JPH08115900A - シリコン系材料層のパターニング方法 - Google Patents
シリコン系材料層のパターニング方法Info
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- JPH08115900A JPH08115900A JP25170294A JP25170294A JPH08115900A JP H08115900 A JPH08115900 A JP H08115900A JP 25170294 A JP25170294 A JP 25170294A JP 25170294 A JP25170294 A JP 25170294A JP H08115900 A JPH08115900 A JP H08115900A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 単結晶シリコン基板へのトレンチエッチング
等、シリコン系材料層のパターニングにおいて、対レジ
ストマスク選択比が大きく、異方性に優れ、しかもパー
ティクル汚染の少ないプロセスを提供する。 【構成】 ＣＯx 、ＮＯx あるいはＣＯx 等の無機酸化
物ガスと、ハロゲン系ガスの混合ガスによるプラズマエ
ッチングを施す。この時形成される側壁保護膜５は、レ
ジストマスク４の分解生成物を主体とし、ハロゲンの含
有量が少なくＣ−Ｏ結合等の極性基を取り込んだ、イオ
ン衝撃やラジカル攻撃に対する耐性の高い性質を有す
る。ハロゲン化イオウ系ガスを添加してイオウ系化合物
を側壁保護膜に併用してもよい。 【効果】 側壁保護膜の膜質の強化により、その堆積量
を減らすことができ、また入射イオンエネルギを下げて
も異方性エッチングが可能となる。このため、パーティ
クル汚染やレジストマスクの膜減りが防止できる。
等、シリコン系材料層のパターニングにおいて、対レジ
ストマスク選択比が大きく、異方性に優れ、しかもパー
ティクル汚染の少ないプロセスを提供する。 【構成】 ＣＯx 、ＮＯx あるいはＣＯx 等の無機酸化
物ガスと、ハロゲン系ガスの混合ガスによるプラズマエ
ッチングを施す。この時形成される側壁保護膜５は、レ
ジストマスク４の分解生成物を主体とし、ハロゲンの含
有量が少なくＣ−Ｏ結合等の極性基を取り込んだ、イオ
ン衝撃やラジカル攻撃に対する耐性の高い性質を有す
る。ハロゲン化イオウ系ガスを添加してイオウ系化合物
を側壁保護膜に併用してもよい。 【効果】 側壁保護膜の膜質の強化により、その堆積量
を減らすことができ、また入射イオンエネルギを下げて
も異方性エッチングが可能となる。このため、パーティ
クル汚染やレジストマスクの膜減りが防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造プロセ
ス等で用いるシリコン系材料層のパターニング方法に関
し、さらに詳しくは、レジストマスクとのエッチング選
択比を高めたシリコン系材料層のパターニング方法に関
する。
ス等で用いるシリコン系材料層のパターニング方法に関
し、さらに詳しくは、レジストマスクとのエッチング選
択比を高めたシリコン系材料層のパターニング方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積化および
高性能化が進展するに伴い、単結晶シリコン、多結晶シ
リコンや非晶質シリコン等のシリコン系材料層のパター
ニングにおいても、レジストマスクや下層材料層との高
選択性、低ダメージ性、高異方性、低汚染性あるいは均
一性等の諸要求を高いレベルで満たすエッチング方法が
求められている。
高性能化が進展するに伴い、単結晶シリコン、多結晶シ
リコンや非晶質シリコン等のシリコン系材料層のパター
ニングにおいても、レジストマスクや下層材料層との高
選択性、低ダメージ性、高異方性、低汚染性あるいは均
一性等の諸要求を高いレベルで満たすエッチング方法が
求められている。
【０００３】シリコン系材料層のパターニングは、トレ
ンチ加工およびゲート電極加工という代表的な２分野が
ある。このうちトレンチ加工は、単結晶シリコンからな
る半導体基板に形成された素子間の微細トレンチアイソ
レーションや、ＤＲＡＭのメモリセル容量の確保のため
に微細なトレンチキャパシタを形成するためのプロセス
である。トレンチの深さは半導体デバイスの種類や用途
によって様々であり、容量素子ではディープトレンチと
称される４〜５μｍであり、素子間分離ではＭＯＳＦＥ
Ｔで１μｍ弱、バイポーラトランジスタで３μｍ程度で
ある。いずれもトレンチ開口径は０．３５〜１μｍ程度
であり、高アスペクト比パターンの異方性エッチングが
要求される。
ンチ加工およびゲート電極加工という代表的な２分野が
ある。このうちトレンチ加工は、単結晶シリコンからな
る半導体基板に形成された素子間の微細トレンチアイソ
レーションや、ＤＲＡＭのメモリセル容量の確保のため
に微細なトレンチキャパシタを形成するためのプロセス
である。トレンチの深さは半導体デバイスの種類や用途
によって様々であり、容量素子ではディープトレンチと
称される４〜５μｍであり、素子間分離ではＭＯＳＦＥ
Ｔで１μｍ弱、バイポーラトランジスタで３μｍ程度で
ある。いずれもトレンチ開口径は０．３５〜１μｍ程度
であり、高アスペクト比パターンの異方性エッチングが
要求される。
【０００４】一方ゲート電極加工は、多結晶シリコン層
や、高融点金属シリサイドと多結晶シリコンの積層であ
る高融点金属ポリサイド層を微細幅にパターニングする
プロセスである。ゲート電極のパターン幅は、ＭＯＳＦ
ＥＴのソース・ドレイン領域を自己整合的に形成する場
合のチャネル長や、ＬＤＤ構造のサイドウォールの寸法
精度に直接影響をおよぼす。このためゲート電極加工に
は高い加工精度が要求される。
や、高融点金属シリサイドと多結晶シリコンの積層であ
る高融点金属ポリサイド層を微細幅にパターニングする
プロセスである。ゲート電極のパターン幅は、ＭＯＳＦ
ＥＴのソース・ドレイン領域を自己整合的に形成する場
合のチャネル長や、ＬＤＤ構造のサイドウォールの寸法
精度に直接影響をおよぼす。このためゲート電極加工に
は高い加工精度が要求される。
【０００５】従来、シリコン系材料層のプラズマエッチ
ング用ガスとしてフロン１１３（Ｃ 2 Ｃｌ3 Ｆ3 ）に代
表されるクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスが多用
されてきた。ＣＦＣガスは１分子中にＣｌとＦを構成元
素として同時に含有するため、エッチング条件の選択に
よりＦ* （Ｆラジカル）やＣｌ* によるラジカル反応
と、ＣＣｌX + やＣｌ+ の寄与によるイオンアシスト反
応のバランスを制御しながらエッチングを進行させるこ
とが可能である。またプラズマ中から堆積する炭素系ポ
リマで側壁保護膜を形成することにより、高異方性を達
成することもできる。
ング用ガスとしてフロン１１３（Ｃ 2 Ｃｌ3 Ｆ3 ）に代
表されるクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスが多用
されてきた。ＣＦＣガスは１分子中にＣｌとＦを構成元
素として同時に含有するため、エッチング条件の選択に
よりＦ* （Ｆラジカル）やＣｌ* によるラジカル反応
と、ＣＣｌX + やＣｌ+ の寄与によるイオンアシスト反
応のバランスを制御しながらエッチングを進行させるこ
とが可能である。またプラズマ中から堆積する炭素系ポ
リマで側壁保護膜を形成することにより、高異方性を達
成することもできる。
【０００６】しかしながら、ＣＦＣガスは大気中に放出
されても分解せず、オゾン層破壊を誘発することが指摘
されており、近い将来にもその製造と使用が禁止される
方向にある。そこでＣＦＣガスに替わるエッチングガス
とその利用法の開発、すなわち脱フロンプロセスの確立
が急務となっている。
されても分解せず、オゾン層破壊を誘発することが指摘
されており、近い将来にもその製造と使用が禁止される
方向にある。そこでＣＦＣガスに替わるエッチングガス
とその利用法の開発、すなわち脱フロンプロセスの確立
が急務となっている。
【０００７】かかる問題に対処するために、近年Ｂｒ系
ガスを主エッチングガスとして採用するプロセスが注目
されている。例えば、米国特許第４，３２５，１８２号
明細書にはＨＢｒガスによるシリコン基板のトレンチ加
工が開示されている。
ガスを主エッチングガスとして採用するプロセスが注目
されている。例えば、米国特許第４，３２５，１８２号
明細書にはＨＢｒガスによるシリコン基板のトレンチ加
工が開示されている。
【０００８】またＤｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｐａｐｅｒｓ
１９８９ ２ｎｄ Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ、ｐ．１９０ にはｎ+ 多結晶シリコ
ン層に対してＨＢｒを使用したＲＩＥを施し、良好な異
