JPH1154481A - ドライエッチング方法及びドライエッチング装置 - Google Patents
ドライエッチング方法及びドライエッチング装置Info
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- JPH1154481A JPH1154481A JP9207498A JP20749897A JPH1154481A JP H1154481 A JPH1154481 A JP H1154481A JP 9207498 A JP9207498 A JP 9207498A JP 20749897 A JP20749897 A JP 20749897A JP H1154481 A JPH1154481 A JP H1154481A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロローディング効果及びサイドエッチ
を抑制する。 【解決手段】 半導体基板上１に、シリコン酸化膜２を
形成した後、ポリシリコン膜３を堆積し、フォトリソグ
ラフィによりボリシリコン膜３上にマスクパターンを形
成する第１の工程と、塩素原子を含むガスと臭素原子を
含むガスとの混合ガスに、窒素と水素からなるガスを添
加し、混合ガスを用いたプラズマによって、マスクパタ
ーンをマスクとして、ボリシリコン膜３を異方的にエッ
チングする第２の工程とを含む。このように、ボリシリ
コン膜３の最表面に反応性の低いＳｉＮ層を形成し、こ
のＳｉＮ層によってＣｌ、Ｂｒラジカルとボリシリコン
膜３との熱化学反応を抑制し、サイドエッチングの抑制
を行うことができる。また、イオン衝撃を与えた時のみ
反応が進行し、マイクロローディング効果を低減するこ
とが可能となる。
を抑制する。 【解決手段】 半導体基板上１に、シリコン酸化膜２を
形成した後、ポリシリコン膜３を堆積し、フォトリソグ
ラフィによりボリシリコン膜３上にマスクパターンを形
成する第１の工程と、塩素原子を含むガスと臭素原子を
含むガスとの混合ガスに、窒素と水素からなるガスを添
加し、混合ガスを用いたプラズマによって、マスクパタ
ーンをマスクとして、ボリシリコン膜３を異方的にエッ
チングする第２の工程とを含む。このように、ボリシリ
コン膜３の最表面に反応性の低いＳｉＮ層を形成し、こ
のＳｉＮ層によってＣｌ、Ｂｒラジカルとボリシリコン
膜３との熱化学反応を抑制し、サイドエッチングの抑制
を行うことができる。また、イオン衝撃を与えた時のみ
反応が進行し、マイクロローディング効果を低減するこ
とが可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＵＬＳＩのゲー
ト電極に用いられるポリシリコン膜のドライエッチング
方法及びドライエッチング装置に関するものである。
ト電極に用いられるポリシリコン膜のドライエッチング
方法及びドライエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＵＬＳの高集積化、微細化に対応するた
めに、ＭＯＳトランジスタのゲート電極材料として用い
られるポリシリコン膜のドライエッチングには次のよう
な課題がある。 （１）エッチング形状の制御。（２）マイクロローディ
ング効果の低減：エッチングレートのパターン依存性を
マイクロローディング効果と呼ぶ。すなわち、各パター
ンによってエッチングレートが異なると、あるパターン
ではまだエッチングが終了していないのに、あるパター
ンでは過度のオーバーエッチングがかかってしまい、エ
ッチング形状の劣化やゲート酸化膜へのダメージを与え
てしまうのである。
めに、ＭＯＳトランジスタのゲート電極材料として用い
られるポリシリコン膜のドライエッチングには次のよう
な課題がある。 （１）エッチング形状の制御。（２）マイクロローディ
ング効果の低減：エッチングレートのパターン依存性を
マイクロローディング効果と呼ぶ。すなわち、各パター
ンによってエッチングレートが異なると、あるパターン
ではまだエッチングが終了していないのに、あるパター
ンでは過度のオーバーエッチングがかかってしまい、エ
ッチング形状の劣化やゲート酸化膜へのダメージを与え
てしまうのである。
【０００３】一般にポリシリコン膜のエッチングに用い
られるガスは、ＨＢｒ（臭化水素）とＣｌ2 （塩素）の
混合ガスである。このガス系でのポリシリコン膜のエッ
チングでは、上記混合ガス系プラズマから供給されるＣ
ｌラジカル、Ｂｒラジカルと、ポリシリコン膜との以下
の反応によりエッチングが進行する。 Ｓｉ＋Ｃｌ→ ＳｉＣｌX ↑ Ｓｉ＋Ｂｒ→ ＳｉＢｒX ↑ ポリシリコンは、上記Ｃｌラジカル、Ｂｒラジカルと非
常に反応性が高くラジル主体のエッチングである。
られるガスは、ＨＢｒ（臭化水素）とＣｌ2 （塩素）の
混合ガスである。このガス系でのポリシリコン膜のエッ
チングでは、上記混合ガス系プラズマから供給されるＣ
ｌラジカル、Ｂｒラジカルと、ポリシリコン膜との以下
の反応によりエッチングが進行する。 Ｓｉ＋Ｃｌ→ ＳｉＣｌX ↑ Ｓｉ＋Ｂｒ→ ＳｉＢｒX ↑ ポリシリコンは、上記Ｃｌラジカル、Ｂｒラジカルと非
常に反応性が高くラジル主体のエッチングである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようなガス系によるポリシリコン膜のゲート電極ドラ
イエッチング方法では、先に掲げたポリシリコン電極エ
ッチングの課題を十分解決することはできない。以下、
図４を参照にしてポリシリコンエッチングの課題を説明
する。図４は、ＨＢｒ、Ｃｌ2 混合ガス系のプラズマに
よって、ポリシリコン電極をドライエッチングした場合
の形状断面の概略図である。図４（ａ）はエッチング形
状について、図４（ｂ）はマイクロローディング効果に
ついて示したものである。４１は半導体基板、４２はゲ
ート酸化膜、４３はポリシリコン、４４はフォトレジス
ト、４５は密パターンにおける一定時間でのエッチング
深さ、４６は粗パターンにおける一定時間でのエッチン
グ深さを示す。
たようなガス系によるポリシリコン膜のゲート電極ドラ
イエッチング方法では、先に掲げたポリシリコン電極エ
ッチングの課題を十分解決することはできない。以下、
図４を参照にしてポリシリコンエッチングの課題を説明
する。図４は、ＨＢｒ、Ｃｌ2 混合ガス系のプラズマに
よって、ポリシリコン電極をドライエッチングした場合
の形状断面の概略図である。図４（ａ）はエッチング形
状について、図４（ｂ）はマイクロローディング効果に
ついて示したものである。４１は半導体基板、４２はゲ
ート酸化膜、４３はポリシリコン、４４はフォトレジス
ト、４５は密パターンにおける一定時間でのエッチング
深さ、４６は粗パターンにおける一定時間でのエッチン
グ深さを示す。
【０００５】ポリシリコン電極エッチングでは、Ｃｌ、
Ｂｒラジカルとポリシリコン４３の間でエッチングが進
行する。そのため、各パターンに供給されるラジカル量
によってエッチングレートは支配される。すなわち、粗
なパターンではプラズマから多量のＣｌ、Ｂｒラジカル
が供給され、エッチングは進行しエッチングレートは大
きくなり、一定時間でのエッチング深さ４６は大きくな
る（図４（ｂ））。一方、密なパターンではプラズマか
ら基板に供給されるＣｌ、Ｂｒラジカル量は少量である
ためエッチングレートは小さくなり、一定時間でのエッ
チング深さ４５は小さくなる（図４（ｂ））。また、パ
ターン側壁に付着したＣｌ、Ｂｒラジカルとポリシリコ
ン４３との熱化学反応によってエッチングが進行し、サ
イドエッチが生じる（図４（ａ））。
Ｂｒラジカルとポリシリコン４３の間でエッチングが進
行する。そのため、各パターンに供給されるラジカル量
によってエッチングレートは支配される。すなわち、粗
なパターンではプラズマから多量のＣｌ、Ｂｒラジカル
が供給され、エッチングは進行しエッチングレートは大
きくなり、一定時間でのエッチング深さ４６は大きくな
る（図４（ｂ））。一方、密なパターンではプラズマか
ら基板に供給されるＣｌ、Ｂｒラジカル量は少量である
ためエッチングレートは小さくなり、一定時間でのエッ
チング深さ４５は小さくなる（図４（ｂ））。また、パ
ターン側壁に付着したＣｌ、Ｂｒラジカルとポリシリコ
ン４３との熱化学反応によってエッチングが進行し、サ
イドエッチが生じる（図４（ａ））。
【０００６】以上の理由で、エッチングレートのパター
ン依存性すなわちマイクロローディング効果を低減し、
かつ良好なエッチング形状を得ることは非常に困難であ
った。そのため、現状用いているガス系によるドライエ
ッチング方法では、先に示したポリシリコンゲート電極
ドライエッチングの課題を解決することは不可能であっ
た。
ン依存性すなわちマイクロローディング効果を低減し、
かつ良好なエッチング形状を得ることは非常に困難であ
った。そのため、現状用いているガス系によるドライエ
ッチング方法では、先に示したポリシリコンゲート電極
ドライエッチングの課題を解決することは不可能であっ
た。
【０００７】したがって、この発明の目的は、上記問題
点に鑑み、エッチング生成物の再供給によるマイクロロ
ーディング効果及びサイドエッチを抑制するドライエッ
チング方法及びドライエッチング装置を提供することで
ある。
点に鑑み、エッチング生成物の再供給によるマイクロロ
ーディング効果及びサイドエッチを抑制するドライエッ
チング方法及びドライエッチング装置を提供することで
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載のドライエ
ッチング方法は、半導体基板上に、絶縁膜を形成した
後、珪素を有する被エッチング材料を堆積し、フォトリ
ソグラフィにより被エッチング材料上にマスクパターン
を形成する第１の工程と、塩素原子を含むガスもしくは
臭素原子を含むガス、もしくは塩素原子を含むガスと臭
素原子を含むガスとの混合ガスであるエッチングガス
に、窒素と水素からなるガスを添加し、エッチングガス
を用いたプラズマによって、マスクパターンをマスクと
して、被エッチング材料を異方的にエッチングする第２
の工程とを含む。
ッチング方法は、半導体基板上に、絶縁膜を形成した
後、珪素を有する被エッチング材料を堆積し、フォトリ
ソグラフィにより被エッチング材料上にマスクパターン
を形成する第１の工程と、塩素原子を含むガスもしくは
臭素原子を含むガス、もしくは塩素原子を含むガスと臭
素原子を含むガスとの混合ガスであるエッチングガス
に、窒素と水素からなるガスを添加し、エッチングガス
を用いたプラズマによって、マスクパターンをマスクと
して、被エッチング材料を異方的にエッチングする第２
の工程とを含む。
【０００９】このように、塩素系のガスもしくは臭素系
のガス、もしくは塩素系のガスと臭素系のガスの混合ガ
スのエッチングガスに、窒素と水素からなるガスを添加
することにより、被エッチング材料の最表面に反応性の
低いＳｉ−Ｎ層を形成し、このＳｉ−Ｎ層によってＣ
ｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング材料との熱化学反応を
抑制し、サイドエッチングの抑制を行うことができる。
また、被エッチング材料表面に反応性の低いＳｉ―Ｎ層
