JP3630073B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマエッチング方法に係り、エッチングに使用する活性ガス、特に地球温暖化ガスであるＰＦＣ、の使用量の低減を図ることのできるプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造プロセスにおいて、半導体ウェハやその上に堆積された物質を部分的に削り取るエッチングが多く用いられている。そしてエッチングにはプラズマエッチングやスパッタエッチングあるいは反応性イオンエッチングなどの方法が知られており、特にプラズマエッチング（Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈｉｎｇ）は、化学反応を用いているのでエッチングしたい物質だけを取り除く（いわゆる選択エッチング）ことが可能になっている。このためプラズマエッチングは、半導体装置の製造プロセスにおいて広く用いられている。
【０００３】
図５は、プラズマエッチングを実施するチャンバの構造を示す説明図である。チャンバ１の内部には、プラズマの発生をなす電極が配置されており、当該電極はチャンバ１の外部に設けられた高周波プラズマ発生装置に接続されている。また同じくチャンバ１の内部には、半導体ウェハ設置部が設けられており、半導体ウェハやその上に堆積された物質についてのエッチングを可能にしている。
【０００４】
このようなチャンバ１には、同図に示すように反応ガス供給口２と排出口３とが設けられ、減圧されたチャンバ１の内部に反応ガスを流量制御弁４を介して導入可能にしているとともに、排出口３の後段に設けられた図示しない真空ポンプによって前記反応ガスをチャンバ１から排出させることが可能になっている。なお反応ガスとしては、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８などに代表されるＰＦＣが用いられ、絶縁材となる酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチングなどを行うようにしている。
【０００５】
図６は、チャンバ１の稼働経過を示すグラフである。同図に示すように、チャンバ１にて半導体ウェハへのエッチングを行うには、まず真空ポンプによってチャンバ１内を十分に減圧した後（図中▲１▼の範囲）、流量制御弁４を開き反応ガスをチャンバ１内に導入させる。そしてチャンバ１への反応ガスの導入とともに排出口３から反応ガスを排出させる。なお反応ガスの導入の際、流量制御弁４の開閉度合いを調整し、チャンバ１の圧力があらかじめ設定した値で安定するよう調整する（図中▲２▼の範囲）。
【０００６】
このようにチャンバ１内の圧力が任意の値で安定した後は、高周波プラズマ発生装置を稼働させ電極間で反応ガスのプラズマを発生させ、半導体ウェハへのエッチング処理を行う（図中▲３▼の範囲）。そしてあらかじめ設定した時間が経過した後は流量制御弁４を閉じ、反応ガスの供給を停止するとともに高周波プラズマ発生装置を停止させ、エッチング処理を終了する（図中▲４▼の範囲）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述したエッチングの手順では、以下に示すような問題点があった。
【０００８】
エッチングを行う前段階（図中▲２▼の範囲）では、チャンバ１内の圧力を任意の値に設定する必要があるが、この設定にはプラズマ処理を行う反応ガスを使用していた。すなわちチャンバの圧力設定中では、プラズマエッチングに寄与しない反応ガスが排出口３から大気中にそのまま排出される形態となるが、コストアップになるし、反応ガスとなる前記ＰＦＣは、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が二酸化炭素に対して数千〜数万倍と高く、これを大気中に排出させることは環境上、好ましいものではなかった。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点に着目し、プラズマエッチングに寄与しないＰＦＣの大気への排出を抑えることのできるプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、チャンバにおける圧力調整をＰＦＣ（パーフルオロカーボンおよびそのフッ素の一部が水素に代態された化合物（ＨＦＣ））以外のもので行い、圧力調整後にＰＦＣに切り換えれば、プラズマエッチングに寄与しないＰＦＣを大気中に排出することができるという知見に基づいてなされたものである。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁材が形成されたウエハをチャンバ内に送り込む工程と、前記チャンバ内を減圧する工程と、前記チャンバ内に不活性ガスを導入し、該チャンバを第１の圧力に設定する工程と、前記チャンバ内の圧力を前記第１の圧力に保つように、前記チャンバ内に活性ガスを導入し、該チャンバに導入されるガスを該不活性ガスから該活性ガスに完全に切り替える工程と、前記チャンバ内に導入されるガスが、前記不活性ガスから前記活性ガスに完全に切り替わるとともに、前記チャンバ内にプラズマを発生させ、前記絶縁材をエッチングする工程と、前記エッチングの終了後、前記活性ガスの導入を停止する工程と、を含む。
【００１２】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、少なくとも前記不活性ガスから前記活性ガスに完全に切り替える工程において、前記チャンバ内に導入される該不活性ガス及び該活性ガスの流量の総量は一定である。
