JP2000235968A - ドライエッチング装置及びそれを用いたドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング装置及びそれを用いたドライエッチング方法

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JP2000235968A
JP2000235968A JP11035752A JP3575299A JP2000235968A JP 2000235968 A JP2000235968 A JP 2000235968A JP 11035752 A JP11035752 A JP 11035752A JP 3575299 A JP3575299 A JP 3575299A JP 2000235968 A JP2000235968 A JP 2000235968A
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Japan
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etching
chamber
dry etching
gas
plasma
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Atsushi Nakazawa
淳 中澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜種が異なる場合や積層膜の場合でも所望の
エッチング特性と均一性を両立させたエッチングを行う
ことを可能にする。 【解決手段】 このエッチング装置は、エッチングチャ
ンバ9と、チャンバ9内のウェハ若しくは液晶基板の被
エッチング物10の上下に設置された電極2,3と、高
周波電圧の供給される高周波電源4a,4bと、チャン
バ9に反応ガスを導入するガス導入口1a,1bと、ガ
ス導入口1aに接続されたプラズマ発生室7と、チャン
バ9内へのガス導入を切り換える弁8a,8bと、ター
ボ分子ポンプ6と、ドライポンプ5と、エッチング終了
を検出する終点検出装置11と、チャンバ9内へガスを
導入するガス導入管12とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体及び液晶基
板等に素子及び電極を形成するための微細加工技術の一
つであるドライエッチング装置及びそれを用いたドライ
エッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】エッチング技術には、化学薬品によるウ
ェット方式と、ガスを利用したドライ方式とがあり、い
ずれも化学反応が基本となっている。ドライ方式には、
プラズマエッチングや反応性イオンエッチングやケミカ
ルドライエッチング等がある。プラズマエッチングは、
放電プラズマ中にウェハ若しくは液晶基板を置き、被エ
ッチング材料を、主としてプラズマ中で作られたラジカ
ル種と反応させてエッチングするものである。また、反
応性イオンエッチングは、ラジカル種(活性種)の化学
反応のみならず反応性イオンのスパッタリング効果を利
用するものである。また、ケミカルドライエッチング
は、マイクロ波で励起することにより生成されたラジカ
ル種をチャンバ(反応室)内に導入してエッチングする
ものである。
【0003】一般的に、高融点金属、アルミ等の金属に
ついては、比較的早いエッチング速度が確保できる反応
性イオンエッチングが使用され、その他のシリコン系の
金属については、プラズマエッチングあるいはケミカル
ドライエッチングが使用される。しかし、半導体素子等
をエッチングする場合、反応性イオンエッチングを使用
すると、半導体の特性が取れなくなる現象(半導体層の
ダメージ)が起きるため、金属と半導体の両方をエッチ
ングする必要がある場合には、まず、反応性イオンエッ
チングでメタルエッチングを行った後に、プラズマエッ
チングを行い、金属部分と半導体素子に対して、異なる
エッチングをする手法がとられている。
【0004】また、図4に示すように、特開平9−64
017号公報にあるような反応性イオンエッチングとケ
ミカルドイエッチングの利点を合わせたエッチング装置
が存在する。このエッチング装置は、エッチングチャン
バ9と、チャンバ9内のウエハ10の上下に設置された
高周波電圧の供給される電極2a,2b,3a,3b
と、チャンバ9に反応ガスを導入するガス導入口1a,
1bと、高周波発信器4a,4bと、真空排気ポンプ5
を備えている。上部電極2bは、円形状をなし、それに
