JPH0851097A

JPH0851097A - プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法

Info

Publication number: JPH0851097A
Application number: JP18427394A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Nagayama; 哲治長山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】シリコン層と酸化シリコン層の多層積層膜
を、エッチングガスを切り替えることなく、同一のエッ
チング装置内で連続的にプラズマエッチングする。【構成】エッチングチャンバ内壁面の１部をＳｉ系材
料層で構成し、Ｓｉ系材料層の露出表面積を可変するシ
ャッタを設ける。ＣＦ系ガスをエッチングガスに用い
て、シリコン層、例えば多結晶シリコン配線７、８のエ
ッチング時はシャッタを閉め、酸化シリコン層４、５、
６のエッチング時はシャッタを開ける。【効果】プラズマ中のＦラジカルをＳｉ系材料層で捕
捉することにより、プラズマを構成するＣ原子とＦ原子
の比を制御し、各被エッチング層に最適のエッチング条
件を形成できる。エッチング条件の切り替えはシャッタ
の開閉のみであり、スループットが高い。本発明は高密
度プラズマ発生源を有するプラズマエッチング装置を用
い、さらにＳｉ系材料層を加熱すれば効果は高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置等の製造分野
で適用されるプラズマエッチング装置およびプラズマエ
ッチング方法に関し、さらに詳細にはシリコン層と酸化
シリコン層の積層膜を連続的にエッチングする場合に用
いて好適なプラズマエッチング装置およびプラズマエッ
チング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積度化、高
性能化が進展するに伴い、その最小デザインルールはハ
ーフミクロンからクォータミクロンが採用されつつあ
り、プラズマエッチングの分野でも、微細化を可能とす
る高精度の加工技術が要求されている。

【０００３】さらに最近のメモリ装置においては、ＳＲ
ＡＭにあっては高抵抗負荷に代えてＴＦＴを採用する動
きや、ＤＲＡＭにあってはセル構造の複雑化にともな
い、多結晶シリコン配線が層間絶縁膜を介して３層、４
層に積層される多層配線構造が珍しくない。かかる多層
配線間の接続孔の数を大幅に低減する手法として、いわ
ゆるサイドウォールコンタクト（プラグイン配線）と呼
称される接続構造が提案されている。これは、最下層の
第１層多結晶シリコン配線等へのヴァイアホール開口時
に、第２層多結晶シリコン配線やさらに上層の第３層多
結晶シリコン配線を貫通して接続孔を形成し、ここに導
電性材料（プラグ）を埋め込むことにより、接続孔の側
壁部分で多層配線間の接続をとるものである。サイドウ
ォールコンタクトの採用により、各層の多結晶シリコン
配線への個々のヴァイアホール形成工程を省略できるた
め、デバイス構造とプロセスの両面から大幅な簡略化に
つながる長所を有する。サイドウォールコンタクトの報
告例としては、１９９０年ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓＭｅ
ｅｔｉｎｇ（ＩＥＤＭ９０）論文集、ｐ５９〜６２
や、同じくＩＥＤＭ９１論文集、ｐ４７７〜４８０
に、いずれもＳＲＡＭの高集積化に利用した例が掲載さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、層間絶縁膜
の構成材料は一般に酸化シリコンであり、ＳｉＯ₂やこ
れに不純物を添加したＰＳＧ、ＢＳＧそしてＢＰＳＧ等
のシリケートガラスが広く採用されている。これら酸化
シリコン系層間絶縁膜に接続孔を開口するためのプラズ
マエッチングには、ＣＨＦ₃や、ＣＦ₄／Ｈ₂、ＣＦ₄
／Ｏ₂あるいはＣＦ₄／ＣＨＦ₃混合ガス等、ＣＦ系化
合物を主体とするエッチングガスが用いられている。こ
れはＣＦ系化合物中のＣ原子が還元性を有し、ＳｉＯ₂
層からＯ原子を引き抜き、原子間の結合エネルギがより
大きなＣ−Ｏ結合を生成し、Ｓｉ−Ｏ結合を弱めたり切
断する作用があるためである。またＳｉＯ₂の主エッチ
ャントであるＣＦ₃ ⁺を生成し、さらにはプラズマ中の
Ｃ原子とＦ原子の比を表すＣ／Ｆ比を高く制御すること
により、炭素系ポリマの堆積量を最適化し、側壁保護膜
を形成したり、レジストマスクや下地材料層に対する高
選択性を達成しうるといった様々の理由にもとづくもの
である。

