專利名稱：干蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體裝置制造中的干蝕刻方法，特別是關(guān)于通過掩膜層對在多晶硅層上形成的硅化鎢層或鎢層進行蝕刻的干蝕刻方法。
背景技術(shù)：
近年來，硅化鎢和鎢被廣泛地用作半導(dǎo)體裝置的電極材料等。另外，在多晶硅層(多晶硅)上層疊硅化鎢等的金屬硅化物的多層(polyside)構(gòu)造被廣泛地用于半導(dǎo)體裝置上的MOS晶體管的柵電極上。
在制造該多層構(gòu)造的柵電極等時，如圖10(a)所，在硅基板201上，按照順序依次形成柵氧化膜(SiO2)202、多晶硅層203、硅化鎢層204，在硅化鎢層204上形成由硅氮化膜和光刻膠組成的經(jīng)布線圖案后的掩膜層205。
然后，通過利用該掩膜層205進行蝕刻，首先，形成硅化鎢層204的布線圖案。
在該硅化鎢層204的蝕刻工序中，以往一般是采用等離子體蝕刻，使用由Cl2+O2等組成的蝕刻氣體。
另外，在進行上述硅化鎢層204的蝕刻時，為了除去臺階部分等，一般要進行某種程度的過蝕刻，如圖10(b)所示，多晶硅層203的表面也某種程度地用該過蝕刻進行蝕刻。
另外，在進行上述硅化鎢層204的蝕刻后，通過進行多晶硅層203的蝕刻，可以得到設(shè)定布線圖案的多層構(gòu)造。
如上所述，在現(xiàn)有的硅化鎢層的蝕刻工序中，一般是采用使用由Cl2+O2等組成的蝕刻氣體的一個步驟的等離子體蝕刻。
但是，用上述現(xiàn)有的方法，要提高硅化鎢與多晶硅的選擇比而改變條件的話，則由于會發(fā)生布線圖案形狀惡化和產(chǎn)生殘渣等問題，所以難以提高硅化鎢與多晶硅的選擇比。所以，在進行前述的過蝕刻時，存在著作為下層的多晶硅層被過多地蝕刻，而在晶片面內(nèi)，蝕刻結(jié)束時的多晶硅層的殘膜量(圖10(b)中所示的R)產(chǎn)生大的偏差的問題。
上述的問題，特別是在具有形成的布線圖案的形狀有與相鄰的布線圖案接近而被緊密地配置的部分和與相鄰的布線圖案分離而被疏松地配置的部分時，將成為大問題。
即，對于布線圖案被緊密地配置(布線圖案的開孔徑∶布線圖案的開孔間距離＝1∶0.8～1∶1)的部分和被疏松地配置(布線圖案的開孔徑∶布線圖案的開孔間距離＝1∶10～1∶10000)的部分，硅化鎢的蝕刻速率(蝕刻速度)會發(fā)生不同。該蝕刻速度不同的結(jié)果是造成基板的多晶硅層的露出時間發(fā)生偏差，由于在多晶硅層早露出的部分上，多晶硅層的蝕刻量增多而殘膜量減少，相反地，在多晶硅層遲露出的部分上，多晶硅層的蝕刻量減少而殘膜量增多，所以多晶硅層的殘膜量產(chǎn)生大的偏差。
這樣，如上述那樣多晶硅層的殘膜量產(chǎn)生大的偏差的話，在作為下一個工序的多晶硅層的蝕刻工序中，多晶硅層的殘膜量少的部分比殘膜量多的部分更早露出下層的柵氧化膜，從而產(chǎn)生柵氧化膜露出時間的偏差。所以，早露出的柵氧化膜受到破壞，作為柵氧化膜容易損壞，從而帶來成品率降低和質(zhì)量降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供可以使多晶硅層的殘膜量比現(xiàn)有的均勻，可以穩(wěn)定地制造優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體裝置的干蝕刻方法。
為了解決上述課題，本發(fā)明的特征在于，具有使用含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體對硅上的硅化鎢進行蝕刻的工序。
另外，本發(fā)明的特征在于，在使用前述含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體進行蝕刻的工序之前，還具有使用含有Cl2氣體和O2氣體的蝕刻氣體對硅上的硅化鎢進行蝕刻的工序。
另外，本發(fā)明的特征在于，在使用前述含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體進行蝕刻的工序中，與使用前述的含有Cl2氣體和O2氣體的蝕刻氣體進行蝕刻的工序相比，增加O2氣體相對于Cl2氣體的流量比(O2氣體流量/Cl2氣體流量)。
