JPH0817796A

JPH0817796A - ドライエッチング装置とその方法および半導体装置

Info

Publication number: JPH0817796A
Application number: JP14601494A
Authority: JP
Inventors: Masaru Izawa; 勝伊澤; Kosei Kumihashi; 孝生組橋; Yuzuru Oji; 譲大路; Kazunori Tsujimoto; 和典辻本; Kazunari Torii; 和功鳥居; Shinichi Taji; 新一田地
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【構成】イオンがパターンによらず入射量が一定である
ことおよび底面で中性粒子に変化するという性質を用い
て、パターン底面への全中性粒子の入射量がパターンの
深さに依存しないように、イオンの入射量を制御する。
イオン入射量の制御方法としてマイクロ波パワーを実時
間制御する。【効果】中性粒子の量がパターンに依存しないので、エ
ッチング速度のパターン依存性が抑えられ、深い構造を
もつエッチングが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の微細加工に好
適なドライエッチング装置に係り、特に、深孔形状およ
び深溝形状を、安定かつ高信頼性のある加工を実現する
ドライエッチング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの微細化に伴い、ＬＳＩパターン
形成技術において、アスペクト比（パターンの深さ／溝
幅）の高いパターンを精度よく形成する技術が必要とな
っている。例えば、ＬＳＩパターン形成技術の一つであ
るドライエッチング技術では、ゲート加工エッチングで
レジストマスク１μｍ厚に対してパターン幅は０.１μm
となり、アスペクト比１０程度の加工が必要となってい
る。

【０００３】マイクロ波プラズマによるpoly−Ｓｉゲー
トエッチングの例として、１９９２年プロシーディング
・オブ・ドライプロセスシンポジウム（Proceeding of
DryProcess Symposium) ｐ.２１１にアスペクト比５ま
でのpoly−Ｓｉゲート加工の例が報告されている。

【０００４】この他、ＤＲＡＭキャパシタ用や素子分離
のためのＳｉ深溝エッチング技術として、臭素ガスを使
ったＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング：Reactive
IonEtching)によるアスペクト比４０のＳｉ深溝エッチ
ングの例が、1991年インターナショナル・エレクトロン
・デバイスイズ・ミーティング（Internationalelectro
n devices meeting) ３２.４.１に報告されている。ま
た塩素ガスを使ったＲＩＥによるＳｉ深溝エッチングを
アスペクト比２６まで検討した報告が、１９９０年プロ
シーディング・オブ・ドライプロセスシンポジウム（Pr
oceedingof Dry Process Symposium) ｐ.１２３にあ
る。

【０００５】この他、コンタクトホール形成のためのＳ
ｉＯ₂深孔エッチング技術として、マイクロ波プラズマ
によるアスペクト比１０程度までのＳｉＯ₂コンタクト
ホールエッチングの例が、１９８９年春季応用物理学関
係連合講演会１ｐ−Ｌ−６や、１９９３年春季応用物理
学関係連合講演会３１ａ−ＺＥ−３に報告されている。

【０００６】この他、パターン形成において前述の高ア
スペクト比加工の他、被処理物下地保護のため、下地が
被エッチング膜に比べエッチングされにくいという性質
（選択性）が高いことが必要となっている。そのような
エッチング技術としてプラズマ発生に必要なマイクロ波
をパルス化することによって選択比４０を実現するとい
う報告が１９９３年プロシーディング・オブ・ドライプ
ロセスシンポジウム（Proceeding of Dry Process Symp
osium) ｐ.７９でなされた。

【０００７】この他、プロセスを実時間制御することに
よって、プロセス精度を向上させる技術として特開平5
−35305号，特開平5−120256 号，特開平5−108107 号
公報がある。エッチングプロセスにおける同時測定およ
び実時間制御法として、パターンからの反射光を利用し
てエッチング制御を行う方法として特公平5−46095号公
報，プラズマの発光を用いる方法として特公平5−49756
号公報，被処理物の温度測定を行い被処理物の温度を一
定となすように温度制御する方法として特公平5−65589
号公報がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のパターン形成方
法やパターン形成装置を用いて高アスペクト比パターン
を形成するときには、パターン底面の加工速度にアスペ
クト比依存性があるという問題があった。すなわち、パ
ターンのアスペクト比が高くなるほど、パターン底面の
加工速度が減少した。加工速度の減少はアスペクト比１
０以上で顕著であった。例えば、ドライエッチング技術
において１９９０年プロシーディング・オブ・ドライプ
ロセスシンポジウム(Proceeding of Dry Process Sympo
sium) ｐ.１２３の報告では、アスペクト比５程度のパ
ターンに比べ、アスペクト比１０程度のパターンでは加
工速度が７割程度に遅くなった。

【０００９】この他、１９９１年インターナショナル・
エレクトロン・デバイスイズ・ミーティング（Internat
ional electron devices meeting) ３２.４.１の報告で
は、深溝パターン加工においてアスペクト比２０では加
工速度が３００ｎｍ／min であるのに対し、アスペクト
比２４では６０ｎｍ／min とアスペクト比２０以上で加
工速度が１／５に減少した。

【００１０】パターン形成技術では、粒子線やエネルギ
線を被処理物に入射させ、それらのエネルギによりパタ
ーン底面での化学反応を促進する。加工速度にアスペク
ト比依存がある理由の一つとして、これらの粒子線やエ
ネルギ線の入射が完全に垂直ではないために、パターン
のアスペクト比が大きくなるにつれその入射量が減少し
加工速度が減少することが考えられている。粒子線の一
つにイオンがある、イオンの方向性を向上させ加工速度
のアスペクト比依存性を低減させた例として、１９８９
年春季応用物理学関係連合講演会１ｐ−Ｌ−６や、１９
９３年春季応用物理学関係連合講演会３１ａ−ＺＥ−３
がある。

【００１１】加工速度がアスペクト比に依存するもう一
つの理由に、パターンのアスペクト比が大きくなると、
パターン底部の被エッチング面に被処理物と化学反応す
る中性粒子の供給量が減少することが上げられる。ここ
でいう中性粒子とは、供給ガスおよび供給ガスがプラズ
マ中で分解して生じたラジカルである。この考えに基づ
き、１９９２年プロシーディング・オブ・ドライプロセ
スシンポジウム（Proceeding of Dry Process Symposiu
m) ｐ.２１１では、マイクロ波パワーを小さくして、入
射イオン量に対する中性粒子数の比を大きくすることに
より、アスペクト比５までのパターンで加工速度のアス
ペクト比依存性をなくした。

【００１２】しかし、従来技術では、Ｓｉエッチングで
アスペクト比１０以上のパターンでは、加工速度のアス
ペクト比依存性を回避できなかった。そのため、アスペ
クト比の異なるパターンを同一工程で形成するときに、
高アスペクト比パターンの底面で加工速度が極端に低下
したり、低アスペクト比パターン底面で下地層が削れる
という問題が生じた。ＬＳＩ加工では、アスペクト比の
異なるパターンを同一工程で形成する必要があり、微細
化に伴いアスペクト比の差が大きくなっている。よって
アスペクト比１０以上の深孔や深溝パターンの加工でも
加工速度がアスペクト比に依存しないパターン形成技術
を確立することが課題である。

【００１３】一方、高アスペクト比パターン加工では、
エッチングの進行に伴い反応生成物等の影響によってエ
ッチングプロセスに変化が生じる。このエッチングの変
化は時々刻々と変わるため、常に最適なエッチング条件
でエッチングが行われるには、エッチングを実時間制御
する必要がある。従来、被処理物表面の反射光（特公平
5−46095 号公報），プラズマ発光（特公平5−49756 号
公報）の同時測定によってエッチング条件を実時間制御
するプロセスも考案されているが、これらの制御は、主
にエッチングの終点を検知するもので、高アスペクト比
パターン加工に対する適用ではない。

