JPH11274137A - エッチング方法 - Google Patents
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Abstract
することができるエッチング方法を提供する。 【解決手段】 エッチングガスを導入するガス導入部
と、高周波により前記エッチングガスをプラズマ化する
ことにより活性種を形成するプラズマ形成室と、このプ
ラズマ形成室に連結されて前記プラズマ形成室よりも大
きな直径の空間を有する反応室と、この反応室内に設け
られて、前記プラズマ形成室から流下する前記活性種に
よりエッチング処理を施すための被処理体を載置する載
置台と、前記反応室内を真空引きする真空排気系とを有
するエッチング装置を用いて行なうエッチング方法にお
いて、前記エッチングガスを、前記反応室の実質的な容
量の1リットルに対して8.4sccm以上の流量で供
給する。これにより、エッチングレートの面内均一性を
大幅に改善する。
Description
の薄膜をエッチングするためのエッチング方法に関す
る。
を製造するためには、半導体ウエハやガラス基板等の基
板に対して、成膜とパターンエッチング等を繰り返し行
なって、多数の所望の素子を形成するようになってい
る。そして、多数の素子の中でも、例えばMOSFET
(Metal OxideSemiconductor
Field Effect Transistor)
を製造する場合には、このMOSFETのゲート電極で
あるポリシリコン膜のエッチング工程は非常に重要とな
る。その理由は、このMOSFETのゲート電極長は、
素子自体の電気的特性を決定する上で重要な要素となる
からである。そのために、このエッチング工程ではゲー
ト電極長を基板全面に亘って正確にエッチングしなけれ
ばならず、非常に精度の高い加工と加工均一性が要求さ
れる。
は、従来の平行平板型のプラズマエッチング装置ではプ
ロセス圧が高過ぎてエッチングの面内均一性を十分に高
く維持できないことから、数mTorr台の低いプロセ
ス圧を実現することができる誘導結合型のプラズマ処理
装置が主として用いられている。図7は上述したような
従来の一般的な誘導結合型のプラズマ処理装置を示す模
式図である。このプラズマ処理装置は、略円筒体状の処
理容器2を有し、この内部が反応室内となる。この処理
容器2の内部に半導体ウエハWを載置するための載置台
4を設けている。処理容器2内の雰囲気は、載置台4の
周囲に沿って容器底部に設けた環状の排気口6から真空
排気される。
の小さなプラズマ形成容器8が下方と連通させて設けら
れており、内部にプラズマ形成室を形成している。この
プラズマ形成容器8には、例えば13.56MHzの高
周波電源10に接続された誘導コイルが巻回されてい
る。そして、プラズマ形成容器8の天井部に設けたガス
導入部14から導入されたエッチングガス、例えば塩素
(Cl2 )ガスは、誘導コイル12により発生される電
磁界により解離されてプラズマ状態となり、このプラズ
マにより塩素分子或いは原子が活性化されて活性種を生
成する。この時の塩素ガスの供給量は、例えば反応室の
容量が59リットルに対して125sccm程度であ
る。この活性種は、プラズマ形成室から流下して処理容
器2の反応室内へ流れ込み、この際、プラズマ形成室の
出口に設けた傘状の整流板16によって活性種は案内さ
れつつ拡散されて、ウエハ表面上に略均等に流下し、ウ
エハ表面の例えばポリシリコン膜をエッチングすること
になる。
r程度の低圧下でプラズマ形成容器8内から処理容器2
内へ流下するガス或いは活性種の挙動、或いは流れ方は
非常に複雑であり、従来このような低圧下ではガス或い
は活性種は主として拡散により拡がり、略ウエハ表面上
に均一に流下するものと考えられていた。しかしなが
ら、上述したような方法では、ウエハ中心部と周辺部と
の間でエッチングレートにかなり差があり、エッチング
の面内均一性が劣化する場合があった。それでも、6イ
ンチ、8インチサイズのウエハの場合には、このエッチ
ングの不均一性がそれ程問題とはならなかったが、ウエ
ハサイズが12インチ(30cm)になって大型化する
と、このエッチングの不均一性がかなり大きくなり、所
望する面内均一性が得られなくなるという問題があっ
た。
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、エッチングレートの面内均一性を大幅に改善
