JPH0892768A - プラズマエッチング方法 - Google Patents

プラズマエッチング方法

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JPH0892768A
JPH0892768A JP22921694A JP22921694A JPH0892768A JP H0892768 A JPH0892768 A JP H0892768A JP 22921694 A JP22921694 A JP 22921694A JP 22921694 A JP22921694 A JP 22921694A JP H0892768 A JPH0892768 A JP H0892768A
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JP
Japan
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gas
etching
plasma
ratio
sio
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Application number
JP22921694A
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English (en)
Inventor
Kazuatsu Tago
一農 田子
Hideyuki Kazumi
秀之 数見
Ryoji Hamazaki
良二 濱崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ＳｉＯ2 エッチレートを低下させることなく、
広い制御幅で選択比を向上することができるエッチング
方法を提供することにある。 【構成】エッチングガス２１にはＣnＦm（ｎ＝１〜６，
ｍ＝４〜１４）で表されるガスとＮｅとが含まれる。プ
ラズマ生成室３ａにはマイクロ波が導入されるとともに
磁場が加えられ、エッチングガス２１は電子サイクロト
ロン共鳴によりプラズマ化されて解離しプラズマ４と中
性解離種とが生成する。中性解離種はフルオロカーボン
膜としてＳｉＯ2 酸化膜上に付着し、イオン性解離種が
衝突することによってＳｉＯ2 膜表面が所定形状にエッ
チングされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用して被
処理物をエッチング処理するプラズマエッチング方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装置は、表面に
ＳｉＯ2 酸化膜を形成したＳｉ基板とその基板の上に設
けられた半導体要素（ダイオード等）からなる半導体チ
ップをリードフレームの上面に搭載し、半導体チップの
端子とリードフレームのリードとの間を金属細線で接続
して構成されている。
【０００３】この基板の形成にあたってはＳｉＯ2 酸化
膜をエッチングにより所定の形状に形成するが、このエ
ッチングプロセスにおいては、微細パターン形成を目的
としプラズマエッチングが行われている。
【０００４】このプラズマエッチングにおいては、例え
ば処理室内にエッチングガスとしてＣnＦm（ｎ＝１〜
６，ｍ＝４〜１４）で表されるガス（以下、適宜ＣnＦm
系ガスと略す）を導入し、電極に高電圧を印加して放電
させプラズマを生成すると共に、プラズマ中の電子との
衝突によってこのＣnＦm系ガス分子を解離させる。この
とき原則として中性解離とイオン性解離とが生じ、中性
解離種である付着性のラジカル・分子がフルオロ膜とし
てＳｉＯ2 酸化膜上に付着するとともに、イオン性解離
によって生じたイオンがこのフルオロ膜に衝突すること
により付着した中性解離種とＳｉＯ2 とが気化し、Ｓｉ
Ｏ2 酸化膜を所定の形状に刻むことができる。
【０００５】かかるプラズマエッチング装置には電磁波
の導入方法とプラズマの生成方法の違いにより方式の違
う装置が存在し、処理室内圧力の大きさが異なる。ＥＣ
Ｒマイクロ波，ＩＣＰ，ヘリコン，マグネトロン，ＲＦ
の各プラズマ装置では、それぞれの処理室内圧力のおよ
その範囲は、１〜１０ｍTorr，２〜１０ｍTorr，１０〜
１００ｍTorr，１０〜１００ｍTorr，１００〜１０００
ｍTorrである。ＲＦのような高圧力の装置では、主ガス
としてＡｒを使用する。Ａｒの励起，電離には高エネル
ギーの電子が消費されるため、導入ガス分子の解離には
低エネルギーの電子が使われる。導入ガス分子として
は、ＣＦ4 ，ＣＨＦ3 が用いられる。また、マグネトロ
