JPH08213368A - エッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エッチングによる加工形状に大きな影響を与
えずにノッチを防止し、さらには下地膜の膜減を極小に
抑える安定なオーバーエッチング条件を得て、良好な加
工形状が実現できるようにすることを目的とする。 【構成】 例えば、ウエハ２４周辺部のエッチングが終
了し、その領域では下地が露出した状態となった時点
で、反応生成物と同等の作用をするガスを混合し、エッ
チング条件をオーバーエッチング条件に変更すること
で、保護膜２９が形成されていない部分がなく、ウエハ
２４全域でノッチの形成されていないゲート電極２６ａ
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造工
程などにおいて、その機能材料として用いられるシリコ
ンやその化合物薄膜、配線材料として用いられる金属薄
膜などをマスクパタンにしたがい方向性エッチングする
反応性イオンによるエッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】反応性イオンを用いたエッチング方法
は、固体表面で、方向性をもったイオンとプラズマによ
り分解励起したガスとの相互作用でイオンの入射方向に
異方性をもったエッチングを行う方法である。そして、
反応性イオンを生成するためにハロゲン元素あるいはこ
れを含むガスを用い、単結晶シリコン，ポリシリコン，
酸化シリコン，窒化シリコンなどのシリコン系材料や、
アルミニウム，チタン，タングステン，モリブデン，銅
などの金属や、銅入りアルミニウム，ガリウム砒素，イ
ンジウムリン，タングステンシリサイド，チタンシリサ
イドなどの金属化合物の方向性エッチングが可能になっ
ている。

【０００３】この反応性イオンを用いたエッチング法に
おいては、まず、被エッチング物が反応性ガス（エッチ
ングガス）とは自発的に反応せず、イオン照射されるこ
とによるイオンの支援によりその反応性ガスと反応する
場合がある。この場合、マスクで覆われた下の被エッチ
ング物はマスクで方向性をもつイオン照射が妨げられる
ため、被エッチング物のマスク下はエッチングされず、
加工形状が垂直な方向性エッチングができる。これに対
して、被エッチング物が反応性ガスと自発的に反応する
場合、マスク下の被エッチング物もマスク端部より反応
してエッチングされるので、完全な方向性エッチングが
できずサイドエッチングを生じてしまう。

【０００４】これを防ぐために、反応性ガスとは自発的
に反応し難く、イオンの支援により反応が促進されるよ
うな被膜を、エッチングと同時に成長させて加工形状に
方向性をもたせる技術が良くとられている。この場合、
水平面では成長する被膜の成長速度よりエッチング速度
の方が速くなる条件を選ぶ。このようにすることで、マ
スクパタンに保護されていない被エッチング物の表面
は、被膜が形成されてはいくがエッチングもされていく
ことになる。

【０００５】これに対して、マスクパタン下の被エッチ
ング物のパタンは、その上部にあるマスクパタンと側壁
表面に形成される被膜（保護膜）とにより保護されてい
るため、雰囲気に反応性ガスが存在していてもエッチン
グされない。すなわち、選択エッチングにより形成され
ていくパタンは、側壁の保護膜の存在によりサイドエッ
チングされることがなく、この結果、方向性エッチング
が実現されることになる。

【０００６】反応性ガスと自発的には反応しない被エッ
チング物の場合でも、実際にはイオンの方向性が平面に
対して完全には垂直でない場合が多く、マスク下の側壁
にもイオンがあたってサイドエッチングを生じ、形成す
るパタン形状が悪化する場合がある。この場合にも、上
述したように、パタンの側壁に保護膜を形成させるよう
にすることで、形成するパタンの形状の改善が図れる。
保護膜は、その原料ガスをエッチング用の反応ガスと混
合することで形成させる場合もあるが、被エッチング物
やマスクの材料がエッチングにより反応して生成した反
応生成物により形成させる場合もある。すなわち、被エ
ッチング物やマスクの材料がエッチングにより反応して
揮発性の化合物（反応生成物）となって揮発し、それが
プラズマで分解や反応して被膜の原料となり再び側壁に
付着して膜（保護膜）を形成する場合がある。

