JPH10125662A - エッチングプロセス中に側壁プロファイルを制御するための方法および装置 - Google Patents
エッチングプロセス中に側壁プロファイルを制御するための方法および装置Info
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- JPH10125662A JPH10125662A JP9267390A JP26739097A JPH10125662A JP H10125662 A JPH10125662 A JP H10125662A JP 9267390 A JP9267390 A JP 9267390A JP 26739097 A JP26739097 A JP 26739097A JP H10125662 A JPH10125662 A JP H10125662A
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Classifications
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
-
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31105—Etching inorganic layers
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- H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エッチングプロセス中に半導体ウェハに形成
された開口の側壁の傾斜を制御するプロセスを提供す
る。 【解決手段】 プロセスチャンバ内で使用されるプロセ
スガスを前励起するために、マイクロ波または高周波エ
ネルギーが遠隔的に印可される。高周波エネルギーは、
プロセスチャンバ内のプロセスガスにも供給される。側
壁の傾斜は、プロセスチャンバ内に供給される高周波エ
ネルギーに対する遠隔マイクロ波または高周波エネルギ
ーの比を変えることにより変動する。側壁の傾斜は、プ
ロセスガスの流量および組成、ならびにプロセスチャン
バ内の圧力を変えることによっても成形される。より垂
直な異方性エッチングプロファイルは、高い高周波エネ
ルギーと低いプロセスチャンバ圧力を用いて得られる。
より水平な等方性プロファイルは、低い高周波エネルギ
ーと高いプロセスチャンバ圧力を用いて得られる。
された開口の側壁の傾斜を制御するプロセスを提供す
る。 【解決手段】 プロセスチャンバ内で使用されるプロセ
スガスを前励起するために、マイクロ波または高周波エ
ネルギーが遠隔的に印可される。高周波エネルギーは、
プロセスチャンバ内のプロセスガスにも供給される。側
壁の傾斜は、プロセスチャンバ内に供給される高周波エ
ネルギーに対する遠隔マイクロ波または高周波エネルギ
ーの比を変えることにより変動する。側壁の傾斜は、プ
ロセスガスの流量および組成、ならびにプロセスチャン
バ内の圧力を変えることによっても成形される。より垂
直な異方性エッチングプロファイルは、高い高周波エネ
ルギーと低いプロセスチャンバ圧力を用いて得られる。
より水平な等方性プロファイルは、低い高周波エネルギ
ーと高いプロセスチャンバ圧力を用いて得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理に関
し、特にエッチング形成された側壁のプロファイルを制
御するプラズマエッチングプロセスに関する。
し、特にエッチング形成された側壁のプロファイルを制
御するプラズマエッチングプロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマ処理は、半導体製造業に必要不
可欠な道具である。プラズマエッチングプロセスでは、
プロセスガスの分子を解離して反応種、すなわちプラズ
マを生成するために電磁放射が用いられている。このプ
ラズマは、プロセス環境（通常は真空チャンバ）中で半
導体ウェハ等の被処理体の表面に向かう。ウェハは、回
路パターンを定めるフォトレジスト材料によってマスク
されている。プラズマは、ウェハのマスクされていない
部分に開口を食刻する。これらの開口の傾斜またはプロ
ファイルは、プラズマ先行プロセスガス（plasma precu
rsor process gas）の選択に応じて変化する。このた
め、等方性プロセスは全方向に等しくエッチングを行う
が、異方性プロセスは主に一つの方向にエッチングを行
う。たとえば、反応性イオンエッチング（“ＲＩＥ”）
のようなプロセスによれば、高いアスペクト比を有する
小開口の異方性エッチングが可能になる。これにより、
より微少なデバイス図形（device feature）を形成する
ことができる。
可欠な道具である。プラズマエッチングプロセスでは、
プロセスガスの分子を解離して反応種、すなわちプラズ
マを生成するために電磁放射が用いられている。このプ
ラズマは、プロセス環境（通常は真空チャンバ）中で半
導体ウェハ等の被処理体の表面に向かう。ウェハは、回
路パターンを定めるフォトレジスト材料によってマスク
されている。プラズマは、ウェハのマスクされていない
部分に開口を食刻する。これらの開口の傾斜またはプロ
ファイルは、プラズマ先行プロセスガス（plasma precu
rsor process gas）の選択に応じて変化する。このた
め、等方性プロセスは全方向に等しくエッチングを行う
が、異方性プロセスは主に一つの方向にエッチングを行
う。たとえば、反応性イオンエッチング（“ＲＩＥ”）
のようなプロセスによれば、高いアスペクト比を有する
小開口の異方性エッチングが可能になる。これにより、
より微少なデバイス図形（device feature）を形成する
ことができる。
【０００３】図１は、従来技術に係る一般的なＲＩＥ装
置を示している。プロセスチャンバ１０の内部には、ウ
ェハ支持部材１２が配置されている。このウェハ支持部
