JPH1167723A - シランエッチングプロセス - Google Patents
シランエッチングプロセスInfo
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- JPH1167723A JPH1167723A JP10180785A JP18078598A JPH1167723A JP H1167723 A JPH1167723 A JP H1167723A JP 10180785 A JP10180785 A JP 10180785A JP 18078598 A JP18078598 A JP 18078598A JP H1167723 A JPH1167723 A JP H1167723A
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- etching
- silicon
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- silane
- fluorocarbon
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
- H01J37/32853—Hygiene
- H01J37/32871—Means for trapping or directing unwanted particles
-
- H—ELECTRICITY
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高密度プラズマ反応装置で低温プロセスによ
りシリコンに対し高選択比で選択的に酸化物のエッチン
グを行う。 【解決手段】 主なエッチングガスは水素を含まないフ
ルオロカーボン例えばＣ2Ｆ6又はＣ4Ｆ8であり、シラン
又は同様なシリコン含有ガス例えばモノシランＳｉＨ4
が添加される。フルオロカーボン及びシランは、２〜
５、好適には２．５〜３の範囲の比率で添加される。本
発明方法により、高いポリシリコン選択比、高いフォト
レジストのファセット選択比及び急勾配なプロファイル
角が提供される。選択比は、高い流速の操作で増大す
る。酸化物エッチングレートを増大するために、シリコ
ンテトラフルオライドを添加しても良い。本発明方法
は、チャンバ部分の温度を１８０℃以下１２０℃までの
温度で操作しても良い。本発明方法は、広いプロセスウ
インドウを有する２層コンタクト構造を製造することが
できる。
りシリコンに対し高選択比で選択的に酸化物のエッチン
グを行う。 【解決手段】 主なエッチングガスは水素を含まないフ
ルオロカーボン例えばＣ2Ｆ6又はＣ4Ｆ8であり、シラン
又は同様なシリコン含有ガス例えばモノシランＳｉＨ4
が添加される。フルオロカーボン及びシランは、２〜
５、好適には２．５〜３の範囲の比率で添加される。本
発明方法により、高いポリシリコン選択比、高いフォト
レジストのファセット選択比及び急勾配なプロファイル
角が提供される。選択比は、高い流速の操作で増大す
る。酸化物エッチングレートを増大するために、シリコ
ンテトラフルオライドを添加しても良い。本発明方法
は、チャンバ部分の温度を１８０℃以下１２０℃までの
温度で操作しても良い。本発明方法は、広いプロセスウ
インドウを有する２層コンタクト構造を製造することが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ反応装置
及びその動作に関し、特に、半導体プラズマエッチン
グ、さらに詳細には、酸化物エッチングに関するもので
ある。
及びその動作に関し、特に、半導体プラズマエッチン
グ、さらに詳細には、酸化物エッチングに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路における集積化の度合い
は、増加し続けている。次世代のダイナミックメモリで
は、６４メガビットの容量を有することが予測され、次
世代のマイクロプロセッサでは一千万個のトランジスタ
を越えるものと考えられている。更なる世代について
も、計画がなされている。このような密度は、特徴的な
寸法を連続的に減少させることによってのみ獲得するこ
とができ、今や０．１５μｍに押し進められている。し
かし、例えば絶縁破壊や抵抗損失などの物理的効果のた
めに、層の厚さは一様には減少できない。従って、現在
のデザインは高アスペクト比のフィーチャ(feature)す
なわち、幅に対するフィーチャの深さの比を必要とす
る。例えば、介在する誘電体層を介する２層の金属被覆
は、バイア(via)によって電気的に接続される。絶縁破
壊の閾値のために、誘電体層は適度な厚い厚さとしなけ
ればならないので、密集した回路では非常に狭いバイア
を必要とし、得られるアスペクト比は３又はそれ以上と
なる。高アスペクト比を有する孔（hole）のエッチング
には、高い異方性エッチングが要求される。
は、増加し続けている。次世代のダイナミックメモリで
は、６４メガビットの容量を有することが予測され、次
世代のマイクロプロセッサでは一千万個のトランジスタ
を越えるものと考えられている。更なる世代について
も、計画がなされている。このような密度は、特徴的な
寸法を連続的に減少させることによってのみ獲得するこ
とができ、今や０．１５μｍに押し進められている。し
かし、例えば絶縁破壊や抵抗損失などの物理的効果のた
めに、層の厚さは一様には減少できない。従って、現在
のデザインは高アスペクト比のフィーチャ(feature)す
なわち、幅に対するフィーチャの深さの比を必要とす
る。例えば、介在する誘電体層を介する２層の金属被覆
は、バイア(via)によって電気的に接続される。絶縁破
壊の閾値のために、誘電体層は適度な厚い厚さとしなけ
ればならないので、密集した回路では非常に狭いバイア
を必要とし、得られるアスペクト比は３又はそれ以上と
なる。高アスペクト比を有する孔（hole）のエッチング
には、高い異方性エッチングが要求される。
【０００３】更なる問題は経済的な理由であり、処理さ
れるウェハの寸法は増加している。最も最近の高生産量
の装置は、２００ｍｍのウェハ用に設計されており、３
００ｍｍのウェハ用に設計されつつある。このような大
きな寸法のウェハは、エッチングプロセスにおいて厳重
な均一性が要求される。
れるウェハの寸法は増加している。最も最近の高生産量
の装置は、２００ｍｍのウェハ用に設計されており、３
００ｍｍのウェハ用に設計されつつある。このような大
きな寸法のウェハは、エッチングプロセスにおいて厳重
な均一性が要求される。
【０００４】増加した密度の幾つかはより複雑な集積回
路構造を使用することによって達成されるが、プロセス
時特にエッチング時において付加的な要求が必要とな
る。２層コンタクト構造の例を図１の断面図に示す。図
において、シリコン基板１０は、上層から接触される必
要がある既に形成された図示しない構造を含む。第１酸
化物層１２は、例えばプラズマにより堆積された二酸化
シリコンからなり、シリコン基板１０上に形成されてい
る。比較的薄いポリシリコンインターコネクト(interco
nnect)１４は、第１酸化物層１２上に堆積されて限定さ
れ、第２酸化物層１６はインターコネクト１４及び第１
酸化物層１２上に堆積される。その後、単一のフォトマ
スクを使用した単一のフォトリソグラフィエッチング工
程により、ポリシリコンインターコネクト１４まで比較
的浅いバイアホール２０と、シリコン基板１０まで比較
的深い基板コンタクトホール２２とをエッチングする。
非常に類似したプロセスによって、両孔をそれぞれ異な
る層のポリシリコンインターコネクトに接触させても良
い。
路構造を使用することによって達成されるが、プロセス
時特にエッチング時において付加的な要求が必要とな
る。２層コンタクト構造の例を図１の断面図に示す。図
において、シリコン基板１０は、上層から接触される必
要がある既に形成された図示しない構造を含む。第１酸
化物層１２は、例えばプラズマにより堆積された二酸化
シリコンからなり、シリコン基板１０上に形成されてい
る。比較的薄いポリシリコンインターコネクト(interco
nnect)１４は、第１酸化物層１２上に堆積されて限定さ
れ、第２酸化物層１６はインターコネクト１４及び第１
酸化物層１２上に堆積される。その後、単一のフォトマ
スクを使用した単一のフォトリソグラフィエッチング工
程により、ポリシリコンインターコネクト１４まで比較
的浅いバイアホール２０と、シリコン基板１０まで比較
的深い基板コンタクトホール２２とをエッチングする。
非常に類似したプロセスによって、両孔をそれぞれ異な
る層のポリシリコンインターコネクトに接触させても良
い。
【０００５】２層コンタクト構造は、シリコンに対して
高い選択性を有するエッチングプロセスを必要とする。
すなわち、シリコン酸化物を選択的にエッチングする
が、シリコンを極く僅かしかエッチングしないプロセス
である。もし選択性が不十分に高いと、ポリシリコンイ
ンターコネクト１４はエッチングされるが、同じエッチ
ング条件下でより厚い第１酸化物層がエッチングされ
る。要求の厳しくない構造でさえ、シリコンに対する選
択性は非常に望ましく、下層のシリコン上で酸化物のエ
ッチングは信頼性良く停止し、従って、エッチング用の
広いプロセスウインドウを提供する。選択性が低い条件
下で、エッチングが非常に短い時間で行われるとシリコ
ンはエッチングされず、非常に長時間でエッチングが行
われると比較的薄い下層のシリコン層はエッチングされ
る。プロセスの変更によって、商用に実施するのが困難
なエッチング時間を正確に決定される。
高い選択性を有するエッチングプロセスを必要とする。
すなわち、シリコン酸化物を選択的にエッチングする
が、シリコンを極く僅かしかエッチングしないプロセス
である。もし選択性が不十分に高いと、ポリシリコンイ
ンターコネクト１４はエッチングされるが、同じエッチ
ング条件下でより厚い第１酸化物層がエッチングされ
る。要求の厳しくない構造でさえ、シリコンに対する選
択性は非常に望ましく、下層のシリコン上で酸化物のエ
ッチングは信頼性良く停止し、従って、エッチング用の
広いプロセスウインドウを提供する。選択性が低い条件
下で、エッチングが非常に短い時間で行われるとシリコ
ンはエッチングされず、非常に長時間でエッチングが行
われると比較的薄い下層のシリコン層はエッチングされ
る。プロセスの変更によって、商用に実施するのが困難
なエッチング時間を正確に決定される。
【０００６】酸化物エッチングの選択性は、プラズマ反
応装置においてフルオロカーボンエッチングガス及びフ
ッ素スカベンジャによって達成される。本願で使用され
るフルオロカーボンとは、炭素及びフッ素のみからな
り、場合により水素を含む。水素を含まないフルオロカ
ーボンは、炭素及びフッ素のみからなる。水素を含まな
いフルオロカーボンエッチングガスは、例えばＣＦ4，
Ｃ2Ｆ6，Ｃ4Ｆ8である。一方、ヒドロフルオロカーボン