することができるエッチング方法を提供することにあ
る。
ガスや活性種の流れについて、ガス供給量を種々大幅に
変更してシミュレーションを行なった結果、ガス供給量
を多くすると、拡散によるウエハ周縁部への流束は大き
くは変化しないが、流れによるウエハ周縁部への流束は
大きく変化して全体的にエッチングレートの面内均一性
を向上させることができる、という知見を得ることによ
り、本発明に至ったものである。
エッチングガスを導入するガス導入部と、高周波により
前記エッチングガスをプラズマ化することにより活性種
を形成するプラズマ形成室と、このプラズマ形成室に連
結されて前記プラズマ形成室よりも大きな直径の空間を
有する反応室と、この反応室内に設けられて、前記プラ
ズマ形成室から流下する前記活性種によりエッチング処
理を施すための被処理体を載置する載置台と、前記反応
室内を真空引きする真空排気系とを有するエッチング装
置を用いて行なうエッチング方法において、前記エッチ
ングガスを、前記反応室の実質的な容量の1リットルに
対して8.4sccm以上の流量で供給するようにした
ものである。
実質的な容量の1リットルに対して8.4sccm以上
の流量で流すことにより、エッチングレートのみなら
ず、エッチングの面内均一性も向上させることが可能と
なる。このようなエッチング処理は、プラズマ形成室の
外周に高周波電源の接続された誘導コイルを巻回して誘
導結合によりプラズマを発生する誘導結合方式により行
なうことができる。また、エッチングガスとしては例え
ば塩素ガスを用い、これにより被処理体の表面に形成さ
れている例えばポリシリコン膜をエッチングする。
方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図1は
本発明方法を実施するために用いるプラズマ処理装置を
示す概略構成図、図2はエッチング時のエッチングガス
の反応を示す図、図3はエッチングガスの流量を種々変
更した時のエッチングレートの変化を示すグラフであ
る。図示するようにこのプラズマ処理装置18は、例え
ばアルミニウム等よりなる略円筒体状の処理容器20を
有しており、この内部空間が反応室22として形成され
る。この処理容器20内には、被処理体である例えば半
導体ウエハWを載置するための例えば金属や絶縁体製の
円形の載置台24が設置されている。尚、載置台24に
ウエハ温度をコントロールする抵抗ヒータ及びイオンを
引き込むための電極等を設けるようにしてもよい。そし
て、この載置台24を囲むようにして処理容器20の底
部には、円環状の排気口26が設けられており、この排
気口26には途中に真空ポンプ28を介設した真空排気
系30が接続されており、処理容器20内を真空引きで
きるようになっている。また、処理容器20の側壁に
は、ウエハWの搬入搬出時に開閉されるゲートバルブ3
2が設けられる。尚、載置台24には、これを気密に貫
通してウエハWの搬入搬出時に下方より昇降する図示し
ないリフタピンが設けられるのは勿論である。
には、開口34が形成されており、この開口34には、
例えば石英により略円筒体状に成形されたプラズマ形成
容器36がシール部材38を介して気密に取り付け固定
されており、プラズマ形成容器36内にプラズマ形成室
40を構成している。従って、プラズマ形成室40は、
開口34を介してこれよりも大きな直径である反応室2
2に連通される。上記プラズマ形成容器36の天井部に
は、ガス導入部としてシャワーヘッド部42が設けられ
ており、このシャワーヘッド部42の下面に形成した複
数のガス噴射孔44からプラズマ形成室40内に向け
て、例えば塩素ガス(Cl2 )よりなるエッチングガス
を供給できるようになっている。
は、誘導コイル46が所定の回数だけ巻回されており、
この誘導コイル46は例えば13.56MHzの高周波
電源48が接続されている。そして、この誘導コイル4
6に13.56MHzの高周波を流すことによって、プ
ラズマ形成室40内においてエッチングガスをプラズマ
化して活性種を形成し得るようになっている。ここで各
部の寸法は、例えば8インチ(30cm)サイズのウエ
ハWをエッチング処理する場合には、載置台24の直径
L1は400mm程度、処理容器20内の天井部32と
載置台24との間の距離L2は300mm程度、処理容
器20内(反応室22)の直径L3は500mm程度、
プラズマ形成容器36(プラズマ形成室40)内の直径
L4は200mm程度、プラズマ形成室40の高さL5
