JP2006165246A - プラズマエッチング方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 真空に保持可能な処理容器内で、少なくとも所定形状のパターンが形成されたマスク層と、前記マスク層の下に形成された被エッチング層としてのTi層と、が形成された被処理体に対し、チャンバー内圧力4Pa以下でフッ素化合物を含むエッチングガスのプラズマを作用させ、前記Ti層をエッチングする第1のプラズマ処理工程と、第1のプラズマ処理工程の終了後、クリーニングガスのプラズマにより前記処理チャンバー内に導入しドライクリーニングを行なう第2のプラズマ処理工程と、を含み、前記第2のプラズマ処理工程では前記第1のプラズマ処理工程によって生成したTi化合物を含む堆積物を除去する。
【選択図】 図6
Description
フッ素化合物を含むエッチングガスを用い、チャンバー内圧力4Pa以下でエッチングを行なうことを特徴とする、プラズマエッチング方法が提供される。
チャンバー内圧力4Pa以下でフッ素化合物を含むエッチングガスのプラズマを作用させ、前記Ti層をエッチングする第1のプラズマ処理工程と、
第1のプラズマ処理工程の終了後、クリーニングガスのプラズマにより前記処理チャンバー内に導入しドライクリーニングを行なう第2のプラズマ処理工程と、
を含み、前記第2のプラズマ処理工程では前記第1のプラズマ処理工程によって生成したTi化合物を含む堆積物を除去することを特徴とする、プラズマエッチング方法が提供される。
また、前記第2のプラズマ処理工程におけるチャンバー内圧力は6.7Pa以下であることが好ましい。
前記制御プログラムは、実行時に、上記第1の観点または第2の観点のプラズマエッチング方法に用いられるプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体が提供される。
前記プラズマにより、被処理体に対しエッチング処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置する支持体と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
上記第1の観点または第2の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマエッチング装置が提供される。
また、プラズマエッチング処理と、所定の条件によるプラズマクリーニング処理を組み合わせて実施することにより、チャンバー内堆積物の蓄積を抑制できるので、パーティクル汚染を予防し、もって半導体装置の信頼性を高めることが可能になる。
まず、図1のゲートバルブ13を開にしてウエハWをチャンバー1内に搬入し、支持テーブル2に載置した後、支持テーブル2を図示の位置まで上昇させ、排気系12の真空ポンプにより排気ポート11を介してチャンバー1内を排気する。この状態のウエハWは、図4(a)に示すように、Si基板101上に、絶縁酸化膜のSiO2層102、被エッチング層としてのTi層103およびマスク層104が積層された構造をしている。マスク層104としては、Ti層103とのエッチング選択性を有するものであれば特に制限はなく、例えばフォトレジストや、メタルなどによるハードマスク、あるいは他工程により形成された上層などを用いることができる。また、マスク層104には、所定形状のパターンが形成されている。
図1と同様の構成のプラズマエッチング装置100により、図4と同様に構成されたTi層103を有するウエハWに対して、エッチングガスとしてCF4とArを用い、以下に示す条件でTi層103のプラズマエッチングを実施した。
磁場の強さ=12000μT(120G)勾配磁石;
磁場の傾き=8.53deg.;
チャンバー1内の圧力=4Pa(30mTorr);
高周波電力=4000W;
CF4/Ar流量=300/600ml/min(sccm);
上下部電極間距離(シャワーヘッド20の下面と支持テーブル2の上面までの距離、以下同様である)=40mm;
Heバックプレッシャー(センター部/エッジ部)=1333/3332.5Pa(10/25Torr);
シャワーヘッド20の温度=60℃;
チャンバー1側壁の温度=60℃;
支持テーブル2の温度=50℃;
処理時間=53.7秒
チャンバー内圧力を6.7Paとし、処理時間94.8秒とした以外は実施例1と同様にしてプラズマエッチングを実施した。
また、条件1のエッチング後にチャンバー1内の堆積物をXPS分析したところ、Tiのピークが検出された。このTiピークを波形分離した結果を図5に示した。この図5より、堆積物中に含まれるTiは、多くがTiF4として存在することが裏付けられた。
6.7Paの高圧処理である条件2では、エッチングレートが140nm/minと高かったものの、前記のようにフェンスが発生したことから、フッ素含有ガスプラズマでTi層103をエッチングする場合に特有の現象として、エッチングレート向上とフェンスの抑制とがトレードオフの関係にあることが確認された。これに対し、条件1では、フェンスの発生を防止しつつ、そのエッチングレートは90nm/minであり、実用上十分なエッチングレートで高速エッチングが実現できた。
ステップS105では、ベアSiウエハに対してプラズマクリーニング処理を実施する。プラズマクリーニングにおける処理ガスとしては、例えばNF3、CF4などのフッ素化合物や、O2などを含むガスが好適に使用される。また、処理ガス中には、例えば、Ar、Xe、Kr、Heなどの希ガスやN2などの不活性ガスを含めることができる。ステップS105におけるクリーニング処理の圧力としては、クリーニング効率を高める観点から6.7Pa以下(つまり、0〜6.7Paの範囲)が好ましく、4Pa以下がより好ましく、2Pa以下が望ましい。また、クリーニング処理の温度としては、50℃以上が好ましく、80℃以上がより好ましい。
磁場の強さ=12000μT(120G)勾配磁石;
磁場の傾き=8.53deg.;
チャンバー1内の圧力=4Pa(30mTorr);
高周波電力=4000W;
CF4/Ar流量=300/600ml/min(sccm);
上下部電極間距離=40mm;
Heバックプレッシャー(センター部/エッジ部)=1333/3332.5Pa(10/25Torr);
シャワーヘッド20の温度=80℃;
チャンバー1側壁の温度=60℃;
支持テーブル2の温度=50℃;
処理時間=90秒
NF3/Arガスを用いた以外は、CF4/Arガスの場合と同様の条件で実施した。
O2流量=900ml/min(sccm)、磁場の傾き=12.88deg.とした以外は、CF4/Arガスの場合と同様の条件で実施した。
