JP3115767B2 - プラズマエッチング方法および装置 - Google Patents
プラズマエッチング方法および装置Info
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- JP3115767B2 JP3115767B2 JP06084045A JP8404594A JP3115767B2 JP 3115767 B2 JP3115767 B2 JP 3115767B2 JP 06084045 A JP06084045 A JP 06084045A JP 8404594 A JP8404594 A JP 8404594A JP 3115767 B2 JP3115767 B2 JP 3115767B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマエッチング方法
および装置に係り、特にタングステン膜またはタングス
テン化合物膜のプラズマエッチング方法および装置に関
する。
および装置に係り、特にタングステン膜またはタングス
テン化合物膜のプラズマエッチング方法および装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、タングステン（Ｗ）またはタング
ステン化合物（ＷＳｉ、ＴｉＷ）が、シリコン酸化膜に
形成されたコンタクトホールをスパッタ等により良好に
穴埋め可能なためにコンタクトホールの穴埋め材料とし
て、あるいは高速な動作性能を得ることが可能なために
半導体素子の配線材料として着目されている。かかる状
況の下で、タングステンまたはタングステン化合物を半
導体製造工程において使用するためには、タングステン
またはタングステン化合物の微細加工技術、特にエッチ
ング技術を確立することが重要である。
ステン化合物（ＷＳｉ、ＴｉＷ）が、シリコン酸化膜に
形成されたコンタクトホールをスパッタ等により良好に
穴埋め可能なためにコンタクトホールの穴埋め材料とし
て、あるいは高速な動作性能を得ることが可能なために
半導体素子の配線材料として着目されている。かかる状
況の下で、タングステンまたはタングステン化合物を半
導体製造工程において使用するためには、タングステン
またはタングステン化合物の微細加工技術、特にエッチ
ング技術を確立することが重要である。
【０００３】従来、被処理体、例えば半導体ウェハ表面
に形成されたタングステン膜またはタングステン化合物
のエッチングを実施する場合には、例えば磁場アシスト
ＲＩＥ装置を用いて、ＳＦ6単ガスによりエッチングを
行っていた。例えば、図３（ａ）に示すように、９００
オングストロームの窒化チタン膜上に３０００オングス
トロームのタングステン膜、さらに１００００オングス
トロームのフォトレジスト膜が積層されたエッチング対
象に対して、ＳＦ6単ガスによりエッチングを行った場
合には、比較的高いエッチング速度でかつ高い対フォト
レジスト選択比でエッチングを行うことができる。
に形成されたタングステン膜またはタングステン化合物
のエッチングを実施する場合には、例えば磁場アシスト
ＲＩＥ装置を用いて、ＳＦ6単ガスによりエッチングを
行っていた。例えば、図３（ａ）に示すように、９００
オングストロームの窒化チタン膜上に３０００オングス
トロームのタングステン膜、さらに１００００オングス
トロームのフォトレジスト膜が積層されたエッチング対
象に対して、ＳＦ6単ガスによりエッチングを行った場
合には、比較的高いエッチング速度でかつ高い対フォト
レジスト選択比でエッチングを行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＦ6
単ガスを用いた従来のエッチング方法では、外周部のエ
ッチングレートが高く図４に示すようにエッチングレー
トの面内分布が腕状になるため面内均一性が悪く、また
図３（ｂ）に示すようにタングステン膜部分がアンダー
カットされ順テーパあるいは垂直形状のエッチングを得
ることができないため問題であった。
単ガスを用いた従来のエッチング方法では、外周部のエ
ッチングレートが高く図４に示すようにエッチングレー
トの面内分布が腕状になるため面内均一性が悪く、また
図３（ｂ）に示すようにタングステン膜部分がアンダー
カットされ順テーパあるいは垂直形状のエッチングを得
ることができないため問題であった。
【０００５】本発明は、上記のような従来のタングステ
ンまたはタングステン化合物のプラズマエッチング技術
の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
とするところは、高エッチングレートおよびフォトレジ
ストに対する高選択比を落とすことなく、タングステン
エッチングの形状および均一性の改善を図ることが可能
であり、しかも高エッチングレートで処理を行うことが
可能な新規かつ改良されたタングステンまたはタングス
テン化合物ののプラズマエッチング方法を提供すること
である。
ンまたはタングステン化合物のプラズマエッチング技術
の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
とするところは、高エッチングレートおよびフォトレジ
ストに対する高選択比を落とすことなく、タングステン
エッチングの形状および均一性の改善を図ることが可能
であり、しかも高エッチングレートで処理を行うことが
可能な新規かつ改良されたタングステンまたはタングス
テン化合物ののプラズマエッチング方法を提供すること
である。
【０００６】
【０００７】
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，請求項１に記載の発明によれば，ガス供給系とガス
排気系とを備え気密に構成された処理室内に載置された
被処理体表面に形成されたタングステン膜またはタング
ステン化合物膜を，上記処理室内に導入された処理ガス
をプラズマ化することによりエッチングするプラズマエ
ッチングするにあたり，上記処理ガスとしてＳＦ６ガス
を用い，Ｎ２パージとＳＦ６プラズマ処理とを反覆する
間欠エッチングが行われる。
に，請求項１に記載の発明によれば，ガス供給系とガス
排気系とを備え気密に構成された処理室内に載置された
