JP2001358119A - プラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
異方性な寸法精度のよい加工や、下地シリコン酸化膜と
の選択性に優れたプラズマ処理方法を提供するものであ
る。 【解決手段】シリコン窒化膜を有する試料の加工におい
て、フッ素元素を含まない塩素ガスとアルミニウムの混
合雰囲気をプラズマ化することで、シリコン酸化膜のエ
ッチング速度を抑制し、優れた加工特性が得られる。
Description
加工方法に係わり、特にプラズマを用いて、シリコン窒
化膜をエッチングする方法に関する。
した装置や方法が広く用いられている。本発明は、この
ようなプラズマを利用した装置に適用する。従来、シリ
コン窒化膜をエッチングするプラズマとしては、U.S.
Patent5,756,402に記載されているよう
に、フッ素元素を含むガスを主成分として、水素元素を
含むガス、または酸素元素を含むガスを混合して利用さ
れていた。
に伴い、微細化が必要となっている。このため、MOS
(Metal Oxide Semiconductor)素子のゲートチャネル
長に影響するLDD(Lightly Doped Drain、以下「L
DD」と略す) SPACERエッチングの寸法精度が
重要となっている。また、近年では、半導体素子の高集
積化に伴って、SAC(Self Aliment Contact)技術を適
用するために、このLDD SPACERをシリコン窒
化膜で形成する方法が用いられている。従って、前記L
DDSPACERエッチングの際には、異方性に寸法精
度よく、且つ下地であるシリコン酸化膜と選択性の高い
エッチング技術が要求される。
成分として前記シリコン窒化膜をエッチングすると、異
方性な寸法精度のよい加工や、下地シリコン酸化膜との
選択性に優れたエッチングが難しかった。図1は試料の
断面図であり、初期状態は図1(a)に示すように半導
体基板101上にゲート酸化膜102,多結晶シリコン
とゲート被覆絶縁膜103とからなるゲート電極104
を形成後、その上にシリコン窒化膜105が形成されて
いる。フッ素元素を含むガスをエッチングガスとして用
いると、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対する選択
比は大きくなるが、図1(b)のように等方性が強くな
り、シリコン窒化膜105にサイドエッチングが発生
し、寸法加工精度が悪くなる。
提供するものである。
に、フッ素元素を含まない塩素ガスでエッチングするこ
とによりシリコン窒化膜の等方的なエッチングを防止
し、シリコン酸化膜のエッチング速度を抑制するために
アルミニウムを混合したプラズマで処理することで、前
記課題を解決するものである。
より説明する。
置のプラズマ生成部の詳細を示した図である。本実施例
はプラズマを生成する手段としてUHF波と磁界を利用
した例である。UHF波電源201から同軸ケーブル2
02,アンテナ203とUHF波透過窓(例えば石英平板)
204を介して真空容器210にUHF波が導入され
る。真空容器210の廻りは、石英もしくはアルミナの
円筒211で覆い、磁場を発生するソレノイドコイル2
05が設置されており、磁場とUHF波の相乗作用を利
用して、プラズマ206を発生させる構造となってい
る。φ200mmの試料207は試料台208上に設置さ
れ、直流電源213により印加された直流電圧により誘
電膜209と前記試料207を静電吸着している。前記
試料台208には連続的もしくは周期的にオン,オフで
きる高周波電源212と前記試料台208温度調整のた
めの冷媒温度コントローラ215が接続されている。ま
た、前記真空容器210内のプラズマ206に晒される
一部分または全面を、アルミニウムを主成分とするリン
グ214で形成し、これらの部分からアルミニウムを前
記プラズマ206に供給する。
210内に塩素ガスを導入し、真空容器210内にプラ
ズマ206を発生させることで前記リング214からア
ルミニウムが供給される。この塩素ガスとアルミニウム
の混合ガスを用いてシリコン窒化膜をエッチングしたと
ころ、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比
(シリコン窒化膜/シリコン酸化膜)を大きくした状態
で、シリコン窒化膜の垂直方向の異方性エッチングが可
能であることがわかった。
ズマを発生させた状態でアルミニウムを主成分とするリ
ング214の有無の状態で、高周波電力を変化させて調
べた例である。本実施例における塩素ガス流量は170
mL/分、処理圧力は3.0Pa、UHF波の電力は5
00W、高周波電力は70Wである。図3において、ア
ルミニウムを主体とする前記リング214が無い状態の
シリコン窒化膜のエッチング速度を図3の曲線3aに示
し、シリコン酸化膜のエッチング速度を図3の曲線3b
に示す。前記リング214を設置した状態のシリコン窒
化膜のエッチング速度は図3の曲線3c、シリコン酸化
膜のエッチング速度を図3の曲線3dに示す。この結果
によれば真空容器210内にアルミニウムが供給される
とシリコン窒化膜のエッチング速度は殆ど変化しない
が、シリコン酸化膜のエッチング速度を低下させる効果
がある。
ズマを発生させた状態でアルミニウムを主成分とするリ
ング214が設置された状態で処理圧力を変化させて調
べた例である。この実施例における塩素ガスは170m
L/分、UHF波の電力は500W、高周波電力は70
Wである。図4(a)において、シリコン窒化膜のエッ
チング速度を図4の曲線4aに示し、シリコン酸化膜の
エッチング速度を図4の曲線4bに示す。図4(a)に
示すように、エッチング速度は処理圧力が高くなるにつ
れてシリコン窒化膜,シリコン酸化膜共にエッチング速
度が低下することがわかる。したがって、図4(b)に
示すように、処理圧力を調整することで選択比を容易に
コントロールできる。
ズマを発生させた状態でアルミニウムを主成分とするリ
ング214が設置された状態で高周波電力を変化させて
調べた例である。この実施例における塩素ガスは170
mL/分、処理圧力は1.0Pa、UHF波の電力は5
