JPH11111677A

JPH11111677A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11111677A
Application number: JP9265983A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Morioka; 博森岡
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-23
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JP3883144B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、被エッチング体をエッチングする
際、加工精度を向上させるため被エッチング体の側壁に
保護膜を形成しながらエッチングを行う半導体装置の製
造方法に関し、最終的に形成されるパターンのアスペク
ト比やパターン配置の粗密度によらず保護が必要な部分
に均一に緻密で薄い側壁保護膜を形成して、パターンの
加工形状の歪みを防ぎ、かつパターンの加工精度を向上
させる。【解決手段】被エッチング体２３をエッチングするエッ
チングガスと、エッチング中の被エッチング体の側壁に
保護膜２５ａ，２５ｂを形成する炭素（Ｃ）およびフッ
素（Ｆ）を含むガスとを混合する工程と、混合ガスにパ
ルス状の電力を繰り返し印加してプラズマ化し、かつ、
デューティ比等を調整して炭素（Ｃ）およびフッ素
（Ｆ）を含むガスの解離量を調整する工程と、被エッチ
ング体２３をプラズマに曝して被エッチング体２３をエ
ッチングする工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、より詳しくは、被エッチング体をエッチン
グする際、加工精度を向上させるため被エッチング体の
側壁に保護膜を形成しながらエッチングを行う半導体装
置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置においては、集積度の
向上の結果、素子の微細化が進み、より高く、かつ均一
な加工精度が要求されるようになっている。特に、近年
のようにより微細なパターンを形成するときには、その
加工精度の高低、及び不均一性が顕著に加工形状に現れ
るため、加工形状にバラツキが生じて、出来上がったデ
バイスの性能を大きく左右することが多くなってきた。
例えば、ポリシリコン膜からなるゲート電極や配線の幅
にばらつきが生じた場合、特性が変動してしまう。

【０００３】図４（ａ）〜（ｃ）に従来例のエッチング
方法を示す。図４（ａ），（ｂ）は断面図、図４（ｃ）
は上面図である。図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、異
方性エッチングにおいては、被エッチング体１をエッチ
ングするとともに、エッチングで生じた反応生成物を被
エッチング体１の側壁に付着させて側壁保護膜５ａ、５
ｂを形成し、さらにエッチングを続けることで、加工精
度を維持してきた。なお、図中、４ａ，４ｂはレジスト
膜である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、エッチングに
より生じた反応生成物はエッチングされつつある被エッ
チング体３の側壁に等方的に飛んでくるため、形成され
るパターン３ａ，３ｂのアスペクト比の大小や、それら
のパターン配置の粗密度等により側壁保護膜５ａ，５ｂ
の厚さや組成が場所により不均一になってくる。

【０００５】即ち、図４（ｂ）に示すように、パターン
配置が密な部分では反応生成物が入り込みにくいため側
壁保護膜は薄く、パターン配置が粗な部分では反応生成
物が側壁に付着しやすいため、側壁保護膜は厚くなる。
このため、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、側壁の保
護が十分でない箇所では、側壁保護膜の再エッチングや
脱離が生じて、パターン３ａ，３ｂの加工形状の歪みが
生じたり、パターン３ａ，３ｂの細りが生じたりする恐
れがある。

【０００６】また、図５（ａ），（ｂ）は他の従来例の
エッチング方法を示す斜視図及び断面図である。図５
（ａ），（ｂ）に示すように、下地膜１２ａ，１２ｂの
表面形状、即ち表面の凹凸等により下地膜１２ａ，１２
ｂ上に形成された被エッチング体１３の膜厚ｔ１，ｔ２
に差を生じ、その膜厚の違いから、平坦な部分で被エッ
チング体１３が殆どエッチングされた後にストリングと
よばれるエッチングの残差１５が生じる。これを除去す
るためにオーバエッチングを行うと、被エッチング体１
３がほとんど存在しないためにプラズマ中にエッチャン
トが過剰になり、このため、折角形成した側壁保護膜が
再エッチングされたり、側壁保護膜が脱離したりする場
合がある。これにより、側壁保護膜が無くなった部分
や、薄くなった部分から本来エッチングされてはならな
い部分がエッチングされ、加工形状を悪化させるという
問題がある。

