JPH04157721A - プラズマエッチング方法 - 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】 （１）産業上の利用分野 この発明は、シリコン含有体の高選択性プラズマエツチ
ングを得る技術に関し、特に、シリコン含有体上の酸化
膜を除去でき、かつシリコン含有体の高選択性、均一性
の優れたプラズマエツチングを得る技術に関する。

（２）従来の技術 １６Ｍ移行のポリシリコンエツチャーとして様々なコン
セプトのエツチング装置が発表されている。

とりわけ、ＥＣＲ，マグネトロンＲＩＥといった新コン
セプトのエツチャーが多数発表されてきている。それと
同時にポリシリコンエツチングに要求される諸性能のア
ンプも急速である。特に線巾か細くなっていくことから
、対酸化膜選択比とＣＤコントロール（異方性）の両立
に主眼を置かざるを得なくなってきた。又、高段差上の
ポリシリコン、ポリサイドのエンチング工程も数多く、
従来使用してきた２ステツプエツチングは使用しにくく
なり、シングルステップエツチングで異方性と高選択比
を実現する必要がある。

現在までに発表されているポリシリコンエンチャーは中
庸な耐酸化膜選択比を実現して、ストリンガーケーハビ
リティの向上とＣＤコントロール、０／Ｅ（オーバーエ
ツチング）時の形状変化を相達成せざるものとして問題
をかかえてきた。マイクロ波アシストをともなうＲＩＥ
エツチャーは極めて優れたストリンガーケーハビリティ
を持つが０／Ｅを行なうと形状が変化しやすい。

こうした問題を改善すべく開発されたプロセスがＨＢｒ
プロセスであり、極めて高い対酸化膜選択比を実現する
ことにより異方性と高選択比をシングルステップで達成
した。

ＨＢｒガスを用いた公知技術には以下がある。

米国特許第４４９０２０９号にはシリコンのプラズマガ
スとして）１８ｒとＨｃＥ、　ＢＣｌ３等の塩素系化合
物との混合ガスを用いることが記載されている。

また、タングステンのプラズマガスに関して米国特許第
４８４９０６７号には少なくともＳＦｂとＨＢｒを含む
ガスを用いることが記載されている。

さらに、対酸化膜選択比と異方性エツチングがシングル
ステップで両立した場合に問題になるのが、シリコン含
有体上の酸化膜によるエツチング残渣である。

酸化膜はポリシリコンの表面に一様に付着しており、ポ
リシリコンは、その上下が酸化膜でサンドイッチされた
構造になる。特に高段差上のポリシリコンエツチングの
場合には酸化膜も段部のプロファイルにそって垂直面に
付着している。

酸化膜エッチレートが２０人／ｓｉｎ程度の異方性プロ
セスではこの酸化膜の除去は大きな課題であ酸化膜を除
去後にポリシリコンをエツチングすることについては、
以下の公知技術が知られている。

特開平２−８６１２６号にはポリシリコンのエツチング
方法において、ポリシリコン上の酸化膜をフレオン、Ｂ
、ＩＪ、又はＥＣＲ３の雰囲気でプラズマにより除去し
、次いでポリシリコンをＨＢｒの雰囲気でプラズマによ
り工・シチングすることが開示されている。

酸化物除去のガスとして塩素化合物を使用する欠点は、
フン素よりイオン衝撃が多い状況でエツチングするため
異方性エツチングとなり、高段差部での酸化膜の除去が
できない。また、レジストをエツチングし易くレジスト
から生成されたカーボンがポリシリコンの表面に付着し
てポリシリコンのエツチングに際しパターン形状の不均
一等の欠点を有する。このことはフロンガスを用いたと
きも同様の欠点を生しる。

上記欠点を解決するため、タングステンポリサイドを良
好にエツチングするために、タングステンシリサイドは
、ＳＦ６とＨＢｒガスで、ポリシリコンは、）ｌＢｒ単
独でエツチングすることが知られている。（セミコンダ
クターワールド（Ｓｅｗ　１ｃｏｎｄｕｃ　ｔｏｒＷｏ
ｒｌｄ）　’９０．　ｋ７．８０〜８４頁）。

（３）発明が解決しようとする課題 第一は、ポリシリコンのエツチングに際して、その表面
の酸化膜除去において上記の塩素化合物等のガスの欠点
を除去して、被エツチング処理体の側面上の酸化膜を除
去出来、しかも被エツチング処理体のエツチングに際し
て高選択比と共に均一性の優れたエツチングパターンを
得ることである。

第二は、高融点金属のシリサイドとポリシリコンとの二
層構造とのエツチングにおいてもポリシリコンのエツチ
ングに際してその上の高融点金属シリサイドと酸化膜と
が除去でき、しかもエツチングに際して高選択比と共に
均一性の優れたエツチングパターンを得ることである。

