JP3252518B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造分野等
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
窒化シリコン系材料層と酸化シリコン系材料層との間で
選択比を大きく確保しながらエッチングを行う方法に関
する。
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
窒化シリコン系材料層と酸化シリコン系材料層との間で
選択比を大きく確保しながらエッチングを行う方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン・デバイスにおける層間絶縁膜
の構成材料としては、一般にシリコン化合物層、中でも
酸化シリコン（ＳｉＯx ；典型的にはｘ＝２）膜が広く
用いられている。ＳｉＯx 層間絶縁膜のドライエッチン
グは、時期的にほぼ６４ＫＤＲＡＭの製造あたりから量
産ラインでも適用されるようになった成熟した技術であ
る。
の構成材料としては、一般にシリコン化合物層、中でも
酸化シリコン（ＳｉＯx ；典型的にはｘ＝２）膜が広く
用いられている。ＳｉＯx 層間絶縁膜のドライエッチン
グは、時期的にほぼ６４ＫＤＲＡＭの製造あたりから量
産ラインでも適用されるようになった成熟した技術であ
る。
【０００３】上記ドライエッチングは、従来よりＣＨＦ
3 、ＣＦ4 ／Ｈ2 混合系、ＣＦ4 ／Ｏ2 混合系、Ｃ2 Ｆ
6 ／ＣＨＦ3 混合系等、フルオロカーボン系化合物を組
成の主体とするエッチング・ガスが用いられてきた。こ
れは、（ａ）フルオロカーボン系化合物に含まれるＣ原
子がＳｉＯx 層の表面で原子間結合エネルギーの大きい
Ｃ−Ｏ結合を生成し、Ｓｉ−Ｏ結合を切断したり弱めた
りする働きがある、（ｂ）ＳｉＯ2 層の主エッチング種
であるＣＦx + （典型的にはｘ＝３) を生成できる、さ
らに（ｃ）エッチング反応系のＣ／Ｆ比（Ｃ原子数とＦ
原子数の比）を制御することにより炭素系ポリマーの堆
積量を最適化し、レジスト・マスクや下地材料層に対し
て高選択性が達成できる、等の理由にもとづいている。
3 、ＣＦ4 ／Ｈ2 混合系、ＣＦ4 ／Ｏ2 混合系、Ｃ2 Ｆ
6 ／ＣＨＦ3 混合系等、フルオロカーボン系化合物を組
成の主体とするエッチング・ガスが用いられてきた。こ
れは、（ａ）フルオロカーボン系化合物に含まれるＣ原
子がＳｉＯx 層の表面で原子間結合エネルギーの大きい
Ｃ−Ｏ結合を生成し、Ｓｉ−Ｏ結合を切断したり弱めた
りする働きがある、（ｂ）ＳｉＯ2 層の主エッチング種
であるＣＦx + （典型的にはｘ＝３) を生成できる、さ
らに（ｃ）エッチング反応系のＣ／Ｆ比（Ｃ原子数とＦ
原子数の比）を制御することにより炭素系ポリマーの堆
積量を最適化し、レジスト・マスクや下地材料層に対し
て高選択性が達成できる、等の理由にもとづいている。
【０００４】なお、ここで言う下地材料層とは、主とし
てシリコン基板、ポリシリコン層、ポリサイド膜等のシ
リコン系材料層を指す。
てシリコン基板、ポリシリコン層、ポリサイド膜等のシ
リコン系材料層を指す。
【０００５】一方、窒化シリコン（Ｓｉx Ｎy ；特にｘ
＝３，ｙ＝４）もシリコン・デバイスに適用される絶縁
膜材料である。Ｓｉx Ｎy 層のドライエッチングにも、
基本的にはＳｉＯx 層のエッチングと同様のガス組成が
適用される。ただし、ＳｉＯ x 層がイオン・アシスト反
応を主体とする機構によりエッチングされるのに対し、
Ｓｉx Ｎy 層はＦ* を主エッチング種とするラジカル反
応機構にもとづいてエッチングされ、エッチング速度も
ＳｉＯ2 層よりも速い。これは、原子間結合エネルギー
の大小関係がＳｉ−Ｆ（５５３ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）＞
Ｓｉ−Ｏ結合（４６５ｋＪ／ｍｏｌ）＞Ｓｉ−Ｎ結合
（４４０ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）であることからも、ある
程度予測できる。
＝３，ｙ＝４）もシリコン・デバイスに適用される絶縁
膜材料である。Ｓｉx Ｎy 層のドライエッチングにも、
基本的にはＳｉＯx 層のエッチングと同様のガス組成が
適用される。ただし、ＳｉＯ x 層がイオン・アシスト反
応を主体とする機構によりエッチングされるのに対し、
Ｓｉx Ｎy 層はＦ* を主エッチング種とするラジカル反
応機構にもとづいてエッチングされ、エッチング速度も
ＳｉＯ2 層よりも速い。これは、原子間結合エネルギー
の大小関係がＳｉ−Ｆ（５５３ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）＞
Ｓｉ−Ｏ結合（４６５ｋＪ／ｍｏｌ）＞Ｓｉ−Ｎ結合
（４４０ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）であることからも、ある
程度予測できる。
【０００６】なお、原子間結合エネルギーの値には算出
方法により若干の差が出るが、ここではＲ．Ｃ．Ｗｅａ
ｓｔ編“Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ
ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ”，６９ｔｈ ｅｄ．（１９
８８年）（ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ社刊，米国フロリダ州）
に記載のデータを引用した。
方法により若干の差が出るが、ここではＲ．Ｃ．Ｗｅａ
ｓｔ編“Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ
ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ”，６９ｔｈ ｅｄ．（１９
８８年）（ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ社刊，米国フロリダ州）
に記載のデータを引用した。
【０００７】ところで、シリコン・デバイスの製造工程
の中には、ＳｉＯx 層とＳｉx Ｎy層との間の高選択エ
ッチングを要する工程が幾つかある。たとえば、ＳｉＯ
x 層上におけるＳｉx Ｎy 層のエッチングは、たとえば
ＬＯＣＯＳ法において素子分離領域を規定するためのパ
ターニング等で行われる。上記エッチングは、バーズ・
ビーク長を最小限に止めるためにパッド酸化膜（ＳｉＯ
2 層）が薄膜化されている現状では、下地のＳｉＯx 層
に対して特に高い選択性を要するプロセスである。
の中には、ＳｉＯx 層とＳｉx Ｎy層との間の高選択エ
ッチングを要する工程が幾つかある。たとえば、ＳｉＯ
x 層上におけるＳｉx Ｎy 層のエッチングは、たとえば
ＬＯＣＯＳ法において素子分離領域を規定するためのパ
ターニング等で行われる。上記エッチングは、バーズ・
ビーク長を最小限に止めるためにパッド酸化膜（ＳｉＯ
2 層）が薄膜化されている現状では、下地のＳｉＯx 層
に対して特に高い選択性を要するプロセスである。
【０００８】また、近年ではデバイスの微細化、複雑化
にともなってＳｉx Ｎy 層がエッチング・ダメージを防
止するためのエッチング停止層として色々な場所に形成
されるケースが増えており、Ｓｉx Ｎy 層上でＳｉＯx
層を高選択エッチングする必要も生じている。たとえ
ば、オーバーエッチング時の基板ダメージを低減させる
ために基板の表面に薄いＳｉx Ｎy 層が介在されていた
り、いわゆるＯＮＯ（ＳｉＯx 層／Ｓｉ x Ｎy 層／Ｓｉ
Ｏx 層）構造を有するゲート絶縁膜が形成されていた
り、さらにあるいはゲート電極の表面にＳｉx Ｎy 層が
積層されている場合には、この上で行われるＳｉＯx 層
のエッチングはＳｉx Ｎy 層の表面で確実に停止しなけ
ればならない。
にともなってＳｉx Ｎy 層がエッチング・ダメージを防
止するためのエッチング停止層として色々な場所に形成