另外，本發(fā)明的特征在于，在使用前述含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體進行蝕刻的工序中O2氣體相對于總的蝕刻氣體的流量比為0.2以上和0.5以下(0.2≤(O2氣體流量/(Cl2氣體流量+O2氣體流量+NF3氣體流量))≤0.5)。
另外，本發(fā)明的特征在于，將前述硅化鎢蝕刻為具有與相鄰的布線圖案接近而被緊密地配置的部分和與相鄰的布線圖案分離而被疏松地配置的部分的布線圖案。
另外，本發(fā)明的特征在于，具有使用含有N2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體對硅上的鎢進行蝕刻的工序。另外，本發(fā)明的特征在于，前述的蝕刻氣體還含有O2氣體。
另外，本發(fā)明的特征在于，在使用前述含有N2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體進行蝕刻的工序之前，還具有使用含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體對硅上的鎢進行蝕刻的工序。
另外，本發(fā)明的特征在于，具有使用含有O2氣體和NE3氣體的蝕刻氣體對硅上的鎢進行蝕刻的工序。另外，本發(fā)明的特征在于，以氮化硅作為掩膜對前述鎢進行蝕刻。
另外，本發(fā)明的特征在于，具有使用含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體對硅上的鎢進行蝕刻的工序，該蝕刻氣體的Cl2氣體相對于該總的蝕刻氣體的流量比大于0而在0.125以下(0＜(Cl2氣體流量/(Cl2氣體流量+O2氣體流量+NF3氣體流量))≤0.125)。
另外，本發(fā)明的特征在于，在使用前述蝕刻氣體進行蝕刻的工序之前，還具有使用Cl2氣體相對于該總的蝕刻氣體的流量比比該工序大的蝕刻氣體，對硅上的鎢進行蝕刻的前段的蝕刻工序。
另外，本發(fā)明的特征在于，利用可以向搭載被處理基板的下部電極供給高頻電的方式構(gòu)成的平行平板型的等離子體蝕刻裝置，進行前述前段的蝕刻工序以及前述的蝕刻工序，在前述的蝕刻工序中施加在前述下部電極上的高頻電功率與在前述前段的蝕刻工序中被施加在前述下部電極上的高頻電功率相比也增加。
另外，本發(fā)明的特征在于，檢測等離子體中的波長為578nm附近的光和波長為542nm附近的光，根據(jù)該檢測出的光的變化，進行前述前段的蝕刻工序和前述的蝕刻工序。另外，本發(fā)明的特征在于，將前述鎢蝕刻為具有與相鄰的布線圖案接近而被緊密地配置的部分和與相鄰的布線圖案分離而被疏松地配置的部分的布線圖案。
另外，本發(fā)明的特征在于，在前述硅和前述鎢之間設(shè)置阻擋金屬層。


圖1是模式地說明本發(fā)明的一個實施方式的晶片截面構(gòu)成的示意圖。
圖2是使用于本發(fā)明一個實施方式的裝置的構(gòu)成的實例的示意圖。
圖3是說明本發(fā)明的一個實施方式的終點檢測的例子的示意圖。
圖4是表示氣體的流量比和選擇比的關(guān)系的示意圖。
圖5是模式地說明本發(fā)明的另一個實施方式的晶片截面構(gòu)成的示意圖。
圖6是模式地說明本發(fā)明的另一個實施方式的晶片截面構(gòu)成的示意圖。
圖7是說明本發(fā)明的一個實施方式的終點檢測的例子的示意圖。
圖8是模式地說明本發(fā)明的另一個實施方式的晶片截面構(gòu)成的示意圖。
圖9是模式地說明本發(fā)明的另一個實施方式的晶片截面構(gòu)成的示意圖。
圖10是模式地說明現(xiàn)有技術(shù)的晶片截面構(gòu)成的示意圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，對涉及本發(fā)明實施方式的干蝕刻方法進行說明。
圖1是為了說明本發(fā)明的一個實施方式，而將半導(dǎo)體晶片(硅基板)縱截面的一部分進行放大表示的模式圖。如該圖(a)所示，在硅基板101上，從下側(cè)按照順序依次形成柵氧化膜(SiO2)102、多晶硅層103、硅化鎢層104，在硅化鎢層104上形成布圖成設(shè)定的布線圖案的掩膜層105。
