(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中に反応ガスを導入し、高周波またはマイクロ波を印加し、塩素ガスとヘリウムガスとを含む反応ガスを活性化して被エッチング物の加工をする工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記被エッチング物は、シリコン酸化膜の上に設けられたものであり、
前記塩素ガスの流量と前記へリウムガスの流量との合計流量に対する前記塩素ガスの流量の割合は４０％より大きく６８％以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記被エッチング物は、シリコン層であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記被エッチング物は、シリコン窒化膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記被エッチング物は、ポリサイド層であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記被エッチング物は、多結晶シリコン層であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
半導体装置の製造方法に関し特にドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置の製造方法は特開昭６３−３１６４４０、特開昭６３−２９９３４３、特開昭６３−２７８３３９、特開昭６３−２７８３３８、特開昭６３−２６０１３３に記載されたようにそれぞれエッチングガス種は違うものの被エッチング物の側壁にデポ物２６を形成し図７のように、側壁保護をし異方性エッチングを実現している。尚、図７において、２１はシリコン基板、２２は多結晶シリコン、２４はフォトレジスト、２５はシリコン酸化膜を示す。又最近では、ＨＢｒガスをＣｌ2にガス添加しきわめて形状コントロールの良いエッチングを実現しているが特開昭６３−３１６４４０同様酸化膜系のデポ物によって側壁保護を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の半導体装置の製造方法では、エッチング物の側壁にシリコン酸化膜系のデポ物を形成し側壁保護をし異方性エッチングを実現している為、処理後にデポ膜の除去工程が必要となり、工程の複雑化を招いていた。又同時に、デポ物による汚染によって半導体素子の機能に支障を与えるという課題を有していた。又最近では、ＨＢｒガスをＣｌ2にガス添加しきわめて形状コントロールの良いエッチングを実現しているが特開昭６３−３１６４４０同様酸化膜系のデポ物によって側壁保護を行うためにゲート材料の加工としては、後処理に酸化膜除去を行っている。この為ゲート端下のゲート酸化膜も同時に除去されゲート膜耐圧を劣化させるという課題を有していた。
【０００４】
そこで本発明は、このような課題を解決するもので、被エッチング物の側壁にデポ物を形成しないで、異方性エッチングを実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、真空中に反応ガスを導入し、高周波またはマイクロ波を印加し、塩素ガスとヘリウムガスとを含む反応ガスを活性化して被エッチング物の加工をする工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記被エッチング物は、シリコン酸化膜の上に設けられたものであり、前記塩素ガスの流量と前記へリウムガスの流量との合計流量に対する前記塩素ガスの流量の割合は４０％より大きく６８％以下であることを特徴とする。
【０００６】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記被エッチング物は、シリコン層であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記被エッチング物は、前記被半導体装置の製造物は、シリコン窒化膜であることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記被エッチング物は、前記被半導体装置の製造物は、ポリサイド層であることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記被エッチング物は、多結晶シリコン層であることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
塩素ガスを主のエッチングガスとして不活性ガスを添加することにより、被エッチング物の側面においては不活性ガスが反応を律速し、垂直方向に対しては不活性ガスの律速に対し反応種の物理的エネルギーがまさる為に異方性のエッチング形状が得られる。又ガス中に弗素を含まないために酸化膜等の異種の材質に対し高選択比が得られる。
【０００９】
塩素ガスを主のエッチングガスとしてＣnＦ2n+2ガスを添加することにより、被エッチング物の側面においてはＣnＦ2n+2ガスが、−ＣＦｘ−のポリマーを形成し、異方性のエッチング形状が得られる、又デポ膜がシリコン酸化膜系の膜でないため、後処理に酸化膜除去を行う必要がなくなり、ゲート端下のゲート酸化膜も同時に除去されゲート膜耐圧を劣化させるということがない。
【００１０】
【実施例】
以下に本実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１〜３に本実施例を用いたエッチング装置の構成を示す。１は反応室、２は電極、３はウエハー、４は排気孔、５はガス供給孔、６は高周波電源、７はマイクロ波電源、８は磁場コイルを示す。又、本発明のエッチング形状を図４（ａ）〜（ｄ）に示す。２０は高融点金属、２１はシリコン基板、２２は多結晶シリコン、２３はシリコン窒化膜、２４はフォトレジスト、２５はシリコン酸化膜を示す。
【００１１】
まず、添加ガスとして不活性ガスを使用した場合の第１〜第３実施例を説明する。図１のエッチング装置は一般に反応性イオンエッチング（以下ＲＩＥと呼ぶ）と呼ばれる装置の構成を示している。第１実施例では、この装置に反応ガスとして塩素ガス（Ｃｌ2）及び不活性ガスであるヘリウムガス（Ｈｅ）をそれぞれ、１００ＳＣＣＭ、５０ＳＣＣＭ流し、真空度を１８０ｍＴｏｒｒに保ち、高周波（１３．５６ＭＨｚ）を６インチウエハーで２５０Ｗａｔｔｓ印加し多結晶シリコンをエッチング処理した。
【００１２】
結果は、表１に示すようにエッチング速度として３７８ｎｍ／ｍｉｎ、ウエハー面内均一性として３．２％を得ることができた。また多結晶シリコンのエッチング側面には、デポジションの発生はなく、サイドエッチングの発生も認められていない（図４（ａ））。
【００１３】
【表１】
0003729869.tif 000002
【００１４】
次に、第２の実施例を説明する。図２のエッチング装置は一般にエレクトンサイクロトロンレゾナンスエッチング（以下ＥＣＲと呼ぶ）と呼ばれる装置の構成を示している。この装置に反応ガスとして塩素ガス（Ｃｌ2）及び不活性ガスであるヘリウムガス（Ｈｅ）をそれぞれ、１２０ＳＣＣＭ、４０ＳＣＣＭ(Standard Cubic CM)流し、真空度を１０ｍＴｏｒｒに保ち、高周波（１３．５６ＭＨｚ）を６インチウエハーで１５０Ｗａｔｔｓ印加し、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を２００Ｗａｔｔｓ印加し、単結晶シリコンをエッチング処理した。結果は、表２に示すようにエッチング速度として４２５ｎｍ／ｍｉｎ、ウエハー面内均一性として２．７％を得ることができた。また単結晶シリコンのエッチング側面には、デポジションの発生はなく、サイドエッチングの発生も認められていない（図４（ｂ））。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
次に、第３の実施例を説明する。図３のエッチング装置は一般にマグネトロンエンハンスメント反応性イオンエッチング（以下ＭＥＲＩＥと呼ぶ）と呼ばれる装置の構成を示している。この装置に反応ガスとして塩素ガス（Ｃｌ2）及び不活性ガスであるヘリウムガス（Ｈｅ）をそれぞれ、１５０ＳＣＣＭ、７０ＳＣＣＭ流し、真空度を１００ｍＴｏｒｒに保ち、高周波（１３．５６ＭＨｚ）を６インチウエハーで２５０Ｗａｔｔｓ印加し、磁場を１２５Ｇａｕｓｓ印加し、Ｗポリサイドをエッチング処理した。結果は、表３に示すように多結晶シリコンのエッチング速度として３７５ｎｍ／ｍｉｎ、ウエハー面内均一性として３．１％を得ることができ、Ｗシリサイドのエッチング速度として２４６ｎｍ／ｍｉｎ、ウエハー面内均一性として４．２％を得ることができた。またＷポリサイドにエッチング側面には、デポジションの発生はなく、サイドエッチングの発生も認められていない（図４（ｃ））。
【００１７】
【表３】
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【００１８】
また多結晶シリコンのエッチングと同様の条件でシリコン窒化膜についてもエッチングが可能でエッチング速度として１６５ｎｍ／ｍｉｎ、ウエハー面内均一性として３．０％を得ることができた。また、シリコン窒化膜エッチング側面には、デポジションの発生はなく、サイドエッチングの発生も認められていない（図４（ｄ））。
【００１９】
以上述べてきたように、本発明によれば、様々なエッチング機能の装置おいて、様々なシリコン系材料のエッチングが可能であることが見いだされた。
【００２０】
また、上述した実施例では、不活性ガスとしてヘリウムガスを使用したが、アルゴンガスやキセノンガスを用いてもよい。但し、ヘリウムガスが最も良好な結果が得られる。
【００２１】
図５（ａ）、図５（ｂ）は、塩素ガスにヘリウムガスを添加した場合において、真空度を１８０ｍＴｏｒｒに保ち、高周波数を２５０Ｗａｔｔｓ印加した状態でのエッチングガス中の塩素濃度に対するエッチング特性を示す。このグラフから明らかなように、良好な形状コントロールを得るには、「Ｃｌ２／（Ｈｅ＋Ｃｌ２）×１００（％）（塩素ガスの流量とヘリウムガスの流量との合計流量に対する塩素ガスの流量の割合）」が４０（％）以上であることが好ましい。これは、Ｃｌ２／（Ｈｅ＋Ｃｌ２）×１００（％）を４０（％）以上とすることによって、テーパー角の垂直性の高いエッチングが可能となるためである。さらに、Ｃｌ２／（Ｈｅ＋Ｃｌ２）×１００（％）が７０（％）以下であることが好ましい。これは、▲１▼ウエハ内における被エッチング材料のエッチング速度のばらつきを小さくできるため、均質なエッチング形状が得ることができ、▲２▼一定以上のエッチング速度を確保でき、レジストの消耗による被エッチング物に対するオーバーエッチングを防ぐことができる。また、スループットをよくすることもできるためである。
ここで、図５において、「形状」とは、テーパー角のことをいい、異方性の強さを示す指標となる。また、「均一性」とは、エッチング均一性のことであり、ウエハー内における被エッチング材料のエッチング速度の均一性が良い場合はこの値が小さくなる。具体的には、±[（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／（Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ）]×１００（％）により算出した値を用いている。Ｖｍａｘはウエハー面内の各測定点でのエッチング速度の測定値のうち最大値を、Ｖｍｉｎはウエハー面内の各測定点でのエッチング速度の測定値のうちの最小値を示す。
【００２２】
次に、添加ガスとしてＣnＦ2n+2を使用した場合の第４〜第６実施例について、詳細に説明する。
【００２３】
第４実施例では、前述した図１のＲＩＥ装置に反応ガスとして塩素ガス（Ｃｌ2）及びＣＦ4ガスをそれぞれ、１００ＳＣＣＭ、４０ＳＣＣＭ流し、真空度を１８０ｍＴｏｒｒに保ち、高周波（１３．５６ＭＨｚ）を６インチウエハーで２５０Ｗａｔｔｓ印加し多結晶シリコンをエッチング処理した。
【００２４】
結果は、表４に示すようにエッチング速度として３２４ｎｍ／ｍｉｎ、ウエハー面内均一性として３．５％を得ることができた。また多結晶シリコンのエッチング側面には、シリコン酸化膜系のデポジションの発生はなく、サイドエッチングの発生も認められていない（図４（ａ））。
【００２５】
【表４】
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【００２６】
次に、第５実施例では、前述したＥＣＲ装置に反応ガスとして塩素ガス（Ｃｌ2）及びＣＦ4ガスをそれぞれ、１２０ＳＣＣＭ、６０ＳＣＣＭ流し、真空度を１０ｍＴｏｒｒに保ち、高周波（１３．５６ＭＨｚ）を６インチウエハーで１５０Ｗａｔｔｓ印加し、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を２００Ｗａｔｔｓ印加し、単結晶シリコンをエッチング処理した。結果は、表５に示すようにエッチング速度として４０６ｎｍ／ｍｉｎ、ウエハー面内均一性として２．９％を得ることができた。また単結晶シリコンのエッチング側面には、シリコン酸化膜系のデポジションの発生はなく、サイドエッチングの発生も認められていない（図４（ｂ））。
【００２７】
【表５】
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【００２８】
第６実施例では、前述した図３のＭＥＲＩＥ装置に反応ガスとして塩素ガス（Ｃｌ2）及びＣＦ4ガスをそれぞれ、１５０ＳＣＣＭ、８０ＳＣＣＭ流し、真空度を１００ｍＴｏｒｒに保ち、高周波（１３．５６ＭＨｚ）を６インチウエハーで２５０Ｗａｔｔｓ印加し、磁場を１２５Ｇａｕｓｓ印加し、Ｗポリサイドをエッチング処理した。結果は、表６に示すように多結晶シリコンのエッチング速度として３５６ｎｍ／ｍｉｎ、ウエハー面内均一性として３．２％を得ることができ、Ｗシリサイドのエッチング速度として２２４ｎｍ／ｍｉｎ、ウエハー面内均一性として４．１％を得ることができた。
【００２９】
【表６】
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【００３０】
またＷポリサイドのエッチング側面には、シリコン酸化膜系のデポジションの発生はなく、サイドエッチングの発生も認められていない（図４（ｃ））。
【００３１】
また、多結晶シリコンのエッチングと同様の条件でシリコン窒化膜についてもエッチングが可能でエッチング速度として１５６ｎｍ／ｍｉｎ、ウエハー面内均一性として３．１％を得ることができた。また、シリコン窒化膜エッチング側面には、シリコン酸化膜系のデポジションの発生はなく、サイドエッチングの発生も認められていない（図４（ｄ））。
【００３２】
以上述べてきたように、様々なエッチング機構の装置において、様々なシリコン系材料のエッチングが可能であることが見いだされた。
【００３３】
尚、上述した第４〜第６実施例では、ＣnＦ2n+2としてＣＦ4を使用したが、Ｃ2Ｆ6やＣ3Ｆ8でもよい。但し、ＣＦ4の添加ガスが最も良好な結果が得られる。
【００３４】
図６（ａ）、図６（ｂ）は、塩素ガスにＣＦ4ガスを添加した場合において、真空度を１８０ｍＴｏｒｒに保ち、高周波を２５０Ｗａｔｔｓ印加した状態でのエッチングガス中の塩素濃度に対するエッチング特性を示す、このグラフから明らかなように、良好な形状コントロールを得るには、Ｃｌ2／（ＣＦ4＋Ｃｌ2）×１００＞４０（％）が好ましい。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、塩素ガスを主のエッチングガスとしてヘリウムガスを添加することにより、被エッチング物の側面においてはヘリウムガスが反応を律速し、垂直方向に対してはヘリウムガスの律速に対し反応種の物理的エネルギーがまさる為に異方性のエッチング形状が得られる。この際に被エッチング物の側面にデポ物の生成が無いために、処理後にデポ膜の除去工程が必要なくなり、工程の単純化を実現できた。又同時に、デポ物による汚染によって半導体素子の機能に支障を与えるということがない。さらにガス中に弗素を含まないために酸化膜等の異種の材質に対し高選択比が得られる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
【図２】
【図３】本発明の実施例に使用したエッチング装置の構造を示す構成図。
【図４】本発明の一実施例を示す工程断面図。
【図５】
【図６】エッチングガス中の塩素ガス濃度に対するエッチング特性を示すグラフ。
【図７】従来の実施例を示す工程断面図。
【符号の説明】
１  反応室
２  電極
３  ウエハー
４  排気孔
５  ガス供給孔
６  高周波電源
７  マイクロ波電源
８  磁場コイル
２０  高融点金属
２１  シリコン基板
２２  多結晶シリコン
２３  シリコン窒化膜
２４  フォトレジスト
２５  シリコン酸化膜
２６  酸化膜系ポリマー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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