が形成されるため、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング
材料の反応は抑制され、プラズマからイオンが基板表面
に入射し、衝撃を与えた時のみ反応が進行するというイ
オン支援主体の反応でエッチングが進行する。その結
果、ラジカルの入射量に関係なく、エッチングが進行
し、マイクロローディング効果を低減することが可能と
なる。さらに、基板表面にＳｉ−Ｎ層が形成されるの
で、側壁保護にエッチング生成物を用いなくともよい。
のガス、もしくは塩素系のガスと臭素系のガスの混合ガ
スのエッチングガスに、窒素と水素からなるガスを添加
することにより、被エッチング材料の最表面に反応性の
低いＳｉ−Ｎ層を形成し、このＳｉ−Ｎ層によってＣ
ｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング材料との熱化学反応を
抑制し、サイドエッチングの抑制を行うことができる。
また、被エッチング材料表面に反応性の低いＳｉ―Ｎ層
が形成されるため、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング
材料の反応は抑制され、プラズマからイオンが基板表面
に入射し、衝撃を与えた時のみ反応が進行するというイ
オン支援主体の反応でエッチングが進行する。その結
果、ラジカルの入射量に関係なく、エッチングが進行
し、マイクロローディング効果を低減することが可能と
なる。さらに、基板表面にＳｉ−Ｎ層が形成されるの
で、側壁保護にエッチング生成物を用いなくともよい。
【００１０】請求項２記載のドライエッチング方法は、
請求項１において、窒素と水素からなるガスがＮＨ3 も
しくはＮ2 Ｈ4 であることを特徴とする。このように、
窒素と水素からなるガスがＮＨ3 もしくはＮ2 Ｈ4 であ
るので、被エッチング材料表面へのＳｉ−Ｎ層の形成
を、ＮＨ3 もしくはＮ2 Ｈ4 の添加によるプラズマ中に
Ｎラジカルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ→ＳｉＮ といった反応により行うことができる。
請求項１において、窒素と水素からなるガスがＮＨ3 も
しくはＮ2 Ｈ4 であることを特徴とする。このように、
窒素と水素からなるガスがＮＨ3 もしくはＮ2 Ｈ4 であ
るので、被エッチング材料表面へのＳｉ−Ｎ層の形成
を、ＮＨ3 もしくはＮ2 Ｈ4 の添加によるプラズマ中に
Ｎラジカルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ→ＳｉＮ といった反応により行うことができる。
【００１１】請求項３記載のドライエッチング方法は、
半導体基板上に、絶縁膜を形成した後、珪素を有する被
エッチング材料を堆積し、フォトリソグラフィにより被
エッチング材料上にマスクパターンを形成する第１の工
程と、塩素原子を含むガスもしくは臭素原子を含むガ
ス、もしくは塩素原子を含むガスと臭素原子を含むガス
との混合ガスであるエッチングガスに、窒素と酸素から
なるガスを添加し、エッチングガスを用いたプラズマに
よって、マスクパターンをマスクとして、被エッチング
材料を異方的にエッチングする第２の工程とを含む。
半導体基板上に、絶縁膜を形成した後、珪素を有する被
エッチング材料を堆積し、フォトリソグラフィにより被
エッチング材料上にマスクパターンを形成する第１の工
程と、塩素原子を含むガスもしくは臭素原子を含むガ
ス、もしくは塩素原子を含むガスと臭素原子を含むガス
との混合ガスであるエッチングガスに、窒素と酸素から
なるガスを添加し、エッチングガスを用いたプラズマに
よって、マスクパターンをマスクとして、被エッチング
材料を異方的にエッチングする第２の工程とを含む。
【００１２】このように、塩素系のガスもしくは臭素系
のガス、もしくは塩素系のガスと臭素系のガスの混合ガ
スのエッチングガスに、窒素と酸素からなるガスを添加
することにより、被エッチング材料の最表面に反応性の
低いＳｉ−Ｏ−Ｎ層を形成し、このＳｉ−Ｏ−Ｎ層によ
ってＣｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング材料との熱化学
反応を抑制し、サイドエッチングの抑制を行うことがで
きる。また、被エッチング材料表面に反応性の低いＳｉ
−Ｏ−Ｎ層が形成されるため、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被
エッチング材料の反応は抑制され、プラズマからイオン
が基板表面に入射し、衝撃を与えた時のみ反応が進行す
るというイオン支援主体の反応でエッチングが進行す
る。その結果、ラジカルの入射量に関係なく、エッチン
グが進行し、マイクロローディング効果を低減すること
が可能となる。さらに、基板表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ層が形
成されるので、側壁保護にエッチング生成物を用いなく
ともよい。
のガス、もしくは塩素系のガスと臭素系のガスの混合ガ
スのエッチングガスに、窒素と酸素からなるガスを添加
することにより、被エッチング材料の最表面に反応性の
低いＳｉ−Ｏ−Ｎ層を形成し、このＳｉ−Ｏ−Ｎ層によ
ってＣｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング材料との熱化学
反応を抑制し、サイドエッチングの抑制を行うことがで
きる。また、被エッチング材料表面に反応性の低いＳｉ
−Ｏ−Ｎ層が形成されるため、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被
エッチング材料の反応は抑制され、プラズマからイオン
が基板表面に入射し、衝撃を与えた時のみ反応が進行す
るというイオン支援主体の反応でエッチングが進行す
る。その結果、ラジカルの入射量に関係なく、エッチン
グが進行し、マイクロローディング効果を低減すること
が可能となる。さらに、基板表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ層が形
成されるので、側壁保護にエッチング生成物を用いなく
ともよい。
【００１３】請求項４記載のドライエッチング方法は、
請求項３において、窒素と酸素からなるガスがＮＯ、Ｎ
Ｏ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 のうち少なくとも１種以上であ
ることを特徴とする。このように、窒素と酸素からなる
ガスがＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 のうち少なくと
も１種以上であるので、被エッチング材料表面へのＳｉ
−Ｏ−Ｎ層の形成を、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3
の添加によるプラズマ中にＮラジカルとＯラジカルを発
生させ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ→ＳｉＯＮ といった反応により行うことができる。
請求項３において、窒素と酸素からなるガスがＮＯ、Ｎ
Ｏ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 のうち少なくとも１種以上であ
ることを特徴とする。このように、窒素と酸素からなる
ガスがＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 のうち少なくと
も１種以上であるので、被エッチング材料表面へのＳｉ
−Ｏ−Ｎ層の形成を、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3
の添加によるプラズマ中にＮラジカルとＯラジカルを発
生させ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ→ＳｉＯＮ といった反応により行うことができる。
【００１４】請求項５記載のドライエッチング方法は、
半導体基板上に、絶縁膜を形成した後、珪素を有する被
エッチング材料を堆積し、フォトリソグラフィにより被
エッチング材料上にマスクパターンを形成する第１の工
程と、塩素原子を含むガスもしくは臭素原子を含むガ
ス、もしくは塩素原子を含むガスと臭素原子を含むガス
との混合ガスであるエッチングガスに、窒素と酸素と塩
素からなるガスを添加し、エッチングガスを用いたプラ
ズマによって、マスクパターンをマスクとして、被エッ
チング材料を異方的にエッチングする第２の工程とを含
む。
半導体基板上に、絶縁膜を形成した後、珪素を有する被
エッチング材料を堆積し、フォトリソグラフィにより被
エッチング材料上にマスクパターンを形成する第１の工
程と、塩素原子を含むガスもしくは臭素原子を含むガ
ス、もしくは塩素原子を含むガスと臭素原子を含むガス
との混合ガスであるエッチングガスに、窒素と酸素と塩
素からなるガスを添加し、エッチングガスを用いたプラ
ズマによって、マスクパターンをマスクとして、被エッ
チング材料を異方的にエッチングする第２の工程とを含
む。
【００１５】このように、塩素系のガスもしくは臭素系
のガス、もしくは塩素系のガスと臭素系のガスの混合ガ
スのエッチングガスに、窒素と酸素と塩素からなるガス
を添加することにより、被エッチング材料の最表面に反
応性の低いＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層を形成し、このＳｉ−
Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層によってＣｌ、Ｂｒラジカルと被エッチ
ング材料との熱化学反応を抑制し、サイドエッチングの
抑制を行うことができる。また、被エッチング材料表面
に反応性の低いＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層が形成されるた
め、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング材料の反応は抑
制され、プラズマからイオンが基板表面に入射し、衝撃
を与えた時のみ反応が進行するというイオン支援主体の
反応でエッチングが進行する。その結果、ラジカルの入
射量に関係なく、エッチングが進行し、マイクロローデ
ィング効果を低減することが可能となる。さらに、基板
表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層が形成されるので、側壁保
護にエッチング生成物を用いなくともよい。また、添加
ガス中からもメインエチャントであるＣｌラジカルが発
生するためエッチングレートの向上も期待できる。
のガス、もしくは塩素系のガスと臭素系のガスの混合ガ
スのエッチングガスに、窒素と酸素と塩素からなるガス
を添加することにより、被エッチング材料の最表面に反
応性の低いＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層を形成し、このＳｉ−
Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層によってＣｌ、Ｂｒラジカルと被エッチ
ング材料との熱化学反応を抑制し、サイドエッチングの
抑制を行うことができる。また、被エッチング材料表面
に反応性の低いＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層が形成されるた
め、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング材料の反応は抑
制され、プラズマからイオンが基板表面に入射し、衝撃
を与えた時のみ反応が進行するというイオン支援主体の
反応でエッチングが進行する。その結果、ラジカルの入
射量に関係なく、エッチングが進行し、マイクロローデ
ィング効果を低減することが可能となる。さらに、基板
表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層が形成されるので、側壁保
護にエッチング生成物を用いなくともよい。また、添加
ガス中からもメインエチャントであるＣｌラジカルが発
生するためエッチングレートの向上も期待できる。
【００１６】請求項６記載のドライエッチング方法は、
請求項５において、窒素と酸素と塩素からなるガスがＣ
ｌＮＯ2 であることを特徴とする。このように、窒素と
酸素と塩素からなるガスがＣｌＮＯ2 であるので、被エ
ッチング材料表面へのＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層の形成を、
ＣｌＮＯ2 の添加によるプラズマ中にＮラジカル、Ｏラ
ジカル、Ｃｌラジカルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｃｌ→ＳｉＯＮＣｌ といった反応により行うことができる。
請求項５において、窒素と酸素と塩素からなるガスがＣ
ｌＮＯ2 であることを特徴とする。このように、窒素と
酸素と塩素からなるガスがＣｌＮＯ2 であるので、被エ
ッチング材料表面へのＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層の形成を、
ＣｌＮＯ2 の添加によるプラズマ中にＮラジカル、Ｏラ
ジカル、Ｃｌラジカルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｃｌ→ＳｉＯＮＣｌ といった反応により行うことができる。
【００１７】また、プラズマ中に発生するＣｌラジカル
によって、 Ｓｉ＋Ｃｌ→ＳｉＣｌx の反応が進行するためエッチングレートの向上が期待で
きる。請求項７記載のドライエッチング方法は、請求項
１，３または５において、塩素原子を含むガスが、Ｃｌ
2 、ＨＣｌのうち少なくとも１種以上のガスを含むこと
を特徴とする。このように、塩素原子を含むガスが、Ｃ
ｌ2 、ＨＣｌのうち少なくとも１種以上のガスを含むこ
とで請求項１，３または５のエッチング方法を行える。
によって、 Ｓｉ＋Ｃｌ→ＳｉＣｌx の反応が進行するためエッチングレートの向上が期待で
きる。請求項７記載のドライエッチング方法は、請求項
１，３または５において、塩素原子を含むガスが、Ｃｌ
2 、ＨＣｌのうち少なくとも１種以上のガスを含むこと
を特徴とする。このように、塩素原子を含むガスが、Ｃ
ｌ2 、ＨＣｌのうち少なくとも１種以上のガスを含むこ
とで請求項１，３または５のエッチング方法を行える。
【００１８】請求項８記載のドライエッチング方法は、
請求項１，３または５において、臭素原子を含むガス
が、ＢＢｒ3 、Ｂｒ2 、ＨＢｒのうち少なくとも１種以
上のガスを含むことを特徴とする。このように、臭素原
子を含むガスが、ＢＢｒ3 、Ｂｒ2 、ＨＢｒのうち少な
くとも１種以上のガスを含むことで請求項１，３または
５のエッチング方法を行える。
請求項１，３または５において、臭素原子を含むガス
が、ＢＢｒ3 、Ｂｒ2 、ＨＢｒのうち少なくとも１種以
上のガスを含むことを特徴とする。このように、臭素原
子を含むガスが、ＢＢｒ3 、Ｂｒ2 、ＨＢｒのうち少な
くとも１種以上のガスを含むことで請求項１，３または
５のエッチング方法を行える。
【００１９】請求項９記載のドライエッチング装置は、
反応室内に塩素原子を含むガスもしくは臭素原子を含む
ガス、もしくは塩素原子を含むガスと臭素原子を含むガ
スとの混合ガスをエッチングガスとして導入し、反応室
内の少なくとも一つの電極に高周波電力を印加すること
によりプラズマを発生させるドライエッチング装置であ
って、反応室内に窒素を主体とする添加ガスを導入し、
エッチングガスの導入口と、添加ガスの導入口が異なる
ことを特徴とする。
反応室内に塩素原子を含むガスもしくは臭素原子を含む
ガス、もしくは塩素原子を含むガスと臭素原子を含むガ
スとの混合ガスをエッチングガスとして導入し、反応室
内の少なくとも一つの電極に高周波電力を印加すること
によりプラズマを発生させるドライエッチング装置であ
って、反応室内に窒素を主体とする添加ガスを導入し、
エッチングガスの導入口と、添加ガスの導入口が異なる
ことを特徴とする。
【００２０】このように、反応室内にエッチングガスで
ある塩素系のガスもしくは臭素系のガスもしくは塩素系
のガスと臭素系のガスの混合ガスと、窒素を主体とする
添加ガスを導入する導入する際に、別々のガス導入口を
設けているので、ガス配管内での、 Ｃｌ＋ＮＨ3 →ＮＨ4 Ｃｌ↓ といった反応による塩化アンモニウムの堆積によるガス
配管つまり等の問題を防止することができる。また、こ
のドライエッチング装置で半導体基板のエッチングを行
うと請求項１と同様にマイクロローディング効果を低減
しサイドエッチングの抑制を行うことができる。
ある塩素系のガスもしくは臭素系のガスもしくは塩素系
のガスと臭素系のガスの混合ガスと、窒素を主体とする
添加ガスを導入する導入する際に、別々のガス導入口を
設けているので、ガス配管内での、 Ｃｌ＋ＮＨ3 →ＮＨ4 Ｃｌ↓ といった反応による塩化アンモニウムの堆積によるガス
配管つまり等の問題を防止することができる。また、こ
のドライエッチング装置で半導体基板のエッチングを行
うと請求項１と同様にマイクロローディング効果を低減
しサイドエッチングの抑制を行うことができる。
【００２１】請求項１０記載のドライエッチング装置
は、請求項９において、添加ガスが、ＮＨ3 、Ｎ
2 Ｈ4 、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 、ＣｌＮＯ2
のうち少なくとも１種以上のガスである。このように、
添加ガスが、ＮＨ3 、Ｎ2 Ｈ4 、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ
2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 、ＣｌＮＯ2 のうち少なくとも１種以上
のガスである場合でも請求項９と同様の効果がある。
は、請求項９において、添加ガスが、ＮＨ3 、Ｎ
2 Ｈ4 、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 、ＣｌＮＯ2
のうち少なくとも１種以上のガスである。このように、
添加ガスが、ＮＨ3 、Ｎ2 Ｈ4 、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ
2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 、ＣｌＮＯ2 のうち少なくとも１種以上
のガスである場合でも請求項９と同様の効果がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】この発明の第１の実施の形態のド
ライエッチング方法及びドライエッチング装置を図１お
よび図２に基づいて説明する。図１はこの発明の第１の
実施の形態におけるポリシリコンゲート電極のドライエ
ッチングに方法において、エッチングガスであるＨＢ
ｒ、Ｃｌ2 混合ガスにＮＨ3 を添加した場合の形状制御
効果、マイクロローディング低減効果を説明するための
断面形状の概略を示した図である。図１において、１は
半導体基板、２はゲート酸化膜（絶縁膜）、３はポリシ
リコン膜（被エッチング材料）、４はフォトレジスト、
５は密パターンでの一定時間でのエッチング深さ、６は
粗パターンでの一定時間でのエッチング深さを示す。
ライエッチング方法及びドライエッチング装置を図１お
よび図２に基づいて説明する。図１はこの発明の第１の
実施の形態におけるポリシリコンゲート電極のドライエ
ッチングに方法において、エッチングガスであるＨＢ
ｒ、Ｃｌ2 混合ガスにＮＨ3 を添加した場合の形状制御
効果、マイクロローディング低減効果を説明するための
断面形状の概略を示した図である。図１において、１は
半導体基板、２はゲート酸化膜（絶縁膜）、３はポリシ
リコン膜（被エッチング材料）、４はフォトレジスト、
５は密パターンでの一定時間でのエッチング深さ、６は
粗パターンでの一定時間でのエッチング深さを示す。
【００２３】実験に用いた装置は、平行平板型の反応性
イオンエッチング(Reactive IonEtching)装置を用い
た。装置概略図を図２に示す。この装置では、ＨＢｒ、
Ｃｌ 2 、ＮＨ3 ガスは各ボンベ２０８，２１０，２１３
からガスライン及びマスフローコントローラ２０７，２
０９，２１２を経て、ガス導入口２０６から反応室２０
２内に導入される。反応室２０２には対向する２つの電
極２０３，２０４が設けてある。そのうち、ウエハ２０
１を設置した一方の下部電極２０３には１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力２０５を印加できるようになっており、
他方の上部電極２０４は接地されている。２１４は排気
口である。
イオンエッチング(Reactive IonEtching)装置を用い
た。装置概略図を図２に示す。この装置では、ＨＢｒ、
Ｃｌ 2 、ＮＨ3 ガスは各ボンベ２０８，２１０，２１３
からガスライン及びマスフローコントローラ２０７，２
０９，２１２を経て、ガス導入口２０６から反応室２０
２内に導入される。反応室２０２には対向する２つの電
極２０３，２０４が設けてある。そのうち、ウエハ２０
１を設置した一方の下部電極２０３には１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力２０５を印加できるようになっており、
他方の上部電極２０４は接地されている。２１４は排気
口である。
【００２４】上記装置を用いたドライエッチング方法に
ついて説明する。半導体基板１上に、シリコン酸化膜２
を形成した後、ポリシリコン膜３を堆積し、フォトリソ
グラフィによりポリシリコン膜３上にマスクパターンを
形成する。つぎに、下部電極２０３に、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力２０５を印加し放電を起こし、エッチン
グを行う。このとき、ＨＢｒ、Ｃｌ2 混合ガスにＮＨ3
ガスを添加し、混合ガスを用いたプラズマによって、マ
スクパターンをマスクとして、ポリシリコン膜３を異方
的にエッチングする。
