JPH05206073A - 層の構造化方法 - Google Patents

層の構造化方法

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JPH05206073A
JPH05206073A JP4306400A JP30640092A JPH05206073A JP H05206073 A JPH05206073 A JP H05206073A JP 4306400 A JP4306400 A JP 4306400A JP 30640092 A JP30640092 A JP 30640092A JP H05206073 A JPH05206073 A JP H05206073A
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power
electrode
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲート酸化物層上に配設されているポリシリ
コン層を構造化する。 【構成】 他の物質からなる下部層上に配設されている
層を構造化するためにプラズマエッチング処理によりエ
ッチング反応器1内に下部層の材料からなるターゲット
14を配設する。エッチング処理は、この材料を下部層
の表面上にほぼ下部層がエッチング処理により除去され
るように堆積するようにして行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は特に集積回路における層
の構造化に関する。
【0002】
【従来の技術】高集積回路を製造するために半導体技術
分野においてはしばしばプラズマを利用したエッチング
処理が微細構造の製造に使用される。そのため構造化す
べき層上にエッチングマスクを配設する。エッチングマ
スクの構造は異方性エッチング処理で構造化すべき層に
寸法通りに転写されねばならない。構造化すべき層の下
に配設される下部層はできるかぎりエッチング処理の影
響を受けてはならない。従ってエッチング処理に対して
は異方性に対する高度の要件とともに下部層のエッチン
グ選択度に対する高度な要件も課せられる。
【0003】この問題は、構造化すべき層を平坦ではな
い表面上に配設する場合(これは集積回路の製造では多
くの場合に回避し得ないことである)特に重要なものと
なる。特に薄いSiO2 層上に配設されるポリシリコン
層の構造化が問題となる。例えば論理回路又は記憶回路
の製造時に全面的に施されたゲート酸化物層上にポリシ
リコンからなるゲート電極を製造する場合である。
【0004】構造化すべき層が配設される表面が垂直側
面を有する場合、この垂直側面に異方性エッチング処理
時に側面カバー、いわゆるスペーサが作られる。これを
除去するためにエッチング処理は下部層がすでに大部分
露出している場合にも更に進めなければならない。この
処置は“過エッチング”といわれる。その際下部層がエ
ッチングの作用を受けないためには高度のエッチング選
択度が要求される。
【0005】ゲート電極を製造するためにSiO2 から
なる下部層上にポリシリコンからなる構造化すべき層を
作る例においては側面カバーを完全に除去することが特
に重要である。それというのもこれが完成された回路構
造内に短絡を生じるからである。
【0006】サムカワ(S.Samukawa)その他
による“J.Vac.Sci.Technol.”第8
巻(6)、第1192頁、11月/12月、1990年
から、SiO2 に関してポリシリコンを構造化するため
のエッチング処理の選択度は付加 的処理ガスとしての
2 を処理ガスとしてのCl2 に添加することによって
拡大されることは公知である。
【0007】もう1つの可能性は化学処理を例えば塩素
から臭素に変更することにある。
【0008】しかしこの措置では原則的には選択度は有
限的に高められるだけなので、下部層は側面カバーを除
去する際の過エッチングに抵抗するために、常に厚さを
最低にしなければならない。下部層の厚さが過エッチン
グ時間の最大限度を決定する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、エッチング
処理時に構造化すべき層の下に配設されている下部層を
エッチング作用から保護するための層の構造化方法を提
供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この課題は、異方性プラ
ズマエッチング処理を少なくともウェハホルダ及びこの
ウェハホルダを環状に囲む環状電極を有するエッチング
反応器内で行い、またその反応器にウェハホルダ及び環
状電極を介して周波数の異なる2つのRF電力が互いに
独立して印加され、構造化すべき層の材料とは異なる材
料からなる少なくとも1つの下部層及び構造化すべき層
を含んでいる層構造を有する基板がエッチング反応器内
に装入され、エッチング反応器内に下部層の材料を含む
ターゲットが備えられ、RF電力を環状電極で上記材料
がターゲットからスパッタリングされるように調整する
とともに、この材料がエッチング処理中に露出される下
部層の表面上にエッチング処理により主として下部層が
作用を受けるように堆積するように調整することにより
解決される。
【0011】
【作用効果】本発明方法ではプラズマをそれぞれ処理パ
ラメータの選択に基づきいわゆるスパッタリング法で層
のエッチングにもまた析出にも使用している。本発明方
法はエッチング反応器内で実施されるが、この反応器に
はウェハホルダを介して第1の周波数のRF電力がまた
それとは関係なく環状電極を介して第2の高周波のRF
電力が印加される。ウェハホルダを介してイオンエネル
ギー及びそれと共にエッチング処理が制御される。環状
電極を介してイオン密度が調整される。下部層の材料の
粒子の種類の高いイオン密度を調整することによりこれ
らの粒子はしばしば衝撃を被ることになる。その結果こ
れらの粒子は極く僅かなエネルギーを有するに過ぎず、
エッチング処理には寄与しない。これらの粒子は同じ物
質からなり、従って成層の核となるため下部層の露出表
面上に堆積する。
【0012】環状電極に印加されるRF電力は、下部層
の露出表面上の層の成長がこの表面に対するエッチング
処理時のエッチング作用にほぼ対応するように調整され
る。こうして下部層の厚さは結果として変化しない。こ
の結果上記の物質からなる層の構造化に際して下部層の
表面が露出されるときエッチング処理を十分に長く進行
させることができる。エッチングの選択度はこのように
して効果的に改善される。
【0013】プラズマを閉じ込めるため永久磁石を有す
