JP3093445B2 - プラズマエッチング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば半導体ウエハに対
してエッチング処理をするためのプラズマエッチング方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハの処理工程において、例え
ばキャパシタや素子の分離、あるいはコンタクトホール
の形成などのためにドライエッチングが行われている。
このようなエッチングにおいては、多様な要求がなさ
れ、レジスト膜や下地膜に対する大きな選択比、溝の側
壁のスムースな垂直性（良好な異方性）、大きなエッチ
ング速度、及び残渣が少ないことなどが要求される。

【０００３】そこで従来では、例えばＣＣｌ４などのガ
スを用い、これに例えば電場をかけてプラズマを生成
し、プラズマに含まれるＣｌによって膜を除去していく
一方、Ｃによりレジスト膜の有機成分やケイ素（Ｓｉ）
と共に保護膜を形成して、異方性を確保すると共に、ガ
ス流量や電力値を調整して大きなエッチング速度及び高
選択比の得られる条件を見出だしてエッチングを行なう
ようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、１種類のガスの中で側壁保護作用と膜の除去
作用とを持たせて異方性形状を得るようにしているた
め、例えば側壁保護作用を強くするとポリマーの一部が
予定外のところに残渣として付着するなど双方の作用が
最適に発揮される条件を見出だす事が困難である。

【０００５】しかも各作用の程度は電力値の大きさ即ち
プラズマのエネルギーなどの他の条件によっても変わっ
てくるから、結局大きなエッチング速度、良好な異方性
及び高選択比を同時に満足する最適条件を見出だす事が
非常に困難である。

【０００６】例えば大きなエッチング速度を得るために
はプラズマのエネルギーを大きくすればよいが、このよ
うにするとスパッタ作用が強すぎて下地膜に対する選択
比がとれなくなってオーバエッチングとなるし、また逆
にプラズマのエネルギーを小さくすると選択比が高くな
るが、今度はエッチング速度が小さくなると共に、エッ
チングすべき膜の表面に酸化部分があると、除去作用が
弱まって柱状の残渣として残ることもある。

【０００７】本発明はこのような背景のもとになされた
ものであり、その目的は、高い選択比及び大きなエッチ
ング速度を得ながら良好な異方性エッチングを達成でき
る方法を提供する事にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、互い
に対向する一対の電極間に高周波電圧を印加して処理ガ
スをプラズマ化し、前記一対の電極の一方の電極上に載
置されたポリシリコン露出層を含む被処理体をプラズマ
によりエッチングするプラズマエッチング方法におい
て、前記処理ガスは、ＨＢｒとＨＣｌとを含み、処理ガ
スのプラズマ放電領域に紫外線を照射することを特徴と
する。

【０００９】上記発明において流量比ＨＢｒ／ＨＣｌは
例えば１／３０〜１／３である電極の間隔は、例えば６
〜８ｍｍに設定され、被処理体の表面温度は６０〜１０
０℃に設定される。

【００１０】

【作用】ＨＢｒガスとＨＣｌガスとの混合ガスを電極上
の被処理体に供給し、電極間に高周波電圧を印加して得
られたプラズマによりエッチングを行なうと、Ｂｒが例
えばレジスト膜の有機成分やケイ素（Ｓｉ）などと反応
してポリマーを生成し、これにより側壁保護が行われる
と共に、Ｃｌにより例えばポリシリコン膜の除去が行わ
れると推察される。従って側壁保護作用と膜の除去作用
とが夫々２種類のガスに分担されているので、これらの
流量比をコントロールすることにより、最適なエッチン
グが行われる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例について述べると、図１
はエッチング処理を行うための装置の一例を示す図であ
る。

【００１２】図１に示す真空チャンバ１には、処理ガス
を導入するためのガス導入管１１が連結されており、こ
のガス導入管１１の出口領域には、ガスを均一に導入す
るためのガス導入室１２が形成されている。

【００１３】このガス導入室１２と真空チャンバ１内と
の間には、例えばアルマイトよりなる第１及び第２のガ
ス拡散板１３、１４が設けられており、前段側の第１の
ガス拡散板１３は、図２の（ａ）に示すように例えば口
径３〜５ｃｍ程度の孔１３ａが中央部とその周囲４ケ所
に形成されると共に、後段側の第２のガス拡散板１４
は、図２の（ｂ）に示すように例えば０．５〜１ｍｍ程
度の孔１４ａが放射状に形成されている。前記ガス拡散
板１３、１４や、これらを取り巻く部材は、この例では
上部電極２Ａを構成するものである。

