JPS6278823A - 多結晶シリコン膜のドライエツチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は多結晶シリコン膜のドライエツチング方法に係
り、特に下地膜をシリコン酸化膜ｃ以下８　ｉ　０２と
称す）としたものに好適な多結晶シリコン膜のドライエ
ツチング方法に関するものである。

〔発明の背景〕

半導体装置の高集積化に伴ないゲート材として用いられ
る多結晶シリコンのエツチングにおいては、アンダカッ
トのない垂直なエツチング形状と、下地膜のＳ　＋　Ｏ
ｚとの高選択性とが要求されている。

Ｐをドープした多結晶シリコンの工吋千ングに、処理ガ
スとしてＣＣＩ！４を用い、電極に石英、アルミナ（Ａ
Ｊ２０．）またはカーボン材を用いた場合の従来方法で
は、多結晶シリコンとＳｉＯ□との選択比を大きくでき
る操作条件でエツチングするとアンダカットが生じ、ま
た、アンダカヴトが起きない操作条件でエツチングする
と選択比が小さくなぅて、高選択性を保ったままアンダ
カブトのない垂直なニブキング形状を得ることができな
かった。

尚、この種の方法として関連するものには、例えば特開
昭５８−７８２９号公報が挙げられる。

〔発明の目的〕

未発明の目的は、多結晶シリコンのエツチングにおいて
、下地膜の５ｉ０２　との高選択性を保ったまま、アン
グカブトのない垂直なエツチング形状を得ることのでき
る多結晶シリコンのドライエツチング方法を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

従来のドライエツチング方法で異方性のエツチング形状
を得る方法としては二つの方法がある。

第１の方法は、方向性を持ったイオンにより、パターン
側壁をエツチングすることなく垂直なエツチング形状を
得る方法。第２の方法はパターン側壁にエツチングを抑
制するような膜を生成させて垂直なエツチング形状を得
る方法である。

前記、８ｉ０２を下地膜とし多結晶シリコンをゲート材
とした半導体装置のエツチングにおいて、Ｓ　ｉ　Ｏ２
は、ニー／キング種のうちラジカルとの反応性は乏しく
、ある大きさのエネルギを持ったイオンによってエツチ
ングされる。このため、イオンの照射作用を利用した第
１の方法では、高い選択性は望めない。第２の方法はラ
ジカルがイオンより多く発生するガスを使うことによっ
て高い選択性を得ることが可能である。

また、多結晶シリコンは、エツチング種のうちラジカル
との反応によって主にエツチングされる。

多結晶シリコンのエツチングでは、ＣＣ１！４ガスが広
く用いられており、これは前記した第２の方法に基づ４
もので、プラズマ中で多量のＣｌラジカルと少量のイオ
ンとが発生し、かつ、ＣＣ／、中のＣが不揮発性の炭素
系重合物となって側壁に堆積して、垂直エツチングが可
能となり、かつ、イオンが少量であるため高い選択性が
（もちれやすいという理由からである。

しかし、実際には垂直なエツチングが難しく、この原因
を実験で確かめた。ＣＣＩ！４を処理ガスとして用いた
場合、プラズマ中には電気的に中性な多量のＣＩ！ラジ
カルや少量のＣＩ！：　ｃｃｔイオン等が存在している
。このため、多結晶シリコンのエツチングは、この（Ｊ
’％ジカルやＣＪ”、　ＣＣＪ＋イオンとの反応により
進行し、ＣＩ！ラジカルは、電気的に中性で方向性を持
たないために多結晶シリコンを等方的にエツチングする
ことになる。

このとき、石英、アルミナ等の酸素を含む材料を電極に
用いた場合、プラズマ中のイオンによる物理的なスパッ
タリング、あるいは、イオンとの反応により電極から０
２が発生するため、不揮発性物であるＣが０□と反応し
てｃｏ、ｃｏ□となって除去され、パターン側壁に付着
するＣの堆積が妨げられる。また、石英およびアルミナ
は、ＣＩ！ラジカルとの反応性が弱りＣＩ！ラジカルの
消費が少ないために、ＣＩ！ラジカルが過剰となり上記
したように多結晶シリコンが等方的にエツチングされア
ンダカットが生じる。

