JP2660117B2 - 半導体基板ウェファー上の層のドライエッチング方法 - Google Patents
半導体基板ウェファー上の層のドライエッチング方法Info
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Description
のドライエッチングに関する。
ーピングの一連の段階を通して半導体シリコン基板ウェ
ファー上に形成される。パターニングにはホトレジスト
層の塗布とマスキング段階における同層の選択的除去が
なされるホトリソグラフィーが含まれるのが典型的であ
り、これによりウェファーの上部層の除去もしくはエッ
チングされる領域が露出される。
グかもしくはドライエッチング方法を用いてなされる。
本発明は、ドライエッチング方法に関する。「ドライエ
ッチング」とは、プラズマエッチング、イオンビームエ
ッチング、反応性イオンエッチング(RIE)、磁気増
進イオンエッチング(MIE)、電子サイクロトロン共
振エッチング(ECR)及び磁気制限サイクロトロン共
振エッチング(MCR)の総称である。
a)レジストの選択性が増加され、b)他のフィルムへ
の選択性が増加され且つc)サイドウォールの不動態化
(passivation)が増進されてホトレジストのアンダカッ
トが防止され且つ異方性エッチングが促進されることは
公知である。「選択性」とは、下層材料もしくは下層フ
ィルムのエッチングによる除去の程度を定義する言葉で
ある。所定材料の選択性が良いということは、所定のエ
ッチング条件下でのその材料のエッチング量が少ないと
いうことである。「サイドウォールの不動態化」は、反
応性エッチング材料種類と所望層までエッチングが行わ
れる時の基板材料の開口部の側壁(サイドウォール)の
形状との組合せにより決まる。横方向へのエッチングを
阻止する不動態化フィルムがこれらのサイドウオール上
に形成されてエッチングを阻止するので略真っ直ぐなサ
イドウォールとなる。エッチングが完了すると、フィル
ムは、後処理段階において除去される。
いては、ウェファーを非常に低い温度で維持して上記の
利点を最大限にすることが望ましい。現在使用される最
低実用冷却温度は、低温度エッチング後析出として一般
的に公知の作用により約20°Cとなっている。温度が
20°Cを下回ると、この公知の現象が問題となって来
て、0°C以下では非常に顕著なものとなる。
ングの終了時に反応炉への電力が遮断された後にエッチ
ング剤から形成される副産物より生じる。反応炉への電
力が遮断されると、プラズマによるウェファーの前(露
出)側の加熱がなくなる。更に、エッチング副産物がプ
ラズマ状態の電子衝突による励起を受けなくなる。故
に、気相化合物の冷却ウェファー上への析出がなされる
には恰好の条件となる。あるエッチング剤では、反応副
産物がエッチング剤同士の反応の結果生じて、電力供給
が中断されると冷却ウェファー上に単に凝縮する。ま
た、他のエッチンング剤では、電力が遮断されるとエッ
チング剤が基板ウェファー上の材料と反応して好ましか
らざる析出物が生じる。双方とも非常に好ましからざる
ことである。ウェファー裏面を冷却する温度が低くなれ
ばなるほど上記の好ましからざる析出には恰好の条件と
なってくる。
コン基板ウェファーの顕微鏡斜視図である。低温度エッ
チングが行われた後のシリコンウェファー10を示す。
ウェファー10は、一連の導電性ランナー12、14、
16及び18を含む。該ランナー12、14、16及び
18の上部層は、それぞれホトレジスト層18a、18
b、18c及び18dを含む。ランナー間の間隔はエッ
チングされて溝22、24及び26を画定する。符号2
8で表す物質塊は、不要なエッチング後析出物であり、
係る状況は、低温度エッチングにおいて生じる。その例
として、エレクトロテックオメガ−IIRIE反応炉内
でウェファーを−10°Cで維持し、第1のエッチング
段階を120ミリトル、140ワット、80sccmの
SF6、及び11sccmのArで2分45秒間実施し
て、次いで第2のエッチング段階を110ミリトル、1
00ワット、50sccmのCl2、で1分15秒間実
施したエッチングを揚げることが出来る。
に、本発明では、反応炉内に位置決めされたウェファー
を冷却する冷却手段を有する反応炉内の半導体基板ウェ
ファー上の層をドライエッチングする方法において、前
記反応炉内にウェファーを位置決めすることと、前記ウ
ェファー上の材料とプラズマ状態になると反応する少な
くとも1つの反応性ガスを前記反応炉内に噴射すること
と、前記ウェファーの配置された前記反応炉に所定量の
電力を所定時間加えて前記層で選択的に所望のドライエ
ッチングを実施することと、略最低限の量の電力を前記
反応炉に加えて該反応炉内のガスをプラズマ状態に維持
しつつ、前記所望のエッチング完了時に前記少なくとも