化合物もまた、少なくとも１つの炭素原子を含み、例え
ばＣＨＦ3である。共通の条件下で、ほとんどのフルオ
ロカーボンガスは、全表面上にポリマーを堆積する。し
かし、もしこのポリマーのフッ素含有量が十分に低い場
合、下層のシリカ（ＳｉＯ2）層はポリマーと反応して
揮発性のＣＯ及びＣＯ2を形成する。すなわち、下層の
シリカはポリマーが形成されるのを防止し、シリカがエ
ッチングされる。一方、下層のシリコン（又はシリコン
ナイトライド、Ｓｉ3Ｎ4）は酸素を含んでおらず、ポリ
マーはエッチングされるより速く堆積し、これにより、
下層のシリコン層がエッチングされるのを保護する。結
果として、バイア及びコンタクトホール２０，２２のエ
ッチングはシリコン層１４，１０に到達するまで進行
し、そのシリコン層１４，１０でエッチングは停止する
か又は実質的に減少する。
応装置においてフルオロカーボンエッチングガス及びフ
ッ素スカベンジャによって達成される。本願で使用され
るフルオロカーボンとは、炭素及びフッ素のみからな
り、場合により水素を含む。水素を含まないフルオロカ
ーボンは、炭素及びフッ素のみからなる。水素を含まな
いフルオロカーボンエッチングガスは、例えばＣＦ4，
Ｃ2Ｆ6，Ｃ4Ｆ8である。一方、ヒドロフルオロカーボン
化合物もまた、少なくとも１つの炭素原子を含み、例え
ばＣＨＦ3である。共通の条件下で、ほとんどのフルオ
ロカーボンガスは、全表面上にポリマーを堆積する。し
かし、もしこのポリマーのフッ素含有量が十分に低い場
合、下層のシリカ（ＳｉＯ2）層はポリマーと反応して
揮発性のＣＯ及びＣＯ2を形成する。すなわち、下層の
シリカはポリマーが形成されるのを防止し、シリカがエ
ッチングされる。一方、下層のシリコン（又はシリコン
ナイトライド、Ｓｉ3Ｎ4）は酸素を含んでおらず、ポリ
マーはエッチングされるより速く堆積し、これにより、
下層のシリコン層がエッチングされるのを保護する。結
果として、バイア及びコンタクトホール２０，２２のエ
ッチングはシリコン層１４，１０に到達するまで進行
し、そのシリコン層１４，１０でエッチングは停止する
か又は実質的に減少する。
【０００７】ところが、ポリマーにより提供される選択
性は、比較的低含有量のフッ素を含むポリマーに依存す
る。シリコンは、フルオロカーボンプラズマからフッ素
を除去する多数の既知の物質の中で最も好適である。シ
リコンは、プラズマ中のフッ素ラジカルＦ＊と反応し、
プラズマからフッ素含有量の低いポリマーが生成され
る。ところが一般に、シリコンには活性化が要求され
る。Ｒｉｃｅは、米国特許第５，４７７，９７５号にお
いて、シリコンの熱活性について開示している。また、
シリコンは、シリコン電極のＲＦバイアスにより活性化
できることが認められている。例えば、Ｃｏｌｌｉｎｓ
等に付与された米国特許第５，５５６，５０１号及び欧
州特許出願５５２，４９１−Ａ１号を参照されたい。
性は、比較的低含有量のフッ素を含むポリマーに依存す
る。シリコンは、フルオロカーボンプラズマからフッ素
を除去する多数の既知の物質の中で最も好適である。シ
リコンは、プラズマ中のフッ素ラジカルＦ＊と反応し、
プラズマからフッ素含有量の低いポリマーが生成され
る。ところが一般に、シリコンには活性化が要求され
る。Ｒｉｃｅは、米国特許第５，４７７，９７５号にお
いて、シリコンの熱活性について開示している。また、
シリコンは、シリコン電極のＲＦバイアスにより活性化
できることが認められている。例えば、Ｃｏｌｌｉｎｓ
等に付与された米国特許第５，５５６，５０１号及び欧
州特許出願５５２，４９１−Ａ１号を参照されたい。
【０００８】本願に組み入れられる１９９６年１０月１
８日出願のＳｃｈｎｅｉｄｅｒらによる米国特許出願第
０８／７３４，０１５号には、酸化物エッチングに伴う
多くの問題を扱っている幾つかの実施形態の中で、図２
に断面を示す円錐状のプラズマ反応装置が開示されてい
る。図において、ウェハ３２はペデスタル３４上に支持
されており、ペデスタル３４は、好適には下部チャンバ
本体３６に対して垂直に移動可能である。リング３７
は、ペデスタル３４の上部を囲んでいる。ここに記述す
る例において、リング３７は石英で作製されており、浮
上して加熱される。しかし、リング３７をシリコン又は
シリコンカーバイドで作製することも可能であり、当該
リング３７を熱的に活性化されたフッ素スカベンジャと
して使用することができる。加熱は、プラズマ加熱及び
活性冷却のバランスに依存し、又はリングをより活性化
する必要がある場合には、例えば、シリコンリング３７
の制御された放射熱に依存することができる。
８日出願のＳｃｈｎｅｉｄｅｒらによる米国特許出願第
０８／７３４，０１５号には、酸化物エッチングに伴う
多くの問題を扱っている幾つかの実施形態の中で、図２
に断面を示す円錐状のプラズマ反応装置が開示されてい
る。図において、ウェハ３２はペデスタル３４上に支持
されており、ペデスタル３４は、好適には下部チャンバ
本体３６に対して垂直に移動可能である。リング３７
は、ペデスタル３４の上部を囲んでいる。ここに記述す
る例において、リング３７は石英で作製されており、浮
上して加熱される。しかし、リング３７をシリコン又は
シリコンカーバイドで作製することも可能であり、当該
リング３７を熱的に活性化されたフッ素スカベンジャと
して使用することができる。加熱は、プラズマ加熱及び
活性冷却のバランスに依存し、又はリングをより活性化
する必要がある場合には、例えば、シリコンリング３７
の制御された放射熱に依存することができる。
【０００９】上部チャンバアッセンブリは、電気的絶縁
ジョイントを介して下部チャンバ本体３６上に支持され
た円錐ドーム３８を含む。電気的絶縁ジョイントは、プ
ラズマガード４０、シールリング４２及び介在支持パッ
ド４４を含む。好適には、円錐ドーム３８は、焼結シリ
コンカーバイドの電気的絶縁性本体及び化学気相堆積
（ＣＶＤ）シリコンカーバイドの電気的導電性内層から
なる。又は、円錐ドーム３８は、高抵抗率（ρ＞２０Ω
-ｃｍ）なポリシリコン材料で作製することもできる。
コイルキャリア４８に支持されたＲＦ誘導コイル４６
は、円錐ドーム３８の周囲に巻回される。円錐ドーム３
８の焼結シリコンカーバイド及びＣＶＤシリコンカーバ
イド部分の抵抗率は、ＲＦ誘導コイル４６により誘導さ
れたＲＦ磁場が最小の損失で円錐ドーム３８を通過する
ように選択されるが、ＣＶＤ内層は接地平面を提供する
ように、所定の電気的ポテンシャルに調節することがで
きる。
ジョイントを介して下部チャンバ本体３６上に支持され
た円錐ドーム３８を含む。電気的絶縁ジョイントは、プ
ラズマガード４０、シールリング４２及び介在支持パッ
ド４４を含む。好適には、円錐ドーム３８は、焼結シリ
コンカーバイドの電気的絶縁性本体及び化学気相堆積
（ＣＶＤ）シリコンカーバイドの電気的導電性内層から
なる。又は、円錐ドーム３８は、高抵抗率（ρ＞２０Ω
-ｃｍ）なポリシリコン材料で作製することもできる。
コイルキャリア４８に支持されたＲＦ誘導コイル４６
は、円錐ドーム３８の周囲に巻回される。円錐ドーム３
８の焼結シリコンカーバイド及びＣＶＤシリコンカーバ
イド部分の抵抗率は、ＲＦ誘導コイル４６により誘導さ
れたＲＦ磁場が最小の損失で円錐ドーム３８を通過する
ように選択されるが、ＣＶＤ内層は接地平面を提供する
ように、所定の電気的ポテンシャルに調節することがで
きる。
【００１０】電気的に絶縁されたプラズマガード５０
は、円錐ドーム３８の頂部内側リムに設けられていると
共に、ルーフ５２を支持している。真空Ｏ−リング又は
ベスペルリング(Vespel ring)によって、電気的に絶縁
される。中央のガス供給部５４はルーフ５２と一体化さ
れており、ルーフ５２に設けられた図示しない開口を介
して、反応装置３０内にプロセスガスを供給する。他の
図示された部材の多くは円錐ドーム３８及びルーフ５２
の温度制御を伴うものであり、Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒらの
特許出願に詳細に記載されている。ルーフ５２の温度制
御手段は、抵抗加熱式プレート５６及び水冷式冷却プレ
ート５７を含む。円錐ドーム３８の温度制御手段は、抵
抗加熱式円錐シース５８及び水冷式カラー５９を含む。
は、円錐ドーム３８の頂部内側リムに設けられていると
共に、ルーフ５２を支持している。真空Ｏ−リング又は
ベスペルリング(Vespel ring)によって、電気的に絶縁
される。中央のガス供給部５４はルーフ５２と一体化さ
れており、ルーフ５２に設けられた図示しない開口を介
して、反応装置３０内にプロセスガスを供給する。他の
図示された部材の多くは円錐ドーム３８及びルーフ５２
の温度制御を伴うものであり、Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒらの
特許出願に詳細に記載されている。ルーフ５２の温度制
御手段は、抵抗加熱式プレート５６及び水冷式冷却プレ
ート５７を含む。円錐ドーム３８の温度制御手段は、抵
抗加熱式円錐シース５８及び水冷式カラー５９を含む。
【００１１】ルーフ５２露出部分の直径は、ペデスタル
の直径とほぼ等しい。すなわち、プラズマを挟む２つの
電極は、同じサイズである。
の直径とほぼ等しい。すなわち、プラズマを挟む２つの
電極は、同じサイズである。
【００１２】酸化物エッチングの場合、ルーフ５２は好
適には電気的に導電性のフッ素スカベンジャ、例えばポ
リシリコン、シリコンカーバイド又はガラス状カーボン
により形成される。好適には、円錐ドーム３８もこれら
の材料の１つで形成され、プラズマに対して十分な電気
的接地表面を提供する導電性を有する。代表的には、エ
ッチングガスはフルオロカーボン及びヘキサフルオロエ
タン（Ｃ2Ｆ6）であり、酸化物エッチング用として図示
した反応装置において十分な試験が行われた。一般的に
周波数範囲が１〜２ＭＨｚのＲＦ電力がコイル４６及び
ペデスタル３４とルーフ５２とによって形成された２つ
の電極に印加される場合、ウェハ３２上の処理スペース
５６を含む反応装置３０内でフルオロカーボンプラズマ
が励起される。フッ素スカベンジャがプラズマに接触さ
れ、プラズマから所定量のフッ素が除去される。これに
より、フルオロカーボンプラズマからウェハ３２上に形
成されるある種のポリマーは、フッ素が不足する。今や
周知のように、フッ素含有量の少ないポリマーは、例え
ば図１の２層コンタクト構造におけるように、シリコン
に対して高い選択性でエッチングする。このようなアプ
ローチでは、ルーフ及び円錐ドームを実質的に加熱する
ことなく活性化が達成できる。
適には電気的に導電性のフッ素スカベンジャ、例えばポ
リシリコン、シリコンカーバイド又はガラス状カーボン
により形成される。好適には、円錐ドーム３８もこれら
の材料の１つで形成され、プラズマに対して十分な電気
的接地表面を提供する導電性を有する。代表的には、エ
ッチングガスはフルオロカーボン及びヘキサフルオロエ