【０００７】例えば、シリコン膜をハロゲン系ガスをエ
ッチングガスとしてエッチングする場合を考える。ハロ
ゲン系ガスおよびこのプラズマ中では、シリコンはハロ
ゲン化物となり揮発し、このことによりエッチングがさ
れる。ここで、この反応系に供給しているエッチングガ
ス中に酸素や窒素があると、生成しているハロゲン化物
とそれらとが反応して不揮発性の酸化シリコンや窒化シ
リコンが生成し、これらが形成しているパタン側壁など
に付着していく。その付着物が、保護膜として働く。そ
して、酸素や窒素についても、新たにガスとして導入し
なくても、被エッチング物を構成する材料が酸化物や窒
化物の場合、これらがエッチングされることで生じて供
給される量でも効果があり、十分な場合も多い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなエッチング生成物による保護膜を用いた方向性エッ
チングにおいて、被エッチング膜の下地との界面付近で
ノッチと呼ばれる異常なサイドエッチングが生じてしま
うという問題がしばしば生じる。上述したエッチングに
おいては、形成した被エッチング膜の膜厚情報や、エッ
チングのときに生成している被エッチング物を構成して
いる物質からなる反応生成物のプラズマによる発光の光
強度の変化などにより、ほぼ被エッチング膜のなくなっ
た状態がわかり、この状態をほぼエッチングし終わった
エッチング終点とする。

【０００９】しかし、被エッチング膜は平坦な状態の上
に形成されているわけではなく、段差部などの被エッチ
ング膜はエッチングされにくい状態となっており、上述
したエッチング終点の段階では、被エッチング膜の残渣
が存在した状態となっている。このため、通常では、エ
ッチング終点よりさらにエッチングをし続ける、オーバ
ーエッチングを行う。このオーバーエッチングのとき
に、前述したノッチと呼ばれる異常なサイドエッチング
が生じる。また、被エッチング膜の下地膜が薄い場合、
下地膜との選択比が十分にとれていないと、そのオーエ
ッチングのために下地膜がなくなり、さらに下の層まで
損傷を受けてしまう場合もある。

【００１０】さて、塩素，酸素と水素の混合ガスを用い
て、被エッチング対象をエッチング処理する場合を考え
る。これは、反応性イオンエッチングにより、まず、塩
素４０sccm，酸素４sccm，水素５０sccmの混合ガスを用
い、圧力２．７Ｐａ，電力１００Ｗ、電極温度２０℃で
エッチングを行うようにした。被エッチング対象上に形
成されているポリシリコンのエッチング終点は、処理を
行う真空チャンバ内における塩化シリコン（反応生成
物）の発光強度で調べ、終点からさらに５０％のオーバ
ーエッチングを行った。

【００１１】図６は、このことによって形成されるポリ
シリコンパタンの断面状態を走査型電子顕微鏡で観察し
た結果を示す断面図であり、（ａ）はウエハの中心部、
（ｂ）はウエハの周辺部での形状を示している。同図に
おいて、２４はシリコンからなるウエハ、２５はウエハ
２４表面を熱酸化することなどにより形成したゲート絶
縁膜、２６ａはゲート絶縁膜２５上に形成したリン添加
ポリシリコン膜をＳｉＯ₂ からなるマスクパタン２７ａ
をマスクとしてエッチングすることで形成したゲート電
極、２９はそのエッチング時に形成された保護膜であ
る。マスクパタン２７ａはＣＶＤ法で形成したＳｉＯ₂
膜を選択的にエッチングすることで得られたものであ
る。

【００１２】これら観察の結果、ゲート電極２６ａの側
壁が薄い保護膜２９で覆われていることが観察され、ウ
エハ中心部では、ゲート電極２６ａと下地のゲート絶縁
膜２５との界面近傍で、部分的なサイドエッチングであ
るノッチ３０が生じていた。これに対して、ウエハの周
辺部では、ノッチ３０などの生じていない良好な形状の
ゲート電極２６ａが得られていることが分かった。これ
は、前述した塩化シリコンの発光強度の観察によるエッ
チング終点の後のオーバーエッチング時に、供給した塩
素ガスが過剰だったためでないかと考え、塩素ガス流量
を減少させて形状を調べた。

【００１３】図７は、上述したエッチングにおける、塩
素ガスの流量とリン添加ポリシリコン膜およびＳｉＯ₂
膜のエッチングレートの関係を示した相関図である。ま
た、ＳｉＯ₂ 膜に関しては、図中「□」で示すように、
シリコン上にマスクパタンとしてＳｉＯ₂ 膜を形成した
場合のエッチングレートの関係も示した。同図より、
「●」で示すように、塩素ガス流量が減少するほどリン
添加ポリシリコン膜のエッチングレートも低下してい
る。また、「□」で示すＳｉＯ₂ 膜のエッチングレート
が負になっているのは、表面への膜の成長を示してい
る。

