JPH11214357A - ドライエッチング用ガス組成物およびこれを用いたドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング用ガス組成物およびこれを用いたドライエッチング方法Info
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- JPH11214357A JPH11214357A JP987998A JP987998A JPH11214357A JP H11214357 A JPH11214357 A JP H11214357A JP 987998 A JP987998 A JP 987998A JP 987998 A JP987998 A JP 987998A JP H11214357 A JPH11214357 A JP H11214357A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エッチング回数を重ねてもエッチングチャン
バ内のパーティクルレベルの悪化がなく、また、たとえ
大気中に放出されても地球環境温暖化の虞れのないエッ
チングガス組成物およびこれを用いたドライエッチング
方法を提供する。 【解決手段】 ＣＦ3 Ｉ等のＣn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物
ガスと、フッ素系ガス以外のハロゲン系ガスとを含むエ
ッチングガス組成物を用いる。このエッチングガス組成
物により、高融点金属ポリサイド層５等からなるゲート
電極材料層をドライエッチングする。 【効果】 ＣＦ3 Ｉは大気中のライフタイムが短く、ま
た地球温暖化の指標であるＧＷＰも小さい。さらにプラ
ズマ中で解離してフッ素活性種を放出するので、チャン
バ内に堆積する反応生成物を速やかに除去する。
バ内のパーティクルレベルの悪化がなく、また、たとえ
大気中に放出されても地球環境温暖化の虞れのないエッ
チングガス組成物およびこれを用いたドライエッチング
方法を提供する。 【解決手段】 ＣＦ3 Ｉ等のＣn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物
ガスと、フッ素系ガス以外のハロゲン系ガスとを含むエ
ッチングガス組成物を用いる。このエッチングガス組成
物により、高融点金属ポリサイド層５等からなるゲート
電極材料層をドライエッチングする。 【効果】 ＣＦ3 Ｉは大気中のライフタイムが短く、ま
た地球温暖化の指標であるＧＷＰも小さい。さらにプラ
ズマ中で解離してフッ素活性種を放出するので、チャン
バ内に堆積する反応生成物を速やかに除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はドライエッチング用
ガス組成物およびこれを用いたドライエッチング方法に
関し、さらに詳しくは、大気中に放出されるガスに起因
すると考えられる地球温暖化対策を考慮したドライエッ
チング用ガス組成物およびこれを用いたドライエッチン
グ方法に関する。
ガス組成物およびこれを用いたドライエッチング方法に
関し、さらに詳しくは、大気中に放出されるガスに起因
すると考えられる地球温暖化対策を考慮したドライエッ
チング用ガス組成物およびこれを用いたドライエッチン
グ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＩＳ型半導体素子を主体として構成さ
れる、ＬＳＩ等の半導体装置のゲート電極およびこのゲ
ート電極から延在する配線（以下、ゲート電極と略記す
る）は、従来より多結晶シリコンが汎用されてきた。近
年、デザインルールがサブクォータミクロンのレベルへ
と微細化されつつあり、同時にデバイスの高速化への要
求が高まるにつれ、ゲート電極材料としても多結晶シリ
コンより約１桁低い抵抗値を持つ高融点金属シリサイド
が用いられるようになりつつある。高融点金属シリサイ
ドを用いてゲート電極を形成する場合には、デバイス特
性や信頼性に影響を与え易いゲート絶縁膜との界面特性
を考慮して、まずゲート絶縁膜上に従来より実績のある
不純物含有多結晶シリコン（ＤＯＰＯＳ ; Doped Polyc
rystallineSilicon)）層を形成し、この上部にＷＳｉx
等の高融点金属シリサイド層を積層することが行われ
る。かかる積層構造は高融点金属ポリサイドと総称され
る。
れる、ＬＳＩ等の半導体装置のゲート電極およびこのゲ
ート電極から延在する配線（以下、ゲート電極と略記す
る）は、従来より多結晶シリコンが汎用されてきた。近
年、デザインルールがサブクォータミクロンのレベルへ
と微細化されつつあり、同時にデバイスの高速化への要
求が高まるにつれ、ゲート電極材料としても多結晶シリ
コンより約１桁低い抵抗値を持つ高融点金属シリサイド
が用いられるようになりつつある。高融点金属シリサイ
ドを用いてゲート電極を形成する場合には、デバイス特
性や信頼性に影響を与え易いゲート絶縁膜との界面特性
を考慮して、まずゲート絶縁膜上に従来より実績のある
不純物含有多結晶シリコン（ＤＯＰＯＳ ; Doped Polyc
rystallineSilicon)）層を形成し、この上部にＷＳｉx
等の高融点金属シリサイド層を積層することが行われ
る。かかる積層構造は高融点金属ポリサイドと総称され
る。
【０００３】またシリコン・ゲルマニウムはシリコンよ