【０００７】さらに、上記の現象を防止するために、被
エッチング体のエッチング中に厚い膜厚の側壁保護膜を
形成できるようなプロセスを選択せざるを得ず、側壁保
護膜の膜厚の厚薄を生じさせる原因となり、加工の融通
性を損なうこともある。また、図４（ｂ）に示すよう
に、側壁保護膜５ａ，５ｂが厚くなると加工されたパタ
ーンも垂直形状の側壁（側壁の断面形状が垂直な場合を
異方性形状という。）が得られず、台形状になってしま
う。

【０００８】ところで、上記のパターン配置の粗密差に
よる加工精度の低下をなくすためには、薄い膜厚の側壁
保護膜で十分な側壁の保護が可能なエッチング方法が要
求されるが、特にハロゲン系のガスを用いた導電膜のエ
ッチングにおいては、側壁保護膜として緻密なものは得
難く、また、上記オーバエッチングの際の再反応や脱離
による保護能力の低下から側壁保護膜を薄くするという
こと自体に限界があり、微細で高精度な加工を妨げてい
た。

【０００９】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
創作されたものであり、最終的に形成されるパターンの
アスペクト比やパターン配置の粗密度によらず保護が必
要な部分に均一に緻密で薄い側壁保護膜を形成して、パ
ターンの加工形状の歪みを防ぎ、かつパターンの加工精
度を向上させることができるエッチング方法を提供する
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１の発明
である、被エッチング体をエッチングするエッチングガ
スと、エッチング中の前記被エッチング体の側壁に保護
膜を形成する炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガス
とを混合する工程と、前記混合ガスにパルス状の電力を
繰り返し印加してプラズマ化し、かつ、前記パルス高
さ，パルス幅及びデューティ比のうち少なくともいずれ
かを調整して前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む
ガスの解離量を調整する工程と、前記被エッチング体を
前記プラズマに曝して前記被エッチング体をエッチング
する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造
方法によって解決され、第２の発明である、凹凸を有す
る基板上の被エッチング体をエッチングするエッチング
ガスと、エッチング中の前記被エッチング体の側壁に保
護膜を形成する炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガ
スとを混合する工程と、前記混合ガスにパルス状の電力
を繰り返し印加してプラズマ化し、かつ、前記パルス高
さ，パルス幅及びデューティ比のうち少なくともいずれ
かを調整して前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む
ガスの解離量を調整する工程と、前記被エッチング体を
前記プラズマに曝して、前記被エッチング体をエッチン
グする工程と、前記基板の平坦部での前記被エッチング
体のエッチングが終了した後も、さらに前記被エッチン
グ体を前記プラズマに曝し続けてエッチングする工程と
を有することを特徴とする記載の半導体装置の製造方法
によって解決され、第３の発明である、前記エッチング
ガスはハロゲン又はハロゲン化水素を含むガスであるこ
とを特徴とする第１又は第２の発明に記載の半導体装置
の製造方法によって解決され、第４の発明である、前記
ハロゲン又はハロゲン化水素を含むガスは、ＮＦ₃，Ｓ
Ｆ₆，Ｃｌ₂，Ｂｒ₂，Ｉ₂，ＨＣｌ，ＨＢｒ或いはＨ
Ｉのうちいずれか一つであるか、又はそれらのうち少な
くともいずれか二つ以上の混合ガスであることを特徴と
する第３の発明に記載の半導体装置の製造方法によって
解決され、第５の発明である、前記炭素（Ｃ）およびフ
ッ素（Ｆ）を含むガスは、一般式Ｃ_nＦ_{2n +2}で表され
るガス、又は一般式Ｃ_nＨ_mＦ_{2n +2-m}（ｍ≦２ｎ＋
１）で表されるガスであることを特徴とする第１乃至第
４の発明のいずれかに記載の半導体装置の製造方法によ
って解決され、第６の発明である、前記炭素（Ｃ）およ
びフッ素（Ｆ）を含むガスは、一般式Ｃ_nＦ_{2n +2}で表
されるガス、及び一般式Ｃ_nＨ_mＦ_{2n +2-m}（ｍ≦２ｎ
＋１）で表されるガスの混合ガスであることを特徴とす
る第１乃至第４の発明のいずれかに記載の半導体装置の
製造方法によって解決され、第７の発明である、前記エ
ッチングガスと前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含
むガスとに、さらに酸素（Ｏ₂），水素（Ｈ₂）又は不
活性ガスのうち少なくともいずれかを加えることを特徴
とする第１乃至第６の発明のいずれかに記載の半導体装
置の製造方法によって解決され、第８の発明である、前
記エッチングガスと前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）
を含むガスとに、さらにＣＯ又はＣＯ₂を加えることを
特徴とする第１乃至第６の発明のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法によって解決され、第９の発明であ
る、被エッチング体をエッチングするハロゲン又はハロ
ゲン化水素を含むエッチングガスにＣＯ，ＣＯ₂又はＯ
₂を加えて、パルス状の電力を所定のデューティ比で繰
り返し印加してプラズマ化する工程と、前記被エッチン
グ体を前記プラズマに曝して前記被エッチング体をエッ
チングする工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法によって解決される。

