JP2634014B2 - 水素ラジカルを包含する反応性イオンエッチング法 - Google Patents
水素ラジカルを包含する反応性イオンエッチング法Info
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- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
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- H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
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- H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、半導体デ
バイスの製造に際して誘電体の層を食刻（エッチング）
する方法に関する。より詳しくは、酸化物を食刻するた
めのかかる方法に関する。最も特定的に述べると、本発
明は、特にアスペクト比の高い幾何学的構造において、
接触エッチングを行うためのかかる方法に関する。
バイスの製造に際して誘電体の層を食刻（エッチング）
する方法に関する。より詳しくは、酸化物を食刻するた
めのかかる方法に関する。最も特定的に述べると、本発
明は、特にアスペクト比の高い幾何学的構造において、
接触エッチングを行うためのかかる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物の層を食刻するための反応性イオ
ンエッチング法(RIE) は、当技術において周知であり、
半導体業界では広く受け入れられるに至っている。例え
ば、共通の譲受人に譲渡された(commonly assigned) チ
ェン(Chen)らに対する1989年６月27日付け米国特許第4,
482,683 号明細書、およびメイダン(Maydan)らに対する
1987年５月26日付け同第4,668,338 号明細書には、かか
る方法を実施するための装置が記載されている。かかる
方法を実施するための装置は、プレシジョン(Precisio
n)5000 Ｅおよび8300という呼称で、米国カリフォルニ
ア州サンタクララ所在のアプライド・マテリアルズ(App
lied Materials) 社から商業的に入手可能である。現
在、このプレシジョン5000Ｅという装置で酸化物を食刻
するのに用いられる気体混合物としては、CHF 3 および
O 2 ；CHF 3 、ArおよびO 2 ；CHF 3 、ArおよびCF4 ；
C HF3 、HeおよびCF4 ；ならびにCHF 3 、ArおよびC 2
F 6 の混合物がある。これらの化学的構成によれば、高
い食刻速度および高度の選択性を達成することが可能で
あるが、ポリシリコンに対する酸化物の25：１を上回る
選択性を実現することは、RIE ラグの15％を上回る増大
なしには不可能である。 RIEラグ という用語は、同一
加工条件下での0.5 ミクロン( μ) 幅の接点の酸化物の
食刻深さと比較しての、１ミクロン幅の接点の酸化物の
食刻深さの差異の百分比を意味する。
ンエッチング法(RIE) は、当技術において周知であり、
半導体業界では広く受け入れられるに至っている。例え
ば、共通の譲受人に譲渡された(commonly assigned) チ
ェン(Chen)らに対する1989年６月27日付け米国特許第4,
482,683 号明細書、およびメイダン(Maydan)らに対する
1987年５月26日付け同第4,668,338 号明細書には、かか
る方法を実施するための装置が記載されている。かかる
方法を実施するための装置は、プレシジョン(Precisio
n)5000 Ｅおよび8300という呼称で、米国カリフォルニ
ア州サンタクララ所在のアプライド・マテリアルズ(App
lied Materials) 社から商業的に入手可能である。現
在、このプレシジョン5000Ｅという装置で酸化物を食刻
するのに用いられる気体混合物としては、CHF 3 および
O 2 ；CHF 3 、ArおよびO 2 ；CHF 3 、ArおよびCF4 ；
C HF3 、HeおよびCF4 ；ならびにCHF 3 、ArおよびC 2
F 6 の混合物がある。これらの化学的構成によれば、高
い食刻速度および高度の選択性を達成することが可能で
あるが、ポリシリコンに対する酸化物の25：１を上回る
選択性を実現することは、RIE ラグの15％を上回る増大
なしには不可能である。 RIEラグ という用語は、同一
加工条件下での0.5 ミクロン( μ) 幅の接点の酸化物の
食刻深さと比較しての、１ミクロン幅の接点の酸化物の
食刻深さの差異の百分比を意味する。
【０００３】酸化物エッチングのCHF 3 、ArおよびCH4
という標準的な化学的構成、およびアスペクト比の高い
接触エッチングを行うための標準的な5000Ｅという装置
に関する詳細な研究の際に、下記の仕様(specificatio
n) を満たすには困難が存在するであろうことが判明し
た。
という標準的な化学的構成、およびアスペクト比の高い
接触エッチングを行うための標準的な5000Ｅという装置
に関する詳細な研究の際に、下記の仕様(specificatio
n) を満たすには困難が存在するであろうことが判明し
た。
【０００４】RIE ラグ：2.0 μm の深さにおける1.0 μ
m 幅の接点に対する0.5 μm 幅の接点が10％を下回るこ
と。 食刻速度：ドーピングされていない酸化物において4,00
0 オングストローム／分を上回ること。 均一性：３σ、６mmのエッジ排除(edge exclusion)が10
％を下回ること。 選択性：ドーピングしたポリシリコンに対して30：１を
上回ること。 プロファイル：85度を上回ること。
m 幅の接点に対する0.5 μm 幅の接点が10％を下回るこ
