JP2008010692A

JP2008010692A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JP2008010692A
Application number: JP2006180634A
Authority: JP
Inventors: Akito Kawachi; 昭人河内; Takeshi Saito; 剛斉藤; Hiroaki Ishimura; 裕昭石村; Takahiro Shimomura; 隆浩下村; Takao Arase; 高男荒瀬
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】ポリシリコンのドライエッチング時に、下地酸化膜の突き抜けを防止しながら、スソ引き及びサイドエッチの無い形状を得る。
【解決手段】ポリシリコンのドライエッチング時に、メインエッチング後のオーバーエッチングとして、側壁保護効果が高いオーバーエッチングを実施後に、スソ取り効果が高いオーバーエッチングを実施する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体製造方法において多用される、ポリシリコンのプラズマドライエッチング方法に関し、特にポリシリコンのメインエッチング後のオーバーエッチングを行うドライエッチング方法に関する。

半導体製造方法での、ポリシリコンのドライエッチング方法においては、下地酸化膜の突き抜け防止と、ポリシリコン形状制御のため、ポリシリコンと酸化膜エッチングレートの選択比が高い、オーバーエッチングが必要となる。オーバーエッチングには、エッチング中のデポが強く酸化膜のエッチングが進行しないため、高い選択比が得られる酸素と臭化水素の混合ガスによるエッチングが主に用いられる。

近年、デバイス技術の進歩により、ポリシリコンの微細化・高集積化，下地酸化膜の薄膜化が進んでおり、ポリシリコンの形状制御と突き抜け防止の両立が、難しくなっている。このためオーバーエッチングを単一のステップで行っていた従来のドライエッチング方法では、突き抜けを防止すると、ポリシリコンがスソ引き形状またはサイドエッチ形状となっていた。

なお、この種の技術に関連するものとしては、サイドエッチングの発生量が少ないドライエッチング方法（例えば、特許文献１）が提案されている。

特開平８−１６２４４２号公報

上記従来技術は、デバイスの歩留り低下につながるサイドエッチと、デバイスの電気的・機械的な不良発生につながる下地酸化膜の突き抜けの解決を課題とし、酸素と臭素系ガスを含む塩素系ガスでのドライエッチングする方法である。しかしながら、本技術に用いられた試料の下地酸化膜の厚さは、現在のデバイスに用いられる２ｎｍ以下と比較して、１０ｎｍと非常に厚く、現在のデバイスに本技術を適用した場合、下地酸化膜の突き抜けが発生するため、ドライエッチング方法としては実用に供しない技術である。

そこで、本発明は、ポリシリコンのドライエッチング時に、オーバーエッチングステップを複数化することにより、ポリシリコンの形状制御と下地酸化膜の突き抜け防止を両立するドライエッチング方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、ポリシリコンのドライエッチングにおいて、メインエッチング後のオーバーエッチングとして、側壁保護効果が高いオーバーエッチングを実施後に、スソ取り効果が高いオーバーエッチングを実施することにより、スソ引きとサイドエッチの無い形状を得ることができる。

また、前記各オーバーエッチングは、下地酸化膜の突き抜け防止のため、ポリシリコンと酸化膜エッチングレート選択比が高い、アルゴン，酸素，臭化水素からなるガスを使用することにより、達成できる。

以上の説明から明らかなように、ポリシリコンのドライエッチング時に、メインエッチング後のオーバーエッチングとして、側壁保護効果が高いオーバーエッチングを実施後に、スソ取り効果が高いオーバーエッチングを実施することにより、下地酸化膜の突き抜けを防止しながら、スソ引きとサイドエッチの無い形状を得ることができる。

以下、本発明について図１〜図５を用いてメインエッチング後のオーバーエッチング方法について説明する。図１に本発明にかかわるドライエッチング方法が適用されるエッチング装置を示す。