【００１４】前記上部電極２Ａの下方側には、半導体ウ
エハＷの載置部を兼ねた下部電極２Ｂが上部電極２Ａと
対向するように配置されており、上部電極２Ａはコンデ
ンサＣを介して高周波電源ＲＦに接続されると共に、下
部電極２Ｂは接地されている。また前記下部電極２Ｂの
内部には、ウエハＷを冷却し例えばその表面温度を７０
〜１２０℃の範囲に保つための冷却流体の流路（図示せ
ず）が形成されている。

【００１５】更に前記真空チャンバ１の側面には、窓部
３１を介して紫外線ランプ３が配置されており、このラ
ンプ３よりの紫外線をプラズマ放電領域に照射するよう
にしている。このように紫外線のエネルギーを利用すれ
ば、低い電力エネルギーでプラズマを発生することがで
き、ウエハに対する活性種のスパッタダメージを抑える
ことができる。なお、図中１５はガス排気管、１６はガ
ス排気管に接続された真空ポンプ、１７はＡＰＣ（ａｕ
ｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌ
ｅｒ）である。

【００１６】次に上述の装置を用いてエッチングを行っ
た具体的な例について述べる。シリコン基板上に酸化シ
リコン（ＳｉＯ２）膜、ポリシリコン膜が夫々例えば厚
さ２００オングストローム、４０００オングストローム
で、この順に積層され、更にポリシリコン膜の表面に、
例えば厚さ１００００オングストロームのレジスト膜が
形成された直径１５ｃｍのウエハＷを被処理体として例
えば直径１８ｃｍの円形上の下部電極２Ｂ上に載置し、
第１のガスであるＨＢｒガス及び第２のガスであるＨＣ
ｌガスを、夫々例えば３０ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍの
流量でガス導入管１１及びガス拡散板１３、１４を通じ
て真空チャンバ１内に導入すると共に、排気管１５を通
じて真空引きすることにより、ガス圧を例えば６００ｍ
Ｔｏｒｒに設定する。

【００１７】そして電極２Ａ、２Ｂ間に例えば周波数１
３．５６ＭＨｚ、電力値２００Ｗの高周波電力を印加す
ると共に、紫外線ランプ７を照射してプラズマを発生さ
せ、ウエハＷのポリシリコン膜のエッチングを行った。
このときウエハＷの表面温度は約１００℃、上部電極２
Ａ、下部電極２Ｂの温度は夫々４０℃、６０℃であっ
た。なおウエハＷの表面温度はサーモラベルを用いて測
定した。

【００１８】このようなエッチングにおけるエッチング
速度及び選択比については次の通りであった。即ちポリ
シリコンのエッチング速度が３５４９オングストローム
／分であり、酸化シリコンに対する選択比（ポリシリコ
ンのエッチング速度／酸化シリコンのエッチング速
度）、及びレジストに対する選択比（ポリシリコンのエ
ッチング速度／レジストのエッチング速度）は夫々２
０．８及び６．５であった。

【００１９】また上述のエッチングにおいて、電力値が
１５０Ｗ、２５０Ｗ、即ちウエハ単位面積当りの電力値
が０．８５〜１．４１Ｗ／ｃｍ2 の場合について夫々上
述と同様のエッチングを行ったところ、エッチング速
度、選択比の結果は図３に示す通りであった。なお図３
には、上述の結果も合わせて示してあり、○はポリシリ
コンのエッチング速度、△は酸化シリコンに対する選択
比、×はレジストに対する選択比である。

【００２０】そして各条件でエッチングを終了した後ウ
エハ表面をＳＥＭ写真で観察したところ、下地膜をオー
バエッチすることなく、下地膜に対してほぼ垂直にポリ
シリコン膜がカットされており、更にコーナ部に残渣が
ほとんど付着しておらず、直角性の良いカットがなされ
ていた。

【００２１】即ち、この実施例によれば約２４００オン
グストローム／分〜３５００オングストローム／分と大
きなエッチング速度でかつ酸化シリコンに対して約１６
〜３５と高い選択比でポリシリコンをエッチングでき、
オーバエッチすることなくかつ異方性の良いエッチング
を達成できると共に、レジストに対しても高い選択比が
得られることが理解される。