【００１１】本発明においては、反応ガスとしてエッチ
ングガスと保護膜を形成する炭素（Ｃ）およびフッ素
（Ｆ）を含むガスとの混合ガスを用いている。エッチン
グガスとして、例えばＮＦ₃，ＳＦ₆，Ｃｌ₂，Ｂ
ｒ₂，Ｉ₂，ＨＣｌ，ＨＢｒ或いはＨＩのうちいずれか
一つ、又はそれらのうち少なくともいずれか二つ以上の
混合ガスを用いる。これらのエッチングガスにより、シ
リコン膜やアルミニウム膜等（被エッチング体）のエッ
チングが可能である。

【００１２】また、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含
むガスとして、一般式Ｃ_nＦ_{2n +2}で表されるガス、例
えばＣＦ₄、又は一般式Ｃ_nＨ_mＦ_{2n +2-m}（ｍ≦２ｎ
＋１）で表されるガス、例えばＣＨＦ₃を用いる。この
様な保護膜を形成するガスを用いると、上記エッチング
ガスによるシリコンのエッチングにより反応生成物Ｓｉ
Ｃｌ_x，ＳｉＣｌ_xＯ_x等が生じてパターンの側壁に付
着し、側壁保護膜が形成されるとともに、その側壁保護
膜中に炭素及びフッ素が取り込まれる。又、パルス電力
の印加により、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガ
スの解離量を調整して側壁保護膜中の炭素やフッ素の量
を調整することができる。

【００１３】これにより、側壁を有効に保護することが
できるとともに、保護膜の膜質を適正に調整し、側壁保
護膜が除去しにくくなるという弊害を避けることができ
る。また、ＣＦ₄やＣＨＦ₃等はそれ自体で反応して強
力なポリマを形成するため、そのポリマからなる膜は薄
い膜厚となりやすいパターンの部分の側壁保護膜として
有効である。さらに、凹凸を有する基板の平坦部の被エ
ッチング体をエッチングした後エッチング残差を除去す
るためさらにオーバエッチングをする場合、エッチング
による反応生成物の発生が少なくなるが、この場合でも
ＣＦ₄やＣＨＦ₃等はそれ自体で反応して強力なポリマ
を形成するため有効である。

【００１４】また、混合ガスにパルス状の電力を繰り返
し印加してプラズマ化し、かつ、パルス幅及びデューテ
ィ比等を調整して炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む
ガスの解離量を調整している。ところで、異方性を向上
させるため低圧化すると、保護膜を形成するＣ及びＦの
含有ガスの解離量が促進される。保護膜を形成するガ
ス、例えばＣＦ₄やＣＨＦ₃が下地膜、例えばシリコン
酸化膜等のエッチングガスでもある場合、解離量が多い
と被エッチング体と下地膜とのエッチング選択性が十分
にとれなくなる。このため、印加電力をパルス状とし、
そのパルス幅やデューティ比等を調整してＣＦ₄等の解
離量を調整することにより、十分なエッチング選択性を
得るようにすることができる。

