JPH05166762A - エッチング方法 - Google Patents

エッチング方法

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JPH05166762A
JPH05166762A JP3331077A JP33107791A JPH05166762A JP H05166762 A JPH05166762 A JP H05166762A JP 3331077 A JP3331077 A JP 3331077A JP 33107791 A JP33107791 A JP 33107791A JP H05166762 A JPH05166762 A JP H05166762A
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gas
etching
semiconductor wafer
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processing chamber
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Yoshifumi Tawara
好文 田原
Masahiro Ogasawara
正宏 小笠原
Takaya Matsushita
貴哉 松下
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Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
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Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来に較べてさらに高い選択比を得ることが
でき、シリコン層に損傷を与えることなく、目的とする
薄膜のエッチングを行うことのできるエッチング方法を
提供する。 【構成】 排気機構15で真空排気を実施することによ
り、処理チャンバ2内を所定の真空度に保持しつつ、上
部電極3の多数の細孔から半導体ウエハ5に向けて、A
r供給源7、CHF3 供給源8、CF4 供給源9、CO
供給源10a、10bからのガスを供給し、これととも
に、高周波電源13から電力を供給してエッチング処理
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エッチング方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来から、半導体デバイスの微細な回路
パターンの形成等に用いるドライエッチング方法とし
て、例えば円筒型プラズマエッチング、マイクロ波プラ
ズマエッチング、反応性イオンエッチング(RIE)に
よる方法が知られている。
【0003】このようなエッチング方法の内、反応性イ
オンエッチング方法では、例えば内部を気密に閉塞可能
に構成された処理チャンバ内に、上下に対向する如く上
部電極と下部電極とからなる平行平板電極を設け、例え
ば下部電極上に被処理物(例えば半導体ウエハ)を載置
する。そして、処理チャンバ内から真空排気を行うとと
もに、処理チャンバ内に所定の処理ガス(例えばCHF
3 /CF4 /Arの混合ガス)を供給し、該処理チャン
バ内を所定圧力(例えば0.5 Torr程度)のエッチングガ
ス雰囲気とする。そして、平行平板電極間に交流電力を
供給してプラズマを発生させ、下部電極上に載置された
半導体ウエハにこのプラズマ(主としてプラズマ中のイ
オン)を作用させてエッチング処理を実施する。
【0004】このような従来のエッチング方法では、例
えばシリコン製の半導体ウエハ表面に形成されたSiO
2 の薄膜にコンタクトホールをエッチング加工する場
合、シリコンに対する選択比(SiO2 に対するエッチ
ング速度/Siに対するエッチング速度)を例えば18程
度とすることができる。
【0005】ところで、実際のエッチング工程では、S
iO2 膜厚の半導体ウエハ面内におけるばらつきがあ
り、また、半導体ウエハ面内におけるエッチング速度の
ばらつきがある。このため、確実にコンタクトホールを
形成するためには、一定時間オーバーエッチングを行っ
て、ある程度シリコン層をエッチングすることが行われ
ている。この場合SiO2 薄膜にコンタクトホールが形
成された後、シリコン層がSiO2 に対して1/18の速度
でエッチングされることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
半導体素子の高集積化にともない、MOSLSI等の半
導体素子ではコンタクトホールの下部に形成されるp−
n接合層の深さを浅くする必要性が生じている。このた
め、上述した従来のエッチング方法では、オーバーエッ
