【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、エッチング方法に関
し、特に堆積性のガスを含むエッチングのオーバーエッ
チング工程の改善に係る。
【０００２】
【従来の技術】従来、ポリシリコン膜のエッチングガス
としては、オーバーエッチングに至るまで六弗化イオウ
（ＳＦ6）／二弗化メタン（ＣＨ2Ｆ2）／塩素（Ｃｌ2）
系のガスが用いられている。このガス系のうち二弗化メ
タン（ＣＨ2Ｆ2）は、堆積性のガスであり、エッチング
の際側壁保護膜を生成して、異方性加工に寄与している
ことが知られている。ところで、この種のエッチング
は、例えば図３に示すような有磁場マイクロ波エッチン
グ装置が用いられている。図中１はベルジャ型の石英チ
ャンバであり、２は石英チャンバ１内の電極である。こ
の電極２上にウェハＷが載置される。図中３はマイクロ
波ジェネレータ、４はマイクロ波導波管、５はマグネト
ロン電源、６はＲＦ電源、７はコイル直流電源、８，９
は磁場コイルを示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たエッチング装置でＳＦ6／ＣＨ2Ｆ2／Ｃｌ2系ガスを使
用して複数のウェハを順次連続処理した場合、堆積性ガ
スを用いているため処理室（石英チャンバ）内壁面に堆
積物が付着して失透が生ずる。さらに、連続処理に伴な
って処理室内温度が上昇するため、処理室の内壁に付着
した堆積物がウェハ面に再堆積し、ポリシリコン膜のエ
ッチングレートの再現性が悪化し、ポリシリコン膜の下
地ＳｉＯ2膜との選択比が著しく低下する。図４に示す
グラフは、有磁場マイクロ波エッチング装置でＳＦ6／
ＣＨ2Ｆ2／Ｃｌ2ガスをエッチングガスとして用いてウ
ェハを１枚ずつエッチング処理を施して２５枚まで連続
処理したときの、ポリシリコン膜のエッチングレート
と、ＳｉＯ2膜のエッチングレート及びポリシリコン膜
／ＳｉＯ2膜の選択比を示している。このグラフから対
ＳｉＯ2膜選択比が連続処理に伴なって著しく低下する
ことが判る。また、このようにエッチングレートの再現
性が悪くなると、ポリシリコン膜の加工形状の制御性も
低下する。
【０００４】この発明は、このような従来の問題点に着
目して創案されたものであって、その解決しようとする
課題は、ポリシリコン膜のエッチングレートの再現性を
良好にし、エッチングに伴う処理室内の失透を減少させ
るにはどのような手段を講じればよいかという点にあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、チ
ャンバ内で半導体基板上の材料膜を六弗化イオウ、二弗
化メタン及び塩素ガスを用いてエッチングした後、同一
のチャンバ内で塩素ガスのみを用いて、オーバーエッチ
ング工程とチャンバ内壁の堆積物除去を同時に行うもの
である。
【０００６】
【作用】半導体基板上の材料膜をＳＦ６、ＣＨ２Ｆ２及
びＣｌ２ガスを用いてエッチングすることにより、材料
膜の加工側壁部に側壁保護膜が形成され、良好な異方性
加工が可能となる。また、オーバーエッチングをＣｌ2
ガスのみを用いて行なうため、エッチング処理室の内壁
に付着した堆積物を塩化物として除去し、処理室の失透
を抑制する作用がある。このため、複数の半導体基板
（ウェハ）を連続処理しても、処理室内壁に堆積物が存
在しないため、半導体基板上に再堆積物が付着すること
がなく、エッチングレートの再現性が良好となる。
【０００７】
【実施例】以下、この発明に係るエッチング方法の詳細
を図面に示す実施例に基づいて説明する。本実施例は、
図３に示すエッチング装置を用いてポリシリコン膜のエ
ッチングとオーバーエッチングを行なう。エッチングガ
スはＳＦ６、ＣＨ２Ｆ２及びＣｌ２ガスを用い、オーバ
ーエッチングはＣｌ2のみを用いて行なう。
【０００８】先ず、図１（Ａ）に示すように、シリコン
基板１１上にＳｉＯ2膜１２を形成し、ＳｉＯ2膜１２上
にポリシリコン膜１３をＣＶＤ法により堆積させる。次
に、レジスト１４をフォトリソグラフィー技術でパター
ニングする。
【０００９】次に、半導体基板（ウェハ）を図３に示す
有磁場マイクロ波エッチング装置の電極２上に載置し、
ＳＦ６、ＣＨ２Ｆ２及びＣｌ２ガスをエッチングガスと
