JPH0684845A - プラズマエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマエッチングにおいて、マスクに対し
てのエッチングの選択性を改善してマスク減りを低減す
るとともに、発塵源となるデポジションの生成を必要と
せずに異方性形状を得ることを目的とする。 【構成】 マスク１で覆われていない半導体ウェハ２の
被エッチング部分だけにイオンビーム５ａを照射して結
晶欠陥領域６ａを形成し、他の部分よりもエッチングレ
ートを向上させ、比較的エネルギーの低いプラズマ３ａ
によって上記結晶欠陥領域６ａを選択的にエッチングす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はプラズマエッチング方
法に関し、特に比較的微細なパターンを精度よく形成す
るのに適したプラズマエッチング方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図４の(a),(b) は従来のプラズマエッチ
ング方法を示す概略的な工程断面図であり、図におい
て、１は被エッチング部分以外の部分を覆うマスク、２
はこのマスク１によって被エッチング部分以外の表面が
覆われた半導体ウェハ、３ｂはこの半導体ウェハ２をエ
ッチングするために十分なエネルギーを持ったプラズ
マ、４はこのプラズマ３ｂ中から生成されたデポジショ
ンによる側壁保護膜である。

【０００３】次にエッチング方法について説明する。こ
のようなプラズマエッチング方法において、例えば単結
晶シリコンのような半導体ウェハ２の被エッチング部分
以外の表面を、例えばフォトレジストのようなマスク１
で覆う（図４(a) ）。次いで、例えば１×１０-7ｍｍＨ
ｇ程度に真空引きされたプラズマエッチング室に上記半
導体ウェハ２を置く。

【０００４】次いで、上記プラズマエッチング室に、エ
ッチング粒子および保護膜発生のために例えばＣＣｌＦ
3 のようなエッチングガスが、例えば１００ｃｃ／ｍｉ
ｎ程度の流量で導入され、例えば１×１０-5ｍｍＨｇ程
度の圧力に制御された状態を維持しながら、例えば１
３．５６ＭＨｚの高周波が、例えば３００Ｗ程度のパワ
ーで導入される。この印加された高周波電力によってプ
ラズマ３ｂが発生する。そして、このプラズマ３ｂ中に
含まれるイオンやラジカルが、マスク１から露出する半
導体ウェハ２の表面と反応してその表面を部分的に除去
する。このとき、プラズマ３ｂ中のイオンは、プラズマ
電位と自己バイアスにより発生した、例えば−２００Ｖ
程度の電位差により半導体ウェハ２に対して垂直方向に
加速される。そしてこのとき同時に半導体ウェハ２の除
去された部分の側壁２ｂにプラズマ３ｂ中で生成され
た、例えばＣＦ系の側壁保護膜４が堆積することによ
り、側壁２ｂ方向へのエッチングが抑制され、それによ
って、半導体ウェハ２上に種々の予め定められたパター
ンが異方性形状を持って形成される。

【０００５】このとき、図４(b) に示されるように、大
きなエネルギーを有するプラズマ３ｂによって１ａに示
すようにマスクの一部がエッチングされて薄くなり、場
合によっては消失してしまうことがある。そこで予めマ
スク１を厚めに形成することも考えられるが、リソグラ
フィー工程等の制限からマスクを厚くすると微細なパタ
ーンを有するマスクを作るのが困難となり、従って上記
のような問題が生じることとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマエッチ
ング方法は以上のように行われており、異方性形状を得
るために、イオンを加速するエネルギーを比較的大きく
することが必要で、このため、マスクのエッチング量が
大きくなり、エッチング途中でマスクがなくなり、所望
の微細パターンが得られなくなるなどの問題点があっ
た。

【０００７】また、異方性形状を得るために、プラズマ
中からのデポジションによる側壁保護膜をパターン側壁
に形成する必要があるが、反応室内壁においてもこの保
護膜が堆積し、この側壁保護膜が剥離して反応室内の発
塵源となり、ウェハ上でパーティクルが発生してエッチ
ングパターンの変形を招いたりするため、定期的にクリ
ーニング等を行う等のメンテナンスが必要で、スループ
ットの低下を招くなどの問題点があった。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、マスクに対するエッチングの選
択性を改善できるとともに、発塵源となる側壁保護膜の
生成を必要とせずに異方性形状を得ることができるプラ
ズマエッチング方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るプラズマ
エッチング方法は、プラズマエッチングを行う前にエネ
ルギービームを照射して被エッチング部分に結晶欠陥を
発生させる、あるいは不純物を導入してエッチングされ
やすい物性に変質させるようにしたものである。

