JPS61190944A - ドライエツチング装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、ドライエツチング装置に関し、特に被処理部
材（半導体ウェー八等）の両面をエツチングできるドラ
イエツチング装置に関するものである。

〔背景技術〕

従来、半導体（シリコン）ウェーハの全表面に酸化膜を
形成し、更にＳ＋３　Ｎａ膜を形成し、その後で、たと
えば５ｉ２Ｎ、膜をマスクに用いたシリコンの選択酸化
を行うため、前記Ｓｉ、Ｎ。

膜上にホトレジストを塗布し、これをパターニングし、
このパターン形状に合わせて前記５ｉｉＮ４膜をドライ
エツチングする。このドライエツチングはたとえば第６
図のような構成のＣＦ　ａガスを用いたドライエツチン
グ装置を用いて行う。即ち、反応容器１内の底部２上に
配設したサセプタ（下部電極）３と対向して上部電極４
が配設され、更に下部電極３が接地され、かつ上部電極
４が電極支持棒５、リード′４１Ａ６を介して一端が接
地された高周波電極７の他端に接続されている。そして
、サセプタ３上にエツチングすべきウェーハ８を載置し
、エツチングガスとしてＣＦ　ａガスを導入しＬ部電極
４に高周波電界を印加してウェーハ８の表面側のＳｌ：
ｌ　Ｎａ膜をレジストパターンに合わせてドライエツチ
ング（反応性プラズマエツチング）により除去する。

ところで、ウェーハの表面側に酸化膜やＳｔ。

Ｎ４膜を反応炉で形成する際、ウェーハの裏面側にも同
時に酸化膜や３　ｉ　３　Ｎａ膜が形成される。

このウェーハ裏面側のＳｉ、Ｎ、をエツチングせずに残
しておくと、この裏面側のＳｉ２　Ｎ＜膜の存在により
ウェーハ表面側での後段の工程処理に悪影響を及ぼすこ
とがあるので、ウェーハ裏面側のＳｔ、Ｎ、膜を除去す
る必要がある。

しかし、従来の第６図の如き装置では、ウェーハ８の裏
面側は、サセプタ３があるためウェーハ８の表面側と同
時にエツチングを行うことが不可能である。

そこで、ウェーハの裏面側をエッチするためには、まず
Ｓｉ、Ｎ４膜に対するドライエツチングを行ったウェー
ハ表面側にホトレジストを平坦に塗布する。これは、平
行平板形プラズマドライエツチング装置を使用する場合
には、ウェーハを表面側と裏面側を逆にしてサセプタ上
に載置してウェーハの裏面側をエッチするとき、ウェー
ハ表面側を傷つけないためであり、また円筒形プラズマ
ドライエツチング装置を使用する場合には、ウェーハの
裏面側エッチのとき、ウェーハ表面側もエッチされてし
まうためである。次に他のドライエツチング装置（通常
第５図と同一の構成でも別の装置を用いる。）で、第５
図の場合と同様にしてサセプタ（下部電極）上にウェー
ハの裏面側を表にして載置し、ウェーハ裏面側の５ｉｚ
Ｎ４膜のエツチングを行い、この後このウェーハをドラ
イエツチング装置の反応容器から取り出してウェーハ表
面側の前記塗布レジストを除去する。次につ工−ハ表面
側に対し、前述したＳｉ、Ｎ、膜をマスクとして用いた
選択酸化を行い、素子分離領域にチャンネルストツバ用
のフィールドイオン打ち込みによる拡散層と厚い酸化膜
の形成を行う。以下通常の処理工程に従い、たとえばＭ
ＯＳデバイスを形成する。

以上から判るように従来のドライエツチング装置では、
ウェーへの表面側エッチのとき同時に裏面側をエッチす
ることができない。そこで、ウェーハの裏面側のＳｉ３
Ｎ４膜エッチのため、ウェーハ表面側にホトレジストを
塗布する工程と、ウェーハ裏面側のＳｉ、Ｎ４のドライ
エツチング工程とが必要となる。従って、これらの工程
骨だけ工程数が増加し、生産性が悪（なると共に、通常
他のドライエツチング装置を必要としており生産コスト
が高くなるという問題点がある。

