JP3297963B2 - プラズマエッチング方法 - Google Patents
プラズマエッチング方法Info
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- JP3297963B2 JP3297963B2 JP15247594A JP15247594A JP3297963B2 JP 3297963 B2 JP3297963 B2 JP 3297963B2 JP 15247594 A JP15247594 A JP 15247594A JP 15247594 A JP15247594 A JP 15247594A JP 3297963 B2 JP3297963 B2 JP 3297963B2
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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
に関し、さらに詳しくは同一のエッチングチャンバ内で
連続的に多数回のエッチング処理を重ねても、安定で均
一なエッチング特性が得られるＳｉ系材料層のプラズマ
エッチング方法に関する。
に関し、さらに詳しくは同一のエッチングチャンバ内で
連続的に多数回のエッチング処理を重ねても、安定で均
一なエッチング特性が得られるＳｉ系材料層のプラズマ
エッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置のデザインルール
がハーフミクロンからクォータミクロンのレベルへと微
細化されるに伴い、プラズマエッチング等の微細加工技
術に対する要求は一段と厳しさを増している。中でも、
多結晶シリコンや高融点金属シリサイドを用いたＭＩＳ
ＦＥＴのゲート電極や、Ｓｉ基板へのトレンチ加工にお
いては、高異方性、高選択比、高エッチングレート、低
汚染そして低ダメージ等の諸要求を高いレベルで満足さ
せ得るプラズマエッチング方法が要求される。
がハーフミクロンからクォータミクロンのレベルへと微
細化されるに伴い、プラズマエッチング等の微細加工技
術に対する要求は一段と厳しさを増している。中でも、
多結晶シリコンや高融点金属シリサイドを用いたＭＩＳ
ＦＥＴのゲート電極や、Ｓｉ基板へのトレンチ加工にお
いては、高異方性、高選択比、高エッチングレート、低
汚染そして低ダメージ等の諸要求を高いレベルで満足さ
せ得るプラズマエッチング方法が要求される。
【０００３】サイドエッチングのない高異方性エッチン
グと下地絶縁膜との高選択比を両立するエッチングガス
として、近年Ｃｌ（塩素）系ガス、Ｂｒ（臭素）系ガス
あるいはＩ（ヨウ素）系ガスを含むエッチングガスが有
効とされている。これは、Ｂｒラジカル（Ｂｒ* ）やＣ
ｌラジカル（Ｃｌ* ）あるいはＩラジカル（Ｉ* ）の化
学的活性が、通常用いられるＣＦ4 等Ｆ（フッ素）系ガ
スから生成するＦラジカル（Ｆ* ）よりも小さいため、
ラジカル反応主体による等方性エッチングを抑制できる
ためである。
グと下地絶縁膜との高選択比を両立するエッチングガス
として、近年Ｃｌ（塩素）系ガス、Ｂｒ（臭素）系ガス
あるいはＩ（ヨウ素）系ガスを含むエッチングガスが有
効とされている。これは、Ｂｒラジカル（Ｂｒ* ）やＣ
ｌラジカル（Ｃｌ* ）あるいはＩラジカル（Ｉ* ）の化
学的活性が、通常用いられるＣＦ4 等Ｆ（フッ素）系ガ
スから生成するＦラジカル（Ｆ* ）よりも小さいため、
ラジカル反応主体による等方性エッチングを抑制できる
ためである。
【０００４】またエッチングの反応生成物であるＳｉＢ
ｒx やＳｉＣｌx あるいはＳｉＩxが被エッチング基板
上に堆積し、イオン入射の少ないパターン側面に残留し
て側壁保護膜を形成するので、ラジカルのアタックや垂
直方向以外からの入射イオンからパターン側面を保護す
る効果が期待されるためでもある。
ｒx やＳｉＣｌx あるいはＳｉＩxが被エッチング基板
上に堆積し、イオン入射の少ないパターン側面に残留し
て側壁保護膜を形成するので、ラジカルのアタックや垂
直方向以外からの入射イオンからパターン側面を保護す
る効果が期待されるためでもある。
【０００５】これら反応生成物の堆積を助長するととも
に、ラジカル反応をさらに低減するために、被エッチン
グ基板温度を例えば０℃以下に冷却する低温エッチング
が施される。このためには、冷媒等により低温冷却され
た基板ステージに被エッチング基板を静電チャックによ
り密着させ、さらにＨｅ等の熱伝導ガスを基板ステージ
表面から被エッチング基板の裏面に向けて少量流し、熱
伝導効率を高めることが行われる。静電チャックとして
は、エッチングの面内均一性の観点から、単極式静電チ
ャックが一般的である。プラズマエッチング終了後に
は、被エッチング基板上に残留している電荷をＨｅ等の
希ガスプラズマ放電により除去した後、被エッチング基
板を基板ステージから離脱し搬送する。かかる方法の詳
細に関しては、本願出願人が先に出願した特願平５−２
５８６１４号明細書に記載されている。
に、ラジカル反応をさらに低減するために、被エッチン
グ基板温度を例えば０℃以下に冷却する低温エッチング
が施される。このためには、冷媒等により低温冷却され
た基板ステージに被エッチング基板を静電チャックによ
り密着させ、さらにＨｅ等の熱伝導ガスを基板ステージ
表面から被エッチング基板の裏面に向けて少量流し、熱
伝導効率を高めることが行われる。静電チャックとして
は、エッチングの面内均一性の観点から、単極式静電チ
ャックが一般的である。プラズマエッチング終了後に
は、被エッチング基板上に残留している電荷をＨｅ等の
希ガスプラズマ放電により除去した後、被エッチング基
板を基板ステージから離脱し搬送する。かかる方法の詳
細に関しては、本願出願人が先に出願した特願平５−２
５８６１４号明細書に記載されている。
【０００６】これらＣｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系
ガスを用いてプラズマエッチングする場合においても、
均一で安定なパターニングを施すためには、被エッチン
