JPH113879A - 表面処理装置およびその運転方法 - Google Patents
表面処理装置およびその運転方法Info
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- JPH113879A JPH113879A JP15327997A JP15327997A JPH113879A JP H113879 A JPH113879 A JP H113879A JP 15327997 A JP15327997 A JP 15327997A JP 15327997 A JP15327997 A JP 15327997A JP H113879 A JPH113879 A JP H113879A
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- Japan
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- etching
- sample
- surface treatment
- gas
- treatment apparatus
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本研究の目的は半導体などの表面処理において
エッチングしたい半導体基板とエッチングを止めたい下
地の絶縁物とのエッチング速度の比、すなわち選択比を
高くした表面処理装置を提供することである。 【解決手段】プラズマを用いる表面処理装置で、エッチ
ングガスとして堆積性ガスを添加し、プラズマ中のイオ
ンを加速するための高周波バイアス強度を周期的に強弱
をつける様に制御する。 【効果】バイアス電源で加速されたイオンはエッチング
反応を促進する。バイアス電源に周期的な低出力サイク
ルを設けると、バイアス電源が低出力（弱）、すなわち
絶縁物がエッチングされない程度の加速イオンが試料表
面に入射する期間では半導体のエッチングのみが進行す
ることにより、選択比はバイアス電源を連続またはオン
−オフにした場合と比べてさらに高くなる。また、上記
作用と堆積性ガスの添加との相乗効果により高い選択比
を保ちつつパターンの疎密間でのエッチング速度の違い
をなくしたエッチングが実現できる。
エッチングしたい半導体基板とエッチングを止めたい下
地の絶縁物とのエッチング速度の比、すなわち選択比を
高くした表面処理装置を提供することである。 【解決手段】プラズマを用いる表面処理装置で、エッチ
ングガスとして堆積性ガスを添加し、プラズマ中のイオ
ンを加速するための高周波バイアス強度を周期的に強弱
をつける様に制御する。 【効果】バイアス電源で加速されたイオンはエッチング
反応を促進する。バイアス電源に周期的な低出力サイク
ルを設けると、バイアス電源が低出力（弱）、すなわち
絶縁物がエッチングされない程度の加速イオンが試料表
面に入射する期間では半導体のエッチングのみが進行す
ることにより、選択比はバイアス電源を連続またはオン
−オフにした場合と比べてさらに高くなる。また、上記
作用と堆積性ガスの添加との相乗効果により高い選択比
を保ちつつパターンの疎密間でのエッチング速度の違い
をなくしたエッチングが実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の表面処
理装置及びその運転方法にかかわり、特にプラズマを用
いて半導体表面のエッチングや成膜を行う装置及びその
運転方法に関する。
理装置及びその運転方法にかかわり、特にプラズマを用
いて半導体表面のエッチングや成膜を行う装置及びその
運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子のエッチングや成膜に現在広
く用いられている装置は、プラズマを利用する装置であ
る。本発明はこのようなプラズマを利用した装置に広く
応用できるものであるが、ここではそのうちの一つであ
るＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）方式と呼ばれてい
る装置を例に取り従来技術を説明する。この方式では、
外部より磁場を印加した真空容器中でマイクロ波により
プラズマを発生させる。試料に入射するイオンを加速す
るために試料にはバイアス電圧が印加される。エッチン
グのほかに膜の堆積などにもこの装置は使われている。
く用いられている装置は、プラズマを利用する装置であ
る。本発明はこのようなプラズマを利用した装置に広く
応用できるものであるが、ここではそのうちの一つであ
るＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）方式と呼ばれてい
る装置を例に取り従来技術を説明する。この方式では、
外部より磁場を印加した真空容器中でマイクロ波により
プラズマを発生させる。試料に入射するイオンを加速す
るために試料にはバイアス電圧が印加される。エッチン
グのほかに膜の堆積などにもこの装置は使われている。
【０００３】この装置の主に高精度化をはかる目的で例
えば、特開平６−１５１３６０号公報、及び特公平８−
８２３７号公報が知られている。前者の発明では、試料
に印加する高周波バイアス電源をオン−オフと間欠的に
制御することにより、エッチングしたい物質であるＳｉ
と下地酸化膜とのエッチング選択比を高くする。また、
後者の発明は高周波バイアスの時間的変調によりエッチ
ング作用と堆積作用とを交互に行い高アスペクト比のエ
ッチングを実現するものである。
えば、特開平６−１５１３６０号公報、及び特公平８−
