JPS59129428A - プラズマエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｉａ）　　発明の技術分野 本発明はプラズマエツチングの異方性モニタ一方法、即
ちプラズマエツチング方法において極めて精度の良い異
方性エツチングを行うモニタ一方法に関する。

（ｂ）　　技術の背景 例えば、基板上に保護マスクを設けて選択的に窒化シリ
コン膜や酸化シリコン膜その他の被工・７チング膜をエ
ツチングするリソグラフィ技術は半導体装置の製造上液
も基本的な技術である。

且つ、半導体集積回路（ＩＣ）がＬＳＩ、ＶＬＳＩと高
築積化、高密度化されるに従ってエツチングパターンが
微細になり、従来のウェットエツチング法では精度良い
パターンの形成が難しくなって、それに代わりドライエ
ツチング法が広く使用されるようになってきた。

このようなドライエツチング法は所謂ガスエツチングで
、現在、その主体をなしている方法はプラズマガスを使
用するプラズマエツチング方法である。

（Ｃ１従来技術と問題点 このプラズマエツチング方法は化学薬品溶液と反応させ
るウェットエツチング法と異なり、プラズマ化したガス
の衝突によってエツチングする方法であるから被エツチ
ング膜のみならず下層の基板もエツチングされやすい。

しかし、プラズマエツチング法には中性ガスによるエツ
チングと反応性ガスによるエツチングとがあり、後者の
方が下地のエツチングが少なくてエツチング選択比が大
きいために半導体装置の製造にはその方が良く利用され
ている。このエツチング方法の代表的なものがリアクテ
ィブイオンエツチング法である。

ところが、この方法は被エツチング膜をエツチングする
反応性ガスを用いるから、前者の中性ガスによるエツチ
ング法に較べるとサイドエツチングが比較的大きくなる
欠点がある。換言すれば、異方性エツチングの精度が悪
くなるのが欠点である。

勿論、プラズマエツチング法は従前のウェットエツチン
グ法と比較して異方性エツチングの精度は格段に高いも
のである。しかし、ＩＣを一層高密度化するためには異
方性エツチングの精度は更に高い程好ましいことは言う
までもない。

（ｄ）　　発明の目的 本発明はこのような観点より、一層高精度に異方性エツ
チングがなされるプラズマエツチング方法を提案するも
のである。

（ｅｌ　　発明の構成 その目的は、基板上の被エツチング膜をパターンニング
するプラズマエツチング方法において、所定ガスのプラ
ズマ発光強度を検出し、該強度の変化に従ってエツチン
グ条件を自動的に変換するようにしたプラズマエツチン
グの異方性モニタ一方法によって達成される。

（ｆｌ　　発明の実施例 上記のようにプラズマエツチング法は下層の基板もエツ
チングされ易いから、従来より基板の損傷を防ぐための
エツチング終点検出法が開発され、利用されている。そ
れは、例えば酸化シリコン膜上のアルミニウム膜をエツ
チングする場合には塩素（ＣＩ２　）系ガスを使用する
が、その化学反応に伴ってアルミニウム（八１）あるい
は塩化アルミニウム（ＡＩＣＩ）のプラズマ発光が発生
する。その発光強度を観測して、その強度の減少点をエ
ツチング終点とするもので、発光波長の２６１．４ｒ＋
ｎ＋（＾ＩＣＩ）　　、　　　３　０８．２ｎｍ　　（
八］）　　、　　　３　０９．８ｎｍ　　（八１）　。

３９４、４ｎｍ　（八Ｉ）　、　　１３９６．２ｎｍ　
（八１）のいづれかを検出する。

第１図はそのプラズマ発光強度とエツチング経過時間と
の関係図表を示しおり、ａは発光強度線、その線上のエ
ツチング開始の直前時間ｔ　における発光強度がＡ点、
エツチング終了の直後時間ｔにおける発光強度がＥ点で
ある。しかしながら、図示しているように、エツチング
直前時の発光強度Ａとエツチング直後時の発光強度Ｅと
では差が生じて、エツチング直後の方がプラズマ発光強
度が強い。同様に、エツチング開始点の発光強度Ｂとエ
ツチング終止点の発光強度Ｃとの間にも差が生じる。こ
の現象はアルミニウムパターンのサイドエツチングが進
行してアルミニウムエツチング面積が拡がるためであり
、図に示す点ＢＣＤで囲まれた面積Ｓはサイドエツチン
グ量に比例するものである。ここに、発光強度点りは点
Ｃ−Ｅ上の点Ｂと同一プラズマ発光強度の位置である。

第２図および第３図はこれを更に理解しやすく擦るため
のエツチング工程の断面図である。即ち、第２図はエツ
チング開始の直前時間ｔ　における断面図で、１は基板
、２は酸化シリコン膜、３はアルミニウム膜、４はレジ
スト膜、Ｆはアルミニウム膜のエツチング面積を示して
いる。一方、第３図はエツチング反応工程途中の断面図
をを示し、サイドエツチングが生ずると一ヒ記の面積Ｆ
にアルミニウム膜の側面Ｆ５　　が加わって、エツチン
グ面積はＦ＋Ｆｓに拡大する。従って、発光強度が増加
するわけである。

本発明はこれに着目して面積Ｓ（第１図参照）が零にな
るように、言い換えればサイドエツチングが生じないよ
うに制御せんとするもので、次に図面を参照して同様の
実施例により詳しく説明する。第４図はプラズマエツチ
ング装置の概要図を示しており、反応容器１１内を排気
口１２より排気し、ガス流入口１３より反応ガスを流入
して、容器内の真空度を０．０５〜０．５　Ｔｏｒｒ稈
度にする。

