JPH03194930A - 半導体材料のエッチング装置 - Google Patents

半導体材料のエッチング装置

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JPH03194930A
JPH03194930A JP2320600A JP32060090A JPH03194930A JP H03194930 A JPH03194930 A JP H03194930A JP 2320600 A JP2320600 A JP 2320600A JP 32060090 A JP32060090 A JP 32060090A JP H03194930 A JPH03194930 A JP H03194930A
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gas
etching
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reagent
metastable
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JP2320600A
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Lee M Loewenstein
リー　エム．ロウェンステイン
Douglas A Webb
ダグラス　エイ．ウェブ
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Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
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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、集積回路とその他の電気的デバイスの製造方
法と装置に関するものであり、より詳細には、半導体材
料をエツチングするための改良された方法と装置に関す
る。
従来の技術及び課題 集積回路の製造の際には、ウェーハ上に複数の膜が被着
される。これらの膜は、電子装置に所望の機能を僑える
べく、選択的にパターン化され、エツチングされ、ドー
ピングされ、化学反応その他が施される。パターン形成
処理には、種々の既知のパターン転写方法（例えば、パ
ターンマスクを用いて像を被着膜に転写する方法）が用
いられている。被着膜が７オトレジスト層のようなパタ
ーンマスクで覆われた後、被着膜の露出部分が除去され
る。
エツチング処理は、半導体製造では被着膜の露出部分を
除去する際に広く利用される。露出部を除去する為の方
法の１つに乾式、即ちＲＦ−プラズマ補助エツチング処
理があり、これは低圧気体放電という形でプラズマを利
用するものである。
このエツチング処理は、レジス１ヘパターンのｉＩＭ度
転写を可能にする。
幾つかの例をに於いて、エツチング用試薬は処理室外で
活性化されるが、そこでは処理室内で発生したプラズマ
によって被ＨＡ’Ａが破壊される可能性がある。この励
起が処理室外で行われる時、燐光エツチング処理、下流
エツチング処理、或いは遠隔プラズマエツチング処理と
称されている。もし追加励起が必要である場合には、処
理室で実行することができる。
問題は、処理される材料表面上に微粒子が存在する事に
よって欠陥を生ずるという事である。これが、湿式エツ
チング処理から乾式エツチング処理へ移行する理由の１
つである。しかしながら、ある条件下では、遠隔プラズ
マエツチング処理は微粒子を生成し、これがエッチ用試
薬の流れに乗って運搬され、これにより処理材料の表面
が汚染されてしまう。
ある種の遠隔プラズマエツチング処理は、エッチ用試薬
をマイクロ波空洞を通過する事によって活性化する。エ
ッチ用試薬を含む処理ガスは、マイクロ波空洞を６通し
ている比較的不活性な絶縁材料（例えば石英）から形成
された放電管を通過して流れる。これらの活性化された
処理ガスは、′Ｂ′ｆ７Ａと共同して石英製の放電管の
内側表面をエツチングして、そこで石英の微粒子を生成
する。不運にも、この石英微粒子は処理気体の流れに乗
