JPH0927479A

JPH0927479A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH0927479A
Application number: JP17722995A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Nagayama; 哲治長山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】ＰＰＬ（ポリシリコン・パッドＬＯＣＯＳ）
法やＩＣＬ（改良型従来ＬＯＣＯＳ）法等の選択酸化分
離法における選択酸化マスクの加工であるＳｉＮ系材料
膜のドライエッチングを、高精度に行う。【解決手段】ポリシリコン膜１３上のＳｉＮ膜１４
を、Ｓ₂ Ｆ₂ ／ＣＦ₄ ／Ｏ₂ 混合ガスを用いてエッチン
グする。Ｓ₂ Ｆ₂ やＣＦ₄ から生成したＦ^* による化学
反応が、ＳＦｘ⁺ やＣＦｘ⁺ 等のイオンの入射エネルギ
ーにアシストされる機構でエッチングが進行する。この
とき、Ｓ₂ Ｆ₂ から解離生成する硫黄（Ｓ）が垂直面上
に堆積して側壁保護膜１６を形成し、選択酸化マスク１
４ａの形状異方性の達成を助ける一方、水平面にも堆積
して、レジスト・マスク１５やポリシリコン膜１３に対
する選択性を確保する。Ｓはエッチング・チャンバの内
壁やウェハ・クランプ表面からも供給可。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスの製
造等の微細加工分野に適用されるドライエッチング方法
に関し、特にたとえばシリコン基板の選択酸化分離用の
マスク材料として用いられる窒化シリコン系薄膜のドラ
イエッチングを高精度に行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化に伴い、その
最小デザイン・ルールは著しく縮小しており、２５６Ｍ
ＤＲＡＭ，６４ＭＳＲＡＭといった大容量メモリ素子で
は０．２５μｍクラスの微細加工技術が要求されてい
る。上記微細加工の主要技術のひとつであるドライエッ
チングについても、技術的要求がますます高度化してい
る。この技術的要求とは、エッチング・マスクや下地材
料層に対する高選択性、良好な形状制御性、実用的なエ
ッチング速度、低ダメージ性、低汚染性、良好な均一
性、良好な再現性の達成である。

【０００３】窒化シリコン系材料のドライエッチング
も、例外ではない。ただし、半導体デバイスの製造にお
ける窒化シリコン系材料膜のドライエッチングに関して
は、選択酸化分離用のマスク加工がその主な用途である
ため、たとえばＭＯＳトランジスタのゲート電極加工の
様な究極的な加工精度は要求されていなかった。

【０００４】しかも、窒化シリコンのエッチング特性
は、酸化シリコンとポリシリコンの中間的であるため、
酸化シリコン用、ポリシリコン用のいずれのエッチング
条件を採用しても、窒化シリコンのエッチングはある程
度可能である。原子間結合エネルギーでみると、Ｓｉ−
Ｏ結合（４６５ｋＪ／ｍｏｌ）とＳｉ−Ｎ結合（４４０
ｋＪ／ｍｏｌ）とがエネルギー的に近似していることか
ら、一般には酸化シリコン用のエッチング条件を若干変
更して行う場合が多い。ただし、酸化シリコンのエッチ
ング機構がイオン・スパッタリングに近いのに対し、窒
化シリコンのそれはラジカル反応に近いので、たとえば
ＣＦ₄ ／Ｏ₂ 混合系のような典型的な酸化シリコン加工
用のエッチング・ガスを用いる時は、通常の酸化シリコ
ン加工よりもＯ₂ の比率を高めている。これは、Ｏ₂ の
添加によりＣＦ₄ の解離化学種の再結合が阻害され、結
果的にラジカル反応の推進力であるＦ^* が大量に発生す
るからである。

【０００５】もちろん逆に、ラジカル反応を主体とする
ポリシリコン用のエッチング条件の変更によっても、窒
化シリコンのドライエッチングは可能である。この場
合、たとえばＳＦ₆ ／ＣＨ₂ Ｆ₂ ／Ｈｅガス、あるいは
これにＣｌ₂ を添加したガス系が採用される。

【０００６】このように、窒化シリコン膜のドライエッ
チングには確立された、専用のプロセスが存在するわけ
ではない。したがって、使用するドライエッチング装置
（エッチャー）も、酸化シリコン加工用エッチャーかポ
リシリコン加工用エッチャーのいずれかを適宜選択して
いるのが実情である。ただし、ポリシリコン加工用エッ
チャーを用いる場合にはエッチング・チャンバ内に大量
のＦ^* を発生させる必要があり、この化学種が残留する
とエッチャー本来の用途であるポリシリコン加工の異方
性や再現性に悪影響を及ぼす虞れがある。したがって、
一般的には酸化シリコン加工用エッチャーが用いられる
ことが多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように従来はそれほど高い加工精度が要求されなかった
窒化シリコン膜のドライエッチングについても、ＬＯＣ
ＯＳ法の改良に伴って新たな課題が浮上してきた。

【０００８】従来より知られるＬＯＣＯＳ（LOCal Oxid
ation of Silicon）法は、Ｓｉ基板上に薄いパッド酸化
膜（ＳｉＯｘ）を介して選択的に窒化シリコン膜からな
るマスクを形成した状態で該Ｓｉ基板の熱酸化を行うこ
とにより、フィールド酸化膜（ＳｉＯｘ）を形成する技
術である。ここで、上記パッド酸化膜は、Ｓｉ基板と窒
化シリコン膜との間の応力を緩和するために設けられて
いるが、この膜が存在するために、フィールド酸化膜の
エッジが窒化シリコン膜の下へ入り込んで遷移領域が形
成され、素子形成領域とフィールド酸化膜との間の境界
が不明瞭となってしまう。上記遷移領域は、その断面形
状からバーズ・ビーク（鳥の嘴）と呼ばれており、高集
積化の妨げとなる他、ＭＯＳトランジスタのドレイン電
流を予測し難くする原因ともなる。

【０００９】上述のＬＯＣＯＳ法の改良とは、このバー
ズ・ビーク長を短縮するための技術である。具体的に
は、上記パッド酸化膜と窒化シリコン膜の間にさらにポ
リシリコン膜を挟んだポリシリコン・パッドＬＯＣＯＳ
法（ＰＰＬ法）や、従来型のＬＯＣＯＳ法においてパッ
ド酸化膜の厚さを１０ｎｍ程度の極めて薄い領域で最適
化した改良従来型ＬＯＣＯＳ法（Improved Conventiona
l LOCOS ：ＩＣＬ）法が知られている。

【００１０】これらの改良法において窒化シリコン膜を
加工する場合、選択比を確保すべき下地材料膜はＰＰＬ
法ではポリシリコン膜、ＩＣＬ法では極薄の酸化シリコ
ン膜となる。しかし、上述したように、窒化シリコンの
エッチング特性は酸化シリコンとポリシリコンの中間的
であるため、これら両者のいずれに対しても十分なエッ
チング選択比を確保できるプロセスは、これまでに知ら
れていない。したがって、下地材料膜の種類に応じて酸
化シリコン加工用エッチャーあるいはポリシリコン加工
用エッチャーのいずれかを選択しなければならない。こ
のことは、経済性やプロセスの信頼性を著しく劣化させ
る原因となる。

