JPH02244623A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔概　要） 半導体ウェハ上に形成した膜をドライエツチングする工
程を含む半導体装置の製造方法に関し、エッチング条件
の設定を定量化するとともに、エッチング条件の調節を
簡単に行うことを目的とし、 ７１１適なパターン化を行えるエッチャントの濃度と、
該エッチャントにより生成される反応生成物の濃度の割
合を予め調査してこの値を目標値とする工程と、マスク
により覆われた被パターニング膜に前記エッチングガス
を供給して該被パターニング膜をエツチングする工程と
、該エツチング工程において供給する前記エッチャント
の濃度と、前記エツチング工程により生成される前記反
応生成物の濃度との割合を前記目標値に維持する工程と
を含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは
、半導体ウェハ」二に形成した膜をドライエツチングす
る工程を含む半導体装置の製造方法に関する。

［従来の技術］ 半導体ウェハ上に形成した薄膜をドライエツチングする
場合には、ローディング効果を考慮し、第６図に示すよ
うな反応室６０に供給するエツチングガスの流量を一？
スフローコントローラ６１により調整したり、高周波電
源Ｒｆ等を調節して印加電源の電力量を変えたり、或い
は反応室６ｏ内の圧力、電極６３の温度を変える等、各
条件を調整して第２図（ｃ）に示すように理想的なパタ
ーンを形成するよ・うにしている。

この調整が適当でない場合には、第２図（ｂ）に示すよ
うにパターンが逆メサ状になったり、同図（ｄ）に示す
ようにパターンに太りが生じたりすることになる。

ところで、反応ガスの流量、反応室６０内の圧力等の各
種の条件の最適値は、反応室６ｏに収容する半導体ウェ
ハ６２の処理枚数や、′４を導体ウェハ６２に形成しよ
うとするデバイスのパターン密度によって異なってくる
ために、パターン密度の種類と処理枚数との組合せの全
てについて予め適正なエツチング条件を調査しておき、
実際のエッチングの際には、その調査結果番ご基づいて
各条件を設定するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかし、半導体ウェハ６２の処理枚数とパターン密度の
組合せの各々に°ついて最良のエツチング条件を調査し
７゛ζからエツチング処理を行うと、エツチングの前工
程に時間がかかるといった問題がある。また、エツチン
グ条件の調査や、Ｊ、ノチングの最中のガス流量等の調
節は、経験Ｇこよっているために手間がかかるといった
問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって
、エツチング条件の設定を定量化４″るとともに、ユ、
ンチング条件の調節を簡単に行うことができる半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記した課題は、最適なパターン化を行えるッチャント
の濃度と、該エッチャントにより４Ｆ成される反応生成
物の濃度の割合をｐめ調査し７てこの値を目標値とする
Ｊ程と、マスクにより覆われた被パターニング膜に前記
エツチングガスを供給して該被パターニング膜をエツチ
ングする工程と、該エッチング工程において供給する前
記エッチャントの濃度と、前記エッチング工程により生
成される前記反応生成物の濃度との割合を前記Ｌ１控値
に維持する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置
の製造方法により解決する。

〔作　用） 本発明において、エッチングの最適条件におし３る反応
室内のエンチャ７１１度と反応ｑ−成動物４度の割合を
調べ、エツチングの際に、半導体ウェハの処理枚数やパ
ターン密度の如何にかかわらずその割合を一定にするよ
うに、エッチャントの供給量や圧力、温度を変化させる
。

そして、エチャン１度と反応生成物濃度との割合により
パターンの断面形状が決定されるという性質を利用して
、最適なバター・−ングを行・うことができ、エツチン
グ条件の設定を定量化するとともに、エツチング中の条
件の調節を自動化することが可能になる。

（実施例〕 以下に、本発明の一実施例を図面に基づい′Ｃ説明する
。

第２図（ａ）は、パターンの形成状態を示［断面図で、
図中符号１は、半導体ウェハ２の表面に形成されたアル
ミニウム等よりなる薄ＩＩりで、その上にはレジストマ
スク３が形成されていて、プラズマエッチング法により
薄膜１をエッチングし゛こパターン化するように構成さ
れている。

