JP2002083799A - 半導体エッチング装置およびこれを利用した半導体素子のエッチング方法 - Google Patents
半導体エッチング装置およびこれを利用した半導体素子のエッチング方法Info
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体エッチング装置及びこれを利用した半
導体素子のエッチング方法を提供する。 【解決手段】 ウエハが導入されるチャンバ１００と、
チャンバ１００内にラジカルを供給できるラジカルソー
ス１０２と、チャンバ１００内にイオンビームまたはプ
ラズマを供給できるビームソース１０４と、チャンバ１
００内に導入されるウエハを支持して固定できるウエハ
ステージ１０６及び前記イオンビーム、プラズマまたは
ラジカルによりイオン化されたチャンバ１００内の電荷
を中和できる中和器１０８を含む。さらに、半導体ウエ
ハの表面に反応層を形成する段階及び前記半導体ウエハ
の表面に形成された反応層を脱着させてウエハ表面をエ
ッチングする段階を含む。
導体素子のエッチング方法を提供する。 【解決手段】 ウエハが導入されるチャンバ１００と、
チャンバ１００内にラジカルを供給できるラジカルソー
ス１０２と、チャンバ１００内にイオンビームまたはプ
ラズマを供給できるビームソース１０４と、チャンバ１
００内に導入されるウエハを支持して固定できるウエハ
ステージ１０６及び前記イオンビーム、プラズマまたは
ラジカルによりイオン化されたチャンバ１００内の電荷
を中和できる中和器１０８を含む。さらに、半導体ウエ
ハの表面に反応層を形成する段階及び前記半導体ウエハ
の表面に形成された反応層を脱着させてウエハ表面をエ
ッチングする段階を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置およ
び半導体製造方法に係り、より詳細にはエッチング装置
およびこれを利用した半導体素子のエッチング方法に関
する。
び半導体製造方法に係り、より詳細にはエッチング装置
およびこれを利用した半導体素子のエッチング方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子が小さくなって高集積化され
るにつれ、工程難易度が高まっている。特に、微細パタ
ーンの写真エッチング工程におけるマージンの狭小によ
りスモールコンタクト工程自体が困難になり、これに対
する代案として自己整列コンタクト（ＳＡＣ）工程が開
発されて導入されている。ＳＡＣ工程はコンタクト形成
時に２種類の異なる絶縁膜間のエッチング選択比を利用
したものであり、現在多用されている膜としてはＳｉＯ
2膜をエッチングする時にＳｉ3Ｎ4膜をスペーサとエッ
チングストッパ膜として使用するものである。最近には
ＳｉＯ2膜／Ｓｉ3Ｎ4膜のエッチング選択比を向上させ
るために、エッチング装置のチャンバを加熱し、プラズ
マ内のＣＦxラジカル濃度を高める研究や、高いＣ／Ｆ
比率を持つガスとしてＣ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6など使用
したエッチング工程の開発、そして低い電子温度を持つ
プラズマ源を開発してプラズマ内部での行き過ぎた解離
による過度なＦラジカルの発生を抑制する研究などが行
われている。しかし、現時点においてこのような工程の
開発結果として向上されたＳｉＯ2膜／Ｓｉ3Ｎ4膜のエ
ッチング選択比は今のところ２０：１を超えられないで
いる。それだけではなく、プラズマエッチングによるＳ
ＡＣエッチングでは、膜の表面上に形成されるＣ−Ｆ系
ポリマによりエッチング選択比を調節するが、接触窓が
スモールピッチ素子では一層手狭になり、これによりむ
しろＣ−Ｆ系ポリマにより高選択比工程においてエッチ
ストップ現象が頻繁に生じる問題がある。
るにつれ、工程難易度が高まっている。特に、微細パタ
ーンの写真エッチング工程におけるマージンの狭小によ
りスモールコンタクト工程自体が困難になり、これに対
する代案として自己整列コンタクト（ＳＡＣ）工程が開
発されて導入されている。ＳＡＣ工程はコンタクト形成
時に２種類の異なる絶縁膜間のエッチング選択比を利用
したものであり、現在多用されている膜としてはＳｉＯ
2膜をエッチングする時にＳｉ3Ｎ4膜をスペーサとエッ
チングストッパ膜として使用するものである。最近には
ＳｉＯ2膜／Ｓｉ3Ｎ4膜のエッチング選択比を向上させ
るために、エッチング装置のチャンバを加熱し、プラズ
マ内のＣＦxラジカル濃度を高める研究や、高いＣ／Ｆ
比率を持つガスとしてＣ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6など使用
したエッチング工程の開発、そして低い電子温度を持つ
プラズマ源を開発してプラズマ内部での行き過ぎた解離
による過度なＦラジカルの発生を抑制する研究などが行
われている。しかし、現時点においてこのような工程の
開発結果として向上されたＳｉＯ2膜／Ｓｉ3Ｎ4膜のエ
ッチング選択比は今のところ２０：１を超えられないで
いる。それだけではなく、プラズマエッチングによるＳ
ＡＣエッチングでは、膜の表面上に形成されるＣ−Ｆ系
ポリマによりエッチング選択比を調節するが、接触窓が
スモールピッチ素子では一層手狭になり、これによりむ
しろＣ−Ｆ系ポリマにより高選択比工程においてエッチ
ストップ現象が頻繁に生じる問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明がなそうとする
技術的課題は、ラジカル吸着による反応層形成とイオン
ビームあるいはプラズマを用いて形成された反応層を脱
