JPH0614519B2 - プラズマ処理の制御方法 - Google Patents
プラズマ処理の制御方法Info
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- JPH0614519B2 JPH0614519B2 JP4907384A JP4907384A JPH0614519B2 JP H0614519 B2 JPH0614519 B2 JP H0614519B2 JP 4907384 A JP4907384 A JP 4907384A JP 4907384 A JP4907384 A JP 4907384A JP H0614519 B2 JPH0614519 B2 JP H0614519B2
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、プラズマ処理の制御方法に係り、特にエツチ
ング終点の決定とエツチング条件の最適化に好適なエツ
チング特性の決定方法とこれを用いたプロセスの制御方
法に関する。
ング終点の決定とエツチング条件の最適化に好適なエツ
チング特性の決定方法とこれを用いたプロセスの制御方
法に関する。
従来のドライエツチング特性の制御方法は、エツチング
の終点をプラズマ発光スペクトルの測定などにより検出
し、エツチング速度の均一性やエツチング後の形状や選
択比（材料間のエツチング速度比）についてはあらかじ
め行なつた同種の実験結果をもとに推察していたので、
個々の素材についてプロセスの最適化に極めて長い期間
と実験が必要となる欠点があつた。
の終点をプラズマ発光スペクトルの測定などにより検出
し、エツチング速度の均一性やエツチング後の形状や選
択比（材料間のエツチング速度比）についてはあらかじ
め行なつた同種の実験結果をもとに推察していたので、
個々の素材についてプロセスの最適化に極めて長い期間
と実験が必要となる欠点があつた。
本発明の目的はガス圧力や入力電力、ガスの種類などと
いつたプラズマ処理のパラメータによるエツチング速度
や形状，選択比等の変化を、実際の実験を行なわずに算
出する方法を提供し、かつこの決定方法を用いてエツチ
ング処理を制御する方法を提供することにある。
いつたプラズマ処理のパラメータによるエツチング速度
や形状，選択比等の変化を、実際の実験を行なわずに算
出する方法を提供し、かつこの決定方法を用いてエツチ
ング処理を制御する方法を提供することにある。
プラズマによるエツチングは、イオンによるもの、ラジ
カルとよばれる電気的には中性の粒子によるもの、およ
びイオンとラジカルの相乗効果によるものの３つに分類
できる。この内、前２者のエツチング速度の計算法は、
単純に入射する数とそれぞれの粒子の反応確率の乗算に
より与えられることがわかつていたが、エツチ速度の主
因となるイオンとラジカルの相乗効果によるエツチング
の速度を求める方法が全くわからなかつた。本発明はイ
オンとラジカルの相乗効果を求める方法を見出しこれに
もとづいてプラズマによる反応を制御するものである。
カルとよばれる電気的には中性の粒子によるもの、およ
びイオンとラジカルの相乗効果によるものの３つに分類
できる。この内、前２者のエツチング速度の計算法は、
単純に入射する数とそれぞれの粒子の反応確率の乗算に
より与えられることがわかつていたが、エツチ速度の主
因となるイオンとラジカルの相乗効果によるエツチング
の速度を求める方法が全くわからなかつた。本発明はイ
オンとラジカルの相乗効果を求める方法を見出しこれに
もとづいてプラズマによる反応を制御するものである。
ドライエツチングのエツチング特性は、エツチング速度
や選択比や形状により判断されるが、これらは、深さ方
向のエツチング速度と試料面に平行な横方向エツチング
速度の二つにより表わされる。ここで反応性イオンエツ
チングについては、深さ方向のエツチングを縦方向エツ
チングとすると、縦方向エツチングを行なうプラズマ中
の粒子は、正電荷をもつイオンとガス分子およびガス分
解から生じた原子，分子である。一方、横方向エツチン
グは、陽イオンの寄与はなく、電気的に中性な原子，分
子により行なわれる。したがつて、縦方向エツチング速
度は、第一次近似として、固体に垂直に入射するイオン
と熱運動する中性粒子（原子，分子）のそれぞれによる
エツチングの速さとこれらの相乗効果によるエツチング
速度の和となり、横方向は、中性粒子によるエツチング
速度だけで表わされることになる。
や選択比や形状により判断されるが、これらは、深さ方
向のエツチング速度と試料面に平行な横方向エツチング
速度の二つにより表わされる。ここで反応性イオンエツ
チングについては、深さ方向のエツチングを縦方向エツ
