JPH08236513A - プラズマ中で基板をエッチングする方法 - Google Patents
プラズマ中で基板をエッチングする方法Info
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- JPH08236513A JPH08236513A JP7349451A JP34945195A JPH08236513A JP H08236513 A JPH08236513 A JP H08236513A JP 7349451 A JP7349451 A JP 7349451A JP 34945195 A JP34945195 A JP 34945195A JP H08236513 A JPH08236513 A JP H08236513A
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Classifications
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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- H01L21/321—After treatment
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 良好なエッチング速度および良好な選択性を
有し、かつ改善された異方性を有するエッチングゲート
堆積物の改善されたエッチング方法。 【解決手段】 エッチングの間、該平面状コイルに対す
る電力を約０〜２００ワットに限定し、かつ該基板支持
体に対する電力を５０〜２００ワットに限定する。 【効果】 次微細な線および空間を形成させることがで
きる高い均等性および高い選択性で、種々のゲート堆積
物の異方性エッチングを得ることができた。
有し、かつ改善された異方性を有するエッチングゲート
堆積物の改善されたエッチング方法。 【解決手段】 エッチングの間、該平面状コイルに対す
る電力を約０〜２００ワットに限定し、かつ該基板支持
体に対する電力を５０〜２００ワットに限定する。 【効果】 次微細な線および空間を形成させることがで
きる高い均等性および高い選択性で、種々のゲート堆積
物の異方性エッチングを得ることができた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、改善されたエッチ
ング方法に関する。より詳述すれば、本発明は、高い選
択性を有する異方性エッチングを提供するゲート堆積物
のための改善されたプラズマエッチング法に関する。
ング方法に関する。より詳述すれば、本発明は、高い選
択性を有する異方性エッチングを提供するゲート堆積物
のための改善されたプラズマエッチング法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板、例えばシリコンウェファ中
のトランジスタの製造の場合には、トランジスタの形成
のために幾つかの工程が必要とされる。ゲート酸化物、
例えば酸化ケイ素の第１層は、シリコン基板上に沈積さ
れ、シリコン基板を保護する。次に、ドーピングされた
伝導性ポリシリコン層が沈積され、場合によっては引続
き伝導性材料、例えば耐火物金属ケイ化物の層が沈積さ
れる。また、酸化ケイ素または窒化ケイ素、有利にテト
ラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）からの化学蒸着によって
生じた酸化ケイ素のキャップ層も沈積される。
のトランジスタの製造の場合には、トランジスタの形成
のために幾つかの工程が必要とされる。ゲート酸化物、
例えば酸化ケイ素の第１層は、シリコン基板上に沈積さ
れ、シリコン基板を保護する。次に、ドーピングされた
伝導性ポリシリコン層が沈積され、場合によっては引続
き伝導性材料、例えば耐火物金属ケイ化物の層が沈積さ
れる。また、酸化ケイ素または窒化ケイ素、有利にテト
ラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）からの化学蒸着によって
生じた酸化ケイ素のキャップ層も沈積される。
【０００３】１つの典型的なゲート堆積物は、図１に示
されており、この場合シリコンウェファ１２は、その上
にゲート酸化物１３の層を有し、引き続いて高度にドー
ピングされた伝導性ポリシリコン１４の第１ゲート層を
有している。また、耐火物金属ケイ化物、例えばケイ化
チタンまたはケイ化タングステンの第２ゲート層１５も
沈積される。
されており、この場合シリコンウェファ１２は、その上
にゲート酸化物１３の層を有し、引き続いて高度にドー
ピングされた伝導性ポリシリコン１４の第１ゲート層を
有している。また、耐火物金属ケイ化物、例えばケイ化
チタンまたはケイ化タングステンの第２ゲート層１５も
沈積される。
【０００４】ゲート堆積物は、ソースおよびドレインが
形成される基板中で双方の領域間に１つのゲートを形成
させるためにエッチングされなければならない。酸化ケ
イ素硬質マスク層１６は、フォトレジストで被覆され、
フォトレジストはパターン化され、酸化ケイ素層は、
“硬質マスク”の形成のために常法でエッチングされ
る。該硬質マスクに適したエッチング剤は、弗素含有ガ
ス、例えばＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、ＣＦ４等である。