【００１３】
請求項３に係るプラズマエッチング方法は、減圧されたチャンバに不活性ガスを通過させ、任意の圧力に前記チャンバを設定した後に、前記不活性ガスにプラズマを発生させるとともに前記チャンバに活性ガスを導入させ、前記不活性ガスと前記活性ガスとの混合体に生じるプラズマにて前記チャンバに設置された半導体ウェハのエッチングを行うことを特徴としている。請求項３に記載のプラズマエッチング方法によれば、チャンバ内の圧力調整を不活性ガスを用いて行うため、圧力調整用として活性ガスを用いる必要が無く、活性ガスの使用量を低減させることができるとともに、エッチングに寄与しない活性ガスが大気中に放出されるのを防止することができる。また圧力調整後に不活性ガスにプラズマを発生させ、その後に不活性ガスから活性ガスの切り換えを行うことから、活性ガスの導入とともに当該活性ガスには（不活性ガスのプラズマ化の影響を受けて）プラズマが発生する。このため活性ガスを導入してからプラズマが安定するまでの時間を必要とせず、活性ガスを無駄にすることなくエッチングに用いることができる。ここで元々のエッチング条件の中に活性ガスだけでなく不活性ガスを含めたプロセスにしているので、エッチング時に不活性ガスから活性ガスに完全に切り換える必要がない。そして前記不活性ガスは、圧力調整時の際から継続してチャンバ内に導入されているので、チャンバ内の圧力や発生するプラズマの安定を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記チャンバを前記第１の圧力に設定した後から前記エッチングが終了するまでの間、前記チャンバ内に導入される該不活性ガス及び該活性ガスの流量の総量は一定である。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記チャンバを前記第１の圧力に設定した後から前記エッチングが終了するまでの間、前記チャンバ内の圧力は該第１の圧力に設定されている。
【００１６】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記活性ガスは PFC である。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記 PFC は、 CF 4 、 CHF 3 、 SF 6 、 NF 3 、 C 2 F 6 、 C 3 F 8 、及び C 4 F 8 のいずれかである。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記不活性ガスは、ヘリウムである。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記活性ガスに酸素が加えられている。
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記不活性ガスに酸素が加えられている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係るプラズマエッチング方法に好適な具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の構造を示す説明図である。同図に示すように本実施の形態に係るプラズマエッチング装置１０は、半導体ウェハを取込可能とする真空チャンバ１２と、当該真空チャンバ１２の内部に設置され真空チャンバ１２内に投入された半導体ウェハへのプラズマ処理をなすプラズマ処理部１４と、真空チャンバ１２の外部に設置され不活性ガスとなるヘリウムガス（以下、ヘリウムと称す）を送気可能にするヘリウム供給部１６と、当該ヘリウム供給部１６と同様に真空チャンバ１２の外部に設置されＰＦＣとなる四フッ化炭素（ＣＦ４）を送気可能にするＰＦＣ供給部１８と、これらヘリウム供給部１６およびＰＦＣ供給部１８と真空チャンバ１２との間に設けられ、当該真空チャンバ１２の内部にヘリウムおよび四フッ化炭素を導入可能とする切り換え手段２０と、当該切り換え手段２０によって真空チャンバ１２内に導入されたヘリウムおよび四フッ化炭素を前記真空チャンバ１２より排出させる排出口２２とから構成されている。
【００１９】
真空チャンバ１２は、真空予備室に隣接されて設けられているとともに、前記真空チャンバ１２の排出口２２の後段には真空ポンプが接続されている（ともに図示せず）。このため真空チャンバ１２においては、一定の値に減圧された真空予備室からプラズマエッチングの対象となる半導体ウェハ２６の受け渡しが可能になっており、また前記半導体ウェハ２６を真空チャンバ１２内に取り込んだ後は、真空ポンプを稼働させ、真空チャンバ１２の真空度をあらかじめ設定した値に設定することができる。
【００２０】
真空チャンバ１２の内部に設置されるプラズマ処理部１４は、一対の平行平板型の電極２８を備えており、片側の電極２８を真空チャンバ１２の外部に設置された高周波電源３０に接続するとともに、他方の電極２８を接地電位とし、両電極２８の間にプラズマを発生できるようにしている。なお本実施の形態では、半導体ウェハ２６の設置場所を高周波電源３０が接続された側の電極２８の上方に設定しており、両電極２８の間に生じるプラズマにて、半導体ウェハ２６へのエッチング処理が行えるようになっている。
【００２１】
ヘリウム供給部１６とＰＦＣ供給部１８とは圧力容器からなり、この圧力容器に設けられたバルブ（図示せず）を開くことで、これらガスを送気可能にしている。そしてこれらヘリウム供給部１６とＰＦＣ供給部１８は、切り換え手段２０に接続されており、この切り換え手段２０を介して真空チャンバ１２の内部にガスを導入可能にしている。