グ層表面に形成されているＳｉＯ2 をはじめとする自然
酸化膜を予め除去した後、パターニングを施すことが望
ましい。
ガスを用いてプラズマエッチングする場合においても、
均一で安定なパターニングを施すためには、被エッチン
グ層表面に形成されているＳｉＯ2 をはじめとする自然
酸化膜を予め除去した後、パターニングを施すことが望
ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＳｉＢｒx
やＳｉＣｌx あるいはＳｉＩx 等のエッチング反応生成
物は、被エッチング基板上に堆積するとともに、エッチ
ングチャンバ内壁面にも付着する。とりわけ、量産ライ
ンでの連続処理時においては反応生成物の付着量が加算
されてゆくので、蓄積した反応生成物が逆にスパッタア
ウトされてプラズマ雰囲気中に放出される量も増え、エ
ッチングチャンバ内は反応生成物過剰の雰囲気となる。
従ってこの場合には、被エッチング層のエッチングレー
トの低下、パターンのテーパ形状化による寸法変換差の
発生等、プロセスの不安定性を招く一因ともなってい
た。
やＳｉＣｌx あるいはＳｉＩx 等のエッチング反応生成
物は、被エッチング基板上に堆積するとともに、エッチ
ングチャンバ内壁面にも付着する。とりわけ、量産ライ
ンでの連続処理時においては反応生成物の付着量が加算
されてゆくので、蓄積した反応生成物が逆にスパッタア
ウトされてプラズマ雰囲気中に放出される量も増え、エ
ッチングチャンバ内は反応生成物過剰の雰囲気となる。
従ってこの場合には、被エッチング層のエッチングレー
トの低下、パターンのテーパ形状化による寸法変換差の
発生等、プロセスの不安定性を招く一因ともなってい
た。
【０００８】また上述の反応生成物は酸化され易い物質
であるので、プラズマエッチング終了後エッチングチャ
ンバ内を大気解放したり、レジストマスクをアッシング
する場合には酸化物に変換され、これが剥離してパーテ
ィクル汚染の原因ともなっていた。
であるので、プラズマエッチング終了後エッチングチャ
ンバ内を大気解放したり、レジストマスクをアッシング
する場合には酸化物に変換され、これが剥離してパーテ
ィクル汚染の原因ともなっていた。
【０００９】エッチングチャンバ内壁に付着したこれら
反応生成物は、例えば数十枚の被エッチング基板を連続
的に処理する各ロット終了毎に、Ｆ系ガスによるドライ
クリーニングを行って除去する方法が採られている。し
かし連続的処理中に徐々に蓄積する反応生成物によるプ
ロセスの変動には対応できないのが現状であった。
反応生成物は、例えば数十枚の被エッチング基板を連続
的に処理する各ロット終了毎に、Ｆ系ガスによるドライ
クリーニングを行って除去する方法が採られている。し
かし連続的処理中に徐々に蓄積する反応生成物によるプ
ロセスの変動には対応できないのが現状であった。
【００１０】そこで本発明の課題は、Ｃｌ系ガス、Ｂｒ
系ガスやＩ系ガスを含むエッチングガスにより、被エッ
チング基板上のＳｉ系材料層をエッチングするプラズマ
エッチング方法において、エッチングチャンバ内壁への
反応生成物の堆積に起因するプロセスの不安定性を排除
し、これにより安定で均一なパターン形状が得られるプ
ラズマエッチング方法を提供することである。
系ガスやＩ系ガスを含むエッチングガスにより、被エッ
チング基板上のＳｉ系材料層をエッチングするプラズマ
エッチング方法において、エッチングチャンバ内壁への
反応生成物の堆積に起因するプロセスの不安定性を排除
し、これにより安定で均一なパターン形状が得られるプ
ラズマエッチング方法を提供することである。
【００１１】また本発明の別の課題は、Ｓｉ系材料層上
の自然酸化膜の除去や、さらに単極式静電チャックを用
いるエッチング方法においてはエッチング終了後の被エ
ッチング基板の残留電荷除去をも兼ねた、上述したプラ
ズマエッチング方法を提供することである。本発明の上
記以外の課題は本明細書および添付図面の説明により明
らかにされる。
の自然酸化膜の除去や、さらに単極式静電チャックを用
いるエッチング方法においてはエッチング終了後の被エ
ッチング基板の残留電荷除去をも兼ねた、上述したプラ
ズマエッチング方法を提供することである。本発明の上
記以外の課題は本明細書および添付図面の説明により明
らかにされる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマエッチ
ング方法は、上述の課題を解決するために発案したもの
であり、Ｃｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系ガスから選
ばれるいずれか１種を含むエッチングガスにより、被エ
ッチング基板上のＳｉ系材料層をエッチングするプラズ
マエッチング方法において、Ｆ系ガスを含む処理ガスの
プラズマ放電により、このＳｉ系材料層表面の自然酸化
膜を除去するとともに、エッチングチャンバ内壁面をク
リーニングした後、プラズマエッチングを施すことを特
徴とするものである。
ング方法は、上述の課題を解決するために発案したもの
であり、Ｃｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系ガスから選
ばれるいずれか１種を含むエッチングガスにより、被エ
ッチング基板上のＳｉ系材料層をエッチングするプラズ
マエッチング方法において、Ｆ系ガスを含む処理ガスの
プラズマ放電により、このＳｉ系材料層表面の自然酸化
膜を除去するとともに、エッチングチャンバ内壁面をク
リーニングした後、プラズマエッチングを施すことを特
徴とするものである。
【００１３】また本発明のプラズマエッチング方法は、
被エッチング基板を単極式静電チャックにより保持しつ
つ、Ｃｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系ガスから選ばれ
るいずれか１種を含むエッチングガスにより、被エッチ
ング基板上のＳｉ系材料層をエッチングするプラズマエ
ッチング方法において、このプラズマエッチングを施し
