JPH10326774A - 六フッ化イオウ、トリフルオロメタン及び窒素を使用してタングステンを異方的にエッチングをする方法 - Google Patents
六フッ化イオウ、トリフルオロメタン及び窒素を使用してタングステンを異方的にエッチングをする方法Info
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- JPH10326774A JPH10326774A JP10093507A JP9350798A JPH10326774A JP H10326774 A JPH10326774 A JP H10326774A JP 10093507 A JP10093507 A JP 10093507A JP 9350798 A JP9350798 A JP 9350798A JP H10326774 A JPH10326774 A JP H10326774A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 タングステン含有層を基板上で実質的に異方
的に、良好な選択度で、しかもエッチングされた形状に
過度のパッシベーション堆積物を形成することなくエッ
チングする方法を得ることを目的とする。 【解決手段】 基板はプラズマゾーン内に置かれ、ＳＦ
6、ＣＨＦ3及びＮ2を含むプロセスガスがプラズマゾー
ン中に導入される。プロセスガスからプラズマが形成さ
れ、タングステン含有層を異方的にエッチングする。予
め定められた誘電性電力対容量性電力比で動作する誘電
性プラズマと容量性プラズマを組み合わせて使用し、プ
ラズマを形成することが望ましい。
的に、良好な選択度で、しかもエッチングされた形状に
過度のパッシベーション堆積物を形成することなくエッ
チングする方法を得ることを目的とする。 【解決手段】 基板はプラズマゾーン内に置かれ、ＳＦ
6、ＣＨＦ3及びＮ2を含むプロセスガスがプラズマゾー
ン中に導入される。プロセスガスからプラズマが形成さ
れ、タングステン含有層を異方的にエッチングする。予
め定められた誘電性電力対容量性電力比で動作する誘電
性プラズマと容量性プラズマを組み合わせて使用し、プ
ラズマを形成することが望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タングステン含有
材料を基板上でエッチングする方法に関するものであ
る。
材料を基板上でエッチングする方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】集積回路の製造においては、例えばタン
グステン、タンタル、チタン、モリブデン及びそれらの
シリサイドなどの耐熱性金属を用いて、シリコン基板又
はガリウム砒素基板上に形成された電気接続用の半導体
能動素子のための高密度、高速、電気的導電性の相互接
続線及び／又はコンタクトプラグが形成されている。典
型的なプロセスでは、ブランケットタングステン層は、
バリヤ層又は接着層として機能し、下層に位置するチタ
ン、窒化チタン、チタンタングステンなどの上に堆積さ
れる。この工程の後に、パターン形成されたフォトレジ
スト形状がタングステン層の上に形成されるマスキング
工程が続く。基板上に相互接続線を形成するために、エ
ッチング工程によりフォトレジストで覆われていない領
域からタングステン材料を除去する。タングステン層は
また、開口部を充填するのに用いられ、開口部を充填す
るブランケットタングステン層の化学気相堆積（ＣＶ
Ｄ）によって相互接続配線層の下の電気的導電性のコン
タクトプラグを形成する。この後に、ブランケットタン
グステン層をエッチングして、所望の形状の相互接続線
及び／又はプラグを形成する。タングステンは相互接続
線及びコンタクトプラグの双方にとって好ましいが、そ
の理由は、（ｉ）６６０℃で溶融するアルミニウムと比
べて約３４１０℃とタングステンは溶融温度が高く、基
板の高温処理が可能である、（ｉｉ）シリコン層上に適
用されたときにタングステンは電気移動又は拡散の度合
いが低い、（ｉｉｉ）アルミニウムが２５０℃でシリコ
ンと反応するのに対して、タングステンは６００から７
００℃を超える温度でシリコンと反応する、（ｉｖ）タ
ングステンの堆積によって一般に、高いアスペクト比の
コンタクトプラグがより一様に充填され、ステップカバ
レッジが良好となり、短絡や遮断を引き起こす電気的非
導通の形成が減少する、等のためである。
グステン、タンタル、チタン、モリブデン及びそれらの
シリサイドなどの耐熱性金属を用いて、シリコン基板又
はガリウム砒素基板上に形成された電気接続用の半導体
能動素子のための高密度、高速、電気的導電性の相互接
続線及び／又はコンタクトプラグが形成されている。典
型的なプロセスでは、ブランケットタングステン層は、
バリヤ層又は接着層として機能し、下層に位置するチタ
ン、窒化チタン、チタンタングステンなどの上に堆積さ
れる。この工程の後に、パターン形成されたフォトレジ
スト形状がタングステン層の上に形成されるマスキング
工程が続く。基板上に相互接続線を形成するために、エ
ッチング工程によりフォトレジストで覆われていない領
域からタングステン材料を除去する。タングステン層は
また、開口部を充填するのに用いられ、開口部を充填す
るブランケットタングステン層の化学気相堆積（ＣＶ
Ｄ）によって相互接続配線層の下の電気的導電性のコン
タクトプラグを形成する。この後に、ブランケットタン
グステン層をエッチングして、所望の形状の相互接続線
及び／又はプラグを形成する。タングステンは相互接続
線及びコンタクトプラグの双方にとって好ましいが、そ
の理由は、（ｉ）６６０℃で溶融するアルミニウムと比
べて約３４１０℃とタングステンは溶融温度が高く、基
板の高温処理が可能である、（ｉｉ）シリコン層上に適
用されたときにタングステンは電気移動又は拡散の度合
いが低い、（ｉｉｉ）アルミニウムが２５０℃でシリコ
ンと反応するのに対して、タングステンは６００から７
００℃を超える温度でシリコンと反応する、（ｉｖ）タ
ングステンの堆積によって一般に、高いアスペクト比の
コンタクトプラグがより一様に充填され、ステップカバ
レッジが良好となり、短絡や遮断を引き起こす電気的非
導通の形成が減少する、等のためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】タングステン含有層を
エッチングする従来のプロセスは、ハロゲン含有ガスの
容量性ＲＩＥプラズマ、より典型的にはＣＦ4、ＳＦ6、
ＣＢｒＦ3、ＮＦ3などのフッ素化ガスを用いる。従来の
エッチングプロセスにおける１つの問題は、タングステ
ン含有層を異方的にエッチングして内側にも外側にもテ
ーパの無い実質的に垂直な側壁を持つ形状を持たせるこ
とができない点にある。エッチングされた形状の側壁が
過度にエッチングされると、好ましくない内側又は外側
に傾斜した側壁となる。
エッチングする従来のプロセスは、ハロゲン含有ガスの
容量性ＲＩＥプラズマ、より典型的にはＣＦ4、ＳＦ6、
ＣＢｒＦ3、ＮＦ3などのフッ素化ガスを用いる。従来の
エッチングプロセスにおける１つの問題は、タングステ
ン含有層を異方的にエッチングして内側にも外側にもテ
ーパの無い実質的に垂直な側壁を持つ形状を持たせるこ
とができない点にある。エッチングされた形状の側壁が
過度にエッチングされると、好ましくない内側又は外側
に傾斜した側壁となる。
【０００４】異方的エッチングを増大させる従来のタン
グステンエッチング法は、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ｂの３２７２頁（１９８５年）に説明されて
いるように、ＣＢｒ、ＮＦ3、又はＣＨＦ3などのガスを
用いて、水平方向エッチングを減少させるために、エッ
チングされた形状の側壁に厚いパッシベーションの堆積
を形成する。しかしながら、これらの方法はしばしば、
エッチングプロセスが完了に近づくにつれて新たにエッ
チングされた側壁上に形成されるパッシベーション薄膜
の厚さが増大するために、ベースにおいてエッチングさ
れた形状がより広いディメンジョンを持つ結果となる。
さらに別の方法では、ＳＦ6／ＣＢｒＦ3やＳＦ6／ＣＨ
Ｆ3の混合気体を用いてアンダーカットを減少させては
いるが、例えばＴｅｎｎａｎｔらによるＪ．Ｖａｃ．Ｓ
ｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂの７１８３６頁（１９８９
年）に開示されているように、これらの混合物は、エッ
チングされた形状のベースにおいて実質的なアンダーカ
ットをもつ異方性のプロファイルを発生させる。さらに
別のエッチング方法では、Ｔａｃｈｉらによる米国特許
第４，９９２，１３６号に説明されているように、タン
グステン薄膜は、（ｉ）Ｃｌ2又はＳＦ6などのエッチャ
ントガス、及び（ｉｉ）エッチング中に基板表面上に堆
積物を形成するためにＣ又はＳｉを含むパッシベーショ
ン薄膜形成用ハロゲンガス例えばＣＣｌ4、ＣＦ4、ＣＨ
Ｆ3、ＣＨＣｌ3、ＳｉＦ4、ＳｉＣｌ4を用いてエッチン
グされる。しかしながら、この方法では一般に、エッチ
ング中、特に高濃度の蒸発性パッシベーション重合体種
がエッチャントチャンバ内に形成されるエッチングプロ
セスの完了間近では、薄膜形成気体に対するエッチャン
トガスの比を正確に制御するのが困難なので、エッチン
グされた形状の側壁がテーパ角度を持ってしまう。
グステンエッチング法は、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ｂの３２７２頁（１９８５年）に説明されて
いるように、ＣＢｒ、ＮＦ3、又はＣＨＦ3などのガスを
用いて、水平方向エッチングを減少させるために、エッ
チングされた形状の側壁に厚いパッシベーションの堆積
を形成する。しかしながら、これらの方法はしばしば、
エッチングプロセスが完了に近づくにつれて新たにエッ
チングされた側壁上に形成されるパッシベーション薄膜
の厚さが増大するために、ベースにおいてエッチングさ
れた形状がより広いディメンジョンを持つ結果となる。
さらに別の方法では、ＳＦ6／ＣＢｒＦ3やＳＦ6／ＣＨ
Ｆ3の混合気体を用いてアンダーカットを減少させては
いるが、例えばＴｅｎｎａｎｔらによるＪ．Ｖａｃ．Ｓ
ｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂの７１８３６頁（１９８９
年）に開示されているように、これらの混合物は、エッ
チングされた形状のベースにおいて実質的なアンダーカ
ットをもつ異方性のプロファイルを発生させる。さらに
別のエッチング方法では、Ｔａｃｈｉらによる米国特許
第４，９９２，１３６号に説明されているように、タン
グステン薄膜は、（ｉ）Ｃｌ2又はＳＦ6などのエッチャ
ントガス、及び（ｉｉ）エッチング中に基板表面上に堆
積物を形成するためにＣ又はＳｉを含むパッシベーショ
ン薄膜形成用ハロゲンガス例えばＣＣｌ4、ＣＦ4、ＣＨ
Ｆ3、ＣＨＣｌ3、ＳｉＦ4、ＳｉＣｌ4を用いてエッチン
グされる。しかしながら、この方法では一般に、エッチ
ング中、特に高濃度の蒸発性パッシベーション重合体種
がエッチャントチャンバ内に形成されるエッチングプロ
セスの完了間近では、薄膜形成気体に対するエッチャン
トガスの比を正確に制御するのが困難なので、エッチン