って表面へ移動し、必然的に半導体材料の表面に汚染を
生じる。
この様な訳で、処理される表面を汚染しない遠隔プラズ
マエツチング処理が必要である。従って、エツチング処
理されるウェーハの表面にできるだけ近付けてエッチ用
試薬を活性化させ、活性ガスを工程の石英管を通過させ
る際に発生するいかなる汚染も排除することが望ましい
。それに加えて、エッチ用試薬活性化の選択性が増加す
ると、半導体材料のエツチング処理上の制御も増す事に
なるであろう。
課題を解決するための手段及び作用 本発明は、半導体ウェーハ上の膜によるエツチングのた
めの装置と方法を提供する。本発明の一面は、半導体材
料をエツチング処理の間保持する為の処理室を有する装
置である。先ず、処理室から遠隔的に配置され、処理室
に対して流体交流可能に配置された発生機を、励起上の
準安定状態を達成することのできる注入希ガス（ｎｏｂ
　ｌ　ｅｇａＳ〉、又は他のガス種から準安定ガスを生
成するために用いる。この処理において、準安定ガスは
励起上特定のエネルギレベルを成す。この準安定ガスは
ウェーハの表面に近接する活性化シン付近の処理室に移
動される。エッチ用試薬の前駆体（ｏｒｅｃｕｒｓｏｒ
　　５ｏｕｒｃｅ）は、中にエッチ用試薬ガスを含み、
処理室と流体交流可能に配置されており、活性化ゾーン
付近の処理室用のエツチング用試薬ガスを供給して、半
導体材料を選択的にエツチングするため準安定ガスと混
合し化学反応させる。
本発明の発生機は、−殻内に準安定種の希ガスか他種を
発生機内に設けられた放電管の中へ注入づる注入管を含
む。−旦、希ガスが励起され、準安定ガスに変換される
と、エッチ用試薬ガスとの化学反応の為に取出し管は放
電管からガスを処理室へと運ぶ。
他の実施例では、準安定ガスとエッチ用試薬ガスは活性
ゾーンに於いて、処理室内への注入前に混合される。そ
の好ましい実施例では、準安定ガスはアルゴンで、エッ
チ用試薬ガスはＳＦ６である。更に、発生機の放電管は
石英材料で構成されている。
本発明は、従来の乾式エツチング技術に対して、技術的
な利点を提供する。この新規な発明は、遠隔マイクロ波
システムを用いて、エッチ用試薬ガスを活性化する準安
定ガスを励起し、選択的に半導体材料のエツチングを行
う為に用いられる遊離基を生成する。また、処理量を増
加し、工程を平易化し、石英管を破損することなく処理
する能力を高める。更に、希気体を選択的に活性化し、
それを準安定ガスへ変換さＶる能力に因って、技術的な
利点も提供する。
本発明とその利点をより良く理解するために、添付図面
と共に以下の詳細な説明を参照されたい。
実施例 第１図は、本発明の５Ａ置の略図で、全体が１０で示さ
れている。装置１０にはウェーハ１４を中に持つ処理ｖ
１２が含まれる。ウェーハ１４は例えば、シリコン基板
上に被着されたタングステンのような複数の材料、又は
集積回路製造でその他−殻内に用いられる材料から構成
されている。処ＩＩ！至１２へ発生機１６が接続されて
おり、発生機１６は一般的に注入管１８と取出し管２０
を含む。
取出し管２０は、発生１１１６を処理室１２に相互接続
する為に使用される。取出し管２０は処理室１２の側壁
２１を目通して配置され、ウェーハ１４にほぼ近接して
処理室１２内部に設置された開口部２２を有する。
発生機１６は共鳴空洞２４を持ち、内部に放電管２６が
含まれる。共鳴空洞２４には２．４５ＧＨｚで作動する
マグネトロン装置２８が接続されている。また、処理室
１２へはエッチ用試薬容器３０が接続されている。エッ
チ用試薬室３０はこれを処理室１２に相互接続する取出
し管３２を有する。取出し管３２は処理室１２の側壁２
１を貫通して延び、ウェーハ１４の近くで末端開口部３
１を有する。
動作に於いて、希ガス３４が管１８に流入され、ＰＩｉ
雷管２６内部で蓄積される。マグネトロン装置２８は付
勢されｔｌｉ電管２６内の希ガス３４を励起する。希ガ
ス３４を励起する事によりガスのエネルギレベルを増し
、準安定ガス３６に変換させる事ができる。この準安定
ガス３６は特定の処理に用いられる主な希ガス（ｉｎｉ
ｔｉａｌ　　ｎｏｂｌｅ　　ｇａｓ）によってエネルギ
レベルが様々である。準安定ガス３６は取出し管２０を
通って処理室１２へ流れる。準安定ガス３６は最終的に
処理室内の取出し開口部２２を出る。
