JP2728010B2 - Plasma processing method - Google Patents

Plasma processing method

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JP2728010B2
JP2728010B2 JP7055407A JP5540795A JP2728010B2 JP 2728010 B2 JP2728010 B2 JP 2728010B2 JP 7055407 A JP7055407 A JP 7055407A JP 5540795 A JP5540795 A JP 5540795A JP 2728010 B2 JP2728010 B2 JP 2728010B2
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    • H01L21/30655Plasma etching; Reactive-ion etching comprising alternated and repeated etching and passivation steps, e.g. Bosch process

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理方法に係
り、特にエッチングと堆積とを交互に行なって処理を行
なうものに好適なプラズマ処理方法に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】半導体素子の微細化が進むにつれて、回
路パターンの寸法加工制度や低ダメージ加工法がますま
す重要な技術課題となってきている。特にサブミクロン
領域の素子においては、チップ面積の制約から、素子構
造が立体化してきている。このため加工寸法幅に比べて
加工深さの比、即ち、アスペクト比の大きい膜種を寸法
精度良く加工することが要求されている。 【0003】このような要求を解決する従来技術として
は、日本国公開特許公報昭60−50923号公報に記
載のようなものがある。これは、SiやPoly−Si
のエッチングの場合において、エッチングガスとしてエ
ッチング作用に寄与するSF6ガスと窒化硅素の保護膜
の形成作用に寄与するN2ガスとその他のガスを混合し
て用い、エッチング処理中に処理ガスの組成、濃度を周
期的に変化させる。これにより、エッチング工程と窒化
硅素の保護膜を形成する工程とを交互にくり返して、高
速でかつ寸法精度の良いエッチングを行なうようにして
いる。 【0004】一方、電極に印加する電圧を変化させるも
のとしては、日本国公告特許公報昭61−41132
号、日本国公開特許公報昭61−13625号等が挙げ
られる。これら従来技術は試料に印加する電圧を変化さ
せて、プラズマ処理を行なうようにしている。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の前者は
プラズマのガス組成や濃度を変化させてエッチング処理
を行なうようにしているため、その都度プラズマの状態
が変化することになる。このため、ガス組成や濃度を変
化させた時、前回のプラズマ状態から新しいプラズマ状
態にする。即ち、残存するイオンやラジカルを速やかに
排気する必要がある。しかし、処理容器にはある程度の
内容積があるためプラズマ状態の切り替わり時間が掛か
り、全体の処理時間が長くなるという問題がある。ま
た、これを少しでも改善しようとすれば、排気時間を短
縮するために排気装置が大型化する。また同時に、処理
時と切り替え時の排気量をそれぞれに制御する必要が生
じ、そのための装置や制御技術が複雑になってしまう。 【0006】また、後者はプラズマ中のイオンの入射エ
ネルギを制御し、単にエッチングレートや選択比等のプ
ラズマ特性を向上させるものである。 【0007】本発明の目的は、微細パターンでかつアス
ペクト比の大きいエッチングを行うことのできるプラズ
マ処理方法を提供することにある。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明者らは種々実験を
重ねることにより初めて本発明に関する見地を得た。そ
れは、次のような内容である。試料の被エッチング材と
反応する成分と堆積膜を形成する成分とを有する、ある
種の成分ガスを所定のプラズマ条件下でプラズマ化す
る。このプラズマ中のイオンに加速電圧を付与し、該イ
オンを試料に入射させるようにしたプラズマを用いて試
料を処理する。このとき、この加速電圧の値を変化させ
ると、被処理物との反応によりエッチング作用が優位に
生じる電位と堆積作用が優位に生じる電位とがあること
が分かった。また、この電位にはエッチング作用と堆積
作用とが釣り合う電位があることが分かった。以下、こ
の釣り合う電位を「臨界電位と呼ぶ。」すなわち、本発
明は、被エッチング材と反応する成分および堆積膜を形
成する成分を有するとともに臨界電位を有する混合ガス
をエッチング処理ガスとして用い、エッチング処理ガス
をマイクロ波のECRを用いて0.01Torr台の減
圧下でプラズマ化する工程と、被エッチング材に向けて
プラズマ中のイオンを加速させる加速電圧を臨界電位を
はさんで変化させ、被エッチング材に対しエッチングと
膜形成とを交互に繰り返す工程とを有し、膜形成によっ
て形成されたパターン側壁面の保護膜を次のエッチング
時に除去しながら微細パターンでかつアスペクト比の大
きいエッチングを行う方法とすることにより、達成され
る。 【0009】 【作用】臨界電位を有するガスを0.01Torr台の
低い圧力下で、ECR放電を利用したマイクロ波プラズ
マを生じさせ、試料に向けてプラズマ中のイオンを加速
させる加速電圧を臨界電位をはさんで変化させるように
しており、プラズマは低い圧力下で生じているので、プ
ラズマ中のイオンを小さい加速電圧で試料に引き込みダ
メージを少なくできるとともに、加速電圧が臨界電位よ
りも大きいときには試料にエッチング作用が優位に生
じ、加速電圧が臨界電位よりも小さいときには試料に堆
積作用が優位に生じて、これらエッチングと膜形成とを
交互に行ない、膜形成によって形成されたパターン側壁
面の保護膜はエッチング時に除去しながら行なうので、
パターン幅が減少することなく微細パターンでかつアス
ペクト比の大きい被エッチング材を加工することができ
る。 【0010】 【実施例】以下、本発明の一実施例を第1図から第6図
により説明する。 【0011】第1図は、ECR放電を利用したマイクロ
波プラズマ処理装置を示し、この場合、エッチング装置
である。真空処理容器4の上開口部には石英からなる放
電管1が設けてある。真空処理容器4の下部には図示し
ない真空排気装置につなげられた排気部3が設けてあ
る。真空処理容器4内には、上部に試料であるウエハ6
を載置する試料台5aを有する電極5が設けてある。放
電管1内の試料台5a上部には放電空間7が形成され
る。 【0012】放電管1の上部には、放電管1を囲んで導
波管9が設けてある。導波管9の端部には、この場合、
2.45GHzのマイクロ波を発信するマグネトロン8
が設けてある。放電管1の外周部には導波管9を介して
電磁コイル10が設けてある。 【0013】真空処理容器4の側部には、放電空間7に
エッチングガスを供給するためのガス導入部2が設けて
ある。ガス導入部2にはマスフローコントローラ18を
介して図示しないガス源がつなげてある。 【0014】電極5の外周には、電極5と絶縁され、一
端が試料台5aの周辺近傍に位置し、他端が接地された
アース電極11が設けてある。電極5には、マッチング
ボックス12を介して接続した。この場合、13.56
MHzの高周波を発振する高周波電源13と、ローパス
フィルタ14を介して接続した直流電源15とがつなげ
てある。高周波電源13および直流電源15の他端はそ
れぞれ接地してある。直流電源15には出力電圧制御装
置16が接続してあり、出力電圧制御装置16には出力
波形制御装置17が接続してある。なお、マッチングボ
ックス12は、この場合、コンデンサカップリングで構
成してある。ローパスフィルタ14は高周波電源13か
らの高周波電圧をしゃ断するものである。 【0015】マスフローコントローラ18は、図示しな
いガス源からのエッチングガスを所定流量に制御し、エ
ッチングガスを放電空間7内に送り込む。放電空間7内
は、図示しない排気装置によって減圧排気され、所定圧
力に保持される。 【0016】この場合、放電空間7内に導入したエッチ
ングガスをプラズマ化する手段は、マグネトロン8と電
磁コイル10とから成る。放電空間7内のエッチングガ
スはマグネトロン8と電磁コイル10とによって与えら
れる電磁界の作用によるECR放電によってプラズマ化
される。 【0017】また、この場合、プラズマ中のイオンにウ
エハ6への入射エネルギを付与する手段、すなわち、こ
の場合、試料台5aに加速電圧を生じさせる手段は、高
周波電源13と直流電源15とから成る。ウエハ6を載
置する試料台5aには、高周波電源13による高周波電
圧と、直流電源15による直流電圧とが印加される。試
料台5aにコンデンサカップリングで構成されたマッチ
ングボックス12を介して高周波電圧を印加することに
より、試料台5aには高周波電圧が直流的に浮遊して与
えられ、直流バイアス電圧が生じる。この直流バイアス
電圧によってプラズマ中のイオンが試料台5a側、すな
わち、ウエハ6側に引き込まれる。また、試料台5aに
直流電圧を印加することにより、試料台5aに生じた直
流バイアス電圧の値を調整される。この直流バイアス電
圧が、この場合、イオンを加速させる加速電圧となる。 【0018】さらに、この場合、試料台5aに生じさせ
た加速電圧の値を臨界電位をはさんで切り替える手段
は、出力電圧制御装置16と出力波形制御装置17とか
ら成る。出力電圧制御装置16は直流電源15の直流電
圧値を制御する。出力波形制御装置17は出力電圧制御
装置16が制御する直流電圧値の変化させるタイミング
を制御する。このタイミングは、この場合、周期的に制
御される。 【0019】また、ウエハ6は、この場合、Si基板上
に配線形成材料であるポリシリコン層を被着形成したも
のである。本エッチング装置は、エッチングガスとし
て、この場合、六フッ化イオウ(SF6)とトリクロロ
トリフロロエタン(C2Cl33:商品名フロン−11
3)との混合ガスを用い、ウエハ6のポリシリコン層を
エッチングするものである。 【0020】次に、上記のように構成されたエッチング
装置により、前記エッチングガスの両成分、すなわちS
6とC2Cl33とについてそれぞれ同一のプラズマ形
成条件下(マイクロ波電力:400W、ガス流量:70
SCCM、圧力:0.01Torr、高周波電力:10
0W)でガスをプラズマ化し、試料台5aに印加する直
流バイアス電圧を変化させた場合の実験について、第2
図により説明する。 【0021】第2図のグラフは、縦軸の上方にエッチン
グ速度をとり、下方に堆積速度をとって、横軸に直流バ
イアス電圧をとる。 【0022】第2図より明らかなように、SF6は直流
バイアス電圧の大きさにかかわらず常にエッチング現象
を生じ、直流バイアス電圧が大になるほどエッチング速
度も大きくなる。これは、SF6がプラズマ中ではSと
Fの成分に分かれ、反応性イオン種およびフリーラジカ
ル種であるFの成分中のFイオンおよびFラジカルがエ
ッチャントとなって、直流バイアス電圧の有無にかかわ
らず被エッチング材であるポリシリコンと接触して反応
し、SiF4なる揮発性の反応生成物が形成され試料か
ら除去されるためで、直流バイアス電圧を大きくすると
試料表面のFイオンのみならず、プラズマ中のFイオン
が試料に入射されて、Fイオンとの反応が増大するとと
もに、試料表面近傍に位置するFラジカルにFイオンが
衝突してFラジカルとポリシリコンとの接触が多くなっ
て、エッチング速度が大きくなるものである。 【0023】一方、C2Cl33は、直流バイアス電圧
が小さい範囲では堆積現象を生じ、直流バイアス電圧が
大きい範囲ではエッチング現象を生じている。これは、
2Cl33がプラズマ中ではC,ClおよびFの成分
に分かれ、これらの成分がCの重合物または(CFx)
n,CxFy,CClxFy,CxClyの反応生成物
なる堆積物を形成するとともに、残りのClおよびFの
成分がエッチャントとして存在するためで、エッチャン
トとしてのFの成分は前述したようにポリシリコンと反
