JPS6062124A - 反応性イオンエッチング装置の制御方法 - Google Patents
反応性イオンエッチング装置の制御方法Info
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- JPS6062124A JPS6062124A JP16988983A JP16988983A JPS6062124A JP S6062124 A JPS6062124 A JP S6062124A JP 16988983 A JP16988983 A JP 16988983A JP 16988983 A JP16988983 A JP 16988983A JP S6062124 A JPS6062124 A JP S6062124A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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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
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
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- H—ELECTRICITY
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- 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
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、半導体製造プロセスに用いられる反応性イオ
ンエツチング方法に係多、特に中間にシリコン酸化膜，
窒化膜等の薄い絶縁膜を挾んだ構造を有する被エツチン
グ材をエツチングする際に用いられるエツチング方法に
関する。
ンエツチング方法に係多、特に中間にシリコン酸化膜，
窒化膜等の薄い絶縁膜を挾んだ構造を有する被エツチン
グ材をエツチングする際に用いられるエツチング方法に
関する。
半導体集積回路の高密度化が進むにつれて、そのダート
材，配線材等のノクターン寸法は１μ程匿以下となシ、
この様な微細なパターン形成にはレジスト等のマスク材
のパターン寸法に忠実にエツチングを行なう技術として
反応性イオンエツチングが不可欠となっている。この反
応性イオンエツチングは異方性エツチングが可能であシ
、その基本的構成は第１図に示すようなものであシ、そ
の基本的原理は次に述べるようなものである。即ち、減
圧下で相対向する平行平板電極間に高周波電力を印加（
たとえば上部電極１を接地し、これに平行な下部電極２
に高周波電源３からインピーダンス整合器４およびブロ
ッキングコンデンサ５を介して高周波電力を印加）する
と、両電極１，２間で放電が行われる。これによって、
両電極１，２間に第１図中に示すような直流電位分布が
発生し、特゛に高周波電力印加側の下部電極２の近傍に
は大きな直流電位差（陰極降下電圧ｖｄｃ）が発生する
。
材，配線材等のノクターン寸法は１μ程匿以下となシ、
この様な微細なパターン形成にはレジスト等のマスク材
のパターン寸法に忠実にエツチングを行なう技術として
反応性イオンエツチングが不可欠となっている。この反
応性イオンエツチングは異方性エツチングが可能であシ
、その基本的構成は第１図に示すようなものであシ、そ
の基本的原理は次に述べるようなものである。即ち、減
圧下で相対向する平行平板電極間に高周波電力を印加（
たとえば上部電極１を接地し、これに平行な下部電極２
に高周波電源３からインピーダンス整合器４およびブロ
ッキングコンデンサ５を介して高周波電力を印加）する
と、両電極１，２間で放電が行われる。これによって、
両電極１，２間に第１図中に示すような直流電位分布が
発生し、特゛に高周波電力印加側の下部電極２の近傍に
は大きな直流電位差（陰極降下電圧ｖｄｃ）が発生する
。
上記直流電位分布において、ｖｐはプラズマ電位であシ
、プラズマ側が＋（プラス）、下部電極側か−（マイナ
ス）である。また、前記陰極降下電圧ｖｄｃは、前記放
電の開始後に下部電極２に流入する電子が陽イオンよシ
多いために下部電極２に電子が貯えられて発生し、その
大きさはイオンと電子の易動匿の差および両′電極の面
積の比に応じて発生する。
、プラズマ側が＋（プラス）、下部電極側か−（マイナ
ス）である。また、前記陰極降下電圧ｖｄｃは、前記放
電の開始後に下部電極２に流入する電子が陽イオンよシ
多いために下部電極２に電子が貯えられて発生し、その
大きさはイオンと電子の易動匿の差および両′電極の面
積の比に応じて発生する。
このため、ハロダンを主成分とする反応性ガス雰囲気中
