JPH02268428A - プラズマエッチング装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマエツチング装置に関する。

（従来の技術） プラズマエツチング装置例えば平行平板型プラズマエツ
チング装置では、例えば上部電極にＲＦパワーを印加し
、ウェハを支持した下部電極を接地し、この両電極間に
エツチングガスを導入すると共にプラズマを誘起し、ウ
ェハのエツチング処理を実施している。

例えば、第４図に示すように、Ｓｉ基板５０上に熱酸化
膜（Ｔｈ−３１０２）５２．ポリシリコン膜（Ｐｏｎｙ
−８Ｌ）５４が形成された被エツチング材の前記ポリシ
リコン膜５４をエツチングするに際しては、エツチング
箇所以外をマスキング部材５６によってマスキングし、
エツチングガスとしてＣＣｌ　４等を導入してエツチン
グを実施していた。

（発明が解決しようとする課題） 上記のようなエツチングを行うに際しては、マスキング
されない箇所のポリシリコン膜５４のみをエツチングし
、その下層の熱酸化膜５２がなるべくエツチングされな
いようにする必要がある。

もし、熱酸化膜５２がエツチングされてＳｉ基板５０ま
で突き抜けてしまうと、ショートしてしまうからである
。

ところで、近年の半導体素子の高密度化に伴い、上記熱
酸化膜５２が薄くなる傾向にあるので、この熱酸化膜５
２がエツチングされないための特性、すなわち下記のよ
うに定義される選択比（Ｖ　ｓ　Ｏｘ）をなるべく高く
するという要求が高まっている。

ところが、従来のプラズマエツチング装置にあっては、
上記選択比−２０程度であり、半導体素子の高密度化に
対応できなかった。

そこで、本発明の目的とするところは、選択比を大幅に
向上することができるプラズマエツチング装置を提供す
ることにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、エツチングガスを導入してプラズマを誘起し
、被エツチング材をエツチングするプラズマエツチング
装置において、 被エツチング材の周辺に、所定電位に設定される電極を
配置したことを特徴とする。

（作　用） 上記プラズマエツチング装置では、そのエツチング作用
を大別すると、プラズマ中で生成されたラジカル（遊離
原子）による化学的反応と、プラズマ中で気体分子が分
解されたイオンが被エツチング材に衝突することによる
物理的作用とがある。

ここで、被エツチング材の第１層にある被エツチング層
に比べ、例えばこの下層にあってエツチングされないこ
とが望まれる第２層は、上記物理的作用の影響を強く受
けてエツチングされることになる。この現象は、この第
２層が第１層に比べて結合エネルギーの高い酸化膜層な
どの場合顕著である。

そこで、本発明では被エツチング材の周辺に所定電位に
設定された電極を設けることにより、上記物理的作用を
生ずるイオンが被エツチング材表面に向かう量をコント
ロールし、これによって第２層のエツチングレートを押
さえ、高選択比を実現している。なお、このようにして
もラジカルの生成量が影響するプラズマ中のパワーは変
わらず、しかも上記ラジカルは電気的ポテンシャルには
寄与しないので、化学的反応が変化することがない。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づき具体的に説明す
る。

第１図において、このプラズマエツチング装置は、対向
して配置された上部電極１０及び下部電極３０とを有し
、上記下部電極３０上に被エツチング材であるウェハ４
２を搭載し、かつ、上記上部電極１０及び下部電極３０
の間に、ＲＦ電源４０によって３８０　ＫＨｚのＲＦパ
ワーを印加するようにしている。そして、上記上部電極
１０を介してエツチングガスを導入し、上部電極１０及
び下部電極３０の間にプラズマを生成することで、前記
ウェハ４２のエツチングを行うようにしている。

上記上部電極１０は、フランジ状に形成された導電性の
クーリング部材１２を有し、このクーリング部材１２に
前記ＲＦ電源４０からのケーブルが接続されている。

また、上記クーリング部材１２内には、穴が多数設けら
れた第１．第２の拡散板１４ａ、１４ｂが、スペーサ１
６ａ、１６ｂを介して平行に離間配置されている。さら
に、前記クーリング部材１２の開口部を覆うように、補
強板１８．アモルファス・シリコン電極２０が積層配置
されている。

