JPH02268429A

JPH02268429A - プラズマエッチング装置

Info

Publication number: JPH02268429A
Application number: JP9095589A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sunada; 砂田　芳宏; Masashi Kondo; 真史近藤; Izumi Arai; 泉新井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1990-11-02

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］（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グランド電位に設定し、
この両電極間にエツチングガスを導入してプラズマを誘
起し、ウエノ＼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−３ｉ　０）５２．ポリシリコン層（ＰＯＬＹ
−３１）５４が形成された被エツチング材の前記ポリシ
リコン層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例えばＣＣ１ａ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、エツチング
によって残された部分のポリシリコン膜５４の形状が問
題となっている。すなわち、第５図（Ａ）に示すように
、エツチングによって残存するポリシリコン層５４ａの
両端側の形状は、前記マスキング部材５６の端部よりほ
ぼ垂直に工ツチングされたフラットな形状が好ましい。

その理由は、エツチングによって残されたポリシリコン
層５４Ｈの基端の幅Ｗが半導体素子の形成上重要であり
、かつ、このエツチング処理終了後に、ポリシリコン層
５４ａの側壁に例えばＣＶＤによるデポジション形成あ
るいはイオン注入を行う際には、この側壁がフラット形
状であるものの方が、デボジョンの付着あるいはイオン
注入が容易となるからである。そして、このようなエツ
チング形状は、異方性の高いエツチングを行うことによ
り実現することが可能である。

ところが、プラズマエツチング装置を平行平板型のもの
とし、この平行平板電極間に形成される電界に沿ってプ
ラズマ中に形成されたイオンをウェハに衝突させて異方
性エツチングを行う装置にあっても、第５図（Ａ）に示
すようなフラ・ノドの側壁を有するエツチング形状を得
ることが困難であった。このため、従来よりプラズマ中
でサイドエツチング防止成分を生ずるエツチングガスが
採用されており、例えばＣＣ１ａを採用した場合には、
（ＣＣ１ｘ）ｖのサイドエツチング防止成分が生成され
、これがポリシリコン層５６ａの側壁に付着することに
よりサイドエツチングが抑制され、異方性の高いエツチ
ングが可能となっている。

しかしながら、このようなサイドエツチング防止成分が
前記ポリシリコン層５６ａの側壁に多く付着すればよい
が、このようなサイドエ・ソチング防止成分はプラズマ
処理容器の他の部分にも付着してしまうことになるので
、その分すイドエ・ソチング防止効果が妨げられていた
。この結果、第５図（Ｂ）に示すように、ポリシリコン
層５４ａの側壁がアンダーカット形状になってしまい、
ＣＶＤデポジションの付着あるいはイオン注入が困難と
なることがあった。

そこで、本発明の目的とするところは、工・ソチング形
状をコントロールでき、しかも、工・ソチング形状以外
の他のエツチング特性に影響を及ぼすことのないプラズ
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、プラズマ処理容器中に被処理体を配置し、プ
ラズマエツチング処理を行うプラズマ処理装置において
、プラズマにさらされる部位であって、上記被処理体以外
の少なくとも一部を、温度コントロール可能としたもの
である。

（作　用）本発明では、エツチングガスを導入してプラズマを誘起
した際に生ずるサイドエツチング防止成分が、プラズマ
処理容器内の被処理体以外の部位に付着する量をコント
ロールすることによって、このサイドエツチング防止成
分が被処理体の被エツチング部側壁に付着する量をコン
トロールし、エツチング形状をコントロール可能として
いる。

すなわち、被処理体以外のプラズマに臨む部位の温度コ
ントロールを行うことにより、例えばこの部位に前記サ
イドエツチング防止成分が付着し難くすること、あるい
は付着し易（するコントロールが可能となる。そして、
例えばこのプラズマに臨む部位に前記サイドエツチング
防止成分が付着し難いような温度コントロールを行えば
、その分このサイドエツチング防止成分を被処理体の被
エツチング部分側壁に多く付着させることができ、この
結果サイドエッチの少ないエツチング形状を得ることが
可能となる。

（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半導体ウ
ェハ４２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から例えば１３．５６　Ｍ
ｔｌｚのＲＦパワーを印加する。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
熱伝達部材１２を有し、この熱伝達部材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、上記熱伝達部材１２内には、穴が多数設けられた
それぞれ穴数の異なる第１．第２の拡散板１４ａ、１４
ｂが、スペーサ１．６ａ、１６ｂを介【７て平行に離間
配置されている。さらに、前記熱伝達部材１２の開口部
を覆うように、補強板１８、アルマイト電極２０がガス
流が形成される如く構成されて積層配置されている。尚
、前記アルマイト電極２０の周辺を覆うようにシールド
リング２２が設けられ、アルマイト電極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ェハ４２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
グ状のクラクバ一部材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、発生するプラズ
マにさらされている部位で、ウェハ以外の部位の少なく
とも一部、例えば前記アルマイト電極２０を熱伝達部材
１２を介して温調する如く温水ジャケット６０が、前記
熱伝達部材１２に密着して配置されている。そして、こ
の温水ジャケット６０内の温水の温度コントロールを行
う温度コントロール部６２、及び温水温度を設定入力す
るための温度設定部６４が設けられている。