と。 食刻速度：ドーピングされていない酸化物において4,00
0 オングストローム／分を上回ること。 均一性：３σ、６mmのエッジ排除(edge exclusion)が10
％を下回ること。 選択性：ドーピングしたポリシリコンに対して30：１を
上回ること。 プロファイル：85度を上回ること。
【０００５】ラグと選択性との間には、ある種の妥協が
常に存在することが見出された。食刻速度、均一性およ
びプロファイルの仕様は、広い加工域(process window)
にわたって達成することが可能であるが、10％を下回る
ラグとともに20：１を上回る選択性を達成することは困
難である。このことは、−40℃という低いカソード温に
ついても該当する。このような比較的低いカソード温で
は、ポリマー堆積が増大するためにプロファイル角が一
層不利となることから、加工域が一層減少する。
常に存在することが見出された。食刻速度、均一性およ
びプロファイルの仕様は、広い加工域(process window)
にわたって達成することが可能であるが、10％を下回る
ラグとともに20：１を上回る選択性を達成することは困
難である。このことは、−40℃という低いカソード温に
ついても該当する。このような比較的低いカソード温で
は、ポリマー堆積が増大するためにプロファイル角が一
層不利となることから、加工域が一層減少する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の仕様にほぼ合致する、改善された反応性イオンエッチ
ング法を提供することにある。
の仕様にほぼ合致する、改善された反応性イオンエッチ
ング法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】酸化物のRIE エッチング
のための化学的構成に、全気体流量の、好ましくは約５
〜約20容積％の量の水素( Ｈおよび／またはH 2 ) ラジ
カルの気相発生源、例えば水素、アンモニアまたはメタ
ンを加えることが、ポリシリコンに対する食刻速度を抑
えつつ酸化物に対する食刻速度を増大させることにな
る。この作用は、より低いウエハー温で一層顕著とな
る。この新規なプロセス化学の導入によって、酸化物に
対する食刻速度は、5,000 オングストローム／分を上回
るまでに高められ、ポリシリコンに対する選択性は、2
5：１を上回るまでに改善され、ホトレジストに対する
選択性は６：１を上回るまでに改善され、しかもプロフ
ァイル角、RIE ラグおよび食刻速度の均一性に著しく不
都合な影響を及ぼすことがない。気体流量の10容積％を
NH3 が占めるCHF 3 、Ar、CF4 およびNH3 という化学的
構成を用いて、15％を下回るRIE ラグとともに50：１と
いう選択性が達成された。本発明において、反応性イオ
ンエッチングという用語は、基板ホルダに交流バイアス
を印加し、このようにして基板にイオン打ち込みを行う
プラズマエッチング法を意味する。
のための化学的構成に、全気体流量の、好ましくは約５
〜約20容積％の量の水素( Ｈおよび／またはH 2 ) ラジ
カルの気相発生源、例えば水素、アンモニアまたはメタ
ンを加えることが、ポリシリコンに対する食刻速度を抑
えつつ酸化物に対する食刻速度を増大させることにな
る。この作用は、より低いウエハー温で一層顕著とな
る。この新規なプロセス化学の導入によって、酸化物に
対する食刻速度は、5,000 オングストローム／分を上回
るまでに高められ、ポリシリコンに対する選択性は、2
5：１を上回るまでに改善され、ホトレジストに対する
選択性は６：１を上回るまでに改善され、しかもプロフ
ァイル角、RIE ラグおよび食刻速度の均一性に著しく不
都合な影響を及ぼすことがない。気体流量の10容積％を
NH3 が占めるCHF 3 、Ar、CF4 およびNH3 という化学的
構成を用いて、15％を下回るRIE ラグとともに50：１と
いう選択性が達成された。本発明において、反応性イオ
ンエッチングという用語は、基板ホルダに交流バイアス
を印加し、このようにして基板にイオン打ち込みを行う
プラズマエッチング法を意味する。
【０００８】本発明による反応性イオンエッチング法
は、誘電体および半導体の層のうち１層以上を含む構造
を、密閉されたチャンバ(chamber) 内の基板の表面上に
置く段階を含んでなる。水素ラジカルの気相発生源を含
有する選定された反応性混合気を該チャンバに供給す
る。該チャンバにRFエネルギーを供給して、食刻用プラ
ズマ、および基板表面に実質的に垂直な付随する電場(a
ssociated electric field) を設定する。該電場に実質
的に垂直かつ基板表面に平行な直流磁場を該チャンバに
印加する。該誘電体または半導体の層の少なくとも一部
を該反応性混合気に食刻させる。
は、誘電体および半導体の層のうち１層以上を含む構造
を、密閉されたチャンバ(chamber) 内の基板の表面上に
置く段階を含んでなる。水素ラジカルの気相発生源を含
有する選定された反応性混合気を該チャンバに供給す
る。該チャンバにRFエネルギーを供給して、食刻用プラ
ズマ、および基板表面に実質的に垂直な付随する電場(a
ssociated electric field) を設定する。該電場に実質
的に垂直かつ基板表面に平行な直流磁場を該チャンバに
印加する。該誘電体または半導体の層の少なくとも一部
を該反応性混合気に食刻させる。
【０００９】以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本
発明を詳細に説明する。
発明を詳細に説明する。
【００１０】ここで図面、より具体的には図１および２
を参照すると、本発明の方法の実施に用いることが可能
なRIE 方式のプラズマエッチング装置系(60)が示されて
いる。この装置系(60)は、外壁(64)が八角柱の輪郭(con
figuration) を有する、典型的には非磁性材料、例えば
アルミニウム製のハウジング(62)を備えている。環状の