【００２２】次に図１の装置を用いて、ＨＣｌガスの代
わりにＣｌ２ガスを第２のガスとして真空チャンバ１内
に導入すると共に、総流量に対するＨＢｒの流量比を２
５％、５０％、７５％に夫々設定し（Ｃｌ２の流量比は
夫々７５％、５０％、２５％となる）、更に電力値を１
７５Ｗとして上述と同様のウエハＷに対してエッチング
を行ったところ、エッチング速度、選択比の結果は図４
に示す通りであった。なお図４中○はポリシリコンのエ
ッチング速度、△は酸化シリコンに対する選択比、×は
レジストに対する選択比である。

【００２３】この結果からわかるようにＨＢｒガス及び
Ｃｌ２ガスを混合ガスとして用いた場合においても、酸
化シリコンに対して約２５〜５０と高い選択比でかつ２
０００〜３０００オングストローム／分と大きな速度で
ポリシリコンをエッチングでき、レジストに対しても大
きな選択比が得られる。

【００２４】しかしながら各エッチング終了後にウエハ
の表面をＳＥＭ写真で観察したところ、ＨＢｒガスの流
量比が７５％（ＨＢｒ７５％／Ｃｌ２２５％）の条件の
ものは図５に示すように下地膜（酸化シリコン膜）４１
に多数の柱状の残渣４１ａが生成されていた。図５中４
２はポリシリコン膜、４３はレジスト膜である。またＨ
Ｂｒガスの流量比が２５％（ＨＢｒ２５％／Ｃｌ２７５
％）の条件のものについては、前記柱状の残渣は全く見
られなかったが、ＨＢｒガスの流量比が５０％（ＨＢｒ
５０％／Ｃｌ２５０％）の条件のものは僅かに柱状の残
渣がみられた。

【００２５】次にこのような現象を、先述のように高い
選択比が得られることと合わせて考察する。まずＨＢｒ
ガスの流量比を多くすると残渣の量が多くなることか
ら、Ｃｌ（塩素）が主としてポリシリコンを除去してい
く一方、Ｂｒ（臭素）がケイ素やレジスト膜中の有機成
分と共にポリマーを生成し、これがポリシリコン膜の側
壁に付着して保護膜となり、これによって異方性が得ら
れていると考えられる。

【００２６】そしてＨＢｒの流量比がかなり大きくなる
と前記ポリマーの量が過剰になり、この結果ポリマーが
側壁以外に付着堆積して、柱状の残渣となって現れるも
のと推察される。

【００２７】このような残渣はデバイスに対して不純物
となってその特性を損なうものであるから、ＨＢｒガス
とＣｌ２ガスとの混合ガスによりエッチングを行う場合
には、上記の残渣の生成を抑えるために、混合ガス（Ｈ
Ｂｒ＋Ｃｌ２）に対するＨＢｒガスの流量比が５０％以
下であることが望ましい。またＨＢｒガスの流量比が小
さすぎると、側壁保護機能が低下し、側壁がえぐられて
アンダーカットになってしまうため結局ＨＢｒガスの流
量比は５〜５０％の範囲であることが好ましい。

【００２８】以上のようにＢｒによる側壁保護機能とＣ
ｌによる膜の除去機能との相互作用により異方性エッチ
ングを確保するにあたっては、柱状の残渣の生成を抑え
るために、Ｃｌに対するＢｒの量がある限界値を越えな
いようにすることが重要であるが、その限界値について
は、Ｂｒを生成するガスの種類とＣｌを生成するガスの
種類によって左右されると考えられ、予め実験を行なっ
て、柱状の残渣が生成される流量比を把握しておくこと
が必要である。

【００２９】そしてＨＢｒガスとＨＣｌガスとの混合ガ
スにより上述のウエハに対してエッチングを行なったと
ころ、少なくともＨＢｒガスが１０〜５０ｓｃｃｍ、Ｈ
Ｃｌガスが１５０〜３００ｓｃｃｍの範囲においては、
柱状の残渣が生成されることなく、コーナーの直角性の
良い良好なエッチングを行なうことができた。

【００３０】ここで除去機能を果たすハロゲンとして
は、Ｃｌに限らず、Ｂｒ以外の例えばＦなどであっても
よく、そのハロゲンを含むガスであれば第２のガスとし
て種々のガスを用いることができる。