上述掩膜層105由硅氮化膜和光刻膠等構(gòu)成，布圖成具有如圖中左側(cè)部分所示，與相鄰的布線圖案接近而被緊密地配置的部分；和如圖中右側(cè)部分所示，與相鄰的布線圖案分離而被疏松地配置的部分的形狀。
在本實施方式中，首先從圖1(a)所示的狀態(tài)，使用Cl2氣體+O2氣體作為蝕刻氣體，通過等離子體蝕刻，蝕刻硅化鎢層104。
然后，如圖1(b)所示的狀態(tài)那樣，在硅化鎢層104的下側(cè)形成的多晶硅層103露出時(殘留著硅化鎢層104裙邊部分的狀態(tài))，將蝕刻氣體從上述氣體改變?yōu)镃l2氣體+O2氣體+NF3氣體，通過等離子體蝕刻而進行過蝕刻，如圖1(c)所示的狀態(tài)那樣，將硅化鎢層104完全蝕刻。此時對在硅化鎢層104下側(cè)形成的多晶硅層103進行略微均勻的蝕刻的狀態(tài)下，結(jié)束蝕刻工序。
由此，與通過使用Cl2氣體+O2氣體的現(xiàn)有的一個步驟進行的蝕刻相同，布線圖案良好，可以不產(chǎn)生殘渣而進行蝕刻，此外，由于可以提高過蝕刻時的硅化鎢與多晶硅的選擇比(硅化鎢的蝕刻速度/多晶硅的蝕刻速度)，所以可以使硅化鎢層104的蝕刻工序結(jié)束時的多晶硅層103的殘膜量在硅基板101的面內(nèi)更加均勻。
圖2是模式地表示用于本發(fā)明實施方式的等離子體裝置的結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。如該圖所示，等離子體處理裝置1是按照電極板上下平行對向，而在一個上連接用于形成等離子體的電源的電容耦合型平行平板蝕刻裝置。
該蝕刻處理裝置1具有例如表面被進行了陽極氧化處理(氧化鋁膜處理法)的鋁組成的圓筒形狀的處理室2，該處理室2被安全接地。在處理室2內(nèi)的底部通過陶瓷等絕緣板3設(shè)置用于搭載晶片W(硅基板101)的近似圓柱型的基座支撐臺4，再在該基座支撐臺4上設(shè)置構(gòu)成下部電極的基座5。在該基座5上連接旁路濾波器(HPF)6。
在基座支撐臺4的內(nèi)部設(shè)置溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)室7，溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)通過導(dǎo)入管8導(dǎo)入溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)室7而進行循環(huán)，可以將基座5控制到所需的溫度。
基座5在其上的中央部分形成凸形的圓板形，在其上面設(shè)置與晶片W形狀近似相同的靜電吸盤11。靜電吸盤11是按照使電極12介于絕緣體之間那樣構(gòu)成的，通過從被連接在電極12上的直流電源13上施加例如1.5kV的直流電壓，依靠庫侖力靜電吸持晶片W。
然后，在絕緣板3、基座支撐臺4、基座5以及靜電吸盤11上，在作為被處理件的晶片W的背面形成用于供給例如He氣體等傳熱介質(zhì)的氣體通道14，通過該傳熱介質(zhì)進行基座5和晶片W之間的熱傳導(dǎo)，晶片W被維持在所需的溫度。
在基座5的上周邊緣部分，按照包圍被配置在靜電吸盤11上的晶片W的方式，設(shè)置環(huán)狀的聚焦環(huán)15。該聚焦環(huán)15由陶瓷或者石英等的絕緣材料組成，以提高蝕刻的均勻性。
在基座5的上方，與該基座5平行地對向設(shè)置上部電極21。該上部電極21由電極板24和電極支撐體25構(gòu)成，該電極板24是通過絕緣材料22被支撐在處理室2的上部，構(gòu)成基座5的對向面，具有多個排出孔23而由例如碳或者石英等組成；而該電極支撐體25則是由支撐該電極24的導(dǎo)電性材料，例如表面被進行陽極氧化處理了的鋁組成。另外，基座5和上部電極21之間的間隔是可以調(diào)節(jié)的。
在上部電極21的電極支撐體25的中央設(shè)置氣體導(dǎo)入口26。在該氣體導(dǎo)入口26上連接氣體供給管27，而在該氣體供給管27上通過閥門28以及質(zhì)量流控制器29，連接處理氣體供給源30。而從該氣體供給源30供給等離子體蝕刻所需的蝕刻氣體。另外，圖2中，僅僅圖示了一個由上述處理氣體供給源30組成的處理氣體供給系統(tǒng)，而這些處理氣體供給系統(tǒng)設(shè)置了多個，例如分別對Cl2、O2和NF3等氣體進行流量控制，可以供給到處理室2內(nèi)。
