JP3234812B2

JP3234812B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3234812B2
Application number: JP08310999A
Authority: JP
Inventors: 康後藤; 得男久禮; 博士川上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2001-12-04
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: JPH11340216A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低ガス圧での高密
度プラズマを用いて、高選択性，高異方性のエッチング
加工を行なうことのできるエッチング工程を有する半導
体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路等の益々の高集積
化に伴い、その製造工程におけるエッチングパターンの
より一層の微細化が進められている。エッチングパター
ンの微細化は、必然的にエッチング加工形状の高アスペ
クト比化を伴うため、エッチング速度のアスペクト比依
存性が問題になってきている。すなわち、アスペクト比
が高くなるにつれてエッチング速度を大きくとることが
困難になってきている。

【０００３】エッチングプロセスは、反応種（以下、エ
ッチャントと云う）が吸着した被加工物表面にエッチン
グ用のエネルギー性イオン（以下、エッチングイオン、
または単にイオンと云う）を照射し、該イオンの衝撃に
よって上記エッチャントと被加工物表面構成物質との反
応生成物を形成させかつ該反応生成物を被加工物表面か
ら脱離させることによって所望のエッチングパターンを
得るプロセスである。この際、被加工物表面に方向性を
持って入射するのは電界により加速されたイオンのみで
あり、エッチャントはランダムな方向から被加工物表面
に入射する。そこで、エッチング速度のアスペクト比依
存性を低減するには、エッチングイオンの入射方向を揃
えてやる必要があり、そのために種々の工夫がなされて
いる。

【０００４】エッチングイオンの進行方向を揃えるため
の一般的な方法は、エッチングイオンを生成させるプラ
ズマの低ガス圧化である。これは、エッチングイオンの
イオンシース内での中性粒子との衝突による散乱を減少
させることによって、エッチングイオンの方向性を改善
しようとする方法である。しかし、この場合には、低ガ
ス圧化によってエッチャントやエッチングイオンそのも
のの密度も低下してしまうため、必然的にエッチング速
度も低下してしまう。そこで、このエッチング速度の低
下を防ぐために、発生プラズマ中に磁場を印加してプラ
ズマを高密度化させることが行なわれている。

【０００５】また、超高集積回路（ＵＬＳＩ）の加工に
おいては、マスクや下地の薄膜化が進み、高選択性、低
損傷性に優れたエッチング技術が要求されてきており、
この要求に対しては、エッチングイオンの低エネルギー
化が図られてきている。

【０００６】上記の両要求を満足させることのできる低
ガス圧かつ低イオンエネルギーのエッチング装置とし
て、有磁場マイクロ波放電を用いたエッチング装置（こ
れは、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）エッチング装
置とも呼ばれている）が実用化され、さらにその改良が
進められてきている。例えば、特開平２−２５３６１７
号公報には、反応室の周囲に配置した電磁石にＡＣ電流
を重畳したＤＣ電流を流して、プラズマの均一性を向上
させ、もってエッチング速度を高めるようにした装置に
ついて開示されている。また、特開平３−１５５６２０
号公報には、プラズマ発生用のマイクロ波電源をイオン
を加速するための交流バイアス電源と同期させてスイッ
チングすることにより、断続的にプラズマを発生させる
ようにした装置について開示されている。この装置によ
れば、交流バイアスの整合が効率よくとれるため、バイ
アス電力の損失が少なくなり、エッチング速度が向上す
ることが示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のエッチ
ング方法および装置においては、エッチングイオンの方
向性を改善しかつ低エネルギー化を図るために、低ガス
圧で高密度プラズマを発生させると共に、イオンを加速
するための高周波バイアス電力の大きさを下げることが
行なわれてきた。このような従来技術においては、エッ
チングをアシストするイオンの散乱を低減させてイオン
の方向性を向上させると云う点については配慮されてい
るが、イオンの加速電界の均一性の向上および十分なエ
ッチャントの供給と云う点については十分な配慮がなさ
れているとは云えない。このため、例えば溝や孔パター
ンのエッチング加工に際して、溝や孔の底部へのエッチ
ャントの供給が不足するという現象が生じ、エッチング
イオンはほぼ垂直方向に揃って入射しているにも拘ら
ず、高アスペクト比部分でのエッチング速度が低下して
エッチング深さが不足するという問題が生じている。こ
の問題は、加工寸法が微細化するにつれてアスペクト比
が大きくなっていくので益々重要な課題となってきてい
る。

