JPH1041274A - 誘電層のエッチング方法 - Google Patents
誘電層のエッチング方法Info
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- JPH1041274A JPH1041274A JP9112887A JP11288797A JPH1041274A JP H1041274 A JPH1041274 A JP H1041274A JP 9112887 A JP9112887 A JP 9112887A JP 11288797 A JP11288797 A JP 11288797A JP H1041274 A JPH1041274 A JP H1041274A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高エッチング選択率、低エッチング速度マイ
クロローディング、高エッチング速度の誘電層のエッチ
ング。 【解決手段】プロセスガスは、（ｉ）誘電層（２０）に
エッチングを施し、基板（２５）上にパッシベーション
堆積物（４６）を形成するためのフルオロカーボンガス
と、（ｉｉ）パッシベーション堆積物（４６）の形成を
促進する炭素−酸素ガスと、（ｉｉｉ）基板（２５）に
形成されたパッシベーション堆積物（４６）にエッチン
グを施すための窒素含有ガスとを具備する。フルオロカ
ーボンガス：炭素−酸素ガス：窒素含有ガスの体積流量
比は、誘電体とレジストのエッチング選択率比が少なく
とも１０：１、エッチング速度マイクロローディングが
１０％未満、誘電体エッチング速度が少なくとも約１０
０ｎｍ／分となるように選択される。
クロローディング、高エッチング速度の誘電層のエッチ
ング。 【解決手段】プロセスガスは、（ｉ）誘電層（２０）に
エッチングを施し、基板（２５）上にパッシベーション
堆積物（４６）を形成するためのフルオロカーボンガス
と、（ｉｉ）パッシベーション堆積物（４６）の形成を
促進する炭素−酸素ガスと、（ｉｉｉ）基板（２５）に
形成されたパッシベーション堆積物（４６）にエッチン
グを施すための窒素含有ガスとを具備する。フルオロカ
ーボンガス：炭素−酸素ガス：窒素含有ガスの体積流量
比は、誘電体とレジストのエッチング選択率比が少なく
とも１０：１、エッチング速度マイクロローディングが
１０％未満、誘電体エッチング速度が少なくとも約１０
０ｎｍ／分となるように選択される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基板エッチングの方
法に関し、特に半導体基板上の二酸化ケイ素などの誘電
層エッチング方法に関するものである。
法に関し、特に半導体基板上の二酸化ケイ素などの誘電
層エッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】集積回路製造においては、たとえば二酸
化ケイ素、ドーピングされていないシリケートガラス、
燐酸シリケートガラス（ＰＳＧ）、ほう燐酸シリケート
ガラス（ＢＰＳＧ）、Ｓｉ3Ｎ4またはＴＥＯＳが堆積し
たガラスなどの電気絶縁誘電層に対してエッチングを施
すことが望まれることが多い。これらの電気絶縁誘電層
は基板上に形成されるデバイスあるいは表面形状を電気
的に絶縁するのに用いられる。たとえば、誘電層を単結
晶シリコン基板上に堆積させたり、ポリシリコン層を基
板上に、あるいは、たとえばケイ化チタンや窒化チタン
などの反射防止層または拡散防壁層上に堆積してもよ
い。別の例を上げれば、誘電層を、半導体基板上に形成
されるデバイスを電気的に接続するのに用いられる導電
性のインターコネクトライン上に堆積させてもよい。誘
電層をエッチングするためには、レジスト材料を誘電層
に堆積し、フォトリソグラフィ方法を用いてパターニン
グを施し所望の形状をなすホールや線を形成する。ホー
ルは絶縁誘電層の露出部から、シリコン層、ポリシリコ
ン層、ケイ化チタン層や窒化チタン層などの下層までエ
ッチングされる。エッチングされたホールは導電性材料
で満たされ、一般的にはコンタクトホールあるいはバイ
アとして知られる縦型導電性インターコネクト部が形成
される。この接続部は基板に形成されるデバイスを接続
したり、低部のインターコネクトラインと上部のインタ
ーコネクトラインをインターコネクトするものである。
化ケイ素、ドーピングされていないシリケートガラス、
燐酸シリケートガラス（ＰＳＧ）、ほう燐酸シリケート
ガラス（ＢＰＳＧ）、Ｓｉ3Ｎ4またはＴＥＯＳが堆積し
たガラスなどの電気絶縁誘電層に対してエッチングを施
すことが望まれることが多い。これらの電気絶縁誘電層
は基板上に形成されるデバイスあるいは表面形状を電気
的に絶縁するのに用いられる。たとえば、誘電層を単結
晶シリコン基板上に堆積させたり、ポリシリコン層を基
板上に、あるいは、たとえばケイ化チタンや窒化チタン
などの反射防止層または拡散防壁層上に堆積してもよ
い。別の例を上げれば、誘電層を、半導体基板上に形成
されるデバイスを電気的に接続するのに用いられる導電
性のインターコネクトライン上に堆積させてもよい。誘
電層をエッチングするためには、レジスト材料を誘電層
に堆積し、フォトリソグラフィ方法を用いてパターニン
グを施し所望の形状をなすホールや線を形成する。ホー
ルは絶縁誘電層の露出部から、シリコン層、ポリシリコ
ン層、ケイ化チタン層や窒化チタン層などの下層までエ
ッチングされる。エッチングされたホールは導電性材料
で満たされ、一般的にはコンタクトホールあるいはバイ
アとして知られる縦型導電性インターコネクト部が形成
される。この接続部は基板に形成されるデバイスを接続
したり、低部のインターコネクトラインと上部のインタ
ーコネクトラインをインターコネクトするものである。
【０００３】従来のエッチング方法においては、誘電層
のエッチングには、たとえば、ＣＨＦ3、ＣＦ4やアルゴ
ンなどの、フルオロカーボンガスのプラズマが用いられ
ている。しかしながら、こうしたガス組成ではエッチン
グ選択率とエッチング速度マイクロローディングの両方
を同時に制御することはできない。ガス組成を高エッチ
ング選択率になるよう調整すれば、しばしば高マイクロ
ローディングを招き、逆に低エッチング速度になるよう
に調整すれば、低エッチング選択率を招く。エッチング
選択率とは、誘電層のエッチング速度と、上層のレジス
ト層、あるいは下層のシリコン層、ポリシリコン層、ケ
イ化チタン層や窒化チタン層のエッチング速度の比を意
味する。誘電体エッチング速度を近接する層に対するエ
ッチング速度より速くして、上層のレジスト層を過度に
エッチングすることなく、しかも下層に至るまでエッチ
ングすることなく誘電体をエッチングすることが望まれ
ている。エッチング速度マイクロローディングとは大き
なサイズの表面形状と小さな表面形状におけるエッチン
グ速度の相対的な差の測度であり、均一なサイズに表面
形状がエッチングされ、下層に至る前にエッチングを止
めるためにはこのエッチング速度マイクロローディング
が１０％未満であることが必要である。低エッチング速
度マイクロローディングの従来のエッチング方法では、
誘電体とレジストのエッチング選択率比は通常約５：１
未満であることが多い。しかし、最新の集積回路では、
誘電体とレジストのエッチング選択率を５：１より大き
く、対ポリシリコン、ＷＳｉxとＴｉＳｉxでは２０：１
より大きく，対拡散防壁や反射防止層では４０：１より
大きくすることが往々にして求められている。
のエッチングには、たとえば、ＣＨＦ3、ＣＦ4やアルゴ
ンなどの、フルオロカーボンガスのプラズマが用いられ
ている。しかしながら、こうしたガス組成ではエッチン
グ選択率とエッチング速度マイクロローディングの両方
を同時に制御することはできない。ガス組成を高エッチ
ング選択率になるよう調整すれば、しばしば高マイクロ
ローディングを招き、逆に低エッチング速度になるよう
に調整すれば、低エッチング選択率を招く。エッチング
選択率とは、誘電層のエッチング速度と、上層のレジス
ト層、あるいは下層のシリコン層、ポリシリコン層、ケ
イ化チタン層や窒化チタン層のエッチング速度の比を意
味する。誘電体エッチング速度を近接する層に対するエ
ッチング速度より速くして、上層のレジスト層を過度に
エッチングすることなく、しかも下層に至るまでエッチ
ングすることなく誘電体をエッチングすることが望まれ
ている。エッチング速度マイクロローディングとは大き
なサイズの表面形状と小さな表面形状におけるエッチン
グ速度の相対的な差の測度であり、均一なサイズに表面
形状がエッチングされ、下層に至る前にエッチングを止
めるためにはこのエッチング速度マイクロローディング
が１０％未満であることが必要である。低エッチング速
度マイクロローディングの従来のエッチング方法では、
誘電体とレジストのエッチング選択率比は通常約５：１
未満であることが多い。しかし、最新の集積回路では、
誘電体とレジストのエッチング選択率を５：１より大き
く、対ポリシリコン、ＷＳｉxとＴｉＳｉxでは２０：１
より大きく，対拡散防壁や反射防止層では４０：１より
大きくすることが往々にして求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】高選択率かつ低マイク
ロローディングのエッチングを施すために、炭素とフッ
素原子を多数含有する、たとえばＣ4Ｆ8やＣ2Ｆ6などの
フルオロカーボンガスを、たとえばＣＨＦ3、ＣＯやア
ルゴンなどの（エッチングガスの炭素含有量を増加させ
る）炭素含有ガスと組み合わせて用いられる。このよう
なガス組成が高エッチング選択率をもたらす。エッチン
グガス内で解離した炭素が複雑なポリマー副生物を形成
し、それが「パッシベーション」層として被エッチング
表面形状の側壁と、下層、上層に堆積し、これらに対す
るエッチングを抑えるからである。被エッチング表面形
状の側壁のパッシベーション層は側壁のエッチングを抑
制し、「等方性」エッチングを防ぐ。垂直方向の「異方
性」エッチングは望ましいものの、パッシベーションポ
リマーを被エッチング表面形状の側壁に過度に堆積させ
ることは、被エッチング表面形状の断面プロファイルが
傾斜したものになるので望ましくない。また、混合ガス
の炭素含有量が多いと、誘電体エッチング速度が一般的
には約５０〜７０ｎｍ／分と低くなる。
ロローディングのエッチングを施すために、炭素とフッ
素原子を多数含有する、たとえばＣ4Ｆ8やＣ2Ｆ6などの
フルオロカーボンガスを、たとえばＣＨＦ3、ＣＯやア
ルゴンなどの（エッチングガスの炭素含有量を増加させ
