JP3093572B2 - 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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Description
おいて用いられるドライエッチング方法およびその目的
に適したドライエッチング装置の構造に関する。
半導体装置の製造において、ドライエッチング法が用い
られている。従来のドライエッチング法は、直流もしく
は交流によって定常的なプラズマを発生させ、これによ
って生じたイオン活性種(ラジカル)と被エッチング物
との化学反応を利用するものであった。
なプラズマにおいては、プラズマや活性種の広がりの点
で十分なものは得られなかった。このため、エッチング
を大面積でおこなう場合には、均一かつ大きなプラズマ
を得るため被エッチング物の面積よりもさらに大きな面
積、空間が必要とされた。
ャンバー内部に極めて均一で十分な広がりを有するプラ
ズマを発生させて、被エッチング物のエッチングをおこ
なうものである。そのため、プラズマを発生させるため
に用いられる交流としては高周波を用い、かつ、このと
き用いられる高周波は1kHz〜1 MHzの低周波で振
幅変調されたもので、なおかつ、1〜200Hzの極低
周波の繰り返し周波数でパルス変調されたものを用いる
ことによって、効果的にチャンバー内部にプラズマを広
げるものである。上記のようにパルス的な放電をおこな
うため、本発明では非定常的なプラズマが得られること
となる。このようなプラズマは不安定であるが、チャン
バーの端においても生成し、プラズマの面積を広げるこ
とが可能である。
00MHz、好ましくは、10〜50MHzとする。本
発明の第1は、減圧チャンバー内に平行平板型その他の
形状の電極を設置し、この電極に上記の高周波電力を印
加することによって、チャンバー内にプラズマを発生さ
せ、プラズマによって生じる活性種その他の作用によっ
てエッチングをおこなう、という構成を有する。
チャンバー内にプラズマを誘導する電極、コイル等を設
け、この電極、コイル等に上記の高周波電力を印加する
ことによって、チャンバー内部にプラズマを発生させ、
該プラズマの作用でエッチングをおこなう、という構成
を有する。
は、エッチングガス分子の会合(分子間の弱い結合)を
分断するのに寄与し、チャンバー内のエッチングガス分
子の濃度差の均一性を向上させる上で効果がある。ま
た、高周波は、エッチングガスの分子内結合を分断する
のに寄与して、イオン活性種(ラジカル)を発生せしめ
る。また、極低周波によってパルス変調すると、エッチ
ングの均一性が向上する。その理由は明らかではない
が、上述の如く、極長波以外の電磁波によって、励起さ
れたイオン活性種が、パルス放電によって、瞬間的にチ
ャンバー内壁にまで到達し、これをエッチングするため
であろうと推測される。本発明では、定常的な放電を用
いたエッチングに比較して、プラズマの広がりが良好で
あり、エッチングの均一性が良好なことが特色であっ
た。
ンバー内に電極、その他のものが存在しないので、エッ
チングガスの流れ、プラズマの広がりが良好で、より、
エッチングの均一性を向上させるのに有効であった。第
2の発明のように誘導プラズマを用いるには、共振回路
を構成するために高周波の方が好ましく、そのため、会
合分子の分離に有効な低周波をチャンバー内に導入する
ことは困難であったが、本発明においては、低周波は振
幅変調という形で高周波の中に存在するため、実質的に
高周波を用いて誘導プラズマを発生させても、同時に低
周波の効果が得られた。
y比が用いられる。duty比とは、(放電時間/(放
電時間+休止時間))を示すものである。例えば、パル
ス周波数100Hzでduty比を10%としたパルス
放電の場合は、1msecの放電と9msecの休止と
を繰り返す放電形態となる。
数によるプラズマの発生がおこなわれていないので、こ
のときのduty比によってエッチングの状態が制御さ
れる。つまり、このduty比を最適化することによっ
て、エッチングガスが基板に吸着する以前の成膜空間中
における反応を制御することができる。このduty比
