(57)【要約】【課題】  半導体基材のタングステン膜を略常圧場においてプラズマエッチングする。【解決手段】  供給源２のプロセスガスをプラズマ放電空間１ａにてプラズマ化し、エッチングすべきタングステンが被膜された基材９０に吹付ける。前記プロセスガスとして、ＣＦ４をはじめとするフッ素系ガス等のハロゲン系ガスと、酸素の混合ガスを用いる。プロセスガスの総流量に対するハロゲン系ガスの流量比は、３０〜７５ｖｏｌ％とする。基材の温度は、５０〜１２０℃にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略常圧場において、プロセスガスをプラズマ化して基材に吹付け、基材表面に被膜されたタングステンをプラズマエッチングする方法であって、前記プロセスガスとして酸素とハロゲン系ガスの混合ガスを用いることを特徴とするタングステンの常圧プラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記ハロゲン系ガスの流量比が、プロセスガスの総流量に対し３０〜７５ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１に記載のタングステンの常圧プラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記ハロゲン系ガスが、フッ素系ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載のタングステンの常圧プラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記フッ素系ガスが、ＣＦ４またはＣ２Ｆ６であることを特徴とする請求項３に記載のタングステンの常圧プラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記基材を、５０〜１２０℃の温度にしてエッチングを行なうことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のタングステンの常圧プラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、略常圧場においてタングステンをプラズマエッチングする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タングステンは、例えば多層半導体基板において各層の配線を繋ぐ導電材料として用いられている。
【０００３】
特許文献１には、タングステンをエッチングするためのプロセスガスとして、ＳＦ６等のフッ素系ガスと窒素の混合ガスを用いることが記載されている。該文献１では、例えば８．７Ｐａの低圧場でエッチング処理を行なっている。
【０００４】
また、低圧プラズマエッチングでは、タングステン用のプロセスガスとしてＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｃｌ２等のハロゲン系ガスを用いることが知られている。この種ハロゲン系ガスは、プラズマによって電離、解離され、タングステンフッ化物やタングステン塩化物等となって気化し、除去される。なお、フッ化物の沸点は１７．１℃であり、塩化物の沸点は３４７℃であるため、ハロゲン系の中でもフッ化系のガスを用いたほうが、エッチングレートをより高くすることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１４７２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、タングステンは低圧場ではエッチング可能である。しかし、常圧場でエッチングする技術は、未だ実現していなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者は、タングステンを常圧場でプラズマエッチングすべく、鋭意、実験研究を行なった。その結果、フッ素系等のハロゲン系ガスに酸素を混合することにより、エッチングし得ることが判明した。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、略常圧場において、プロセスガスをプラズマ化（励起、活性化）して基材に吹付け、基材表面に被膜されたタングステンをプラズマエッチングする常圧プラズマエッチング方法であって、前記プロセスガスとして酸素とハロゲン系ガス（ハロゲンガスまたはハロゲン化合物ガス）の混合ガスを用いることを特徴とする。
【０００８】
なお、本発明における略常圧（大気圧近傍の圧力）とは、１．３３３×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａの範囲を言う。特に、９．３３１×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａの範囲は、圧力調整が容易で装置構成が簡便になり、好ましい。
【０００９】
ここで、前記ハロゲン系ガスの流量比が、プロセスガスの総流量に対し３０〜７５ｖｏｌ％であることが好ましい。
前記ハロゲン系ガスとして、フッ素系、塩素系、臭素系等を用いることができる。特に、フッ素系ガス（フッ素またはフッ素化合物ガス）を用いると、常圧エッチングしやすくなり、好ましい。フッ素系ガスの中でも、ＣＦ４またはＣ２Ｆ６を用いると、安全性を高めることができ、より好ましい。
【００１０】
前記基材を、５０〜１２０℃の温度にしてエッチングを行なうのが望ましい。これによって、エッチングレートを一層確実に高くできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、略常圧場においてタングステンをプラズマエッチングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明は、半導体基材の表面に被膜されたタングステンを略常圧場でプラズマエッチングするのに適用される。本発明方法は、図１に例示する常圧プラズマエッチング装置Ｍを用いて実施される。装置Ｍは、処理ヘッド１と、この処理ヘッド１に接続されたプロセスガス供給源２および電源３（電界印加手段）並びに排気ポンプ４と、処理ヘッド１の下方に配されたステージ５とを備えている。ステージ５上に、エッチングすべき半導体基材９０が配置される。ステージ５は、ヒータ６（基材加熱手段）にて加熱される。ひいては、基材９０が加熱されるようになっている。基材９０の加熱温度は、５０〜１２０℃が好ましい。装置Ｍおよび基材９０は、略常圧場に置かれている。
