JPH0487329A - ドライエッチング方法 - 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、半導体装置等の製造に係るドライエツチング
方法に関するものである。

〈従来の技術〉 ドライエツチングでは、エツチング室の温度によってエ
ツチング速度が異なることが知られている。このため、
１枚目の試料をエツチングする時には、慣らし放電を行
って、エツチング室の温度を複数枚の試料を連続してエ
ツチングした時のエツチング室の温度とほぼ同等の温度
になるまで高めてから、試料のエツチングを行っていた
。

次にこの慣らし放電の方法をマイクロ波プラズマエツチ
ング装置を例にして説明する。

マイクロ波プラズマエツチング装置のエツチング室に流
量が７ｓｅｃｍに調整された六フッ化イオウ（ＳＦ、）
と流量が６３ｓｅｃｍに調整された四フッ化二塩化エタ
ン（Ｃ，Ｃ１□Ｆ４）との混合ガスを導入して、エツチ
ング室内の圧力を１．３Ｐａに保つ。そして、高周波電
源より１００Ｗの高周波電力を試料電極に供給し、さら
にマグネトロンで３５０Ｗのマイクロ波電力を発生させ
て、エツチング室内にプラズマ放電を１５分間起こさせ
る。そしてエツチング室の温度を１００°Ｃないし１５
０°Ｃにする。

このような慣らし放電を行った後に、エツチング室より
慣らし放電に用いた混合ガスを排気し、その後エツチン
グ室に５０ｓｅｃｍの流量でＳＦ、を供給してエツチン
グ室の内部圧力を０．６７Ｐａに保つ。そして高周波電
力がＯＷでマイクロ波電力が３７０Ｗの条件でエツチン
グ室内にプラズマ放電を発生させて、試料に形成した多
結晶シリコン膜をエツチングする。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記方法によるドライエツチングでは、
慣らし放電に用いた混合ガスがエツチング室の内壁に付
着物として付着する。そしてこの付着物とエツチングガ
スとによって反応生成物が生成される。この反応生成物
の生成量は試料のエツチングが進行するに従って増加す
るために、試料の処理枚数を重ねるにともなって試料に
付着する反応生成物の量が増える。その結果、エツチン
グの進行が付着した反応生成物によって阻害される。

この状態を第６図に示すエツチング速度と測定位置との
関係図により説明する。図において、縦軸はエツチング
速度を示し、横軸は試料面内縦方向９か所の測定位置工
ないし９と横方向９か所（但し中央の１か所は縦方向の
測定位置に重複）の測定位置１０ないし１７を示す。

図に示す如く、１枚目にエツチングを行った多結晶シリ
コンのエツチング速度よりも連続してエツチングを行っ
た２０枚目の試料に形成された多結晶シリコンのエツチ
ング速度のほうが殆どの測定位置において遅くなる。

このため、同一エツチング条件で複数枚の試料を連続し
てエツチングした場合には、それぞれの試料毎にエツチ
ング速度が異なるために、試料毎の品質にばらつきが生
じる。

本発明は、上記課題を解決するために成されたもので、
試料毎のエツチング速度の均一性に優れたドライエツチ
ング方法を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、上記目的を達成するために成されたもので、
プラズマを用いて試料をエツチングするドライエツチン
グ方法において、試料のエツチングを行う前に、エツチ
ング室の内壁に付着しない性質を有するガスまたは試料
のエツチングガスをエツチング室内に導入して、エツチ
ング室内を所定の圧力に保つ。次にエツチング室内でプ
ラズマ放電を起こさせて、エツチング室の温度を複数枚
の試料を連続してエツチングした時のエツチング室の温
度とほぼ同等の温度になるまで高める。その後エツチン
グ室の試料電極に試料を載置してこの試料をエツチング
する。

く作用〉 本発明のドライエツチング方法は、試料のエツチングを
行う前に、エツチング室の内壁に付着しない性質を有す
るガスを用いて慣らし放電を行った場合に、エツチング
室の内壁に慣らし放電で用いたガスが付着することなく
エツチング室の温度が高められる。

また試料のエツチングガスを用いて慣らし放電を行った
場合には、エツチング室の内壁にエツチングガスが付着
しても付着したガスがエツチングガスであるために、試
料のエツチングを阻害する反応生成物を生成することな
くエツチング室の温度が高められる。

よって、エツチング室の温度が複数の試料を連続してエ
ツチングした時のエツチング室の温度とほぼ同等の温度
になるまで高められて、その後試料のエツチングが行わ
れるので、１枚目の試料をエツチングする時には、エツ
チング室の温度が複数枚の試料を連続してエツチングし
た時の温度になり、１枚目の試料のエツチング速度と複
数枚目の試料のエツチング速度とがほぼ同等になる。

