JP2005166827A

JP2005166827A - プラズマエッチング方法

Info

Publication number: JP2005166827A
Application number: JP2003401876A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Okune; 充弘奥根; Hiroyuki Suzuki; 宏之鈴木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】高い寸法精度で深さの浅い高アスペクト比のトレンチを形成できるプラズマエッチング方法を提供する。
【解決手段】電極１５０上にシリコン基板１５０ａを載置し、ガス導入口１２０を介してエッチングガスを供給し、排気口１３０から排気し、高周波電源１１０ａ、１１０ｂから誘電コイル１４０及び電極１５０にそれぞれ高周波電力を供給してエッチングガスをＩＣＰ法によりプラズマ化し、活性種を生成させてシリコン基板１５０ａのエッチングを進行させるプラズマエッチング方法であって、エッチングガスとしてＣＦ₄ガスを主成分とし、これにＡｒのガスを添加した混合ガスを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマエッチング方法に関し、特に高い寸法精度で深さの浅い高アスペクト比のトレンチを形成するプラズマエッチング方法に関するものである。

トランジスタ等の半導体装置の素子分離やメモリ・セル容量面積の確保を目的として、シリコン基板等の半導体基板にはトレンチ（溝や穴）が形成されており、半導体基板にトレンチを形成する方法としては、エッチングガスをプラズマ化して生じた活性種（イオンやラジカル）によりエッチングを行うプラズマエッチング方法がある。
図３は、従来のプラズマエッチング装置（例えば、特許文献１参照）の構成を示す図である。

図３に示されるように、従来のプラズマエッチング装置は、真空のエッチングチャンバー３００と、半導体基板等の被処理体３１０ａが載置される下部電極３１０と、上部電極３２０と、高周波電源３３０と、ガス導入口３４０と、排気口３５０とを備える。
上記プラズマエッチング装置において、被処理体３１０ａのトレンチ加工は、ガス導入口３４０からエッチングチャンバー３００内にエッチングガスを導入し、下部電極３１０に高周波電力を印加して下部電極３１０上に陰極降下電圧を発生させ、その直流電圧によりイオンを加速し、被処理体３１０ａのエッチングを進行させることにより行われる。
特開昭６２−２８６２２７号公報（第２図）

ところで、従来のプラズマエッチング装置において、エッチング処理開始直後にプラズマが安定するまでにトレンチ加工が終了するとトレンチの深さがばらつく。よって、深さの浅い、例えば２００ｎｍ以下のトレンチを形成する場合には、エッチング速度を遅くしてプラズマが安定するまでにトレンチ加工が終了しないようにする必要がある。しかしながら、従来のプラズマエッチング装置では、エッチング速度を５０ｎｍ／ｍｉｎより遅くすることができず、深さの浅いトレンチを形成する場合には、プラズマが安定するまでにトレンチ加工が終了してしまうので、高い寸法精度で深さの浅いトレンチを形成することができないという問題がある。例えばエッチングガスとしてＳＦ₆とＣＨＦ₃との混合ガスを用い、酸化シリコンにトレンチを形成する際のエッチング速度は２００ｎｍ／ｍｉｎであり、５０ｎｍ／ｍｉｎより速い。このとき、エッチング速度を遅くする方法として下部電極に印加するＲＦパワーを低くする方法が考えられるが、ＲＦパワーが低くなるとプラズマ密度が低くなるため、所望のラジカル・イオンを得ることが困難となり、また、放電が不安定になるので、この方法では上記問題を解決することはできない。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、高い寸法精度で深さの浅い高アスペクト比のトレンチを形成できるプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のプラズマエッチング方法は、処理室内においてＳｉからなる被処理体をプラズマエッチングする方法であって、ＣＦ₄及び希ガスを含むエッチングガスを前記処理室内に導入し、前記エッチングガスをプラズマ化して前記被処理体をエッチングする。ここで、前記希ガスはＡｒであってもよいし、前記処理室内に導入するＡｒの量は、前記エッチングガスの総流量に対して５０〜９０％であってもよいし、前記エッチングガスをＩＣＰ法によりプラズマ化してもよい。

これらによって、反応性を弱め、エッチング速度を遅くすることができるので、高い寸法精度で深さの浅い高アスペクト比のトレンチを形成できる。また、トレンチ内部のガスが外部に追い出されるようなガス流を発生させ、トレンチ内部の反応生成物及び活性種の滞在時間を短くすることができるので、トレンチにサイドエッチングが生じたり、トレンチが先細りしたりするのを抑制することができる。

本発明に係るプラズマエッチング方法によれば、高い寸法精度で深さの浅い高アスペクト比のトレンチを形成できる。また、本発明に係るプラズマエッチング方法によれば、トレンチにサイドエッチングが生じたり、トレンチが先細りしたりするのを抑制することができる。
よって、本発明により、高い寸法精度で深さの浅い高アスペクト比のトレンチを形成できるプラズマエッチング方法を提供することが可能となり、実用的価値は極めて高い。

