JPH10116822A

JPH10116822A - ドライエッチング装置およびドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH10116822A
Application number: JP29111096A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1998-05-06
Anticipated expiration: 2016-10-14
Also published as: JP3675065B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチング時における反応生成物などのエッ
チング室の内壁への堆積量を制御し、ゲート電極材料や
ＳｉＯ₂膜などを良好にエッチングすることができるド
ライエッチング装置およびドライエッチング方法を提供
する。【解決手段】ドライエッチング装置のエッチング室１
の内壁の表面にＡｌＮなどのセラミックス製のカバー１
７を直接ろう付けする。エッチング室１の内壁は、この
エッチング室１の側壁にガス冷媒チラー３からフロンな
どのガス冷媒を供給することにより急速冷却することが
でき、カバー１７の内部に設けられたヒーターにより急
速加熱することができるようにする。このドライエッチ
ング装置を用いてゲート電極材料やＳｉＯ₂膜をエッチ
ングする場合には、エッチング時にエッチング室１の内
壁を冷却して反応生成物やフルオロカーボンポリマーの
前駆体を吸着させ、その後カバー１７を加熱してフルオ
ロカーボンポリマーの前駆体を放出させてからオーバー
エッチングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ドライエッチン
グ装置およびドライエッチング方法に関し、例えば、ゲ
ート電極材料や酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜のエッチン
グに適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】ドライエッチング法においては、プラズ
マエッチングプロセスが壁との相互作用を無視すること
ができず、特に壁への堆積物のバルクプラズマ中への輸
送が、プロセスに大きく影響することは、公知のところ
である。例えば、多結晶シリコン（Ｓｉ）などのゲート
電極材料の加工においては、エッチング時の反応生成物
であるＳｉＣｌ_xがチェンバー（エッチング室）内壁に
堆積し、これがプラズマが壁と接触することにより放出
されて、エッチングの再現性などに影響を与える。

【０００３】具体的には、エッチング終了後にチェンバ
ー内をプラズマクリーニングした後、クリーニング雰囲
気のチェンバー内を実ガス雰囲気に戻すためにいわゆる
シーズニングと称する実ガス放電を行うのであるが、こ
れを過剰に行ってしまうと、このときチェンバー内壁な
どに堆積した堆積物がエッチング時に放出されて、エッ
チングした際なども同様に、チェンバー内壁に過剰に堆
積した堆積物が、エッチングの再現性に影響を与える。

【０００４】この現象は、ゲート電極材料の加工に限ら
れず、例えばＳｉＯ₂膜をエッチングする場合において
も同様である。すなわち、このＳｉＯ₂膜のエッチング
においては、フルオロカーボンポリマー系ガスが用いら
れるが、選択比確保の鍵を握るフルオロカーボンポリマ
ーの前駆体がチェンバー内壁などに堆積し、これがプラ
ズマと接触することにより、プラズマ中に放出されて放
電時のＣ／Ｆ比を狂わせ、微細なコンタクトホールを形
成する場合にエッチングが停止してしまうなどの深刻な
問題を引き起こしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから、エッ
チング時の壁への影響を良好に制御することができるド
ライエッチング方法が今後の微細加工プロセスには不可
欠であり、その実用化が切望されている。

【０００６】したがって、この発明の目的は、エッチン
グ時における反応生成物やポリマーの前駆体のエッチン
グ室の内壁への堆積量を制御することができ、パターン
太り、エッチングの停止、高テーパ化などを生ずること
なく、高選択比で多結晶Ｓｉなどのゲート電極材料やＳ
ｉＯ₂膜などを高精度で再現性良くエッチングすること
ができ、微細なパターンや高アスペクト比で微細なコン
タクトホールを容易に形成することができるドライエッ
チング装置およびドライエッチング方法を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術が
有する上述の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、
放電パラメータ以外の手段により放電時のラジカル量を
制御することで上述の課題を解決する手段を見い出し
た。以下にその概要を説明する。すでに述べたように、
ドライエッチング装置においては、プラズマとチェンバ
ー内壁との相互作用による、プラズマエッチングプロセ
スへの影響は非常に大きい。特に、チェンバー内壁に堆
積した堆積物がバルクプラズマ中に放出されることで、
プラズマエッチングプロセスに悪影響を及ぼすことは良
く知られている。したがって、チェンバー内壁とプラズ
マとの相互作用を積極的に制御すれば、チェンバー内壁
への堆積物の量を有効に制御することができる。具体的
には、チェンバー内壁を０℃以下の低温に冷却すれば、
チェンバー内壁に吸着する堆積物の量が増加し、逆にチ
ェンバー内壁を高温に加熱すれば、チェンバー内壁から
堆積物が放出されて、内壁に堆積している堆積物の量は
減少する。したがって、プラズマを用いてエッチングを
行うドライエッチング装置において、チェンバー内壁の
温度を急速に変化させることができるようにすれば、エ
ッチングのステップ間で、チェンバー内壁への堆積物の
吸着やチェンバー内壁からの堆積物の放出を迅速に制御
することができ、それに伴いプラズマ中の堆積種の密度
を制御することができるようになる。そして、このため
には、チェンバー内壁の温度を急速に制御する機構を設
けるのが有効である。

