(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶粒界を備えたアルミニウム層を有しレジストをその上に有する基板を選択的にエッチングする方法であって、
（ａ）エッチング領域内に基板を置くステップと、
（ｂ）（ｉ）Ｃｌ２を備える１次エッチャント、（ｉｉ）上記基板の結晶粒界のエッチングに適する２次エッチャントであって、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＣＣｌ４より成る群から選択され、２次エッチャントの１次エッチャントに対する体積流量比率(volumetric flow ratio )が、０．１：１から２：１である、前記２次エッチャント、（ｉｉｉ）キセノンであって、キセノン対１次エッチャント体積流量比率が０．１対１から１：１までである、前記キセノンとを備える、酸素非含有のプロセスガスを上記エッチング領域内に導入するステップと、
（ｃ）実質的に酸素非含有であるプラズマを上記エッチング領域に発生させ上記プロセスガスよりエッチングガスを生じ、上記エッチングガスが上記基板を選択的にエッチングするステップと、
を備えるエッチング方法。
【請求項２】
上記アルミニウム層は、その表面に酸化物層を有し、並びに上記２次エッチャントは上記酸化物層表面のエッチングに適する、請求項１記載のエッチング方法。
【請求項３】
上記２次エッチャントは、ＢＣｌ3 を備える、請求項１記載のエッチング方法。
【請求項４】
上記プロセスガスは不動態被覆ガス(gas passivator)を更に備える、請求項１記載のエッチング方法。
【請求項５】
上記不動態被覆ガスはＮ2 、ＨＣｌ、ＣＨＦ3 、ＣＦ4 、ＣＨ4 及びこれらの混合体より成る群より選択される、請求項４記載のエッチング方法。
【請求項６】
上記プロセスガスはクロロフルオロカーボンガスを更に備える、請求項１記載のエッチング方法。
【請求項７】
レジストに対する上記基板のエッチング選択率が２．５より大きいように１次エッチャント：２次エッチャント：キセノン体積流量比率が選択される、請求項１記載のエッチング方法。
【請求項８】
上記基板の上記結晶粒界をエッチングする速度が上記結晶粒をエッチングする速度と実質的に等しいように、２次エッチャント対１次エッチャント体積流量比率が選択される、請求項１記載のエッチング方法。
【請求項９】
２次エッチャント対１次エッチャント体積流量比率が０．３：１から０．５：１までである請求項１記載のエッチング方法。
【請求項１０】
上記基板が（ｉ）実質的に異方的に、（ｉｉ）上記レジストがエッチングされる速度より実質的に高い速度で、エッチングされるようキセノン対１次エッチャント体積流量比率が選択される請求項１記載のエッチング方法。
【請求項１１】
キセノン対１次エッチャント体積流量比率が０．２：１から０．５：１までである請求項１記載のエッチング方法。
【請求項１２】
不動態被覆ガス対１次エッチャント体積流量比率が１：１未満である請求項４記載のエッチング方法。
【請求項１３】
不動態被覆ガス対１次エッチャント体積流量比率が０．６：１未満である請求項１２記載のエッチング方法。
【請求項１４】
プロセスガスを導入する上記ステップが、毎分５０００オングストロームより高い速度で上記基板をエッチングするに十分なプロセスガスを導入する工程を備える請求項１記載のエッチング方法。
【請求項１５】
上記基板は、金属、酸化物、窒化物及びケイ化物層より成る群より選択される複数の層をその上に有する半導体ウエハを備える請求項１記載のエッチング方法。
【請求項１６】
基板上のアルミニウム層を選択的にエッチングする方法であって、
（ａ）シリコン及びガリウムヒ素より成る群より選択され、その上に（ｉ）金属、酸化物、窒化物及びケイ化物層より成る群より選択される複数の層と（ｉｉ）レジスト材とを有する基板をエッチング領域に置くステップと、
（ｂ）（ｉ）１次エッチャントＣｌ2 と（ｉｉ）ＢＣｌ3 、ＳｉＣｌ4 、ＣＣｌ4 及びこれらの混合体から成る群より選択される２次エッチャントと（ｉｉｉ）キセノンとを備えるプロセスガスを、０．１：１から２：１までの２次エッチャント対１次エッチャント体積流量比率並びに０．１：１から１：１までのキセノン対１次エッチャント体積流量比率で上記エッチング領域内に導入するステップと、
