(57)【要約】【課題】  ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜をドライエッチングする際に、それぞれの膜を平滑かつ高速にドライエッチングでき得る好適なガスおよびドライエッチング方法を提供すること。【解決手段】  ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜をエッチングする方法において、エッチングガスとして少なくとも三フッ化窒素（ＮＦ３）とＮＦ３以外のハロゲン化ガスを含む混合ガスを用いてエッチングするドライエッチング方法、更に該混合ガスが、ＮＦ３とＮＦ３以外のハロゲン化ガスの他に、酸素および／または希ガスを一種又は二種以上含有する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜をエッチングする方法において、エッチングガスとして少なくとも三フッ化窒素（ＮＦ３）とＮＦ３以外のハロゲン化ガスを含む混合ガスを用いてエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
該混合ガスが、ＮＦ３とＮＦ３以外のハロゲン化ガスの他に、酸素および／または希ガスを一種又は二種以上含有するものである請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
該希ガスが、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）ならびにキセノン（Ｘｅ）から選ばれるものである請求項２に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
ＮＦ３以外のハロゲン化ガスが、塩素原子を含むものである請求項１〜３に記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
該混合ガスに占めるＮＦ３以外のハロゲン化ガスの割合が、標準状態での体積換算で１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下である請求項１〜４に記載のドライエッチング方法。
【請求項６】
該ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜が、Ａｌでマスクされた単結晶、多結晶もしくはアモルファスＳｉＣである請求項１〜５に記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチング方法に関する。更に詳しくは、ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜を平滑性よく、高速でエッチング除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、ケイ素（Ｓｉ）と比較して２．８倍のバンドギャップ、絶縁破壊電界５．３倍、更に熱伝導率は３．３倍という物性を持ち、低抵抗、放熱性の高さが要求されるデバイスとして大きな可能性を秘めている材料である。この炭化ケイ素（ＳｉＣ）のエッチング方法としては、例えば非特許文献１に記載のＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３等のＦ系のガスプラズマを用いた技術やそれらにＯ２、Ａｒを添加した混合ガスプラズマでエッチングする技術等が知られており、また、特許文献１にはＮＦ３にＮ２を含有するガスを添加した混合ガスでエッチングする技術が開示されている。
【０００３】
しかしながら、これらの技術はエッチング後の表面に荒れが生じたり、堆積物がエッチングを阻害したりする等の問題点があり、素子の作製プロセス中のエッチングには、平滑性よく、更に高速にドライエッチングできる技術の開発が求められている。
【０００４】
また、ＡｌのエッチングにはＡｌとの化合物の蒸気圧が大きい塩素原子含むＣＣｌ４、Ｃｌ２、ＨＣｌ等のＣｌ系やＢｒ２、ＢＢｒ３等のＢｒ系のガスが用いることが知られている。更に、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣ等から構成される多層膜のエッチングガスとしては、例えば特許文献２に、ＳＦ６、ＮＦ３、ＸｅＦ２、Ｆ２、ＣｌＦ３の単独ガスあるいは混合ガスでＳｉ及び下地膜であるＳｉＯ２をプラズマエッチングすることが開示されている。しかしながら、実際に実施されているのはＳＦ６の単独ガスによるもののみであり、併用しているものはない。
【０００５】
一方、Ｓｉ、ＳｉＯ２やＳｉＣエッチングの際のマスク材料としては、主にＮｉ、Ａｌ、ＩＴＯ、Ｃｒ、ＳｎＯ２、ＳｉＯ２やフォトレジスト等が用いられ、一般にはＡｌが用いられることが多い。しかし、非特許文献２にも記載されているように、ＣＦ４とＯ２の混合ガスで反応性イオンエッチング法によりＳｉＣをエッチングする際に、ＳｉＣ表面にＡｌ、Ｆ、Ｏがマイクロマスクとして残存し、エッチングが進行しないという問題があった。
【０００６】
即ち、ＣＦ４、ＮＦ３、ＣＣｌ４、ＣＦ４＋Ｏ２やＮＦ３＋Ｏ２ガスプラズマを用いてＳｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣやＡｌをエッチングする技術についての検討は十分行われているが、半導体の多層配線で使用されるようなＳｉ、Ｃ、Ｎ及びＯより選ばれる二種以上の元素からなる下地膜（但し、Ｓｉ、Ｃは単体の場合もある）上に形成されたＳｉＣ膜を、Ａｌをマスクに用いてエッチングする際に、エッチング表面に残留物が残ることなく平滑に、かつ高速にドライエッチングできる技術についての検討はまだまだ不十分であり、この技術の開発が望まれていた。
【特許文献１】特開２００２−１１０６４４号公報