【０００８】一般に、ドライエッチング装置において
は、チェンバーの内壁はステンレス鋼などの金属で構成
されており、この内壁からの金属による汚染を防止する
ためにその表面にリフレクターやスリーブを設置する
が、これらのリフレクターやスリーブ自体は温度制御さ
れないので、チェンバー外壁にヒーターなどを巻き付け
て加熱するようにしても、チェンバーの内壁の温度制御
は不十分であった。

【０００９】本発明者の知見によれば、チェンバー内壁
にヒーターを内蔵したセラミックス製のカバーを設置
し、それら相互間の熱伝導性を良くすれば、チェンバー
内壁の急速温度制御を容易に行うことができる。具体的
には、例えば、ステンレス鋼などで構成されたチェンバ
ー壁中の冷媒流路にガス冷媒を供給するためのガス冷媒
チラーを接続するとともに、チェンバー内壁の表面に熱
伝導性の良い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）（熱伝導率は
０．２３５ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃）などのセラミックス
製のカバーにヒーターを内蔵させたものをろう付けで直
接接合する。ここで、ガス冷媒は、流速が速いので、非
常に短時間でチェンバー内壁を冷却することができる。
このように熱伝導性が良いＡｌＮなどのセラミックス製
のカバーをチェンバー内壁に直接ろう付けすることによ
り、冷却効果は速やかにカバーに伝達する。さらに、Ａ
ｌＮなどのセラミックス製のカバーにヒーターを内蔵し
ているので、このヒーターにより、急速加熱も容易に行
うことができる。この発明は以上の検討に基づいて案出
されたものである。

【００１０】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明の第１の発明は、少なくとも、エッチング室の内
壁の温度を急速に制御する急速温度制御手段を有するこ
とを特徴とするものである。

【００１１】この発明の第１の発明においては、例え
ば、急速温度制御手段は、エッチング室の内壁を５０℃
以上の高温から０℃以下の低温まで急速に冷却する急速
冷却機構を含む。

【００１２】この発明の第１の発明においては、例え
ば、急速温度制御手段は、エッチング室の内壁を０℃以
下の低温から５０℃以上の高温まで急速に加熱する急速
加熱機構を含む。

【００１３】この発明の第１の発明においては、典型的
には、エッチング室の内壁を加熱するときの温度上昇速
度は５０℃／ｍｉｎ〜３００℃／ｍｉｎ、エッチング室
の内壁を冷却するときの温度降下速度は５０℃／ｍｉｎ
〜１００℃／ｍｉｎである。

【００１４】この発明の第１の発明の一実施形態におい
ては、急速温度制御手段は、エッチング室の内壁を０℃
以下の低温から５０℃以上の高温まで急速に加熱する急
速加熱機構と、エッチング室の内壁を５０℃以上の高温
から０℃以下の低温まで急速に冷却する急速冷却機構と
を有する。

【００１５】この発明の第１の発明において、急速加熱
機構は、好適には、エッチング室の内壁の表面に設けら
れた被覆体と、その被覆体の内部に設けられた発熱体と
からなる。この被覆体は好適には、エッチング室の内壁
にろう付けされる。また、この被覆体の材料としては、
熱伝導製の良いＡｌＮなどのセラミックスが好適に用い
られる。