た後、Ｆ系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電により、
被エッチング基板の残留電荷除去を施すとともに、エッ
チングチャンバ内壁面をクリーニングすることを特徴と
するものである。
被エッチング基板を単極式静電チャックにより保持しつ
つ、Ｃｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系ガスから選ばれ
るいずれか１種を含むエッチングガスにより、被エッチ
ング基板上のＳｉ系材料層をエッチングするプラズマエ
ッチング方法において、このプラズマエッチングを施し
た後、Ｆ系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電により、
被エッチング基板の残留電荷除去を施すとともに、エッ
チングチャンバ内壁面をクリーニングすることを特徴と
するものである。
【００１４】ここでＳｉ系材料層は、非晶質Ｓｉ、多結
晶ＳｉおよびＳｉ基板を含むシリコン材料、高融点金属
シリサイドおよび高融点金属ポリサイド等の積層材料を
含むものである。またＦ系ガスを含む処理ガスとは、Ｓ
Ｆ6 、ＮＦ3 、Ｎ2 Ｆ4 、ＨＦ、Ｆ2 およびＸｅＦ2 等
非堆積性のＦ原子を含むガスあるいはこれらのガスの混
合ガス、さらにはこれらと他の非堆積性ガスとの混合ガ
スを指し示すものである。
晶ＳｉおよびＳｉ基板を含むシリコン材料、高融点金属
シリサイドおよび高融点金属ポリサイド等の積層材料を
含むものである。またＦ系ガスを含む処理ガスとは、Ｓ
Ｆ6 、ＮＦ3 、Ｎ2 Ｆ4 、ＨＦ、Ｆ2 およびＸｅＦ2 等
非堆積性のＦ原子を含むガスあるいはこれらのガスの混
合ガス、さらにはこれらと他の非堆積性ガスとの混合ガ
スを指し示すものである。
【００１５】
【作用】本発明のポイントは、従来各ロット終了毎の行
っていたＦ系ガスによるドライクリーニングを、各プラ
ズマエッチングの開始前または終了後毎に行う点にあ
る。即ち、例えば枚葉式エッチング装置であれば、被エ
ッチング基板１枚毎にエッチングチャンバの内壁面をク
リーニングするのである。
っていたＦ系ガスによるドライクリーニングを、各プラ
ズマエッチングの開始前または終了後毎に行う点にあ
る。即ち、例えば枚葉式エッチング装置であれば、被エ
ッチング基板１枚毎にエッチングチャンバの内壁面をク
リーニングするのである。
【００１６】本発明においては、このクリーニングをＦ
系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電により行い、この
時に被エッチング層表面に形成されている自然酸化膜の
除去ステップを同時に施す。これにより、前回のプラズ
マエッチングによりエッチングチャンバ内壁面に堆積し
た反応生成物は除去され、当回のプラズマエッチングに
おいてはクリーンなチャンバ内で安定で均一な処理を施
すことが可能となる。
系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電により行い、この
時に被エッチング層表面に形成されている自然酸化膜の
除去ステップを同時に施す。これにより、前回のプラズ
マエッチングによりエッチングチャンバ内壁面に堆積し
た反応生成物は除去され、当回のプラズマエッチングに
おいてはクリーンなチャンバ内で安定で均一な処理を施
すことが可能となる。
【００１７】また単極式静電チャックを用いるプラズマ
エッチングにおいては、このクリーニングをＦ系ガスを
含む処理ガスのプラズマ放電により行い、この時に被エ
ッチング基板の残留電荷除去ステップを同時に施す。こ
れにより、当回のプラズマエッチングによりエッチング
チャンバ内壁面に堆積した反応生成物は除去され、次回
のプラズマエッチングにおいてはクリーンなチャンバ内
で安定で均一な処理を施すことが可能となる。
エッチングにおいては、このクリーニングをＦ系ガスを
含む処理ガスのプラズマ放電により行い、この時に被エ
ッチング基板の残留電荷除去ステップを同時に施す。こ
れにより、当回のプラズマエッチングによりエッチング
チャンバ内壁面に堆積した反応生成物は除去され、次回
のプラズマエッチングにおいてはクリーンなチャンバ内
で安定で均一な処理を施すことが可能となる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき図面を参
照しながら説明する。まず、図１（ａ）〜（ｃ）および
図３（ａ）〜（ｃ）は実施例で用いたＲＦバイアス印加
型ＥＣＲプラズマエッチング装置の使用状態を示す概略
断面図である。すなわち、２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を導波管３を経由して石英等の誘電体材料からなるベル
ジャ４内に導入し、ソレノイドコイル５により発生する
０．０８７５Ｔの磁界によりべルジャ４内にＥＣＲ放電
によるプラズマ７を生成する。べルジャ４はエッチング
チャンバを構成する主要部分であり、その下部には被エ
ッチング基板１を載置する基板ステージ２を配設する。
なお両図とも、基板ステージ２の温度制御手段、静電チ
ャック、ガス導入孔、真空ポンプ等の細部は図示を省略
する。
照しながら説明する。まず、図１（ａ）〜（ｃ）および
図３（ａ）〜（ｃ）は実施例で用いたＲＦバイアス印加
型ＥＣＲプラズマエッチング装置の使用状態を示す概略
断面図である。すなわち、２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を導波管３を経由して石英等の誘電体材料からなるベル
ジャ４内に導入し、ソレノイドコイル５により発生する
０．０８７５Ｔの磁界によりべルジャ４内にＥＣＲ放電
によるプラズマ７を生成する。べルジャ４はエッチング
チャンバを構成する主要部分であり、その下部には被エ
ッチング基板１を載置する基板ステージ２を配設する。
なお両図とも、基板ステージ２の温度制御手段、静電チ
ャック、ガス導入孔、真空ポンプ等の細部は図示を省略
する。
【００１９】実施例１ 本実施例は、Ｂｒ系ガスを用いてＳｉ基板にトレンチを