なお、ドライエツチング技術については、株式会社プレ
スジャーナル社発行ｒ　Ｓｅｍ１ｃｎｄｕｃｔｏｒ　Ｗ
ｏｒｌｄＪ　１９８２年６月号Ｐ８７〜９２にプラズマ
を利用したエツチング技術が開示されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、１回のドライエツチング処理工程で被
処理部材（ウェーハ等）の両面をエッチすることができ
るようにし、処理工程数の短縮を図り、かつ従来の如き
被処理部材の裏面エッチ用に他のドライエツチング装置
を不要とし、もって生産性の向上と生産コストの低減を
図るようにしたドライエツチング装置を提供することに
ある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、ドライエツチング装置は容器内に、第１の高
周波電源に接続された第１の電極（平板状の上部電極）
と、第２の高周波電源に接続された第２の電極（平板状
の下部電極）と、前記第１の電極と前記第２の電極との
間に配置される被処理部材（たとえば表面側はレジスト
パターンに合わせてＳｔ、Ｎ４膜のエッチを、裏面側は
Ｓｉ。

Ｎ４膜の前面エッチを夫々行なわなければならないとい
ったように、両面にエッチすべき部材が形成されている
ウェーハなど）を保持するための、かつ接地電源に接続
された保持部材と、この保持部材に保持される前記被処
理部材の位置と、前記第２の電極との間に配置されたメ
ツシュ状電極とを備え、前記保持部材に保持された前記
被処理部材の表面側（たとえば第１の電極側にする。）
を平行平板形反応性プラズマエツチング（異方性）法を
用いて、また前記被処理部材る裏面側（第２の電極側）
を前記メツシュ状電極の配設による平行平板形反応性プ
ラズマエツチング（異方性の緩和）法を用いて、夫々エ
ッチすることができ、１回の処理工程で前記被処理部材
の両面のエッチすべき部材をエッチすることができ、従
って処理工程数の短縮を図り、かつ前記被処理部材の裏
面エッチ用の他のドライエツチング装置を不要とし、も
って生産性の向上と生産コストの低減を実現せんとする
ものである。

〔実施例〕

第１図は本発明によるドライエツチング装置の一実施例
を示すものである。ここでは、シリコンウェーへの表面
全体（表裏とも）に形成した酸化膜（ＳｉＯ□膜）の全
面にて更に形成したＳｉ。

Ｎ４膜に対し、ウェーハの表面側は選択酸化のためのレ
ジストパターンに合わせてＳｉ、Ｎ４膜をエッチし、か
つウェーハの裏面側はＳｔ、ＩＮ、膜を全面エッチする
場合のウェーハを被処理部材として用い、以下本発明を
第１図を用いて説明する。

第１図において、１１は反応容器としてのエツチングチ
ャンバであって、このエツチングチャンバ１１内には対
向して平板状の上部電極１２（第１の電極）と平板状の
下部電極１３（第２の電極）とが配設され、更に上部電
極１２と下部電極１３との略中間位置に配置される被処
理部材であるウェーハ１４を保持するための保持部材と
してのつ工−ハホルダ１５が配設されている。このウェ
ーハホルダ１５は２個の断面コ字状の導電性部材１５ａ
、１５ｂからなり、これらの導電性部材Ｌ５ａ、１５ｂ
はエツチングチャンバ１１に取り付けられた、しかも一
端が接地された導電性支持部材１６に取り付けられてい
る。導電性部材１５ａの導電性支持部材１６への取り付
けについては図示省略されているが、適宜な方法が考え
られる。

たとえば、導電性支持部材１６のウェーハホルダ１５へ
の取り付は側を第２図に示すようにコ字状にして、この
コ字状部１６ａの両端部１６ｂ。

１６Ｃに夫々°ウェーハホルダ１５を構成する導電性部
材１５ａ、１５ｂを溶着などにより取り付は固定すれば
よい。

またウェーハホルダ１５の導電性部材１５ａ。

１５ｂの溝１５ｃ、１５ｄに挿入され保持されるウェー
ハ１４の位置と下部電極１３との間にメソシュ状電極１
７がフローティング電極として配設されている。このメ
ツシュ状電極は適宜の手段でエツチングチャンバ１１に
取り付は固定されている。また上部電極１２は導電性の
電極支持棒１８およびリード線１９を介して一端が接地
された第１の高周波電源２０　（第１の電源）の他端に
接続されている。また下部電極１３は導電性の電極支持
棒２１およびリード線２２を介して一端が接地された第
２の高周波電源２３　（第２の電源）の他端に接続され
ている。なお、２５，２６．２７は夫々絶縁シール部材
である。またエツチングチャンバ１１内にウェーハ１４
を入れたり、エツチングチャンバ１１内からウェーハ１
４を取り出したリするための開閉扉や反応ガスの導入孔
、排気孔などは図示省略されている。