【００１６】この発明の第１の発明の他の一実施形態に
おいては、ドライエッチング装置は平行平板型の電極を
有し、その対向電極の温度を急速に制御する急速温度制
御手段をさらに有する。

【００１７】この発明の第２の発明は、ドライエッチン
グ装置を用いて、被エッチング物をエッチングするよう
にしたドライエッチング方法において、少なくとも、エ
ッチング室の内壁の温度を急速に制御するようにしたこ
とを特徴とするものである。

【００１８】この発明の第２の発明の典型的な一実施形
態においては、エッチング時にエッチング室の内壁を０
℃以下の低温に保ち、オーバーエッチング時にエッチン
グ室の内壁を１００℃以上の温度に加熱する。

【００１９】上述のように構成されたこの発明において
は、エッチング室の内壁の温度を急速に制御することが
できることにより、エッチング時に生成する反応生成物
やポリマーをエッチング室の内壁に吸着させたり、そこ
から積極的に脱離させたりすることができるため、多結
晶Ｓｉ膜などのゲート電極材料加工などにおけるエッチ
ング時の反応生成物の過剰堆積によるパターン太りなど
を生ずることなく、また、ＳｉＯ₂膜などのエッチング
時のバルクプラズマ中のＣ／Ｆ比制御が容易になり、再
現性のよいドライエッチングを実現することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００２１】まず、この発明の第１の実施形態によるド
ライエッチング装置について説明する。図１はこのドラ
イエッチング装置を示す略線図である。図１に示すよう
に、このドライエッチング装置は、拡散チェンバー１
と、この拡散チェンバー１の上部に設けられたヘリコン
波プラズマ発生源と、この拡散チェンバー１の内部に設
けられた上下方向に移動可能なウェーハ設置電極（ウェ
ーハステージ）２とを有する。拡散チェンバー１の外部
には、拡散チェンバー１の側壁にガス冷媒を供給するガ
ス冷媒チラー３が設けられている。また、拡散チェンバ
ー１の下部にはガス排出口４が設けられており、外部に
設けられた排気用真空ポンプ（図示せず）と接続され、
拡散チェンバー１内のガスを排気することができるよう
になっている。さらに、拡散チェンバー１にはエッチン
グガス導入口およびゲートバルブ（いずれも図示せず）
が設けられている。

【００２２】上述のヘリコン波プラズマ発生源は次のよ
うに構成されている。すなわち、拡散チェンバー１の上
部にその径が例えば３５０ｍｍである円筒状石英ベルジ
ャー５が設けられ、この円筒状石英ベルジャー５の外周
部にはＲＦアンテナ６がループ状に設けられている。こ
のＲＦアンテナ６は、例えば、Ｍ＝１モードのプラズマ
が発生するアンテナ形状をしている。ＲＦアンテナ６
は、マッチングネットワーク７を介してＲＦ電源８に接
続されている。ＲＦアンテナ６のさらに外周部にはコイ
ルが２重に巻き付けられており、その内周コイル９ａと
外周コイル９ｂとからソレノイドコイルアッセンブリ９
を構成している。ここで、内周コイル９ａはヘリコン波
の伝搬、外周コイル９ｂは生成されたプラズマの輸送に
それぞれ寄与する。円筒状石英ベルジャー５の上端部分
は誘電体からなる天板１０で覆われている。この天板１
０上にはＲＦアンテナ１１がループ状に設置されてい
て、マッチングネットワーク１２を介してＲＦ電源１３
に接続されている。

【００２３】円筒状石英ベルジャー５の内部に設けられ
たウェーハ設置電極２は、上下方向の移動のための機構
（図示せず）とウェーハ１４を密着固定するための静電
チャック（図示せず）とを有している。また、ウェーハ
設置電極２には基板バイアス電源１５が接続されてお
り、ウェーハ１４に入射する入射イオンエネルギーを制
御することができるようになっている。さらに、拡散チ
ェンバー１の外周部でかつウェーハ設置電極２の周囲の
部分にはマルチポール磁石１６が設けられており、電子
が壁に接して消失するのを抑えるためのカスプ磁場を拡
散チェンバー１の内部に形成することができるようにな
っている。

