JPH10214822A - プラズマエッチング装置およびエッチング方法 - Google Patents
プラズマエッチング装置およびエッチング方法Info
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- JPH10214822A JPH10214822A JP9016788A JP1678897A JPH10214822A JP H10214822 A JPH10214822 A JP H10214822A JP 9016788 A JP9016788 A JP 9016788A JP 1678897 A JP1678897 A JP 1678897A JP H10214822 A JPH10214822 A JP H10214822A
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- 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
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- H01L21/04—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
- 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
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- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
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Abstract
(57)【要約】
【課題】大口径のウェーハ基板上の被エッチング材料を
微細で均一に加工できるようにする。 【解決手段】本発明のプラズマエッチング装置は、プラ
ズマ放電のなされるエッチング室を備え、且つ平行平板
型電極を有するプラズマエッチング装置であって、前記
平行平板電極を構成する下部電極と上部電極とに同一周
波数の高周波を発生する高周波電源がそれぞれ接続さ
れ、前記同一周波数の高周波に位相差を設けるための位
相差調整器が前記第１および第２の高周波電源間に接続
されている。そして、高周波の位相が異なりパワーの異
なる高周波が下部電極と上部電極とに独立に且つ同時に
印加されて被エッチング材料のエッチングがなされる。
微細で均一に加工できるようにする。 【解決手段】本発明のプラズマエッチング装置は、プラ
ズマ放電のなされるエッチング室を備え、且つ平行平板
型電極を有するプラズマエッチング装置であって、前記
平行平板電極を構成する下部電極と上部電極とに同一周
波数の高周波を発生する高周波電源がそれぞれ接続さ
れ、前記同一周波数の高周波に位相差を設けるための位
相差調整器が前記第１および第２の高周波電源間に接続
されている。そして、高周波の位相が異なりパワーの異
なる高周波が下部電極と上部電極とに独立に且つ同時に
印加されて被エッチング材料のエッチングがなされる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマエッチング
装置およびそのエッチング方法に関する。
装置およびそのエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマエッチング装置は、特定の物質
をプラズマ励起して活性の強いラジカルとイオンとの反
応ガスを発生させ、このラジカルとイオンとを被処理体
に照射し被処理体をエッチングするものである。
をプラズマ励起して活性の強いラジカルとイオンとの反
応ガスを発生させ、このラジカルとイオンとを被処理体
に照射し被処理体をエッチングするものである。
【０００３】この場合、プラズマ励起のためのエネルギ
ーを与える媒体として種々のものが考えられるが、現在
一般に使用されているものとして、１３．５６ＭＨｚ程
度の高周波あるいは２．４５ＧＨｚのマイクロ波があ
る。
ーを与える媒体として種々のものが考えられるが、現在
一般に使用されているものとして、１３．５６ＭＨｚ程
度の高周波あるいは２．４５ＧＨｚのマイクロ波があ
る。
【０００４】この中で、特に、エッチング室に配置され
た平行平板型の電極に高周波電源を接続し、平行平板の
電極上に載置されたウェーハ基板上の被エッチング材料
をドライエッチングする方法が一般的になっている。
た平行平板型の電極に高周波電源を接続し、平行平板の
電極上に載置されたウェーハ基板上の被エッチング材料
をドライエッチングする方法が一般的になっている。
【０００５】また、近年ではマイクロ波を用いるプラズ
マエッチングの方法以外に、高いプラズマ密度を発生さ
せて反応ガスの圧力が低い状態でも容易にドライエッチ
ングできる装置あるいはエッチング方法が提案されてい
る。このようなプラズマエッチング方法として、高密度
プラズマ例えばヘリコン波プラズマ、誘導結合型プラズ
マを使用するものがある。
マエッチングの方法以外に、高いプラズマ密度を発生さ
せて反応ガスの圧力が低い状態でも容易にドライエッチ
ングできる装置あるいはエッチング方法が提案されてい
る。このようなプラズマエッチング方法として、高密度
プラズマ例えばヘリコン波プラズマ、誘導結合型プラズ
マを使用するものがある。
【０００６】以下、従来の技術として平行平板の電極に
高周波電源を接続し、高周波でプラズマ励起した反応ガ
スを用いる場合について図７に基づいて説明する。ここ
