JP2516099B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体素子製造の１工程であるドライエッ
チング工程に関し、特にドライエッチングに於ける形
状、エッチング速度の改善を図るドライエッチング方法
に関するものである。
チング工程に関し、特にドライエッチングに於ける形
状、エッチング速度の改善を図るドライエッチング方法
に関するものである。
［従来の技術］ 半導体材料のシリコンウェーハにパターンを形成する
方法として、最上層にレジストマスクをパターニングし
たウェーハをプラズマエッチングにより形成する方法が
ある。
方法として、最上層にレジストマスクをパターニングし
たウェーハをプラズマエッチングにより形成する方法が
ある。
従来、プラズマエッチング中に形成されたパターンの
側壁がエッチングされる（サイドエッチング）ことを防
止する為、プラズマ中で発生した付着性の強い粒子をパ
ターンの側壁に付着させ、この付着した粒子によりエッ
チングが進行するのを防止していた。この従来のエッチ
ング方法は、側壁保護膜（サイドウォールフイルム）形
成による異方性エッチングと呼ばれている。
側壁がエッチングされる（サイドエッチング）ことを防
止する為、プラズマ中で発生した付着性の強い粒子をパ
ターンの側壁に付着させ、この付着した粒子によりエッ
チングが進行するのを防止していた。この従来のエッチ
ング方法は、側壁保護膜（サイドウォールフイルム）形
成による異方性エッチングと呼ばれている。
又、パターン側壁を保護する従来の他のエッチング方
法として、原理的に側壁部でエッチング反応が起らない
低温エッチング方法がある。
法として、原理的に側壁部でエッチング反応が起らない
低温エッチング方法がある。
［発明が解決しようとする課題］ 近年増々回路の高集積化、高密度化が進み、加工寸法
が0.5μｍ以下となっている。
が0.5μｍ以下となっている。
この為、前述した前者の側壁に保護膜を形成するプラ
ズマエッチング方法では、寸法が狭い而も深い溝の側壁
に粒子を付着させることになり、粒子の付着効率が著し
く低下する。これを補う為にデポジション性（付着性）
の強いガスの混合比率を増加させなければならない。こ
のことは、エッチング速度を低下させ、更に装置内壁に
も付着することから、装置内部の汚れが進む結果を招い
ている。
ズマエッチング方法では、寸法が狭い而も深い溝の側壁
に粒子を付着させることになり、粒子の付着効率が著し
く低下する。これを補う為にデポジション性（付着性）
の強いガスの混合比率を増加させなければならない。こ
のことは、エッチング速度を低下させ、更に装置内壁に
も付着することから、装置内部の汚れが進む結果を招い
ている。
更に又、側壁保護膜は、エッチング完了後もパターン
の側面に残り、この保護膜の材質がパターンを形成して
いる材料とは異なる為、汚染問題、塵埃発生問題、パタ
ーン腐食発生問題等の諸問題を起す原因になっている。
これは、前者の従来例がエッチングガスと共に積極的に
混合するデポジション性ガスを必要とする方式そのもの
に問題がある。
の側面に残り、この保護膜の材質がパターンを形成して
いる材料とは異なる為、汚染問題、塵埃発生問題、パタ
ーン腐食発生問題等の諸問題を起す原因になっている。
これは、前者の従来例がエッチングガスと共に積極的に
混合するデポジション性ガスを必要とする方式そのもの
に問題がある。
又、前述した従来例の後者では、原理的に側壁部でエ
ッチング反応が起らないので、理想的ではあるが、処理
温度の絶対値がかなり低くなくてはならないこと、而も
低い温度で一定の温度範囲に安定させなければならない
こと等があり、実用装置として後者を採用することが困
難である。
ッチング反応が起らないので、理想的ではあるが、処理
温度の絶対値がかなり低くなくてはならないこと、而も
低い温度で一定の温度範囲に安定させなければならない
こと等があり、実用装置として後者を採用することが困
難である。
本発明は、側壁に保護膜を形成するプラズマエッチン
