JPH0770529B2 - エッチング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エッチング方法、特に半導体装置の製造方法
における多結晶シリコン、シリサイド、高融点メタルな
どの材料のテーパーエッチング方法に関する。

〔従来の技術〕 半導体装置を高密度化、高速化するために多結晶シリコ
ン、シリサイド、高融点金属などの耐熱性をもった導電
性材料を多層化して用いる。いわゆる多層多結晶シリコ
ン技術が不可欠のものとなってきている。これらの導電
性材料の加工は、トランジスタの特性を左右するゲート
長を定めるものとなるので、それのエッチングにおいて
パターン幅の制御を厳密に行い、かつ、それの下地のゲ
ート絶縁膜に対してエッチングにおいて高い選択性をも
つことが要求される。これらの点で、反応性イオンエッ
チング（Reactive Ion Etching,RIE）のように垂直にエ
ッチングする方法が優れているが、下層例えば第１層の
多結晶シリコンを垂直にエッチングすると、上槽の第２
層の例えば多結晶シリコンをエッチングするときに、第
１層多結晶シリコンの段差部で第２層の多結晶シリコン
が厚くなるので、この部分の第２層多結晶シリコンがエ
ッチングで除去されずに残り、隣り合った第２層多結晶
シリコンの間でショートする問題があった。それを避け
るためにオーバーエッチングの時間を長くして段差部の
多結晶シリコンを除去しようとすると、パターン幅が細
くなったり下地の絶縁膜が過度にエッチングされる問題
があった。

上記した問題を第６図を参照して説明すると、同図
（ａ）に示されるように単結晶シリコン基板11（以下に
は単にシリコン基板という。）上にはゲート絶縁膜（Si
O₂膜）12が形成されており、その上に垂直にエッチング
された第１層の多結晶シリコン膜13のパターンが設けら
れ、多結晶シリコン膜13は層間絶縁膜（SiO₂膜）14で覆
われ、全面に第２層の多結晶シリコン膜15が被着されて
いる。符号16で囲った部分が上記した段差部であり、同
図は第２層の多結晶シリコン膜15のエッチング前の状態
を示す。

第６図（ａ）の構造に図示しないレジストマスクをパタ
ーニングし、幅制御性のよいRIEを行うと同図（ｂ）に
示すように多結晶シリコン膜15がエッチングされる。17
は除去されずに残った多結晶シリコンである。第２層の
多結晶シリコン膜15は一般に減圧化学気相成長（CVD）
法で堆積して形成するが、そのときポリシリコンはすべ
ての方向に同じ厚さで堆積するので、多結晶シリコン膜
15が、平坦部で第６図（ａ）に示すＡの厚さで堆積され
るとき、段差部16での厚さＢは厚さＡよりもかなり大で
あり、RIEにおいては多結晶シリコン膜15の表面から垂
直方向に均一にエッチングされるので、段差部16に多結
晶シリコン17が残るのである。

ここで、さらにオーバーエッチングして多結晶シリコン
17を除くとすると、絶縁膜12と14は過度にエッチングさ
れて図に符号12′,14′で示すようになる。その理由
は、SiO₂と多結晶シリコンとの選択比が大でないことに
よるもので、多結晶シリコンがエッチングされると共に
SiO₂もエッチングされるからである。図示の絶縁膜1
2′,14′では十分な耐圧が得られない問題があり、また
オーバーエッチングが長くなると絶縁膜12′,14′が除
去されて、図示の構造の上に形成されると配線とショー
トすることになる。

そこで、第１層の多結晶シリコン膜13を第６図（ｄ）に
示す如くにテーパーした形状にパターニングし、絶縁膜
14を形成した後に第２層の多結晶シリコンを堆積する
と、前記した如くCVD法で多結晶シリコンはあらゆる方
向に同じ厚さで堆積し、図示の多結晶シリコン膜15の厚
さが平坦部でＡ、段差部でＢであるとすると、ＡとＢは
ほぼ同じ厚さになる。従って、第２層の多結晶シリコン
膜15をエッチングしたときに、段差部16の多結晶シリコ
ンがほとんどエッチングされ、多結晶シリコンが残った
としてもその量はきわめて少ないので、短時間のオーバ
ーエッチングで、絶縁膜12,14をほとんどエッチングす
ることなく残存する多結晶シリコンを除去することがで
きる。この故に第１層の多結晶シリコン膜13のパターニ
ングにおいてそれにテーパーを付けること（テーパーエ
ッチング）が着目されている〔NIKKEI MICRODEVICES 19
88年１月号、P.42以下、特にP.48からP.49にかけての部
分参照〕。