内壁(66)がエッチングチャンバ(68)を画定している。こ
の反応器装置系(60)は、独特の(unique)空冷および水冷
式の架台／カソードアセンブリ(70)ならびにウエハー交
換装置系(74)も備えている。
を参照すると、本発明の方法の実施に用いることが可能
なRIE 方式のプラズマエッチング装置系(60)が示されて
いる。この装置系(60)は、外壁(64)が八角柱の輪郭(con
figuration) を有する、典型的には非磁性材料、例えば
アルミニウム製のハウジング(62)を備えている。環状の
内壁(66)がエッチングチャンバ(68)を画定している。こ
の反応器装置系(60)は、独特の(unique)空冷および水冷
式の架台／カソードアセンブリ(70)ならびにウエハー交
換装置系(74)も備えている。
【００１１】ウエハー交換装置系(74)は、垂直に可動で
あるウエハーリフトフィンガー(79)を備えていて、これ
が、チャンバ内に挿入される、手動で支持または操作さ
れる外部ブレード(76)から、または、好ましくは荷重ロ
ック式の外部自動ブレード(robot blade)(76) からウエ
ハー(75)を取り上げ、該ウエハーを加工するためにカソ
ード(72)に移動させ(transfer)、次いで、加工したウエ
ハーをチャンバから取り出すために該自動ブレードへと
戻す。
あるウエハーリフトフィンガー(79)を備えていて、これ
が、チャンバ内に挿入される、手動で支持または操作さ
れる外部ブレード(76)から、または、好ましくは荷重ロ
ック式の外部自動ブレード(robot blade)(76) からウエ
ハー(75)を取り上げ、該ウエハーを加工するためにカソ
ード(72)に移動させ(transfer)、次いで、加工したウエ
ハーをチャンバから取り出すために該自動ブレードへと
戻す。
【００１２】加えて、このウエハー交換装置系(74)に
は、ウエハー締め付けリング(78)がウエハーリフトフィ
ンガー(79)に一体的に組み込まれている。ウエハー交換
装置系(74)のこのような設計、ならびに関連する(assoc
iated)ウエハーの持ち上げおよび締め付け構造を組み込
んだことによって、チャンバ内での自動的な(robotic)
一軸駆動機構を採用することが可能となる。更に、この
ようなチャンバロボットの操作に要求されるのは、外部
ロボットがウエハーを、チャンバロボットとこれを受け
渡しするために選定された移動位置に差し出すことだけ
である。外部ロボットに対する要請を単純化することに
よって、複数の反応器を操作できる多室荷重ロック装置
系にロボットが用いられる場合でさえ、比較的単純なロ
ボットとすることが可能となる。
は、ウエハー締め付けリング(78)がウエハーリフトフィ
ンガー(79)に一体的に組み込まれている。ウエハー交換
装置系(74)のこのような設計、ならびに関連する(assoc
iated)ウエハーの持ち上げおよび締め付け構造を組み込
んだことによって、チャンバ内での自動的な(robotic)
一軸駆動機構を採用することが可能となる。更に、この
ようなチャンバロボットの操作に要求されるのは、外部
ロボットがウエハーを、チャンバロボットとこれを受け
渡しするために選定された移動位置に差し出すことだけ
である。外部ロボットに対する要請を単純化することに
よって、複数の反応器を操作できる多室荷重ロック装置
系にロボットが用いられる場合でさえ、比較的単純なロ
ボットとすることが可能となる。
【００１３】加工用気体は、気体マニホールド(80)によ
って、１個以上の気体貯溜槽／タンクを含む気体供給装
置系(81)からチャンバ(68)の内部に供給される。気体供
給装置系(81)は、入口連結機構(84)によってマニホール
ド(80)内に結合された供給管路(82)を介してマニホール
ド(80)およびチャンバ(68)と連絡している。この装置系
は、自動流量制御装置系または他の適当な制御装置系を
備えていて、これが、チャンバ(68)に供給される各種の
食刻用ガス(etchant gases) 、担体ガスその他の流量を
制御する。
って、１個以上の気体貯溜槽／タンクを含む気体供給装
置系(81)からチャンバ(68)の内部に供給される。気体供
給装置系(81)は、入口連結機構(84)によってマニホール
ド(80)内に結合された供給管路(82)を介してマニホール
ド(80)およびチャンバ(68)と連絡している。この装置系
は、自動流量制御装置系または他の適当な制御装置系を
備えていて、これが、チャンバ(68)に供給される各種の
食刻用ガス(etchant gases) 、担体ガスその他の流量を
制御する。
【００１４】チャンバは減圧(vacuum)され、消費された
気体、および同伴された生成物(entrained products)
は、排気ポート(92)に連絡する環状の排気室(90)を経由
して排気される。排気ポート(92)自体は、慣用の真空ポ
ンプ装置系(vacuum pumping system)(93) に連結されて
いる。排気流は、チャンバ(68)から、円筒形のカソード
アセンブリ(70)の上部周縁を囲んで水平に取り付けられ
た輪板(annular plate)(96) の孔(holes)(94) を通過す
るよう導かれる。有孔の輪板(96)は、環状の排気室(90)
内へのプラズマの侵入を阻止する。排気のためのこの配
置が、反応気(reactant gas)によるウエハー(75)の均一
な被覆および食刻を助長する。圧力制御装置系および直
流モータによって作動して送風機の速度を制御する、従
来の容量性装置系(capacitive conventional system)、
例えばマノメータセンサ（図示せず）、または他の慣用
の制御装置系を用いて、排気装置系を制御することが可
能である。
気体、および同伴された生成物(entrained products)
は、排気ポート(92)に連絡する環状の排気室(90)を経由
して排気される。排気ポート(92)自体は、慣用の真空ポ
