JP2917993B1 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JP2917993B1 JP2917993B1 JP10130871A JP13087198A JP2917993B1 JP 2917993 B1 JP2917993 B1 JP 2917993B1 JP 10130871 A JP10130871 A JP 10130871A JP 13087198 A JP13087198 A JP 13087198A JP 2917993 B1 JP2917993 B1 JP 2917993B1
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Abstract
【要約】
【課題】 金属膜のドライエッチングにおいて、高アス
ペクト比のパターンでもサイドエッチングせず、また、
フォトレジストのエッチング量を最小限に抑えることが
可能なドライエッチング方法を提供する。 【解決手段】 プラズマ生成とイオン引き込みが独立に
制御可能なエッチング装置により、エッチング時間ｔに
対してイオン引き込み用高周波電源８のバイアスパワー
又は周波数を経時的に直線的又は曲線的に上昇させるこ
とにより、エッチング深さに対してエッチングイオンの
数を変化させずに、ウエハ１０のドライエッチングを行
う。
ペクト比のパターンでもサイドエッチングせず、また、
フォトレジストのエッチング量を最小限に抑えることが
可能なドライエッチング方法を提供する。 【解決手段】 プラズマ生成とイオン引き込みが独立に
制御可能なエッチング装置により、エッチング時間ｔに
対してイオン引き込み用高周波電源８のバイアスパワー
又は周波数を経時的に直線的又は曲線的に上昇させるこ
とにより、エッチング深さに対してエッチングイオンの
数を変化させずに、ウエハ１０のドライエッチングを行
う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属膜のドライエッ
チング方法に関し、特に高アスペクト比のパターンでも
サイドエッチングすることがなく、更にレジスト膜の減
少量を最低限に抑えることが可能なドライエッチング方
法に関する。
チング方法に関し、特に高アスペクト比のパターンでも
サイドエッチングすることがなく、更にレジスト膜の減
少量を最低限に抑えることが可能なドライエッチング方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路の微細化が進むにつれて、Ａｌ
Ｃｕ厚膜のエッチングの際に、図１４に示すようなリモ
ートプラズマ方式のエッチング装置を使用すると、エッ
チング深さが深いところでサイドエッチングが生じるよ
うになった。図１４はリモートプラズマ方式のエッチン
グ装置を示す。このリモートプラズマ方式とは、プラズ
マ生成とイオン引き込みが独立に制御できる方式をい
う。このエッチング装置においては、プラズマ生成及び
エッチング処理室６内の底部に被エッチングウエハ１０
を保持するための電極兼支持台１０が設置されており、
処理室６の側面にはエッチングガスを処理室６内に導入
するためのエッチングガス導入口１２及び処理室６内を
排気するための排気口１３が設けられている。電極兼支
持台１０のは処理室６の外部に設けたブロッキングコン
デンサ９を介してイオン引き込み用高周波電源８に接続
されている。処理室６の自体はプラズマ生成用高周波電
源７が接続されている。このように構成されたエッチン
グ装置は、例えば、電子サイクロトロン共鳴放電（ＥＣ
Ｒ；Ｅｌｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｏｒｏｎ Ｒｅ
ｓｏｎａｎｃｅ）、誘導結合高周波プラズマ（ＩＣＰ；
ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍ
ａ）、ヘリコン、２周波反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ；Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、以
下、反応性イオンエッチングをＲＩＥと略す。）及び２
電源ＲＩＥ等、プラズマを生成する高周波電源７とプラ
ズマシース電位を変化させ半導体基板上へのイオン引き
込みの強さを制御する高周波電源８との２つ又はそれ以
上の電源を独立又は独立に近い形で持つもののうち、平
行平板型ＲＩＥ装置以外の殆ど全てのエッチング装置に
対応するものである。
Ｃｕ厚膜のエッチングの際に、図１４に示すようなリモ
ートプラズマ方式のエッチング装置を使用すると、エッ
チング深さが深いところでサイドエッチングが生じるよ
うになった。図１４はリモートプラズマ方式のエッチン
グ装置を示す。このリモートプラズマ方式とは、プラズ
マ生成とイオン引き込みが独立に制御できる方式をい
う。このエッチング装置においては、プラズマ生成及び
エッチング処理室６内の底部に被エッチングウエハ１０
を保持するための電極兼支持台１０が設置されており、
処理室６の側面にはエッチングガスを処理室６内に導入
するためのエッチングガス導入口１２及び処理室６内を
排気するための排気口１３が設けられている。電極兼支
持台１０のは処理室６の外部に設けたブロッキングコン
デンサ９を介してイオン引き込み用高周波電源８に接続
されている。処理室６の自体はプラズマ生成用高周波電
源７が接続されている。このように構成されたエッチン
グ装置は、例えば、電子サイクロトロン共鳴放電（ＥＣ
Ｒ；Ｅｌｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｏｒｏｎ Ｒｅ
ｓｏｎａｎｃｅ）、誘導結合高周波プラズマ（ＩＣＰ；
ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍ
ａ）、ヘリコン、２周波反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ；Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、以
下、反応性イオンエッチングをＲＩＥと略す。）及び２
電源ＲＩＥ等、プラズマを生成する高周波電源７とプラ
ズマシース電位を変化させ半導体基板上へのイオン引き
込みの強さを制御する高周波電源８との２つ又はそれ以
上の電源を独立又は独立に近い形で持つもののうち、平
行平板型ＲＩＥ装置以外の殆ど全てのエッチング装置に
対応するものである。
【０００３】図１５はこのエッチング装置を使用した従
来のドライエッチング方法におけるエッチング進行面を
説明する断面図である。集積回路の微細化により配線ピ
ッチが小さくなることによって、イオン又はラジカルが
その狭いスペースに入っていきにくくなる結果、側壁保
護のデポジション５が不足しやすくなる。また、サイド
エッチングを発生させないためにバイアスを上昇させる
と、レジスト４の残膜が減少してしまうとともに、オー
バーエッチングマージンが少なくなってしまう。
来のドライエッチング方法におけるエッチング進行面を
説明する断面図である。集積回路の微細化により配線ピ
ッチが小さくなることによって、イオン又はラジカルが
その狭いスペースに入っていきにくくなる結果、側壁保
護のデポジション５が不足しやすくなる。また、サイド
エッチングを発生させないためにバイアスを上昇させる
と、レジスト４の残膜が減少してしまうとともに、オー
バーエッチングマージンが少なくなってしまう。
【０００４】従来のエッチング方法においては、図１６
（ａ）に示すようにイオン引き込み用高周波電源８の印
加パワ一を定にしてオーバーエッチングを防止したり、
又は図１６（ｂ）に示すようにイオン引き込み用高周波
電源８のバイアスパワーを段階的に切り替える方法によ
りエッチングを行っている。例えば、周波数を一定にし
てバイアスパワーを段階的に上昇させている。また、高
周波の振幅を一定にして周波数を段階的に上昇させる方
法も開示されている（特開平５−２７５１９４号公
報）。また、電子サイクロトロン共鳴放電ドライエッチ
ング装置を使用して、紫外線源のランプ電圧を時間の関
数として制御することにより、エッチング速度を変化さ
せてエッチング部の側壁をなだらかな形状にする方法が
開示されている（特開平６−２９２６５）。
（ａ）に示すようにイオン引き込み用高周波電源８の印
加パワ一を定にしてオーバーエッチングを防止したり、
又は図１６（ｂ）に示すようにイオン引き込み用高周波
電源８のバイアスパワーを段階的に切り替える方法によ
りエッチングを行っている。例えば、周波数を一定にし
てバイアスパワーを段階的に上昇させている。また、高
周波の振幅を一定にして周波数を段階的に上昇させる方
法も開示されている（特開平５−２７５１９４号公
報）。また、電子サイクロトロン共鳴放電ドライエッチ
ング装置を使用して、紫外線源のランプ電圧を時間の関
数として制御することにより、エッチング速度を変化さ
せてエッチング部の側壁をなだらかな形状にする方法が
開示されている（特開平６−２９２６５）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の方法によりエッチングを行う場合には、バイアス
パワーをどの段階で切り替えるかの判断が難しい。
従来の方法によりエッチングを行う場合には、バイアス
パワーをどの段階で切り替えるかの判断が難しい。
【０００６】図１７は従来のエッチング方法において、
エッチング深さｄによる到達エッチングイオン数の変化
を示すグラフ図である。図１８は従来のエッチング方法
において、エッチング深さｄの側壁に付着するデポジシ
ョンの厚さａへの依存性を示すグラフ図である。エッチ
ング進行面上に到達するイオン数Ｎion又はエッチング
性及び重合性のラジカルの数Ｎradはレジストパターン
の高さｄが増加するに従い、図１７に示すように減少す
る。図１５の側壁保護の役目をするデポジション５の厚
さａはエッチング面に到達する重合性ラジカルの量Ｎ
radに依存するので、図１６（ａ）のように高周波バイ
アスパワーを一定に保った場合、図１８に示すようにエ
ッチングが進行するに従い側壁保護がされにくくなり、
サイドエッチングが生じ易くなる。ガス又はプラズマの
密度を変更して重合性ラジカルの数を増やしただけで
は、図１５に示すように不均一な厚さを有する側壁デポ
ジション５が形成されることは改善されない。
エッチング深さｄによる到達エッチングイオン数の変化
を示すグラフ図である。図１８は従来のエッチング方法
において、エッチング深さｄの側壁に付着するデポジシ
ョンの厚さａへの依存性を示すグラフ図である。エッチ
ング進行面上に到達するイオン数Ｎion又はエッチング
性及び重合性のラジカルの数Ｎradはレジストパターン
の高さｄが増加するに従い、図１７に示すように減少す
る。図１５の側壁保護の役目をするデポジション５の厚
さａはエッチング面に到達する重合性ラジカルの量Ｎ
radに依存するので、図１６（ａ）のように高周波バイ
アスパワーを一定に保った場合、図１８に示すようにエ
ッチングが進行するに従い側壁保護がされにくくなり、
サイドエッチングが生じ易くなる。ガス又はプラズマの
密度を変更して重合性ラジカルの数を増やしただけで
は、図１５に示すように不均一な厚さを有する側壁デポ
ジション５が形成されることは改善されない。
【０００７】ＡｌＣｕの膜厚を厚くするだけではレジス
トの膜厚を厚くすることはできない。むしろ、半導体装