【００１５】さらに、反応ガスに酸素を添加することに
より、下地膜との選択性を向上させることができる。ま
た、反応ガスに水素を添加することにより、保護膜を形
成するガスによる成膜を促進させることができる。ま
た、反応ガスに不活性ガスを添加することにより、反応
ガスが希釈されるため、反応ガスの分子のエッチング室
内での滞留時間が短くなる。従って、不活性ガスの流量
を調整することで側壁保護膜の膜厚を制御することがで
きる。

【００１６】また、保護膜を形成するガスとしてのＣ及
びＦの含有ガスの代わりに、自身では成膜しないＣＯや
ＣＯ₂を用いてもよい。この場合も、Ｃを含む反応生成
物からなる側壁保護膜を形成することができるので、高
精度、かつ異方性形状を有するパターンの形成に有効で
ある。さらに、場合により、エッチングガスに保護膜形
成ガスを加えずに酸素だけを加えてもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実
施の形態に係るエッチング方法に用いるエッチング装置
の構成について示す側面図である。発散磁場型のＥＣＲ
（Electron Cyclotron Resonance）によるエッチング装
置である。

【００１８】図１において、１１１は減圧可能な容器
で、上部がプラズマ生成室１０１であり、下部がエッチ
ング室１０２である。プラズマ生成室１０１とエッチン
グ室１０２は連通している。プラズマ生成室１０１には
反応ガスの導入口１０４が設けられており、反応ガスの
導入口１０４から反応ガスがプラズマ生成室１０１に導
入される。

【００１９】プラズマ生成室１０１には導波管１０３が
接続されており、導波管１０３は周波数２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波の電力をプラズマ生成室１０１に導く。プ
ラズマ生成室１０１の周囲にはマグネットコイル１０６
が設けられており、発生させた磁場による電子の回転運
動とマイクロ波の周波数を一致させることにより、共鳴
吸収を起こさせて電子にマイクロ波エネルギを吸収さ
せ、さらにそのエネルギを反応ガスに与えて反応ガスを
プラズマ化する。下流のマグネットコイル１０７はプラ
ズマを下流のエッチング室１０２に導き、所定のプラズ
マ分布形状とするために設けられている。

【００２０】また、エッチング室１０２には排気口１０
５が設けられており、排気口１０５には図示しない排気
装置が接続されている。排気口１０５を通して両室１０
１，１０２が減圧される。また、エッチング室１０２に
は基板載置台１０８が備えられ、エッチングすべき被エ
ッチング体が形成されたウエハ１０９が置かれる。基板
載置台１０８には周波数１３．５６ＭＨｚ又は４００ｋ
Ｈｚの高周波電力を供給する電源１１０が接続されてい
る。

【００２１】上記エッチング装置を用いて被エッチング
体のエッチングを行う場合は以下のように行う。即ち、
基板載置台１０８にウエハ１０９を載置し、基板載置台
１０８に電源１１０から高周波電力を印加する。そし
て、プラズマ生成室１０１に反応ガスを導入し、導波管
１０３によりマイクロ波の電力をプラズマ生成室１０１
に導く。所定のパルス幅、所定のデューティ比のパルス
状のマイクロ波の電力を印加する。これにより、エッチ
ングガスがプラズマ化されるとともに、保護膜形成ガス
の解離が調整される。このとき、高周波電力とプラズマ
とにより、ウエハ１０９は所定値の負の直流電圧でバイ
アスされる。

【００２２】この様にして生成されたプラズマはプラズ
マ生成室１０１からエッチング室１０２に流れる。基板
載置台１０８上の被エッチング体がプラズマに曝されて
エッチングされる。上記のエッチング装置やエッチング
方法においては、反応ガスとしてエッチングガスと保護
膜を形成するガスとの混合ガスを用いる。

