一般的には基
板を０℃以下に冷却される。ただし、ドライエッチング
においては、特に冷却手段を講じなければ化学反応熱や
プラズマからの輻射熱により基板温度が１００〜２００
℃程度に上昇するのが普通なので、これを冷却して室温
近傍に維持する場合も広い意味の低温エッチングと考え
て良い。
【００１８】
【作用】本発明においてシリコン系材料層のエッチング
に用いられるエッチング・ガスは、フッ素以外のハロゲ
ン系化学種と酸素系化学種とを生成することができるこ
とから、Ｓｉを塩化物、臭化物等のハロゲン化物の形で
除去できることはもちろん、高融点金属をオキシハロゲ
ン化物の形で除去することができる。したがって、Ｗ−
ポリサイド膜のようなエッチング特性の異なる２種類の
材料層から構成される積層膜系のエッチングにおいて
も、途中でガス組成を切り換えることなく、単一のガス
系で異方性形状を達成することができる。
に用いられるエッチング・ガスは、フッ素以外のハロゲ
ン系化学種と酸素系化学種とを生成することができるこ
とから、Ｓｉを塩化物、臭化物等のハロゲン化物の形で
除去できることはもちろん、高融点金属をオキシハロゲ
ン化物の形で除去することができる。したがって、Ｗ−
ポリサイド膜のようなエッチング特性の異なる２種類の
材料層から構成される積層膜系のエッチングにおいて
も、途中でガス組成を切り換えることなく、単一のガス
系で異方性形状を達成することができる。
【００１９】さらに、このエッチングはハロゲン系化学
種とシリコンとの反応生成物の堆積を促進しながら行っ
ているので、たとえオーバーエッチング時に反射防止膜
から酸素系活性種が放出され側壁保護膜を構成するカー
ボン系ポリマーの一部が除去されても、側壁保護物質が
常に補充され、異方性が低下する虞れがない。この反応
生成物とは、塩素系化学種を用いている場合には主とし
てＳｉＣｌx 、臭素系化学種を用いている場合には主と
してＳｉＢｒx である。このとき基板を冷却すれば、ラ
ジカルの反応性が抑制されると共に、これら反応生成物
の蒸気圧が低下して堆積が促進され、異方性エッチング
を有利に進めることができる。
種とシリコンとの反応生成物の堆積を促進しながら行っ
ているので、たとえオーバーエッチング時に反射防止膜
から酸素系活性種が放出され側壁保護膜を構成するカー
ボン系ポリマーの一部が除去されても、側壁保護物質が
常に補充され、異方性が低下する虞れがない。この反応
生成物とは、塩素系化学種を用いている場合には主とし
てＳｉＣｌx 、臭素系化学種を用いている場合には主と
してＳｉＢｒx である。このとき基板を冷却すれば、ラ
ジカルの反応性が抑制されると共に、これら反応生成物
の蒸気圧が低下して堆積が促進され、異方性エッチング
を有利に進めることができる。
【００２０】上記反射防止膜がＳｉＯＮである場合、そ
のエッチングに少なくとも炭素系化学種とフッ素系化学
種とを生成し得るエッチング・ガスを用いると、Ｓｉ原
子がＳｉＦx の形で引き抜かれ、またＯ原子，Ｎ原子が
それぞれＣＯx ，ＮＯx の形で引き抜かれることによ
り、エッチングが速やかに進行する。
のエッチングに少なくとも炭素系化学種とフッ素系化学
種とを生成し得るエッチング・ガスを用いると、Ｓｉ原
子がＳｉＦx の形で引き抜かれ、またＯ原子，Ｎ原子が
それぞれＣＯx ，ＮＯx の形で引き抜かれることによ
り、エッチングが速やかに進行する。
【００２１】あるいは、オーバーエッチング時に前記酸
素系化学種の前記ハロゲン系化学種に対する生成比を前
記ジャストエッチング工程におけるよりも小とすること
により、エッチング反応系内に存在する酸素系化学種の
増加を抑えることもできる。これは、先の反応生成物の
堆積促進が前述（ｉ）の側壁保護効果を増強する考え方
にもとづいていたのに対し、前述（ii) の側壁保護効果
の低下をなるべく抑える考え方にもとづいている。酸素
系化学種は、高融点金属シリサイド層が消失した後はエ
ッチングの増速に寄与しないので、この層がほとんど存
在しないオーバーエッチング時に酸素系化学種の生成比
を減少させた (またはゼロとした) としても、エッチン
グ特性への悪影響はない。
素系化学種の前記ハロゲン系化学種に対する生成比を前
記ジャストエッチング工程におけるよりも小とすること
により、エッチング反応系内に存在する酸素系化学種の
増加を抑えることもできる。これは、先の反応生成物の
堆積促進が前述（ｉ）の側壁保護効果を増強する考え方
にもとづいていたのに対し、前述（ii) の側壁保護効果
の低下をなるべく抑える考え方にもとづいている。酸素
系化学種は、高融点金属シリサイド層が消失した後はエ
ッチングの増速に寄与しないので、この層がほとんど存
在しないオーバーエッチング時に酸素系化学種の生成比
を減少させた (またはゼロとした) としても、エッチン
グ特性への悪影響はない。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００２３】実施例１ 本実施例は、Ｗ−ポリサイド膜とＳｉＯＮ反射防止膜の