りバンドギャップが小さく、１Ｖ以下の低電圧範囲では
その組成により仕事関数を制御することができる。した
がって、組成制御された多結晶シリコン・ゲルマニウム
をゲート電極材料に用いて、仕事関数により閾値電圧を
制御することも可能である。
りバンドギャップが小さく、１Ｖ以下の低電圧範囲では
その組成により仕事関数を制御することができる。した
がって、組成制御された多結晶シリコン・ゲルマニウム
をゲート電極材料に用いて、仕事関数により閾値電圧を
制御することも可能である。
【０００４】従来より、これらゲート電極材料層のドラ
イエッチングには、ＨＢｒ等の臭素系ガスや、Ｃｌ2 等
の塩素系ガスを用いた異方性エッチングが採用されてい
る。これら臭素系ガスや塩素系ガスから生成されるイオ
ン種は、フッ素系ガスから生成されるイオン種より質量
が大きく、イオンアシスト反応の機構による異方性エッ
チングが可能である。
イエッチングには、ＨＢｒ等の臭素系ガスや、Ｃｌ2 等
の塩素系ガスを用いた異方性エッチングが採用されてい
る。これら臭素系ガスや塩素系ガスから生成されるイオ
ン種は、フッ素系ガスから生成されるイオン種より質量
が大きく、イオンアシスト反応の機構による異方性エッ
チングが可能である。
【０００５】また、レジストマスクの表面を蒸気圧の低
いＣＢｒx 系ポリマやＣＣｌx 系ポリマで被覆すること
ができるので、レジストとの選択比を向上できる点もＢ
ｒ系ガスやＣｌ系ガスの特徴である。
いＣＢｒx 系ポリマやＣＣｌx 系ポリマで被覆すること
ができるので、レジストとの選択比を向上できる点もＢ
ｒ系ガスやＣｌ系ガスの特徴である。
【０００６】しかしながら、最近のゲート電極材料層の
ドライエッチングにおいては、被エッチング基板の大口
径化にともなうスループットの確保、均一性の向上等の
制御性の観点から、ＩＣＰ (Inductively Coupled Plas
ma) やヘリコン波プラズマ等の高密度プラズマ発生源を
持つプラズマエッチング装置の使用が主流となりつつあ
る。これら高密度プラズマエッチング装置により、所期
の制御性は達成できる一方で、高密度プラズマによるエ
ッチング反応生成物やその再解離生成物が、エッチング
チャンバ内壁に堆積し蓄積するため、パーティクルレベ
ルの悪化等による製造歩留りの低下が量産現場で問題と
なってきた。
ドライエッチングにおいては、被エッチング基板の大口
径化にともなうスループットの確保、均一性の向上等の
制御性の観点から、ＩＣＰ (Inductively Coupled Plas
ma) やヘリコン波プラズマ等の高密度プラズマ発生源を
持つプラズマエッチング装置の使用が主流となりつつあ
る。これら高密度プラズマエッチング装置により、所期
の制御性は達成できる一方で、高密度プラズマによるエ
ッチング反応生成物やその再解離生成物が、エッチング
チャンバ内壁に堆積し蓄積するため、パーティクルレベ
ルの悪化等による製造歩留りの低下が量産現場で問題と
なってきた。
【０００７】このため、本発明者らはエッチングプロセ
スを２ステップ化する方法を米国特許第５，１８０，４
６４号明細書として提案した。この方法は、高融点金属
ポリサイド層等のゲート電極材料層のエッチングにおい
て、ゲート絶縁膜が露出する直前までのジャストエッチ
ング工程ではＨＢｒ等の臭素系ガスにＳＦ6 等のフッ素
系ガスを添加し、エッチングチャンバ内のクリーニング
プロセスを兼ねるとともに、オーバーエッチング工程に
おいては臭素系ガス単独でエッチングをおこなうもので
ある。この方法により、下地のゲート絶縁膜に対する高
選択比と低パーティクル性を両立することができる。
スを２ステップ化する方法を米国特許第５，１８０，４
６４号明細書として提案した。この方法は、高融点金属
ポリサイド層等のゲート電極材料層のエッチングにおい
て、ゲート絶縁膜が露出する直前までのジャストエッチ
ング工程ではＨＢｒ等の臭素系ガスにＳＦ6 等のフッ素
系ガスを添加し、エッチングチャンバ内のクリーニング
プロセスを兼ねるとともに、オーバーエッチング工程に
おいては臭素系ガス単独でエッチングをおこなうもので
ある。この方法により、下地のゲート絶縁膜に対する高
選択比と低パーティクル性を両立することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
２ステップエッチングプロセスに用いるＳＦ6 は、大気
中では極めて安定な化合物であり、また大気中に放出さ
れた場合には、地球温暖化の一因ともなりうることが指
摘されている。同じ地球温暖化防止の観点から、その放
出を制限する動向にあるＣＯ2 と比較すると、大気中で
のライフタイムはＣＯ2 が５０〜２００年に対してＳＦ
6 は３２００年と長い。また地球温暖化の指標であるＧ
ＷＰ (Global Warming Potential) は、ＣＯ2 の１に対
してＳＦ6は２４９００と桁外れに大きい(Applied Mate
rials社資料による) 。したがって、ＳＦ6 は今後その
使用が制限される可能性も考えられ、この観点から新し
いドライエッチング用ガス組成物と、ゲート電極材料層
のドライエッチング方法が望まれる。
２ステップエッチングプロセスに用いるＳＦ6 は、大気
中では極めて安定な化合物であり、また大気中に放出さ
れた場合には、地球温暖化の一因ともなりうることが指
摘されている。同じ地球温暖化防止の観点から、その放