チングとすると、縦方向エツチングを行なうプラズマ中
の粒子は、正電荷をもつイオンとガス分子およびガス分
解から生じた原子，分子である。一方、横方向エツチン
グは、陽イオンの寄与はなく、電気的に中性な原子，分
子により行なわれる。したがつて、縦方向エツチング速
度は、第一次近似として、固体に垂直に入射するイオン
と熱運動する中性粒子（原子，分子）のそれぞれによる
エツチングの速さとこれらの相乗効果によるエツチング
速度の和となり、横方向は、中性粒子によるエツチング
速度だけで表わされることになる。
縦方向エツチング速度（ＥＲ縦）は、イオン種
（ａｉ ＋）の入射粒子束(Γａｉ ＋〔個／cm2・sec〕)，
被エツチング材Ａとイオン種ａｉ ＋のイオン入射エネル
ギＥｉでの反応確率（Ｙai ＋／Ａ），中性粒子（ａｉの
粒子束（Γａｉ〔個／cm2−sec〕）とａｉとエツチング
材Ａとの反応確率（Ｙai／Ａ）を用いると ＥＲ縦＝α×Γａｉ ＋×Ｙai／Ａ ＋αΓａｉ×Ｙai／Ａ ＋（相乗効果） (１) となる。αは材料Ａの定数である。ここで、第１項はイ
オンだけ、また第２項は、中性粒子だけによるエツチン
グの速度を示す。これら２つの項のエツチング速度は、
実際の反応性イオンエツチングでのエツチング速度の１
／１０以下の値しか示さないことがわかつた。すなわ
ち、縦方向エツチングの主因は、第３項の相乗効果によ
るものであり、本発明では、この項が、中性粒子ａｉの
粒子束とａｉのイオン化粒子ａｉがプラズマから固定表
面へ入射する時のエネルギー（Ｅｉ）でのａｉ ＋と固定
Ａとの反応確率（Ｙai＋／Ａ）の積であらわされること
を実験によつて見出したことにもとづいている。すなわ
ち、 ＥＲ縦＝αΓai×Ｙai＋／Ａ (２) となる。この新しい知見を実験のプラズマを用いたエツ
チングに適用する方法についてのべる。
（ａｉ ＋）の入射粒子束(Γａｉ ＋〔個／cm2・sec〕)，
被エツチング材Ａとイオン種ａｉ ＋のイオン入射エネル
ギＥｉでの反応確率（Ｙai ＋／Ａ），中性粒子（ａｉの
粒子束（Γａｉ〔個／cm2−sec〕）とａｉとエツチング
材Ａとの反応確率（Ｙai／Ａ）を用いると ＥＲ縦＝α×Γａｉ ＋×Ｙai／Ａ ＋αΓａｉ×Ｙai／Ａ ＋（相乗効果） (１) となる。αは材料Ａの定数である。ここで、第１項はイ
オンだけ、また第２項は、中性粒子だけによるエツチン
グの速度を示す。これら２つの項のエツチング速度は、
実際の反応性イオンエツチングでのエツチング速度の１
／１０以下の値しか示さないことがわかつた。すなわ
ち、縦方向エツチングの主因は、第３項の相乗効果によ
るものであり、本発明では、この項が、中性粒子ａｉの
粒子束とａｉのイオン化粒子ａｉがプラズマから固定表
面へ入射する時のエネルギー（Ｅｉ）でのａｉ ＋と固定
Ａとの反応確率（Ｙai＋／Ａ）の積であらわされること
を実験によつて見出したことにもとづいている。すなわ
ち、 ＥＲ縦＝αΓai×Ｙai＋／Ａ (２) となる。この新しい知見を実験のプラズマを用いたエツ
チングに適用する方法についてのべる。
実際のプラズマ中では、分子状ガス（ＡｘＢｙ）がプラ
ズマ化し、ガス分子は様々な形に分解する。したがつ
て、式(２)に示すａｉはその分解生成した全ての原子や
分子を表わし、エツチング速度は、その和で与えられ
る。したがつて、生成粒子を固定することで、本発見を
プラズマを用いたエツチングの縦方向エツチング速度が
わかることになる。
ズマ化し、ガス分子は様々な形に分解する。したがつ
て、式(２)に示すａｉはその分解生成した全ての原子や
分子を表わし、エツチング速度は、その和で与えられ
る。したがつて、生成粒子を固定することで、本発見を
プラズマを用いたエツチングの縦方向エツチング速度が
わかることになる。
横方向については、中性の原子，分子だけのエツチング
となることから、エツチング速度は、原子や分子の粒子
束（Γａｉ）とａｉと固体Ａとの反応確率（Ｙai／Ａ）
により、 ＥＲ縦＝α×Γａｉ×Ｙai／Ａ (３) となる。
となることから、エツチング速度は、原子や分子の粒子
束（Γａｉ）とａｉと固体Ａとの反応確率（Ｙai／Ａ）
により、 ＥＲ縦＝α×Γａｉ×Ｙai／Ａ (３) となる。
すなわち、ΓaiとＹai ＋／Ａ，Ｙai／Ａを求めることに
より、(２)，(３)式より被エツチング材Ａの縦および横
方向のエツチング速度を求めることができることにな
る。
より、(２)，(３)式より被エツチング材Ａの縦および横
方向のエツチング速度を求めることができることにな
る。
本発明によれば、以上の考察をもとに、材料毎の縦およ
び横方向エツチング速度を求め、その値をもとに計算機
