JP2017118091A - エッチング方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ウェハの温度が−35℃以下の極低温環境において、第1高周波電源から第1高周波の電力を出力し、第2高周波電源から前記第1高周波よりも低い第2高周波の電力を出力し、水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を積層した積層膜とシリコン酸化膜の単層膜とをプラズマによりエッチングする第1の工程と、前記第2高周波電源の出力を停止する第2の工程とを有し、前記第1の工程と前記第2の工程とを複数回繰り返し、前記第1の工程は、前記第2の工程よりも短い、エッチング方法が提供される。
【選択図】図4
Description
まず、本発明の一実施形態のエッチング装置について、図1に基づき説明する。図1は、本実施形態のエッチング装置の縦断面の一例を示す図である。
次に、かかる構成のエッチング装置1により生成されたプラズマによりウェハWをエッチングするエッチング方法の一実施形態について説明する。具体的には、図2(b)に示すように、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を積層した積層膜12とシリコン酸化膜の単層膜13とを同時加工する際に両方のエッチング対象膜のエッチングレート(以下、「ER」とも表記する。)が異なると加工時間が長くなり、生産性が悪くなる。
ガス 水素(H2)/四フッ化炭素(CF4)
第1高周波電力HF 2500W(固定)、連続波
第2高周波電力LF 間欠(オン及びオフを繰り返す) 12000W、パルス波 Duty比 40%
図2(c)に示されるように、下部電極の温度を25℃〜−60℃に制御したときのシリコン窒化膜(SiN)のERは、シリコン酸化膜(SiO2)のERよりも高い。下部電極の温度を−60℃付近の極低温まで制御すると、シリコン窒化膜のERをシリコン酸化膜のERに近づけることができる。
[エッチング処理]
まず、第1実施形態にかかるエッチング処理の一例について、図3のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図3のエッチング処理は、図1に示す制御部50により制御される。
次に、上記第1実施形態に係るエッチング処理の結果の一例について、図4を参照しながら説明する。なお、図4(a)及び図4(b)の結果を得るために、上記プロセス条件のうち異なる点は、下部電極の温度を−70℃に制御している点である。
・プロセス条件
図5(a):比較例
下部電極温度 −60℃
ガス 水素(H2)/四フッ化炭素(CF4)
第1高周波電力HF 2500W、連続波
第2高周波電力LF 4000W、連続波
図5(b):本実施形態の一例
下部電極温度 −60℃
ガス 水素(H2)/四フッ化炭素(CF4)
第1高周波電力HF 2500W、連続波
第2高周波電力LF 4000W、ON5s/OFF15s
繰り返し回数 36回
図5(c):本実施形態の一例
下部電極温度 −60℃
ガス 水素(H2)/四フッ化炭素(CF4)
第1高周波電力HF 2500W、連続波
第2高周波電力LF 4000W、ON5s/OFF30s
繰り返し回数 36回
図5(a)は、第2高周波電力LFが連続波のときの図4の線種Fに対応する。図5(b)は、第2高周波電力LFがパルス波のときの図4の線種Eに対応する。図5(c)は、第2高周波電力LFがパルス波のときの図4の線種Dに対応する。図5(a)〜図5(c)には、上記各プロセス条件におけるエッチング結果の一例として、積層膜12及び単層膜13をエッチングした断面形状と、エッチングの深さ(Depth)と、ERとが示されている。
[エッチング処理]
次に、第2実施形態にかかるエッチング処理の一例について、図6のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図6のエッチング処理は、図1に示す制御部50により制御される。
次に、上記第2実施形態に係るエッチング処理の結果について、図7を参照しながら説明する。なお、図7(a)〜図7(c)のエッチング結果を得るために、下部電極の温度は−70℃に制御されている。図7は、以下のプロセス条件において本実施形態にかかるエッチング方法を実行したときの結果を示す。
図7(a):本実施形態
下部電極温度 −70℃
ガス 水素(H2)/四フッ化炭素(CF4)
第1高周波電力HF 2500W、パルス波 Duty比 40%
(第1高周波電力HFの実効値:1000W)
第2高周波電力LF 12000W、パルス波 Duty比 40%
(第2高周波電力LFの実効値:4800W)
図7(b):本実施形態
下部電極温度 −70℃
ガス 水素(H2)/四フッ化炭素(CF4)
第1高周波電力HF 2500W、パルス波 Duty比 30%
(第1高周波電力HFの実効値:750W)
第2高周波電力LF 12000W、パルス波 Duty比 30%
(第2高周波電力LFの実効値:3600W)
図7(c):本実施形態
下部電極温度 −70℃
ガス 水素(H2)/四フッ化炭素(CF4)
第1高周波電力HF 2500W、パルス波 Duty比 20%
(第1高周波電力HFの実効値:500W)
第2高周波電力LF 12000W、パルス波 Duty比 20%
(第2高周波電力LFの実効値:2400W)
図7(a)〜図7(c)に示したように、本実施形態にかかるエッチング方法では、第1高周波電力HF及び第2高周波電力LFのDuty比を制御することで、ERを制御できることがわかる。この結果では、図7(b)のDuty比が30%の場合が、最も積層膜12及び単層膜13のERが近く、積層膜12及び単層膜13を同時加工する際に適している。図7(a)のDuty比が40%の場合には、積層膜12のERが単層膜13のERよりも高くなっている。逆に、図7(c)のDuty比が20%の場合には、単層膜13のERが積層膜12のERよりも高くなっている。