この薄膜１をパターニングする場合には、レジストマス
ク３から露出した薄膜１の元素とエッチャントの活性化
元素とを化学反応させ、反応生成物Ａを薄膜１表面から
蒸発させることになる。

ここで、反応生成物Ａに起因する発光スベク１ルの強度
Ｓとエツチング時間ｔとの関係を調べると、第３図に示
すようになり、エツチングの開始時（ｔ・０）には、ス
ペクトル強度Ｓがや、土塀し、立」二かり時間り、を経
過した後にはスペクトル強度Ｓがほぼ一定となり、また
、エツチングの終了時（ｔ＝ｔ２）にはその強度が急速
に減少することが確かめられる。なお、反応生成物への
スペクトル強度Ｓは膜厚の大小に影響せｊ″、定常状態
においては一定値ｓ、をとる。

また、第４図に示すように、反応生成物Ａのスペクトル
強度ｓ２に対する活性化したエッチャントのスペクトル
強度Ｓ、の強度比α（α−Ｓ、／ｓｉ）を求め、このス
ペクトル強度比αと半導体ウェハ２の処理枚数との相関
関係を調べると第４図に示す特性が得られる。この特性
は、薄膜ｌにアルミニウム（順）を用い、エッチャント
には塩素（［ｌＪ７．）を使用した場合に得られた結果
であり、反応生成物Ａは三塩化アルミニウム（ＡＪＩＪ
、）である。

この実験結果は、半導体ウェハ２を６枚バッチ処理する
際に第２図（ｃ）に示すような最適のパターンを形成す
るようにエツチング条件を設定したものであり、この状
態におけるスペクトル強度比αは１０となった。

また、同一のエツチング条件の下で半導体ウェハ２の処
理枚数を少なくすると、１枚あたりのエッヂヤント量が
増加するため、スペクトル強度比αが高くなり、第２図
（ｂ）に示すようにパターンにアンダーカントが生じ、
さらに、半導体ウェハ２の処理枚数を多くすると、１枚
あたりエンチャンＦの量が減少するためにスペクトル強
度比αが低くなってエツチング能力が低トし、第２図（
ｄ）に示すようにパターンに太りが住じることが確かめ
られた。

一方、第５図に示すように、半導体つ１ハ２の処理枚数
をパラメータにし′ζ塩素（ＣＬ）ガスの流量とスペク
トル強度比αとの関係を調査すると、処理枚数の多少に
かかわらずスペクトル強度比αが１０となる場合に第２
図（ｃ）に見られるような最適なパターニングを行える
ことが明らかになった。この関係は、アルミニウム以外
の材ｒＩをエッチングする場合にも成立するし、半導体
ウェハ２のデバイス密度が異なる場合にも成立する。

したがって、エツチングに最適なスペクトル強度比αを
予め求めておき、この値αを保つようにエツチング条件
を設定すれば、処理枚数やパターン密度の如何にかかわ
らずパターンを再現性よく最良な形状にエツチングする
ことが可能になる。

次に、スペクトル強度比αを理想値に保持しながら半導
体ウェハ２，１−の薄膜ｌをエツチングＪる装置の一例
を第１図に基づいて説明する。

第１図中符号４は、排気］」５と反応ガス供給口６を有
する反応室で、この反応室４の中には半導体うエバ２を
Ｒｅする電極８が設けられていて、高周波電源ＲＦを電
橋８に印加することにより、反応室４内に供給されたエ
ッチングガスを活性化してエツチングの対象となる半導
体ウェハ２上の薄膜１と化学反応させ、これにより発生
した反応生成物Ａを蒸発させるように構成されている。

９は、反応ガス供給口６に取付けたガス供給管で、これ
に接続される複数のガス管９ａ〜９ｃにはマスフ１コー
コントローラｌＯ〜１２が取付けられていて、それぞれ
のガス管９ａ〜９ｃを通して供給されるエッチングガス
の流量を調整するように構成されている。

１３は、波長毎のスペクトル強度Ｓを分析する光スペク
トル分析器で、この光スペクトル分析器１３の入力側に
は受光器１４が取り付けられていて、反応室４に設けら
れた覗き窓１５を通して反応室４内の発光スペクトルを
受光器１４を介して入力するとともに、その分析結果を
後述するシステムコントローラ２０のスペクトル強度比
測定回路２１に出力するように構成されている。