により、エツチング条件の最適化を導出することがで
き、計算機をもちいたエツチングの制御が可能になる。
び横方向エツチング速度を求め、その値をもとに計算機
により、エツチング条件の最適化を導出することがで
き、計算機をもちいたエツチングの制御が可能になる。
本発明の一実施例を、第１図と表１により説明する。本
実施例は平行平板型高周波放電プラズマエツチング装置
を用い、ＣＦ４ガスプラズマによりＳｉをエツチングす
る時のエツチング制御手法について述べたものである。
実施例は平行平板型高周波放電プラズマエツチング装置
を用い、ＣＦ４ガスプラズマによりＳｉをエツチングす
る時のエツチング制御手法について述べたものである。
表１は、、ＣＦ４ガスプラズマ中で生成される原子，分
子の組成比率と、真空度が１０Ｐａである時の各中性粒
子の入射粒子束、および、各粒子のイオンであるＦ＋，
ＣＦ３ ＋，ＣＦ２ ＋，ＣＦ＋，Ｃ＋とＳｉとのイオンエ
ネルギーが２００ｅＶにおける反応確率あらわしてい
る。表１に示す粒子組成比率は、真空度１０Ｐａ，入力
電力１００Ｗ（周波数：１３．５６ＭＨｚ）での値であ
る。入射粒子束は、ＣＦ４ガスが原子，分子に分解する
割合を放電前後の真空度の変化から求めたもので、この
場合には全体の１％が分解している。入力電力を１００
Ｗから１５０Ｗに増加すると、分解する割合は１．５％
と３／２倍になり、入力電力と線形な関係のあることが
わかつた。
子の組成比率と、真空度が１０Ｐａである時の各中性粒
子の入射粒子束、および、各粒子のイオンであるＦ＋，
ＣＦ３ ＋，ＣＦ２ ＋，ＣＦ＋，Ｃ＋とＳｉとのイオンエ
ネルギーが２００ｅＶにおける反応確率あらわしてい
る。表１に示す粒子組成比率は、真空度１０Ｐａ，入力
電力１００Ｗ（周波数：１３．５６ＭＨｚ）での値であ
る。入射粒子束は、ＣＦ４ガスが原子，分子に分解する
割合を放電前後の真空度の変化から求めたもので、この
場合には全体の１％が分解している。入力電力を１００
Ｗから１５０Ｗに増加すると、分解する割合は１．５％
と３／２倍になり、入力電力と線形な関係のあることが
わかつた。
各イオンＦ＋，ＣＦ３ ＋，ＣＦ２ ＋とＳｉとの反応確率
は、イオンエネルギーにより第１図のように変化する。
また、エツチング装置内でＳｉ表面に到達するイオンエ
ネルギーは真空度と入力電力により変化する。
は、イオンエネルギーにより第１図のように変化する。
また、エツチング装置内でＳｉ表面に到達するイオンエ
ネルギーは真空度と入力電力により変化する。
イオンエネルギーは、Ｓｉ表面もしくは試料台の電位と
アース電位との差とほぼ等しい。したがつて電位測定に
より、イオンエネルギーを決め、第１図により、そのイ
オンとＳｉとの反応確率を求めることにより、真空度お
よび入力電力により変化する反応確率がわかる。
アース電位との差とほぼ等しい。したがつて電位測定に
より、イオンエネルギーを決め、第１図により、そのイ
オンとＳｉとの反応確率を求めることにより、真空度お
よび入力電力により変化する反応確率がわかる。
表１に示す反応確率は、１０Ｐａ，１００Ｗの条件での
イオンエネルギー２００ｅＶにおける値であり、入射粒
子束との積により、本発明ではこの条件におけるＣＦ４
ガスを用いたＳｉエツチング速度を求めることが可能で
あつた。
イオンエネルギー２００ｅＶにおける値であり、入射粒
子束との積により、本発明ではこの条件におけるＣＦ４
ガスを用いたＳｉエツチング速度を求めることが可能で
あつた。
ここで、計算上特に留意すべき点は、ＣＦ４ガスの分解
により生ずるＣ原子やＣＦ分子、さらにＣＦ２，ＣＦ３
分子に含まれるＣが、第２図に示すようにＳｉ表面に堆
積することである。したがつて、堆積物を表面から除く
ため、Ｆ原子が使われることになる。第１図に示したＦ
＋イオンとＣ膜の反応確率では、イオンエネルギーに対
し変化なく、０．３３個／イオンであつた。
により生ずるＣ原子やＣＦ分子、さらにＣＦ２，ＣＦ３
分子に含まれるＣが、第２図に示すようにＳｉ表面に堆
積することである。したがつて、堆積物を表面から除く
ため、Ｆ原子が使われることになる。第１図に示したＦ
＋イオンとＣ膜の反応確率では、イオンエネルギーに対
し変化なく、０．３３個／イオンであつた。
ここで、第２図で、Ｃ＋はほとんど全て表面に堆積する
ことがわかる。したがつて、ＣＦ３分子では、分子中に
含まれるＣが堆積し、そのエツチングに、分子中の３個
のＦ原子が全て使用されることになる。ＣＦ２の場合、
Ｆ原子が１個不足し、このためプラズマ中に生成される
Ｆ原子が使われる。ＣＦ分子では、２個のＦ原子、さら
にＣ原子の場合には３個のＦ原子が必要である。
ことがわかる。したがつて、ＣＦ３分子では、分子中に