化学反応を誘導する為に行う希ガスの準安定ガスへの励
起は、−殻内に下記に説明する方式に従う。
Ｒ（ｎｐ６）　、−、Ｒ（ｎｐ５（ｎ＋１　＞ｓｌ）Ｒ この時のＲは希ガスか金属のような不活性な原子である
。Ｒの励起後、準安定状態の原子を作り出す為に、電子
（ｅ）がｐ軌道から更に高エネルギＳ軌道へ励起される
。希ガスの代表的なエネルギレベルは下記のように説明
される。
Ｈｅ　　　　　　Ｈｅ　　　　　　Ａｒ　　　　　　Ｋ
ｒ　　　　　　Ｘｅ　　　　　Ｒｎ４８９．２　３８４
．４　２６８．０　２３１．４　１９４．５　１６０．
１３８８．５　２７２．８　２４５．４　２２０．７　
２４８．８単位はＫｃａｌ／アインシュタインである。
希ガス３４が準安定ガス３６へ変換される間に、エッチ
用試薬容器３０内に含有されたエッチ用試薬前駆体４０
は、エッチ用試薬管３２を通して活性化ゾーン３８へ運
ばれる。この活性化ゾーン３８は、一般に取出し開口部
２２とウェーハ１４の両方から極接近した’＊Ｉｊａに
位置する。本発明によれば、エッチ用試薬ガス４０は活
性化ゾーン３８に於いて準安定ガス３６により分解され
、ウェーハ１４の表面をエッチ用試薬が選択的にエツチ
ングするのを可能にする。代表的な化学反応メカニズム
は次の通りに説明する事かできる。
ＣＦ　　＋Ｍ”→ＣＦ３十Ｆ十Ｍ 及び、 ＣＦ２＋２Ｆ＋Ｍ この時、Ｍ＊は準安定ガスである。
エッチ用試薬ガス４０の励起は、放電管２６、取出し管
２０または処理室１２に対する破損を排除する為にウェ
ーハ１４に近接して実施される。
活性化ゾーン３８の位置は処理室１２内の微粒子の広が
りを縮小する。その結果、処理室１２内の微粒子の減少
が、ウェーハ１４の表面上の汚染の広がりを縮小する。
第２図にある本発明の他の実施例を参照されたい。この
他の実施例は全体を４２で示しである。
装置４２は、内部にウェーハ４８を有する処理室４６を
含む。処理室４６は、発生機取出し管５４によって発生
機５０に接続されている。発生機５０は、希ガスの導入
用の注入管５２を含む。取出し管５４はその末端に開口
部７６を持つ。発生機５０は内部に放電管６０を含む共
鳴空洞５８を持ち、これが処理室４６に流入する前のガ
スを励起する。また発生１ｆｉ５０は、ノ」スを活性化
する共鳴空洞５８に接続されたマグネトロン装置６２を
有し、そしてそれは処理ｖ４６へと入り込む。エッチ用
試ｇ５管６６は、取出し管５４の内側につながる末端開
口部が１つ在る。取出し管５４とエッチ用試薬管６６は
、その交差する所で活性化ゾーン７４を形成する。エッ
チ用試薬管６６は、そこに含有されたエッチ用試薬ガス
７２を有するエッチ用試薬供給容器６４から至る。
第２図で示されている実施例の動作に於いて、希ガス６
８が注入管５２を通して流入され、放電管６０の中へ移
動する。希ガス６８が放電管６０の中で蓄積する間に、
マグネトロン装置６２は付勢され希ガス６８を励起し準
安定ガス７０へ変換する。準安定ガス７０は取出し管５
４を通して処理室の外部脇の活性化ゾーン７４へと運ば
れる。
エッチ用試薬ガス７２はエッチ用試薬室６４からエッチ
用試薬管６６を通り、活性化ゾーン７４へ運ばれる。活
性化ゾーン７４では、準安定ガス７０とエッチ用試薬ガ
ス７２が混合され化学反応されて、最終的にウェーハ４
８をエツチングする為に必要なエッチ用試薬を作り出す
。活性化されたガス７０と７２は、管５４を通って開口
部７６へ流れ、そして処理室４６内のウェーハ４８をエ
ツチングする。この代替実施例では、取出し管５４は移
動管と活性室の両方の役割を果たす。
本発明によれば、準安定ガス３６は所定の希ガス３４を
選択的に付勢する事によって作り出される。特定の準安
定ガス３６の選択によって、エツチング種の分留は準安
定ガス３６の特定エネルギに依存する事が発見されてい
る。言い換えれば、ガス状フッ素系化合物のようなエッ
チ用試薬は、ウェーハ１４を制御エツチングする為に、
準安定ガス３６で選択的に付勢する事ができる。この化
学反応のメカニズムは構成要素の物理化学的性質によっ
て制御される。それ故に、準安定ガス３６がエッチ用試
薬ガス４０と衝突する時、衝突エネルギーは、ウェーハ
１４のエツチングに必要な遊離基を活性化するエッチ用
試薬ガス４０の化学的結合を切り離す。本発明の特色の
１つは、特定のエッチ用試薬ガスの化学的結合を選択的
にこわす事のできる特定なＴネルギレベルを持つ準安定
がスを選択できることである。かような選択性の一例を
次に述べる。
例 シリコン・ナイトライド膜が、６５ｓｃｃｍ、及びＳＦ
６を５０ｓｅｃｍの割合でアルゴン・ガスを用いてエツ
チングされた。アルゴン・ガスはマグネトロン発生機を
２４５０ＭＨｚで作動して励起された。処理室の運転条
件は圧力を０．４５トル、温度を２００℃に設定された
。このような特定の組合わせにより結果として異方性で
、かつ選択的なエツチングが達成される。エツチング率
と選択性はマイクロ波電力を変化させ処理室にＲＦｍ力
を加える事によって制御された。エツチング率は温度、
圧力、ガス混合物を変更することにより変えることがで
きる。
本発明は、石英管の破壊を除去する点に於いて従来技術
に技術的に優位を示す。又、本発明は、工程の間に取出
し管が破壊される事によって生じる微粒子の生成の広が
りを縮小する。更には、この特定用途によれば、希ガス
が選択できるので、エツチング選択性の範囲が広がる。
本発明の好ましい実施例とその利点について、前述の詳
細な説明で開示してきたが、本発明はこれに限定されず
、添付特許請求の範囲の趣旨と範囲に従う。
以上の説明に関連して更に以下の項を開示する。
（１）半導体材料のエツチング装置であって、エツチン
グ処理の開渠積回路製作品を保持する処理室と、 ガスから準安定ガスを生成する為の前記処理室から遠隔
配置された発生機であって、予め選択されたガスを受け
る流入口と、準安定ガスを放出する取出し口と、前記処
理室との流体交流関係とを有する発生機と、 そこに含有するエッチ用試薬と、前記準安定ガスと化学
反応させて半導体材料を選択的にエツチングする為に前
記エッチ用試薬を処理室に供給するため処理室との流体
交流とを有するエッヂ月賦薬前駆体種と を含むエツチング装置。
（２）（１）項に２戟したエツチング装置に於いて、前
記発生機が下記を含む。
流入管と、 前記ガスを含有して、前記流入管と流体交流可能な配置
をされた放電管と、 ガスを準安定ガスに変換する為の前記放電管を取り囲む
励起空洞と、 前記放電管と前記処理室に対して流体交流可能な配置を
された取出し管。
（３）（２＞項に記載した装置に於いて、前記取出し管
が石英で構成されている。
（４）（１）項に記載したエツチング装置に於いて、前
記ガスはヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キ
セノン、ラドン、窒素、水銀蒸気、及びこれらの混合物
から構成される群から選択される。
（５）（１）項に記載したエツチング装置に於いて、前
記エツチング用試薬ガスはフッ素系化合物である。
（６）半導体材料のエツチング装置であって、エツチン
グ処理の聞辛導体材料を保持する処理室と、 希ガスから準安定ガスを生成する為に、処理室から遠隔
し、そして流体交流可能に配置された発生機と、 そこに含有するエッチ用試薬と、半導体材料を選択的に
エツチングする為に処理室に流入する前に前記準安定ガ
スと混合し化学反応させるため、前記エッチ月賦を供給
する前記処理との流体交流とを有するエッチ月賦薬前駆
体種とを含むエツチング装置。
（７）（６）項に記載したエツチング装置に於いて、前
記発生機が下記を含む。
流入管と、 前記流入管と流体交流可能な配置をされた放電管と、 前記放雷管を取り囲む励起空洞と、 前記放電管と前記処理室に対して流体交流可能な配置を
された取出し管。
（８）（７）項に記載した装置に於いて、前記取出し管
が石英で構成されている。
（９）（６）項に記載したエツチング装置に於いて、前
記希ガスはヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、
キセノン、及びラドンから構成される群から選択される
。
（１０）（６）項に記載したエツチング装置に於いて、
前記エツチング用試薬ガスはフッ素系化合物である。
（１１）集積回路製作品の表面を処理室でエツチングす
る方法であって、 遠隔発生機で希ガスを励起し、準安定ガスを造り出す段
階と、 前記準安定ガスを、処理室と流体交流可能に配置された
取出し管を通して流す段階と、処理室内へエツチング用
試薬前駆体を注入して、前記準安定ガスと化学反応ざＶ
て表面をエツチングする段階と を含むエツチング方法。
（１２）　　（１１）項に記載した方法に於いて、前記
表面はタングステンである。
（１３）　　＜１１）項に記載した方法に於いて、前記
エツチング用試薬前駆体はフッ素系ガス化合物である。
（１４）　　（１１）項に記載した方法に於いて、前記
希ガスはアルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キ
セノン、ラドン、及びこれらの混合物から選択される。
（１５）　　（１１）項に記載した方法に於いて、更に
処理室内への注入に先駆けて、前記エッチ用試薬前駆体
を活性化させる段階も含む。
（１Ｇ）　　（１１）項に説明した処理方法によって作
製される製品。
（１７）電子装置の製造方法であって、放電管で準安定
ガスに変換する為に希ガスを励起する段階と、 前記励起準安定ガスを、処理室と流体交流可能に配置さ
れた取出し管を通して流ず段階と、前記準安定ガスとエ
ッチ用試薬ガスを前記処理室内へ流し込む前に、前記取
出し管内で、エッチ用試薬前駆体化合ガスと励起準安定
ガスとからエッチ用試薬ガスを形成する段階とを含む電
子装置の製造方法。
（１８）　　（１７）項に記載した方法に於いて、前記
半導体材料はタングステンである。
（１９）　　（１７）項に記載した方法に於いて、前記
エッチ用試薬ガスはフッ素系化合物である。
（２０）　　（１７）項に記載した方法に於いて、前記
希ガスはアルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キ
セノン、ラドン、及びこれらの混合物から槙成される群
から選択される。
（２１）　　（１７）項に記載した方法に於いて、更に
前記準安定ガスとの混合に先駆けて、エッチ用試薬ガス
を活性化させる段階も含む。
（２２）　　（１７）項に説明した方法によって作製さ
れる製品。
（２３）半導体材料（１４）のエツチング装置とエツチ
ング方法を開示する。エツチング装置（１０）は、希ガ
ス（３４）を準安定ガス（３６）に変換する為に処理室
（１２）と流体交流可能な配置をされた遠隔の発生機（
１６）を有する処理室（１２）を含む。エッチ用試薬ガ
ス（４０）は次に活性化ゾーン（３８）にて準安定ガス
（３６）と混合し化学反応する為に、半導体材料（１４
）に近接する処理室（１２）内へ送り込まれる。準安定
ガス（３６）はエッチ用試薬ガス（４０）と衝突し、そ
の混合物が半導体材料（１４）を選択的にエツチングせ
しめる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に基づくエツチング装置の略図、 第２図は、本発明に基づく他のエツチング装置の略図、
である。 主な符号の説明 １２．４６：処理室 １６．５０：発生機 ２４．５８：共鳴空洞 ２６．６０：放雷管 ２８．６２：マグネトロン装置 ３０．６４：エッチ用試薬容器 ３４．６８：希ガス ３８．７４：活性化ゾーン ＦＩＣ；、　　７ ２ ／

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体材料のエッチング装置であって、エッチン
    グ処理の間集積回路製作品を保持する処理室と、 ガスから準安定ガスを生成する為の前記処理室から遠隔
    配置された発生機であつて、予め選択されたガスを受け
    る流入口と、準安定ガスを放出する取出し口と、前記処
    理室との流体交流関係とを有する発生機と、 そこに含有するエッチ用試薬と、前記準安定ガスと化学
    反応させて半導体材料を選択的にエッチングする為に前
    記エッチ用試薬を処理室に供給するため処理室との流体
    交流とを有するエッチ用試薬前駆体種と を含むエッチング装置。
  2. （２）（１）項に記載したエッチング装置に於いて、前
    記発生機が下記を含む、 流入管と、 前記ガスを含有して、前記流入管と流体交流可能な配置
    をされた放電管と、 ガスを準安定ガスに変換する為の前記放電管を取り囲む
    励起空洞と、 前記放電管と前記処理室に対して流体交流可能な配置を
    された取出し管。
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