被処理体表面に形成されたタングステン膜またはタング
ステン化合物膜を，上記処理室内に導入された処理ガス
をプラズマ化することによりエッチングするプラズマエ
ッチングするにあたり，上記処理ガスとしてＳＦ６ガス
を用い，Ｎ２パージとＳＦ６プラズマ処理とを反覆する
間欠エッチングが行われる。
【０００９】また請求項２に記載の発明によれば，ガス
供給系とガス排気系とを備え気密に構成された処理室内
に載置された被処理体表面に形成されたタングステン膜
またはタングステン化合物膜を，上記処理室内に導入さ
れた処理ガスをプラズマ化することによりエッチングす
るプラズマエッチングにおいて，上記処理ガスとしてＳ
Ｆ６ガスを用い，Ｎ２プラズマ処理とＳＦ６プラズマ処
理とを反覆する間欠エッチングが行われる。
供給系とガス排気系とを備え気密に構成された処理室内
に載置された被処理体表面に形成されたタングステン膜
またはタングステン化合物膜を，上記処理室内に導入さ
れた処理ガスをプラズマ化することによりエッチングす
るプラズマエッチングにおいて，上記処理ガスとしてＳ
Ｆ６ガスを用い，Ｎ２プラズマ処理とＳＦ６プラズマ処
理とを反覆する間欠エッチングが行われる。
【００１０】また請求項３に記載の発明によれば，上記
方法によりタングステン膜またはタングステン化合物膜
のプラズマエッチングを行うにあたり，−１００℃から
室温までの温度雰囲気でかつ数ｍＴｏｒｒ以上１００ｍ
Ｔｏｒｒ以下の圧力雰囲気が選択される。
方法によりタングステン膜またはタングステン化合物膜
のプラズマエッチングを行うにあたり，−１００℃から
室温までの温度雰囲気でかつ数ｍＴｏｒｒ以上１００ｍ
Ｔｏｒｒ以下の圧力雰囲気が選択される。
【００１１】また請求項４に記載の発明によれば，上記
方法によりタングステン膜またはタングステン化合物膜
のプラズマエッチングを行うにあたり，５０Ｗ以上１０
００Ｗ以下の高周波電力を上記処理室内に設置された電
極に印加することにより発生したプラズマが用いられ
る。
方法によりタングステン膜またはタングステン化合物膜
のプラズマエッチングを行うにあたり，５０Ｗ以上１０
００Ｗ以下の高周波電力を上記処理室内に設置された電
極に印加することにより発生したプラズマが用いられ
る。
【００１２】また請求項５に記載の発明によれば，請求
項１，２，３または４のいずれかに記載のプラズマエッ
チング方法を実施するための装置が提供され，そのプラ
ズマエッチング装置は，ＳＦ６ガスとＮ２ガスとを混合
または切り換えて処理室内に導入するための手段が設け
られていることを特徴としている。
項１，２，３または４のいずれかに記載のプラズマエッ
チング方法を実施するための装置が提供され，そのプラ
ズマエッチング装置は，ＳＦ６ガスとＮ２ガスとを混合
または切り換えて処理室内に導入するための手段が設け
られていることを特徴としている。
【００１３】また請求項６に記載の発明は，請求項５に
記載のプラズマエッチング装置が磁場アシスト式のプラ
ズマエッチング装置として構成されていることを特徴と
している。
記載のプラズマエッチング装置が磁場アシスト式のプラ
ズマエッチング装置として構成されていることを特徴と
している。
【００１４】また請求項７に記載の発明は，請求項６に
記載の磁場アシスト式のプラズマエッチング装置におい
て，その処理室内に載置された被処理体の処理面と磁場
形成手段との間の距離が調整可能に構成されていること
を特徴としている。
記載の磁場アシスト式のプラズマエッチング装置におい
て，その処理室内に載置された被処理体の処理面と磁場
形成手段との間の距離が調整可能に構成されていること
を特徴としている。
【００１５】
【００１６】
【作用】 請求項１に記載のように，処理ガスとしてＳＦ
６ガスを用い，Ｎ２パージとＳＦ６プラズマ処理とを反
覆する間欠エッチングを行うことにより，さらに好まし
くは請求項２に記載のように，上記処理ガスとしてＳＦ
６ガスを用い，Ｎ２プラズマ処理とＳＦ６プラズマ処理
とを反覆する間欠エッチングを行うことにより，より効
果的にタングステン表面にＮまたはＮ２を吸着させるこ
とが可能となるので，Ｆ＊を失活させ，タングステン側
壁をより効果的に保護し，図５に示すように高エッチン
グレートでフォトレジストに対する高選択比を維持した
まま，図６に示すようにアンダーカットの少ない垂直形
状または順テーパ形状を有し，かつ図７に示すような面
内均一性を有するタングステンまたはタングステン化合
物膜のプラズマエッチングを行うことができる。
６ガスを用い，Ｎ２パージとＳＦ６プラズマ処理とを反
覆する間欠エッチングを行うことにより，さらに好まし
くは請求項２に記載のように，上記処理ガスとしてＳＦ
６ガスを用い，Ｎ２プラズマ処理とＳＦ６プラズマ処理
とを反覆する間欠エッチングを行うことにより，より効
果的にタングステン表面にＮまたはＮ２を吸着させるこ
とが可能となるので，Ｆ＊を失活させ，タングステン側
壁をより効果的に保護し，図５に示すように高エッチン
グレートでフォトレジストに対する高選択比を維持した
まま，図６に示すようにアンダーカットの少ない垂直形
状または順テーパ形状を有し，かつ図７に示すような面
内均一性を有するタングステンまたはタングステン化合
物膜のプラズマエッチングを行うことができる。
【００１７】また請求項３に記載のように，−１００℃
から室温までの温度雰囲気，好ましくは０℃付近でかつ
数ｍＴｏｒｒ以上１００ｍＴｏｒｒ以下の圧力雰囲気で
タングステンまたはタングステン化合物膜のプラズマエ
ッチングを行うことにより，あるいは請求項４に記載の
ように５０Ｗ以上１０００Ｗ以下，好ましく３００Ｗの
高周波電力を上記処理室内に設置された電極に印加する
ことにより発生したプラズマを用いてタングステンまた
はタングステン化合物膜のエッチングを行うことによ
り，さらに良好な効果を得ることができる。
から室温までの温度雰囲気，好ましくは０℃付近でかつ
数ｍＴｏｒｒ以上１００ｍＴｏｒｒ以下の圧力雰囲気で
タングステンまたはタングステン化合物膜のプラズマエ
ッチングを行うことにより，あるいは請求項４に記載の
ように５０Ｗ以上１０００Ｗ以下，好ましく３００Ｗの
高周波電力を上記処理室内に設置された電極に印加する
ことにより発生したプラズマを用いてタングステンまた
はタングステン化合物膜のエッチングを行うことによ