前記した如きテーパーエッチングとしては以下に列挙す
る方法が知られている。

（１）第１層多結晶シリコンにリン（Ｐ）を拡散した後
にイオン打込みで表面層のエッチング速度を高め、その
後等方性エッチングをする方法〔特公昭60−782号公
報、特開昭58−4932号公報、特開昭53−73086号公報な
ど〕 この方法は、例えば特公昭60−782号公報に開示されて
いるように、第１層の多結晶シリコンの表面に不純物を
イオン注入し、次いで等方性エッチングにより多結晶シ
リコンをテーパーエッチングする方法である。第７図に
この方法によって得られた多結晶シリコン膜13のテーパ
ー形状が示される。なお同図において、18はレジストマ
スクである。

（２）エッチングガスに、C₂H₆，C₂H₄，C₂F₄などのカー
ボンを含む堆積性ガスを混合してエッチングする方法
〔特公昭63−45469号公報、特開昭59−103338号公報、
特開昭62−30330号公報、特開昭62−32618号公報など〕 この方法は、第８図に示される如く、エッチングと同時
にカーボンを含む重合膜19が付着するものであり、エッ
チングと膜の付着とが同時に進行する現象を利用する。

（３）レジストマスクにテーパーをつけ、レジストマス
クに対する選択比を下げてエッチングする方法〔特開昭
61−61424号公報など〕 この方法では、最初に断面形状が破線で示す如く矩形の
レジスト18を第９図に示される如く台形に変形し、この
変形したレジストをマスクにして多結晶シリコン13をエ
ッチングするものである。

（４）エッチングとレジストマスクのアッシングを交互
に行う方法〔特開昭56−93319号公報、特開昭57−59331
号公報など〕 この方法では、レジストマスクを上記の方法で台形に変
形しつつエッチングを行う。第10図（ａ）〜（ｄ）にこ
の方法の工程が断面図で示される。なお同図において、
20はリン、シリケートガラス（PSG）膜である。

（５）（等方性エッチング＋異方性エッチング）の２段
階エッチングを行う方法〔特開昭57−07936号公報、特
開昭56−90525号公報など〕 この方法では、第11図に示される如く、始めに等方性エ
ッチングを行い、しかる後に異方性エッチングで垂直な
エッチングを行うものである。なお、同図において、41
は配線パターン、42はエッチングされる絶縁膜を示す。

（６）オーバーハング形状のマスクを用いる方法〔特公
昭57−42154号公報など〕 この方法では、ひさし状に上方部分が拡がった第12図に
示される形状もしくは、逆台形のレジストマスクを用
い、イオンの流れを乱してテーパーエッチングを実現す
るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した（１）〜（６）の方法を検討すると、（１），
（４），（５），（６）の方法は工程が複雑になる問題
がある。（１）の方法では、リンの拡散、イオン打込み
を行ってからエッチングを行わなければならず、（４）
の方法ではアッシングとエッチングの双方を実施しなけ
ればならず、（５）の方法では等方性エッチングと異方
性エッチングとを前後の順序で行う必要があり、（６）
の方法ではオーバーハング形状のレジストマスクを形成
することが容易でない。

（１）と（５）の方法は等方性エッチングを用いるが、
等方性エッチングではエッチングや膜厚の分布により幅
制御が難しい。

（３）と（４）の方法では、レジストマスクの容量を減
少させながらエッチングするので、幅の制御が難しい。

（６）の方法では、レジストマスクの形状制御と幅制御
とを両立させることが困難である。

（２）の方法において、エッチングチャンバーの壁面に
もカーボンを含む膜の堆積があり、そのためゴミが発生
しやすく、歩留りが悪くなる問題がある。

そこで本発明は、半導体装置の製造において、従来例に
比べ簡易化された工程で、ゴミを発生させることなく、
パターン幅制御が精度高くなされ、エッチングにおいて
下地に対し選択比をもち下地を損傷することのない多結
晶シリコン、シリサイド、高融点金属などのテーパーエ
ッチングする方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、基板上に形成された多結晶シリコン層
の臭化水素ガスを用いるドライエッチングにおいて、10
0以上の多結晶シリコン対SiO₂選択比を得ることができ
るドライエッチング方法及びその装置を提供することを
もう１つの目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記第１の目的であるテーパー形状を実現す
るために、真空容器（32,42）内に置かれた被加工物（1
3,21,41）の温度を−40℃から50℃の範囲に保ち、カー
ボン分が120ppm以下の臭化水素を含む反応ガスのプラズ
マと接触させてテーパーエッチングを行うことを特徴と
するエッチング方法を提供する。このとき、テーパ角は
被加工物の温度に依存して制御することが可能である。