積層系をＣｌ2 ／Ｏ2混合ガスを用いてエッチングする
ゲート電極加工において、ウェハを低温冷却してＳｉＣ
ｌx の堆積を促進し、ゲート電極の異方性形状を維持し
た例である。このプロセスを、図１を参照しながら説明
する。
積層系をＣｌ2 ／Ｏ2混合ガスを用いてエッチングする
ゲート電極加工において、ウェハを低温冷却してＳｉＣ
ｌx の堆積を促進し、ゲート電極の異方性形状を維持し
た例である。このプロセスを、図１を参照しながら説明
する。
【００２４】図１（ａ）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、Ｓ
ｉ基板１上に厚さ約１０ｎｍのゲートＳｉＯx 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１００ｎｍのＷＳｉx 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、プラズマ
ＣＶＤ法により厚さ約３０ｎｍに堆積されている。さら
に、上記レジスト・マスク７は、ネガ型３成分系化学増
幅レジスト材料（シプレー社製；商品名ＳＡＬ−６０
１）とＫｒＦエキシマ・レーザ・ステッパを用い、厚さ
約１μｍ，パターン幅約０．２５μｍに形成されてい
る。
ンプルとして用いたウェハの構成を示す。すなわち、Ｓ
ｉ基板１上に厚さ約１０ｎｍのゲートＳｉＯx 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１００ｎｍのＷＳｉx 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、プラズマ
ＣＶＤ法により厚さ約３０ｎｍに堆積されている。さら
に、上記レジスト・マスク７は、ネガ型３成分系化学増
幅レジスト材料（シプレー社製；商品名ＳＡＬ−６０
１）とＫｒＦエキシマ・レーザ・ステッパを用い、厚さ
約１μｍ，パターン幅約０．２５μｍに形成されてい
る。
【００２５】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。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ５０ ＳＣＣＭ ＣＨＦ3 流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ２００ Ｗ（８００ ｋＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 −５０ ℃ このエッチング工程では、図１（ｂ）に示されるように
ＳｉＯＮ反射防止膜６ａがエッチングされた。このエッ
チングは、ＣＦx + のイオン・アシスト機構にもとづい
て進行するが、ＳｉＯＮのＯ含量が比較的少ないため、
上記フルオロカーボン系ガスに由来する炭素系ポリマー
が堆積し易い。したがって、エッチング速度は同条件に
よるＳｉＯ2 のエッチング速度の３分の１程度であっ
た。
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。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ５０ ＳＣＣＭ ＣＨＦ3 流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ２００ Ｗ（８００ ｋＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 −５０ ℃ このエッチング工程では、図１（ｂ）に示されるように
ＳｉＯＮ反射防止膜６ａがエッチングされた。このエッ
チングは、ＣＦx + のイオン・アシスト機構にもとづい
て進行するが、ＳｉＯＮのＯ含量が比較的少ないため、
上記フルオロカーボン系ガスに由来する炭素系ポリマー
が堆積し易い。したがって、エッチング速度は同条件に
よるＳｉＯ2 のエッチング速度の３分の１程度であっ
た。
【００２６】次に、上記ウェハをゲート加工用の別の有
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上記Ｗ−ポリサイド膜５をエッ
チングした。 Ｃｌ2 流量 ７５ ＳＣＣＭ Ｏ2 流量 ５ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ４０ Ｗ（２ ＭＨｚ） ウェハ載置電極温度 −２０ ℃ このエッチング工程では、図１（ｃ）に示されるよう
に、Ｗ−ポリサイド膜５がＷＣｌＯx ，ＳｉＣｌx ，Ｃ
Ｏx 等の形で除去された。
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上記Ｗ−ポリサイド膜５をエッ
チングした。 Ｃｌ2 流量 ７５ ＳＣＣＭ Ｏ2 流量 ５ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ４０ Ｗ（２ ＭＨｚ） ウェハ載置電極温度 −２０ ℃ このエッチング工程では、図１（ｃ）に示されるよう