グされた形状の側壁がテーパ角度を持ってしまう。
【０００５】従来のエッチングプロセスはまた、集積回
路の設計において、エッチングされた形状の電気的特性
を決定し、あらかじめ決定された所望のエッチング形状
のディメンジョンであるエッチング形状の臨界的なディ
メンジョンを維持することができない。この臨界的形状
は、エッチングされた形状の電気的特性に重要な効果を
持つディメンジョンである。最近の集積回路において
は、より高い回路密度に適応できるように、相互接続用
の線幅及びコンタクトプラグの直径は０．２５ミクロン
未満のレベルとますます減少している。これらの形状の
電気的抵抗は、エッチングされた形状の断面積に比例す
るので、エッチングされた形状を横切って又は別々のエ
ッチング形状同士間での変動がなく均一なディメンジョ
ンを維持することが重要である。形状同士間の間隔の関
数として変化するテーパ断面、すなわち断面プロファイ
ル又は形状プロファイルの他の変動は、最近の集積回路
ではもはや受け入れられない。臨界ディメンジョンは、
通常、レジスト形状の幅Ｗrと最終的なエッチング形状
の幅Ｗeとの間の比又は差として測定される。エッチン
グされた形状の幅がレジスト形状の幅に近づくにつれ
て、エッチングされた形状の電気的特性がより予測可能
で信頼性の高いものとなる。
路の設計において、エッチングされた形状の電気的特性
を決定し、あらかじめ決定された所望のエッチング形状
のディメンジョンであるエッチング形状の臨界的なディ
メンジョンを維持することができない。この臨界的形状
は、エッチングされた形状の電気的特性に重要な効果を
持つディメンジョンである。最近の集積回路において
は、より高い回路密度に適応できるように、相互接続用
の線幅及びコンタクトプラグの直径は０．２５ミクロン
未満のレベルとますます減少している。これらの形状の
電気的抵抗は、エッチングされた形状の断面積に比例す
るので、エッチングされた形状を横切って又は別々のエ
ッチング形状同士間での変動がなく均一なディメンジョ
ンを維持することが重要である。形状同士間の間隔の関
数として変化するテーパ断面、すなわち断面プロファイ
ル又は形状プロファイルの他の変動は、最近の集積回路
ではもはや受け入れられない。臨界ディメンジョンは、
通常、レジスト形状の幅Ｗrと最終的なエッチング形状
の幅Ｗeとの間の比又は差として測定される。エッチン
グされた形状の幅がレジスト形状の幅に近づくにつれ
て、エッチングされた形状の電気的特性がより予測可能
で信頼性の高いものとなる。
【０００６】従って、異方性エッチングであって、実質
的に直線状の側壁を有するエッチング形状を提供する、
タングステン含有層をエッチングする方法（プロセス）
が望まれている。さらに、エッチングプロセスが、一貫
性があって再現可能な臨界的ディメンジョンを持つエッ
チング形状を提供するものであればより望ましい。ま
た、エッチングプロセスが、エッチング形状の側壁上の
パッシベーション薄膜堆積物が減少し、より制御可能な
ものであればさらに望ましい。また、エッチングプロセ
スが、プロセス変動に耐える大きなプロセスウインドウ
を持ちプロセススループットの高いものであればより一
層望ましい。
的に直線状の側壁を有するエッチング形状を提供する、
タングステン含有層をエッチングする方法（プロセス）
が望まれている。さらに、エッチングプロセスが、一貫
性があって再現可能な臨界的ディメンジョンを持つエッ
チング形状を提供するものであればより望ましい。ま
た、エッチングプロセスが、エッチング形状の側壁上の
パッシベーション薄膜堆積物が減少し、より制御可能な
ものであればさらに望ましい。また、エッチングプロセ
スが、プロセス変動に耐える大きなプロセスウインドウ
を持ちプロセススループットの高いものであればより一
層望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上のタン
グステン含有層を高度に異方的にエッチングして、臨界
ディメンジョンの損失を減少させ、エッチング形状上で
の厚いパッシベーション薄膜が過度に堆積されるのを防
止する。本発明の一実施形態では、基板はプラズマゾー
ンに配置され、六フッ化イオウ（ＳＦ6）、トリフルオ
ロメタン（ＣＨＦ3）、窒素（Ｎ2）を含むプロセスガス
がプラズマゾーン中に導入される。プロセスガスから発
生したプラズマは、（ｉ）実質的に異方的に、かつ（ｉ
ｉ）基板上に過度のパッシベーション堆積物を形成する
ことなく、基板上のタングステン含有層をエッチングす
る。基板の表面に対して少なくとも約８８゜の角度を形
成する側壁を持つエッチング形状にタングステン含有層
がエッチングされるように、ＳＦ6：ＣＨＦ3：Ｎ2の体
積流量比が選択される。ＳＦ6：ＣＨＦ3：Ｎ2の体積流
量比は、約１：１：１から約８：１：１である。
グステン含有層を高度に異方的にエッチングして、臨界
ディメンジョンの損失を減少させ、エッチング形状上で
の厚いパッシベーション薄膜が過度に堆積されるのを防
止する。本発明の一実施形態では、基板はプラズマゾー
ンに配置され、六フッ化イオウ（ＳＦ6）、トリフルオ
ロメタン（ＣＨＦ3）、窒素（Ｎ2）を含むプロセスガス
がプラズマゾーン中に導入される。プロセスガスから発
生したプラズマは、（ｉ）実質的に異方的に、かつ（ｉ
ｉ）基板上に過度のパッシベーション堆積物を形成する
ことなく、基板上のタングステン含有層をエッチングす
る。基板の表面に対して少なくとも約８８゜の角度を形
成する側壁を持つエッチング形状にタングステン含有層
がエッチングされるように、ＳＦ6：ＣＨＦ3：Ｎ2の体
積流量比が選択される。ＳＦ6：ＣＨＦ3：Ｎ2の体積流
量比は、約１：１：１から約８：１：１である。
【０００８】本発明の他の実施形態では、（ｉ）プロセ
ス電極と、（ｉｉ）プロセスチャンバに隣接した誘導コ
イルを有するプロセスチャンバ内に、基板が配置され
る。ＳＦ6、ＣＨＦ3、及びＮ2を含むプロセスガスがこ
のプロセスチャンバ内に導入される。プロセスガスはイ
オン化されて、（ｉ）第１の電力レベルのＲＦ電流を誘
導コイルに印加し、（ｉｉ）第２の電力レベルのＲＦ電
圧をプロセス電極に印加することによって、エネルギー
を付与されて基板に衝突するプラズマイオンを形成す
る。第１の電力レベルの第２の電力レベルに対する電力
比Ｐrは、タングステン含有層が、基板上のパッシベー
ション材料を過度に堆積することなく異方的にエッチン
グされるように選択される。
ス電極と、（ｉｉ）プロセスチャンバに隣接した誘導コ
イルを有するプロセスチャンバ内に、基板が配置され
る。ＳＦ6、ＣＨＦ3、及びＮ2を含むプロセスガスがこ
のプロセスチャンバ内に導入される。プロセスガスはイ
オン化されて、（ｉ）第１の電力レベルのＲＦ電流を誘
導コイルに印加し、（ｉｉ）第２の電力レベルのＲＦ電
圧をプロセス電極に印加することによって、エネルギー
を付与されて基板に衝突するプラズマイオンを形成す
る。第１の電力レベルの第２の電力レベルに対する電力
比Ｐrは、タングステン含有層が、基板上のパッシベー
ション材料を過度に堆積することなく異方的にエッチン
グされるように選択される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
に係るＳＦ6、ＣＨＦ3及びＮ2を使用してタングステン
を異方的にエッチングをする方法の実施形態について説
明する。
に係るＳＦ6、ＣＨＦ3及びＮ2を使用してタングステン
を異方的にエッチングをする方法の実施形態について説
明する。
【００１０】本発明によるエッチングプロセスは、高い
異方性及び減少したパッシベーション堆積物を有し、基
板上に形成されたタングステン含有層を良好なエッチン
グ速度でエッチングする際に有用である。
異方性及び減少したパッシベーション堆積物を有し、基
板上に形成されたタングステン含有層を良好なエッチン
グ速度でエッチングする際に有用である。
【００１１】図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照すると、本
発明方法は、ガラス、セラミック、金属、ポリマー、さ
らに例えばシリコンやガリウム砒素製のウエハなどの半
導体基板など種々の材料から成る基板１０をエッチング
するのに用いられる。ドーピングされている又はされて
いない二酸化シリコン、窒化シリコン、ＢＰＳＧ、又は
ＰＳＧ（通常は約１００から３０００ の厚さである）
などの誘電体層１５が、基板１０の上に形成される。基
板１０は、代表的にはＯ2プラズマを用いることによ
り、そのシリコン含有表面上の自然酸化物層が除去され
る。厚さ１００から１０００ のチタン（Ｔｉ）、チタ
ンタングステン（Ｔｉ−Ｗ）又は窒化チタン（ＴｉＮ）
などの薄いバリヤ又は接着層２０もまた、基板１０上に
堆積することができる。タングステン含有層２５は、タ
ングステンターゲットからのスパッタリングによって基
板１０上に堆積させることができ、又は六フッ化タング
ステン（ＷＦ6）などのタングステンソースガスから化
学気相堆積によって基板１０上に堆積される。例えば、
本願明細書に組み込まれているＴｅｌｆｏｒｄ等に共同
譲受された米国特許第５，５００，２４９号には、六フ
ッ化タングステンと二塩化シランのプラズマ強化された
化学気相堆積によりＷｓｉx薄膜を堆積させるプロセス
が説明されている。タングステン含有層２５は、通常、
厚さ約５００から約１００００ であり、低温ＲＦバイ
アススパッタリングプロセスによって堆積される。
発明方法は、ガラス、セラミック、金属、ポリマー、さ
らに例えばシリコンやガリウム砒素製のウエハなどの半
導体基板など種々の材料から成る基板１０をエッチング
するのに用いられる。ドーピングされている又はされて
いない二酸化シリコン、窒化シリコン、ＢＰＳＧ、又は
ＰＳＧ（通常は約１００から３０００ の厚さである）
などの誘電体層１５が、基板１０の上に形成される。基
板１０は、代表的にはＯ2プラズマを用いることによ
り、そのシリコン含有表面上の自然酸化物層が除去され
る。厚さ１００から１０００ のチタン（Ｔｉ）、チタ
ンタングステン（Ｔｉ−Ｗ）又は窒化チタン（ＴｉＮ）
などの薄いバリヤ又は接着層２０もまた、基板１０上に
堆積することができる。タングステン含有層２５は、タ
ングステンターゲットからのスパッタリングによって基
板１０上に堆積させることができ、又は六フッ化タング
ステン（ＷＦ6）などのタングステンソースガスから化
学気相堆積によって基板１０上に堆積される。例えば、
本願明細書に組み込まれているＴｅｌｆｏｒｄ等に共同
譲受された米国特許第５，５００，２４９号には、六フ
ッ化タングステンと二塩化シランのプラズマ強化された
化学気相堆積によりＷｓｉx薄膜を堆積させるプロセス
が説明されている。タングステン含有層２５は、通常、
厚さ約５００から約１００００ であり、低温ＲＦバイ
アススパッタリングプロセスによって堆積される。
【００１２】従来のフォトリソグラフィ法は、タングス
テン含有層２５を覆うパターン形成されたレジスト形状
３０を形成するために用いられ、このレジスト層はタン
グステン含有層内でエッチングされるのが望ましい形状
の臨界的ディメンジョンに従ったディメンジョンの形状
を有する。この工程では、デュポン社製の「ＲＩＳＴＯ
Ｎ」（商品名）フォトレジストなどのレジスト層が、約
０．４ミクロンから約１．３ミクロンの厚さでタングス