【００２４】拡散チェンバー１の内壁の表面にはヒータ
ー（図示せず）を内蔵した熱伝導性の良いセラミックス
製のチェンバー内壁カバー１７が直接ろう付けされてい
る。このチェンバー内壁カバー１７の材料は例えばＡｌ
Ｎなどである。また、このろう付けに用いられるろう材
としては、具体的には、チタン（Ｔｉ）、スズ（Ｓ
ｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）など
の金属やそれらの合金などが挙げられ、これらの金属ま
たは合金の多層膜の形で通常用いられる。拡散チェンバ
ー１の側壁は、ガス冷媒配管１８とガス冷媒配管１９と
を介して、外部に設けられたガス冷媒チラー３と接続さ
れている。そして、このガス冷媒チラー３から、例えば
フロンなどのガス冷媒をガス冷媒配管１８を通じて拡散
チェンバー１の壁内に設けられた冷媒流路（図示せず）
に供給し、ガス冷媒配管１９を通じてガス冷媒チラー３
に戻すようになっている。これによって、拡散チェンバ
ー１の側壁を急速に冷却することができるようになって
いる。ガス冷媒配管１８には極低温バルブ２０が備えら
れている。また、極低温バルブ２０の上流側の部分のガ
ス冷媒配管１８とガス冷媒配管１９とは、バイパスライ
ン極低温バルブ２１を備えたバイパス配管２２を介して
接続されている。極低温バルブ２０およびバイパスライ
ン極低温バルブ２１によって、ガス冷媒チラー３から拡
散チェンバー１の側壁に供給するガス冷媒の流量を制御
することができるようになっている。

【００２５】以上のように構成されたこの発明の第１の
実施形態によるドライエッチング装置によれば、拡散チ
ェンバー１の側壁にガス冷媒チラー３を接続してフロン
などのガス冷媒を供給し、また、拡散チェンバー１の内
壁の表面にヒーターを内蔵した熱伝導性の良いＡｌＮな
どのセラミックス製のチェンバー内壁カバー１７を直接
ろう付けしていることにより、拡散チェンバー１の側壁
の冷却および加熱を急速に行うことができる。このた
め、拡散チェンバー１の内壁の温度制御により、エッチ
ング中に生じた反応生成物のチェンバー内壁カバー１７
の表面への吸着またはそこからの放出を制御することが
でき、反応生成物のウェーハ１４上への過剰堆積による
エッチングへの悪影響を抑えることができる。

【００２６】次に、この発明の第１の実施形態によるド
ライエッチング方法について説明する。この第１の実施
形態によるドライエッチング方法においては、図１に示
すドライエッチング装置を用いて、次のようにしてゲー
ト電極材料の加工を行う。すなわち、まず、図２Ａに示
すように、Ｓｉ基板３１上にＳｉＯ₂膜３２と不純物が
ドープされた多結晶Ｓｉ膜３３とタングステンシリサイ
ド（ＷＳｉ_x）膜３４とを順次形成し、その上にレジス
トパターン３５を形成する。その後、このレジストパタ
ーン３５をマスクとして、以下のようにしてエッチング
を２つのステップに分けて行い、ゲート電極を形成す
る。

【００２７】まず、第１のステップとして、ＷＳｉ_x膜
３４および多結晶Ｓｉ膜３３のジャストエッチングを行
う。すなわち、初めに、ガス冷媒チラー３から例えば約
−１４０℃のフロンのガス冷媒をチェンバー１の側壁に
供給し、チェンバー内壁カバー１７を急速に冷却する。
このときの冷却速度は例えば１００℃／ｍｉｎである。
次に、レジストパターン３５をマスクとして、ＷＳｉ_x
膜３４および多結晶Ｓｉ膜３３のエッチングを順次行
い、Ｗポリサイド構造のゲート電極パターンを形成す
る。このとき、図２Ｂに示すように、エッチングされる
部分の底部に多結晶Ｓｉ膜３３の一部を残した状態でエ
ッチングを中断する。この時点で第１のステップは終了
する。この第１のステップのジャストエッチングにおい
ては、例えば、エッチングガスとしてＣｌ₂とＯ₂との
混合ガスを用い、それらの流量をそれぞれ５０ｓｃｃ
ｍ、１０ｓｃｃｍ、圧力を５ｍＴｏｒｒ、ＲＦアンテナ
６、１１の供給パワーを２５００Ｗ、その周波数を１
３．５６ＭＨｚ、ＲＦバイアスを１００Ｗ、基板温度を
２０℃、壁面温度を−５０℃とする。