よって、試料毎のエツチング速度のばらつきが殆どなく
なる。

〈実施例〉 本発明の実施例を行うためのエツチング装置の一例を第
１図に示す概略構成図により説明する。

図に示すエツチング装置１１は、マイクロ波プラズマエ
ツチング装置であって、石英ベルジャよりなるエツチン
グ室１２と、エツチング室１２の上部側に被せて設けた
導波管１３と、導波管１３に設けたマグネトロン１４と
、エツチング室１２の側周側で導波管１３の外側に設け
たソレノイド１５と、エツチング室１２に設けたガス導
入管１６とガス排気管１７と、エツチング室１２の内部
に設けた試料電極１８と、試料電極１８に接続した高周
波電源１９とにより構成される。

次に、前記エツチング装置ｌｌを用いたドライエツチン
グ方法を説明する。

まず、エツチング室１２の内部にガス導入管１６を介し
て、エツチング室１２の内部に付着しないガス、例えば
六フ・７化イオウ（ＳＦ６）を５０ｓｅｃｍの流量で導
入するとともにガス排気管１７より導入したＳＦ、の一
部を排気させて、エツチング室１２の内部圧力を０．６
７Ｐａに保つ。そして、高周波電力は印加しないで、マ
グネトロン１４より発生させた３７０Ｗのマイクロ波電
力を導波管１３を介してエツチング室１２に供給し、エ
ツチング室１２内にプラズマ放電を発生させる。そして
、このようなプラズマ放電による慣らし放電を３分間行
って、エツチング室１２の温度を１００°Ｃないし１５
０″Ｃに高める。

次に、惧らし放電に用いたＳＦ６をガス排気管１７を介
して速やかに排気し、試料電極１８上に試料（ウェハ）
３０を載置する。このウェハ３０内には被エツチング膜
として多結晶シリコン膜（図示せず）が形成されている
。その後、前記慣らし放電と同一条件で多結晶シリコン
膜を工・ンチングする。

さらに、上記エンチング条件で、複数枚のウェハ３０に
形成された多結晶シリコン膜を連続してエツチングする
。

この時の各ウェハ３０における多結晶シリコン膜のエツ
チング速度は、多結晶シリコン膜が工・７チングされた
深さよりエツチング時間を除した値で表される。多結晶
シリコン膜がエツチングされた深さ（以降エツチング深
さと略記）は、第２図に示す測定位置工ないし１７で測
定される。測定位置１ないし９はウェハ３０のトップ側
よりオリエンテーションフラット側にかけてウェハ３０
の中心０を含む等間隔の９か所であり、測定位置１０な
いし１７は測定位置１ないし９方向に対して直角方向で
ウェハ３０の中心０、すなわち測定位置５を含む等間隔
の９か所である。

上記測定位置１ないし１７で測定されたエツチング深さ
より求めたエツチング速度とウェハ３０内の測定位置１
ないし１７との関係を第３図により説明する。なお、図
の縦軸はエツチング速度を示し、横軸は測定位置を示す
。

図に示す如く、１枚目にエツチングを行ったウェハの各
測定位置ｌないし１７におけるエツチング速度（図中の
○印）と連続してエツチングを行った２０枚目のウェハ
の各測定位置におけるエツチング速度（図中のΔ印）と
はほぼ一致する次に、上記した慣らし放電を行った後に
、慣らし放電で用いたＳＦ、を排気して、別のエツチン
グガスでエツチングする場合を説明する。

まずエツチングガスとして流量が７ｓｅｃｍに調整され
たＳＦ、と流量が６３ｓｅｃｍに調整された四ツ・７化
二塩化エタン（Ｃ，ＣＩ□Ｆ、）との混合ガスをガス導
入管１６よりエツチング室１２に導入するとともに導入
した混合ガスの一部をガス排気管１７より排気して、エ
ツチング室１２の内部圧力を１．３Ｐａに保つ。この状
態で高周波電源１９より試料電極１８に１００Ｗの高周
波電力を印加するとともに、マグネトロン１４で発生さ
せた３５０Ｗのマイクロ波電力を導波管Ｘ３を介してエ
ツチング室１２に供給する。そして、エツチング室１２
の内部にプラズマ放電を発生させ、ウェハ３０に形成さ
れた多結晶シリコンをエツチングする。

この場合のエツチング速度と測定位置との関係を第４図
により説明する。なお、測定位置は前記第２図で説明し
た位置と同様の位置である。また図の縦軸と横軸は前記
第３図と同様である。

図に示すように、１枚目にエツチングしたウェハの各測
定位置１ないし１７におけるエツチング速度（図中のＯ
印）と連続してエツチングを行った２０枚目のウェハの
各測定位置１ないし１７におけるエツチング速度（図中
の△印）とはほぼ−致する。

このように、慣らし放電においてエツチング室１２の内
部に付着しないガスを用いた場合には、複数枚のウェハ
３０をエツチングしてもエツチング速度の変化は殆ど起
こらない。