【００２３】反応ガスのうちエッチングガスとしてＮＦ
₃，ＳＦ₆，Ｃｌ₂，Ｂｒ₂，Ｉ₂，ＨＣｌ，ＨＢｒ或
いはＨＩのうちいずれか一つ、又はそれらのうち少なく
ともいずれか二つ以上の混合ガスを用いる。これらのエ
ッチングガスを用いてシリコン膜やアルミニウム膜等
（被エッチング体）のエッチングが可能である。また、
反応ガスのうち保護膜を形成するガスとして、一般式Ｃ
_nＦ_{2n +2}で表されるガス、例えばＣＦ₄、又は一般式
Ｃ_nＨ_mＦ_{2n +2-m}（ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガス、
例えばＣＨＦ₃を用いる。この様な保護膜を形成するガ
スを用いると、エッチングにより反応生成物ＳｉＣ
ｌ_x，ＳｉＣｌ_xＯ_x等が生じてパターンの側壁に付着
し、側壁保護膜が形成されるとともに、その側壁保護膜
中に炭素やフッ素が取り込まれる。なお、フッ素や炭素
の取り込み量はパルス電力のデューティ比等の調整によ
り保護膜形成ガスの解離量を調整することで、調整可能
である。炭素は側壁保護膜を緻密化し、硬くするが、フ
ッ素がともに取り込まれることで側壁保護膜を適度な硬
さとする。これにより、側壁を有効に保護することがで
きるとともに、あまり硬すぎると側壁保護膜が除去しに
くくなるという弊害を避けることができる。また、ＣＦ
₄やＣＨＦ₃等はそれ自体で反応してポリマを形成する
ため、そのポリマからなる膜は側壁保護膜が薄くなりや
すいパターンの部分の側壁保護膜の形成材料として有効
である。また、凹凸を有する基板の平坦部の被エッチン
グ体をエッチングし、さらにエッチング残差を除去する
ためオーバエッチングをする場合、エッチングによる反
応生成物の発生が少なくなるが、この場合でもＣＦ₄や
ＣＨＦ₃等はそれ自体で反応して強力なポリマを形成す
るため有効である。

【００２４】さらに、反応ガスをプラズマ化する場合、
図２（ａ），（ｂ）に示すように、所定の電力及びパル
ス幅のパルスを繰り返し印加することによりマイクロ波
の電力を印加する。この様にするのは、以下の理由によ
る。即ち、保護膜形成ガスとして用いるＣＦ₄やＣＨＦ
₃は下地膜であるシリコン酸化膜等のエッチングガスで
あるため、活性化される量が多いと被エッチング体と下
地膜とのエッチング選択性が十分にとれなくなる。この
ため、印加電力をパルス状とし、そのパルス高さ、パル
ス幅及びデューティ比のうち少なくともいずれかを調整
することによりＣＦ₄等の解離量を調整し、十分なエッ
チング選択性が得られるようにする。従って、保護膜形
成ガスは、パルス幅やデューティ比等を調整することに
より解離量が容易に調整できるような、所謂パルス敏感
なガスである必要がある。一方、エッチングガスはパル
ス幅やデューティ比の変化によって解離量があまり変化
しないで、かつ印加パルスで十分にイオン化するような
ガスである必要がある。

【００２５】この場合、マイクロ波電力として、図２
（ａ）又は図２（ｂ）に示すようなパルス列を印加す
る。図２（ａ）はデューティ比５０％の場合を示し、図
２（ｂ）は５０％より小さいデューティ比の場合を示
す。パルス幅は任意に選べるが、１００μｓ〜１ｍｓが
好ましい。また、デューティ比も任意に選べるが、特
に、それを５０％以下とすることにより、下地膜との選
択比を確保しながら緻密で、適度に硬い側壁保護膜を形
成することができる。