（ｃ）上記エッチャント領域にプラズマを発生させて上記プロセスガスからエッチングガスを生成し、上記エッチングガスが上記レジストよりも上記基板上の層の方を選択してエッチングし揮発性のエッチング副生成物を生成するステップと、
（ｄ）上記揮発性エッチング副生成物を上記エッチング領域より除去するステップと、
を備えるエッチング方法。
【請求項１７】
上記プロセスガスはＮ2 、ＨＣｌ、ＣＨＦ3 、ＣＦ4 、ＣＨ4 及びこれらの混合体より成る群より選択される不動態被覆ガスを更に備え、不動態被覆ガス対１次エッチャント体積流量比率が１：１未満である請求項１６記載のエッチング方法。
【請求項１８】
２次エッチャント対１次エッチャント体積流量比率が０．３：１から０．５：１までである請求項１６記載のエッチング方法。
【請求項１９】
キセノン対１次エッチャント体積流量比率が０．２：１から０．５：１までである請求項１６記載のエッチング方法。
【請求項２０】
プロセスガスを導入する上記ステップが、毎分５０００オングストロームより高い速度で上記基板をエッチングするに十分なプロセスガスを導入する工程を備える請求項１６記載のエッチング方法。
【請求項２１】
シリコンウエハ上のアルミニウム層を選択的にエッチングする方法であって、
（ａ）（ｉ）金属、酸化物、窒化物及びケイ化物層より成る群より選択される複数の層と（ｉｉ）レジスト材とを自身の上に有するシリコン基板をエッチング領域に置くステップと、
（ｂ）上記ウエハを７０℃より高い温度に加熱するステップと、
（ｃ）Ｃｌ2 とＢＣｌ3 とキセノンとを備えるプロセスガスを、０．１：１から２：１までのＢＣｌ3 対Ｃｌ2 体積流量比率並びに０．１：１から１：１までのキセノン対Ｃｌ2 体積流量比率で上記エッチング領域内に導入するステップと、
（ｄ）上記エッチング領域の圧力を１ミリトール（ｍＴｏｒｒ）より高い圧力に維持するステップと、
（ｅ）電子サイクロトロン共鳴、磁気励起反応器及び誘導結合プラズマより成る群より選択される方法により上記エッチング領域に励起プラズマを発生させて上記プロセスガスよりエッチングガスを生成し、上記エッチングガスが上記レジストよりも上記基板の層の方を選択してエッチングし揮発性のエッチング副生成物を生成するステップと、
（ｆ）上記揮発性エッチング副生成物を上記エッチング領域より除去するステップと、
を備えるエッチング方法。
【請求項２２】
上記プロセスガスはＮ2 、ＨＣｌ、ＣＨＦ3 、ＣＦ4 、ＣＨ4 及びこれらの混合体より成る群より選択される不動態被覆ガスを更に備え、不動態被覆ガス対Ｃｌ2 体積流量比率が０．１：１から１：１までである、請求項２１記載のエッチング方法。
【請求項２３】
ＢＣｌ3 及びキセノン対Ｃｌ2 体積流量比率が０．３：１から０．５：１までである、請求項２１記載のエッチング方法。
【請求項２４】
キセノン対Ｃｌ2 体積流量比率が０．２：１から０．５：１までである、請求項２１記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体ウエハのエッチング処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応性イオンエッチング処理は、集積回路チップ等サブミクロンサイズの造作（ぞうさく）（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を有する半導体やその他のディバイスの製作に用いられる。これらの処理は、フォトレジストや酸化物ハードマスク等エッチングに耐性を持つレジスト材に保護された基板上の部分を選択的にエッチングする工程に用いられる。レジストに保護された部分は基板上の造作となり、その造作は処理される集積回路の部分になる。エッチングは、チャンバー内にプロセスガスを導入しチャンバー内にプラズマを発生して、プロセスガスをエッチングガスに変えることで行われる。エッチングガスが基板をエッチングすると揮発性のエッチング副産物が生成するが、その副産物は後からチャンバーより除かれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
代表的なプロセスガスは、Ｃｌ２  、ＢＣｌ３  、場合によりＮ２  を備える。このプロセスガスに関し、チャンバー壁上及びレジスト材の上に残留物ないし堆積物が比較的厚く形成されるという問題がある。その中には、エッチングガスがレジスト材と化学反応を起こして堆積物が形成される場合もある。チャンバー壁上の堆積物がはがれ落ちて粒子となり、ウエハを汚染する事がある。更に、レジスト上に多量の残留物が形成されれば、望ましくないことであるがレジスト材で保護される面積が増加し、処理されたウエハが使用に供さなくなる。
【０００４】
堆積層は、エッチングにより新たに出来た基板上の溝の側壁上にも生成する事がある。この堆積物は、エッチングの継続を抑止する「不動態被覆層」（ｐａｓｓｉｖａｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）  として作用し、等方性エッチングないしアンダーカットを防止する。等方性エッチングの場合は、被覆されない部分を垂直にエッチングが進むのではなく、レジスト層の下の部分を水平にエッチングが進むため、造作の下側の部分が内向きに傾斜してしまう。従って、垂直方向への異方性エッチングが望ましいのであるが、しかし不動態層が側壁に多量に堆積すればそれを除去することは難しい。よって、堆積物の蓄積があまり生じないエッチング処理又は、エッチング処理中に堆積層をエッチングすることによって蓄積物を減ずるようなエッチング処理を用いることが望ましい。
【０００５】
更に、代表的な反応イオンエッチング系では、側面形状（ｐｒｏｆｉｌｅ）の微小充填度（ｍｉｃｒｏｌｏａｄｉｎｇ）  が高くなってしまう。側面形状の微小充填度が高くなれば、基板上に形成された造作の断面形状が造作間の間隔次第で変化するようになる。造作間の距離によらず均一な断面を有する造作を提供するエッチング処理を用いることが望ましい。
【０００６】
また、処理効率のための高いエッチング速度が得られ、レジスト層のエッチング速度が基板のエッチング速度より実質的に低くなり、エッチング選択率が高くなる事が望ましい。
【０００７】
プラズマエッチング処理においては、ガスのイオン化に要するエネルギーが低く済むよう、プロセスガスは低いイオン化ポテンシャルを有することが望ましい。また、エッチング効率を増進するエネルギー移動反応がいろいろなガス種の間で生ずるよう、広い範囲の励起エネルギーを有するプロセスガスの方が有利である。また、エッチングガスによる処理装置の腐食効果が最小になるよう、ガスは低腐食性である方が好ましい。
【０００８】
従って、チャンバー壁上に生ずる堆積物を最小にし、エッチングされた溝の側壁上へ余分な堆積物が生ずることなく、実質的に異方性エッチングを提供し、造作のサイズが過大になることなく、側面形状の微小充填度を減ずるような、半導体基板を選択的にエッチングする処理が必要である。また、エッチング速度が高くなり、基板対レジストのエッチング選択率が高くなる方が望ましい。またプロセスガスは、腐食性が低くイオン化ポテンシャルが低く、励起エネルギーの範囲が広い方が好ましい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の要請を満足させる処理に向いている。本発明の処理では、結晶粒界を有しレジストを有する基板はエッチング領域内に置かれ、プロセスガスがこのエッチング領域内に導入される。プロセスガスは酸素を含まず：ｉ）塩素、弗素及び臭素より成る群より選択される１次エッチャントと；ｉｉ）基板の結晶粒界のエッチングに適する２次エッチャントと；ｉｉｉ）キセノンとを備える。Ｎ２  、ＨＣｌ、ＣＨＦ３  、ＣＦ４  、ＣＨ４  又はこれらの混合体等の不動態被覆ガスをプロセスガスに添加してもよい。エッチング領域内では、実質的に酸素を含まないプラズマが発生し、基板を選択的にエッチングするエッチングガスがプロセスガスより生成する。
【００１０】
２次エッチャントは基板上の酸化層表面のエッチングに適したものが好適であり、更に好適には、２次エッチャントはＢＣｌ３  、ＳｉＣｌ４  、ＣＣｌ４  及びこれらの混合体より成る群より選択される。
【００１１】