このように構成されたドライエツチング装置において、
所定の圧力になるまで排気した後、エツチングチャンバ
１１内に反応ガスとしてＣＦ４ガス等を導入し、第１お
よび第２の高周波電源２０および２３により高周波電界
を上部電極１２、下部電極１３に印加して０．１〜数Ｔ
ｏｒｒの圧力下でウェーハホルダ１５に保持されたウェ
ーハ１４の両面エツチング（平行平板形反応性プラズマ
エツチング）を行う。すなわちウェーハ１４の表面側（
上部電極１２側）に対してはＳｉ３Ｎ４膜のレジストパ
ターンに合わせたエツチングを、ウェーハ１４の裏面側
（下部電極１３側）に対してはＳｉ、Ｎ、膜の全面エツ
チングを行う。この場合、ウェーハ１４を支持している
ウェーハホルダ１５を接地電位としているが、ウェーハ
１４は、その全表面に形成されている絶縁膜（ここでは
５ｉ０２膜やＳ　ｉ　ｚ　Ｎ４膜）のため接地電位とな
らない。

しかし、被エツチング基板であるウェーハ１４はプラズ
マ中に置かれており、このときのエツチングは化学反応
による平行平板形プラズマエツチングであるので、エツ
チングの均一性は担保される。

なお、ウェーハ１４の側面の絶縁膜を少なくとも一部除
去し、これにより得られるシリコン基板とウェーハホル
ダ１５とを電気的に接続されるようにすれば、ウェーハ
１４の基板全体が接地電位となり、より一層エツチング
の均一性は確保される。

更に、ウェーハ１４の表面側（上部電極１２側）の平行
平板形反応性プラズマエツチングは異方性エツチングで
あり、このときウェーハ１４の裏面がわでは同じく平行
平板型反応性プラズマエツチングのりめ異方性を示すが
、ここではメツシュ状電極１７を配設したことによりそ
の異方性はやや緩和され等方性に近付くことになる。こ
れは、メツシュ状電極１７によりライフタイムの短い電
荷（加速性の弱い電荷）がトラップされるためである。

このようにウェーハ１４の裏面側ではエツチングの異方
性が緩和されることからして、表面側よりも同じガス雰
囲気（ＣＦ４）に対してエツチングにおける反応性が大
きくなる。従って、Ｓｉ３Ｎ４膜の対Ｓ　ｉ　Ｏｚ膜エ
ツチング選択比が大きくなることによってウェーハ１４
の裏面側でＳｉ３Ｎ４膜をエッチしたいのに更にＳｉＯ
□膜までエッチしてしまうような不具合が防止される。

以上のようにして、１回のドライエツチング工程で被処
理部材としてのウェーハ１４の両面のエッチすべき部材
ここではたとえば５ｉｌＮ４膜をエッチすることができ
、従来のようなウェーハの裏面エッチのための工程、即
ちウェーハの表面側のホトレジスト塗布工程とウェーハ
裏面のドライエツチング工程とを夫々省略できる。従っ
て従来に比して処理工程数の短縮を図ることができ、生
産性の向上を図ることができる。さらにウェーハの裏面
側を表面側と同時にエツチングすることができるため、
従来の如き他のドライエツチング装置が不要となり生産
コストの低減を図ることができるとけもにウェーハの両
面で素子構成する場合に有効である。

〔効果〕

（１）１回のドライエツチング工程で被処理部材の両面
のエッチすべき部材をエッチすることができ、従来の如
き被処理部材の裏面エッチのための別工程を省略できる
。従って、従来に比して処理工程数の短縮を図ることが
でき、生産性の向上を図ることができる。

（２）被処理部材の裏面側を表面側と同時にエツチング
することができるため、従来の如き他のドライエツチン
グ装置が不要となり生産コストの低減を図ることができ
る。

（３）被処理部材がウェーハの場合、両面で素子構成す
る際にもきわめて有効である。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえばメツシュ状電極１７をフローティング電極とし
て用いているが、メツシュ状電極１７はプラズマ中に配
置されるためこのメツシュ状電極１７に第４の電源とし
ての可変可能な制御電源（直流電源）を接続してメツシ
ュ状電極１７の電位を調整することにより、更にはメツ
シュ状電極１７の配置位置を調整できる構成とし必要に
応じてメツシュ状電極１７の配置位置を調整することに
より、ラジカル反応による反応性プラズマエツチングの
量を制御することができるようにしてもよい、またメツ
シュ状電極１７を省略して第３図に示す如く構成しても
よい。この場合にはウェーハ１４の両面とも平行平板形
反応性プラズマエツチング（異方性）が行われるが、前
述した第１実施例と同様のことがいえる。なお第１図、
第３図においては、ウェーハホルダ１５を接地している
が、ウェーハホルダ１５の支持部材１６と接地間に高周
波電源を介挿してもよい。