【００１４】図中「△」で示すＳｉＯ₂ 膜単独ではわず
かにエッチングされているが、これをシリコンのエッチ
ングのマスクパタンとして用いている場合、ＳｉＯ₂ 膜
パタンの表面には、膜が成長していることが分かる。こ
れは、このエッチングによって発生する反応生成物であ
る塩化シリコンと、エッチングガス中の酸素が反応し
て、ＳｉＯ₂ 膜を形成するためである。同図より明らか
なように、塩素ガス流量を下げるほどシリコンエッチン
グ中の膜の成長速度は増加することが分かる。したがっ
て、塩素ガス流量を下げることによってパタン側壁にお
いても保護膜が厚く形成され、側壁保護が強固になって
ノッチの発生が防げるものと考えられた。

【００１５】しかしながら、これではノッチの発生を防
ぐことはできなかった。図８は、エッチング時に供給す
る塩素ガスの流量を、１５sccmまで減少させたときの加
工形状を示す断面図である。ゲート電極２６ａの側壁に
は非常に厚い保護膜２９が傾斜をもって形成されてお
り、さらに、酸化シリコンよりなるマスクパタン２７ａ
上にも保護膜２９が形成されていることが確認できる。

【００１６】しかしながら、ウエハの中心（ａ）では、
塩素ガスの流量が多いときと同様にノッチ３０が観察さ
れる。そして、これ以上塩素ガスの供給流量を減らすこ
とは、ポリシリコンのエッチング速度の低下を招くだけ
でなく、保護膜２９が厚く形成され加工形状に極度の傾
斜を付けてしまうことになる。さらには、保護膜２９と
して付着する膜が水平なエッチング面で部分的に残って
エッチング残渣を生じることになるなど、問題点が多く
実用的でない。したがって、このように、供給するエッ
チングガスを少なくするような方法ではノッチをふぐこ
とができないことが分かった。

【００１７】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、エッチングによる加工形
状に大きな影響を与えずにノッチを防止し、さらには下
地膜の膜減を極小に抑える安定なオーバーエッチング条
件を得て、良好な加工形状が実現できるようにすること
を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明のエッチング方
法は、被エッチング薄膜を構成する元素と同一の元素を
含む添加ガスをエッチングガスに混合して用いることを
特徴とする。また、エッチングガスによる被エッチング
薄膜のエッチングにより生成する反応生成ガスの生成量
が低下し始める時点から所定時間前より以降に、添加ガ
スを添加することを特徴とする。

【００１９】

【作用】被エッチング薄膜がエッチングされて下層の表
面が露出し始めてきても、このエッチングを抑制する保
護膜が形成され続ける。

【００２０】

【実施例】まず始めに、この発明の概要について説明す
る。この発明においては、被エッチング薄膜表面に形成
する保護膜の成分の一部が、被エッチング膜をエッチン
グすることで生成した反応生成物から形成されているこ
とを利用するものである。つまり、保護膜は被エッチン
グ物から生じた反応生成物が再び反応して生じるもので
ある。したがって、被エッチング物がなくなったオーバ
ーエッチング時には、反応生成物もなくなるので、保護
膜もでき難くなる。また、オーバーエッチング時には、
下地膜上でも反応生成物による膜生成がなくなるので、
下地膜がエッチングされ、下地膜の膜減りを生じてしま
う。

【００２１】ところで、被エッチング膜のエッチングの
終了時間（終点）は、膜厚の不均一性やエッチングレー
トの不均一性の影響で、ウエハ内によって違いを生じ
る。前述したように、ノッチが発生しているのは、ウエ
ハの中心だけであり、周辺部では全く発生していない。
そこで、エッチングレートのウエハ内の均一性に注目し
てみると、前述したエッチングを行った装置（詳細は後
述）の場合、処理するウエハの周辺のエッチングレート
が速く、中心が１番遅い。すなわち、エッチングが速く
終了しているところはノッチができ難く、エッチングが
遅くその終了が最後になる領域ではノッチが生じている
ことになる。