【０００５】この場合、下地材料層はシリコン基板の不
純物拡散層や、ポリサイドまたは多結晶シリコンによる
配線層であり、上述したＣＦ系ガスを主体としたプラズ
マエッチングは、これらシリコンを主体とする層に対し
酸化シリコン層の高選択比エッチングを達成しうる。し
かしながら、前述したサイドウォールコンタクト構造に
おいては、酸化シリコン層と、多結晶シリコンのごとき
シリコン層が積層された多層膜を順次エッチングする必
要がある。このような構造に対し、上述したＣＦ系化合
物を主体とするエッチングガスによるプラズマエッチン
グを適用した場合には、酸化シリコン層を開口して多結
晶シリコン層が露出した時点で当然エッチングが停止す
る。

【０００６】多結晶シリコン層を続けてパターニングす
るためには、エッチングガス組成を切り替えたり、ある
いはさらに多結晶シリコン専用のエッチング装置に搬送
してここでエッチングすればよい。シリコンのエッチン
グにおいては、Ｃによる還元反応は不要であり、むしろ
シリコン層表面に炭素系ポリマが堆積してエッチングの
進行を阻害する。そこでシリコンのメインエッチャント
であるＦ^*を多く供給するため、エッチングガスの組成
を替え、Ｃ／Ｆ比を小さく制御することがおこなわれ
る。しかし多層構造の加工においては、これらエッチン
グ条件の切り替えが多数回におよび、エッチング装置や
プロセスの複雑化等の問題を解決しない限り、サイドウ
ォールコンタクトを広く実プロセスに採用することは困
難である。

【０００７】そこで本発明の課題は、シリコン層と酸化
シリコン層の積層膜を、エッチングガス組成を切り替え
たり、エッチング装置間を搬送することなく、同一のエ
ッチング装置内で連続的にエッチングする装置および方
法を提供することである。

【０００８】また本発明の別の課題は、最終的に露出す
る最下層のシリコン層に対しては、高い選択比を確保し
た上で、しかも高いスループットをもって上記課題を達
成することである。

【０００９】さらに本発明の別の課題は、サイドウォー
ルコンタクト構造を実デバイスに生産性良くとりこみ、
半導体装置の高集積化を達成することである。本発明の
その他の課題は、本願明細書および添付図面の説明によ
り明らかにされる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマエッチ
ング装置は、上述の課題を解決するために提案するもの
であり、１×１０¹¹／ｃｍ³以上１×１０¹⁴／ｃｍ³未
満のプラズマ密度が得られるプラズマ発生源を有するプ
ラズマエッチング装置であって、このエッチングチャン
バ内に、プラズマとの接触面積が可変なＳｉ系材料層を
配設することを特徴とするものである。また、このＳｉ
系材料層の加熱手段をさらに有することが望ましい。Ｓ
ｉ系材料層とプラズマとの接触面積を可変とする手段と
しては、エッチングチャンバの内壁面の少なくとも一部
をＳｉ系材料層で構成するとともに、このＳｉ系材料層
の露出表面積を可変とするシャッタを具備する構成とし
た。またＳｉ系材料層とプラズマとの接触面積を可変と
するもう一つの手段としては、エッチングチャンバの内
壁面に沿って、Ｓｉ系材料層を進退自在に配設するよう
にした。

【００１１】本発明で用いるＳｉ系材料層としては、単
結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコン、Ｓｉ
Ｃ、ＷＳｉ₂を始めとする各種金属シリサイド、ＳｉＯ
₂、ＳｉＯＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＳ₂等、Ｆ^*（Ｆラジ
カル）を捕捉しうる各種材料を用いることができる。こ
れらＳｉ系材料層を、エッチングチャンバ内壁面や、支
持基体上に各種ＣＶＤやスパッタリング、プラズマ溶射
等の手段により形成する。あるいは、予め板状に形成し
たこれらＳｉ系材料層をエッチングチャンバ内壁面や、
支持基体上に固定して用いてもよい。板厚が厚い場合
や、棒状に加工したＳｉ系材料層の場合は、Ｓｉ系材料
層そのものをエッチングチャンバ内壁面に沿って進退自
在に配設してもい。これらＳｉ系材料層はエッチングチ
ャンバ内壁面全面に渡り形成してもよいし、スポット
状、スリット状に互いに離間して形成してもよい。

【００１２】また本発明で用いるシャッタとしては、Ｆ
^*を捕捉しない材料で少なくともその表面を構成するこ
とが好ましく、Ａｌ₂Ｏ₃やＡｌＮ、あるいはこれらで
被覆されたＡｌやステンレス鋼等が用いられる。Ａｌ金
属で形成し、表面酸化や表面窒化を施せば容易である。

【００１３】さらに、本発明で用いる１×１０¹¹／ｃｍ
³以上１×１０¹⁴／ｃｍ³未満のプラズマ密度が得られ
るプラズマ発生源を有するプラズマエッチング装置とし
ては、ＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎ
Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマエッチング装置、ＩＣ
Ｐ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａ
ｓｍａ）エッチング装置、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｃｅｆｏｒ
ｍｅｒＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）エッチング装
置、ヘリコン波プラズマ（ＨｅｌｉｃｏｎＷａｖｅ
Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置等を例示できる。これら
各高密度プラズマエッチング装置についての技術的説明
は、個々の技術リポート等に詳述されているので省略す
るが、総説として月間セミコンダクターワールド誌１９
９２年１０月号５９ページに掲載されている。