して用いてポリシリコン膜１３のエッチングを行なう。
図１（Ｂ）は、エッチング中のポリシリコン膜１３の構
造を示している。上記ガス系のうちＣＨ2Ｆ2は堆積性ガ
スであるため、ポリシリコン膜１の加工された側壁に側
壁保護膜１５が付着する。この側壁保護膜１５が付着す
ることにより、ポリシリコン膜１３は良好に異方性加工
される。このエッチングにおいては、エッチング装置の
処理室である石英チャンバ１の内壁面には、従来と同様
堆積物が付着する。
【００１０】次に、上記エッチングの後に、エッチング
ガスを塩素（Ｃｌ2）ガスのみに切り換える。図１
（Ｃ）はオーバーエッチング工程を示している。このよ
うに塩素単体のオーバーエッチングプロセスにすること
により、堆積物は塩化物となり石英チャンバ１外へ排出
される。このため、石英チャンバ１の失透は抑えられ、
温度上昇に伴うウェハへの再堆積が起るのを防止でき
る。ここで、塩素ガスのみを用いるオーバーエッチング
の条件は、以下に示す通りとした。
【００１１】塩素流量…５０〜２００ＳＣＣＭ
圧力…２０〜３０ｍＴｏｒｒ
μ波パワー…１９０〜２２０ｍＡ
ＲＦパワー…１０Ｗ以上
温度…２０℃
なお、塩素のみを用いるオーバーエッチングの条件は、
Ｃｌ2の流量，圧力，μ波パワー，ＲＦパワーの４つの
パラメータがある。Ｃｌ2流量については、５０〜２０
０ＳＣＣＭの範囲で用いることで連続処理によるエッチ
ングレートの均一性流量に依存せず安定していた。ま
た、圧力については、エッチングレートの圧力に対する
依存はないが、均一性は圧力を下げると悪化した。この
実施例では、圧力を２０〜３０ｍＴｏｒｒとした。さら
に、μ波についても、エッチングレートのμ波依存性は
ないが、均一性はμ波パワーを上げると悪化した。そこ
で、この実施例では、１９０〜２２０ｍＡとした。ＲＦ
パワーについては、７Ｗ以下で使用するとエッチングレ
ートの均一性の再現性がなくなるため、１０Ｗ以上で使
用することで再現性が良好となった。
【００１２】図２は、本実施例によってオーバーエッチ
ングを行ない、ウェハ１枚組目から２５枚目までのポリ
シリコン膜及びＳｉＯ2膜のエッチングレート、並びに
ポリシリコン膜／ＳｉＯ2膜選択比を示したグラフであ
る。このグラフから判るように、本実施例では、オーバ
ーエッチングプロセスでのポリシリコン膜のエッチング
レートが、連続処理の前半で１９４ｎｍ、後半で２０７
ｎｍと同程の値となり、再現性が良好であった。これに
対し従来は、図４に示すグラフから判るように、処理前
半で３７５ｎｍ、後半で１３７ｎｍと著しく変化してい
る。
【００１３】以上、実施例について説明したが、本発明
は、これに限定されるものではなく、構成の要旨に基づ
いて各種の変更が可能である。
【００１４】例えば、上記実施例においては、ポリシリ
コン膜のエッチングガスとしてＳＦ6、 ＣＨ2Ｆ2 及びＣ
ｌ2を用いたが、これらに酸素（Ｏ2）を加えることも可
能である。
【００１５】また、本実施例では、図３に示すような有
磁場マイクロ波エッチング装置を用いたが他のタイプの
装置を用いても勿論よい。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、半導体基板上の材料膜のエッチングレート
の再現性を良好にする効果がある。また、エッチングに
伴なう処理室の失透を減少させるクリーニング効果があ
る。さらに、エッチングレートの再現性を良好にしたた
め、加工形状の制御性を拡大する効果を奏する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an etching method, and more particularly to an improvement in an over-etching step of etching containing a deposition gas. [0002] Conventionally, as an etching gas for a polysilicon film, sulfur hexafluoride (SF 6 ) / methane difluoride (CH 2 F 2 ) / chlorine (Cl 2 ) has been used until over-etching.