り，さらに良好な効果を得ることができる。
【００１８】また請求項５に記載のように，タングステ
ンまたはタングステン化合物膜のエッチングを行うため
のプラズマエッチング装置に，ＳＦ６ガスとＮ２ガスと
を混合または切り換えて処理室内に導入するための手段
を設けることにより，必要に応じて，タングステン表面
にＮまたはＮ２を吸着させることが可能となるので，Ｆ
＊を失活させ，タングステン側壁を保護し，図５に示す
ように高エッチングレートでフォトレジストに対する高
選択比を維持したまま，図６に示すようにアンダーカッ
トの少ない垂直形状または順テーパ形状を有し，かつ図
７に示すような面内均一性を有するタングステンまたは
タングステン化合物膜のプラズマエッチングを行うため
の装置が提供される。
ンまたはタングステン化合物膜のエッチングを行うため
のプラズマエッチング装置に，ＳＦ６ガスとＮ２ガスと
を混合または切り換えて処理室内に導入するための手段
を設けることにより，必要に応じて，タングステン表面
にＮまたはＮ２を吸着させることが可能となるので，Ｆ
＊を失活させ，タングステン側壁を保護し，図５に示す
ように高エッチングレートでフォトレジストに対する高
選択比を維持したまま，図６に示すようにアンダーカッ
トの少ない垂直形状または順テーパ形状を有し，かつ図
７に示すような面内均一性を有するタングステンまたは
タングステン化合物膜のプラズマエッチングを行うため
の装置が提供される。
【００１９】また請求項６に記載のように，磁場を作用
させ処理室内により効率的にプラズマを発生させること
が可能な磁場アシスト式のプラズマエッチング装置に対
して本発明を適用する場合に，より効果的に上記作用効
果を奏することができる。
させ処理室内により効率的にプラズマを発生させること
が可能な磁場アシスト式のプラズマエッチング装置に対
して本発明を適用する場合に，より効果的に上記作用効
果を奏することができる。
【００２０】さらに請求項７に記載のように，磁場アシ
スト式のプラズマエッチング装置において，その処理室
内に載置された被処理体の処理面と磁場形成手段との間
の距離が調整可能に構成することにより，タングステン
またはタングステン化合物膜のエッチングレート，およ
びその面内均一性を高めることが可能である。
スト式のプラズマエッチング装置において，その処理室
内に載置された被処理体の処理面と磁場形成手段との間
の距離が調整可能に構成することにより，タングステン
またはタングステン化合物膜のエッチングレート，およ
びその面内均一性を高めることが可能である。
【００２１】
【実施例】以下添付図面を参照しながら、本発明に基づ
くプラズマエッチング方法および装置を磁場アシスト式
のプラズマエッチング装置に適用した一実施例について
詳細に説明する。
くプラズマエッチング方法および装置を磁場アシスト式
のプラズマエッチング装置に適用した一実施例について
詳細に説明する。
【００２２】図１に示すプラズマエッチング装置１は、
アルミニウム等の材料から成る内側枠２と外側枠３とか
ら構成される処理室４を備えている。その内側枠２は、
円筒壁部２ａ、その円筒壁部２ａの下端から上方に若干
の間隔を空けて設けられた底部２ｂ、及びその円筒壁部
２ａの下端外周に設けられた外方折れ縁部２ｃとから構
成されている。他方、外側枠４は、円筒壁部３ａ及び頂
部３ｂとから構成されており、上記内側枠２を気密に覆
うように上記外方折れ縁部２ｃの上に載置されている。
アルミニウム等の材料から成る内側枠２と外側枠３とか
ら構成される処理室４を備えている。その内側枠２は、
円筒壁部２ａ、その円筒壁部２ａの下端から上方に若干
の間隔を空けて設けられた底部２ｂ、及びその円筒壁部
２ａの下端外周に設けられた外方折れ縁部２ｃとから構
成されている。他方、外側枠４は、円筒壁部３ａ及び頂
部３ｂとから構成されており、上記内側枠２を気密に覆
うように上記外方折れ縁部２ｃの上に載置されている。
【００２３】上記外側枠４の上記円筒壁部３ａの上方に
は、処理ガス源すなわちＳＦ6ガス源５ａおよびＮ2ガス
源５ｂより、処理ガスすなわちＳＦ6とＮ2との混合ガス
をマスフローコントローラ５ｃを介して上記処理室４内
に導入可能なガス供給系５が接続されている。また、上
記円筒壁部３ａの他方側下方には、ガス排気系６が設け
られており、図示しない真空ポンプにより上記処理室４
内を真空引きが可能な如く構成されている。
は、処理ガス源すなわちＳＦ6ガス源５ａおよびＮ2ガス
源５ｂより、処理ガスすなわちＳＦ6とＮ2との混合ガス
をマスフローコントローラ５ｃを介して上記処理室４内
に導入可能なガス供給系５が接続されている。また、上
記円筒壁部３ａの他方側下方には、ガス排気系６が設け
られており、図示しない真空ポンプにより上記処理室４
内を真空引きが可能な如く構成されている。
【００２４】上記外側枠３の上記頂部３ｂの上方には、
被処理体、例えば半導体ウェハＷの表面に水平磁界を形
成するための磁界発生装置、例えば永久磁石７が回転自
在に設けられており、この磁石による水平磁界と、これ
に直交する電界を形成することにより、マグネトロン放
電を発生させることができるように構成されている。
被処理体、例えば半導体ウェハＷの表面に水平磁界を形
成するための磁界発生装置、例えば永久磁石７が回転自
在に設けられており、この磁石による水平磁界と、これ
に直交する電界を形成することにより、マグネトロン放
電を発生させることができるように構成されている。
【００２５】図１に示すように、処理室４内には、被処
理体、例えば上記半導体ウェハＷを載置固定するための
サセプタアセンブリ８が配置される。このサセプタアセ
ンブリ８は、複数の絶縁部材９を介して上記内側枠２の
底部２ｂ上に載置されており、同時に、上記サセプタア
センブリ８の側面と上記内側枠２の円筒壁部２ａとの間
には、例えばＯリング状の絶縁部材１０が介装されてい
るので、上記サセプタアセンブリ８は、外部で接地され
ている上記内側枠２及び上記外側枠３から絶縁状態に保
持されるように構成されている。
理体、例えば上記半導体ウェハＷを載置固定するための
サセプタアセンブリ８が配置される。このサセプタアセ
ンブリ８は、複数の絶縁部材９を介して上記内側枠２の
底部２ｂ上に載置されており、同時に、上記サセプタア