【００２６】次に、上記のエッチング装置を用いてポリ
シリコン膜（被エッチング体）をエッチングする場合に
ついて図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図
３（ａ），（ｂ）は断面図、図３（ｃ）は上面図で、図
３（ｂ）は図３（ｃ）のＣ−Ｃ線断面図である。まず、
図３（ａ）に示すように、シリコン基板２１に膜厚１０
０ｎｍのシリコン酸化膜２２を形成する。続いて、シリ
コン酸化膜２２上に膜厚４００ｎｍのポリシリコン膜２
３を形成した後、ポリシリコン膜２３上にレジスト膜を
形成する。その後、レジスト膜を露光し、現像すること
により、配線を形成すべき領域にレジスト膜２４ａ，２
４ｂのマスクを形成する。

【００２７】次いで、上記のエッチング装置の基板載置
台１０８にウエハ１０９を載置した後、プラズマ生成室
１０１内及びエッチング室１０２内を減圧する。次に、
ウエハ１０９を負の直流電圧でバイアスするため、基板
載置台１０８に電力２０〜６０Ｗを印加する。また、反
応ガスの導入口１０４から、流量５０sccmの塩素ガス
（Ｃｌ₂）（エッチングガス）と、流量５sccmの酸素ガ
ス（Ｏ₂）と、これらのガスに対して１０％の濃度のＣ
Ｆ₄ガス（保護膜形成ガス）とを同時に導入し、室内の
圧力を約１ｍＴｏｒｒに保持する。Ｏ₂ガスは、被エッ
チング体であるポリシリコン膜２３の下地膜であるシリ
コン酸化膜２２のエッチングを抑制して、ポリシリコン
膜２３とシリコン酸化膜２２とのエッチング選択比を向
上させるために添加するものである。

【００２８】次いで、所定のパルス幅，所定の電力のマ
イクロ波電力を所定のデューティ比で繰り返し印加す
る。ＣＦ₄の解離量を適度にするため、例えば、電力１
ｋＷとし、パルス幅を好ましくは１００μｓ〜１ｍｓの
範囲で調整し、またデューティ比を好ましくは５０％以
下で調整する。上記により、エネルギを与えられた反応
ガスはプラズマ化し、プラズマは下流のウエハ１０９に
到達する。

【００２９】次に、このプラズマを用い、レジスト膜２
４ａ，２４ｂをマスクとして、ポリシリコン膜２３をエ
ッチングする。このとき、図３（ｂ）に示すように、エ
ッチングされつつあるポリシリコン膜２３ａ，２３ｂの
側壁には、Ｃ及びＦを含む反応生成物ＳｉＣｌ_xＯ_xか
らなる側壁保護膜２５ａ，２５ｂが形成される。また、
形成すべきパターンの密な箇所では、ポリシリコン膜２
３ａ，２３ｂの側壁に反応生成物が付着しにくいが、Ｃ
Ｆ₄ガス自体が反応してポリマからなる強力な膜形成が
行われるので、その膜がポリシリコン膜２３ａ，２３ｂ
の側壁に付着すると、その膜厚が薄くても、十分にその
側壁を保護することができる。

【００３０】このように、全体として、側壁保護膜２５
ａ，２５ｂの膜厚を薄くしても、Ｃ及びＦを含むＳｉＣ
ｌ_xＯ_xは緻密で、適度に硬いため、再エッチングや脱
離を防止することができる。また、側壁保護膜２５ａ，
２５ｂの膜厚を薄くできるので、ポリシリコン膜（配
線）２３ａ，２３ｂの側壁をほぼ垂直な形状とすること
ができる。

【００３１】所定の時間保持して、下地が平坦な部分の
ポリシリコン膜２３のエッチングを終了する。その後、
ストリンガ（エッチング残差）を除去するため引き続き
エッチングを続ける。このとき、ポリシリコン膜２３
ａ，２３ｂの側壁にはＣ及びＦを含むＳｉＣｌ_xＯ_xか
らなる側壁保護膜２５ａ，２５ｂが形成されているの
で、側壁保護膜２５ａ，２５ｂの再エッチングや脱離を
防止して、異方性形状を有するゲート電極のパターンを
形成することができる。

