JPH1126433A - プラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理方法Info
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- JPH1126433A JPH1126433A JP9177071A JP17707197A JPH1126433A JP H1126433 A JPH1126433 A JP H1126433A JP 9177071 A JP9177071 A JP 9177071A JP 17707197 A JP17707197 A JP 17707197A JP H1126433 A JPH1126433 A JP H1126433A
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- Japan
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- plasma
- time
- modulation
- density
- frequency power
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマ中の解離反応を抑制した高精度プラ
ズマ処理を実現する。 【解決手段】 プラズマ生成室１に、高密度プラズマ
源、たとえばマルチスパイラルコイル３を用いた誘導結
合型プラズマ源を設け、パルス発生器１１により電源５
をオン／オフ変調して高周波電力を供給する。変調周期
を２０〜２００μ秒、オン時間／変調周期を０．３〜
０．７の範囲で制御することで高精度な、あるいはオン
時間／変調周期を時間的に変化させることで高速かつ高
精度なエッチング処理方法を行うことが可能となる。
ズマ処理を実現する。 【解決手段】 プラズマ生成室１に、高密度プラズマ
源、たとえばマルチスパイラルコイル３を用いた誘導結
合型プラズマ源を設け、パルス発生器１１により電源５
をオン／オフ変調して高周波電力を供給する。変調周期
を２０〜２００μ秒、オン時間／変調周期を０．３〜
０．７の範囲で制御することで高精度な、あるいはオン
時間／変調周期を時間的に変化させることで高速かつ高
精度なエッチング処理方法を行うことが可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波放電を用い
たプラズマ処理方法に関するものである。
たプラズマ処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高周波放電を用いたプラズマ処理方法
は、半導体製造方法において、微細加工のためのドライ
エッチング、薄膜形成のためのスパッタリング、プラズ
マＣＶＤ、イオン注入等、様々なところで用いられてい
る。以下、プラズマ処理方法の適用例として、微細加工
に適したドライエッチングについて説明する。ドライエ
ッチング技術として最も広く用いられている反応性イオ
ンエッチング（いわゆる、ＲＩＥ）は、適当なガスの高
周波放電プラズマ中に試料を晒すことによりエッチング
反応を起こさせ、試料の表面の不要部分を除去するもの
である。
は、半導体製造方法において、微細加工のためのドライ
エッチング、薄膜形成のためのスパッタリング、プラズ
マＣＶＤ、イオン注入等、様々なところで用いられてい
る。以下、プラズマ処理方法の適用例として、微細加工
に適したドライエッチングについて説明する。ドライエ
ッチング技術として最も広く用いられている反応性イオ
ンエッチング（いわゆる、ＲＩＥ）は、適当なガスの高
周波放電プラズマ中に試料を晒すことによりエッチング
反応を起こさせ、試料の表面の不要部分を除去するもの
である。
【０００３】反応性イオンエッチングにおいては、微細
化を促進するためにイオンの方向性を揃えることが必要
であるが、そのためにはプラズマ中でのイオンの散乱を
減らすことが不可欠である。イオンの方向性を揃えるた
めには、プラズマ発生装置内の圧力を低くし、イオンの
平均自由行程を大きくすることが効果的であるが、プラ
ズマ密度が低下しエッチング速度が低くなるという問題
がある。
化を促進するためにイオンの方向性を揃えることが必要
であるが、そのためにはプラズマ中でのイオンの散乱を
減らすことが不可欠である。イオンの方向性を揃えるた
めには、プラズマ発生装置内の圧力を低くし、イオンの
平均自由行程を大きくすることが効果的であるが、プラ
ズマ密度が低下しエッチング速度が低くなるという問題
がある。
【０００４】その対策として誘導結合型プラズマ装置や
ヘリコン型プラズマ装置等の高密度プラズマ装置が導入
されつつある。高密度プラズマ装置は、従来からある平
行平板型ＲＩＥ装置に比べ１０倍〜１００倍程度高密度
のプラズマを発生でき、圧力が１／１０から１／１００
程度低い条件下でも平行平板型ＲＩＥ装置と同等以上の
エッチング速度が得られる。
ヘリコン型プラズマ装置等の高密度プラズマ装置が導入
されつつある。高密度プラズマ装置は、従来からある平
行平板型ＲＩＥ装置に比べ１０倍〜１００倍程度高密度
のプラズマを発生でき、圧力が１／１０から１／１００
程度低い条件下でも平行平板型ＲＩＥ装置と同等以上の