８２３７号公報が知られている。前者の発明では、試料
に印加する高周波バイアス電源をオン−オフと間欠的に
制御することにより、エッチングしたい物質であるＳｉ
と下地酸化膜とのエッチング選択比を高くする。また、
後者の発明は高周波バイアスの時間的変調によりエッチ
ング作用と堆積作用とを交互に行い高アスペクト比のエ
ッチングを実現するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年の半導体素子で
は、その微細化に伴い加工の高精度化が要求されてい
る。そのことによるＭＯＳ（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタの極薄ゲー
ト酸化膜を有する素子の加工にはこれまで以上の高い選
択比が要求されて、新しい技術が必要不可欠となる。
は、その微細化に伴い加工の高精度化が要求されてい
る。そのことによるＭＯＳ（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタの極薄ゲー
ト酸化膜を有する素子の加工にはこれまで以上の高い選
択比が要求されて、新しい技術が必要不可欠となる。
【０００５】前述の発明では、前者については堆積性の
添加ガスを用いた場合、バイアス電圧がオフの時点で堆
積作用がエッチング作用よりも勝ってしまいエッチング
が疎パターン（オープンスペース）で止まり、密パター
ンでのみエッチングが進行してしまうことがある。ま
た、下地との選択比も十分なものとはいえない。後者に
ついては、フッ素系のガスを用いているため下地酸化膜
とのエッチングの選択比が十分ではない。
添加ガスを用いた場合、バイアス電圧がオフの時点で堆
積作用がエッチング作用よりも勝ってしまいエッチング
が疎パターン（オープンスペース）で止まり、密パター
ンでのみエッチングが進行してしまうことがある。ま
た、下地との選択比も十分なものとはいえない。後者に
ついては、フッ素系のガスを用いているため下地酸化膜
とのエッチングの選択比が十分ではない。
【０００６】本発明の目的はこの新たな課題を解決し
て、Ｓｉなどの半導体と酸化膜などの絶縁物のエッチン
グ速度の選択比を高くし、パターンの粗密に依存したエ
ッチング速度の違いをなくした表面処理装置およびその
運転方法を提供することである。
て、Ｓｉなどの半導体と酸化膜などの絶縁物のエッチン
グ速度の選択比を高くし、パターンの粗密に依存したエ
ッチング速度の違いをなくした表面処理装置およびその
運転方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】エッチングガスとして堆
積性ガスを混合し、試料に印加する高周波バイアス電源
の出力を周期的に低出力サイクルが存在するように制御
した。
積性ガスを混合し、試料に印加する高周波バイアス電源
の出力を周期的に低出力サイクルが存在するように制御
した。
【０００８】高周波バイアス電源で加速されたイオンは
エッチング反応を促進する。高周波バイアス電源に周期
的な低出力サイクルを設けると、バイアス強度が低出力
（弱）、すなわち絶縁物がエッチングされない程度の加
速イオンが試料表面に入射する期間では半導体のエッチ
ングのみが進行する。そのため、選択比は高周波バイア
ス電源を連続またはオン−オフにした場合と比べてさら
に高くなる。また、上記作用と堆積性ガスの添加との相
乗効果により高い選択比を保ちつつ、パターンの疎密間
でのエッチング速度の違いをなくしたエッチングが実現
できる。
エッチング反応を促進する。高周波バイアス電源に周期
的な低出力サイクルを設けると、バイアス強度が低出力
（弱）、すなわち絶縁物がエッチングされない程度の加
速イオンが試料表面に入射する期間では半導体のエッチ
ングのみが進行する。そのため、選択比は高周波バイア
ス電源を連続またはオン−オフにした場合と比べてさら
に高くなる。また、上記作用と堆積性ガスの添加との相
乗効果により高い選択比を保ちつつ、パターンの疎密間
でのエッチング速度の違いをなくしたエッチングが実現
できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１に
より説明する。図１（ａ）はＥＣＲ放電を利用したマイ
クロ波プラズマ処理装置を示し、この場合、エッチング
装置である。マイクロ波電源１から導波管２と導入窓３
を介して真空容器４内にマイクロ波が導入される。真空
容器４の材質は金属でその内面は絶縁コーティングされ
ている。導入窓３の材質は石英、セラミックなど電磁波
を透過する物質である。電磁石６、７の磁場強度はマイ
クロ波の周波数と共鳴を起こすように設定されている。
例えば、周波数２．４５ＧＨｚの場合、磁場強度は８７
５Ｇａｕｓｓである。試料８は試料台９の上に設置され
る。試料に入射するイオンを加速するために、高周波バ
イアス電源１０が試料台９に接続されている。
より説明する。図１（ａ）はＥＣＲ放電を利用したマイ
クロ波プラズマ処理装置を示し、この場合、エッチング
装置である。マイクロ波電源１から導波管２と導入窓３
を介して真空容器４内にマイクロ波が導入される。真空
容器４の材質は金属でその内面は絶縁コーティングされ
ている。導入窓３の材質は石英、セラミックなど電磁波
を透過する物質である。電磁石６、７の磁場強度はマイ
クロ波の周波数と共鳴を起こすように設定されている。
例えば、周波数２．４５ＧＨｚの場合、磁場強度は８７
５Ｇａｕｓｓである。試料８は試料台９の上に設置され
る。試料に入射するイオンを加速するために、高周波バ