【００２２】
切り換え手段２０は、真空チャンバ１２内に導入するガスをヘリウムから四フッ化炭素に切り換えたり（あるいはその逆も可能）、ヘリウムの流量を任意の量だけ絞るとともに、絞られたヘリウムの量に相当する四フッ化炭素を導入することも可能になっている（但し真空チャンバ１２に導入されるガス全体の流量は一定である）。なお切り換え手段２０は、一般的に流量比例制御弁２１で構成されており、外部電圧の変動により開閉度を調整することで、ガスの導入比率を設定できるようになっている。
【００２３】
このように構成されてプラズマエッチング装置１０を用いて半導体ウェハ２６のエッチング処理を行う手順を説明する。
【００２４】
図２は、真空チャンバ１２内の圧力変化と、前記真空チャンバ１２内に導入されるガスの流量変化を示すグラフである。
【００２５】
プラズマエッチング装置１０を用いて半導体ウェハ２６のエッチング処理を行う場合には、まず真空予備室から半導体ウェハ２６を真空チャンバ１２内に送り込んだ後、図示しない真空ポンプを稼働させて、真空チャンバ１２内の圧力を任意の値に設定する。そしてこの状態を図２においては▲１▼の範囲で示しており、同図（２）においては、ヘリウム供給部１６やＰＦＣ供給部１８から真空チャンバ１２内にガスが導入されていないことから、流量は０（零）になっている。
【００２６】
こうして真空チャンバ１２内が任意の値に設定された後は、切り換え手段２０を稼働させて真空チャンバ１２内にヘリウムを導入させ、真空チャンバ１２内の圧力を任意の値で安定させる。この状態を同図において▲２▼に示す。
【００２７】
そして真空チャンバ１２内の圧力がヘリウムによって安定した後は、切り換え手段２０を稼働させ、真空チャンバ１２内に導入されるガスをヘリウムから四フッ化炭素に切り換える。なおこのガスの切換の際、真空チャンバ１２に導入されるガスの総量は一定であるものとし、真空チャンバ１２内の圧力を一定に保てるようにしている。なお同図においては、上記ガスの切り換え作業を▲３▼の範囲で示している。
【００２８】
ところで同図（２）に示すように▲３▼の範囲において、真空チャンバ１２内に導入されるヘリウムが四フッ化炭素に完全に切り換わった後は、高周波電源３０を稼働させ、一対の電極２８の間にプラズマを発生させる。ここで高周波電源３０の稼働タイミングを同図において破線３２で示す。このように破線３２の時点では、真空チャンバ１２内のガスは全てヘリウムから四フッ化炭素に切り換わっており、この状態でプラズマを発生させることで、半導体ウェハ２６の表面に形成された絶縁材（酸化シリコン：ＳｉＯ２）のエッチングを行うことができる。そして破線３２の時点から▲３▼の範囲が終了するまでの間、エッチング作業を行った後、▲３▼の範囲が終了する時点で高周波電源３０の稼働を停止させ、エッチング作業を終了させる。
【００２９】
このようにエッチング作業が終了した後は、切り換え手段２０の稼働を停止させ、真空チャンバ１２内にガスが導入されないようにし、既に真空チャンバ１２に存在するガスは、真空ポンプにて吸引し、▲１▼と同様の圧力を真空チャンバ１２内で得る。この一連の状態を同図において▲４▼に示す。
【００３０】
そして真空チャンバ１２が▲１▼と同様の圧力に達した後は、隣接する真空予備室に、エッチング処理済みの半導体ウェハ２６を送り出すとともに、新規の半導体ウェハ２６を再び真空チャンバ１２へと取り込み、▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼の一連の作業を繰り返す。
【００３１】
上述したようなプラズマエッチング方法では、真空チャンバ１２の圧力調節をヘリウムにて行った後、四フッ化炭素に切り換えるので、プラズマエッチングに寄与しない四フッ化炭素を殆ど無くすことが可能になる。
【００３２】
ところで上述した工程では、ヘリウムにて真空チャンバ１２内の圧力安定を図った後、ＰＦＣに切り換えてプラズマエッチングを行うようにしたが、これに酸素を加えるようにしてもよい。すなわちエッチング対象物の表面にレジストが存在している場合には、まずヘリウムにて真空チャンバ１２内の圧力調整を行い、その後、ＰＦＣと酸素との混合体を真空チャンバ１２内に導入させエッチングを行うようにすればよい。
【００３３】
またエッチング対象物の表面にレジストが無い場合には、酸素をヘリウムとともに導入してもよい（レジストに酸素が接すると、前記レジストは除去される）。そしてこのように酸素を加える方法は、層間の平坦性を向上させるエッチバックや、ＬＤＤのサイドウォールの形成などに用いることができる。
【００３４】
図３は、図２で示したプラズマエッチング方法の応用例を示すグラフである。同図においては、図２との相違点は、破線３２の位置が▲３▼に存在せず▲２▼の範囲にあるという点である。
【００３５】
すなわち図３においては、真空チャンバ１２内にヘリウムだけが導入されている際に高周波電源３０を稼働させ、プラズマを発生させるようにしている。このようにヘリウムが導入されている際にプラズマを発生させ、真空チャンバ１２内のガスを順次ヘリウムから四フッ化炭素に切り換えていけば、プラズマ化したヘリウムの影響を受け、導入された四フッ化炭素は直ぐにプラズマ化される。このためプラズマが安定するまでの時間にプラズマエッチングに寄与しない四フッ化炭素が真空チャンバ１２の外に排出されることがなく、前記四フッ化炭素の使用量の削減を図ることができる。
【００３６】