る）炭素含有ガスと組み合わせて用いられる。このよう
なガス組成が高エッチング選択率をもたらす。エッチン
グガス内で解離した炭素が複雑なポリマー副生物を形成
し、それが「パッシベーション」層として被エッチング
表面形状の側壁と、下層、上層に堆積し、これらに対す
るエッチングを抑えるからである。被エッチング表面形
状の側壁のパッシベーション層は側壁のエッチングを抑
制し、「等方性」エッチングを防ぐ。垂直方向の「異方
性」エッチングは望ましいものの、パッシベーションポ
リマーを被エッチング表面形状の側壁に過度に堆積させ
ることは、被エッチング表面形状の断面プロファイルが
傾斜したものになるので望ましくない。また、混合ガス
の炭素含有量が多いと、誘電体エッチング速度が一般的
には約５０〜７０ｎｍ／分と低くなる。
【０００５】従来のガス組成はまた、誘電層内でエッチ
ングされるホールの断面形状に対して、エッチングされ
たホール間の距離の関数として変化する高プロファイル
マイクロローディングを生じさせる。これは、径の小さ
なホールの側壁に形成されるパッシベーション堆積物の
除去が径の大きなホールの場合よりも速い速度でなされ
るときに起こる。というのも、プラズマイオンは狭いホ
ールの側壁間で運ばれ、その側壁から跳ね返り、側壁の
パッシベーション層を過度にエッチングするからであ
る。それとは対照的に、大径のホールの側壁のパッシベ
ーション堆積物のエッチングは、チャネル効果が小径の
ホールの場合に比べ小さいので、小径の場合ほど進まな
い。結果として、ホールの断面形状に対して、ホールの
直径の関数として変化する、高プロファイルマイクロロ
ーディングを生じさせる。
ングされるホールの断面形状に対して、エッチングされ
たホール間の距離の関数として変化する高プロファイル
マイクロローディングを生じさせる。これは、径の小さ
なホールの側壁に形成されるパッシベーション堆積物の
除去が径の大きなホールの場合よりも速い速度でなされ
るときに起こる。というのも、プラズマイオンは狭いホ
ールの側壁間で運ばれ、その側壁から跳ね返り、側壁の
パッシベーション層を過度にエッチングするからであ
る。それとは対照的に、大径のホールの側壁のパッシベ
ーション堆積物のエッチングは、チャネル効果が小径の
ホールの場合に比べ小さいので、小径の場合ほど進まな
い。結果として、ホールの断面形状に対して、ホールの
直径の関数として変化する、高プロファイルマイクロロ
ーディングを生じさせる。
【０００６】したがって、高エッチング選択性、低エッ
チング速度マイクロローディング、高エッチング速度を
実現するエッチングプロセスが必要となる。またそのエ
ッチング方法で、被エッチング表面形状の側壁に形成さ
れるパッシベーション堆積物の量を制御することによ
り、プロファイルマイクロローディングを減少させ、実
質的な異方性エッチングをもたらすことが望ましい。
チング速度マイクロローディング、高エッチング速度を
実現するエッチングプロセスが必要となる。またそのエ
ッチング方法で、被エッチング表面形状の側壁に形成さ
れるパッシベーション堆積物の量を制御することによ
り、プロファイルマイクロローディングを減少させ、実
質的な異方性エッチングをもたらすことが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はレジスト材を被
覆した誘電層を有する基板を、高エッチング選択率、低
エッチング速度マイクロローディング、高エッチング速
度でエッチングする方法を提供するものである。本発明
の方法において、基板はプロセスゾーンに配置され、プ
ロセスゾーンに導入されるプロセスガスからプラズマが
生成される。プロセスガスは（ｉ）誘電層にエッチング
を施すための、また基板上にパッシベーション堆積物を
形成するための、フルオロカーボンガスと、（ｉｉ）基
板上へのパッシベーション堆積物の形成を促進する炭素
−酸素ガスと、（ｉｉｉ）基板に形成されたパッシベー
ション堆積物を除去するための窒素含有ガスとを備え
る。好ましくは、フルオロカーボンガス：炭素−酸素ガ
ス：窒素含有ガスの体積流量比を選択して、誘電体対レ
ジストのエッチング選択率比が少なくとも１０：１、エ
ッチング速度マイクロローディングが１０％未満、誘電
体エッチング速度が少なくとも約１００ｎｍ／分となる
ようにする。好ましくは、フルオロカーボンガス：炭素
ー酸素ガス：窒素含有ガスの体積流量比は、パッシベー
ション堆積物の形成速度がパッシベーション堆積物の除
去速度とほぼ等しくなるように選択される。また、ガス
組成は誘電体と下層のエッチング選択率比が少なくとも
２０：１になるように調整することができる。ここで下
層とは、たとえば単結晶シリコン、ポリシリコン、ケイ
化チタン、反射防止層または拡散防壁層である。
覆した誘電層を有する基板を、高エッチング選択率、低
エッチング速度マイクロローディング、高エッチング速
度でエッチングする方法を提供するものである。本発明
の方法において、基板はプロセスゾーンに配置され、プ
ロセスゾーンに導入されるプロセスガスからプラズマが
生成される。プロセスガスは（ｉ）誘電層にエッチング
を施すための、また基板上にパッシベーション堆積物を
形成するための、フルオロカーボンガスと、（ｉｉ）基
板上へのパッシベーション堆積物の形成を促進する炭素
−酸素ガスと、（ｉｉｉ）基板に形成されたパッシベー
ション堆積物を除去するための窒素含有ガスとを備え
る。好ましくは、フルオロカーボンガス：炭素−酸素ガ
ス：窒素含有ガスの体積流量比を選択して、誘電体対レ
ジストのエッチング選択率比が少なくとも１０：１、エ
ッチング速度マイクロローディングが１０％未満、誘電
体エッチング速度が少なくとも約１００ｎｍ／分となる
ようにする。好ましくは、フルオロカーボンガス：炭素
ー酸素ガス：窒素含有ガスの体積流量比は、パッシベー
ション堆積物の形成速度がパッシベーション堆積物の除
去速度とほぼ等しくなるように選択される。また、ガス
組成は誘電体と下層のエッチング選択率比が少なくとも
２０：１になるように調整することができる。ここで下
層とは、たとえば単結晶シリコン、ポリシリコン、ケイ
化チタン、反射防止層または拡散防壁層である。
【０００８】好ましいエッチングガス組成は、水素を有
する第１のフルオロカーボンガスと水素を有しない第２
のフルオロカーボンガスとを備えるものである。好まし
くは、第１のフルオロカーボンガスはＣＨ3Ｆと、ＣＨ
Ｆ3と、Ｃ2ＨＦ5と、ＣＨ2Ｆ2と、Ｃ2Ｈ4Ｆ6とからなる
グループから選択され、第２のフルオロカーボンガス
は、ＣＦ4と、Ｃ2Ｆ6と、Ｃ3Ｆ8と、Ｃ4Ｆ8と、Ｃ4Ｆ10
とからなるグループから選択される。窒素含有ガスは、
フッ素を有しないことが好ましく、また、Ｎ2、Ｎ2Ｏま
たはＮＯxを有していてもよく、この中ではＮ2 が好ま
しい。プラズマによって活性化され基板から材料をスパ
ッタする不活性ガスをプロセスガスに加えて、エッチン
グ速度とエッチング選択率を高めてもよい。不活性ガス
は、アルゴン、キセノン、ネオン、クリプトンまたはヘ
リウムを備えていてもよく、この中ではアルゴンが好ま
しい。
する第１のフルオロカーボンガスと水素を有しない第２
のフルオロカーボンガスとを備えるものである。好まし
くは、第１のフルオロカーボンガスはＣＨ3Ｆと、ＣＨ
Ｆ3と、Ｃ2ＨＦ5と、ＣＨ2Ｆ2と、Ｃ2Ｈ4Ｆ6とからなる
グループから選択され、第２のフルオロカーボンガス
は、ＣＦ4と、Ｃ2Ｆ6と、Ｃ3Ｆ8と、Ｃ4Ｆ8と、Ｃ4Ｆ10
とからなるグループから選択される。窒素含有ガスは、
フッ素を有しないことが好ましく、また、Ｎ2、Ｎ2Ｏま
たはＮＯxを有していてもよく、この中ではＮ2 が好ま
しい。プラズマによって活性化され基板から材料をスパ
ッタする不活性ガスをプロセスガスに加えて、エッチン
グ速度とエッチング選択率を高めてもよい。不活性ガス
は、アルゴン、キセノン、ネオン、クリプトンまたはヘ
リウムを備えていてもよく、この中ではアルゴンが好ま
しい。
【０００９】本発明の上記の、またこれ以外の特徴、解
釈、効果は以下の本発明の例を示している図面、説明、
特許請求の範囲からよりよく理解できるであろう。
釈、効果は以下の本発明の例を示している図面、説明、
特許請求の範囲からよりよく理解できるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明のエッチング方法は、図１
（ａ）〜図１（ｄ）に示されるように、基板２５上の誘
電層２０への高エッチング選択率かつ高エッチング速度
のエッチングに有用である。基板２５は、ガラス、セラ
ミック、金属、ポリマー等のあらゆる材料でできていて
もよいが、シリコンウエハやガリウムヒ素ウエハなどの
半導体基板であってもよい。基板２５上の誘電層２０は
代表的には、酸化シリコン、燐酸シリケートガラス（Ｐ
ＳＧ）又はほう燐酸シリケートガラス（ＢＰＳＧ）等の
層を、約４００〜８００ｎｍの厚さで備える。また誘電
層２０は複数の層、例えば３００〜８００ｎｍのＢＰＳ
Ｇ層を自身の上に有する厚さ約１００〜５００ｎｍの酸
化シリコン層であってもよい。ここでは本発明のエッチ
ング方法を誘電層エッチングについて例示しているが、
ケイ化物、窒化物、ホウ化物層などの非酸化物層、例え
ばＴａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＴｉＢ、ＷＳｉx、ＭｏＳｉx等
を含む膜のエッチングに用いることもできる。このよう
に、本発明は誘電層のエッチングに限定されるものでは
ない。
（ａ）〜図１（ｄ）に示されるように、基板２５上の誘
電層２０への高エッチング選択率かつ高エッチング速度
のエッチングに有用である。基板２５は、ガラス、セラ
ミック、金属、ポリマー等のあらゆる材料でできていて
もよいが、シリコンウエハやガリウムヒ素ウエハなどの
半導体基板であってもよい。基板２５上の誘電層２０は
代表的には、酸化シリコン、燐酸シリケートガラス（Ｐ
ＳＧ）又はほう燐酸シリケートガラス（ＢＰＳＧ）等の
層を、約４００〜８００ｎｍの厚さで備える。また誘電
層２０は複数の層、例えば３００〜８００ｎｍのＢＰＳ
Ｇ層を自身の上に有する厚さ約１００〜５００ｎｍの酸
化シリコン層であってもよい。ここでは本発明のエッチ
ング方法を誘電層エッチングについて例示しているが、
ケイ化物、窒化物、ホウ化物層などの非酸化物層、例え
ばＴａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＴｉＢ、ＷＳｉx、ＭｏＳｉx等
を含む膜のエッチングに用いることもできる。このよう