（４）課題を解決するための手段 我々は上記従来技術の諸欠点を解消すべく鋭意研究の結
果、 「酸化膜／シリコン含有耐層／下地酸化膜／基板」ある
いは「シリコン含有体層（シリサイド）／酸化膜／シリ
コン含有体層／下地酸化膜／基板」のような構成の被エ
ンチング体をエツチングする場合に、最上層又は中間層
であるシリコン含有体層の外表面に自然形成される酸化
膜はそれを除去できるプラズマガスを用いてのプラズマ
エツチング法により除去されるべきであることを見い出
した。

このように、最外層又は中間層の酸化膜が除去されると
、それ以障のシリコン含有体のエツチングが極めて円滑
均一に実施できることが判明した。

従って、本発明は、上記問題点を解決するために、 （ｉ）基板上に下地酸化膜を形成し、その上に堆積した
シリコン含有体をプラズマエツチングするプラズマエツ
チング方法において、前記シリコン含有体上の酸化膜を
カーボンを含まないフッ素化合物からなるプラズマガス
を用いてプラズマエツチングで除去し、この後、該シリ
コン含有体をハロゲン化水素と不活性ガスとの混合ガス
でエツチングすることを特徴とするプラズマエツチング
方法、 （１１）基板上に酸化膜を形成し、その上に堆積したポ
リシリコンをプラズマエツチングするプラズマエツチン
グ方法において、前記ポリシリコン上の酸化膜を少なく
ともＳＦ、を含むプラズマガスで除去し、この後、［（
Ｂｒ　＆びＨｅのプラズマガスでポリシリコンをエツチ
ングすることを特徴とするプラズマエツチング方法、 （ｉｊ）基板上に酸化膜を形成し、その上に堆積したタ
ングステンシリサイドとポリシリコンからなる二層をプ
ラズマエツチングするプラズマエツチング方法において
、前記タングステンシリサイドをＳＦ４．１１Ｂｒ、不
活性ガスの混合ガスのプラズマガスでエツチングし、こ
の後、ポリシリコンを）ＩＢｒ及びＨｅのプラズマガス
でエツチングすることを特徴とするプラズマエツチング
方法、を提供する。

ここで、前記シリコン含有体は、ポリシリコン、タング
ステンシリサイド、タンタルシリサイド、チタンシリサ
イド等からなるものである。

酸化膜を除去できるプラズマガスには、カーボンを含ま
ないｓｐ６、　ＳＦ、のようなフン素化合物ガス又は、
カーボンを含まないＳＦｂ、Ｓｈのようなフッ素化合物
とＨＢｒのようなハロゲン化水素とＨｅ、　Ａｒ。

Ｎ２のような不活性ガスの混合ガスがある。

シリコン含有体をプラズマエツチングしうるプラズマガ
スには、ｔｌＢｒのようなハロゲン化水素とＡｒ、　Ｎ
６、　Ｈｅのような不活性ガスの混合ガスがある。

（５）作用 酸化膜は、カーボンを含まないフッ素化合物等の種々の
プラズマガスでプラズマエツチングされることにより除
去される。

シリコン含有体は、ハロゲン化水素、不活性ガス等の種
々のプラズマガスでプラズマエツチングされることによ
りエツチングされる。

従来は、第１図（ａ）のエツチングプロセスに従ってエ
ツチングされていたが、本発明においては第１図（ｂ）
及び（Ｃ）のエツチングプロセスに従ってエツチングさ
れる。ここで、エツチングは左から右に進行し、最終的
には右端の図のように酸化膜が除去され、シリコン含有
体もエツチングされる。第１図（Ｃ）は特に二層のシリ
コン含有体を基板に堆積した場合のプロセスであり、（
ｉｖ）の後は、ＨＢｒ＋Ｈｅガスによりポリシリコンが
エツチングされる。

特に不活性ガスを用いることにより、良好な均一性のエ
ツチングパターンを達成できる。

（６）実施例 実施例１ 第２図に示した平行平板状の高周波上部及び下部電極２
．３を有するガスプラズマエツチング装置の反応室４内
にシリコン基板表面に厚さ８０００人の酸化膜を形成し
、バターニングした後、ポリシリコンを厚さ４０００人
堆積した被エツチング試料を配置し、真空ポンプで反応
室４内を排気してガス圧を１　ｍＴｏｒｒにしたあと、
ガス導入管５を通してＳＦ、ガスを５０ｓｅｃ／ｓｉｎ
導入し、圧力を３００〜４０θ−Ｔｏｒｒとした。そし
て、電極２，３間の距離を１．４〜１．８ｃｌとし高周
波ｔｉ！［６に２００Ｗを印加して該ガスをプラズマ化
して、ポリシリコン上の酸化被膜２０〜５０人を５〜１
０秒で除去した。このときの上部及び下部電極温度はそ
れぞれ４０″Ｃであり、かつ下部電極下の冷却室７のＨ
ｅ冷却圧力は１５〜２０Ｔｏｒｒとした。