00Wである。図5(a)において、シリコン窒化膜の
エッチング速度を図5の曲線5aに示し、シリコン酸化
膜のエッチング速度を図5の曲線5bに示す。図5
(a)に示すように、エッチング速度は高周波電力が低
くなるにつれてシリコン窒化膜,シリコン酸化膜共にエ
ッチング速度が低下することがわかる。したがって、図
5(b)に示すように高周波電力を調整することでシリ
コン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比を容易にコ
ントロールできる。
(a)に示すφ200mmの半導体基板101上にゲート
酸化膜102,多結晶シリコンとゲート被覆絶縁膜10
3とからなるゲート電極104を形成後、その上にシリ
コン窒化膜105が形成されている試料を塩素ガス50
〜500mL/分,処理圧力0.5〜50.0Pa,UHF
波の電力は300〜800W、高周波電力は20〜10
0Wで前記塩素ガス流量,前記処理圧力,前記高周波電
力を適正化して処理すると、図6(b)の異方性加工が
できる。
10に導入し、前記真空容器210内にアルミニウムが
供給された状態で前記処理圧力と前記高周波電力を変え
ることで、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選
択比を高くし、シリコン窒化膜を異方性形状加工でき
る。さらに、前記処理圧力と前記高周波電力の調整によ
りシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比を任
意で調整できる。
みならず、反応性イオンエッチング,マグネトロンエッ
チング,誘導結合型プラズマエッチング等の処理装置に
も応用可能である。
れたシリコン酸化膜上のシリコン窒化膜の加工時に、ハ
ロゲン元素を含むガスとアルミニウムの混合雰囲気をプ
ラズマ化することで、シリコン酸化膜のエッチング速度
を抑制し、優れた加工特性が得られる。
方法により加工した場合の例である。
構成図である。
て、真空容器内にアルミニウム有無での各膜のエッチン
グ速度と高周波電力の関係を示す図である。
るための例であって、各膜のエッチング速度と処理圧力
との関係を示す図である。
るための例であって、各膜のエッチング速度と高周波電
力との関係を示す図である。
ズマ処理方法による加工特性を説明する断面図である。
ゲート被覆絶縁膜、104…ゲート電極、105…シリ
コン窒化膜、201…UHF波電源、202…同軸ケー
ブル、203…アンテナ、204…UHF波透過窓、2
05…ソレノイドコイル、206…プラズマ、207…
試料、208…試料台、209…誘電膜、210…真空
容器、211…円筒、212…高周波電源、213…直
流電源、214…リング、215…冷媒温度コントロー
ラ。
Claims (11)
- 【請求項1】真空容器とその中にプラズマを発生させる
手段、及び該プラズマにより表面加工される試料を設置
する試料台と、前記試料台に高周波バイアス電圧を印加
するための電源からなるプラズマ処理装置を用い、ハロ
ゲン元素を含むガスとアルミニウムの混合雰囲気をプラ
ズマ化することによって、半導体基板上に堆積されたシ
リコン酸化膜上のシリコン窒化膜を前記シリコン酸化膜
に対して選択的にエッチングすることを特徴とするプラ
ズマ処理方法。 - 【請求項2】請求項1記載のプラズマ処理装置を用い、
ハロゲン元素を含むガスとアルミニウムとシリコンとの
混合雰囲気をプラズマ化することによって、半導体基板
上に堆積されたシリコン酸化膜上のシリコン窒化膜を前
記シリコン酸化膜に対して選択的にエッチングすること
を特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項3】請求項1および2記載のハロゲン元素を含
むガスは、塩素または臭素またはヨウ素元素を含むこと
を特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項4】前記プラズマを発生させるガスの処理圧力
は、0.5Pa 以上100Pa(パスカル)以下である
ことを特徴とする請求項1および2記載のプラズマ処理
方法。 - 【請求項5】前記高周波バイアス電圧は連続的もしくは
周期的にオン,オフしてプラズマ処理することを特徴と
する請求項1および2記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項6】請求項1および2記載のアルミニウムは、
前記真空容器内のプラズマに晒される一部分または全面
を、アルミニウムを主成分とする材質で形成されたこと
により、これらの部分からプラズマ中にアルミニウムが
供給されることを特徴とする請求項1および2記載のプ
ラズマ処理方法。 - 【請求項7】請求項1および2記載の真空容器は、脱着
可能な99%以上の高純度アルミニウムで形成されたパ
ーツを設置することで、不純物の少ないアルミニウムを
前記プラズマ中に供給できることを特徴とする請求項1
および2記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項8】請求項1および2記載の真空容器に、アル
ミニウムを含むガスを供給できる機能を有することによ
り、プラズマ中にアルミニウムを供給することを特徴と
するプラズマ処理方法。 - 【請求項9】請求項2記載のシリコンは、前記真空容器
内のプラズマに晒される一部分を、シリコンを主成分と
する材質で形成されたことにより、これらの部分からプ
ラズマ中にシリコンが供給されることを特徴とする請求
項2記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項10】請求項2記載の真空容器に、シリコンを
含むガスを供給できる機能を有することにより、プラズ
マ中にシリコンを供給することを特徴とするプラズマ処
理方法。 - 【請求項11】前記試料を前記試料台に静電吸着により
保持することを特徴とする請求項1および2記載のプラ
ズマ処理方法。
Priority Applications (6)
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