方性形状を達成した例が報告されている。
１９８９ ２ｎｄ Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ、ｐ．１９０ にはｎ+ 多結晶シリコ
ン層に対してＨＢｒを使用したＲＩＥを施し、良好な異
方性形状を達成した例が報告されている。
【０００９】Ｂｒは原子半径がＦやＣｌに比較して大き
く、シリコン系材料層の結晶格子や結晶粒界内に容易に
は侵入しないため、Ｆ* のように自発的かつ等方的にエ
ッチングすることはないが、イオンアシスト反応を伴っ
た場合には異方性エッチングを進行することができる。
またＳｉ−Ｏ原子間の結合エネルギ（８００ｋＪ／ｍｏ
ｌ）がＳｉ−Ｂｒ間の結合エネルギ（３６８ｋＪ／ｍｏ
ｌ）より遙かに大きいことからも自明なように、ＳｉＯ
2 からなるゲート酸化膜に対して高選択比を達成でき
る。さらにレジストマスクや被エッチング層のパターン
側面を、レジストマスクの分解生成物である蒸気圧の小
さいＣＢｒx で被覆できるので、対レジスト選択比を向
上し、サイドエッチングを防止する効果がある。
く、シリコン系材料層の結晶格子や結晶粒界内に容易に
は侵入しないため、Ｆ* のように自発的かつ等方的にエ
ッチングすることはないが、イオンアシスト反応を伴っ
た場合には異方性エッチングを進行することができる。
またＳｉ−Ｏ原子間の結合エネルギ（８００ｋＪ／ｍｏ
ｌ）がＳｉ−Ｂｒ間の結合エネルギ（３６８ｋＪ／ｍｏ
ｌ）より遙かに大きいことからも自明なように、ＳｉＯ
2 からなるゲート酸化膜に対して高選択比を達成でき
る。さらにレジストマスクや被エッチング層のパターン
側面を、レジストマスクの分解生成物である蒸気圧の小
さいＣＢｒx で被覆できるので、対レジスト選択比を向
上し、サイドエッチングを防止する効果がある。
【００１０】しかしながら、Ｂｒ系ガスによるシリコン
系材料層のプラズマエッチングにおいては、被エッチン
グ層との反応生成物は蒸気圧の比較的小さいＳｉＢｒx
であり、エッチングチャンバ内のパーティクルレベルを
低く保つことは困難である。また、原理的に反応性の小
さいＢｒ* をメインエッチャントとするため、従来のＣ
ＦＣガスをメインエッチャントとする方法に比較すれば
エッチングレートが小さく、スループットが低下する問
題点が残る。
系材料層のプラズマエッチングにおいては、被エッチン
グ層との反応生成物は蒸気圧の比較的小さいＳｉＢｒx
であり、エッチングチャンバ内のパーティクルレベルを
低く保つことは困難である。また、原理的に反応性の小
さいＢｒ* をメインエッチャントとするため、従来のＣ
ＦＣガスをメインエッチャントとする方法に比較すれば
エッチングレートが小さく、スループットが低下する問
題点が残る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な技術的背景をふまえ、これらの問題点を解決すること
をその課題とするものである。すなわち本発明の課題
は、対レジストマスク選択比が大きく、異方性に優れ、
しかも過剰な側壁保護膜の堆積によるパーティクル汚染
のない、シリコン系材料層のパターニング方法を提供す
ることである。
な技術的背景をふまえ、これらの問題点を解決すること
をその課題とするものである。すなわち本発明の課題
は、対レジストマスク選択比が大きく、異方性に優れ、
しかも過剰な側壁保護膜の堆積によるパーティクル汚染
のない、シリコン系材料層のパターニング方法を提供す
ることである。
【００１２】また本発明の別の課題は、実用的なエッチ
ングレートで、スループットの高いシリコン系材料層の
パターニ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、本願明細書中の記載および添付図面の説
明により明らかとなる。
ングレートで、スループットの高いシリコン系材料層の
パターニ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、本願明細書中の記載および添付図面の説
明により明らかとなる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のシリコン系材料
層のパターニング方法は、上述の課題を解決するために
提案するものであり、酸化炭素、酸化窒素および酸化イ
オウから選ばれる少なくとも１種の無機酸化物ガスと、
ハロゲン系ガスを含む混合ガスにより、シリコン系材料
層をプラズマエッチングすることを特徴とするもので
あ。
層のパターニング方法は、上述の課題を解決するために
提案するものであり、酸化炭素、酸化窒素および酸化イ
オウから選ばれる少なくとも１種の無機酸化物ガスと、
ハロゲン系ガスを含む混合ガスにより、シリコン系材料
層をプラズマエッチングすることを特徴とするもので
あ。
【００１４】また本発明のシリコン系材料層のパターニ
ング方法は、酸化炭素、酸化窒素および酸化イオウから
選ばれる少なくとも１種の無機酸化物ガスと、放電解離
条件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成しうるハロゲ
ン化イオウガスを含む混合ガスにより、被処理基板温度
を室温以下に制御しながら、シリコン系材料層をプラズ
マエッチングすることを特徴とするものである。
ング方法は、酸化炭素、酸化窒素および酸化イオウから
選ばれる少なくとも１種の無機酸化物ガスと、放電解離
条件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成しうるハロゲ
ン化イオウガスを含む混合ガスにより、被処理基板温度
を室温以下に制御しながら、シリコン系材料層をプラズ
マエッチングすることを特徴とするものである。
【００１５】本発明で採用する酸化炭素は、ＣＯ、ＣＯ
2 およびＣ3 Ｏ2 等を例示できる。これらのうち、Ｃ3
Ｏ2 はｍｐ＝−１１１℃、ｂｐ＝７℃の無色の気体また
は液体である。酸化炭素には、この他にも分子内の炭素
原子数が酸素原子数より多い亜酸化炭素と総称される化
合物があり、ＣＯの放電解離による組成の一定しない物
質群や、Ｃ5 Ｏ2 、Ｃ12Ｏ9 等がこのグループに属す
る。これらの酸化炭素はすべて使用可能である。
2 およびＣ3 Ｏ2 等を例示できる。これらのうち、Ｃ3
Ｏ2 はｍｐ＝−１１１℃、ｂｐ＝７℃の無色の気体また
は液体である。酸化炭素には、この他にも分子内の炭素
原子数が酸素原子数より多い亜酸化炭素と総称される化
合物があり、ＣＯの放電解離による組成の一定しない物
質群や、Ｃ5 Ｏ2 、Ｃ12Ｏ9 等がこのグループに属す
る。これらの酸化炭素はすべて使用可能である。
【００１６】また本発明で採用する酸化窒素は、Ｎ
2 Ｏ、ＮＯ、Ｎ2 Ｏ3 、ＮＯ2 およびＮＯ3 等を例示で
きる。この他にもＮ2 Ｏ5 やＮ2 Ｏ6 もあるが、前者は
昇華点３２．４℃（１気圧）の固体、後者は不安定な固
体である。
2 Ｏ、ＮＯ、Ｎ2 Ｏ3 、ＮＯ2 およびＮＯ3 等を例示で
きる。この他にもＮ2 Ｏ5 やＮ2 Ｏ6 もあるが、前者は
昇華点３２．４℃（１気圧）の固体、後者は不安定な固
体である。
【００１７】また本発明で採用する酸化イオウは、ＳＯ
およびＳＯ2 等を例示できる。この他にも数種類の酸化
イオウがあるが、室温付近では分解・再結合等により複
雑な相や組成を有する混合物として存在するものが多
い。例えば、Ｓ2 Ｏ3 は加熱によりＳ、ＳＯおよびＳＯ
2 に分解する固体である。ＳＯ3 は、室温近傍では液
体、あるいは融点を異にするα型、β型およびγ型のい
ずれかをとる固体である。Ｓ2 Ｏ7 はｍｐ＝０℃、昇華
点１０℃の固体である。さらにＳＯ4 はｍｐ＝３℃の固
体であるが、酸素を発生して分解し、Ｓ2 Ｏ7 となる。
およびＳＯ2 等を例示できる。この他にも数種類の酸化
イオウがあるが、室温付近では分解・再結合等により複
雑な相や組成を有する混合物として存在するものが多
い。例えば、Ｓ2 Ｏ3 は加熱によりＳ、ＳＯおよびＳＯ
2 に分解する固体である。ＳＯ3 は、室温近傍では液
体、あるいは融点を異にするα型、β型およびγ型のい
ずれかをとる固体である。Ｓ2 Ｏ7 はｍｐ＝０℃、昇華
点１０℃の固体である。さらにＳＯ4 はｍｐ＝３℃の固
体であるが、酸素を発生して分解し、Ｓ2 Ｏ7 となる。
【００１８】また本発明で採用するハロゲン系ガスは特
に制限を設けるものでなく、Ｆ系ガス、Ｃｌ系ガス、Ｂ
ｒ系ガスおよびＩ系ガス等のハロゲンガスあるいはハロ
ゲン元素を含む化合物ガスを任意に用いてよい。ただし
エッチングレートの観点からは蒸気圧の大きいＳｉ
Ｆx 、ＳｉＣｌx 等を生成できる、ＳＦ6 やＣｌ2 等の
Ｆ系ガスやＣｌ系ガスの使用が好ましい。Ｂｒ系ガス
は、特に下地ゲート絶縁膜等との選択比を確保しダメー
ジを防止する場合に用いて有用である。ＣＦＣ系ガスは
排除することは先述した通りである。
に制限を設けるものでなく、Ｆ系ガス、Ｃｌ系ガス、Ｂ
ｒ系ガスおよびＩ系ガス等のハロゲンガスあるいはハロ
ゲン元素を含む化合物ガスを任意に用いてよい。ただし
