JP4852213B2 - 高選択性のｓａｃのエッチングの方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低い処理圧力のもとで高ＲＦ電力により発生される高イオンエネルギープラズマの使用により、セルフアラインドコンタクト（ｓｅｌｆ−ａｌｉｎｇｅｄ ｃｏｎｔａｃｔ；ＳＡＣ）のエッチングに高選択性を与えるための方法を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
セルフアラインドコンタクト（ＳＡＣ）は、ＵＬＳＩ（Ｕｌｔｒａ Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）での重要な技術の１つである。このＳＡＣは、ホトリソグラフイでのアラインメントマージンを緩和することができる。コーナ（肩部）でのＳｉＮに対する選択性は、ＳＡＣのエッチングでの最も重要な問題点である。
【０００３】
従って、ＳＡＣエッチングの長年のプロセス開発において、窒化物に対する高い選択性（即ち、[酸化物のエッチレート]／[窒化物のエッチレート]の比率）を実現するために、大量の重合化を起こすガス組成に依存してきた。なぜなら、窒化物のコーナはボトムの窒化物よりも長時間プラズマにさらされ、あるいは長時間のオーバーエッチングにさらされるためである。
【０００４】
このコーナでの高い選択性を達成するために、Ｃ_４Ｆ_８のような、高Ｃ／Ｆ原子比を有するガスが、ＳＡＣのエッチングで使用されている。代わって、ＣＨ_３ＦもしくはＣＨ_２Ｆ_２の添加が、コーナでの選択性を高めるために報告されている。また、好ましくなく、これらガスを使用した高選択性のＳＡＣのエッチングは、特に、ゲート電極間の狭いスリット中での速い重合のために、エッチングが完了していないのに、ホールの途中で停止してしまうエッチング停止現象をともなう。このスリットの幅は、ＬＳＩでの最少のフィチャーサイズの収縮により狭くなるであろう。かくして、スリットの中でエッチング停止が生じないで、コーナでの選択性を保つことがこれまでになくより難しくなってきている。
【０００５】
一方、窒化物のコーナは、露出されながら、ゲート電極間の狭いスリットの中の酸化物が、連続してエッチングされ、酸素が解離されて、窒化物のコーナでのポリマーの形成を低下させる。また、小さい重なった窒化物のコーナに、比較的低い選択性の部分があることが一般的に観察され、最悪の場合には、この現象は電気的ショートの問題を生じさせることが、知られている。
【０００６】
前記エッチングの停止現象は、エッチングパラメータが、狭いプロセスウインドウの所で制御されなければならないときに、特に問題である。これは、エッチングパラメータの非常に精度の良い制御を必要とする。一方、優れかつ強い炭素リッチ重合は、密なパターンと疎なパターンとの間のエッチングプロファイルマイクロローディング、遅いエッチングレート、低いスループット、並びにウエットクリーニング間の平均時間（ＭＴＢＷＣ）が短くなることのような、種々の他の問題を度々生じさせる。
【０００７】
一般的に、周辺領域上の島状のコンタクトのエッチングもしくはゲートコンタクトエッチング処理を、ＳＡＣのエッチングから分離することが、本質的であった。これは、優れかつ強い炭素リッチ重合のために同時にもしくは同じ処理でエッチングされるときに、垂直プロファイルを達成し、非常に良いコンタクト抵抗を維持することが非常に難しいからである。
【０００８】
ＳＡＣのエッチングのための１つの従来の方法は、ダイポールリングマグネトロンによる反応性イオンエッチング（ＤＲＭＲＩＥ）を利用している。このＤＲＭＲＩＥにおいて、プラズマイオン密度は、中程度の密度と考えられ、１０^１０ないし１０^１１ｉｏｎｓ／ｃｍ^３である。これは、高選択性を有する非常に安定し、繰り返し可能なプラズマを提供する。しかし、不都合なことに、この一般的な使用は、低いエッチングレートとなる欠点を有し、エッチング処理からコーナを非常にシャープに保つ。一般的なエッチングは、５０ないし６０ｍＴの圧力と１３００ないし１５００ＷのＲＦ電力とを用いて発生されるプラズマを使用している。
【０００９】
さらに、従来のエッチング処理において、比較的高い選択性を達成するための方法は、ボトム温度（エッチングされる層の底での温度）を高くし、かつ電力を低くすることによりなされと考えられている。しかし、不都合にも、これら２つの処置は、上述したエッチング停止を生じさせる傾向にある。
【００１０】
以下の表１は、一般的に行われているＳＡＣのエッチング処理で生じる種々の問題点の概要を示す。
【００１１】
【表１】

【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、広い処理ウインドウを用いて高選択性と高エッチングレートとを維持しながら、エッチング停止現象を防ぐＳＡＣのエッチングのための処理が必要とされている。
【００１３】
従って、本発明の目的は、エッチング停止を防ぎながら、高いＳｉＯ／ＳｉＮ選択性を与えるＳＡＣのエッチングのための方法を提供することである。
本発明の他の目的は、広い処理ウインドウ内で高エッチングレートと高選択性とを与えるＳＡＣのエッチングのための方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、島状のコンタクトの壁の高い垂直性の島状のコンタクトエッチングを同時に与えながら、なされ得るＳＡＣのエッチングのための方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のこれら並びに他の目的は、