なお本実施の形態では不活性ガスとしてヘリウムを用いることとしたがこの形態に限定されることもなく、プラズマ化した際に半導体ウェハ２６や、真空チャンバ１２の内壁にスパッタリング等が発生しないものであれば他の不活性ガスを用いるようにしてもよい。
【００３７】
図４は、図３で示したプラズマエッチング方法の応用例を示すグラフである。同図においては、図３との相違点は、真空チャンバ１２内の圧力安定後に、ガスを完全に切り換えずに不活性ガスとＰＦＣとの混合体によりプラズマエッチングを行うという点である。
【００３８】
すなわち同図における▲３▼の時点で切り換え手段２０を不活性ガスからＰＦＣに完全に切り換えるのではなく、不活性ガスの流量を若干絞るとともに、それを補うようにＰＦＣを導入させる。そして不活性ガスとＰＦＣとの混合体でプラスマを発生させ、半導体ウェハ２６のエッチングを行うというものである。このような場合でも▲２▼の時点で不活性ガスによる圧力調整が行われており、プラズマエッチングに寄与しないＰＦＣが真空チャンバ１２の外に排出されることがない。このためＰＦＣの使用量の削減を図ることができる。
【００３９】
なお図４における具体例を以下に示す。
【００４０】
図４における具体例では、不活性ガスをヘリウムとし、ＰＦＣをＣＦ４とＣＨＦ３とする。そして同図における▲２▼の時点では真空チャンバ１２に導入されるガスの比率をヘリウム１００％とし真空チャンバ１２内の圧力調整と安定化を図る。そして真空チャンバ１２内の圧力が安定した後は、▲３▼の時点に示すようにヘリウムの導入量を絞るとともに（導入比率：１００％→５０％）、ＣＦ４（導入比率：２５％）とＣＨＦ３（導入比率：２５％）とを導入させ、ヘリウムを含んだ状態でプラズマエッチングを行う。なお発明者は上記ガスを用い半導体ウェハ２８の表面に形成された酸化膜（ＳｉＯ２）をエッチングするのに、高周波電源のパワーを９００Ｗ（ワット）とした場合、エッチングレートが４５０〜５００ｎｍとなることを確認している。
【００４１】
ところで本実施の形態では、ＰＦＣをＣＦ４とＣＨＦ３として説明を行ったが、前記ＰＦＣは、この２種類だけでなく、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８などに示されるように様々な種類が存在する。そしてこれらＰＦＣに対しても上述した方法を用いることで、使用量の低減を図れることはいうまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るプラズマエッチング方法によれば、減圧されたチャンバに不活性ガスを通過させ、任意の圧力に前記チャンバを設定した後に、前記不活性ガスを活性ガスに切り換えるとともに当該活性ガスにプラズマを発生させ、前記チャンバに設置された半導体ウェハのエッチングを行ったり、
減圧されたチャンバに不活性ガスを通過させ、任意の圧力に前記チャンバを設定した後に、前記不活性ガスにプラズマを発生させ、当該プラズマの発生後に前記不活性ガスを活性ガスに切り換え、前記チャンバに設置された半導体ウェハのエッチングを行ったり、
減圧されたチャンバに不活性ガスを通過させ、任意の圧力に前記チャンバを設定した後に、前記不活性ガスにプラズマを発生させるとともに前記チャンバに活性ガスを導入させ、前記不活性ガスと前記活性ガスとの混合体に生じるプラズマにて前記チャンバに設置された半導体ウェハのエッチングを行ったことから、活性ガスの使用量の低減を図ることができるとともに、プラズマエッチングに寄与しない活性ガスの大気への排出を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の構造を示す説明図である。
【図２】真空チャンバ１２内の圧力変化と、前記真空チャンバ１２内に導入されるガスの流量変化を示すグラフである。
【図３】図２で示したプラズマエッチング方法の応用例を示すグラフである。
【図４】図３で示したプラズマエッチング方法の応用例を示すグラフである。
【図５】プラズマエッチングを実施するチャンバの構造を示す説明図である。
【図６】チャンバ１の稼働経過を示すグラフである。
【符号の説明】
１………チャンバ
２………反応ガス供給口
３………排出口
４………流量制御弁
１０………プラズマエッチング装置
１２………真空チャンバ
１４………プラズマ処理部
１６………ヘリウム供給部
１８………ＰＦＣ供給部
２０………切り換え手段
２１………流量比例制御弁
２２………排出口
２６………半導体ウェハ
２８………電極
３０………高周波電源
３２………破線
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマエッチング方法に係り、エッチングに使用する活性ガス、特に地球温暖化ガスであるＰＦＣ、の使用量の低減を図ることのできるプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造プロセスにおいて、半導体ウェハやその上に堆積された物質を部分的に削り取るエッチングが多く用いられている。そしてエッチングにはプラズマエッチングやスパッタエッチングあるいは反応性イオンエッチングなどの方法が知られており、特にプラズマエッチング（Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈｉｎｇ）は、化学反応を用いているのでエッチングしたい物質だけを取り除く（いわゆる選択エッチング）ことが可能になっている。このためプラズマエッチングは、半導体装置の製造プロセスにおいて広く用いられている。
【０００３】