形成する際に本発明を適用した例であり、これを図１
（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説
明する。本実施例で用いた被エッチング基板は、図２
（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１に０．３５μｍの開口
径を有するレジストマスク１３を形成したものである。
Ｓｉ基板１上にはＳｉＯ2 からなる自然酸化膜１２が薄
く形成されており、この自然酸化膜１２の厚さ、膜質等
は不規則なものである。したがって、この状態のままＳ
ｉトレンチエッチングを開始すると、安定で均一な形状
のトレンチ加工に支障をきたす虞れがある。
形成する際に本発明を適用した例であり、これを図１
（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説
明する。本実施例で用いた被エッチング基板は、図２
（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１に０．３５μｍの開口
径を有するレジストマスク１３を形成したものである。
Ｓｉ基板１上にはＳｉＯ2 からなる自然酸化膜１２が薄
く形成されており、この自然酸化膜１２の厚さ、膜質等
は不規則なものである。したがって、この状態のままＳ
ｉトレンチエッチングを開始すると、安定で均一な形状
のトレンチ加工に支障をきたす虞れがある。
【００２０】そこでまず、この自然酸化膜１２の除去を
行う。図２（ａ）に示す被エッチング基板１を図１
（ａ）に示すエッチング装置の基板ステージ２上にセッ
ティングする。この際、べルジャ４の内壁面には前回の
Ｓｉトレンチエッチングにより生成したＳｉＢｒx 系の
反応生成物６が付着している。言うまでもなく、図１
（ａ）ではこの反応生成物６は誇張して示してある。次
に一例として下記条件により、Ｆ系ガスによるプラズマ
放電を５秒間施す。 ＳＦ6 ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．０ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ４０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本プラズマ放電工程においては、ＳＦ6 の解離により生
成するプラズマ７によるラジカル反応が、ＳＦx + 等の
イオン入射にアシストされる機構で強固な自然酸化膜１
２がブレークスルーされて消失し、図２（ｂ）に示すよ
うにＳｉ基板１の表面が露出する。同時に、図１（ｂ）
に示すようにべルジャ４内壁面に付着していた反応生成
物６もクリーニングされる。
行う。図２（ａ）に示す被エッチング基板１を図１
（ａ）に示すエッチング装置の基板ステージ２上にセッ
ティングする。この際、べルジャ４の内壁面には前回の
Ｓｉトレンチエッチングにより生成したＳｉＢｒx 系の
反応生成物６が付着している。言うまでもなく、図１
（ａ）ではこの反応生成物６は誇張して示してある。次
に一例として下記条件により、Ｆ系ガスによるプラズマ
放電を５秒間施す。 ＳＦ6 ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．０ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ４０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本プラズマ放電工程においては、ＳＦ6 の解離により生
成するプラズマ７によるラジカル反応が、ＳＦx + 等の
イオン入射にアシストされる機構で強固な自然酸化膜１
２がブレークスルーされて消失し、図２（ｂ）に示すよ
うにＳｉ基板１の表面が露出する。同時に、図１（ｂ）
に示すようにべルジャ４内壁面に付着していた反応生成
物６もクリーニングされる。
【００２１】続けて、一例として下記条件によりＳｉ基
板１１のトレンチエッチングを行う。 ＨＢｒ １２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．５ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本エッチング工程では、図１（ｃ）および図２（ｃ）に
示すように、ＨＢｒによるプラズマ７が生成し、Ｓｉ基
板１１はＢｒ* によるラジカル反応がＢｒ+ の入射にア
シストされる形でエッチングが進行する。形成されるト
レンチ１４の側面には、ＳｉＢｒx 系の反応生成物から
なる側壁保護膜（図示せず）が形成され、異方性エッチ
ングが達成される。この側壁保護膜は、レジストマスク
１３の分解生成物を一部含むものである。同時に、Ｓｉ
Ｂｒx 系の反応生成物６はべルジャ４の内壁面に付着す
る。エッチング終了後、加工済の被エッチング基板を搬
出し、新たな被エッチング基板を搬入し、再び図１
（ａ）の状態となる。
板１１のトレンチエッチングを行う。 ＨＢｒ １２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．５ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本エッチング工程では、図１（ｃ）および図２（ｃ）に
示すように、ＨＢｒによるプラズマ７が生成し、Ｓｉ基
板１１はＢｒ* によるラジカル反応がＢｒ+ の入射にア
シストされる形でエッチングが進行する。形成されるト
レンチ１４の側面には、ＳｉＢｒx 系の反応生成物から
なる側壁保護膜（図示せず）が形成され、異方性エッチ
ングが達成される。この側壁保護膜は、レジストマスク
１３の分解生成物を一部含むものである。同時に、Ｓｉ
Ｂｒx 系の反応生成物６はべルジャ４の内壁面に付着す
る。エッチング終了後、加工済の被エッチング基板を搬
出し、新たな被エッチング基板を搬入し、再び図１
（ａ）の状態となる。
【００２２】本実施例によれば、トレンチエッチング開
始前はＳｉ基板１１表面の自然酸化膜１２は除去された