出を制限する動向にあるＣＯ2 と比較すると、大気中で
のライフタイムはＣＯ2 が５０〜２００年に対してＳＦ
6 は３２００年と長い。また地球温暖化の指標であるＧ
ＷＰ (Global Warming Potential) は、ＣＯ2 の１に対
してＳＦ6は２４９００と桁外れに大きい(Applied Mate
rials社資料による) 。したがって、ＳＦ6 は今後その
使用が制限される可能性も考えられ、この観点から新し
いドライエッチング用ガス組成物と、ゲート電極材料層
のドライエッチング方法が望まれる。
【０００９】本発明は、かかる従来技術の問題点を解決
することをその課題とする。すなわち本発明の課題は、
同一エッチングチャンバ内でエッチング回数を重ねても
パーティクルレベルの悪化がなく、また地球温暖化によ
る環境問題を誘発することのない、ドライエッチング用
ガス組成物およびこれを用いたエッチング方法を提供す
ることである。
することをその課題とする。すなわち本発明の課題は、
同一エッチングチャンバ内でエッチング回数を重ねても
パーティクルレベルの悪化がなく、また地球温暖化によ
る環境問題を誘発することのない、ドライエッチング用
ガス組成物およびこれを用いたエッチング方法を提供す
ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、Ｃn Ｆ
2n+2-xＩx 系化合物ガスをドライエッチング用ガス組成
物の一部として用いる点にある。すなわち、本発明のド
ライエッチング用ガス組成物は、Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化
合物ガスと、フッ素系ガス以外のハロゲン系ガスとを含
むことを特徴とする。ただしｎおよびｘはそれぞれ個別
に３以下の自然数を表している。ｎおよびｘが４以上の
値をとると、沸点が高くなり、気化に困難を伴うように
なるので好ましくない。
2n+2-xＩx 系化合物ガスをドライエッチング用ガス組成
物の一部として用いる点にある。すなわち、本発明のド
ライエッチング用ガス組成物は、Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化
合物ガスと、フッ素系ガス以外のハロゲン系ガスとを含
むことを特徴とする。ただしｎおよびｘはそれぞれ個別
に３以下の自然数を表している。ｎおよびｘが４以上の
値をとると、沸点が高くなり、気化に困難を伴うように
なるので好ましくない。
【００１１】また本発明の請求項４のドライエッチング
方法は、基板上に形成されたゲート電極材料層のドライ
エッチング方法であって、Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガ
スと、フッ素系ガス以外のハロゲン系ガスとを含むガス
組成物を用いてエッチングすることを特徴とする。
方法は、基板上に形成されたゲート電極材料層のドライ
エッチング方法であって、Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガ
スと、フッ素系ガス以外のハロゲン系ガスとを含むガス
組成物を用いてエッチングすることを特徴とする。
【００１２】さらに本発明の請求項５のドライエッチン
グ方法は、基板上に形成されたゲート電極材料層のドラ
イエッチング方法であって、Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物
ガスと、フッ素系ガス以外のハロゲン系ガスとを含むガ
ス組成物を用いてゲート電極材料層をジャストエッチン
グする工程と、このガス組成物から、Ｃn Ｆ2n+2-xＩx
系化合物ガスを除外してゲート電極材料層をオーバーエ
ッチングする工程とを有することを特徴とする。いずれ
のドライエッチング方法においても、ｎおよびｘはそれ
ぞれ個別に３以下の自然数を表す。
グ方法は、基板上に形成されたゲート電極材料層のドラ
イエッチング方法であって、Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物
ガスと、フッ素系ガス以外のハロゲン系ガスとを含むガ
ス組成物を用いてゲート電極材料層をジャストエッチン
グする工程と、このガス組成物から、Ｃn Ｆ2n+2-xＩx
系化合物ガスを除外してゲート電極材料層をオーバーエ
ッチングする工程とを有することを特徴とする。いずれ
のドライエッチング方法においても、ｎおよびｘはそれ
ぞれ個別に３以下の自然数を表す。
【００１３】本発明で用いるＣn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物
ガスは、ＣＦ3 Ｉ、ＣＦ2 Ｉ2 およびＣＦＩ3 のうちの
いずれか少なくとも１種であることが望ましい。しかし
ながら、ガス供給手段としてのバブラ加熱手段や、ガス
配管加熱手段を有するドライエッチング装置であれば、
沸点の高いＣ2 Ｆ5 ＩやＣ3 Ｆ7 Ｉ等の高次化合物を用
いることもできる。
ガスは、ＣＦ3 Ｉ、ＣＦ2 Ｉ2 およびＣＦＩ3 のうちの
いずれか少なくとも１種であることが望ましい。しかし
ながら、ガス供給手段としてのバブラ加熱手段や、ガス
配管加熱手段を有するドライエッチング装置であれば、
沸点の高いＣ2 Ｆ5 ＩやＣ3 Ｆ7 Ｉ等の高次化合物を用
いることもできる。
【００１４】また本発明で採用するフッ素系ガス以外の