【００１４】測定結果をもとにエッチング条件を実時間
制御するには、測定結果とエッチング速度および装置内
の状態との関係が明らかになっている必要がある。エッ
チングが進むに伴い、真空処理室内のガス組成も変化し
ており、エッチング条件の実時間制御し加工精度を上げ
るには、同時測定値とエッチング条件の関係を明らかに
する手法の確立が課題である。また、同時測定を行わな
い場合でも、時間と伴にエッチング状態がどのように変
化するかを明らかにする必要がある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】真空処理室内に導入され
た処理ガスの一部はイオンおよびラジカルとなる。被処
理物表面に深孔，深溝等のパターンがある場合、ラジカ
ルおよび未分解の処理ガス（これらをまとめて中性粒子
と呼ぶ）は、被処理物のパターンが深くなるに伴い、底
面に入射する量が少なくなる。一方、イオンは、電界に
よって加速されるため、イオンの入射量のパターン依存
性は小さい。一度、底面に入射したイオンは、表面に熱
エネルギを与えるため、表面に吸着したラジカルおよび
処理ガスにエネルギが伝わりエッチングが進行する。こ
の際、イオンは表面との相互作用によって電荷を失い、
ラジカルもしくは処理ガスと同じ組成になる。

【００１６】このイオンが変化した中性粒子は、あたか
も底面から発生したかのごとくふるまうため、被処理物
のパターンが深くなるにともなって、パターン内に滞在
し底面に再度入射する量も増える。この結果、パターン
底面（被エッチング面）における中性粒子の全入射量
は、被処理物上部から直接入射する量とイオンが変化す
ることによって供給される量の和になる。

【００１７】本発明では、このイオンの性質を利用し、
ラジカルおよび処理ガスの底面への全入射量が、被処理
物のパターンに依存しないようにイオン入射量を制御す
る。すなわち、深い溝や深孔で、真空処理室から入射す
る中性粒子の不足分を、イオン入射で補うことによっ
て、エッチング速度をパターンによらず一定にしたもの
である。

【００１８】ところで、上述の解決手段だけでは、反応
生成物のパターン底面への再吸着を考慮していない。反
応生成物の吸着確率が、中性粒子の吸着確率の１／１０
以上の場合、反応生成物によるエッチング速度の低下が
生じるため、反応生成物の影響を考慮したエッチングの
制御が必要である。パターン底面で発生した反応生成物
は、パターンのアスペクト比の増加に伴い、パターン内
に滞在し底面に再入射する量も増える。

【００１９】従って、エッチング速度がアスペクト比に
依存しないようにするには、アスペクト比の増加と共に
中性粒子の全入射量を増やし、反応生成物のパターン底
面への吸着によるエッチング速度の低下を補償する必要
がある。

【００２０】本発明では、前述のパターン底面でイオン
が中性粒子となる性質を利用し、アスペクト比の増加に
伴い、真空装置に導入するマイクロ波のパワーをあげ、
パターン底面へのイオン入射量を増加させることによっ
て、反応生成物によるエッチング速度の低下を抑える。

【００２１】マイクロ波パワーを上げることによって被
処理物へのイオン入射量を増加させるには、なんらかの
方法によってプラズマの密度が高い状態を維持する必要
がある。通常のエッチング装置では、真空処理室装置外
部に取付けたソレノイドコイルによってプラズマを真空
処理室内に閉じ込める。１０００Ｗ程度のマイクロ波パ
ワーを真空処理室内に導入する場合、さらにソレノイド
コイルを付加した装置が用いられる。本発明でも同様な
装置を用いこの問題に対処する。

【００２２】また、マイクロ波パワーを上げ、イオン入
射量が増える被処理物表面に加わるエネルギが増加し、
温度が上昇する。このため、被処理物表面に形成された
マスクに耐熱性が無い場合、マスクが熱分解や融解を生
じるため微細加工できなくなる。この問題に対しては、
熱的に安定な無機マスクもしくは、ポリイミド，テフロ
ン等の耐熱性ポリマを使用することによって解決でき
る。さらに、マイクロ波パワーを上げると装置の負荷限
界を越える可能性がある。この問題は、マイクロ波をパ
ルス化することによって、真空処理室へ加えられる時間
あたりのパワーを抑えることによって解決できる。

【００２３】

【作用】被エッチング処理物表面に溝や穴等のパターン
がある場合、パターン内に入射した中性粒子（処理ガス
またはラジカル）は、直接、底面に入射する粒子の他、
パターン内の側面で数回反射した後、パターンの底面、
すなわち、被エッチング面に到達するものがある。この
側面での反射は等方的であるため、パターン内に入射し
た粒子の一部分はパターン内から出てしまい底面へ到達
できない。パターン底面に到達できる粒子の割合は、パ
ターンの特徴を表すアスペクト比（深さ／パターンの
幅）に大きく依存する。

【００２４】図１０に溝パターンの底面に到達する粒子
の平らな表面に対する割合を計算した結果を示した。図
１０に示すように、中性粒子の入射量は、アスペクト比
の増加と共に減少する関数で表すことができる。以後、
アスペクト比をＡで表し、アスペクト比の関数として、
底面に到達する粒子の割合としてＦ（Ａ）を用いる。

【００２５】一度、底面に入射した粒子は、底面に吸
着、もしくは底面で反射する。どちらが生じるかは、中
性粒子の初期吸着確率Ｓと表面の吸着サイトが空いてい
る割合によって決まる。中性粒子によって表面が覆われ
ている割合をＰ（被覆率）で表すと、すでに粒子が吸着
している表面には新たに粒子が吸着できない場合、底面
に入射粒子が吸着する確率は、（１−Ｐ）Ｓとなる。こ
のような吸着確率を持つ粒子にはＦ，Ｃｌ，Ｏなどがあ
げられる他、多くの粒子で近似的に成り立つ。残りの１
−（１−Ｐ）Ｓが底面で反射する確率である。

【００２６】底面で反射した粒子が、再び、パターンの
側面に入射すると等方的に反射するため、底面へ入射す
る場合と同じ法則に従う。故に底面で反射した粒子が被
処理物の外に出ていく割合はＦ（Ａ）で表され、残りの
１−Ｆ（Ａ）が底面に再入射する。このように再入射す
る効果を考慮するとパターン底面での中性粒子の入射量
Γｎは数１で表される。

【００２７】

【数１】

【００２８】一方、真空処理室内で発生したイオンは、
電界によって被処理物表面に対し垂直方向に加速される
ため、被処理物表面に対して垂直に形成された溝や深孔
の底面（被エッチング面）へのイオン入射量と被処理物
表面の平坦な部分への入射量は等しくなる。底面へ入射
したイオンは、底面に熱エネルギを与えるとともに、イ
オンは電気的に中和され、中性粒子となる。その後の運
動は、上記の中性粒子の被処理物構造内部での運動と同
じになる。すなわち、底面で反射した場合、Ｆ（Ａ）が
被処理物表面の外（真空処理室内）に出、残りの１−Ｆ
（Ａ）が再度底面に中性粒子として入射する。一般のエ
ッチングでは、イオンは処理ガスから真空処理室内で発
生するため、イオンから変化した中性粒子と前述の処理
ガスから発生した中性粒子はほぼ同じ原子から構成され
る。イオンが入射後反射せずに吸着する場合も考慮する
と、イオンから変化した中性粒子の入射量Γｍは、数２
で表される。

【００２９】

【数２】

【００３０】エッチング速度ＥＲは真空処理室内から供
給された中性粒子およびイオンが変化した中性粒子の吸
着による被覆率Ｐ，イオン入射量Γion およびエッチン
グ率Ｙの関数で表される。すなわち、ＥＲ＝Ｐ×Γion
×Ｙである。エッチング率Ｙは、一個のイオンあたり
のエッチング量で、概ね、イオン運動エネルギの平方根
に比例する。表面被覆率Ｐは、Ｔ.Ｍ.メイヤー(Mayer）
らのモデル（ジャーナルオブバキュームサイエンス
アンドテクノロジー（J.Vac.Sci.Technol.）21, p7
57 (1982)）に従うと数３で表される。