センブリ８の側面と上記内側枠２の円筒壁部２ａとの間
には、例えばＯリング状の絶縁部材１０が介装されてい
るので、上記サセプタアセンブリ８は、外部で接地され
ている上記内側枠２及び上記外側枠３から絶縁状態に保
持されるように構成されている。
【００２６】上記サセプタアセンブリ８は、図示の例で
は、３層構造（８ａ、８ｂ及び８ｃ）を有している。上
記サセプタアセンブリ８の上層の第１のサブサセプタ８
ａの上方には静電チャックシート１２が配置され、この
静電チャックシート１２の上方には被処理体、例えば半
導体ウェハＷを載置することが可能に構成されている。
さらに、第１のサセプタ８ａの載置面には、上記静電チ
ャックシート１１および半導体ウェハＷを囲むように、
例えばアモルファスカーボン製のフォーカスリング８ｄ
が配置されており、発生したプラズマを効率よく被処理
面に照射させることが可能なように構成されている。ま
た静電チャックシートは、一対のポリイミド樹脂フィル
ム１３及び１４を貼り合わせたもので、その中には銅箔
などの薄い導電膜１５が封入されている。この導電膜１
５は導電線を介して直流電源１７に接続されており、直
流電源１７より電流を印加することによりクーロン力に
て半導体ウェハＷをサセプタ上に固定することが可能で
ある。
は、３層構造（８ａ、８ｂ及び８ｃ）を有している。上
記サセプタアセンブリ８の上層の第１のサブサセプタ８
ａの上方には静電チャックシート１２が配置され、この
静電チャックシート１２の上方には被処理体、例えば半
導体ウェハＷを載置することが可能に構成されている。
さらに、第１のサセプタ８ａの載置面には、上記静電チ
ャックシート１１および半導体ウェハＷを囲むように、
例えばアモルファスカーボン製のフォーカスリング８ｄ
が配置されており、発生したプラズマを効率よく被処理
面に照射させることが可能なように構成されている。ま
た静電チャックシートは、一対のポリイミド樹脂フィル
ム１３及び１４を貼り合わせたもので、その中には銅箔
などの薄い導電膜１５が封入されている。この導電膜１
５は導電線を介して直流電源１７に接続されており、直
流電源１７より電流を印加することによりクーロン力に
て半導体ウェハＷをサセプタ上に固定することが可能で
ある。
【００２７】上記サセプタアセンブリ８の中層の第２の
サブサセプタ８ｂには、半導体ウェハＷの温度を調節す
るための温度調節装置、例えばヒータ２２が設けられて
いる。このヒータ２２は、図示しないヒータコントロー
ラに接続されており、上記サセプタアセンブリ８の温度
を監視する図示しない温度モニタからの信号に応じて、
温度制御を行うように構成されている。
サブサセプタ８ｂには、半導体ウェハＷの温度を調節す
るための温度調節装置、例えばヒータ２２が設けられて
いる。このヒータ２２は、図示しないヒータコントロー
ラに接続されており、上記サセプタアセンブリ８の温度
を監視する図示しない温度モニタからの信号に応じて、
温度制御を行うように構成されている。
【００２８】上記第１のサブサセプタ８ａは、上記第２
のサブサセプタ８ｂに対して、ボルト２３などの連結部
材を用いて、着脱自在に固定される。かかる構成によ
り、上記第１のサブサセプタ８ａが汚染された場合に、
高周波電源２４に接続されている上記第２のサブサセプ
タ８ｂとは別個に、上記第１のサブサセプタ８ａ部分の
みを交換することが可能となり、装置の保守が容易とな
る。
のサブサセプタ８ｂに対して、ボルト２３などの連結部
材を用いて、着脱自在に固定される。かかる構成によ
り、上記第１のサブサセプタ８ａが汚染された場合に、
高周波電源２４に接続されている上記第２のサブサセプ
タ８ｂとは別個に、上記第１のサブサセプタ８ａ部分の
みを交換することが可能となり、装置の保守が容易とな
る。
【００２９】また前述のように、上記第１のサブサセプ
タ８ａの側壁と上記内側枠２の円筒壁部２ａ内面との間
にはＯリングなどの上記絶縁部材１０が介装されている
ので、処理室内に導入された処理ガスは上記第２のサブ
サセプタ８ｂよりも下方には到達せず、上記サセプタア
センブリ８の中層及び下層（８ｂ及び８ｃ）の汚染が防
止される。
タ８ａの側壁と上記内側枠２の円筒壁部２ａ内面との間
にはＯリングなどの上記絶縁部材１０が介装されている
ので、処理室内に導入された処理ガスは上記第２のサブ
サセプタ８ｂよりも下方には到達せず、上記サセプタア
センブリ８の中層及び下層（８ｂ及び８ｃ）の汚染が防
止される。
【００３０】上記サセプタアセンブリ８の下層の第３の
サブサセプタ８ｃの内部には、例えば液体窒素などの冷
媒２５を溜めるための冷媒溜２６が設置されている。こ
の冷媒溜２６は、パイプ２７によりバルブ２８を介して
冷媒源２９に連通している。上記冷媒溜２６内には、図
示しない液面モニタが配置されており、その液面モニタ
からの信号に応答して上記バルブ２８を開閉することに
より、上記冷媒溜２６内の冷媒２５の供給量を制御する
ように構成されている。
サブサセプタ８ｃの内部には、例えば液体窒素などの冷
媒２５を溜めるための冷媒溜２６が設置されている。こ
の冷媒溜２６は、パイプ２７によりバルブ２８を介して
冷媒源２９に連通している。上記冷媒溜２６内には、図
示しない液面モニタが配置されており、その液面モニタ
からの信号に応答して上記バルブ２８を開閉することに
より、上記冷媒溜２６内の冷媒２５の供給量を制御する
ように構成されている。
【００３１】このように、第１、第２及び第３のサブサ
セプタ８ａ、８ｂ及び８ｃおよびフォーカスリング８ｄ
から成る上記サセプタアセンブリ８は、上記絶縁部材９
及び１０により、上記処理室４を構成する上記内側枠２
及び外側枠３から絶縁されて、電気的には同一極性のカ
ソードカップリングを構成し、中層の上記第２のサブサ
セプタ８ｂには、マッチング装置３０を介して上記高周
波電源２４が接続されている。かくして、上記サセプタ
アセンブリ８と接地されている外側枠３とにより対向電
極が構成され、高周波電力の印加により、電極間にプラ
ズマ放電を発生させることが可能である。
セプタ８ａ、８ｂ及び８ｃおよびフォーカスリング８ｄ
から成る上記サセプタアセンブリ８は、上記絶縁部材９
及び１０により、上記処理室４を構成する上記内側枠２
及び外側枠３から絶縁されて、電気的には同一極性のカ