に、本発明は誘電層のエッチングに限定されるものでは
ない。
【００１１】誘電層２０は、基板２５に形成されるデバ
イスやインターコネクトラインを電気的に絶縁させるた
めに用いられる。例えば、図１（ａ）に示されるよう
に、誘電層２０を、ケイ化チタン等の接触抵抗減少層や
ドープポリシリコン層２８や拡散層３０等の下層２６の
上に堆積させて、下層２６電気的に絶縁させてもよい。
また、図１（ｃ）に示されるように、（ｉ）チタンや、
タングステンや、チタン−タングステンや、窒化チタン
等の下拡散防壁層３２と、（ｉｉ）アルミニウム、銅、
シリコンを備える導電層３４と、（ｉｉｉ）シリコン、
窒化チタン、チタン−タングステンなどの反射防止層３
６とを典型的に有する被エッチングインターコネクトラ
インを電気的に絶縁するために、絶縁層２０を用いる。
これらの層の厚さはそれぞれ通常約２００ｎｍ〜１００
０ｎｍである。
イスやインターコネクトラインを電気的に絶縁させるた
めに用いられる。例えば、図１（ａ）に示されるよう
に、誘電層２０を、ケイ化チタン等の接触抵抗減少層や
ドープポリシリコン層２８や拡散層３０等の下層２６の
上に堆積させて、下層２６電気的に絶縁させてもよい。
また、図１（ｃ）に示されるように、（ｉ）チタンや、
タングステンや、チタン−タングステンや、窒化チタン
等の下拡散防壁層３２と、（ｉｉ）アルミニウム、銅、
シリコンを備える導電層３４と、（ｉｉｉ）シリコン、
窒化チタン、チタン−タングステンなどの反射防止層３
６とを典型的に有する被エッチングインターコネクトラ
インを電気的に絶縁するために、絶縁層２０を用いる。
これらの層の厚さはそれぞれ通常約２００ｎｍ〜１００
０ｎｍである。
【００１２】従来のフォトリソグラフィーのプロセスに
おいては、デュポン ド ヌムールケミカルカンパニー
（デュポン社）で製造の「ＲＩＳＴＯＮ」などのフォト
レジスト４０を厚さ約０．４〜１．３ミクロンで誘電層
２０に塗布し、所望の形状の表面形状４５に対応するマ
スクを介して光パターンにレジストを曝露しエッチング
しようとする絶縁誘電層の表面形状４５、例えばホール
やバイア等を画成する。誘電層２０のうちレジスト非曝
露部分の下にある部分が、エッチングプロセス中にエッ
チングされる。エッチングプロセス時、ポリマーパッシ
ベーション堆積物４６が、被エッチング表面形状４５の
側壁４８に形成される。被エッチング表面形状４５の大
きさは通常約０．２〜約１０ミクロン、さらに典型的に
は約０．４〜約２ミクロンである。表面形状間隔は通常
０．２〜１０ミクロンである。
おいては、デュポン ド ヌムールケミカルカンパニー
（デュポン社）で製造の「ＲＩＳＴＯＮ」などのフォト
レジスト４０を厚さ約０．４〜１．３ミクロンで誘電層
２０に塗布し、所望の形状の表面形状４５に対応するマ
スクを介して光パターンにレジストを曝露しエッチング
しようとする絶縁誘電層の表面形状４５、例えばホール
やバイア等を画成する。誘電層２０のうちレジスト非曝
露部分の下にある部分が、エッチングプロセス中にエッ
チングされる。エッチングプロセス時、ポリマーパッシ
ベーション堆積物４６が、被エッチング表面形状４５の
側壁４８に形成される。被エッチング表面形状４５の大
きさは通常約０．２〜約１０ミクロン、さらに典型的に
は約０．４〜約２ミクロンである。表面形状間隔は通常
０．２〜１０ミクロンである。
【００１３】図２に示されるように、基板２５上の誘電
層２０は、たとえば米国カリフォルニア州サンタクララ
のアプライド マテリアル社から市販されているＭｘＰ
＋ ＯＸＩＤＥ ＥＴＣＨチャンバなどのプロセスチャン
バ５０でエッチングを施される。同図に示されるプロセ
スチャンバ５０の例は半導体基板２５の処理に好適で、
本発明の例示の目的のためだけに示されるものであり、
本発明の範囲を制限するものではない。たとえば、本発
明のエッチングプロセスはあらゆる基板２５をエッチン
グするのにも用いることができ、半導体製造以外の製造
プロセスでも利用可能である。
層２０は、たとえば米国カリフォルニア州サンタクララ
のアプライド マテリアル社から市販されているＭｘＰ
＋ ＯＸＩＤＥ ＥＴＣＨチャンバなどのプロセスチャン
バ５０でエッチングを施される。同図に示されるプロセ
スチャンバ５０の例は半導体基板２５の処理に好適で、
本発明の例示の目的のためだけに示されるものであり、
本発明の範囲を制限するものではない。たとえば、本発
明のエッチングプロセスはあらゆる基板２５をエッチン
グするのにも用いることができ、半導体製造以外の製造
プロセスでも利用可能である。
【００１４】上記プロセスを実行するために、プロセス
チャンバ５０を約１ｍＴｏｒｒ未満の圧力になるよう減
圧排気し、、真空に保たれた（図示しない）ロードロッ
ク移送チャンバからプロセスチャンバ５０のプラズマゾ
ーン５５まで、基板２０を移送する。プラズマゾーン５
５の体積は好ましくは、少なくとも約５，０００ｃｍ3
であり、より好ましくは約１０，０００〜５０，０００
ｃｍ3である。基板２０は、カソード電極６０としても
機能する支持体の上に設置され、プロセスチャンバ５０
の側壁は接地されてアノード電極６５を形成する。エッ
チング処理中は、基板２５の温度を制御するためヘリウ
ム等の冷却ガスを内部に保持するグルーブを有する機械
チャック又は静電チャックを用いて、基板を適所に固定
させてもよい。
チャンバ５０を約１ｍＴｏｒｒ未満の圧力になるよう減
圧排気し、、真空に保たれた（図示しない）ロードロッ
ク移送チャンバからプロセスチャンバ５０のプラズマゾ
ーン５５まで、基板２０を移送する。プラズマゾーン５
５の体積は好ましくは、少なくとも約５，０００ｃｍ3
であり、より好ましくは約１０，０００〜５０，０００
ｃｍ3である。基板２０は、カソード電極６０としても
機能する支持体の上に設置され、プロセスチャンバ５０
の側壁は接地されてアノード電極６５を形成する。エッ
チング処理中は、基板２５の温度を制御するためヘリウ
ム等の冷却ガスを内部に保持するグルーブを有する機械
チャック又は静電チャックを用いて、基板を適所に固定
させてもよい。
【００１５】処理ガスを基板２５の周囲に設けられたガ
ス分配器８０を介してプロセスチャンバに導入し、プロ
セスチャンバ５０は約１〜１０００Ｍｔｏｒｒ、より一
般的には１０〜３００ｍｔｏｒｒの圧力に保たれる。プ
ラズマゾーン５５で電界が保たれ、（ｉ）ＲＦ電流をプ
ロセスチャンバとり巻くインダクタコイル（図示しな
い）に印加することにより誘導的に、（ｉｉ）ＲＦ電流
をプロセスチャンバ５０内のカソード、アノード電極６
０、６５に印加することにより容量的に、あるいは（ｉ
ｉｉ）誘導的かつ容量的に、プロセスガスからプラズマ
を形成する。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセ
スにおいて、プラズマの生成は代表的には、約１００〜
２０００ワットのＲＦ電圧をカソード電極６０に印加
し、アノード電極６５を接地することにより容量的に行
われる。あるいは、約７５０〜２０００ワットのＲＦ電
流をインダクタコイルに印加して、エネルギをプロセス
チャンバに誘導結合させてプラズマゾーン５５内にプラ
ズマを発生させてもよい。処理電極６０、６５あるいは
インダクタコイルに印加するＲＦ電流の周波数は一般的
に５０Ｋｈｚ〜６０ＭＨＺの間、より一般的には約１
３．５６ＭＨＺである。
ス分配器８０を介してプロセスチャンバに導入し、プロ
セスチャンバ５０は約１〜１０００Ｍｔｏｒｒ、より一
般的には１０〜３００ｍｔｏｒｒの圧力に保たれる。プ
ラズマゾーン５５で電界が保たれ、（ｉ）ＲＦ電流をプ
ロセスチャンバとり巻くインダクタコイル（図示しな
い）に印加することにより誘導的に、（ｉｉ）ＲＦ電流
をプロセスチャンバ５０内のカソード、アノード電極６
０、６５に印加することにより容量的に、あるいは（ｉ
ｉｉ）誘導的かつ容量的に、プロセスガスからプラズマ
を形成する。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセ
スにおいて、プラズマの生成は代表的には、約１００〜
２０００ワットのＲＦ電圧をカソード電極６０に印加
し、アノード電極６５を接地することにより容量的に行
われる。あるいは、約７５０〜２０００ワットのＲＦ電
流をインダクタコイルに印加して、エネルギをプロセス
チャンバに誘導結合させてプラズマゾーン５５内にプラ
ズマを発生させてもよい。処理電極６０、６５あるいは
インダクタコイルに印加するＲＦ電流の周波数は一般的
に５０Ｋｈｚ〜６０ＭＨＺの間、より一般的には約１
３．５６ＭＨＺである。
【００１６】プラズマの励起は電子サイクロトロン共鳴
リアクタあるいは磁気強化リアクタを使って行うことが
できる。これらのリアクタは、永久磁石や電磁コイルな
どの磁界発生器８５を用いてプラズマゾーン５５内に磁
界を発生させ、プラズマゾーン５５のプラズマの密度と
均一性を高める。１９８９年６月２７日発行の米国特許
番号４，８４２，６８３で述べられているように、基板
２５面に平行な軸を有する回転磁界を、磁界が備えるこ
とが好ましい。本発明でもこの磁界を適用する。プロセ
スチャンバ５０の磁界はプラズマ内部のイオンの密度を
高めるのに十分な強度を有し、またＣＭＯＳゲートなど
の表面形状の電荷増加によるダメージを減少させるのに
十分な均一性を有するべきである。通常、基板表面で測
定される磁界は約５００ガウス未満、より一般的には約
１０〜１００ガウス、最も一般的には約１０〜３０ガウ
スである。
リアクタあるいは磁気強化リアクタを使って行うことが
できる。これらのリアクタは、永久磁石や電磁コイルな
どの磁界発生器８５を用いてプラズマゾーン５５内に磁
界を発生させ、プラズマゾーン５５のプラズマの密度と
均一性を高める。１９８９年６月２７日発行の米国特許
番号４，８４２，６８３で述べられているように、基板
２５面に平行な軸を有する回転磁界を、磁界が備えるこ
とが好ましい。本発明でもこの磁界を適用する。プロセ
スチャンバ５０の磁界はプラズマ内部のイオンの密度を
高めるのに十分な強度を有し、またＣＭＯＳゲートなど
の表面形状の電荷増加によるダメージを減少させるのに
十分な均一性を有するべきである。通常、基板表面で測
定される磁界は約５００ガウス未満、より一般的には約
１０〜１００ガウス、最も一般的には約１０〜３０ガウ
スである。
【００１７】プロセスチャンバ５０を約１０-3ｍＴｏｒ
ｒの最小圧力にすることが可能な減圧排気システム９０
を介して、使用済みプロセスガスとエッチングガス副生