テン含有層２５上に施される。レジスト形状３０は、レ
ジスト形状３０の望ましい形状に対応するマスクを通し
て光のパターンにレジスト層が露光される、従来のフォ
トリソグラフィプロセスを用いて輪郭が定められる。エ
ッチングプロセスの後では、保護レジスト形状３０によ
って、図１（ｂ）に示すように、エッチングされたタン
グステン含有形状３５が形成される。その後、残留した
レジスト形状３０は、従来のレジスト除去プロセスによ
って除去され、図１（ｃ）に示すように、エッチングさ
れたタングステン形状３５を有する基板となる。
テン含有層２５を覆うパターン形成されたレジスト形状
３０を形成するために用いられ、このレジスト層はタン
グステン含有層内でエッチングされるのが望ましい形状
の臨界的ディメンジョンに従ったディメンジョンの形状
を有する。この工程では、デュポン社製の「ＲＩＳＴＯ
Ｎ」（商品名）フォトレジストなどのレジスト層が、約
０．４ミクロンから約１．３ミクロンの厚さでタングス
テン含有層２５上に施される。レジスト形状３０は、レ
ジスト形状３０の望ましい形状に対応するマスクを通し
て光のパターンにレジスト層が露光される、従来のフォ
トリソグラフィプロセスを用いて輪郭が定められる。エ
ッチングプロセスの後では、保護レジスト形状３０によ
って、図１（ｂ）に示すように、エッチングされたタン
グステン含有形状３５が形成される。その後、残留した
レジスト形状３０は、従来のレジスト除去プロセスによ
って除去され、図１（ｃ）に示すように、エッチングさ
れたタングステン形状３５を有する基板となる。
【００１３】図２に概略的に示すように、カリフォルニ
ア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販
されている例えば「ＤＰＳ」チャンバなどのプロセスチ
ャンバ５０内で、タングステン含有層２５はエッチング
される。プロセスチャンバの一部は、双方とも参考のた
め本願明細書に組み込まれている、１９９６年２月２日
提出の「ハイブリッドコンダクタと複数半径ドームシー
リングを備えたＲＦプラズマ反応器」というタイトルの
米国特許出願第０８／５９７，４４５号及び１９９３年
２月１５日提出の第０８／３８９，８８９号に説明され
ている。ここに示すプロセスチャンバ５０の特殊な実施
態様は、半導体基板１０の処理に適するが、本発明を図
示するために提供されるだけであり、本発明の範囲を制
限するために用いられるべきではない。例えば、本発明
によるエッチングプロセスを用いて複数の基板を同時に
エッチングでき、また、半導体製造以外の製造プロセス
に用いることができる。
ア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販
されている例えば「ＤＰＳ」チャンバなどのプロセスチ
ャンバ５０内で、タングステン含有層２５はエッチング
される。プロセスチャンバの一部は、双方とも参考のた
め本願明細書に組み込まれている、１９９６年２月２日
提出の「ハイブリッドコンダクタと複数半径ドームシー
リングを備えたＲＦプラズマ反応器」というタイトルの
米国特許出願第０８／５９７，４４５号及び１９９３年
２月１５日提出の第０８／３８９，８８９号に説明され
ている。ここに示すプロセスチャンバ５０の特殊な実施
態様は、半導体基板１０の処理に適するが、本発明を図
示するために提供されるだけであり、本発明の範囲を制
限するために用いられるべきではない。例えば、本発明
によるエッチングプロセスを用いて複数の基板を同時に
エッチングでき、また、半導体製造以外の製造プロセス
に用いることができる。
【００１４】エッチングプロセスを実施するために、チ
ャンバ５０は、代表的には約１Ｔｏｒｒ以下の低圧にま
で排気され、基板１０はチャンバ内のプラズマゾーン５
５内部のサポート（支持部）５２の上に置かれる。サポ
ート５２の少なくとも一部は電気的に導電性であり、プ
ロセス又はカソード電極６０として機能する。このカソ
ード電極６０は、電気的に接地されてアノード電極６５
として機能するチャンバ５０の側壁と一緒になって、チ
ャンバ内でプラズマを発生させ又は電圧を印加する容量
性電場を形成するプラズマゾーン５５内のプロセス電極
を形成する。ヘリウムなどの冷却ガスを内部に保持して
基板１０の温度を制御する溝付きの機械式チャック又は
静電式チャックを用いて、基板１０をエッチングプロセ
ス中所定の位置に保持することができる。チャンバ内の
基板１０は、その下に約１から１０Ｔｏｒｒの圧力でヘ
リウムガスを流すことによって、通常は約−２０℃から
３０℃の温度に維持され、より好適には約−５℃から１
５℃であり、さらに好適には約０℃から５℃である。基
板温度が低いと、エッチング形状上に形成されるパッシ
ベーション薄膜の蒸発を減少させるので、エッチング形
状の断面プロファイルの制御性を増大させる。
ャンバ５０は、代表的には約１Ｔｏｒｒ以下の低圧にま
で排気され、基板１０はチャンバ内のプラズマゾーン５
５内部のサポート（支持部）５２の上に置かれる。サポ
ート５２の少なくとも一部は電気的に導電性であり、プ
ロセス又はカソード電極６０として機能する。このカソ
ード電極６０は、電気的に接地されてアノード電極６５
として機能するチャンバ５０の側壁と一緒になって、チ
ャンバ内でプラズマを発生させ又は電圧を印加する容量
性電場を形成するプラズマゾーン５５内のプロセス電極
を形成する。ヘリウムなどの冷却ガスを内部に保持して
基板１０の温度を制御する溝付きの機械式チャック又は
静電式チャックを用いて、基板１０をエッチングプロセ
ス中所定の位置に保持することができる。チャンバ内の
基板１０は、その下に約１から１０Ｔｏｒｒの圧力でヘ
リウムガスを流すことによって、通常は約−２０℃から
３０℃の温度に維持され、より好適には約−５℃から１
５℃であり、さらに好適には約０℃から５℃である。基
板温度が低いと、エッチング形状上に形成されるパッシ
ベーション薄膜の蒸発を減少させるので、エッチング形
状の断面プロファイルの制御性を増大させる。
【００１５】プロセスガスは、基板１０の外周に配置さ
れたガスディストリビュータ７０を介してチャンバ５０
中に導入され、チャンバ内の圧力は約１から約１０００
ｍＴｏｒｒに調節され、より代表的には５から３０ｍＴ
ｏｒｒであり、好適には約１０ｍＴｏｒｒである。エネ
ルギを付与された電磁場を誘電性、容量性又はマイクロ
波場などのプラズマゾーン５５中に結合させるプラズマ
発生器を使用して、プロセスガスからプラズマを形成す
る。このプラズマ発生器は、誘電性のプラズマ源と容量
性のプラズマ源の双方を有するのが好ましい。好適には
約２ＭＨｚの周波数で、好適には約１００ワットから約
３０００ワットの第１の電源レベルでＲＦ電流を用いて
操作されるコイル電源７６から電力を供給されると、プ
ロセスチャンバ５０に隣接する誘導コイル７５は、チャ
ンバ内に誘導電場を形成する。
れたガスディストリビュータ７０を介してチャンバ５０
中に導入され、チャンバ内の圧力は約１から約１０００
ｍＴｏｒｒに調節され、より代表的には５から３０ｍＴ
ｏｒｒであり、好適には約１０ｍＴｏｒｒである。エネ
ルギを付与された電磁場を誘電性、容量性又はマイクロ
波場などのプラズマゾーン５５中に結合させるプラズマ
発生器を使用して、プロセスガスからプラズマを形成す
る。このプラズマ発生器は、誘電性のプラズマ源と容量
性のプラズマ源の双方を有するのが好ましい。好適には
約２ＭＨｚの周波数で、好適には約１００ワットから約
３０００ワットの第１の電源レベルでＲＦ電流を用いて
操作されるコイル電源７６から電力を供給されると、プ
ロセスチャンバ５０に隣接する誘導コイル７５は、チャ
ンバ内に誘導電場を形成する。
【００１６】通常は、好ましくは約１００から約２００
０ワットの第２の電源レベルのＲＦ電圧を用いて操作さ
れる電極電源７８によって電力を供給されるカソード電
極６０とアノード電極６５を用いて、容量性Ｒｆ電場
は、チャンバ内で形成される。容量性電場は基板１０の
平面に対して垂直であり、誘電的に形成されたプラズマ
種を基板１０に向けて加速して、より垂直的に配向され
た異方性エッチングを基板に対して実施する。プロセス
電極６０，６５及び／又は誘導コイル７５に印加される
ＲＦ電圧の周波数は、代表的には約５０ｋＨｚから約６
０ＭＨｚであるが、約１３．５６ＭＨｚがより代表的に
用いられる。
０ワットの第２の電源レベルのＲＦ電圧を用いて操作さ
れる電極電源７８によって電力を供給されるカソード電
極６０とアノード電極６５を用いて、容量性Ｒｆ電場
は、チャンバ内で形成される。容量性電場は基板１０の
平面に対して垂直であり、誘電的に形成されたプラズマ
種を基板１０に向けて加速して、より垂直的に配向され
た異方性エッチングを基板に対して実施する。プロセス
電極６０，６５及び／又は誘導コイル７５に印加される
ＲＦ電圧の周波数は、代表的には約５０ｋＨｚから約６
０ＭＨｚであるが、約１３．５６ＭＨｚがより代表的に
用いられる。
【００１７】プロセスチャンバ５０は、向上したプラズ
マエッチング特性を持つ準遠隔プラズマゾーンを備える
ことが望ましい。この準遠隔プラズマゾーン５５は、
（ｉ）基板１０、（ｉｉ）この基板に隣接したチャンバ
側壁８０、及び（ｉｉｉ）基板１０の上約１００ｍｍか
ら約１７５ｍｍ（４から７インチ）までの高さＨのとこ
ろに頂部を持つチャンバのシーリング８５によって、境
界を定められる領域により輪郭が定められる。このシー
リング８５の高さは、基板の直径が異なれば変更するこ
とができ、本発明の実施形態におけるシーリング高さ
は、約１５０ｍｍから約３０４ｍｍ（６から１２イン
チ）の直径を持つ基板に適していることに注意された
い。準遠隔プラズマゾーン５５は、少なくとも１０，０
００ｃｍ3を有することが望ましく、約１０，０００か
ら約５０，０００ｃｍ3であればより好ましい。準遠隔
プラズマゾーンにおいては、プラズマはシーリング８５
の直下かつ基板１０の直上で形成される。準遠隔プラズ
マゾーン５５は、その中心８８が基板１０の真上に約５
０から約１５０ｍｍの距離に位置するのが望ましく、基
板１０から約７５ｍｍより大きく約１２５ｍｍより小さ
い距離にあればより好ましい。
マエッチング特性を持つ準遠隔プラズマゾーンを備える
ことが望ましい。この準遠隔プラズマゾーン５５は、
（ｉ）基板１０、（ｉｉ）この基板に隣接したチャンバ
側壁８０、及び（ｉｉｉ）基板１０の上約１００ｍｍか
ら約１７５ｍｍ（４から７インチ）までの高さＨのとこ
ろに頂部を持つチャンバのシーリング８５によって、境
界を定められる領域により輪郭が定められる。このシー
リング８５の高さは、基板の直径が異なれば変更するこ
とができ、本発明の実施形態におけるシーリング高さ
は、約１５０ｍｍから約３０４ｍｍ（６から１２イン
チ）の直径を持つ基板に適していることに注意された
い。準遠隔プラズマゾーン５５は、少なくとも１０，０
００ｃｍ3を有することが望ましく、約１０，０００か
ら約５０，０００ｃｍ3であればより好ましい。準遠隔
プラズマゾーンにおいては、プラズマはシーリング８５
の直下かつ基板１０の直上で形成される。準遠隔プラズ
マゾーン５５は、その中心８８が基板１０の真上に約５
０から約１５０ｍｍの距離に位置するのが望ましく、基
板１０から約７５ｍｍより大きく約１２５ｍｍより小さ
い距離にあればより好ましい。
