JPH09172004A - エッチング方法 - Google Patents

エッチング方法

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JPH09172004A
JPH09172004A JP8298722A JP29872296A JPH09172004A JP H09172004 A JPH09172004 A JP H09172004A JP 8298722 A JP8298722 A JP 8298722A JP 29872296 A JP29872296 A JP 29872296A JP H09172004 A JPH09172004 A JP H09172004A
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King-Tai Kenny Ngan
キン−タイ ガン ケニー
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    • H01J37/321Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体表面又は導電体表面をエッチングする
場合においても、エッチングの均一性を維持しつつプラ
ズマを適正に維持する。 【解決手段】 エッチングチャンバ内にアルゴンガスを
流入させ、電力を供給し、イオン化アルゴンを含有する
プラズマを発生させ、また、処理しようとする面にバイ
アスを与える。減圧下でエッチングは遂行される。しか
し、エッチングの工程中は、プラズマを維持しつつ適度
に高いエッチレイトを実現するように、充分なプラズマ
電力とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンやメタル
の表面をエッチングする方法に関する。特に、本発明
は、半導体ウエハやメタルウエハをクリーニングするた
めの、物理的エッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体デバイスの製造工程の最
初のステップとして、自然酸化物(ネイティブオキサイ
ド)、ダストやその他の汚染物を半導体ウエハやアルミ
ニウムウエハの表面から取り除くことが望ましい。従来
からのプレクリーニングの方法にはスパッタリングエッ
チングの技術が含まれ、その技術では、プラズマ中の粒
子が、係る表面に物理的に衝突する。典型的には、係る
表面にバイアスをかけて、イオン化粒子を誘引し、これ
がしばしば、プラズマの中に比較的小さな部分を構成す
る。そして、これらイオン化粒子が係る表面を叩いて、
ウエハの露出面の小部分及びその上の汚染物を追い出す
ことにより、クリーニングが行われる。化学反応は生じ
ない。
【0003】このようなプラズマエッチング処理では、
高い圧力でのプラズマ発生のステップ、例えば5ミリト
ール(mT)の圧力での工程において、400kHzで
300Wの電力を供給する誘導電源を用いて、プラズマ
を点火する。典型的には、ウエハにDCバイアスを印加
し、13.6MHzの電力125W〜300Wを供給す
る。エッチングは、比較的低い圧力、例えば1mT未満
で遂行されるが、それは、ウエハ全面のエッチング均一
性を実現するためには低い圧力であることが重要である
と認識されているためである。しかし、エッチングのス
テップの低い圧力条件下では、プラズマをエッチングに
適切であるように維持することが非常に困難であり、何
故なら、プラズマのイオン化種の中でカソードで消費さ
れる割合が著しく高いからである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】エッチングのステップ
の間に、追い出されたエッチング副生成物が、プラズマ
電源に近接するチャンバの内側に堆積することがある。
珪素酸化物等の誘電体が堆積しても、これが、電力がチ
ャンバ壁を介してプラズマへ結合することを妨害するこ
とはない。しかし、シリコンやアルミニウムのように半
導体又は導電体を含有する物質が堆積すれば、これが電
源とプラズマとの間の結合を妨害することとなり、エッ
チング中にプラズマが一貫して維持されなくなる場合が
ある。
【0005】従って、半導体表面又は導電体表面をエッ
チングする場合においても、エッチングの均一性を維持
しつつプラズマを適正に維持する、エッチングプロセス
が必要である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、物理的なエッ
チングのメカニズムを用いて、導電体又は半導体をエッ
チングする方法を与えるものである。
【0007】本発明の1つの特徴に従えば、エッチング
チャンバ内にアルゴンガスが流入する。電力を供給し
て、イオン化アルゴンを含有するプラズマを発生させ、
また、処理しようとする面にバイアスを与える。減圧下
でエッチングは遂行される。しかし、エッチングの工程
中は、プラズマを維持しつつ適度に高いエッチレイトを
実現するように、充分なプラズマ電力とする。
【0008】本発明の別の特徴では、プラズマを用いて
表面を物理的にエッチングする。誘導結合電源を用いて
プロセスチャンバ内の高い圧力ガスにプラズマを発生さ
せ、また、処理しようとする表面にはDC電位によりバ
イアスを印加する。次いでガス圧を下げ、バイアスによ
り誘引されたイオン化種により、係る表面をエッチング
し、プラズマ電力対バイアス電力の比を、プラズマ発生
の工程と同じ比となるように維持する。
【0009】プラズマ電力対バイアス電力の比は、約1
0:1であることが好まく、また、少なくとも10:1
であってもよい。
【0010】本発明に従った方法は、半導体デバイスの