材は、高周波（“ＲＦ”）パワーソース１４に接続され
ており、陰極として機能する。チャンバの壁１６および
底部１８は、システムの接地陽極を形成している。
置を示している。プロセスチャンバ１０の内部には、ウ
ェハ支持部材１２が配置されている。このウェハ支持部
材は、高周波（“ＲＦ”）パワーソース１４に接続され
ており、陰極として機能する。チャンバの壁１６および
底部１８は、システムの接地陽極を形成している。
【０００４】流入口（inlet port）２０を通じてチャン
バに供給されるガスは、ガス分散プレート２２を通過し
て被処理体２４の表面に向かう。プロセスチャンバに供
給されるＲＦエネルギーは、プロセスの分子を解離し
て、被処理体をエッチングするために使用される反応種
を生成する。
バに供給されるガスは、ガス分散プレート２２を通過し
て被処理体２４の表面に向かう。プロセスチャンバに供
給されるＲＦエネルギーは、プロセスの分子を解離し
て、被処理体をエッチングするために使用される反応種
を生成する。
【０００５】この他に、マイクロ波（“ＭＷ”）パワー
ソースまたはＲＦパワーソース２８を使用することによ
りアプリケータ（applicator）２６内でプラズマを遠隔
生成することもできる。遠隔生成されたプラズマは、こ
の後、プロセスチャンバに送られる。電極に供給される
ＲＦエネルギーの量が増加するにつれて、異方性エッチ
ングが達成される。使用済みのプロセスガスは、この
後、真空ポンプ３２により流出口（outlet port）３０
を通じてプロセスチャンバから排出される。
ソースまたはＲＦパワーソース２８を使用することによ
りアプリケータ（applicator）２６内でプラズマを遠隔
生成することもできる。遠隔生成されたプラズマは、こ
の後、プロセスチャンバに送られる。電極に供給される
ＲＦエネルギーの量が増加するにつれて、異方性エッチ
ングが達成される。使用済みのプロセスガスは、この
後、真空ポンプ３２により流出口（outlet port）３０
を通じてプロセスチャンバから排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】エッチング形成された
開口の側壁のプロファイルを制御することがしばしば望
まれる。例えば、金属の堆積のためにシリコン酸化物
（酸化ケイ素）等の誘電体層中に開口を形成するときに
は、傾斜した側壁が必要とされる。傾斜側壁を形成する
ために種々のエッチャント混合物を用いることが知られ
ている。しかしながら、このようなプロセスは、得られ
る開口が不均一になるなど、一般に制御が難しい。ま
た、上層フォトレジスト層上の対応する図形寸法（feat
ure size）よりも小さな中間層および能動素子コンタク
ト領域を形成することも困難である。むしろ、このエッ
チングプロセスは、フォトレジストの下をエッチング
し、これによりウェハのマスク領域よりも大きな径の開
口を形成する傾向がある。
開口の側壁のプロファイルを制御することがしばしば望
まれる。例えば、金属の堆積のためにシリコン酸化物
（酸化ケイ素）等の誘電体層中に開口を形成するときに
は、傾斜した側壁が必要とされる。傾斜側壁を形成する
ために種々のエッチャント混合物を用いることが知られ
ている。しかしながら、このようなプロセスは、得られ
る開口が不均一になるなど、一般に制御が難しい。ま
た、上層フォトレジスト層上の対応する図形寸法（feat
ure size）よりも小さな中間層および能動素子コンタク
ト領域を形成することも困難である。むしろ、このエッ
チングプロセスは、フォトレジストの下をエッチング
し、これによりウェハのマスク領域よりも大きな径の開
口を形成する傾向がある。
【０００７】従って、被処理体のエッチングの際に形成
される側壁のプロファイルを制御するプロセスを提供で
きれば好適である。また、このようなプロセスが上層フ
ォトレジスト層上の対応する図形寸法よりも小さな中間
層および能動素子コンタクト領域を提供するのであれ
ば、一層好適である。
される側壁のプロファイルを制御するプロセスを提供で
きれば好適である。また、このようなプロセスが上層フ
ォトレジスト層上の対応する図形寸法よりも小さな中間
層および能動素子コンタクト領域を提供するのであれ
ば、一層好適である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウェハ
にエッチングされた開口の側壁のプロファイルを制御す
るプロセスを提供する。プロセスチャンバ内で使用され
るプロセスガスを前励起するために、マイクロ波エネル
ギーまたは高周波エネルギーが遠隔的に印可される。高
周波エネルギーは、プロセスチャンバ内のプロセスガス
にも供給される。側壁プロファイルは、プロセスチャン
バ内に供給される高周波エネルギーに対する遠隔マイク
ロ波エネルギーまたは遠隔高周波エネルギーの比を独立
して変化させることにより制御される。側壁プロファイ
ルは、プロセスガスの流量および組成、ならびにプロセ
スチャンバ内の圧力を変化させることによっても制御さ
れる。例えば、より垂直な、異方性のエッチングプロフ
ァイルは、より低い圧力でプロセスチャンバを操作しな
がら、より高い高周波エネルギーをプロセスチャンバに
与えることにより得られる。同様に、より水平な、等方
性のプロファイルは、より高い圧力でプロセスチャンバ
を操作しながら、より低い高周波エネルギーをプロセス
チャンバに与えることにより得られる。これにより、等
方性および異方性エッチングプロセスの双方について同
じプロセスチャンバを使用することが可能になる。
にエッチングされた開口の側壁のプロファイルを制御す
るプロセスを提供する。プロセスチャンバ内で使用され
るプロセスガスを前励起するために、マイクロ波エネル
ギーまたは高周波エネルギーが遠隔的に印可される。高
周波エネルギーは、プロセスチャンバ内のプロセスガス
にも供給される。側壁プロファイルは、プロセスチャン
バ内に供給される高周波エネルギーに対する遠隔マイク