以上に説明した第1実施形態に係るエッチング方法によれば、第1高周波電源31及び第2高周波電源32を間欠的に印加する際、第1高周波電源31及び第2高周波電源32のオン・オフを同期して制御することができる。また、第2実施形態に係るエッチング方法によれば、図8(a)のsync-pulseに示すように、第1高周波電源31及び第2高周波電源32のオン・オフを高速に切り替える際、そのパルス波のDuty比を制御する。
・プロセス条件
下部電極温度 −70℃
ガス 水素(H2)/四フッ化炭素(CF4)/トリフルオロメタン(CHF3)/三フッ化窒素(NF3)/パーフルオロシクロブタン(C4F8)
第1高周波電力HF 2500W、パルス波 Duty比 20%
(第1高周波電力HFの実効値:500W)
第2高周波電力LF 12000W、パルス波 Duty比 20%
(第2高周波電力LFの実効値:2400W)
図9(a)は、第2実施形態に係るエッチング方法(sync-pulse)によりエッチングされたホールのエッチング形状の一例を示し、図7(c)に示したエッチング結果と同じ図である。これに対して、図9(b)は、本実施形態にかかるエッチング方法(advanced-pulse)によりエッチングされたホールのエッチング形状の一例を示す。
31 第1高周波電源
32 第2高周波電源
11 マスク膜
12 積層膜
13 単層膜
17 載置台
71 チラーユニット
HF 第1高周波電力
LF 第2高周波電力
Claims (13)
- ウェハの温度が−35℃以下の極低温環境において、第1高周波電源から第1高周波の電力を出力し、第2高周波電源から前記第1高周波よりも低い第2高周波の電力を出力し、
水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を積層した積層膜とシリコン酸化膜の単層膜とをプラズマによりエッチングする第1の工程と、
前記第2高周波電源の出力を停止する第2の工程とを有し、
前記第1の工程と前記第2の工程とを複数回繰り返し、前記第1の工程は、前記第2の工程よりも短い、エッチング方法。 - 前記第2の工程は、前記第2高周波電源の出力の停止と同期して前記第1高周波電源の出力を停止する、
請求項1に記載のエッチング方法。 - 前記第1の工程の時間は、前記第2の工程の時間の1/3以下である、
請求項1又は2に記載のエッチング方法。 - ウェハの温度が−35℃以下の極低温環境において、第1高周波電源から第1高周波の電力を出力し、第2高周波電源から前記第1高周波よりも低い第2高周波の電力を出力し、水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を積層した積層膜とシリコン酸化膜の単層膜とをプラズマによりエッチングし、
前記第1高周波の電力又は前記第2高周波の電力のいずれかはパルス波であり、前記パルス波のDuty比を制御する、
エッチング方法。 - 制御する前記Duty比は、50%以下である、
請求項4に記載のエッチング方法。 - 前記第1高周波の電力及び前記第2高周波の電力はパルス波であり、
前記第1高周波の電力及び前記第2高周波の電力の前記Duty比は、同じである、
請求項5に記載のエッチング方法。 - 水素含有ガスは水素(H2)ガスであり、フッ素含有ガスは四フッ化炭素(CF4)ガスである、
請求項1〜6のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - ウェハの温度が−35℃以下の極低温環境において、第1高周波電源から第1高周波の電力を出力し、第2高周波電源から前記第1高周波よりも低い第2高周波の電力を出力し、
水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を積層した積層膜とシリコン酸化膜の単層膜とをプラズマによりエッチングする第1の工程と、
前記第2高周波電源の出力を停止する第2の工程とを有し、
前記第2の工程は、前記第2高周波電源の出力の停止と同期して前記1の高周波電源の出力は小さくなるように制御され、
前記第1の工程と前記第2の工程とを複数回繰り返し、前記第1の工程は、前記第2の工程よりも短い、エッチング方法。 - 前記第1の工程の時間は、前記第2の工程の時間の1/3以下である、
請求項8に記載のエッチング方法。 - ウェハの温度が−35℃以下の極低温環境において、第1高周波電源から第1高周波の電力を出力し、第2高周波電源から前記第1高周波よりも低い第2高周波の電力を出力し、
水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を積層した積層膜とシリコン酸化膜の単層膜とをプラズマによりエッチングし、
前記第1高周波の電力及び前記第2高周波の電力はパルス波であり、
前記パルス波のDuty比を制御し、
前記第2高周波電源の停止のオフと同期して前記1の高周波電源の出力は小さくなるように制御される、
エッチング方法。 - 制御する前記Duty比は、50%以下である、
請求項10に記載のエッチング方法。 - 前記第1高周波の電力及び前記第2高周波の電力の前記Duty比は、同じである、
請求項11に記載のエッチング方法。 - 水素含有ガスは水素(H2)ガスであり、フッ素含有ガスは四フッ化炭素(CF4)ガスである、
請求項8〜12のいずれか一項に記載のエッチング方法。
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