JPS62154730A

JPS62154730A - エツチング方法

Info

Publication number: JPS62154730A
Application number: JP29266385A
Authority: JP
Inventors: Yoshimichi Hirobe; 広部　嘉道; Hideaki Azuma; 東　英昭; Kazuo Nojiri; 野尻　一男; Masato Sadaoka; 征人定岡; Akira Kojima; 彰小島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1987-07-09
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPH0666293B2

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、特に反応性イオンエツチン
グに適用して存効な技術に関する。

〔背景技術〕

半導体ペレットには、微細形状の回路素子および該回路
素子等を電気的に接続するための配線が形成されている
。上記回路素子等は、いわゆるウニハエ程において、二
酸化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｏ□）または窒化ケイ素（Ｓｔｚ
Ｎｓ）等からなる絶縁層やアルミニウム（ＡＩ）、また
はポリシリコン（Ｓｉ）等からなる導電層を所定の形状
にエツチングすることにより形成される。

昨今の半導体装置の高集積化は、形成される回路素子等
にさらなる微細化を求めている。そのためには、信頬性
の高い微細エツチングが必要とされ、それを可能にする
技術にいわゆる反応性イオンエツチング（以下ＲｉＥと
もいう）がある。

上記ＲｉＥは、処理室内にプラズマを発生させ、よ亥プ
ラズマ層とウェハが載置されているカソードとの間にＤ
Ｃバイアスを印加し、プラズマ中の陽イオンをウェハ表
面に衝突させ、該ウェハ表面のスパッタエツチングを行
わせるものである。上記陽イオンはＤＣバイアスにより
加速されるため、ウェハ表面の被エツチング層は該表面
に対し垂直方向にエツチングされ、いわゆる異方性エツ
チングが達成される。その結果、信顧性の高い微細パタ
ーンの形成が可能となる。

ところで、前記プラズマ中にはイオンと同時に電気的に
中性でエツチング能を有するフリーラジカルが生成して
おり、該フリーラジカルは等友釣なエツチングを行う。

そのため、前記反応性イオンによるスパッタエツチング
により形成される被エツチング層の側面が、上記フリー
ラジカルによりエツチングされ、エツチングの異方性が
害されることになる。そこで、通常は上記側面のエツチ
ングを防止するため、反応性イオンの衝突によっては容
易に除去できるが、フリーラジカルによっては除去され
ないような保護膜を上記側面に堆積されることにより、
異方性を確保することが行われている。

上記保護膜は、エツチング中に同時に形成されるもであ
り、使用するエツチングガスの構成元素が重合し、不揮
発性物質として堆積したものである。したがって、前記
のようなＲｉＥにおいては、上記保護膜の堆積形成が必
須の条件となるものである。

ところが、異方性エツチングの上記条件の選定は、従来
試行錯誤によっており、適切な条件の決定が極めて困難
であるという問題があることが、本発明者により見い出
された。

なお、ドライエツチングについては、株式会社工業調査
会、昭和６０年１１月２０日発行、「電子材料Ｊ　１９
８５年別冊、Ｐ１１９以下に記載されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、異方性の高い反応性イオンエツチング
を可能にする技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他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明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、次の通りである。

すなわち、独立して制御可能なプラズマ形成手段とＤＣ
バイアス印加手段とを備えたドライエツチング装置の真
空処理室内に、少なくとも一成分は所定のプラズマ形成
条件において臨界電位を存するエツチングガスを導入し
、少な（とも−成分の臨界電位より低い値のＤＣバイア
スを印加してエツチングを行うことにより、印加するＤ
Ｃバイアスより臨界電位が高い成分を堆積させ、保護膜
を形成することができると同時に、上記ＤＣバイアスよ
り臨界電位が低い成分または堆積を起こさない成分によ
り、エツチングを行わせることができるため、エツチン
グにより形成される垂直側面を上記保護膜で保護しなが
ら加速イオンでエツチングを行うことができ、前記目的
が達成される。