応してSiF4なる揮発性の反応生成物を形成し、エッ
チャントとしてのClの成分は同様に反応性イオン種お
よびフリーラジカル種の形でポリシリコンと反応してS
iCl4なる揮発性の反応生成物を形成する。ここで、
直流バイアス電圧の有無にかかわらず、プラズマ中にお
いては膜形成種とエッチャントがそれぞれ存在し、直流
バイアス電圧のプラズマへの作用中はプラズマ中で形成
される堆積物が試料表面へ付着するとともに、試料への
プラズマ中のイオンの入射とが同時に起こる。直流バイ
アス電圧が小さい範囲では、試料へのプラズマ中のイオ
ンの入射が少なくなり、試料の被エッチング材表面への
堆積物の付着が生じて被エッチング材表面とプラズマ中
のエッチャントとの接触ができなくなり、堆積現象が生
じる。直流バイアス電圧が大きい範囲では、試料へのプ
ラズマ中のイオンの入射が多くなり、試料の被エッチン
グ材表面への堆積物の付着が生じても、被エッチング材
表面へエッチャントとしての反応性イオンが入射され、
被エッチング材表面をエッチング除去するとともに、堆
積物にも衝突して堆積物にエネルギを与え、堆積物を反
応前の状態に分解したりして、堆積物の付着を防ぎなが
らエッチングを進める、エッチング作用が生じる。な
お、この際、試料表面近傍のエッチャントであるフリー
ラジカルに対してエッチャントである反応性イオンおよ
び膜形成種のイオンの一部がフリーラジカルに衝突して
エネルギを与え被エッチング材との反応を促進させるよ
うに作用する。 【0024】また、C2Cl33はその丁度境界に堆積
もエッチングも生じない臨界電位(V0)を有している
ことがわかる。なお、この臨界電位とは、所定のプラズ
マ条件下でガスをプラズマ化し、直流バイアス電位を変
化させた場合に、堆積現象とエッチング現象とが逆転す
る電位を意味し、本発明者による実験によって初めて見
い出されたものである。 【0025】このことは次のことを示している。C2
33をプラズマ化したときには堆積作用とエッチング
作用とが併発している。このとき、試料台5aに印加す
る直流バイアス電圧が臨界電位より小さい場合には堆積
作用が優位に作用する。また、試料台5aに印加する直
流バイアス電圧を臨界電位よりも小さい範囲内で増大さ
せた場合には、直流バイアス電圧の増大に伴ってプラズ
マ中のイオンが加速され、エッチング作用が徐々に強く
なり堆積作用の優位性が徐々に衰える。直流バイアス電
圧が臨界電位を越えて増大する場合には、さらにプラズ
マ中のイオンが加速され堆積作用よりもエッチング作用
が優位に作用し、そのエッチング作用は次第に強くな
る。また、直流バイアス電圧が臨界電位と等しい場合に
は堆積作用とエッチング作用とが釣り合った状態にあ
る。 【0026】また、前記の臨界電位を有さないSF
6と、臨界電位を有したC2Cl33との混合ガス(1:
9)を用いて、同様の実験を行なった。この結果は、第
2図の破線で示すような曲線となった。この破線の曲線
から明らかなように、この混合ガスには臨界電位V0
が存在し、臨界電位V0’より小さい直流バイアス電圧
では堆積作用が優位に生じ、臨界電位V0’より大きい
直流バイアス電圧ではエッチング作用が優位に生じてい
る。しかも、この混合ガスを用いた場合には、前記C2
Cl33を単独で用いたときよりもエッチング速度が直
流バイアス電圧に大きく依存したことが分かる。これに
より、この混合ガスをエッチング速度のバイアス電圧依
存性の高いエッチャントとして利用可能なことが分かっ
た。 【0027】次に、このような特性を持った混合ガスを
用いてエッチング処理を行なう場合について、第2図か
ら第6図について説明する。 【0028】まず、混合ガスを臨界電位V0’よりも大
きいバイアス電圧値V1’で、アスペクト比の高いポリ
シリコン膜をエッチングしたときには、第4図に示すよ
うに、アンダーカットCが大きくなり、寸法精度を確保
することができない。ここで、19はホトレジストで、
20はポリシリコンで、21はSi基板である。 【0029】そこで、第3図に示すように、直流的に浮
遊した高周波電圧に重ねる直流電圧を出力電圧制御装置
16と出力波形制御装置17とによって制御し、直流バ
イアス電圧をt1秒間は混合ガスの臨界電位V0’より大
きいV1(負電位)とし、t2秒間は臨界電位V0’より
小さいV2(負電位)として、周期的に変化させるよう
にした。 【0030】時間t1秒間は直流バイアス電圧値が大き
いので、プラズマ中のイオンをウエハ6側に加速しなが
らエッチングを行なうことができる。これにより、比較
的異方性のエッチングを行なえる。しかし、フリーラジ
カルの影響もあり、第5図に示すように若干のアンダー
カットC0が生じる。このアンダーカットC0の大きさは
垂直方向のエッチング量dの略1/5〜1/10であっ
た。時間t1はアンダーカットC0が許容値を越えない範
囲内に設定する。 【0031】時間t2秒間は直流バイアス電圧値が臨界
電位V0’より小さいので、堆積を生じさせることがで
きる。これにより、エッチングの進行は停止し、ウエハ
6全面にプラズマ重合物が堆積を始め、ポリシリコン2
0のパターン側壁面に保護膜が形成される。 【0032】保護膜が形成された後は、再び大きな直流
バイアス電圧V1を試料台5aに与え、エッチングを行
なう。この大きな直流バイアス電圧V1によって加速さ
れたプラズマ中のイオンはウエハ6に対し垂直に入射す
る。これにより、ホトレンジスト19によって形成され
たポリシリコン20のパターン底部に堆積した保護膜
は、イオンのスパッタ作用によって速かに除去され、ポ
リシリコン20のパターン底部が露出してエッチングが
進行する。また、ポリシリコン20のパターン側壁面に
堆積した保護膜は、物理的エネルギの極めて小さいフリ
ーラジカルのアタックを受けて、フリーラジカルと保護
膜の組成成分との化学反応によって徐々に除去される。
そこで、保護膜を堆積させる時間t2は、時間t1間エッ
チング作用が行なわれても、ポリシリコン20のパター
ン側壁面に堆積した保護膜が残存するように設定する。
なお、このように設定した時間t1,t2はあらかじめ出
力波形制御装置17に記憶させておいて、自動的に切り
替えるようにしてある。 【0033】このようにして、エッチング工程と堆積工
程、すなわち、成膜工程とを交互に繰り返すことによっ
て、第6図に示すような高アスペクト比のポリシリコン
膜を寸法精度良く加工することが可能となった。 【0034】なお、第2図に示すように大きな直流バイ
アス電圧V1の値は、試料へのイオンのチャージアップ
を防止するために、高周波電圧の全振幅値Vppの1/
2より小さくしてある。これは、高いエッチング速度を
得て、なおかつ試料に形成された素子にダメージを与え
ないでエッチングを行なうには、高周波電圧に重ねる直
流電圧の大きさに制約があるからである。 【0035】すなわち、直流バイアス電圧値(負の電
位)を高周波電圧の全振幅値Vppの1/2より大きく
すると、試料は常に負の電位になり、試料表面に正イオ
ンのみが引き寄せられて帯電する。これにより、ついに
はプラズマ中の正イオン(反応性イオン)が反撥して試
料に到達しなくなる。この結果、試料のエッチング速度
が著しく低下することとなる。また、この時の帯電電位
が大きいと、試料に形成された素子のゲート部の劣化や
破壊を起こす原因となるからである。 【0036】このため、本実施例では高周波電圧の全振
幅値Vppの1/2より小さい負の直流電圧を試料台5
aに印加し、高周波電圧の波形の一部が正電位となって
残るようにし、この正電位部分でプラズマ中の電子を引
き込んで、試料に帯電した正イオンを中和するようにし
ている。 【0037】さらに、このチャージアップの問題を解決
するためには、日本国公告特許公報昭56−37311
号に詳述されているように、高周波電圧の発信周波数を
約100kHz以上にする必要がある。発信周波数の上
限については特に制約はないが、一般に市販されている
発振器を利用するとすれば、27MHz程度までの発振
周波数が適切である。 【0038】以上、本一実施例によれば、高周波電源1
3によって電極5に高周波電圧を印加し、これによって
試料台5aに生じた直流バイアス電圧に直流電源15か
らの直流電圧を重ね、この直流電圧を重ねた直流バイア
ス電圧を出力電圧制御装置16および出力波形制御装置
17によって臨界電圧をはさんで変化させることで、放
電空間7部に発生させたプラズマを変化させることな
く、すなわち、ガスを切り替えて供給することなく、ウ
エハ6に対しエッチングと堆積、すなわち、成膜とを交
互に行なわせることができるので、ガス種を切り替えて
エッチングと堆積とを交互に行なわせて試料をエッチン
グする従来の技術に比べて、ガスの入れ替え時間が無く
なり、少なくともガスの入れ替え時間が無くなった分だ
け処理時間が短縮されるという効果がある。例えば、本
一実施例と同程度の容積(20,000cm3)の真空
処理容器で、排気容量500l/secの排気装置を用
い、真空処理容器内に70SCCMのガスを供給し、圧
力を0.01Torrに維持させた状態から、ガス種を
切り替えて前記のような状態にするまでに要する時間
は、およそ10秒必要となり、ガス種の切り替え回数が
多くなるに従い上記効果は大きくなる。また、言い換え
れば、従来のようにガスの切り替えを高速で行なう必要
がないので、排気装置を小型化できる。また、ガス種の
切り替えによる圧力制御や切り替え制御がなくなるので
装置や制御技術が簡単になる。 【0039】また、出力電圧制御装置16を制御して臨
界電位より大なる直流バイアス電圧を試料台5aに与え
ることによりウエハ6はエッチングされ、また、臨界電
位より小なる直流バイアス電圧を試料台5aに与えるこ
とによりウエハ6に保護膜を堆積させることができ、さ
らに、出力波形制御装置17を制御して臨界電位をはさ
んで直流バイアス電圧の値を変えるタイミングを交互に
切り替えるので、ウエハ6のエッチング側面を保護膜で
保護しながら段階的にエッチングでき、パターン寸法幅
に比べて深さあるいは高さの高い被エッチング材を加工
することができる。 【0040】また、ECR放電を利用したマイクロ波プ
ラズマによる処理としているので、0.01Torr台
の低い圧力下でプラズマを発生させることができ、プラ
ズマ中のイオンを小さい加速電圧でウエハ6に引き込む
ことができるので、ダメージの少ない異方性エッチング
ができ、微細パターンの被エッチング材を加工すること
ができる。これにより、上記効果と合わせて、微細パタ
ーンでかつアスペクト比の大きい被エッチング材を加工
することができる。 【0041】さらに、出力波形制御装置によりエッチン
グ作用と堆積作用と切り替え時期を、エッチング時は被
エッチング材のアンダーカットが許容値内に入るように
時間設定し、堆積時は次のエッチング処理を行なう間エ
ッチング側面の保護膜が残るだけの膜厚を成膜できる時
間としているので、寸法精度の良い加工を行なうことが
できる。 【0042】また、電磁界の作用を利用したプラズマ発
生手段と、高周波電圧および直流電圧により与えられる
直流バイアス電圧付与手段、すなわち、加速電圧付与手
段とは独立しているので、直流バイアス電圧を変化させ
てもプラズマの発生状態、すなわち、プラズマ中の電
子、イオンおよびフリーラジカルの状態は変化せず、発
光強度が安定した状態でエッチングを行なうことがで
き、発光分光法によるエッチングの終点判定が容易に行
なえる。 【0043】また、試料台5aに高周波電源13を接続
し高周波電圧を印加して、直流電源15の直流電圧を制
御し直流バイアス電圧を高周波電源13から発生する高
周波電圧の全振幅の1/2以下にしているので、絶縁材
または絶縁膜を有した試料であっても試料に電荷が蓄積
されず、エッチング速度の低下や素子のゲート部の劣化
または破壊のないエッチングを行なうことができる。ま
た、本一実施例のエッチング方法によって下層MOSゲ
ートを有する素子構造の試料をエッチングした場合に
も、ゲート部の耐圧劣化や破壊といったダメージは発生
しなかった。 【0044】なお、本一実施例のようにマイクロ波を利
用したECR方式で放電させるマイクロ波プラズマ処理
装置においては、一般にイオンシース幅は0.1mm程
度である。このイオンシースをイオンが通過するに要す
る時間(ti)は、イオンの種類によって多少異なる
が、一般に1〜4×1/107秒程度である。これに対
し、工業用として通常用いられている13.56MHz
の高周波の電圧波形の半サイクル時間(tRF)は3.