【００３１】また側壁保護機能を果たすＢｒを含む第１
のガスとしては、ＨＢｒガスに限らずＢｒ２ガスなど種
々のガスを用いることができる。

【００３２】また本発明ではエッチングに直接関与する
ガスの他に、例えばプラズマを安定させるためにＨｅな
どの不活性ガスを真空チャンバ内に導入するようにして
もよい。更にまた第１のガスとしては、少なくともＢｒ
を含むガスであれば他のハロゲンを含む化合物であって
もよく、第２のガスとしては、少なくともＢｒ以外のハ
ロゲンを含むガスであれば、その中にＢｒが含まれてい
るガスであってもよい。

【００３３】図６は被処理体（半導体ウエハ）Ｗを機械
的クランプ手段で固定するとともに、半導体ウエハＷ裏
面と、これを支持する下部電極上面との間の空間に伝熱
媒体としての気体を導入する装置を用いて、ポリシリコ
ンのエッチングをおこなう例を示している。

【００３４】本図中、５はアルミニウム表面をアルマイ
ト処理し内部を気密に保持した反応容器であって、その
上部には、昇降機構５１により昇降可能な電極体５２が
設けられている。この電極体５２は表面をアルマイト処
理したアルミニウムから作られている。また、この電極
体５２には冷却手段が組み合わせられており、この冷却
手段は、例えば電極体５２内部に循環する流路５３と、
これに配管５４を介して接続された冷却装置５５とから
なり、例えば水を所定温度に制御して循環する構造とな
っている。

【００３５】この電極体５２の下面には例えば多数の孔
が形成されたアモルファスカーボン製の上部電極６Ａ
が、この電極体５２と電気的に接続されかつ空間６０を
介して設けられている。この空間６０にはガス供給管６
１が接続されており、このガス供給管６１は、反応容器
５外部のガス供給源（図示しない）からの反応ガスを空
間６０に供給する役割をもっている。この上部電極６Ａ
および電極体５２の周囲には絶縁リング５６が設けられ
ている。この絶縁リング５６の下面から上部電極６Ａ下
面周縁部に延びるようにしてシールドリング５７が配設
されている。このシールドリング５７はエッチング処理
される半導体ウエハＷとほぼ同じ口径にプラズマを発生
できるように絶縁体例えば四弗化エチレン樹脂で形成さ
れている。また、反応容器５の下方には反応容器５内部
を所定の真空状態に排気するための排気管５８が設けら
れている。さらに上部電極６Ａは高周波電源ＲＦに接続
されている。

【００３６】そして配管６１の途中には上部電極６Ａの
冷却不良を検出するため、フロースイッチ６２が設けら
れ、配管５４中に流れる冷却水の流量が設定範囲内であ
るか否かまたは冷却水の流れの有無を検出し、設定値か
ら外れた場合にプラズマの発生を停止するようになって
いる。

【００３７】上部電極６Ａの下方に、これに対向して半
導体ウエハＷの載置台を兼ねる下部電極６Ｂが設けられ
ている。また下部電極６Ｂの上面には、厚み約２５ミク
ロンの絶縁性弾性フィルム６３（ポリイミド系樹脂）が
アクリル系接着剤により貼り付けられている。この弾性
フィルム６３は半導体ウエハＷと下部電極６Ｂとの間の
インピーダンスを一定にするために設けられている。す
なわち、半導体ウエハＷと下部電極６Ｂとの間のインピ
ーダンスは両者の間の間隔依存するため不均一になり易
いが、両者の間に絶縁性弾性フィルム６３を介在させる
ことにより、両者間のインピーダンスは両者の面間の間
隔よりも弾性フィルム６３により支配されるため一定と
なりやすくなる。

【００３８】下部電極６Ｂの外周側には、例えばエアシ
リンダなどの駆動機構６４によって昇降可能なクランプ
リング６５が配置されており、このクランプリング６５
によって、半導体ウエハＷの周縁部を弾性フィルム６３
側に押圧することにより、半導体ウエハＷは所定のクラ
ンプ荷重で下部電極６Ｂの上面に保持される。