エッチングレートの観点からは蒸気圧の大きいＳｉ
Ｆx 、ＳｉＣｌx 等を生成できる、ＳＦ6 やＣｌ2 等の
Ｆ系ガスやＣｌ系ガスの使用が好ましい。Ｂｒ系ガス
は、特に下地ゲート絶縁膜等との選択比を確保しダメー
ジを防止する場合に用いて有用である。ＣＦＣ系ガスは
排除することは先述した通りである。
【００１９】さらにまた本発明で用いるハロゲン化イオ
ウ系ガスは、Ｓ2 Ｆ2 、ＳＦ2 、ＳＦ4 、Ｓ2 Ｆ10、Ｓ
2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂ
ｒ2およびＳＢｒ2 を例示できる。
ウ系ガスは、Ｓ2 Ｆ2 、ＳＦ2 、ＳＦ4 、Ｓ2 Ｆ10、Ｓ
2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂ
ｒ2およびＳＢｒ2 を例示できる。
【００２０】本発明でパターニングの対象とするシリコ
ン系材料層は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶
質シリコンのうちのいずれかであり、ｎ型、ｐ型等の不
純物を含有していてもよい。
ン系材料層は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶
質シリコンのうちのいずれかであり、ｎ型、ｐ型等の不
純物を含有していてもよい。
【００２１】
【作用】本発明のポイントは、異方性エッチングに不可
欠の側壁保護膜の構成材料を、主としてレジストマスク
の分解生成物に求め、その膜質を強化して耐イオン衝撃
性と耐ラジカルアタック性を高める点にある。これによ
り、側壁保護膜の付着量を低減しても十分な側壁保護効
果を得ることができ、異方性形状を確保できる。また側
壁保護膜の強化により、イオン入射エネルギを低減して
も充分な異方性形状を確保できるので、対レジストマス
ク選択比や対下地絶縁膜選択比を向上できる。
欠の側壁保護膜の構成材料を、主としてレジストマスク
の分解生成物に求め、その膜質を強化して耐イオン衝撃
性と耐ラジカルアタック性を高める点にある。これによ
り、側壁保護膜の付着量を低減しても十分な側壁保護効
果を得ることができ、異方性形状を確保できる。また側
壁保護膜の強化により、イオン入射エネルギを低減して
も充分な異方性形状を確保できるので、対レジストマス
ク選択比や対下地絶縁膜選択比を向上できる。
【００２２】本発明においては、側壁保護膜としての炭
素系ポリマの膜質を強化する手段として、酸化炭素、酸
化窒素および酸化イオウのうちの少なくとも１種の無機
酸化物ガスをエッチングガスの構成成分として混合する
方法を採用する。これら無機酸化物ガスは、いずれもそ
の分子内に異種原子間の多重結合を有し、分極構造を異
にする数種類の共鳴混成体として存在する。これら共鳴
混成体のうち、分極率の大きい共鳴体は高い重合促進活
性を持つ。このため、レジストマスクの分解生成物に由
来し側壁保護膜を形成する炭素系ポリマの重合度が増
し、プラズマエッチング耐性が向上する。すなわち、レ
ジストマスクの主として幅方向の膜減りや、パターニン
グされたシリコン系材料層のサイドエッチングの防止が
可能となる。
素系ポリマの膜質を強化する手段として、酸化炭素、酸
化窒素および酸化イオウのうちの少なくとも１種の無機
酸化物ガスをエッチングガスの構成成分として混合する
方法を採用する。これら無機酸化物ガスは、いずれもそ
の分子内に異種原子間の多重結合を有し、分極構造を異
にする数種類の共鳴混成体として存在する。これら共鳴
混成体のうち、分極率の大きい共鳴体は高い重合促進活
性を持つ。このため、レジストマスクの分解生成物に由
来し側壁保護膜を形成する炭素系ポリマの重合度が増
し、プラズマエッチング耐性が向上する。すなわち、レ
ジストマスクの主として幅方向の膜減りや、パターニン
グされたシリコン系材料層のサイドエッチングの防止が
可能となる。
【００２３】またこれらの無機酸化物の分解生成物によ
り、レジストマスクの分解生成物に由来する炭素系ポリ
マにカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、ニトロシル基（＞Ｎ＝
Ｏ）、ニトリル基（−ＮＯ2 ）、チオニル基（＞Ｓ＝
Ｏ）およびスルフリル基（−ＳＯ2 ）等の極性基が導入
される。かかる構造の炭素系ポリマは、単に -（ＣＸ）
n - や -（ＣＨ）n - の繰り返し単位構造からなる従来
の炭素系プラズマポリマよりも、化学的、物理的安定性
が増すことは近年の研究から明らかになっている（ここ
でＸはハロゲン元素を、ｎは自然数をそれぞれ表す）。
これは、２原子間の結合エネルギで比較すると、Ｃ−Ｏ
結合（１０７７ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｎ結合（７７０ｋ
Ｊ／ｍｏｌ）、Ｎ−Ｏ結合（６３１ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ
−Ｓ結合（７１３ｋＪ／ｍｏｌ）がＣ−Ｃ結合（６０７
ｋＪ／ｍｏｌ）より大きいことからも支持される。これ
ら極性基が導入された炭素系ポリマによる側壁保護膜は
その膜質が強化され、入射イオンやラジカルのアタック
からパターン側面を保護する効果を高める。さらに、か
かる官能基の導入により炭素系ポリマの分極率が大きく
なり、プラズマエッチング中は通常負に帯電している被
処理基板との静電気相互作用力が強くなり、密着性が向
上するのでこれによってもエッチング耐性が高まる。
り、レジストマスクの分解生成物に由来する炭素系ポリ
マにカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、ニトロシル基（＞Ｎ＝
Ｏ）、ニトリル基（−ＮＯ2 ）、チオニル基（＞Ｓ＝
Ｏ）およびスルフリル基（−ＳＯ2 ）等の極性基が導入
される。かかる構造の炭素系ポリマは、単に -（ＣＸ）
n - や -（ＣＨ）n - の繰り返し単位構造からなる従来
の炭素系プラズマポリマよりも、化学的、物理的安定性
が増すことは近年の研究から明らかになっている（ここ
でＸはハロゲン元素を、ｎは自然数をそれぞれ表す）。
これは、２原子間の結合エネルギで比較すると、Ｃ−Ｏ
結合（１０７７ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｎ結合（７７０ｋ
Ｊ／ｍｏｌ）、Ｎ−Ｏ結合（６３１ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ
−Ｓ結合（７１３ｋＪ／ｍｏｌ）がＣ−Ｃ結合（６０７
ｋＪ／ｍｏｌ）より大きいことからも支持される。これ
ら極性基が導入された炭素系ポリマによる側壁保護膜は
その膜質が強化され、入射イオンやラジカルのアタック
からパターン側面を保護する効果を高める。さらに、か
かる官能基の導入により炭素系ポリマの分極率が大きく
なり、プラズマエッチング中は通常負に帯電している被
処理基板との静電気相互作用力が強くなり、密着性が向
上するのでこれによってもエッチング耐性が高まる。
【００２４】このように、側壁保護膜としての炭素系ポ
リマの膜質が強化されるので、異方性加工に必要な入射
イオンエネルギを低減でき、対レジストマスク選択比が
向上する。またこれにより、従来より薄いフォトレジス
ト塗布膜であっても、十分実用に耐えるレジストマスク
を形成でき、リソグラフィ時における解像度の向上に寄
与する他、加工寸法変換差の低減が図れる。
リマの膜質が強化されるので、異方性加工に必要な入射
イオンエネルギを低減でき、対レジストマスク選択比が
向上する。またこれにより、従来より薄いフォトレジス
ト塗布膜であっても、十分実用に耐えるレジストマスク
を形成でき、リソグラフィ時における解像度の向上に寄
与する他、加工寸法変換差の低減が図れる。
【００２５】また入射イオンエネルギの低減効果は、当
然ながら対下地選択比の向上にもつながる。さらに、側
壁保護膜としての炭素系ポリマの堆積量を低減できるの
で、従来よりエッチングチャンバ内のパーティクルレベ
ルを低減することが可能となる。さらにエッチング中に
側壁保護膜の過剰な堆積によりレジストマスクの開口幅
が狭まることもなくなり、高アスペクト比の微細なトレ
ンチ加工等で発生したマイクロローディング効果を軽減
することもできる。
然ながら対下地選択比の向上にもつながる。さらに、側
壁保護膜としての炭素系ポリマの堆積量を低減できるの
で、従来よりエッチングチャンバ内のパーティクルレベ
ルを低減することが可能となる。さらにエッチング中に
側壁保護膜の過剰な堆積によりレジストマスクの開口幅
が狭まることもなくなり、高アスペクト比の微細なトレ
ンチ加工等で発生したマイクロローディング効果を軽減
することもできる。
【００２６】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、さらに一層の高異方性、低パーティク
ル化と高選択比を目指す方法をも提供する。その一つ