物がプロセスチャンバ５０から排出される。スロットル
バルブ９５はプロセスチャンバ５０内の圧力を制御する
ために減圧排気システムに設置される。また、光終点測
定技術を用いて、検出可能な気体種に対応するある波長
の発光強度の変化を測定することによって、通常特定の
層のエッチングプロセスの終了を決定する。検出される
種、例えばＣＯやＣＮなどの種の量の急激な減少増加
は、プロセスガスと二酸化ケイ素やポリシリコン層との
化学反応によるもので、誘電層２０に対するエッチング
の終了と下層に対するエッチングの開始を示す。
ｒの最小圧力にすることが可能な減圧排気システム９０
を介して、使用済みプロセスガスとエッチングガス副生
物がプロセスチャンバ５０から排出される。スロットル
バルブ９５はプロセスチャンバ５０内の圧力を制御する
ために減圧排気システムに設置される。また、光終点測
定技術を用いて、検出可能な気体種に対応するある波長
の発光強度の変化を測定することによって、通常特定の
層のエッチングプロセスの終了を決定する。検出される
種、例えばＣＯやＣＮなどの種の量の急激な減少増加
は、プロセスガスと二酸化ケイ素やポリシリコン層との
化学反応によるもので、誘電層２０に対するエッチング
の終了と下層に対するエッチングの開始を示す。
【００１８】本発明のエッチングプロセスは基板２５上
の誘電層２０を高エッチング速度、高選択率でエッチン
グするものである。エッチングプロセスで使用されるプ
ロセスガスは（ｉ）誘電層２０にエッチングを施すため
の、また基板２５上にパッシベーション堆積物４６を形
成するためのフルオロカーボンガスと、（ｉｉ）パッシ
ベーション堆積物形成を促進させるための炭素−酸素ガ
スと、（ｉｉｉ）基板２５上のパッシベーション堆積物
４６にエッチングを施すための窒素含有ガスとを備え
る。また、不活性ガスをプロセスガスに添加して、基板
２５から材料をスパッタ、除去するためのスパッタイオ
ンを生じさせるようにしてもよい。これらのガスの特性
およびガスの好ましい体積流量比については以下に説明
する。
の誘電層２０を高エッチング速度、高選択率でエッチン
グするものである。エッチングプロセスで使用されるプ
ロセスガスは（ｉ）誘電層２０にエッチングを施すため
の、また基板２５上にパッシベーション堆積物４６を形
成するためのフルオロカーボンガスと、（ｉｉ）パッシ
ベーション堆積物形成を促進させるための炭素−酸素ガ
スと、（ｉｉｉ）基板２５上のパッシベーション堆積物
４６にエッチングを施すための窒素含有ガスとを備え
る。また、不活性ガスをプロセスガスに添加して、基板
２５から材料をスパッタ、除去するためのスパッタイオ
ンを生じさせるようにしてもよい。これらのガスの特性
およびガスの好ましい体積流量比については以下に説明
する。
【００１９】フルオロカーボンガスは基板２５上の誘電
層２０をエッチングするフッ素含有種を生成することが
できる。たとえば、酸化シリコン層はフッ素含有イオン
と中性種によってエッチングを施され、プロセスチャン
バ５０から排出される揮発性ＳｉＦｘ種を生成する。好
適なフルオロカーボンガスはたとえばＣＦ3、ＣＦ4、Ｃ
Ｈ3Ｆ、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｈ4Ｆ6、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ
8、Ｃ4Ｆ8、Ｃ2ＨＦ5、Ｃ4Ｆ10など炭素、フッ素、任意
に水素を有している。本発明の好ましい解釈において、
フルオロカーボンガスは（ｉ）たとえばＣＨ3Ｆ、ＣＨ
Ｆ3、Ｃ2ＨＦ5、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｈ4Ｆ6などの水素含有フ
ルオロカーボンの第１のグループと、（ｉｉ）たとえば
ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ10などの水素を
含有しないフルオロカーボンの第２のグループから選択
されるフルオロカーボン種の混合したものを備える。ガ
スの化学的性質については十分にわかっていないが、概
して第２のグループのフルオロカーボンは遊離炭素とＣ
Ｆ2ラジカルの量を増加させ、異方性エッチングと高い
エッチング選択率をもたらすと思われる。しかしながら
第２のグループのフルオロカーボン量が過度になると炭
素含有量が多いことによりエッチング速度が遅くなる。
さらに、第１のグループのフルオロカーボン（ただしＣ
Ｈ3Ｆを除く）はエッチング速度を速め、エッチング選
択率を低下させると思われる。なぜなら、これらのフル
オロカーボンの遊離炭素ラジカルと結合する水素種によ
り気体炭化水素を生成しこれはプロセスチャンバから排
出されるため、パッシベーション堆積物の形成に用いる
炭素の量を制限し、且つ、誘電層２０のエッチングに用
いるフッ素種の量を増加させることになるからである。
第１のグループと第２のグループのフルオロカーボンか
ら選択されるガスの組み合わせにより最適なエッチング
速度とエッチング選択率比が得られることがわかった。
たとえば、好ましいガスの組み合わせには第１グループ
のＣＨＦ3ガスと、第２グループのＣ4Ｆ8ガスが約１：
１〜約１０：１、より好ましくは１：１〜６：１、最も
好ましくは約４：１の体積流量比で含まれている。
層２０をエッチングするフッ素含有種を生成することが
できる。たとえば、酸化シリコン層はフッ素含有イオン
と中性種によってエッチングを施され、プロセスチャン
バ５０から排出される揮発性ＳｉＦｘ種を生成する。好
適なフルオロカーボンガスはたとえばＣＦ3、ＣＦ4、Ｃ
Ｈ3Ｆ、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｈ4Ｆ6、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ
8、Ｃ4Ｆ8、Ｃ2ＨＦ5、Ｃ4Ｆ10など炭素、フッ素、任意
に水素を有している。本発明の好ましい解釈において、
フルオロカーボンガスは（ｉ）たとえばＣＨ3Ｆ、ＣＨ
Ｆ3、Ｃ2ＨＦ5、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｈ4Ｆ6などの水素含有フ
ルオロカーボンの第１のグループと、（ｉｉ）たとえば
ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ10などの水素を
含有しないフルオロカーボンの第２のグループから選択
されるフルオロカーボン種の混合したものを備える。ガ
スの化学的性質については十分にわかっていないが、概
して第２のグループのフルオロカーボンは遊離炭素とＣ
Ｆ2ラジカルの量を増加させ、異方性エッチングと高い
エッチング選択率をもたらすと思われる。しかしながら
第２のグループのフルオロカーボン量が過度になると炭
素含有量が多いことによりエッチング速度が遅くなる。
さらに、第１のグループのフルオロカーボン（ただしＣ
Ｈ3Ｆを除く）はエッチング速度を速め、エッチング選
択率を低下させると思われる。なぜなら、これらのフル
オロカーボンの遊離炭素ラジカルと結合する水素種によ
り気体炭化水素を生成しこれはプロセスチャンバから排
出されるため、パッシベーション堆積物の形成に用いる
炭素の量を制限し、且つ、誘電層２０のエッチングに用
いるフッ素種の量を増加させることになるからである。
第１のグループと第２のグループのフルオロカーボンか
ら選択されるガスの組み合わせにより最適なエッチング
速度とエッチング選択率比が得られることがわかった。
たとえば、好ましいガスの組み合わせには第１グループ
のＣＨＦ3ガスと、第２グループのＣ4Ｆ8ガスが約１：
１〜約１０：１、より好ましくは１：１〜６：１、最も
好ましくは約４：１の体積流量比で含まれている。
【００２０】炭素−酸素含有ガスは、基板２５上にパッ
シベーション堆積物４６を形成する炭素含有種の生成を
促進させるために用いられ、また、シリコンを含有する
下層のエッチング速度を制御するのに用いられる。炭素
−酸素含有ガスは通常は、フッ素種と反応して揮発性の
ＣＯＦ2を生成して、プロセスチャンバ５０内のフッ素
濃度を減少させ、結果的にシリコンを含有する下層のエ
ッチングを減少させる。加えて、炭素−酸素含有ガス
は、他の種、たとえば窒素、フッ素、ホウ素などと反応
して被エッチング表面形状の側壁にパッシベーション堆
積物４６として堆積するポリマーを形成する遊離炭素種
の生成を促進する。たとえば、ＣＦ2ラジカルは重合し
て、新たなエッチングされた表面形状４５の側壁に堆積
するパッシベーション堆積物としてのポリマーを生成
し、縦方向の異方性エッチングを促進する。このため、
炭素−酸素ガス流量が過度に高いと、過度なパッシベー
ション堆積物４６が基板２５上に形成され、誘電体エッ
チング速度を遅くする。こうした理由から、炭素−酸素
ガスの流量をフルオロカーボンガスの流量より小さく、
あるいは実質的に等しくなるよう保つことにより、誘電
体対下層のエッチング選択率を高い状態で異方性エッチ
ングを施しつつ基板２５を高速にエッチングするのに十
分なフッ素含有種をもたらす。好適な炭素−酸素ガスは
たとえばＣＯ、ＨＣＯＯＨ、ＨＣＨＯを含み、この中で
はＣＯが好ましい。
シベーション堆積物４６を形成する炭素含有種の生成を
促進させるために用いられ、また、シリコンを含有する
下層のエッチング速度を制御するのに用いられる。炭素
−酸素含有ガスは通常は、フッ素種と反応して揮発性の
ＣＯＦ2を生成して、プロセスチャンバ５０内のフッ素
濃度を減少させ、結果的にシリコンを含有する下層のエ
ッチングを減少させる。加えて、炭素−酸素含有ガス
は、他の種、たとえば窒素、フッ素、ホウ素などと反応
して被エッチング表面形状の側壁にパッシベーション堆
積物４６として堆積するポリマーを形成する遊離炭素種
の生成を促進する。たとえば、ＣＦ2ラジカルは重合し
て、新たなエッチングされた表面形状４５の側壁に堆積
するパッシベーション堆積物としてのポリマーを生成
し、縦方向の異方性エッチングを促進する。このため、
炭素−酸素ガス流量が過度に高いと、過度なパッシベー
ション堆積物４６が基板２５上に形成され、誘電体エッ
チング速度を遅くする。こうした理由から、炭素−酸素
ガスの流量をフルオロカーボンガスの流量より小さく、
あるいは実質的に等しくなるよう保つことにより、誘電
体対下層のエッチング選択率を高い状態で異方性エッチ
ングを施しつつ基板２５を高速にエッチングするのに十
分なフッ素含有種をもたらす。好適な炭素−酸素ガスは