【００３９】また、下部電極６Ｂの上面は、半導体ウエ
ハＷの周縁部にクランプリング６５によって加えられた
クランプ荷重が、半導体ウエハＷの周辺部での固定によ
る等分布荷重として加わったと仮定した時の半導体ウエ
ハＷの変形曲面（等分布荷重曲面）とほぼ同一の曲面で
凸状に形成されている。

【００４０】下部電極６Ｂには半導体ウエハＷを冷却す
るように冷却水管６６に連通する冷却ジャケット６７が
内蔵されている。

【００４１】ここで、下部電極６Ｂの上面に配置された
弾性フィルム６３と半導体ウエハＷとの間には、微視的
に見ると半導体ウエハＷ裏面の表面粗さにより微小な空
間が必然的に形成される。そのため、下部電極６Ｂ内部
には、弾性フィルム６３と半導体ウエハＷとの間の伝熱
を助ける媒体となる気体を上記微小空間内に導入するた
めのガス導入管７が中央部を貫通して設けられている。
このガス導入管７は反応容器５外に配置された圧力調整
機構７０を介してガス供給源７１に接続されている。

【００４２】ガス導入管７は圧力調整機構７０内で分岐
され、一方の分岐管には、ガス供給源７１側から順に、
導入ガスの流量を調整する流量調整器７２、主開閉弁７
３および圧力ゲージ７４が設けられている。また、他方
の分岐管には、副開閉弁７５および圧力調整弁７６を介
して真空ポンプ７７に接続されている。圧力調整弁７６
は圧力ゲージ７４によって計測された弾性フィルム６３
と半導体ウエハＷとの間の上記微小空間内の圧力に応じ
て予め記憶された制御プログラムにより自動的にコンピ
ュータ制御が、コントローラ７８によってなされ、また
主開閉弁７３と副開閉弁７５とが連動するように構成さ
れている。

【００４３】伝熱媒体用ガスとしては、窒素ガス、ヘリ
ウム、アルゴンなどの不活性ガスが用いられるが、半導
体ウエハの処理に用いられる反応ガスを用いることも可
能であり、特にガスの種類には限定されない。

【００４４】上記のような機械的クランプによる半導体
ウエハＷの固定方式のほか、図７に示すような静電チャ
ックにより半導体ウエハＷを固定するようにしてもよ
い。

【００４５】図７は下部電極部分のみを示しており、他
の構成は図６に示すものと全く同様のものを用いること
ができる。

【００４６】この図７の装置を説明すると、下部構成部
材８１上に絶縁部８２を介してテーブル８３が設けられ
ている。このテーブル８３には、半導体ウエハＷを固
定、保持する静電チャック８４と、半導体ウエハＷの温
度調節を行う温度調節部８５とが設けられ、温度調節部
８５には冷却流体を循環させる流体通路８６が形成され
ている。

【００４７】さらに、下部構成部材８１と絶縁部８２と
テーブル８３を貫通して、熱伝達ガス供給孔８７が形成
されると共に、この熱伝達ガス供給孔８７の基端部には
熱伝達ガスユニット８８が接続されており、当該熱伝達
ガスユニット８８よりこのガス供給孔８７を介して、ヘ
リウムなどの熱伝達ガスを静電チャック８４と半導体ウ
エハＷとの間に、例えば１０Ｔｏｒｒの圧力で毎秒１ｃ
ｃ供給することにより、半導体ウエハＷと静電チャック
８７間の温度差を１０℃以下に抑えることも可能であ
る。

【００４８】静電チャック８４は、下部電極を構成する
チャック本体９１と、チャック本体９１の上面に配置さ
れる柔軟性を有する静電吸着シート９２と、この静電吸
着シート９２に給電するための給電用シート９３とを有
する。チャック本体９１は、例えばアルミニウムで形成
され、裏面まで貫通する矩形の穴（図示しない）を有す
る。

【００４９】静電吸着シート９２は絶縁性の２枚のポリ
イミドシート９２ａと、これらのポリイミドシート９２
ａの間に介挿された誘電層としての導電性シート９２ｂ
とを有し、チャック本体９１の表面形状に合わせて円形
に形成されている。２枚のポリイミドシート９２ａの周
縁部は、導電性シート９２ｂの周縁部を覆うように融着
されている。導電性シート９２ｂは銅などの導電体で形
成され、約２０ミクロンの厚みを有し、ポリイミドシー
ト９２ａは１枚当たり約５０ミクロンの厚みを有してい
る。