【００２８】ここで、第１のステップのジャストエッチ
ングの際にＳｉＣｌ_xなどの反応生成物が生成される。
しかしながら、上述のようにチェンバー内壁カバー１７
の温度が−５０℃と低温であり、Ｓｉ基板３１の温度が
２０℃とチェンバー内壁カバー１７に比べて高温である
ことから、ＳｉＣｌ_xなどの反応生成物の多くは、Ｓｉ
基板３１には堆積せず、チェンバー内壁カバー１７の表
面に吸着する。このため、Ｓｉ基板３１上へのＳｉＣｌ
_xなどの反応生成物の過剰堆積によるゲート電極パター
ン太りなどを生ずることなく、ジャストエッチングを支
障なく行うことができる。

【００２９】次に、極低温バルブ２０およびバイパスラ
イン極低温バルブ２１を閉じた後、チェンバー内壁カバ
ー１７に内蔵されたヒーター（図示せず）に通電し、発
熱させて、チェンバー内壁カバー１７を−５０℃から２
００℃まで急速に加熱する。このときの加熱速度は例え
ば約２００℃／ｍｉｎであり、加熱時間は例えば約７５
秒間である。

【００３０】この急速加熱により、第１のステップのジ
ャストエッチングの際にチェンバー内壁カバー１７に吸
着した例えばＳｉＣｌ_xなどの反応生成物は、円筒状石
英ベルジャー５中に迅速に放出される。

【００３１】次に、第２のステップとして多結晶Ｓｉ膜
３３のオーバーエッチングを行う。この第２のステップ
のオーバーエッチングにおいては、第１のステップのジ
ャストエッチングにおいてエッチングされた部分の底部
に残された部分の多結晶Ｓｉ膜３３のエッチングを、図
２Ｃに示すように、その下層のＳｉＯ₂膜３２の面が露
出するまで行う。この第２のステップのオーバーエッチ
ングにおいては、例えば、エッチングガスとしてＣｌ₂
とＯ₂との混合ガスを用い、それらの流量をそれぞれ５
０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍとし、圧力を５ｍＴｏｒｒ、
ＲＦアンテナ６、１１の供給パワーを２５００Ｗ、その
周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦバイアスを２０Ｗ、基
板温度を−３０℃、チェンバー壁の温度を２００℃とす
る。

【００３２】ここで、この第２のステップのオーバーエ
ッチングにおいては、チェンバー内壁カバー１７の表面
に吸着していたＳｉＣｌ_xなどの反応生成物があらかじ
め放出され、また、Ｓｉ基板３１を低温化していること
もあり、チェンバー内壁カバー１７の表面への反応生成
物の堆積を抑えることができる。また、これによって、
ノッチングなどの形状異常を生じることなく、高選択比
のエッチングによる良好な形状のゲート電極を形成する
ことができる。

【００３３】以上のように、この第１の実施形態による
ドライエッチング方法によれば、第１のステップのジャ
ストエッチング時にチェンバー内壁カバー１７を例えば
−５０℃の低温に保つことにより、このチェンバー内壁
カバー１７の表面にＳｉＣｌ_xなどの反応生成物を吸着
しておき、その後、チェンバー内壁カバー１７を急速加
熱してそこから反応生成物を放出させた後に第２のステ
ップのオーバーエッチングを行っているので、第１のス
テップのジャストエッチング時に反応生成物がＳｉ基板
３１に過剰に堆積することに起因するゲート電極パター
ン太りや形状異常などを生じることなく、微細なゲート
電極パターンを容易に形成することができる。

【００３４】次に、この発明の第２の実施形態によるド
ライエッチング装置について説明する。このドライエッ
チング装置は、平行平板型の電極を有するプラズマエッ
チング装置である。図３はこのドライエッチング装置を
示す略線図である。

