JPH0982688A

JPH0982688A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH0982688A
Application number: JP23988895A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Nagayama; 哲治長山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳｉｘＮｙ膜上でＳｉＯｘ膜の高選択ドライ
エッチングを行う。【解決手段】有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャー
のベルジャ４の内壁面にＳｉｘＮｙからなるライナ１３
を配し、さらに該ライナ１３とＥＣＲプラズマＰ_E との
接触面積を可変となす円筒形の昇降式シャッタ１４を設
ける。Ｃ₄ Ｆ₈ ガスを用い、ＳｉｘＮｙからなるエッチ
ング停止膜上でＳｉＯｘ層間絶縁膜に自己整合コンタク
ト加工を行う場合、まずシャッタ開度０％にてジャスト
エッチングを行う。次に、シャッタ回度を１００％と
し、ライナ１３からスパッタ放出されるＳｉｘＮｙをウ
ェハＷ上へ供給しながらオーバーエッチングを行うと、
下地選択性が向上する。あるいは、従来のエッチャーで
あっても、フルオロカーボン系ガスとＣＯＳ（硫化カル
ボニル）との混合ガスを用いれば、高選択化が可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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に対して選択比を大きく確保
しながら酸化シリコン系材料層をエッチングする方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、絶縁膜のドライエッチングにおいても、高異方
性，高速性，高選択性，低ダメージ性，低汚染性といっ
た諸要求をいずれをも犠牲にすることなく達成する技術
が強く望まれている。

【０００３】従来、絶縁膜の代表例である酸化シリコン
系材料膜（以下、ＳｉＯｘ膜と称する。）をドライエッ
チングするには、ＣＨＦ₃ 、ＣＦ₄ ／Ｈ₂ 混合系、ＣＦ
₄ ／Ｏ₂ 混合系、Ｃ₂ Ｆ₆／ＣＨＦ₃ 混合系等がエッチ
ング・ガスとして典型的に使用されてきた。これらは、
いずれもＣ／Ｆ比（分子内の炭素原子数とフッ素原子数
の比）が０．２５以上のフルオロカーボン系ガスを主体
としている。これらのガス系が使用されるのは、（ａ）
フルオロカーボン系ガスに含まれるＣがＳｉＯｘ膜の表
面で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）ＳｉＯｘ膜の主エッチン
グ種であるＣＦｎ⁺ （特にｎ＝３) を生成できる、さら
に（ｃ）プラズマ中で相対的に炭素に富む状態が作り出
されるので、ＳｉＯｘ膜中の酸素がＣＯ，ＣＯ₂の形で
除去される一方、ガス系に含まれるＣ，Ｈ，Ｆ等の寄与
でシリコン系材料からなる下地の表面では炭素系のポリ
マーが堆積してエッチング速度が低下し、対下地選択比
を高くとることができる、等の理由にもとづいている。

【０００４】なお、上記のＨ₂ ，Ｏ₂ 等の添加ガスは選
択比の制御を目的として用いられているものであり、そ
れぞれＦ^* 発生量を低減もしくは増大させることができ
る。つまり、これらの添加ガスは、エッチング反応系の
見掛け上のＣ／Ｆ比を制御する役目を果たしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで近年では、デ
バイス構造の複雑化に伴い、ＳｉＯｘ膜のドライエッチ
ングにおける選択性を上述のようにシリコン系材料に対
するのみならず、窒化シリコン系材料膜（以下、Ｓｉｘ
Ｎｙ膜と称する。）に対しても十分に確保しながら行う
必要が生じている。かかる必要性が生ずる場合とは、た
とえば、(i) コンタクト・ホール加工における基板ダメ
ージを低減させるためにＳｉＯｘ層間絶縁膜の下地膜と
して薄いＳｉｘＮｙ膜を形成する場合、(ii) ＭＯＳト
ランジスタのゲート絶縁膜がＳｉＯｘ／ＳｉｘＮｙ／Ｓ
ｉＯｘの３層構造（いわゆるＯＮＯ構造）をとる場合、
あるいは(iii) 自己整合コンタクト・プロセスにおい
て、ＳｉＯｘ層間絶縁膜のエッチング停止膜あるいは下
層配線のサイドウォールとしてＳｉｘＮｙ膜を形成する
場合である。

【０００６】しかしながら、ＳｉＯｘ膜とＳｉｘＮｙ膜
との間では、各々を構成するＳｉ−Ｏ結合（原子間結合
エネルギー＝４６５ｋＪ／ｍｏｌ）とＳｉ−Ｎ結合（同
４４０ｋＪ／ｍｏｌ）とがエネルギー的に近接してお
り、エッチング・ガスも基本的に同じであることから、
互いに選択性を確保することが難しい。ただし、ＳｉＯ
ｘ膜がイオン・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、ＳｉｘＮｙ膜は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ＳｉＯｘ膜より若干速い。こ
のため、ＳｉＯｘ膜上におけるＳｉｘＮｙ膜のドライエ
ッチングについては、エッチング反応系のラジカル性を
高めることで対処可能であり、これまでにも幾つかのプ
ロセスが提案されてきた。

【０００７】しかし、その逆のＳｉｘＮｙ膜上における
ＳｉＯｘ膜のエッチングでは、選択性の確保は困難であ
る。なぜなら、イオン・アシスト反応を主体とする機構
によりＳｉＯｘ膜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、ＳｉｘＮｙ膜が露
出した時点でこのラジカルにより該ＳｉｘＮｙ膜のエッ
チング速度が上昇してしまうからである。この問題を解
決するための手法として、本願出願人は先に特開平４−
３５４３３１号公報において、Ｓ₂ Ｆ₂ 等のフッ化イオ
ウをエッチング・ガスとして使用し、このときプラズマ
中に放出されるイオウ（Ｓ）をＳｉｘＮｙ膜の露出面上
に堆積させて選択性を確保する方法を開示している。し
かし、この他に公知の手法は極めて少なく、プロセスの
選択枝が限られているのが実情である。

【０００８】そこで本発明は、ＳｉｘＮｙ膜に対して高
い選択性を確保しながらＳｉＯｘ膜をエッチングするこ
とが可能なドライエッチング方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【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、上述の目的を達するために提案されるもので
あり、ＳｉｘＮｙ系材料膜に対して選択性を確保しなが
らＳｉＯｘ系材料膜をドライエッチングするために、大
別して２通りの考え方にもとづいている。

【００１０】そのひとつは、プラズマと接触することで
窒化シリコン系化学種を放出可能な内部構成部材を有す
るエッチング・チャンバ内で、ＳｉＯｘ系材料膜のエッ
チングを行うことである。このとき用いるエッチング・
ガスとしては、従来から用いられているフルオロカーボ
ン系化合物を含むガスを用いることができる。

【００１１】上記ＳｉＯｘ系材料膜のエッチングは単独
ステップで行っても良いが、より高い下地選択性や低ダ
メージ性を達成するために、該ＳｉＯｘ膜を実質的にそ
の膜厚分だけエッチングするジャストエッチング工程
と、その残余部をエッチングするオーバーエッチング工
程の２ステップに分けても良い。このとき、シャッタ等
の遮蔽部材を操作して上記内部構成部材のプラズマ接触
面積を変化させることにより、オーバーエッチング工程
における堆積物の供給を強化することが有効である。さ
らにあるいは、前記オーバーエッチング工程において、
放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出可能
なイオウ系化合物を含むエッチング・ガスを用いても良
い。

