JP2957403B2 - プラズマエッチング方法とその装置 - Google Patents
プラズマエッチング方法とその装置Info
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- JP2957403B2 JP2957403B2 JP5334488A JP33448893A JP2957403B2 JP 2957403 B2 JP2957403 B2 JP 2957403B2 JP 5334488 A JP5334488 A JP 5334488A JP 33448893 A JP33448893 A JP 33448893A JP 2957403 B2 JP2957403 B2 JP 2957403B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エッチング方法に関
し、特に高周波電界を用いて生成したプラズマを用いて
基板表面のエッチングを行うプラズマエッチング装置に
関するものである。
し、特に高周波電界を用いて生成したプラズマを用いて
基板表面のエッチングを行うプラズマエッチング装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のプラズマエッチング装置
として、２つの例が知られている。第一の例は、図１０
に示すような特開昭５６−１５５３５号公報記載のエッ
チング装置である。この装置はマイクロ波６０８による
電子サイクロトロン共鳴放電中にエッチング試料６１４
をセットしてエッチング処理を行うものである。一方、
第２の例は、図１１に示すような特開昭６０−１３４４
２３号公報記載の装置である。このエッチング装置は、
プラズマ生成室７０１内に反応性ガスを導入し、マイク
ロ波と磁場を作用させてプラズマ生成室内に反応性ガス
プラズマを導入し、マイクロ波と磁場を作用させてプラ
ズマ生成室内に反応性ガスプラズマを生成させ、磁気コ
イルによる発散磁界を利用して基板７１４を設置した反
応室７０２に導入するものである。
として、２つの例が知られている。第一の例は、図１０
に示すような特開昭５６−１５５３５号公報記載のエッ
チング装置である。この装置はマイクロ波６０８による
電子サイクロトロン共鳴放電中にエッチング試料６１４
をセットしてエッチング処理を行うものである。一方、
第２の例は、図１１に示すような特開昭６０−１３４４
２３号公報記載の装置である。このエッチング装置は、
プラズマ生成室７０１内に反応性ガスを導入し、マイク
ロ波と磁場を作用させてプラズマ生成室内に反応性ガス
プラズマを導入し、マイクロ波と磁場を作用させてプラ
ズマ生成室内に反応性ガスプラズマを生成させ、磁気コ
イルによる発散磁界を利用して基板７１４を設置した反
応室７０２に導入するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の技術においては、基板上に到達するイオンエネルギー
の制御は可能ではあるが、プラズマ中の化学反応の制御
範囲が狭く基板表面でのエッチング反応の制御範囲が狭
いという問題点があった。また、磁場が存在するのでプ
ラズマ中で生成するドリフト波等の磁気流体的プラズマ
不安定性が必ず発生するため、イオン温度が高くなりイ
オン運動方向が揃っていないという問題がある。さら
に、基板上に蓄積する電荷によりゲート酸化膜が劣化し
たりエッチング特性が劣化するという問題点があった。
の技術においては、基板上に到達するイオンエネルギー
の制御は可能ではあるが、プラズマ中の化学反応の制御
範囲が狭く基板表面でのエッチング反応の制御範囲が狭
いという問題点があった。また、磁場が存在するのでプ
ラズマ中で生成するドリフト波等の磁気流体的プラズマ
不安定性が必ず発生するため、イオン温度が高くなりイ
オン運動方向が揃っていないという問題がある。さら
に、基板上に蓄積する電荷によりゲート酸化膜が劣化し
たりエッチング特性が劣化するという問題点があった。
【０００４】本発明は、このような従来の問題点を解決
するためになされたもので、プラズマ中解離反応、プラ
ズマ不安定性生成、基板への電荷蓄積の時間依存性を利
用してそれらを制御し、高精度なエッチングを実現する
ＥＣＲプラズマエッチング装置を提供することを目的と
する。
するためになされたもので、プラズマ中解離反応、プラ
ズマ不安定性生成、基板への電荷蓄積の時間依存性を利
用してそれらを制御し、高精度なエッチングを実現する
ＥＣＲプラズマエッチング装置を提供することを目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、プラズマ基
板に照射して基板のエッチングを行うプラズマエッチン
グするとき、導入高周波電界を１０ｋＨｚ以上でパルス
変調する。
板に照射して基板のエッチングを行うプラズマエッチン
グするとき、導入高周波電界を１０ｋＨｚ以上でパルス
変調する。
【０００６】また、本発明においては、高周波電界のパ
ルス変調時におけるパルスインターバルは１０μ秒以下
を最適とする。ここで、パルス幅及びパルスインターバ
ルとは、それぞれ図２に示すＸ（マイクロ波導入時間）