【００３５】図３に示すように、このドライエッチング
装置においては、円筒形のチェンバー４１内に、ウェー
ハ４２を設置するカソード４３とこれに対向するアノー
ド（対向電極）４４とが設けられている。チェンバー４
１にはガス排出口４５が設けられており、外部に設けら
れた排気用真空ポンプ（図示せず）に接続され、チェン
バー４１内のガスを排気することができるようになって
いる。さらに、チェンバー４１にはエッチングガス導入
口およびゲートバルブ（いずれも図示せず）が設けられ
ている。カソード４３は、マッチングボックス４６を介
して高周波電源４７と電気的に接続されている。さら
に、カソード４３は、静電チャック（図示せず）を内蔵
しており、また、冷媒配管（図示せず）を通じてチラー
（図示せず）と接続されている。

【００３６】チェンバー４１の内壁には、第１の実施形
態と同様なチェンバー内壁カバー４８が、直接ろう付け
されている。チェンバー４１の側壁は、ガス冷媒配管４
９とガス冷媒配管５０とを介して、外部に設けられたガ
ス冷媒チラー５１と接続されている。そして、このガス
冷媒チラー５１から、例えばフロンなどのガス冷媒を冷
媒配管４９を通じてチェンバー４１の側壁内に設けられ
た冷媒流路（図示せず）に供給し、ガス冷媒配管５０を
通じてガス冷媒チラー５１に戻すようになっている。こ
れによって、チェンバー４１の側壁を急速に冷却するこ
とができる。ガス冷媒配管４９には、電子制御バルブ５
２が備えられている。また、電子制御バルブ５２の上流
側の部分のガス冷媒配管４９とガス冷媒配管５０とは、
電子制御バルブ５３を備えたバイパス配管５４を介して
接続されている。電子制御バルブ５２、５３によって、
ガス冷媒チラー５１からチェンバー４１の側壁に供給す
るガス冷媒の流量を制御することができるようになって
いる。

【００３７】以上のように構成されたこの第２の実施形
態によるドライエッチング装置によれば、チェンバー４
１の側壁にガス冷媒チラー５１を接続してフロンなどの
ガス冷媒を供給し、また、チェンバー４１の内壁の表面
にヒーターを内蔵した熱伝導性の良いＡｌＮなどのセラ
ミックス製のチェンバー内壁カバー４８を直接ろう付け
していることにより、第１の実施形態と同様にして、チ
ェンバー４１の壁面全体の冷却および加熱を急速に行う
ことができる。このため、チェンバー４１の内壁の温度
制御により、エッチング中に生じた反応生成物のチェン
バー内壁カバー４８への吸着またはそこからの放出を制
御することができ、この反応生成物によるエッチングへ
の悪影響を抑えることができる。

【００３８】次に、この発明の第２の実施形態によるド
ライエッチング方法について説明する。この第２の実施
形態によるドライエッチング方法においては、図３に示
すドライエッチング装置を用いて、以下のようにしてＳ
ｉＯ₂膜にコンタクトホールを形成する。すなわち、ま
ず、図４Ａに示すように、Ｓｉ基板６１上にＳｉＯ₂膜
６２を形成した後、その上にレジストパターン６３を形
成する。次に、このＳｉ基板６１を図３に示すドライエ
ッチング装置のカソード４３上に設置し、レジストパタ
ーン６３をマスクとして、以下のようにエッチングを２
つのステップに分けて行い、コンタクトホールを形成す
る。

【００３９】すなわち、まず、ガス冷媒チラー５１から
例えば−１４０℃のフロンのガス冷媒をチェンバー４１
の側壁に供給して、チェンバー内壁カバー４８を急速に
冷却する。このときの冷却速度は例えば１００℃／ｍｉ
ｎである。次に、第１の実施形態と同様にしてＳｉＯ₂
膜６２のジャストエッチングを行い、コンタクトホール
を形成する。このとき、図４Ｂに示すように、コンタク
トホール６４の底部にＳｉＯ₂膜６２の一部を残した状
態でエッチングを中断する。この時点で第１のステップ
は終了する。この第１のステップのジャストエッチング
においては、例えば、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈、
ＣＯ、ＡｒおよびＯ₂の混合ガスを用い、それらの流量
をそれぞれ２０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、１５０ｓｃ
ｃｍ、５ｓｃｃｍとし、圧力を５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパ
ワーを１５００Ｗ、基板の温度を５０℃、壁面の温度を
−５０℃とする。