に、Ｗ−ポリサイド膜５がＷＣｌＯx ，ＳｉＣｌx ，Ｃ
Ｏx 等の形で除去された。
【００２７】また、上記のウェハ冷却温度は、アモルフ
ァス・シリコン膜を反射防止膜として用いる従来のＷ−
ポリサイド・ゲート電極加工の条件よりも約２０℃低
い。これにより、レジスト・マスクの分解生成物に由来
する炭素系ポリマーはもちろん、かかる低温下で蒸気圧
の低下した反応生成物ＳｉＣｌx の一部がパターン側壁
面に効率良く堆積し、十分な厚さの側壁保護膜８が形成
された。この結果、異方性形状を有するゲート電極５ａ
が形成された。なお、図中、エッチング後の各材料層
は、元の符号に添字ａを付して示してある。
ァス・シリコン膜を反射防止膜として用いる従来のＷ−
ポリサイド・ゲート電極加工の条件よりも約２０℃低
い。これにより、レジスト・マスクの分解生成物に由来
する炭素系ポリマーはもちろん、かかる低温下で蒸気圧
の低下した反応生成物ＳｉＣｌx の一部がパターン側壁
面に効率良く堆積し、十分な厚さの側壁保護膜８が形成
された。この結果、異方性形状を有するゲート電極５ａ
が形成された。なお、図中、エッチング後の各材料層
は、元の符号に添字ａを付して示してある。
【００２８】さらに、同じ条件で約５０％のオーバーエ
ッチングを行った。この過程では、図１（ｄ）に示され
るようにレジスト・マスク７が後退し、これにより露出
したＳｉＯＮ反射防止膜６ａの肩部にプラズマ中のイオ
ンが入射してＯ* が放出された。このＯ* は、側壁保護
膜８中のカーボン系ポリマーを消費した。しかも、この
ときのパターン近傍のＣｌ* の量は、被エッチング物の
減少に伴って増大している。しかし、十分量のＳｉＣｌ
x の供給され続けるため、側壁保護効果の低下はみられ
なかった。したがって、オーバーエッチング中にもゲー
ト電極５ａの良好な異方性形状を維持することができ
た。
ッチングを行った。この過程では、図１（ｄ）に示され
るようにレジスト・マスク７が後退し、これにより露出
したＳｉＯＮ反射防止膜６ａの肩部にプラズマ中のイオ
ンが入射してＯ* が放出された。このＯ* は、側壁保護
膜８中のカーボン系ポリマーを消費した。しかも、この
ときのパターン近傍のＣｌ* の量は、被エッチング物の
減少に伴って増大している。しかし、十分量のＳｉＣｌ
x の供給され続けるため、側壁保護効果の低下はみられ
なかった。したがって、オーバーエッチング中にもゲー
ト電極５ａの良好な異方性形状を維持することができ
た。
【００２９】実施例２ 本実施例では、同様のＷ−ポリサイド・ゲート電極加工
において、オーバーエンチング時のエッチング・ガスを
Ｃｌ2 単独組成とすることにより、側壁保護効果の低下
を最小限に抑制した例である。本実施例では、図１
（ａ）に示したものと同じウェハを用い、まずＳｉＯＮ
反射防止膜６を実施例１と同じ条件でエッチングした。
において、オーバーエンチング時のエッチング・ガスを
Ｃｌ2 単独組成とすることにより、側壁保護効果の低下
を最小限に抑制した例である。本実施例では、図１
（ａ）に示したものと同じウェハを用い、まずＳｉＯＮ
反射防止膜６を実施例１と同じ条件でエッチングした。
【００３０】次に、上記ウェハをゲート加工用の別の有
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上記Ｗ−ポリサイド膜５をジャ
ストエッチングした。 Ｃｌ2 流量 ７５ ＳＣＣＭ Ｏ2 流量 ５ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ４０ Ｗ（２ ＭＨｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このジャストエッチングは、下地のゲートＳｉＯx 膜２
が露出し始めた時点で終了させた。
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上記Ｗ−ポリサイド膜５をジャ
ストエッチングした。 Ｃｌ2 流量 ７５ ＳＣＣＭ Ｏ2 流量 ５ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ４０ Ｗ（２ ＭＨｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このジャストエッチングは、下地のゲートＳｉＯx 膜２
が露出し始めた時点で終了させた。
【００３１】次に、エッチング条件を一例として下記の
ように変更し、オーバーエッチングを行った。 Ｃｌ2 流量 ８０ ＳＣＣＭ Ｏ2 流量 ０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー １０ Ｗ（２ ＭＨｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このオーバーエッチング工程では、ＳｉＯＮ反射防止膜
６ａの肩部の露出によりパターン近傍の酸素系化学種の
濃度が高くなるので、ガス組成からＯ2 を省くことによ
りこの増加分を相殺している。これにより、パターン側