とＹ（マイクロ波停止時間）である。
ルス変調時におけるパルスインターバルは１０μ秒以下
を最適とする。ここで、パルス幅及びパルスインターバ
ルとは、それぞれ図２に示すＸ（マイクロ波導入時間）
とＹ（マイクロ波停止時間）である。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の装置例である。本装置は、電
子サイクロトロン共鳴によってプラズマを生成するプラ
ズマ生成室１と基板搬送室とが互いに隣接するように構
成されている。このプラズマ生成室にはプラズマを生成
するためのガスを導入するガス系が接続されるととも
に、石英ガラス、セラミックス等の誘電体からなるマイ
クロ波導入窓４が設けられている。そして、この導入窓
４を介してマイクロ波電源から導波管５を通して送られ
てきたマイクロ波８がプラズマ生成室１に導入されるよ
うになっている。この時、マイクロ波電源としてはリッ
プルの少ないクライストロン増幅管を用いる。図３はパ
ルス変調回路図であり、同図の様に、クライストロンの
エキサイター部分にパルス回路１５を挿入し、ファンク
ションジェネレータ１６を用いる事で、パルス周波数や
パルス幅を変化させる事が出来る。
子サイクロトロン共鳴によってプラズマを生成するプラ
ズマ生成室１と基板搬送室とが互いに隣接するように構
成されている。このプラズマ生成室にはプラズマを生成
するためのガスを導入するガス系が接続されるととも
に、石英ガラス、セラミックス等の誘電体からなるマイ
クロ波導入窓４が設けられている。そして、この導入窓
４を介してマイクロ波電源から導波管５を通して送られ
てきたマイクロ波８がプラズマ生成室１に導入されるよ
うになっている。この時、マイクロ波電源としてはリッ
プルの少ないクライストロン増幅管を用いる。図３はパ
ルス変調回路図であり、同図の様に、クライストロンの
エキサイター部分にパルス回路１５を挿入し、ファンク
ションジェネレータ１６を用いる事で、パルス周波数や
パルス幅を変化させる事が出来る。
【０００８】図４に、Ｎ2 プラズマに対してパルス幅
（マイクロ波導入時間）とパルスインターバル（マイク
ロ波停止時間）を変化させた場合のプラズマ密度の変化
を示す。生成プラズマの密度はパルスインターバル時間
に依存し、１０μ秒程度のパルスインターバル時間では
連続放電とほぼ変わらないプラズマ密度が得られる。こ
のため、実用的なエッチング速度を確保するためには１
０μ秒以下のパルスインターバル時間が最適である。
（マイクロ波導入時間）とパルスインターバル（マイク
ロ波停止時間）を変化させた場合のプラズマ密度の変化
を示す。生成プラズマの密度はパルスインターバル時間
に依存し、１０μ秒程度のパルスインターバル時間では
連続放電とほぼ変わらないプラズマ密度が得られる。こ
のため、実用的なエッチング速度を確保するためには１
０μ秒以下のパルスインターバル時間が最適である。
【０００９】図５に、パルス幅を変化させた場合のＣＨ
Ｆ3 プラズマ中のＣＦ2 及びＦラジカル密度の変化を示
す。パルス幅を１０μ秒程度まで短くすることによりプ
ラズマ中のＣＦ2 ラジカル密度が上昇することがわか
る。これはＣＨＦ3 プラズマ中での解離反応がμ秒オー
ダーで進行していることによるもので、μ秒オーダーの
パルス変調により初めてプラズマ中ラジカル生成割合の
制御をした。ＣＨＦ3 ガスプラズマはシリコン酸化膜エ
ッチングに用いられ、ＣＦ2 ラジカルは下地シリコン上
に堆積するポリマー膜の前駆体であるため、ＣＦ2 ラジ
カル密度の制御は酸化膜エッチングの下地シリコンに対
する選択性を制御するために重要である。図６にパルス
幅と酸化膜のエッチング速度及び下地シリコンに対する
選択性について示す。パルス幅が小さくなるにつれてＣ
Ｆ2 ラジカルが増えるためエッチング選択性が大幅に改
善されることが分かる。
Ｆ3 プラズマ中のＣＦ2 及びＦラジカル密度の変化を示
す。パルス幅を１０μ秒程度まで短くすることによりプ
ラズマ中のＣＦ2 ラジカル密度が上昇することがわか
る。これはＣＨＦ3 プラズマ中での解離反応がμ秒オー
ダーで進行していることによるもので、μ秒オーダーの
パルス変調により初めてプラズマ中ラジカル生成割合の
制御をした。ＣＨＦ3 ガスプラズマはシリコン酸化膜エ
ッチングに用いられ、ＣＦ2 ラジカルは下地シリコン上
に堆積するポリマー膜の前駆体であるため、ＣＦ2 ラジ
カル密度の制御は酸化膜エッチングの下地シリコンに対
する選択性を制御するために重要である。図６にパルス
幅と酸化膜のエッチング速度及び下地シリコンに対する
選択性について示す。パルス幅が小さくなるにつれてＣ
Ｆ2 ラジカルが増えるためエッチング選択性が大幅に改
善されることが分かる。
【００１０】図８に、パルス幅を変化させた場合のＣＨ
Ｆ3 プラズマ、Ｎ2 プラズマ中のイオンエネルギー分布
の半値幅を示す。パルス幅を短くするにつれて半値幅が
小さくなることが分かる。これは、パルス変調プラズマ
中ではイオン温度が連続放電に比べ低くなっていること
を示している。特に、パルスインターバル時間が１０μ
秒固定の時、パルス幅９０μ秒以下でイオン温度が低下