被エツチング基板１４は被エツチング膜が酸化シリコン
膜」−のアルミニウム膜であり、これを一方の電極１５
上におき、対向電極１６との間に波長１３．５６ＭＨ７
の高周波電力を３００〜６００Ｗ程度印加してガスプラ
ズマを発生させる。且つ、反応生成したプラズマ発光強
度は容器の透過窓を通し、光ファイバ１７によって検出
系に導出する。

尚、１８は真空制御弁、】９は流入ガス制御弁である。

反応ガスとしては塩素（Ｃ１２）ガス：塩化硼素（ＢＣ
］ａ　）ガス−１：１を主体とし、これに四塩化珪素（
ＳｉＣＩ４　）ガス０．５〜１０を混合したガスを用い
る。この場合、四塩化珪素のかわりに四塩化炭素を用い
てもよい。

第５図は検出系を含む本発明の制御系を示す図である。

光ファイバ１７によって検出されたプラズマ光は、検出
用の反応生成ガスの固有特定波長（例えば２６１．４ｎ
ｍ）のみ透過させるフィルタ２１を通し、その波長のプ
ラズマ光強度をフォトダイオード、フォトマルからなる
光電変換器２２によって電気信号に変換検出し、増幅器
２３を経て記録計２４に記録させる。

その記録計２４に記録される光強度変化を計算制御機２
５に同時に伝達し、それに対応してエツチング条件を換
えてプラズマ発光強度が増加しないように図る。それは
即ち、第１図において発光強度ＢとＣおよび発光強度Ａ
とＥとが同じプラズマ発光強度を示して、面積Ｓが零に
近づくようにすることである。

そのエツチング条件とは電力、真空度１反応ガス比率で
、上記アルミニウムのエツチング例では反応ガスのうち
ＣＩ２　＋ＢＣｌ３ガスに対する５ｉＣＩ４ガスの比と
全体の真空度とがサイドエツチングに影響が大きいとい
うデータが得られている。従って、そのデータに基づい
たプログラムを作成し、それを計算制御数２５に入力し
てお（。そのプログラムとは、例えば５ｉＣＩ４ガスの
比を０．５〜１０の間で、また真空度をＱ、　５　Ｔｏ
ｒｒから０．０５　Ｔｏｒｒの間で順次変化させて、そ
の際の面積を記憶させる。

そして、その面積Ｓが最小になるように適性条件を導出
させるものである。それには、計算制御機２５からプロ
グラムによる命令がガス系制御器２９に伝えられて機械
的にガス制御弁１９を操作し、同じく計算制御機２５か
らプログラムによる命令が真空系制御器２８に伝えられ
て機械的に真空制御弁１８を操作する。

若し完全に異方性エツチングされているとすると、記録
計２４には第６図のプラズマ発光強度とエツチング経過
時間との関係図表に示すように発光強度線すが作成され
、図示のようにエツチング開始の直前時の発光強度Ｆと
エツチング終了の直後時の発光強度■とでは強度は同じ
になり、また同様にエツチング開始点の発光強度Ｇとエ
ツチング終止点の発光強度Ｈとの強度も同じになって第
１図に示した面積Ｓは消滅する。この第６図ないしはこ
れに近い図表が本発明によって得られる図表で、これは
サイドエツチングが零ないし殆ど生していないこと、言
い換えれば精度良く異方性エツチングされていることを
示すものである。

このようにすれば、第７図に示すエツチング反応工程途
中断面図のように、アルミニウム膜３の側面はエンチン
グされず、エツチング面積Ｆは反応工程中絶えず一定し
たものとなる。

（ｇｌ　　発明の効果 以上の実施例の説明から判るように、本発明によればプ
ラズマエツチングにおいてサイドエッチングをなくする
ことができるから、極めて粘度の高いパターンが得られ
て２１？導体装置の高集積化。

高密度化に著しく寄与するものである。

また、本発明は半導体装置のみならず、その他の電子部
品の製造にも適用できることは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプラズマ発光強度とエツチング経過時間
との関係図表、第２図はアルミニウム膜のエツチング開
始前工稈断面図、第３図はその従来のエッチング工程途
中断面図、第４図はプラズマエツチング装置の概要図、
第５図は本発明にかかるプラズマ発光強度の制御系図、
第６図は本発明によるプラズマ発光強度とエツチング経
過時間との関係図表、第７図は本発明を通用した場合の
エツチング工程途中断面図である。 図中、線ａ、線すはプラズマ発光強度線、３はアルミニ
ウム膜、４はレジスト膜、１１は反応容器、１４は被エ
ツチング基板、１７は光ファイバ。 １８は真空制御弁、１９は流入ガス制御弁、２２０ は光電変換器、２４は記録計、２５は計算制御機。 ２８は真空系制御器、２９はガス系制御器を示している
。 １ 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７区 手続補正書防幻 １事件の表示 昭和３−２年持許［卯第りＤ７ｚ　号 野（−モツひ二ん二（□□−−−−− ３　補正をする者 事；ｔとの関：′４　　　　　持許出伸人ｆ王所　神令
用県用崎市中原区−１−・］−［＋１中＋ｏｔＳＭ地（
５２２）名弥富士通株式会社 ４　代　　理　　人　　　　　件１９　　神令用県用崎
市中原区Ｉ−・ｊ・［１１中１０１５番地富士通株式会
社内 ７補正（７）　ｋ、（象ｗｉ１ａ＝全文８　補　正　の
　内　昏　明１ａ書の浄１（内容：二変更なし）１２９
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Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上の被エツチング膜をパターンニングするプラズマ
   エツチング方法において、所定ガスのプラズマ発光強度
   を検出し、該強度の変化に従ってエツチング条件を自動
   的に制御するようにしたことを特徴とするプラズマエツ
   チングの異方性モニタ一方法。