【００５０】給電用シート９３は、静電吸着シート９２
と同様に２枚のポリイミドシート９３ａと、これらの間
に介挿された導電性シート９３ｂとから構成される。な
お、給電用シート９３と静電吸着シート９２とは熱膨脹
係数がほぼ等しい材質であればよく、必ずしも同一材料
で形成する必要はない。

【００５１】給電用シート９３の一端部に接点が形成さ
れ、静電吸着シート９２の裏面に形成された接点に電気
的に接続されている。給電用シート９３の他端部にも接
点が形成され、この接点がリード線９４に電気的に接続
されている。このリード線９４は、スイッチ９５を介し
て直流電源９６に接続されている。従って、スイッチ９
５をＯＮにして直流電源９６から例えば２ｋＶの直流電
圧を給電用シート９３を介して静電吸着シート９２に印
加することができる。なお、上記給電用シート９３の他
端部の接点の付近は図示しないＯリングにより気密にシ
ールされている。

【００５２】上記静電チャック８４では、半導体ウエハ
Ｗと、静電吸着シート９２の導電性シート９２ｂとの間
に直流電源９６によって高電圧（２ｋＶ）を印加し、導
電性シート９２ｂと半導体ウエハＷとに正と負の電荷を
生じさせ、この間に働くクーロン力によって半導体ウエ
ハＷを吸着保持することができる。この際の吸着力Ｆ
は、Ｓ：導電性シート２５２の面積、ε：絶縁膜の誘電
率、Ｖ：電圧、ｄ：絶縁膜の厚み、とすると、理論的に
は下記の式によって表される。

【００５３】Ｆ＝（１／２）Ｓε（Ｖ／ｄ）2 上記吸着力Ｆは、絶縁膜にポリイミドシートを用いた場
合には、Ｆ＝５０ｇ／ｃｍ2 、セラミックを用いた場合
には、２００〜５００ｇ／ｃｍ2 となる。

【００５４】本実施例では、上記吸着力Ｆを得るための
給電手段として、静電吸着シート９２とチャック本体９
１によって覆われている給電用シート９３とを使用して
いる。従って、静電チャックをプラズマエッチング装置
のチャックに使用する場合には、給電用シート９３がプ
ラズマ生成空間に露出していないので、プラズマダメー
ジを受けることなく、シートの寿命を大幅に伸ばすこと
ができる。

【００５５】さらに本実施例ではプラズマエッチングを
行う際に、温度調節部８５によって半導体ウエハＷの温
度調節、例えば冷却をおこなっている。このような冷却
を行うためには、半導体ウエハＷと静電吸着シート９２
との間に熱伝達率を高めるためのガスを充填すること
（例えば図６に示す装置を介して）が不可欠となる。つ
まり、上述した上記吸着力Ｆでは熱伝達が良好に行われ
ないからである。そこで、上記吸着力Ｆは、半導体ウエ
ハＷおよび静電吸着シート９２の間に導入される熱伝導
性ガスの圧力を高めるための密封作用も有している。

【００５６】静電吸着シート９２および給電用シート９
３の絶縁層と導電層を形成する絶縁材料、導電材料とし
ては、ポリイミド、銅に限定されるもではなく、絶縁層
としてはセラミックシートも用いることができる。な
お、静電吸着シート９２および給電用シート９３の材料
としては、両者の熱変形によって接点間の電気的接続に
支障を生じないような、熱膨脹係数がほぼ等しい材料で
あればいずれでもよい。

【００５７】なお、上記静電チャックをプラズマエッチ
ング装置に適用した場合には、プラズマが上部電極と下
部電極との間に発生した時に、これらの電極間に配置さ
れた半導体ウエハは発生したプラズマによって上部電極
と導通し、半導体ウエハに負の電荷が蓄積される。その
ため、正の電荷が蓄積される静電吸着シートと半導体ウ
エハとの間のクーロン力が増加し、静電チャックの吸着
力が高められる。

【００５８】次に、図６に示す装置を用い、下部電極の
温度変化がエッチング速度、エッチングの選択比、エッ
チング形状等に与える影響について調べた実施例につい
て説明する。