たとえばＣＯ、ＨＣＯＯＨ、ＨＣＨＯを含み、この中で
はＣＯが好ましい。
【００２１】窒素含有ガス、例えばＮ2、ＮＯ2、ＮＯx
等は、フルオロカーボンと炭素−酸素含有ガスとの結合
によって予期しない効果をもたらす。上述のとおり、フ
ルオロカーボンと炭素−酸素ガスの成分は解離して、被
エッチング表面形状４５の側壁４８にポリマーパッシベ
ーション堆積物４６を形成するためのＣＦ2種を生成す
る。窒素含有ガスはＣＦ2ラジカルの一部と反応して揮
発性のＣＮラジカルを生成し、これがプロセスチャンバ
５０から排出されると考えられる。この結果、プラズマ
ゾーン内の酸素種が増加し、遊離炭素と反応して基板２
５に形成されるパッシベーション堆積物４６の量を減少
させ、エッチング速度マイクロローディングを減少さ
せ、エッチングプロセスをストップさせかねない過度に
厚いパッシベーション層の堆積を防ぐ。また、フルオロ
カーボンガスと炭素−酸素ガスによって比較的多量の遊
離炭素とＣＦ2ラジカルができて誘電層のエッチング速
度を遅くするが、窒素種がフッ素、ＣＦxと反応して基
板２５からパッシベーション堆積物４６をエッチングし
て除くＮＦ3を生成すると考えられる。よって、たとえ
ばＮ2、ＮＯ2、ＮＯxなどのフッ素を含まない窒素含有
ガス、なかでもＮ2を用いるのが望ましい。フルオロカ
ーボンガスと窒素含有ガスの体積流量比は約５：１〜
１：５、好ましくは約３：１〜１：３、最も好ましくは
約２：１〜約１：２であるのが望ましい。
等は、フルオロカーボンと炭素−酸素含有ガスとの結合
によって予期しない効果をもたらす。上述のとおり、フ
ルオロカーボンと炭素−酸素ガスの成分は解離して、被
エッチング表面形状４５の側壁４８にポリマーパッシベ
ーション堆積物４６を形成するためのＣＦ2種を生成す
る。窒素含有ガスはＣＦ2ラジカルの一部と反応して揮
発性のＣＮラジカルを生成し、これがプロセスチャンバ
５０から排出されると考えられる。この結果、プラズマ
ゾーン内の酸素種が増加し、遊離炭素と反応して基板２
５に形成されるパッシベーション堆積物４６の量を減少
させ、エッチング速度マイクロローディングを減少さ
せ、エッチングプロセスをストップさせかねない過度に
厚いパッシベーション層の堆積を防ぐ。また、フルオロ
カーボンガスと炭素−酸素ガスによって比較的多量の遊
離炭素とＣＦ2ラジカルができて誘電層のエッチング速
度を遅くするが、窒素種がフッ素、ＣＦxと反応して基
板２５からパッシベーション堆積物４６をエッチングし
て除くＮＦ3を生成すると考えられる。よって、たとえ
ばＮ2、ＮＯ2、ＮＯxなどのフッ素を含まない窒素含有
ガス、なかでもＮ2を用いるのが望ましい。フルオロカ
ーボンガスと窒素含有ガスの体積流量比は約５：１〜
１：５、好ましくは約３：１〜１：３、最も好ましくは
約２：１〜約１：２であるのが望ましい。
【００２２】最適なエッチング結果を出すためには、フ
ルオロカーボンガス：炭素−酸素ガス：窒素含有ガスの
体積流量比は、側壁４８と新しくエッチングされた表面
形状４５の低部へのパッシベーション堆積物４６の形成
速度がパッシベーション堆積物４６の除去速度にほぼ等
しくなるように、選択される。これにより高いエッチン
グ選択率比が得られ、たとえば誘電体とレジストのエッ
チング選択率比は少なくとも約１０：１が得られ、同時
に誘電層２０を少なくとも１００ｎｍ／分、より一般的
には２００〜５００ｎｍ／分という高エッチング速度で
エッチングし、エッチング速度マイクロローディングを
減少させる。基板２５が誘電層２０の下にたとえばポリ
シリコン、単結晶シリコン、ケイ化チタン、窒化チタ
ン、窒化シリコン層などの下層２６を備えるとき、フル
オロカーボンガス：炭素−酸素ガス：窒素含有ガスの体
積流量比を調整して、特定の組み合わせの材料に対する
エッチング選択率比、たとえば誘電体のレジスト、ポリ
シリコン、拡散防壁層、ケイ化チタン層あるいは反射防
止層などに対するエッチング選択率比を増加させること
ができる。特に、フルオロカーボンガス：炭素−酸素ガ
ス：窒素含有ガスの体積流量比は、誘電体のポリシリコ
ン、ケイ化チタンあるいは窒化チタンに対するエッチン
グ選択率比が少なくとも約２０：１、より好ましくは少
なくとも３０：１になるように選択する。また、フルオ
ロカーボンガス：炭素−酸素ガス：窒素含有ガスの体積
流量比を調整して、被エッチング表面形状４５の側壁４
８の平坦面の基板２５上の誘電層２０の表面に対する角
度が少なくとも８５°になるようにしてもよい。たとえ
ば高エッチング選択率、低エッチング速度マイクロロー
ディング、卓越したエッチング速度を与えるようなフル
オロカーボンガス：炭素−酸素ガス：窒素含有ガスの体
積流量比は約７：８：４〜約３：４：４、より好ましく
は約６：７：４〜約４：５：４の範囲である。好ましい
体積流量比をここで挙げたが、材料の様々な組み合わ
せ、たとえば表面形状のアスペクト比など表面形状の形
状に応じた調整を行い、本発明の範囲を逸脱することな
く特定のエッチング選択率、エッチング速度マイクロロ
ーディング、エッチング速度を得ることができるという
ことに注意すべきである。
ルオロカーボンガス：炭素−酸素ガス：窒素含有ガスの
体積流量比は、側壁４８と新しくエッチングされた表面
形状４５の低部へのパッシベーション堆積物４６の形成
速度がパッシベーション堆積物４６の除去速度にほぼ等
しくなるように、選択される。これにより高いエッチン
グ選択率比が得られ、たとえば誘電体とレジストのエッ
チング選択率比は少なくとも約１０：１が得られ、同時
に誘電層２０を少なくとも１００ｎｍ／分、より一般的
には２００〜５００ｎｍ／分という高エッチング速度で
エッチングし、エッチング速度マイクロローディングを
減少させる。基板２５が誘電層２０の下にたとえばポリ
シリコン、単結晶シリコン、ケイ化チタン、窒化チタ
ン、窒化シリコン層などの下層２６を備えるとき、フル
オロカーボンガス：炭素−酸素ガス：窒素含有ガスの体
積流量比を調整して、特定の組み合わせの材料に対する
エッチング選択率比、たとえば誘電体のレジスト、ポリ
シリコン、拡散防壁層、ケイ化チタン層あるいは反射防
止層などに対するエッチング選択率比を増加させること
ができる。特に、フルオロカーボンガス：炭素−酸素ガ
ス：窒素含有ガスの体積流量比は、誘電体のポリシリコ
ン、ケイ化チタンあるいは窒化チタンに対するエッチン
グ選択率比が少なくとも約２０：１、より好ましくは少
なくとも３０：１になるように選択する。また、フルオ
ロカーボンガス：炭素−酸素ガス：窒素含有ガスの体積
流量比を調整して、被エッチング表面形状４５の側壁４
８の平坦面の基板２５上の誘電層２０の表面に対する角
度が少なくとも８５°になるようにしてもよい。たとえ
ば高エッチング選択率、低エッチング速度マイクロロー
ディング、卓越したエッチング速度を与えるようなフル
オロカーボンガス：炭素−酸素ガス：窒素含有ガスの体
積流量比は約７：８：４〜約３：４：４、より好ましく
は約６：７：４〜約４：５：４の範囲である。好ましい
体積流量比をここで挙げたが、材料の様々な組み合わ
せ、たとえば表面形状のアスペクト比など表面形状の形
状に応じた調整を行い、本発明の範囲を逸脱することな
く特定のエッチング選択率、エッチング速度マイクロロ
ーディング、エッチング速度を得ることができるという
ことに注意すべきである。
【００２３】好ましくは、不活性ガスをプロセスガスに
加えて、新たにエッチングされた表面形状４５の側壁４
８にパッシベーション堆積物４６をスパッタさせるイオ
ン化したスパッタ種を生成する。また、不活性ガスもイ
オン化してプロセスガスの解離を促すイオン化した準安
定状態を形成する。よって、不活性ガスに広範な励起エ
ネルギーをもたせることも望ましく、そうすることによ
ってプロセスガスの解離を促すエネルギー移動反応が励
起した不活性ガスとプロセスガスの間で起こる。好適な
不活性ガスはアルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、
クリプトンを含み、その中でもアルゴンが好ましい。十
分な量の不活性ガスがプロセスガスに加えられて、パッ
シベーション堆積物４６が基板２５からスパッタされる
のを促進し、プロセスガスの解離を高める。しかしなが
ら、過度に不活性ガスの流量を増やすと基板２５上のレ
ジストをスパッタすることになり、レジストに小面（フ
ァセット）を形成し、レジストの下にある誘電層２０を
エッチングし、高プロファイルマイクロローディングを
引き起こす。したがって、不活性ガスとプロセスガスの
体積流量比は約３：１〜約１：２であることが好まし
い。
加えて、新たにエッチングされた表面形状４５の側壁４
８にパッシベーション堆積物４６をスパッタさせるイオ
ン化したスパッタ種を生成する。また、不活性ガスもイ
オン化してプロセスガスの解離を促すイオン化した準安
定状態を形成する。よって、不活性ガスに広範な励起エ
ネルギーをもたせることも望ましく、そうすることによ
ってプロセスガスの解離を促すエネルギー移動反応が励
起した不活性ガスとプロセスガスの間で起こる。好適な
不活性ガスはアルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、
クリプトンを含み、その中でもアルゴンが好ましい。十
分な量の不活性ガスがプロセスガスに加えられて、パッ
シベーション堆積物４６が基板２５からスパッタされる
のを促進し、プロセスガスの解離を高める。しかしなが
ら、過度に不活性ガスの流量を増やすと基板２５上のレ
ジストをスパッタすることになり、レジストに小面（フ
ァセット）を形成し、レジストの下にある誘電層２０を
エッチングし、高プロファイルマイクロローディングを
引き起こす。したがって、不活性ガスとプロセスガスの
体積流量比は約３：１〜約１：２であることが好まし
い。
【００２４】高エッチング選択率でシリコン基板２５上
の酸化シリコン層をエッチングするのに適した一つの好
ましいプロセスガスの組成は、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ8、Ｃ
Ｏ、Ｎ2とアルゴンを備える。ここで述べているプロセ
スチャンバ５０の体積に対して、（ｉ）ＣＨＦ3の好適
な流量は約１０〜約６０ｓｃｃｍ、より望ましくは約２
０〜約５０ｓｃｃｍ、（ｉｉ）Ｃ4Ｆ8の好適な流量は約
０．５〜約４０ｓｃｃｍ、より望ましくは約２〜約２０
ｓｃｃｍ、（ｉｉｉ）ＣＯの好適な流量は約１０〜９０
ｓｃｃｍ、より望ましくは約２０〜約６０ｓｃｃｍ、
（ｉｖ）Ｎ2の好適な流量は約５〜約８０ｓｃｃｍ、よ