ンにおいても、Ａｒを混合する場合がある。
【０００６】ここ近年、高集積化の進展により、６４Ｍ
ＤＲＡＭ以降の半導体装置におけるＳｉＯ2 酸化膜のエ
ッチングでは、アスペクト比（深さ／底辺長さ）の高い
溝又は穴を掘る技術が求められている。アスペクト比を
高くするには、エッチレート・アスペクト比の場所によ
る差異や保護膜の薄膜化をカバーするために、選択比で
ある（ＳｉＯ2 のエッチレート)／(ＳｉＯ2 以外のエッ
チレート）の向上が不可欠になる。
【０００７】半導体チップのＳｉ基板上のＳｉＯ2 酸化
膜のエッチングは、ＳｉＯ2 酸化膜の上にレジストによ
るパターンを形成し、これをマスクとしてＳｉＯ2 酸化
膜のみを所定形状にエッチングする。したがって、選択
比の向上のためには、ＳiＯ2エッチレートと、Ｓｉエッ
チレート・レジストエッチレートとの比を大きくしなけ
ればならない。
【０００８】また近年、エッチングにより極細の穴を得
ようとする場所の両側におけるＳｉとＳｉＯ2 酸化膜と
の中間に予めpolyＳｉの電極を埋め込み、この後でエッ
チングを行う手法が行われており、この場合、そのpoly
Ｓｉ電極の外側をＳｉ3Ｎ4で覆う構造となるので、選択
比の向上を考える場合にはＳｉ3Ｎ4エッチレートも考慮
に入れる必要がある。
【０００９】以上から、向上すべき選択比は、（ＳｉＯ
2 エッチレート）／（(Ｓｉエッチレート)or(レジスト
エッチレート)or(Ｓｉ3Ｎ4エッチレート)）となる。
【００１０】一方、プラズマエッチングは、イオンの衝
突エネルギーを利用して行われるので、イオンエネルギ
ーの供給よりもガス付着速度が大きいか、付着膜のスパ
ッタ抵抗が大きくてエッチングに利用できるエネルギー
が不足するか、１分子当たりのエッチングに要するエネ
ルギーが大きくエッチングに供給されるエネルギーが不
足する場合には、エッチングは進行せず、付着膜の堆積
とそのスパッタリングとイオンエネルギーの熱化のみが
生じることになる。
【００１１】例えば、ＳｉＯ2 エッチングの場合では、
付着膜のスパッタ抵抗や１分子当たりのエッチングに要
するエネルギーは付着膜組成によって決まり、組成のＣ
の割合が多い（高Ｃ／Ｆ比）ほどスパッタ抵抗が大き
く、ＳｉやＳｉ3Ｎ4の１分子当たりのエッチングに要す
るエネルギーが増加する。このとき、ＳｉＯ2 に対して
は適度な付着速度で、付着膜組成が適切でスパッタ抵抗
・１分子エッチングエネルギーが十分であり、Ｓｉ・レ
ジスト・Ｓｉ3Ｎ4に対しては付着速度が大きいか、スパ
ッタ抵抗や１分子エッチングエネルギーが大きくなれ
ば、ＳｉＯ2 エッチレートが大きく、Ｓｉエッチレー
ト，レジストエッチレート若しくはＳｉ3Ｎ4エッチレー
トが小さくなる。
【００１２】また、エッチングにより１分子気化するの
に要するエネルギーに差がある場合、エッチング気化エ
ネルギーの大きい物質の上では気化により消費される付
着膜の量が減少するので、エッチング気化エネルギーの
小さい物質の上より厚い付着膜が生じる。付着膜厚の増
加はスパッタリングと熱化に使用するエネルギーを増加
させることになり、エッチング気化エネルギーの大きい
物質のエッチングに利用できるイオンエネルギーはさら
に減少するので、エッチング気化させるのに必要なエネ
ルギーの差が大きな選択比の差を生むことになる。
【００１３】フッ化炭素系ガスでエッチングする場合、
化学量論的にＳｉＯ2 ・Ｓｉ・Ｓｉ3Ｎ4のエッチングに
必要なフロロカーボン付着膜の組成を見積もると、次式
のようになる。
【００１４】 ＳｉＯ2 ＋２Ｃ＋４Ｆ → ＳｉＦ4＋２ＣＯ …（化１） Ｓｉ＋４Ｆ → ＳｉＦ4 …（化２） Ｓｉ3Ｎ4＋４Ｃ＋１２Ｆ → ３ＳｉＦ4＋４ＣＮ …（化３） 化１と化２からＳｉＯ2 とＳｉに適する組成には大きな
開きがあり、Ｃの存在によりＳｉのエッチングに要する
エネルギーがＳｉＯ2 より大きくなり、選択比を得やす
いことが判る。一方、ＳｉＯ2 とＳｉ3Ｎ4では、組成比
が、それぞれ、１／２と１／３になり、差が小さいため
に選択比を得ることが容易でないことが判る。Ｓｉ3Ｎ4
に対する選択比を得るには、Ｓｉ3Ｎ4エッチングに使用
されるエネルギーができるだけ小さくなるように流入イ
オンエネルギーに対するガス付着速度と付着膜組成を設
定しなければならい。
【００１５】以上から、ＳｉＯ2 エッチングの場合に特
に向上すべき選択比は、（ＳｉＯ2エッチレート）／(Ｓ
ｉ3Ｎ4エッチレート)となる。
【００１６】このような選択比の向上に関する公知技術
として、例えば、導入ガスへのＣＯの添加（TECHNICAL