は10〜70%が好ましい。最適のduty比は、エッ
チングガスの種類、エッチングガスの流量や、電極間の
距離に応じて決定すればよい。
よび高周波の強度(振幅)の様子を示す。図3に示すの
本発明で用いるのに適した高周波電力の発生装置に関す
るものであるが、図3に示された構成以外の装置によっ
ても同様な高周波を発生できることは言うまでもない。
(B)は各段階における高周波の様子を示す。高周波発
振器1によって発生した正弦高周波(例えば、周波数1
3.56MHz)は、図3(B)のaのような波形であ
る。このような高周波は次段の振幅変調器(AM変調
器)4におくられる。振幅変調器4としては、増幅率を
外部信号によって変化できる高周波増幅器を用いればよ
い。
(例えば、200kHz)が発生し、これは振幅変調器
4に送られる。そして、振幅変調器4では低周波信号に
応じて、高周波が振幅変調される。振幅変調器4からの
出力波形は図3(B)のbのようになる。上記の振幅変
調においては、変調率は50%以上であることが好まし
かった。しかしながら、高調波成分の発生を防止するた
め、100%以上の過変調は避けたほうが良い。さら
に、パルス発振器3からは極低周波(例えば、50H
z)のパルスが発生し、パルス変調器5において、高周
波電力のオン/オフがおこなわれる。このようにして発
生した高周波電力は図3(B)のcに示したような網形
である。パルスのオン/オフの境界部分を拡大したもの
は同図c’のようになる。
平行平板型ドライエッチング装置に関する。本装置を用
いて、例えば、多結晶シリコン膜のエッチングをおこな
う例である。図1において、チャンバー101内に設置
されたサセプター102上にシリコン膜が成膜され、フ
ォトレジストのマスクの設けられた基板104が置かれ
ている。チャンバー101には、内部を減圧せしめるた
めの真空排気系106とエッチングガスを導入するガス
導入系105が備えつけてある。
り、サセプターに対向して電極103が設けられてい
る。そして、この電極103には交流を供給するための
高周波電源が設けられている。電極103はえてしてエ
ッチングガスの流れの妨害やプラズマの大きさの制約の
原因となる。特にエッチングガスは基板に均等に行き渡
るように注意する必要がある。もし、エッチングガスの
流れに偏りがあるとエッチングの不均一性の原因とな
る。
基板に対する面に細孔を設け、エッチングガスをシャワ
ー状に吹き出させてもよい。ただし、特にシリコンを含
有する素材をエッチングすると、エッチングガス中に含
まれるフッ素、炭素とシリコンが反応して、フッソ系ポ
リマーが生成し、これが上記の細孔を埋めてしまうこと
がある。電極103には、低周波(1k〜1MHz)の
振幅変調された高周波(10〜100MHz)の極低周
波(1〜200Hz)の繰り返し周波数のパルス状の電
力が投入される。高周波電源においては、高周波発振器
107、低周波発振器108、極低周波パルス発振器1
09と、振幅変調器110、パルス変調器111が設け
られている。
るために供給した交流は、それぞれ、極低周波パルスと
して50Hzの矩形パルス、低周波として200kH
z、高周波として13.56MHzを使用した。また、
ここで極低周波のパルス放電はduty比が50%とな
るようにおこなった。
めのエッチングガスとしてCF4 、SF6 、NF3 、の
うちから選ばれた少なくとも1種類を使用できるが、本
実施例においてはCF4 を用いた。以上の条件において
チャンバーを減圧し、エッチングガスを導入してプラズ
マを発生させてプラズマクリーニングをおこなった。
す。本実施例は、誘導結合型プラズマを用いてドライエ
ッチングをおこなうための装置に関するものである。図
2において、真空容器201(チャンバー)内に基板2
03を設置するサセプター202が存在している。チャ
ンバーやサセプターは絶縁性の材料が好ましい。本実施
例では石英を用いた。チャンバー201には、内部を減
圧せしめるための真空排気系206、そして、エッチン
グガスを導入するガス導入系205が備えつけてある。
発生させるためのコイル状誘導電極204が設けられて