ついて説明する。半導体基板１上に、シリコン酸化膜２
を形成した後、ポリシリコン膜３を堆積し、フォトリソ
グラフィによりポリシリコン膜３上にマスクパターンを
形成する。つぎに、下部電極２０３に、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力２０５を印加し放電を起こし、エッチン
グを行う。このとき、ＨＢｒ、Ｃｌ2 混合ガスにＮＨ3
ガスを添加し、混合ガスを用いたプラズマによって、マ
スクパターンをマスクとして、ポリシリコン膜３を異方
的にエッチングする。
【００２５】エッチング条件は、電極温度：1 ０℃、Ｈ
Ｂｒ流量：５０ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 流量：５０ｓｃｃｍ、
ＮＨ3 流量：２５ｓｃｃｍ、圧力：１００ｍＴｏｒｒ、
ＲＦ電力：２５０Ｗとした。このエッチング条件によっ
て、サイドエッチ及びアンダーカットのない垂直な形状
を得ることができた（図１（ａ））。これは、以下のよ
うな理由であると考えられる。
Ｂｒ流量：５０ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 流量：５０ｓｃｃｍ、
ＮＨ3 流量：２５ｓｃｃｍ、圧力：１００ｍＴｏｒｒ、
ＲＦ電力：２５０Ｗとした。このエッチング条件によっ
て、サイドエッチ及びアンダーカットのない垂直な形状
を得ることができた（図１（ａ））。これは、以下のよ
うな理由であると考えられる。
【００２６】ＨＢｒガス及びＣｌ2 ガスにＮＨ3 ガスを
添加した場合、ＮＨ2 + ，ＮＨ+ 等のイオンが生じる。
これらのＮ原子を含むイオン、もしくはラジカルが半導
体基板１に供給され、ポリシリコン膜３と反応し、ポリ
シリコン表面に容易にＳｉＮ層を形成する。ポリシリコ
ンとＣｌ、Ｂｒラジカルとの反応性と比較し、このよう
に形成されたＳｉＮ層とＣｌ、Ｂｒラジカルとの反応性
は小さい。すなわち、ＳｉＮのエッチングレート＜ポリ
シリコンのエッチングレートとなる。
添加した場合、ＮＨ2 + ，ＮＨ+ 等のイオンが生じる。
これらのＮ原子を含むイオン、もしくはラジカルが半導
体基板１に供給され、ポリシリコン膜３と反応し、ポリ
シリコン表面に容易にＳｉＮ層を形成する。ポリシリコ
ンとＣｌ、Ｂｒラジカルとの反応性と比較し、このよう
に形成されたＳｉＮ層とＣｌ、Ｂｒラジカルとの反応性
は小さい。すなわち、ＳｉＮのエッチングレート＜ポリ
シリコンのエッチングレートとなる。
【００２７】そのため、ＮＨ3 に起因するラジカルによ
ってポリシリコン表面に形成されるＳｉＮ層によって、
ＨＢｒラジカル、Ｃｌ2 ラジカルとポリシリコンとの熱
化学反応が抑制され、パターン側壁におけるサイドエッ
チが抑制され、垂直形状が得られるのである。また、Ｎ
Ｈ3 を添加した場合のマイクロローディング効果の低減
について記す。上記エッチング条件により、図１（ｂ）
に示すように、粗なパターンにおけるエッチング深さ６
と、密なパターンにおけるエッチング深さ５はほぼ同じ
であり、パターンの疎密によるエッチングレートの違い
であるマイクロローディング効果を大幅に低減すること
ができた。これは、以下の理由によるものと考えられ
る。
ってポリシリコン表面に形成されるＳｉＮ層によって、
ＨＢｒラジカル、Ｃｌ2 ラジカルとポリシリコンとの熱
化学反応が抑制され、パターン側壁におけるサイドエッ
チが抑制され、垂直形状が得られるのである。また、Ｎ
Ｈ3 を添加した場合のマイクロローディング効果の低減
について記す。上記エッチング条件により、図１（ｂ）
に示すように、粗なパターンにおけるエッチング深さ６
と、密なパターンにおけるエッチング深さ５はほぼ同じ
であり、パターンの疎密によるエッチングレートの違い
であるマイクロローディング効果を大幅に低減すること
ができた。これは、以下の理由によるものと考えられ
る。
【００２８】先に、ＨＢｒガス及びＣｌ2 ガスにＮＨ3
ガスを添加した場合、Ｎ原子を含むイオン、もしくはラ
ジカルが半導体基板１に供給され、ポリシリコン膜３と
反応し、ポリシリコン表面に容易にＳｉＮ層を形成する
と述べた。このＳｉＮ層は、プラズマから供給されるＣ
ｌ、Ｂｒラジカルとの反応性は小さく、ＳｉＮ層の存在
によってラジカルとポリシリコンの反応は抑制される。
その結果、プラズマから供給されるイオン衝撃による反
応支援をうけた箇所のみエッチングは進行する。イオン
は基板表面に対してほぼ垂直に入射するため、パターン
の疎密によって入射量は異なるということはない。すな
わち、従来のラジカル主体のエッチングから、イオン支
援主体のエッチングに変化するのである。そのため、ラ
ジカル量の半導体基板１への入射量が、パターンの疎密
により異なることによって生じるマイクロローディング
効果は抑制できるのである。
ガスを添加した場合、Ｎ原子を含むイオン、もしくはラ
ジカルが半導体基板１に供給され、ポリシリコン膜３と
反応し、ポリシリコン表面に容易にＳｉＮ層を形成する
と述べた。このＳｉＮ層は、プラズマから供給されるＣ
ｌ、Ｂｒラジカルとの反応性は小さく、ＳｉＮ層の存在
によってラジカルとポリシリコンの反応は抑制される。
その結果、プラズマから供給されるイオン衝撃による反
応支援をうけた箇所のみエッチングは進行する。イオン
は基板表面に対してほぼ垂直に入射するため、パターン
の疎密によって入射量は異なるということはない。すな
わち、従来のラジカル主体のエッチングから、イオン支
援主体のエッチングに変化するのである。そのため、ラ
ジカル量の半導体基板１への入射量が、パターンの疎密
により異なることによって生じるマイクロローディング
効果は抑制できるのである。
【００２９】以上のようにこの実施の形態によれば、サ
イドエッチングの抑制を行うことができ、マイクロロー
ディング効果を低減することが可能となる。さらに、基
板表面にＳｉ−Ｎ層が形成されるので、側壁保護にエッ
チング生成物を用いなくともよい。また、ボリシリコン
表面へのＳｉ−Ｎ層の形成は、ＮＨ3 の添加によりプラ
ズマ中にＮラジカルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ→ＳｉＮ といった反応により行うことができる。
イドエッチングの抑制を行うことができ、マイクロロー
ディング効果を低減することが可能となる。さらに、基
板表面にＳｉ−Ｎ層が形成されるので、側壁保護にエッ
チング生成物を用いなくともよい。また、ボリシリコン
表面へのＳｉ−Ｎ層の形成は、ＮＨ3 の添加によりプラ
ズマ中にＮラジカルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ→ＳｉＮ といった反応により行うことができる。
【００３０】なお、添加ガスとしてＮＨ3 を用いたがＮ
2 Ｈ4 を用いても同様の効果が得られる。また、この実
施の形態ではエッチング装置として、平行平板型ＲＩＥ
装置を用いたが、他のドライエッチング装置，誘導結合
型プラズマエッチャ、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Res
inance）プラズマエッチャ、ヘリコン波プラズマエッチ
ャ、表面波プラズマエッチャ等においても同様の効果が
得られる。
2 Ｈ4 を用いても同様の効果が得られる。また、この実
施の形態ではエッチング装置として、平行平板型ＲＩＥ
装置を用いたが、他のドライエッチング装置，誘導結合
型プラズマエッチャ、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Res
inance）プラズマエッチャ、ヘリコン波プラズマエッチ
ャ、表面波プラズマエッチャ等においても同様の効果が
得られる。
【００３１】この発明の第２の実施の形態について説明
する。ここは便宜上図１を用いて説明する。また、第１
の実施の形態と同様の平行平板型の反応性イオンエッチ
ング(Reactive Ion Etching)装置を用いてエッチング
を行った。すなわち、半導体基板１上に、シリコン酸化
膜２を形成した後、ポリシリコン膜３を堆積し、フォト
リソグラフィによりポリシリコン膜３上にマスクパター
ンを形成する。つぎに、下部電極２０３に、１３．５６
ＭＨｚの高周波電力２０５を印加し放電を起こし、エッ
チングを行う。このとき、ＨＢｒ、Ｃｌ2 混合ガスにＮ
2 Ｏガスを添加し、混合ガスを用いたプラズマによっ
て、マスクパターンをマスクとして、ポリシリコン膜３
を異方的にエッチングする。
する。ここは便宜上図１を用いて説明する。また、第１
の実施の形態と同様の平行平板型の反応性イオンエッチ
ング(Reactive Ion Etching)装置を用いてエッチング
を行った。すなわち、半導体基板１上に、シリコン酸化
膜２を形成した後、ポリシリコン膜３を堆積し、フォト
リソグラフィによりポリシリコン膜３上にマスクパター
ンを形成する。つぎに、下部電極２０３に、１３．５６
ＭＨｚの高周波電力２０５を印加し放電を起こし、エッ
チングを行う。このとき、ＨＢｒ、Ｃｌ2 混合ガスにＮ
2 Ｏガスを添加し、混合ガスを用いたプラズマによっ
て、マスクパターンをマスクとして、ポリシリコン膜３
を異方的にエッチングする。
【００３２】エッチング条件は、電極温度：1 ０℃、Ｈ
Ｂｒ流量：５０ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 流量：５０ｓｃｃｍ、
Ｎ2 Ｏ流量：２５ｓｃｃｍ、圧力：１００ｍＴｏｒｒ、
ＲＦ電力：２５０Ｗとした。このエッチング条件によっ
ても、サイドエッチ及びアンダーカットのない垂直な形
状を得ることができた（図１（ａ））。これは、以下の
ような理由であると考えられる。
Ｂｒ流量：５０ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 流量：５０ｓｃｃｍ、
Ｎ2 Ｏ流量：２５ｓｃｃｍ、圧力：１００ｍＴｏｒｒ、
ＲＦ電力：２５０Ｗとした。このエッチング条件によっ
ても、サイドエッチ及びアンダーカットのない垂直な形
状を得ることができた（図１（ａ））。これは、以下の
ような理由であると考えられる。
【００３３】ＨＢｒガス及びＣｌ2 ガスにＮ2 Ｏガスを
添加した場合、ＮＯ+ 、Ｎ+ 、Ｏ+等のイオンが生じ
る。これらのＮ原子もしくはＯ原子をを含むイオン、も
しくはラジカルが半導体基板１に供給され、ポリシリコ
ン膜３と反応し、ポリシリコン表面に容易にＳｉＯＮ層
を形成する。このＳｉＯＮ層は、第１の実施の形態で示
したＳｉＮ層よりも、Ｃｌ、Ｂｒラジカルとの反応性は
小さい。すなわち、 ＳｉＯＮのエッチングレート＜ＳｉＮのエッチングレー
ト＜ポリシリコンのエッチングレート となる。
添加した場合、ＮＯ+ 、Ｎ+ 、Ｏ+等のイオンが生じ
る。これらのＮ原子もしくはＯ原子をを含むイオン、も
しくはラジカルが半導体基板１に供給され、ポリシリコ
ン膜３と反応し、ポリシリコン表面に容易にＳｉＯＮ層
を形成する。このＳｉＯＮ層は、第１の実施の形態で示
したＳｉＮ層よりも、Ｃｌ、Ｂｒラジカルとの反応性は
小さい。すなわち、 ＳｉＯＮのエッチングレート＜ＳｉＮのエッチングレー
ト＜ポリシリコンのエッチングレート となる。