含まれるＣが堆積し、そのエツチングに、分子中の３個
のＦ原子が全て使用されることになる。ＣＦ２の場合、
Ｆ原子が１個不足し、このためプラズマ中に生成される
Ｆ原子が使われる。ＣＦ分子では、２個のＦ原子、さら
にＣ原子の場合には３個のＦ原子が必要である。
以上の堆積物の除去に要するＦ原子を求め、全Ｆ原子か
ら差し引くことにより、Ｓｉエツチングに使われるＦ原
子粒子束が算出できる。
ら差し引くことにより、Ｓｉエツチングに使われるＦ原
子粒子束が算出できる。
計算の結果、本実施例の条件では全体の７０％のＦ粒子
束が、Ｃの除去に使用され、Ｓｉのエツチングには３０
％のＦが使われることがあきらかとなり、そのときの縦
方向のエツチング速度が1700Å／min であることがわか
つた。また横方向については１００Å／min となつた。
束が、Ｃの除去に使用され、Ｓｉのエツチングには３０
％のＦが使われることがあきらかとなり、そのときの縦
方向のエツチング速度が1700Å／min であることがわか
つた。また横方向については１００Å／min となつた。
本実施例では、以上の計算をプログラム化し、計算機を
利用し、エツチング速度を導出した。本方法では、必要
な基本的データである反応確率とイオンエネルギーを与
えることにより、極めて容易に、エツチング条件とエツ
チング結果の関連性を求めることができ、エツチング条
件の設定とエツチング終点の決定に極めて有効であつ
た。
利用し、エツチング速度を導出した。本方法では、必要
な基本的データである反応確率とイオンエネルギーを与
えることにより、極めて容易に、エツチング条件とエツ
チング結果の関連性を求めることができ、エツチング条
件の設定とエツチング終点の決定に極めて有効であつ
た。
本発明は、ＡｌやＷ，Ｍｏ等の金属および少なくともこ
れらの材料の一つを含む化合物、すなわちＡｌ−Ｃｕ
や、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｎｉ，Ｗ−Ｓｉ，Ｍｏ−
Ｓｉでもエツチング条件の設定やエツチング終点の判定
をプログラムにもとづく計算機の制御、およびこの計算
機の出力によるエツチング装置の条件決定にも適用可能
であつた。
れらの材料の一つを含む化合物、すなわちＡｌ−Ｃｕ
や、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｎｉ，Ｗ−Ｓｉ，Ｍｏ−
Ｓｉでもエツチング条件の設定やエツチング終点の判定
をプログラムにもとづく計算機の制御、およびこの計算
機の出力によるエツチング装置の条件決定にも適用可能
であつた。
さらに、無機レジスト材，有機レジスト材のマスク材や
ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４などの絶縁物にも適用可能であ
り、これらを第３図に示すように計算機プログラム化す
ることにより、積層構造を有する半導体素子の製造プロ
セスの条件設定とエツチングの終点決定が極めて容易で
あつた。また、選択比（エツチング速度比）も同時に明
らかにできた。
ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４などの絶縁物にも適用可能であ
り、これらを第３図に示すように計算機プログラム化す
ることにより、積層構造を有する半導体素子の製造プロ
セスの条件設定とエツチングの終点決定が極めて容易で
あつた。また、選択比（エツチング速度比）も同時に明
らかにできた。
エツチング用ガスとしては、ＣＦ４，ＳＦ６，ＮＦ３等
の弗素化含物ガス，ＣＣｌ４，ＳｉＣｌ４，ＢＣｌ３の
塩化物ガス，ＣＢｒＦ３，Ｃ２ＣｌＦ５，Ｃ２Ｃｌ２Ｆ
４等の２種類以上のハロゲンを含むガス、さらにＣＨＦ
３やＣＨ２Ｆ２等のハロゲンと水素を含む化合物ガスが
適用できた。また、Ｏ２やＮ２，Ｈ２ガスを添加しても
可能であり、また、２種以上のガスの混合においてもエ
ツチング条件の設定は極めて容易となつた。
の弗素化含物ガス，ＣＣｌ４，ＳｉＣｌ４，ＢＣｌ３の
塩化物ガス，ＣＢｒＦ３，Ｃ２ＣｌＦ５，Ｃ２Ｃｌ２Ｆ
４等の２種類以上のハロゲンを含むガス、さらにＣＨＦ
３やＣＨ２Ｆ２等のハロゲンと水素を含む化合物ガスが
適用できた。また、Ｏ２やＮ２，Ｈ２ガスを添加しても
可能であり、また、２種以上のガスの混合においてもエ
ツチング条件の設定は極めて容易となつた。
本発明では、プラズマによるエツチング装置だけではな
く、イオンとガスの混合体を使用する半導体表面処理装
置であるイオンビームエツチング装置のエツチング制御
にも効果的であつた。
く、イオンとガスの混合体を使用する半導体表面処理装
置であるイオンビームエツチング装置のエツチング制御