状態であるとともに、べルジャ４内壁面の反応生成物６
も除去された状態であるので、前回のエッチング工程の
履歴を受けることなく、すなわち反応生成物過剰の雰囲
気となることなく、安定で均一なＳｉトレンチエッチン
グを継続して施すことが可能である。
始前はＳｉ基板１１表面の自然酸化膜１２は除去された
状態であるとともに、べルジャ４内壁面の反応生成物６
も除去された状態であるので、前回のエッチング工程の
履歴を受けることなく、すなわち反応生成物過剰の雰囲
気となることなく、安定で均一なＳｉトレンチエッチン
グを継続して施すことが可能である。
【００２３】実施例２ 本実施例は単極式静電チャックを有するエッチング装置
により、高融点金属ポリサイド層をＣｌ系ガスによりエ
ッチングする場合に本発明を適用した例であり、これを
図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）を参照し
て説明する。本実施例に用いたエッチング装置は、基本
的には実施例１で用いたＲＦバイアス印加型ＥＣＲプラ
ズマエッチング装置と同じであるが、図３（ａ）〜
（ｃ）に示す装置は、基板ステージ２に単極式静電チャ
ック（図示せず）を具備するものである。
により、高融点金属ポリサイド層をＣｌ系ガスによりエ
ッチングする場合に本発明を適用した例であり、これを
図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）を参照し
て説明する。本実施例に用いたエッチング装置は、基本
的には実施例１で用いたＲＦバイアス印加型ＥＣＲプラ
ズマエッチング装置と同じであるが、図３（ａ）〜
（ｃ）に示す装置は、基板ステージ２に単極式静電チャ
ック（図示せず）を具備するものである。
【００２４】本実施例で用いた被エッチング基板は、図
４（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１上にＳｉＯ2 等の
ゲート絶縁膜１５、不純物をドープした多結晶シリコン
層１６、ＷＳｉX 層１７が順次被着され、０．３５ｎｍ
幅のレジストマスク１３を形成したものであり、例えば
ゲート電極配線のパターニングに適用するものである。
各層の厚さは、一例として絶縁層１５が１０ｎｍ、多結
晶シリコン層１６およびＷＳｉX 層１７はともに１００
ｎｍである。この被エッチング基板１を図３（ａ）に示
したエッチング装置の低温冷却された基板ステージ２上
にセッティングし、単極式静電チャックにより被エッチ
ング基板を吸着保持する。次に一例として下記条件によ
り高融点金属ポリサイドゲート電極のパターニングを行
う。 Ｃｌ2 ７０ ｓｃｃｍ Ｏ2 １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ４０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本エッチング工程では、Ｃｌ2 ／Ｏ2 混合ガスのプラズ
マ７が生成し、Ｃｌ*によるラジカル反応がＣｌ+ 、Ｏ
+ のイオン入射にアシストされる形で高速の異方性エッ
チングが進行する。パターニングされる高融点金属ポリ
サイドのパターン側面には、反応生成物ＳｉＣｌx が側
壁保護膜１８となって付着し、異方性の向上に寄与す
る。側壁保護膜１８はレジストマスク１３の分解生成物
をも含むものである。同時にこの反応生成物６はべルジ
ャ４の内壁面にも付着する。
４（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１上にＳｉＯ2 等の
ゲート絶縁膜１５、不純物をドープした多結晶シリコン
層１６、ＷＳｉX 層１７が順次被着され、０．３５ｎｍ
幅のレジストマスク１３を形成したものであり、例えば
ゲート電極配線のパターニングに適用するものである。
各層の厚さは、一例として絶縁層１５が１０ｎｍ、多結
晶シリコン層１６およびＷＳｉX 層１７はともに１００
ｎｍである。この被エッチング基板１を図３（ａ）に示
したエッチング装置の低温冷却された基板ステージ２上
にセッティングし、単極式静電チャックにより被エッチ
ング基板を吸着保持する。次に一例として下記条件によ
り高融点金属ポリサイドゲート電極のパターニングを行
う。 Ｃｌ2 ７０ ｓｃｃｍ Ｏ2 １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ４０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本エッチング工程では、Ｃｌ2 ／Ｏ2 混合ガスのプラズ
マ７が生成し、Ｃｌ*によるラジカル反応がＣｌ+ 、Ｏ
+ のイオン入射にアシストされる形で高速の異方性エッ
チングが進行する。パターニングされる高融点金属ポリ
サイドのパターン側面には、反応生成物ＳｉＣｌx が側
壁保護膜１８となって付着し、異方性の向上に寄与す
る。側壁保護膜１８はレジストマスク１３の分解生成物
をも含むものである。同時にこの反応生成物６はべルジ
ャ４の内壁面にも付着する。
【００２５】ポリサイド層のエッチングが終了し、単極
式静電チャックの高圧ＤＣ電源を切っても、被エッチン
グ基板１には残留電荷が存在しており、基板ステージ２
から無理に離脱させた場合は被エッチング基板１に損傷
を生じる場合がある。そこでつぎにこの残留電荷の除去
ステップとして、Ｆ系ガスを含む処理ガスにより、一例
として下記条件によりプラズマ放電を５秒間施す。 ＳＦ6 ３０ ｓｃｃｍ Ｏ2 ２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．５ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ０ Ｗ 基板温度 ０ ℃ 本プラズマ放電工程では、図３（ｃ）に示すようにＳＦ
6 ／Ｏ2 混合ガスによるプラズマ７が生成し、べルジャ
４内壁面の反応生成物６が除去される。同時に、被エッ
チング基板１上の残留電荷も中和され、基板ステージ２
からの離脱および搬送は容易なものとなる。さらに、エ
ッチングされたポリサイド電極パターン側面の側壁保護