PROCEEDINGS SEMICON／JAPAN 1993, pp.405−411）があ
る。この公知技術は、エッチングガスにＣＯを添加する
ことにより、付着膜の高Ｃ／Ｆ比化を生じさせて、付着
膜のスパッタリング抵抗を大きくし、１分子エッチング
エネルギーの大きいＳｉに供給するエネルギーを削減し
て、Ｓｉ基板上のＳｉＯ2 酸化膜を選択的にエッチング
し、Ｓｉに対する選択比を向上させるものである。ま
た、ＣＯ添加により１分子エッチングエネルギーの差が
拡大されて選択比が向上する。
【００１７】別の選択比の向上に関する公知技術とし
て、例えば、加熱シリコン板によるＦラジカルの除去
（TECHNICAL PROCEEDINGS SEMICON／JAPAN 1993, pp.42
1−427）がある。
【００１８】この公知技術は、エッチングガスの解離種
からＦラジカルを部分的に除去することにより、付着膜
組成を高Ｃ／Ｆ比化し、ＳｉＯ2 酸化膜と他のシリコン
や窒化シリコンとの１分子当たりのエッチングエネルギ
ーの差を拡大してプラズマエッチングすることにより、
Ｓｉ基板上のＳｉＯ2 酸化膜を選択的にエッチングし、
選択比を向上させるものである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術においては以下の問題点が存在する。
【００２０】一般に、ＳｉＯ2 酸化膜のエッチング装置
においては、付着膜組成を高Ｃ／Ｆ比化しようとする
と、処理室内の気相組成に高Ｃ／Ｆ比解離種を増加させ
ることになり、高Ｃ／Ｆ比解離種の付着率が高いため、
付着速度も増加する傾向がある。一方、プラズマ密度は
あまり変化せず、Ｓｉ3Ｎ4とＳｉＯ2 のエッチングに適
する付着膜組成が近いため、ＳｉＯ2 のエッチングに利
用できるエネルギーの減少も急激に起こりやすく、Ｓｉ
3Ｎ4に対する選択比の得られる制御幅が狭い。そのた
め、穴内部の肩部のような選択比の得にくい部分では、
良い制御条件を得るのが難しい。
【００２１】本発明の目的は、広い制御幅で選択比を向
上することができるプラズマエッチング方法を提供する
ことにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の手段では、処理室内に導入されたガスに変動
する電磁界を加えてプラズマを発生させ、処理室内に設
置された試料をエッチングするプラズマエッチング方法
において、前記ガスとして、フッ化炭素系ガス（Ｃ
nＦm：ｎ＝１〜６，ｍ＝４〜１４）のうち少なくとも一
つと、Ｎｅとの混合ガスを用いる。
【００２３】また、第２の手段では、処理室内に導入さ
れたガスに変動する電磁界を加えてプラズマを発生さ
せ、処理室内に設置された試料をエッチングするプラズ
マエッチング方法において、前記ガスとして、フッ化炭
素系ガス（ＣnＦm：ｎ＝１〜６，ｍ＝４〜１４）のうち
少なくとも一つと、Ｎｅと、ＣＯとの混合ガスを用い
る。
【００２４】さらに、第３の手段では、処理室内に導入
されたガスに変動する電磁界を加えてプラズマを発生さ
せ、処理室内に設置された試料をエッチングするプラズ
マエッチング方法において、前記ガスとして、フッ化炭
素系ガス（ＣnＦm：ｎ＝１〜６，ｍ＝４〜１４）のうち
少なくとも一つと、Ｈｅと、ＣＯとの混合ガスを用い
る。
【００２５】
【作用】上記第１の手段においては、フッ化炭素系ガス
の付着膜の高Ｃ／Ｆ比化と付着速度の増加に対して、Ｎ
ｅを添加することによりフッ化炭素系ガスの分圧を低減
して付着速度を抑えるとともに、Ｎｅからイオンを発生
させることにより、イオンエネルギー流入と解離種付着
の制御幅を拡大する。Ｎｅはイオン化のしきいエネルギ
ーが１６.６ｅＶ であり、フッ化炭素系ガスのイオン化
のしきいエネルギー（１４〜１６ｅＶ）に近いため、プ
ラズマとして混合しやすい。これによりＳｉＯ2 のエッ
チング可能な範囲を高Ｃ／Ｆ比側に拡大してＳｉ3Ｎ4か
ら１分子エッチングするに必要なエネルギーをより増加
させ、付着膜厚の増加とスパッタ抵抗増加によりＳｉ3
Ｎ4エッチングに利用されるエネルギーを小さくするこ
とにより、Ｓｉ3Ｎ4エッチレートを小さくできるエッチ
ングを実現することができる。
【００２６】また第２の手段では、ＣＯの添加はより高
Ｃ／Ｆ比の付着膜を得やすくし、さらにＮｅの添加によ
り膜付着速度とイオンエネルギー流入の制御幅を拡大す
ることにより、より高Ｃ／Ｆ比側でのエッチングを可能
として、Ｓｉ3Ｎ4選択比の高いエッチングを実現するこ
とができる。
【００２７】さらに第３の手段では、Ｈｅはイオン化の
しきいエネルギーが１９.８ｅＶ であり、Ｎｅの１６.