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、比
較的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、本実施例ではエツチングガスとしてＣＣｌ４を
用いているため、このエツチングガスがプラズマによっ
て分解されると、サイドエツチング防止成分（ＣＣｊ’
ｘ）ｙが生成されることになる。そして、このサイドエ
ツチング防止成分がエツチングされた後のポリシリコン
層５４ａの側壁に付着することにより、サイドエツチン
グが抑制されるので、より異方性の高いエツチングが可
能となっている。

ところで、このサイドエツチング防止成分は前記ポリシ
リコン層５４ａの側壁に必ずしも付着するものではなく
、プラズマにさらされているプラズマ処理容器内の他の
部分にも付着してしまうことになる。本発明の原理とし
ては、プラズマ処理容器内のウェハ４２以外の部分に付
着するサイドエツチング防止成分の量をコントロールす
ることによって、ウェハ４２のポリシリコン層５４ａの
側壁に付着するサイドエツチング防止成分をコントロー
ルし、これによってエツチング形状をコントロールする
ものである。

そして、本発明者らは、このプラズマ処理容器内にてプ
ラズマにさらされるウェハ４２以外の部分の温度コント
ロールを行うことにより、例えば第５図（Ａ）に示すよ
うなポリシリコン層５４ａの両側壁がほぼ垂直状態のフ
ラット形状を得ることができた。

ここで、前記ウェハ４２以外の部分であって、プラズマ
処理容器内のプラズマに最もさらされる部位としては、
このウェハ４２と対向して配置されるアルマイト電極２
０である。そこで、本実施例ではこのアルマイト電極２
０を温度コントロールするために、この電極２０を支持
する熱伝達部材１２の裏面側に温水ジャケット６０を配
置し、このジャケット６０内部に温水を循環させること
によってアルマイト電極２０の温度コントロールを可能
としている。

く実験結果〉 δ−１定条件圧　　　　　力　；　　３００　ｍＴｏｒｒ電極間距離
；１ｃｍＲＦパワー；１５０Ｗエツチングガス流量；ＣＣｌ２−１００ｓｃｃ■Ｈｅ　
−３５０ｓｅｃｍ０２−２０ｓｅｃｍウェハクランプ圧；３ｋｇ／ｃシウェハ冷却用Ｈｅ　；　５ｓｅｃｍ温　　　　　度　；　５０℃ Ｗａｌｌ　Ｔｅｍｐ　；　４０℃ 〈４−１定結果〉上記のエツチング条件にて、アルマイト電極２０を温調
する温水ジャケット６０内の温水の温度条件として、第
２図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、４０℃、５
０℃、６０℃の３種類の温度を設定してエツチングを実
施した。このいずれの場合も、ウェハ４２の中心部の温
度は６０〜６５℃であり、エツジ部分の温度も同様に６
０〜６５℃であった。

第２図より明らかなように、アルマイト電極２０の温調
として、温水温度を５０℃とした場合には、同図（Ｂ）
に示すようにエツチングされた後のポリシリコン層５４
ａの両側壁は、はぼ垂直にエツチングされたフラット形
状となり、規格通りのポリシリコン膜５４ａの基端の幅
Ｗが得られるばかりか、その後のＣＶＤデポジション形
成あるいはイオン注入がもつとも行い易いエツチング形
状を得ることができた。

一方、アルマイト電極２０の温調として温水温度を４０
℃とした場合には、第２図（Ａ）に示すように、サイド
エッチが進行して、ポリシリコン層５４ａの両側壁はア
ンダーカット形状となってしまった。

また、第２図（Ｃ）に示すように、アルマイト電極２０
の温調として温水温度を５０℃とした場合には、逆にサ
イドエツチングが著しく抑制され、ポリシリコン層５４
ａの両側壁が正テーパー形状となってしまった。