7×1/108秒である。このため、13.56MHz
の高周波電圧においては、イオンはイオンシースを通過
して追従することができない。したがって、本一実施例
のように負の直流バイアス電圧を発生させることによっ
てイオンを加速させることができる。 【0045】このような直流バイアス電圧を利用する方
法は、特に、Siや金属膜のように電極5と導通のとれ
る材料を処理する場合に有効である。また、このような
直流バイアス電圧を利用する方法が有効となるのは、高
周波の電圧波形の半サイクル時間tRFとイオンのイオ
ンシース通過時間tiとが tRF<ti の関係にある場合であるから、高周波電源13の周波数
の下限は2MHz(tRF=2.5×1/107秒)程
度であり、これにより周波数が低いと、交流電圧波形に
もイオンが追従して加速されるので、直流電源15によ
って電極5に直流電圧を重ねて印加する効果が薄れてし
まう。 【0046】なお、試料が導電性のものである場合に
は、本一実施例の高周波電源13を除いて、直流電源1
5だけで制御したプラズマ処理装置としても良い。 【0047】次に、本発明の第2の実施例を第7図およ
び第8図により説明する。 【0048】第7図において第1図と同符号なものは同
一部材を示す。本図が第1図と異なる点は、加速電圧付
与手段として、この場合、周波数385KHzの高周波
電源23だけを用いている点である。高周波電源23は
マッチングボックス22を介して電極5に接続してあ
る。マッチングボックス22は、この場合、回路の一端
が接地してあり、電極5が直流的に接地電位となるよう
にしてある。高周波電源23には出力電圧制御手段24
が接続してある。 【0049】出力電圧制御手段24は、高周波電源23
から出力する高周波電圧の波形を第8図に示すように、
時間t3の間は高周波電圧の全振幅をV3となるように制
御し、次の時間t4の間は高周波電圧の全振幅をV4とな
るように制御する。 【0050】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置によりSi基板上に50nm
程度の薄い酸化膜を介してポリシリコン、ホトレジスト
を順次積層した構成ウエハ6aについて、前記一実施例
と同様の条件でポリシリコンのエッチング速度と高周波
電源23の出力電圧、すなわち、加速電圧との関係を調
べたところ、前記第2図と同様の傾向が生じた。 【0051】すなわち、高周波電源23による周波数2
MHz以下(この場合、385kHz)の高周波電圧を
試料台5aに印加し、交流電圧波形にイオンが充分に追
従するようにし、交流電圧の強さ、すなわち、交流電圧
の全振幅を変化させることによって、前記一実施例と同
様にエッチング作用が優位に作用したり、堆積作用が優
位に作用したり、またエッチングと堆積とのどちらかも
進行しない状態が表れた。 【0052】したがって、出力電圧制御手段24によっ
て高周波電源23の出力電圧を第8図に示すように制御
し、時間t3の間は臨界電位よりも大きい高周波電圧V3
を電極5に印加し、ポリシリコンのエッチングを行な
う。次に、時間t4の間は臨界電位よりも小さい高周波
電圧V4を電極5に印加し、ウエハ6aの表面(エッチ
ング側面も含む。)に保護膜を形成する。この両工程を
順次繰り返すことによって、前記一実施例と同様に高ア
スペクト比の被エッチング材を寸法精度良く加工するこ
とができる。なお、エッチング時間t3および堆積時間
4は前記一実施例で述べたエッチング時間t1および堆
積時間t2と同様にして設定すれば良い。 【0053】以下、本第2の実施例によれば、周波数2
MHz以下の高周波電圧の出力電圧を臨界電位をはさん
で変化させることで、ガスを切り替えて供給することな
く、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせるこ
とができるので、前記一実施例と同様に処理時間を短縮
することができるという効果がある。 【0054】また、前記一実施例と同様にマイクロ波プ
ラズマによる処理とし、出力電圧制御手段24によって
エッチング時と堆積時との時間を制御して、ウエハ6a
のエッチング側面を保護膜で保護しながら段階的にエッ
チングするので、微細パターンでかつパターン寸法幅に
比べて深さあるいは高さの高い被エッチング膜を寸法精
度良く加工することができる。 【0055】また、前記一実施例と同様にプラズマの発
生状態が変化せず、発光強度が安定した状態でエッチン
グが行なえるので、エッチングの終点判定が容易に行な
える。 【0056】さらに、イオンを加速させる電圧を周波数
2MHz以下の高周波電圧の負電圧領域で与えているの
で、負の電圧領域で加速されてウエハ6aの表面に引き
寄せられてウエハ6aに帯電した正イオンは、次の正の
電圧領域においてウエハ6a表面に引き込まれた電子に
よって中和することができ、ウエハ6aに形成された絶
縁材の絶縁破壊等を防止することができる。したがっ
て、Sio2やSi34のような絶縁材を有する試料を
エッチング処理するのに好適である。なお、この場合、
電極5−ウエハ6a−プラズマ間で、一種のコンデンサ
が形成される訳であるから、高周波電圧の周波数が低す
ぎると、ウエハ6aに電荷が蓄積され過ぎてイオンの加
速が抑制され、エッチング速度が著しく低下するとい
う、いわゆるチャージアップ現象を生じる。このチャー
ジアップ現象を防止する限界の周波数は、絶縁膜の種類
と膜厚とによって左右されるが、半導体装置の場合の実
用値は、日本国公告特許公報昭56−37311号に詳
述されているように、100KHz程度である。 【0057】次に、本発明の第3の実施例を第9図およ
び第10図により説明する。 【0058】第9図において第7図と同符号のものは同
一部材を示す。本図が第7図と異なる点は、加速電圧付
与手段として、この場合、周波数385KHzの高周波
電源23と交流波形発生器26とを用いている点であ
る。高周波電源23は合成器25を介して電極5に接続
してある。合成器25にはまた交流波形発生器26が接
続してある。交流波形発生器26には出力波形制御手段
27が接続してある。 【0059】合成器25は、高周波電源23から出力す
る高周波電圧の波形を第10図に示すように、交流波形
発生器26から出力した波形28に沿って変化させる。
出力波形制御手段27は交流波形発生器26から出力す
る波形28の周期および振幅を調整する。 【0060】上記のように構成したプラズマ処理処置、
この場合、エッチング装置により、前記第2の実施例と
同様の条件でエッチング処理を行なわせれば、前記第2
の実施例と同様にエッチング工程と堆積工程とを交互に
繰り返しながら段階的にエッチング処理を行なうことが
できる。 【0061】すなわち、第10図に示すように、臨界電
位V0’より大きい負の電圧波形のときの時間t5の間は
エッチング作用が優位に生じ、臨界電位V0’より小さ
い負の電圧波形のときの時間t6の間は堆積作用が優位
に生じる。 【0062】なお、エッチングの生じる時間t5および
堆積の生じる時間t6を調整する場合には、出力波形制
御手段27によって交流波形発生器26から出力する波
形28の周期を変えることで簡単に行なえる。また、エ
ッチング工程時のエッチング速度を速める場合には、出
力波形制御手段27によって交流波形発生器26から出
力する波形28の振幅を変えることで簡単に行なえる。
ただし、正確にエッチング速度、エッチング時間および
堆積時間を調整しようとすれば、出力波形制御手段27
によって波形28の振幅および周期を同時に調整する必
要がある。 【0063】以上、本第3の実施例によれば、前記第2
の実施例と同様の効果を得ることができる。 【0064】なお、本第3の実施例の場合、エッチング
と堆積との切り替わりは徐々に進行する。 【0065】次に、本発明の第4の実施例を第11図お
よび第12図により説明する。 【0066】第11図において第1図と同符号のものは
同一部材を示す。本図が第1図と異なる点は、試料台5
bが接地されている点と、ウエハ6と放電空間7との間
にグリッド電極29を設けている点である。グリッド電
極29には直流電源15が接続してあり、直流電源15
には出力電圧制御装置16を接続し、出力電圧制御装置
16には出力波形制御装置17が接続してある。 【0067】この場合、イオンをウエハ6の方向に加速
させる手段は、グリッド電極29に負の直流電圧を印加
する直流電源15である。直流電源15から出力する負
の直流電圧、すなわち、加速電圧を臨界電位をはさんで
変化させる手段は、出力電圧制御装置16と出力波形制
御装置17とから成り、これらの制御は前記一実施例と
同様で第12図に示すように時間t1の間は電圧V1に制
御し、時間t2の間は電圧V2に制御する。 【0068】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記一実施例と同様
の条件で放電空間7内にプラズマを発生させ、直流電源
15によりグリッド電極29に負の直流電圧を印加す
る。これにより、プラズマ中のイオンがグリッド電極2
9側に加速され、グリッド電極29を通過したイオンが
ウエハ6に達して、ウエハ6の被エッチング材をエッチ
ングする。 【0069】このとき、出力電圧制御装置16と出力波
形制御装置17とによって、臨界電位より大きい加速電
圧V1を直流電源15から時間t1秒間出力させる。これ
により、時間t1秒間はエッチング作用が優位に生じ、
ウエハ6がエッチングされる。次に、臨界電位より小さ
い加速電圧V2を直流電源15から時間t2秒間出力させ
る。これにより、時間t2秒間は堆積作用が優位に生
じ、ウエハ6の表面(エッチング側面も含む。)に保護
膜が形成される。これらの工程を順次繰り返すことによ
り、前記一実施例と同様にウエハ6の被エッチング材を
段階的にエッチングすることができる。 【0070】以上、本第4の実施例によれば、グリッド
電極29に加速電圧を印加し、加速電圧を臨界電位をは
さんで変化させることで、ガスを切り替えて供給するこ
となく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせ
ることができるので、前記一実施例と同様に処理時間を
短縮することができるという効果がある。 【0071】また、前記一実施例と同様にマイクロ波プ
ラズマによる処理とし、出力電圧制御装置16および出
力波形制御装置17とによってエッチング工程時と堆積
工程時との時間を制御して、ウエハ6のエッチング側面
を保護膜で保護しながら段階的にエッチングするので、
微細パターンでかつパターン寸法幅に比べて深さあるい
は高さの高い被エッチング材を寸法精度良く加工するこ
とができる。 【0072】また、前記一実施例と同様にプラズマの発
生状態が変化せず、発光強度が安定した状態でエッチン
グを行なうことができるので、エッチングの終点判定が
容易に行なえる。 【0073】なお、本第4の実施例ではグリッド電極2
9に直流電圧を印加しているので、試料としては導電性
のあるものでなければならないが、グリッド電極29に
前記第1,第2または第3の実施例のような電源の接続
をすれば絶縁性の試料も処理することができる。 【0074】次に、本発明の第5の実施例を第13図に
より説明する。 【0075】第13図において第1図と同符号は同一部
材を示す。本図が第1図と異なる点は、本図の装置が真
空処理容器30の中に上部電極34と下部電極33とを
有する平行平板式のRIE装置であり、プラズマ発生手
段として平行平板型の電極33,34を用い、電極33
に高周波電圧(この場合、周波数13.56MHz)を
印加する高周波電源13aを接続している点である。 【0076】真空処理容器30の側部にはガス導入部3
1が設けてあり、前記一実施例と同様に図示しないガス
源がつなげてある。真空処理容器30の下部には図示し
ない真空排気装置につなげられた排気部32が設けてあ
る。真空処理容器30内の下部には上面にウエハ6を載
置する下部電極33が設けてあり、真空処理容器30内
の上部には下部電極33に対向して配置した上部電極3
4が設けてある。上部電極34は接地してある。下部電
極33は絶縁材を介して真空処理容器30に取り付けて
あり、下部電極33には前記一実施例と同様にマッチン
グボックス12を介して接続した高周波電源13aと、
ローパスフィルタ14を介して接続した直流電源15と
がつなげてある。 【0077】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記一実施例と同様
にガス導入部31を介して下部電極33と上部電極34
との間に形成した放電空間35にエッチングガスを供給
する。これとともに図示しない真空排気装置により真空
処理容器30内を所定の圧力に減圧排気する。この状態
において高周波電源13aによって、下部電極33に1
3.56MHzの高周波電圧を印加する。これにより、
放電空間35部にグロー放電が生じて、エッチングガス
がプラズマ化される。 【0078】この状態で既に前記一実施例と同様にプラ
ズマ中のイオンをウエハ6側に加速する直流バイアス電
圧が下部電極33に発生している。この直流バイアス電
圧を直流電源15により前記一実施例と同様に、臨界電
位をはさんで変化させる。これにより、前記一実施例と
同様にエッチング工程と堆積工程とを交互に繰り返し
て、ウエハ6の被エッチング材を段階的にエッチングで
きる。 【0079】以上、本第5の実施例によれば、直流電源
15によって直流バイアス電圧を臨界電位をはさんで変
化させることで、ガスを切り替えて供給することなく、
エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせることが
できるので、前記一実施例と同様に処理時間を短縮する
ことができる。 【0080】また、高周波電源13aを用いて電極33
と34との間に放電空間35に安定したプラズマを発生
させることができ、直流電源15により直流バイアス電
圧を変化させてもプラズマの発生状態は変化することが
ないので、前記一実施例と同様にエッチングの終点判定
が容易に行なえる。 【0081】また、以下前記一実施例と同様に高アスペ
クト比の被エッチング材を寸法精度良く加工でき、また
導電性材、絶縁材を問わず加工できる。 【0082】次に、本発明の第6の実施例を第14図に
より説明する。 【0083】第14図において第7図および第13図と
同符号は同一部材を示す。本図が第13図と異なる点
は、プラズマを発生させる手段として周波数2MHz以
下(この場合、385kHz)の高周波電源23aを用
いている点と、イオンを加速させる手段として、同じ
く、周波数2MHz以下の高周波電源23aを用いて共
用している点である。高周波電源23aは、第7図と同
様にマッチングボックス22を介して下部電極33に接
続してある。マッチングボックス22の回路の一端は接
地してあり、下部電極33が直流的に接地電位となるよ
うにしてある。高周波電源23aには出力電圧制御手段
24が接続してある。 【0084】出力電圧制御手段24の制御内容は前記第
2の実施例と同様であり、説明は省略する。また、ウエ
ハ6aは前記第2の実施例と同じく絶縁材を有したもの
である。 【0085】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第5の実施例と
同様に放電空間35にエッチングガスを供給し、真空処
理容器30内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて高周波電源23aによって下部電極33に385
kHzの高周波電圧を印加し、放電空間35部にグロー
放電を生じさせて、エッチングガスをプラズマ化させ
る。 【0086】このとき、出力電圧制御手段24によっ
て、第2の実施例と同様に高周波電源23aから出力す
る高周波電圧を臨界電位をはさんで変化させる。これに
より、前記第2の実施例と同様にエッチング工程と堆積
工程とを交互に繰り返して、ウエハ6aの被エッチング
材を段階的にエッチングできる。 【0087】以上、本第6の実施例によれば、周波数2
MHz以上の高周波電圧を臨界電位をはさんで変化させ
ているので、エッチングガスを切り替えて供給すること
なく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせる
ことができ、前記第2の実施例と同様に処理時間を短縮
することができる。 【0088】また、以下前記第2の実施例と同様に高ア
スペクト比の被エッチング材を寸法精度良く加工でき