【００１１】また上記ＩＣＬ法においては、バーズビー
ク長を最小限に抑えるために、従来型ＬＯＣＯＳ法では
余り重視されていなかった選択酸化マスクの異方性形状
も要求されるようになっている。従来は、選択酸化マス
クを形成するための窒化シリコン膜のドライエッチング
を酸化シリコン加工用エッチャーで行うと、元来窒化シ
リコンのエッチング速度が遅いために断面形状がテーパ
ー状となったり、また当然ながら薄いパッド酸化膜に対
する選択性が確保できない問題が生じていた。一方、ポ
リシリコン加工用エッチャーで行うと、Ｆ^* を多く発生
させるためにパッド酸化膜に対する選択性がやはり非常
にとり難いという問題があった。

【００１２】したがって、いずれのエッチャーを用いた
場合にも選択性を向上させようとすれば、現状では堆積
性物質の生成量を高めざるを得ない。しかし、このよう
な手法はパーティクル増加による再現性や製造歩留まり
の低下を招き、クォーター・ミクロン世代の微細加工と
相入れるものではない。

【００１３】このように、窒化シリコン膜のドライエッ
チングに関しては、選択酸化用マスク加工時の下地材料
膜が多様化した結果、エッチング条件ひいてはエッチン
グ装置を統一できないという不都合が生じており、選択
性や形状制御性の不足が問題となっている。そこで本発
明はこれらの問題を解決し、いかなる選択酸化法を採用
する場合にも共通性の高いプロセスにより高精度な窒化
シリコン系材料膜のドライエッチングを行うことが可能
な方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達するために提案されるもので
あり、窒化シリコン系材料膜を、その被エッチング領域
の少なくとも一部にイオウを堆積させながらエッチング
するものである。なお、本明細書中で述べる窒化シリコ
ン系材料とは、式Ｓｉ₃ Ｎ₄ で表される化学量論的組成
から若干ずれたり、あるいはその成膜方法に起因して取
り込まれる酸素や水素等の混入元素を含む材料も含めて
総称するものとする。

【００１５】本発明ではこのイオウを、気相中からと固
体表面からの２通りの方法で基板上へ供給する。

【００１６】まず、気相中からイオウを供給する方法と
しては、Ｓ₂ Ｆ₂ ，ＳＦ₂ ，ＳＦ₄，Ｓ₂ Ｆ₁₀，Ｓ₃ Ｃ
ｌ₂ ，Ｓ₂ Ｃｌ₂ ，ＳＣｌ₂ ，Ｓ₃ Ｂｒ₂ ，Ｓ₂ Ｂｒ
₂ ，ＳＢｒ₂ から選ばれる少なくとも１種類のハロゲン
化イオウを含むエッチング・ガスのプラズマを用いてエ
ッチングを行う。

【００１７】一方、イオウを固体表面から供給する方法
では、エッチング・ガスがイオウを構成元素として含有
している必要はない。本発明では、構成元素としてイオ
ウを含まないフッ素系化合物を含むエッチング・ガスを
用い、かつエッチング・チャンバの内部構成部材のプラ
ズマ接触面よりイオウを供給する。

【００１８】ところで、前記窒化シリコン系材料膜のエ
ッチングは単独ステップで行っても良いが、より高い下
地選択性や低ダメージ性を達成するために、該窒化シリ
コン系材料膜を実質的にその膜厚分だけエッチングする
ジャストエッチング工程と、その残余部をエッチングす
るオーバーエッチング工程の２ステップに分け、オーバ
ーエッチング工程において堆積物の供給を強化しても良
い。可能な手法は次の３通りである。

【００１９】第１は、まずジャストエッチング工程でＳ
₂ Ｆ₂ ，ＳＦ₂ ，ＳＦ₄ ，Ｓ₂ Ｆ₁₀から選ばれる少なく
とも１種類のフッ化イオウを含むエッチング・ガスのプ
ラズマを用いてＦ^* を主体とした高速エッチングを行っ
た後、Ｓ₃ Ｃｌ₂ ，Ｓ₂ Ｃｌ₂ ，ＳＣｌ₂ ，Ｓ₃ Ｂｒ
₂ ，Ｓ₂ Ｂｒ₂ ，ＳＢｒ₂ から選ばれる少なくとも１種
類のハロゲン化イオウを含むエッチング・ガスのプラズ
マを用いてオーバーエッチングを行う手法である。この
手法は、オーバーエッチング時のエッチング反応系から
Ｆ^* を排除するものであり、エッチング中の基板温度を
低温化するプロセスにおいて特に有効である。それは、
イオウに加え、エッチング副生成物であるＳｉＣｌｘや
ＳｉＢｒｘの堆積も期待できるからである。

【００２０】第２は、ジャストエッチング工程に比べて
エッチング反応系のＳ／Ｆ比（Ｓ原子数とＦ原子数の
比）を上昇させる手法である。Ｓ／Ｆ比を上昇させるた
めには、エッチング・ガスへ水素系ガスを添加すること
が有効である。これは、プラズマ中に発生したＦ系化学
種とＨ系化学種とが反応してＨＦ（フッ化水素）を生成
し、これがエッチング反応系外へ排気される結果、系内
のＦが減少することに由来する。この結果、イオウの堆
積が増強される。上記水素系ガスとしては、Ｈ₂やＨ₂
Ｓを用いることができる。

【００２１】第３は、イオウを内部構成部材の表面から
供給する場合に関するものであり、ジャストエッチング
工程とオーバーエッチング工程とで前記内部構成部材の
プラズマ接触面積を変化させる手法である。実用的に
は、下地選択性や低ダメージ性が重視されるオーバーエ
ッチング工程においてプラズマ接触面積を相対的に大と
し、イオウを多く供給すると良い。

【００２２】なお、単独ステップ、２ステップのいずれ
の方法をとる場合にも、前記エッチング・ガスとしては
フルオロカーボン系化合物を含むガスを用いることがで
きる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明のドライエッチング方法で
は、被エッチング領域の少なくとも一部に堆積するイオ
ウの表面保護効果および側壁保護効果により、窒化シリ
コン系材料膜の高選択，高異方性，低汚染加工を行うこ
とができる。イオウがエッチング領域のどこに堆積する
かは、イオン入射エネルギーや基板温度等のエッチング
条件に依存して変化するが、堆積は一般にはイオンの垂
直入射面（水平面）ではスパッタ除去と相殺されるため
に起こりにくく、イオンの垂直入射の少ない垂直面で主
として進行する。水平面上の堆積物はエッチング速度の
緩和や下地選択性の確保に寄与し、垂直面上の堆積物は
形状異方性の達成に寄与する。

【００２４】ここで、昇華性物質であるイオウは、真空
度等のドライエッチング条件にもよるが、基板温度がお
およそ９０℃未満の領域に維持されていればその表面に
堆積し、それ以上の温度域で昇華することを、以前に本
願出願人が実験的に確認している。ただし、このイオウ
を効率良く堆積させて側壁保護に利用し、かつプロセス
の低温化による異方性の向上を図る観点からは、前記窒
化シリコン系材料膜を保持する基板の温度を室温以下に
制御しながらエッチングを行うことが特に好適である。
上記イオウは、エッチング終了後に基板をおおよそ９０
℃以上に加熱すれば昇華してしまうので、基板上に何ら
パーティクル汚染を残す虞れがない。