【００１２】なお、本発明において選択性を確保すべき
相手であるＳｉｘＮｙ系材料膜とは、化学式Ｓｉ₃ Ｎ₄
で表される化学量論的組成から若干ずれたり、あるいは
その成膜方法に起因して取り込まれる酸素や水素等の混
入元素を含む材料も含む総称とする。

【００１３】また、本発明のもうひとつの考え方とは、
放電解離条件下でプラズマ中にカルボニル系化学種とイ
オウ系化学種とを放出可能なエッチング・ガスを用い
て、ＳｉＯｘのエッチングを行うことである。このと
き、基板温度を室温以下に制御しながら前記エッチング
を行うことが好適である。また、前記エッチング・ガス
として硫化カルボニルを含むガスを用いれば、カルボニ
ル系化学種とイオウ系化学種とを同一分子から供給する
ことができる。なお、このときのエッチング・ガスの主
体は、従来どおりフルオロカーボン系化合物として良
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態本発明のドライエッチング方法の第１の実施の形態で
は、プラズマとの接触により窒化シリコン系化学種を放
出可能な内部構成部材を有するエッチング・チャンバ内
で、ＳｉＯｘ膜のドライエッチングを行う。この時のエ
ッチング・ガスは、従来より用いられているフルオロカ
ーボン系ガスで良い。ここで、内部構成部材からプラズ
マ中のイオンのスパッタリング作用により放出された何
らかの堆積性物質が被エッチング領域の中のイオン入射
面に堆積すると、この面では堆積過程とその除去過程
（スパッタリング過程）とが競合するために表面保護効
果が発揮され、エッチング速度が低下する。本発明では
この堆積性物質がＳｉｘＮｙであるため、ＳｉｘＮｙ膜
に対して高い選択性を確保しなければならない系におい
て不要な汚染を招かずに、有効に表面保護を行うことが
できる。

【００１５】前記内部構成部材は、エッチング・チャン
バの内部でプラズマと接触し得る表面を有する部材であ
れば、いかなるものであっても良い。ただし、基板に対
してある程度近い位置から均一かつ十分に窒化シリコン
を供給する観点から選択すると、特にエッチング・チャ
ンバの内壁面か基板クランプの少なくとも一方とするの
が適当である。かかる内壁面としては、たとえば平行平
板型ＲＩＥ装置，有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャ
ー，誘導結合プラズマ・エッチャー，あるいはヘリコン
波プラズマ・エッチャーのエッチング・チャンバの側壁
面がある。また、ヘリコン波プラズマ・エッチャーや一
部の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャーの様に、プ
ラズマ生成室とエッチング・チャンバとが分離されたい
わゆるリモート・プラズマ型のエッチャーでは、エッチ
ング・チャンバの天井部分も一部使用できる。

【００１６】なお、上記窒化シリコンは、コーティン
グ，貼付，成膜等の方法でプラズマ接触面に保持させ
る。もちろん、製法的に可能であれば、これらのバルク
材料を直接に加工して所望の内部構成部材を構成しても
良い。

【００１７】本発明において選択性を確保すべき相手で
あるＳｉｘＮｙ膜は、どのような形でＳｉＯｘ膜と接し
ているものであっても良い。具体的には、(i) コンタク
ト・ホール加工における基板ダメージを低減させるため
にＳｉＯｘ層間絶縁膜の下地膜として形成されている場
合、(ii) いわゆるＯＮＯ膜の構成要素として、ＳｉＯ
ｘ膜に挟まれている場合、(iii) ＳｉＯｘ膜上にエッチ
ング・マスクとして形成されている場合(iv) 自己整合
コンタクト・プロセスにおいて、ＳｉＯｘ層間絶縁膜の
エッチング停止膜あるいは下層配線のサイドウォールと
して形成されている場合が考えられる。この各々につい
ては、実施例で後述する。

【００１８】ここで、上記(iii) の様にＳｉｘＮｙ膜を
エッチング・マスクとして用いる場合には、エッチング
の期間を通じて高い選択性（マスク選択性）を確保する
ことが必要なので、内部構成部材から放出される窒化シ
リコンの量は、エッチングの期間を通じてほぼ一定に制
御しておく必要がある。すなわち、内部構成部材のとプ
ラズマ接触面積を最初からある程度の値に維持しておく
ことが必要である。しかし、上記（i), (ii), (iv)の様
にＳｉｘＮｙ膜がＳｉＯｘ膜の下層側に形成されている
場合には、必ずしもそのようにする必要はなく、Ｓｉｘ
Ｎｙ膜が露出する直前もしくは露出し始めた時点で窒化
シリコンの供給量を増大させる方が、プロセス全体を通
じたエッチング速度を低下させずに済む。すなわち、上
記の内部構成部材のプラズマ接触面積を、ジャストエッ
チング時よりもオーバーエッチング時に増大させると良
い。ジャストエッチング時には、上記プラズマ接触面積
がゼロであっても良い。

【００１９】なお、オーバーエッチング時には、放電解
離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出可能なイオ
ウ系化合物を含むエッチング・ガスを用いても良い。か
かるイオウ系化合物としては、たとえばＳ₂ Ｆ₂ ，ＳＦ
₂ ，ＳＦ₄ ，Ｓ₂ Ｆ₁₀，Ｓ₃Ｃｌ₂ ，Ｓ₂ Ｃｌ₂ ，ＳＣ
ｌ₂ ，Ｓ₃ Ｂｒ₂ ，Ｓ₂ Ｂｒ₂ ，ＳＢｒ₂ ，Ｈ₂ Ｓを用
いることができる。基板上に堆積したイオウは、水平面
のようなイオン入射面ではイオン・スパッタ作用を減ず
る効果を発揮し、垂直面のようなイオン非入射面では異
方性形状を確保する効果を発揮する。

【００２０】ここで、従来の堆積性物質には見られない
イオウの最大の特色とは、これが昇華性を有することで
ある。すなわち、イオウはエッチング終了後に不要とな
れば、基板を高真空系における昇華温度より高い温度、
たとえば９０℃程度に加熱すれば容易に除去することが
でき、基板上にパーティクル汚染を発生させる虞れがほ
とんど無い。あるいは、この除去をレジスト・アッシン
グを兼ねて行うこともできる。また、堆積面やプラズマ
中から窒素が供給される系であれば、化学結合の強固な
ポリチアジル（ＳＮ）ｘポリマーを形成し、一層効果的
な表面保護を行うことができる。この（ＳＮ）ｘポリマ
ーも、基板加熱による分解除去が可能である。このこと
は、選択性を確保するために過剰に堆積させた炭素系ポ
リマーが後洗浄工程でなかなか除去することができない
のに比べて、汚染防止上の大きなメリットである。