【００１４】また本発明のプラズマエッチング方法は、
上述したプラズマエッチング装置を用いるとともに、Ｃ
Ｆ系ガスを用いて、シリコン層と酸化シリコン層の積層
膜を連続的にプラズマエッチングするにあたり、Ｓｉ系
材料層とプラズマとの接触面積は、シリコン層のエッチ
ング時よりも、酸化シリコン層のエッチング時の方が大
きいことを特徴とする、プラズマエッチング方法であ
る。このとき、少なくとも酸化シリコン層のエッチング
時には、Ｓｉ系材料層を加熱することが望ましい。

【００１５】本発明のプラズマエッチング方法において
は、エッチングガスとしてＣＦ系ガス単独で用いてもよ
い。またシリコン層と酸化シリコン層の各層のエッチン
グ時において、Ｓｉ系材料とプラズマとの接触面積以外
のエッチング条件は同一であってもよい。

【００１６】

【作用】本発明の第１のポイントは、エッチングチャン
バ内にプラズマとの接触面積が可変なＳｉ系材料層を配
設し、プラズマ中のＦ^*をこのＳｉ系材料層の表面で補
足する点にある。これにより、エッチングガス中のＣ／
Ｆ比の切り替えを、エッチングガスを変更しておこなう
のではなく、エッチング装置側で対応しうるものとし
た。すなわち、選択比を決定するエッチング条件のファ
クタであるＣ／Ｆ比の制御を、Ｓｉ系材料層とプラズマ
との接触面積を可変とするシャッタの操作等により、機
械的かつ迅速に対応できるようにした。この際、加熱手
段によりＳｉ系材料層を加熱しておけば、Ｆ^*の補足を
より効果的におこなうことができる。また本発明のドラ
イエッチング装置においては、プラズマ発生源で生成さ
れるプラズマ密度が高いほどＦ^*の生成密度が高く、し
たがってＦ^*の捕捉の効果が大きいので、Ｃ／Ｆ比によ
るエッチング条件の切り替えの観点からは有効である。
また同時に、エッチングレートや選択比、被エッチング
基板面内の均一性についても高密度プラズマエッチング
装置が有効であることは言う迄もない。

【００１７】ところで、従来より一般的に用いられてい
る平行平板型プラズマエッチング装置は、プラズマ密度
として１×１０⁹／ｃｍ³台、磁界を併用するマグネト
ロンＲＩＥ装置にあっても１×１０¹⁰／ｃｍ³オーダー
のプラズマ密度であり、プラズマ密度やエッチングレー
ト、そして特に大口径基板におけるエッチングの均一性
の点でやや難点がある。一方、プラズマ密度の上限につ
いては、エッチングガス圧と密接な関連があり、本発明
で用いる高密度プラズマエッチング装置の主たる動作圧
力である１０^-1Ｐａ台のガス圧力においては、１×１０
¹⁴／ｃｍ³のプラズマ密度はほぼ完全解離に近い値であ
る。したがって、本発明のプラズマエッチング装置にお
けるプラズマ発生源のプラズマ密度を、１×１０¹¹／ｃ
ｍ³以上１×１０¹⁴／ｃｍ³未満に限定するのである。

【００１８】本発明の第２のポイントは、上述したエッ
チング装置を用い、シリコン層と酸化シリコン層の積層
膜をＣＦ系ガスを用いて連続的にエッチングするにあた
り、Ｓｉ系材料とプラズマとの接触面積を変化させて、
各層に最適なＣ／Ｆ比の制御を行う点にある。すなわ
ち、酸化シリコン層のエッチング時には、シャッタを開
く等の手段により、プラズマとＳｉ系材料層との接触面
積を広げる。これにより、プラズマ中の過剰のＦ^*を捕
捉してＣ／Ｆ比を高め、酸化シリコン層に適した還元性
雰囲気のエッチング条件により酸化シリコン層の加工を
おこなう。酸化シリコン層のエッチング時には、Ｓｉ系
材料層を加熱しておけばＦ^*の捕捉はより効果的におこ
なわれる。

【００１９】酸化シリコン層のエッチングが進み、シリ
コン層の表面が露出した時点でシャッタを閉める等の手
段により、プラズマとＳｉ系材料層との接触面積を狭め
たり、あるいは接触しない状態とする。これにより、プ
ラズマ中のＦ^*の濃度が高まり、Ｃ／Ｆ比は低くなるの
で、シリコン層に適したエッチング条件が達成され、こ
の条件でシリコン層を加工できる。