【００１８】例えばマイクロ波プラズマ装置などの従来
型の遠隔プラズマゾーンと比較して、準遠隔プラズマゾ
ーン５５によって、不活性非解離イオン中への活性解離
イオンの再結合が減少すると信じられている。プラズマ
ゾーン５５の中心８８が基板１０から遠隔にあると、プ
ラズマイオンは遠隔プラズマ源から基板１０まで大きな
距離（通常は約３０ｃｍより大きい距離）を移動しなけ
ればならない。逆に、プラズマゾーン５５の中心８８が
基板１０に近すぎる、すなわち約１０ｃｍ未満しか離れ
ていない場合、解離を増加させるためにプラズマ発生器
に印加される高電力電流によって、プラズマイオンが過
度に高い運動エネルギーを持ち、この結果、エッチング
性能が制御不可能となる。また、プラズマゾーン５５の
体積が小さ過ぎると、エネルギーを付与された不活性ガ
スの平均自由行程が過度に小さくなる。従って、解離プ
ラズマイオンを形成するのが困難となり、不活性ガスと
エッチャントガス分子の衝突が減少する。プラズマゾー
ンの中心が基板１０から離れ過ぎている、又はプラズマ
ゾーン５５の体積が大き過ぎると、プラズマゾーン内の
解離されたイオンが再結合して、基板１０に実際に到達
する前に非解離種を形成する。これらの理由によって、
基板１０のエッチングには準遠隔プラズマゾーン５５を
用いるのが望ましい。
型の遠隔プラズマゾーンと比較して、準遠隔プラズマゾ
ーン５５によって、不活性非解離イオン中への活性解離
イオンの再結合が減少すると信じられている。プラズマ
ゾーン５５の中心８８が基板１０から遠隔にあると、プ
ラズマイオンは遠隔プラズマ源から基板１０まで大きな
距離（通常は約３０ｃｍより大きい距離）を移動しなけ
ればならない。逆に、プラズマゾーン５５の中心８８が
基板１０に近すぎる、すなわち約１０ｃｍ未満しか離れ
ていない場合、解離を増加させるためにプラズマ発生器
に印加される高電力電流によって、プラズマイオンが過
度に高い運動エネルギーを持ち、この結果、エッチング
性能が制御不可能となる。また、プラズマゾーン５５の
体積が小さ過ぎると、エネルギーを付与された不活性ガ
スの平均自由行程が過度に小さくなる。従って、解離プ
ラズマイオンを形成するのが困難となり、不活性ガスと
エッチャントガス分子の衝突が減少する。プラズマゾー
ンの中心が基板１０から離れ過ぎている、又はプラズマ
ゾーン５５の体積が大き過ぎると、プラズマゾーン内の
解離されたイオンが再結合して、基板１０に実際に到達
する前に非解離種を形成する。これらの理由によって、
基板１０のエッチングには準遠隔プラズマゾーン５５を
用いるのが望ましい。
【００１９】プロセスチャンバ５０のシーリング８５は
平坦でも矩形でも、弧状、円錐形、ドーム形状、又は複
数半径ドーム形状であっても良い。参考までに本願に組
み込まれる例えば１９９６年２月５日提出のＤｉａｎａ
Ｍａ等による「複数成分合金をエッチングするための
プラズマプロセス」というタイトルの米国特許出願第０
８／５９６，９６０号中には、次の内容が説明されてい
る。すなわち、エッチャントガスの解離を増加させるよ
うにプラズマゾーン５５の体積全体にわたってプラズマ
源電力を均一に分布させるためには、プロセスチャンバ
５０は基板１０の上に複数半径のドーム形状のシーリン
グ８５を持つことが望ましい。複数半径ドーム形状シー
リング８５は、基板１０近傍における解離イオンの再結
合損失を平坦シーリングの場合での経験値より低い値に
減少させ、これによって、プラズマイオン密度は基板１
０全体にわたってより一様となる。この理由は、イオン
再結合損失はシーリング８５に近づくことによって影響
を受けるが、ドーム形状シーリングは平坦シーリングよ
り基板中心からさらに離れるからである。
平坦でも矩形でも、弧状、円錐形、ドーム形状、又は複
数半径ドーム形状であっても良い。参考までに本願に組
み込まれる例えば１９９６年２月５日提出のＤｉａｎａ
Ｍａ等による「複数成分合金をエッチングするための
プラズマプロセス」というタイトルの米国特許出願第０
８／５９６，９６０号中には、次の内容が説明されてい
る。すなわち、エッチャントガスの解離を増加させるよ
うにプラズマゾーン５５の体積全体にわたってプラズマ
源電力を均一に分布させるためには、プロセスチャンバ
５０は基板１０の上に複数半径のドーム形状のシーリン
グ８５を持つことが望ましい。複数半径ドーム形状シー
リング８５は、基板１０近傍における解離イオンの再結
合損失を平坦シーリングの場合での経験値より低い値に
減少させ、これによって、プラズマイオン密度は基板１
０全体にわたってより一様となる。この理由は、イオン
再結合損失はシーリング８５に近づくことによって影響
を受けるが、ドーム形状シーリングは平坦シーリングよ
り基板中心からさらに離れるからである。
【００２０】誘導コイル７５は、プラズマ源電力がより
効率的に用いられ、基板１０の真上でのプラズマイオン
密度が増加するように、「平坦化された」ドーム形状を
持つ複数半径ドーム形状誘導コイルという形態で、プロ
セスチャンバ５０の側壁８０の回りに巻かれるのが望ま
しい。この理由は、イオン密度は誘導コイル７５の近傍
での選択的イオン化によって影響されるが、複数半径誘
導コイルは半球コイルより基板中心に近いからである。
別の好ましい実施態様では、複数半径ドームを有するシ
ーリング８５は、少なくとも中心半径Ｒと中心半径Ｒ未
満の値を持つコーナ半径ｒとを持つが、ここでＲ／ｒは
約２から約１０である。
効率的に用いられ、基板１０の真上でのプラズマイオン
密度が増加するように、「平坦化された」ドーム形状を
持つ複数半径ドーム形状誘導コイルという形態で、プロ
セスチャンバ５０の側壁８０の回りに巻かれるのが望ま
しい。この理由は、イオン密度は誘導コイル７５の近傍
での選択的イオン化によって影響されるが、複数半径誘
導コイルは半球コイルより基板中心に近いからである。
別の好ましい実施態様では、複数半径ドームを有するシ
ーリング８５は、少なくとも中心半径Ｒと中心半径Ｒ未
満の値を持つコーナ半径ｒとを持つが、ここでＲ／ｒは
約２から約１０である。
【００２１】準遠隔プラズマゾーン５５内で形成される
プラズマはまた、永久磁石や電磁石のコイルなどの磁場
発生器を用いてプラズマゾーン５５内に磁場を印加し、
これによってプラズマの密度と一様性を増加させる磁気
強化された反応器を用いて強化することができる。この
磁場は、参考までに本願に組み込まれる１９８９年６月
２７日発行の米国特許第４，８４２，６８３号に説明さ
れているように、基板１０の面に平行に回転する軸を持
つ回転磁場を有することが望ましい。チャンバ５０内の
磁場は、プラズマ内で形成されるイオン密度を増加させ
るに十分強力であり、また、ＣＭＯＳゲートなどの形状
に対する充電損傷を減少させるのに十分一様であること
が望ましい。一般に、基板表面上で測定した磁場は約５
００ガウス未満であり、より代表的には約１０から約１
００ガウス、最も代表的には約１０から約３０ガウスで
ある。
プラズマはまた、永久磁石や電磁石のコイルなどの磁場
発生器を用いてプラズマゾーン５５内に磁場を印加し、
これによってプラズマの密度と一様性を増加させる磁気
強化された反応器を用いて強化することができる。この
磁場は、参考までに本願に組み込まれる１９８９年６月
２７日発行の米国特許第４，８４２，６８３号に説明さ
れているように、基板１０の面に平行に回転する軸を持
つ回転磁場を有することが望ましい。チャンバ５０内の
磁場は、プラズマ内で形成されるイオン密度を増加させ
るに十分強力であり、また、ＣＭＯＳゲートなどの形状
に対する充電損傷を減少させるのに十分一様であること
が望ましい。一般に、基板表面上で測定した磁場は約５
００ガウス未満であり、より代表的には約１０から約１
００ガウス、最も代表的には約１０から約３０ガウスで
ある。
【００２２】使用済みプロセスガスとエッチャント副生
成物は、プロセスチャンバ５０内で約１０-3ｍＴｏｒｒ
という最小圧力を達成可能な排出システム９５を介し
て、プロセスチャンバ５０から排出される。スロットル
バルブ１００がチャンバ５０内の圧力を制御するために
排出システム中に装備されている。また、光学終点測定
技術は、検出可能なガス種に対応する特定の波長の光放
出量の変化を測定することによって、特定の層に対する
エッチングプロセスの完了を判断するためにしばしば用
いられる。プロセスガスが酸化シリコン層２６と化学反
応してできるシリコン種などの検出可能な種の量が突然
に増加したり減少したりすると、それは、タングステン
含有層２５のエッチングが完了しその下層のエッチング
が開始されたことを示す。
成物は、プロセスチャンバ５０内で約１０-3ｍＴｏｒｒ
という最小圧力を達成可能な排出システム９５を介し
て、プロセスチャンバ５０から排出される。スロットル
バルブ１００がチャンバ５０内の圧力を制御するために
排出システム中に装備されている。また、光学終点測定
技術は、検出可能なガス種に対応する特定の波長の光放
出量の変化を測定することによって、特定の層に対する
エッチングプロセスの完了を判断するためにしばしば用
いられる。プロセスガスが酸化シリコン層２６と化学反
応してできるシリコン種などの検出可能な種の量が突然
に増加したり減少したりすると、それは、タングステン
含有層２５のエッチングが完了しその下層のエッチング
が開始されたことを示す。
【００２３】本発明によるエッチングガスの組成によっ
て、高エッチング速度で下層の二酸化シリコン層１５対
して良好なエッチング選択性でタングステン含有層３０
が高度に異方的にエッチングされる。このエッチングプ
ロセスは、（ｉ）六フッ化イオウ（ＳＦ6）、（ｉｉ）
トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、及び（ｉｉｉ）窒素
（Ｎ2）を有するプロセスガスを用いる。ＳＦ6ガスは、
プラズマ中で解離して、基板１０上でタングステン含有
層２５を化学的にエッチングする解離された原子フッ素
含有種を形成する。例えば、タングステン含有材料はフ
ッ素含有イオンと中性イオンによってエッチングされ
て、チャンバ５０から排出される揮発性ＷＦx種を形成
する。ＳＦ6ガスは、エッチング異方性とエッチング選
択性を強化する本装置の準遠隔プラズマゾーン内におい
て、非解離フッ素イオンに対する解離フッ素イオンの比
を高くすると信じられている。
て、高エッチング速度で下層の二酸化シリコン層１５対
して良好なエッチング選択性でタングステン含有層３０
が高度に異方的にエッチングされる。このエッチングプ
ロセスは、（ｉ）六フッ化イオウ（ＳＦ6）、（ｉｉ）
トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、及び（ｉｉｉ）窒素
（Ｎ2）を有するプロセスガスを用いる。ＳＦ6ガスは、
プラズマ中で解離して、基板１０上でタングステン含有
層２５を化学的にエッチングする解離された原子フッ素
含有種を形成する。例えば、タングステン含有材料はフ
ッ素含有イオンと中性イオンによってエッチングされ
て、チャンバ５０から排出される揮発性ＷＦx種を形成
する。ＳＦ6ガスは、エッチング異方性とエッチング選
択性を強化する本装置の準遠隔プラズマゾーン内におい
て、非解離フッ素イオンに対する解離フッ素イオンの比
を高くすると信じられている。
【００２４】プロセスガスは本質的にはＳＦ6、ＣＨＦ3