されるケースが増えており、Ｓｉx Ｎy 層上でＳｉＯx
層を高選択エッチングする必要も生じている。たとえ
ば、オーバーエッチング時の基板ダメージを低減させる
ために基板の表面に薄いＳｉx Ｎy 層が介在されていた
り、いわゆるＯＮＯ（ＳｉＯx 層／Ｓｉ x Ｎy 層／Ｓｉ
Ｏx 層）構造を有するゲート絶縁膜が形成されていた
り、さらにあるいはゲート電極の表面にＳｉx Ｎy 層が
積層されている場合には、この上で行われるＳｉＯx 層
のエッチングはＳｉx Ｎy 層の表面で確実に停止しなけ
ればならない。
【０００９】ところで、積層される異なる材料層の間で
選択性の高いエッチングを行うためには、一般に両材料
層の原子間結合エネルギーの値にある程度の差があるこ
とが望ましい。しかし、ＳｉＯx 層とＳｉx Ｎy 層の場
合、Ｓｉ−Ｏ結合とＳｉ−Ｎ結合は原子間結合エネルギ
ーの値が比較的近いため、これら両者間の高選択エッチ
ングは本質的に困難である。
選択性の高いエッチングを行うためには、一般に両材料
層の原子間結合エネルギーの値にある程度の差があるこ
とが望ましい。しかし、ＳｉＯx 層とＳｉx Ｎy 層の場
合、Ｓｉ−Ｏ結合とＳｉ−Ｎ結合は原子間結合エネルギ
ーの値が比較的近いため、これら両者間の高選択エッチ
ングは本質的に困難である。
【００１０】従来よりこの選択エッチングを可能とする
ための技術の開発が各所で進められている。
ための技術の開発が各所で進められている。
【００１１】ここで、ＳｉＯx 層上でＳｉx Ｎy 層をエ
ッチングする技術については、幾つか報告がある。たと
えば、本発明者は先に特開昭６１−１４２７４４号公報
において、Ｃ／Ｆ比（分子内のＣ原子数とＦ原子数の
比）が小さいＣＨ2 Ｆ2 等のガスにＣＯ2 を３０〜７０
％のモル比で混合したエッチング・ガスを用いる技術を
開示している。Ｃ／Ｆ比の小さいガスはＦ* の再結合に
よってのみＳｉＯx 層のエッチング種であるＣＦ
x + （特にｘ＝３）を生成し得るが、この系へ大量のＣ
Ｏ* を供給してＦ* を捕捉してＣＯＦの形で除去する
と、ＣＦx + の生成量が減少してＳｉＯ 2 層のエッチン
グ速度が低下する。一方、Ｓｉx Ｎy はＦ* を主エッチ
ング種としてエッチングできるので、ＣＯ2 の大量添加
によってＣＦx + が減少してもエッチング速度はほとん
ど変化しない。このようにして、両層の間の選択性が得
られるわけである。
ッチングする技術については、幾つか報告がある。たと
えば、本発明者は先に特開昭６１−１４２７４４号公報
において、Ｃ／Ｆ比（分子内のＣ原子数とＦ原子数の
比）が小さいＣＨ2 Ｆ2 等のガスにＣＯ2 を３０〜７０
％のモル比で混合したエッチング・ガスを用いる技術を
開示している。Ｃ／Ｆ比の小さいガスはＦ* の再結合に
よってのみＳｉＯx 層のエッチング種であるＣＦ
x + （特にｘ＝３）を生成し得るが、この系へ大量のＣ
Ｏ* を供給してＦ* を捕捉してＣＯＦの形で除去する
と、ＣＦx + の生成量が減少してＳｉＯ 2 層のエッチン
グ速度が低下する。一方、Ｓｉx Ｎy はＦ* を主エッチ
ング種としてエッチングできるので、ＣＯ2 の大量添加
によってＣＦx + が減少してもエッチング速度はほとん
ど変化しない。このようにして、両層の間の選択性が得
られるわけである。
【００１２】また、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｙ
ｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｄｒｙ Ｐｒｏｃｅｓｓ，第８
８巻７号，８６〜９４ページ（１９８７年）には、ケミ
カル・ドライエッチング装置にＮＦ3 とＣｌ2 とを供給
し、マイクロ波放電により気相中に生成するＦＣｌを利
用してＳｉＯx 上のＳｉx Ｎy 層をエッチングする技術
が報告されている。Ｓｉ−Ｏ結合はイオン結合性を５５
％含むのに対し、Ｓｉ−Ｎ結合は３０％であり、共有結
合性の割合が高くなっている。つまり、ＳｉxＮy 層中
の化学結合の性質は、単結晶シリコン中の化学結合（共
有結合）のそれに近く、ＦＣｌから解離生成したＦ* ，
Ｃｌ* 等のラジカルによりエッチングされる。一方、Ｓ
ｉＯx 層はこれらのラジカルによってもほとんどエッチ
ングされないので、高選択エッチングが可能となるわけ
である。
ｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｄｒｙ Ｐｒｏｃｅｓｓ，第８
８巻７号，８６〜９４ページ（１９８７年）には、ケミ
カル・ドライエッチング装置にＮＦ3 とＣｌ2 とを供給
し、マイクロ波放電により気相中に生成するＦＣｌを利
用してＳｉＯx 上のＳｉx Ｎy 層をエッチングする技術
が報告されている。Ｓｉ−Ｏ結合はイオン結合性を５５
％含むのに対し、Ｓｉ−Ｎ結合は３０％であり、共有結
合性の割合が高くなっている。つまり、ＳｉxＮy 層中
の化学結合の性質は、単結晶シリコン中の化学結合（共
有結合）のそれに近く、ＦＣｌから解離生成したＦ* ，
Ｃｌ* 等のラジカルによりエッチングされる。一方、Ｓ
ｉＯx 層はこれらのラジカルによってもほとんどエッチ
ングされないので、高選択エッチングが可能となるわけ
である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、ＳｉＯ
x 層の上でＳｉx Ｎy 層を選択エッチングする技術につ
いては、幾つかの報告がなされている。これは、両層の
エッチング速度を考えるとある意味では当然である。そ
れは、ラジカル反応を主体とする機構によりＳｉ x Ｎy
をエッチングする過程では、途中でＳｉＯx 層が露出す
れば必然的にエッチング速度は低下するからである。
x 層の上でＳｉx Ｎy 層を選択エッチングする技術につ
いては、幾つかの報告がなされている。これは、両層の
エッチング速度を考えるとある意味では当然である。そ
れは、ラジカル反応を主体とする機構によりＳｉ x Ｎy
をエッチングする過程では、途中でＳｉＯx 層が露出す
れば必然的にエッチング速度は低下するからである。
【００１４】しかし、従来の技術にも問題はある。たと
えば上述のＦＣｌを利用するプロセスでは、ラジカル反
応を利用しているために異方性加工が本質的に困難であ
る。
えば上述のＦＣｌを利用するプロセスでは、ラジカル反
応を利用しているために異方性加工が本質的に困難であ
る。
【００１５】一方、Ｓｉx Ｎy 層の上でＳｉＯx 層を選
択エッチングする技術については、この逆のケースに比
べて選択性を確保することが難しいため、報告例も少な
い。これは、イオン・アシスト反応を主体とする機構に
よりＳｉＯx 層をエッチングしていても、その反応系中
には必ずラジカルが生成しており、Ｓｉx Ｎy が露出し
た時点でこのラジカルにより下地のエッチング速度が上
昇してしまうからである。
択エッチングする技術については、この逆のケースに比
べて選択性を確保することが難しいため、報告例も少な
い。これは、イオン・アシスト反応を主体とする機構に
よりＳｉＯx 層をエッチングしていても、その反応系中
には必ずラジカルが生成しており、Ｓｉx Ｎy が露出し
た時点でこのラジカルにより下地のエッチング速度が上
昇してしまうからである。
【００１６】最近になって、新しいプラズマ源の採用に
よりラジカルの生成量を低下させた高密度プラズマを用
いてこれを実現する技術が提案されている。たとえば、
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ４３ｒｄ Ｓ
ｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
ｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐ．５４（１９９２）には、
Ｃ2 Ｈ6 ガスの誘導結合プラズマ（ＩＣＰ＝Ｉｎｄｕｃ
ｔｉｏｎ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を用い、Ｌ