図５は、プラズマエッチングを実施するチャンバの構造を示す説明図である。チャンバ１の内部には、プラズマの発生をなす電極が配置されており、当該電極はチャンバ１の外部に設けられた高周波プラズマ発生装置に接続されている。また同じくチャンバ１の内部には、半導体ウェハ設置部が設けられており、半導体ウェハやその上に堆積された物質についてのエッチングを可能にしている。
【０００４】
このようなチャンバ１には、同図に示すように反応ガス供給口２と排出口３とが設けられ、減圧されたチャンバ１の内部に反応ガスを流量制御弁４を介して導入可能にしているとともに、排出口３の後段に設けられた図示しない真空ポンプによって前記反応ガスをチャンバ１から排出させることが可能になっている。なお反応ガスとしては、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８などに代表されるＰＦＣが用いられ、絶縁材となる酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチングなどを行うようにしている。
【０００５】
図６は、チャンバ１の稼働経過を示すグラフである。同図に示すように、チャンバ１にて半導体ウェハへのエッチングを行うには、まず真空ポンプによってチャンバ１内を十分に減圧した後（図中▲１▼の範囲）、流量制御弁４を開き反応ガスをチャンバ１内に導入させる。そしてチャンバ１への反応ガスの導入とともに排出口３から反応ガスを排出させる。なお反応ガスの導入の際、流量制御弁４の開閉度合いを調整し、チャンバ１の圧力があらかじめ設定した値で安定するよう調整する（図中▲２▼の範囲）。
【０００６】
このようにチャンバ１内の圧力が任意の値で安定した後は、高周波プラズマ発生装置を稼働させ電極間で反応ガスのプラズマを発生させ、半導体ウェハへのエッチング処理を行う（図中▲３▼の範囲）。そしてあらかじめ設定した時間が経過した後は流量制御弁４を閉じ、反応ガスの供給を停止するとともに高周波プラズマ発生装置を停止させ、エッチング処理を終了する（図中▲４▼の範囲）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述したエッチングの手順では、以下に示すような問題点があった。
【０００８】
エッチングを行う前段階（図中▲２▼の範囲）では、チャンバ１内の圧力を任意の値に設定する必要があるが、この設定にはプラズマ処理を行う反応ガスを使用していた。すなわちチャンバの圧力設定中では、プラズマエッチングに寄与しない反応ガスが排出口３から大気中にそのまま排出される形態となるが、コストアップになるし、反応ガスとなる前記ＰＦＣは、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が二酸化炭素に対して数千〜数万倍と高く、これを大気中に排出させることは環境上、好ましいものではなかった。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点に着目し、プラズマエッチングに寄与しないＰＦＣの大気への排出を抑えることのできるプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、チャンバにおける圧力調整をＰＦＣ（パーフルオロカーボンおよびそのフッ素の一部が水素に代態された化合物（ＨＦＣ））以外のもので行い、圧力調整後にＰＦＣに切り換えれば、プラズマエッチングに寄与しないＰＦＣを大気中に排出することができるという知見に基づいてなされたものである。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁材が形成されたウエハをチャンバ内に送り込む工程と、前記チャンバ内を減圧する工程と、前記チャンバ内に不活性ガスを導入し、該チャンバを第１の圧力に設定する工程と、前記チャンバ内の圧力を前記第１の圧力に保つように、前記チャンバ内に活性ガスを導入し、該チャンバに導入されるガスを該不活性ガスから該活性ガスに完全に切り替える工程と、前記チャンバ内に導入されるガスが、前記不活性ガスから前記活性ガスに完全に切り替わるとともに、前記チャンバ内にプラズマを発生させ、前記絶縁材をエッチングする工程と、前記エッチングの終了後、前記活性ガスの導入を停止する工程と、を含む。
【００１２】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、少なくとも前記不活性ガスから前記活性ガスに完全に切り替える工程において、前記チャンバ内に導入される該不活性ガス及び該活性ガスの流量の総量は一定である。
【００１３】
請求項３に係るプラズマエッチング方法は、減圧されたチャンバに不活性ガスを通過させ、任意の圧力に前記チャンバを設定した後に、前記不活性ガスにプラズマを発生させるとともに前記チャンバに活性ガスを導入させ、前記不活性ガスと前記活性ガスとの混合体に生じるプラズマにて前記チャンバに設置された半導体ウェハのエッチングを行うことを特徴としている。請求項３に記載のプラズマエッチング方法によれば、チャンバ内の圧力調整を不活性ガスを用いて行うため、圧力調整用として活性ガスを用いる必要が無く、活性ガスの使用量を低減させることができるとともに、エッチングに寄与しない活性ガスが大気中に放出されるのを防止することができる。また圧力調整後に不活性ガスにプラズマを発生させ、その後に不活性ガスから活性ガスの切り換えを行うことから、活性ガスの導入とともに当該活性ガスには（不活性ガスのプラズマ化の影響を受けて）プラズマが発生する。このため活性ガスを導入してからプラズマが安定するまでの時間を必要とせず、活性ガスを無駄にすることなくエッチングに用いることができる。