【００１０】

【作用】この発明においては、被エッチング部分に結晶
欠陥を発生させて原子間結合力を低下させたり、あるい
は不純物を導入して原子間の結合構造を変化させてエッ
チングされやすい物性に変質させるようにしたから、被
エッチング部分と他の部分との間にエッチング速度の違
いが生じ、低エネルギーで異方性エッチングを行うこと
が可能となるとともに、デポジションによる側壁保護膜
を不要とすることができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例によるプラズマエ
ッチング方法を図１に基づいて説明する。図１におい
て、図４と同一符号は同一または相当部分を示し、５ａ
は、例えばイオン注入装置（図示せず）によって注入さ
れるイオンビーム、６ａはイオンビーム５ａによって発
生した結晶欠陥領域、３ａは結晶欠陥領域６ａをエッチ
ングできる程度の比較的低いエネルギーを持ったプラズ
マである。

【００１２】次にエッチング方法について説明する。こ
のようなプラズマ処理方法において、まず、例えば単結
晶シリコンのような半導体ウェハ２の被エッチング部分
以外の表面を、例えばフォトレジストのようなマスク１
で覆う（図１(a) ）。

【００１３】次いで上記半導体ウェハ２に、例えばイオ
ン注入装置（図示せず）などを用いて、例えばＨ+ のよ
うなイオンビーム５ａを、例えば１００ＫｅＶから１Ｍ
ｅＶの間で変化させて多重注入を行うことにより、エッ
チングしたい深さ、例えば３μｍの深さまで垂直に、例
えば非晶質シリコンのような結晶欠陥領域６ａを生成す
る（図１(b) ）。

【００１４】次いで上記方法により結晶欠陥領域６ａを
生成した半導体ウェハ２を、例えば１×１０-6ｍｍＨｇ
程度に真空引きされたプラズマエッチング室（図示せ
ず）に配置し、次いで、プラズマエッチング室に、例え
ばＣＦ4 のようなエッチングガスを、例えば１００ｃｃ
／ｍｉｎ程度の流量で導入し、例えば１×１０-4ｍｍＨ
ｇ程度の圧力に制御された状態を維持しながら、例えば
１３．５６ＭＨｚの高周波を、例えば１００Ｗ程度のパ
ワーで導入する。この印加された高周波電力によって比
較的低いエネルギーを持ったプラズマ３ａが発生する。
そして、プラズマ３ａ中に含まれるイオンやラジカル
が、部分的にマスクされている半導体ウェハ２の表面と
反応して、その表面を部分的に除去する。このとき、原
子間結合力の弱さから結晶欠陥領域６ａが選択的に除去
され、これによって、半導体ウェハ２上に種々の予め定
められたパターンが異方性形状を持って形成される（図
１(c)）。

【００１５】このように本実施例によれば、半導体ウェ
ハ２の被エッチング領域にイオンビーム５ａを照射して
結晶欠陥領域６ａを作り、予め被エッチング領域の原子
間結合力を低下させた後、プラズマエッチング処理を行
うようにしたから、被エッチング領域と他の領域との間
でエッチングレートの差が生じるようになり、比較的低
いエネルギーのプラズマ３ａを用いて異方性エッチング
を行うことができ、マスク１のエッチング量が減少す
る。また保護膜を形成するようなガスを用いる必要がな
くなり、デポジションの比較的発生しにくいＣＦ4 のよ
うな反応ガスを用いることで反応室内の発塵を低減する
ことができる。

【００１６】次に本発明の第２の実施例によるプラズマ
エッチング方法を図２に基づいて説明する。図に示すよ
うに、この実施例では被エッチング領域のエッチングレ
ートを向上させるのに、Ｈ+ ビームを照射して被エッチ
ング部分に結晶欠陥領域を発生させる代わりに、例えば
Ｂ+ を用いたイオンビーム５ｂを照射することによっ
て、高濃度の不純物を含んだ変質領域６ｂを形成するよ
うにしたものである。

【００１７】図２(b) に示すように、マスク１を有する
半導体ウェハ２にＢ+ を用いたイオンビーム５ｂを、例
えば１００ＫｅＶから１ＭｅＶで照射して、半導体ウェ
ハ２の一部を高濃度ｐ領域６ｂに変質させることにより
原子間結合形態を変化させる。すなわちＳｉ−Ｓｉ以外
にＳｉ−Ｂ等の結合を部分的に作り出して当該領域にお
ける原子間結合力を低下させ、被エッチング領域のエッ
チングレートを他の領域よりも高める。続いて図２(c)
に示すように比較的低いエネルギーのプラズマ３ａを用
いてエッチングを行う。このようにすることで上記第１
の実施例と同様の効果を期待することができる。