は200mm程度、載置台24の厚さL6は50mm程
度にそれぞれ設定されている。従って、反応室22の実
質的な容量は、59リットル(=πx250mm×25
0mm×300mm)程度となる。
て行なわれる本発明方法について説明する。まず、開閉
可能なゲートバルブ32を介して処理容器20内へ搬入
されたウエハWは、載置台24上に載置され、容器20
内を密閉した後に処理が開始される。プラズマ形成容器
36の天井部に設けたシャワーヘッド部42からは、エ
ッチングガスとして塩素ガスが所定の流量でプラズマ形
成室40内へ導入され、ここで誘導コイル46により発
生される電磁界によってエッチングガスはプラズマ化さ
れ、このプラズマにより塩素原子や塩素分子の活性種が
生成される。
形成室40からこの下方の広い反応室22内へ拡散しな
がら流れ込み、反応室22内を流下しながらウエハ表面
上に到達してウエハWの表面の例えばポリシリコン膜を
エッチングすることになる。そして、エッチング処理済
みのガスは、ウエハWの周辺部へ流れて行き、載置台2
4を囲むようにして環状に設けた排気口26から流出し
て真空排気系30により排出される。ここで、図2にも
示すように、塩素ガスは下記式に従って電子e- によっ
て活性化されてシリコンと反応すると考えられる。 e- +Cl2 → e- +Cl2 * → 2Cl e- +Cl2 → e- +Cl- + Cl Cl+1/2・Si → 1/2・SiCl2 ここで上記式中のマーク*は電子励起状態であることを
示す。
を例えば5〜10mTorr程度の範囲内で一定として
エッチングガスの供給量を500sccm以上に設定す
る。通常は、ここに記載したような反応室22の実質的
な容量が59リットル程度の場合には、エッチングガス
の流量は、125sccm程度であるが、本発明では、
上述のようにこれよりも遥かに多い500sccm以上
の流量でエッチングガスを供給する。この流量は、反応
室22の実質的な容量の1リットルに対して8.4sc
cm以上の流量となる。このような多量のエッチングガ
スを供給することにより、全体としてのエッチングレー
トを向上させることができるのみならず、エッチングの
面内均一性も向上させることが可能となる。
ングガスの供給量を150sccm〜1000sccm
まで種々変更した時におけるウエハ表面上のエッチング
レートの分布を示すグラフである。この時のプロセス圧
力は略5mTorrとなるように一定に維持している。
横軸は、ウエハの半径の長さrwと中心から半径方向の
長さrとの比で表している。このグラフから明らかなよ
うに、エッチングガスの流量に関係なく、ウエハ中心と
比較してウエハ周辺部においてはエッチングレートが急
激に上昇している。しかしながら、エッチングガスの供
給量が125sccm、250sccmの場合には、ウ
エハ中央部から中周部におけるエッチングレートの変動
量がある程度以上大きく、しかも、ウエハ周辺部におけ
るエッチングレートの上昇量もかなり大きくなって、全
体としてエッチングレートの面内均一性があまり良好で
はない。
500sccm、1000sccmの場合には、ウエハ
中央部から中周部におけるエッチングレートの変動量は
非常に少なくて実質的には略ゼロであり、また、ウエハ
周辺部におけるエッチングレートの上昇量は、供給量が
125sccmや250sccmの場合と比較してそれ
程多くない。従って、エッチングガスの供給量を500
sccm以上(8.4sccm以上/反応室の実質的な
容量の1リットル)とすることにより、エッチングの面
内均一性を大幅に向上できることが判明する。尚、この
場合、プロセス圧力は、プラズマが立ち得る数mTor
r以下の圧力であれば上述した流量を適用し得る。
irect SimulationMonte Car
lo)法を用いてエッチングガスや反応生成物の流れ場
の解析をシミュレーションによって検証したので、その
点について説明する。図4は反応室内のCl濃度を3次
元的に示すグラフであり、グラフ中においてrはウエハ
中心より少し下方の点O(図2参照)から半径方向への
距離を示し、Zは点Oから高さ方向への距離を示し、ま
た縦軸は塩素濃度(密度場)を示す。従って、シャワー
ヘッド部42はZ=0.55mの位置に設定されている
ことになる。塩素ガスに関しては、図4(A)は100
0sccmの流量であり、図4(B)は250sccm
の流量であり、図4(C)は125sccmの流量であ
る。図中の矢印はガスの流れ方向を示している。また、