【００３４】そのため、Ｎ2 Ｏに起因するラジカルによ
ってポリシリコン表面に形成されるＳｉＯＮ層によっ
て、ＨＢｒラジカル、Ｃｌ2 ラジカルとポリシリコンと
の熱化学反応が抑制され、パターン側壁におけるサイド
エッチが抑制され、垂直形状が得られるのである。ま
た、Ｎ2 Ｏを添加した場合のマイクロローディング効果
の低減について記す。上記エッチング条件により、図１
（ｂ）に示すように、粗なパターンにおけるエッチング
深さ６と、密なパターンにおけるエッチング深さ５はほ
ぼ同じであり、パターンの疎密によるエッチングレート
の違いであるマイクロローディング効果を大幅に低減す
ることができた。これは、以下の理由によるものと考え
られる。
ってポリシリコン表面に形成されるＳｉＯＮ層によっ
て、ＨＢｒラジカル、Ｃｌ2 ラジカルとポリシリコンと
の熱化学反応が抑制され、パターン側壁におけるサイド
エッチが抑制され、垂直形状が得られるのである。ま
た、Ｎ2 Ｏを添加した場合のマイクロローディング効果
の低減について記す。上記エッチング条件により、図１
（ｂ）に示すように、粗なパターンにおけるエッチング
深さ６と、密なパターンにおけるエッチング深さ５はほ
ぼ同じであり、パターンの疎密によるエッチングレート
の違いであるマイクロローディング効果を大幅に低減す
ることができた。これは、以下の理由によるものと考え
られる。
【００３５】先に、ＨＢｒガス及びＣｌ2 ガスにＮ2 Ｏ
ガスを添加した場合、Ｎ原子、Ｏ原子を含むイオン、も
しくはラジカルが半導体基板１に供給され、ポリシリコ
ン膜３と反応し、ポリシリコン表面に容易にＳｉＯＮ層
を形成すると述べた。このＳｉＯＮ層は、プラズマから
供給されるＣｌ、Ｂｒラジカルとの反応性は小さく、ラ
ジカルとポリシリコンの反応は抑制される。その結果、
プラズマから供給されるイオン衝撃による反応支援をう
けた箇所のみエッチングは進行する。イオンは基板表面
に対してほぼ垂直に入射するため、パターンの疎密によ
って入射量は異なるということはない。すなわち、従来
のラジカル主体のエッチングから、イオン支援主体のエ
ッチングに変化するのである。そのため、ラジカル量の
半導体基板１への入射量が、パターンの疎密により異な
ることによって生じるマイクロローディング効果は抑制
できるのである。
ガスを添加した場合、Ｎ原子、Ｏ原子を含むイオン、も
しくはラジカルが半導体基板１に供給され、ポリシリコ
ン膜３と反応し、ポリシリコン表面に容易にＳｉＯＮ層
を形成すると述べた。このＳｉＯＮ層は、プラズマから
供給されるＣｌ、Ｂｒラジカルとの反応性は小さく、ラ
ジカルとポリシリコンの反応は抑制される。その結果、
プラズマから供給されるイオン衝撃による反応支援をう
けた箇所のみエッチングは進行する。イオンは基板表面
に対してほぼ垂直に入射するため、パターンの疎密によ
って入射量は異なるということはない。すなわち、従来
のラジカル主体のエッチングから、イオン支援主体のエ
ッチングに変化するのである。そのため、ラジカル量の
半導体基板１への入射量が、パターンの疎密により異な
ることによって生じるマイクロローディング効果は抑制
できるのである。
【００３６】以上のようにこの実施の形態によれば、サ
イドエッチングの抑制を行うことができ、マイクロロー
ディング効果を低減することが可能となる。さらに、基
板表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ層が形成されるので、側壁保護に
エッチング生成物を用いなくともよい。また、Ｓｉ−Ｏ
−Ｎ層の形成は、Ｎ2 Ｏの添加によりプラズマ中にＮラ
ジカルとＯラジカルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ→ＳｉＯＮ といった反応により行うことができる。
イドエッチングの抑制を行うことができ、マイクロロー
ディング効果を低減することが可能となる。さらに、基
板表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ層が形成されるので、側壁保護に
エッチング生成物を用いなくともよい。また、Ｓｉ−Ｏ
−Ｎ層の形成は、Ｎ2 Ｏの添加によりプラズマ中にＮラ
ジカルとＯラジカルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ→ＳｉＯＮ といった反応により行うことができる。
【００３７】なお、この実施の形態では、添加ガスとし
てＮ2 Ｏを用いたが、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2 Ｏ3 を用いて
も同様の効果が得られる。また、エッチング装置とし
て、平行平板型ＲＩＥ装置を用いたが、他のドライエッ
チング装置，誘導結合型プラズマエッチャ、ＥＣＲ（El
ectron Cyclotron Resinance）プラズマエッチャ、ヘリ
コン波プラズマエッチャ、表面波プラズマエッチャ等に
おいても同様の効果が得られる。
てＮ2 Ｏを用いたが、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2 Ｏ3 を用いて
も同様の効果が得られる。また、エッチング装置とし
て、平行平板型ＲＩＥ装置を用いたが、他のドライエッ
チング装置，誘導結合型プラズマエッチャ、ＥＣＲ（El
ectron Cyclotron Resinance）プラズマエッチャ、ヘリ
コン波プラズマエッチャ、表面波プラズマエッチャ等に
おいても同様の効果が得られる。
【００３８】この発明の第３の実施の形態について説明
する。ここは便宜上図１を用いて説明する。また、第１
の実施例と同様の平行平板型の反応性イオンエッチング
(Reactive Ion Etching)装置を用いてエッチングを行
った。すなわち、半導体基板１上に、シリコン酸化膜２
を形成した後、ポリシリコン膜３を堆積し、フォトリソ
グラフィによりポリシリコン膜３上にマスクパターンを
形成する。つぎに、下部電極２０３に、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力２０５を印加し放電を起こし、エッチン
グを行う。このとき、ＨＢｒ、Ｃｌ2 混合ガスにＣｌＮ
Ｏ2 ガスを添加し、混合ガスを用いたプラズマによっ
て、マスクパターンをマスクとして、ポリシリコン膜３
を異方的にエッチングする。
する。ここは便宜上図１を用いて説明する。また、第１
の実施例と同様の平行平板型の反応性イオンエッチング
(Reactive Ion Etching)装置を用いてエッチングを行
った。すなわち、半導体基板１上に、シリコン酸化膜２
を形成した後、ポリシリコン膜３を堆積し、フォトリソ
グラフィによりポリシリコン膜３上にマスクパターンを
形成する。つぎに、下部電極２０３に、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力２０５を印加し放電を起こし、エッチン
グを行う。このとき、ＨＢｒ、Ｃｌ2 混合ガスにＣｌＮ
Ｏ2 ガスを添加し、混合ガスを用いたプラズマによっ
て、マスクパターンをマスクとして、ポリシリコン膜３
を異方的にエッチングする。
【００３９】エッチング条件は、電極温度：1 ０℃、Ｈ
Ｂｒ流量：５０ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 流量：５０ｓｃｃｍ、
ＣｌＮＯ2 流量：２５ｓｃｃｍ、圧力：１００ｍＴｏｒ
ｒ、ＲＦ電力：２５０Ｗとした。
Ｂｒ流量：５０ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 流量：５０ｓｃｃｍ、
ＣｌＮＯ2 流量：２５ｓｃｃｍ、圧力：１００ｍＴｏｒ
ｒ、ＲＦ電力：２５０Ｗとした。
【００４０】このエッチング条件によっても、サイドエ
ッチ及びアンダーカットのない垂直な形状を得ることが
できた（図１（ａ））。これは、以下のような理由であ
ると考えられる。ＨＢｒガス及びＣｌ2 ガスにＣｌＮＯ
2 ガスを添加した場合、ＮＯ+ 、Ｎ+ 、Ｏ+ 、ＣＣ
ｌ+ 、ＯＣｌ+ 、Ｃｌ+ 等のイオンが生じる。これらの
Ｎ原子、Ｏ原子もしくはＣｌ原子を含むイオン、もしく
はラジカルが半導体基板１に供給され、ポリシリコン膜
３と反応し、ポリシリコン表面に容易にＳｉＯＮＣｌ層
を形成する。このＳｉＯＮＣｌ層は、第１，２の実施の
形態で示したＳｉＮ層、ＳｉＯＮ層よりも、Ｃｌ、Ｂｒ
ラジカルとの反応性は小さい。すなわち、 ＳｉＯＮＣｌのエッチングレート＜ＳｉＯＮのエッチン
グレート＜ＳｉＮのエッチングレート＜ポリシリコンの
エッチングレート となる。
ッチ及びアンダーカットのない垂直な形状を得ることが
できた（図１（ａ））。これは、以下のような理由であ
ると考えられる。ＨＢｒガス及びＣｌ2 ガスにＣｌＮＯ
2 ガスを添加した場合、ＮＯ+ 、Ｎ+ 、Ｏ+ 、ＣＣ
ｌ+ 、ＯＣｌ+ 、Ｃｌ+ 等のイオンが生じる。これらの
Ｎ原子、Ｏ原子もしくはＣｌ原子を含むイオン、もしく
はラジカルが半導体基板１に供給され、ポリシリコン膜
３と反応し、ポリシリコン表面に容易にＳｉＯＮＣｌ層
を形成する。このＳｉＯＮＣｌ層は、第１，２の実施の
形態で示したＳｉＮ層、ＳｉＯＮ層よりも、Ｃｌ、Ｂｒ
ラジカルとの反応性は小さい。すなわち、 ＳｉＯＮＣｌのエッチングレート＜ＳｉＯＮのエッチン
グレート＜ＳｉＮのエッチングレート＜ポリシリコンの
エッチングレート となる。
【００４１】そのため、Ｎ2 Ｏに起因するラジカルによ
ってポリシリコン表面に形成されるＳｉＯＮＣｌ層によ
って、ＨＢｒラジカル、Ｃｌ2 ラジカルとポリシリコン
との熱化学反応が抑制され、パターン側壁におけるサイ
ドエッチが抑制され、垂直形状が得られるのである。ま
た、ＣｌＮＯ2 を添加した場合のマイクロローディング
効果の低減について記す。上記エッチング条件により、
図１（ｂ）に示すように、粗なパターンにおけるエッチ
ング深さ６と、密なパターンにおけるエッチング深さ５
はほぼ同じであり、パターンの疎密によるエッチングレ
ートの違いであるマイクロローディング効果を大幅に低
減することができた。これは、以下の理由によるものと
考えられる。
ってポリシリコン表面に形成されるＳｉＯＮＣｌ層によ
って、ＨＢｒラジカル、Ｃｌ2 ラジカルとポリシリコン
との熱化学反応が抑制され、パターン側壁におけるサイ
ドエッチが抑制され、垂直形状が得られるのである。ま
た、ＣｌＮＯ2 を添加した場合のマイクロローディング
効果の低減について記す。上記エッチング条件により、
図１（ｂ）に示すように、粗なパターンにおけるエッチ
ング深さ６と、密なパターンにおけるエッチング深さ５
はほぼ同じであり、パターンの疎密によるエッチングレ
ートの違いであるマイクロローディング効果を大幅に低
減することができた。これは、以下の理由によるものと
考えられる。
【００４２】先に、ＨＢｒガス及びＣｌ2 ガスにＣｌＮ
Ｏ2 ガスを添加した場合、Ｎ原子、Ｏ原子、Ｃｌ原子を
含むイオン、もしくはラジカルが半導体基板１に供給さ
れ、ポリシリコン膜３と反応し、ポリシリコン表面に容
易にＳｉＯＮＣｌ層を形成すると述べた。このＳｉＯＮ
Ｃｌ層は、プラズマから供給されるＣｌ、Ｂｒラジカル
との反応性は小さく、ラジカルとポリシリコンの反応は