形成される基板中で双方の領域間に１つのゲートを形成
させるためにエッチングされなければならない。酸化ケ
イ素硬質マスク層１６は、フォトレジストで被覆され、
フォトレジストはパターン化され、酸化ケイ素層は、
“硬質マスク”の形成のために常法でエッチングされ
る。該硬質マスクに適したエッチング剤は、弗素含有ガ
ス、例えばＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、ＣＦ４等である。
【０００５】図２には、エッチングした後のゲート堆積
物が示されており、同じ層については、図１と同じ番号
が使用されている。酸化シリコン硬質マスクおよびゲー
ト酸化物層はそのまま残り、２つの伝導性層はエッチン
グされている。
物が示されており、同じ層については、図１と同じ番号
が使用されている。酸化シリコン硬質マスクおよびゲー
ト酸化物層はそのまま残り、２つの伝導性層はエッチン
グされている。
【０００６】デバイスがよりいっそう小型になりかつ互
いに接近して位置している場合には、ゲートは、相応し
て薄くなりかつ細くなる。従って、湿式エッチング技術
は、主として乾式エッチング、特にプラズマエッチング
に代替えされた。それというのも、プラズマエッチング
は、よりいっそう異方的であり、したがって特に基板と
の共通部分でゲートをアンダーカットにしないからであ
る。また、高度に選択的なプラズマエッチング剤を使用
することもでき；即ち、該プラズマエッチング剤は、他
のものよりも早く一定の材料をエッチングする。ゲート
堆積物の場合には、腐食剤は、ケイ化物層およびポリシ
リコン層をエッチングしなければならないが、しかし、
酸化シリコンはエッチングせず；従って、キャップ層お
よび開始ゲート酸化物層は、図２に示されているよう
に、そのまま残る。また、プラズマ処理は有利である。
それというのも、該処理は、基板および予め形成された
デバイスに損傷を与えない比較的に低い温度で実施する
ことができるからである。
いに接近して位置している場合には、ゲートは、相応し
て薄くなりかつ細くなる。従って、湿式エッチング技術
は、主として乾式エッチング、特にプラズマエッチング
に代替えされた。それというのも、プラズマエッチング
は、よりいっそう異方的であり、したがって特に基板と
の共通部分でゲートをアンダーカットにしないからであ
る。また、高度に選択的なプラズマエッチング剤を使用
することもでき；即ち、該プラズマエッチング剤は、他
のものよりも早く一定の材料をエッチングする。ゲート
堆積物の場合には、腐食剤は、ケイ化物層およびポリシ
リコン層をエッチングしなければならないが、しかし、
酸化シリコンはエッチングせず；従って、キャップ層お
よび開始ゲート酸化物層は、図２に示されているよう
に、そのまま残る。また、プラズマ処理は有利である。
それというのも、該処理は、基板および予め形成された
デバイスに損傷を与えない比較的に低い温度で実施する
ことができるからである。
【０００７】プラズマエッチングを実施するために、種
々の真空室が設計された。１つの特別な設計は、オグル
（Ogle）の米国特許第４９４８４５８号明細書によって
開示されたものである。エッチング装置は、基板、例え
ばシリコンウェファの処理のために磁気的に結合した平
面プラズマを形成させる。この装置は、誘電窓を有する
１つの真空室を備えている。平面コイルは、該窓に隣接
して取り付けられており、ＲＦ電源は、一般に電力の移
送を最大にするためにインピーダンス整合回路および作
業周波数、典型的に１３．５６ＭＨｚで共鳴を得るため
に調時される回路を介してコイルに結合されている。プ
ロセスガスは、入口ポートを介して真空室に供給され
る。ＲＦ電力のスイッチをオンにした場合には、誘電窓
を介して真空室の内部に延在する平面磁場は、誘発され
る。従って、電子の循環流は、平面コイルと平衡の１つ
の平面内で真空室中で誘発され、非平面方向に動的エネ
ルギーの移送を限定する。
々の真空室が設計された。１つの特別な設計は、オグル
（Ogle）の米国特許第４９４８４５８号明細書によって
開示されたものである。エッチング装置は、基板、例え
ばシリコンウェファの処理のために磁気的に結合した平
面プラズマを形成させる。この装置は、誘電窓を有する
１つの真空室を備えている。平面コイルは、該窓に隣接
して取り付けられており、ＲＦ電源は、一般に電力の移
送を最大にするためにインピーダンス整合回路および作
業周波数、典型的に１３．５６ＭＨｚで共鳴を得るため
に調時される回路を介してコイルに結合されている。プ
ロセスガスは、入口ポートを介して真空室に供給され
る。ＲＦ電力のスイッチをオンにした場合には、誘電窓
を介して真空室の内部に延在する平面磁場は、誘発され
る。従って、電子の循環流は、平面コイルと平衡の１つ
の平面内で真空室中で誘発され、非平面方向に動的エネ
ルギーの移送を限定する。
【０００８】該真空室内の表面支持体は、コイルの平
面、ひいてはプラズマと平行に処理すべき基板を支持す
る。プラズマ種は、非平面方向に僅かな速度を有するの
で、基板上でのイオン種の動的衝撃は少なく、主な反応
は、プラズマ種と基板上の層との間での化学反応であ
る。この反応は、低温および低圧で起こる。
面、ひいてはプラズマと平行に処理すべき基板を支持す
る。プラズマ種は、非平面方向に僅かな速度を有するの
で、基板上でのイオン種の動的衝撃は少なく、主な反応
は、プラズマ種と基板上の層との間での化学反応であ
る。この反応は、低温および低圧で起こる。