置の微細化が進むにつれて、薄膜化されている。リソグ
ラフィーの場合に、フォトレジスト膜厚はＩ線では１０
０００Åが最適であり、ＫｒＦ線では７０００Å〜８０
００Åが最適な膜厚であり、ＫｒＦ領域の方がレジスト
が薄膜化される。フォトレジストのエッチングレート／
Ａｌエッチングレートの選択比も上限がある上、単純に
上げすぎれば側壁保護膜が不足し、サイドエッチングが
生じる。
トの膜厚を厚くすることはできない。むしろ、半導体装
置の微細化が進むにつれて、薄膜化されている。リソグ
ラフィーの場合に、フォトレジスト膜厚はＩ線では１０
０００Åが最適であり、ＫｒＦ線では７０００Å〜８０
００Åが最適な膜厚であり、ＫｒＦ領域の方がレジスト
が薄膜化される。フォトレジストのエッチングレート／
Ａｌエッチングレートの選択比も上限がある上、単純に
上げすぎれば側壁保護膜が不足し、サイドエッチングが
生じる。
【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、金属膜のドライエッチングにて、高アスペ
クト比のパターンでもサイドエッチングせず、また、フ
ォトレジストのエッチング量を最小限に抑えることが可
能なドライエッチング方法を提供することを目的とす
る。
のであって、金属膜のドライエッチングにて、高アスペ
クト比のパターンでもサイドエッチングせず、また、フ
ォトレジストのエッチング量を最小限に抑えることが可
能なドライエッチング方法を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る金属膜のド
ライエッチング方法は、プラズマ生成とイオン引き込み
が独立に制御可能なエッチング装置によりウエハをドラ
イエッチングする方法において、イオンを引き込むイオ
ン引き込み用高周波電源の周波数を一定にし、その電圧
を経時的に上昇させることにより、イオンエネルギーを
連続的に上昇させつつウエハをエッチングすることを特
徴とする。
ライエッチング方法は、プラズマ生成とイオン引き込み
が独立に制御可能なエッチング装置によりウエハをドラ
イエッチングする方法において、イオンを引き込むイオ
ン引き込み用高周波電源の周波数を一定にし、その電圧
を経時的に上昇させることにより、イオンエネルギーを
連続的に上昇させつつウエハをエッチングすることを特
徴とする。
【００１０】このドライエッチング方法においては、前
記イオン引き込み用高周波電源の電圧を、エッチング開
始時の電圧、エッチング終了時の電圧及び総エッチング
時間から求めた一次関数を使用して、時間の関数として
制御し、経時的に直線的に上昇させることができる。ま
た、前記高周波電源の電圧を、エッチング面へのエッチ
ングイオンの到達数の経時変化から求めた下に凸な増加
関数を使用して、時間の関数として制御することにより
経時的に曲線的に上昇させることもできる。
記イオン引き込み用高周波電源の電圧を、エッチング開
始時の電圧、エッチング終了時の電圧及び総エッチング
時間から求めた一次関数を使用して、時間の関数として
制御し、経時的に直線的に上昇させることができる。ま
た、前記高周波電源の電圧を、エッチング面へのエッチ
ングイオンの到達数の経時変化から求めた下に凸な増加
関数を使用して、時間の関数として制御することにより
経時的に曲線的に上昇させることもできる。
【００１１】本発明に係る金属膜のドライエッチング方
法は、プラズマ生成とイオン引き込みが独立に制御可能
なエッチング装置によりウエハをドライエッチングする
方法において、イオンを引き込むイオン引き込み用高周
波電源の電圧を一定にし、周波数を経時的に上昇させる
ことにより、イオンエネルギーを連続的に上昇させつつ
ウエハをエッチングすることを特徴とする。
法は、プラズマ生成とイオン引き込みが独立に制御可能
なエッチング装置によりウエハをドライエッチングする
方法において、イオンを引き込むイオン引き込み用高周
波電源の電圧を一定にし、周波数を経時的に上昇させる
ことにより、イオンエネルギーを連続的に上昇させつつ
ウエハをエッチングすることを特徴とする。
【００１２】このドライエッチング方法においては、前
記高周波電源の周波数を、エッチング開始時の周波数、
エッチング終了時の周波数及び総エッチング時間から求
めた一次関数を使用して、時間の関数として制御し、経
時的に直線的に上昇させることができる。また、前記高
周波電源の周波数を、エッチング面へのエッチングイオ
ンの到達数の経時変化から求めた下に凸な増加関数を使
用して、時間の関数として制御し、経時的に曲線的に上
昇させることもできる。
記高周波電源の周波数を、エッチング開始時の周波数、
エッチング終了時の周波数及び総エッチング時間から求
めた一次関数を使用して、時間の関数として制御し、経
時的に直線的に上昇させることができる。また、前記高
周波電源の周波数を、エッチング面へのエッチングイオ
ンの到達数の経時変化から求めた下に凸な増加関数を使
用して、時間の関数として制御し、経時的に曲線的に上
昇させることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係るドラ
イエッチング方法について、添付の図面を参照して具体
的に説明する。図１は本発明の実施例に係る被エッチン
グサンプルを示す断面図、図２は本発明の実施例におけ
るエッチング進行面の変化の様子を示す断面図である。
なお、本実施例のエッチング方法にて使用するエッチン
グ装置は、図１４に示すものと同様である。また、図３
は一般的なイオンエネルギーとＡｌＣｕのエッチングレ
ートとの関係を説明するグラフ図、図４は本発明の第１
の実施例におけるバイアスパワーの経時変化を示したグ
ラフ図、図５は従来のエッチング方法におけるエッチン