６ｅＶ より大きいために、多量添加でプラズマ密度を
得ることにより、膜付着速度とイオンエネルギー流入の
制御幅拡大を実現することができる。
【００２８】
【実施例】本発明の第１の実施例を図１及び図２により
説明する。本実施例によるエッチング方法を実施するエ
ッチング装置を図２に示す。図２において、エッチング
装置１００は処理室３を有し、処理室３内部には上部に
ＳｉＯ2 酸化膜(図示せず)が形成されたＳｉ基板９が配
置され、ガス導入系５を介しエッチングガス２１が処理
室３に導かれてプラズマ４が生成される。
【００２９】エッチングガス２１には、一つ以上のガス
貯蔵容器からの管（図示しない）から合流させたＣnＦm
（ｎ＝１〜６，ｍ＝４〜１４）で表されるフッ化炭素系
ガスと、Ｎｅガスとが含まれている。処理室３には、マ
イクロ波導波管１を通して２.４５ＧＨzのマイクロ波が
導入され、処理室３の外側に設置した磁石２により１kG
auss程度の磁場が加えられる。これにより、処理室３に
導かれたエッチングガス２１には変動する電磁界が加え
られることとなり、エッチングガス２１は磁束密度が８
７５Gauss に等しいＥＣＲ位置６において電子サイクロ
トロン共鳴によりプラズマ化されて解離し、希ガスイオ
ン，イオン性解離種及び電子からなるプラズマ４と中性
解離種とが生成する。
【００３０】この生成された中性解離種・希ガスイオン
・イオン性解離種は処理室３内をＳｉ基板９方向に輸送
される。そして中性解離種がフルオロ膜としてＳｉ基板
９のＳｉＯ2 酸化膜上に付着するとともに、その付着し
た中性解離種に希ガスイオンまたはイオン性解離種が衝
突することによってＳｉＯ2 膜表面が所定の形状にエッ
チングされる。このとき、Ｓｉ基板９を支持するウェハ
支持台１０は高周波電源１１に接続されており、Ｓｉ基
板９には高周波が印加されて自己バイアスが生成され、
これによって希ガスイオン及びイオン性解離種のイオン
エネルギーを制御することができる。自己バイアスによ
るイオンエネルギー制御は、エッチレートのウェハ面内
均一性やダメージ低減のためにも使用する。
【００３１】以上のように、本実施例は、エッチングガ
ス２１をプラズマ化して行うプラズマエッチング方法に
係わるものであるが、その要部は、エッチングガス２１
の構成成分にある。すなわち、本実施例は、エッチング
ガス２１の成分を適宜選定することによりエッチングに
おける選択比の向上を達成するものである。
【００３２】以下、このエッチングガス２１の成分の選
定について図１を用いて説明する。前述したように、Ｓ
ｉ基板９上のＳｉＯ2 酸化膜のエッチングは、ＳｉＯ2
酸化膜のみを所定形状にエッチングする。したがって、
選択比の向上のためには、ＳｉＯ2 エッチレートと、Ｓ
ｉエッチレートとの比を大きくしなければならない。ま
た、エッチングにより極細の溝を得ようとする場所の両
側におけるＳｉとＳｉＯ2 酸化膜との中間に予めpolyＳ
ｉの電極を埋め込み、この後でエッチングを行うことに
より高いアスペクト比を得る手法を用いる場合、polyＳ
ｉ電極の外側をＳｉ3Ｎ4で覆う構造となるので、選択比
の向上のためにはＳｉ3Ｎ4エッチレートも考慮に入れる
必要がある。
【００３３】また、前述したように、Ｓｉと違って、Ｓ
ｉ3Ｎ4が気化する際に消費するＳｉ基板９上のフロロカ
ーボン膜組成はＳｉＯ2 の消費する組成に近く、Ｓｉ3
Ｎ4に対する選択比が得られにくい。フロロカーボン膜
組成を高Ｃ／Ｆ比化しようとすると、付着速度が増加し
てイオン密度は比較的変化しないため、Ｓｉ3Ｎ4に対す
る大きな選択比が得られる制御幅が狭い。このため、広
い制御幅でのＳｉ3Ｎ4に対する選択比の向上を第一に考
えなければならない。
【００３４】よって、広い制御幅での向上すべき選択比
は（ＳｉＯ2 エッチレート）／(Ｓｉ3Ｎ4 エッチレー
ト）となる。選択比を大きくするにはＳｉ基板９上のフ
ロロカーボン付着膜組成を高Ｃ／Ｆ比化し、制御幅を拡
大するにはＳｉＯ2 をエッチングできるようにＳｉ基板
９へのイオンエネルギー入射の制御幅を増加させれば良
い。
【００３５】Ｓｉ基板９上に高Ｃ／Ｆ比付着膜を得るた
めには、処理室３内のＣを含む解離種が高Ｃ／Ｆ比化さ
れれば良く、Ｃを含む解離種を高Ｃ／Ｆ比化する方法と