抑制される。その結果、プラズマから供給されるイオン
衝撃による反応支援をうけた箇所のみエッチングは進行
する。イオンは基板表面に対してほぼ垂直に入射するた
め、パターンの疎密によって入射量は異なるということ
はない。すなわち、従来のラジカル主体のエッチングか
ら、イオン支援主体のエッチングに変化するのである。
そのため、ラジカル量の半導体基板１への入射量が、パ
ターンの疎密により異なることによって生じるマイクロ
ローディング効果は抑制できるのである。
Ｏ2 ガスを添加した場合、Ｎ原子、Ｏ原子、Ｃｌ原子を
含むイオン、もしくはラジカルが半導体基板１に供給さ
れ、ポリシリコン膜３と反応し、ポリシリコン表面に容
易にＳｉＯＮＣｌ層を形成すると述べた。このＳｉＯＮ
Ｃｌ層は、プラズマから供給されるＣｌ、Ｂｒラジカル
との反応性は小さく、ラジカルとポリシリコンの反応は
抑制される。その結果、プラズマから供給されるイオン
衝撃による反応支援をうけた箇所のみエッチングは進行
する。イオンは基板表面に対してほぼ垂直に入射するた
め、パターンの疎密によって入射量は異なるということ
はない。すなわち、従来のラジカル主体のエッチングか
ら、イオン支援主体のエッチングに変化するのである。
そのため、ラジカル量の半導体基板１への入射量が、パ
ターンの疎密により異なることによって生じるマイクロ
ローディング効果は抑制できるのである。
【００４３】以上のようにこの実施の形態によれば、サ
イドエッチングの抑制を行うことができ、マイクロロー
ディング効果を低減することが可能となる。さらに、基
板表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層が形成されるので、側壁
保護にエッチング生成物を用いなくともよい。また、Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層の形成は、ＣｌＮＯ2 の添加により
プラズマ中にＮラジカル、Ｏラジカル、Ｃｌラジカルを
発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｃｌ→ＳｉＯＮＣｌ といった反応により行うことができる。
イドエッチングの抑制を行うことができ、マイクロロー
ディング効果を低減することが可能となる。さらに、基
板表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層が形成されるので、側壁
保護にエッチング生成物を用いなくともよい。また、Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層の形成は、ＣｌＮＯ2 の添加により
プラズマ中にＮラジカル、Ｏラジカル、Ｃｌラジカルを
発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｃｌ→ＳｉＯＮＣｌ といった反応により行うことができる。
【００４４】また、プラズマ中に発生するＣｌラジカル
によって、 Ｓｉ＋Ｃｌ→ＳｉＣｌx の反応が進行するためエッチングレートの向上が期待で
きる。なお、この実施の形態では、エッチング装置とし
て、平行平板型ＲＩＥ装置を用いたが、他のドライエッ
チング装置，誘導結合型プラズマエッチャ、ＥＣＲ（El
ectron Cyclotron Resinance）プラズマエッチャ、ヘリ
コン波プラズマエッチャ、表面波プラズマエッチャ等に
おいても同様の効果が得られる。
によって、 Ｓｉ＋Ｃｌ→ＳｉＣｌx の反応が進行するためエッチングレートの向上が期待で
きる。なお、この実施の形態では、エッチング装置とし
て、平行平板型ＲＩＥ装置を用いたが、他のドライエッ
チング装置，誘導結合型プラズマエッチャ、ＥＣＲ（El
ectron Cyclotron Resinance）プラズマエッチャ、ヘリ
コン波プラズマエッチャ、表面波プラズマエッチャ等に
おいても同様の効果が得られる。
【００４５】この発明の第４の実施の形態を図３に基づ
いて説明する。図３はこの発明の第４の実施の形態にお
けるドライエッチング装置の装置構成概略図である。以
下図面を参照しながら説明する。反応室３０２に対向す
る２つの電極３０３，３０４を設ける。そのうち、一方
の下部電極３０３には１３．５６ＭＨｚの高周波電力３
０５が印加できるようになっており、他方の上部電極３
０４は接地されている。また、ウエハ３０１は下部電極
３０３に設置される。排気は排気口３１４を通じてなさ
れる。そして、エッチングガスであるＨＢｒ，Ｃｌ2 ガ
スはそれぞれボンベ３０８，３１０からマスフローコン
トローラ３０７，３０９を介してガス導入口３０６から
反応室３０２内に導入される。一方、添加ガスであるＮ
Ｈ3 はボンベ３１３からマスフローコントローラ３１２
を介してガス導入口３１１から反応室３０２内に導入さ
れる。この装置構成によって、ＨＢｒ，Ｃｌ2 とＮＨ3
ガス配管内で混合することはない。そのため、 ＮＨ3 ＋Ｃｌ2 →ＮＨ4 Ｃｌ↓ ＮＨ3 ＋ＨＢｒ→ＮＨ4 Ｂｒ↓ という反応を起こすことはない。これらのＮＨ4 Ｃｌ及
ＮＨ4 Ｂｒは粉末であるので、上記のような反応がガス
配管内で生じると、これらの粉末の堆積によってガス配
管が目詰まりを起こすが、この構成ではガス配管内での
粉末の堆積は生じなく、安定しガスを供給することが可
能となる。
いて説明する。図３はこの発明の第４の実施の形態にお
けるドライエッチング装置の装置構成概略図である。以
下図面を参照しながら説明する。反応室３０２に対向す
る２つの電極３０３，３０４を設ける。そのうち、一方
の下部電極３０３には１３．５６ＭＨｚの高周波電力３
０５が印加できるようになっており、他方の上部電極３
０４は接地されている。また、ウエハ３０１は下部電極
３０３に設置される。排気は排気口３１４を通じてなさ
れる。そして、エッチングガスであるＨＢｒ，Ｃｌ2 ガ
スはそれぞれボンベ３０８，３１０からマスフローコン
トローラ３０７，３０９を介してガス導入口３０６から
反応室３０２内に導入される。一方、添加ガスであるＮ
Ｈ3 はボンベ３１３からマスフローコントローラ３１２
を介してガス導入口３１１から反応室３０２内に導入さ
れる。この装置構成によって、ＨＢｒ，Ｃｌ2 とＮＨ3
ガス配管内で混合することはない。そのため、 ＮＨ3 ＋Ｃｌ2 →ＮＨ4 Ｃｌ↓ ＮＨ3 ＋ＨＢｒ→ＮＨ4 Ｂｒ↓ という反応を起こすことはない。これらのＮＨ4 Ｃｌ及
ＮＨ4 Ｂｒは粉末であるので、上記のような反応がガス
配管内で生じると、これらの粉末の堆積によってガス配
管が目詰まりを起こすが、この構成ではガス配管内での
粉末の堆積は生じなく、安定しガスを供給することが可
能となる。
【００４６】上記装置を用いて第１の実施の形態と同様
に半導体基板１をドライエッチングを行うことにより、
サイドエッチングの抑制、およびマイクロローディング
効果を低減することが可能となる。なお、この実施の形
態では、添加ガスとしてＮＨ3 を用いたが、請求項に記
したようにＮＨ3 、Ｎ2 Ｈ4 、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、
Ｎ2 Ｏ3 、ＣｌＮＯ2 の少なくとも一つ以上であれば同
様の効果が得られる。また、この実施の形態では、エッ
チング装置として、平行平板型ＲＩＥ装置を用いたが、
他のドライエッチング装置，誘導結合型プラズマエッチ
ャ、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resinance）プラズマ
エッチャ、ヘリコン波プラズマエッチャ、表面波プラズ
マエッチャ等においても同様の効果が得られる。
に半導体基板１をドライエッチングを行うことにより、
サイドエッチングの抑制、およびマイクロローディング
効果を低減することが可能となる。なお、この実施の形
態では、添加ガスとしてＮＨ3 を用いたが、請求項に記
したようにＮＨ3 、Ｎ2 Ｈ4 、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、
Ｎ2 Ｏ3 、ＣｌＮＯ2 の少なくとも一つ以上であれば同
様の効果が得られる。また、この実施の形態では、エッ
チング装置として、平行平板型ＲＩＥ装置を用いたが、
他のドライエッチング装置，誘導結合型プラズマエッチ
ャ、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resinance）プラズマ
エッチャ、ヘリコン波プラズマエッチャ、表面波プラズ
マエッチャ等においても同様の効果が得られる。
【００４７】また、第１，２，３または４の実施の形態
においてエッチングガスとしてＨＢｒとＣｌ2 の混合ガ
ス系を用いたが、塩素系ガスのみ、もしくは臭素系ガス
のみでエッチングを行うことも可能である。また、塩素
系のガスとしてＣｌ2 、ＨＣｌのうち少なくとも１種以
上のガスを、臭素系のガスとしてＢＢｒ3 、Ｂｒ2 、Ｈ
Ｂｒのうち少なくとも１種以上のガスを用いても同様の
効果が得られる。
においてエッチングガスとしてＨＢｒとＣｌ2 の混合ガ
ス系を用いたが、塩素系ガスのみ、もしくは臭素系ガス
のみでエッチングを行うことも可能である。また、塩素
系のガスとしてＣｌ2 、ＨＣｌのうち少なくとも１種以
上のガスを、臭素系のガスとしてＢＢｒ3 、Ｂｒ2 、Ｈ
Ｂｒのうち少なくとも１種以上のガスを用いても同様の
効果が得られる。
【００４８】さらに、第１，２，３または４の実施の形
態において被エッチング材料としてポリシリコンを用い
たが、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、タング
ステンシリサイド、チタンシリサイド、コバルトシリサ
イド、ニッケルシリサイドにおいても同様の効果が得ら
れる。
態において被エッチング材料としてポリシリコンを用い
たが、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、タング
ステンシリサイド、チタンシリサイド、コバルトシリサ
イド、ニッケルシリサイドにおいても同様の効果が得ら
れる。
【００４９】
【発明の効果】この発明の請求項１記載のドライエッチ
ング方法によれば、塩素系のガスもしくは臭素系のガ
ス、もしくは塩素系のガスと臭素系のガスの混合ガスの
エッチングガスに、窒素と水素からなるガスを添加する
ことにより、被エッチング材料の最表面に反応性の低い
Ｓｉ−Ｎ層を形成し、このＳｉ−Ｎ層によってＣｌ、Ｂ
ｒラジカルと被エッチング材料との熱化学反応を抑制
し、サイドエッチングの抑制を行うことができる。ま
た、被エッチング材料表面に反応性の低いＳｉ―Ｎ層が
形成されるため、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング材
料の反応は抑制され、プラズマからイオンが基板表面に
入射し、衝撃を与えた時のみ反応が進行するというイオ
ン支援主体の反応でエッチングが進行する。その結果、
ラジカルの入射量に関係なく、エッチングが進行し、マ
イクロローディング効果を低減することが可能となる。
さらに、基板表面にＳｉ−Ｎ層が形成されるので、側壁
保護にエッチング生成物を用いなくともよい。