は、酸化炭素、酸化窒素および酸化イオウのうちの少な
くとも１種の無機酸化物ガスとハロゲン系ガスを含む混
合ガスに、さらにハロゲン化イオウガスを添加するとと
もに、被処理基板を室温以下に制御しながらプラズマエ
ッチングするものである。これにより、上述した側壁保
護強化の機構に加えて、イオウ系材料をも側壁保護膜と
して併用しこの膜質をさらに強化できる。イオウ系材料
としては、遊離の元素状イオウまたはポリチアジル（Ｓ
Ｎ）n を利用することができる。Ｓ2 Ｆ2、ＳＦ2 、Ｓ
Ｆ4 、Ｓ2 Ｆ10、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、ＳＣｌ2 、
Ｓ2 Ｂｒ2、Ｓ3 Ｂｒ2 およびＳＢｒ2 等のハロゲン化
イオウガスは、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイ
オウを生成し、元素状のイオウを被処理基板上に堆積し
てイオウの側壁保護膜を形成する。さらにエッチングガ
ス中にＮ2 、Ｎ2 Ｈ2 等のＮ系ガスを添加しておけば、
プラズマ中の遊離のイオウを窒化して（ＳＮ）n ポリマ
すなわちポリチアジルを生成し、これも被処理基板上に
堆積してポリチアジルの側壁保護膜を形成する。
理としているが、さらに一層の高異方性、低パーティク
ル化と高選択比を目指す方法をも提供する。その一つ
は、酸化炭素、酸化窒素および酸化イオウのうちの少な
くとも１種の無機酸化物ガスとハロゲン系ガスを含む混
合ガスに、さらにハロゲン化イオウガスを添加するとと
もに、被処理基板を室温以下に制御しながらプラズマエ
ッチングするものである。これにより、上述した側壁保
護強化の機構に加えて、イオウ系材料をも側壁保護膜と
して併用しこの膜質をさらに強化できる。イオウ系材料
としては、遊離の元素状イオウまたはポリチアジル（Ｓ
Ｎ）n を利用することができる。Ｓ2 Ｆ2、ＳＦ2 、Ｓ
Ｆ4 、Ｓ2 Ｆ10、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、ＳＣｌ2 、
Ｓ2 Ｂｒ2、Ｓ3 Ｂｒ2 およびＳＢｒ2 等のハロゲン化
イオウガスは、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイ
オウを生成し、元素状のイオウを被処理基板上に堆積し
てイオウの側壁保護膜を形成する。さらにエッチングガ
ス中にＮ2 、Ｎ2 Ｈ2 等のＮ系ガスを添加しておけば、
プラズマ中の遊離のイオウを窒化して（ＳＮ）n ポリマ
すなわちポリチアジルを生成し、これも被処理基板上に
堆積してポリチアジルの側壁保護膜を形成する。
【００２７】イオウやポリチアジル等のイオウ系材料
は、被処理基板の温度を室温、例えば、２０℃以下に制
御しておけば被処理基板上に堆積することが可能であ
る。堆積したイオウ系材料はイオン入射の少ないレジス
トマスクやシリコン系材料層パターン側面に残留し、強
化された炭素系ポリマと共同して強固な側壁保護膜を形
成する。これらイオウ系材料はプラズマエッチング終了
後、被エッチング基板を加熱するだけで昇華除去するこ
とができる。昇華温度はイオウは約９０℃以上、ポリチ
アジルは約１５０℃以上であり、昇華後は被エッチング
基板上に何らパーティクル汚染やコンタミネーションを
残すことはない。イオウ系材料の除去は、プラズマエッ
チング終了後のレジストアッシングを兼ねておこなうこ
とも可能である。
は、被処理基板の温度を室温、例えば、２０℃以下に制
御しておけば被処理基板上に堆積することが可能であ
る。堆積したイオウ系材料はイオン入射の少ないレジス
トマスクやシリコン系材料層パターン側面に残留し、強
化された炭素系ポリマと共同して強固な側壁保護膜を形
成する。これらイオウ系材料はプラズマエッチング終了
後、被エッチング基板を加熱するだけで昇華除去するこ
とができる。昇華温度はイオウは約９０℃以上、ポリチ
アジルは約１５０℃以上であり、昇華後は被エッチング
基板上に何らパーティクル汚染やコンタミネーションを
残すことはない。イオウ系材料の除去は、プラズマエッ
チング終了後のレジストアッシングを兼ねておこなうこ
とも可能である。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例につき、図面を
参照しつつ説明する。なお以下に示す各実施例は、いず
れもエッチング装置として基板バイアス印加型ＥＣＲプ
ラズマエッチング装置を用いた例である。
参照しつつ説明する。なお以下に示す各実施例は、いず
れもエッチング装置として基板バイアス印加型ＥＣＲプ
ラズマエッチング装置を用いた例である。
【００２９】実施例１ 本実施例は、本発明をシャロートレンチ加工に適用し、
Ｃｌ2 ／ＣＯを含む混合ガスにより単結晶シリコン基板
をパターニングした例であり、これを図１（ａ）〜
（ｃ）を参照して説明する。
Ｃｌ2 ／ＣＯを含む混合ガスにより単結晶シリコン基板
をパターニングした例であり、これを図１（ａ）〜
（ｃ）を参照して説明する。
【００３０】本実施例で用いた被処理基板は、単結晶シ
リコン基板１上にパッド酸化膜２、多結晶シリコン膜３
および所定の形状にパターニングされたレジストマスク
５を順次形成したものである。パッド酸化膜２は単結晶
シリコン基板１を熱酸化して１０ｎｍの厚さに形成した
ものであり、また多結晶シリコン膜３は例えば減圧ＣＶ
Ｄにより１５０ｎｍの厚さに形成したもので、いずれも
プラズマエッチング中のレジストマスク４の膜減りによ
るパターンエッジの後退がトレンチの形状に反映しない
よう、バッファ層として設けた膜であるが、これを省略
することも可能である。さらにレジストマスク４は、一
例としてネガ型３成分系化学増幅レジストであるシプレ
ー社製ＳＡＬ−６０１を用いて膜厚７００ｎｍに形成
し、これをＫｒＦエキシマレーザリソグラフィとアルカ
リ現像により、０．３５μｍおよび１．０μｍの複数の
異なる開口幅を有するパターンに形成したものである。
リコン基板１上にパッド酸化膜２、多結晶シリコン膜３
および所定の形状にパターニングされたレジストマスク
５を順次形成したものである。パッド酸化膜２は単結晶
シリコン基板１を熱酸化して１０ｎｍの厚さに形成した
ものであり、また多結晶シリコン膜３は例えば減圧ＣＶ
Ｄにより１５０ｎｍの厚さに形成したもので、いずれも
プラズマエッチング中のレジストマスク４の膜減りによ
るパターンエッジの後退がトレンチの形状に反映しない
よう、バッファ層として設けた膜であるが、これを省略
することも可能である。さらにレジストマスク４は、一
例としてネガ型３成分系化学増幅レジストであるシプレ
ー社製ＳＡＬ−６０１を用いて膜厚７００ｎｍに形成
し、これをＫｒＦエキシマレーザリソグラフィとアルカ
リ現像により、０．３５μｍおよび１．０μｍの複数の
異なる開口幅を有するパターンに形成したものである。
【００３１】図１（ａ）に示すこの被処理基板を基板バ
イアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ステ
ージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッ
チング条件で多結晶シリコン膜３、パッド酸化膜２およ
び多結晶シリコン基板１を連続的にパターニングした。 Ｃｌ2 流量 ２０ ｓｃｃｍ ＣＯ流量 １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 常温 本エッチング工程においては、Ｃｌ2 の解離により生成
するＣｌ* を主エッチング種とするラジカル反応が、Ｃ
ｌx + 、ＣＯ+ 等のイオンにアシストされる機構でエッ
チングが進行し、レジストマスク４から露出する多結晶
シリコン膜３とパッド酸化膜２および単結晶シリコン基
板１が除去される。またこれと同時に、レジストマスク
４の分解生成物に由来する、 -（ＣＦx ）n - や -（Ｃ
Ｈx ）n- 等の繰り返し単位構造を主体とした炭素系ポ
リマからなる側壁保護膜５がパターン側面に形成され、
異方性加工に寄与した。本実施例における側壁保護膜５
を構成する炭素系ポリマは、ＣＯの活性種がＣｌ* を捕
捉することから、ハロゲン系ガスのみによる従来のプロ
セスにより形成される側壁保護膜よりもハロゲンの含有
量が少なく、さらにＣＯ結合ををそのネットワーク中に
取り込んだ、重合度の大きい強固なものである。この炭
素系ポリマは、ＲＦバイアスを低めに設定したこともあ
り、生成量こそ従来のエッチング条件による場合ほど多
くはないものの、側壁保護膜５は高いエッチング耐性を
示し、単結晶シリコン基板１の異方性加工に寄与する。
図１（ｂ）ではこの側壁保護膜５は、厚さを誇張して示
してあるが、実際には極めて薄い膜であり、パターン変
換差の発生は少ない。
イアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ステ
ージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッ
チング条件で多結晶シリコン膜３、パッド酸化膜２およ
び多結晶シリコン基板１を連続的にパターニングした。 Ｃｌ2 流量 ２０ ｓｃｃｍ ＣＯ流量 １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 常温 本エッチング工程においては、Ｃｌ2 の解離により生成
するＣｌ* を主エッチング種とするラジカル反応が、Ｃ
ｌx + 、ＣＯ+ 等のイオンにアシストされる機構でエッ
チングが進行し、レジストマスク４から露出する多結晶
シリコン膜３とパッド酸化膜２および単結晶シリコン基
板１が除去される。またこれと同時に、レジストマスク
４の分解生成物に由来する、 -（ＣＦx ）n - や -（Ｃ
Ｈx ）n- 等の繰り返し単位構造を主体とした炭素系ポ
リマからなる側壁保護膜５がパターン側面に形成され、
異方性加工に寄与した。本実施例における側壁保護膜５
を構成する炭素系ポリマは、ＣＯの活性種がＣｌ* を捕
捉することから、ハロゲン系ガスのみによる従来のプロ
セスにより形成される側壁保護膜よりもハロゲンの含有
量が少なく、さらにＣＯ結合ををそのネットワーク中に
取り込んだ、重合度の大きい強固なものである。この炭
素系ポリマは、ＲＦバイアスを低めに設定したこともあ
り、生成量こそ従来のエッチング条件による場合ほど多
くはないものの、側壁保護膜５は高いエッチング耐性を
示し、単結晶シリコン基板１の異方性加工に寄与する。
図１（ｂ）ではこの側壁保護膜５は、厚さを誇張して示
してあるが、実際には極めて薄い膜であり、パターン変
換差の発生は少ない。
【００３２】この結果、従来のＣＦＣガスを用いたパタ
ーニング方法に比較して基板ステージに印加するＲＦバ
イアスパワーをほぼ半減したにもかかわらず、良好な異
方性形状を示す深さ１μｍのシャロートレンチ１ａ、１
ｂが形成された。レジストマスクとのエッチング選択比
は、従来のパターニング方法の約２倍に向上した。
ーニング方法に比較して基板ステージに印加するＲＦバ
イアスパワーをほぼ半減したにもかかわらず、良好な異
方性形状を示す深さ１μｍのシャロートレンチ１ａ、１
ｂが形成された。レジストマスクとのエッチング選択比
は、従来のパターニング方法の約２倍に向上した。
【００３３】パターニング終了後、被処理基板をエッチ
ング装置に連接された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４と側壁保護膜
５を除去した。側壁保護膜５は、前述のように強化され
た炭素系ポリマを主としたものであるが、その堆積量は
従来のプロセスに比較してはるかに少ないので、エッチ
ングチャンバ内部のパーティクルレベルを悪化させるこ
とはなかった。
ング装置に連接された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４と側壁保護膜
５を除去した。側壁保護膜５は、前述のように強化され
た炭素系ポリマを主としたものであるが、その堆積量は
従来のプロセスに比較してはるかに少ないので、エッチ
ングチャンバ内部のパーティクルレベルを悪化させるこ
とはなかった。
【００３４】本実施例によれば、無機酸化物であるＣＯ
と、Ｃｌ2 ガスの採用により、強固な側壁保護膜が形成
され、低めのＲＦバイアスパワーであっても異方性エッ
チングが可能である。このため、対レジストマスク選択
比が向上し、制御性のよい微細加工が可能となる。また
レジストマスクのスパッタリングによる炭素系ポリマの
生成量が少ないので、被処理基板およびエッチングチャ
ンバ内部のパーティクル汚染がない。特に被処理基板の
処理枚数を重ねても炭素系ポリマの蓄積が少ないので、
チャンバクリーニングのメンテナンス工数の低減ができ
る。
と、Ｃｌ2 ガスの採用により、強固な側壁保護膜が形成
され、低めのＲＦバイアスパワーであっても異方性エッ
チングが可能である。このため、対レジストマスク選択
比が向上し、制御性のよい微細加工が可能となる。また
レジストマスクのスパッタリングによる炭素系ポリマの
生成量が少ないので、被処理基板およびエッチングチャ
ンバ内部のパーティクル汚染がない。特に被処理基板の
処理枚数を重ねても炭素系ポリマの蓄積が少ないので、
チャンバクリーニングのメンテナンス工数の低減ができ
る。
【００３５】実施例２ 本実施例は、本発明を同じくシャロートレンチ加工に適
用し、ハロゲン化イオウ系ガスであるＳ2 Ｃｌ2 とＮＯ
を含む混合ガスにより、イオウの堆積を併用しつつ単結
晶シリコン基板をパターニングした例であり、これを同
じく図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
用し、ハロゲン化イオウ系ガスであるＳ2 Ｃｌ2 とＮＯ
を含む混合ガスにより、イオウの堆積を併用しつつ単結
晶シリコン基板をパターニングした例であり、これを同
じく図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００３６】本実施例で用いた図１（ａ）に示す被処理
基板は、実施例１と同じであるので重複する説明を省略
する。この被処理基板を基板バイアス印加型ＥＣＲプラ
ズマエッチング装置の基板ステージ上にセッティング
し、一例として下記プラズマエッチング条件で多結晶シ
リコン膜３、パッド酸化膜２および多結晶シリコン基板
１を連続的にパターニングした。 Ｓ2 Ｃｌ2 流量 ２０ ｓｃｃｍ ＮＯ流量 １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 −３０ ℃ 本エッチング工程においては、Ｓ2 Ｃｌ2 の解離により
生成するＣｌ* を主エッチング種とするラジカル反応
が、Ｃｌx + 、ＮＯ+ やＳＣｌx + 等のイオンにアシス
トされる機構でエッチングが進行し、レジストマスク４
から露出する多結晶シリコン膜３とパッド酸化膜２およ
び単結晶シリコン基板１が除去される。またこれと同時
に、レジストマスク４の分解生成物に由来する、 -（Ｃ
Ｃｌx ）n- や -（ＣＨx ）n - 等の繰り返し単位構造
からなる炭素系ポリマによる側壁保護膜５がパターン側
面に形成され、異方性加工に寄与した。本実施例におけ
る側壁保護膜５を構成する炭素系ポリマは、ＮＯの活性
種がＣｌ* を捕捉することから、ハロゲン系ガスのみに
よる従来のプロセスにより形成される側壁保護膜よりも
ハロゲンの含有量が少なく、さらにＮＯ結合やＣＮ結合
ををそのネットワーク中に取り込んだ、重合度の大きい
強固なものである。この炭素系ポリマは、ＲＦバイアス
を低めに設定したこともあり、生成量こそ従来のエッチ
ング条件による場合ほど多くはないものの、側壁保護膜
５は高いエッチング耐性を示し、単結晶シリコン基板１
の異方性加工に寄与する。さらに、この側壁保護膜５中
には、Ｓ 2 Ｃｌ2 の解離により生成するイオウも含まれ
ており、炭素系ポリマと共同してエッチング耐性はさら
に高まった。
基板は、実施例１と同じであるので重複する説明を省略
する。この被処理基板を基板バイアス印加型ＥＣＲプラ
ズマエッチング装置の基板ステージ上にセッティング
し、一例として下記プラズマエッチング条件で多結晶シ
リコン膜３、パッド酸化膜２および多結晶シリコン基板
１を連続的にパターニングした。 Ｓ2 Ｃｌ2 流量 ２０ ｓｃｃｍ ＮＯ流量 １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 −３０ ℃ 本エッチング工程においては、Ｓ2 Ｃｌ2 の解離により
生成するＣｌ* を主エッチング種とするラジカル反応
が、Ｃｌx + 、ＮＯ+ やＳＣｌx + 等のイオンにアシス
トされる機構でエッチングが進行し、レジストマスク４
から露出する多結晶シリコン膜３とパッド酸化膜２およ
び単結晶シリコン基板１が除去される。またこれと同時
に、レジストマスク４の分解生成物に由来する、 -（Ｃ
Ｃｌx ）n- や -（ＣＨx ）n - 等の繰り返し単位構造
からなる炭素系ポリマによる側壁保護膜５がパターン側
面に形成され、異方性加工に寄与した。本実施例におけ
る側壁保護膜５を構成する炭素系ポリマは、ＮＯの活性
種がＣｌ* を捕捉することから、ハロゲン系ガスのみに
よる従来のプロセスにより形成される側壁保護膜よりも
ハロゲンの含有量が少なく、さらにＮＯ結合やＣＮ結合
ををそのネットワーク中に取り込んだ、重合度の大きい
強固なものである。この炭素系ポリマは、ＲＦバイアス
を低めに設定したこともあり、生成量こそ従来のエッチ
ング条件による場合ほど多くはないものの、側壁保護膜
５は高いエッチング耐性を示し、単結晶シリコン基板１
の異方性加工に寄与する。さらに、この側壁保護膜５中
には、Ｓ 2 Ｃｌ2 の解離により生成するイオウも含まれ
ており、炭素系ポリマと共同してエッチング耐性はさら
に高まった。
【００３７】この結果、従来のＣＦＣガスを用いたパタ
ーニング方法に比較して基板ステージに印加するＲＦバ
イアスパワーをほぼ１／２程度としたにもかかわらず、