另一方面，在處理室2的底部連接排氣管31，在該排氣管31上連接排氣裝置35。該排氣裝置35具有渦流分子泵等的真空泵，由此可以將處理室2內(nèi)抽真空到設(shè)定的減壓環(huán)境，例如1Pa以下的設(shè)定的壓力。另外，在處理室2的側(cè)壁上設(shè)置門閥32，當該門閥32在開的狀態(tài)下，將晶片W在與相鄰的負荷鎖定室(未被圖示)之間搬運。
在上部電極21上連接第一高頻電源40，在其供電線上介插上匹配器41。另外，在上部電極21上連接低通濾波器(LPF)42。該第一高頻電源40具有50-150MHz范圍的頻率數(shù)，通過這樣施加高頻，可以在處理室2內(nèi)形成優(yōu)選的分離狀態(tài)的而且是高密度的等離子體，可以進行比以往更低壓力的條件下的等離子體處理。該第一高頻電源40的頻率數(shù)優(yōu)選為50-80MHz，典型的是采用如圖示的60MHz或在其附近的條件。
在作為下部電極的基座5上連接第二高頻電源50，在其供電線上插上匹配器51。該第二高頻電源50具有幾MHz-十幾MHz范圍的頻率數(shù)，通過這樣施加高頻，可以對作為被處理件的晶片W不加損傷地給予適當?shù)碾x子作用。第二高頻電源50的頻率數(shù)，典型的是采用如圖示的13.56MHz或在其附近的條件。
接下來，通過上述結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置1，對于蝕刻在晶片W(硅基板101)上形成的硅化鎢層104的工序進行說明。
首先，打開門閥32，從未被圖示的負荷鎖定室向處理室2內(nèi)，搬入如前述的圖1(a)的狀態(tài)的晶片W(硅基板101)下，搭載在靜電吸盤11上。然后，通過從高壓直流電源13施加直流電壓，將晶片W吸持在靜電吸盤11上。
接下來，關(guān)閉門閥32，通過排氣機構(gòu)35，將處理室2內(nèi)抽真空到設(shè)定的真空度后，打開閥28，從處理氣體供給源30，一邊通過質(zhì)量控制器29調(diào)節(jié)蝕刻氣體Cl2+O2(第一蝕刻氣體)的流量，一邊通過處理氣體供給管27、氣體導(dǎo)入管26、上部電極21的中空部、電極板24的排出孔23，如圖2的箭頭所示，將該蝕刻氣體向晶片W均勻地排出。與此同時，處理室2內(nèi)的壓力被維持在設(shè)定的壓力上，從第一高頻電源40以及第二高頻電源50向上部電極21以及作為下部電極的基座5施加高頻電壓，將蝕刻氣體等離子體化，對晶片W的硅化鎢層104進行蝕刻(主蝕刻)。
然后，通過未被圖示的終點檢測器，檢測出硅化鎢層104的蝕刻終點，在達到前述的圖1(b)的狀態(tài)時，通過將蝕刻暫時停止而切換蝕刻氣體，或者一邊繼續(xù)進行蝕刻一邊僅僅切換蝕刻氣體，使蝕刻氣體為Cl2+O2+NF3(第二蝕刻氣體)，進行過蝕刻。按設(shè)定的時間進行該過蝕刻，在達到前述的圖1(c)的狀態(tài)時，停止過蝕刻，結(jié)束硅化鎢層104的蝕刻工序。
通過上述工序，首先按照以下條件，即，
第一蝕刻氣體Cl2(流量為33SCCM)+O2(流量為2SCCM)壓力0.67Pa在上部電極上施加的高頻電功率475W在下部電極上施加的高頻電功率50W電極之間的距離150mm進行第一蝕刻工序(主蝕刻)，接下來按照以下條件，即，第二蝕刻氣體Cl2(流量為10SCCM)+O2(流量為20SCCM)+NF3(流量為20SCCM)壓力1.3Pa在上部電極上施加的高頻電功率500W在下部電極上施加的高頻電功率100W電極之間的距離150mm進行第二蝕刻工序(過蝕刻)。
另外，上述蝕刻工序的切換，如圖3所示，通過減少等離子體中的波長為704nm的光，利用終點檢測裝置進行被檢測出的硅化鎢層104的蝕刻終點(圖3中所示的曲線的傾斜的終點E)的檢測。另外，按照相對于第一蝕刻工序(主蝕刻)進行的時間的40％進行第二蝕刻工序(過蝕刻)。
作為第一蝕刻工序的終點，優(yōu)選為以基板的多晶硅層103開始露出的E′到硅化鎢層104的蝕刻結(jié)束之前的E之間的設(shè)定的時間檢測出。從最大限度抑制多晶硅層103的過蝕刻上看，優(yōu)選為以E′作為第一蝕刻工序的終點。
另外，用電子掃描顯微鏡(SEM)觀察蝕刻后的晶片時，經(jīng)布線圖案的硅化鎢層104的形狀良好，也沒有發(fā)現(xiàn)殘渣。另外，接著上述工序而進行多晶硅層103的蝕刻時，經(jīng)布線圖案的多晶硅層103以及硅化鎢層104的形狀良好，也沒有發(fā)現(xiàn)殘渣。
另外，測定在上述的第二蝕刻工序中硅化鎢和多晶硅的選擇比(硅化鎢的蝕刻速度/多晶硅的蝕刻速度)，相對于覆蓋層(沒有布圖)晶片的2.1，有布線圖案的晶片為4.4。另一方面，在第一蝕刻工序中，上述的選擇比分別為1.1和1.5，可以確認在第二蝕刻工序中，與第一蝕刻工序相比選擇比提高了。
在上述例子中，在第二蝕刻工序中，與第一蝕刻工序相比，增加O2的流量比可提高選擇比(硅化鎢的蝕刻速度/多晶硅的蝕刻速度)，通過添加NF3，可抑制殘渣。
圖4表示調(diào)查改變這些氣體流量比時的覆蓋層(沒有布線圖案)晶片上的選擇比(硅化鎢的蝕刻速度/多晶硅的蝕刻速度)的結(jié)果。
在該圖中，三角形的各個頂點分別是Cl2、O2、NF3的流量為100％，而與這些頂點對向的邊上為0％，從這些頂點向?qū)ο虻倪吜髁勘戎饾u減少。這樣，在該三角形的各部分上記載的圓表示按其大小不同時的選擇比的數(shù)值。圖中帶斜線的圓表示由于蝕刻而產(chǎn)生許多沉淀，而膜厚增加的情況。
如圖4所示，對于O2，如果使流量比增加過多的話，蝕刻將不會進行，而產(chǎn)生沉淀。所以，將流量比確定為在圖4中粗線所包圍的范圍，即20-50％的流量比的范圍為優(yōu)選。通過該流量比的范圍，可以得到相對于覆蓋層(沒有布線圖案)晶片的選擇比約為1.5以上。
如以上說明的那樣，根據(jù)本實施方式，與以往相比可以使多晶硅層的殘膜量更加均勻。所以，在蝕刻多晶硅層時，可以抑制下層的氧化膜層受到損壞，由此可以抑制柵氧化膜的破壞。
另外，在上述的例子中，說明了使用Cl2+O2作為第一蝕刻氣體的情況，而第一蝕刻氣體只要是可以使布線圖案良好不產(chǎn)生殘渣而進行硅化鎢層的蝕刻即可，例如也可是Cl2+SF6等含Cl2的其他氣體。另外，也可在第一以及第二蝕刻氣體中加Ar等惰性氣體。
接下來，替換上述的硅化鎢層，而對于鎢層進行蝕刻的情況進行說明。
如圖5(a)所示的那樣，在硅基板501上從下層按照順序形成柵氧化膜(SiO2)502、多晶硅層503、由氮化硅組成的阻擋金屬層504、鎢層505，在鎢層505上形成按設(shè)定的布線圖案進行布圖的掩膜層506。各層的膜厚被設(shè)定為例如柵氧化膜502為3.5-6.5nm，多晶硅層503為80nm，阻擋金屬層504為4nm，鎢層505為35nm，掩膜層506為150nm左右。
上述的掩膜層506由硅氮化膜等構(gòu)成，形成具有如圖中的左側(cè)部分所示的那樣與相鄰的布線圖案接近而被緊密地配置的部分，和如圖中的右側(cè)部分所示的那樣與相鄰的布線圖案分離而被疏松地配置的形狀的布線圖案。
在上述的硅基板501上，從圖5(a)所示的狀態(tài)使用Cl2+O2+NF3作為蝕刻氣體，通過等離子體蝕刻，對鎢層505以及阻擋金屬層504進行蝕刻時，布線圖案形狀良好可以不產(chǎn)生殘渣而進行蝕刻。但是，在這種情況下，鎢和多晶硅的選擇比(鎢的蝕刻速度/多晶硅的蝕刻速度)約為1，而存在下層的多晶硅層503被蝕刻而其膜厚減少量增多的問題。
所以，如圖5(b)所示的狀態(tài)使用N2+O2+NF3作為蝕刻氣體，通過等離子體蝕刻，對鎢層505以及阻擋金屬層504進行蝕刻。這樣，可以完全除去鎢層505以及阻擋金屬層504，在多晶硅層503達到完全露出的狀態(tài)時結(jié)束蝕刻工序。
這樣，可以進行布線圖案的形狀良好，而不產(chǎn)生殘渣的蝕刻，此外，還可以提高在過蝕刻時的鎢與多晶硅的選擇比(鎢的蝕刻速度/多晶硅的蝕刻速度)，所以可以幾乎不蝕刻多晶硅層503，而完全除去鎢層505以及阻擋金屬層504。
圖6是表示蝕刻鎢的其他實施方式，在該圖所示的實施方式中，對于形成與前述實施方式同樣的構(gòu)造的半導(dǎo)體晶片W(硅基板)，首先從圖6(a)所示的狀態(tài)，使用Cl2+O2+NF3作為蝕刻氣體，通過等離子體蝕刻，對鎢層505以及阻擋金屬層504進行蝕刻(主蝕刻)。