【００２０】シリコン層のエッチングが進み、さらに下
層の酸化シリコン層表面が露出した時点で再びシャッタ
を開く等の手段により、プラズマとＳｉ系材料層との接
触面積を広げればよい。以下、この繰り返しにより、シ
リコン層と酸化シリコン層の多層膜を、シャッタ開閉以
外のエッチング条件を変更することなく、またエッチン
グ装置間を搬送することもなく、連続的にエッチングす
ることが可能となるのである。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照して説明する。

【００２２】実施例１本実施例は、高集積度ＳＲＡＭのサイドウォールコンタ
クト構造のエッチングを、基板バイアス印加型のＥＣＲ
プラズマエッチング装置で行った例でありこれを図１
（ａ）〜（ｂ）および図２を参照して説明する。

【００２３】図２は、本実施例で使用する基板バイアス
印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の概略構成例を示
す図である。同図において、マグネトロン１６により発
生する２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、マイクロ波導波
管１７を経由して石英等からなるべルジャ１８内に導入
し、べルジャ１８を周回して配設したソレノイドコイル
２０により励起した０．０８７５Ｔの磁場との相互作用
により、べルジャ１８内にエッチングガスのＥＣＲプラ
ズマを生成する。被エッチング基板１１は基板ステージ
１２上にクランパ１３により密着載置する。クランパ１
３の表面をＳｉ系材料層で形成することも可能である。
基板ステージ１２に組み込んだ静電チャック（図示せ
ず）により被エッチング基板１１を支持してもよい。２
１は基板バイアス電源である。本装置の特徴部分は、べ
ルジャ１８の下部に連接したエッチングチャンバ１９の
内壁面に形成したＳｉ系材料層１４と、この露出表面積
を制御するシャッタ１５である。

【００２４】本実施例ではＳｉ系材料層１４はＣＶＤに
より例えば数μｍから数十μｍの厚さに形成した非晶質
シリコンを用いたが、シリコン粒子のプラズマ溶射や、
シリコン板を貼着して用いてもよい。シャッタ１５は、
エッチングチャンバ１９内壁面と微少間隙を保って中空
円筒状に形成したＡｌ板からなり、陽極酸化によりアル
マイト処理をほどこしたものである。図示しない駆動手
段により、シャッタ１５は矢印で示した上下方向に移動
可能であり、Ｓｉ系材料層１４の露出表面積を制御する
ことができる。なお図２では、エッチングガス導入孔、
真空排気系他の細部は図示を省略する。

【００２５】次に、本発明のドライエッチング方法を図
１（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。先に記したよう
に、本実施例はＳＲＡＭのサイドウォールコンタクトの
形成に適用した例であり、エッチング試料は図１（ａ）
に示すように、Ｓｉ等の半導体基板１を選択酸化して形
成した素子間分離膜２上のポリサイド配線３、さらにこ
の上に順次形成した第１の酸化シリコン層４、５０ｎｍ
厚の第２の多結晶シリコン配線７、第２の酸化シリコン
層５、３０ｎｍ厚の第３の多結晶シリコン配線８、最上
層の第３の酸化シリコン層６を順次形成したものであ
る。ポリサイド配線３は、多結晶シリコンにより形成し
てもよい。最上層の第３の酸化シリコン層６上には、ポ
リサイド配線３に臨むサイドウォールコンタクト開口形
成用のレジストマスク９を、ノボラック系レジストとｉ
線リソグラフィにより形成する。レジストマスク９の開
口幅は一例として０．３５μｍである。このエッチング
試料を被エッチング基板とする。

【００２６】この被エッチング基板１１を、図２に示す
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１２上に載置し、一例として下記に示す第１
のエッチング条件により第３の酸化シリコン層６の露出
部分をエッチングした。なおシャッタ開度は、Ｓｉ系材
料層１４表面が全部露出した時が１００％、シャッタ１
５によりＳｉ系材料層１４の表面を全部覆った時が０％
であり、前述のようにプラズマ中のＦ^*の量やＣ／Ｆ比
を制御する重要なパラメータである。ＣＨＦ₃ ５０ｓｃｃｍガス圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー２００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ Ｓｉ系材料層温度２５０ ℃ シャッタ開度１００％このエッチング工程においては、ＥＣＲプラズマ発生源
によりプラズマ中に大量に生成するＦ^*は、加熱された
Ｓｉ系材料層１４表面で捕捉され、Ｃ／Ｆ比の大きな最
適エッチング条件により、第３の酸化シリコン層６のパ
ターニングが進行する。