また、上記第２の目的である高い選択比は、上記エッチ
ング方法において、エッチングチャンバー及び電極等の
プラズマにさらされる部分にカーボンを含まない材料を
配置してエッチングするエッチング方法、さらには反応
ガスとしてカーボン分が120ppm以下、より好ましくは40
ppm以下の臭素又は臭化水素を含むガスを用いることに
よって達成される。

〔作用〕 本発明を特別の理論によって限定されることを意図する
ものではないが、臭化水素ガスを用いて−40℃〜50℃に
おいてテーパーエッチングが実現される理由は次のよう
に考えられる。反応ガスのプラズマ中の臭素は被加工物
の例えばシリコンと反応してSiBr_xを生成し、これがエ
ッチング側壁に付着して側面をエッチングから保護する
働きがあるためにテーパーエッチングになるのである。
そして、SiBr_xの揮発性が温度に依存するために、テー
パ角が温度によって決まるのである。

本発明で、エッチング雰囲気からカーボンを取り除くこ
とによつて、シリコン酸化膜のエッチングを抑え、高い
選択比を得ることができる理由は次のような説明が可能
である。

（１）エッチング中に、カーボンが存在すると、シリコ
ン酸化膜中のSi−Ｏ結合がＣ−Ｏ結合に置き代わること
により開裂し、エッチングがすすむが、カーボンがない
とSi−Ｏ結合が開裂しないため、シリコン酸化膜がエッ
チングされない。

（２）多結晶シリコンは、カーボンの有無にかかわら
ず、シリコン膜中のSi−Si結合が、臭素原子により、Si
−Br結合に置き代わることにより開裂し、エッチングさ
れる。したがって、カーボンを無くすと高い選択比が得
られるのであろう。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例により具体的に説明する。

第２図に本発明方法の実施に使用した反応性イオンエッ
チング装置を断面図で示す。

この装置では、電極25の上に設けられた静電チャック22
にローパスフィルター23を通じて直流電源24から±1500
Vの電圧を印加してウエハ21を静電吸着する。ウエハ21
と静電チャック22の表面の間にはガス入口31より圧力調
整機構（図示しない）により圧力０〜20TorrのHe等のガ
スを導入し、熱伝導をよくする。電極25は、冷却水26に
より温度調整する。電極を０℃以下に冷却する時は、冷
却水として水とエチレングリコールまたは水とメタノー
ルの混合液もしくはメタノールを用いる。チャンバ32を
排気口30につながる真空ポンプ（図示せず）で排気し、
ガス導入口29よりエッチングガスを導入し、マッチング
ボックス27を通じて高周波（RF）発振器28より高周波を
印加し、プラズマを発生させてエッチングを行う。お
な、同図において斜線を付した部分は絶縁物である。

エッチング中のウエハ温度を測定するために蛍光温度計
34を用いた。ウエハ21の裏面に蛍光物質36を被着し、電
極中の穴35より光ファイバ33を通じてパルス光を照射
し、蛍光物質36の発する蛍光を同じ光ファイバ33を通じ
て観察することによりウエハ温度を求めた。

蛍光温度計としてはLUXTRON社のLUXTRON750を用いた。
本温度計は、光ファイバを用いるので従来の熱電対を用
いた温度計とは異なりRFのノイズを受けずに正確にウエ
ハ温度を測定できる利点がある。このように正確なウエ
ハ温度の測定を行なうことによって、本発明ではウエハ
温度とエッチング形状（テーパ角）の制御が可能になっ
た。