然后，如圖6(b)所示的狀態(tài)那樣，在半導(dǎo)體晶片面內(nèi)的一部分上，在下層的多晶硅層503開始露出時，以除去了Cl2的O2+NF3氣體作為蝕刻氣體，或者以在O2+NF3中加入了微量Cl2但是與上述工序相比減少了Cl2添加量的氣體作為蝕刻氣體，進行蝕刻(過蝕刻)。這樣，如圖6(c)所示的狀態(tài)那樣，在半導(dǎo)體晶片面內(nèi)的多晶硅層503達到完全露出的狀態(tài)時，結(jié)束蝕刻工序。
另外，上述蝕刻工序的切換，即可在生成等離子體時，僅僅進行氣體切換來進行，也可在暫時等離子體消失并切換氣體后，再次使等離子體生成來進行。
另外，用于切換上述的蝕刻工序而進行的蝕刻狀態(tài)的檢測，通過檢測等離子體的發(fā)光光譜而進行。即，例如，如圖7所示，通過測定等離子體光中的特定波長的光(例如在圖7所示的例子中為542nm)的時間變化，檢測出蝕刻狀態(tài)，如圖7所示，在該波長的光的強度開始下降的P1點時，切換蝕刻工序，在光的強度停止下降而大致成一定值的P2點時，結(jié)束蝕刻工序。另外，作為上述的波長，除了在氮化鎢層露出時或者多晶硅層露出時的光強度下降明確的542nm之外，也可以使用578nm等。
根據(jù)上述的實施方式，僅在過蝕刻時，可以提高鎢與多晶硅的選擇比(鎢的蝕刻速度/多晶硅的蝕刻速度)，所以可以幾乎不蝕刻多晶硅層503，而完全除去鎢層505以及阻擋金屬層504。
接下來，對于蝕刻鎢的其他實施方式進行說明。該實施方式是在如圖8(a)所示的硅基板501上，在硅層503上直接形成鎢層505，在鎢層505上形成按照設(shè)定的布線圖案進行了布線的掩膜層506，而對該鎢層進行蝕刻。
另外，如圖5所示的情況同樣地，在硅層503和鎢層505之間也可以有氮化鎢等的阻擋金屬層504。另外，硅層503可以是單晶硅、非晶態(tài)硅、多晶硅中的任何一種。
然后，在該實施方式中從圖8(a)所示的那種狀態(tài)，使用N2+NF3氣體作為蝕刻氣體，通過等離子體蝕刻，對鎢層505(或者氮化鎢等的阻擋金屬層504和鎢層505)進行蝕刻，可以如圖8(b)所示的那種完全除去鎢層505，在多晶硅層503達到完全露出的狀態(tài)時結(jié)束蝕刻工序。
這樣，可以進行布線圖案的形狀良好，而不產(chǎn)生殘渣的蝕刻，在此之上，還可以提高在過蝕刻時的鎢與多晶硅的選擇比(鎢的蝕刻速度/多晶硅的蝕刻速度)，所以可以幾乎不蝕刻多晶硅層503，而完全除去鎢層505。另外，在該實施方式下，蝕刻后的硅表面與使用Cl2+O2+NF3的蝕刻氣體相比可以作得相當平滑。
接下來，參照圖9，對蝕刻鎢時的2階段蝕刻的其他實施方式進行說明。在該實施方式下，與前述圖6所示的2階段蝕刻同樣地，首先如圖9(b)所示的那樣使用蝕刻速度比較高的Cl2+O2+NF3的氣體在中途為止進行蝕刻，當鎢層505的殘留量減少后，如圖(c)所示的那樣使用蝕刻速度比較低但是可以得到高選擇比的N2+NF3氣體進行蝕刻的。在該實施方式下，加上圖6的實施方式的效果，可以得到快速地進行蝕刻的效果。
使用如圖2所示的裝置，在圖5中所示的工序，即，使用N2+O2+NF3作為蝕刻氣體，對鎢層505以及阻擋金屬層504進行蝕刻的結(jié)果，鎢層505蝕刻速度為170nm/分，多晶硅的蝕刻速度為33nm/分，選擇比為5.1，在蝕刻結(jié)束時的多晶硅層的減少量為6nm以下。另外，掩膜層的氮化硅的蝕刻速度為34nm/分，在蝕刻結(jié)束時的氮化硅層的減少量為12.2nm。另外，蝕刻條件為N2+O2+NF3氣體的流量20/20/20sccm壓力0.67Pa在上部電極上施加的高頻電功率500W在下部電極上施加的高頻電功率100W電極之間的距離150mm調(diào)溫用氦氣壓力2660Pa基座溫度60℃。
另外，使用Cl2+O2+NF3作為蝕刻氣體，對鎢層505以及阻擋金屬層504進行蝕刻的結(jié)果，鎢層505蝕刻速度為306nm/分，多晶硅的蝕刻速度為310nm/分，選擇比為1.0，在蝕刻結(jié)束時的多晶硅層的減少量為36.7nm以下。另外，掩膜層的氮化硅的蝕刻速度為164nm/分，在蝕刻結(jié)束時的氮化硅層的減少量為36.9nm。另外，蝕刻條件為Cl2+O2+NF3氣體的流量20/20/20sccm壓力0.67Pa在上部電極上施加的高頻電功率500W在下部電極上施加的高頻電功率150W電極之間的距離150mm調(diào)溫用氦氣壓力399Pa基座溫度90℃。