グ深さｄによる到達エッチングイオン数の変化を示すグ
ラフ図、図６は一般的なイオンエネルギーとフォトレジ
ストのエッチングレートの関係を説明するグラフ図、図
７は本実施例のエッチング方法におけるエッチング開始
時から時間ｔ経過後までのフォトレジストのエッチング
量を示すグラフ図、図８は従来のエッチング方法におけ
るエッチング開始時から時間ｔ経過後までのフォトレジ
ストのエッチング量を示すグラフ図である。図8におい
て破線が本実施例におけるフォトレジストのエッチング
量を示し、斜線部が全エッチング量を示す。
イエッチング方法について、添付の図面を参照して具体
的に説明する。図１は本発明の実施例に係る被エッチン
グサンプルを示す断面図、図２は本発明の実施例におけ
るエッチング進行面の変化の様子を示す断面図である。
なお、本実施例のエッチング方法にて使用するエッチン
グ装置は、図１４に示すものと同様である。また、図３
は一般的なイオンエネルギーとＡｌＣｕのエッチングレ
ートとの関係を説明するグラフ図、図４は本発明の第１
の実施例におけるバイアスパワーの経時変化を示したグ
ラフ図、図５は従来のエッチング方法におけるエッチン
グ深さｄによる到達エッチングイオン数の変化を示すグ
ラフ図、図６は一般的なイオンエネルギーとフォトレジ
ストのエッチングレートの関係を説明するグラフ図、図
７は本実施例のエッチング方法におけるエッチング開始
時から時間ｔ経過後までのフォトレジストのエッチング
量を示すグラフ図、図８は従来のエッチング方法におけ
るエッチング開始時から時間ｔ経過後までのフォトレジ
ストのエッチング量を示すグラフ図である。図8におい
て破線が本実施例におけるフォトレジストのエッチング
量を示し、斜線部が全エッチング量を示す。
【００１４】図１に示すように、エッチングサンプルは
半導体基板１上に絶縁膜２が成膜されており、この絶縁
膜２上にＰＶＤ法又はＣＶＤ法により金属膜３が成膜さ
れている。なお、絶縁膜２の膜種及び絶縁膜の膜厚は任
意であり、基板上に電気回路が形成されていてもよい。
また、絶縁膜２と金属膜３の間にポリシリコンなどの導
電性膜が存在してもよい。金属膜３上にはフォトレジス
ト４がパターニングされている。なお、フォトレジスト
４としては、酸化膜、ＳｉＯＮ膜等のハードマスクを使
用する場合もあるが、このハードマスク形成時のフォト
レジストは残したままであるとする。
半導体基板１上に絶縁膜２が成膜されており、この絶縁
膜２上にＰＶＤ法又はＣＶＤ法により金属膜３が成膜さ
れている。なお、絶縁膜２の膜種及び絶縁膜の膜厚は任
意であり、基板上に電気回路が形成されていてもよい。
また、絶縁膜２と金属膜３の間にポリシリコンなどの導
電性膜が存在してもよい。金属膜３上にはフォトレジス
ト４がパターニングされている。なお、フォトレジスト
４としては、酸化膜、ＳｉＯＮ膜等のハードマスクを使
用する場合もあるが、このハードマスク形成時のフォト
レジストは残したままであるとする。
【００１５】エッチングガスは膜種がＡｌの場合にはＣ
ｌ2及びＢＣｌ3の混合ガスに必要に応じてＣＨxＦy、Ｎ
2又は希釈ガスＡｒ等を添加したものを使用し、膜種が
Ｗの場合にはＳＦ6と添加ガスとしてＯ2、Ｎ2及びＡｒ
の混合ガスを使用する。これらのハロゲンガスをプラズ
マ生成用高周波電源から印加された電圧によりプラズマ
化し、金属膜の異方性エッチングを行う。本実施例にお
いてはＡｌ合金の薄膜を使用した場合について説明す
る。
ｌ2及びＢＣｌ3の混合ガスに必要に応じてＣＨxＦy、Ｎ
2又は希釈ガスＡｒ等を添加したものを使用し、膜種が
Ｗの場合にはＳＦ6と添加ガスとしてＯ2、Ｎ2及びＡｒ
の混合ガスを使用する。これらのハロゲンガスをプラズ
マ生成用高周波電源から印加された電圧によりプラズマ
化し、金属膜の異方性エッチングを行う。本実施例にお
いてはＡｌ合金の薄膜を使用した場合について説明す
る。
【００１６】ＡｌＣｕ中のＣｕが揮発するのに必要な最
低限のエッチングイオンの入射エネルギーをＶ0とす
る。Ｖ0の値は温度、圧力、プラズマ密度及び装置の排
気口率などのエッチング条件、成膜温度及びＣｕの含有
率等の成膜条件及び装置によって異なるが、実用的なレ
ベルではおおよそ１０ｅＶ〜５０ｅＶである。
低限のエッチングイオンの入射エネルギーをＶ0とす
る。Ｖ0の値は温度、圧力、プラズマ密度及び装置の排
気口率などのエッチング条件、成膜温度及びＣｕの含有
率等の成膜条件及び装置によって異なるが、実用的なレ
ベルではおおよそ１０ｅＶ〜５０ｅＶである。
【００１７】次に、ＡｌＣｕのエッチング終了時におけ
るアスペクト比で、側壁に付着するデポジションが十分
に得られるエッチングイオン入射エネルギーをＶ1とす
る。アスペクト比とは図２に示すｄとｓの比、つまりｄ
／ｓのことであり、ｓは一定であるがｄが変化する。ｄ
はＡｌＣｕエッチング深さｄ１とレジストの残膜量ｄ２
を加算したものである。
るアスペクト比で、側壁に付着するデポジションが十分
に得られるエッチングイオン入射エネルギーをＶ1とす
る。アスペクト比とは図２に示すｄとｓの比、つまりｄ
／ｓのことであり、ｓは一定であるがｄが変化する。ｄ
はＡｌＣｕエッチング深さｄ１とレジストの残膜量ｄ２
を加算したものである。
【００１８】なお、エッチングイオン入射エネルギーと
はイオンがプラズマ化したときの熱エネルギーのことで
はなく、引き込み用電源７によって生じるプラズマシー
スの絶対電位Ｖｄｃで加速される静電エネルギーであ
り、イオンがウエハ１０に到達する際には運動エネルギ
ーに変換され、その速度はウエハ１０に垂直に入射する
速度に比例する。また、Ａｌのエッチング速度は図４に
示すように、そのイオンエネルギーに殆ど依存しない領
域があるのが特徴的である。つまり、下記反応式１の反
応はイオンアシストを必要としない。