ンプ装置系(vacuum pumping system)(93) に連結されて
いる。排気流は、チャンバ(68)から、円筒形のカソード
アセンブリ(70)の上部周縁を囲んで水平に取り付けられ
た輪板(annular plate)(96) の孔(holes)(94) を通過す
るよう導かれる。有孔の輪板(96)は、環状の排気室(90)
内へのプラズマの侵入を阻止する。排気のためのこの配
置が、反応気(reactant gas)によるウエハー(75)の均一
な被覆および食刻を助長する。圧力制御装置系および直
流モータによって作動して送風機の速度を制御する、従
来の容量性装置系(capacitive conventional system)、
例えばマノメータセンサ（図示せず）、または他の慣用
の制御装置系を用いて、排気装置系を制御することが可
能である。
【００１５】図２の矢印(102、104 、106 、108)が示す
とおり、入口(84)( 矢印100)によって連絡される(commu
nicated)気体は、マニホールド(80)( 矢印102)内に導か
れ、次いで、マニホールドから下方に送られて( 矢印10
4)、RF電力が印加される際にチャンバの加工域(110) 内
で食刻用ガスのプラズマを形成し、次いで、ウエハー(7
5)を越え(flow over) 、ウエハーを通過して環状の排気
室内へと( 矢印106)放射状に外方に流れ、次いで、排気
ポート(92)( 矢印108)外へと流出する。
とおり、入口(84)( 矢印100)によって連絡される(commu
nicated)気体は、マニホールド(80)( 矢印102)内に導か
れ、次いで、マニホールドから下方に送られて( 矢印10
4)、RF電力が印加される際にチャンバの加工域(110) 内
で食刻用ガスのプラズマを形成し、次いで、ウエハー(7
5)を越え(flow over) 、ウエハーを通過して環状の排気
室内へと( 矢印106)放射状に外方に流れ、次いで、排気
ポート(92)( 矢印108)外へと流出する。
【００１６】上述のRF電力は、RF電力供給装置系(112)
によってプラズマ操作のために反応器装置系(60)に供給
される、すなわち、加工域(110) において導入気体から
食刻用ガスのプラズマを生成させる。この装置系(112)
は、RF電力供給機構および負荷整合ネットワーク(load
matching network) を備え、架台(72)に連結されている
が、チャンバの壁は接地されている。すなわち、架台は
給電されるカソード(powerd cathode)である。典型的に
は、RF電力は高周波、好ましくは約13. 6MHzで供給され
る。しかし、反応器装置系(60)は、例えば数KHZ という
低周波で操作することが可能である。
によってプラズマ操作のために反応器装置系(60)に供給
される、すなわち、加工域(110) において導入気体から
食刻用ガスのプラズマを生成させる。この装置系(112)
は、RF電力供給機構および負荷整合ネットワーク(load
matching network) を備え、架台(72)に連結されている
が、チャンバの壁は接地されている。すなわち、架台は
給電されるカソード(powerd cathode)である。典型的に
は、RF電力は高周波、好ましくは約13. 6MHzで供給され
る。しかし、反応器装置系(60)は、例えば数KHZ という
低周波で操作することが可能である。
【００１７】給電される架台カソード(72)を用いること
には、RF電力およびプラズマをウエハーの表面域に集中
させ、ウエハーを通過する電力密度(power density) は
増大させるが、他のどの箇所においてもそれを減少させ
るという利点がある。これによって、エッチングはウエ
ハー上でのみ行われ、チャンバの他の部分での侵食を抑
え、従って、起こり得るウエハーの汚染を抑えることが
保証される。典型的には、約2.5 〜3.5 ワット／cm2 と
いう電力密度を用いることが可能となり、かつ実行され
る。このような高い電力密度は冷却を必要とする。好ま
しくは、RF給電されるカソード(72)は、気体で促進され
るウエハー−カソード間の熱伝導と液体によるカソード
の冷却とを組み合わせるように製作される。ところが、
冷却用の気体、例えばヘリウムを給電される架台(72)に
低圧力で与えることは、通常なら冷却用気体を途絶させ
ることになろう。反応器装置系(60)は独特の気体フィー
ドスルー(feed-through)(114) を備えていて、これが気
体を電離させることなく高圧の電極に供給する。本装置
系(60)の製作および操作に関するこれ以上の詳細は、先
に引用したチェンらの米国特許第4,842,683 号明細書に
提示されていて、その開示は引用により本発明に組み込
まれる。これに代えて、先に引用したメイダンらの米国
特許第4,668,338 号明細書に記載のRIE 方式のプラズマ
エッチング装置系を用いることも可能であり、その開示
もまた、引用により本発明に組み込まれる。
には、RF電力およびプラズマをウエハーの表面域に集中
させ、ウエハーを通過する電力密度(power density) は
増大させるが、他のどの箇所においてもそれを減少させ
るという利点がある。これによって、エッチングはウエ
ハー上でのみ行われ、チャンバの他の部分での侵食を抑
え、従って、起こり得るウエハーの汚染を抑えることが
保証される。典型的には、約2.5 〜3.5 ワット／cm2 と
いう電力密度を用いることが可能となり、かつ実行され
る。このような高い電力密度は冷却を必要とする。好ま
しくは、RF給電されるカソード(72)は、気体で促進され
るウエハー−カソード間の熱伝導と液体によるカソード
の冷却とを組み合わせるように製作される。ところが、
冷却用の気体、例えばヘリウムを給電される架台(72)に
低圧力で与えることは、通常なら冷却用気体を途絶させ
ることになろう。反応器装置系(60)は独特の気体フィー