ハロゲン系ガスは、Ｃｌ2 等の塩素系ガス、ＨＢｒ等の
臭素系ガス、およびＨＩ等の沃素系ガスのうちのいずれ
か少なくとも１種であることが望ましい。
ハロゲン系ガスは、Ｃｌ2 等の塩素系ガス、ＨＢｒ等の
臭素系ガス、およびＨＩ等の沃素系ガスのうちのいずれ
か少なくとも１種であることが望ましい。
【００１５】つぎに作用の説明に移る。ＣＦ3 Ｉをはじ
めとするＣn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガスは、大気中に放
出された場合には極めて不安定なガスで、大気中でのラ
イフタイムは僅かに１日であり、これはＳＦ6 と１００
万分の１、ＣＯ2 と比較しても数万分の１の値である。
地球温暖化の指標であるＧＷＰは５で、これはＳＦ6 の
数千分の１の値である。これらの特性は、地球温暖化対
策を考慮した場合に好適なものである。大気中でのライ
フタイムおよびＧＷＰの値を各ガスについてまとめると
〔表１〕のようになる。
めとするＣn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガスは、大気中に放
出された場合には極めて不安定なガスで、大気中でのラ
イフタイムは僅かに１日であり、これはＳＦ6 と１００
万分の１、ＣＯ2 と比較しても数万分の１の値である。
地球温暖化の指標であるＧＷＰは５で、これはＳＦ6 の
数千分の１の値である。これらの特性は、地球温暖化対
策を考慮した場合に好適なものである。大気中でのライ
フタイムおよびＧＷＰの値を各ガスについてまとめると
〔表１〕のようになる。
【００１６】
【表１】
【００１７】またＣn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物は、分子中
に１以上のフッ素原子を有し、ゲート電極材料のメイン
エッチング種としてのフッ素ラジカル、フッ素イオンの
供給源となる。したがって、従来からのゲート電極材料
層エッチング用ガスとして用いられているＨＢｒやＣｌ
2 等に添加して用いれば、パーティクルレベルの悪化も
なく、環境問題を引き起こす虞れのないドライエッチン
グ用ガス組成物およびゲート電極材料層のドライエッチ
ング方法を提供することが可能となる。
に１以上のフッ素原子を有し、ゲート電極材料のメイン
エッチング種としてのフッ素ラジカル、フッ素イオンの
供給源となる。したがって、従来からのゲート電極材料
層エッチング用ガスとして用いられているＨＢｒやＣｌ
2 等に添加して用いれば、パーティクルレベルの悪化も
なく、環境問題を引き起こす虞れのないドライエッチン
グ用ガス組成物およびゲート電極材料層のドライエッチ
ング方法を提供することが可能となる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例につき、添付図
面を参照しながら説明するが、本発明はこれら実施例に
何ら限定されるものではない。
面を参照しながら説明するが、本発明はこれら実施例に
何ら限定されるものではない。
【００１９】〔実施例１〕本実施例はＣＦ3 Ｉを用い、
Ｗ−ｐｏｌｉｃｉｄｅ（タングステンポリサイド）から
なるゲート電極材料層を２段階エッチングした例であ
り、このエッチング工程を図１を参照して説明する。
Ｗ−ｐｏｌｉｃｉｄｅ（タングステンポリサイド）から
なるゲート電極材料層を２段階エッチングした例であ
り、このエッチング工程を図１を参照して説明する。
【００２０】本実施例で採用した試料は、図１（ａ）に
示すように、単結晶シリコン等の半導体基板１上にゲー
ト絶縁膜２、多結晶シリコン層３、高融点金属シリサイ
ド層４およびレジストマスク６が順次形成されたもので
ある。これらのうち、ゲート絶縁膜２は半導体基板１を
熱酸化することにより形成した、例えば８ｎｍの厚さの
ＳｉＯ2 からなり、多結晶シリコン層３は減圧ＣＶＤ法
により例えば７０ｎｍの厚さに形成されたｎ+ 多結晶シ
リコンからなり、高融点金属シリサイド層４は同じく減
圧ＣＶＤ法により例えば７０ｎｍの厚さに形成されたＷ
Ｓｉ2 からなる。これらのうち、多結晶シリコン層３お
よび高融点金属シリサイド層４により、高融点金属ポリ
サイド層５からなるゲート電極材料層が構成される。ま
た、レジストマスク６は化学増幅型レジストおよびエキ
シマレーザリソグラフィにより、例えば０．２５μｍの
デザインルールでパターニングされたものである。
示すように、単結晶シリコン等の半導体基板１上にゲー
ト絶縁膜２、多結晶シリコン層３、高融点金属シリサイ
ド層４およびレジストマスク６が順次形成されたもので
ある。これらのうち、ゲート絶縁膜２は半導体基板１を
熱酸化することにより形成した、例えば８ｎｍの厚さの
ＳｉＯ2 からなり、多結晶シリコン層３は減圧ＣＶＤ法
により例えば７０ｎｍの厚さに形成されたｎ+ 多結晶シ
リコンからなり、高融点金属シリサイド層４は同じく減
圧ＣＶＤ法により例えば７０ｎｍの厚さに形成されたＷ
Ｓｉ2 からなる。これらのうち、多結晶シリコン層３お
よび高融点金属シリサイド層４により、高融点金属ポリ
サイド層５からなるゲート電極材料層が構成される。ま
た、レジストマスク６は化学増幅型レジストおよびエキ
シマレーザリソグラフィにより、例えば０．２５μｍの
デザインルールでパターニングされたものである。
【００２１】図１（ａ）に示す試料を、ＩＣＰタイプの
エッチング装置の基板ステージ上に搬入し、下記エッチ