膜１８もこのＦ系プラズマにより除去される。本プラズ
マ放電条件は、ＲＦバイアスパワーが０Ｗであり、低イ
オンエネルギ条件であることから、ゲート絶縁膜１５に
与えるダメージは無視しうるレベルである。この状態を
図４（ｃ）に示す。加工済みの被エッチング基板をエッ
チング装置から搬出後、新しい被エッチング基板を搬入
し、再び図３（ａ）の状態となる。
式静電チャックの高圧ＤＣ電源を切っても、被エッチン
グ基板１には残留電荷が存在しており、基板ステージ２
から無理に離脱させた場合は被エッチング基板１に損傷
を生じる場合がある。そこでつぎにこの残留電荷の除去
ステップとして、Ｆ系ガスを含む処理ガスにより、一例
として下記条件によりプラズマ放電を５秒間施す。 ＳＦ6 ３０ ｓｃｃｍ Ｏ2 ２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．５ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ０ Ｗ 基板温度 ０ ℃ 本プラズマ放電工程では、図３（ｃ）に示すようにＳＦ
6 ／Ｏ2 混合ガスによるプラズマ７が生成し、べルジャ
４内壁面の反応生成物６が除去される。同時に、被エッ
チング基板１上の残留電荷も中和され、基板ステージ２
からの離脱および搬送は容易なものとなる。さらに、エ
ッチングされたポリサイド電極パターン側面の側壁保護
膜１８もこのＦ系プラズマにより除去される。本プラズ
マ放電条件は、ＲＦバイアスパワーが０Ｗであり、低イ
オンエネルギ条件であることから、ゲート絶縁膜１５に
与えるダメージは無視しうるレベルである。この状態を
図４（ｃ）に示す。加工済みの被エッチング基板をエッ
チング装置から搬出後、新しい被エッチング基板を搬入
し、再び図３（ａ）の状態となる。
【００２６】本実施例によれば、エッチング終了後の被
エッチング基板上の残留電荷除去ステップと同時に、エ
ッチングチャンバ内壁面の反応生成物６も除去された状
態からエッチングが開始されるので、前回のエッチング
工程の履歴を受けることなく、すなわち反応生成物過剰
の雰囲気となることなく、安定で均一なポリサイドゲー
トエッチングを継続して施すことが可能である。さら
に、側壁保護膜の除去も同時に達成されるので、プロセ
ス全体のスループットの向上に寄与する。
エッチング基板上の残留電荷除去ステップと同時に、エ
ッチングチャンバ内壁面の反応生成物６も除去された状
態からエッチングが開始されるので、前回のエッチング
工程の履歴を受けることなく、すなわち反応生成物過剰
の雰囲気となることなく、安定で均一なポリサイドゲー
トエッチングを継続して施すことが可能である。さら
に、側壁保護膜の除去も同時に達成されるので、プロセ
ス全体のスループットの向上に寄与する。
【００２７】以上、本発明を２例の実施例により説明し
たが本発明はこれら実施例になんら限定されるものでは
なく、種々の実施態様が可能である。
たが本発明はこれら実施例になんら限定されるものでは
なく、種々の実施態様が可能である。
【００２８】例えばエッチングガスとしてＣｌ系ガスと
Ｂｒ系ガスを例示したが、ＨＩやＩ 2 等のＩ系ガスを含
むエッチングガスによりＳｉ材料層をエッチングする場
合にも適用可能である。この場合にも、反応生成物とし
て比較的蒸気圧の小さいＳｉＩx 系の反応生成物がエッ
チングチャンバ内壁面の付着し易いものである。
Ｂｒ系ガスを例示したが、ＨＩやＩ 2 等のＩ系ガスを含
むエッチングガスによりＳｉ材料層をエッチングする場
合にも適用可能である。この場合にも、反応生成物とし
て比較的蒸気圧の小さいＳｉＩx 系の反応生成物がエッ
チングチャンバ内壁面の付着し易いものである。
【００２９】Ｆ系ガスとしてＳＦ6 を例示したが、ＮＦ
3 、Ｎ2 Ｆ4 、ＨＦ、Ｆ2 およびＸｅＦ2 等非堆積性の
Ｆ原子を含むガスあるいはこれらのガスの混合ガス、さ
らにはこれらと他の非堆積性ガスとの混合ガスを適宜用
いてもよい。
3 、Ｎ2 Ｆ4 、ＨＦ、Ｆ2 およびＸｅＦ2 等非堆積性の
Ｆ原子を含むガスあるいはこれらのガスの混合ガス、さ
らにはこれらと他の非堆積性ガスとの混合ガスを適宜用
いてもよい。
【００３０】Ｓｉ系材料層として単結晶Ｓｉ基板および
高融点金属ポリサイド層を例示したが、非晶質Ｓｉ、多
結晶Ｓｉ、高融点金属シリサイド等のパターニングに本
発明を適用してもよい。
高融点金属ポリサイド層を例示したが、非晶質Ｓｉ、多
結晶Ｓｉ、高融点金属シリサイド等のパターニングに本
発明を適用してもよい。
【００３１】エッチング装置として、基板バイアス印加
型ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いたが、平行平板
型ＲＩＥ装置、マグネトロンＲＩＥ装置であってもよ
い。ヘリコン波プラズマエッチング装置、ＴＣＰ（Ｔｒ
ａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）
エッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃ
ｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置等の高密
度プラズマエッチング装置を用いれば、さらなる低ダメ
ージ、高エッチングレート、被エッチング基板内の均一
性等が期待できる。
型ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いたが、平行平板
型ＲＩＥ装置、マグネトロンＲＩＥ装置であってもよ
い。ヘリコン波プラズマエッチング装置、ＴＣＰ（Ｔｒ
ａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）
エッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃ
ｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置等の高密
度プラズマエッチング装置を用いれば、さらなる低ダメ