イアス電源１０が試料台９に接続されている。
【００１０】図１（ｂ）はバイアス電源８の電圧波形１
１を示す。本発明に従い、電圧はある適当な間隔で強弱
が切り替わる様になっている。この時の低出力は下地の
絶縁物エッチングでのプラズマ電位のしきい値より若干
小さい電圧を意味する。
１を示す。本発明に従い、電圧はある適当な間隔で強弱
が切り替わる様になっている。この時の低出力は下地の
絶縁物エッチングでのプラズマ電位のしきい値より若干
小さい電圧を意味する。
【００１１】図２に高出力（強）サイクルの一周期にお
ける割合（ｄｕｔｙ比）を横軸に、エッチング速度を縦
軸にとった図を示す。 ｄｕｔｙ比の低下に伴い絶縁物
である酸化膜のエッチング速度は、低出力サイクル時に
は下地の絶縁物においてラジカル反応主体となりほとん
どエッチングが進行しないためｄｕｔｙ比に比例して低
下する。一方、半導体であるＳｉのエッチング速度は低
出力サイクル時にもエッチング反応が進行するためあま
り低下しない。
ける割合（ｄｕｔｙ比）を横軸に、エッチング速度を縦
軸にとった図を示す。 ｄｕｔｙ比の低下に伴い絶縁物
である酸化膜のエッチング速度は、低出力サイクル時に
は下地の絶縁物においてラジカル反応主体となりほとん
どエッチングが進行しないためｄｕｔｙ比に比例して低
下する。一方、半導体であるＳｉのエッチング速度は低
出力サイクル時にもエッチング反応が進行するためあま
り低下しない。
【００１２】バイアスが連続時、オン−オフ時のエッチ
ング速度と比べてもＳｉＯ２のエッチング速度はさほど
変わらないが、ｄｕｔｙ比が５から５０％の間において
ＰｏｌｙＳｉのエッチング速度は増加している。そのた
め、本発明において従来技術よりも高選択比なエッチン
グが実現できる。
ング速度と比べてもＳｉＯ２のエッチング速度はさほど
変わらないが、ｄｕｔｙ比が５から５０％の間において
ＰｏｌｙＳｉのエッチング速度は増加している。そのた
め、本発明において従来技術よりも高選択比なエッチン
グが実現できる。
【００１３】次に、堆積性ガスの添加効果について説明
する。図３は堆積性ガスを添加した際のバイアスの種類
におけるエッチング、堆積、及び最終的なエッチング速
度をパターンが疎と密な部分にわけて示した図である。
する。図３は堆積性ガスを添加した際のバイアスの種類
におけるエッチング、堆積、及び最終的なエッチング速
度をパターンが疎と密な部分にわけて示した図である。
【００１４】バイアスを連続に制御した場合、マイクロ
ローディング効果により疎パターンのほうが密パターン
よりもエッチング速度が速い。バイアスをオン−オフし
た場合は疎パターンの堆積量が多くなるため逆に密パタ
ーンのほうがレートが速くなってしまう。この疎密パタ
ーンのエッチング速度の違いは、段差部等のエッチ残り
をなくすためのオーバーエッチングにおいてマージンを
減らす方向に働いてしまう。一方、本発明の方式では、
疎密におけるエッチングと堆積の相対的なバランスがと
れやすく、エッチング速度を等しくすることができる。
ローディング効果により疎パターンのほうが密パターン
よりもエッチング速度が速い。バイアスをオン−オフし
た場合は疎パターンの堆積量が多くなるため逆に密パタ
ーンのほうがレートが速くなってしまう。この疎密パタ
ーンのエッチング速度の違いは、段差部等のエッチ残り
をなくすためのオーバーエッチングにおいてマージンを
減らす方向に働いてしまう。一方、本発明の方式では、
疎密におけるエッチングと堆積の相対的なバランスがと
れやすく、エッチング速度を等しくすることができる。
【００１５】以上のことにより、本発明では低出力サイ
クルと堆積性ガスの効果で下地の絶縁膜との選択比が増
加するだけでなく、パターンの疎密間においてエッチン
グ速度の違いをなくしたエッチングが可能となる。
クルと堆積性ガスの効果で下地の絶縁膜との選択比が増
加するだけでなく、パターンの疎密間においてエッチン
グ速度の違いをなくしたエッチングが可能となる。
【００１６】
【発明の効果】以上のように本発明により、ＰｏｌｙＳ
ｉなどの半導体を酸化膜などの絶縁物に対して高い選択
比で、なおかつ疎密パターンにおけるエッチング速度の
違いをなくしたエッチングができる。
ｉなどの半導体を酸化膜などの絶縁物に対して高い選択
比で、なおかつ疎密パターンにおけるエッチング速度の
違いをなくしたエッチングができる。
【図１】本発明を適応する装置の全体構成図である。
【図２】高周波バイアスの違いによるＰｏｌｙＳｉと下
地ＳｉＯ２のエッチング速度の関係図である。
地ＳｉＯ２のエッチング速度の関係図である。
【図３】高周波バイアスの違いによる疎密パターンでの
エッチングと堆積の関係図である。
エッチングと堆積の関係図である。
１…プラズマ用電源、２…導波管、３…導入窓、４…真
空容器、５…プラズマ、６…磁石、７…磁石、８…試
料、９…試料台、１０…バイアス電源、１１…電圧波
形、１２，１３，１４，１５…特性曲線。
空容器、５…プラズマ、６…磁石、７…磁石、８…試
料、９…試料台、１０…バイアス電源、１１…電圧波
形、１２，１３，１４，１５…特性曲線。
Claims (6)
- 【請求項１】真空容器と、該真空容器中にプラズマを発
生させる手段および該プラズマにより表面処理される試
料を設置する試料台と、試料に高周波バイアスを印加す
るための電源からなる表面処理装置において、前記真空
容器中にハロゲンガスと堆積性ガスの混合ガスを導入し
かつ、試料台に印加する高周波バイアスに周期的に強弱
をつける機能を有することを特徴とする表面処理装置。 - 【請求項２】請求項１記載の表面処理装置の運転方法に
