JPS62102529A - ドライエツチング方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、エツチングプロセスに係り、特にエツチング
速度を大きく下げることなくサイドエッチを防止し、高
精度のエツチング加工に好適なドライエツチング方法に
関する。

〔発明の背景〕

従来から用いられているドライエツチング装置はガスに
よってウェハ表面の不要部分をエッチ除去するものであ
るが、半導体素子の高密度化に伴い高速化及び寸法精度
の向上が要求されている。特に寸法精度の厳しいゲート
電極のエツチング、また加工深さの大きい深溝や深穴の
場合、レジスト下のサイドエッチが大きな問題となって
いる。そこで真空度を上げてイオンをウェハに垂直に入
射させる目的で、高真空でも安定したプラズマが発生す
るマイクロ波を用いた装置が提案されている。しかし、
この様な装置を用いてもサイドエッチを完全になくすこ
とはできず１寸法精度の向上に対応していくことは困難
になりつつある。

一方ドライエツチングプロセスにおいテ、炭素Ｃや窒素
Ｎはシリコン基板と反応してエツチングされにくい膜を
形成することが知られておリ、またレジストもエツチン
グ中に分解して。

この一部がパターン側壁に付着し、サイドエッチ防止に
役立っていることが知られている。しかし従来は、これ
らのサイドエッチ保護膜は偶然にエツチングの副産物と
して形成されているものであったため、工・ソチングさ
れるべき底面にも付着しエツチング速度を低下させる。

あるいは側壁保護効果が不亀するｔＣどの問題点があっ
た。さらにシリコンウェハに加工するアイソレーション
用深溝やキャパシタンス用深穴においては、レジストで
はなくＰＳＧがマスクとして用いられているので、さき
に述べたようなレジストの分解１（よる側壁保護効果は
期待できな（１゜ そこで、サイドエッチ防とのため、積極的に側壁保護膜
を形成する必要がある。このためにエツチングに寄与す
るガスと側壁保護膜形成に寄与するガスを併用する方法
が考えられる。

シリコンをエツチングする場合であれば、エツチング作
用のあるガス人（例えば５Ｆ６）を励起してイオンと中
性ラジカルを発生させ、これらをウェハに入射させ、ま
た堆積効果をもつガスＢ（例えば炭素を含むＣＦ４．窒
素を含むＮＨ３など）を励起し、て中性ラジカルを発生
させ、これで側壁に保護膜を形成することが考えられる
。

上記問題を解決する従来の方法・装置としては、第１忙
例えば特開昭５６−１５５５３５号公報に示される様な
ＣＶＴ）装置の応用が考えられる。この装置では、エツ
チングガスＡをプラズマ発生室に導入し励起１−でイオ
ン、中性ラジカルを発生させることはできるが、エツチ
ングガスＢは第２ガス導入系よりプラズマＡの中に拡散
し。

Ｆｅ１２件からはずれた位置でプラズマＡにより間接的
に励起されるだけであり、プラズマ化されにくい。また
、たとえガスＢがプラズマ化されても、この中のイオン
と中性ラジカルともにウェハに入射してしまう。この堆
積効果をもつガスＢのイオンは、イオンシースによりウ
ニ・飄に垂直に入射し主に加工面底部に堆積するので、
側壁保護に寄与しないばかりでなく、エツチング速度を
大きく低下させる原因となってしまう。

さらに、最適の側壁保護効果を得るためにガスＢの励起
速度を調整することができないので。

側壁保護膜生成の過不足が生じる。

また上記問題を解決する今１つの方法として。

ガスＢのプラズマを発生させこの中からイオンのみを取
除き、中性ラジカルＢのみを基板に供給し、ガスＡのプ
ラズマと合わせてエツチングを行うことが考えられる。

この方法に用いる従来装置として！寺開昭５９−１５１
４２８号が考えられる。

しかしこの装置では、単一ガスのイオンと中性う・ジカ
ルの比率を制御することはできるが、異なるガスを用い
たエツチングに応用することはできなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、エツチングに寄与するガスＡのプラズ
マと、パターン側壁保護膜形成に寄与するガスＢの中性
ラジカルのみとを交互に基板に供給し、エツチング速度
を下げることなくサイドエッチのない高精度エツチング
を行う方法及び装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