基板対レジストのエッチング選択率が２．５より大きくなるように、１次エッチャント：２次エッチャント：キセノン体積流量比率が選ばれる。好適には、基板内の結晶粒界をエッチングする速度が、結晶粒をエッチングする速度と実質的に同等となるように、１次エッチャントに対する２次エッチャントの流量比率が選ばれる。よって、１次エッチャントに対する２次エッチャントの流量比率は、好適には約０．１：１から約２：１までであり、更に好適には約０．３：１から約０．５：１までである。
【００１２】
基板が実質的に異方性エッチングされるように、キセノン対１次エッチャント体積流量比率が選ばれることが好ましい。よって、キセノン：１次エッチャントの比は、好適には約０．１：１から約１：１までであり、更に好適には約０．２：１から約０．５：１までである。不動態被覆ガス：１次エッチャントの比は、好適には約１：１であり、更に好適には約０．６：１である。
【００１３】
【実施例】
本発明は、結晶粒界を有しレジストを有する基板をエッチングする反応イオンエッチング処理に向く。プロセスガスは、基板を含むエッチング領域に導入される。プロセスガスは酸素を含まず：ｉ）塩素、弗素及び臭素より成る群より選択される１次エッチャントと；ｉｉ）基板の結晶粒界のエッチングに適する２次エッチャントと；ｉｉｉ）キセノンとを備える。エッチング領域内では、実質的に酸素を含まないプラズマが発生し、基板を選択的にエッチングするエッチングガスがプロセスガスより生成する。
【００１４】
図１（ａ）、（ｂ）を参照すれば、基板２０は半導体、金属、ガラス若しくはセラミクスのウエハ２２であってもよい。基板２０は通常シリコン又はガリウムヒ素ウエハであり、その上に複数の層２４を有する。基板上の層２４は、金属、酸化物、窒化物、ポリシリコン若しくはケイ化物の層であってもよい。
【００１５】
実質的にエッチングに耐性を有する、フォトレジストや酸化物ハードマスク等レジスト材２６は基板層の最上面に塗布される。図１（ａ）によれば、レジスト２６はパターンを持ったオーバーレイで塗布されてもよい。レジスト２６のオーバーレイは基板部分を保護し、この保護された基板部分は、基板２０がエッチング処理された後に造作２８、即ち処理される半導体ディバイスになる部分である。今日の技術においては、造作２８は横方向に約０．５から約１０ミクロンの大きさで形成する事が可能であり、造作２８同士の間隙３０は少なくとも約０．５ミクロンのオーダーにする事が可能である。
【００１６】
基板２０は通常結晶粒及び結晶粒界を有している。結晶粒一つ一つは、実質的に整然とした結晶構造を有する。この結晶粒界とは結晶粒同士の界面の事であり、結晶粒の整然とした構造からの起点を表し、酸化薄膜等不純物を含有する事がある。
【００１７】
図２を参照すれば、本発明の実施に適した装置５０は、エッチング領域５４を有するエッチングチャンバー５２を備える。基板２０は通常エッチングチャンバー５２内のカソード５６上に置かれる。プロセスガスは、ガス流入口５８を通ってエッチングチャンバー５２内に導入される。そして、ガスは、「シャワーヘッド」拡散板６０を通過するが、この拡散板６０はエッチング領域５４内でプロセスガスを散布する。フォーカスリング６２を用いて、エッチング領域５４内でプラズマを実質的に維持してもよい。
【００１８】
貫通する複数の排気ノズル７２を有する障壁あるいはポンプ板７０は、エッチングチャンバー５２を、エッチング領域５４と非エッチング領域７４の二つの部分に分割する。排気口７２では、使用済みプロセスガス及び揮発性エッチング副生成物をエッチングチャンバー５２より排出するための排気ポート７６を通じて、真空ポンプにより流体を伝達する。反応装置５０は、エッチングチャンバー５２の周囲に電磁コイル８０を有し、エッチング領域５４内に形成されたプラズマを磁気的に励起する磁気的励起反応器であってもよい。
【００１９】
反応装置５０の使用時は、基板２０はカソード５６上に置かれ、プロセスガスがガス流入口５８を通りエッチング領域５４内に導入される。実質的に酸素を含まないプラズマがエッチング領域５４内に発生し、基板を選択的にエッチングするエッチングガスがプロセスガスより生成する。エッチングガスの流れは、矢印８２で示される。
【００２０】