ウエハの温度はエッチングガス、圧力、RFパワー等によ
って異なるが、これらの条件を一定とした場合でも、冷
却水26の温度を変化させて電極25の温度を変えるか、ま
たはウエハ21と静電チャック22の間に導入するHe等のガ
スの種類や圧力を変えるか、静電チャック22に印加する
電圧を変えてウエハの吸着力を変えるなどの手段によ
り、ウエハ21と電極25間の熱伝導特性を変えることによ
り調整する。

第１図にこのような方法でエッチングしたリン（Ｐ）を
ドープした多結晶シリコン（抵抗60Ω／□）のエッチン
グ断面形状を示す。図中18はマスクで、それにはレジス
トまたはSiO₂，Si₃N₄等が用いられる。13はエッチング
される多結晶シリコン膜であり、12は下地のSiO₂等の絶
縁膜、11はシリコン基板である。

この時のエッチング条件は、Br₂(16^SCCM)+He(57^SCCM)、
圧力0.1Torr、パワーは300Wで、多結晶シリコン膜13の
エッチングの後に100％のオーバーエッチングを行っ
た。同図（ａ）はエッチング中のウエハ温度が最高80℃
のとき、同図（ｂ）は最高０℃の場合のものである。図
示のように、他の条件を変えることなく、ウエハ温度の
みを変えることによりエッチング形状を変えることがで
きる。

第３図にマスク材料をレジストとSiO₂とし、被エッチン
グ材料をドープしない多結晶シリコンとリン（Ｐ）をド
ープした多結晶シリコンのそれぞれとした場合のエッチ
ング中のウエハ温度とテーパー角の関係を示し、図中、
黒三角印と白抜三角印とはリン（Ｐ）をドープした多結
晶シリコンとドープしない又はホウ素（Ｂ）をドープし
た多結晶シリコン（いずれもレジストマスク使用）、黒
丸印と白抜丸印はリン（Ｐ）をドープした多結晶シリコ
ンとドープしない又はホウ素（Ｂ）をドープした多結晶
シリコン（いずれもSiO₂マスク）の場合を示し、線Ａの
上方は図示のごとく逆台形にテーパーが得られる範囲、
線Ａの下方は図示の如く所望の台形テーパーが得られる
範囲である。なお、エッチング条件は第１図の場合と同
じで、テーパー角は第１図（ｂ）のθで測定した。第３
図より、ウエハ温度を下げることで所望のテーパー形状
が得られることがわかる。なお、ここでエッチング中の
ウエハ温度が−40℃以下になると針状のエッチング残が
発生し正常なエッチングを行えなくなった。

以上のように臭化水素を主とするガスを用い、ウエハ温
度を−40℃〜50℃に保つことで、実用上適当なテーパー
角45〜85°の良好なテーパーエッチングを行えた。この
原理の詳細は必ずしも明らかではないが、従来技術の説
明の（２）のC₂H₆，C₂F₄等のカーボンを含む堆積性ガス
を混入するものとは全く異なるものである。なぜなら
ば、本発明においては、第３図に示されるように、SiO₂
のような無機物マスクを用い、エッチングガス、マスク
材料、被エッチング物さらにはエッチング装置にもカー
ボンが含まれない系においても、テーパーエッチングが
得られるからである。上記（２）のカーボンを含む堆積
ガスを用いた場合は、エッチングチャンバ壁面にカーボ
ンを含むポリマーが堆積し、これがはがれてゴミの原因
となるが、本発明ではこのような欠点はない。さらに、
実施例に述べるようにガス、マスク、被エッチング物、
エッチング装置からカーボンを除くことにより、下地の
SiO₂のエッチング速度が下がり、より高い選択比が得ら
れる点も本発明の優れているところである。

従来技術として、臭化や臭化水素を用いるエッチング方
法は知られている（特公昭58−14507号公報、特開昭62
−145733号公報、特開昭62−111432号公報など）が、こ
れらの従来例はすべて垂直なエッチング形状を得るもの
で、本発明のようにウエハ温度を制御することでテーパ
ーエッチングを行うことは開示されていない。特公昭58
−14507号公報には、第13図に、反応性の塩化物、臭化
物もしくはヨウ化物を用いるRIEで垂直に形成された凹
所60が示される。なお同図において、52はシリコン基
板、53はSiO₂膜、54はSi₃N₄、50はマスク層である。な
お、同公報開示の発明で、「ターゲット電極は加熱され
なければならない。」（同公報10欄、10〜11行）とされ
ているところは本発明の方法と異なるところである。