ここで元々のエッチング条件の中に活性ガスだけでなく不活性ガスを含めたプロセスにしているので、エッチング時に不活性ガスから活性ガスに完全に切り換える必要がない。そして前記不活性ガスは、圧力調整時の際から継続してチャンバ内に導入されているので、チャンバ内の圧力や発生するプラズマの安定を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記チャンバを前記第１の圧力に設定した後から前記エッチングが終了するまでの間、前記チャンバ内に導入される該不活性ガス及び該活性ガスの流量の総量は一定である。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記チャンバを前記第１の圧力に設定した後から前記エッチングが終了するまでの間、前記チャンバ内の圧力は該第１の圧力に設定されている。
【００１６】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記活性ガスは PFC である。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記 PFC は、 CF 4 、 CHF 3 、 SF 6 、 NF 3 、 C 2 F 6 、 C 3 F 8 、及び C 4 F 8 のいずれかである。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記不活性ガスは、ヘリウムである。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記活性ガスに酸素が加えられている。
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記不活性ガスに酸素が加えられている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係るプラズマエッチング方法に好適な具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の構造を示す説明図である。同図に示すように本実施の形態に係るプラズマエッチング装置１０は、半導体ウェハを取込可能とする真空チャンバ１２と、当該真空チャンバ１２の内部に設置され真空チャンバ１２内に投入された半導体ウェハへのプラズマ処理をなすプラズマ処理部１４と、真空チャンバ１２の外部に設置され不活性ガスとなるヘリウムガス（以下、ヘリウムと称す）を送気可能にするヘリウム供給部１６と、当該ヘリウム供給部１６と同様に真空チャンバ１２の外部に設置されＰＦＣとなる四フッ化炭素（ＣＦ４）を送気可能にするＰＦＣ供給部１８と、これらヘリウム供給部１６およびＰＦＣ供給部１８と真空チャンバ１２との間に設けられ、当該真空チャンバ１２の内部にヘリウムおよび四フッ化炭素を導入可能とする切り換え手段２０と、当該切り換え手段２０によって真空チャンバ１２内に導入されたヘリウムおよび四フッ化炭素を前記真空チャンバ１２より排出させる排出口２２とから構成されている。
【００１９】
真空チャンバ１２は、真空予備室に隣接されて設けられているとともに、前記真空チャンバ１２の排出口２２の後段には真空ポンプが接続されている（ともに図示せず）。このため真空チャンバ１２においては、一定の値に減圧された真空予備室からプラズマエッチングの対象となる半導体ウェハ２６の受け渡しが可能になっており、また前記半導体ウェハ２６を真空チャンバ１２内に取り込んだ後は、真空ポンプを稼働させ、真空チャンバ１２の真空度をあらかじめ設定した値に設定することができる。
【００２０】
真空チャンバ１２の内部に設置されるプラズマ処理部１４は、一対の平行平板型の電極２８を備えており、片側の電極２８を真空チャンバ１２の外部に設置された高周波電源３０に接続するとともに、他方の電極２８を接地電位とし、両電極２８の間にプラズマを発生できるようにしている。なお本実施の形態では、半導体ウェハ２６の設置場所を高周波電源３０が接続された側の電極２８の上方に設定しており、両電極２８の間に生じるプラズマにて、半導体ウェハ２６へのエッチング処理が行えるようになっている。
【００２１】
ヘリウム供給部１６とＰＦＣ供給部１８とは圧力容器からなり、この圧力容器に設けられたバルブ（図示せず）を開くことで、これらガスを送気可能にしている。そしてこれらヘリウム供給部１６とＰＦＣ供給部１８は、切り換え手段２０に接続されており、この切り換え手段２０を介して真空チャンバ１２の内部にガスを導入可能にしている。
【００２２】
切り換え手段２０は、真空チャンバ１２内に導入するガスをヘリウムから四フッ化炭素に切り換えたり（あるいはその逆も可能）、ヘリウムの流量を任意の量だけ絞るとともに、絞られたヘリウムの量に相当する四フッ化炭素を導入することも可能になっている（但し真空チャンバ１２に導入されるガス全体の流量は一定である）。なお切り換え手段２０は、一般的に流量比例制御弁２１で構成されており、外部電圧の変動により開閉度を調整することで、ガスの導入比率を設定できるようになっている。
【００２３】
このように構成されてプラズマエッチング装置１０を用いて半導体ウェハ２６のエッチング処理を行う手順を説明する。
【００２４】
図２は、真空チャンバ１２内の圧力変化と、前記真空チャンバ１２内に導入されるガスの流量変化を示すグラフである。
【００２５】