はイオンがプラズマ化したときの熱エネルギーのことで
はなく、引き込み用電源７によって生じるプラズマシー
スの絶対電位Ｖｄｃで加速される静電エネルギーであ
り、イオンがウエハ１０に到達する際には運動エネルギ
ーに変換され、その速度はウエハ１０に垂直に入射する
速度に比例する。また、Ａｌのエッチング速度は図４に
示すように、そのイオンエネルギーに殆ど依存しない領
域があるのが特徴的である。つまり、下記反応式１の反
応はイオンアシストを必要としない。
【００１９】
【化１】Ａｌ＋Ｃｌ→ＡｌＣｌ↑ 一方、フォトレジストなどの有機膜のエッチング速度は
図７に示すようにイオン入射エネルギーに依存し、その
反応にはイオンアシストがある程度必要である。
図７に示すようにイオン入射エネルギーに依存し、その
反応にはイオンアシストがある程度必要である。
【００２０】ラジカルの数Ｎradは下記数式１に示すよ
うにエッチング入射するイオンの数Ｎionが増えるほ
ど、入射イオンエネルギーＶが大きいほどイオンに衝突
を受ける回数、衝突後の速度が高まり、増加する。
うにエッチング入射するイオンの数Ｎionが増えるほ
ど、入射イオンエネルギーＶが大きいほどイオンに衝突
を受ける回数、衝突後の速度が高まり、増加する。
【００２１】
【数１】デポジション量（側壁デポジションの厚さａ）
∝ラジカル量Ｎrad＝ｆ（Ｎion，Ｖ） シースとウエハ１０の間の距離Ｄはｄよりも十分大きい
ので、到達イオンのエネルギーＶはｄに依存せず、デポ
ジション側壁膜の厚さａは到達イオンの数Ｎio nのみに
依存し、Ｎionが減少するに従って薄くなる。ｆ
（Ｎion，Ｖ）はＮionとＶの増加関数である。本実施例
においては、電源７に印加するパワーＰを連続的に増加
させることにより、このＶをｄの増加に従って連続的に
増加させる。これにより、狭い所に入るＮionを増加さ
せてＮradが増加し、デポジション厚さａをｄに依存さ
せなくする。
∝ラジカル量Ｎrad＝ｆ（Ｎion，Ｖ） シースとウエハ１０の間の距離Ｄはｄよりも十分大きい
ので、到達イオンのエネルギーＶはｄに依存せず、デポ
ジション側壁膜の厚さａは到達イオンの数Ｎio nのみに
依存し、Ｎionが減少するに従って薄くなる。ｆ
（Ｎion，Ｖ）はＮionとＶの増加関数である。本実施例
においては、電源７に印加するパワーＰを連続的に増加
させることにより、このＶをｄの増加に従って連続的に
増加させる。これにより、狭い所に入るＮionを増加さ
せてＮradが増加し、デポジション厚さａをｄに依存さ
せなくする。
【００２２】バイアスパワーＰの増加率Ｒは以下のよう
な方法により導出する。即ち、バイアスパワーＰと時間
ｔは下記数式２に示すような一次関数の関係を有する。
な方法により導出する。即ち、バイアスパワーＰと時間
ｔは下記数式２に示すような一次関数の関係を有する。
【００２３】
【数２】Ｐ＝Ｒｔ＋Ｐ0 Ａｌのエッチング速度は図４に示すように、そのイオン
エネルギーにほとんど依存しない領域があるので、エッ
チング終了時間ｔendはバイアスパワーＰを一定にした
場合も連続的に上昇させた場合もほぼ同じであり、バイ
アスパワーＰの増加率Ｒは以下の実験により導出でき
る。即ち、バイアスパワーＰを一定にして実際にエッチ
ングを行い、従来のエッチング終点検出法にてｔendを
測定する。Ｐの値は装置によって異なるが、Ｖ0を与え
るバイアスパワーＰ0以上ありさえすればよい。そし
て、Ｖ1を与えるバイアスパワーＰ1を求める。Ｐ1とｔ
endの間には下記数式３の関係があるので、下記数式４
の関係が得られ、実験で求められているＰ1とＰ0を代入
すればバイアスパワーの増加率Ｒを計算することができ
る。
エネルギーにほとんど依存しない領域があるので、エッ
チング終了時間ｔendはバイアスパワーＰを一定にした
場合も連続的に上昇させた場合もほぼ同じであり、バイ
アスパワーＰの増加率Ｒは以下の実験により導出でき
る。即ち、バイアスパワーＰを一定にして実際にエッチ
ングを行い、従来のエッチング終点検出法にてｔendを
測定する。Ｐの値は装置によって異なるが、Ｖ0を与え
るバイアスパワーＰ0以上ありさえすればよい。そし
て、Ｖ1を与えるバイアスパワーＰ1を求める。Ｐ1とｔ
endの間には下記数式３の関係があるので、下記数式４
の関係が得られ、実験で求められているＰ1とＰ0を代入
すればバイアスパワーの増加率Ｒを計算することができ
る。
【００２４】
【数３】Ｐ1＝Ｒｔend＋Ｐ0
【００２５】
【数４】Ｒ＝（Ｐ1−Ｐ0）／ｔend このようにして求めた条件を使用して、時間ｔに対して
バイアスパワーを図４のように連続的に上昇させること
により、側壁保護のデポジション膜厚ａを均一化し、サ
イドエッチングのないエッチングを行うことが可能にな
る。レジストは狭いパターン内ではなく最上層に位置す
るので、図５のようなエッチングイオン数の減少は考慮
しなくて良く、図６に示すフォトレジストのエッチング
速度及び図４から本実施例のフォトレジストのエッチン
グ量の時間変化を示すグラフ図７が求まる。斜線部が本
実施例の全エッチング量である。図８は本実施例との比
較のために従来の方法によりフォトレジストのエッチン
グ量の時間変化を示したグラフ図であるが、フォトレジ
ストのエッチング量は本実施例の場合よりも従来の方法
の方が多くなる。従って、本実施例は従来の方法よりも
レジスト残膜のマージンが大きく、微細なパターンによ
り、厚いＡｌＣｕ膜のエッチングが可能であると言え
る。
バイアスパワーを図４のように連続的に上昇させること
により、側壁保護のデポジション膜厚ａを均一化し、サ
イドエッチングのないエッチングを行うことが可能にな
る。レジストは狭いパターン内ではなく最上層に位置す
るので、図５のようなエッチングイオン数の減少は考慮