チングによって、p−n接合層が削られてしまう危険性
があり、さらに選択比の高いエッチング方法の開発が望
まれていた。
【0007】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、従来に較べてさらに高い選択比を得るこ
とができ、シリコン層に損傷を与えることなく、目的と
する薄膜のエッチングを行うことのできるエッチング方
法を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明のエッ
チング方法は、処理チャンバ内から真空排気を行うとと
もに、所定の処理ガスを供給し、該処理チャンバ内を所
定圧力の処理ガス雰囲気とし、前記処理チャンバ内に設
けられた平行平板電極間に交流電力を供給してプラズマ
を発生させ、前記平行平板電極間に設けられた被処理基
板のエッチングを行うエッチング方法において、前記処
理ガスは、少なくともフッ化炭素系ガスと、一酸化炭素
ガスとを含むガスであることを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明のエッチング方法では、処理ガスとし
て、少なくともフッ化炭素系ガスと、一酸化炭素ガスと
を含むガスを用いることにより、従来に較べて選択比を
向上させることができる。したがって、オーバーエッチ
ングによってシリコン層に損傷を与えることなく、Si
2 薄膜等の確実なエッチング処理を行うことができ
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
【0011】図1に示すように、エッチング装置1に
は、材質例えばアルマイト処理を施したアルミニウムか
らなり、内部を気密に閉塞可能に構成された処理チャン
バ2が設けられている。この処理チャンバ2は、例えば
電気的にアースされており、その内部には、処理チャン
バ2の内壁と電気的に絶縁された一対の平行平板電極で
ある上部電極3と下部電極4が対向する如く設けられて
いる。
【0012】この下部電極4は、円板状に形成されてお
り、上面に被処理物である半導体ウエハ5を載置可能に
構成されている。また、下部電極4には、図示しない冷
媒循環流路が設けられており、冷媒循環機構6から液体
ヘリウム等の冷媒を循環させることにより、半導体ウエ
ハ5を冷却することができるよう構成されている。
【0013】一方、上部電極3は円板状に形成されてお
り、半導体ウエハ5に対向するその下面には、ガス供給
用の図示しない多数の細孔が設けられている。そして、
これらの細孔により、Ar供給源7、CHF3 供給源
8、CF4 供給源9、CO供給源10a、10bから供
給されるそれぞれのガスを、マスフローコントローラ1
1で流量制御しつつ、下部電極4上の半導体ウエハ5に
向けて噴出させるよう構成されている。なお、このよう
に構成された下部電極4のガス流路は、同心的に区分さ
れた内側部12aと外側部12bとから構成されてい
る。そして、内側部12aから、Ar供給源7、CHF
3 供給源8、CF4 供給源9、CO供給源10aによる
混合ガスを半導体ウエハ5の中心部に供給し、外側部1
2bからCO供給源10bによるCOガスを半導体ウエ
ハ5の周縁部に供給するよう構成されている。
【0014】なお、このようにCOガスを半導体ウエハ
5の周縁部に重点的に供給するように構成されているの
は、本発明者等の実験により、COガスを他の処理ガス
と同様に均一に供給すると、半導体ウエハ5の中心部と
周縁部とでSiO2 のシリコンに対する選択比(SiO
2 に対するエッチング速度/Siに対するエッチング速
度)が大幅に異なり、半導体ウエハ5の中心部で選択比
が向上し、半導体ウエハ5の周縁部ではあまり選択比が
向上しないことが確認されたからである。これは、排気
位置(下部電極4の周囲)等の関係から半導体ウエハ5
の中心部から周縁部に向かってガス流が形成されるため
と推測されるが、COガスを半導体ウエハ5の周縁部に
重点的に供給することにより、半導体ウエハ5の周縁部
での選択比を向上させることができ、半導体ウエハ5の
面内における選択比のユニフォーミティを向上させるこ
とができる。
【0015】本実施例においては、このように構成され
た上部電極3は、高周波電源13に接続されており、下
部電極4は、接地電位に接続されている。なお、下部電
極4に高周波電源13を接続したり、上部電極3および
下部電極4双方に高周波電源13を接続して位相のずれ
た交流電力を印加するようにしても良い。
【0016】また、下部電極4の下側には蛇腹機構14
が設けられており、図示しない駆動機構によって上下動
し、上部電極3との間隔を変更可能に構成されている。
さらに、この下部電極4の下部には、排気機構15に接
続された排気配管が接続されており、処理チャンバ2内
を所定の真空度に排気することができるよう構成されて
いる。
【0017】上記構成のエッチング装置1を用いて本実