良好な異方性形状を示す深さ１μｍのシャロートレンチ
１ａ、１ｂが形成された。レジストマスクとのエッチン
グ選択比は、従来のパターニング方法の約３倍に向上し
た。また側壁保護膜５は、前述のように強化された炭素
系ポリマとイオウを主としたものであるが、その堆積量
は従来のプロセスに比較してはるかに少ないので、エッ
チングチャンバ内部のパーティクルレベルを悪化させる
ことはなかった。
ーニング方法に比較して基板ステージに印加するＲＦバ
イアスパワーをほぼ１／２程度としたにもかかわらず、
良好な異方性形状を示す深さ１μｍのシャロートレンチ
１ａ、１ｂが形成された。レジストマスクとのエッチン
グ選択比は、従来のパターニング方法の約３倍に向上し
た。また側壁保護膜５は、前述のように強化された炭素
系ポリマとイオウを主としたものであるが、その堆積量
は従来のプロセスに比較してはるかに少ないので、エッ
チングチャンバ内部のパーティクルレベルを悪化させる
ことはなかった。
【００３８】パターニング終了後、被処理基板をエッチ
ング装置に連接された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４と側壁保護膜
５を除去した。この状態を図１（ｃ）に示す。側壁保護
膜７中のイオウは、アッシング前の基板加熱あるいはア
ッシング時のプラズマ輻射熱や反応熱により昇華あるい
は燃焼除去される。本実施例においては、被処理基板温
度を−３０℃に制御したことによりラジカル反応が抑制
されたこともあり、異方性のよいパターニングが可能で
ある。
ング装置に連接された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４と側壁保護膜
５を除去した。この状態を図１（ｃ）に示す。側壁保護
膜７中のイオウは、アッシング前の基板加熱あるいはア
ッシング時のプラズマ輻射熱や反応熱により昇華あるい
は燃焼除去される。本実施例においては、被処理基板温
度を−３０℃に制御したことによりラジカル反応が抑制
されたこともあり、異方性のよいパターニングが可能で
ある。
【００３９】本実施例によれば、無機酸化物系ガスであ
るＮＯと、Ｓ2 Ｃｌ2 ガスの採用により、イオウを含む
強固な炭素系ポリマによる側壁保護膜が形成され、低め
のＲＦバイアスパワーであっても異方性エッチングが可
能である。このため、対レジストマスク選択比が向上
し、制御性のよい微細加工が可能となる。またレジスト
マスクのスパッタリングによる炭素系ポリマの生成量が
さらに少なくなるので、被処理基板およびエッチングチ
ャンバ内部のパーティクル汚染が極めて少ないプロセス
が可能となる。
るＮＯと、Ｓ2 Ｃｌ2 ガスの採用により、イオウを含む
強固な炭素系ポリマによる側壁保護膜が形成され、低め
のＲＦバイアスパワーであっても異方性エッチングが可
能である。このため、対レジストマスク選択比が向上
し、制御性のよい微細加工が可能となる。またレジスト
マスクのスパッタリングによる炭素系ポリマの生成量が
さらに少なくなるので、被処理基板およびエッチングチ
ャンバ内部のパーティクル汚染が極めて少ないプロセス
が可能となる。
【００４０】なお上記実施例１および２で採用したプラ
ズマエッチング条件は、質量の大きなＣｌx + 、ＣＯx
+ 、ＮＯx + やＳＣｌx + イオンにアシストされ機構で
エッチングを進めるものであり、側壁保護膜５もさらに
強固であるので、深さ４〜５μｍのディープトレンチ加
工に用いても異方性を確保でき好適なものである。
ズマエッチング条件は、質量の大きなＣｌx + 、ＣＯx
+ 、ＮＯx + やＳＣｌx + イオンにアシストされ機構で
エッチングを進めるものであり、側壁保護膜５もさらに
強固であるので、深さ４〜５μｍのディープトレンチ加
工に用いても異方性を確保でき好適なものである。
【００４１】実施例３ 本実施例は本発明をゲート電極加工に適用し、ＳＯ2 と
Ｓ2 Ｂｒ2 をを含む混合ガスにより、被処理基板を室温
以下に制御しながらポリチアジルを堆積しつつ多結晶シ
リコン層パターニングした例であり、これを図２（ａ）
〜（ｃ）を参照して説明する。
Ｓ2 Ｂｒ2 をを含む混合ガスにより、被処理基板を室温
以下に制御しながらポリチアジルを堆積しつつ多結晶シ
リコン層パターニングした例であり、これを図２（ａ）
〜（ｃ）を参照して説明する。
【００４２】本実施例で用いた図２（ａ）に示す被処理
基板は、不純物拡散層等の能動層（図示せず）を形成し
た単結晶シリコン基板１上にＳｉＯ2 からなるゲート絶
縁膜６とｎ+ 多結晶シリコン膜７およびレジストマスク
４を順次形成したものである。ゲート絶縁膜６は単結晶
シリコン基板１を熱酸化して１０ｎｍの厚さに形成した
ものであり、ｎ+ 多結晶シリコン膜７は減圧ＣＶＤによ
り２００ｎｍの厚さに堆積したものである。またレジス
トマスク４は、一例としてネガ型３成分系化学増幅レジ
ストであるシプレー社製ＳＡＬ−６０１を用いて膜厚５
００ｎｍに形成し、これをＫｒＦエキシマレーザリソグ
ラフィとアルカリ現像により、０．３５μｍ幅に形成し
たものである。
基板は、不純物拡散層等の能動層（図示せず）を形成し
た単結晶シリコン基板１上にＳｉＯ2 からなるゲート絶
縁膜６とｎ+ 多結晶シリコン膜７およびレジストマスク
４を順次形成したものである。ゲート絶縁膜６は単結晶
シリコン基板１を熱酸化して１０ｎｍの厚さに形成した
ものであり、ｎ+ 多結晶シリコン膜７は減圧ＣＶＤによ
り２００ｎｍの厚さに堆積したものである。またレジス
トマスク４は、一例としてネガ型３成分系化学増幅レジ
ストであるシプレー社製ＳＡＬ−６０１を用いて膜厚５
００ｎｍに形成し、これをＫｒＦエキシマレーザリソグ
ラフィとアルカリ現像により、０．３５μｍ幅に形成し
たものである。
【００４３】図２（ａ）に示すこの被処理基板を基板バ
イアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ステ
ージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッ
チング条件でｎ+ 多結晶シリコン膜７をパターニングし
た。 Ｓ2 Ｂｒ2 流量 ３０ ｓｃｃｍ ＳＯ2 流量 １０ ｓｃｃｍ Ｎ2 流量 １５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ２５ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃
イアス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の基板ステ
ージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッ
チング条件でｎ+ 多結晶シリコン膜７をパターニングし
た。 Ｓ2 Ｂｒ2 流量 ３０ ｓｃｃｍ ＳＯ2 流量 １０ ｓｃｃｍ Ｎ2 流量 １５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ２５ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃
【００４４】本エッチング工程においては、Ｓ2 Ｂｒ2
の解離により生成するＢｒ* を主エグ種とするラジカル
反応が、Ｂｒ+ やＳＢｒx + 等のイオンにアシストされ
る機構でエッチングが進行し、レジストマスク４から露
出するｎ+ 多結晶シリコン膜７がパターニングされた。
またこれと同時に、レジストマスク４の分解生成物に由
来する、 -（ＣＢｒx ）n - や -（ＣＨx ）n - 等の繰
り返し単位構造からな炭素系ポリマによる側壁保護膜５
がパターン側面に形成され、異方性加工に寄与した。本
実施例における側壁保護膜５を構成する炭素系ポリマ
は、ＳＯ2 の活性種がＢｒ* を捕捉することから、ハロ
ゲン系ガスのみによる従来のプロセスにより形成される
側壁保護膜よりもハロゲンの含有量が少なく、さらにＳ
Ｏ結合ををそのネットワーク中に取り込んだ、重合度の
大きい強固なものである。この炭素系ポリマは、ＲＦバ
イアスを低めに設定したこともあり、生成量こそ従来の
エッチング条件による場合ほど多くはないものの、側壁
保護膜５は高いエッチング耐性を示し、ｎ+ 多結晶シリ
コン膜７の異方性加工に寄与する。さらに、この側壁保
護膜５中には、Ｓ2 Ｂｒ2 の解離により生成する遊離の
イオウとＮ2 が解離して生成する原子状Ｎとの反応生成
物であるポリチアジルも含まれており、炭素系ポリマと
共同して側壁保護膜５のエッチング耐性をさらに高め
る。図２（ｂ）ではこの側壁保護膜５は、厚さを誇張し
て示してあるが、実際には極めて薄い膜であり、パター
ン変換差の発生は少ない。
の解離により生成するＢｒ* を主エグ種とするラジカル
反応が、Ｂｒ+ やＳＢｒx + 等のイオンにアシストされ
る機構でエッチングが進行し、レジストマスク４から露
出するｎ+ 多結晶シリコン膜７がパターニングされた。