System gas is used. Of this gas system, methane difluoride (CH 2 F 2 ) is a deposition gas, and is known to form a sidewall protective film during etching and contribute to anisotropic processing. . Incidentally, for this type of etching, for example, a magnetic field microwave etching apparatus as shown in FIG. 3 is used. In the figure, 1 is a bell jar type quartz chamber, and 2 is an electrode in the quartz chamber 1. The wafer W is mounted on the electrode 2. In the figure, 3 is a microwave generator, 4 is a microwave waveguide, 5 is a magnetron power supply, 6 is an RF power supply, 7 is a coil DC power supply, 8, 9
Indicates a magnetic field coil. [0003] However, when a plurality of wafers are successively and sequentially processed by using the SF 6 / CH 2 F 2 / Cl 2 -based gas in the above-described etching apparatus, a deposition gas is used. Therefore, deposits adhere to the inner wall surface of the processing chamber (quartz chamber) and devitrification occurs. Furthermore, since the temperature in the processing chamber rises with the continuous processing, deposits attached to the inner wall of the processing chamber are redeposited on the wafer surface, and the reproducibility of the etching rate of the polysilicon film deteriorates. The selectivity to the underlying SiO 2 film is significantly reduced. The graph shown in FIG. 4 indicates that SF 6 /
The etching rate of the polysilicon film, the etching rate of the SiO 2 film, and the polysilicon when the wafers are etched one by one using CH 2 F 2 / Cl 2 gas as an etching gas and continuously processed up to 25 wafers. The selection ratio of the film / SiO 2 film is shown. From this graph, it can be seen that the selectivity to the SiO 2 film is significantly reduced with the continuous processing. In addition, when the reproducibility of the etching rate deteriorates, the controllability of the processed shape of the polysilicon film also deteriorates. The present invention has been made in view of such conventional problems, and the problem to be solved is to improve the reproducibility of the etching rate of the polysilicon film and to improve the etching rate. What measures should be taken to reduce devitrification in the processing chamber? SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a method for etching a material film on a semiconductor substrate in a chamber using sulfur hexafluoride, methane difluoride , and chlorine gas in the same chamber. In this case, the over-etching step and the deposit removal on the inner wall of the chamber are simultaneously performed using only chlorine gas. [0006] [action] the material film on the semiconductor substrate SF6, CH2F2 及
By etching using a beauty Cl2 gas, the side wall protective film is formed on the processing side wall portion of the material film, it is possible to highly anisotropic processing. In addition, over etching is performed using Cl 2
Since the etching is performed using only the gas, the deposit adhering to the inner wall of the etching processing chamber is removed as a chloride, which has an effect of suppressing the devitrification of the processing chamber. For this reason, even when a plurality of semiconductor substrates (wafers) are continuously processed, there is no deposit on the inner wall of the processing chamber, so that redeposit does not adhere to the semiconductor substrate, and the reproducibility of the etching rate is good. Become. An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment,
Using the etching apparatus shown in FIG. 3, the polysilicon film is etched and over-etched. Etching gas using SF6, CH2F2 and Cl2 gas, overetching is performed by using only Cl 2. First, as shown in FIG. 1A, an SiO 2 film 12 is formed on a silicon substrate 11, and a polysilicon film 13 is deposited on the SiO 2 film 12 by a CVD method. Next, the resist 14 is patterned by photolithography. Next, the semiconductor substrate (wafer) is placed on the electrode 2 of the magnetic field microwave etching apparatus shown in FIG.