しなくて良く、図６に示すフォトレジストのエッチング
速度及び図４から本実施例のフォトレジストのエッチン
グ量の時間変化を示すグラフ図７が求まる。斜線部が本
実施例の全エッチング量である。図８は本実施例との比
較のために従来の方法によりフォトレジストのエッチン
グ量の時間変化を示したグラフ図であるが、フォトレジ
ストのエッチング量は本実施例の場合よりも従来の方法
の方が多くなる。従って、本実施例は従来の方法よりも
レジスト残膜のマージンが大きく、微細なパターンによ
り、厚いＡｌＣｕ膜のエッチングが可能であると言え
る。
【００２６】図９は本発明の第２の実施例に係る高周波
電源７のエッチング時間ｔと周波数ωとの関係を示すグ
ラフ図である。
電源７のエッチング時間ｔと周波数ωとの関係を示すグ
ラフ図である。
【００２７】第２の実施例は高周波電源７のバイアスパ
ワーＶは一定にしたまま、周波数を変えることによりイ
オンエネルギーを連続的に上昇させて金属膜のエッチン
グを行う。イオンの引き込みは、イオンと電子の易動度
の違いで制御されるから、軽い電子は高周波（数ＭＨｚ
〜数１００ＭＨｚ）のバイアス変化に追従するので、チ
ャンバ壁又は電極に流れるが、重いイオンは１０ＭＨｚ
以上では追従できなくなり、プラズマとウエハ１０表面
上に電位差が生じる。従って、電気的にマイナスなウエ
ハ１０表面に向かってプラスのイオンが引き込まれる。
この原理から、イオンの追従しやすい１〜２ＭＨｚでは
イオンエネルギーが大きく、高周波にしていくとイオン
エネルギーが小さくなるので、図９のように周波数をエ
ッチング時間ｔに対して連続的に変化させれば、イオン
エネルギーを連続的に上昇させてドライエッチングを行
うことができ、従来の方法よりもレジスト残膜のマージ
ンが大きく、微細なパターンによる厚いＡｌＣｕ膜のエ
ッチングが可能となる。
ワーＶは一定にしたまま、周波数を変えることによりイ
オンエネルギーを連続的に上昇させて金属膜のエッチン
グを行う。イオンの引き込みは、イオンと電子の易動度
の違いで制御されるから、軽い電子は高周波（数ＭＨｚ
〜数１００ＭＨｚ）のバイアス変化に追従するので、チ
ャンバ壁又は電極に流れるが、重いイオンは１０ＭＨｚ
以上では追従できなくなり、プラズマとウエハ１０表面
上に電位差が生じる。従って、電気的にマイナスなウエ
ハ１０表面に向かってプラスのイオンが引き込まれる。
この原理から、イオンの追従しやすい１〜２ＭＨｚでは
イオンエネルギーが大きく、高周波にしていくとイオン
エネルギーが小さくなるので、図９のように周波数をエ
ッチング時間ｔに対して連続的に変化させれば、イオン
エネルギーを連続的に上昇させてドライエッチングを行
うことができ、従来の方法よりもレジスト残膜のマージ
ンが大きく、微細なパターンによる厚いＡｌＣｕ膜のエ
ッチングが可能となる。
【００２８】図１０は本発明の第３の実施例に係る高周
波電源７のエッチング時間ｔとバイアスパワーＰとの関
係を示すグラフ図である。図１１は本発明の第３の実施
例に係るエッチング時間ｔによる酸化膜のエッチング量
の変化を示すグラフ図である。図１２は本発明の第３の
実施例に係るエッチング時間ｔによるエッチングレート
の変化を示すグラフ図である。図１３は本発明のエッチ
ング方法におけるエッチング深さｄと側壁に付着するデ
ポジションの厚さａとの関係を示す図である。
波電源７のエッチング時間ｔとバイアスパワーＰとの関
係を示すグラフ図である。図１１は本発明の第３の実施
例に係るエッチング時間ｔによる酸化膜のエッチング量
の変化を示すグラフ図である。図１２は本発明の第３の
実施例に係るエッチング時間ｔによるエッチングレート
の変化を示すグラフ図である。図１３は本発明のエッチ
ング方法におけるエッチング深さｄと側壁に付着するデ
ポジションの厚さａとの関係を示す図である。
【００２９】第３の実施例はエッチング面へのエッチン
グイオンの到達数Ｎionが、よりエッチング深さによっ
て変化しないように図１０に示すグラフ図のようにバイ
アスパワーＰをエッチング時間ｔに対して曲線状に連続
的に上昇させるものである。
グイオンの到達数Ｎionが、よりエッチング深さによっ
て変化しないように図１０に示すグラフ図のようにバイ
アスパワーＰをエッチング時間ｔに対して曲線状に連続
的に上昇させるものである。
【００３０】図１０に示したエッチング時間ｔとバイア
スパワーＰの関係は以下のようにして求める。まず、エ
ッチング面へのイオンの到達数とエッチング深さｄの関
係を得るために、金属膜１を熱酸化膜に置き換えたサン
プルを用意する。Ａｌエッチングと同条件のバイアスＶ
でそのサンプルをエッチングし、エッチング量の時間変
化を測定し、図１２を得る。図１１よりエッチングレー
トを求め、エッチングレートの時間変化を示す図１２を
求める。エッチング量はエッチング面に到達するエッチ
ングイオンの数に比例するから、下記数式５を利用して
図１２からエッチング面へのイオンの到達数とエッチン
グ深さｄの関係を示す図５を得る。
スパワーＰの関係は以下のようにして求める。まず、エ
ッチング面へのイオンの到達数とエッチング深さｄの関
係を得るために、金属膜１を熱酸化膜に置き換えたサン
プルを用意する。Ａｌエッチングと同条件のバイアスＶ
でそのサンプルをエッチングし、エッチング量の時間変
化を測定し、図１２を得る。図１１よりエッチングレー
トを求め、エッチングレートの時間変化を示す図１２を
求める。エッチング量はエッチング面に到達するエッチ
ングイオンの数に比例するから、下記数式５を利用して
図１２からエッチング面へのイオンの到達数とエッチン
グ深さｄの関係を示す図５を得る。
【００３１】
【数５】 ｄ＝（エッチングレート）×（エッチング時間ｔ） バイアスパワーＶ0及びＶ1は従来のエッチング方法と同