エッチング速度が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして改良された従来のプラズマ処理方法において
も、エッチング形状の異常、マイクロローディング効果
の発生、ゲート絶縁膜の劣化や破壊の発生という問題点
があった。これらは、進行する微細化に対して依然プラ
ズマ中の化学反応の制御範囲が狭いこと、さらには高密
度プラズマであるが故に、チャージアップが著しい、過
度の解離によってラジカル密度が低下するといったこと
が原因となっている。これらの課題を解決する１つの方
法として、従来からパルスプラズマプロセス（例えば、
特開平６−２６７９００号公報参照）が提案されてい
る。
うにして改良された従来のプラズマ処理方法において
も、エッチング形状の異常、マイクロローディング効果
の発生、ゲート絶縁膜の劣化や破壊の発生という問題点
があった。これらは、進行する微細化に対して依然プラ
ズマ中の化学反応の制御範囲が狭いこと、さらには高密
度プラズマであるが故に、チャージアップが著しい、過
度の解離によってラジカル密度が低下するといったこと
が原因となっている。これらの課題を解決する１つの方
法として、従来からパルスプラズマプロセス（例えば、
特開平６−２６７９００号公報参照）が提案されてい
る。
【０００６】このパルスプラズマプロセスは、プラズマ
発生用高周波電力（ＲＦ）をパルス状に供給し、高周波
電力供給期間にオフ期間を設けることで、プラズマ中の
解離反応、基板への電荷蓄積過程を制御することを目的
としていたが、その詳細な機構は不明で、課題を十分解
決するには至っていない。本発明は、このような課題の
うち、特にラジカル密度の制御に注力し、低圧力下でも
微細加工性に優れたプラズマ処理方法を課題としてい
る。特に、酸化膜のエッチングにおいては、その選択性
を得る上で、エッチング反応や堆積保護膜形成に関与す
るラジカル種や密度を制御する必要がある。
発生用高周波電力（ＲＦ）をパルス状に供給し、高周波
電力供給期間にオフ期間を設けることで、プラズマ中の
解離反応、基板への電荷蓄積過程を制御することを目的
としていたが、その詳細な機構は不明で、課題を十分解
決するには至っていない。本発明は、このような課題の
うち、特にラジカル密度の制御に注力し、低圧力下でも
微細加工性に優れたプラズマ処理方法を課題としてい
る。特に、酸化膜のエッチングにおいては、その選択性
を得る上で、エッチング反応や堆積保護膜形成に関与す
るラジカル種や密度を制御する必要がある。
【０００７】したがって、本発明の目的は、ラジカル密
度を高精度に制御することができるプラズマ処理方法を
提供することである。
度を高精度に制御することができるプラズマ処理方法を
提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、パルスプラズマプロセスにおけるパルス変調パラメ
ータにより解離反応を制御し、連続放電のＣＷプロセス
では実現できない高精度なラジカル密度の制御を実現す
ることに特徴を有している。
に、パルスプラズマプロセスにおけるパルス変調パラメ
ータにより解離反応を制御し、連続放電のＣＷプロセス
では実現できない高精度なラジカル密度の制御を実現す
ることに特徴を有している。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、真空室に供給された反応ガスを、真空室に間欠的に
供給される高周波電力によりプラズマ化し、そのプラズ
マで真空室内の試料を加工するプラズマ処理方法であっ
て、高周波電力をオンオフ変調することとし、高周波電
力のオンオフ変調周期に対するオン時間の割合（以下、
オン時間／変調周期と記す）を０．１〜０．８の範囲と
することを特徴とする。
は、真空室に供給された反応ガスを、真空室に間欠的に
供給される高周波電力によりプラズマ化し、そのプラズ
マで真空室内の試料を加工するプラズマ処理方法であっ
て、高周波電力をオンオフ変調することとし、高周波電
力のオンオフ変調周期に対するオン時間の割合（以下、
オン時間／変調周期と記す）を０．１〜０．８の範囲と
することを特徴とする。
【００１０】一般に、供給する高周波電力を増加させる
ことによりプラズマ中の電子密度が増加し、その電子衝
撃によって反応ガスの解離反応が進む。この解離反応過
程でエッチングに必要なラジカルが生成されるが、高密
度プラズマ源の場合、高い高周波電力投入下では、過度
の解離反応によって、せっかく生成されたエッチングに
必要なラジカルさえも分解されてしまう懸念がある。高
いエッチング速度と高い選択比を両立させるには、高い
イオン電流密度が得られる高い高周波電力投入下で、必
要なラジカル種について高い密度を得る必要がある。
ことによりプラズマ中の電子密度が増加し、その電子衝
撃によって反応ガスの解離反応が進む。この解離反応過
程でエッチングに必要なラジカルが生成されるが、高密
度プラズマ源の場合、高い高周波電力投入下では、過度
の解離反応によって、せっかく生成されたエッチングに
必要なラジカルさえも分解されてしまう懸念がある。高
いエッチング速度と高い選択比を両立させるには、高い
イオン電流密度が得られる高い高周波電力投入下で、必
要なラジカル種について高い密度を得る必要がある。
【００１１】本発明では、解離反応過程の時間依存性を
利用して、高周波電力に対する効果的な時間間隔のオン
オフのパルス変調によりＣＷ時には得られない高いラジ
カル密度を得ることが可能となり、高選択かつ高速のエ
ッチングプロセスが実現される。本発明では、効果的な
オン時間ならびにオフ時間、すなわち、オン時間／変調
周期（＝デューティ比）を見出している。
利用して、高周波電力に対する効果的な時間間隔のオン
オフのパルス変調によりＣＷ時には得られない高いラジ
カル密度を得ることが可能となり、高選択かつ高速のエ
ッチングプロセスが実現される。本発明では、効果的な
オン時間ならびにオフ時間、すなわち、オン時間／変調
周期（＝デューティ比）を見出している。
【００１２】本発明の請求項２記載の発明は、請求項１
に記載された発明において、オン時間／変調周期を０．
１〜０．８の範囲に代えて、０．３〜０．７としてい
る。本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
された発明に準じて、同一試料を加工する際において、
高周波電力をオンオフ変調することとし、特にオン時間
／変調周期を時間的に変化させて処理することを特徴と
している。
に記載された発明において、オン時間／変調周期を０．
１〜０．８の範囲に代えて、０．３〜０．７としてい
る。本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
された発明に準じて、同一試料を加工する際において、
高周波電力をオンオフ変調することとし、特にオン時間
／変調周期を時間的に変化させて処理することを特徴と
している。
【００１３】請求項１に記載された発明においては、高
い選択比を得るために高いラジカル密度を得られる条件
が見出されたが、同一試料を加工する処理時間中すべて
に必ずしも高い選択比が必要なわけではない。むしろ膜
厚比や構造によっては選択比の低くエッチング速度の高
い条件で処理する時間を一部設けることが望ましい場合
がある。本発明においては、オンオフ変調条件を時間的
に変化させることで、低選択高エッチング速度条件下と
高選択条件下での連続処理を可能としている。
い選択比を得るために高いラジカル密度を得られる条件
が見出されたが、同一試料を加工する処理時間中すべて
に必ずしも高い選択比が必要なわけではない。むしろ膜
厚比や構造によっては選択比の低くエッチング速度の高
い条件で処理する時間を一部設けることが望ましい場合
がある。本発明においては、オンオフ変調条件を時間的
に変化させることで、低選択高エッチング速度条件下と
高選択条件下での連続処理を可能としている。
【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
された発明に準じて、同一試料を加工する際において、
高周波電力をオンオフ変調することとし、特にオン時間
／変調周期を０．１〜０．８の範囲で時間的に変化させ
て処理することを特徴としている。請求項５記載の発明
は、請求項４に記載された発明において、オン時間／変
調周期を０．１〜０．８の範囲に代えて、０．３〜０．
７としている。
された発明に準じて、同一試料を加工する際において、
高周波電力をオンオフ変調することとし、特にオン時間
／変調周期を０．１〜０．８の範囲で時間的に変化させ
て処理することを特徴としている。請求項５記載の発明
は、請求項４に記載された発明において、オン時間／変
調周期を０．１〜０．８の範囲に代えて、０．３〜０．
７としている。
【００１５】請求項６に記載された発明は、請求項１、
２、３、４または請求項５に記載された発明に基づいた
プラズマ処理方法が特に有効な高周波電力の変調周期範
囲を２０〜２００μ秒と規定している。以下、本発明の
実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 〔第１の実施の形態〕図１は本発明の第１の実施の形態
におけるプラズマエッチング装置（ドライエッチング装
置）の構造を示す模式図である。本装置は、誘導結合方
式によるプラズマ生成室１により構成されており、チャ
ンバーは接地されている。ガス導入口２からは、反応性
ガス、例えば酸化膜エッチングの場合、ＣＨＦ3 （５０
％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）の混合ガスを、５０ｓｃｃ
ｍ、５Ｐａ程度に導入する。
２、３、４または請求項５に記載された発明に基づいた
プラズマ処理方法が特に有効な高周波電力の変調周期範
囲を２０〜２００μ秒と規定している。以下、本発明の
実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 〔第１の実施の形態〕図１は本発明の第１の実施の形態
におけるプラズマエッチング装置（ドライエッチング装
置）の構造を示す模式図である。本装置は、誘導結合方
式によるプラズマ生成室１により構成されており、チャ
ンバーは接地されている。ガス導入口２からは、反応性
ガス、例えば酸化膜エッチングの場合、ＣＨＦ3 （５０
％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）の混合ガスを、５０ｓｃｃ
ｍ、５Ｐａ程度に導入する。
【００１６】プラズマ生成室１に石英板を隔てて上部に
取り付けられたマルチスパイラルコイル３に、マッチン
グ回路４を介してプラズマ生成用高周波電源５より高周
波電力を印加することにより、プラズマ６を生成するこ
とができる。試料となるウエハ７は、マルチスパイラル
コイル３に対向する形で下部電極８上に置かれ、マッチ
ング回路９を介してバイアス用高周波電源１０よりバイ
アス用高周波電力が供給される。パルス発生器１１から
は、プラズマ生成用高周波電源５とバイアス用高周波電
源１０にオンオフ変調用パルス信号が送られる構成にな
っている。
取り付けられたマルチスパイラルコイル３に、マッチン
グ回路４を介してプラズマ生成用高周波電源５より高周
波電力を印加することにより、プラズマ６を生成するこ
とができる。試料となるウエハ７は、マルチスパイラル
コイル３に対向する形で下部電極８上に置かれ、マッチ
ング回路９を介してバイアス用高周波電源１０よりバイ
アス用高周波電力が供給される。パルス発生器１１から
は、プラズマ生成用高周波電源５とバイアス用高周波電
源１０にオンオフ変調用パルス信号が送られる構成にな
っている。
【００１７】図２はこのオンオフパルス変調パラメータ
および各種パラメータの時間変化の説明図である。図２
（ａ）はＣＷ時の高周波電力（例えば、１３．５６ＭＨ
ｚ）を示すが、この高周波電力は、同図（ｂ）の変調用
パルスにより、同図（ｃ）に示すようにオンオフ変調さ
れる。変調パラメータとしては、オン時間、オフ時間お
よび変調周期があり、変調周期中のオン時間の割合をデ
ューティ比とする。
および各種パラメータの時間変化の説明図である。図２
（ａ）はＣＷ時の高周波電力（例えば、１３．５６ＭＨ
ｚ）を示すが、この高周波電力は、同図（ｂ）の変調用
パルスにより、同図（ｃ）に示すようにオンオフ変調さ
れる。変調パラメータとしては、オン時間、オフ時間お
よび変調周期があり、変調周期中のオン時間の割合をデ
ューティ比とする。
【００１８】変調周期を１０μ秒〜１０００μ秒とした
場合、プラズマのオンオフに応じて電子密度は、図２
（ｄ）のように変化するが、プラズマ中のラジカルの寿
命は１ｍ秒以上と、変調周期よりはるかに長い。したが
って、ラジカル密度は、同図（ｅ）に示すように変調周
期を通じて一定である。なお、同図（ｅ）中、実線はＣ
Ｆ2 ラジカルの密度を示し、破線はＣＦラジカルの密度
を示している。
場合、プラズマのオンオフに応じて電子密度は、図２
（ｄ）のように変化するが、プラズマ中のラジカルの寿
命は１ｍ秒以上と、変調周期よりはるかに長い。したが
って、ラジカル密度は、同図（ｅ）に示すように変調周
期を通じて一定である。なお、同図（ｅ）中、実線はＣ
Ｆ2 ラジカルの密度を示し、破線はＣＦラジカルの密度
を示している。
【００１９】図３は本発明の第１の実施の形態における
ＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中の
ＣＦラジカル、ＣＦ2 ラジカルの密度の相対変化を示す
特性図である。この図は、瞬時投入パワー１５００Ｗ、
デューティ比は５０％で一定、すなわち時間平均投入パ
ワー７５０Ｗで一定の下、パルス変調周期によるラジカ
ル密度の相対変化を示している。この図から、ＣＷ時に
比べ、また、変調周期が短くなるに従いラジカル密度、
特に、ＣＦ2 ラジカル密度が増大しているのがわかる。
ＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中の
ＣＦラジカル、ＣＦ2 ラジカルの密度の相対変化を示す
特性図である。この図は、瞬時投入パワー１５００Ｗ、
デューティ比は５０％で一定、すなわち時間平均投入パ
ワー７５０Ｗで一定の下、パルス変調周期によるラジカ
ル密度の相対変化を示している。この図から、ＣＷ時に
比べ、また、変調周期が短くなるに従いラジカル密度、
特に、ＣＦ2 ラジカル密度が増大しているのがわかる。
【００２０】このラジカル密度の変化は、母ガスからの
各ラジカル・原子への多段階の解離反応過程の時間依存
性に起因していると考えられる。すなわち、ＣＷの高密
度プラズマにおいては、解離反応が高次まで進みすぎ初
段の反応で生成されたＣＦ2ラジカルがさらに分解され
損なわれる傾向にあったが、パルス変調時には解離反応
がそのμ秒オーダー時間依存性のために高次の反応過程
が抑制され、その結果、ＣＦ2 ラジカル密度が相対的に
増大したものと考えられる。
各ラジカル・原子への多段階の解離反応過程の時間依存
性に起因していると考えられる。すなわち、ＣＷの高密
度プラズマにおいては、解離反応が高次まで進みすぎ初
段の反応で生成されたＣＦ2ラジカルがさらに分解され
損なわれる傾向にあったが、パルス変調時には解離反応
がそのμ秒オーダー時間依存性のために高次の反応過程
が抑制され、その結果、ＣＦ2 ラジカル密度が相対的に
増大したものと考えられる。
【００２１】このラジカル密度の増大は、エッチング特
性に大きな影響を及ぼす。図４は、図３と同一条件での
パルス変調周期によるＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ4 Ｆ
8 （５０％）プラズマ中のＢＰＳＧエッチング速度およ
び対Ｐｏｌｙ−Ｓｉ（ポリシリコン）選択比の変化を示
す特性図である。変調周期が短くなるに従い、ラジカル
密度、特に、ＣＦ2 ラジカル密度が増加し、エッチング
速度は低下するものの、対Ｐｏｌｙ−Ｓｉ選択比は増大
している。
性に大きな影響を及ぼす。図４は、図３と同一条件での
パルス変調周期によるＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ4 Ｆ
8 （５０％）プラズマ中のＢＰＳＧエッチング速度およ
び対Ｐｏｌｙ−Ｓｉ（ポリシリコン）選択比の変化を示
す特性図である。変調周期が短くなるに従い、ラジカル
密度、特に、ＣＦ2 ラジカル密度が増加し、エッチング
速度は低下するものの、対Ｐｏｌｙ−Ｓｉ選択比は増大
している。
【００２２】これまで、選択性を決定するパラメータと
してＣＦラジカル、ＣＦ2 ラジカル、およびＦの密度あ
るいは密度比との相関が議論されてきたが、ここでのパ
ルス変調の結果からはＣＦ2 ラジカル密度の存在が重要
であることが示唆される。なお、定量的には、２０μ秒
〜２００μ秒の変調周期が特に効果的であることがわか
る。
してＣＦラジカル、ＣＦ2 ラジカル、およびＦの密度あ
るいは密度比との相関が議論されてきたが、ここでのパ
ルス変調の結果からはＣＦ2 ラジカル密度の存在が重要
であることが示唆される。なお、定量的には、２０μ秒
〜２００μ秒の変調周期が特に効果的であることがわか
る。
【００２３】図５は、瞬時投入パワー１５００Ｗ、パル
ス変調周期１００μ秒一定の下、デューティ比によるＣ
ＨＦ3 （５０％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中のＣ
Ｆラジカル、ＣＦ2 ラジカルの密度変化を示す特性図で
ある。デューティ比に対するラジカル密度の変化は非常
に著しいが、この変化には時間平均投入パワーの変化を
も含んでいる。パルスオンオフ変調のみの効果を判別す
るために、図６に、時間平均投入ＩＣＰパワーから見た
パルス変調時とＣＷ時のＣＦラジカル、ＣＦ2ラジカル
の密度変化を示す。なお、ＩＣＰとは、インダクトリ・
カップルド・プラズマ（誘導結合プラズマ）の略号であ
る。
ス変調周期１００μ秒一定の下、デューティ比によるＣ
ＨＦ3 （５０％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中のＣ
Ｆラジカル、ＣＦ2 ラジカルの密度変化を示す特性図で
ある。デューティ比に対するラジカル密度の変化は非常
に著しいが、この変化には時間平均投入パワーの変化を
も含んでいる。パルスオンオフ変調のみの効果を判別す
るために、図６に、時間平均投入ＩＣＰパワーから見た
パルス変調時とＣＷ時のＣＦラジカル、ＣＦ2ラジカル
の密度変化を示す。なお、ＩＣＰとは、インダクトリ・
カップルド・プラズマ（誘導結合プラズマ）の略号であ
る。
【００２４】これらの比較からわかるように、ラジカル
密度の増大に効果的なデューティ比域、すなわちＣＷ時
に比べ高いラジカル密度が得られるデューティ比域は１
０〜８０％であることがわかる。図７は、図５と同一条
件でのデューティ比によるＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ4 Ｆ
8 （５０％）プラズマ中のＢＰＳＧエッチング速度およ
び対Ｐｏｌｙ−Ｓｉ選択比の変化を示す特性図である。
デューティ比変化によりＣＷ時のラジカル密度変化分に
パルス変調効果分が加わった形でラジカル密度が変化
し、それに対応してエッチング特性が変化している。基
本的には、ＣＦラジカル、ＣＦ2 ラジカルは、堆積保護
膜として作用し、エッチング反応を引き起こすイオンお
よびＦ原子密度とのバランスで、エッチング特性が変化
する。すなわち、ラジカル密度の小さい高デューティ比
域ではエッチング速度は大きいが選択比が小さく、ラジ
カル密度の大きい低デューティ比域では膜堆積が起こ
る。高選択な条件はこれらの中間域に存在する。どの領
域を使うかは、イオンおよびＦ原子密度との兼ね合いで
きまるが、基本的にはＣＷ時よりラジカル密度の大き
い、オン時間／周期＝０．１〜０．８の範囲でオンオフ
変調するのが効果的であることがわかる。なお、ＣＷ時
に対する優位性や実質的な電力の利用効率を考えた場
合、実用上特に有効な範囲は、オン時間／周期＝０．３
〜０．７である。
密度の増大に効果的なデューティ比域、すなわちＣＷ時
に比べ高いラジカル密度が得られるデューティ比域は１
０〜８０％であることがわかる。図７は、図５と同一条
件でのデューティ比によるＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ4 Ｆ
8 （５０％）プラズマ中のＢＰＳＧエッチング速度およ
び対Ｐｏｌｙ−Ｓｉ選択比の変化を示す特性図である。
デューティ比変化によりＣＷ時のラジカル密度変化分に
パルス変調効果分が加わった形でラジカル密度が変化
し、それに対応してエッチング特性が変化している。基
本的には、ＣＦラジカル、ＣＦ2 ラジカルは、堆積保護
膜として作用し、エッチング反応を引き起こすイオンお
よびＦ原子密度とのバランスで、エッチング特性が変化
する。すなわち、ラジカル密度の小さい高デューティ比
域ではエッチング速度は大きいが選択比が小さく、ラジ
カル密度の大きい低デューティ比域では膜堆積が起こ
る。高選択な条件はこれらの中間域に存在する。どの領
域を使うかは、イオンおよびＦ原子密度との兼ね合いで
きまるが、基本的にはＣＷ時よりラジカル密度の大き
い、オン時間／周期＝０．１〜０．８の範囲でオンオフ
変調するのが効果的であることがわかる。なお、ＣＷ時
に対する優位性や実質的な電力の利用効率を考えた場
合、実用上特に有効な範囲は、オン時間／周期＝０．３
〜０．７である。
【００２５】〔第２の実施の形態〕第１の実施の形態に
おいては、高周波電力のオンオフ変調によりエッチング
特性を制御でき、特に選択比を向上させることが可能で
あることが明らかになったが、実際の試料のエッチング
においてはすべての処理時間にわたって高い選択比で処
理する必要はない。そこで、処理速度を考えた場合、む
しろ膜厚比や構造によっては選択比が低くエッチング速
度が高い条件で処理する時間を、一部設けることが望ま
しい場合がある。例えば、図８のオンオフパルス変調パ
ラメータおよび各種パラメータの時間変化に示すよう
に、デューティ比を時間的に変化させて、メインエッチ
ングおよびオーバーエッチングの両工程のうち、オーバ
ーエッチングの工程にのみ高選択な条件を用いることが
肝要である。なお、図８において、（ａ）はパルス変調
時のデューティ比の変化を示し、（ｂ）はパルス変調時
のラジカル密度の変化を示し、（ｃ）はパルス変調時の
エッチング特性および選択比の変化を示している。
おいては、高周波電力のオンオフ変調によりエッチング
特性を制御でき、特に選択比を向上させることが可能で
あることが明らかになったが、実際の試料のエッチング
においてはすべての処理時間にわたって高い選択比で処
理する必要はない。そこで、処理速度を考えた場合、む
しろ膜厚比や構造によっては選択比が低くエッチング速
度が高い条件で処理する時間を、一部設けることが望ま
しい場合がある。例えば、図８のオンオフパルス変調パ
ラメータおよび各種パラメータの時間変化に示すよう
に、デューティ比を時間的に変化させて、メインエッチ
ングおよびオーバーエッチングの両工程のうち、オーバ
ーエッチングの工程にのみ高選択な条件を用いることが
肝要である。なお、図８において、（ａ）はパルス変調
時のデューティ比の変化を示し、（ｂ）はパルス変調時
のラジカル密度の変化を示し、（ｃ）はパルス変調時の
エッチング特性および選択比の変化を示している。
【００２６】なお、この実施の形態では、オン時間／変
調周期を０．１〜０．８の範囲で、時間的に変化させる
ことを説明しているが、オン時間／変調周期を０．１〜
０．８の範囲内に限定する必要はなく、オン時間／変調
周期を上記の範囲外の値に変化させてもよい。つまり、
この実施の形態は、オン時間／変調周期を時間的に変化
させることによりエッチング速度を変更することができ
るということを説明している。
調周期を０．１〜０．８の範囲で、時間的に変化させる
ことを説明しているが、オン時間／変調周期を０．１〜
０．８の範囲内に限定する必要はなく、オン時間／変調
周期を上記の範囲外の値に変化させてもよい。つまり、
この実施の形態は、オン時間／変調周期を時間的に変化
させることによりエッチング速度を変更することができ
るということを説明している。
【００２７】〔第３の実施の形態〕第２の実施の形態に
おいては、第１の実施の形態の装置の構成に加えて、オ
ンオフ変調条件を時間的に変化させることで、低選択高
エッチング速度条件下と高選択条件下での連続処理を可
能としている。この場合において、高周波放電の整合条
件を乱さないために変調パラメータのうちオン時間のみ
変化させ、変調周期は一定とすることが好ましい。ま
た、プラズマ発生用高周波電源を、基板バイアス用高周
波電源と同期させ、かつオン時間／変調周期を時間的に
変化させる機能を搭載することにより、高精度なエッチ
ングに条件には好ましい。
おいては、第１の実施の形態の装置の構成に加えて、オ
ンオフ変調条件を時間的に変化させることで、低選択高
エッチング速度条件下と高選択条件下での連続処理を可
能としている。この場合において、高周波放電の整合条
件を乱さないために変調パラメータのうちオン時間のみ
変化させ、変調周期は一定とすることが好ましい。ま
た、プラズマ発生用高周波電源を、基板バイアス用高周
波電源と同期させ、かつオン時間／変調周期を時間的に
変化させる機能を搭載することにより、高精度なエッチ
ングに条件には好ましい。
【００２８】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、オン時間／変調周期＝０．１〜０．８の範囲でパル
ス変調を行うことによりラジカル生成密度を制御でき、
高精度なエッチングが実現できる。また、オン時間／変
調周期を時間的に変化させることで、低選択高エッチン
グ速度条件下と高選択条件下での連続処理が可能とな
る。
ば、オン時間／変調周期＝０．１〜０．８の範囲でパル
ス変調を行うことによりラジカル生成密度を制御でき、
高精度なエッチングが実現できる。また、オン時間／変
調周期を時間的に変化させることで、低選択高エッチン
グ速度条件下と高選択条件下での連続処理が可能とな
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理方法
において用いるプラズマエッチング装置の構成を示す模
式図である。
において用いるプラズマエッチング装置の構成を示す模
式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理方法
におけるオンオフパルス変調パラメータおよび各種パラ
メータの時間変化の説明図である。
におけるオンオフパルス変調パラメータおよび各種パラ
メータの時間変化の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理方法
におけるパルス変調周期によるＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ
4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中のＣＦラジカル、ＣＦ2 ラ
ジカルの密度変化を示す特性図である。
におけるパルス変調周期によるＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ
4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中のＣＦラジカル、ＣＦ2 ラ
ジカルの密度変化を示す特性図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理方法
におけるパルス変調周期によるＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ
4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中のＢＰＳＧエッチング速度
および対Ｐｏｌｙ−Ｓｉ選択比の変化を示す特性図であ
る。
におけるパルス変調周期によるＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ
4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中のＢＰＳＧエッチング速度
および対Ｐｏｌｙ−Ｓｉ選択比の変化を示す特性図であ
る。
【図５】本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理方法
におけるパルス変調デューティ比によるＣＨＦ3 （５０
％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中のＣＦラジカル、
ＣＦ2 ラジカルの密度変化を示す特性図である。
におけるパルス変調デューティ比によるＣＨＦ3 （５０
％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中のＣＦラジカル、
ＣＦ2 ラジカルの密度変化を示す特性図である。
【図６】時間平均投入ＩＣＰパワーから見た本発明の第
１の実施の形態のプラズマ処理方法におけるパルス変調
時とＣＷ時のＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）
プラズマ中のＣＦラジカル、ＣＦ2 ラジカルの密度変化
を示す特性図である。
１の実施の形態のプラズマ処理方法におけるパルス変調
時とＣＷ時のＣＨＦ3 （５０％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）
プラズマ中のＣＦラジカル、ＣＦ2 ラジカルの密度変化
を示す特性図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理方法
におけるパルス変調デューティ比によるＣＨＦ3 （５０
％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中のＢＰＳＧエッチ
ング速度および対Ｐｏｌｙ−Ｓｉ選択比の変化を示す特
性図である。
におけるパルス変調デューティ比によるＣＨＦ3 （５０
％）／Ｃ4 Ｆ8 （５０％）プラズマ中のＢＰＳＧエッチ
ング速度および対Ｐｏｌｙ−Ｓｉ選択比の変化を示す特
性図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態のプラズマ処理方法
によるオンオフパルス変調パラメータおよび各種パラメ
ータの時間変化の説明図である。
によるオンオフパルス変調パラメータおよび各種パラメ
ータの時間変化の説明図である。
１ プラズマ生成室 ２ ガス導入口 ３ マルチスパイラルコイル ４ マッチング回路 ５ 高周波電源 ６ プラズマ ７ ウエハ ８ 下部電極 ９ マッチング回路 １０ 高周波電源 １１ パルス発生器
Claims (6)
- 【請求項１】 真空室に供給された反応ガスを、前記真
空室に供給される高周波電力によりプラズマ化し、その
プラズマで前記真空室内の試料を加工するプラズマ処理
方法であって、前記高周波電力をオンオフ変調し、前記
高周波電力のオンオフ変調周期に対するオン時間の割合
を０．１〜０．８の範囲とすることを特徴とするプラズ
マ処理方法。 - 【請求項２】 高周波電力のオンオフ変調周期に対する
オン時間の割合を０．１〜０．８の範囲内に代えて、
０．３〜０．７の範囲内とすることを特徴とする請求項
１記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項３】 真空室に供給された反応ガスを、前記真