対して同心円状に電極2aを配置し、電極2a,2bの
間は、石英12で絶縁する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近年は,二層、三層と
いった多層膜が素子の材料として用いられることが多く
なり、同一反応室内で連続的にエッチングされる事が多
くなっている。しかし、異なる種類の膜をエッチングす
る場合や同一の膜種であっても半導体装置の機能の違い
により要求されるエッチング性能(形状、選択比等)が
異なる場合においては、それぞれに応じたプロセスガス
やエッチングモード、エッチング装置を選択する必要が
あり、装置の汎用性が低下してしまう。
【0006】また、複数の異なる膜を積層した積層構造
膜をエッチングする場合においては、ある1種類の膜に
最適な装置、条件を選択すると、他の膜のエッチングに
対しては必ずしも最良の均一性が得られないため、積層
膜全体では良好な均一性が得られなくなる。
【0007】また、特開平9−64017号公報に開示
されているドライエッチング装置を使用した場合、プロ
セスチャンバ9内に違う周波数の高周波電圧がかかるた
め、異常放電等の危険性が高まる。また、上部電極、下
部電極のそれぞれを2分割しないといけないため、それ
ぞれの電極の間に石英等で絶縁する必要がある。この石
英等の絶縁物が放電にさらされ発塵し、ウェハーや液晶
基板上にパターン不良を発生させる可能性がある。
【0008】本発明の目的は、膜種が異なる場合や積層
膜の場合でも所望のエッチング特性と均一性を両立させ
たエッチングを行うことを可能にしたドライエッチング
装置及びそれを用いたドライエッチング方法を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、被エ
ッチング物の上下に対向して配置された1対の電極を備
えた反応室を有し、該反応室の外側から内部にエッチン
グガスを導入し、電極間のプラズマにより生成したエッ
チングガスのラジカル種を用いてエッチングを行うドラ
イエッチング装置において、エッチングガスをプラズマ
により励起させてラジカルを生成するプラズマ発生室を
備え、該プラズマ発生室で生成したラジカル種を前記反
応室に導入することを特徴とする。
【0010】請求項2の発明は、請求項1記載のドライ
エッチング装置を用いたドライエッチング方法におい
て、被エッチング物の少なくとも2層以上の被処理膜を
各層毎に、前記電極間のプラズマにより励起されたラジ
カル種と、プラズマ発生室で励起されたラジカル種によ
り連続的にエッチングを行うことを特徴とする。
【0011】請求項3の発明は、請求項1記載のドライ
エッチング装置を用いたドライエッチング方法におい
て、前記電極間のプラズマにより励起されたラジカル種
によるエッチングと、プラズマ発生室で励起されたラジ
カル種によるエッチングとを選択して連続してエッチン
グを行うことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図1及び、図2は本
発明によるドライエッチング装置の構造を示す図であ
る。図1は、反応性イオンエッチング装置であり、図2
は、プラズマエッチング装置である。従来の平行平板型
ドライエッチング装置と同様に、このエッチング装置
は、エッチングチャンバ9と、チャンバ9内のウェハ若
しくは液晶基板の被エッチング物10の上下に設置され
た電極2,3と、高周波電圧の供給される高周波電源4
a,4bと、チャンバ9に反応ガスを導入するガス導入
口1a,1bと、ガス導入口1aに接続されたプラズマ
発生室7と、チャンバ9内へのガス導入を切り換える弁
8a,8bと、ターボ分子ポンプ6と、ドライポンプ5
と、エッチング終了を検出する終点検出装置11と、チ
ャンバ9内へガスを導入するガス導入管12とを備えて
いる。プラズマ発生室7には、高周波電源4aが接続さ
れて、ガス導入口1aから導入されたガスに高周波を印
加してプラズマによりラジカルを生成する。プラズマ発
生室7で生成されたラジカルは、ガス切換弁8aを開い
てガス導入管15を通って、チャンバ9に導入される。
【0013】図1の反応性イオンエッチング装置では、
高周波電源4bが下部電極3に接続され、上部電極2は
接地されている。一方、図2のプラズマエッチング装置
では、高周波電源4bが上部電極2に接続され、下部電
極3は接地されている。どちらも基本的には同様の構造
をしており、反応室内の電極間で生成するラジカル種と
プラズマ発生室で生成するラジカル種を組み合わせてエ
ッチングが可能である。そのため、被エッチング物の膜
種が異なる場合や積層膜の場合でも所望のエッチング特