【０００９】上記の装置についての詳細な記載は、図３
ないし図５に示されている。図３、図４および図５に関
連して、個々の半導体ウェファ１１０をエッチングする
のに適したプラズマ処理系１００は、上壁１１６中に形
成されたアクセスポート１１４を有する真空室１１２を
備えている。誘電窓１１８は、上壁１１６の下方に配置
されており、かつアクセスポート１１４に亘って延在し
ている。誘電窓１１８は、壁１１６に対して封止されて
おり、真空室１１２の真空封止内部１１９を定義してい
る。平面コイル１２０は、誘電窓１１８に隣接して取り
付けられている。コイル１２０は、中心タップ１２２お
よび外側タップ１２４を有する渦巻き線として形成され
ている。コイル１２０の平面は、誘電窓１１８とウェフ
ァ１１０がエッチングの間に取り付けられる支持表面１
１３との双方に対して平行に配向されている。コイル１
２０は、ウェファ１１０と平行である、真空室１１２の
内部１１９内で平面プラズマを生じさせることができ
る。コイル１２０と支持表面１１３との間の適当な間隔
は、約５〜１０ｃｍであることができる。
ないし図５に示されている。図３、図４および図５に関
連して、個々の半導体ウェファ１１０をエッチングする
のに適したプラズマ処理系１００は、上壁１１６中に形
成されたアクセスポート１１４を有する真空室１１２を
備えている。誘電窓１１８は、上壁１１６の下方に配置
されており、かつアクセスポート１１４に亘って延在し
ている。誘電窓１１８は、壁１１６に対して封止されて
おり、真空室１１２の真空封止内部１１９を定義してい
る。平面コイル１２０は、誘電窓１１８に隣接して取り
付けられている。コイル１２０は、中心タップ１２２お
よび外側タップ１２４を有する渦巻き線として形成され
ている。コイル１２０の平面は、誘電窓１１８とウェフ
ァ１１０がエッチングの間に取り付けられる支持表面１
１３との双方に対して平行に配向されている。コイル１
２０は、ウェファ１１０と平行である、真空室１１２の
内部１１９内で平面プラズマを生じさせることができ
る。コイル１２０と支持表面１１３との間の適当な間隔
は、約５〜１０ｃｍであることができる。
【００１０】高周波（ＲＦ）発生器１３０は、同軸ケー
ブル１３２を経て整合回路１３４に導かれている。整合
回路１３４は、回路の有効な結合を調整するため、およ
び作業周波数で回路を負荷させるために位置することが
できる一次回路１３６および二次ループ１３８を備えて
いる。一次コイル１３６は、結合を調整するために垂直
軸１４２を中心に回転することができるディスク１４０
上に取り付けることができる。可変コンデンサ１４４
は、回路共鳴周波数をＲＦ発生器１３０の周波数出力で
調整するために二次ループ１３８と直列結合している。
インピーダンス整合により、平面コイル１２０に対する
電力移送の効率は最大になる。付加的なコンデンサ１４
６は、回路内での一次コイル１３６の誘導リアクタンス
の一部を無効にするために一次回路内に備えられてい
る。
ブル１３２を経て整合回路１３４に導かれている。整合
回路１３４は、回路の有効な結合を調整するため、およ
び作業周波数で回路を負荷させるために位置することが
できる一次回路１３６および二次ループ１３８を備えて
いる。一次コイル１３６は、結合を調整するために垂直
軸１４２を中心に回転することができるディスク１４０
上に取り付けることができる。可変コンデンサ１４４
は、回路共鳴周波数をＲＦ発生器１３０の周波数出力で
調整するために二次ループ１３８と直列結合している。
インピーダンス整合により、平面コイル１２０に対する
電力移送の効率は最大になる。付加的なコンデンサ１４
６は、回路内での一次コイル１３６の誘導リアクタンス
の一部を無効にするために一次回路内に備えられてい
る。
【００１１】電源１７２からの二次ＲＦ電位は、ウェフ
ァ支持体１１３に印加されている。このＲＦ発生器１７
２は、低い周波数（約５５０ｋＨｚ以下）でも高い周波
数（１３．５６ＭＨｚ）でも作動することができるが、
しかし、一般に低い周波数が使用される。ＲＦ発生器１
７２の周波数と第１ＲＦ発生器１３０の周波数とは、一
般に異なり、コイル１２０中に共鳴電流を供給する。従
って、一次ＲＦ発生器１３０が１３．５６ＭＨｚで作動
する場合には、二次ＲＦ発生器１７２は、例えば４００
ｋＨｚで適当に作動する。この２つのＲＦ電源の配置に
より、一次ＲＦ発生器１３０を介して系１００に導入さ
れるエネルギー量が制御され、ＲＦ発生器１７２の電力
の制御により、プラズマ中の反応性種に与えられた速度
は制御することができる。
ァ支持体１１３に印加されている。このＲＦ発生器１７
２は、低い周波数（約５５０ｋＨｚ以下）でも高い周波
数（１３．５６ＭＨｚ）でも作動することができるが、
しかし、一般に低い周波数が使用される。ＲＦ発生器１
７２の周波数と第１ＲＦ発生器１３０の周波数とは、一
般に異なり、コイル１２０中に共鳴電流を供給する。従
って、一次ＲＦ発生器１３０が１３．５６ＭＨｚで作動
する場合には、二次ＲＦ発生器１７２は、例えば４００
ｋＨｚで適当に作動する。この２つのＲＦ電源の配置に
より、一次ＲＦ発生器１３０を介して系１００に導入さ
れるエネルギー量が制御され、ＲＦ発生器１７２の電力
の制御により、プラズマ中の反応性種に与えられた速度
は制御することができる。
【００１２】プラズマの密度を最大にするため、および
それ故にエッチング工程を実施するのに必要とされる時