ソードカップリングを構成し、中層の上記第２のサブサ
セプタ８ｂには、マッチング装置３０を介して上記高周
波電源２４が接続されている。かくして、上記サセプタ
アセンブリ８と接地されている外側枠３とにより対向電
極が構成され、高周波電力の印加により、電極間にプラ
ズマ放電を発生させることが可能である。
【００３２】次に図２に基づいて、上記プラズマエッチ
ング装置の製造工程における動作について簡単に説明す
る。なお、既に説明したプラズマエッチング装置の同じ
構成に付いては、同一の番号を付けて説明を省略するこ
とにする。
ング装置の製造工程における動作について簡単に説明す
る。なお、既に説明したプラズマエッチング装置の同じ
構成に付いては、同一の番号を付けて説明を省略するこ
とにする。
【００３３】図示のように、本発明に基づくマグネトロ
ンプラズマエッチング装置１の処理室４の外側枠３に
は、開閉自在に設けられたゲートバルブ５０を介して隣
接するロードロック室５１が接続するように構成されて
いる。
ンプラズマエッチング装置１の処理室４の外側枠３に
は、開閉自在に設けられたゲートバルブ５０を介して隣
接するロードロック室５１が接続するように構成されて
いる。
【００３４】このロードロック室５１には、搬送装置５
２、例えばアルミニウム製のアームを導電性テフロンに
よりコーティングして静電対策が施された搬送アームが
設けられている。また、上記ロードロック室５１には、
底面に設けられた排気口より排気管５３が接続され、真
空排気弁５４を介して真空ポンプ５５により真空引きが
可能なように構成されている。
２、例えばアルミニウム製のアームを導電性テフロンに
よりコーティングして静電対策が施された搬送アームが
設けられている。また、上記ロードロック室５１には、
底面に設けられた排気口より排気管５３が接続され、真
空排気弁５４を介して真空ポンプ５５により真空引きが
可能なように構成されている。
【００３５】上記ロードロック室５１の側壁には、開閉
自在に設けられたゲートバルブ５６を介して隣接するカ
セット室５７が接続されるように構成されている。この
カセット室５７には、カセット５８を載置する載置台５
９が設けられており、このカセット５８には、被処理体
である半導体ウェハＷが２５枚収納することができるよ
うに構成されている。また、上記カセット室５７には、
底面に設けられた排気口より排気管６１が接続され、真
空排気弁６１を介して真空ポンプ５６により真空引きが
可能なように構成されている。また、上記カセット室５
７の他方の側壁には、開閉自在に設けられたゲートバル
ブ６２を介して大気に接するように構成されている。以
上のように、本発明に基づくプラズマエッチング方法を
適用可能なプラズマ装置１は構成されている。
自在に設けられたゲートバルブ５６を介して隣接するカ
セット室５７が接続されるように構成されている。この
カセット室５７には、カセット５８を載置する載置台５
９が設けられており、このカセット５８には、被処理体
である半導体ウェハＷが２５枚収納することができるよ
うに構成されている。また、上記カセット室５７には、
底面に設けられた排気口より排気管６１が接続され、真
空排気弁６１を介して真空ポンプ５６により真空引きが
可能なように構成されている。また、上記カセット室５
７の他方の側壁には、開閉自在に設けられたゲートバル
ブ６２を介して大気に接するように構成されている。以
上のように、本発明に基づくプラズマエッチング方法を
適用可能なプラズマ装置１は構成されている。
【００３６】次に、本発明に基づいて、図３（ａ）に示
す９００オングストロームの窒化チタン膜上に３０００
オングストロームのタングステン膜、さらに１００００
オングストロームのフォトレジスト膜が積層されたエッ
チング対象に対して、ＳＦ6とＮ2との混合ガスによりタ
ングステンエッチングを実施した結果について説明す
る。なおエッチング条件としては、被処理体の処理面の
温度を低温、例えば０℃付近低温に設定し、処理室内の
圧力は数十ｍＴｏｒｒに設定し、印加する高周波電源の
電力は３００Ｗ程度の低い電力とした。そのエッチング
結果を図５、図７および図８に示す。
す９００オングストロームの窒化チタン膜上に３０００
オングストロームのタングステン膜、さらに１００００
オングストロームのフォトレジスト膜が積層されたエッ
チング対象に対して、ＳＦ6とＮ2との混合ガスによりタ
ングステンエッチングを実施した結果について説明す
る。なおエッチング条件としては、被処理体の処理面の
温度を低温、例えば０℃付近低温に設定し、処理室内の
圧力は数十ｍＴｏｒｒに設定し、印加する高周波電源の
電力は３００Ｗ程度の低い電力とした。そのエッチング
結果を図５、図７および図８に示す。
【００３７】まずＮ2流量を変数として、タングステン
のエッチングレートおよびフォトレジストに対するタン
グステンエッチングの選択比の変化を調べた。その結
果、図５に示すように、ＳＦ6に対してＮ2を多量に添加
してしまうと、タングステンのエッチングレートおよび
フォトレジストに対するタングステンエッチングの選択
比は低下していく。したがって、本発明に基づくタング
ステンのプラズマエッチング方法においては、処理ガス
として、ＳＦ6に対するＮ2の添加量が１％〜３０％、好
ましくは２％〜１０％の混合ガスを使用することによ
り、高いタングステンのエッチングレートおよびフォト
レジストに対するタングステンエッチングの選択比を得
ることが可能である。
のエッチングレートおよびフォトレジストに対するタン
グステンエッチングの選択比の変化を調べた。その結
果、図５に示すように、ＳＦ6に対してＮ2を多量に添加
してしまうと、タングステンのエッチングレートおよび
フォトレジストに対するタングステンエッチングの選択
比は低下していく。したがって、本発明に基づくタング
ステンのプラズマエッチング方法においては、処理ガス
として、ＳＦ6に対するＮ2の添加量が１％〜３０％、好
ましくは２％〜１０％の混合ガスを使用することによ
り、高いタングステンのエッチングレートおよびフォト
レジストに対するタングステンエッチングの選択比を得
ることが可能である。
【００３８】さらに、図６（ａ）（ｂ）に示す測定方法
にて、本発明に基づいて構成されたプラズマエッチング