側壁保護膜の形成に寄与するガスＢは、基板に等方的に
入射することが望ましい。すなわちイオンではなく、中
性ラジカルである必要がある。

モジガスＢのイオンも基板に供給されるとすると、基板
近傍のシースにてイオンが加速され。

基板に垂直入射することとなる。したがって膜形成に寄
与するガスＢのイオンと中性ラジカルのパターン底面へ
の入射流束は、側壁への入射流束よりも大きくなる。す
なわち、パターンの底面に不要な膜が形成されエツチン
グの速度の低下をまねく。

またエツチング用のガスＡは、イオンであってシース電
界により基板に垂直に入射することが望ましい。しかし
エツチングでは、イオンと中性ラジカルの双方が反応に
寄与するので、ガスＡの中性ラジカルもエツチング速度
の向上に−は必要である。以上の点から考えて、エツチ
ング速度の大幅な低下なしに、パターン側壁を保護しつ
つ高精度エツチングを行うには、ガスＢのイオンを基板
に到達させないことが重要である。

本発明としては、イオンの様な荷電粒子が磁力線に沿っ
て動くことを利用する。すなわち。

ガス人とガスＢとを別々のプラズマ発生室において１時
間的に重複しない様に交互に励起し。

ガスＢのプラズマ発生部を通る磁力線が基板を通らない
様にしておく。このとき、プラズマ発生部で発生したガ
スＢのイオンは基板へは到らない。ただし、ガスＢのラ
ジカルが基板へ輸送される途中でイオン化されたのでは
磁力線によりイオンを排除した効果が弱まるが１例えば
。

圧力１０　　Ｔｏｒｒ　、電離度１％、電子密度１０　
　／ｄとすれば、中性粒子がイオン化される様な中性粒
子と電子との衝突間の平均自由行程は約１ｒｒＬとなり
、プラズマ発生室とウェハとの距離的０．１ｍに比べて
十分長いので、ガスＢのラジカルがイオン化される確率
は極めて似い。

また、保護膜形成からエツチングへ切換えたとき、すな
わちガスＢの導入を止めてガスＡを導入したとき、ガス
Ａのプラズマ発生部にガスＢが残留していれば、これが
イオン化されて基板へ輸送されることが有り得る。しか
し１例えば真空室の体積を２０１．圧力ｔｏ−’　Ｔｏ
ｒｒ　、ガス流ｉ　ＬＯ８ＣＣＭとすると、ガスの真空
室内滞在時間は約１．５　Ｘ　１０−８秒となる。すな
わちガスを切換えた時にほぼ瞬間的に真空室内のガスは
とんどが入れ換わると考えられ、したがってガスＡのプ
ラズマ発生室内にガスＢが残留していることはない。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図、第２図を用いて説明す
る。

第１図において、エツチングに寄与するガスＡは、電磁
弁３１．導入管ｌを通してマイクロ波プラズマ発生室２
へ導かれる。ガスＡは、プラズマ発生室２の内部におい
て導波管３より導入されたマイクロ波とコイル４によっ
て作られるＥＣＲ条件を連星する磁場によって励起され
。

イオンと中性ラジカルが発生する。イオンと中性ラジカ
ルとは共に試料室５内へ拡散するが。

イオンの方はコイル４とコイル１４によって作られる磁
場の方向に沿ってその拡散が制限される。

ここで発生室２を通る磁力線が基板６を通る様にしてお
けば、イオンは流れ１６に示す様に、中性ラジカルと共
に基板６上まで輸送され、エツチング反応が起こる。マ
イクロ波発生器３２及び電磁弁３１はタイマー３５によ
り同期してＯＮ　、　ＯＦＦされ、これに従ってエツチ
ングも反応、停止Ｅする。

一方、側壁保護膜形成に寄与するガスＢは。

電磁弁３３．導入管１１を通ってマイクロ波プラズマ発
生室１２へ導かれる。ここでガスＡの場合と同様にマイ
クロ波発生器３４．導波管１３より導かれたマイクロ波
と、コイル１４によって作られるＥＣＲ条件を満足する
磁場により励起され、イオンと中性ラジカルが発生し、
試料室５内へ拡散する。ここでコイル４とコイル１４の
合成によって作ちれる磁力線がウェハ６を通らない様に
しておけば、イオンの流れ１７は基板６からそれて、基
板６上へは中性ラジカルのみが輸送され。

側壁保護膜が成長する。マイクロ波発生器３４と電磁弁
３３はタイマー３５によって、マイクロ波発生器３２．
を磁弁３１とは逆の位相で０Ｎ−ＯＦＦされる。これに
よりエツチング反応と、側壁保護膜形成が交互に行われ
る。