【００３１】

【数３】

【００３２】ここで、Γｔは中性粒子の全入射量、ｍは
表面原子一個が表面から脱離することによって発生する
吸着サイトの数で、例えば、Ｓｉの塩素ガスエッチング
ではｍ＝２となる。Γｔは上記数１および数２の和で表
され、数３を用いたエッチング速度の式にはアスペクト
比依存性が含まれることになる。アスペクト比に依存す
る項は、Γｔだけである。Γｔがアスペクト比に依存し
ないような条件を見いだせば、エッチング速度のアスペ
クト比依存性をなくすことが可能である。

【００３３】本発明のアイデアは、この条件を見いだす
ことに基礎をおいている。その条件は、数４を解くこと
によって得られる。数４を解くと数５が得られる。数５
を数３のΓｔに代入しΓionを消去すると表面被覆率Ｐ
は数６となる。

【００３４】

【数４】 Γｔ（Ａ）＝Γｔ（０） …（数４）

【００３５】

【数５】

【００３６】

【数６】

【００３７】表面被覆率Ｐは、０から１までであること
を考慮すると、ｍ×Ｙ×Ｓの範囲は、０.７７から１.０
でなければならない。この条件を満足するときに、イオ
ン入射量を数５で与えれば、エッチング速度が被処理物
表面のパターンに依存しないエッチングができる。実際
のエッチングで、中性粒子の初期吸着確率が０.３から
１.０であること、ｍは１から２程度であることから、
エッチング率Ｙを１.０以下に抑さえる必要がある。

【００３８】エッチング率Ｙは、装置内の電極にかける
高周波電界のパワーに平方根で比例するため、容易に制
御できる。この条件は、処理ガス，被処理物の材質に大
きく依存する。数５を満足する条件として概ね、エッチ
ング率１以下、イオン電流密度５ｍＡ／cm²以上、真空
処理室内のイオンの割合２％以上、中性粒子の吸着確率
０.３から０.９程度が目安となる。

【００３９】上記の内容をまとめると、アスペクト比の
増加と共に減少する中性粒子の入射量を、イオンとして
形状底面に供給することによって、中性粒子が底面での
不足を補うことによって、エッチング速度がアスペクト
比に依存しないエッチングを実現するのである。

【００４０】その模式図を図１１に示す。図１２には、
上記のモデル式に基づくエッチング速度のアスペクト比
依存性の計算結果を示す。

【００４１】反応生成物の底面への吸着が大きい場合、
アスペクト比の増加に伴い、反応生成物の底面への再入
射量が増えるため、その影響も大きくなり、上記の条件
を満足していてもエッチング速度は低下してしまう。こ
のように反応生成物がエッチング反応を阻害している場
合、アスペクト比の増加と共にイオン入射量を増加させ
ればよい。

【００４２】その増加量は、反応生成物の吸着確率と反
応生成物のパターン底面への入射量の積によって表され
る量と同程度である。反応生成物の入射量は、エッチン
グ速度とパターン内での粒子の滞在量から求めることが
できる。イオン入射量を増加させる方法としてマイクロ
波パワーを上げる方法がある。マイクロ波パワーを上げ
るだけでは、十分なイオン電流が得られないときは、な
んらかの方法によってプラズマの密度の高い状態を維持
する必要がある。通常のエッチング装置では、真空処理
室装置外部に取付けたソレノイドコイルによってプラズ
マを真空処理室内に閉じ込める。１０００Ｗ程度のマイ
クロ波パワーを真空処理室内に導入する場合、さらにソ
レノイドコイルを付加した装置が用いられる。

【００４３】本発明では、十分なイオン電流密度をえる
ため、２種類のソレノイドコイルを有する装置を用い
る。

【００４４】また、マイクロ波パワーを上げ、イオン入
射量が増える被処理物表面では、加わるエネルギが増加
し、表面の温度が上昇する。表面温度の上昇は、Ｓｉエ
ッチングの場合、１ｍＡ／cm²あたり１０℃程度である
ので３０ｍＡ／cm²のイオン電流では、被処理物処理台
を−１００℃に冷却しても、表面温度は２００℃程度ま
で上昇する可能性がある。このため、被処理物表面に形
成されたマスクに耐熱性が無い場合、マスクが熱分解や
融解を生じるため微細加工できなくなるので、熱的に安
定な無機マスクもしくは、ポリイミド，テフロン等の耐
熱性ポリマを使用する。

【００４５】さらに、装置のマイクロ波パワーを上げて
いくと、装置への負荷が大きくなり、通常の装置ではそ
のパワーに耐えることが難しくなる。例えば前記の中性
粒子の全供給量がアスペクト比に依存しない条件が、一
般的な真空処理装置で実現できない条件であることも十
分に考えられる。真空処理室の構造および材質を強固な
ものにすればよいのであるが、コストは大きくなる。

【００４６】そこで、この問題を解決する方法の一つに
マイクロ波のパルス化がある。パルス化により、真空処
理室へ加えられるパワーを抑えることができるので、装
置の大幅な改造は不要となる。パルス化により、エッチ
ング速度は、マイクロ波のパルス幅（時間）でのエッチ
ング速度とパルスとパルスの間のエッチング速度の平均
で与えられる。パルスとパルス間ではイオン入射量が減
るためエッチング速度は大幅に低下するので、パルスと
パルス間でのエッチングによる影響は小さく、エッチン
グ速度のアスペクト比依存性は、主にマイクロ波のパワ
ーによって決まる。従って、マイクロ波のパルス化によ
り、エッチング装置の大幅な変更なしにマイクロ波パワ
ーを上げ、エッチング速度のアスペクト比依存性を低減
できる。この際、通常のエッチング装置では、マイクロ
波パワーの増加に伴い、パルス幅を低下もしくはパルス
間隔を大きくし、装置への時間あたりの負荷を約３００
０Ｗ秒以下に抑さえる必要がある。

【００４７】さらに、イオン入射量によってエッチング
速度のアスペクト比依存性を制御できるという性質を利
用し、一回の加工で深い溝と浅い溝を同時に形成するこ
とができる。この場合、目的の形状に合わせて、マイク
ロ波パワーを制御する必要がある。

【００４８】

【実施例】

（実施例１）本発明によるドライエッチング装置の一実
施例を図１に示す。この装置では真空処理室１にエッチ
ングガスを導入し、マイクロ波発生器２で２.４５ＧＨ
ｚの高周波を発生させ、この高周波を導波管３を通し
マイクロ波導入窓１４を介して真空処理室１に輸送して
ガスプラズマを発生させる。高効率放電のために磁場発
生用のソレノイドコイル４を真空処理室周辺に二つ配置
し、８７５ガウスの磁場が処理台のほぼ真上にくるよう
に二つのコイル電流を制御し、電子サイクロトロン共鳴
を用いて高密度プラズマを発生させた。真空処理室１に
は試料台５があり、この上にウエハ６を設置して、ガス
プラズマによりエッチング処理する。

【００４９】エッチングガスは、ガス導入口７から真空
処理室１に導入され、排気ポンプ８により真空処理室１
の外に排気される。この際コンダクタンスバルブ９によ
り、排気速度を変えることができる。

【００５０】ウエハを設置する試料台５にはＲＦ電源１
３を備え、４００Ｈｚから13.56MHzまでのＲＦバイアス
を印加できるようにした。試料台５は冷却機構および加
熱機構を有し、ウエハ温度を制御したエッチングを実施
することができる。