以下、本発明の実施の形態におけるプラズマエッチング装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。
プラズマエッチング装置は、例えばＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型エッチング装置であって、真空のエッチングチャンバー１００と、高周波電源１１０ａ、１１０ｂと、ガス導入口１２０と、排気口１３０と、スパイラル・アンテナ状の誘電コイル１４０と、シリコン基板１５０ａが載置される電極１５０と、石英板等の誘電板１６０と、ヒータ１７０と、チャンバーヒータ１８０とを備える。

エッチングチャンバー１００は、エッチングが行われる処理室である。
高周波電源１１０ａ、１１０ｂは、例えば１３．５７MHｚの高周波電圧を誘電コイル１４０及び電極１５０に印加する。
ガス導入口１２０は、エッチングチャンバー１００にガスを供給する。
排気口１３０は、エッチングチャンバー１００内のガスを排気する。

次に、トランジスタ等の半導体装置の製造における１工程としての上記プラズマエッチング装置を用いたシリコン基板のトレンチ加工について、以下で順に説明する。
まず、電極１５０上にシリコン基板１５０ａを載置し、エッチングチャンバー１００内を一定の圧力に保ちながら、ガス導入口１２０を介してエッチングガスを供給し、排気口１３０から排気する。ここで、エッチングガスは、ＣＦ₄ガスを主成分とし、これに希ガス、例えばＡｒ等のガスを添加した混合ガスである。また、Ａｒ量は、少ないとＣＦ₄ガスのエッチングガス中での占める割合が大きくなってトレンチにサイドエッチングを生じたり、トレンチが先細りしたりし、また、多いとＣＦ₄のエッチングガス中での占める割合が小さくなってエッチングが進まないので、総流量に対して５０〜９０％となるように調節する。なお、希ガスは、Ｈｅ、Ｘｅであってもよい。

次に、高周波電源１１０ａ、１１０ｂから誘電コイル１４０及び電極１５０にそれぞれ高周波電力を供給して、エッチングガスをプラズマ化させる。Ｆ⁺イオン、Ｆラジカル等のプラズマ中の活性種は、図２に示されるように、シリコン基板のシリコンと反応して、ＳｉＦ_X、Ｓｉ₂Ｆ₆等の反応生成物を生成し、シリコン基板をエッチングしてトレンチを形成する。

以上のように本実施の形態のプラズマエッチング装置によれば、ＳＦ₆に比べラジカルを解離させる度合いの小さなＣＦ₄ガスを主成分とし、これにＡｒを添加した混合ガスをエッチングガスに用いてシリコン基板にトレンチを形成する。よって、反応性を弱め、エッチング速度を５０ｎｍ／ｍｉｎより遅く、例えば１２ｎｍ／ｍｉｎにすることができるので、本実施の形態のプラズマエッチング装置は、高い寸法精度で例えば２００ｎｍ以下の深さの浅い高アスペクト比のトレンチを形成できるプラズマエッチング装置を実現することができる。すなわち、２０００ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度で１００ｎｍの深さのトレンチを形成する場合、エッチングは約３ｓｅｃで終了するので、プラズマが安定するまでの時間のサンプル間でのばらつきが約１ｓｅｃであることを考慮に入れると、エッチング深さのばらつきは約３０％となり、深さばらつきとして許容される約５％を超えるが、２０ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度で１００ｎｍの深さのトレンチを形成する場合、同様の計算でエッチング深さのばらつきは約０．３％となり、約５％を超えないので、本実施の形態のプラズマエッチング装置は、深さ方向的にかなり高精度な制御を可能とするのである。

また、本実施の形態のプラズマエッチング装置によれば、Ａｒを含むエッチングガスを用いてシリコン基板にトレンチを形成する。よって、トレンチ内部のガスが外部に追い出されるようなガス流を発生させ、トレンチ内部の反応生成物及び活性種の滞在時間を短くすることができるので、本実施の形態のプラズマエッチング装置は、トレンチにサイドエッチングが生じたり、トレンチが先細りしたりするのを抑制することができるプラズマエッチング装置を実現することができる。

本発明は、プラズマエッチング方法に利用でき、特に半導体装置のトレンチ加工に際しての半導体基板のエッチング等に利用することができる。

本発明の実施の形態のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。同実施の形態のプラズマエッチング装置においてシリコン基板にトレンチが形成される様子を説明するための図である。従来のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。

符号の説明

１００、３００エッチングチャンバー
１１０ａ、１１０ｂ、３３０高周波電源
１２０、３４０ガス導入口
１３０、３５０排気口
１４０誘電コイル
１５０電極
１５０ａシリコン基板
１６０誘電板
１７０ヒータ
１８０チャンバーヒータ
３１０下部電極
３１０ａ被処理体
３２０上部電極

Claims

処理室内においてＳｉからなる被処理体をプラズマエッチングする方法であって、
ＣＦ₄及び希ガスを含むエッチングガスを前記処理室内に導入し、前記エッチングガスをプラズマ化して前記被処理体をエッチングする
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
前記希ガスは、Ａｒである
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
前記処理室内に導入するＡｒの量は、前記エッチングガスの総流量に対して５０〜９０％である
ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
前記エッチングガスをＩＣＰ法によりプラズマ化する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
シリコン基板をエッチングする装置であって、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法を用いて前記シリコン基板にトレンチを形成する
ことを特徴とするエッチング装置。