方法にてタングステンエッチングを実施した後のアンダ
ーカット量およびＣＤロスとＮ2流量変化との関係につ
いて調べた。図７に示すように、本発明方法によれば、
１％以上、さらに好ましく２％以上のＮ2をＳＦ6に添加
することにより、アンダーカットを防止し、図３（ｃ）
に示すような順テーパ形状ないし垂直形状の良好な形状
でタングステンエッチングを実施することが可能であ
る。
にて、本発明に基づいて構成されたプラズマエッチング
方法にてタングステンエッチングを実施した後のアンダ
ーカット量およびＣＤロスとＮ2流量変化との関係につ
いて調べた。図７に示すように、本発明方法によれば、
１％以上、さらに好ましく２％以上のＮ2をＳＦ6に添加
することにより、アンダーカットを防止し、図３（ｃ）
に示すような順テーパ形状ないし垂直形状の良好な形状
でタングステンエッチングを実施することが可能であ
る。
【００３９】ついで、次式に基づいて本発明に基づいて
タングステンエッチングを実施した後の半導体ウェハの
面内均一性を測定し、Ｎ2流量変化と均一性との関係に
ついて調べた。 均一性（±％） ＝（最大エッチングレート−最小エッチングレート）／ （最大エッチングレート＋最小エッチングレート）×１００（％） その結果、本発明方法によれば、１％以上、さらに好ま
しく２％以上のＮ2をＳＦ6に添加することにより、面内
均一性を向上させ、図４に示すような良好なウェハ面内
分布を得ることが可能である。
タングステンエッチングを実施した後の半導体ウェハの
面内均一性を測定し、Ｎ2流量変化と均一性との関係に
ついて調べた。 均一性（±％） ＝（最大エッチングレート−最小エッチングレート）／ （最大エッチングレート＋最小エッチングレート）×１００（％） その結果、本発明方法によれば、１％以上、さらに好ま
しく２％以上のＮ2をＳＦ6に添加することにより、面内
均一性を向上させ、図４に示すような良好なウェハ面内
分布を得ることが可能である。
【００４０】ついで、図９〜図１２を参照しながら、本
発明に基づくエッチング方法のさらに別実施例について
説明するが、図９はタングステンエッチングにおけるＮ
またはＮ2の作用を示し、図１０はＳＦ6のみで間欠エッ
チングを行った場合の状態を示し、図１１はＮ2パージ
とＳＦ6ＲＦの反覆間欠エッチングを行った場合の状態
を示し、さらに図１２はＮ2ＲＦとＳＦ6ＲＦの反覆間欠
エッチングを行った場合の状態を示している。
発明に基づくエッチング方法のさらに別実施例について
説明するが、図９はタングステンエッチングにおけるＮ
またはＮ2の作用を示し、図１０はＳＦ6のみで間欠エッ
チングを行った場合の状態を示し、図１１はＮ2パージ
とＳＦ6ＲＦの反覆間欠エッチングを行った場合の状態
を示し、さらに図１２はＮ2ＲＦとＳＦ6ＲＦの反覆間欠
エッチングを行った場合の状態を示している。
【００４１】一般には図３（ｂ）に示すようにＳＦ６単
ガスでタングステンエッチングを行った場合には，アン
ダーカットが生じ，所望のエッチング形状を得ることが
できない。しかしながら，図３（ｃ）のように，ＳＦ６
に１％〜３０％，好ましくは２％〜１０％のＮ２ガスを
混合することにより，垂直形状または順テーパ形状の良
好なエッチング形状を得ることが可能であるが，これは
発明者らの知見によれば，図９に示すように，タングス
テン表面にＮまたはＮ２が吸着し，Ｆ＊を失活させ，タ
ングステン側壁がエッチングから保護され，さらにイオ
ンアシストにより下方向へのエッチングが促進されるた
めであると考えられる。
ガスでタングステンエッチングを行った場合には，アン
ダーカットが生じ，所望のエッチング形状を得ることが
できない。しかしながら，図３（ｃ）のように，ＳＦ６
に１％〜３０％，好ましくは２％〜１０％のＮ２ガスを
混合することにより，垂直形状または順テーパ形状の良
好なエッチング形状を得ることが可能であるが，これは
発明者らの知見によれば，図９に示すように，タングス
テン表面にＮまたはＮ２が吸着し，Ｆ＊を失活させ，タ
ングステン側壁がエッチングから保護され，さらにイオ
ンアシストにより下方向へのエッチングが促進されるた
めであると考えられる。
【００４２】このようなＮ2ガスによるタングステンエ
ッチング形状の向上の効果は、混合ガスを用いるのみな
らず、Ｎ2ガスとＳＦ6ガスとを混合または切り換えるた
めの手段を備えたエッチング装置により、図１１または
図１２に示すように、Ｎ2ガスとＳＦ6ガスを交互に処理
室内に導入し、間欠エッチングを行うことによっても得
ることが可能である。すなわち、図１１に示すように、
Ｎ2パージガスを処理室内に導入し、タングステン側壁
にＮまたはＮ2を吸着させた後、ＳＦ6をプラズマ化しエ
ッチング処理を行う間欠エッチングを反覆することによ
り、エッチング形状の向上を図ることが可能である。さ
らに効果的には、図１２に示すように、Ｎ2ガスを処理
室内に導入し、Ｎ2ガスをプラズマ化することにより、
ＮまたはＮ2のタングステンへの吸着が促進されるの
で、エッチング形状の向上を図ることが可能である。こ
の点、図１０に示すように、ＳＦ6単ガスにより間欠エ
ッチングを行った場合には、ＮまたはＮ2のタングステ
ンへの吸着の効果が得られず、アンダーカットが生じる
ことより、Ｎ2ガスの効果を確認することが可能であ
る。
ッチング形状の向上の効果は、混合ガスを用いるのみな
らず、Ｎ2ガスとＳＦ6ガスとを混合または切り換えるた
めの手段を備えたエッチング装置により、図１１または
図１２に示すように、Ｎ2ガスとＳＦ6ガスを交互に処理
室内に導入し、間欠エッチングを行うことによっても得
ることが可能である。すなわち、図１１に示すように、
Ｎ2パージガスを処理室内に導入し、タングステン側壁
にＮまたはＮ2を吸着させた後、ＳＦ6をプラズマ化しエ
ッチング処理を行う間欠エッチングを反覆することによ
り、エッチング形状の向上を図ることが可能である。さ
らに効果的には、図１２に示すように、Ｎ2ガスを処理
室内に導入し、Ｎ2ガスをプラズマ化することにより、
ＮまたはＮ2のタングステンへの吸着が促進されるの
で、エッチング形状の向上を図ることが可能である。こ
の点、図１０に示すように、ＳＦ6単ガスにより間欠エ
ッチングを行った場合には、ＮまたはＮ2のタングステ