していることが分かる。これは、酸化プラズマ中に生成
するドリフト波の周波数が約１０ｋＨｚであり、それ以
上の周波数でパルス変調することでドリフト波が抑制さ
れることによる。ドリフト波が生成するとプラズマが振
動するためイオン温度が上昇して、基板に入射するイオ
ン運動方向が劣化する。図７に連続放電と１０μ秒／１
０μ秒のパルス変調放電での酸化膜エッチング時におけ
るマイクロローディング効果について示す。５０ｋＨｚ
のパルス変調プラズマを用いる事で、高アスペクト比の
コンタクトホールエッチング時におけるマイクロローデ
ィングを抑制できることが分かる。
Ｆ3 プラズマ、Ｎ2 プラズマ中のイオンエネルギー分布
の半値幅を示す。パルス幅を短くするにつれて半値幅が
小さくなることが分かる。これは、パルス変調プラズマ
中ではイオン温度が連続放電に比べ低くなっていること
を示している。特に、パルスインターバル時間が１０μ
秒固定の時、パルス幅９０μ秒以下でイオン温度が低下
していることが分かる。これは、酸化プラズマ中に生成
するドリフト波の周波数が約１０ｋＨｚであり、それ以
上の周波数でパルス変調することでドリフト波が抑制さ
れることによる。ドリフト波が生成するとプラズマが振
動するためイオン温度が上昇して、基板に入射するイオ
ン運動方向が劣化する。図７に連続放電と１０μ秒／１
０μ秒のパルス変調放電での酸化膜エッチング時におけ
るマイクロローディング効果について示す。５０ｋＨｚ
のパルス変調プラズマを用いる事で、高アスペクト比の
コンタクトホールエッチング時におけるマイクロローデ
ィングを抑制できることが分かる。
【００１１】図９にゲート電極材料エッチング時におけ
るパルス幅とポリシリコン及び下地ゲート酸化膜のエッ
チング速度を示す。パルス幅を短くするにつれてゲート
酸化膜のエッチング速度が低下しポリシリコンエッチン
グの酸化膜に対する選択性が連続放電に比べ大幅に増加
することが分かる。これは、シリコンと酸化膜の塩素と
の反応性の違いにより説明でき、イオンによる衝撃によ
り塩素と反応する酸化膜はイオン衝撃時間が短く成るに
つれてエッチング速度が低下するためと考えられる。
るパルス幅とポリシリコン及び下地ゲート酸化膜のエッ
チング速度を示す。パルス幅を短くするにつれてゲート
酸化膜のエッチング速度が低下しポリシリコンエッチン
グの酸化膜に対する選択性が連続放電に比べ大幅に増加
することが分かる。これは、シリコンと酸化膜の塩素と
の反応性の違いにより説明でき、イオンによる衝撃によ
り塩素と反応する酸化膜はイオン衝撃時間が短く成るに
つれてエッチング速度が低下するためと考えられる。
【００１２】また、さらに、基板への電荷蓄積時間はミ
リ秒オーダーであることから、μ秒オーダーのパルス変
調プラズマにより、基板への電荷蓄積が抑制され電荷蓄
積によるデバイスへのダメージやゲート電極エッチング
時におけるノッチング等の抑制も実現できる。
リ秒オーダーであることから、μ秒オーダーのパルス変
調プラズマにより、基板への電荷蓄積が抑制され電荷蓄
積によるデバイスへのダメージやゲート電極エッチング
時におけるノッチング等の抑制も実現できる。
【００１３】以上、μ秒オーダーのパルス変調プラズマ
を用いる事で、従来プラズマエッチングで問題になって
いた特性を大幅に改善できる。
を用いる事で、従来プラズマエッチングで問題になって
いた特性を大幅に改善できる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１０ｋＨｚ以上のパルス変調によるマイクロ波導入によ
りＥＣＲプラズマ中のラジカル生成割合、イオン温度、
電荷蓄積を制御でき、高精度なエッチングが可能であ
る。
１０ｋＨｚ以上のパルス変調によるマイクロ波導入によ
りＥＣＲプラズマ中のラジカル生成割合、イオン温度、
電荷蓄積を制御でき、高精度なエッチングが可能であ
る。
【図１】本発明のＥＣＲプラズマエッチング装置の構成
図である。
図である。
【図２】パルス幅及びパルスインターバルの説明図であ
る。
る。
【図３】パルス変調回路図である。
【図４】パルス幅、パルスインターバルとプラズマ密度
を示す図である。
を示す図である。
【図５】パルス幅によるＣＨＦ3 プラズマ中のＣＦ2 ラ
ジカルとＦ原子の密度比変化を示す図である。
ジカルとＦ原子の密度比変化を示す図である。
【図６】パルス幅によるシリコン酸化膜エッチング特性
を示す図である。
を示す図である。
【図７】連続放電（ＣＷ）及びパルス変調（ＴＭ）プラ
ズマによる酸化膜エッチング時におけるマイクロローデ
ィング効果を示す図である。
ズマによる酸化膜エッチング時におけるマイクロローデ
ィング効果を示す図である。
【図８】パルス幅とＣＨＦ 3 プラズマ中のイオンエネル
ギー分布半値幅を示す図である。
ギー分布半値幅を示す図である。
【図９】パルス幅と塩素プラズマによるポリシリコンエ
ッチング特性を示す図である。
ッチング特性を示す図である。
【図１０】従来例によるマイクロ波プラズマエッチング
装置の一例の図である。
装置の一例の図である。
【図１１】従来例によるマイクロ波プラズマエッチング
装置の一例の図である。