【００２５】このイオウの供給源としてエッチング・ガ
ス中のハロゲン化イオウを用いると、窒化シリコン系材
料膜のエッチング種であるハロゲン・ラジカル（Ｆ^* ，
Ｃｌ^* ，Ｂｒ^* ）がプラズマ中に生成すると共に、ラジ
カル反応をアシストするイオン（ＳＦｘ⁺ ，ＳＣｌｘ
⁺ ，ＳＢｒｘ⁺ ，Ｓｘ⁺ ，Ｃｌｘ⁺ ，Ｂｒｘ⁺ 等）も生
成する。したがって、エッチング条件の選択次第で、イ
オン・アシスト機構とイオウの堆積とのバランスを調節
することができ、下地材料膜が酸化シリコン系材料膜で
あるかポリシリコン膜であるかによらず、精密な窒化シ
リコン系材料膜のエッチングを行うことができる。

【００２６】なお、ハロゲン化イオウとしては従来より
ＳＦ₆ （六フッ化イオウ）が良く知られ、ドライエッチ
ングにも多用されているが、この化合物は放電解離条件
下における遊離のイオウの放出効率に劣ることが本願出
願人が以前に確認しており、本発明では使用しない。ま
た、本発明で用いるハロゲン化イオウの中で常温で液体
である化合物については、バブリングや超音波噴霧等の
方法でエッチング・チャンバ内へ導入することができ
る。イオウをエッチング・チャンバの内部構成部材から
供給する場合には、この内部構成部材のプラズマ接触面
積を調節することで、やはり精密な窒化シリコン系材料
膜のエッチングを行うことができる。

【００２７】前記内部構成部材は、エッチング・チャン
バの内部でプラズマと接触し得る表面を有する部材であ
れば、いかなるものであっても良い。ただし、基板に対
してある程度の近傍位置から均一かつ十分にイオウを供
給する観点から選択すると、特にエッチング・チャンバ
の内壁面か基板クランプの少なくとも一方とするのが適
当である。かかる内壁面としては、たとえば平行平板型
ＲＩＥ装置，有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャー，
誘導結合プラズマ・エッチャー，あるいはヘリコン波プ
ラズマ・エッチャーのエッチング・チャンバの側壁面が
ある。また、ヘリコン波プラズマ・エッチャーや一部の
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャーの様に、プラズ
マ生成室とエッチング・チャンバとが分かれているいわ
ゆるリモート・プラズマ型のエッチャーでは、エッチン
グ・チャンバの天井部分も一部使用できる。

【００２８】前記内部構成部材としては、少なくともそ
のプラズマ接触面が硫化シリコンまたは窒化イオウ系化
合物により構成されたものを使用すると好適である。こ
こで、窒化イオウ系化合物には極めて多くの種類の化合
物が存在するが、本発明に適用できる代表的な化合物と
しては一般式（ＳＮ）ｘで表されるポリチアジルが挙げ
られる。ポリチアジルは、１３０℃程度までは分解しな
い、化学的に安定な化合物である。

【００２９】なお、これら硫化シリコンまたは窒化イオ
ウ系化合物は、コーティング，貼付，成膜等の方法でプ
ラズマ接触面に保持させる。もちろん、製法的に可能で
あれば、これらのバルク材料を直接に加工して所望の内
部構成部材を構成しても良い。

【００３０】また、前記内部構成部材のプラズマ接触面
積の変化は、遮蔽部材の操作により行うことができる。
この遮蔽部材には、プラズマとの接触やエッチング・チ
ャンバ内での駆動により別の堆積種や新たなパーティク
ルを発生させない特性が要求される。したがって、基本
的には本来のエッチング・チャンバと同じ材料を用いて
構成すれば良い。構造や駆動方式については特に限定さ
れるものではないが、たとえば昇降式，回動式，あるい
は虹彩絞り式のシャッタとすることができる。本発明
は、窒化シリコン系材料膜のいかなるエッチングにも適
用できるが、特にシリコン基板の選択酸化用のマスク加
工に適用すると好適である。このときの選択酸化の手法
は、従来法、ＰＬＬ法、ＩＣＬ法の別を問わない。すな
わち、従来法またはＩＣＬ法であれば酸化シリコン系材
料膜に対して、またＰＬＬ法であればポリシリコン膜に
対してそれぞれ選択比を確保しながら、窒化シリコン系
材料膜のドライエッチングを行うことになる。

【００３１】いずれにしても、基板上に堆積したイオウ
は、エッチング終了後に基板を加熱すれば昇華除去する
ことができるのでパーティクル源とはならず、したがっ
て低汚染エッチングが実現する。

【００３２】また、本発明ではエッチング・ガスがフル
オロカーボン系ガスを含んでいても良いが、このフルオ
ロカーボン系化合物は、ＣＦ₄ ，ｃ−Ｃ₄ Ｆ₈ 等、酸化
シリコン系材料膜のドライエッチングに通常用いられる
化合物から適宜選択することができる。ただし、本発明
では堆積物として上述のようにイオウを利用するので、
ＣＨ₂ Ｆ₂ の様に分子のＣ／Ｆ比（Ｃ原子数とＦ原子数
の比）が低く、それ自身が強い堆積性を有するフルオロ
カーボン系化合物は避けた方が良い。

【００３３】この他、通常のドライエッチングで行われ
るごとく、希釈効果や冷却効果やスパッタリング効果を
得るためにエッチング・ガスにＨｅ，Ａｒ等の希ガスを
添加したり、あるいはＯ₂ ，Ｎ₂ 等の添加ガスを併用す
ることは任意である。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例について説明
する。

【００３５】実施例１本実施例では、従来型ＬＯＣＯＳ法のための選択酸化マ
スクの加工として、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜をドライ
エッチングした。このドライエッチングは、通常の有磁
場マイクロ波プラズマ・エッチャーとＣＦ₄ ／Ｏ₂ ／Ｓ
₂ Ｆ₂ 混合ガスとを用い、単独ステップにより行った。
さらに、得られた選択酸化マスクを介して基板を熱酸化
することにより、フィールド酸化膜を形成した。この一
連のプロセスを、図１ないし図３を参照しながら説明す
る。

【００３６】本実施例で用いたサンプル・ウェハは、図
１に示されるように、Ｓｉ基板１上に厚さ約５０ｎｍの
パッド酸化膜（ＳｉＯｘ）２、および厚さ約１００ｎｍ
のＳｉＮ膜３が順次積層され、さらにその上に素子形成
領域を覆うごとく厚さ約８００ｎｍのレジスト・マスク
４がパターニングされたものである。ここで、上記パッ
ド酸化膜２は、たとえば８５０℃でパイロジェニック酸
化を行うことにより形成した。また、上記ＳｉＮ膜３
は、たとえばＳｉＨ₄ ／ＮＨ₃ 混合ガスを用いたＬＰＣ
ＶＤ法により成膜した。

【００３７】次に、有磁場マイクロ波プラズマ・エッチ
ャーを用い、上記ＳｉＮ膜３のドライエッチングを行っ
た。エッチング条件は、一例として、ＣＦ₄ 流量５０ＳＣＣＭＯ₂ 流量２０ＳＣＣＭＳ₂ Ｆ₂ 流量１０ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー７０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −３０ ℃ とした。この結果、図２に示されるような選択酸化マス
ク３ａが形成された。