１次エッチャントは、好適には塩素ガスである。２次エッチャントは、好適にはＢＣｌ３  、ＳｉＣｌ４  、ＣＣｌ４  及びこれらの混合体より成る群より選択され、更に好適には、２次エッチャントはＢＣｌ３  である。プロセスガスは、Ｎ２  、ＨＣｌ、ＣＨＦ３  、ＣＦ４  、ＣＨ４  及びこれらの混合体より成る群より選択される不動態被覆ガスを更に備えていてもよい。プロセスガスは、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ  のＥ．Ｉ．Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ社で製造される「ＦＲＥＯＮ−１４」等のクロロフルオロカーボンを、更に備えていてもよい。
【００２１】
プロセスガスの組成は、１次エッチャント：２次エッチャント：キセノン体積流量比率を調整することで、制御される。ここでの「体積流量比率」とは、他のガスの単位時間当たりの体積に対する、一方のガスの単位時間当たりの体積の比率の事である。ガスの流速は、質量流量コントローラーを用いて測定される。１次エッチャント対２次エッチャント対キセノンの３部比率が、エッチング速度、チャンバー壁上で見られる堆積物の量、並びにエッチング溝側壁上への堆積量を制御すると考えられている。
【００２２】
基板のレジストに対するエッチング選択比率が２．５を越えるように、１次エッチャント：２次エッチャント：キセノン体積流量比率が選ばれる事が好ましい。エッチング選択比率は、基板がエッチングされる速度をレジストがエッチングされる速度で割った値で定義される。キセノンをプロセスガスへ添加することにより、キセノンを含まないエッチングガスよりも高いエッチング選択性を有するプロセスガスを提供できる。しかし、キセノン添加量が多過ぎると、基板のエッチング速度が低下する。
【００２３】
基板上の結晶粒界のエッチング速度が、基板上の結晶粒のエッチング速度と実質的に同じになるように、２次エッチャントの１次エッチャントに対する体積流量比率が選ばれる。２次エッチャントの１次エッチャントに対する体積流量比率は、好適には約０．１：１から約２：１、更に好適には約０．３：１から０．５：１である。
【００２４】
レジストがエッチングされる速度より実質的に高い速度で、基板が実質的に異方性エッチングされるよう、キセノンの１次エッチャントに対する体積流量比率が選ばれる。キセノンの１次エッチャントに対する体積流量比率は、好適には約０．１：１から約１：１、更に好適には約０．２：１から約０．５：１である。
【００２５】
不動態被覆ガスの１次エッチャントに対する体積流量比率は、好適には約１：１未満であり、更に好適には０．６：１である。不動態被覆ガスの量が十分でない場合は、アンダーカット、即ちレジスト材の下がエッチングされる事態が発生する。不動態被覆ガスの量が過剰であった場合は、エッチング速度は低下し、チャンバー壁上や新たにエッチングされた溝上や、側壁上に、余分な堆積物を形成する。
【００２６】
プロセスガスは、毎分５０００オングストローム以上の基板エッチング速度が得られるに十分な流速で導入される。１次エッチャントの流速は、好適には約１０から約１００ｓｃｃｍ、更に好適には約４０から約６０ｓｃｃｍである。
【００２７】
プロセスガスがエッチング領域５４に導入された後、実質的に酸素を含まないプラズマが発生し、プロセスガスをエッチングガスに変える。エッチングガスは、基板２０をエッチングする。プラズマ発生に使用するＤＣバイアスは、一般に約−２５０から約−４５０ボルトであり、電力は通常約６００から約１０００ワットであり、更に好適には約７００から９００ワットであり、最も好適には約８００ワットである。
【００２８】
電子サイクロトロン共鳴、磁気励起反応器、誘導結合プラズマ等の方法で、プラズマは励起される。好適には、磁気励起反応器を使用する。反応器内の磁界は、プラズマ中に形成されるイオンの濃度が増加するに十分強い必要があるが、ＣＭＯＳゲート等の造作を損ねるチャージアップ損傷を誘発するほど強くする必要はない。一般に、ウエハ表面上の磁界は５００ガウスを越えることはなく、通常約１０から約１００ガウスであり、更に好適には約２０から約８０ガウスである。チャンバーは通常約１ミリトール（ｍＴｏｒｒ）  から約３００ミリトールの圧力に維持され、好適には少なくとも約１００ミリトール、最も好適には約１００ミリトールから約２００ミリトールである。
【００２９】