【００５１】処理ガスはガス管１１を通し、ガス流量コ
ントローラ１０を経て、バッファ室１２を通してメッシ
ュ状の孔のガス導入口７から真空処理室１に導入する。
バッファ室１２を設けたことと、メッシュ状の孔により
ガス開口面積を広くしたことにより、ガス導入時のガス
流速を音速の１／３以下にし、かつ均一な流れができ
る。さらに本装置は、ガス組成分析装置１５とマイクロ
波パワーを制御するための制御用コンピュータ１６が接
続されている。

【００５２】反応生成物の分圧は、被処理物上の構造の
アスペクト比が大きくなるに伴い減少していく。反応生
成物の吸着を考慮したシミュレーションによると反応生
成物の分圧は、図２に示すように、アスペクト比の増加
とともに減少していく。従って、エッチング中にガス組
成を分析することによって、エッチング中の被処理物が
どこまでエッチングが進んだか情報を得ることができ
る。このシミュレーション結果をもとにガス組成分析装
置として質量分析計を用い、反応生成物減少分にともな
いマイクロ波パワーを増加させるように制御する。

【００５３】本装置に処理ガスとして塩素ガスを４０sc
cm流し、全圧が０.５ｍTorr 、試料台の温度が−１００
℃なるようにして、幅０.３μｍトレンチ構造が形成さ
れるようにＳｉＯ₂マスクを施したＳｉウエハのトレン
チ構造エッチングを行う。イオン運動エネルギが１００
ｅＶ以下になるようにＲＦバイアスを１３.５６ＭＨz、
１Ｗ／cm²とするこの時のエッチング率は０.９であ
る。またイオン電流密度が約８ｍＡ／cm²になるように
マイクロ波パワーを５００Ｗにする。理論的には、この
条件で中性粒子入射量のアスペクト比依存性はなくな
る。

【００５４】プラズマ電子密度の測定では真空処理室内
のイオンの割合は３％である。この条件で幅０.３μｍ
の溝パターンのエッチングを行うとアスペクト比１０の
トレンチパターンまでは、約３５０ｎｍ／min の速度で
エッチングが進む。同じエッチング条件でアスペクト比
１０以上の溝を形成するとエッチング速度は低下する。
アスペクト比１２でエッチング速度は１０％低下し、ア
スペクト比１５では３０％の低下である。

【００５５】図２を計算したモデル式に基づいて、反応
生成物の分圧の実時間測定の結果から、コンピュータに
よってエッチングパターンのアスペクト比を予測し、ア
スペクト比が大きくなるにつれ、コンピュータに接続さ
れたマイクロ波発生装置のパワーを制御する。マイクロ
波パワーの初期値を５００Ｗにしてエッチングを行う
と、時間と伴にマイクロ波パワーは上昇する。エッチン
グ速度はアスペクト比３０までほぼ一定で、マイクロ波
パワーを３０００Ｗにしてエッチングを続けるとアスペ
クト比６０までエッチングが進む。マイクロ波パワー３
０００Ｗでイオン電流密度は、約３０ｍＡ／cm²であ
る。

【００５６】被処理物をＧａＡｓにしても、ほぼ同様の
結果が得られる。

【００５７】イオンの代わりに中性ビームを用い、同様
に中性ビームを制御すると、アスペクト比２０までエッ
チング速度の低下は見られない。

【００５８】（実施例２）実施例１の装置を用いてＣＦ
₄ガスによる直径０.３μｍのＳｉＯ₂膜深孔加工を行
う。処理ガスとしてＣＦ₄ガスを４０sccm流し、全圧が
０.５ｍTorrになるようにする。イオン運動エネルギが
５００ｅＶになるようにＲＦバイアスを13.56ＭＨｚ、
１０Ｗ／cm²にする。この時のエッチング率は０.９で
ある。またイオン電流密度が１０ｍＡ／cm²になるよう
にマイクロ波パワーを７００Ｗにする。この時の平面の
エッチング速度は３００ｎｍ／min である。反応生成物
としてＣＯの濃度を実時間測定しながらエッチングを進
め、ＣＯの分圧が約５％低下する毎にマイクロ波パワー
を５０Ｗずつあげる。マイクロ波パワーを上げるとＣＯ
の分圧の低下は２％に抑えられる。本実施例では、アス
ペクト比７までエッチング速度の低下は見られず、アス
ペクト比１５の深孔がＳｉＯ₂膜上に加工できる。ほぼ
同じ条件で酸化チタン，酸化タンタルのエッチングを行
うと、ほぼアスペクト比１０までのエッチングが可能で
ある。

【００５９】（実施例３）実施例１の装置で、プラズマ
による腐食を防ぐため、ガス分析装置をコンダクタンス
バルブと排気ポンプの間に取付け、マスクとしてＳｉＯ
₂を用い、幅０.２μｍの溝をタングステンシリサイドに
加工する。処理ガスとして塩素ガスを400sccm流し、全
圧が５ｍTorr、ウエハ温度が−５０℃になるようにす
る。イオン運動エネルギが１００ｅＶになるようにＲＦ
バイアスを１３.５６ＭＨｚ，１Ｗ／cm²にする。この
時のエッチング率は約０.７である。またイオン電流密
度が２０ｍＡ／cm²になるようにマイクロ波パワーを２
０００Ｗにする。

【００６０】反応生成物としてＳｉＣｌ₂の濃度を実時
間測定しながらエッチングを進め、ＳｉＣｌ₂の分圧が
約５％低下する毎にマイクロ波パワーを５０Ｗずつあげ
る。マイクロ波パワーを上げるとＳｉＣｌ₂の分圧の低
下は２％に抑さえられる。本実施例では、アスペクト比
５までエッチング速度の低下は見られず、アスペクト比
１０の溝がタングステンシリサイド上に加工できる。マ
イクロ波パワーの増加とともにウエハ温度を約１０℃ず
つ下げると、加工形状が改善され、溝は太くならない。

【００６１】（実施例４）本発明によるドライエッチン
グ装置の第二の実施例を図３に示す。本実施例の装置
は、実施例１の装置に処理ガスのガス流量が制御できる
ように制御用コンピュータ１６とガス流量コントローラ
１０が出力パワー制御ケーブル１８によって接続されて
いる。

【００６２】本装置を用いてＣＦ₄／ＣＨＦ₃混合ガスに
よる直径０.３μｍの深孔加工に適用する。被処理物と
してして図４に示すＳｉ基板１０５上にＳｉＯ₂膜１０
２および窒化ケイ素膜１０１が形成されているものを用
いる。本実施例で、窒化ケイ素膜１０１に深孔１０９を
形成する。処理ガスとしてＣＨＦ₃／ＣＦ₄の１：１混合
ガスを４０sccm流し、全圧が０.５ｍTorrなるようにす
る。イオン運動エネルギが２５０ｅＶになるようにＲＦ
バイアスを１３.５６ＭＨｚ，７Ｗ／cm²にする。この時
のエッチング率は０.９である。またイオン電流密度が
１０ｍＡ／cm²になるようにマイクロ波パワーを７００
Ｗにする。この条件で平面のエッチングを行うと窒化ケ
イ素とＳｉＯ₂のエッチング速度の比は、１０：１であ
る。

【００６３】本実施例の被処理物をエッチングすると、
アスペクト比４のところまで窒化ケイ素をエッチングす
るとＳｉＯ₂が部分的に現われる。この時のエッチング
速度は４００ｎｍ／min である。そのままエッチングを
続けるとＳｉＯ₂の一部と窒化ケイ素膜がさらにエッチ
ングされる。この深孔内での窒化ケイ素のＳｉＯ₂に対
するエッチング速度の比は、６程度になる。アスペクト
比４でマイクロ波パワーを上げ、イオン電流密度を２０
ｍＡ／cm²にすると、窒化ケイ素のエッチング速度は大
きくなり、エッチング速度比は８：１になる。

【００６４】さらに、コンピュータ制御によってエッチ
ングの経過と共に処理ガスのガス流量をＣＦ₄について
は１分毎に１.５sccmずつ減らし、ＣＨＦ₃の組成を１分
毎に１.５sccm ずつ増やすと深孔内での窒化ケイ素とＳ
ｉＯ₂のエッチング速度比は平面と同じ１０：１まで改
善される。