しては、処理室３内１粒子当たりのプラズマ生成用変動
電磁界のパワーを増加しての解離の促進がある。Ｓｉ基
板９へのイオンエネルギー入射の制御幅を拡大する方法
には、イオンと電子のみ発生する不活性ガスＮｅの添加
がある。
【００３６】以下、高Ｃ／Ｆ比付着膜を得るための処理
室内１粒子当たりのプラズマ解離パワーの増加、及び、
イオンエネルギー入射制御幅の拡大のためのイオンと電
子のみを発生する不活性ガスＮｅの添加について、順次
説明する。
【００３７】まず、処理室３内１粒子当たりのプラズマ
解離パワーの増加方法について説明する。増加方法とし
て次の手段を採ることができる。一つは、プラズマ生成
のための変動電磁場のパワーを増加すること、一つは、
単位時間当たりのガス２１の流入量を下げて処理室３内
の滞在時間を増加させて１粒子当たりの変動電磁場のパ
ワーを増加することである。
【００３８】変動電磁場のパワーを増加すると、ガス２
１に含まれるフッ化炭素系ガスの中性解離のしきいエネ
ルギーがイオン性解離のしきいエネルギーより小さいた
めに、中性解離が主に進行してＣを含む解離種の高Ｃ／
Ｆ比化が進行し、Ｓｉ基板９への付着膜が高Ｃ／Ｆ比化
する。また、ガス２１の流量を下げると、滞在時間の増
加により導入ガス２１の電子と衝突する回数が増加する
ので、Ｃを含む解離種の高Ｃ／Ｆ比化が進行し、Ｓｉ基
板９への付着膜が高Ｃ／Ｆ比化する。この場合、プラズ
マについては処理室３の壁での消滅が密度を決めるの
で、プラズマ密度は変化させにくい。
【００３９】また、ＥＣＲ装置１００のような波の発生
と減衰を利用した比較的低圧力で使用する装置では、粒
子密度を下げて即ち圧力を下げて１粒子当たりの変動電
磁場のパワーを増加する手段が採れる。圧力を下げる
と、粒子と粒子の衝突までの時間が増加しその間に電子
がより加速されるので、電子温度が高くなり解離が進行
してＣを含む解離種の高Ｃ／Ｆ比化が進行し、Ｓｉ基板
９への付着膜が高Ｃ／Ｆ比化する。また、それとともに
イオン密度も増加する。Ｃを含む解離種の高Ｃ／Ｆ比化
の進行は、付着膜の高Ｃ／Ｆ比化のみでなく、高Ｃ／Ｆ
比解離種の付着率が高いためにＳｉ基板９への付着速度
の増加も生じる。
【００４０】次に、イオンと電子のみ発生する不活性ガ
スＮｅのエッチングガス２１への添加について図１によ
り説明する。
【００４１】Ｎｅの電離のしきいエネルギーは１６.６
ｅＶ であり、２電子励起による電離であるため断面積
が大きく、同程度のしきいエネルギーを持つフッ化炭素
系のガスより少し低いプラズマ密度を与える。Ｎｅの場
合は、ガス２１に含まれるフッ化炭素系ガス（イオン性
解離のしきいエネルギー１４〜１６ｅＶ）としきいエネ
ルギーが近いため、添加によって解離種に対してイオン
量が増加しやすく、制御幅の拡大が大きい。
【００４２】図１は、Ｃ4Ｆ8に対するＮｅの混合比を
５：０，５：１０，５：７０と増加させたときの解離種
量とイオン量の比を計算して示したものである。Ｎｅを
添加することによって、少なくとも１ｍTorr から２０
ｍTorr の領域で中性解離種量の比率が下がり、イオン
量が増加している。このことから、エッチングガス２１
へのＮｅ添加により解離種量とイオン量を制御でき、Ｓ
ｉ基板９上の高Ｃ／Ｆ比付着膜のＳｉＯ2 エッチングが
可能となる。
【００４３】ここで、図１の計算では、Ｎｅの電離断面
積には実測値を使用し、Ｃ4Ｆ8の中性及びイオン性解離
には、Phys.Rev.B45(1992）p11299〜；Phys.Rev.A43(19
91）p5810〜；Int.J.Supercomp.Appl.2（1988）p58〜に
示された分子軌道計算による反結合軌道から解離形と解
離のしきいエネルギー及び断面積を評価して計算した。
図１の計算は、1994 DRY PROCESS SYMPOSIUM Session V
I−2 ANALYSIS ON PLASMA CHEMICAL REACTIONS IN DR
Y ETCHING OF SILICON DIOXIDE Fig.6 に示されるよう
に、プラズマ密度を精度良く評価できるので、Ｎｅ添加
効果を十分予測できる。
【００４４】本実施例の変形例を図２を用いて説明す
る。本実施例では、エッチングガス２１へ添加するイオ
ンと電子のみ発生する不活性ガスをＮｅとしているが、