タン（Ｃ2Ｆ6）であり、酸化物エッチング用として図示
した反応装置において十分な試験が行われた。一般的に
周波数範囲が１〜２ＭＨｚのＲＦ電力がコイル４６及び
ペデスタル３４とルーフ５２とによって形成された２つ
の電極に印加される場合、ウェハ３２上の処理スペース
５６を含む反応装置３０内でフルオロカーボンプラズマ
が励起される。フッ素スカベンジャがプラズマに接触さ
れ、プラズマから所定量のフッ素が除去される。これに
より、フルオロカーボンプラズマからウェハ３２上に形
成されるある種のポリマーは、フッ素が不足する。今や
周知のように、フッ素含有量の少ないポリマーは、例え
ば図１の２層コンタクト構造におけるように、シリコン
に対して高い選択性でエッチングする。このようなアプ
ローチでは、ルーフ及び円錐ドームを実質的に加熱する
ことなく活性化が達成できる。
【００１３】固体フッ素スカベンジャを活性化する現在
既知の１つの方法は、フッ素スカベンジャにＲＦエネル
ギーを印加することである。すなわち、ルーフ５２は単
に接地されるのではなく、有効なＲＦ信号が印加され
る。１９９７年２月２１日に出願されたＷｕらによる米
国特許出願第０８／８０４，４３０号に示されているよ
うに、このような用途の電気回路を図４に概略的に図示
する。円錐ドーム３８は電気的に接地され、周囲のコイ
ル４６は第１ＲＦ電源６０により電力が供給される。電
力分配(splitting)型ＲＦ電源６２は、２つのカップリ
ングコンデンサー６４，６６を介してルーフ５２及びペ
デスタル３４に接続される。電力分配型ＲＦ電源６２の
例は、図４に概略的に示されている。第２のＲＦ電源６
９は、単相のＲＦ電力を電力分割回路６８に供給する。
例えば、ＲＦ電源を広帯域変圧器７０の一次側に接続す
る。広帯域変圧器７０の二次側は多数のタップを有し、
スイッチ７２は例えば接地のような所定電位に対してタ
ップの１つに選択的に接続される。変圧器の二次側の各
端子は、カップリングコンデンサ６４，６６を介してそ
れぞれルーフ５２及びペデスタル３４に接続されてい
る。変圧器のタップスイッチ７２のセッティングに依存
して、ルーフ５２及びペデスタル３４に分割されるＲＦ
電力は変更される。図示するような変圧器の二次側にお
ける中間の位置であり（この位置は望ましい位置ではな
く、ルーフ５２に少ないＲＦ電力が供給されるのが望ま
しい）、かつルーフ５２及びペデスタル３４の寸法が等
しいと仮定した場合、ルーフ５２及びペデスタル３４に
は等しいＲＦ電力が供給される。一方、変圧器の二次側
におけるルーフ５２側のタップが接地されていると、ル
ーフ５２はＡＣ接地されＲＦ電力は供給されない。これ
はＲｉｃｅらにより行われた動作であり、シリコンベー
スのフッ素スカベンジャは熱的に活性化される。このよ
うな２つの両極なタップの位置の間で、ペデスタル３４
に供給される大部分の電力が異なる比率に分配される。
既知の１つの方法は、フッ素スカベンジャにＲＦエネル
ギーを印加することである。すなわち、ルーフ５２は単
に接地されるのではなく、有効なＲＦ信号が印加され
る。１９９７年２月２１日に出願されたＷｕらによる米
国特許出願第０８／８０４，４３０号に示されているよ
うに、このような用途の電気回路を図４に概略的に図示
する。円錐ドーム３８は電気的に接地され、周囲のコイ
ル４６は第１ＲＦ電源６０により電力が供給される。電
力分配(splitting)型ＲＦ電源６２は、２つのカップリ
ングコンデンサー６４，６６を介してルーフ５２及びペ
デスタル３４に接続される。電力分配型ＲＦ電源６２の
例は、図４に概略的に示されている。第２のＲＦ電源６
９は、単相のＲＦ電力を電力分割回路６８に供給する。
例えば、ＲＦ電源を広帯域変圧器７０の一次側に接続す
る。広帯域変圧器７０の二次側は多数のタップを有し、
スイッチ７２は例えば接地のような所定電位に対してタ
ップの１つに選択的に接続される。変圧器の二次側の各
端子は、カップリングコンデンサ６４，６６を介してそ
れぞれルーフ５２及びペデスタル３４に接続されてい
る。変圧器のタップスイッチ７２のセッティングに依存
して、ルーフ５２及びペデスタル３４に分割されるＲＦ
電力は変更される。図示するような変圧器の二次側にお
ける中間の位置であり（この位置は望ましい位置ではな
く、ルーフ５２に少ないＲＦ電力が供給されるのが望ま
しい）、かつルーフ５２及びペデスタル３４の寸法が等
しいと仮定した場合、ルーフ５２及びペデスタル３４に
は等しいＲＦ電力が供給される。一方、変圧器の二次側
におけるルーフ５２側のタップが接地されていると、ル
ーフ５２はＡＣ接地されＲＦ電力は供給されない。これ
はＲｉｃｅらにより行われた動作であり、シリコンベー
スのフッ素スカベンジャは熱的に活性化される。このよ
うな２つの両極なタップの位置の間で、ペデスタル３４
に供給される大部分の電力が異なる比率に分配される。
【００１４】フルオロカーボンエッチャントの存在下に
おいてフッ素を除去するシリコンベースのフッ素スカベ
ンジャが適用され、下層のシリコンナイトライドに対し
て高い選択性で酸化物のエッチングが達成されてきた。
Ｍａｒｋｓらは、シリコン対向電極又はシランのような
シリコン含有ガスを使用することによって、シリコンナ
イトライドに対して高い選択性が達成できることを米国
特許第５，４２３，９４５号に開示している。また、シ
ランの代わりに固体及びガス状シリコン源を使用するこ
とも提案している。
おいてフッ素を除去するシリコンベースのフッ素スカベ
ンジャが適用され、下層のシリコンナイトライドに対し
て高い選択性で酸化物のエッチングが達成されてきた。
Ｍａｒｋｓらは、シリコン対向電極又はシランのような
シリコン含有ガスを使用することによって、シリコンナ
イトライドに対して高い選択性が達成できることを米国
特許第５，４２３，９４５号に開示している。また、シ
ランの代わりに固体及びガス状シリコン源を使用するこ
とも提案している。
【００１５】Ｃｏｌｌｉｎｓらは、フッ素除去について
の異なるアプローチを米国特許第５，５５６，５０１号
に記載している。幾つかの実施形態の１つにおいて、フ
ルオロカーボンエッチングガス例えばＣ2Ｆ6又はＣＦ4
と、フッ素を置換したシリコン含有添加ガス例えばシラ
ン（ＳｉＨ4）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥ
ＯＳ）、ジエチルシラン、又はシリコンテトラフルオラ
イド（ＳｉＦ4）とを組み合わせている。また、ポリマ
ー形成添加ガス例えばＣＨ3Ｆ、ＣＨＦ3の使用も推奨し
ている。同特許及び１９９２年９月９日に出願されたそ
の第２継続出願０７／９４１，５０７号であって欧州特
許出願５５２，４９１−Ａ１号として公開された出願も
また、シリコン対向電極及びこの電極へのＲＦ電力供給
を開示している。しかし、Ｃｏｌｌｉｎｓらは、ガス状
フッ素スカベンジャの代わりとして固体シリコンスカベ
ンジャを考慮している。同様に、Ｔａｔｓｕｍｉは米国
特許第５，３１２，５１８号において、ハロゲン化イオ
ウのエッチングにおけるフッ素の除去にシリコン壁部を
使用すること、及びＣ4Ｆ8エッチングを開示している
が、これら２つの化学種を組み合わせてはいない。
の異なるアプローチを米国特許第５，５５６，５０１号
に記載している。幾つかの実施形態の１つにおいて、フ
ルオロカーボンエッチングガス例えばＣ2Ｆ6又はＣＦ4
と、フッ素を置換したシリコン含有添加ガス例えばシラ
ン（ＳｉＨ4）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥ
ＯＳ）、ジエチルシラン、又はシリコンテトラフルオラ
イド（ＳｉＦ4）とを組み合わせている。また、ポリマ
ー形成添加ガス例えばＣＨ3Ｆ、ＣＨＦ3の使用も推奨し
ている。同特許及び１９９２年９月９日に出願されたそ
の第２継続出願０７／９４１，５０７号であって欧州特
許出願５５２，４９１−Ａ１号として公開された出願も
また、シリコン対向電極及びこの電極へのＲＦ電力供給
を開示している。しかし、Ｃｏｌｌｉｎｓらは、ガス状
フッ素スカベンジャの代わりとして固体シリコンスカベ
ンジャを考慮している。同様に、Ｔａｔｓｕｍｉは米国
特許第５，３１２，５１８号において、ハロゲン化イオ
ウのエッチングにおけるフッ素の除去にシリコン壁部を
使用すること、及びＣ4Ｆ8エッチングを開示している
が、これら２つの化学種を組み合わせてはいない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】Ｗｕらにより議論され
た電力の分配は、比較的低温において良好な酸化物選択
性を提供するが、温度をさらに減少することが望まし
く、特に、反応装置の設計を単純にし、温度に敏感な部
材例えばＯ−リングの寿命を延長するためである。ま
た、固体シリコンベーススカベンジャのＲＦ電源による
活性化は、ＲＦ信号をルーフに印加することが必要であ
り、さらに複雑な設計や反応装置の動作が必要である。
た電力の分配は、比較的低温において良好な酸化物選択
性を提供するが、温度をさらに減少することが望まし
く、特に、反応装置の設計を単純にし、温度に敏感な部
材例えばＯ−リングの寿命を延長するためである。ま
た、固体シリコンベーススカベンジャのＲＦ電源による
活性化は、ＲＦ信号をルーフに印加することが必要であ
り、さらに複雑な設計や反応装置の動作が必要である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は要するに、エッ
チングプロセス、酸素を含まない、特にシリコン層上に
積層された酸化物層のエッチングに適用できる。本発明
のプロセスにおいて、ケイ素及び水素を含むフッ素スカ
ベンジャガスは、フッ素及び炭素を含むエッチングガス
に添加される。好適には、スカベンジャガスはシラン又
は同様なガスであり、エッチングガスはフルオロカーボ
ンである。本願の第１の発明は、シランを固体フッ素ス
カベンジャと組み合わせて、特にプラズマを囲む電極と
して使用される。本願の他の発明は、フルオロカーボン
及びシランの流速比をかなり狭い範囲に制御することに
よって、選択性及び他のプロセス特性を最適化するもの
である。これらのガスは、好適には高い流速とする。シ
リコンテトラフルオライドを添加しても良く、これによ
り、酸化物層のエッチレートが増大する。
チングプロセス、酸素を含まない、特にシリコン層上に
積層された酸化物層のエッチングに適用できる。本発明
のプロセスにおいて、ケイ素及び水素を含むフッ素スカ
ベンジャガスは、フッ素及び炭素を含むエッチングガス
に添加される。好適には、スカベンジャガスはシラン又
は同様なガスであり、エッチングガスはフルオロカーボ
ンである。本願の第１の発明は、シランを固体フッ素ス
カベンジャと組み合わせて、特にプラズマを囲む電極と
して使用される。本願の他の発明は、フルオロカーボン
及びシランの流速比をかなり狭い範囲に制御することに
よって、選択性及び他のプロセス特性を最適化するもの
である。これらのガスは、好適には高い流速とする。シ