【特許文献２】特開平８−２５５７８６号公報
【非特許文献１】Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ｂ）２０２  １９９７  Ｐ．６０５
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ６７（３）  １９９５  Ｐ．３６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜を平滑性よく高速にドライエッチングできる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討した結果、ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜をエッチングする方法において、エッチングガス中に少なくともＮＦ３とＮＦ３以外のハロゲン化ガスを含む混合ガスを用いてエッチングすることにより、平滑性よく高速にドライエッチングすることが可能であることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
即ち本発明は、下記で示すものである。
（１）ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜をエッチングする方法において、エッチングガスとして少なくとも三フッ化窒化（ＮＦ３）とＮＦ３以外のハロゲン化ガスを含む混合ガスを用いてエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法、好ましくは、
（２）該混合ガスが、ＮＦ３とＮＦ３以外のハロゲン化ガスの他に、Ｏ２および／または希ガスを一種又は二種以上含有するものである（１）に記載のドライエッチング方法、より好ましくは、
（３）該希ガスが、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれるものであり、更に好ましくは
（４）ＮＦ３以外のハロゲン化ガスが、塩素原子を含むものである（１）〜（３）に記載のドライエッチング方法であり、より更に好ましくは
（５）該混合ガスに占めるＮＦ３以外のハロゲン化ガスの割合が、標準状態での体積換算で１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下である（１）乃至（４）に記載のドライエッチング方法、更に好ましくは、
（６）該ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜がＡｌでマスクされた単結晶、多結晶もしくはアモルファスＳｉＣである（１）〜（５）に記載のドライエッチング方法に関するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜を、平滑性よく高速にドライエッチングすることが可能であるため、これまで平滑性よく高速にエッチングすることが困難であったＳｉＣ系半導体多層膜デバイスの加工が容易になり、高歩留まり化を実現することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のドライエッチング方法は、ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜のドライエッチング方法において、エッチングガスとして、少なくともＮＦ３とＮＦ３以外のハロゲン化ガスを含む混合ガスを用いて行うことを特徴とするものである。
【００１２】
このＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜は、最外層がＡｌをマスクとしたＳｉＣ層であれば特に制限はなく、好ましくはＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜を有する半導体多層膜であり、その場合、Ｓｉ、Ｃ、Ｎ及びＯより選ばれる二種以上の元素からなる下地膜（但し、Ｓｉ、Ｃは単体の場合もある）上に形成された、ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜であることが好ましい。半導体多層膜の構成としては、組成の異なるものが複数形成された半導体多層膜であることが好ましく、これらの具体例を示すと、アモルファスＣ／アモルファスＳｉ／ＳｉＣ／Ａｌ、単結晶Ｓｉ／ＳｉＯ２／ＳｉＣ／Ａｌ、単結晶Ｓｉ／多結晶Ｓｉ／ＳｉＯ２／ＳｉＮ／ＳｉＣ／Ａｌ、アモルファスＣ／多結晶Ｓｉ／ＳｉＮ／ＳｉＣ／Ａｌ等が挙げられる。
【００１３】
本発明において、ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜とは、好ましくはＡｌでマスクされた単結晶、多結晶もしくはアモルファスＳｉＣであり、より好ましくはＡｌでマスクされた単結晶ＳｉＣ膜である。半導体多層膜の具体例としては、上記に示す通り、例えば各層はＳｉ、Ｃ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等であるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
また、半導体多層膜の積層方法は特に限定されないが、例として実施例ではＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；プラズマ強化化学堆積）法を用いて、基板のアモルファスＣ上にアモルファスＳｉ膜、ＳｉＣ膜を堆積する方法を挙げることができる。この際、アモルファスＳｉ膜の原料としてはＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６等が挙げられるが、これに限定されるものではない。また、ＳｉＣ膜原料にも同様にＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６や（ＯＣ２Ｈ５）Ｓi等の有機シラン化合物が挙げられるが、これに限定されるものではない。マスクとして用いるＡｌはスパッタリング法で堆積することが可能であるが、特にこれに限定されるものではない。