【００２７】第３の酸化シリコン層６のエッチングが終
了し、第３の多結晶シリコン層８が露出した時点で下記
第２のエッチング条件に切り替える。なお第３の酸化シ
リコン層６のパターニングの終了は、酸化シリコンの反
応生成物であるＣＯの発光スペクトル強度が減少し始め
る時点に設定する。ＣＯの固有発光スペクトルは、例え
ば４８３．５ｎｍである。ＣＨＦ₃ ５０ｓｃｃｍガス圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー２００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ Ｓｉ系材料層温度２５０ ℃ シャッタ開度２０％上記エッチング条件は、シャッタ開度を２０％にした他
は、先の酸化シリコン層のエッチング条件と同一であ
る。本エッチング工程においては、ＥＣＲプラズマ発生
源によりプラズマ中に大量に生成したＦ^*は、その大部
分が多結晶シリコンのエッチング種として寄与し、高速
エッチングが進行する。なおこの際、Ｆ^*によるレジス
トマスク９の膜減りや後退が懸念されるが、第３の多結
晶シリコン層８の膜厚が５０ｎｍと薄く、短時間のエッ
チングであるのでレジストマスク９への影響は観察され
なかった。

【００２８】第３の多結晶シリコン配線８のエッチング
が短時間で終了し、第２の酸化シリコン層５表面が露出
した時点でシャッタ１５を開き、再び先の第１のエッチ
ング条件に切り替える。なお第３の多結晶シリコン配線
８のエッチング終了は、反応生成物であるＳｉＦ_xの発
光スペクトルが減少し始める時点をもって判定すればよ
い。ＳｉＦ_xの固有発光スペクトルは、一例として４４
０ｎｍと７７７ｎｍである。

【００２９】以下、シャッタ開度の変更のみにより、第
２の酸化シリコン層５、第２の多結晶シリコン配線７お
よび第１の酸化シリコン層４を順次エッチングし、ポリ
サイド配線３の表面が露出した時点でエッチングを終了
する。第１の酸化シリコン層４のエッチング条件によ
り、ポリサイド配線３の上層のＷＳｉ_x層が露出した時
点でエッチングが停止する機構は、多結晶シリコン層表
面でエッチングが停止する機構と同じである。形成され
たサイドウォールコンタクト開口１０の状態を図１
（ｂ）に示す。

【００３０】本実施例によれば、シャッタ開度以外のエ
ッチング条件の切り替えを必要とせず、機械的かつ迅速
な方法により、シリコン層と酸化シリコン層の多層積層
膜を同一のエッチングチャンバ内で連続的にエッチング
することが可能である。

【００３１】実施例２本実施例は、同じく高集積度ＳＲＡＭのサイドウォール
コンタクト構造のエッチングを、基板バイアス印加型の
ＩＣＰエッチング装置で行った例であり、これを再び図
１（ａ）〜（ｂ）および図３を参照して説明する。

【００３２】図３は、本実施例で使用する基板バイアス
印加型ＩＣＰエッチング装置の概略構成例を示す図であ
る。なお、図３では図２と同様の機能をはたす部分には
同一の参照番号を付与しその説明は一部省略するものと
する。同図において、石英等の誘電体材料で構成される
エッチングチャンバ１９側面に多重に巻回した誘導結合
コイル２３によりＩＣＰ電源２２のパワーをエッチング
チャンバ１９内に供給し、ここに高密度プラズマを生成
する。２４は上部接地電極であるり、その内壁面にはＳ
ｉ系材料層１４を配設する。１５はＳｉ系材料層１４の
露出表面積を制御するシャッタであり、図示しない駆動
手段により図の矢印方向に開閉自在である。２５はヒー
タであり、Ｓｉ系材料層１４を加熱するものである。Ｓ
ｉ系材料層１４、シャッタ１５およびヒータ２５は本装
置の特徴部分である。基板バイアス電源２１を接続した
基板ステージ１２上に被エッチング基板１１を載置し、
クランパ１３で密着保持する。なおエッチングガス導入
孔、真空排気系等の細部の図示は省略する。ＩＣＰエッ
チング装置の特徴は、大型のマルチターン誘導結合コイ
ル２３により、大電力でのプラズマ励起が可能であり、
１０¹²／ｃｍ³台の高密度プラズマでのエッチングを施
すことができることである。

【００３３】次に、本実施例のドライエッチング方法の
説明に移る。本実施例で用いた被エッチング基板は実施
例１と同じであり、図１を参照して説明することとし、
重複する説明を省略する。図１（ａ）に示した被エッチ
ング基板１１を基板バイアス印加型ＩＣＰエッチング装
置の基板ステージ１２上に載置し、一例として下記条件
で第３の酸化シリコン層８の露出部分のエッチングを行
った。Ｃ₂Ｆ₆ ５０ｓｃｃｍガス圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー２０００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー８００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ Ｓｉ系材料層温度２７０ ℃ シャッタ開度１００％このエッチング工程においては、ＩＣＰ発生源によりプ
ラズマ中に大量に生成するＦ^*は、加熱されたＳｉ系材
料層１４表面で捕捉され、Ｃ／Ｆ比の大きな最適エッチ
ング条件により、第３の酸化シリコン層６のパターニン
グが進行する。