ング条件により２ステップエッチングをおこなった。
エッチング装置の基板ステージ上に搬入し、下記エッチ
ング条件により２ステップエッチングをおこなった。
【００２２】Ｓｔｅｐ１ ： ジャストエッチング ＣＦ3 Ｉ １０ ｓｃｃｍ ＨＢｒ ４０ ｓｃｃｍ Ｏ2 ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．４ Ｐａ ソースパワー １０００ Ｗ ＲＦバイアス １００ Ｗ 基板ステージ温度 ２５ ℃ このジャストエッチング工程では、図１（ｂ）に示すよ
うに下地のゲート絶縁膜２が露出する直前まで、高融点
金属ポリサイド層５をエッチングした。ジャストエッチ
ング時間は、予め確認しておいた高融点金属シリサイド
層４および多結晶シリコン層３のエッチングレートに基
づき設定する。この工程では、試料面内のプラズマ強度
分布等により、下地のゲート絶縁膜２の一部が不可避的
に露出してもよい。
うに下地のゲート絶縁膜２が露出する直前まで、高融点
金属ポリサイド層５をエッチングした。ジャストエッチ
ング時間は、予め確認しておいた高融点金属シリサイド
層４および多結晶シリコン層３のエッチングレートに基
づき設定する。この工程では、試料面内のプラズマ強度
分布等により、下地のゲート絶縁膜２の一部が不可避的
に露出してもよい。
【００２３】つぎにエッチングガスを切り換え、レジス
トマスク６から露出した高融点金属ポリサイド層５の厚
さ方向の残部をオーバーエッチングする。 Ｓｔｅｐ２ ： オーバーエッチング ＨＢｒ ４０ ｓｃｃｍ Ｏ2 ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．４ Ｐａ ソースパワー １０００ Ｗ ＲＦバイアス ２０ Ｗ 基板ステージ温度 ２５ ℃ この結果、図１（ｃ）に示すように高融点金属ポリサイ
ド層５からなるゲート電極が異方性よく形成された。こ
のゲート電極長は０．２５μｍであり、レジストマスク
６とのパターン変換差の発生は認められなかった。
トマスク６から露出した高融点金属ポリサイド層５の厚
さ方向の残部をオーバーエッチングする。 Ｓｔｅｐ２ ： オーバーエッチング ＨＢｒ ４０ ｓｃｃｍ Ｏ2 ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．４ Ｐａ ソースパワー １０００ Ｗ ＲＦバイアス ２０ Ｗ 基板ステージ温度 ２５ ℃ この結果、図１（ｃ）に示すように高融点金属ポリサイ
ド層５からなるゲート電極が異方性よく形成された。こ
のゲート電極長は０．２５μｍであり、レジストマスク
６とのパターン変換差の発生は認められなかった。
【００２４】本実施例においては、ジャストエッチング
工程でＣＦ3 Ｉを含むガス組成物を用いたため、レジス
トマスクや高融点金属シリサイド層あるいは多結晶シリ
コン層のエッチング反応生成物としてチャンバ内壁に堆
積する付着物は、ＣＦ3 Ｉから解離生成したＦラジカル
等のフッ素活性種により容易に除去される。したがっ
て、エッチングが進行しても、あるいはエッチングの回
数を重ねても、チャンバ内のパーティクルレベルが悪化
することはない。またＣＦ3 Ｉ自体から発生するカーボ
ン系ポリマや炭素は、添加ガスの酸素によって除去され
るので、この面からのパーティクルレベルの悪化の虞れ
もない。さらに、オーバーエッチング工程ではＣＦ3 Ｉ
を除外したため、下地のゲート絶縁膜との高選択比も達
成される。
工程でＣＦ3 Ｉを含むガス組成物を用いたため、レジス
トマスクや高融点金属シリサイド層あるいは多結晶シリ
コン層のエッチング反応生成物としてチャンバ内壁に堆
積する付着物は、ＣＦ3 Ｉから解離生成したＦラジカル
等のフッ素活性種により容易に除去される。したがっ
て、エッチングが進行しても、あるいはエッチングの回
数を重ねても、チャンバ内のパーティクルレベルが悪化
することはない。またＣＦ3 Ｉ自体から発生するカーボ
ン系ポリマや炭素は、添加ガスの酸素によって除去され
るので、この面からのパーティクルレベルの悪化の虞れ
もない。さらに、オーバーエッチング工程ではＣＦ3 Ｉ
を除外したため、下地のゲート絶縁膜との高選択比も達
成される。
【００２５】〔実施例２〕本実施例は同じくＣＦ3 Ｉを
用い、多結晶シリコンからなるゲート電極材料層を２段
階エッチングした例であり、このエッチング工程を図２
を参照して説明する。
用い、多結晶シリコンからなるゲート電極材料層を２段
階エッチングした例であり、このエッチング工程を図２
を参照して説明する。
【００２６】本実施例で採用した試料は、図２（ａ）に
示すように、単結晶シリコン等の半導体基板１上にゲー
ト絶縁膜２、多結晶シリコン層３、およびレジストマス
ク６が順次形成されたものである。これらのうち、ゲー
ト絶縁膜２は半導体基板１を熱酸化することにより形成
した、例えば８ｎｍの厚さのＳｉＯ2 からなり、ゲート
電極材料層を構成する多結晶シリコン層３は減圧ＣＶＤ
法により例えば１５０ｎｍの厚さに形成されたｎ+多結
晶シリコンからなる。また、レジストマスク６は化学増
幅型レジストおよびエキシマレーザリソグラフィによ
り、例えば０．２５μｍのデザインルールでパターニン
グされたものである。
示すように、単結晶シリコン等の半導体基板１上にゲー
ト絶縁膜２、多結晶シリコン層３、およびレジストマス
ク６が順次形成されたものである。これらのうち、ゲー