装置の一例の図である。
１ プラズマ生成装置 ３ ソレノイドコイル ４ マイクロ波導入管 ５ 導波管 ９ 電子サイクロトロン共鳴点 １０ 基板ホルダー １４ 基板 １５ パルス回路 １６ ファンクションジェネレータ １７ アラーム回路 １８ コントロール回路 ６０７ ガス導入口 ６０８ マイクロ波 ６１４ エッチング材料 ７０１ プラズマ生成室 ７０２ 反応室 ７０６ マイクロ波電源 ７１２ 排気 ７１３ プラズマ引き出し窓 ７１４ 基板
Claims (7)
- 【請求項１】磁場および高周波電界を用いて励起された
プラズマを基板に照射して基板のエッチングを行うプラ
ズマエッチング方法において、導入するプラズマ生成用
高周波電界が１０ｋＨｚ以上の周波数でパルス変調され
ていることを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 【請求項２】磁場および高周波電界を用いて電子サイク
ロトロン共鳴により励起されたプラズマを基板に照射し
て基板のエッチングを行うプラズマエッチング方法にお
いて、導入するプラズマ生成用高周波電界が１０ｋＨｚ
以上の周波数でパルス変調されていることを特徴とする
プラズマエッチング方法。 - 【請求項３】前記パルス変調の周波数をプラズマ中に生
成するドリフト波の周波数以上とすることを特徴とする
請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング方
法。 - 【請求項４】高周波電界パルス変調時に高周波電界停止
時間を１０μ秒以下とする請求項１から請求項３のいず
れかに記載のプラズマエッチング方法。 - 【請求項５】エッチングガスが導入されるプラズマ生成
室と、プラズマ励起用の高周波を導入する電極（アンテ
ナ，導波管）と、被エッチング基板を保持する基板ホル
ダを備えたＥＣＲプラズマエッチング装置において、導
入する前記プラズマ励起用の高周波電界を１０ｋＨｚ以
上の周波数でパルス変調することが可能であることを特
徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項６】前記パルス変調の周波数をプラズマ中に生
成するドリフト波の周波数以上とすることが可能である
を特徴とする請求項５に記載のプラズマエッチング装
置。 - 【請求項７】パルス変調する高周波電界停止時間を１０
μ秒以下とする請求項５または請求項６に記載のプラズ
マエッチング装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5334488A JP2957403B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-12-28 | プラズマエッチング方法とその装置 |
| US08/219,177 US5468341A (en) | 1993-12-28 | 1994-03-28 | Plasma-etching method and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2164393 | 1993-01-18 | ||
| JP5-21643 | 1993-01-18 | ||
| JP5334488A JP2957403B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-12-28 | プラズマエッチング方法とその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267900A JPH06267900A (ja) | 1994-09-22 |
| JP2957403B2 true JP2957403B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=26358734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5334488A Expired - Lifetime JP2957403B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-12-28 | プラズマエッチング方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2957403B2 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2845163B2 (ja) * | 1994-10-27 | 1999-01-13 | 日本電気株式会社 | プラズマ処理方法及びその装置 |
| JPH09129612A (ja) * | 1995-10-26 | 1997-05-16 | Tokyo Electron Ltd | エッチングガス及びエッチング方法 |
| JP2842344B2 (ja) * | 1995-11-14 | 1999-01-06 | 日本電気株式会社 | 中性粒子ビーム処理装置 |