また、Ｔ＠極材にカーボンを用いた場合、カーボンは酸
素を含まない材料であるがＣＩ！ラジカルとの反応性が
弱いためにＱラジカルが消費されず、石英およびアルミ
ナはどではないがアンダカットが生じるという二とが判
明した。

上記の結果から、処理ガスとしてＣＣｔ　４を効果的に
作用させるためには、次の２点を兼ね備えることが重要
であることが分かった。勇１はエツチングＮ極材料に０
２を放出する材料を使用しないこと、および第２は過剰
なＣｌラジカルを発生させないことである。

上記に基づき、垂直なエツチング形状を得るには電気的
に中性で方向性な持たない０ラジカルを消費し、かつ、
パターン側壁に付着する炭素系の重合物を多く発生させ
る必要がある。

本発明は、処理ガスが導入された所定圧力に減圧保持さ
れる処理室内でプラズマを発生させ、前記処理室内の試
料台に試料を配置して、試料のエツチング処理を行なう
ドライエツチング方法において、前記試料を配置する試
料台を塩素ラジカルを消費するとともに酸素を含まない
材料を用いて構成し、該材料上に前記試料を配置して、
前記処理ガスとして塩素化合物ガスあるいは餌記塩素化
合物ガスと酸素との混合ガスを用いて行なうことを特徴
とし、多結晶シリコンのニー１＄ングにおいて、下地膜
のＳｉＯ□との高選択性を保った専ま、アンダカヴトの
ない垂直なエツチング形状を得られるようにした方法で
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３■により説明す
る。

第１図は、ドライニブ壬ング装置の処理室の断面図を示
す。処理室１には、試料１例えば、基板６を配置する試
料台である電極２と、電極２に対向する対向１極３とが
内股しである。電極２は、マブ千ングボックス４を介し
て高周波電源５と接続してあ１）、対向電極３は接地し
である。処理室１内には、導入口８を通って対同電８３
に設けられた穴７から処理ガスが供給され、図示しない
排気装置によって、排気口９を介して所定圧力に減圧排
気される。１０は、電極２を覆った絶縁材である。

Ｌ記構成により、この場合、ＣＣＺ　、を処理ガスとし
て用い、高周波電力を２００Ｗ、圧力を０．０６Ｔｏｒ
ｒとし、基板６は′＠２図に示すように、シリコン基板
１４と、Ｓ　＋　０２の下地膜１３と、Ｐをドープした
多結晶シリコンのゲート材認と、フォトレジストのマス
ク１１とで構成したものを用いて、エツチング処理を行
なった。

この場合、アルミニウム製の電極２はＣｔラジカルと反
応しやす＜　、　ＣｔラジカルあるいはＣｔ“、　ＣＣ
Ｚ“イオンとの反応によりＣが生成され、電極２の材料
中に０２を含まないために、Ｃあるいは炭素系の重合物
を除去することがな鳴、パターン側壁にこれらが付着し
エツチングを抑制する。

このように、アルミニウムを電極２の材料として用いる
ことにより、ゲート材妓のアンダカットがな（、垂直な
エツチング形状が得られ、しかもゲート材鴛と下地１＄
Ｊ１３との選択比が２０という高選択比が得られた。

以り１本−実施例によれば、電極２をアルミニウムにす
ることにより、ドープされたＰの濃度に関係なく　Ｓ　
ｉ　０２　と多結晶シリコンとの高選択性を保ったまま
、アンダカブトのない垂直なエツチング形状が得られる
という効果がある。

尚、本−実施例では？８極２を既製としたが、紅の他に
、Ｓｉ、Ｍｏ、ＴｉおよびＴａ等の酸素を含まない材質
を用いても同様の効果が得られろ。また、電極２をステ
ンレス製とし、電極２の基板６の配置側表置にＡｌ、　
Ｓｉ、　Ｍｏ、　Ｔｉ　　およびＴａ等の板を配置して
、その丘に基板６を配置しても良い。

次に、本発明の他の実施例を第３図により説明する。本
図において第１図と同符号は同一部材を示し、本図が第
１図と異なる点は、電＄２ａの材質をステンレス製とし
て、！！２ａの上面を、例えば、既製の電極カバー２ｂ
とアルミナ製の電極カバー２０とで覆った点である。電
極カバー２ｂは、基板６の径より大きい径を有し、基板
６が配置される箇所に設けられる。電極２が、電極カバ
ー２ｂで隠れない部分なｍ極力バー２０で覆う。