【００５９】シリコン基板上に酸化シリコン（ＳｉＯ2
）膜、ポリシリコン膜がそれぞれ例えば厚さ２００オ
ングストローム、４０００オングストロームで、この順
に積層され、さらにポリシリコン膜の表面に、例えば厚
さ１００００オングストロームのレジスト膜が形成され
た直径１５ｃｍの半導体ウエハＷを被処理体として例え
ば直径１８ｃｍの円形上の下部電極１１４上に載置し、
第１のガスであるＨＢｒガスおよび第２のガスであるＨ
Ｃｌガスをそれぞれ例えば３０ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃ
ｍの流量でガス供給管６１を通じて反応容器５内に導入
するとともに、排気管５８を通じて真空引きすることに
より、ガス圧を５００ｍＴｏｒｒに設定する。

【００６０】また、電極６Ａ、６Ｂ間の間隔を８ｍｍと
し、クランプ圧力を５ｋｇ／ｃｍ2とし、冷却用ガス媒
体としてヘリウムをバックプレッシャ３Ｔｏｒｒでガス
導入管７を介して５ｓｃｃｍ流した。

【００６１】そして電極６Ａ、６Ｂ間に例えば周波数１
３．５６ＭＨｚ、電力値２００Ｗの高周波電力を印加
し、プラズマを発生させ、半導体ウエハＷのポリシリコ
ン膜のエッチングを行った。このとき、上部電極６Ａの
温度を４０℃とし、下部電極６Ｂの温度を２０℃から８
０℃に変化させた。このとき半導体ウエハＷの表面温度
は約６０℃から約１２０℃に変化した。なお、半導体ウ
エハＷの表面温度の測定はサーモラベルを用いておこな
った。

【００６２】この結果を図８および図９（Ａ）〜（Ｄ）
に示す。図８に示す特性図の横軸のカッコ内温度はウエ
ハの表面温度である。また図９（Ａ）は下部電極６Ｂの
温度を２０℃とした場合、図９（Ｂ）は下部電極６Ｂの
温度を４０℃とした場合、図９（Ｃ）は下部電極６Ｂの
温度を６０℃とした場合、図９（Ｄ）は下部電極６Ｂの
温度を８０℃とした場合を示す。図中、９７はシリコン
基板、９８はシリコン酸化膜、９９はポリシリコン、１
００はレジスト膜である。

【００６３】すなわち、ポリシリコンのエッチング速度
は、下部電極６Ｂの温度を８０℃の場合に増大が見られ
たがそれ以下の温度では有意な差異は認められなかっ
た。ＳｉＯ2 に対するエッチング速度は、下部電極６Ｂ
の温度が上昇するにつれて増大した。ポリシリコンの酸
化シリコンに対する選択比（ポリシリコンのエッチング
速度／酸化シリコンのエッチング速度）は、下部電極６
Ｂの温度が上昇するにつれて著しく減少した。ポリシリ
コンのレジストに対する選択比（ポリシリコンのエッチ
ング速度／レジストのエッチング速度）は、下部電極６
Ｂの温度が上昇するにつれてやや増大した。さらに下部
電極６Ｂの温度が８０℃の場合、図９（Ｄ）に示すよう
にサイドエッチングが大きくなった。

【００６４】このようなことから、下部電極６Ｂの温度
は２０℃から６０℃の範囲が適当であることが認められ
た。なお、下部電極６Ｂの温度が２０℃未満であると、
ポリシリコンのエッチング速度が低下し、エッチングに
長時間を要し、またウエハ上に異物が残り易いなどの問
題があり、好ましくない。

【００６５】次に、図６に示す装置を用い、下部電極と
上部電極との間隔の変化がエッチング速度、エッチング
の選択比、エッチング形状等に与える影響について調べ
た実施例について説明する。

【００６６】シリコン基板上に酸化シリコン（ＳｉＯ2
）膜、ポリシリコン膜がそれぞれ例えば厚さ２００オ
ングストローム、４０００オングストロームで、この順
に積層され、さらにポリシリコン膜の表面に、例えば厚
さ１００００オングストロームのレジスト膜が形成され
た直径１５ｃｍの半導体ウエハＷを被処理体として例え
ば直径１８ｃｍの円形上の下部電極６Ｂ上に載置し、第
１のガスであるＨＢｒガスおよび第２のガスであるＨＣ
ｌガスをそれぞれ例えば３０ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍ
の流量でガス供給管６１を通じて反応容器５内に導入す
るとともに、排気管５８を通じて真空引きすることによ
り、ガス圧を５００ｍＴｏｒｒに設定する。