壁面上におけるカーボン系ポリマーの脆弱化を抑制する
ことが可能となり、ゲート電極５ａの異方性形状を維持
することができた。
ように変更し、オーバーエッチングを行った。 Ｃｌ2 流量 ８０ ＳＣＣＭ Ｏ2 流量 ０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー １０ Ｗ（２ ＭＨｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このオーバーエッチング工程では、ＳｉＯＮ反射防止膜
６ａの肩部の露出によりパターン近傍の酸素系化学種の
濃度が高くなるので、ガス組成からＯ2 を省くことによ
りこの増加分を相殺している。これにより、パターン側
壁面上におけるカーボン系ポリマーの脆弱化を抑制する
ことが可能となり、ゲート電極５ａの異方性形状を維持
することができた。
【００３２】なお本実施例では、Ｗ−ポリサイド膜５の
エッチングを２段階化したことにより、実施例１よりも
高いウェハ温度でも異方性エッチングが実現された。こ
の条件は通常のＷ−ポリサイド・ゲート電極加工と同等
であるため、ウェハ冷却の所要時間を短縮し、スループ
ットを向上させることが可能となる。
エッチングを２段階化したことにより、実施例１よりも
高いウェハ温度でも異方性エッチングが実現された。こ
の条件は通常のＷ−ポリサイド・ゲート電極加工と同等
であるため、ウェハ冷却の所要時間を短縮し、スループ
ットを向上させることが可能となる。
【００３３】以上、本発明を２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、上述の実施例では塩素系化学
種を供給する化合物としてＣｌ2 を例示したが、ＨＣ
ｌ，ＢＣｌ3 等を用いても良い。あるいは、Ｃｌ2 Ｏ，
ＣｌＯ2等の酸化塩素を用いて、塩素系化学種と酸素系
化学種とを同一化合物から同時に供給させるようにして
も良い。
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、上述の実施例では塩素系化学
種を供給する化合物としてＣｌ2 を例示したが、ＨＣ
ｌ，ＢＣｌ3 等を用いても良い。あるいは、Ｃｌ2 Ｏ，
ＣｌＯ2等の酸化塩素を用いて、塩素系化学種と酸素系
化学種とを同一化合物から同時に供給させるようにして
も良い。
【００３４】また、上記塩素系化学種の代わりに臭素系
化学種を供給し、反応生成物としてＳｉＢｒx を側壁保
護膜の構成成分として利用しても良い。ＳｉＢｒx はＳ
ｉＣｌx よりもさらに蒸気圧が低いので、側壁保護膜の
強化に効果的である。また、臭素系化学種を用いたエッ
チングは、ゲートＳｉＯx 膜に対する選択性を高く維持
できるという利点もある。ただし、シリコン系材料層に
含まれる高融点金属の種類によっては蒸気圧の低い金属
臭化物が生成する可能性もあるので、臭素系化学種の使
用はこのような可能性の低い場合に限られる。
化学種を供給し、反応生成物としてＳｉＢｒx を側壁保
護膜の構成成分として利用しても良い。ＳｉＢｒx はＳ
ｉＣｌx よりもさらに蒸気圧が低いので、側壁保護膜の
強化に効果的である。また、臭素系化学種を用いたエッ
チングは、ゲートＳｉＯx 膜に対する選択性を高く維持
できるという利点もある。ただし、シリコン系材料層に
含まれる高融点金属の種類によっては蒸気圧の低い金属
臭化物が生成する可能性もあるので、臭素系化学種の使
用はこのような可能性の低い場合に限られる。
【００３５】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。
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。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によればオーバーエッチング中にレジスト・マスクの
後退に伴って酸素を含有する反射防止膜が一部露出する
ケースであっても、放出された酸素系活性種による側壁
保護膜の脆弱化を防止することができ、良好な異方性加
工を行うことができる。
明によればオーバーエッチング中にレジスト・マスクの
後退に伴って酸素を含有する反射防止膜が一部露出する
ケースであっても、放出された酸素系活性種による側壁
保護膜の脆弱化を防止することができ、良好な異方性加
工を行うことができる。
【００３７】本発明は特に、エキシマ・レーザ・リソグ
ラフィ用の反射防止膜として有望なＳｉＯＮを用いてＷ
−ポリサイド加工を行う場合のような、次世代以降のゲ
ート加工プロセスに典型的に適用することができ、その
産業上の利用価値は著しく高いものである。
ラフィ用の反射防止膜として有望なＳｉＯＮを用いてＷ
−ポリサイド加工を行う場合のような、次世代以降のゲ
ート加工プロセスに典型的に適用することができ、その
産業上の利用価値は著しく高いものである。
【図１】本発明を適用したＷ−ポリサイド・ゲート電極
加工プロセスをその工程順にしたがって示す模式的断面
図であり、（ａ）はエッチング開始前のウェハの状態、