る。また、試料としては、絶縁材を有するものに好適で
ある。なお、この場合は、プラズマ発生手段でもある周
波数2MHz以下の高周波電圧を変化させているので、
プラズマの発生状態がエッチング工程時と堆積工程時と
で異なる。このため、発光分光法を用いてエッチング終
点判定を行なうときは、エッチングが生じているときの
発光強度だけを入力して判定を行なう必要がある。 【0089】次に、本発明の第7の実施例を第15図に
より説明する。 【0090】第15図において第9図および第14図と
同符号は同一部材を示す。本図が第14図と異なる点
は、イオンを加速させる手段でもある周波数2MHz以
下(この場合、385KHz)の高周波電源23aの高
周波電圧を臨界電位をはさんで変化させる手段として交
流波形発生器26を用いている点である。高周波電源2
3aは、第9図と同様に合成器25を介して下部電極3
3に接続してある。合成器25にはまた交流波形発生器
26が接続してある。交流波形発生器26には出力波形
制御手段27が接続してある。 【0091】合成器25、交流波形発生器26および出
力波形制御手段27の制御内容は前記第3の実施例と同
様であり、説明は省略する。 【0092】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第6の実施例と
同様に放電空間35にエッチングガスを供給し、真空処
理容器30内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて、前記第3の実施例のように、すなわち、第10
図のように制御された高周波電圧を下部電極33に印加
し、放電空間35部にブロー放電を生じさせて、エッチ
ングガスをプラズマ化させる。 【0093】これにより、高周波電圧が臨界電位よりも
大きい時はウエハ6aに対しエッチング作用が優位に生
じ、高周波電位よりも小さい時はウエハ6aの表面(エ
ッチング側面も含む)に保護膜の堆積作用が優位に生じ
る。このエッチング工程と堆積工程とが交互に行なわ
れ、ウエハ6aの被エッチング材が段階的にエッチング
される。 【0094】以上、本第7の実施例によれば、前記第6
の実施例と同様にエッチングガスを切り替えて供給する
ことなく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわ
せることができるので、処理時間を短縮することができ
る。 【0095】なお、この場合は、プラズマ発生手段でも
ある高周波電圧が常に変化しているので、プラズマの発
生状態が一定しない。このため、エッチング処理の条件
設定が難しいという問題がある。 【0096】次に、本発明の第8の実施例を第16図お
よび第17図により説明する。 【0097】第16図において第13図と同符号は同一
部材を示す。本図が第13図と異なる点は、プラズマ発
生手段である、この場合、周波数13.56MHzの高
周波電源13aの出力電圧を制御可能にして、イオンを
臨界電位をはさんで変化させる手段を兼用させている点
である。高周波電源13aはコンデンサ36およびマッ
チングボックス12を順次介して下部電極33に接続し
てある。高周波電源13aには出力電圧制御手段24が
接続してある。 【0098】出力電圧制御手段24は高周波電源13a
から出力する高周波電圧の波形を第17図に示すよう
に、時間t7の間は直流成分のバイアス電圧V9となるよ
うに高周波電圧の全振幅をV7に制御し、次の時間t8
間は直流成分のバイアス電圧がV10となるように高周波
電圧の全振幅をV8に制御する。 【0099】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第5の実施例と
同様に放電空間35にエッチングガスを供給し、真空処
理容器30内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて、高周波電源13aによって下部電極33に高周
波電圧を印加する。これによって、放電空間35部でエ
ッチングガスがプラズマ化される。 【0100】このとき、第17図に示すように出力電圧
制御手段24によって時間t7の間は高周波電源13a
から出力する高周波電圧の全振幅をV7に制御する。こ
れにより、試料電極33には臨界電位よりも大きい直流
成分のバイアス電圧が生じ、ウエハ6の被エッチング材
がエッチングされる。次の時間t8の間は高周波電源1
3aから出力する高周波電圧の全振幅をV8に制御す
る。これにより試料電極33には臨界電位よりも小さい
直流成分のバイアス電圧が生じ、ウエハ6の表面(エッ
チング側面も含む)に保護膜が堆積される。このエッチ
ング工程と堆積工程とを交互に行なうことにより、ウエ
ハ6の被エッチング材が段階的にエッチングされる。 【0101】以上、本第8の実施例によれば、前記第5
の実施例と同様にエッチングガスを切り替えて供給する
ことなく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわ
せることができるので、処理時間を短縮することができ
る。 【0102】また、出力電圧制御手段24によって高周
波電源13aの出力電圧を制御して、試料電極33に生
じる直流バイアス電圧を臨界電圧をはさんで交互に変化
させることにより、エッチング工程と堆積工程とを交互
に行なえるので、前記第5の実施例と同様にパターン寸
法幅に比べて深さあるいは高さの高い被エッチング膜を
寸法精度良く加工することができる。 【0103】また、高周波電圧を制御しても高周波電圧
の一部は正の電圧域を有しているので、前記第5の実施
例と同様にウエハ6に電荷が蓄積されず、エッチング速
度の低下や素子のゲート部の劣化または破壊のないエッ
チングを行なうことができる。 【0104】なお、この場合は、前記第6の実施例と同
様にエッチング工程時と堆積工程時とでプラズマの発生
状態が変わるので、発光分光法を用いてエッチング終点
判定を行なうときには、エッチングが生じているときの
発光強度だけを入力して判定する必要がある。 【0105】次に、本発明の第9の実施例を第18図に
より説明する。 【0106】第18図において第11図および第13図
と同符号は同一部材を示す。第18図が第13図と異な
る点は、イオンを加速させる手段として、第11図と同
様にウエハ6と放電空間35との間にグリッド電極を設
けている点である。グリッド電極29には直流電源15
が接続してあり、直流電源15には出力電圧制御装置1
6を接続し、出力電圧制御装置16には出力波形制御装
置17が接続してある。 【0107】直流電源15、出力電圧制御装置16およ
び出力波形制御装置17の制御内容は、前記第4の実施
例と同様であり、説明は省略する。 【0108】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第5の実施例と
同様に放電空間35にエッチングガスを供給し、真空処
理容器30内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて、高周波電源13aによって下部電極33に高周
波電圧を印加する。これにより、放電空間35にブロー
放電が生じてエッチングガスがプラズマ化される。 【0109】この状態で、前記第4の実施例と同様に直
流電源35によってグリッド電極29に負の直流電圧を
印加する。これにより、プラズマ中のイオンがグリッド
電極側に加速され、グリッド電極29を通過したイオン
がウエハ6に達して、ウエハ6の被エッチング材をエッ
チングする。 【0110】このとき、前記第4の実施例と同様に出力
電圧制御装置16と出力波形制御装置17とによって、
グリッド電極29に印加する加速電圧を臨界電位をはさ
んで変化させる。これにより、加速電圧が臨界電位より
大きいときは、ウエハ6に対してエッチング作用が優位
に生じる。加速電圧が臨界電位より小さいときは、ウエ
ハ6の表面(エッチング側面も含む。)に保護膜を形成
する堆積作用が優位に生じる。このエッチング工程と堆
積工程とを交互に行なうことにより、ウエハ6の被エッ
チング材が段階的にエッチングされる。 【0111】以上、本第9の実施例によれば、グリッド
電極29に印加した加速電圧を臨界電位をはさんで変化
させることで、ガスを切り替えて供給することなく、エ
ッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせることがで
きるので、前記第5の実施例と同様に処理時間を短縮す
ることができる。 【0112】また、前記第5の実施例と同様にウエハ6
のエッチング側面を保護膜で保護しながら段階的にエッ
チングできるので、パターン寸法幅に比べて深さあるい
は高さの高い被エッチング材を寸法精度良く加工するこ
とができる。 【0113】また、前記第5の実施例と同様にプラズマ
の発生状態が変化せず、発光強度が安定した状態でエッ
チングできるので、エッチングの終点判定が容易に行な
える。 【0114】次に、本発明の第10の実施例を第19図
により説明する。 【0115】第19図において第13図と同符号は同一
部材を示す。本図が第13図と異なる点は、プラズマ発
生手段として、真空処理容器30外に放電管37を設
け、放電管37の外周にコイル38を巻き付けて、コイ
ル38に高周波電源39を接続した構成としている点で
ある。 【0116】下部電極33には、第13図と同様に高周
波電源13aと直流電源15とによる直流バイアス付与
手段、すなわち、イオンの加速手段が設けてある。これ
らプラズマ発生手段と直流バイアス付与手段とは、それ
ぞれに独立してその出力を制御することができる。高周
波電源39は、例えば、周波数80kHz〜13.56
MHzの高周波電力を出力するものである。直流バイア
ス付与手段の制御内容は前記第5の実施例と同様であ
り、説明は省略する。 【0117】上記のように構成したプラズマ処置装置、
この場合、エッチング装置により、図示しないガス源か
らガス導入部31aを介して放電管37内にエッチング
ガスを供給し、図示しない排気装置により真空処理容器
30内および放電管37内を所定圧力に減圧排気する。
この状態で、高周波電源39によってコイル38に高周
波電圧を印加する。これにより、放電管37内のエッチ
ングガスがプラズマ化され、プラズマは真空処理容器の
30の空間35a部に導入される。 【0118】このとき、マッチングボックス12を介し
て高周波電源13aによって下部電極33に高周波電圧
を印加する。これにより、下部電極33に印加された高
周波電圧は、前記第5の実施例のように直流的に浮遊
し、直流バイアス電圧を有する。この高周波電圧ととも
に、直流電源15によって下部電極33に直流電圧を重
ね、直流バイアス電圧を制御する。 【0119】直流バイアス電圧を出力電圧制御装置16
と出力波形制御装置17とによって、前記第5の実施例
のように制御する。これにより、エッチング工程と堆積
工程とが交互に行なわれ、ウエハ6の被エッチング材が
段階的にエッチングされる。 【0120】以上、本第10の実施例によれば、前記第
5の実施例と同様の効果を得ることができる。 【0121】また、本第10の実施例によれば、高周波
電源13aの高周波電圧を高めることなく、放電管37
内で高密度のプラズマを発生できるので、前記第5の実
施例に比べ、低ダメージで高速のエッチングを行なうこ
とができる。 【0122】以上、これら第1から第10の実施例に基
づいて本発明を説明したが、本発明の構成はこれら実施
例に限定されるものではなく、プラズマ発生手段と加速
電圧付与手段、および加速電圧付与手段同士は種々組み
合わせ可能であることはいうまでもない。 【0123】また、本実施例ではポリシリコンのエッチ
ングガスとして、臨界電位を有しないSF6と、限界電
位を有するC2Cl33との混合ガスを使用した例を示
したが、臨界電位を有する性質のガスであれば、他の組
み合わせでも良いことはいうまでもない。例えば、臨界
電位を有しないSF6と、臨界電位を有するC2Cl33
(商品名:フロン114)、CCl4、またはC48
との組み合わせや、SF6の代わりにNF3を使用した組
み合わせでも同様に行なえる。 【0124】また、エッチングガスの混合成分を二つに
限るものではなく、少なくとも一成分が臨界電位を有す
るものであれば、三成分以上からなるものであっても良
い。また全成分が臨界電位を有するガスの組み合わせ、
もしくは単独ガスであっても良い。 【0125】また、本実施例ではポリシリコンのエッチ
ングの例を示したが、Al配線膜のエッチングにも適用
可能である。この場合、エッチングガスとしては、臨界
電位を有しない純粋なエッチャントとしての塩素ガス
(Cl2)と、エッチャントとしてのCl成分および膜
形成種の一部として作用するC成分から成り臨界電位を
有するCCl4との混合ガス、さらに被エッチング材の
表面の酸化膜を高速エッチングするためのBCl3を加
えた混合ガスを用いれば良い。この場合、AlCl3
る揮発性の反応生成物が生成されて被エッチング材のエ
ッチングが行なわれ、Cの重合物またはCxClyの反
応生成物が堆積物として生成され、保護膜を形成する。
また、臨界電位を有するCCl4の代わりにCF4,C2
6,C48またはSiCl4等を用いても良い。 【0126】なお、第2図において、具体的数値を示さ
なかったが、エッチング速度または堆積速度、および臨
界電位は、エッチングガスの種類、ガス圧およびプラズ
マ発生手段の出力等によって相対的に定まるものであ
る。 【0127】また、本実施例ではエッチング処理中の加
速電圧の印加パターンは同じであったが、最終的なエッ
チングの終了時には臨界電位よりも大きい範囲内で加速
電圧を小さくする制御を行なわせることにより、エッチ
ングダメージをさらに減少できる。 【0128】また、本実施例では加速電圧を臨界電位を
はさんで変化させる時期を、あらかじめ設定した時間で
自動的に切り替えるようにしているが、各段階でのエッ
チング状態および堆積状態を検出し、該それぞれの検出
値が所定の設定値になった時点で自動的に切り替えるよ
うにしても良い。また、切り替え回数が少ない処理の場
合には手動で切り替えるようにしても良い。なお、これ
ら加速電圧を設定する場合には、加速電圧を検出し、該
検出した値を表示させて、調整する値を見ながら所定の
値に設定すれば良い。 【0129】さらに、本実施例ではエッチングを行なう
場合について述べたが、エッチング工程と堆積工程すな
わち、成膜工程との時間の割合を逆転させ、全体として
成膜を行なわせる場合にも適用可能である。この場合
は、成膜とエッチングとを交互に行なうことにより、平
滑な膜を成膜することができる。 【0130】 【発明の効果】本発明によれば、プラズマは低い圧力下
で生じているので、プラズマ中のイオンを小さい加速電
圧で試料に引き込みダメージを少なくできるとともに、
加速電圧が臨界電位よりも大きいときには試料にエッチ
ング作用が優位に生じ、加速電圧が臨界電位よりも小さ
いときには試料に堆積作用が優位に生じて、これらエッ
チングと膜形成とを交互に行ない、膜形成によって形成
されたパターン側壁面の保護膜はエッチング時に除去し
ながら行なうので、パターン幅が減少することなく微細
パターンでかつアスペクト比の大きい被エッチング材を
加工することができるという効果がある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method.
In particular, processing is performed by alternately performing etching and deposition.
The present invention relates to a plasma processing method suitable for
You. [0002] 2. Description of the Related Art As the miniaturization of semiconductor devices progresses,
Road pattern dimensional processing system and low damage processing method
It is becoming an important technical issue. Especially submicron
In the element in the region, the element structure is limited due to the limitation of the chip area.