製造のプレクリーンのステップとして用いてもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】概説的には、本発明は、プラズマ
を用いて導電体及び半導体を物理的にエッチングする方
法に関するものである。本発明に従った方法では、カソ
ードでのエッチング種の消費に着目し、プラズマ電力対
バイアス電力の比を充分高い比に維持して、適切なプラ
ズマ及びエッチング種を維持できるようにする。従っ
て、プロセスチャンバ内部に導電性や半導電性のエッチ
ング副生成物が堆積してプラズマ電力のプラズマへの結
合が阻害されている場合でも、プラズマエッチングが維
持される。
【0012】本発明に従った方法は、大きく分けて2つ
のステップで遂行される。高い圧力でのプラズマ点火及
び処理面へのバイアス印加のステップと、低い圧力下の
エッチングのステップとである。これらのそれぞれを、
順に説明する。
【0013】プロセスチャンバ内が定常状態に達すれ
ば、プラズマの点火が行われる。つまり、物理的エッチ
ングのためのプラズマを維持することが可能なガスの流
入が、ガス流れが安定するまで行われる。点火のための
電力は、RFコイル等の誘導結合電源を用いて供給して
もよい。
【0014】エッチングしようとする表面、例えばシリ
コンウエハやアルミニウムウエハは、チャンバ内でカソ
ードないしペデスタル上に支持され、このカソードない
しペデスタルにはバイアスが供給され、イオン化アルゴ
ン等の電荷を有するエッチング遂行のための種をプラズ
マから誘引する。カソードないしペデスタルを介してウ
エハにDC電位を印加することにより、係る表面にバイ
アス電力が印加される。この表面へのバイアス電圧の大
きさは、電荷を有するエッチング種を誘引するに充分な
大きさで、且つ、プラズマを劣化させ一貫して維持でき
なくなるようなことにならないような大きさにすべきで
ある。バイアス電力の印加は、プラズマ点火前のプラズ
マチャンバ内へガスの流入の際に行われてもよく、又
は、プラズマ電力の印加と同時に行われてもよい。
【0015】定量的には、エッチングのステップ中にプ
ラズマが安定に維持され、且つ、均一性及びプロセスス
ループットの観点から適切なエッチレイトが実現される
ような、プラズマ電力対バイアス電力の比が適切であ
る。即ち、400kHzのプラズマ電力が約400Wの
場合は、13.6MHzのバイアス電力は、一般には、
約100Wが適している。好ましいプラズマ電力対バイ
アス電力の比の範囲は、4:1〜12:1である。
【0016】エッチングのステップの間は、プラズマか
らのイオン化アルゴンが露出面に衝突し、運動量の移動
により、小部分を取り去る。即ち、エッチング種とエッ
チング面とは、化学反応を生じない。エッチングのステ
ップでは、エッチングの均一性を高めるために圧力を比
較的小さくしてもよいが、プラズマ電力対バイアス電力
の比がプラズマ点火のステップ時と実質的に同じに維持
される。
【0017】ウエハ全面でのエッチング均一性を実現す
る目的で圧力を下げた場合でも、プラズマ発生のステッ
プとエッチングのステップで、プラズマ電力対バイアス
電力の比を一定に維持することにより、これらステップ
間をスムーズに移行することができる。
【0018】プラズマ点火のステップは、比較的高いガ
ス圧力、典型的には少なくとも約5mTの圧力を用いて
完了し、エッチングのステップは、典型的には少なくと
も約1mTで行われる。点火のステップでは、プラズマ
点火に先立ちチャンバ内の流れを安定させるに充分長い
時間、チャンバ内へのガスの導入を維持することが望ま
しい。エッチングのステップの直前にガス流れを小さく
して、エッチングステップのための圧力減少を助けても
よい。
【0019】図1は、本発明に従った方法を用いてエッ
チングを行った後の、6インチシリコンウエハの表面の
典型的な等高線マップを例示する。ここで、等高線の間
隔は、1オングストロームである。エッチングの均一性
を測定したところ、1.9%プラスマイナス3.5%
(最大/最小)であった(1シグマ、標準偏差)。エッ
チレイトは約158オングストローム/分であった。
【0020】図2は、本発明に従った方法を用いたシリ
コンウエハのエッチングに対する典型的なバイアスのプ
ロットを例示する。プロセス条件は、以下のようであっ
た。バイアス電力は40W(13.6MHz)、プラズ
マ電力は390W(400kHz)(プラズマ電力対バ
イアス電圧の比は、〜9.8:1)、点火のステップで
はアルゴン5mT、エッチングのステップではアルゴン
0.5mTである。エッチングステップの間(およそt
=30で始まる)、約−50VのDCバイアスが実質的
に維持されているが、これは、低い圧力でもエッチング
ステップが安定していることを反映したものである。D
Cバイアスが変動したりゼロに漸近することが、プラズ
マが不安定であることを表している。
【0021】本発明に従った方法は、従来からプラズマ
処理装置を用いて遂行してもよい。プラズマプレクリー
ニングに適したチャンバは、アプライドマテリアルズ社
によるプラズマ処理システム「エンデュラ」や「センチ
ュラ」(共に商品名)で用いているプラズマプレクリー
ニングチャンバが含まれる。
【0022】図3では、本発明の方法の遂行が可能な模
範的なエッチプレクリーニングチャンバを例示する。エ
ッチングプロセスは、ガス流入口12及び14を介して
アルゴンが流入されるチャンバ10の中で行われる。R
Fジェネレータ16により発生したプラズマ電力は、チ
ャンバの上部20の周りに巻かれたコイル18を介して
供給される。必要に応じて、ポンプ13に接続した流出
口15を介して、チャンバが減圧される。チャンバ内で
ウエハ26を支持するカソード24に電気的に接続する
RFジェネレータ22により、バイアス電力が供給され