カソードは、カソードの下方にあるランプ等熱源を用いて加熱される。カソードは、好適にはエッチング副産物が揮発するに十分高い温度であって、新たにエッチングされた溝の側壁上の不動態被覆堆積物の薄層が揮発しない十分低い温度に加熱される。カソードは、通常約５０℃から約１００℃に加熱され、更に好適には約６０℃から約９０℃に加熱される。ウエハの背面を約１０トールの圧力のヘリウムを流して、ウエハの温度を制御してもよい。
【００３０】
チャンバー壁上への堆積物の形成を減少するため、チャンバー壁の金属を加熱する必要がある。チャンバー壁は、好適には基板の温度より低い温度であって約４５℃から約８５℃に加熱され、更に好適には約６５℃に加熱される。
【００３１】
エッチング処理の間、処理条件は変化してもよい。例えば、基板上の多層をエッチングする場合、通常複数の段階の処理になる。各段階における処理条件は、エッチングされる層によって決められてもよい。
【００３２】
ウエハのエッチング後、ドライストリッッピング又はドライストリッピングとウエット処理との組合わせにより、残留レジスト材及びウエハ造作上の側壁堆積物を除去した。ドライストリッピングは、「ＢＲＡＮＳＯＮ  」レジストエッチャーを用いて処理時間７５分で行うか、「ＧＡＳＯＮＩＣＳ」レジストストリッパを用いて２分で処理するかの何れかの方法で行われていた。ウエット処理は、「ＡＣＴ−１５０  」の商標で販売される既存のストリッピング製品を用いて９０℃で１０分間の浸漬で行われるか、「Ａｓｈｌａｎｄ  ＲＯＡ  」の商標で販売される既存のエチレングリコールベースのストリッピング溶剤中に３分浸漬するか何れかの方法で行われてもよい。
【００３３】
以下の実施例によって、本発明の有効性を示す。実施例は、磁気励起反応性イオン反応器、特に、アルミニウムエッチングＰｈａｓｅ  ＩＩ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｋｉｔを用いた、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ    のＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  社より入手可能な「Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ５０００」Ｍａｒｋ  ＩＩ  システムを用いて行われた。
ウエハは、直径２００ｍｍ（８インチ）のシリコンウエハに、順に厚さ０．１ミクロンのチタン層；銅０．５％を含有した１ミクロンのアルミニウム層；０．０４ミクロンのＴｉＮ；そして選択された領域への厚さ約１．５ミクロンのレジストを被覆されたものを使用した。レジストには、ｇ線フォトレジスト材を使用した。レジストはウエハ表面積の約５０％に塗布され、間隔及び大きさの異なる造作が描かれた。最も高密度の造作は、その間隔が約０．８ミクロンであり、造作の幅は通常０．６ミクロンであった。
【００３４】
エッチング前に、ウエハは全て１１０℃で３０分間ベークされた。エッチング処理終了後、ウエハは蒸留水でリンスされ、１００℃で３０分間ベークされた。
【００３５】
以下に示す実施例の中で、エッチング済ウエハのＳＥＭ写真を用いて（ｉ）フォトレジストの残存、（ｉｉ）側壁平滑性、（ｉｉｉ）プラズマエッチング処理直後又は上述のドライ／ウエットストリップ工程後に造作に残存した堆積物の量の評価に用いられることがあった。部分的にエッチングされたウエハにおける造作の深さを測定して、エッチング速度を計算した。
【００３６】
複数の段階でウエハがエッチングされた場合、光学放出技術（ｏｐｔｉｃａｌ  ｏｍｉｓｓｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いてチャンバーから排気されるガスの組成を監視し、エッチングの進行を監視した。このガスの組成が変化した時は、１つの層が終わりまでエッチングされ、これから第２の層がエッチングされる事を示していた。この時、プロセスガスの組成及び他の処理条件が変化し、これからエッチングされる層へのエッチング効率が大きくなる。
【００３７】
実施例１−２