| JPH10150025A (ja) | 1996-11-20 | 1998-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | プラズマ反応装置 |
| JPH10335314A (ja) * | 1997-06-05 | 1998-12-18 | Mitsubishi Electric Corp | プラズマ処理装置及び基板処理方法 |
| JP3883144B2 (ja) * | 1997-09-30 | 2007-02-21 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP3533105B2 (ja) | 1999-04-07 | 2004-05-31 | Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置の製造方法と製造装置 |
| US7718538B2 (en) * | 2007-02-21 | 2010-05-18 | Applied Materials, Inc. | Pulsed-plasma system with pulsed sample bias for etching semiconductor substrates |
| JP5774428B2 (ja) * | 2011-09-28 | 2015-09-09 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | ドライエッチング方法およびプラズマエッチング装置 |
| TWI620227B (zh) | 2011-07-27 | 2018-04-01 | Hitachi High Tech Corp | Plasma processing device and plasma etching method |
| JP5974142B2 (ja) * | 2015-07-02 | 2016-08-23 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| JP6858095B2 (ja) | 2017-08-18 | 2021-04-14 | 東京エレクトロン株式会社 | マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置 |
| JP6883488B2 (ja) | 2017-08-18 | 2021-06-09 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
| JP2019091526A (ja) | 2017-11-10 | 2019-06-13 | 東京エレクトロン株式会社 | パルスモニタ装置及びプラズマ処理装置 |
| JP6910320B2 (ja) | 2018-05-01 | 2021-07-28 | 東京エレクトロン株式会社 | マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置 |
| US11011351B2 (en) * | 2018-07-13 | 2021-05-18 | Lam Research Corporation | Monoenergetic ion generation for controlled etch |
| JP2020181650A (ja) | 2019-04-23 | 2020-11-05 | 東京エレクトロン株式会社 | 補正関数を決定する方法 |
| JP2020181651A (ja) | 2019-04-23 | 2020-11-05 | 東京エレクトロン株式会社 | 補正関数を決定する方法 |
| JP7437981B2 (ja) | 2020-03-06 | 2024-02-26 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
| CN116110764B (zh) * | 2023-04-11 | 2023-07-07 | 苏州迈微能等离子科技有限公司 | 一种微波等离子体刻蚀设备及刻蚀方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2598274B2 (ja) * | 1987-09-14 | 1997-04-09 | 三菱電機株式会社 | プラズマ応用装置 |
| JPH0766918B2 (ja) * | 1987-11-25 | 1995-07-19 | 富士電機株式会社 | プラズマ処理装置 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5334488A patent/JP2957403B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06267900A (ja) | 1994-09-22 |
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Legal Events
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