間を短縮させるために、３００〜６００ワットの比較的
に高い電力が平面コイル１２０に印加される。約７５〜
３００ワットの低い電力は、基板支持体１１３に印加さ
れる。
それ故にエッチング工程を実施するのに必要とされる時
間を短縮させるために、３００〜６００ワットの比較的
に高い電力が平面コイル１２０に印加される。約７５〜
３００ワットの低い電力は、基板支持体１１３に印加さ
れる。
【００１３】こうして、高い電力は、真空室中で低い圧
力、即ち１トルまたはそれ以下で早いエッチング速度を
提供する。更に、このようなプラズマ中のイオンの動的
エネルギーは低いので、ウェファに対する損傷はほとん
どない。
力、即ち１トルまたはそれ以下で早いエッチング速度を
提供する。更に、このようなプラズマ中のイオンの動的
エネルギーは低いので、ウェファに対する損傷はほとん
どない。
【００１４】しかし、上記の平面コイル装置中で処理さ
れたウェファが帯電することは問題であることが判明し
た。支持体基板１１３上の実効電荷は、処理されるウェ
ファ１１０に移送される。この実効電荷は、プラズマ中
の不均等性によって引き起こされることが考えられる。
更に、ハロゲン含有エッチング剤、例えば塩素の選択性
は、プラズマ中の高いイオン密度によって減少される。
また、高い密度のプラズマは、エッチングすべきウェフ
ァ堆積物のアンダーカットをも生じうる。例えば、高い
密度のプラズマは、必要に応じて、横方向ならびに水平
方向にエッチングし、さらに以下で討論され図６に示さ
れたようなゲートのアンダーカットを生じる高密度のラ
ジカル種を含有している。このアンダーカットを減少さ
せるために、後プラズマ処理の間にゲートの側壁保護を
提供することは、一般的なことであった。また、エッチ
ングの経過中に、横方向でのエッチングおよび特にゲー
ト堆積物のベースでエッチングされたゲート堆積物のア
ンダーカットを阻止するために、ゲート堆積物のエッチ
ング以外に新しくエッチングされた側壁面で保護的被膜
を沈積させるプラズマを発生させることは、公知であ
る。高分子量であることができるこのような層の形成に
より、例えばエッチングの異方性は改善され、かつアン
ダーカットは阻止される。しかし、この側壁の沈積物の
厚さでは、制御するのが困難であり；薄すぎる場合に
は、エッチング側壁は保護されず；厚すぎる場合には、
基板上により広い空間を取り、かつゲートおよびそのデ
バイスの臨界的寸法が損なわれる。このことは、次微細
な設計上の規則にとって受け入れることができないこと
である。
れたウェファが帯電することは問題であることが判明し
た。支持体基板１１３上の実効電荷は、処理されるウェ
ファ１１０に移送される。この実効電荷は、プラズマ中
の不均等性によって引き起こされることが考えられる。
更に、ハロゲン含有エッチング剤、例えば塩素の選択性
は、プラズマ中の高いイオン密度によって減少される。
また、高い密度のプラズマは、エッチングすべきウェフ
ァ堆積物のアンダーカットをも生じうる。例えば、高い
密度のプラズマは、必要に応じて、横方向ならびに水平
方向にエッチングし、さらに以下で討論され図６に示さ
れたようなゲートのアンダーカットを生じる高密度のラ
ジカル種を含有している。このアンダーカットを減少さ
せるために、後プラズマ処理の間にゲートの側壁保護を
提供することは、一般的なことであった。また、エッチ
ングの経過中に、横方向でのエッチングおよび特にゲー
ト堆積物のベースでエッチングされたゲート堆積物のア
ンダーカットを阻止するために、ゲート堆積物のエッチ
ング以外に新しくエッチングされた側壁面で保護的被膜
を沈積させるプラズマを発生させることは、公知であ
る。高分子量であることができるこのような層の形成に
より、例えばエッチングの異方性は改善され、かつアン
ダーカットは阻止される。しかし、この側壁の沈積物の
厚さでは、制御するのが困難であり；薄すぎる場合に
は、エッチング側壁は保護されず；厚すぎる場合には、
基板上により広い空間を取り、かつゲートおよびそのデ
バイスの臨界的寸法が損なわれる。このことは、次微細
な設計上の規則にとって受け入れることができないこと
である。
【００１５】図３ないし図５の装置中でエッチング工程
を実施するために、プロセスガスは、真空室１１２の側
方に形成されたポート１５０を介して真空室１１２中に
導入される。真空排気系１５２は、該系中の圧力を維持
し、かつ揮発性副生成物および未反応のガスを排気す
る。
を実施するために、プロセスガスは、真空室１１２の側
方に形成されたポート１５０を介して真空室１１２中に
導入される。真空排気系１５２は、該系中の圧力を維持
し、かつ揮発性副生成物および未反応のガスを排気す
る。
【００１６】従って、良好なエッチング速度および良好
な選択性を有し、かつ改善された異方性を有するエッチ
ングゲート堆積物の改善されたエッチング方法が著しく
望まれている。
な選択性を有し、かつ改善された異方性を有するエッチ
ングゲート堆積物の改善されたエッチング方法が著しく
望まれている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明には、
前記したような課題が課された。
前記したような課題が課された。
【００１８】
【課題を解決するための手段】平面コイル真空室中で低
電力を使用することにより、極めて均等なプラズマが生
じることが見い出された。塩素と塩化水素との前駆物質
のガス混合物を使用することにより、選択的なプラズマ