以下に、本発明の具体例を示す。なお、以下の具体例で
は参考のためBr₂を用いるエッチングも含めた。

具体例（１） シリコン基板上に熱酸化膜（SiO₂膜）を200Å成長し、
その上にリン（Ｐ）をドープした多結晶シリコン（抵抗
20Ω／□）を4000Å成長し、その上に通常のフォトリソ
グラフィー技術によりレジストパターニングを行った。

この基板を第２図の装置内に設置し、（Br₂16^cc＋He57
^cc）、圧力0.1Torr、300Wのパワーでウエハと静電チャ
ック間にHeを10Torrみたし、冷却水温度−15℃、電極温
度−10℃でエッチングを行ったところ、ウエハ温度は最
大で０℃であった。

具体例（２） 同様に、冷却水温度25℃、電極温度25℃、He圧力2Torr
でエッチングを行ったところ、ウエハ温度は最大50℃で
あった。

具体例（３） 具体例（１）の試料で多結晶シリコン成長後、その上に
SiO₂を1000Å成長し、SiO₂をレジストパターンマスクと
し、通常のRIEでエッチングした後、レジストを剥離し
たものを用い、具体例（１）と同様な条件でエッチング
した。

具体例（４） 具体例（３）と同様な試料で、具体例（２）と同様な条
件でエッチングした。それぞれの条件で多結晶シリコン
をエッチングする時間と同じ時間のオーバーエッチング
を行った。

具体例（５） 具体例（１）と同様なサンプルで（HBr25^cc＋He5
7^cc）、圧力0.12Torr、350Wのパワーでエッチングを行
った。

ウエハと静電チャック間にHeを10Torrでみたし、冷却水
温度−15℃、電極温度−10℃でエッチングしたところ、
ウエハ温度は最大５℃であった。

具体例（６） 同様に、冷却水温度20℃、電極温度20℃、He圧力2Torr
でエッチングしたところ、ウエハ温度は最大50℃であっ
た。それぞれ具体例（１）〜（４）と同様100％のオー
バーエッチングを行った。

以上の結果は表１にまとめて示す。

これらのどの条件でも、エッチング断面の上部幅（第１
図W₁）はマスク幅通りであり、またウエハ温度でテーパ
ー角θが決まるので、下部幅W₂も一定となり、幅の精度
の高いエッチングができた。これは、本発明の条件では
アンダータットの入らないテーパーエッチングができて
いるからである。

したがって、表１および第３図から理解されるように、
ウエハ温度を−40℃〜50℃に保つことで、高い選択比
で、かつ、幅の精度の高いテーパーエッチングができ
た。

このときのテーパー角θとウエハ温度ｔ（℃）の関係は
大略 より正確には で表される。

さらには、多結晶シリコンのかわりに単結晶シリコンや
シリサイド、高融点金属をエッチング材料に用いても、
同様なテーパーエッチングができることが確認された。

第４図は本発明の方法の以下の具体例を実施するに当っ
て使用した別の平行平板型のRIE装置の略式断面図であ
る。同図において、41はウエハ、42はエッチング室、43
は上部電極、44は下部電極、45は静電チャック、46はウ
エハ41を押さえる石英ガラス、47はウエハ41を静電吸着
する直流出力（DCパワー）供給源、48は高周波電源、49
はガス導入口、50はガス排気口である。

エッチングガスには、臭化水素（HBr）ガスを用い、流
量50sccmの臭化水素ガスはガス導入口49よりエッチング
室内42に導入され、ガス排気口50より排気してエッチン
グ室42内を0.1Torrの圧力に保つようにし、高周波電源4
8で周波数13.56MHzの電力を基板当たり300W印加して、
第１図に示す試料の多結晶シリコン膜13のドライエッチ
ングを行った。

さらに、エッチング室42内の壁面及び上部電極43の表面
は石英ガラスあるいはカーボンを含まない材料で覆っ
た。被エッチング物を石英ガラス46で押さえるか、また
は静電チャック45に吸着させることによって保持させ
た。