プロセスガスにキセノンを添加した場合のエッチング処理をキセノンを含まない場合と比較するため、表１に示すように２種類の実験が行われた。ＢＣｌ３  及びキセノンの流速のみを実験中に変化させた。キセノンを添加した実施例２の方がエッチング選択性が高く側面形状の微小充填度が良好であった事が、認められた。またエッチング後に残存したフォトレジスト層の厚さは、実施例１では０．８ミクロン残っていたのに対し、実施例２では０．９ミクロンであった。よって、キセノンの添加によって、エッチング選択性及び側面形状の微小充填度が向上した。
【００３８】
【表１】
0003574680.tif 000002
【００３９】
実施例３−４
実施例３及び４の処理条件は表２に示す通りである。ウエハは３段階：予備エッチング、主エッチング、最終エッチング：で処理された。予備エッチングは、ＴｉＮ上側層を貫通しこの下のアルミニウム層をエッチングしようとする時点まで行われた。主エッチングは、アルミニウム層を終わりまでエッチングした時点、あるいは底部の終点（Ｅｎｄ  Ｐｏｉｎｔ  ａｔ  Ｂｏｔｔｏｍ）  を表す「ＥＰＢ」までエッチングした時点まで行われた。全段階において、チャンバーから排出されるガスの組成を光学放出技術を用いて監視して、エッチングの進行状況を監視した。エッチングチャンバーより排出されるガス中のアルミニウム含量が実質的に減少した時点をもって、ＥＰＢと決めた。最終エッチングは、ＴｉＮ下層がエッチングされる時点まで行われた。
【００４０】
【表２】
0003574680.tif 000003
【００４１】
実施例３及び４によれば、主エッチングの段階でのキセノン添加が堆積物の生成を減少する工程を提供しフォトレジスト対金属の高いエッチング選択比を提供する事が、明らかになった。エッチング後のフォトレジスト層の厚さは、実施例３では０．９８ミクロン残っていたのに対し、キセノンを用いた実施例４では１．１２ミクロンであった。
【００４２】
実施例５−１４
この一連の実施例では、１次エッチャント：２次エッチャント：キセノンの比率を、Ｌ９  （３４  ）直交行列を使った要因設計を用いて変化させた。電力、Ｘｅ：Ｃｌ２  比、Ｎ２  ：Ｃｌ２  比、ＨＣｌ：Ｃｌ２  比の４つの処理変数に対して、表３に示すように３つのレベルの値を選択した。
【００４３】
【表３】
0003574680.tif 000004
【００４４】
【表４】
0003574680.tif 000005
【００４５】
これらの実施例では、圧力は２００ミリトールに維持され磁界は２０ガウスに維持された。カソード温度は８０℃に、チャンバー壁温度は６５℃に維持された。ウエハの背面には圧力１０トールのヘリウムガスを流した。塩素ガスの流速は８０ｓｃｃｍに維持され、ＢＣｌ３  の流速は全プロセスガスの流速を合せた流速の９％に一定で維持された。ストリッピング操作後に残存していた残留物、造作の側壁の粗さ及びエッチング選択比の各測定の結果、これら実施例の中で、電力レベルが７００ワット、キセノン：塩素ガスの比が０．５、窒素ガス：塩素ガスの比が０．２という条件の実施例５が最良の結果を提供した。
【００４６】
造作同士が接近しているか否かにかかわらず、造作２８の側壁９０が下方のウエハから８５°〜９０°の角を成して、縦断面の微小充填度が減少した。しかし、実施例の多くでは、新たにエッチングされた造作の側壁のエッジは粗く、これは望ましい事ではない。エッジが粗くなる理由は、造作２８の側壁９０上に形成される不動態堆積物の量が不十分な事と考えられる。電力レベル及びＸｅ／Ｃｌ２  比が増加すれば側壁の粗さも増大した。
【００４７】
エッチング速度についても、満足できる結果が得られた。アルミニウム層のエッチング速度は実質的に変化しなかったが、エッチング選択比（エッチング後に基板に残ったフォトレジスト層の厚さ「ＰＲ残存」によって示される）は電力レベルによって変化した。電力が高い場合は、エッチング後のフォトレジスト残存量は少なくなった。
【００４８】
側壁９０上への堆積物もまた、減少した。しかし、キセノンガスの流量が高い場合は、ウエハ基板２０上の造作の密集する部分において、造作２８の側壁９０上への堆積物は増加した。
【００４９】