【００３８】このエッチングでは、ＣＦ₄ やＳ₂ Ｆ₂ か
ら生成したＦ^* が主体となってラジカル反応が進行する
が、このラジカル反応は基板バイアスにより加速される
ＣＦｘ⁺ ，ＳＦｘ⁺ 等のイオンの入射エネルギーにアシ
ストされる。また、Ｓ₂ Ｆ₂から解離生成した遊離のイ
オウ（Ｓ）が、低温冷却されたウェハ上の被エッチング
領域に堆積する。このうち、垂直面に堆積したＳは側壁
保護膜５を形成して異方性形状の達成に寄与した。水平
面上のＳは、スパッタ除去も同時に進行するために堆積
量こそ多くはない（したがって、図示も省略してい
る。）が、レジスト・マスク４や下地のパッド酸化膜２
に対する選択性の確保に寄与した。また、レジスト・マ
スク４と選択酸化マスク３ａとの間に、寸法変換差は認
められなかった。

【００３９】ところで、上記のエッチングでは、プラズ
マ中に発生したＳがＳｉＮ膜３の表面でポリマー状物質
であるポリチアジル（ＳＮ）ｘを形成し、エッチング速
度の低下を来さないか否かが問題となるが、この問題は
Ｏ₂ 添加によりＣＦ₄ の解離を促進することで解決して
いる。これは、原子間結合エネルギーの大小関係（Ｓｉ
−Ｆ＞Ｓｉ−Ｎ）から、Ｆ^* を大量に生成させればエッ
チングは進行するという考え方である。しかも、イオン
照射の少ない側壁面では（ＳＮ）ｘも保護膜として寄与
することになり、異方性形状の達成にはむしろ有利と言
える。（ＳＮ）ｘは、室温以下ではウェハ上に堆積し、
加熱すれば昇華あるいは分解して除去されるので、Ｓと
同様、後工程に悪影響を一切及ぼす虞れがない。

【００４０】なお、本実施例のドライエッチングは、実
施例５で後述する有磁場マイクロ波装置において、シャ
ッタ開度を０％とした状態で行っても良い。

【００４１】この後、ウェハＷを約９０℃に加熱して側
壁保護膜５を昇華させた。このとき、ウェハＷにパーテ
ィクル汚染が発生することはなかった。さらに、アッシ
ングを行ってレジスト・マスク４を除去し、熱処理を行
ってフィールド酸化膜６を形成した。このとき、上記選
択酸化マスク３ａが設計寸法どおりに異方性加工されて
いるため、バーズ・ビーク長を抑えた再現性の良い選択
酸化分離を行うことができた。

【００４２】実施例２本実施例では、ＰＰＬ法におけるＳｉＮ膜のエッチング
を、通常の平行平板型ＲＩＥ装置を用いて２ステップで
行い、この後に熱酸化を行ってフィールド酸化膜を形成
した。このプロセスを、図４ないし図６を参照しながら
説明する。

【００４３】本実施例で用いたサンプル・ウェハは、図
４に示されるように、Ｓｉ基板１１上に厚さ約１０ｎｍ
のパッド酸化膜（ＳｉＯｘ）１２、厚さ約５０ｎｍのポ
リシリコン膜１３、および厚さ約１００ｎｍのＳｉＮ膜
１４が順次積層され、さらにその上に素子形成領域を覆
うごとく厚さ約８００ｎｍのレジスト・マスク１５がパ
ターニングされたものである。つまり、従来型のＬＯＣ
ＯＳ法のパッド酸化膜とＳｉＮ膜との間にポリシリコン
膜が挿入された構成である。なお、各膜の形成方法は、
実施例１で上述したとおりである。

【００４４】次に、平行平板型ＲＩＥ装置を用い、上記
ＳｉＮ膜１４のドライエッチングを行った。まず、ジャ
ストエッチングは一例としてＣＦ₄ 流量３０ＳＣＣＭＯ₂ 流量１０ＳＣＣＭＳ₂ Ｆ₂ 流量５ＳＣＣＭ圧力１０．０ＰａＲＦパワー１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ウェハ温度 −２０ ℃ とした。このステップの終点は、下地のポリシリコン膜
１３が露出する直前、あるいはウェハＷ上の一部で下地
のパッド酸化膜１２が露出し始めた時点のいずれかに設
定した。

【００４５】続くオーバーエッチングは、たとえばＣＦ₄ 流量３０ＳＣＣＭＯ₂ 流量１０ＳＣＣＭＳ₂ Ｂｒ₂ 流量１５ＳＣＣＭ圧力１．０ＰａＲＦパワー７００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ウェハ温度 −２０ ℃ なる条件で行った。

【００４６】ここで、ジャストエッチング工程ではＦ^*
を主体とした高速エッチングが行われ、オーバーエッチ
ング工程ではＳの堆積を増強しかつＦ^* の生成量を低下
させた条件で高選択性エッチングが行われる。この結
果、図５に示されるように、Ｓを主体とする側壁保護膜
１６が形成されながら異方性形状を有する選択酸化マス
ク１４ａが形成された。なお、下地のポリシリコン膜１
３に対する選択性は、酸化シリコン用のエッチング条件
でＳｉＮ膜をエッチングしていた従来のＰＰＬ法に比べ
て約２倍に向上した。

【００４７】この後、図６に示されるように、アッシン
グを行ってレジスト・マスク１５を除去し、熱酸化を行
ってフィールド酸化膜１７を形成した。本実施例では、
ポリシリコン膜１３の存在によりバーズビークが極めて
短く抑制され、寸法制御性に優れた選択酸化分離を行う
ことができた。なお、ＰＰＬ法では図示されるように、
短いバーズビークが上下２段に形成されるが、上側のバ
ーズビークは後工程において希フッ酸処理により除去す
ることができる。

【００４８】実施例３本実施例では、ＩＣＬ法におけるＳｉＮ膜のエッチング
を、通常の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャーを用
い、２ステップで行った。

【００４９】本実施例で用いたサンプル・ウェハの構成
は、前出の図１に示すとおりである。ただし、実施例１
において説明したものとは異なり、パッド酸化膜２の膜
厚が約１０ｎｍと、従来に比べて著しく薄い領域で最適
化されている。

【００５０】まず、ジャストエッチングはたとえばＣＦ₄ 流量５０ＳＣＣＭＯ₂ 流量２０ＳＣＣＭＳ₂ Ｆ₂ 流量５ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー７０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −３０ ℃ なる条件で行った。

【００５１】続くオーバーエッチングは、たとえばＣＦ₄ 流量３０ＳＣＣＭＯ₂ 流量１０ＳＣＣＭＳ₂ Ｃｌ₂ 流量２０ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー３０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −２０ ℃ なる条件で行った。

【００５２】ＩＣＬ法では、従来型のＬＯＣＯＳ法と異
なりパッド酸化膜２の膜厚が極端に薄いので、従来はこ
の上におけるＳｉＮ膜３の高選択・異方性加工が極めて
困難であった。しかし、本発明ではオーバーエッチング
時の主エッチング種の変更、Ｓの堆積増強、低バイアス
化を巧妙に組み合わせることにより、上述の問題を解決
することができた。

【００５３】実施例４本実施例では、ＩＣＬ法におけるＳｉＮ膜のエッチング
を、通常の平行平板型ＲＩＥ装置を用い、実施例３と同
様、２ステップで行った。ただし本実施例では、オーバ
ーエッチング時のガス組成中、イオウ系化合物の種類は
変更せず、代わりにＨ₂ を添加することでエッチング反
応系のＳ／Ｆ比を上昇させた。