なお、前記アモルファスφシリコン電極２０の周辺を覆
うようにシールドリング２２が設けられ、アモルファス
・シリコン電極２０がプラズマに臨む開口径を規制して
いる。

前記下部電極３０は、円板状に突起した部分の上面に被
エツチング材であるウエノ１４２を載置可能となってい
て、このウェハ４２の周辺部を下部電極３０との間で挟
持して固定するために、前記下部電極３０の周囲にはリ
ング状のクランパー部材３２が配置されている。尚、前
記下部電極３０は接地されている。

上記のような上部電極１０及び下部電極３０をそれぞれ
平行してチャンバー内に離間配置することによって、平
行平板型エツチング装置を構成している。

そして、本実施例の特徴的構成として、前記クランパー
部材３２にアースケーブル３４を接続し、クランパー部
材３２をグランド接地することで、これを零電位に設定
している。

次に、作用について説明する。

上記装置では、上部電極１０及び下部電極３０の間にＲ
Ｆ電源４０からのＲＦパワーを印加し、かつ、上部電極
１０を介してエツチングガスを導入することによって、
上記上部、下部電極１０．３０間にプラズマを誘起し、
このプラズマ中で生成したラジカルをウェハ４２表面に
付着させて化学的反応を起こし、かつ、プラズマ中で分
解したイオンを、上記平行平板電極間に形成される電界
によって加速することによりウェハ４２に衝突させ、被
エツチング材であるウェハ４２のエツチングを行ってい
る。そして、この種の平行平板型エツチングにより、サ
イドエッチが減少した異方性エツチングを行うことが可
能となり、微細パターンのエツチングが実現できるよう
になっている。

ここで、上記イオンを加速してウェハ４２の表面に衝突
させ、物理的にこれをエツチングする作用が強いと、第
４図の第１層であるポリシリコン層５４をばかりか、そ
のｆ層に存在する第２層の熱酸化膜５２をも比較的高い
エツチングレートでエツチングしてしまい、上記選択比
（Ｖ　ｓ　Ｏｘ）が低くなってしまう。特に、近年のよ
うに４ＭＤＲＡＭ等ではこの熱酸化膜５２を薄くせざる
を得ないので、この選択比が低いと所定厚さのポリシリ
コン層５４を完全にエツチングした際には熱酸化膜５２
を突き抜けるようにエツチングしてしまうことになる。

本実施例では、特にこのイオンによる物理的作用に基づ
くエツチングを抑制することによって、熱酸化膜５２の
エツチングレートを押さえ、選択比（Ｖ　ｓ　Ｏｘ）を
高めている。すなわち、従来ではクランパー部材３２が
電気的にフローティング状態であったので、プラズマが
フォーカスしてウェハ４２に集中してしまい、熱酸化膜
５２のエツチングレートが増して高選択比が達成できな
かったが、本実施例ではクランパー部材３２をグランド
接地し、逆にプラズマをフォーカスさせないことで高選
択比を実現している。

く実験結果〉 測定条件（クランパー部材３２をグランド接地）圧力　
　　　；　３２５ｓＴｏｒｒ ＲＦバ’７−；１５０ｗ 電極間距離　；１（至） 工・ソチングガス：Ｃｃｌ＜　　　８０ｓｅｃ虐流量　
；　Ｈｅ　　　　３５０　Ｓｅｅｍ；０．　　　　　２
０ｓｅｃｍ ウェハクランプ圧；５ｋｇ／ｃｊ Ｂａｃｋ　　Ｐｒｅｓｓ；７Ｔ 冷却用Ｈｅ　　　　；５ｓｅｃＩｍ Ｗａｌｌ温度　　；４０’Ｃ （表面ＳＦ　６＋　Ｆ　１１５１：テ２０秒エッチンク
）ｎ１定結果 ポリシリコンのエツチングレート、　２０７４　（人／
Ｍ）熱酸化膜のエツチングレート　　；　　４４（Ａ／
Ｍ）選択比（ＶｓＯｘ）；４６．９ 上記のように、クランパー部材３２をグランド接地して
第４図のポリシリコン層５４をプラズマエツチングした
結果として、熱酸化膜５２のエツチングレートを押さえ
ることができ、このため選択比（Ｖ　ｓ　Ｏｘ）を著し
く高めることができた。