ａ）上に窒化珪素層が存在した酸化珪素層を有するウエハを、第１の過フッ化炭化水素と一酸化炭素とを含む第１のエッチングガスで、エッチングすることと、
ｂ）上に最初にエッチングされた窒化珪素を有する前記ウエハを、一酸化炭素が存在せず、第２の過フッ化炭化水素を含む第２のエッチングガスで、エッチングすることとを具備する、ＳＡＣのエッチングの方法により、達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の多くの完全な評価と、本発明の多くの達成される効果とは、添付図面を参照した以下の詳細な説明により良く理解できるのと同様に、容易に得られるであろう。
【００１６】
本発明を実行するためのベストモード
本発明は、エッチングのための、ＳＡＣのエッチングでの円滑かつ湾曲された形状に対して高ＳｉＮ選択性を与える、好ましくはＳＡＣと垂直な島状のコンタクトとの両方の準備のための方法に関する。本発明は、低圧のもとでの高ＲＦ電力で発生される高エッチングプラズマを使用した２段階のエッチング処理を使用する。
【００１７】
本発明の処理の２つの工程は、（１）過フッ化炭化水素ガスと一酸化炭素ガスとの組合わせを使用する第１の段階と、これに続く（２）一酸化炭素が存在しないでの過フッ化炭化水素ガスを使用する第２の段階として概略的に開示され得る。これら２つの段階は、同じＲＦ電力と圧力によるか、異なるＲＦ電力と圧力により行われ得る。
【００１８】
過フッ化炭化水素（ＰＦＣ）ガスとして、エッチングのために使用されている如何なる一般的な過フッ化炭化水素ガスが使用され得る。好ましくは、ＰＦＣは、実験式Ｃ_３Ｆ_６，Ｃ_４Ｆ_６，Ｃ_４Ｆ_８もしくはＣ_５Ｆ_８を有するＰＦＣ、より好ましくは以下の実験式並びに構造を有するＰＦＣであり、
【化１】

最も好ましくはｃ−Ｃ_４Ｆ_８である。
【００１９】
本発明の方法の第１の段階は、ＰＦＣガスと一酸化炭素（ＣＯ）ガスとの組合わせである。好ましくは、第１の段階は、このような２つのガスと、アルゴンのような不活性キャリアガスと、酸素（Ｏ_２）もしくは窒素（Ｎ_２）との組合わせである。
本発明の方法の第２の段階は、一酸化炭素が存在しないで、第１の段階と同様の反応混合ガスを使用する。
【００２０】
前記第１並びに第２の段階は、同じＰＦＣガスもしくは別のＰＦＣガスを使用することができる。これら第１並びに第２の段階は、反応ガス雰囲気を交換できるように工程間でＤＲＭＲＩＥ装置をオフして、分離した別々の工程で行うこともできるし、あるいは、プロセスの第１と第２の段階の間に移行段階を設けたようになるように、ＤＲＭＲＩＥ装置は動作させたままで雰囲気を交換し平衡状態にする移行期で繋げることもできる。
【００２１】
本方法を実施するときに、如何なるサイズのターゲットも使用され得るが、８インチウエハが好ましい。好ましい８インチウエハの場合の実施の形態において、プラズマの発生のための好ましいＲＦ電力は、３０ｍＴｏｒｒ以下の圧力で１７００ワット以上である。本発明の状態では、第１の段階（ＰＦＣ並びにＣＯ）でのＴＥＯＳもしくはＢＰＴＥＯＳのエッチングレートは、３８００ないし４０００Å／分の従来のッチングレートに比較して、６０００Å／分のオーダである。
【００２２】
島状のコンタクトを形成するために本発明の方法が使用されると、この方法は、ほぼ垂直の壁を形成する。ＴＥＯＳ（テトラエトキシシランがプラズマＣＶＤにより蒸着された酸化物層）に対しては、本方法は、従来のエッチングでの８４ないし８５°に比較して、８７．５ないし８８°の壁角度を与える（９０°が完全な垂直壁である）。使用される層材料に関係なく、本方法は、壁角度でのかなりの改良を果たす。例えば、本方法を使用するＢＰＴＥＯＳ（６重量％のボロンと４重量％のりんとがドープされ、８５０ないし９５０℃でアニールされたＴＥＯＳ）は、従来の方法での８７．５°に比較して、８８．５°までの壁角度を与える。（エッチングの技術においては、９０°に近づくのに従って、向上の各１℃は、非常に大きい相違である）。同様の結果が、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから商業的に入手可能な同様の製品であるＡＭＡＴ Ｇｉｇａｆｉｌｌでも得られる。
【００２３】
本発明のエッチングガスにおいて、不活性キャリアガスとしては、プラズマエッチングに適した如何なる不活性ガス、好ましくは、Ａｒ，Ｈｅ，もしくはＸｅ、最も好ましくは、Ａｒが良い。混合ガスは、Ｏ_２もしくはＮ_２を含み得る。Ｎ_２が使用されるときには、Ｎ_２の供給速度は、一般的に使用されているＯ_２の供給速度より１０倍速いことが好ましい。
【００２４】
各段階における好ましいガス供給速度（標準立方センチメートル毎分、ＳＣＣＭ）は以下の通りである。
段階 ＰＦＣ ＣＯ 不活性ガス Ｏ_２ （Ｎ_２）
１ 20−27 50−100 150−300 7−12 （70−120）
２ 10−20 0 450−550 5−10 （50−100）
最も好ましいガス供給速度は、以下の通りである。
段階 ＰＦＣ ＣＯ 不活性ガス Ｏ_２
１ 25 50 250 10
２ 20 0 500 10
ＰＦＣ／Ｏ_２の流量比は、絶対流量比よりもこの方法においては重要である。好ましいＰＦＣ／Ｏ_２の流量は、特に、ＰＦＣがＣ_４Ｆ８の場合には、２：１ないし３：１である。
【００２５】
また、本発明の方法で重要なことは、ウエハのボトム（ｂｏｔｔｏｍ）での温度である。好ましいボトム温度は、５０ないし６０℃である。