1つの反応性ガスの反応炉内への噴射を停止すること
と、前記少なくとも1つの反応性ガスの噴射を停止し且
つ最低限の量の電力を反応炉に加えつつ、実質的に不活
性で前記ウェファー上の材料と反応しない不活性ガスを
反応炉内へ噴射することと、及び前記最低限の量の電力
が加えられている間に前記少なくとも一の反応性ガスを
反応炉から実質的にパージするのに充分な時間前記不活
性ガスの噴射を継続することとからなることを特徴とす
る半導体基板ウェファー上の層のドライエッチング方法
が提供される。
グを可能とするための半導体基板ウェファー上の低温度
ドライエッチング析出を防止することである。
たウェファーを冷却するための冷却手段を有する反応炉
内の半導体基板ウェファー上の層をドライエッチングす
る好適な方法が開示される。本方法によれば、ウェファ
ーが最初に反応炉内に位置きめされる。少なくとも1つ
のガスが反応炉内へ噴射され、このガスがプラズマ状態
にある時にはウェファー上の材料を反応する。所定量の
電力が所定時間反応炉に加えられて層が所望通りに選択
的にエッチングされていく。
炉内へのガスの噴射が停止する一方でほぼ最低量の電力
が反応炉に加えられて反応炉内のガス(エッチング材
料)をプラズマ状態に維持する。この最低限量の電力
は、エレクトロテックオメガ−II RIE(Elec
trotech omega−II RIE)では、約
50ワット(50W)以上である。
スの噴射が停止されるが、最低限の量の電力が反応炉に
依然として加えられる。このガスは、実質的に不活性で
ありウェファー上の材料とは反応せず著しくエッチング
が進行することはない。これは、例としてのみ揚げるの
ではあるが、N2等の任意の貴ガスもしくはその混合物
でも良い。実質的な不反応性ガスを噴射する時間は、最
小限の量の電力を加えつつ反応炉内の反応性ガスを実質
的にパージするに充分な時間とする。これにより、基板
上に活性副産物ガスが析出するのが防止される。
ドライエッチング析出を防止する方法は、 a)ドライエッチング反応炉内への反応性ガス噴射を停
止する一方で同反応炉内のガスをプラズマ状態に維持す
るのに充分な電力を反応炉へ加えるのを維持すること
と、及び b)反応炉内のガスをプラズマ状態に維持するのに充分
なまでに反応炉への電力を低減する前に反応炉から大部
分の反応性ガスを排気することとから成る。
噴射して反応炉から反応性ガスを押し出すことで排気が
実施される。図2に上記方法によりエッチングされた半
導体ウェファーを示が、それは、図1に示すのと同様な
形状のウェファー30である。明らかなように、何れの
溝22、24、26にもエッチング後の析出物は存在し
ない。係るプロフィールは、ウェファーを−10°Cに
冷却しつつ図1に示すエッチングと同一の設備を使用し
て得られたものである。該方法は、以下の3段階から成
っていた。第1には、120ミリトル、140ワットで
80sccmのSF6と11sccmのArを2分45
秒間噴射した。第2に、110ミリトル、100ワット
で50sccmのCl2を1分15秒間噴射した。第3
に、100ミリトル、100ワットで50sccmのA
rを1分30秒間噴射した。第3段階のアルゴンが不活
性パージガスとして機能した。
排気は、反応炉へのガス噴射を実質的に停止しつつ反応
炉と連絡する排気開口部内の吸引力を維持することで行
われる。ドライエッチング反応炉は、エッチングの進行
に合わせて反応炉から使用済みエッチング剤を除去する
真空開口部を含む。エッチング剤をプラズマ状態に維持
するのに充分な電力を供給しつつ上記の吸引力を維持す
るのみでエッチングの完了時に反応炉から反応性ガスの
大部分を除去することも可能である。しかしながら、こ
の後者の方法は、残余活性エッチング剤を完全に除去す
る上で不反応性ガスパージほど効果的ではない。しかし
ながら、後者の方法でも活性使用済みエッチング剤の大
部分を除去してエッチング後析出を低減する上で顕著な
効果がある。
よれば、次に示す効果がある。 炉内へ反応性ガスを噴射すると共に所定の電力を加
えてウエファー上の層のプラズマエッチングを行なわ
せ、更に最低減の電力を加えてプラズマ状態を維持して
上記エッチングを完了させ、しかる後に不活性ガスを噴
射して反応性ガスを炉外へパージすると共に最低減の電
力を加えているため、ウエファー上には反応副産物の析
出現象自体を阻止し得るので、析出物をもともと何ら生
ずることが無い。 上記方法によれば、ウエファーを例えば20゜Cを
下回る温度まで冷却することが可能となるので、選択性
を向上して、エッチングを行いたい所望の材料のみのエ
ッチングを行うことができると共に、サイドウォールの
不活性化(又は不動態化)が促進されて、アンダカット
の無い真っ直ぐなサイドウオールを得ることができる。
次に、本願の請求項7及び8に記載した各発明によれ