上記したスペクトル強度比測定回路２１は、反応室４内
のエチャントのラジカル元素と、このラジカル元素によ
り生成される反応生成物へのそれぞれのスペクトル強度
を、発光スペクトル分析器１６のデータから抽出し、エ
ッチャントラジカル元素に対する反応生成物へのスペク
トル強度比αを演算するように構成されている。これに
より演算したスペクトル強度比を実測値α、とする。

２２は、反応室１内のスペクトル強度比αの目標値α、
を設定する目標値設定回路で、エツチングの最中に比較
回路２３に目標値α、を出力するように構成されている
。比較回路２３は、目標値α１と測定値α２とを比較し
て、その比較結果を、後述する流量調整回路２４に出力
するように構成されている。

上記した流！調整回路２４は、マスフローコントローラ
７〜９を調整してガス管６ａ〜６Ｃのガス流量を調整す
るもので、実測値α１が目標値α２よりも小さい場合に
は（α１〈α２）マスフローコントローラ１０〜１２の
弁の開きを大きくして流量を増加させ、また、実測値α
１が目標値α２よりも大きい場合には（α、〉α８）、
弁の開きを小さくしてガス流量を減少させ、さらに、定
常状態の後にスペクトル強度比αが象、速に増大する場
合にはマスフローコントローラ１０〜１２の弁を完全に
閉じてガスの供給を停止するように構成されている。

次に、上記したエチング装置を使用し、半導体ウェハ２
トに形成されたアルミニウム薄１１９１をパターニング
する場合について説明する。

まず、予め測定したデータによりスペクトル強度比αの
理想値を例えば１０にしてこれを基準設定回路２２に入
力する。

次に、反応室４内を３０〜４０ｍＴｏｒｒ程度に減圧し
、高周波電源ＲＦにより１に−の出力で一２００Ｖの高
周波電圧を電極８に印加し、さらに、電極８の温度を６
０°Ｃにする。そして、各ガス管９ａ〜９ｃを通して塩
素ＣＩ＋２、三塩化ホウ素ＢＣＮａ、四塩化シリコン５
ｉＣＲａ（又は、四塩化炭素ＣＣＬ）をそれぞれ５０．
１００．１５０　ｃｃ／ｌ５Ｉｎの流量で反応室１内に
供給する。

この状態で、レジストマスク３によって覆われた半導体
ウェハ２−トのアルミニウム薄膜１をエツチングするこ
とになるが、この場合、アルミニウム薄１１９１の表面
では、第２図（ａ）に示すように、塩素ラジカル（ＩＪ
“）とアルミニウム（Ａｌ２）が反応して三塩化アルミ
ニウム（ＭＣΩ、Ｉ）の反応生成物Ａが発生し、薄膜１
の表面から１発して薄層化することになる。

また、スペクトル強度比測定回路２１においては、塩素
（（Ｊｌ”　＞　に由来するスペクトル波長（７２５，
６ｎｍ又は７４１．４ｒｉｍ）の強度ｓ、と、三塩化ア
ルミニウム（Ａｌｌα？）に由来するスペクトル波長（
３９６ｎｌｌ□）の強度Ｓ、を抽出してこれらのスベク
［・ル強度比α（α−ｓ、１５２　）を演算することに
なる。この演算データは実測値α、として比較回路２３
に出力される。

さらに、比較回路２３は、目標値設定回路２２からのα
２とスペクトル強度比測定回路２１からのα、とを比較
し、実測値α１が目標値α２よりも大きい場合には流量
調整回路２４を介してマスフローコントローラ１０の弁
を絞り、塩素の供給を少なくする一方、実測値α、が目
標値α２よりも小さい場合にはマスフローコントローラ
１０の弁を開いて塩素供給量を増やすことになる。