【００５４】すなわち、まずジャストエッチングの条件
は一例としてＣＦ₄ 流量３０ＳＣＣＭＯ₂ 流量１０ＳＣＣＭＳ₂ Ｆ₂ 流量１０ＳＣＣＭ圧力１０．０ＰａＲＦパワー１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ウェハ温度 −２０ ℃ とした。

【００５５】また、続くオーバーエッチングの条件は、
一例としてＣＦ₄ 流量２０ＳＣＣＭＯ₂ 流量５０ＳＣＣＭＳ₂ Ｃｌ₂ 流量１５ＳＣＣＭＨ₂ 流量２０ＳＣＣＭ圧力１０．０ＰａＲＦパワー７００Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −２０ ℃ とした。

【００５６】このオーバーエッチング工程では、エッチ
ング・ガスにＨ₂ を添加したことによりＦ^* やＣｌ^* が
Ｈ^* に捕捉され、ＨＦ，ＨＣｌの形で排気されてしま
う。このため、エッチング反応系のＳ／Ｆ比が上昇し、
Ｓの堆積が増強された。これにより、ＳｉＮ膜３の高選
択・異方性エッチングを行うことができた。

【００５７】実施例５本実施例では、内壁面の一部に配された硫化シリコン
（ＳｉＳまたはＳｉＳ₂）からなるライナのプラズマ接
触面積をシャッタで可変とし、かつウェハ・クランプも
硫化シリコンを用いて構成した有磁場マイクロ波プラズ
マ・エッチャーを用い、ジャストエッチング工程とオー
バーエッチング工程とでシャッタ開度を変化させなが
ら、従来型ＬＯＣＯＳ法のための選択酸化マスクの加工
を行った。

【００５８】まず、上記エッチャーの構成例について、
図７を参照しながら説明する。基本的な構成要素は、
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン２
１、マイクロ波を導く矩形導波管２２および円形導波管
２３、上記マイクロ波を利用してＥＣＲ（電子サイクロ
トロン共鳴）放電により内部にＥＣＲプラズマＰ_E を生
成させるための石英製のベルジャー２４、上記円形導波
管２３と上記ベルジャー２４を周回するように配設され
８．７５×１０^-2Ｔ（８７５Ｇ）の磁場強度を達成でき
るソレノイド・コイル２５、上記ベルジャー２４に接続
され、矢印Ａ方向に高真空排気される試料室２６、上記
ベルジャー２４へ処理に必要なガスをそれぞれ矢印Ｂ
₁ ，Ｂ₂ 方向から供給するガス導入管２７、ウェハＷを
載置するためのウェハ・ステージ２９、ウェハＷをウェ
ハ・ステージ２９へ固定するためのウェハ・クランプ２
８、ウェハ・ステージ２９に埋設され、チラー等の冷却
設備から供給される冷媒を矢印Ｃ₁ ，Ｃ₂ 方向に循環さ
せてウェハＷを所定の温度に冷却するための冷却配管３
０、上記ウェハ・ステージ２９にＲＦバイアスを印加す
るため、マッチング・ネットワーク３１を介して接続さ
れるＲＦ電源３２等である。

【００５９】ここで、上記ベルジャー２４の内壁面のう
ちウェハＷの近傍部分には、硫化シリコン（ＳｉＳ₂ ）
からなるライナ３３を設けた。このライナ３３は、ベル
ジャー２４の内壁面を必ずしも連続的に周回している必
要はなく、たとえばブロック状や板状の固体を内壁面に
不連続に配したものであっても良い。ライナ３３の形成
方法としては、たとえば適当な方法にて成膜されたフィ
ルムもしくはブロックから切り出された板状体を貼着す
るか、電子ビーム蒸着やＥＣＲスパッタリングにより内
壁面上に直接成膜する方法がある。本実施例では、電子
ビーム蒸着を採用した。なお、ウェハ・クランプ２８
も、同様の方法で形成することができる。さらに、上記
ライナ３３の内周側には、図示されない駆動手段により
矢印Ｄ方向に昇降可能とされた円筒形の昇降式シャッタ
３４を配設した。ここで、図７（ａ）は昇降式シャッタ
３４によりライナ３３がほぼ完全にＥＣＲプラズマＰ_E
から遮蔽された状態を示し（シャッタ開度０％）、図７
（ｂ）は上記昇降式シャッタ３４を下降させてライナ３
３の全面が露出された状態（シャッタ開度１００％）を
示す。

【００６０】図８は、上記昇降式シャッタ３４の配設状
態をより明確に示すために、ベルジャー２４の内部を一
部破断して示す斜視図である。ベルジャー２４の側壁
面、昇降式シャッタ３４、ウェハ・ステージ２９は全て
同心的に配置されている。ライナ３３とＥＣＲプラズマ
Ｐ_E との接触面積は、昇降式シャッタ３４の矢印Ｄ方向
の昇降距離を変化させることにより任意に調節できる。

【００６１】上記昇降式シャッタ３４は、ラジカルを消
費せず、かつエッチング反応系内に不要な汚染を惹起さ
せない材料を適宜選択して構成する。かかる材料として
は、たとえばステンレス鋼等の金属材料、あるいはアル
ミナ等のセラミクス材料を使用することができる。本実
施例では、ステンレス鋼を採用した。

【００６２】あるいは、上記昇降式シャッタ３４に代え
て、図９に示されるような回動式シャッタ３５を設置し
ても良い。この回動式シャッタ３５はスリット状の開口
部３６を有しており、図示されない駆動手段により矢印
Ｅ方向に回動可能である。ライナ３３ａは、上記開口部
３６の開口パターンに倣って帯状に形成されている。こ
こで、回動式シャッタ３５とライナ３３ａの位置関係に
ついて図１０を参照しながら説明する。この図は、図９
のＸ−Ｘ線断面図であり、（ａ）はライナ３３ａが回動
式シャッタ３５に遮蔽された状態（シャッタ開度０
％）、（ｂ）はライナ３３ａのほぼ全面が開口部３６を
介して露出された状態（シャッタ開度１００％）を示し
ている。ライナ３３ａとＥＣＲプラズマＰ_E との接触面
積は、回動式シャッタ３５の回転角を変化させることに
より任意に調節できる。

【００６３】次に、この有磁場マイクロ波プラズマ・エ
ッチャーを用いて、従来型ＬＯＣＯＳ法のための選択酸
化マスクの加工を行った。使用したサンプル・ウェハ
は、実施例１で使用したものと同じである。本実施例で
は、ＳｉＮ膜３のドライエッチングをＣＦ₄ ／Ｏ₂ 混合
ガスを用いてジャストエッチングとオーバーエッチング
の２ステップで行い、しかも両ステップにおける昇降式
シャッタ３４の開度を変化させた。

【００６４】まずジャストエッチングは、たとえばＣＦ₄ 流量５０ＳＣＣＭＯ₂ 流量２０ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー７０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −３０ ℃ シャッタ開度０％なる条件で行った。