使用N2+O2+NF3作為蝕刻氣體與使用Cl2+O2+NF3作為蝕刻氣體相比，可以使選擇比約為其5倍，多晶硅層的減少量為1/6以下，掩膜層的氮化硅層的減少量約為1/3。因此，在蝕刻多晶硅層時，可以抑制下層的柵氧化膜(SiO2)受到破壞，由此可以抑制柵氧化膜的破壞。另外，在使用N2+O2+NF3氣體的實施例中，降低基座溫度，提高調(diào)溫用氦氣的壓力，是為了降低蝕刻中的半導(dǎo)體晶片的溫度，減少邊緣蝕刻，通過進行該溫度控制，可以按照良好形狀進行蝕刻。
接下來，通過圖2所示的裝置，在圖5中所示的工序，即，使用Cl2+O2+NF3氣體作為第一工序的蝕刻氣體，使用O2+NF3氣體作為第二工序的蝕刻氣體，通過2步驟對鎢層505以及阻擋金屬層504進行蝕刻的結(jié)果，在使用O2+NF3氣體的第二步驟中的鎢層505蝕刻速度為281nm/分，多晶硅的蝕刻速度為98nm/分，選擇比為2.9，在蝕刻結(jié)束時的多晶硅層的減少量為6nm以下。在該第二步驟中，通過降低Cl2的流量，并且增加O2的流量比，可以抑制多晶硅的蝕刻，提高選擇比。另外，第一步驟的蝕刻條件與前述使用Cl2+O2+NF3氣體時相同。第二步驟的蝕刻條件為O2+NE3氣體的流量20/20sccm壓力0.67Pa在上部電極上施加的高頻電功率500W在下部電極上施加的高頻電功率150W電極之間的距離150mm調(diào)溫用氦氣壓力399Pa基座溫度90℃。
如上那樣，即使在根據(jù)圖6所示的工序進行的實施例中，與以往相比可以提高選擇比，與以往相比可以抑制多晶硅層的減少。
另外，用電子掃描顯微鏡(SEM)觀察蝕刻后的晶片時，發(fā)現(xiàn)僅產(chǎn)生了一點殘渣。在這種情況下，提高延長第二步驟的蝕刻時間，可以降低以致消除殘渣。為了不加大掩膜層的減少量第二步驟的蝕刻時間在30秒以下為優(yōu)選。另外，在上述第二步驟的蝕刻氣體中，僅僅添加5sccm左右的Cl2氣體，即可以防止該殘渣的產(chǎn)生。為了降低選擇比，Cl2氣體的添加量相對于O2氣體和NF3氣體的合計流量為12.5％是優(yōu)選。
另外，在上述實施例中，可以看到鎢層的裙邊部分僅為呈錐形的所謂展開裙狀，而該展開裙狀可以通過將施加在下部電極上的高頻電的功率提高到300W而得到防止。
因此，在上述第二步驟中的蝕刻，僅僅添加5sccm左右的Cl2氣體，另外將施加在下部電極上的高頻電的功率提高到300W是優(yōu)選。
接下來，通過圖2所示的裝置，在圖8中所示的工序，即，使用N2+NF3氣體作為蝕刻氣體，對鎢層505進行蝕刻。另外，蝕刻條件為N2+NF3氣體的流量100/20sccm壓力1.33Pa在上部電極上施加的高頻電功率300W在下部電極上施加的高頻電功率300W電極之間的距離150mm調(diào)溫用氦氣壓力400Pa基座溫度60℃。
可以確認即使在使用上述N2+NF3氣體的工序的實施例中，與使用Cl2+O2+NF3氣體的工序相比，可以提高選擇比。
另外，在上述各例中，說明了使用平行平板型的蝕刻裝置的情況，但是本發(fā)明并不限于此，當然可以使用所有的等離子體裝置。
產(chǎn)業(yè)上應(yīng)用的可能性本發(fā)明的干蝕刻方法可以應(yīng)用于進行半導(dǎo)體裝置制造的半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)等。所以，具有產(chǎn)業(yè)上應(yīng)用的可能性。
權(quán)利要求
1.一種干蝕刻方法，其特征在于，具有使用含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體對硅上的硅化鎢進行蝕刻的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于，在使用所述含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體進行蝕刻的工序之前，還具有使用含有Cl2氣體和O2氣體的蝕刻氣體對硅上的硅化鎢進行蝕刻的工序。