るエッチング反応器を使用することによって低いガス圧
でも高度の異方性が達成される。更にこの種のエッチン
グ反応器内では専らCl2 、Br2 又はCl2 /Br2
混合物を使用して低ガス圧で安定したプラズマを点火す
ることができる。これに関連する低ガス圧は10mトル
(1.3Pa)以下の圧力である。
【0014】特に、ウェハホルダに対向して接地電極を
配設し、環状電極及び接地電極に永久磁石を備えている
エッチング反応器を使用することは本発明の枠内にあ
る。その際エッチング反応器内のガス圧を10mトル
(1.3Pa)以下に調整する。環状電極には13.5
6MHzの周波数のRF電極を印加し、ウェハホルダを
介して100kHzの周波数のRF電力を印加する。
【0015】本方法はポリシリコンからなるゲート電極
を製造するのに有利に使用可能である。この場合構造化
すべき層はポリシリコンからなり、下部層はSiO2
らなる。更にこの下部層は典型的には厚さ10〜20n
mを有するゲート酸化物層である。ゲート酸化物層は直
接単結晶シリコン基板上に配設されているため、これが
異方性エッチング処理中に破壊されないことは特に重要
である。ゲート酸化物層は単結晶シリコン基板の表面を
エッチング処理の作用から保護する。
【0016】ポリシリコンからなる層をSiO2 からな
る下部層上に構造化する場合ターゲットとして石英から
なるエッチング反応器のカバーを用いることは本発明の
枠内にある。その際カバーは少なくとも環状電極及び接
地電極を覆う。カバーはガス取入れ用開口を有する。石
英からなるカバーはそのターゲットとしての役割の他に
エッチング処理中に励起されるプラズマを環状電極又は
接地電極と直接接触させない働きをする。それにより電
極が作動中に侵食されることが回避される。電極が実際
にはAl2 3 で被覆されているため、この種の侵食は
基板の金属汚染を招くおそれがある。電極上に石英カバ
ーを用いることはこの種の汚染を回避するのに有利であ
る。
【0017】環状電極上の石英からなるカバーの利点
は、石英カバーが基板を環状に囲んでいることからSi
2 を下部層の露出表面上に均一に析出させる点にあ
る。
【0018】本発明の他の実施態様は請求項2以下から
明らかである。
【0019】
【実施例】本発明を実施例及び図面に基づき以下に詳述
する。
【0020】エッチング反応器は接地されているエッチ
ング室1を有する。エッチング室1はガス取入れ口及び
排出口を備えている。
【0021】エッチング室1にはウェハホルダ4が配設
されている。ウェハホルダ4はリード線5を介して10
0kHzの発電機6と接続されている。ウェハホルダ4
上には基板7が配設されている。基板7上には層構造8
が配設されている。層構造8は、直接基板7上に配設さ
れ例えばSiO2 からなる下部層を有している。下部層
上には例えばポリシリコンからなる構造化すべき層が配
設されている。この構造化すべき層上にはエッチングマ
スクが配設されている。
【0022】ウェハホルダ4に対向してエッチング室1
内には接地されている電極9が配設されている。更にエ
ッチング室1内には環状電極10が配設されている。環
状電極10は電極9とウェハホルダ4との間の空間を環
状に囲んでいる。環状電極10と電極9は永久磁石11
を備えている。環状電極10はリード線12を介して1
3.56MHzの発電機13と接続されている。
【0023】またエッチング室1内には石英カバー14
が配設されている。石英カバー14は環状電極10と基
板7との間並びに電極9と基板7との間にある。石英カ
バー14はエッチング室1を通るガス貫流を確保するた
めの開口15を備えている。
【0024】石英カバー14はエッチング室1内でター
ゲットの役目をする。エッチング室1の作動中に、すな
わち13.56MHzの発電機13及び100kHzの
発電機6の投入時に石英カバー14はスパッタリングに
より削除されることになる。
【0025】13.56MHzの発電機13及び100
kHzの発電機6のRF電力は互いに独立して調整可能
である。13.56MHzのRF電力を高めることによ
り石英カバー14のスパッタリング削除は高められる。
それにより基板7上の層構造8内の下部層の露出表面上
にSiO2 の堆積物が増大する。これに対して100k
HzのRF電力を減ずることは基板7上に配設される層
構造に対するエッチング作用を減少させることになる。
このようにして13.56MHzのRF電力及び100
kHzのRF電力は基板上にSiO2 の析出及びSiO
2に対するエッチング作用の均衡を保つように調整され
る。
【0026】SiO2からなる下部層上の構造化すべき
ポリシリコンからなる層を例えば以下の処理パラメータ
を使用してエッチングすることができる。
【0027】13.56MHzのRF電力を1000ワ
ットに調整する。エッチングガスとして純Cl2 を使用
し、これを20sccmの流量で室を通して導く。エッ
チング室内の圧力は2mトル(0.26Pa)となる。
第1工程では100kHzのRF電力を50ワットに調
整する。この電力でエッチング処理を10秒間行う。こ
の第1工程でいわゆる蓄積酸化物、すなわち常にシリコ
ン表面に存在する薄いSiO2 層を除去する。第2工程
で100kHzのRF電力を30ワットに調整する。こ
の電力で例えば厚さ200nmのポリシリコンからなる
層をエッチングするため例えば60秒間エッチングを行
う。その際ポリシリコンからなる構造化すべき層の水平
部分は完全に除去される。ポリシリコン層の先の水平部
分の下では下部層の表面が露出される。第3工程で段差
に残留するポリシリコンからなるエッチング残留物を過
エッチングにより除去する。このため100kHzのR
F電力を15ワットに調整する。第3工程を90〜12
0秒間行う。所要時間は基板上の構造物の種類のトポロ
ジによる。下部層の露出範囲はこのエッチング時間後如
何なるエッチング腐食も示さない。480秒間過エッチ
ングした後もSiO2 からなる下部層はその厚さを変え
ることなく保持されることが実験により確かめられた。
【0028】上述の実施例を同じ処理パラメータで純B
2 又はCl2 /Br2 からなる混合物を用いて行うこ
とも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるエッチング反応器の横断面図。
【符号の説明】
1 エッチング室(エッチング反応器) 2 ガス取入れ口 3 ガス排出口 4 ウェハホルダ 5、12 リード線 6 100kHzの発電機 7 基板 8 層構造 9 接地電極 10 環状電極 11 永久磁石 13 13.56MHzの発電機 14 石英カバー(ターゲット) 15 開口