着させることにより、ウエハ表面をエッチングできる半
導体エッチング装置を提供することである。
技術的課題は、ラジカル吸着による反応層形成とイオン
ビームあるいはプラズマを用いて形成された反応層を脱
着させることにより、ウエハ表面をエッチングできる半
導体エッチング装置を提供することである。
【０００４】本発明がなそうとする他の技術的課題は、
前記反応層の形成及び脱着によりウエハ表面、すなわち
エッチング対象膜をエッチングする方法を提供すること
である。
前記反応層の形成及び脱着によりウエハ表面、すなわち
エッチング対象膜をエッチングする方法を提供すること
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記技術的課題を達成す
るために本発明は、ウエハが導入されるチャンバと、前
記チャンバ内にラジカルを供給できるラジカルソース
と、前記チャンバ内にイオンビームまたはプラズマを供
給できるビームソースと、前記チャンバ内に導入される
ウエハを支持して固定できるウエハステージ及び前記イ
オンビーム、プラズマまたはラジカルによりイオン化さ
れたチャンバ内の電荷を中和できる中和器を含むことを
特徴とする半導体エッチング装置を提供する。
るために本発明は、ウエハが導入されるチャンバと、前
記チャンバ内にラジカルを供給できるラジカルソース
と、前記チャンバ内にイオンビームまたはプラズマを供
給できるビームソースと、前記チャンバ内に導入される
ウエハを支持して固定できるウエハステージ及び前記イ
オンビーム、プラズマまたはラジカルによりイオン化さ
れたチャンバ内の電荷を中和できる中和器を含むことを
特徴とする半導体エッチング装置を提供する。
【０００６】前記ビームソースは誘導結合プラズマ装置
であり、エッチング対象またはエッチング条件に合うよ
うにビームエネルギを調節できるように備えられる。
であり、エッチング対象またはエッチング条件に合うよ
うにビームエネルギを調節できるように備えられる。
【０００７】前記ビームソースは、生じたプラズマまた
はイオンビームをビームグリッド、加速グリッド及び接
地グリッドの３つのグリッドを利用して加速できるよう
に備えられる。
はイオンビームをビームグリッド、加速グリッド及び接
地グリッドの３つのグリッドを利用して加速できるよう
に備えられる。
【０００８】前記ラジカルソースはプラズマを形成し、
前記チャンバ内にラジカルを噴射できるよう備えられ
る。前記ラジカルソースは前記プラズマを誘導結合プラ
ズマ方式で形成する。
前記チャンバ内にラジカルを噴射できるよう備えられ
る。前記ラジカルソースは前記プラズマを誘導結合プラ
ズマ方式で形成する。
【０００９】前記中和器はイオンビーム、プラズマまた
はラジカルにより陽イオン化された前記チャンバ内に電
子を供給し、前記チャンバ雰囲気を中和できるように備
えられる。前記中和器はハロー陰極放出器である。
はラジカルにより陽イオン化された前記チャンバ内に電
子を供給し、前記チャンバ雰囲気を中和できるように備
えられる。前記中和器はハロー陰極放出器である。
【００１０】前記ウエハステージには導入されたウエハ
を冷却できる冷却装置が備わっている。
を冷却できる冷却装置が備わっている。
【００１１】前記他の技術的課題を達成するために本発
明は、ラジカル吸着により半導体ウエハの表面に反応層
を形成する段階及び前記半導体ウエハの表面に形成され
た反応層を脱着させてウエハ表面をエッチングする段階
を含むことを特徴とする半導体素子のエッチング方法を
提供する。
明は、ラジカル吸着により半導体ウエハの表面に反応層
を形成する段階及び前記半導体ウエハの表面に形成され
た反応層を脱着させてウエハ表面をエッチングする段階
を含むことを特徴とする半導体素子のエッチング方法を
提供する。
【００１２】前記半導体ウエハの表面は相異なる二つの
エッチング対象膜とエッチング対象以外の膜によりなさ
れえて、前記反応層は前記エッチング対象膜及びエッチ
ング対象以外の膜に形成され、前記半導体ウエハの表面
に形成された反応層を脱着させて実施するウエハ表面の
エッチングはエッチング対象以外の膜に対するエッチン
グ対象膜のエッチング選択比が高く形成されるようなる
ことが望ましい。
エッチング対象膜とエッチング対象以外の膜によりなさ
れえて、前記反応層は前記エッチング対象膜及びエッチ
ング対象以外の膜に形成され、前記半導体ウエハの表面
に形成された反応層を脱着させて実施するウエハ表面の
エッチングはエッチング対象以外の膜に対するエッチン
グ対象膜のエッチング選択比が高く形成されるようなる
ことが望ましい。
【００１３】前記ラジカル吸着による反応層の形成段階
とラジカル脱着によるエッチング段階とを２回以上反復
して実施し、ウエハ表面上のエッチング対象膜をエッチ
ングできる。
とラジカル脱着によるエッチング段階とを２回以上反復
して実施し、ウエハ表面上のエッチング対象膜をエッチ
ングできる。
【００１４】前記ラジカル吸着による反応層の形成段階
とラジカル脱着によるエッチング段階とを反復実施して
ウエハ表面上のエッチング対象膜をエッチングする場
合、エッチング対象膜以外の他の膜はほとんどエッチン
グされないようにイオンビームあるいはプラズマビーム
のエネルギを設定してエッチング選択比を上げることが
望ましい。前記エッチング対象膜はＳｉＯ2膜であり、
前記他の膜はＳｉ3Ｎ4膜でありうる。前記ＳｉＯ2とＳ
ｉ3Ｎ4膜のエッチング選択比を上げるためのイオンビー
ムあるいはプラズマビームのエネルギは９０ないし１１
０ｅＶほどであることが望ましい。
とラジカル脱着によるエッチング段階とを反復実施して
ウエハ表面上のエッチング対象膜をエッチングする場