グ方法に係るものであり、エッチング速度の増大を図
り、而も装置内部の汚染、パターン側壁に残置した保護
膜による種々の弊害等を除去しようとするものである。
グ方法に係るものであり、エッチング速度の増大を図
り、而も装置内部の汚染、パターン側壁に残置した保護
膜による種々の弊害等を除去しようとするものである。
［課題を解決する為の手段］ 本発明は、プラズマ化しても付着性の強い解離物、或
は重合物を生成しない反応ガスを供給し、プラズマ発生
用供給電力を周期的に変化させて、電力の高い周期のと
きに再解離再付着効率を高くし、電力の低い周期では再
付着効率が低くなる様にして、エッチング速度を高く、
且つエッチング形状を垂直とする様に、前記各周期を設
定することを特徴とするものである。
は重合物を生成しない反応ガスを供給し、プラズマ発生
用供給電力を周期的に変化させて、電力の高い周期のと
きに再解離再付着効率を高くし、電力の低い周期では再
付着効率が低くなる様にして、エッチング速度を高く、
且つエッチング形状を垂直とする様に、前記各周期を設
定することを特徴とするものである。
［作用］ プラズマエッチング中、形成されるパターンの側壁に
は、被エッチング材料自身の元素が再解離して付着し、
パターン側壁のサイドエッチングを防止し、且つ付着す
るのが被エッチング材料自身の元素であるので、被エッ
チング材料を汚染することがない。又パターンの側壁に
付着する被エッチング材料元素はプラズマ発生用供給電
力の供給状態に影響される。該供給電力を周期的に変化
させることでエッチング形状が異なってき、従ってエッ
チング形状が垂直となる様な電力供給条件が選択されて
エッチングされる。
は、被エッチング材料自身の元素が再解離して付着し、
パターン側壁のサイドエッチングを防止し、且つ付着す
るのが被エッチング材料自身の元素であるので、被エッ
チング材料を汚染することがない。又パターンの側壁に
付着する被エッチング材料元素はプラズマ発生用供給電
力の供給状態に影響される。該供給電力を周期的に変化
させることでエッチング形状が異なってき、従ってエッ
チング形状が垂直となる様な電力供給条件が選択されて
エッチングされる。
［実 施 例］ 以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を説明す
る。
る。
従来、エッチング速度を高くするとパターン側壁のエ
ッチング（サイドエッチング）が速くなり、パターン側
壁の形状を垂直にできなくなるものと考えられていた。
ところが、本発明者はエッチング速度を速くすると逆に
パターン側壁垂直形状が得られ易いことを発見した。更
に、本発明者は、斯かる現象は、エッチング速度を著し
く高くすると、エッチング生成物自体が再解離し、被エ
ッチング材料元素が再び被エッチング材料表面に付着す
る効率が高くなることによるという事実を確認した。
ッチング（サイドエッチング）が速くなり、パターン側
壁の形状を垂直にできなくなるものと考えられていた。
ところが、本発明者はエッチング速度を速くすると逆に
パターン側壁垂直形状が得られ易いことを発見した。更
に、本発明者は、斯かる現象は、エッチング速度を著し
く高くすると、エッチング生成物自体が再解離し、被エ
ッチング材料元素が再び被エッチング材料表面に付着す
る効率が高くなることによるという事実を確認した。
而して、本発明は、パターン側壁に粒子が付着する現
象を利用してパターン成形に於ける形状制御を行うもの
であり、且付着させる粒子をエッチングされて生じた反
応生成物の再解離による被エッチング材料自身の元素と
したものである。
象を利用してパターン成形に於ける形状制御を行うもの
であり、且付着させる粒子をエッチングされて生じた反
応生成物の再解離による被エッチング材料自身の元素と
したものである。
本発明を実施する装置の基本的構成について第１図に
より説明する。
より説明する。
１は気密に構成した真空搬送室であり、該真空搬送室
１には、大気中カセット室２、被エッチング材料（図示
せず）と装置内部に取り込むロード室３、被エッチング