なお、前記臨界電位は、各成分ガスについて所定のプラ
ズマ形成条件の下でＤＣバイアスを変化させた場合に、
堆積現象とエツチング現象とが逆転する電位を意味し、
この臨界電位は本発明者により初めて見い出されたもの
である。

〔実施例〕

第１図は本発明による一実施例であるエツチング方法に
使用されるエツチングガスの特性の概略を示すグラフで
ある。また、第２図は本実施例に適用されるエツチング
装置の構成図である。

本実施例では、第２図に示すようなエツチング装置を利
用することができる。このエツチング装置は、石英から
なる放電管１とともにガス導入部２および排気部３を有
する真空処理容器４内に電極５が設けられ、該電極５の
ウェハ６のｉｉ！置部５ａと上記放電管１との間には放
電空間７が形成されている。この放電空間７には、マグ
ネトロン（プラズマ形成手段）８から導波管９を経てマ
イクロ波が導入される。また、上記導波管９の放電管１
の近傍外側周囲に電磁コイル（プラズマ形成手段）１０
が設置されている。さらに、上記ＴＬｉ５の外周には、
一端がその載置部５ａの周囲近傍に位置し、他端が接地
された了−スミ極１１が設けられ、また、該電極５はコ
ンデンサ１２を介して接地された高周波電源（ＤＣバイ
アス印加手段）１３に接続されている。

上記装置は、予め真空排気した真空処理容器４の中に、
ガス導入部２よりエツチングガスを所定圧で導入しなが
ら、マグネトロン８と必要に応じ電磁コイルとを作動さ
せ、前記放電空間７内のエツチングガスを放電させ、プ
ラズマを形成することができる。同時に、前記高周波電
源より上記電極に高周波電圧を印加することにより、上
記プラズマ層との間にＤＣバイアスを印加することがで
きる。そして、上記のプラズマ形成手段であるマグネト
ロン８および電磁コイル１０とＤＣバイアス印加手段で
ある高周波電源とは、独立にその出力を制御することが
できる。

なお、本実施例において使用する上記装置の詳細につい
ては、特願昭６０−１５２１５９号に説明されている。

ここでは、ウェハ上に配線形成材料として被着形成され
たポリシリコン層のエツチングを例に説明する。

エツチングガスは、六フッ化イオウ：ＳＦ、とトリクロ
ロトリフロロエタン：　ＣｔＣＩ　３Ｆ　ｓ　　（商品
名：フロン−１１３）とを成分とする混合物である。第
１図では、上記両成分について同一のプラズマ形成条件
下でＤＣバイアスを変化させた場合に認められる現象の
概略が示しである。第１図のグラフは、縦軸の上方にエ
ツチング速度を、下方に堆積速度をとり、横軸にＤＣバ
イアスをとる。

上記グラフより明らかなように、ＳＦ、はＤＣバイアス
の大小にかかわらず常にエツチング現象を呈し、ＤＣバ
イアスが大になるほどエツチング速度も大きくなる。

一方、Ｃ，Ｃ１，Ｆ、はＤＣバイアスが小さい範囲では
堆積現象を、大きい範囲ではエツチング現象をそれぞれ
呈し、その丁度境界に堆積もエツチングも生じない臨界
電位（ｖｏ）を有している。

これは、プラズマを形成した場合には、堆積とエツチン
グの両現象が併発しており、上記臨界電位より小さいＤ
Ｃバイアスの場合は堆積現象が優位に作用し、ＤＣバイ
アスの増大に従いプラズマ中のイオンが次第に加速され
、エツチング作用が優位になり、臨界電位では堆積とエ
ツチングとがつり合った状態が形成されていることを示
している。

本実施例においては、前記混合エツチングガスを用い、
ＤＣバイアスを臨界電位より低い値に制御し、ポリシリ
コンのエンチングをｊテうものである。このようにする
ことにより、ＳＦ、にはエツチングを、Ｃ１Ｃ１ｘＦｚ
には堆積をそれぞれ行わせることができるものである。