ば、ウェファー上のドライエッチング時にウェファーを
実際に夫々20°C未満及び0°C以下の温度に冷却し
ているので、これらによっても上記第1の発明の上記効
果及びと同様の効果が得られることは明らかであ
る。
徴に就いて多かれ少なかれ特定的言語で記載した。しか
しながら、本発明は、本書に開示した手段及び構造が本
発明を施行するのに好適な態様から成ることから、例示
記載した特定の特徴に限定されるものではない。従っ
て、本発明は、同等主義に従って適宜に解釈される添付
特許請求の範囲の適切な範囲ないで修正が可能なもので
ある。
技術の項で述べた従来技術のエッチングの顕微鏡斜視図
である。
の顕微鏡斜視図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 反応炉内に位置決めされたウェファーを
冷却する冷却手段を有する反応炉内の半導体基板ウェフ
ァー上の層をドライエッチングする方法において、 前記反応炉内にウェファーを位置決めすることと、 前記ウェファー上の材料とプラズマ状態になると反応す
る少なくとも1つの反応性ガスを前記反応炉内に噴射す
ることと、 前記ウェファーの配置された前記反応炉に所定量の電力
を所定時間加えて前記層で選択的に所望のドライエッチ
ングを実施することと、 略最低限の量の電力を前記反応炉に加えて該反応炉内の
ガスをプラズマ状態に維持しつつ、前記所望のエッチン
グ完了時に前記少なくとも1つの反応性ガスの反応炉内
への噴射を停止することと、 前記少なくとも1つの反応性ガスの噴射を停止し且つ最
低限の量の電力を反応炉に加えつつ、実質的に不活性で
前記ウェファー上の材料と反応しない不活性ガスを反応
炉内へ噴射することと、及び 前記最低限の量の電力が加えられている間に前記少なく
とも一の反応性ガスを反応炉から実質的にパージするの
に充分な時間前記不活性ガスの噴射を継続することとか
らなることを特徴とする半導体基板ウェファー上の層の
ドライエッチング方法。 - 【請求項2】 エッチング中において前記冷却手段によ
りウェファーを20°C未満の温度に冷却することから
成る請求項1記載のドライエッチング方法。 - 【請求項3】 エッチング中において前記冷却手段によ
りウェファーを0°C以下の温度に冷却することから成
る請求項1記載のドライエッチング方法。 - 【請求項4】 エッチング中において前記冷却手段によ
りウェファーを0°Cと−70°C間の温度に冷却する
ことから成る請求項1記載のドライエッチング方法。 - 【請求項5】 前記最低限の電力の量が50ワット以上
である請求項1記載のドライエッチング方法。 - 【請求項6】 前記不活性ガスが貴ガス、N2及びその
混合物から成るグループから選択される請求項1記載の
ドライエッチング方法。 - 【請求項7】 半導体基板ウェファー上のドライエッチ
ング析出を防止する方法において、 反応炉への充分な電力を維持して該反応炉内のガスをプ
ラズマ状態に維持しつつかつウェファーを20°C未満
の温度に冷却しつつ選択的エッチングを実質上完了さ
せ、その完了時点でドライエッチング反応炉内への反応
性ガス噴射を停止することと、及び 前記反応炉内のガスをプラズマ状態に維持するのに充分
な程度以下となるよう前記反応炉への電力を低減する前
に、前記反応炉から反応性ガスプラズマを実質上排気す
ることとから成ることを特徴とするドライエッチング析
出を防止する方法。 - 【請求項8】 半導体基板ウェファー上のドライエッチ
ング析出を防止する方法において、 反応炉への充分な電力を維持して該反応炉内のガスをプ
ラズマ状態に維持しつつかつウェファーを0°C以下の
温度に冷却しつつ選択的エッチングを実質上完了させ、
その完了時点でドライエッチング反応炉内への反応性ガ
ス噴射を停止することと、及び 前記反応炉内のガスをプラズマ状態に維持するのに充分
な程度以下となるよう前記反応炉への電力を低減する前
に、前記反応炉から反応性ガスプラズマを実質上排気す
ることとから成ることを特徴とするドライエッチング析
出を防止する方法。 - 【請求項9】 前記反応炉から反応性ガスプラズマを実
質上排気する段階が更に、前記反応炉へのガスの噴射を
実質上停止しつつ前記反応炉と連絡する排気開口部内の
真空吸引力を維持することから成る請求項7又は8記載
のドライエッチング析出を防止する方法。 - 【請求項10】 前記反応炉から反応性ガスプラズマを
実質上排気する段階が更に、反応性ガスの噴射を実質上
停止しつつ反応炉内へ不活性パージガスを噴射して反応
炉から反応性ガスを除去することを含み、且つ、該不活
性パージガスがウェファー上の材料と反応しない不活性
である請求項7又は8記載のドライエッチング析出を防
止する方法。
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