【００２２】このことから、ノッチの成因は次のように
考えられる。シリコンエッチング中には、エッチングに
より発生した反応生成物である塩化シリコンがエッチン
グガス中の酸素と反応するため、パタンの側壁などに保
護膜が形成される。しかし、エッチングが終了する、す
なわち、エッチング終点では、その領域におけるエッチ
ング対象のシリコンがなくなっており、塩化シリコンの
供給が止まるので、保護膜の成長も止まる。エッチング
レートの速いウエハ周辺ではエッチング終点であって
も、ウエハ中心付近のエッチングがまだ終了していない
ので塩化シリコンが発生している。このため、保護膜の
成長も続いており、パタン側壁はその下地界面近傍まで
完全に保護膜で覆われ、ノッチなどの異常も発生しな
い。

【００２３】これに対し、ウエハ中心部では、そのエッ
チング終点の段階で既に周囲の大部分がエッチング終点
となっているので、塩化シリコンの供給はほとんど無い
状態となっている。そのため、ウエハ中心部のパタンの
下地界面近傍では、保護膜がないか、もしくは非常に薄
い状態となっている。この結果、その後のオーバーエッ
チングのときに、その部分にのみサイドエッチングが生
じてノッチが形成される。

【００２４】以上の、ノッチ発生原因の考察から、ノッ
チ発生を防ぐための解決方法を見いだすことが可能にな
った。すなわち、ノッチの成因が反応生成物がオーバー
エッチング時になくなることにあるから、供給している
エッチングガス中に反応生成物と同等の働きをするガス
を混合することが、有効なノッチ発生防止になるという
ことである。

【００２５】したがって、この発明においては、ノッチ
を防ぎさらに下地膜の膜減を防止するために、オーバー
エッチング時にもパタン側壁に保護膜が形成されるよう
なガス組成になるよう、供給しているエッチングガスに
被エッチング膜がエッチングされて発生したエッチング
生成物と同等のガスを混合する。その際、エッチングの
初期段階からこのようなガスを混合しても、ノッチを防
ぐという目的では何等問題がないが、付着膜がエッチン
グ初期から増加すると、側壁に付着する保護膜が厚くな
りすぎ、エッチング形状に傾斜が付いてしまう。また、
平面に付着した保護膜がイオン支援で完全に除去できな
いと、部分的に被エッチング膜の残渣が残る問題も生じ
る場合がある。したがって、エッチング生成物と同等の
ガスの混合は、このエッチング生成物（反応生成ガス）
の生成量が低下し始めてからのオーバーエッチング時、
もしくはこの直前より行うと良い。

【００２６】エッチング生成物と同等のガスとしては、
エッチング生成物と同一の化学組成のガスかあるいは被
エッチング膜を構成する元素を含むガスなら、エッチン
グ生成物とは異なる他のガスでもほぼ同様の働きがあ
る。例えば、シリコン膜のハロゲン系ガスでのエッチン
グの場合、シリコンはハロゲンガス中でエッチングする
と、ハロゲン化物として揮発するので、混合するガスと
しては、ハロゲン化シリコンが適している。このガス
が、エッチングガス中に酸素や窒素があると、側壁で反
応して酸化シリコンや窒化シリコンとなって付着して保
護膜として働く。

【００２７】この場合、混合ガスとしては、エッチング
ガスと同一のハロゲン化シリコンガスである必要はな
く、他のハロゲン化シリコンガス、あるいは、ハロゲン
化シランガス、または、シランガスなどでも良い。すな
わち、酸素や窒素と反応して保護膜として働く酸化シリ
コン膜や窒化シリコン膜を形成するガスを混合すればよ
い。さらに、オーバーエッチング時には、反応生成物が
なくなるだけではなく、エッチングガスの消費も減少
し、エッチングレートが増加することから、エッチング
ガスの流量を減らしたり、加える酸素ガスや窒素ガスの
流量を増やしたりして、側壁に確実に保護膜が成長する
ようにエッチング条件を調整する必要も生じる。

【００２８】以下この発明の１実施例を図を参照して説
明する。図１はこの実施例において用いる反応性イオン
エッチング装置の一例を示す構成図である。同図におい
て、被エッチング物１の配置されたカソード電極２が、
アノード電極を兼ねた真空チャンバ３内に配置されてい
る。この真空チャンバ３はアルミニウム製で、表面はア
ルマイト処理されている。

【００２９】カソード電極２には被エッチング物１との
熱接触の改善のために、ヘリウムガス導入部５を有し、
被エッチング物１の裏側からヘリウムが流せる構造とな
っている。また、やはり、被エッチング物１とカソード
電極２の間の熱接触改善のための静電チャック用電極４
が埋め込まれている。エッチング時には、この静電チャ
ック用電極４に高圧電源６より直流電圧がかけられ、被
エッチング物１は、静電チャック用電極４に引き寄せら
れる。