【００２６】
本発明の方法は、好ましくは、図１に示された、ダイポールリングを使用したマグネトロン反応イオンエッチング（ＤＲＭＲＩＥ）システムを使用して実施される。一実施の形態では、各々が６０ないし２８０ガウスの磁力を有する３２個のダイポールマグネット片１０が設けられている。これら３２個のダイポールマグネットは、約２０ｒｐｍで、アルミニウムの本体のプロセスチャンバ２０の周りを回転して、１２０ガウスの平均磁界を発生する。この磁界は、ＥｘＢドリフトによりプラズマ密度を高める。前記プロセスチャンバ２０は、ターボ分子モータ（図示せず）により、所望の処理圧力を生じさせるように、排気される。１３．５６ＭＨ_ｚのＲＦ電力が印加される下側電極３０には、ウエハ５０を支持するための静電チャックが設けられている。このウエハの後側は、ウエハの裏面温度を５０ないし６０℃に制御するように、Ｈ_ｅガスにより冷却される。反応処理ガスは、上側電極４０のガス分配器によりエッチングチャンバに導入される。
【００２７】
図２は、本発明の方法によりエッチングされるウエハ５０の一例を概略的に示す。このテストウエハ５０は、好ましくは８００ｎｍのホトレジスト５１／１０ないし１００ｎｍのＴＥＯＳ５２／２５０ｎｍのＢＰＴＥＯＳ５３／ポリゲート（図７に示すように多結晶シリコン５９とタングステンシリサイド５８とで形成されている）／０．２０ないし０．２７μｍのホールサイズを有するシリコン基板５４の積層構造である。ゲート部分は、窒化物のキャップ５５を有し、これの両側には、窒化物のスペーサ５６が位置し、その構造は、窒化物のライナー５７で囲まれている。
【００２８】
前記窒化物のキャップは、如何なる窒化物でも良く、好ましくは、窒化物もしくは窒化物／ＳｉＯＮである。この窒化物のキャップの厚さは、好ましくは、２００ないし２５０ｎｍであり、ＳｉＯＮに対しては２３０ｎｍが好ましい。前記窒化物のスペーサは、好ましくは、６０ｎｍの厚さであり、また、窒化物のライナーは、好ましくは３０ｎｍの厚さである。
【００２９】
図３には、ＳＡＣと島状のコンタクトとが、本発明の方法の初期のディスカム（ｄｅｓｃｕｍ）エッチングと第１のエッチング段階と（所謂“ブレークスルー（ｂｒｅａｋ ｔｈｒｏｕｇｈ”エッチング）の後の状態で示されている。この図で、ＢＰＴＥＯＳ材料５３は、窒化物のライナー５７を貫通して窒化物のキャップ５５のコーナと窒化物のスペーサ５６に達するまで除去されている。このエッチング工程は、窒化物のキャップのコーナの下方の１００ないし１０００Åのレベルまでエッチングするようになされる。
【００３０】
図４では、プロセスは第２のエッチング段階の後に進んでおり、前記窒化物のキャップ５５のコーナ部でのターゲットのロスが約２２０Åとなり、コーナの良好な湾曲が現れ始めている。前記窒化物のライナー５７は、ＳＡＣおよび孤立したコンタクトの両者においてエッチングウエルのボトムにまだ存在している。
【００３１】
図５では、最終の窒化物除去段階が実行され、残っている過剰の窒化物ライナー５７がエッチング場所から除去されているが、この窒化物除去はまたベース支持体（シリコンウエハ５４）を約２００Åのレベルまで部分的に除去する。
【００３２】
図６の（Ａ）並びに（Ｂ）は、実際にエッチングされた製造物の電子顕微鏡写真を示しており、コーナの円滑な湾曲とエッチングされた壁の高い垂直性を鮮明に示している。
【００３３】
本方法の好ましい実施の形態は、初期のスカムエッチングで始まり、１０秒もしくはこれ以下の間にＰＣＦ並びにＯ_２（もしくはＮ_２）を使用する。そして、これに続いて、最終の窒化物のエッチングをともなった、上述の２つの段階のエッチングを行う。本発明の第１の段階のエッチングは、窒化物のキャップのコーナの下１００ないし１０００Åのレベルにまでエッチングするのに充分な時間でなされる（図３参照）。少なくとも３００Åの距離が、タングステンシリサイドのコーナとエッチング前面との間で維持されるように、両方の段階でのエッチング処理を果たさせることが好ましい。前記タングステンシリサイドのコーナとエッチング点との間の距離は、少なくとも６００Åであることがより好ましく、８００ないし９００Åであることが最も好ましい。最終製造物において、前記両方のエッチング段階と最終のボトム窒化物の除去の後は、ポリゲートのコーナの窒化物は、上述した厚さから２５０ないし３５０Åの窒化物が除去されるであろう。
【００３４】
第２の段階のエッチングは、ポリゲート電極に対して充分な距離を維持するように、窒化物のコーナに、湾曲された形態を与えるためになされる。最終の窒化物のエッチングは、処理を完了し、残っている窒化物の保護層をクリーンにするようになされる。
【００３５】
本発明の２つの段階の処理は、浅いＳＡＣから深いＳＡＣまでを含むが、これらに限定されない如何なるタイプのＳＡＣのエッチングに対しても使用され得る。さらに、上記のとおり、本方法は、より垂直に近い壁を得るための、島状のコンタクトのエッチングのために使用され得る。本発明の１つのユニークな態様は、ＳＡＣのエッチングのためのプロセスウインドウと、島状のコンタクトのエッチングのための壁の垂直性との両方の顕著な結果を得ることができるけれども、ＳＡＣのエッチングと島状のコンタクトのエッチングとの両方を、同じ状態のもとで同時に果たすことが可能なことである。
【００３６】