【００４０】ここで、この第１のステップのジャストエ
ッチングの際にはフルオロカーボンポリマーの前駆体が
生成されるが、その多くは−５０℃と低温のチェンバー
内壁カバー４８に吸着され、Ｓｉ基板６１には堆積しな
い。このため、Ｓｉ基板６１上へのフルオロカーボンポ
リマーの前駆体の過剰堆積によるエッチングの停止など
を生ずることなく、ジャストエッチングを行うことがで
きる。

【００４１】次に、電子制御バルブ５２、５３を閉じた
後、チェンバー内壁カバー４８に内蔵されたヒーター
（図示せず）に通電し、発熱させて、チェンバー４１の
内壁を−５０℃から２００℃まで急速に加熱する。この
ときの加熱速度は例えば約２００℃／ｍｉｎであり、加
熱時間は例えば約７５秒間である。この急速加熱によ
り、第１のステップのジャストエッチングの際にチェン
バー内壁カバー４８に吸着したフルオロカーボンポリマ
ーの前駆体は、チェンバー４１中に迅速に放出される。

【００４２】次に、第２のステップとしてＳｉＯ₂膜６
２のオーバーエッチングを行う。この第２のステップの
オーバーエッチングにおいては、第１のステップのジャ
ストエッチングにおいてコンタクトホール６４の底部に
残された部分のＳｉＯ₂膜６２のエッチングを、図４Ｃ
に示すように、下地Ｓｉ基板６１の面が露出するまで行
う。この第２のステップのオーバーエッチングにおいて
は、例えば、エッチングガスとして、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＯ、
ＡｒおよびＯ₂の混合ガスを用い、それらの流量をそれ
ぞれ２０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、１５０ｓｃｃｍ、
５ｓｃｃｍとし、圧力を５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワーを
１５００Ｗ、基板温度を５０℃、壁面温度を２００℃と
する。

【００４３】ここで、この第２のステップのオーバーエ
ッチングにおいては、チェンバー内壁カバー４８の表面
に吸着していたフルオロカーボンポリマーの前駆体があ
らかじめ放出されているため、下地Ｓｉ基板６１との選
択比を例えば約１００程度に高くすることができる。

【００４４】この第２の実施形態によるドライエッチン
グ方法によれば、第１のステップのジャストエッチング
時にエッチングの停止が生じたり、第２のステップのオ
ーバーエッチング時に極端なテーパ化などを生じること
なく、高アスペクト比で微細なコンタクトホール６４を
容易に形成することができる。

【００４５】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。

【００４６】例えば、上述の第１および第２の実施形態
において挙げたチェンバー内壁カバー１７、４８の温
度、冷却速度および加熱速度、エッチングガスの種類お
よび流量、エッチング時の圧力、ＲＦパワー、ＲＦバイ
アスなどの数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じて
これらと異なる数値を用いてもよい。また、チェンバー
４１の内壁の冷却に用いたガス冷媒の種類はあくまでも
例に過ぎず、必要に応じてこれとは異なる種類の冷媒を
用いてもよい。また、上述の第１および第２の実施形態
において挙げたチェンバー内壁カバー１７、４８の材質
は熱伝導性の良い絶縁体であれば、ＡｌＮ以外のものを
用いてもよい。さらに、チェンバー内壁カバー１７、４
８は、場合によっては、エポキシやＡｌＮ系の接着剤を
用いてチェンバー１、４１の内壁に接着してもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、チェンバーの内壁の温度を急速に制御することがで
きることにより、エッチング時における反応生成物やポ
リマーの前駆体などのチェンバーの内壁への堆積量を制
御することができ、パターン太りやエッチングの停止や
高テーパ化などを生ずることなく、高選択比で多結晶Ｓ
ｉ膜などのゲート電極材料やＳｉＯ₂膜などを高精度で
再現性良くエッチングすることができ、微細なパターン
や高アスペクト比で微細なコンタクトホールを容易に形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態によるドライエッチ
ング装置を示す略線図である。