性と均一性を両立させたエツチングを行うことが可能で
ある。この装置を使ったエッチング方法を具体的に説明
する。
【0014】図1の反応性イオンエッチング装置を用い
て、連続して液晶基板のソース電極と半導体層のチャネ
ルを形成する場合を説明する。図3は、液晶基板のソー
ス電極と半導体層のチャネルを形成する場合の工程説明
図である。図3(a)に示すように、液晶基板27に対
し、上から順に、チタニウム膜22、アルミニウム膜2
3、チタニウム膜24、n+−a−Si層25、半導体
層26と積層されている。この総膜厚200nmの金属
膜上にフォトリソ法で膜厚2μmのレジスト21を形成
する。
【0015】次に、図3(b)の状態にソース電極を形
成するために、図1の反応性イオンエッチング装置を用
いてエッチングを行う。ガス導入口1bからガス切換弁
8bを開いてエッチングガスをチャンバ9内に導入す
る。このときガス切換弁8aは閉じられている。高周波
電源4bに2000Wの高周波電圧を印加してプラズマ
によるラジカル種を生成し、図3(a)のフォトレジス
ト開口部に対して異方性エッチングを行う。
【0016】例えば、流量50sccmのBCl3と流
量150sccmのCl2をガス導入口1bより供給
し、圧力30mTorrでエッチングを行う。このと
き、より異方的なエッチングを行い、面内に均一なエッ
チングを行うために、電極間の距離は200mm以上離
れていることが望ましい。そして、終点検出装置11に
より、金属膜のエッチング終了を確認し、金属膜のエッ
チングを終了する。こうして図3(b)に示すように、
フォトレジスト21の開口部のチタニウム膜22、アル
ミニウム膜23、チタニウム膜24がエッチングされ
る。
【0017】次に、図3(c)に示すように、n+−a
−Si層25、半導体層26をエッチングする。流量2
00sccmのSF6と流量200sccmのHClを
ガス導入口1aからプラズマ発生室7に供給し、プラズ
マ発生室7の電源4aに1000Wの高周波電圧を印加
する。プラズマ発生室7内では、プラズマによりラジカ
ル種を励起させる。この時の圧力は100mTorrで
ある。これらにより生成されたラジカル種は、ガス切換
弁8aを開いてチャンバ9に供給され、先にエッチング
された金属膜から露出したn+−a−Si層25、半導
体層26と等方的に反応し、ダメージの無いエッチング
が行われる。
【0018】この場合は、被エッチング物の種類によっ
ては、プラズマ発生室7からのラジカル種を用いてエッ
チングし、その後反応室の電極間で生成したラジカル種
を用いて連続エッチングする場合もある。一つのドライ
エッチング装置により2種類のエッチングが連続で行え
るので、エッチングレートの均一性が、非常に向上す
る。そして、所望のエッチング方法を選択することがで
き、所望のエッチング特性が得られる。
【0019】反応性イオンエッチングモードによるエッ
チングにおいて、基板面内のエッチングの均一性が悪い
場合に、ケミカルドライエッチングを補助的に用いるこ
とも可能である。図1に示す反応性イオンエッチング装
置を用いて、例えば膜厚300nmのアルミニウムを配
線加工のためにエッチングする場合について述べる。従
来のアルミニウム膜をエッチングする反応性イオンエッ
チングと同様に流量50sccmのBCl3と流量15
0sccmのCl2を反応ガス導入口1a,1bから、
プラズマ発生室7とチャンバ9に同時に供給する。さら
に電源4bに2000Wの高周波電圧を、同時に電源4
aに1000Wの高周波電圧を印加する。こうして、電
極間に発生するプラズマによるラジカル種と、プラズマ
発生室7から供給されるラジカル種によってエッチング
が行われる。このように、両ラジカル種を用いてエッチ
ングするので、基板面内のエッチングレートの均一性
が、非常に向上する。基板面内のエッチングレートの均
一性を調査したところ、±5.1%となり、従来の反応
性イオンエッチングのみのときの土10.8%に比べて
非常に向上し、また、レジストに対するエッチング選択
比の劣化や残滓は観察されていない。
【0020】こうして、分離してエッチングしていた工
程が、1台の装置でエッチングが終了するので、装置コ
ストを抑えることになる。
【0021】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、エッチングガ
スをプラズマにより励起させてラジカルを生成するプラ
ズマ発生室を備え、該プラズマ発生室で生成したラジカ
ル種を前記反応室に導入するので、反応室内の電極間で
生成するラジカル種とプラズマ発生室で生成するラジカ