で、図７は、このようなプラズマエッチング装置のエッ
チング室の断面図である。
高周波電源を接続し、高周波でプラズマ励起した反応ガ
スを用いる場合について図７に基づいて説明する。ここ
で、図７は、このようなプラズマエッチング装置のエッ
チング室の断面図である。
【０００７】図７に示すように、エッチング室１０１内
に平行平板電極の陰極電極１０２が設けられ、この陰極
電極１０２上に被処理体であるウェーハ基板１０３が載
置されるようになる。そして、平行平板電極の対向電極
として陽極電極１０４が設けられている。そして、プラ
ズマ励起されるハロゲン系ガス等のガス導入口１０５が
設置され、被処理体と反応後のガスの排出口１０６が設
置されている。なお、通常、陽極電極１０４は反応室壁
１０７に接続され接地電位に固定される。
に平行平板電極の陰極電極１０２が設けられ、この陰極
電極１０２上に被処理体であるウェーハ基板１０３が載
置されるようになる。そして、平行平板電極の対向電極
として陽極電極１０４が設けられている。そして、プラ
ズマ励起されるハロゲン系ガス等のガス導入口１０５が
設置され、被処理体と反応後のガスの排出口１０６が設
置されている。なお、通常、陽極電極１０４は反応室壁
１０７に接続され接地電位に固定される。
【０００８】上記ハロゲン系ガス等をプラズマ励起する
ための高周波は、高周波電源１０８で発生される。この
高周波電源１０８はマッチングボックスである整合器１
０９に取り付けられ、さらに、この整合器１０９は絶縁
部１１０で反応室壁１０７から絶縁分離された引き出し
電極１１０に取り付けられている。
ための高周波は、高周波電源１０８で発生される。この
高周波電源１０８はマッチングボックスである整合器１
０９に取り付けられ、さらに、この整合器１０９は絶縁
部１１０で反応室壁１０７から絶縁分離された引き出し
電極１１０に取り付けられている。
【０００９】そして、引き出し電極１１０を通して伝達
された高周波が陰極電極１０２と陽極電極１０４間のハ
ロゲン系ガス等をプラズマ励起する。このプラズマ励起
した反応ガスがウェーハ基板１０３上の被エッチング材
料をドライエッチングすることになる。
された高周波が陰極電極１０２と陽極電極１０４間のハ
ロゲン系ガス等をプラズマ励起する。このプラズマ励起
した反応ガスがウェーハ基板１０３上の被エッチング材
料をドライエッチングすることになる。
【００１０】近年、半導体装置の高密度化および微細化
のために、ドライエッチング時のマイクロローディング
効果の低減、エッチングマスクパターンの面積依存性の
低減、エッチング選択比の増大等が強く要求されてきて
いる。これらのことは、ＭＯＳトランジスタのゲート電
極形成のためのドライエッチングで特に重要になってき
ている。
のために、ドライエッチング時のマイクロローディング
効果の低減、エッチングマスクパターンの面積依存性の
低減、エッチング選択比の増大等が強く要求されてきて
いる。これらのことは、ＭＯＳトランジスタのゲート電
極形成のためのドライエッチングで特に重要になってき
ている。
【００１１】以下、上述したようなプラズマエッチング
装置を用いたこのようなドライエッチングについて図８
乃至図１０に基づいて説明する。図８乃至図１０はウェ
ーハ基板上の被処理体の断面図である。
装置を用いたこのようなドライエッチングについて図８
乃至図１０に基づいて説明する。図８乃至図１０はウェ
ーハ基板上の被処理体の断面図である。
【００１２】図８に示す被処理体は次のようになってい
る。すなわち、シリコン基板２０１表面にゲート絶縁膜
２０２が形成されている。そして、このゲート絶縁膜２
０２上にリン等の不純物を含有するポリシリコン膜２０
３が形成されている。さらに、このポリシリコン膜２０
３に積層して金属シリサイド膜２０４が形成されてい
る。そして、エッチングマスクとなるレジストマスク２
０５が金属シリサイド膜２０４の所定の領域に形成され
るようになる。
る。すなわち、シリコン基板２０１表面にゲート絶縁膜
２０２が形成されている。そして、このゲート絶縁膜２
０２上にリン等の不純物を含有するポリシリコン膜２０
３が形成されている。さらに、このポリシリコン膜２０
３に積層して金属シリサイド膜２０４が形成されてい
る。そして、エッチングマスクとなるレジストマスク２
０５が金属シリサイド膜２０４の所定の領域に形成され
るようになる。
【００１３】従来、このような被処理体のドライエッチ
ングでは、２ステップのエッチング方法が使用されてき
ている。すなわち、第１のエッチングステップでは、レ
ジストマスク２０５がエッチングマスクにされ金属シリ
サイド膜２０４がドライエッチングされる。ここで、反
応ガスとなるハロゲン系ガスとして例えばＣｌ2 、ＳＦ
6 等のガスが用いられる。そして、この金属シリサイド
膜２０４のドライエッチング後に、同一エッチング装置
内で塩素系ガスとＨＢｒとの混合ガスによる第２のエッ
チングステップでポリシリコン膜２０３がドライエッチ
ングされる。
ングでは、２ステップのエッチング方法が使用されてき
ている。すなわち、第１のエッチングステップでは、レ
ジストマスク２０５がエッチングマスクにされ金属シリ
サイド膜２０４がドライエッチングされる。ここで、反
応ガスとなるハロゲン系ガスとして例えばＣｌ2 、ＳＦ
6 等のガスが用いられる。そして、この金属シリサイド
膜２０４のドライエッチング後に、同一エッチング装置
内で塩素系ガスとＨＢｒとの混合ガスによる第２のエッ
チングステップでポリシリコン膜２０３がドライエッチ
ングされる。
【００１４】しかし、半導体装置が微細構造になり高密
度で微細な加工が必要になると、このような方法では第