ドスルー(feed-through)(114) を備えていて、これが気
体を電離させることなく高圧の電極に供給する。本装置
系(60)の製作および操作に関するこれ以上の詳細は、先
に引用したチェンらの米国特許第4,842,683 号明細書に
提示されていて、その開示は引用により本発明に組み込
まれる。これに代えて、先に引用したメイダンらの米国
特許第4,668,338 号明細書に記載のRIE 方式のプラズマ
エッチング装置系を用いることも可能であり、その開示
もまた、引用により本発明に組み込まれる。
【００１８】酸化物のRIE エッチング法に用いられる標
準的な装置系の配置、例えば、電子サイクロトロン共鳴
(ECR) 、および誘導性かつ容量性のRF発生源その他を組
み込んだ装置系を本発明の方法とともに動作させること
が可能である。水素ラジカルの適切な気相発生源として
は、水素ガス( 好ましくは不活性の担体ガス、例えばヘ
リウムまたはアルゴンとの混合物として、望ましくは約
10容積％が水素ガスで、残量は不活性の担体ガスという
量で供給する) 、アンモニアおよびメタンがある。水素
ラジカルの好適な気相発生源はアンモニアである。
準的な装置系の配置、例えば、電子サイクロトロン共鳴
(ECR) 、および誘導性かつ容量性のRF発生源その他を組
み込んだ装置系を本発明の方法とともに動作させること
が可能である。水素ラジカルの適切な気相発生源として
は、水素ガス( 好ましくは不活性の担体ガス、例えばヘ
リウムまたはアルゴンとの混合物として、望ましくは約
10容積％が水素ガスで、残量は不活性の担体ガスという
量で供給する) 、アンモニアおよびメタンがある。水素
ラジカルの好適な気相発生源はアンモニアである。
【００１９】下記の表は、本発明に用いるための12.7cm
( ５インチ) シリコンウエハーに対する最適値および適
切な範囲を反応系の好適な化学的構成とともに示す。
( ５インチ) シリコンウエハーに対する最適値および適
切な範囲を反応系の好適な化学的構成とともに示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【実施例】下記の非限定的な実施例は、本発明の実施に
最良であると本発明者らが考える方式を提示し、本発明
を更に具体的に説明するものである。
最良であると本発明者らが考える方式を提示し、本発明
を更に具体的に説明するものである。
【００２２】実施例１ RIE ラグを増大させることなく、より高い選択性を与え
ると思われる方法を見出すために、異なる化学的構成の
反応気体を5000Ｅの装置系を用いて検討した。調べた化
学的構成は下記のとおりである： １．CHF 3 、ArおよびSF6 ２．CHF 3 、ArおよびC 2 F 6 、ならびに ３．CHF 3 、Ar、CF4 およびNH3 。
ると思われる方法を見出すために、異なる化学的構成の
反応気体を5000Ｅの装置系を用いて検討した。調べた化
学的構成は下記のとおりである： １．CHF 3 、ArおよびSF6 ２．CHF 3 、ArおよびC 2 F 6 、ならびに ３．CHF 3 、Ar、CF4 およびNH3 。
【００２３】下記の反応条件を用いた：30scc/ｍのCHF
3 、60scc/ｍのAr、３scc/ｍのSF6 、０scc/ｍのNH3 、
200 ミリトル、600 ワット、25ガウス、20℃；30scc/ｍ
のCHF 3 、60scc/ｍのAr、３scc/ｍのC 2 F 6 、０scc/
ｍのNH3 、200 ミリトル、600 ワット、25ガウス、20
℃；30scc/ｍのCHF 3 、60scc/ｍのAr、３scc/ｍのC
F4 、10scc/ｍのNH3 、200 ミリトル、600 ワット、25
ガウス、20℃。
3 、60scc/ｍのAr、３scc/ｍのSF6 、０scc/ｍのNH3 、
200 ミリトル、600 ワット、25ガウス、20℃；30scc/ｍ
のCHF 3 、60scc/ｍのAr、３scc/ｍのC 2 F 6 、０scc/
ｍのNH3 、200 ミリトル、600 ワット、25ガウス、20
℃；30scc/ｍのCHF 3 、60scc/ｍのAr、３scc/ｍのC
F4 、10scc/ｍのNH3 、200 ミリトル、600 ワット、25
ガウス、20℃。
【００２４】CF4 をSF6 と交換すると、同じCF4 および
SF6 の流量を用いた場合に、選択性は約２分の１に低下
したので、この化学的構成は用いなかった。CF4 をC 2
F 6と交換すると、同じCF4 およびC 2 F 6 の流量につ
いて、食刻速度および選択性に対する影響は僅かでしか
なかった。Ar／CHF 3 の気体流量比および圧力を変化さ
せても、CHF 3 、ArおよびC 2 F 6 と、CHF 3 、Arおよ
びCF4 という両化学的構成間にいかなる顕著な差(signi
ficant difference)も示されず、したがってC2 Ｆ6 と
いう化学的構成はこれ以上調べなかった。ところが、CH
F 3 、ArおよびCF4 という化学的構成にNH3 を加えるこ
とは、低いカソード温において特に、著しく有利である
と判明した。他の２種類の化学的構成へのNH3 の添加に
ついても同様な結果が得られるはずである。NH3 の添加
によって、プロファイル角を増加させ、ラグを増大させ
ることなく選択性を高めることが可能である。下記の仕
様が達成可能である。
SF6 の流量を用いた場合に、選択性は約２分の１に低下
したので、この化学的構成は用いなかった。CF4 をC 2
F 6と交換すると、同じCF4 およびC 2 F 6 の流量につ
いて、食刻速度および選択性に対する影響は僅かでしか
なかった。Ar／CHF 3 の気体流量比および圧力を変化さ
せても、CHF 3 、ArおよびC 2 F 6 と、CHF 3 、Arおよ
びCF4 という両化学的構成間にいかなる顕著な差(signi
ficant difference)も示されず、したがってC2 Ｆ6 と