【００６５】（実施例５）本発明によるドライエッチン
グ装置の第三の実施例を図５に示す。この装置では真空
処理室１にエッチングガスを導入し、マイクロ波発生器
２で２.４５ＧＨzの高周波を発生させ、この高周波を導
波管３を通しマイクロ波導入窓４を介して真空処理室１
に輸送してガスプラズマを発生させる。高効率放電のた
めに磁場発生用の２種類のソレノイドコイル４を真空処
理室周辺に配置し、８７５ガウスの磁場による電子サイ
クロトロン共鳴を用いて高密度プラズマを発生させた。
真空処理室１には試料台５があり、この上にウエハ６を
設置して、ガスプラズマによりエッチング処理する。

【００６６】エッチングガスは、ガス導入口７から真空
処理室１に導入され、排気ポンプ８により真空処理室１
の外に排気される。この際コンダクタンスバルブ９によ
り、排気速度を変えることができる。

【００６７】ウエハを設置する試料台５にはＲＦ電源１
３を備え、４００Ｈｚから１３．５６ＭＨｚまでのＲＦ
バイアスを印加できるようにした。試料台５は冷却機構
および加熱機構を有し、ウエハ温度を制御したエッチン
グを実施することができる。

【００６８】処理ガスはガス管１１を通し、ガス流量コ
ントローラ１０を経て、バッファ室１２を通してメッシ
ュ状の孔のガス導入口７から真空処理室１に導入する。
バッファ室１２を設けたことと、メッシュ状の孔により
ガス開口面積を広くしたことにより、ガス導入時のガス
流速を音速の１／３以下にし、かつ均一な流れができ
る。

【００６９】本装置に処理ガスとして塩素ガスを４０ｓ
ｃｃｍ流し、全圧が０.５ｍTorr 、ウエハの温度が−１
００℃になるようにして、幅０.３μｍトレンチ構造が
形成されるようにＳｉＯ₂マスクを施したＳｉウエハの
トレンチ構造エッチングを行う。イオン運動エネルギが
１００ｅＶ以下になるようにＲＦバイアスを１３.５６M
Hz，１Ｗ／cm²とする。この時のエッチング率は０.９
である。またイオン電流密度が８ｍＡ／cm²になるよう
にマイクロ波パワーを約５００Ｗにする。理論的には、
この条件で中性粒子入射量のアスペクト比依存性はなく
なる。プラズマ電子密度の測定では真空処理室内のイオ
ンの割合は３％である。この条件で幅０.３μｍの溝パ
ターンのエッチングを行うとアスペクト比７のトレンチ
パターンまでは、約３５０ｎｍ／min の速度でエッチン
グが進む。同じエッチング条件でアスペクト比７以上の
溝を形成するとエッチング速度は低下する。アスペクト
比１０でエッチング速度は１０％低下し、アスペクト比
１５では３０％の低下である。

【００７０】エッチング速度の低下を抑えるため、アス
ペクト比７までエッチングが進んだ後、１分毎にマイク
ロ波パワーを１００Ｗずつ上げる。その結果、アスペク
ト比２０までエッチング速度は低下しない。その後、マ
イクロ波パワーを３０００Ｗまで上げ、エッチングを進
めると、アスペクト比５０までエッチングは進行する。
この際、ウエハの表面温度は約１８０℃まで上昇する。

【００７１】（実施例６）本発明による他の実施例を示
す。実施例５の装置を用いて、処理ガスとして塩素ガス
を２４０sccm流し、全圧が３ｍTorr、ウエハ温度が−１
２０℃になるようにして、直径０.３μｍの深孔が形成
されるようにＳｉＯ₂マスクを施したＳｉウエハのトレ
ンチ構造エッチングを行う。イオン運動エネルギが１０
０ｅＶ以下になるようにＲＦバイアスを８００ＫＨｚ，
１Ｗ／cm²とするこの時のエッチング率は０.９５であ
る。またイオン電流密度が３５ｍＡ／cm²になるように
マイクロ波パワーを約２５００Ｗにする。プラズマ電子
密度の測定では真空処理室内のイオンの割合は３％であ
る。深孔パターンのエッチングを行うとアスペクト比１
５のトレンチパターンまでは、約９００ｎｍ／min の速
度でエッチングが進む。同じエッチング条件でアスペク
ト比１５以上の溝を形成するとエッチング速度は低下す
る。アスペクト比２０でエッチング速度は１０％低下す
る。このエッチング条件では、アスペクト比４５までエ
ッチングできる。ヘリコン共振型ＲＩＥを用いてもほぼ
同様な結果が得られる。

【００７２】（実施例７）本発明による他の実施例を示
す。実施例５の装置を用いて幅０.０７μｍから０.１
μｍの不純物がドーピングされたPoly−Ｓｉのトレン
チ加工を行う。処理ガスとしてＳＦ₆ガスを１４０sccm
流し、全圧が３ｍTorr、ウエハ温度が−150℃になるよ
うにする。イオン運動エネルギが１００ｅＶ以下になる
ようにＲＦバイアスを１３.５６ＭＨｚ，２Ｗ／cm²にす
る。この時のエッチング率はほぼ1.5である。またイオ
ン電流密度が２０ｍＡ／cm²になるようにマイクロ波パ
ワーを約１５００Ｗにする。

【００７３】被処理物としてして図６に示すＳｉ基板１
０５上にゲート電極１０３，ＳiＯ₂膜１０２およびドー
プドPoly−Ｓｉ膜１１０が形成されているものを用い
る。さらに被処理物に、ＳｉＯ₂マスクを設け、幅０.
０７μｍ，０.０８μｍ，０.１μｍのトレンチが形成さ
れるようにマスクに溝１１２，１１３，１１４を設け
る。

【００７４】エッチング速度のアスペクト比依存性を計
算した結果を図７に示す。計算から、約６ｍＡ／cm²で
エッチング速度のアスペクト比依存性が最大になる。こ
の結果をもとに被処理物のエッチング速度がアスペクト
比の増加と共に減少するように、エッチング開始３分後
にマイクロ波パワーを約７５０Ｗまで下げる。このとき
のイオン電流密度は約８ｍＡ／cm²である。マイクロ波
パワーを減少させることによって、幅０.０７μｍのト
レンチでは、幅０.１μｍのトレンチに比べエッチング
速度が低下する。この結果、エッチング終了時にエッチ
ングされたトレンチの深さは、トレンチの幅に依存す
る。

【００７５】エッチング終了後、容量絶縁膜１１６形成
のためドープドpoly−Ｓｉ表面に酸化タンタル膜をＣＶ
Ｄで形成する。エッチング終了時のpoly−Ｓｉ上に加工
された溝のアスペクト比は約７である。

【００７６】酸化タンタル形成後の被処理物を図８に示
す。この絶縁膜により容量３０ｆＦのコンデンサが形成
される。本発明によりオーバーエッチングすることなし
に、異なったアスペクト比をもつ形状を同時に加工する
ことができる。このことは、同時に、エッチングにおけ
る下地との選択性を考慮する必要がないため、ＲＦバイ
アスを大きくし、エッチング速度を速くすることができ
る。

【００７７】（実施例８）本発明によるドライエッチン
グ装置の第四の実施例を図９に示す。この装置は、実施
例４の装置に、真空処理室内に導入するマイクロ波をパ
ルス制御する制御装置１９とパルス制御可能なマイクロ
波発生装置２および真空処理室の冷却装置２２が付加さ
れている。本装置では、マイクロ波は１μｓから１０ｍ
ｓのパルスとして真空装置内に導入される。

