JP4342984B2 - エッチング方法 - Google Patents
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Description
一般に、ラジカルはプラズマ中を自由に拡散するため、ラジカルによるエッチングは等方的に進行する。一方、イオンは基板表面に生じるイオンシースの電界によって基板表面に対して垂直に入射するため、イオンによるエッチングは異方的に進行する。エッチング材料、エッチング特性及び目的により放電条件を変化させ、ラジカルとイオンの密度比を制御する必要があるが、比較的イオンによる効果が顕著になる条件でエッチングを行うことにより微細パターンの形成が可能となる。
一般的に、低温プラズマ中では正電荷を有するイオンと負電荷を有する電子が多数存在し、また電子衝突による原子分子の励起・脱励起により短波長の紫外線が放射される。この紫外線の照射を受けた基板表面では、チャージアップによるゲート絶縁膜の絶縁破壊や、ゲート電極の形状異常が生じてしまう。さらに、高エネルギーのイオンや紫外線の照射により、ゲート絶縁膜中に欠陥が生じたり、ゲート絶縁膜/シリコン界面に固定電荷や界面準位が生じてしまう。さらに、紫外線の照射により基板の極表面の温度が上昇するため、レジスト材料の変質及び変形が生じてしまう。これらの現象により、半導体集積回路の製造歩留まりや信頼性が低下してしまうという問題があった。
該イオンを中性化するアパーチャーを複数有する下流側電極と、該下流側電極の下流に設けられ被加工基板を内部に保持する処理室とを備えたエッチング装置を用いてシリコン材料をエッチングする方法であって、
C12とSF6の混合ガスを用いてパルス変調放電によりプラズマ生成室内にプラズマを生成させる工程と、
上流側電極に直流電圧を印加すると共に下流側電極に高周波電力を印加することにより、前記プラズマから引き出した正及び負イオンをアバーチも−内を通過させて高速中性粒子ビームを生成し、該高速中性粒子ビームにより被加工基板をエッチングする工程と、
被加工基板をエッチングした後に、SF 6 ガスの流量を0にし、下流側電極に印加する高周波を0にして、被加工基板をオーバーエッチングする工程とを含むことを特徴とするものである。
該プラズマ生成室の上流側に設けられた上流側電極と、該上流側電極に対向して該プラズ
マ生成室の下流側に設けられ、前記プラズマからイオンを引き出す下流側電極であって、
該イオンを中性化するアパーチャーを複数有する下流側電極と、該下流側電極の下流に設
けられ被加工基板を内部に保持する処理室とを備えたエッチング装置を用いてシリコン材
料をエッチングする方法であって、
C12とSF6の混合ガスを用いてパルス変調放電によりプラズマ生成室内にプラズマ
を生成させる工程と、
上流側電極に直流電圧を印加すると共に下流側電極に高周波電力及び直流電圧を印加す
ることにより、前記プラズマから引き出した正及び負イオンをアパーチャー内を通過させ
て高速中性粒子ビームを生成し、該高速中性粒子ビームにより被加工基板をエッチングす
る工程と、
被加工基板をエッチングした後に、SF 6 ガスの流量を0にし、下流側電極に印加する高周波を0にして、被加工基板をオーバーエッチングする工程とを含むことを特徴とするものである。
図1は、本発明の実施の形態1によるエッチング装置を説明するための断面図である。
図1に示すエッチング装置は、Cl原子若しくはF原子16を含むプラズマ15を生成する誘導結合型(ICP)のプラズマ生成室1と、基板6をエッチングする処理室4とを有する。
基板6裏面とステージ3表面との間には、10Torr前後の圧力でヘリウムガスが供給され、温度制御されたステージ3と基板6との間で該ヘリウムガスを介して熱交換を行う。
処理室4の底部(下流側)には排気口18が設けられ、該排気口18はコンダクタンスバルブ19を介して排気ポンプ(図示せず)に接続されている。プラズマ生成室1の圧力は0.5〜1Pa程度が好適であり、処理室4の圧力は0.05〜0.1Pa程度が好適である。
ステージ3上に基板6を保持した後、ガス導入口17からプラズマ生成室1内にCl2/SF6混合ガスを供給する。そして、RF電源11からコイル型アンテナ7に周波数が13.56MHzの高周波を印加する。該高周波は、RFオン時の電子密度が1×1011cm−3程度以上となる電力とする。これにより、上記混合ガスを解離及びイオン化してプラズマ15を生成する。この際、RF電源11により、RFオン時間とRFオフ時間をそれぞれ50μsec前後としたパルス変調放電を行うことが好適である。パルス変調放電によりプラズマ中の電子の数を減少させて、イオンの中性化率を向上させることができる。また、パルス変調放電では、RFオフ時間(パルスオフ時間)にプラズマ15中の電子のエネルギーが数十μsecの時定数で減衰し、低エネルギーの電子がプラズマ15中で解離したハロゲン原子16に付着して負イオンを効率的に生成する。