合、エッチング対象膜以外の他の膜はほとんどエッチン
グされないようにイオンビームあるいはプラズマビーム
のエネルギを設定してエッチング選択比を上げることが
望ましい。前記エッチング対象膜はＳｉＯ2膜であり、
前記他の膜はＳｉ3Ｎ4膜でありうる。前記ＳｉＯ2とＳ
ｉ3Ｎ4膜のエッチング選択比を上げるためのイオンビー
ムあるいはプラズマビームのエネルギは９０ないし１１
０ｅＶほどであることが望ましい。
【００１５】前記ラジカルの吸着はウエハが導入された
チャンバ内にラジカルを供給できるラジカルソースを使
用してなる。前記ラジカルソースとして、ＨとＮとを含
むガスとＦを含有するガスとの組合わせによりなった混
合ガスを使用することが望ましい。前記ＨとＮとを含む
ガス及びＦを含むガスとの組合わせによりなった混合ガ
スはＦに対するＨの比が１以上であることが望ましい。
チャンバ内にラジカルを供給できるラジカルソースを使
用してなる。前記ラジカルソースとして、ＨとＮとを含
むガスとＦを含有するガスとの組合わせによりなった混
合ガスを使用することが望ましい。前記ＨとＮとを含む
ガス及びＦを含むガスとの組合わせによりなった混合ガ
スはＦに対するＨの比が１以上であることが望ましい。
【００１６】前記ウエハ表面に形成された反応層の脱着
によるエッチングはイオンビームあるいはプラズマを使
用してなる。前記イオンビームあるいはプラズマ源は不
活性物質であることが望ましい。
によるエッチングはイオンビームあるいはプラズマを使
用してなる。前記イオンビームあるいはプラズマ源は不
活性物質であることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。しか
し、以下の実施形態はこの技術分野の通常の知識を持っ
た者に本発明が十分に理解できるように提供されるもの
であり、本発明の範囲を限定するものと解釈されるもの
ではない。図面上で同一符号は同じ要素を指す。
本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。しか
し、以下の実施形態はこの技術分野の通常の知識を持っ
た者に本発明が十分に理解できるように提供されるもの
であり、本発明の範囲を限定するものと解釈されるもの
ではない。図面上で同一符号は同じ要素を指す。
【００１８】図１は本発明の望ましい実施形態による半
導体プラズマエッチング装置を図示した概略図である。
図２は本発明の望ましい実施形態によるビームソースを
図示した概略図であり、イオンビームあるいはプラズマ
加速原理を示す。
導体プラズマエッチング装置を図示した概略図である。
図２は本発明の望ましい実施形態によるビームソースを
図示した概略図であり、イオンビームあるいはプラズマ
加速原理を示す。
【００１９】図１を参照すれば、半導体ウエハの導入さ
れるチャンバ１００がある。前記チャンバ１００にはラ
ジカルソース１０２、ビームソース１０４、ウエハステ
ージ１０６及び中和器１０８が連結されている。ここ
で、ラジカルソース１０２はチャンバ１００内にラジカ
ルを供給できるのであるが、これはプラズマを形成して
前記ラジカルをチャンバ１００内に噴射する方式により
なされる。前記プラズマは誘導結合プラズマ方式で形成
することが望ましい。
れるチャンバ１００がある。前記チャンバ１００にはラ
ジカルソース１０２、ビームソース１０４、ウエハステ
ージ１０６及び中和器１０８が連結されている。ここ
で、ラジカルソース１０２はチャンバ１００内にラジカ
ルを供給できるのであるが、これはプラズマを形成して
前記ラジカルをチャンバ１００内に噴射する方式により
なされる。前記プラズマは誘導結合プラズマ方式で形成
することが望ましい。
【００２０】ビームソース１０４はチャンバ１００内に
イオンビームまたはプラズマを供給できる。ビームソー
ス１０４は誘導結合プラズマ装置であり、エッチング対
象またはエッチング条件に合うようにビームエネルギを
調節できるように備えられる。図２を参照すれば、ビー
ムソース１０４は生じたプラズマまたはイオンビームを
ビームグリッド１１０、加速グリッド１１２及び接地グ
リッド１１４の３つのグリッドを利用して加速できるよ
うに備えられることが望ましい。もちろん、２つのグリ
ッドだけを具備することもできる。図２に図示されてい
るように、３つのグリッドを使用する場合にビームグリ
ッド１１０の電圧はＶb、加速グリッド１１２の電圧は
ＶA、接地グリッド１１４は接地されていて、ビームソ
ース１０４内のプラズマ電圧はＶpである。ここで加速
されて照射されるイオンビームあるいはプラズマの最終
ビームエネルギはＶp＋Ｖbになる。
イオンビームまたはプラズマを供給できる。ビームソー
ス１０４は誘導結合プラズマ装置であり、エッチング対
象またはエッチング条件に合うようにビームエネルギを
調節できるように備えられる。図２を参照すれば、ビー
ムソース１０４は生じたプラズマまたはイオンビームを
ビームグリッド１１０、加速グリッド１１２及び接地グ
リッド１１４の３つのグリッドを利用して加速できるよ
うに備えられることが望ましい。もちろん、２つのグリ
ッドだけを具備することもできる。図２に図示されてい
るように、３つのグリッドを使用する場合にビームグリ
ッド１１０の電圧はＶb、加速グリッド１１２の電圧は
ＶA、接地グリッド１１４は接地されていて、ビームソ
ース１０４内のプラズマ電圧はＶpである。ここで加速
されて照射されるイオンビームあるいはプラズマの最終
ビームエネルギはＶp＋Ｖbになる。
【００２１】チャンバ１００内には導入されるウエハを
支持して固定できるウエハステージ１０６が備えられ
る。ウエハステージ１０６には導入されたウエハを冷却