り望ましくは約１０〜約４０ｓｃｃｍ、（ｖ）アルゴン
の好適な流量は約５０〜約３００ｓｃｃｍ、より望まし
くは約１００〜約２５０ｓｃｃｍである。実際の流量は
プロセスチャンバ５０の体積に依存するので、本発明は
ここで挙げた流量に限定されるものではない。
の酸化シリコン層をエッチングするのに適した一つの好
ましいプロセスガスの組成は、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ8、Ｃ
Ｏ、Ｎ2とアルゴンを備える。ここで述べているプロセ
スチャンバ５０の体積に対して、（ｉ）ＣＨＦ3の好適
な流量は約１０〜約６０ｓｃｃｍ、より望ましくは約２
０〜約５０ｓｃｃｍ、（ｉｉ）Ｃ4Ｆ8の好適な流量は約
０．５〜約４０ｓｃｃｍ、より望ましくは約２〜約２０
ｓｃｃｍ、（ｉｉｉ）ＣＯの好適な流量は約１０〜９０
ｓｃｃｍ、より望ましくは約２０〜約６０ｓｃｃｍ、
（ｉｖ）Ｎ2の好適な流量は約５〜約８０ｓｃｃｍ、よ
り望ましくは約１０〜約４０ｓｃｃｍ、（ｖ）アルゴン
の好適な流量は約５０〜約３００ｓｃｃｍ、より望まし
くは約１００〜約２５０ｓｃｃｍである。実際の流量は
プロセスチャンバ５０の体積に依存するので、本発明は
ここで挙げた流量に限定されるものではない。
【００２５】本発明のエッチングプロセスは、エッチン
グ速度マイクロローディングと誘電体エッチング速度を
犠牲にすることなく高選択率で誘電層２０にエッチング
を施す。ここでエッチング選択率比とは、誘電層２０の
エッチング速度と、他の材料を備える近接する層（下側
には反射防止層、拡散防壁層、ケイ化チタン層やポリシ
リコン層等、上側にはレジスト層等）のエッチング速度
との比を意味するものである。高エッチング速度、低マ
イクロローディング、高エッチング選択率の組み合わせ
を得るためには、パッシベーション種の基板への堆積速
度と基板からの除去速度の平衡を保ち、誘電層２０のエ
ッチングに用いられるフッ素含有種の量を制御する。過
度なパッシベーション堆積物４６によって誘電体へのエ
ッチング速度全体が落ち、エッチング速度マイクロロー
ディングが高くなる状態で、ポリマー堆積あるいは形成
を抑制すると、一般にエッチング選択率を下げることに
なる。本発明におけるフルオロカーボンガス、炭素−酸
素ガス、窒素含有ガス、不活性ガスの組み合わせによっ
て、高エッチング速度、低エッチング速度マイクロロー
ディング、高エッチング選択率という予期しない効果が
もたらされる。特に、本発明のエッチングプロセスで
は、誘電体とレジストのエッチング選択率比は少なくと
も約１０：１、誘電体とポリシリコンのエッチング選択
率比は少なくとも約２０：１、誘電体とＴｉＳｉｘのエ
ッチング選択率比は少なくとも約３０：１となり、また
少なくとも約１００ｎｍ／分、より一般的には少なくと
も約３００ｎｍ／分の高エッチング速度が得られつつ、
エッチング速度マイクロローディングは約１０％未満に
抑えられる。
グ速度マイクロローディングと誘電体エッチング速度を
犠牲にすることなく高選択率で誘電層２０にエッチング
を施す。ここでエッチング選択率比とは、誘電層２０の
エッチング速度と、他の材料を備える近接する層（下側
には反射防止層、拡散防壁層、ケイ化チタン層やポリシ
リコン層等、上側にはレジスト層等）のエッチング速度
との比を意味するものである。高エッチング速度、低マ
イクロローディング、高エッチング選択率の組み合わせ
を得るためには、パッシベーション種の基板への堆積速
度と基板からの除去速度の平衡を保ち、誘電層２０のエ
ッチングに用いられるフッ素含有種の量を制御する。過
度なパッシベーション堆積物４６によって誘電体へのエ
ッチング速度全体が落ち、エッチング速度マイクロロー
ディングが高くなる状態で、ポリマー堆積あるいは形成
を抑制すると、一般にエッチング選択率を下げることに
なる。本発明におけるフルオロカーボンガス、炭素−酸
素ガス、窒素含有ガス、不活性ガスの組み合わせによっ
て、高エッチング速度、低エッチング速度マイクロロー
ディング、高エッチング選択率という予期しない効果が
もたらされる。特に、本発明のエッチングプロセスで
は、誘電体とレジストのエッチング選択率比は少なくと
も約１０：１、誘電体とポリシリコンのエッチング選択
率比は少なくとも約２０：１、誘電体とＴｉＳｉｘのエ
ッチング選択率比は少なくとも約３０：１となり、また
少なくとも約１００ｎｍ／分、より一般的には少なくと
も約３００ｎｍ／分の高エッチング速度が得られつつ、
エッチング速度マイクロローディングは約１０％未満に
抑えられる。
【００２６】
【実施例】以下の実施例は、半導体基板上２５上の誘電
層２０にエッチングを施す本発明の使用例を示したもの
である。しかし、装置と方法は当業者には明らかなよう
に、ほかにも適用可能であり、本発明の範囲は以下に述
べる実施例に限定されるものではない。
層２０にエッチングを施す本発明の使用例を示したもの
である。しかし、装置と方法は当業者には明らかなよう
に、ほかにも適用可能であり、本発明の範囲は以下に述
べる実施例に限定されるものではない。
【００２７】使用された基板２５は直径２００ｍｍ（８
インチ）のシリコンウエハであり、順に、ポリシリコン
層、０．０５ミクロンのＴｉＳx、厚さ約１．５ミクロ
ンのＢＰＳＧ層で被覆されている。基板２５は、ＭｘＰ
＋ ＯＸＩＤＥ ＥＴＣＨチャンバ５０のカソード６０
の上に配置され、チャンバ５０の圧力が、約８０ｍＴｏ
ｒｒに保たれた。下で述べる特定のガス組成を備えるプ
ロセスガスを、プロセスチャンバ５０ないに導入した。
そののち、プラズマをプラズマゾーン５５で発生させ、
基板２５上の誘電層２０をエッチングするエッチングガ
スを生成した。このプラズマは、ＲＦ電圧を約１１００
ワットの電力レベルのプロセス電極に印加することによ
って発生した。プラズマは約３０ガウスの回転磁界をプ
ラズマゾーン５５に与えることによって励起された。
インチ）のシリコンウエハであり、順に、ポリシリコン
層、０．０５ミクロンのＴｉＳx、厚さ約１．５ミクロ
ンのＢＰＳＧ層で被覆されている。基板２５は、ＭｘＰ
＋ ＯＸＩＤＥ ＥＴＣＨチャンバ５０のカソード６０
の上に配置され、チャンバ５０の圧力が、約８０ｍＴｏ
ｒｒに保たれた。下で述べる特定のガス組成を備えるプ
ロセスガスを、プロセスチャンバ５０ないに導入した。
そののち、プラズマをプラズマゾーン５５で発生させ、
基板２５上の誘電層２０をエッチングするエッチングガ
スを生成した。このプラズマは、ＲＦ電圧を約１１００
ワットの電力レベルのプロセス電極に印加することによ
って発生した。プラズマは約３０ガウスの回転磁界をプ
ラズマゾーン５５に与えることによって励起された。
【００２８】基板２５は、エッチング副生物を揮発させ
るのに十分な程度に高温に、且つ、新しくエッチングさ
れた表面形状４５の側壁のパッシベーション堆積物４６
の薄い層が揮発しない程度に低温に、冷却叉は加熱され
た。典型的な例では、圧力を約１４ｍＴｏｒｒに保っ
て、基板２５の裏面にヘリウムを流して、基板２５を１
５℃に冷却した。チャンバ壁を１５℃に加熱して壁にポ
リマー堆積物を形成した。エッチングプロセスを、基板
２５上の絶縁誘電層２０全体にエッチングを施すのに十
分な時間行い、光終点測定技術を用いて終了させた。エ
ッチングの後、従来のプロセス条件に保たれた酸素プラ
ズマを用いて残留レジストを燃焼して灰化させた。
るのに十分な程度に高温に、且つ、新しくエッチングさ
れた表面形状４５の側壁のパッシベーション堆積物４６
の薄い層が揮発しない程度に低温に、冷却叉は加熱され
た。典型的な例では、圧力を約１４ｍＴｏｒｒに保っ
て、基板２５の裏面にヘリウムを流して、基板２５を１
５℃に冷却した。チャンバ壁を１５℃に加熱して壁にポ
リマー堆積物を形成した。エッチングプロセスを、基板
２５上の絶縁誘電層２０全体にエッチングを施すのに十
分な時間行い、光終点測定技術を用いて終了させた。エ
ッチングの後、従来のプロセス条件に保たれた酸素プラ
ズマを用いて残留レジストを燃焼して灰化させた。
【００２９】エッチングされたウエハのＳＥＭ写真を用
いて以下のことを測定した。（ｉ）誘電体エッチング速
度、（ｉｉ）誘電体エッチングとＴｉＳx、ポリシリコ
ン、またはフォトレジストへのエッチングのエッチング
選択率比、（ｉｉｉ）エッチング速度均一性、（ｉｖ）
側壁４８のプロファイル角度、（ｖ）％エッチング速度
マイクロローディング。エッチング速度はウエハ内でエ
ッチングされた表面形状４５の深さを測定することによ
って算出した。エッチング選択率比は誘電層２０のエッ
チング速度とＴｉＳｉx、ポリシリコンあるいはフォト
レジスト層のエッチング速度の比から算出した。エッチ
ング速度均一性は少なくとも１５の異なる測定点を使
い、下式によって算出した： 均一性＝（最大エッチング速度 − 最小エッチング速
度）／（２平均エッチング速度）。
いて以下のことを測定した。（ｉ）誘電体エッチング速
度、（ｉｉ）誘電体エッチングとＴｉＳx、ポリシリコ
ン、またはフォトレジストへのエッチングのエッチング
選択率比、（ｉｉｉ）エッチング速度均一性、（ｉｖ）
側壁４８のプロファイル角度、（ｖ）％エッチング速度
マイクロローディング。エッチング速度はウエハ内でエ
ッチングされた表面形状４５の深さを測定することによ
って算出した。エッチング選択率比は誘電層２０のエッ
チング速度とＴｉＳｉx、ポリシリコンあるいはフォト
レジスト層のエッチング速度の比から算出した。エッチ
ング速度均一性は少なくとも１５の異なる測定点を使
い、下式によって算出した： 均一性＝（最大エッチング速度 − 最小エッチング速
度）／（２平均エッチング速度）。
【００３０】％エッチング速度マイクロローディング
は、基板上で異なるサイズの表面形状をエッチングした
ときに得られるエッチング速度差の目安であり、下式か
らパーセント値として算出される： ％マイクロローディング＝（大きな表面形状のエッチン
グ速度 − 小さな表面形状のエッチング速度）／（大き
な表面形状のエッチング速度）ｘ１００。
は、基板上で異なるサイズの表面形状をエッチングした
ときに得られるエッチング速度差の目安であり、下式か
らパーセント値として算出される： ％マイクロローディング＝（大きな表面形状のエッチン
グ速度 − 小さな表面形状のエッチング速度）／（大き
な表面形状のエッチング速度）ｘ１００。
【００３１】下の実施例では、％エッチング速度マイク
ロローディングを、直径約１．１ミクロンの大きなサイ
ズのホールと直径約０．５ミクロンの小さなサイズのホ