にも効果的であつた。
さらに、マイクロ波を用いたプラズマエツチング装置に
も適用可能であり、エツチング特性の制御が極めて容易
であつた。
も適用可能であり、エツチング特性の制御が極めて容易
であつた。
第１図は各イオンとＳｉの反応確率とイオンエネルギー
の関係を示す図、第２図は堆積とエツチング，イオンエ
ネルギーおよびスパツタ率の関係を示す図、第３図は計
算機によるフローの一例を示す図である。
の関係を示す図、第２図は堆積とエツチング，イオンエ
ネルギーおよびスパツタ率の関係を示す図、第３図は計
算機によるフローの一例を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】プラズマもしくは少なくともガスと荷電粒
子の混合体およびイオンビームを用いた半導体素子のエ
ツチング処理工程において、該プラズマによる素子エツ
チング速度を、該プラズマ中に発生した中性粒子(Ａ)の
粒子束（単位時間あたり、単位面積に入射する電気的に
中性な粒子の数）ΓＡと、中性粒子Ａのイオン化粒子Ａ
＋の該素子表面への入射エネルギーでの該素子(Ｂ)とイ
オンＡ＋との化学反応確率 との乗算 により決定し、その算出したエツチング速度により該素
子のエッチング処理工程を制御することを特徴としたプ
ラズマ処理の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4907384A JPH0614519B2 (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | プラズマ処理の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4907384A JPH0614519B2 (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | プラズマ処理の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60194524A JPS60194524A (ja) | 1985-10-03 |
| JPH0614519B2 true JPH0614519B2 (ja) | 1994-02-23 |
Family
ID=12820903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4907384A Expired - Lifetime JPH0614519B2 (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | プラズマ処理の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0614519B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2586013B2 (ja) * | 1986-09-16 | 1997-02-26 | ソニー株式会社 | シリコン用エッチング方法 |
| JPH0670988B2 (ja) * | 1987-08-31 | 1994-09-07 | 株式会社芝浦製作所 | ドライエッチング方法 |
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| JP2830978B2 (ja) * | 1990-09-21 | 1998-12-02 | 忠弘 大見 | リアクティブイオンエッチング装置及びプラズマプロセス装置 |
| AU2003278750A1 (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-19 | Tokyo Electron Limited | Method and system for dynamic modeling and recipe optimization of semiconductor etch processes |
-
1984
- 1984-03-16 JP JP4907384A patent/JPH0614519B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，５５（１）（１９８４）（米）Ｐ．２４２−２５２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60194524A (ja) | 1985-10-03 |
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