できる冷却装置が備わっている。たとえば、脱イオン水
を使用する冷却装置がウエハステージ１０６に備えられ
る。
支持して固定できるウエハステージ１０６が備えられ
る。ウエハステージ１０６には導入されたウエハを冷却
できる冷却装置が備わっている。たとえば、脱イオン水
を使用する冷却装置がウエハステージ１０６に備えられ
る。
【００２２】中和器１０８は前記イオンビーム、プラズ
マまたはラジカルによりイオン化されたチャンバ１００
内の電荷を中和させるためのものである。すなわち、中
和器１０８は前記イオンビーム、プラズマまたはラジカ
ルにより陽イオン化されたチャンバ１００内に電子を供
給し、チャンバ１００の雰囲気を中和できるように備え
られる。中和器１０８はハロー陰極の放出器であること
が望ましい。
マまたはラジカルによりイオン化されたチャンバ１００
内の電荷を中和させるためのものである。すなわち、中
和器１０８は前記イオンビーム、プラズマまたはラジカ
ルにより陽イオン化されたチャンバ１００内に電子を供
給し、チャンバ１００の雰囲気を中和できるように備え
られる。中和器１０８はハロー陰極の放出器であること
が望ましい。
【００２３】本発明の望ましい実施形態による半導体素
子のエッチング方法によれば、ラジカル吸着により半導
体ウエハの表面に反応層を形成する段階及び前記半導体
ウエハの表面に形成された反応層を脱着させてウエハ表
面をエッチングする段階を含む半導体素子のエッチング
方法を提供する。
子のエッチング方法によれば、ラジカル吸着により半導
体ウエハの表面に反応層を形成する段階及び前記半導体
ウエハの表面に形成された反応層を脱着させてウエハ表
面をエッチングする段階を含む半導体素子のエッチング
方法を提供する。
【００２４】前記半導体ウエハの表面は相異なる二つの
エッチング対象膜とエッチング対象以外の膜とからな
り、前記反応層は前記エッチング対象膜及びエッチング
対象以外の膜に形成され、前記半導体ウエハの表面に形
成された反応層を脱着させて実施するウエハ表面のエッ
チングはエッチング対象以外の膜に対しエッチング対象
膜のエッチング選択比が高く形成されることが望まし
い。
エッチング対象膜とエッチング対象以外の膜とからな
り、前記反応層は前記エッチング対象膜及びエッチング
対象以外の膜に形成され、前記半導体ウエハの表面に形
成された反応層を脱着させて実施するウエハ表面のエッ
チングはエッチング対象以外の膜に対しエッチング対象
膜のエッチング選択比が高く形成されることが望まし
い。
【００２５】前記ラジカル吸着による反応層の形成段階
とラジカル脱着によるエッチング段階とを２回以上反復
して実施してウエハ表面上のエッチング対象膜をエッチ
ングできる。
とラジカル脱着によるエッチング段階とを２回以上反復
して実施してウエハ表面上のエッチング対象膜をエッチ
ングできる。
【００２６】前記ラジカル吸着による反応層の形成段階
とラジカル脱着によるエッチング段階を反復実施してウ
エハ表面上のエッチング対象膜をエッチングする場合、
エッチング対象膜以外の他の膜はほとんどエッチングさ
れないようにイオンビームあるいはプラズマのビームエ
ネルギを調節してエッチング選択比を上げることが望ま
しい。すなわち、エッチング対象膜はエッチングされ、
エッチング対象膜以外の他の物質はほとんどエッチング
されない範囲を持つようにイオンビームあるいはプラズ
マのビームエネルギを設定する。ここで、前記エッチン
グ対象膜はＳｉＯ2膜であり、前記他の膜はＳｉ3Ｎ4膜
であることが望ましい。前記ＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜と
のエッチング選択比を上げるためのイオンビームあるい
はプラズマのビームエネルギは９０ないし１１０ｅＶほ
どであることが望ましい。すなわち、下記の実験例にも
示されているように９０ないし１１０ｅＶほどのイオン
ビームまたはプラズマのビームエネルギは、ＳｉＯ2膜
表面の反応層はよくエッチングすることができるが、Ｓ
ｉ3Ｎ4膜表面の反応層はほとんどエッチングできない範
囲のビームエネルギである。しかし、ビームエネルギは
使用するエッチング装置により変化されうる。
とラジカル脱着によるエッチング段階を反復実施してウ
エハ表面上のエッチング対象膜をエッチングする場合、
エッチング対象膜以外の他の膜はほとんどエッチングさ
れないようにイオンビームあるいはプラズマのビームエ
ネルギを調節してエッチング選択比を上げることが望ま
しい。すなわち、エッチング対象膜はエッチングされ、
エッチング対象膜以外の他の物質はほとんどエッチング
されない範囲を持つようにイオンビームあるいはプラズ
マのビームエネルギを設定する。ここで、前記エッチン
グ対象膜はＳｉＯ2膜であり、前記他の膜はＳｉ3Ｎ4膜
であることが望ましい。前記ＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜と
のエッチング選択比を上げるためのイオンビームあるい
はプラズマのビームエネルギは９０ないし１１０ｅＶほ
どであることが望ましい。すなわち、下記の実験例にも
示されているように９０ないし１１０ｅＶほどのイオン
ビームまたはプラズマのビームエネルギは、ＳｉＯ2膜
表面の反応層はよくエッチングすることができるが、Ｓ
ｉ3Ｎ4膜表面の反応層はほとんどエッチングできない範
囲のビームエネルギである。しかし、ビームエネルギは
使用するエッチング装置により変化されうる。
【００２７】本発明の望ましい実施形態により、まず半
導体ウエハの表面にラジカル吸着により反応層を形成す
る。ラジカルの吸着はウエハが導入されたチャンバ１０