上記ガス以外の他にもｔ（Ｂｒガス１００３ｃｃ／ｗｉ
ｎ６、ＳＦ＆ガス５０ｓｃｃ／ｗｉｎＸＨｅガス１００
ｓｃｃ／ｓｉｎの混合ガスを用いることができる。

次に、反応室４内にＨＢｒガス１２５ｓｃｃ／ｗｉｎ、
Ｈｅガス１００ｓｃｃ／＋ｅｉｎの混合ガスを導入し、
圧力を２５０〜３５０ｍＴｏｒｒとした。そして、電極
２，３の距離を１．１Ｃ１１とし高周波電源６に２５０
Ｗを印加して該ガスをプラズマ化してポリシリコンをエ
ツチングした。

このときの上部及び下部電極温度はそれぞれ４０〜８０
°Ｃであり、かつ下部電極下の冷却室７のＨｅ冷却圧力
は１０〜２０Ｔｏｒｒとした。

このエツチング条件でポリシリコンをエツチングしたと
きのＳＥＭ写真を図３ａに示す、このときのマスクとし
てはレジストを用いた。また、マスクとしてし多層レジ
スト、Ｃレジストと酸化膜を用いた場合のＳＥＭ写真を
第３図す及びＣに示す。このエツチング条件でポリシリ
コンをエツチングした時のＳＥＭ写真を第４図に示す。

該実施例におけるポリシリコン厚・ンチング特性におけ
る圧力依存性の関係を第７図に示す、この図より圧力３
５０層Ｔｏｒｒでポリシリコンのエツチングレートは、
約４５００人／ｓｉｎ以上、均一性±３〜５％、対酸化
膜選択比９０、対レジスト選択比２０〜３０が得られた
。

また、該実施例におけるポリシリコンエンチング特性に
おけるＨｅの流量依存性の関係を第８図に示す。

結果として酸化膜を除去すると共に、ポリシリコンのエ
ツチングにおいて高選択比及び良好な均一性のエツチン
グパターンを達成した。

実施例２ 第２図に示したプラズマエツチング装置の反応室４内に
シリコン基板表面に厚さ１５０人の酸化膜を形成し、そ
の上にポリシリコン厚さ２０００人ヲ堆積し、その上に
形成される酸化膜上にタングステンシリサイド厚さ２０
００人を堆積した被エツチング試料を配置し、真空ポン
プで反応室４内を排気してガス圧を１　ｍＴｏｒｒにし
た後、ガス導入管５を通してＨＢｒガス５０ｓｃｃ／ｗ
ｉｎ６、）Ｈｅガス１００ｓｃｃ／＋ｅｉｎ　。

ＳＦ、ガス５０ｓｃｃ／ｗｉｎの混合ガスを導入し、圧
力を３５０＋ｗＴｏｒｒとした。そして、電極２．３間
の距離を１．１ｃｍとして高周波電源６に２５０Ｗを印
加して該ガスをプラズマ化して、タングステンシリサイ
ドとその下の酸化膜をエンチング、除去した。このとき
の、下部電極下のＨｅ冷却圧力はゼロとした。

次に、反応室４内にＨＢｒガス１００ｓｃｃ／ｓｉｎ、
　Ｈｅガス１ｏｏｓｃｃ／ｗｉｎの混合ガスを導入し、
圧力を３５０Ｔｏｒｒとした。そして、電極２．３の距
離を１．８もしくは１．１ＣＩｌとし、高周波電源６に
２２５ｗを印加して該ガスをプラズマ化してポリシリコ
ンをエツチングした。このときの上部及び下部を極温度
はそれぞれ４０°Ｃであり、かつ下部ｔｉ下のＨｅ冷却
圧力は２゜Ｔｏｒｒとした。

この条件でタングステンシリサイド／ポリシリコンをエ
ツチングしたときのＳＥＭ写真を第５図に示す。このと
きのタングステンシリサイドのエッチレートは３０００
人／ｓｉｎ、ポリシリコンのそれは３０００人／ｓｉｎ
、酸化膜のそれは８０人／ｓｉｎであった。

このときのマスク材として多層レジストを用いた。

また、段差がある場合のタングステンシリサイドのＳＥ
Ｍ写真を第５図に示す、さらに、タングステンシリサイ
ドを５０％オーバーエッチ及び２００％オーバーエッチ
した時のＳＥＭ写真を第６図ａ。