ＰＣＶＤ法により成膜されたＳｉ3 Ｎ4 層の上でＴＥＯ
Ｓ−ＣＶＤ法により形成されたＳｉＯx 層をＣ2 Ｆ
6 （ヘキサフルオロエタン）を用いてエッチングし、ゲ
ート電極に一部重なる接続孔を開口するプロセス例が紹
介されている。高密度プラズマ中ではガスの解離が高度
に進行するので、Ｃ2 Ｆ6 はほぼイオン式量の小さいＣ
Ｆ+ に分解され、これがエッチングに寄与しているもの
と考えられている。また、このとき堆積するＣ／Ｆ比の
低いフルオロカーボン系ポリマーの中のＣ原子は、Ｓｉ
x Ｎy 中のＮ原子よりもＳｉＯx 中のＯ原子と結合しや
すいので、ＳｉＯx 層の表面では除去されるが、Ｓｉx
Ｎy 上では堆積する。これが、選択性の達成メカニズム
であると考えられている。
よりラジカルの生成量を低下させた高密度プラズマを用
いてこれを実現する技術が提案されている。たとえば、
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ４３ｒｄ Ｓ
ｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
ｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐ．５４（１９９２）には、
Ｃ2 Ｈ6 ガスの誘導結合プラズマ（ＩＣＰ＝Ｉｎｄｕｃ
ｔｉｏｎ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を用い、Ｌ
ＰＣＶＤ法により成膜されたＳｉ3 Ｎ4 層の上でＴＥＯ
Ｓ−ＣＶＤ法により形成されたＳｉＯx 層をＣ2 Ｆ
6 （ヘキサフルオロエタン）を用いてエッチングし、ゲ
ート電極に一部重なる接続孔を開口するプロセス例が紹
介されている。高密度プラズマ中ではガスの解離が高度
に進行するので、Ｃ2 Ｆ6 はほぼイオン式量の小さいＣ
Ｆ+ に分解され、これがエッチングに寄与しているもの
と考えられている。また、このとき堆積するＣ／Ｆ比の
低いフルオロカーボン系ポリマーの中のＣ原子は、Ｓｉ
x Ｎy 中のＮ原子よりもＳｉＯx 中のＯ原子と結合しや
すいので、ＳｉＯx 層の表面では除去されるが、Ｓｉx
Ｎy 上では堆積する。これが、選択性の達成メカニズム
であると考えられている。
【００１７】この技術はかなり有望であるが、安定した
選択性を得にくいという欠点がある。たとえば、上述の
プロセスにおける選択比は、平坦部において無限大、コ
ーナー部では２０以上と報告されている。かかる選択性
の面内バラつきは、Ｃ2 Ｆ6の解離が高度に進んだ結果
生成するＦ* の寄与によるものと考えられる。そこで本
発明は、Ｓｉx Ｎy 層に対して安定に高選択比を確保す
ることが可能なＳｉＯx 層のドライエッチング方法を提
供することを目的とする。
選択性を得にくいという欠点がある。たとえば、上述の
プロセスにおける選択比は、平坦部において無限大、コ
ーナー部では２０以上と報告されている。かかる選択性
の面内バラつきは、Ｃ2 Ｆ6の解離が高度に進んだ結果
生成するＦ* の寄与によるものと考えられる。そこで本
発明は、Ｓｉx Ｎy 層に対して安定に高選択比を確保す
ることが可能なＳｉＯx 層のドライエッチング方法を提
供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的に鑑みて提案されるものであり、
イオン密度が１０11イオン／ｃｍ3 以上のプラズマを生
成可能なエッチング装置内で、一般式Ｃx Ｆy （ただ
し、ｘ，ｙは自然数であり、ｙ≦ｘ＋２の関係を満た
す。）で表されるフルオロカーボン系化合物を主体とす
るエッチング・ガスのプラズマを生成させ、Ｓｉx Ｎy
系材料層の上に形成されたＳｉＯx 系材料層を選択的に
エッチングするものである。
グ方法は、上述の目的に鑑みて提案されるものであり、
イオン密度が１０11イオン／ｃｍ3 以上のプラズマを生
成可能なエッチング装置内で、一般式Ｃx Ｆy （ただ
し、ｘ，ｙは自然数であり、ｙ≦ｘ＋２の関係を満た
す。）で表されるフルオロカーボン系化合物を主体とす
るエッチング・ガスのプラズマを生成させ、Ｓｉx Ｎy
系材料層の上に形成されたＳｉＯx 系材料層を選択的に
エッチングするものである。
【００１９】ここで、高密度プラズマとは、従来型のプ
ラズマに比べて電子とガス原子の衝突回数を増やすため
の何らかの工夫がなされているプラズマのことである。
従来型のプラズマとは、たとえば平行平板電極間にＲＦ
パワーを印加してグロー放電を起こしたり、導波管へマ
イクロ波を供給してマイクロ波放電を起こすことにより
励起されるものである。これに対し、高密度プラズマ
は、たとえばマイクロ波電界と磁界の相互作用にもとづ
く電子サイクロトロン共鳴、あるいはホイッスラー・モ
ードと呼ばれる磁界中のマイクロ波伝搬モード等を利用
することにより、ガスの解離を高度に促進し、高いイオ
ン密度を達成したものである。
ラズマに比べて電子とガス原子の衝突回数を増やすため
の何らかの工夫がなされているプラズマのことである。
従来型のプラズマとは、たとえば平行平板電極間にＲＦ
パワーを印加してグロー放電を起こしたり、導波管へマ
イクロ波を供給してマイクロ波放電を起こすことにより
励起されるものである。これに対し、高密度プラズマ
は、たとえばマイクロ波電界と磁界の相互作用にもとづ
く電子サイクロトロン共鳴、あるいはホイッスラー・モ
ードと呼ばれる磁界中のマイクロ波伝搬モード等を利用
することにより、ガスの解離を高度に促進し、高いイオ
ン密度を達成したものである。
【００２０】かかる１０11イオン／ｃｍ3 以上のイオン
密度を有するプラズマの具体例としては、ＥＣＲプラズ
マ、ヘリコン波プラズマ、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｌｙＣｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＴＣＰ（Ｔｒａ
ｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、
ホロー・アノード型プラズマ、ヘリカル共振器プラズマ
等が知られている。
密度を有するプラズマの具体例としては、ＥＣＲプラズ
マ、ヘリコン波プラズマ、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｌｙＣｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＴＣＰ（Ｔｒａ
ｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、
ホロー・アノード型プラズマ、ヘリカル共振器プラズマ
等が知られている。
【００２１】また、上記フルオロカーボン系化合物は、
その一般式から自明であるように、不飽和化合物であ
る。この要件は、鎖状あるいは環状のいずれの炭素骨格
によっても満たすことができる。しかし、炭素数がある
程度多くなれば鎖状の場合には必然的に連続した多重結
合あるいは共役多重結合を持たざるを得ず、また環状の
場合には共役多重結合、縮合環、多環、スピロ環、環集
合等の構造をとることになる。
その一般式から自明であるように、不飽和化合物であ
る。この要件は、鎖状あるいは環状のいずれの炭素骨格
によっても満たすことができる。しかし、炭素数がある
程度多くなれば鎖状の場合には必然的に連続した多重結
合あるいは共役多重結合を持たざるを得ず、また環状の
場合には共役多重結合、縮合環、多環、スピロ環、環集
合等の構造をとることになる。
【００２２】かかる要件を満たすフルオロカーボン系化
合物の一例としては、テトラフルオロエチレン（Ｃ2 Ｆ
4 ），ヘキサフルオロブタジエン（Ｃ4 Ｆ6 ），テトラ
フルオロシクロプロペン（ｃ−Ｃ3 Ｆ4 ），ヘキサフル
オロシクロブテン（ｃ−Ｃ4Ｆ6 ），ヘキサフルオロベ
ンゼン（Ｃ6 Ｆ6 ）、オクタフルオロシクロヘプタトリ
エン（ｃ−Ｃ7 Ｆ8 ），オクタフルオロビシクロ［２，