０内にラジカルを供給できるラジカルソース１０２を使
用してなる。前記ラジカルソースガスとしてＮＨ3また
はＮ2及びＨ2のようなＨとＮとを含むガスと、ＮＦ3、
ＳＦ6、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＨＦまたＸｅＦ2のようなＦを
含有するガスとの組合わせによりなる混合ガスを使用す
ることが望ましい。ここで、ＨとＮとを含むガスと、Ｆ
を含有するガスとを混合してなる混合ガスはＦに対する
Ｈの混合比が１以上であることが望ましい。
導体ウエハの表面にラジカル吸着により反応層を形成す
る。ラジカルの吸着はウエハが導入されたチャンバ１０
０内にラジカルを供給できるラジカルソース１０２を使
用してなる。前記ラジカルソースガスとしてＮＨ3また
はＮ2及びＨ2のようなＨとＮとを含むガスと、ＮＦ3、
ＳＦ6、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＨＦまたＸｅＦ2のようなＦを
含有するガスとの組合わせによりなる混合ガスを使用す
ることが望ましい。ここで、ＨとＮとを含むガスと、Ｆ
を含有するガスとを混合してなる混合ガスはＦに対する
Ｈの混合比が１以上であることが望ましい。
【００２８】図３は本発明の望ましい実施形態による反
応層形成メカニズムを図示した概略図である。図３を参
照してエッチング対象膜の半導体ウエハの表面、たとえ
ばＳｉＯ2膜１１６の表面上に反応層を形成するメカニ
ズムを具体的に注視してみれば、まず、たとえばＮＨ3
とＮＦ3との混合ガスをラジカルソース１０２に導入し
てプラズマ（ラジカル）状態にした後、前記プラズマ
（ラジカル）をラジカルソース１０２からチャンバ１０
０内に噴射する。噴射された前記ラジカルは、エッチン
グ対象膜であるＳｉＯ2膜１１６の表面上に吸着される
ようになるのであるが、ＮＨ4 +ラジカルは表面上で陰電
荷性を帯びる酸素基に吸着され、Ｆ-基は表面上で陽電
荷を帯びるシリコン基に吸着されるようになる。このよ
うに吸着されたラジカルはＳｉＯ2膜と反応して反応層
１１８を形成するようになるのであるが、もともとのＳ
ｉＯ2膜の表面から一定の深さ（Ｔ1）、さらに元来のＳ
ｉＯ2膜の表面上から一定の厚さ（Ｔ2）に反応層１１８
が形成されるようになる。次いで、前記半導体ウエハの
表面に形成された反応層１１８を脱着させてウエハ表面
をエッチングする。前記ウエハ表面に形成された反応層
１１８の脱着によるエッチングには、イオンビームある
いはプラズマが使用される。前記イオンビームあるいは
プラズマは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅのような不
活性物質をイオン源あるいはプラズマ源として使用する
ことが望ましい。図３を参照すれば、ラジカル吸着によ
りＳｉＯ2膜１１６の表面上に形成された反応層１１８
はビームソース１０４から照射されたイオンビームある
いはプラズマによりエッチングされ、結局これは所定の
深さ（Ｔ1）だけＳｉＯ2膜がエッチングされる結果をも
たらす。
応層形成メカニズムを図示した概略図である。図３を参
照してエッチング対象膜の半導体ウエハの表面、たとえ
ばＳｉＯ2膜１１６の表面上に反応層を形成するメカニ
ズムを具体的に注視してみれば、まず、たとえばＮＨ3
とＮＦ3との混合ガスをラジカルソース１０２に導入し
てプラズマ（ラジカル）状態にした後、前記プラズマ
（ラジカル）をラジカルソース１０２からチャンバ１０
０内に噴射する。噴射された前記ラジカルは、エッチン
グ対象膜であるＳｉＯ2膜１１６の表面上に吸着される
ようになるのであるが、ＮＨ4 +ラジカルは表面上で陰電
荷性を帯びる酸素基に吸着され、Ｆ-基は表面上で陽電
荷を帯びるシリコン基に吸着されるようになる。このよ
うに吸着されたラジカルはＳｉＯ2膜と反応して反応層
１１８を形成するようになるのであるが、もともとのＳ
ｉＯ2膜の表面から一定の深さ（Ｔ1）、さらに元来のＳ
ｉＯ2膜の表面上から一定の厚さ（Ｔ2）に反応層１１８
が形成されるようになる。次いで、前記半導体ウエハの
表面に形成された反応層１１８を脱着させてウエハ表面
をエッチングする。前記ウエハ表面に形成された反応層
１１８の脱着によるエッチングには、イオンビームある
いはプラズマが使用される。前記イオンビームあるいは
プラズマは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅのような不
活性物質をイオン源あるいはプラズマ源として使用する
ことが望ましい。図３を参照すれば、ラジカル吸着によ
りＳｉＯ2膜１１６の表面上に形成された反応層１１８
はビームソース１０４から照射されたイオンビームある
いはプラズマによりエッチングされ、結局これは所定の
深さ（Ｔ1）だけＳｉＯ2膜がエッチングされる結果をも
たらす。
【００２９】本発明の望ましい実施形態により相異なる
二つの膜質のエッチング選択比を上げるためにはエッチ
ング対象膜には反応層が厚く形成され、エッチング対象
以外の膜には反応層がエッチング対象膜に比べて相対的
に薄く形成されるようにする。さらに、エッチング対象
膜はエッチングがよくされ、エッチング対象以外の膜は
エッチングされないようにビームエネルギを調節する。
エッチング対象膜がＳｉＯ2膜であり、エッチング対象
以外の膜がＳｉ3Ｎ4である場合、Ｓｉ3Ｎ4膜に対するＳ
ｉＯ2膜のエッチング選択比が高い範囲のビームエネル
ギは９０ないし１１０ｅＶほどである。このビームエネ
ルギの範囲では、ＳｉＯ2膜表面の反応層はよくエッチ
ングされるが、Ｓｉ3Ｎ4膜表面の反応層はほとんどエッ
チングされない。したがって、エッチング対象膜に対し