（ｂ）はＳｉＯＮ反射防止膜がエッチングされた状態、
（ｃ）は側壁保護膜が形成されながらゲート電極が異方
性エッチングされた状態、（ｄ）はオーバーエッチング
時の状態をそれぞれ表す。
加工プロセスをその工程順にしたがって示す模式的断面
図であり、（ａ）はエッチング開始前のウェハの状態、
（ｂ）はＳｉＯＮ反射防止膜がエッチングされた状態、
（ｃ）は側壁保護膜が形成されながらゲート電極が異方
性エッチングされた状態、（ｄ）はオーバーエッチング
時の状態をそれぞれ表す。
【図２】従来のＷ−ポリサイド・ゲート電極加工プロセ
スの問題点を説明するための模式的断面図であり、
（ａ）はエッチング開始前のウェハの状態、（ｂ）はＳ
ｉＯＮ反射防止膜およびＷ−ポリサイド膜がエッチング
された状態、（ｃ）はオーバーエッチング時に側壁保護
膜が消失した状態、（ｄ）はゲート電極の異方性形状が
劣化した状態をそれぞれ表す。
スの問題点を説明するための模式的断面図であり、
（ａ）はエッチング開始前のウェハの状態、（ｂ）はＳ
ｉＯＮ反射防止膜およびＷ−ポリサイド膜がエッチング
された状態、（ｃ）はオーバーエッチング時に側壁保護
膜が消失した状態、（ｄ）はゲート電極の異方性形状が
劣化した状態をそれぞれ表す。
１ ・・・Ｓｉ基板 ２ ・・・ゲートＳｉＯx 膜 ３ ・・・ポリシリコン層 ４ ・・・ＷＳｉx 層 ５ ・・・Ｗ−ポリサイド膜 ５ａ・・・ゲート電極 ６ ・・・ＳｉＯＮ反射防止膜 ７ ・・・レジスト・マスク ８ ・・・側壁保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 29/78 21/336 7514−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/78 ３０１ Ｐ
Claims (5)
- 【請求項１】 酸素を含有する反射防止膜で表面を被覆
されてなるシリコン系材料層をエッチングするドライエ
ッチング方法において、 前記反射防止膜をエッチングする工程と、 フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種と酸素系化学種
とを生成し得るエッチング・ガスを用い、該ハロゲン系
化学種とシリコンとの反応生成物の堆積を促進させなが
ら前記シリコン系材料層をエッチングする工程とを有す
ることを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項２】 酸素を含有する反射防止膜で表面を被覆
されてなるシリコン系材料層をエッチングするドライエ
ッチング方法において、 前記反射防止膜をエッチングする工程と、 フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種と酸素系化学種
とを生成し得るエッチング・ガスを用い、該ハロゲン系
化学種とシリコンとの反応生成物の堆積を促進させなが
ら前記シリコン系材料層を実質的にその層厚分だけエッ
チングするジャストエッチング工程と、 前記酸素系化学種の前記ハロゲン系化学種に対する生成
比を前記ジャストエッチング工程におけるよりも小とし
得るエッチング・ガスを用い、前記シリコン系材料層の
残余部をエッチングするオーバーエッチング工程とを有
することを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項３】 前記酸素を含有する反射防止膜はＳｉＯ
Ｎからなり、該反射防止膜を少なくとも炭素系化学種と
フッ素系化学種とを生成し得るエッチング・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】 前記シリコン系材料層は高融点金属ポリ
サイド膜である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５】 少なくとも前記シリコン系材料層のエッ
チング時には、該シリコン系材料層を保持する基板を冷
却する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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21032693A JP3277414B2 (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21032693A JP3277414B2 (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0766176A true JPH0766176A (ja) | 1995-03-10 |