で放電を行なうと、ノ・ロダンの陽イオンが直流電場で
加速されて高周波電力印加側電極２乃至はその上に載置
される被エツチング材６に垂直に入射する。ここで、第
２図を参照して詳述すると、被エツチング材６のうちそ
の上にマスク材７が存在する部分、つまシマスフ材７の
影になる部分には反応性ガスのイオン８は入射せず、マ
スク寸法に忠実な異方性エツチングが達成される。この
場合のエツチング特性は高周波電力の大きさに関係する
もので、エツチング速度は高周波電力にほぼ比例し、ま
た加工形状は高周波電力の減少につれてアンダーカット
を伴なう等方性エツチングになってくる。
で放電を行なうと、ノ・ロダンの陽イオンが直流電場で
加速されて高周波電力印加側電極２乃至はその上に載置
される被エツチング材６に垂直に入射する。ここで、第
２図を参照して詳述すると、被エツチング材６のうちそ
の上にマスク材７が存在する部分、つまシマスフ材７の
影になる部分には反応性ガスのイオン８は入射せず、マ
スク寸法に忠実な異方性エツチングが達成される。この
場合のエツチング特性は高周波電力の大きさに関係する
もので、エツチング速度は高周波電力にほぼ比例し、ま
た加工形状は高周波電力の減少につれてアンダーカット
を伴なう等方性エツチングになってくる。
また、前記直流電位分布において、一般にプラズマ電位
Ｖ、は小さく、このプラズマ電位ｖｐと下部電極２の電
位との差が陰極降下電圧Ｖｄｅとして測定されておシ、
この陰極降下電圧Ｖｄｅと高周波電力との関係は第３図
に示すようにほぼ正比例する。
Ｖ、は小さく、このプラズマ電位ｖｐと下部電極２の電
位との差が陰極降下電圧Ｖｄｅとして測定されておシ、
この陰極降下電圧Ｖｄｅと高周波電力との関係は第３図
に示すようにほぼ正比例する。
ところで、上述したような反応性イオンエツチング方法
において、被エツチング材６が半導体基板上に薄膜の絶
縁膜を介して導体が形成された三層構造を有している場
合、エツチング後の耐圧試験で絶縁膜の絶縁破壊が検出
されることがある。この絶縁破壊の原因を追及したとこ
ろ、エツチング終了後に高周波電力の印加を停止したと
き、前述したように下部電極２に蓄積していた電荷が逆
流して被エツチング材６中に含まれる絶縁膜の両側に集
中し、この集中が著しい場合に絶縁破壊を引き起こすこ
とが判明した。たとえば高周波電力５００ワツトを印加
してエツチングを行ない、そのまま高周波電力の印加を
停止した場合、絶縁膜に過１１Ｗ的に加わる電圧のピー
ク値はほぼその時の陰極降下電圧Ｖｄｅ（第３図からほ
ば２２５Ｖ）に相当し、前記絶縁膜を十分破壊する値で
ある。ここで、反応性イナンエッチング方法における絶
縁破壊頻度の実測データを第４図（、）に示し、これと
比較するために電荷蓄積の生じないケミカルドライエツ
チング方法における絶縁破壊頻度の実測データを第４図
（ｂ）に示している。これらのデータは、シリコンウェ
ハ上に４００Ｘのダート酸化膜を介してリンドープポリ
シリコンが形成された被エツチング材をエツチングした
場合におけるダート耐圧（厚さ１ｃｍ当たシに換算した
降伏電界）と破壊したサンプルの個数との関係を示して
いる。これらのデータから、明らかに反応性イオンエツ
チング方法の場合はケミカルドライエツチング方法に比
べて小さい降伏電圧領域でサンプルの大多数がダート絶
縁膜の破壊を起こすことが分る。
において、被エツチング材６が半導体基板上に薄膜の絶
縁膜を介して導体が形成された三層構造を有している場
合、エツチング後の耐圧試験で絶縁膜の絶縁破壊が検出
されることがある。この絶縁破壊の原因を追及したとこ
ろ、エツチング終了後に高周波電力の印加を停止したと
き、前述したように下部電極２に蓄積していた電荷が逆
流して被エツチング材６中に含まれる絶縁膜の両側に集
中し、この集中が著しい場合に絶縁破壊を引き起こすこ
とが判明した。たとえば高周波電力５００ワツトを印加
してエツチングを行ない、そのまま高周波電力の印加を
停止した場合、絶縁膜に過１１Ｗ的に加わる電圧のピー
ク値はほぼその時の陰極降下電圧Ｖｄｅ（第３図からほ
ば２２５Ｖ）に相当し、前記絶縁膜を十分破壊する値で
ある。ここで、反応性イナンエッチング方法における絶
縁破壊頻度の実測データを第４図（、）に示し、これと
比較するために電荷蓄積の生じないケミカルドライエツ
チング方法における絶縁破壊頻度の実測データを第４図
（ｂ）に示している。これらのデータは、シリコンウェ
ハ上に４００Ｘのダート酸化膜を介してリンドープポリ
シリコンが形成された被エツチング材をエツチングした
場合におけるダート耐圧（厚さ１ｃｍ当たシに換算した
降伏電界）と破壊したサンプルの個数との関係を示して
いる。これらのデータから、明らかに反応性イオンエツ
チング方法の場合はケミカルドライエツチング方法に比
べて小さい降伏電圧領域でサンプルの大多数がダート絶