おいて、前記試料に印加する高周波バイアス電源の周波
数を２００ｋＨｚから２０ＭＨｚの高周波とすることを
特徴とする表面処理装置の運転方法。 - 【請求項３】請求項２記載の表面処理装置の運転方法に
おいて、前記試料に印加する高周波バイアス強度を周期
的にする方法は、バイアスの強弱の１周期にしめる高出
力サイクルの時間的割合が５から５０％とすることを特
徴とする表面処理装置の運転方法。 - 【請求項４】請求項２から３記載の表面処理装置の運転
方法において、前記試料に印加する高周波バイアス強度
を周期的にする方法は、バイアスの強弱の低出力サイク
ルにおけるプラズマ電位が１０ボルト程度とすることを
特徴とする表面処理装置の運転方法。 - 【請求項５】請求項２記載の表面処理装置の運転方法に
おいて、前記ハロゲンに混合する堆積性ガスは酸素を構
成元素として含むガスであることを特徴とする表面処理
装置の運転方法。 - 【請求項６】請求項５記載の表面処理装置の運転方法に
おいて、前記酸素を含むガスがＯ２、ＣＯ２、ＣＯのい
ずれか、または、これらの２種以上の混合ガスであるこ
とを特徴とする表面処理装置の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15327997A JPH113879A (ja) | 1997-06-11 | 1997-06-11 | 表面処理装置およびその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15327997A JPH113879A (ja) | 1997-06-11 | 1997-06-11 | 表面処理装置およびその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH113879A true JPH113879A (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=15559004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15327997A Pending JPH113879A (ja) | 1997-06-11 | 1997-06-11 | 表面処理装置およびその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH113879A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002543611A (ja) * | 1999-04-30 | 2002-12-17 | 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 | 半導体の異方性プラズマエッチング方法 |
| US7112533B2 (en) | 2000-08-31 | 2006-09-26 | Micron Technology, Inc. | Plasma etching system and method |
| WO2008044633A1 (fr) * | 2006-10-06 | 2008-04-17 | Tokyo Electron Limited | Dispositif et procédé de gravure au plasma |
-
1997
- 1997-06-11 JP JP15327997A patent/JPH113879A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002543611A (ja) * | 1999-04-30 | 2002-12-17 | 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 | 半導体の異方性プラズマエッチング方法 |
| US7112533B2 (en) | 2000-08-31 | 2006-09-26 | Micron Technology, Inc. | Plasma etching system and method |
| US7507672B1 (en) | 2000-08-31 | 2009-03-24 | Micron Technology, Inc. | Plasma etching system and method |
| WO2008044633A1 (fr) * | 2006-10-06 | 2008-04-17 | Tokyo Electron Limited | Dispositif et procédé de gravure au plasma |
| US8852385B2 (en) | 2006-10-06 | 2014-10-07 | Tokyo Electron Limited | Plasma etching apparatus and method |
| US10229815B2 (en) | 2006-10-06 | 2019-03-12 | Tokyo Electron Limited | Plasma etching apparatus and method |
| US10861678B2 (en) | 2006-10-06 | 2020-12-08 | Tokyo Electron Limited | Plasma etching apparatus and method |
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