The structure is becoming three-dimensional. For this reason, compared to the processing dimension width
Processing depth ratio, that is, film type with large aspect ratio
It is required to process with high accuracy. [0003] As a conventional technique for solving such a demand,
Is described in Japanese Patent Publication No. 60-50923.
There is something like the above. This is Si or Poly-Si
In the case of etching of
SF contributing to the etching action6Protective film of gas and silicon nitride
That contribute to the formation of NTwoMix gas and other gases
And the composition and concentration of the processing gas during the etching process.
Change it periodically. This allows the etching process and nitriding
The process of forming a silicon protective film is alternately repeated,
So that etching can be performed quickly and with high dimensional accuracy.
I have. On the other hand, the voltage applied to the electrode is changed.
The Japanese Patent Publication No. 61-41132
And Japanese Patent Application Publication No. 61-13625.
Can be These conventional techniques change the voltage applied to the sample.
Then, the plasma processing is performed. [0005] The former of the above prior art is
Etching process by changing plasma gas composition and concentration
The state of the plasma each time
Will change. For this reason, the gas composition and concentration
Is changed from the previous plasma state to a new plasma state
State. That is, the remaining ions and radicals
It is necessary to exhaust. However, the processing vessel has some
Switching time of plasma state takes time due to internal volume
Therefore, there is a problem that the entire processing time becomes longer. Ma
Also, if you try to improve this a little, you can reduce the exhaust time.
In order to reduce the size, the exhaust device becomes large. Also at the same time processing
It is necessary to control the displacement during
In addition, the equipment and control technology for that are complicated. On the other hand, the latter is the incident energy of ions in the plasma.
Controls the energy and simply controls the etch rate and selectivity.
This is to improve the plasma characteristics. An object of the present invention is to provide a fine pattern and
A plasm that can perform etching with a high pect ratio
To provide a processing method. [0008] Means for Solving the Problems The present inventors conducted various experiments.
For the first time, we gained a perspective on the invention. So
This is as follows. Sample to be etched
Having a component that reacts and a component that forms a deposited film
Plasma of various component gases under specified plasma conditions
You. An acceleration voltage is applied to the ions in the plasma,
The test was performed using a plasma that was turned on to the sample.
Processing fees. At this time, change the value of this acceleration voltage
Then, the etching action becomes dominant due to the reaction with the workpiece
There is a potential that occurs and a potential where the sedimentation action predominates
I understood. In addition, the potential of etching and deposition
It has been found that there is a potential that balances the action. Below,
Is called "critical potential."
Akira forms components and deposited films that react with the material to be etched.
A mixed gas having a component and a critical potential
Is used as an etching gas, and an etching gas
Using the ECR of microwave to reduce to the order of 0.01 Torr
For the process of turning into plasma under pressure and for the material to be etched
The acceleration voltage for accelerating ions in the plasma
To change the material to be etched.
Alternately repeating film formation andBy film formation
Etching of the protective film on the side wall of the formed pattern
Sometimes removingFine pattern and large aspect ratio
This is achieved by using
You. [0009] The gas having a critical potential is reduced to the order of 0.01 Torr.
Microwave plasma using ECR discharge under low pressure
Causes ions in the plasma to accelerate toward the sample
Change the acceleration voltage to be applied across the critical potential
do itAnd the plasma is generated under low pressureIs
Ions in plasma are pulled into the sample with a small acceleration voltageMida
Fewer imagesAnd the acceleration voltage is higher than the critical potential.
When etching is large, the etching effect is predominant on the sample.
When the accelerating voltage is lower than the critical potential,
Product action occurs predominantly,These etching and film formation
Alternating pattern sidewalls formed by film formation
Since the protective film on the surface is removed while etching,
Without reducing the pattern widthFine pattern and ass
Can process materials to be etched with large pect ratio
You. [0010] 1 to 6 show an embodiment of the present invention.
This will be described below. FIG. 1 is a schematic diagram of a micro unit utilizing ECR discharge.
Shows a microwave plasma processing apparatus, in this case, an etching apparatus
It is. The upper opening of the vacuum processing vessel 4 is
An electric tube 1 is provided. Shown in the lower part of the vacuum processing container 4
An exhaust unit 3 connected to a vacuum exhaust device
You. In the vacuum processing container 4, a wafer 6 serving as a sample
There is provided an electrode 5 having a sample stage 5a on which the sample is placed. Release
A discharge space 7 is formed above the sample stage 5a in the electric tube 1.
You. On the upper part of the discharge tube 1, there is a conductor surrounding the discharge tube 1.
A wave tube 9 is provided. At the end of the waveguide 9, in this case:
Magnetron 8 that emits 2.45 GHz microwave
Is provided. An outer peripheral portion of the discharge tube 1 is provided via a waveguide 9.
An electromagnetic coil 10 is provided. A discharge space 7 is provided on the side of the vacuum processing vessel 4.
A gas introduction unit 2 for supplying an etching gas is provided.
is there. A mass flow controller 18 is provided in the gas introduction section 2.
A gas source (not shown) is connected to the apparatus. The outer periphery of the electrode 5 is insulated from the electrode 5,
The end is located near the periphery of the sample table 5a, and the other end is grounded
A ground electrode 11 is provided. Electrode 5 has matching
Connected via box 12. In this case, 13.56
High frequency power supply 13 oscillating high frequency of MHz
Connected to DC power supply 15 connected via filter 14
It is. The other ends of the high-frequency power supply 13 and the DC power supply 15
Each is grounded. The DC power supply 15 has an output voltage control device.
The output voltage controller 16 is connected to the
The waveform controller 17 is connected. Note that the matching button
In this case, the box 12 is configured by a capacitor coupling.
It has been done. Low-pass filter 14 is high-frequency power supply 13
These high-frequency voltages are cut off. The mass flow controller 18 is not shown.
Control the etching gas from the gas source to a predetermined flow rate,
The etching gas is sent into the discharge space 7. In the discharge space 7
Is depressurized and exhausted by an exhaust device (not shown) to a predetermined pressure.
Held in force. In this case, the etching introduced into the discharge space 7
Means for converting the magnetizing gas into plasma are generated by the magnetron 8
And a magnetic coil 10. Etching gas in discharge space 7
Is given by magnetron 8 and electromagnetic coil 10
Plasma by ECR discharge caused by the action of electromagnetic field
Is done. Also, in this case, the ions in the plasma
A means for applying incident energy to Eha 6,
In the case of (1), the means for generating the accelerating voltage on the sample stage 5a is high.
It comprises a frequency power supply 13 and a DC power supply 15. Place wafer 6
A high-frequency power supply from a high-frequency power supply 13 is
Voltage and a DC voltage from the DC power supply 15 are applied. Trial
Match composed of capacitor coupling on the platform 5a
To apply a high-frequency voltage through the
As a result, a high-frequency voltage is applied to the sample stage 5a while floating in a DC manner.
As a result, a DC bias voltage is generated. This DC bias
Depending on the voltage, ions in the plasma may be
That is, it is drawn into the wafer 6 side. Also, the sample table 5a
By applying a DC voltage, the direct voltage generated on the sample stage 5a is reduced.
The value of the current bias voltage is adjusted. This DC bias voltage
The pressure in this case is the acceleration voltage that accelerates the ions. Further, in this case, it is generated on the sample stage 5a.
For switching the acceleration voltage value across critical potential
Are the output voltage controller 16 and the output waveform controller 17
Consisting of The output voltage control device 16 is a DC power supply of the DC power supply 15.
Control the pressure value. The output waveform controller 17 controls the output voltage.
Timing of changing DC voltage value controlled by device 16
Control. This timing is periodically controlled in this case.
Is controlled. In this case, the wafer 6 is placed on a Si substrate.
A polysilicon layer, which is a wiring forming material,
It is. This etching equipment uses etching gas.
In this case, sulfur hexafluoride (SF6) And trichloro
Trifluoroethane (CTwoClThreeFThree: Product name Freon-11
Using the mixed gas of 3), the polysilicon layer of the wafer 6 is
It is to be etched. Next, the etching configured as described above is performed.
By means of the apparatus, both components of the etching gas, namely S
F6And CTwoClThreeFThreeAnd the same plasma shape for
Under the conditions (microwave power: 400 W, gas flow rate: 70
SCCM, pressure: 0.01 Torr, high frequency power: 10
0W) to convert the gas into plasma and apply it to the sample stage 5a immediately.
In the experiment when the bias current was changed,
This will be described with reference to the drawings. In the graph of FIG.
Take the deposition rate down, and take the DC
Take the ias voltage. As is apparent from FIG.6Is DC
Etching phenomenon always regardless of the magnitude of bias voltage
And the etching speed increases as the DC bias voltage increases.
The degree also increases. This is SF6But in plasma
Divided into F components, reactive ion species and free radio
F ions and F radicals in the F species
The DC bias voltage.
Reacts with the material to be etched, polysilicon
And SiFFourA volatile reaction product is formed
When the DC bias voltage is increased,
F ions in plasma as well as F ions on sample surface
Is incident on the sample, and the reaction with F ions increases.
In addition, F ions are added to F radicals located near the sample surface.
Collision causes increased contact between F radical and polysilicon
Thus, the etching rate is increased. On the other hand, CTwoClThreeFThreeIs the DC bias voltage
In the range where is small, a deposition phenomenon occurs and the DC bias voltage is
An etching phenomenon occurs in a large range. this is,
CTwoClThreeFThreeIs the component of C, Cl and F in the plasma
And these components are a polymer of C or (CFx)
Reaction products of n, CxFy, CClxFy, CxCly
And deposits of the remaining Cl and F
Because the ingredient exists as an etchant,
As described above, the component of F is opposite to that of polysilicon as described above.
Correspondingly SiFFourTo form volatile reaction products,
The components of Cl as chants are similarly reactive ion species and
Reacts with polysilicon in the form of free radical species and S
iClFourTo form volatile reaction products. here,
With or without DC bias voltage,
In addition, a film-forming species and an etchant
Formed in the plasma while the bias voltage is acting on the plasma
Deposits adhere to the sample surface and
The incidence of ions in the plasma occurs simultaneously. DC bike
In the range where the assault voltage is small, the ion
The incidence of light on the surface of the sample to be etched
Deposit adheres to the surface of the material to be etched and in the plasma
Can no longer contact with the etchant, causing sedimentation
I will. In the range where the DC bias voltage is large,
The incidence of ions in the plasma increases,
Even if deposits adhere to the material surface,
Reactive ions as an etchant are incident on the surface,
While removing the surface of the material to be etched,
It collides with the load and gives energy to the deposit,
Decompose to the proper state to prevent adhesion of sediment
Then, the etching action proceeds. What
At this time, the free etchant near the sample surface
Reactive ions that are etchants for radicals and
Some of the ions of the film-forming species collide with free radicals
Gives energy and promotes reaction with the material to be etched
Act like Also, CTwoClThreeFThreeIs just deposited on the boundary
Critical potential (V0)have
You can see that. Note that this critical potential is a predetermined plasma
The gas is turned into a plasma under the
Deposition phenomenon and etching phenomenon are reversed when
Potential, which was first seen by the inventor's experiments.
It has been brought out. This indicates the following. CTwoC
lThreeFThreeAnd plasma etching
The effect and the effect are concurrent. At this time, the voltage is applied to the sample stage 5a.
Deposition if the DC bias voltage is lower than the critical potential
Action works dominantly. Further, the direct voltage applied to the sample stage 5a is
Current bias voltage is increased within a range smaller than the critical potential.
When the DC bias voltage increases,
The ions in the matrix are accelerated, and the etching action gradually increases
The superiority of sedimentation gradually declines. DC bias voltage
If the pressure increases beyond the critical potential,
The ions in the matrix are accelerated and the etching action is more than the deposition action
Acts predominantly, and its etching action gradually increases.
You. When the DC bias voltage is equal to the critical potential,
Is in a state where the deposition action and the etching action are balanced.
You. Further, the SF having no critical potential as described above
6And C having a critical potentialTwoClThreeFThreeMixed gas (1:
A similar experiment was performed using 9). This result
The curve was as shown by the broken line in FIG. This dashed curve
As is clear from FIG.0
Exists and the critical potential V0’Smaller DC bias voltage
In this case, the sedimentation action predominates and the critical potential V0Greater than
At DC bias voltage, the etching effect is dominant
You. Moreover, when this mixed gas is used, the CTwo
ClThreeFThreeEtching rate is faster than when using
It can be seen that the voltage largely depends on the current bias voltage. to this
Therefore, this mixed gas depends on the bias voltage of the etching rate.
It turns out that it can be used as a highly viable etchant
Was. Next, a mixed gas having such characteristics is used.
In the case of performing the etching process using
FIG. 6 will be described. First, the mixed gas is supplied to the critical potential V0Greater than ’
Threshold voltage V1’For high aspect ratio poly
When the silicon film is etched, as shown in FIG.
As shown, the undercut C becomes larger and dimensional accuracy is secured.
Can not do it. Here, 19 is a photoresist,
Reference numeral 20 denotes polysilicon, and reference numeral 21 denotes a Si substrate. Therefore, as shown in FIG.
DC voltage superimposed on the played high-frequency voltage as an output voltage controller
16 and the output waveform controller 17 to control the DC
The bias voltage is t1The second is the critical potential V of the mixed gas0Greater than ’
Ki V1(Negative potential) and tTwoCritical potential V for seconds0'Than
Small VTwo(Negative potential)
I made it. Time t1DC bias voltage is large for seconds
Therefore, while accelerating the ions in the plasma toward the wafer 6,
Etching can be performed. This allows you to compare
Etching can be performed. But free radio
Due to the influence of culls, a slight under
Cut C0Occurs. This undercut C0The size of
About 1/5 to 1/10 of the vertical etching amount d.