【００７８】本装置を用いて、ＣＦ₄／Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄混合ガ
スを処理ガスとして用い、直径0.2μｍのＳｉＯ₂膜深
孔加工を行う。ＣＦ₄ガスを１５０sccm、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄を１
００sccm流し、全圧が３ｍTorr、ウエハ温度が−７０℃
となるようにする。イオン運動エネルギが約５００ｅＶ
になるようにＲＦバイアスを１３.５６ＭＨｚ，約１０
Ｗ／cm²にする。この時のエッチング率は０.９であ
る。またイオン電流密度が５０μｓ程度の時間に約３０
ｍＡ／cm²になるようにマイクロ波の瞬間最大出力を約
３０００Ｗとする。マイクロ波パルスの間隔を約５０μ
ｓ、パルス幅を約５０μｓとする。

【００７９】この条件でエッチングを行うと、アスペク
ト比１０までエッチング速度の低下はほとんどない。さ
らにエッチングを進めると、アスペクト比２０の深孔が
形成できる。マイクロ波パルスのパワーを５０００Ｗま
であげることにより、パルス幅を５０μｓ、パルス間隔
を１００μｓにすると、アスペクト比３０までエッチン
グできる。パワーを５０００Ｗのまま、パルス幅を５ｍ
ｓ、パルス間隔を１０ｍｓにしてもほぼ同様な結果にな
る。

【００８０】（実施例９）本発明による他の実施例を示
す。実施例８の装置を用い、銅の半導体装置の配線加工
を行う。Ｃｌ₂／ＳｉＣｌ₄混合ガスを処理ガスとして用
い、幅０.２μｍ配線を形成するため、アスペクト比
２、幅０.１μｍの溝をエッチングによって形成する。

【００８１】Ｃｌ₂ガスを２００sccm、ＳｉＣｌ₄ガスを
１００sccm、全圧が２０ｍTorr、ウエハ温度が−３０℃
になるようにする。イオン運動エネルギが約５００ｅＶ
になるようにＲＦバイアスを１３.５６ＭＨｚ，約１０
Ｗ／cm²にする。この時のエッチング率は１.２であ
る。またイオン電流密度が１００μｓ程度の時間に約６
０ｍＡ／cm²になるようにマイクロ波の瞬間最大出力を
約７０００Ｗとする。

【００８２】このエッチングにより、エッチング速度約
１μｍ／分で銅配線が加工される。この条件でタングス
テン，チタンおよび白金を加工することもできる。アル
ミニウムの場合、ウエハ温度を−１００℃、マイクロ波
パワー３０００Ｗでエッチングを行うことにより、加工
が行える。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、エッチング反応を引き
起こす中性粒子の入射量が被処理物の表面パターンに依
存しないように制御できるため、エッチング速度は、あ
らゆる底面で等しくなる。その結果、Ｓｉトレンチエッ
チング，ＳｉＯ₂コンタクトホールエッチング等の高い
方向性が必要なエッチングで、エッチングプロセスとし
て安定かつ信頼性の高いエッチングを行うことができ
る。また、エッチング率を抑え、イオンの運動量を小さ
くできるため、薄膜間の選択性の高いエッチングが可能
となる。

【００８４】本発明の効果は前述のエッチング装置に限
らず、例えば、ＲＩＥやマグネトロン型ＲＩＥ等の他の
装置でも、同様の効果がある。さらに、処理ガスとして
前述のガスに限らずＦ₂，ＨＢｒ，Ｂｒ₂などのハロゲン
を含むガスおよび酸素を含むガスを用いた場合も同様の
効果がある。また本発明ガス組成およびガス流量の制御
は、前述の２種類のガスの流量および組成の制御に限ら
ず、１種類および３種類以上でも同様の効果が得られ
る。また本発明の効果は、真空処理室内で生じるイオン
の代わりに指向性の高い中性ビームを用いても同様の効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドライエッチング装置の一実施例の断
面図。