【００１５】
下地膜は特に限定されるものではなく、積層数は複数であることが好ましく、より好ましくは２〜５層程度である。各層の膜厚に関しても特に制限があるわけではないが、５ｎｍから５０００ｎｍが好ましく、より更に好ましくは１０から３０００ｎｍである。例えば５層構造の場合、最上層第１層は１０から２０００ｎｍ、第２層は１５から２０００ｎｍ、第３層は２０から３０００ｎｍ、第４層は２０から１５００ｎｍならびに最下層の第５層は３０から３０００ｎｍが好ましい。
【００１６】
本発明方法は、エッチングガスとして、三フッ化窒素（ＮＦ３）とＮＦ３以外のハロゲン化ガスを含むことが重要であり、更に好ましくはこの混合ガスに、Ｏ２および／または希ガスを一種又は二種以上含有するものが好ましい。
【００１７】
希ガスの好ましい例として、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等が挙げられ、より好ましくはＡｒである。これらの希ガスは、一種のみの使用でも数種混合して用いても問題ない。
【００１８】
三フッ化窒素以外のハロゲン化ガスとしては、塩素原子、フッ素原子、臭素原子等のハロゲン原子を一つ以上含み、常温でガス状態であるものならば特に制限はないが、好ましい具体例としてＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ２Ｆ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＣｌ４、ＣＣｌＦ３、ＡｌＦ３、ＡｌＣｌ３等が挙げられる。より好ましくは、Ａｌとの化合物の蒸気圧が大きい塩素原子含むガスであり、その具体例としてＣＣｌ４、ＣＣｌＦ３、ＡｌＣｌ３等が挙げられ、より更に好ましくはＣＣｌ４である。
【００１９】
本発明方法において、これらの混合ガスの全流量は１００ｓｃｃｍ以下が好ましく、より好ましくは５０ｓｃｃｍ以下である。それぞれのガスの混合方法については特に制限があるわけではないが、それぞれ独立にチャンバーに導入することが好ましく、より更に好ましくはそれぞれ独立に、かつ基板上にそれぞれのガスが直接供給される方法がよい。
【００２０】
また、混合ガスに占めるＮＦ３以外のハロゲン化ガスの割合は、標準状態での体積換算で１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下であることが好ましく、より好ましくは５ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下である。また、混合ガス中のＮＦ３の割合は７０ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下であることが好ましく、より好ましくは７５ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下である。また、Ｏ２の割合は好ましくは１０ｖｏｌ％以上２０ｖｏｌ％以下、より好ましくは１５ｖｏｌ％以上２０ｖｏｌ％以下であり、希ガスの割合は０ｖｏｌ％以上５ｖｏｌ％以下が好ましく、より好ましくは３ｖｏｌ％以上５ｖｏｌ％以下である。これらの使用量の範囲である場合、特にエッチング後のＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜表面が平滑に、またＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜のエッチング速度が大きく好ましい。
【００２１】
本発明のドライエッチング方法の具体的な態様の一例を示すと、例えばＳｉ、Ｃ、Ｎ及びＯより選ばれる二種以上の元素からなる下地膜（但し、Ｓｉ、Ｃは単体の場合もある）上に形成された、ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜を反応室のカソード電極上に導入し、カソード電極に電圧を印加することにより、エッチングガス中に少なくともＮＦ３とＮＦ３以外のハロゲン化ガスを含む混合ガスを用いてプラズマを発生させ、ドライエッチングをおこなう方法を挙げることができる。
【００２２】
本発明のドライエッチング方法において、基板温度としては好ましくは３０℃〜２００℃であり、より好ましくは５０℃〜１００℃である。エッチングの際の圧力には特に制限があるわけではないが、好ましくは低圧であり、より好ましくは５Ｐａ以下である。また、印加電力に関しても同様に特に制限があるわけではないが、好ましくは３０Ｗ〜２５０Ｗ程度であり、さらに好ましくは５０Ｗ〜１５０Ｗ程度である。また、周波数は１ＭＨｚ以上、１５０ＭＨｚ以下であることが好ましい。さらに好ましくは、５ＭＨｚ以上、８０ＭＨｚ以下であり、より更に好ましくは１３．５６ＭＨｚ以上、５０ＭＨｚ以下である。
【００２３】