またこれと同時に、レジストマスク４の分解生成物に由
来する、 -（ＣＢｒx ）n - や -（ＣＨx ）n - 等の繰
り返し単位構造からな炭素系ポリマによる側壁保護膜５
がパターン側面に形成され、異方性加工に寄与した。本
実施例における側壁保護膜５を構成する炭素系ポリマ
は、ＳＯ2 の活性種がＢｒ* を捕捉することから、ハロ
ゲン系ガスのみによる従来のプロセスにより形成される
側壁保護膜よりもハロゲンの含有量が少なく、さらにＳ
Ｏ結合ををそのネットワーク中に取り込んだ、重合度の
大きい強固なものである。この炭素系ポリマは、ＲＦバ
イアスを低めに設定したこともあり、生成量こそ従来の
エッチング条件による場合ほど多くはないものの、側壁
保護膜５は高いエッチング耐性を示し、ｎ+ 多結晶シリ
コン膜７の異方性加工に寄与する。さらに、この側壁保
護膜５中には、Ｓ2 Ｂｒ2 の解離により生成する遊離の
イオウとＮ2 が解離して生成する原子状Ｎとの反応生成
物であるポリチアジルも含まれており、炭素系ポリマと
共同して側壁保護膜５のエッチング耐性をさらに高め
る。図２（ｂ）ではこの側壁保護膜５は、厚さを誇張し
て示してあるが、実際には極めて薄い膜であり、パター
ン変換差の発生は少ない。
【００４５】下地のゲート絶縁膜６が露出した時点でオ
ーバーエッチングを施したが、本実施例ではＢｒ系の主
エッチャントを使用したので、ゲート絶縁膜６に対して
高いエッチング選択比が得られる。また強固な側壁保護
膜５の寄与により、オーバーエッチング工程中にゲート
電極パターン７ａにサイドエッチングが入ることはな
い。
ーバーエッチングを施したが、本実施例ではＢｒ系の主
エッチャントを使用したので、ゲート絶縁膜６に対して
高いエッチング選択比が得られる。また強固な側壁保護
膜５の寄与により、オーバーエッチング工程中にゲート
電極パターン７ａにサイドエッチングが入ることはな
い。
【００４６】この結果、従来のＣＦＣガスを用いたパタ
ーニング方法に比較して基板ステージに印加するＲＦバ
イアスパワーをほぼ半減したにもかかわらず、良好な異
方性形状を示す幅０．３５μｍのゲート電極パターン７
ａが形成された。レジストマスクとのエッチング選択比
は、従来のパターニング方法の約２．５倍に向上した。
ーニング方法に比較して基板ステージに印加するＲＦバ
イアスパワーをほぼ半減したにもかかわらず、良好な異
方性形状を示す幅０．３５μｍのゲート電極パターン７
ａが形成された。レジストマスクとのエッチング選択比
は、従来のパターニング方法の約２．５倍に向上した。
【００４７】パターニング終了後、被処理基板をエッチ
ング装置に連接された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４と側壁保護膜
５を除去した。この状態を図２（ｃ）に示す。側壁保護
膜５中のポリチアジルは、アッシング前の基板加熱ある
いはアッシング時のプラズマ輻射熱や反応熱により昇華
あるいは燃焼除去される。本実施例においては、被処理
基板温度を０℃に制御したことによりラジカル反応が抑
制されたこともあり、異方性のよいパターニングが可能
である。
ング装置に連接された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４と側壁保護膜
５を除去した。この状態を図２（ｃ）に示す。側壁保護
膜５中のポリチアジルは、アッシング前の基板加熱ある
いはアッシング時のプラズマ輻射熱や反応熱により昇華
あるいは燃焼除去される。本実施例においては、被処理
基板温度を０℃に制御したことによりラジカル反応が抑
制されたこともあり、異方性のよいパターニングが可能
である。
【００４８】本実施例によれば、無機酸化物系ガスであ
るＳＯ2 と、Ｓ2 Ｂｒ2 ガスの採用により、ポリチアジ
ルの堆積をも併用した強固な側壁保護膜が形成され、低
めのＲＦバイアスパワーであっても良好な異方性エッチ
ングが可能である。このため、対レジストマスク選択比
や対ゲート絶縁膜選択比が向上し、制御性のよい微細加
工が可能となる。またレジストマスクのスパッタリング
による炭素系ポリマの生成量が少ないので、被処理基板
およびエッチングチャンバ内部のパーティクル汚染がな
い。特に被処理基板の処理枚数を重ねても炭素系ポリマ
の蓄積が少ないので、チャンバクリーニングのメンテナ
ンス工数の低減ができる。
るＳＯ2 と、Ｓ2 Ｂｒ2 ガスの採用により、ポリチアジ
ルの堆積をも併用した強固な側壁保護膜が形成され、低
めのＲＦバイアスパワーであっても良好な異方性エッチ
ングが可能である。このため、対レジストマスク選択比
や対ゲート絶縁膜選択比が向上し、制御性のよい微細加
工が可能となる。またレジストマスクのスパッタリング
による炭素系ポリマの生成量が少ないので、被処理基板
およびエッチングチャンバ内部のパーティクル汚染がな
い。特に被処理基板の処理枚数を重ねても炭素系ポリマ
の蓄積が少ないので、チャンバクリーニングのメンテナ
ンス工数の低減ができる。
【００４９】以上、本発明を３種類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。
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。
【００５０】まず、パターニングの対象であるシリコン
系材料層として単結晶シリコンおよび多結晶シリコンを
例示したが、ＴＦＴデバイスの製造工程中等で用いる非
晶質シリコンのパターニングに用いてもよい。
系材料層として単結晶シリコンおよび多結晶シリコンを
例示したが、ＴＦＴデバイスの製造工程中等で用いる非
晶質シリコンのパターニングに用いてもよい。
【００５１】無機酸化物系ガスとして、ＣＯ、ＮＯおよ
びＳＯ2 を例示したが、これら以外にも先述した各種化
合物を適宜用いてよい。ハロゲン化イオウガスについて
も同様である。またエッチングガス中にＡｒ、Ｈｅ等の
希ガス、あるいはＨ2 等ハロゲンを捕獲しその濃度を制
御するガスを添加してもよい。
びＳＯ2 を例示したが、これら以外にも先述した各種化
合物を適宜用いてよい。ハロゲン化イオウガスについて
も同様である。またエッチングガス中にＡｒ、Ｈｅ等の
希ガス、あるいはＨ2 等ハロゲンを捕獲しその濃度を制
御するガスを添加してもよい。
【００５２】エッチング装置は基板バイアス印加型ＥＣ
Ｒプラズマエッチング装置を用いたが、より一般的な平
行平板型ＲＩＥ装置や、高密度プラズマによる処理が可
能なヘリコン波プラズマエッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎ
ｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）
エッチング装置、ＴＣＰ（ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＣｏ
ｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置等を用いる
事が可能である。
Ｒプラズマエッチング装置を用いたが、より一般的な平
行平板型ＲＩＥ装置や、高密度プラズマによる処理が可
能なヘリコン波プラズマエッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎ
ｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）
エッチング装置、ＴＣＰ（ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＣｏ
ｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置等を用いる
事が可能である。
【００５３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のシリコン系材料層のパターニング方法によれば、対レ
ジストマスク選択比が大きな微細加工性に富んだ製造プ
ロセスを提供することが可能である。
のシリコン系材料層のパターニング方法によれば、対レ
ジストマスク選択比が大きな微細加工性に富んだ製造プ
ロセスを提供することが可能である。
【００５４】また本発明によれば、強固な側壁保護膜の
採用により、その膜厚を低減しても異方性加工を達成で
き、過剰な堆積によるパーティクルレベルの上昇やパタ
ーン変換差を生じることなく、異方性形状に優れたシリ
コン系材料層のパターニングが可能である。
採用により、その膜厚を低減しても異方性加工を達成で
き、過剰な堆積によるパーティクルレベルの上昇やパタ
ーン変換差を生じることなく、異方性形状に優れたシリ
コン系材料層のパターニングが可能である。
【００５５】以上述べたように、本発明はデザインルー
ルの微細化によるレジストマスクの薄膜化にも充分対応
できる、優れたシリコン系材料層のパターニング方法を
提供するものである。
ルの微細化によるレジストマスクの薄膜化にも充分対応