Was. Time t1Is undercut C0Is within the allowable range.
Set within the box. Time tTwoDC bias voltage is critical for seconds
Potential V0’Smaller than
Wear. This stops the progress of the etching,
6 Plasma polymer begins to be deposited on the entire surface, polysilicon 2
A protection film is formed on the pattern 0 side wall. After the protection film is formed, a large DC
Bias voltage V1To the sample table 5a and perform etching.
Now. This large DC bias voltage V1Accelerated by
The ions in the plasma are incident on the wafer 6 perpendicularly.
You. Thereby, it is formed by the photo resist 19
Film deposited on the bottom of the patterned polysilicon 20
Are quickly removed by the ion sputtering action,
The etching of the bottom of the pattern of the silicon 20 is exposed.
proceed. In addition, on the pattern side wall surface of the polysilicon 20
The deposited protective film has a very small physical energy
-Free radicals and protection due to radical attack
It is gradually removed by a chemical reaction with the components of the film.
Therefore, the time t for depositing the protective film isTwoIs the time t1Between
The patterning of the polysilicon 20 is performed even if the
It is set so that the protective film deposited on the side wall surface remains.
The time t set in this manner is1, TTwoComes out in advance
It is stored in the force waveform controller 17 and automatically turned off.
I have to change it. Thus, the etching process and the deposition process
Process, that is, by alternately repeating the film forming process.
And high aspect ratio polysilicon as shown in FIG.
The film can be processed with high dimensional accuracy. Note that, as shown in FIG.
Ass voltage V1The value of is the charge-up of ions to the sample
1/1 of the total amplitude value Vpp of the high-frequency voltage to prevent
It is smaller than 2. This allows for high etching rates
Damages the device formed on the sample
To perform the etching without
This is because the magnitude of the flowing voltage is restricted. That is, the DC bias voltage value (negative voltage)
Greater than 1/2 of the total amplitude value Vpp of the high frequency voltage.
Then, the sample is always at a negative potential and the positive ion
Is attracted and charged. With this,
Are positive ions (reactive ions) in the plasma
Will not reach the fee. As a result, the etching rate of the sample
Is significantly reduced. Also, the charging potential at this time
Is large, the deterioration of the gate of the device formed on the sample and
This is because it causes destruction. For this reason, in the present embodiment, the total oscillation of the high-frequency voltage is
A negative DC voltage smaller than 1/2 of the width value Vpp is applied to the sample stage 5.
a, and a part of the waveform of the high-frequency voltage becomes a positive potential
So that electrons in the plasma are attracted by this positive potential.
To neutralize the positive ions charged on the sample.
ing. Further, this charge-up problem is solved.
To do so, Japanese Patent Publication No. 56-37311
As detailed in the issue, the transmission frequency of the high-frequency voltage is
It needs to be about 100 kHz or more. Above the transmission frequency
There is no particular restriction on the limit, but it is generally commercially available
If an oscillator is used, oscillation up to about 27 MHz
The frequency is appropriate. As described above, according to the present embodiment, the high-frequency power supply 1
3 applies a high frequency voltage to the electrode 5
The DC bias voltage generated on the sample stage 5a
These DC voltages are superimposed, and the DC via
Output voltage control device 16 and output waveform control device
By changing the critical voltage across with 17
Do not change the plasma generated in the electrical space 7
In other words, without switching gas supply,
Etching and deposition, that is, film formation, is performed on
Since they can be performed by each other, switch the gas type
Etching the sample by alternately performing etching and deposition
There is no gas replacement time compared to conventional technology
No, at least it's time to replace gas
This has the effect of shortening the processing time. For example, a book
The same volume (20,000 cm) as in one embodimentThree) Vacuum
In the processing vessel, use an exhaust device with an exhaust capacity of 500 l / sec.
And supply 70 SCCM gas into the vacuum processing vessel
From the state where the force is maintained at 0.01 Torr, the gas type is
Time required to switch to the above state
Requires about 10 seconds, and the number of gas type switching
The effect increases as the number increases. Also paraphrase
If it is necessary to switch gas at high speed as before
Because there is no exhaust system, the exhaust device can be downsized. In addition, gas type
Since there is no pressure control or switching control by switching,
Equipment and control techniques are simplified. The output voltage controller 16 is controlled to
A DC bias voltage higher than the ground potential is applied to the sample stage 5a.
As a result, the wafer 6 is etched,
DC bias voltage smaller than
By this, a protective film can be deposited on the wafer 6, and
In addition, the output waveform controller 17 is controlled to set the critical potential.
The timing of changing the value of the DC bias voltage
Since the switching is performed, the etching side surface of the wafer 6 is covered with a protective film.
Stepwise etching while protecting, pattern width
Processes materials to be etched that are deeper or higher than
can do. Further, a microwave program utilizing ECR discharge is used.
Because it is processed by plasma, 0.01 Torr level
Plasma can be generated under low pressure
Ions in the plasma are pulled into the wafer 6 with a small acceleration voltage
Anisotropic etching with less damage
To process the material to be etched with a fine pattern
Can be. As a result, the fine pattern
Of etched material with high aspect ratio
can do. Further, the etching waveform is controlled by the output waveform controller.
Switching time between etching and deposition, and
Ensure that the undercut of the etching material is within the tolerance
Set the time, and during deposition, perform etching during the next etching process.
When the film thickness is large enough to leave the protective film on the side
Because it is between, it is possible to perform processing with good dimensional accuracy
it can. In addition, plasma generation utilizing the action of an electromagnetic field
Provided by raw means, high frequency voltage and DC voltage
DC bias voltage applying means, that is, an accelerating voltage applying means
Since it is independent of the stage,
However, the state of plasma generation, that is,
The states of protons, ions and free radicals do not change,
Etching can be performed while the light intensity is stable.
Easily determine the end point of etching by emission spectroscopy.
Lick A high frequency power supply 13 is connected to the sample stage 5a.
Control the DC voltage of the DC power supply 15
The DC bias voltage is controlled by the high frequency generated from the high frequency power supply 13.
Since it is less than half of the total amplitude of the frequency voltage, insulation
Or charge is accumulated in the sample even if the sample has an insulating film
No, lowering of etching rate and deterioration of gate part of device
Alternatively, etching without destruction can be performed. Ma
In addition, the lower layer MOS gate is formed by the etching method of this embodiment.
When etching a sample with an element structure
But also damage such as breakdown voltage and destruction of gate
Did not. Note that microwaves are used as in the present embodiment.
Plasma treatment to discharge by ECR method used
In the device, the ion sheath width is generally about 0.1 mm
Degrees. Required for ions to pass through this ion sheath
Time (ti) varies slightly depending on the type of ion.
But generally 1 to 4 × 1/107On the order of seconds. Against this
13.56 MHz commonly used for industrial use
The half cycle time (tRF) of the high-frequency voltage waveform is 3.
7 × 1/108Seconds. For this reason, 13.56 MHz
At high frequency voltages, the ions pass through the ion sheath
And cannot follow. Therefore, this one embodiment
By generating a negative DC bias voltage like
To accelerate the ions. A person using such a DC bias voltage
In particular, the method is such that conduction with the electrode 5 such as a Si or metal film can be obtained.
This is effective when processing materials that are not suitable. Also like this
The method using DC bias voltage is effective only for high
Frequency half-cycle time tRF and the ion
The sheath passage time ti is tRF <ti , The frequency of the high-frequency power supply 13
Is 2 MHz (tRF = 2.5 × 1/107Second)
This means that if the frequency is low, the AC voltage waveform
Are also accelerated by the ions,
Therefore, the effect of superimposing a DC voltage on the electrode 5 is weakened.
I will. In the case where the sample is conductive,
Is a DC power supply 1 except for the high-frequency power supply 13 of the present embodiment.
Alternatively, a plasma processing apparatus controlled by only 5 may be used. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same reference numerals as in FIG.
One member is shown. The difference between this figure and Fig. 1 is that
In this case, a high frequency of 385 KHz
The point is that only the power supply 23 is used. The high frequency power supply 23
Connected to electrode 5 via matching box 22
You. In this case, the matching box 22 is connected to one end of the circuit.
Are grounded, and the electrode 5 is DC grounded.
It is. The high-frequency power supply 23 has output voltage control means 24
Is connected. The output voltage control means 24 includes a high frequency power supply 23
As shown in FIG. 8, the waveform of the high-frequency voltage output from
Time tThreeDuring the period, the total amplitude of the high-frequency voltage is VThreeSo that
Next time tFourDuring the period, the total amplitude of the high-frequency voltage is VFourTona
Control so that The plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, 50 nm is deposited on the Si substrate by the etching device.
Polysilicon and photoresist through a thin oxide film
Of the above-described embodiment with respect to the configuration wafer 6a in which
Etching rate and high frequency of polysilicon under the same conditions as
The output voltage of the power supply 23, that is, the relationship with the acceleration voltage is adjusted.
As a result, the same tendency as in FIG. 2 occurred. That is, the frequency 2 by the high frequency power supply 23
MHz or less (385 kHz in this case)
The sample is applied to the sample stage 5a, and ions are sufficiently added to the AC voltage waveform.
And the strength of the AC voltage, that is, the AC voltage
By changing the total amplitude of
As described above, the etching action is dominant, and the deposition action is
And whether it is etching or deposition
A state that did not progress appeared. Therefore, the output voltage control means 24
To control the output voltage of the high frequency power supply 23 as shown in FIG.
Then time tThreeDuring the period, the high-frequency voltage V higher than the critical potentialThree
Is applied to the electrode 5 to etch the polysilicon.
U. Next, time tFourHigh frequency lower than the critical potential during
Voltage VFourIs applied to the electrode 5 and the surface of the wafer 6a (etch
Including the side of the ring. ) To form a protective film. These two steps
By sequentially repeating the steps, a high aperture is obtained in the same manner as in the first embodiment.
Machining a material to be etched with a spec ratio with good dimensional accuracy
Can be. The etching time tThreeAnd deposition time
tFourIs the etching time t described in the above embodiment.1And bank
Product time tTwoIt may be set in the same manner as in. Hereinafter, according to the second embodiment, the frequency 2
The critical voltage is sandwiched between the output voltages of high-frequency voltages below MHz.
Do not switch and supply gas by changing
In addition, it is necessary to alternately perform the etching process and the deposition process.
The processing time can be reduced in the same way as in the first embodiment.
There is an effect that can be. Further, similarly to the above-described embodiment, the microwave
The processing is performed by plasma and the output voltage control means 24
By controlling the time between etching and deposition, the wafer 6a
Stepwise etching while protecting the etched side surface with a protective film
The fine pattern and the pattern dimension width
If the film to be etched is deeper or higher than
Can be processed well. Further, the generation of plasma is performed in the same manner as in the first embodiment.
Etching in a state where the raw state does not change and the emission intensity is stable
The end point of etching can be easily determined.
I can. Further, the voltage for accelerating the ions is
It is given in the negative voltage range of high frequency voltage of 2MHz or less.
Then, it is accelerated in the negative voltage region and pulled to the surface of the wafer 6a.
The positive ions attracted and charged on the wafer 6a
In the voltage region, the electrons drawn into the surface of the wafer 6a
Therefore, the neutralization can be performed, and the neutralization formed on the wafer 6a can be prevented.
It is possible to prevent dielectric breakdown and the like of the rim material. Accordingly
And SioTwoAnd SiThreeNFourSample with insulation like
It is suitable for etching. In this case,
A kind of capacitor between electrode 5-wafer 6 a-plasma
Therefore, the frequency of the high-frequency voltage decreases.
In this case, the electric charge is excessively accumulated on the wafer 6a, and
The etching speed is suppressed and the etching rate is significantly reduced.
That is, a so-called charge-up phenomenon occurs. This char
The limit frequency that prevents the zip-up phenomenon depends on the type of insulating film.
And the thickness of the semiconductor device.
The values for use are detailed in Japanese Patent Publication No. 56-37311.
As described, it is about 100 KHz. Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. In FIG. 9, the same reference numerals as those in FIG.
One member is shown. The difference between this figure and Fig. 7 is that
In this case, a high frequency of 385 KHz
In that a power supply 23 and an AC waveform generator 26 are used.
You. High frequency power supply 23 is connected to electrode 5 via synthesizer 25
I have. An AC waveform generator 26 is also connected to the synthesizer 25.
Continued. Output waveform control means is provided in the AC waveform generator 26.
27 is connected. The synthesizer 25 outputs a signal from the high frequency power supply 23.
The high-frequency voltage waveform is shown in FIG.
It changes along the waveform 28 output from the generator 26.
The output waveform control means 27 outputs from the AC waveform generator 26.
The cycle and amplitude of the waveform 28 are adjusted. The plasma processing treatment configured as described above,
In this case, an etching apparatus is used for the second embodiment.
If the etching process is performed under the same conditions, the second
The etching process and the deposition process are alternately performed in the same manner as in the embodiment.
It is possible to perform etching step by step while repeating
it can. That is, as shown in FIG.