【０００８】また、エッチングイオンが被加工物のマス
クチャージアップなどの局所電界歪によって曲げられ、
加工形状が斜めになる現象も問題となってきている。こ
のイオンが曲げられる現象は、加工段差による電界集中
などによって生じる。この現象は、エッチング速度を増
すためにプラズマを高密度化すると、エッチング形状の
加工段差寸法に対してイオンシースの厚さが相対的に薄
くなるので、さらに大きくイオンが曲げられることにな
るため、一層重大な課題となっている。

【０００９】本発明の目的は、上記した従来技術におけ
る課題を解決し、アスペクト比依存性のない垂直加工形
状を与える高精度・高選択性のエッチング方法、および
その方法を実施するのに好適なエッチング装置を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、被加工物
（試料）の支持台に接続した高周波電源の出力またはプ
ラズマ中に印加する磁界の強度を断続的に変化させるこ
とによって、平均イオンシース厚さｄと平均イオンエネ
ルギーＶｓとが、それぞれｄ₁ とＶｓ₁ なる値をとる状
態とそれぞれｄ₂ とＶｓ₂ （ｄ₂ ＞ｄ₁ で、かつ、Ｖｓ
₂ ＞Ｖｓ₁ ）なる値をとる状態と云うような互いに異な
る複数の状態間で交互に切り換えることを繰り返すこと
により達成される。

【００１１】上述したように、本発明のエッチング方法
および装置においては、エッチングイオンを生成させる
ためのプラズマを連続発生させた状態のもとで、被加工
試料を支持する試料台に接続された高周波電源の出力を
異なる複数の出力値間で断続的に変化させるか、若しく
は、プラズマ発生室の周囲に配置された磁界発生手段に
よりプラズマ中に印加する磁界強度を断続的に変化させ
ることにより、プラズマの平均イオンシースの厚さｄを
薄い状態と厚い状態との間で断続的（周期的）に変化さ
せることを特徴としている。

【００１２】まず、平均イオンシース厚さｄが（ｄ＝ｄ
₁ と）薄い状態では、高周波電源の出力を下げて平均イ
オンエネルギーＶｓを(Ｖｓ＝Ｖｓ₁ と)低くする。この
時間内ではエッチング反応を抑制した状態で、十分なエ
ッチャントの供給を行なう。その後の平均イオンシース
厚さｄを（ｄ＝ｄ₂ と）厚くした状態では、高周波電源
の出力を高くして平均イオンエネルギーＶｓを(Ｖｓ＝
Ｖｓ₂ と)高め、エッチング反応を促進させる。ただ
し、この状態での平均イオンエネルギーＶｓ₂ は、単に
高いほど良いと云うものではなく、実際には使用するマ
スク材に対して高いエッチング選択性が得られるような
範囲内のエネルギーに選定することにより、エッチング
選択性の向上も図る必要がある。

【００１３】上述したように、本発明のエッチング方法
においては、エッチングイオンを生成させるためのプラ
ズマを連続的に発生維持した状態で、上記した二つの状
態を周期的に繰り返すことにより、所定のエッチングが
遂行される。このため、高アスペクト比部分へのエッチ
ャントの供給が十分になった状態でエッチングイオンを
照射することができるので、従来技術において問題とな
っていたエッチング速度のアスペクト比依存性を効果的
に緩和することができるのである。

【００１４】また、イオンシースの平均厚さｄが厚い
（ｄ₂ ）状態において、この厚さｄ₂を被加工物表面上
の段差寸法の１０倍以上でかつイオンの平均自由行程よ
りも短く設定することにより、上記段差近傍での電界ひ
ずみやチャージアップの影響を軽減し、イオンを垂直に
入射させることができる。

【００１５】本発明のエッチング方法では、エッチャン
トの供給とエッチングを促進するための比較的高いエネ
ルギーでのイオン照射とを独立して制御できるため、良
好な垂直エッチング加工が達成できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例につき、図
面を参照して詳細に説明する。

【００１７】［実施例１］本実施例は、有磁場マイクロ
波エッチング装置において被加工試料に印加する高周波
電圧を周期的に変化させながら、試料表面のエッチング
加工を行なう方法についてのものである。