The polysilicon film 13 is etched using SF6 , CH2F2 and Cl2 gases as etching gases.
FIG. 1B shows the structure of the polysilicon film 13 during etching. Since CH 2 F 2 is a deposition gas in the above gas system, the sidewall protective film 15 adheres to the processed sidewall of the polysilicon film 1. By attaching the side wall protective film 15, the polysilicon film 13 is favorably anisotropically processed. In this etching, deposits adhere to the inner wall surface of the quartz chamber 1, which is the processing chamber of the etching apparatus, as in the related art. Next, after the above etching, the etching gas is switched to only chlorine (Cl 2 ) gas. FIG.
(C) shows an over-etching step. By performing the chlorine overetching process as described above, the deposit becomes chloride and is discharged out of the quartz chamber 1. For this reason, devitrification of the quartz chamber 1 is suppressed,
It is possible to prevent the re-deposition on the wafer due to the temperature rise. Here, the conditions for over-etching using only chlorine gas were as shown below. Chlorine flow rate: 50 to 200 SCCM Pressure: 20 to 30 mTorr Microwave power: 190 to 220 mA RF power: 10 W or more Temperature: 20 ° C. The conditions of overetching using only chlorine are as follows:
There are four parameters: Cl 2 flow rate, pressure, μ-wave power, and RF power. For Cl 2 flow rate, 50-20
By using in the range of 0 SCCM, uniformity of the etching rate by continuous processing was stable without depending on the flow rate. Further, the pressure does not depend on the pressure of the etching rate, but the uniformity deteriorated when the pressure was lowered. In this example, the pressure was 20 to 30 mTorr. Further, the microwave does not depend on the etching rate of the microwave, but the uniformity is deteriorated when the power of the microwave is increased. Therefore, in this embodiment, the current is set to 190 to 220 mA. RF
Regarding the power, when used at 7 W or less, the reproducibility of the uniformity of the etching rate is lost, and when used at 10 W or more, the reproducibility is improved. FIG. 2 shows the etching rates of the polysilicon film and the SiO 2 film and the selection ratio of the polysilicon film / SiO 2 film from the first to the 25th wafers after over-etching is performed according to this embodiment. FIG. As can be seen from this graph, in this embodiment, the etching rate of the polysilicon film in the over-etching process is 194 nm in the first half of the continuous processing and 207 in the second half.
The value was about the same as nm, and the reproducibility was good. On the other hand, in the conventional case, as can be seen from the graph shown in FIG. Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the embodiments, and various changes can be made based on the gist of the configuration. For example, in the above embodiment, SF 6 , CH 2 F 2 and C
Although l 2 was used, it is also possible to add oxygen (O 2 ) to them. Further, in this embodiment, a magnetic field microwave etching apparatus as shown in FIG. 3 is used, but other types of apparatus may of course be used. As is apparent from the above description, according to the present invention, there is an effect that the reproducibility of the etching rate of the material film on the semiconductor substrate is improved. In addition, there is a cleaning effect of reducing devitrification of the processing chamber due to etching. Further, since the reproducibility of the etching rate is improved, an effect of expanding the controllability of the processing shape is exerted.
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）はこの発明の実施例の工程を示
す断面図。
【図２】実施例を用いた連続処理におけるエッチングレ
ートとエッチング選択比を示すグラフ。
【図３】有磁場マイクロ波エッチング装置の説明図。
【図４】従来方法によるオーバーエッチングプロセスを
用いた連続処理におけるエッチングレートとエッチング
選択比を示すグラフ。
【符号の説明】
１…石英チャンバ
１１…シリコン基板
１２…ＳｉＯ２膜
１３…ポリシリコン膜BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views showing steps of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph showing an etching rate and an etching selectivity in continuous processing using an example. FIG. 3 is an explanatory view of a magnetic field microwave etching apparatus. FIG. 4 is a graph showing an etching rate and an etching selectivity in a continuous process using an over-etching process according to a conventional method. [Description of Signs] 1 ... Quartz chamber 11 ... Silicon substrate 12 ... SiO2 film 13 ... Polysilicon film
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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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00