ト絶縁膜２は半導体基板１を熱酸化することにより形成
した、例えば８ｎｍの厚さのＳｉＯ2 からなり、ゲート
電極材料層を構成する多結晶シリコン層３は減圧ＣＶＤ
法により例えば１５０ｎｍの厚さに形成されたｎ+多結
晶シリコンからなる。また、レジストマスク６は化学増
幅型レジストおよびエキシマレーザリソグラフィによ
り、例えば０．２５μｍのデザインルールでパターニン
グされたものである。
【００２７】図２（ａ）に示す試料を、ＩＣＰタイプの
エッチング装置の基板ステージ上に搬入し、下記エッチ
ング条件により２ステップエッチングをおこなった。
エッチング装置の基板ステージ上に搬入し、下記エッチ
ング条件により２ステップエッチングをおこなった。
【００２８】Ｓｔｅｐ１ ： ジャストエッチング ＣＦ3 Ｉ １０ ｓｃｃｍ ＨＩ ３０ ｓｃｃｍ Ｏ2 ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．４ Ｐａ ソースパワー １２００ Ｗ ＲＦバイアス １００ Ｗ 基板ステージ温度 ２５ ℃ このジャストエッチング工程では、図２（ｂ）に示すよ
うに下地のゲート絶縁膜２が露出する直前まで、多結晶
シリコン層３をエッチングした。ジャストエッチング時
間は、予め確認しておいた多結晶シリコン層３のエッチ
ングレートに基づき設定する。この工程では、試料面内
のプラズマ強度分布等に起因して、下地のゲート絶縁膜
２の一部が露出してもよい。
うに下地のゲート絶縁膜２が露出する直前まで、多結晶
シリコン層３をエッチングした。ジャストエッチング時
間は、予め確認しておいた多結晶シリコン層３のエッチ
ングレートに基づき設定する。この工程では、試料面内
のプラズマ強度分布等に起因して、下地のゲート絶縁膜
２の一部が露出してもよい。
【００２９】つぎにエッチングガスを切り換え、多結晶
シリコン層３の残部をオーバーエッチングする。 Ｓｔｅｐ２ ： オーバーエッチング ＨＩ ３０ ｓｃｃｍ Ｏ2 ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．４ Ｐａ ソースパワー ８００ Ｗ ＲＦバイアス ２０ Ｗ 基板ステージ温度 ２５ ℃ この結果、図２（ｃ）に示すように多結晶シリコン層３
からなるゲート電極が異方性よく形成された。このゲー
ト電極長は０．２５μｍであり、レジストマスク６との
パターン変換差の発生は認められなかった。
シリコン層３の残部をオーバーエッチングする。 Ｓｔｅｐ２ ： オーバーエッチング ＨＩ ３０ ｓｃｃｍ Ｏ2 ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．４ Ｐａ ソースパワー ８００ Ｗ ＲＦバイアス ２０ Ｗ 基板ステージ温度 ２５ ℃ この結果、図２（ｃ）に示すように多結晶シリコン層３
からなるゲート電極が異方性よく形成された。このゲー
ト電極長は０．２５μｍであり、レジストマスク６との
パターン変換差の発生は認められなかった。
【００３０】本実施例においても、ジャストエッチング
工程でＣＦ3 Ｉを含むガス組成物を用いたため、レジス
トマスクや多結晶シリコン層のエッチング反応生成物と
してチャンバ内壁に堆積する付着物は、ＣＦ3 Ｉから解
離生成したＦラジカル等のフッ素活性種により容易に除
去される。したがって、エッチングが進行しても、ある
いはエッチングの回数を重ねても、チャンバ内のパーテ
ィクルレベルが悪化することはない。またＣＦ3 Ｉ自体
から発生するカーボン系ポリマや炭素は、添加ガスの酸
素によって除去されるので、この面からのパーティクル
レベルの悪化の虞れもない。さらに、オーバーエッチン
グ工程ではＣＦ3 Ｉを除外したため、下地のゲート絶縁
膜との高選択比も達成される。
工程でＣＦ3 Ｉを含むガス組成物を用いたため、レジス
トマスクや多結晶シリコン層のエッチング反応生成物と
してチャンバ内壁に堆積する付着物は、ＣＦ3 Ｉから解
離生成したＦラジカル等のフッ素活性種により容易に除
去される。したがって、エッチングが進行しても、ある
いはエッチングの回数を重ねても、チャンバ内のパーテ
ィクルレベルが悪化することはない。またＣＦ3 Ｉ自体
から発生するカーボン系ポリマや炭素は、添加ガスの酸
素によって除去されるので、この面からのパーティクル
レベルの悪化の虞れもない。さらに、オーバーエッチン
グ工程ではＣＦ3 Ｉを除外したため、下地のゲート絶縁
膜との高選択比も達成される。
【００３１】以上、本発明を２例の実施例をもって説明
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。
【００３２】例えば、Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガスの
代表例としてＣＦ3 Ｉを採用したが、ＣＦ2 Ｉ2 やＣＦ
Ｉ3 、あるいはＣ2 Ｆ5 ＩやＣ3 Ｆ7 Ｉ等の高次化合物
を用いても同様の効果を得ることができる。
代表例としてＣＦ3 Ｉを採用したが、ＣＦ2 Ｉ2 やＣＦ
Ｉ3 、あるいはＣ2 Ｆ5 ＩやＣ3 Ｆ7 Ｉ等の高次化合物
を用いても同様の効果を得ることができる。
【００３３】またＣn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガスに添加
するフッ素系以外のハロゲン系ガスとして例示したＨＢ