高ＲＦ電力と低プロセス圧力とにより発生され、高イオンエネルギーを有するＣＯ組合せプラズマのみを使用する単一の段階のＰＦＣ処理の使用により、垂直のエッチングプロファイルが与えられ、また、疎・密領域間のマイクロ装填の問題を解決するが、コーナの周囲のエッチングプロファイルは、非常にシャープになる。このことは、マスクのアラインメント（もしくはミスアラインメント）によっては、絶縁するのには充分ではないポリゲート電極の間の距離となる。ポリゲート電極のコーナ間の充分な距離と、コーナの湾曲した形状を得るために、本発明は、第２の段階でＣＯを含まないプラズマを使用している。
【００３７】
本発明で２つの段階処理を使用することにより、非常に疎な領域内への端部パターンでの如何なるエッチングプロファイルマイクロ装填と同様に、ＳｉＮのコーナへの通常見られる炭素リッチ堆積が、第２の工程でのＣＯのないプラズマの場合でも生じない。
【００３８】
実施例
実施例 １
本発明の代表的な実施例として、エッチングレシピの１つが、垂直な島状のコンタクトのエッチングを同時に果たす高エッチングレートのＳＡＣのエッチング処理のために以下に開示される。
エッチングレシピ（１）：
ディスカムエッチング：４０ｍＴ １４００Ｗ
ＣＦ_４／Ａｒ／Ｏ_２＝８０／１６０／２０ｓｃｃｍ，７秒
ＩＬＤエッチング１：３０ｍＴ １７００Ｗ
Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝２５／５０／２５０／１０ｓｃｃｍ， ６０／６０℃（この実施例並びに以下の実施例で、これは、トップ電極及び壁の温度と、カソードの温度とを表す）
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝７／３０Ｔ，４５秒
ＩＬＤエッチング２：６０ｍＴ １７００Ｗ
Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝２０／００／５００／１０ｓｃｃｍ， ６０／６０℃
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝７／３０Ｔ，７５秒
窒化物のエッチング：５０ｍＴ ８００Ｗ
ＣＨＦ_３／Ａｒ／Ｏ_２＝１０／１００／２０ｓｃｃｍ，
処理ギャップ＝３７ｍｍ，
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝７／４０Ｔ，９秒
前記ＩＬＤ−エッチング１（第１の段階のエッチング）のエッチングレートは、従来のＳＡＣのエッチングよりも約１．５倍早かった。
【００３９】
さらに、前記ＩＬＤ−エッチング２（第２の段階のエッチング）と組合わせると、コーナのエッチングプロファイルは、円滑で湾曲した形状であった。ポリゲート電極のコーナ間の、エッチングレシピ（１）による最小距離は、ボトムの窒化物を除去したのちで、従来のＳＡＣのエッチングレシピよりも約１．５倍長かった。
【００４０】
前記エッチングレシピ（１）に示されたＩＬＤ−１エッチング状態に加えて、１０ＫＡ ＴＥＯＳでのエッチング能力が調べられた。
【００４１】
Ｃ_４Ｆ_８とＯ_２との流量を、同じガス比を維持しながら、多くすることによって、エッチングレートを１．３倍高くすることができて、０．２７μｍのホールサイズで、８８°よりも大きい垂直な島状のコンタクトのエッチングと共に、早いエッチングレートＳＡＣのエッチングが、如何なるエッチング停止、マイクロ装填、もしくは他の問題が生じることがなく、達成できた。
【００４２】
さらに、従来のＳＡＣのエッチングと比較して、エッチングレシピ（１）で開示したＣ_４Ｆ_８を使用する２つの段階の工程のエッチングの提案は、ＭＴＢＷＣを約２倍もしくはそれ以上に長くすることが期待されている。このため、このことは、ＳＡＣのエッチング処理ウインドウを増すばかりではなく、ウエハ処理工程数を削減し、ウエハ処理を単純化し、かつ、ＵＬＳＩ製造におけるコストの減額と歩留りの向上とに寄与する。
【００４３】
以下の表２ないし表４は、ＩＬＤ−１，ＩＬＤ−２のための処理動作範囲と、全体の処理の温度動作範囲とを示す。
【００４４】
表２ レシピ（１）の第１の段階の処理動作範囲
【表２】

【００４５】
表３ レシピ（１）の第２の段階の処理動作範囲
【表３】

【００４６】
表４ レシピ（１）の処理温度動作範囲
【表４】

【００４７】
実施例 ２
垂直な島状のコンタクトのエッチングを同時に果たす高選択性ＳＡＣエッチング技術
エッチングレシピ（２）：
ディスカムエッチング：４０ｍＴ １４００Ｗ
ＣＦ_４／Ａｒ／Ｏ_２＝８０／１６０／２０ｓｃｃｍ，７秒
ＩＬＤエッチング１：５０ｍＴ １７００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝１０／１５０／４８０／６ｓｃｃｍ，
６０／６０℃
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝７／４０Ｔ，１２２秒
ＩＬＤエッチング２：５０ｍＴ １５００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝６／００／５００／６ｓｃｃｍ，
６０／６０℃
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝７／４０Ｔ，７０秒
窒化物のエッチング：５０ｍＴ ８００Ｗ
ＣＨＦ_３／Ａｒ／Ｏ_２＝１０／１００／２０ｓｃｃｍ，６０／６０℃、
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝７／４０Ｔ，９秒
処理ギャップ＝３７ｍｍ