本一実施例はプラズマ生成手段にＵＨＦ（Ultra High Frequency）と磁界を利用した
ＵＨＦプラズマエッチング装置の事例である。エッチング処理に利用されるガスはシャワープレート１から導入され、所定の圧力に調圧される。次に、ＵＨＦ帯高周波電源（図示省略）により発振された周波数４５０ＭＨｚの高周波は同軸ケーブル２，同軸導波管３を介してエッチングチャンバに導入される。前記高周波によって生じる電界でプラズマ４が生成され、ソレノイドコイル５による磁場との相互作用によって、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）を生じ、これによりプラズマの生成密度の空間分布が制御される。

エッチング処理時、処理ウェハ６は、搬送室（図示省略）よりエッチング室のウェハホルダ８に搬入され、静電吸着電源７でウェハホルダ８に直流電圧を印加することによって、静電吸着力によりウェハホルダ８（電極）に固定される。また、ウェハホルダ８(電極)には高周波電源９が接続してあり、高周波電力を印加して、プラズマ中のイオンにウェハに対して垂直方向の加速電位を与える。高周波電力印加による処理ウェハ６の昇温を防止しウェハ表面の温度を一定に保つため、処理ウェハ６とウェハホルダ８の間に、ウェハホルダ８の裏面から冷却ガス（図示省略）を流している。この冷却ガスを処理ウェハ６の裏面に均一に流すため、ウェハホルダ８の表面には、微細な表面加工が施されている。また、エッチング後のガスは装置下部に設けられた排気口から、ターボポンプ及びドライポンプ（図示省略）により排気される。

図２に、本一実施例のオーバーエッチング直前の、ポリシリコン１０形状を示す。本発明では、ポリシリコン１０のプラズマエッチング処理において、エッチング開始からポリシリコン膜厚の７０％程度をＳＦ₆ ，ＣＨＦ₃ の混合ガス、残り３０％をＣｌ₂ ，Ｏ₂ ，ＨＢｒの混合ガスで、処理を行っている。Ｃｌ₂ ，Ｏ₂ ，ＨＢｒの混合ガスのエッチング時は、ポリシリコン１０のエッチング終点をプラズマ発光から検知し、オーバーエッチング直前までのエッチングを行い、レジストマスク１４で覆われていない部分の、ポリシリコン１０の垂直形状加工を行っている。但し、Ｃｌ₂ ，Ｏ₂ ，ＨＢｒの混合ガスを用いた場合は、ポリシリコン１０と酸化膜１１の十分な選択比が得られないため、図２のスソ引き部１２および密部のエッチング残り部１３のエッチングには、酸化膜を全くエッチングしないオーバーエッチングが必要となる。

図３に、本一実施例の側壁保護効果が高いオーバーエッチング後の、ポリシリコン１０形状を示す。本一実施例では、側壁保護効果が高いステップとして、デポ物となるシリコン系の反応生成物の、側壁への付着を多くするため、酸素流量比が高く、アルゴン流量比の低い、酸素２％，臭化水素４９％，アルゴン４９％のガス比のオーバーエッチングを使用した。また、ウェハへのイオン加速電位を高くして、シリコン系の反応生成物を多くするため、高周波電源９出力を２５Ｗと、比較的高く設定した。オーバーエッチング時間は、１２０秒とした。以上のオーバーエッチングを行った結果、図２のエッチング残り部
１３はエッチングされたが、スソ引き部１２は、小さくなったものの残る結果となった。また、酸素流量を２〜３％、臭化水素流量，アルゴン流量を４４〜５４％、高周波電源９出力を２３〜２７Ｗの範囲で変化させても、図３と同様の結果となった。