縁膜の破壊を起こすことが分る。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、被エツチ
ング材中に含まれる薄い絶縁膜を破壊しないで被エツチ
ング材の異方性エツチングを行ない得る反応性イオンエ
ツチング方法を提供するものである。
ング材中に含まれる薄い絶縁膜を破壊しないで被エツチ
ング材の異方性エツチングを行ない得る反応性イオンエ
ツチング方法を提供するものである。
即ち、本発明は、真空容器内に設けられた相対向する電
極のうち高周波車力印加側の電極上に、半導体上に薄膜
の絶縁膜を介して導体が形成された三層構造を含む被エ
ツチング材を載置し１反応性ガス雰囲気中で前記相対向
する電極間に高周波′車力を印加して被エツチング材を
エツチングする反応性イオンエツチング方法において、
エツチング終了後で前記高周波電力の印加を停止する直
前に、高周波電力印加側の電極の近傍に発生する陰極降
下電圧が所定値以下になるまで高周波電力を徐々に低減
し、こののち高周波電力の印加を停止することを特徴と
するものである。
極のうち高周波車力印加側の電極上に、半導体上に薄膜
の絶縁膜を介して導体が形成された三層構造を含む被エ
ツチング材を載置し１反応性ガス雰囲気中で前記相対向
する電極間に高周波′車力を印加して被エツチング材を
エツチングする反応性イオンエツチング方法において、
エツチング終了後で前記高周波電力の印加を停止する直
前に、高周波電力印加側の電極の近傍に発生する陰極降
下電圧が所定値以下になるまで高周波電力を徐々に低減
し、こののち高周波電力の印加を停止することを特徴と
するものである。
以下、図面を参照して本発明の一実ＭＱ例を詳細に説明
する。
する。
第５図は通常の反応性イオンエツチング装置の一例を示
しておシ、５０は真空容器、５１は反応性ガスの導入孔
、５２は排気孔、５３は接地された上部電極、５４は高
周波電力が印加される下部電極、５５は高周波電源、５
６はブロッキングコンデンサを内蔵したインピーダンス
整合器、５７は絶縁体である。そして、５８は前記下部
電極５４に載置された被エツチング材であシ、本例では
単結晶シリコン基板表面を、 ４００ Ｘ酸化してダー
ト酸化膜とし、その上にＣＶＤ （化学気相成長）法に
よってポリシリコンを堆積し、更にこのポリシリコン中
にリンを拡散シたのち１０■２のレジストパターン（エ
ツチングマスク）を形成したウェハを用いた。
しておシ、５０は真空容器、５１は反応性ガスの導入孔
、５２は排気孔、５３は接地された上部電極、５４は高
周波電力が印加される下部電極、５５は高周波電源、５
６はブロッキングコンデンサを内蔵したインピーダンス
整合器、５７は絶縁体である。そして、５８は前記下部
電極５４に載置された被エツチング材であシ、本例では
単結晶シリコン基板表面を、 ４００ Ｘ酸化してダー
ト酸化膜とし、その上にＣＶＤ （化学気相成長）法に
よってポリシリコンを堆積し、更にこのポリシリコン中
にリンを拡散シたのち１０■２のレジストパターン（エ
ツチングマスク）を形成したウェハを用いた。
上記装置を用いて反応性イオンエツチングを行なう場合
、先ず真空ポンプによシ排気孔５２を通じて真空容器５
０内に減圧を行なって真空容器５０内を所定の真空度（
たとえは０．０８ Ｔｏｒｒ ）に保ち、ガス導入孔５
１よシ反応性ガス（本しｕではＣ２２とＨ２の混合ガス
）を導入し、高周波電源５５からインピーダンス整合器
５６を通じて下部電極５４にたとえば５００ワツトの尚
周波電力を印加する。これによって、両電極５３゜５４
間で放電が行なわれ、両電極５３．５４間には前述した
ような直流電位分布が発生し、特に下部電極５４の近傍
には陰極降下電圧Ｖｄｃが発生し、反応性ガスの陽イオ
ンが加速されて下部電極５４上のウェハ表面に垂直に入
射し、ウェハ上のリンドーゾボリシリコン（ダート材）
が異方的にエツチングされる。
、先ず真空ポンプによシ排気孔５２を通じて真空容器５
０内に減圧を行なって真空容器５０内を所定の真空度（
たとえは０．０８ Ｔｏｒｒ ）に保ち、ガス導入孔５
１よシ反応性ガス（本しｕではＣ２２とＨ２の混合ガス
）を導入し、高周波電源５５からインピーダンス整合器
５６を通じて下部電極５４にたとえば５００ワツトの尚
周波電力を印加する。これによって、両電極５３゜５４
間で放電が行なわれ、両電極５３．５４間には前述した
ような直流電位分布が発生し、特に下部電極５４の近傍
には陰極降下電圧Ｖｄｃが発生し、反応性ガスの陽イオ
ンが加速されて下部電極５４上のウェハ表面に垂直に入
射し、ウェハ上のリンドーゾボリシリコン（ダート材）
が異方的にエツチングされる。
そして、本発明方法においては、エツチング終了後で高
周波電力の印加を停止する直前に、高周波電力を５０ワ
ット程度まで徐々に低減する。これによって、ダート絶
縁膜を挾んだコンデンサ構造に貯えられる電圧合計がダ
ート絶縁膜の耐圧（ダート酸化膜が４００Ｘ程度の場合