【図２】本発明の実施例１に用いる反応生成物の分圧の
アスペクト比依存性を示した特性図。

【図３】本発明のドライエッチング装置の第二の一実施
例の断面図。

【図４】本発明の実施例３で用いる被処理物の断面図。

【図５】本発明のドライエッチング装置の第三の一実施
例の断面図。

【図６】本発明の実施例６で用いる被処理物の断面図。

【図７】本発明の実施例６で用いるエッチング速度のア
スペクト比依存性とイオン電流密度の関係を示した特性
図。

【図８】本発明の実施例６で用いる被処理物処理後の断
面図。

【図９】本発明のドライエッチング装置の第四の一実施
例の断面図。

【図１０】本発明の溝の底面に入射する粒子数の割合を
示した特性図。

【図１１】本発明の中性粒子の溝への供給を表した説明
図。

【図１２】本発明の計算シミュレーション結果の説明
図。

【符号の説明】

１…真空処理室、２…マイクロ波発生器、３…導波管、
４…ソレノイドコイル、５…試料台、６…ウエハ、７…
ガス導入口、８…排気ポンプ、９…コンダクタンスバル
ブ、１０…ガス流量コントローラ、１１…ガス配管、１
２…バッファ室、１３…ＲＦ電源、１４…マイクロ波導
入窓、１５…ガス組成分析装置、１６…制御用コンピュ
ータ、１７…コンピュータ用入力ケーブル、１８…出力
パワー制御用ケーブル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者辻本和典東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者鳥居和功東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者田地新一東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空処理室内に少なくとも１種の処理ガス
を導入する手段を有し、前記処理ガスを真空室外に排気
する排気装置を有し、前記真空処理室内に高周波を印加
できる電極を有し、前記真空処理室内に設置した被処理
物を処理するドライエッチング装置において、前記被処
理物が前記処理ガスで処理される時間と伴にイオン電流
密度を増加させることを特徴とするドライエッチング装
置。
【請求項２】請求項１において、前記被処理物が前記処
理ガスで処理された時間に伴ってイオン電流密度を８ｍ
Ａ／cm²から３０ｍＡ／cm²まで増加するドライエッチ
ング装置。
【請求項３】請求項１において、前記被処理物の表面形
状の深さ／幅の増加に伴ってイオン電流密度を増加させ
るドライエッチング装置。
【請求項４】請求項１において、前記被処理物の表面形
状の７以上でイオン電流密度を８mA／cm²から３０ｍＡ
／cm²まで増加させるドライエッチング装置。
【請求項５】真空処理室内に少なくとも１種の処理ガス
を導入する手段を有し、前記処理ガスを真空室外に排気
する排気装置を有し、プラズマを生成するための高周波
を前記真空処理室内に導入する手段を有し、前記真空処
理室内に高周波を印加できる電極を有し、前記真空処理
室内に設置した被処理物を処理するドライエッチング装
置において、前記被処理物が前記処理ガスで処理される
時間と伴に前記プラズマを生成するための前記高周波の
パワーを増加させることを特徴とするドライエッチング
装置。
【請求項６】請求項５において、前記被処理物が前記処
理ガスで処理された時間に伴ってプラズマを生成するた
めの前記高周波のパワーを８００Ｗから３０００Ｗまで
増加させるドライエッチング装置。
【請求項７】真空処理室内に少なくとも１種の処理ガス
を導入する手段を有し、前記処理ガスを真空室外に排気
する排気装置を有し、プラズマを生成するための高周波
を前記真空処理室内に導入する手段を有し、前記真空処
理室内に高周波を印加できる電極を有し、前記真空処理
室内に設置した被処理物を処理するドライエッチング装
置において、前記被処理物の表面形状の深さ／幅の増加
に伴って前記高周波のパワーを増加させることを特徴と
するドライエッチング装置。
【請求項８】請求項７において、前記被処理物の表面形
状の深さ／幅７以上で前記プラズマを生成するための前
記高周波のパワーを増加させるドライエッチング装置。
【請求項９】少なくとも１種の処理ガスを用い、高周波
によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中で前記処
理ガスから生成したイオンを被処理物に入射することに
よって前記被処理物をエッチングするドライエッチング
方法において、前記被処理物が前記処理ガスで処理され
る時間と伴に前記イオンによるイオン電流密度を増加さ
せることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項１０】少なくとも１種の処理ガスを用い、高周
波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中で前記
処理ガスから生成したイオンを被処理物に入射すること
によって前記被処理物をエッチングするドライエッチン
グ方法において、前記被処理物の表面形状の深さ／幅の
増加に伴って前記イオンによるイオン電流密度を増加さ
せることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項１１】請求項１０において、前記被処理物の表
面形状の深さ／幅が７以上でイオン電流密度を８ｍＡ／
cm²から３０ｍＡ／cm²まで増加させるドライエッチン
グ方法。
【請求項１２】少なくとも１種の処理ガスを用い、第１
の高周波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中
で前記処理ガスからイオンを生成し、被処理物に印加す
る第２の高周波によってイオンを加速し前記被処理物に
入射することによって前記被処理物をエッチングするド
ライエッチング方法において、前記被処理物が前記処理
ガスで処理される時間と伴に前記第１の高周波のパワー
を増加させることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項１３】請求項１２において、前記被処理物の表
面形状の深さ／幅の増加に伴って前記第１の高周波のパ
ワーを増加させるドライエッチング方法。
【請求項１４】請求項１２において、前記被処理物の表
面形状の深さ／幅の７以上で前記第１の高周波のパワー
を増加させるドライエッチング方法。
【請求項１５】請求項１２において、前記被処理物が前
記処理ガスで処理される時間と伴に前記第１の高周波の
パワーを８００Ｗから３０００Ｗまで増加させるドライ
エッチング方法。
【請求項１６】真空処理室内に少なくとも１種の処理ガ
スを導入する手段を有し、前記処理ガスを真空室外に排
気する排気装置を有し、ガス組成分析装置を有し、前記
真空処理室内に高周波を印加できる電極を有し、前記真
空処理室内に設置した被処理物を処理するドライエッチ
ング装置において、前記ガス組成分析装置から得られる
測定結果を基に、エッチング条件を実時間制御すること
を特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１７】請求項１６において、前記ガス組成分析
装置から得られるエッチング反応生成物の分圧の測定結
果を基に、エッチング条件を実時間制御するドライエッ
チング装置。
【請求項１８】請求項１７において、前記ガス組成分析
装置から得られるエッチング反応生成物の分圧の低下に
伴ってイオン電流密度を増加させるドライエッチング装
置。
【請求項１９】請求項１６において、プラズマを生成す
るための高周波を前記真空処理室内に導入する手段を有
し、前記ガス組成分析装置から得られる測定結果を基に
前記プラズマを生成するための前記高周波のパワーを変
化させるドライエッチング装置。
【請求項２０】請求項１９において、前記ガス組成分析
装置から得られるエッチング反応生成物の分圧の変化に
伴って前記プラズマを生成するための前記高周波のパワ
ーを変化させるドライエッチング装置。
【請求項２１】請求項１９において、前記ガス組成分析
装置から得られるエッチング反応生成物の分圧の低下に
伴って前記プラズマを生成するための前記高周波のパワ
ーを増加させるドライエッチング装置。
【請求項２２】請求項１６において、前記ガス組成分析
装置から得られる測定結果を基に前記処理ガスのガス流
量もしくは組成をかえるドライエッチング装置。
【請求項２３】請求項２２において、前記ガス組成分析
装置から得られるエッチング反応生成物の分圧の低下に
伴って前記処理ガスのガス流量もしくは組成をかえるド
ライエッチング装置。
【請求項２４】請求項５，７，１９，２０または２１に
おいて、前記プラズマを生成するための前記高周波のパ
ワーを５００Ｗから３０００Ｗまでの間でコンピュータ
で制御するドライエッチング装置。
【請求項２５】少なくとも１種の処理ガスを用い、高周
波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中で前記
処理ガスから生成したイオンを被処理物に入射すること
によって前記被処理物をエッチングするドライエッチン
グ方法において、プラズマ中のガス組成の変化を基に、
エッチング条件を実時間制御することを特徴とするドラ
イエッチング方法。
【請求項２６】請求項２５において、前記被処理物から
発生する反応生成物の分圧の変化に伴って前記イオンに
よるイオン電流密度を変化させるドライエッチング方
法。
【請求項２７】請求項２５において、前記被処理物から
発生する反応生成物の分圧の低下に伴って前記イオンに
よるイオン電流密度を増加させるドライエッチング方
法。
【請求項２８】少なくとも１種の処理ガスを用い、第１
の高周波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中
で前記処理ガスからイオンを生成し、被処理物に印加す
る第２の高周波によってイオンを加速し前記被処理物に
入射することによって前記被処理物をエッチングするド
ライエッチング方法において、プラズマ中のガス組成の
変化に伴って前記第１の高周波のパワーを変化させるこ
とを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２９】請求項２８において、前記被処理物から
発生する反応生成物の分圧の変化に伴って前記第１の高
周波のパワーを変化させるドライエッチング方法。
【請求項３０】請求項２８において、前記被処理物から
発生する反応生成物の分圧の低下に伴って前記第１の高
周波のパワーを増加させるドライエッチング方法。
【請求項３１】請求項２５において、前記プラズマ中の
ガス組成の変化に伴って、前記処理ガスのガス流量もし
くは組成をかえるドライエッチング方法。
【請求項３２】請求項３１において、前記被処理物から
発生する反応生成物の分圧の変化に伴って前記処理ガス
のガス流量もしくは組成をかえるドライエッチング方
法。
【請求項３３】請求項２５において、前記プラズマ中の
ガス組成変化に伴って前記イオンによるイオン電流密度
および前記処理ガスのガス流量もしくは組成を同時に変
化させるドライエッチング方法。
【請求項３４】請求項２５において、前記被処理物から
発生する反応生成物の分圧の変化に伴って前記イオンに
よるイオン電流密度および前記処理ガスのガス流量もし
くは組成を同時に変化させるドライエッチング方法。
【請求項３５】請求項２８において、前記プラズマ中の
ガス組成変化に伴って前記第１の高周波のパワーおよび
前記処理ガスのガス流量もしくは組成を同時に変化させ
るドライエッチング方法。