以下の説明で示すような他の不活性ガスを使用しても良
い。
【００４５】イオンと電子のみ発生する不活性ガスはＨ
ｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅがあるが、それぞれの電離
のしきいエネルギーは１９.８ｅＶ，１６.６ｅＶ，１
１.６ｅＶ，９.９ｅＶ，８.３ｅＶであり、２電子励起
による電離であるため断面積が大きく、同じしきいエネ
ルギーを持つフッ化炭素系のガスに近いプラズマ密度を
与える。このため、Ａｒ以上の重い不活性元素ガスを添
加すると、プラズマ密度が約１０倍以上に急増するのみ
でなく、電子温度が低下してフッ化炭素系ガスの解離進
行が抑制される。したがって、ＲＦ平行平板装置のよう
な高圧力で使用するプラズマ密度の特に小さい装置では
有効となるが、低圧力で高密度プラズマの生成可能な装
置では、０.５sccm 単位（standard cc／minute：標準
温度(０℃),標準圧力（７６０Torr）の１ccに相当する
ガス粒子数が毎分流れていることを示す単位）以下の低
流量供給制御の必要が生ずる。
【００４６】一方、Ｎｅは、前述したように、プラズマ
密度がエッチングガス２１に使用するフッ化炭素系のガ
スよりやや低いために、イオン量／中性解離種量として
は、ＥＣＲ装置１００のような低圧力の装置では、従来
の約２倍までの制御幅が得られる。この制御幅を拡大す
る方法としては、低流量供給制御装置（図示しない）を
用いてＡｒ以上の重い不活性元素ガスを使用する。ま
た、好ましくは、低流量供給制御装置を用いてＡｒ以上
の重い不活性元素ガスの１種類以上をＮｅに少量混合し
て使用する。さらに、好ましくは、予め、一つの貯蔵容
器（図示しない）内にＡｒ以上の重い不活性元素ガスの
１種類以上をＮｅに少量混合して用意する。これによ
り、イオン量／中性解離種量の制御幅が拡大でき、従来
より、高Ｃ／Ｆ比のＳｉ基板９への付着膜でＳｉＯ2 を
エッチングでき、Ｓｉ3Ｎ4に対して高選択比が得られる
制御範囲を拡大できる。
【００４７】また、Ｈｅをガス２１に添加した場合は、
しきいエネルギーが高いためにガス２１に含まれるフッ
化炭素系ガスの解離・電離に電子エネルギーが使われ、
添加したＨｅの電離に利用できる電子が不足するため、
多量に添加して初めて解離種に対するイオン量増加の効
果が現われる。真空ポンプの排気能力を大きくしないな
らば、Ｈｅ流量増加によってフッ化炭素系ガスの滞在時
間が削減されて解離が抑制される。逆に、Ｈｅ添加によ
りプラズマ温度は高くなるため解離が促進される。この
ように、Ｈｅ添加によりある程度解離種量に対するイオ
ン量の制御が可能となる。
【００４８】さらに、上記実施例においては、ＥＣＲ位
置で電子サイクロトロン共鳴によってプラズマ化を行う
エッチング装置１００を用いたが、これに限られるもの
ではなく、他の方式のエッチング装置を用いても良い。
【００４９】他の方式のエッチング装置を用いる変形例
を図３により説明する。第１の実施例と同じの部材には
同一の番号を付す。図３において、エッチング装置３０
０は、上部にＳｉＯ2 酸化膜（図示せず）が形成された
Ｓｉ基板９が内部に配置される真空容器１７ｂと、ガス
導入系５を介しエッチングガス２１が導かれる石英製の
円筒１７ａとを備えた処理室１７を有する。
【００５０】処理室１７の円筒１７ａにはアンテナ１６
が設けられており、アンテナ１６には高周波電源２４に
よって高周波が印加されて円筒１７ａ内に電磁波が導入
される。また円筒１７ａ及び真空容器１７ｂの外側には
２重のコイル１８が設置されており、これらのコイル１
８が軸方向の磁界を発生させる。円筒１７ａから真空容
器１７ｂに導かれたエッチングガス２１は、この電磁波
と軸方向磁界とによって変動する電磁界が加えられるこ
とによりプラズマ化されて解離・電離し、イオン性解離
種及び電子からなるプラズマ２５と中性解離種とが生成
する。そして第１の実施例同様、Ｓｉ基板９のＳｉＯ2
酸化膜上に付着した中性解離種にイオン性解離種が衝突
しＳｉＯ2 膜表面が所定の形状にエッチングされる。こ
のとき、第１の実施例同様、Ｓｉ基板９を支持するウェ
ハ支持台１０は高周波電源１１に接続されており、Ｓｉ
基板９には高周波が印加されて自己バイアスが生成さ