ージ、高エッチングレート、被エッチング基板内の均一
性等が期待できる。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によればＣｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系ガスを含む
エッチングガスによりＳｉ系材料層をエッチングする場
合に、エッチングチャンバ内壁面に付着する反応生成物
を蓄積することなく、エッチング処理１回毎にクリーニ
ングするので、エッチングチャンバ内が反応生成物過剰
の雰囲気となることがない。このため、エッチングレー
トの低下や側壁保護膜の過剰によるパターンプロファイ
ルのテーパ化という問題は発生せず、常に安定で均一な
エッチング処理を施すことが可能となる。またチャンバ
内に蓄積する反応生成物の剥離によるパーティクルレベ
ルの低下もなく、クリーンなプロセスが実現できる。
によればＣｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系ガスを含む
エッチングガスによりＳｉ系材料層をエッチングする場
合に、エッチングチャンバ内壁面に付着する反応生成物
を蓄積することなく、エッチング処理１回毎にクリーニ
ングするので、エッチングチャンバ内が反応生成物過剰
の雰囲気となることがない。このため、エッチングレー
トの低下や側壁保護膜の過剰によるパターンプロファイ
ルのテーパ化という問題は発生せず、常に安定で均一な
エッチング処理を施すことが可能となる。またチャンバ
内に蓄積する反応生成物の剥離によるパーティクルレベ
ルの低下もなく、クリーンなプロセスが実現できる。
【００３３】またチャンバクリーニングと同時に、被エ
ッチング層表面の自然酸化膜の除去を施すことができる
ので、これもプロセスの安定化に寄与する。さらに、単
極式静電チャックを用いる場合には被エッチング基板上
の残留電荷除去を行うことが可能であり、スループット
の向上を図ることが可能となる。
ッチング層表面の自然酸化膜の除去を施すことができる
ので、これもプロセスの安定化に寄与する。さらに、単
極式静電チャックを用いる場合には被エッチング基板上
の残留電荷除去を行うことが可能であり、スループット
の向上を図ることが可能となる。
【００３４】本発明のプラズマエッチング方法は、特に
サブハーフミクロンクラスの微細なパターンを有する被
エッチング基板を連続的に処理する場合に、各被エッチ
ング基板１枚毎のプロセスの均一性、安定性の向上にそ
の効果が著しく、本発明がかかる半導体装置の製造プロ
セスに寄与する意義は大きい。
サブハーフミクロンクラスの微細なパターンを有する被
エッチング基板を連続的に処理する場合に、各被エッチ
ング基板１枚毎のプロセスの均一性、安定性の向上にそ
の効果が著しく、本発明がかかる半導体装置の製造プロ
セスに寄与する意義は大きい。
【図１】本発明を適用した実施例１で用いたＲＦバイア
ス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の使用状態を示
す概略断面図であり、（ａ）は前回のプラズマエッチン
グにより、チャンバ内壁面に反応生成物が付着している
状態、（ｂ）はＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電
によりチャンバ内壁面に反応生成物を除去している状
態、（ｃ）は今回のプラズマエッチングによりチャンバ
内壁面に反応生成物が付着した状態である。
ス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の使用状態を示
す概略断面図であり、（ａ）は前回のプラズマエッチン
グにより、チャンバ内壁面に反応生成物が付着している
状態、（ｂ）はＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電
によりチャンバ内壁面に反応生成物を除去している状
態、（ｃ）は今回のプラズマエッチングによりチャンバ
内壁面に反応生成物が付着した状態である。
【図２】本発明を適用した実施例１におけるプラズマエ
ッチング方法をその工程順に説明する概略断面図であ
り、（ａ）は自然酸化膜が形成されているＳｉ基板板上
にレジストマスクを形成した状態、（ｂ）はＦ系ガスを
含む処理ガスのプラズマ放電によりレジストマスク開口
面の自然酸化膜を除去した状態、（ｃ）は続けてＳｉ基
板にトレンチエッチングを施した状態である。
ッチング方法をその工程順に説明する概略断面図であ
り、（ａ）は自然酸化膜が形成されているＳｉ基板板上
にレジストマスクを形成した状態、（ｂ）はＦ系ガスを
含む処理ガスのプラズマ放電によりレジストマスク開口
面の自然酸化膜を除去した状態、（ｃ）は続けてＳｉ基
板にトレンチエッチングを施した状態である。
【図３】本発明を適用した実施例２で用いたＲＦバイア
ス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の使用状態を示
す概略断面図であり、（ａ）は被エッチング基板を単極
式静電チャックを有する基板ステージ上にセッティング
した状態、（ｂ）はプラズマエッチングを行っている状
態、（ｃ）はＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電に
よりチャンバ内壁面に反応生成物を除去すると共に被エ
ッチング基板上の残留電荷を除去ししている状態であ
る。
ス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の使用状態を示
す概略断面図であり、（ａ）は被エッチング基板を単極
式静電チャックを有する基板ステージ上にセッティング
した状態、（ｂ）はプラズマエッチングを行っている状
態、（ｃ）はＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電に
よりチャンバ内壁面に反応生成物を除去すると共に被エ
ッチング基板上の残留電荷を除去ししている状態であ
る。