及びＮ2から成ることが望ましい。ＣＨＦ3とＮ2をＳＦ6
ガスに添加すると、エッチング形状３５の臨界的ディメ
ンジョンがほとんど又は全く変化することなく、タング
ステン含有層２５がかなり高度な異方性でエッチングさ
れることが発見されている。臨界的ディメンジョン（Ｃ
Ｄ、微小寸法）は予め決定され、集積回路の設計におい
てエッチングされる形状の好ましいディメンジョンであ
り、これを用いてエッチング済み形状の電気的特性が決
定される。臨界的ディメンジョンは、その電気的特性に
重大な影響を及ぼすエッチング形状のディメンジョンで
ある。例えば、相互接続金属線の電気抵抗は、エッチン
グされた形状の断面の面積、特にエッチングされた形状
の高さと幅に比例する。エッチングされた形状のディメ
ンジョンがエッチング技術の進歩によって減少するにつ
れて、相互接続線の断面積は、希望の電気抵抗レベルを
実現する所望のディメンジョン近くに維持すべき臨界デ
ィメンジョンとなる。このようにして、形状間の間隔の
関数として変化するテーパ断面すなわち断面プロファイ
ル又は形状のプロファイルの他の変化は、近年の集積回
路においてはもはや受け入れられない。臨界的ディメン
ジョンの測定は、代表的には、エッチングの前後で基板
の断面走査電子マイクログラフを用いて実行される。ブ
ランケットタングステン層２５上に形成されるレジスト
形状３０の平均幅（Ｗr）は、エッチングに先だって測
定され、エッチング後には、エッチングされた形状３５
の第２の幅（Ｗe）が測定される。臨界ディメンジョン
損失は、２つのディメンジョンの差（Ｗr−Ｗe）であ
り、臨界ディメンジョン損失百分率（％）は、（Ｗr−
Ｗe）／Ｗr×１００％である。最小臨界ディメンジョン
は、エッチング形状３５の断面の最小幅の平均値であ
る。臨界ディメンジョン損失を３００ 未満に維持する
のが望ましく、より好ましくは１００ 未満に維持する
のが望ましい。さらに、臨界ディメンジョン損失百分率
を４％未満にするのが望ましく、より好ましくは２％未
満にするのが望ましい。
及びＮ2から成ることが望ましい。ＣＨＦ3とＮ2をＳＦ6
ガスに添加すると、エッチング形状３５の臨界的ディメ
ンジョンがほとんど又は全く変化することなく、タング
ステン含有層２５がかなり高度な異方性でエッチングさ
れることが発見されている。臨界的ディメンジョン（Ｃ
Ｄ、微小寸法）は予め決定され、集積回路の設計におい
てエッチングされる形状の好ましいディメンジョンであ
り、これを用いてエッチング済み形状の電気的特性が決
定される。臨界的ディメンジョンは、その電気的特性に
重大な影響を及ぼすエッチング形状のディメンジョンで
ある。例えば、相互接続金属線の電気抵抗は、エッチン
グされた形状の断面の面積、特にエッチングされた形状
の高さと幅に比例する。エッチングされた形状のディメ
ンジョンがエッチング技術の進歩によって減少するにつ
れて、相互接続線の断面積は、希望の電気抵抗レベルを
実現する所望のディメンジョン近くに維持すべき臨界デ
ィメンジョンとなる。このようにして、形状間の間隔の
関数として変化するテーパ断面すなわち断面プロファイ
ル又は形状のプロファイルの他の変化は、近年の集積回
路においてはもはや受け入れられない。臨界的ディメン
ジョンの測定は、代表的には、エッチングの前後で基板
の断面走査電子マイクログラフを用いて実行される。ブ
ランケットタングステン層２５上に形成されるレジスト
形状３０の平均幅（Ｗr）は、エッチングに先だって測
定され、エッチング後には、エッチングされた形状３５
の第２の幅（Ｗe）が測定される。臨界ディメンジョン
損失は、２つのディメンジョンの差（Ｗr−Ｗe）であ
り、臨界ディメンジョン損失百分率（％）は、（Ｗr−
Ｗe）／Ｗr×１００％である。最小臨界ディメンジョン
は、エッチング形状３５の断面の最小幅の平均値であ
る。臨界ディメンジョン損失を３００ 未満に維持する
のが望ましく、より好ましくは１００ 未満に維持する
のが望ましい。さらに、臨界ディメンジョン損失百分率
を４％未満にするのが望ましく、より好ましくは２％未
満にするのが望ましい。
【００２５】本発明によるプロセスガスによって、エッ
チングされた形状の臨界ディメンジョンが良好に制御さ
れ、形状が高度に異方的にエッチングされる。本質的に
ＳＦ6、ＣＨＦ3、Ｎ2から成るプロセスガスは、プラズ
マ内で十分な分量の「パッシベーション用の」重合体種
（通常は、重合体種を含むＣxＯyＮz）を形成して、形
状３５のエッチングされた側壁４０を保護するパッシベ
ーション薄膜を形成し、エッチング形状３５の等方的エ
ッチング、テーパ形成及びアンダーカットを減少させる
と信じられている。同時に、パッシベーション薄膜の厚
さを制御して、エッチングされたタングステン形状の上
に過度に厚いパッシベーション薄膜が形成されないよう
にする。エッチングされた形状上に形成されたパッシベ
ーション用の重合体の薄膜の厚さを測定することは、困
難である。しかしながら、過度に厚いパッシベーション
薄膜は、底部で厚く頂部で薄いテーパの付いたプロファ
イルを持ったエッチング形状をもたらすことが判ってい
る。パッシベーション薄膜の堆積物の厚さを制御すると
はいえ、ＣＨＦ3ガスとＮ2ガスを添加しても、エッチン
グ選択性を減少させることはない（選択性は、二酸化シ
リコン下層１５のエッチング速度が増すと減少する）。
窒素ガスは、ＳＦ6ガスとＣＨＦ3ガスの解離速度を増す
と信じられている。解離したイオンと中性種の数が増す
と、タングステン含有層２５のエッチング速度が増加
し、さらに、新たにエッチングされた形状３５の側壁４
０に堆積されたＣxＯyＮzパッシベーション種の量が増
加し、これによって、エッチングされた形状の臨界ディ
メンジョンを維持する。活性プラズマの原子と分子の成
分は、分析するのが困難なので、揮発性パッシベーショ
ン種の性状又は組成を正確に決定することは難しい。
チングされた形状の臨界ディメンジョンが良好に制御さ
れ、形状が高度に異方的にエッチングされる。本質的に
ＳＦ6、ＣＨＦ3、Ｎ2から成るプロセスガスは、プラズ
マ内で十分な分量の「パッシベーション用の」重合体種
（通常は、重合体種を含むＣxＯyＮz）を形成して、形
状３５のエッチングされた側壁４０を保護するパッシベ
ーション薄膜を形成し、エッチング形状３５の等方的エ
ッチング、テーパ形成及びアンダーカットを減少させる
と信じられている。同時に、パッシベーション薄膜の厚
さを制御して、エッチングされたタングステン形状の上
に過度に厚いパッシベーション薄膜が形成されないよう
にする。エッチングされた形状上に形成されたパッシベ
ーション用の重合体の薄膜の厚さを測定することは、困
難である。しかしながら、過度に厚いパッシベーション
薄膜は、底部で厚く頂部で薄いテーパの付いたプロファ
イルを持ったエッチング形状をもたらすことが判ってい
る。パッシベーション薄膜の堆積物の厚さを制御すると
はいえ、ＣＨＦ3ガスとＮ2ガスを添加しても、エッチン
グ選択性を減少させることはない（選択性は、二酸化シ
リコン下層１５のエッチング速度が増すと減少する）。
窒素ガスは、ＳＦ6ガスとＣＨＦ3ガスの解離速度を増す
と信じられている。解離したイオンと中性種の数が増す
と、タングステン含有層２５のエッチング速度が増加
し、さらに、新たにエッチングされた形状３５の側壁４
０に堆積されたＣxＯyＮzパッシベーション種の量が増
加し、これによって、エッチングされた形状の臨界ディ
メンジョンを維持する。活性プラズマの原子と分子の成
分は、分析するのが困難なので、揮発性パッシベーショ
ン種の性状又は組成を正確に決定することは難しい。
【００２６】従って、ＣＨＦ3ガスとＮ2ガスの合成流量
に対するＳＦ6の流量の比を選択することによって、エ
ッチング速度を制御し、エッチングを高度に異方性のあ
るものとし、さらにエッチング形状３５上に堆積される
パッシベーション薄膜の厚さを制限する。ＣＨＦ3ガス
とＮ2ガスの合成流量に対するＳＦ6の流量の比が過度に
高いと、エッチング速度が、特にエッチングプロセスの
終わりで制御不可能となる。これは、解離したフッ素種
の数が増すからである。しかしながら、ＣＨＦ3ガスと
Ｎ2ガスの合成流量に対するＳＦ6の流量が過度に低い
と、エッチング形状３５の側壁４０上に形成されたパッ
シベーション堆積物が除去されて形状のエッチングが等
方性のものとなり、円錐形のテーパ形状となってしま
う。従って、ＣＨＦ3ガスとＮ2ガスの合成流量に対する
ＳＦ6の流量の比を、解離されたエッチングフッ素含有
種の非エッチングパッシベーション種に対する比を十分
な値に維持するレベルに保って、希望されるレベルの異
方性と制御されたエッチング速度とで、タングステン含
有層２５を迅速にエッチングする。
に対するＳＦ6の流量の比を選択することによって、エ
ッチング速度を制御し、エッチングを高度に異方性のあ
るものとし、さらにエッチング形状３５上に堆積される
パッシベーション薄膜の厚さを制限する。ＣＨＦ3ガス
とＮ2ガスの合成流量に対するＳＦ6の流量の比が過度に
高いと、エッチング速度が、特にエッチングプロセスの
終わりで制御不可能となる。これは、解離したフッ素種
の数が増すからである。しかしながら、ＣＨＦ3ガスと
Ｎ2ガスの合成流量に対するＳＦ6の流量が過度に低い
と、エッチング形状３５の側壁４０上に形成されたパッ
シベーション堆積物が除去されて形状のエッチングが等
方性のものとなり、円錐形のテーパ形状となってしま
う。従って、ＣＨＦ3ガスとＮ2ガスの合成流量に対する
ＳＦ6の流量の比を、解離されたエッチングフッ素含有
種の非エッチングパッシベーション種に対する比を十分
な値に維持するレベルに保って、希望されるレベルの異
方性と制御されたエッチング速度とで、タングステン含
有層２５を迅速にエッチングする。
【００２７】また、別の成分を持つプロセスガスの組成
と体積流量も選択され、基板１０の面に対して少なくと
も約８８゜、より好ましくは約８９゜から約９０゜の角
度（α）を成す平滑な表面を持った側壁４０を有する異
方的にエッチングされた形状３５を提供する。側壁４０
を直線的なものとするために、タングステン含有層を実
質的に垂直にエッチングすると、形状３５が異方的にエ
ッチングされる。エッチング形状３５の側壁４０が過度
にエッチングされると、壁が内側又は外側に傾斜して好
ましくない。エッチャントガス内の解離した種が結合し
て新たにエッチングされた形状３５の側壁４０上にパッ
シベーション層を堆積させ、側壁４０がそれ以上エッチ
ングされるのが制限されると、エッチングは高度に異方
的なものとなる。異方的エッチングは、エッチャントプ
ラズマの中（基板１０に対して直角の電場）の荷電され
た種の運動エネルギを高度に方向性のあるものとするこ
とによっても得られるが、これにより、プラズマ種はエ
ネルギを付与されて、垂直エッチング方向から基板材料
に衝突してこれを除去してしまう。しかしながら、別の
材料を高度なエネルギを持つプラズマ種により高いエッ
チング速度でスパッタエッチングすると、エッチング選
択性を制御することがほとんど又は全く不可能となる。
これらの理由によって、他の材料の下層に対するタング
ステン含有材料をエッチングする高度なエッチング選択
比を併せ持つ高度に異方的なエッチングを得ることは困
難である。
と体積流量も選択され、基板１０の面に対して少なくと
も約８８゜、より好ましくは約８９゜から約９０゜の角