ンへの吸着の効果が得られず、アンダーカットが生じる
ことより、Ｎ2ガスの効果を確認することが可能であ
る。
【００４３】さらに図１３には、磁場アシストＲＩＥに
よりタングステンエッチングを行う場合の、エッチング
レートの面内均一を促進する構成が示されている。図１
３（ａ）に示すように、従来の磁場アシストＲＩＥを用
いて、たとえば処理温度、−３０〜８０℃、処理圧力数
ｍ〜１００ｍＴｏｒｒ、高周波電力１００〜５００Ｗ
で、ＳＦ6をメインエッチングガスとしてエッチング処
理を行った場合には、図１３（ａ）に示されるように面
内均一性が著しく損なわれる。しかしながら、本発明に
示すように、永久磁石などの磁場形成手段７を上下動可
能に構成し、磁石と被処理体の処理面との距離を調整
し、好ましくは永久磁石を上昇させ、磁石と被処理体の
処理面との距離を長くとることにより、図１３（ｂ）に
示すように、タングステンエッチングの面内均一性を向
上させることが可能である。またかかる構成によりタン
グステンエッチングレートをも併せて向上させることが
可能である。このように、磁場アシストＲＩＥを用いて
ＳＦ6ガスによりタングステンまたはタングステン化合
物のエッチングを行う場合には、磁場形成手段と被処理
体との位置を最適に調整する必要がある。
よりタングステンエッチングを行う場合の、エッチング
レートの面内均一を促進する構成が示されている。図１
３（ａ）に示すように、従来の磁場アシストＲＩＥを用
いて、たとえば処理温度、−３０〜８０℃、処理圧力数
ｍ〜１００ｍＴｏｒｒ、高周波電力１００〜５００Ｗ
で、ＳＦ6をメインエッチングガスとしてエッチング処
理を行った場合には、図１３（ａ）に示されるように面
内均一性が著しく損なわれる。しかしながら、本発明に
示すように、永久磁石などの磁場形成手段７を上下動可
能に構成し、磁石と被処理体の処理面との距離を調整
し、好ましくは永久磁石を上昇させ、磁石と被処理体の
処理面との距離を長くとることにより、図１３（ｂ）に
示すように、タングステンエッチングの面内均一性を向
上させることが可能である。またかかる構成によりタン
グステンエッチングレートをも併せて向上させることが
可能である。このように、磁場アシストＲＩＥを用いて
ＳＦ6ガスによりタングステンまたはタングステン化合
物のエッチングを行う場合には、磁場形成手段と被処理
体との位置を最適に調整する必要がある。
【００４４】以上の実施例においては、タングステン
（Ｗ）にエッチングを行った実施例について説明した
が、本発明はかかる実施例に限定されず、特許請求の範
囲に記載された技術的思想を逸脱しない範囲で、タング
ステン化合物、例えばＷＳｉやＴｉＷなどのタングステ
ン化合物のプラズマエッチングにも適用可能である。
（Ｗ）にエッチングを行った実施例について説明した
が、本発明はかかる実施例に限定されず、特許請求の範
囲に記載された技術的思想を逸脱しない範囲で、タング
ステン化合物、例えばＷＳｉやＴｉＷなどのタングステ
ン化合物のプラズマエッチングにも適用可能である。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づいて
構成されたタングステンまたはタングステン化合物のプ
ラズマエッチング方法および装置によれば、高エッチン
グレートをおよびフォトレジストに対する高選択比を維
持したままで、アンダーカットのない垂直または順テー
パ形状の良好なエッチング形状および良好な面内均一性
を有するエッチングを実施することが可能なので、タン
グステンまたはタングステン化合物の微細加工をより良
好に行うことができる。
構成されたタングステンまたはタングステン化合物のプ
ラズマエッチング方法および装置によれば、高エッチン
グレートをおよびフォトレジストに対する高選択比を維
持したままで、アンダーカットのない垂直または順テー
パ形状の良好なエッチング形状および良好な面内均一性
を有するエッチングを実施することが可能なので、タン
グステンまたはタングステン化合物の微細加工をより良
好に行うことができる。
【図１】本発明方法を適用可能なプラズマエッチング装
置の断面図である。
置の断面図である。
【図２】本発明方法を適用可能なプラズマエッチング装
置の製造工程における動作を示す説明図である。
置の製造工程における動作を示す説明図である。
【図３】本発明方法によるエッチングと従来方法による
エッチングとによるエッチング形状を比較する説明図で
ある。
エッチングとによるエッチング形状を比較する説明図で
ある。
【図４】本発明方法によるエッチングと従来方法による
エッチングとによる面内均一性を比較する説明図であ
る。
エッチングとによる面内均一性を比較する説明図であ
る。
【図５】本発明方法による、Ｎ2流量変化とタングステ
ンエッチングレートおよびレジスト選択比との関係を示
すグラフである。
ンエッチングレートおよびレジスト選択比との関係を示
すグラフである。
【図６】アンダーカット量およびＣＤロスの測定方法を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図７】本発明方法による、Ｎ2流量変化とエッチング
後のアンダーカット量およびＣＤロスとの関係を示すグ
ラフである。
後のアンダーカット量およびＣＤロスとの関係を示すグ
ラフである。
【図８】本発明方法による、Ｎ2流量変化とエッチング
後の面内均一性との関係を示すグラフである。
後の面内均一性との関係を示すグラフである。
【図９】タングステンエッチングにおけるＮまたはＮ2
の作用を示す説明図である。
の作用を示す説明図である。
【図１０】ＳＦ6のみでタングステンの間欠エッチング
を行った場合の状態を示す説明図である。
を行った場合の状態を示す説明図である。
【図１１】Ｎ2パージとＳＦ6ＲＦによりタングステンの
反覆間欠エッチングを行った場合の状態を示す説明図で
ある。
反覆間欠エッチングを行った場合の状態を示す説明図で
ある。
【図１２】Ｎ2ＲＦとＳＦ6ＲＦによりタングステンの反
覆間欠エッチングを行った場合の状態を示す説明図であ
る。
覆間欠エッチングを行った場合の状態を示す説明図であ
る。
【図１３】本発明に基づいて、磁場発生手段と被処理体
の処理面との距離を可変に構成した場合の効果を示す説
明図である。
の処理面との距離を可変に構成した場合の効果を示す説
明図である。
４ 処理室 ５ ガス供給系 ５ａ ＳＦ6源 ５ｂ Ｎ2源 ５ｃ マスフローコントローラ ６ ガス排気系 ７ 磁石 ８ サセプタ １２ 静電チャックシート ２２ 加熱手段 ２４ 高周波電源 ２５ 冷媒溜 Ｗ 半導体ウェハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 崎間 弘美 東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東 京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 小笠原 正宏 東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東 京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 田原 好文 東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東 京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−267241（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−7130（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00
Claims (7)
- 【請求項１】 ガス供給系とガス排気系とを備え気密に
構成された処理室内に載置された被処理体表面に形成さ
れたタングステン膜またはタングステン化合物膜を，上
記処理室内に導入された処理ガスをプラズマ化すること
によりエッチングするプラズマエッチングするにあた
り，上記処理ガスとしてＳＦ ６ ガスを用い，Ｎ ２ パージ
とＳＦ ６ プラズマ処理とを反覆する間欠エッチングを行
うことを特徴とする，プラズマエッチング方法。 - 【請求項２】 ガス供給系とガス排気系とを備え気密に
構成された処理室内に載置された被処理体表面に形成さ
れたタングステン膜またはタングステン化合物膜を，上
記処理室内に導入された処理ガスをプラズマ化すること
によりエッチングするプラズマエッチングにおいて，上
記処理ガスとしてＳＦ ６ ガスを用い，Ｎ ２ プラズマ処理
とＳＦ ６ プラズマ処理とを反覆する間欠エッチングを行
うことを特徴とする，プラズマエッチングエッチング方
法。 - 【請求項３】 −１００℃から室温までの温度雰囲気で
かつ数ｍＴｏｒｒ以上１００ｍＴｏｒｒ以下の圧力雰囲
気にてタングステン膜またはタングステン化合物膜のプ
ラズマエッチングを行うことを特徴とする，請求項１ま
たは２のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。 - 【請求項４】 ５０Ｗ以上１０００Ｗ以下の高周波電力
を上記処理室内に設置された電極に印加することにより
発生したプラズマによりタングステン膜またはタングス
テン化合物膜のプラズマエッチングを行うことを特徴と
する，請求項１，２または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】 請求項１，２，３または４のいずれかに
記載のプラズマエッチング方法を実施するための装置で
あって，ＳＦ ６ ガスとＮ ２ ガスとを混合または切り換え
て処理室内に導入するための手段が設けられていること
を特徴とする，プラズマエッチング装置。 - 【請求項６】 上記プラズマエッチング装置が磁場アシ
スト式のプラズマエッチング装置であることを特徴とす
る，請求項５に記載のプラズマエッチング装置。 - 【請求項７】 上記磁場アシスト式のプラズマエッチン
グ装置の処理室 内に載置された被処理体の処理面と磁場
形成手段との間の距離が調整可能であることを特徴とす
る，請求項６に記載のプラズマエッチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06084045A JP3115767B2 (ja) | 1993-12-29 | 1994-03-30 | プラズマエッチング方法および装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-349832 | 1993-12-29 | ||
| JP34983293 | 1993-12-29 | ||
| JP06084045A JP3115767B2 (ja) | 1993-12-29 | 1994-03-30 | プラズマエッチング方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07273098A JPH07273098A (ja) | 1995-10-20 |
| JP3115767B2 true JP3115767B2 (ja) | 2000-12-11 |
Family
ID=26425132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06084045A Expired - Fee Related JP3115767B2 (ja) | 1993-12-29 | 1994-03-30 | プラズマエッチング方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3115767B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3123914B2 (ja) * | 1995-12-27 | 2001-01-15 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1994
- 1994-03-30 JP JP06084045A patent/JP3115767B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07273098A (ja) | 1995-10-20 |
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