１のエッチングステップでのマイクロローディング効果
が大きくなる。また、この場合には、エッチングマスク
の面積依存性が大きくなる。このため、０．２５μｍ程
度での安定した加工は難しくなる。
度で微細な加工が必要になると、このような方法では第
１のエッチングステップでのマイクロローディング効果
が大きくなる。また、この場合には、エッチングマスク
の面積依存性が大きくなる。このため、０．２５μｍ程
度での安定した加工は難しくなる。
【００１５】例えば、第１のエッチングステップでＳＦ
6 ガスが使用されると、ゲート電極とゲート絶縁膜との
エッチング選択比が小さくなり、ゲート絶縁膜およびシ
リコン基板もエッチングされるようになる。
6 ガスが使用されると、ゲート電極とゲート絶縁膜との
エッチング選択比が小さくなり、ゲート絶縁膜およびシ
リコン基板もエッチングされるようになる。
【００１６】また、第１のエッチングステップでＣｌ2
ガスが使用されると、以下に示すような不都合が生じ
る。すなわち、図９に示すように、レジストマスク２０
５をエッチングマスクにして金属シリサイド膜２０４が
ドライエッチングされ、金属シリサイド層２０４ａがポ
リシリコン膜２０３上に形成されると、図９（ａ）に示
すようなサイドエッチ２０６あるいは図９（ｂ）に示す
ようなノッチ２０７が形成されてしまう。このサイドエ
ッチ２０６は、マイクロローディング効果あるいはエッ
チングマスクの面積依存性の問題を解決するためにオー
バーエッチングを施すと生じてくる。また、高周波のパ
ワーをあげると上記のノッチ２０７が生じてくる。
ガスが使用されると、以下に示すような不都合が生じ
る。すなわち、図９に示すように、レジストマスク２０
５をエッチングマスクにして金属シリサイド膜２０４が
ドライエッチングされ、金属シリサイド層２０４ａがポ
リシリコン膜２０３上に形成されると、図９（ａ）に示
すようなサイドエッチ２０６あるいは図９（ｂ）に示す
ようなノッチ２０７が形成されてしまう。このサイドエ
ッチ２０６は、マイクロローディング効果あるいはエッ
チングマスクの面積依存性の問題を解決するためにオー
バーエッチングを施すと生じてくる。また、高周波のパ
ワーをあげると上記のノッチ２０７が生じてくる。
【００１７】上記のような問題を解決するために、第１
のエッチングステップで塩素系ガスと酸素ガスとの混合
ガスのプラズマ励起で金属シリサイド膜２０４がドライ
エッチングされる。そして、続けて第２のエッチングス
テップでポリシリコン膜２０３がドライエッチングされ
る。
のエッチングステップで塩素系ガスと酸素ガスとの混合
ガスのプラズマ励起で金属シリサイド膜２０４がドライ
エッチングされる。そして、続けて第２のエッチングス
テップでポリシリコン膜２０３がドライエッチングされ
る。
【００１８】しかし、この場合には、高密度プラズマを
使用し低ガス圧力でプラズマ密度の高いエッチングが必
要になる。そこで、このような条件の下で、図１０に示
すように、レジストマスク２０５をエッチングマスクに
したドライエッチングで金属シリサイド層２０４ａが形
成され、これらをエッチングマスクにしたドライエッチ
ングでポリシリコン層２０３ａが形成される。
使用し低ガス圧力でプラズマ密度の高いエッチングが必
要になる。そこで、このような条件の下で、図１０に示
すように、レジストマスク２０５をエッチングマスクに
したドライエッチングで金属シリサイド層２０４ａが形
成され、これらをエッチングマスクにしたドライエッチ
ングでポリシリコン層２０３ａが形成される。
【００１９】この場合には、図１０（ａ）に示すような
ポリシリコン層２０３ａにサイドエッチ２０８が生じた
り、図１０（ｂ）に示すようなノッチ２０９が発生する
ようになる。前者はプラズマ密度が高くなりラジカル成
分が増加するようになるためである。また、後者同様に
電子密度も高くなりチャージアップが増加しイオンが曲
がりやすくなるためである。
ポリシリコン層２０３ａにサイドエッチ２０８が生じた
り、図１０（ｂ）に示すようなノッチ２０９が発生する
ようになる。前者はプラズマ密度が高くなりラジカル成
分が増加するようになるためである。また、後者同様に
電子密度も高くなりチャージアップが増加しイオンが曲
がりやすくなるためである。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】半導体装置は高集積化
あるいは大容量化されてきている。このような中で、半
導体装置を製造するウェーハ基板は大口径化され、現在
では口径寸法２００ｍｍのウェーハ基板が一般的に使用
されている。そして、微細化が進み０．２５μｍ程度の
微細加工で半導体装置が製造されるようになると、ウェ
ーハ基板の寸法は３００ｍｍになると予想されている。
あるいは大容量化されてきている。このような中で、半
導体装置を製造するウェーハ基板は大口径化され、現在
では口径寸法２００ｍｍのウェーハ基板が一般的に使用
されている。そして、微細化が進み０．２５μｍ程度の
微細加工で半導体装置が製造されるようになると、ウェ
ーハ基板の寸法は３００ｍｍになると予想されている。
【００２１】しかし、先述したようなエッチング装置を
用いたエッチング技術では、上述したように微細な加工
が難しくなる。特に、微細寸法のゲート電極の形成にお
いて大きな問題が生じる。
用いたエッチング技術では、上述したように微細な加工
が難しくなる。特に、微細寸法のゲート電極の形成にお
いて大きな問題が生じる。
【００２２】さらには、被エッチング材料とレジストマ
スクとのエッチング選択比、被エッチング材料と他の材
料とのエッチング選択比を向上させることが難しい。ま