【００２１】この他、通常のドライエッチングで行われ
るごとく、希釈効果や冷却効果やスパッタリング効果を
得るためにエッチング・ガスにＨｅ，Ａｒ等の希ガスを
添加したり、あるいはＯ₂ ，Ｎ₂ 等の添加ガスを併用す
ることは任意である。

【００２２】ところで、前記内部構成部材のプラズマ接
触面積の変化は、遮蔽部材の操作を通じて可能である。
この遮蔽部材には、プラズマとの接触やエッチング・チ
ャンバ内での駆動により別の堆積種や新たなパーティク
ルを発生させない特性が要求される。したがって、基本
的には本来のエッチング・チャンバと同じ材料を用いて
構成すれば良い。構造や駆動方式については特に限定さ
れるものではないが、たとえば昇降式，回動式，あるい
は虹彩絞り式のシャッタとすることができる。ここで、
本発明のドライエッチングに使用されるエッチャーの構
成例の幾つかについて説明する。

【００２３】図１に示したエッチャーは、内壁面の一部
に配されたＳｉｘＮｙからなるライナのプラズマ接触面
積をシャッタで可変とし、かつウェハ・クランプも窒化
シリコンを用いて構成した有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチャーである。基本的な構成要素は、２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を発生するマグネトロン１、マイクロ波
を導く矩形導波管２および円形導波管３、上記マイクロ
波を利用してＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）放電に
より内部にＥＣＲプラズマＰ_E を生成させるための石英
製のベルジャ４、上記円形導波管３と上記ベルジャ４を
周回するように配設され８．７５×１０^-2Ｔ（８７５
Ｇ）の磁場強度を達成できるソレノイド・コイル５、上
記ベルジャ４に接続され、矢印Ａ方向に高真空排気され
る試料室６、上記ベルジャ４へ処理に必要なガスをそれ
ぞれ矢印Ｂ₁ ，Ｂ₂ 方向から供給するガス導入管７、ウ
ェハＷを載置するためのウェハ・ステージ９、ウェハＷ
をウェハ・ステージ９へ固定するためのウェハ・クラン
プ８、ウェハ・ステージ９に埋設され、チラー等の冷却
設備から供給される冷媒を矢印Ｃ₁ ，Ｃ₂ 方向に循環さ
せてウェハＷを所定の温度に冷却するための冷却配管１
０、上記ウェハ・ステージ９にＲＦバイアスを印加する
ため、マッチング・ネットワーク１１を介して接続され
るＲＦ電源１２等である。

【００２４】ここで、上記ベルジャ４の内壁面のうちウ
ェハＷの近傍部分には、ＳｉｘＮｙからなるライナ１３
を設けた。このライナ１３は、ベルジャ４の内壁面を必
ずしも連続的に周回している必要はなく、たとえばブロ
ック状や板状の固体を内壁面に不連続に配したものであ
っても良い。ライナ１３の形成方法としては、たとえば
適当な方法にて成膜されたフィルムもしくはブロックか
ら切り出された板状体を貼着するか、電子ビーム蒸着や
ＥＣＲスパッタリングにより内壁面上に直接成膜する方
法がある。本実施例では、電子ビーム蒸着を採用した。
なお、ウェハ・クランプ８も、同様の方法で作製するこ
とができる。

【００２５】さらに、上記ライナ１３の内周側には、図
示されない駆動手段により矢印Ｄ方向に昇降可能とされ
た円筒形の昇降式シャッタ１４を配設した。ここで、図
１（ａ）図は昇降式シャッタ１４によりライナ１３がほ
ぼ完全にＥＣＲプラズマＰ_Eから遮蔽された状態を示し
（シャッタ開度０％）、（ｂ）図は上記昇降式シャッタ
１４を下降させてライナ１３の全面が露出された状態
（シャッタ開度１００％）を示す。

【００２６】図２は、上記昇降式シャッタ１４の配設状
態をより明確に示すために、ベルジャ４の内部を一部破
断して示す斜視図である。ベルジャ４の側壁面、昇降式
シャッタ１４、ウェハ・ステージ９は全て同心的な位置
関係にある。ライナ１３とＥＣＲプラズマＰ_E との接触
面積は、昇降式シャッタ１４の矢印Ｄ方向の昇降距離を
変化させることにより任意に調節できる。

【００２７】上記昇降式シャッタ１４は、ラジカルを消
費せず、かつエッチング反応系内に不要な汚染を惹起さ
せない材料を適宜選択して構成する。かかる材料として
は、たとえばステンレス鋼等の金属材料、あるいはアル
ミナ等のセラミクス材料を使用することができる。本実
施例では、ステンレス鋼を採用した。

【００２８】あるいは、上記昇降式シャッタ１４に代え
て、図３に示されるような回動式シャッタ１５を設置し
ても良い。この回動式シャッタ１５はスリット状の開口
部１６を有しており、図示されない駆動手段により矢印
Ｅ方向に回動可能である。ライナ１３ａは、上記開口部
１６の開口パターンに倣って帯状に形成されている。こ
こで、回動式シャッタ１５とライナ１３ａの位置関係に
ついて図４を参照しながら説明する。この図は、図３の
Ｘ−Ｘ線断面図であり、（ａ）図はライナ１３ａが回動
式シャッタ１５に遮蔽された状態（シャッタ開度０
％）、（ｂ）図はライナ１３ａのほぼ全面が開口部１６
を介して露出された状態（シャッタ開度１００％）を示
している。ライナ１３ａとＥＣＲプラズマＰ_E との接触
面積は、回動式シャッタ１５の回転角を変化させること
により任意に調節できる。

【００２９】図５には、別のエッチャーとして、側壁電
極の表面に配された窒化シリコン・ライナのプラズマ接
触面積を回動式シャッタで可変となし、さらにウェハ・
クランプ３６もＳｉｘＮｙを用いて構成したトライオー
ド型エッチャーを示した。このエッチャーは、チャンバ
２１の天井部を構成する上部電極２２と該チャンバ２１
の側壁面の一部を構成する円環状の側壁電極２９との間
に高周波電界を印加してグロー放電プラズマＰ_G を発生
させ、このグロー放電プラズマＰ_G を用いてウェハＷの
ドライエッチングを行うものである。上記チャンバ２１
の内部は、上部電極２２の背面側に設けられた排気フー
ド２３を通じて矢印Ｆ方向に高真空排気される一方で、
ガス供給管２４を通じて矢印Ｇ₁ ，Ｇ₂ 方向から所定の
エッチング・ガスの供給を受ける。

【００３０】上記側壁電極２９には、マッチング・ネッ
トワーク３０を介してプラズマ励起用ＲＦ電源３１が接
続されている。ウェハＷを保持するのは、上記チャンバ
２１の底面を構成する導電性のウェハ・ステージ２５で
あるが、このウェハ・ステージ２５は先の上部電極２２
に対する対向電極ではなく、プラズマ生成とは独立に基
板バイアス印加するための電極である。この基板バイア
スは、上記プラズマ励起用ＲＦ電源３１よりも周波数の
低いバイアス印加用ＲＦ電源２８をマッチング・ネット
ワーク２７を介してウェハ・ステージ２５に接続するこ
とにより、印加される。また、上記ウェハ・ステージ２
５の内部には冷却配管２６が挿通され、矢印Ｈ₁ ，Ｈ₂
方向に冷媒を供給・回収することでウェハＷを所定の温
度に維持するようになされている。

【００３１】また、上記チャンバ２１の外周側は、複数
の永久磁石３４に周回されている。この永久磁石３４
は、チャンバ２１の壁面にＳ極かＮ極のいずれかが対面
し、かつ隣接する磁石同士で極性が互いに逆となるよう
に配列されることにより、該チャンバ２１内にマルチカ
スプ磁場を形成する。また、上部電極２２の背面側にも
永久磁石３５が設けられている。かかる構成から、この
エッチャーは磁場閉じ込め型リアクター（ＭＣＲ）とも
呼ばれており、グロー放電プラズマＰ_G をコンパクトに
閉じ込めて高いプラズマ密度を得ることができる。

【００３２】以上述べたところまでの構成は従来公知で
あるが、本発明では独自の工夫として、側壁電極２９の
表面を部分的にＳｉｘＮｙよりなるライナ３２で被覆
し、さらにその近傍に矢印Ｉ方向に回動可能な回動式シ
ャッタ３３を設けた。この回動式シャッタ３３は、図３
に示したものと類似の構造を有し、スリット状の開口部
とライナ３２との位置関係により該ライナ３２のプラズ
マ接触面積を可変となすものである。また、ウェハＷを
ウェハ・ステージ２５上に固定するウェハ・クランプ３
６もＳｉｘＮｙを用いて構成した。

【００３３】なお、上記ライナ３２を円環状の側壁電極
２９の全面に配し、円筒形の昇降式シャッタでそのプラ
ズマ接触面積を変化させるようにしても、もちろん構わ
ない。

【００３４】図６には、さらに別のエッチャーとして、
試料室の天板部分に配されたＳｉｘＮｙ製のライナのプ
ラズマ接触面積を虹彩絞り式シャッタで可変となし、さ
らにウェハ・クランプも窒化シリコンを用いて構成した
ヘリコン波プラズマ・エッチャーを示した。このエッチ
ャーのプラズマ生成部は、内部にヘリコン波プラズマＰ
_H を生成させるためのベルジャ４１、このベルジャ４１
を周回する２個のループを有し、ＲＦパワーをプラズマ
へカップリングさせるためのループ・アンテナ４２、上
記ベルジャ４１を周回するごとく設けられ、該ベルジャ
４１の軸方向に沿った磁界を生成させるソレノイド・コ
イル４３を主な構成要素とする。

【００３５】上記ベルジャ４１は非導電性の材料より構
成され、ここでは石英を採用した。また、上記ソレノイ
ド・コイル４３は、主としてヘリコン波の伝搬に寄与す
る内周側ソレノイド・コイル４３ａと、主としてヘリコ
ン波プラズマＰ_H の輸送に寄与する外周側ソレノイド・
コイル４３ｂから構成されている。上記ループ・アンテ
ナ４２にはプラズマ励起用ＲＦ電源５５からインピーダ
ンス整合用の第１のマッチング・ネットワーク（Ｍ／
Ｎ）５４を通じてＲＦパワーが印加され、上下２個のル
ープには互いに逆回り方向の電流が流れる。ここでは、
上記プラズマ励起用ＲＦ電源５５の周波数を、１３．５
６ＭＨｚとした。なお、両ループ間の距離は、所望のヘ
リコン波の波数に応じて最適化されている。

【００３６】上記ベルジャ４１は試料室４６に接続さ
れ、上記ソレノイド・コイル４３が形成する発散磁界に
沿って該試料室４６の内部へヘリコン波プラズマＰ_H を
引き出すようになされている。試料室４６の側壁面およ
び底面は、ステンレス鋼等の導電性材料を用いて構成さ
れている。その内部は、図示されない排気系統により排
気孔４８を通じて矢印Ｊ方向に高真空排気されており、
上部の天板４４に開口されるガス供給管４５より矢印Ｋ
方向にドライエッチングに必要なガスの供給を受け、さ
らにその側壁面においてゲート・バルブ４７を介し、た
とえば図示されないロード・ロック室に接続されてい
る。

【００３７】上記試料室４６の内部には、その壁面から
電気的に絶縁された導電性のウェハ・ステージ４９が収
容され、この上にウェハＷを保持して所定のドライエッ
チングを行うようになされている。上記ウェハ・ステー
ジ４９には、プロセス中のウェハＷを所望の温度に維持
するために、図示されないチラーから冷媒の供給を受
け、これを矢印Ｌ₁ ，Ｌ₂ 方向に循環させるための冷却
配管５０が埋設されている。また、上記ウェハ・ステー
ジ４９には、プラズマ中から入射するイオンのエネルギ
ーを制御するためにウェハＷに基板バイアスを印加する
バイアス印加用ＲＦ電源５２が、第２のマッチング・ネ
ットワーク（Ｍ／Ｎ）５１を介して接続されている。こ
こでは、バイアス印加用ＲＦ電源５２の周波数を４００
ｋＨｚとした。

【００３８】さらに、上記試料室４６の外部には、上記
ウェハ・ステージ４９近傍における発散磁界を収束させ
るために、補助磁界生成手段としてマルチカスプ磁場を
生成可能な永久磁石５３が配設されている。

【００３９】以上述べたところまでの構成は、従来のヘ
リコン波プラズマ・エッチャーの構成と同様であるが、
本実施例では上記天板４４の一部に円環状のライナ５６
を配した。本実施例では、このライナ５６をＳｉｘＮｙ
を用いて構成した。このライナ５６の近傍にはさらに、
虹彩絞り式シャッタ５７を設けた。この虹彩絞り式シャ
ッタ５７は、複数の絞り羽根が連動して動作することに
より、カメラの絞りの様に中央の孔の開口径を矢印Ｍ方
向に縮小／拡大するタイプのシャッタである。図６で
は、開口径が最大となりライナ５６のプラズマ接触面積
が１００％とされた状態を実線で、開口径が最小となり
接触面積が０％とされた状態を破線で示している。

【００４０】なお、天板に配されるライナやシャッタの
構成は上述のものに限られない。たとえば、円環を分割
した形状のライナとスリット状の開口を有する回動式の
シャッタを組み合わせ、シャッタの回転角によってライ
ナのプラズマ接触面積を可変とする構成としても良い。
あるいは、適当な形状のライナがこれを被覆／露出し得
る様な適当な形状のスライド式のシャッタと組み合わさ
れたものであっても良い。

【００４１】本発明ではさらに、ウェハ・ステージ４９
上にウェハＷを固定するためのウェハ・クランプ５８
も、ＳｉｘＮｙを用いて構成した。

【００４２】第２の実施の形態ここでは、第１の実施の形態で述べたようなエッチャー
の改造を特に行わなくとも、エッチング・ガス組成の工
夫により、ＳｉｘＮｙ膜に対して高い選択性を維持可能
な方法について説明する。