できる、優れたシリコン系材料層のパターニング方法を
提供するものである。
【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）は単結晶シリ
コン基板上にパッド酸化膜と多結晶シリコン膜およびレ
ジストマスクを順次形成した状態、（ｂ）は側壁保護膜
を形成しつつ単結晶シリコン基板をパターニングした状
態、（ｃ）はレジストマスクおよび側壁保護膜を除去し
て単結晶シリコン基板のトレンチパターンが完成した状
態である。
程順に説明する概略断面図であり、（ａ）は単結晶シリ
コン基板上にパッド酸化膜と多結晶シリコン膜およびレ
ジストマスクを順次形成した状態、（ｂ）は側壁保護膜
を形成しつつ単結晶シリコン基板をパターニングした状
態、（ｃ）はレジストマスクおよび側壁保護膜を除去し
て単結晶シリコン基板のトレンチ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
明する概略断面図であり、（ａ）はゲート絶縁膜上にｎ
+ 多結晶シリコン膜とレジストマスクを形成した状態、
（ｂ）は側壁保護膜を形成しつつｎ+ 多結晶シリコン膜
をパターニングした状態、（ｃ）はレジストマスクおよ
び側壁保護膜を除去してゲート電極パターンが完成した
状態である。
明する概略断面図であり、（ａ）はゲート絶縁膜上にｎ
+ 多結晶シリコン膜とレジストマスクを形成した状態、
（ｂ）は側壁保護膜を形成しつつｎ+ 多結晶シリコン膜
をパターニングした状態、（ｃ）はレジストマスクおよ
び側壁保護膜を除去してゲート電極パターンが完成した
状態である。
１ 単結晶シリコン基板 １ａ、１ｂ シャロートレンチ ２ パッド酸化膜 ３ 多結晶シリコン膜 ４ レジストマスク ５ 側壁保護膜 ６ ゲート絶縁膜 ７ ｎ+ 多結晶シリコン膜 ７ａ ゲート電極パターン
Claims (7)
- 【請求項１】 酸化炭素、酸化窒素および酸化イオウか
ら選ばれる少なくとも１種の無機酸化物ガスと、ハロゲ
ン系ガスを含む混合ガスにより、シリコン系材料層をプ
ラズマエッチングすることを特徴とする、シリコン系材
料層のパターニング方法。 - 【請求項２】 酸化炭素、酸化窒素および酸化イオウか
ら選ばれる少なくとも１種の無機酸化物ガスと、放電解
離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成しうるハロ
ゲン化イオウガスを含む混合ガスにより、被処理基板温
度を室温以下に制御しながら、シリコン系材料層をプラ
ズマエッチングすることを特徴とする、シリコン系材料
層のパターニング方法。 - 【請求項３】 酸化炭素は、ＣＯ、ＣＯ2 およびＣ3 Ｏ
2 のうちのいずれかであることを特徴とする、請求項１
または２記載のシリコン系材料層のパターニング方法。 - 【請求項４】 酸化窒素は、Ｎ2 Ｏ、ＮＯ、Ｎ2 Ｏ3 、
ＮＯ2 およびＮＯ3 のうちのいずれかであることを特徴
とする、請求項１または２記載のシリコン系材料層のパ
ターニング方法。 - 【請求項５】 酸化イオウは、ＳＯおよびＳＯ2 のうち
のいずれかであることを特徴とする、請求項１または２
記載のシリコン系材料層のパターニング方法。 - 【請求項６】 ハロゲン化イオウ系ガスは、Ｓ2 Ｆ2 、
ＳＦ2 、ＳＦ4 、Ｓ2Ｆ10、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、
ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ2 およびＳＢｒ2 から
なる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴と
する、請求項２記載のシリコン系材料層のパターニング
方法。 - 【請求項７】 シリコン系材料層は、単結晶シリコン、
多結晶シリコンおよび非晶質シリコンのうちのいずれか
であることを特徴とする、請求項１または２記載のシリ
コン系材料層のパターニング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25170294A JPH08115900A (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | シリコン系材料層のパターニング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25170294A JPH08115900A (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | シリコン系材料層のパターニング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08115900A true JPH08115900A (ja) | 1996-05-07 |
Family
ID=17226736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25170294A Pending JPH08115900A (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | シリコン系材料層のパターニング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08115900A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100414506B1 (ko) * | 1999-12-28 | 2004-01-07 | 가부시끼가이샤 도시바 | 드라이 에칭 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 |
| JP2005508078A (ja) * | 2001-10-31 | 2005-03-24 | 東京エレクトロン株式会社 | 高アスペクト比形態のエッチング方法 |
| JP2007250940A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Hitachi High-Technologies Corp | ドライエッチング方法 |
| WO2008151120A1 (en) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Lam Research Corporation | Method for reducing microloading in etching high aspect ratio structures |
| JP2013243379A (ja) * | 2007-12-21 | 2013-12-05 | Lam Research Corporation | シリコン層にフィーチャーをエッチングする方法およびその装置 |
-
1994
- 1994-10-18 JP JP25170294A patent/JPH08115900A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100414506B1 (ko) * | 1999-12-28 | 2004-01-07 | 가부시끼가이샤 도시바 | 드라이 에칭 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 |
| JP2005508078A (ja) * | 2001-10-31 | 2005-03-24 | 東京エレクトロン株式会社 | 高アスペクト比形態のエッチング方法 |
| JP2007250940A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Hitachi High-Technologies Corp | ドライエッチング方法 |
| WO2008151120A1 (en) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Lam Research Corporation | Method for reducing microloading in etching high aspect ratio structures |
| US7629255B2 (en) | 2007-06-04 | 2009-12-08 | Lam Research Corporation | Method for reducing microloading in etching high aspect ratio structures |
| JP2013243379A (ja) * | 2007-12-21 | 2013-12-05 | Lam Research Corporation | シリコン層にフィーチャーをエッチングする方法およびその装置 |
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