度（α）を成す平滑な表面を持った側壁４０を有する異
方的にエッチングされた形状３５を提供する。側壁４０
を直線的なものとするために、タングステン含有層を実
質的に垂直にエッチングすると、形状３５が異方的にエ
ッチングされる。エッチング形状３５の側壁４０が過度
にエッチングされると、壁が内側又は外側に傾斜して好
ましくない。エッチャントガス内の解離した種が結合し
て新たにエッチングされた形状３５の側壁４０上にパッ
シベーション層を堆積させ、側壁４０がそれ以上エッチ
ングされるのが制限されると、エッチングは高度に異方
的なものとなる。異方的エッチングは、エッチャントプ
ラズマの中（基板１０に対して直角の電場）の荷電され
た種の運動エネルギを高度に方向性のあるものとするこ
とによっても得られるが、これにより、プラズマ種はエ
ネルギを付与されて、垂直エッチング方向から基板材料
に衝突してこれを除去してしまう。しかしながら、別の
材料を高度なエネルギを持つプラズマ種により高いエッ
チング速度でスパッタエッチングすると、エッチング選
択性を制御することがほとんど又は全く不可能となる。
これらの理由によって、他の材料の下層に対するタング
ステン含有材料をエッチングする高度なエッチング選択
比を併せ持つ高度に異方的なエッチングを得ることは困
難である。
【００２８】これらの理由によって、プロセスガスの体
積流量もまた、下層の二酸化シリコン層１５に対する高
度なエッチング選択比でタングステン含有層２５をエッ
チングするように選択される。エッチング選択比とは、
タングステン含有層２５のエッチング速度の、下層二酸
化シリコン層２４のエッチング速度に対する比である。
基板１０の全体にわたって厚い部分的に入り組んだ形状
を持つタングステン含有層２５構造に対しては、高度な
エッチング選択比を持つことが特に望ましい。エッチン
グプロセスが完了間近になると、タングステン含有層２
５の薄い部分のエッチングが完了し、その下層の二酸化
シリコン層のエッチングが始まり、その一方ではタング
ステン含有層２５の厚い部分がまたエッチング中であ
る。こうなるためには、薄いタングステン含有層２５部
分の下層のシリコン含有層のエッチング速度がタングス
テン含有層のエッチング速度に対して十分遅いことが必
要であり、これによって、厚いタングステン含有層２５
のエッチングが完了する前に二酸化シリコン層のエッチ
ングが完了しないようになる。タングステン含有層２５
のエッチング速度を二酸化シリコン層１５のエッチング
速度に対して速くすることが望ましい。好適には、下層
の二酸化シリコン層１５に対するエッチング選択比を少
なくとも約１．２にすることが望ましく、より好適に
は、少なくとも１．５にすることが望ましい。
積流量もまた、下層の二酸化シリコン層１５に対する高
度なエッチング選択比でタングステン含有層２５をエッ
チングするように選択される。エッチング選択比とは、
タングステン含有層２５のエッチング速度の、下層二酸
化シリコン層２４のエッチング速度に対する比である。
基板１０の全体にわたって厚い部分的に入り組んだ形状
を持つタングステン含有層２５構造に対しては、高度な
エッチング選択比を持つことが特に望ましい。エッチン
グプロセスが完了間近になると、タングステン含有層２
５の薄い部分のエッチングが完了し、その下層の二酸化
シリコン層のエッチングが始まり、その一方ではタング
ステン含有層２５の厚い部分がまたエッチング中であ
る。こうなるためには、薄いタングステン含有層２５部
分の下層のシリコン含有層のエッチング速度がタングス
テン含有層のエッチング速度に対して十分遅いことが必
要であり、これによって、厚いタングステン含有層２５
のエッチングが完了する前に二酸化シリコン層のエッチ
ングが完了しないようになる。タングステン含有層２５
のエッチング速度を二酸化シリコン層１５のエッチング
速度に対して速くすることが望ましい。好適には、下層
の二酸化シリコン層１５に対するエッチング選択比を少
なくとも約１．２にすることが望ましく、より好適に
は、少なくとも１．５にすることが望ましい。
【００２９】ＳＦ6：ＣＨＦ3：Ｎ2の好ましい体積流量
は、約１：１：１から約８：１：１であり、約２：１：
１から約５：１：１であればより好ましく、約４：１：
１であれば最も好ましい。ＣＨＦ3とＮ2の合成体積流量
に対するＳＦ6の体積流量の比は、通常は約０．５：１
から約３：１であり、約２：１であればより好ましい。
本願明細書に示すプロセスチャンバの寸法の場合では、
ＳＦ6の流量は約３０から約１２０ｓｃｃｍが好まし
く；ＣＨＦ3の流量は約１０から約４０ｓｃｃｍが好ま
しく；Ｎ2の流量は約１０から約５０ｓｃｃｍが好まし
い。また、Ｎ2の流量はＣＨＦ3の流量の±５０％以内に
維持するのが好ましく、ＣＨＦ3の流量の約２０ｓｃｃ
ｍ以内であればより好ましい。本願明細書に示すプロセ
スチャンバ寸法の場合、プロセスガスの全流量は、約１
００から２００ｓｃｃｍであるのが好ましい。しかしな
がら、プロセスガスの流量はプロセスチャンバの寸法に
よって異なり、本発明と等価な機能及び／又はエッチン
グ特性を提供する異なった寸法のチャンバの場合におけ
る流量も、本発明の範囲に含まれる。
は、約１：１：１から約８：１：１であり、約２：１：
１から約５：１：１であればより好ましく、約４：１：
１であれば最も好ましい。ＣＨＦ3とＮ2の合成体積流量
に対するＳＦ6の体積流量の比は、通常は約０．５：１
から約３：１であり、約２：１であればより好ましい。
本願明細書に示すプロセスチャンバの寸法の場合では、
ＳＦ6の流量は約３０から約１２０ｓｃｃｍが好まし
く；ＣＨＦ3の流量は約１０から約４０ｓｃｃｍが好ま
しく；Ｎ2の流量は約１０から約５０ｓｃｃｍが好まし
い。また、Ｎ2の流量はＣＨＦ3の流量の±５０％以内に
維持するのが好ましく、ＣＨＦ3の流量の約２０ｓｃｃ
ｍ以内であればより好ましい。本願明細書に示すプロセ
スチャンバ寸法の場合、プロセスガスの全流量は、約１
００から２００ｓｃｃｍであるのが好ましい。しかしな
がら、プロセスガスの流量はプロセスチャンバの寸法に
よって異なり、本発明と等価な機能及び／又はエッチン
グ特性を提供する異なった寸法のチャンバの場合におけ
る流量も、本発明の範囲に含まれる。
【００３０】あるプロセスでは、高度に電気陰性なＳＦ
6ガスから形成されたプラズマの安定性を促進するため
に、アルゴンをＳＦ6に付加しても良い。これは、エッ
チング要素としてのタングステン層又は基板をエッチン
グする場合はいくぶん好ましいが、これによって高度に
電気陰性な六フッ化イオウガス中でプラズマが不安定と
なる。プラズマが不安定であるということは、プラズマ
内の不安定な電子とイオンのレベルによってもたらされ
る明るいプラズマグロー領域と暗いプラズマグロー領域
が散発的に又は間欠的に形成されることを意味する。プ
ロセスガス分子に衝突し、これをイオン化し、及び／又
は解離するエネルギ種を添加するので、アルゴンガスは
プラズマの安定性を促進すると信じられている。しかし
ながら、アルゴンガスを添加することは、プラズマが添
加される不活性ガスなしでも十分安定である場合は好ま
しくない。
6ガスから形成されたプラズマの安定性を促進するため
に、アルゴンをＳＦ6に付加しても良い。これは、エッ
チング要素としてのタングステン層又は基板をエッチン
グする場合はいくぶん好ましいが、これによって高度に
電気陰性な六フッ化イオウガス中でプラズマが不安定と
なる。プラズマが不安定であるということは、プラズマ
内の不安定な電子とイオンのレベルによってもたらされ
る明るいプラズマグロー領域と暗いプラズマグロー領域
が散発的に又は間欠的に形成されることを意味する。プ
ロセスガス分子に衝突し、これをイオン化し、及び／又
は解離するエネルギ種を添加するので、アルゴンガスは
プラズマの安定性を促進すると信じられている。しかし
ながら、アルゴンガスを添加することは、プラズマが添
加される不活性ガスなしでも十分安定である場合は好ま
しくない。
【００３１】準遠隔プラズマ発生器は、バイアス電力に
対する電源電力の特定の比で操作されると、堆積速度に
対するエッチング速度のバランスをとりパッシベーショ
ン堆積物を除去して、高度に異方的なエッチングをもた
らす。誘導コイル７５に印加される第１の（すなわち電
源の）電流電力レベルのプロセス電極６０、６５に印加
される第２の（すなわちバイアス）電圧電力レベルに対
する比Ｐrもまた、エッチング形状３５上にパッシベー
ション薄膜を過度に堆積することなくタングステン含有
層２５を異方的にエッチングするエッチャントプラズマ
の機能を強化するように選択される。電力比Ｐrが高い
と（誘導コイル７５に印加される電流のレベルを増加す
ることによって、又はバイアスプロセス電極に印加され
る電圧の第２電力レベルを減少させることによって得ら
れる）、解離されるフッ素化エッチャント種の量が増し
て、エッチング形状がさらに等方的となる。逆に、電力
比Ｐrが低いと（コイルに対する第１の電力レベルが低
かったり、バイアス電極電力レベルが高いと得られ
る）、堆積されたパッシベーション薄膜が過度にかつ不
均一にスパッタリングされ、エッチャントガスの解離が
不十分となって、その結果、エッチングがより等方的と
なる。通常は、プロセス電極６０と６５に印加されるＲ
Ｆ電圧の第２の電力レベルが増すと、プラズマ種に対す
る運動衝撃エネルギが増し、基板１０と堆積されたパッ
シベーション薄膜がさらにスパッタリングされることに
なる。電源電力のバイアス電力に対する好ましい電力比
Ｐrは、少なくとも約４：１であり、より好ましくは約
８：１から約４０：１である。プラズマが、プラズマゾ
ーン５５に隣接した誘導コイル７５に対して約２００か
ら２０００ワットの第１の電力レベルで電流を印加する
ことによって形成されればより好ましく、約１４００±
２００ワットであればさらに好ましい。約５から５００
ワットの電力レベル、より好ましくは約４０ワットの電
力レベルで電圧を印加することにより、プラズマイオン
は基板１０に引き付けられ、プラズマゾーン内で電極６
０と６５を処理する。
対する電源電力の特定の比で操作されると、堆積速度に
対するエッチング速度のバランスをとりパッシベーショ
ン堆積物を除去して、高度に異方的なエッチングをもた
らす。誘導コイル７５に印加される第１の（すなわち電
源の）電流電力レベルのプロセス電極６０、６５に印加
される第２の（すなわちバイアス）電圧電力レベルに対
する比Ｐrもまた、エッチング形状３５上にパッシベー
ション薄膜を過度に堆積することなくタングステン含有
層２５を異方的にエッチングするエッチャントプラズマ
の機能を強化するように選択される。電力比Ｐrが高い
と（誘導コイル７５に印加される電流のレベルを増加す
ることによって、又はバイアスプロセス電極に印加され
る電圧の第２電力レベルを減少させることによって得ら
れる）、解離されるフッ素化エッチャント種の量が増し
て、エッチング形状がさらに等方的となる。逆に、電力
比Ｐrが低いと（コイルに対する第１の電力レベルが低
かったり、バイアス電極電力レベルが高いと得られ
る）、堆積されたパッシベーション薄膜が過度にかつ不
均一にスパッタリングされ、エッチャントガスの解離が
不十分となって、その結果、エッチングがより等方的と
なる。通常は、プロセス電極６０と６５に印加されるＲ