上記のことから明らかなように、アルマイト電極２０の
設定温度を５０℃した場合には、最適なエツチング形状
を得るのに充分なサイドエツチング防止成分を、ポリシ
リコン層５４ａの両壁に付着させることができるので、
ボシリコン層５４ａの両壁をほぼ垂直形状にエツチング
することができた。一方、これよりも温度が低い場合に
は、アルマイト電極２０に付着するサイドエツチング防
止成分が多くなり、これによってポリシリコン層５４ａ
の両側壁に付着するサイドエツチング防止成分が少なく
なるので、サイドエツチングが進行したエツチング形状
しか得られなかった。他方、これよりも温度を高くした
場合には、逆にアルマイト電極２０に付着するサイドエ
ツチング防止成分が著しく少なくなり、これによってポ
リシリコン層５４ａの両側壁に付着するサイドエツチン
グ防止成分が著しく多くなるため、マスキング部材５６
の根元付近のエツチングが十分に行われなかった〇以上のことから、アルマイト電極２０の温度を所定温度
に設定することにより、エツチング形状を良好にできる
ことが分かる。この際、本実施例ではエツチング形状以
外の他のエツチング特性には何等の影響を及ぼすことな
く、これをコントロールすることができる。

すなわち、本実施例ではアルマイト電極２０の温度コン
トロールのみを行っているので、ＲＦパワーが変化する
ことがなく、また、エツチングガスも従来と同様なもの
を使用することができので、プラズマによって生ずるラ
ジカルによる化学的反応によるエツチング作用、及びプ
ラズマによって生成されたイオンのウェハ４２に対する
衝突による物理的エツチング作用には何等の悪影響も及
ぼさないからである。

第３図は、上部電極としてのアルマイト電極２０の温度
を変化させた際の、前記ポリシリコン層５４のエツチン
グレート、熱酸化膜５２のエツチングレート及び選択比
（ＶｓＯｘ）をそれぞれ示したものである。

同図から明らかなように、上部電極の温度を変化させた
としても、これら３つのエツチング特性の変化はほとん
ど見られないことがわかる。

尚、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。

上記実施例では、被処理体であるウェハ４２以外のプラ
ズマ処理容器内の部分の温度コントロールとして、上部
電極としてのアルマイト電極２゜の温度コントロールを
行った。この部分は、ウェハ４２以外の部位としては、
プラズマに最も近接する部位であるので、ここを温度コ
ントロールすることによってサイドエツチング防止成分
の付着する量を効果的にコントロールできる点で有利で
ある。しかしながら、必ずしも上部電極の温度コントロ
ールを行うものに限らず、少なくともプラズマ処理容器
内にあって、かつ、プラズマにさらされている部位であ
れば、この部分を温度コントロールすることによって同
様の作用、効果を達成できることは言うまでもない。

また、上記実施例では上部電極の温度コントロールを行
う手段として、温水ジャケット５ｏ内の温水を温度コン
トロール部５２によってコントロールすることによって
、結果的にアルマイト電極２０の温度制御を行ったが、
例えば、るアルマイト電極２０自体に温度センサーを配
置し、このセンサー出力に基づき温度コントロールを行
うように構成することもできる。さらに対向電極以外、
反応容器の側壁面を温調しても、ウェハの表面温度に寄
与すれば何れの領域でもよい。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によればプラズマにさらさ
れている部位であって、被処理体以外の少なくとも一部
を温度コントロール可能としているので、これによって
その部位に付着するサイドエツチング防止成分の付着量
をコントロールすることができ、この結果エツチング部
分の側壁に付着するサイドエツチング防止成分の量をコ
ントロルできるので、所望のエツチング形状を得ること
が可能となる。

しかも、上記温度コントロールによって他のエツチング
条件は変化しないので、エツチング形状以外の他のエツ
チング特性には何等の影響を与えずにエツチング形状の
みのコントロールが可能トなる。

【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
一例を説明するための概略断面図、第２図（Ａ）、（Ｂ
）、（Ｃ）は、それぞれ上部電極の設定温度を変えた場
合の、エツチング形状の変化を説明するための概略説明
図、第３図は、上部電極の温度を変化させた場合の、エ
ツチングレート、選択比の変化を説明するための特性図
、第４図は、被処理体断面構造を示す概略説明図、第５図
（Ａ）、（Ｂ）は、エツチング形状の種類を説明するた
めの概略説明図である。１０・・・上部電極、１２・・・熱伝達部材、２０・・・アルマイト電極、３０・・・下部電極、６０・・・温水ジャケット、６２・・・温度コントロール部、６４・・・温度設定部。代理人　弁理士　井　　上　　　− （他１名）訳８第図ＴＯＰ−ＴＥＭＰ。（”Ｃ）（Ａ）第図第図（Ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラズマ処理容器中に被処理体を配置し、プラズ
マエッチング処理を行うプラズマエッチング装置におい
て、プラズマにさらされる部位であって、上記被処理体以外
の少なくとも一部を、温度コントロール可能としたこと
を特徴とするプラズマエッチング装置。
（２）被処理体と対向して配置されるプラズマ形成用の
電極を温度コントロール可能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。