リコンテトラフルオライドを添加しても良く、これによ
り、酸化物層のエッチレートが増大する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の実施形態について説明する。
の実施形態について説明する。
【００１９】特にシリコン酸化物をエッチングするフル
オロカーボンエッチングプロセスにシランを添加するこ
とにより、種々の利点が得られる。しかしながら、フル
オロカーボン及びシランガスの流速比を狭い範囲に調整
するのが好適であり、シランの添加により、従来のフル
オロカーボンエッチングプロセスに比較してプロセスに
おける他の変化を促進する。
オロカーボンエッチングプロセスにシランを添加するこ
とにより、種々の利点が得られる。しかしながら、フル
オロカーボン及びシランガスの流速比を狭い範囲に調整
するのが好適であり、シランの添加により、従来のフル
オロカーボンエッチングプロセスに比較してプロセスに
おける他の変化を促進する。
【００２０】先進的な集積回路に適用される酸化物エッ
チングプロセスは、幾つかの厳しくかつしばしば相矛盾
する要求を満足しなければならない。高価な設備により
ウェハの高いスループットを得るために、高いエッチン
グレートが望ましく、酸化物のエッチングレートＥＲOX
をかなり高い値例えば５００ｎｍ／分以上に維持する必
要がある。下層の薄膜ポリシリコンを有する構造、特に
図１に示すような２層コンタクトのような先進的な構造
を深くエッチングするためには、酸化物のエッチングレ
ートをポリシリコンのエッチングレートよりかなり高く
する必要がある。ポリシリコンエッチングレートＥＲ
POLYに対する酸化物エッチングレートＥＲOXの比は、ポ
リシリコン選択比ＳPOLYと呼ばれる。高密度集積回路の
ためには、バイア及びコンタクトホールは近接して配置
される必要がある。そのためには２つの点が必要であ
る。まず、酸化物エッチングは、ほぼ垂直な壁部を有す
る孔（hole）を生成するために、高度な異方性が要求さ
れる。これは、エッチングされた孔のテーパ角又は等高
線プロファイルで表すことができ、ほぼ９０゜となるべ
きある。
チングプロセスは、幾つかの厳しくかつしばしば相矛盾
する要求を満足しなければならない。高価な設備により
ウェハの高いスループットを得るために、高いエッチン
グレートが望ましく、酸化物のエッチングレートＥＲOX
をかなり高い値例えば５００ｎｍ／分以上に維持する必
要がある。下層の薄膜ポリシリコンを有する構造、特に
図１に示すような２層コンタクトのような先進的な構造
を深くエッチングするためには、酸化物のエッチングレ
ートをポリシリコンのエッチングレートよりかなり高く
する必要がある。ポリシリコンエッチングレートＥＲ
POLYに対する酸化物エッチングレートＥＲOXの比は、ポ
リシリコン選択比ＳPOLYと呼ばれる。高密度集積回路の
ためには、バイア及びコンタクトホールは近接して配置
される必要がある。そのためには２つの点が必要であ
る。まず、酸化物エッチングは、ほぼ垂直な壁部を有す
る孔（hole）を生成するために、高度な異方性が要求さ
れる。これは、エッチングされた孔のテーパ角又は等高
線プロファイルで表すことができ、ほぼ９０゜となるべ
きある。
【００２１】他の要求は、パターン化されたフォトレジ
ストは有限のエッチングレートを有し、そのエッチング
は完全には異方性ではないことに起因する。図５の断面
図に示すように、通常の遅いエッチングレートであって
も、エッチングガスは露出した酸化物だけでなくフォト
レジスト１８もエッチングする。破線８０は、フォトレ
ジスト１８の最初の表面を示している。しかし、より重
要であるフォトレジストに関しての選択比は、バイア及
びコンタクトホール２０，２２の直ぐ上のフォトレジス
ト１８に形成されるファセット８２を説明できる。フォ
トレジストの初めの厚さはＤPRで表され、ファセット８
２の下に残っているフォトレジスト１８の厚さはＤREM
で表される。ファセット選択比ＳFACETは、ファセット
８２底部におけるフォトレジスト１８の減少量に対する
酸化物の深さＤOXの比であり、次の式（１）で示され
る。
ストは有限のエッチングレートを有し、そのエッチング
は完全には異方性ではないことに起因する。図５の断面
図に示すように、通常の遅いエッチングレートであって
も、エッチングガスは露出した酸化物だけでなくフォト
レジスト１８もエッチングする。破線８０は、フォトレ
ジスト１８の最初の表面を示している。しかし、より重
要であるフォトレジストに関しての選択比は、バイア及
びコンタクトホール２０，２２の直ぐ上のフォトレジス
ト１８に形成されるファセット８２を説明できる。フォ
トレジストの初めの厚さはＤPRで表され、ファセット８
２の下に残っているフォトレジスト１８の厚さはＤREM
で表される。ファセット選択比ＳFACETは、ファセット
８２底部におけるフォトレジスト１８の減少量に対する
酸化物の深さＤOXの比であり、次の式（１）で示され
る。
【００２２】
【数１】 ファセット選択比は、高く保つ必要がある。
【００２３】大型ウェハにおけるさらに他の問題は、端
部に対する中央部の不均一性に導かれる、ウェハの中央
部及び端部間の前記諸量の実質的な変動が起こるかもし
れない点である。従って、ウェハ端部及び中央部の両者
の値を決定する必要がある。
部に対する中央部の不均一性に導かれる、ウェハの中央
部及び端部間の前記諸量の実質的な変動が起こるかもし
れない点である。従って、ウェハ端部及び中央部の両者
の値を決定する必要がある。
【００２４】実施例１ 誘電結合されたＲＦ電源を介して円錐ドーム３８を備え
た図２に示す反応装置により、本発明の実施例１による
実験を行った。図において、円錐ドーム３８及びルーフ
５２は、共にポリシリコン又はシリコンカーバイドで作
製され、電気的に接地されている。フルオロカーボンエ
ッチングガスは、エチルヘキサフルオライド（Ｃ2Ｆ6）
であり、モノシラン（ＳｉＨ4）が添加される。ガス流
速は、チャンバ容積の２０リットルに規格化されてい
る。
た図２に示す反応装置により、本発明の実施例１による
実験を行った。図において、円錐ドーム３８及びルーフ
５２は、共にポリシリコン又はシリコンカーバイドで作
製され、電気的に接地されている。フルオロカーボンエ
ッチングガスは、エチルヘキサフルオライド（Ｃ2Ｆ6）
であり、モノシラン（ＳｉＨ4）が添加される。ガス流
速は、チャンバ容積の２０リットルに規格化されてい
る。
【００２５】実施例１において、Ｃ2Ｆ6及びＳｉＨ4の
量は変更し、他の動作パラメータはほとんどの場合一定
とし、酸化物層間に形成された薄いポリシリコンライン
及びＴＥＯＳ成長酸化物の２層を含む２層構造が形成さ
れた一連のウェハをエッチングした。Ｃ2Ｆ6及びＳｉＨ
4に加え、エッチングガスのガス流速は、ＣＯは０〜４
０ｓｃｃｍ、Ａｒは４５０ｓｃｃｍであり、チャンバ圧
力は３５〜４５ｍＴｏｒｒに維持した。誘導コイルに
は、ＲＦ電源により２８００Ｗを供給した。ウェハを保
持するペデスタルには、ＲＦバイアス電源により１４０
０Ｗを供給し水で１０℃に冷却した。シリコンカーバイ
ドのルーフ５２は、１００〜１８０℃の動作温度範囲内
に制御した。実験は、高温の方が好適である。シリコン
カーバイド円錐ドーム３８は、１５０℃に保った。エッ
チング処理は、１２０秒間行った。
量は変更し、他の動作パラメータはほとんどの場合一定
とし、酸化物層間に形成された薄いポリシリコンライン
及びＴＥＯＳ成長酸化物の２層を含む２層構造が形成さ
れた一連のウェハをエッチングした。Ｃ2Ｆ6及びＳｉＨ
4に加え、エッチングガスのガス流速は、ＣＯは０〜４
０ｓｃｃｍ、Ａｒは４５０ｓｃｃｍであり、チャンバ圧
力は３５〜４５ｍＴｏｒｒに維持した。誘導コイルに
は、ＲＦ電源により２８００Ｗを供給した。ウェハを保
持するペデスタルには、ＲＦバイアス電源により１４０
０Ｗを供給し水で１０℃に冷却した。シリコンカーバイ
ドのルーフ５２は、１００〜１８０℃の動作温度範囲内
に制御した。実験は、高温の方が好適である。シリコン
カーバイド円錐ドーム３８は、１５０℃に保った。エッ
チング処理は、１２０秒間行った。
【００２６】ウェハのエッチング後、酸化物エッチング
レートＥＲOX、ポリシリコン選択比ＳPOLY、ファセット
選択比ＳFACET、及びプロファイル角を、ウェハの中央
部及び端部について測定した。次いで、データを統計的
に解析し、Ｃ2Ｆ6及びＳｉＨ4のガス流速の関数とし
て、中央部及び端部におけるパラメータについて等高線
プロットを得た。
レートＥＲOX、ポリシリコン選択比ＳPOLY、ファセット
選択比ＳFACET、及びプロファイル角を、ウェハの中央
部及び端部について測定した。次いで、データを統計的
に解析し、Ｃ2Ｆ6及びＳｉＨ4のガス流速の関数とし
て、中央部及び端部におけるパラメータについて等高線
プロットを得た。
【００２７】ウェハ中央部における酸化物エッチングレ
ートＥＲOXを図６に、ウェハ端部における酸化物エッチ
ングレートＥＲOXを図７にそれぞれ示した。ポリシリコ
ンの選択比ＳPOLYを、ウェハ中央部について図８に、ウ
ェハ端部について図９にそれぞれ示した。ファセットの
選択比ＳFACETを、ウェハ中央部について図１０に、ウ
ェハ端部について図１１にそれぞれ示した。さらに、プ
ロファイル角を、ウェハ中央部について図１２に、ウェ
ハ端部について図１３にそれぞれ示した。一対のグラフ
は、別々に議論した。
ートＥＲOXを図６に、ウェハ端部における酸化物エッチ
ングレートＥＲOXを図７にそれぞれ示した。ポリシリコ
ンの選択比ＳPOLYを、ウェハ中央部について図８に、ウ
ェハ端部について図９にそれぞれ示した。ファセットの
選択比ＳFACETを、ウェハ中央部について図１０に、ウ
ェハ端部について図１１にそれぞれ示した。さらに、プ
ロファイル角を、ウェハ中央部について図１２に、ウェ
ハ端部について図１３にそれぞれ示した。一対のグラフ
は、別々に議論した。
【００２８】図６及び図７は、３００，４００，５０
０，及び６００ｎｍ／分における酸化物エッチングレー
トＥＲOXについての等高線８０を示す。一般に、シラン
及びフルオロカーボン間の所定エッチングレート等高線
８０について直線的な関係が得られ、従って、これら２
種類のガスは互いに強く相互作用していることが判る。
グラフの対角線８２は、シラン及びＣ2Ｆ6の最適な直線
関係を示しているように考えられる。２つのガスの流速
における直線関係は、次の（２）式で表される。
０，及び６００ｎｍ／分における酸化物エッチングレー
トＥＲOXについての等高線８０を示す。一般に、シラン
及びフルオロカーボン間の所定エッチングレート等高線
８０について直線的な関係が得られ、従って、これら２
種類のガスは互いに強く相互作用していることが判る。
グラフの対角線８２は、シラン及びＣ2Ｆ6の最適な直線
関係を示しているように考えられる。２つのガスの流速
における直線関係は、次の（２）式で表される。