プラズマエッチング装置１０を用いて半導体ウェハ２６のエッチング処理を行う場合には、まず真空予備室から半導体ウェハ２６を真空チャンバ１２内に送り込んだ後、図示しない真空ポンプを稼働させて、真空チャンバ１２内の圧力を任意の値に設定する。そしてこの状態を図２においては▲１▼の範囲で示しており、同図（２）においては、ヘリウム供給部１６やＰＦＣ供給部１８から真空チャンバ１２内にガスが導入されていないことから、流量は０（零）になっている。
【００２６】
こうして真空チャンバ１２内が任意の値に設定された後は、切り換え手段２０を稼働させて真空チャンバ１２内にヘリウムを導入させ、真空チャンバ１２内の圧力を任意の値で安定させる。この状態を同図において▲２▼に示す。
【００２７】
そして真空チャンバ１２内の圧力がヘリウムによって安定した後は、切り換え手段２０を稼働させ、真空チャンバ１２内に導入されるガスをヘリウムから四フッ化炭素に切り換える。なおこのガスの切換の際、真空チャンバ１２に導入されるガスの総量は一定であるものとし、真空チャンバ１２内の圧力を一定に保てるようにしている。なお同図においては、上記ガスの切り換え作業を▲３▼の範囲で示している。
【００２８】
ところで同図（２）に示すように▲３▼の範囲において、真空チャンバ１２内に導入されるヘリウムが四フッ化炭素に完全に切り換わった後は、高周波電源３０を稼働させ、一対の電極２８の間にプラズマを発生させる。ここで高周波電源３０の稼働タイミングを同図において破線３２で示す。このように破線３２の時点では、真空チャンバ１２内のガスは全てヘリウムから四フッ化炭素に切り換わっており、この状態でプラズマを発生させることで、半導体ウェハ２６の表面に形成された絶縁材（酸化シリコン：ＳｉＯ２）のエッチングを行うことができる。そして破線３２の時点から▲３▼の範囲が終了するまでの間、エッチング作業を行った後、▲３▼の範囲が終了する時点で高周波電源３０の稼働を停止させ、エッチング作業を終了させる。
【００２９】
このようにエッチング作業が終了した後は、切り換え手段２０の稼働を停止させ、真空チャンバ１２内にガスが導入されないようにし、既に真空チャンバ１２に存在するガスは、真空ポンプにて吸引し、▲１▼と同様の圧力を真空チャンバ１２内で得る。この一連の状態を同図において▲４▼に示す。
【００３０】
そして真空チャンバ１２が▲１▼と同様の圧力に達した後は、隣接する真空予備室に、エッチング処理済みの半導体ウェハ２６を送り出すとともに、新規の半導体ウェハ２６を再び真空チャンバ１２へと取り込み、▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼の一連の作業を繰り返す。
【００３１】
上述したようなプラズマエッチング方法では、真空チャンバ１２の圧力調節をヘリウムにて行った後、四フッ化炭素に切り換えるので、プラズマエッチングに寄与しない四フッ化炭素を殆ど無くすことが可能になる。
【００３２】
ところで上述した工程では、ヘリウムにて真空チャンバ１２内の圧力安定を図った後、ＰＦＣに切り換えてプラズマエッチングを行うようにしたが、これに酸素を加えるようにしてもよい。すなわちエッチング対象物の表面にレジストが存在している場合には、まずヘリウムにて真空チャンバ１２内の圧力調整を行い、その後、ＰＦＣと酸素との混合体を真空チャンバ１２内に導入させエッチングを行うようにすればよい。
【００３３】
またエッチング対象物の表面にレジストが無い場合には、酸素をヘリウムとともに導入してもよい（レジストに酸素が接すると、前記レジストは除去される）。そしてこのように酸素を加える方法は、層間の平坦性を向上させるエッチバックや、ＬＤＤのサイドウォールの形成などに用いることができる。
【００３４】
図３は、図２で示したプラズマエッチング方法の応用例を示すグラフである。同図においては、図２との相違点は、破線３２の位置が▲３▼に存在せず▲２▼の範囲にあるという点である。
【００３５】
すなわち図３においては、真空チャンバ１２内にヘリウムだけが導入されている際に高周波電源３０を稼働させ、プラズマを発生させるようにしている。このようにヘリウムが導入されている際にプラズマを発生させ、真空チャンバ１２内のガスを順次ヘリウムから四フッ化炭素に切り換えていけば、プラズマ化したヘリウムの影響を受け、導入された四フッ化炭素は直ぐにプラズマ化される。このためプラズマが安定するまでの時間にプラズマエッチングに寄与しない四フッ化炭素が真空チャンバ１２の外に排出されることがなく、前記四フッ化炭素の使用量の削減を図ることができる。
【００３６】
なお本実施の形態では不活性ガスとしてヘリウムを用いることとしたがこの形態に限定されることもなく、プラズマ化した際に半導体ウェハ２６や、真空チャンバ１２の内壁にスパッタリング等が発生しないものであれば他の不活性ガスを用いるようにしてもよい。
【００３７】
図４は、図３で示したプラズマエッチング方法の応用例を示すグラフである。同図においては、図３との相違点は、真空チャンバ１２内の圧力安定後に、ガスを完全に切り換えずに不活性ガスとＰＦＣとの混合体によりプラズマエッチングを行うという点である。
【００３８】
すなわち同図における▲３▼の時点で切り換え手段２０を不活性ガスからＰＦＣに完全に切り換えるのではなく、不活性ガスの流量を若干絞るとともに、それを補うようにＰＦＣを導入させる。そして不活性ガスとＰＦＣとの混合体でプラスマを発生させ、半導体ウェハ２６のエッチングを行うというものである。このような場合でも▲２▼の時点で不活性ガスによる圧力調整が行われており、プラズマエッチングに寄与しないＰＦＣが真空チャンバ１２の外に排出されることがない。このためＰＦＣの使用量の削減を図ることができる。
【００３９】
なお図４における具体例を以下に示す。
【００４０】