【００１３】
処理ヘッド１には、一対をなす電極１１，１２が収容されている。一方の電極１１が、電源３に接続されて電界印加電極となり、他方の電極１２が、接地されて接地電極となっている。なお、電源３は、例えばパルス波形の電圧を出力するようになっている。このパルスの立上がり時間及び／又は立下り時間は、１０μｓ以下、パルス継続時間は、２００μｓ以下、電界強度は１〜１０００ｋＶ／ｃｍ、周波数は０．５ｋＨｚ以上であることが望ましい。パルス波に限らず、正弦波等の連続波を出力するようになっていてもよい。
【００１４】
少なくとも一方の電極１１または１２の対向面には、固体誘電体層が被膜されている。これら電極１１，１２どうしの間に通路１ａが形成されている。プロセスガス供給源２からプロセスガス供給路２ａが延び、電極間通路１ａの上端部（上流端）に連なっている。電極間通路１ａの下流端は、処理ヘッド１の下端部の吹出し孔１ｂに連なっている。吹出し孔１ｂは、例えばスポット状をなしている。
【００１５】
更に、処理ヘッド１の下端部には、吸込み孔１ｃが形成されている。吸込み孔１ｃは、吹出し孔１ｂの直近外周において吹出し孔１ｂを囲んでいる。吸込み孔１ｃは、吸引路４ａを介して排気ポンプ４に連なっている。
【００１６】
常圧プラズマエッチング装置Ｍのプロセスガス供給源２は、プロセスガスとしてＣＦ４（ハロゲン系ガス）と酸素を別々に貯えるとともに、適量ずつ混合してプロセスガス供給路２ａに送出するようになっている。プロセスガス成分を液相で貯え、気化器にて気化するようになっていてもよい。ＣＦ４の流量比は、プロセスガス（ＣＦ４＋Ｏ２）の総流量に対し３０〜７５ｖｏｌ％の範囲内で設定される。
【００１７】
このプロセスガスが、供給路２ａを経て、電極間通路１ａに導入される。一方、電源３から電界印加電極１１への電圧供給により電極間通路１ａに電界が印加され、プラズマ放電が形成される。放電形態は、グロー放電が望ましいが、コロナ放電や沿面放電やアーク放電であってもよい。この放電によって、プロセスガスがプラズマ化（励起、活性化）される。このプラズマ化したプロセスガスが、処理ヘッド１の下端の吹出し孔１ｂから吹出され、基材９０の上面（表面）に吹付けられる。
【００１８】
これによって、基材９０のタングステン膜を略常圧場でエッチングすることができる。プロセスガス成分のハロゲン系ガスとして、ＣＦ４を用いているので、高エッチングレートと安全性を確保することができる。ヒータ６にて基材９０を加熱することにより、エッチングレートを一層高めることができる。
【００１９】
なお、プロセスガス成分のハロゲン系ガスとして、ＣＦ４に代えて、Ｃ２Ｆ６等の他のフッ素系ガスを用いてもよい。フッ素系ガスに代えて、塩素系や臭素系等の他のハロゲン系ガスを用いてもよい。
【００２０】
処理後のガスや副生成物は、吸込み孔１ｃに吸込まれ、吸引路４ａを経て、排気ポンプ４から排気される。
【００２１】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
例えば、本実施形態の常圧プラズマエッチング装置Ｍは、基材を電極間空間から離して配置する所謂リモート式の装置であるが、基材を電極間空間の内部に配置する所謂ダイレクト式の装置にも適用可能である。
【実施例１】
【００２２】
次に、本発明の実施例を説明する。本発明が、以下の実施例に限定されるものでないことは当然である。
実施例１では、図１と同様の装置を用い、タングステン膜の常圧プラズマエッチングを行なった。処理条件は以下の通りである。
プロセスガス成分：ＣＦ４＋Ｏ２
タングステン膜厚：４０００Å
ステージひいては基材温度：常温（約２０℃）
環境温度：２２．３℃
環境湿度：６４．７％ＲＨ
そして、プロセスガスの総流量を１００ｃｃｍとし、ＣＦ４の流量比を０〜１００ｖｏｌ％の範囲で変化させ、エッチングレートを測定した。
【００２３】
結果を図２に示す。
Ｏ２だけ（Ｏ２＝１００ｖｏｌ％）、或いはＣＦ４だけ（ＣＦ４＝１００ｖｏｌ％）では、エッチング不能であった。Ｏ２にＣＦ４が少量でも混入していれば、或いは、ＣＦ４にＯ２が少量でも混入していれば、タングステンをエッチング可能であることが確認された。そして、ＣＦ４／（ＣＦ４＋Ｏ２）＝３０〜７５ｖｏｌ％の範囲で、十分に実用的な高エッチングレートが得られることが判明した。
【００２４】
ＣＦ４とＯ２の混合ガスによりタングステンが常圧プラズマエッチングされるメカニズムは、はっきりしていない。しかし、エッチング箇所の周辺にＷＯＦ４やＷＯ３と見られる酸化物が確認された。このことから、タングステンが、酸素の励起種によって、タングステン酸化物又はタングステン酸フッ化物になって結合が切れ易い状態になり、更に、フッ素の励起種によって、六フッ化タングステンになって気化するものと推察される。
【実施例２】
【００２５】
実施例２では、プロセスガスの総流量１００ｃｃｍに対するＣＦ４の流量比を３０ｖｏｌ％に固定し、ステージひいては基材の温度を環境温度〜１５０℃の範囲で変え、他の条件は実施例１と同一にして、エッチングレートを測定した。
【００２６】
結果を図３に示す。
基材温度を環境温度から上げていくのに伴い、エッチングレートも上昇した。エッチングレートは、基材温度＝５０℃程度で略ピークに達し、１２０℃程度まで略ピークを維持することが確認された。それより高温にすると、エッチングレートは低下していった。
【００２７】
基材を環境温度より高温にするとエッチングレートが上昇するのは、六フッ化タングステンの気化が促進されるためと考えられる。反対に１２０℃を超えるとエッチングレートが低下するのは、Ｏ２の励起によるＯ３の発生量が減少し、タングステンの酸化作用が低下するためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置の概略構成図である。
【図２】実施例１の結果を示すグラフである。
【図３】実施例２の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
Ｍ  常圧プラズマエッチング装置
１  処理ヘッド
１ａ  電極間通路（プラズマ放電空間）
２  プロセスガス供給源
６  ヒータ（基材加熱手段）
９０  半導体基材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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