JPH04158517A

JPH04158517A - プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置

Info

Publication number: JPH04158517A
Application number: JP28563590A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Kitagawa; 雅俊北川; Yoshio Manabe; 由雄真鍋; Tadashi Kimura; 忠司木村; Takashi Hirao; 孝平尾; Tetsuhisa Yoshida; 哲久吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1992-06-01

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、主に半導体、絶縁体、金属又ζよそれらの薄
膜のエツチングを行うためのプラズマエッチング方法と
、その方法を実現し得るプラズマエツチング装置に間す
るものである。

従来の技術従来、半導体装置や電子デノ＼イスの製造工程として、
エツチング方法により、デノくイスを構成する材料を部
分的に除去することが行なわれて０る。

そのエツチング方法を利用して微細力■工を（〒なう手
段として、ガスを減圧状態にお０て放電させ、励起状態
のエツチングガスによって工・ソチングする技術である
プラズマエツチングが広く用いられている。

ところで、近年の集積回路の高密度化のため、非常に線
幅の狭い形状のパターンを形成する必要が生じている。

そのため、最近では、励起分解状態で材料を化学的にエ
ツチングし得るガスをマイクロ波電子サイクロトロン共
鳴吸収（ＥＣＲ）放電によるプラズマ分解を行ない、プ
ラズマ中のイオン粒子を数１００Ｖ以下の低電界で加速
し、化学的エツチングと物理的エツチングを併用させて
行なう、いわゆる反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）を
行ない、微細加工を行なっている。

マイクロ波ＥＣＲプラズマを利用したプラズマエツチン
グ装置は、第３図に示すような構成を持つ。３１は真空
チャンバーで、排気孔３２より真空に排気される。また
、導波管３３を通してマイクロ波発振器３４からマイク
ロ波がプラズマ発生室３５へ導入される。電磁石３６に
よってプラズマ発生室３５に磁界が印加される。３７は
ガス導入口で、ＣＦａ、ＣＩ２、ＣｌＦ３等のエツチン
グを行なうためのガスや、Ｎ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ等の
プラズマ励起を助けたり、選択比を大きくしたりする働
きをするガスとの混合ガスが導入される。電磁石３６の
磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴条件を満たすよう
に設定することにより、解離度の高いプラズマが得られ
る。発生したプラズマ中のイオンは、基板４１に直流電
源３８によって印加された直流電界によってプラズマ引
出し窓３９を通過して、基板ホルダー４０に達し、基板
ホルダー４０上の基板４１に対してエツチングが行われ
る。

発明が解決しようとする課題しかしながら、この様な従来のプラズマエツチング技術
では、最近の微細化技術における基板上に形成された深
い線を形成する要求に対しては、不十分である。

すなわち、イオンの加速方向が基板に対して完全に垂直
方向のみであれば形成中の線の底部しかエツチングしな
いが、磁界の発散に伴い導かれたプラズマを利用するた
め、プラズマイオンは基板に対し微少な角度を有する。

そのため、エツチング中の線の側壁で反跳したイオンが
常に一定の角度をもってエツチング面や側壁に入射され
るため、部分的にエツチングの促進される部分や、妨げ
られる部分が生じてしまい、エツチング線幅次第で線形
状が大きく異なってしまうことが大きな課題となりでい
る。

さらに、マイクロ波のモードに起因する電界分布によっ
てプラズマの分布が大きいため、その分布が結果的にエ
ツチング処理の分布として現れるという課題もあった。

これらが原因でこの様なプラズマエツチング装置やこの
ようなエツチング方法の実用化が妨げられていた。

本発明は、この様な従来のプラズマエツチング方法の課
題を考慮し、エツチング線幅が一定に出来るプラズマエ
ツチング方法及びプラズマエツチング装置を提供するこ
とを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、ガスを放電分解しイオン化したイオンを磁界
および電界によって基板へ導き、その基板もしくは基板
上に形成された膜を部分的もしくは全面的に除去するプ
ラズマエツチング法において、放電分解をマイクロ波、
電子サイクロトロン共鳴吸収を利用したプラズマ分解に
よって行い、エツチング処理を行う基板またはその近傍
の、プラズマ分解によって生じた電子およびイオン粒子
に運動エネルギーを与えることが可能な磁界を印加し、
その磁界によってイオンの基板へ入射する方向を時間的
に変化させることを特徴とするプラズマエツチング方法
である。

また、本発明は、ガスを放電分解しイオン化したイオン
を磁界および電界によって基板へ導き基板もしくは基板
上に形成された膜を部分的もしくは全面的に除去するプ
ラズマエツチング装置において、前記放電分解を、マイ
クロ波発振器、第１の電磁石を用いて、電子サーイクロ
トロン共鳴吸収を利用したプラズマ分解によって実現し
、第２の電磁石によって、エツチング処理を行う基板ま
たはその近傍の、プラズマ分解によって生じた電子およ
びイオン粒子に運動エネルギーを与えることが可能な磁
界を印加し、その磁界によってイオンの基板へ入射する
方向を時間的に変化させることを特徴とするプラズマエ
ツチング装置である。

作用本発明では、処理されるべき基板または基板近傍の、プ
ラズマ中に存在し処理に寄与するイオン粒子に印加され
る、基板近傍における磁界を時間的に変化させることに
より、イオンの基板への入射角度を時間的に変化させる
。

これによって、従来の方法では、イオン粒子が、印加さ
れている磁界の減衰と基板に印加されている直流電場に
よってのみ引き出されていたが、本発明では、基板付近
において主に電子・イオンに対して基板に対する入射方
向を時間的に変化させることによって、基板に対して垂
直以外の方向にも与え、このことにより、エツチングに
より微細加工された線の側壁で反跳したイオンのエツチ
ング面への入射角を時間的にずれを生じさせることによ
り部分的なオーバーエツチングを防止するものである。

実施例以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

実施例として、本発明のプラズマエッチング装置を多結
晶シリコンのエツチングに応用した場合について説明す
る。

第１図は本発明のプラズマエツチング装置の一実施例に
かかる概略図である。１１は真空チャンバーで、排気孔
１２より真空に排気される。導波管１３を通してマイク
ロ波発振器１４からマイクロ波がプラズマ発生室１５へ
導入される。第１の電磁石としての電磁石１６によりプ
ラズマ発生室１５に磁界が印加される。１７はガス導入
口でエツチングガスが導入される。

１８は磁界に時間的変化を与え得るための第２の電磁石
としての電磁石であり、基板ホルダー１９近傍で基板２
２近傍の磁界を変化させ得る。このプラズマ発生室１５
の磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴条件を満たすよ
うに設定することにより、解離度の高くイオン多く含む
プラズマ２０が発生する。発生したプラズマ２０はプラ
ズマ引出し窓２１を通過して基板ホルダー１９に達し、
さらに、基板ホルダー１９近傍にて、電磁石１８により
、プラズマ中の主にイオンと電子について磁界変化によ
る基板２２への入射角度の変化が与えられながら、例え
ば多結晶シリコンへエツチング作用を有するイオンやラ
ジカルが輸送され、化学的なエツチングと物理的なエツ
チングが行われる。このとき基板電位はＯ〜マイナス数
百Ｖと設定し、正イオンを効果的に基板２２に引き出す
。

基板２２近傍の電磁石１８による磁束密度の設定は、電
磁石電流の設定によってθ〜１００ガウス（Ｇａｕｓｓ
）の間で時間的な変化を与える。この磁界変化の周波数
は、電磁石１８のアドミッタンスにより制限され１０Ｈ
ｚ〜１００Ｈｚ程度が望ましい。

第２図に線＠１μｍと５７１ｍを、線高さ３７１ｍでエ
ツチング除去した場合の線断面形状を示す。

（ａ）は従来法による場合で、　（ｂ）は本発明のプラ
ズマエツチング装置、プラズマエツチング方法を用いた
場合である。

同図（ａ）では、幅の狭い１μｍ線の加工においては、
比較的線の側壁と底辺が垂直な形状を成しており、エツ
チングが均一に行われているかのように見えるが、同じ
深さて５μｍ幅の線断面形状は、底辺付近にオーバーエ
ッチ部が現れている。

それに対し、本発明では、はぼどちらの線も同様な形状
に加工されていることがわかる。線の側壁に均一性良く
エツチング可能となフている。

発明の詳細な説明したように、本発明にかかるプラズマエツチング
方法及び装置によれば、機側な形状に線を形成する際に
、従来法では、線の線幅によってイオンの反跳方向が異
なることが原因で、線の断面形状が線の線幅によってエ
ツチングの不均一が生じてしまっていたものが、断面形
状に差をなくし、エツチングを均一化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマイオンエツチング装置の一実
施例を示す概略断面図、第２図（ａ）および（ｂ）はそ
れぞれ従来の方法と本発明の方法により、多結晶シリコ
ン層を、加工線幅を変化させ微細加工を行なったときの
断面形状の変化を示す断面図、第３図は従来のプラズマ
イオンエツチング装置の概略断面図である。１１・・・真空チャンバー、１２・・・排気孔、１３・
・・導波管、１４・・・マイクロ波発振器、１５・・・
プラズマ発生室、１Ｇ・・・第１電磁石、１７・・・ガ
ス導入口、１８・・・磁界制御電磁石（第２電磁石）、
１９・・・基板ホルダー、２０・・・プラズマ、２１・
・・プラズマ引出し窓、２２・・・基板。代理人　弁理士　松　１）正　道第（ａ）２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガスを放電分解しイオン化したイオンを磁界およ
び電界によって基板へ導き、その基板もしくは基板上に
形成された膜を部分的もしくは全面的に除去するプラズ
マエッチング法において、前記放電分解をマイクロ波、
電子サイクロトロン共鳴吸収を利用したプラズマ分解に
よって行い、エッチング処理を行う基板またはその近傍
の、プラズマ分解によって生じた電子およびイオン粒子
に運動エネルギーを与えることが可能な磁界を印加し、
その磁界によってイオンの基板へ入射する方向を時間的
に変化させることを特徴とするプラズマエッチング方法
。
（２）エッチング処理を行う基板またはその近傍の、プ
ラズマ分解によって生じた電子およびイオン粒子に印加
される磁界を、周期的に変化させることを特徴とする請
求項１記載のプラズマエッチング方法。
（３）エッチング処理を行う基板またはその近傍の、プ
ラズマ分解によって生じた電子およびイオン粒子に印加
される磁界の周期的変化の周波数を１０Ｈｚ〜１ｋＨｚ
とすることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチ
ング方法。
（４）ガスを放電分解しイオン化したイオンを磁界およ
び電界によって基板へ導き基板もしくは基板上に形成さ
れた膜を部分的もしくは全面的に除去するプラズマエッ
チング装置において、前記放電分解を、マイクロ波発振
器、第１の電磁石を用いて、電子サイクロトロン共鳴吸
収を利用したプラズマ分解によって実現し、第２の電磁
石によって、エッチング処理を行う基板またはその近傍
の、プラズマ分解によって生じた電子およびイオン粒子
に運動エネルギーを与えることが可能な磁界を印加し、
その磁界によつてイオンの基板へ入射する方向を時間的
に変化させることを特徴とするプラズマエッチング装置
。
（５）第２の電磁石は、磁界を周期的に変化させること
を特徴とする請求項４記載のプラズマエッチング装置。
（６）第２の電磁石は、磁界の周期的変化の周波数を１
０Ｈｚ〜１ｋＨｚとすることを特徴とする請求項４記載
のプラズマエッチング装置。