【図４】本発明を適用した実施例２におけるプラズマエ
ッチング方法をその工程順に説明する概略断面図であ
り、（ａ）は多結晶シリコン層上にＷＳｉx 層を積層
し、レジストマスクを形成した状態、（ｂ）は側壁保護
膜を付着形成しつつ多結晶シリコン層とＷＳｉx 層をパ
ターニングした状態、（ｃ）はＦ系ガスを含む処理ガス
のプラズマ放電により残留電荷を除去すると共に側壁保
護膜を除去した状態である。
ッチング方法をその工程順に説明する概略断面図であ
り、（ａ）は多結晶シリコン層上にＷＳｉx 層を積層
し、レジストマスクを形成した状態、（ｂ）は側壁保護
膜を付着形成しつつ多結晶シリコン層とＷＳｉx 層をパ
ターニングした状態、（ｃ）はＦ系ガスを含む処理ガス
のプラズマ放電により残留電荷を除去すると共に側壁保
護膜を除去した状態である。
１ 被エッチング基板 ２ 基板ステージ ３ マイクロ波導波管 ４ べルジャ ５ ソレノイドコイル ６ 反応生成物 ７ プラズマ １１ Ｓｉ基板 １２ 自然酸化膜 １３ レジストマスク １４ トレンチ １５ ゲート絶縁膜 １６ 多結晶シリコン層 １７ ＷＳｉX 層 １８ 側壁保護膜
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 (2)
- 【請求項１】 被エッチング基板を単極式静電チャック
により保持しつつ、Ｃｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系
ガスから選ばれるいずれか１種を含むエッチングガスに
より、該被エッチング基板上のＳｉ系材料層をエッチン
グするプラズマエッチング方法において、 前記プラズマエッチングを施した後、前記単極式静電チ
ャックの電源を切り、次いで、Ｆ系ガスを含む処理ガス
のプラズマ放電により、該被エッチング基板の残留電荷
除去を施すとともに、エッチングチャンバ内壁面をクリ
ーニングすることを特徴とする、プラズマエッチング方
法。 - 【請求項２】 Ｓｉ系材料層は、シリコン、高融点金属
シリサイドおよび高融点金属層ポリサイドからなる群か
ら選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請
求項１に記載のプラズマエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15247594A JP3297963B2 (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | プラズマエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15247594A JP3297963B2 (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | プラズマエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0817804A JPH0817804A (ja) | 1996-01-19 |
| JP3297963B2 true JP3297963B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=15541331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15247594A Expired - Fee Related JP3297963B2 (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | プラズマエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3297963B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3568749B2 (ja) * | 1996-12-17 | 2004-09-22 | 株式会社デンソー | 半導体のドライエッチング方法 |
| US6318384B1 (en) | 1999-09-24 | 2001-11-20 | Applied Materials, Inc. | Self cleaning method of forming deep trenches in silicon substrates |
| US6566270B1 (en) * | 2000-09-15 | 2003-05-20 | Applied Materials Inc. | Integration of silicon etch and chamber cleaning processes |
| US6843258B2 (en) | 2000-12-19 | 2005-01-18 | Applied Materials, Inc. | On-site cleaning gas generation for process chamber cleaning |
| US7232766B2 (en) * | 2003-03-14 | 2007-06-19 | Lam Research Corporation | System and method for surface reduction, passivation, corrosion prevention and activation of copper surface |
| JP2008177209A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Taiyo Nippon Sanso Corp | プラズマエッチング方法 |
-
1994
- 1994-07-04 JP JP15247594A patent/JP3297963B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0817804A (ja) | 1996-01-19 |
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