この時の各ガスの分圧及び全圧を表1に示す。尚、表1
中には流量が500sccmの場合も示す。
によるウエハへの数流束は、密度勾配に比例し、エッチ
ングガス流量を125sccmから1000sccmへ
増加する程、大きくなることが判明する。これが、エッ
チングレートがエッチングガス流量の増加と共に増加す
る理由である。しかしながら、表1を参照すると、圧力
を測定している点での塩素原子の分圧は、エッチングガ
スの流量に依存しないで略一定であるので、これだけで
はエッチングレートがエッチングガス流量によって大き
く変化していること全てを説明していることにならな
い。また、図4において、ウエハがない部分での塩素原
子の密度が高いことが分かる。これにより、ウエハがな
い部分から塩素原子がウエハの周辺部へ拡散するので、
ウエハ周辺部でのエッチングレートが大きくなる理由が
理解できる。しかしながら、エッチングガスの流量を変
えてもウエハとウエハのない部分との間の境界位置で密
度勾配は大きく変化していないので、拡散による流束が
エッチングレートに大きく寄与するとは考えることがで
きない。
度場について検討する。図5は反応室内のSiCl2 濃
度を3次元的に示すグラフであり、各軸の関係は図4の
場合と同じである。塩素ガスに関しては、図5(A)は
1000sccmの流量であり、図5(B)は250s
ccmの流量であり、図5(C)は125sccmの流
量である。尚、図5においては、図4の場合に対してZ
軸方向が逆になっている点に注意されたい。このグラフ
から明らかなように、各図においてウエハ表面がSiC
l2 の薄い層に覆われているのが分かり、エッチングガ
スの流量が125sccmから1000sccmに向け
て増すと、そのSiCl2 の薄い層が次第に薄くなり、
反応室内のSiCl2 の量も減少することが判明する。
このSiCl2 の層が薄くなると、エッチャントである
塩素原子は、ウエハ表面に到達し易くなる。言い換えれ
ば、エッチングガスの供給量が多くなると、エッチャン
トのウエハ表面への供給が多くなり、エッチングが推進
される。また、Z座標がウエハの位置で、径方向位置が
ウエハがない部分でのSiCl2 の密度勾配は、エッチ
ングガスの流量が大きい程きつくなる。これは、SiC
l2 を周辺部分で速やかに排気し、流量が大きいときに
周辺部分でエッチングレートが大きくなる原因であると
考えられる。
察する。図6及び図7はウエハ周辺部におけるエッチャ
ントの流速分布を示しており、図6(A)はエッチング
ガスの流量が1000sccmの場合、図6(B)はエ
ッチングガスの流量が500sccmの場合、図7
(A)はエッチングガスの流量が250sccmの場
合、図7(B)はエッチングガスの流量が125scc
mである。この図から明らかなように、大流量になれ
ば、エッチャントである塩素原子Clの流れが強くな
る。これが、エッチングガスの流量の増加と共にエッチ
ングレートが増加するもう1つの理由である。
ガスが大流量の場合には、エッチャントの流れの岐点が
ウエハの周辺部近くにあるが、図6(B)、図7
(A)、図7(B)に示すようにエッチングガスが次第
に小流量になるに従って、エッチャントの流れの岐点は
ウエハの外側方向に向かって移って行き、図7(B)に
示す125sccmの時には、岐点はウエハの略外側に
位置する。これがウエハ中央部側へ強い流れを誘起して
小流量の条件下で、ウエハ端近傍においてエッチングレ
ートが広く上がってしまう原因となっていることが判明
する。従って、図6(A)及び図6(B)に示すように
大流量の条件下ならば、ウエハ端近傍においてエッチン
グレートの上昇を抑制することができ、これがためにエ
ッチングレートの面内均一性を向上させることができる
点が判明する。
合プラズマ)式のエッチング装置を用いて説明したが、
これに限定されず、容量結合プラズマ(CCP)式のエ
ッチング装置、サイクロトロン共鳴(ECR)式のプラ
ズマ装置等にも適用できるのは勿論である。また、エッ
チングガスとしては塩素ガスに限定されず、例えばCl
F系ガス等も用いることができる。また、被処理体とし
ては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、LCD
基板等にも適用できるのは勿論である。
グ方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮する
ことができる。被処理体にエッチング処理を施すに際し