【００２９】
【数２】 厳密な比例部分からのオフセットは理解できないが、測
定点が比較的僅かなために生じたものかも知れない。流
速Ｒの値が２，２．５，３，４，及び５における直線８
４は、図６及び図７に示されており、ここでＲは、次の
（３）式のように定義される。
定点が比較的僅かなために生じたものかも知れない。流
速Ｒの値が２，２．５，３，４，及び５における直線８
４は、図６及び図７に示されており、ここでＲは、次の
（３）式のように定義される。
【００３０】
【数３】 エッチングレートデータによれば、比率Ｒが２〜５の範
囲では一般に良い結果が得られ、２．５〜４の範囲では
さらに良い結果が得られる。しかし、後述するように、
フルオロカーボンの速い流速が好適であり、図６の右側
において、最も好適なＲが比例する範囲は２．５〜３で
ある。
囲では一般に良い結果が得られ、２．５〜４の範囲では
さらに良い結果が得られる。しかし、後述するように、
フルオロカーボンの速い流速が好適であり、図６の右側
において、最も好適なＲが比例する範囲は２．５〜３で
ある。
【００３１】図８及び図９に示されるポリシリコン選択
比ＳPOLYに戻って、等高線８６がＣ2Ｆ6及びＳｉＨ4の
流速の関数として示されている。等高線８６は、２５，
５０，７５，１００，１５０，及び２００のポリシリコ
ン選択比（異なる等高線の組は２つのグラフで示され
る）について与えられている。これらの結果は、フルオ
ロカーボン及びシランの濃度間の強い相互作用を示して
いる。対角線８２で示される非直線的な関係は、最適な
特性を提供していると考えられる。しかし、各組の境界
値２〜５，２．５〜４、２．５〜３を有する比率Ｒの直
線８４で区切られる領域は、図６及び図７における領域
と同様な利点を提供する。ところが、これらの等高線８
６は、Ｃ2Ｆ6の流速が５５ｓｃｃｍ以上で、かつＳｉＨ
4の流速が１５ｓｃｃｍ以上である場合、ポリシリコン
選択比は優れた値を示す。ウェハの中央部及び端部にお
けるエッチングレートを考慮すると、Ｃ2Ｆ6の流速が７
０ｓｃｃｍ以上、ＳｉＨ4の流速が２５ｓｃｃｍ以上で
あり、比率Ｒが２．５〜３の範囲である場合が最適であ
ると考えられる。しかし、図７のウェハ中央部のエッチ
ングレートを考慮すると、Ｃ2Ｆ6は約１００ｓｃｃｍ以
下に維持すべきである。
比ＳPOLYに戻って、等高線８６がＣ2Ｆ6及びＳｉＨ4の
流速の関数として示されている。等高線８６は、２５，
５０，７５，１００，１５０，及び２００のポリシリコ
ン選択比（異なる等高線の組は２つのグラフで示され
る）について与えられている。これらの結果は、フルオ
ロカーボン及びシランの濃度間の強い相互作用を示して
いる。対角線８２で示される非直線的な関係は、最適な
特性を提供していると考えられる。しかし、各組の境界
値２〜５，２．５〜４、２．５〜３を有する比率Ｒの直
線８４で区切られる領域は、図６及び図７における領域
と同様な利点を提供する。ところが、これらの等高線８
６は、Ｃ2Ｆ6の流速が５５ｓｃｃｍ以上で、かつＳｉＨ
4の流速が１５ｓｃｃｍ以上である場合、ポリシリコン
選択比は優れた値を示す。ウェハの中央部及び端部にお
けるエッチングレートを考慮すると、Ｃ2Ｆ6の流速が７
０ｓｃｃｍ以上、ＳｉＨ4の流速が２５ｓｃｃｍ以上で
あり、比率Ｒが２．５〜３の範囲である場合が最適であ
ると考えられる。しかし、図７のウェハ中央部のエッチ
ングレートを考慮すると、Ｃ2Ｆ6は約１００ｓｃｃｍ以
下に維持すべきである。
【００３２】図１０及び１１には、選択比２，３，４，
５及び６におけるファセット選択比ＳFACETの等高線８
８が示されている。等高線８８は、同じ流速において図
８及び９における好適なポリシリコン選択比と同様に良
好であることが示されている。しかしながら、ファセッ
ト選択比は、Ｃ2Ｆ6の流速約５５ｓｃｃｍ以上及びＳｉ
Ｈ4の流速約１５ｓｃｃｍ以上において非常に好適であ
る。これら両者の流速の上限は、ほぼ同じである。
５及び６におけるファセット選択比ＳFACETの等高線８
８が示されている。等高線８８は、同じ流速において図
８及び９における好適なポリシリコン選択比と同様に良
好であることが示されている。しかしながら、ファセッ
ト選択比は、Ｃ2Ｆ6の流速約５５ｓｃｃｍ以上及びＳｉ
Ｈ4の流速約１５ｓｃｃｍ以上において非常に好適であ
る。これら両者の流速の上限は、ほぼ同じである。
【００３３】図１２及び１３には、角度７５゜、８０
゜、８２．５゜、８５゜及び８７．５゜におけるプロフ
ァイル角の等高線９０が示されている。これらの図にお
いて、全ての等高線は表わされていない。データは、Ｓ
ｉＨ4のより高い流速においてかつＣ2Ｆ6のより低い流
速においてより垂直なプロファイルが示されている。他
の等高線を合わせて考慮することによって、前述した好
適な流速範囲により、少なくとも８０゜の受容できるプ
ロファイル角が得られ、プロファイル角はＳｉＨ4及び
Ｃ2Ｆ6の高い流速において有効に増加する。
゜、８２．５゜、８５゜及び８７．５゜におけるプロフ
ァイル角の等高線９０が示されている。これらの図にお
いて、全ての等高線は表わされていない。データは、Ｓ
ｉＨ4のより高い流速においてかつＣ2Ｆ6のより低い流
速においてより垂直なプロファイルが示されている。他
の等高線を合わせて考慮することによって、前述した好
適な流速範囲により、少なくとも８０゜の受容できるプ
ロファイル角が得られ、プロファイル角はＳｉＨ4及び
Ｃ2Ｆ6の高い流速において有効に増加する。
【００３４】実施例２ 円錐ドーム３８及びルーフ５２の温度を処理毎に変化さ
せた以外は、実施例１と同様なプロセスパラメータによ
り実験を行った。円錐ドーム３８及びルーフ５２は、共
に接地されている。５組の壁部温度及びルーフ温度につ
いて、表１に示すように実験を行った。
せた以外は、実施例１と同様なプロセスパラメータによ
り実験を行った。円錐ドーム３８及びルーフ５２は、共
に接地されている。５組の壁部温度及びルーフ温度につ
いて、表１に示すように実験を行った。
【００３５】
【表１】 ５組の処理の間、Ｃ2Ｆ6、ＳｉＨ4及びＣＯの流速は、
それぞれ６０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ及び２０ｓｃｃｍ
で一定に保った。ウェハを処理した後、各処理後のウェ
ハを分割して顕微鏡写真を撮影し、顕微鏡写真からエッ
チング特性を測定した。図１４において、曲線９２はウ
ェハ中央部における酸化物エッチングレートを示し、曲
線９３はウェハ端部における酸化物エッチングレートを
示す。酸化物エッチングレートは低い温度において増加
し、ルーフの温度は好適には１３５℃以下であり、壁部
の温度も好適に１４３℃以下である。図１５において、
曲線９４はウェハ中央部におけるポリシリコンの選択比
を示し、曲線９５はウェハ端部におけるポリシリコンの
選択比を示す。また、曲線９６はウェハ中央部における
フォトレジストのファセット選択比を示し、曲線９７は
ウェハ端部におけるフォトレジストのファセット選択比
を示す。これらの曲線から、１３５／１４３℃の組み合
わせが好適なエッチングプロセスであり、１５３／１７
０℃以上の温度では好ましくないことが判る。コンタク
トホールのプロファイルも同様に測定した。図示しない
データから、１５３／１７０℃以下で好適である。これ
らの温度において、プロファイル角は８７゜以上であっ
た。
それぞれ６０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ及び２０ｓｃｃｍ
で一定に保った。ウェハを処理した後、各処理後のウェ
ハを分割して顕微鏡写真を撮影し、顕微鏡写真からエッ
チング特性を測定した。図１４において、曲線９２はウ
ェハ中央部における酸化物エッチングレートを示し、曲
線９３はウェハ端部における酸化物エッチングレートを
示す。酸化物エッチングレートは低い温度において増加
し、ルーフの温度は好適には１３５℃以下であり、壁部
の温度も好適に１４３℃以下である。図１５において、
曲線９４はウェハ中央部におけるポリシリコンの選択比
を示し、曲線９５はウェハ端部におけるポリシリコンの
選択比を示す。また、曲線９６はウェハ中央部における
フォトレジストのファセット選択比を示し、曲線９７は
ウェハ端部におけるフォトレジストのファセット選択比
を示す。これらの曲線から、１３５／１４３℃の組み合
わせが好適なエッチングプロセスであり、１５３／１７
０℃以上の温度では好ましくないことが判る。コンタク
トホールのプロファイルも同様に測定した。図示しない
データから、１５３／１７０℃以下で好適である。これ
らの温度において、プロファイル角は８７゜以上であっ
た。
【００３６】前述のデータは、比較的低温度に維持され
シリコン又はシリコンカーバイド壁部を有するチャンバ
により、シリコン部材にＲＦバイアスを印加しないで測
定したものである。すなわち、シリコン壁部は、ほとん
どの部分でフッ素を除去するように活性化されていな
い。従って、シリコンベースのフッ素の除去は、大部分
ガス状シランにより行われる。フッ素の除去をシリコン
ベースの壁部で行わない利点は、エッチングプロセス中
に当該壁部が消費されない点である。それでも、たとえ
シランスカベンジャを使用したとしても、シリコン壁部
が好適である。シリコン壁部それ自体がシリコンウェハ
に適合性があり、シリコンウェハとシリコン壁部とに重
大な相違がない場合、エッチング化学物質に大きな影響
を及ぼさない。さらに、固体及びガス状スカベンジャの
使用によって、エッチングプロセスを２つの点から独立
に制御する。ガス状スカベンジャは、少なくとも前述し
たように、優勢にフッ素を除去するが、図１４及び１５
に示すように、シリコン電極の温度制御によってフッ素
除去を付加的に制御する。シリコン電極のＲＦバイアス
もまた、付加的な制御が可能である。これら固体及びガ
ス状スカベンジャの２つの制御は、交互に使用して特に
良好なエッチング特性を達成することができ、又は製造
プロセスにおいて重要なプロセスウインドウを広げるこ
とができる。
シリコン又はシリコンカーバイド壁部を有するチャンバ
により、シリコン部材にＲＦバイアスを印加しないで測
定したものである。すなわち、シリコン壁部は、ほとん
どの部分でフッ素を除去するように活性化されていな
い。従って、シリコンベースのフッ素の除去は、大部分
ガス状シランにより行われる。フッ素の除去をシリコン
ベースの壁部で行わない利点は、エッチングプロセス中
に当該壁部が消費されない点である。それでも、たとえ
シランスカベンジャを使用したとしても、シリコン壁部
が好適である。シリコン壁部それ自体がシリコンウェハ
に適合性があり、シリコンウェハとシリコン壁部とに重
大な相違がない場合、エッチング化学物質に大きな影響
を及ぼさない。さらに、固体及びガス状スカベンジャの
使用によって、エッチングプロセスを２つの点から独立
に制御する。ガス状スカベンジャは、少なくとも前述し