じであるので、図５のイオンの到達数にバイアスパワー
を反比例させることによりＶ0からＶ1へのバイアスパワ
ーの時間変化の過程を、図１０に示す下に凸な増加関数
として導く。
じであるので、図５のイオンの到達数にバイアスパワー
を反比例させることによりＶ0からＶ1へのバイアスパワ
ーの時間変化の過程を、図１０に示す下に凸な増加関数
として導く。
【００３２】図１０のようにバイアスパワーをエッチン
グ時間ｔ対して上昇させてドライエッチングすることに
より、図１３に示すようにＮionがエッチング深さによ
らず一定になり、側壁デポジション厚さａがより均一に
なり、サイドエッチングのない形状が得られ、更にレジ
ストの残膜量が大きくなる。
グ時間ｔ対して上昇させてドライエッチングすることに
より、図１３に示すようにＮionがエッチング深さによ
らず一定になり、側壁デポジション厚さａがより均一に
なり、サイドエッチングのない形状が得られ、更にレジ
ストの残膜量が大きくなる。
【００３３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
エッチング時間ｔに対して高周波電源のバイアスパワー
又は周波数を連続的に上昇させることにより、エッチン
グイオンの数がエッチング深さによらず一定になり、側
壁保護のデポジション膜厚を均一化し、サイドエッチン
グのないエッチングを行うことが可能になり、さらにフ
ォトレジストの残膜量が大きな半導体装置を製造するこ
とができる。
エッチング時間ｔに対して高周波電源のバイアスパワー
又は周波数を連続的に上昇させることにより、エッチン
グイオンの数がエッチング深さによらず一定になり、側
壁保護のデポジション膜厚を均一化し、サイドエッチン
グのないエッチングを行うことが可能になり、さらにフ
ォトレジストの残膜量が大きな半導体装置を製造するこ
とができる。
【図１】本発明の第１の実施例に係る被エッチングサン
プルの断面図である。
プルの断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るエッチング進行面
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図３】イオンエネルギーとＡｌＣｕのエッチングレー
トの一般的な関係を説明するグラフ図である。
トの一般的な関係を説明するグラフ図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るエッチング時間と
バイアスパワーの変化の関係を示したグラフ図である。
バイアスパワーの変化の関係を示したグラフ図である。
【図５】従来のエッチング方法におけるエッチング深さ
ｄによる到達エッチングイオン数の変化を示すグラフ図
である。
ｄによる到達エッチングイオン数の変化を示すグラフ図
である。
【図６】イオンエネルギーとフォトレジストのエッチン
グレートの一般的な関係を説明するグラフ図である。
グレートの一般的な関係を説明するグラフ図である。
【図７】本発明のエッチング方法におけるエッチング開
始時から時間ｔ経過後までのエッチング量を示すグラフ
図である。
始時から時間ｔ経過後までのエッチング量を示すグラフ
図である。
【図８】従来のエッチング方法におけるエッチング開始
時から時間ｔ経過後までのエッチング量を示すグラフ図
である。
時から時間ｔ経過後までのエッチング量を示すグラフ図
である。
【図９】本発明の第２の実施例に係るエッチング時間ｔ
と高周波電源７の周波数ωとの関係を示すグラフ図であ
る。
と高周波電源７の周波数ωとの関係を示すグラフ図であ
る。
【図１０】本発明の第３の実施例に係るエッチング時間
ｔと高周波電源７のバイアスパワーＰとの関係を示すグ
ラフ図である。
ｔと高周波電源７のバイアスパワーＰとの関係を示すグ
ラフ図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係るエッチング時間
ｔによる酸化膜のエッチング量の変化を示すグラフ図で
ある。
ｔによる酸化膜のエッチング量の変化を示すグラフ図で
ある。
【図１２】本発明の第３の実施例に係るエッチング時間
ｔと酸化膜のエッチングエッチングレートの関係を示す
グラフ図である。
ｔと酸化膜のエッチングエッチングレートの関係を示す
グラフ図である。
【図１３】本発明のエッチング方法におけるエッチング
深さｄと側壁に付着するデポジションの厚さａの関係を
示す図である。
深さｄと側壁に付着するデポジションの厚さａの関係を
示す図である。
【図１４】リモートプラズマ方式のエッチング装置の概
略図である。
略図である。
【図１５】従来のエッチング方法におけるエッチング深
さｄと側壁に付着するデポジションの厚さａとの関係を
示す断面図である。
さｄと側壁に付着するデポジションの厚さａとの関係を
示す断面図である。
【図１６】従来のエッチング方法におけるエッチング時
間とバイアスパワーとの関係を示したグラフ図である。
間とバイアスパワーとの関係を示したグラフ図である。
【図１７】従来のエッチング方法におけるエッチング深
さｄと到達エッチングイオン数の関係を示すグラフ図で
ある。
さｄと到達エッチングイオン数の関係を示すグラフ図で
ある。
【図１８】従来のエッチング方法におけるエッチング深
さｄと側壁に付着するデポジションの厚さａとの関係を
示すグラフ図である。
さｄと側壁に付着するデポジションの厚さａとの関係を
示すグラフ図である。
１；半導体基盤 ２；絶縁膜 ３；金属膜 ４；レジスト ５；デポジション ６；処理室 ７；プラズマ生成用高周波電源 ８；イオン引き込み用高周波電源 ９；ブロッキングコンデンサ １０；被エッチングウエハ １１；電極支持台 １２；エッチングガス導入口 １３；排気口
Claims (6)