いう化学的構成はこれ以上調べなかった。ところが、CH
F 3 、ArおよびCF4 という化学的構成にNH3 を加えるこ
とは、低いカソード温において特に、著しく有利である
と判明した。他の２種類の化学的構成へのNH3 の添加に
ついても同様な結果が得られるはずである。NH3 の添加
によって、プロファイル角を増加させ、ラグを増大させ
ることなく選択性を高めることが可能である。下記の仕
様が達成可能である。
【００２５】 RIE ラグ：2.0 μm の深さにおける0.5 μm 幅の接点が
14％を下回ること。 食刻速度：ドーピングされていない酸化物において3,00
0 オングストローム／分を上回ること。 均一性：３σ、６mmのエッジ排除が12％を下回ること。 選択性：ドーピングしたポリシリコンに対して30：１を
上回ること。 プロファイル：85度を上回ること。
14％を下回ること。 食刻速度：ドーピングされていない酸化物において3,00
0 オングストローム／分を上回ること。 均一性：３σ、６mmのエッジ排除が12％を下回ること。 選択性：ドーピングしたポリシリコンに対して30：１を
上回ること。 プロファイル：85度を上回ること。
【００２６】顕著なポリマー堆積が認められるが、これ
は粒子の問題(particle problem)を示している可能性が
ある。
は粒子の問題(particle problem)を示している可能性が
ある。
【００２７】実施例２ 下記の条件を用いる商業的方法(commercial process)に
おいて反応気体にNH3を加えることによって、NH3 の添
加に関する検討を更に行った：30scc/ｍのCHF 3 、60sc
c/ｍのAr、３scc/ｍのCF4 、０scc/ｍのNH3 、200 ミリ
トル、600 ワット、25ガウス、20℃。
おいて反応気体にNH3を加えることによって、NH3 の添
加に関する検討を更に行った：30scc/ｍのCHF 3 、60sc
c/ｍのAr、３scc/ｍのCF4 、０scc/ｍのNH3 、200 ミリ
トル、600 ワット、25ガウス、20℃。
【００２８】この実験によって、CF4 およびNH3 の流量
の影響とともに、カソード温の影響も調べた。実験に
は、標準的ハードウエアを装備した5000Ｅ装置系の操作
を可能とする、５℃のカソード温での実行が含まれてい
た。調べた諸元の範囲(parameter space) は下記のとお
りである。
の影響とともに、カソード温の影響も調べた。実験に
は、標準的ハードウエアを装備した5000Ｅ装置系の操作
を可能とする、５℃のカソード温での実行が含まれてい
た。調べた諸元の範囲(parameter space) は下記のとお
りである。
【００２９】 因子 下限 中央値 上限 CHF 3 30scc/ｍ Ar 60scc/ｍ CF4 ３scc/ｍ ９scc/ｍ NH3 ０scc/ｍ 10scc/ｍ 圧力 200 ミリトル 電力 600 ワット Ｂ場 25ガウス カソード温 −35℃ 20℃ 結果を図３に示す。要約すると、10scc/ｍのNH3 を用い
た場合、カソード温を20℃から−35℃に下げたときに酸
化物の食刻速度は最大で100 ％増加する。NH3を全く加
えなければ、酸化物の食刻速度は、カソード温の同様な
変化に際してせいぜい10％増加するだけである。ポリシ
リコンの食刻速度は、CF4 とNH3 との流量比によって制
御される。CF4 の流量がNH3 の流量よりも多いと、ポリ
シリコンの食刻速度は大きいが、NH3 の流量がCF4 の流
量よりも多いと、ポリシリコンの食刻速度は低下する。
しかし、後者の場合、ポリマーの厚い層が堆積すること
があり、これがナノスペック(Nanospec ：商品名) 干渉
計のポリシリコンの厚さの読みを左右する可能性があ
る。10scc/ｍのNH3 および−35℃というカソード温を用
いて、100 ：１に達する選択性が達成された。
た場合、カソード温を20℃から−35℃に下げたときに酸
化物の食刻速度は最大で100 ％増加する。NH3を全く加
えなければ、酸化物の食刻速度は、カソード温の同様な
変化に際してせいぜい10％増加するだけである。ポリシ
リコンの食刻速度は、CF4 とNH3 との流量比によって制
御される。CF4 の流量がNH3 の流量よりも多いと、ポリ
シリコンの食刻速度は大きいが、NH3 の流量がCF4 の流
量よりも多いと、ポリシリコンの食刻速度は低下する。
しかし、後者の場合、ポリマーの厚い層が堆積すること
があり、これがナノスペック(Nanospec ：商品名) 干渉
計のポリシリコンの厚さの読みを左右する可能性があ
る。10scc/ｍのNH3 および−35℃というカソード温を用
いて、100 ：１に達する選択性が達成された。
【００３０】より低い圧力およびより高いAr/CHF3 流量
比を用いた多数の実行(runs)もなされた。下記の３回の
実行で、ポリシリコンの食刻速度は約2,500 オングスト
ローム／分であった。
比を用いた多数の実行(runs)もなされた。下記の３回の
実行で、ポリシリコンの食刻速度は約2,500 オングスト
ローム／分であった。
【００３１】 プロセス 単位 １ ２ ３ CHF 3 scc/ｍ 10 10 30 Ar scc/ｍ 80 80 60 CF4 scc/ｍ ３ ９ ９ NH3 scc/ｍ 10 10 10 圧力 ミリトル 200 200 70 電力 ワット 600 600 600 Ｂ場 ガウス 25 25 25 カソード温 ℃ 20 20 20実施例３ 実施例２に基づき、酸化物およびポリシリコンの食刻速
度を左右する最も重要な因子を決定するためのスクリー
ニング実験を行うことを決定した。実験には、中央値(c
enter point)１個および下記の水準(levels)についての
L8の田口の直交表(Taguchi screening design)を用い
た。
度を左右する最も重要な因子を決定するためのスクリー
ニング実験を行うことを決定した。実験には、中央値(c
enter point)１個および下記の水準(levels)についての
L8の田口の直交表(Taguchi screening design)を用い
た。
【００３２】 因子 単位 下限 中央値 上限 Ar/CHF3 比 scc/ｍ：scc/ｍ ２ ３ ４ CF4 scc/ｍ ３ ６ ９ NH3 scc/ｍ ４ ７ 10 圧力 ミリトル 150 200 250 電力 ワット 600 700 800 Ｂ場 ガウス 25 50 75 カソード温 ℃ −35 -7.5 20 結果を下記の表２に示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】上記データの分析から、NH3 流量、カソー
ド温、Ｂ場およびCF4 流量が酸化物の食刻速度を制御す
る最も重要な因子であることが示される。このことは、
ＣＦ４流量の影響以外は実施例１の結果に合致する。Ｃ
Ｆ４ 流量を増加させつつ酸化物の食刻速度を増大させ
ることは、CHF 3 /Ar/CF4 という化学的構成の挙動とも
対照的(contrary)である。同様に、電力は、NH3 を添加
した際の食刻速度を左右する最も重要でない因子の一つ
であり、CHF 3 /Ar/CF4 という化学的構成の挙動とは全
く異なる。これらの結果は、CHF 3 /Ar/CF4 という化学
的構成にNH3 を加えることによって、ポリシリコンの食
刻速度を低下させるか、または著しく増大させるかのい
ずれかが可能であることを確認するものである。Ar/CHF
3 流量比および圧力に対するポリシリコンの食刻速度の
感受性は、混合気中にNH3 が存在しない際ははるかに低
い。
ド温、Ｂ場およびCF4 流量が酸化物の食刻速度を制御す
る最も重要な因子であることが示される。このことは、
ＣＦ４流量の影響以外は実施例１の結果に合致する。Ｃ
Ｆ４ 流量を増加させつつ酸化物の食刻速度を増大させ
ることは、CHF 3 /Ar/CF4 という化学的構成の挙動とも
対照的(contrary)である。同様に、電力は、NH3 を添加
した際の食刻速度を左右する最も重要でない因子の一つ
であり、CHF 3 /Ar/CF4 という化学的構成の挙動とは全
く異なる。これらの結果は、CHF 3 /Ar/CF4 という化学
的構成にNH3 を加えることによって、ポリシリコンの食
刻速度を低下させるか、または著しく増大させるかのい
ずれかが可能であることを確認するものである。Ar/CHF
3 流量比および圧力に対するポリシリコンの食刻速度の
感受性は、混合気中にNH3 が存在しない際ははるかに低
い。
【００３５】実施例４ 諸元(parameters)の限定された範囲内でのRIE ラグおよ
びプロファイル角に対するNH3 添加の影響を判定するた
めのスクリーニングの実験を設定した。実験の設定は、
２個の中央値、４因子、10回の実行についての分割法に
よる要因実験(fractional factorial)であった。
びプロファイル角に対するNH3 添加の影響を判定するた
めのスクリーニングの実験を設定した。実験の設定は、
２個の中央値、４因子、10回の実行についての分割法に
よる要因実験(fractional factorial)であった。
【００３６】 因子 単位 下限 中央値 上限 全流量 scc/ｍ 80 100 120 Ar/CHF3 比 １ ２ ３ CF4 scc/ｍ ５ ７ ９ NH3 scc/ｍ ５ ７ ９ 圧力 ミリトル 200 電力 ワット 700 Ｂ場 ガウス 25 カソード温 ℃ −35 結果を下記の表３に示す。
【００３７】
【表３】
【００３８】調べた諸元の範囲内では、より高いNH3 流
量は、酸化物の食刻速度、選択性、RIE ラグおよびプロ
ファイル角を改善する。観察された傾向を確認するため
に、いくつかの調査を更に行い、下記の表４に示される
結果を得た。
量は、酸化物の食刻速度、選択性、RIE ラグおよびプロ
ファイル角を改善する。観察された傾向を確認するため
に、いくつかの調査を更に行い、下記の表４に示される
結果を得た。
【００３９】
【表４】
【００４０】実施例５ 接点の底部におけるシリコンに対する選択性を検査する
ために、上表のプロセス番号１を再度実行した。0.5 μ
m の接点のアスペクト比は6.4 である。約270秒間に約
1,200 オングストロームのシリコンが溝として食刻され
たので、速度は約260 オングストローム／分、選択性は
約22：１となる。
ために、上表のプロセス番号１を再度実行した。0.5 μ
m の接点のアスペクト比は6.4 である。約270秒間に約
1,200 オングストロームのシリコンが溝として食刻され
たので、速度は約260 オングストローム／分、選択性は
約22：１となる。
【００４１】上記の手順の際に、ヘリウムまたはアルゴ
ン中の10容積％の水素もしくはメタンを当量で置き換え
ても、同様の好都合な結果が得られるであろう。
ン中の10容積％の水素もしくはメタンを当量で置き換え
ても、同様の好都合な結果が得られるであろう。
【００４２】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、RIE
ラグを実質的に増大させることなく、より高い選択性を
与える反応性イオンエッチング法が提供される。
ラグを実質的に増大させることなく、より高い選択性を
与える反応性イオンエッチング法が提供される。
【図１】本発明の実施に適したプラズマエッチング装置
系の一態様を示す斜視図である。
系の一態様を示す斜視図である。
【図２】図１のプラズマエッチング装置系の断面図であ
る。
る。
【図３】本発明による反応性イオンエッチング法の一態
様の実施により得られた結果を示すグラフである。
様の実施により得られた結果を示すグラフである。
６０…プラズマエッチング装置系、６２…ハウジング、
６４…ハウジング外壁、６６…環状の内壁、６８…エッ
チングチャンバ、７０…架台／カソードアセンブリ、７
２…カソード( 架台) ７４…ウエハー交換装置系、７５