【００３０】加えて、カソード電極２は、熱交換器７よ
り循環する冷媒が流せるような構造となっており、上述
のことと合わせることで、被エッチング物１を冷却でき
るようにしている。冷媒は、熱交換器７により温度調節
されてカソード電極２との間を循環しており、カソード
電極２は一定温度に維持することができる。ここでは、
冷媒としてフッ化炭素系液体を用いており、−３０℃か
ら２０℃までの一定温度での冷却が可能である。

【００３１】カソード電極２には、高周波電源８がマッ
チングユニット９を介して接続されている。高周波の周
波数は、ここでは１３．５６ＭＨｚを用いた。この装置
では、高密度なプラズマを発生させ、高速なエッチング
を実現するために、永久磁石１０が真空チャンバ３直上
に設けられており、これより発生する磁場により、放電
はマグネトロン型となる。エッチング時は、均一性を上
げるため、この永久磁石１０を回転させる。

【００３２】真空チャンバ３内に導入されるガスは、ガ
ス導入ユニット１１内のマスフローコントローラ１２で
流量調整される。そして、ガス導入ユニット１１には、
酸素ガス１４，塩素ガス１５，四塩化シリコンガス１
６，水素ガス１７が導入される。この後、ガス導入バル
ブ１３を通して真空チャンバ３上部の孔より真空チャン
バ３内に導入され、そして、真空ポンプ１８により排気
される。また、スロットバルブ１９の開度を調節するこ
とにより、真空チャンバ３内のガス圧は設定値に一定に
保たれる。

【００３３】さらに、この実施例の装置では、被エッチ
ング物１を取り替えるときに、真空チャンバ３内の真空
度が劣化しないように、ロードロック室２０が設けられ
ている。このロードロック室２０は、ゲートバルブ２１
を介して真空チャンバ３とつながっており、ゲートバル
ブ２２を介して大気側とつながっている。また、ロード
ロック室２０内には、被エッチング物１を自動的に搬送
するための搬送ロボット２３が設けられている。

【００３４】次に、図１に示した反応性イオンエッチン
グ装置を用いて、ＣＶＤ法により形成した酸化シリコン
膜をパターン形成し、これをマスクとしてリン添加ポリ
シリコン膜のゲート電極加工を行う方法について説明す
る。まず、図２の工程断面図に示したように、被エッチ
ング対象を形成した。図２（ａ）に示すように、シリコ
ンウエハ２４上にゲート絶縁膜となるゲート絶縁膜２５
を熱酸化法により形成し、この上にリン添加ポリシリコ
ン膜２６および酸化シリコン膜２７をＣＶＤ法により堆
積形成する。

【００３５】次いで、図２（ｂ）に示すように、酸化シ
リコン膜２７上に選択的に有機レジストからなるレジス
トパターン２８を形成する。これは、酸化シリコン膜２
７上に感光性を有する有機レジスト膜を形成した後、所
望のパターンを露光して現像することで形成する。次
に、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン２８を
マスクとして酸化シリコン膜２７を反応性イオンエッチ
ング法によりエッチングして、マスクパタン２７ａを形
成し、レジストパターン２８をアッシャにより除去す
る。そして、さらに湿式洗浄で表面を清浄化し、被エッ
チング対象とする。

【００３６】以下、図１の反応性イオンエッチング装置
による被エッチング物１（被エッチング対象）のエッチ
ングを行う操作について説明する。まず、真空ポンプ１
８により、真空チャンバ３内を１０^-3Ｐａ以下に排気す
る。そして、カソード電極２を熱交換器７により２０℃
に冷却維持する。次に、ロードロック室２０を大気圧に
した後、ゲートバルブ２２を開けて搬送ロボット２３に
より被エッチング物１をロードロック室２０に搬送し、
ついで、ゲートバルブ２２を閉じ、ロードロック室２０
内を真空排気する。その後、ゲートバルブ２１を開けて
カソード電極２の静電チャック用電極４上に被エッチン
グ物１を配置し、再びゲートバルブ２１を閉じる。この
ような操作により、真空チャンバ３内は、被エッチング
物１の搬入前後で、ほぼ変化することなく高い真空度が
維持できる。