ング方法によれば、塩素系のガスもしくは臭素系のガ
ス、もしくは塩素系のガスと臭素系のガスの混合ガスの
エッチングガスに、窒素と水素からなるガスを添加する
ことにより、被エッチング材料の最表面に反応性の低い
Ｓｉ−Ｎ層を形成し、このＳｉ−Ｎ層によってＣｌ、Ｂ
ｒラジカルと被エッチング材料との熱化学反応を抑制
し、サイドエッチングの抑制を行うことができる。ま
た、被エッチング材料表面に反応性の低いＳｉ―Ｎ層が
形成されるため、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング材
料の反応は抑制され、プラズマからイオンが基板表面に
入射し、衝撃を与えた時のみ反応が進行するというイオ
ン支援主体の反応でエッチングが進行する。その結果、
ラジカルの入射量に関係なく、エッチングが進行し、マ
イクロローディング効果を低減することが可能となる。
さらに、基板表面にＳｉ−Ｎ層が形成されるので、側壁
保護にエッチング生成物を用いなくともよい。
【００５０】請求項２では、窒素と水素からなるガスが
ＮＨ3 もしくはＮ2 Ｈ4 であるので、被エッチング材料
表面へのＳｉ−Ｎ層の形成を、ＮＨ3 もしくはＮ2 Ｈ4
の添加によるプラズマ中にＮラジカルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ→ＳｉＮ といった反応により行うことができる。
ＮＨ3 もしくはＮ2 Ｈ4 であるので、被エッチング材料
表面へのＳｉ−Ｎ層の形成を、ＮＨ3 もしくはＮ2 Ｈ4
の添加によるプラズマ中にＮラジカルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ→ＳｉＮ といった反応により行うことができる。
【００５１】この発明の請求項３記載のドライエッチン
グ方法によれば、塩素系のガスもしくは臭素系のガス、
もしくは塩素系のガスと臭素系のガスの混合ガスのエッ
チングガスに、窒素と酸素からなるガスを添加すること
により、被エッチング材料の最表面に反応性の低いＳｉ
−Ｏ−Ｎ層を形成し、このＳｉ−Ｏ−Ｎ層によってＣ
ｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング材料との熱化学反応を
抑制し、サイドエッチングの抑制を行うことができる。
また、被エッチング材料表面に反応性の低いＳｉ−Ｏ−
Ｎ層が形成されるため、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被エッチ
ング材料の反応は抑制され、プラズマからイオンが基板
表面に入射し、衝撃を与えた時のみ反応が進行するとい
うイオン支援主体の反応でエッチングが進行する。その
結果、ラジカルの入射量に関係なく、エッチングが進行
し、マイクロローディング効果を低減することが可能と
なる。さらに、基板表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ層が形成される
ので、側壁保護にエッチング生成物を用いなくともよ
い。
グ方法によれば、塩素系のガスもしくは臭素系のガス、
もしくは塩素系のガスと臭素系のガスの混合ガスのエッ
チングガスに、窒素と酸素からなるガスを添加すること
により、被エッチング材料の最表面に反応性の低いＳｉ
−Ｏ−Ｎ層を形成し、このＳｉ−Ｏ−Ｎ層によってＣ
ｌ、Ｂｒラジカルと被エッチング材料との熱化学反応を
抑制し、サイドエッチングの抑制を行うことができる。
また、被エッチング材料表面に反応性の低いＳｉ−Ｏ−
Ｎ層が形成されるため、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被エッチ
ング材料の反応は抑制され、プラズマからイオンが基板
表面に入射し、衝撃を与えた時のみ反応が進行するとい
うイオン支援主体の反応でエッチングが進行する。その
結果、ラジカルの入射量に関係なく、エッチングが進行
し、マイクロローディング効果を低減することが可能と
なる。さらに、基板表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ層が形成される
ので、側壁保護にエッチング生成物を用いなくともよ
い。
【００５２】請求項４では、窒素と酸素からなるガスが
ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 のうち少なくとも１種
以上であるので、被エッチング材料表面へのＳｉ−Ｏ−
Ｎ層の形成を、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 の添加
によるプラズマ中にＮラジカルとＯラジカルを発生さ
せ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ→ＳｉＯＮ といった反応により行うことができる。この発明の請求
項５記載のドライエッチング方法はによれば、塩素系の
ガスもしくは臭素系のガス、もしくは塩素系のガスと臭
素系のガスの混合ガスのエッチングガスに、窒素と酸素
と塩素からなるガスを添加することにより、被エッチン
グ材料の最表面に反応性の低いＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層を
形成し、このＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層によってＣｌ、Ｂｒ
ラジカルと被エッチング材料との熱化学反応を抑制し、
サイドエッチングの抑制を行うことができる。また、被
エッチング材料表面に反応性の低いＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ
層が形成されるため、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被エッチン
グ材料の反応は抑制され、プラズマからイオンが基板表
面に入射し、衝撃を与えた時のみ反応が進行するという
イオン支援主体の反応でエッチングが進行する。その結
果、ラジカルの入射量に関係なく、エッチングが進行
し、マイクロローディング効果を低減することが可能と
なる。さらに、基板表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層が形成
されるので、側壁保護にエッチング生成物を用いなくと
もよい。また、添加ガス中からもメインエチャントであ
るＣｌラジカルが発生するためエッチングレートの向上
も期待できる。
ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 のうち少なくとも１種
以上であるので、被エッチング材料表面へのＳｉ−Ｏ−
Ｎ層の形成を、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 の添加
によるプラズマ中にＮラジカルとＯラジカルを発生さ
せ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ→ＳｉＯＮ といった反応により行うことができる。この発明の請求
項５記載のドライエッチング方法はによれば、塩素系の
ガスもしくは臭素系のガス、もしくは塩素系のガスと臭
素系のガスの混合ガスのエッチングガスに、窒素と酸素
と塩素からなるガスを添加することにより、被エッチン
グ材料の最表面に反応性の低いＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層を
形成し、このＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層によってＣｌ、Ｂｒ
ラジカルと被エッチング材料との熱化学反応を抑制し、
サイドエッチングの抑制を行うことができる。また、被
エッチング材料表面に反応性の低いＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ
層が形成されるため、Ｃｌ、Ｂｒラジカルと被エッチン
グ材料の反応は抑制され、プラズマからイオンが基板表
面に入射し、衝撃を与えた時のみ反応が進行するという
イオン支援主体の反応でエッチングが進行する。その結
果、ラジカルの入射量に関係なく、エッチングが進行
し、マイクロローディング効果を低減することが可能と
なる。さらに、基板表面にＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層が形成
されるので、側壁保護にエッチング生成物を用いなくと
もよい。また、添加ガス中からもメインエチャントであ
るＣｌラジカルが発生するためエッチングレートの向上
も期待できる。
【００５３】請求項６では、窒素と酸素と塩素からなる
ガスがＣｌＮＯ2 であるので、被エッチング材料表面へ
のＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層の形成を、ＣｌＮＯ2 の添加に
よるプラズマ中にＮラジカル、Ｏラジカル、Ｃｌラジカ
ルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｃｌ→ＳｉＯＮＣｌ といった反応により行うことができる。
ガスがＣｌＮＯ2 であるので、被エッチング材料表面へ
のＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｃｌ層の形成を、ＣｌＮＯ2 の添加に
よるプラズマ中にＮラジカル、Ｏラジカル、Ｃｌラジカ
ルを発生させ、 Ｓｉ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｃｌ→ＳｉＯＮＣｌ といった反応により行うことができる。
【００５４】また、プラズマ中に発生するＣｌラジカル
によって、 Ｓｉ＋Ｃｌ→ＳｉＣｌx の反応が進行するためエッチングレートの向上が期待で
きる。請求項７では、塩素原子を含むガスが、Ｃｌ2 、
ＨＣｌのうち少なくとも１種以上のガスを含むことで請
求項１，３または５のエッチング方法を行える。
によって、 Ｓｉ＋Ｃｌ→ＳｉＣｌx の反応が進行するためエッチングレートの向上が期待で
きる。請求項７では、塩素原子を含むガスが、Ｃｌ2 、
ＨＣｌのうち少なくとも１種以上のガスを含むことで請
求項１，３または５のエッチング方法を行える。
【００５５】請求項８では、臭素原子を含むガスが、Ｂ
Ｂｒ3 、Ｂｒ2 、ＨＢｒのうち少なくとも１種以上のガ
スを含むことで請求項１，３または５のエッチング方法
を行える。この発明の請求項９記載のドライエッチング
装置によれば、反応室内にエッチングガスである塩素系
のガスもしくは臭素系のガスもしくは塩素系のガスと臭
素系のガスの混合ガスと、窒素を主体とする添加ガスを
導入する導入する際に、別々のガス導入口を設けている
ので、ガス配管内での、 Ｃｌ＋ＮＨ3 →ＮＨ4 Ｃｌ↓ といった反応による塩化アンモニウムの堆積によるガス
配管つまり等の問題を防止することができる。また、こ
のドライエッチング装置で半導体基板のエッチングを行
うと請求項１と同様にマイクロローディング効果を低減
しサイドエッチングの抑制を行うことができる。
Ｂｒ3 、Ｂｒ2 、ＨＢｒのうち少なくとも１種以上のガ