Ｊ：、記構成の場合は、Ｐの濃度の低い多結晶シリコン
をエツチングするのに使用できる。多結晶シリコンのニ
ー１＄ングでは、ドープされているＰの濃度によりエツ
チング速度およびアンダカブト状態が変化し、Ｐ′ａ度
が低いほどエラ千ング速度およびアンダカブトが小さく
なる。このことは、Ｃｔラジカルあるいはｃｔ”、　ｃ
ｃｔ＋イオンとの反応が少ないことを示し、このため、
αラジカルを消費するだめのＭの接触面積を小さくでき
るので、電極２ａ全体を紅の電極カバーにする必要がな
い分である。

以Ｅ、他の実施例によれば、Ｐの濃度が低い多結晶シリ
コンの工ヴキングに際し、電極２ａの上面の面積より小
さい紅の電極カバー２ｂにし、他の部分をアルミナ製の
電極カバー２Ｃで覆うことにより、消耗品である紅の電
極カバー２ｂの取り換えで済み、かつ、電極カバー２ｂ
も小さ曵て良４、前記一実施例と同様に、５ｉｎ２と多
結晶シリコンとの高選択比を保った′ｆ、ま、アンダカ
ヴトのない垂直なエツチング形状を得ることができると
いう効果がある。

尚、本他の実施例においても、電極カバー２ｂの材質を
八βだけでな（、Ｓｉ、Ｍｏ、ＴｉおよびＴａ等の酸素
を含まない材質を用いても同様の効果が得られる。

また、前記一実施例および他の実施例においてＣＣｌ４
の代わ６月こ５ｉＣｚ４．　ＢＣ４、８Ｃｔ２．　ｐｃ
ｚ、、　ＣＨＣｚ３およびＨＣｌ等を処理ガスとして使
用した場合でも、αラジカルが消費されやすく、Ｃｔ＋
系イオンの反応曇こより重合物が堆積し、高選択性を保
ったままアンダカブトのない垂直エツチングが可能であ
る。

さら蚤こ、前記一実施例および他の実施例では、平行平
板型のドライニブ千ング装置において説明したが、イオ
ン効果の得られる装置であれば、同様の効果が得られる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多結晶シリコンのエツチングにおいて
、電極材料を塩素ラジカルを消費するとともに酸素を含
まない材料とし、処理ガスを塩素化合物ガスおよびその
混合ガスとして、ニブ壬ング処理することによって、下
地膜の５ｉｎ２　　と多結晶シリコンとの高選択性を保
ったまま、アンダカットのない垂直なエツチング形状を
得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である多結晶シリコン膜のド
ライエツチング方法を実施するための装置の断面図、勇
２図はｆｆ、　１図の基板６の詳細断面図、第３図は本
発明の他の実施例である多結晶シリコン膜のドライエツ
チング方法を実施するための装置の断面図である。 １・・・・・・処胛室、２・・・・・・電極、３・・・
・・・対向電極、５・・・・・・高周波電源、Ｕ・・・
・・・マスク、１２・・・・・・グー８１１図 δ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理ガスが導入され所定圧力に減圧保持される処理
   室内でプラズマを発生させ、前記処理室内の試料台に試
   料を配置して、試料のエッチング処理を行なうドライエ
   ッチング方法において、前記試料を配置する試料台を塩
   素ラジカルを消費するとともに酸素を含まない材料を用
   いて構成し、該材料上に前記試料を配置して、前記処理
   ガスとして塩素化合物ガスあるいは前記塩素化合物ガス
   と酸素との混合ガスを用いて行なうことを特徴とする多
   結晶シリコン膜のドライエッチング方法。 ２、前記塩素化合物ガスとして、ＣＣｌ＿４、ＳｉＣｌ
   ＿４ＢＣｌ＿３、ＳＣｌ＿２、ＰＣｌ＿３、ＣＨＣｌ＿
   ３、ＨＣｌを用いる特許請求の範囲第１項記載の多結晶
   シリコン膜のドライエッチング方法。 ３、前記材料として、Ｍｏ、Ｓｉ、ＴｉまたはＴａの単
   体あるいはこれらの複数の混合化合物を用いる特許請求
   の範囲第１項記載の多結晶シリコン膜のドライエッチン
   グ方法。