微小寸法の測定は、ウエハの中心及びウエハのエッジにおける最も小さい造作に対して行われる。このウエハの最小造作の幅は、約０．６ミクロンである必要があった。しかし、走査電子顕微鏡を用いた測定によれば、０．６ミクロンより小さな幅が測定された。電力を高めＸｅ：Ｃｌ２  を増加すれば微小寸法が減少する事が、この測定によって見出された。
【００５０】
実施例１５−２７
実施例１５から２７までの処理条件は、表５に示される通りである。従来技術であるＣｌ２  ／ＢＣｌ３  ／Ｎ２  のプロセスガス組成を備えた実施例１５を、キセノンを含んだ実施例と比較するためのベースラインとして用いた。実施例１６−２７は、造作２８の側壁９０の粗さを減少し、ウエハの造作が多数近接する領域への堆積物９２量を減少する事を試みた実験である。
【００５１】
【表５】
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【００５２】
これら一連の実施例によれば、磁界を２０ガウスより６０ガウスまで増加しＣｌ２  流速を約５０ｓｃｃｍまで落とすことにより、多数の造作が近接するウエハの領域における残留物９２を減少できることが示されている。また一般に、実施例２７のように１００ミリトールという低い圧力での処理や、実施例２２のようにカソード温度の低い処理は、滑らかな側壁を持つ造作を提供した。
【００５３】
実施例１６では、実施例１５のＢＣｌ３  をキセノンで置き換えることにより、側壁への堆積が薄くなった。実施例１７では実施例１６の処理条件にＢＣｌ３  を加えて実験を行い、残留物の除去にはＢＣｌ３  が必要であることを示した。キセノンを除いた実施例１８では、残留物が多く形成された。実施例１９では、塩素ガスの量を減らし磁界を高めることで、残留物の形成が減少した。実施例２０では、電力レベルを幾分下げることで側壁の平滑性を向上した。実施例２１では電力レベルを更に下げてみたところ、Ｔｉ層のエッチングにおいてアンダーカットが生じた。実施例２２ではカソード温度を低く維持したが、ウエハの造作密集領域で残留物の量が増加した。実施例２３ではＣＦ４  を添加したが、残留物の蓄積量が増加した。実施例２４では、ＨＣｌの添加により残留物の蓄積量が増加した。実施例２５では窒素ガスの量を増加することにより、縦断面の微小充填度が向上した。実施例２６においては、カソード温度の上昇は残留物を減少させなかった。実施例２７では、圧力の低下が基板の空き領域への残留物の増加を招いた。
【００５４】
本発明に従った処理によれば、高い（毎分５０００オングストロームより高い）エッチング速度、基板対レジストの良好なエッチング選択性、及びレジストの下に形成された造作の側壁の満足な縦断面が提供される事が、これら一連の実施例によって示された。
【００５５】
尚、ここでは本発明に好適な具体例を引用して詳細な説明を行ってきたが、他の形態での実施も可能である。例えば、本発明のエッチング処理を、半導体ウエハの代わりに基板をエッチング処理する事に利用する等である。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきた様に、本発明は、レジストエッチング速度より高い基板エッチング速度で、造作側壁上に適切な量の不動態被覆層を形成するエッチング処理の方法を提供する。従って、本発明のエッチング方法を用いれば、良好な側面形状の微小充填度を備え、基板対レジストのエッチング選択性を向上した異方性エッチングを実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（１）は、レジストを塗布したウエハの縦断面図であり、（２）はエッチング処理後のレジストを塗布したウエハの縦断面図である。
【図２】本発明のエッチング処理に好適な装置の縦断面図である。
【符号の説明】
２０…基板、２２…ウエハ、２４ａ、ｂ、ｃ…層、２６…レジスト、２８…造作、３０…間隙、５０…装置、５２…エッチングチャンバー、５４…エッチング領域、５６…カソード、５８…ガス流入口、６０…拡散板、６２…フォーカスリング、７０…ポンプ板、７２ａ、ｂ…排気ノズル、７６…排気ポート、８０…電磁コイル、８２…矢印。
【図１】
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【図２】
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