ところで、エツチングの立上がりの時間ｔ、内では、第
３図に示すように反応生成物へに由来する発光スペクト
ルの量が小さく、スペクトル強度比α１が大きくなるた
め、比較回路２３は流量調整回路２４を介してマスフロ
ーコントローラｌＯの弁を絞り、塩素ガスの供給量を減
少させる。そして、立上がり時間の経過後直後には、エ
ツチング反応が進んで反応室１内の反応生成物Ａの発光
スペクトル強度Ｓ２が大きくなってスペクトル強度比α
１が目標値α２よりも小さくなるため、実測（直α１が
目標（直α２と一敗するまでマスフローコントローラｌ
Ｏの弁を開いて塩素ガスの供給量を増加させる。

また、定常状態においても、塩素ガスの流量が変化する
ことがあるため、実測値α、が目標値α２よりも大きい
場合には流量調整回路２４を介してマスフローコントロ
ーラ１０の弁を絞って反応室４への塩素の供給量を減少
させる一方、実測値αが目標値α２よりも小さい場合に
はマスフローコントローラ１０の弁を開いて反応室４へ
の塩素の供給量を増加させ、常時、スペクトル強度比α
を１０に維持するようにする。

そして、半導体ウェハ２に形成されたアルミニラム薄膜
ｌのパターニングが終了すると、第３問に示すように、
反応生成物への量が大幅に低下し、スペクトル強度比α
が２、激に大きくなるために、流量調整回路２４はマス
フローコントローラ１０〜１２の弁を閉じ、エツチング
ガスの供給を停止させる。

これにより、半導体ウェハ２上のアルミニウム１１１！
Ｊｌのパターニングが終了する。

この現象は、半導体ウェハの処理枚数の多少にかかわら
ず行われることになり、第２図（ｅ）に示すように良好
な形状でパターニングが進行することになる。

なお、上記した実施例では、エチャントの供給量を変え
ることにより反応室内のエッチング用活性化元素と反応
生成物のスペクトル強度比αを一定にするように構成し
たが、電極温度、高周波電源の出力、圧力等の他の条件
を制御することによりスペクトル強度比αを一定にする
こともできる。

また、上記した実施例では、スペクトル強度を検知する
ことにより、エッチャント濃度と反応生成物濃度の割合
を測定したが、質量分析法や１．ｉＦ　（Ｌａｓｅｒ　
Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｆｌｏｗｒｅｓｅｎｅｅ）によってそ
の割合を検出することも可能である。

［発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、エツチングの最適条
件におけるエッチャントａ度と反応生成物濃度との割合
を調べ、エツチングの際に、半導体つエバの処理枚数や
パターン密度の如何にかかわらずその割合を一定にする
ようにエッチャントの供給量、圧力あるいは温度等を変
化させるようにしたので、パターンの断面形状はエチャ
ン１度と反応生成物濃度との割合により決定するという
性質を利用して最適なパターニングを行うことが可能に
なり、エツチング条件の設定を定量化するとともに、エ
ツチング中の条件の調節を自動化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す構成図、第２図は、
パターンの形成状態を示す断面図、第３図は、スペクト
ル強度と反応時間との関係を示を特性図、 第４図は、スペクトル強度比と処理枚数との関係を示す
特性図、 第５図は、スペクトル強度比とガス流量との関係を示す
特性図、 第６図は、従来の方法を実施する装置の一例を示す構成
図である。 （符号の説明） １・・・薄膜、 ２・・・半導体ウェハ、 ３・・・レジストマスク、 ４・・・反応室、 ５・・・排気口、 ６・・・反応ガス供給口、 ９８〜９ｂ・・・ガス管、 １０〜１２・・・マスフローコントローラ、１３・・・
発光スペクトル分析器、 １４・・・受光器、 ２１・・・スペクトル強度比測定回路、２２・・・目標
値設定回路、 ２３・・・比較回路、 ２４・・・流量調整回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 最適なパターン化を行えるエッチャントの濃度と、該エ
   ッチャントにより生成される反応生成物の濃度の割合を
   予め調査してこの値を目標値とする工程と、 マスクにより覆われた被パターニング膜に前記エッチン
   グガスを供給して該被パターニング膜をエッチングする
   工程と、 該エッチング工程において供給する前記エッチャントの
   濃度と、前記エッチング工程により生成される前記反応
   生成物の濃度との割合を前記目標値に維持する工程とを
   備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。