【図２】この発明の第１の実施形態によるドライエッチ
ング方法を説明するための半導体基板の断面図である。

【図３】この発明の第２の実施形態によるドライエッチ
ング装置を示す略線図である。

【図４】この発明の第２の実施形態によるドライエッチ
ング方法を説明するための半導体基板の断面図である。

【符号の説明】

１・・・拡散チェンバー、３、５１・・・ガス冷媒チラ
ー、５・・・円筒状石英ベルジャー、６、１１・・・Ｒ
Ｆアンテナ、１４、４２・・・ウェーハ、１８、１９、
４９、５０・・・ガス冷媒配管、２０・・・極低温バル
ブ、２１・・・バイパスライン極低温バルブ、３１、６
１・・・Ｓｉ基板、３２、６２・・・ＳｉＯ₂膜、４１
・・・チェンバー、５２、５３・・・電子制御バルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、エッチング室の内壁の温度
を急速に制御する急速温度制御手段を有することを特徴
とするドライエッチング装置。
【請求項２】上記急速温度制御手段は、上記エッチン
グ室の内壁を５０℃以上の高温から０℃以下の低温まで
急速に冷却する急速冷却機構を含むことを特徴とする請
求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項３】上記急速冷却機構は、上記エッチング室
の内壁内に設けられた冷媒流路にガス冷媒供給配管を介
してガス冷媒を供給するガス冷媒供給装置であることを
特徴とする請求項２記載のドライエッチング装置。
【請求項４】上記急速冷却機構は、上記エッチング室
の内壁を５０℃／ｍｉｎ以上１００℃／ｍｉｎ以下の速
度で冷却することを特徴とする請求項２記載のドライエ
ッチング装置。
【請求項５】上記急速温度制御手段は、上記エッチン
グ室の内壁を０℃以下の低温から５０℃以上の高温まで
急速に加熱する急速加熱機構を含むことを特徴とする請
求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項６】上記急速加熱機構は、上記エッチング室
の内壁の表面に設けられた被覆体と、上記被覆体の内部
に設けられた発熱体とからなることを特徴とする請求項
５記載のドライエッチング装置。
【請求項７】上記被覆体は、上記エッチング室の内壁
の表面にろう付けされていることを特徴とする請求項６
記載のドライエッチング装置。
【請求項８】上記急速加熱機構は、上記エッチング室
の内壁を５０℃／ｍｉｎ以上３００℃／ｍｉｎ以下の速
度で加熱することを特徴とする請求項５記載のドライエ
ッチング装置。
【請求項９】上記急速温度制御手段は、上記内壁を０
℃以下の低温から５０℃以上の高温まで急速に加熱する
急速加熱機構と、上記エッチング室の内壁を５０℃以上
の高温から０℃以下の低温まで急速に冷却する急速冷却
機構とを含むことを特徴とする請求項１記載のドライエ
ッチング装置。
【請求項１０】上記ドライエッチング装置は、平行平
板型の電極を有し、そのドライエッチング装置の対向電
極の温度を急速に制御する急速温度制御手段をさらに有
することを特徴とする請求項１記載のドライエッチング
装置。
【請求項１１】ドライエッチング装置を用いて、被エ
ッチング物をエッチングするようにしたドライエッチン
グ方法において、少なくとも、エッチング室の内壁の温度を急速に制御す
るようにしたことを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項１２】上記急速温度制御は、上記エッチング
室の内壁を５０℃／ｍｉｎ以上１００℃／ｍｉｎ以下の
速度で５０℃以上の高温から０℃以下の低温まで冷却す
るようにしたことを特徴とする請求項１１記載のドライ
エッチング方法。
【請求項１３】上記急速温度制御は、上記エッチング
室の内壁を５０℃／ｍｉｎ以上３００℃／ｍｉｎ以下の
速度で０℃以下の低温から５０℃以上の高温まで加熱す
るようにしたことを特徴とする請求項１１記載のドライ
エッチング方法。
【請求項１４】上記急速温度制御は、上記エッチング
を複数のステップに分割して行う場合のステップの間に
行うことを特徴とする請求項１１記載のドライエッチン
グ方法。
【請求項１５】エッチング時に上記エッチング室の内
壁を０℃以下の低温に保ち、オーバーエッチング時に上
記エッチング室の内壁を５０℃以上の高温に加熱するよ
うにしたことを特徴とする請求項１１記載のドライエッ
チング方法。