【００３４】第３の酸化シリコン層６のエッチングが終
了し、第３の多結晶シリコン層８が露出した時点で下記
第２のエッチング条件に切り替える。モニタリング条件
は実施例１と同じである。Ｃ₂Ｆ₆ ５０ｓｃｃｍガス圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー２０００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアスパワー８００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ Ｓｉ系材料層温度２７０ ℃ シャッタ開度２０％上記エッチング条件は、シャッタ開度を２０％にした他
は、先の酸化シリコン層のエッチング条件と同一であ
る。本エッチング工程においては、ＩＣＰ発生源により
プラズマ中に大量に生成したＦ^*は、その大部分が多結
晶シリコンのエッチング種として寄与し、高速エッチン
グが進行する。

【００３５】第３の多結晶シリコン配線８のエッチング
が短時間で終了し、第２の酸化シリコン層５表面が露出
した時点でシャッタ１５を開き、再び先の第１のエッチ
ング条件に切り替える。なお第２の多結晶シリコン配線
８のエッチング終了のモニタリング条件は、実施例１と
同じである。

【００３６】以下、シャッタ開度の変更のみにより、第
２の酸化シリコン層５、第２の多結晶シリコン配線７お
よび第１の酸化シリコン層４を順次エッチングし、ポリ
サイド配線３の表面が露出した時点でエッチングを終了
する。第１の酸化シリコン層４のエッチング条件によ
り、ポリサイド配線３の上層のＷＳｉ_x層が露出した時
点でエッチングが停止する機構は、多結晶シリコン層表
面でエッチングが停止する機構と同じである。形成され
たサイドウォールコンタクト開口１０の状態を図１
（ｂ）に示す。

【００３７】本実施例によれば、シャッタ開度以外のエ
ッチング条件の切り替えを必要とせず、機械的かつ迅速
な方法により、シリコン層と酸化シリコン層の多層積層
膜を同一のエッチングチャンバ内で連続的にエッチング
することが可能であり、１０ ¹²／ｃｍ³台の高密度プラ
ズマとあいまって、スループットの高いプロセスが可能
である。

【００３８】実施例３本実施例は同じく同じく高集積度ＳＲＡＭのサイドウォ
ールコンタクト構造のエッチングを、基板バイアス印加
型のヘリコン波プラズマエッチング装置で行った例であ
りこれを再度図１（ａ）〜（ｂ）および図４を参照して
説明する。

【００３９】図４は、本実施例で使用する基板バイアス
印加型ヘリコン波プラズマエッチング装置の概略構成例
を示す図である。なお、図４でも図２と同様の機能をは
たす部分には同一の参照番号を付与しその説明は一部省
略するものとする。同図において、ヘリコン波電源２６
によりヘリコン波アンテナ２７に電力を供給し発生する
電場と、ソレノイドコイルアッセンブリ２８により発生
する磁場との相互作用により、べルジャ１８内にホイス
ラー波（ヘリコン波）を発生し、エッチングチャンバ１
９内にエッチングガスの高密度プラズマを生成する。エ
ッチングチャンバ１９周囲のマルチポール磁石２９によ
り、この高密度プラズマは効率よくエッチングチャンバ
１９内に閉じ込められる。本装置の特徴部分は、エッチ
ングチャンバ内壁上面に配設したＳｉ系材料層１４と、
その露出表面積を制御するシャッタ１５である。同図で
は、シャッタの駆動手段は図示を省略する。基板バイア
ス電源２１を接続した基板ステージ１２上に被エッチン
グ基板１１を載置し、クランパ１３で密着保持する。な
おエッチングガス導入孔、真空排気系等の細部の図示は
省略する。ヘリコン波プラズマエッチング装置の特徴
は、ヘリコン波アンテナ２７の構造特性により、前実施
例のプラズマ発生源よりさらに高い、１０¹³／ｃｍ³台
の高密度プラズマでのエッチングを施すことができるこ
とである。

【００４０】次に、本実施例のドライエッチング方法の
説明に移る。本実施例で用いた被エッチング基板は実施
例１と同じであり、図１を参照して説明することとし、
重複する説明は省略する。図１（ａ）に示した被エッチ
ング基板１１を基板バイアス印加型ヘリコン波プラズマ
エッチング装置の基板ステージ１２上に載置し、一例と
して下記条件で第３の酸化シリコン層６の露出部分のエ
ッチングを行った。Ｃ₄Ｆ₈ ５０ｓｃｃｍガス圧力０．１Ｐａヘリコン波電源パワー２５００Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）基板バイアスパワー３００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ Ｓｉ系材料層温度２５０ ℃ シャッタ開度１００％このエッチング工程においては、ヘリコン波プラズマ発
生源によりプラズマ中に大量に生成するＦ^*は、加熱さ
れたＳｉ系材料層１４表面で捕捉され、Ｃ／Ｆ比の大き
な最適エッチング条件により、第３の酸化シリコン層６
のパターニングが進行する。