ドライエッチング装置としては特に制限されるわけでなく、例えばバレルタイプ、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ；反応性イオンエッチング）、ＭＥＲＩＥ（Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ；マグネトロン反応性イオンエッチング）、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ；誘導結合プラズマ）、ＮＬＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｌｏｏｐ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；中性線放電）、またはＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；電子サイクロトロン共鳴）等の各種方式を応用した装置が用いられるが、好ましくはプラズマの発生とイオンの入射エネルギーとを独立して制御できるエッチング装置であるＩＣＰ方式もしくはＥＣＲ方式である。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
尚、エッチング面の底面荒れについては、１００００ｎｍ×１００００ｎｍのエッチング面を、日立建機ファインテック社製の原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；以下、ＡＦＭと省略）ＷＡ−１３００で観察し、ＡＦＭ像から求めた、表面荒れを表す値である自乗平均面荒さ（Ｒｏｏｔ−Ｍｅａｎ−Ｓｑｕａｒｅ；以下、ＲＭＳと省略）値で比較した。
【００２５】
また、エッチング速度の算出は、あらかじめエッチングを行う前にレジストであるＯＦＴＲ５０００にてＳｉＣ膜上にパターンを描き、エッチングＳｉＣ薄膜部分と残存させる多層膜薄膜部分とに区分けした。エッチング終了後、レジスト剥離液でレジストを除去した後、断面ＳＥＭで観察することによりエッチング深さを測定して、エッチング時間で除することにより求めた。
【００２６】
実施例１
図１に示すような多層構造を有する多層膜をドライエッチングした。図1中、１は５ｍｍ角のアモルファスＣ基板（膜厚：５００ｎｍ）、２はのアモルファスＳｉ（膜厚：１０００ｎｍ）、３はＳｉＣ（膜厚：１３００ｎｍ）であり、４はマスクのＡｌ（膜厚：１００ｎｍ）である。アモルファスＣ／アモルファスＳｉ／ＳｉＣ多層膜を容量結合型の高周波電極を備えた装置の印加電極上に設置し、真空引きを行った。１×１０-２Ｐａ以下の真空度が得られた後に、基板を９０℃に加熱し、ドライエッチングガスとしてＮＦ３；３ｓｃｃｍ、ＣＣｌ４；５ｓｃｃｍ（標準状態での堆積換算で５％）、Ｏ２；２ｓｃｃｍの混合ガスを用い、この混合ガスを１０ｓｃｃｍ流し、１３．５６ＭＨｚの高周波電源より１００Ｗの電力を基板設置電極に印加してプラズマを発生させ、高周波プラズマ雰囲気中でドライエッチングを５分間行った（装置内圧力１．５Ｐａ）。
【００２７】
多層膜のドライエッチングは完全に進行しており、エッチング面の平滑性は、ＲＭＳ値で３．２であり、エッチング速度は１２５ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００２８】
実施例２
ドライエッチングガスとして、ＮＦ３；３ｓｃｃｍ、ＣＣｌ４；５ｓｃｃｍ（標準状態での堆積換算で５％）、Ｏ２；１ｓｃｃｍとＡｒ；１ｓｃｃｍの混合ガスを用いた以外は実施例1と同様にして多層膜のエッチングを５分間行った。多層膜のドライエッチングが完全に進行しており、ＲＭＳ値は３．３であり、エッチング速度は１１０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００２９】
実施例３
ドライエッチングガスとして、ＮＦ３；３ｓｃｃｍ、ＣＣｌ４；１ｓｃｃｍ、Ｏ２；２ｓｃｃｍならびにＡｒ；４ｓｃｃｍの混合ガスを用いた以外は実施例1と同様にして多層膜のエッチングを５分間行った。エッチングは完全に進行しており、ＲＭＳ値は３．５であり、エッチング速度は１０５ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００３０】
実施例４
ドライエッチングガスとして、ＮＦ３；３ｓｃｃｍ、ＣＦ４；５ｓｃｃｍ、Ｏ２；２ｓｃｃｍの混合ガスを用いた以外は、実施例1と同様の方法にてエッチングをおこなった。エッチングは進行し、ＲＭＳ値は３．８であり、エッチング速度は８０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００３１】
比較例１
ドライエッチングガスとして、ＮＦ３；５ｓｃｃｍとＯ２；５ｓｃｃｍの混合ガスを用いた以外は実施例１と同様の方法にてエッチングをおこなった。エッチング時間５分でエッチングは進行したが、ＲＭＳ値は４．１、エッチング速度は７０ｎｍ/ｍｉｎであった。
【００３２】
比較例２
ドライエッチングガスとして、ＣＣｌ４；５ｓｃｃｍとＯ２；５ｓｃｃｍの混合ガスを用いた以外は、実施例1と同様の方法にてエッチングをおこなった。比較例1と同様、エッチングは進行したが、ＲＭＳ値は４．９、エッチング速度は６５ｎｍ/ｍｉｎでありさらにＲＭＳ値は大きくなり、エッチング速度は低下した。
【００３３】
実施例、比較例で示したように、本発明のエッチング方法ではＳｉ、Ｃ、Ｎ及びＯより選ばれる二種以上の元素からなる下地膜（但し、Ｓｉ、Ｃは単体の場合もある）上に形成されたＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜を、エッチングガスとして少なくともＮＦ３とＮＦ３以外のハロゲン化ガスを含む混合ガスを用いて、極めて平滑性よく、高速にエッチングできた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のドライエッチング方法により、ＡｌをマスクとしたＳｉＣ膜を、平滑性よく高速にエッチングでき、ショットキバリヤー・ダイオードやＭＯＳＦＥＴ等の低抵抗、放熱性の高さを要求するデバイスのドライエッチングに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例で用いた多層構造を示す図であり、本発明方法の一例である。
【図１】
2005302795.tif 000002