【００３７】被エッチング物１が配置された後、ガス導
入ユニット１１と真空チャンバ３の間のガス導入バルブ
１３を開いて、エッチングガス用ガスを導入する。この
時のガス流量は、マスフローコントローラ１２を用いて
正確に制御され、ここでは塩素ガス３０sccm，水素ガス
５０sccm，酸素ガス４sccmであった。そして、スロット
ルバルブ１９を調節して真空チャンバ３内の圧力を、例
えば２．７Ｐａとする。そして、永久磁石１０を回転さ
せる。次に、静電チャック用電極４に高圧電源６により
例えば１０００Ｖを印加する。この時、高周波印加と同
時に、ヘリウムガスを被エッチング物１の裏側よりヘリ
ウムガス導入部５により導入する。

【００３８】高周波電力の印加により、真空チャンバ３
内に発生したグロー放電により、エッチングガスは分解
・電離して、被エッチング物１に加速イオンおよび反応
性ラジカルが到達し、被エッチング物１の、露出してい
るポリシリコン膜がエッチングされる。エッチングが終
了した後は、真空度維持のため被エッチング物１を搬入
時と逆の手順で大気中に搬出する。図１の反応性イオン
エッチング装置ではこのような操作全てが、図示してい
ないが、マイクロプロセッサ制御で全自動で行われる。

【００３９】ここで、前述したように、ノッチの成因が
オーバーエッチング時に反応生成物がなくなることにあ
るから、供給しているエッチングガス中にエッチングに
よる反応生成物と同等の働きをするガスを混合すること
が、有効なノッチ発生防止になる。そこで、シリコンエ
ッチング時に発生する塩化シリコンと同等と考えられる
四塩化シリコンのエッチングガスへの混合を試みた。

【００４０】図３は、四塩化シリコンガスの混合量とＳ
ｉＯ₂ 膜のエッチングレートの関係を示す相関図であ
る。この場合のＳｉＯ₂ 膜はパタン形成されていなく、
膜状に全面に形成されているものを用いた。四塩化シリ
コンガス混合前はエッチングされていたＳｉＯ₂ 膜は、
四塩化シリコンガスの混合とともにエッチングレートが
低下して膜の成長状態へと移っていく。このことから、
四塩化シリコンガスの混合が、酸化シリコン膜よりなる
パタンをマスクとしたシリコンエッチング時と同様な保
護膜の成長をもたらすものと考えられる。

【００４１】しかしながら、この同一条件でもシリコン
上においては、エッチングがされていく。保護膜は酸化
シリコンから構成されており、酸化シリコン上には堆積
成長しやすいが、これに比較してシリコン上には堆積成
長しにくいものとなる。このため、図３において膜の成
長状態となっている条件においても、シリコンの平坦な
上においては、成膜量が少なくエッチングの方が支配的
になり、結果としてエッチングされていく。

【００４２】以上のことにより、図１に示した反応性イ
オンエッチング装置を用い、塩素３０sccm，水素５０sc
cm，酸素４sccmの混合ガス中に、四塩化シリコンガスを
１sccm混合して、真空チャンバ３内の圧力を２．７Ｐ
ａ，高周波電源８の出力を１００Ｗ、静電チャック用電
極４の温度を２０℃となるように設定して、図２（ｃ）
に示す被エッチング対象を用いて、リン添加ポリシリコ
ンのエッチング加工を試みた。このエッチングでは、前
述したのと同様に、５０％のオーバーエッチングを行っ
た。

【００４３】この結果、図４に示すように、ウエハの中
心部（ａ）でも周辺部（ｂ）と同様に全くノッチが発生
せず、下地との界面近傍でも十分な側壁保護効果が得ら
れることが分かった。図４は、オーバーエッチング時に
おける形成パタンの状態を示す断面図であり、同一の符
号は図６と同様である。また、オーバーエッチングのと
きには、下地のゲート絶縁膜２５上にも膜（保護膜）が
成長し、このゲート絶縁膜２５の膜減なしにエッチング
が行えた。しかしながら、このように最初からエッチン
グガス全体にエッチング生成物と同様な働きをするガス
を加えると、エッチング対象物のエッチング中には反応
生成物とその添加したガスの両方が保護膜の成長に寄与
することになる。