た、プラズマエッチングのウェーハ基板面内の均一性の
向上が難しい。
スクとのエッチング選択比、被エッチング材料と他の材
料とのエッチング選択比を向上させることが難しい。ま
た、プラズマエッチングのウェーハ基板面内の均一性の
向上が難しい。
【００２３】このために、従来のプラズマエッチングの
方法では、３００ｍｍ化等のウェーハ基板の大口径化対
応が困難になる。
方法では、３００ｍｍ化等のウェーハ基板の大口径化対
応が困難になる。
【００２４】本発明の目的は、大口径のウェーハ基板上
の被エッチング材料を微細で均一になるように加工する
ためのプラズマエッチング装置とそのエッチング方法を
提供することにある。
の被エッチング材料を微細で均一になるように加工する
ためのプラズマエッチング装置とそのエッチング方法を
提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】このために本発明のプラ
ズマエッチング装置は、プラズマ放電のなされるエッチ
ング室を備え、且つ平行平板型電極を有するプラズマエ
ッチング装置であって、前記平行平板電極を構成する下
部電極と上部電極とに同一周波数の高周波を発生する高
周波電源がそれぞれ接続され、前記同一周波数の高周波
に位相差を設けるための位相差調整器が、前記第１の高
周波電源および第２の高周波電源間に接続されている。
ズマエッチング装置は、プラズマ放電のなされるエッチ
ング室を備え、且つ平行平板型電極を有するプラズマエ
ッチング装置であって、前記平行平板電極を構成する下
部電極と上部電極とに同一周波数の高周波を発生する高
周波電源がそれぞれ接続され、前記同一周波数の高周波
に位相差を設けるための位相差調整器が、前記第１の高
周波電源および第２の高周波電源間に接続されている。
【００２６】ここで、上部電極に印加される前記高周波
の位相が、下部電極に印加される前記高周波の位相より
９０度以上であり１８０度未満である範囲で進むように
設定される。あるいは、前記エッチング室を外部と分離
する反応室壁は接地電位に固定されている。
の位相が、下部電極に印加される前記高周波の位相より
９０度以上であり１８０度未満である範囲で進むように
設定される。あるいは、前記エッチング室を外部と分離
する反応室壁は接地電位に固定されている。
【００２７】また、本発明のエッチング方法は、上記の
プラズマエッチング装置を用いるプラズマエッチングで
あって、下部電極および上部電極に同時に１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波が印加され、下部電極に印加される前記高
周波の電力（パワー）が７．５×１０-2ワット／ｃｍ2
以上であり、上部電極に印加される前記高周波のパワー
が１ワット／ｃｍ2 以上になるように設定される。
プラズマエッチング装置を用いるプラズマエッチングで
あって、下部電極および上部電極に同時に１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波が印加され、下部電極に印加される前記高
周波の電力（パワー）が７．５×１０-2ワット／ｃｍ2
以上であり、上部電極に印加される前記高周波のパワー
が１ワット／ｃｍ2 以上になるように設定される。
【００２８】あるいは、本発明のエッチング方法は、上
記のプラズマエッチング装置を用いるプラズマエッチン
グであって、下部電極および上部電極に同時に高周波が
印加され、上部電極に印加される前記高周波の位相が、
下部電極に印加される前記高周波の位相より９０度以上
であり１８０度未満である範囲で進むように設定され
る。
記のプラズマエッチング装置を用いるプラズマエッチン
グであって、下部電極および上部電極に同時に高周波が
印加され、上部電極に印加される前記高周波の位相が、
下部電極に印加される前記高周波の位相より９０度以上
であり１８０度未満である範囲で進むように設定され
る。
【００２９】また、本発明のプラズマエッチングの被エ
ッチング材料は金属シリサイド膜を含む薄膜であり、エ
ッチング時に前記エッチング室に塩素（Ｃｌ2 ）ガスあ
るいは塩酸（ＨＣｌ）が導入される。
ッチング材料は金属シリサイド膜を含む薄膜であり、エ
ッチング時に前記エッチング室に塩素（Ｃｌ2 ）ガスあ
るいは塩酸（ＨＣｌ）が導入される。
【００３０】
【発明の実施の形態】次に、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。初めに、本発明のプラズマエッチン
グ装置について図１に基づいて説明する。ここで、図１
は、本発明のプラズマエッチング装置のエッチング室の
断面図である。
の形態を説明する。初めに、本発明のプラズマエッチン
グ装置について図１に基づいて説明する。ここで、図１
は、本発明のプラズマエッチング装置のエッチング室の
断面図である。
【００３１】図１に示すように、エッチング室１内に平
行平板型電極が形成されている。すなわち、下部電極２
が設けられ、この下部電極２上に被処理体であるウェー
ハ基板３が載置されるようになる。そして、平行平板電
極のもう一方の電極として上部電極４が設けられてい
る。そして、プラズマ励起されるハロゲン系ガス等のガ
ス導入口５が設置される。ここで、ハロゲン系ガスは上
部電極４に設けられたガス分散口を通って反応室に均一
に導入されるようになる。なお、被処理体と反応後の排
ガス用の排出口６が設置されている。
行平板型電極が形成されている。すなわち、下部電極２
が設けられ、この下部電極２上に被処理体であるウェー
ハ基板３が載置されるようになる。そして、平行平板電