る。
【0023】プラズマ処理システム「エンデュラ」や
「センチュラ」に関する容量5〜10リットルのプレク
リーニングチャンバでは、プラズマ発生前のガス流量
は、典型的には、0sccm〜110sccmであり、
好ましくは約100sccmである。定常状態に達する
まで、このガス流れが実質的に維持される。エッチング
に際してガス流量を約5sccmまで下げてもよい。点
火/バイアス印加のステップ(ほぼ3秒間)及びエッチ
ングのステップ(ほぼ60秒間)で、プラズマ電力対バ
イアス電圧の比を高い値で実質的に同じ値に維持する。
【0024】ここに説明した具体例及び実施例は、本発
明の説明のためのものであり、本発明の制限のためのも
のではない。いわゆる当業者が直ちにできる変形は本発
明の範囲に含まれると解される。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、半導体表面又は導電体表面をエッチングする場合
においても、エッチングの均一性を維持しつつプラズマ
を適正に維持する、エッチングプロセスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従った方法を用いて実現された酸化物
エッチングの、典型的な等高線マップである。
【図2】本発明に従った方法を用いたシリコンウエハの
エッチングによるプレクリーニング中における、典型的
なDCバイアスのグラフである。
【図3】本発明に従った方法を遂行することが可能な装
置の構成図である。
【符号の説明】
10…チャンバ、12,14…ガス流入口、13…ポン
プ、15…流出口、16…RFジェネレータ、18…コ
イル、20…チャンバ上部、22…RFジェネレータ、
24…カソード、26…ウエハ。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プロセスチャンバ内で導電性の表面を物
    理的にエッチングするための方法であって、 (a)チャンバ内にアルゴンガスを流入させて定常状態
    をつくるステップと、 (b)チャンバ内で該表面にバイアスをかけるステップ
    と、 (c)電力を与えて、該定常状態と同じ定常状態の下
    で、イオン化アルゴンを含有するプラズマを発生させる
    ステップと、 (d)該イオン化アルゴンを用いて減圧下で該表面を均
    一にエッチングするステップとを有し、プラズマを発生
    させる前記電力が、該表面をエッチングする前記ステッ
    プの間プラズマを維持するに充分な電力である方法。
  2. 【請求項2】 該表面をエッチングする前記ステップ
    (d)の間の圧力が、チャンバ内へのアルゴン流量を減
    少することにより減少する請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 プラズマ電力対バイアス電力の比が、約
    4:1〜約12:1である請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 プラズマ電力対バイアス電力の比が、少
    なくとも約10:1である請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 プラズマを用いてメタルの表面又は半導
    体の表面を物理的にエッチングする方法であって、 (a)DC電位を印加して該表面にバイアスをかけるス
    テップと、 (b)誘導結合電源を用いて、プロセスチャンバ内の高
    い圧力のガスでプラズマを発生させるステップと、 (c)プラズマ電力対バイアス電力の比を、プラズマを
    発生させる前記ステップ(b)と同じに維持しつつ、ガ
    ス圧力を低減し、該表面へのバイアス印加により誘引さ
    れたイオン化種により、該表面をエッチングするステッ
    プとを有する方法。
  6. 【請求項6】 半導体デバイスを製造する方法であっ
    て、プロセスチャンバ内で半導体ウエハの表面をプレク
    リーニングするステップを有し、プレクリーニングの前
    記ステップは、 (a)高い圧力の下でイオン化アルゴンを含有するプラ
    ズマを発生させ、他方、チャンバ内への高いアルゴン流
    入量を維持しつつ同時にチャンバ内のウエハにバイアス
    をかける工程と、 (b)低い圧力下でイオン化アルゴンで該表面を衝突さ
    せ該表面をクリーニングする工程と、 (c)前記工程(b)と同時に、プラズマ電力対バイア
    ス電力の比を、前記工程(a)と同じに維持する工程と
    を有する方法。
  7. 【請求項7】 プラズマ電力対バイアス電力の比が、約
    4:1〜約12:1である請求項5又は6のいずれかに
    記載の方法。
  8. 【請求項8】 プラズマ電力対バイアス電力の比が、約
    10:1である請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記工程(b)が、1mT未満の圧力で
    行われる請求項6に記載の方法。
JP8298722A 1995-11-17 1996-11-11 エッチング方法 Withdrawn JPH09172004A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US56008395A 1995-11-17 1995-11-17
US08/560083 1995-11-17

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JP (1) JPH09172004A (ja)
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