が生じ、かつエッチングの間にゲート堆積物のアンダー
カットは阻止される。
電力を使用することにより、極めて均等なプラズマが生
じることが見い出された。塩素と塩化水素との前駆物質
のガス混合物を使用することにより、選択的なプラズマ
が生じ、かつエッチングの間にゲート堆積物のアンダー
カットは阻止される。
【００１９】次微細な線および空間を形成させることが
できる高い均等性および高い選択性で、種々のゲート堆
積物の異方性エッチングを得ることができる。
できる高い均等性および高い選択性で、種々のゲート堆
積物の異方性エッチングを得ることができる。
【００２０】
【実施例】ゲート堆積物は、例えばドーピングされたポ
リシリコンの第１層を基板上に沈積させ、例えばＴｉＳ
ｉまたはＷＳｉの伝導性耐火物金属ケイ化物層をスパッ
タリングによって沈積させ、かつ該ケイ化物上にＴＥＯ
Ｓ酸化ケイ素キャップまたは硬質マスクを沈積させるこ
とによって、酸化ケイ素によって被覆されたシリコン支
持体上に形成させることができる。図１および図２に関
連する上記の記載を参照のこと。
リシリコンの第１層を基板上に沈積させ、例えばＴｉＳ
ｉまたはＷＳｉの伝導性耐火物金属ケイ化物層をスパッ
タリングによって沈積させ、かつ該ケイ化物上にＴＥＯ
Ｓ酸化ケイ素キャップまたは硬質マスクを沈積させるこ
とによって、酸化ケイ素によって被覆されたシリコン支
持体上に形成させることができる。図１および図２に関
連する上記の記載を参照のこと。
【００２１】上記ゲート堆積物を図３ないし図５の装置
中で、塩素（約５０ｃｍ３）、窒素（約２〜３ｃｍ３）
および酸素（約２〜７ｃｍ３）の常用のエッチングガス
を使用しかつＲＦ源を用いて平面コイルに対して比較的
に高い電力の３００〜６００ワットを発生させかつ基板
支持体に対して約７５〜３００ワットの発生させること
によりエッチングした場合には、基板は、エッチングの
間に帯電され、エッチング輪郭は、アンダーカットを示
した。
中で、塩素（約５０ｃｍ３）、窒素（約２〜３ｃｍ３）
および酸素（約２〜７ｃｍ３）の常用のエッチングガス
を使用しかつＲＦ源を用いて平面コイルに対して比較的
に高い電力の３００〜６００ワットを発生させかつ基板
支持体に対して約７５〜３００ワットの発生させること
によりエッチングした場合には、基板は、エッチングの
間に帯電され、エッチング輪郭は、アンダーカットを示
した。
【００２２】図６には、上記のエッチングしたゲート堆
積物の輪郭が示されており、この場合種々の層の番号
は、図１および図２と同じ材料に対しては同一である。
図６には、不適当な側壁の不動態化が起こることが示さ
れており、この場合には、ケイ化物層１５とポリシリコ
ン層１４の双方にアンダーカットが生じている。ポリシ
リコン層１４のアンダーカットは、最も顕著であり、か
つエッチング過程のほぼ終結時のプラズマラジカルの活
性の増大に帰因する。
積物の輪郭が示されており、この場合種々の層の番号
は、図１および図２と同じ材料に対しては同一である。
図６には、不適当な側壁の不動態化が起こることが示さ
れており、この場合には、ケイ化物層１５とポリシリコ
ン層１４の双方にアンダーカットが生じている。ポリシ
リコン層１４のアンダーカットは、最も顕著であり、か
つエッチング過程のほぼ終結時のプラズマラジカルの活
性の増大に帰因する。
【００２３】本発明の方法によれば、ゲート堆積物は、
図３ないし図５の装置中で、ＨＣｌ（２０〜１００ｃｍ
３）、塩素（２０〜１００ｃｍ３）、窒素（２〜５ｃｍ
３）およい酸素（２〜５ｃｍ３）の前駆物質エッチング
ガスを使用することによりエッチングされた。窒素およ
い酸素を輪郭の制御および側壁の不動態化のために添加
する。また、酸素の添加により、ゲート酸化物に対する
プラズマ前駆物質エッチングガス混合物の選択性は、改
善される。平面コイルに対する移送電力は、０〜２００
ワットであり、基板支持体に対する電力は、５０〜２０
０ワットであった。ケイ化物エッチング速度とポリシリ
コンエッチング速度との間の１：１のエッチング比が達
成された。８インチのウェファに亘るエッチング均一性
は、５％よりも良好であった。５０〜１００のゲート酸
化物に対するエッチング均一性は、上記方法を使用する
ことにより５０ｎｍの線および間隔に対して容易に得る
ことができる。
図３ないし図５の装置中で、ＨＣｌ（２０〜１００ｃｍ
３）、塩素（２０〜１００ｃｍ３）、窒素（２〜５ｃｍ
３）およい酸素（２〜５ｃｍ３）の前駆物質エッチング
ガスを使用することによりエッチングされた。窒素およ
い酸素を輪郭の制御および側壁の不動態化のために添加
する。また、酸素の添加により、ゲート酸化物に対する
プラズマ前駆物質エッチングガス混合物の選択性は、改
善される。平面コイルに対する移送電力は、０〜２００
ワットであり、基板支持体に対する電力は、５０〜２０
０ワットであった。ケイ化物エッチング速度とポリシリ
コンエッチング速度との間の１：１のエッチング比が達
成された。８インチのウェファに亘るエッチング均一性
は、５％よりも良好であった。５０〜１００のゲート酸
化物に対するエッチング均一性は、上記方法を使用する
ことにより５０ｎｍの線および間隔に対して容易に得る
ことができる。
【００２４】図７は、ｎ−ドーピングされたポリシリコ
ン上のＴＥＯＳ酸化ケイ素からなるエッチングされたゲ
ート堆積物の組織断面を示す電子顕微鏡写真である。エ
ッチング個所は、アンダーカットを伴なわずに異方性で
あることは、明らかである。