- 【請求項１】 プラズマ生成とイオン引き込みが独立に
制御可能なエッチング装置によりウエハをドライエッチ
ングする方法において、イオンを引き込むイオン引き込
み用高周波電源の周波数を一定にし、その電圧を経時的
に上昇させることにより、イオンエネルギーを連続的に
上昇させつつウエハをエッチングすることを特徴とする
ドライエッチング方法。 - 【請求項２】 前記イオン引き込み用高周波電源の電圧
は、エッチング開始時の電圧、エッチング終了時の電圧
及び総エッチング時間から求めた一次関数を使用して、
時間の関数として制御し、経時的に直線的に上昇させる
ことを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方
法。 - 【請求項３】 前記イオン引き込み用高周波電源の電圧
は、エッチング面へのエッチングイオンの到達数の経時
変化から求めた下に凸な増加関数を使用して、時間の関
数として制御し、経時的に曲線的に上昇させることを特
徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。 - 【請求項４】 プラズマ生成とイオン引き込みが独立に
制御可能なエッチング装置によりウエハをドライエッチ
ングする方法において、イオンを引き込むイオン引き込
み用高周波電源の電圧を一定にし、その周波数を経時的
に上昇させることにより、イオンエネルギーを連続的に
上昇させつつウエハをエッチングすることを特徴とする
ドライエッチング方法。 - 【請求項５】 前記イオン引き込み用高周波電源の周波
数は、エッチング開始時の周波数、エッチング終了時の
周波数及び総エッチング時間から求めた一次関数を使用
して、時間の関数として制御し、経時的に直線的に上昇
させることを特徴とする請求項４に記載のドライエッチ
ング方法。 - 【請求項６】 前記イオン引き込み用高周波電源の周波
数は、エッチング面へのエッチングイオンの到達数の経
時変化から求めた下に凸な増加関数を使用して、時間の
関数として制御し、経時的に曲線的に上昇させることを
特徴とする請求項４に記載のドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10130871A JP2917993B1 (ja) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10130871A JP2917993B1 (ja) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2917993B1 true JP2917993B1 (ja) | 1999-07-12 |
| JPH11329793A JPH11329793A (ja) | 1999-11-30 |
Family
ID=15044655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10130871A Expired - Fee Related JP2917993B1 (ja) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2917993B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10276788B2 (en) | 2016-09-05 | 2019-04-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Ion beam apparatuses and methods for forming patterns using the same, and methods for manufacturing magnetic memory devices using the same |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4023076B2 (ja) * | 2000-07-27 | 2007-12-19 | 富士通株式会社 | 表裏導通基板及びその製造方法 |
| JP4407702B2 (ja) * | 2007-02-09 | 2010-02-03 | 富士通株式会社 | 表裏導通基板の製造方法および表裏導電基板 |
-
1998
- 1998-05-13 JP JP10130871A patent/JP2917993B1/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10276788B2 (en) | 2016-09-05 | 2019-04-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Ion beam apparatuses and methods for forming patterns using the same, and methods for manufacturing magnetic memory devices using the same |
| US10608173B2 (en) | 2016-09-05 | 2020-03-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Ion beam apparatus with continuously changing parameter control |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11329793A (ja) | 1999-11-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |