JPH04199711A - プラズマエッチング方法および装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、主に半導体、絶縁体、金属およびそれらの薄
膜のエツチングを行うためのプラズマエツチング方法と
、その方法を実現し得るエツチング装置に関するもので
ある。

従来の技術 従来、半導体装置や電子デバイスの製造工程として、エ
ツチング装置によりデバイスを構成する（Ａわ１を部分
的にＪ−ツチング除去することが行われている。この微
細加工を行なう手段として、カスを減圧状態において放
電させ、励起状態のエツチングガスによってエツチング
する技術であるプラズマエツチングが広く用いられてき
た。

し・かじながら、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°Ｃ材料を化学
的むこエツチングし得るカスをマイクロ波電子すイクロ
トロン共ｕ％吸収（Ｅ　ＣＲ’）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１００　Ｖ以
下の低電界で加速し、化学的エラーＴ・ングと物理的コ
ーツチンク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。

このマ・イクＬ−１波Ｅ　ＣＲプラズマを利用したブー
ラスマエツチノク装置は、第：３図に示すような構成を
持つ。ずなわぢ真空チャンバー；３１が排気孔；３２よ
り真空に排気される。そして、導波管；３３を通してマ
イク［ニ１波発振器３４からマイク１７波がプラズマ発
生室３５へ導入されろ。そのプラズマ発生室３５ζこ電
磁石：３６によって磁界が、印加される。３７は、カス
ラ浮人１１て、ＣＦａ、Ｃ１２、ＣＩ　Ｆ　３等のエツ
チングをｉ′ｒかうためのカスやＮ２、Ｎ２、ｌｌｃ、
　　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カスとの混合カスが導入される。

磁界の強さを電子サイク【′Ｊト１７ン共Ｏ「（条件を
満たずようζこ設定することにこより、解離度の高いプ
ラズマ１０ｏが得られる。発生したプラズマ１００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
板ボルダ−４０に達し、ボルダ−４０Ｊ：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 ところで、最近の微細化技術における基板−１−に形成
された深い溝を形成したり、細い線幅を残したりする要
望が強い。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、イオンの加速方向が、基板４１に対し
て完全に垂直方向のみであれば形成中の溝の底部しかエ
ツチングしないので問題無いが、磁界の発散ζこ伴い導
かれたプラズマを利用するＥ　ＣＲプラズマエツチング
であるので、プラズマイオンは、基板４１に対し角度を
有し、しかもその角度は被エツチング基板面りにおいて
異なる。そのため、エツチングされる側壁は垂直りこエ
ツチングされず、断面形状に分イ【ｆが生してしまうと
いう課題が生していた。

また、エツチング中の溝の側壁で反跳したイオンが常に
一定の角度をもっで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、エツチング線幅によって溝形状
が大きく異なってしまうという大きな課題が存在した。

そこで、これを解決する手段として、発散磁界中での基
板処理をやめ、サイクｒｒ　Ｆｏン条条件下処理を行う
工夫が提案されている。しかし、このような方法の場合
、プラズマ中に存７Ｅするイオンと電子が均一磁界４１
てよとみ、マイクロ波の反射の増加にともなう電力供給
効率の低下を招く。そのため、プラズマが安定化しｔこ
くく、高いエツチングも得られない。

さらには、マイクロ波のモート（こ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、結果的ｔこエツチ
ング処理の分布として現れるという課題もあ］た。

これらが原因でこの様なプラズマエツチンク装置やこの
ようかエツチング方法の実用化を妨げていた。

本発明は、この様な従来のプラズマエツチング装置の種
々の課題を解決したプラズマエツチング装置及びエツチ
ング方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段 本発明は、ガスをマイクロ波電子サイクロトロン放電分
解し、イオン化したイオンを磁界および電界によフて基
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法におい
て、電子サイクロトロン共鳴条件を満たすために設けら
れた磁界発生用磁石装置による発生磁界を時間的に変化
させるプラズマエツチング方法である。

また、本発明は、ガスをマイクロ波型子サイクロトロン
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エツチング装置におい
て、電子サイクロトロン共鳴条件を満たすための一対の
磁石コイルからなり、前記基板に対し垂直な方向に主な
る磁界成分を有　し、さらζこその一対の磁石コイルの
磁界分布のうち少なくとも一方が時間的に変化する磁界
発生用電磁石コイルを有したエツチング装置である。

作用 本発明では、従来均一磁界中にて処理されたエツチング
処理を、−刻の電磁石コイルからなる磁界発生用電磁石
の一方もしくは両方の電磁石コイルの磁界強度を時間的
に変化させ、発生したプラズマを効率良く基板に向けて
導くように工夫した。これによって、プラズマ分解によ
って生じたエツチングに寄与するイオン種が基板に対し
垂直に照射され、低ガス圧下でも高いエツチング速度と
均一なエツチングを実現するものである。

即ち、従来の方法では、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、本発明では基板付近において電子サイクロトロン
共鳴吸収条件を満たし、基板の方向に対して磁界の勾配
を時間的に変化させることにより、まずマイクロ波の伝
搬効率が向上し、低ガス圧においてプラズマ発生が可能
となり、プラズマ中のラジカル成分の減少とイオン成分
の増加を実現できる。また、基板に対して垂直以外の方
向にも与えて、エツチングにより微細加工された溝の側
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、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ツチング装置を多結
晶シリコンのエツチングに応用した場合について示す。

第１図は本発明のプラズマエツチング装置の一実施例の
概略断面図である。１１は真空チャンバーで、排気孔１
２より真空ポンプによって真空に排気される。そして、
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。そのプラズマ発
生室１５に電磁石１６により磁界が印加される。１７は
カス導入口でエツチングガスが導入される。１８．１９
は一対のへルムポルツ電磁石コイルである。磁界に時間
的変化を与え得るためそれぞれのコイルに独立した電源
を用意し、かつ時間的に変化させられるようにしている
。これによって基板ボルダ−２０近傍の磁束密度は共鳴
条件を保ちながら、基板４１前後の磁界勾配を変化させ
得る。この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２！が共鳴条件を満たず付近で発
生する。発生したプラズマ２１は、磁界の減衰する方向
に向かって軸送される。しかしながら、本実施例では少
なくとも一方のコイルの磁界は時間的に変化しているた
め、ある時間てＥ　ＣＲ条件を満たず場所で生成された
高密度なプラズマ２１は、次の時間では、磁界が減少す
る方向に軸送されるとともに、マイクロ波が進入し効率
よくプラズマ２１の輸送とマイクロ波の吸収が行える。

こうしてつくられたプラズマ２１は、基板ボルダ−２０
に垂直に達し、例えは多結晶シリコンヘエツチング作用
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同時に行われろ。このとき
、基板／１１の電位は例えば０〜マイナス数百■と設定
し、正イオンを効果的に基板４１に引き出すこともある
。基板４１近傍の電磁石による磁束密度の設定は電磁石
電流の設定によって、０〜１００ガウス（にａｕｓｓ）
の間で時間的な変化を与える。コイル磁界の変化周波数
は、電磁石のアドミッタンスにより制限され１０　Ｈｚ
　〜１０　ｋ　Ｈｚ程度としている。

次に、基板電位を磁界の変化に応じて印加する場合の実
施例について説明する。第１図の２２は、基板電位を周
１１１１的ζこ変化させるための電源であり、磁界を変
化させるための電源と同様の周波数で電圧が変化できる
よう乞こしである。例えは、電磁石コイル１８．１９の
電源により磁界の分布が基板４１に向かって減衰磁界と
なったとき、異方性エツチングに寄与する正イオンを基
板４１へ引き出すように負電位となるようにすると効果
的にエツチングする事ができる。

〜１１− 第２図に溝幅１７ｚｒｎと５７ｚｍを、溝深さ３　）ｔ
、　ｍエツチング除去した場合の溝断面形状を示す。同
図（ａ）は、従来法による場合で、同図（Ｉ））は本発
明の装置、方法を用いた場合である。同図（ａ）では幅
の狭いｌ　μｍ溝の加工においては比較的溝の側壁と底
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３Ｉ：うζこμえるが、同じ深さで５７ｚ
ｍ幅の溝断面形状は底辺付近にオーバーエッチ部が現れ
ている。それにたいし、本発明の方法では、はぼどちら
の溝も同様な形状に加工されていることがわかる。

発明の詳細 な説明したように、本発明は、微細な形状に溝を形成す
る際に、従来法では、プラズマの基板に対する角度分布
ζこまってイオンの人的方向とそれにともなう反跳方向
が異なることが原因で、溝の断面形状が溝の線幅によっ
てエツチングの不均一が生してしｊ５っていたものが、
断面形状ζこ差をなくすることが可能となった。また本
発明の第二の効果としてプラズマが基板方向に効率よく
輸送されるため高速で均一性良くエツチング可能となっ
たことが」−けられる。

【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時の断
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、】２・・・１Ｊ１．気孔、
１３・・・導波管、　１４・・・マイクＤ波発振器、１
５・・・プラズマ発生室、１〔３・・・電磁石、　］７
・・・ガス導入口、１日、１９・・・磁界制御電磁石電
源、２０・・・基板ポル−１２１・・・プラズマ、２２
・・・基板バイアス電源。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスをマイクロ波電子サイクロトロン放電分解し
   、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法において、
   電子サイクロトロン共鳴条件を満たすために設けられた
   磁界発生用磁石装置による発生磁界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. （２）変化させ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. （３）周期的な磁界の変化する状態において、磁界の勾
   配が前記基板に向かって減衰するような磁界分布を有す
   る時間のみ、前記基板にイオンを引き込まないような周
   期的基板電位を与えることを特徴とする請求項２記載の
   プラズマエッチング方法。
4. （４）ガスをマイクロ波電子サイクロトロン放電分解し
   、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エッチング装置において、電子サ
   イクロトロン共鳴条件を満たすための一対の磁石コイル
   からなり、前記基板に対し垂直な方向に主なる磁界成分
   を有し、さらにその一対の磁石コイルの磁界分布のうち
   少なくとも一方が時間的に変化する磁界発生用電磁石コ
   イルを有したことを特徴とするエッチング装置。
5. （５）変化させる磁界を周期的に変化させることを特徴
   とする請求項４記載のエッチング装置。
6. （６）一対の電磁石コイルのうち、一方の電磁石コイル
   の周期に対し、他方の電磁石コイルの磁界変化の周期を
   逆位相に変化させることを特徴とする請求項５記載のエ
   ッチング装置。
7. （７）周期的な磁界の変化する状態において、磁界の勾
   配が前記基板に向かって減衰するような磁界分布を有す
   る時間のみ、前記基板にイオンを引き込まないような周
   期的基板電位を与えることを特徴とする請求項６記載の
   エッチング装置。