【００１８】図１は、本発明のエッチング方法を実施す
るために使用される有磁場マイクロ波エッチング装置の
要部構成を示した縦断面概略図である。同図において、
マイクロ波電力発生器１、導波管２、マイクロ波透過性
真空容器（放電管）３、磁場発生用電磁コイル４、試料
台５、試料温度制御機構６、被加工試料７、固定電位付
与電極８、高周波電力印加電源９、電磁コイル電源１
０、ガス導入系１１、真空排気口１２、発光モニター用
プラズマ採光窓１３、発光モニター処理装置１４は、従
来からの有磁場マイクロ波エッチング装置においてもす
でに用いられているものである。

【００１９】上記の構成において、エッチング加工され
るべき試料７を試料台５上に載置して放電管３内を真空
排気した後、ガス導入系１１より放電管３内にエッチン
グ用の反応性ガスを含む放電用ガスを導入した状態で、
マイクロ波電力発生器１より導波管２を介して放電管３
内にマイクロ波電力を供給することにより、放電管３内
にマイクロ波放電プラズマが発生する。また、発生プラ
ズマ中に電磁コイル４により適当な強度の磁場を印加す
ることにより、発生プラズマの密度が高められる。この
高密度プラズマ中で放電用ガスが励起解離されて、エッ
チングイオンおよび反応性のエッチャントが生成され
る。このエッチングイオンおよびエッチャントによって
試料７表面のエッチングが遂行されることは前述のとお
りである。なお、かかる従来装置部分の動作や機能につ
いてのさらに詳細な説明は、ここでは省略する。

【００２０】本実施例においては、上記した従来の装置
構成に加えて、さらに高周波電力印加電源９からの高周
波電力を試料台５を介して試料に印加する経路内に、試
料７への高周波電力の印加条件を異なる二つの条件間で
断続的に切り換えるためのチョッパ１５が新たに付設さ
れ、さらに、該チョッパ１５と磁場コイル電源１０とを
同期して制御するための同期制御機構１６が設けられて
いる。この同期制御機構１６によって磁場コイル電源１
０から電磁コイル４への励磁電流の供給条件を異なる二
条件間で断続的に変化させることにより、放電管３内に
連続して発生維持されているプラズマのプラズマ発生条
件（プラズマ密度とＥＣＲポイント）を異なる二状態間
で断続的かつ繰返し変化させながら、このプラズマ発生
条件の断続的変化に同期してチョッパ１５によって高周
波電力印加電源９から試料台５を介して試料７に印加す
る高周波電力の印加条件を異なる二条件間で断続的かつ
繰返し変化させ得るように構成されている。なお、上記
したチョッパ１５を用いる代わりに、高周波電力印加電
源９の出力系自体に上記と同様の試料に対する高周波電
力印加条件を断続的に変化させ得るような機能手段を付
加させておき、同期制御機構１６からの制御信号により
該機能手段を直接制御するように構成してもよいことは
云うまでもない。要は、試料への高周波電力印加条件を
断続的に変化させ得るような機能手段であればよい。

【００２１】図１の装置構成を用いて遂行される本発明
エッチング方法の基本的なフロー図を図２に示す。図２
において、（ａ）はプラズマ中に導入するガスの圧力条
件を示し、（ｂ）はプラズマに供給するマイクロ波（μ
波）パワーを示し、（ｃ）は試料に印加する高周波電力
（ＲＦパワー）の変化を示し、（ｄ）は試料表面上で遂
行されるエッチング反応機構の変化の様子を示してい
る。なお、図３は、上記のエッチングフローに従って試
料表面のエッチングを行なった場合のエッチング反応機
構の変化（反応種の吸着と反応生成物の脱離）の様子を
概念的に説明する図である。

【００２２】本実施例のエッチング方法においては、ま
ず放電管３内のガス圧力が一定に保たれる（図２の
（ａ））ように反応性ガスを一定流量で放電管３内に導
入しながら、該放電管３内に一定強度のマイクロ波パワ
ーを投入（図２の（ｂ））して、放電管３内にマイクロ
波放電プラズマを発生させる。その後、上記プラズマを
連続発生（連続放電）させたままの状態で、試料７に印
加する高周波電力のＯＮ、ＯＦＦを繰り返す（図２の
（ｃ））。これにより、反応種の吸着と反応生成物の脱
離とが交互に繰り返される（図２の（ｄ））。

【００２３】先ず、試料への高周波電力の印加がＯＦＦ
の周期時間（Ｔoff ）においては、イオンシースの厚み
は薄く、生成されるエッチングイオンのエネルギーが低
いためエッチングは殆ど進行せずに、エッチャント（反
応種）の吸着が優先的に行なわれる期間となっており、
この期間（Ｔoff ）には、試料表面が少なくとも１層以
上のエッチャントで覆われる（図３の（ａ）参照）。次
に、試料への高周波電力の印加がＯＮとなる周期時間
（Ｔon）においては、イオンシースの厚みが厚くなり、
エッチングイオンのエネルギーが高くなって、十分なエ
ッチング反応が進行する（図３の（ｂ）参照）。

【００２４】これらの操作を１秒よりも短い周期時間
（Ｔ）で繰り返すことにより、エッチャントが十分に供
給された状態でのエッチングが行なわれることとなり、
反応効率の高いエッチングが達成される。また、マイク
ロ波（μ波）パワーの供給を周期的（間歇的）にして、
マイクロ波放電プラズマ発生の休止期間を設ける場合に
は、該プラズマが発生している期間内に上述したような
試料に対する高周波電力の断続的印加を繰り返すように
すればよい。

【００２５】図１の装置構成を用いて、図４の（ａ）に
示すような単層レジストマスク４２を設けたシリコン基
板４１をＳＦ₆ ガスを用いてエッチングする場合につい
て説明する。まず、シリコン基板４１を放電管３内に搬
送し、温度制御機構６によって冷却されている試料台５
上に固定し、シリコン基板温度を−１３０℃に保持す
る。続いて、放電管３内に２５ sccm のＳＦ₆ ガスを含
む放電用ガスを導入し、放電管３内の圧力を１０ m Tor
r (一定)に維持する。この状態で電磁コイル４に電流を
流し、導波管２から放電管３内にマイクロ波電力を供給
し、放電管３内にガス放電プラズマを発生させる。

【００２６】この放電プラズマが発生したら、今度は、
高周波電源９と試料台５との接続経路内に設けられたチ
ョッパ１５に同期制御機構１６からの制御信号を送っ
て、試料７への高周波電力の印加状態を０．５秒周期で
０Ｗ印加状態（ＯＦＦ状態）と５Ｗ印加状態（ＯＮ状
態）との間で交互に切り換えることを繰り返しながら、
開孔幅Ｗａが３μｍのパターン部で３μｍ深さのエッチ
ングを行なった。この方法でエッチングした場合のエッ
チングパターン形状は、図４の（ｃ）に示すとおりであ
った。これに対して、従来方法に従って試料７への高周
波電力の印加状態を５Ｗ一定としてエッチングした場合
のエッチングパターン形状は、図４の（ｂ）に示すとお
りであった。

【００２７】図４の（ｂ）と（ｃ）の比較からも明らか
なように、本実施例の方法により得られるエッチング形
状は、レジストに対する選択比とアスペクト比依存性と
において大きく改善されている。ちなみに、従来方法で
はレジストに対する選択比が４０程度であったのに対
し、本実施例の方法では選択比が１００程度となってお
り、約２倍以上の選択比向上が認められた。また、従来
方法による開孔幅Ｗｂが０．５μｍのパターン部のエッ
チング深さ４４には開孔幅Ｗａが３μｍのパターン部の
エッチング深さ４３に比べて約２０％のエッチング遅れ
が認められたが、本実施例の方法での０．５μｍパター
ン部のエッチング深さ４６にはそのようなエッチング遅
れは殆ど認められなかった。

【００２８】本実施例において上述したような優れた効
果が得られる理由につき図５の実験結果を用いて説明す
る。図５は、試料に対する高周波電力印加のＯＮ−ＯＦ
Ｆ時間を同じ（Ｔon＝Ｔoff ）にしてその周期時間Ｔを
変化させた場合のエッチング速度の変化を示している。
実験は、図１の装置構成を用いて図４の（ａ）に示した
試料に対して行なった。１０ m Torr の圧力でＳＦ₆ ガ
スを２５ sccm で導入しながら、試料に印加する高周波
電力を０Ｗ（無印加状態）と５Ｗ（印加状態）との間で
周期的に切り換えながらエッチング処理を行ない、０．
５μｍ幅のパターン部のエッチング速度を調べた。な
お、比較のために従来法に従って試料に対して５Ｗの高
周波電力を連続印加してエッチングした場合のエッチン
グ速度は約３．５μｍ／分であり、０Ｗ印加（無印加状
態）を継続した場合におけるエッチング速度は約０．１
μｍ／分であった。これに対し、本発明に従って試料に
印加する高周波電力を周期的に変化させると、その周期
時間Ｔが１０秒程度と長い場合にはエッチング速度は約
１．５μｍ／分まで低下してしまうが、この周期時間Ｔ
を１秒よりも短くするとエッチング速度は顕著に増大
し、０．２秒以下では飽和した。これは、周期時間Ｔが
長い場合には、単純に高周波電力印加を０Ｗ連続とした
場合と５Ｗ連続とした場合とでの平均的なエッチング速
度となるが、周期時間Ｔを短くするに従ってエッチャン
ト吸着の過程と反応生成物脱離の過程とが効率的に行な
われるようになるためと考えられる。なお、この図５に
示した条件下では、エッチャントを飽和吸着させた後の
高周波電力の印加時間Ｔonは０．１秒とするのが適当で
ある。

【００２９】次に、エッチャント供給時間として試料７
への高周波電力無印加時間Ｔoff を設けることの効果に
ついて、図６の実験結果を参照して説明する。この実験
は、やはり図１の装置構成を用いて図４の（ａ）に示し
た試料について行なった。試料７に印加する高周波電力
を５Ｗとしたときの周期時間Ｔonを０．１秒に固定し
て、印加高周波電力が０Ｗ（ＲＦオフ）時の周期時間Ｔ
off を変化させたときの０．５μｍパターン部分のエッ
チング速度の変化の様子を調べた。その他の条件は上記
した図５の実験の場合と同様に設定した。

【００３０】高周波電力無印加（ＲＦオフ）の周期時間
Ｔoff を短くするにつれて、エッチング速度は増加し、
０．０５秒以下になるとほぼ飽和した。しかし、３．０
μｍパターン部分のエッチング速度は０．０５秒以下に
なってもまだ飽和せず、再びアスペクト比依存性が生じ
た。この条件の下ではエッチャントの供給が０．０５秒
でほぼ飽和し、これ以上吸着時間（Ｔoff ）を長くして
も吸着量は増加しないので、無為な時間が増加しエッチ
ング速度が低下することになるが、Ｔoff 時間を０．０
５秒よりも短くすると、高アスペクト比のパターン部で
エッチャントの吸着量が不足することになり、アスペク
ト比依存性が生じることになると考えられる。

【００３１】いま、シリコン基板表面上に面積１cm² 当
たり約１．４×１０¹⁵個の面密度で存在するシリコン原
子にそれぞれ３〜４個のエッチャントを吸着させようと
する場合、１０ m Torr の圧力ではエッチャントの入射
量が１秒間に約５×１０¹⁸個であるから、約１ミリ秒で
必要数のエッチャントが入射する。ただし、エッチング
孔や溝の底部に到達するエッチャント数はアスペクト比
の関係で入射量の数％から５０％程度になるので、吸着
量が飽和するためには少なくとも０．０５秒を要する。
このように、飽和ガス吸着を行なわせるには、少なくと
も１ミリ秒以上の吸着時間が必要である。したがって、
試料への高周波電力の断続的印加の周波数は１キロＨｚ
以下とする必要がある。

【００３２】図１の装置構成でのチョッパ１５と高周波
電源９の代わりに低周波電源を用いた場合、１周期の間
にレジスト等の絶縁物マスクのチャージアップによって
加工精度が低下する。このため、単に低周波の試料バイ
アスを印加すると云うだけでは所望の効果が得られない
のであり、１キロＨｚ以上の高周波電力を低周波で振幅
変調して試料に印加することによって、始めて所望とす
る高精度、高効率のエッチング加工を実現することがで
きるのである。

【００３３】上記の例では、エッチングガスとしてＳＦ
₆ ガスを用いた場合について示したが、この他Ｃｌ₂ や
Ｂｒ₂ などのエッチングガスを用いても最適な周期時間
Ｔは多少変化するものの、試料への高周波電力の印加を
断続的に変化させることによって同様の効果が得られ
た。

【００３４】また、使用可能なエッチング装置に関して
も、上記実施例に示した有磁場マイクロ波プラズマエッ
チング装置だけで限られるものではなく、ヘリカル共鳴
型や３電極型などのプラズマ発生機構を用いたプラズマ
エッチング装置のようにプラズマの発生と試料への高周
波電力の印加とをそれぞれ独立に制御できるプラズマエ
ッチング装置であれば、やはり同様な効果が得られる。

【００３５】なお、本発明のエッチング方法において
は、連続発生されているプラズマの中で、エッチング中
の試料に対し、エッチャントの吸着を十分に行なわせて
から、瞬時に高周波バイアスを印加して高異方性イオン
の作用でエッチングを行なうものであるから、上記した
エッチャントの吸着時には、顕著なエッチング作用を生
じない程度の低いエネルギーのイオン照射があっても構
わない。すなわち、試料に印加する高周波バイアスを単
にＯＮ−ＯＦＦするだけではなく、高バイアス印加状態
と低バイアス印加状態との間での切り換えを繰り返すよ
うにしてもよいことは云うまでもない。

【００３６】［実施例２］本実施例は、図１に示した装
置構成の有磁場マイクロ波エッチング装置を用いて、酸
化膜マスクを介して多結晶シリコンをエッチング加工す
る方法についてのものであり、被加工試料に印加する高
周波電力を周期的に断続変化させた場合のもう一つの効
果を説明するためのものである。

【００３７】図７に、本実施例によるエッチング方法の
工程図を示す。図７の（ａ）はエッチング前の試料の形
状を示し、シリコン基板７１上に熱酸化膜７２を成長さ
せた後、多結晶シリコン７３とシリコン酸化膜７４を堆
積し、該シリコン酸化膜７４に孤立パターンを形成して
なるものである。この試料をＣｌ₂ ガスを２０ sccmの
流量で導入し、圧力を１０ m Torr 一定とした反応室
（放電管）内においてエッチングした。図１の装置構成
において、試料に印加する高周波電力を断続的に変化さ
せずに、酸化膜７４に対する多結晶シリコン７３のエッ
チング選択比を高く取るために印加高周波電力の出力を
３Ｗ（一定）に設定して多結晶シリコン層７３を連続エ
ッチングすると、エッチング断面形状が図７の（ｂ）に
示すように逆テーパ状になる現象が生じた。これは、プ
ラズマと試料表面との間に形成されるイオンシースの平
均厚さｄがパターン段差に比べて薄く、加速電界も低い
ためパターン部分の電界の歪の影響を受けるために生じ
たと考えられる。この時の多結晶シリコン７３の酸化膜
７４に対するエッチング選択比は約３０であった。同様
の装置構成を用いて、パターン部分の電界歪の影響を緩
和するために、高周波電源の出力を１０Ｗ（一定）に設
定して連続エッチングすると、図７の（ｃ）に示すよう
な垂直断面形状が得られるが、この時のエッチング選択
比は約１０に低下した。

【００３８】これに対し、図１の装置構成で、試料への
印加高周波電力を０Ｗと１０Ｗとの間で各０．５秒周期
で繰り返し切り換えながらエッチングした場合のエッチ
ング断面形状が図７の（ｄ）である。垂直断面形状で、
エッチング選択比は約３０となっており、形状、選択比
とも改善されている。本実施例では、エッチャントの供
給を飽和させてから高エネルギーのイオンを照射するの
で、効率的なエッチングが進行し、選択比と加工形状が
改善されるものと考えられる。

【００３９】さらに、本実施例では、アスペクト比依存
性の殆どないエッチングが達成されるので、オーバーエ
ッチングの時間が少なくてもよいため、下地酸化膜７２
の削れが低減できる。

【００４０】この他、本実施例のエッチング方法を用い
てライン＆スペースのようなエッチングすべき溝（スペ
ース）が多数並んだパターンをエッチングした場合にお
いても、上記と同様の良好なエッチング特性が得られ
た。

【００４１】

【発明の効果】本発明のエッチング方法によれば、試料
面へのエッチャントの供給時間とエッチングイオンの照
射とをほぼ独立に制御できるので、アスペクト比依存性
の殆ど無い垂直断面形状の高選択比エッチングが達成で
きるため、ＵＬＳＩ等におけるパターン加工精度を大幅
に向上できるという効果がある。したがって、特に下地
酸化膜が薄い場合のゲート加工や高アスペクト比構造と
なるトレンチキャパシタの加工等に有効である。また、
本発明のエッチング方法によれば、低損傷でのエッチン
グ加工が可能となると云う効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になる有磁場マイクロ波エッ
チング装置の要部構成を示す縦断面概略図。