そして、この両者の調和を図ることにより、エツチング
により生じるパターン側面には、上記堆積による保護膜
を形成することができるため、フリーラジカルによるい
わゆるサイドエツチングを防止しながら反応性イオンに
よる寸法精度の高い異方性エツチングを達成することが
できるものである。

〔効果〕

（１）、独立して制御可能なプラズマ形成手段とＤＣバ
イアス印加手段とを備えたドライエツチング装置の真空
処理室内に、少なくとも一成分は所定のプラズマ形成条
件において臨界電位を存するエツチングガスを導入し、
少なくとも一成分の臨界電位より低い値のＤＣバイアス
を印加してエツチングを行うことにより、印加するＤＣ
バイアスより臨界電位が高い成分を堆積させ、保護膜を
形成することができると同時に、上記ＤＣバイアスより
臨界電位が低い成分または堆積を起こさない成分により
エツチングを行わせることができるため、エツチングに
より形成される垂直側面を上記保護膜で保護しながら加
速イオンでエツチングを行うことができる。

（２）、前記＋１１により、寸法精度を向上することが
できるので、エツチングパターンの微細化を達成できる
。

（３）、前記［１１により、信頼性の高い高集積度の半
導体装置を堤供できる。

（４）、プラズマ形成手段としてマイクロ波発振手段と
真空処理室の周囲に配回された電磁コイルとを用い、Ｄ
Ｃバイアス印加手段として高周波電源を用いることによ
り、プラズマ形成手段とＤＣバイアスとを独立制御でき
るので、前記（１）に記載の方法を容易に達成できる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前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、エツチングガスとして、臨界電位を有しない
ＳＦ、とそれを有するＣ、Ｃ１，Ｆ、の混合ガスを使用
した例を示したが、上記性質を有するガスであれば、他
の組み合わせでもよいことはいうまでもない。具体的に
は、ＳＦ、とＣＣＩ□ＦＣＣＩ！Ｆ（商品名、フロン−
１１４）またはＣＣｌ。

等との組み合わせや、ＳＦ、の代わりにＮＦ、を使用す
る組み合わせでも同様に実行できる。また、ガス混合成
分が２つに限るものでなく、少なくとも１成分が臨界電
位を有するものであれば３成分以上からなるものであっ
てもよい。

また、全成分が臨界電位を有しているガスからなるエツ
チングガスであってもよい。この場合、印加するＤＣバ
イアスを少なくとも１成分の臨界電位より低く設定する
ことにより、該ｌ成分をエツチング用ガスとして利用で
きるため、同様に異方性の高いエツチングを行うことが
できる。

なお、前記第１図においては、具体的数値を示さなかっ
たが、エツチング速度または堆積速度、および臨界電位
は、成分ガスの種類、ガス圧およびマイクロ波出力等に
より、相対的に定まるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一時であるエツチング方法に使用
されるエツチングガスの特性の概略を示すグラフ、第２図は本実施例に適用されるエツチング装置の構成図
である。ｌ・・・放電管、２・・・ガス導入部、３・・・排気部
、４・・・真空処理容器、５・・・電極、５ａ・・・ｆ
Ｉ３２置部、６・・・ウェハ、７・・・放電空間、８・
・・マグネトロン（プラズマ形成手段）、９・・・導波
管、１０・・・電磁コイル（プラズマ形成手段）、１１
・・・アース電極、１２・・・コンデンサ、１３・・・
高周波１！源（ＤＣバイアス印加手段）。

Claims

【特許請求の範囲】１、プラズマ形成手段とＤＣバイアス印加手段とを独立
して制御可能なドライエッチング装置の真空処理室内に
、少なくとも一成分は臨界電位を有するエッチングガス
を導入し、少なくとも一成分の臨界電位より低い値のＤ
Ｃバイアスを印加して行うエッチング方法。２、エッチングガスが六フッ化イオウとポリハロゲン化
炭素との混合物からなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のエッチング方法。３、プラズマ形成手段がマイクロ波発振器と真空処理室
の周囲に配置された電磁コイルとからなり、ＤＣバイア
ス印加手段が高周波電源であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のエッチング方法。