ロ波エネルギーまたは遠隔高周波エネルギーの比を独立
して変化させることにより制御される。側壁プロファイ
ルは、プロセスガスの流量および組成、ならびにプロセ
スチャンバ内の圧力を変化させることによっても制御さ
れる。例えば、より垂直な、異方性のエッチングプロフ
ァイルは、より低い圧力でプロセスチャンバを操作しな
がら、より高い高周波エネルギーをプロセスチャンバに
与えることにより得られる。同様に、より水平な、等方
性のプロファイルは、より高い圧力でプロセスチャンバ
を操作しながら、より低い高周波エネルギーをプロセス
チャンバに与えることにより得られる。これにより、等
方性および異方性エッチングプロセスの双方について同
じプロセスチャンバを使用することが可能になる。
【０００９】エッチングプロセスが進行するにしたがっ
て、プロセスチャンバに供給される高周波成分は、上層
フォトレジストパターンよりも狭いエッチング図形を形
成するように変動させられる。こうして、上層フォトレ
ジスト層上の対応する図形寸法よりも小さな中間層およ
び能動素子コンタクト領域を形成することができる。さ
らに、プログラムされたエネルギー／圧力分布（progra
mmed energy/pressureprofile）をプロセスチャンバに
与えることにより、単一のエッチングプロセスでエッチ
ングプロファイルを変化させることができる。
て、プロセスチャンバに供給される高周波成分は、上層
フォトレジストパターンよりも狭いエッチング図形を形
成するように変動させられる。こうして、上層フォトレ
ジスト層上の対応する図形寸法よりも小さな中間層およ
び能動素子コンタクト領域を形成することができる。さ
らに、プログラムされたエネルギー／圧力分布（progra
mmed energy/pressureprofile）をプロセスチャンバに
与えることにより、単一のエッチングプロセスでエッチ
ングプロファイルを変化させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、半導体ウェハにエッチ
ング形成された開口の側壁のプロファイルを制御するプ
ロセスを提供する。
ング形成された開口の側壁のプロファイルを制御するプ
ロセスを提供する。
【００１１】図２は、本発明に係る反応性イオンエッチ
ング装置４０のブロック図である。プロセスチャンバ４
６の内部では、被処理体４２が陰極／支持部材４４上に
支持されている。プロセスガスは、第１ガスソース５０
からアプリケータ４８に供給される。本発明の好適な実
施形態では、アプリケータからのプロセスガスのフロー
を可変制御するためにモジュール５８が設置される。ア
プリケータチューブは、任意の既知の構成とすることが
できる。このような構成としては、例えば、従来のサフ
ァイアチューブや、Ｈ．ハーチェン（Herchen）による
米国特許出願第08/499,984号「マイクロ波プラズマベー
スアプリケータ（Microwave Plasma Based Applicato
r）」（出願日1995年7月10日）に記載されアプライドマ
テリアルズ社に一般譲渡されるものが挙げられる。
ング装置４０のブロック図である。プロセスチャンバ４
６の内部では、被処理体４２が陰極／支持部材４４上に
支持されている。プロセスガスは、第１ガスソース５０
からアプリケータ４８に供給される。本発明の好適な実
施形態では、アプリケータからのプロセスガスのフロー
を可変制御するためにモジュール５８が設置される。ア
プリケータチューブは、任意の既知の構成とすることが
できる。このような構成としては、例えば、従来のサフ
ァイアチューブや、Ｈ．ハーチェン（Herchen）による
米国特許出願第08/499,984号「マイクロ波プラズマベー
スアプリケータ（Microwave Plasma Based Applicato
r）」（出願日1995年7月10日）に記載されアプライドマ
テリアルズ社に一般譲渡されるものが挙げられる。
【００１２】第１エネルギーソース５４からの電磁エネ
ルギーは、アプリケータ中のプロセスガスに遠隔印加さ
れる。この電磁エネルギーソースは、ＲＦ信号か、ある
いはマイクロ波信号（通常、２．４５ＧＨｚの周波数を
有している）とすることができる。この電磁エネルギー
の周波数およびパワーを手動または自動で調整するため
に、第１可変制御モジュール５６を設置することができ
る。本発明の好適な実施形態では、このＭＷまたはＲＦ
エネルギーがアプリケータ内にプラズマを生成すること
はない。逆に、この印加エネルギーは、反応性ガスをよ
り高いエネルギー準位に前励起する。本発明の他の実施
形態では、プラズマがアプリケータ内で遠隔生成され
る。
ルギーは、アプリケータ中のプロセスガスに遠隔印加さ
れる。この電磁エネルギーソースは、ＲＦ信号か、ある
いはマイクロ波信号（通常、２．４５ＧＨｚの周波数を
有している）とすることができる。この電磁エネルギー
の周波数およびパワーを手動または自動で調整するため
に、第１可変制御モジュール５６を設置することができ
る。本発明の好適な実施形態では、このＭＷまたはＲＦ
エネルギーがアプリケータ内にプラズマを生成すること
はない。逆に、この印加エネルギーは、反応性ガスをよ
り高いエネルギー準位に前励起する。本発明の他の実施
形態では、プラズマがアプリケータ内で遠隔生成され
る。
【００１３】前励起されたガスは、この後、アプリケー
タから入口５２を通ってプロセスチャンバ内に輸送され
た後、被処理体の表面に向かう。第２エネルギーソース
６０からの高周波エネルギーも、プロセスチャンバ内の
前励起ガスに印加される。この第２エネルギーソース
は、電磁エネルギーまたはマイクロ波エネルギーのアプ
リケータへの印加と同時に、アプリケータからプロセス
チャンバに供給された前励起プロセスガス（またはプラ
ズマ）に供給することができる。
タから入口５２を通ってプロセスチャンバ内に輸送され
た後、被処理体の表面に向かう。第２エネルギーソース
６０からの高周波エネルギーも、プロセスチャンバ内の