【００４３】すなわち、エッチング・ガスとして、放電
解離条件下でプラズマ中にカルボニル系化学種とイオウ
系化学種とを放出可能なものを用いる。カルボニル系化
学種の添加から期待される効果は、主として対下地選択
性の向上である。これは、カルボニル系化学種が堆積性
物質である炭素系ポリマーの架橋や重合を促進したり、
あるいはプラズマ中のＦ^* （フッ素ラジカル）を捕捉し
たりすることにより、形成される炭素系ポリマー膜の炭
素含有量が結果的に増大し、スパッタ耐性が向上するた
めである。一方のイオウ系化学種から期待される効果
は、異方性や対下地選択比の向上である。イオウ（Ｓ）
が発揮する表面保護効果と低汚染性については、前述し
たとおりである。

【００４４】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００４５】実施例１本実施例では、図１に示した有磁場マイクロ波プラズマ
・エッチャーとＣ₄ Ｆ₈ ガスを用いた２ステップ・エッ
チングにより、コンタクト・ホール加工を行った。本実
施例のプロセスを、図７ないし図９を参照しながら説明
する。

【００４６】本実施例で使用したサンプル・ウェハは、
図７に示されるように、予め不純物拡散領域６２が形成
されたＳｉ基板１上に、たとえばＬＰＣＶＤ法により膜
厚１０ｎｍのＳｉｘＮｙ下地膜６３が形成され、続いて
常圧ＣＶＤ法により膜厚約５００ｎｍのＳｉＯｘ層間絶
縁膜６４が形成され、さらに厚さ約１μｍのレジスト・
マスクが６５がパターニングされたものである。上記レ
ジスト・マスク（ＰＲ)６５はたとえば化学増幅系レジ
スト材料とＫｒＦエキシマ・レーザ・ステッパを用いた
フォトリソグラフィにより形成されており、直径約０．
２５μｍの開口６５ａが形成されている。

【００４７】ここで、上記ＳｉＯｘ層間絶縁膜６４のド
ライエッチングをＣ₄ Ｆ₈ ガスを用いてジャストエッチ
ングとオーバーエッチングの２ステップで行い、しかも
両ステップ間で昇降式シャッタ１４の開度を変化させ
た。

【００４８】まずジャストエッチングは、たとえばＣ₄ Ｆ₈ 流量４０ＳＣＣＭ圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２５０Ｗ（８００ｋＨｚ）ウェハ温度２０ ℃ シャッタ開度０％なる条件で行った。

【００４９】上記ジャストエッチング中は、昇降式シャ
ッタ１４がライナ１３をＥＣＲプラズマＰ_E から遮蔽し
ているため、ウェハ・クランプ１８から若干量のＳｉｘ
Ｎｙがスパッタアウトされる他は、フルオロカーボン系
ガスによる通常のエッチングが進行する。なお、このス
テップの終点は、下地のＳｉｘＮｙ下地膜６３が露出す
る直前、あるいはウェハＷ上の一部でＳｉｘＮｙ下地膜
６３が露出し始めた時点のいずれかに設定した。

【００５０】続くオーバーエッチングは、たとえばＣ₄ Ｆ₈ 流量４０ＳＣＣＭ圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１５０Ｗ（８００ｋＨｚ）ウェハ温度３０ ℃ シャッタ開度１００％なる条件で行った。

【００５１】上記オーバーエッチングでは、昇降式シャ
ッタ１４を試料室６側へ下降させてライナ１３を全面的
に露出させたので、ＥＣＲプラズマＰ_E との接触により
窒化シリコン堆積物がウェハＷ上へ供給され、これが表
面保護に寄与する。しかも、ＲＦバイアス・パワーを下
げたことで、イオン・スパッタ作用によるＳｉｘＮｙ堆
積物の除去が抑制されている。この結果、図８に示され
るようなコンタクト・ホール６４ａが、ＳｉｘＮｙ下地
膜６３に対して約４０と高い選択比を保ちながら形成さ
れた。かかるＳｉｘＮｙ堆積物の供給量の増大を、エッ
チング・ガス組成を何ら変更することなく実現できると
ころが、本発明の優れた点である。

【００５２】この後、図９に示されるように、レジスト
・マスク６５をアッシングにより除去し、コンタクト・
ホール６４ａの底面に露出しているＳｉｘＮｙ下地膜６
３を熱リン酸水溶液を用いたウェットエッチングで選択
的に除去した。

【００５３】実施例２本実施例では、有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャー
とＣ₄ Ｆ₈ ／ＣＯＳ混合ガスを用いた１ステップ・エッ
チングにより、コンタクト・ホール加工を行った。この
プロセスは、通常の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチ
ャーで実施可能であるが、ここでは、図１に示した前述
のエッチャーをシャッタ開度０％の状態で使用した。ま
た、使用したサンプル・ウェハも、前出の図７に示した
ものと同じである。

【００５４】エッチング条件は、たとえばＣ₄ Ｆ₈ 流量４０ＳＣＣＭＣＯＳ流量２０ＳＣＣＭ圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２５０Ｗ（８００ｋＨｚ）ウェハ温度 −２０ ℃ シャッタ開度０％とした。

【００５５】このエッチング過程では、カルボニル基を
取り込んで炭素含有量の増大したフルオロカーボン系ポ
リマーの堆積、ＣＯ^* によるＦ^* の除去、Ｓの堆積、お
よびＳｉｘＮｙ下地膜６３の露出面から供給されるＮと
気相中のＳとの結合により生成する（ＳＮ）ｘポリマー
の堆積等の現象が進行する。この結果、ＳｉｘＮｙ下地
膜６３に対して約４０と高い選択比を達成することがで
きた。

【００５６】なお、上記の堆積物は、エッチング終了後
にウェハＷを加熱したり、あるいはレジスト・アッシン
グを行った際に容易に除去され、ウェハＷ上に何らパー
ティクル汚染を発生させることはなかった。

【００５７】実施例３本実施例では、図５に示したトライオード型エッチャー
とＣＨＦ₃ ／ＣＨ₂ Ｆ₂ 混合ガスを用いた２ステップ・
エッチングにより、ＯＮＯ型ゲート絶縁膜上のゲート電
極の側壁面にサイドウォールを形成した。この加工は、
ＬＤＤ構造を有するＭＯＳトランジスタの製造工程に含
まれるものである。本実施例のプロセスを、図１０およ
び図１１を参照しながら説明する。

【００５８】本実施例で使用したサンプル・ウェハは、
図１１に示されるように、Ｓｉ基板７１上にいわゆるＯ
ＮＯ型ゲート絶縁膜７５が形成され、この上でたとえば
ポリシリコン（ｐｏｌｙＳｉ）からなるゲート電極７６
がパターニングされ、このゲート電極７６をマスクとす
るイオン注入によりＬＤＤ領域７７が形成され、さらに
常圧ＣＶＤ法により全面にＳｉＯｘ膜７８が形成された
ものである。ここで、上記ＯＮＯ型ゲート絶縁膜７５
は、たとえば下層側から順に、膜厚約４ｎｍのＳｉＯｘ
膜７２、膜厚約６ｎｍのＳｉｘＮｙ膜７３、および膜厚
約２ｎｍのＳｉＯｘ膜７４が順次積層されたものであ
る。