表２にチャンバーのプラズマにさらされる部分を石英で
覆った場合の結果を示す。

具体例（７）（８） エッチングガスに臭化水素ガス（流量は50sccm）を用
い、マスク材にSiO₂膜またはSi₃N₄膜14を用いて、ウエ
ハ温度10℃にて本発明のカーボンフリーの条件下で多結
晶シリコン膜13のエッチングを行った場合を見ると、選
択比をみても110ときわめて良く、再現性もあることか
らプロセス的にも安定しており、本発明によるカーボン
フリーのドライエッチング方法及びその装置により、高
選択性をもったドライエッチングが可能であった。

具体例（９） また、具体例（７）において、本発明のカーボンフリー
の条件で、臭化水素ガスの流量だけを増すと、多結晶シ
リコンのエッチング速度が速くなり、流量が100sccmで
は多結晶シリコンエッチング速度は約2900Å/minで、酸
化膜との選択比は82であった。さらには、臭化水素ガス
にO₂やH₂Oのように酸素（Ｏ）を含んで、かつカーボン
を含まないガスを添加して、他の条件は変えずにエッチ
ングすると、多結晶シリコンのエッチング速度は変わら
ないが、酸化膜（SiO₂膜）のエッチング速度は10Å/min
以下と遅くなり、選択比が200以上と、より高選択比を
示すドライエッチングが可能であった。

具体例（11） 比較のためにマスク材にレジストを用いて具体例（７）
と同じ条件で多結晶シリコン膜13をエッチングした。多
結晶シリコンのエッチング速度は変らなかったが、レジ
ストから放出されたカーボンのため、酸化膜のエッチン
グ速度が大きくなり、選択比は15と小さくなった。

具体例（12）〜（16） 比較のために、同じ臭化水素ガスを用いるがチャンバー
内壁にテフロンコートしたAlを使用して具体例（８）〜
（11）と同じ条件でエッチングした場合の結果を表３に
示す。多結晶シリコンのエッチング速度は実施例（表
２）と変わらなかったが、酸化膜（SiO₂膜）のエッチン
グ速度が大きくなり選択比が小さくなった。テフロンの
他にポリアセタールのような樹脂、高純度カーボン、Si
C等のカーボンを含む材料をチャンバー内壁や電極表面
に用いた場合も同様に、酸化膜のエッチング速度が大き
く、大きい選択比は得られなかった。但し、具体例（1
6）のレジストマスクの場合はレジストから放出される
カーボンの方がチャンバー内壁から放出されるカーボン
より多いため、選択比は具体例（11）と同じで、さらに
低くなることはなかった。

具体例（17）（18） 第４図に示したカーボンフリーなRIE装置を用いて、反
応ガス中のカーボン含分の作用を調べた。

エッチングガスには純度４−nine、不純物のうち、カー
ボン量がCO₂換算の容量比で30ppmのHBr（臭化水素）を
用い、HBr流量50sccm、圧力0.1Torr、高周波出力300W
（単位面積あたり0.66W/cm²）で、試料の多結晶シリコ
ン（厚さ4000Å）をエッチングした。マスクとしては厚
さ2000Åのシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を用い
た。

結果を表４に示す。選択比はウエハ温度によらず110と
大きく、ウエハ温度50℃以下では、低温ほどテーパー角
の小さな順テーパー形状にエッチングされたが、−40℃
以下ではエッチング残が発生した。

具体例（19）（20） 比較のため、具体例（17）（18）と同じ試料、同じ装置
を用いて、エッチングガスに、純度99.8％、不純物のう
ち、カーボン量がCO₂換算の容量比で350ppmのHBr（臭化
水素）を用い、具体例（17）（18）と同じ、HBr流量50s
ccm、圧力0.1Torr、高周波出力300W（単位面積あたり0.
66W/cm²）で、多結晶シリコンをエッチングした。

結果を表４に示す。エッチング形状やエッチング残、多
結晶シリコンのエッチングレートは、具体例（17）（1
8）と全く同じであったが、シリコン酸化膜のエッチン
グレートが大きく、選択比は31と具体例（１）と較べて
小さくなった。

具体例（21） 具体例（17）（18）と同じ試料、同じ装置を用いて、エ
ッチングガスに、純度４−nine、不純物のうち、カーボ
ン量がCO₂換算の容量比で30ppmのHBr（臭化水素）50scc
mに、カーボン分混入の効果を調べるため、容量比3000p
pmのCH₄又は3000ppmのCO₂を含むカーボン入りArと、カ
ーボンを含まない高純度Arを比を変えて混合したものを
5sccm混ぜて用い、具体例（17）（18）と同じ、HBr流量
50sccm、圧力0.1Torr、高周波出力300W（単位面積あた
り0.66W/cm²）で、多結晶シリコンをエッチングした。