【請求項３６】請求項２８において、前記被処理物から
発生する反応生成物の分圧の変化に伴って前記第１の高
周波のパワーおよび前記処理ガスのガス流量もしくは組
成を同時に変化させるドライエッチング方法。
【請求項３７】請求項１２，１３，１４，１５，２８，
２９，３０，３５または３６において、第１の高周波の
パワーを５００Ｗから３０００Ｗまでの間でコンピュー
タで制御するドライエッチング方法。
【請求項３８】少なくとも１種の処理ガスを用い、高周
波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中で前記
処理ガスから生成したイオンを被処理物に入射すること
によって前記被処理物をエッチングするドライエッチン
グ方法において、前記被処理物のエッチングされる部分
における前記処理ガスおよび前記処理ガスから前記プラ
ズマ中で生成される中性粒子および前記イオンが被処理
物に入射することによって生じる中性粒子の全入射量
が、前記被処理物の表面形状に依存しないことを特徴と
するドライエッチング方法。
【請求項３９】請求項３８において、前記中性粒子の全
入射量が、前記被処理物の表面形状に依存しないように
前記イオンによるイオン電流密度を制御するドライエッ
チング方法。
【請求項４０】少なくとも１種の処理ガスを用い、第１
の高周波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中
で前記処理ガスからイオンを生成し、被処理物に印加す
る第２の高周波によってイオンを加速し前記被処理物に
入射することによって前記被処理物をエッチングするド
ライエッチング方法において、前記被処理物のエッチン
グされる部分における前記処理ガスおよび前記処理ガス
から前記プラズマ中で生成される中性粒子および前記イ
オンが被処理物に入射することによって生じる中性粒子
の全入射量が、前記被処理物の表面構造に依存しないよ
うに前記第１の高周波のパワーを制御することを特徴と
するドライエッチング方法。
【請求項４１】少なくとも１種の処理ガスを用い、高周
波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中で前記
処理ガスから生成したイオンを被処理物に入射すること
によって前記被処理物をエッチングするドライエッチン
グ方法において、全圧３ｍTorr以上、エッチング率１以
下、かつ前記イオンによるイオン電流密度が３０ｍＡ／
cm²以上でエッチングを行うことを特徴とするドライエ
ッチング方法。
【請求項４２】少なくとも１種の処理ガスを用い、高周
波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中で前記
処理ガスから生成したイオンを被処理物に入射すること
によって前記被処理物をエッチングするドライエッチン
グ方法において、全圧０.５ｍTorr以上３ｍTorr以下，
エッチング率１以下、かつイオン電流密度が８ｍＡ／cm
²以上であることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項４３】少なくとも１種の処理ガスを用い、高周
波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中で前記
処理ガスから生成したイオンを被処理物に入射すること
によって前記被処理物をエッチングするドライエッチン
グ方法において、前記イオンの平均運動エネルギが１０
０ｅＶ以下、かつ前記イオンによるイオン電流密度が８
ｍＡ／cm²以上であることを特徴とするドライエッチン
グ装置。
【請求項４４】少なくとも１種の処理ガスを用い、高周
波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中で前記
処理ガスから生成したイオンを被処理物に入射すること
によって前記被処理物をエッチングするドライエッチン
グ方法において、前記被処理物における被エッチング物
が絶縁物で、前記イオンの平均運動エネルギが５００eV
以下、かつ前記イオンによるイオン電流密度が８ｍＡ／
cm²以上であることを特徴とするドライエッチング方
法。
【請求項４５】真空処理室内に少なくとも１種の処理ガ
スを導入する手段を有し、前記処理ガスを真空室外に排
気する排気装置を有し、プラズマを生成するための高周
波を前記真空処理室内に導入する手段を有し、前記真空
処理室内に高周波を印加できる電極を有する前記真空処
理室内に設置した被処理物を処理するドライエッチング
装置において、プラズマを生成するための前記高周波が
パルスかつ最大瞬間出力が３０００Ｗ以上であることを
特徴とするドライエッチング装置。
【請求項４６】請求項４５において、プラズマを生成す
るための前記高周波が５０μｓ以上の間隔で５０μｓか
ら１０ｍｓの幅のパルスであるドライエッチング装置。
【請求項４７】少なくとも１種の処理ガスを用い、第１
の高周波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中
で前記処理ガスからイオンを生成し、被処理物に印加す
る第２の高周波によってイオンを加速し前記被処理物に
入射することによって前記被処理物をエッチングするド
ライエッチング方法において、前記第１の高周波がパル
スかつ最大瞬間出力が３０００Ｗ以上であることを特徴
とするドライエッチング方法。
【請求項４８】請求項４７において、プラズマを生成す
るための前記高周波が５０μｓ以上の間隔で５０μｓか
ら１０ｍｓの幅のパルスであるドライエッチング方法。
【請求項４９】真空処理室内に少なくとも１種の処理ガ
スを導入する手段を有し、前記処理ガスを真空室外に排
気する排気装置を有し、前記真空処理室内で発生するイ
オンの速度を加速させる電極を有し、前記真空処理室内
に設置した被処理物を処理するドライエッチング装置に
おいて、前記被処理物のエッチングされる部分における
前記処理ガスから生じる中性粒子の割合を前記イオンに
よる電流密度を制御することによって前記被処理物表面
上の異なった形状に対するエッチングがほぼ同時に終了
することを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項５０】請求項４９において、プラズマを生成す
るための高周波を前記真空処理室内に導入する手段を有
し、前記被処理物のエッチングされる部分における前記
処理ガスから生じる中性粒子の割合を前記プラズマを生
成するための前記高周波のパワーを制御することによっ
て前記被処理物表面上の異なった形状に対するエッチン
グがほぼ同時に終了するドライエッチング装置。
【請求項５１】少なくとも１種の処理ガスを用い、被処
理物に印加する高周波によってイオンを加速し前記被処
理物に入射することによって前記被処理物をエッチング
するドライエッチング方法において、前記被処理物のエ
ッチングされる部分における前記処理ガスから生じる中
性粒子の割合を前記イオンによる電流密度を制御するこ
とによって前記被処理物表面上の異なった形状に対する
エッチングがほぼ同時に終了することを特徴とするドラ
イエッチング方法。
【請求項５２】少なくとも１種の処理ガスを用い、第１
の高周波によってプラズマを発生させ、前記プラズマ中
で前記処理ガスからイオンを生成し、被処理物に印加す
る第２の高周波によってイオンを加速し前記被処理物に
入射することによって前記被処理物をエッチングするド
ライエッチング方法において、前記被処理物のエッチン
グされる部分における前記処理ガスから生じる中性粒子
の割合を前記第１の高周波のパワーを制御することによ
って前記被処理物表面上の異なった形状に対するエッチ
ングがほぼ同時に終了することを特徴とするドライエッ
チング方法。
【請求項５３】容量絶縁膜と前記容量絶縁膜に接続され
た二つの電極を有する半導体装置において、前記電極の
うち少なくとも一つの電極も構造に複数種類の異なった
深さの溝もしくは穴を有することを特徴とする半導体装
置。
【請求項５４】請求項５３において、前記電極のうち少
なくとも一つ電極の構造に形成された溝がアスペクト比
７以上である半導体装置。
【請求項５５】一つのスイッチ用トランジスタと一つの
電荷蓄積容量を有するメモリセルを含み、前記電荷蓄積
容量が前記スイッチ用トランジスタの上部に形成された
半導体記憶装置において、前記電荷蓄積容量と前記スイ
ッチ用トランジスタを電気的に接続する電極の構造に複
数種類の異なった深さの溝もしくは穴を有することを特
徴とする半導体記憶装置。
【請求項５６】請求項５５において、前記電荷蓄積容量
と前記スイッチ用トランジスタの間に形成された電極
に、アスペクト比７以上の異なった深さの溝もしくは穴
を有する半導体装置。
【請求項５７】請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２
３，２４，４５，４６，４９または５０において、前記
プラズマを制御するための複数種類以上の磁界を発生さ
せる手段を有するドライエッチング装置。
【請求項５８】請求項９，１０，１１，１２，１３，１
４，１５，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３
１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３
９，４０，４１，４２，４３，４４，４７，４８，５１
または５２において、複数種類の磁界によって前記高周
波によって発生するプラズマを安定に高密度化するドラ
イエッチング方法。
【請求項５９】請求項５８において、Ｓｉの塩素ガスエ
ッチングの被処理物を１００℃以下に冷却するドライエ
ッチング方法。
【請求項６０】請求項９，１０，１１，１２，１３，１
４，１５，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３
１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３
９，４０，４１，４２，４３，４４，４７，４８，５
１，５２，５８または５９において、エッチングしない
部分を保護するマスク材料が、前記プラズマによって熱
分解しないように、前記マスク材料を無機物とするドラ
イエッチング方法。
【請求項６１】請求項９，１０，１１，１２，１３，１
４，１５，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３
１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３
９，４０，４１，４２，４３，４４，４７，４８，５
１，５２，５８または５９において、エッチングしない
部分を保護するマスク材料が、前記プラズマによって熱
分解しないように、前記マスク材料に２００℃以下で熱
分解しない、もしくは２００℃以下で融解しない材料を
用いるドライエッチング方法。
【請求項６２】請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，
１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２
５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３
３，３４，３５，３６，３７，３８，３９，４０，４
１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，４
９，５０，５１，５２，５７，５８，５９，６０または
６１のいずれか一つの装置もしくは方法を用い、請求項
５３，５４，５５または５６の半導体装置を製造する方
法。