前記エッチングレシピ（２）は、Ｃ_５Ｆ_８の化学作用を有し、これは、比較的高いＣ／Ｆ原子比のために、Ｃ_４Ｆ_８よりもＳｉＮに対して高い選択性を有し、より炭素リッチの重合を生じさせ得る。しかし、上述したエッチングレシピ（２）は、０．２７μｍのホールサイズで、８７°よりも大きい垂直なコンタクトプロフアィルをウエハ全体に渡って達成した。
【００４８】
Ｃ_５Ｆ_８化学作用を使用した従来の高い選択性のＳＡＣのエッチングは、０．２７μｍのホールサイズで、約８２ないし８４°の僅かに傾斜したプロファイルを与える。かくして、コンタクトの抵抗は、本発明では非常に改良され、上述した本発明の試みで非常に改良された装置を提供する。
【００４９】
ＳＡＣ部分のプロファイルにおいて、ポリゲート電極のコーナ間の、エッチングレシピ（２）での最短距離は、ボトムの窒化物を除去したのちで、従来のＳＡＣのエッチングレシピよりも約２倍の余裕を確保した。さらに、この実施例２のレシピで、得られた窒化物のコーナは、ウエハ全体に渡って６２０Åよりも大きかった。
【００５０】
エンタルピイのデルターＨ（ｄｅｌｔａ−Ｈ）に基づくＣ_５Ｆ_８の解離状態の研究の結果によれば、Ｃ_５Ｆ_８は、主としてＣＦ並びにＧＦ_２ラジカルに解離して、プラズマ内に多くの炭素リッチ要素を生じさせる（３）ことが、既に知られている。さらに、弗化炭化水素のラジカルは、ＣＯと反応してバルクプラズマから弗素を減じることが広く知られている（４）。
【００５１】
エッチングレシピ（２）で示したＣ_５Ｆ_８の化学作用は、高い選択性のＳＡＣのエッチングに対して最適の重合を与え、また、バルクプラズマ内でのＣＯとの反応は、ＣＦやＣＦ_２のような多くの炭素リッチラジカルを与え、同時に垂直な島状のコンタクトエッチングを果たす高い選択性のＳＡＣのエッチングを提供した。
【００５２】
前記エッチングレシピ（２）に示したＣ_５Ｆ_８の化学作用により、最適な重合とＣＯとの反応の影響とにより、如何なるエッチング停止もなく、０．０５μｍの最小ボトムデイメンションを有する、ゲート電極間の細いスリットを形成する。本発明の方法は、処理マージンを増したばかりではなく、将来のＳＡＣ計画に対しての処理能力を高めた。
【００５３】
さらに、従来のＳＡＣのエッチングと比較して、エッチングレシピ（２）に示されたＣ_５Ｆ_８の化学作用を用いた本発明の２つの段階のエッチングの試みは、約２倍もしくはそれ以上にＭＴＢＣを延ばすであろう。
【００５４】
実施例 ３
垂直な島状のコンタクトのエッチングを同時に果たす高選択性並びに高エッチングレートＳＡＣのエッチング技術
エッチングレシピ（３）：
ディスカムエッチング：４０ｍＴ １４００Ｗ
ＣＦ_４／Ａｒ／Ｏ_２＝８０／１６０／２０ｓｃｃｍ，７秒
ＩＬＤエッチング１：３０ｍＴ １７００Ｗ
Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝２５／５０／２５０／１０ｓｃｃｍ，
６０／６０℃
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝７／３０Ｔ，４５秒
ＩＬＤエッチング２：５０ｍＴ １５００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝１０／００／５００／１０ｓｃｃｍ，
６０／６０℃
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝７／３０Ｔ，９０秒
窒化物のエッチング：５０ｍＴ ８００Ｗ
ＣＨＦ_３／Ａｒ／Ｏ_２＝１０／１００／２０ｓｃｃｍ，
処理ギャップ＝３７ｍｍ
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝７／４０Ｔ，９秒
この例は、実施例１のＣ_４Ｆ_８の化学作用の長所と実施例２のＣ_５Ｆ_８の化学作用の長所とを組合せ、同時に垂直な島状のコンタクトのエッチングを果たす高い選択性と高いエッチングレートとのＳＡＣのエッチングを提供した。
【００５５】
このようなエッチングレシピ（３）は、現在のＵＬＳＩ製造のための全体的な解決のための究極のＳＡＣのエッチング技術の一例であろう。
【００５６】
さらなるエッチングレシピが以下に与えられる。これらレシピは、従来のＳＡＣ処理よりも約２倍長い、ポリゲートのコーナからの約７００を維持できるであろう。
【００５７】
エッチングレシピ（４）
ディスカムエッチング：４０ｍＴ １４００Ｗ
ＣＦ_４／Ａｒ／Ｏ_２＝８０／１６０／２０ｓｃｃｍ，７秒
第１の段階：３０ｍＴ １７００Ｗ
Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝２０／５０／２５０／１０ｓｃｃｍ，
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝１０／４０Ｔ，４５秒
第２の段階：４５ｍＴ １８００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝１０／００／５００／１０ｓｃｃｍ，
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝１０／４０Ｔ，８５秒
窒化物のエッチング ：５０ｍＴ ８００Ｗ
ＣＨＦ_３／Ａｒ／Ｏ_２＝１０／１００／２０ｓｃｃｍ，
処理ギャップ＝３７ｍｍ
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝７／４０Ｔ，１２秒
エッチングレシピ（５）
ディスカムエッチング：４０ｍＴ １４００Ｗ
ＣＦ_４／Ａｒ／Ｏ_２＝８０／１６０／２０ｓｃｃｍ，７秒