Rank V0'For a negative voltage waveform greater than'FiveBetween
The etching action predominates and the critical potential V0’Smaller
Time t for negative voltage waveform6Sedimentation dominates during
Occurs. The time t at which etching takes placeFiveand
Time t at which deposition occurs6Output waveform control when adjusting
The wave output from the AC waveform generator 26 by the control means 27
This can be easily achieved by changing the period of the shape 28. Also,
If you want to increase the etching rate during the
Output from the AC waveform generator 26 by the force waveform control means 27
This can be easily performed by changing the amplitude of the waveform 28 to be input.
However, the etching rate, etching time and
If the deposition time is to be adjusted, the output waveform control means 27
It is necessary to adjust the amplitude and cycle of
It is necessary. As described above, according to the third embodiment, the second
The same effect as that of the embodiment can be obtained. In the case of the third embodiment, the etching
The switching between and deposition gradually progresses. Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. In FIG. 11, those having the same reference numerals as those in FIG.
The same members are shown. This drawing is different from FIG.
b is grounded and between the wafer 6 and the discharge space 7
Is provided with a grid electrode 29. Grid electricity
The DC power supply 15 is connected to the pole 29.
Is connected to the output voltage control device 16, and the output voltage control device
An output waveform controller 17 is connected to 16. In this case, the ions are accelerated in the direction of the wafer 6.
The means for applying is to apply a negative DC voltage to the grid electrode 29.
DC power supply 15 to be used. Negative output from DC power supply 15
DC voltage, that is, the acceleration voltage
The means for changing the output voltage is controlled by the output voltage controller 16 and the output waveform controller.
And a control device 17.
Similarly, as shown in FIG.1Voltage V during1Control
Control, time tTwoVoltage V duringTwoTo control. The plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, the same as in the first embodiment is performed by using an etching apparatus.
A plasma is generated in the discharge space 7 under the conditions of
15, a negative DC voltage is applied to the grid electrode 29.
You. As a result, ions in the plasma are
The ions accelerated to the side 9 and passed through the grid electrode 29
Reach the wafer 6 and etch the material to be etched on the wafer 6
To run. At this time, the output voltage controller 16 and the output wave
With the shape control device 17, the accelerating voltage larger than the critical potential
Pressure V1From the DC power supply 15 for time t1Output for seconds. this
Gives the time t1For seconds, the etching action predominates,
The wafer 6 is etched. Next, below the critical potential
Acceleration voltage VTwoFrom the DC power supply 15 for time tTwoOutput for seconds
You. As a result, the time tTwoSedimentation is dominant for seconds
And protects the surface of the wafer 6 (including the etched side surface).
A film is formed. By repeating these steps sequentially
The material to be etched on the wafer 6 is
It can be etched stepwise. As described above, according to the fourth embodiment, the grid
An acceleration voltage is applied to the electrode 29, and the acceleration voltage is reduced to a critical potential.
The gas can be switched and supplied by changing
The etching process and the deposition process alternately.
The processing time can be reduced in the same manner as in the first embodiment.
There is an effect that it can be shortened. Further, similarly to the above-described embodiment, the microwave
The output voltage control device 16 and the output
Etching process and deposition by force waveform controller 17
By controlling the time from the process, the etching side of the wafer 6
Is etched step by step while protecting with a protective film,
Fine pattern and deeper than pattern width
Can process tall workpieces with high dimensional accuracy.
Can be. Further, the generation of plasma is performed in the same manner as in the first embodiment.
Etching in a state where the raw state does not change and the emission intensity is stable
The etching end point
Easy to do. In the fourth embodiment, the grid electrode 2
Since a DC voltage is applied to the sample No. 9, the sample is conductive
The grid electrode 29 must be
Power supply connection as in the first, second or third embodiment
In this case, an insulating sample can be processed. Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
A more detailed description will be given. In FIG. 13, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.
Shows the material. The difference between this figure and Fig. 1 is that
The upper electrode 34 and the lower electrode 33 are placed in the empty processing container 30.
Is a parallel plate type RIE device with
The parallel plate type electrodes 33 and 34 are used as steps,
High-frequency voltage (in this case, frequency 13.56 MHz)
The point is that the high frequency power supply 13a to be applied is connected. The gas introduction section 3 is provided on the side of the vacuum processing vessel 30.
1 and a gas (not shown) as in the first embodiment.
Sources are connected. The lower part of the vacuum processing vessel 30 is shown in the drawing.
There is an exhaust unit 32 connected to a vacuum exhaust device.
You. The wafer 6 is placed on the upper surface in the lower part in the vacuum processing container 30.
A lower electrode 33 is provided in the vacuum processing vessel 30.
Above the upper electrode 3 disposed opposite to the lower electrode 33
4 are provided. The upper electrode 34 is grounded. Lower part
The pole 33 is attached to the vacuum processing vessel 30 via an insulating material.
The lower electrode 33 has the same shape as that of the first embodiment.
A high-frequency power supply 13a connected via the
DC power supply 15 connected via low-pass filter 14
Are connected. The plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, the same as in the first embodiment is performed by using an etching apparatus.
The lower electrode 33 and the upper electrode 34 via the gas introduction part 31
Supply etching gas to discharge space 35 formed between
I do. At the same time, a vacuum is exhausted by a vacuum exhaust device (not shown).
The inside of the processing container 30 is evacuated to a predetermined pressure. This state
At the lower electrode 33 by the high frequency power supply 13a.
A high frequency voltage of 3.56 MHz is applied. This allows
Glow discharge occurs in the discharge space 35, and the etching gas
Is turned into plasma. In this state, the plug has already been set in the same manner as in the first embodiment.
DC bias voltage for accelerating ions in the plasma toward the wafer 6
Pressure is generated at the lower electrode 33. This DC bias voltage
In the same manner as in the first embodiment, the critical voltage is
Change the position between them. Thereby, the one embodiment and
Similarly, alternately repeat the etching process and the deposition process
Then, the material to be etched of the wafer 6 is gradually etched.
Wear. As described above, according to the fifth embodiment, the DC power supply
15 changes the DC bias voltage across the critical potential.
By switching the gas supply without switching
Alternate etching and deposition steps
It is possible to shorten the processing time as in the above-described embodiment.
be able to. Further, the electrode 33 is connected using the high-frequency power source 13a.
Generate stable plasma in discharge space 35 between
DC power supply 15
Even if the pressure is changed, the plasma generation state can change
No end point determination for etching as in the previous embodiment
Can be easily performed. In the same manner as in the first embodiment, a high aspect ratio
Can be processed with high dimensional accuracy for the material to be etched.
It can be processed regardless of conductive material or insulating material. Next, a sixth embodiment of the present invention is shown in FIG.
A more detailed description will be given. In FIG. 14, FIG. 7 and FIG.
The same reference numerals indicate the same members. This figure is different from Fig.13
Is a means for generating plasma with a frequency of 2 MHz or less.
Use the lower (385 kHz in this case) high frequency power supply 23a
Is the same as the means to accelerate ions
Using a high frequency power supply 23a having a frequency of 2 MHz or less.
It is a point that is used. The high frequency power supply 23a is the same as in FIG.
To the lower electrode 33 via the matching box 22
Continued. One end of the circuit of the matching box 22 is connected
So that the lower electrode 33 is at DC ground potential.
I'm trying. The high-frequency power supply 23a has output voltage control means.
24 are connected. The control contents of the output voltage control means 24
The second embodiment is similar to the second embodiment, and the description is omitted. Also,
C6a has an insulating material as in the second embodiment.
It is. The plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, the etching apparatus is used to perform the above-described fifth embodiment.
Similarly, an etching gas is supplied to the discharge space 35, and a vacuum process is performed.
The inside of the processing vessel 30 is evacuated to a predetermined pressure. In this state
385 is applied to the lower electrode 33 by the high frequency power source 23a.
A high-frequency voltage of kHz is applied, and glow is applied to the discharge space 35.
Discharge is generated and the etching gas is turned into plasma.
You. At this time, the output voltage control means 24
Thus, the output from the high-frequency power supply 23a is
The high-frequency voltage is changed across the critical potential. to this
Thus, the etching step and the deposition are performed in the same manner as in the second embodiment.
The process is alternately repeated to etch the wafer 6a.
The material can be etched stepwise. As described above, according to the sixth embodiment, the frequency 2
The high-frequency voltage of MHz or higher is changed with the critical potential
Supply the gas by switching the etching gas
And the etching process and the deposition process are performed alternately
And the processing time can be reduced as in the second embodiment.
can do. Further, in the same manner as in the second embodiment, a high
Can process the material to be etched with a spec ratio with high dimensional accuracy
You. In addition, it is suitable for a sample having an insulating material.
is there. Note that, in this case, the peripheral that is also the plasma generating means is used.
Since the high frequency voltage with a wave number of 2 MHz or less is changed,
The state of plasma generation is different between the etching process and the deposition process.
Different. For this reason, the etching is completed using emission spectroscopy.
When performing point determination, the
It is necessary to make a determination by inputting only the emission intensity. Next, a seventh embodiment of the present invention is shown in FIG.
A more detailed description will be given. In FIG. 15, FIG. 9 and FIG.
The same reference numerals indicate the same members. This figure is different from Fig. 14
Is a frequency of 2 MHz or less, which is a means of accelerating ions.
The height of the high frequency power supply 23a below (in this case, 385 KHz)
Frequency voltage as a means of changing the critical potential
The point is that the flow waveform generator 26 is used. High frequency power supply 2
3a is a lower electrode 3 via a combiner 25 as in FIG.
3 is connected. The synthesizer 25 also has an AC waveform generator
26 is connected. The output waveform is output to the AC waveform generator 26.
Control means 27 is connected. The synthesizer 25, the AC waveform generator 26 and the output
The control contents of the force waveform control means 27 are the same as in the third embodiment.
The description is omitted. The plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, the etching apparatus is used to perform the processing according to the sixth embodiment.
Similarly, an etching gas is supplied to the discharge space 35, and a vacuum process is performed.
The inside of the processing vessel 30 is evacuated to a predetermined pressure. In this state
Here, as in the third embodiment, that is, in the tenth embodiment,
Apply high frequency voltage controlled as shown to lower electrode 33
Then, a blow discharge is generated in the discharge space 35, and the etching is performed.
The switching gas is turned into plasma. As a result, the high frequency voltage is higher than the critical potential.
When larger, the etching action is superior to wafer 6a
When the potential is lower than the high-frequency potential,
(Including the switching side), the deposition effect of the protective film predominates
You. The etching process and the deposition process are performed alternately.
And the material to be etched on the wafer 6a is etched stepwise.
Is done. As described above, according to the seventh embodiment, the sixth embodiment
The etching gas is switched and supplied in the same manner as in the embodiment.
The etching process and the deposition process are performed alternately without any
Can reduce processing time.
You. In this case, even in the case of the plasma generating means,
Since a certain high-frequency voltage is constantly changing,
Raw condition is not constant. For this reason, etching conditions
There is a problem that setting is difficult. Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. 17 and FIG. In FIG. 16, the same reference numerals as those in FIG. 13 denote the same parts.
The members are shown. This drawing differs from FIG.
In this case, a high frequency of 13.56 MHz is used.
The output voltage of the frequency power supply 13a can be controlled,
The point that the means for changing the critical potential is also used
It is. The high frequency power supply 13a is connected to the capacitor 36 and the
Connected to the lower electrode 33 via the
It is. The high-frequency power supply 13a includes an output voltage control unit 24.
Connected. The output voltage control means 24 is a high-frequency power supply 13a
The waveform of the high-frequency voltage output from the
And time t7Is between the DC component bias voltage V9Will be
The total amplitude of the high frequency voltage is V7And the next time t8of
The bias voltage of the DC component is VTenHigh frequency so that
V is the total amplitude of the voltage8To control. The plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, the etching apparatus is used to perform the above-described fifth embodiment.
Similarly, an etching gas is supplied to the discharge space 35, and a vacuum process is performed.
The inside of the processing vessel 30 is evacuated to a predetermined pressure. In this state
In this case, the high frequency power supply 13 a
Wave voltage is applied. As a result, the air in the discharge space 35 is removed.
The etching gas is turned into plasma. At this time, as shown in FIG.
Time t by control means 247High frequency power supply 13a
V is the total amplitude of the high-frequency voltage output from7To control. This
As a result, a direct current larger than the critical potential is applied to the sample electrode 33.
Component bias voltage is generated, and the material to be etched of the wafer 6 is
Is etched. Next time t8High frequency power supply 1
V is the total amplitude of the high frequency voltage output from8Control
You. As a result, the sample electrode 33 has a potential lower than the critical potential.
A bias voltage of a DC component is generated, and the surface (edge)
A protective film is deposited on the surface of the protective film (including the side of the chuck). This etch
By alternately performing the wetting process and the deposition process,
The material to be etched of C is etched stepwise. As described above, according to the eighth embodiment, the fifth embodiment
The etching gas is switched and supplied in the same manner as in the embodiment.
The etching process and the deposition process are performed alternately without any
Can reduce processing time.
You. Also, the output voltage control means 24
By controlling the output voltage of the wave power supply 13a,
DC bias voltage alternates across critical voltage
The etching process and the deposition process alternately
And the pattern size is the same as in the fifth embodiment.
A film to be etched whose depth or height is higher than the
Processing can be performed with high dimensional accuracy. Further, even if the high-frequency voltage is controlled,
Has a positive voltage range, so that the fifth embodiment
As in the example, no charge is accumulated on the wafer 6 and the etching speed
Edge without degradation or destruction or destruction of the device gate.
Ching can be performed. In this case, the same operation as in the sixth embodiment is performed.
Generation of plasma during the etching process and the deposition process
Since the state changes, the etching end point is determined using emission spectroscopy.