ｂに示す。

上記実施例１及び２では酸化膜除去のガスとしてＳＦ、
を用いたが、これ以外にＮｈを用いる事が出来る。

また、不活性ガスとしてＨｅ以外にＡｒ、　Ｎｚガスも
使用できる。

また、上記タングステンシリサイドの他にもタンタルシ
リサイド、チタンシリサイド等にも適用できる。

■効果 本発明によれば下地酸化膜に高段差がある場合でも段差
部分の完全な除去が可能となり、よって酸化膜の完全な
除去が可能であると共に、高選択比と異方性形状を同時
にかつ均一性の優れたエツチングパターンを達成できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌは、従来の方法によるエツチングプロセス
を表わす。 第１図［有］）及び（Ｃ）は、本発明の方法によるエツ
チングプロセスを表す。 ここで、Ａは下地酸化膜、Ｂはシリコン含を体、Ｃは酸
化膜、Ｄはシリコン含有体を指す。 第２図は、本発明のプラズマエツチングを行うプラズマ
エツチング装置を表す。 第３図（ａ）、（ハ）及び（Ｃ）は、段差上のポリシリ
コンのエツチング後の各々２万倍、４万８千倍、２万倍
のＳＥＭ写真である。 第４図は、ポリシリコンのエツチング後の２万４千倍の
ＳＥＭ写真である。 第５図は、段差上のタングステンシリサイドのエツチン
グ後の２万倍のＳＥＭ写真である。 第６図（ａｌ及びΦ）は、タングステンシリサイドを各
々５０％オーバーエッチ、２００％オーバーエッチした
後の２万４千倍のＳＥＭ写真である。 第７図は、ＨＢｒプロセス／圧力依存性のグラフである
。 第８図は、Ｈｅ流量依存性のグラフである。 ｌ二基板、　　　　　　２：カソード、３ニアノード、
　　　　４：反応室、 ５：ガス導入管、　　　６：高周波電源、７：冷却室、
　　　　　　８：冷却水、９：シールド、　　　　　１
ｏ：バッフル板、１１：冷却水、　　　　　１２：切替
手段、１３　：　Ｈｅガス導入口、　　１４：クランプ
第７Ｆｊ！Ｊ 圧　　力　　　（ｍＴｏｒｒ） 第　８　閑 １００８θ　　　　　　６０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に下地酸化膜を形成し、その上に堆積したシ
   リコン含有体をプラズマエッチングするプラズマエッチ
   ング方法において、 前記シリコン含有体上の酸化膜をカーボンを含まないフ
   ッ素化合物からなるプラズマガスを用いてプラズマエッ
   チングで除去し、この後、該シリコン含有体をハロゲン
   化水素と不活性ガスとの混合ガスでエッチングすること
   を特徴とするプラズマエッチング方法。 ２、前記シリコン含有体は、ポリシリコン、タングステ
   ンシリサイド、タンタルシリサイド又はチタンシリサイ
   ドよりなる群から選ばれたものである、請求項１記載の
   方法。 ３、前記フッ素化合物は、ＳＦ＿６、ＮＦ＿３である、
   請求項１記載の方法。 ４、前記酸化膜除去用のエッチングガスは、さらにハロ
   ゲン化水素及び不活性ガスを含む、請求項１記載の方法
   。 ５、前記ハロゲン化水素は、ＨＢｒである、請求項４記
   載の方法。 ６、不活性ガスは、Ｈｅである、請求項４記載の方法。 ７、前記ハロゲン化水素は、ＨＢｒである、請求項１記
   載の方法。 ８、前記不活性ガスは、Ｈｅである、請求項７記載の方
   法。 ９、基板上に酸化膜を形成し、その上に堆積したポリシ
   リコンをプラズマエッチングするプラズマエッチング方
   法において、 前記ポリシリコン上の酸化膜を少なくともＳＦ＿６を含
   むプラズマガスで除去し、この後、ＨＢｒ及びＨｅのプ
   ラズマガスでポリシリコンをエッチングすることを特徴
   とするプラズマエッチング方法。 １０、前記酸化膜除去用のエッチングガスは、さらにＨ
   Ｂｒ及びＨｅを含む混合ガスからなる、請求項９記載の
   方法。 １１、基板上に酸化膜を形成し、その上に堆積したタン
   グステンシリサイドとポリシリコンからなる二層をプラ
   ズマエッチングするプラズマエッチング方法において、 前記タングステンシリサイドをＳＦ＿６、ＨＢｒ、不活
   性ガスの混合ガスのプラズマガスでエッチングし、この
   後、ポリシリコンをＨＢｒ及びＨｅのプラズマガスでエ
   ッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法
   。