Ｆ電圧の第２の電力レベルが増すと、プラズマ種に対す
る運動衝撃エネルギが増し、基板１０と堆積されたパッ
シベーション薄膜がさらにスパッタリングされることに
なる。電源電力のバイアス電力に対する好ましい電力比
Ｐrは、少なくとも約４：１であり、より好ましくは約
８：１から約４０：１である。プラズマが、プラズマゾ
ーン５５に隣接した誘導コイル７５に対して約２００か
ら２０００ワットの第１の電力レベルで電流を印加する
ことによって形成されればより好ましく、約１４００±
２００ワットであればさらに好ましい。約５から５００
ワットの電力レベル、より好ましくは約４０ワットの電
力レベルで電圧を印加することにより、プラズマイオン
は基板１０に引き付けられ、プラズマゾーン内で電極６
０と６５を処理する。
【００３２】基板１０上のタングステン層中でエッチン
グされた形状の断面図と斜視図を示す走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）写真がとられている。これらのＳＥＭ写真の
示すところでは、本発明によるプロセスガスの組成を用
いたために、予想外な結果が得られたことが分かった。
これらの実験では、二酸化シリコン層で覆われた６イン
チのシリコンウエハが基板１０として用いられた。基板
１０は、約６００ｎｍの厚さを持つブランケットタング
ステン層でコーティングされた。プロセスガスがチャン
バ内に導入されると、チャンバ圧力は１０ｍＴｏｒｒに
保持された。基板１０は、８Ｔｏｒｒの圧力でヘリウム
を基板１０の下に流し込むことによって、基板１０は５
゜Ｃの温度に維持された。誘導コイルの電源電力レベル
は１４００ワットに維持され、プロセス電極のバイアス
電力レベルは６０ワットに維持された。エッチング後
に、形状の上の残留レジストが従来のレジスト除去方法
で除去された。結果を表１に示す。
グされた形状の断面図と斜視図を示す走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）写真がとられている。これらのＳＥＭ写真の
示すところでは、本発明によるプロセスガスの組成を用
いたために、予想外な結果が得られたことが分かった。
これらの実験では、二酸化シリコン層で覆われた６イン
チのシリコンウエハが基板１０として用いられた。基板
１０は、約６００ｎｍの厚さを持つブランケットタング
ステン層でコーティングされた。プロセスガスがチャン
バ内に導入されると、チャンバ圧力は１０ｍＴｏｒｒに
保持された。基板１０は、８Ｔｏｒｒの圧力でヘリウム
を基板１０の下に流し込むことによって、基板１０は５
゜Ｃの温度に維持された。誘導コイルの電源電力レベル
は１４００ワットに維持され、プロセス電極のバイアス
電力レベルは６０ワットに維持された。エッチング後
に、形状の上の残留レジストが従来のレジスト除去方法
で除去された。結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】 表１は、前記基板上でエッチングされた形状の断面上で
測定されたディメンジョンを示す。臨界ディメンジョン
の測定は、エッチングの前後で電子顕微鏡（ＳＥＭ）写
真の断面図を用いて行った。ＳＥＭ写真を用いて、エッ
チングに先だってブランケットタングステン層上に形成
されたレジスト形状３０の平均幅（Ｗr）を測定した。
エッチング後に、エッチング形状３５の第２の幅
（Ｗe）を測定した。臨界ディメンジョン損失は、差
（Ｗr−Ｗe）であり、臨界ディメンジョン損失％は、
（Ｗr−Ｗe）／Ｗr×１００％である。最小臨界ディメ
ンジョンは、エッチング形状３５の断面全体で最小の幅
の平均値として測定した。
測定されたディメンジョンを示す。臨界ディメンジョン
の測定は、エッチングの前後で電子顕微鏡（ＳＥＭ）写
真の断面図を用いて行った。ＳＥＭ写真を用いて、エッ
チングに先だってブランケットタングステン層上に形成
されたレジスト形状３０の平均幅（Ｗr）を測定した。
エッチング後に、エッチング形状３５の第２の幅
（Ｗe）を測定した。臨界ディメンジョン損失は、差
（Ｗr−Ｗe）であり、臨界ディメンジョン損失％は、
（Ｗr−Ｗe）／Ｗr×１００％である。最小臨界ディメ
ンジョンは、エッチング形状３５の断面全体で最小の幅
の平均値として測定した。
【００３４】６０ｓｃｃｍのＳＦ6と３０ｓｃｃｍのＣ
ＨＦ3から成るプロセスガスを用いてエッチングされた
タングステン形状の断面プロファイルのＳＥＭ写真を撮
影した。このエッチャントガスには、窒素は添加しなか
った。これらのＳＥＭ写真から、エッチング形状３５の
側壁４０は一般にテーパが付いており、形状の頂部から
底部にかけて外側に傾斜していることが分かったが、こ
れは好ましい現象ではない。その上、エッチング形状
は、形状の高さの約３／４の所に狭いボトルネック領域
を有する。
ＨＦ3から成るプロセスガスを用いてエッチングされた
タングステン形状の断面プロファイルのＳＥＭ写真を撮
影した。このエッチャントガスには、窒素は添加しなか
った。これらのＳＥＭ写真から、エッチング形状３５の
側壁４０は一般にテーパが付いており、形状の頂部から
底部にかけて外側に傾斜していることが分かったが、こ
れは好ましい現象ではない。その上、エッチング形状
は、形状の高さの約３／４の所に狭いボトルネック領域
を有する。
【００３５】例１のエッチングされた形状３５に対して
行われたディメンジョンの測定結果を表１に示すが、窒
素は添加されていないＳＦ6とＣＨＦ3を有するプロセス
ガスによる結果である。表１には、エッチングがより等
方的なものとなり、臨界ディメンジョンの幅は上層のレ
ジスト形状より小さくなっていることが示されている。
具体的には、エッチング形状３５は最小臨界ディメンジ
ョンが０．２４μｍであり、臨界ディメンジョン損失が
約−８００ と高く、臨界ディメンジョン損失％が２５
％であった。このような高い臨界ディメンジョン損失
は、エッチングされた形状が反射性で幅が狭く、又はそ
の断面が不均一であるため、好ましくない。断面が狭く
なると、面積が減少してエッチング形状の抵抗が増大す
る。また、臨界ディメンジョンの損失が比較的大きい
と、基板１０上に形成される集積回路を正確に設計、製
造できることが妨げられる。
行われたディメンジョンの測定結果を表１に示すが、窒
素は添加されていないＳＦ6とＣＨＦ3を有するプロセス
ガスによる結果である。表１には、エッチングがより等
方的なものとなり、臨界ディメンジョンの幅は上層のレ
ジスト形状より小さくなっていることが示されている。
具体的には、エッチング形状３５は最小臨界ディメンジ
ョンが０．２４μｍであり、臨界ディメンジョン損失が
約−８００ と高く、臨界ディメンジョン損失％が２５
％であった。このような高い臨界ディメンジョン損失
は、エッチングされた形状が反射性で幅が狭く、又はそ
の断面が不均一であるため、好ましくない。断面が狭く
なると、面積が減少してエッチング形状の抵抗が増大す
る。また、臨界ディメンジョンの損失が比較的大きい
と、基板１０上に形成される集積回路を正確に設計、製
造できることが妨げられる。
【００３６】例２では、６０ｓｃｃｍのＳＦ6と３０ｓ
ｃｃｍのＮ2からなるエッチャントガスが用いられた。
ＣＨＦ3はこのエッチャントガスに添加されなかった。
このような組成のプロセスガスは、形状の頂部から底部
にかけて僅かに外側にテーパを有する側壁４０を持つエ
ッチング形状３５が得られ、例１のそれより良好な結果
であった。これは、異方的エッチングの程度が少し高度
になったことを示す。これらのエッチングされた形状３
５のディメンジョン測定値には、表１に示すように、
０．３μｍの最小臨界ディメンジョン、２００ の臨界
ディメンジョン損失、６．３％の臨界ディメンジョン損
失％が含まれる。この形状の側壁４０のプロファイル角
度は、約８７゜と測定された。このプロファイル角度は
比較的低く、８８゜を越える角度が望ましく、８９゜か
ら９０゜がさらに望ましい。また、エッチング形状３５
は、粗い側壁４０を持ち、高い臨界ディメンジョン損失
を示した。
ｃｃｍのＮ2からなるエッチャントガスが用いられた。
ＣＨＦ3はこのエッチャントガスに添加されなかった。
このような組成のプロセスガスは、形状の頂部から底部
にかけて僅かに外側にテーパを有する側壁４０を持つエ
ッチング形状３５が得られ、例１のそれより良好な結果
であった。これは、異方的エッチングの程度が少し高度
になったことを示す。これらのエッチングされた形状３
５のディメンジョン測定値には、表１に示すように、
０．３μｍの最小臨界ディメンジョン、２００ の臨界
ディメンジョン損失、６．３％の臨界ディメンジョン損
失％が含まれる。この形状の側壁４０のプロファイル角
度は、約８７゜と測定された。このプロファイル角度は
比較的低く、８８゜を越える角度が望ましく、８９゜か
ら９０゜がさらに望ましい。また、エッチング形状３５
は、粗い側壁４０を持ち、高い臨界ディメンジョン損失
を示した。
【００３７】例３では、本発明によるプロセスガス組
成、すなわち６０ｓｃｃｍのＳＦ6、１５ｓｃｃｍのＣ
ＨＦ3及び１５ｓｃｃｍのＮ2を用いてタングステン形状
がエッチングされた。基板１０のＳＥＭ写真を見れば、
このプロセスガス組成によって、形状のエッチングが予
期しない高い異方性がもたらされたことが分かる。ま
た、形状は、その頂部から底部にかけて実質的にテーパ
のない実質的に直角な側壁４０を持っている。最小臨界
ディメンジョン損失は０．３２μｍと比較的低く、臨界
ディメンジョン損失は５０ 未満であった。臨界ディメ
ンジョン損失％は１．５％であり、これは、他のエッチ
ャントガス組成による臨界ディメンジョン損失％よりも
約４から１０倍以上の低い値である。さらに、８９゜か
ら９０゜という好ましい範囲のプロファイル角度が得ら
れ、このプロファイルは実質的に均一に垂直な側壁４０
を有する。エッチング形状３５の側壁４０は、ぎざぎざ
のエッジを持たない比較的平滑なものであった。これら
の予想外な異方的エッチングとエッチング形状３５のす
ばらしい断面プロファイルの結果は、本発明の長所を証
明するものである。
成、すなわち６０ｓｃｃｍのＳＦ6、１５ｓｃｃｍのＣ
ＨＦ3及び１５ｓｃｃｍのＮ2を用いてタングステン形状
がエッチングされた。基板１０のＳＥＭ写真を見れば、
このプロセスガス組成によって、形状のエッチングが予
期しない高い異方性がもたらされたことが分かる。ま
た、形状は、その頂部から底部にかけて実質的にテーパ
のない実質的に直角な側壁４０を持っている。最小臨界
ディメンジョン損失は０．３２μｍと比較的低く、臨界
ディメンジョン損失は５０ 未満であった。臨界ディメ
ンジョン損失％は１．５％であり、これは、他のエッチ
ャントガス組成による臨界ディメンジョン損失％よりも
約４から１０倍以上の低い値である。さらに、８９゜か
ら９０゜という好ましい範囲のプロファイル角度が得ら
れ、このプロファイルは実質的に均一に垂直な側壁４０
を有する。エッチング形状３５の側壁４０は、ぎざぎざ
のエッジを持たない比較的平滑なものであった。これら
の予想外な異方的エッチングとエッチング形状３５のす
ばらしい断面プロファイルの結果は、本発明の長所を証
明するものである。
【００３８】本発明はその好ましい実施態様に関してか
なり詳述したが、他の変更例も可能である。例えば、マ
イクロ波プラズマ源を用いてプラズマを形成することが