前励起ガスに印加される。この第２エネルギーソース
は、電磁エネルギーまたはマイクロ波エネルギーのアプ
リケータへの印加と同時に、アプリケータからプロセス
チャンバに供給された前励起プロセスガス（またはプラ
ズマ）に供給することができる。
【００１４】ＲＩＥ中におけるプラズマの制御を補助す
るために、プロセスチャンバの周囲に磁気コイル６１を
設置することができる。第２ソースからのＲＦエネルギ
ーの周波数およびパワーを手動または自動で調整するた
めに、第２可変制御モジュール６２を設置することがで
きる。
るために、プロセスチャンバの周囲に磁気コイル６１を
設置することができる。第２ソースからのＲＦエネルギ
ーの周波数およびパワーを手動または自動で調整するた
めに、第２可変制御モジュール６２を設置することがで
きる。
【００１５】アプリケータ中の励起準位が大きいほど、
チャンバ内のエッチング速度は大きくなる。これは、ア
プリケータ内に大量の反応種が高いエネルギー準位で形
成されるためである。遠隔のガスを前励起することに
は、利点が幾つかある。一つの利点は、プラズマを生成
するためにチャンバ内に必要とされるＲＦパワーが少な
いため、被処理体上の熱負荷（heat-loading）が低減さ
れることである。これにより、より優れたエッチング均
一性が得られ、ウェハ上に形成された微細な図形（feat
ure）が過度の熱にさらされることによって損傷する可
能性が少なくなる。さらに、プラズマが生成された後に
残るＲＦパワーを用いて、被処理体上にバイアスをか
け、これにより反応種がチャンバの側壁へ向かう代わり
に下方のウェハに向かうようにすることができる。
チャンバ内のエッチング速度は大きくなる。これは、ア
プリケータ内に大量の反応種が高いエネルギー準位で形
成されるためである。遠隔のガスを前励起することに
は、利点が幾つかある。一つの利点は、プラズマを生成
するためにチャンバ内に必要とされるＲＦパワーが少な
いため、被処理体上の熱負荷（heat-loading）が低減さ
れることである。これにより、より優れたエッチング均
一性が得られ、ウェハ上に形成された微細な図形（feat
ure）が過度の熱にさらされることによって損傷する可
能性が少なくなる。さらに、プラズマが生成された後に
残るＲＦパワーを用いて、被処理体上にバイアスをか
け、これにより反応種がチャンバの側壁へ向かう代わり
に下方のウェハに向かうようにすることができる。
【００１６】プロセスチャンバＲＦソースに供給されな
くてはならないパワー量は、エッチングされるべき材料
や、被処理体およびプロセスチャンバ双方のサイズとい
った要因に依存している。本発明の好適な実施形態で
は、８インチウェハのエッチング中に、約３００〜１５
００ワットの範囲のＲＦエネルギーがプロセスチャンバ
に加えられる。プロセスガスの一部または全部が前励起
されている場合は、より低いパワーレベルを印加するこ
とも可能である。この低レベルは、平均して約１５０〜
７５０ワットである。８インチウェハに対しては、アプ
リケータ用の好適なパワー範囲は、約６００〜３０００
ワットである。
くてはならないパワー量は、エッチングされるべき材料
や、被処理体およびプロセスチャンバ双方のサイズとい
った要因に依存している。本発明の好適な実施形態で
は、８インチウェハのエッチング中に、約３００〜１５
００ワットの範囲のＲＦエネルギーがプロセスチャンバ
に加えられる。プロセスガスの一部または全部が前励起
されている場合は、より低いパワーレベルを印加するこ
とも可能である。この低レベルは、平均して約１５０〜
７５０ワットである。８インチウェハに対しては、アプ
リケータ用の好適なパワー範囲は、約６００〜３０００
ワットである。
【００１７】本発明の好適な実施形態では、（アプリケ
ータを介してプロセスチャンバに供給されるプロセスガ
スに加えて）プロセスチャンバにプロセスガスを直接供
給するために第２プロセスガスソース６４を設置するこ
とができる。この第２プロセスガスの第２ソースからプ
ロセスチャンバへの流れを可変制御するために、モジュ
ール６６を設置することができる。ＲＦエネルギーは、
アプリケータによって供給された前励起ガスおよび第２
ソース６４によってプロセスチャンバに供給されたプロ
セスガスの双方に供給される。
ータを介してプロセスチャンバに供給されるプロセスガ
スに加えて）プロセスチャンバにプロセスガスを直接供
給するために第２プロセスガスソース６４を設置するこ
とができる。この第２プロセスガスの第２ソースからプ
ロセスチャンバへの流れを可変制御するために、モジュ
ール６６を設置することができる。ＲＦエネルギーは、
アプリケータによって供給された前励起ガスおよび第２
ソース６４によってプロセスチャンバに供給されたプロ
セスガスの双方に供給される。
【００１８】このプロセスガスは、ＣＨＦ3、ＣＦ4、Ｎ
Ｆ3、Ｏ2およびＣｌ2のようなガスを含んでいても良
い。ＲＩＥ型のエッチングで通常用いられる他のガスに
は、フッ素含有ガス、臭素、酸素、窒素、およびアルゴ
ンが含まれる。第１および第２ソースは、要求されるエ
ッチングプロファイルや図形寸法（feature size）やエ
ッチングされる材料のような要因に応じて、同一または
異なるタイプのガスを供給することができる。
Ｆ3、Ｏ2およびＣｌ2のようなガスを含んでいても良
い。ＲＩＥ型のエッチングで通常用いられる他のガスに
は、フッ素含有ガス、臭素、酸素、窒素、およびアルゴ
ンが含まれる。第１および第２ソースは、要求されるエ
ッチングプロファイルや図形寸法（feature size）やエ
ッチングされる材料のような要因に応じて、同一または
異なるタイプのガスを供給することができる。
【００１９】プロセスチャンバ内の圧力は、通常、真空
ポンプ７４に接続されたスロットルバルブ７２によって
制御することができる。チャンバ内の圧力を制御するた
めに、可変制御モジュール７５を設置することもでき
る。このモジュールは、手動または自動で制御すること
ができる。