図４における具体例では、不活性ガスをヘリウムとし、ＰＦＣをＣＦ４とＣＨＦ３とする。そして同図における▲２▼の時点では真空チャンバ１２に導入されるガスの比率をヘリウム１００％とし真空チャンバ１２内の圧力調整と安定化を図る。そして真空チャンバ１２内の圧力が安定した後は、▲３▼の時点に示すようにヘリウムの導入量を絞るとともに（導入比率：１００％→５０％）、ＣＦ４（導入比率：２５％）とＣＨＦ３（導入比率：２５％）とを導入させ、ヘリウムを含んだ状態でプラズマエッチングを行う。なお発明者は上記ガスを用い半導体ウェハ２８の表面に形成された酸化膜（ＳｉＯ２）をエッチングするのに、高周波電源のパワーを９００Ｗ（ワット）とした場合、エッチングレートが４５０〜５００ｎｍとなることを確認している。
【００４１】
ところで本実施の形態では、ＰＦＣをＣＦ４とＣＨＦ３として説明を行ったが、前記ＰＦＣは、この２種類だけでなく、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８などに示されるように様々な種類が存在する。そしてこれらＰＦＣに対しても上述した方法を用いることで、使用量の低減を図れることはいうまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るプラズマエッチング方法によれば、減圧されたチャンバに不活性ガスを通過させ、任意の圧力に前記チャンバを設定した後に、前記不活性ガスを活性ガスに切り換えるとともに当該活性ガスにプラズマを発生させ、前記チャンバに設置された半導体ウェハのエッチングを行ったり、
減圧されたチャンバに不活性ガスを通過させ、任意の圧力に前記チャンバを設定した後に、前記不活性ガスにプラズマを発生させ、当該プラズマの発生後に前記不活性ガスを活性ガスに切り換え、前記チャンバに設置された半導体ウェハのエッチングを行ったり、
減圧されたチャンバに不活性ガスを通過させ、任意の圧力に前記チャンバを設定した後に、前記不活性ガスにプラズマを発生させるとともに前記チャンバに活性ガスを導入させ、前記不活性ガスと前記活性ガスとの混合体に生じるプラズマにて前記チャンバに設置された半導体ウェハのエッチングを行ったことから、活性ガスの使用量の低減を図ることができるとともに、プラズマエッチングに寄与しない活性ガスの大気への排出を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の構造を示す説明図である。
【図２】真空チャンバ１２内の圧力変化と、前記真空チャンバ１２内に導入されるガスの流量変化を示すグラフである。
【図３】図２で示したプラズマエッチング方法の応用例を示すグラフである。
【図４】図３で示したプラズマエッチング方法の応用例を示すグラフである。
【図５】プラズマエッチングを実施するチャンバの構造を示す説明図である。
【図６】チャンバ１の稼働経過を示すグラフである。
【符号の説明】
１………チャンバ
２………反応ガス供給口
３………排出口
４………流量制御弁
１０………プラズマエッチング装置
１２………真空チャンバ
１４………プラズマ処理部
１６………ヘリウム供給部
１８………ＰＦＣ供給部
２０………切り換え手段
２１………流量比例制御弁
２２………排出口
２６………半導体ウェハ
２８………電極
３０………高周波電源
３２………破線
Claims (9)
- 絶縁材が形成されたウエハをチャンバ内に送り込む工程と、
前記チャンバ内を減圧する工程と、
前記チャンバ内に不活性ガスを導入し、該チャンバを第１の圧力に設定する工程と、
前記チャンバ内の圧力を前記第１の圧力に保つように、前記チャンバ内に活性ガスを導入し、該チャンバに導入されるガスを該不活性ガスから該活性ガスに完全に切り替える工程と、
前記チャンバ内に導入されるガスが、前記不活性ガスから前記活性ガスに完全に切り替わるとともに、前記チャンバ内にプラズマを発生させ、前記絶縁材をエッチングする工程と、
前記エッチングの終了後、前記活性ガスの導入を停止する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。 - 請求項１において、
少なくとも前記不活性ガスから前記活性ガスに完全に切り替える工程において、前記チャンバ内に導入される該不活性ガス及び該活性ガスの流量の総量は一定である、半導体装置の製造方法。 - 請求項１において、
前記チャンバを前記第１の圧力に設定した後から前記エッチングが終了するまでの間、前記チャンバ内に導入される該不活性ガス及び該活性ガスの流量の総量は一定である、半導体装置の製造方法。 - 請求項１から３のいずれかにおいて、
前記チャンバを前記第１の圧力に設定した後から前記エッチングが終了するまでの間、前記チャンバ内の圧力は該第１の圧力に設定されている、半導体装置の製造方法。 - 請求項１から４のいずれかにおいて、前記活性ガスは PFC である、半導体装置の製造方法。
- 請求項５において、前記 PFC は、 CF 4 、 CHF 3 、 SF 6 、 NF 3 、 C 2 F 6 、 C 3 F 8 、及び C 4 F 8 のいずれかである、半導体装置の製造方法。
- 請求項１から６のいずれかにおいて、
前記不活性ガスは、ヘリウムである、半導体装置の製造方法。 - 請求項１から７のいずれかにおいて、
前記活性ガスに酸素が加えられている、半導体装置の製造方法。 - 請求項１から７のいずれかにおいて、
前記不活性ガスに酸素が加えられている、半導体装置の製造方法。
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