空室に供給される高周波電力によりプラズマ化し、その
プラズマで前記真空室内の試料を加工するプラズマ処理
方法であって、前記高周波電力をオンオフ変調し、前記
高周波電力のオンオフ変調周期に対するオン時間の割合
を時間的に変化させて前記試料を処理することを特徴と
するプラズマ処理方法。 - 【請求項４】 真空室に供給された反応ガスを、前記真
空室に供給される高周波電力によりプラズマ化し、その
プラズマで前記真空室内の試料を加工するプラズマ処理
方法であって、前記高周波電力をオンオフ変調し、前記
高周波電力のオンオフ変調周期に対するオン時間の割合
を０．１〜０．８の範囲内で時間的に変化させて前記試
料を処理することを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項５】 高周波電力のオンオフ変調周期に対する
オン時間の割合を０．１〜０．８の範囲内に代えて、
０．３〜０．７の範囲内とすることを特徴とする請求項
４記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項６】 高周波電力のオンオフ変調周期を２０μ
秒〜２００μ秒とすることを特徴とする請求項１、２、
３、４または５記載のプラズマ処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17707197A JP3559429B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | プラズマ処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17707197A JP3559429B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | プラズマ処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126433A true JPH1126433A (ja) | 1999-01-29 |
| JP3559429B2 JP3559429B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=16024623
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17707197A Expired - Fee Related JP3559429B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | プラズマ処理方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3559429B2 (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2003502861A (ja) * | 1999-06-18 | 2003-01-21 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | プラズマエッチング装置を用いた基板の高速度エッチングのための装置及び方法並びにプラズマ点火とプラズマ電力の引上げ制御ないしパルス化のための装置及び方法 |
| JP2003503839A (ja) * | 1999-06-30 | 2003-01-28 | ラム リサーチ コーポレーション | 可変振幅高周波エンベロープに応答するコイルを有するプラズマプロセッサ |
| JP2003505868A (ja) * | 1999-07-20 | 2003-02-12 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 誘導結合されたプラズマを用いて基板をエッチングするための装置および方法 |
| JP2003282547A (ja) * | 2002-03-26 | 2003-10-03 | Ulvac Japan Ltd | 高選択比かつ大面積高均一プラズマ処理方法及び装置 |
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| KR100994492B1 (ko) | 2008-04-03 | 2010-11-15 | 엘아이지에이디피 주식회사 | 플라즈마 처리방법 및 처리장치 |
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| KR101033374B1 (ko) | 2007-03-21 | 2011-05-09 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 펄스화된 ｖｈｆ 동작에 의한 플라즈마 종 및 균일성 제어 |
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-
1997
- 1997-07-02 JP JP17707197A patent/JP3559429B2/ja not_active Expired - Fee Related
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