図7から、最も効果が高いガスはNF3/Arであり、O2は上部天板をほぼ全体的にクリーニングする作用があり、CF4/Arは、他の二つのガス系に比べて第1エッジ部(E1)のクリーニング効果が弱いことが判明した。この結果から、例えばNF3/Arガスでは単独処理で、またCF4/Arガス処理では、O2ガス処理と組み合わせ、例えばCF4/Arガス処理の後にO2ガス処理を実施することによって、充分なクリーニング効果が期待できる。
磁場の強さ=12000μT(120G)勾配磁石;
磁場の傾き=12.88deg.;
チャンバー1内の圧力=4Pa(30mTorr)または2Pa(15mTorr);
高周波電力=4000W;
O2流量=900ml/min(sccm)または450ml/min(sccm);
上下部電極間距離=40mm;
Heバックプレッシャー(センター部/エッジ部)=1333/3332.5Pa(10/25Torr);
シャワーヘッド20の温度=80℃;
チャンバー1側壁の温度=60℃;
支持テーブル2の温度=50℃;
処理時間=90秒
磁場の強さ=12000μT(120G)勾配磁石;
磁場の傾き=8.53deg.;
チャンバー1内の圧力=4Pa(30mTorr);
高周波電力=4000W;
CF4/Ar流量=300/600ml/min(sccm);
上下部電極間距離=40mm;
Heバックプレッシャー(センター部/エッジ部)=1333/3332.5Pa(10/25Torr);
シャワーヘッド20の温度=60℃;
チャンバー1側壁の温度=60℃;
支持テーブル2の温度=50℃;
処理時間=90秒
磁場の強さ=12000μT(120G)勾配磁石;
磁場の傾き=8.53deg.;
チャンバー1内の圧力=4Pa(30mTorr);
高周波電力=4000W;
NF3/Ar流量=300/600ml/min(sccm);
上下部電極間距離=40mm;
Heバックプレッシャー(センター部/エッジ部)=1333/3332.5Pa(10/25Torr);
シャワーヘッド20の温度=80℃;
チャンバー1側壁の温度=60℃;
支持テーブル2の温度=50℃;
処理時間=90秒
例えば、上記実施形態ではマグネトロンRIEプラズマエッチング装置100の磁場形成手段としてダイポールリング磁石を用いたが、これに限るものではなく、本発明の範囲の圧力でプラズマを形成することができれば、磁場を用いない容量結合型や誘導結合型等の種々のプラズマエッチング装置100を用いることができる。
また、上記実施形態では、マスク104のパターンに基づきTi層103をエッチングする例を挙げたが、これに限るものではなく、Ti層のエッチング全般に適用できる。
2;支持テーブル(電極)
12;排気系
15;第1の高周波電源
17;温度調節媒体室
18;ガス導入機構
20;シャワーヘッド(電極)
23;処理ガス供給系
24a,24b;ダイポールリング磁石
100;プラズマエッチング装置
101;Si基板
102;SiO2層
103;Ti層
104;マスク層
W;ウエハ
Claims (11)
- 真空に保持可能な処理容器内で、少なくとも、所定形状のパターンが形成されたマスク層と、前記マスク層の下に形成された被エッチング層としてのTi層と、が形成された被処理体に対しエッチングガスのプラズマを作用させることにより前記Ti層をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
フッ素化合物を含むエッチングガスを用い、チャンバー内圧力4Pa以下でエッチングを行なうことを特徴とする、プラズマエッチング方法。 - フッ素含有化合物が、CF4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。
- エッチングレートが、90〜140nm/minである請求項1に記載のプラズマエッチング方法。
- 真空に保持可能な処理容器内で、少なくとも所定形状のパターンが形成されたマスク層と、前記マスク層の下に形成された被エッチング層としてのTi層と、が形成された被処理体に対し、
チャンバー内圧力4Pa以下でフッ素化合物を含むエッチングガスのプラズマを作用させ、前記Ti層をエッチングする第1のプラズマ処理工程と、
第1のプラズマ処理工程の終了後、クリーニングガスのプラズマにより前記処理チャンバー内に導入しドライクリーニングを行なう第2のプラズマ処理工程と、
を含み、前記第2のプラズマ処理工程では前記第1のプラズマ処理工程によって生成したTi化合物を含む堆積物を除去することを特徴とする、プラズマエッチング方法。 - 前記第1のプラズマ処理工程と前記第2のプラズマ処理工程とを交互に繰り返して実施することを特徴とする、請求項4に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記第2のプラズマ処理工程で用いるクリーニングガスが、フッ素化合物または酸素を含有するガスであることを特徴とする、請求項4または請求項5に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記フッ素化合物が、NF3またはCF4であることを特徴とする、請求項6に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記第2のプラズマ処理工程におけるチャンバー内圧力が6.7Pa以下であることを特徴とする、請求項6または請求項7に記載のプラズマエッチング方法。
- コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のプラズマエッチング方法が行なわれるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラム。
- コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のプラズマエッチング方法に用いられるプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。 - プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
前記プラズマにより、被処理体に対しエッチング処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置する支持体と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマエッチング装置。
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