図４に、本一実施例のスソ取り効果が高いオーバーエッチング後の、ポリシリコン１０形状を示す。本一実施例では、スソ取り効果が高いステップとして、デポ物となるシリコン系の反応生成物の、側壁への付着を抑制するため、酸素流量比が低く、アルゴン流量比の高い、酸素１％，臭化水素３３％，アルゴン６６％のガス比のオーバーエッチングを使用した。また、ウェハへのイオン加速電位を低くして、シリコン系の反応生成物を抑制するため、高周波電源９出力を１５Ｗと、側壁保護効果が高いステップよりも低く設定した。オーバーエッチング時間は、側壁保護効果が高いステップと同様に、１２０秒とした。以上のオーバーエッチングを行った結果、図２のエッチング残り部１３はエッチングされたが、サイドエッチ１５形状となった。また、酸素流量を１〜２％、臭化水素流量を３０〜３６％、アルゴン流量を６２〜７０％、高周波電源９出力を１２〜１８Ｗの範囲で変化させても、図４と同様の結果となった。

図５に、本一実施例の側壁保護効果が高いオーバーエッチング後に、スソ取り効果が高いオーバーエッチングを行った後の、ポリシリコン形状を示す。側壁保護効果が高いステップとスソ取り効果が高いステップのエッチング時間は、それぞれ６０秒とした。以上のオーバーエッチングを行った結果、側壁保護効果が高いステップにて側壁の保護を行った後に、スソ取り効果が高いステップにてスソ取りを行うことにより、スソ引き部１２とサイドエッチ１５の無い形状となった。また、側壁保護効果が高いステップと、スソ取り効果が高いステップのエッチング時間を、５０〜７０秒の範囲で変化させて、合計１２０秒のオーバーエッチングを行っても、図５と同様の結果となった。

また、酸素２％，臭化水素４０％，アルゴン５８％，高周波電源９出力２０Ｗの条件で、１２０秒の、単一ステップでのオーバーエッチングを行っても、図５と同様の結果となったが、単一ステップでのオーバーエッチングは、エッチングチャンバ内の状態変化や、ウェハのデバイス構造変化の影響を受けやすく、プロセスマージンが小さいため、実用に供しない。

なお、本発明は、ＵＨＦ波と磁場を用いたプラズマエッチング装置を使用したが、プラズマ生成方法に関らず適用可能であり、マイクロ波エッチング装置，ヘリコン波エッチング装置，誘導結合型エッチング装置等によって実施しても、同等の効果を得ることができる。

また、本一実施例では、レジストマスクの例を挙げて説明を行ったが、ハードマスクなど、ポリシリコン上の構造に関らず、本発明は適用可能であり、同等の効果を得ることができる。

本発明の一実施例に用いたＵＨＦプラズマエッチング装置の概略断面図である。本発明の一実施例に用いたオーバーエッチング直前のポリシリコンの形状図である。本発明の一実施例に用いた側壁保護効果が高いオーバーエッチング後のポリシリコンの形状図である。本発明の一実施例に用いたスソ取り効果が高いオーバーエッチング後のポリシリコンの形状図である。本発明の一実施例に用いた側壁保護効果が高いオーバーエッチング実施後に、スソ取り効果が高いオーバーエッチングを実施した後のポリシリコンの形状図である。

符号の説明

１…シャワープレート、２…同軸ケーブル、３…同軸導波管、４…プラズマ、５…ソレノイドコイル、６…ウェハ、７…静電吸着電源、８…ウェハホルダ、９…高周波電源、
１０…ポリシリコン、１１…酸化膜、１２…スソ引き部、１３…エッチング残り部、１４…レジストマスク、１５…サイドエッチ。

Claims

半導体製造方法において多用されるポリシリコンのドライエッチング方法において、メインエッチング後のオーバーエッチングとして、側壁保護効果が高いオーバーエッチングを実施後に、スソ取り効果が高いオーバーエッチングを実施することを特徴とするドライエッチング方法。
請求項１記載のドライエッチング方法において、前記オーバーエッチングは、下地酸化膜の突き抜けを防止しながらスソ引きとサイドエッチの無い形状を得ることを特徴とするドライエッチング方法。
請求項１及び２記載のドライエッチング方法において、前記オーバーエッチングは、アルゴン，酸素，臭化水素からなるガスを使用することを特徴とするドライエッチング方法。