ポンプ７４に接続されたスロットルバルブ７２によって
制御することができる。チャンバ内の圧力を制御するた
めに、可変制御モジュール７５を設置することもでき
る。このモジュールは、手動または自動で制御すること
ができる。
【００２０】本発明の一実施形態では、電磁エネルギー
ソース用の可変制御モジュール５６、チャンバ圧力用の
可変制御モジュール７２、ガスフロー用の可変制御モジ
ュール５８、６６、およびプロセスチャンバＲＦパワー
ソース用の可変制御モジュール６２を調整するために、
主制御モジュール６８が設置される。主制御モジュール
は、手動制御であっても良いし、自動制御であっても良
い。このため、種々の材料や図形寸法に対する任意の数
の所定エッチングプロファイルを主制御モジュール中に
プログラムすることができ、所望のエッチングプロファ
イルを過度の実験を行う必要なく選択することができ
る。この用途に適したプログラム可能コントローラは、
プロセスガス流量やチャンバ圧力やエネルギー準位のよ
うなプロセスパラメタの独立制御装置として、この分野
では周知である。
ソース用の可変制御モジュール５６、チャンバ圧力用の
可変制御モジュール７２、ガスフロー用の可変制御モジ
ュール５８、６６、およびプロセスチャンバＲＦパワー
ソース用の可変制御モジュール６２を調整するために、
主制御モジュール６８が設置される。主制御モジュール
は、手動制御であっても良いし、自動制御であっても良
い。このため、種々の材料や図形寸法に対する任意の数
の所定エッチングプロファイルを主制御モジュール中に
プログラムすることができ、所望のエッチングプロファ
イルを過度の実験を行う必要なく選択することができ
る。この用途に適したプログラム可能コントローラは、
プロセスガス流量やチャンバ圧力やエネルギー準位のよ
うなプロセスパラメタの独立制御装置として、この分野
では周知である。
【００２１】エッチングプロセスの進行を監視するため
に、終点検出器７０等の監視装置をプロセスチャンバに
接続することができる。本発明の好適な実施形態では、
終点検出器が主制御モジュールに接続されている。これ
により、可変制御モジュールを、例えばガスフローおよ
びＲＦエネルギー準位をプロセスの進行にしたがって調
整して所期のプロファイルを達成するためのものとする
ことができる。
に、終点検出器７０等の監視装置をプロセスチャンバに
接続することができる。本発明の好適な実施形態では、
終点検出器が主制御モジュールに接続されている。これ
により、可変制御モジュールを、例えばガスフローおよ
びＲＦエネルギー準位をプロセスの進行にしたがって調
整して所期のプロファイルを達成するためのものとする
ことができる。
【００２２】エッチング形成された側壁のプロファイル
は、プロセスに供給される遠隔マイクロ波エネルギーま
たは遠隔高周波エネルギーの量の、プロセスチャンバに
供給される高周波エネルギー量に対する比を独立して変
化させることにより変化する。側壁プロファイルは、ガ
スの流量および組成、ならびにプロセスチャンバ内の圧
力を制御することによっても成形される。これらのプロ
セス変数のパラメタは、所期の側壁プロファイルを確実
が生成されるように、エッチングプロセスの間、必要に
応じて調整することができる。このため、より高い高周
波エネルギーおよびより低いプロセスチャンバ圧力を与
えることによって、より垂直な、異方性の側壁プロファ
イルが得られる。このような場合、より多くの反応種が
下方の被処理体へ向かう。また、より低い高周波エネル
ギーおよびより高いプロセスチャンバ圧力を与えること
によって、より水平な、等方性のプロファイルが得られ
る。この場合、反応種は、被処理体に沿って、より側方
に進むようになる。側壁のプロファイルは垂直を超えて
傾斜することはできないが、エッチングプロセス中に側
壁のプロファイルを増減し、これにより開口の長さ方向
に沿って変動する傾斜を有する開口を形成することは可
能である。
は、プロセスに供給される遠隔マイクロ波エネルギーま
たは遠隔高周波エネルギーの量の、プロセスチャンバに
供給される高周波エネルギー量に対する比を独立して変
化させることにより変化する。側壁プロファイルは、ガ
スの流量および組成、ならびにプロセスチャンバ内の圧
力を制御することによっても成形される。これらのプロ
セス変数のパラメタは、所期の側壁プロファイルを確実
が生成されるように、エッチングプロセスの間、必要に
応じて調整することができる。このため、より高い高周
波エネルギーおよびより低いプロセスチャンバ圧力を与
えることによって、より垂直な、異方性の側壁プロファ
イルが得られる。このような場合、より多くの反応種が
下方の被処理体へ向かう。また、より低い高周波エネル
ギーおよびより高いプロセスチャンバ圧力を与えること
によって、より水平な、等方性のプロファイルが得られ
る。この場合、反応種は、被処理体に沿って、より側方
に進むようになる。側壁のプロファイルは垂直を超えて
傾斜することはできないが、エッチングプロセス中に側
壁のプロファイルを増減し、これにより開口の長さ方向
に沿って変動する傾斜を有する開口を形成することは可
能である。
【００２３】等方性エッチングにより形成され、緩やか
な傾斜を有する側壁を得るためには、高いプロセスガス
流量と高いプロセスチャンバ圧力が必要となる。このよ
うな高プロセスガス流量は、全ガスフローで毎分約１〜
２リットルに達する場合があり、また、プロセスチャン
バ圧力は、約３Torrに及ぶ可能性がある。異方性エッチ
ングにより形成された、より急な傾斜は、より低いプロ
セスガス流量およびプロセスチャンバ圧力によって達成
される。これらの低プロセスガス流量は、毎分約０．０
４リットルに達する場合があり、プロセスチャンバ圧力
は、約１００mTorrに及ぶ可能性がある。したがって、
本発明は、プロセスガスの前励起や、プロセスチャンバ
に供給されるＲＦエネルギー準位や、プロセスガスの流
量および組成や、プロセスチャンバ圧力といった要因の
相互作用に依存して、多様な側壁エッチングプロファイ