ン上のＴＥＯＳ酸化ケイ素からなるエッチングされたゲ
ート堆積物の組織断面を示す電子顕微鏡写真である。エ
ッチング個所は、アンダーカットを伴なわずに異方性で
あることは、明らかである。
【００２５】図８は、本発明による方法を使用してエッ
チングした別のゲート堆積物の組織断面を示す電子顕微
鏡写真であるが、この場合には、このゲート堆積物は、
ケイ化物層上で第２のスパッタリングされたケイ化タン
グステン層およびＴＥＯＳ酸化ケイ素キャップ層で被覆
されたポリシリコンの第１層を有している。また、エッ
チング個所は、ポリシリコン層に極めて僅かなアンダー
カットを有しているが、極めて異方性であった。
チングした別のゲート堆積物の組織断面を示す電子顕微
鏡写真であるが、この場合には、このゲート堆積物は、
ケイ化物層上で第２のスパッタリングされたケイ化タン
グステン層およびＴＥＯＳ酸化ケイ素キャップ層で被覆
されたポリシリコンの第１層を有している。また、エッ
チング個所は、ポリシリコン層に極めて僅かなアンダー
カットを有しているが、極めて異方性であった。
【００２６】図９は、本発明方法によりエッチングし
た、また別のゲート堆積物の組織断面を示す電子顕微鏡
写真であるが、この場合には、このゲート堆積物は、ケ
イ化物層上でスパッタリングされたケイ化チタン層およ
びＴＥＯＳ酸化ケイ素キャップ層で被覆されたポリシリ
コンの第１層を有している。また、このエッチング個所
は、ポリシリコン層に極めて僅かなアンダーカットを有
しているが、極めて異方性であった。
た、また別のゲート堆積物の組織断面を示す電子顕微鏡
写真であるが、この場合には、このゲート堆積物は、ケ
イ化物層上でスパッタリングされたケイ化チタン層およ
びＴＥＯＳ酸化ケイ素キャップ層で被覆されたポリシリ
コンの第１層を有している。また、このエッチング個所
は、ポリシリコン層に極めて僅かなアンダーカットを有
しているが、極めて異方性であった。
【００２７】本発明は、本明細書中に実施態様で詳細に
記載されているが、当業者であれば、本明細書中での意
味を有する種々の反応条件、ゲート層、変形装置等を容
易に代替することが可能である。本発明は、係属してい
る特許請求の範囲の記載によって限定されるものにのみ
意味を有している。
記載されているが、当業者であれば、本明細書中での意
味を有する種々の反応条件、ゲート層、変形装置等を容
易に代替することが可能である。本発明は、係属してい
る特許請求の範囲の記載によって限定されるものにのみ
意味を有している。
【００２８】
【図１】基板上に種々のゲート堆積物層を有する基板の
略示縦断面図。
略示縦断面図。
【図２】図１の基板をゲート堆積物の形成のためにエッ
チングした後の基板の略示断面図。
チングした後の基板の略示断面図。
【図３】平面プラズマを生じさせるための１つの装置を
示す斜視図。
示す斜視図。
【図４】図３の装置の部分的縦断面図を有する略図。
【図５】共鳴コイルに対して法線の方向に高周波電位を
供給する図３および図４の装置の回路の略図。
供給する図３および図４の装置の回路の略図。
【図６】公知技術の方法によって得られたエッチングさ
れたゲート堆積物を有する基板の略示縦断面図。
れたゲート堆積物を有する基板の略示縦断面図。
【図７】本発明方法により形成されたエッチングされた
ゲート堆積物の金属組織を示す電気顕微鏡写真。
ゲート堆積物の金属組織を示す電気顕微鏡写真。
【図８】本発明方法により形成されたエッチングされた
ゲート堆積物の金属組織を示す電気顕微鏡写真。
ゲート堆積物の金属組織を示す電気顕微鏡写真。
【図９】本発明方法により形成されたエッチングされた
ゲート堆積物の金属断面を示す電気顕微鏡写真。
ゲート堆積物の金属断面を示す電気顕微鏡写真。
１２ シリコンウェファ、１３ ゲート酸化物、１４
伝導性ポリシリコンの第１ゲート層、１５ ケイ化チタ
ンまたはケイ化タングステンの第２ゲート層、１６ 酸
化ケイ素硬質マスク層、１００ プラズマ処理系、１１
０ 半導体ウェファ、１１２ 真空室、１１３ 支持表
面、１１４ アクセスポート、１１６ 上壁、１１８
誘電窓、１２０ コイル、１２２ 中心タップ、１２４
外側タップ、１３０ 高周波（ＲＦ）発生器、１３２
同軸ケーブル、１３４ 整合回路、１３６ 一次回
路、１３８ 二次ループ、１４０ ディスク、１４２
垂直軸、１４４ 可変コンデンサ、１４６ 付加的なコ
ンデンサ、１７２ 二次ＲＦ発生器
伝導性ポリシリコンの第１ゲート層、１５ ケイ化チタ
ンまたはケイ化タングステンの第２ゲート層、１６ 酸
化ケイ素硬質マスク層、１００ プラズマ処理系、１１
０ 半導体ウェファ、１１２ 真空室、１１３ 支持表
面、１１４ アクセスポート、１１６ 上壁、１１８
誘電窓、１２０ コイル、１２２ 中心タップ、１２４
外側タップ、１３０ 高周波（ＲＦ）発生器、１３２
同軸ケーブル、１３４ 整合回路、１３６ 一次回
路、１３８ 二次ループ、１４０ ディスク、１４２
垂直軸、１４４ 可変コンデンサ、１４６ 付加的なコ
ンデンサ、１７２ 二次ＲＦ発生器
Claims (7)
- 【請求項１】 エッチングすべき１つの基板を真空室中
に取り付け、予め選択された圧力を真空室中で維持しな
がら前駆物質のエッチングガスを真空室中に装入し、真
空室中に取り付けられた誘電窓の外側および該誘電窓に
隣接して位置した平面コイル中で高周波電流を共振さ
せ、真空室中で該コイルと実質的に平行に平面プラズマ
を形成させ、真空室中で平面コイルおよび基板支持体に