【００１８】次に本発明の第３の実施例によるプラズマ
エッチング方法を図３に基づいて説明する。この実施例
では複数回イオン注入を行うことで半導体ウェハ２に形
成する微細パターンの形状に変化を持たせるようにした
ものである。以下導電性の下地膜７にスルーホールを形
成する場合を例に挙げて説明する。

【００１９】図３(a) に示すように、上面にマスク１
を、また裏面に下地膜７を設けた半導体ウェハ２を用意
し、これに、例えばＢ+ のようなイオンビーム５ｃを、
例えば１００ＫｅＶ程度で注入した後、加熱するなどし
て、６ｃに示すように不純物導入領域を拡大する（図２
(b) ）。

【００２０】さらに、例えばＢ+ のようなイオンビーム
５ｄを１００ＫｅＶから１ＭｅＶの間で多重注入を行
い、上記変質領域６ｃ下方に連続するとともに、下地膜
７に至る変質領域６ｄを形成することにより、変質領域
（ｐ領域）の形状を上端のみが広がった形状とすること
ができ、ウェハ２に形成されるエッチング形状も上記変
質領域を反映して上端のみが広がった形状となり、後の
スルーホール埋め込み工程でのカバレッジを向上させる
ことができる。このようにイオン注入を複数回に分けて
行い、拡散工程を組み合わせることによりパターン形状
に変化を与えることが可能となる。

【００２１】なお上記第１の実施例ではＨ+ イオンビー
ムを用いて結晶欠陥領域を形成するようにしたが、Ｘ線
等の他のエネルギービームを用いて結晶欠陥領域を形成
するようにしてもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、この発明に係るプラズマ
エッチング方法によれば、エッチング前に被エッチング
部分をエッチングされやすい物性を有する状態に変化さ
せるようにしたので、被エッチング部分のエッチングレ
ートが他の部分に比べて増大し、低いエネルギーのプラ
ズマで異方性エッチングを行うことができるため、マス
クに対してのエッチングの選択性を大幅に改善できると
いう効果がある。

【００２３】また異方性を保つのに側壁保護膜を利用す
る必要がなくなり、装置内での発塵を少なくすることが
でき、装置のメンテナンスサイクルが長くなり、スルー
プットの向上を図ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例によるプラズマエッチ
ング方法を示す概略的な工程断面図である。

【図２】この発明の第２の実施例によるプラズマエッチ
ング方法を示す概略的な工程断面図である。

【図３】この発明の第３の実施例によるプラズマエッチ
ング方法を示す概略的な工程断面図である。

【図４】従来のプラズマエッチング方法を示す概略的な
工程断面図である。

【符号の説明】

１ マスク ２ 被処理ウェハ ２ｂ 側壁 ３ａ 比較的エネルギーの低いプラズマ ３ｂ プラズマ ４ 側壁保護膜 ５ａ イオンビーム ５ｂ イオンビーム ５ｃ イオンビーム ５ｄ イオンビーム ６ａ 結晶欠陥領域 ６ｂ 変質領域 ６ｃ 変質領域 ６ｄ 変質領域 ７ 下地膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスクを有する半導体ウェハに対して、
   プラズマ中の活性粒子を所定方向に入射させて異方性エ
   ッチングを行うプラズマエッチング方法において、 上記マスクを有する半導体ウェハにエネルギービームを
   照射して結晶欠陥領域を形成した後にプラズマエッチン
   グを行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
2. 【請求項２】 マスクを有する半導体ウェハに対して、
   プラズマ中の活性粒子を所定方向に入射させて異方性エ
   ッチングを行うプラズマエッチング方法において、 上記マスクを有する半導体ウェハにイオンビームを照射
   して不純物注入領域を形成した後にプラズマエッチング
   を行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載のプラズマエッチング方法
   において、 上記イオンビームを照射して不純物領域を形成する工程
   は、 所定のエネルギーを有するイオンビームを照射して第１
   の不純物領域を形成する工程と、 上記第１の不純物領域のイオンを拡散させて該領域の形
   状を変形する工程と、 上記イオンビームとは異なるエネルギーを有するイオン
   ビームを照射して、上記形状の変形した第１の不純物領
   域と連続する第２の不純物領域を形成する工程とを含む
   ことを特徴とするプラズマエッチング方法。