極のもう一方の電極として上部電極４が設けられてい
る。そして、プラズマ励起されるハロゲン系ガス等のガ
ス導入口５が設置される。ここで、ハロゲン系ガスは上
部電極４に設けられたガス分散口を通って反応室に均一
に導入されるようになる。なお、被処理体と反応後の排
ガス用の排出口６が設置されている。
【００３２】そして、下部電極２および上部電極４はと
もに絶縁部７により反応室壁８と絶縁されている。ま
た、反応室壁８は接地電位に固定されている。
もに絶縁部７により反応室壁８と絶縁されている。ま
た、反応室壁８は接地電位に固定されている。
【００３３】上記ハロゲン系ガス等をプラズマ励起する
ための高周波は下部電極２と上部電極４にそれぞれ別々
に導入される。但し、この高周波は同一周波数のものが
使用される。例えば１３．５６ＭＨｚの高周波が下部電
極２と上部電極４に同時に導入されるようになる。
ための高周波は下部電極２と上部電極４にそれぞれ別々
に導入される。但し、この高周波は同一周波数のものが
使用される。例えば１３．５６ＭＨｚの高周波が下部電
極２と上部電極４に同時に導入されるようになる。
【００３４】ここで、下部電極２には第１の高周波電源
９で発生される高周波が引き出し電極１０を通って導入
される。同様に、上部電極４には第２の高周波電源１１
で発生される高周波が導入される。そして、第１の高周
波電源９と第２の高周波電源１１との間には位相差調整
器１２が取り付けられている。
９で発生される高周波が引き出し電極１０を通って導入
される。同様に、上部電極４には第２の高周波電源１１
で発生される高周波が導入される。そして、第１の高周
波電源９と第２の高周波電源１１との間には位相差調整
器１２が取り付けられている。
【００３５】このようなプラズマエッチング装置におい
て、エッチング時には下部電極２と上部電極４に独立に
高周波パワーが印加される。そして、下部電極２と上部
電極４間のハロゲン系ガス等がプラズマ励起される。そ
して、このプラズマ励起した反応ガスがウェーハ基板３
上の被エッチング材料をドライエッチングすることにな
る。
て、エッチング時には下部電極２と上部電極４に独立に
高周波パワーが印加される。そして、下部電極２と上部
電極４間のハロゲン系ガス等がプラズマ励起される。そ
して、このプラズマ励起した反応ガスがウェーハ基板３
上の被エッチング材料をドライエッチングすることにな
る。
【００３６】このプラズマエッチング装置の主な特徴
は、上述したように平行平板電極の下部電極と上部電極
にそれぞれ高周波電源が接続されており、同一周波数の
高周波が位相差を持って同時にこれらの電極に印加され
ることである。
は、上述したように平行平板電極の下部電極と上部電極
にそれぞれ高周波電源が接続されており、同一周波数の
高周波が位相差を持って同時にこれらの電極に印加され
ることである。
【００３７】次に、このプラズマエッチング装置を用い
たエッチング方法について図２乃至図６に基づいて説明
する。そして、この説明の中で本発明のプラズマエッチ
ング装置の効果も説明される。なお、図２は本発明のエ
ッチング方法でポリサイド膜がエッチングされ、ＭＯＳ
トランジスタのゲート電極が形成されたところの断面図
である。
たエッチング方法について図２乃至図６に基づいて説明
する。そして、この説明の中で本発明のプラズマエッチ
ング装置の効果も説明される。なお、図２は本発明のエ
ッチング方法でポリサイド膜がエッチングされ、ＭＯＳ
トランジスタのゲート電極が形成されたところの断面図
である。
【００３８】図２に示すように、第１のエッチングステ
ップで、レジストマスク２３がエッチングマスクにされ
例えばタングステンシリサイド膜等の金属シリサイド膜
がドライエッチングされる。そして、金属シリサイド層
２４が形成される。ここで、反応ガスとなるハロゲン系
ガスとして塩素ガス（Ｃｌ2 ）と酸素（Ｏ2 ）ガスとの
混合ガスが用いられる。
ップで、レジストマスク２３がエッチングマスクにされ
例えばタングステンシリサイド膜等の金属シリサイド膜
がドライエッチングされる。そして、金属シリサイド層
２４が形成される。ここで、反応ガスとなるハロゲン系
ガスとして塩素ガス（Ｃｌ2 ）と酸素（Ｏ2 ）ガスとの
混合ガスが用いられる。
【００３９】そして、金属シリサイド層２４の形成後
に、同一エッチング装置内でＣｌ2 とＨＢｒとの混合ガ
スによる第２のエッチングステップでポリシリコン膜が
ドライエッチングされる。そして、ポリシリコン層２５
が形成される。
に、同一エッチング装置内でＣｌ2 とＨＢｒとの混合ガ
スによる第２のエッチングステップでポリシリコン膜が
ドライエッチングされる。そして、ポリシリコン層２５
が形成される。
【００４０】なお、このようなエッチングでは、塩素ガ
スに代えて塩化水素（ＨＣｌ）ガスが用いられてもよ
い。
スに代えて塩化水素（ＨＣｌ）ガスが用いられてもよ
い。
【００４１】このようなプラズマエッチングにおいて、
下部電極には適度の高周波パワーが印加される。本発明
のプラズマエッチングにおいては、下部電極は、被処理
体であるウェーハ基板とプラズマとの間に適度なイオン
シースを形成する役割を有する。このイオンシース部の
直流電圧が大きいほど、金属シリサイド膜、ポリシリコ
ン膜等の被エッチング材料サイドエッチ量が低減するよ
うになる。
下部電極には適度の高周波パワーが印加される。本発明
のプラズマエッチングにおいては、下部電極は、被処理
体であるウェーハ基板とプラズマとの間に適度なイオン
シースを形成する役割を有する。このイオンシース部の
直流電圧が大きいほど、金属シリサイド膜、ポリシリコ
ン膜等の被エッチング材料サイドエッチ量が低減するよ