図7は、本発明の実施の形態2によるエッチング方法を説明するための工程断面図である。
図7(a)はエッチング前のサンプルを示している。図7(a)に示すように、シリコン基板101上にシリコン酸化膜102が形成され、その上にポリシリコン膜103が形成され、さらにその上に50nm幅の単層レジストパターン104が形成されている。
図9は、本発明の実施の形態3によるエッチング装置を説明するための断面図である。
図9に示すように、本実施の形態3によるエッチング装置は、実施の形態1によるエッチング装置に、DC電源20を更に設けている。すなわち、プラズマ生成室1内にプラズマ15を生成した後、イオン12を中性化して中性粒子ビーム5を生成する際、下流側電極2にRF電源10から高周波を印加すると共に、DC電源20から直流電圧を印加するようにした。上述したように50nm幅のポリシリコンゲート電極を形成する場合、例えば、上流側電極8には−100V程度の直流電圧を印加し、下流側電極2には600WのRFを印加すると共に−100V〜+100V程度の直流電圧を印加する。
2 下流側電極
3 ステージ
4 処理室
5 高速中性粒子ビーム
6 基板
7 コイル型アンテナ
8 上流側電極
10 RF電源
11 RF電源
12 イオン
13 アパーチャー(微細孔)
14 高速中性粒子
15 プラズマ
16 ハロゲン原子(Cl原子、F原子)
17 ガス導入口
18 排気口
19 コンダクタンスバルブ
20 DC電源
101 シリコン基板
102 ゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)
103 ポリシリコン膜
104 レジストパターン
105 高速Cl原子
106 高速F原子
110 反応生成堆積物
Claims (2)
- 原料ガスからプラズマを生成するプラズマ生成室と、該プラズマ生成室の上流側に設けられた上流側電極と、該上流側電極に対向して該プラズマ生成室の下流側に設けられ、前記プラズマからイオンを引き出す下流側電極であって、該イオンを中性化するアパーチャーを複数有する下流側電極と、該下流側電極の下流に設けられ被加工基板を内部に保持する処理室とを備えたエッチング装置を用いてシリコン材料をエッチングする方法であって、
C12とSF6の混合ガスを用いてパルス変調放電によりプラズマ生成室内にプラズマを生成させる工程と、
上流側電極に直流電圧を印加すると共に下流側電極に高周波電力を印加することにより、前記プラズマから引き出した正及び負イオンをアパーチャー内を通過させて高速中性粒子ビームを生成し、該高速中性粒子ビームにより被加工基板をエッチングする工程と、
前記被加工基板をエッチングした後に、前記SF 6 ガスの流量を0にし、前記下流側電極に印加する高周波を0にして、前記被加工基板をオーバーエッチングする工程とを含むことを特徴とするエッチング方法。 - 原料ガスからプラズマを生成するプラズマ生成室と、該プラズマ生成室の上流側に設けられた上流側電極と、該上流側電極に対向して該プラズマ生成室の下流側に設けられ、前記プラズマからイオンを引き出す下流側電極であって、該イオンを中性化するアパーチャーを複数有する下流側電極と、該下流側電極の下流に設けられ被加工基板を内部に保持する処理室とを備えたエッチング装置を用いてシリコン材料をエッチングする方法であって、
C12とSF6の混合ガスを用いてパルス変調放電によりプラズマ生成室内にプラズマを生成させる工程と、
上流側電極に直流電圧を印加すると共に下流側電極に高周波電力及び直流電圧を印加することにより、前記プラズマから引き出した正及び負イオンをアパーチャー内を通過させて高速中性粒子ビームを生成し、該高速中性粒子ビームにより被加工基板をエッチングする工程と、
前記被加工基板をエッチングした後に、前記SF 6 ガスの流量を0にし、前記下流側電極に印加する高周波を0にして、前記被加工基板をオーバーエッチングする工程とを含むことを特徴とするエッチング方法。
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