いる。そして、この誘導電極204には交流を供給する
ための交流電源が設けられている。本実施例においては
誘導電極204には、低周波(1k〜1MHz)の振幅
変調された高周波(10〜100MHz)の極低周波
(1〜200Hz)の繰り返し周波数のパルス電力が投
入される。交流電源においては、高周波発振器207、
低周波発振器208、極低周波パルス発振器209と、
振幅変調器210、パルス変調器211が設けられてい
る。
0Hz、低周波として300kHz、高周波として1
3.56MHzを使用した。また、極低周波のパルス放
電はduty比が10%となるようにおこなった。ま
た、このときエッチングガスとしてCF4 を用いた。
の誘導電極はチャンバーの外側に存在する。そして、チ
ャンバーの内部には実質的に基板以外のものは存在しな
かった。そのためエッチングガスの流れを妨げたり、プ
ラズマの広がりを制約することがなかった。このため、
エッチングの均一性は実施例1に比較すると概ね良好で
あった。
に、エッチングガスの流れの均一性を良くするためにシ
ャワー状にエッチングガスを吹きつけるというようなこ
とは不要であり、装置構成は比較的簡単にすることがで
きた。本実施例でもシリコンを含有する材料をエッチン
グするとフッ素系ポリマーが生成しチャンバーの内壁に
付着したが、実施例1で指摘したように細孔をふさぐと
いうことはなく、エッチングの安定性の点でも問題はな
かった。プラズマによって電極等の金属がスパッタされ
て基板に付着するという問題もなかった。
結合の切断に加えて、低周波電力による会合分子の分離
も重要な意味があり、その結果、エッチングの均一性が
向上する。しかしながら、単に高周波と低周波を混合し
て誘導電極に印加しても、効果的でなかった。その理由
のひとつは、このような誘導結合型のプラズマを発生さ
せるには誘導電極とのインピーダンスのマッチングが必
要なのであるが、電極の大きさから、一般に低周波電力
ではインピーダンスをマッチングさせることがほとんど
不可能だったことによる。そのため、低周波電力は誘導
電極から有効に放射されることなく、したがって、プラ
ズマの発生にも寄与しなかった。
に高周波を搬送波として、これに低周波の振幅変調を加
えると有効である。電源から出力される交流は実質的に
高周波であり、誘導電極から有効に放射されて、プラズ
マの発生に利用される。しかしながら、プラズマには、
低周波の振動をエッチングガスに与えることとなるの
で、結局、低周波の電力を投入したことと同じ効果が得
られる。
高周波の極低周波の繰り返し周波数によるパルス発振に
よって発生させたプラズマによって、ドライエッチング
することによって、エッチングの均一性を高めることが
できた。
波波形の例を示す。
Claims (4)
- 【請求項1】 減圧雰囲気中に設置された電極に高周波
電力を印加することによってプラズマを発生させ、該プ
ラズマの作用で被膜をエッチングするドライエッチング
方法において、 高周波電力は極低周波の繰り返し周波数のパルスであ
り、かつ、低周波の振幅変調がなされていることを特徴
とするドライエッチング方法。 - 【請求項2】 減圧されたチャンバーの外側に設置さ
れ、チャンバー内部にプラズマ放電を誘導する電極に高
周波電力を印加することによって、チャンバー内部にプ
ラズマを発生させ、該プラズマの作用で被膜をエッチン
グするドライエッチング方法において、 高周波電力は極低周波の繰り返し周波数のパルスであ
り、かつ、低周波の振幅変調がなされていることを特徴
とするドライエッチング方法。 - 【請求項3】 請求項1もしくは2において、 極低周波は周波数が1〜200Hz、低周波は周波数が
1k〜1MHz、高周波は周波数が10〜100MHz
であることを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項4】 請求項1もしくは2において、 エッチングガスとして、CF4 、SF6 、NF3 から選
ばれた少なくとも1種類を用いることを特徴とするドラ
イエッチング方法。
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