【００３２】なお、上記では、本発明を被エッチング体
としてシリコン膜に適用しているが、アルミニウム膜
（Ａｌ膜）やその他の金属の場合にも適用することがで
きる。この場合、反応ガスのうちエッチングガスとして
ハロゲン又はハロゲン化水素ガスのうちから適当なもの
を選ぶ。例えば、Ａｌ膜の場合、Ｃｌ₂とＢＣｌ₃との
混合ガスを用いることができる。

【００３３】さらに、シリコン膜のエッチングガスとし
てＣｌ₂を用いているが、ＨＢｒを用いてもよいし、Ｃ
ｌ₂とＨＢｒとの混合ガスを用いてもよい。また、保護
膜形成ガスとしてＣＦ₄を用いているが、他のＣ，Ｆ含
有ガスを用いてもよい。さらに、被エッチング体とその
下地膜との選択比をとるためエッチングガス及び保護膜
形成ガスに酸素を添加しているが、場合により酸素を添
加しなくてもよい。

【００３４】また、エッチングガス及び保護膜形成ガス
に水素（Ｈ₂）を添加することができる。フロン系のエ
ッチングガスの場合、Ｈ₂の添加によりポリマの形成を
促進する。さらに、エッチングガス及び保護膜形成ガス
にヘリウム（Ｈｅ）を添加してもよい。Ｈｅを添加して
総流量を増やし、かつ圧力を一定にすることで、反応ガ
スが希釈されるため、反応ガスの分子のエッチング室内
での滞留時間が短くなる。このため、Ｈｅの流量を調整
することで側壁保護膜の膜厚を制御することができる。

【００３５】また、エッチングガス及び保護膜形成ガス
にＣＯやＣＯ₂を添加してもよい。さらに、エッチング
装置としてＥＣＲ型のものを用いているが、ＩＣＰ（In
ductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）型のも
のやヘリコンプラズマ型のものを用いてもよい。さら
に、Ｃ及びＦの含有ガスの代わりに、ＣＯやＣＯ₂を用
いることも可能である。この場合も、Ｃを含む反応生成
物からなる側壁保護膜を形成することができるので、高
精度、かつ異方性形状を有するパターンの形成に有効で
ある。また、場合により、エッチングガスに保護膜を形
成するガスを加えずに酸素だけを加えてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、反応
ガスとしてエッチングガスと保護膜を形成するＣ及びＦ
の含有ガスとの混合ガスを用いている。この様な反応ガ
スを用いると、上記エッチングガスによるエッチングに
より反応生成物が生じてパターンの側壁に付着し、側壁
保護膜が形成されるとともに、その側壁保護膜中に炭素
及びフッ素が取り込まれる。これにより、側壁保護膜が
緻密化し、適度に硬くなり、側壁の保護が適切に行われ
る。

【００３７】また、Ｃ及びＦの含有ガスはそれ自体で反
応して強力なポリマを形成するため、そのポリマからな
る膜は薄い膜厚となりやすい部分の側壁保護膜として有
効である。さらに、エッチングによる反応生成物が発生
しにくいオーバエッチングをする場合にも有効である。
また、混合ガスにパルス状の電力を繰り返し印加してプ
ラズマ化し、かつ、パルス幅及びデューティ比等を調整
して炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスの解離量
を調整している。

【００３８】ところで、異方性を向上させるため低圧化
するとＣ及びＦの含有ガスの解離量が促進される。保護
膜を形成するガスが被エッチング体の下地膜のエッチン
グガスでもある場合、解離量が多いと被エッチング体と
下地膜とのエッチング選択性が十分にとれなくなる。こ
の場合、印加電力をパルス状とし、そのデューティ比等
を調整することによりＣＦ₄等の解離量を調整し、十分
なエッチング選択性を得るように得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るエッチング
方法に用いるエッチング装置について示す側面図であ
る。

【図２】図２（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に
係るエッチング方法に用いる反応ガスに印加するマイク
ロ波電力のパルス列について示す図である。

【図３】図３（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に
係るエッチング方法について示す断面図、図３（ｃ）は
本発明の実施の形態に係るエッチング方法について示す
上面図であり、図３（ｂ）は図３（ｃ）のＣ−Ｃ線断面
図である。