れ、これによってイオン性解離種のイオンエネルギーを
制御することができる。
【００５１】本変形例によるエッチング装置３００を用
いた場合も、第１の実施例と同様の効果を得る。
【００５２】本発明の第２の実施例を図２により説明す
る。本実施例は、第１の実施例と同様にエッチングガス
２１の成分に係わるものであるが、第１の実施例のエッ
チングガス２１に解離種組成を高Ｃ／Ｆ比化するＣＯを
加えて、Ｓｉ基板９へのフロロカーボン付着膜の組成を
高Ｃ／Ｆ比化して、Ｓｉ3Ｎ4に対する選択比の向上を達
成するものである。
【００５３】エッチングガス２１へのＣＯの添加は気相
中のＦを除去する効果を持つ。ＣＯはＦと結合してＦＣ
Ｏとなることができ、これにより気相中のＦを除去し、
Ｓｉ基板９へのフロロカーボン付着膜の組成を高Ｃ／Ｆ
比化する。また、ＣＯはＣとＯに中性解離して、Ｃがさ
らにＦを取り除く。ＯはＳｉ基板９上のフロロカーボン
付着膜からＣを抜き取る働きをするが、ＣＯから解離し
たＣも同様にＳｉ基板９上のフロロカーボン付着膜に付
着するので、全体としてＳｉ基板９上のフロロカーボン
付着膜が高Ｃ／Ｆ比化する。これにより、従来より高Ｃ
／Ｆ比の付着膜をＮｅ添加によりイオン量を増してエッ
チングでき、Ｓｉ3Ｎ4に対する選択比の向上を達成でき
る。
【００５４】本発明の第２の実施例の変形例を図２によ
り説明する。Ｆを除去するガスとしては安定気体でＦと
結合しやすいガスを用いれば良く、他に好ましくは、NC
CNを用いればよい。エッチングガス２１にＮＣＣＮを添
加した場合は、解離したＣＮがＦと結合してＦＣＮとな
ることができ、気相中のＦを除去し、Ｓｉ基板９へのフ
ロロカーボン付着膜の組成を高Ｃ／Ｆ比化する。これに
より、従来より高Ｃ／Ｆ比の付着膜をＮｅ添加によりイ
オン量を増してエッチングでき、Ｓｉ3Ｎ4に対する選択
比の向上を達成できる。
【００５５】また、本発明の第２の実施例の他の変形例
として、第１の実施例と同様に、添加する不活性ガスを
変更してもよい。既に、第１の実施例で述べたように、
Ｎｅの添加よりも制御幅を拡大する方法としては、低流
量供給制御装置(図示しない)を用いてＡｒ以上の重い不
活性元素ガスを使用する。また、好ましくは、低流量供
給制御装置を用いてＡｒ以上の重い不活性元素ガスの１
種類以上をＮｅに少量混合して使用する。さらに、好ま
しくは、予め、一つの貯蔵容器（図示しない）内にＡｒ
以上の重い不活性元素ガスの１種類以上をＮｅに少量混
合して用意する。これにより、イオン量／中性解離種量
の制御幅が拡大でき、従来より高Ｃ／Ｆ比のＳｉ基板９
への付着膜で、ＳｉＯ2 をエッチングでき、Ｓｉ3Ｎ4に
対して高選択比が得られる制御範囲を拡大できる。
【００５６】また、Ｈｅをガス２１に添加した場合は、
しきいエネルギーが高いために、ガス２１に含まれるフ
ッ化炭素系ガスの解離・電離に電子エネルギーが使わ
れ、添加したＨｅの電離に利用できる電子が不足するた
め、多量に添加して初めて解離種に対するイオン量増加
の効果が現われる。真空ポンプの排気能力を大きくしな
いならば、Ｈｅ流量増加によってフッ化炭素系ガスの滞
在時間が削減されて解離が抑制される。逆に、Ｈｅ添加
によりプラズマ温度は高くなるため、解離が促進され
る。このように、Ｈｅ添加によりある程度解離種量に対
するイオン量の制御が可能となる。
【００５７】
【発明の効果】本発明によれば、エッチングガスの備え
たフッ化炭素系ガスが、ガス１粒子当たりのプラズマ化
解離用電磁界パワーの制御、或いは、ＣＯまたはＮＣＣ
Ｎの添加によって、Ｓｉ基板上に高Ｃ／Ｆ比のフロロカ
ーボン付着膜を生じさせて、Ｓｉ3Ｎ4のエッチングに要
するエネルギーを増加させ、ＳｉＯ2 エッチレートに対
するＳｉ3Ｎ4エッチレートが小さくなる。また処理室内
の解離種またはその組成が高Ｃ／Ｆ比化して、Ｓｉ基板
へのフロロカーボン膜付着速度が増加することによる、
ＳｉＯ2 エッチレートの低下を、電子とイオンのみを発
生する不活性ガスの添加によってイオン量と中性解離種
量の比を増加させることにより、防ぐことができる。こ
れにより、制御幅の広い範囲で選択比（(ＳｉＯ2 エッ
チレート)／(Ｓｉ3Ｎ4エッチレート)）を向上すること
ができる。
【００５８】したがって例えば、６４ＭＤＲＡＭ（０.