…ウエハー、７６…外部ブレード、７８…ウエハー締め
付けリング、７９…ウエハーリフトフィンガー、８０…
気体マニホールド、８１…気体供給装置系、８２…気体
供給管路、８４…入口連結機構、９０…排気室、９２…
排気ポート、９３…ポンプ装置系、９４…輪板の小孔、
９６…輪板、１００，１０２，１０４，１０６，１０８
…排気の方向を示す矢印、１１０…エッチングチャンバ
の加工域、１１２…RF電力供給装置系、１１４… 気体
フィードスルー。
６４…ハウジング外壁、６６…環状の内壁、６８…エッ
チングチャンバ、７０…架台／カソードアセンブリ、７
２…カソード( 架台) ７４…ウエハー交換装置系、７５
…ウエハー、７６…外部ブレード、７８…ウエハー締め
付けリング、７９…ウエハーリフトフィンガー、８０…
気体マニホールド、８１…気体供給装置系、８２…気体
供給管路、８４…入口連結機構、９０…排気室、９２…
排気ポート、９３…ポンプ装置系、９４…輪板の小孔、
９６…輪板、１００，１０２，１０４，１０６，１０８
…排気の方向を示す矢印、１１０…エッチングチャンバ
の加工域、１１２…RF電力供給装置系、１１４… 気体
フィードスルー。
フロントページの続き (72)発明者 グラハム ウイリアム ヒルズ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95030， ロスガトス， ヴァソナ オ ークス ドライブ 100 (72)発明者 イアン ジェイムズ モレイ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95110， サン ノゼ， エヌ．サン ペドロ ストリート ナンバー ５ビー 630 (56)参考文献 特開 昭62−52932（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−161620（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−32627（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−15623（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−170026（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−233225（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−230238（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−99745（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】 シリコン上の酸化シリコンをエッチング
するための反応性イオンエッチング法であって、ＣＨＦ
３ と、ＣＦ ４ またはＣ ２ Ｆ ６ から選ばれるガスと、不活
性キャリアガスと、水素源とを含むガス状混合物のプラ
ズマを形成する段階を含むことを特徴とする反応性イオ
ンエッチング法。 - 【請求項２】 前記不活性ガスが、酸素を含む請求項１
記載の反応性イオンエッチング法。 - 【請求項３】 前記水素源が、アンモニア、水素、また
はメタンである請求項１記載の反応性イオンエッチング
法。 - 【請求項４】 前記水素源が、前記ガス混合物全体の５
〜２０体積％を占める請求項１記載の反応性イオンエッ
チング法。 - 【請求項５】 パターニングされたホトレジストが、前
記酸化シリコンの層を覆っている請求項１記載の反応性
イオンエッチング法。 - 【請求項６】 前記キャリアガスが、アルゴンまたはヘ
リウムから選ばれる請求項１記載の反応性イオンエッチ
ング法。
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|---|---|---|---|
| US07/827,377 US5242538A (en) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | Reactive ion etch process including hydrogen radicals |
| US07/827377 | 1992-01-29 |
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| JP2634014B2 true JP2634014B2 (ja) | 1997-07-23 |
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| US5814186A (en) * | 1995-08-28 | 1998-09-29 | Advanced Micro Devices, Inc. | SOG etchant gas and method for using same |
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| US6253704B1 (en) | 1995-10-13 | 2001-07-03 | Mattson Technology, Inc. | Apparatus and method for pulsed plasma processing of a semiconductor substrate |
| US5983828A (en) * | 1995-10-13 | 1999-11-16 | Mattson Technology, Inc. | Apparatus and method for pulsed plasma processing of a semiconductor substrate |
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