て、エッチングガスを、反応室の実質的な容量の1リッ
トルに対して8.4sccm以上の流量で供給するよう
にしたので、被処理体全体のエッチングレートを高める
ことができるのみならず、エッチングの面内均一性も向
上させることができる。
理装置を示す概略構成図である。
である。
チングレートの変化を示すグラフである。
ある。
ラフである。
を示す図である。
を示す図である。
を示す模式図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 エッチングガスを導入するガス導入部
と、高周波により前記エッチングガスをプラズマ化する
ことにより活性種を形成するプラズマ形成室と、このプ
ラズマ形成室に連結されて前記プラズマ形成室よりも大
きな直径の空間を有する反応室と、この反応室内に設け
られて、前記プラズマ形成室から流下する前記活性種に
よりエッチング処理を施すための被処理体を載置する載
置台と、前記反応室内を真空引きする真空排気系とを有
するエッチング装置を用いて行なうエッチング方法にお
いて、前記エッチングガスを、前記反応室の実質的な容
量の1リットルに対して8.4sccm以上の流量で供
給するようにしたことを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項2】 前記プラズマ形成室の外周には、高周波
電源に接続された誘導コイルが巻回されており、誘導結
合によりプラズマを発生することを特徴とする請求項1
記載のエッチング方法。 - 【請求項3】 前記エッチングガスは塩素ガスよりな
り、前記被処理体に形成されたポリシリコン膜をエッチ
ングすることを特徴とする請求項1または2記載のエッ
チング方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10089421A JPH11274137A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | エッチング方法 |
US09/233,073 US6812151B1 (en) | 1998-03-18 | 1999-01-19 | Method of etching |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10089421A JPH11274137A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | エッチング方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11274137A true JPH11274137A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=13970206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10089421A Pending JPH11274137A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | エッチング方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6812151B1 (ja) |
JP (1) | JPH11274137A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US5338398A (en) * | 1991-03-28 | 1994-08-16 | Applied Materials, Inc. | Tungsten silicide etch process selective to photoresist and oxide |
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1998
- 1998-03-18 JP JP10089421A patent/JPH11274137A/ja active Pending
-
1999
- 1999-01-19 US US09/233,073 patent/US6812151B1/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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