【００４１】第３の酸化シリコン層６のエッチングが終
了し、第３の多結晶シリコン層８が露出した時点で下記
第２のエッチング条件に切り替える。ここでもモニタリ
ング条件は実施例１と同じである。Ｃ₄Ｆ₈ ５０ｓｃｃｍガス圧力０．１Ｐａヘリコン波電源パワー２５００Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）基板バイアスパワー３００Ｗ（８００ｋＨｚ）被エッチング基板温度２０ ℃ Ｓｉ系材料層温度２５０ ℃ シャッタ開度０％上記エッチング条件は、シャッタ開度を０％、すなわち
完全な閉状態にした他は、先の酸化シリコン層のエッチ
ング条件と同一である。本エッチング工程においては、
ＩＣＰ発生源によりプラズマ中に大量に生成したＦ
^*は、そのほとんどすべてが多結晶シリコンのエッチン
グ種として寄与し、高速エッチングが進行する。

【００４２】第３の多結晶シリコン配線８のエッチング
が短時間で終了し、第２の酸化シリコン層５表面が露出
した時点でシャッタ１５を開き、再び先の第１のエッチ
ング条件に切り替える。なお第２の多結晶シリコン配線
８のエッチング終了のモニタリング条件は、これも実施
例１と同じである。

【００４３】以下、シャッタ開閉の変更のみにより、第
２の酸化シリコン層５、第２の多結晶シリコン配線７お
よび第１の酸化シリコン層４を順次エッチングし、ポリ
サイド配線３の表面が露出した時点でエッチングを終了
する。第１の酸化シリコン層４のエッチング条件によ
り、ポリサイド配線３の上層のＷＳｉ_x層が露出した時
点でエッチングが停止する機構は、多結晶シリコン層表
面でエッチングが停止する機構と同じである。形成され
たサイドウォールコンタクト開口１０の状態を図１
（ｂ）に示す。

【００４４】本実施例によれば、シャッタ開閉以外には
エッチング条件の切り替えを必要とせず、機械的かつ迅
速な方法により、シリコン層と酸化シリコン層の多層積
層膜を同一のエッチングチャンバ内で連続的にエッチン
グすることが可能であり、１０¹³／ｃｍ³台の高密度プ
ラズマとあいまって、極めてスループットの高いプロセ
スが可能である。

【００４５】以上、本発明を３例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。

【００４６】例えば、エッチング装置として、基板バイ
アス印加型のＥＣＲプラズマエッチング装置、ＩＣＰエ
ッチング装置およびヘリコン波プラズマエッチング装置
を例示したが、ＴＣＰエッチング装置も１０¹²／ｃｍ³
台の高密度プラズマを生成するので好適に用いることが
できる。本装置は、石英等の誘電体材料で構成されるエ
ッチングチャンバ天板上に配設した渦巻状コイルにより
ＴＣＰ電源のパワーをエッチングチャンバ内に導入し、
ここに高密度プラズマを生成するものである。この装置
のエッチングチャンバ内壁に、プラズマとの接触面積が
可変なＳｉ系材料層を配設して用いればよい。

【００４７】Ｓｉ系材料層として、ＣＶＤによる非晶質
シリコンを用いたが、他に単結晶シリコン、多結晶シリ
コン、ＳｉＣ、ＷＳｉ₂やＭｏＳｉ₂を始めとする金属
シリサイド、ＳｉＯ₂、ＳｉＯＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄あるいは
ＳｉＳ₂等、Ｆ^*を捕捉しうる各種材料を用いることが
できる。その製膜法も、ＣＶＤ、スパッタリングやイオ
ンプレーティングをはじめとする各種ＰＶＤ、プラズマ
溶射等任意の方法を選んでよい。また、Ｓｉ系材料が板
状等のバルク材料の場合は、エッチングチャンバ内壁面
や支持基体上に固定して用いてもよいし、Ｓｉ系材料そ
のものをエッチングチャンバ内壁面に沿って進退自在に
配設してもよい。この場合にはシャッタは不要である。

【００４８】シャッタの開閉動作は、エッチングチャン
バ内壁面に配設したＳｉ系材料層に沿って上下や左右方
向に移動する例を挙げたが、他の開閉動作、例えばカメ
ラレンズの絞り羽根の如き動作であってもよい。