第１の段階：３０ｍＴ １７００Ｗ
Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２＝２０／５０／２５０／１０ｓｃｃｍ，
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝１０／４０Ｔ，４５秒
第２の段階：４５ｍＴ １８００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ_２／ＣＦ_４＝１５／００／５００／１５／
１０ｓｃｃｍ，
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝１０／４０Ｔ，７５秒
窒化物のエッチング ：５０ｍＴ ８００Ｗ
ＣＨＦ_３／Ａｒ／Ｏ_２＝１０／１００／２０ｓｃｃｍ，
処理ギャップ＝３７ｍｍ
バック Ｈｅ Ｃ／Ｅ＝７／４０Ｔ，１２秒
表５ レシピ（３），（４），（５）の第２の段階の処理動作範囲
【表５】

【００５８】
表６ レシピ（３），（４），（５）の第２の段階の処理温度範囲
【表６】

【００５９】
前記レシピ（３）の第２段階と同じ比を維持しながら、Ｃ_５Ｆ_８とＯ_２のガス流量を単に多くすることにより、酸化物のエッチングレートと窒化物の選択性との両方が高くなるという事実にも係わらず、特にＣ_５Ｆ_８＋Ｏ_２／Ａｒのガス比が５％よりも大きいときに、エッチング停止現象は、狭いスリットで生じた。高いガス流量範囲もしくは高いガス比でのエッチング停止の発生を減じさせるために、ＣＦ_３ ^＋イオンを容易に発生することのできる、ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６，並びにＣ_３Ｆ_８のようなさらに１種のガス（少なくとも）を混合させることで充分であった。かくして、レシピ（５）のようなレシピを使用するＳＡＣのエッチングが、エッチングの停止なく、うまく行なうことができる。レシピ５の第２の段階のエッチングレートは、ＴＥＯＳウエハで約６０００Ａ／分であり、これは、従来のＳＡＣのエッチングレシピと場合よりも約２倍速かった。
【００６０】
Ｃ_４Ｆ_６を使用するエッチングレシピは、Ｃ_５Ｆ_８と比べてより炭素リッチな化学作用であり、Ｃ_５Ｆ_８の代わりにＣ_４Ｆ_６を用いて上述したのと同じである。
【００６１】
ウエハは、以下の特性を有するものが得られた（厚さはＡ（オングストロム）の単位で与えられる）。
Ｃ_５Ｆ_８処理：
ウエハ１１−４５ｍＴ／１８００Ｗ／１０ Ｃ_５Ｆ_８／５００ Ａｒ／１０
Ｏ_２／６０ｄｅｇＣ Ｂｔｍ／８５秒
結果：センター ７８０−８６０ （２ｓａｃ），７３０−８４０ （３ｓａｃ）
エッジ ７００−８４０ （２ｓａｃ），７００−８４０ （３ｓａｃ）
ウエハ５−４５ｍＴ／１８００Ｗ／１１ Ｃ_５Ｆ_８／５００ Ａｒ／９
Ｏ_２／６０ｄｅｇＣ Ｂｔｍ／８５秒
結果：センター ８１０−９３０ （２ｓａｃ），７６０−９３０ （３ｓａｃ）
エッジ ９７０−１１９０ （２ｓａｃ），９１０−１０５０ （３ｓａｃ）
ウエハ６−４５ｍＴ／１８００Ｗ／９ Ｃ_５Ｆ_８／５００ Ａｒ／１１
Ｏ_２／６０ｄｅｇＣ Ｂｔｍ／８５秒
結果：センター ６５０−６９０ （２ｓａｃ），６９０−７４０ （３ｓａｃ）
エッジ ７００−７５０ （２ｓａｃ），６９０−７５０ （３ｓａｃ）
ウエハ９−４５ｍＴ／１８００Ｗ／１５ Ｃ_５Ｆ_８／５００ Ａｒ／１５
Ｏ_２／１０ ＣＦ_４／６０ｄｅｇＣ Ｂｔｍ／７５秒
結果：センター ７１０−７８０ （２ｓａｃ），７００−７８０ （３ｓａｃ）
エッジ ９００−１１３０ （２ｓａｃ），８２０−９１０ （３ｓａｃ）
ウエハ８−４５ｍＴ／１８００Ｗ／１２ Ｃ_５Ｆ_８／５００ Ａｒ／８
Ｏ_２／６０ｄｅｇＣ Ｂｔｍ／８５秒
結果：エッチング停止
Ｃ_４Ｆ_６処理
ウエハ１２−４５ｍＴ／１８００Ｗ／１０ Ｃ_４Ｆ_６／５００ Ａｒ／１０
Ｏ_２／６０ｄｅｇＣ Ｂｔｍ／８５秒
結果：センター ７４０−７８０ （２ｓａｃ），７２０−８２０ （３ｓａｃ）
エッジ ７６０−９２０ （２ｓａｃ），７３０−９１０ （３ｓａｃ）
ウエハ１−４５ｍＴ／１８００Ｗ／１１ Ｃ_４Ｆ_６／５００ Ａｒ／９
Ｏ_２／６０ｄｅｇＣ Ｂｔｍ／８５秒
結果：センター ７４０−８５０ （２ｓａｃ），７３０−９００ （３ｓａｃ）
エッジ ８２０−９５０ （２ｓａｃ），７２０−１０８０ （３ｓａｃ）
ウエハ２−４５ｍＴ／１８００Ｗ／９ Ｃ_４Ｆ_６／５００ Ａｒ／１１
Ｏ_２／６０ｄｅｇＣ Ｂｔｍ／８５秒
結果：センター ７００−８００ （２ｓａｃ），７００−８５０ （３ｓａｃ）
エッジ ７００−７７０ （２ｓａｃ），７００−７８０ （３ｓａｃ）
ウエハ３−４５ｍＴ／１８００Ｗ／１１ Ｃ_４Ｆ_６／５００ Ａｒ／１１
Ｏ_２／６０ｄｅｇＣ Ｂｔｍ／８５秒
結果：センター ８９０−９００ （２ｓａｃ），７６０−８６０ （３ｓａｃ）
エッジ ９７０−１０００ （２ｓａｃ），７４０−１０１０ （３ｓａｃ）
ウエハ４−４５ｍＴ／１８００Ｗ／１５ Ｃ_４Ｆ_６／５００ Ａｒ／１５
Ｏ_２／１０ ＣＦ_４／６０ｄｅｇＣ Ｂｔｍ／７５秒
結果：センター ７４０−８６０ （２ｓａｃ），７７０−８４０ （３ｓａｃ）
エッジ ９１０−１０２０ （２ｓａｃ），７４０−１０１０ （３ｓａｃ）
ウエハ７−４５ｍＴ／１８００Ｗ／１２ Ｃ_４Ｆ_６／５００ Ａｒ／８
Ｏ_２／６０ｄｅｇＣ Ｂｔｍ／８５秒
結果：エッチング停止。
【００６２】
本発明に従って得られたデータは、以下の結論を与える：