２，１］ヘプタジエン（Ｃ7 Ｆ8 ）等を挙げることがで
きる。
合物の一例としては、テトラフルオロエチレン（Ｃ2 Ｆ
4 ），ヘキサフルオロブタジエン（Ｃ4 Ｆ6 ），テトラ
フルオロシクロプロペン（ｃ−Ｃ3 Ｆ4 ），ヘキサフル
オロシクロブテン（ｃ−Ｃ4Ｆ6 ），ヘキサフルオロベ
ンゼン（Ｃ6 Ｆ6 ）、オクタフルオロシクロヘプタトリ
エン（ｃ−Ｃ7 Ｆ8 ），オクタフルオロビシクロ［２，
２，１］ヘプタジエン（Ｃ7 Ｆ8 ）等を挙げることがで
きる。
【００２３】本発明はまた、イオン密度が１０11イオン
／ｃｍ3 以上のプラズマを生成可能なエッチング装置内
で、一般式Ｃx Ｆy （ただし、ｘ，ｙは自然数であり、
ｙ≦ｘ＋２の関係を満たす。）で表されるフルオロカー
ボン系化合物を主体とするエッチング・ガスのプラズマ
を生成させ、所定の形状にパターニングされたＳｉxＮ
y 系材料層をマスクとしてＳｉＯx 系材料層のエッチン
グを行うものである。
／ｃｍ3 以上のプラズマを生成可能なエッチング装置内
で、一般式Ｃx Ｆy （ただし、ｘ，ｙは自然数であり、
ｙ≦ｘ＋２の関係を満たす。）で表されるフルオロカー
ボン系化合物を主体とするエッチング・ガスのプラズマ
を生成させ、所定の形状にパターニングされたＳｉxＮ
y 系材料層をマスクとしてＳｉＯx 系材料層のエッチン
グを行うものである。
【００２４】本発明はさらに、前記フルオロカーボン系
化合物としてヘキサフルオロベンゼンを用いるものであ
る。
化合物としてヘキサフルオロベンゼンを用いるものであ
る。
【００２５】
【作用】フルオロカーボン系化合物を主体とするエッチ
ング・ガスを用いてイオン密度１０11イオン／ｃｍ3 以
上の高密度プラズマを形成すると、低圧下でも従来のＲ
Ｆプラズマ等と比べてフルオロカーボン系化合物の解離
が進み、大量のＣＦx +（しかも、ｘ＝１が多い）が効
率良く生成する。この豊富なイオンにアシストされなが
ら、シリコン化合物層は実用的な速度でエッチングされ
る。
ング・ガスを用いてイオン密度１０11イオン／ｃｍ3 以
上の高密度プラズマを形成すると、低圧下でも従来のＲ
Ｆプラズマ等と比べてフルオロカーボン系化合物の解離
が進み、大量のＣＦx +（しかも、ｘ＝１が多い）が効
率良く生成する。この豊富なイオンにアシストされなが
ら、シリコン化合物層は実用的な速度でエッチングされ
る。
【００２６】しかし、この大量のＣＦx + に伴って大量
のＦ* が生成すると、Ｓｉx Ｎy 層に対する選択性が低
下する原因となる。そこで本発明では、プラズマ中に過
剰のＦ* が生成しないよう、Ｃ原子数に比べてＦ原子数
が少ない化合物、すなわち分子のＣ／Ｆ比が大きいフル
オロカーボン系化合物をエッチング・ガスの主成分とし
て用いる。本発明の場合、Ｆ原子数ｙはＣ原子数ｘに比
べて最大でも２個多いだけであるから、仮に単純化して
１分子からｘ個のＣＦ+ が生成したと考えると、Ｆ* の
生成量は最大でも２個ということになる。
のＦ* が生成すると、Ｓｉx Ｎy 層に対する選択性が低
下する原因となる。そこで本発明では、プラズマ中に過
剰のＦ* が生成しないよう、Ｃ原子数に比べてＦ原子数
が少ない化合物、すなわち分子のＣ／Ｆ比が大きいフル
オロカーボン系化合物をエッチング・ガスの主成分とし
て用いる。本発明の場合、Ｆ原子数ｙはＣ原子数ｘに比
べて最大でも２個多いだけであるから、仮に単純化して
１分子からｘ個のＣＦ+ が生成したと考えると、Ｆ* の
生成量は最大でも２個ということになる。
【００２７】本発明では、かかるフルオロカーボン系化
合物を用いてＳｉx Ｎy 層上でＳｉＯx 系材料層をエッ
チングするので、Ｓｉx Ｎy 層の露出面が高密度のＦ*
に曝される虞れがない。したがって、下地のＳｉx Ｎy
層に対して高い下地選択性が達成されるわけである。こ
の原理は、逆に所定の形状にパターニングされたＳｉx
Ｎy 層を、その下のＳｉＯx 層のエッチング・マスクと
して用いた場合にも全く同じであり、高いマスク選択性
が達成される。
合物を用いてＳｉx Ｎy 層上でＳｉＯx 系材料層をエッ
チングするので、Ｓｉx Ｎy 層の露出面が高密度のＦ*
に曝される虞れがない。したがって、下地のＳｉx Ｎy
層に対して高い下地選択性が達成されるわけである。こ
の原理は、逆に所定の形状にパターニングされたＳｉx
Ｎy 層を、その下のＳｉＯx 層のエッチング・マスクと
して用いた場合にも全く同じであり、高いマスク選択性
が達成される。
【００２８】ところで、本発明では上記フルオロカーボ
ン系化合物として特にヘキサフルオロベンゼン（Ｃ6 Ｆ
6 ）を提案するが、これは安定性、入手の容易さ、Ｃ／
Ｆ比の値が１と大きいこと等を考慮したからである。従
来からＣ6 Ｆ6 をＳｉＯx 系材料層のエッチングに用い
ようとする試みはあった。しかし、たとえば特公平１−
６０９３８号公報にも記載されているように、これ単独
ではＣＦ3 + やＣＦ2 + が大量に生成してポリマーを形
成してしまい、エッチング反応の進行が阻害されるた
め、実用にはならなかった。上記公報では、炭素系ポリ
マーの重合を阻害するために、ＣＦ4 を１：１の割合で
Ｃ6 Ｆ6 に混合したガスを用いて、この問題を解決して
いる。
ン系化合物として特にヘキサフルオロベンゼン（Ｃ6 Ｆ
6 ）を提案するが、これは安定性、入手の容易さ、Ｃ／
Ｆ比の値が１と大きいこと等を考慮したからである。従
来からＣ6 Ｆ6 をＳｉＯx 系材料層のエッチングに用い
ようとする試みはあった。しかし、たとえば特公平１−
６０９３８号公報にも記載されているように、これ単独
ではＣＦ3 + やＣＦ2 + が大量に生成してポリマーを形
成してしまい、エッチング反応の進行が阻害されるた
め、実用にはならなかった。上記公報では、炭素系ポリ
マーの重合を阻害するために、ＣＦ4 を１：１の割合で
Ｃ6 Ｆ6 に混合したガスを用いて、この問題を解決して
いる。
【００２９】しかし、本発明によれば、Ｃ6 Ｆ6 は高密
度プラズマ中でＣＦ+ にまで解離されるので、炭素系ポ
リマーを過剰に堆積させる虞れがない。しかも、仮に炭
素─炭素間の結合が全て開裂して１分子から６個のＣＦ
+ が生成したとすれば、Ｆ*は理論上は１個も生成しな
いことになり、Ｓｉx Ｎy 系材料層に対して高い選択性
が達成される。また、かかる高選択エッチングを単独ガ
ス系で実現できる点も、安定性、制御性等の観点から本
発明のメリットと言える。
度プラズマ中でＣＦ+ にまで解離されるので、炭素系ポ
リマーを過剰に堆積させる虞れがない。しかも、仮に炭
素─炭素間の結合が全て開裂して１分子から６個のＣＦ
+ が生成したとすれば、Ｆ*は理論上は１個も生成しな
いことになり、Ｓｉx Ｎy 系材料層に対して高い選択性
が達成される。また、かかる高選択エッチングを単独ガ
ス系で実現できる点も、安定性、制御性等の観点から本
発明のメリットと言える。
【００３０】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００３１】実施例１ 本実施例は、有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装
置とＣ6 Ｆ6 ガスを用い、Ｓｉ3 Ｎ4 下地膜を有するＳ
ｉＯ2 層間絶縁膜をエッチングしてコンタクト・ホール
を開口した例である。このプロセスを、図１を参照しな
がら説明する。
置とＣ6 Ｆ6 ガスを用い、Ｓｉ3 Ｎ4 下地膜を有するＳ
ｉＯ2 層間絶縁膜をエッチングしてコンタクト・ホール
を開口した例である。このプロセスを、図１を参照しな
がら説明する。
【００３２】まず、図１（ａ）に示されるように、予め
不純物拡散領域２の形成されたシリコン基板１上にたと
えばＬＰＣＶＤ法により層厚１０ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 下地
膜３を形成し、続いて常圧ＣＶＤ法により層厚１０００
ｎｍのＳｉＯ2 層間絶縁膜４を形成した。さらに、上記
ＳｉＯ2 層間絶縁膜４の上には、ノボラック系ポジ型フ
ォトレジストＴＳＭＲ−Ｖ３（東京応化工業社製；商品