てはエッチングがよくされ、エッチング対象以外の膜に
対してはエッチングされない範囲のビームエネルギを使
用し、Ｓｉ3Ｎ4膜に対するＳｉＯ2膜のエッチング選択
比を高めることができる。さらに、本発明の望ましい実
施形態によるエッチング方法はエッチストップ現象がな
いので、狭くて深いコンタクトホールを形成するのにも
使用できる。
二つの膜質のエッチング選択比を上げるためにはエッチ
ング対象膜には反応層が厚く形成され、エッチング対象
以外の膜には反応層がエッチング対象膜に比べて相対的
に薄く形成されるようにする。さらに、エッチング対象
膜はエッチングがよくされ、エッチング対象以外の膜は
エッチングされないようにビームエネルギを調節する。
エッチング対象膜がＳｉＯ2膜であり、エッチング対象
以外の膜がＳｉ3Ｎ4である場合、Ｓｉ3Ｎ4膜に対するＳ
ｉＯ2膜のエッチング選択比が高い範囲のビームエネル
ギは９０ないし１１０ｅＶほどである。このビームエネ
ルギの範囲では、ＳｉＯ2膜表面の反応層はよくエッチ
ングされるが、Ｓｉ3Ｎ4膜表面の反応層はほとんどエッ
チングされない。したがって、エッチング対象膜に対し
てはエッチングがよくされ、エッチング対象以外の膜に
対してはエッチングされない範囲のビームエネルギを使
用し、Ｓｉ3Ｎ4膜に対するＳｉＯ2膜のエッチング選択
比を高めることができる。さらに、本発明の望ましい実
施形態によるエッチング方法はエッチストップ現象がな
いので、狭くて深いコンタクトホールを形成するのにも
使用できる。
【００３０】本発明の望ましい実施形態による前記Ｓｉ
3Ｎ4膜に対するＳｉＯ2膜のエッチング選択比が高いよ
うに設定してエッチングする工程はＳＡＣ工程に適用で
きる。すなわち、本発明の望ましい実施形態によるラジ
カル吸着により反応層を形成する段階と形成された反応
層を脱着させる段階とを２回以上反復実施してエッチン
グする方法により、ＳＡＣ工程で必要なＳｉＯ2膜／Ｓ
ｉ3Ｎ4膜のエッチング選択比を大きく向上させられる。
さらに、本発明の望ましい実施形態によるエッチング方
法はＳｉに対するＳｉＯ2膜のエッチング選択比を上げ
るためのエッチング工程にも適用できる。
3Ｎ4膜に対するＳｉＯ2膜のエッチング選択比が高いよ
うに設定してエッチングする工程はＳＡＣ工程に適用で
きる。すなわち、本発明の望ましい実施形態によるラジ
カル吸着により反応層を形成する段階と形成された反応
層を脱着させる段階とを２回以上反復実施してエッチン
グする方法により、ＳＡＣ工程で必要なＳｉＯ2膜／Ｓ
ｉ3Ｎ4膜のエッチング選択比を大きく向上させられる。
さらに、本発明の望ましい実施形態によるエッチング方
法はＳｉに対するＳｉＯ2膜のエッチング選択比を上げ
るためのエッチング工程にも適用できる。
【００３１】<実験例>まず、ラジカルソース１０２から
ラジカルを形成するためのＮＨ3を２００ｓｃｃｍ、Ｎ
Ｆ3を１００ｓｃｃｍ注入した。この時、温度と圧力は
各々２０℃、１０１Ｐａ（７６０ｍＴｏｒｒ）に維持し
た。ラジカルソース１０２の誘導結合のプラズマコイル
に８００Ｗのラジオ周波数を１分間印加してウエハ表面
に反応層を形成するようにし、この時形成される反応層
の厚さを測定した。形成された反応層の除去のためにビ
ームソース１０４にアルゴン（Ａｒ）ガスを注入し、Ａ
ｒ+イオンビームを形成した後でウエハに照射した。こ
の時、ビームソース１０４の誘導結合のプラズマコイル
には２００Ｗのラジオ周波数を１分間印加し、ビームエ
ネルギは０〜５００Ｗの範囲で照射した。
ラジカルを形成するためのＮＨ3を２００ｓｃｃｍ、Ｎ
Ｆ3を１００ｓｃｃｍ注入した。この時、温度と圧力は
各々２０℃、１０１Ｐａ（７６０ｍＴｏｒｒ）に維持し
た。ラジカルソース１０２の誘導結合のプラズマコイル
に８００Ｗのラジオ周波数を１分間印加してウエハ表面
に反応層を形成するようにし、この時形成される反応層
の厚さを測定した。形成された反応層の除去のためにビ
ームソース１０４にアルゴン（Ａｒ）ガスを注入し、Ａ
ｒ+イオンビームを形成した後でウエハに照射した。こ
の時、ビームソース１０４の誘導結合のプラズマコイル
には２００Ｗのラジオ周波数を１分間印加し、ビームエ
ネルギは０〜５００Ｗの範囲で照射した。
【００３２】図４は本発明の望ましい実施形態によるプ
ラズマエッチング装置を使用してＳｉＯ2膜をエッチン
グした場合、ＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜とのエッチング特
性を示したグラフである。図４を参照すれば、ＳｉＯ2
膜の表面上に形成された反応層の厚さは約１２５Åほど
である。続いてＡｒ+イオンビームエネルギを１分間照
射して反応層を除去した結果、５０ｅＶほどでは反応層
が除去されずに変化がなく、８０ｅＶほどのイオンビー
ムエネルギで反応層が除去され始め、１５０ｅＶほどで
エッチング量は１５０Åほどまで増加すると示された。
一方、Ｓｉ3Ｎ4膜の表面上に形成された反応層の厚さは
２０Åほどでラジカル吸着により反応層の形成がＳｉＯ
2膜に比べて非常に微弱に生じるのが分かる。Ｓｉ3Ｎ4
膜の表面上に形成された反応層がＡｒ+イオンビームに
より除去される臨界イオンビームエネルギは１１０ｅＶ
ほどであり、ＳｉＯ2膜に比べて高く、１５０ｅＶほど
のイオンビームエネルギを印加する場合にもエッチング
量は６０Åほどで終わりＳｉＯ2膜に比べて低いことが
分かる。
ラズマエッチング装置を使用してＳｉＯ2膜をエッチン
グした場合、ＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜とのエッチング特
性を示したグラフである。図４を参照すれば、ＳｉＯ2