3.如權(quán)利要求2所述的干蝕刻方法，其特征在于，在使用所述含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體進行蝕刻的工序中，與使用所述含有Cl2氣體和O2氣體的蝕刻氣體進行蝕刻的工序相比增加O2氣體相對于Cl2氣體的流量比(O2氣體流量/Cl2氣體流量)。
4.如權(quán)利要求1～3中的任一項所述的干蝕刻方法，其特征在于，O2氣體相對于在使用所述含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體進行蝕刻的工序中總的蝕刻氣體的流量比在0.2以上、0.5以下(0.2≤(O2氣體流量/(Cl2氣體流量+O2氣體流量+NF3氣體流量))≤0.5)。
5.如權(quán)利要求1～4中的任一項所述的干蝕刻方法，其特征在于，將所述硅化鎢蝕刻為具有與相鄰的布線圖案接近而被緊密地配置的部分和與相鄰的布線圖案分離而被疏松地配置的部分的布線圖案。
6.一種干蝕刻方法，其特征在于，具有使用含有N2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體對硅上的鎢進行蝕刻的工序。
7.如權(quán)利要求6所述的干蝕刻方法，其特征在于，所述的蝕刻氣體還含有O2氣體。
8.如權(quán)利要求6或7所述的干蝕刻方法，其特征在于，在使用含有N2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體進行蝕刻的工序之前，還具有使用含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體對硅上的鎢進行蝕刻的工序。
9.一種干蝕刻方法，其特征在于，具有使用含有O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體對硅上的鎢進行蝕刻的工序。
10.如權(quán)利要求6～9中任一項所述的干蝕刻方法，其特征在于，以氮化硅層作為掩膜對所述鎢進行蝕刻。
11.一種干蝕刻方法，其特征在于，具有使用含有Cl2氣體、O2氣體和NF3氣體的蝕刻氣體對硅上的鎢進行蝕刻的工序，該蝕刻氣體的Cl2氣體相對于該總的蝕刻氣體的流量比大于0而在0.125以下(0＜(Cl2氣體流量/(Cl2氣體流量+O2氣體流量+NF3氣體流量))≤0.125)。
12.如權(quán)利要求11所述的干蝕刻方法，其特征在于，在使用所述蝕刻氣體進行蝕刻的工序之前，還具有使用Cl2氣體相對于總的蝕刻氣體的流量比比該工序大的蝕刻氣體對硅上的鎢進行蝕刻的前段的蝕刻工序。
13.如權(quán)利要求12中所述的干蝕刻方法，其特征在于，具有平行平板型等離子體蝕刻裝置，可向搭載被處理基板的下部電極供給高頻電功率，由此結(jié)構(gòu)，進行所述前段的蝕刻工序以及所述蝕刻工序，在所述蝕刻工序中施加在所述下部電極上的高頻電功率與在所述前段蝕刻工序中施加在所述下部電極上的高頻電功率相比也增加。
14.如權(quán)利要求12或13中所述的干蝕刻方法，其特征在于，檢測等離子體中的波長為578nm附近的光和波長為542nm附近的光，根據(jù)該檢測出的光的變化，進行所述前段的蝕刻工序和所述蝕刻工序。
15.如權(quán)利要求6～14中的任一項所述的干蝕刻方法，其特征在于，將所述鎢蝕刻成具有與相鄰的布線圖案接近而被緊密地配置的部分和與相鄰的布線圖案分離而被疏松地配置的部分的布線圖案。
16.如權(quán)利要求6～15中的任一項所述的干蝕刻方法，其特征在于，在所述硅和所述鎢之間設(shè)置阻擋金屬層。
全文摘要
使用Cl
文檔編號H01L21/3213GK1535473SQ0280838
公開日2004年10月6日 申請日期2002年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月19日
發(fā)明者高明輝, 三浦利仁, 深澤孝之, 清水昭貴, 櫛引理人, 山下朝夫, 樋口文彥, 之, 人, 仁, 夫, 彥, 貴 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社