たように、優勢にフッ素を除去するが、図１４及び１５
に示すように、シリコン電極の温度制御によってフッ素
除去を付加的に制御する。シリコン電極のＲＦバイアス
もまた、付加的な制御が可能である。これら固体及びガ
ス状スカベンジャの２つの制御は、交互に使用して特に
良好なエッチング特性を達成することができ、又は製造
プロセスにおいて重要なプロセスウインドウを広げるこ
とができる。
【００３７】実施例３ 前述した結果は、フルオロカーボンエッチャントがＣ2
Ｆ6である場合について得られたものであるが、本発明
は他のフルオロカーボンエッチングガスに拡張すること
が可能である。他の組の実験は、一次エッチングガスと
してオクタフルオロシクロブタン（Ｃ8Ｆ8）を使用して
行った。Ｃ8Ｆ8のガス流速は２０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ3は
２０ｓｃｃｍ、Ｏ2は１０ｓｃｃｍ、Ａｒは４５０ｓｃ
ｃｍ、及びＳｉＨ4の流速は変更した。チャンバは、３
０ｍＴｏｒｒに維持した。ヒドロフルオロカーボンＣＨ
Ｆ3は、しばしばポリマーを形成するものと考えられて
いる。ＲＦ電源は、実施例１と同様である。シリコンカ
ーバイドルーフは１４０℃とし、ポリシリコン円錐ドー
ムは１５０℃に維持した。
Ｆ6である場合について得られたものであるが、本発明
は他のフルオロカーボンエッチングガスに拡張すること
が可能である。他の組の実験は、一次エッチングガスと
してオクタフルオロシクロブタン（Ｃ8Ｆ8）を使用して
行った。Ｃ8Ｆ8のガス流速は２０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ3は
２０ｓｃｃｍ、Ｏ2は１０ｓｃｃｍ、Ａｒは４５０ｓｃ
ｃｍ、及びＳｉＨ4の流速は変更した。チャンバは、３
０ｍＴｏｒｒに維持した。ヒドロフルオロカーボンＣＨ
Ｆ3は、しばしばポリマーを形成するものと考えられて
いる。ＲＦ電源は、実施例１と同様である。シリコンカ
ーバイドルーフは１４０℃とし、ポリシリコン円錐ドー
ムは１５０℃に維持した。
【００３８】第１のウェハはシランを使用せずにエッチ
ングし、酸化物エッチングレートは６６７ｎｍ／分、ポ
リシリコン選択比は２０、フォトレジストのファセット
選択比は４である。第２のウェハはシラン流速１２ｓｃ
ｃｍでエッチングし、酸化物エッチングレートは４０８
ｎｍ／分に減少し、ポリシリコン選択比は測定限界であ
る１００以上に高め、フォトレジストエッチングレート
は４に維持した。これらの結果は、前述したシラン及び
フルオロカーボンの好適な流速範囲と一致している。ま
た、これらの結果は、２層プロセスにおいてシラン及び
他のフルオロカーボンを組み合わせて使用することの有
効性を示している。
ングし、酸化物エッチングレートは６６７ｎｍ／分、ポ
リシリコン選択比は２０、フォトレジストのファセット
選択比は４である。第２のウェハはシラン流速１２ｓｃ
ｃｍでエッチングし、酸化物エッチングレートは４０８
ｎｍ／分に減少し、ポリシリコン選択比は測定限界であ
る１００以上に高め、フォトレジストエッチングレート
は４に維持した。これらの結果は、前述したシラン及び
フルオロカーボンの好適な流速範囲と一致している。ま
た、これらの結果は、２層プロセスにおいてシラン及び
他のフルオロカーボンを組み合わせて使用することの有
効性を示している。
【００３９】シリコンテトラフルオライド（ＳｉＦ4）
は、酸化物エッチングによく用いられるガスである。我
々の結果によれば、ＳｉＦ4は酸化物エッチングの速度
を速めるが、ＳｉＨ4より選択比は良くない。しかしな
がら、シラン及びシリコンテトラフルオライドを組み合
わせることによって、特定の応用に対しては特性を最適
化することができることを本発明者らは見出した。
は、酸化物エッチングによく用いられるガスである。我
々の結果によれば、ＳｉＦ4は酸化物エッチングの速度
を速めるが、ＳｉＨ4より選択比は良くない。しかしな
がら、シラン及びシリコンテトラフルオライドを組み合
わせることによって、特定の応用に対しては特性を最適
化することができることを本発明者らは見出した。
【００４０】実施例４ 実施例２と同じ条件下で他の実験を行った。Ｃ2Ｆ6の流
速は６０ｓｃｃｍ、ＣＯの流速は２０ｓｃｃｍ、及びＡ
ｒの流速は４５０ｓｃｃｍであった。第１のウェハにつ
いて、エッチングガスはＳｉＦ4の流速を２０ｓｃｃｍ
に増加した。ウェハ端部において、酸化物エッチングレ
ートは８６０ｎｍ／分、ポリシリコン選択比は８．５、
フォトレジストのファセット選択比は３．５、プロファ
イル角は８５゜であった。ウェハ中央部において、プロ
ファイル角は非常に小さく、エッチングを停止すべきか
疑問が生じた。すなわち、孔（hole）ではエッチングが
停止される。第２のウェハでは、ＳｉＦ4を流速２０ｓ
ｃｃｍのＳｉＨ4に置き換えた。ウェハ端部において、
シランにより酸化物エッチングレートは７００ｎｍ／
分、ポリシリコン選択比は３０、ファセット選択比は
４．４、及びプロファイル角は８７゜が得られた。
速は６０ｓｃｃｍ、ＣＯの流速は２０ｓｃｃｍ、及びＡ
ｒの流速は４５０ｓｃｃｍであった。第１のウェハにつ
いて、エッチングガスはＳｉＦ4の流速を２０ｓｃｃｍ
に増加した。ウェハ端部において、酸化物エッチングレ
ートは８６０ｎｍ／分、ポリシリコン選択比は８．５、
フォトレジストのファセット選択比は３．５、プロファ
イル角は８５゜であった。ウェハ中央部において、プロ
ファイル角は非常に小さく、エッチングを停止すべきか
疑問が生じた。すなわち、孔（hole）ではエッチングが
停止される。第２のウェハでは、ＳｉＦ4を流速２０ｓ
ｃｃｍのＳｉＨ4に置き換えた。ウェハ端部において、
シランにより酸化物エッチングレートは７００ｎｍ／
分、ポリシリコン選択比は３０、ファセット選択比は
４．４、及びプロファイル角は８７゜が得られた。
【００４１】これらの結果から、ＳｉＦ4はより速い酸
化物エッチングレートを与え、ＳｉＨ4は良好な選択比
及び異方性を提供することが示される。
化物エッチングレートを与え、ＳｉＨ4は良好な選択比
及び異方性を提供することが示される。
【００４２】実施例５ 他の組の実験において、シリコンテトラフルオライドに
シランを添加する効果を試験した。動作パラメータは、
概して実施例２におけるものと同様であった。エッチン
グガスの流速は、Ｃ2Ｆ6は６０ｓｃｃｍ、Ａｒは４５０
ｓｃｃｍであった。エッチングガスに流速２０ｓｃｃｍ
のＳｉＦ4を添加することによって、ウェハ端部におけ
る酸化物エッチングレートは９３０ｎｍ／分、ポリシリ
コン選択比は８．８、フォトレジスト選択比は３．５、
及びプロファイル角は８６゜が得られた。一方、エッチ
ングガスに流速１０ｓｃｃｍのＳｉＦ4及び流速１０ｓ
ｃｃｍのＳｉＨ4を添加することによって、ウェハ端部
における酸化物エッチングレートは８２０ｎｍ／分、ポ
リシリコン選択比は１４．８、ファセット選択比は４．
４、及びプロファイル角は８８゜が得られた。従って、
シランは酸化物エッチングレートを減少し、かつ他の特
性を改善することができた。
シランを添加する効果を試験した。動作パラメータは、
概して実施例２におけるものと同様であった。エッチン
グガスの流速は、Ｃ2Ｆ6は６０ｓｃｃｍ、Ａｒは４５０
ｓｃｃｍであった。エッチングガスに流速２０ｓｃｃｍ
のＳｉＦ4を添加することによって、ウェハ端部におけ
る酸化物エッチングレートは９３０ｎｍ／分、ポリシリ
コン選択比は８．８、フォトレジスト選択比は３．５、
及びプロファイル角は８６゜が得られた。一方、エッチ
ングガスに流速１０ｓｃｃｍのＳｉＦ4及び流速１０ｓ
ｃｃｍのＳｉＨ4を添加することによって、ウェハ端部
における酸化物エッチングレートは８２０ｎｍ／分、ポ
リシリコン選択比は１４．８、ファセット選択比は４．
４、及びプロファイル角は８８゜が得られた。従って、
シランは酸化物エッチングレートを減少し、かつ他の特
性を改善することができた。
【００４３】実施例６ チャンバ内に流入するシラン、シリコンテトラフルオラ
イド及び一酸化炭素の相対的な流速を変更して、他の組
の実験を行った。Ｃ2Ｆ6の流速は６０ｓｃｃｍであり、
Ａｒの流速は４５０ｓｃｃｍであった。異なる５枚のウ
ェハについてのＳｉＨ4、ＳｉＦ4及びＣＯの流速は、ｓ
ｃｃｍの単位でそれぞれ（２０／０／２０）、（０／２
０／２０）、（０／２０／０）及び（１０／１０／０）
であった。他の実験条件は、ほぼ前述と同様である。
イド及び一酸化炭素の相対的な流速を変更して、他の組
の実験を行った。Ｃ2Ｆ6の流速は６０ｓｃｃｍであり、
Ａｒの流速は４５０ｓｃｃｍであった。異なる５枚のウ
ェハについてのＳｉＨ4、ＳｉＦ4及びＣＯの流速は、ｓ
ｃｃｍの単位でそれぞれ（２０／０／２０）、（０／２
０／２０）、（０／２０／０）及び（１０／１０／０）
であった。他の実験条件は、ほぼ前述と同様である。
【００４４】求めた酸化物エッチングレートは、ウェハ
中央部について図１６の曲線１００で示し、ウェハ端部
について曲線１０２で示している。前述したように、Ｓ
ｉＨ4をＳｉＦ4で置き換えることにより、酸化物エッチ
ングレートを増大する。
中央部について図１６の曲線１００で示し、ウェハ端部
について曲線１０２で示している。前述したように、Ｓ
ｉＨ4をＳｉＦ4で置き換えることにより、酸化物エッチ
ングレートを増大する。
【００４５】ファセット選択比の結果は、図１７に示さ
れており、曲線１０４はウェハ中央部におけるフォトレ
ジストのファセット選択比を示し、曲線１０６はウェハ
端部におけるフォトレジストのファセット選択比を示し
ている。ウェハ端部における結果は不確かであるが、ウ
ェハ中央部の結果は、シリコンテトラフルオライドに対
してシランの優位性を明確に示している。
れており、曲線１０４はウェハ中央部におけるフォトレ
ジストのファセット選択比を示し、曲線１０６はウェハ
端部におけるフォトレジストのファセット選択比を示し
ている。ウェハ端部における結果は不確かであるが、ウ
ェハ中央部の結果は、シリコンテトラフルオライドに対
してシランの優位性を明確に示している。
【００４６】図１８は、ポリシリコン選択比の結果を示
しており、曲線１０８はウェハ中央部におけるポリシリ
コンの選択比を示し、曲線１１０はウェハ端部における
ポリシリコンの選択比を示している。シリコンテトラフ
ルオライドよりむしろシランの方が、特に中央部におい
て非常に高いポリシリコン選択比を示している。一方、
図１６は、ＳｉＨ4に対するＳｉＦ4のエッチングレート
における優位性を明らかに示している。従って、フルオ
ロシリコン及びシランの幾つかの組み合わせによって、
先進的な集積回路における多くの特性のうち最良な結果
を提供することができる。
しており、曲線１０８はウェハ中央部におけるポリシリ
コンの選択比を示し、曲線１１０はウェハ端部における
ポリシリコンの選択比を示している。シリコンテトラフ
ルオライドよりむしろシランの方が、特に中央部におい
て非常に高いポリシリコン選択比を示している。一方、