Ｃ_５Ｆ_８の化学作用に対して：
１．Ｃ_５Ｆ_８／Ｏ_２のガス比は、０．８１８と１．２２２との間であることが最も好ましい。
【００６３】
１．Ｃ_５Ｆ_８＋Ｏ_２／Ａｒのガス比は、０．０２と０．０５との間であることが好ましく、０．０３と０．０４との間であることがさらに好ましい。
【００６４】
Ｃ_４Ｆ_６の化学作用に対して：
１．Ｃ_４Ｆ_６／Ｏ_２のガス比は、０．８１８と１．２２２との間であることが最も好ましい。
【００６５】
１．Ｃ_４Ｆ_６＋Ｏ_２／Ａｒのガス比は、０．０２と０．０５との間であることが好ましく、０．０３と０．０４との間であることがさらに好ましい。
【００６６】
１．Ｃ_５Ｆ_８の化学作用に対しては上述のように、Ｃ_４Ｆ_６＋Ｏ_２／Ａｒのガス比が０．０５より大きい場合には、ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６，Ｃ_３Ｆ_８，もしくはＣ_４Ｆ_１０（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋２）のような付加ガスが必要とされる。
【００６７】
Ｃ_４Ｆ_６を使用するレシピとＣ_５Ｆ_８を使用するレシピとの間には大きな相違は見られないので、どちらのレシピも、現在のＵＬＳＩの製造のための総合的な解決を与えるＳＡＣのエッチング技術の例である。また、これらエッチングのレシピは、ビアコンタクト（Ｖｉａ ｃｏｎｔａｃｔ）プロセスもしくはデュアルダマシン（Ｄｕａｌ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）処理のような他の処理にも適用可能である。
【００６８】
装置の集積度が高まり、また装置の形状のサイズが減じられるのに従って、ＳＡＣの形成のために、ゲート電極間の小さいスリットの中に絶縁材を充填することがより困難となっている。また、配線の容量により生じる配線の遅延が、急激に増加し、ＬＳＩの回路動作を悪化させることが知られている。
【００６９】
次世代のＳＡＣ計画のためのこれら効果を得るために、主成分としてＳｉＯＨもしくはＳｉＯＦを有するＳＯＧ膜を適用することが期待されている。
【００７０】
新しいＳＡＣの計画のために、上記エッチングレシピのＩＬＤ−１工程で開示したＰＦＣとＣＯとの組合わせエッチング、もしくは上記エッチングレシピのＩＬＤ−２工程で開示したＣＯが組み合わされていないプラズマは、従来の酸化物と同様にＳＯＧ膜をエッチングすることができる。
【００７１】
さらに、Ｏ_２をＮ_２に代えることにより、これら２つの工程のエッチングの試みは、従来の酸化物の計画、およびＳｉＯＨもしくはＳｉＯＦを主要素とした新規な成分に対してＳＡＣ並びにコンタクトのエッチングの同じタイミングのエッチング技術が実現化できる。かくして、本発明の方法は、ＳＯＧ膜のエッチングレートが、ＰＳＧ，ＮＳＧ，ＴＥＯＳ並びに熱成長ＳｉＯ_２のような一般の酸化膜のエッチングレートとほとんど同じなので、有用であり、ＵＬＳＩ製造でのＳＡＣのエッチングの生産技術を推進させる。
【００７２】
そして、ＣＭＰ処理工程でプロセス上の問題が度々生じる。かくして、ウエハ５０の膜堆積は、正確に同じであるとは限られない。図２の場合、ホトレジストの下側のＴＥＯＳ５０は、ウエハ毎にいくらかの膜変動を生じるかもしれない。このために、ウエハ毎の膜変動が使用材料で多く生じる場合には、ＳＡＣのエッチングは、エッチング処理における問題を減少するように、エンドポイント検出システムにより制御するようにすることができる。
【００７３】
第１の段階のエッチングのためには、Ｃ−Ｆ_２ラジカルのスペクトル（２６０ｎｍ）とＣ−Ｎラジカルのスペクトル（３８７ｎｍ）とが、ＣＯを含むプラズマの場合には、窒化物のキャップ５５上の窒化物のライナーのための第１のエンドポイントを検出するのに非常に有用である。そして、第２の段階のエッチングのためには、Ｃ−Ｆ_２ラジカル（２６０ｎｍ）とＣ−Ｏラジカル（２１９ｎｍ）とが、ボトムの窒化物のライナー５７のための第２のエンドポイントを検出するのに非常に有用である。さらに、酸化膜をエッチングしているときに、Ｃ−Ｏが、副生成物として発生される。このために、本発明での第２の段階のエッチングレシピのようなＣＯを含まないプラズマは、エンドポイントをより容易に検出するための他の利点を有するであろう。
【００７４】
他の光学発光スペクトルは、以下の通りである；
ＣＦ ２４０ｎｍ，２５６ｎｍ
ＣＦ_２ ２５２ｎｍ，２５５ｎｍ，２６３ｎｍ，２７１ｎｍ，２７５ｎｍ
ＣＯ ２３９ｎｍ，２４９ｎｍ，２８３ｎｍ，３１３ｎｍ，３３１ｎｍ，
３４９ｎｍ，３７０ｎｍ，４５１ｎｍ，４８４ｎｍ，５２０ｎｍ，
５６１ｎｍ
ＣＮ ３５９ｎｍ，４１８ｎｍ，４２２ｎｍ，６４７ｎｍ，６９３ｎｍ，
７０９ｎｍ，７８５ｎｍ
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の方法の実施に使用するのに適したＤＲＭＲＩＥの概略を示す。
【図２】 図２は、本発明の方法によりエッチングされるウエハの一例を概略的に示す図である。
【図３】 図３は、デイスカムエッチングと本発明の第１のエッチング段階との後のＳＡＣと島状のコンタクトとを概略的に示す図である。
【図４】 図４は、本発明の第２のエッチング段階の後のＳＡＣと島状のコンタクトとを概略的に示す図である。
【図５】 図５は、本発明の一実施の形態の最後の窒化物の除去の後のＳＡＣと島状のコンタクトとを概略的に示す図である。