【００６７】また、クランプ圧力を５ｋｇ／ｃｍ2 と
し、冷却用ガス媒体としてヘリウムをバックプレッシャ
３Ｔｏｒｒでガス導入管１２２を介して５ｓｃｃｍ流し
た。

【００６８】そして電極６Ａ、６Ｂ間に例えば周波数１
３．５６ＭＨｚ、電力値２００Ｗの高周波電力を印加
し、プラズマを発生させ、半導体ウエハＷのポリシリコ
ン膜のエッチングを行った。このとき、上部電極６Ａの
温度を４０℃、下部電極６Ｂの温度を６０℃とし、下部
電極と上部電極との間隔を６ｍｍ〜８ｍｍに変化させ
た。この結果を図１０に示す。

【００６９】すなわち、ポリシリコンのエッチング速度
は、下部電極と上部電極との間隔が大きくなるにしたが
い、低下し、ＳｉＯ2 に対するエッチング速度は、下部
電極と上部電極との間隔が８ｍｍのときやや低下した。
またポリシリコンの酸化シリコンに対する選択比（ポリ
シリコンのエッチング速度／酸化シリコンのエッチング
速度）は、下部電極と上部電極との間隔が８ｍｍのとき
最大値を示した。さらにポリシリコンのエッチング均一
性は下部電極と上部電極との間隔が大きくなるにしたが
い低下し、前記間隔が１０ｍｍのときにはエッチング速
度の面内のばらつきが２０％近くなってしまった。この
ようなことから、下部電極と上部電極との間隔は６ｍｍ
〜８ｍｍの範囲が適当であることが認められた。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、ＨＣｌとＨＢｒとを用
いてエッチングを行っており、実験例からもわかるよう
にＢｒによる側壁の保護作用とＣｌによる膜の除去作用
とが相俟って異方性のエッチングが達成できると推察さ
れることから、ＢｒとＣｌの量を夫々コントロールする
ことでエッチングの状態を選定することができ、従って
従来例えばＣＣｌ４などのように１種類のガスを用いて
異方性を持たせていた場合に比べ、エッチングの状態の
選定範囲が広くなる。この結果高い選択比でエッチング
速度が大きく、しかも残渣が少なく直角性のよいカット
が得られ、良好な異方性エッチングを達成することがで
き、デバイスの高集積化に伴う微細パターンのエッチン
グに対し極めて有効な方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に用いた装置の一例を示す説明
図である。

【図２】図１の装置に用いたガス拡散板の一例を示す平
面図である。

【図３】電源電力とエッチング速度及び選択比との関係
を示す特性図である。

【図４】ＨＢｒの流量比とエッチング速度及び選択比と
の関係を示す特性図である。

【図５】ウエハ表面の一部を拡大して示す説明図であ
る。

【図６】本発明の実施例に用いた装置の他の例を示す説
明図である。

【図７】本発明の実施例に用いた装置の更に他の例を示
す説明図である。

【図８】電極温度とエッチング速度及び選択比との関係
を示す特性図である。

【図９】電極温度毎のエッチングの状態を示す説明図で
ある。

【図１０】電極間隔とエッチング速度、選択比、及びエ
ッチングの均一性との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１、５ 真空チャンバ １３、１４ ガス拡散板 ２Ａ、６Ａ 上部電極 ２Ｂ、６Ｂ 下部電極 ３ 紫外線ランプ １１、６１ ガス供給管 ６５ クランプリング ７０ 圧力調整機構 ８４ 静電チャック ９２ 静電吸着シート ９３ 給電シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する一対の電極間に高周波電
   圧を印加して処理ガスをプラズマ化し、前記一対の電極
   の一方の電極上に載置されたポリシリコン露出層を含む
   被処理体をプラズマによりエッチングするプラズマエッ
   チング方法において、 前記処理ガスは、ＨＢｒとＨＣｌとを含み、 処理ガスのプラズマ放電領域に紫外線を照射することを
   特徴とするプラズマエッチング方法。
2. 【請求項２】 流量比ＨＢｒ／ＨＣｌは１／３０〜１／
   ３であることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッ
   チング方法。
3. 【請求項３】 一対の電極の間隔を６〜８ｍｍに設定
   し、被処理体の表面温度を６０〜１００℃に設定した請
   求項１または２記載のプラズマエッチング方法。