亘るように高周波電位を印加し、それによってプラズマ
イオンおよびラジカルを平面基板に対して法線の方向に
加速させることによりプラズマ中で基板をエッチングす
る方法において、エッチングの間、該平面状コイルに対
する電力を約０〜２００ワットに限定し、かつ該基板支
持体に対する電力を５０〜２００ワットに限定すること
を特徴とする、プラズマ中で基板をエッチングする方
法。 - 【請求項２】 基板がその上にゲート酸化物層を有する
シリコンであり、伝導性ポリシリコン層がゲート酸化物
層上に沈積され、かつキャップ酸化ケイ素層がその上に
沈積される、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 エッチング剤ガスが塩素および塩化水素
を含む混合物である、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 エッチング剤ガスが付加的に窒素および
酸素を含む、請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 耐火物金属ケイ化物層が伝導性ポリシリ
コン層上に沈積されている、請求項２記載の方法。 - 【請求項６】 耐火物金属ケイ化物がケイ化チタンであ
る、請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 耐火物金属ケイ化物がケイ化タングステ
ンである、請求項５記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/362,398 US5591301A (en) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Plasma etching method |
| US08/362398 | 1994-12-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236513A true JPH08236513A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=23425970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7349451A Pending JPH08236513A (ja) | 1994-12-22 | 1995-12-22 | プラズマ中で基板をエッチングする方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5591301A (ja) |
| EP (1) | EP0718876B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08236513A (ja) |
| KR (1) | KR100413894B1 (ja) |
| AT (1) | ATE320082T1 (ja) |
| DE (1) | DE69534832T2 (ja) |
| TW (1) | TW410401B (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6017825A (en) * | 1996-03-29 | 2000-01-25 | Lam Research Corporation | Etch rate loading improvement |
| KR100230981B1 (ko) * | 1996-05-08 | 1999-11-15 | 김광호 | 반도체장치 제조공정의 플라즈마 식각 방법 |
| US6008139A (en) * | 1996-06-17 | 1999-12-28 | Applied Materials Inc. | Method of etching polycide structures |
| US5880033A (en) * | 1996-06-17 | 1999-03-09 | Applied Materials, Inc. | Method for etching metal silicide with high selectivity to polysilicon |
| US6562724B1 (en) * | 1997-06-09 | 2003-05-13 | Texas Instruments Incorporated | Self-aligned stack formation |
| WO1999021495A1 (en) * | 1997-10-24 | 1999-05-06 | Fugo Richard J | Method of plasma incision of matter with a specifically tuned radiofrequency electromagnetic field generator |
| US6479785B1 (en) | 1998-07-09 | 2002-11-12 | Richard J. Fugo | Device for plasma incision of mater with a specifically tuned radiofrequencty electromagnetic field generator |