【図６】 図６の（Ａ）並びに（Ｂ）は、コーナの円滑な湾曲とエッチングされた壁の高い垂直性とを明かに示す実際のエッチングされた生産物の電子写真を示す図である。
【図７】 図７は、トランジスタのゲートの拡大図である。

Claims (16)

1. 半導体基板と、この半導体基板の上に互いに離間するように設けられた複数の電極層と、各電極層の上に設けられ、窒化物で形成されたキャップと、各電極層とキャップとの外周に設けられ、窒化物で形成されたスペーサと、これらスペーサとキャップとを覆うように、前記半導体基板と複数の電極層との上に設けられた酸化物とを有するウエハのＳＡＣのエッチング方法であって、
   ａ）前記スペーサ間の酸化物を基板に近い部分を残して、第１の過フッ化炭化水素と一酸化炭素とを含む第１のエッチングガスで、エッチングすることと、
   ｂ）前記スペーサ間の残りの酸化物と、前記キャップの側面が露出するように前記スペーサの上部とを、一酸化炭素が存在せず、第２の過フッ化炭化水素を含む第２のエッチングガスで、エッチングすることとを具備し、
   前記第１の過フッ化炭化水素は、Ｃ_３Ｆ_６，Ｃ_４Ｆ_６，Ｃ_４Ｆ_８もしくはＣ_５Ｆ_８から１つ選択され、更に、前記第１のエッチングガスは、不活性ガス及び酸素又は窒素を含み、
   前記工程ａ）と工程ｂ）とは、１５００Ｗよりも大きいプラズマ発生ＲＦ電力と、５０ｍＴｏｒｒ以下の高電力、低圧力下で前記第１及び第２のエッチングガスのプラズマを生成して行なわれるエッチング方法
2. 前記工程ａ）は、少なくとも１７００Ｗのプラズマ発生ＲＦ電力と、３０ｍＴｏｒｒ以下の圧力とにより行われる請求項１のエッチング方法。
3. 前記工程ｂ）は、少なくとも１７００Ｗのプラズマ発生ＲＦ電力と、３０ｍＴｏｒｒ以下の圧力とにより行われる請求項１もしくは２のエッチング方法。
4. 前記工程ａ）は、少なくとも約６０００Å／分のエッチングレートを生じさせるのに充分なプラズマ発生ＲＦ電力と圧力とにより行われる請求項１ないし３のいずれか１のエッチング方法。
5. 前記第１の過フッ化炭化水素と第２の過フッ化炭化水素とは同じである請求項１ないし４のいずれか１のエッチング方法。
6. 前記第１の過フッ化炭化水素と第２の過フッ化炭化水素とは互いに異なる請求項１ないし４のいずれか１のエッチング方法。
7. 前記ウエハは、前記窒化物で形成されたスペーサを囲むように設けられ、窒化物で形成されたライナーを更に有し、このライナーの一部は、前記工程ｂ）でエッチングにより除去される、請求項１ないし６のいずれか１のエッチング方法。
8. 前記第１の過フッ化炭化水素は、Ｃ _４ Ｆ _８ からなり、第１の過フッ化炭化水素：酸素の流量比は、２：１ないし３：１である請求項１ないし７のいずれか１のエッチング方法。
9. 前記ウエハは、前記工程ａ），工程ｂ）もしくは両工程を通じて５０ないし６０℃のウエハ温度に維持される請求項１ないし８のいずれか１のエッチング方法。
10. ａ）上に窒化珪素層が存在した酸化珪素層を有するウエハを、第１の過フッ化炭化水素と一酸化炭素とを含む第１のエッチングガスで、エッチングすることと、
    ｂ）上に最初にエッチングされた窒化珪素を有する前記ウエハを、一酸化炭素が存在せず、第２の過フッ化炭化水素を含む第２のエッチングガスで、エッチングすることと、
    ｃ）前記工程ａ）の前にデイスカムすることをさらに具備し、このデイスカムは、第３の過フッ化炭化水素と、Ｏ_２もしくはＮ_２とのエッチングガスにより、１０秒以下で行われ、また、前記第３の過フッ化炭化水素は、前記第１もしくは第２の過フッ化炭化水素と同じか、異なる、エッチング方法。
11. 前記第３の過フッ化炭化水素は、前記第１もしくは第２の過フッ化炭化水素と同じか、異なる請求項１０のエッチング方法。
12. 前記工程ｃ）は、１０秒以内で行なわれる請求項１０もしくは１１の方法。
13. 半導体基板と、この半導体基板の上に互いに離間するように設けられた複数の電極層と、各電極層の上に設けられ、窒化物で形成されたキャップと、各電極層とキャップとの外周に設けられ、窒化物で形成されたスペーサと、これらスペーサとキャップとを覆うように、前記半導体基板と複数の電極層との上に設けられた酸化物とを有するウエハのＳＡＣのエッチング方法であって、
    ａ）前記スペーサ間の酸化物を基板に近い部分を残して、第１の過フッ化炭化水素と一酸化炭素とを含む第１のエッチングガスで、エッチングすることと、
    ｂ）前記スペーサ間の残りの酸化物と、前記キャップの側面が露出するように前記スペーサの上部とを、一酸化炭素が存在せず、第２の過フッ化炭化水素を含む第２のエッチングガスで、エッチングすることとを具備し、
    前記第１のエッチングガスは、不活性ガス及び酸素又は窒素を含み、
    前記工程ａ）と工程ｂ）とは、１５００Ｗよりも大きいプラズマ発生ＲＦ電力と、５０ｍＴｏｒｒ以下の高電力、低圧力下で前記第１及び第２のエッチングガスのプラズマを生成して行なわれるエッチング方法。
14. 前記工程ａ）は、少なくとも約６０００Å／分のエッチングレートを生じさせるのに充分なプラズマ発生ＲＦ電力と圧力とにより行われる請求項１３のエッチング方法。
15. 前記第１の過フッ化炭化水素と第２の過フッ化炭化水素とは同じである請求項１３もしくは１４のエッチング方法。
16. 前記第１の過フッ化炭化水素と第２の過フッ化炭化水素とは互いに異なる請求項１３ないし１５のいずれか１のエッチング方法。

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