スを含むことで請求項１，３または５のエッチング方法
を行える。この発明の請求項９記載のドライエッチング
装置によれば、反応室内にエッチングガスである塩素系
のガスもしくは臭素系のガスもしくは塩素系のガスと臭
素系のガスの混合ガスと、窒素を主体とする添加ガスを
導入する導入する際に、別々のガス導入口を設けている
ので、ガス配管内での、 Ｃｌ＋ＮＨ3 →ＮＨ4 Ｃｌ↓ といった反応による塩化アンモニウムの堆積によるガス
配管つまり等の問題を防止することができる。また、こ
のドライエッチング装置で半導体基板のエッチングを行
うと請求項１と同様にマイクロローディング効果を低減
しサイドエッチングの抑制を行うことができる。
【００５６】請求項１０では、添加ガスが、ＮＨ3 、Ｎ
2 Ｈ4 、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ 2 Ｏ3 、ＣｌＮＯ2
のうち少なくとも１種以上のガスである場合でも請求項
９と同様の効果がある。
2 Ｈ4 、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ 2 Ｏ3 、ＣｌＮＯ2
のうち少なくとも１種以上のガスである場合でも請求項
９と同様の効果がある。
【図１】この発明の第１，２，３の実施の形態において
（ａ）はエッチング形状、（ｂ）はマイクロローディン
グ効果の低減を示す断面形状の概略図である。
（ａ）はエッチング形状、（ｂ）はマイクロローディン
グ効果の低減を示す断面形状の概略図である。
【図２】この発明の第１，２，３の実施の形態において
用いるエッチング装置の概略図である。
用いるエッチング装置の概略図である。
【図３】この発明の第４の実施の形態において用いるエ
ッチング装置の概略図である。
ッチング装置の概略図である。
【図４】従来技術において（ａ）はエッチング形状の劣
化、（ｂ）はマイクロローディング効果を示す断面形状
の概略図である。
化、（ｂ）はマイクロローディング効果を示す断面形状
の概略図である。
１ 半導体基板 ２ ゲート酸化膜（絶縁膜） ３ ポリシリコン膜（被エッチング材料） ４ フォトレジスト ５ 密パターンにおける一定時間でのエッチング深さ ６ 粗パターンにおける一定時間でのエッチング深さ ２０１ ウエハ ２０２ 反応室 ２０３ 下部電極 ２０４ 上部電極 ２０５ 高周波電力 ２０６ エッチングガス導入口 ２０７ ＨＢｒ用マスフローコントローラ ２０８ ＨＢｒガスボンベ ２０９ Ｃｌ2 用マスフローコントローラ ２１０ Ｃｌ2 ガスボンベ ２１２ ＮＨ3 用マスフローコントローラ ２１３ ＮＨ3 ガスボンベ ２１４ 排気口 ３０１ ウエハ ３０２ 反応室 ３０３ 下部電極 ３０４ 上部電極 ３０５ 高周波電力 ３０６ エッチングガス導入口 ３０７ ＨＢｒ用マスフローコントローラ ３０８ ＨＢｒガスボンベ ３０９ Ｃｌ2 用マスフローコントローラ ３１０ Ｃｌ2 ガスボンベ ３１１ 添加ガス導入口 ３１２ ＮＨ3 用マスフローコントローラ ３１３ ＮＨ3 ガスボンベ ３１４ 排気口 ４１ 半導体基板 ４２ ゲート酸化膜 ４３ ポリシリコン膜 ４４ フォトレジスト ４５ 密パターンにおける一定時間でのエッチング深さ ４６ 粗パターンにおける一定時間でのエッチング深さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 正文 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体基板上に、絶縁膜を形成した後、
珪素を有する被エッチング材料を堆積し、フォトリソグ
ラフィにより前記被エッチング材料上にマスクパターン
を形成する第１の工程と、塩素原子を含むガスもしくは
臭素原子を含むガス、もしくは塩素原子を含むガスと臭
素原子を含むガスとの混合ガスであるエッチングガス
に、窒素と水素からなるガスを添加し、前記エッチング
ガスを用いたプラズマによって、前記マスクパターンを
マスクとして、前記被エッチング材料を異方的にエッチ
ングする第２の工程とを含むドライエッチング方法。 - 【請求項２】 窒素と水素からなるガスがＮＨ3 もしく
はＮ2 Ｈ4 であることを特徴とする請求項１記載のドラ
イエッチング方法。 - 【請求項３】 半導体基板上に、絶縁膜を形成した後、
珪素を有する被エッチング材料を堆積し、フォトリソグ
ラフィにより前記被エッチング材料上にマスクパターン
を形成する第１の工程と、塩素原子を含むガスもしくは
臭素原子を含むガス、もしくは塩素原子を含むガスと臭
素原子を含むガスとの混合ガスであるエッチングガス
に、窒素と酸素からなるガスを添加し、前記エッチング
ガスを用いたプラズマによって、前記マスクパターンを
マスクとして、前記被エッチング材料を異方的にエッチ
ングする第２の工程とを含むドライエッチング方法。 - 【請求項４】 窒素と酸素からなるガスがＮＯ、Ｎ
Ｏ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3のうち少なくとも１種以上であ
ることを特徴とする請求項３記載のドライエッチング方
法。 - 【請求項５】 半導体基板上に、絶縁膜を形成した後、
珪素を有する被エッチング材料を堆積し、フォトリソグ
ラフィにより前記被エッチング材料上にマスクパターン
を形成する第１の工程と、塩素原子を含むガスもしくは
臭素原子を含むガス、もしくは塩素原子を含むガスと臭
素原子を含むガスとの混合ガスであるエッチングガス
に、窒素と酸素と塩素からなるガスを添加し、前記エッ
チングガスを用いたプラズマによって、前記マスクパタ
ーンをマスクとして、前記被エッチング材料を異方的に
エッチングする第２の工程とを含むドライエッチング方
法。 - 【請求項６】 窒素と酸素と塩素からなるガスがＣｌＮ
Ｏ2 であることを特徴とする請求項５記載のドライエッ
チング方法。 - 【請求項７】 塩素原子を含むガスが、Ｃｌ2 、ＨＣｌ
のうち少なくとも１種以上のガスを含むことを特徴とす
る請求項１，３または５記載のドライエッチング方法。 - 【請求項８】 臭素原子を含むガスが、ＢＢｒ3 、Ｂｒ
2 、ＨＢｒのうち少なくとも１種以上のガスを含むこと
を特徴とする請求項１，３または５記載のドライエッチ
ング方法。 - 【請求項９】 反応室内に塩素原子を含むガスもしくは
臭素原子を含むガス、もしくは塩素原子を含むガスと臭
素原子を含むガスとの混合ガスをエッチングガスとして
導入し、反応室内の少なくとも一つの電極に高周波電力
を印加することによりプラズマを発生させるドライエッ
チング装置であって、前記反応室内に窒素を主体とする
添加ガスを導入し、前記エッチングガスの導入口と、前
記添加ガスの導入口が異なることを特徴とするドライエ
ッチング装置。 - 【請求項１０】 添加ガスが、ＮＨ3 、Ｎ2 Ｈ4 、Ｎ
Ｏ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ3 、ＣｌＮＯ2 のうち少な
くとも１種以上のガスである請求項９記載のドライエッ
チング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9207498A JPH1154481A (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | ドライエッチング方法及びドライエッチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9207498A JPH1154481A (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | ドライエッチング方法及びドライエッチング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1154481A true JPH1154481A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16540718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9207498A Pending JPH1154481A (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | ドライエッチング方法及びドライエッチング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1154481A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6391791B1 (en) * | 1998-08-07 | 2002-05-21 | Ulvac Coating Corporation | Dry-etching method and apparatus, photomasks and method for the preparation thereof, and semiconductor circuits and methods for the fabrication thereof |
| US6544887B1 (en) | 2000-03-31 | 2003-04-08 | Lam Research Corporation | Polycide etch process |
| JP2013084694A (ja) * | 2011-10-06 | 2013-05-09 | Canon Inc | 半導体装置の製造方法 |
| JP2015050229A (ja) * | 2013-08-30 | 2015-03-16 | 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 |
-
1997
- 1997-08-01 JP JP9207498A patent/JPH1154481A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6391791B1 (en) * | 1998-08-07 | 2002-05-21 | Ulvac Coating Corporation | Dry-etching method and apparatus, photomasks and method for the preparation thereof, and semiconductor circuits and methods for the fabrication thereof |
| US6844117B2 (en) | 1998-08-07 | 2005-01-18 | Ulvac Coating Corp. | Dry-etching method and apparatus, photomasks and method for the preparation thereof, and semiconductor circuits and method for the fabrication thereof |
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