なお、上記実験はプラズマエツチング装置での従来の最
適エツチング条件よりも低圧にて実施しており、すなわ
ち、通常のエツチング条件では圧力；　３５０Ｔｏｒｒ
　、　Ｈｅ流量；　４５０　ｓｅｃｍであるが、これを
それぞれ３２５Ｔｏｒｒ　、　３５０ｓｃｃ鑞として実
験した結果、異方性エツチングを達成しつつ高選択比（
Ｖ　ｓ　Ｏｘ）を実現できた。

なお、この比較例として、同様の条件でクランパー部材
３２をグランド接地せずに、電気的にフローティング状
態として測定した場合には、熱酸化膜５２のエツチング
レートが高く、上記選択比（ＶｓＯｘ）＝２１．４であ
った。これと比較すれば、本実施例構成により得られる
選択比は２倍強となり、近年の半導体素子の高密度化に
対応したエツチングが可能となる。

第２図、第３図はそれぞれ、クランパー部材３２をグラ
ンド接地した場合とそうでない場合とのエツチング特性
を示したものである。

各特性図では、ＲＦパワーが相違しているが、特に熱酸
化膜５２のエツチングレート及び選択比（Ｖ　ｓ　Ｏｘ
）に関して次のことが言える。

すなわち、第２図に示すようにクランプ部材３２をグラ
ンド接地した場合には、高ＲＦパワーであるにもかかわ
らず、熱酸化膜５２のエツチングレートが小さく、従っ
て選択比（Ｖ　ｓ　Ｏｘ）は高くなっている。

一方、第３図に示すように、クランパー部材３２を電気
的にフローティング状態とした場合には、ＲＦパワーが
低いにもかかわらず、比較的熱酸化膜５２のエツチング
レートが高く、従って、選択比（ＶｓＯｘ）か低くなっ
ていることが分かる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えばイオンエツチング、ＣＤＥエツチング、ＥＣＲエ
ツチング等プラズマを利用してエツチングする装置であ
れば何れでもよい。

上記実施例では、物理的にエツチング作用を行うプラズ
マ中のイオンを、被エツチング材であるウェハ４２に向
かう量を少なくして高選択比を得るために、ウェハ４２
の周辺部をクランプするクランパー部材３２をグランド
接地した例について説明した。このイオンをコントロー
ルするためには、必ずしもグランド接地するものに限ら
ず、従来電気的にフローティング状態であったものを、
所定電位に設定することによって実現でき、例えばその
電位を可変するようにして、選択比をコントロールする
ことも可能である。

また、上記実施例では所定電位に設定される電極として
クランパー部材を適用したが、これに限らず少なくとも
被エツチング材の周辺に所定電位に設定される電極を配
置することによっても、同様な作用、効果を達成可能で
ある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば被エツチング材の
周辺に所定電位に設定される電極を配置することによっ
て、プラズマエツチングの際の所望の選択比を実現する
ことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用したプラズマエツチング装置の
概略説明図、 第２図は、本実施例装置により得られるエツチング特性
を示す特性図、 第３図は、クランパー部材を電気的にフローティング状
態とした従来装置のエツチング特性を示す特性図、 第４図は、被エツチング材の断面構造を示す概略説明図
である。 １０・・・上部電極、 ３０・・・下部電極、 ３２・・・クランパー部材、 ３４・・・アースケーブル、 ４２・・・被エツチング材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エッチングガスを導入してプラズマを誘起し、被
   エッチング材をエッチングするプラズマエッチング装置
   において、 被エッチング材の周辺に、所定電位に設定される電極を
   配置したことを特徴とするプラズマエッチング装置。
2. （２）被エッチング材をプラズマ形成用の電極に支持す
   るためのクランパー部材を、所定電位に設定される上記
   電極とした特許請求の範囲第１項記載のプラズマエッチ
   ング装置。
3. （３）電極の設定電位を可変とした特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載のプラズマエッチング装置。