膜の表面上に形成された反応層の厚さは約１２５Åほど
である。続いてＡｒ+イオンビームエネルギを１分間照
射して反応層を除去した結果、５０ｅＶほどでは反応層
が除去されずに変化がなく、８０ｅＶほどのイオンビー
ムエネルギで反応層が除去され始め、１５０ｅＶほどで
エッチング量は１５０Åほどまで増加すると示された。
一方、Ｓｉ3Ｎ4膜の表面上に形成された反応層の厚さは
２０Åほどでラジカル吸着により反応層の形成がＳｉＯ
2膜に比べて非常に微弱に生じるのが分かる。Ｓｉ3Ｎ4
膜の表面上に形成された反応層がＡｒ+イオンビームに
より除去される臨界イオンビームエネルギは１１０ｅＶ
ほどであり、ＳｉＯ2膜に比べて高く、１５０ｅＶほど
のイオンビームエネルギを印加する場合にもエッチング
量は６０Åほどで終わりＳｉＯ2膜に比べて低いことが
分かる。
【００３３】したがって、本発明の望ましい実施形態に
よれば、ラジカル吸着により反応層をＳｉＯ2膜とＳｉ3
Ｎ4膜の表面上に選択的に形成し、Ａｒ+イオンビームエ
ネルギを９０ｅＶ〜１１０ｅＶほどの範囲に制御し反応
層をエッチングすることにより、ＳｉＯ2膜はエッチン
グが進行しＳｉ3Ｎ4膜はエッチングされない高選択比を
持つＳｉＯ2膜／Ｓｉ3Ｎ4膜のエッチング特性を達成で
きる。ここで、上記ラジカル吸着による反応層の形成段
階とラジカル脱着によるエッチング段階とを２回以上反
復して実施し、所望の深さだけエッチングされるように
することができる。前記イオンビームエネルギは使用す
るプラズマエッチング装置により変化できることは当然
である。
よれば、ラジカル吸着により反応層をＳｉＯ2膜とＳｉ3
Ｎ4膜の表面上に選択的に形成し、Ａｒ+イオンビームエ
ネルギを９０ｅＶ〜１１０ｅＶほどの範囲に制御し反応
層をエッチングすることにより、ＳｉＯ2膜はエッチン
グが進行しＳｉ3Ｎ4膜はエッチングされない高選択比を
持つＳｉＯ2膜／Ｓｉ3Ｎ4膜のエッチング特性を達成で
きる。ここで、上記ラジカル吸着による反応層の形成段
階とラジカル脱着によるエッチング段階とを２回以上反
復して実施し、所望の深さだけエッチングされるように
することができる。前記イオンビームエネルギは使用す
るプラズマエッチング装置により変化できることは当然
である。
【００３４】以上、本発明の望ましい実施形態をあげて
詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定され
ず、本発明の技術的思想の範囲内にて当分野で通常の知
識を持った者により多くの変形が可能であることは明白
である。
詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定され
ず、本発明の技術的思想の範囲内にて当分野で通常の知
識を持った者により多くの変形が可能であることは明白
である。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、エッ
チング対象膜をエッチングする時に高いエッチング選択
比を持つようにできる。特に、Ｓｉ3Ｎ4膜に対するＳｉ
Ｏ2膜のエッチング選択比を上げることができる。すな
わち、従来にはＳｉＯ2膜／Ｓｉ3Ｎ4膜のエッチング選
択比は２０:１を超えられなかったが、本発明による望
ましい実施形態によればそれ以上のエッチング選択比を
持つようにできる。
チング対象膜をエッチングする時に高いエッチング選択
比を持つようにできる。特に、Ｓｉ3Ｎ4膜に対するＳｉ
Ｏ2膜のエッチング選択比を上げることができる。すな
わち、従来にはＳｉＯ2膜／Ｓｉ3Ｎ4膜のエッチング選
択比は２０:１を超えられなかったが、本発明による望
ましい実施形態によればそれ以上のエッチング選択比を
持つようにできる。
【００３６】さらに、従来のプラズマエッチング時にＣ
−Ｆ系のポリマにより生じるエッチストップ現象を防止
でき、その結果、本発明による半導体素子のエッチング
方法によれば狭くて深いコンタクトホールを形成でき
る。
−Ｆ系のポリマにより生じるエッチストップ現象を防止
でき、その結果、本発明による半導体素子のエッチング
方法によれば狭くて深いコンタクトホールを形成でき
る。
【図１】 本発明の望ましい実施形態による半導体プラ
ズマエッチング装置を図示した概略図である。
ズマエッチング装置を図示した概略図である。
【図２】 本発明の望ましい実施形態によるビームソー
スを図示した概略図である。
スを図示した概略図である。
【図３】 本発明の望ましい実施形態による反応層形成
メカニズムを図示した概略図である。
メカニズムを図示した概略図である。
【図４】 本発明の望ましい実施形態によるプラズマエ
ッチング装置を使用してＳｉＯ2膜をエッチングした場
合、ＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜のエッチング特性を示した
グラフである。
ッチング装置を使用してＳｉＯ2膜をエッチングした場
合、ＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜のエッチング特性を示した
グラフである。
１００ チャンバ １０２ ラジカルソース １０４ ビームソース １０６ ウエハステージ １０８ 中和器
Claims (18)
- 【請求項１】 ウエハが導入されるチャンバと、 前記チャンバ内にラジカルを供給するラジカルソース
と、 前記チャンバ内にイオンビームまたはプラズマを供給す
るビームソースと、 前記チャンバ内に導入されるウエハを支持して固定する
ウエハステージと、 前記イオンビーム、プラズマまたはラジカルによりイオ
ン化されたチャンバ内の電荷を中和する中和器とを含む