【００６５】上記ジャストエッチング中は、昇降式シャ
ッタ３４がライナ３３をＥＣＲプラズマＰ_E から遮蔽し
ているため、ウェハ・クランプ２８から若干量のＳがス
パッタアウトされる他は、フルオロカーボン系ガスによ
る通常のエッチングが進行する。したがって、このステ
ップでの側壁保護膜の主体はレジスト・マスク４の分解
生成物である。なお、このステップの終点は、下地のパ
ッド酸化膜２が露出する直前、あるいはウェハＷ上の一
部で下地のパッド酸化膜２が露出し始めた時点のいずれ
かに設定した。

【００６６】続くオーバーエッチングは、たとえばＣＦ₄ 流量５０ＳＣＣＭＯ₂ 流量２０ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー４０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −３０ ℃ シャッタ開度１００％なる条件で行った。

【００６７】上記オーバーエッチングでは、昇降式シャ
ッタ３４を試料室２６側へ下降させてライナ３３を全面
的に露出させたので、ＥＣＲプラズマＰ_E との接触によ
りＳがウェハＷ上へ供給され、これが側壁保護や表面保
護に寄与する。しかも、ＲＦバイアス・パワーを下げた
ことで、イオン・スパッタ作用によるＳの除去が抑制さ
れている。かかるＳの堆積増強が、エッチング・ガス組
成を何ら変更することなく実現できるところが、本実施
例の優れた点である。この結果、酸化シリコン用のエッ
チング条件でＳｉＮ膜をエッチングしていた従来の選択
酸化マスク加工に比べて、下地のパッド酸化膜２に対す
る選択性が約３０％向上すると共に、異方性形状も大幅
に向上した。

【００６８】実施例６本実施例では、側壁電極の表面に配された硫化シリコン
・ライナのプラズマ接触面積を回動式シャッタで可変と
なし、さらにウェハ・クランプも硫化シリコンを用いて
構成したトライオード型エッチャーを用い、ＰＰＬ法に
おけるＳｉＮ膜のエッチングを、２ステップで行った。

【００６９】まず、上記トライオード型エッチャーの構
成例について、図１１を参照しながら説明する。このエ
ッチャーは、チャンバ４１の天井部を構成する上部電極
４２と該チャンバ４１の側壁面の一部を構成する円環状
の側壁電極４９との間に高周波電界を印加してグロー放
電プラズマＰ_G を発生させ、このグロー放電プラズマＰ
_G を用いてウェハＷのドライエッチングを行うものであ
る。上記チャンバ４１の内部は、上部電極４２の背面側
に設けられた排気フード４３を通じて矢印Ｆ方向に高真
空排気される一方で、ガス供給管４４を通じて矢印Ｇ₂
方向から所定のエッチング・ガスの供給を受ける。

【００７０】上記側壁電極４９には、マッチング・ネッ
トワーク５０を介してプラズマ励起用ＲＦ電源５１が接
続されている。ウェハＷを保持するのは、上記チャンバ
４１の底面を構成する導電性のウェハ・ステージ４５で
あるが、このウェハ・ステージ４５は先の上部電極４２
に対する対向電極ではなく、プラズマ生成とは独立に基
板バイアス印加するための電極である。この基板バイア
スは、上記プラズマ励起用ＲＦ電源５１よりも周波数の
低いバイアス印加用ＲＦ電源４８をマッチング・ネット
ワーク４７を介してウェハ・ステージ４５に接続するこ
とにより、印加される。また、上記ウェハ・ステージ４
５の内部には冷却配管４６が挿通され、矢印Ｈ₁ ，Ｈ₂
方向に冷媒を供給・回収することでウェハＷを所定の温
度に維持するようになされている。

【００７１】また、上記チャンバ４１の外周側は、複数
の永久磁石５４に周回されている。この永久磁石５４
は、チャンバ４１の壁面にＳ極かＮ極のいずれかが対面
し、かつ隣接する磁石同士で極性が互いに逆となるよう
に配列されることにより、該チャンバ４１内にマルチカ
スプ磁場を形成する。また、上部電極４２の背面側にも
永久磁石５５が設けられている。かかる構成から、この
エッチャーは磁場閉じ込め型リアクター（ＭＣＲ）とも
呼ばれており、グロー放電プラズマＰ_G をコンパクトに
閉じ込めて高いプラズマ密度を得ることができる。

【００７２】以上述べた構成は従来公知のものである
が、本発明では独自の工夫として、側壁電極４９の表面
を部分的に硫化シリコンよりなるライナ５２で被覆し、
さらにその近傍に矢印Ｉ方向に回動可能な回動式シャッ
タ５３を設けた。この回動式シャッタ５３は、図９に示
したものと類似の構造を有し、スリット状の開口部とラ
イナ５２との位置関係により該ライナ５２のプラズマ接
触面積を可変となすものである。また、ウェハＷをウェ
ハ・ステージ４５上に固定するウェハ・クランプ５６も
硫化シリコンを用いて構成した。

【００７３】なお、上記ライナ５２を円環状の側壁電極
４９の全面に配し、円筒形の昇降式シャッタでそのプラ
ズマ接触面積を変化させるようにしても、もちろん構わ
ない。

【００７４】次に、トライオード型エッチャーを用い
て、ＰＰＬ法のための選択酸化マスクの加工を行った。
使用したサンプル・ウェハは、実施例２で使用したもの
と同じである。本実施例では、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ 混合ガスを
用いて２ステップでＳｉＮ膜１４のドライエッチングを
行い、しかも両ステップにおける回動式シャッタ５３の
開度を変化させた。

【００７５】まずジャストエッチングは、たとえばＣＦ₄ 流量５０ＳＣＣＭＯ₂ 流量５ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａソース・パワー１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２０Ｗ（４５０ｋＨｚ）ウェハ温度２０ ℃ シャッタ開度０％なる条件で行った。

【００７６】続くオーバーエッチングは、たとえばＣＦ₄ 流量５０ＳＣＣＭＯ₂ 流量５ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａソース・パワー１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー５Ｗ（４５０ｋＨｚ）ウェハ温度２０ ℃ シャッタ開度１００％なる条件で行った。これにより、ＳｉＮ膜１４の良好な
高選択・異方性加工が実現した。

【００７７】実施例７本実施例では、ＩＣＬ法におけるＳｉＮ膜のエッチング
を、実施例５で上述した有磁場マイクロ波プラズマ・エ
ッチャーを用いて２ステップで行った。使用したエッチ
ング・サンプルは、実施例３で使用したものと同じであ
る。

【００７８】まずジャストエッチングは、たとえばＣＦ₄ 流量５０ＳＣＣＭＯ₂ 流量２０ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー８０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −５０ ℃ シャッタ開度０％なる条件で行った。

【００７９】続くオーバーエッチングは、たとえばＣＦ₄ 流量５０ＳＣＣＭＯ₂ 流量２０ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −５０ ℃ シャッタ開度１００％なる条件で行った。これにより、ＳｉＮ膜１４の高選択
・異方性加工が実現した。

【００８０】実施例８本実施例では、試料室の天板部分に配された硫化シリコ
ン・ライナのプラズマ接触面積をシャッタで可変とな
し、さらにウェハ・クランプも硫化シリコンを用いて構
成したヘリコン波プラズマ・エッチャーを用い、ＩＣＬ
法におけるＳｉＮ膜のエッチングを２ステップで行っ
た。