| US5958266A (en) * | 1997-10-24 | 1999-09-28 | Fugo; Richard J. | Method of plasma incision of matter with a specifically tuned radiofrequency electromagnetic field generator |
| JPH11145113A (ja) * | 1997-11-13 | 1999-05-28 | Nec Corp | エッチング方法 |
| EP0932190A1 (en) * | 1997-12-30 | 1999-07-28 | International Business Machines Corporation | Method of plasma etching the tungsten silicide layer in the gate conductor stack formation |
| US6787730B2 (en) | 1998-07-09 | 2004-09-07 | Damian Coccio | Device for plasma incision of matter with a specifically tuned radiofrequency electromagnetic field generator |
| US6309926B1 (en) | 1998-12-04 | 2001-10-30 | Advanced Micro Devices | Thin resist with nitride hard mask for gate etch application |
| TW501199B (en) | 1999-03-05 | 2002-09-01 | Applied Materials Inc | Method for enhancing etching of TiSix |
| US6261967B1 (en) | 2000-02-09 | 2001-07-17 | Infineon Technologies North America Corp. | Easy to remove hard mask layer for semiconductor device fabrication |
| EP1156519A1 (en) * | 2000-05-16 | 2001-11-21 | Semiconductor 300 GmbH & Co. KG | Gate etch process for 12 inch wafers |
| US6461974B1 (en) | 2000-10-06 | 2002-10-08 | Lam Research Corporation | High temperature tungsten etching process |
| US6642584B2 (en) * | 2001-01-30 | 2003-11-04 | International Business Machines Corporation | Dual work function semiconductor structure with borderless contact and method of fabricating the same |
| US8088126B2 (en) * | 2006-08-17 | 2012-01-03 | Fugo Richard J | Method and apparatus for plasma incision of cardiovascular tissue |
| KR100927398B1 (ko) * | 2007-06-26 | 2009-11-19 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법 |
| US20120244693A1 (en) * | 2011-03-22 | 2012-09-27 | Tokyo Electron Limited | Method for patterning a full metal gate structure |
| US8946002B2 (en) * | 2012-07-24 | 2015-02-03 | Semiconductor Components Industries, Llc | Method of forming a semiconductor device having a patterned gate dielectric and structure therefor |
| KR101582542B1 (ko) * | 2014-08-19 | 2016-01-05 | 국방과학연구소 | 대면적 플라즈마를 이용한 전자기파 감쇠 장치 |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4253907A (en) * | 1979-03-28 | 1981-03-03 | Western Electric Company, Inc. | Anisotropic plasma etching |
| US4297162A (en) * | 1979-10-17 | 1981-10-27 | Texas Instruments Incorporated | Plasma etching using improved electrode |
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