可能であり、等価なガスを前述した気体の代わりに用い
てもよい。従って、特許請求の範囲は、本願明細書中の
好ましい実施態様の説明を制限するものではない。
なり詳述したが、他の変更例も可能である。例えば、マ
イクロ波プラズマ源を用いてプラズマを形成することが
可能であり、等価なガスを前述した気体の代わりに用い
てもよい。従って、特許請求の範囲は、本願明細書中の
好ましい実施態様の説明を制限するものではない。
【図１】本発明によるタングステンを異方的にエッチン
グする方法を適用する基板を示す概略断面図であり、
（ａ）はタングステン層とその上にパターン形成された
レジスト層を持つ基板の部分概略断面図；（ｂ）は、実
質的に異方的にエッチングされた形状を示すタングステ
ン層のエッチングの後の基板の部分概略断面図；（ｃ）
は、レジスト層が剥がされた後の基板の部分概略断面図
である。
グする方法を適用する基板を示す概略断面図であり、
（ａ）はタングステン層とその上にパターン形成された
レジスト層を持つ基板の部分概略断面図；（ｂ）は、実
質的に異方的にエッチングされた形状を示すタングステ
ン層のエッチングの後の基板の部分概略断面図；（ｃ）
は、レジスト層が剥がされた後の基板の部分概略断面図
である。
【図２】本発明によるタングステンを異方的にエッチン
グする方法に適用できるプロセスチャンバを示す概略断
面図である。
グする方法に適用できるプロセスチャンバを示す概略断
面図である。
１０…基板、１５…誘電体層、２０…接着層、２５…タ
ングステン含有層、３０…レジスト形状、３５…タング
ステン含有形状、４０，８０…側壁、５０…プロセスチ
ャンバ、５２…サポート、５５…プラズマゾーン、６
０，６５…プロセス電極、７０…ガスディストリビュー
タ、７５…誘導コイル、７６…コイル電源、７８…電極
電源、８５…シーリング、８８…中心、９５…排出シス
テム。
ングステン含有層、３０…レジスト形状、３５…タング
ステン含有形状、４０，８０…側壁、５０…プロセスチ
ャンバ、５２…サポート、５５…プラズマゾーン、６
０，６５…プロセス電極、７０…ガスディストリビュー
タ、７５…誘導コイル、７６…コイル電源、７８…電極
電源、８５…シーリング、８８…中心、９５…排出シス
テム。
フロントページの続き (72)発明者 ポール ヘルツ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， ヴァレリアン コート 1248， ナンバー１ (72)発明者 シャン−チャン ダン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， ジャクソン ストリー ト 1385 (72)発明者 シャオビン ダイアナ マ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サラトガ， キルト コート 19600
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上のタングステン含有層を異方的に
エッチングする方法であって、 （ａ） プラズマゾーン内に前記基板を配置する工程
と； （ｂ） 前記プラズマゾーン内に六フッ化イオウ（ＳＦ
6）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）及び窒素（Ｎ2）
を含むプロセスガスを導入する工程と；及び （ｃ） 前記プロセスガスからプラズマを形成し、前記
基板上のタングステン含有層をエッチングする工程と；
を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記タングステン含有層を実質的に異方
的にエッチングし、４％未満の臨界ディメンジョン損失
及び前記基板の表面に対して少なくとも約８８゜の角度
を成す側壁を持つ形状が、前記基板上の過度のパッシベ
ーション堆積物を形成することなくエッチングされるよ
うに、ＳＦ6：ＣＨＦ3：Ｎ2の体積流量比が選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 ＳＦ6：ＣＨＦ3：Ｎ2の前記体積流量比
は、１：１：１から８：１：１であることを特徴とする
請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 ＳＦ6：ＣＨＦ3：Ｎ2の前記体積流量比
は、２：１：１から５：１：１であることを特徴とする
請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記プロセスガスは、実質的にＳＦ6、
ＣＨＦ3及びＮ2から成ることを特徴とする請求項１〜４
のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項６】 前記プロセスガスをイオン化し、（ｉ）
誘導コイルに対して第１の電力レベルにあるＲＦ電流を
印加し、（ｉｉ）プロセス電極に対して第２の電力レベ
ルにあるＲＦ電圧を印加することによって、前記基板に
エネルギーが付与されて衝突するプラズマイオンを形成
し、前記第２の電力レベルに対する前記第１の電力レベ
ルの電力比Ｐrは、少なくとも４：１であることを特徴
とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記電力比Ｐrは、８：１から４０：１
であることを特徴とする請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 前記第１の電力レベルは２００から２０
００ワットであり、前記第２の電力レベルは５から５０
０ワットであることを特徴とする請求項７に記載の方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/833,413 US5866483A (en) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | Method for anisotropically etching tungsten using SF6, CHF3, and N2 |
| US08/833413 | 1997-04-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10326774A true JPH10326774A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=25264344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10093507A Withdrawn JPH10326774A (ja) | 1997-04-04 | 1998-04-06 | 六フッ化イオウ、トリフルオロメタン及び窒素を使用してタングステンを異方的にエッチングをする方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5866483A (ja) |
| EP (1) | EP0869546A1 (ja) |
| JP (1) | JPH10326774A (ja) |
| KR (1) | KR19980081057A (ja) |
| SG (1) | SG75831A1 (ja) |
| TW (1) | TW386259B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003273083A (ja) * | 2002-03-15 | 2003-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プラズマ処理装置 |
| JP2015130385A (ja) * | 2014-01-07 | 2015-07-16 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマエッチング方法 |
Families Citing this family (174)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6008139A (en) * | 1996-06-17 | 1999-12-28 | Applied Materials Inc. | Method of etching polycide structures |
| US6322714B1 (en) | 1997-11-12 | 2001-11-27 | Applied Materials Inc. | Process for etching silicon-containing material on substrates |
| US6136211A (en) | 1997-11-12 | 2000-10-24 | Applied Materials, Inc. | Self-cleaning etch process |
| US6872322B1 (en) | 1997-11-12 | 2005-03-29 | Applied Materials, Inc. | Multiple stage process for cleaning process chambers |
| US6372151B1 (en) | 1999-07-27 | 2002-04-16 | Applied Materials, Inc. | Storage poly process without carbon contamination |
| US6613682B1 (en) | 1999-10-21 | 2003-09-02 | Applied Materials Inc. | Method for in situ removal of a dielectric antireflective coating during a gate etch process |
| US6527968B1 (en) | 2000-03-27 | 2003-03-04 | Applied Materials Inc. | Two-stage self-cleaning silicon etch process |
| JP2002025986A (ja) * | 2000-07-06 | 2002-01-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ドライエッチング方法 |
| US6440870B1 (en) * | 2000-07-12 | 2002-08-27 | Applied Materials, Inc. | Method of etching tungsten or tungsten nitride electrode gates in semiconductor structures |
| US6423644B1 (en) * | 2000-07-12 | 2002-07-23 | Applied Materials, Inc. | Method of etching tungsten or tungsten nitride electrode gates in semiconductor structures |
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