図１６は、ＳｉＨ4に対するＳｉＦ4のエッチングレート
における優位性を明らかに示している。従って、フルオ
ロシリコン及びシランの幾つかの組み合わせによって、
先進的な集積回路における多くの特性のうち最良な結果
を提供することができる。
【００４７】フルオロカーボンにシランを添加すること
によって多くの利点が得られるが、幾つかの動作上の欠
点も伴う。シランはプロセスにおいて幾分汚染物を生じ
ることが明らかである。結果として、もしチャンバの粒
子特性を低いレベルに維持すべき場合には、シランを使
用しない場合以上にシランエッチングを使用してチャン
バを清浄にする必要がある。エッチング後においては、
酸素プラズマによるエッチングプラズマ後処理(post-et
ch plasma treatment, ＰＥＴ)がしばしば行われ、残査
ポリマー等が除去される。シランを添加することによっ
て、シランを使用しないプロセス例えばＣ4Ｈ8のみを使
用した場合よりも、チャンバを清浄に維持するために非
常に長時間Ｏ2のＰＥＴを行う必要がある。
によって多くの利点が得られるが、幾つかの動作上の欠
点も伴う。シランはプロセスにおいて幾分汚染物を生じ
ることが明らかである。結果として、もしチャンバの粒
子特性を低いレベルに維持すべき場合には、シランを使
用しない場合以上にシランエッチングを使用してチャン
バを清浄にする必要がある。エッチング後においては、
酸素プラズマによるエッチングプラズマ後処理(post-et
ch plasma treatment, ＰＥＴ)がしばしば行われ、残査
ポリマー等が除去される。シランを添加することによっ
て、シランを使用しないプロセス例えばＣ4Ｈ8のみを使
用した場合よりも、チャンバを清浄に維持するために非
常に長時間Ｏ2のＰＥＴを行う必要がある。
【００４８】このＰＥＴは、比較的低いバイアス電力例
えばＲＦ電力の１５０Ｗにおけるエッチング時間に比べ
て、比較的長時間例えば４５〜９０秒行うことが好適で
ある。より長い清浄時間によって、再生可能なプロセス
を有する、より清浄なチャンバを提供する。
えばＲＦ電力の１５０Ｗにおけるエッチング時間に比べ
て、比較的長時間例えば４５〜９０秒行うことが好適で
ある。より長い清浄時間によって、再生可能なプロセス
を有する、より清浄なチャンバを提供する。
【００４９】シラン及びフルオロカーボンによる主エッ
チング工程の前に前エッチング工程を行うことによっ
て、特にフォトレジストのファセット選択比を改善する
ことは、好都合であることが見い出されている。前エッ
チング工程において、ＲＦバイアス電力を非常に減少し
て、例えば主ＲＦバイアス電力の２０％又は１０％以
下、可能であればゼロに減少してペデスタルに印加し、
前エッチング処理は５秒のオーダーの非常に短い時間適
用する。前エッチング処理は、フォトレジストのファセ
ット選択比を改善する傾向がある。
チング工程の前に前エッチング工程を行うことによっ
て、特にフォトレジストのファセット選択比を改善する
ことは、好都合であることが見い出されている。前エッ
チング工程において、ＲＦバイアス電力を非常に減少し
て、例えば主ＲＦバイアス電力の２０％又は１０％以
下、可能であればゼロに減少してペデスタルに印加し、
前エッチング処理は５秒のオーダーの非常に短い時間適
用する。前エッチング処理は、フォトレジストのファセ
ット選択比を改善する傾向がある。
【００５０】固体シリコンに基づくフッ素の除去は、シ
リコン酸化物に対して高いポリシリコン選択比のみなら
ず高いシリコンナイトライド選択比を得るために有用で
あることが知られている。これは、前述した特許のうち
Ｍａｒｋｓらの特許に記載されている。従って、本発明
の多くの実施形態が酸化物層を介して下層のシリコンナ
イトライド層までエッチングするために有用である。実
際に、本発明による有利なファセット選択比及びプロフ
ァイルテーパリングを、下層の金属がシリコン又はシリ
コンナイトライドでない構造に適用することができる。
リコン酸化物に対して高いポリシリコン選択比のみなら
ず高いシリコンナイトライド選択比を得るために有用で
あることが知られている。これは、前述した特許のうち
Ｍａｒｋｓらの特許に記載されている。従って、本発明
の多くの実施形態が酸化物層を介して下層のシリコンナ
イトライド層までエッチングするために有用である。実
際に、本発明による有利なファセット選択比及びプロフ
ァイルテーパリングを、下層の金属がシリコン又はシリ
コンナイトライドでない構造に適用することができる。
【００５１】前述した特許出願のうちＳｃｈｎｅｉｄｅ
ｒらに記載のように、シランスカベンジャガスとフッ素
除去電極へのＲＦ電力を分配することとの組み合わせに
より、更なるプロセス制御が達成できる。
ｒらに記載のように、シランスカベンジャガスとフッ素
除去電極へのＲＦ電力を分配することとの組み合わせに
より、更なるプロセス制御が達成できる。
【００５２】シリコン及び水素からなる本発明のプロセ
スに、シランは有利に使用できる。水素のみを固体シリ
コンスカベンジャと組み合わせて使用した比較実験で
は、明らかに劣る選択比を提供した。他のシリコン含有
ガス及び水素含有ガスは、新たな組み合わせのガス毎に
プロセスウインドウを形成しなければならないが、選択
比を同様に増加することが期待される。主にシリコン及
び水素に基づくこのような他のガスは、ジシラン及びＴ
ＥＯＳである。
スに、シランは有利に使用できる。水素のみを固体シリ
コンスカベンジャと組み合わせて使用した比較実験で
は、明らかに劣る選択比を提供した。他のシリコン含有
ガス及び水素含有ガスは、新たな組み合わせのガス毎に
プロセスウインドウを形成しなければならないが、選択
比を同様に増加することが期待される。主にシリコン及
び水素に基づくこのような他のガスは、ジシラン及びＴ
ＥＯＳである。
【００５３】前述した実施例における水素を含まないフ
ルオロカーボンは、酸化物エッチングレートを増加し、
開示されたＣ2Ｆ6及びＣ4Ｆ8以外の水素を含まないフル
オロカーボン例えばＣＦ4は、一般的な酸化物エッチャ
ントである。例えばＣＨＦ3のようなヒドロフルオロカ
ーボンは、良く知られたエッチングガスであり、選択比
を増加させるものとして報告されている。しかしなが
ら、もしエッチングガスがシラン又は同様なガスをヒド
ロフルオロカーボンとの組み合わせで含む場合、エッチ
ングプロセスはより複雑となり、２つの流速についての
選択比及びエッチングレートの依存性は、簡単には分離
できない。同様な理由から、シリコン含有ガス及び水素
含有ガスは、フッ素又は他のハライドを含まないのが好
適である。図６〜１３の結果を得たように、プロセスウ
インドウを形成するためＳｉＨ4及びＣＨＦ3で実験を行
った。ヒドロフルオロカーボンについての結果は、流速
の特定の範囲で特別に有利というものではなかった。さ
らに、少なくとも予備的な結果では、フルオロカーボン
に比べて選択比及び均一性は劣るものであった。しか
し、良好に制御されたチャンバは、シランとの組み合わ
せによるヒドロフルオロカーボンエッチングガスのため
に最適化され得る。
ルオロカーボンは、酸化物エッチングレートを増加し、
開示されたＣ2Ｆ6及びＣ4Ｆ8以外の水素を含まないフル
オロカーボン例えばＣＦ4は、一般的な酸化物エッチャ
ントである。例えばＣＨＦ3のようなヒドロフルオロカ
ーボンは、良く知られたエッチングガスであり、選択比
を増加させるものとして報告されている。しかしなが
ら、もしエッチングガスがシラン又は同様なガスをヒド
ロフルオロカーボンとの組み合わせで含む場合、エッチ
ングプロセスはより複雑となり、２つの流速についての
選択比及びエッチングレートの依存性は、簡単には分離
できない。同様な理由から、シリコン含有ガス及び水素
含有ガスは、フッ素又は他のハライドを含まないのが好
適である。図６〜１３の結果を得たように、プロセスウ
インドウを形成するためＳｉＨ4及びＣＨＦ3で実験を行
った。ヒドロフルオロカーボンについての結果は、流速
の特定の範囲で特別に有利というものではなかった。さ
らに、少なくとも予備的な結果では、フルオロカーボン
に比べて選択比及び均一性は劣るものであった。しか
し、良好に制御されたチャンバは、シランとの組み合わ
せによるヒドロフルオロカーボンエッチングガスのため
に最適化され得る。
【００５４】本発明によるエッチングガスはシリコン又
はナイトライド上の酸化物をエッチングする場合に特に
有利であるが、当該エッチングガスの使用は下層の物質
に依存しない。他の条件がない限り、本発明によるエッ
チングガスは他の構造例えばポリシリコン選択比が適切
でない、酸化物を介しての金属線のエッチングに適用し
ても良い。
はナイトライド上の酸化物をエッチングする場合に特に
有利であるが、当該エッチングガスの使用は下層の物質
に依存しない。他の条件がない限り、本発明によるエッ
チングガスは他の構造例えばポリシリコン選択比が適切
でない、酸化物を介しての金属線のエッチングに適用し
ても良い。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、従来のガスを使用して
コンタクト、バイアホール及び同様な構造を高い特性で
エッチングすることができる。さらに、選択比の改善と
エッチングレートの改善との分離は、プロセスウインド
ウを形成する簡単な方法を提供する。
コンタクト、バイアホール及び同様な構造を高い特性で
エッチングすることができる。さらに、選択比の改善と
エッチングレートの改善との分離は、プロセスウインド
ウを形成する簡単な方法を提供する。
【図１】半導体集積回路における２層コンタクト構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】本発明に使用できるプラズマエッチングチャン
バを示す断面図である。
バを示す断面図である。
【図３】図２のプラズマ反応装置における電源の分配を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図４】電源の分配を概略的に示す回路図である。
【図５】重要なエッチングパラメータを定義するのに有
用な２層コンタクト構造を示す断面図である。
用な２層コンタクト構造を示す断面図である。
【図６】シラン及びフルオロカーボンの流速の関数とし
て酸化物エッチングレートの等高線を実験的に求めた線
図である。
て酸化物エッチングレートの等高線を実験的に求めた線
図である。
【図７】シラン及びフルオロカーボンの流速の関数とし
て酸化物エッチングレートの等高線を実験的に求めた線
図である。
て酸化物エッチングレートの等高線を実験的に求めた線
図である。
【図８】シラン及びフルオロカーボンの流速の関数とし
てポリシリコン選択比の等高線を実験的に求めた線図で
ある。
てポリシリコン選択比の等高線を実験的に求めた線図で
ある。
【図９】シラン及びフルオロカーボンの流速の関数とし
てポリシリコン選択比の等高線を実験的に求めた線図で