うになる。
【００４２】図３は、上述した第１のエッチングステッ
プあるいは第２のエッチングステップで、下部電極に印
加される高周波パワーすなわち下部電極パワーと被エッ
チング材料のサイドエッチ量との関係を示すグラフであ
る。ここで、被エッチング材料はタングステンシリサイ
ド膜とポリシリコン膜である。
プあるいは第２のエッチングステップで、下部電極に印
加される高周波パワーすなわち下部電極パワーと被エッ
チング材料のサイドエッチ量との関係を示すグラフであ
る。ここで、被エッチング材料はタングステンシリサイ
ド膜とポリシリコン膜である。
【００４３】図３に示されるように、下部電極パワーが
小さくなるとサイドエッチ量は急激に増加する。しか
し、下部電極パワーが７．５×１０-2ワット／ｃｍ2 以
上になるとサイドエッチ量は０．０５μｍ以下になる。
このように、本発明のプラズマエッチングでは、下部電
極パワーは７．５×１０-2ワット／ｃｍ2 以上に設定さ
れるのが良い。なお、ここで、高周波の周波数は１３．
５６ＭＨｚであり、上部電極に印加される高周波パワー
すなわち上部電極パワーは１．５ワット／ｃｍ2に固定
されている。また、これらの高周波の位相差は９０度で
ある。但し、このサイドエッチ量の下部電極パワー依存
性は、上部電極パワーあるいは高周波の位相差には余り
影響されない。
小さくなるとサイドエッチ量は急激に増加する。しか
し、下部電極パワーが７．５×１０-2ワット／ｃｍ2 以
上になるとサイドエッチ量は０．０５μｍ以下になる。
このように、本発明のプラズマエッチングでは、下部電
極パワーは７．５×１０-2ワット／ｃｍ2 以上に設定さ
れるのが良い。なお、ここで、高周波の周波数は１３．
５６ＭＨｚであり、上部電極に印加される高周波パワー
すなわち上部電極パワーは１．５ワット／ｃｍ2に固定
されている。また、これらの高周波の位相差は９０度で
ある。但し、このサイドエッチ量の下部電極パワー依存
性は、上部電極パワーあるいは高周波の位相差には余り
影響されない。
【００４４】このプラズマエッチング装置の上部電極
は、反応ガスとなるプラズマ励起に対して大きな役割を
有する。本発明のプラズマエッチング装置では、プラズ
マ励起は図１に示した上部電極４と反応室壁８との間で
主に起こるようになる。このために、発生するプラズマ
はエッチグ室全体に拡がるようになる。そして、上部電
極パワーが大きくなるとエッチングのウェーハ基板面内
均一性が向上するようになる。
は、反応ガスとなるプラズマ励起に対して大きな役割を
有する。本発明のプラズマエッチング装置では、プラズ
マ励起は図１に示した上部電極４と反応室壁８との間で
主に起こるようになる。このために、発生するプラズマ
はエッチグ室全体に拡がるようになる。そして、上部電
極パワーが大きくなるとエッチングのウェーハ基板面内
均一性が向上するようになる。
【００４５】これについて図４に基づいて説明する。こ
こで、図４は、上述した第１のエッチングステップある
いは第２のエッチングステップで、上部電極パワーと、
被エッチング材料のエッチング後のウェーハ基板面内の
バラツキおよびエッチング選択比との関係を示すグラフ
である。ここで、前者の場合では被エッチング材料はタ
ングステンシリサイド膜とポリシリコン膜となってい
る。また、後者の場合では、エッチング選択比はタング
ステンシリサイドのエッチング速度とレジストマスクの
エッチング速度との比である。
こで、図４は、上述した第１のエッチングステップある
いは第２のエッチングステップで、上部電極パワーと、
被エッチング材料のエッチング後のウェーハ基板面内の
バラツキおよびエッチング選択比との関係を示すグラフ
である。ここで、前者の場合では被エッチング材料はタ
ングステンシリサイド膜とポリシリコン膜となってい
る。また、後者の場合では、エッチング選択比はタング
ステンシリサイドのエッチング速度とレジストマスクの
エッチング速度との比である。
【００４６】図４に示されるように、上部電極パワーが
小さくなるとウェーハ基板面内のエッチングバラツキは
増加する。しかし、上部電極パワーが１ワット／ｃｍ2
以上になるとウェーハ基板面内のエッチングバラツキは
小さくなり安定するようになる。
小さくなるとウェーハ基板面内のエッチングバラツキは
増加する。しかし、上部電極パワーが１ワット／ｃｍ2
以上になるとウェーハ基板面内のエッチングバラツキは
小さくなり安定するようになる。
【００４７】同様に、上部電極パワーが小さくなると上
記のエッチング選択比は増大するようになる。そして、
上部電極パワーが１ワット／ｃｍ2 以上になるとこのエ
ッチング選択比は一定になる。このように、上部電極パ
ワーは１ワット／ｃｍ2 以上に設定されるのが良いこと
が判る。なお、上記結果は、上部電極に印加される高周
波の周波数が１３．５６ＭＨｚ、これらの高周波間の位
相差が９０度、下部電極パワーが１×１０-1ワット／ｃ
ｍ2 の場合であるが、このような上部電極パワーの効果
はこれらの条件にはあまり影響されない。
記のエッチング選択比は増大するようになる。そして、
上部電極パワーが１ワット／ｃｍ2 以上になるとこのエ
ッチング選択比は一定になる。このように、上部電極パ
ワーは１ワット／ｃｍ2 以上に設定されるのが良いこと
が判る。なお、上記結果は、上部電極に印加される高周
波の周波数が１３．５６ＭＨｚ、これらの高周波間の位
相差が９０度、下部電極パワーが１×１０-1ワット／ｃ
ｍ2 の場合であるが、このような上部電極パワーの効果
はこれらの条件にはあまり影響されない。
【００４８】本発明ではこのように上部電極パワーが増