材料（ウェーハ）をプラズマエッチングする第１プラズ
マ発生室４、プラズマエッチング後腐食防止処理等の後
処理を行う第２プラズマ発生室５、処理後のウェーハを
装置内部から大気中のカセット室７へ取出すアンロード
室６がそれぞれ設けられ、又真空搬送室１内部には前記
アンロード室３と第１プラズマ発生室４間でウェーハの
搬送を行う第１搬送機構８及び第１プラズマ発生室４、
第２プラズマ発生室５、アンロード室６間でウェーハの
搬送を行う第２搬送機構９が設けられている。
１には、大気中カセット室２、被エッチング材料（図示
せず）と装置内部に取り込むロード室３、被エッチング
材料（ウェーハ）をプラズマエッチングする第１プラズ
マ発生室４、プラズマエッチング後腐食防止処理等の後
処理を行う第２プラズマ発生室５、処理後のウェーハを
装置内部から大気中のカセット室７へ取出すアンロード
室６がそれぞれ設けられ、又真空搬送室１内部には前記
アンロード室３と第１プラズマ発生室４間でウェーハの
搬送を行う第１搬送機構８及び第１プラズマ発生室４、
第２プラズマ発生室５、アンロード室６間でウェーハの
搬送を行う第２搬送機構９が設けられている。
前記真空搬送室１、ロード室３、第１プラズマ発生室
４、第２プラズマ発生室５、アンロード室６はそれぞれ
気密な構造であって、各室の間にはガスの流れを遮断す
るゲートバルブ（図示せず）が設けてある。
４、第２プラズマ発生室５、アンロード室６はそれぞれ
気密な構造であって、各室の間にはガスの流れを遮断す
るゲートバルブ（図示せず）が設けてある。
又、前記プラズマ発生室4,5でプラズマを発生させウ
ェーハをプラズマ処理可能である様に、プラズマ発生機
構、放電用ガス（反応ガス）導入系、ガス排気系、高周
波等電力供給源、ウェーハが載置されるウェーハ置台、
ウェーハの温度制御機構、プラズマの発生状態を監視す
る為の発光モニタ機構等が設けられている（いずれも図
示せず）。
ェーハをプラズマ処理可能である様に、プラズマ発生機
構、放電用ガス（反応ガス）導入系、ガス排気系、高周
波等電力供給源、ウェーハが載置されるウェーハ置台、
ウェーハの温度制御機構、プラズマの発生状態を監視す
る為の発光モニタ機構等が設けられている（いずれも図
示せず）。
前記第１プラズマ発生室４に設けられるプラズマ発生
機構には、マイクロ波或はマグネトロンによる放電手
段、狭い平行平板電極等のパワー密度の高くなる様にし
た高周波（RF）電力によるものを選択する。
機構には、マイクロ波或はマグネトロンによる放電手
段、狭い平行平板電極等のパワー密度の高くなる様にし
た高周波（RF）電力によるものを選択する。
又、第１プラズマ発生室４に供給する反応ガスとして
は、プラズマにより、該反応ガスの分子が解離又は重合
して試料表面に付着しないものであれば原理的にはよい
が、反応性が低く、エッチ速度を高くできないガスは適
さない。
は、プラズマにより、該反応ガスの分子が解離又は重合
して試料表面に付着しないものであれば原理的にはよい
が、反応性が低く、エッチ速度を高くできないガスは適
さない。
斯かるガスとしては、少なくとも炭素Ｃ或はシリコン
Si等を含まないガス分子であり、更にフッ素Ｆ或は塩素
Clを大量に発生するガスが望ましい。
Si等を含まないガス分子であり、更にフッ素Ｆ或は塩素
Clを大量に発生するガスが望ましい。
又、前記温度制御機構は、再付着効率のよく、形状制
御のし易い所定の温度にウェーハの温度を制御するもの
である。この適正な温度はエッチング材料、反応ガスの
種類、ガス圧、与えるイオンエネルギ等によって異な
り、これら適正な温度は、実験、実績等により予め求め
ておき、適宜プラズマエッチング条件に合せて設定す
る。
御のし易い所定の温度にウェーハの温度を制御するもの
である。この適正な温度はエッチング材料、反応ガスの
種類、ガス圧、与えるイオンエネルギ等によって異な
り、これら適正な温度は、実験、実績等により予め求め
ておき、適宜プラズマエッチング条件に合せて設定す
る。
以下、具体例を説明する。
該具体例ではシリコンウェーハ試料にホトレジストマ