ールについて測定し、エッチング速度は、基板２５の中
心と周縁部で平均したものである。
ロローディングを、直径約１．１ミクロンの大きなサイ
ズのホールと直径約０．５ミクロンの小さなサイズのホ
ールについて測定し、エッチング速度は、基板２５の中
心と周縁部で平均したものである。
【００３２】（実施例１〜６）本発明のエッチングプロ
セスを従来のガス組成の異なるエッチングプロセスと比
較するために、表１に示されるようないくつかの実験を
行った。
セスを従来のガス組成の異なるエッチングプロセスと比
較するために、表１に示されるようないくつかの実験を
行った。
【００３３】
【表１】 これらの実施例から、本発明のエッチングプロセスの効
果が例証される。特に、実施例６は、本発明におけるＣ
ＨＦ3／Ｎ2／ＣＯ／Ｃ4Ｆ8／Ａｒを備えるプロセスガス
は、３５０ｎｍ／分を超える高エッチング速度、誘電体
の対ケイ化チタンのエッチング選択率比は４０：１を上
回り、対ポリシリコンは１５：１、対フォトレジストは
１０：１という優れたエッチング選択率比を示してい
る。誘電層２０内でエッチングされた表面形状４５のプ
ロファイル角度は約８５°〜約８８°、％マイクロロー
ディングは１０％未満であった。一方、表に掲載された
そのほかのエッチングガス組成では、例えば実施例１、
２の場合に見られるようにエッチング選択率比が本発明
より低いか、実施例３の場合に見られるようにエッチン
グ速度が本発明より低いものであった。実施例４は最も
高いエッチング速度を示したものの、誘電体とフォトレ
ジストのエッチング選択率比は容認できないほどの低さ
で、レジストエッチング速度が比較的高いため、チャン
バ壁に過度なポリマー堆積物を形成することになった。
実施例５では、高いエッチング速度と優れたエッチング
選択率を示したが、％マイクロローディングは＞５０％
であり、容認できないものであった。
果が例証される。特に、実施例６は、本発明におけるＣ
ＨＦ3／Ｎ2／ＣＯ／Ｃ4Ｆ8／Ａｒを備えるプロセスガス
は、３５０ｎｍ／分を超える高エッチング速度、誘電体
の対ケイ化チタンのエッチング選択率比は４０：１を上
回り、対ポリシリコンは１５：１、対フォトレジストは
１０：１という優れたエッチング選択率比を示してい
る。誘電層２０内でエッチングされた表面形状４５のプ
ロファイル角度は約８５°〜約８８°、％マイクロロー
ディングは１０％未満であった。一方、表に掲載された
そのほかのエッチングガス組成では、例えば実施例１、
２の場合に見られるようにエッチング選択率比が本発明
より低いか、実施例３の場合に見られるようにエッチン
グ速度が本発明より低いものであった。実施例４は最も
高いエッチング速度を示したものの、誘電体とフォトレ
ジストのエッチング選択率比は容認できないほどの低さ
で、レジストエッチング速度が比較的高いため、チャン
バ壁に過度なポリマー堆積物を形成することになった。
実施例５では、高いエッチング速度と優れたエッチング
選択率を示したが、％マイクロローディングは＞５０％
であり、容認できないものであった。
【００３４】（実施例７〜１５）実施例７〜１５では、
ＣＨＦ3と窒素の体積流量比を２3直交マトリクスをとも
なう要因配置実験法を用いて最適化した。表２に示され
るように、３つの流量を２つのプロセス変数のそれぞれ
について選択した。
ＣＨＦ3と窒素の体積流量比を２3直交マトリクスをとも
なう要因配置実験法を用いて最適化した。表２に示され
るように、３つの流量を２つのプロセス変数のそれぞれ
について選択した。
【００３５】
【表２】 これらの実験においては、プロセスチャンバ５０内の圧
力を８０ｍＴｏｒｒに保ち、磁界を３０ガウスに保っ
た。カソード６０とチャンバ壁の温度は１５℃に保っ
た。ヘリウムをウエハの裏面に１４Ｔｏｒｒの圧力で流
した。Ｃ4Ｈ8の流量を５ｓｃｃｍに、ＣＯ流量を３０ｓ
ｃｃｍに、アルゴン流量を２００ｓｃｃｍに保った。電
力レベル１１００ワットの電流をカソード電極６０に印
加しプロセスチャンバ５０内にプラズマを生成するため
のＲＦバイアスを発生させた。
力を８０ｍＴｏｒｒに保ち、磁界を３０ガウスに保っ
た。カソード６０とチャンバ壁の温度は１５℃に保っ
た。ヘリウムをウエハの裏面に１４Ｔｏｒｒの圧力で流
した。Ｃ4Ｈ8の流量を５ｓｃｃｍに、ＣＯ流量を３０ｓ
ｃｃｍに、アルゴン流量を２００ｓｃｃｍに保った。電
力レベル１１００ワットの電流をカソード電極６０に印
加しプロセスチャンバ５０内にプラズマを生成するため
のＲＦバイアスを発生させた。
【００３６】実施例７−１５の結果を表３に示す。ま
た、図３〜図８は、エッチング速度、均一性、誘電体と
ポリシリコンあるいはフォトレジストの選択率比、プロ
ファイル角度、％マイクロローディングの変化を、Ｎ2
とＣＨＦ3の体積流量の関数として示している。図３
は、ＣＨＦ3の流量が高くなるにつれてエッチング速度
が速くなることを示している。図４によれば、ＣＨＦ3
の流量が高くなるにつれてエッチング速度における非均
一性が減少するものの、Ｎ2の流量の増加がエッチング
全体の非均一性を減少させるているように思われる。図
５は誘電体とポリシリコンをエッチングするためのエッ
チング選択率比が、Ｎ2の流量が増加するにつれ低下す
ることを示している。図６は誘電体とフォトレジストを
エッチングするためのエッチング選択率比は、Ｎ2流量
の増加、またＣＨＦ3の減少にともない実質的に低下す
ることを示している。図７はエッチングされた表面形状
４５の側壁４８のプロファイル角度は、ＣＨＦ3流量が
高くなるにつれ小さくなり、Ｎ2流量が増加するにつれ
大きくなることを示している。図８はマイクロローディ
ングがＮ2をプロセスガスに加えるのにともなって実質
的に低下することを示している。
た、図３〜図８は、エッチング速度、均一性、誘電体と
ポリシリコンあるいはフォトレジストの選択率比、プロ
ファイル角度、％マイクロローディングの変化を、Ｎ2
とＣＨＦ3の体積流量の関数として示している。図３
は、ＣＨＦ3の流量が高くなるにつれてエッチング速度
が速くなることを示している。図４によれば、ＣＨＦ3
の流量が高くなるにつれてエッチング速度における非均
一性が減少するものの、Ｎ2の流量の増加がエッチング
全体の非均一性を減少させるているように思われる。図
５は誘電体とポリシリコンをエッチングするためのエッ
チング選択率比が、Ｎ2の流量が増加するにつれ低下す
ることを示している。図６は誘電体とフォトレジストを
エッチングするためのエッチング選択率比は、Ｎ2流量
の増加、またＣＨＦ3の減少にともない実質的に低下す
ることを示している。図７はエッチングされた表面形状
４５の側壁４８のプロファイル角度は、ＣＨＦ3流量が
高くなるにつれ小さくなり、Ｎ2流量が増加するにつれ
大きくなることを示している。図８はマイクロローディ
ングがＮ2をプロセスガスに加えるのにともなって実質
的に低下することを示している。
【００３７】
【表３】 最良の結果は実施例１１で得られた。エッチング速度は
４８１ｎｍ／分、誘電体のポリシリコンに対するエッチ
ング選択率比は１６を上回り、対フォトレジストではエ
ッチング選択率比は１１．８を上回った。誘電層２０内
でエッチングされた表面形状４５のプロファイルは約８
７°で、％マイクロローディングは約３であった。実施
例１１では、フルオロカーボンガス：炭素ー酸素ガス：
窒素含有ガスを備えるプロセスガスの体積流量比は５：
６：４であった。また、プロセスガスと不活性ガスの体
積流量比は３：８であった。さらにＣＨＦ3とＣ4Ｆ8の
体積流量比は約４：１であった。
４８１ｎｍ／分、誘電体のポリシリコンに対するエッチ
ング選択率比は１６を上回り、対フォトレジストではエ
ッチング選択率比は１１．８を上回った。誘電層２０内
でエッチングされた表面形状４５のプロファイルは約８
７°で、％マイクロローディングは約３であった。実施
例１１では、フルオロカーボンガス：炭素ー酸素ガス：
窒素含有ガスを備えるプロセスガスの体積流量比は５：
６：４であった。また、プロセスガスと不活性ガスの体
積流量比は３：８であった。さらにＣＨＦ3とＣ4Ｆ8の
体積流量比は約４：１であった。
【００３８】これらの実施例から、本発明における方法
は３５０ｎｍ／分を上回る高エッチング速度、ポリシリ
コンに対して約２０：１、フォトレジストに対して１
０：１という優れたエッチング選択率比をもたらすこと
がわかる。誘電層２０内でエッチングを施された表面形
状４５のプロファイルは８５°を超え、実質的に直角で
あり、％マイクロローディングはわずか３％であった。
は３５０ｎｍ／分を上回る高エッチング速度、ポリシリ
コンに対して約２０：１、フォトレジストに対して１
０：１という優れたエッチング選択率比をもたらすこと
がわかる。誘電層２０内でエッチングを施された表面形
状４５のプロファイルは８５°を超え、実質的に直角で
あり、％マイクロローディングはわずか３％であった。
【００３９】本発明は好ましい形態に関してかなり詳細
に説明してきたが、このほかの形態も可能である。たと
えば、フルオロカーボンガス、炭素ー酸素ガス、窒素ガ
スと同等な機能を有するガスも使用でき、このエッチン
グプロセスはたとえばケイ化物、ホウ化物、窒化物、炭
化物などの別の材料をエッチングするのにも用いること
ができる。したがって、添付の特許請求の範囲は上記の
好ましい形態の説明に限定されるものではない。
に説明してきたが、このほかの形態も可能である。たと
えば、フルオロカーボンガス、炭素ー酸素ガス、窒素ガ
スと同等な機能を有するガスも使用でき、このエッチン
グプロセスはたとえばケイ化物、ホウ化物、窒化物、炭
化物などの別の材料をエッチングするのにも用いること
ができる。したがって、添付の特許請求の範囲は上記の
好ましい形態の説明に限定されるものではない。
【００４０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、高エッチング選択性、高エッチング速度を実現
し、被エッチング表面形状の側壁に形成されるパッシベ
ーション堆積物の量を制御することにより、プロファイ
ルマイクロローディングを減少させ、実質的な異方性エ
ッチングをもたらすエッチング方法が提供される。
れば、高エッチング選択性、高エッチング速度を実現
し、被エッチング表面形状の側壁に形成されるパッシベ
ーション堆積物の量を制御することにより、プロファイ
ルマイクロローディングを減少させ、実質的な異方性エ
ッチングをもたらすエッチング方法が提供される。
【図１】図１（ａ）は基板を被覆する誘電層の概略縦断
面であり、図１（ｂ）は誘電層にエッチングを施したあ