ｒおよびＨＩ以外にも、ＢＢｒ3 、Ｂｒ2 、Ｓ2 Ｂｒ2
等の臭素系ガス、Ｉ2 等の沃素系ガスを用いてよい。さ
らにＣｌ2 、ＢＣｌ3 、Ｓ2 Ｃｌ2 等の塩素系ガや、Ｉ
Ｃｌ、ＩＣｌ3 、ＢｒＣｌ3 等のインターハロゲン化合
物ガスであってもよい。エッチングガス組成物にはこの
他に添加ガスとしてＮ2 あるいはＡｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｘ
ｅ等の希ガスを混合してもよい。
するフッ素系以外のハロゲン系ガスとして例示したＨＢ
ｒおよびＨＩ以外にも、ＢＢｒ3 、Ｂｒ2 、Ｓ2 Ｂｒ2
等の臭素系ガス、Ｉ2 等の沃素系ガスを用いてよい。さ
らにＣｌ2 、ＢＣｌ3 、Ｓ2 Ｃｌ2 等の塩素系ガや、Ｉ
Ｃｌ、ＩＣｌ3 、ＢｒＣｌ3 等のインターハロゲン化合
物ガスであってもよい。エッチングガス組成物にはこの
他に添加ガスとしてＮ2 あるいはＡｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｘ
ｅ等の希ガスを混合してもよい。
【００３４】ドライエッチング方法として、ガス組成を
換えてジャストエッチング工程とオーバーエッチング工
程とからなる２段階エッチングを採用したが、下地ゲー
ト絶縁膜とのエッチング選択比が問題とならなければ、
１段階エッチングで良いことは勿論である。
換えてジャストエッチング工程とオーバーエッチング工
程とからなる２段階エッチングを採用したが、下地ゲー
ト絶縁膜とのエッチング選択比が問題とならなければ、
１段階エッチングで良いことは勿論である。
【００３５】エッチング試料として単結晶シリコンを用
いたＭＩＳ型半導体装置を例示したが、トップゲート型
あるいはボトムゲート型の薄膜半導体装置のゲート電極
材料層のエッチングに適用できることは言うまでもな
い。またゲート電極材料層として多結晶シリコン層や高
融点金属ポリサイド層の他に、多結晶シリコン・ゲルマ
ニウム層であってもよい。高融点金属ポリサイド層の下
層としては多結晶シリコンを用いるのが通常であるが、
本出願人が先に出願した特開昭６３−１６３号公報で開
示したように、非晶質シリコンを用いてもよい。非晶質
シリコンのエッチング特性は多結晶シリコンとほぼ同一
である。この非晶質シリコンも、ＭＩＳＦＥＴのゲート
電極として最終的に機能する段階では、注入不純物の活
性化熱処理工程等により多結晶シリコンに変化するの
で、ポリサイド構造となる。
いたＭＩＳ型半導体装置を例示したが、トップゲート型
あるいはボトムゲート型の薄膜半導体装置のゲート電極
材料層のエッチングに適用できることは言うまでもな
い。またゲート電極材料層として多結晶シリコン層や高
融点金属ポリサイド層の他に、多結晶シリコン・ゲルマ
ニウム層であってもよい。高融点金属ポリサイド層の下
層としては多結晶シリコンを用いるのが通常であるが、
本出願人が先に出願した特開昭６３−１６３号公報で開
示したように、非晶質シリコンを用いてもよい。非晶質
シリコンのエッチング特性は多結晶シリコンとほぼ同一
である。この非晶質シリコンも、ＭＩＳＦＥＴのゲート
電極として最終的に機能する段階では、注入不純物の活
性化熱処理工程等により多結晶シリコンに変化するの
で、ポリサイド構造となる。
【００３６】さらに、使用するエッチング装置としてＩ
ＣＰエッチング装置を例示したが、ＥＣＲプラズマエッ
チング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置、ＴＣ
Ｐ（Transformer Coupled Plasma) エッチング装置等の
高密度プラズマ発生源を有するプラズマエッチング装置
や、平行平板型ＲＩＥ装置、マグネトロンＲＩＥ装置
等、各種エッチング装置を用いてよい。
ＣＰエッチング装置を例示したが、ＥＣＲプラズマエッ
チング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置、ＴＣ
Ｐ（Transformer Coupled Plasma) エッチング装置等の
高密度プラズマ発生源を有するプラズマエッチング装置
や、平行平板型ＲＩＥ装置、マグネトロンＲＩＥ装置
等、各種エッチング装置を用いてよい。
【００３７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、同一エッチングチャンバ内でエッチング回数
を重ねてもパーティクルレベルを低下することがなく、
また地球温暖化を誘発する虞れのないドライエッチング
用ガス組成物、およびこれを用いたドライエッチング方
法を提供することが可能となる。
によれば、同一エッチングチャンバ内でエッチング回数
を重ねてもパーティクルレベルを低下することがなく、
また地球温暖化を誘発する虞れのないドライエッチング
用ガス組成物、およびこれを用いたドライエッチング方
法を提供することが可能となる。
【図１】本発明のドライエッチング方法の工程を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図２】本発明の他のドライエッチング方法の工程を示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
１…半導体基板、２…ゲート絶縁膜、３…多結晶シリコ
ン層線、４…高融点金属シリサイド層、５…高融点金属