【００４４】このため、側壁に形成される保護膜の成長
速度が大きくなりすぎ、形成するパタンの側壁の傾斜角
も大きくなってしまう。例えば、ポリシリコン膜を加工
して形成するパタンがＭＯＳＦＥＴのゲート電極の場
合、傾斜はゲート電極長のパタン変換差につながり、ゲ
ート長が大きくなるとＭＯＳＦＥＴの性能を悪化させる
ことになる。したがって、エッチング中に形成されるパ
タン側壁の保護膜は、必要最小限の状態とすることが望
ましい。

【００４５】この目的のために、段階エッチングを試み
た。すなわち、膜のエッチング中には反応生成物と同等
の作用を有する混合ガスは混合（添加）せず、形成する
パタン測面がほぼ垂直に形成される条件でエッチングを
行う。そして、ウエハ内の一部のエッチングが終わった
時点、例えば、ウエハ周辺部のエッチングが終了し、そ
の領域では下地が露出した状態となった時点で、反応生
成物と同等の作用をするガスを混合し、エッチング条件
をオーバーエッチング条件に変更する。その際、エッチ
ング加工特性が最適になるように、ガス圧力や電力，温
度などをそれぞれの段階で最適化した。

【００４６】以下、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極のエッチ
ング加工の一例を示す。図５は、ＭＯＳＦＥＴの製造途
中の状態を示す断面図である。同図において、３１はＬ
ＯＣＯＳ法によるフィールド酸化膜であり、他は、図６
と同様である。ここで、ゲート電極２６ａのエッチング
加工条件は、塩素４０sccm，水素１００sccmの混合ガス
をエッチングガスとして用い、真空チャンバ３（図１）
内の圧力１．３Ｐａ，高周波電源８の出力を６０Ｗ，静
電チャック用電極４の温度を−３０℃とした。

【００４７】そして、エッチング対象のポリシリコン膜
のエッチングの終点を、エッチングで発生している塩化
シリコンのプラズマによる発光強度が低下し始めた時点
とし、これを検知した時点で直ちにオーバーエッチング
条件に切り替えた。このオーバーエッチングの条件は、
塩素４０sccm，水素１００sccm，酸素４sccm，四塩化シ
リコン１．５sccmの混合ガスを用い、圧力２．７Ｐａ，
出力６０Ｗ，温度−３０℃とした。そして、この処理の
後、希弗酸液で保護膜（図示せず）を除去した。図５
は、この処理の後の状態を示すものである。

【００４８】なお、上述の発光強度が低下し始めた時点
より、オーバーエッチング条件として、反応生成物と同
等の作用をするガスとして四塩化シリコンガスを混合す
るようにしたが、発光強度が低下し始める直前より混合
するようにしても良い。この発光強度の低下し始めた時
点は、反応生成ガスである塩化シリコンの生成量が低下
し始める時点であり、すなわち、四塩化シリコンガス
は、生成する反応生成ガスの生成量が低下し始める時点
から所定時間前より以降に添加するようにすればよい。

【００４９】以上示した２段階のエッチングにより、膜
のエッチング中は側壁の保護膜の厚さが最小限度の非常
に薄い状態とすることができ、垂直に近い加工形状が得
られた。そして、オーバーエッチング時には、ノッチな
どの加工形状異常は全く発生せず、また、フィールド酸
化膜３１の段差部などに残りやすいポリシリコン膜の残
渣も、このオーバーエッチングにより完全に除去されて
いた。

【００５０】加えて、ゲート絶縁膜２５は厚さ５０Åと
非常に薄いものであるが、上述のオーバーエッチング中
でも全くエッチングされなかった。これは、オーバーエ
ッチング中であってもゲート絶縁膜２５上はゲート電極
２６ａ側面と同様に保護膜が形成されているためであ
る。前述したように、シリコン上ではエッチングされて
いる条件でも、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２５
上では保護膜の堆積量が増加するため、エッチングから
保護されるようになる。このように、この発明によれ
ば、薄いシリコン酸化膜（ゲート絶縁膜）上のポリシリ
コンの加工においても、全く問題なくエッチング加工が
行える。

【００５１】なお、上記実施例では、被エッチング薄膜
を構成する元素と同一の元素を含むガスとして、被エッ
チング薄膜がポリシリコンであるため四塩化シリコンを
用いるようにしたが、これに限るものではない。この場
合、例えば、四フッ化シリコン，四臭化シリコンを用い
るようにしても、エッチング条件をそれぞれ最適化する
ようにすれば同様の効果が得られた。また、ハロゲン化
シランガスあるいはシランガスを用いても、圧力やガス
流量などエッチング条件を最適化することにより、四塩
化シリコンを用いた場合と同様の効果が得られた。