名）を塗布し、ｉ線リソグラフィおよびアルカリ現像に
より直径０．３５μｍの開口部６を有するレジスト・マ
スク５を形成した。
不純物拡散領域２の形成されたシリコン基板１上にたと
えばＬＰＣＶＤ法により層厚１０ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 下地
膜３を形成し、続いて常圧ＣＶＤ法により層厚１０００
ｎｍのＳｉＯ2 層間絶縁膜４を形成した。さらに、上記
ＳｉＯ2 層間絶縁膜４の上には、ノボラック系ポジ型フ
ォトレジストＴＳＭＲ−Ｖ３（東京応化工業社製；商品
名）を塗布し、ｉ線リソグラフィおよびアルカリ現像に
より直径０．３５μｍの開口部６を有するレジスト・マ
スク５を形成した。
【００３３】このウェハを有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置のウェハ載置電極上にセットし、一例と
して下記の条件でＳｉＯ2 層間絶縁膜４をエッチングし
た。 Ｃ6 Ｆ6 流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６５ Ｐａ マイクロ波パワー １５００ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ２００ Ｗ（８００ ｋＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 ２０ ℃
エッチング装置のウェハ載置電極上にセットし、一例と
して下記の条件でＳｉＯ2 層間絶縁膜４をエッチングし
た。 Ｃ6 Ｆ6 流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６５ Ｐａ マイクロ波パワー １５００ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ２００ Ｗ（８００ ｋＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 ２０ ℃
【００３４】ここでは、大きなマイクロ波パワーを投入
してＥＣＲ放電を行うことにより、Ｃ6 Ｆ6 の解離が進
行し、イオン密度が１０11イオン／ｃｍ3 のオーダーの
高密度プラズマが生成された。上記エッチング過程で
は、この高密度プラズマ中に生成する大量のＣＦ+ によ
りＳｉＯ2 層間絶縁膜４のエッチングが高速に進行し
た。また、下地のＳｉ3 Ｎ4 下地膜３が露出した時点で
も、プラズマ中に過剰なＦ * が生成していないために、
Ｓｉ3 Ｎ4 下地膜３に対して約３０の高い選択性が達成
された。もちろん、レジスト・マスク５に対する選択性
も良好であった。
してＥＣＲ放電を行うことにより、Ｃ6 Ｆ6 の解離が進
行し、イオン密度が１０11イオン／ｃｍ3 のオーダーの
高密度プラズマが生成された。上記エッチング過程で
は、この高密度プラズマ中に生成する大量のＣＦ+ によ
りＳｉＯ2 層間絶縁膜４のエッチングが高速に進行し
た。また、下地のＳｉ3 Ｎ4 下地膜３が露出した時点で
も、プラズマ中に過剰なＦ * が生成していないために、
Ｓｉ3 Ｎ4 下地膜３に対して約３０の高い選択性が達成
された。もちろん、レジスト・マスク５に対する選択性
も良好であった。
【００３５】このエッチングの結果、図１（ｂ）に示さ
れるような異方性形状を有するコンタクト・ホール７
が、その底面に露出するＳｉx Ｎy 下地膜３を浸触する
ことなく形成された。
れるような異方性形状を有するコンタクト・ホール７
が、その底面に露出するＳｉx Ｎy 下地膜３を浸触する
ことなく形成された。
【００３６】なお、このエッチング過程では、図示され
ない炭素系ポリマーの堆積が若干みられる。この炭素系
ポリマーは、ＳｉＯ2 層間絶縁膜４のエッチング領域で
はここからスパッタ・アウトされるＯ原子の燃焼作用に
より除去されるが、レジスト・マスク５の表面保護、コ
ンタクト・ホール７の側壁面の保護、Ｓｉ3 Ｎ4 下地膜
３の露出面の保護等に寄与した。。
ない炭素系ポリマーの堆積が若干みられる。この炭素系
ポリマーは、ＳｉＯ2 層間絶縁膜４のエッチング領域で
はここからスパッタ・アウトされるＯ原子の燃焼作用に
より除去されるが、レジスト・マスク５の表面保護、コ
ンタクト・ホール７の側壁面の保護、Ｓｉ3 Ｎ4 下地膜
３の露出面の保護等に寄与した。。
【００３７】しかし、いずれにしても従来のように大量
の炭素系ポリマーを堆積させてエッチングの進行を妨げ
ることはなった。
の炭素系ポリマーを堆積させてエッチングの進行を妨げ
ることはなった。
【００３８】次に、ウェハをプラズマ・アッシング装置
に移設して通常の条件でＯ2 プラズマ・アッシングを行
い、図１（ｃ）に示されるようにレジスト・マスク５を
除去した。このとき、表面保護や側壁保護に寄与してい
た図示されない炭素系ポリマーも同時に除去された。
に移設して通常の条件でＯ2 プラズマ・アッシングを行
い、図１（ｃ）に示されるようにレジスト・マスク５を
除去した。このとき、表面保護や側壁保護に寄与してい
た図示されない炭素系ポリマーも同時に除去された。
【００３９】最後に、ウェハを熱リン酸水溶液に浸漬
し、図１（ｄ）に示されるように、コンタクト・ホール
４ａの底部に露出したＳｉ3 Ｎ4 下地膜３を分解除去し
た。以上のプロセスにより、不純物拡散領域２にダメー
ジを発生させたり、またパーティクル汚染を惹起させる
ことなく、良好な異方性形状を有するコンタクト・ホー
ル７を形成することができた。
し、図１（ｄ）に示されるように、コンタクト・ホール
４ａの底部に露出したＳｉ3 Ｎ4 下地膜３を分解除去し
た。以上のプロセスにより、不純物拡散領域２にダメー
ジを発生させたり、またパーティクル汚染を惹起させる
ことなく、良好な異方性形状を有するコンタクト・ホー
ル７を形成することができた。
【００４０】実施例２ 本実施例は、ＳＲＡＭの負荷用ＴＦＴのゲート電極と記
憶ノードの接続を形成するためのセルフアライン・コン
タクト加工において、ＳｉＯ2 層間絶縁膜のエッチング
をＩＣＰエッチング装置とＣ6 Ｆ6 ガスを用いて行った
例である。このプロセスを、図２を参照しながら説明す
る。
憶ノードの接続を形成するためのセルフアライン・コン
タクト加工において、ＳｉＯ2 層間絶縁膜のエッチング
をＩＣＰエッチング装置とＣ6 Ｆ6 ガスを用いて行った
例である。このプロセスを、図２を参照しながら説明す
る。
【００４１】本実施例でエッチング・サンプルとして用
いたウェハの構成を、図２（ａ）に示す。このウェハ
は、シリコン基板１１上に表面酸化によりゲート酸化膜
１３が形成され、この上でドライバ・トランジスタの２
本のゲート電極１６、およびこのゲート電極１６を後工
程のエッチングから保護するためのＳｉ3 Ｎ4 エッチン
グ停止層１７がパターニングされたものである。上記ゲ
ート電極１６は、下層側から順にポリシリコン層１４と
タングステン・シリサイド（ＷＳｉx ）層１５とが積層
されたタングステン・ポリサイド膜からなるものであ
る。ゲート電極１６の両側壁面には、ＳｉＯ2 からなる
サイドウォール１８がエッチバック・プロセスにより形
成されており、前述のゲート電極１６およびサイドウォ
ール１８をマスクとした２回のイオン注入により、ＬＤ
Ｄ構造を有する不純物拡散領域１２がシリコン基板１１
内に形成されている。
いたウェハの構成を、図２（ａ）に示す。このウェハ
は、シリコン基板１１上に表面酸化によりゲート酸化膜
１３が形成され、この上でドライバ・トランジスタの２
本のゲート電極１６、およびこのゲート電極１６を後工
程のエッチングから保護するためのＳｉ3 Ｎ4 エッチン
グ停止層１７がパターニングされたものである。上記ゲ
ート電極１６は、下層側から順にポリシリコン層１４と
タングステン・シリサイド（ＷＳｉx ）層１５とが積層
されたタングステン・ポリサイド膜からなるものであ
る。ゲート電極１６の両側壁面には、ＳｉＯ2 からなる
サイドウォール１８がエッチバック・プロセスにより形