３５μm）以降のプロセスで必要となる高アスペクト比
形状のエッチングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃ4Ｆ8とＮｅを混合したときの中性解離種量と
イオン量の比の圧力による変化を示す図。
【図２】本発明の第１の実施例によるエッチング方法を
実施するエッチング装置の構成を示す概念図。
【図３】第１の実施例の変形例によるエッチング装置の
構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１…マイクロ波導波管、２…磁石、３…処理室、４…プ
ラズマ、５…ガス導入系、６…ＥＣＲ位置、７…磁力
線、８…マイクロ波、９…Ｓｉ基板、１０…ウェハ支持
台、１１…高周波電源、１６…アンテナ、１７…処理
室、１７ａ…円筒、１７ｂ…真空容器、１８…コイル、
２１…エッチングガス、２５…プラズマ、１００…エッ
チング装置、３００…エッチング装置。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】処理室内に導入されたガスに変動する電磁
    界を加えてプラズマを発生させ、処理室内に設置された
    試料をエッチングするプラズマエッチング方法におい
    て、 前記ガスとして、フッ化炭素系ガス（ＣnＦm：ｎ＝１〜
    ６，ｍ＝４〜１４）のうち少なくとも一つと、Ｎｅとの
    混合ガスを用いることを特徴とするプラズマエッチング
    方法。
  2. 【請求項２】請求項１記載のプラズマエッチング方法に
    おいて、前記試料がシリコン化合物を含むことを特徴と
    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、前記シリコン化合物として、酸化シリコンもし
    くは窒化シリコンを含むことを特徴とするプラズマエッ
    チング方法。
  4. 【請求項４】処理室内に導入されたガスに変動する電磁
    界を加えてプラズマを発生させ、処理室内に設置された
    試料をエッチングするプラズマエッチング方法におい
    て、 前記ガスとして、フッ化炭素系ガス（ＣnＦm：ｎ＝１〜
    ６，ｍ＝４〜１４）のうち少なくとも一つと、Ｎｅと、
    ＣＯとの混合ガスを用いることを特徴とするプラズマエ
    ッチング方法。
  5. 【請求項５】請求項４記載のプラズマエッチング方法に
    おいて、前記試料がシリコン化合物を含むことを特徴と
    するプラズマエッチング方法。
  6. 【請求項６】請求項５記載のプラズマエッチング方法に
    おいて、前記シリコン化合物として、酸化シリコンもし
    くは窒化シリコンを含むことを特徴とするプラズマエッ
    チング方法。
  7. 【請求項７】処理室内に導入されたガスに変動する電磁
    界を加えてプラズマを発生させ、処理室内に設置された
    試料をエッチングするプラズマエッチング方法におい
    て、 前記ガスとして、フッ化炭素系ガス（ＣnＦm：ｎ＝１〜
    ６，ｍ＝４〜１４）のうち少なくとも一つと、Ｈｅと、
    ＣＯとの混合ガスを用いることを特徴とするプラズマエ
    ッチング方法。
  8. 【請求項８】請求項７記載のプラズマエッチング方法に
    おいて、前記試料がシリコン化合物を含むことを特徴と
    するプラズマエッチング方法。
  9. 【請求項９】請求項８記載のプラズマエッチング方法に
    おいて、前記シリコン化合物として、酸化シリコンもし
    くは窒化シリコンを含むことを特徴とするプラズマエッ
    チング方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6057247A (en) * 1997-10-29 2000-05-02 Matsushita Electronics Corporation Method for fabricating semiconductor device and method for controlling environment inside reaction chamber of dry etching apparatus
US6069092A (en) * 1997-10-27 2000-05-30 Matsushita Electronics Corporation Dry etching method and semiconductor device fabrication method
US6136722A (en) * 1997-10-15 2000-10-24 Nec Corporation Plasma etching method for forming hole in masked silicon dioxide

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