JPH02156529A - 半導体ウェーハの酸化物層傾斜エッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウェーハのプラズマ処理に関し、ざら
に詳しくは、半導体ウェーハ上の酸化物層をエツチング
することに関する。

（従来の技術） 従来において、酸化物をエツチングするため種々のプロ
セスが提案されまたは使用されてきた。

ガス状の化学物質の種類が急激に増加してきており、エ
ツチングを行うべき特定の材料に対してどの特定のガス
が対応するかを決めることは困難になってきている。例
えば、金属、ケイ化物またはシリコンに使用することが
知られているが、フッ素化合物は一般的に酸化物をエツ
チングするために使用される。

デバイスの形状が小さくなると、いわゆるステップ・カ
バレージ、すなわち酸化物上に薄クシかも連続的な導電
層を設けることが益々困難になり、特に酸化物内のすで
にエツチングした孔の縁にこれらを設（プることか困難
になる。

これに対して種々の技術が提案され、これらの中には蝕
刻可能なマスクと多段階プロセスがおり、この場合、マ
スクをエツチングし、次に酸化物をエツチングして、段
階構造を発生させる。蝕刻可能なマスクに伴う問題点は
、マスクの側壁に勾配を生じ、構造の形状の制御が困難
であることでおる。階段＠造に伴う問題点は、何代も化
学物質を変更する必要があり、そのことによってプロセ
スが長くなってしまう。

１９８５年９月、第２８巻第４号のｒＩＢＭテクニカル
・ディスクロージャ・ブレティン」の中で、ポリイミド
は、加えた高周波電力のパルス幅と反復期間によって、
等方向または垂直的のいずれかでエツチングされること
が記されている。異方性はイオン衝撃によって達成され
る。イオン衝撃はパルスを加えたシステムでは減少する
。このプロセスでは、マスクは、下層のポリイミドがエ
ツチングされている間、影響を受けない。

上述の進歩にもかかわらず、容易に実行可能であり、効
率的で一貫し、しかもデバイスの形状をそのまま保持す
るエツチング・プロセスによって良好なステップ・カバ
レージを可能にすることか、技術上の問題として残って
いる。この問題を解決する方法を提供することが、本発
明の目的である。

（発明の概要） 前記の目的は本発明によって達成され、そこでは、ウェ
ーハはＮＦ３と不活性カスとから構成されるン昆合ガス
内でエツチングされる。このプロセス中、高周波電力を
短かい間隔で電力を切ることによって変調する。

（実施例） 添付図面を参照して、次に述べる詳細な説明を考察する
ことによって、本発明をより完全に理解することかでき
る。

第１ａ−ｆ図は、勾配のめる側壁を有する開口部を形成
する従来技術のプロセスを示し、ここでは側壁の実際の
形状は階段にもつと類似している。

詳細には、半導体基板１０は、その上に酸化物層１１を
有している。酸化物層１１の上にはレジスト層１２がお
り、これはいずれの市販のフォトレジストによって構成
することも可能である。レジスｌ−層１２は、開口部１
３のような複数の孔によってパターン化され、酸化物層
１１内に形成すべき孔のパターンを決定している。次に
、基板１０は、酸化物層１１をエツチングするため、適
当な化学物質のプラズマ・グロー放電を受ける。第１ｂ
図に示すように、酸化物層１１の上部表面は開口部を通
して蝕刻され、参照番号１４で示すように厚さが薄くな
る。

次にグロー放電中の化学物質を交換し、その結果、第１
Ｃ図に示すように、マスク［畜が蝕刻される。マスク層
１２は等方向にエツチングされ、参照番号１５によって
示すように、孔が拡大する。

次にプラズマ化学物質を前の組成に戻し、第１ｄ図に示
すように、酸化物層１１をざらにエツチングする。酸化
物層１１は異方的にエツチングされ、参照番号１６で示
すように、側壁に階段を設けると共に開口部内の層の厚
さを薄くする。

プラズマ・グロー放電中の化学物質を再び取り替え、ざ
らにマスク層１２を蝕刻する。再び、開口部の直径は、
参照番号１７で示すようにこの段階でも拡大される。

最後に、プラズマ化学物質を再び取り替え、酸化物＠１
１のエツチングを行う。酸化物層は完全にエツチングさ
れ、基板１０の上面１８を露出する。

腹化物層１１のエツチングは３つの段階で行われるもの
として示したが、これは、酸化物層１１の厚さによって
、３回以上でも以下でもよい。第１図ａ−ｆでわかるよ
うに、このプロセスは、処理用化学物質を頻繁に取りか
える必要がおるため、汲いにくい。しかし、これによっ
て勾配のついた側壁が設けられ、これは垂直の側壁によ
って得られるものよりも優れたステップ・カバレージを
可能にする。

第２ａ−ｃ図は別のアプローチを示し、この場合レジス
トに勾配が形成され、この勾配は酸化物層内の開口部の
側壁に転写される。特に、第２ａ図は、第１ａ図と同一
の開始材料を示す。レジストの勾配は、加熱または等方
性エツチングなどのいかなる適当な技術によって形成し
てもよい。これにより参照番号２１で示すように側壁に
勾配が設けられる。酸化物層１１は次にエツチング化学
物質に晒される。この化学物質はレジスト層１２をも侵
す。レジスト層１２がエツチングされるにしたがって、
その中の開口部が拡大し、酸化物をエツチングのために
さらに露出させる。その結果、マスク層の側壁２２の勾
配か酸化物層の側壁２３に転写される。