【００５２】さらに、側壁などの保護膜の形成用の混合
ガスとして、酸素ガスも用いるようにしたが、この代わ
りに窒素を用いても、窒素を用いるための条件の最適化
を行うことで、上記実施例と同様の効果が得られた。ま
た、上記実施例では、ポリシリコンのエッチングガスと
して塩素ガスを用いるようにしたが、六フッ化硫黄や三
フッ化窒素といったフッ素系ガス，臭化水素などの臭素
系ガス，ヨウ化水素などのヨウ素系ガスなど、ハロゲン
系ガスを用いたシリコンのエッチングにおいても、同様
の効果が得られた。

【００５３】なおまた、上記実施例では、リン添加ポリ
シリコン膜をエッチングする場合について説明したが、
これに限るものではない。エッチング対象物として、無
添加ポリシリコン，ボロン添加ポリシリコン，砒素添加
ポリシリコン，アモルファスシリコン，シリコンゲルマ
ニウムなど他のシリコン系材料の可能であっても同様の
効果が得られることはいうまでもない。さらに、シリコ
ン系の材料のみでなく、ＧａＡｓやＩｎＰなどのＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体の加工においても同様の効果が得ら
れた。この場合、エッチングガスとして塩素と酸素の混
合ガスを用い、これに塩化ガリウム，塩化砒素，塩化イ
ンジウム，塩化リンなどをガスとしてオーバーエッチン
グ時に混合するようにすればよい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、被エッチング薄膜を構成する元素と同一の元素を含
むガスを、エッチングガスに混合して用いることによ
り、エッチングによる加工形状に大きな影響を与えずに
ノッチを防止できるという効果がある。また、下地膜の
膜減を極小に抑える安定なオーバーエッチング条件が得
られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例において用いる反応性イオ
ンエッチング装置の一例を示す構成図である。

【図２】 この発明の１実施例において用いる被エッチ
ング対象の製造工程を示す工程断面図である。

【図３】 四塩化シリコンガスの混合量とＳｉＯ₂ 膜の
エッチングレートの関係お示す相関図である。

【図４】 この発明の実施例における、オーバーエッチ
ング時における形成パタンの状態を示す断面図である。

【図５】 この発明によるＭＯＳＦＥＴの製造途中の状
態を示す断面図である。

【図６】 従来の方法で形成されるポリシリコンパタン
の断面状態を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す断
面図である。

【図７】 塩素ガスの流量とリン添加ポリシリコン膜お
よびＳｉＯ₂ 膜のエッチングレートの関係を示した相関
図である。

【図８】 従来の方法において、エッチング時に供給す
る塩素ガスの流量を、１５sccmまで減少させたときの加
工形状を示す断面図である。

【符号の説明】

１…被エッチング物、２…カソード電極、３…真空チャ
ンバ、４…静電チャック用電極、５…ヘリウムガス導入
部、６…高圧電源、７…熱交換器、８…高周波電源、９
…マッチングユニット、１０…永久磁石、１１…ガス導
入ユニット、１２…マスフローコントローラ、１３…ガ
ス導入バルブ、１４…酸素ガス、１５…塩素ガス、１６
…四塩化シリコンガス、１７…水素ガス、１８…真空ポ
ンプ、１９…スロットバルブ、２０…ロードロック室、
２１，２２…ゲートバルブ、２３…搬送ロボット、２４
…ウエハ、２５…ゲート絶縁膜、２６…リン添加ポリシ
リコン膜、２６ａ…ゲート電極、２７…酸化シリコン
膜、２７ａ…マスクパタン、２８…レジストパターン、
２９…保護膜、３０…ノッチ、３１…フィールド酸化
膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空に近い状態に減圧した処理室内にエ
   ッチングガスを導入し、これをプラズマ励起することに
   より反応性イオンを生成し、主に前記エッチングガスお
   よびこの反応性イオンの衝撃により被エッチング薄膜を
   エッチングするエッチング方法において、 前記被エッチング薄膜を構成する元素と同一の元素を含
   む添加ガスを前記エッチングガスに混合して用いること
   を特徴とするエッチング方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエッチング方法におい
   て、 前記エッチングガスによる前記被エッチング薄膜のエッ
   チングにより生成する反応生成ガスの生成量が低下し始
   める時点から所定時間前より以降に、前記添加ガスを添
   加することを特徴とするエッチング方法。