大すると、プラズマ励起は上述したようにこの上部電極
と反応室壁間で主に起こるために、励起されたプラズマ
は横方向に拡がるようになる。そして、エッチングのウ
ェーハ基板面内の均一性が向上するようになる。
大すると、プラズマ励起は上述したようにこの上部電極
と反応室壁間で主に起こるために、励起されたプラズマ
は横方向に拡がるようになる。そして、エッチングのウ
ェーハ基板面内の均一性が向上するようになる。
【００４９】本発明のプラズマエッチングでは、上部電
極と下部電極とに印加される同一周波数の高周波の位相
差により、エッチング状態が異なってくる。図５で、上
部電極の高周波の位相が下部電極の高周波の位相より進
んでいる場合、これらの位相の差が横軸にとられてい
る。そして、縦軸に、エッチング後のウェーハ基板面内
のバラツキとエッチング選択比がとられている。ここ
で、エッチング後のウェーハ基板面内のバラツキでは、
被エッチング材料はタングステンシリサイド膜とポリシ
リコン膜となっている。また、エッチング選択比はタン
グステンシリサイドのエッチング速度とレジストマスク
のエッチング速度との比である。
極と下部電極とに印加される同一周波数の高周波の位相
差により、エッチング状態が異なってくる。図５で、上
部電極の高周波の位相が下部電極の高周波の位相より進
んでいる場合、これらの位相の差が横軸にとられてい
る。そして、縦軸に、エッチング後のウェーハ基板面内
のバラツキとエッチング選択比がとられている。ここ
で、エッチング後のウェーハ基板面内のバラツキでは、
被エッチング材料はタングステンシリサイド膜とポリシ
リコン膜となっている。また、エッチング選択比はタン
グステンシリサイドのエッチング速度とレジストマスク
のエッチング速度との比である。
【００５０】図５に示されるように、エッチング後のウ
ェーハ基板面内のバラツキは上部電極と下部電極との高
周波の位相差に複雑に依存している。図５から判ること
は、この位相差が９０度以上であり１８０度以下である
と、エッチング後のウェーハ基板面内の均一性が良くな
ることである。同様に、この位相差が１８０度未満であ
るとエッチング選択比が高くなることである。
ェーハ基板面内のバラツキは上部電極と下部電極との高
周波の位相差に複雑に依存している。図５から判ること
は、この位相差が９０度以上であり１８０度以下である
と、エッチング後のウェーハ基板面内の均一性が良くな
ることである。同様に、この位相差が１８０度未満であ
るとエッチング選択比が高くなることである。
【００５１】このように、本発明のプラズマエッチング
では、上部電極に印加される高周波の位相が、下部電極
に印加される高周波の位相より、９０度以上であり１８
０度未満である範囲で進むように設定されるのが良い。
では、上部電極に印加される高周波の位相が、下部電極
に印加される高周波の位相より、９０度以上であり１８
０度未満である範囲で進むように設定されるのが良い。
【００５２】なお、このような結果は、下部電極パワー
あるいは上部電極パワーには影響されないことである。
あるいは上部電極パワーには影響されないことである。
【００５３】次に、このプラズマエッチング装置を用い
たエッチング方法について図６に基づいて説明する。図
６は本発明のエッチング方法で金属シリサイド膜がエッ
チングされ、金属配線が形成されたところの断面図であ
る。
たエッチング方法について図６に基づいて説明する。図
６は本発明のエッチング方法で金属シリサイド膜がエッ
チングされ、金属配線が形成されたところの断面図であ
る。
【００５４】図６に示すように、第１のエッチングステ
ップで、レジストマスク２３がエッチングマスクにさ
れ、下地絶縁膜２６上に堆積されたタングステンシリサ
イド膜等の金属シリサイド膜がドライエッチングされ
る。そして、平坦部の金属シリサイド層２４が形成され
る。ここで、反応ガスとなるハロゲン系ガスとして塩素
ガス（Ｃｌ2 ）と酸素（Ｏ2 ）ガスとの混合ガスが用い
られる。次に、第２のエッチグステップで、図示されな
いが下地段差部に残存するようになる金属シリサイド膜
がエッチングされる。この場合も塩素ガス（Ｃｌ2 ）と
酸素（Ｏ2 ）ガスとの混合ガスが用いられるが、第１の
エッチングステップの場合より酸素量が多く処理時間は
短い。このようにして、エッチング後の残差は皆無にな
る。
ップで、レジストマスク２３がエッチングマスクにさ
れ、下地絶縁膜２６上に堆積されたタングステンシリサ
イド膜等の金属シリサイド膜がドライエッチングされ
る。そして、平坦部の金属シリサイド層２４が形成され
る。ここで、反応ガスとなるハロゲン系ガスとして塩素
ガス（Ｃｌ2 ）と酸素（Ｏ2 ）ガスとの混合ガスが用い
られる。次に、第２のエッチグステップで、図示されな
いが下地段差部に残存するようになる金属シリサイド膜
がエッチングされる。この場合も塩素ガス（Ｃｌ2 ）と
酸素（Ｏ2 ）ガスとの混合ガスが用いられるが、第１の
エッチングステップの場合より酸素量が多く処理時間は
短い。このようにして、エッチング後の残差は皆無にな
る。
【００５５】この場合のエッチングでも、図３乃至図５
で説明したエッチング条件での効果は同様に生じる。
で説明したエッチング条件での効果は同様に生じる。
【００５６】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のプラズ
マエッチング装置では、並行平板型電極の下部電極と上
部電極とに同一周波数で位相差を有する高周波が印加さ
れ、独立に制御される。このために、プラズマ密度の増
大、プラズマの横方向の拡散とウェーハ基板上のイオン
シースとが独立して制御できるようになる。