また第１図では上部電極１２側、下部電極１３側に夫々
高周波電源２０．２３を接続し、かつウェーハホルダ１
５を接地しているが、第４図又は第５図に示すように構
成しても良い。即ち第４図または第５図では夫々第１図
における高周波電源２３又は２０を省略すると共にウェ
ーハホルダ１５を接地せず、図示の如く第３の電源とし
ての第３の高周波電源２７をコンデンサ２８と共に介挿
し結合容量による自己バイアスをかけ、しかも高周波電
源２７によって印加される高周波電力を高周波電源２０
又は２３によって印加される高周波電力よりも大となし
、数ｍＴｏｒｒの圧力下で反応ガスとしてＣＦ、ガスを
用いてウェーハ１４上のＳｉ３Ｎ４膜を、反応性スパッ
タエツチング（反応性イオンエツチング）法によりエッ
チすることができる。この場合、第４図ではウェーハ１
４の表面側（上部電極１２側）を、第５図ではウェーハ
１４の裏面側（下部電極１３側）をエッチするとき、新
しく付着されるデポジション量よりもエッチ量の方が大
きいので全体としては本来のエッチすべき部材（ここで
は５ｔ３Ｎ、膜）に対してはデポジションの量だけエッ
チ量が少なくなる。

このためたとえばＭＯＳデバイスの多結晶シリコンゲー
トを断面形状として台形状にすることができ、眉間絶縁
膜のステップカバレッジが良好となり、この眉間絶縁膜
上に形成される配線の段差部での断線防止を図ることが
できる。また第４図ではウェーハ１４の裏面側（下部電
極１３側）、第５図ではウェーハ１４の表面側（上部電
極１２側）に対しては通常の反応性スパッタエツチング
が行われる。なお、第４図では下部電極１３側に、第５
図では上部電極１２側に夫々高周波電源を介挿してもよ
い０以上説明した第４図、第５図の場合は、第１図の平
行平板形反応性プラズマエツチングに対して反応性スパ
ッタエツチングが行われるが、第１図実施例で説明した
と同様のことがいえる。

〔利用分野〕 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるウェーハ上にＳｉｎ
、膜とＳｉ３Ｎ４膜とを順次形成した場合のＳｔ、Ｎ４
膜のドライエツチングに適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、たとえばウェーハ
の両面に素子構成する場合にシリコン基板上に形成した
Ｓｉ０ｇ膜やＳｉ、Ｎ、膜に対する、拡散層形成前工程
におけるイオン打ち込み領域形成のためのドライエツチ
ングに対しても適用できる。本発明は両面にドライエツ
チングすべき部材を有する被処理部材全般に適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるドライエツチング装置の一実施例
を示す簡略断面図、 第２図は第１図のウェーハホルダの支持方法の一例を示
す要部平面図、 第３図〜第５図は夫々本発明の他の実施例を示す簡略断
面図、 第６図は従来のドライエツチング装置の一例を示す簡略
断面図である。 １１・・・反応容器、１２・・・上部電極、１３・・・
下部ｔｉ、１４・・・ウェーハ、１５・・・ウェーハホ
ルダ、１６・・・支持部材、１７・・・メツシュ状電極
、２０゜２３．２７・・・高周波電源、２８・・・コン
デンサ。 代理人　弁理士　　　小川　勝男 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、容器内に、第１の電源に接続された第１の電極と、
   第２の電源に接続された第２の電極と、前記第１の電極
   と第２の電極との間に配置される被処理部材を保持する
   ためのかつ第３の電源に接続された保持部材とを少なく
   とも備え、前記被処理部材の両面エッチングを可能とし
   たことを特徴とするドライエッチング装置。 ２、前記第１の電源として第１の高周波電源あるいは接
   地電源を用い、前記第２の電源として第２の高周波電源
   あるいは接地電源を用い、前記第３の電源として接地電
   源あるいは第３の高周波電源を用いてなる特許請求の範
   囲第１項記載のドライエッチング装置。 ３、前記第１の電源および前記第２の電源としてそれぞ
   れ第１の高周波電源および第２の高周波電源を用い、か
   つ前記第３の電源として接地電源あるいは第３の高周波
   電源を用い、更に前記保持部材に保持される前記被処理
   部材の位置と前記第２の電極との間にメッシュ状の電極
   を配置してなる特許請求の範囲第１項記載のドライエッ
   チング装置。 ４、前記メッシュ状電極をフローティング電極とするか
   、あるいは前記メッシュ状電極を第４の電源に接続して
   なる特許請求の範囲第３項記載のドライエッチング装置
   。 ５、前記第３の電源として第３の高周波電源を用い、か
   つこの第３の高周波電源にコンデンサを接続してなる特
   許請求の範囲第２項記載のドライエッチング装置。 ６、前記被処理部材として半導体ウェーハを用いてなる
   特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか記載のド
   ライエッチング装置。