成されており、前述のゲート電極１６およびサイドウォ
ール１８をマスクとした２回のイオン注入により、ＬＤ
Ｄ構造を有する不純物拡散領域１２がシリコン基板１１
内に形成されている。
【００４２】このウェハの全面には、たとえばＣＶＤ法
によりＳｉＯ2 層間絶縁膜１９が堆積され、さらにこの
上にレジスト・マスク２０が所定のパターンに形成され
ている。上記レジスト・マスク２０は、両ゲート電極１
６上に一部かかり、これらの中間領域をカバーする開口
部２１を有している。この開口部２１の内部で、ＳｉＯ
2 層間絶縁膜１９をエッチングして不純物拡散領域に至
るコンタクト・ホールを形成するわけである。
によりＳｉＯ2 層間絶縁膜１９が堆積され、さらにこの
上にレジスト・マスク２０が所定のパターンに形成され
ている。上記レジスト・マスク２０は、両ゲート電極１
６上に一部かかり、これらの中間領域をカバーする開口
部２１を有している。この開口部２１の内部で、ＳｉＯ
2 層間絶縁膜１９をエッチングして不純物拡散領域に至
るコンタクト・ホールを形成するわけである。
【００４３】上記ウェハをＩＣＰエッチング装置にセッ
トし、一例として下記の条件でＳｉＯ2 層間絶縁膜１９
のエッチングを行った。 Ｃ6 Ｆ6 流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６５ Ｐａ ＲＦ電源パワー ２５００ Ｗ（２ ｋＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ５０ Ｗ（１．８ ＭＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃ この過程では、ＩＣＰエッチング装置内で生成されるイ
オン密度１０12イオン／ｃｍ3 のオーダーの高密度プラ
ズマにより、ＣＦ+ を主エッチング種としたＳｉＯ2 層
間絶縁膜１９のエッチングが進行した。この結果、図２
（ｂ）に示されるように、ＳｉＯ2 層間絶縁膜１９およ
びゲートＳｉＯ2 膜１３の一部が除去されてコンタクト
・ホール２２が完成し、先に形成されていたサイドウォ
ール１８の上にはさらに別のサイドウォール１９ａが形
成された。
トし、一例として下記の条件でＳｉＯ2 層間絶縁膜１９
のエッチングを行った。 Ｃ6 Ｆ6 流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６５ Ｐａ ＲＦ電源パワー ２５００ Ｗ（２ ｋＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ５０ Ｗ（１．８ ＭＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃ この過程では、ＩＣＰエッチング装置内で生成されるイ
オン密度１０12イオン／ｃｍ3 のオーダーの高密度プラ
ズマにより、ＣＦ+ を主エッチング種としたＳｉＯ2 層
間絶縁膜１９のエッチングが進行した。この結果、図２
（ｂ）に示されるように、ＳｉＯ2 層間絶縁膜１９およ
びゲートＳｉＯ2 膜１３の一部が除去されてコンタクト
・ホール２２が完成し、先に形成されていたサイドウォ
ール１８の上にはさらに別のサイドウォール１９ａが形
成された。
【００４４】ところで、このエッチングの途中ではＳｉ
3 Ｎ4 エッチング停止層１７が露出するが、このとき実
施例１でも上述したようにＣ6 Ｆ6 の解離が高度に進ん
でプラズマ中のＦ* 生成量が少なくなっているため、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 エッチング停止層１７に対する選択比が十分に
大きく維持された。したがって、かかる高段差上のＳｉ
Ｏ2 層間絶縁膜１９のエッチングも、ゲート電極１６に
ダメージを及ぼすことなく行うことができた。
3 Ｎ4 エッチング停止層１７が露出するが、このとき実
施例１でも上述したようにＣ6 Ｆ6 の解離が高度に進ん
でプラズマ中のＦ* 生成量が少なくなっているため、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 エッチング停止層１７に対する選択比が十分に
大きく維持された。したがって、かかる高段差上のＳｉ
Ｏ2 層間絶縁膜１９のエッチングも、ゲート電極１６に
ダメージを及ぼすことなく行うことができた。
【００４５】比較例 ここでは、実施例２に対する比較例として、ＩＣＰエッ
チング装置とＣ2 Ｆ6ガスを用いて同様のＳＲＡＭのセ
ルフアライン・コンタクトを形成した例について説明す
る。まず、図２（ａ）に示したものと同じウェハをＩＣ
Ｐエッチング装置にセットし、一例として下記の条件で
ＳｉＯ2 層間絶縁膜１９をエッチングした。
チング装置とＣ2 Ｆ6ガスを用いて同様のＳＲＡＭのセ
ルフアライン・コンタクトを形成した例について説明す
る。まず、図２（ａ）に示したものと同じウェハをＩＣ
Ｐエッチング装置にセットし、一例として下記の条件で
ＳｉＯ2 層間絶縁膜１９をエッチングした。
【００４６】 Ｃ2 Ｆ6 流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６５ Ｐａ ＲＦ電源パワー ２５００ Ｗ（２ ｋＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ５０ Ｗ（１．８ ＭＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃
ｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃
【００４７】この過程では、Ｃ2 Ｆ6 の高効率解離によ
りＣＦ+ がもちろん生成するが、同時に大量のＦ* も生
成し、このＦ* がエッチング途中で露出したＳｉ3 Ｎ4
エッチング停止層１７に対する選択性を低下させた。こ
の結果、図３に示されるように、浸触されたＳｉ3 Ｎ4
エッチング停止層１７ｂの下層側でゲート電極１６も一
部浸触され、サイドウォール１８ｂ，１９ｂの断面形状
もそれぞれ劣化した。
りＣＦ+ がもちろん生成するが、同時に大量のＦ* も生
成し、このＦ* がエッチング途中で露出したＳｉ3 Ｎ4
エッチング停止層１７に対する選択性を低下させた。こ
の結果、図３に示されるように、浸触されたＳｉ3 Ｎ4
エッチング停止層１７ｂの下層側でゲート電極１６も一
部浸触され、サイドウォール１８ｂ，１９ｂの断面形状
もそれぞれ劣化した。
【００４８】以上、本発明を２例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上述の実施例では、高密度プ
ラズマとしてＥＣＲプラズマおよびＩＣＰを採り上げた
が、ホローアノード型プラズマでは１０12イオン／ｃｍ
3 、ヘリコン波プラズマやＴＣＰでは１０12〜１０13イ
オン／ｃｍ3 のオーダーのイオン密度が報告されてお
り、これらのいずれを利用しても良い。
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上述の実施例では、高密度プ
ラズマとしてＥＣＲプラズマおよびＩＣＰを採り上げた
が、ホローアノード型プラズマでは１０12イオン／ｃｍ
3 、ヘリコン波プラズマやＴＣＰでは１０12〜１０13イ
オン／ｃｍ3 のオーダーのイオン密度が報告されてお
り、これらのいずれを利用しても良い。
【００４９】エッチング・ガスとして用いられるフルオ
ロカーボン系化合物Ｃx Ｆy も、上述のＣ6 Ｆ6 に限ら
れるものではなく、ｙ≦ｘ＋２の条件を満たす限りにお
いて合成が可能であり、安定に存在でき、しかも容易に
気体状態でエッチング・チャンバ内へ導入できる化合物
であれば、いかなるものであっても構わない。
ロカーボン系化合物Ｃx Ｆy も、上述のＣ6 Ｆ6 に限ら
れるものではなく、ｙ≦ｘ＋２の条件を満たす限りにお
いて合成が可能であり、安定に存在でき、しかも容易に
気体状態でエッチング・チャンバ内へ導入できる化合物
であれば、いかなるものであっても構わない。