ル種を組み合わせてエッチングが可能であり、被エッチ
ング物の膜種が異なる場合や積層膜の場合でも、所望の
エッチング特性と均一性を両立させたエツチングを行う
ことを可能とする。従って、この装置で複数のドライエ
ッチング方法を組み合わせて実施でき、装置の汎用性が
向上する。また、分離してエッチングしていた工程が1
台の装置でエッチングが終了するので、装置コストを抑
えることにもなる。
【0022】請求項2の発明によれば、このエッチング
装置を用いて、前記電極間のプラズマにより励起された
ラジカル種と、プラズマ発生室で励起されたラジカル種
により連続的にエッチングを行うので、被エッチング物
内のエッチングレートの均一性が、非常に向上する。
【0023】請求項3の発明によれば、このエッチング
装置を用いて、電極間のプラズマにより励起されたラジ
カル種によるエッチングと、プラズマ発生室で励起され
たラジカル種によるエッチングと選択してエッチングを
行うので、それぞれの所望のエッチング方法を選択する
ことができ、所望のエッチング特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るドライエッチング装置(反応性イ
オンエッチング型)の概略構成図である。
【図2】本発明に係るドライエッチング装置(プラズマ
エッチング型)の概略構成図である。
【図3】液晶基板のソース電極と半導体層のチャネルを
形成する場合の工程説明図である。
【図4】従来のドライエッチング装置の概略構成図であ
る。
【符号の説明】
1a,1b ガス導入口 2 上部電極 3 下部電極 4a,4b 高周波電源 5 ドライポンプ 6 ターボ分子ポンプ 7 プラズマ発生室 8a,8b ガス切換弁 9 チャンバ 10 ウェハー及び液晶基板 11 終点検出装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K057 DA02 DA14 DA16 DB05 DB08 DD01 DD07 DD08 DE01 DE04 DE06 DG12 DM17 DM28 DM37 DN01 5F004 AA01 BA03 BA04 BB13 CA01 CB15 DA04 DA11 DA18 DA29 DB08 DB09 DB30 EA28 EB02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被エッチング物の上下に対向して配置さ
    れた1対の電極を備えた反応室を有し、該反応室の外側
    から内部にエッチングガスを導入し、電極間のプラズマ
    により生成したエッチングガスのラジカル種を用いてエ
    ッチングを行うドライエッチング装置において、 エッチングガスをプラズマにより励起させてラジカルを
    生成するプラズマ発生室を備え、該プラズマ発生室で生
    成したラジカル種を前記反応室に導入することを特徴と
    するドライエッチング装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のドライエッチング装置を
    用いたドライエッチング方法において、 被エッチング物の少なくとも2層以上の被処理膜を各層
    毎に、前記電極間のプラズマにより励起されたラジカル
    種と、プラズマ発生室で励起されたラジカル種により連
    続的にエッチングを行うことを特徴とするドライエッチ
    ング方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のドライエッチング装置を
    用いたドライエッチング方法において、 前記電極間のプラズマにより励起されたラジカル種によ
    るエッチングと、プラズマ発生室で励起されたラジカル
    種によるエッチングとを選択して連続してエッチングを
    行うことを特徴とするドライエッチング方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180028949A (ko) 2016-09-09 2018-03-19 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라스마 에칭 방법
KR20180133221A (ko) 2017-06-05 2018-12-13 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 에칭 방법 및 에칭 장치

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