には耐圧は３０〜４０Ｖである）よシ小さい値になるま
で低下する。こののち、高周波電力の印加を停止すれば
、ダート酸化膜に過渡的な高電圧が印加されることもな
く、その絶縁破壊は殆んど生じなくなる。ここで、高周
波電力を上述のように５０ワツトに減少したときの陰極
降下電圧■ｄｃは第３図から分るようにほぼ２５Ｖであ
シ、こののち高周波電力の印加を停止した場合における
絶縁破壊頻度の実測データを第６図に示す。このデータ
を従来例の反応性イオンエツチング方法における第４図
（、）のデータと対些すれば明らかな通シ、小さい降伏
電界でダート絶縁膜の破壊を起こす個数が圧倒的に減少
しておシ、本発明方法は大変効果的であることが分る。
周波電力の印加を停止する直前に、高周波電力を５０ワ
ット程度まで徐々に低減する。これによって、ダート絶
縁膜を挾んだコンデンサ構造に貯えられる電圧合計がダ
ート絶縁膜の耐圧（ダート酸化膜が４００Ｘ程度の場合
には耐圧は３０〜４０Ｖである）よシ小さい値になるま
で低下する。こののち、高周波電力の印加を停止すれば
、ダート酸化膜に過渡的な高電圧が印加されることもな
く、その絶縁破壊は殆んど生じなくなる。ここで、高周
波電力を上述のように５０ワツトに減少したときの陰極
降下電圧■ｄｃは第３図から分るようにほぼ２５Ｖであ
シ、こののち高周波電力の印加を停止した場合における
絶縁破壊頻度の実測データを第６図に示す。このデータ
を従来例の反応性イオンエツチング方法における第４図
（、）のデータと対些すれば明らかな通シ、小さい降伏
電界でダート絶縁膜の破壊を起こす個数が圧倒的に減少
しておシ、本発明方法は大変効果的であることが分る。
なお、本発明方法は、上記実施例では絶縁膜が望化膜の
場合でも上記実施例と同様に有効であシ、更に被エツチ
ング材がダート絶縁膜の直上の導体に限らず、絶縁膜の
上に中間層を介してその上に堆積された導体であっても
絶縁膜を挾んだコンデンサ構造を含んでいる場合には上
記実施例と同様に有効である。
場合でも上記実施例と同様に有効であシ、更に被エツチ
ング材がダート絶縁膜の直上の導体に限らず、絶縁膜の
上に中間層を介してその上に堆積された導体であっても
絶縁膜を挾んだコンデンサ構造を含んでいる場合には上
記実施例と同様に有効である。
上述したように本発明の反応性イオンエツチング方法に
よれば、被エツチング材に含まれる薄い絶縁膜を破壊し
ないで被エツチング材の異方性エツチングを行なうこと
ができる。
よれば、被エツチング材に含まれる薄い絶縁膜を破壊し
ないで被エツチング材の異方性エツチングを行なうこと
ができる。
第１図は反応性イオンエツチング方法の基本的原理を説
明するために示す図、第２図は第１図の被エツチング材
における異方性エツチングの状態を示す断面図、第３図
は第１図の下部電極付近に発生する陰極降下電圧と高周
波電力との関係を示す特性図、第４図（、）および第４
図（ｂ）はそれぞれ対応して反応性イオンエツチング方
法およびケミカルドライエツチング方法における被エツ
チング材中の絶縁膜の絶縁破壊頻度の実測データを示す
グラフ、第５図は本発明に係る反応性イオンエツチング
方法で用いられる反応性イオンエツチング装置の一列を
示す構成説明図、第６図は本発明方法における被エツチ
ング材中の絶縁膜の絶縁破壊頻度の実測データを示すグ
ラフである。 ５０・・・真空容器、５１・・・ガス導入孔、５２・・
・排気孔、５３・・・上部電極、５４・・・下部電極、
５５・・・高周波電源、５８・・・被エツチング材。 第１図 降伏電昇（ＭＶ／ｃｍ） 第５図
明するために示す図、第２図は第１図の被エツチング材
における異方性エツチングの状態を示す断面図、第３図
は第１図の下部電極付近に発生する陰極降下電圧と高周
波電力との関係を示す特性図、第４図（、）および第４
図（ｂ）はそれぞれ対応して反応性イオンエツチング方
法およびケミカルドライエツチング方法における被エツ
チング材中の絶縁膜の絶縁破壊頻度の実測データを示す
グラフ、第５図は本発明に係る反応性イオンエツチング
方法で用いられる反応性イオンエツチング装置の一列を
示す構成説明図、第６図は本発明方法における被エツチ
ング材中の絶縁膜の絶縁破壊頻度の実測データを示すグ
ラフである。 ５０・・・真空容器、５１・・・ガス導入孔、５２・・
・排気孔、５３・・・上部電極、５４・・・下部電極、
５５・・・高周波電源、５８・・・被エツチング材。 第１図 降伏電昇（ＭＶ／ｃｍ） 第５図
Claims (2)
- （１）真空容器内に設けられた相対向する電極のうち高
周波電力印加側の電極上に、半導体上に薄膜の絶縁膜を
介して導体が形成された三層構造を含む被エツチング材
を載置し、反応性ガス雰囲気中で前記相対向する電極間
に高周波電圧を印加して被エツチング材をエツチングす
る反応性イオンエツチング方法において、エツチング終
了後で前記高周波′電力の印加を停止する直前に、高周