エッチング形状やエッチング残、多結晶シリコンのエッ
チングレートは、具体例（17）（18）と全く同じであっ
たが、シリコン酸化膜のエッチングレートはカーボン入
りArの流量が多い程大きくなり、選択比は小さくなっ
た。結果をまとめて第５図に多結晶シリコンの選択比と
HBr中のカーボン分との関係を示す。混合ガスが、CH₄の
場合もCO₂の場合も結果は同じで、エッチングガス中の
カーボン量がCO₂換算の容量比で、40ppmでは選択比は10
0、120ppmでは選択比は60であった。

〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、臭化水素を含むガスを用
い、ウエハ温度−40℃〜50℃でエッチングすることによ
り、高い対SiO₂選択比と幅制御とを両立させ、かつ、ゴ
ミが少なく、歩留りの高いテーパーエッチングが行える
利点がある。

また、マスク材、エッチングガスおよびプラズマと接す
るエッチング室内の材料にカーボンを含まないものを用
いることにより、また、さらにカーボンの含有量の低い
反応ガスを用いることにより、高い選択比でドライエッ
チングができ、またカーボンによるゴミの発生をおさ
え、クリーンなエッチングプロセスを成し得る。

なお、ここで被エッチング材料にはリン（Ｐ）をドープ
した多結晶シリコンを主に用いたが他にノンドープ、及
びｎ型、Ｐ型の多結晶シリコンや、タングステンシリケ
イド、モリブデンシリケイド、チタンシリケイドのよう
なシリケイドや、タングステン、モリブデンのような高
融点金属、タングステン窒化膜、チタン窒化膜のような
高融点金属窒化膜、単結晶シリコンなどをエッチングす
る場合にも適用できる。また本発明のエッチング方法
は、反応性イオンエッチング（RIE）の他に試料をプラ
ズマにさらす他のプラズマエッチング方法、具体的には
平行平板プラズマエッチング方法、μ波プラズマエッチ
ング方法、エレクトロンサイクロトロン共鳴プラズマ
（ECRプラズマ）エッチング方法、マグネトロンプラズ
マエッチング方法、電子ビーム励起プラズマエッチング
方法等にも適用できることはいうまでもない。

また上記具体例で使用した臭素（Br₂）と臭化水素（HB
r）はエッチング速度、選択比、形状等のエッチング特
性は類似しているが、臭化水素の方が蒸気圧が高く、腐
食性も少ないので、マスフローやガス配管が腐食した
り、つまったりする心配が少なく取扱いが容易で又金属
不純物の混入が少ないという点で優れている。毒性の点
でも許容濃度が臭素の0.1ppmに対し臭化水素は3ppmとよ
り安全である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法で得られるエッチング形状を示す
断面図、第２図は反応性イオンエッチング装置の模式
図、第３図はウエハ温度とテーパー角の関係を示すグラ
フ図、第４図は別の反応性イオンエッチング装置の模式
図、第５図は反応ガスのカーボン分とエッチング選択比
の関係を示すグラフ図、第６図はテーパー形状の利点を
示す断面図、第７〜13図は従来例を説明する図である。 図中、 11はシリコン基板、12は絶縁膜、13は多結晶シリコン
膜、14は絶縁膜、15は多結晶シリコン膜、16は段差部、
17は多結晶シリコン、18はレジストマスク、19は重合
膜、20はりん、シリケートガラス膜、21はウエハ、22は
静電チャック、23はローパスフィルター、24は直流電
源、25は電極、26は冷却水、27はマッチングボックス、
28はRF発振機、29はガス導入口、30は排気口、31はガス
入口、32はチャンバ を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−32627（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−141316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−238288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−100539（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器（32,42）内に置かれた被加工物
   （13,21,41）の温度を−40℃から50℃の範囲に保ち、カ
   ーボン分が120ppm以下の臭化水素を含む反応ガスのプラ
   ズマと接触させて被加工物のテーパーエッチングを行う
   ことを特徴とするエッチング方法。
2. 【請求項２】エッチングチャンバーのプラズマにさらさ
   れる部分にカーボンを含まない材料を配置してエッチン
   グする請求項１記載のエッチング方法。