ポリサイド層、６…レジストマスク
ン層線、４…高融点金属シリサイド層、５…高融点金属
ポリサイド層、６…レジストマスク
Claims (8)
- 【請求項１】 Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガスと、フッ
素系ガス以外のハロゲン系ガスとを含むことを特徴とす
るドライエッチング用ガス組成物（ただし、ｎおよびｘ
はそれぞれ個別に３以下の自然数を表す）。 - 【請求項２】 前記Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガスは、
ＣＦ3 Ｉ、ＣＦ2 Ｉ2およびＣＦＩ3 のうちのいずれか
少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の
ドライエッチング用ガス組成物。 - 【請求項３】 前記フッ素系ガス以外のハロゲン系ガス
は、塩素系ガス、臭素系ガスおよび沃素系ガスのうちの
いずれか少なくとも１種であることを特徴とする請求項
１記載のドライエッチング用ガス組成物。 - 【請求項４】 基板上に形成されたゲート電極材料層の
ドライエッチング方法であって、 Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガスと、フッ素系ガス以外の
ハロゲン系ガスとを含むガス組成物を用いてエッチング
することを特徴とするドライエッチング方法（ただし、
ｎおよびｘはそれぞれ個別に３以下の自然数を表す）。 - 【請求項５】 基板上に形成されたゲート電極材料層の
ドライエッチング方法であって、 Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガスと、フッ素系ガス以外の
ハロゲン系ガスとを含むガス組成物を用いて前記ゲート
電極材料層をジャストエッチングする工程と、 前記ガス組成物から、前記Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガ
スを除外して前記ゲート電極材料層をオーバーエッチン
グする工程とを有することを特徴とするドライエッチン
グ方法（ただし、ｎおよびｘはそれぞれ個別に３以下の
自然数を表す）。 - 【請求項６】 前記Ｃn Ｆ2n+2-xＩx 系化合物ガスは、
ＣＦ3 Ｉ、ＣＦ2 Ｉ2およびＣＦＩ3 のうちのいずれか
少なくとも１種であることを特徴とする請求項４または
５記載のドライエッチング方法。 - 【請求項７】 前記フッ素系ガス以外のハロゲン系ガス
は、塩素系ガス、臭素系ガスおよび沃素系ガスのうちの
いずれか少なくとも１種であることを特徴とする請求項
４または５記載のドライエッチング方法。 - 【請求項８】 前記ゲート電極材料層は、多結晶シリコ
ン層、多結晶シリコン・ゲルマニウム層および高融点金
属ポリサイド層のうちのいずれか１種であることを特徴
とする請求項４または５記載のドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP987998A JPH11214357A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | ドライエッチング用ガス組成物およびこれを用いたドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP987998A JPH11214357A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | ドライエッチング用ガス組成物およびこれを用いたドライエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214357A true JPH11214357A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11732453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP987998A Pending JPH11214357A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | ドライエッチング用ガス組成物およびこれを用いたドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11214357A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100433098B1 (ko) * | 2000-05-30 | 2004-05-28 | 샤프 가부시키가이샤 | 비-클로로플루오로카본, 불소계 화합물을 이용한 비등방성플라즈마 에칭 방법 |
-
1998
- 1998-01-21 JP JP987998A patent/JPH11214357A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100433098B1 (ko) * | 2000-05-30 | 2004-05-28 | 샤프 가부시키가이샤 | 비-클로로플루오로카본, 불소계 화합물을 이용한 비등방성플라즈마 에칭 방법 |
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