と、実質的に異方性エッチングをされたホールが示され
ている図１（ａ）の基板の概略縦断面図であり、図１
（ｃ）は基板上で導電性インターコネクトラインを被覆
する誘電層の概略縦断面図であり、 図１（ｄ）は、誘
電層にエッチングを施した後の、実質的に異方性エッチ
ングをされたバイアが示されている図１（ｃ）の基板の
概略縦断面図である。
面であり、図１（ｂ）は誘電層にエッチングを施したあ
と、実質的に異方性エッチングをされたホールが示され
ている図１（ａ）の基板の概略縦断面図であり、図１
（ｃ）は基板上で導電性インターコネクトラインを被覆
する誘電層の概略縦断面図であり、 図１（ｄ）は、誘
電層にエッチングを施した後の、実質的に異方性エッチ
ングをされたバイアが示されている図１（ｃ）の基板の
概略縦断面図である。
【図２】図２は本発明のエッチングプロセスを実施する
のに好適なプロセスチャンバの縦断面の概略図である。
のに好適なプロセスチャンバの縦断面の概略図である。
【図３】図３はＣＨＦ3とＮ2ガスの流量の増加にともな
う誘電層エッチング速度変化を示すグラフである。
う誘電層エッチング速度変化を示すグラフである。
【図４】図４はＣＨＦ3とＮ2ガスの流量の増加にともな
う基板での誘電体エッチング均一性変化を示すグラフで
ある。
う基板での誘電体エッチング均一性変化を示すグラフで
ある。
【図５】図５はＣＨＦ3とＮ2ガスの流量の増加にともな
うＢＰＳＧとポリシリコンのエッチング選択率比の変化
を示すグラフである。
うＢＰＳＧとポリシリコンのエッチング選択率比の変化
を示すグラフである。
【図６】図６はＣＨＦ3とＮ2ガスの流量の増加にともな
うＢＰＳＧとフォトレジストのエッチング選択率比の変
化を示すグラフである。
うＢＰＳＧとフォトレジストのエッチング選択率比の変
化を示すグラフである。
【図７】図７はＣＨＦ3とＮ2ガスの流量の増加にともな
う誘電層を介してエッチングされる表面形状のプロファ
イル角度の変化を示すグラフである。
う誘電層を介してエッチングされる表面形状のプロファ
イル角度の変化を示すグラフである。
【図８】図８はＣＨＦ3とＮ2ガスの流量の増加にともな
う％マイクロローディングの変化を示すグラフである。
う％マイクロローディングの変化を示すグラフである。
２０…誘電層、２５…基板、４５…表面形状、４８…側
壁、５０…プロセスチャンバ、５５…プラズマゾーン、
６０，６５…電極。
壁、５０…プロセスチャンバ、５５…プラズマゾーン、
６０，６５…電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホンチン シャン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， タンブル ウェイ 3630 (72)発明者 マイケル ウェルチ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， リヴァーモア， ローマ ストリート 940
Claims (13)
- 【請求項１】（ａ）レジスト材料を自身の上に有する誘
電層を備える基板を、プロセスゾーンに配置するステッ
プと、 （ｂ）（ｉ）誘電層にエッチングを施するための、また
前記基板上にパッシベーション堆積物を形成するため
の、フルオロカーボンガスと、（ｉｉ）前記パッシベー
ション堆積物の形成を促進するための炭素−酸素ガス
と、（ｉｉｉ）前記基板上に形成されたパッシベーショ
ン堆積物の少なくとも一部にエッチングを施すための窒
素含有ガスとを備えるプロセスガスを、前記プロセスゾ
ーン内に導入し、該プロセスガスからプラズマを生成す
るステップとを有するエッチング方法。 - 【請求項２】 該ステップ（ｂ）において、（ｉ）誘電
体とレジストにエッチングを施す際のエッチング選択率
比は少なくとも約１０：１に、（ｉｉ）エッチング速度
マイクロローディングは約１０％未満に、（ｉｉｉ）誘
電体へのエッチング速度は少なくとも約１００ｎｍ／分
になるように、フルオロカーボンガス：炭素ー酸素ガ
ス：窒素含有ガスの体積流量比が選択される請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 該ステップ（ｂ）において、フルオロカ
ーボンガス：炭素ー酸素ガス：窒素含有ガスの体積流量
比は （１）パッシベーション堆積物の形成速度は前記パッシ
ベーション堆積物の除去速度とほぼ等しくなるように、
且つ、 （２）誘電層の下に下層があり、該下層がポリシリコン
層又は単結晶シリコン層又はケイ化チタン層又は拡散防
壁層又は反射防止層を備える場合、誘電層をエッチング
する際の誘電層対下層のエッチング選択率比は少なくと
も２０：１となるように、選択される請求項１又は２の
いずれかに記載の方法。 - 【請求項４】 フルオロカーボンガス：炭素ー酸素ガ
ス：窒素含有ガスの体積流量比が７：８：４〜３：４：
４である請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 フルオロカーボンガス：炭素ー酸素ガ
ス：窒素含有ガスの体積流量比が６：７：４〜４：５：
４である請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 フルオロカーボンガスと窒素ガスの体積
流量が、５：１〜１：５である請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 窒素含有ガスが、フッ素を含まず、
Ｎ2、Ｎ2Ｏ、ＮＯxの少なくとも一つを備える請求項１
〜６のいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】 炭素ー酸素ガスの流量が、フルオロカー
ボンガスの流量より小さいか等しい請求項１〜７のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項９】 フルオロカーボンガスが、（ｉ）水素を
含有する第１のフルオロカーボンと、（ｉｉ）水素を含
有しない第２のフルオロカーボンとを備える請求項１〜
８のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１０】 （１）前記第１のフルオロカーボンガ
スが、ＣＨＦ3、ＣＨ3Ｆ、Ｃ2ＨＦ5、ＣＨ2Ｆ2またはＣ
2Ｈ4Ｆ6の少なくとも一つを有し、 （２）前記第２のフルオロカーボンガスが、ＣＦ4、Ｃ2
Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8またはＣ4Ｆ10の少なくとも一つを
有し、 （３）炭素−酸素ガスの流量が、前記第１のフルオロカ
ーボンガスと第２のフルオロカーボンガスの流量の合計
以下であり、 （４）前記第１のフルオロカーボンガスと前記第２のフ
ルオロカーボンガスの体積流量比が１：１〜１０：１の
範囲にある請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記プロセスガスが、前記基板をスパ
ッタするための不活性ガスを有し、且つ、プロセスガス
と不活性ガスの体積流量比が３：１〜１：２の範囲であ
る請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１２】 前記プロセスガスが、ＣＨＦ3と、Ｃ4
Ｆ8と、ＣＯと、Ｎ2と、不活性ガスとからなるグループ
から選択される請求項１〜１１のいずれか一つに記載の
方法。 - 【請求項１３】 （１）ＣＨＦ3とＣ4Ｆ8の体積流量比
が１：１〜１０：１の範囲であるか、 （２）ＣＨＦ3とＣ4Ｆ8の流量の合計とＮ2流量との比が
５：１〜１：５の範囲であるか、又は、 ３）炭素−酸素ガスの流量がＣＨＦ3ガスとＣ4Ｆ8ガス
の流量の合計以下であるかである請求項１２に記載の方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/639388 | 1996-04-29 | ||
| US08/639,388 US5843847A (en) | 1996-04-29 | 1996-04-29 | Method for etching dielectric layers with high selectivity and low microloading |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1041274A true JPH1041274A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=24563888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9112887A Withdrawn JPH1041274A (ja) | 1996-04-29 | 1997-04-30 | 誘電層のエッチング方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5843847A (ja) |
| EP (1) | EP0805485A3 (ja) |
| JP (1) | JPH1041274A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002500442A (ja) * | 1997-12-29 | 2002-01-08 | ラム リサーチ コーポレーション | 半導体デバイスのためのセルフアライメントコンタクト |
| JP2002514012A (ja) * | 1998-05-05 | 2002-05-14 | ラム リサーチ コーポレーション | 炭化フッ素ガスケミストリーを用いた二酸化珪素をエッチングする方法 |
| JP2002526919A (ja) * | 1998-09-30 | 2002-08-20 | ラム リサーチ コーポレーション | 誘電材料をプラズマ・エッチングする方法 |
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| WO2009110582A1 (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-11 | 和光純薬工業株式会社 | 半導体表面用処理剤組成物及びそれを用いた半導体表面の処理方法 |
Families Citing this family (216)
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