この技術では、垂直側面と比較して、ステップ・カバレ
ージが改善されるが、結果として生ずる酸化物層の開口
部の形状を制御することが困難である。第２ａ−ｃ図か
ら明らかなように、開口部の形状は大幅に変化する。

第３図は、本発明によるエツチングを示し、ここではガ
ス状の化学物質は取り替えないままであり、エツチング
は基板の表面が露出するまで連続して行われる。特に、
基板３０はその上に酸化物層３１を形成し、ざらに酸化
物層３１の上にパターン化されたマスク層３２を有する
。この基板は、Ｎ「３と不活性ガスとから構成される混
合ガス内でプラズマ・グロー放電を受ける。この混合ガ
スに連続的に電力を加えることによって、異方性エツチ
ング、すなわち垂直側壁を生ずる酸化物層のエツチング
が行われる。本発明に従って、基板３０の入ったチャン
バーに加えられる高周波電力が変調され、異方性酸化物
エツチングと等方性レジストエツチングが行われる。

特に、高周波電力は２０〜７０％のデユーティ・サイク
ルをもつ方形波によって変調されることが望ましい。高
周波電力が「オフ」の間、幾つかの化学基が存在し続け
ることが判明している。これらの化学基は酸化物層をあ
まりエツチングしないが、マスク層３２を侵す。その結
果、マスク層３２の開口部の直径が若干大きくなる。さ
らに重要なことに、これらの残存する化学基によってレ
ジスト層に等方向エツチングが行われ、その結果酸化物
に勾配を生じる。次に、酸化物を異方的にエツチングす
るのに必要なイオンを発生するため、高周波電力を元に
戻すことが必要である。このプロセスは、酸化物層３１
が、参照番＠３６で示すように、完全にエツチングされ
るまで継続される。

本発明の好適な実施例の特定の例として、６０００オン
グストロームの厚さに形成された酸化物層を有するシリ
コン基板が、５０ＳＣＣＭのＮＦ３と２００３ＣＣＭの
ヘリウムとから構成される混合ガス内に形成されたプラ
ズマ・グロー放電を受け、１２０秒間約２トールの圧力
でエツチングされる。連続的に加えられると、高周波電
力は１３．５６Ｍｆ−１ｚの周波数で５００ワツトの定
格を持つ。この高周波電力が変調され、すなわちこの電
力は５０％のデユーティ・サイクルでパルス化される。

別の実験により、他のフッ素系化学物質では、ＮＦ３を
使用した本発明で得られた結果を得られないことが分か
った。ヘリウムが使用され、これが望ましいが、これの
代わりに、例えばＡｒのような他の不活性希釈剤を使用
することもできる。

同様に、本発明はダイオードまたはトライオードリアク
タの両方に有用である。後者のタイプのりアクタの場合
、複数の異なった周波数が処理中の半導体ウェーハの入
ったチャンバに加えられる。

これら高周波信号のいずれか、もしくは両方が、本発明
にしたがって変調可能である。例えば、米国特許筒４．
４６４，２２３号で記述しているリアクタを使用するこ
とによって、下部電極に加えられる１００キロヘルツの
信号にパルスが加えられ、側部電極に加えられる１３．
５６メガヘルツの信号は持続させる。上に列挙したガス
の流量と圧力が好適であるが、２０〜１１００３ＣＣの
ヘリウムを２〜３トールの圧力範囲で使用することがで
きる。

本発明によって、容易に実行可能であり、効率的で一貫
し、しかもデバイスの形状をそのまま保持するプロセス
が提供される。本発明の特定のものを実行する場合、上
述のガイドラインの範囲で種々の変更が行われることは
、当業者にとって明らかで必る。

【図面の簡単な説明】

第１ａ−ｆ図は、従来技術による階段状エツチングプロ
セスを示す。 第２ａ−ｃ図は、従来技術による傾斜状エツチングマス
ク・プロセスを示す。 第３図は、本発明によるプラズマエツチングプロセスを
示す。 （主要符号の説明） ３０・・・基板、３１・・・酸化物層、３２・・・マス
ク層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウェーハ上の酸化物層をエッチングして勾配
   のついた側壁を有する開口部を形成する方法であって、
   前記酸化物層は前記開口部の位置を決めるようパターン
   化されたマスク層によって被覆され、プラズマ・グロー
   放電を維持するよう減圧したチャンバ内で行われる前記
   方法においてＮＦ＿３と不活性ガスとから構成されるガ
   ス混合物を前記チャンバに供給する段階； 高周波電力を加えることによって前記混合物内でグロー
   放電を発生させる段階； 前記ウェーハを前記グロー放電に晒す段階；および 高周波電力を変調して、前記酸化物層を異方的にエッチ
   ングし前記マスク層を等方的にエッチングする段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ２、前記ガス混合物がＮＦ＿３とヘリウムとから構成さ
   れることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、前記チャンバが複数の高周波電力源を含み、少なく
   ともその１つが変調されることを特徴とする請求項１記
   載の方法。 ４、前記チャンバが、前記ウェーハをそのうちの１つに
   載置した３つの電極と、周波数の異なる２つの高周波電
   力源とによって構成され、当該方法がさらに： 低い方の周波数源を前記ウェーハの載置されている電極
   に接続する段階； 高い方の周波数源を側部の電極に接続する段階；および 低い方の周波数を変調する段階； によって構成されることを特徴とする請求項３記載の方
   法。