次にもう１つの実施例を第２図に示す。エツチングに寄
与するガスＡは、１ｉｊ磁弁３１．導入管ｌを通ってマ
イクロ波プラズマ発生室２に導かれる。プラズマ発生室
２の内部はコイル４にＥＣＲ条件を満足する磁場が作ら
れており、ガスＡは１０　　ないし１０　　Ｔｏｒｒの
圧力でプラズマ化され、イオンと中性ラジカルが発生す
る。基板６に向かって発散していく磁力線に沿って、矢
印１６のごとくイオンは熱速度で拡散してゆき。

また中性ラジカルは磁力線と無関係に拡散し。

双方とも基板６上に到達する。一方、主とじて保護膜形
成に寄与するガスＢは、電磁弁３３．導入管１１を通っ
て円環状をした上部電極２０に導かれ、！極に設しナら
れた小孔（図示せず）より吹出す。上部電極２０と下部
電極２１には高周波電力がかげられ、かりコイル２２と
コア２３により磁界が上部電極２０の下部に発生する。

電界Ｅと磁界Ｂの相互作用により１通常のブレーナ・マ
グネトロンの原理と同様に、上部電極の下部にプラズマ
２４が発生する。このプラズマにおいて、ガスＢのイオ
ンは、磁界ＢによるＥＸＥドリフトにより円環状のプラ
ズマ２４の領域にとじこめられていて）ので、ウェハ上
に熱拡散で到達するのは中性ラジカルのみとなる。

本実施例においても、筆−の実施例と同様にマイクロ波
発生器３２と電磁弁３１とを同時に０Ｎ−ＯＦＦＬ、＋
たこれとは逆の位相で、電磁弁３３とスイッチ３６を°
同期してＯ’Ｎ−０ＦＦして。

エツチングと側壁保護膜形成を交互に行う。この０Ｎ−
ＯＦＦの時間々隔、ガス人を励起するマイクロ波゛醒力
、そしてガスＢを励起する高周波電力を調整することに
よって、垂直エツチングの速度を落とさずに最適な側壁
保護膜形成を行うことができる。

なお、圧力条件により例えば１０−１ないし１Ｏ−２Ｔ
ｏｒｒにおいては１通常のＲＦ放電でプラズマが発生す
るので、ガスＢを励起するためにはマグネトロンを用い
なくてもよい。この場合には。

ガスＢのイオンはコイル４の作る磁界を横切ってウェハ
に達することはないので、当初の目的を達成することか
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば１寸法精度の厳しいゲート電極のエツチ
ングや加工深さの大きい深溝や深穴のエツチング加工に
おいて、エンチングガスのイオンと中性ラジカルによる
垂直エツチングプロセスと、側壁保護膜形成効果を持つ
ガスの中性ラジカルによるパターン側壁保護のプロセス
を交互に行うことにより、側壁を保護しつつ底面をエツ
チングできるので、エツチング速度を大きく落とさずに
サイドエッチを防止し、高精度加工ができる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の第１の実施例の説明図。 第２図は１本発明の第２の実施例の説明図である。 １・・・ガス導入管、　　　２・・・プラズマ発生室。 ３・・・導波管、　　　　　４・・・コイル。 ５・・・試料室、　　　　　６・・・基板。 １１・・・ガス導入管、　　　　１２・・・プラズマ発
生室。 １３・・・導波管、　　　　　２０・・・上部電極。 ２１・・・下部電極、２２・・・コイル。 ２３・・・コア、２４・・・プラズマ。 ３１・・・電磁弁、３２・・・マイクロ波発生器。 ３３・・電磁弁、３４・・・マイクロ波発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、真空室中にガスＡ（エッチングガス）とガスＢ（パ
   ターン側壁保護膜形成ガス）とを個別に導入または遮断
   する機構と、上記真空室中にあるガスＡのプラズマ発生
   手段と該発生手段を作動または停止させる機構と、ガス
   Ｂの励起手段と該励起手段を作動または停止させる機構
   と、これらのガスにより加工を施す基板を置く試料室と
   、ガスＢのプラズマからイオンを排除するための磁場を
   発生する機構により、パターン側壁に保護膜を形成する
   プロセスと、底面を垂直エッチングするプロセスを交互
   に行うことを特徴とするドライエッチング方法。