【００８１】まず、上記エッチャーの構成例について、
図１２を参照しながら説明する。このエッチャーのヘリ
コン波プラズマ生成部は、内部にヘリコン波プラズマＰ
_H を生成させるためのベルジャ６１、このベルジャ６１
を周回する２個のループを有し、ＲＦパワーをプラズマ
へカップリングさせるためのループ・アンテナ６２、上
記ベルジャ６１を周回するごとく設けられ、該ベルジャ
６１の軸方向に沿った磁界を生成させるソレノイド・コ
イル６３を主な構成要素とする。

【００８２】上記ベルジャ６１は非導電性の材料より構
成され、ここでは石英を採用した。また、上記ソレノイ
ド・コイル６３は、主としてヘリコン波の伝搬に寄与す
る内周側ソレノイド・コイル６３ａと、主としてヘリコ
ン波プラズマＰ_H の輸送に寄与する外周側ソレノイド・
コイル６３ｂから構成されている。上記ループ・アンテ
ナ６２にはプラズマ励起用ＲＦ電源７５からインピーダ
ンス整合用の第１のマッチング・ネットワーク（Ｍ／
Ｎ）７４を通じてＲＦパワーが印加され、上下２個のル
ープには互いに逆回り方向の電流が流れる。ここでは、
上記プラズマ励起用ＲＦ電源７５の周波数を、１３．５
６ＭＨｚとした。なお、両ループ間の距離は、所望のヘ
リコン波の波数に応じて最適化されている。

【００８３】上記ベルジャ６１は試料室６６に接続さ
れ、上記ソレノイド・コイル６３が形成する発散磁界に
沿って該試料室６６の内部へヘリコン波プラズマＰ_H を
引き出すようになされている。試料室６６の側壁面およ
び底面は、ステンレス鋼等の導電性材料を用いて構成さ
れている。その内部は、図示されない排気系統により排
気孔６８を通じて矢印Ｊ方向に高真空排気されており、
上部の天板６４に開口されるガス供給管６５より矢印Ｋ
方向にドライエッチングに必要なガスの供給を受け、さ
らにその側壁面においてゲート・バルブ６７を介し、た
とえば図示されないロード・ロック室に接続されてい
る。

【００８４】上記試料室６６の内部には、その壁面から
電気的に絶縁された導電性のウェハ・ステージ６９が収
容され、この上にウェハＷを保持して所定のドライエッ
チングを行うようになされている。上記ウェハ・ステー
ジ６９には、プロセス中のウェハＷを所望の温度に維持
するために、図示されないチラーから冷媒の供給を受
け、これを矢印Ｌ₁ ，Ｌ₂ 方向に循環させるための冷却
配管７０が埋設されている。また上記ウェハ・ステー
ジ５９には、プラズマ中から入射するイオンのエネルギ
ーを制御するためにウェハＷに基板バイアスを印加する
バイアス印加用ＲＦ電源７２が、第２のマッチング・ネ
ットワーク（Ｍ／Ｎ）７１を介して接続されている。こ
こでは、バイアス印加用ＲＦ電源７２の周波数を４００
ｋＨｚとした。

【００８５】さらに、上記試料室６６の外部には、上記
ウェハ・ステージ６９近傍における発散磁界を収束させ
るために、補助磁界生成手段としてマルチカスプ磁場を
生成可能な永久磁石７３が配設されている。

【００８６】ここまでの構成は、従来のヘリコン波プラ
ズマ・エッチャーの構成と同様であるが、本実施例では
上記天板６４の一部に円環状のライナ７６を配した。本
実施例では、このライナ７６を硫化シリコンを用いて構
成した。このライナ７６の近傍にはさらに、虹彩絞り式
シャッタ７７を設けた。この虹彩絞り式シャッタ７７
は、複数の絞り羽根が連動して動作することにより、カ
メラの絞りの様に中央の孔の開口径を矢印Ｍ方向に縮小
／拡大するタイプのシャッタである。図１２では、開口
径が最大となりライナ７６のプラズマ接触面積が１００
％とされた状態を実線で、開口径が最小となり接触面積
が０％とされた状態を破線で示している。なお、天板に
配されるライナやシャッタの構成は上述のものに限られ
ない。たとえば、円環を分割した形状のライナとスリッ
ト状の開口を有する回動式のシャッタを組み合わせ、シ
ャッタの回転角によってライナのプラズマ接触面積を可
変とする構成としても良い。あるいは、適当な形状のラ
イナがこれを被覆／露出し得る様な適当な形状のスライ
ド式のシャッタと組み合わされたものであっても良い。

【００８７】さらに、ウェハ・ステージ６９上にウェハ
Ｗを固定するためのウェハ・クランプ７８も、硫化シリ
コンを用いて構成した。

【００８８】次に、このヘリコン波プラズマ・エッチャ
ーを用いて、ＩＣＬ法のための選択酸化マスクの加工を
行った。使用したサンプル・ウェハは、実施例３で使用
したものと同じである。まずジャストエッチングは、た
とえばＣＦ₄ 流量５０ＳＣＣＭＯ₂ 流量５ＳＣＣＭ圧力０．３Ｐａソース・パワー２０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー５０Ｗ（４００ｋＨｚ）ウェハ温度 −１０ ℃ シャッタ開度０％なる条件で行った。

【００８９】続くオーバーエッチングは、たとえばＣＦ₄ 流量５０ＳＣＣＭＯ₂ 流量５ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａソース・パワー１０００Ｗ（１３．５６ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２０Ｗ（４００ｋＨｚ）ウェハ温度 −１０ ℃ シャッタ開度１００％なる条件で行った。

【００９０】本実施例においても、ＳｉＮ膜３の高選択
・異方性エッチングが実現し、寸法精度に優れる選択酸
化マスク３ａを形成することができた。これにより、熱
酸化後に得られるフィールド酸化膜のバーズビークも最
小限に抑制することができた。

【００９１】以上、本発明を８例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではなく、サンプル・ウェハの構成、各膜の成膜方
法、ドライエッチング条件、エッチャーの構造の細部等
はいずれも適宜選択・変更が可能である。

【００９２】また、エッチングの対象となるＳｉＮ膜
も、上述のような選択酸化マスク用に形成されるものと
は限らない。たとえば、自己整合コンタクト形成技術に
おいてＳｉＯｘ層間絶縁膜のエッチング停止層として用
いられるＳｉＮ膜を、本発明を適用して加工することも
できる。

【００９３】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、従来は専用のプロセスが確立されないまま
酸化シリコン加工用もしくはポリシリコン加工用のいず
れかのエッチング条件で行われていた窒化シリコン系形
材料膜のドライエッチングを、統一された条件およびエ
ッチャーを用いて行うことが可能となる。これにより、
経済性が向上し、また他のエッチャーの本来の用途に悪
影響を与えることが防止される。さらに、たとえば近年
の多様化した選択酸化方法における選択酸化マスクの形
成を、高い精度と再現性をもって行うことが可能とな
る。

【００９４】したがって、本発明は窒化シリコン系材料
膜の精密加工の実現を通じて、半導体デバイスの高集積
化，高信頼化に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を従来型ＬＯＣＯＳ法またはＩＣＬ法に
もとづく選択酸化マスクの加工に適用したプロセス例に
おいて、ＳｉＮ膜上にレジスト・マスクを形成した状態
を示す模式的断面図である。