【００５９】ここで、上記ＳｉＯｘ膜７８のエッチバッ
クをＣＨＦ₃ ／ＣＨ₂ Ｆ₂ 混合ガスを用いてジャストエ
ッチングとオーバーエッチングの２ステップで行い、し
かも両ステップ間で回動式シャッタ３３の開度を変化さ
せた。

【００６０】まずジャストエッチングは、たとえばＣＨＦ₃ 流量４０ＳＣＣＭＣＨ₂ Ｆ₂ 流量１０ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａソース・パワー１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー５０Ｗ（１００ｋＨｚ）ウェハ温度５０ ℃ シャッタ開度０％なる条件で行った。

【００６１】上記ジャストエッチング中は、回動式シャ
ッタ３３がライナ３２をグロー放電プラズマＰ_G から遮
蔽しているため、ウェハ・クランプ３６から若干量の窒
化シリコンがスパッタアウトされる他は、フルオロカー
ボン系ガスによる通常のエッチングが進行する。なお、
このステップの終点は、下地のゲート電極７６およびＳ
ｉｘＮｙ膜７３が露出する直前、あるいはウェハＷ上の
一部でゲート電極７６およびＳｉｘＮｙ膜７３が露出し
始めた時点のいずれかに設定した。

【００６２】続くオーバーエッチングは、たとえばＣＨＦ₃ 流量４０ＳＣＣＭＣＨ₂ Ｆ₂ 流量１０ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａソース・パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２０Ｗ（１００ｋＨｚ）ウェハ温度５０ ℃ シャッタ開度１００％なる条件で行った。

【００６３】上記オーバーエッチングでは、回動式シャ
ッタ３３を回転させてライナ３２を全面的に露出させた
ので、グロー放電プラズマＰ_G との接触により窒化シリ
コン堆積物がウェハＷ上へ供給され、これが表面保護に
寄与する。しかも、ＲＦバイアス・パワーを下げたこと
で、イオン・スパッタ作用によるＳｉｘＮｙ堆積物の除
去が抑制されている。この結果、ＳｉｘＮｙ膜７３に対
して約４０と高い選択比を維持しながら、図１１に示さ
れるようなサイドウォール７８ａが形成された。

【００６４】実施例４本実施例では、トライオード型エッチャーとＣＨＦ₃ ／
ＣＯＳ混合ガスを用いた１ステップ・エッチングによ
り、ＯＮＯ型ゲート絶縁膜上のゲート電極の側壁面にお
けるサイドウォール加工を行った。このプロセスは、通
常のトライオード型エッチャーで実施可能であるが、こ
こでは、図５に示した前述のエッチャーをシャッタ開度
０％の状態で使用した。また、使用したサンプル・ウェ
ハも、前出の図１０に示したものである。

【００６５】エッチング条件は、たとえばＣＨＦ₃ 流量４０ＳＣＣＭＣＯＳ流量１５ＳＣＣＭ圧力１．０Ｐａソース・パワー１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー５０Ｗ（１００ｋＨｚ）ウェハ温度 −１０ ℃ シャッタ開度０％とした。

【００６６】本実施例でも、ＳｉｘＮｙ膜７３が露出し
た時点で炭素含有量の高いフルオロカーボン系ポリマ
ー、イオウ、および（ＳＮ）ｘポリマーの混在した堆積
物が堆積することにより、約４０の高い下地選択性が得
られた。

【００６７】実施例５本実施例では、図６に示したヘリコン波プラズマ・エッ
チャーとＣ₄ Ｆ₈ ガスを用い、ＳｉｘＮｙマスクによる
コンタクト・ホール加工を１ステップで行った。本実施
例のプロセスを、図１２および図１３を参照しながら説
明する。

【００６８】本実施例で使用したサンプル・ウェハは、
図１２に示されるように、予め不純物拡散領域８２が形
成されたＳｉ基板８１上にたとえば常圧ＣＶＤ法により
厚さ１μｍのＳｉＯｘ層間絶縁膜８３が形成され、さら
にその上にホール・パターンにしたがった開口８４ａを
有するＳｉｘＮｙマスク８４が形成されたものである。
ここで、上記ＳｉｘＮｙマスク８４は、たとえばプラズ
マＣＶＤ法により形成された膜厚約１００ｎｍのＳｉｘ
Ｎｙ膜を化学増幅系フォトレジストを用いたエキシマ・
レーザ・リソグラフィ、現像処理によるレジスト・マス
クの形成、このレジスト・マスクを介したＳｉｘＮｙ膜
のドライエッチングを順次経てパターニングされたもの
である。レジスト・マスクは、既にアッシングにより除
去されている。

【００６９】次に、図６に示した前述のヘリコン波プラ
ズマ・エッチャーを用いて、上記ＳｉＯｘ層間絶縁膜８
３にコンタクト・ホールを開口するためのエッチングを
行った。エッチングは１ステップで行い、その条件はた
とえば、Ｃ₄ Ｆ₈ 流量５０ＳＣＣＭ圧力０．３Ｐａソース・パワー２０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１００Ｗ（４００ｋＨｚ）ウェハ温度０ ℃ シャッタ開度１００％の通りとした。この結果、図１３に示されるような、良
好な異方性形状を有するコンタクト・ホール８３ａを形
成することができた。

【００７０】本実施例では、エッチング開始前に既にＳ
ｉｘＮｙの露出面が存在しているため、上記のように最
初からシャッタ開度を１００％としてエッチングを行
う。つまり、ＳｉｘＮｙマスク８４の表面がライナ５６
から供給されるＳｉｘＮｙで保護されながらエッチング
が進行する。このときの対マスク選択比は約３０と良好
であり、マスクの後退による寸法変換差の発生やコンタ
クト・ホールの形状劣化はいずれも防止された。

【００７１】実施例６本実施例では、ヘリコン波プラズマ・エッチャーとＣ₄
Ｆ₈ ／ＣＯＳ混合ガスを用い、ＳｉｘＮｙマスクによる
コンタクト・ホール加工を１ステップで行った。このプ
ロセスは、通常のヘリコン波プラズマ・エッチャーで実
施可能であるが、ここでは、図６に示した前述のエッチ
ャーをシャッタ開度０％の状態で使用した。また、使用
したサンプル・ウェハも、前出の図１２に示したものと
同じである。

【００７２】エッチング条件は、たとえばＣ₄ Ｆ₈ 流量５０ＳＣＣＭＣＯＳ流量３０ＳＣＣＭ圧力０．３Ｐａソース・パワー２０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１００Ｗ（４００ｋＨｚ）ウェハ温度 −２０ ℃ シャッタ開度０％とした。

【００７３】このエッチング過程では、ＳｉｘＮｙマス
ク８４の表面に炭素含有量の高いフルオロカーボン系ポ
リマー、イオウ、および（ＳＮ）ｘポリマーの混在した
堆積物が堆積し、約３０と高い対マスク選択比が得られ
た。