【００５０】また、本発明が適用可能な他のプロセス例
としては、ＯＮＯ（ＳｉＯx ／Ｓｉ x Ｎy ／ＳｉＯx ）
構造を有する３層型ゲート絶縁膜上におけるＳｉＯ2 層
間絶縁膜のエッチバック等がある。これは、ゲート電極
の側壁面にサイドウォールを形成するためのプロセスで
あるが、この場合、エッチバックをゲート絶縁膜中間の
Ｓｉx Ｎy 膜上で高選択比をもって停止させることがで
きる。
としては、ＯＮＯ（ＳｉＯx ／Ｓｉ x Ｎy ／ＳｉＯx ）
構造を有する３層型ゲート絶縁膜上におけるＳｉＯ2 層
間絶縁膜のエッチバック等がある。これは、ゲート電極
の側壁面にサイドウォールを形成するためのプロセスで
あるが、この場合、エッチバックをゲート絶縁膜中間の
Ｓｉx Ｎy 膜上で高選択比をもって停止させることがで
きる。
【００５１】この他、エッチング条件、使用するエッチ
ング装置等が適宜変更可能であることは、言うまでもな
い。
ング装置等が適宜変更可能であることは、言うまでもな
い。
【００５２】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のドライエッチング方法によれば、従来は炭素系ポリ
マーの生成量が多すぎてエッチングには使用できなかっ
たＣ／Ｆ比の大きいフルオロカーボン系化合物を高密度
プラズマ中で高度に解離させ、エッチング・ガスの主成
分として用いることができるようになる。しかも、かか
るフルオロカーボン系化合物は、放電解離条件下でもＦ
* を過剰に生成しないため、ＳｉＯx 系材料層とＳｉx
Ｎy 系材料層との間の選択エッチングを高選択比をもっ
て実現することが可能となる。
明のドライエッチング方法によれば、従来は炭素系ポリ
マーの生成量が多すぎてエッチングには使用できなかっ
たＣ／Ｆ比の大きいフルオロカーボン系化合物を高密度
プラズマ中で高度に解離させ、エッチング・ガスの主成
分として用いることができるようになる。しかも、かか
るフルオロカーボン系化合物は、放電解離条件下でもＦ
* を過剰に生成しないため、ＳｉＯx 系材料層とＳｉx
Ｎy 系材料層との間の選択エッチングを高選択比をもっ
て実現することが可能となる。
【００５３】したがって、本発明は微細なデザイン・ル
ールにもとづいて設計され、高集積度および高性能を有
する半導体装置の製造に好適であり、その産業上の価値
は極めて大きい。
ールにもとづいて設計され、高集積度および高性能を有
する半導体装置の製造に好適であり、その産業上の価値
は極めて大きい。
【図１】本発明をコンタクト・ホール加工に適用したプ
ロセス例をその工程順にしたがって示す模式的断面図で
あり、（ａ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜上にレジスト・マス
クが形成された状態、（ｂ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜のエ
ッチングがＳｉx Ｎy 下地膜上で停止した状態、（ｃ）
はレジスト・マスクがアッシングにより除去された状
態、（ｄ）はコンタクト・ホール内のＳｉ3 Ｎ4 下地膜
が選択的に除去された状態をそれぞれ表す。
ロセス例をその工程順にしたがって示す模式的断面図で
あり、（ａ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜上にレジスト・マス
クが形成された状態、（ｂ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜のエ
ッチングがＳｉx Ｎy 下地膜上で停止した状態、（ｃ）
はレジスト・マスクがアッシングにより除去された状
態、（ｄ）はコンタクト・ホール内のＳｉ3 Ｎ4 下地膜
が選択的に除去された状態をそれぞれ表す。
【図２】本発明をＳＲＡＭのセルフアライン・コンタク
ト加工に適用したプロセス例をその工程順にしたがって
示す模式的断面図であり、（ａ）は表面にＳｉx Ｎy エ
ッチング停止層を有する２本のゲート電極を被覆してＳ
ｉＯ2 層間絶縁膜が形成され、さらにレジスト・マスク
が形成された状態、（ｂ）はサイドウォールが形成され
ながらコンタクト・ホールが形成された状態をそれぞれ
表す。
ト加工に適用したプロセス例をその工程順にしたがって
示す模式的断面図であり、（ａ）は表面にＳｉx Ｎy エ
ッチング停止層を有する２本のゲート電極を被覆してＳ
ｉＯ2 層間絶縁膜が形成され、さらにレジスト・マスク
が形成された状態、（ｂ）はサイドウォールが形成され
ながらコンタクト・ホールが形成された状態をそれぞれ
表す。
【図３】ＳＲＡＭのセルフアライン・コンタクトの比較
例において、Ｓｉx Ｎy エッチング停止層に対する選択
性が低下し、ゲート電極とサイドウォールの断面形状が
劣化した状態を示す模式的断面図である。
例において、Ｓｉx Ｎy エッチング停止層に対する選択
性が低下し、ゲート電極とサイドウォールの断面形状が
劣化した状態を示す模式的断面図である。
１，１１ ・・・シリコン基板 ２，１２ ・・・不純物拡散領域 ３ ・・・Ｓｉ3 Ｎ4 下地膜 ４，１９ ・・・ＳｉＯ2 層間絶縁膜 ５，２０ ・・・レジスト・マスク ６，２１ ・・・開口部 ７，２２ ・・・コンタクト・ホール １３ ・・・ゲート酸化膜 １６ ・・・ゲート電極 １７ ・・・Ｓｉ3 Ｎ4 エッチング停止層 １８，１９ ・・・サイドウォール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00
Claims (3)
- 【請求項１】 イオン密度が１０11イオン／ｃｍ3 以上
のプラズマを生成可能なエッチング装置内で、一般式Ｃ
x Ｆy （ただし、ｘ，ｙは自然数であり、ｙ≦ｘ＋２の
関係を満たす。）で表されるフルオロカーボン系化合物
を主体とするエッチング・ガスのプラズマを生成させ、
窒化シリコン系材料層の上に形成された酸化シリコン系
材料層を選択的に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 - 【請求項２】 イオン密度が１０11イオン／ｃｍ3 以上
のプラズマを生成可能なエッチング装置内で、一般式Ｃ
x Ｆy （ただし、ｘ，ｙは自然数であり、ｙ≦ｘ＋２の
関係を満たす。）で表されるフルオロカーボン系化合物
をフルオロカーボン系化合物を主体とするエッチング・
ガスのプラスマを生成させ、所定の形状にパターニング
された窒化シリコン系材料層をマスクとして酸化シリコ
ン系材料層のエッチングを行うことを特徴とするドライ
エッチング方法。 - 【請求項３】 前記フルオロカーボン系化合物がヘキサ
フルオロベンゼンであることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載のドライエッチング方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06075593A JP3252518B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | ドライエッチング方法 |
| KR1019940005286A KR100274080B1 (ko) | 1993-03-19 | 1994-03-17 | 드라이에칭방법 |
| US08/214,122 US5366590A (en) | 1993-03-19 | 1994-03-17 | Dry etching method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06075593A JP3252518B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275568A JPH06275568A (ja) | 1994-09-30 |