ルを提供する。
な傾斜を有する側壁を得るためには、高いプロセスガス
流量と高いプロセスチャンバ圧力が必要となる。このよ
うな高プロセスガス流量は、全ガスフローで毎分約１〜
２リットルに達する場合があり、また、プロセスチャン
バ圧力は、約３Torrに及ぶ可能性がある。異方性エッチ
ングにより形成された、より急な傾斜は、より低いプロ
セスガス流量およびプロセスチャンバ圧力によって達成
される。これらの低プロセスガス流量は、毎分約０．０
４リットルに達する場合があり、プロセスチャンバ圧力
は、約１００mTorrに及ぶ可能性がある。したがって、
本発明は、プロセスガスの前励起や、プロセスチャンバ
に供給されるＲＦエネルギー準位や、プロセスガスの流
量および組成や、プロセスチャンバ圧力といった要因の
相互作用に依存して、多様な側壁エッチングプロファイ
ルを提供する。
【００２４】本発明の他の実施形態は、以下の例の中で
説明する。
説明する。
【００２５】図３および図４は、それぞれ本発明の例１
および例２によるエッチング開口の側断面図である。
および例２によるエッチング開口の側断面図である。
【００２６】 例１ 例２ マイクロ波パワー、ワット ６００ １０００ 圧力、mTorr ６５０ ３８０ ＲＦパワー、ワット ５００ １０００ ＮＦ3、sccm １３５ ８４ ＣＦ4、sccm ２７０ １６９ Ｏ2、sccm ７６ ４７ ＮＦ3：ＣＦ4 ０．５ ０．５ エッチング時間、秒 ３１５ １８４ 図３に示される例１では、低ＭＷパワーが遠隔的に印加
されるとともに低ＲＦパワーがチャンバに供給される。
チャンバは、高圧力下に維持される。低パワーおよび高
圧力を使用することにより、被処理体７６のフォトレジ
スト層８４の下に位置するシリコン酸化物７４層の水平
に近い等方性エッチングが実現される。側壁７８は、な
めらかにテーパ化され、開口８２の底部８０は比較的平
坦になる。
されるとともに低ＲＦパワーがチャンバに供給される。
チャンバは、高圧力下に維持される。低パワーおよび高
圧力を使用することにより、被処理体７６のフォトレジ
スト層８４の下に位置するシリコン酸化物７４層の水平
に近い等方性エッチングが実現される。側壁７８は、な
めらかにテーパ化され、開口８２の底部８０は比較的平
坦になる。
【００２７】これとは対照的には、図４に示される例２
では、より高いパワーおよびより低い圧力が加えられ
る。この結果得られるプロファイルは、より垂直な側壁
８４と平坦な底部８６を伴う異方性の高いエッチングを
示している。
では、より高いパワーおよびより低い圧力が加えられ
る。この結果得られるプロファイルは、より垂直な側壁
８４と平坦な底部８６を伴う異方性の高いエッチングを
示している。
【００２８】例３ １５００sccmという全ガスフローを用いてテトラエトキ
シシラン（“ＴＥＯＳ”）から堆積されたシリコン酸化
物中に一つの開口をエッチングした。ＮＦ3：ＣＦ4比は
０．２であり、Ｏ2：ＣＦ4比は０．３２とした。ウェハ
支持温度は、ウェハを冷却するための４Torrのヘリウム
を用いて１００℃に維持した。１４００ワットのパワー
をＭＷソースに与えた。エッチングは、１３３秒間継続
した。
シシラン（“ＴＥＯＳ”）から堆積されたシリコン酸化
物中に一つの開口をエッチングした。ＮＦ3：ＣＦ4比は
０．２であり、Ｏ2：ＣＦ4比は０．３２とした。ウェハ
支持温度は、ウェハを冷却するための４Torrのヘリウム
を用いて１００℃に維持した。１４００ワットのパワー
をＭＷソースに与えた。エッチングは、１３３秒間継続
した。
【００２９】図５は、本発明の例３により製造されたエ
ッチング開口の側断面図である。得られたエッチング開
口８８は、なめらかにテーパ化された側壁９０と平坦な
底部９２を備えている。このように、より高いエネルギ
ー準位がガスソースに与えられるにつれて、垂直に近い
異方性エッチングプロファイルが得られる。
ッチング開口の側断面図である。得られたエッチング開
口８８は、なめらかにテーパ化された側壁９０と平坦な
底部９２を備えている。このように、より高いエネルギ
ー準位がガスソースに与えられるにつれて、垂直に近い
異方性エッチングプロファイルが得られる。
【００３０】エッチングが進行するにしたがって、プロ
セスチャンバに供給される高周波成分を制御することに
より、上層フォトレジストパターンよりも狭いエッチン
グ図形を形成することもできる。これにより、上層フォ
トレジスト層上の対応する図形寸法よりも小さな中間層
および能動素子コンタクト領域を形成することができ
る。側壁をリフローすることなく、またフォトレジスト
中のより狭い開口を用いる必要なく、この狭いエンドホ
ールを得ることができる。したがって、本発明により幾
つかのプロセスステップが除去され、これにより製造時
間およびコストを削減することができる。
セスチャンバに供給される高周波成分を制御することに
より、上層フォトレジストパターンよりも狭いエッチン
グ図形を形成することもできる。これにより、上層フォ
トレジスト層上の対応する図形寸法よりも小さな中間層
および能動素子コンタクト領域を形成することができ
る。側壁をリフローすることなく、またフォトレジスト
中のより狭い開口を用いる必要なく、この狭いエンドホ
ールを得ることができる。したがって、本発明により幾
つかのプロセスステップが除去され、これにより製造時
間およびコストを削減することができる。
【００３１】以上、本発明を好適な実施形態に関連して
詳細に説明したが、当業者であれば、ここで上述したも
のは本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく他の応用
例に置き換えられることを容易に理解することができ
る。したがって、本発明は、特許請求の範囲によっての
み制限されるべきである。
詳細に説明したが、当業者であれば、ここで上述したも
のは本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく他の応用