| JP3277414B2 JP3277414B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=16587575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21032693A Expired - Fee Related JP3277414B2 (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3277414B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997048127A1 (fr) * | 1996-06-13 | 1997-12-18 | France Telecom | PROCEDE DE GRAVURE DE LA GRILLE EN TECHNOLOGIE MOS UTILISANT UN MASQUE DUR A BASE DE SiON |
| EP0856877A1 (en) * | 1997-01-31 | 1998-08-05 | Texas Instruments Incorporated | Process for forming integrated circuits using multistep plasma etching |
| US6261934B1 (en) | 1998-03-31 | 2001-07-17 | Texas Instruments Incorporated | Dry etch process for small-geometry metal gates over thin gate dielectric |
| JP2003051443A (ja) * | 2001-06-28 | 2003-02-21 | Hynix Semiconductor Inc | 半導体素子の微細パターン形成方法 |
| KR100506876B1 (ko) * | 2002-10-25 | 2005-08-04 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의 제조방법 |
| KR100801307B1 (ko) * | 2005-06-28 | 2008-02-05 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자 제조 방법 |
-
1993
- 1993-08-25 JP JP21032693A patent/JP3277414B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997048127A1 (fr) * | 1996-06-13 | 1997-12-18 | France Telecom | PROCEDE DE GRAVURE DE LA GRILLE EN TECHNOLOGIE MOS UTILISANT UN MASQUE DUR A BASE DE SiON |
| FR2749973A1 (fr) * | 1996-06-13 | 1997-12-19 | France Telecom | Procede de gravure de la grille en technologie mos utilisant un masque dur a base de sion |
| EP0856877A1 (en) * | 1997-01-31 | 1998-08-05 | Texas Instruments Incorporated | Process for forming integrated circuits using multistep plasma etching |
| US6607985B1 (en) | 1997-01-31 | 2003-08-19 | Texas Instruments Incorporated | Gate stack and etch process |
| US6261934B1 (en) | 1998-03-31 | 2001-07-17 | Texas Instruments Incorporated | Dry etch process for small-geometry metal gates over thin gate dielectric |
| JP2003051443A (ja) * | 2001-06-28 | 2003-02-21 | Hynix Semiconductor Inc | 半導体素子の微細パターン形成方法 |
| KR100506876B1 (ko) * | 2002-10-25 | 2005-08-04 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의 제조방법 |
| KR100801307B1 (ko) * | 2005-06-28 | 2008-02-05 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자 제조 방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3277414B2 (ja) | 2002-04-22 |
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