【図４】図４（ａ），（ｂ）は、従来例に係るエッチン
グ方法について示す断面図、図４（ｃ）は従来例に係る
エッチング方法について示す上面図であり、図４（ｂ）
は図４（ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】図５（ａ）は、従来例に係るエッチング方法に
ついて示す斜視図であり、図５（ｂ）は、従来例に係る
エッチング方法について示す断面図で、図５（ａ）のＢ
−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

２１シリコン基板（半導体基板）、２２シリコン酸化膜（下地膜）、２３ポリシリコン膜（被エッチング体）、２３ａ，２３ｂポリシリコン膜（配線）、２４ａ，２４ｂレジスト膜、２５ａ，２５ｂ側壁保護膜、１０１プラズマ生成室、１０２エッチング室、１０３導波管、１０４反応ガスの導入口、１０５排気口、１０６，１０７マグネットコイル、１０８基板載置台、１０９ウエハ、１１０電源、１１１チャンバ（容器）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被エッチング体をエッチングするエッチ
ングガスと、エッチング中の前記被エッチング体の側壁
に保護膜を形成する炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含
むガスとを混合する工程と、前記混合ガスにパルス状の電力を繰り返し印加してプラ
ズマ化し、かつ、前記パルス高さ，パルス幅及びデュー
ティ比のうち少なくともいずれかを調整して前記炭素
（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスの解離量を調整す
る工程と、前記被エッチング体を前記プラズマに曝して前記被エッ
チング体をエッチングする工程とを有することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項２】凹凸を有する基板上の被エッチング体を
エッチングするエッチングガスと、エッチング中の前記
被エッチング体の側壁に保護膜を形成する炭素（Ｃ）お
よびフッ素（Ｆ）を含むガスとを混合する工程と、前記混合ガスにパルス状の電力を繰り返し印加してプラ
ズマ化し、かつ、前記パルス高さ，パルス幅及びデュー
ティ比のうち少なくともいずれかを調整して前記炭素
（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスの解離量を調整す
る工程と、前記被エッチング体を前記プラズマに曝して、前記被エ
ッチング体をエッチングする工程と、前記基板の平坦部での前記被エッチング体のエッチング
が終了した後も、さらに前記被エッチング体を前記プラ
ズマに曝し続けてエッチングする工程とを有することを
特徴とする記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記エッチングガスはハロゲン又はハロ
ゲン化水素を含むガスであることを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載のエッチング方法。
【請求項４】前記ハロゲン又はハロゲン化水素を含む
ガスは、ＮＦ₃，ＳＦ₆，Ｃｌ₂，Ｂｒ₂，Ｉ₂，ＨＣ
ｌ，ＨＢｒ或いはＨＩのうちいずれか一つであるか、又
はそれらのうち少なくともいずれか二つ以上の混合ガス
であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項５】前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含
むガスは、一般式Ｃ _nＦ_{2n +2}で表されるガス、又は一
般式Ｃ_nＨ_mＦ_{2n +2-m}（ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガ
スであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含
むガスは、一般式Ｃ _nＦ_{2n +2}で表されるガス、及び一
般式Ｃ_nＨ_mＦ_{2n +2-m}（ｍ≦２ｎ＋１）で表されるガ
スの混合ガスであることを特徴とする請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記エッチングガスと前記炭素（Ｃ）お
よびフッ素（Ｆ）を含むガスとに、さらに酸素
（Ｏ₂），水素（Ｈ₂）又は不活性ガスのうち少なくと
もいずれかを加えることを特徴とする請求項１乃至請求
項６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記エッチングガスと前記炭素（Ｃ）お
よびフッ素（Ｆ）を含むガスとに、さらにＣＯ又はＣＯ
₂を加えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のい
ずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】被エッチング体をエッチングするハロゲ
ン又はハロゲン化水素を含むエッチングガスにＣＯ，Ｃ
Ｏ₂又はＯ₂を加えて、パルス状の電力を所定のデュー
ティ比で繰り返し印加してプラズマ化する工程と、前記
被エッチング体を前記プラズマに曝して前記被エッチン
グ体をエッチングする工程とを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。