波電力印加側の電極の近傍に発生する陰極降下電圧が所
定値以下になるまで高周波電力を徐々に低減し、このの
ち高周波電力の印加を停止することを特徴とし、−周波
電力の印加停、正時に前記下部電極の蓄積電荷の逆流に
よシ被エツチング材の絶縁膜に加わる電圧がその耐圧以
下となるようにしたことを特徴とする反応性イオンエツ
チング方法。 - （２）前記被エツチング材中の絶縁膜の厚さが４００Ｘ
程度である場合に、前記陰極降下電圧が数十がルト以下
になるまで高周波電力を徐々に低減することを特徴とす
る特許 囲第１項記載の反応性イオンエツチング方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16988983A JPS6062124A (ja) | 1983-09-14 | 1983-09-14 | 反応性イオンエッチング装置の制御方法 |
| US06/608,449 US4566941A (en) | 1983-05-10 | 1984-05-09 | Reactive ion etching method |
| EP84105249A EP0133452B1 (en) | 1983-05-10 | 1984-05-09 | Reactive ion etching method |
| DE8484105249T DE3483800D1 (de) | 1983-05-10 | 1984-05-09 | Verfahren zum reaktiven ionenaetzen. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16988983A JPS6062124A (ja) | 1983-09-14 | 1983-09-14 | 反応性イオンエッチング装置の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6062124A true JPS6062124A (ja) | 1985-04-10 |
| JPH0465526B2 JPH0465526B2 (ja) | 1992-10-20 |
Family
ID=15894833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16988983A Granted JPS6062124A (ja) | 1983-05-10 | 1983-09-14 | 反応性イオンエッチング装置の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6062124A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55111134A (en) * | 1979-02-19 | 1980-08-27 | Mitsubishi Electric Corp | Method of gas plasma etching |
| JPS573214A (en) * | 1980-06-04 | 1982-01-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Manufacture of nagnetic head |
| JPS58140125A (ja) * | 1982-02-16 | 1983-08-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ドライエツチング方法 |
-
1983
- 1983-09-14 JP JP16988983A patent/JPS6062124A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55111134A (en) * | 1979-02-19 | 1980-08-27 | Mitsubishi Electric Corp | Method of gas plasma etching |
| JPS573214A (en) * | 1980-06-04 | 1982-01-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Manufacture of nagnetic head |
| JPS58140125A (ja) * | 1982-02-16 | 1983-08-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ドライエツチング方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0465526B2 (ja) | 1992-10-20 |
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