上記慣らし放電にはＳ　Ｆ　ｈを用いたが他にエツチン
グ室１２に付着しないガスとして、フッ素（Ｆ２）、フ
ン化水素（ＨＦ）、フン化窒素（ＮＦ、）、塩素（ＣＩ
り、塩化水素（ＨＣ）、臭素（Ｂｒ）、臭化水素（ＨＢ
ｒ）、酸素（０２）窒素（Ｎ、）、ヘリウム（Ｈｅ）、
ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）
等のガスを用いることもできる。また慣らし放電に０□
を用いた場合には、エツチング室１２の温度を高めると
ともにエツチング室１２のクリーニングも行える。さら
にこれ等のガスのうち複数のガスを混合して用いること
も可能である。

次に、慣らし放電に用いるガスにエツチングガス、例え
ばＳＦ、とＣ，Ｃ１□Ｆ４との混合ガスを用いた場合に
ついて説明する。

まず流量を７　ｓ　ｅ　ｃｍに調節したＳＦ、と流量を
５３ｓｅｃｍに調節したＣｚＣＩｚＦａとの混合ガスを
ガス導入管１６を介してエツチング室１２に導入すると
ともに導入した混合ガスの一部をガス排気管１７より排
気して、エツチング室１２の内部圧力を１．３Ｐａに保
つ。その後高周波電源１９より１００Ｗの高周波電力を
試料電極１８に印加し、マグネトロン１４で発生させた
３５０Ｗのマイクロ波電力を導波管１３を介してエツチ
ング室１２に供給し、工・ンチング室１２にプラズマ放
電を発生させて、このプラズマ放電による慣らし放電を
１５分間行う。そして、エツチング室の温度を１００°
Ｃないし１５０°Ｃに高める続いて、慣らし放電に用い
た混合ガスをガス排気管１７を介して排気する。その後
、慣らし放電と同一条件でウェハ３０に形成された多結
晶シリコンをエツチングする。

この場合のエツチング速度と測定位置との関係を第５図
により説明する。なお、測定位置は前記第２図で説明し
た位置と同様の位置である。また図の縦軸と横軸は前記
第３図と同様である。

図に示すように、１枚目にエツチングしたウェハの各測
定位ｉｔないし１７におけるエツチング速度（図中のＯ
印）と連続してエツチングを行った２０枚目のウェハの
各測定位置１ないし１７におけるエツチング速度（図中
のΔ印）とはほぼ−致する。

よって、慣らし放電に用いるガスがエツチング・ガスと
同一のガスの場合には、複数枚のウェハ３０をエツチン
グしてもエツチング速度の変化は殆ど起こらない。

なお、上記実施例では、多結晶シリコン膜の場合につい
て説明したが、多結晶シリコン膜以外の被エツチング膜
に対しても本発明のドライエツチング方法を用いること
ができる。またこのドライエツチング方法は、プラズマ
を用いてエツチングを行う全てのエツチング装置に適用
できる。

〈発明の効果〉 以上、説明したように本発明によれば、エツチング室の
内壁に付着しない性質を有するガスまたは試料のエツチ
ングガスをエツチング室内に供給して慣らし放電を行い
、エツチング室の温度を複数枚の試料をエツチングした
時のエツチング室の温度とほぼ同等の温度に高めてから
試料のエツチングを行うので、１枚目の試料をエンチン
グする時には、複数枚の試料を連続してエツチングした
時のエンチング室の温度と同等の温度にエツチング室が
十分に温められる。

よって、複数枚の試料をエツチングしても試料毎のエツ
チング速度のばらつきが殆どなくなって、各試料は均一
なエツチングが成されるので、試料の品質の向上が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、エツチング装置の概略構成図、第２図は、エ
ツチング量の測定位置の説明図、第３図、第４図および
第５図は、エツチング速度と測定位置との関係図、 第６図は、従来例のエツチング速度と測定位置との関係
図である。 １１・・・エツチング装置 ・・・エツチング室。 ・・・マグネトロン ・・・ガス排気管 ・・・高周波電源。 ・・・導波管 ・・・ガス導入管。 ・・・試料電極。 ・・・試料（ウェハ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プラズマを用いて試料をエッチングするドライエッチン
   グ方法において、 試料のエッチングを行う前に、エッチング室の内壁に付
   着しない性質を有するガスまたは前記試料のエッチング
   ガスを前記エッチング室内に導入し、次に前記エッチン
   グ室内でプラズマ放電を行って、前記エッチング室の温
   度を、複数枚の前記試料を連続してエッチングした時の
   エッチング室の温度とほぼ同等の温度になるまで高め、
   その後前記エッチング室で前記試料をエッチングするこ
   とを特徴とするドライエッチング方法。