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 異方性プラズマエッチング処理を少なく
    ともウェハホルダ(4)及びこのウェハホルダ(4)を
    環状に囲む環状電極(10)を有するエッチング反応器
    (1)内で行い、またその反応器にウェハホルダ(4)
    及び環状電極(10)を介して周波数の異なる2つのR
    F電力が互いに独立して印加され、 構造化すべき層の材料とは異なる材料からなる少なくと
    も1つの下部層及び構造化すべき層を含んでいる層構造
    (8)を有する基板(7)がエッチング反応器(1)内
    に装入され、 エッチング反応器(1)内に下部層の材料を含むターゲ
    ット(14)が備えられ、 RF電力を環状電極(10)で上記材料がターゲット
    (14)からスパッタリングされるように調整するとと
    もに、この材料がエッチング処理中に露出される下部層
    の表面上にエッチング処理により主として下部層が作用
    を受けるように堆積するように調整することを特徴とす
    る層の構造化方法。
  2. 【請求項2】 構造化すべき層上にエッチングマスクを
    配設することを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 エッチング反応器(1)内でウェハホル
    ダ(4)に対向して接地電極(9)を配設し、環状電極
    (10)及び接地電極(9)に永久磁石(11)を配設
    し、エッチング反応器(1)内のガス圧を10mトル
    (1.3Pa)以下に調整することを特徴とする請求項
    1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 環状電極(10)を介して13.56M
    Hzの周波数のRF電力をまたウェハホルダ(4)を介
    して100kHzの周波数のRF電力を印加することを
    特徴とする請求項3又は4記載の方法。
  5. 【請求項5】 構造化すべき層がポリシリコンからな
    り、下部層がSiO2からなることを特徴とする請求項
    3又は4記載の方法。
  6. 【請求項6】 ターゲット(14)としてエッチング反
    応器(1)の石英からなる内張りを使用し、これが少な
    くとも環状電極(10)及び接地電極(9)を覆いまた
    ガス取入れ用開口(15)を有していることを特徴とす
    る請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 エッチングガスとしてCl2 又はBr2
    ガスの少なくとも一方又はCl2 /Br2 混合物を使用
    することを特徴とする請求項5又は6記載の方法。
  8. 【請求項8】 100kHzのRF電力を10〜50ワ
    ットの範囲に、13.56MHzのRF電力を900〜
    1200ワットの範囲に、エッチングガスの貫流量を1
    5〜25sccmの範囲に及びガス圧を1〜5mトル
    (0.13〜I0.65Pa)の範囲に調整することを
    特徴とする請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】 ポリシリコンを含有する少なくとも1つ
    のゲート電極の製造に使用することを特徴とする請求項
    1ないし8の1つに記載の方法。
  10. 【請求項10】 DRAM処理でポリシリコンを構造化
    するのに使用することを特徴とする請求項1ないし8の
    1つに記載の方法。
JP4306400A 1991-10-23 1992-10-19 層の構造化方法 Pending JPH05206073A (ja)

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DE4135033.2 1991-10-23
DE4135033A DE4135033C1 (ja) 1991-10-23 1991-10-23

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EP0538726A3 (en) 1993-08-25
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