【００７４】実施例７本実施例では、図１に示した有磁場マイクロ波プラズマ
・エッチャーを用い、自己整合コンタクト・プロセスに
もとづいてＳｉＯｘ層間絶縁膜にコンタクト・ホールを
開口した。ここでは、ＳｉＯｘ層間絶縁膜のエッチング
を、Ｃ₄ Ｆ₈ ガスによるジャストエッチングとＣ₄ Ｆ₈
／Ｓ₂ Ｆ₂ 混合ガスによるオーバーエッチングの２ステ
ップで行った。本実施例のプロセスを、図１４および図
１５を参照しながら説明する。

【００７５】自己整合コンタクト・プロセスとは、コン
タクト・ホールの位置合わせのためのフォトマスク上の
設計マージンを省略するために、隣接する中層配線パタ
ーンの間にコンタクト・ホールを形成し、これを上層配
線で埋め込む技術である。本実施例で用いたサンプル・
ウェハを、図１４に示す。これは、ＳＲＡＭのワード線
として機能するゲート電極９５の配線間スペースを利用
してＳｉ基板９１中の不純物拡散領域９８にビット線取
り出し電極（図示せず。）をコンタクトさせる領域を示
している。上記ゲート電極９５は、Ｓｉ基板９１上にゲ
ート酸化膜９２を介して形成されたタングステン・ポリ
サイド膜、つまり不純物含有ポリシリコン膜９３とタン
グステン・シリサイド膜９４との積層膜をパターニング
してなるものである。このゲート電極９５の上面は、該
ゲート電極９５と同一パターンを有するオフセット絶縁
膜９６、側壁面はサイドウォール９７でそれぞれ被覆さ
れている。これらオフセット絶縁膜９６とサイドウォー
ル９７はいずれもＳｉＯｘ膜を用いて形成されており、
上記ゲート電極９５を後工程で形成されるビット線引出
し電極から絶縁する役目を担っている。

【００７６】これらゲート電極９５とオフセット絶縁膜
９６とサイドウォール９７からなるパターンの表面は、
一旦ＳｉｘＮｙからなるエッチング停止膜９８で被覆さ
れ、さらにＳｉＯｘ層間絶縁膜９９で平坦化されてい
る。上記エッチング停止膜９８は、ＳｉＯｘ層間絶縁膜
９９にコンタクト・ホールを開口する際に、下地のオフ
セット絶縁膜９６やサイドウォール９７が侵食されない
ようにするためのものである。

【００７７】以上の構成からもわかるように、本実施例
のエッチングでは、ＳｉｘＮｙからなるエッチング停止
膜９８に対して高いエッチング選択性が確保されなけれ
ばならない。そこで、まずジャストエッチングを、Ｃ₄ Ｆ₈ 流量４０ＳＣＣＭ圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２５０Ｗ（８００ｋＨｚ）ウェハ温度２０ ℃ シャッタ開度０％の条件で行った。

【００７８】続いてオーバーエッチングを、Ｃ₄ Ｆ₈ 流量４０ＳＣＣＭＳ₂ Ｆ₂ 流量５ＳＣＣＭ圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１５０Ｗ（８００ｋＨｚ）ウェハ温度２０ ℃ シャッタ開度１００％の条件で行った。

【００７９】本実施例では、オーバーエッチング時にシ
ャッタを開放し、かつバイアスを低下させただけではな
く、ガス系にＳ₂ Ｆ₂ を添加して気相中からもＳを堆積
させることができた。この結果、エッチング停止膜９８
に対する選択比は、ホール底で約６０、オフセット絶縁
膜９６やサイドウォール９７の上部で約３０となり、図
１５に示されるように良好な断面形状を有するコンタク
ト・ホール１０２を形成することができた。

【００８０】この後、コンタクト・ホール１０２の底面
に露出したエッチング停止膜９８を熱リン酸溶液処理を
通じて選択的に除去して、ホールを完成させた。

【００８１】実施例８本実施例では、有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャー
とＣ₄ Ｆ₈ ／ＣＯＳ混合ガスを用いる１ステップ・エッ
チングにより、自己整合コンタクト・プロセスにもとづ
いてＳｉＯｘ層間絶縁膜にコンタクト・ホールを開口し
た。このプロセスは、通常の有磁場マイクロ波プラズマ
・エッチャーで実施可能であるが、ここでは、図１に示
した前述のエッチャーをシャッタ開度０％の状態で使用
した。

【００８２】本実施例のプロセスを、図１６および図１
７を参照しながら説明する。なお、これらの図中の符号
は、図１４と一部共通である。

【００８３】本実施例で用いたサンプル・ウェハを、図
１６に示す。これは、前出の図１４に示したものとはや
や異なり、主にゲート・アレイに採用されている自己整
合コンタクトの構造を示している。図１４と異なる点
は、開口されるコンタクト・ホールの直径が配線間スペ
ースよりも小さく、レジスト・マスク１００にはこれに
応じて狭い開口１０４が形成されていること、およびＳ
ｉｘＮｙからなるエッチング停止膜が形成されていない
代わりに、サイドウォール１０３がＳｉｘＮｙを用いて
形成されていることである。したがって、本実施例にお
けるエッチング選択性は、上記サイドウォール１０３に
対して確保することになる。

【００８４】そこで、ＳｉＯｘ層間絶縁膜９９のエッチ
ングを以下の条件Ｃ₄ Ｆ₈ 流量４０ＳＣＣＭＣＯＳ流量４０ＳＣＣＭ圧力０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２５０Ｗ（８００ｋＨｚ）ウェハ温度０ ℃ シャッタ開度０％で行った。

【００８５】このエッチング過程では、サイドウォール
１０３の表面に炭素含有量の高いフルオロカーボン系ポ
リマー、イオウ、および（ＳＮ）ｘポリマーの混在した
堆積物が、また不純物拡散領域９８の露出面に上記フル
オロカーボン系ポリマーやイオウが堆積した。これによ
り高選択・異方性エッチングが進行し、図１７に示され
るような良好な形状を有するコンタクト・ホール１０５
が形成された。本実施例をたとえば実施例２と比較する
と、ＣＯＳの流量比を高めた分、ウェハ温度が高い領域
でも高選択・異方性加工が実現されている。ホール底に
おける対Ｓｉ選択比は約６０、サイドウォール１０３に
対する選択比は約３０と良好であった。以上、８例の具
体的な実施例を挙げたが、これらの実施例におけるサン
プル・ウェハの構成、各膜の成膜方法、ドライエッチン
グ条件、エッチャーの構造の細部等はいずれも適宜選択
・変更が可能である。

【００８６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によればＳｉｘＮｙ系材料膜に対するＳｉＯｘ系材料
膜の高選択エッチングを、精度良く、しかもパーティク
ル・レベルを何ら悪化させることなく行うことができ
る。このことは、ＯＮＯ膜や自己整合コンタクトといっ
た、より複雑化した構造が採用される半導体装置の製造
に際して極めて有利である。すなわち本発明は、Ｓｉｘ
Ｎｙ系材料膜の精密加工を通じて、半導体デバイスの高
集積化，高信頼化，高性能化に大きく貢献するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】昇降式シャッタとＳｉｘＮｙからなるライナと
を備えた有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャーの構成
例を示す模式的断面図であり、（ａ）図はシャッタ開度
０％、（ｂ）図はシャッタ開度１００％の状態をそれぞ
れ表す。