【００４９】エッチング試料としてサイドウォールコン
タクトの開口を例にとり説明したが、シリコン層と酸化
シリコン層とが交互に積層された多層構造を連続的にパ
ターニングする場合に本発明は広く用いることができ
る。シリコン層としては多結晶シリコンの他に単結晶シ
リコン、非晶質シリコン、金属シリサイドやＳｉＣ等で
あってもよい。また酸化シリコン層として、ＳｉＯ₂の
他にＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ等のシリケートガラスや
ＳｉＯＮ等であってもよい。

【００５０】エッチングガスとして、ＣＨＦ₃、Ｃ₂Ｆ
₆およびＣ₄Ｆ₈を例示したがＣＦ ₄を始めとするＣＦ
系ガスを広く用いてよい。またこれらＣＦ系ガスのＦ原
子がＨ原子に置換されたガスであってもよい。またこれ
らのエッチングガスにＯ₂やＨ₂を添加してもよいし、
ＡｒやＨｅ等の希ガスを混合してもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によればシリコン層と酸化シリコン層が積層された多層
膜を、エッチングガス組成を切り替えたり、エッチング
装置間を搬送することなく、同一のエッチング装置内で
連続的にエッチングすることが可能となった。

【００５２】しかも本発明においては、最下層のシリコ
ン層に対しては高い選択比を確保した上で上記多層膜を
エッチングすることが可能である。またシャッタの開
閉、あるいはＳｉ系材料をエッチングチャンバ内に出し
入れするのみの機械的操作で各被エッチング層に最適な
エッチング条件を形成することができるので、多層膜の
エッチングを高いスループットで達成できる特長を有す
る。

【００５３】以上述べた効果により、例えばサイドウォ
ールコンタクト等を利用した微細な設計ルールに基づく
半導体装置を信頼性良くまた生産性良く実用化すること
が可能となり、本発明が半導体装置等の製造プロセスに
与える寄与は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマエッチング方法を適用した実
施例１、２および３を、その工程順に説明する概略断面
図であり、（ａ）はサイドウォールコンタクト開口用の
レジストマスクを形成した状態（ｂ）はサイドウォール
コンタクトを開口した状態である。

【図２】本発明のプラズマエッチング装置のうち、実施
例１で使用した基板バイアス印加型ＥＣＲプラズマエッ
チング装置の概略断面図である。

【図３】本発明のプラズマエッチング装置のうち、実施
例２で使用した基板バイアス印加型ＩＣＰエッチング装
置の概略断面図である。

【図４】本発明のプラズマエッチング装置のうち、実施
例３で使用した基板バイアス印加型ヘリコン波プラズマ
エッチング装置の概略断面図である。

【符号の説明】

１半導体基板２素子間分離層３ポリサイド配線４第１の酸化シリコン層５第２の酸化シリコン層６第３の酸化シリコン層７第２の多結晶シリコン配線８第３の多結晶シリコン配線９レジストマスク１１被エッチング基板１２基板ステージ１３クランパ１４Ｓｉ系材料層１５シャッタ１６マグネトロン１７マイクロ波導波管１８べルジャ１９エッチングチャンバ２０ソレノイドコイル２１基板バイアス電源２２ＩＣＰ電源２３誘導結合コイル２４上部接地電極２５ヒータ２６ヘリコン波電源２７ヘリコン波アンテナ２８ソレノイドコイルアッセンブリ２９マルチポール磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１×１０¹¹／ｃｍ³以上１×１０¹⁴／ｃ
ｍ³未満のプラズマ密度が得られるプラズマ発生源を有
するプラズマエッチング装置であって、前記プラズマエッチング装置のエッチングチャンバ内
に、プラズマとの接触面積が可変なＳｉ系材料層を配設
することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】Ｓｉ系材料層の加熱手段をさらに有する
ことを特徴とする、請求項１記載のプラズマエッチング
装置。
【請求項３】エッチングチャンバの内壁面の少なくと
も一部をＳｉ系材料層で構成するとともに、前記Ｓｉ系
材料層の露出表面積を可変とするシャッタを具備してな
ることを特徴とする、請求項１記載のプラズマエッチン
グ装置。
【請求項４】エッチングチャンバの内壁面に沿って、
Ｓｉ系材料層を進退自在に配設し、前記Ｓｉ系材料層の
露出表面積を可変とすることを特徴とする、請求項１記
載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】請求項１記載のプラズマエッチング装置
を用いるとともに、ＣＦ系ガスを用いて、シリコン層と
酸化シリコン層の積層膜を連続的にプラズマエッチング
するにあたり、Ｓｉ系材料層とプラズマとの接触面積は、シリコン層の
エッチング時よりも、酸化シリコン層のエッチング時の
方が大きいことを特徴とする、プラズマエッチング方
法。
【請求項６】少なくとも酸化シリコン層のエッチング
時には、Ｓｉ系材料層を加熱することを特徴とする、請
求項５記載のプラズマエッチング方法。