【図２】本発明の一実施例になるエッチング方法のパラ
メータフローを示す線図。

【図３】本発明のエッチング方法におけるエッチング機
構を説明するための模式図。

【図４】本発明のエッチング方法により得られる効果を
説明するための工程説明図。

【図５】本発明のエッチング方法により得られる他の効
果を説明するための曲線図。

【図６】本発明のエッチング方法により得られるさらに
他の効果を説明するための曲線図。

【図７】本発明のエッチング方法により得られるさらに
別の効果を説明するための工程説明図。

【符号の説明】

１：マイクロ波発生器、２：導波管、
３：放電管、４：電磁コイ
ル、５：試料台、６：温度
制御機構、７：試料、
８：固定電位付与電極、９：高周波電源、
１０：コイル電源、１１：ガス導入系、
１２：排気口、１３：採光窓、
１４：発光信号モニター、１５：チョ
ッパ、１６：同期機構、４１：
シリコン基板、４２：レジスト、４
３：エッチング深さ、４４：エッチン
グ深さ、４５：エッチング深さ、４
６：エッチング深さ、７１：シリコン基板、
７２：シリコン酸化膜、７３：多結晶シリコン
膜、７４：シリコン酸化膜。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−280378（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−174320（ＪＰ，Ａ) 特開平２−297928（ＪＰ，Ａ) 特開平２−312227（ＪＰ，Ａ) 特開平２−77123（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−126832（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−288021（ＪＰ，Ａ) 特開平４−80368（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチングガスのプラズマを発生させて、
該発生プラズマにより基体をエッチング加工する工程を
有する半導体装置の製造方法において、前記エッチング加工する工程は、前記基体のエッチング
加工中に、前記プラズマを連続発生させた状態で、前記
基体に印加する高周波電力を第１の電力値と第２の電力
値との間で変化させることにより、前記基体の表面に形
成されるイオンシースの平均厚さとエッチングイオンの
平均エネルギーとをそれぞれ異なる二値の間で変化させ
ることを、１秒よりも短い繰り返し周期で周期的に繰り
返し行う工程であることを特徴とする半導体装置の製造
方法。
【請求項２】前記の印加高周波電力の第２の電力値がゼ
ロであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項３】前記イオンシースの平均厚さは、第１の厚
さ値と、前記第１の厚さ値よりも大きな第２の厚さ値と
を有し、前記第２の厚さ値は前記基体の表面段差寸法の
１０倍以上で、かつ前記プラズマ中のイオンの平均自由
工程より短く設定されてなることを特徴とする請求項１
または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記したエッチングガスのプラズマを発生
させるためのプラズマ発生手段として、マイクロ波を用
いてプラズマを発生させるマイクロ波プラズマ発生装置
を用いることを特徴とする請求項１から３までのいずれ
かに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記の印加高周波電力を第２の電力値すな
わちゼロ電力値とする期間は、前記の各繰り返し周期ご
とに１ミリ秒以上であることを特徴とする請求項２に記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】エッチングガスをプラズマ化し、前記プラ
ズマにより基体をドライエッチングする工程を有する半
導体装置の製造方法において、前記ドライエッチングする工程は、前記基体に印加する
高周波電力を第１の電力値と第２の電力値との間で変化
させることにより、前記プラズマ中の反応種を前記基体
に吸着させる段階と、エッチング反応により生成した反
応生成物を前記基体から脱離させる段階とを１秒よりも
短い繰り返し周期で交互に周期的に繰り返しながらドラ
イエッチングする工程であることを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項７】前記吸着させる工程と前記脱離させる工程
は、前記基体に印加する高周波電力をＯＮ−ＯＦＦ印加
することにより行われることを特徴とする請求項６に記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記反応種を前記基体に吸着させる時間
は、１ミリ秒以上であることを特徴とする請求項６また
は７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記基体は、表面にシリコン酸化膜が形成
された基体であることを特徴とする請求項６乃至８の何
れかに記載の半導体装置の製造方法。