【図２】図１の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャー
のベルジャと昇降式シャッタの一部を破断して示す概略
斜視図である。

【図３】本発明で用いられる有磁場マイクロ波プラズマ
・エッチャーの他の構成例において、ベルジャと回動式
シャッタの一部を破断して示す概略斜視図である。

【図４】図３の回動式シャッタのＸ−Ｘ線断面図であ
り、（ａ）図はシャッタ開度０％、（ｂ）図はシャッタ
開度１００％の状態をそれぞれ表す。

【図５】回動式シャッタとＳｉｘＮｙからなるライナと
を備えたトライオード型エッチャーの構成例を示す模式
的断面図である。

【図６】虹彩絞り式シャッタとＳｉｘＮｙからなるライ
ナとを備えたヘリコン波プラズマ・エッチャーの構成例
を示す模式的断面図である。

【図７】本発明をコンタクト・ホール加工に適用したプ
ロセス例において、ＳｉｘＮｙ下地膜上にＳｉＯｘ層間
絶縁膜を積層し、さらにレジスト・マスクを形成した状
態を示す模式的断面図である。

【図８】図７のＳｉＯｘ層間絶縁膜にドライエッチング
を行ってコンタクト・ホールを開口した状態を示す模式
的断面図である。

【図９】図８のコンタクト・ホールの底面に露出したＳ
ｉｘＮｙ下地膜を熱リン酸溶液処理により選択的に除去
した状態を示す模式的断面図である。

【図１０】本発明をＯＮＯ構造を有するゲート絶縁膜上
におけるＬＤＤサイドウォール形成のためのエッチバッ
クに適用したプロセス例において、ゲート電極をＳｉＯ
ｘ膜で被覆した状態を示す模式的断面図である。

【図１１】図１０のＳｉＯｘ膜をエッチバックしてサイ
ドウォールを形成した状態を示す模式的断面図である。

【図１２】本発明を無機マスクを用いたコンタクト・ホ
ール加工に適用したプロセス例において、ＳｉＯｘ層間
絶縁膜上にＳｉｘＮｙマスクを形成した状態を示す模式
的断面図である。

【図１３】図１２のＳｉＯｘ層間絶縁膜にドライエッチ
ングを行ってコンタクト・ホールを開口した状態を示す
模式的断面図である。

【図１４】本発明をＳＲＡＭのビット線引出し電極用の
自己整合コンタクトの形成に適用したプロセス例におい
て、ゲート電極をＳｉＯｘ層間絶縁膜で被覆し、その上
にレジスト・マスクを形成した状態を示す模式的断面図
である。

【図１５】図１４のＳｉＯｘ層間絶縁膜にコンタクト・
ホールを開口するためのエッチングが、ＳｉｘＮｙより
なるエッチング停止膜の上で停止した状態を示す模式的
断面図である。

【図１６】本発明をＳＲＡＭのビット線引き出し電極用
の自己整合コンタクトの形成に適用した他のプロセス例
において、ゲート電極をＳｉＯｘ層間絶縁膜で被覆し、
その上にレジスト・マスクを形成した状態を示す模式的
断面図である。

【図１７】図１６のＳｉＯｘ層間絶縁膜にコンタクト・
ホールを開口するためのエッチングが、ＳｉｘＮｙより
なるサイドウォールの上で停止した状態を示す模式的断
面図である。

【符号の説明】

４（有磁場マイクロ波プラズマ・エッチャーの）ベル
ジャ１３，１３ａ，３２，５６ライナ１４昇降式シャッタ１５，３３回動式シャッタ２１（トライオード型エッチャーの）チャンバ２９側壁電極４１（ヘリコン波プラズマ・エッチャーの）ベルジャ５７虹彩絞り式シャッタ６１，７１，８１９１Ｓｉ基板６３ＳｉｘＮｙ下地膜６４，８３，９９ＳｉＯｘ層間絶縁膜６４ａ，８３ａ，１０２，１０５コンタクト・ホール６５，１００レジスト・マスク７５ゲート絶縁膜７６，９５ゲート電極７８ａサイドウォール（ＳｉＯｘ）８４ＳｉｘＮｙマスク９８エッチング停止膜（ＳｉｘＮｙ）１０３サイドウォール（ＳｉｘＮｙ）Ｐ_E ＥＣＲプラズマＰ_G グロー放電プラズマＰ_H ヘリコン波プラズマＷウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化シリコン系材料膜に対して選択性を
確保しながら酸化シリコン系材料膜をエッチングするド
ライエッチング方法であって、前記エッチングを、プラズマとの接触により窒化シリコ
ン系化学種を放出可能な内部構成部材を有するエッチン
グ・チャンバ内で行うドライエッチング方法。
【請求項２】前記エッチングは、フルオロカーボン系
化合物を含むエッチング・ガスを用いて行う請求項１記
載のドライエッチング方法。
【請求項３】前記内部構成部材は前記エッチング・チ
ャンバの内壁面もしくは基板クランプの少なくとも一方
である請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項４】前記エッチングは、前記酸化シリコン系
材料膜を実質的にその膜厚分だけエッチングするジャス
トエッチング工程と、その残余部をエッチングするオー
バーエッチング工程とに分けて行い、前記ジャストエッチング工程と前記オーバーエッチング
工程とで前記内部構成部材のプラズマ接触面積を変化さ
せる請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項５】前記内部構成部材のプラズマ接触面積の
変化は遮蔽部材の操作を通じて行う請求項４記載のドラ
イエッチング方法。
【請求項６】前記オーバーエッチング工程では、放電
解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出可能なイ
オウ系化合物を含むエッチング・ガスを用いる請求項４
記載のドライエッチング方法。
【請求項７】前記窒化シリコン系材料膜は、前記酸化
シリコン系材料膜の下地膜である請求項１記載のドライ
エッチング方法。
【請求項８】前記窒化シリコン系材料膜は、前記酸化
シリコン系材料膜のエッチング・マスクである請求項１
記載のドライエッチング方法。
【請求項９】窒化シリコン系材料膜に対して選択性を
確保しながら酸化シリコン系材料膜をエッチングするド
ライエッチング方法であって、前記エッチングを、放電解離条件下でプラズマ中にカル
ボニル系化学種とイオウ系化学種とを放出可能なエッチ
ング・ガスを用いて行うドライエッチング方法。
【請求項１０】前記エッチングは、前記酸化シリコン
系材料膜を保持する基板の温度を室温以下に制御しなが
ら行う請求項９記載のドライエッチング方法。
【請求項１１】前記エッチング・ガスが硫化カルボニ
ルを含む請求項９記載のドライエッチング方法。
【請求項１２】前記エッチング・ガスがフルオロカー
ボン系化合物を含む請求項９記載のドライエッチング方
法。
【請求項１３】前記窒化シリコン系材料膜は、前記酸
化シリコン系材料膜の下地膜である請求項９記載のドラ
イエッチング方法。
【請求項１４】前記窒化シリコン系材料膜は、前記酸
化シリコン系材料膜のエッチング・マスクである請求項
９記載のドライエッチング方法。