スクを形成し、シリコンSiをエッチングする場合を例と
する。尚、被エッチング材料はSiの場合だけを説明する
が、多結晶シリコン（PolySi）、Ｗ、TiW、TiN、WSi2、
Alであっても殆ど同じである。
スクを形成し、シリコンSiをエッチングする場合を例と
する。尚、被エッチング材料はSiの場合だけを説明する
が、多結晶シリコン（PolySi）、Ｗ、TiW、TiN、WSi2、
Alであっても殆ど同じである。
上層のホトレジストは約1.5μｍ形成して200℃の熱処
理を行い、この上層に塗布ガラスSOG系の膜を0.1μｍ形
成し、最上層にパターニングしたレジストマスクを形成
する。この後塗布ガラスSOG系の膜及び下層のレジスト
を予めエッチングしてマスクパターンとする。
理を行い、この上層に塗布ガラスSOG系の膜を0.1μｍ形
成し、最上層にパターニングしたレジストマスクを形成
する。この後塗布ガラスSOG系の膜及び下層のレジスト
を予めエッチングしてマスクパターンとする。
前記第１プラズマ発生室４の発生手段をマイクロ波電
力とし、イオンエネルギ制御の為に高周波（RF）電力を
ウェーハに印加できる様にする。マイクロ波電力は100
〜500Wの範囲で変化できる様にし、イオンエネルギー制
御の為の試料に印加する高周波は2MHZで０〜10Wとす
る。
力とし、イオンエネルギ制御の為に高周波（RF）電力を
ウェーハに印加できる様にする。マイクロ波電力は100
〜500Wの範囲で変化できる様にし、イオンエネルギー制
御の為の試料に印加する高周波は2MHZで０〜10Wとす
る。
尚、高周波は800KHZでも13.56MHZでもよいが、印加す
る周波数によって電力値が異なることは当然である。前
記ウェーハ置台を介してウェーハを冷却する様にし、該
ウェーハ置台の冷却手段には液体窒素と加熱ヒータとの
組合せで温度制御する方式、或は冷凍機と加熱ヒータと
の組合せ方式を用いる。
る周波数によって電力値が異なることは当然である。前
記ウェーハ置台を介してウェーハを冷却する様にし、該
ウェーハ置台の冷却手段には液体窒素と加熱ヒータとの
組合せで温度制御する方式、或は冷凍機と加熱ヒータと
の組合せ方式を用いる。
前者は−150℃から−100℃の温度調節に適しており、
後者は−50℃以上の温度調節に適している。
後者は−50℃以上の温度調節に適している。
試料冷却時のウェーハ置台以外の真空容器内壁温度は
常温のままである。
常温のままである。
SiのエッチングガスとしてSF6ガス、ガス圧力10mTor
r、ウェーハ温度は約−100℃を標準としたが、Ｗエッチ
ングでは約−40℃でエッチング形状及び速度、選択比等
のエッチング特性が優れている。ウェーハを低温にし過
ぎると、反応生成物の解離した被エッチング材料元素の
吸着効率が高くなり過ぎる現象を生ずる。
r、ウェーハ温度は約−100℃を標準としたが、Ｗエッチ
ングでは約−40℃でエッチング形状及び速度、選択比等
のエッチング特性が優れている。ウェーハを低温にし過
ぎると、反応生成物の解離した被エッチング材料元素の
吸着効率が高くなり過ぎる現象を生ずる。
エッチング結果の一例を第２図に示す。
SF6ガス圧力10mTorr、ガス流量50cc/min、試料温度−
100℃の時、RFバイアス電力が0Wであるとマイクロ波電
力が300Wで垂直に近づくが少しサイドエッチがあり、マ
イクロ波電力を400Wまで高くすると解離した被エッチン
グ材料元素が付着し過ぎてマスクの外側へ広がるテーパ
になる。
100℃の時、RFバイアス電力が0Wであるとマイクロ波電
力が300Wで垂直に近づくが少しサイドエッチがあり、マ
イクロ波電力を400Wまで高くすると解離した被エッチン
グ材料元素が付着し過ぎてマスクの外側へ広がるテーパ
になる。
一方、RFバイアスを5W印加にするとマイクロ波電力40
0Wでほぼ垂直な形状が得られた。これはマイクロ波電力
が高くなると反応生成物ガスが再解離する効率が高くな
り側面に再付着することを示している。この時、イオン
のエネルギが低いほどエッチ速度に対して付着速度が高