マエッチング装置では、並行平板型電極の下部電極と上
部電極とに同一周波数で位相差を有する高周波が印加さ
れ、独立に制御される。このために、プラズマ密度の増
大、プラズマの横方向の拡散とウェーハ基板上のイオン
シースとが独立して制御できるようになる。
【００５７】このために、先述したように半導体装置を
製造するウェーハ基板が大口径化され、ウェーハ基板の
口径寸法が３００ｍｍになっても、微細なパターンがウ
ェーハ基板面内に均一性よく形成できるようになる。
製造するウェーハ基板が大口径化され、ウェーハ基板の
口径寸法が３００ｍｍになっても、微細なパターンがウ
ェーハ基板面内に均一性よく形成できるようになる。
【００５８】そして、半導体装置の製造工程での歩留ま
りを向上させるともに、半導体装置の収率を容易に向上
させるようになる。このようにして、半導体装置の製造
コストが大幅に低減するようになる。
りを向上させるともに、半導体装置の収率を容易に向上
させるようになる。このようにして、半導体装置の製造
コストが大幅に低減するようになる。
【図１】本発明の実施の形態を説明するプラズマエッチ
ング装置の断面図である。
ング装置の断面図である。
【図２】上記プラズマエッチング装置によるエッチング
方法を説明するための被エッチング材料の断面図であ
る。
方法を説明するための被エッチング材料の断面図であ
る。
【図３】上記エッチング方法でのサイドエッチ量の下部
電極パワー依存性を示すグラフである。
電極パワー依存性を示すグラフである。
【図４】上記エッチング方法でのエッチングの上部電極
パワー依存性を示すグラフである。
パワー依存性を示すグラフである。
【図５】上記エッチング方法でのエッチングの高周波の
位相差依存性を示すグラフである。
位相差依存性を示すグラフである。
【図６】上記プラズマエッチング装置によるエッチング
方法を説明するための別の被エッチング材料の断面図で
ある。
方法を説明するための別の被エッチング材料の断面図で
ある。
【図７】従来の技術を説明するためのプラズマエッチン
グ装置の断面図である。
グ装置の断面図である。
【図８】従来の技術を説明でのエッチング方法を説明す
るための被エッチング材料の断面図である。
るための被エッチング材料の断面図である。
【図９】従来の技術を説明するエッチング後の断面図で
ある。
ある。
【図１０】従来の技術を説明するエッチング後の断面図
である。
である。
１，１０１ エッチング室 ２，１０２ 下部電極 ３，１０３ ウェーハ基板 ４，１０４ 上部電極 ５，１０５ ガス導入口 ６，１０６ 排出口 ７，１１０ 絶縁部 ８，１０７ 反応室壁 ９ 第１の高周波電源 １０，１１１ 引き出し電極 １１ 第２の高周波電源 １２ 位相差調整器 ２１，２０１ シリコン基板 ２２，２０２ ゲート絶縁膜 ２３，２０５ レジストマスク ２４，２０４ａ 金属シリサイド層 ２５，２０３ａ ポリシリコン層 ２６ 下地絶縁膜 １０８ 高周波電源 １０９ 整合器 ２０３ ポリシリコン膜 ２０４ 金属シリサイド膜 ２０６，２０８ サイドエッチ ２０７，２０９ ノッチ
Claims (6)
- 【請求項１】 プラズマ放電のなされるエッチング室を
備え、且つ平行平板型電極を有するプラズマエッチング
装置であって、前記平行平板型電極を構成する下部電極
と上部電極とに同一周波数の高周波を発生する高周波電
源がそれぞれ接続され、前記同一周波数の高周波に位相
差を設けるための位相差調整器が前記第１および第２の
高周波電源間に接続されていることを特徴とするプラズ
マエッチング装置。 - 【請求項２】 前記上部電極に印加される前記高周波の
位相が前記下部電極に印加される前記高周波の位相より
９０度以上であり１８０度未満となる範囲で進むように
設定されていることを特徴とする請求項１記載のプラズ
マエッチング装置。 - 【請求項３】 前記エッチング室を外部と分離する反応
室壁が接地電位に固定されていることを特徴とする請求
項１または請求項２記載のプラズマエッチング装置。 - 【請求項４】 請求項１、請求項２または請求項３記載
のプラズマエッチング装置を用いるプラズマエッチング
であって、下部電極および上部電極に同時に１３．５６
ＭＨｚの高周波が印加され、下部電極に印加される前記
高周波のパワーが７．５×１０-2ワット／ｃｍ2 以上で
あり、上部電極に印加される前記高周波のパワーが１ワ
ット／ｃｍ2 以上になるように設定されることを特徴と
するエッチング方法。 - 【請求項５】 請求項１、請求項２または請求項３記載
のプラズマエッチング装置を用いるプラズマエッチング
であって、下部電極および上部電極に同時に高周波が印
加され、上部電極に印加される前記高周波の位相が下部
電極に印加される前記高周波の位相より９０度以上であ
り１８０度未満となる範囲で進んでいることを特徴とす
るエッチング方法。 - 【請求項６】 前記プラズマエッチングの被エッチング
材料が金属シリサイド膜を含む薄膜であり、エッチング
時に前記エッチング室に塩素（Ｃｌ2 ）ガスあるいは塩
酸（ＨＣｌ）が導入されることを特徴とする請求項３、
請求項４または請求項５記載のエッチング方法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP9016788A JPH10214822A (ja) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | プラズマエッチング装置およびエッチング方法 |
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