ことを特徴とする半導体エッチング装置。 - 【請求項２】 前記ビームソースは誘導結合プラズマ装
置であり、前記ビームソースのビームエネルギは調節で
きるように備えられることを特徴とする請求項１に記載
の半導体エッチング装置。 - 【請求項３】 前記ビームソースは生じたプラズマまた
はイオンビームをビームグリッド、加速グリッド及び接
地グリッドの３つのグリッドを利用して加速できるよう
に備えられることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の半導体エッチング装置。 - 【請求項４】 前記ラジカルソースはプラズマを形成
し、前記チャンバ内にラジカルを噴射できるよう備えら
れることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一
項に記載の半導体エッチング装置。 - 【請求項５】 前記ラジカルソースは前記プラズマを誘
導結合プラズマ方式で形成することを特徴とする請求項
４に記載の半導体エッチング装置。 - 【請求項６】 前記中和器はイオンビーム、プラズマま
たはラジカルにより陽イオン化された前記チャンバ内に
電子を供給し、前記チャンバ雰囲気を中和できるように
備えられることを特徴とする請求項１〜請求項５のいず
れか一項に記載の半導体エッチング装置。 - 【請求項７】 前記中和器はハロー陰極放出器であるこ
とを特徴とする請求項６に記載の半導体エッチング装
置。 - 【請求項８】 前記ウエハステージには導入されたウエ
ハを冷却できる冷却装置が備わっていることを特徴とす
る請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の半導体エ
ッチング装置。 - 【請求項９】 ラジカル吸着により半導体ウエハの表面
に反応層を形成する段階と、 前記半導体ウエハの表面に形成された反応層を脱着させ
てウエハ表面をエッチングする段階とを含むことを特徴
とする半導体素子のエッチング方法。 - 【請求項１０】 前記半導体ウエハの表面は相異なる二
つのエッチング対象膜とエッチング対象以外の膜よりな
り、前記反応層は前記エッチング対象膜及びエッチング
対象以外の膜に形成され、前記半導体ウエハの表面に形
成された反応層を脱着させて実施するウエハ表面のエッ
チングはエッチング対象以外の膜に対するエッチング対
象膜のエッチング選択比が高く形成されることを特徴と
する請求項９に記載の半導体素子のエッチング方法。 - 【請求項１１】 前記ラジカル吸着による反応層の形成
段階とラジカル脱着によるエッチング段階を２回以上反
復して実施し、ウエハ表面上のエッチング対象膜をエッ
チングすることを特徴とする請求項９または請求項１０
に記載の半導体素子のエッチング方法。 - 【請求項１２】 前記ラジカル吸着による反応層の形成
段階とラジカル脱着によるエッチング段階とを反復実施
してウエハ表面上のエッチング対象膜をエッチングする
場合、エッチング対象膜以外の他の膜はほとんどエッチ
ングされないようにイオンビームまたはプラズマビーム
のエネルギを設定し、エッチング選択比を上げることを
特徴とする請求項１１に記載の半導体素子のエッチング
方法。 - 【請求項１３】 前記エッチング対象膜はＳｉＯ2膜で
あり、前記他の膜はＳｉ3Ｎ4膜であることを特徴とする
請求項１２に記載の半導体素子のエッチング方法。 - 【請求項１４】 前記ＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜のエッチ
ング選択比を上げるためのイオンビームあるいはプラズ
マビームのエネルギは９０ないし１１０ｅＶほどである
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子のエッ
チング方法。 - 【請求項１５】 前記ラジカル吸着はウエハが導入され
たチャンバ内にラジカルを供給できるラジカルソースを
使用してなることを特徴とする請求項９〜請求項１４の
いずれか一項に記載の半導体素子のエッチング方法。 - 【請求項１６】 前記ラジカルソースとして、ＨとＮと
を含むガスと、Ｆを含有するガスとを混合した混合ガス
を使用することを特徴とする請求項１５に記載の半導体
素子のエッチング方法。 - 【請求項１７】前記ＨとＮとを含むガスと、Ｆを含むガ
スとを混合した混合ガスは、Ｆに対するＨの混合比が１
以上であることを特徴とする請求項１６に記載の半導体
素子のエッチング方法。 - 【請求項１８】前記ウエハ表面に形成された反応層の脱
着によるエッチングはイオンビームあるいはプラズマを
使用してなり、前記イオンビームまたはプラズマ源は不
活性物質であることを特徴とする請求項９〜請求項１７
のいずれか一項に記載の半導体素子のエッチング方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR00P50786 | 2000-08-30 | ||
| KR10-2000-0050786A KR100382720B1 (ko) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 반도체 식각 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 식각 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002083799A true JP2002083799A (ja) | 2002-03-22 |
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