くなり、マスクの外側へ広がるテーパになる。従って、
マスクの外側へテーパにならない様な適したRFバイアス
電力が存在する。
0Wでほぼ垂直な形状が得られた。これはマイクロ波電力
が高くなると反応生成物ガスが再解離する効率が高くな
り側面に再付着することを示している。この時、イオン
のエネルギが低いほどエッチ速度に対して付着速度が高
くなり、マスクの外側へ広がるテーパになる。従って、
マスクの外側へテーパにならない様な適したRFバイアス
電力が存在する。
上記実施例に於いてマスクの外側へ広がるテーパにな
る様な場合でも、装置内壁の汚れは従来に比べて極端に
少なくなつた。
る様な場合でも、装置内壁の汚れは従来に比べて極端に
少なくなつた。
次に、第３図にはSF6ガス圧力5mTorr、RFバイアス電
力0W、試料温度−100℃の時のSF6ガス流量及びマイクロ
波電力依存性を示した。
力0W、試料温度−100℃の時のSF6ガス流量及びマイクロ
波電力依存性を示した。
SF6ガスの流量が少ない時にはマイクロ波電力が低い
（200W）ところで垂直形状が得られ、マイクロ波電力が
高い（400W）ところでは、50cc/min以下の流量でエッチ
速度が低くマスクの外側へ広がるテーパになる。
（200W）ところで垂直形状が得られ、マイクロ波電力が
高い（400W）ところでは、50cc/min以下の流量でエッチ
速度が低くマスクの外側へ広がるテーパになる。
この様にマイクロ波電力、RF電力、ガス流量等は、パ
ターン形状と密接な関係を有する。即ちガス流量が少な
い時には、反応生成物がプラズマ中にガスとして混入
し、その成分比が高くなるので再付着効率が相対的に高
くなり、ガス流量が高いと反応生成物成分比が低くサイ
ドエッチを起こす。而して、垂直形状が得られるのは、
エッチング速度が１μm/min以上の時であり、低いエッ
チ速度の時には顕著な結果は得られない。
ターン形状と密接な関係を有する。即ちガス流量が少な
い時には、反応生成物がプラズマ中にガスとして混入
し、その成分比が高くなるので再付着効率が相対的に高
くなり、ガス流量が高いと反応生成物成分比が低くサイ
ドエッチを起こす。而して、垂直形状が得られるのは、
エッチング速度が１μm/min以上の時であり、低いエッ
チ速度の時には顕著な結果は得られない。
以上の如く、エッチングを行うと、パターン成形時の
形状制御をすることができる。
形状制御をすることができる。
例えば、第２図に於いてRFバイアス0Wの時に、マイク
ロ波電力を300Wと400Wにする様に、周期的に変化させる
と垂直形状を得ることができる。
ロ波電力を300Wと400Wにする様に、周期的に変化させる
と垂直形状を得ることができる。
［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、エッチングガス成分
からの側壁保護膜のような異種元素をパターン側壁に付
着させることなく、エッチ速度の高い条件で被エッチン
グ材料と同じ側壁保護膜によって形状制御ができるの
で、汚染の少ないプロセスが構築できる。従って、歩留
の高い高精度半導体集積回路素子の加工に有効であると
同時に、スループットが高くなり生産性が向上する。更
に、ウェーハ、装置内部の汚れが極度に低減できること
により装置内発塵量が低減され、信頼性を向上すること
ができる。
からの側壁保護膜のような異種元素をパターン側壁に付
着させることなく、エッチ速度の高い条件で被エッチン
グ材料と同じ側壁保護膜によって形状制御ができるの
で、汚染の少ないプロセスが構築できる。従って、歩留
の高い高精度半導体集積回路素子の加工に有効であると
同時に、スループットが高くなり生産性が向上する。更
に、ウェーハ、装置内部の汚れが極度に低減できること
により装置内発塵量が低減され、信頼性を向上すること
ができる。
第１図は本発明を実施するドライエッチング装置の基本
構成図、第２図レジストをマスクと下シリコンのエッチ
ング形状のマイクロ波及びRF電力依存性を示す図、第３