施例では、次のようにしてSiO2 薄膜のエッチング処
理を行った。
【0018】すなわち、予め冷媒循環機構6によって-1
0 ℃に冷却した下部電極4上に直径6 インチの半導体ウ
エハ5を載置し、排気機構15で真空排気を実施するこ
とにより、処理チャンバ2内を0.5 Torrの真空度に保持
しつつ、上部電極3の図示しない多数の細孔から半導体
ウエハ5に向けて処理ガスを供給し、これとともに、高
周波電源13から周波数380KHz、800Wの電力を供給し
た。
【0019】Ar供給源7、CHF3 供給源8、CF4
供給源9からのガス流量は、 CHF3 /CF4 /Ar=20/20/1000(SCCM) として固定し、まずCO供給源10a、10bから供給
されるCOガスの流量を50SCCM(25SCCM+25SCCM )とし
て、エッチング処理を行った。この時、SiO2 のシリ
コンに対する選択比(SiO2 に対するエッチング速度
/Siに対するエッチング速度)は、20.7であった。
【0020】次に、CO供給源10a、10bから供給
されるCOガスの流量を、200SCCM(100SCCM+100SCCM
)として、エッチング処理を行った。この時、SiO
2 のシリコンに対する選択比(SiO2 に対するエッチ
ング速度/Siに対するエッチング速度)は、29.1であ
った。
【0021】次に、比較のため、COガスの流量をゼロ
とし、他は上記と同一条件でエッチング処理を行ったと
ころ、SiO2 のシリコンに対する選択比(SiO2
対するエッチング速度/Siに対するエッチング速度)
は、18.2であった。
【0022】なお上記COガスの流量と選択比との関係
を表1に示す。
【0023】
【表1】 このように本実施例では、フッ化炭素系ガスであるCF
4 ガスと、フッ化炭化水素系ガスであるCHF3 ガス
と、不活性ガスであるArガスとからなる処理ガスにC
Oガスを添加することにより、従来に較べて選択比を向
上させることができた。したがって、オーバーエッチン
グによってシリコン層に損傷を与えることなく、SiO
2 薄膜の確実なエッチング処理を行うことができる。
【0024】なお、フッ化炭素系ガスとしては、CF4
ガスの他に、C3 8 、C2 6 等も使用することがで
きる。また、フッ化炭化水素系ガスとしては、CHF3
ガスの他に、CH2 2 等も使用することができるが、
フッ化炭化水素系ガスは使用せずに例えばCF4 ガスと
2 ガスを使用することもできる。また、SiO2 薄膜
のエッチングに限らず、SiN薄膜、SiON薄膜等の
エッチング、あるいはSi以外のTa2 5 薄膜、Ti
2 薄膜、TiN薄膜等のエッチング等にも適用するこ
とができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のエッチン
グ方法によれば、従来に較べてさらに高い選択比を得る
ことができ、シリコン層に損傷を与えることなく、目的
とする薄膜のエッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のエッチング方法を説明する
ための図である。
【符号の説明】
1 エッチング装置 2 処理チャンバ 3 上部電極 4 下部電極 5 半導体ウエハ 6 冷媒循環機構 7 Ar供給源 8 CHF3 供給源 9 CF4 供給源 10a、10b CO供給源 11 マスフローコントローラ 12a 内側部 12b 外側部 13 高周波電源 14 蛇腹機構 15 排気機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 貴哉 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理チャンバ内から真空排気を行うとと
    もに、所定の処理ガスを供給し、該処理チャンバ内を所
    定圧力の処理ガス雰囲気とし、前記処理チャンバ内に設
    けられた平行平板電極間に交流電力を供給してプラズマ
    を発生させ、前記平行平板電極間に設けられた被処理基
    板のエッチングを行うエッチング方法において、 前記処理ガスは、少なくともフッ化炭素系ガスと、一酸
    化炭素ガスとを含むガスであることを特徴とするエッチ
    ング方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のエッチング方法におい
    て、前記処理ガスは、さらにフッ化炭化水素系ガスを含
    むことを特徴とするエッチング方法。
  3. 【請求項3】 請求項1〜2記載のエッチング方法にお
    いて、被処理基板の中心部に較べて、該被処理基板の周
    縁部に一酸化炭素ガスをより多く供給することを特徴と
    するエッチング方法。
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