| JP3252518B2 true JP3252518B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=13151413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06075593A Expired - Lifetime JP3252518B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | ドライエッチング方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5366590A (ja) |
| JP (1) | JP3252518B2 (ja) |
| KR (1) | KR100274080B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US6165311A (en) | 1991-06-27 | 2000-12-26 | Applied Materials, Inc. | Inductively coupled RF plasma reactor having an overhead solenoidal antenna |
| US6063233A (en) * | 1991-06-27 | 2000-05-16 | Applied Materials, Inc. | Thermal control apparatus for inductively coupled RF plasma reactor having an overhead solenoidal antenna |
| US5880036A (en) * | 1992-06-15 | 1999-03-09 | Micron Technology, Inc. | Method for enhancing oxide to nitride selectivity through the use of independent heat control |
| JPH0950986A (ja) * | 1995-05-29 | 1997-02-18 | Sony Corp | 接続孔の形成方法 |
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| US6716769B1 (en) * | 1995-06-02 | 2004-04-06 | Micron Technology, Inc. | Use of a plasma source to form a layer during the formation of a semiconductor device |
| WO1997006560A1 (en) * | 1995-08-03 | 1997-02-20 | Micron Technology, Inc. | Low cost local interconnect process |
| US5702976A (en) | 1995-10-24 | 1997-12-30 | Micron Technology, Inc. | Shallow trench isolation using low dielectric constant insulator |
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| WO1997024750A1 (en) * | 1995-12-29 | 1997-07-10 | Trikon Technologies, Inc. | Method for etching silicon dioxide using unsaturated fluorocarbons |
| US6254746B1 (en) | 1996-05-09 | 2001-07-03 | Applied Materials, Inc. | Recessed coil for generating a plasma |
| US6368469B1 (en) | 1996-05-09 | 2002-04-09 | Applied Materials, Inc. | Coils for generating a plasma and for sputtering |
| KR100489918B1 (ko) * | 1996-05-09 | 2005-08-04 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 플라즈마발생및스퍼터링용코일 |
| US5928967A (en) * | 1996-06-10 | 1999-07-27 | International Business Machines Corporation | Selective oxide-to-nitride etch process using C4 F8 /CO/Ar |
| JP3795634B2 (ja) | 1996-06-19 | 2006-07-12 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| US5930585A (en) * | 1996-07-23 | 1999-07-27 | International Business Machines Corporation | Collar etch method to improve polysilicon strap integrity in DRAM chips |
| US6087009A (en) * | 1996-08-28 | 2000-07-11 | Natalia Bultykhanova | Surface treating methods |
| US6190513B1 (en) | 1997-05-14 | 2001-02-20 | Applied Materials, Inc. | Darkspace shield for improved RF transmission in inductively coupled plasma sources for sputter deposition |
| US6254737B1 (en) | 1996-10-08 | 2001-07-03 | Applied Materials, Inc. | Active shield for generating a plasma for sputtering |
| US6514390B1 (en) | 1996-10-17 | 2003-02-04 | Applied Materials, Inc. | Method to eliminate coil sputtering in an ICP source |
| JP4215294B2 (ja) * | 1996-10-30 | 2009-01-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ドライエッチング方法 |
| US6383403B1 (en) | 1996-10-30 | 2002-05-07 | Japan As Represented By The Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Dry etching method |
| US5961793A (en) * | 1996-10-31 | 1999-10-05 | Applied Materials, Inc. | Method of reducing generation of particulate matter in a sputtering chamber |
| TW358964B (en) * | 1996-11-21 | 1999-05-21 | Applied Materials Inc | Method and apparatus for improving sidewall coverage during sputtering in a chamber having an inductively coupled plasma |
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