例に置き換えられることを容易に理解することができ
る。したがって、本発明は、特許請求の範囲によっての
み制限されるべきである。
【図１】従来技術の反応性イオンエッチング装置の概略
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明に係る反応性イオンエッチング装置のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図３】本発明によってエッチング形成された開口の側
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明によってエッチング形成された開口の側
断面図である。
断面図である。
【図５】本発明によってエッチング形成された開口の側
断面図である。
断面図である。
４０…反応性イオンエッチング装置、４２…被処理体、
４４…陰極／支持部材、４６…プロセスチャンバ、４８
…アプリケータ、５０…第１ガスソース、５２…入口、
５４…第１エネルギーソース、５６…第１エネルギーソ
ース用可変制御モジュール、５８…ガスフロー用可変制
御モジュール、６０…第２エネルギーソース、６１…磁
気コイル、６２…第２エネルギーソース用可変制御モジ
ュール、６４…第２ガスソース、６６…ガスフロー用可
変制御モジュール、６８…主制御モジュール、７０…終
点検出器、７２…スロットルバルブ、７４…真空ポン
プ、７５…チャンバ圧力用可変制御モジュール。
４４…陰極／支持部材、４６…プロセスチャンバ、４８
…アプリケータ、５０…第１ガスソース、５２…入口、
５４…第１エネルギーソース、５６…第１エネルギーソ
ース用可変制御モジュール、５８…ガスフロー用可変制
御モジュール、６０…第２エネルギーソース、６１…磁
気コイル、６２…第２エネルギーソース用可変制御モジ
ュール、６４…第２ガスソース、６６…ガスフロー用可
変制御モジュール、６８…主制御モジュール、７０…終
点検出器、７２…スロットルバルブ、７４…真空ポン
プ、７５…チャンバ圧力用可変制御モジュール。
フロントページの続き (72)発明者 マイケル ディー． ウェルチ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， リヴァーモア， ローマ ストリート 940 (72)発明者 ウィリアム ブラウン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ランドル アヴェニュー 1275 (72)発明者 ウォルター リチャードソン メリー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， サン ジュアン ロード 22610
Claims (35)
- 【請求項１】 エッチングプロセス中に被処理体に形成
された開口に設けられる側壁プロファイルを制御するプ
ロセスであって、 第１エネルギーソースからプロセスガスにエネルギーを
遠隔印加して前記プロセスガスを前励起するステップ
と、 この前励起されたプロセスガスをプロセスチャンバ内に
導入するステップと、 第２エネルギーソースから前記プロセスチャンバ内の前
記プロセスガスにエネルギーを印加してプラズマを生成
するステップと、 前記第１および第２エネルギーソースによって供給され
るエネルギーの印加の比を変化させて前記被処理体に形
成される開口の側壁プロファイルを制御するステップ
と、 を備えるプロセス。 - 【請求項２】 前記第１および第２エネルギーソース
は、高周波エネルギーソースおよびマイクロ波エネルギ
ーソースから選択されたものである請求項１記載のプロ
セス。 - 【請求項３】 第２のプロセスガスソースから前記プロ
セスチャンバ内にプロセスガスを導入するステップをさ
らに備える請求項１記載のプロセス。 - 【請求項４】 前記プロセスチャンバを磁石で包囲する
ステップをさらに備える請求項１記載のプロセス。 - 【請求項５】 前記プロセスチャンバ内の圧力を制御し
て前記側壁プロファイルに影響を与えるステップをさら
に備える請求項１記載のプロセス。 - 【請求項６】 前記プロセスチャンバ内への前記プロセ
スガスの流量を制御して前記側壁プロファイルに影響を
与えるステップをさらに備える請求項１記載のプロセ
ス。 - 【請求項７】 終点検出システムを用いて前記プロセス
チャンバ内におけるプロセスの進行を監視するステップ
をさらに備える請求項１記載のプロセス。 - 【請求項８】 前記エネルギーの印加、前記ガス流量、
および前記プロセスチャンバ圧力を制御する主制御装置
を設置するステップをさらに備える請求項１記載のプロ
セス。 - 【請求項９】 前記主制御装置は、終点検出器に応答す
る、請求項８記載のプロセス。 - 【請求項１０】 エッチングプロセス中に被処理体に形
成された開口の側壁プロファイルを制御するプロセスで
あって、 第１エネルギーソースからのエネルギーをプロセスガス
に遠隔印加して前記ガスを前励起するステップと、 この前励起されたプロセスガスをプロセスチャンバ内に
導入するステップと、 第２エネルギーソースからのエネルギーを前記プロセス
チャンバ内の前記前励起ガスに印加してプラズマを生成
するステップと、 前記プロセスチャンバ内の圧力を制御するステップと、 を備えるプロセス。 - 【請求項１１】 前記第１および第２エネルギーソース
は、高周波エネルギーソースおよびマイクロ波エネルギ
ーソースから選択されたものである請求項１０記載のプ
ロセス。 - 【請求項１２】 第２のガスソースから前記プロセスチ
ャンバ内にプロセスガスを導入するステップをさらに備
える請求項１０記載のプロセス。 - 【請求項１３】 前記プロセスチャンバを磁石で包囲す
るステップをさらに備える請求項１０記載のプロセス。 - 【請求項１４】 前記第１および第２エネルギーソース
からのエネルギーの印加を変化させて前記側壁プロファ
イルに影響を与えるステップをさらに備える請求項１０