When making a judgment, make sure that the etching
It is necessary to determine only by inputting the light emission intensity. Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
A more detailed description will be given. In FIG. 18, FIG. 11 and FIG.
The same reference numerals denote the same members. FIG. 18 differs from FIG.
As a means for accelerating ions,
A grid electrode is provided between the wafer 6 and the discharge space 35 as described above.
The point is. The grid electrode 29 has a DC power supply 15
Is connected to the DC power supply 15 and the output voltage control device 1
6 and the output voltage control device 16 has an output waveform control device.
The device 17 is connected. A DC power supply 15, an output voltage control device 16 and
The control contents of the output waveform control device 17 are the same as those of the fourth embodiment.
This is the same as the example, and the description is omitted. The plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, the etching apparatus is used to perform the above-described fifth embodiment.
Similarly, an etching gas is supplied to the discharge space 35, and a vacuum process is performed.
The inside of the processing vessel 30 is evacuated to a predetermined pressure. In this state
In this case, the high frequency power supply 13 a
Wave voltage is applied. As a result, the air blows into the discharge space 35.
A discharge is generated and the etching gas is turned into plasma. In this state, as in the fourth embodiment, the direct
A negative DC voltage is applied to the grid electrode 29 by the
Apply. As a result, ions in the plasma
Ions accelerated to the electrode side and passed through the grid electrode 29
Reaches the wafer 6 and etches the material to be etched of the wafer 6.
Ching. At this time, output is performed in the same manner as in the fourth embodiment.
By the voltage control device 16 and the output waveform control device 17,
The acceleration voltage applied to the grid electrode 29 is set to a critical potential.
And change it. As a result, the acceleration voltage becomes higher than the critical potential.
When larger, the etching action is superior to wafer 6
Occurs. When the acceleration voltage is lower than the critical potential,
A protective film is formed on the surface (including the etched side surface) of C6.
Predominant sedimentation occurs. This etching process and
By alternately performing the stacking process, the wafer 6 is etched.
The ting material is etched stepwise. As described above, according to the ninth embodiment, the grid
Acceleration voltage applied to electrode 29 changes across critical potential
The gas without switching and supplying gas.
It is possible to alternately perform the etching process and the deposition process.
Therefore, the processing time can be reduced in the same manner as in the fifth embodiment.
Can be Further, similarly to the fifth embodiment, the wafer 6
Stepwise etching while protecting the etched side surface with a protective film
Can be deeper than the pattern width.
Can process tall workpieces with high dimensional accuracy.
Can be. Also, as in the case of the fifth embodiment, the plasma
The state of light emission does not change, and
The end point of etching can be easily determined.
I can. Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described below. In FIG. 19, the same symbols as in FIG. 13 are the same.
The members are shown. This drawing differs from FIG.
As a production means, a discharge tube 37 is provided outside the vacuum processing vessel 30.
Then, a coil 38 is wound around the outer circumference of the discharge tube 37 to
In that a high frequency power supply 39 is connected to the
is there. The lower electrode 33 has a high frequency as in FIG.
Of DC bias by wave power supply 13a and DC power supply 15
Means, ie, means for accelerating the ions, are provided. this
The plasma generating means and the DC bias applying means
The output can be controlled independently of each other. High lap
The wave power supply 39 has, for example, a frequency of 80 kHz to 13.56.
It outputs high-frequency power of MHz. DC via
The contents of control by the means for assigning resources are the same as in the fifth embodiment.
Therefore, the description is omitted. The plasma treatment apparatus configured as described above,
In this case, a gas source (not shown) is
Into the discharge tube 37 through the gas inlet 31a
Vacuum processing vessel by supplying gas and using an exhaust device not shown
The inside of the chamber 30 and the inside of the discharge tube 37 are evacuated to a predetermined pressure.
In this state, high frequency power is applied to the coil 38 by the high frequency power supply 39.
Wave voltage is applied. Thereby, the etching inside the discharge tube 37 is performed.
Gas is turned into plasma, and the plasma is
30 is introduced into the space 35a. At this time, via the matching box 12
To the lower electrode 33 by the high frequency power supply 13a.
Is applied. Thereby, the high voltage applied to the lower electrode 33 is
The frequency voltage is DC floating as in the fifth embodiment.
And has a DC bias voltage. With this high frequency voltage
Then, a DC voltage is applied to the lower electrode 33 by the DC power supply 15.
Well, it controls the DC bias voltage. The DC bias voltage is applied to the output voltage controller 16.
And the output waveform control device 17 according to the fifth embodiment.
Control as follows. This allows the etching process and deposition
The process is performed alternately, and the material to be etched of the wafer 6 is
It is etched stepwise. As described above, according to the tenth embodiment, the tenth embodiment
The same effect as that of the fifth embodiment can be obtained. According to the tenth embodiment, the high frequency
Without increasing the high frequency voltage of the power supply 13a, the discharge tube 37
Since high-density plasma can be generated in the
Compared to the embodiment, it is possible to perform high-speed etching with less damage.
Can be. As described above, based on the first to tenth embodiments,
The present invention has been described with reference to the drawings.
It is not limited to the example, and plasma generation means and acceleration
Various combinations of voltage applying means and accelerating voltage applying means
It goes without saying that they can be combined. In this embodiment, polysilicon etching is performed.
SF without critical potential6And the limit
C with positionTwoClThreeFThreeAn example using a gas mixture with
However, if the gas has a property with a critical potential,
Needless to say, the combination is also acceptable. For example, critical
SF without potential6And C having a critical potentialTwoClThreeFThree
(Product name: Freon 114), CClFourOr CFourF8etc
And SF6NF instead ofThreePair using
The same can be done with the combination. Also, the mixed components of the etching gas are reduced to two.
Without limitation, at least one component has a critical potential
May be composed of three or more components.
No. A combination of gases in which all components have a critical potential,
Alternatively, a single gas may be used. In this embodiment, the polysilicon is etched.
Example of etching, but also applicable to etching of Al wiring film
It is possible. In this case, the etching gas is critical
Chlorine gas as a pure potentialless etchant
(ClTwo), Cl component and film as etchant
Critical potential is composed of C component acting as a part of the forming species.
Having CClFourMixed gas with the material to be etched
BCl for high-speed etching of surface oxide filmThreeAdd
The mixed gas obtained may be used. In this case, AlClThreeWhat
Volatile reaction products are generated,
Etching is performed, and C polymer or CxCly reacts.
Reaction products are generated as deposits to form a protective film.
CCl having a critical potentialFourInstead of CFFour, CTwo
F6, CFourF8Or SiClFourEtc. may be used. FIG. 2 shows specific numerical values.
None, but the etch or deposition rate, and
The field potential depends on the type of etching gas, gas pressure and plasma.
Is relatively determined by the output of the
You. In this embodiment, the processing during the etching process is performed.
Although the application pattern of the fast voltage was the same,
Acceleration within the range above the critical potential at the end of ringing
By performing control to reduce the voltage, the etch
Wing damage can be further reduced. In this embodiment, the acceleration voltage is set to the critical potential.
The time to change between is set at a preset time
Although switching is performed automatically, the edge at each stage is changed.
Detecting the ching and deposition conditions and detecting the respective
Switch automatically when the value reaches the specified value
You can do it. In the case of processing with few switching times,
In such a case, the switching may be performed manually. Note that this
When setting the acceleration voltage, the acceleration voltage is detected and
Display the detected value and check the value to be adjusted
Just set it to a value. Further, in this embodiment, etching is performed.
As described above, the etching and deposition processes
In other words, the ratio of the time to the film forming process is reversed, and
The present invention is also applicable to a case where a film is formed. in this case
Is achieved by alternately performing film formation and etching.
A smooth film can be formed. [0130] According to the present invention,Plasma under low pressure
Because it occurs inAccelerate the ions in the plasma with a small acceleration
Pull into sample by pressureLess damageAs well as
When the accelerating voltage is higher than the critical potential, the sample is etched.
Dominant effect and acceleration voltage is lower than critical potential
When the sedimentation action predominates in the sample,These edges
Alternating and film formation, forming by film formation
The protective film on the sidewall of the patterned pattern is removed during etching.
So that the pattern width does not decreaseFine
Material to be etched with a pattern and a large aspect ratio
There is an effect that it can be processed.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示
す構成図である。 【図2】処理ガスにおけるバイアス電圧とエッチング速
度または堆積速度との関係を示す線図である。 【図3】第1図の装置による加速電圧の印加パターン図
である。 【図4】バイアス電圧を変えない場合のエッチング状態
を示す図である。 【図5】本発明によるエッチング状態を示す図である。 【図6】本発明によるエッチング状態を示す図である。 【図7】本発明の第2の実施例であるプラズマ処理装置
を示す構成図である。 【図8】第7図の装置による加速電圧の印加パターン図
である。 【図9】本発明の第3の実施例であるプラズマ処理装置
を示す構成図である。 【図10】第9図の装置による加速電圧の印加パターン
図である。 【図11】本発明の第4の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。 【図12】第11図の装置による加速電圧の印加パター
ン図である。 【図13】本発明の第5の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。 【図14】本発明の第6の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。 【図15】本発明の第7の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。 【図16】本発明の第8の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。 【図17】第16図の装置による加速電圧の印加パター
ン図である。 【図18】本発明の第9の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。 【図19】本発明の第10の実施例であるプラズマ処理
装置を示す構成図である。 【符号の説明】 1…放電管、5…電極、6,6a…ウエハ、8…マグネ
トロン、10…電磁コイル、12…マッチングボック
ス、13,13a…高周波電源、15…直流電源、16
…出力電圧制御装置、17…出力波形制御装置、22…
マッチングボックス、23,23a…高周波電源、24
…出力電圧制御手段、25…合成器、26…交流波形発
生器、27…出力波形制御手段、29…グリッド電極、
30…真空処理容器、33,34…電極、36…コンデ
ンサ、37…放電管、38…コイル、39…高周波電
源。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a bias voltage and an etching rate or a deposition rate in a processing gas. FIG. 3 is an application pattern diagram of an acceleration voltage by the apparatus of FIG. 1; FIG. 4 is a diagram showing an etching state when a bias voltage is not changed. FIG. 5 is a diagram showing an etching state according to the present invention. FIG. 6 is a diagram showing an etching state according to the present invention. FIG. 7 is a configuration diagram illustrating a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 8 is an application pattern diagram of an acceleration voltage by the apparatus of FIG. 7; FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention. 10 is an application pattern diagram of an acceleration voltage by the apparatus of FIG. 9; FIG. 11 is a configuration diagram illustrating a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 12 is an application pattern diagram of an acceleration voltage by the apparatus of FIG. 11; FIG. 13 is a configuration diagram illustrating a plasma processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 14 is a configuration diagram illustrating a plasma processing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 15 is a configuration diagram illustrating a plasma processing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 16 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. 17 is an application pattern diagram of an acceleration voltage by the apparatus of FIG. 16; FIG. 18 is a configuration diagram illustrating a plasma processing apparatus according to a ninth embodiment of the present invention. FIG. 19 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to a tenth embodiment of the present invention. [Description of Signs] 1 ... discharge tube, 5 ... electrode, 6,6a ... wafer, 8 ... magnetron, 10 ... electromagnetic coil, 12 ... matching box, 13,13a ... high frequency power supply, 15 ... DC power supply, 16
... Output voltage controller, 17 ... Output waveform controller, 22 ...
Matching box, 23, 23a ... high frequency power supply, 24
... output voltage control means, 25 ... synthesizer, 26 ... AC waveform generator, 27 ... output waveform control means, 29 ... grid electrode,
Reference numeral 30 denotes a vacuum processing container, 33 and 34 an electrode, 36 a capacitor, 37 a discharge tube, 38 a coil, and 39 a high frequency power supply.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広部 嘉道 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社 日立製作所 神奈川工場内 (72)発明者 掛樋 豊 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−164986(JP,A) 特開 昭62−154734(JP,A)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Yoshimichi Hirobe               1 Horiyamashita, Hadano-shi, Kanagawa                 Hitachi, Ltd., Kanagawa Plant (72) Inventor Yutaka Kakehi               502 Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref.                 Hitachi, Ltd.                (56) References JP-A-57-164986 (JP, A)                 JP-A-62-154734 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.被エッチング材と反応する成分および堆積膜を形成
する成分を有するとともに臨界電位を有する混合ガスを
エッチング処理ガスとして用い、前記エッチング処理ガ
スをマイクロ波のECRを用いて0.01Torr台の
減圧下でプラズマ化する工程と、 前記被エッチング材に向けて前記プラズマ中のイオンを
加速させる加速電圧を前記臨界電位をはさんで変化さ
せ、前記被エッチング材に対しエッチングと膜形成とを
交互に繰り返す工程とを有し、前記膜形成によって形成されたパターン側壁面の保護膜
を次のエッチング時に除去しながら 微細パターンでかつ
高アスペクト比のエッチングを行うことを特徴とするプ
ラズマ処理方法。
(57) [Claims] A mixed gas having a component that reacts with the material to be etched and a component that forms a deposited film and has a critical potential is used as an etching gas. Forming a plasma, and changing an acceleration voltage for accelerating ions in the plasma toward the material to be etched with the critical potential interposed therebetween, and alternately repeating etching and film formation on the material to be etched. And a protective film for a pattern side wall surface formed by the film formation.
A plasma processing method characterized by performing etching with a fine pattern and a high aspect ratio while removing at the time of the next etching .
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