図はレジストをマスクと下シリコンのエッチング形状の
SF6ガス流量とマイクロ電力依存性を示す図である。 １は真空搬送室、２はカセット室、３はロード室、４は
第１プラズマ発生室、５は第２プラズマ発生室、６はア
ンロード室、７はカセット室、８は第１搬送機構、９は
第２搬送機構を示す。
構成図、第２図レジストをマスクと下シリコンのエッチ
ング形状のマイクロ波及びRF電力依存性を示す図、第３
図はレジストをマスクと下シリコンのエッチング形状の
SF6ガス流量とマイクロ電力依存性を示す図である。 １は真空搬送室、２はカセット室、３はロード室、４は
第１プラズマ発生室、５は第２プラズマ発生室、６はア
ンロード室、７はカセット室、８は第１搬送機構、９は
第２搬送機構を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】プラズマ化しても付着性の強い解離物、或
は重合物を生成しない反応ガスを供給し、プラズマ発生
用供給電力を周期的に変化させて、電力の高い周期のと
きに再解離再付着効率を高くし、電力の低い周期では再
付着効率が低くなる様にして、エッチング速度を高く、
且つエッチング形状を垂直とする様に、前記各周期を設
定することを特徴とするエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2311041A JP2516099B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2311041A JP2516099B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04181728A JPH04181728A (ja) | 1992-06-29 |
| JP2516099B2 true JP2516099B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=18012408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2311041A Expired - Lifetime JP2516099B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2516099B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6417013B1 (en) | 1999-01-29 | 2002-07-09 | Plasma-Therm, Inc. | Morphed processing of semiconductor devices |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6050923A (ja) * | 1983-08-31 | 1985-03-22 | Hitachi Ltd | プラズマ表面処理方法 |
| JPH0626199B2 (ja) * | 1983-12-14 | 1994-04-06 | 株式会社日立製作所 | エッチング方法 |
| JPH0666293B2 (ja) * | 1985-12-27 | 1994-08-24 | 株式会社日立製作所 | エツチング方法 |
| JPH0770530B2 (ja) * | 1988-07-19 | 1995-07-31 | 富士通株式会社 | エッチング方法 |
| JP2876649B2 (ja) * | 1989-07-21 | 1999-03-31 | ソニー株式会社 | ドライエッチング方法 |
-
1990
- 1990-11-16 JP JP2311041A patent/JP2516099B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04181728A (ja) | 1992-06-29 |
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