ある。
てポリシリコン選択比の等高線を実験的に求めた線図で
ある。
【図１０】シラン及びフルオロカーボンの流速の関数と
してファセット選択比の等高線を実験的に求めた線図で
ある。
してファセット選択比の等高線を実験的に求めた線図で
ある。
【図１１】シラン及びフルオロカーボンの流速の関数と
してファセット選択比の等高線を実験的に求めた線図で
ある。
してファセット選択比の等高線を実験的に求めた線図で
ある。
【図１２】シラン及びフルオロカーボンの流速の関数と
してプロファイル角の等高線を実験的に求めた線図であ
る。
してプロファイル角の等高線を実験的に求めた線図であ
る。
【図１３】シラン及びフルオロカーボンの流速の関数と
してプロファイル角の等高線を実験的に求めた線図であ
る。
してプロファイル角の等高線を実験的に求めた線図であ
る。
【図１４】本発明によるシランエッチングプロセスを使
用して求めた、ルーフ及びドーム温度についての酸化物
エッチングレート依存性を示す線図である。
用して求めた、ルーフ及びドーム温度についての酸化物
エッチングレート依存性を示す線図である。
【図１５】ルーフ及びドーム温度についてのポリシリコ
ン及びフォトレジストのファセット選択比依存性を示す
線図である。
ン及びフォトレジストのファセット選択比依存性を示す
線図である。
【図１６】シラン、シリコンテトラフルオライド及び一
酸化炭素の４種の異なる組み合わせにおける酸化物エッ
チングレートを示す線図である。
酸化炭素の４種の異なる組み合わせにおける酸化物エッ
チングレートを示す線図である。
【図１７】シラン、シリコンテトラフルオライド及び一
酸化炭素の４種の異なる組み合わせにおけるファセット
選択比を示す線図である。
酸化炭素の４種の異なる組み合わせにおけるファセット
選択比を示す線図である。
【図１８】シラン、シリコンテトラフルオライド及び一
酸化炭素の４種の異なる組み合わせにおけるポリシリコ
ン選択比を示す線図である。
酸化炭素の４種の異なる組み合わせにおけるポリシリコ
ン選択比を示す線図である。
１０…シリコン基板、１２…第１酸化物層、１４…ポリ
シリコンインターコネクト、１６…第２酸化物層、１８
…フォトレジスト、２０…バイアホール、２２…基板コ
ンタクトホール、３２…ウェハ、３４…ペデスタル、３
６…下部チャンバ本体、３７…リング、３８…円錐ドー
ム、４０…プラズマガード、４２…シールリング、４４
…介在支持パッド、４６…ＲＦ誘導コイル、４８…コイ
ルキャリア、５０…プラズマガード、５２…ルーフ、５
４…ガス供給部、５６…抵抗加熱プレート（処理スペー
ス）、５８…円錐シース、５９…カラー、６０…第１Ｒ
Ｆ電源、６２…電力分配型ＲＦ電源、６４，６６…カッ
プリングコンデンサ、６８…電力分割回路、７０…広帯
域変圧器、７２…タップスイッチ、８０…エッチングレ
ート等高線、８２…対角線、８４…直線、８６，８８，
９０…等高線、９２，９３，９４，９６，９７，１０
０，１０２，１０４，１０６，１０８，１１０…曲線。
シリコンインターコネクト、１６…第２酸化物層、１８
…フォトレジスト、２０…バイアホール、２２…基板コ
ンタクトホール、３２…ウェハ、３４…ペデスタル、３
６…下部チャンバ本体、３７…リング、３８…円錐ドー
ム、４０…プラズマガード、４２…シールリング、４４
…介在支持パッド、４６…ＲＦ誘導コイル、４８…コイ
ルキャリア、５０…プラズマガード、５２…ルーフ、５
４…ガス供給部、５６…抵抗加熱プレート（処理スペー
ス）、５８…円錐シース、５９…カラー、６０…第１Ｒ
Ｆ電源、６２…電力分配型ＲＦ電源、６４，６６…カッ
プリングコンデンサ、６８…電力分割回路、７０…広帯
域変圧器、７２…タップスイッチ、８０…エッチングレ
ート等高線、８２…対角線、８４…直線、８６，８８，
９０…等高線、９２，９３，９４，９６，９７，１０
０，１０２，１０４，１０６，１０８，１１０…曲線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート ダブリュー． ウ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， プレザントン， パセオ グラナダ 3112 (72)発明者 ゲラルド ゼヤオ イン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， ビリチ プレイス 10132
Claims (16)
- 【請求項１】 基板をエッチングする方法であって、 プラズマ反応チャンバ内のプラズマに曝露されるシリコ
ンベースのスカベンジャ表面を含むプラズマ反応チャン
バ内に、前記基板を配置する工程と、 ケイ素及び水素からなる第１のガス並びにフッ素及び炭
素からなる第２のガスを含むプロセスガスを前記プラズ
マ反応チャンバ内に導入する工程と、及び前記プロセス
ガスを励起してプラズマとし、これにより前記基板をエ
ッチングする工程とを含み、 前記基板の酸化物は、下層のシリコンを含む材料まで選
択的にエッチングされることを特徴とする基板をエッチ
ングする方法。 - 【請求項２】 前記第１のガスは、シラン及びＴＥＯＳ
からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項３】 前記プロセスガスは、さらにＳｉＦ4を
含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記第２のガスは、水素を含まないフル
オロカーボンであることを特徴とする請求項１に記載の
方法。 - 【請求項５】 前記第１のガスは、シラン及びＴＥＯＳ
からなる群から選ばれることを特徴とする請求項４に記
載の方法。 - 【請求項６】 前記第１のガスは、シランからなること
を特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 前記プロセスガスを導入する工程におい
て、水素を含まないフルオロカーボンとシランとの流速
比を２〜５の範囲とすることを特徴とする請求項６に記
載の方法。 - 【請求項８】 前記流速比は、２．５〜４の範囲である
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記流速比は、２．５〜３の範囲である
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記フルオロカーボンの流速は、２０
リットルのチャンバに規格化して５５ｓｃｃｍ以上であ
ることを特徴とする請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記プロセスガスを導入する工程にお
いて、前記フルオロカーボンを前記プラズマ反応チャン
バに、２０リットルのチャンバに規格化して５５ｓｃｃ
ｍ以上で流入することを特徴とする請求項６に記載の方
法。 - 【請求項１２】 シリコンベースのスカベンジャ表面の
温度を２００℃以下の動作温度に制御する工程をさらに
含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記動作温度は、１５０℃以下である
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１４】 酸化物層をエッチングする方法であっ
て、 シリコン酸化物層が表面に形成された基板をプラズマ反
応チャンバ内に配置する工程と、 シラン、シリコンテトラフルオライド及びフルオロカー
ボンを含むエッチングガスを前記プラズマ反応チャンバ
内に流入させる工程と、及び前記エッチングガスを励起
してプラズマとし、これにより前記基板をエッチングす
ることを特徴とする酸化物層をエッチングする方法。 - 【請求項１５】 前記フルオロカーボンは、水素を含ま
ないフルオロカーボンであることを特徴とする請求項１
４に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記エッチングガスを流入する工程に
おいて、前記シラン及びフルオロカーボンを流速比２〜
５で前記プラズマ反応チャンバ内に流入することを特徴
とする請求項１５に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/888,370 US5965463A (en) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | Silane etching process |
| US08/888370 | 1997-07-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1167723A true JPH1167723A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=25393065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10180785A Withdrawn JPH1167723A (ja) | 1997-07-03 | 1998-06-26 | シランエッチングプロセス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5965463A (ja) |
| EP (1) | EP0889507A1 (ja) |
| JP (1) | JPH1167723A (ja) |
| KR (1) | KR19990013557A (ja) |
| TW (1) | TW398042B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009135478A (ja) * | 2007-11-02 | 2009-06-18 | Applied Materials Inc | 基板上に高アスペクト比の特徴部を形成する方法 |
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| JPH11111680A (ja) * | 1997-09-30 | 1999-04-23 | Yasuhiro Horiike | エッチング方法 |
| US6482747B1 (en) * | 1997-12-26 | 2002-11-19 | Hitachi, Ltd. | Plasma treatment method and plasma treatment apparatus |
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| KR102075215B1 (ko) | 2017-12-22 | 2020-02-07 | 주식회사 포스코 | 피처리물 청소장치 |
Family Cites Families (9)
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