記載のプロセス。 - 【請求項１５】 前記プロセスチャンバ内への前記プロ
セスガスの流量を制御して前記側壁プロファイルに影響
を与えるステップをさらに備える請求項１０記載のプロ
セス。 - 【請求項１６】 終点検出システムを用いて前記プロセ
スチャンバ内におけるプロセスの進行を監視するステッ
プをさらに備える請求項１０記載のプロセス。 - 【請求項１７】 前記エネルギーの印加、前記ガス流
量、および前記プロセスチャンバ圧力を制御する主制御
装置を設置するステップをさらに備える請求項１０記載
のプロセス。 - 【請求項１８】 前記主制御装置は、終点検出システム
に応答する、請求項１７記載のプロセス。 - 【請求項１９】 エッチングプロセス中に被処理体に形
成された開口の側壁プロファイルを制御するプロセスで
あって、 第１エネルギーソースからのエネルギーをプロセスガス
に遠隔印加して前記ガスを前励起するステップと、 この前励起されたプロセスガスをプロセスチャンバ内に
導入するステップと、 第２エネルギーソースからのエネルギーを前記プロセス
チャンバ内の前記前励起ガスに印加してプラズマを生成
するステップと、 前記プロセスチャンバ内への前記プロセスガスのフロー
を制御するステップと、 を備えるプロセス。 - 【請求項２０】 前記第１および第２エネルギーソース
は、高周波エネルギーソースおよびマイクロ波エネルギ
ーソースから選択されたものである請求項１９記載のプ
ロセス。 - 【請求項２１】 第２のガスソースから前記プロセスチ
ャンバ内にプロセスガスを導入するステップをさらに備
える請求項１９記載のプロセス。 - 【請求項２２】 前記プロセスチャンバを磁石で包囲す
るステップをさらに備える請求項１９記載のプロセス。 - 【請求項２３】 前記プロセスチャンバ内の圧力を制御
して前記側壁プロファイルに影響を与えるステップをさ
らに備える請求項１９記載のプロセス。 - 【請求項２４】 前記第１および第２エネルギーソース
によるエネルギーの印加の比を制御して前記側壁プロフ
ァイルに影響を与えるステップをさらに備える請求項１
９記載のプロセス。 - 【請求項２５】 終点検出システムを用いて前記プロセ
スチャンバ内におけるプロセスの進行を監視するステッ
プをさらに備える請求項１９記載のプロセス。 - 【請求項２６】 前記エネルギーの印加、前記ガス流
量、および前記プロセスチャンバ圧力を制御する主制御
装置を設置するステップをさらに備える請求項１９記載
のプロセス。 - 【請求項２７】 前記主制御装置は、終点検出システム
に応答する、請求項２６記載のプロセス。 - 【請求項２８】 プロセスチャンバ内でのエッチングプ
ロセス中に被処理体に形成された開口の側壁プロファイ
ルを制御するシステムであって、 第１のプロセスガスソースにより供給される第１のプロ
セスガスと、 前記プロセスガスを前励起する第１のエネルギーソース
と、 この前励起されたプロセスガスを前記プロセスチャンバ
内に導入するためのポートと、 前記プロセスチャンバ内の前記第１プロセスガスにエネ
ルギーを印加してプラズマを生成する第２のエネルギー
ソースと、 前記第１および第２エネルギーソースによるエネルギー
の印加の比を変化させて前記側壁プロファイルに影響を
与える制御装置と、 を備えるシステム。 - 【請求項２９】 前記プロセスチャンバ内への前記プロ
セスガスのフローを制御して前記側壁プロファイルに影
響を与える制御装置をさらに備える請求項２８記載のシ
ステム。 - 【請求項３０】 前記プロセスチャンバ内の圧力を制御
して前記側壁プロファイルに影響を与える制御装置をさ
らに備える請求項２８記載のシステム。 - 【請求項３１】 前記プロセスチャンバ内にガスを直接
送り込む第２のガスソースをさらに備える請求項２８記
載のシステム。 - 【請求項３２】 前記プロセスチャンバを包囲する磁石
をさらに備える請求項２８記載のシステム。 - 【請求項３３】 前記プロセスチャンバ内におけるプロ
セスの進行を監視する終点検出システムをさらに備える
請求項２８記載のシステム。 - 【請求項３４】 前記エネルギーの印加、前記ガス流
量、および前記プロセスチャンバ圧力を制御する主制御
装置をさらに備える請求項２８記載のシステム。 - 【請求項３５】 前記主制御装置は、終点検出システム
に応答する、請求項３４記載のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/724,660 US6248206B1 (en) | 1996-10-01 | 1996-10-01 | Apparatus for sidewall profile control during an etch process |
| US08/724660 | 1996-10-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10125662A true JPH10125662A (ja) | 1998-05-15 |
Family
ID=24911338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9267390A Withdrawn JPH10125662A (ja) | 1996-10-01 | 1997-09-30 | エッチングプロセス中に側壁プロファイルを制御するための方法および装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6248206B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10125662A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (12)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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