【図２】図１のＳｉＮ膜を異方性加工した状態を示す模
式的断面図である。

【図３】図２のレジスト・マスクを除去し、熱酸化を行
ってフィールド酸化膜を形成した状態を示す模式的断面
図である。

【図４】本発明をＰＰＬ法にもとづく選択酸化マスクの
加工に適用したプロセス例において、ＳｉＮ膜上にレジ
スト・マスクを形成した状態を示す模式的断面図であ
る。

【図５】図４のＳｉＮ膜を異方性加工した状態を示す模
式的断面図である。

【図６】図５のレジスト・マスクを除去し、熱酸化を行
ってフィールド酸化膜を形成した状態を示す模式的断面
図である。

【図７】本発明のドライエッチング方法に用いて好適な
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャーの構成例を示す
概略断面図であり、（ａ）は昇降式シャッタのシャッタ
開度が０％の場合、（ｂ）はシャッタ開度が１００％の
場合をそれぞれ表す。

【図８】図７に示される有磁場マイクロ波プラズマ・エ
ッチャーの昇降式シャッタおよびその周辺部材を一部破
断して示す概略斜視図である。

【図９】本発明を適用した有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチャーの他の構成例において、回動式シャッタおよ
びその周辺部材を一部破断して示す概略斜視図である。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図であり、（ａ）は回動
式シャッタのシャッタ開度が０％の場合、（ｂ）はシャ
ッタ開度が１００％の場合をそれぞれ表す。

【図１１】本発明のドライエッチング方法に用いて好適
なトライオード型エッチャーの構成例を示す概略断面図
である。

【図１２】本発明のドライエッチング方法に用いて好適
なヘリコン波プラズマ・エッチャーの構成例示す概略断
面図である。

【符号の説明】

１，１１Ｓｉ基板２，１２パッド酸化膜３，１４ＳｉＮ膜３ａ，１４ａ選択酸化マスク５，１６側壁保護膜１３ポリシリコン膜３３，３３ａ，５２，７６ライナ３４昇降式シャッタ３５，５３回動式シャッタ７７虹彩絞り式シャッタＰ_E ＥＣＲプラズマＰ_G グロー放電プラズマＰ_H ヘリコン波プラズマＷウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化シリコン系材料膜を、その被エッチ
ング領域の少なくとも一部にイオウを堆積させながらエ
ッチングするドライエッチング方法。
【請求項２】前記エッチングは、前記窒化シリコン系
材料膜を保持する基板を室温以下の温度に制御しながら
行う請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項３】前記エッチングは、Ｓ₂ Ｆ₂ ，ＳＦ₂ ，
ＳＦ₄ ，Ｓ₂ Ｆ₁₀，Ｓ₃ Ｃｌ₂ ，Ｓ₂ Ｃｌ₂ ，ＳＣｌ
₂ ，Ｓ₃ Ｂｒ₂ ，Ｓ₂ Ｂｒ₂ ，ＳＢｒ₂ から選ばれる少
なくとも１種類のハロゲン化イオウを含むエッチング・
ガスのプラズマを用い、前記イオウを該プラズマ中から
供給しながら行う請求項１記載のドライエッチング方
法。
【請求項４】前記エッチング・ガスがフルオロカーボ
ン系化合物を含む請求項３記載のドライエッチング方
法。
【請求項５】前記エッチングは、前記窒化シリコン系
材料膜を実質的にその膜厚分だけエッチングするジャス
トエッチング工程と、その残余部をエッチングするオー
バーエッチング工程とに分けて行い、前記ジャストエッチング工程では、Ｓ₂ Ｆ₂ ，ＳＦ₂ ，
ＳＦ₄ ，Ｓ₂ Ｆ₁₀から選ばれる少なくとも１種類のフッ
化イオウを含むエッチング・ガスのプラズマを用い、前
記イオウを該プラズマ中から供給しながらエッチングを
行い、前記オーバーエッチング工程では、Ｓ₃ Ｃｌ₂ ，Ｓ₂ Ｃ
ｌ₂ ，ＳＣｌ₂ ，Ｓ₃Ｂｒ₂ ，Ｓ₂ Ｂｒ₂ ，ＳＢｒ₂ か
ら選ばれる少なくとも１種類のハロゲン化イオウを含む
エッチング・ガスのプラズマを用い、前記イオウを該プ
ラズマ中から供給しながらエッチングを行う請求項１記
載のドライエッチング方法。
【請求項６】前記エッチング・ガスがフルオロカーボ
ン系化合物を含む請求項５記載のドライエッチング方
法。
【請求項７】前記エッチングは、前記窒化シリコン系
材料膜を実質的にその膜厚分だけエッチングするジャス
トエッチング工程と、その残余部をエッチングするオー
バーエッチング工程とに分けて行い、前記ジャストエッチング工程では、Ｓ₂ Ｆ₂ ，ＳＦ₂ ，
ＳＦ₄ ，Ｓ₂ Ｆ₁₀から選ばれる少なくとも１種類のフッ
化イオウを含むエッチング・ガスのプラズマを用い、前
記イオウを該プラズマ中から供給しながらエッチングを
行い、前記オーバーエッチング工程では、前記ジャストエッチ
ングに比べてエッチング反応系のＳ／Ｆ比を上昇させた
条件下で前記イオウを該プラズマ中から供給しながらエ
ッチングを行う請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項８】前記エッチング・ガスがフルオロカーボ
ン系化合物を含む請求項７記載のドライエッチング方
法。
【請求項９】前記Ｓ／Ｆ比は、前記エッチング・ガス
へ水素系ガスを添加することにより上昇させる請求項７
記載のドライエッチング方法。
【請求項１０】前記エッチングは、イオウを構成元素
として含有しないフッ素系化合物を含むエッチング・ガ
スを用い、前記イオウをエッチング・チャンバの内部構
成部材のプラズマ接触面より供給しながら行う請求項１
記載のドライエッチング方法。
【請求項１１】前記フッ素系化合物がフルオロカーボ
ン系化合物である請求項１０記載のドライエッチング方
法。
【請求項１２】前記内部構成部材は前記エッチング・
チャンバの内壁面もしくは基板クランプの少なくとも一
方である請求項１０記載のドライエッチング方法。
【請求項１３】前記内部構成部材は、少なくともその
プラズマ接触面が硫化シリコンまたは窒化イオウ系化合
物により構成されてなる請求項１０記載のドライエッチ
ング方法。
【請求項１４】前記エッチングは、前記窒化シリコン
系材料膜を実質的にその膜厚分だけエッチングするジャ
ストエッチング工程と、その残余部をエッチングするオ
ーバーエッチング工程とに分けて行い、前記ジャストエッチング工程と前記オーバーエッチング
工程とで前記内部構成部材のプラズマ接触面積を変化さ
せる請求項１０記載のドライエッチング方法。
【請求項１５】前記内部構成部材のプラズマ接触面積
の変化は遮蔽部材の操作により行う請求項１４記載のド
ライエッチング方法。
【請求項１６】前記窒化シリコン系材料膜は、シリコ
ン基板の選択酸化用のマスク材料である請求項１記載の
ドライエッチング方法。
【請求項１７】前記窒化シリコン系材料膜は酸化シリ
コン系材料膜上に積層されている請求項１６記載のドラ
イエッチング方法。
【請求項１８】前記窒化シリコン系材料膜はポリシリ
コン膜上に積層されている請求項１６記載のドライエッ
チング方法。